JPH0536093Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、能動型ラジアル磁気軸受、即ち回転
軸に回転子ヨーク（回転側鉄芯）を固着し、該回
転子ヨークから微小間隙を設けて、起磁力を発生
させる励磁コイルを備えた電磁石固定子ヨーク
（固定側磁極）をケーシングに固定し、回転子ヨ
ークと電磁石固定子ヨーク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、上記回転子ヨークと電磁石固定子ヨ
ーク間に磁気吸引力を作用させて軸受作用を行わ
せるようにし、更に停電等保安のためのタツチダ
ウン軸受を備えた磁気軸受であつて、特に、該磁
気軸受に静圧軸受を内蔵し、両軸受の機能を兼備
した磁気軸受に関し、ポンプ、圧縮機等のターボ
機械の軸受に用いて好適のものである。

〔従来の技術〕

従来の磁気軸受は、ラジアル磁気軸受にあつて
は、第３図に示すように、軸受ケース１の内側に
取付けられた固定子ヨークからなる軸受ステータ
２に固定子コイル３を巻付け、該軸受ステータ２
の内側には、空隙ａを保つて回転子ヨークからな
る軸受ロータ４が回転軸５と一体となつて配設さ
れており、上記軸受ステータ２と軸受ロータ４間
の磁気吸引力により軸受作用が行われるようにな
つている。なお、上記軸受ステータ２の側方に
は、回転軸５と軸受ケース１間の相対変位を測定
する図示しない半径方向変位センサ、及び回転軸
５と空隙ｂを保つて磁気軸受の作動不良時に回転
軸を支承するためのタツチダウン軸受として、図
示しない非常時用転がり軸受がケース１に取付け
られている。上記空隙ｂは空隙ａより小さく設定
され、非常の場合、磁気軸受が接触損傷するのを
防いでいる。

また、第４図は、軸５に直角の横断面図であつ
て、軸受ステータ２の（縦鉄からなり固定側磁極
に相当する）凸部２ａに固定子コイル３ａ，３
ｂ，３ｃ，３ｄが巻かれており、垂直上方向の回
転軸１の変位を制御するため、同方向の磁気吸引
力を発生させる場合には、コイル３ａに電流を流
し、またその逆方向の磁気吸引力を発生させる場
合には、コイル３ｃに電流を流すようにされ、ま
た、水平方向の制御にはコイル３ｃと３ｄが使用
される。

上記の磁気軸受は回転体の重量を支える必要
上、浮上力を大きくとれる能動型が使用される。

〔考案が解決しようとする課題〕

上記したように、磁気軸受は完全非接触であ
り、総合的損失が少ないので、高速回転に適して
いるが、一方において支持力が比較的小さく、且
つ励磁電流の喪失時には支持力が瞬間的に零とな
るので、危急的に以後の軸支承を受持つタツチダ
ウン軸受を必要とする。該タツチダウン軸受は、
回転が停止するまでの軸支承作用が完全であり、
また停止時と運搬中の支承をも問題なく果たさね
ばならないので、前記のように通常玉軸受が使用
される。

周知のように、磁気軸受制御回路内には蓄電池
が設けられており、何等かの原因により軸受電流
が停止したときには、直ちに駆動電源が切られる
ように安全回路を挿入することにより以後慣性に
よつて回転する程度の時間は、上記蓄電池からの
電流供給によつて、回転体の支承は問題なく行わ
れ、いわゆるタツチダウン軸受として設けてあ
る。玉軸受は、静止時の軸の支承の役目しか行わ
ない。しかし、断線事故等のため蓄電池よりの電
流供給が行われないことも考えられないわけでは
なく、或いは蓄電池のないときもあるので、該玉
軸受には、静止状態から突如全速状態の駆動を受
けるという極めて苛酷な仕様が課されている。こ
のため、該軸受は大きな慣性力を受け、磁気軸受
の機能喪失と同時に回転体の駆動電源は遮断され
て以後惰性のみで回転し停止するまでの間、軸を
支承するだけだとしても、非常に厳しい条件に曝
され、これに耐えるために高速の技術を必要と
し、それでもなお且つ長寿命は期待し得ない類の
ものであるという問題点があつた。

本考案は、上記タツチダウン軸受の受ける条件
を大幅に緩和し、タツチダウン軸受として使用で
きる要素の選択の自由度を増し、且つ長寿命化を
計ることができ、且つ一つの軸受で磁気軸受と静
圧軸受の両機能を兼備させた磁気軸受を提案する
ことを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、本考案は、軸変
位センサと、該軸変位センサよりの信号により励
磁される固定側磁極と、該固定側磁極と対をなし
て磁気回路を形成する回転側鉄芯と、停電等保安
のためのタツチダウン軸受とからなる能動型ラジ
アル磁気軸受において、周方向に複数個配設され
た固定子コイルを収納し非磁性、非伝導性物質で
埋められた凹部に、回転部周囲と対向して圧力流
体を導入するポケツトを設け、周方向に隣接する
ポケツト間に位置して回転部との間に磁気回路を
形成する固定側磁極に相当する凸部をランドと
し、該凸部と回転部周面との隙間を流体の絞り部
に利用する静圧軸受を形成し、一体で磁気軸受と
静圧軸受の両軸受の機能を兼備させたことを特徴
としている。

