JP2018028296A - Compressor - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compressor capable of reducing its capacity necessary for an electromagnet of a magnetic bearing part.SOLUTION: A compressor 1 includes impellers 5a, 5b, a shaft 6, and a thrust magnetic bearing part 21 having an axial disc part 23 and a pair of electromagnets 25a, 25b for supporting the shaft 6 in the thrust direction. When one electromagnet for magnetically attracting the axial disc part 23 in a direction opposing gas thrust force generated by the rotation of the impellers is defined as a first electromagnet 25a and the other electromagnet is defined as a second electromagnet 25b, a gap Ga between the axial disc part 23 and the first electromagnet 25a during operation is set to be in a smaller state than a gap Gb between the axial disc part 23 and the second electromagnet 25b.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、圧縮機に関するものである。   The present invention relates to a compressor.

従来、このような分野の技術として、下記特許文献1に記載の圧縮機が知られている。この圧縮機は、インペラの回転軸を回転させるモータと、回転軸を非接触で支持する磁気軸受部とを備えている。また、磁気軸受部は、回転軸に設けられたアキシャルディスク部と、アキシャルディスク部を軸方向に挟んで配置された一対の電磁石とを備えている。この圧縮機では、変位センサで検知された変位に基づいて、回転軸を吸引する電磁石の吸引力が調整され、回転軸の位置が一定に制御される。   Conventionally, a compressor described in Patent Document 1 below is known as a technique in such a field. The compressor includes a motor that rotates the rotating shaft of the impeller, and a magnetic bearing portion that supports the rotating shaft in a non-contact manner. The magnetic bearing portion includes an axial disk portion provided on the rotating shaft and a pair of electromagnets arranged with the axial disk portion sandwiched in the axial direction. In this compressor, the attraction force of the electromagnet that attracts the rotating shaft is adjusted based on the displacement detected by the displacement sensor, and the position of the rotating shaft is controlled to be constant.

特開2014-43834号公報JP 2014-43834 A

磁気軸受部においては、電磁石に要求される吸引力が大きくなると必要な電流が大きくなる。そうすると、電磁石の容量を大きくするのみならず、電流供給用のアンプや電源ユニット等の付帯の装置の容量も大きくする必要があり、圧縮機全体の製造コストアップの要因になってしまう。よって、磁気軸受部の電磁石に必要とされる電流を可能な限り小さくすることが望まれる。   In the magnetic bearing portion, the required current increases as the attractive force required for the electromagnet increases. In this case, it is necessary to increase not only the capacity of the electromagnet, but also the capacity of auxiliary devices such as an amplifier for supplying current and a power supply unit, which increases the manufacturing cost of the entire compressor. Therefore, it is desirable to reduce the current required for the electromagnet of the magnetic bearing portion as much as possible.

本発明は、磁気軸受部の電磁石の必要な容量を低減することができる圧縮機を提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the compressor which can reduce the required capacity | capacitance of the electromagnet of a magnetic bearing part.

本発明の圧縮機は、インペラと、インペラの回転軸と、回転軸に設けられたアキシャルディスク部と、アキシャルディスク部をスラスト方向に挟んで配置されアキシャルディスク部を互いに反対の方向に磁気吸引する一対の電磁石と、を有し、回転軸をスラスト方向に支持する磁気軸受部と、を備え、一対の電磁石のうち、インペラの回転によって発生するガススラスト力に対抗する方向にアキシャルディスク部を磁気吸引する一方の電磁石を第1電磁石とし、他方の電磁石を第2電磁石としたときに、運転中におけるアキシャルディスク部と第1電磁石とのギャップが、アキシャルディスク部と第2電磁石とのギャップよりも小さくなるように設定されている。   The compressor according to the present invention includes an impeller, an impeller rotation shaft, an axial disk portion provided on the rotation shaft, and an axial disk portion sandwiched in the thrust direction, and magnetically attracts the axial disk portions in opposite directions. A pair of electromagnets, and a magnetic bearing portion that supports the rotating shaft in the thrust direction, and magnetically moves the axial disk portion in a direction that opposes the gas thrust force generated by the rotation of the impeller among the pair of electromagnets. When one electromagnet to be attracted is a first electromagnet and the other electromagnet is a second electromagnet, the gap between the axial disk portion and the first electromagnet during operation is larger than the gap between the axial disk portion and the second electromagnet. It is set to be smaller.

