(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトの外周面に突設したスラスト軸受部材と、このスラスト軸受部材に作用するスラスト荷重を磁力によって支持する電磁石とを有してなるスラスト磁気軸受装置であって、
前記電磁石は、横断面形状が前記スラスト軸受部材の先端側を囲むように略Ｃ字状に屈曲して両端面がスラスト軸受部材のスラスト方向両面にそれぞれ対向する電磁石鉄心と、この電磁石鉄心に巻回してこの電磁石鉄心の片側にのみ設けた電磁石コイルとを有してなり、
前記シャフト端部と前記電磁石鉄心との間に磁路変更部材を設けることにより、前記シャフトの端部と前記電磁石鉄心との間の第１ギャップが、前記スラスト軸受部材のスラスト方向の一方の面と前記電磁石鉄心の一方の端面との間の第２ギャップよりも小さくて、前記電磁石で生じる磁束が、主に、前記第１ギャップ、前記スラスト軸受部材の先端面と電磁石鉄心との間の第３ギャップ、及び、前記スラスト軸受部材のスラスト方向の他方の面と前記電磁石鉄心の他方の端面との間の第４ギャップを通り、前記第２ギャップにおける磁束密度よりも前記第４ギャップにおける磁束密度のほうが高くて、スラスト軸受部材に対し前記電磁石鉄心の他方の端面の方向に磁気吸引力が働くように構成したことを特徴とするスラスト磁気軸受装置。
【請求項２】
シャフトの外周面に突設したスラスト軸受部材と、このスラスト軸受部材に作用するスラスト荷重を磁力によって支持する電磁石とを有してなるスラスト磁気軸受装置であって、
前記電磁石は、横断面形状が前記スラスト軸受部材の先端側を囲むように略Ｃ字状に屈曲して両端面が前記スラスト軸受部材のスラスト方向両面にそれぞれ対向する電磁石鉄心と、この電磁石鉄心に巻回してこの電磁石鉄心の片側にのみ設けた電磁石コイルとを有してなり、
前記シャフトの端部と前記電磁石鉄心との間に磁路変更部材を設けないときには、前記シャフトの端部と前記電磁石鉄心との間の第１ギャップが、前記スラスト軸受部材のスラスト方向の一方の面と前記電磁石鉄心の一方の端面との間の第２ギャップよりも大きくなることにより、前記電磁石で生じる磁束が、主に、前記第２ギャップ、前記スラスト軸受部材の先端面と電磁石鉄心との間の第３ギャップ、及び、前記スラスト軸受部材のスラスト方向の他方の面と前記電磁石鉄心の他方の端面との間の第４ギャップを通り、前記第２ギャップにおける磁束密度のほうが、前記スラスト軸受部材のスラスト方向の他方の面と電磁石鉄心の他方の端面との間の第４ギャップにおける磁束密度よりも高くなって、前記スラスト軸受部材に対し前記電磁石鉄心の一方の端面の方向に磁気吸引力が働き、
前記シャフト端部と前記電磁石鉄心との間に前記磁路変更部材を設けたときには、この磁路変更部材によって前記第１ギャップが前記第２ギャップよりも小さくなることにより、前記電磁石で生じる磁束が、主に、前記第１ギャップ、前記第３ギャップ及び前記第４ギャップを通り、前記第２ギャップにおける磁束密度よりも前記第４ギャップにおける磁束密度のほうが高くなって、スラスト軸受部材に対し前記電磁石鉄心の他方の端面の方向に磁気吸引力が働くように構成したスラスト磁気軸受装置において、
前記磁路変更部材を移動させるアクチュエータを備え、前記シャフトの端部と前記電磁石鉄心との間に前記磁路変更部材を設けないときには前記アクチュエータによって前記磁路変更部材を前記シャフトの端部と前記電磁石鉄心との間から引き抜き、前記シャフトの端部と前記電磁石鉄心との間に前記磁路変更部材を設けるときには前記アクチュエータによって前記磁路変更部材を前記シャフトの端部と前記電磁石鉄心との間に挿入するように構成したことを特徴とするスラスト磁気軸受装置。
【請求項３】
シャフトの外周面に突設したスラスト軸受部材と、このスラスト軸受部材に作用するスラスト荷重を磁力によって支持する電磁石とを有してなるスラスト磁気軸受装置であって、
前記電磁石は、横断面形状が前記スラスト軸受部材の先端側を囲むように略Ｃ字状に屈曲して両端面が前記スラスト軸受部のスラスト方向両面にそれぞれ対向する電磁石鉄心と、この電磁石鉄心に巻回してこの電磁石鉄心の片側にのみ設けた電磁石コイルとを有し、且つ、前記シャフトの端部と対向する前記電磁石鉄心の内面に磁路変更部を突設した構成とし、
