JP2009243635A - Magnetic bearing device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a magnetic bearing device capable of carrying out favorable position control of a rotary shaft by preventing degradation of detection accuracy by a reluctance type displacement sensor. <P>SOLUTION: The magnetic bearing device is equipped with a thrust magnetic bearing A having a rotary disk with a peripheral part 3a comprising a magnetic body and a pair of thrust electromagnets 21, 22 wherein a current flowing through the thrust electromagnets 21, 22 is controlled in response to an axial displacement amount of a rotary shaft 2 to control an axial position of the rotary shaft 2, a radial magnetic bearing B having a rotor core 11 and a plurality of radial electromagnets 23 fixed to a surface of the rotary shaft 2 wherein a current flowing through the radial electromagnets 23 is controlled in response to a radial displacement amount of the rotary shaft 2 to control a radial position of the rotary shaft 2, and the reluctance type displacement sensor S detecting the axial displacement amount and the radial displacement amount of the rotary shaft 2. It is composed such that a path from the peripheral part 3a of the rotary disc 3 to the rotary shaft 2 via a center part 3b is magnetically blocked. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、回転軸をスラスト磁気軸受とラジアル磁気軸受とで非接触支持する磁気軸受装置に関する。   The present invention relates to a magnetic bearing device in which a rotating shaft is supported in a non-contact manner by a thrust magnetic bearing and a radial magnetic bearing.

発電機や電動機などの回転機器の回転軸を磁気を利用して非接触支持する磁気軸受装置が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。   2. Description of the Related Art A magnetic bearing device that supports a rotating shaft of a rotating device such as a generator or an electric motor in a non-contact manner using magnetism is known (for example, see Patent Documents 1 and 2).

磁気軸受装置では、例えば、回転軸の軸方向両端側において回転軸を磁気吸引力によって非接触支持し、回転軸の径方向の変位量に応じてその位置を制御するためのラジアル磁気軸受と、軸方向の一端側において回転軸に固着された回転ディスクとその両側に回転ディスクの周辺部と対向配置された一対の電磁石とを有し、回転軸の軸方向の変位量に応じてその位置を制御するためのスラスト磁気軸受とを備えている。また、回転軸の径方向及び軸方向のそれぞれの変位量を検出するためのセンサも設けられている。
特開２００１−３３６５２８号公報 特開２００２−２４２９３１号公報 In the magnetic bearing device, for example, a radial magnetic bearing for supporting the rotating shaft in a non-contact manner by a magnetic attractive force at both axial ends of the rotating shaft, and controlling the position according to the radial displacement of the rotating shaft; It has a rotating disk fixed to the rotating shaft on one end side in the axial direction and a pair of electromagnets arranged opposite to the peripheral part of the rotating disk on both sides thereof, and the position thereof is determined according to the amount of axial displacement of the rotating shaft. And a thrust magnetic bearing for control. In addition, sensors for detecting the respective displacement amounts in the radial direction and the axial direction of the rotating shaft are also provided.
JP 2001-336528 A JP 2002-242931 A

このような磁気軸受装置では、例えば、図１に示すように、スラスト磁気軸受Ａと、ラジアル磁気軸受Ｂと、回転軸２の変位量を検出するためのリラクタンス式変位センサＳとが設けられた構成において、回転軸２及び回転ディスク３がともに磁性体からなるものとした場合には、スラスト磁気軸受Ａの発生する磁束（制御用磁束）の一部が回転軸２を通ってリラクタンス式変位センサＳにまで達し、リラクタンス式変位センサＳのセンサ信号にノイズを与え、回転軸の良好な位置制御が行えなくなるという問題がある。   In such a magnetic bearing device, for example, as shown in FIG. 1, a thrust magnetic bearing A, a radial magnetic bearing B, and a reluctance displacement sensor S for detecting the amount of displacement of the rotary shaft 2 are provided. In the configuration, when both the rotating shaft 2 and the rotating disk 3 are made of a magnetic material, a part of the magnetic flux (control magnetic flux) generated by the thrust magnetic bearing A passes through the rotating shaft 2 and is a reluctance type displacement sensor. There is a problem that noise reaches the sensor signal of the reluctance type displacement sensor S, and good position control of the rotating shaft cannot be performed.

本発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、リラクタンス式変位センサによる検出精度の劣化を防ぎ、回転軸の良好な位置制御が可能になる磁気軸受装置を提供することを目的としている。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a magnetic bearing device that prevents deterioration in detection accuracy by a reluctance type displacement sensor and enables good position control of a rotating shaft. It is said.