本発明の圧縮機は、回転軸の所定の制御基準点の位置を一定に維持するように、第1及び第2電磁石の磁気吸引力を操作する制御部を備え、アキシャルディスク部は、スラスト方向において、第1電磁石と制御基準点との間に位置するようにしてもよい。   The compressor of the present invention includes a control unit that operates the magnetic attraction force of the first and second electromagnets so that the position of the predetermined control reference point of the rotating shaft is kept constant, and the axial disk unit has a thrust direction In this case, it may be located between the first electromagnet and the control reference point.

本発明によれば、圧縮機の磁気軸受部の電磁石の必要な容量を低減することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the capacity | capacitance required of the electromagnet of the magnetic bearing part of a compressor can be reduced.

本実施形態の圧縮機を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the compressor of this embodiment typically. シャフトの位置制御に必要な構成要素を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the component required for position control of a shaft. (a)は、運転中における電磁石とアキシャルディスク部との位置関係を示す図であり、(b)は、運転前における電磁石とアキシャルディスク部との位置関係を示す図である。(A) is a figure which shows the positional relationship of the electromagnet and axial disk part in driving | operation, (b) is a figure which shows the positional relationship of the electromagnet and axial disk part before driving | operation.

以下、図面を参照しつつ本発明に係る圧縮機の実施形態について詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of a compressor according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1に示される圧縮機1は、直列式の2段圧縮機であり、ガスを圧縮する第1コンプレッサ部3aと、第1コンプレッサ部3aで圧縮されたガスを更に圧縮する第2コンプレッサ部3bと、を備えている。第1コンプレッサ部3aの第1インペラ5aと第2コンプレッサ部3bの第2インペラ5bとはシャフト6(回転軸)を介して連結されており、第1インペラ5aはシャフト6の一端に設けられ、第2インペラ5bはシャフト6の他端に設けられている。第1インペラ5a、第2インペラ5b及びシャフト6が一体となって圧縮機1のハウジング7内で回転軸線A周りに回転する。   A compressor 1 shown in FIG. 1 is a two-stage compressor in series, and includes a first compressor unit 3a that compresses gas and a second compressor unit 3b that further compresses gas compressed by the first compressor unit 3a. And. The first impeller 5a of the first compressor unit 3a and the second impeller 5b of the second compressor unit 3b are connected via a shaft 6 (rotating shaft), and the first impeller 5a is provided at one end of the shaft 6, The second impeller 5 b is provided at the other end of the shaft 6. The first impeller 5a, the second impeller 5b, and the shaft 6 are integrally rotated around the rotation axis A in the housing 7 of the compressor 1.

以下の説明において、単に「軸方向」、「周方向」、「径方向」というときは、それぞれ、シャフト6の回転軸方向、シャフト6の回転周方向、シャフト6の回転径方向を意味するものとする。また、以下の説明において「右方向」、「左方向」などの語を用いる場合には、図1の右左に対応させて、第1インペラ5a側を左側、第2インペラ5b側を右側とする。   In the following description, the terms “axial direction”, “circumferential direction”, and “radial direction” mean the rotational axis direction of the shaft 6, the rotational circumferential direction of the shaft 6, and the rotational radial direction of the shaft 6, respectively. And In addition, in the following description, when words such as “right direction” and “left direction” are used, the first impeller 5a side is the left side and the second impeller 5b side is the right side, corresponding to the right and left in FIG. .

圧縮機1のハウジング7は、第1インペラ5aを内部に収容する第1ハウジング7aと、第2インペラ5bを内部に収容する第2ハウジング7bと、第1ハウジング7aと第2ハウジング7bとの間に配置されたシャフトハウジング7cとを備えている。第1ハウジング7aには、第1インペラ5aを周方向に囲む第1スクロール9aが形成されている。同様に、第2ハウジング7bには、第2インペラ5bを周方向に囲む第2スクロール9bが形成されている。シャフトハウジング7cの内部にはシャフト6が収容されている。   The housing 7 of the compressor 1 includes a first housing 7a that houses the first impeller 5a, a second housing 7b that houses the second impeller 5b, and a space between the first housing 7a and the second housing 7b. And a shaft housing 7c. The first housing 7a is formed with a first scroll 9a surrounding the first impeller 5a in the circumferential direction. Similarly, a second scroll 9b that surrounds the second impeller 5b in the circumferential direction is formed in the second housing 7b. The shaft 6 is accommodated in the shaft housing 7c.