前記スラスト軸受部が電磁石鉄心の両端面に対してスラスト方向の一方に片寄ったときには、前記磁路変更部が前記シャフトの端部と重ならず、前記シャフトの端部と前記電磁石鉄心との間の第１ギャップが、前記スラスト軸受部のスラスト方向の一方の面と前記電磁石鉄心の一方の端面との間の第２ギャップよりも大きくなることにより、前記電磁石で生じる磁束が、主に、前記第２ギャップ、前記スラスト軸受部の先端面と前記電磁石鉄心との間の第３ギャップ、及び、前記スラスト軸受部のスラスト方向の他方の面と前記電磁石鉄心の他方の端面との間の第４ギャップを通り、前記第２ギャップにおける磁束密度のほうが、前記スラスト軸受部材のスラスト方向の他方の面と電磁石鉄心の他方の端面との間の第４ギャップにおける磁束密度よりも高くなって、前記スラスト軸受部材に対し前記電磁石鉄心の一方の端面の方向に磁気吸引力が働き、
前記スラスト軸受部が前記電磁石鉄心の両端面に対してスラスト方向の他方に片寄ったときには、前記磁路変更部が前記シャフトの端部と重なって、前記第１ギャップが前記第２ギャップよりも小さくなることにより、前記電磁石で生じる磁束が、主に、前記第１ギャップ、前記第３ギャップ及び前記第４ギャップを通り、前記第２ギャップにおける磁束密度よりも前記第４ギャップにおける磁束密度のほうが高くなって、スラスト軸受部材に対し前記電磁石鉄心の他方の端面の方向に磁気吸引力が働くように構成したことを特徴とするスラスト磁気軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はスラスト磁気軸受装置に関し、回転体などのスラスト荷重を支持する場合に適用して有用なものである。
【０００２】
【従来の技術】
図８（ａ）は従来のスラスト磁気軸受装置の構成を示す断面図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＡ−Ａ線矢視図である。これらの図に示すように、回転体の回転軸であるシャフト１にはスラスト円盤２が取り付けられており、このスラスト円盤２をスラスト方向（シャフトの軸方向）の両側から挟むようにして一対の電磁石３が対向配置されている。電磁石３は電磁石鉄心４と、この電磁石鉄心４に巻回した電磁石コイル５とを有している。従って、電磁石コイル５に電流を流すと、磁束が発生してスラスト円盤２に対する磁気吸引力が発生するため、スラスト円盤２に作用するスラスト荷重を支持することができる。
【０００３】
かかるスラスト磁気軸受装置７は、例えば『電気学会磁気浮上応用技術調査専門委員会編「磁気浮上と磁気軸受」コロナ社、１９９３年』の第５章に示されているような回転電機の軸受装置に適用される。この文献に示されている回転電機の構成を図８（ｃ）に示す。同図に示すように、フレーム１１には固定子１２が固定され、固定子１２の内側には回転子１３が設けられている。そして、回転子１３の回転軸であるシャフト１はラジアル磁気軸受装置１６とスラスト磁気軸受装置７とによって非接触に支持されている。ラジアル磁気軸受装置１６はシャフト１の両側に設けられ、何れもシャフト１５に固定した回転部材１８と、この回転部材１８の周囲に対向配置した電磁石１９と有している。そして、スラスト磁気軸受装置７はシャフト１５の一端側に設けられており、上記のとおりの構成を有している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来のスラスト磁気軸受装置７では、スラスト円盤２に対してスラスト方向の一方だけでなく、他方にも磁気吸引力を発生するためにはスラスト円盤２の両側の電磁石３（電磁石鉄心４及び電磁石コイル５）を互いに独立させる必要がある。これに対し、現在、コストダウンなどを図るために電磁石コイルなどをできるだけ少なくしたいという要求がある。
【０００５】
従って、本発明は上記の事情に鑑み、一体の電磁石で両方向（スラスト方向の一方及び他方）に磁気吸引力を発生可能なスラスト磁気軸受装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する第１発明のスラスト磁気軸受装置は、シャフトの外周面に突設したスラスト軸受部材と、このスラスト軸受部材に作用するスラスト荷重を磁力によって支持する電磁石とを有してなるスラスト磁気軸受装置であって、
前記電磁石は、横断面形状が前記スラスト軸受部材の先端側を囲むように略Ｃ字状に屈曲して両端面がスラスト軸受部材のスラスト方向両面にそれぞれ対向する電磁石鉄心と、この電磁石鉄心に巻回してこの電磁石鉄心の片側にのみ設けた電磁石コイルとを有してなり、
前記シャフト端部と前記電磁石鉄心との間に磁路変更部材を設けることにより、前記シャフトの端部と前記電磁石鉄心との間の第１ギャップが、前記スラスト軸受部材のスラスト方向の一方の面と前記電磁石鉄心の一方の端面との間の第２ギャップよりも小さくて、前記電磁石で生じる磁束が、主に、前記第１ギャップ、前記スラスト軸受部材の先端面と電磁石鉄心との間の第３ギャップ、及び、前記スラスト軸受部材のスラスト方向の他方の面と前記電磁石鉄心の他方の端面との間の第４ギャップを通り、前記第２ギャップにおける磁束密度よりも前記第４ギャップにおける磁束密度のほうが高くて、スラスト軸受部材に対し前記電磁石鉄心の他方の端面の方向に磁気吸引力が働くように構成したことを特徴とする。
