JP3215529B2 - スラスト磁気軸受装置 - Google Patents
スラスト磁気軸受装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ターボ機械等の回転軸
を支持するスラスト磁気軸受装置に係り、特に回転軸に
回転ディスクを固着し、該回転ディスクから微小間隙を
隔てて起磁力を発生させる励磁コイルを備えた電磁石固
定子をケーシングに固定し、回転軸と電磁石固定子間の
相対変位を測定する変位センサを設け、該変位センサか
らの出力信号をもとに前記回転ディスクと電磁石固定子
間に磁気吸引力を作用させ、回転軸を電磁石固定子と離
隔した目標位置に支承するスラスト磁気軸受装置に関す
る。
を支持するスラスト磁気軸受装置に係り、特に回転軸に
回転ディスクを固着し、該回転ディスクから微小間隙を
隔てて起磁力を発生させる励磁コイルを備えた電磁石固
定子をケーシングに固定し、回転軸と電磁石固定子間の
相対変位を測定する変位センサを設け、該変位センサか
らの出力信号をもとに前記回転ディスクと電磁石固定子
間に磁気吸引力を作用させ、回転軸を電磁石固定子と離
隔した目標位置に支承するスラスト磁気軸受装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】図２は、従来のスラスト磁気軸受装置で
支持したターボ機械のスラスト磁気軸受部分について示
したものである。ターボ型空気圧縮機等の回転機械のス
ラスト磁気軸受は、回転機械を支持する回転軸６に固着
した磁性材料製の回転ディスク１と、その回転ディスク
１に微小間隔を隔てて対向する位置に磁極を配設した電
磁石固定子２Ａ，２Ｂとから構成される。電磁石固定子
２Ａ，２Ｂにはそれぞれコイル４が備えられ、励磁電流
を流すことによって、磁性材料製の回転ディスク１に磁
気吸引力を作用させ、回転ディスク１を電磁石固定子２
Ａ，２Ｂ間の中心付近の目標位置に支承する。
支持したターボ機械のスラスト磁気軸受部分について示
したものである。ターボ型空気圧縮機等の回転機械のス
ラスト磁気軸受は、回転機械を支持する回転軸６に固着
した磁性材料製の回転ディスク１と、その回転ディスク
１に微小間隔を隔てて対向する位置に磁極を配設した電
磁石固定子２Ａ，２Ｂとから構成される。電磁石固定子
２Ａ，２Ｂにはそれぞれコイル４が備えられ、励磁電流
を流すことによって、磁性材料製の回転ディスク１に磁
気吸引力を作用させ、回転ディスク１を電磁石固定子２
Ａ，２Ｂ間の中心付近の目標位置に支承する。
【０００３】回転軸６の軸方向の位置の制御は、スラス
ト変位センサ５で回転軸６の軸方向変位を検出し、目標
値とその変位信号との偏差をもとに補償回路８で補償し
た信号で電力増幅器９を駆動し、ケーシング１３に固定
された電磁石固定子２Ａ，２Ｂのコイル４に励磁電流を
流し、目標位置に制御している。
ト変位センサ５で回転軸６の軸方向変位を検出し、目標
値とその変位信号との偏差をもとに補償回路８で補償し
た信号で電力増幅器９を駆動し、ケーシング１３に固定
された電磁石固定子２Ａ，２Ｂのコイル４に励磁電流を
流し、目標位置に制御している。
【０００４】係るスラスト磁気軸受は、回転軸を磁気吸
引力により非接触で支持するため、機械的な接触部分が
無く、軸受の磨耗等の問題を生じない。又、制御性が良
いので、特に高回転のターボ機械等の軸受に好適であ
る。
引力により非接触で支持するため、機械的な接触部分が
無く、軸受の磨耗等の問題を生じない。又、制御性が良
いので、特に高回転のターボ機械等の軸受に好適であ
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
スラスト磁気軸受装置で支持したターボ機械等の大型の
回転機械においては、回転機械の軸方向スラスト力が大
きく、これを制御するためには、スラスト磁気軸受が大
きくなり、このため電源も大型にならざるを得ないなど
の問題がある。
スラスト磁気軸受装置で支持したターボ機械等の大型の
回転機械においては、回転機械の軸方向スラスト力が大
きく、これを制御するためには、スラスト磁気軸受が大
きくなり、このため電源も大型にならざるを得ないなど
の問題がある。
【０００６】また、スラスト磁気軸受の磁気吸引力に不
具合が発生した場合には、まったく制御が効かなくな
り、回転ディスクが電磁石固定子に接触し破損する等の
問題が生じる場合があり、信頼性の面から改善が望まれ
