(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体の周囲に配置されるステータハウジングと、このステータハウジングに周方向に間隔をおいて固定された複数の電磁石とを備え、前記各電磁石が、複数の磁性板が周方向に積層されることにより形成されて軸方向にのびる連結部の両端から径方向内側に突出した１対の磁極部を有するコアと、前記各電磁石の各磁極部に巻かれたコイルとを備えている磁気軸受のステータユニットを製造する方法であって、
同形状の複数の磁性板が積層されたコアを備えた電磁石が前記ステータハウジングに固定され、周方向に隣接する前記電磁石の磁極部の間に、角柱状の非磁性材製のコア間隔保持体が、前記磁極部の前記コイルより径方向内側の対向面に圧接するとともに、前記コイルの径方向内側を向く面に圧接した状態で介在されられたステータユニット素材を作る第１工程、
および、前記ステータユニット素材のコアとコア間隔保持体とを合わせた部分の内面を１つの共通の円筒面となるように加工する第２工程を含むことを特徴とする磁気軸受のステータユニットの製造方法。
【請求項２】
回転体の周囲に配置されるステータハウジングと、このステータハウジングに周方向に間隔をおいて固定された複数の電磁石とを備え、前記各電磁石が、複数の磁性板が周方向に積層されることにより形成されて軸方向にのびる連結部の両端から径方向内側に突出した１対の磁極部を有するコアと、前記各電磁石の各磁極部に巻かれたコイルとを備えている磁気軸受のステータユニットを製造する方法であって、
同形状の複数の磁性板が積層されたコアを備えた電磁石が前記ステータハウジングに固定され、周方向に隣接する前記電磁石の磁極部の間に、角柱状のコア間隔保持体が、前記磁極部の前記コイルより径方向内側の対向面に圧接するとともに、前記コイルの径方向内側を向く面に圧接した状態で介在されられたステータユニット素材を作る第１工程、
前記ステータユニット素材のコアとコア間隔保持体とを合わせた部分の内面を１つの共通の円筒面となるように加工する第２工程、
および、前記コア間隔保持体を除去する第３工程を含むことを特徴とする磁気軸受のステータユニットの製造方法。
【請求項３】
前記第１工程において、周方向に隣接する前記電磁石のコアの両端部の磁極部の間に、１つの共通のコア間隔保持体が介在させられているステータユニット素材を作ることを特徴とする請求項１または２の磁気軸受のステータユニットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、磁気軸受のステータユニットの製造方法に関する。さらに詳しくは、回転体の周囲に配置された複数の電磁石により回転体を径方向（ラジアル方向）に非接触支持するラジアル磁気軸受のステータユニットを製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種のラジアル磁気軸受のステータユニットとして、たとえば、図７(b) に示すようなものが知られている。
【０００３】
このステータユニット(1) は、軸状の回転体(10)の周囲に配置されるステータハウジング(11)と、ハウジング(11)に周方向に等間隔をおいて固定された４つの電磁石(12)とを備えている。各電磁石(12)は、ハウジング(11)に固定されたコア(13)と、コア(13)に巻かれたコイル(14)とを備えている。
【０００４】
磁気軸受の電磁石には、径方向にのびる角柱状のコアを備えたもの、周方向にのびる連結部の両端に径方向内側に突出した磁極部が形成された略馬蹄形のコアを備えたヘテロポーラ型と呼ばれるもの、軸方向にのびる連結部の両端に径方向内側に突出した磁極部が形成された略馬蹄形のコアを備えたホモポーラ型と呼ばれるものなど、種々の形状のものがある。また、電磁石のコアは、たとえばケイ素鋼板などの磁性板を積層することによって作られる。角柱状のコアやヘテロポーラ型の電磁石のコアは磁性板を軸方向に積層することによって作ることができるが、ホモポーラ型の電磁石のコアは、それができず、磁性板を周方向に積層することによって作られている。
【０００５】
図７(b) に示すステータユニット(1) の電磁石(12)はホモポーラ型のものであり、コア(13)は、上記のように、連結部(13a) の両端に磁極部(13b) が形成されたものであって、連結部(13a) を形成する部分の両端に磁極部(13b) を形成する部分が一体に形成された複数の磁性板(15)を周方向に積層することによって作られている。そして、各磁極部(13b) にコイル(14)が巻かれている。また、各電磁石(12)のコア(13)の内面(13c) すなわち各磁極部(13b) の内面(13c) は、回転体(10)の外周の円筒面に対応する１つの共通の円筒面となるように形成されている。回転体(10)の外周面と各電磁石(12)のコア(13)の内面(13c) との間の空隙は微小であり、コア(13)の内面(13c) には高い精度が要求される。