【０００７】
また、第２発明のスラスト磁気軸受装置は、シャフトの外周面に突設したスラスト軸受部材と、このスラスト軸受部材に作用するスラスト荷重を磁力によって支持する電磁石とを有してなるスラスト磁気軸受装置であって、
前記電磁石は、横断面形状が前記スラスト軸受部材の先端側を囲むように略Ｃ字状に屈曲して両端面が前記スラスト軸受部材のスラスト方向両面にそれぞれ対向する電磁石鉄心と、この電磁石鉄心に巻回してこの電磁石鉄心の片側にのみ設けた電磁石コイルとを有してなり、
前記シャフトの端部と前記電磁石鉄心との間に磁路変更部材を設けないときには、前記シャフトの端部と前記電磁石鉄心との間の第１ギャップが、前記スラスト軸受部材のスラスト方向の一方の面と前記電磁石鉄心の一方の端面との間の第２ギャップよりも大きくなることにより、前記電磁石で生じる磁束が、主に、前記第２ギャップ、前記スラスト軸受部材の先端面と電磁石鉄心との間の第３ギャップ、及び、前記スラスト軸受部材のスラスト方向の他方の面と前記電磁石鉄心の他方の端面との間の第４ギャップを通り、前記第２ギャップにおける磁束密度のほうが、前記スラスト軸受部材のスラスト方向の他方の面と電磁石鉄心の他方の端面との間の第４ギャップにおける磁束密度よりも高くなって、前記スラスト軸受部材に対し前記電磁石鉄心の一方の端面の方向に磁気吸引力が働き、
前記シャフト端部と前記電磁石鉄心との間に前記磁路変更部材を設けたときには、この磁路変更部材によって前記第１ギャップが前記第２ギャップよりも小さくなることにより、前記電磁石で生じる磁束が、主に、前記第１ギャップ、前記第３ギャップ及び前記第４ギャップを通り、前記第２ギャップにおける磁束密度よりも前記第４ギャップにおける磁束密度のほうが高くなって、スラスト軸受部材に対し前記電磁石鉄心の他方の端面の方向に磁気吸引力が働くように構成したスラスト磁気軸受装置において、
前記磁路変更部材を移動させるアクチュエータを備え、前記シャフトの端部と前記電磁石鉄心との間に前記磁路変更部材を設けないときには前記アクチュエータによって前記磁路変更部材を前記シャフトの端部と前記電磁石鉄心との間から引き抜き、前記シャフトの端部と前記電磁石鉄心との間に前記磁路変更部材を設けるときには前記アクチュエータによって前記磁路変更部材を前記シャフトの端部と前記電磁石鉄心との間に挿入するように構成したことを特徴とする。
【０００８】
また、第３発明のスラスト磁気軸受装置は、シャフトの外周面に突設したスラスト軸受部材と、このスラスト軸受部材に作用するスラスト荷重を磁力によって支持する電磁石とを有してなるスラスト磁気軸受装置であって、
前記電磁石は、横断面形状が前記スラスト軸受部材の先端側を囲むように略Ｃ字状に屈曲して両端面が前記スラスト軸受部のスラスト方向両面にそれぞれ対向する電磁石鉄心と、この電磁石鉄心に巻回してこの電磁石鉄心の片側にのみ設けた電磁石コイルとを有し、且つ、前記シャフトの端部と対向する前記電磁石鉄心の内面に磁路変更部を突設した構成とし、
前記スラスト軸受部が電磁石鉄心の両端面に対してスラスト方向の一方に片寄ったときには、前記磁路変更部が前記シャフトの端部と重ならず、前記シャフトの端部と前記電磁石鉄心との間の第１ギャップが、前記スラスト軸受部のスラスト方向の一方の面と前記電磁石鉄心の一方の端面との間の第２ギャップよりも大きくなることにより、前記電磁石で生じる磁束が、主に、前記第２ギャップ、前記スラスト軸受部の先端面と前記電磁石鉄心との間の第３ギャップ、及び、前記スラスト軸受部のスラスト方向の他方の面と前記電磁石鉄心の他方の端面との間の第４ギャップを通り、前記第２ギャップにおける磁束密度のほうが、前記スラスト軸受部材のスラスト方向の他方の面と電磁石鉄心の他方の端面との間の第４ギャップにおける磁束密度よりも高くなって、前記スラスト軸受部材に対し前記電磁石鉄心の一方の端面の方向に磁気吸引力が働き、
前記スラスト軸受部が前記電磁石鉄心の両端面に対してスラスト方向の他方に片寄ったときには、前記磁路変更部が前記シャフトの端部と重なって、前記第１ギャップが前記第２ギャップよりも小さくなることにより、前記電磁石で生じる磁束が、主に、前記第１ギャップ、前記第３ギャップ及び前記第４ギャップを通り、前記第２ギャップにおける磁束密度よりも前記第４ギャップにおける磁束密度のほうが高くなって、スラスト軸受部材に対し前記電磁石鉄心の他方の端面の方向に磁気吸引力が働くように構成したことを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００１１】
