JP2018194079A - Thrust magnetic bearing and blower - Google Patents

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雅史 大熊
Masafumi Okuma
雅史 大熊
政範 二村
Masanori Nimura
政範 二村
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Abstract

To provide a thrust magnetic bearing capable of making a size in an axial direction smaller for achieving miniaturization without increasing a size in a radial direction, and a blower thereof.SOLUTION: A thrust magnetic bearing includes a rotation shaft rotating around a center axis, a disk shaped disk arranged at a periphery of the rotation shaft coaxially with th rotation shaft, two electromagnets arranged facing each other while sandwiching the disk in the center axis direction and each having a magnetic pole and a core, a sensor arranged while facing the disk in the center axis direction and measuring a distance to the disk, and a control unit for adjusting a current for supplying the coil of the electromagnet on the basis of the measurement result of the sensor, and contactlessly supports the disk in the center axis direction. The electromagnet includes a gap at a position facing the disk and the sensor is arranged in the gap.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、回転体を軸方向に非接触で支持するためのスラスト磁気軸受、およびスラスト磁気軸受を備えたブロアに関する。   The present invention relates to a thrust magnetic bearing for supporting a rotating body in a non-contact manner in the axial direction, and a blower provided with the thrust magnetic bearing.

一般的に、ブロア(または送風機)などの回転軸を支持するための磁気軸受装置は、回転軸を軸方向(スラスト方向)から非接触で支持するスラスト磁気軸受と、回転軸を径方向(ラジアル方向)外側から非接触で支持するラジアル磁気軸受とを有する。スラスト磁気軸受とラジアル磁気軸受はそれぞれ、回転軸を支持するための磁束を発生させるための電磁石と、回転軸の変位を検出するためのセンサとを有する。また、一般的な磁気軸受装置には、給電停止時または異常時に、磁気軸受に代わって回転軸を支持するタッチダウン軸受や、回転軸の回転数を検出するための回転数センサなどが設けられている。   Generally, a magnetic bearing device for supporting a rotating shaft such as a blower (or a blower) has a thrust magnetic bearing that supports the rotating shaft in a non-contact manner from the axial direction (thrust direction), and a radial direction of the rotating shaft (radial). Direction) and a radial magnetic bearing supported in a non-contact manner from the outside. Each of the thrust magnetic bearing and the radial magnetic bearing has an electromagnet for generating a magnetic flux for supporting the rotating shaft and a sensor for detecting the displacement of the rotating shaft. Also, a general magnetic bearing device is provided with a touch-down bearing that supports the rotating shaft instead of the magnetic bearing when power supply is stopped or abnormal, a rotation speed sensor for detecting the rotation speed of the rotating shaft, and the like. ing.

特開2000−216460号公報JP 2000-216460 A 実開平6−085755号公報Japanese Utility Model Publication No. 6-085755

スラスト磁気軸受とラジアル磁気軸受を備えた磁気軸受装置は、玉軸受などと比べて多くの構成部品を含むため、回転軸の軸方向の寸法が大きくなる。回転軸の軸方向の寸法が大きくなると、回転軸の固有振動数が低下するので、回転軸の共振を防止しつつ回転軸を高速回転させることはできない。   Since a magnetic bearing device including a thrust magnetic bearing and a radial magnetic bearing includes more components than a ball bearing or the like, the axial dimension of the rotating shaft is increased. As the axial dimension of the rotating shaft increases, the natural frequency of the rotating shaft decreases, so that the rotating shaft cannot be rotated at high speed while preventing resonance of the rotating shaft.

これに対して、例えば特許文献1は、回転軸とスラスト磁気軸受電磁石との径方向隙間にスラストセンサを配置するスラスト磁気軸受を開示している。また、例えば特許文献2は、スラスト磁気軸受電磁石の径方向外側にスラストセンサを配置するスラスト磁気軸受を開示している。これらの構成により、スラスト磁気軸受とスラストセンサにより軸方向の寸法が大きくなることが抑制されている。しかし、これらの構成では、スラスト磁気軸受電磁石もしくはスラストセンサの配置が径方向に拡大され、回転軸に設置されたスラスト磁気軸受ディスクの径方向の寸法が大型化する問題があった。   In contrast, for example, Patent Document 1 discloses a thrust magnetic bearing in which a thrust sensor is disposed in a radial gap between a rotating shaft and a thrust magnetic bearing electromagnet. Further, for example, Patent Document 2 discloses a thrust magnetic bearing in which a thrust sensor is disposed on the radially outer side of a thrust magnetic bearing electromagnet. With these configurations, the axial dimension is prevented from being increased by the thrust magnetic bearing and the thrust sensor. However, in these configurations, there is a problem that the arrangement of the thrust magnetic bearing electromagnet or the thrust sensor is expanded in the radial direction, and the size in the radial direction of the thrust magnetic bearing disk installed on the rotating shaft is increased.

