JP6154871B2

JP6154871B2 - Magnetic levitation rotor mechanism

Info

Publication number: JP6154871B2
Application number: JP2015198663A
Authority: JP
Inventors: 林宗憲
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2015-08-17
Filing date: 2015-10-06
Publication date: 2017-06-28
Anticipated expiration: 2035-10-06
Also published as: CN106468268A; CN106468268B; TW201708710A; JP2017040357A; TWI658212B

Description

Detailed Description of the Invention

〔技術分野〕
本発明は、磁気浮上ローター機構に関し、特に流体機械に用いられる磁気浮上ローター機構に関する。〔Technical field〕
The present invention relates to a magnetic levitation rotor mechanism, and more particularly to a magnetic levitation rotor mechanism used in a fluid machine.

流体に対して作用する代表的な磁気浮上（ｍａｇｎｅｔｉｃｌｅｖｉｔａｔｉｏｎ）ローター機構は、回転軸と、回転軸の一端に設けられたインペラ（ｉｍｐｅｌｌｅｒ）と、２つの径方向磁気浮上軸受と、２つの軸方向磁気浮上軸受と、２つの軸方向磁気浮上軸受の間に位置する推力盤（ｆｏｒｃｅｄｉｓｋ）とを含む。軸方向磁気浮上軸受が給電されると、推力盤に対する磁気的な引力が生じ、磁気浮上ローターの軸方向の変位が制御される。 A typical magnetic levitation rotor mechanism acting on a fluid includes a rotating shaft, an impeller provided at one end of the rotating shaft, two radial magnetic levitation bearings, and two axial directions. A magnetic levitation bearing and a thrust disk positioned between the two axial magnetic levitation bearings. When the axial magnetic levitation bearing is supplied with power, a magnetic attractive force is generated on the thrust disk, and the axial displacement of the magnetic levitation rotor is controlled.

しかし、通常、推力盤および軸方向磁気浮上軸受とインペラとの間には、ある程度の距離が存在する。また、ローターが熱膨張で伸びることにより、軸方向磁気浮上軸受とインペラとの間の誤差が増加する（両者が離れるほど、誤差量が増える）ため、軸方向磁気浮上軸受による磁気浮上ローターの軸方向変位の制御が困難となり、インペラ端における隙間の精度要求を満たすことができなくなる。 However, there is usually a certain distance between the thrust disk and the axial magnetic levitation bearing and the impeller. Also, since the rotor expands due to thermal expansion, the error between the axial magnetic levitation bearing and the impeller increases (the amount of error increases as the distance between the two increases), so the axis of the magnetic levitation rotor by the axial magnetic levitation bearing It becomes difficult to control the direction displacement, and it becomes impossible to satisfy the accuracy requirement of the gap at the end of the impeller.

例えば、台湾特許公開２０１３１７４６８号には、推力盤および軸受とインペラとの間に長い間隔が存在することにより、推力盤および軸受とインペラとの間の積算誤差が大きくなることが開示されている。 For example, Taiwanese Patent Publication No. 2013137468 discloses that a long gap exists between the thrust plate and the bearing and the impeller, so that an integration error between the thrust plate and the bearing and the impeller becomes large.

本発明は、インペラを軸方向推力盤とし、軸方向磁気浮上軸受を流体動力（ｆｌｕｉｄｄｙｎａｍｉｃ）素子として兼用可能な磁気浮上ローター機構であって、コンパクト化および組立工程の簡易化を実現し、且つ、ローターの熱膨脹による推力盤の位置への影響を低減させると共に、磁気浮上ローターの軸方向の変位の安定性を高め、インペラ端における隙間の精度要求を満たすことができる磁気浮上ローター機構に関する。 The present invention is a magnetic levitation rotor mechanism that can also be used as an impeller as an axial thrust disk and an axial magnetic levitation bearing as a fluid dynamic element, which achieves compactness and simplification of the assembly process, and The present invention relates to a magnetic levitation rotor mechanism that can reduce the influence on the position of a thrust plate due to the thermal expansion of the rotor, increase the stability of the axial displacement of the magnetic levitation rotor, and satisfy the accuracy requirement of the clearance at the impeller end.

本発明の一実施例によれば、第一径方向磁気浮上軸受と、第二径方向磁気浮上軸受と、モータモジュールと、流体動力素子機構と、磁気浮上ローターとを含む磁気浮上ローター機構を提供する。流体動力素子機構は、第一軸方向磁気浮上軸受と、第二軸方向磁気浮上軸受と、インペラとを含む。インペラは、第一軸方向磁気浮上軸受と第二軸方向磁気浮上軸受との間に位置し、推力盤として流体を推進する。磁気浮上ローターは、流体動力素子機構、第一径方向磁気浮上軸受、モータモジュール、および第二径方向磁気浮上軸受を貫通する。流体動力素子機構、第一径方向磁気浮上軸受、モータモジュール、および第二径方向磁気浮上軸受は、この順に並んでいる。 According to one embodiment of the present invention, a magnetic levitation rotor mechanism including a first radial magnetic levitation bearing, a second radial magnetic levitation bearing, a motor module, a fluid power element mechanism, and a magnetic levitation rotor is provided. To do. The fluid power element mechanism includes a first axial magnetic levitation bearing, a second axial magnetic levitation bearing, and an impeller. The impeller is positioned between the first axial magnetic levitation bearing and the second axial magnetic levitation bearing and propels fluid as a thrust disc. The magnetic levitation rotor passes through the fluid power element mechanism, the first radial magnetic levitation bearing, the motor module, and the second radial magnetic levitation bearing. The fluid power element mechanism, the first radial magnetic levitation bearing, the motor module, and the second radial magnetic levitation bearing are arranged in this order.

本発明の上記態様および他の態様をより分かりやすくするために、以下は図面と共に各実施例を挙げ、詳しく説明する。 In order to make the above aspect and other aspects of the present invention easier to understand, the following examples will be described in detail with reference to the drawings.

