JPH09133133A - Thrust magnetic bearing device - Google Patents
Thrust magnetic bearing deviceInfo
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- JPH09133133A JPH09133133A JP7287166A JP28716695A JPH09133133A JP H09133133 A JPH09133133 A JP H09133133A JP 7287166 A JP7287166 A JP 7287166A JP 28716695 A JP28716695 A JP 28716695A JP H09133133 A JPH09133133 A JP H09133133A
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、発電機や電動機な
どの回転機器の回転シャフトを支持する軸受装置に関
し、特に、回転シャフトをその回転軸方向であるスラス
ト方向に磁気を利用して支持するスラスト磁気軸受装置
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a bearing device for supporting a rotating shaft of a rotating machine such as a generator or an electric motor, and more particularly, to supporting the rotating shaft in the thrust direction, which is the direction of the rotating shaft, by utilizing magnetism. The present invention relates to a thrust magnetic bearing device.
【０００２】[0002]
【従来の技術】発電機や電動機などの回転機器の回転シ
ャフトをスラスト方向に磁気を利用して支持する、いわ
ゆる、スラスト方向磁気軸受装置は、例えばASME paper
86-GT-61 "The Application of Article Magnetic Bea
rings to a Natural Gas Pipeline Compressor" に示さ
れている（Fig. 8を参照）。かかる従来のスラスト方向
に磁気を利用して支持するスラスト方向磁気軸受装置の
構造は、添付の図３にも示されるように、支持する回転
シャフト７に円板状のスラストカラー３を固定し、この
円板状のスラストカラー３をその両側から挟み込むよう
に、すなわち、スラストカラーの両側面に対向してスラ
ストベアリング１、２が配置されて構成されている。2. Description of the Related Art A so-called thrust direction magnetic bearing device for supporting a rotating shaft of a rotating machine such as a generator or an electric motor by utilizing magnetism in the thrust direction is, for example, ASME paper.
86-GT-61 "The Application of Article Magnetic Bea
"Rings to a Natural Gas Pipeline Compressor" (see Fig. 8). The structure of the conventional thrust direction magnetic bearing device that uses magnetism in the thrust direction is also shown in Fig. 3 attached. So that the disk-shaped thrust collar 3 is fixed to the supporting rotating shaft 7 so that the disk-shaped thrust collar 3 is sandwiched from both sides thereof, that is, the thrust bearing is opposed to both side surfaces of the thrust collar. 1, 2 are arranged.
【０００３】ところで、一般的に、磁気軸受では、単位
面積当たりの支持できる荷重が油軸受よりも小さく、そ
のため、軸受の寸法が大きくなる。特に、スラスト軸受
の場合、その影響が大きく、スラストカラーの外径が大
きくなる。そのため、高速回転体では、ロータの設計
時、このスラストカラーの強度がクリティカルになる場
合が多い。そこで、スラスト軸受で発生する力を低減す
ることなく、スラストカラーに発生する応力を低減し、
かつ、シャフトを含むロータの設計及び制御系の設計を
容易にするため、このスラストカラーの重量を低減する
ことが求められている。そして、かかる要望を達成する
ものとして、例えば特開平３−６９８２０号公報によれ
ば、回転シャフトに固定されるスラストカラーを、特
に、その厚さを内周側から外周側に向かって徐々に薄く
してテーパ形状にした軸線方向磁気軸受が、既に知られ
ている。By the way, generally, in a magnetic bearing, the load that can be supported per unit area is smaller than that in an oil bearing, and therefore the size of the bearing becomes large. In particular, in the case of thrust bearings, the influence is great and the outer diameter of the thrust collar becomes large. Therefore, in a high-speed rotating body, the strength of the thrust collar is often critical when designing the rotor. Therefore, the stress generated in the thrust collar is reduced without reducing the force generated in the thrust bearing,
Moreover, in order to facilitate the design of the rotor including the shaft and the design of the control system, it is required to reduce the weight of the thrust collar. In order to achieve such a demand, for example, according to Japanese Patent Laid-Open No. 3-69820, the thickness of the thrust collar fixed to the rotating shaft is gradually reduced from the inner circumference side to the outer circumference side. A taper-shaped axial magnetic bearing is already known.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】ところで、一般に、ス
ラストベアリングでは、上記図３にも示すように、その
構造上、スラストベアリング１、２を固定する、発電機
や電動機などの回転機器のハウジング５、ロータが取り
付けられた回転シャフト７、そして、ベアリング６を通
って、いわゆる漏洩磁束Φ３が発生する。この漏洩磁束
Φ３は、円板状のスラストカラー３を通ってスラストベ
アリング１、２に戻る。そのため、このスラストカラー
３には、スラストベアリング１、２において力を発生さ
せるために必要な磁束以外にも、上記の漏洩磁束Φ３が
通ることとなり、この外部からの漏洩磁束Φ３は、場合
によっては、スラストベアリング１、２により発生され
る磁束の２０〜３０％程度にもなる。Generally, in the thrust bearing, as shown in FIG. 3 above, the structure of the thrust bearing 1 and 2 is fixed so that the housing 5 of the rotating device such as the generator or the electric motor is fixed. A so-called leakage magnetic flux Φ3 is generated through the rotating shaft 7 to which the rotor is attached and the bearing 6. The leakage magnetic flux Φ3 returns to the thrust bearings 1 and 2 through the disk-shaped thrust collar 3. Therefore, in addition to the magnetic flux required to generate a force in the thrust bearings 1 and 2, the above-mentioned leakage magnetic flux Φ3 passes through this thrust collar 3, and this leakage magnetic flux Φ3 from the outside may be different in some cases. The magnetic flux generated by the thrust bearings 1 and 2 is about 20 to 30%.
