JP2001263291A - Rotation supporting structure of high speed motor driven compressor - Google Patents
Rotation supporting structure of high speed motor driven compressorInfo
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- F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F04D29/051—Axial thrust balancing
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気軸受の間隔と
ロータ全長を短縮できる高速モータ駆動圧縮機の回転支
持構造に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a rotary support structure for a high-speed motor-driven compressor which can reduce the distance between magnetic bearings and the overall length of a rotor.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ターボ圧縮機は、レシプロ圧縮機やスク
リュウ圧縮機に比較して大容量化、小型化に適しかつオ
イルフリー化が容易な特徴がある。そのためターボ圧縮
機は、工場の空気源、空気分離の原料空気、プロセス関
係の空気源等の汎用圧縮機として多用されている。2. Description of the Related Art Compared with reciprocating compressors and screw compressors, turbocompressors are characterized by being suitable for increasing the capacity and miniaturization and being easily oil-free. For this reason, turbo compressors are widely used as general-purpose compressors for factory air sources, raw material air for air separation, process-related air sources, and the like.
【０００３】図４は、従来の２段ターボ圧縮機（１軸２
段歯車駆動圧縮機）の構成図であり、図５はその系統図
である。図４に示す１軸２段歯車駆動圧縮機は、電動機
１、歯車増速機２、同軸２段圧縮機３からなる。同軸２
段圧縮機３は、回転軸４の両端にそれぞれ１段インペラ
５と２段インペラ６が同軸に設けられ、この回転軸４を
歯車増速機２により高速（例えば１０万ｍｉｎ-1以上）
で回転駆動するようになっている。また、図５に示すよ
うに、かかる２段ターボ圧縮機は、１段インペラ５で圧
縮したガスをインタークーラで中間冷却して２段インペ
ラ６に導き、ここで再圧縮して高圧縮比（例えば汎用圧
縮機では８以上）を得るようになっている。FIG. 4 shows a conventional two-stage turbo compressor (one shaft, two shafts).
FIG. 5 is a configuration diagram of a stage gear drive compressor, and FIG. The single-shaft, two-stage gear drive compressor shown in FIG. 4 includes an electric motor 1, a gear speed increaser 2, and a coaxial two-stage compressor 3. Coaxial 2
The stage compressor 3 has a one-stage impeller 5 and a two-stage impeller 6 coaxially provided at both ends of a rotating shaft 4, and the rotating shaft 4 is moved at a high speed (for example, 100,000 min -1 or more) by the gear speed increasing device 2.
It is designed to rotate. Further, as shown in FIG. 5, such a two-stage turbo compressor intermediately cools the gas compressed by the one-stage impeller 5 with an intercooler and guides the gas to the two-stage impeller 6, where it is recompressed and has a high compression ratio ( For example, a general-purpose compressor can obtain 8 or more).
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の２段タ
ーボ圧縮機（１軸２段歯車駆動圧縮機）は、ガスを圧縮
する同軸２段圧縮機３は小型にできるが、電動機１及び
歯車増速機２が大型となるため全体としてはかなり大型
となる問題点があった。そのため、図６に示すように、
歯車増速機２を省略した高速モータ駆動圧縮機が一部で
提案されている。この高速モータ駆動圧縮機は、歯車増
速機がなく高速電動機のロータ軸７の両端にインペラ
５，６を備えるため、装置全体が小型化できる特徴があ
る。In the above-described conventional two-stage turbo compressor (single-shaft, two-stage gear drive compressor), the coaxial two-stage compressor 3 for compressing gas can be reduced in size. There is a problem that the overall size of the gearbox 2 becomes considerably large because the gearbox 2 becomes large. Therefore, as shown in FIG.
Some high-speed motor-driven compressors in which the gearbox 2 is omitted have been proposed. This high-speed motor-driven compressor has a feature that the entire device can be reduced in size because it has impellers 5 and 6 at both ends of a rotor shaft 7 of the high-speed motor without a gear speed increaser.
【０００５】上述した高速モータ駆動圧縮機において、
高速電動機のロータ軸７の支持には、主に磁気軸受が用
いられ、この磁気軸受には、必ず対向面が必要である。
従来は、スラスト磁気軸受の対向面として、図７に示す
ようにロータ軸７にディスク部７ａを専用に設ける回転
支持構造が一般的に採用されていた。しかし、この回転
支持構造では、ロータ長さが長くなり、スペース的、ロ
ータダイナミックス的に不利となる問題点があった。In the above-described high-speed motor driven compressor,
A magnetic bearing is mainly used to support the rotor shaft 7 of the high-speed motor, and the magnetic bearing always requires an opposing surface.
