特許 6069693 ３軸能動制御型磁気軸受

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6069693

(24)【登録日】2017年1月13日

(45)【発行日】2017年2月1日

(54)【発明の名称】３軸能動制御型磁気軸受

(51)【国際特許分類】

   F16C 32/04 20060101AFI20170123BHJP

   H02K 7/09 20060101ALI20170123BHJP

【ＦＩ】

   F16C32/04 A

   H02K7/09

【請求項の数】4

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2012-194681(P2012-194681)

(22)【出願日】2012年9月5日

(65)【公開番号】特開2014-51995(P2014-51995A)

(43)【公開日】2014年3月20日

【審査請求日】2015年7月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006105

【氏名又は名称】株式会社明電舎

(74)【代理人】

【識別番号】100078499

【弁理士】

【氏名又は名称】光石 俊郎

(74)【代理人】

【識別番号】230112449

【弁護士】

【氏名又は名称】光石 春平

(74)【代理人】

【識別番号】100102945

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 康幸

(74)【代理人】

【識別番号】100120673

【弁理士】

【氏名又は名称】松元 洋

(74)【代理人】

【識別番号】100182224

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 哲三

(72)【発明者】

【氏名】太田 智

(72)【発明者】

【氏名】松橋 大器

(72)【発明者】

【氏名】秋山 剛

【審査官】 上谷 公治

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−０８５２２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−３２５０７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６３−１６８３２３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平０８−１２８４４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−０４６９６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−００３５７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０９８５２０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｃ ３２／０４

Ｈ０２Ｋ ７／０９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

円筒型回転子に対してラジアル方向２軸及びスラスト方向１軸の計３軸方向に軸支持力を発生する３軸能動制御型磁気軸受であって、
ラジアル巻線が巻回されたラジアル制御用固定子と、
前記ラジアル制御用固定子に隣接して配置された永久磁石と、
前記ラジアル制御用固定子及び前記永久磁石の半径方向外側に配置された円筒部分とを備えると共に、前記ラジアル制御用固定子及び前記永久磁石の軸方向両側にそれぞれ配置された円環状部分とを備えたスラスト制御用固定子と、
前記スラスト制御用固定子と前記ラジアル制御用固定子との間において周方向に巻回されたスラスト巻線とからなり、
前記ラジアル巻線に直流電流を流すことにより前記ラジアル制御用固定子において発生するラジアル磁束と、前記永久磁石によって前記回転子から前記ラジアル制御用固定子に向かって放射状に、或いは、その逆に前記ラジアル制御用固定子から前記回転子に向かって発生するバイアス磁束との重ね合わせによって生じる磁束密度の不平衡によって、前記回転子に対してラジアル方向２軸の軸支持力が発生し、また、前記スラスト巻線に直流電流を流すことより発生し、前記スラスト制御用固定子において何れか一方の円環状部分から前記回転子に向かって方向を変え、更に他方の前記円環状部分へ方向を変えるスラスト磁束と、前記永久磁石によって発生し、前記各円環状部分から前記回転子に向かって、或いは、その逆に前記回転子から前記各円環状部分に向かって方向をそれぞれ変えるバイアス磁束との重ね合わせによって生じる磁束密度の不平衡によって、前記回転子に対してスラスト方向１軸の軸支持力が発生する３軸能動制御型磁気軸受において、
前記スラスト巻線は、軸方向に分割された二つの分割スラスト巻線よりなり、
前記分割スラスト巻線の間を半径方向に延びる環状部分を有する非磁性体リングが設けられ、
前記環状部分の最外周は前記スラスト制御用固定子の前記円筒部分に接触する一方、前記環状部分の最内周は前記ラジアル制御用固定子に接触する
ことを特徴とする３軸能動制御型磁気軸受。

【請求項2】

前記非磁性体リングは、前記分割スラスト巻線と前記ラジアル制御用固定子の間を双方の軸方向に延び、前記スラスト制御用固定子の前記円環状部分に各々接触する円筒部分を各々有することを特徴とする請求項１記載の３軸能動制御型磁気軸受。

【請求項3】

前記スラスト制御用固定子の前記円筒部分には、前記非磁性体リングの前記環状部分との接触部に段差を設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の３軸能動制御型磁気軸受。

