(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータを複数のステータによって磁気保持し、前記ロータに対向するように設けられたセンサを含む磁気軸受であって、
それぞれ前記複数のステータに対応して設けられ、各々が、対応のステータに巻回されるコイル材としてセラミックス被覆電線が用いられた複数の電磁石コイルと、
各電磁石コイルに対応して設けられ、対応の電磁石コイルと対応のステータとを絶縁するためにバイアス折りされて対応の電磁石コイルに巻付けられたアルミナ繊維織布と、
前記複数のステータを前記ロータの周囲に固定するリング状のステータ押さえと、
前記複数の電磁石コイルを所定位置に固定する固定部材とを備え、
各ステータは、その先端面が前記ロータに対向するように設けられ、その基端部が前記ステータ押さえに固定された電磁継鉄と、該電磁継鉄の表面に無機接着剤を塗布して焼成することにより形成されたセラミックス被膜とを含み、
前記固定部材は、各隣接する２つのステータの先端部の側面の間に挿入され、前記アルミナ繊維織布が巻付けられた前記電磁石コイルを前記ステータ押さえ側に押付けるためのクサビと、前記アルミナ繊維織布が巻付けられた前記電磁石コイルを前記ロータの軸方向に沿って対応のステータの側面に押付けるコイル押さえとを含み、
前記センサは、その端面が前記ロータに対向するアルミナセラミックスからなる柱状部を含み、その側面の周囲に沿ってセンサコイルを巻付けることにより渦電流式センサを構成し、かつ、前記アルミナセラミックスに金属製のねじ部がロウ付けされていることを特徴とする、磁気軸受。
【請求項２】
前記センサは、前記柱状部の側面の周囲に沿って形成されたねじ溝に前記センサコイルが巻付けられた渦電流式センサを含む、請求項１に記載の磁気軸受。
【請求項３】
前記センサは、前記柱状部の側面の周囲に沿って形成された凹部に前記センサコイルが巻付けられた渦電流式センサを含む、請求項１に記載の磁気軸受。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、磁気軸受に関し、特に、高温、放射線下のような特殊な環境でも使用可能な磁気軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の磁気軸受は、ステータに電磁継鉄、電磁石コイルに絶縁被膜の付いたエナメル線が使用されている。
【０００３】
ステータと電磁石コイル間には有機材料からなる絶縁シートが挿入されている。したがって、ステータと電磁石コイル間の絶縁が図られている。電磁石コイルの固定と電磁石コイルの発生した熱をステータに伝導しコイルを冷却するために、電磁石コイルがステータとともにモールドされている。
【０００４】
電磁石コイルの引出線およびセンサからの引出線も通常のシールドケーブルが使用されている。電磁石コイルの接続およびセンサの接続ははんだ付けが使用されている。また、渦電流センサとしては、シート状のコイルやエナメル線がベーク材等でコイル状に巻付けられたものが使用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、エナメル線に施されている絶縁材料（有機材料）の耐熱温度はＨ種が使用されても、１８０℃〜２００℃が限界である。したがって、高温下で使用された場合には、電線の絶縁材が劣化し、隣接する電線同士が短絡状態になってしまう。そのため、コイルとしての機能が果たされないという問題があった。
【０００６】
また、モールド材として使用される樹脂やワニス絶縁材についても、耐熱温度が低い。したがって、高温中や放射線中での使用においては、材料の劣化が起こり、モールド材の使用が不可能となるという問題があった。
【０００７】
さらに、絶縁シートについても、耐熱温度は低い。そのため、高温下では使用不可能であるという問題があった。
【０００８】
すなわち、従来の磁気軸受は、絶縁材や接着剤に有機材料が多く使用されている。そのため、高温下での使用や、高真空、放射線等の特殊な環境での使用に対しては、材料の酸化による性能の低下、放射線による有機材料の劣化による性能の低下や高温による有機材料の劣化の問題があり、有機材料の使用には限界があった。
【０００９】
ゆえに、本発明の目的は、高温、放射線のような特殊な環境下でも性能劣化を起こすことのない磁気軸受を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る磁気軸受は、ロータを複数のステータによって磁気保持し、ロータに対向するように設けられたセンサを含む磁気軸受であって、それぞれ複数のステータに対応して設けられ、各々が、対応のステータに巻回されるコイル材としてセラミックス被覆電線が用いられた複数の電磁石コイルと、各電磁石コイルに対応して設けられ、対応の電磁石コイルと対応のステータとを絶縁するためにバイアス折りされて対応の電磁石コイルに巻付けられたアルミナ繊維織布と、複数のステータをロータの周囲に固定するリング状のステータ押さえと、複数の電磁石コイルを所定位置に固定する固定部材とを備えたものである。各ステータは、その先端面がロータに対向するように設けられ、その基端部がステータ押さえに固定された電磁継鉄と、該電磁継鉄の表面に無機接着剤を塗布して焼成することにより形成されたセラミックス被膜とを含む。固定部材は、各隣接する２つのステータの先端部の側面の間に挿入され、アルミナ繊維織布が巻付けられた電磁石コイルをステータ押さえ側に押付けるためのクサビと、アルミナ繊維織布が巻付けられた電磁石コイルをロータの軸方向に沿って対応のステータの側面に押付けるコイル押さえとを含む。センサは、その端面がロータに対向するアルミナセラミックスからなる柱状部を含み、その側面の周囲に沿ってセンサコイルを巻付けることにより渦電流式センサを構成し、かつ、アルミナセラミックスに金属製のねじ部がロウ付けされている。