本発明の一実施例に係る、流体機械に用いられる磁気浮上ローター機構を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the magnetic levitation rotor mechanism used for the fluid machine based on one Example of this invention. 図１の磁気浮上ローター機構における局部２'を示す拡大図である。It is an enlarged view which shows local part 2 'in the magnetic levitation rotor mechanism of FIG. 本発明の一実施例に係るインペラを示す全体図である。1 is an overall view showing an impeller according to an embodiment of the present invention. 図３Ａのインペラを示す正面図である。It is a front view which shows the impeller of FIG. 3A. 図２の流体動力素子機構の電流と制御パワーとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the electric current and control power of the fluid motive power element mechanism of FIG. 本発明の別の実施例に係る磁気浮上ローター機構の局部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the local part of the magnetic levitation rotor mechanism which concerns on another Example of this invention. 本発明の別の実施例に係る磁気浮上ローター機構の局部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the local part of the magnetic levitation rotor mechanism which concerns on another Example of this invention.

図１は本発明の一実施例に係る、流体機械に用いられる磁気浮上ローター機構１００を示す断面図であり、図２は図１の磁気浮上ローター機構１００の局部２'を示す拡大図である。 FIG. 1 is a sectional view showing a magnetic levitation rotor mechanism 100 used in a fluid machine according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged view showing a local portion 2 ′ of the magnetic levitation rotor mechanism 100 of FIG. .

磁気浮上ローター機構１００は、例えば流体を遠い場所や高い場所へ駆動することが可能なポンプである。磁気浮上ローター機構１００は、筐体１０５と、回転軸１１０と、第一径方向磁気浮上軸受１２０と、モータモジュール１３０と、第二径方向磁気浮上軸受１４０と、流体動力素子機構１５０と、固定材１６０と、第一位置センサ１７０と、第二位置センサ１８０とを含む。なお、図示していないが、本発明の実施例では、回転軸１１０、第一径方向磁気浮上軸受１２０、モータモジュール１３０、第二径方向磁気浮上軸受１４０、流体動力素子機構１５０、第一位置センサ１７０および第二位置センサ１８０の動作を制御するコントローラをさらに含んでもよい。 The magnetic levitation rotor mechanism 100 is, for example, a pump that can drive a fluid to a distant place or a high place. The magnetic levitation rotor mechanism 100 includes a housing 105, a rotating shaft 110, a first radial magnetic levitation bearing 120, a motor module 130, a second radial magnetic levitation bearing 140, a fluid power element mechanism 150, and a fixed A material 160, a first position sensor 170, and a second position sensor 180 are included. Although not shown, in the embodiment of the present invention, the rotating shaft 110, the first radial magnetic levitation bearing 120, the motor module 130, the second radial magnetic levitation bearing 140, the fluid power element mechanism 150, the first position A controller for controlling operations of the sensor 170 and the second position sensor 180 may be further included.

回転軸１１０は、流体動力素子機構１５０、第一径方向磁気浮上軸受１２０、モータモジュール１３０、および第二径方向磁気浮上軸受１４０を貫通している。なお、流体動力素子機構１５０、第一径方向磁気浮上軸受１２０、モータモジュール１３０および第二径方向磁気浮上軸受１４０は、回転軸１１０の先端から後端への方向に、この順に並んでいる。 The rotating shaft 110 passes through the fluid power element mechanism 150, the first radial magnetic levitation bearing 120, the motor module 130, and the second radial magnetic levitation bearing 140. The fluid power element mechanism 150, the first radial magnetic levitation bearing 120, the motor module 130, and the second radial magnetic levitation bearing 140 are arranged in this order in the direction from the front end to the rear end of the rotating shaft 110.

図２に示すように、流体動力素子機構１５０は、インペラ１５１と、第一軸方向磁気浮上軸受１５２と、第二軸方向磁気浮上軸受１５３と、第一補助軸受１５４と、第二補助軸受１５５とを含む。インペラ１５１は、第一軸方向磁気浮上軸受１５２と第二軸方向磁気浮上軸受１５３との間に位置している。また、筐体１０５の突出部１０５１と、第一軸方向磁気浮上軸受１５２と、第二軸方向磁気浮上軸受１５３との間には、流路が形成される。インペラ１５１は、回転軸１１０に固定されており、回転軸１１０が回転すると、インペラ１５１が流体を推進し、流体の流れを発生させる。 As shown in FIG. 2, the fluid power element mechanism 150 includes an impeller 151, a first axial magnetic levitation bearing 152, a second axial magnetic levitation bearing 153, a first auxiliary bearing 154, and a second auxiliary bearing 155. Including. The impeller 151 is located between the first axial magnetic levitation bearing 152 and the second axial magnetic levitation bearing 153. A flow path is formed between the protruding portion 1051 of the housing 105, the first axial magnetic levitation bearing 152, and the second axial magnetic levitation bearing 153. The impeller 151 is fixed to the rotating shaft 110. When the rotating shaft 110 rotates, the impeller 151 propels the fluid and generates a fluid flow.

第一軸方向磁気浮上軸受１５２および第二軸方向磁気浮上軸受１５３は、共に筐体１０５の突出部１０５１に設けられ、例えばネジ結合の形式で、突出部１０５１上の互いに反対向きである第一壁面１０５ｓ１および第二壁面１０５ｓ２にそれぞれ固定されている。 The first axial magnetic levitation bearing 152 and the second axial magnetic levitation bearing 153 are both provided in the protruding portion 1051 of the housing 105, and are first opposite to each other on the protruding portion 1051, for example, in the form of screw connection. Fixed to the wall surface 105s1 and the second wall surface 105s2.