そこで、本発明は、上記のような課題を解決し、径方向の寸法を増加させることなく、軸方向の寸法を小さくすることができ、小型化を達成できるスラスト磁気軸受およびブロアを得ることを目的とする。   Accordingly, the present invention provides a thrust magnetic bearing and a blower that can solve the above-described problems and can reduce the axial dimension without increasing the radial dimension and achieve downsizing. Objective.

そこで、本発明は、中心軸を中心に回転する回転軸と、回転軸の周囲に回転軸と同軸に設けられた円盤形状のディスクと、中心軸の方向にディスクを挟んで対向配置された2つの電磁石であって、磁極とコイルとを含む電磁石と、中心軸の方向にディスクと対向配置され、ディスクとの距離を測定するセンサと、センサの測定結果に基づいて、電磁石のコイルに供給する電流を調整する制御部と、を含み、ディスクを非接触で中心軸の方向に支持するスラスト磁気軸受を提供する。電磁石は、ディスクと対向する位置に間隙部を有し、間隙部の中にセンサが配置される。   Therefore, the present invention provides a rotating shaft that rotates around the central axis, a disk-shaped disc that is provided around the rotating shaft and coaxially with the rotating shaft, and two opposingly arranged with the disc in the direction of the central axis. An electromagnet including a magnetic pole and a coil, a sensor that is arranged to face the disk in the direction of the central axis, and that measures the distance from the disk, and supplies the coil of the electromagnet based on the measurement result of the sensor And a thrust magnetic bearing for supporting the disk in the direction of the central axis in a non-contact manner. The electromagnet has a gap at a position facing the disk, and a sensor is disposed in the gap.

本発明により、径方向の寸法を増加させることなく、軸方向の寸法を小さくすることができ、小型化を達成できるスラスト磁気軸受およびブロアを得ることができる。   According to the present invention, it is possible to obtain a thrust magnetic bearing and a blower that can reduce the axial dimension without increasing the radial dimension and can achieve downsizing.

本発明の実施の形態1に係るスラスト磁気軸受を用いたブロアの全体を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows roughly the whole blower using the thrust magnetic bearing which concerns on Embodiment 1 of this invention. 図1のブロアをII−II方向に見た断面図である。It is sectional drawing which looked at the blower of FIG. 1 in the II-II direction. 本発明の実施の形態2に係るスラスト磁気軸受電磁石の断面図である。It is sectional drawing of the thrust magnetic bearing electromagnet which concerns on Embodiment 2 of this invention.

実施の形態1.
図1は、全体が10で表される、本発明の実施の形態1に係るブロアの断面図である。ブロア10は、中心軸Xを中心に回転する回転軸2と、回転軸2の周囲を覆うケーシング1とを有する。回転軸2の周囲には、モータロータ5が取り付けられる。モータロータ5の外側には、モータロータ5を径方向から囲むようにモータステータ4が設けられている。モータステータ4により、モータロータ5および回転軸2は、中心軸Xの周りを回転する。回転軸2の軸方向の両端には、羽根3が取り付けられている。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a cross-sectional view of a blower according to Embodiment 1 of the present invention, the whole being represented by 10. The blower 10 includes a rotating shaft 2 that rotates about a central axis X and a casing 1 that covers the periphery of the rotating shaft 2. A motor rotor 5 is attached around the rotary shaft 2. A motor stator 4 is provided outside the motor rotor 5 so as to surround the motor rotor 5 from the radial direction. By the motor stator 4, the motor rotor 5 and the rotating shaft 2 rotate around the central axis X. Blades 3 are attached to both ends of the rotating shaft 2 in the axial direction.

本明細書において、中心軸Xに平行な方向(図1の左右方向)を軸方向と、軸方向に垂直な方向を径方向と、軸を中心とする円周方向を周方向と呼ぶ場合がある。   In this specification, the direction parallel to the central axis X (the left-right direction in FIG. 1) may be referred to as the axial direction, the direction perpendicular to the axial direction as the radial direction, and the circumferential direction around the axis as the circumferential direction. is there.

回転軸2は、2つのラジアル磁気軸受100およびスラスト磁気軸受200によって支持される。2つのラジアル磁気軸受100は、径方向の2自由度と、傾きの2自由度とを制御する。スラスト磁気軸受200は、軸方向の1自由度を制御する。すなわち、ブロア10は、いわゆる5軸制御形の磁気軸受装置を備える。更に、ブロア10は、タッチダウン軸受13、14を含む。各軸受の詳細な構成については後述する。   The rotating shaft 2 is supported by two radial magnetic bearings 100 and a thrust magnetic bearing 200. The two radial magnetic bearings 100 control two degrees of freedom in the radial direction and two degrees of freedom of inclination. The thrust magnetic bearing 200 controls one degree of freedom in the axial direction. That is, the blower 10 includes a so-called 5-axis control type magnetic bearing device. Further, the blower 10 includes touchdown bearings 13 and 14. The detailed configuration of each bearing will be described later.

