JP3179780B2 - 回転機の軸受装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、例えば揚水用発電電動機などの回転機の
軸受装置に関するものである。

〔従来の技術〕 例えば、従来の回転機である高速大容量発電電動機に
おいては、回転部の重量と水圧推力によるスラスト荷重
が大きく、且つ回転速度が速い為通常の機械的軸受であ
る油膜軸受のみで全スラスト荷重を支持する構造を採用
すると軸受が大きくなり軸受損が増大する。この問題を
解決するため、スラスト荷重を摩擦損の極めて少ない磁
気軸受と、油膜軸受で分担させ油膜軸受を小形化して軸
受損の低減を図る試みがなされている。

例えば、第３図，第４図は、従来の立形の発電電動機
を示すもので、第３図は断面図、第４図は磁気軸受の詳
細を示す断面図である。これらの図において、（１）は
ポンプ水車ランナ、（２）は発電電動機、（３）は発電
電動機の回転子、（４）は発電電動機の軸であり、ポン
プ水車ランナ（１）に直結されている。（５）はスラス
トカラー、（６）は油で潤滑される油膜スラスト軸受、
（７）は磁気軸受であり、ポンプ水車ランナ（１）及び
回転子（３）の重量並びにポンプ水車ランナ（１）の受
ける図の下方向の水圧推力を油膜スラスト軸受（６）と
磁気軸受（７）とが約半分ずつ分担している。（８）は
軸（４）の横方向の荷重を支える下部軸受、（９）はフ
レーム、（10）は固定子、（11）は基礎であり、固定子
（10）は基礎（11）に固定されている。

次に磁気軸受（７）の詳細構成を第４図により説明す
る。（21）は磁気軸受固定部であり、フレーム（９）
（第３図）に固定されている。（22）は磁気軸受固定部
（21）に設けられた環状溝、（23）は環状溝（22）内に
設けられた励磁巻線、（24）は環状溝（22）の内周及び
外周側に設けられた溝、（25）は溝（24）内に装着され
た補償巻線であり、環状溝（22），溝（24）により磁束
の通路（後述）となる円環状の突出部（26）が形成され
ている。（27）は磁気軸受回転部であり、軸（４）と一
体にされ軸とともに回転する。（28）は磁気軸受固定部
（21）の突出部（26）に対して間隙Ｇを有するように対
向して設けられた環状の凸部であり、突出部（26）とと
もに磁束の通路となる。

次に動作について説明する。軸（４）を介してポンプ
水車ランナ（１）に直結された回転子（３）は、発電機
として動作するときは水車としてのポンプ水車ランナ
（１）に駆動され、電動機として動作するときはポンプ
水車ランナ（１）をポンプとして駆動して揚水する。ポ
ンプ水車ランナ（１），回転子（３）の重量及びポンプ
水車ランナ（１）が受ける水圧推力は軸（４）の軸方向
の成分を油膜スラスト軸受（６），磁気軸受（７）によ
り、横方向の成分は油膜スラスト軸受（６）に併設され
たラジアル軸受（詳細省略）及び下部軸受（８）により
支えられている。

磁気軸受の励磁巻線（23）に図示しない補機用所内電
源あるいは所内電源停電時には電力供給手段である非常
用蓄電池（図示せず）から直流電流を供給、励磁するこ
とにより、間隙Ｇをおいて対向する突出部（26），凸部
（28）を通過する磁束φが図のように発生し、突出部
（26），凸部（28）が図示の極性N,Sに夫々磁化されて
両者の吸引力により磁気軸受回転部（27）が図の上方に
引っ張られることにより、軸（４）の軸方向の荷重を油
膜スラスト軸受（６）と協同して支える。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の発電電動機は以上のように構成されているの
で、発電電動機の運転中に補機用所内電源が喪失した場
合、油膜スラスト軸受（６）だけでは荷重を支えられな
いので非常用蓄電池から磁気軸受（７）に励磁電流を供
給しなければならなかった。発電電動機は停止操作後も
その慣性のために数十分間回転を続けるために、完全に
停止するまでの間、非常用蓄電池から磁気軸受（７）に
電力を供給するために大容量の電力供給手段である非常
用蓄電池を必要とした。

