JPH09303395A

JPH09303395A - 磁気軸受装置

Info

Publication number: JPH09303395A
Application number: JP11276296A
Authority: JP
Inventors: Hiromasa Fukuyama; 寛正福山; Takeshi Takizawa; 岳史滝澤
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1996-05-07
Filing date: 1996-05-07
Publication date: 1997-11-25

Abstract

(57)【要約】【目的】コスト高の原因となるセンサや制御回路を要
する事なく、回転体を非接触状態で回転支持可能な構造
を実現する。【構成】固定軸１等の第一部材に、永久磁石４とヨー
ク５、５と磁束絞り体６とを備えた磁気軸受ユニット本
体３を設ける。回転筒２等の第二部材に突出部７、７を
形成し、上記磁気軸受ユニット本体３とにより磁気閉回
路を構成する。第一、第二両部材同士が変位すると、上
記磁束絞り体６に渦電流が惹起され、この渦電流が変位
を阻止する方向の力を発生する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明に係る磁気軸受装置は、
各種実験装置等、超高速で回転する回転軸若しくはロー
タを非接触状態で回転支持する為に利用する。

【０００２】

【従来の技術】超高速で回転する回転軸若しくはロータ
等を支持する為には、一般的な転がり軸受では能力的に
不足する場合がある。この様な場合に使用する軸受とし
て、例えば特公平２−３２８６８号公報に記載された様
な制御型磁気軸受装置、或は特開昭５５−５７７１６号
公報に記載された様な受動型磁気軸受装置がある。この
うちの制御型磁気軸受装置は、複数の電磁石と変位セン
サとを使用し、回転体の変位に応じて各電磁石への通電
状態を制御する事により、この回転体を非接触状態で支
持する。又、受動型磁気軸受装置は、複数の永久磁石を
使用し、この永久磁石の吸引力若しくは反発力を利用す
る事により、回転体を非接触状態で支持する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】制御型磁気軸受装置
は、性能的には十分に満足できるものであるが、応答性
に優れた変位センサ及び制御器を必要とし、しかも電磁
石への通電に基づいて回転体の姿勢を制御する為、製造
コスト及びランニングコストが嵩む事が避けられない。
又、受動型磁気軸受装置は、Earnshowの定理によって、
単体では安定した非接触浮上状態を維持できない。従っ
て、他の軸受と併用する必要があり、結局軸受装置全体
として複雑で高価になる。本発明の磁気軸受装置は、こ
の様な事情に鑑みて発明したもので、コスト高の原因と
なる変位センサや制御器を必要とせず、しかも単体でも
安定した非接触浮上状態を維持できる構造を実現すべく
発明したものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の磁気軸受装置
は、互いに同心に配置され所定の回転中心の周囲で相対
回転する第一部材及び第二部材と、第一部材の一部で上
記回転中心をその中心とする円環状空間部分に固定され
た磁気軸受ユニット本体と、上記第二部材の一部でこの
磁気軸受ユニット本体の両端部に対向し、且つ、上記回
転中心をその中心とする円上部分に、上記第一部材に向
け突出する状態で固設された１対の突出部とを備える。
そして、上記磁気軸受ユニット本体は、少なくとも１個
の永久磁石と、この永久磁石の着磁方向に亙って互いに
直列に配置された、それぞれが強磁性材により造られ
た、少なくとも１個ずつのヨーク及び磁束絞り体とから
構成される。又、この磁気軸受ユニット本体の両端部
は、上記１対の突出部に向け突出する事により、これら
両突出部との間に軸受隙間を形成している。又、上記第
二部材のうち、少なくとも上記１対の突出部とこれら両
突出部同士の間部分は強磁性材により造られて、上記磁
気軸受ユニット本体と上記１対の突出部とを含んで磁気
閉回路が構成されるものとしている。更に、上記磁束絞
り体は、電気良導体製の薄膜を積層する事により構成さ
れている。

