JPH0257719A - 電磁軸受の冷却方法、及び同冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、回転体が稼働状態で高温となる回転機器の軸
を支持している電磁軸受を冷却する方法及び冷却装置に
関するものである。

本発明において高温とは、電磁軸受のコイル部の絶縁材
の耐熱限界温度以上の温度をいう。

〔従来の技術〕

電磁軸受は、コアに巻回したコイルに通電し、その電磁
吸引力によって回転体を空間に浮上させ、無接触状態で
回転自在に支持する機器である。

この電磁軸受に関する最近の技術については、日本機械
学会誌第９０巻第８２１号１２２ページ「電磁軸受形回
転機器の開発」が公知である。

〔発明が解決しようとする課題〕

例えば蒸気タービンやガスタービンのロータの如く、稼
働状態において高温となる回転体の軸を電磁軸受で支持
しようとすると、電磁コイルの絶縁材を高熱から防護す
るための冷却が必要である。

本発明の目的は、高温で運転される回転部材の軸を支持
する電磁軸受への伝熱を有効に遮断し得る冷却方法、及
び簡単な構成で上記の発明方法を実施し得る冷却装置を
提供しようとするものである。

〔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創作した本発明の基本的原
理は、回転軸と、該回転軸に嵌着された電磁コイルのコ
アとの境界面に溝を設けて、この溝に冷却用流体を流通
させるものである。

上記の溝は、軸の外周面に設けてもよく、またコアの内
周面に設けてもよい。

上記の原理を実用化するための具体的構成として１本発
明の方法は上記の軸の外周面又はコアの内周面に溝を設
け、上記の溝に冷却用流体を流通せしめる。

また、上記発明方法を実施するために創作した本発明の
装置は、前記の軸の外周面又はコアの内周面に設けた溝
と、上記の溝に冷却用流体を供給する手段とよりなる。

前記の電磁軸受が電磁スラスト軸受を併設している場合
、前記の溝は該スラスト軸受よりも高温回転体寄りに、
即ち、熱流方向について上流側に設けることが望ましい
。

〔作用〕

従来技術における電磁軸受の冷却は、該電磁軸受部の外
側を空気冷却することしか考えていなかった・ 前述の本発明方法の構成によれば冷却用流体（空気であ
ってもよい）を、直接的に軸に触れさせて流動させる。

而して、高温回転体から電磁軸受のコイル部分への熱流
は回転軸を通る。

従って、伝熱経路の途中で軸を冷却することによって極
めて有効に電磁軸受部の熱的保護が行われ得る。

その上、溝を設けることによって冷却流体→金属部材間
の伝熱面積が増加し、有効な冷却が行われる。

また、本発明の装置は、軸の外周又はコア内周の溝と、
上記の溝に冷却用流体を供給する手段とを備えているの
で、前記の溝の中へ冷却用流体を流通せしめるという本
発明方法を容易に、かつ確実に実施することが出来る。

本発明の装置が適用の対象としている円筒状コアはジャ
ーナル電磁軸受部の構成部材であるが、この電磁軸受が
スラスト電磁軸受を併設している場合は、本発明装置に
よって冷却する円筒状コアをスラスト電磁軸受よりも伝
熱方向について上流側に配設しておくと、熱流が円筒状
コア部で遮断され（若しくは著しく減少せしめられ）る
ので、スラスト電磁軸受は熱的に保護される。

〔実施例〕

第１図（Ａ）は本発明に係る冷却装置の一実施例を備え
た電磁軸受の断面図である。同図ＣＢ）は、（Ａ）図に
対応せしめて付記した温度分布図表である。

本例は蒸気タービンに本発明を適用した１例であって、
定格運転時における回転体（タービンロータ）温度４０
０℃である。これに比して電磁軸受のコイルに用いた絶
縁エナメルの耐熱度は２２０℃（０種絶縁の耐熱度）で
ある。

軸受ケーシング１は軸受箱５０に固定され、ジャーナル
電磁軸受（ラジアル方向の軸受）の静止側コア２を固定
的に支持している。

上記静止側コア２には電磁コイル４が巻回される。

回転側コア３は円筒状をなし、回転軸３７に嵌着されて
、前記静止側コア２と同心状に微小間隙を介して嵌合し
、磁束ループを形成して磁気力によって浮動的に支持さ
れている。

前記の回転軸３７の外周にはスプライン状の溝９が削成
され、回転側コアはそのランド部に外嵌固着されている
。

本発明を実施する際、前記のスプライン状の溝９は直線
状でもヘリカル状でもよい、また、その歯形は必ずしも
精密であることを要しない。

上記のスプライン状の溝９は、少なくとも円筒状の回転
側コア３の長さＬに対応する区間に削成する。本例にお
いては更に図の右方に延長して削設し、軸貫通部リング
５１の外側に達している。

