JP2017147783A - Method of activating rotary machine - Google Patents

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泰憲 時政
Yasunori Tokimasa
泰憲 時政
長谷川 泰士
Hiroshi Hasegawa
泰士 長谷川
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for activating a rotary machine having a magnetic bearing, which reduces a current capacity of an electric power supply for supplying an electric power to the magnetic bearing.SOLUTION: A method is for activating a rotary machine which includes: a rotation shaft 6; a dynamo-electric motor which has a rotor having a permanent magnet, and a stator; a magnetic bearing 11 that has a plurality of coils 28 arranged in circumferential direction at intervals, and supports the rotation shaft 6 in a non-contact state by being conducted to each coil 28; and an emergency bearing 13. The method for the rotary machine includes: a conductive step of flowing the largest current to one coil 28a of coils 28, which is arranged on the lower side; a coil changing step of changing the coil to which the largest current flows to the second coil 28b that is adjacent to the first coil, and is arranged on the side upper than the first coil; and a continuous changing step of repeatedly changing the coil to which the largest current flows up to a position where the rotation shaft 6 contacts an inner peripheral surface of the emergency bearing 13 and the rotation shaft 6 reaches the highest position.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、磁気軸受を備える回転機械の起動方法に関する。   The present invention relates to a method for starting a rotary machine including a magnetic bearing.

例えば、ターボ冷凍機に適用されるターボ圧縮機のような回転機械において、電動機のロータが固定された回転軸を磁気軸受により支持している構造が知られている(例えば特許文献1参照)。磁気軸受は、複数の電磁石コイルを備えており、回転軸を電磁石コイルの吸引力によって支持する。磁気軸受を有する回転機械は、磁気軸受の停止時や異常時に回転軸を支持する軸受である危急軸受(補助軸受、タッチダウン軸受)を設けるのが一般的である。   For example, in a rotating machine such as a turbo compressor applied to a turbo refrigerator, a structure in which a rotating shaft to which a rotor of an electric motor is fixed is supported by a magnetic bearing is known (see, for example, Patent Document 1). The magnetic bearing includes a plurality of electromagnet coils, and supports the rotating shaft by the attractive force of the electromagnet coils. A rotating machine having a magnetic bearing is generally provided with an emergency bearing (auxiliary bearing, touch-down bearing) that supports the rotating shaft when the magnetic bearing is stopped or abnormal.

このような回転機械においては、磁気軸受の停止時では回転軸は自重により危急軸受に接触する。起動時では、磁気軸受を構成する複数の電磁石コイルのうち、鉛直方向上側の電磁石コイルに大きな電流を流すことによって、回転軸を吸引浮上させる。   In such a rotating machine, when the magnetic bearing is stopped, the rotating shaft comes into contact with the emergency bearing due to its own weight. At the time of start-up, the rotating shaft is attracted and floated by flowing a large current through the electromagnetic coil on the upper side in the vertical direction among the plurality of electromagnetic coils constituting the magnetic bearing.

特開2014−231826号公報JP 2014-231826 A

ところで、ビルトインタイプの永久磁石電動機を有する回転機械の場合、磁気軸受の停止時においては、回転軸には回転軸の自重に加えて永久磁石による吸引力が働く。横置きの回転軸の場合、回転軸の自重と永久磁石による吸引力は、いずれも鉛直方向下向きに働く。
起動時では、回転軸の自重と永久磁石による吸引力とに打ち勝つ吸引力を発生させるために、複数の電磁石コイルのうち鉛直方向上側の電磁石コイルに更に大きな電流を流す必要がある。これにより、磁気軸受に電力を供給する電源の電流容量を大きくする必要が生じる。
By the way, in the case of a rotating machine having a built-in type permanent magnet motor, when the magnetic bearing is stopped, an attractive force by the permanent magnet acts on the rotating shaft in addition to its own weight. In the case of a horizontal rotating shaft, the weight of the rotating shaft and the attractive force by the permanent magnet both work downward in the vertical direction.
At the time of start-up, in order to generate an attractive force that overcomes the weight of the rotating shaft and the attractive force by the permanent magnet, it is necessary to pass a larger current to the upper electromagnetic coil of the plurality of electromagnetic coils. As a result, it is necessary to increase the current capacity of the power source that supplies power to the magnetic bearing.

この発明は、磁気軸受に電力を供給する電源装置の電流容量を低減することができる回転機械の起動方法を提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the starting method of the rotary machine which can reduce the current capacity | capacitance of the power supply device which supplies electric power to a magnetic bearing.

