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公開番号2025083677
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-02
出願番号2023197192
出願日2023-11-21
発明の名称磁気軸受装置
出願人株式会社荏原製作所,国立大学法人東海国立大学機構
代理人個人,個人,個人,個人
主分類F16C 32/04 20060101AFI20250526BHJP(機械要素または単位;機械または装置の効果的機能を生じ維持するための一般的手段)
要約【課題】支持力(支持力密度)を大きくすることができる、改良された磁気軸受装置を提供する。
【解決手段】磁気軸受装置は、第1ディスク7および第2ディスク8を有するロータ1と、第2ディスク8の両側に配置されたアキシャルコイル10A,10Bと、アキシャルコイルアキシャルコイル10A,10Bの径方向外側に配置されたラジアルコイル12A～12Dと、アキシャルコイル10A,10Bおよびラジアルコイル12A～12Dを収容するステータコア15を備える。ステータコア15は、第2ディスク8の両側に位置し、かつ第2ディスク8とアキシャルコイル10A,10Bとの間に位置する第2アキシャルステータコア17A,17Bと、ラジアルコイル12A～12Dがそれぞれ巻かれた複数のラジアルステータコア18と、第1ディスク7の両側に位置する第1アキシャルステータコア19A,19Bを備えている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
ロータ軸と、
前記ロータ軸の外周面から径方向外側に突出する第１ディスクと、
前記第１ディスクの外周面から径方向外側に突出する第２ディスクと、
前記第２ディスクの両側に配置されたアキシャルコイルと、
前記アキシャルコイルの径方向外側に配置された複数のラジアルコイルと、
前記アキシャルコイルおよび前記複数のラジアルコイルを収容するステータコアを備え、
前記ステータコアは、
前記第１ディスクの両側に位置する一対の第１アキシャルステータコアと、
前記第２ディスクの両側に位置し、かつ前記第２ディスクと前記アキシャルコイルとの間に位置する複数対の第２アキシャルステータコアと、
前記複数のラジアルコイルがそれぞれ巻かれた複数のラジアルステータコアを備えている、磁気軸受装置。
続きを表示（約 920 文字）【請求項２】
前記アキシャルコイルは、前記第１ディスクの周囲を囲んでいる、請求項１に記載の磁気軸受装置。
【請求項３】
前記第１ディスクの厚さは、前記第２ディスクの厚さよりも大きい、請求項１に記載の磁気軸受装置。
【請求項４】
前記複数のラジアルコイルは、前記アキシャルコイルの周囲を囲んでいる、請求項１に記載の磁気軸受装置。
【請求項５】
前記磁気軸受装置は、前記第１ディスクの外周面から径方向外側に突出する一対のサイドディスクをさらに備えており、
前記第２ディスクは、前記一対のサイドディスクの間に位置しており、
前記ステータコアは、前記ロータ軸の軸方向において前記一対のサイドディスクの外側に配置された一対のサイドステータコアをさらに備えている、請求項１に記載の磁気軸受装置。
【請求項６】
前記アキシャルコイルおよび前記複数のラジアルコイルに供給する電流を制御する電流コントローラをさらに備えている、請求項１に記載の磁気軸受装置。
【請求項７】
前記電流コントローラは、前記複数のラジアルコイルに電流を供給しながら、前記第２ディスクの両側に配置された前記アキシャルコイルのうちの一方に電流を供給するように構成されている、請求項６に記載の磁気軸受装置。
【請求項８】
前記電流コントローラは、同じ大きさおよび同じ方向の電流を前記複数のラジアルコイルに供給するように構成されている、請求項７に記載の磁気軸受装置。
【請求項９】
前記電流コントローラは、前記アキシャルコイルに電流を供給しながら、前記複数のラジアルコイルのうちの互いに反対側に位置する２つのラジアルコイルに電流を供給するように構成されている、請求項６に記載の磁気軸受装置。
【請求項１０】
前記電流コントローラは、前記２つのラジアルコイルが同じ方向の磁束を前記第２ディスク内に発生するように前記２つのラジアルコイルに電流を供給するように構成されている、請求項９に記載の磁気軸受装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータを非接触で支持することができる磁気軸受装置に関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
磁気軸受は、ロータを電磁力により非接触で支持可能な軸受であり、摩擦損失がなく、ロータを超高速で回転させることが可能である。また、磁気軸受は、潤滑油を必要としないため、システム環境が汚染されず、長寿命かつ真空・極低温・高温環境で運用可能であるという利点がある。
【０００３】
