JPS6366150B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、密封囲繞体内に配置した回転子の磁
気懸架装置に関するものである。更に詳述すれ
ば、本発明は、回転子を非接触状態で支持するよ
うに位置検出器で制御される少くとも２個の能動
半径方向電磁軸受を備え、更に、各々の能動半径
方向電磁軸受は、回転子に装着される積層磁性材
料から成る環状電機子と、積層磁性材料から成る
継鉄と協働する電磁巻線で形成される固定子とを
備え、又、継鉄に、環状電機子と接触せずに環状
電機子から僅かに離隔した端部磁極片を設ける一
方、電磁巻線を密封囲繞体の外方に配設するよう
に構成した、密封囲繞体内に配置した回転子の磁
気懸架装置に関するものである。

密封囲繞体内を高速回転する部材を支持するの
に電磁軸受を使用することは公知であり、例え
ば、フランス特許明細書第1186527号に開示され
ている。

上記フランス特許明細書では、各々の電磁軸受
は、軸の軸心の理論位置の回りに等間隔に配設し
た１組の４個の同等の電磁石で形成されており、
更に、各々の電磁石は、巻線と、積層回転子の外
周壁と反対側に磁極片を設けた継鉄又は電機子と
を備えて、回転子に半径方向引力を印加する。電
子システムと協働する位置検出器により、支持す
る電磁石の電圧印加を調整して回転子の軸心を平
衡位置に戻すことにより、安定平衡位置が得られ
る。

上記フランス特許明細書第1186527号では、密
封囲繞体の壁は、完全に連続していると共に、回
転部材と電磁軸受の固定部材の間に存在する電磁
結合の空隙内へ突入するように構成されている。

もし連続密封壁部が磁気的に中性のガラス等の
材料で形成されているなら、磁気軸受の固定子の
磁極片と、これらの軸受の電機子を形成する積層
電機子との間の実際の空隙は、特に比較的に小形
の機械を実際に満足に運転するためには余り小さ
い値に落とすことはできない。

もし、一方、連続した密封壁部を全て磁性材料
で形成すると、磁性材料により囲繞体の全長に渡
り磁気短絡が起きて、軸受、検出器及び電動機の
運転が妨害される。

更に、例えばフランス特許出願明細書第
2452782号は、Ｘ線管の密封壁部を貫通する磁気
軸受固定子の継鉄の構造を開示している。該構造
によれば、電磁巻線はＸ線管の外方に配設される
一方、電機子の磁極片はＸ線管の内方へ深く突入
して、Ｘ線管内に空隙が形成される。この場合、
電磁巻線は空隙から離れ過ぎていると共に磁気損
が大き過ぎるので、この構造も満足なものでな
い。

更に、密封囲繞体を備えた機械においては、磁
気継鉄の金属シートの薄さにより磁極片を密封状
態で固着できないため、囲繞体の壁に設けた開口
と同一面となる磁極片を備えると共に積層材料か
ら成る従来の磁気継鉄を使用することができな
い。

目 的 本発明は、密封囲繞体内に配置された回転子
を、回転子と接触せずに小さな幅の空隙を設け
て、且つ、損失を抑えて、支持して、比較的小形
の装置に適用できると共に消費エネルギの低い電
磁懸架装置を提供することをその目的とするもの
である。

要 旨 本発明によれば、上記型式の装置において、積
層材料から成る各々の固定子の磁気継鉄は、厚さ
の薄く且つ非積層磁性材料から成る端子部によつ
て、端部磁極片の位置まで延長されており、更
に、上記端子部は、密封囲繞体の壁の一部を直接
形成すると共に、環状電機子の反対側に位置して
いない非磁性密封壁部に溶接することによつて固
着されており、又、電磁軸受の空隙は、環状電機
子と、密封壁部の一部を成す端子部の囲繞体内の
表面とで形成される。

