JPH06173950A - スラスト磁気軸受装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 回転軸の長さを短くすることができ、危険速
度を上げることができるメンテナンスフリーのスラスト
磁気軸受を提供する。 【構成】 羽根車１３の回転に伴う軸方向のスラスト力
の作用する方向と反対の軸端に位置し上記スラスト力に
対向した軸方向制御力を発生する電磁石２０と、スラス
トディスク１９と羽根車１３との間に配置され電磁石２
０と反対側の磁気力を発生する磁石を構成する永久磁石
２１とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はターボ機械の軸受装置に
関し、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をケーシングに固定し、回転軸
とケーシング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
を固定子中心付近に支承するスラスト磁気軸受装置に関
するものである。

【０００２】なお、本発明はスラスト磁気軸受について
のものであり、ラジアル方向の支持は、特に規定はしな
い。以下の説明は、ラジアル軸受に磁気軸受を使用した
場合で行うが、ラジアル軸受としては、油軸受でも、ボ
ールベアリングであろうと特に規定はしない。

【０００３】

【従来の技術】磁気軸受装置は、ターボ機械や工作機械
等の回転軸を磁力によって非接触で支持している。この
装置は、機械的な摩擦部分がないため、エネルギーロス
が微小で温度発生が皆無であるうえ潤滑油が不要のた
め、保守が容易である等の特長をもっている。そのた
め、近年パワーエレクトロニクス技術の進歩に伴って実
用化されることが多くなってきている。

【０００４】図２は５軸制御型磁気軸受、即ち４個のラ
ジアル磁気軸受と従来のスラスト磁気軸受装置で支持し
たターボ機械を示すものである。ターボ機械は羽根車１
及び回転子ヨーク２，２を有する回転軸３からなるロー
タを中心位置に配設し、この回転軸３の周囲には軸受コ
イルが巻回された電磁石固定子４，４を配置して、この
電磁石固定子４，４が上記回転子ヨーク２，２を吸引す
るように制御することにより、ロータはラジアル方向に
非接触で回転自在に支持されている。なお、符号８はラ
ジアル変位センサである。一方、スラスト方向について
は、軸受コイルが巻回された一対の電磁石固定子５，６
を対向配置し、この一対の電磁石固定子５，６の間にス
ラストディスク７を介在させて電磁石固定子５，６によ
りスラストディスク７を吸引することにより、ロータを
スラスト方向に非接触で支持している。ここで、スラス
ト磁気軸受についてみれば、スラスト変位センサ９で回
転軸３の変位を検出し、目標値とその変位信号との偏差
をもとに補償回路で補償した信号で電力増幅器を駆動
し、ケーシングに固定された電磁石固定子５，６のコイ
ル５ａ，６ａに、電流を流し制御している。

【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において
は、スラストディスクに対向した二つの電磁石を用いて
おり、羽根車の回転に伴う軸方向のスラスト力の作用す
る方向（図２において矢印Ａで示される）と、上記スラ
スト力に対向した軸方向制御力を発生するメインの電磁
石（図においては電磁石５）の位置は特に検討されてい
ない。このため、上記スラスト力に対向した軸方向制御
力を発生するメインの電磁石が、スラストディスクと羽
根車の間に位置するようになる場合がある。このメイン
の電磁石においては、その電磁石コイル５ａは重要な構
成要素であって、このコイルに不具合が生じた場合に
は、直ちにコイルを交換する必要がある。ところが、こ
のコイルの交換のために磁気軸受装置を分解しコイルを
取り出すことは、分解、組立のことを考えると、大変手
間のかかる作業となる。メインの電磁石が二分割でない
ときは、特に手間がかかる。また、メインの電磁石が二
分割の場合でも、分解の手間はかかる。また、二分割の
電磁石とコイルを製作することも手間がかかる作業とな
る。さらに、メインの電磁石の軸方向長さが長めになる
傾向があるため、回転軸が長くなることになり、この結
果、ロータの危険速度が低下するなどの問題点がある。

【０００６】本発明は上述の事情に鑑みなされたもの
で、その目的とする処は、回転軸の長さを短くすること
ができ、危険速度を上げることができるメンテナンスフ
リーのスラスト磁気軸受を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のスラスト磁気軸受装置は、羽根車を有する
回転機械の軸方向の支持を行うスラスト磁気軸受装置で
あって、回転軸に固着した磁性材料製のスラストディス
クと、該スラストディスクから微小間隙を設けてケーシ
ングに固定され且つ起磁力を発生させるコイルを備えた
電磁石固定子と、前記回転軸とケーシング間の相対変位
を測定する変位センサと、該変位センサからの出力信号
をもとに前記スラストディスクと前記電磁石固定子間に
作用する磁気吸引力を制御する制御回路とを具備するス
ラスト磁気軸受装置において、羽根車の回転に伴う軸方
向のスラスト力の作用する方向と反対の軸端に位置し上
記スラスト力に対向した軸方向制御力を発生する電磁石
と、スラストディスクと前記羽根車との間に配置され前
記電磁石と反対側の磁気力を発生する磁石を構成する永
久磁石とを備えたことを特徴とするものである。また、
前記永久磁石は分割されて取付けられることを特徴とし
ている。