【請求項4】

前記スラスト制御用固定子は、分割されていることを特徴とする請求項１，２又は３記載の３軸能動制御型磁気軸受。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、製造を容易にしつつ機械的強度が向上する３軸能動制御型磁気軸受に関する。

【背景技術】

【0002】

モータの軸を非接触で支持する技術として磁気軸受を用いた方法がある。
従来の磁気軸受では、図４に示すように、モータ１００を２個のラジアル磁気軸受２００，３００で挟み込み、更に大径のディスク形回転子４１０を備えたスラスト磁気軸受４００を回転子主軸５００の反側に設置した構造となっている。ディスク形回転子４１０は回転子主軸５００に固定されている。
このように、スラスト磁気軸受４００は、大径のディスク形回転子４１０が必要となるため組立性が悪く、バランス取りが難しい。
更にはディスク形回転子４１０で周速が上昇するため、回転速度の制限といった問題も生じる。

【0003】

そこで、これらの問題を解決するために、ラジアル方向２軸及びスラスト方向１軸の計３軸方向に軸支持力を発生する円筒形回転子を備えた３軸能動制御型磁気軸受が引用文献１の段落［００１５］〜［００２９］及び図１、図２にて提案されている。以下に、引用文献１の３軸能動制御型磁気軸受について説明する。

【0004】

引用文献１の３軸能動制御型磁気軸受の縦断面構造を示す斜視図を図５に示す。
図５に示すように、ラジアル方向の２軸を制御するために、ティースに巻回された２組のラジアル巻線１を備えたラジアル制御用固定子２が３軸能動制御型磁気軸受の一番内側に設置されている。

【0005】

即ち、ラジアル制御用固定子２は、図６（ａ）に示すように、ｙ軸方向に対向する２つのティース２ａ，２ａにラジアル巻線Ｎ_yがそれぞれ集中巻され、ｘ軸方向に対向する２つのティース２ｂ，２ｂにラジアル巻線Ｎ_xがそれぞれ集中巻されたものである。２組のラジアル巻線１は、ラジアル巻線Ｎ_yとラジアル巻線Ｎ_xとからなる。
従って、各ラジアル巻線Ｎ_yに直流電流ｉ_yをそれぞれ流すと、ラジアル制御用固定子２においてｙ軸方向に２極のラジアル磁束Ψ_yが発生し、また、各ラジアル巻線Ｎ_xに直流電流ｉ_xをそれぞれ流すと、ラジアル制御用固定子２においてｘ軸方向に２極のラジアル磁束Ψ_xが発生する。つまり、相互に直交する２極のラジアル磁束Ψ_y，Ψ_xが発生する。

【0006】

ラジアル制御用固定子２とラジアル巻線Ｎ_x，Ｎ_yの構成は、２極のラジアル磁束Ψ_x，Ψ_yを作り出すのなら、どのような形状でもよい。例えば、図５に示す４突構造に限らず、６突構造、８突構造、…２Ｎ（Ｎは２以上の自然数）、３相巻線を配置した３突構造、６突構造、３Ｍ（Ｍは１以上の自然数）や、更には、誘導機などに用いる多スロット構造の分布巻固定子でも良い。
このラジアル制御用固定子２のヨーク部分は、図５中に示すように、軸方向に向き合うように着磁された片側４個の計８個の永久磁石３によって挟み込まれている。

【0007】

即ち、永久磁石３は、ラジアル巻線１よりも径方向外側において、半径方向に均等な間隔となる様に９０度毎に配置され、また、永久磁石３は、ラジアル制御用固定子２を間に挟んでＳ極が軸方向に向かい合うよう、つまり、Ｓ極ラジアル制御用固定子２に接するように着磁されている。
従って、図６（ａ）に示すように、永久磁石３によって、ラジアル制御用固定子２では、回転子７からラジアル制御用固定子２に向かって放射状にバイアス磁束Ψ_bが発生している。
永久磁石３の着磁方向は逆でも、つまり、Ｎ極がラジアル制御用固定子２に接するようにしても良い。永久磁石３の形状は、リング磁石形状でも良く、多数の立方体の磁石を並べても良い。