【０００５】尚、好ましくは、次の〜に示す様な構
成の１個又は複数個を採用する。上記第一部材の少なくとも一部で、上記磁気軸受ユ
ニット本体を装着した部分は、非磁性材製とする。磁束絞り体を構成する電気良導体製の薄膜を、円周
方向に亙って複数に分割する。上記第一部材と第二部材との間に、これら両部材同
士の相対回転が停止した状態で、これら第一、第二両部
材同士の中心軸同士を一致させる為の、初期芯出し補助
軸受を設ける。

【０００６】

【作用】上述の様に構成される本発明の磁気軸受装置
は、磁気軸受ユニット本体を構成する磁束絞り体に流れ
る渦電流によって、第一部材と第二部材との相対変位を
阻止する。即ち、これら第一部材と第二部材とが相対変
位しようとした場合には、第一部材に固定した磁気軸受
ユニット本体の両端部と第二部材に固設した１対の突出
部との間の軸受隙間の厚さ寸法が変化する。そして、こ
の変化により、上記磁気軸受ユニット本体と上記１対の
突出部とを含んで構成される磁気閉回路中の磁束密度が
変化する。この磁束密度の変化に対応して、磁束絞り体
を構成する電気良導体製の薄膜には、上記変化の時間微
分に比例する渦電流が流れる。上記磁束絞り体は電気良
導体製の薄膜を積層する事により造られている為、上記
渦電流は十分に強いものとなる。又、この渦電流は、上
記第一部材と第二部材との相対変位を阻止しようとする
方向に働く。従って、上記第一部材と第二部材とが、非
接触浮上状態に保持される。

【０００７】尚、上記第一部材の少なくとも一部で、上
記磁気軸受ユニット本体を装着した部分を非磁性材製と
すれば、永久磁石の着磁方向両端面同士の間を流れる磁
束が第一部材の内部を流れる事を防止して、上記磁気閉
回路を流れる磁束の密度を高くし、上記渦電流の強化に
役立つ。又、磁束絞り体を構成する電気良導体製の薄膜
を、円周方向に亙って複数に分割すれば、上記軸受隙間
の厚さ寸法が、円周方向に亙って不均一になる傾向とな
った場合に、上記渦電流がこの傾向を阻止する方向に作
用する。更に、上記第一部材と第二部材との間に、これ
ら両部材同士の相対回転が停止した状態で、これら第
一、第二両部材同士の中心軸同士を一致させる為の、初
期芯出し補助軸受を設ければ、停止時或は低速回転時に
これら両部材の中心軸同士を一致させる事ができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１〜２は、本発明の実施の形態
の第１例を示している。本例は、本発明をラジアル軸受
に適用したものである。第一部材である固定軸１は、
銅、アルミニウム合金等の非磁性材により造り、鉛直方
向に支持固定している。又、第二部材である回転筒２
は、鋼等の強磁性材により造り、上記固定軸１の中間部
周囲に、この固定軸１と同心に配置している。従って、
この固定軸１の中心軸が、上記回転筒２の回転中心とな
る。

【０００９】上記固定軸１の中間部外周面には、磁気軸
受ユニット本体３を外嵌固定している。従ってこの磁気
軸受ユニット本体３は、上記回転中心を中心とする円環
状空間（仮想空間）部分に固定されている。この様な磁
気軸受ユニット本体３は、上記固定軸１の軸方向（図１
の上下方向）に亙って着磁された１個の永久磁石４と、
この永久磁石４の着磁方向（図１の上下方向）に亙って
互いに直列に配置された、それぞれが軟鋼等の強磁性材
により造られた、１対のヨーク５、５及び磁束絞り体６
とから構成される。本例の場合に上記各ヨーク５、５
は、断面Ｌ字形で全体を円環状に形成している。これら
両ヨーク５、５は、それぞれの一部を直径方向外方に突
出させた状態で、上記永久磁石４の上下両側に配置して
いる。そして、一方（図１の上方）のヨーク５の下端面
を、上記永久磁石４の上端面に直接当接させている。
又、他方（図１の下方）のヨーク５の上端面と上記永久
磁石４の下端面との間に、上記磁束絞り体６を挟持して
いる。