ている。
具合が発生した場合には、まったく制御が効かなくな
り、回転ディスクが電磁石固定子に接触し破損する等の
問題が生じる場合があり、信頼性の面から改善が望まれ
ている。
【０００７】本発明は係る従来技術の問題点を解決し、
より小型の、又電源もより小容量の、且つ信頼性の改善
されたスラスト磁気軸受装置を提供することを目的とす
る。
より小型の、又電源もより小容量の、且つ信頼性の改善
されたスラスト磁気軸受装置を提供することを目的とす
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明のスラスト磁気軸
受装置は、回転機械を支持する回転軸に固着した磁性材
料製の回転ディスクと、該回転ディスクから微小間隔を
隔ててケーシングに固定された電磁石固定子と、該回転
ディスクと電磁石固定子間の相対変位を測定する変位セ
ンサと、該変位センサからの出力信号をもとに、前記回
転ディスクと電磁石固定子間に作用する磁気吸引力を制
御する補償回路と電力増幅器を具備するスラスト磁気軸
受装置において、前記回転ディスクに対して高圧空気を
供給する空気圧路を設け、該空気圧路は制御弁を介して
高圧空気源に接続され、前記高圧空気の解放口を前記回
転子近傍に設け、前記制御弁は前記変位センサの信号に
より開閉されることで、前記回転ディスクの軸方向位置
を制御するスラスト磁気軸受装置を備えたことを特徴と
する。
受装置は、回転機械を支持する回転軸に固着した磁性材
料製の回転ディスクと、該回転ディスクから微小間隔を
隔ててケーシングに固定された電磁石固定子と、該回転
ディスクと電磁石固定子間の相対変位を測定する変位セ
ンサと、該変位センサからの出力信号をもとに、前記回
転ディスクと電磁石固定子間に作用する磁気吸引力を制
御する補償回路と電力増幅器を具備するスラスト磁気軸
受装置において、前記回転ディスクに対して高圧空気を
供給する空気圧路を設け、該空気圧路は制御弁を介して
高圧空気源に接続され、前記高圧空気の解放口を前記回
転子近傍に設け、前記制御弁は前記変位センサの信号に
より開閉されることで、前記回転ディスクの軸方向位置
を制御するスラスト磁気軸受装置を備えたことを特徴と
する。
【０００９】
【作用】本発明は上記のように構成されるので、スラス
ト磁気軸受装置で支持したターボ機械等において、回転
機械の軸方向スラスト力が大きくても、これを制御する
流体スラスト制御機構を備えているので、空気圧等の流
体により回転軸の軸方向位置の制御が行える。このた
め、磁気吸引力（電磁力）による制御の負担が軽減し、
スラスト磁気軸受の電磁石固定子等を小型化することが
できる。従って、スラスト磁気軸受を駆動する電源も小
型にできる。
ト磁気軸受装置で支持したターボ機械等において、回転
機械の軸方向スラスト力が大きくても、これを制御する
流体スラスト制御機構を備えているので、空気圧等の流
体により回転軸の軸方向位置の制御が行える。このた
め、磁気吸引力（電磁力）による制御の負担が軽減し、
スラスト磁気軸受の電磁石固定子等を小型化することが
できる。従って、スラスト磁気軸受を駆動する電源も小
型にできる。
【００１０】また、スラスト磁気軸受の磁気吸引力（電
磁力）に不具合が発生した場合にも、流体スラスト制御
機構が働くので、回転体を安全に制御できるか、たとえ
回転ディスクが電磁石固定子に接触しても、その変位が
検出され、流体制御機構により復元力が働くので、回転
体の損傷も小さくて済む。
磁力）に不具合が発生した場合にも、流体スラスト制御
機構が働くので、回転体を安全に制御できるか、たとえ
回転ディスクが電磁石固定子に接触しても、その変位が
検出され、流体制御機構により復元力が働くので、回転
体の損傷も小さくて済む。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面に基ずい
て説明する。
て説明する。
【００１２】図１は本発明のスラスト磁気軸受装置の一
実施例を示す説明図である。スラスト磁気軸受は、磁性
材料製の回転ディスク１と微小間隔を隔ててケーシング
１３に固定された電磁石固定子２Ａ，２Ｂとから構成さ
れる。変位センサ５の信号により、センサアンプ７、補
償回路８、電力増幅器９を介して、電磁石固定子２Ａ，
２Ｂ内の電磁石コイル４を駆動して、回転ディスク１に
磁気吸引力（電磁力）を作用させ、回転軸６の軸方向位
置を目標位置に制御している。ここ迄の構成は図２に示