【0008】

更に、ラジアル制御用固定子２と永久磁石３を覆うように、コの字型の断面をもつスラスト制御用固定子４がー番外側に設置され、スラスト制御用固定子４のコの字型断面の一番内側には、周方向に巻かれたスラスト巻線５が配置されている。
即ち、ラジアル制御用固定子２及び永久磁石３の半径方向外側にスラスト巻線５が配置されている。スラスト制御用固定子４は、スラスト巻線５の外周面を軸方向に亘って被う円筒部分４ａと、この円筒部分４ａの両端部において内周側に向かう円環状部分４ｂ，４ｂを有するコ字型断面である。
スラスト制御用固定子４の円環状部分４ｂ，４ｂは、ラジアル巻線１、永久磁石３及びスラスト巻線５の軸方向の端面を被い、スラスト制御用固定子４の円環状部分４ｂ，４ｂの最内周位置は、ラジアル制御用固定子２の最内周位置と同じ位置に設定されている。

【0009】

更に、スラスト巻線５と、ラジアル制御用固定子２、永久磁石３との間には、非磁性体のキャン６が介装されている。従って、キャン６により、スラスト巻線５と、ラジアル制御用固定子２及び永久磁石３との接触が避けられた状態で、スラスト巻線５の内側に、ラジアル制御用固定子２、永久磁石３を固定されている。
一方、ラジアル制御用固定子２、スラスト制御用固定子４の円環状部分４ｂ，４ｂの内周側には、僅かな間隙を隔てて、磁性体よりなる円筒型回転子７が回転自在に配置されている。円筒型回転子７は、円筒形の非常にシンプルな形状であり、回転子７の軸方向長さは、スラスト制御用固定子４の軸方向長さより若干短くなっている。円筒型回転子７には、図示しない回転子主軸（非磁性体）が挿入される。

【0010】

上述した通り、永久磁石３によって、ラジアル制御用固定子２では、回転子７から放射状に或いはその逆向きに永久磁石３によるバイアス磁束Ψ_bが発生しているため、回転子７は軸方向にＳ−Ｎ−Ｓ若しくはＮ−Ｓ−Ｎの３極に励磁される。
そのため、この励磁磁束にスラスト巻線５によるスラスト磁束Ψ_z、もしくはラジアル巻線１によるラジアル磁束Ψ_yを重畳することで、磁束の粗密を作り出し、スラスト力、もしくはラジアル力を発生することができる。

【0011】

図６（ａ）は、ラジアル方向の軸支持力（以下、ラジアル力と略記）の発生原理を示す。
図６（ａ）に示すように、永久磁石３によって、ラジアル制御用固定子２では、回転子７からラジアル制御用固定子２に向かって放射状にバイアス磁束Ψ_bが発生している。
このとき、ラジアル巻線Ｎ_yに直流電流（ラジアル電流）ｉ_yを流すと、２極のラジアル磁束Ψ_yが発生し、バイアス磁束Ψ_bとラジアル磁束Ψ_yの重ね合わせによって生じる磁束密度の不平衡によって、ｙ軸方向のラジアル力Ｆ_yが発生する。

【0012】

即ち、上方のティース２ａに巻回されたラジアル巻線Ｎ_yに図中に示す方向に直流電流ｉ_yを流したときに生じるラジアル磁束Ψ_yの方向は図中上向きであり、また、下方のティース２ａに巻回されたラジアル巻線Ｎ_yに図中に示す方向に直流電流ｉ_yを流したときに生じるラジアル磁束Ψ_yの方向も同様に図中上向きである。
従って、ラジアル制御用固定子２の上方のティース２ａと回転子７との間隙の間における磁束密度Ｂ₁は、バイアス磁束Ψ_bとラジアル磁束Ψ_yの和をその面積Ｓで割った値（Ψ_y＋Ψ_b）／Ｓとなるのに対し、ラジアル制御用固定子２の下方のティース２ａと回転子７との間隙の間における磁束密度Ｂ₂は、バイアス磁束Ψ_bとラジアル磁束Ψ_yの差をその間の面積Ｓで割った値（Ψ_y−Ψ_b）／Ｓとなる。
つまり、バイアス磁束Ψ_bとラジアル磁束Ψ_yの重ね合わせによって磁束密度Ｂ₁，Ｂ₂の不平衡（Ｂ₁＞Ｂ₂）が生じる。