Conventionally, as a facing surface of a thrust magnetic bearing, a rotation support structure in which a disk portion 7a is exclusively provided on a rotor shaft 7 as shown in FIG. 7 has been generally adopted. However, this rotary support structure has a problem that the length of the rotor is long, which is disadvantageous in terms of space and rotor dynamics.
【０００６】また、図８に示すように、高速電動機のロ
ータ端面を利用する例もある。例えば、ＷＯ９９／３１
３９０の“ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＧＥＮＥＲＡＴＩＮ
ＧＯＶＥＲ−ＰＲＥＳＳＵＲＥ ＧＡＳ”には、図９に
示すように、ロータ７の端面７ａに対向してスラスト磁
気軸受８ｂを設置し、位置センサ９でロータ７の位置を
検出してスラスト磁気軸受８ｂの軸力を制御する回転支
持構造が開示されている。しかし、図７，図８の回転支
持構造により、ロータ長さは若干短くなるが、その分、
ラジアル磁気軸受８ａ間の間隔が長くなってしまい、ロ
ータの危険速度が低下し、ロータ剛性を高める必要が生
じる等の問題点があった。Further, as shown in FIG. 8, there is an example in which a rotor end face of a high-speed motor is used. For example, WO 99/31
390 "METHOD FOR GENERATEN"
In the GOVER-PRESSURE GAS ", as shown in FIG. 9, a thrust magnetic bearing 8b is installed so as to face the end face 7a of the rotor 7, and the position sensor 9 detects the position of the rotor 7 to detect the axis of the thrust magnetic bearing 8b. A rotary support structure for controlling the force is disclosed, but the rotary support structure shown in FIGS.
There has been a problem that the interval between the radial magnetic bearings 8a becomes long, the critical speed of the rotor is reduced, and the rigidity of the rotor needs to be increased.
【０００７】本発明はかかる問題点を解決するために創
案されたものである。すなわち、本発明の目的は、ロー
タ全長を短縮でき、これによりスペース的、ロータダイ
ナミックス的に有利とすることができる高速モータ駆動
圧縮機の回転支持構造を提供することにある。The present invention has been made to solve such a problem. That is, an object of the present invention is to provide a rotation support structure for a high-speed motor driven compressor that can reduce the overall length of the rotor, thereby being advantageous in terms of space and rotor dynamics.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明によれば、両端に
貫通したロータ軸（１１）を有する高速電動機（１２）
と、該ロータ軸の両端にそれぞれ取付けられた１段イン
ペラ（１３）及び２段インペラ（１４）とを備えた高速
モータ駆動圧縮機の回転支持構造において、１段インペ
ラ（１３）及び／又は２段インペラ（１４）の背面に対
向するスラスト磁気軸受（１８）と、その内側でロータ
軸（１１）を支持するラジアル磁気軸受（１９）とを備
えた、ことを特徴とする高速モータ駆動圧縮機の回転支
持構造が提供される。According to the present invention, a high-speed motor (12) having a rotor shaft (11) penetrating at both ends.
And a one-stage impeller (13) and / or a two-stage impeller (14) mounted on both ends of the rotor shaft. A high-speed motor-driven compressor comprising: a thrust magnetic bearing (18) opposed to a back surface of a step impeller (14); and a radial magnetic bearing (19) supporting a rotor shaft (11) inside the thrust magnetic bearing (18). Is provided.
【０００９】本発明のこの構成により、１段インペラ
（１３）及び／又は２段インペラ（１４）の背面を利用
して、スラスト磁気軸受（１８）によりスラスト力を支
持するので、ロータ軸に専用のディスク部を設ける必要
がなく、その分、ロータ全長を短縮できる。従って、ス
ペース的、ロータダイナミックス的に有利とすることが
できる。According to this configuration of the present invention, the thrust force is supported by the thrust magnetic bearing (18) by using the back surface of the one-stage impeller (13) and / or the two-stage impeller (14), so that it is dedicated to the rotor shaft. It is not necessary to provide the disk portion, and the total length of the rotor can be shortened accordingly. Therefore, it can be advantageous in terms of space and rotor dynamics.
