JP2016536543A - 磁気浮上軸受及び遠心コンプレッサー - Google Patents

Abstract

本発明は磁気浮上軸受及び遠心コンプレッサーを開示するものである。該磁気浮上軸受は、シャフト（１１０）と電磁装置を含み、前記電磁装置は前記シャフト（１１０）の外周にそれぞれ配置され、前記シャフト（１１０）との間に間隙を有し、前記シャフト（１１０）の位置を調節するために用いられ；前記電磁装置は巻線溝を有する鉄心（１２０）と巻線（１５０）を含み、巻線（１５０）は巻線溝内に配置され、前記磁気浮上軸受（１００）は保護機構（１４０）を更に含み、前記シャフト（１１０）は前記電磁装置と衝突することを防止し、前記磁気浮上軸受（１００）の軸方向の保護という目的を達するために用いられる。該遠心コンプレッサーは、前記磁気浮上軸受（１００）を含み、これにより軸方向の保護が得られ、使用寿命を延長する。

Description

関連出願
本特許の出願は、２０１３年９月１３日に出願された、出願番号２０１３１０４１９７３８．７、名称「磁気浮上軸受及び遠心コンプレッサー」の中国特許出願の優先権を主張するものであり、参考のため、その全文を引用する。

本発明は磁気浮上軸受及び遠心コンプレッサーに関わるものであり、特に保護構造を有する磁気浮上軸受及び遠心コンプレッサーに関わるものである。

磁気浮上軸受においては、巻線中に電流が流入する時に発生する磁場が鉄心とスラスト板の間に回路を形成し、鉄心とスラスト板の間に電磁吸引力を形成する。更に変位センサを利用してシャフトとステータの間のエアギャップの距離を測定し、軸受の巻線に流れる電流の大小を調節し、電磁力の作用を調節することによって、シャフトとステータの間のエアギャップの数値を制御し、安定的な磁気浮上という目的を実現する。

従来の磁気浮上軸受の保護システムは、一般に、磁気浮上軸受の多くは、ラジアル荷重を支持し、補助軸受の軸受半径方向に対する負荷が制御不能となった場合の保護に用いられるものであり、軸受の軸方向の保護については基本的に言及されていない。しかしながら、遠心コンプレッサーの分野において応用される磁気浮上軸受は、主に軸方向の荷重を支持するものである。

図１を参照するに、図１は従来の磁気浮上軸受の断面を示す図であり、前記磁気浮上軸受１００はシャフト１１０と、鉄心１２０と、スラスト板１３０と、巻線１５０を含む。

前記スラスト板１３０は前記シャフト１１０上に固定され、前記スラスト板１３０と前記鉄心１２０の間は一定の距離Ｌを維持し、更にＬ＞０である。磁気浮上軸受の通電後において、電磁力の吸引によって、制御精度が低くなり、又は制御システムが制御不能となった場合には、前記スラスト板１３０は前記鉄心１２０に向かって接近し、最終的に前記鉄心１２０に衝突し、前記鉄心１２０又は前記スラスト板１３０が損壊するおそれがある。上記の欠点を考慮し、長期間にわたる研究と実践の結果、発明者は本発明に至ったものである。

上記の状況を考慮すれば、軸方向の力を受けることを防止する磁気浮上軸受及び遠心コンプレッサーを提供する必要がある。

本発明の磁気浮上軸受は、シャフトと電磁装置を含み、電磁装置はシャフトの外周に配置され、シャフトとの間に間隙を有し、シャフトの位置を調節するために用いられ、
電磁装置は巻線溝を有する鉄心と、巻線を含み、巻線が巻線溝内に配置され、前記磁気浮上軸受は保護機構を更に含み、前記シャフトが前記電磁装置に衝突することを防止するために用いられる。

実施形態の一つにおいて、前記磁気浮上軸受は、スラスト板を更に含み、
前記スラスト板は前記シャフト上に固定され、
前記保護機構は、前記電磁装置上に固定され、前記保護機構は前記スラスト板の外周に配置される。

実施形態の一つにおいて、前記保護機構によって前記スラスト板と前記電磁装置の間の間隙がＬに維持され、更にＬ＞０である。

実施形態の一つにおいて、前記保護機構は、支持体とオーバーコート層を含み、
前記オーバーコート層が前記支持体の外表面上に固定され、前記オーバーコート層が摩擦抵抗性を有する非磁性材料で製造されたものである。

実施形態の一つにおいて、前記保護機構は、前記鉄心の内側、外側又は前記巻線溝内に固定される。

実施形態の一つにおいて、前記保護機構は前記鉄心の内側に固定されるものであり、前記鉄心の内側壁上に位置決め溝が配置され、前記保護機構を軸方向に位置決めするために用いられる。

実施形態の一つにおいて、前記磁気浮上軸受はベースを更に含み、前記ベースは前記シャフトと前記電磁装置を収納するために用いられ、前記保護機構は前記ベース上に固定される。