【0013】

ここで、ラジアル制御用固定子２の上方のティース２ａから回転子７に作用する力Ｆ₁は、磁束密度Ｂ₁の二乗に比例し、ラジアル制御用固定子２の下方のティース２ａから回転子７に作用する力Ｆ₂は磁束密度Ｂ₂の二乗に比例する。そのため、回転子７には、図中上向きのラジアル力Ｆ_y（＝Ｆ₁−Ｆ₂）が作用する。
逆に、図６（ａ）に示す方向とは逆向きの直流電流ｉ_yをラジアル巻線Ｎ_yに流せば、回転子７には、図中下向きのラジアル力Ｆ_yが作用することになる。

【0014】

同様に、ｘ軸方向に対向する２つのティース２ｂ，２ｂに巻回されたラジアル巻線Ｎ_xに直流電流ｉ_xを流すことによって、２極のラジアル磁束Ψ_xが発生し、ｘ軸方向のラジアル力Ｆ_xを発生できる。

【0015】

なお、それぞれのラジアル巻線Ｎ_yに流す直流電流ｉ_yを０、もしくは相互に逆方向とすることにより、磁束密度Ｂ₁，Ｂ₂が平衡（Ｂ₁＝Ｂ₂）するので、回転子７に作用するｙ軸方向のラジアル力Ｆ_yは０となる。つまり、Ｆ_y＝Ｆ₁−Ｆ₂＝０であり、回転子７にはｙ軸方向のラジアル力Ｆ_yが作用しない。
また、同様にそれぞれのラジアル巻線Ｎ_xに流す直流電流ｉ_xを０、もしくは相互に逆方向とすることにより、回転子７にはｘ軸方向のラジアル力Ｆ_xが作用しない。

【0016】

一方、図６（ｂ）は、スラスト方向の軸支持力（以下、スラスト力と略記）の発生原理を示す。
永久磁石３によって、ラジアル制御用固定子２において放射状に発生したバイアス磁束Ψ_bは、スラスト制御用固定子４においては、コの字型固定子の先端部分、つまり、図中左側の円環状部分４ｂの先端部分からは回転子７に向かって図中右向きに方向を変える一方、図中右側の円環状部分４ｂの先端部分からは回転子７に向かって図中左向きに方向を変える。そして、回転子７において、軸方向両端側から中心に向かうそれぞれのバイアス磁束Ψ_bは、回転子７の中央部分からラジアル制御用回転子２に向かって半径方向外側（放射状）に方向を変える。

【0017】

このとき、スラスト巻線５に直流電流（スラスト電流）ｉ_zを流すと、図６（ｂ）に示すように、スラスト巻線５を取り囲むようにスラスト磁束Ψ_zが発生する。このスラスト磁束Ψ_zは、スラスト制御用固定子４の図中左側の円環状部分４ｂの先端部分から回転子７に向かって方向を変え、回転子７において軸方向右側に向かい、更に、回転子７から図中右側の円環状部分４ｂの先端部分に向かって方向を変える。
そのため、回転子７とスラスト制御用固定子４の間隙においては、バイアス磁束Ψ_bとスラスト磁束Ψ_zの重ね合わせによって生じる磁束密度の不平衡によって、上記と同様にＺ軸方向のスラストＦ_zが発生する。

【0018】

以上のことから、引用文献１の３軸能動制御型磁気軸受は、ラジアル方向２軸、スラスト方向１軸の計３軸方向に軸支持力を発生できる。
そして、これらの軸支持力を発生させるラジアル磁束やスラスト磁束は、磁気抵抗の大きな永久磁石を通過しないため、軸支持力が効果的に発生できるといった特性も備えている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0019】

【特許文献1】特開２０１１−８５２２３

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0020】

図５，６に示す従来の３軸能動制御型磁気軸受は、ラジアル方向２軸を制御するためのラジアル巻線１がラジアル制御用固定子２に巻かれ、ラジアル制御用固定子２の両端には永久磁石３が配置され、ラジアル制御用固定子２及び永久磁石３とスラスト巻線５との間に、接触を避けるために非磁性体のキャン６が配置されている。
この構造では、ラジアル方向に軸支持力が発生する時に、スラスト制御用固定子４側で生じる反力を薄い非磁性体のキャン６で受けることになる。
このため、ラジアル方向の軸支持力によって生じる反力に対して剛性が弱い構造となる問題がある。