＜実施の形態１＞
図１（ａ）は本発明の実施の形態１に係るスラスト磁気軸受装置の構成（磁路変更管を設けない状態）を示す断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＢ方向矢視図（平面図）である。また、図２（ａ）は本発明の実施の形態１に係るスラスト磁気軸受装置の構成（磁路変更管を設けた状態）を示す断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のＣ方向矢視図（平面図）である。図１及び図２に示すスラスト磁気軸受装置は立軸形のものである。なお、図１と図２では磁路変更管２６を設けるか否かが相違するだけであり、その他の構成は同じである。
【００１２】
図１に示すように、スラスト磁気軸受装置はスラスト軸受部材としてのスラスト円盤２２と電磁石２３とを有している。スラスト円盤２２は回転体の回転軸であるシャフト２１の外周面に突設されており、電磁石２３はスラスト円盤２２に作用するスラスト荷重を磁力によって支持する。なお、図示例ではシャフト２１の端部２１ａ（スラスト円盤２２よりも先の部分）の径を、シャフト２１の他の部分（スラスト円盤２２よりも手前の部分）の径よりも大きくしている。
【００１３】
そして、電磁石２３は一体のものであり、平面視が円環状で一体の電磁石鉄心２４と、この電磁石鉄心２４に巻回した電磁石コイル２５とを有している。電磁石鉄心２４は横断面形状がスラスト円盤２２の先端側を囲むように略Ｃ字状に屈曲して、両端面２４ａ，２４ｂが、スラスト円盤２２のスラスト方向（シャフトの軸方向）の両面２２ａ，２２ｂにそれぞれ対向している。電磁石コイル２５は電磁石鉄心２４の片側にのみ一体設けられている。
【００１４】
また、シャフト端部２１ａ（外周面２１ｂ）と電磁石鉄心２４（内面２４ｃ）との間には第１ギャップδＤ、スラスト円盤２２のスラスト方向の一方の面２２ａと電磁石鉄心２４の一方の端面２４ａとの間には第２ギャップδＡ、スラスト円盤２２の先端面（外周面）２２ｃと電磁石鉄心２４（凹部の内面２４ｄ）との間には第３ギャップδＣ、スラスト円盤２２のスラスト方向の他方の面２２ｂと電磁石鉄心２４の他方の端面２４ｂとの間には第４ギャップδＢをそれぞれ有している。そして、図１（ａ）のように磁路変更管２６（図２参照）をシャフト端部２１ａと電磁石鉄心２４との間に設けないときには、第１ギャップδＤが第２ギャップδＡよりも大きくなり（δＤ＞δＡ）、図２（ａ）に示すように平面視が円環状の磁路変更部材である磁路変更管２６をシャフト端部２１ａと電磁石鉄心２４との間に設けたときには、第１ギャップδＤが第２ギャップδＡよりも小さくなるように設定されている（δＤ＜δＡ）。なお、第２ギャップδＡ、第３ギャップδＣ及び第４ギャップδＢはほぼ等しい大きさとなっている。
【００１５】
このようにシャフト端部２１ａと電磁石鉄心２４との間に磁路変更管２６を設けないときには、第１ギャップδＤが第２ギャップδＡよりも大きくなることにより、図１（ａ）に点線で示すように電磁石コイル２５に電流を流したときに電磁石２３で生じる磁束が、主に、第２ギャップδＡ、第３ギャップδＣ及び第４ギャップδＢを通る。その結果、第２ギャップδＡにおける磁束密度のほうが第４ギャップδＢにおける磁束密度よりも高くなるため、スラスト円盤２２に対して電磁石鉄心２４の一方の端面２４ａの方向（矢印Ｄ方向）に磁気吸引力が働く。
【００１６】
一方、磁路変更管２６をシャフト端部２１ａと電磁石鉄心２４との間に設けたときには、この磁路変更管２６によって第１ギャップδＤが第２ギャップδＡよりも小さくなることにより、図２（ａ）に点線で示すように電磁石２３で生じる磁束が、主に、第１ギャップδＤ、第３ギャップδＣ及び第４ギャップδＢを通る。その結果、第２ギャップδＡにおける磁束密度よりも第４ギャップδＢにおける磁束密度のほうが高くなるため、スラスト円盤２２に対して電磁石鉄心２４の他方の端面２４ｂの方向（矢印Ｅ方向）に磁気吸引力が働く。
【００１７】
なお、図２では磁路変更管２６を電磁石鉄心２４の内面２４ａに固定しているが、磁路変更管２６はシャフト端部２１ａと電磁石鉄心２４との間に設ければよく、例えばシャフト端部２１ａの外周面２１ｂに固定してもよい。
【００１８】
