JP2587350Y2 - 磁気軸受装置 - Google Patents

磁気軸受装置

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    • F16C39/00—Relieving load on bearings
    • F16C39/02—Relieving load on bearings using mechanical means

Description

【考案の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この考案は、たとえばターボ分子
ポンプ、分子ポンプなどに使用される磁気軸受装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】この種の磁気軸受装置では、高速回転す
るロータがラジアル磁気軸受とアキシアル磁気軸受によ
って非接触支持されるようになっており、運転停止時や
異常動作時にロータを受けて磁気軸受などを保護するた
めに、たとえばアンギュラ玉軸受などを用いた保護軸受
が設けられる。
【０００３】
【考案が解決しようとする課題】上記のような磁気軸受
装置を用いたターボ分子ポンプや分子ポンプにおいて
は、ロータの回転を停止するときだけでなく、使用上の
ミスによって大気浸入または磁気軸受に電力や制御信号
を供給するプラグなどの脱落が生じた場合に、これによ
り保護軸受が作動してしまうことがある。保護軸受は高
速で回転しているロータを受けるため、一般に、その寿
命は短く、数回の使用が限度である。このため、停止さ
せたロータを再び回転させる前に、保護軸受の良否すな
わち寿命に達しているかどうかを検査しなければならな
い。しかし、従来の磁気軸受装置では、保護軸受の状態
を知るために、ポンプ本体および磁気軸受装置を分解す
る必要があり、不便である。
【０００４】このような問題点を解決するために、従
来、磁気軸受装置の運転停止時に保護軸受がロータを受
けてからロータの回転数が所定の値に減速するまでの時
間が正常時よりも短くなったことを検出して保護軸受の
異常を検出することが提案されている（たとえば特開平
３−１１５７９６号公報参照）。
【０００５】しかしながら、磁気軸受装置内に異物が混
入した場合など、ロータに負荷がかかることによっても
ロータの回転数が所定の値に減速するまでの時間が正常
時よりも短くなることがあり、減速に要した時間の長短
に基づく上述の方法では、ロータの回転数が所定の値に
減速するまでの時間が短くなったことの原因が保護軸受
にあるのか、それ以外の原因によるものなのかを判別す
ることができないという欠点がある。
【０００６】この考案の目的は、上記の問題を解決し、
装置を分解せずに保護軸受の状態を簡単に知ることがで
きる磁気軸受装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この考案による磁気軸受
装置は、ロータを回転駆動するモータ、ロータのラジア
ル方向の位置を検出する位置センサ、ロータのラジアル
方向の位置を制御する電磁石、および異常動作時にロー
タを受ける保護軸受を備えた磁気軸受装置において、前
記電磁石で前記ロータをラジアル方向の１方向に吸引し
て前記保護軸受の一方の軌道輪に押圧させ、前記モータ
により前記ロータおよびこれが押圧させられている保護
軸受の軌道輪を回転させ、前記位置センサにより前記ロ
ータのラジアル方向の位置の変化を検出し、これに基づ
いて保護軸受の良否を判定する保護軸受検査手段を備え
ていることを特徴とするものである。
【０００８】
【作用】電磁石でロータをラジアル方向の１方向に吸引
して保護軸受の一方の軌道輪に押圧させ、モータにより
ロータおよびこれが押圧させられている保護軸受の軌道
輪を回転させると、次のように、保護軸受が正常な場合
と異常な場合とで位置センサにより検出されるロータの
ラジアル方向の位置が変わる。すなわち、保護軸受が正
常な場合、ロータのラジアル方向の位置の絶対量は前と
変わらず、また、回転による位置の変化量も小さい。こ
れに対し、保護軸受に異常が生じている場合は、ロータ
のラジアル方向の位置の絶対量が前と変わったり、回転
による位置の変化量が大きくなる。したがって、位置セ
ンサで検出したロータのラジアル方向の位置の変化に基
づいて、磁気軸受装置を分解することなく、保護軸受の
良否を判定することができる。
【０００９】
