JPH0645115U - ターボ機械用スラスト磁気軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 インペラの背面部に設けた磁性材料で成るロ
ータ鉄心と、該ロータ鉄心とエアギャップを介してリン
グ状の磁極を持つステータと、該インペラの少なくとも
一方の先端部に設けたセンサターゲットと、該センサタ
ーゲットとエアギャップを介しコンプレッサのカバーに
固定された変位センサと、制御器とパワーアンプとから
なる制御装置とで構成したもの。 【効果】 スラスト磁気軸受の軸長を短くし、曲げ危険
速度を高く維持できる。従って、非接触軸受の特徴を生
かして、ターボ機械としての性能を高めるという効果が
ある。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は高速回転するターボ機械のスラスト方向を拘束するスラスト磁気軸受 に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来のターボ機械では、高い回転数を得るために非接触形の磁気軸受が採用され 、負荷の大きい機械では電磁石を用いた吸引制御形スラスト磁気軸受が用いられ ており、制御器と、電力供給用パワーアンプと、浮上位置検出用センサと、固定 側電磁石と、回転側鉄心から構成されている。スラスト軸受は一般に次のような 構成をしている。 インペラを１個だけ持つターボ機械では、インペラを回転軸端に１個備えもう 一方の軸端か軸の中央部に円板を設けてロ−タ鉄心とし、インペラを両軸端に２ 個備えるときは軸の中央部に円板を設けてロ−タ鉄心とする。そして、このロ− タ鉄心を軸方向の両側からはさむように電磁石からなるステ−タを配置する。こ のステ−タの磁極はリング状をしており回転軸と同心になっている。スラスト方 向の変位センサは、熱などによる軸方向の膨張の影響を避けるため磁石及び円板 に近いところに、おおむね、カラーなどの肩のところに配置されている。 また、センサを磁石と同じようにリング状に配置する場合もある（実願平１− ９１５６９）。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

しかし、従来の技術の前者の構成にすると、スラスト軸受のステ−タと、ロ− タ鉄心と、センサと、センサターゲットのカラーが必要となるので、それだけ軸 の長さが長くなる。軸長が長くなると軸の固有振動数は小さくなるのでこれによ り軸の曲げモードの危険速度が下がってくる。従って、許容回転数が下がってし まい、非接触形スラスト磁気軸受によってせっかく高速回転を可能にしたという 効果が発揮されないという問題がある。また後者のように構成すると、磁石とセ ンサが同じ形で近傍にあれば干渉の問題を生じる。さらに受金の外径を大きくし たり厚くすると軸長を大きくするのと同様に危険速度が下るという問題が生じる 。

【０００４】

【課題を解決するための手段】

上記の問題を解決するため、本考案は、磁気軸受で非接触支持しモータで回転 される回転軸の両軸端にインペラを設けたターボ機械において、インペラの背面 部に設けた磁性材料で成るロータ鉄心と、該ロータ鉄心とエアギャップを介して リング状の磁極を持つステータと、該インペラの少なくとも一方の先端部に設け たセンサターゲットと、該センサターゲットとエアギャップを介しコンプレッサ のカバーに固定された変位センサと、制御器とパワーアンプとからなる制御装置 と、で構成されることを特徴とするターボ機械用スラスト磁気軸受とするもので ある。

【０００５】

【作用】

上記手段により、スラスト軸受のステ−タがモ−タカバーと一部兼用できステ −タの軸方向長さが回転軸長さからほぼ省略でき、スラスト軸受の回転側円板の ボス部の軸方向長さが回転軸長さからほぼ省略でき、変位検出用のセンサとセン サターゲットの必要空間も軸長さからほぼ省略できるため、全軸長を短くするこ とができる。