【００１０】この磁束絞り体６は、図２に示す様に、そ
れぞれがアルミニウム、銅等の電気良導体により造られ
た多数枚の薄膜９、９を積層する事により構成してい
る。これら各薄膜９、９は、それぞれ円弧形に形成して
おり、円周方向に隣り合う薄膜９、９同士の間に隙間を
あけた状態で、円環状に配置している。又、積層方向に
隣り合う薄膜９、９は、その間に絶縁層を介在させて積
層されており、その位相は互いに同じとしている。従っ
て、円周方向に亙って隣り合う薄膜９、９同士は、互い
に絶縁されている。

【００１１】一方、上記回転筒２の内周面で、上記磁気
軸受ユニット本体３の両端部である、上記各ヨーク５、
５の突出部５ａ、５ａに対向する部分には、１対の突出
部７、７を、全周に亙って形成している。これら各突出
部７、７の上記内周面からの突出量は、全周に亙って変
化しない。従って上記各突出部７、７の内周縁は、上記
回転中心をその中心とする円上部分に、上記固定軸１に
向け突出する状態で固設されている。そして、上記磁気
軸受ユニット本体３の両端部である上記各ヨーク５、５
の突出部５ａ、５ａの外周縁と、上記１対の突出部７、
７の内周縁との間には、それぞれ軸受隙間８、８を、全
周に亙って形成している。上記１対の突出部７、７を形
成した回転筒２は強磁性材により造られている為、上記
磁気軸受ユニット本体３と上記１対の突出部７、７とを
含んで磁気閉回路が構成される。

【００１２】上述の様に構成される本例の磁気軸受装置
は、磁気軸受ユニット本体３を構成する磁束絞り体６に
流れる渦電流によって、固定軸１と回転筒２との相対変
位を阻止する。即ち、上記固定軸１に対して上記回転筒
２が、ラジアル方向に変位しようとした場合には、固定
軸１に固定した磁気軸受ユニット本体３の両端部に存在
する上下１対の突出部５ａ、５ａの外周縁と、回転筒２
の内周面に固設した上下１対の突出部７、７の内周縁と
の間の軸受隙間８、８の厚さ寸法が変化する。そして、
この変化により、上記磁気軸受ユニット本体３と上記１
対の突出部７、７とを含んで構成される磁気閉回路中の
磁束密度が変化する。

【００１３】この磁束密度の変化に対応して、磁束絞り
体６を構成する電気良導体製の薄膜９、９には、上記変
化の時間微分に比例する渦電流が流れる。上記磁束絞り
体６は電気良導体製の薄膜９、９を多数枚積層する事に
より造られている為、上記渦電流は十分に強いものとな
る。又、この渦電流は、上記回転筒２がラジアル方向に
変位するのを阻止しようとする方向に働く。従って、上
記固定軸１と回転筒２とが、非接触浮上状態に保持され
る。特に、図示の例では、上記磁束絞り体６を構成する
各薄膜９、９を、円周方向に亙って複数に分割している
ので、上記阻止しようとする力を十分に大きくできる。
即ち、上記回転筒２がラジアル方向に変位しようとする
場合には、上記各軸受隙間８、８の厚さ寸法が、円周方
向片側で大きくなってこの片側部分に対向する薄膜９、
９を流れる磁束の密度が低くなり、円周方向他側で小さ
くなってこの他側部分に対向する薄膜９、９を流れる磁
束の密度が高くなる。従って上記渦電流が、上記円周方
向片側では上記軸受隙間８、８を大きくする事に対する
抵抗力を発生させ、上記円周方向他側では同じく小さく
する事に対する抵抗を発生させる。この結果、上記阻止
しようとする力が十分に大きくなる。

【００１４】尚、本例の構造の場合には、上記回転筒２
がスラスト方向に変位する事は、前記各ヨーク５、５の
突出部５ａ、５ａと回転筒２内周面の突出部７、７との
間に作用する磁気吸引力によって防止される。