本発明の第一の態様によれば、回転機械の起動方法は、回転軸と、永久磁石を備えて前記回転軸の外周面に固定されたロータと、前記ロータに対向して配置されたステータとを有する電動機と、周方向に間隔をあけて配置された複数のコイルを有し、前記コイルに通電することにより前記回転軸を非接触状態で支持する磁気軸受と、前記磁気軸受の非作動時に前記回転軸を支持する危急軸受と、を有する回転機械の起動方法であって、前記複数のコイルのうち、下方に配置されている一のコイルに最も大きな電流を流す通電工程と、最も大きな電流を流すコイルを、前記一のコイルに隣接、かつ、前記一のコイルよりも上方に配置されている二のコイルに変更するコイル変更工程と、前記回転軸が前記危急軸受の内周面に接触し、かつ、前記回転軸が最も高くなる位置まで、最も大きな電流を流すコイルの変更を繰り返す連続変更工程と、を含む。   According to the first aspect of the present invention, a method for starting a rotary machine includes a rotating shaft, a rotor that includes a permanent magnet and is fixed to an outer peripheral surface of the rotating shaft, and a stator that is disposed to face the rotor. A magnetic bearing having a plurality of coils arranged at intervals in the circumferential direction, and supporting the rotating shaft in a non-contact state by energizing the coils, and non-operation of the magnetic bearing An emergency bearing that sometimes supports the rotating shaft, and a method of starting a rotating machine, wherein among the plurality of coils, an energizing step of flowing a maximum current to one coil arranged below, and a maximum A coil changing step of changing a coil through which current flows to two coils arranged adjacent to and above the one coil, and the rotating shaft on the inner peripheral surface of the emergency bearing; Contact and said To a position where the rotation axis is highest, and a step sequential changes repeated changes of the coil to flow a largest current, the.

このような構成によれば、回転軸を浮上させる際に、下方に配置されている回転軸を危急軸受に沿わせて鉛直方向最上部まで持ち上げる構成とした。
これにより、回転軸を鉛直方向最下部から直接的に、正規の浮上位置に持ち上げる場合と比較して、より小さな電流で回転軸を浮上させることができる。
即ち、回転軸を鉛直方向最下部から直接的に、正規の浮上位置に持ち上げる場合は、上方のコイルに、回転軸とロータの自重、及びロータの永久磁石による吸引力に打ち勝つ吸引力を発生させる必要がある。
一方、本発明の起動方法によれば、回転軸を危急軸受に沿わせながら鉛直方向最上部まで持ち上げる。これにより、コイルに大きな電流を流すことなく回転軸を移動させることができ、ラジアル磁気軸受に電力を供給する電源装置の電流容量を低減することができる。
According to such a configuration, when the rotating shaft is levitated, the rotating shaft disposed below is lifted up to the top in the vertical direction along the emergency bearing.
Thereby, compared with the case where a rotating shaft is directly lifted to the normal levitation | floating position from the perpendicular direction lowermost part, a rotating shaft can be levitated with a smaller electric current.
That is, when the rotating shaft is lifted directly from the bottom in the vertical direction to the normal floating position, the upper coil generates an attractive force that overcomes the attractive force of the rotating shaft and the rotor's own weight and the permanent magnet of the rotor. There is a need.
On the other hand, according to the starting method of the present invention, the rotating shaft is lifted up to the uppermost part in the vertical direction along the emergency bearing. Thereby, a rotating shaft can be moved without flowing a big electric current through a coil, and the current capacity of the power supply device which supplies electric power to a radial magnetic bearing can be reduced.

上記回転機械の起動方法において、前記連続変更工程の後に、前記複数のコイルのうち下方に配置されている複数のコイルに流す電流を徐々に大きくするとともに、上方に配置されている複数のコイルに流す電流を徐々に小さくして、回転軸を回転中心に移動させる中心移動工程を含んでよい。   In the starting method of the rotating machine, after the continuous changing step, the current flowing through the plurality of coils disposed below among the plurality of coils is gradually increased, and the plurality of coils disposed above are A center moving step may be included in which the current to be applied is gradually reduced to move the rotating shaft to the center of rotation.

このような構成によれば、回転軸を正規の浮上位置に移動させる際に、永久磁石による吸引力と、回転軸とロータの自重とが打ち消し合う向きに働くため、コイルに大きな電流を流すことなく回転軸を移動させることができる。   According to such a configuration, when the rotating shaft is moved to the normal levitation position, a large current flows through the coil because the attracting force by the permanent magnet and the rotating shaft and the weight of the rotor cancel each other. Without rotating the rotation axis.

本発明によれば、回転軸を危急軸受に沿わせながら鉛直方向最上部まで持ち上げる。これにより、コイルに大きな電流を流すことなく回転軸を移動させることができ、ラジアル磁気軸受に電力を供給する電源装置の電流容量を低減することができる。   According to the present invention, the rotary shaft is lifted up to the uppermost part in the vertical direction along the emergency bearing. Thereby, a rotating shaft can be moved without flowing a big electric current through a coil, and the current capacity of the power supply device which supplies electric power to a radial magnetic bearing can be reduced.

本発明の実施形態のターボ圧縮機の全体構成図である。1 is an overall configuration diagram of a turbo compressor according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態のターボ圧縮機のラジアル磁気軸受の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the radial magnetic bearing of the turbo compressor of embodiment of this invention. 本発明の実施形態のターボ圧縮機の起動方法を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the starting method of the turbo compressor of embodiment of this invention. 本発明の実施形態のターボ圧縮機の起動方法を説明する概略図である。It is the schematic explaining the starting method of the turbo compressor of embodiment of this invention.

