JPS63157641A

JPS63157641A - １軸制御型磁気軸受装置

Info

Publication number: JPS63157641A
Application number: JP30344786A
Authority: JP
Inventors: Wataru Mizutani; 亘水谷; Makoto Okano; 真岡野
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1986-12-19
Filing date: 1986-12-19
Publication date: 1988-06-30

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（ａ業上の利用分野）本発明は、１　ｆＩｈ制御型磁気軸受装置に関し、詳し
くは、高速回転体の軸を安定した回転状態に支承するた
めに補助軸受装置を設けた１軸制御型磁気軸受装置に関
する。

（従来の技術）従来、高速回転する軸を支承するのに使用される磁気軸
受として一般的なのは多軸制御型磁気軸受であり、その
−例を第４図に示す。ここで、１はモータ、２はその回
転軸であり、軸２の両端部には電磁石を用いたラジアル
軸受３およびスラスト軸受４が配置され、更に軸２のラ
ジアル方向の姿勢を制御するために更にラジアル位置セ
ンサ５が軸２に近接して配設されている。なお６はモー
タ１の外殻ケーシングである。

しかし、かかる多軸制御型磁気軸受装置においては、ス
ラスト方向と共にラジアル方向の５１’＋ｂ方向につい
て、制御されねばならず、制御回路が著しく複雑となり
、更にはセンサの数も多く高価となり、また、電磁石を
数多くラジアル方向ならびに軸方向に配列させるため軸
受部が太くなって軸２自体の構造もａ雑で太くかつ長く
なる。

従って、回転軸２が重く、また長くなることによって曲
げモーメントに対する固有振動数が低くなり、それ以上
の高速回転の実現が困難となるが、これに対して１軸制
御型磁気軸受は、スラスト板と電磁石若しくは永久磁石
との組合せによりてスラスト方向の１＠しか制御しない
ので、制御回路および構造が共に簡単ですむという利点
を有°している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、従来の１＠ｈ制御型磁気軸受装置にあっ
ては、その回転軸のラジアル方向の剛性を高く保つこと
ができないために、回転軸および軸受の剛性によって生
じる共振周波数が問題で、この共振周波数を乗越えて高
速回転が得られるようにする必要がある。

すなわち、本発明の目的は、回転軸をできるだけ短く、
かつ軽量になし、しかもその特性を生かすために小型で
しかも高精度の軸受機能を発揮することのできる補助軸
受袋紐を具えた１軸制御型磁気軸受装置を提供すること
にある。

〔問題点を解決するための手段〕かかる目的を達成するために、本発明は、回転体に設け
たスラスト板とスラスト板の対向位置に配設された磁石
とにより回転体の回転軸をスラスト方向およびラジアル
方向に対して浮揚状態に保つ１！ｌｌ１ｂ制御型磁気軸
受装置において、スラストラジアルコンバインド型軸受
を有する軸受箱と、軸受箱をスラスト方向およびラジア
ル方向に弾性支持する部材とからなる補助軸受を回転軸
の両端部に設けたことを特徴とする。

（作　用〕本発明によれば、回転軸の両端部において、補助軸受を
収納した軸受箱が回転軸を回転中心線に保つように弾性
支持され、しかも補助軸受によって回転軸が補助的にス
ラスト方向およびラジアル方向に枢支されるので、共振
周波数発生回転にあっても弾性支持体を介して軸の振れ
回りが抑制され、また、起動時においてもモータの引力
にかかわりなく、回転軸を中心線に一致させた状態に保
つととができる。

〔実施例〕

゛以下に、図面に基づいて本発明の実施例を詳細かつ具
体的に説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す。本例は高周波モータ
への適用例を示し、ここで、ＩＡおよびＩＢはモータｌ
のロータおよびステータ、１１はロータＩＡの両端部に
配設されたスラスト板、１２はスラスト板１１の対向位
置に配置された電磁石であって、電磁石１２の方はケー
シング６両端のフランジ部７に固定される。また、回転
軸２はロータＩＡが固定された太径部２Ａと、テーバ部
２Ｂと細径部２Ｃとで構成され、一方の細径部２Ｃの軸
端には回転軸２のスラスト方向の位置を制御するための
位置センサ１３が配設されている。

１４は補助軸受、１５は補助軸受１４が装填されるカー
トリッジ型の軸受箱であって、本例では補助軸受１４の
一方の端部をテーパ形となって、更に回転軸２との間に
は微細なすき間が保たれるようになして、好適にはカー
ボン、２硫化モリブデン等の固定潤滑剤によって形成す
る。なお、このような固体潤滑剤によって形成する代り
に玉軸受を用いるようにしてもよい。

かくしてこのような補助軸受、１４によりスラスト方向
と共にラジアル方向に対しても支持することができ、か
つ、回転ＩＴｈｈ２の共振時に軽く軸２に接触してその
ふれ回り振動を抑制することができ、しかも高速回転時
にあって軸２に大きい負荷がかかるようなことがない。