【００１５】次に、図３は、本発明の実施の形態の第２
例を示している。本例の場合には、磁気軸受ユニット本
体３ａを構成する上下１対のヨーク５、５同士の間に、
上下１対の永久磁石４、４を設けている。磁束絞り体６
は、これら両永久磁石４、４同士の間に挟持している。
その他の構成及び作用は、上述した第１例の場合と同様
である。

【００１６】次に、図４〜５は、本発明の実施の形態の
第３例を示している。本例は、本発明をスラスト軸受に
適用したものである。第一部材である固定軸１の中間部
外周面には、非磁性材製のフランジ１０を固設してい
る。このフランジ１０の片面（図４の下面）で、後述す
る回転板１１の回転中心となる上記固定軸１の中心軸を
その中心とする円環状空間（仮想空間）内には、磁気軸
受ユニット本体３ｂを固定している。本例の場合にこの
磁気軸受ユニット本体３ｂは、それぞれ１対ずつの永久
磁石１２ａ、１２ｂ及びヨーク１３ａ、１３ｂと、１個
の磁束絞り体１４とから構成される。このうち、１対の
永久磁石１２ａ、１２ｂは、それぞれが円環状に形成さ
れて上記固定軸１の軸方向（図４の上下方向）に着磁さ
れ、上記中心軸をその中心とする同心円上部分に配置さ
れている。又、上記１対のヨーク１３ａ、１３ｂは、そ
れぞれが円輪状に形成されて、上記中心軸をその中心と
する同心円上に配置されている。又、内径側のヨーク１
３ａの片面（図１の下面）内径寄り部分は内径側の永久
磁石１２ａの着磁方向一端面（図１の上端面）に、外径
側のヨーク１３ｂの片面外径寄り部分は外径側の永久磁
石１２ｂの着磁方向一端面に、それぞれ当接させてい
る。更に、上記磁束絞り体１４は、図５に示す様に、そ
れぞれが短冊形に造られた多数枚の薄膜９ａ、９ａを積
層する事により構成されている。これら各薄膜９ａ、９
ａは、円周方向に隣り合う薄膜９ａ、９ａ同士の間に隙
間をあけた状態で、円筒状に配置している。又、直径方
向に隣り合う薄膜９ａ、９ａは、その間に絶縁層を介在
させて積層されており、その位相は互いに同じとしてい
る。従って、円周方向に亙って隣り合う薄膜９ａ、９ａ
同士は互いに絶縁されている。

【００１７】一方、第二部材であり、軟鋼板等の強磁性
材により全体を円輪状に造られた回転板１１の片面（図
４の上面）で、上記磁気軸受ユニット本体３ｂの両端部
である上記各永久磁石１２ａ、１２ｂの着磁方向他端面
（図４の下端面）に対向する部分には、１対の突出部７
ａ、７ａを、上記中心軸をその中心とする同心円上に、
全周に亙って形成している。これら各突出部７ａ、７ａ
の上記片面からの突出量は、全周に亙って変化しない。
そして、上記各永久磁石１２ａ、１２ｂの着磁方向他端
面と上記１対の突出部７ａ、７ａの上端面との間に、そ
れぞれ軸受隙間８ａ、８ａを、全周に亙って形成してい
る。上記１対の突出部７ａ、７ａを形成した回転板１１
は強磁性材により造られている為、上記磁気軸受ユニッ
ト本体３ｂと上記１対の突出部７ａ、７ａとを含んで磁
気閉回路が構成される。

【００１８】上述の様に構成される本例の磁気軸受装置
も、前述した第１例の場合と同様に、磁気軸受ユニット
本体３ｂを構成する磁束絞り体１４に流れる渦電流によ
って、固定軸１と回転板１１との相対変位を阻止する。
即ち、上記固定軸１に対して上記回転板１１が、スラス
ト方向に変位しようとした場合には、フランジ１０に固
定した磁気軸受ユニット本体３ｂの両端部に存在する１
対の永久磁石１２ａ、１２ｂの着磁方向他端面と、回転
板１１の片面に固設した１対の突出部７ａ、７ａの内周
縁との間の軸受隙間８ａ、８ａの厚さ寸法が変化する。
そして、前述した第１例の場合と同様の作用により、上
記固定軸１と回転板１１とが、非接触浮上状態に保持さ
れる。