以上のように、本実施の形態１のスラスト磁気軸受装置によれば、電磁石２３は一体のものであり、しかも、磁路変更管２６をシャフト端部２１ａと電磁石鉄心２４との間に設けるか否かにより、スラスト円盤２２に対して２方向（スラスト方向の一方及び他方）への磁気吸引力を発生させることができる。従って、スラスト荷重がどちらか片方だけにしかかからない場合には、このスラスト荷重の方向が何れの方向であっても、図１のように磁路変更管２６を設けない状態、又は、図２のように磁路変更管２６を設けた状態にしてスラスト荷重を支持することができる。
【００１９】
＜実施の形態２＞
図３は本発明の実施の形態２に係るスラスト磁気軸受装置の構成を示す断面図であり、図３（ａ）には磁路変更管を引き抜いた状態を示し、図３（ｂ）には磁路変更管を挿入した状態を示している。上記実施の形態１は静的な磁気吸引力発生方向の切り替えを行うものであるのに対して、本実施の形態２は動的な磁気吸引力発生方向の切り替えを行うものである。
【００２０】
即ち、図３に示すように、本実施の形態２のスラスト磁気軸受装置では、磁路変更管２６をスラスト方向（シャフトの軸方向）に移動させるアクチュエータ３１を備えている。そして、シャフト端部２１ａと電磁石鉄心２４との間に磁路変更管２６を設けないときには、アクチュエータ３１で磁路変更管２６を矢印Ｄ方向に移動させてシャフト端部２１ａと電磁石鉄心２４との間から引き抜き、シャフト端部２１ａと電磁石鉄心２４との間に磁路変更管２６を設けるときには、アクチュエータ３１で磁路変更管２６を矢印Ｅ方向に移動させてシャフト端部２１ａと電磁石鉄心２４との間に挿入（矢印Ｅ）する構成となっている。
【００２１】
なお、シャフト端部２１ａと電磁石鉄心２４との間に磁路変更管２６を設けた（挿入した）ときと設けない（引き抜いた）ときの第１ギャップδＤと第２ギャップδＡの大小関係の変化による磁路の切り替わり（図３に点線で示す磁束を参照）など、その他の構成については上記実施の形態１と同様であるため、ここでの説明は省略する（実施の形態１の説明及び図１，図２を参照）。
【００２２】
本実施の形態２のスラスト磁気軸受装置によれば、アクチュエータ３１で磁路変更管２６を移動することにより、第１ギャップδＤの大きさを動的に変化させてスラスト円盤２２に対する磁気吸引力の発生方向を動的に切り替えることができるようになり、２方向（スラスト方向の一方及び他方）のスラスト荷重に対応可能となる。
【００２３】
＜実施の形態３＞
本実施の形態３のスラスト磁気軸受装置は自動定位機構を有するものである。図４は本発明の実施の形態３に係るスラスト磁気軸受装置の構成を示す断面図であり、図４（ａ）にはスラスト円盤が一方に片寄った状態を示し、図４（ｂ）にはスラスト円盤が他方に片寄った状態を示している。また、図５は本発明の実施の形態３に係るスラスト磁気軸受装置の他の構成を示す断面図であり、図５（ａ）にはスラスト円盤が一方に片寄った状態を示し、図５（ｂ）にはスラスト円盤が他方に片寄った状態を示している。
【００２４】
図４に示すように、本実施の形態３のスラスト磁気軸受装置では、磁路変更部である平面視が円環状の磁路変更管４１を、シャフト端部２１ａと対向する電磁石鉄心２４の内面２４ｃに突設し、且つ、第１ギャップδＤの大きさがシャフト端部２１ａ及びスラスト円盤２２の位置によって変化するように配置している。即ち、図４（ａ）に示すようにスラスト円盤２２が電磁石鉄心２４の両端面２４ａ，２４ｂに対してスラスト方向（シャフトの軸方向）の一方（矢印Ｅ方向）に片寄ったときには、磁路変更管４１がシャフト端部２１ａと重ならず、図４（ｂ）に示すようにスラスト円盤２２が電磁石鉄心２４の両端面２４ａ，２４ｂに対してスラスト方向の他方（矢印Ｄ方向）に片寄ったときは、磁路変更管４１がシャフト端部２１ａと重なる（重なり量ｄ）ように磁路変更管４１を配置している。
【００２５】
そして、スラスト円盤２２が電磁石鉄心２４の両端面２４ａ，２４ｂに対してスラスト方向の一方に片寄ったときには、磁路変更管４１がシャフト端部２１ａと重ならないことから、第１ギャップδＤが第２ギャップδＡよりも大きくなるため、図４（ａ）に点線で示すように電磁石２３で生じる磁束が、主に、第２ギャップδＡ、第３ギャップδＣ及び第４ギャップδＢを通る。その結果、第２ギャップδＡにおける磁束密度のほうが第４ギャップδＢにおける磁束密度よりも高くなるため、スラスト円盤２２に対して電磁石鉄心２４の一方の端面２４ａの方向（矢印Ｄ方向）に磁気吸引力が働く。
【００２６】
