(57)【要約】【課題】充分なバイアス磁束が得られ、制御性に優れ、より一層の小型化、軽量化及び低消費電力化が図れるアキシャル磁気軸受を提供する。【解決手段】アキシャル磁気軸受は、ステータ１０と、ステータ１０に磁気力によって非接触状態で支持されて回転するロータ２０とを有する。ロータ２０は、径方向に着磁された環状のバイアス用永久磁石２４を有する。磁束収束用永久磁石２５は、バイアス用永久磁石２４の外周面に装着されると共に外周面に周方向に延びるＶ溝２６を有する。磁束収束用永久磁石２５は、Ｖ溝２６の両側がバイアス用永久磁石２４の外周面に現れる極性と同一極性となるように軸方向に着磁されてＶ溝２６の近傍に磁束集中部を形成する。ステータ１０は、Ｖ溝２６と対向するヨーク１２及びヨーク１２に巻回された制御用巻線１３を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータと、このステータに磁気力によって非接触状態で支持されて回転するロータとを有しロータの軸方向の位置制御を行うアキシャル磁気軸受において、
前ロータは、
ロータ本体と、
このロータ本体に装着されて前記ロータの径方向に着磁された環状のバイアス用永久磁石と、
このバイアス用永久磁石の外周面に装着されると共に外周面側に周方向に延びる溝を有し、この溝の両側が前記バイアス用永久磁石の外周面に現れる極性と同一極性となるように軸方向に着磁されて前記溝の近傍に磁束集中部を形成する環状の磁束収束用永久磁石と
を有し、
前記ステータは、
前記溝と所定のギャップを介して対向する先端部を有するヨークと、
このヨークに巻回された制御用巻線と
を有する
ことを特徴とするアキシャル磁気軸受。
【請求項２】
前記バイアス用永久磁石は、前記ロータの軸方向の一方の側の外周面を第1極性、他方の側の外周面を第２極性として径方向に着磁され、
前記磁束収束用永久磁石は、前記バイアス用永久磁石の第１極性の部分と第２極性の部分にそれぞれ前記溝としてＶ溝を有し、前記第１極性の部分に配置されたＶ溝の両側はそれぞれ第１極性、前記第２極性の部分に配置されたＶ溝の両側はそれぞれ第２極性となるように軸方向に着磁されたものであり、
前記ステータのヨークは、前記Ｖ溝に対向する部分にそれぞれ周方向に延びる溝を形成した断面Ｅ字型の磁性体からなり、
前記ステータの制御用巻線は、前記ヨークの溝に収容されている
ことを特徴とする請求項１記載のアキシャル磁気軸受。
【請求項３】
前記ロータ本体と前記バイアス用永久磁石との間に環状の磁性体からなるバックヨークを設けたことを特徴とする請求項１又は２記載のアキシャル磁気軸受。
【請求項４】
前記ステータは、前記ロータの周囲に配置された複数のステータユニットにより構成され、
前記各ステータユニットは、軸方向と直交する方向に積層された積層鋼板からなるヨークを有する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載のアキシャル磁気軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気力によってロータを非接触状態で軸方向に支持しロータの軸方向の位置制御を可能とするアキシャル磁気軸受に関し、特に永久磁石によるバイアス磁束を用いて電磁石の消費電力を低減させるようにしたハイブリッド型のアキシャル磁気軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的なアキシャル磁気軸受は、スラスト磁気軸受とも呼ばれ、ロータの一部に外径の大きなディスクを設け、その両側にステータを設ける構造が多い。ロータディスクの外側に円形の吸引力を発揮させる電磁石を設けたステータホルダを配置し、両側の吸引力を制御することでアキシャル方向の制御力を発生させる。このような従来型のアキシャル磁気軸受は、製作及び組立が困難で、ステータを分解しないとロータを取り外すことができないため、メンテナンスも困難であるという問題がある。これらの問題を解決するために、ロータの最大径がステータの最大径よりも小さく、ロータを軸方向に抜くことができる方式が幾つか提案されている（特許文献１、特許文献２等）。
【特許文献１】特開平１１−１０１２３５号公報（段落０００９〜００１１、図１３）
【特許文献２】特開平０８−２３２９５５号公報（段落００２５〜００２７、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の上述したアキシャル磁気軸受は、アキシャル方向力が小さく、充分大きな制御力を得ることが困難であるため、電力消費量も大きいという問題がある。