〔作用〕

本考案は上記のように構成されているので、回
転軸の周方向に複数個配設された固定子コイルを
収納し非磁性、非伝導性物質で埋められた凹部に
回転部周面と対向して形成されたポケツト部に、
ポンプの自己発生圧力又は他の圧力源からの圧力
流体を導入すると、該ポケツト部は、回転部との
間に磁気回路を形成する固定側磁極に相当する凸
部により形成されるランドによつて、周方向に仕
切られており、該ランド部は、回転部との間に僅
かの隙間を有していて流体の絞り部に利用される
が、隣接するポケツト内の圧力との関連を断つて
いる。

また、上記ポケツト部の軸方向の端は、カバー
が回転軸との間で形成する隙間によつて絞られて
いるので、該ポケツト内の圧力は、該隙間及び前
記ランド部の隙間の大きさによつて変動する。

従つて、軸に偏心が生じたときに生ずる対向し
たポケツト内の圧力差によつて、軸は安定的に軸
受中心部に押し戻されることになり、その圧力は
供給流体の圧力に比例する。

上記のようにして、当該磁気軸受をポンプ等の
ターボ機械に使用するとき、自己の発生圧力又は
他の圧力源からの圧力によつて、該磁気軸受に同
時に静圧軸受の機能が生じ、高速回転の間は上記
静圧力によつて回転体を支承し、かなりの低速に
なつてから、タツチダウン軸受に支承の役割を引
渡すようになるので、該タツチダウン軸受の受け
る条件が大幅に緩和され、また長寿命化が可能と
なり、一つの軸受で磁気軸受と静圧軸受の両機能
を兼備させることができる。

〔実施例〕

次に、本考案の実施例を図面と共に説明する。

第１図は、本考案の一実施例を示す静圧軸受を
内蔵した磁気軸受の第２図の−線断面図、第
２図は、第１図の−線断面図であつて、図
中、第３図に記載した符号と同一の符号は同一な
いし同類部分を示すものとする。

図において、固定子コイル３を固定磁極に相当
する凸部２ａに巻付けた固定子ヨーク（継鉄）か
らなる軸受ステータ２の該凸部２ａの（半径方
向）内側に、空隙１７（第３図のａに相当する。）
を保つて回転子ヨーク回転側鉄芯からなる軸受ロ
ータ４が回転軸５と一体になつて配設されて磁気
軸受を形成し、これをケーシング（箱体）１０に
収め、軸方向両側をカバー１１で閉じ、軸受ケー
ス１に取付けられている。

上記軸受ケース１には、圧力源に接続された圧
力液導入孔１２が穿設され、該導入孔１２に連通
された環状の流体通路１３がケーシング１０の外
周に設けられ、該通路１３は、互いに隣接する固
定子コイル３を収納する、周方向に等間隔に複数
個（図で４個）配設された凹部１４を貫通して、
半径方向に延びる流体通路１５に接続されてい
る。

上記半径方向に延びる流体通路１５の内端部に
は、軸受ロータ４の周面との間に圧力流体を溜め
るポケツト１６が形成されており、これらの周方
向に隣接するポケツト１６の間には、軸受ステー
タ２の凸部２ａと軸受ロータ４周面との間に形成
された前記隙間１７及び軸方向の逃がし溝１８が
形成されている。なお、上記固定子コイル３を収
納した凹部１４は、エポキシ樹脂等の非磁性、非
伝導性の物質で埋められている。

次に、作用について説明すると、回転軸５の周
方向に等間隔に配設された固定子コイル３を収納
する凹部１４のポケツト１６に、圧力液導入孔１
２、環状流体通路１３及び半径方向流体通路１５
を経て、ポンプの吐出側から導かれた自己発生流
体圧力又は他の圧力源からの圧力流体を、矢印○イ
のように導入すると、該ポケツト１６は、軸受ロ
ータ４との間に磁気回路を形成する固定側磁極に
相当する凸部２ａによつて形成されたランド部
と、軸受ロータ４との間の僅かの隙間１７を有
し、流体の絞り部に利用されているが、隣接する
ポケツト内の圧力との関連を断つている。

また、上記ポケツト１６の軸方向の端は、カバ
ー１１が軸５との間で形成する隙間１７ａによつ
て絞られているので、該隙間１７ａを経て矢印○ロ
のように外部へ流出する圧力流体はここで制限さ
れる。このようにして、ポケツト１６内の圧力
は、上記隙間１７ａ及びランド部の隙間１７の大
きさによつて変動する。