各ラジアル磁気軸受100は、ケーシング1に取り付けられた4つのラジアル磁気軸受電磁石110と、回転軸2に取り付けられたラジアル磁気軸受ロータ120と、ラジアルセンサ130と、を含む。   Each radial magnetic bearing 100 includes four radial magnetic bearing electromagnets 110 attached to the casing 1, a radial magnetic bearing rotor 120 attached to the rotating shaft 2, and a radial sensor 130.

ラジアル磁気軸受ロータ120は、鉄損を抑えるために、例えば積層鋼板で形成される。   The radial magnetic bearing rotor 120 is formed of, for example, a laminated steel plate in order to suppress iron loss.

ラジアル磁気軸受電磁石110は、ラジアル磁気軸受ロータ120の径方向外側に、ラジアル磁気軸受ロータ120から微小な所定寸法だけ離れて、ラジアル磁気軸受ロータ120を囲うように、それぞれ90°の角度間隔を空けて、4方に配置されている。   The radial magnetic bearing electromagnets 110 are spaced radially apart from the radial magnetic bearing rotor 120 by a small predetermined dimension and spaced by 90 ° from each other so as to surround the radial magnetic bearing rotor 120. Are arranged in four directions.

ラジアル磁気軸受電磁石110は、それぞれ2つの磁極112を含む。磁極112は、鉄などの磁性材料から成る。磁極112には、コイル116が巻かれている。隣り合う2つの磁極112が対となり、この一対の磁極に巻かれたコイル116にそれぞれ逆向きの電流を流すことで、1つの磁気回路(ラジアル磁気軸受電磁石110)が構成される。このようにして、ラジアル磁気軸受ロータ120と磁極112との間に、吸引力が発生する。   Each of the radial magnetic bearing electromagnets 110 includes two magnetic poles 112. The magnetic pole 112 is made of a magnetic material such as iron. A coil 116 is wound around the magnetic pole 112. Two magnetic poles 112 adjacent to each other form a pair, and currents in opposite directions are passed through the coils 116 wound around the pair of magnetic poles to constitute one magnetic circuit (radial magnetic bearing electromagnet 110). In this way, an attractive force is generated between the radial magnetic bearing rotor 120 and the magnetic pole 112.

ラジアルセンサ130は、回転軸2の周りに、例えば周方向に90°の角度間隔を設けて、4つ配置されている。ラジアルセンサ130は、例えばラジアル磁気軸受電磁石と周方向に45°の間隔をおいて配置される。ラジアルセンサ130は、ラジアルセンサ130から回転軸2までの径方向の距離を測定し、ラジアルセンサ130に接続された制御部(図示せず)は、この測定結果に基づいて、回転軸2の径方向の変位を算出する。そして、制御部は、算出された変位に基づいて、フィートバック制御により、コイル116に流れる電流、すなわちラジアル磁気軸受電磁石110がラジアル磁気軸受ロータ120を引っ張る磁気吸引力を制御し、ラジアル磁気軸受ロータ120ひいては回転軸2の径方向の位置を所望の位置に維持する。このようにして、ラジアル磁気軸受電磁石110は、ラジアル磁気軸受ロータ120を、非接触で支持することができる。   Four radial sensors 130 are arranged around the rotation axis 2 with an angular interval of 90 ° in the circumferential direction, for example. The radial sensor 130 is disposed, for example, at a 45 ° interval in the circumferential direction with respect to the radial magnetic bearing electromagnet. The radial sensor 130 measures the radial distance from the radial sensor 130 to the rotating shaft 2, and a control unit (not shown) connected to the radial sensor 130 determines the diameter of the rotating shaft 2 based on the measurement result. Calculate the displacement in the direction. Based on the calculated displacement, the control unit controls the current flowing through the coil 116, that is, the magnetic attraction force by which the radial magnetic bearing electromagnet 110 pulls the radial magnetic bearing rotor 120 by the footback control, and the radial magnetic bearing rotor. As a result, the radial position of the rotary shaft 2 is maintained at a desired position. In this manner, the radial magnetic bearing electromagnet 110 can support the radial magnetic bearing rotor 120 in a non-contact manner.

ラジアルセンサ130は、汎用の渦電流式のセンサ、静電容量式のセンサ、またはその他のセンサであってもよい。   The radial sensor 130 may be a general-purpose eddy current sensor, a capacitance sensor, or another sensor.

図1のように、一対のラジアルセンサ130を、回転軸2を挟んで径方向に向かい合うようにして配置し、2つのセンサの出力の差を検出することにより、環境温度変化から生じる図示しないセンサコイル、ケーブル、アンプのドリフトによる計測誤差を低減することができる。   As shown in FIG. 1, a pair of radial sensors 130 are arranged so as to face each other in the radial direction with the rotating shaft 2 interposed therebetween, and a sensor (not shown) resulting from a change in environmental temperature is detected by detecting the difference between the outputs of the two sensors. Measurement errors due to coil, cable, and amplifier drift can be reduced.

