JP6978703B2 - 遠心型圧縮機 - Google Patents

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Description

本開示は、遠心型圧縮機に関する。
従来、軸方向において互いに間隔をあけて配置される複数のスラスト磁気軸受を備える遠心型圧縮機が知られている。この種の遠心型圧縮機は、例えば特許文献1に記載されている。特許文献1に開示される遠心型圧縮機は、シャフトと、ロータと、ステータと、インペラと、2つのラジアル磁気軸受と、2つのスラスト磁気軸受とを備える。ロータは、シャフトと同軸状となるようにシャフトに固定される。インペラは、シャフトの前端部に固定される。2つのラジアル磁気軸受は、ロータ(電動機)を挟んで互いに対向するように配置される。2つのスラスト磁気軸受は、一方が軸方向においてインペラと前側のラジアル磁気軸受との間に配置され、他方が軸方向において後側のラジアル磁気軸受の後側に配置される、としている。
特開2019−173823号公報(特に段落0027〜0032)
特許文献1に記載のような遠心型圧縮機において、一方のスラスト磁気軸受と、他方のスラスト磁気軸受として、単純に同等の構成のものを採用した場合、インペラの回転数の上昇により生じる軸部のスラスト荷重を、バランスよくキャンセルすることができない虞があった。
本開示の目的は、軸部のスラスト荷重をバランスよくキャンセルできるようにすることである。
本開示の第1の態様は、ケーシング(10)と、モータステータ(11)と、軸部(15)と、モータロータ(12)と、圧縮部(20)と、第1スラスト磁気軸受(50)と、第2スラスト磁気軸受(60)とを備える遠心型圧縮機(100)である。前記ケーシング(10)は、筒状であり、軸方向に延びる。前記モータステータ(11)は、前記ケーシング(10)の径方向内側に固定される。前記軸部(15)は、前記モータステータ(11)の径方向内側に配置され、軸方向に延びる。前記モータロータ(12)は、前記軸部(15)に固定され、前記モータステータ(11)と径方向に間隔をあけて対向する。前記圧縮部(20)は、前記軸部(15)の軸方向一方側の端部に固定されるとともに、少なくとも一つのインペラ(21)を有する。前記第1スラスト磁気軸受(50)は、軸方向において前記モータロータ(12)と前記インペラ(21)との間に配置される。前記第2スラスト磁気軸受(60)は、軸方向において前記モータロータ(12)よりも軸方向他方側に配置される。前記第2スラスト磁気軸受(60)の軸方向他方側への磁気吸引力は、前記第1スラスト磁気軸受(50)の軸方向一方側への磁気吸引力よりも大きい。
一般的な遠心型圧縮機において、インペラの回転数が上がると、インペラの底板部よりも軸方向一方側(インペラ室)が低圧になって、インペラの底板部よりも軸方向他方側が高圧となる。そのため、軸部には、軸方向一方側に向かうスラスト荷重が生じる。第1の態様では、第2スラスト磁気軸受(60)の磁気吸引力が軸部(15)を軸方向他方側へ引っ張り、第1スラスト磁気軸受(50)の磁気吸引力が上記よりも弱い力で軸部(15)を軸方向一方側へ引っ張ることとなる。その結果、軸部(15)のスラスト荷重を磁気吸引力によりバランスよくキャンセルすることができる。
本開示の第2の態様は、上記第1の態様の遠心型圧縮機(100)において、前記第1スラスト磁気軸受(50)は、第1ロータ(51)と、第1ステータ(52)とを備える。前記第1ロータ(51)は、前記軸部(15)に同軸状に固定される。前記第1ステータ(52)は、前記ケーシング(10)の径方向内側に固定され、前記第1ロータ(51)と軸方向に間隔をあけて前記第1ロータ(51)よりも軸方向一方側に位置する。前記第2スラスト磁気軸受(60)は、第2ロータ(61)と、第2ステータ(62)とを備える。前記第2ロータ(61)は、前記軸部(15)に同軸状に固定される。前記第2ステータ(62)は、前記ケーシング(10)の径方向内側に固定され、前記第2ロータ(61)と軸方向に間隔をあけて前記第2ロータ(61)よりも軸方向他方側に位置する。前記第2ロータ(61)の外径は、前記第1ロータ(51)の外径よりも大きい。
第2の態様では、簡単な構成で、第2スラスト磁気軸受(60)の磁気吸引力を、第1スラスト磁気軸受(50)の磁気吸引力よりも大きくすることができる。