【０００５】このような外部からの漏洩磁束Φ３の存在
のため、スラストベアリング１、２において力を発生さ
せるために必要な磁束量だけに基づいて上記スラストカ
ラー３の設計を行うと、当該スラストカラー３内で磁気
飽和が生じてしまい、スラストベアリング１、２に本来
要求される力が発生できなくなる。従って、スラストカ
ラー３の厚みを厚くしなければならないが、その場合、
スラストカラー３が重くなり、ロータの危険速度が低下
してしまい、ロータの設計が難しくなるという問題があ
った。Due to the presence of such a leakage magnetic flux Φ3 from the outside, when the thrust collar 3 is designed based only on the amount of magnetic flux required to generate a force in the thrust bearings 1 and 2, the thrust collar 3 is designed. 3 causes magnetic saturation, and the thrust bearings 1 and 2 cannot generate the originally required force. Therefore, it is necessary to increase the thickness of the thrust collar 3, but in that case,
There is a problem that the thrust collar 3 becomes heavy and the critical speed of the rotor decreases, which makes it difficult to design the rotor.
【０００６】すなわち、上記前者の従来技術では、スラ
ストカラー３の厚さが一様であるため、ロータと共に回
転するシャフトの回転時に、回転に伴う遠心力が発生
し、この遠心力によるスラストカラーの内周面での応力
が大きくなり、特に、高速回転する回転機器では、強度
的に厳しい条件となり、また、内周面での変形量も大き
く、多くの締代が必要となり、その組立条件も悪化す
る。That is, in the former prior art, since the thickness of the thrust collar 3 is uniform, a centrifugal force due to the rotation is generated when the shaft that rotates together with the rotor is rotated, and the centrifugal force of the centrifugal force is generated by the centrifugal force. The stress on the inner peripheral surface becomes large, and especially for rotating equipment that rotates at high speed, the conditions are severe in terms of strength, and the amount of deformation on the inner peripheral surface is large, requiring a large tightening margin, and the assembling conditions also. Getting worse.
【０００７】一方、上記後者の従来技術によれば、回転
シャフトに固定されるスラストカラーの形状を、内周側
から外周側に向かって徐々に薄くしてテーパ形状にした
ものが知られているが、しかしながら、漏洩磁束による
影響や、漏洩磁束を考慮したスラストベアリングの磁極
の配置に関しては何等示していない。On the other hand, according to the latter prior art, it is known that the shape of the thrust collar fixed to the rotary shaft is gradually reduced from the inner peripheral side to the outer peripheral side to form a tapered shape. However, nothing is shown about the influence of the leakage magnetic flux and the arrangement of the magnetic poles of the thrust bearing in consideration of the leakage magnetic flux.
【０００８】そこで、本発明は、上記の従来技術に鑑
み、特に、発電機や電動機などの回転機器の回転シャフ
トを磁気を利用して支承するスラスト磁気軸受装置にお
いて、その回転シャフトを介して生じる外部からの漏洩
磁束による影響を考慮し、かつ、高速回転する回転機器
においても使用することが可能な新規な構造を提供する
ことを目的とする。Therefore, in view of the above-mentioned prior art, the present invention is particularly caused in a thrust magnetic bearing device which supports the rotating shaft of a rotating machine such as a generator or an electric motor by utilizing magnetism. An object of the present invention is to provide a novel structure that takes into consideration the influence of a magnetic flux leaking from the outside and that can be used even in a rotating device that rotates at high speed.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】そして、上記の目的を達
成するため、本発明によれば、回転するシャフトに取り
付けられた円板状スラストカラーの両側表面に対向する
ように、前記スラストカラーを挟んでその両側にスラス
トベアリングを配置し、前記スラストカラーの前記回転
シャフトの回転軸方向における厚さを内周側から外周側
に向かってより薄く形成し、かつ、前記スラストカラー
と前記スラストベアリングとの間に形成されるギャップ
が一様になるように、前記スラストベアリングを構成す
る磁極を形成し、前記スラストベアリングには、それぞ
れ、コイル挿入溝を形成し、当該溝にはリング状コイル
を挿入して配置したスラスト磁気軸受装置において、前
記リング状コイルを、前記スラストベアリングの磁極に
表れる極性により、外部からの漏洩磁束が前記スラスト
カラーの略中央部を通って前記スラストベアリングに抜
けるように結線したスラスト磁気軸受装置が提案され
る。In order to achieve the above-mentioned object, according to the present invention, the thrust collar is provided so as to face both side surfaces of a disk-shaped thrust collar attached to a rotating shaft. Thrust bearings are arranged on both sides of the thrust collar, and the thickness of the thrust collar in the rotation axis direction of the rotary shaft is made thinner from the inner peripheral side toward the outer peripheral side, and the thrust collar and the thrust bearing are Magnetic poles that form the thrust bearing are formed so that the gap formed between them is uniform, and coil insertion grooves are formed in the thrust bearings, respectively, and a ring-shaped coil is inserted in the groove. In the thrust magnetic bearing device arranged as described above, the ring-shaped coil is arranged according to the polarity that appears in the magnetic pole of the thrust bearing. Thrust magnetic bearing device leakage flux is connected to exit to the thrust bearing through a substantially central portion of the thrust collar from the outside is proposed.