インペラ１５１は、推力盤としても機能する。具体的には、第一軸方向磁気浮上軸受１５２のコイル１５２１に給電すると、インペラ１５１と第一軸方向磁気浮上軸受１５２との間に磁力が発生し、回転軸１１０を、軸方向に変位するように駆動する（例えば、回転軸１１０を＋Ｚ軸方向へ推進する）。これと同様に、第二軸方向磁気浮上軸受１５３のコイル１５３１に給電すると、インペラ１５１と第二軸方向磁気浮上軸受１５３との間に磁力が発生し、回転軸１１０を、軸方向に変位するように駆動する（例えば、回転軸１１０を−Ｚ軸方向に推進する）。第一軸方向磁気浮上軸受１５２および/または第二軸方向磁気浮上軸受１５３における電流を制御することにより、回転軸１１０の軸方向の変位量を制御することができる。 The impeller 151 also functions as a thrust board. Specifically, when power is supplied to the coil 1521 of the first axial magnetic levitation bearing 152, a magnetic force is generated between the impeller 151 and the first axial magnetic levitation bearing 152, and the rotary shaft 110 is displaced in the axial direction. (For example, the rotating shaft 110 is propelled in the + Z-axis direction). Similarly, when power is supplied to the coil 1531 of the second axial magnetic levitation bearing 153, a magnetic force is generated between the impeller 151 and the second axial magnetic levitation bearing 153, and the rotary shaft 110 is displaced in the axial direction. (For example, the rotating shaft 110 is propelled in the −Z-axis direction). By controlling the current in the first axial magnetic levitation bearing 152 and / or the second axial magnetic levitation bearing 153, the amount of axial displacement of the rotary shaft 110 can be controlled.

図３Ａおよび図３Ｂを参照する。図３Ａは本発明の一実施例に係るインペラ１５１を示す全体図であり、図３Ｂは図３Ａのインペラ１５１を示す正面図である。本実施例では、インペラ１５１は円盤状であるが、必要に応じて別の外形に設計してもよい。インペラ１５１は、推力盤１５１１、および推力盤１５１１の外縁に設けられた複数の羽根１５１２を含む。羽根１５１２は流体動力素子として機能することができる。具体的には、羽根１５１２は、流体に対して作用することにより、流体の揚程（ｌｉｆｔ）を実現する。一実施例において、インペラ１５１は、透磁性（ｍａｇｎｅｔｉｃｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ）を有し、材質としては、例えば透磁性を有する主軸用の鋼や低炭素鋼などである。 Please refer to FIG. 3A and FIG. 3B. 3A is an overall view showing an impeller 151 according to one embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a front view showing the impeller 151 of FIG. 3A. In this embodiment, the impeller 151 has a disk shape, but may be designed to have a different outer shape as necessary. The impeller 151 includes a thrust board 1511 and a plurality of blades 1512 provided on the outer edge of the thrust board 1511. The blade 1512 can function as a fluid power element. Specifically, the blades 1512 realize a fluid lift by acting on the fluid. In one embodiment, the impeller 151 has magnetic permeability, and is made of, for example, steel for main shaft or low carbon steel having permeability.

第一補助軸受１５４および第二補助軸受１５５は、第一軸方向磁気浮上軸受１５２および第二軸方向磁気浮上軸受１５３にそれぞれ設けられている。第一補助軸受１５４は第一外側面１５４ｓ１を有し、第二軸方向磁気浮上軸受１５５は第二外側面１５５ｓ１を有する。また、回転軸１１０の第一端面１１０ｓ１と、固定材１６０の第二端面１６０ｓ１との間の距離はＨ１であり、第一補助軸受１５４の第一外側面１５４ｓ１と、第二軸方向磁気浮上軸受１５５の第二外側面１５５ｓ１との間の距離はＨ２である。本実施例では、磁気浮上ローター機構１００の正常な使用において、第一補助軸受１５４および第二補助軸受１５５と、第一軸方向磁気浮上軸受１５２および第二軸方向磁気浮上軸受１５３とが干渉されないように、距離Ｈ１が距離Ｈ２よりも大きい。 The first auxiliary bearing 154 and the second auxiliary bearing 155 are provided on the first axial magnetic levitation bearing 152 and the second axial magnetic levitation bearing 153, respectively. The first auxiliary bearing 154 has a first outer surface 154s1, and the second axial magnetic levitation bearing 155 has a second outer surface 155s1. The distance between the first end surface 110s1 of the rotating shaft 110 and the second end surface 160s1 of the fixing member 160 is H1, and the first outer surface 154s1 of the first auxiliary bearing 154 and the second axial magnetic levitation bearing. The distance between the second outer surface 155s1 of 155 is H2. In this embodiment, in normal use of the magnetic levitation rotor mechanism 100, the first auxiliary bearing 154 and the second auxiliary bearing 155, the first axial magnetic levitation bearing 152, and the second axial magnetic levitation bearing 153 are not interfered with each other. Thus, the distance H1 is larger than the distance H2.

第一補助軸受１５４および第二補助軸受１５５は、第一軸方向磁気浮上軸受１５２および第二軸方向磁気浮上軸受１５３が衝撃を受けて破損するのを防止している。具体的に説明すると、インペラ１５１は、互いに反対向きである第一インペラ側面１５１ｓ１および第二インペラ側面１５１ｓ２を有する。第一インペラ側面１５１ｓ１は、第一軸方向磁気浮上軸受１５２の第一内側面１５２ｓ１に面し、第二インペラ側面１５１ｓ２は、第二軸方向磁気浮上軸受１５３の第二内側面１５３ｓ１に面している。インペラ１５１の第一インペラ側面１５１ｓ１と、第一軸方向磁気浮上軸受１５２の第一内側面１５２ｓ１との間隔はＳ１であり、固定材１６０の第二端面１６０ｓ１と、第二補助軸受１５５の第二外側面１５５ｓ１との間隔はＳ２である。本実施例では、回転軸１１０の−Ｚ軸方向上の相対変位量が間隔Ｓ２を超えたときに、最初にインペラ１５１が第一軸方向軸受１５２に当たるのではなく、最初に固定材１６０が第二補助軸受１５５に当たるように、間隔Ｓ２が間隔Ｓ１よりも小さい。これにより、インペラ１５１や第一軸方向磁気浮上軸受１５２が衝撃を受けて破損するのを防止している。 The first auxiliary bearing 154 and the second auxiliary bearing 155 prevent the first axial magnetic levitation bearing 152 and the second axial magnetic levitation bearing 153 from being damaged by impact. More specifically, the impeller 151 has a first impeller side surface 151s1 and a second impeller side surface 151s2 that are opposite to each other . The first impeller side surface 151s1 faces the first inner side surface 152s1 of the first axial magnetic levitation bearing 152, and the second impeller side surface 151s2 faces the second inner side surface 153s1 of the second axial magnetic levitation bearing 153. Yes. The distance between the first impeller side surface 151 s 1 of the impeller 151 and the first inner side surface 152 s 1 of the first axial magnetic levitation bearing 152 is S 1, the second end surface 160 s 1 of the fixing member 160, and the second end surface of the second auxiliary bearing 155. The distance from the outer surface 155s1 is S2. In the present embodiment, when the relative displacement amount of the rotating shaft 110 in the −Z-axis direction exceeds the interval S2, the impeller 151 does not first hit the first axial bearing 152, but the fixing material 160 is first The distance S2 is smaller than the distance S1 so as to hit the two auxiliary bearings 155. As a result, the impeller 151 and the first axial magnetic levitation bearing 152 are prevented from being damaged by impact.