【０００６】

【実施例】

以下、本考案の具体的実施例を図１、図２を用いて説明する。 図１は一体化したモータでダイレクト駆動するターボ機械の側断面図である。 図において、一方の端から順に、第２コンプレッサ７、スラスト軸受５、ラジア ル軸受３、モータ２、ラジアル軸受４、スラスト軸受６、第１コンプレッサ８、 で構成されている。ラジアル軸受３のステ−タ３１と、モ−タ２のステ−タ２１ とラジアル軸受４のステ−タ４１は、それぞれ鉄心にコイルが巻回されて円筒状 のフレ−ム１の内側に固定されており、該ステータ３１、２１、４１の内径側に はエアギャップを介して該ステータ３１、２１、４１の内径と同心の外径を持つ ロータがあり回転軸９に固着されている。回転軸９の左端には第２のコンプレッ サ７のインペラ７２が固定されており、回転軸９の右端には第１のコンプレッサ ８のインペラ８２が固定されている。フレーム１の左端にはスラスト軸受５のス テータ５０を介し第２のコンプレッサ７のカバー７１が固定され、フレーム１の 右端にはスラスト軸受６のステータ６０を介し第１のコンプレッサ８のカバー８ １が固定されている。スラスト軸受５のステータ５０はアキシャル方向のギャッ プを介してインペラ７２の背面部に対面しており、スラスト軸受６のステータ６ ０はアキシャル方向のギャップを介してインペラ８２の背面部に対面している。 ラジアル軸受３、４は回転軸９のラジアル方向の浮上制御を行い、ラジアル軸受 ３、４のステータ３１、４１に対し回転軸９を非接触支持する。スラスト軸受５ 、６は回転軸９のアキシャル方向の浮上制御を行いステータ５０、６０に対しイ ンペラ７２、８２を非接触支持する。ラジアル軸受３、４はそれぞれ直交方向の ２軸を浮上制御しておりスラスト軸受と合わせて合計５軸の浮上制御がなされ、 回転軸９は完全非接触支持される。これら５軸の制御系は、それぞれ、フレーム に固定されたステータと、回転軸に固定されたロータと、浮上位置検出用の非接 触センサと、ステータの２つの電磁石に電流を供給するパワーアンプと、制御器 とで構成される制御系により、浮上位置のフィードバック制御をして回転軸を非 接触支持している。モータ２が働くとステータ２１と回転軸９との間に回転トル クが生じ回転軸９が回転する。こうして両軸端に設けたインペラ７２、８２が回 転してコンプレッサ７、８が働いて圧縮エアが得られる。

【０００７】 図２は、図１の要部の第２コンプレッサ７、スラスト軸受５の詳細断面図で
あ る。図においてフレーム１の左端側にスラスト軸受５のステータ、第２コンプレ ッサ７のカバー７１の順で固定されている。スラスト軸受５のステータはステー タ鉄心５１、５２とその間にあるコイル５３からなり、鉄心の内径側左側面に磁 極をもち、それぞれ円環状をしている。この磁極とエアギャップを介して対面す る円板状をした回転軸側のロータ鉄心５６とで磁気回路を成している。ステータ 鉄心５２の右側には支え板５４が固定されておりその内径側に補助軸受５５が固 定されている。回転軸９の左端には細径の出力軸９１があり、ロータ鉄心５６と インペラ７２がこれにしっくりと嵌合し、出力軸９１の先端部のネジと袋ナット 状のセンサタ−ゲット７７で締め付けられ固定されている。センサタ−ゲット７ ７の左端面は平面になっており、これと対面して変位センサ５７があり、保持器 ７９、支え７８によりカバー７１の吸気口７４に固定されている。補助軸受５５ とその内径側のロータ鉄心５６のボス間のエアギャップは、ラジアル軸受部のも のより小さくておおむね半分であり、ラジアル軸受の非常時にラジアル軸受のロ ータとステータが接触する前に接触するようにしておりラジアル軸受を保護して いる。また補助軸受５５の軸方向両側にはエアギャップを介して回転軸９の肩と ロータ鉄心５６のボスの肩があり、スラスト軸受の非常時にスラスト軸受のロー タとステータ及びインペラ７２に設けた羽根７３とカバー７１が接触する前に接 触するようにしておりこれらを保護している。 フレーム１の右端部には 左端部と同じく、スラスト軸受とコンプレッサが設 けられており、全体構成はほぼ左右対称となっている。ただしスラスト軸受用の センサはいずれか一方のみでもよく、また補助軸受のスラスト方向の保護機能も いずれか一方のみにあればよい。 このような構成において、変位センサ５７で回転軸９のスラスト方向の位置が 検出されると、図示しない制御器が働いてステータ５０のコイル５３に電流を供 給し吸引力が作用して回転軸を所定の位置に非接触支持する。ラジアル軸受も同 様に働き回転軸９は完全に非接触浮上する。モータ２が図示しない交流電源で励 磁されると回転軸９は回転力が作用し回転する。そしてインペラ７２の羽根７３ の作用でカバー７１の左側吸気口７４からエアを吸い込み、圧縮して排気口７５ からはき出され排気路７６を通って外部へ排気される。エアの流通路である吸気 口７４にセンサを設けているものの、支え７８の断面が翼状、保持器７９は円柱 状をしており、いずれも占有空間は小さく流線型をしているので、空気抵抗は小 さくコンプレッサの性能を低下させるものではない。またカバー７１をはずすと センサもはずせるのでメンテナンスもしやすいという長所がある。