本開示の第3の態様は、上記第2の形態の遠心型圧縮機(100)において、前記第1ロータ(51)の外径は、前記モータステータ(11)の内径よりも小さい。
第3の態様では、軸部(15)と、第1ロータ(51)と、モータロータ(12)とを合わせたものを、アッセンブリーとして、軸方向他方側からケーシング(10)内に組み付けることが可能となる。その結果、遠心型圧縮機(100)の組付けを効率よく行える。
本願の第4の態様は、上記第1〜第3の態様のいずれか一つの遠心型圧縮機(200)において、前記圧縮部(20)は、前記インペラ(21, 25)を二つ以上備える。
軸部(15)の軸方向一方側にインペラ(21, 25)が多段に設けられる場合、最も軸方向他方側のインペラ(25)の底板部よりも軸方向一方側の空間(インペラ室)と、最も軸方向他方側のインペラ(25)の底板部よりも軸方向他方側の空間と、の間の差圧がより顕著となる。斯かる場合に第4の態様を採用した場合、軸部(15)のスラスト荷重を磁気吸引力によりバランスよくキャンセルすることができ、特に有用である。
図1は、第1実施形態に係る遠心型圧縮機の概略構成を示す縦断面図である。 図2は、第2実施形態に係る遠心型圧縮機の概略構成を示す縦断面図である。
≪第1実施形態≫
本開示の第1実施形態について説明する。
以下では、本実施形態に係る遠心型圧縮機(100)について、図1を参照して説明する。図1は、第1実施形態に係る遠心型圧縮機(100)の概略構成を示す縦断面図である。なお、以下の説明においては、遠心型圧縮機(100)の軸部(15)の延びる方向を軸方向、軸方向に垂直な方向を径方向、軸部(15)の周囲に沿う方向を周方向、とそれぞれ称する場合がある。ただし、これらの方向の規定は、遠心型圧縮機(100)の組付け時や使用時の向き等を限定するものではない。
遠心型圧縮機(100)は、ケーシング(10)と、モータステータ(11)と、軸部(15)と、モータロータ(12)と、圧縮部(20)と、第1ラジアル磁気軸受(30)と、第2ラジアル磁気軸受(40)と、第1スラスト磁気軸受(50)と、第2スラスト磁気軸受(60)と、制御部(70)と、電源部(80)と、タッチダウン軸受(90)と、を備える。
ケーシング(10)は、遠心型圧縮機(100)を構成するその他の部材を内部に収容する。ケーシング(10)は、胴部(10a)と、壁部(10b)と、閉塞部(10c)とを有する。胴部(10a)は、軸方向に延びる概ね筒状の部材である。胴部(10a)の軸方向一方側は閉塞されている。胴部(10a)の軸方向一方側の部位の内周面からは、壁部(10b)が径方向内側に向かって延びている。これにより、胴部(10a)において、壁部(10b)よりも軸方向一方側は、後述するインペラ(21)を収容するインペラ室(29)をなしている。
胴部(10a)の軸方向他方側は解放されている。閉塞部(10c)は、円板状である。閉塞部(10c)は、軸方向他方側から、胴部(10a)に重ね合わされる。これにより、胴部(10a)の軸方向他方側が閉塞されている。
モータステータ(11)は、軸方向に延びる円筒状である。モータステータ(11)は、ケーシング(10)の胴部(10a)の径方向内側に固定される。具体的には、モータステータ(11)の外周面が、胴部(10a)の内周面に固定される。
軸部(15)は、軸方向に延びる円柱状である。軸部(15)は、モータステータ(11)の径方向内側に配置される。軸部(15)は、いわゆるモータシャフトである。軸部(15)は、モータステータ(11)と同軸状に配置される。
モータロータ(12)は、軸方向に延びる円筒状である。モータロータ(12)は、モータステータ(11)の径方向内側、かつ、軸部(15)の径方向外側に配置される。モータロータ(12)は、軸部(15)に同軸状に固定される。モータロータ(12)の外周面は、径方向に隙間をあけて、モータステータ(11)の内周面と対向する。
モータステータ(11)およびモータロータ(12)のいずれか一方には、磁石のN極とS極とが周方向に交互に配列される。モータステータ(11)およびモータロータ(12)のいずか他方には、コイルが設けられる。モータステータ(11)とモータロータ(12)との間における、磁束と電流との相互作用によって、モータロータ(12)がモータステータ(11)に対して回転する。