シャフトハウジング7cの内部には、シャフト6を回転させるモータ部13が当該シャフト6の周囲に設けられている。モータ部13は、シャフト6に固定されたロータ13rと、シャフトハウジング7cに固定されたステータ13sとを備えている。ステータ13sのモータコイルに電流が供給されることにより、ロータ13r及びシャフト6が回転し、第1インペラ5a及び第2インペラ5bが回転する。このように、圧縮機1は、モータ部13の回転力が第1インペラ5a及び第2インペラ5bに直接伝達されるダイレクトドライブ方式の圧縮機である。   A motor unit 13 that rotates the shaft 6 is provided around the shaft 6 inside the shaft housing 7c. The motor unit 13 includes a rotor 13r fixed to the shaft 6 and a stator 13s fixed to the shaft housing 7c. When current is supplied to the motor coil of the stator 13s, the rotor 13r and the shaft 6 rotate, and the first impeller 5a and the second impeller 5b rotate. Thus, the compressor 1 is a direct drive type compressor in which the rotational force of the motor unit 13 is directly transmitted to the first impeller 5a and the second impeller 5b.

第1ハウジング7aの吸気口15aから軸方向に流入したガスは、回転する第1インペラ5aで径方向に加速された後、第1スクロール9aにより減速され昇圧される。第1スクロール9aから送出されたガスは、接続配管(図示せず)を経由して第2ハウジング7bの吸気口15bから軸方向に導入される。上記接続配管の途中にはガスを冷却するクーラが設けられてもよい。吸気口15bから導入されたガスは、回転する第2インペラ5bで径方向に加速され、第2スクロール9bで減速され昇圧される。このように、圧縮機1は、第1インペラ5aを含む第1コンプレッサ部3aと、第2インペラ5bを含む第2コンプレッサ部3bと、によって2段階でガスを圧縮する。   The gas flowing in the axial direction from the intake port 15a of the first housing 7a is accelerated in the radial direction by the rotating first impeller 5a, and then decelerated and boosted by the first scroll 9a. The gas delivered from the first scroll 9a is introduced in the axial direction from the intake port 15b of the second housing 7b via a connection pipe (not shown). A cooler for cooling the gas may be provided in the middle of the connection pipe. The gas introduced from the intake port 15b is accelerated in the radial direction by the rotating second impeller 5b, decelerated and boosted by the second scroll 9b. Thus, the compressor 1 compresses gas in two stages by the first compressor unit 3a including the first impeller 5a and the second compressor unit 3b including the second impeller 5b.

シャフトハウジング7cの内部には、シャフト6を径方向に支持する2つのラジアル磁気軸受部19a,19bと、シャフト6を軸方向に支持する1つのスラスト磁気軸受部21と、が設けられている。ラジアル磁気軸受部19a,19bは、モータ部13を間に挟んで第1インペラ5a側と第2インペラ5b側とに配置されている。ラジアル磁気軸受部19a,19bは、径方向への磁気吸引力によってシャフト6の径方向の位置を規制し、シャフト6を非接触で径方向に支持する。   Inside the shaft housing 7c, two radial magnetic bearing portions 19a and 19b that support the shaft 6 in the radial direction and one thrust magnetic bearing portion 21 that supports the shaft 6 in the axial direction are provided. The radial magnetic bearing portions 19a and 19b are disposed on the first impeller 5a side and the second impeller 5b side with the motor portion 13 interposed therebetween. The radial magnetic bearing portions 19a and 19b regulate the position of the shaft 6 in the radial direction by a magnetic attractive force in the radial direction, and support the shaft 6 in the radial direction without contact.