【００１０】また、本発明によれば、両端に貫通したロ
ータ軸（１１）を有する高速電動機（１２）と、該ロー
タ軸の両端にそれぞれ取付けられた１段インペラ（１
３）及び２段インペラ（１４）とを備えた高速モータ駆
動圧縮機の回転支持構造において、前記ロータ軸はその
一部に同軸に設けられた切頭円錐面（１１ａ）を有し、
更に該切頭円錐面に対向するスラスト／ラジアル兼用の
テーパ磁気軸受（２０）を備えた、ことを特徴とする高
速モータ駆動圧縮機の回転支持構造が提供される。Further, according to the present invention, a high-speed electric motor (12) having a rotor shaft (11) penetrating at both ends thereof, and a single-stage impeller (1) attached to both ends of the rotor shaft, respectively.
In a rotary support structure of a high-speed motor-driven compressor including 3) and a two-stage impeller (14), the rotor shaft has a truncated conical surface (11a) coaxially provided on a part thereof,
Further, there is provided a rotary support structure for a high-speed motor-driven compressor, further comprising a taper magnetic bearing (20) for both thrust and radial facing the frusto-conical surface.
【００１１】本発明のこの構成により、スラスト／ラジ
アル兼用のテーパ磁気軸受（２０）により、スラスト磁
気軸受を必要としないため、ロータを短くでき、かつ軸
受個数を減らすことができ、これにより、スペース的、
ロータダイナミックス的、コスト的にも有利となる。According to this structure of the present invention, a thrust / radial tapered magnetic bearing (20) eliminates the need for a thrust magnetic bearing, so that the rotor can be shortened and the number of bearings can be reduced. Target,
This is advantageous in terms of rotor dynamics and cost.
【００１２】更に、本発明によれば、両端に貫通したロ
ータ軸（１１）を有する高速電動機（１２）と、該ロー
タ軸の両端にそれぞれ取付けられた１段インペラ（１
３）及び２段インペラ（１４）とを備えた高速モータ駆
動圧縮機の回転支持構造において、前記ロータ軸はその
一部に同軸に設けられた切頭円錐面（１１ａ）を有し、
更に１段インペラ（１３）又は２段インペラ（１４）の
背面に対向するスラスト磁気軸受（１８）と、前記切頭
円錐面に対向するスラスト／ラジアル兼用のテーパ磁気
軸受（２０）とを備える、ことを特徴とする高速モータ
駆動圧縮機の回転支持構造が提供される。Further, according to the present invention, a high-speed electric motor (12) having a rotor shaft (11) penetrating at both ends, and a single-stage impeller (1) attached to both ends of the rotor shaft, respectively.
In a rotary support structure of a high-speed motor-driven compressor including 3) and a two-stage impeller (14), the rotor shaft has a truncated conical surface (11a) coaxially provided on a part thereof,
A thrust magnetic bearing (18) facing the back of the one-stage impeller (13) or the two-stage impeller (14); and a thrust / radial tapered magnetic bearing (20) facing the truncated conical surface. A rotary support structure for a high speed motor driven compressor is provided.
【００１３】本発明のこの構成により、スラスト磁気軸
受（１８）とスラスト／ラジアル兼用のテーパ磁気軸受
（２０）の併用により、大きなスラスト力を受け、かつ
ロータ長さを短くし、軸受個数を減らすことができる。According to this structure of the present invention, the combined use of the thrust magnetic bearing (18) and the thrust / radial tapered magnetic bearing (20) allows a large thrust force, shortens the rotor length, and reduces the number of bearings. be able to.
【００１４】本発明の好ましい実施形態によれば、ロー
タ位置を検出する位置検出センサ（２２）と、検出され
たロータ位置に応じて磁気軸受（１８，１９，２０）を
制御する位置制御装置（２４）とを備える。According to a preferred embodiment of the present invention, a position detection sensor (22) for detecting a rotor position and a position control device (18, 19, 20) for controlling a magnetic bearing (18, 19, 20) according to the detected rotor position. 24).
【００１５】この構成により、磁気軸受（１８，１９，
２０）の吸引力をダイナミックに制御して、ロータ位置
を常に所定の位置に位置決めすることができる。With this configuration, the magnetic bearings (18, 19,
By dynamically controlling the suction force of 20), the rotor position can be always positioned at a predetermined position.
【００１６】[0016]
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を図面を参照して説明する。図１は、本発明の第１実施
形態を示す高速モータ駆動圧縮機の全体構成図である。
この図に示すように、本発明の高速モータ駆動圧縮機１
０は、１軸２段高速モータ駆動圧縮機であり、高速電動
機１２、１段インペラ１３及び２段インペラ１４及びイ
ンタークーラ１６からなる。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is an overall configuration diagram of a high-speed motor driven compressor showing a first embodiment of the present invention.