なお、ラジアル磁気軸受電磁石110の磁極の数は、以上で述べたような8極にかぎらず、2、4、6、8、10、12、14、16あるいはそれ以上の磁極を有するものであってもよい。また、以上では、ラジアル磁気軸受100は、回転軸2に直角な平面内の円周方向に磁気回路が配置された(周方向に沿ってN極、S極が交互に並ぶ)ヘテロポーラ型のものであるとして説明したが、回転軸2に平行な平面内に磁気回路を配置する形状(ホモポーラ型)であってもよい。   The number of magnetic poles of the radial magnetic bearing electromagnet 110 is not limited to the eight poles as described above, but has two, four, six, eight, ten, twelve, fourteen, sixteen or more. May be. Further, in the above, the radial magnetic bearing 100 is a heteropolar type in which magnetic circuits are arranged in a circumferential direction in a plane perpendicular to the rotating shaft 2 (N poles and S poles are alternately arranged along the circumferential direction). However, it may be a shape (homopolar type) in which the magnetic circuit is arranged in a plane parallel to the rotation axis 2.

スラスト磁気軸受200は、回転軸2に取り付けられたディスク260と、ケーシング1に取り付けられ、ディスク260を挟んで対向配置された2つのスラスト磁気軸受電磁石220、240と、スラスト磁気軸受電磁石220、240のそれぞれの間隙部230、250の中に配置されたスラストセンサ280と、を含む。   The thrust magnetic bearing 200 includes a disc 260 attached to the rotary shaft 2, two thrust magnetic bearing electromagnets 220 and 240 that are attached to the casing 1 and face each other across the disc 260, and thrust magnetic bearing electromagnets 220 and 240. And a thrust sensor 280 disposed in each of the gaps 230 and 250.

ディスク260は、中心軸Xに対して垂直になるように回転軸2に取り付けられており、軸方向に見ると中心軸Xを中心とする円盤形状を有する。したがって、ディスク260は、回転軸2の回転に伴い回転する。また、ディスク260は、強磁性体から成る。   The disk 260 is attached to the rotary shaft 2 so as to be perpendicular to the central axis X, and has a disk shape centered on the central axis X when viewed in the axial direction. Therefore, the disk 260 rotates as the rotating shaft 2 rotates. The disk 260 is made of a ferromagnetic material.

スラスト磁気軸受電磁石220、240は、中心軸Xに対して垂直に、かつディスク260を挟んで対向配置され、したがって、径方向から見たときにディスク260と平行になるように配置されている。更に、スラスト磁気軸受電磁石220、240は、それぞれディスク260の軸方向の面と微小な所定の間隙を空けて配置されている。   The thrust magnetic bearing electromagnets 220 and 240 are arranged perpendicularly to the central axis X and opposite to each other with the disk 260 interposed therebetween. Therefore, the thrust magnetic bearing electromagnets 220 and 240 are arranged so as to be parallel to the disk 260 when viewed from the radial direction. Further, the thrust magnetic bearing electromagnets 220 and 240 are arranged with a small predetermined gap from the axial surface of the disk 260, respectively.

図2は、図1のブロア10をII−II方向に見た断面図であり、スラスト磁気軸受電磁石220の断面を示している。スラスト磁気軸受電磁石220は、回転軸2を包む円環形状の周方向の一部に、スラストセンサ280を配置するための間隙部230を有する。すなわち、図2に示すように、スラスト磁気軸受電磁石220を中心軸Xに垂直に切断した断面は、軸方向から見るとC字型の形状である。   FIG. 2 is a cross-sectional view of the blower 10 of FIG. 1 as viewed in the II-II direction, and shows a cross section of the thrust magnetic bearing electromagnet 220. The thrust magnetic bearing electromagnet 220 has a gap 230 for disposing the thrust sensor 280 in a part of the annular shape surrounding the rotating shaft 2 in the circumferential direction. That is, as shown in FIG. 2, the cross section obtained by cutting the thrust magnetic bearing electromagnet 220 perpendicularly to the central axis X has a C-shape when viewed from the axial direction.

スラスト磁気軸受電磁石220は、鉄などの磁性材料から成る磁極224およびコイル226を含む。磁極224には、コイルを収納するための溝が、周方向に沿って2本設けられている。これは、一般的なスラスト磁気軸受においては溝が1本であるのと異なる。溝の開口部は、スラスト磁気軸受電磁石220がブロア10内に配置された場合に、ディスク260の方向を向く。具体的には、図2のように、二重の溝の中にコイル226がC字型形状に巻回されている。図1の磁極224、244の断面の回転軸2より下側の部分を見ると、溝が2つあることがわかる。なお、間隙部230の領域には、磁極もコイルも存在しない。言い換えれば、2本の溝を有する円環形状の磁極224は、周方向の一部に間隙部230を有し、コイル226は、この2本の溝の中に、その両方を通るように、かつ間隙部230を通らないように、巻回されている。   The thrust magnetic bearing electromagnet 220 includes a magnetic pole 224 and a coil 226 made of a magnetic material such as iron. The magnetic pole 224 is provided with two grooves for accommodating the coil along the circumferential direction. This is different from a single thrust magnetic bearing having a single groove. The opening of the groove faces the direction of the disk 260 when the thrust magnetic bearing electromagnet 220 is disposed in the blower 10. Specifically, as shown in FIG. 2, a coil 226 is wound in a C-shape in a double groove. When the part below the rotating shaft 2 in the cross section of the magnetic poles 224 and 244 in FIG. 1 is seen, it can be seen that there are two grooves. Note that neither the magnetic pole nor the coil exists in the region of the gap 230. In other words, the annular magnetic pole 224 having two grooves has a gap 230 in a part of the circumferential direction, and the coil 226 passes through both of the two grooves. Further, it is wound so as not to pass through the gap portion 230.