【００１３】
好ましくは、センサは、柱状部の側面の周囲に沿って形成されたねじ溝にセンサコイルが巻付けられた渦電流式センサを含む。
【００１４】
また好ましくは、センサは、柱状部の側面の周囲に沿って形成された凹部にセンサコイルが巻付けられた渦電流式センサを含む。
【００１５】
【作用】
この発明に係る磁気軸受では、電磁石コイルのコイル材としてセラミックス被覆電線を用い、電磁石コイルとステータとを絶縁するためにアルミナ繊維織布を用い、表面がセラミックス被膜で覆われた電磁継鉄でステータを形成し、クサビおよびコイル押さえによって電磁石コイルを固定し、アルミナセラミックスからなる柱状部の周囲にセンサコイルを巻付けることにより渦電流式センサを構成したので、高温下での材料の劣化を起こすことなく性能を維持でき、また放射線下における材料の劣化を軽減して、性能を維持できる。
【００１７】
【実施例】
図１は、この発明の一実施例による磁気軸受の概略図であり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩラインから見た図である。
【００１８】
図１および図２を参照して、この実施例の磁気軸受は、ロータ１０を電磁継鉄（ステータ）１によって磁気保持する。電磁継鉄（ステータ）１は、ステータ押さえ１２に取り付けられている。電磁継鉄１は、通常使用されている電磁継鉄に高温酸化防止のため、無機接着剤が薄く塗布されて焼成されたものである。そして、その表面に薄いセラミックスの被膜が形成され、高温状態に置かれても酸化により性能が低下しないように工夫されている。
【００１９】
電磁継鉄１に巻回されるコイル材として無機耐熱電線（セラミックス被覆電線）が使用される電磁石コイル２は、電磁継鉄１に対してあるギャップが保たれて設けられている。この電磁石コイル２の無機耐熱電線（セラミックス被覆電線）が使用されたため、高温まで電磁石コイル２の絶縁は保たれる。
【００２０】
ここで、無機耐熱電線として、セラミックス被覆電線以外にも絶縁体としてのセラミックスガラス管、金属酸化物粉末を金属管中に充填した形の電線等が挙げられる。しかしながら、これらの電線は、曲げ加工性や接続部の処理などの作業性に難点がある。さらに、これらの電線は、導体径に対して電線としての径が大となり、高集積化、巻線化が困難であるという問題がある。
【００２１】
その点、セラミックス被覆電線は、導体の表面に薄いセラミックスがコーティングされたものであり、可撓性に優れている。したがって、セラミックス被覆電線は小口径のコイル化に適している。また、セラミックス被覆電線の被覆が薄いため、スペースファクタに優れているという利点もある。
【００２２】
このような利点を有するセラミックス被覆電線であっても、他の無機耐熱電線に比べて可撓性に優れているものの、曲げ部においては、セラミックスの被覆の剥離が発生したり、セラミックス被覆に亀裂が入る場合がある。その場合には、絶縁耐圧が低下してしまう。
【００２３】
そこで、電磁継鉄１と電磁石コイル２との間のギャップが前述のように保たれる必要がある。そのために、アルミナクロス（アルミナ繊維織布）３は、電磁石コイル２に巻付けられて、電磁継鉄１と電磁石コイル２との間の絶縁を確保している。また、このアルミナクロス３は、このアルミナ繊維の弾性変形を利用して電磁石コイルを電磁継鉄１に固定する役目もある。
【００２４】
このようにアルミナクロス３が使用されるが、絶縁はギャップにて行なわれている。したがって、電磁石コイル２の電磁継鉄１への固定を別の方法で行なえば、ギャップを確保でき、さらに、耐熱性があり導電性のない無機材料であれば、アルミナクロスの代わりにそのような無機材料が用いられてもよい。たとえば、ギャップが形成されるためにセラミックスのプレートが挟み込まれてもよい。また、耐熱ガラス繊維、セラミックスペーパなどが使用されてもよいが、アルミナクロスが最も適している。
【００２５】
なお、アルミナクロス３は、織り目に沿って切断や折曲げ加工が行なわれると、アルミナ繊維のほつれや繊維の切断が起こってしまう。そこで、この実施例のアルミナクロスの切断加工は、織り目に対して約４５°の角度で行なわれている。さらに、アルミナクロスの折り曲げ加工も織り目に対して約４５°の角度で行う。この折り曲げ加工をバイアス折りという。
【００２６】
次に、電磁石コイル２が、クサビ４とコイル押さえ５で固定されているため、そのクサビ４およびコイル押さえ５について詳しく説明する。
【００２７】
図３は、図１の左下の拡大図であり、図４は、図２の左の一部分の拡大図である。
【００２８】