上記目的を達成するために、本発明の磁気軸受装置は、軸央部に回転機の回転子が設けられている回転軸の軸端部に円盤状の中央部が結合され前記中央部の周囲の周辺部が磁性体からなる回転ディスクと、前記回転ディスクの両側に前記回転ディスクの周辺部に対向して配置された一対のスラスト用電磁石とを有し、前記回転軸の軸方向変位量に応じて前記スラスト用電磁石に流れる電流が制御されることにより前記回転軸の軸方向の位置を制御するスラスト磁気軸受と、前記スラスト磁気軸受と前記回転機の回転子との間の前記回転軸の表面に固定された軸受用回転子鉄心と、前記軸受用回転子鉄心の周囲に前記軸受用回転子鉄心と対向して配置された複数のラジアル用電磁石とを有し、前記回転軸の径方向変位量に応じて前記ラジアル用電磁石に流れる電流が制御されることにより前記回転軸の径方向の位置を制御するラジアル磁気軸受と、前記スラスト磁気軸受と前記回転機の回転子との間に配置され、前記回転軸の軸方向変位量及び径方向変位量のうち少なくとも一方を検出するリラクタンス式変位センサとを備え、前記回転ディスクの前記周辺部から前記中央部を介して前記回転軸に至る経路が磁気的に遮断されるように構成されている。   In order to achieve the above object, a magnetic bearing device according to the present invention includes a disk-shaped central portion coupled to a shaft end portion of a rotating shaft in which a rotor of a rotating machine is provided at a central portion of the shaft. And a pair of thrust electromagnets disposed on both sides of the rotating disk so as to face the peripheral part of the rotating disk, and the axial displacement amount of the rotating shaft Accordingly, the current flowing through the thrust electromagnet is controlled to control the axial position of the rotary shaft, and the rotary shaft between the thrust magnetic bearing and the rotor of the rotating machine. A bearing rotor core fixed to the surface; and a plurality of radial electromagnets disposed opposite to the bearing rotor core around the bearing rotor core, the radial direction of the rotating shaft For the radial depending on the amount of displacement A radial magnetic bearing that controls the radial position of the rotating shaft by controlling the current flowing through the magnet, and is disposed between the thrust magnetic bearing and the rotor of the rotating machine, and the axial direction of the rotating shaft A reluctance type displacement sensor that detects at least one of a displacement amount and a radial displacement amount, and a path from the peripheral portion of the rotating disk to the rotating shaft via the central portion is magnetically blocked. It is configured.

この構成によれば、回転ディスクの周辺部から中央部を介して回転軸に至る経路が磁気的に遮断されるように構成されているので、回転軸を介して回転ディスクの周辺部とリラクタンス式変位センサとを結ぶ磁路の形成を防止でき、リラクタンス式変位センサによる検出精度の劣化を防ぎ、回転軸の良好な位置制御が可能になる。   According to this configuration, since the path from the peripheral part of the rotating disk to the rotating shaft via the central part is magnetically blocked, the reluctance type and the peripheral part of the rotating disk via the rotating shaft are configured. Formation of a magnetic path connecting to the displacement sensor can be prevented, deterioration of detection accuracy by the reluctance type displacement sensor can be prevented, and favorable position control of the rotating shaft can be achieved.

また、前記リラクタンス式変位センサは、前記スラスト磁気軸受と前記ラジアル磁気軸受との間に配置されてあってもよい。   Further, the reluctance type displacement sensor may be disposed between the thrust magnetic bearing and the radial magnetic bearing.

また、前記回転ディスクの前記中央部が非磁性体により形成されていてもよい。これにより、回転ディスクの周辺部と回転軸とを磁気的に遮断できる。   The central portion of the rotating disk may be formed of a nonmagnetic material. Thereby, the peripheral part of a rotating disk and a rotating shaft can be interrupted | blocked magnetically.

また、前記回転ディスクは、前記中央部と前記周辺部とが溶接により接合されていてもよい。   In the rotating disk, the central portion and the peripheral portion may be joined by welding.

また、前記回転ディスクの前記中央部が非磁性体のステンレスにより形成され、前記周辺部が炭素鋼により形成されていてもよい。   Further, the central portion of the rotating disk may be formed of nonmagnetic stainless steel, and the peripheral portion may be formed of carbon steel.