圧縮部(20)は、軸部(15)の軸方向一方側の端部に固定される。具体的には、本実施形態の圧縮部(20)は、一つのインペラ(21)である。インペラ(21)は、外形が略円錐形状であり、周方向に並ぶ複数の羽根を有する。インペラ(21)は、壁部(10b)よりも軸方向一方側のインペラ室(29)に収容される。インペラ室(29)には、吸入管(22)および吐出管(23)が接続される。インペラ室(29)の外周部には、圧縮空間(28)が形成されている。吸入管(22)は、気体を外部からインペラ室(29)に導くために設けられる。吐出管(23)は、インペラ室(29)内で圧縮された高圧の気体を外部へ戻すために設けられている。
第1ラジアル磁気軸受(30)は、電磁力により軸部(15)を非接触に回転可能に支持する。第1ラジアル磁気軸受(30)は、第1ラジアルロータ(31)と、第1ラジアルステータ(32)とを有する。第1ラジアルロータ(31)は、モータロータ(12)の軸方向一方側であって、圧縮部よりも軸方向他方側に位置する。第1ラジアルロータ(31)は、軸部(15)に同軸状に固定される。第1ラジアルステータ(32)は、モータステータ(11)の軸方向一方側に位置する。第1ラジアルステータ(32)は、胴部(10a)の内周面に固定される。第1ラジアルロータ(31)は、径方向に間隔をあけて、第1ラジアルステータ(32)と対向する。
第2ラジアル磁気軸受(40)は、電磁力により軸部(15)を非接触に回転可能に支持する。第2ラジアル磁気軸受(40)は、第2ラジアルロータ(41)と、第2ラジアルステータ(42)とを有する。第2ラジアルロータ(41)は、モータロータ(12)の軸方向他方側に位置する。第2ラジアルロータ(41)は、軸部(15)に同軸状に固定される。第2ラジアルステータ(42)は、モータステータ(11)の軸方向他方側に位置する。第2ラジアルステータ(42)は、胴部(10a)の内周面に固定される。第2ラジアルロータ(41)は、径方向に間隔をあけて、第2ラジアルステータ(42)と対向する。
第1スラスト磁気軸受(50)は、磁気吸引力により軸部(15)を軸方向一方側へと引っ張る。第1スラスト磁気軸受(50)は、軸方向においてモータロータ(12)と圧縮部(20)との間に配置される。より具体的には、第1スラスト磁気軸受(50)は、軸方向において第1ラジアルロータ(31)とインペラ(21)との間に位置する。第1スラスト磁気軸受(50)は、第1スラストロータ(51)と、第1スラストステータ(52)とを有する。第1スラストロータ(51)は、第1ラジアル磁気軸受(30)の第1ラジアルロータ(31)の軸方向一方側に位置する。第1スラストロータ(51)は、軸部(15)に同軸状に固定される。第1スラストステータ(52)は、第1ラジアル磁気軸受(30)の第1ラジアルステータ(32)の軸方向一方側に位置する。第1スラストステータ(52)は、胴部(10a)の内周面に固定される。第1スラストロータ(51)は、軸方向に間隔をあけて、第1スラストステータ(52)と対向する。
第1スラストステータ(52)には、コイルが設けられる。また、第1スラストステータ(52)は、軸方向に略垂直な磁極面を有する。第1スラストロータ(51)は、軸方向に略垂直な磁極面を有する。第1スラストステータ(52)の上記磁極面と、第1スラストロータ(51)の上記磁極面とは、軸方向に対向する。第1スラストステータ(52)の上記コイルに電流が流れると、上記対向する磁極面の間で軸方向の電磁力が生じる。これにより、第1スラストロータ(51)が第1スラストステータ(52)に対して軸方向一方側に引っ張られる。
第2スラスト磁気軸受(60)は、磁気吸引力により軸部(15)を軸方向他方側へと引っ張る。第2スラスト磁気軸受(60)は、モータロータ(12)よりも軸方向他方側に位置する。より具体的には、第2スラスト磁気軸受(60)は、第2ラジアル磁気軸受(40)の第2ラジアルロータ(41)よりも軸方向他方側に位置する。第2スラスト磁気軸受(60)は、第2スラストロータ(61)と、第2スラストステータ(62)とを有する。第2スラストロータ(61)は、第2ラジアル磁気軸受(40)の第2ラジアルロータ(41)の軸方向他方側に位置する。第2スラストロータ(61)は、軸部(15)に同軸状に固定される。第2スラストステータ(62)は、第2ラジアル磁気軸受(40)の第2ラジアルステータ(42)の軸方向他方側に位置する。第2スラストステータ(62)は、胴部(10a)の内周面に固定される。第2スラストロータ(61)は、軸方向に間隔をあけて、第2スラストステータ(62)と対向する。