【００１０】すなわち、上記の本発明になるスラスト方
向磁気軸受装置によれば、例えばテーパー形状のよう
に、スラストカラーの厚さを内周側から外周側に向かっ
てより薄く形成した場合にも、特に、その先端部の肉薄
部分において問題となる外部からの漏洩磁束による磁気
飽和を、スラストベアリングを構成する磁極の極性を、
その励磁コイルの結線により、適宜配列することによ
り、外部からの漏洩磁束がこのスラストカラーの先端肉
薄部分を通ることなく、比較的厚いテーパー形状のスラ
ストカラーの略中央部を通って前記スラストベアリング
に抜けるようにし、もって、テーパー形状のスラストカ
ラーを使用することにより高速回転可能にしたスラスト
方向磁気軸受装置における、外部からの漏洩磁束による
影響をも併せて解消することが出来ることとなる。That is, according to the thrust direction magnetic bearing device of the present invention described above, even when the thickness of the thrust collar is formed thinner from the inner peripheral side to the outer peripheral side, such as a taper shape, In particular, the magnetic saturation due to leakage flux from the outside, which is a problem at the thin portion of the tip portion, the polarity of the magnetic poles forming the thrust bearing,
By properly arranging them by connecting the exciting coils, leakage flux from the outside does not pass through the thin portion at the tip of the thrust collar, but passes through the approximately central portion of the relatively thick tapered thrust collar to the thrust bearing. Therefore, it is possible to eliminate the influence of the magnetic flux leaked from the outside in the thrust direction magnetic bearing device that can be rotated at a high speed by using the tapered thrust collar.
【００１１】[0011]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、添付の図面を参照して詳細に説明する。まず、図１
には、本発明の実施の形態になるスラスト方向磁気軸受
装置が示されており、この図において、回転シャフト７
は、２組のラジアルベアリング（図には表示されていな
い）により回転可能に支持されている。また、このシャ
フト７上には、外形略円板状のスラストカラー３が固定
され、さらに、このスラストカラー３の上記シャフト７
の回転軸方向の両側から対向するように、１組のスラス
トベアリング１、２がハウジング５に取り付けられてい
る。なお、スラストカラー３、スラストベアリング１、
２、ハウジング５などは、回転シャフト７の周囲に円形
上の構造を有するが、シャフト７の下半分の断面は省略
している。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. First, FIG.
FIG. 1 shows a thrust direction magnetic bearing device according to an embodiment of the present invention.
Is rotatably supported by two sets of radial bearings (not shown). A thrust disc 3 having a substantially disk-shaped outer shape is fixed on the shaft 7, and the shaft 7 of the thrust collar 3 is further fixed.
A pair of thrust bearings 1 and 2 are attached to the housing 5 so as to face each other from both sides in the direction of the rotation axis. In addition, thrust collar 3, thrust bearing 1,
2, the housing 5 and the like have a circular structure around the rotary shaft 7, but the cross section of the lower half of the shaft 7 is omitted.
【００１２】なお、この図からも明らかなように、シャ
フト７に固定されたスラストカラー３は、シャフト７の
回転軸方向における厚さが、その内周側から外周側に向
かってより徐々に薄くなるテーパー状に形成されてい
る。一方、このテーパー状スラストカラー３の両側面に
対向して配置された１組のスラストベアリング１、２
は、それぞれ、そのスラストカラー３との対向面側に磁
極１ａ、１ｂ、１ｃ、２ａ、２ｂ、２ｃを突出して形成
し、これら磁極の間には、励磁のためのコイル８Ａ、８
Ｂ、９Ａ、９Ｂを挿入するためのコイル挿入溝を形成し
ている。なお、これら磁極１ａ、１ｂ、１ｃ、２ａ、２
ｂ、２ｃの先端面は、上記スラストカラー３の両側のテ
ーパ面との間のギャップ４ａ、４ｂ、４ｃが一様になる
ように形成されている。また、上記スラストベアリング
１、２のコイル挿入溝内に挿入されたコイル８Ａ、８
Ｂ、９Ａ、９Ｂは、図にも示すように、その磁極１ａ、
１ｂ、１ｃ、２ａ、２ｂ、２ｃの先端側が、外周側から
順番にＮ極、Ｓ極、そして、Ｎ極となるように結線され
ている。なお、コイル８Ａ、８Ｂ、９Ａ及び９Ｂなどを
断面で示しているが、これらコイルのシャフト７の下側
の断面は、スラストカラー３などと同様に図示を省略し
ている。As is apparent from this figure, the thrust collar 3 fixed to the shaft 7 has a thickness in the rotational axis direction of the shaft 7 that gradually decreases from the inner peripheral side toward the outer peripheral side. Is formed in a tapered shape. On the other hand, a pair of thrust bearings 1 and 2 arranged on both sides of the tapered thrust collar 3 so as to face each other.