【０００６】
上記のステータユニットは、たとえば、次のようにして製造される。
【０００７】
まず、図７(a) に示すようなステータユニット素材(2) を作る。この素材(2) は、ハウジング(11)に４つの電磁石(12)が固定されたものである。各電磁石(12)は、ハウジング(11)に固定されたコア(13)と、コア(13)に巻かれたコイル(14)とを備えている。コア(13)は、軸方向にのびる連結部(13a) の軸方向両端に磁極部(13b) が形成されたもので、連結部(13a) を形成する部分の両端に磁極部(13b) を形成する部分が一体に形成された同形状の複数の磁性板(15)を周方向に積層することによって作られている。そして、各磁極部(13b) にコイル(14)が巻かれている。また、各コア(13)の磁極部(13b) の内面(13d) は、軸線と平行なほぼ平坦な面となっている。次に、研削などの適宜な手段により、ステータユニット素材(2) のコア(13)の磁極部(13b) の内面(13d) を含む径方向内側の部分を加工し、図７(b) に示すような円筒状の内面(13c) を形成し、ステータユニット(1) を完成する。
【０００８】
上記のようにコア(13) の磁極部(13b) を研削などにより加工する際、磁極部(13b) には周方向の加工力が作用するが、この部分(13b) は磁性板(15)が重ねら れただけであるから、とくに周方向の端の方にある磁性板(15)の先端部が周方向に変形してばらけてしまう。このため、コア(13)の内面(13c) の円筒面を精度良く加工することが困難である。
【０００９】
磁気軸受のステータユニットにはステータハウジングに３つの電磁石が固定されたものもあるが、その場合にも、同様の問題がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
この発明の目的は、コア加工時の磁性板のばらけを防止して、電磁石のコアの内面の円筒面の精度の良い磁気軸受のステータユニットを製造することができる方法を提供することにある。
【００２３】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
請求項１の発明は、回転体の周囲に配置されるステータハウジングと、このステータハウジングに周方向に間隔をおいて固定された複数の電磁石とを備え、前記各電磁石が、複数の磁性板が周方向に積層されることにより形成されて軸方向にのびる連結部の両端から径方向内側に突出した１対の磁極部を有するコアと、前記各電磁石の各磁極部に巻かれたコイルとを備えている磁気軸受のステータユニットを製造する方法であって、同形状の複数の磁性板が積層されたコアを備えた電磁石が前記ステータハウジングに固定され、周方向に隣接する前記電磁石の磁極部の間に、角柱状の非磁性材製のコア間隔保持体が、前記磁極部の前記コイルより径方向内側の対向面に圧接するとともに、前記コイルの径方向内側を向く面に圧接した状態で介在されられたステータユニット素材を作る第１工程、および、前記ステータユニット素材のコアとコア間隔保持体とを合わせた部分の内面を１つの共通の円筒面となるように加工する第２工程を含むことを特徴とするものである。
【００２４】
電磁石はホモポーラ型のものであり、前述のように、コアは磁性板を周方向に積層することによって形成しなければならないが、周方向に隣接する電磁石のコアの間にコア間隔保持体を介在させて、コアに周方向の圧力を付与した状態で、コアの内面およびコア間隔保持体の内面を加工するので、加工力によって磁性板の先端部が周方向に変形してばらけるようなことがない。このため、コアの内面の円筒面を精度良く加工することができる。また、コア間隔保持体は非磁性体製であるから、加工後にそのまま残しておいても、電磁石の磁気特性に悪影響を及ぼすことがない。
【００２５】
したがって、請求項１の発明によれば、コア加工時の磁性板のばらけを防止して、コア内面の円筒面を精度良く加工することができ、電磁石のコアの内面の円筒面の精度の良いホモポーラ型の磁気軸受のステータユニットを製造することができる。
【００３４】