す従来形のスラスト磁気軸受装置と同じである。
実施例を示す説明図である。スラスト磁気軸受は、磁性
材料製の回転ディスク１と微小間隔を隔ててケーシング
１３に固定された電磁石固定子２Ａ，２Ｂとから構成さ
れる。変位センサ５の信号により、センサアンプ７、補
償回路８、電力増幅器９を介して、電磁石固定子２Ａ，
２Ｂ内の電磁石コイル４を駆動して、回転ディスク１に
磁気吸引力（電磁力）を作用させ、回転軸６の軸方向位
置を目標位置に制御している。ここ迄の構成は図２に示
す従来形のスラスト磁気軸受装置と同じである。
【００１３】このスラスト磁気軸受装置は、変位センサ
５の信号により、回転ディスク１と電磁石固定子２Ａ，
２Ｂ間の微小間隔の空隙部の空気圧を利用して軸方向の
位置制御を行う流体スラスト制御機構を備える。
５の信号により、回転ディスク１と電磁石固定子２Ａ，
２Ｂ間の微小間隔の空隙部の空気圧を利用して軸方向の
位置制御を行う流体スラスト制御機構を備える。
【００１４】即ち、回転ディスク１の両側に微小間隔の
空隙を隔てて対向する電磁石固定子２Ａ，２Ｂに空気圧
路３Ａ，３Ｂを設け、その解放口が回転ディスク１に向
いている。電磁石固定子２Ａ，２Ｂと回転ディスク１で
囲まれる微小間隔に連通する空間には、回転ディスク１
の両側の空間に対応して空気取り口１４Ａ，１４Ｂがそ
れぞれケーシング１３に開いている。
空隙を隔てて対向する電磁石固定子２Ａ，２Ｂに空気圧
路３Ａ，３Ｂを設け、その解放口が回転ディスク１に向
いている。電磁石固定子２Ａ，２Ｂと回転ディスク１で
囲まれる微小間隔に連通する空間には、回転ディスク１
の両側の空間に対応して空気取り口１４Ａ，１４Ｂがそ
れぞれケーシング１３に開いている。
【００１５】空気圧路３Ａ，３Ｂは、電磁弁１１、レギ
ュレータ１２等の制御弁を通して空気圧源につながって
おり、空気取出口１４は電磁弁１１等の制御弁を通して
低圧側につながっている。スラスト変位センサ５の信号
により、回転ディスク１が固着した回転軸６が所定の目
標位置に移動するように、流体スラスト制御コントロー
ラ１０が電磁弁１１、レギュレータ１２を制御するよう
に接続されている。
ュレータ１２等の制御弁を通して空気圧源につながって
おり、空気取出口１４は電磁弁１１等の制御弁を通して
低圧側につながっている。スラスト変位センサ５の信号
により、回転ディスク１が固着した回転軸６が所定の目
標位置に移動するように、流体スラスト制御コントロー
ラ１０が電磁弁１１、レギュレータ１２を制御するよう
に接続されている。
【００１６】次に、この流体制御機構の動作について説
明する。例えば、回転軸６が軸端の方に変位すれば、流
体スラスト制御コントローラ１０は、スラスト変位セン
サ５の信号を判断して、軸端側の電磁石固定子２Ａ内の
空気圧路３Ａに、回転ディスク１の軸端側面に、空気圧
源からの高圧空気がかかるように、電磁弁１１Ａを作動
させる。同時に、同じ側の空気取出口１４Ａが電磁弁１
１Ａで閉じ、反対側の空気取出口１４Ｂが電磁弁１１Ｂ
で低圧部につながるようにする。従って、回転ディスク
１は軸端側の電磁石固定子２Ａ内の空気圧路３Ａより、
高圧の空気圧を受けるため、軸端側からターボ機械側の
方向に移動する。
明する。例えば、回転軸６が軸端の方に変位すれば、流
体スラスト制御コントローラ１０は、スラスト変位セン
サ５の信号を判断して、軸端側の電磁石固定子２Ａ内の
空気圧路３Ａに、回転ディスク１の軸端側面に、空気圧
源からの高圧空気がかかるように、電磁弁１１Ａを作動
させる。同時に、同じ側の空気取出口１４Ａが電磁弁１
１Ａで閉じ、反対側の空気取出口１４Ｂが電磁弁１１Ｂ
で低圧部につながるようにする。従って、回転ディスク
１は軸端側の電磁石固定子２Ａ内の空気圧路３Ａより、
高圧の空気圧を受けるため、軸端側からターボ機械側の
方向に移動する。
【００１７】逆に、回転軸６がターボ機械側の方に変位
すれば、流体スラスト制御コントローラ１０は、スラス
ト変位センサ５の信号を判断して、ターボ機械側の電磁
石固定子２Ｂ内の空気圧路３Ｂに、回転ディスク１のタ
ーボ機械側の側面に、空気圧源からの高圧空気がかかる
ように、電磁弁１１Ｂを作動させる。同時に、同じ側の
空気取出口１４Ｂが電磁弁１１Ｂで閉じ、反対側の空気
取出口が電磁弁１１Ａで低圧部につながるようにする。
従って、回転ディスク１はターボ機械側の電磁石固定子
２Ｂ内の空気圧路３Ｂより、高圧の空気圧を受けるた