なお、スラスト磁気軸受電磁石240も、スラスト磁気軸受電磁石220と同様の構造を有する。   The thrust magnetic bearing electromagnet 240 also has the same structure as the thrust magnetic bearing electromagnet 220.

前述のように、スラスト磁気軸受電磁石220、240は、ディスク260を挟み込むように対向配置され、かつ、磁極224、244に設けられた溝の開口部は、ディスク260の方を向いている。したがって、溝に配設されたコイル226、246に電流を供給することにより、磁気吸引力が発生し、スラスト磁気軸受電磁石220、240がディスク260を引っ張る。   As described above, the thrust magnetic bearing electromagnets 220 and 240 are arranged to face each other so as to sandwich the disk 260, and the openings of the grooves provided in the magnetic poles 224 and 244 face the disk 260. Therefore, when a current is supplied to the coils 226 and 246 disposed in the groove, a magnetic attractive force is generated, and the thrust magnetic bearing electromagnets 220 and 240 pull the disk 260.

図1に示すように、2つのスラストセンサ280は、間隙部230、250の中に配置される。スラストセンサ280は、スラストセンサ280からディスク260までの軸方向の距離を測定する。スラストセンサ280に接続された制御部(図示せず)は、この測定結果に基づいて、ディスク260の軸方向の変位(すなわち回転軸2の軸方向の変位)を算出する。そして、制御部は、算出された変位に基づいて、フィートバック制御により、コイル226、246に供給する電流、すなわちスラスト磁気軸受電磁石220、240がディスク260を引っ張る磁気吸引力を制御し、ディスク260ひいては回転軸2の軸方向の位置を所望の位置に維持する。このようにして、スラスト磁気軸受電磁石220、240は、ディスク260を、非接触で支持することができる。   As shown in FIG. 1, the two thrust sensors 280 are disposed in the gap portions 230 and 250. The thrust sensor 280 measures the axial distance from the thrust sensor 280 to the disk 260. A control unit (not shown) connected to the thrust sensor 280 calculates the axial displacement of the disk 260 (that is, the axial displacement of the rotary shaft 2) based on the measurement result. Based on the calculated displacement, the control unit controls the current supplied to the coils 226 and 246, that is, the magnetic attraction force by which the thrust magnetic bearing electromagnets 220 and 240 pull the disk 260 based on the footback control. As a result, the axial position of the rotating shaft 2 is maintained at a desired position. In this way, the thrust magnetic bearing electromagnets 220 and 240 can support the disk 260 in a non-contact manner.

スラストセンサ280は、図1では2つ設けられているが、1つのみであってもよい。図1のように、2つのスラストセンサ280を、ディスク260を挟んで軸方向に向かい合うようにして配置し、2つのセンサの出力の差を検出する構成の利点は、環境温度変化から生じる図示しないセンサコイル、ケーブル、アンプのドリフトによる計測誤差を低減することができることである。   Although two thrust sensors 280 are provided in FIG. 1, only one may be provided. As shown in FIG. 1, the advantage of the configuration in which the two thrust sensors 280 are arranged so as to face each other in the axial direction with the disk 260 interposed therebetween, and the advantage of detecting the difference between the outputs of the two sensors is not shown in FIG. It is possible to reduce measurement errors due to drift of sensor coils, cables, and amplifiers.

スラストセンサ280は、例えば、汎用の渦電流式のセンサである。   The thrust sensor 280 is, for example, a general-purpose eddy current sensor.

