JPH1037959A - 磁気軸受装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 組立や調整の作業が容易で製造コストが安
く、かつコンパクトな磁気軸受装置を提供する。 【解決手段】 回転軸１２の変位を変位センサ４４，４
６の出力に基づいて電磁的に制御するラジアル方向及び
アキシャル方向の磁気軸受２４，２６を有する磁気軸受
装置において、アキシャル方向の磁気軸受２６は、回転
軸に軸方向に離間して設けた２つのアキシャルターゲッ
ト２６ｂと、それぞれのアキシャルターゲットに対向し
て配置され、各アキシャルターゲットに対して軸方向に
互いに逆方向の吸引力を及ぼすアキシャル磁界発生部２
６ａとを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転軸の軸方向の
負荷を受けて該回転軸を支持するための磁気軸受装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気軸受を用いて回転体を支持するよう
にした回転機械の一例が、米国特許第４，５２３，８９
６号に開示されている。これは、筒状のケーシングに回
転軸が挿通して設けられ、その両側端部にそれぞれ羽根
車が設けられて両吸込型の圧縮機が構成されている。ケ
ーシングの中央部にはモータが収容され、その両側に軸
受部が設けられている。軸受部には、一対のラジアル磁
気軸受と、１つのアキシャル磁気軸受とが設けられてい
る。また、所定位置にラジアル及びアキシャル方向の変
位センサが設けられている。

【０００３】アキシャル磁気軸受は、回転軸に固定され
た円板状の磁性体を挟んで、ケーシング側に固定された
磁界発生部（コイル）が設けられて構成されており、こ
れらの磁界発生部の発生する磁界を制御することによ
り、磁性体に対する吸引力を調整して回転軸の軸方向位
置を制御するようになっている。回転軸には、段差が形
成されており、圧縮機を組み立てる場合には、ケーシン
グと回転軸のそれぞれ対応する位置に、モータや磁気軸
受等を構成する部品を順次組み付ける。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
ような従来の技術においては、狭い空間に多くの部品を
組み付けるので組立や調整の作業が煩雑となり、製造コ
ストの上昇を招いていた。さらに、３つの磁気軸受を個
別に組み付けるために、機械全体の軸方向の寸法が長く
なるという不都合があった。また、アキシャル磁気軸受
は中心の一方側にのみ配置されるので、全体の対称性が
排除され、これも組立等の作業性を阻害していた。

【０００５】この発明は、上記課題に鑑みてなされたも
ので、組立や調整の作業が容易で製造コストが安く、か
つコンパクトな磁気軸受装置を提供することを目的とす
るものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、回転軸の変位を変位センサの出力に基づいて電磁的
に制御するラジアル方向及びアキシャル方向の磁気軸受
を有する磁気軸受装置において、前記アキシャル方向の
磁気軸受は、前記回転軸に軸方向に離間して設けた２つ
のアキシャルターゲットと、それぞれのアキシャルター
ゲットに対向して配置され、該各アキシャルターゲット
に対して軸方向に互いに逆方向の吸引力を及ぼすアキシ
ャル磁界発生部とを有することを特徴とする磁気軸受装
置である。

【０００７】このようにアキシャルターゲットを２つ設
けた結果、２つのアキシャルターゲットの間にモータの
ような他の構成要素を配置することができ、全体の対称
性を維持することができて、設計、組立及び調整等の作
業性が大幅に向上する。また、後述するようにアキシャ
ル磁界発生部とラジアル磁気軸受とを一体化してカセッ
ト化することが可能となり、事前に組立、調整を行なう
ことができるので、組立及び調整が困難な最終段階での
作業負荷を軽減することができる。

【０００８】請求項２に記載の発明は、前記アキシャル
磁界発生部は、軸方向においてそれぞれ２つのアキシャ
ルターゲットの外方に配置されていることを特徴とする
請求項２に記載の磁気軸受装置であり、アキシャルター
ゲットの間に例えば、モータ等の装置の主要構成機器を
配置することができ、装置の設計や組立等の作業性の向
上とともにコンパクト化を図ることができる。

【０００９】請求項３に記載の発明は、前記各アキシャ
ル磁界発生部とラジアル磁気軸受とが一つのケーシング
内の空間に組み込まれ、軸受カセットが構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の磁気軸受装置であ
り、上述したように、事前の組立、調整によって最終段
階での作業負荷を軽減するとともに、部品の規格化、統
一化による量産効果によるコストダウン効果をも得るこ
とができる。

【００１０】請求項４に記載の発明は、上記軸受カセッ
ト内には、さらに、ラジアル方向、アキシャル方向の変
位センサ及びタッチダウンベアリングの少なくとも１つ
が組み込まれていることを特徴とする請求項３に記載の
磁気軸受装置であるので、さらに事前の組立比率を向上
させることができる。