第2スラストステータ(62)には、コイルが設けられる。また、第2スラストステータ(62)は、軸方向に略垂直な磁極面を有する。第2スラストロータ(61)は、軸方向に略垂直な磁極面を有する。第2スラストステータ(62)の上記磁極面と、第2スラストロータ(61)の上記磁極面とは、軸方向に対向する。第2スラストステータ(62)の上記コイルに電流が流れると、上記対向する磁極面の間で軸方向の電磁力が生じる。これにより、第2スラストロータ(61)が第2スラストステータ(62)に対して軸方向他方側に引っ張られる。
制御部(70)は、第1ラジアル磁気軸受(30)および第2ラジアル磁気軸受(40)に供給する電力を制御するための電力指令値(ラジアル電力指令値)を出力する。また、制御部(70)は、第1スラスト磁気軸受(50)および第2スラスト磁気軸受(60)に供給する電力を制御するための電力指令値(スラスト電力指令値)を出力する。例えば、制御部(70)は、マイクロコンピュータと、マイクロコンピュータを動作させるプログラムとによって構成される。
電源部(80)は、制御部(70)からのラジアル電力指令値およびスラスト電力指令値に基づいて、ラジアル磁気軸受(30, 40)およびスラスト磁気軸受(50, 60)に電力をそれぞれ供給する。例えば、電源部(80)は、PWM(Pulse Width Modulation)アンプによって構成される。
タッチダウン軸受(90)は、ラジアル磁気軸受(30, 40)におけるステータ(32, 42)とロータ(31, 41)との接触、およびスラスト磁気軸受(50, 60)におけるステータ(52, 62)とロータ(51, 61)との接触を防止するために設けられる。本実施形態では、一つのタッチダウン軸受(90)が、壁部(10b)に設けられる。また、本実施形態では、別の一つのタッチダウン軸受(90)が、閉塞部(10c)に設けられる。ただし、タッチダウン軸受の数および配置はこれに限定されない。タッチダウン軸受(90)は、例えばアンギュラ玉軸受によって構成される。
以上のような構成の遠心型圧縮機において、インペラの回転数が上がると、インペラの底板部よりも軸方向一方側(インペラ室)が低圧になって、インペラの底板部よりも軸方向他方側が高圧となる。そのため、軸部には、軸方向一方側に向かうスラスト荷重が生じる。ところが、第1のスラスト磁気軸受と、第2スラスト磁気軸受として、単純に同等の構成のものを採用した場合、スラスト荷重をバランスよくキャンセルすることができない虞があった。本実施形態の遠心型圧縮機(100)は、斯かる点を鑑みて、工夫をなしている。
以下では、本実施形態の遠心型圧縮機(100)の詳細な構成について、図1を参照して説明する。
本実施形態においては、第2スラスト磁気軸受(60)の軸方向他方側への磁気吸引力が、第1スラスト磁気軸受(50)の軸方向一方側への磁気吸引力よりも大きくなるように、構成されている。具体的には、第2スラスト磁気軸受(60)の第2スラストロータ(61)の外径は、第1スラスト磁気軸受(50)の第1スラストロータ(51)の外径よりも大きい。詳細には、本実施形態では、第2スラスト磁気軸受(60)の第2スラストロータ(61)の外径は、モータステータ(11)の内径よりも大きい。一方、第1スラスト磁気軸受(50)の第1スラストロータ(51)の外径は、モータステータ(11)の内径よりも小さい。
上述のように、第2スラスト磁気軸受(60)の第2スラストロータ(61)の外径は、第1スラスト磁気軸受(50)の第1スラストロータ(51)の外径よりも大きい。そのため、第2スラスト磁気軸受(60)の軸方向他方側への磁気吸引力が、第1スラスト磁気軸受(50)の軸方向一方側への磁気吸引力よりも大きくなるように、制御部(70)により制御することが容易である。