また、停電時等においてもこれらの補助軸受１４を介し
て軸２が軸支される。

ついで、軸受箱１５を弾性支持する構造を第２図および
第３図によって説明する。回転軸２の双方の細径部２Ｃ
に設けられた軸受箱１５は軸２の振動を吸収抑制するた
めにラジアル方向およびスラスト方向の両方向に対して
弾性支持される。すなわち、１６は補助軸受支持台１７
に一端が固定されたスラスト抑え用の弾性体、１８はラ
ジアル方向の抑えばね（以下でラジアルダンパという）
である、なおスラスト抑えの弾性体１６は板ばね、コイ
ルばね若しくはゴム等で構成される。また、ラジアルダ
ンパ１８の方は例えば燐青銅等のばね材の丸棒から十分
精度よく芯出しされて、第３図に示すような形態に削り
出されるもので、環状部１８Ａと均等に内部に向けて絞
られた形状の歯形を有する軸受箱保持部１８Ｂとを具え
ている。

かくして、ラジアルダンパ１８の環状部１８Ａをフラン
ジ部７の軸孔７Ａ周縁部に心を合わせて精度よく嵌着さ
せると共に、軸受箱保持部１８Ｂの先端部を補助軸受箱
１５の端部に形成したつば部１５Ａの周面に接触させ、
軸受箱保持部１８Ｂの有する弾性により軸受箱１５をフ
ランジ部７に弾性支持させることができる。

更にまた、軸受箱１５が回転！ｉ［ｌ１２と共に回転し
てしまわないようにするために、軸受箱１５の大つば部
１５Ｂには複数のばか孔１５Ｃが設けられており、補助
軸受支持台１７をフランジ７に固定する取付けねじ２０
をばか孔１５Ｃに遊嵌させることにより軸受箱１５の軸
方向の微動のみが許容される。２１は軸受箱１５の大つ
ば部１５Ｂとフランジ部７の外面との間に介装されるシ
ム部材であり、例えばテフロン等を成形して、波形の溝
を刻設することにより軸受箱１５のスラスト方向の微移
動に対して緩衝効果を得ることができる。

なお、以上の説明により全体的な構成について述べてき
たが、ラジアルダンパ１８のくし歯状となした軸受箱保
持部１８Ｂを形成するにあたっては、その歯の先端部の
内外を適切に薄くなるよう切・削することにより任意の
強さのばね性を保たせることが可能である。また、補助
軸受１４が摩耗し、取換えを要する場合は、取付けねじ
２０を取外すだけでカートリッジ型とした軸受箱１５を
予備のものと交換することができ、極めて、便利である
。

ついで、このように構成した１＠ｈ制御型磁気軸受装置
の動作について説明する。まず始動にあたっでは、位置
センサ１３を介しての制御により、スラスト荷重転軸２を浮揚させた状態に保ち、ついでモータ１を駆動
回転させるが、その際磁気的吸引力により軸２がラジア
ル方向に引付けられよりとする。

しかし、補助軸受装置が、ばね力によって軸２を正しい
中心釉線上に保っているので、上述の吸引力に打勝って
そのままの状態を支持することができ、更にはシム２１
の潤滑効果によって円滑な起動を達成することができる
。

次に回転数が上昇し、共振周波数に達すると、回転軸２
は大きく振動しようとする゛が、このような振動もまた
、補助軸受装置を設けたことによって、抑制されるので
かかる共振域を乗越えて高速回転を実施することができ
る。

また、停電等により磁気軸受の機能が停止されたり外乱
によって激しい振動が発生したりすることがあっても、
補助軸受装置がかかる振動を抑制し、また同時にスラス
ト荷重を分担するので、モータの回転に支障をきたすよ
うなことがない。

なお、以上の説明では本発明を高周波モータに適用した
場合について述べそきたが、本発明の適用はこれに限ら
れるものではなく、この種の高速回転体を有する機器に
広く適用できることはいうまでもない。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように、本発明によれば、弾性支持さ
れる補助軸受装置を設けたことによって高速回転体の回
転軸を軽量かつ短くシンプルな構造とすることカーでき
、多軸制御型の磁気軸受とした場合に比べて軸長を半減
させることが可能となり、コストを著しく低減させるこ
とが可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明１軸制御型磁気軸受装置の構成の一例を
示す断面図、第２図はその磁気軸受装置に設けた補助軸受装置の構成
の一例を示す断面図、第３図は第２図に示す補助軸受装置の一部を分解して示
すＳ、′１視図、第４図は多軸制御型磁気（’＋ｂ受装置の構成の一例を
示す断面図である。１・・・モータ、２・・・回転軸、２Ａ・・・大径部、２Ｂ・・・テーパ部、２Ｃ・・・細径部、６・・・ケーシング、７・・・フランジ部、７Ａ・・・軸孔、１１・・・スラスト板、１２・・・電磁石、１３・・・位置センサ、１４・・・補助軸受、１５・・・軸受箱、１５Ａ・・・つば部、１５Ｂ・・・大つば部、１５Ｃ・・・ばか孔、１６・・・弾性体、１７・・・軸受支持台、１８・・・ラジアルダンノゼ、１８Ａ・・・環状部、１８Ｂ・・・軸受箱保持部、２０・・・取付けねじ、２１−・・シム部材。指定代理人　工業技術院電子技術総合研究所長第１図

Claims

【特許請求の範囲】回転体に設けたスラスト板と該スラスト板の対向位置に
配設された磁石とにより前記回転体の回転軸をスラスト
方向およびラジアル方向に対して浮揚状態に保つ１軸制
御型磁気軸受装置において、スラストラジアルコンバインド型軸受を有する軸受箱と
、該軸受箱を前記スラスト方向およびラジアル方向に弾
性支持する部材とからなる補助軸受を前記回転軸の両端
部に設けたことを特徴とする１軸制御型磁気軸受装置。