【０００４】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、充分なバイアス磁束が得られ、制御性に優れ、より一層の小型化、軽量化及び低消費電力化が図れるハイブリッド型のアキシャル磁気軸受を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係るアキシャル磁気軸受は、ステータと、このステータに磁気力によって非接触状態で支持されて回転するロータとを有しロータの軸方向の位置制御を行うアキシャル磁気軸受において、前ロータが、ロータ本体と、このロータ本体に装着されて前記ロータの径方向に着磁された環状のバイアス用永久磁石と、このバイアス用永久磁石の外周面に装着されると共に外周面側に周方向に延びる溝を有し、この溝の両側が前記バイアス用永久磁石の外周面に現れる極性と同一極性となるように軸方向に着磁されて前記溝の近傍に磁束集中部を形成する環状の磁束収束用永久磁石とを有し、前記ステータが、前記溝と所定のギャップを介して対向する先端部を有するヨークと、このヨークに巻回された制御用巻線とを有することを特徴とする。
【０００６】
本発明の一つの実施形態では、前記バイアス用永久磁石は、前記ロータの軸方向の一方の側の外周面を第1極性、他方の側の外周面を第２極性として径方向に着磁され、前記磁束収束用永久磁石は、前記バイアス用永久磁石の第１極性の部分と第２極性の部分にそれぞれ前記溝としてＶ溝を有し、前記第１極性の部分に配置されたＶ溝の両側はそれぞれ第１極性、前記第２極性の部分に配置されたＶ溝の両側はそれぞれ第２極性となるように軸方向に着磁されたものであり、前記ステータのヨークは、前記Ｖ溝に対向する部分にそれぞれ周方向に延びる溝を形成した断面Ｅ字型の磁性体からなり、前記ステータの制御用巻線は、前記ヨークの溝に収容されていることを特徴とする。
【０００７】
本発明の他の実施形態では、前記ロータ本体と前記バイアス用永久磁石との間に環状の磁性体からなるバックヨークを設けたことを特徴とする。
【０００８】
本発明の更に他の実施形態では、前記ステータは、前記ロータの周囲に配置された複数のステータユニットにより構成され、前記各ステータユニットは、軸方向と直交する方向に積層された積層鋼板からなるヨークを有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、バイアス用永久磁石の外周面に磁束収束用永久磁石を装着し、この磁束収束用永久磁石の外周面側に周方向に延びる溝を形成すると共に、この溝の両側がバイアス用永久磁石の外周面に現れる極性と同一極性となるように磁束収束用永久磁石を軸方向に着磁しているので、溝の近傍に磁束集中部を形成することができ、この磁束集中部をステータ側のヨークと結合することにより、アキシャル方向の支持力を充分大きくすることができ、大きな制御力を得ることができる。
【００１０】
また、本発明によれば、バイアス磁束の磁束密度を高められるので、制御コイルに大きな支持力を担わせる必要が無く、その結果、電力消費量も削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、添付の図面を参照して、この発明の好ましい実施の形態を説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るアキシャル磁気軸受の構成を示す断面図、図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。
【００１２】
このアキシャル磁気軸受は、外側に配置されたステータ１０と、このステータ１０の内側に配置されたロータ２０とを有する。
【００１３】
ステータ１０は、この例では、ロータ２０の外周に周方向に配置された８個のステータユニット１１により構成されている。各ステータユニット１１は、磁性体で形成されたヨーク１２と、このヨーク１２に巻回された制御用巻線１３とを有する。ヨーク１２は、高周波性能を高めるために横方向に積層された積層鋼板により形成されている。ヨーク１２は、ロータ２０との対向面がロータ２０と所定のギャップＧ１を介して対向するように円弧状に形成され、その対向面の軸方向２箇所に周方向に延びる溝１４ａ，１４ｂが形成されることにより断面がＥ字状に形成されている。つまり、軸方向に３つの突極が形成される。溝１４のロータ２０側端部は、それぞれ内側に張り出してギャップＧ２を介して対向している。そして、ヨーク１２の真ん中の突極に制御用巻線１３が巻回されている。
【００１４】