請求項２の発明は、回転体の周囲に配置されるステータハウジングと、このステータハウジングに周方向に間隔をおいて固定された複数の電磁石とを備え、前記各電磁石が、複数の磁性板が周方向に積層されることにより形成されて軸方向にのびる連結部の両端から径方向内側に突出した１対の磁極部を有するコアと、前記各電磁石の各磁極部に巻かれたコイルとを備えている磁気軸受のステータユニットを製造する方法であって、同形状の複数の磁性板が積層されたコアを備えた電磁石が前記ステータハウジングに固定され、周方向に隣接する前記電磁石の磁極部の間に、角柱状のコア間隔保持体が、前記磁極部の前記コイルより径方向内側の対向面に圧接するとともに、前記コイルの径方向内側を向く面に圧接した状態で介在されられたステータユニット素材を作る第１工程、前記ステータユニット素材のコアとコア間隔保持体とを合わせた部分の内面を１つの共通の円筒面となるように加工する第２工程、および、前記コア間隔保持体を除去する第３工程を含むことを特徴とするものである。
【００３５】
この方法により製造されたステータユニットでは、コア間隔保持体は除去されているが、コアの加工時には隣接する電磁石のコアの間にコア間隔保持体が介在させられているので、これにより、加工力による磁性板の先端部の変形およびばらけを防止して、コアの内面の円筒面を精度良く加工することができる。したがって、この方法によれば、電磁石のコアの内面の円筒面の精度の良いホモポーラ型の磁気軸受のステータユニットを製造することができる。
【００３６】
なお、コア間隔保持体は、製造後に除去されるので、その材質は任意であり、加工性の良好な適宜な材料を使用することができる。
【００４３】
たとえば、請求項１または２の発明において、前記第１工程において、周方向に隣接する前記電磁石のコアの両端部の磁極部の間に、１つの共通のコア間隔保持体が介在させられているステータユニット素材を作る。
【００４４】
この場合、１つのコア間隔保持体により、隣接する電磁石のコアの両端の磁極部における加工時の磁性板の変形およびばらけを防止することができる。
【００４５】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図５を参照して、この発明の実施形態について説明する。
【００４６】
図１〜図３はラジアル磁気軸受のステータユニット(3)を、図４および図５はステータユニット(3)を製造する途中のステータユニット素材(4)をそれぞれ示している。
【００４７】
図１〜図３に示すように、ステータユニット(3) は、磁気軸受装置のハウジングの一部を構成する円筒状のハウジング部材(16)の内側に固定される。
【００４８】
ステータユニット(3) は、鉛直軸状の回転体(10)の周囲に配置される略円筒状のステータハウジング(17)と、ハウジング(17)に周方向に等間隔をおいて固定された複数（この例では４つ）の電磁石(18)とを備えている。各電磁石(18)は、ハウジング(17)に固定されたコア(19)と、コア(19)に巻かれたコイル(20)とを備えている。各電磁石(18)はホモポーラ型のものであり、コア(19)は、軸方向（上下方向）にのびる連結部(19a) の軸方向両端に径方向内側にのびる磁極部(19b) が形成されたものであって、連結部(19a) を形成する部分の両端に磁極部(19b) を形成する部分が一体に形成されたたとえばケイ素鋼板よりなる磁性板(21)を周方向に積層することによって作られている。そして、各磁極部(19b) にコイル(20)が巻かれている。
【００４９】
ハウジング(17)の周壁を周方向に等分する複数箇所（この例では４箇所）に、上端面から下端近くまで達する長方形状の切欠き(22)が形成され、各切欠き(22)に、各電磁石(18)のコア(19)の連結部(19a) の部分がはめられて、ボルト(23)により固定されている。そして、コア(19)の磁極部(19b) がハウジング(17)の周壁の部分から径方向内側に突出している。
【００５０】
ステータユニット(3) のハウジング(17)は、ハウジング部材(16)の内側に同心状にはめられ、ボルト(24)により固定されている。
【００５１】
複数（この例では４つ）の鉛直柱状をなすコア間隔保持体(25)が、周方向に隣接する電磁石(18)のコア(19)の間に１つずつ介在させられている。保持体(25)は、たとえばベークライトなどの非磁性材よりなる。各保持体(25)の上部は、隣接するコア(19)の上側磁極部(19b) のコイル(20)より径方向内側の対向面に圧接するとともに、この対向面より周方向に突出したコイル(20)の径方向内側を向く部分に圧接し、各保持体(25)の下部は、隣接するコア(19)の下側磁極部(19b) のコイル(20)より径方向内側の対向面に圧接するとともに、この対向面より周方向に突出したコイル(20)の径方向内側を向く部分に圧接している。そして、全保持体(25)により、全電磁石(18)のコア(19)の上下の磁極部(19b) のコイル(20)より径方向内側の部分の磁性板(21)に周方向の圧縮力が作用するとともに、各コイル(20)の磁極部(19b) より周方向に突出した部分に径方向外側の力が作用している。