実施形態の一つにおいて、前記保護機構は前記ベースの中央位置に配置される。

実施形態の一つにおいて、前記保護機構は、焼き嵌め、接着又は組立方式にて固定される。

また本発明の遠心コンプレッサーは、前記磁気浮上軸受を含む。

従来の技術に比べ本発明は、以下の優位性を有する。磁気浮上軸受の保護機構によってスラスト板と鉄心の間を一定の距離が維持され、軸方向の荷重が制御不能である場合に、スラスト板が鉄心に衝突せず、避免スラスト板又は鉄心の損壊を防止する。スラスト板と鉄心は完全に密着し得ないことから、電源オフ後において、過剰な残留磁気により、スラスト板と鉄心が迅速に分離できない事態を防止する。保護機構は摩擦抵抗性を有する非磁性材料で製造されたものであるため、磁気経路の構造に影響を与えず、また支持力にも影響を及ぼさない。保護機構の取り付けと位置決めは容易で、実用性も高く、従来製品の改装や摩損後のメンテナンスに寄与する。前記磁気浮上軸受を採用する遠心コンプレッサーは、軸方向の保護が得られ、使用寿命も長いものとなる。

図１は従来の磁気浮上軸受の断面を示す図である。
図２は本発明の第一の実施例に関わる磁気浮上軸受の断面を示す図である。
図３は本発明の第二の実施例に関わる磁気浮上軸受の断面を示す図である。
図４は本発明の第三の実施例に関わる磁気浮上軸受の断面を示す図である。
図５は本発明の第四の実施例に関わる磁気浮上軸受の断面を示す図である。

磁気浮上軸受の軸方向の保護が存在しないという課題を解決するため、軸方向の保護を実現する磁気浮上軸受及び遠心コンプレッサーを提供する。

以下、図を参照し、本発明の上述及びそれ以外の技術的特徴と優位性について詳細に説明する。

図２を参照するに、図２は本発明の第一の実施例に関わる磁気浮上軸受の断面を示す図であり、前記磁気浮上軸受１００は、シャフト１１０と、鉄心１２０と、スラスト板１３０と、保護機構１４０と、巻線１５０戸を含む。

前記シャフト１１０は高速回転シャフトであって、前記スラスト板１３０は前記シャフト１１０の一端に固定され、前記鉄心１２０上には巻線溝が備えられ、前記巻線溝内には前記巻線１５０が配置され、前記巻線１５０は電気回路と接続される。

前記保護機構１４０は非磁性材料で製造され、これにより前記保護機構１４０を取り付けても磁気経路の構造に影響を与えず、前記磁気浮上軸受１００の支持力に対しても影響を及ぼさない。前記保護機構１４０は支持体とオーバーコート層（図示せず）を含み、前記オーバーコート層は前記支持体の外表面を覆うように固定され、前記オーバーコート層は摩擦抵抗性を有する非磁性材料で製造されたものである。

前記保護機構１４０は円筒形であって、前記磁気浮上軸受１００中における前記保護機構１４０の数は少なくとも一つである。

前記保護機構１４０によって前記スラスト板１３０と前記鉄心１２０の間が一定の距離Ｌに維持され、更にＬ＞０である。

前記巻線１５０の通電時に、前記スラスト板１３０が電磁吸引力の作用を受け、制御システムは前記磁気浮上軸受１００が中央の位置で動作するように制御する。この時の距離ＬをＬ０とし、規定値とする。

前記巻線１５０の通電後、前記スラスト板１３０が電磁吸引力の作用を受けることから、距離Ｌが最小値Ｌｍｉｎに達するまで前記スラスト板１３０が前記鉄心１２０に向かって接近する。なおＬ０＞Ｌｍｉｎ＞０とする。Ｌｍｉｎ＝（０．５〜０．８）Ｌである時には、前記磁気浮上軸受１００は良好な保護効果を実現し、かつ前記磁気浮上軸受１００の内部配置に間隙は認められない。

前記磁気浮上軸受１００の通電後、電磁力による吸引を受けて、前記スラスト板１３０が前記鉄心１２０に向かって接近する。前記保護機構１４０が存在することから、軸方向の荷重が制御不能である場合に、前記スラスト板１３０は前記鉄心１２０に衝突することなく、前記スラスト板１３０又は前記鉄心１２０の損壊を防止することができる。

また、前記保護機構１４０が存在することから、前記スラスト板１３０と前記鉄心１２０が完全に密着し得ず、前記磁気浮上軸受１００の電源オフ後において、電源オフ後の過剰な残留磁気により、スラスト板１３０と鉄心１２０が迅速に分離できない事態を防止する。

前記保護機構１４０は焼き嵌め、接着又は組立方式によって固定され、取り付けと位置決めが容易で、実用性も高く、従来製品の改装や摩損後のメンテナンスに寄与する

本実施例において、前記保護機構１４０は前記鉄心１２０の内側に固定され、前記鉄心１２０の内側壁上に位置決め溝１２２が設置され、前記保護機構１４０を軸方向に位置決めするために用いられる。前記磁気浮上軸受１００の磁気経路と磁気漏れに影響を及ぼさないように、前記位置決め溝１２２は可能な限り小さくしなければならないが、支持力及び前記保護機構１４０の構造強度に関する要求事項を満たすものでなければならない。