一方、スラスト円盤２２が電磁石鉄心２４の両端面２４ａ，２４ｂに対してスラスト方向の他方に片寄ったときには、磁路変更管４１がシャフト端部２１ａと重なることから、この磁路変更管４１により第１ギャップδＤが第２ギャップδＡよりも小さくなるため、図４（ｂ）に点線で示すように電磁石２３で生じる磁束が、主に、第１ギャップδＤ、第３ギャップδＣ及び第４ギャップδＢを通る。その結果、第２ギャップδＡにおける磁束密度よりも第４ギャップδＢにおける磁束密度のほうが高くなるため、スラスト円盤２２に対して電磁石鉄心２４の他方の端面２４ｂの方向（矢印Ｅ方向）に磁気吸引力が働く。
【００２７】
なお、その他の構成については上記実施の形態１と同様であるため、ここでの説明は省略する（実施の形態１の説明及び図１，図２を参照）。
【００２８】
本実施の形態３のスラスト磁気軸受装置によれば、スラスト円盤２２が一方又は他方に片寄ると、このスラスト円盤２２とともに移動するシャフト端部２１ａと磁路変更管４１との位置関係の変化（両者が重なるか否か）によってスラスト円盤２２に対する磁気吸引力の発生方向が切り替わるため、上記実施の形態２のようなアクチュエータが不要となる。
【００２９】
なお、上記では磁路変更部として磁路変更管４１を設けたが、これに限定するものではなく、電磁石鉄心２４の内面２４ｃに磁路変更部が突設されていればよい。例えば電磁石鉄心２４の内面２４ｃの一部を突出させてもよい。また、図５に示すように電磁石鉄心２４の内面側の磁路変更部４１におけるスラスト円盤２２側の端面４１ａを、スラスト円盤２２に向かって外側に広がる傾斜面としてもよい。
【００３０】
＜参考例＞
本参考例のスラスト磁気軸受装置も自動定位機構を有するものである。図６（ａ）は本発明の参考例に係るスラスト磁気軸受装置の構成を示す断面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＦ方向矢視図（平面図）である。図６に示すスラスト磁気軸受装置は立軸形のものである。
【００３１】
図６に示すように、スラスト磁気軸受装置はスラスト軸受部材としてのスラスト円盤５２と電磁石５３とを有している。スラスト円盤５２は回転体の回転軸であるシャフト５１の外周面に突設され、電磁石５３はスラスト円盤５２に作用するスラスト荷重を磁力によって支持する。そして、スラスト円盤５２はスラスト方向の２箇所に設けられている。電磁石５３は一体のものであり、平面視が円環状で一体の電磁石鉄心５４と、電磁石コイル５５とを有している。電磁石鉄心５５は、横断面形状がコ字状に屈曲して両端面５４ａ，５４ｂが、２つのスラスト円盤５２の先端面５２ａにそれぞれ対向している。電磁石コイル５５は電磁石鉄心５４の内側の凹部に嵌装するようにして巻回されている。
【００３２】
従って、本参考例のスラスト磁気軸受装置によれば、電磁石コイル５５に電流を流すと電磁石５３で発生する磁束が、図６（ａ）に示すように電磁石鉄心５４の両端面５４ａ，５４ｂと、２つのスラスト円盤５２の先端面５２ａとの間のギャップを通る。そして、この状態からスラスト円盤５２が矢印Ｄ又はＥのようにスラスト方向（シャフトの軸方向）に変位すると、前記ギャップを最小（磁路を最短）にするような復元力（磁気吸引力）がスラスト円盤５２に働く。このため、本参考例のスラスト磁気軸受装置では比較的単純な構造でスラスト円盤５２に作用する２方向（スラスト方向の一方及び他方）のスラスト荷重を支持することができる。
【００３３】
＜実施の形態４＞
上記実施の形態１〜３では回転体（回転電機の回転子など）のような線対称の構造物へスラスト磁気軸受装置を適用する場合について説明したが、本願発明のスラスト磁気軸受装置は面対称の構造物へ適用することもできる。その一例を図７に示す。図７（ａ）は本発明の実施の形態４に係るスラスト磁気軸受装置の構成を示す断面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＧ方向矢視図（平面図）、図７（ｃ）は図７（ａ）のＩ方向矢視図（側面図）である。本実施の形態のスラスト磁気軸受装置は上記実施の形態１のスラスト磁気軸受装置と同様の構成のものであるが、回転体ではなく、軸方向に往復移動可能なプランジャ型の構造物に適用したものである。
【００３４】
図７に示すように、スラスト磁気軸受装置はスラスト軸受部材としてのスラスト板６２と電磁石６３とを有している。スラスト板６２はシャフト６１（シャフト端部６１ａ）の外周面に突設され、電磁石６３はスラスト板６２に作用するスラスト荷重を磁力によって支持する。シャフト６１は矢印Ｈのようにスラスト方向（シャフトの軸方向）に往復移動可能なプランジャである。また、図示例では、シャフト端部６１ａ（スラスト板６２よりも先の部分）の径（幅）を、シャフト６１の他の部分（スラスト板６２よりも手前の部分）の径（幅）よりも大きくしている。
【００３５】