また、同様に、インペラ１５１の第二インペラ側面１５１ｓ２と、第二軸方向磁気浮上軸受１５３の第二内側面１５３ｓ１との間隔はＳ３であり、回転軸１１０の第一端面１１０ｓ１と、第一補助軸受１５４の第一外側面１５４ｓ１との間隔はＳ４である。本実施例では、回転軸１１０の＋Ｚ軸方向上の相対変位量が間隔Ｓ４を超えたときに、最初にインペラ１５１が第二軸方向磁気浮上軸受１５３に当たるのではなく、最初に回転軸１１０が第一補助軸受１５４に当たるように、間隔Ｓ４が間隔Ｓ３よりも小さい。これにより、インペラ１５１や第二軸方向磁気浮上軸受１５３が衝撃を受けて破損するのを防止している。 Similarly, the distance between the second impeller side surface 151s2 of the impeller 151 and the second inner side surface 153s1 of the second axial magnetic levitation bearing 153 is S3, the first end surface 110s1 of the rotating shaft 110, and the first auxiliary The distance between the bearing 154 and the first outer surface 154s1 is S4. In the present embodiment, when the relative displacement amount of the rotary shaft 110 in the + Z-axis direction exceeds the interval S4, the impeller 151 does not first hit the second axial magnetic levitation bearing 153, but the rotary shaft 110 The interval S4 is smaller than the interval S3 so as to hit the first auxiliary bearing 154. As a result, the impeller 151 and the second axial magnetic levitation bearing 153 are prevented from being damaged by an impact.

第一位置センサ１７０は、例えば軸方向位置センサである。第一位置センサ１７０の検知方向は、回転軸１１０の第一マークＭ１に一致している。第一位置センサ１７０は、第一マークＭ１の位置を検知することにより、回転軸１１０の軸方向の位置を判断することができる。第一位置センサ１７０の検知方向が回転軸１１０の第一マークＭ１に一致しているときは、インペラ１５１の中心が突出部１０５１の中心に一致している。この場合、間隔Ｓ１と間隔Ｓ３とほぼ等しくなる。このようにすることで、第一位置センサ１７０が第一マークＭ１の位置ズレを検知したとき、インペラ１５１の軸方向の変位が生じたことを意味するため、第一軸方向磁気浮上軸受１５２および第二軸方向磁気浮上軸受１５３は、第一マークＭ１の中心が第一位置感測器１７０の中心にほぼ一致、または高精度に一致するように、回転軸１１０を、軸方向に変位するように制御することができる。なお、上記位置ズレは、回転軸１１０の振動または他の原因により発生しうるものである。 The first position sensor 170 is, for example, an axial position sensor. The detection direction of the first position sensor 170 coincides with the first mark M1 of the rotation shaft 110. The first position sensor 170 can determine the position of the rotating shaft 110 in the axial direction by detecting the position of the first mark M1. When the detection direction of the first position sensor 170 matches the first mark M1 of the rotating shaft 110, the center of the impeller 151 matches the center of the protrusion 1051. In this case, the interval S1 and the interval S3 are substantially equal. By doing in this way, when the first position sensor 170 detects the displacement of the first mark M1, it means that the axial displacement of the impeller 151 has occurred. Therefore, the first axial magnetic levitation bearing 152 and The second axial magnetic levitation bearing 153 displaces the rotary shaft 110 in the axial direction so that the center of the first mark M1 substantially coincides with the center of the first position sensor 170 or coincides with high accuracy. Can be controlled. It should be noted that the positional deviation can occur due to vibration of the rotating shaft 110 or other causes.

第二位置センサ１８０は、例えば径方向位置センサである。第二位置センサ１８０は回転軸１１０の第二マークＭ２に一致している。第二位置センサ１８０は、第二マークＭ２の位置を検知することにより、回転軸１１０上の第二マークＭ２の、径方向における位置を判断することができる。そして、第一径方向磁気浮上軸受１２０（図１に示す）は、回転軸１１０を、径方向に変位するように制御することにより、回転軸１１０上の第二マークＭ２の、径方向における位置を制御することができる。なお、同様の理由で、第二径方向軸受１４０に近接する場所に、同様の径方向位置センサおよび第二マークＭ２が設けられている。これにより、回転軸１１０の第二径方向軸受１４０側の、径方向における位置を制御する。 The second position sensor 180 is, for example, a radial position sensor. The second position sensor 180 coincides with the second mark M2 of the rotation shaft 110. The second position sensor 180 can determine the position of the second mark M2 on the rotation shaft 110 in the radial direction by detecting the position of the second mark M2. The first radial magnetic levitation bearing 120 (shown in FIG. 1) controls the rotational shaft 110 so as to be displaced in the radial direction, whereby the second mark M2 on the rotational shaft 110 is positioned in the radial direction. Can be controlled. For the same reason, the same radial position sensor and the second mark M2 are provided at a location close to the second radial bearing 140. Thereby, the position in the radial direction on the second radial bearing 140 side of the rotating shaft 110 is controlled.