スラスト磁気軸受部21は、軸方向において、モータ部13とラジアル磁気軸受部19aとの間に配置されている。スラスト磁気軸受部21は、シャフト6から径方向に張出すように鍔状に設けられた円板状のアキシャルディスク部23と、アキシャルディスク部23を軸方向に挟む一対の電磁石25a,25bと、を備えている。電磁石25a(第1電磁石)は、磁力によってアキシャルディスク部23を第1コンプレッサ部3a側に吸引する。電磁石25b(第2電磁石)は、磁力によってアキシャルディスク部23を第2コンプレッサ部3b側に吸引する。そして、電磁石25aによる吸引力と電磁石25bによる吸引力とが制御されることで、アキシャルディスク部23及びシャフト6の軸方向の位置が維持され、シャフト6はスラスト磁気軸受部21によって非接触で軸方向に支持される。   The thrust magnetic bearing portion 21 is disposed between the motor portion 13 and the radial magnetic bearing portion 19a in the axial direction. The thrust magnetic bearing portion 21 includes a disk-shaped axial disk portion 23 provided in a bowl shape so as to project from the shaft 6 in the radial direction, a pair of electromagnets 25a and 25b sandwiching the axial disk portion 23 in the axial direction, It has. The electromagnet 25a (first electromagnet) attracts the axial disk portion 23 toward the first compressor portion 3a by magnetic force. The electromagnet 25b (second electromagnet) attracts the axial disk portion 23 to the second compressor portion 3b side by magnetic force. The axial force of the axial disk portion 23 and the shaft 6 is maintained by controlling the attractive force by the electromagnet 25a and the attractive force by the electromagnet 25b. Supported in the direction.

また、シャフトハウジング7c内において、ラジアル磁気軸受部19aと第1インペラ5aとの間には、タッチダウン軸受29aが設けられており、ラジアル磁気軸受部19bと第2インペラ5bとの間には、タッチダウン軸受29bが設けられている。タッチダウン軸受29a,29bは、通常時にはシャフト6と非接触であり、ラジアル磁気軸受部19a,19bに不具合が発生した場合に、非常用のシャフト6の軸受として機能する。タッチダウン軸受29a,29bには、玉軸受などが採用される。   Further, in the shaft housing 7c, a touchdown bearing 29a is provided between the radial magnetic bearing portion 19a and the first impeller 5a, and between the radial magnetic bearing portion 19b and the second impeller 5b, A touchdown bearing 29b is provided. The touchdown bearings 29a and 29b are normally not in contact with the shaft 6 and function as a bearing for the emergency shaft 6 when a failure occurs in the radial magnetic bearing portions 19a and 19b. Ball bearings or the like are employed as the touchdown bearings 29a and 29b.

続いて、図1〜図3を参照しながら、制御装置37(制御部)及びスラスト磁気軸受部21によるシャフト6の軸方向の位置制御について更に詳細に説明する。図2は、この位置制御に関係する構成要素を模式的に示す図であり、図3は、電磁石25a,25bとアキシャルディスク部23との位置関係を示す図である。また、図2に示される各符号の意味は次の通りである。
Qa:電磁石25aがアキシャルディスク部23に対して発生する左向きの磁気吸引力
Qb:電磁石25bがアキシャルディスク部23に対して発生する右向きの磁気吸引力
Ga:電磁石25aとアキシャルディスク部23とのギャップ(間隙)
Gb:電磁石25bとアキシャルディスク部23とのギャップ(間隙)
Ia:制御装置37から電磁石25aに供給される駆動電流
Ib:制御装置37から電磁石25bに供給される駆動電流
なお、電磁石25a,25bは、例えば、図3に示されるように、コイル25hとコア25jとを有している。この場合、厳密には、図3に示されるように、コア25jの先端面とアキシャルディスク部23の面との間の距離がギャップGa,Gbに相当する。
Next, the axial position control of the shaft 6 by the control device 37 (control unit) and the thrust magnetic bearing unit 21 will be described in more detail with reference to FIGS. FIG. 2 is a diagram schematically showing components related to this position control, and FIG. 3 is a diagram showing the positional relationship between the electromagnets 25a and 25b and the axial disk portion 23. As shown in FIG. Moreover, the meaning of each code | symbol shown by FIG. 2 is as follows.
Qa: leftward magnetic attractive force generated by the electromagnet 25a with respect to the axial disk portion 23 Qb: rightward magnetic attractive force generated by the electromagnet 25b with respect to the axial disk portion 23 Ga: gap between the electromagnet 25a and the axial disk portion 23 (gap)
Gb: Gap (gap) between the electromagnet 25b and the axial disk portion 23
Ia: Drive current supplied from the control device 37 to the electromagnet 25a Ib: Drive current supplied from the control device 37 to the electromagnet 25b Note that the electromagnets 25a and 25b are, for example, a coil 25h and a core as shown in FIG. 25j. In this case, strictly speaking, as shown in FIG. 3, the distances between the front end surface of the core 25j and the surface of the axial disk portion 23 correspond to the gaps Ga and Gb.