また、前記回転ディスクの前記中央部が非磁性体のステンレスにより形成され、前記周辺部が磁性体のステンレスにより形成されていてもよい。   The central portion of the rotating disk may be formed of nonmagnetic stainless steel, and the peripheral portion may be formed of magnetic stainless steel.

また、前記回転ディスクは、非磁性体からなるスペース部材を介して前記回転軸の軸端部と結合されていてもよい。これにより、回転ディスクの周辺部から中央部を介して回転軸に至る経路を磁気的に遮断できる。   The rotating disk may be coupled to the shaft end of the rotating shaft through a space member made of a nonmagnetic material. As a result, the path from the peripheral part of the rotating disk to the rotating shaft via the central part can be magnetically blocked.

本発明は、以上に説明した構成を有し、磁気軸受装置において、リラクタンス式変位センサによる検出精度の劣化を防ぎ、回転軸の良好な位置制御が可能になるという効果を奏する。   The present invention has the configuration described above, and in the magnetic bearing device, it is possible to prevent deterioration in detection accuracy by the reluctance type displacement sensor and to achieve good position control of the rotating shaft.

以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は、本発明の実施の形態の磁気軸受装置の軸心に沿った断面を示す概略模式図である。   FIG. 1 is a schematic diagram showing a cross section along the axis of a magnetic bearing device according to an embodiment of the present invention.

本実施の形態の磁気軸受装置は、発電機や電動機などの回転機器の回転軸を非接触支持するものである。図１は、回転軸２の軸方向の一端側の構成を示しており、スラスト磁気軸受Ａは図示されているように回転軸２の一端側にのみ設けられているが、ラジアル磁気軸受Ｂは回転軸２の軸方向両端側に設けられている。なお、図示していないが、回転軸２の軸方向両端側に設けられた２つのラジアル磁気軸受Ｂの間には、回転機主要部として、例えば、回転軸２とともに回転する円柱状のモータロータ（回転機の回転子）が回転軸２に固定されて設けられているとともに、モータロータの周囲にモータロータとギャップを挟んで配置されたモータステータが設けられている。このモータステータはケーシング１の図示されていない部分に固定されている。   The magnetic bearing device according to the present embodiment supports a rotating shaft of a rotating device such as a generator or an electric motor in a non-contact manner. FIG. 1 shows the configuration of one end side of the rotating shaft 2 in the axial direction, and the thrust magnetic bearing A is provided only on one end side of the rotating shaft 2 as shown, but the radial magnetic bearing B is The rotating shaft 2 is provided on both ends in the axial direction. In addition, although not shown in figure, between the two radial magnetic bearings B provided in the axial direction both ends of the rotating shaft 2, as a main part of a rotating machine, for example, a columnar motor rotor that rotates together with the rotating shaft 2 ( A rotor of the rotating machine is fixed to the rotating shaft 2 and a motor stator is provided around the motor rotor with a gap interposed between the motor rotor and the motor rotor. The motor stator is fixed to a portion of the casing 1 not shown.

回転軸２は、鉄などの磁性体によって形成されている。回転軸２には、ラジアル磁気軸受の回転子鉄心１１と、リラクタンス式変位センサの回転子鉄心８とが、非磁性体からなる回転子鉄心保持リング１２ａ、１２ｂ、１２ｃによって強固に固定されている。   The rotating shaft 2 is made of a magnetic material such as iron. A rotor core 11 of a radial magnetic bearing and a rotor core 8 of a reluctance type displacement sensor are firmly fixed to the rotary shaft 2 by rotor core holding rings 12a, 12b, and 12c made of a nonmagnetic material. .

スラスト磁気軸受Ａは、回転ディスク３と、回転ディスク３の軸方向両側にスラストギャップを挟んで配置された一対の電磁石２１，２２とによって構成されている。回転ディスク３の中央部と回転軸２の軸端部とは互いに嵌合されるように構成されており、回転ディスク３は、回転軸２の軸端部と嵌合されて非磁性体のボルト１３によって回転軸２の軸端部に強固に固定されている。電磁石２１，２２はそれぞれリング状のステータ鉄心４ａ，４ｂおよびリング状の電磁コイル５ａ，５ｂによって構成され、ケーシング１に固定されている。   The thrust magnetic bearing A is composed of a rotating disk 3 and a pair of electromagnets 21 and 22 disposed on both sides in the axial direction of the rotating disk 3 with a thrust gap interposed therebetween. The central portion of the rotating disk 3 and the shaft end portion of the rotating shaft 2 are configured to be fitted to each other. The rotating disk 3 is fitted to the shaft end portion of the rotating shaft 2 and is a non-magnetic bolt. 13 is firmly fixed to the shaft end of the rotating shaft 2. The electromagnets 21 and 22 are constituted by ring-shaped stator iron cores 4 a and 4 b and ring-shaped electromagnetic coils 5 a and 5 b, respectively, and are fixed to the casing 1.