【００１９】又、本例の場合も、磁束絞り体１４を構成
する各薄膜９ａ、９ａを、円周方向に亙って複数に分割
しているので、上記回転板１１が前記中心軸に対して傾
斜する傾向となった場合に、これを阻止する力が作用す
る。即ち、上記回転板１１が傾斜する傾向になると、上
記各軸受隙間８ａ、８ａが、円周方向一部で大きくな
り、他部では小さくなる傾向となる。従って上記磁束絞
り体１４に流れる渦電流が、上記円周方向一部では上記
軸受隙間８ａ、８ａを大きくする事に対する抵抗力を発
生させ、上記他部では同じく小さくする事に対する抵抗
を発生させる。この結果、上記回転板１１が前記中心軸
に対して傾斜する事を防止する。

【００２０】次に、図６は、本発明の実施の形態の第４
例を示している。本例は、前述の図３に示した第２例の
構造を、スラスト軸受に適用したものである。即ち、本
例の場合には、磁気軸受ユニット本体３ｃを構成する内
径側と外径側との１対のヨーク１３ａ´、１３ｂ´同士
の間に、それぞれが直径方向に着磁された、内径側と外
径側との１対の永久磁石１２ａ´、１２ｂ´を設けてい
る。磁束絞り体１４は、これら両永久磁石１２ａ´、１
２ｂ´同士の間に挟持している。その他の構成及び作用
は、上述した第３例の場合と同様である。

【００２１】次に、図７は、本発明の実施の形態の第５
例を示している。本例は、前述した第１例の構造を改良
してスラスト方向に亙る変位を阻止する力を強化すると
共に、磁気軸受ユニット本体３´を、第一部材である非
磁性材製の固定ハウジング１５の内周面に固定し、突出
部７´、７´を、第二部材である強磁性材製の回転軸１
６の外周面に固設したものである。上記磁気軸受ユニッ
ト本体３´を構成する各ヨーク５´、５´の内周面には
複数の凹溝１７、１７を、上記各突出部７´、７´の外
周面には複数の凹溝１８、１８を、それぞれ形成する事
により、これら各周面部分の断面形状を凹凸形状として
いる。又、これら両周面同士は、互いの凸部同士で互い
に対向する様にしている。これら両周面の形状をこの様
にする事により、これら両周面同士の間の軸受隙間８、
８に存在する磁束の密度を部分的に高めて、これら両周
面同士の間に作用する磁気吸引力を高め、上記回転軸１
６がスラスト方向に変位する事を阻止する力を大きくし
ている。

【００２２】次に、図８は、本発明の実施の形態の第６
例を示している。本例は、前述した第３例の構造を改良
して、ラジアル方向に亙る変位を阻止する力を強化する
と共に、磁気軸受ユニット本体３ｂ´を、第一部材であ
る非磁性材製の固定ハウジング１５ａの片面（図８の上
面）に、突出部７ａ´、７ａ´を、第二部材である回転
軸１６の外周面に固設した、強磁性材製のフランジ１０
ａの片面（図８の下面）に、それぞれ固設したものであ
る。上記磁気軸受ユニット本体３ｂ´を構成する各補助
ヨーク１９ａ、１９ｂの先端面には複数の凹溝２０、２
０を、上記各突出部７ａ´、７ａ´の先端面には複数の
凹溝２１、２１を、それぞれ形成する事により、これら
各先端面部分の断面形状を凹凸形状としている。又、こ
れら両先端面同士は、互いの凸部同士で互いに対向する
様にしている。これら両先端面の形状をこの様にする事
により、これら両先端面同士の間の軸受隙間８ａ、８ａ
に存在する磁束の密度を部分的に高めて、これら両先端
面同士の間に作用する磁気吸引力を高め、上記回転軸１
６がラジアル方向に変位する事を阻止する力を大きくし
ている。又、本例の場合には、上記磁気軸受ユニット本
体３ｂ´を構成するヨーク１３ａ´、１３ｂ´の形状を
工夫する事により、磁束絞り体１４の面積を増大させ、
この磁束絞り体１４に発生する渦電流に基づく、スラス
ト方向の変位を阻止する力も増大させている。