図４は、流体動力素子機構１５０の電流と制御パワーとの関係を示す図である。図中の曲線Ｃ１は、推力盤（すなわちインペラ１５１）と軸方向磁気浮上軸受との間隔Ｓ１が間隔Ｓ３と異なる場合の、電流と制御パワーとの出力関係を示す。直線Ｃ２は、間隔Ｓ１と間隔Ｓ３とが等しい場合の、電流と制御パワーとの出力関係を示す。曲線Ｃ１とＣ２と比較すれば分かるように、間隔Ｓ１と間隔Ｓ３とが等しい場合には、制御出力は直線性となる。間隔Ｓ１と間隔Ｓ３とが異なる場合には、制御出力は非直線性となる。非直線性の制御曲線に比べ、回転軸１１０の位置の安定制御には、直線性の制御出力のほうが好ましい。推力盤と軸方向検知マークとの間に或る程度の距離が存在し、且つ回転軸１１０が熱膨張した場合、上記のような非直線性の制御出力が生じうる。ところで、一般公知の磁気浮上ローターシステムでは、推力盤およびインペラが互いに別の素子であるため、軸方向マークと推力盤との間、および、軸方向マークとインペラとの間は、それぞれ異なる距離となっている。そして、インペラの効率を維持するためには、通常、インペラに近い位置を軸方向マークとして選択することが多い。これにより、軸方向マークおよびインペラの主軸の熱膨張量を考慮せずに、インペラにおける隙間を一定に維持することができる。しかしながら、これでは軸方向マークと推力盤との距離が長くなり、軸方向における力が主軸の膨脹の影響で、非直線性の出力となることが多くなる。 FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the current of the fluid power element mechanism 150 and the control power. A curve C1 in the figure shows an output relationship between the current and the control power when the interval S1 between the thrust disk (that is, the impeller 151) and the axial magnetic levitation bearing is different from the interval S3. A straight line C2 indicates the output relationship between the current and the control power when the interval S1 and the interval S3 are equal. As can be seen from the comparison between the curves C1 and C2, when the interval S1 and the interval S3 are equal, the control output is linear. When the interval S1 and the interval S3 are different, the control output is non-linear. Compared to a non-linear control curve, a linear control output is preferable for stable control of the position of the rotating shaft 110. When a certain distance exists between the thrust board and the axial direction detection mark and the rotating shaft 110 is thermally expanded, the non-linear control output as described above can be generated. By the way, in the generally known magnetic levitation rotor system, since the thrust disk and the impeller are separate elements, there are different distances between the axial mark and the thrust disk and between the axial mark and the impeller, respectively. It has become. In order to maintain the impeller efficiency, a position close to the impeller is usually selected as an axial mark. Thereby, the clearance gap in an impeller can be maintained constant, without considering the amount of thermal expansion of an axial direction mark and the main shaft of an impeller. However, this increases the distance between the axial mark and the thrust board, and the axial force often results in non-linear output due to the expansion of the main shaft.

本発明の実施例におけるインペラ１５１は、それ自体が推力盤として機能するため、インペラ１５１にできるだけ近い位置に第一マークＭ１を設ける（すなわち、距離Ｌ１を短縮する）ことができ、推力盤（即インペラ１５１）の位置に応じる熱膨脹量を最小限にすることできる。このようにすることで、本発明の実施例における推力盤１５１と第一軸方向軸受１５２との間隔Ｓ１、および、推力盤１５１と第二軸方向軸受１５３との間隔Ｓ３を、主軸１１０の熱膨脹の影響を受けないものと見做すことができ、推力盤１５１の制御出力上の直線性関係を（図４の曲線Ｃ２に示すように）維持することができる。これにより、磁気浮上ローター機構１００の運転の安定性が向上する。 Since the impeller 151 in the embodiment of the present invention functions as a thrust board itself, the first mark M1 can be provided at a position as close as possible to the impeller 151 (that is, the distance L1 is shortened), and the thrust board (immediately) The amount of thermal expansion corresponding to the position of the impeller 151) can be minimized. By doing so, the distance S1 between the thrust plate 151 and the first axial bearing 152 and the distance S3 between the thrust plate 151 and the second axial bearing 153 in the embodiment of the present invention are set to the thermal expansion of the main shaft 110. Therefore, the linearity relationship on the control output of the thrust board 151 can be maintained (as shown by the curve C2 in FIG. 4). Thereby, the stability of the operation of the magnetic levitation rotor mechanism 100 is improved.

また、図２に示すように、回転軸１１０は固定端１１１を含み、固定材１６０は固定端１１１に固定可能である。本実施例では、固定端１１１および固定材１６０は、互いにマッチするネジ山を有しており、固定端１１１と固定材１６０とを互いにねじ込むことができる。これにより、回転軸１１０と固定材１６０との相対位置が固定される。 Further, as shown in FIG. 2, the rotation shaft 110 includes a fixed end 111, and the fixing material 160 can be fixed to the fixed end 111. In this embodiment, the fixed end 111 and the fixing material 160 have screw threads that match each other, and the fixing end 111 and the fixing material 160 can be screwed together. Thereby, the relative position of the rotating shaft 110 and the fixing material 160 is fixed.

回転軸１１０の第一端面１１０ｓ１と第一補助軸受１５４の第一外側面１５４ｓ１との間隔Ｓ４、および、第二端面１６０ｓ１と第二外側面１５５ｓ１との間隔Ｓ２は、下式（１）により規定されてもよい。 An interval S4 between the first end surface 110s1 of the rotating shaft 110 and the first outer surface 154s1 of the first auxiliary bearing 154 and an interval S2 between the second end surface 160s1 and the second outer surface 155s1 are defined by the following expression (1). May be.