本発明の第１実施例によれば、端部磁極片の端
子部は、高い抵抗率と約200よりも高い相対透磁
率を有する磁性材料から成る１組の小形の固体部
材によつて形成され、更に、固体部材は、磁界の
線に平行に配設されていると共にガラスで成形さ
れて、密封囲繞体の壁１のガラス部に密封状態で
固着される（第１図）。

上記小形の固体片は約２〜３mmの幅を有する一
方、継鉄４１の積層磁性材料は、厚さが約0.3〜
0.4mmの金属シートから成り、且つ、上記小形の
固体片は互いに磁界に平行に1/10×数mm程度の厚
さのガラス層によつて離隔されている。

本発明の別の実施例によれば、端部磁極片の端
子部は、高い透磁率と約200より高い透磁率を有
する磁性材料である金属シートから成る被覆物で
形成され、更に、該被覆物は、磁界の線に対して
垂直に配設されていると共に、密封囲繞体の壁の
ガラス部又は金属部に密封状態で溶接することに
より固着される。

端子部は、0.3〜0.5mm程度の幅を有すると共
に、アンバーやスーパーアンヒスター等の貴金属
を大量に含有する強磁性合金によつて形成されて
いる。

本発明の有利な特徴は、位置検出器が、電磁型
であり、且つ、回転子に装着される積層磁性材料
から成る環状電機子と、電磁巻線で形成された固
定子とを備え、又、電磁巻線は、密封囲繞体の外
方に配設されていると共に、積層磁性材料から成
る電機子と協働し、更に、上記電機子に、非積層
磁性材料から成る端子部によつて延長された端部
磁極片を設け、且つ、該端子部は、密封囲繞体の
壁の一部を直接形成すると共に、隣接したガラス
壁部に溶接することにより固着される点である。

又、位置検出器の端子部を、フエライトから成
るロツド又は単離粒子を有する焼結鋼から成るロ
ツドで形成することが望ましい。

本発明の更に別の特徴は、磁性金属シートから
成る端子部を、壁のガラス部と金属部の膨張の違
いを吸収し得る波形部を設けた密封壁部を介し
て、ガラス壁部に固着した点である。

本発明にかかる装置は、特に、Ｘ線管の回転陽
極軸の構造に適用することができ、この場合、更
に、陽極の駆動軸に固着した回転子と、密封囲繞
体の外方に配置した固定子を設けた非同期電動機
と、駆動軸の軸方向の位置を検出する軸方向位置
検出器とを備え、又、電動機と反対側に配設した
密封囲繞体の一部はガラスで形成され、且つ、軸
方向位置検出器に、積層磁性材料から成る電機子
と協働する巻線を備える固定子を設け、又、電機
子の端部磁極片を、密封囲繞体の壁を直接形成す
ると共に隣接したガラス壁部に溶接することによ
り固着される非積層磁性材料から成る端子部によ
つて延長したことである。

上記適用例において、電磁軸受は円錐型である
一方、陽極を接地電位に設定することが望まし
い。

又、一例として、電磁軸受の固定子の電機子の
端部磁極片の端子部と、対応する環状電機子との
間の空隙は約0.4〜0.8mmに設定される。

実施例 以下に、本発明の構成を各実施例について添付
した図面に従つて説明する。

第１図において、回転子２は、密封囲繞体１内
に配置されていると共に電磁軸受４，５によつて
非接触状態で支持されている。電磁軸受４，５の
固定子はベース１０に装着されている。回転子２
を駆動する非同期電動機３は、電機子３３と誘導
子又は固定子とを備え、更に、電機子３３は、回
転子２の軸心に平行に延在すると共に回転子２の
周囲に吸納される導電性銅棒で形成される一方、
誘導子又は固定子に、厚さが薄い強磁性金属シー
トの束で形成されると共に電圧印加コイル３２と
協働する鉄心３１を設ける。回転子２に固着した
電機子３３は密封囲繞体１内に配置される一方、
ベース１０に固着された鉄心３１と電圧印加コイ
ル３２は密封囲繞体１の外方に配置される。密封
囲繞体１の回転子２と対向する部分に、ガラス等
の絶縁材料で形成した壁１６が設けられている。
鉄心３１の金属シートの端部は、厚さが例えば１
〜２mm程度の壁１６と当接している。壁１６と電
機子３３の間の自由空間は１mm程度互いに隔離さ
れている。鉄心３１の端部と電機子３３の間の全
空隙を上記寸法に設定することにより、非同期電
動機３を適当に運転することが可能となる。