め、ターボ機械側から軸端側の方向に移動する。
すれば、流体スラスト制御コントローラ１０は、スラス
ト変位センサ５の信号を判断して、ターボ機械側の電磁
石固定子２Ｂ内の空気圧路３Ｂに、回転ディスク１のタ
ーボ機械側の側面に、空気圧源からの高圧空気がかかる
ように、電磁弁１１Ｂを作動させる。同時に、同じ側の
空気取出口１４Ｂが電磁弁１１Ｂで閉じ、反対側の空気
取出口が電磁弁１１Ａで低圧部につながるようにする。
従って、回転ディスク１はターボ機械側の電磁石固定子
２Ｂ内の空気圧路３Ｂより、高圧の空気圧を受けるた
め、ターボ機械側から軸端側の方向に移動する。
【００１８】又、流体スラスト制御コントローラ１０
は、空気圧源側のレギュレータ１２の開度を調整して、
適切な圧力がかかるように制御する。このように回転デ
ィスク１の両側に設けられた空気圧路３Ａ、３Ｂ、を介
して、電磁弁１１Ａ、１１Ｂにより駆動方向の制御を行
うことができ、レギュレータ１２により空気圧力（駆動
力）の制御を行うことができる。
は、空気圧源側のレギュレータ１２の開度を調整して、
適切な圧力がかかるように制御する。このように回転デ
ィスク１の両側に設けられた空気圧路３Ａ、３Ｂ、を介
して、電磁弁１１Ａ、１１Ｂにより駆動方向の制御を行
うことができ、レギュレータ１２により空気圧力（駆動
力）の制御を行うことができる。
【００１９】尚、空気圧路は、電磁石固定子２Ａ，２Ｂ
内に設けるのでなく、空気取出口１４Ａ，１４Ｂ近傍の
ケーシグ１３に設けることもできる。回転ディスク１の
駆動に十分な空気圧を与えられる配置であればよいの
で、このような構成により、電磁石固定子内に空気圧路
を設ける必要が無くなり、空気圧路の構成が容易とな
る。
内に設けるのでなく、空気取出口１４Ａ，１４Ｂ近傍の
ケーシグ１３に設けることもできる。回転ディスク１の
駆動に十分な空気圧を与えられる配置であればよいの
で、このような構成により、電磁石固定子内に空気圧路
を設ける必要が無くなり、空気圧路の構成が容易とな
る。
【００２０】又、低圧側に接続した空気取出口は、特に
設けなくても動作上支障をきたさない場合には省略する
ことができる。
設けなくても動作上支障をきたさない場合には省略する
ことができる。
【００２１】回転機械がターボ機械である場合には、回
転機械内の高圧部の高圧空気を利用して空気圧源とし、
回転機械内の低圧部の低圧空気を利用して低圧側とする
ことができる。係る構成により、スラスト流体制御機構
には、特に空気圧源及び低圧側を準備する必要がなくな
り、よりコンパクトな装置構成とすることができる。
転機械内の高圧部の高圧空気を利用して空気圧源とし、
回転機械内の低圧部の低圧空気を利用して低圧側とする
ことができる。係る構成により、スラスト流体制御機構
には、特に空気圧源及び低圧側を準備する必要がなくな
り、よりコンパクトな装置構成とすることができる。
【００２２】尚、回転ディスク１の対向するケーシング
１３は、漏れを少なくするためにディスクとの隙間を狭
くし、ラビリンスなどを設ける方が効果的である。ま
た、電磁石固定子２Ａ，２Ｂと回転ディスク１のボス部
との空隙部にも、ラビリンスなどを設けると効果的であ
る。
１３は、漏れを少なくするためにディスクとの隙間を狭
くし、ラビリンスなどを設ける方が効果的である。ま
た、電磁石固定子２Ａ，２Ｂと回転ディスク１のボス部
との空隙部にも、ラビリンスなどを設けると効果的であ
る。
【００２３】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明はスラス
ト磁気軸受装置に、変位センサの信号により、空気圧を
利用して軸方向の位置制御を行う流体制御機構を備えた
ものである。従って、流体圧力によるスラスト方向の制
御によって、磁気吸引力（電磁力）の負担が軽減する。
それ故、磁気軸受装置の形状を小型にすることができ、
その電源容量を小さくすることができ、且つ信頼性の高
いものとすることができる。
ト磁気軸受装置に、変位センサの信号により、空気圧を
利用して軸方向の位置制御を行う流体制御機構を備えた
ものである。従って、流体圧力によるスラスト方向の制
御によって、磁気吸引力（電磁力）の負担が軽減する。
それ故、磁気軸受装置の形状を小型にすることができ、
その電源容量を小さくすることができ、且つ信頼性の高
いものとすることができる。
【図１】本発明の一実施例のスラスト磁気軸受装置の説
明図。
明図。
【図２】従来のスラスト磁気軸受装置の説明図。