そして、左右に設けた電磁石６３はそれぞれ一体のものであり、平面視が矩形状で一体の電磁石鉄心６４と、この電磁石鉄心６４に巻回した電磁石コイル６５とを有している。電磁石鉄心６４は横断面形状がスラスト板６２の先端側を囲むように略Ｃ字状に屈曲して、両端面６４ａ，６４ｂが、スラスト板６２のスラスト方向の両面６２ａ，６２ｂにそれぞれ対向している。電磁石コイル６５は電磁石鉄心６４の片側にのみ一体設けられている。
【００３６】
また、シャフト端部６１ａ（外周面６１ｂ）と電磁石鉄心６４（内面６４ｃ）との間には第１ギャップδＤ、スラスト板６２のスラスト方向の一方の面６２ａと電磁石鉄心６４の一方の端面６４ａとの間には第２ギャップδＡ、スラスト板６２の先端面６２ｃと電磁石鉄心６４（凹部の内面６４ｄ）との間には第３ギャップδＣ、スラスト板６２のスラスト方向の他方の面６２ｂと電磁石鉄心６４の他方の端面６４ｂとの間には第４ギャップδＢを有している。そして、磁路変更部材としての磁路変更板６６をシャフト端部６１ａと電磁石鉄心６４との間に設けないときには（このときの状態は図示省略）、第１ギャップδＤが第２ギャップδＡよりも大きくなり（δＤ＞δＡ）、且つ、図示のように磁路変更板６６をシャフト端部６１ａと電磁石鉄心６４との間に設けたときには第１ギャップδＤが第２ギャップδＡよりも小さくなるように設定されている（δＤ＜δＡ）。なお、第２ギャップδＡ、第３ギャップδＣ及び第４ギャップδＢはほぼ等しい大きさとなっている。
【００３７】
このようにシャフト端部６１ａと電磁石鉄心６４との間に磁路変更板６６を設けないときには、第１ギャップδＤが第２ギャップδＡよりも大きくなることにより、図示は省略するが電磁石２３で生じる磁束が、主に、第２ギャップδＡ、第３ギャップδＣ及び第４ギャップδＢを通り、その結果、第２ギャップδＡにおける磁束密度のほうが第４ギャップδＢにおける磁束密度よりも高くなるため、スラスト板６２に対して電磁石鉄心６４の一方の端面６４ａの方向に磁気吸引力が働く。一方、磁路変更板６６をシャフト端部６１ａと電磁石鉄心６４との間に設けたときには、この磁路変更板６６によって第１ギャップδＤが第２ギャップδＡよりも小さくなることにより、図示は省略するが電磁石６３で生じる磁束が、主に、第１ギャップδＤ、第３ギャップδＣ及び第４ギャップδＢを通り、その結果、第２ギャップδＡにおける磁束密度よりも第４ギャップδＢにおける磁束密度のほうが高くなるため、スラスト板６２に対して電磁石鉄心６４の他方の端面６４ｂの方向に磁気吸引力が働く。
【００３８】
本実施の形態４のスラスト磁気軸受装置によれば、上記実施の形態１と同様、電磁石６３は一体のものであり、しかも、磁路変更板６６をシャフト端部６１ａと電磁石鉄心６４との間に設けるか否かにより、スラスト板６２に対して２方向（スラスト方向の一方及び他方）への磁気吸引力を発生させることができる。従って、スラスト荷重がどちらか片方だけにしかかからない場合には、このスラスト荷重の方向が何れの方向であっても、磁路変更板６６を設けない状態、又は、磁路変更板６６を設けた状態とすることによりスラスト荷重を支持することができる。
【００３９】
また、このようなプランジャ型の構造物に対して更に上記実施の形態２，３と同様の構成のスラスト磁気軸受装置を適用してもよい。即ち、詳細な説明及び図示は省略するが、実施の形態２と同様にアクチュエータで磁路変更板６６の挿入及び引き抜きを行うようにしたり、実施の形態３と同様にスラスト板６２のスラスト方向への片寄りに応じて電磁石鉄心６４に設けた磁路変更部とシャフト端部６１ａの重なり状態が変化して磁路が切り替わるようにしてもよく、これらによって実施の形態２，３と同様の作用・効果を得ることができる。即ち、本発明のスラスト磁気軸受装置は、回転体に限らず、スラスト荷重を支持する場合に広く適用することができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上発明の実施の形態とともに具体的に説明したように、第１発明のスラスト磁気軸受装置によれば、シャフトの外周面に突設したスラスト軸受部材と、このスラスト軸受部材に作用するスラスト荷重を磁力によって支持する電磁石とを有してなるスラスト磁気軸受装置であって、前記電磁石は、横断面形状が前記スラスト軸受部材の先端側を囲むように略Ｃ字状に屈曲して両端面がスラスト軸受部材のスラスト方向両面にそれぞれ対向する電磁石鉄心と、この電磁石鉄心に巻回してこの電磁石鉄心の片側にのみ設けた電磁石コイルとを有してなり、前記シャフト端部と前記電磁石鉄心との間に磁路変更部材を設けることにより、前記シャフトの端部と前記電磁石鉄心との間