以下、本発明の実施形態の回転機械であるターボ圧縮機について図面を参照して詳細に説明する。
ターボ圧縮機は、ターボ冷凍機、ターボヒートポンプ等(以下、総称してターボ冷凍機という)に適用されるものであり、凝縮器、絞り装置、蒸発器と共に公知の冷凍サイクルを構成し、低圧の冷媒ガスを高圧の冷媒ガスに圧縮することによって冷凍サイクル内を循環させる機能を担うものである。
Hereinafter, a turbo compressor which is a rotating machine according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
The turbo compressor is applied to a turbo chiller, a turbo heat pump, and the like (hereinafter collectively referred to as a turbo chiller), and constitutes a known refrigeration cycle together with a condenser, a throttle device, and an evaporator. The refrigerant gas is compressed into a high-pressure refrigerant gas so as to circulate in the refrigeration cycle.

図1に示すように、ターボ圧縮機1は、内部空間を有するケーシング2と、永久磁石同期電動機5(以下、電動機と呼ぶ。)と、電動機5の駆動力により回転する回転軸6と、回転軸6を回転自在に支持する軸受装置10と、回転軸6に固定された一段羽根車8及び二段羽根車9(以下、羽根車と呼ぶこともある。)と、軸受装置10を制御する制御装置7と、を備える回転機械である。
なお、以下の説明において、回転軸6の軸線Aが延びている方向を軸方向Dとする。また、軸線Aに直交する方向を径方向とする。軸方向Dであって、電動機5を基準にして羽根車側を軸方向前側D1、電動機5を基準にして羽根車8,9とは反対の側を軸方向後側D2という。
As shown in FIG. 1, a turbo compressor 1 includes a casing 2 having an internal space, a permanent magnet synchronous motor 5 (hereinafter referred to as an electric motor), a rotating shaft 6 that is rotated by a driving force of the electric motor 5, and a rotation. A bearing device 10 that rotatably supports the shaft 6, a single-stage impeller 8 and a two-stage impeller 9 (hereinafter also referred to as an impeller) fixed to the rotary shaft 6, and the bearing device 10 are controlled. And a control device 7.
In the following description, the direction in which the axis A of the rotating shaft 6 extends is defined as the axial direction D. The direction orthogonal to the axis A is the radial direction. In the axial direction D, the impeller side with respect to the electric motor 5 is referred to as an axial front side D1, and the side opposite to the impellers 8 and 9 with respect to the electric motor 5 is referred to as an axial rear side D2.

電動機5、回転軸6、軸受装置10、及び一段羽根車8、及び二段羽根車9は、ケーシング2の内部空間に配置されている。軸受装置10は、第一ラジアル磁気軸受11a及び第二ラジアル磁気軸受11b(以下、ラジアル磁気軸受11と呼ぶこともある。)と、第一スラスト磁気軸受12a及び第二スラスト磁気軸受12b(以下、スラスト磁気軸受12と呼ぶこともある。)と、第一危急軸受13a及び第二危急軸受13b(以下、危急軸受13と呼ぶこともある。)と、を有している。   The electric motor 5, the rotating shaft 6, the bearing device 10, the first stage impeller 8, and the second stage impeller 9 are arranged in the internal space of the casing 2. The bearing device 10 includes a first radial magnetic bearing 11a and a second radial magnetic bearing 11b (hereinafter sometimes referred to as a radial magnetic bearing 11), a first thrust magnetic bearing 12a and a second thrust magnetic bearing 12b (hereinafter referred to as a radial magnetic bearing 11b). And the first critical bearing 13a and the second critical bearing 13b (hereinafter sometimes referred to as the critical bearing 13).

電動機5は、回転軸6の外周面に固定されたロータ14と、ロータ14に対向して配置されたステータ16とを備えている。電動機5は、ケーシング2の電動機室3の中央部位に固定設置されている。ロータ14には、永久磁石15が埋め込まれている。永久磁石15は、埋め込む方式に限らず、ロータ14の表面に張り付ける方式としてもよい。
ステータ16はケーシング2に固定されている。ステータ16には、コイル(図示せず)が巻回されており、コイルに通電することにより磁束が発生する。
The electric motor 5 includes a rotor 14 fixed to the outer peripheral surface of the rotating shaft 6 and a stator 16 disposed to face the rotor 14. The electric motor 5 is fixedly installed at the central portion of the electric motor chamber 3 of the casing 2. A permanent magnet 15 is embedded in the rotor 14. The permanent magnet 15 is not limited to the embedding method, and may be a method of sticking to the surface of the rotor 14.
The stator 16 is fixed to the casing 2. A coil (not shown) is wound around the stator 16, and a magnetic flux is generated by energizing the coil.