図３を参照するに、図３は本発明の第二の実施例に関わる磁気浮上軸受の断面を示す図であり、前記保護機構１４０は前記鉄心１２０の外側に固定される。図４を参照するに、図４は本発明の第三の実施例に関わる磁気浮上軸受の断面を示す図であり、前記保護機構１４０は前記鉄心１２０の巻線溝内に固定される。

前記保護機構１４０は前記鉄心１２０の内側、外側又は前記鉄心１２０の巻線溝内に固定され、前記スラスト板１３０と前記鉄心１２０の間の距離がＬｍｉｎである時に、前記スラスト板１３０が前記保護機構１４０に接触する。

前記保護機構１４０は、前記磁気浮上軸受１００の軸方向の荷重が制御不能である場合に、高速回転する前記スラスト板１３０と前記保護機構１４０を接触させ、前記鉄心１２０には接触しないようにすることで、両者の衝突を防止し、前記スラスト板１３０と前記鉄心１２０を保護する作用を発揮して、前記スラスト板１３０と前記鉄心１２０の機械的構造を万全なものとし、使用寿命を延長させることを保証する。

好ましくは、前記保護機構１４０の支持体がより大きな軸方向の力を支持するための高い剛性を有し、前記保護機構１４０のオーバーコート層が衝突を和らげる目的を果たすための一定の弾性を有する。

図５を参照するに、図５は本発明の第四の実施例に関わる磁気浮上軸受の断面を示す図であり、前記磁気浮上軸受１００はベース１６０を更に含み、前記鉄心１２０は前記スラスト板１３０と前記ベース１６０の間に配置される。

前記保護機構１４０は前記ベース１６０上に固定され、好ましくは、前記保護機構１４０が前記ベース１６０の中央位置に固定される。前記スラスト板１３０と前記鉄心１２０の間の距離がＬｍｉｎである時、前記シャフト１１０の端部が前記保護機構１４０に接触する。

前記シャフト１１０の直径は前記スラスト板１３０の直径より小さく、前記シャフト１１０の線速度が小さくなるため、前記シャフト１１０の端部が前記保護機構１４０に接触する時には、前記保護機構１４０に対する摩擦力は相対的に小さいものとなり、前記保護機構１４０が前記ベース１６０の中央に近付けば近付くほど摩擦力は小さくなる。

また本発明は前記磁気浮上軸受１００を含む遠心コンプレッサーを提供するものであり、実際の使用において、前記磁気浮上軸受１００を有効に保護し、使用寿命を延長させ、電源オフ後に迅速な分離を実現できる。

以上の実施例は、本発明の幾つかの実施形態について説明したものに過ぎず、その説明は具体的かつ詳細であるが、これにより本特許の範囲が限定されるものではない。本分野の一般的な技術者ならば、本発明の精神と範囲から逸脱することなく、若干の変更と改良を加えることができるのは明らかであり、これらは全て本発明の保護の範囲に含まれることは言うまでもない。

Claims (10)

1. シャフトと電磁装置を含む磁気浮上軸受であって、
   前記電磁装置は、前記シャフトの外周に配置され、前記シャフトとの間に間隙を有し、前記シャフトの位置を調節するために用いられ、
   前記電磁装置は、巻線溝を有する鉄心と、巻線を含み、前記巻線が巻線溝内に配置され、
   さらに、であって、
   前記シャフトが前記電磁装置に衝突することを防止するために用いられる保護機構を含む、
   ことを特徴とする磁気浮上軸受。
2. スラスト板を更に含み、
   前記スラスト板が前記シャフト上に固定され、
   前記保護機構が前記電磁装置上に固定され、
   前記保護機構が前記スラスト板の外周に配置される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の磁気浮上軸受。
3. 前記保護機構によって前記スラスト板と前記電磁装置の間の間隙がＬに維持され、
   更にＬ＞０である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の磁気浮上軸受。
4. 前記保護機構が、支持体とオーバーコート層を含み、
   前記オーバーコート層が前記支持体の外表面上に固定され、
   前記オーバーコート層が摩擦抵抗性を有する非磁性材料で製造されたものである、
   ことを特徴とする請求項１に記載の磁気浮上軸受。
5. 前記保護機構が、前記鉄心の内側、外側又は前記巻線溝内に固定される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の磁気浮上軸受。
6. 前記保護機構が前記鉄心の内側に固定されるものであり、
   前記鉄心の内側壁上に位置決め溝が配置され、前記溝が前記保護機構を軸方向に位置決めするために用いられる、
   ことを特徴とする請求項５に記載の磁気浮上軸受。
7. ベースを更に含み、
   前記ベースが前記シャフトと前記電磁装置を収容するために用いられ、
   前記保護機構が前記ベース上に固定される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の磁気浮上軸受。
8. 前記保護機構が前記ベースの中央位置に配置される、
   ことを特徴とする請求項７に記載の磁気浮上軸受。
9. 前記保護機構が焼き嵌め、接着又は組立方式によって固定される、
   ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の磁気浮上軸受。
10. 請求項１乃至９のいずれか一項に記載の磁気浮上軸受を含むことを特徴とする遠心コンプレッサー。
    
    

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