【０００８】

【考案の効果】

以上述べたように、本考案によればスラスト軸受のステータがいわばモータの カバーを兼ねているので、回転軸にはスラスト軸受のステータの長さが加算され ることはなく、またファン先端の袋ナット状のセンサタ−ゲットに対面してスラ ストセンサを配置しているので、回転軸にはセンサ及びセンサターゲットの長さ が加算されることはないため、スラスト磁気軸受の軸長を短くすることができ、 軸の曲げ危険速度を高く維持できる。従って、非接触軸受の特徴を生かして回転 上限を高くすることができ、ターボ機械としての性能を高めるという効果がある 。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例を示す側断面図

【図２】本考案の実施例の要部を示す側断面図

【符号の説明】

１：フレーム ２：モータ ３、４：ラジアル軸受 ５、６：スラスト軸受 ７：第２コンプレッサ ８：第１コンプレッサ ９：回転軸 ２１、３１、４１、５０、６０：ステータ ５１、５２：ステータ鉄心 ５３：コイル ５４：支え板 ５５：補助軸受 ５６：ロータ鉄心 ５７：変位センサ ７１：カバー ７２、８２：インペラ ７３：羽根 ７４：吸気口 ７５：排気口 ７６：排気路 ７７：センサタ−ゲット ７８：支え ７９：保持器 ８１：カバー ９１：出力軸

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【手続補正書】

【提出日】平成５年１１月１９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図面の簡単な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例を示す側断面図である。

【符号の説明】 １ フレーム、２ モータ ３、４ラジアル軸受、５、
６ スラスト軸受、７ 第２コンプレッサ、８ 第１コ
ンプレッサ、９ 回転軸、２１、３１、４１、５０、６
０ ステータ、５１、５２ ステータ鉄心、５３ コイ
ル、５４ 支え板、５５ 補助軸受、５６ ロータ鉄心、５７ 変
位センサ、７１ カバー、７２、８２ インペラ、７３
羽根、７４ 吸気口、７５ 排気口、７６ 排気路、
７７ センサターゲット、７８ 支え、７９ 保持器、
８１ カバー、９１ 出力軸

フロントページの続き (72)考案者 吉田 敏隆 福岡県北九州市小倉北区大手町12番１号 株式会社安川電機小倉工場内

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁気軸受で非接触支持しモータで回転さ
   れる回転軸の両軸端にインペラを設けたターボ機械にお
   いて、インペラの背面部に設けた磁性材料で成るロータ
   鉄心と、該ロータ鉄心とエアギャップを介してリング状
   の磁極を持つステータと、該インペラの少なくとも一方
   の先端部に設けたセンサターゲットと、該センサターゲ
   ットとエアギャップを介しコンプレッサのカバーに固定
   された変位センサと、制御器とパワーアンプとからなる
   制御装置と、で構成されることを特徴とするターボ機械
   用スラスト磁気軸受。