上述のように、インペラ(21)の回転に伴って、軸部(15)には、軸方向一方側に向かうスラスト荷重が生じる。本実施形態では、第2スラスト磁気軸受(60)の磁気吸引力が軸部(15)を軸方向他方側へ引っ張り、第1スラスト磁気軸受(50)の磁気吸引力が上記よりも弱い磁気吸引力で軸部(15)を軸方向一方側へ引っ張ることとなる。その結果、軸部(15)のスラスト荷重を磁気吸引力によりバランスよくキャンセルすることができる。
さらに、本実施形態では、モータロータ(12)と、ラジアル磁気軸受(30, 40)のラジアルロータ(31, 41)と、第1スラスト磁気軸受(50)の第1スラストロータ(51)とはいずれも、その外径が、モータステータ(11)の内径よりも小さい。従って、軸部(15)と、第1スラスト磁気軸受(50)の第1スラストロータ(51)と、ラジアル磁気軸受(30, 40)のラジアルロータ(31, 41)と、モータロータ(12)と、を合わせたものを、アッセンブリーとして、軸方向他方側からケーシング(10)内に組み付けることが可能である。その結果、遠心型圧縮機(100)の組付けを効率よく行える。
なお、第2スラスト磁気軸受(60)の第2スラストロータ(61)は、上記アッセンブリーと共に軸部(15)に装着した状態で、軸方向他方側からケーシング(10)内に組み付けることとしてもよい。あるいは、上記アッセンブリーを軸方向他方側からケーシング(10)内に組み付けた後に、軸方向他方側から軸部(15)に第2スラストロータ(61)を装着することとしてもよい。
≪第2実施形態≫
以下では、本実施形態に係る遠心型圧縮機(200)について、図2を参照して説明する。図2は、第2実施形態に係る遠心型圧縮機(200)の概略構成を示す縦断面図である。
第2実施形態に係る遠心型圧縮機(200)は、圧縮部(20)に二つのインペラ(21, 25)を備える点で、第1実施形態に係る遠心型圧縮機(100)とは異なっている。以下では、第1実施形態に示したのと同一の形状・機能の部材には、第1実施形態と同一の符号を付し、重複説明を省略する。
第2実施形態に係る遠心型圧縮機(200)の圧縮部(20)は、第1インペラ(21)と、第2インペラ(25)と、第1インペラ室(29)と、第2インペラ室(27)とを有する。第1インペラ(21)および第2インペラ(25)はそれぞれ、外形が略円錐形状であり、周方向に並ぶ複数の羽根を有する。
第1インペラ(21)は、後述の第2インペラ室(27)よりも軸方向一方側の第1インペラ室(29)に収容される。第1インペラ室(29)には、第1吸入管(22)および第1吐出管(230)が接続される。第1インペラ室(29)の外周部には第1圧縮空間(28)が形成されている。第1吸入管(22)は、気体を外部から第1インペラ室(29)に導くために設けられる。第1吐出管(230)は、第1インペラ室(29)内で圧縮された高圧の気体を第2インペラ室(27)に導くために設けられる。第1吐出管(230)の一端は、第1圧縮空間(28)に接続される。第1吐出管(230)の他端は、第2インペラ室(27)の軸心部に接続される。
第2インペラ(25)は、軸方向において壁部(10b)と第1インペラ室(29)との間に位置する第2インペラ室(27)に収容される。第2インペラ室(27)には、第2吐出管(26)が接続される。第2インペラ室(27)の外周部には、第2圧縮空間(280)が形成されている。第2吐出管(26)の一端は、この第2圧縮空間(280)に接続されている。第1インペラ室(29)で圧縮された気体は、第1吐出管(230)を通過して、第2インペラ室(27)へと導かれる。第2インペラ室(27)で圧縮された気体は、第2圧縮空間(280)から第2吐出管(26)を通過して外部へと戻される。
以上のような構成の遠心型圧縮機(100)においても、第2スラスト磁気軸受(60)の第2スラストロータ(61)の外径は、第1スラスト磁気軸受(50)の第1スラストロータ(51)の外径よりも大きい。そのため、第2スラスト磁気軸受(60)の軸方向他方側への磁気吸引力が、第1スラスト磁気軸受(50)の軸方向一方側への磁気吸引力よりも大きくなるように、制御部(70)により制御することが容易である。
そのため、第1インペラ(21)および第2インペラ(25)の回転に伴って、軸部(15)に大きなスラスト荷重が生じた場合に、第2スラスト磁気軸受(60)の磁気吸引力が軸部(15)を軸方向他方側へ引っ張り、第1スラスト磁気軸受(50)の磁気吸引力が上記よりも弱い磁気吸引力で軸部(15)を軸方向一方側へ引っ張ることとなる。その結果、軸部(15)のスラスト荷重を磁気吸引力によりバランスよくキャンセルすることができる。