【0021】

また、薄い非磁性体のキャン６は、ラジアル方向に動きやすいため、ラジアル制御用固定子２とスラスト制御用固定子４の軸中心が大きくずれ、回転子７を挿入する際に、ラジアル制御用固定子２もしくはスラスト制御用固定子４と回転子７が接触し、回転子７が挿入出来なくなる可能性がある。
従来の３軸能動制御型磁気軸受では、スラスト制御用固定子４の内部に、ラジアル巻線１が巻かれたラジアル制御用固定子２、永久磁石３及び非磁性のキャン６を挿入する際、スラスト制御用固定子４がコの字状であるため、斜めに挿入する必要があり、組立てが非常に困難であるという問題がある。

【課題を解決するための手段】

【0022】

上記課題を解決する本発明の請求項１に係る３軸能動制御型磁気軸受は、円筒型回転子に対してラジアル方向２軸及びスラスト方向１軸の計３軸方向に軸支持力を発生する３軸能動制御型磁気軸受であって、ラジアル巻線が巻回されたラジアル制御用固定子と、前記ラジアル制御用固定子に隣接して配置された永久磁石と、前記ラジアル制御用固定子及び前記永久磁石の半径方向外側に配置された円筒部分とを備えると共に、前記ラジアル制御用固定子及び前記永久磁石の軸方向両側にそれぞれ配置された円環状部分とを備えたスラスト制御用固定子と、前記スラスト制御用固定子と前記ラジアル制御用固定子との間において周方向に巻回されたスラスト巻線とからなり、前記ラジアル巻線に直流電流を流すことにより前記ラジアル制御用固定子において発生するラジアル磁束と、前記永久磁石によって前記回転子から前記ラジアル制御用固定子に向かって放射状に、或いは、その逆に前記ラジアル制御用固定子から前記回転子に向かって発生するバイアス磁束との重ね合わせによって生じる磁束密度の不平衡によって、前記回転子に対してラジアル方向２軸の軸支持力が発生し、また、前記スラスト巻線に直流電流を流すことより発生し、前記スラスト制御用固定子において何れか一方の円環状部分から前記回転子に向かって方向を変え、更に他方の前記円環状部分へ方向を変えるスラスト磁束と、前記永久磁石によって発生し、前記各円環状部分から前記回転子に向かって、或いは、その逆に前記回転子から前記各円環状部分に向かって方向をそれぞれ変えるバイアス磁束との重ね合わせによって生じる磁束密度の不平衡によって、前記回転子に対してスラスト方向１軸の軸支持力が発生する３軸能動制御型磁気軸受において、前記スラスト巻線は、軸方向に分割された二つの分割スラスト巻線よりなり、前記分割スラスト巻線の間を半径方向に延びる環状部分を有する非磁性体リングが設けられ、前記環状部分の最外周は前記スラスト制御用固定子の前記円筒部分に接触する一方、前記環状部分の最内周は前記ラジアル制御用固定子に接触することを特徴とする。

【0023】

上記課題を解決する本発明の請求項２に係る３軸能動制御型磁気軸受は、請求項１において、前記非磁性体リングは、前記分割スラスト巻線と前記ラジアル制御用固定子の間を双方の軸方向に延び、前記スラスト制御用固定子の前記円環状部分に各々接触する円筒部分を各々有することを特徴とする。

【0024】

上記課題を解決する本発明の請求項３に係る３軸能動制御型磁気軸受は、請求項１又は２において、前記スラスト制御用固定子の前記円筒部分には、前記非磁性体リングの前記環状部分との接触部に段差を設けたことを特徴とする。

【0025】

上記課題を解決する本発明の請求項４に係る３軸能動制御型磁気軸受は、請求項１，２又は３において、前記スラスト制御用固定子は、分割されていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0026】

本発明の請求項１に係る３軸能動制御型磁気軸受は、ラジアル方向に軸支持力が発生した際に生じるラジアル制御用固定子への反力を、非磁性体リングを介してスラスト制御用固定子で受けることができるため、ラジアル方向に生じる反力に対して強い構造となる。さらに、非磁性体リングがスラスト制御用固定子に接触しているため、ラジアル方向にずれることがなく、軸中心のずれを抑制することができ、回転子の挿入の際に、ラジアル制御用固定子及びスラスト制御用固定子に接触する恐れが少なくなり、組立性が向上する。

【0027】

本発明の請求項２に係る３軸能動制御型磁気軸受は、非磁性体リングがスラスト制御用固定子にラジアル方向だけでなく、スラスト方向に接触しているので、スラスト方向に生じる反力に対しても強い構造となる。