ラジアル磁気軸受Ｂは、回転軸２に固定されたリング状の回転子鉄心１１と、４つの電磁石２３とによって構成されている。これら４つの電磁石２３は、回転軸２の回転子鉄心１１の周囲でラジアルギャップを介し、円周方向に等間隔で配置され、それぞれステータ鉄心９および電磁コイル１０によって構成され、ケーシング１に固定されている。   The radial magnetic bearing B is composed of a ring-shaped rotor core 11 fixed to the rotating shaft 2 and four electromagnets 23. These four electromagnets 23 are arranged at equal intervals in the circumferential direction around the rotor core 11 of the rotating shaft 2 through the radial gap, and are each constituted by the stator core 9 and the electromagnetic coil 10 and fixed to the casing 1. ing.

リラクタンス式変位センサＳは、回転軸２に固定されたリング状の回転子鉄心８と、回転子鉄心８の周囲で、円周方向に等間隔で配置され回転軸２の径方向の変位を検出する４つのセンサ部と、軸方向に並んで配置され回転軸２の軸方向の変位を検出する２つのセンサ部とからなる。合計６つのセンサ部のそれぞれは、ケーシング１に固定されたステータ鉄心６およびコイル７を有している。   The reluctance type displacement sensor S detects the radial displacement of the rotary shaft 2 that is arranged at equal intervals in the circumferential direction around the rotor core 8 that is fixed to the rotary shaft 2 and around the rotor core 8. And four sensor units arranged side by side in the axial direction and detecting two axial displacements of the rotary shaft 2. Each of the six sensor parts in total has a stator iron core 6 and a coil 7 fixed to the casing 1.

図２（ａ）は、回転ディスク３の断面図であり、図２（ｂ）は、軸方向から視た回転ディスク３の正面図である。   2A is a cross-sectional view of the rotating disk 3, and FIG. 2B is a front view of the rotating disk 3 viewed from the axial direction.

この回転ディスク３は、磁性体からなる周辺部３ａと、非磁性体からなる中央部３ｂと、周辺部３ａの磁性体と中央部３ｂの非磁性体とを溶接により接合した接合部３ｃとからなる。非磁性体からなる中央部３ｂが回転軸２の軸端部にボルト１３によってネジ止めされて固定される。例えば、周辺部３ａが炭素鋼で形成され、中央部３ｂが非磁性体のステンレスで形成されていてもよいし、周辺部３ａが磁性体のステンレスで形成され、中央部３ｂが非磁性体のステンレスで形成されていてもよい。   The rotating disk 3 includes a peripheral portion 3a made of a magnetic material, a central portion 3b made of a nonmagnetic material, and a joint portion 3c obtained by joining the magnetic material of the peripheral portion 3a and the nonmagnetic material of the central portion 3b by welding. Become. A central portion 3b made of a non-magnetic material is fixed to the shaft end portion of the rotary shaft 2 by screws with bolts 13. For example, the peripheral portion 3a may be formed of carbon steel, the central portion 3b may be formed of non-magnetic stainless steel, the peripheral portion 3a may be formed of magnetic stainless steel, and the central portion 3b may be formed of non-magnetic stainless steel. It may be formed of stainless steel.

この磁気軸受装置では、回転軸２の軸方向変位及び径方向変位はリラクタンス式変位センサＳによりそれぞれ検出され、電気信号に変換される。変換された電気信号は、図示しない制御装置によって、回転軸２を安定に支持する信号に変換され、さらに電力増幅され、電流信号としてスラスト磁気軸受の電磁石２１，２２およびラジアル磁気軸受の電磁石２３に供給される。スラスト磁気軸受の電磁石２１，２２およびラジアル磁気軸受の電磁石２３はそれぞれのコイルに流れる電流に相当する磁気吸引力で回転軸２を吸引し、非接触で安定支持する。   In this magnetic bearing device, the axial displacement and the radial displacement of the rotating shaft 2 are respectively detected by the reluctance displacement sensor S and converted into electrical signals. The converted electric signal is converted into a signal that stably supports the rotary shaft 2 by a control device (not shown), and further amplified in power, and is sent as current signals to the electromagnets 21 and 22 of the thrust magnetic bearing and the electromagnet 23 of the radial magnetic bearing. Supplied. The electromagnets 21 and 22 of the thrust magnetic bearing and the electromagnet 23 of the radial magnetic bearing attract the rotating shaft 2 with a magnetic attractive force corresponding to the current flowing through each coil, and stably support it without contact.