【００１１】請求項５に記載の発明は、前記アキシャル
ターゲットが前記回転軸に形成した段差面に配置されて
いることを特徴とする請求項１に記載の磁気軸受装置で
あるので、空間の有効利用によるコンパクト化とともに
ターゲットの変形防止により確実な制御を行なうことが
できる。

【００１２】請求項６に記載の発明は、請求項１に記載
のアキシャル磁気軸受を備え、前記２つのターゲット部
の間の空間にモータが構成されていることを特徴とする
回転機械であるので、上述した磁気軸受装置を活用した
コンパクトで低コストの回転機械を提供することができ
る。

【００１３】請求項７に記載の発明は、前記モータの軸
方向の中心点を基準にして前記磁気軸受カセットを対称
に配置したことを特徴とする請求項６に記載の回転機械
である。請求項８に記載の発明は、前記軸受カセットと
前記モータとの間に磁気シールド部を形成したことを特
徴とする請求項６に記載の回転機械である。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照してこの発明の
実施の形態を説明する。図１はこの発明の第１の実施の
形態を示すもので、従来例と同様にこの発明を圧縮機に
用いた例である。この圧縮機は、筒状のケーシング１０
に回転軸１２が挿入され、両側に圧縮機室１４が構成さ
れ、中央部にはモータ１６を収容するモータ室１８が設
けられている。そして、モータ室１８と圧縮機室１４部
分の間に、一対の軸受カセット２０が設けられている。

【００１５】この軸受カセット２０は、軸受ケーシング
２２の中にラジアル磁気軸受２４とアキシャル磁気軸受
２６の磁界発生部２６ａが組み込まれており、この部分
が一体として着脱できるカセット構造になっている。こ
の例では、２つの軸受カセット２０は左右が対称の構造
であり、結果としてほぼ同一構造となっている。軸受ケ
ーシング２２は、外側に張り出すフランジ２８をケーシ
ング１０に固定することにより組み付けられている。各
圧縮機室１４には回転軸１２の端部に取付けた羽根車３
０が収容されている。

【００１６】回転軸１２は、中央の大径部３２と両側の
小径部３４とからなっており、大径部３２はほぼモータ
室１８内に収容され、その周囲にモータ１６のロータ１
６ｂが一体に取り付けられている。このロータ１６ｂの
端部側には、リング状の磁性体であるアキシャルターゲ
ット２６ｂが取り付けられており、磁界発生部２６ａと
でアキシャル磁気軸受２６を構成している。小径部３４
は両側端部を除いて軸受ケーシング２２内に収容されて
おり、モータ室１８側端部にはラジアル磁気軸受２４の
制御対象である磁性体ターゲット２４ｂが設けられてい
る。

【００１７】アキシャル磁気軸受の磁界発生部（電磁
石）２６ａは、軸受カセット２０のモータ室側端部に、
ロータ３６側の磁性体ターゲット２６ｂに対向する位置
に設けられている。この電磁石２６ａは、ターゲット２
６ｂと同じ径のリング状をしており、大径部３２の端部
を取り囲むように配置されている。また、軸受カセット
２０の羽根車側端部には、非常の場合に回転軸１２と接
触するタッチダウンベアリング４２が設けられている。
さらに、各軸受ケーシング２２内部にはラジアルセンサ
４４が設けられ、少なくとも一方の軸受ケーシング２２
にはアキシャルセンサ４６が設けられている。なお、モ
ータ室１８と軸受カセット２０の境界部には、磁気シー
ルド部４８が設けられており、モータ１６側の磁界を軸
受制御系に及ぼさないようにしている。

【００１８】次に、上述のような圧縮機の組立方法を説
明する。まず、ケーシング１０の内側にモータ１６のス
テータ１６ａを取付ける。この実施例では、ケーシング
１０内面の中央に突起５０を設けておき、ここにステー
タ１６ａの端部を当てて位置決め固定している。次に、
ロータ１６ｂと一体にした回転軸１２をステータ１６ａ
内に挿入し、これに仮固定する。

【００１９】軸受カセット２０には、アキシャル磁気軸
受２６及びラジアル磁気軸受２４の固定（静止）側部分
が組み込まれ、さらにセンサ４４，４６の固定側部分及
びタッチダウンベアリング４２が予め装着されている。
これらは、予め所要の位置調整等を行っておき、ケーシ
ング１０の両側の開口部から挿入して組み付ける。次
に、回転軸１２と軸受カセット２０の芯出しを順次ある
いは同時に行いながら、ケーシング１０内面の取付面
（段差面）５２にフランジ部２８の外周部をボルト５４
により接合する。さらに、流体機械の羽根車３０を圧縮
機室１４内で円滑に回転するように固定する。