Respectively, magnetic poles 1a, 1b, 1c, 2a, 2b, and 2c are formed so as to project on the surface facing the thrust collar 3, and between these magnetic poles, coils 8A and 8A for excitation are formed.
A coil insertion groove for inserting B, 9A and 9B is formed. Incidentally, these magnetic poles 1a, 1b, 1c, 2a, 2
The tip surfaces of b and 2c are formed so that the gaps 4a, 4b and 4c between the tapered surfaces on both sides of the thrust collar 3 are uniform. Further, the coils 8A, 8 inserted into the coil insertion grooves of the thrust bearings 1, 2 are
As shown in the figure, B, 9A, and 9B are the magnetic poles 1a,
The tip ends of 1b, 1c, 2a, 2b, and 2c are connected in order from the outer peripheral side to the N pole, the S pole, and the N pole. Although the coils 8A, 8B, 9A, 9B and the like are shown in cross section, the cross section of the lower side of the shaft 7 of these coils is omitted like the thrust collar 3 and the like.
【００１３】上記のような構成のスラスト方向磁気軸受
装置によれば、スラストベアリング１、２のコイル挿入
溝内に挿入されたコイル８Ａ、８Ｂ、９Ａ、９Ｂに導電
すると、図中に波線の矢印で示すように（ただし、図中
では、説明の簡略のため、一方の磁束だけが示さる）、
各磁極１ａ、１ｂ、１ｃ、２ａ、２ｂ、２ｃとスラスト
カラー３を通って、各コイル８Ａ、８Ｂ、９Ａ、９Ｂの
回りに磁束Φ１、Φ２を生じ、これにより、各磁極１
ａ、１ｂ、１ｃ、２ａ、２ｂ、２ｃが磁化されてスラス
トベアリング１、２に所定の吸引力を発生し、もって、
シャフト７をその回転軸方向に支持することとなる。な
お、上述のように、磁極１ａ、１ｂ、１ｃ、２ａ、２
ｂ、２ｃの先端面は、スラストカラー３の両側のテーパ
面との間のギャップ４ａ、４ｂ、４ｃが一様になるよう
に形成されていることから、傾斜面であるにも拘わら
ず、スラストカラー３の両側には均一な力が働くことと
なる。According to the thrust direction magnetic bearing device having the above-mentioned structure, when the coils 8A, 8B, 9A and 9B inserted in the coil insertion grooves of the thrust bearings 1 and 2 are electrically conductive, a wavy arrow in the figure (However, for simplicity of explanation, only one magnetic flux is shown in the figure)
Passing through each magnetic pole 1a, 1b, 1c, 2a, 2b, 2c and the thrust collar 3, a magnetic flux Φ1, Φ2 is generated around each coil 8A, 8B, 9A, 9B, whereby each magnetic pole 1
a, 1b, 1c, 2a, 2b, 2c are magnetized to generate a predetermined suction force on the thrust bearings 1 and 2, and
The shaft 7 is supported in the rotation axis direction. As described above, the magnetic poles 1a, 1b, 1c, 2a, 2
The tip surfaces of b and 2c are formed so that the gaps 4a, 4b, and 4c between the tapered surfaces on both sides of the thrust collar 3 are uniform, so that the thrust surfaces are thrust surfaces in spite of being inclined surfaces. A uniform force acts on both sides of the collar 3.
【００１４】ところで、上述のように、スラストカラー
３は、その内周側から外周側に行くに従って徐々にその
厚さが薄くなるように形成し、その両側面を同一の角度
に傾斜させたディスク部３ａ、３ｂ、３ｃとボス部３ｄ
とから構成されており、このボス部３ｄによってシャフ
ト７に固定されている。また、磁極１ａ、１ｂ、１ｃ、
２ａ、２ｂ、２ｃは、それぞれ、外周側から順番にＮ
極、Ｓ極、そして、Ｎ極に励磁されている。このような
構成により、回転機器のハウジング５、回転シャフト
７、そして、ベアリング６を通って発生する、いわゆ
る、漏洩磁束Φ３は、シャフト７からスラストカラー３
のボス部３ｄ、ディスク内周部３ｃ、そして、ディスク
中央部３ｂを通って、スラストベアリング１の磁極１ｂ
に抜けることとなる。By the way, as described above, the thrust collar 3 is formed such that its thickness gradually decreases from the inner peripheral side to the outer peripheral side, and both side surfaces thereof are inclined at the same angle. Parts 3a, 3b, 3c and boss 3d
And is fixed to the shaft 7 by the boss portion 3d. Also, the magnetic poles 1a, 1b, 1c,
2a, 2b, and 2c are N respectively in order from the outer peripheral side.