【００２３】次に、図９〜１０は、本発明の実施の形態
の第７例を示している。本例は、第一部材であるハウジ
ング２３と第二部材である回転軸１６の一端部（図９〜
１０の上端部）との間に、この回転軸１６を回転駆動す
る為の電動モータ２２を設けると共に、上記ハウジング
２３と回転軸１６との間に、初期芯出し補助軸受２４を
設けたものである。本発明の対象である磁気軸受は、上
記ハウジング２３の天板２５の下面と回転軸１６の上端
部外周面に固設されたフランジ１０の上面との間に、前
記図６に示した第４例の構造を上下逆にしたスラスト型
磁気軸受を設けている。又、ハウジング２３の中間部内
周面と上記回転軸１６の中間部外周面との間には、前記
図３に示した第２例の構造を、直径方向内外を逆にした
ラジアル型磁気軸受を設けている。これら各磁気軸受の
構造及び作用は、前述した第４、２例の構造と同様であ
るから、対応する部分には同一符号を付して重複する説
明を省略する。尚、上記ハウジング２３の少なくとも一
部で、上記各磁気軸受を装着する部分は、好ましくは非
磁性材により覆う。

【００２４】又、上記電動モータ２２は、上記天板２５
の下面中央部に垂下された円柱部２６に外嵌固定された
ステータ２７と、上記回転軸１６の上端面に固設された
円筒部２８に内嵌固定されたロータ２９とから構成され
ている。上記回転軸１６を回転駆動するには、上記ステ
ータ２７に通電する。

【００２５】更に、上記初期芯出し用補助軸受２４は、
上記回転軸１６の回転が停止した状態で、この回転軸１
６と上記ハウジング２３との中心軸同士を一致させる為
のもので、上部ピボット３０と下部ピボット３１とから
構成される。このうちの上部ピボット３０は、上記円柱
部２６の下端面中央部に形成された上側球状凹部３２
と、上記回転軸１６の上端面に形成された上側球状凸部
３３とから構成される。上記回転軸１６の上昇に伴って
これら上側球状凹部３２と上側球状凸部３３とが嵌合す
ると、上記回転軸１６の上端部と上記ハウジング２３と
の芯出しが行なわれる。

【００２６】又、上記下部ピボット３１は、上記回転軸
１６の下端面中央部に形成された下側球状凸部３４と、
上記ハウジング２３の下部に昇降自在に嵌装された芯出
し板３５の上面中央部に形成された下側球状凹部３６と
から構成される。この芯出し板３５には、ばね３７、３
７により下方に向いた弾力を付与している。又、この芯
出し板３５の上面外周寄り部分には電磁石３８を設け、
この電磁石３８を、上記ハウジング２３の内側に形成し
た段部３９の下面に対向させている。この段部３９の下
面は、磁性材により覆っている。通電時にこの電磁石３
８が発生する磁気吸引力は、上記芯出し板３５の重量と
上記各ばね３７、３７の弾力と上記回転軸１６及びフラ
ンジ１０の重量との合計に十分に打ち勝つものとしてい
る。従って、上記電磁石３８への通電に伴って上記芯出
し板３５を上昇させると、上記下側球状凹部３６と下側
球状凸部３４とが嵌合して、上記回転軸１６の下端部と
上記ハウジング２３との芯出しが行なわれる。この状態
から更に上記芯出し板３５を上昇させると、上記上部ピ
ボット３０により、上記回転軸１６の上端部と上記ハウ
ジング２３との芯出しが行なわれる。