従つて、軸５に偏心が生じたときに生ずる対向
したポケツト１６内の圧力差によつて、軸５は安
定するように軸受中心部に押し戻されることにな
り、この押し戻す圧力は供給流体の圧力に比例す
る。

この実施例によれば、当該磁気軸受をポンプ等
のターボ機械に使用するとき、自己の発生圧力又
は他の圧力源からの圧力によつて、該磁気軸受に
同時に静圧軸受の機能を持たせ、高速回転の間は
上記静圧力によつて回転体を支承し、かなりの低
速になつてからタツチダウン軸受に支承の役割を
引渡すことによつて、該タツチダウン軸受の受け
る条件を大幅に緩和することができる。

従つて、該タツチダウン軸受ひいては当該磁気
軸受の長寿命化が可能となり、且つまた、一つの
軸受で磁気軸受と静止軸受の両機能を兼備させる
ことができる。

上記した実施例において、軸受ステータ２の継
鉄凸部２ａが４個で、従つてポケツト１６も４個
所設けられた構造について説明したが、磁気軸受
の仕様によつては必ずしも４個とは限らない。し
かしながら、ステータの継鉄凸部２ａは必ず偶数
本あるので、ポケツト１６も偶数個存在すること
になり、従つて、該偶数個のポケツトを静圧用ポ
ケツトに使うことができるので、必然的に静圧軸
受を形成することができる。

〔考案の効果〕

以上説明したように、本考案によれば、軸変位
センサと、該軸変位センサよりの信号により励磁
される固定側磁極と、該固定側磁極と対をなして
磁気回路を形成する回転側鉄芯と、停電等保安の
ためのタツチダウン軸受とからなる能動型ラジア
ル磁気軸受において、周方向に複数個配設された
固定子コイルを収納し非磁性、非伝導性物質で埋
められた凹部に、回転部周面と対向して圧力流体
を導入するポケツトを設け、周方向に隣接するポ
ケツト間に位置して回転部との間に磁気回路を形
成する固定側磁極に相当する凸部をランドとし、
該凸部と回転部周面との隙間を流体の絞り部に利
用する静圧軸受を形成し、一体で磁気軸受と静圧
軸受の両軸受の機能を兼備させたことにより、次
のような効果が奏される。

(i) 当該磁気軸受をポンプ等のターボ機械に軸受
として使用した場合、静圧軸受を兼ねさせるこ
とによつて、何等スペース的な不利を招くこと
なく、電源トリツプ（遮断）直後の高速時に
は、それによつて発生する自らの流体圧力を利
用することによつて軸を支承することができ、
該作用によつて自重をも支え得ない程度に回転
が下がつたときに初めて、通常玉軸受からなる
タツチダウン軸受に回転体支承の役割を引き渡
すようにすることができる 従つて、本考案によれば、これまでの使用法
では静止状態から突如全速状態の駆動を被ると
いう極めて苛酷な仕様が課される該タツチダウ
ン軸受に、極く普通の仕様の玉軸受を使うこと
が可能となる。

(ii) 磁気軸受で支承することが実際的でないよう
な大きな流体力等の力を受ける回転体を、自己
発生圧力を利用する静圧軸受で支承させるもの
において、支承すべき流体圧力が不足して金属
同士の接触が起り易い回転体の起動停止時に、
磁気軸受作用を行わせることができるので、軸
受表面を傷つけることがない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示す磁気軸受の第
２図の−線断面図、第２図は第１図の−
線断面図、第３図は従来例を示す第４図の−
線断面図、第４図は軸に直角の横断面図である。 １……軸受ケース、２……軸受ステータ、３…
…固定子コイル、４……軸受ロータ、５……回転
軸、１０……ケーシング、１１……カバー、１２
……圧力液導入孔、１３，１５……流体通路、１
４……凹部、１６……ポケツト、１７，１７ａ…
…隙間、１８……逃がし溝。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 軸変位センサと、該軸変位センサよりの信号に
   より励磁される固定側磁極と、該固定側磁極と対
   をなして磁気回路を形成する回転側鉄芯と、停電
   等保安のためのタツチダウン軸受とからなる能動
   型ラジアル磁気軸受において、周方向に複数個配
   設された固定子コイルを収納し非磁性、非伝導性
   物質で埋められた凹部に、回転部周面と対向して
   圧力流体を導入するポケツトを設け、周方向に隣
   接するポケツト間に位置して回転部との間に磁気
   回路を形成する固定側磁極に相当する凸部をラン
   ドとし、該凸部と回転部周面との隙間を流体の絞
   り部に利用する静圧軸受を形成し、一体で磁気軸
   受と静圧軸受の両軸受の機能を兼備させたことを
   特徴とする静圧軸受を内蔵した磁気軸受。