As shown in this figure, the high-speed motor driven compressor 1 of the present invention
Reference numeral 0 denotes a single-shaft, two-stage high-speed motor-driven compressor, which includes a high-speed motor 12, a one-stage impeller 13, a two-stage impeller 14, and an intercooler 16.
【００１７】高速電動機１２は、好ましくは多相誘導電
動機であり、軸心を中心に回転する回転子１２ａとその
まわりを囲む固定子１２ｂからなる。回転子１２ａの中
心軸（ロータ軸１１）は、電動機の両側（この図で左
右）に貫通して延びている。The high-speed motor 12 is preferably a polyphase induction motor, and comprises a rotor 12a rotating about an axis and a stator 12b surrounding the rotor. The central axis (rotor axis 11) of the rotor 12a extends through both sides (left and right in this figure) of the electric motor.
【００１８】固定子１２ｂは、例えば図示しない固定子
枠内に収められた固定子鉄心と固定子巻線からなる。固
定子鉄心には、例えば鉄損を軽減するために薄板を軸方
向に積層したものを用いる。また、固定子１２ｂの巻線
は、鉄心内の溝に納められ、多相電源と接続して回転磁
界を作るようになっている。The stator 12b includes, for example, a stator core and a stator winding housed in a stator frame (not shown). As the stator core, for example, a thin plate laminated in the axial direction is used to reduce iron loss. The winding of the stator 12b is accommodated in a groove in the iron core, and is connected to a polyphase power supply to generate a rotating magnetic field.
【００１９】回転子１２ａは、例えば図示しない積層鉄
心（ロータコア）と回転子巻線からなる。回転子巻線は
鉄心の溝内に納められる。回転子は、好ましくはかご形
回転子であるが、巻線形回転子であってもよい。かご形
回転子の場合、回転子溝（ｓｌｏｔ）におのおの１本づ
つの銅棒を納め、その両端を短絡環（ｅｎｄ ｒｉｎ
ｇ）で接続する。The rotor 12a includes, for example, a laminated core (rotor core) and a rotor winding (not shown). The rotor winding is housed in a groove in the iron core. The rotor is preferably a cage rotor, but may be a wound rotor. In the case of a cage rotor, one copper rod is placed in each rotor slot, and both ends of the copper rod are shorted with an end ring.
g) Connect.
【００２０】上述した構成により、固定子１２ｂは、多
相電源より交流電力を受けて回転磁界を作り、空隙を介
して誘導作用によって回転子１２ａの二次巻線に誘導電
流を発生させ、その電流と回転磁界の磁束により回転力
（フレミングの左手法則）を生じさせ、回転磁界と同一
方向に回転子１２ａを回転させることができる。この場
合、高周波電源を用いて回転磁界の回転速度を高速にす
ることにより、回転子１２ａすなわちロータ軸１１を高
速（例えば５万ｍｉｎ-1以上）で回転駆動することがで
きる。With the configuration described above, the stator 12b receives AC power from the multi-phase power supply to generate a rotating magnetic field, and generates an induced current in the secondary winding of the rotor 12a by an inductive action through the air gap. A rotating force (Fleming's left rule) is generated by the current and the magnetic flux of the rotating magnetic field, and the rotor 12a can be rotated in the same direction as the rotating magnetic field. In this case, the rotor 12a, that is, the rotor shaft 11 can be rotationally driven at a high speed (for example, 50,000 min -1 or more) by increasing the rotation speed of the rotating magnetic field using the high-frequency power supply.
【００２１】なお、本発明は、多相誘導電動機に限定さ
れず、多相誘導電動機以外の高速電動機、例えば直流電
動機を用いてもよい。The present invention is not limited to a polyphase induction motor, but may use a high-speed motor other than the polyphase induction motor, for example, a DC motor.
【００２２】本発明において、１段インペラ１３及び２
段インペラ１４は、高速電動機１２のロータ軸１１の両
端にそれぞれ一体的に又は取り外し可能に取付けられて
いる。また、１段インペラ１３及び２段インペラ１４の
周囲には、ディフューザ、スクロールケーシングが設け
られている。In the present invention, the single-stage impellers 13 and 2
The stage impellers 14 are integrally or detachably attached to both ends of the rotor shaft 11 of the high-speed motor 12. A diffuser and a scroll casing are provided around the one-stage impeller 13 and the two-stage impeller 14.