一方、ロータ２０は、ロータ本体２１と、このロータ本体２１の外周に形成された溝２２に内周側から順に同軸的に取り付けられた環状のバックヨーク２３、バイアス用永久磁石２４及び磁束収束用永久磁石２５を備えて構成されている。バックヨーク２３は、高磁性体からなる。バイアス用永久磁石２４は、バックヨーク２３の外周面の軸方向の一方の側と他方の側とに２分されており、更に組立の容易性を考慮して周方向に４分割されている。軸方向の一方の側のバイアス用永久磁石２４ａは外周面側をＮ極とし、軸方向の他方の側のバイアス用永久磁石２４ｂは外周面側をＳ極とするようにそれぞれ径方向に着磁されている。
【００１５】
磁束収束用永久磁石２５は、バイアス用永久磁石２４ａ，２４ｂの各中央部分にそれぞれＶ溝２６ａ，２６ｂが形成されるように軸方向に３分割されており、バイアス用永久磁石２４ａの部分に配置されたＶ溝２６aの両側はそれぞれＮ極、バイアス用永久磁石２４ｂの部分に配置されたＶ溝２６ｂの両側はそれぞれＳ極となるように軸方向に着磁されている。そして、このＶ溝２６ａ，２６ｂが、ステータ１０のヨーク１２のギャップ部Ｇ２と対向するように構成されている。なお、Ｖ溝２６ａ，２６ｂの代わりに、矩形状の溝、その他の形状の溝を用いても良い。
【００１６】
このようなアキシャル磁気軸受によれば、図３（ａ）に実線矢印で示すように、バイアス用永久磁石２４によって生成されるバイアス磁束が、磁束収束用永久磁石２５によってＶ溝２６ａ，２６ｂの付近に収束させられ、この部分に極めて高い密度の磁束が形成される。この磁束は、Ｖ溝２６ａ，２６ｂの部分とステータ１０側のヨーク１２の軸方向両側の先端との間に強力な磁気吸引力を発生させる。この状態で、ヨーク１２の中央の突極に巻回された制御用巻線１３に同図（ａ）に示すような制御電流を流すと、図中点線矢印で示すような方向の制御磁束が生成され、図中左側の突極では磁束は強められ、図中右側の突極では磁束は弱められる。これにより、左側の突極とＶ溝２６ａとの磁気吸引力が、右側の突極とＶ溝２６ｂとの磁気吸引力に勝り、ロータ２０は、図中白抜き矢印で示すように、左側（Ｌ方向）に移動する。
【００１７】
一方、ヨーク１２の中央の突極に巻回された制御用巻線１３に同図（ｂ）に示すような向きの制御電流を流すと、同図（ａ）とは逆向きの図中点線矢印で示すような方向の制御磁束が生成され、図中左側の突極では磁束は弱められ、図中右側の突極では磁束は強められる。これにより、右側の突極とＶ溝２６ｂとの磁気吸引力が、左側の突極とＶ溝２６ａとの磁気吸引力に勝り、ロータ２０は、図中白抜き矢印で示すように、右側（Ｒ方向）に移動する。
【００１８】
このように、本実施形態のアキシャル磁気軸受によれば、磁束収束用永久磁石２５の存在によって、Ｖ溝２６ａ，２６ｂ付近に、例えば２Ｔ程度の極めて高いバイアス磁束を得ることができ、１００Ｎ程度のアキシャル方向の支持力が得られるという効果を奏する。
【００１９】
なお、上記実施形態では、８つのステータユニット１１をロータ２０の周囲に配置する構成を採用したが、ステータユニット１１の数をいくつにするかは、磁気軸受の大きさやギャップ等に応じて適宜決定すれば良い。このように、ステータ１０を分割構造とすると、ヨーク１２を積層鋼板で製作することができるので、高周波性能を向上させることができる。
【００２０】
しかしながら、ステータ１１は、分割構造としなくても構成可能である。
図４は、そのような本発明の第２の実施形態に係るアキシャル磁気軸受の構成を示す断面図である。この実施形態では、ステータ３０が、環状のヨーク３１により構成されている。ヨーク３１の断面は、先の実施形態と同様にＥ字型である。制御用巻線３２は、ヨーク３１の２つの溝にそれぞれ周方向に巻回されている。両方の巻線に互いに異なる方向の電流を流すことにより、先の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００２１】
本実施形態によれば、ステータ３０の構成を更に簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るアキシャル磁気軸受の断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】同実施形態の作用を説明するための要部を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るアキシャル磁気軸受の断面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１０，３０…ステータ、１１…ステータユニット、１２，３１…ヨーク、１３，３２…制御用巻線、２０…ロータ、２１…ロータ本体、２３…バックヨーク、２４…バイアス用永久磁石、２５…磁束収束用永久磁石、２６ａ，２６ｂ…Ｖ溝。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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