Ｓ２＋Ｓ４＝Ｈ１−（Ｈ３＋Ｈ４＋Ｈ５＋Ｈ６＋Ｈ７）（１） S2 + S4 = H1- (H3 + H4 + H5 + H6 + H7) (1)

式（１）中、Ｈ３は突出部１０５１の第一壁面１０５ｓ１と第二壁面１０５ｓ２との間の距離を示し、Ｈ４は突出部１０５１の第一壁面１０５ｓ１と第一軸方向磁気浮上軸受１５２の第三外側面１５２ｓ２との距離を示し、Ｈ５は突出部１０５１の第二壁面１０５ｓ２と第二軸方向磁気浮上軸受１５３の第四外側面１５３ｓ２との距離を示し、Ｈ６は第一軸方向磁気浮上軸受１５２の第三外側面１５２ｓ２と第一補助軸受１５４の第一外側面１５４ｓ１との距離を示し、Ｈ７は第二軸方向磁気浮上軸受１５３の第四外側面１５３ｓ２と第二補助軸受１５５の第二外側面１５５ｓ１との距離を示す。間隔Ｓ２およびＳ４を素子の設計段階で決定可能なように、距離Ｈ３、Ｈ４、Ｈ５、Ｈ６及Ｈ７を素子の設計段階で決定してもよく、さらにこれに基づいて間隔Ｓ１及Ｓ３の数値範囲を決定し、予め設計または予想される電流と制御パワーとの出力関係を得てもよい。 In Formula (1), H3 represents the distance between the first wall surface 105s1 and the second wall surface 105s2 of the protrusion 1051, and H4 represents the first wall surface 105s1 of the protrusion 1051 and the first axial magnetic levitation bearing 152. The distance between the third outer surface 152s2 and H5 indicates the distance between the second wall surface 105s2 of the protrusion 1051 and the fourth outer surface 153s2 of the second axial magnetic levitation bearing 153, and H6 indicates the first axial magnetic levitation bearing. 152 indicates the distance between the third outer surface 152s2 of the first outer surface 152 and the first outer surface 154s1 of the first auxiliary bearing 154, and H7 indicates the second outer surface 153s2 of the second axial magnetic levitation bearing 153 and the second of the second auxiliary bearing 155. The distance from the outer surface 155s1 is shown. The distances H3, H4, H5, H6 and H7 may be determined at the element design stage so that the spacings S2 and S4 can be determined at the element design stage, and based on this, the numerical range of the distances S1 and S3 And an output relationship between the current designed and predicted and the control power may be obtained.

本発明の実施例におけるインペラ１５１が推力盤として機能でき、且つ、インペラ１５１、第一軸方向磁気浮上軸受１５２、および第二軸方向磁気浮上軸受１５３が互いに近接するように設置されるため、距離Ｈ３、Ｈ４、Ｈ５、Ｈ６及Ｈ７の範囲が狭い範囲内に収まり（例えば回転軸１１０の先端や突出部１０５１の付近に収まる）、公差の積算量が減少し、組立後の磁気浮上ローター機構１００における間隔Ｓ２およびＳ４の精度が向上する。また、本発明の実施例では、インペラ１５１が推力盤として機能するため、余分の推力盤のコストおよび組立工程を省略することができ、磁気浮上ローター機構１００の組立の簡易化およびコンパクト化が可能となる。 The impeller 151 in the embodiment of the present invention can function as a thrust board, and the impeller 151, the first axial magnetic levitation bearing 152, and the second axial magnetic levitation bearing 153 are installed so as to be close to each other. The range of H3, H4, H5, H6, and H7 is within a narrow range (for example, within the vicinity of the tip of the rotating shaft 110 and the protruding portion 1051), the integrated amount of tolerance is reduced, and the magnetically levitated rotor mechanism 100 after assembly is reduced. The accuracy of the spacings S2 and S4 at is improved. In the embodiment of the present invention, since the impeller 151 functions as a thrust board, the cost of the extra thrust board and the assembly process can be omitted, and the assembly of the magnetic levitation rotor mechanism 100 can be simplified and made compact. It becomes.

図５は、本発明の別の実施例に係る磁気浮上ローター機構２００の局部を示す断面図である。磁気浮上ローター機構２００は、筐体２０５と、回転軸１１０と、第一径方向磁気浮上軸受１２０（図示せず）と、モータモジュール１３０（図示せず）と、第二径方向磁気浮上軸受１４０（図示せず）と、流体動力素子機構２５０と、固定材１６０と、第一位置センサ１７０と、第二位置センサ１８０とを含む。 FIG. 5 is a cross-sectional view showing a local part of a magnetically levitated rotor mechanism 200 according to another embodiment of the present invention. The magnetic levitation rotor mechanism 200 includes a housing 205, a rotating shaft 110, a first radial magnetic levitation bearing 120 (not shown), a motor module 130 (not shown), and a second radial magnetic levitation bearing 140. (Not shown), a fluid power element mechanism 250, a fixing member 160, a first position sensor 170, and a second position sensor 180.