この発明は上記のような問題点を解決するためになさ
れたもので、回転子の停止時に磁気軸受を安定に機能さ
せることができるとともに、電力供給手段の容量を小さ
くできる回転機の軸受装置を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る回転機の軸受装置は、機械的軸受とと
もに回転子を磁力により支持する磁気軸受を備えた回転
機の軸受装置において、回転子に結合駆動される発電機
及びこの発電機の回転数低下にともない発電機の発生電
力が磁気軸受の励磁に必要な分より不足するときこの不
足分を供給する電力供給手段の双方から磁気軸受を励磁
するようにしたものである。

〔作 用〕

この発明における発電機は、回転子に結合して駆動さ
れるので回転子が慣性で回転している間、電力を発生
し、磁気軸受を励磁する。回転子の回転数が低下して発
電機の発生電力が磁気軸受を励磁するのに不足してきた
場合電力供給手段から不足分を供給して磁気軸受を安定
に機能させる。従って、電力供給手段は発電機で不足す
る分を供給できる容量を有していれば良い。

〔実施例〕

第１図，第２図はこの発明の一実施例を示すものであ
り、第１図は発電電動機の断面図、第２図は磁気軸受の
励磁回路図である。これらの図において、（31）は発電
電動機の軸（４）の端部に設けられた発電機である永久
磁石形発電機であり、電機子（32）と界磁（33）とを有
している。界磁（33）は第２図に示されるように多数の
永久磁石（34）を備え、矢印Ｒ方向に駆動されて電機子
（32）を励磁する。（35）はサイリスタにより構成され
た整流装置、（36）は計器用変成器、（37）はコントロ
ーラ、（38）は電力供給手段としてのバッテリであり、
磁気軸受（７）は永久磁石形発電機（31）及びバッテリ
（38）の双方から電力を供給されるように構成されてい
る。

次に動作について説明する。発電電動機（２）が定常
状態で運転されているときは、発電電動機の軸（４）に
直結された永久磁石形発電機（31）により所定の電圧の
交流電力が誘起され、コントローラ（37）にて制御され
る整流装置（35）を介して磁気軸受（７）（励磁巻線
（23），補償巻線（25），第４図）に供給され磁気軸受
（７）は軸（４）の軸方向の荷重を分担する。同時に永
久磁石形発電機（31）の電力の一部はバッテリ（38）に
も供給され、バッテリ（38）を充電する。このときの電
力供給の流れを第２図において実線矢印Ａにて示す。発
電電動機（２）の起動、停止時あるいは緊急停止時にお
いては、発電電動機（２）の回転数の低下とともに永久
磁石形発電機（31）の誘起電力が減少して磁気軸受
（７）が必要とする分よりも不足する。この場合バッテ
リ（38）が補償電源として作動しバッテリ（38）から点
線矢印Ｂのように不足分が供給され磁気軸受（７）に所
要の励時電流を供給する。

なお、上記一実施例においては、電力供給手段として
バッテリを示したがフライホイール装置等他のもので良
く、また回転機は発電電動機の場合を示したが、回転電
機に限られるものはなく、回転する回転体を機械的軸受
と磁気軸受とで分担して支える他の回転機であっても同
様の効果を奏する。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば機械的軸受とともに
回転子を磁力により支持する磁気軸受を備えた回転機の
軸受装置において、回転子に結合駆動される発電機及び
この発電機の回転数低下にともない発電機の発生電力が
磁気軸受の励磁に必要な分より不足するときこの不足分
を供給する電力供給手段の双方から磁気軸受を励磁する
ようにしたしたので、回転子の停止時に磁気軸受を安定
に機能させることができるとともに、電力供給手段の容
量を小さくできる。

【図面の簡単な説明】

第１図，第２図はこの発明の一実施例を示すもので、第
１図は発電電動機の断面図、第２図は磁気軸受の励磁回
路図、第３図，第４図は従来の発電電動機を示すもの
で、第３図は発電電動機の断面図、第４図は磁気軸受の
詳細を示す断面図である。 図において、（２）は発電電動機、（３）は回転子、
（６）は油膜スラスト軸受、（７）は磁気軸受、（31）
は永久磁石形発電機、（35）は整流装置、（38）はバッ
テリである。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】接触部を有し回転する回転子を上記接触部
   を介して支持する機械的軸受及びこの機械的軸受ととも
   に上記回転子を磁力により支持する磁気軸受を備えた回
   転機の軸受装置において、上記回転子に結合駆動される
   発電機及びこの発電機の回転数低下にともない上記発電
   機の発生電力が上記磁気軸受の励磁に必要な分より不足
   するときこの不足分を供給する電力供給手段の双方から
   上記磁気軸受を励磁するようにしたことを特徴とする回
   転機の軸受装置。