【０００８】

【作用】本発明は上記のように構成されているため、メ
インの電磁石は回転軸の軸端に取付けられているため、
そのコイルの交換は極めて容易になる。この場合、メイ
ンの電磁石は二分割しても良いが、特にそうする必要は
ない。従って、メインの電磁石とコイルの製作はリング
状であるため容易である。また、スラストディスクと羽
根車の間に位置する磁気力発生磁石が永久磁石であるた
め、この磁石のメインテナンスは不要である。この永久
磁石は一体形でもよく、磁気軸受装置全体の組立を容易
にするために分割にしても良い。また、メインの電磁石
が回転軸の軸端に位置するため、回転軸の長さは短くな
り、危険速度を上げることができる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明に係るスラスト磁気軸受装置の
一実施例を図面に基づいて説明する。図１は本発明のス
ラスト磁気軸受装置の一実施例を備えたターボ機械を示
す。図示するように、ターボ機械は円筒状のケーシング
１１を有しており、その内部の中心位置には、回転軸１
２が回転自在に配置されている。この回転軸１２には複
数の羽根車１３が固定されている。回転軸１２は、２個
のラジアル磁気軸受１５，１６によりラジアル方向（半
径方向）に対して磁気的に非接触で支持され、スラスト
磁気軸受１８によりスラスト方向（軸方向）に対して磁
気的に非接触で支持されている。ラジアル磁気軸受１
５，１６の磁力は、回転軸１２とケーシング１１との間
のラジアル方向の相対変位を測定する変位センサとして
のラジアル変位センサ１７，１７の出力に基づいて制御
されるようになっている。また、スラスト磁気軸受１８
の磁力は、回転軸１２とケーシング１１との間のスラス
ト方向の相対変位を測定する変位センサとしてのスラス
ト変位センサ２２の出力に基づいて制御されるようにな
っている。

【００１０】ラジアル磁気軸受１５，１６は、それぞれ
回転軸１２に取付けられて磁性材料たる珪素鋼板を積層
してなる回転子ヨーク１５ａ，１６ａと、起磁力を発生
させる軸受コイル１５ｂ，１６ｂが巻回され、回転子ヨ
ーク１５ａ，１６ａとの間に微小間隙を有してケーシン
グ１１に取付けられた電磁石固定子１５ｃ，１６ｃとを
備えている。

【００１１】スラスト磁気軸受１８は、回転軸１２に取
付けられた磁性材料からなるスラストディスク１９と、
起磁力を発生させる軸受コイル２０ａが巻回されスラス
トディスク１９との間に微小間隙を有してケーシング１
１に取付けられたメイン電磁石２０とを備えている。こ
のメイン電磁石２０において、軸受コイル２０ａが巻回
された方の面が、スラストディスク１９に対向するよう
に、メイン電磁石２０はケーシング１１に取付けられて
いる。また、メイン電磁石２０は、羽根車１３の回転に
伴う軸方向のスラスト力の作用する方向Ａと反対の軸端
に位置し、上記スラスト力に対向した軸方向制御力を発
生するようになっている。一方、スラストディスク１９
と羽根車１３の間に配置されるとともにスラストディス
ク１９に対向して、前記メイン電磁石２０と反対側の磁
気力を発生する磁石を構成する永久磁石２１が配置され
ている。この永久磁石２１は、ケーシング１１に固定さ
れた永久磁石保持板２２に保持されている。

【００１２】本実施例においては、メイン電磁石２０は
一体型であるが、回転軸１２の軸端に取り付けてあるた
め、分解が容易である。なお、メイン電磁石を２分割型
にしても良い。また、本実施例においては、スラストデ
ィスク１９と羽根車１３の間に位置する磁気力発生磁石
は永久磁石であるため、メインテナンスは不要である。

【００１３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、メ
インの電磁石は回転軸の軸端に取付けられるため、その
コイルの交換は極めて容易になる。この場合、メインの
電磁石は二分割しても良いが、特にそうする必要はな
い。従ってメインの電磁石とコイルの製作はリング状で
あるため容易である。

【００１４】また本発明によれば、スラストディスクと
羽根車の間に位置する磁気力発生磁石が永久磁石である
ため、この磁気力発生磁石のメインテナンスは不要であ
る。この永久磁石は一体形でもよく、磁気軸受装置全体
の組立を容易にするために分割型にしても良い。

【００１５】さらに本発明によれば、メインの電磁石が
回転軸の軸端に位置するため、回転軸の長さが短くな
り、危険速度を上げることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るスラスト磁気軸受装置の一実施例
を示す説明図である。

【図２】従来のスラスト磁気軸受装置の説明図である。

【符号の説明】

１１ ケーシング １２ 回転軸 １３ 羽根車 １５，１６ ラジアル磁気軸受 １７ ラジアル変位センサ １８ スラスト磁気軸受 １９ スラストディスク ２０ メイン電磁石 ２１ 永久磁石 ２２ スラスト変位センサ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 羽根車を有する回転機械の軸方向の支持
   を行うスラスト磁気軸受装置であって、 回転軸に固着した磁性材料製のスラストディスクと、該
   スラストディスクから微小間隙を設けてケーシングに固
   定され且つ起磁力を発生させるコイルを備えた電磁石固
   定子と、前記回転軸とケーシング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
   前記スラストディスクと前記電磁石固定子間に作用する
   磁気吸引力を制御する制御回路とを具備するスラスト磁
   気軸受装置において、 前記羽根車の回転に伴う軸方向のスラスト力の作用する
   方向と反対の軸端に位置し上記スラスト力に対向した軸
   方向制御力を発生する電磁石と、スラストディスクと前
   記羽根車との間に配置され前記電磁石と反対側の磁気力
   を発生する磁石を構成する永久磁石とを備えたことを特
   徴とするスラスト磁気軸受装置。
2. 【請求項２】 上記永久磁石が分割されて取付けられる
   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。