流体動力素子機構２５０は、インペラ１５１と、第一軸方向磁気浮上軸受２５２と、第二軸方向磁気浮上軸受２５３と、第一補助軸受１５４と、第二補助軸受１５５とを含む。但し、本発明の実施例における磁気浮上ローター機構２００は、第一軸方向磁気浮上軸受２５２が第一当接面２５２ｓと、第一当接面２５２ｓから内部へ窪んだ第一凹部２５２ｒとを有し、第二軸方向磁気浮上軸受２５３が第二当接面２５３ｓと、第二当接面２５３ｓから内部へ窪んだ第二凹部２５３ｒとを有する点で、上記の実施例における磁気浮上ローター機構１００とは異なる。また、第一当接面２５２ｓと第二当接面２５３ｓとが当接することにより、第一凹部２５２ｒと第二凹部２５３ｒとの間に流路２５０ｒが形成される。インペラ１５１が回転すると、流体は、流路２５０ｒ内でインペラ１５１からの推進を受ける。 The fluid power element mechanism 250 includes an impeller 151, a first axial magnetic levitation bearing 252, a second axial magnetic levitation bearing 253, a first auxiliary bearing 154, and a second auxiliary bearing 155. However, in the magnetic levitation rotor mechanism 200 according to the embodiment of the present invention, the first axial magnetic levitation bearing 252 has a first abutment surface 252s and a first recess 252r recessed inward from the first abutment surface 252s. The magnetic levitation rotor mechanism 100 in the above embodiment is that the second axial magnetic levitation bearing 253 has a second contact surface 253s and a second recess 253r recessed inward from the second contact surface 253s. Is different. Further, the first contact surface 252s and the second contact surface 253s are in contact with each other, whereby a flow path 250r is formed between the first recess 252r and the second recess 253r. When the impeller 151 rotates, the fluid receives propulsion from the impeller 151 in the flow path 250r.

より具体的に説明すると、本発明の実施例における第一軸方向磁気浮上軸受２５２および第二軸方向磁気浮上軸受２５３が流路カバー板として機能し、その内部に設けられたインペラ１５１が流体を推進する。したがって、磁気浮上ローター機構２００は、余分の流路カバー板のコストおよび組立工程を省略することができ、磁気浮上ローター機構２００の組立の更なる簡易化および更なるコンパクト化が可能となる。 More specifically, the first axial magnetic levitation bearing 252 and the second axial magnetic levitation bearing 253 in the embodiment of the present invention function as a flow path cover plate, and an impeller 151 provided in the inside of the first magnetic levitation bearing 252 provides fluid. Promote. Therefore, the magnetic levitation rotor mechanism 200 can omit the cost of the extra flow path cover plate and the assembly process, and can further simplify the assembly of the magnetic levitation rotor mechanism 200 and make it more compact.

また、図示していないが、第一軸方向磁気浮上軸受２５２および/または第二軸方向磁気浮上軸受２５３は、流体入口および流体出口を有してもよい。流体は、流体入口からインペラ１５１へ進入し、インペラ１５１からの推進により流体出口へ運ばれることで、高い場所や遠い場所に運ばれる。 Although not shown, the first axial magnetic levitation bearing 252 and / or the second axial magnetic levitation bearing 253 may have a fluid inlet and a fluid outlet. The fluid enters the impeller 151 from the fluid inlet, and is carried to the fluid outlet by propulsion from the impeller 151, so that the fluid is carried to a high place or a far place.

第一軸方向磁気浮上軸受２５２および第二軸方向磁気浮上軸受２５３は、それぞれ第一上面２５２ｕおよび第二上面２５３ｕを有する。第一上面２５２ｕおよび第二上面２５３ｕは、ネジ結合の形式（図示せず）で磁気浮上ローター機構２００の筐体２０５に固定することができる。本実施例では、筐体２０５は、図２に示すような突出部１０５１を省略することができる。 The first axial magnetic levitation bearing 252 and the second axial magnetic levitation bearing 253 have a first upper surface 252u and a second upper surface 253u, respectively. The first upper surface 252u and the second upper surface 253u can be fixed to the housing 205 of the magnetically levitated rotor mechanism 200 in the form of screw coupling (not shown). In this embodiment, the housing 205 can omit the protruding portion 1051 as shown in FIG.

図６は、本発明の別の実施例に係る磁気浮上ローター機構３００の局部を示す断面図である。磁気浮上ローター機構３００は、筐体１０５と、回転軸１１０と、第一径方向磁気浮上軸受１２０（図示せず）と、モータモジュール１３０（図示せず）と、第二径方向磁気浮上軸受１４０（図示せず）と、流体動力素子機構２５０と、固定材１６０と、第一位置センサ１７０と、第二位置センサ１８０とを含む。 FIG. 6 is a cross-sectional view showing a local part of a magnetically levitated rotor mechanism 300 according to another embodiment of the present invention. The magnetic levitation rotor mechanism 300 includes a housing 105, a rotating shaft 110, a first radial magnetic levitation bearing 120 (not shown), a motor module 130 (not shown), and a second radial magnetic levitation bearing 140. (Not shown), a fluid power element mechanism 250, a fixing member 160, a first position sensor 170, and a second position sensor 180.

本実施例において、流体動力素子機構２５０は、インペラ１５１と、第一軸方向磁気浮上軸受２５２と、第二軸方向磁気浮上軸受２５３と、第一補助軸受１５４と、第二補助軸受１５５とを含む。但し、本発明の実施例における磁気浮上ローター機構３００は、第一軸方向磁気浮上軸受２５２および第二軸方向磁気浮上軸受２５３がそれぞれ筐体１０５の突出部１０５１の第一壁面１０５ｓ１および第二壁面１０５ｓ２に固定されることで、筐体１０５と、第一軸方向磁気浮上軸受２５２と、第二軸方向磁気浮上軸受２５３との間に流路２５０ｒが形成されている点で、上述した磁気浮上ローター機構２００とは異なる。 In this embodiment, the fluid power element mechanism 250 includes an impeller 151, a first axial magnetic levitation bearing 252, a second axial magnetic levitation bearing 253, a first auxiliary bearing 154, and a second auxiliary bearing 155. Including. However, in the magnetic levitation rotor mechanism 300 according to the embodiment of the present invention, the first axial magnetic levitation bearing 252 and the second axial magnetic levitation bearing 253 have the first wall surface 105s1 and the second wall surface of the protruding portion 1051 of the housing 105, respectively. The magnetic levitation described above in that the flow path 250r is formed between the housing 105, the first axial magnetic levitation bearing 252 and the second axial magnetic levitation bearing 253 by being fixed to 105s2. Different from the rotor mechanism 200.