【実施例】以下、図面を参照して、この考案の実施例に
ついて説明する。
【００１０】図１は、磁気軸受装置の構成を概略的に示
している。
【００１１】この磁気軸受装置は、垂直円筒状のケーシ
ング(1) の内側で垂直円柱状のロータ(2) が回転する形
式のものである。ロータ(2) は、ケーシング(1) 内の中
心に配置され、上下のラジアル磁気軸受(3)(4)とアキシ
アル磁気軸受(5) により非接触状態に支持されて、モー
タ(6) により高速回転させられる。なお、図１におい
て、図面が繁雑になるのを避けるため、ケーシング(1)
の右側部分の図示を省略している。
【００１２】モータ(6) はたとえば内蔵型の高周波モー
タであり、モータロータ(6a)はロータ(2) に一体状に形
成され、モータステータ(6b)はこのモータロータ(6a)を
取り囲むようにロータ(2) の周囲のケーシング(1) に固
定状に設けられている。
【００１３】アキシアル磁気軸受(5) は上下１対の電磁
石(7a)(7b)を備えており、これらがロータ(2) に形成さ
れたフランジ(8) の部分を上下から吸引して、ロータ
(2) のアキシアル方向の位置を制御するようになってい
る。また、ケーシング(1) には、ロータ(2) のアキシア
ル方向の位置を検出するためのアキシアル位置センサ
(9) が設けられ、このセンサ(9) の出力に基づいてアキ
シアル磁気軸受(5) が制御されるようになっている。
【００１４】上部ラジアル磁気軸受(3) は、図２に詳細
に示すように、ロータ(2) の周囲を円周方向に４等分す
る位置にくるようにケーシング(1) に固定された４つの
電磁石(10a)(10b)(10c)(10d)を備えており、これらがロ
ータ(2) を４方向から吸引して、ロータ(2) のラジアル
方向の位置を制御するようになっている。ケーシング
(1) には、これらの電磁石(10a) 〜(10d) に対応して、
上部ラジアル磁気軸受(3) の部分のロータ(2) のラジア
ル方向の位置を検出するための上部ラジアル位置センサ
(11a)(11b)(11c)(11d)が設けられている。同様に、下部
ラジアル磁気軸受(4) は４つの電磁石(12a)(12b)(12c)
(12d)を備え、これらに対応して、下部ラジアル磁気軸
受(4) の部分のロータ(2) のラジアル方向の位置を検出
するための下部ラジアル位置センサ(13a)(13b)(13c)(13
d)が設けられている。
【００１５】ケーシング(1) の上下に、たとえばアンギ
ュラ玉軸受を用いた保護軸受(14)(15)が設けられてい
る。保護軸受(14)(15)の外輪(14a)(15a)は、ケーシング
(1) に固定されている。ロータ(2) がラジアル磁気軸受
(3)(4)およびアキシアル磁気軸受(5) に非接触支持され
て回転している状態において、保護軸受(14)(15)の内輪
(14b)(15b)とロータ(2) との間には間隙が設けられてお
り、この間隙は、モータステータ(6b)とロータ(2) との
間の間隙、アキシアル磁気軸受(5) の電磁石(7a)(7b)と
ロータ(2) との間の間隙、ラジアル磁気軸受(3)(4)の電
磁石(10a) 〜(10d)(12a)〜(12d) とロータ(2) との間の
間隙およびラジアル位置センサ(11a) 〜(11d)(13a)〜(1
3d) とロータ(2) との間の間隙より少し小さい。そし
て、ロータ(2) の回転を停止するときや異常動作時に、
ロータ(2) が保護軸受(14)(15)で受けられ、これによ
り、ロータ(2) がモータステータ(6b)、アキシアル磁気
軸受(5)の電磁石(7a)(7b)、ラジアル磁気軸受(3)(4)の
電磁石(10a) 〜(10d)(12a)〜(12d) およびラジアル位置
センサ(11a) 〜(11d)(13a)〜(13d) などに接触してこれ
らが損傷を受けることが防止されるようになっている。
なお、図面には、これらの間隙を誇張して実際よりかな
り大きく示している。
【００１６】モータ(6) はインバータ(16)によって駆動
され、通常の運転時には、インバータ(16)は図示しない
回転駆動回路によって制御される。磁気軸受装置には保
護軸受(14)(15)の状態を検査するための保護軸受検査手
段を構成する保護軸受検査回路(17)が設けられ、後述す
る保護軸受(14)(15)の検査時にはインバータ(16)は検査
回路(17)によって制御されロータ(2) が回転させられる
ようになっている。