回転軸6は、ケーシング2の内部空間に横置きで設置されている。回転軸6の軸方向後側D2の端部には、スラストディスク17が固定されている。第一スラスト磁気軸受12aと第二スラスト磁気軸受12bとは、スラストディスク17を挟んで、所定のギャップを介して対向配置されている。スラスト磁気軸受12は、コイル28に供給される電流により磁気吸引力を発生する。スラスト磁気軸受12は、一対のスラスト磁気軸受12間にスラストディスク17を位置せしめることにより、回転軸6にかかるスラスト荷重を支持する。   The rotating shaft 6 is installed horizontally in the internal space of the casing 2. A thrust disk 17 is fixed to the end of the axial direction rear side D2 of the rotary shaft 6. The first thrust magnetic bearing 12a and the second thrust magnetic bearing 12b are arranged to face each other with a predetermined gap across the thrust disk 17. The thrust magnetic bearing 12 generates a magnetic attractive force by the current supplied to the coil 28. The thrust magnetic bearing 12 supports a thrust load applied to the rotary shaft 6 by positioning a thrust disk 17 between the pair of thrust magnetic bearings 12.

第一ラジアル磁気軸受11a及び第二ラジアル磁気軸受11bは、電動機室3の内部にて、回転軸6を非接触状態で回転自在に支持する。第一ラジアル磁気軸受11aは、電動機5のロータ14の軸方向前側D1に配置されている。第二ラジアル磁気軸受11bは、電動機5のロータ14の軸方向後側D2に配置されている。
第一危急軸受13aは、第一ラジアル磁気軸受11aの軸方向前側D1に配置されている。第二危急軸受13bは、第二ラジアル磁気軸受11bの軸方向後側D2に配置されている。危急軸受13は、ラジアル磁気軸受11が故障した場合や非作動時に回転軸6を支持する、補助軸受(ラジアル軸受)である。危急軸受13の内径は、ラジアル磁気軸受11の内径よりも小さい。
The first radial magnetic bearing 11 a and the second radial magnetic bearing 11 b support the rotary shaft 6 so as to be rotatable in a non-contact state inside the electric motor chamber 3. The first radial magnetic bearing 11 a is disposed on the axial front side D <b> 1 of the rotor 14 of the electric motor 5. The second radial magnetic bearing 11 b is disposed on the axial rear side D <b> 2 of the rotor 14 of the electric motor 5.
The first critical bearing 13a is disposed on the axially front side D1 of the first radial magnetic bearing 11a. The second critical bearing 13b is disposed on the axial rear side D2 of the second radial magnetic bearing 11b. The critical bearing 13 is an auxiliary bearing (radial bearing) that supports the rotary shaft 6 when the radial magnetic bearing 11 fails or is not in operation. The inner diameter of the critical bearing 13 is smaller than the inner diameter of the radial magnetic bearing 11.

ケーシング2の圧縮室4には、一段羽根車8が配置された低段側圧縮部18と、二段羽根車9が配置された高段側圧縮部19とからなる二段圧縮機構が内蔵されている。二段圧縮機構は、吸入口から入口ベーン21を介して吸込んだ低圧冷媒ガスを低段側圧縮部18により圧縮し、その吐出ガスを高段側圧縮部19により吸込み、高圧冷媒ガスに二段圧縮する。各々の羽根車8,9は、回転軸6の軸方向前側D1に直結され、電動機5によって回転駆動される。
一段羽根車8および二段羽根車9は、シュラウド23,24が各々の羽根車から分離され、それがケーシング2側に設けられた、いわゆるオープン型の羽根車である。
The compression chamber 4 of the casing 2 incorporates a two-stage compression mechanism including a low-stage compression section 18 in which a single-stage impeller 8 is disposed and a high-stage compression section 19 in which a two-stage impeller 9 is disposed. ing. The two-stage compression mechanism compresses the low-pressure refrigerant gas sucked from the suction port via the inlet vane 21 by the low-stage side compression unit 18, sucks the discharge gas by the high-stage side compression unit 19, and forms the two-stage refrigerant into the high-pressure refrigerant gas. Compress. Each impeller 8, 9 is directly connected to the axial front side D <b> 1 of the rotary shaft 6 and is driven to rotate by the electric motor 5.
The first stage impeller 8 and the second stage impeller 9 are so-called open type impellers in which the shrouds 23 and 24 are separated from the respective impellers and provided on the casing 2 side.

図2に示すように、ラジアル磁気軸受11は、回転軸6と同心状に形成されている筒部26と、筒部26の径方向内側に突出する複数の突起27と、各々の突起27に巻回されているコイル28(電磁石コイル)と、を有している。複数のコイル28(突起27)は、回転軸6の周方向に等間隔に設けられている。複数のコイル28は、電源装置22(ドライバ、図1参照)と接続されている。電源装置22と制御装置7とは電気的に接続されている。   As shown in FIG. 2, the radial magnetic bearing 11 includes a cylindrical portion 26 that is formed concentrically with the rotating shaft 6, a plurality of projections 27 that protrude radially inward of the cylindrical portion 26, and each projection 27. And a coil 28 (electromagnetic coil) that is wound. The plurality of coils 28 (projections 27) are provided at equal intervals in the circumferential direction of the rotating shaft 6. The plurality of coils 28 are connected to the power supply device 22 (driver, see FIG. 1). The power supply device 22 and the control device 7 are electrically connected.