シャフト6の軸方向の位置制御を行うために、圧縮機1は、変位センサ33a,33bを備えている。変位センサ33aはモータ部13の左側に配置され、変位センサ33bはモータ部13の右側に配置されている。変位センサ33a,33bは、シャフト6の軸方向の変位を検知する。例えば、変位センサ33a,33bとしては、シャフト6の外周面に設けられたセンサターゲット36a,36bの位置を非接触で検知する方式のものを用いてもよい。   In order to control the position of the shaft 6 in the axial direction, the compressor 1 includes displacement sensors 33a and 33b. The displacement sensor 33 a is disposed on the left side of the motor unit 13, and the displacement sensor 33 b is disposed on the right side of the motor unit 13. The displacement sensors 33 a and 33 b detect the axial displacement of the shaft 6. For example, as the displacement sensors 33a and 33b, a sensor that detects the positions of the sensor targets 36a and 36b provided on the outer peripheral surface of the shaft 6 in a non-contact manner may be used.

制御装置37は、センサターゲット36aの軸方向の変位を示す変位信号を変位センサ33aから取得すると共に、センサターゲット36bの軸方向の変位を示す変位信号を変位センサ33bから取得する。また、制御装置37は、電磁石25a,25bへの供給電流を操作することで、電磁石25a,25bの磁気吸引力を操作することができる。   The control device 37 acquires a displacement signal indicating the axial displacement of the sensor target 36a from the displacement sensor 33a, and acquires a displacement signal indicating the axial displacement of the sensor target 36b from the displacement sensor 33b. Moreover, the control apparatus 37 can operate the magnetic attraction force of the electromagnets 25a and 25b by operating the supply current to the electromagnets 25a and 25b.

制御装置37は、2つの変位センサ33a,33bから取得した変位信号に基づく所定の演算により、シャフト6上に設定された所定の制御基準点41の軸方向の変位を算出する。例えば、制御基準点41がセンサターゲット36aとセンサターゲット36bとの中点に設定されている場合には、制御装置37は、センサターゲット36aの変位とセンサターゲット36bの変位とを平均して制御基準点41の軸方向の変位を算出することができる。そして、制御装置37は、得られた制御基準点41の変位に基づき、当該制御基準点41の変位をゼロにするように、電磁石25a,25bへの供給電流を操作する。すなわち、圧縮機1の運転中においては、制御基準点41の軸方向の位置をハウジング7に対して一定に維持するようなフィードバック制御が実行される。シャフト6上の制御基準点41は、運転中において、ハウジング7に対し軸方向で不動の点となる。   The control device 37 calculates the axial displacement of the predetermined control reference point 41 set on the shaft 6 by a predetermined calculation based on the displacement signals acquired from the two displacement sensors 33a and 33b. For example, when the control reference point 41 is set at the midpoint between the sensor target 36a and the sensor target 36b, the control device 37 averages the displacement of the sensor target 36a and the displacement of the sensor target 36b to control the control reference point. The axial displacement of the point 41 can be calculated. Based on the obtained displacement of the control reference point 41, the control device 37 operates the current supplied to the electromagnets 25a and 25b so that the displacement of the control reference point 41 becomes zero. That is, during the operation of the compressor 1, feedback control is performed such that the axial position of the control reference point 41 is kept constant with respect to the housing 7. The control reference point 41 on the shaft 6 becomes a stationary point in the axial direction with respect to the housing 7 during operation.

なお、制御基準点41は、シャフト6の位置制御を実行するための位置制御プログラムにおいて、シャフト6上の任意の位置に設定することができる仮想の点である。例えば、制御装置37は、センサターゲット36aの変位とセンサターゲット36bの変位とのそれぞれに所定の重みを付与する加重平均によって、任意の位置に設定された制御基準点41の軸方向の変位を算出することができる。   The control reference point 41 is a virtual point that can be set at an arbitrary position on the shaft 6 in a position control program for executing the position control of the shaft 6. For example, the control device 37 calculates the axial displacement of the control reference point 41 set at an arbitrary position by a weighted average that gives a predetermined weight to each of the displacement of the sensor target 36a and the displacement of the sensor target 36b. can do.