図1に示すように、タッチダウン軸受13、14は、ケーシング1に取り付けられている。タッチダウン軸受13、14は、例えば、ラジアル磁気軸受電磁石110またはスラスト磁気軸受電磁石220、240への給電が停止された場合や、異常が発生した場合など、ラジアル磁気軸受100またはスラスト磁気軸受200による回転軸2の非接触支持状態が維持できなくなった場合に、代わりに回転軸2を支持する。タッチダウン軸受13、14は、回転軸2の軸方向および径方向の可動範囲を規制する。タッチダウン軸受13、14は、可動範囲の極限位置において、回転軸2を機械的に支持する。タッチダウン軸受13は、径方向と軸方向との両方向を支持するために、正面合わせを行ったアンギュラ玉軸受が2個用いられた構成を有する。他方で、タッチダウン軸受14は、径方向のみを支持するものであり、深溝玉軸受が用いられた構成を有する。なお、図1におけるタッチダウン軸受13、14の断面は概略を示したものである。   As shown in FIG. 1, the touchdown bearings 13 and 14 are attached to the casing 1. The touchdown bearings 13 and 14 are formed by the radial magnetic bearing 100 or the thrust magnetic bearing 200, for example, when power supply to the radial magnetic bearing electromagnet 110 or the thrust magnetic bearing electromagnet 220 or 240 is stopped or when an abnormality occurs. When the non-contact support state of the rotating shaft 2 cannot be maintained, the rotating shaft 2 is supported instead. The touchdown bearings 13 and 14 regulate the movable range in the axial direction and the radial direction of the rotary shaft 2. The touchdown bearings 13 and 14 mechanically support the rotary shaft 2 at the extreme position of the movable range. The touch-down bearing 13 has a configuration in which two angular ball bearings that face each other are used to support both the radial direction and the axial direction. On the other hand, the touchdown bearing 14 supports only the radial direction and has a configuration in which a deep groove ball bearing is used. In addition, the cross section of the touchdown bearings 13 and 14 in FIG. 1 shows the outline.

また、回転数センサ12は、ケーシング1に取り付けられており、回転軸2の回転数を検出(計測)することができる。回転数センサ12は、被検出部として永久磁石を備え、検出部としてホール素子等を備えたもの、または、被検出部として反射部と非反射部を備え、検出部として投光部と受光部を備えた光学式センサなどであってもよい。   The rotation speed sensor 12 is attached to the casing 1 and can detect (measure) the rotation speed of the rotary shaft 2. The rotation speed sensor 12 includes a permanent magnet as a detected portion and a Hall element or the like as a detecting portion, or includes a reflecting portion and a non-reflecting portion as a detecting portion, and a light projecting portion and a light receiving portion as detecting portions. It may be an optical sensor or the like.

なお、スラスト磁気軸受電磁石220、240は、C字型形状であるため、同一の内径および外径を有する円環形状のものと比べた場合には、コイル占有面積が減少し、吸引力が低下する可能性がある。しかしながら、スラスト磁気軸受電磁石220、240の内径の円周長さよりもスラスト磁気軸受電磁石220、240の径方向の厚みが小さい場合は、C字型形状にすることにより低下するコイル占有面積は、従来技術のようにスラスト磁気軸受電磁石を径方向に小さくしてスラスト磁気軸受電磁石の径方向外側にスラストセンサを配置したときに低下するコイル占有面積に比べて小さいと考えられる。したがって、磁気吸引力の低下は実質的に問題とならない。よって、磁気軸受装置の小型化を図ることが可能である。   In addition, since the thrust magnetic bearing electromagnets 220 and 240 are C-shaped, the coil occupation area is reduced and the attractive force is reduced when compared with an annular shape having the same inner diameter and outer diameter. there's a possibility that. However, when the radial thickness of the thrust magnetic bearing electromagnets 220 and 240 is smaller than the circumferential length of the inner diameter of the thrust magnetic bearing electromagnets 220 and 240, the coil occupation area that is reduced by the C-shaped configuration is conventionally reduced. This is considered to be smaller than the coil occupying area which is reduced when the thrust magnetic bearing electromagnet is made smaller in the radial direction as in the technology and the thrust sensor is arranged on the outer side in the radial direction of the thrust magnetic bearing electromagnet. Therefore, a decrease in magnetic attractive force is not a problem. Therefore, it is possible to reduce the size of the magnetic bearing device.

以上のように、スラストセンサ280を、スラスト磁気軸受電磁石220、240の径方向内側または外側に配置せず、間隙部230、250の中に配置することによって、スラスト磁気軸受の径方向の寸法を増加させることなく、軸方向の寸法を小さくすることができる。よって、スラスト磁気軸受およびスラスト磁気軸受を備えるブロアの小型化を達成することができる。   As described above, the thrust sensor 280 is not disposed inside or outside the thrust magnetic bearing electromagnets 220 and 240 but inside the gaps 230 and 250, so that the radial dimension of the thrust magnetic bearing can be reduced. The size in the axial direction can be reduced without increasing it. Therefore, it is possible to reduce the size of the thrust magnetic bearing and the blower including the thrust magnetic bearing.

また、前記のようなスラスト磁気軸受装置を有するブロアは、スラスト磁気軸受のディスクの重量の軽量化のため、回転軸2の固有振動数を高めることができるので、より高速な回転に耐えることができる。   Further, the blower having the thrust magnetic bearing device as described above can increase the natural frequency of the rotary shaft 2 in order to reduce the weight of the thrust magnetic bearing disk, and therefore can withstand higher speed rotation. it can.