回転子２の半径方向位置を検出する半径方向位
置検出器６，７は、従回路（図示せず）を備える
電磁軸受４，５と協働して、電磁手段のみによつ
て支持されている回転子２の位置を安定化する。
更に、回転子２と電磁軸受４，５の固定子及び半
径方向位置検出器６，７との間に存在する最小遊
隙より僅かに小さい横方向隙間を有するように、
玉軸受８が非常用軸受として設けられている。電
磁軸受４，５は、双円錐型であると共に、２個の
円錐台表面によつて境界を設けられた空隙を備え
ているため、これらの電磁軸受４，５は、軸方向
のストツパを更に設けなくても、回転子を半径方
向及び軸方向において心出しする。回転子の軸方
向位置を検出する軸方向位置検出器９が、半径方
向位置検出器６，７と協働して、回転子２が電磁
軸受４，５によつて位置決めされる。

第１図及び第３図から明らかなように、電磁軸
受４，５は各々、回転子２に装着した積層強磁性
材料から成る環状電機子４３，５３と、ベース１
０に固着した固定子４１，５１とを備える。固定
子４１，５１は、回転子２の軸心の理論位置の回
りに等間隔で配設した４個の同等の電磁石５ａ，
５ｂ，５ｃ，５ｄで形成され、各々の電磁石５ａ
〜５ｄは、巻線４２，５２と、Ｕ字状の継鉄４
１，５１を備える。継鉄４１，５１は、磁束線を
閉鎖するように対応する環状電磁子４３，５３と
対向する磁極片を形成する。固定子の電機子４１
の端部の磁極面と環状電機子４３，５３の間に隙
間が形成される。各々の継鉄４１，５１は、積層
磁性材料から成ると共に、回転子２の軸心に垂直
に設けた薄い金属板４７，５７の束を備える。例
えば軟鉄から成るこれらの薄い金属シートは、約
0.3〜0.4mmの厚さを有する。磁界に平行な継鉄４
１，５１の分割は、過大な渦電流損を防ぐために
公知の装置と同様に行われている。巻線４２，５
２は、回転子２が収納された密封囲繞体１の壁の
完全に外方に配置されている。この構成により、
巻線４２，５２の絶縁塗料が密封囲繞体１の内部
でガスを放出して、密封囲繞体１内に配置された
部材の運転に悪影響を及ぼすという現象を避ける
ことができる。密封囲繞体は、実際上、有毒な又
は腐食性のある製品も処理するのに運転できるよ
うにしてもよいが、高真空下でもその性能が電磁
軸受によつて悪影響を受けずに運転できるように
してもよい。

磁気損を抑制するには、僅かな空隙を形成する
ように、継鉄４１，５１の磁極片を対応する電機
子４３，５３と出来るだけ近接させねばならな
い。然しながら、成層鉄心を、流体を密封するこ
とが望ましい密封囲繞体の壁に挿通することは困
難である。従つて、本発明においては、磁極片
は、固体部材４５，５５で形成される端子部４
４，５４で延長されている。固体部材４５，５５
は、厚さが２〜３mm程度であると共に、抵抗率及
び相対透磁率μが高い非積層磁性材料から成る。
更に、固体部材４５，５５を、例えば３％鉄−珪
素合金で製作してもよい。積層した金属シート４
７の束に続いて配設した固体部材４５，５５は、
２個の固体部材４５，５５の間に回転子２の軸方
向に1/10×数mmの厚さを有する薄い絶縁層４６，
５６を形成するように、ガラスで成形される。強
磁性の固体部材４５をガラスで成形することによ
り、ガラスの壁１が流体を連続して密封できる一
方、磁気損を大幅に増大させずに、継鉄４１，５
１の磁極片を密封囲繞体の壁に挿通して密封囲繞
体の内方へ僅かな距離だけ延在させ、対応する環
状電機子４３，５３と共に厚さの薄い空隙を形成
するように構成することができる。各磁極の端子
部４４，５４は、回転子の軸心方向に３個又は４
個の連続した固体部材４５，５５を備えるが、端
子部に使用される磁性材料が十分に高い透磁率を
有する場合には、一体物として製作することがで
きる。