本実施形態のように、軸部(15)の軸方向一方側にインペラ(21, 25)が多段に設けられる場合、最も軸方向他方側のインペラ(25)の底板部よりも軸方向一方側の空間(第2インペラ室(27))と、最も軸方向他方側のインペラ(25)の底板部よりも軸方向他方側の空間と、の差圧がより顕著となる。斯かる場合に本実施形態のような構成を採用した場合、軸部(15)のスラスト荷重を磁気吸引力によりバランスよくキャンセルすることができ、特に有用である。
≪変形例≫
以上、本開示の例示的な実施形態について説明したが、本開示は上記の実施形態に限定されるものではない。
上記の実施形態では、第2スラスト磁気軸受の第2ロータの外径を、第1スラスト磁気軸受の第1ロータの外径よりも大きくすることにより、第2スラスト磁気軸受の磁気吸引力を、第1スラスト磁気軸受の磁気吸引力よりも大きくしていた。しかしながら、上記に加えてまたは代えて、制御部からのスラスト電力指令値を調整することにより、第2スラスト磁気軸受の磁気吸引力を第1スラスト磁気軸受の磁気吸引力よりも大きくしてもよい。
上記の実施形態では、軸部(15)と、第1スラスト磁気軸受(50)の第1ロータ(51)と、ラジアル磁気軸受(30, 40)のロータ(31, 41)と、モータロータ(12)と、を合わせたものを、アッセンブリーとして、軸方向他方側からケーシング(10)内に組み付けることが可能である、とした。しかしながら、上記に加えて、軸部の軸方向中途部に配置される非磁性リング等も、上記アッセンブリーに含まれることにしてもよい。
また、各部の細部の構成やレイアウトは、本開示の各図に示されたものと異なっていてもよい。
10 ケーシング
11 モータステータ
12 モータロータ
15 軸部
20 圧縮部
21 インペラ(第1インペラ)
25 第2インペラ
27 第2インペラ室
28 圧縮空間(第1圧縮空間)
29 第1インペラ室(インペラ室)
50 第1スラスト磁気軸受
51 第1スラストロータ(第1ロータ)
52 第1スラストステータ(第1ステータ)
60 第2スラスト磁気軸受
61 第2スラストロータ(第2ロータ)
62 第2スラストステータ(第2ステータ)
100 遠心型圧縮機(第1実施形態)
200 遠心型圧縮機(第2実施形態)
280 圧縮空間(第2圧縮空間)

Claims (3)

  1. 軸方向に延びる筒状のケーシング(10)と、
    前記ケーシング(10)の径方向内側に固定されるモータステータ(11)と、
    前記モータステータ(11)の径方向内側に配置され、軸方向に延びる軸部(15)と、
    前記軸部(15)に固定され、前記モータステータ(11)と径方向に間隔をあけて対向するモータロータ(12)と、
    前記軸部(15)の軸方向一方側の端部に固定されるとともに、少なくとも一つのインペラ(21)を有する圧縮部(20)と、
    軸方向において前記モータロータ(12)と前記インペラ(21)との間に配置される第1スラスト磁気軸受(50)と、
    軸方向において前記モータロータ(12)よりも軸方向他方側に配置される第2スラスト磁気軸受(60)と、
    を備え、
    前記第2スラスト磁気軸受(60)の軸方向他方側への磁気吸引力は、前記第1スラスト磁気軸受(50)の軸方向一方側への磁気吸引力よりも大きく
    前記第1スラスト磁気軸受(50)は、
    前記軸部に同軸状に固定される第1ロータ(51)と、
    前記ケーシング(10)の径方向内側に固定され、前記第1ロータ(51)と軸方向に間隔をあけて前記第1ロータ(51)よりも軸方向一方側に位置する第1ステータ(52)と、
    を備え、
    前記第2スラスト磁気軸受(60)は、
    前記軸部(15)に同軸状に固定される第2ロータ(61)と、
    前記ケーシング(10)の径方向内側に固定され、前記第2ロータ(61)と軸方向に間隔をあけて前記第2ロータ(61)よりも軸方向他方側に位置する第2ステータ(62)と、
    を備え、
    前記第2ロータ(61)の外径は、前記第1ロータ(51)の外径よりも大きく、