It is excited by the pole, the S pole, and the N pole. With such a configuration, so-called leakage magnetic flux Φ3, which is generated through the housing 5 of the rotating device, the rotating shaft 7, and the bearing 6, is generated from the shaft 7 to the thrust collar 3.
The magnetic pole 1b of the thrust bearing 1 passes through the boss portion 3d, the disk inner peripheral portion 3c, and the disk central portion 3b.
You will get out of.
【００１５】すなわち、漏洩磁束Φ３を、スラストカラ
ー３のディスク中央部３ｂを通し、言い換えれば、スラ
ストベアリング１に磁力を発生させるコイル９Ａの磁束
Φ１が通るスラストカラー３のディスク先端部３ａを通
さないようにする。これにより、図にも示すように、テ
ーパ形状のスラストカラー３のディスク先端部３ａに
は、外側のコイル９Ａにより発生した磁束Φ１だけが通
過することとなる。このことにより、上記テーパ形状ス
ラストカラー３のその断面積が小さいディスク先端部３
ａにおける、漏洩磁束Φ３による磁気飽和を生じさせな
いようにすることが可能になり、磁気飽和による発生磁
力の減少を防止し、もって、スラストベアリング１によ
る所定のベアリング力を均一に発生することが可能とな
る。That is, the leakage magnetic flux Φ3 is passed through the disk central portion 3b of the thrust collar 3, in other words, is not passed through the disk tip portion 3a of the thrust collar 3 through which the magnetic flux Φ1 of the coil 9A for generating magnetic force in the thrust bearing 1 passes. To do so. As a result, as shown in the drawing, only the magnetic flux Φ1 generated by the outer coil 9A passes through the disk tip portion 3a of the tapered thrust collar 3. As a result, the taper thrust collar 3 has a small cross-sectional area, and the disk tip portion 3 is small.
It is possible to prevent the magnetic saturation due to the leakage magnetic flux Φ3 in a, and to prevent a decrease in the generated magnetic force due to the magnetic saturation, and thus to uniformly generate a predetermined bearing force by the thrust bearing 1. Becomes
【００１６】また、上記のように、中央部の磁極１ｂ、
２ｂには、コイル９Ａによる磁束Φ１、コイル９Ｂによ
る磁束Φ２と、さらには、漏洩磁束Φ３が集中すること
から、この中央部の磁極１ｂ、２ｂの断面積を他の磁極
１ａ、１ｃ、２ａ、２ｃよりも大きくしている。すなわ
ち、これにより、磁束の集中が生じる中央部の磁極１
ｂ、２ｂに磁気飽和が生じないようにする。Further, as described above, the magnetic pole 1b in the central portion,
Since the magnetic flux Φ1 generated by the coil 9A, the magnetic flux Φ2 generated by the coil 9B, and the leakage magnetic flux Φ3 are concentrated on 2b, the cross-sectional area of the magnetic poles 1b, 2b at the central portion is set to the other magnetic poles 1a, 1c, 2a, It is larger than 2c. That is, the magnetic pole 1 in the central portion causes the concentration of magnetic flux.
Prevent magnetic saturation in b and 2b.
【００１７】さらに、図２には、本発明の他の実施の形
態になるスラスト方向磁気軸受装置が示されており、図
において、上記図１の符号と同一の符号は同様の構成要
件を示している。なお、この他の実施の形態では、図か
らも明らかなように、テーパ形状のスラストカラー３の
両側面に対向して配置されたスラストベアリング１’、
２’は、上記の図１のスラストベアリング１、２とは異
なり、２つの磁極１ａ、１ｃ、２ａ、２ｃを有し、それ
らの間のコイル挿入溝には、それぞれ、ただ１つのコイ
ル８Ａ、９Ａが挿入されている。また、この他の実施の
形態では、これらコイル８Ａ、９Ａは、外周側の磁極１
ａ、２ａがＮ極、内周側の磁極１ｃ、２ｃがＳ極に励磁
されるように結線されている。Further, FIG. 2 shows a thrust direction magnetic bearing device according to another embodiment of the present invention. In the figure, the same symbols as those in FIG. 1 indicate similar constitutional requirements. ing. In addition, in this other embodiment, as is apparent from the drawings, the thrust bearings 1 ′ arranged opposite to both side surfaces of the tapered thrust collar 3,
2'has two magnetic poles 1a, 1c, 2a, 2c, which are different from the thrust bearings 1, 2 of FIG. 1, and only one coil 8A, respectively, is provided in the coil insertion groove between them. 9A is inserted. In addition, in the other embodiments, the coils 8A and 9A are the magnetic poles 1 on the outer peripheral side.
The magnetic poles a and 2a are connected to the N pole, and the magnetic poles 1c and 2c on the inner peripheral side are connected to the S pole.