【００２３】この構成により、１段インペラ１３で圧縮
したガスをディフューザ、スクロールケーシングを介し
て、インタークーラ１６に導き、ここで中間冷却して２
段インペラ１４に導き、ここで再圧縮して高圧縮比（例
えば汎用圧縮機では８以上）を得るようになっている。
１段インペラ１３で圧縮したガスの圧力は０．３〜０．
４ＭＰａであり、中間冷却後の温度は約４０℃以下であ
る。With this configuration, the gas compressed by the single-stage impeller 13 is guided to the intercooler 16 via the diffuser and the scroll casing, where the gas is intermediately cooled and then cooled.
It is led to the stage impeller 14, where it is recompressed to obtain a high compression ratio (for example, 8 or more in a general-purpose compressor).
The pressure of the gas compressed by the first-stage impeller 13 is 0.3 to 0.1.
4 MPa, and the temperature after the intermediate cooling is about 40 ° C. or less.
【００２４】また、この実施形態において、本発明の高
速モータ駆動圧縮機１０のロータ軸１１はその一部（こ
の図で左側）にロータ軸１１と同軸に設けられた切頭円
錐面１１ａを有する。また、この高速モータ駆動圧縮機
１０は、２段インペラ１４の背面に対向するスラスト磁
気軸受１８と、切頭円錐面１１ａに対向するスラスト／
ラジアル兼用のテーパ磁気軸受２０とを備えている。更
に、スラスト磁気軸受１８及びテーパ磁気軸受２０の対
向面、すなわち２段インペラ１４の背面部分と切頭円錐
面１１ａは、磁気による吸引が可能なように磁性体で構
成されている。In this embodiment, the rotor shaft 11 of the high-speed motor driven compressor 10 of the present invention has a truncated conical surface 11a provided coaxially with the rotor shaft 11 on a part thereof (left side in this figure). . The high-speed motor-driven compressor 10 has a thrust magnetic bearing 18 facing the back of the two-stage impeller 14 and a thrust magnetic bearing 18 facing the frusto-conical surface 11a.
A radial magnetic taper magnetic bearing 20. Further, the opposing surfaces of the thrust magnetic bearing 18 and the tapered magnetic bearing 20, that is, the back surface of the two-stage impeller 14 and the truncated conical surface 11a are made of a magnetic material so that they can be attracted by magnetism.
【００２５】更に、この実施形態において、１段インペ
ラ１３側には、ロータ軸１１を支持するラジアル磁気軸
受１９が設けられている。また、ロータ軸１１の軸方向
位置を検出する位置検出センサ２２が、２段インペラ１
４を検出するように配置されている。更に、位置検出セ
ンサ２３ａ，２３ｂが、それぞれロータ軸１１の両端支
持部の半径方向位置を検出するように配置されている。Further, in this embodiment, a radial magnetic bearing 19 for supporting the rotor shaft 11 is provided on the one-stage impeller 13 side. The position detection sensor 22 for detecting the axial position of the rotor shaft 11 is a two-stage impeller 1.
4 are detected. Further, the position detection sensors 23a and 23b are arranged so as to detect the radial positions of the support portions at both ends of the rotor shaft 11, respectively.
【００２６】更に、この高速モータ駆動圧縮機１０は、
位置制御装置２４を備え、位置検出センサ２２，２３
ａ，２３ｂで検出されたロータ位置に応じて磁気軸受１
８，１９，２０の吸引力を制御するようになっている。Further, this high-speed motor driven compressor 10
A position control device 24;
a, the magnetic bearing 1 according to the rotor position detected at 23b.
The suction force of 8, 19, 20 is controlled.
【００２７】すなわち、この例では、スラスト磁気軸受
１８が右方向の吸引力、テーパ磁気軸受２０が左方向の
吸引力を発生するようになっており、位置制御装置２４
によりスラスト磁気軸受１８とテーパ磁気軸受２０の合
力（軸方向の右向き）が、圧力差によりロータ軸に作用
するスラスト力（例えば左向き）と釣り合うようになっ
ている。更に、この釣り合い状態から、スラスト力が変
化してロータ軸１１が左右にわずかにシフトすると、こ
れを位置検出センサ２２で検出して元の位置に戻すよう
にスラスト磁気軸受１８又はテーパ磁気軸受２０の吸引
力を制御する。また、ラジアル軸受１９も同様に、位置
検出センサ２３ａ，２３ｂで軸位置を検出して内部の対
向位置の磁気軸受の吸引力を制御し元の位置に戻すよう
になっている。That is, in this example, the thrust magnetic bearing 18 generates a rightward attractive force and the tapered magnetic bearing 20 generates a leftward attractive force.