【００２７】上述の様に構成される本例の構造を運転す
る際には、先ず、上記電磁石３８に通電する事により、
上記回転軸１６の上下両端部とハウジング２３との芯出
しを行なう。そして、この状態で前記電動モータ２２の
ステータ２７に通電する事により、上記回転軸１６を回
転駆動した後、上記電磁石３８への通電を停止する。こ
の結果上記芯出し板３５が、自らの重量と上記各ばね３
７、３７の弾力とにより下降する。この状態で上記回転
軸１６は、前記スラスト型磁気軸受とラジアル型磁気軸
受とにより上記ハウジング２３の内側に、非接触状態で
支持される。

【００２８】本例の場合は、上述の様な構成により、上
記回転軸１６の変位が速い場合（交流的変位の場合）だ
けでなく、この回転軸１６の変位が遅い場合（直流的変
位の場合）にも、この回転軸１６の変位に対する復元力
を生じさせる事ができる。即ち、前記図１、３、７に示
した様なラジアル磁気軸受を単独で設けた場合や、図
４、６、８に示した様なスラスト磁気軸受を単独で設け
た場合には、交流的変位に対しては復元力を生じるが、
特定方向の直流的変位に対しては復元力が生じない。即
ち、上記図１、３、７に示した構造の場合には、スラス
ト方向の直流的変位に対しては復元力が発生するが、ラ
ジアル方向の直流的変位に対しては復元力が発生しな
い。又、図４、６、８に示した構造の場合には、ラジア
ル方向の直流的変位に対しては復元力が発生するが、ス
ラスト方向の直流的変位に対しては復元力が発生しな
い。

【００２９】これに対して、図９〜１０に示した第７例
の場合には、ラジアル方向に亙る直流的変位に対して
は、スラスト磁気軸受を構成するヨーク１３ａ′、１３
ｂ′と突出部７ａ、７ａとの間に作用する磁気吸引力に
より、スラスト方向に亙る直流的変位に対しては、ラジ
アル磁気軸受を構成するヨーク５、５の突出部５ａ、５
ａと突出部７、７との間に作用する磁気吸引力により、
それぞれ復元力が発生する。従って図９〜１０に示した
構造によれば、他の軸受と併用する事なく、回転軸１６
を非接触状態で回転自在に支持できる。

【００３０】次に、図１１は、本発明の実施の形態の第
８例を示している。本例は、前記図６に示したスラスト
磁気軸受と、超電導磁気軸受４０とを組み合わせる事に
より、第二部材である回転板１１ａを非接触状態で回転
自在に支持するものである。上記超電導磁気軸受４０を
構成する為にハウジング２３ａの底面中央部に形成し
た、円柱状の凸部４１の外周面及び上端面には、超電導
体４２を固定している。この凸部４１には冷却ジャケッ
ト（図示省略）を設けて、上記超電導体４２を冷却自在
としている。又、上記回転板１１ａの下面には、この回
転板１１ａの回転中心と同心の円筒部４３を形成してい
る。そして、この円筒部４３の内側に、それぞれが軸方
向（図１１の上下方向）に亙って着磁された円環状の永
久磁石４４、４４を、同極同士を互いに対向させた状態
で内嵌固定している。

【００３１】又、上記回転板１１ａの下面中央部で上記
円筒部４３に囲まれた部分には、それぞれが軸方向に亙
って着磁された円板状の永久磁石４５と環状の永久磁石
４６とを、互いに同心に、且つ着磁方向を互いに逆にし
て支持している。これら各永久磁石４４〜４６は、それ
ぞれの内周面若しくは下面を、上記超電導体４２の外周
面若しくは上面に対向させている。尚、上記回転板１１
ａの一部及び円筒部４３で、上記各永久磁石４４〜４６
を設置した部分は非磁性材製として、上記各永久磁石４
４〜４６から出た磁束が上記超電導体４２側に導かれる
様にしている。又、上記円板状の永久磁石４５及び環状
の永久磁石４６の上面は、強磁性材製のバックヨーク４
７の下面に当接させて、上記超電導体４２側に出る磁束
の強度を高める様にしている。