ここで、インペラ5a,5bの回転によってシャフト6に発生するガススラスト力について説明する。回転するインペラ5aは、軸方向に右向きにガスを吸入し径方向外側に向けて加速する。このガスからの反作用によって、インペラ5aは左向きのスラスト力Faを受ける。同様の原理によりインペラ5bは右向きのスラスト力Fbを受ける。そして、シャフト6には、上記のスラスト力Faとスラスト力Fbとの合力が、ガススラスト力Fとして作用する。例えば、圧縮機1の場合、第2コンプレッサ部3bによるガスの圧力比が、第1コンプレッサ部3aによるガスの圧力比よりも高く、Fb>Faであるものとする。従ってこの場合、圧縮機1では、シャフト6に作用するガススラスト力Fは右向きである。   Here, the gas thrust force generated in the shaft 6 by the rotation of the impellers 5a and 5b will be described. The rotating impeller 5a sucks gas rightward in the axial direction and accelerates radially outward. Due to the reaction from the gas, the impeller 5a receives a leftward thrust force Fa. By the same principle, the impeller 5b receives a rightward thrust force Fb. The resultant force of the thrust force Fa and the thrust force Fb acts on the shaft 6 as the gas thrust force F. For example, in the case of the compressor 1, the gas pressure ratio by the second compressor unit 3b is higher than the gas pressure ratio by the first compressor unit 3a, and Fb> Fa. Therefore, in this case, in the compressor 1, the gas thrust force F acting on the shaft 6 is rightward.

上記の右向きのガススラスト力Fに釣合わせるために、スラスト磁気軸受部21では、電磁石25aの磁気吸引力Qaと、電磁石25bの磁気吸引力Qbと、の関係を、Qa>Qbとする必要がある。すなわち、ガススラスト力Fに対抗する方向にアキシャルディスク部23を磁気吸引する電磁石25aの磁気吸引力Qaを、他方の電磁石25bの磁気吸引力Qbよりも大きくする必要がある。   In order to balance with the rightward gas thrust force F, in the thrust magnetic bearing portion 21, the relationship between the magnetic attractive force Qa of the electromagnet 25a and the magnetic attractive force Qb of the electromagnet 25b needs to satisfy Qa> Qb. is there. That is, the magnetic attractive force Qa of the electromagnet 25a that magnetically attracts the axial disk portion 23 in the direction opposite to the gas thrust force F needs to be larger than the magnetic attractive force Qb of the other electromagnet 25b.

ここで、電磁石が対象物に対して発生する磁気吸引力は、電磁石と対象物とのギャップの2乗に反比例する。この知見に基づいて、圧縮機1では、図3(a)に示されるように、運転中(例えば、定格運転中)において、ギャップGaがギャップGbよりも小さくなるように設定されている。すなわち、運転中において、アキシャルディスク部23が電磁石25bよりも電磁石25aに寄った位置で回転する。   Here, the magnetic attractive force generated by the electromagnet with respect to the object is inversely proportional to the square of the gap between the electromagnet and the object. Based on this knowledge, as shown in FIG. 3A, the compressor 1 is set so that the gap Ga is smaller than the gap Gb during operation (for example, during rated operation). That is, during operation, the axial disk portion 23 rotates at a position closer to the electromagnet 25a than the electromagnet 25b.