実施の形態2.
図3は、本発明の実施の形態2に係るスラスト磁気軸受電磁石320の、図1のII−IIと同じ位置における断面図である。以下の記載では、実施の形態1と異なる点を中心に説明し、その他の部分については原則として重複説明を省略する。図3中の構成要素のうち、図1、2におけるものと同じ構成要素については、図1、2の符号と同じ符号が用いられる。
Embodiment 2. FIG.
3 is a cross-sectional view of a thrust magnetic bearing electromagnet 320 according to Embodiment 2 of the present invention at the same position as II-II in FIG. In the following description, differences from the first embodiment will be mainly described, and redundant description of other parts will be omitted in principle. Among the components in FIG. 3, the same reference numerals as those in FIGS. 1 and 2 are used for the same components as those in FIGS.

実施の形態2は、実施の形態1と、スラスト磁気軸受電磁石の構成のみが異なる。実施の形態2では、スラスト磁気軸受電磁石320の磁極は、複数の磁極を組み立てることによって形成される。すなわち、図3に示すように、スラスト磁気軸受電磁石320は、第1電磁石片322および第2電磁石片332から成る。電磁石片322、332は、実質的に、実施の形態1のC字型のスラスト磁気軸受電磁石220を、径方向中心と間隙部230の中心とを通りかつ径方向に対して垂直な平面で切断したような形状(半割れ形状)である。言い換えれば、半割れ形状の電磁石片322および332を組み合わせた場合、スラストセンサ280を配置するのに十分な間隙部330が設けられることになる。半割れ形状のコイル構造は、C字型のコイル構造より製作が容易であるという利点を有する。更に、半割れ形状の構造は、回転軸2に対し径方向から組み立ててスラスト磁気軸受電磁石320を構成することができるため、組立ておよび分解が容易であるという利点を有する。   The second embodiment differs from the first embodiment only in the configuration of the thrust magnetic bearing electromagnet. In the second embodiment, the magnetic poles of the thrust magnetic bearing electromagnet 320 are formed by assembling a plurality of magnetic poles. That is, as shown in FIG. 3, the thrust magnetic bearing electromagnet 320 includes a first electromagnet piece 322 and a second electromagnet piece 332. The electromagnet pieces 322 and 332 substantially cut the C-shaped thrust magnetic bearing electromagnet 220 of Embodiment 1 through a plane that passes through the radial center and the center of the gap 230 and is perpendicular to the radial direction. It is a shape (half-cracked shape) like that. In other words, when the half-cracked electromagnet pieces 322 and 332 are combined, a sufficient gap portion 330 for arranging the thrust sensor 280 is provided. The half-cracked coil structure has the advantage that it is easier to manufacture than the C-shaped coil structure. Further, the half-cracked structure can be assembled in the radial direction with respect to the rotating shaft 2 to form the thrust magnetic bearing electromagnet 320, and thus has an advantage of being easily assembled and disassembled.

スラスト磁気軸受電磁石320は、半割れ形状であることを除いては、スラスト磁気軸受電磁石220と実質的に同様の構造を有する。すなわち、スラスト磁気軸受電磁石220の第1電磁石片322は、鉄などの磁性材料から成る磁極324およびコイル326を含み、第2電磁石片332は、磁極334およびコイル336を含む。磁極324、334には、コイルを巻回するための二重の溝が設けられている。コイル326およびコイル336に同じ大きさの電流が供給されることにより、電磁石片322、332は、1つのスラスト磁気軸受電磁石320として機能する。   The thrust magnetic bearing electromagnet 320 has substantially the same structure as the thrust magnetic bearing electromagnet 220 except that it has a half crack shape. That is, the first electromagnet piece 322 of the thrust magnetic bearing electromagnet 220 includes the magnetic pole 324 and the coil 326 made of a magnetic material such as iron, and the second electromagnet piece 332 includes the magnetic pole 334 and the coil 336. The magnetic poles 324 and 334 are provided with double grooves for winding the coil. By supplying the same current to the coil 326 and the coil 336, the electromagnet pieces 322 and 332 function as one thrust magnetic bearing electromagnet 320.

スラストセンサ280は、間隙部330の中に配置される。   The thrust sensor 280 is disposed in the gap portion 330.

以下、実施の形態1について説明したのと同様に、制御部(図示せず)は、スラストセンサ280の測定結果に基づいてディスク260の軸方向の変位を算出し、フィートバック制御によりコイル326、336に供給する電流を制御する。このようにして、スラスト磁気軸受電磁石320は、ディスク260を、非接触で支持することができる。   Hereinafter, as described in the first embodiment, the control unit (not shown) calculates the axial displacement of the disk 260 based on the measurement result of the thrust sensor 280, and the coil 326, The current supplied to 336 is controlled. In this way, the thrust magnetic bearing electromagnet 320 can support the disk 260 in a non-contact manner.

以上では、スラスト磁気軸受電磁石320は、電磁石片2つから成る半割れ形状として説明したが、3つ以上の電磁石片から成る構造であってもよい。   In the above description, the thrust magnetic bearing electromagnet 320 has been described as a half-cracked shape composed of two electromagnet pieces, but may have a structure composed of three or more electromagnet pieces.