【００２０】このように構成された回転機械の動作及び
制御は、以下のように行われる。制御装置（図示略）は
ラジアル及びアキシャル方向のセンサ４４，４６の検出
した信号に基づいて各磁気軸受２４，２６の磁界発生部
の発生する磁界を制御し、ターゲット２４ｂ，２６ｂに
対する吸引力を調整して回転軸１２のラジアル及びアキ
シャル方向の位置を制御する。この装置の動作が従来と
異なる点は、アキシャルターゲット２６ｂが２つに分割
されており、２つの逆向きの力の作用点が離れている点
であるが、結果として同様の制御がなされる。

【００２１】この実施の形態では、軸受カセット２０内
にアキシャル磁気軸受２６のターゲット２６ｂがモータ
１６のロータ１６ｂの両端面に近い位置に対称に設けて
あるので、磁界による力に基づくモーメントの偏りが無
く、制御が全体として容易である。また、アキシャル磁
気軸受２６のターゲット２６ｂを回転軸１２の段差部に
形成しているので、狭い空間を有効に利用してターゲッ
ト２６ｂを配置することができるとともに、ターゲット
２６ｂの変形が起きにくく、制御誤差を小さくすること
ができる。さらに、軸受カセット２０とモータ１６との
間に磁気シールド部４８を形成しているので、その点か
らも制御誤差を小さくすることができる。

【００２２】図２は、この発明の他の実施の形態であ
り、片吸込型の圧縮機に用いたものである。一方の羽根
車の部分にはカウンターウエイト５６が取り付けられて
いるが、他の構成は基本的に同一である。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、２つのアキシャルターゲットの間にモータのような
他の構成要素を配置することにより、全体の対称性を維
持することができ、また、アキシャル磁界発生部とラジ
アル磁気軸受とを一体化してカセット化することによ
り、事前に組立、調整を行なうことができるので、組立
及び調整が困難な最終段階での作業負荷を大幅に軽減す
ることができ、作業が容易で製造コストが安く、かつコ
ンパクトな磁気軸受装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施の形態の流体機械を示す
断面図である。

【図２】この発明の第２の実施の形態の流体機械を示す
断面図である。

【符号の説明】

１２ 回転軸 １６ モータ ２０ 軸受カセット ２２ ケーシング ２４，２６ 磁気軸受 ２６ａ アキシャル磁界発生部 ２６ｂ アキシャルターゲット ４２ タッチダウンベアリング ４４，４６ 変位センサ ４８ 磁気シールド部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 丸井 英史 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転軸の変位を変位センサの出力に基づ
   いて電磁的に制御するラジアル方向及びアキシャル方向
   の磁気軸受を有する磁気軸受装置において、前記アキシ
   ャル方向の磁気軸受は、前記回転軸に軸方向に離間して
   設けた２つのアキシャルターゲットと、それぞれのアキ
   シャルターゲットに対向して配置され、該各アキシャル
   ターゲットに対して軸方向に互いに逆方向の吸引力を及
   ぼすアキシャル磁界発生部とを有することを特徴とする
   磁気軸受装置。
2. 【請求項２】 前記アキシャル磁界発生部は、軸方向に
   おいてそれぞれ２つのアキシャルターゲットの外方に配
   置されていることを特徴とする請求項２に記載の磁気軸
   受装置。
3. 【請求項３】 前記各アキシャル磁界発生部とラジアル
   磁気軸受とが一つのケーシング内の空間に組み込まれ、
   軸受カセットが構成されていることを特徴とする請求項
   １に記載の磁気軸受装置。
4. 【請求項４】 上記軸受カセット内には、さらに、ラジ
   アル方向、アキシャル方向の変位センサ及びタッチダウ
   ンベアリングの少なくとも１つが組み込まれていること
   を特徴とする請求項３に記載の磁気軸受装置。
5. 【請求項５】 前記アキシャルターゲットが前記回転軸
   に形成した段差面に配置されていることを特徴とする請
   求項１に記載の磁気軸受装置。
6. 【請求項６】 請求項１に記載のアキシャル磁気軸受を
   備え、前記２つのターゲット部の間の空間にモータが構
   成されていることを特徴とする回転機械。
7. 【請求項７】 前記モータの軸方向の中心点を基準にし
   て前記磁気軸受カセットを対称に配置したことを特徴と
   する請求項６に記載の回転機械。
8. 【請求項８】 前記軸受カセットと前記モータとの間に
   磁気シールド部を形成したことを特徴とする請求項６に
   記載の回転機械。