具体的には、運転中のシャフト6の制御基準点41が変位ゼロのときに、アキシャルディスク部23が電磁石25bよりも電磁石25aに寄った位置に配置されるような位置関係で、制御基準点41、変位センサ33a,33b、電磁石25a,25b、及びアキシャルディスク部23の位置関係が設定される。なお、運転中においては、回転時の風損によってインペラ5a,5b及びシャフト6が高温になり熱膨張するので、上記の位置関係の設定には、熱膨張によりシャフト6が軸方向に伸長することも考慮に含まれている。また、当然ながら、シャフト6が熱膨張した場合にアキシャルディスク部23が電磁石25aに接触しないように設定されている。なお、図3(b)に示されるように、運転前(シャフト6が回転していないとき)においては、ギャップGaとギャップGbとが等しくなるようにしてもよい。   Specifically, when the control reference point 41 of the shaft 6 during operation is zero displacement, the control reference point is such that the axial disk portion 23 is disposed at a position closer to the electromagnet 25a than the electromagnet 25b. 41, the positional relationship between the displacement sensors 33a and 33b, the electromagnets 25a and 25b, and the axial disk portion 23 is set. During operation, the impellers 5a and 5b and the shaft 6 are heated and thermally expanded due to windage loss during rotation. Therefore, in order to set the above positional relationship, the shaft 6 extends in the axial direction due to thermal expansion. Also included in consideration. Of course, the axial disk portion 23 is set so as not to contact the electromagnet 25a when the shaft 6 is thermally expanded. As shown in FIG. 3B, the gap Ga and the gap Gb may be equal before the operation (when the shaft 6 is not rotating).

運転中において、ギャップGaがギャップGbよりも小さくなることによる作用効果について説明する。ギャップGaとギャップGbとを等しくする運転に比較して、ギャップGaが小さくなることにより、電磁石25aが磁気吸引力Qaを発生させるために必要な電流Iaを低減することができる。その一方で、電磁石25bが発生すべき磁気吸引力Qbはもともと比較的小さいため、ギャップGbが大きくなったことに起因して必要となる電流Ibの増加も比較的小さい。また、ギャップGaがギャップGbよりも小さい場合には、ギャップGaとギャップGbとが等しい場合に比較して、電流Iaと電流Ibとの合計を小さくすることもできる。   A description will be given of the operational effects due to the gap Ga becoming smaller than the gap Gb during operation. Compared with the operation in which the gap Ga and the gap Gb are made equal, the gap Ga is reduced, whereby the current Ia necessary for the electromagnet 25a to generate the magnetic attractive force Qa can be reduced. On the other hand, since the magnetic attractive force Qb to be generated by the electromagnet 25b is originally relatively small, the increase in the current Ib required due to the increase in the gap Gb is also relatively small. Further, when the gap Ga is smaller than the gap Gb, the sum of the current Ia and the current Ib can be made smaller than when the gap Ga and the gap Gb are equal.

以上により、運転中においてギャップGaをギャップGbよりも小さくする構成によれば、電流Ia、電流Ibの何れも極端に大きくする必要がなく、よって、電磁石25a,25bの電流の容量を何れも極端に大きくする必要がない。従って、電磁石25a,25bへの電流供給に係るアンプや電源ユニットの容量も削減することができ、その結果、圧縮機1の製造コストを削減することができる。また、前述の通り、電流Ia、電流Ibの何れも極端に大きくする必要がないことから、スラスト磁気軸受部21及び圧縮機1の消費電力やランニングコストも低減される。   As described above, according to the configuration in which the gap Ga is smaller than the gap Gb during operation, neither the current Ia nor the current Ib needs to be extremely large, and therefore the current capacity of the electromagnets 25a and 25b is extremely large. There is no need to make it bigger. Therefore, it is possible to reduce the capacity of the amplifier and the power supply unit for supplying current to the electromagnets 25a and 25b. As a result, the manufacturing cost of the compressor 1 can be reduced. Further, as described above, since neither the current Ia nor the current Ib needs to be extremely increased, the power consumption and running cost of the thrust magnetic bearing portion 21 and the compressor 1 are also reduced.

また、圧縮機1では、図2に示される通り、アキシャルディスク部23が、軸方向において、電磁石25aと制御基準点41との間に位置するといった位置関係がある。このような位置関係により得られる作用効果について説明する。   In the compressor 1, as shown in FIG. 2, there is a positional relationship in which the axial disk portion 23 is positioned between the electromagnet 25 a and the control reference point 41 in the axial direction. The effect obtained by such a positional relationship will be described.