ラジアル磁気軸受11は、回転軸6の外周面とコイル28との距離を検出する変位センサ(図示せず)を有している。
ラジアル磁気軸受11は、複数のコイル28に通電することにより、互いに釣り合う方向の磁気力を吸引力として回転軸6に作用させて回転軸6を浮上支持する。
The radial magnetic bearing 11 has a displacement sensor (not shown) that detects the distance between the outer peripheral surface of the rotating shaft 6 and the coil 28.
The radial magnetic bearing 11 levitates and supports the rotating shaft 6 by energizing the plurality of coils 28 to cause the rotating shaft 6 to act on the rotating shaft 6 as a magnetic force in a direction that balances the coils 28.

本実施形態のラジアル磁気軸受11は、周方向に等間隔(90°)に配置された第一コイル28a、第二コイル28b、第三コイル28c、及び第四コイル28dの四つのコイル28を備えている。四つのコイル28は、周方向において、第一コイル28a、第二コイル28b、第三コイル28c、第四コイル28dの順に配置されている。四つのコイル28のうち第一コイル28a及び第四コイル28dは、回転軸6の下方に配置されている。第一コイル28a及び第四コイル28dは、筒部26の最下部P1から周方向に45°ずれた位置に配置されている。
四つのコイル28のうち第二コイル28b及び第第三コイル28cは、回転軸6の上方に配置されている。第二コイル28b及び第三コイル28cは、筒部26の最上部P2から周方向に45°ずれた位置に配置されている。
コイル28の数は、四つに限ることはなく、回転軸6及びロータ14の重量などに応じて適宜変更することができる。
The radial magnetic bearing 11 of the present embodiment includes four coils 28 of a first coil 28a, a second coil 28b, a third coil 28c, and a fourth coil 28d that are arranged at equal intervals (90 °) in the circumferential direction. ing. The four coils 28 are arranged in the order of the first coil 28a, the second coil 28b, the third coil 28c, and the fourth coil 28d in the circumferential direction. Of the four coils 28, the first coil 28 a and the fourth coil 28 d are disposed below the rotating shaft 6. The first coil 28a and the fourth coil 28d are disposed at a position shifted by 45 ° in the circumferential direction from the lowermost part P1 of the cylindrical portion 26.
Of the four coils 28, the second coil 28 b and the third coil 28 c are disposed above the rotating shaft 6. The second coil 28b and the third coil 28c are disposed at a position shifted by 45 ° in the circumferential direction from the uppermost portion P2 of the cylindrical portion 26.
The number of the coils 28 is not limited to four, and can be appropriately changed according to the weight of the rotating shaft 6 and the rotor 14.

次に、本実施形態のターボ圧縮機1の起動方法について説明する。本実施形態のターボ圧縮機1の起動方法は、主に、ラジアル磁気軸受11の制御方法である。制御装置7には、コイル28の数及び位置、回転軸6やロータ14の重量などに基づいて制御方法が記憶されている。また、以下に説明する制御方法においては、制御装置7は、第一ラジアル磁気軸受11aと第二ラジアル磁気軸受11bを同時に、同様に制御する。   Next, a startup method of the turbo compressor 1 of the present embodiment will be described. The starting method of the turbo compressor 1 of the present embodiment is mainly a control method of the radial magnetic bearing 11. The control device 7 stores a control method based on the number and position of the coils 28, the weight of the rotary shaft 6 and the rotor 14, and the like. Moreover, in the control method demonstrated below, the control apparatus 7 controls the 1st radial magnetic bearing 11a and the 2nd radial magnetic bearing 11b simultaneously similarly.

本実施形態のターボ圧縮機1の起動方法は、図3に示すように、複数のコイル28のうち、下方に配置されている一のコイルである第一コイル28aに電流を流す通電工程S1と、電流を流すコイルを、第一コイル28aに隣接、かつ、第一コイル28aよりも上方に配置されている二のコイルである第二コイル28bに変更するコイル変更工程S2と、回転軸6が危急軸受13の内周面に接触し、かつ、最も高くなる位置まで、電流を流すコイル28の変更を繰り返す連続変更工程S3と、回転軸6が正規の浮上位置(回転中心)で浮上するように制御する位置移動工程S4と、を含む。
回転軸6の正規の浮上位置とは、回転軸6の外周面と危急軸受13(ラジアル磁気軸受11)との間の隙間が周方向に一定となる位置である。
As shown in FIG. 3, the start-up method of the turbo compressor 1 according to the present embodiment includes an energization step S <b> 1 for passing a current through a first coil 28 a that is one coil disposed below among the plurality of coils 28. The coil changing step S2 for changing the coil through which the current flows to the second coil 28b, which is the second coil disposed adjacent to the first coil 28a and above the first coil 28a, and the rotating shaft 6 The continuous change step S3 that repeats the change of the coil 28 through which the current flows to the position where it comes into contact with the inner peripheral surface of the critical bearing 13 and reaches the highest position, and the rotary shaft 6 floats at the normal floating position (rotation center). And a position movement process S4 to be controlled.
The normal flying position of the rotating shaft 6 is a position where the gap between the outer peripheral surface of the rotating shaft 6 and the critical bearing 13 (radial magnetic bearing 11) is constant in the circumferential direction.