【0028】

本発明の請求項３に係る３軸能動制御型磁気軸受は、スラスト制御用固定子に、非磁性体リングとの接触部に段差を設けたので、非磁性体リングとスラスト制御用固定子を位置付けることが容易となり、組立性が向上する。

【0029】

本発明の請求項４に係る３軸能動制御型磁気軸受は、スラスト制御用固定子が分割されているので、スラスト制御用固定子の内部に配置するラジアル制御用固定子等を挿入し易くなり、組立性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】本発明の第１の実施例に係る３軸能動制御型磁気軸受の縦断面構造を示す斜視図である。

【図2】本発明の第２の実施例に係る３軸能動制御型磁気軸受の縦断面構造を示す斜視図である。

【図3】本発明の第３の実施例に係る３軸能動制御型磁気軸受の縦断面構造を示す斜視図である。

【図4】二つのラジアル磁気軸受と一つのスラスト磁気軸受を組み合わせた磁気軸受を用いた回転機の概念図である。

【図5】特許文献１に記載された３軸能動制御型磁気軸受の縦断面構造を示す斜視図である。

【図6】図６（ａ）は、特許文献１に記載された３軸能動制御型磁気軸受のラジアル力の発生原理を示す説明図、図６（ｂ）は、特許文献１に記載された３軸能動制御型磁気軸受のスラスト力の発生原理を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0031】

本発明の３軸能動制御型磁気軸受は、図５，図６に示す特許文献１の軸能動制御型磁気軸受と同様に、円筒型回転子に対してラジアル方向２軸及びスラスト方向１軸の計３軸方向に軸支持力を発生する３軸能動制御型磁気軸受である点では共通する。

【0032】

即ち、ラジアル巻線によりラジアル制御用固定子において各々の軸に対して同一方向に発生するラジアル磁束と、永久磁石によって回転子からラジアル制御用固定子に向かって放射状に、或いは、その逆に前記ラジアル制御用固定子から前記回転子に向かって発生するバイアス磁束との重ね合わせによって生じる磁束密度の不平衡によって、回転子に対してラジアル方向２軸の軸支持力が発生する。
また、スラスト巻線により発生し、スラスト制御用固定子において何れか一方の円環状部分から回転子に向かって方向を変え、更に他方の円環状部分へ方向を変えるスラスト磁束と、永久磁石によって発生し、各円環状部分から回転子の中央に向かって、或いは、その逆に回転子の中央から各円環状部分に向かって方向をそれぞれ変えるバイアス磁束との重ね合わせによって生じる磁束密度の不平衡によって、回転子に対してスラスト方向１軸の軸支持力が発生する。

【0033】

更に、本発明の３軸能動制御型磁気軸受は、スラスト巻線が軸方向に分割された二つの分割スラスト巻線を備え、分割スラスト巻線の間を半径方向に延びる環状部分を有する非磁性体リングを設けたものであり、この環状部分はスラスト制御用固定子の円筒部分に接触する一方、ラジアル制御用固定子に接触する。以下、図面に示す実施例を参照して詳細に説明する。

【実施例1】

【0034】

本発明の第１の実施例に係る円筒型回転子を備えた３軸能動制御型磁気軸受を図１に示す。図１中では、円筒型回転子を省略した。
本実施例は、図５，図６に示す特許文献１の軸能動制御型磁気軸受に比較し、ラジアル巻線１、ラジアル制御用固定子２、永久磁石３、スラスト制御用固定子４を使用する点では共通し、スラスト巻線５に代えて、軸方向に分割した２つの分割スラスト巻線５ａ，５ｂを使用するものであり、図示省略した回転子に対して、ラジアル方向２軸及びスラスト方向１軸の計３軸方向に軸支持力を発生する原理については同様である。

【0035】

特に、本実施例では、図５，図６に示す特許文献１の軸能動制御型磁気軸受で用いられていた非磁性体のキャン６に代えて、図１に示す非磁性体リング１６を用いる点に特徴がある。
この非磁性体リング１６は、２つ分割スラスト巻線５ａ，５ｂの間を半径方向に延びる環状部分１６ｃを有し、この環状部分１６ｃの最外周はスラスト制御用固定子４の円筒部分４ａの内径に接する形状となる一方、環状部分１６ｃの最内周はラジアル制御用固定子２及び永久磁石３の外周面に接触している。