【００５２】
ステータユニット(3) の電磁石(18)と保持体(25)の内側に、回転体(10)が同心状に配置される。そして、各電磁石(18)のコア(19)の上下の磁極部(19b) の径方向内側の面（内面）(19c) と各保持体(25)の径方向内側の面（内面）(25c) とを合わせた面が、回転体(10)の外周面に対応する１つの共通の円筒面となるように形成されている。上下の各磁極部(19b) の部分において、これらの面(19c)(25c)は周方向に連続した１つの完全な円筒面となっている。
【００５３】
回転体(10)の外周の電磁石(18)に対向する部分に、ケイ素鋼板などに比べて固有抵抗の高い磁性材料のむく材（一体材）よりなるターゲット(26)が固定されている。また、各電磁石(18)の真下のハウジング部材(16)の部分に、回転体(10)の径方向の変位を検出するための変位センサ(27)が取付けられており、これらに対向する回転体(10)の外周にターゲット(28)が固定されている。
【００５４】
電磁石(18)および変位センサ(27)は、図示しない磁気軸受制御装置に接続されている。磁気軸受制御装置から各電磁石(18)の各コイル(20)に励磁電流が供給されて、各磁極部(19b) が励磁され、これにより、回転体(10)が径方向外側に吸引されて、径方向の所定位置に非接触支持される。そして、磁気軸受制御装置が変位センサ(27)の出力に基づいて各電磁石(18)の励磁電流を制御することにより、回転体(10)の径方向の位置が制御される。各電磁石(18)において、上下の磁極部(19b) は互いに逆の極性に励磁される。また、全電磁石(18)について、上側磁極部(19b) は同一の極性に、下側磁極部(19b) はそれと逆の同一の極性にそれぞれ励磁される。
【００５５】
磁気軸受装置には、通常、上記のようなラジアル磁気軸受のステータユニット(3) が２組設けられる。また、回転体(10)をアキシアル方向に非接触支持するための１組のアキシアル磁気軸受のステータユニットと、回転体(10)を高速回転させるための内蔵型電動機が設けられる。そして、回転体(10)は、ラジアル磁気軸受とアキシアル磁気軸受により非接触支持された状態で、電動機により高速回転させられる。
【００５６】
ラジアル磁気軸受のステータユニットが前記のヘテロポーラ型の電磁石を備えている場合、各電磁石において、周方向両端の磁極が互いに逆の極性に励磁されるため、回転体の回転方向に逆の極性の磁極が４つずつ並ぶことになる。このため、回転体の回転方向の磁束の変化が大きく、回転により回転体の表面に渦電流が発生し、それによる回転損失が大きい。回転体表面の渦電流の発生を抑制するため、従来は、ケイ素鋼板よりなる複数の磁性板を間に絶縁材を介在させた状態で軸方向に積層することによりターゲットを形成している。ところが、このようにすると、磁気的には、軸方向に隣接する磁性板の間に空隙が存在することになり、これが電磁石の基本的な性能に悪影響を与えるという問題がある。
【００５７】
これに対し、上記のステータユニット(3) では、全電磁石(18)の上側磁極部(19b) が同一の極性を有し、下側磁極部(19b) がこれと逆の同一の極性を有するので、上側磁極部(19b) に面する回転体(10)のターゲット(26)の周囲の回転方向の磁束の変化、および下側磁極部(19b) に面するターゲット(26)の周囲の回転方向の磁束の変化がともに小さくなる。このため、ターゲット(26)がむく材で作られていても、その表面に発生する渦電流が小さく、回転損失が小さくなる。また、ターゲット(26)がケイ素鋼板などに比べて固有抵抗の高い磁性材料で作られているので、むく材であっても、渦電流はさらに小さくなる。しかも、ターゲット(26)にむく材を使用しているので、磁性板を積層した場合に起こる上記の問題は発生しない。
【００５８】
上記のステータユニット(3) は、たとえば、次のようにして製造される。
【００５９】