As a result, the resultant force (rightward in the axial direction) of the thrust magnetic bearing 18 and the tapered magnetic bearing 20 is balanced with the thrust force (for example, leftward) acting on the rotor shaft due to the pressure difference. Further, when the thrust force changes from the balanced state and the rotor shaft 11 slightly shifts to the left or right, the thrust magnetic bearing 18 or the tapered magnetic bearing 20 is detected by the position detection sensor 22 and returned to the original position. To control the suction force. Similarly, the radial bearing 19 is configured to detect the shaft position by the position detection sensors 23a and 23b, control the attraction force of the magnetic bearing at the internal opposing position, and return to the original position.
【００２８】更に、図１の実施形態では、ラビリンスシ
ール２５ａが、ロータ全長をできるだけ短くするように
スラスト磁気軸受１８と一体に構成されている。なお、
反対側のラビリンスシール２５ｂは、ラジアル軸受１９
の外側に配置されている。Further, in the embodiment of FIG. 1, the labyrinth seal 25a is formed integrally with the thrust magnetic bearing 18 so as to make the overall length of the rotor as short as possible. In addition,
The labyrinth seal 25b on the opposite side is connected to the radial bearing 19
It is arranged outside.
【００２９】上述した第１実施形態の回転支持構造によ
り、２段インペラ１４の背面を利用して、スラスト磁気
軸受１８によりスラスト力を支持するので、ロータ軸に
専用のディスク部を設ける必要がなく、その分、ロータ
全長を短縮できる。また、スラスト磁気軸受１８とスラ
スト／ラジアル兼用のテーパ磁気軸受２０の併用によ
り、大きなスラスト力を受け、かつロータ長さを短く
し、軸受個数を減らすことができる。従って、スペース
的、ロータダイナミックス的に有利とすることができ
る。The thrust force is supported by the thrust magnetic bearing 18 using the back surface of the two-stage impeller 14 by the rotation support structure of the first embodiment described above, so that there is no need to provide a dedicated disk portion on the rotor shaft. The total length of the rotor can be reduced accordingly. Further, by using the thrust magnetic bearing 18 and the taper magnetic bearing 20 for both thrust / radial, it is possible to receive a large thrust force, shorten the rotor length, and reduce the number of bearings. Therefore, it can be advantageous in terms of space and rotor dynamics.
【００３０】図２は、本発明の第２実施形態を示す構成
図である。この実施形態では、１段インペラ１３及び２
段インペラ１４の両方の背面に対向する２つのスラスト
磁気軸受１８と、その内側でロータ軸１１を支持する２
つのラジアル磁気軸受１９とを備えている。その他の構
成は、第１実施形態と同様である。この構成により、１
段インペラ１３及び２段インペラ１４の背面を利用し
て、スラスト磁気軸受１８によりスラスト力を支持する
ので、ロータ軸に専用のディスク部を設ける必要がな
く、その分、ロータ全長を短縮できる。従って、スペー
ス的、ロータダイナミックス的に有利とすることができ
る。FIG. 2 is a configuration diagram showing a second embodiment of the present invention. In this embodiment, the single-stage impellers 13 and 2
Two thrust magnetic bearings 18 facing both rear surfaces of the stepped impeller 14, and two bearings for supporting the rotor shaft 11 inside thereof
And two radial magnetic bearings 19. Other configurations are the same as in the first embodiment. With this configuration, 1
Since the thrust force is supported by the thrust magnetic bearings 18 by using the back surfaces of the stepped impeller 13 and the two-step impeller 14, it is not necessary to provide a dedicated disk portion on the rotor shaft, and the overall length of the rotor can be reduced accordingly. Therefore, it can be advantageous in terms of space and rotor dynamics.