図３（ａ）は、本実施の形態の磁気軸受装置及びその近傍のコンピュータシミュレーションによる漏洩磁束の状態を示す図であり、図３（ｂ）は、比較例の磁気軸受装置及びその近傍のコンピュータシミュレーションによる漏洩磁束の状態を示す図である。なお、比較例は、回転ディスク３の全体が磁性体によって形成されている他は、図１に示す本実施の形態の場合と同様の構成である。また、ここでは、いずれの場合も、ケーシング１等の形状及び配置を実機と近い条件にしてシミュレーションを行っている。   FIG. 3A is a diagram showing a state of leakage magnetic flux by computer simulation of the magnetic bearing device of the present embodiment and the vicinity thereof, and FIG. 3B is a magnetic bearing device of the comparative example and a computer of the vicinity thereof. It is a figure which shows the state of the leakage magnetic flux by simulation. The comparative example has the same configuration as that of the present embodiment shown in FIG. 1 except that the entire rotating disk 3 is formed of a magnetic material. Here, in any case, the simulation is performed under the condition that the shape and arrangement of the casing 1 and the like are close to those of the actual machine.

比較例の場合、図３（ｂ）に示されるように、漏洩磁束が、スラスト磁気軸受Ａのステータ鉄心４ａから、ケーシング１、リラクタンス式変位センサＳのステータ鉄心６やラジアル磁気軸受Ｂのステータ鉄心９、回転軸２、回転ディスク３、スラスト磁気軸受Ａのステータ鉄心４ａを通る不要な磁路が形成される。これに対し、回転ディスク３の中央部３ｂが非磁性体により形成された本実施の形態の場合、図３（ａ）に示されるように、回転軸２を通る漏洩磁束が無くなっており、図３（ｂ）のような不要な磁路は形成されていない。また、ここでは、ケーシング１が磁性体で形成されているものとしているが、非磁性体で形成することにより、より漏洩磁束の低減が可能になる。   In the case of the comparative example, as shown in FIG. 3 (b), the leakage magnetic flux is transferred from the stator core 4 a of the thrust magnetic bearing A to the stator core 6 of the casing 1, the reluctance type displacement sensor S and the stator core of the radial magnetic bearing B. 9, an unnecessary magnetic path passing through the rotating shaft 2, the rotating disk 3, and the stator core 4a of the thrust magnetic bearing A is formed. On the other hand, in the case of the present embodiment in which the central portion 3b of the rotating disk 3 is formed of a nonmagnetic material, as shown in FIG. 3A, the leakage magnetic flux passing through the rotating shaft 2 is eliminated. An unnecessary magnetic path such as 3 (b) is not formed. Here, the casing 1 is assumed to be formed of a magnetic material. However, if the casing 1 is formed of a non-magnetic material, the leakage magnetic flux can be further reduced.

本実施の形態では、回転ディスク３の中央部３ｂが非磁性体により形成されているので、回転ディスク３の周辺部３ａから中央部３ｂを介して回転軸２に至る経路が磁気的に遮断され、回転軸２を介して回転ディスク３の周辺部３ａとリラクタンス式変位センサＳとを結ぶ磁路の形成を防止でき、リラクタンス式変位センサＳによる検出精度の劣化を防ぎ、回転軸２の良好な位置制御が可能になる。   In the present embodiment, since the central portion 3b of the rotating disk 3 is formed of a nonmagnetic material, the path from the peripheral portion 3a of the rotating disk 3 to the rotating shaft 2 via the central portion 3b is magnetically blocked. The formation of a magnetic path connecting the peripheral portion 3a of the rotating disk 3 and the reluctance displacement sensor S via the rotating shaft 2 can be prevented, the deterioration of detection accuracy by the reluctance displacement sensor S can be prevented, and the rotating shaft 2 Position control becomes possible.