    前記第1ロータ(51)の外径は、前記モータステータ(11)の内径よりも小さく、
    前記第2ロータ(61)の外径は、前記モータステータ(11)の内径よりも大きい
    ことを特徴とする、遠心型圧縮機(100)。
  2. 請求項1に記載の遠心型圧縮機(200)であって、
    前記圧縮部(20)は、前記インペラ(21, 25)を二つ以上備えることを特徴とする、遠心型圧縮機(200)。
  3. 請求項1に記載の遠心型圧縮機(100)の組み立て方法であって、
    前記軸部(15)と、前記第1ロータ(51)と、前記モータロータ(12)とを組み合わせたアセンブリを、前記ケーシング(10)の軸方向他端側から組み付けた後に、該アセンブリに第2ロータ(61)を取り付ける、
    または、
    前記軸部(15)と、前記第1ロータ(51)と、前記モータロータ(12)と、前記第2ロータ(61)とを組み合わせたアセンブリを、前記ケーシング(10)の軸方向他端側から組み付ける
    ことを特徴とする、遠心型圧縮機(100)の組み立て方法。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7460923B2 (ja) * 2022-03-28 2024-04-03 ダイキン工業株式会社 回転式流体機械
JP2023148588A (ja) * 2022-03-30 2023-10-13 ダイキン工業株式会社 ターボ機械

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3949916B2 (ja) * 2001-09-26 2007-07-25 日本電産サンキョー株式会社 磁気浮上モータ、及び磁気軸受装置
DE102007032933B4 (de) * 2007-07-14 2015-02-19 Atlas Copco Energas Gmbh Turbomaschine
JP2013050180A (ja) * 2011-08-31 2013-03-14 Daikin Industries Ltd 磁気軸受機構
CN102364138A (zh) * 2011-10-12 2012-02-29 西南交通大学 水轮发电机电磁减载轴承
US8925197B2 (en) * 2012-05-29 2015-01-06 Praxair Technology, Inc. Compressor thrust bearing surge protection
EP2677177B1 (en) * 2012-06-22 2020-10-14 Skf Magnetic Mechatronics Electric centrifugal compressor for vehicles
JP6016710B2 (ja) * 2013-05-30 2016-10-26 三菱重工業株式会社 ターボ圧縮機およびそれを用いたターボ冷凍機
US20180087516A1 (en) * 2016-09-27 2018-03-29 General Electric Company Turbomachine with active magnetic bearings
KR102626566B1 (ko) * 2017-01-11 2024-01-18 엘지전자 주식회사 터보 압축기
JP6447662B2 (ja) * 2017-05-09 2019-01-09 ダイキン工業株式会社 電動機システムおよびそれを備えたターボ圧縮機
JP6887968B2 (ja) * 2018-03-28 2021-06-16 ダイキン工業株式会社 スラスト磁気軸受およびそれを備えたターボ圧縮機
CN109763994A (zh) * 2019-02-21 2019-05-17 珠海格力电器股份有限公司 磁悬浮轴承和磁悬浮离心压缩机、空调器
JP7271254B2 (ja) * 2019-03-26 2023-05-11 三菱重工サーマルシステムズ株式会社 ターボ冷凍機
JP6892004B1 (ja) * 2020-03-30 2021-06-18 ダイキン工業株式会社 電動機システム及びそれを備えたターボ圧縮機

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