【００１７】上部ラジアル磁気軸受(3) 側において、４
つの電磁石(10a) 〜(10d) はそれぞれ電力増幅器(18)に
よって個別に駆動される。電力増幅器(18)は４つ設けら
れるが、図１には電磁石(10a) に対応する電力増幅器(1
8)が１つだけ示されている。これら４つの電力増幅器(1
8)は、次のように、４つの上部ラジアル磁気軸受用切り
替えスイッチ(19)を介して検査回路(17)およびＰＩＤ制
御回路(20)に接続されている。スイッチ(19)も４つ設け
られるが、図１には電磁石(10a) に対応するスイッチ(1
9)が１つだけ示されている。スイッチ(19)は第１接点(1
9a) 、第２接点(19b) およびコモン接点(19c) を備えて
おり、第１接点(19a) 側に切り替えられたときにコモン
接点(19c) と第１接点(19a) とが導通し、第２接点(19
b) 側に切り替えられたときにコモン接点(19c) と第２
接点(19b) とが導通するようになっている。スイッチ(1
9)のコモン接点(19c) は電力増幅器(18)に、第１接点(1
9a)はＰＩＤ制御回路(20)に、第２接点(19b) は検査回
路(17)にそれぞれ接続されている。スイッチ(19)は、検
査回路(17)からの指令により、第１接点(19a) 側と第２
接点(19b) 側とに切り替えられるようになっている。
【００１８】上部ラジアル磁気軸受用の４つの位置セン
サ(11a) 〜(11d) の出力は、変位検出回路(21)に入力す
る。変位検出回路(21)は、４つの位置センサ(11a) 〜(1
1d)の出力からロータ(2) のラジアル方向の変位を求
め、これをＰＩＤ制御回路(20)および検査回路(17)に出
力する。
【００１９】下部ラジアル磁気軸受(4) 側においても、
同様に、４つの電力増幅器(22)、４つの下部ラジアル磁
気軸受用切り替えスイッチ(23)、ＰＩＤ制御回路(24)お
よび変位検出回路(25)が設けられている。なお、検査回
路(17)は上部ラジアル磁気軸受(3) と下部ラジアル磁気
軸受(4) とで共用されている。
【００２０】通常の運転時には、スイッチ(19)(23)は図
１に鎖線で示すように第１接点(19a)(23a)側に切り替え
られる。これにより、電力増幅器(18)(22)がＰＩＤ制御
回路(20)(24)に接続されて、通常のラジアル磁気軸受の
制御回路が構成される。そして、ＰＩＤ制御回路(20)(2
4)により、変位検出回路(21)(25)の出力に基づき、電力
増幅器(18)(22)を介して電磁石(10a) 〜(10d)(12a)〜(1
2d) が制御され、これによってロータ(2) のラジアル方
向の位置が制御される。
【００２１】アキシアル磁気軸受(5) についても、図示
は省略したが、アキシアル位置センサ(9) の出力に基づ
いて電磁石(7a)(7b)を制御することによりロータ(2) の
アキシアル方向の位置を制御する上記同様の制御回路が
設けられている。
【００２２】上記の磁気軸受装置をターボ分子ポンプや
分子ポンプに用いる場合、正常に運転を停止してロータ
(2) の回転を停止させたときや、大気浸入などにより保
護軸受(14)(15)が作動したためにロータ(2) を停止させ
たときなどに、次のように、検査回路(17)により保護軸
受(14)(15)の状態の検査が行われる。
【００２３】検査を行う場合、まず、検査回路(17)から
の指令によってスイッチ(19)(23)が図１に実線で示すよ
うに第２接点(19b)(23b)側に切り替えられ、これによっ
て電力増幅器(18)(22)が検査回路(17)に接続される。そ
して、検査回路(17)からの指令により、上下のラジアル
磁気軸受(3)(4)の４つずつの電磁石(10a) 〜(10d)(12a)
〜(12d) のうち、円周方向の同じ位置にある１つずつま
たは２つずつだけに電流が流され、これらによりロータ
(2) がラジアル方向の１方向に吸引されて、上下の保護
軸受(14)(15)の内輪(14b)(15b)に押圧される。このよう
な状態で、検査回路(17)からインバータ(16)を制御する
ことにより、ロータ(2) およびこれが押圧させられてい
る保護軸受(14)(15)の内輪(14b)(15b)が低速で回転させ
られ、この間に、変位検出回路(21)(25)の出力からロー
タ(2) のラジアル方向の位置の変化が検出され、これに
基づいて次のように保護軸受(14)(15)の良否が判定され
る。検査回路(17)には、保護軸受(14)(15)が正常なとき