【００３１】図３は、本発明の第３実施形態を示す構成
図である。この実施形態では、ロータ軸１１はその両端
部分に同軸に設けられた１対の切頭円錐面１１ａを有す
る。また、この切頭円錐面１１ａに対向するスラスト／
ラジアル兼用の１対のテーパ磁気軸受２０を備えてい
る。その他の構成は、第１実施形態と同様である。この
構成により、スラスト／ラジアル兼用のテーパ磁気軸受
２０により、スラスト磁気軸受を必要としないため、ロ
ータを短くでき、かつ軸受個数を減らすことができ、こ
れにより、スペース的、ロータダイナミックス的、コス
ト的にも有利となる。FIG. 3 is a block diagram showing a third embodiment of the present invention. In this embodiment, the rotor shaft 11 has a pair of frusto-conical surfaces 11a provided coaxially at both ends. In addition, the thrust facing the frusto-conical surface 11a /
A pair of tapered magnetic bearings 20 for both radial use is provided. Other configurations are the same as in the first embodiment. With this configuration, the thrust / radial tapered magnetic bearing 20 eliminates the need for a thrust magnetic bearing, so that the rotor can be shortened and the number of bearings can be reduced, thereby providing space, rotor dynamics, and cost. This is also advantageous.
【００３２】なお、本発明は上述した実施の形態に限定
されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更でき
ることは勿論である。It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it goes without saying that various changes can be made without departing from the spirit of the present invention.
【００３３】[0033]
【発明の効果】上述したように、本発明の高速モータ駆
動圧縮機の回転支持構造は、ロータ全長を短縮でき、こ
れによりスペース的、ロータダイナミックス的に有利と
することができる等の優れた効果を有する。As described above, the rotary support structure of the high-speed motor-driven compressor according to the present invention has an excellent effect that the overall length of the rotor can be shortened, which is advantageous in terms of space and rotor dynamics. Has an effect.
【図１】本発明の第１実施形態を示す高速モータ駆動圧
縮機の全体構成図である。FIG. 1 is an overall configuration diagram of a high-speed motor driven compressor showing a first embodiment of the present invention.
【図２】本発明の第２実施形態を示す構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram showing a second embodiment of the present invention.
【図３】本発明の第３実施形態を示す構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram showing a third embodiment of the present invention.
【図４】従来の２段ターボ圧縮機の構成図である。FIG. 4 is a configuration diagram of a conventional two-stage turbo compressor.
【図５】従来の２段ターボ圧縮機の系統図である。FIG. 5 is a system diagram of a conventional two-stage turbo compressor.
【図６】従来の高速モータ駆動圧縮機の模式図である。FIG. 6 is a schematic view of a conventional high-speed motor-driven compressor.
【図７】従来の高速モータ駆動圧縮機の回転支持構造の
模式図である。FIG. 7 is a schematic view of a rotation supporting structure of a conventional high-speed motor driven compressor.
【図８】従来の高速モータ駆動圧縮機の回転支持構造の
別の模式図である。FIG. 8 is another schematic diagram of a rotation supporting structure of a conventional high-speed motor driven compressor.
【図９】図８と同様の回転支持構造の模式図である。FIG. 9 is a schematic view of a rotation support structure similar to FIG.
１ 電動機、２ 歯車増速機、３ 同軸２段圧縮機、４
回転軸、５ １段インペラ、６ ２段インペラ、１０
高速モータ駆動圧縮機、１１ ロータ軸、１２ 高速
電動機、１２ａ 回転子、１２ｂ 固定子、１３ １段
インペラ、１４ ２段インペラ、１６ インタークー
ラ、１８ スラスト磁気軸受、１９ ラジアル磁気軸
受、２０ テーパ磁気軸受、２２，２３ 位置検出セン
サ、２４ 位置制御装置 ２５ａ、２５ｂ ラビリンスシール1 motor, 2 gearbox, 3 coaxial two-stage compressor, 4
Rotary axis, 5-stage impeller, 6 2-stage impeller, 10
High-speed motor driven compressor, 11 rotor shaft, 12 high-speed motor, 12a rotor, 12b stator, 13 1-stage impeller, 14 2-stage impeller, 16 intercooler, 18 thrust magnetic bearing, 19 radial magnetic bearing, 20 taper magnetic bearing , 22, 23 Position detection sensor, 24 Position control device 25a, 25b Labyrinth seal