第１図及び第２図において、電磁型の半径方向
位置検出器６，７は、回転子２の上に配設された
積層強磁性材料から成る環状電機子６３，７３
と、ベース１０に固着した支持部材６５，７５に
装着された積層磁性材料から成る電機子７１で形
成される固定子と、巻線７２とを備える。第２図
に示すように、半径方向位置検出器６，７を、４
対の磁極を形成するように回転子２の軸心の回り
に等間隔に配設した４個の電磁石７ａ，７ｂ，７
ｃ，７ｄで形成してもよい。磁性金属シート６
７，７７の公知の束によつて形成される磁極片６
１，７１は、密封された壁１と同一平面を有する
と共に、非積層磁性材料から成る端子部６４，７
４によつて延長される。更に、端子部６４，６７
は、密封囲繞体の壁の一部を直接形成すると共
に、ガラスから成る隣接壁部材に溶接することに
よつて固着される。端子部６７，７４を、特に数
十ｋHz程度の高周波数で検出器を運転するように
設けたフエライト製のロツドで形成してもよい。

電磁軸受４，５の場合と同様に、端子部６４，
７４と、対応する環状電機子６３，７３とで形成
される半径方向位置検出器６，７の空隙は極めて
小さく、例えば0.4〜0.8mm程度である。

以下に、本発明の第２実施例を第４図に従つて
説明する。第１図の実施例と第４図の実施例の対
応する部品は同一参照番号が付されている。

第４図の磁気懸架装置は、回転子２を非接触状
態で支持し得る２個の電磁軸受４，５を備え、回
転子２はＸ線管の陽極管の回転部材のための支持
軸２を備える。回転子２は、その周囲に、積層磁
性材料から成る環状電機子４３，５３及び６３，
７３を受承し、環状電機子４３，５３及び６３，
７３は、夫々、電磁軸受４，５及び半径方向位置
検出器６，７の囲繞体の外方の固定子と協働す
る。安全玉軸受（図示せず）を密封囲繞体の内方
の回転子２と協働させてもよい。

本実施例における非同期電動機３と回転子２の
半径方向位置を検出する半径方向位置検出器６，
７の構造は、第１図に示すものと同様である。一
方、電磁軸受の固定子の継鉄４１，５１の端子部
４４′，５４′は第１図の端子部４４，５４と異な
る。

第４図の実施例において、積層した継鉄４１，
５１の磁極片の端部は、アンバー又はスーパーア
ンヒスター等の透磁率が高く抵抗率が低い強磁性
材料から成る0.3〜0.5mm程度の厚さの薄板で被覆
されている。密封壁部１３，１９を形成するよう
に磁極を越えて延在する上記被覆物は、磁気短絡
を生ぜしめるが、該磁気短絡の影響は、継鉄４１
の磁極上に重ねた薄板４４′，５４′の薄さを考慮
に入れると無視し得る。従つて、環状電機子４
３，５３と、端子部４４′，５４′を形成する被覆
物の間の空隙は0.4〜0.8mm程度の極端に小さい幅
を有するようにして、各々の電磁軸受４，５は磁
気的にあらゆる効率を維持できる一方、金属シー
ト４７，５７が密封囲繞体内に突入していないの
で、固定子４１，５１の部分での流体の密封性が
保証される。

磁性材料から成る壁部１３，１９は、ガラス壁
部１５，１７と金属壁部１３，１９の間の膨張の
違いを吸収できるように波形に形成した金属合金
から成る流体密封壁部１４，１８に溶接されてい
る。