【００１８】かかる他の実施の形態になるスラスト方向
磁気軸受装置においても、上記図１に示したスラスト方
向磁気軸受装置と同様に、スラストベアリング１、２の
コイル挿入溝内に挿入されたコイル８Ａ、９Ａに導電す
ると、図中に波線の矢印で示すように、各磁極１ａ、１
ｃ、２ａ、２ｃとスラストカラー３を通って、各コイル
８Ａ、９Ａの回りに磁束Φ１を生じ、これにより、各磁
極１ａ、１ｃ、２ａ、２ｃが磁化されてスラストベアリ
ング１、２に所定の吸引力を発生し、もって、シャフト
７をその回転軸方向に支持することとなる。また、上述
のように、磁極１ａ、１ｃ、２ａ、２ｃの先端面は、ス
ラストカラー３の両側のテーパ面との間のギャップ４
ａ、４ｃが一様になるように形成されていることから、
傾斜面であるにも拘わらず、スラストカラー３の両側に
は均一な力が働くことも、上記と同様である。Also in the thrust direction magnetic bearing device according to the other embodiment, as in the thrust direction magnetic bearing device shown in FIG. 1, the coil 8A inserted into the coil insertion grooves of the thrust bearings 1 and 2 is the same. , 9A, the respective magnetic poles 1a, 1a as shown by the wavy line arrows in the figure.
c, 2a, 2c and the thrust collar 3, a magnetic flux Φ1 is generated around each of the coils 8A, 9A, whereby the magnetic poles 1a, 1c, 2a, 2c are magnetized so that the thrust bearings 1, 2 have a predetermined magnetic field. A suction force is generated, so that the shaft 7 is supported in the rotation axis direction. Further, as described above, the tip surfaces of the magnetic poles 1a, 1c, 2a, 2c have the gap 4 between the tapered surfaces on both sides of the thrust collar 3.
Since a and 4c are formed so as to be uniform,
Even if it is an inclined surface, a uniform force acts on both sides of the thrust collar 3 as in the above case.
【００１９】そして、かかる構成によっても、上記と同
様に、漏洩磁束Φ３は、スラストベアリング１に磁力を
発生させるコイル９Ａの磁束Φ１が通るスラストカラー
３のディスク先端部３ａを通ることなく、スラストカラ
ー３のディスク中央部３ｂを通ってスラストベアリング
１の磁極１ｃに抜ける。このことにより、やはり、上記
テーパ形状のスラストカラー３のディスク先端部３ａに
おいて、漏洩磁束Φ３による磁気飽和を生じさせないよ
うにすることが可能になり、磁気飽和による発生磁力の
減少を防止し、もって、スラストベアリング１による所
定のベアリング力を均一に発生することが可能となる。Also with this structure, similarly to the above, the leakage magnetic flux Φ3 does not pass through the disk tip portion 3a of the thrust collar 3 through which the magnetic flux Φ1 of the coil 9A for generating a magnetic force in the thrust bearing 1 passes. 3 through the disk central portion 3b to the magnetic pole 1c of the thrust bearing 1. As a result, it becomes possible to prevent the magnetic saturation due to the leakage magnetic flux Φ3 from occurring in the disk tip portion 3a of the tapered thrust collar 3 as well, and to prevent the decrease in the generated magnetic force due to the magnetic saturation. Therefore, it becomes possible to uniformly generate a predetermined bearing force by the thrust bearing 1.
【００２０】なお、この図２のスラスト方向磁気軸受装
置では、スラストベアリング１、２の下側の磁極１ｃ、
２ｃに、コイル９Ａによる磁束Φ１と漏洩磁束Φ３とが
集中することから、この下側の磁極１ｃ、２ｃの断面積
を他の磁極１ａ、２ａよりも大きくし、これにより、磁
束の集中による下側の磁極１ｃ、２ｃの磁気飽和を防止
している。In the thrust direction magnetic bearing device of FIG. 2, the lower magnetic poles 1c of the thrust bearings 1 and 2 are
Since the magnetic flux Φ1 and the leakage magnetic flux Φ3 due to the coil 9A are concentrated on 2c, the cross-sectional area of the lower magnetic poles 1c and 2c is made larger than that of the other magnetic poles 1a and 2a. The magnetic saturation of the side magnetic poles 1c and 2c is prevented.