図１４は、従来の磁気軸受の構造を示す模式図である。図１４に示すように、磁気軸受のステータ５００は、アキシャルステータ部５０１とラジアルステータ部５０２から構成される。アキシャルステータ部５０１は、ロータ軸５１０まわりを巻線方向とした２つのアキシャルコイル５１２を有する。ラジアルステータ部５０２は、４スロット構造であり、径方向力を発生させるための４つのラジアルコイル５１３（図１４では２つのラジアルコイル５１３のみが描かれている）を有する。ラジアルステータ部５０２は、ロータ５２０の軸方向に垂直な平面内で磁気回路を形成する。ロータ５２０はディスク５２５を有している。この磁気軸受は、ロータ５２０のディスク５２５とステータコア５２６との間に磁気吸引力を発生させることで、ロータ５２０を支持する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
P. Imoberdorf, C. Zwyssig, S. D. Round and J. W. Kolar, "Combined Radial-Axial Magnetic Bearing for a 1 kW, 500,000 rpm Permanent Magnet Machine," APEC 07 - Twenty-Second Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition, Anaheim, CA, USA, 2007, pp. 1434-1440, doi: 10.1109/APEX.2007.357705.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記磁気軸受は、ディスク５２５とステータコア５２６との対向面積（点線で囲む領域の面積）が小さく、単位体積あたりのロータ５２０の支持力（支持力密度ともいう）が小さいという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、支持力（支持力密度）を大きくすることができる、改良された磁気軸受装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一態様では、ロータ軸と、前記ロータ軸の外周面から径方向外側に突出する第１ディスクと、前記第１ディスクの外周面から径方向外側に突出する第２ディスクと、前記第２ディスクの両側に配置されたアキシャルコイルと、前記アキシャルコイルの径方向外側に配置された複数のラジアルコイルと、前記アキシャルコイルおよび前記複数のラジアルコイルを収容するステータコアを備え、前記ステータコアは、前記第１ディスクの両側に位置する一対の第１アキシャルステータコアと、前記第２ディスクの両側に位置し、かつ前記第２ディスクと前記アキシャルコイルとの間に位置する複数対の第２アキシャルステータコアと、前記複数のラジアルコイルがそれぞれ巻かれた複数のラジアルステータコアを備えている、磁気軸受装置が提供される。
【０００８】
一態様では、前記アキシャルコイルは、前記第１ディスクの周囲を囲んでいる。
一態様では、前記第１ディスクの厚さは、前記第２ディスクの厚さよりも大きい。
一態様では、前記複数のラジアルコイルは、前記アキシャルコイルの周囲を囲んでいる。
一態様では、前記磁気軸受装置は、前記第１ディスクの外周面から径方向外側に突出する一対のサイドディスクをさらに備えており、前記第２ディスクは、前記一対のサイドディスクの間に位置しており、前記ステータコアは、前記ロータ軸の軸方向において前記一対のサイドディスクの外側に配置された一対のサイドステータコアをさらに備えている。
【０００９】
一態様では、前記磁気軸受装置は、前記アキシャルコイルおよび前記複数のラジアルコイルに供給する電流を制御する電流コントローラをさらに備えている。
一態様では、前記電流コントローラは、前記複数のラジアルコイルに電流を供給しながら、前記第２ディスクの両側に配置された前記アキシャルコイルのうちの一方に電流を供給するように構成されている。
一態様では、前記電流コントローラは、同じ大きさおよび同じ方向の電流を前記複数のラジアルコイルに供給するように構成されている。
一態様では、前記電流コントローラは、前記アキシャルコイルに電流を供給しながら、前記複数のラジアルコイルのうちの互いに反対側に位置する２つのラジアルコイルに電流を供給するように構成されている。
一態様では、前記電流コントローラは、前記２つのラジアルコイルが同じ方向の磁束を前記第２ディスク内に発生するように前記２つのラジアルコイルに電流を供給するように構成されている。
一態様では、前記電流コントローラは、反対方向の電流を前記アキシャルコイルに供給するように構成されている。
【発明の効果】
【００１０】
磁気軸受装置は、ステータコアに対向する第１ディスクと第２ディスクを備えている。したがって、従来の磁気軸受に比べて、ステータコアとロータとの対向面積が増加し、結果として高い支持力（高い支持力密度）が達成できる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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