図4(a)に示すように、ラジアル磁気軸受11の停止時では、回転軸6は、重力によって危急軸受13の内周面に接触し、かつ、回転軸6が最も低くなる位置に位置する。回転軸6には、ロータ14の自重G及びロータ14(永久磁石15)とステータ16との間に働く磁力による吸引力Mの両方が作用する。   As shown in FIG. 4A, when the radial magnetic bearing 11 is stopped, the rotating shaft 6 is in contact with the inner peripheral surface of the emergency bearing 13 by gravity and is positioned at a position where the rotating shaft 6 is lowest. . Both the own weight G of the rotor 14 and the attractive force M due to the magnetic force acting between the rotor 14 (permanent magnet 15) and the stator 16 act on the rotating shaft 6.

通電工程S1では、制御装置7は、第一コイル28aのみに電流を流す(ON状態とする。)ように電源装置22を制御する。これにより、図4(b)に示すように、回転軸6には、第一コイル28a(電磁石コイル)の磁力による吸引力EMが作用する。回転軸6は、危急軸受13の内周面に接触し、かつ、第一コイル28aに最も近い位置に移動する。回転軸6は、危急軸受13の内周面に沿いながら移動する。
ここで、制御装置7は、第一コイル28aのみに電流を流したが、これに限ることはない。例えば、相対的に他のコイル28と比較して第一コイル28aに最も大きな電流を流せば、第二コイル28b及び第四コイル28dにも通電してもよい。
In the energization step S1, the control device 7 controls the power supply device 22 so that a current flows only through the first coil 28a (set to the ON state). Thereby, as shown in FIG.4 (b), attraction force EM by the magnetic force of the 1st coil 28a (electromagnet coil) acts on the rotating shaft 6. FIG. The rotating shaft 6 contacts the inner peripheral surface of the emergency bearing 13 and moves to a position closest to the first coil 28a. The rotating shaft 6 moves along the inner peripheral surface of the emergency bearing 13.
Here, although the control apparatus 7 sent the electric current only to the first coil 28a, it is not limited to this. For example, the second coil 28b and the fourth coil 28d may be energized as long as the largest current flows through the first coil 28a relative to the other coils 28.

コイル変更工程S2では、制御装置7は、第一コイル28aに隣接、かつ、第一コイル28aよりも上方に配置されているコイルである、第二コイル28bのみに電流を流すように電源装置22を制御する。即ち、電流を流すコイルをより上方のコイルに変更する。これにより、図4(c)に示すように、回転軸6は、危急軸受13の内周面に接触し、かつ、第二コイル28bに最も近い位置に移動する。回転軸6は、危急軸受13の内周面に沿いながら移動する。
ここで、制御装置7は、瞬間的に電流を流すコイルを変更する必要はない。例えば、徐々に第一コイル28aに流す電流を小さくするとともに、徐々に第二コイル28bに流す電流を大きくしてもよい。
また、通電工程S1と同様に、制御装置7は、相対的に他のコイルと比較して第二コイル28bに最も大きな電流を流せば、他のコイル28にも通電してよい。
In the coil changing step S2, the control device 7 causes the power supply device 22 to pass a current only to the second coil 28b, which is a coil that is adjacent to the first coil 28a and above the first coil 28a. To control. That is, the coil through which the current flows is changed to an upper coil. Thereby, as shown in FIG.4 (c), the rotating shaft 6 contacts the internal peripheral surface of the critical bearing 13, and moves to the position nearest to the 2nd coil 28b. The rotating shaft 6 moves along the inner peripheral surface of the emergency bearing 13.
Here, the control apparatus 7 does not need to change the coil which sends an electric current instantaneously. For example, the current flowing through the first coil 28a may be gradually reduced and the current flowing through the second coil 28b may be gradually increased.
Similarly to the energization step S1, the control device 7 may energize the other coils 28 as long as the largest current flows through the second coil 28b as compared with the other coils.

連続変更工程S3では、制御装置7は、回転軸6が危急軸受13の内周面に接触し、かつ、回転軸6が最も高くなる位置まで、電流を流すコイルの変更を繰り返す制御を行う。本実施形態のラジアル磁気軸受11は、四つのコイル28を備えているため、第二コイル28bに電流を流した後、第二コイル28b及び第三コイル28cの両方に電流を流すことによって、図4(d)に示すように、回転軸6は、最も高くなる位置に位置する。   In the continuous change step S3, the control device 7 performs control to repeatedly change the coil through which current flows until the rotary shaft 6 comes into contact with the inner peripheral surface of the critical bearing 13 and the rotary shaft 6 becomes the highest. Since the radial magnetic bearing 11 of the present embodiment includes the four coils 28, the current is passed through the second coil 28b and then the current is passed through both the second coil 28b and the third coil 28c. As shown in FIG. 4 (d), the rotating shaft 6 is located at the highest position.