【0036】

また、本実施例の非磁性体リング１６は、ラジアル制御用固定子２及び永久磁石３と分割スラスト巻線５ａ，５ｂとの間を双方の軸方向に延びる円筒部分１６ａ，１６ｂを有しているが、これら円筒部分１６ａ，１６ｂは、スラスト制御用固定子４の円環状部分４ｂ，４ｂには接していない。
この非磁性体リング１６を用いることによって、ラジアル方向に軸支持力が発生した際に生じるラジアル制御用固定子２への反力を、非磁性体リング１６を介してスラスト制御用固定子４で受けることができる。

【0037】

よって、本実施例では従来の構造よりも、ラジアル方向に生じる反力に対して強い構造となる。
さらに、非磁性体リング１６がスラスト制御用固定子４に接触しているため、ラジアル方向にずれることがなく、軸中心のずれを抑制することができる。
ここで、ラジアル軸支持力発生原理とスラスト制御用固定子４側に生じる反力に関して簡単に説明すると以下の通りである。

【0038】

即ち、永久磁石３の磁束に対してｙ軸正方向側の磁束が強め合い、ｙ軸負方向側の磁束が弱め合うようにラジアル巻線１に電流を流す。
すると、永久磁石３とラジアル巻線１の磁束が強め合うｙ軸正方向側では磁束が吸引力となり、磁束が弱め合うｙ軸負方向側では磁束が反発力となるため、ｙ軸正方向に回転子は引き付けられ、浮上する。

【0039】

回転子が浮上する場合、回転子側からみると、スラスト制御用固定子４側がｙ軸負方向側に引き付けられる。このため、回転子を浮上させる力によって、ラジアル制御用固定子２側では反力が発生する。

【0040】

このように説明したように、本実施例は、非磁性体リング１６を用いることによって、ラジアル方向に軸支持力が発生した際に生じるラジアル制御用固定子２への反力を、非磁性体リング１６を介してスラスト制御用固定子４で受けることができるため、ラジアル方向に生じる反力に対して強い構造となる。
さらに、非磁性体リング１６がスラスト制御用固定子４に接触しているため、ラジアル方向にずれることがなく、軸中心のずれを抑制することができ、回転子の挿入の際に、ラジアル制御用固定子２及びスラスト制御用固定子４に接触する恐れが少なくなり、組立性が向上する。

【実施例2】

【0041】

本発明の第２の実施例に係る円筒型回転子を備えた３軸能動制御型磁気軸受を図２に示す。図２中では、円筒型回転子を省略した。
本実施例では、第１の実施例に対して、非磁性体リング１６の円筒部分１６ａ，１６ｂを、双方の軸方向に更に延長させて、スラスト制御用固定子４の円環状部分４ｂ，４ｂに接する構成となっている。その他の構成については、第１の実施例と同様である。

【0042】

３軸能動制御型磁気軸受では、ラジアル方向に軸支持力を発生した時に生じるスラスト制御用固定子４へのラジアル方向の反力だけでなく、スラスト方向に軸支持力が発生した場合にも、スラスト制御用固定子４へはスラスト方向の反力が生じる。
そこで、本実施例では、スラスト制御用固定子４へのスラスト方向の反力に対して構造上強くするために、図２に示すように、ラジアル制御用固定子２と永久磁石３に接している非磁性体リング１６の円筒部分１６ａ，１６ｂをスラスト方向に延長し、スラスト制御用固定子４に接する構成とした。

【0043】

これにより、スラスト方向に生じる反力を、非磁性体リング１６を介して、スラスト制御用固定子４で受けることになる。
よって、本実施例では、スラスト方向に対する反力に対して強い構造となる。
さらに、非磁性体リング１６はラジアル方向とスラスト方向において、スラスト制御用固定子４と接触しているため、実施例１よりさらに軸中心のずれを抑制することができる。

【0044】

本実施例では、第１の実施例の効果に加え、非磁性体リング１６がスラスト制御用固定子４にラジアル方向だけでなく、スラスト方向に接触しているため、スラスト方向に生じる反力に対しても強い構造となる。
さらに、非磁性体リング１６がスラスト制御用固定子４に対して、スラスト方向とラジアル方向に接触しているため、非磁性体リング１６のずれを抑制することが出来るため、軸中心のずれを抑制することができ、回転子の挿入の際に、ラジアル制御用固定子２及びスラスト制御用固定子４に接触する恐れが少なくなり、組立性が向上する。