【００３２】上述の様に構成される超電導磁気軸受４０
は、上記各永久磁石４４〜４６から出た磁束が上記超電
導体４２にピン止めする事により、これら各永久磁石４
４〜４６と超電導体４２との距離を一定に保とうとする
力を発生する。回転板１１ａの上面とハウジング２３ａ
を構成する天板２５の下面との間に設けたスラスト磁気
軸受は、上記超電導磁気軸受４０との共働により、十分
な軸受剛性を確保する役目を果たす。尚、図１１に示し
た例では、上記超電導磁気軸受４０として、ラジアル、
スラスト、両方向の軸受構造を有するものを示してい
る。但し、超電導磁気軸受は、超電導体のピン止め力に
より、（構造により剛性の相違はあるが）ラジアル、ス
ラスト両方向の復元力を発揮する為、使用条件によって
は、何れか一方の軸受構造のみを有するものを使用する
事もできる。

【００３３】

【発明の効果】本発明の磁気軸受装置は、以上に述べた
通り構成され作用するので、コスト高の原因となる変位
センサや制御器を必要とせず、しかも単体で安定した非
接触浮上状態を維持できる構造を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の第１例を示す、部分切断
側面図。

【図２】第１例に組み込む磁束絞り体の斜視図。

【図３】本発明の実施の形態の第２例を示す、部分切断
側面図。

【図４】同第３例を示す、部分切断側面図。

【図５】第３例に組み込む磁束絞り体の斜視図。

【図６】本発明の実施の形態の第４例を示す、部分切断
側面図。

【図７】同第５例を示す、部分切断側面図。

【図８】同第６例を示す、部分切断側面図。

【図９】同第７例を、初期芯出し補助軸受の作動状態で
示す断面図。

【図１０】同じく初期芯出し補助軸受の非作動状態で示
す断面図。

【図１１】本発明の実施の形態の第８例を示す断面図。

【符号の説明】

１固定軸２回転軸３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ａ′ 磁気軸受ユニット本体４永久磁石５、５′ ヨーク５ａ突出部６磁束絞り体７、７ａ、７′、７ａ′ 突出部８、８ａ軸受隙間９、９ａ薄膜１０、１０ａフランジ１１、１１ａ回転板１２ａ、１２ｂ、１２ａ′、１２ｂ′ 永久磁石１３ａ、１３ｂ、１３ａ′、１３ｂ′ ヨーク１４磁束絞り体１５、１５ａ固定ハウジング１６回転軸１７、１８凹溝１９ａ、１９ｂ補助ヨーク２０、２１凹溝２２電動モータ２３、２３ａハウジング２４初期芯出し補助軸受２５天板２６円柱部２７ステータ２８円筒部２９ロータ３０上部ピボット３１下部ピボット３２上側球状凹部３３上側球状凸部３４下側球状凸部３５芯出し板３６下側球状凹部３７ばね３８電磁石３９段部４０超電導磁気軸受４１凸部４２超電導体４３円筒部４４、４５、４６永久磁石４７バックヨーク

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】互いに同心に配置され所定の回転中心の
周囲で相対回転する第一部材及び第二部材と、第一部材
の一部で上記回転中心をその中心とする円環状空間部分
に固定された磁気軸受ユニット本体と、上記第二部材の
一部でこの磁気軸受ユニット本体の両端部に対向し、且
つ、上記回転中心をその中心とする円上部分に、上記第
一部材に向け突出する状態で固設された１対の突出部と
を備え、上記磁気軸受ユニット本体は、少なくとも１個
の永久磁石と、この永久磁石の着磁方向に亙って互いに
直列に配置された、それぞれが強磁性材により造られ
た、少なくとも１個ずつのヨーク及び磁束絞り体とから
成り、その両端部は上記１対の突出部に向け突出する事
により、これら両突出部との間に軸受隙間を形成してお
り、上記第二部材のうち、少なくとも上記１対の突出部
とこれら両突出部同士の間部分は強磁性材により造られ
て、上記磁気軸受ユニット本体と上記１対の突出部とを
含んで磁気閉回路が構成されるものとしており、上記磁
束絞り体は、電気良導体製の薄膜を積層する事により構
成されている磁気軸受装置。