位置移動工程S4では、制御装置7は、上方の第二コイル28b及び第三コイル28cに流れる電流を徐々に小さくするとともに、下方の第一コイル28a及び第四コイル28dに流れる電流を徐々に大きくすることによって、回転軸6の位置を正規の浮上位置に移動させる。図4(e)に示すように、制御装置7は、ロータ14の自重Gを考慮して、上方の第二コイル28b及び第三コイル28cによって作用する吸引力EMb,EMcが、下方の第一コイル28a及び第四コイル28dによって作用する吸引力EMa,EMdよりもやや大きくなるように、電流を制御する。
これにより、回転軸6は、危急軸受13の内周面に接触した状態から、危急軸受13との間に周方向に一定の間隔を有するように下方へ移動する。
In the position moving step S4, the control device 7 gradually decreases the current flowing through the upper second coil 28b and the third coil 28c, and gradually increases the current flowing through the lower first coil 28a and the fourth coil 28d. By doing so, the position of the rotating shaft 6 is moved to the normal floating position. As shown in FIG. 4 (e), the control device 7 takes into consideration the weight G of the rotor 14, and the suction forces EMb and EMc acting by the upper second coil 28b and the third coil 28c are lower than the first weight. The current is controlled to be slightly larger than the attractive forces EMa and EMd acting by the coil 28a and the fourth coil 28d.
Thereby, the rotating shaft 6 moves downward from the state in contact with the inner peripheral surface of the emergency bearing 13 so as to have a constant interval in the circumferential direction between the rotary shaft 6 and the emergency bearing 13.

上記実施形態によれば、回転軸6を浮上させる際に、下方に配置されている回転軸6を危急軸受13に沿わせて鉛直方向最上部P2まで持ち上げた後、正規の浮上位置に移動させる構成とした。
これにより、回転軸6を鉛直方向最下部P1から直接的に、正規の浮上位置に持ち上げる場合と比較して、より小さな電流で回転軸6を浮上させることができる。
According to the above-described embodiment, when the rotary shaft 6 is levitated, the rotary shaft 6 disposed below is lifted up to the vertical uppermost part P2 along the emergency bearing 13 and then moved to the normal ascent position. The configuration.
Thereby, compared with the case where the rotating shaft 6 is directly lifted from the vertical direction lowermost part P1 to the normal levitation | floating position, the rotating shaft 6 can be levitated with a smaller electric current.

即ち、回転軸6を鉛直方向最下部P1から直接的に、正規の浮上位置に持ち上げる場合は、上方のコイル28(第二コイル28b、及び第三コイル28c)に、回転軸6とロータ14の自重G、及びロータ14の永久磁石15による吸引力Mに打ち勝つ吸引力を発生させる必要がある。
一方、本実施形態の起動方法によれば、回転軸6を危急軸受13に沿わせながら鉛直方向最上部P2まで持ち上げる。これにより、回転軸6を、コイル28に大きな電流を流すことなく移動させることができ、ラジアル磁気軸受11に電力を供給する電源装置22の電流容量を低減することができる。
また、回転軸6を正規の浮上位置に移動させる際は、図4(e)に示すように、永久磁石15による吸引力Mと、回転軸6とロータ14の自重Gとが打ち消し合う向きに働くため、コイル28に大きな電流を流すことなく回転軸6を移動させることができる。
That is, when the rotary shaft 6 is lifted directly from the lowest vertical direction P1 to the normal levitation position, the upper coil 28 (second coil 28b and third coil 28c) is connected to the rotary shaft 6 and the rotor 14. It is necessary to generate an attractive force that overcomes the own weight G and the attractive force M by the permanent magnet 15 of the rotor 14.
On the other hand, according to the starting method of the present embodiment, the rotary shaft 6 is lifted up to the uppermost part P2 in the vertical direction along the emergency bearing 13. Thereby, the rotating shaft 6 can be moved without flowing a large current through the coil 28, and the current capacity of the power supply device 22 that supplies power to the radial magnetic bearing 11 can be reduced.
Further, when the rotating shaft 6 is moved to the normal floating position, as shown in FIG. 4E, the attractive force M by the permanent magnet 15 and the rotating shaft 6 and the own weight G of the rotor 14 cancel each other. Therefore, the rotary shaft 6 can be moved without flowing a large current through the coil 28.

また、ラジアル磁気軸受11に通電していない場合は、回転軸6が危急軸受13によって支持される。これにより、ラジアル磁気軸受11の非作動時に回転軸6がラジアル磁気軸受11に接触することを防止することができる。   When the radial magnetic bearing 11 is not energized, the rotating shaft 6 is supported by the emergency bearing 13. Thereby, it is possible to prevent the rotary shaft 6 from coming into contact with the radial magnetic bearing 11 when the radial magnetic bearing 11 is not operated.