なお、回転ディスク３を固定するボルト１３は、前述のように非磁性体からなるものが望ましいが、磁性体のものを用いてもよい。   The bolt 13 for fixing the rotating disk 3 is preferably made of a non-magnetic material as described above, but a magnetic material may be used.

（変形例）
図４は、本実施の形態の変形例で用いる回転軸及び回転ディスクを示す側面図である。 (Modification)
FIG. 4 is a side view showing a rotating shaft and a rotating disk used in a modification of the present embodiment.

この変形例では、回転ディスク３Ａは、非磁性体のスペース部材３Ｂを介して回転軸２の軸端部に非磁性体のボルト１４によってネジ止めされて固定されている。ここで、回転ディスク３Ａの中央部とスペース部材３Ｂとが互いに嵌合されるとともにスペース部材３Ｂと回転軸２の軸端部とが互いに嵌合されるように構成され、ボルト１４によって固定されている。この場合、回転ディスク３Ａは、その全体が磁性体（炭素鋼あるいは磁性体のステンレス等）によって形成されている。なお、図１の回転ディスク３のように、周辺部が磁性体で形成され、中央部が非磁性体で形成されてあってもよい。これ以外の構成は、図１の構成と同様である。   In this modification, the rotary disk 3A is fixed to the shaft end of the rotary shaft 2 by a nonmagnetic bolt 14 via a nonmagnetic space member 3B. Here, the central portion of the rotating disk 3A and the space member 3B are fitted to each other, and the space member 3B and the shaft end portion of the rotating shaft 2 are fitted to each other, and are fixed by bolts 14. Yes. In this case, the entire rotating disk 3A is formed of a magnetic material (carbon steel, magnetic stainless steel or the like). Note that, as in the rotating disk 3 of FIG. 1, the peripheral portion may be formed of a magnetic material, and the central portion may be formed of a non-magnetic material. The other configuration is the same as that of FIG.

この変形例の場合、回転ディスク３Ａが非磁性体のスペース部材３Ｂを介して回転軸２に固定されているので、図１の場合と同様、回転ディスク３Ａの周辺部から中央部を介して回転軸２に至る経路が磁気的に遮断され、回転軸２を介して回転ディスク３Ａの周辺部とリラクタンス式変位センサＳとを結ぶ磁路の形成を防止でき、リラクタンス式変位センサＳによる検出精度の劣化を防ぎ、回転軸２の良好な位置制御が可能になる。   In the case of this modification, the rotating disk 3A is fixed to the rotating shaft 2 via a nonmagnetic space member 3B, so that the rotating disk 3A rotates from the peripheral part through the center part as in FIG. The path to the shaft 2 is magnetically cut off, so that the formation of a magnetic path connecting the peripheral portion of the rotating disk 3A and the reluctance displacement sensor S via the rotation shaft 2 can be prevented, and the detection accuracy of the reluctance displacement sensor S can be improved. Deterioration is prevented, and good position control of the rotating shaft 2 becomes possible.

スペース部材３Ｂに用いられる非磁性体としては、非磁性体のステンレス、チタン、セラミックス、銅、真鍮、アルミニウム、ニッケル基合金の非磁性体、等がある。   Nonmagnetic materials used for the space member 3B include nonmagnetic materials such as stainless steel, titanium, ceramics, copper, brass, aluminum, and nickel-based alloys.

なお、図１、図４の構成では、リラクタンス式変位センサＳを、回転軸２の軸方向変位及び径方向変位の両方を検出するものとしたが、いずれか一方の変位のみを検出するものとし、他方の変位は、他の場所に設けた別のセンサにより検出するようにしてもよい。   1 and 4, the reluctance type displacement sensor S detects both the axial displacement and the radial displacement of the rotary shaft 2, but only one of the displacements is detected. The other displacement may be detected by another sensor provided at another location.