以上、上記各実施例を通して本発明を開示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、当業者が本発明の精神および範囲を超えない範囲で、様々な変更および改修を成し得る。したがって、本発明の保護範囲は、添付された特許請求の範囲により定義されるべきである。 As mentioned above, although this invention was disclosed through the said each Example, this invention is not limited to this, A person skilled in the art can make various change and improvement in the range which does not exceed the spirit and scope of this invention. . Accordingly, the protection scope of the present invention should be defined by the appended claims.

１００、２００、３００磁気浮上ローター機構
１０５、２０５筐体
１０５ｓ１第一壁面
１０５ｓ２第二壁面
１０５１突出部
１１０回転軸
１１１固定端
１１０ｓ１第一端面
１２０第一径方向磁気浮上軸受
１３０モータモジュール
１４０第二径方向磁気浮上軸受
１５０、２５０流体動力素子機構
１５１インペラ
１５１ｓ１第一インペラ側面
１５１ｓ２第二インペラ側面
１５１１推力盤
１５１２羽根
１５２、２５２第一軸方向磁気浮上軸受
１５２ｓ１第一内側面
１５２ｓ２第三外側面
１５２１、１５３１コイル
１５３、２５３第二軸方向磁気浮上軸受
１５３ｓ１第二内側面
１５３ｓ２第四外側面
１５４第一補助軸受
１５４ｓ１第一外側面
１５５第二補助軸受
１５５ｓ１第二外側面
１６０固定材
１６０ｓ１第二端面
１７０第一位置センサ
１８０第二位置センサ
２５２ｓ第一当接面
２５２ｒ第一凹部
２５３ｓ第二当接面
２５３ｒ第二凹部
２５０ｒ流路
２５２ｕ第一上面
２５３ｕ第二上面
Ｃ１、Ｃ２曲線
Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４、Ｈ５、Ｈ６、Ｈ７距離
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４間隔
Ｍ１第一マーク
Ｍ２第二マーク 100, 200, 300 Magnetic levitation rotor mechanism 105, 205 Housing 105s1 First wall surface 105s2 Second wall surface 1051 Protruding portion 110 Rotating shaft 111 Fixed end 110s1 First end surface 120 First radial magnetic levitation bearing 130 Motor module 140 Second diameter Directional magnetic levitation bearing 150, 250 Fluid power element mechanism 151 Impeller 151s1 First impeller side surface 151s2 Second impeller side surface 1511 Thrust plate 1512 Blades 152, 252 First axial direction magnetic levitation bearing 152s1 First inner surface 152s2 Third outer surface 1521, 1531 Coil 153, 253 Second axial magnetic levitation bearing 153s1 Second inner surface 153s2 Fourth outer surface 154 First auxiliary bearing 154s1 First outer surface 155 Second auxiliary bearing 155s1 Second outer surface 160 Fixed material 160s1 Two end surfaces 170 First position sensor 180 Second position sensor 252s First contact surface 252r First recess 253s Second contact surface 253r Second recess 250r Flow path 252u First upper surface 253u Second upper surface C1, C2 Curves H1, H2 , H3, H4, H5, H6, H7 Distance S1, S2, S3, S4 Distance M1 First mark M2 Second mark

Claims

A magnetically levitated rotor mechanism used in a fluid machine,
Including a first radial magnetic levitation bearing, a second radial magnetic levitation bearing, a motor module, and a fluid power element mechanism,
The fluid power element mechanism is:
A first axial magnetic levitation bearing;
A second axial magnetic levitation bearing;
An impeller positioned between the first axial magnetic levitation bearing and the second axial magnetic levitation bearing and propelling fluid as a thrust disc;
Wherein said fluid power device mechanism, the first radial magnetic levitation bearing, the motor module, and a rotating shaft that passes through the second radial magnetic levitation bearings,
The magnetic levitation rotor mechanism in which the fluid power element mechanism, the first radial magnetic levitation bearing, the motor module, and the second radial magnetic levitation bearing are arranged in this order.

Further including a housing having a protrusion,
The magnetically levitated rotor mechanism according to claim 1, wherein a center of the impeller coincides with a center of the protrusion.

A housing having a first wall surface and a second wall surface opposite to the first wall surface ;
The magnetic levitation rotor mechanism according to claim 1, wherein the first axial magnetic levitation bearing and the second axial magnetic levitation bearing are fixed to the first wall surface and the second wall surface, respectively.

A fixing member having a second end face;
The rotating shaft has a first end surface;
The fluid power element mechanism is:
A first auxiliary bearing provided in the first axial magnetic levitation bearing and having a first outer surface;
A second auxiliary bearing provided on the second axial magnetic levitation bearing and having a second outer surface;
2. The magnetically levitated rotor mechanism according to claim 1, wherein a distance between the first end surface and the second end surface is larger than a distance between the first outer surface and the second outer surface.

The impeller has a first impeller side surface and a second impeller side surface opposite to the first impeller side surface;
The first impeller side surface faces the first inner side surface of the first axial magnetic levitation bearing,
The second impeller side surface faces the second inner side surface of the second axial magnetic levitation bearing,
An interval between the first impeller side surface and the first inner side surface is greater than an interval between the second end surface and the second outer surface;
5. The magnetically levitated rotor mechanism according to claim 4, wherein an interval between the second impeller side surface and the second inner surface is larger than an interval between the first end surface and the first outer surface.

A first position sensor that is installed so as to be close to the fluid power element mechanism and detects a position in a first direction on the rotation shaft;
A second position sensor that is installed so as to be close to the fluid power element mechanism and detects a position in the second direction on the rotating shaft;
The first position sensor is an axial position sensor;
The second position sensor is a radial position sensor,
The magnetic levitation rotor mechanism according to claim 1, wherein the first direction and the second direction are an axial direction and a radial direction, respectively.

The first axial magnetic levitation bearing has a first contact surface and a first recess recessed inward from the first contact surface,
The second axial magnetic levitation bearing has a second contact surface and a second recess recessed inward from the second contact surface,
The first contact surface and the second contact surface contact each other;
The magnetically levitated rotor mechanism according to claim 1, wherein a flow path is formed between the first recess and the second recess.