まず、図４および図５に示すようなステータユニット素材(4) を作る。この素材(4) は、ハウジング(17)に４つの電磁石(18)が固定されたものであり、各電磁石(18)のコア(19)とコア間隔保持体(25)の部分を除いて、完成したステータユニット(3) と同じ構成を有する。コア(19)は、連結部(19a) を形成する部分の両端に磁極部(19b) を形成する部分が一体に形成された同形状の複数の磁性板(21)を周方向に積層することによって作られており、各コア(19)の各磁極部(19b) の内面(19d) は、軸線と平行なほぼ平坦な面となっている。各間隔保持体(25)は水平断面（横断面）正方形の角柱状をなし、径方向内側において隣接する２つの面が周方向に隣接する電磁石(18)の磁極部(19b) の対向面に圧接するとともに、径方向外側において隣接する残りの２つの面が隣接する電磁石(18)のコイル(20)の径方向内側を向く面に圧接し、その一部が隣接する磁極部(19b) の間から径方向内側に突出している。好ましくは、接着剤などの適宜な手段により、コイル(20)がコア(19)に固着されるとともに、間隔保持材(25)がコア(19)およびコイル(20)に固着されている。なお、ステータユニット素材(4) を作る際の組立手順は、任意である。
【００６０】
次に、研削などの適宜な手段により、電磁石(18)のコア(19)の磁極部(19b)の内面(19c)と間隔保持体(25)の内面(25c)を合わせた面が図４に鎖線で示すような１つの共通の円筒面となるように、ステータユニット素材(4)のコア(19)の磁極部(19b)および間隔保持体(25)の径方向内側の部分を加工し、図１〜図３に示すようなステータユニット(3)を完成する。そして、内面(25c)を円筒状に加工された間隔保持体(25)は、そのままステータユニット(3)に残される。
【００６１】
上記のようにコア(19)の磁極部(19b) を研削などにより加工する際、磁極部(19b) には周方向の加工力が作用するが、隣接する磁極部(19b) の間に間隔保持体(25)が介在させられていて、磁極部(19b) は間隔保持体(25)により周方向に圧力を受けるので、加工力によって磁性板(21)の先端部が周方向に変形してばらけるようなことがない。このため、コア(19)の磁極部(19b) の内面を精度良く加工することができる。また、残された間隔保持体(25)によって、コイル(20)のがたつきが防止される。間隔保持体(25)は非磁性体製であるから、加工後にそのまま残されていても、電磁石(18)の磁気特性に悪影響を及ぼすことがない。
【００６２】
上記実施形態では、加工後の間隔保持体(25)をステータユニット(3) にそのまま残しているが、間隔保持体は加工後にステータユニットから除去するようにしてもよい。その場合、間隔保持体は非磁性材製である必要はなく、たとえばアルミニウム合金など、切削性の良好な適宜な材料を使用することができる。
【００６８】
磁気軸受のステータユニットの各部の具体的な構成は、上記実施形態のものに限らず、適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、この発明の実施形態を示すラジアル磁気軸受のステータユニットの平面図である。
【図２】  図２は、図１のＡ−Ｂ線の断面図である。
【図３】  図３は、図１のＡ−Ｃ線の断面図である。
【図４】  図４は、第１実施形態のステータユニット素材の平面図である。
【図５】  図５は、図４のステータユニット素材の一部分を切欠くとともに分解して示す斜視図である。
【図６】  図６は、従来例を示すラジアル磁気軸受のステータユニット素材およびステータユニットの平面図である。
【符号の説明】
(3)               ステータユニット
(4)               ステータユニット素材
(10)              回転体
(17)              ステータハウジング
(18)              電磁石
(19)              コア
(19a)             連結部
(19b)             磁極部
(19c)             内面
(20)              コイル
(21)              磁性板
(25)              コア間隔保持体
(25c)             内面
【図１】
0003793863.tif 000002
【図２】
0003793863.tif 000003
【図３】
0003793863.tif 000004
【図４】
0003793863.tif 000005
【図５】
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【図６】
0003793863.tif 000007