また、図１、図４の構成では、リラクタンス式変位センサＳがスラスト磁気軸受Ａとラジアル磁気軸受Ｂとの間に配置されているが、ラジアル磁気軸受Ｂと図示されていない回転機主要部（例えばモータロータ及びモータステータ）との間に、リラクタンス式変位センサＳが配置された構成であってもよい。この場合、図１において、スラスト磁気軸受Ａの左側にラジアル磁気軸受Ｂが配置され、ラジアル磁気軸受Ｂの左側にリラクタンス式変位センサＳが配置された構成になる。この構成において、回転ディスクの周辺部からその中央部を介して回転軸２に至る経路が磁気的に遮断されていない場合には、漏洩磁束が、スラスト磁気軸受Ａのステータ鉄心４ａから、ケーシング１、リラクタンス式変位センサＳのステータ鉄心６や上記回転機主要部、回転軸２、回転ディスク（３，３Ａ）、スラスト磁気軸受Ａのステータ鉄心４ａを通る不要な磁路が形成されるが、本実施の形態のように回転ディスク（３，３Ａ）の周辺部からその中央部を介して回転軸２に至る経路が磁気的に遮断された構成とすることにより、上記の不要な磁路の形成を防止でき、リラクタンス式変位センサＳによる検出精度の劣化を防ぎ、回転軸２の良好な位置制御が可能になる。   1 and 4, the reluctance type displacement sensor S is disposed between the thrust magnetic bearing A and the radial magnetic bearing B, but the radial magnetic bearing B and the main part of the rotating machine (not shown) For example, the reluctance type displacement sensor S may be disposed between the motor rotor and the motor stator. In this case, in FIG. 1, a radial magnetic bearing B is disposed on the left side of the thrust magnetic bearing A, and a reluctance type displacement sensor S is disposed on the left side of the radial magnetic bearing B. In this configuration, when the path from the peripheral part of the rotating disk to the rotating shaft 2 through the central part is not magnetically interrupted, the leakage magnetic flux is transferred from the stator core 4a of the thrust magnetic bearing A to the casing 1. An unnecessary magnetic path passing through the stator core 6 of the reluctance type displacement sensor S, the main part of the rotating machine, the rotating shaft 2, the rotating disk (3, 3A), and the stator core 4a of the thrust magnetic bearing A is formed. By forming the path from the peripheral part of the rotating disk (3, 3A) to the rotating shaft 2 through the central part as in the embodiment, the above unnecessary magnetic path is formed. Therefore, it is possible to prevent deterioration in detection accuracy by the reluctance type displacement sensor S, and to perform favorable position control of the rotary shaft 2.

本発明に係る磁気軸受装置は、発電機及び電動機に用いられる磁気軸受装置等として有用である。   The magnetic bearing device according to the present invention is useful as a magnetic bearing device used for a generator and an electric motor.

本発明の実施の形態の磁気軸受装置の軸心に沿った断面を示す概略模式図である。It is a schematic diagram which shows the cross section along the axial center of the magnetic bearing apparatus of embodiment of this invention. （ａ）は、図１の回転ディスクの断面図であり、（ｂ）は、図１の軸方向から視た回転ディスクの正面図である。(A) is sectional drawing of the rotating disk of FIG. 1, (b) is a front view of the rotating disk seen from the axial direction of FIG. （ａ）は、本実施の形態の磁気軸受装置及びその近傍のコンピュータシミュレーションによる漏洩磁束の状態を示す図であり、（ｂ）は、比較例の磁気軸受装置及びその近傍のコンピュータシミュレーションによる漏洩磁束の状態を示す図である。(A) is a figure which shows the state of the magnetic flux leakage by computer simulation of the magnetic bearing apparatus of this Embodiment and its vicinity, and (b) is the magnetic flux leakage by computer simulation of the magnetic bearing apparatus of the comparative example, and its vicinity. It is a figure which shows the state of. 本発明の実施の形態の変形例で用いる回転軸及び回転ディスクを示す側面図である。It is a side view which shows the rotating shaft and rotating disk which are used in the modification of embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１ ケーシング
２ 回転軸
３ 回転ディスク
３ａ 回転ディスクの周辺部
３ｂ 回転ディスクの中央部
３Ａ 回転ディスク
３Ｂ スペース部材
６ リラクタンス式変位センサのステータ鉄心
７ リラクタンス式変位センサのコイル
８ リラクタンス式変位センサの回転子鉄心
１１ ラジアル磁気軸受の回転子鉄心
２１，２２ スラスト磁気軸受の電磁石
２３ ラジアル磁気軸受の電磁石
Ａ スラスト磁気軸受
Ｂ ラジアル磁気軸受
Ｓ リラクタンス式変位センサ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Casing 2 Rotating shaft 3 Rotating disk 3a Peripheral part 3b of rotating disk 3A of rotating disk 3A Rotating disk 3B Space member 6 Stator core of reluctance type displacement sensor 7 Coil of reluctance type displacement sensor 8 11 Radial magnetic bearing rotor cores 21, 22 Thrust magnetic bearing electromagnet 23 Radial magnetic bearing electromagnet A Thrust magnetic bearing B Radial magnetic bearing S Reluctance displacement sensor