１個の軸方向位置検出器９（第４図）又は１対
の軸方向位置検出器９を回転子２の前部に対向す
るように配置して、回転子の軸方向位置データを
得ることができる。半径方向位置検出器６，７と
同様に、軸方向位置検出器９は、巻線９２と協働
する積層継鉄９１から成る固定子を備え、積層継
鉄９１はガラス壁部材１２に挿入されたフエライ
ト製ロツド９４で延長されている。

明らかに、Ｘ線管に使用する場合には、回転陽
極の能動磁気懸架装置により、電磁軸受巻線４，
５に印加される電流の値の予知制御をして、（Ｘ
線管内に現われる容量性力により外乱を生じる）
高電圧の印加による力と、特に、Ｘ線管を停止す
る時の走行停止端部における減速とを考慮に入れ
ることができる。

更に、回転子と支持軸受の固定子とが接触しな
い電磁型の懸架装置により、Ｘ線管の場合は、例
えば１日中安定した運転ができる一方、玉軸受の
場合は、初期摩耗を避けるために、各操作毎にＸ
線管を再始動する必要があるが、これは操作毎に
遅れ時間を生じて操作者にとつて面倒である。

場合によつては、コイル４２，５２に囲繞され
た継鉄部と、被覆物に近接していると共に端子部
４４′，５４′を形成する継鉄部との間に、回転子
の軸心に平行な狭い空隙を継鉄４１，５１に更に
設けてもよい。被覆物４４，５４に近接した継鉄
部を形成する金属シートを、例えば、にわかで被
覆物４４′，５４′に固着する一方、継鉄部に最
早、円錐端部を設けていないために、摺動するこ
とによつて容易に取り外せる一体組立物として、
コイル４２，５２で囲繞された継鉄部を製作する
ことができる。追加した空隙が十分に小さけれ
ば、電磁軸受の性能は大略変化しない。