の第１ギャップが、前記スラスト軸受部材のスラスト方向の一方の面と前記電磁石鉄心の一方の端面との間の第２ギャップよりも小さくて、前記電磁石で生じる磁束が、主に、前記第１ギャップ、前記スラスト軸受部材の先端面と電磁石鉄心との間の第３ギャップ、及び、前記スラスト軸受部材のスラスト方向の他方の面と前記電磁石鉄心の他方の端面との間の第４ギャップを通り、前記第２ギャップにおける磁束密度よりも前記第４ギャップにおける磁束密度のほうが高くて、スラスト軸受部材に対し前記電磁石鉄心の他方の端面の方向に磁気吸引力が働くように構成したことを特徴とするため、スラスト荷重が片方だけにしかかからない場合に、このスラスト荷重を支持することができる。
【００４１】
また、第２発明のスラスト磁気軸受装置によれば、アクチュエータで磁路変更部材を移動することにより、第１ギャップの大きさを動的に変化させてスラスト軸受部材に対する磁気吸引力の発生方向を動的に切り替えることができるようになり、２方向（スラスト方向の一方及び他方）のスラスト荷重に対応可能となる。
【００４２】
また、第３発明のスラスト磁気軸受装置によれば、スラスト軸受部材が一方又は他方に片寄ると、このスラスト軸受部材とともに移動するシャフト端部と電磁石鉄心に設けた磁路変更部との位置関係の変化（両者が重なるか否か）によってスラスト軸受部材に対する磁気吸引力の発生方向が切り替わるため、上記第２発明のようなアクチュエータが不要となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の実施の形態１に係るスラスト磁気軸受装置の構成（磁路変更管を設けない状態）を示す断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ方向矢視図（平面図）である。
【図２】（ａ）は本発明の実施の形態１に係るスラスト磁気軸受装置の構成（磁路変更管を設けた状態）を示す断面図、（ｂ）は（ａ）のＣ方向矢視図（平面図）である。
【図３】本発明の実施の形態２に係るスラスト磁気軸受装置の構成を示す断面図であり、（ａ）には磁路変更管を引き抜いた状態を示し、（ｂ）には磁路変更管を挿入した状態を示す。
【図４】本発明の実施の形態３に係るスラスト磁気軸受装置の構成を示す断面図であり、（ａ）にはスラスト円盤が他方に片寄った状態を示し、（ｂ）にはスラスト円盤が一方に片寄った状態を示す。
【図５】本発明の実施の形態３に係るスラスト磁気軸受装置の他の構成を示す断面図であり、（ａ）にはスラスト円盤が他方に片寄った状態を示し、（ｂ）にはスラスト円盤が一方に片寄った状態を示す。
【図６】  （ａ）は本発明の参考例に係るスラスト磁気軸受装置の構成を示す断面図、（ｂ）は（ａ）のＦ方向矢視図（平面図）である。
【図７】  （ａ）は本発明の実施の形態４に係るスラスト磁気軸受装置の構成を示す断面図、（ｂ）は（ａ）のＧ方向矢視図（平面図）、（ｃ）は（ａ）のＩ方向矢視図（側面図）である。
【図８】（ａ）は従来のスラスト磁気軸受装置の構成を示す断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線矢視図、（ｃ）は従来のスラスト磁気軸受装置を備えた回転電機の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
２１  シャフト
２１ａ  シャフト端部
２１ｂ  シャフトの外周面
２２  スラスト円盤
２２ａ，２２ｂ  スラスト円盤の面
２２ｃ  スラスト円盤の先端面
２３  電磁石
２４  電磁石鉄心
２４ａ，２４ｂ  電磁石鉄心の端面
２４ｃ  電磁石鉄心の内面
２４ｄ  電磁石鉄心凹部の内面
２５  電磁石コイル
２６  磁路変更管
３１  アクチュエータ
４１  磁路変更管（磁路変更部）
５１  シャフト
５１  シャフト端部
５２  スラスト円盤
５２ａ  スラスト円盤の先端面
５３  電磁石
５４  電磁石鉄心
５４ａ，５４ｂ  電磁石鉄心の端面
５５  電磁石コイル
６１  シャフト
６１ａ  シャフト端部
６１ｂ  シャフトの外周面
６２  スラスト板
６２ａ，６２ｂ  スラスト板の面
６２ｃ  スラスト板の先端面
６３  電磁石
６４  電磁石鉄心
６４ａ，６４ｂ  電磁石鉄心の端面
６４ｃ  電磁石鉄心の内面
６４ｄ  電磁石鉄心凹部の内面
６５  電磁石コイル
６６  磁路変更板
【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】
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