以上、本発明の実施形態について詳細を説明したが、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内において、種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記実施形態はターボ圧縮機の起動方法であるが、永久磁石を備えたロータを有する電動機と磁気軸受とを有する回転機械であれば、上記起動方法は採用可能である。
また、磁気軸受を構成するコイルの数、スラスト磁気軸受の有無なども回転機械の使用などに応じて適宜変更可能である。
The embodiment of the present invention has been described in detail above, but various modifications can be made without departing from the technical idea of the present invention.
For example, the above embodiment is a method for starting a turbo compressor. However, if the rotating machine has a motor having a rotor with a permanent magnet and a magnetic bearing, the above starting method can be adopted.
Further, the number of coils constituting the magnetic bearing, the presence or absence of the thrust magnetic bearing, and the like can be appropriately changed according to the use of the rotating machine.

1 ターボ圧縮機(回転機械)
2 ケーシング
3 電動機室
4 圧縮室
5 電動機
6 回転軸
7 制御装置
8 一段羽根車
9 二段羽根車
10 軸受装置
11 ラジアル磁気軸受(磁気軸受)
11a 第一ラジアル磁気軸受
11b 第二ラジアル磁気軸受
12 スラスト磁気軸受
12a 第一スラスト磁気軸受
12b 第二スラスト磁気軸受
13 危急軸受
14 ロータ
15 永久磁石
16 ステータ
18 低段側圧縮部
19 高段側圧縮部
22 電源装置
28 コイル
28a 第一コイル
28b 第二コイル
28c 第三コイル
28d 第四コイル
S1 通電工程
S2 コイル変更工程
S3 連続変更工程
S4 位置移動工程
1 Turbo compressor (rotary machine)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 Casing 3 Electric motor chamber 4 Compression chamber 5 Electric motor 6 Rotating shaft 7 Control apparatus 8 First stage impeller 9 Two stage impeller 10 Bearing apparatus 11 Radial magnetic bearing (magnetic bearing)
11a First radial magnetic bearing 11b Second radial magnetic bearing 12 Thrust magnetic bearing 12a First thrust magnetic bearing 12b Second thrust magnetic bearing 13 Critical bearing 14 Rotor 15 Permanent magnet 16 Stator 18 Low stage compression section 19 High stage compression section 22 Power supply device 28 Coil 28a First coil 28b Second coil 28c Third coil 28d Fourth coil S1 Energizing process S2 Coil changing process S3 Continuous changing process S4 Position moving process

Claims (2)

回転軸と、
永久磁石を備えて前記回転軸の外周面に固定されたロータと、前記ロータに対向して配置されたステータとを有する電動機と、
周方向に間隔をあけて配置された複数のコイルを有し、前記コイルに通電することにより前記回転軸を非接触状態で支持する磁気軸受と、
前記磁気軸受の非作動時に前記回転軸を支持する危急軸受と、を有する回転機械の起動方法であって、
前記複数のコイルのうち、下方に配置されている一のコイルに最も大きな電流を流す通電工程と、
最も大きな電流を流すコイルを、前記一のコイルに隣接、かつ、前記一のコイルよりも上方に配置されている二のコイルに変更するコイル変更工程と、
前記回転軸が前記危急軸受の内周面に接触し、かつ、前記回転軸が最も高くなる位置まで、最も大きな電流を流すコイルの変更を繰り返す連続変更工程と、を含む回転機械の起動方法。
A rotation axis;
An electric motor having a rotor provided with a permanent magnet and fixed to the outer peripheral surface of the rotating shaft; and a stator disposed to face the rotor;
A magnetic bearing having a plurality of coils arranged at intervals in the circumferential direction, and supporting the rotating shaft in a non-contact state by energizing the coils;
An emergency bearing for supporting the rotating shaft when the magnetic bearing is not operated, and a starting method for a rotating machine,
An energization step of flowing the largest current through one coil arranged below among the plurality of coils,
A coil changing step of changing the coil through which the largest current flows into two coils disposed adjacent to and above the one coil; and
And a continuous change step of repeating a change of the coil through which the largest current flows until the rotary shaft is in contact with the inner peripheral surface of the emergency bearing and the rotary shaft is at the highest position.
前記連続変更工程の後に、
前記複数のコイルのうち下方に配置されている複数のコイルに流す電流を徐々に大きくするとともに、上方に配置されている複数のコイルに流す電流を徐々に小さくして、回転軸を回転中心に移動させる位置移動工程を含む請求項1に記載の回転機械の起動方法。
After the continuous change step,
While gradually increasing the current flowing through the plurality of coils disposed below among the plurality of coils, gradually decreasing the current flowing through the plurality of coils disposed above, with the rotation axis as the center of rotation. The method for starting a rotating machine according to claim 1, further comprising a position moving step of moving.
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