に上記のようにロータ(2)を保護軸受(14)(15)の内輪(14
b)(15b)に押圧させてこれらを回転させたときのロータ
(2) のラジアル方向の位置の絶対量と変化量が記憶され
ている。すなわち、保護軸受(14)(15)が正常な場合、ロ
ータ(2) を保護軸受(14)(15)の内輪(14b)(15b)に押圧さ
せて回転させたときのロータ(2) のラジアル方向の位置
はほとんど変化しないので、これを絶対量として記憶し
ておく。そして、上記のようにロータ(2) を保護軸受(1
4)(15)の内輪(14b)(15b)に押圧させてこれらを回転させ
たときに、ロータ(2) のラジアル方向の位置の絶対量が
正常な状態の絶対量から変化したり、回転による位置の
変化量が大きくなっていれば、保護軸受(14)(15)に異常
が生じていると判断する。それ以外の場合、すなわち、
ロータ(2) のラジアル方向の位置の絶対量が正常な状態
の絶対量と変わらず、しかも回転による位置の変化量が
小さければ、保護軸受(14)(15)は正常であると判断す
る。なお、保護軸受(14)(15)の良否は、ロータ(2) のラ
ジアル方向の位置の絶対量または回転による位置の変化
量のどちらか一方から判定するようにしてもよい。
【００２４】電磁石(10a) 〜(10d)(12a)〜(12d) でロー
タ(2) をラジアル方向の１方向に吸引して保護軸受(14)
(15)の内輪(14b)(15b)に押圧させ、ロータ(2) および保
護軸受(14)(15)の内輪(14b)(15b)を回転させると、保護
軸受(14)(15)が正常な場合と異常な場合とでロータ(2)
のラジアル方向の位置が変わる。すなわち、保護軸受(1
4)(15)が正常な場合、ロータ(2) のラジアル方向の位置
の絶対量は前と変わらず、また、回転による位置の変化
量も小さい。これに対し、保護軸受(14)(15)に異常が生
じている場合は、ロータ(2) のラジアル方向の位置の絶
対量が前と変わったり、回転による位置の変化量が大き
くなる。したがって、上記のように、ロータ(2) のラジ
アル方向の位置の変化に基づいて、磁気軸受装置を分解
することなく、保護軸受(14)(15)の良否を判定すること
ができる。
【００２５】なお、電流を流す電磁石(10a) 〜(10d)(12
a)〜(12d) の組み合わせを変えることにより、ロータ
(2) の吸引方向を変えて、上記のような動作を複数回行
い、これらの結果から保護軸受(14)(15)の良否を判定す
るようにしてもよい。
【００２６】
【考案の効果】この考案の磁気軸受装置によれば、上述
のように、装置を分解せずに保護軸受の状態を簡単にか
つ確実に知ることができ、したがって、保護軸受の管理
が非常に簡単で楽になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この考案の実施例を示す磁気軸受装置の概略構
成図である。
【図２】図１の磁気軸受装置のロータおよび上部ラジア
ル磁気軸受の部分の横断面図である。
【符号の説明】
(2) ロータ (3)(4) ラジアル磁気軸受 (6) モータ (10a)(10b)(10c)(10d) 電磁石 (11a)(11b)(11c)(11d) 位置センサ (12a)(12b)(12c)(12d) 電磁石 (13a)(13b)(13c)(13d) 位置センサ (14)(15) 保護軸受 (17) 保護軸受検査回路

Claims (1)

    (57)【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項１】ロータを回転駆動するモータ、ロータのラ
    ジアル方向の位置を検出する位置センサ、ロータのラジ
    アル方向の位置を制御する電磁石、および異常動作時に
    ロータを受ける保護軸受を備えた磁気軸受装置におい
    て、 前記電磁石で前記ロータをラジアル方向の１方向に吸引
    して前記保護軸受の一方の軌道輪に押圧させ、前記モー
    タにより前記ロータおよびこれが押圧させられている保
    護軸受の軌道輪を回転させ、前記位置センサにより前記
    ロータのラジアル方向の位置の変化を検出し、これに基
    づいて保護軸受の良否を判定する保護軸受検査手段を備
    えていることを特徴とする磁気軸受装置。
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