図３および図４を参照して、クサビ４およびコイル押さえ５について特に説明する。電磁石コイル２の周りおよび隙間にはアルミナクロス３が詰められている。そして、クサビ４およびコイル押さえ５は、電磁石コイル２の固定と熱伝導を行なっている。すなわち、クサビ４およびコイル押さえ５は、電磁石コイル２が振動や熱膨張で移動し、電磁継鉄１と接触したり、そのギャップが小さくなって絶縁耐圧が低下することを防止している。さらに、クサビ４およびコイル押さえ５は、セラミックス被覆が剥離することを防止している。さらに、クサビ４およびコイル押さえ５は、電磁石コイル２の発生した熱をステータ等に効率よく伝導している。
【００２９】
特に、クサビ４により電磁石コイル２がコイルエンド側３１から矢印の向きで外側へ電磁石継鉄１に押付けられることで、電磁石コイル２が振動して動くことや熱膨張によって動くことが防止される。また、電磁石コイル２からステータへの熱伝導の効率もよくなる。
【００３０】
次に、図１に戻って、ロータ１０に対向してセンサ６が設けられている。センサ６は、センサ取付ベース１１に取付けられており、ロータ１０とのギャップを検出する。センサ６としては、渦電流型のセンサが用いられている。センサ６は、図２に示すように、センサベース７と、キャップ８と、センサコイル９とを含んでいる。
【００３１】
図５は、センサベースを示した図であり、図６は、図５のＶＩ−ＶＩラインから見た図であり、図８は、センサベースにセンサコイルが巻付けられたセンサの側面図およびセンサキャップを示した図であり、図７は、図８のＶＩＩ−ＶＩＩラインから見た図であり、図９は、図８のＩＸ−ＩＸラインから見た図である。
【００３２】
センサベース７とセンサキャップ８は、アルミナセラミックスで形成されている。センサベース７は、その端面３２がロータ１０に対向する柱状部３３を有する。また、センサベース７には、電気端子用の金属１４および固定用の金属１３がロウ付けされている。これら金属１４，１５にはねじが切られており、それぞれセンサコイル９の電線の固定とセンサ６のセンサ取付ベース１１への固定に使用される。
【００３３】
センサベース７の柱状部３３に、雄ねじが切られている。図８のＡ部の拡大図である図１０に示すように、雄ねじのねじ溝部分に併せて電線３４が巻かれて、センサコイル９が形成されている。雄ねじはコイルのずれ防止と絶縁を確保するためのものである。
【００３４】
なお、図１１に示すように、センサベース７の柱状部３３の側面の周囲に沿って凹部（溝）３５が設けられて、セラミックス電線１７が巻付けられてもよい。
【００３５】
図８に戻って、センサコイル９は、センサベース７の雄ねじの山の部分より外にでない細い電線が用いられて、無機接着剤とセンサベース７の雄ねじの外径と同じ大きさの内径を有するセンサキャップ８とによって、センサベース７の雄ねじの部分に固定される。
【００３６】
センサコイル９の終端は、センサベース７にロウ付けされている電極で無機同軸ケーブル１６と接続される。無機同軸ケーブル１６は、同軸ケーブル押さえ１５によって固定される。
【００３７】
このように、センサの構成部品（センサベース７，キャップ８，センサコイル９）においても、無機材料が用いられて、高温下での材料の劣化が起こることなく、また放射線下での材料の劣化が起こることがないので、センサの性能を維持できる。
【００３８】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、磁気軸受の構成部品に無機材料が用いられることで、高温、放射線のような特殊な環境下での材料の変質や劣化を抑制でき、高温状態での使用や温度変化の大きな環境または放射線中の環境のような特殊な環境下での使用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明の一実施例による磁気軸受の概略図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩラインから見た図である。
【図３】図１の左下の部分の拡大図である。
【図４】図２の左半分における一部の拡大図である。
【図５】図１のセンサを構成するセンサベースを示した図である。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩラインから見た図である。
【図７】図８のＶＩＩ−ＶＩＩラインから見た図である。
【図８】センサベースにセンサコイルが付けられたセンサの側面図およびキャップを示した図である。
【図９】図８のＩＸ−ＩＸラインから見た図である。
【図１０】図８のＡ部の拡大図である。
【図１１】他のセンサベースの一部拡大図である。
【符号の説明】
１  電磁継鉄（ステータ）
２  電磁石コイル
３  アルミナクロス
６  センサ
１０  ロータ
１７  セラミックス電線
３３  柱状部
３５  凹部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003696277.tif 000009
【図９】
0003696277.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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