図示の１０は、上記延長部のスプライン状溝９を覆って
いるスリーブである。

冷却用流体（本例においては常温の大気は、パイプ１２
によって導入され、軸受ケーシング１の外周に設けられ
た輪状のダクト１１に入り、連通孔１３を流通して前記
のスプライン状溝９を流通し、回転軸３７を冷却してリ
ング５１の外側に放出される。

一方、この実施例におけるタービン高温部は、ディスク
３４に植設されたブレード３３がノズル３２から高温高
圧の蒸気を吹きつけられ、昇温して回転する。上記のノ
ズル３２はダイヤフラム３１に設置されている。３０は
チエスト、３６は蒸気のシール用ラビリンスである。

図示の８部はスラスト電磁軸受部であって、回転軸３７
の端部近傍に固着されたフランジ状のカラー５と、上記
のカラー５を挟んで、微小間隙を介して対向する１対の
コア６、コア７と、コイル８とによって構成されている
。

本例においては、このスラスト軸受部Ｓに対して直接的
には冷却手段を設けていないが、ブレード３３．ディス
ク３４からの熱伝導がスラスト電磁軸受部Ｓに達する途
中で、スプライン状の溝９を流れる冷却流体で冷却され
るので、スラスト電磁軸受部Ｓは熱的に保護された位置
にあり、過熱の虞れが無い。

本発明を実施する際、スラスト電磁軸受Ｓをラジアル電
磁軸受の回転側コア３（回転軸に嵌着される円筒状の部
材）よりも熱流方向について下流側に配設することが望
ましい。

万一の停電事故を考慮して、回転軸３７の軸端はバック
アップ軸受１５によりケーシング１４に対して支持され
ている。　３９．４０はナツトである。

本例においては冷却用流体の供給により、軸受箱５０内
が正圧に保たれる。このため、電磁軸受部に空気中の水
分や塵埃が侵入したりする虞れが無ｂ）。

図示を省略するが上記と異なる実施例として、回転軸３
７の外周に溝（例えばスプライン状の溝９）を削設する
代りに、円筒状の回転側コア３の内周面に溝を設けて冷
却用流体を流通させても前記と同様の効果が得られる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の方法は電磁軸受の円筒状
コアと回転軸との嵌合面に沿って１回転軸若しくは円筒
状コアに溝を設けて冷却用流体を流通せしめるので、回
転軸を伝導してきた熱流がこの部分で遮断され（乃至は
著しく弱められ）。

該回転側コアに巻回されたコイルの絶縁被膜の過熱を防
止することができる。

また、本発明の装置は、回転軸と回転側コアとの嵌合面
に沿った溝と、上記の溝に冷却用流体を供給する手段と
を設けたので、前記の発明方法を容易に実施することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）は本発明に係る冷却装置の一実施例を設け
た電磁軸受の断面図、同図（Ｂ）は上記断面図に対応せ
しめて描いた温度分布を示す図表である。 １・・・軸受ケーシング、２中ジヤーナル電磁軸受の静
止側コア、３・・・同じく円筒状の回転側コア、４・・
・電磁コイル、５・・・スラスト電磁軸受のカラー６．
７・・・同静止側のコア、８・・・コイル、９・・・ス
プライン状の溝、１１・・・ダクト、１２・・・パイプ
、３２・・・タービンノズル、３３・・・タービンブレ
ード、３４・・・タービンディスク。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、高温で運転される回転部材の軸を支持する電磁軸受
   を冷却する方法において、上記の軸が電磁石の円筒状コ
   アと対向している面に溝を設け、上記の溝に冷却用の流
   体を流通せしめることを特徴とする、電磁軸受の冷却方
   法。 ２、高温で運転される回転部材の軸を支持する電磁軸受
   を冷却する方法において、上記の軸に嵌着される円筒状
   コアの内周面に溝を設け、上記の溝に冷却用の流体を流
   通せしめることを特徴とする、電磁軸受の冷却方法。 ３、高温で運転される回転部材の軸を支持する電磁軸受
   を冷却する装置において、上記の軸が電磁軸受の電磁石
   の円筒状コアに対向している面に設けた溝と、上記の溝
   に冷却用流体を供給する手段とよりなることを特徴とす
   る、電磁軸受の冷却装置。 ４、高温で運転される回転部材の軸を支持する電磁軸受
   を冷却する装置において、上記の軸に嵌着された電磁石
   の円筒状コアの内周面に設けた溝と、上記の溝に冷却用
   流体を供給する手段とを設けたことを特徴とする、電磁
   軸受の冷却装置。 ５、前記の円筒状コア及び溝は、前記の軸の推力を受け
   ているスラスト電磁軸受よりも、該軸内を伝導する熱流
   方向に関して上流側に設けられたものであることを特徴
   とする、請求項３又は同４に記載した電磁軸受の冷却装
   置。