以上により、実施の形態2では、実施の形態1に示した効果に加えて、コイルの形状が単純であり製作が容易であるという利点がある。また、電磁石が半割れ形状となっているため、回転軸2に対し径方向から組立てや分解を行うことができ、優れた組立性を有する。   As described above, in the second embodiment, in addition to the effect shown in the first embodiment, there is an advantage that the shape of the coil is simple and the manufacture is easy. Moreover, since the electromagnet has a half-crack shape, the rotary shaft 2 can be assembled and disassembled from the radial direction and has excellent assemblability.

1 ケーシング、2 回転軸、3 羽根、4 モータステータ、5 モータロータ、10 ブロア、12 回転数センサ、13、14 タッチダウン軸受、100 ラジアル磁気軸受、110 ラジアル磁気軸受電磁石、112 磁極、116 コイル、120 ラジアル磁気軸受ロータ、130 ラジアルセンサ、200 スラスト磁気軸受、220、240 スラスト磁気軸受電磁石、224、244 磁極、226、246 コイル、230、250 間隙部、260 ディスク、280 スラストセンサ、320 スラスト磁気軸受電磁石、322、332 電磁石片、324、334 磁極、326、336 コイル、330 間隙部。   1 casing, 2 rotating shafts, 3 blades, 4 motor stator, 5 motor rotor, 10 blower, 12 speed sensor, 13, 14 touchdown bearing, 100 radial magnetic bearing, 110 radial magnetic bearing electromagnet, 112 magnetic pole, 116 coil, 120 Radial magnetic bearing rotor, 130 Radial sensor, 200 Thrust magnetic bearing, 220, 240 Thrust magnetic bearing electromagnet, 224, 244 Magnetic pole, 226, 246 Coil, 230, 250 Gap, 260 Disc, 280 Thrust sensor, 320 Thrust magnetic bearing electromagnet 322, 332 Electromagnet piece, 324, 334 Magnetic pole, 326, 336 Coil, 330 Gap.

Claims (6)

中心軸を中心に回転する回転軸と、
前記回転軸の周囲に前記回転軸と同軸に設けられた円盤形状のディスクと、
前記中心軸の方向に前記ディスクを挟んで対向配置された2つの電磁石であって、磁極およびコイルを含む電磁石と、
前記中心軸の方向に前記ディスクと対向配置され、前記ディスクとの距離を測定するセンサと、
前記センサの測定結果に基づいて、前記電磁石の前記コイルに供給する電流を調整する制御部と、を含み、前記ディスクを非接触で前記中心軸の方向に支持するスラスト磁気軸受であって、
前記電磁石は、前記ディスクと対向する位置に間隙部を有し、前記間隙部の中に前記センサが配置されることを特徴とするスラスト磁気軸受。
A rotation axis that rotates about a central axis;
A disc-shaped disc provided coaxially with the rotating shaft around the rotating shaft;
Two electromagnets arranged opposite to each other across the disk in the direction of the central axis, the electromagnet including a magnetic pole and a coil;
A sensor that is disposed opposite to the disk in the direction of the central axis and measures a distance from the disk;
A control unit that adjusts a current supplied to the coil of the electromagnet based on a measurement result of the sensor, and a thrust magnetic bearing that supports the disk in the direction of the central axis in a non-contact manner,
The thrust magnet bearing according to claim 1, wherein the electromagnet has a gap portion at a position facing the disk, and the sensor is disposed in the gap portion.
前記制御部は、前記センサの測定結果に基づいて、前記ディスクの軸方向の変位を算出し、前記変位に基づいて、前記コイルに供給する電流を調整することを特徴とする請求項1に記載のスラスト磁気軸受。   2. The control unit according to claim 1, wherein the controller calculates an axial displacement of the disk based on a measurement result of the sensor, and adjusts a current supplied to the coil based on the displacement. Thrust magnetic bearings. 前記磁極は、軸方向側面の一方に、前記中心軸を中心とする周方向に沿って形成された2本の溝を有することを特徴とする請求項1または2のいずれかに記載のスラスト磁気軸受。   3. The thrust magnet according to claim 1, wherein the magnetic pole has two grooves formed along a circumferential direction centered on the central axis on one side surface in the axial direction. bearing. 前記コイルは、前記溝の中で巻回することを特徴とする請求項3に記載のスラスト磁気軸受。   The thrust magnetic bearing according to claim 3, wherein the coil is wound in the groove. 前記電磁石は、前記中心軸の方向に沿って分割された複数の電磁石片を含み、前記コイルは、前記電磁石片の中で巻回することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のスラスト磁気軸受。   The electromagnet includes a plurality of electromagnet pieces divided along the direction of the central axis, and the coil is wound in the electromagnet pieces. Thrust magnetic bearings. 請求項1〜5のいずれかに記載のスラスト磁気軸受と、前記回転軸を非接触で前記中心軸の周囲に支持するラジアル磁気軸受と、前記回転軸に取り付けられた羽根と、を含むブロア。   A blower comprising: the thrust magnetic bearing according to any one of claims 1 to 5; a radial magnetic bearing that supports the rotating shaft around the central shaft in a non-contact manner; and a blade attached to the rotating shaft.
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