Claims (7)

軸央部に回転機の回転子が設けられている回転軸の軸端部に円盤状の中央部が結合され前記中央部の周囲の周辺部が磁性体からなる回転ディスクと、前記回転ディスクの両側に前記回転ディスクの周辺部に対向して配置された一対のスラスト用電磁石とを有し、前記回転軸の軸方向変位量に応じて前記スラスト用電磁石に流れる電流が制御されることにより前記回転軸の軸方向の位置を制御するスラスト磁気軸受と、
前記スラスト磁気軸受と前記回転機の回転子との間の前記回転軸の表面に固定された軸受用回転子鉄心と、前記軸受用回転子鉄心の周囲に前記軸受用回転子鉄心と対向して配置された複数のラジアル用電磁石とを有し、前記回転軸の径方向変位量に応じて前記ラジアル用電磁石に流れる電流が制御されることにより前記回転軸の径方向の位置を制御するラジアル磁気軸受と、
前記スラスト磁気軸受と前記回転機の回転子との間に配置され、前記回転軸の軸方向変位量及び径方向変位量のうち少なくとも一方を検出するリラクタンス式変位センサとを備え、
前記回転ディスクの前記周辺部から前記中央部を介して前記回転軸に至る経路が磁気的に遮断されるように構成された磁気軸受装置。 A rotating disk in which a rotor of a rotating machine is provided at the center of the shaft and a disk-shaped central part is coupled to the shaft end of the rotating shaft, and a peripheral part around the central part is made of a magnetic material, and the rotating disk A pair of thrust electromagnets disposed on opposite sides of the rotating disk so as to face the periphery of the rotating disk, and the current flowing through the thrust electromagnet is controlled according to the amount of axial displacement of the rotating shaft. A thrust magnetic bearing for controlling the axial position of the rotary shaft;
A bearing rotor core fixed to the surface of the rotating shaft between the thrust magnetic bearing and the rotor of the rotating machine, and the bearing rotor core around the bearing rotor core. A radial magnet which has a plurality of radial electromagnets arranged and controls the radial position of the rotary shaft by controlling the current flowing through the radial electromagnet according to the radial displacement of the rotary shaft A bearing,
A reluctance type displacement sensor disposed between the thrust magnetic bearing and the rotor of the rotating machine and detecting at least one of an axial displacement amount and a radial displacement amount of the rotating shaft;
A magnetic bearing device configured to magnetically block a path from the peripheral portion of the rotating disk to the rotating shaft via the central portion. 前記リラクタンス式変位センサは、前記スラスト磁気軸受と前記ラジアル磁気軸受との間に配置された請求項１に記載の磁気軸受装置。   2. The magnetic bearing device according to claim 1, wherein the reluctance type displacement sensor is disposed between the thrust magnetic bearing and the radial magnetic bearing. 前記回転ディスクの前記中央部が非磁性体により形成された請求項１に記載の磁気軸受装置。   The magnetic bearing device according to claim 1, wherein the central portion of the rotating disk is formed of a nonmagnetic material. 前記回転ディスクは、前記中央部と前記周辺部とが溶接により接合された請求項３に記載の磁気軸受装置。   The magnetic bearing device according to claim 3, wherein the rotating disk has the central portion and the peripheral portion joined by welding. 前記回転ディスクの前記中央部が非磁性体のステンレスにより形成され、前記周辺部が炭素鋼により形成された請求項３に記載の磁気軸受装置。   The magnetic bearing device according to claim 3, wherein the central portion of the rotating disk is made of nonmagnetic stainless steel and the peripheral portion is made of carbon steel. 前記回転ディスクの前記中央部が非磁性体のステンレスにより形成され、前記周辺部が磁性体のステンレスにより形成された請求項３に記載の磁気軸受装置。   The magnetic bearing device according to claim 3, wherein the central portion of the rotating disk is made of non-magnetic stainless steel and the peripheral portion is made of magnetic stainless steel. 前記回転ディスクは、非磁性体からなるスペース部材を介して前記回転軸の軸端部と結合された請求項１に記載の磁気軸受装置。   The magnetic bearing device according to claim 1, wherein the rotating disk is coupled to a shaft end portion of the rotating shaft through a space member made of a nonmagnetic material.
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