【００２１】以上に説明したように、本発明になるスラ
スト方向磁気軸受装置によれば、スラストカラー３の形
状を、円板の厚さが内周側から外周側へ向かって薄くす
る、いわゆるテーパ形状にすることにより、高速回転時
におけるスラストカラー３内の応力を均一化させ、内周
面の応力を低減し、スラストカラー３自体の軽量化によ
り、シャフト７の回転の高速化を図り、さらには、ロー
タの固有振動数を高くすることが可能になると共に、か
かるテーパ形状のスラストカラー３の採用により生じる
問題点である漏洩磁束Φ３の影響、特に、この漏洩磁束
Φ３がスラストカラー３のディスク先端部３ａの肉薄部
を通過する場合（Φ１＋Φ３）における磁気飽和による
悪影響を解消する。すなわち、本発明では、スラストベ
アリング１、２の磁極１ａ、１ｂ、１ｃ、２ａ、２ｂ、
２ｃに生じる極性が外周側から順番にＮ極、Ｓ極、Ｎ
極、あるいは、Ｎ極、Ｓ極に励磁するように、各コイル
８Ａ、８Ｂ、９Ａ、９Ｂを結線することにより、スラス
トカラー３を通る漏洩磁束Φ３を、そのディスク先端部
３ａの肉薄部を通過させず、比較的肉厚で磁気飽和が生
じにくいディスク中央部３ｂを介してスラストベアリン
グ１、２の磁極に通過させることにより解決を図ってい
る。As described above, according to the thrust direction magnetic bearing device of the present invention, the shape of the thrust collar 3 is a so-called taper in which the thickness of the disk is reduced from the inner peripheral side to the outer peripheral side. By making the shape, the stress in the thrust collar 3 during high speed rotation is made uniform, the stress on the inner peripheral surface is reduced, and the weight of the thrust collar 3 itself reduces the speed of rotation of the shaft 7, Makes it possible to increase the natural frequency of the rotor, and the influence of the leakage magnetic flux Φ3, which is a problem caused by the adoption of the tapered thrust collar 3, in particular, the leakage magnetic flux Φ3 causes the disk of the thrust collar 3 The adverse effect of magnetic saturation when passing through the thin portion of the tip portion 3a (Φ1 + Φ3) is eliminated. That is, according to the present invention, the magnetic poles 1a, 1b, 1c, 2a, 2b of the thrust bearings 1 and 2,
The polarity generated in 2c is N pole, S pole, N in order from the outer circumference side.
By connecting the coils 8A, 8B, 9A, 9B so as to excite the pole, or the N pole or the S pole, the leakage magnetic flux Φ3 passing through the thrust collar 3 passes through the thin portion of the disk tip portion 3a. The solution is achieved by passing through the magnetic poles of the thrust bearings 1 and 2 through the disk central portion 3b, which is relatively thick and in which magnetic saturation does not easily occur, without doing so.
【００２２】なお、上記の実施の形態になるスラスト方
向磁気軸受装置では、上記スラストカラー３の形状を、
その両側面が同一角度で傾斜したテーパ形状のものとし
て説明したが、本発明では、かかる形状のみに限定され
ることなく、このスラストカラー３の側面の形状を、い
わゆる、曲面である等応力円板形状にすることも可能で
あり、その場合、かかる形状のスラストカラーは強度的
に有利であり、それに伴い、回転シャフトの高速化が可
能になるという利点をも有することとなる。In the thrust direction magnetic bearing device according to the above embodiment, the shape of the thrust collar 3 is
Although it has been described that the both side surfaces are tapered at the same angle, the present invention is not limited to such a shape, and the shape of the side surface of the thrust collar 3 is a so-called curved equal stress circle. It is also possible to have a plate shape, and in that case, the thrust collar having such a shape is advantageous in terms of strength, and accordingly has the advantage that the speed of the rotary shaft can be increased.
【００２３】[0023]
【発明の効果】以上の詳細な説明からも明らかなよう
に、本発明によれば、テーパ形状の採用によりスラスト
カラーの回転時の内部応力を低減して高速化を可能とす
ると共に、その際に問題となる、外部からの漏洩磁束に
よるスラストカラーのテーパ形状の先端部における磁気
飽和による発生磁力の低減や不均一を解消し、もって、
高速回転可能な回転機器にも使用可能な、優れたスラス
ト磁気軸受装置を提供するという技術的にも優れた効果
を発揮する。As is apparent from the above detailed description, according to the present invention, by adopting the taper shape, the internal stress at the time of rotation of the thrust collar can be reduced and the speed can be increased. The problem is that the magnetic flux generated at the tip of the taper shape of the thrust collar due to the magnetic flux leaking from the outside reduces the magnetic force generated by the magnetic saturation and eliminates unevenness.
The technically excellent effect of providing an excellent thrust magnetic bearing device that can be used for rotating equipment that can rotate at high speed is also demonstrated.
【図１】回転機器に取り付けた本発明の一実施の形態に
なるスラスト磁気軸受装置の構造を示すための断面図で
ある。FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of a thrust magnetic bearing device according to an embodiment of the present invention attached to a rotating device.
【図２】本発明の他の実施の形態になるスラスト磁気軸
受装置の構造を示すための断面図である。FIG. 2 is a sectional view showing a structure of a thrust magnetic bearing device according to another embodiment of the present invention.
【図３】従来技術になるスラスト磁気軸受装置の構造を
示すための断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a structure of a thrust magnetic bearing device according to a conventional technique.