【実施例3】

【0045】

本発明の第３の実施例に係る円筒型回転子を備えた３軸能動制御型磁気軸受を図３に示す。図３中では、円筒型回転子を省略した。
本実施例は、第１の実施例に対して、スラスト制御用固定子４を、一方の円環状部分４ｂであるスラスト制御用固定子（蓋部分）１４と、他方の円環状部分４ｂ及び円筒部分４ａとからなるスラスト制御用固定子（箱部分）１５とに２分割可能としたものである。

【0046】

また、非磁性のキャン９が、ｚ軸負側の永久磁石３と分割スラスト巻線５ｂとの間に設けられ、非磁性のキャン１０が、ｚ軸正側の永久磁石３と非磁性体リング１６の円筒部分１６ａとの間に設けられ、非磁性のキャン１１が、スラスト制御用固定子（箱部分）１５とｚ軸負側の分割スラスト巻線５ｂとの間に設けられ、非磁性のキャン１２が、非磁性体リング１６の円筒部分１６ａとｚ軸正側の分割スラスト巻線５ａとの間に設けられる。

【0047】

更に、スラスト制御用固定子（箱部分）１５には、非磁性のキャン１１との接触部に段差１５ａが設けられ、さらに、非磁性体リング１６との接触部に段差１５ｂが設けられ、さらに、スラスト制御用固定子（蓋部分）１４との接触部に段差１５ｃが設けられている。
非磁性体リング１６には、ラジアル制御用固定子２との接触部に段差１６ｄが設けられ、さらに非磁性のキャン１２との接触部に段差１６ｅが設けられている。その他の点については、前述した第１の実施例と同様なものである。

【0048】

本実施例は、第１の実施例に比較して、スラスト制御用固定子（箱部分）１５には、非磁性のキャン１１との接触部に段差１５ａが設けられ、さらに、非磁性体リング１６との接触部に段差１５ｂが設けられ、さらに、スラスト制御用固定子（蓋部分）１４との接触部に段差１５ｃが設けられているため、スラスト制御用固定子（箱部分）１５に対して、非磁性のキャン１１、非磁性体リング１６、スラスト制御用固定子（蓋部分）１４を位置付けることが容易となるため、組立性が向上する。

【0049】

また、非磁性体リング１６には、ラジアル制御用固定子２との接触部に段差１６ｄが設けられ、さらに非磁性のキャン１２との接触部に段差１６ｅが設けられているため、磁気軸受の中心位置にラジアル制御用固定子２を配置することが容易となるため、ラジアル制御用固定子２とスラスト制御用固定子（箱部分）１５の軸中心のずれを抑制することが出来る。
また、実施例１と同様に、非磁性体リング１６がｙ方向にスラスト制御用固定子（箱部分）１５と接触しているため、ラジアル方向に生じる反力に対して強い構造となる。

【0050】

本実施例では、第１の実施例の効果に加え、さらに、スラスト制御用固定子（蓋部分）１４と、スラスト制御用固定子（箱部分）１５とが分割可能な構造なため、ラジアル制御用固定子２等、スラスト制御用固定子（箱部分）１５の内部に配置する物を挿入し易くなり、組立性が向上する。
さらに、各部品の接触部において、段差を設けたことにより、各部品の位置決めが容易となり、組立性が向上する。

【産業上の利用可能性】

【0051】

本発明の３軸能動制御型磁気軸受は、製造を容易にしつつ機械的強度が向上するため、広く産業上利用可能なものである。

【符号の説明】

【0052】

１ ラジアル巻線
２ ラジアル制御用固定子
３ 永久磁石
４ スラスト制御用固定子
４ａ 円筒部分
４ｂ 円環状部分
５ スラスト巻線
５ａ，５ｂ 分割スラスト巻線
６ キャン
７ 円筒型回転子
９，１０，１１，１２ 非磁性のキャン
１４ スラスト制御用固定子（蓋部分）
１５ スラスト制御用固定子（箱部分）
１６ 非磁性体リング
１６ａ，１６ｂ 円筒部分
１６ｃ 環状部分
１００ モータ
２００，３００ ラジアル磁気軸受
４００ スラスト磁気軸受
４１０ ディスク形回転子
５００ 回転子主軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】