従つて、本発明は上記実施例に詳記した如き構
成よりなり、所期の目的を達成し得るものであ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例にかかる、密封囲
繞体内に配置した回転子の電磁懸架装置の部分縦
断面略図であり、第２図は第１図の−線にお
ける断面図であり、第３図は第１図の−線に
おける断面図であり、第４図はＸ線管の回転陽極
構造に適用した本発明の第２実施例にかかる電磁
懸架装置の縦断面図である。 １……密封囲繞体、２……回転子、３……非同
期電動機、４，５……電磁軸受、６，７……半径
方向位置検出器、８……玉軸受、９……軸方向位
置検出器、１０……ベース、３１……鉄心、３
３，７１……電機子、４３，５３，６３，７３…
…環状電機子、４１，５１……固定子、４２，５
２，７２，９２……巻線。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 密封囲繞体内に配置した回転子の磁気懸架装
   置にして、少くとも２個の能動半径方向電磁軸受
   と、該能動半径方向電磁軸受が回転子を非接触状
   態で支持するように能動半径方向電磁軸受をサー
   ボ連結する位置検出器とを備え、更に、各々の能
   動半径方向電磁軸受は、回転子に装着された積層
   磁性材料から成る環状電機子と、積層磁性材料か
   ら成る継鉄と協働する電磁巻線で形成される固定
   子とを備え、且つ、継鉄に、環状電機子と接触し
   ないように環状電機子から短かい寸法だけ離隔し
   て配設した端部磁極片を設ける一方、電磁巻線を
   全て密封囲繞体の外方に配置し、又、各々の継鉄
   を、非積層磁性材料から成る厚さの薄い端子部に
   よつて、端部磁極片の位置まで延長し、更に、端
   子部は密封囲繞体の壁の一部を直接形成すると共
   に、端子部を、環状電機子と反対側に配置されて
   いない非磁性の流体密封壁の部分に溶接すること
   により固着する一方、電磁軸受の空隙を、環状電
   機子と、流体密封壁の一部を成す端子部の密封囲
   繞体内の表面とで形成するように構成したことを
   特徴とする磁気懸架装置。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載した磁気懸架装
   置において、上記端部磁極片の端子部を、抵抗率
   が高くて、相対透磁率が約200より高い磁性材料
   から成る１組の小形の固体片で形成し、更に、固
   体片を、磁力線に平行に配置すると共にガラスで
   成形して、密封囲繞体の壁のガラス部に密封状態
   で固着したことを特徴とするもの。 ３ 特許請求の範囲第２項に記載した磁気懸架装
   置において、上記固体片は約２〜３mmの幅を有す
   る一方、継鉄の積層磁性材料を、厚さが約0.3〜
   0.4mmの薄板で形成し、更に、固体片を磁界に平
   行に厚さが1/10×数mm程度のガラス層で互いに離
   隔したことを特徴とするもの。 ４ 特許請求の範囲第３項に記載した磁気懸架装
   置において、上記端部磁極片の端子部を、抵抗率
   が高くて、透磁率が約200より高い磁性材料であ
   る金属シートから成る被覆物で形成し、更に、該
   被覆物を、磁界の線に対して垂直に配設すると共
   に、密封囲繞体の壁のガラス部又は金属部に流体
   を密封するように溶接することにより接合したこ
   とを特徴とするもの。 ５ 特許請求の範囲第４項に記載した磁気懸架装
   置において、上記端子部は、0.3〜0.5mm程度の厚
   さを有すると共に、アンバーやスーパーアンヒス
   ター等の貴金属を大量に含有する強磁性合金で形
   成されていることを特徴とするもの。 ６ 特許請求の範囲第１項に記載した磁気懸架装
   置において、上記位置検出器は、電磁型であると
   共に、回転子に装着される積層磁性材料から成る
   環状電機子と、密封囲繞体の外方へ配置され、且
   つ、積層磁性材料から成る継鉄と協働する磁気巻
   線で形成される固定子とを備え、更に、継鉄に、
   非積層材料から成る端子部によつて延長した端部
   磁極片を設け、又、該端子部は、密封囲繞体の壁
   の一部を直接形成すると共に、ガラスの連続壁部
   に溶接することにより固着されていることを特徴
   とするもの。 ７ 特許請求の範囲第６項に記載した磁気懸架装
   置において、上記位置検出器の端子部をフエライ
   トから成るロツドで形成したことを特徴とするも
   の。 ８ 特許請求の範囲第４項に記載した磁気懸架装
   置において、磁性金属シートで形成した上記端子
   部を、ガラス壁部と金属壁部の膨張の違いを吸収
   できる波形部を設けた流体密封壁部を介して、ガ
   ラス壁部に固着したことを特徴とするもの。 ９ 特許請求の範囲第１項に記載した磁気懸架装
   置において、該磁気懸架装置は、Ｘ線管の回転陽
   極軸の構造に適用されると共に、更に、非同期電
   動機を備える一方、該非同期電動機は、陽極の駆
   動軸に固着された回転子と、密封囲繞体の外方に
   配置された固定子とを備え、且つ、非同期電動機
   に対向する密封囲繞体の部分はガラスで形成さ
   れ、更に、電磁軸受は、円錐型であると共に、更
   に、駆動軸の軸方向位置を検出する軸方向位置検
   出器を設け、又、該軸方向位置検出器は、積層磁
   性材料から成る継鉄と協働する巻線で形成される
   固定子を備え、且つ、継鉄の端部磁極片を非積層
   材料から成る端子部によつて延長する一方、該端
   子部は、密封囲繞体の壁を直接形成すると共に、
   ガラスの連続壁部に溶接することにより固着さ
   れ、又、陽極は接地電位に設定されていることを
   特徴とするもの。 １０ 特許請求の範囲第１項に記載した磁気懸架
   装置において、上記電磁軸受の固定子の継鉄の端
   部磁極片の端子部と、対応する環状電機子との間
   の空隙が約0.4〜0.8mmに設定されていることを特
   徴とするもの。