１、２ スラストベアリング １ａ〜１ｃ、２ａ〜２ｃ 磁極 ３ スラストカラー ４ａ〜４ｃ ギャップ ５ ハウジング ７ シャフト ８Ａ、８Ｂ、９Ａ、９Ｂ コイル 1, 2 Thrust bearing 1a-1c, 2a-2c Magnetic pole 3 Thrust collar 4a-4c Gap 5 Housing 7 Shaft 8A, 8B, 9A, 9B Coil
Claims (8)
状スラストカラーの両側表面に対向するように、前記ス
ラストカラーを挟んでその両側にスラストベアリングを
配置し、前記スラストカラーの前記回転シャフトの回転
軸方向における厚さを内周側から外周側に向かってより
薄く形成し、かつ、前記スラストカラーと前記スラスト
ベアリングとの間に形成されるギャップが一様になるよ
うに、前記スラストベアリングを構成する磁極を形成
し、前記スラストベアリングには、それぞれ、コイル挿
入溝を形成し、当該溝にはリング状コイルを挿入して配
置したスラスト磁気軸受装置において、前記リング状コ
イルを、前記スラストベアリングの磁極に表れる極性に
より、外部からの漏洩磁束が前記スラストカラーの略中
央部を通って前記スラストベアリングに抜けるように、
結線したことを特徴とするスラスト磁気軸受装置。1. A thrust bearing is disposed on both sides of the thrust collar so as to face both sides of a disk-shaped thrust collar mounted on a rotating shaft, and the thrust collar rotates the rotation shaft. The thrust bearing is configured such that the thickness in the axial direction is made thinner from the inner peripheral side toward the outer peripheral side, and the gap formed between the thrust collar and the thrust bearing is uniform. In the thrust magnetic bearing device in which a magnetic pole is formed, a coil insertion groove is formed in each of the thrust bearings, and a ring-shaped coil is inserted in the groove, the ring-shaped coil is inserted into the thrust bearing. Due to the polarity that appears in the magnetic poles, the leakage magnetic flux from the outside passes through the approximately central portion of the thrust collar and So that you can get out of the bearing
A thrust magnetic bearing device characterized by being connected.
受装置において、前記外部からの漏洩磁束が通り抜ける
前記スラストベアリングの磁極の断面積を、その他の磁
極の断面積よりも大きくしたことを特徴とするスラスト
磁気軸受装置。2. The thrust magnetic bearing device according to claim 1, wherein a cross-sectional area of a magnetic pole of the thrust bearing through which a leakage magnetic flux from the outside passes is made larger than a cross-sectional area of other magnetic poles. Thrust magnetic bearing device.
受装置において、前記スラストベアリングのコイル挿入
溝には１のリング状コイルを挿入し、かつ、その結線
を、前記スラストベアリングの磁極が外側からＮ極、Ｓ
極となるように結線したことを特徴とするスラスト磁気
軸受装置。3. The thrust magnetic bearing device according to claim 1, wherein one ring-shaped coil is inserted into the coil insertion groove of the thrust bearing, and the connection is made such that the magnetic pole of the thrust bearing is from outside. N pole, S
A thrust magnetic bearing device characterized by being connected so as to form a pole.
受装置において、前記外部からの漏洩磁束が抜けるＳ極
の磁極の断面積を、他のＮ極の磁極の断面積よりも大き
くしたことを特徴とするスラスト磁気軸受装置。4. The thrust magnetic bearing device according to claim 3, wherein the cross-sectional area of the S-pole magnetic pole through which the leakage flux from the outside escapes is made larger than the cross-sectional area of the other N-pole magnetic poles. Characteristic thrust magnetic bearing device.
受装置において、前記スラストベアリングには、それぞ
れ、２つコイル挿入溝を形成し、前記スラストベアリン
グのコイル挿入溝には、それぞれ、１つのリング状コイ
ルを挿入し、かつ、これらリング状コイルを、前記スラ
ストベアリングの磁極が外側からＮ極、Ｓ極、Ｎ極とな
るように結線したことを特徴とするスラスト磁気軸受装
置。5. The thrust magnetic bearing device according to claim 1, wherein each of the thrust bearings has two coil insertion grooves, and each of the thrust bearing coil insertion grooves has one ring. A thrust magnetic bearing device, wherein a ring-shaped coil is inserted, and the ring-shaped coils are connected so that the magnetic poles of the thrust bearing are N pole, S pole, and N pole from the outside.
受装置において、前記外部からの漏洩磁束が抜けるＳ極
の磁極の断面積を、他のＮ極の磁極の断面積よりも大き
くしたことを特徴とするスラスト磁気軸受装置。6. The thrust magnetic bearing device according to claim 5, wherein the cross-sectional area of the S-pole magnetic pole through which the leakage magnetic flux from the outside escapes is made larger than the cross-sectional area of the other N-pole magnetic poles. Characteristic thrust magnetic bearing device.
受装置において、前記スラストカラーの両側表面を、前
記回転シャフトの回転軸に対して同一角度だけ傾斜させ
てテーパー状にしたことを特徴とするスラスト磁気軸受
装置。7. The thrust magnetic bearing device according to claim 1, wherein both surfaces of the thrust collar are tapered by being inclined at the same angle with respect to the rotation axis of the rotary shaft. Thrust magnetic bearing device.
受装置において、前記スラストカラーを等応力円板形状
に形成したことを特徴とするスラスト磁気軸受装置。8. The thrust magnetic bearing device according to claim 1, wherein the thrust collar is formed into a uniform stress disk shape.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7287166A JPH09133133A (en) | 1995-11-06 | 1995-11-06 | Thrust magnetic bearing device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7287166A JPH09133133A (en) | 1995-11-06 | 1995-11-06 | Thrust magnetic bearing device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09133133A true JPH09133133A (en) | 1997-05-20 |
Family
ID=17713937
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7287166A Pending JPH09133133A (en) | 1995-11-06 | 1995-11-06 | Thrust magnetic bearing device |
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