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐々木 善孝 東京都江東区豊洲３丁目２番16号 石川島 播磨重工業株式会社東京エンジニアリング センター内 (72)発明者 桑田 厳 東京都江東区豊洲３丁目２番16号 石川島 播磨重工業株式会社東京エンジニアリング センター内 Ｆターム(参考） 3H021 AA02 BA10 CA07 DA18 3H022 AA02 BA06 CA04 CA15 CA16 CA19 CA20 CA50 CA59 DA00 DA08 DA09 DA20 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Yoshitaka Sasaki, Inventor 3-2-16-1 Toyosu, Koto-ku, Tokyo Ishikawajima-Harima Heavy Industries, Ltd. Tokyo Engineering Center (72) Inventor Takeshi Kuwata 3-2-2, Toyosu, Koto-ku, Tokyo No.16 Ishikawajima Harima Heavy Industries, Ltd. Tokyo Engineering Center F-term (reference) 3H021 AA02 BA10 CA07 DA18 3H022 AA02 BA06 CA04 CA15 CA16 CA19 CA20 CA50 CA59 DA00 DA08 DA09 DA20
Claims (4)
る高速電動機（１２）と、該ロータ軸の両端にそれぞれ
取付けられた１段インペラ（１３）及び２段インペラ
（１４）とを備えた高速モータ駆動圧縮機の回転支持構
造において、１段インペラ（１３）及び／又は２段イン
ペラ（１４）の背面に対向するスラスト磁気軸受（１
８）と、その内側でロータ軸（１１）を支持するラジア
ル磁気軸受（１９）とを備えた、ことを特徴とする高速
モータ駆動圧縮機の回転支持構造。1. A high-speed motor (12) having a rotor shaft (11) penetrating at both ends thereof, and a one-stage impeller (13) and a two-stage impeller (14) attached to both ends of the rotor shaft, respectively. In the rotary support structure of the high-speed motor driven compressor, the thrust magnetic bearing (1) facing the back of the one-stage impeller (13) and / or the two-stage impeller (14).
8) and a radial magnetic bearing (19) for supporting a rotor shaft (11) inside thereof, a rotary support structure of a high-speed motor driven compressor, characterized in that:
る高速電動機（１２）と、該ロータ軸の両端にそれぞれ
取付けられた１段インペラ（１３）及び２段インペラ
（１４）とを備えた高速モータ駆動圧縮機の回転支持構
造において、前記ロータ軸はその一部に同軸に設けられ
た切頭円錐面（１１ａ）を有し、更に該切頭円錐面に対
向するスラスト／ラジアル兼用のテーパ磁気軸受（２
０）を備えた、ことを特徴とする高速モータ駆動圧縮機
の回転支持構造。2. A high-speed motor (12) having a rotor shaft (11) penetrating at both ends thereof, and a one-stage impeller (13) and a two-stage impeller (14) attached to both ends of the rotor shaft, respectively. In a rotary support structure of a high-speed motor driven compressor, the rotor shaft has a frusto-conical surface (11a) coaxially provided on a part thereof, and further has a thrust / radial taper opposed to the frusto-conical surface. Magnetic bearing (2
0) A rotary support structure for a high-speed motor-driven compressor, comprising:
る高速電動機（１２）と、該ロータ軸の両端にそれぞれ
取付けられた１段インペラ（１３）及び２段インペラ
（１４）とを備えた高速モータ駆動圧縮機の回転支持構
造において、前記ロータ軸はその一部に同軸に設けられ
た切頭円錐面（１１ａ）を有し、更に１段インペラ（１
３）又は２段インペラ（１４）の背面に対向するスラス
ト磁気軸受（１８）と、前記切頭円錐面に対向するスラ
スト／ラジアル兼用のテーパ磁気軸受（２０）とを備え
る、ことを特徴とする高速モータ駆動圧縮機の回転支持
構造。3. A high-speed motor (12) having a rotor shaft (11) penetrating at both ends thereof, and a one-stage impeller (13) and a two-stage impeller (14) respectively attached to both ends of the rotor shaft. In a rotary support structure of a high-speed motor driven compressor, the rotor shaft has a frusto-conical surface (11a) coaxially provided on a part thereof, and further includes a single-stage impeller (1).
3) or a thrust magnetic bearing (18) facing the back surface of the two-stage impeller (14), and a thrust / radial tapered magnetic bearing (20) facing the truncated conical surface. Rotation support structure for high-speed motor driven compressor.
（２２）と、検出されたロータ位置に応じて磁気軸受
（１８，１９，２０）を制御する位置制御装置（２４）
とを備える、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれ
かの高速モータ駆動圧縮機の回転支持構造。4. A position detecting sensor (22) for detecting a rotor position, and a position control device (24) for controlling a magnetic bearing (18, 19, 20) according to the detected rotor position.
The rotation support structure for a high-speed motor-driven compressor according to any one of claims 1 to 3, further comprising:
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