JPH03265712A - 回転体の磁気軸受装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、膨張タービン、ブロワ−、ポンプ類などの高
速で回転する回転体を制御する回転体の磁気軸受装置に
関するものである。

〔従来の技術〕

従来の装置は、低温工学　ＶＯＬ　　２０．　Ａ４　　
Ｆ２１８〜２２３に記載の遠心形低温ヘリウム圧縮機に
みられるようにスラスト軸受に２種類の軸受を併用して
いる。主軸受である動圧気体軸受と補助軸受としての制
御型磁気軸受である。

磁気軸受の制御には、スラスト軸受の位置検出のため渦
電流の変位計を配置し、スラスト軸受部の間隙が２０〜
３０μｍに保たれるよう磁気軸受の吸引力を調整してい
る。

なお、この机の装置として関連するものには、例えば、
特開昭６１−１６５０１３号公報、特開平１−２０６１
１６号公報等が挙げられる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術では、スラスト軸受部の間隙を２０〜３０
μｍに保持するため、位詔検出用のスラストセッサーの
精度を非常に高く保つ必要があった。通常のセッサーで
は、雰囲気温度の変化による出力の変化や、セッサー取
付部の変形等がスラスト軸受の間隙（２０〜３０μｍ）
に比べ大きな割合となる。このため、上記の間隙内で）
リノ転体を制御するためには複雑な制御装置が必要であ
った。

本発明は、比較的容易に、精度よく検出できる回転数を
ベースに、電磁石の吸引力を調整し、高速回転でも安定
した軸受を供給することのできる回転体の磁気軸受装置
を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、少なくとも一部が磁性材料で
構成された回転体と、この回転体の軸方同番こ磁性材料
と所定の間隙を設けて制御型電磁石を配置し、回転体の
回転数検出用の回転針を設け、この回転計の出力に応じ
て制御型電磁石の電流又は電圧を制御し、電磁石の吸引
力を調整したものである。

〔作　　用〕

膨張タービン、ブロワ−、ポンプ類では回転体の軸端に
インペラーを設けている。このため、これら回転体を尚
速回転させるとインペラーの前向と背−との間に圧力差
が生じ軸方向の推力が作用する。一般に回転数の上昇と
共に回転体に作用する軸方向推力は変化する。（通常は
増加方向）従って、回転数と回転体に作用する推力の相
関関係を事前に把握し、この推力を打消す方向に推力を
与える磁気軸受を作動させると高速回転領域においても
安定した軸受とすることができる。

回転数の上昇は回転計で検出し、制御器により回転数に
応じた電流を電磁石へ供給することにより、電磁石の吸
引力は増加する。このように動作することにより、高速
回転領域においても安定した軸受とすることができる。

〔実　施　例〕

本発明の一実施例を部１．第２図により説明する。

まず構成について述べる。この場合、磁性材料である回
転軸６と翼車ｌと駆動用モーターのローター３とスラス
トカラー７によって回転体は構成される。この回転体を
支承する軸受として、気体軸受式のジャーナル軸受２ａ
、２ｂと、スラスト軸受５が１１［８置される。また回
転体の軸端から所定の間隙を設けた位置に制御型電磁石
８が配置される。駆動用モーターのローター３に対応す
る外周部にはステータ４が配置される。制御型電磁石８
の制御回路は、回転数検出センサー９２回転計１０゜制
御器１１．電源装置比から構成される。

次に上記のように構成された実施例の動作を詳明する。

駆動用モーターのステータ４に所定の周波数で電流を流
すとローター３が作動し回転体が回転する。回転体の回
転数上昇と共に翼車１の前後に圧力差が生じ、回転体に
軸方向推力が作用する。ブロワ−、ポンプ等では通常こ
の軸方向推力は、回転体を押し下げる方向（回転体が翼
車ｌの方向へ押される）へ作用する。回転数の上昇と共
に翼車ｌでの圧縮比（又はヘッド）は上昇するため、軸
方向推力の大きさも大きくなる。

この軸方向推力は、スラスト軸受５で支承されるが、気
体軸受方式のスラスト軸受は負荷容量が比較的小さいた
め、高速回転領域での安定性が十分でない。これを補う
ため、回転数の上昇と共に！磁石８の吸引力を増加させ
、スラスト軸受５に作用するスラスト負荷を低減するよ
うに磁気軸受制御回路を作動させる。

回転体の回転数は回転針センサー９で検出され、回転計
１０へ伝送され電気信号に変換された後、制御器１１へ
送られ、回転数に対応した制御信号に変換されて電磁石
８の電源装置比へ送られる。電源装［１２からの電流又
は電圧をうけて、電磁石８の吸引力は変化するよ５４作
する。

第２図の実線で示すように、回転数と回転により生ずる
軸推力の関係は事前に計算又は実験により把握される。

この回転による軸推力と、回転体の自重を加味した合計
推力を打消す方向に、磁気軸受の吸引力を図２の点線で
示すように作用させる。

本実施例によれば、回転数の変化により生じる軸方向推
力を軽減できるので、高速回転領域でもスラスト負荷と
することができ、軸受の発熱等が小さくなり、軸受の安
定性が増す。

また、回転数検出の精度は、スラスト軸受部の軸方向変
位検出精度に比べはるかに精度がよいので制御システム
の信頼性が向上する。

〔発明の効果〕

本発明によれば、スラスト軸受５に作用する負荷を、電
磁石で打消すため、回転数が上昇してもスラスト軸受５
の負荷はきわめて小さく保持でき、高速回転領域での安
定性が増すという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である回転体の磁気軸受装置
の系統図、第２図は回転数と回転により生じる軸推力、
および磁気吸引力との関係を示す図である。 １・・・・・・翼車、２ａ、２ｂ・・・・・・ジャーナ
ル軸受、３・・・・・・ロータ、４・・・・・・ステー
タ、５・・・・・・スラスト軸受、６・・・・・・回転
軸、７・・・・・・スラストカラー、８・・・・・・制
御型電磁石、９・・・・・・回転数検出センサー閃

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、少なくとも一部が磁性材料で構成された回転体と、
   該回転体の軸方向に前記磁性材料と所定の間隙を設けて
   配置された制御型電磁石と、前記回転体の回転数を検出
   する回転計と、前記回転体の回転数に応じて前記電磁石
   の電流又は電圧を調整する制御器を設けたことを特徴と
   する回転体の磁気軸受装置。 ２、前記回転体は、スラストの気体軸受を用いて前記制
   御型電磁石と併用する特許請求の範囲第１項記載の回転
   体の磁気軸受装置。