運転中においてシャフト6が熱膨張した場合には、ハウジング7に対して不動である制御基準点41を中心としてシャフト6が左右に伸長することになる。そして、アキシャルディスク部23は、上記熱膨張に起因して、制御基準点41から離れ電磁石25aに近づく方向(左方向)に移動する。すなわち、運転中のアキシャルディスク部23は、運転前(熱膨張が発生していないとき)に比較して、電磁石25aに寄った位置に移動することになる。従って、運転前にはギャップGaとギャップGbとが等しく、運転中にはギャップGaがギャップGbよりも小さくなる、といった現象を、シャフト6の熱膨張を利用して自動的に発生させる設定が可能になる。   When the shaft 6 is thermally expanded during operation, the shaft 6 extends left and right around the control reference point 41 that is stationary with respect to the housing 7. And the axial disk part 23 moves to the direction (left direction) which leaves | separates from the control reference point 41, and approaches the electromagnet 25a resulting from the said thermal expansion. That is, the axial disk portion 23 during operation moves to a position closer to the electromagnet 25a as compared to before operation (when no thermal expansion occurs). Accordingly, it is possible to automatically set a phenomenon such that the gap Ga is equal to the gap Gb before the operation and the gap Ga becomes smaller than the gap Gb during the operation using the thermal expansion of the shaft 6. become.

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形したものであってもよい。各実施形態の構成を適宜組み合わせて使用してもよい。例えば、実施形態では、本発明を2段圧縮機に適用しているが、本発明は、1段圧縮機や3段以上の多段圧縮機にも適用可能である。また、アキシャルディスク部23は円板状に限られず、電磁石25a,25bからの軸方向成分の吸引力を受ける形状であればよい。   Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and may be modified without changing the gist described in each claim. You may use combining the structure of each embodiment suitably. For example, in the embodiment, the present invention is applied to a two-stage compressor, but the present invention can also be applied to a one-stage compressor or a multistage compressor having three or more stages. In addition, the axial disk portion 23 is not limited to a disc shape, and may be any shape that can receive an attractive force of an axial component from the electromagnets 25a and 25b.

1 圧縮機
5a、5b インペラ
6 シャフト(回転軸)
21 スラスト磁気軸受部
23 アキシャルディスク部
25a 電磁石(第1電磁石)
25b 電磁石(第2電磁石)
37 制御装置(制御部)
41 制御基準点
Ga、Gb ギャップ
F ガススラスト力
1 Compressor 5a, 5b Impeller 6 Shaft (Rotating shaft)
21 Thrust magnetic bearing part 23 Axial disk part 25a Electromagnet (first electromagnet)
25b Electromagnet (second electromagnet)
37 Control device (control unit)
41 Control reference point Ga, Gb Gap F Gas thrust force

Claims (2)

インペラと、
前記インペラの回転軸と、
前記回転軸に設けられたアキシャルディスク部と、前記アキシャルディスク部をスラスト方向に挟んで配置され前記アキシャルディスク部を互いに反対の方向に磁気吸引する一対の電磁石と、を有し、前記回転軸をスラスト方向に支持する磁気軸受部と、を備え、
前記一対の電磁石のうち、前記インペラの回転によって発生するガススラスト力に対抗する方向に前記アキシャルディスク部を磁気吸引する一方の電磁石を第1電磁石とし、他方の電磁石を第2電磁石としたときに、
運転中における前記アキシャルディスク部と前記第1電磁石とのギャップが、前記アキシャルディスク部と前記第2電磁石とのギャップよりも小さくなるように設定されている、圧縮機。
Impeller,
A rotating shaft of the impeller;
An axial disk portion provided on the rotating shaft, and a pair of electromagnets arranged so as to sandwich the axial disk portion in a thrust direction and magnetically attract the axial disk portions in directions opposite to each other. A magnetic bearing portion that supports the thrust direction,
Of the pair of electromagnets, when one electromagnet that magnetically attracts the axial disk portion in a direction opposite to the gas thrust force generated by the rotation of the impeller is a first electromagnet and the other electromagnet is a second electromagnet ,
A compressor, wherein a gap between the axial disk portion and the first electromagnet during operation is set to be smaller than a gap between the axial disk portion and the second electromagnet.
前記回転軸の所定の制御基準点の位置を一定に維持するように、前記第1及び第2電磁石の磁気吸引力を操作する制御部を備え、
前記アキシャルディスク部は、前記スラスト方向において、前記第1電磁石と前記制御基準点との間に位置する、請求項1に記載の圧縮機。
A controller for operating the magnetic attraction force of the first and second electromagnets so as to keep the position of the predetermined control reference point of the rotating shaft constant;
The compressor according to claim 1, wherein the axial disk portion is located between the first electromagnet and the control reference point in the thrust direction.
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