１ 回転ディスク ２Ａ，２Ｂ 電磁石固定子 ３Ａ，３Ｂ 空気圧路 ４ 電磁石コイル ５ スラスト変位センサ ６ 回転軸 ７ センサアンプ ８ 補償回路 ９ 電力増幅器 １０ 流体スラスト制御コントローラ １１Ａ，１１Ｂ 電磁弁 １２ レギュレータ １３ ケーシング １４Ａ，１４Ｂ 空気取出口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F16C 32/04 F16C 32/00 F16C 32/06
Claims (2)
- 【請求項１】 回転機械を支持する回転軸に固着した磁
性材料製の回転ディスクと、該回転ディスクから微小間
隔を隔ててケーシングに固定された電磁石固定子と、該
回転ディスクと電磁石固定子間の相対変位を測定する変
位センサと、該変位センサからの出力信号をもとに、前
記回転ディスクと電磁石固定子間に作用する磁気吸引力
を制御する補償回路と電力増幅器を具備するスラスト磁
気軸受装置において、 前記回転ディスクに対して高圧空気を供給する空気圧路
を設け、該空気圧路は制御弁を介して高圧空気源に接続
され、前記高圧空気の解放口を前記回転子近傍に設け、 前記制御弁は前記変位センサの信号により開閉されるこ
とで、前記回転ディスクの軸方向位置を制御する ことを
特徴とするスラスト磁気軸受装置。 - 【請求項２】 前記空気圧源として前記回転機械内の高
圧部を利用し、該高圧部を前記空気圧路に接続し、前記
回転機械内の低圧部を前記ケーシングに設けた空気取出
口に接続したことを特徴とする請求項１記載のスラスト
磁気軸受装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35099092A JP3215529B2 (ja) | 1992-12-04 | 1992-12-04 | スラスト磁気軸受装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35099092A JP3215529B2 (ja) | 1992-12-04 | 1992-12-04 | スラスト磁気軸受装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06173949A JPH06173949A (ja) | 1994-06-21 |
| JP3215529B2 true JP3215529B2 (ja) | 2001-10-09 |
Family
ID=18414289
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35099092A Expired - Fee Related JP3215529B2 (ja) | 1992-12-04 | 1992-12-04 | スラスト磁気軸受装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3215529B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100763960B1 (ko) * | 2001-04-06 | 2007-10-05 | 삼성테크윈 주식회사 | 에어 포일 트러스트 베어링 시스템 |
| DE102007028905B3 (de) * | 2007-06-22 | 2008-12-11 | Siemens Ag | Lagereinrichtung zur berührungsfreien Lagerung eines Rotors gegen einen Stator |
| CN109058293A (zh) * | 2018-08-14 | 2018-12-21 | 珠海格力电器股份有限公司 | 一种转轴轴承结构和电机 |
| CN114017238B (zh) * | 2021-11-09 | 2023-07-25 | 湖南远程电子有限公司 | 水轮发电机组及其推力瓦调整方法、负荷监测方法与系统 |
-
1992
- 1992-12-04 JP JP35099092A patent/JP3215529B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06173949A (ja) | 1994-06-21 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |