JPH09261920A

JPH09261920A - 磁気軸受回転電機

Info

Publication number: JPH09261920A
Application number: JP9009596A
Authority: JP
Inventors: Tadanobu Toyama; 忠信當山
Original assignee: Shinko Electric Co Ltd
Current assignee: Shinko Electric Co Ltd
Priority date: 1996-03-19
Filing date: 1996-03-19
Publication date: 1997-10-03

Abstract

(57)【要約】【課題】磁気軸受回転電機において、構成部品を取り外
すことなく回転子の回転バランスを調整可能にすること
である。【解決手段】回転子１０を構成する主軸１の両端部近傍
に、各スラストディスク２９a,２９b を取付け、各ディ
スク２９a,２９b の内側にそれぞれ電磁石３２a,３２b
を配設してスラスト磁気軸受Ｓa,Ｓb を構成し、各スラ
ストディスク２９a,２９b の外側に相対向して設けられ
た各キャップ３５a,３５b にそれぞれ作業穴３８a,３８
b を設け、該作業穴３８a,３８b を介して、各スラスト
ディスク２９a,２９bの外側面に止めねじ２７を着脱す
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、構成部品を全く取
り外すことなく回転子の回転バランスを調整できる磁気
軸受回転電機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最初に、従来構造のスラスト磁気軸受を
備えた誘導モータＭ’について説明する。なお、以下の
説明では、回転子１０’を構成する主軸１の軸方向で、
主軸１に負荷が取付けられる側を「前方」、その反対方
向を「後方」として説明する。そして、必要に応じて、
前方の部材には添字「ａ」を、後方の部材には添字
「ｂ」をつけることによって区別する。図４に、上記誘
導モータＭ’の構成を示す。回転子１０’を構成する主
軸１の軸方向のほぼ中央部に、回転子導体２が装着され
ている。また、固定子３が回転子導体２の外側に配置さ
れて、ケーシング４の内周面に装着されている。固定子
３を構成するコイルに電流を流して回転磁界を形成する
ことによって、回転子導体２に誘導電流が流れて、回転
子１０’が誘導回転される。主軸１における回転子導体
２の両側には、ラジアル磁気軸受Ｒを構成する各ロータ
コア５がそれぞれ装着されている。これらのロータコア
５は、積層鋼板よりなっている。ケーシング４の内周面
における各ロータコア５に対応する位置には、各ラジア
ル磁気軸受Ｒを構成する複数の電磁石６が配設されてい
る。複数の電磁石６の各磁極面６ａは、回転子１０’の
軸中心から半径方向に所定の距離だけ離れて位置してい
て、前記ロータコア５と対向している。次に、これらの
ラジアル磁気軸受Ｒについて説明する。

【０００３】各ラジアル磁気軸受Ｒを構成する複数の電
磁石６は、各本体部７と、各コイル８とによって構成さ
れている。図５に示されるように、複数の電磁石６がケ
ーシング４の内周面に、その周方向に沿って等間隔をお
いて装着されていて、その磁極面６ａが、主軸１に取付
けられたロータコア５と対向している。各電磁石６の磁
極面６ａは、すべて回転子１０’の軸中心に向かってい
る。各電磁石６に通電すると、各電磁石６が励磁されて
各磁極面６ａから磁束が発生して電磁力が生じ、磁性体
である各ロータコア５を、主軸１の軸直角方向に沿って
吸引する。そのため、回転子１０’が浮上する。ケーシ
ング４における各ラジアル磁気軸受Ｒが設けられている
部分の外側には、それぞれ一組のラジアルセンサ９が、
回転子１０’の軸中心に向かって取付けられている。一
組のラジアルセンサ９は、主軸１の外周面との間に所定
の隙間１１を設けて該主軸の軸直角方向（半径方向）に
沿って配設されている。一組のラジアルセンサ９は、主
軸１の外周面における位相が９０°異なる部分の各隙間
（該センサ９の検出面９ａと主軸１の外周面との間の隙
間）１１を測定することによって、主軸１の回転時の心
振れを検出している。一組のラジアルセンサ９からの各
信号は、図示しないコントローラを介し、各電磁石６に
それらの電磁力を制御する指令値となって送られる。即
ち、回転子１０’は、複数の電磁石６によって主軸１の
軸直角方向に沿って吸引されて浮上し、更に、一組のラ
ジアルセンサ９によって常に回転時の主軸１の心振れが
監視されている。各ラジアル磁気軸受Ｒは、上記した構
成をなしている。

【０００４】次に、図４及び図６を参照しながら、従来
構造のスラスト磁気軸受Ｓ’について説明する。主軸１
の後端部には、スラストディスク１２が一体に取付けら
れている。このスラストディスク１２を前後から挟み込
む形態で、スラスト磁気軸受Ｓ’を構成する一組の電磁
石１３a,１３b が、回転子１０’の軸方向に沿って配設
されている。リング状の各本体部１４a,１４b の所定の
位置に、コイル１５a,１５b が円周状に配設されて、そ
れぞれ電磁石１３a,１３b をなしている。一組の電磁石
１３a,１３b のうちの一方の電磁石１３ａの後面及び他
方の電磁石１３ｂの前面と、スラストディスク１２の各
側面とが、所定の隙間１６a,１６b を介して、相対向し
て配設されている。一組の電磁石１３a,１３b の間隔
は、スペーサ１７によって一定に保持されている。一組
の電磁石１３a,１３b に通電すると、スラストディスク
１２と相対向する各電磁石１３a,１３b の各側面から、
回転子１０’の軸方向に沿い、しかも互いに逆方向の電
磁力が発生し、磁性体であるスラストディスク１２は、
各電磁石１３a,１３b に吸引される。一組の電磁石１３
a,１３b の各電磁力（回転子１０’の軸方向に沿い、し
かも互いに逆方向の電磁力）の大きさを調整することに
より、主軸１に作用するスラスト荷重を受けることがで
きる。更に、回転子１０’の軸方向に沿ったスラストデ
ィスク１２の位置は、後述するスラストセンサ１８によ
って監視されている。スラスト磁気軸受Ｓ’は、上記し
た構成をなしている。

【０００５】ケーシング４の前端面と後端面には、それ
ぞれキャップ１９a,１９b が装着されている。スラスト
磁気軸受Ｓ’を構成する一組の電磁石１３a,１３b のう
ち、後方の電磁石１３ｂと前方のキャップ１９ａとに
は、それぞれタッチダウン軸受２１a,２１b が取付けら
れている。これらのタッチダウン軸受２１a,２１b は、
回転子１０’が浮上していない時に、各ラジアル磁気軸
受Ｒを構成する各電磁石６と、各ロータコア５とが接触
しないように、主軸１を支持するためのものである。主
軸１の後端部には、後方のタッチダウン軸受２１ｂの内
輪を押さえるための押え板２２が、複数のボルト２３に
よって固設されている。また、スラスト磁気軸受Ｓ’の
後方の電磁石１３ｂの後端部には、後方のタッチダウン
軸受２１ｂの外輪を押さえるための押え板２４が、複数
のボルト２５によって固設されている。後方のキャップ
１９ｂの中心部には、回転子１０’の軸方向に沿ってス
ラストセンサ１８が取付けられている。このスラストセ
ンサ１８は、押え板２２の後端面の変位を検出してい
る。また、後方のキャップ１９ｂは、ボルト２６を介し
てケーシング４の端面に取付けられている。そして、ス
ラスト磁気軸受Ｓ’を構成する一組の電磁石１３a,１３
b が発生する互いに逆方向の電磁力の大きさを調整し
て、スラストディスク１２の軸方向の位置を制御し、こ
れにより主軸１に作用するスラスト荷重を受けている。
即ち、スラストディスク１２を後方に移動させようとす
るスラスト荷重が主軸１に作用した場合には、前方に配
設された電磁石１３ａの電磁力が後方に配設された電磁
石１３ｂのそれよりも相対的に大きくなるように、各電
磁力の大きさが調整され、逆方向のスラスト荷重が主軸
１に作用した場合には、各電磁石１３a,１３b の電磁力
の大きさが上記と逆の関係になるように調整される。

【０００６】磁気軸受式の誘導モータＭ’の回転子１
０’は、浮上した状態で高速回転する。そのため、発生
する振動が非常に大きいので、その振動をできるだけ低
減させなければならない。そのためには、回転子１０’
の回転時の心振れを少なくすることが必要である。そこ
で、回転子１０’の半径方向における重量バランスを調
整して、その回転バランスを調整する作業が行われる。
次に、この回転バランスの調整作業について説明する。
この回転バランスの調整作業は、回転子１０’の両端に
近い部分で、しかも回転子１０’の軸心から半径方向に
できるだけ離れた位置で行うことが望ましい。そのた
め、スラスト磁気軸受Ｓ’を構成するスラストディスク
１２を利用し、このスラストディスク１２のできるだけ
外周面に近い位置に、バランスウエイトを着脱するとい
う方法が採用されている。バランスウエイトとして、止
めねじ２７が使用される。作業者は、図７に示されるよ
うに、後方のキャップ１９ｂと各押え板２２，２４を取
り外し、スラスト磁気軸受Ｓ’を構成している後方の電
磁石１３ｂを取り外す。そして、工具２８を使用して止
めねじ２７を着脱し、回転子１０’のバランスを測定す
る。このバランスは、各ラジアルセンサ９により、円周
方向に沿って位相が９０°異なった位置における前記し
た各隙間１１を検出することによって、測定可能であ
る。

【０００７】しかし、後方のキャップ１９ｂと各押え板
２２，２４及び後方の電磁石１３ｂを取り外すために
は、複数のボルト２３，２５，２６を取り外す必要があ
った。これらの作業は、面倒で工数のかかるものであっ
た。加えて、止めねじ２７をスラストディスク１２の軸
心に近い位置にしか取付けることができなかったため、
回転子１０’の回転バランスの調整を高精度に行うこと
は困難であった。また、回転子１０’の回転バランスを
調整した後に、再び前述した各部材を組付けることによ
って、回転バランスがくずれるという不具合もあった。
この回転子１０’の回転バランスの調整には、バランサ
ーを使用して低速回転で試験的に行うものと、現実の据
付現場で行うもの（この据付現場における回転子の回転
バランスを「フィールドバランス」と称している）とが
あるが、後者のフィールドバランスの調整は、作業条件
が悪いことと相俟って困難を伴うことが多い。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記した不
具合に鑑み、構成部品を一切取り外すことなくスラスト
ディスクに対するバランスウエイトの着脱を可能にし
て、磁気軸受式の回転電機を構成する回転子の回転バラ
ンスを調整できるようにすることを課題としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明が採用した第１の手段は、回転子を構成する主
軸に取付けられたスラストディスクと、回転子の軸方向
に沿い、しかも互いに逆方向の電磁力を該スラストディ
スクに対して作用させるための一組の電磁石とからな
り、各電磁石の電磁力の大きさを調整することによって
スラスト荷重を受ける構成のスラスト磁気軸受を備えた
磁気軸受回転電機において、前記主軸の両端部近傍にそ
れぞれスラストディスクを取付けて、各スラストディス
クの内側にそれぞれ電磁石を配設し、更に、各スラスト
ディスクの外側に相対向して配設されている各キャップ
にそれぞれ作業穴を設けたことである。また、その第２
の手段は、同様の磁気軸受回転電機において、回転子及
び固定子を収納しているケーシングにおける前記スラス
トディスクの外周面と相対向する部分に作業穴を設けた
ことである。

【００１０】第１の手段では、各キャップに設けられた
作業穴を介して各スラストディスクにバランスウエイト
を着脱することができ、第２の手段では、ケーシングに
設けられた作業穴を介して同様のことができる。この結
果、磁気軸受構造の回転電機において、その構成部品を
一切取り外すことなくスラストディスクに対するバラン
スウエイトの着脱ができて、その回転子の回転バランス
の調整ができる。また、主軸の両端部近傍にそれぞれス
ラストディスクが取付けられていて、各ディスクに対し
てバランスウエイトの着脱が行えるために、主軸の軸方
向に沿った重量バランスも良好となり、ひいては回転子
の回転バランスも高められる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、実施例を挙げて本発明を更
に詳細に説明する。なお、本発明に係るスラスト磁気軸
受を備えた回転電機（誘導モータ）の構成の説明では、
「従来の技術」の項目で説明した部分と同一部分には同
一符号を付し、重複説明を避けて本発明の特徴的部分に
ついてのみ説明する。最初に、請求項１に記載の発明に
関して説明する。図１は、請求項１に記載の発明に係る
スラスト磁気軸受を備えた誘導モータＭ₁の側面断面図
である。

【００１２】回転子１０を構成する主軸１の軸方向のほ
ぼ中央部には、回転子導体２が取付けられていると共
に、ケーシング４の内周面における回転子導体２と対向
する部分には固定子３が取付けられており、これらの回
転子導体２及び固定子３の両側には、それぞれラジアル
磁気軸受Ｒが取付けられている。回転子導体２及び固定
子３の各構成と、各ラジアル磁気軸受Ｒの構成は、従来
構造のスラスト磁気軸受を備えた誘導モータＭ’におけ
るそれらの構成と全く同一である。主軸１の両端部近傍
であって、しかも各ラジアル磁気軸受Ｒの外側の部分に
は、それぞれスラストディスク２９a,２９b が取付けら
れている。そして、各スラストディスク２９a,２９b の
内側であって、しかも各ラジアル磁気軸受Ｒの外側の部
分には、それぞれ所定の隙間３１a,３１b を介して、ス
ラスト磁気軸受Ｓa,Ｓb を構成する各電磁石３２a,３２
b が配設されている。

【００１３】次に、このスラスト磁気軸受Ｓa,Ｓb につ
いて説明する。リング状の各本体部３３a,３３b の所定
の位置に、コイル３４a,３４b が環状に配設されて、そ
れぞれ電磁石３２a,３２b をなしている。これらの電磁
石３２a,３２b は、各スラストディスク２９a,２９b の
内側面と所定の隙間３１a,３１b を介して相対向して配
設されている。各電磁石３２a,３２b に通電すると、主
軸１の軸方向に沿った電磁力が発生して、それらの外側
に配設されている各スラストディスク２９a,２９b は、
それぞれ各電磁石３２a,３２b の側に吸引される。即
ち、各電磁石３２a,３２b は、各スラストディスク２９
a,２９b を互いに逆方向に吸引する。各電磁石３２a,３
２b のそれぞれの電磁力の大きさを調整することによっ
て、回転子１０の軸方向の位置が維持される。更に、そ
の位置は、後述するスラストセンサ１８によって監視さ
れている。スラスト磁気軸受Ｓa,Ｓb は、上記した構成
をなしている。

【００１４】ケーシング４の前端面と後端面とには、そ
れぞれキャップ３５a,３５b が装着されている。これら
のキャップ３５a,３５b には、それぞれタッチダウン軸
受２１a,２１b が取付けられている。主軸１の後端部に
は、後方のタッチダウン軸受２１ｂの内輪を押さえるた
めの押え板３６が、複数のボルト（図示せず）によって
固設されている。後方のキャップ３５ｂの中心部には、
スラストセンサ１８が取付けられている。このスラスト
センサ１８は、押え板３６の後端面の変位を検出する。
そして、スラスト磁気軸受Ｓa,Ｓb を構成する各電磁石
３２a,３２b から生ずる主軸１の軸方向に沿い、しかも
互いに逆方向の電磁力の大きさを調整して、各スラスト
ディスク２９a,２９b の軸方向の位置を制御している。

【００１５】各スラストディスク２９a,２９b の外側面
であって、しかもその周縁部には、多数の雌ねじ３７a,
３７b が円周方向に所定間隔をおいて主軸１の軸方向に
沿って設けられている。そして、各キャップ３５a,３５
b における上記した多数の雌ねじ３７a,３７b と相対向
する位置には、主軸１の軸方向に沿って各作業穴３８a,
３８b が設けられている。作業者は、これらの作業穴３
８a,３８b を介して、バランス調整用の止めねじ２７を
スラストディスク２９a,２９b に対して着脱することが
できる。次に、図２を参照しながら、上記した誘導モー
タＭ₁を構成する回転子１０の回転バランスの調整につ
いて説明する。

【００１６】作業者は、各作業穴３８a,３８b のうちの
何れかの作業穴から、先端部に止めねじ２７を装着した
工具２８を挿入する。そして、各スラストディスク２９
a,２９b の各外側面に、各作業穴３８a,３８b と相対向
して設けられた多数の雌ねじ３７a,３７b の何れかに該
止めねじ２７を締め込む。止めねじ２７は、多数の雌ね
じ３７a,３７b の何れかに完全に埋め込まれるため、各
スラストディスク２９a,２９b が回転しても周辺の部材
と干渉することはない。そのため、各スラストディスク
２９a,２９b に対して止めねじ２７を締め込んだり、こ
れを取り外したりするに際して、従来のように各部材を
分解したり、再度組付けたりする必要は全くない。作業
者は、各スラストディスク２９a,２９b に止めねじ２７
を着脱する作業と、図示しない測定器で回転子１０のバ
ランスを測定するという作業とを繰り返すことによっ
て、回転子１０の回転バランスの調整を行うのである。
このように、主軸１の両端部近傍の二箇所で、しかも該
主軸１の軸心から半径方向に沿って最も離れた位置にお
いて、回転子１０の回転バランスを調整できるため、こ
の回転バランスを高精度に調整することができる。この
ように、モータＭ₁の構成部材を全く取り外すことな
く、各スラストディスク２９a,２９b に対して止めねじ
２７の着脱が行えるので、作業条件の悪いフィールドバ
ランスの調整も容易に行うことがてきる。

【００１７】次に、図３を参照しながら、請求項２に記
載の発明に係る誘導モータＭ₂において、その回転子１
０の回転バランスの調整について説明する。各スラスト
磁気軸受Ｓa,Ｓb の構成は、上記したものと同一であ
る。各スラストディスク２９a,２９b の外周面には、多
数の雌ねじ３９a,３９b が円周方向に沿って所定間隔を
おいて、その半径方向に沿って設けられている。そし
て、ケーシング４における各スラストディスク２９a,２
９b の外周面と相対向する部分には、主軸１の軸直角方
向に沿って各作業穴４１a,４１b がそれぞれ設けられて
いる。作業者は、これらの作業穴４１a,４１b を介し
て、各スラストディスク２９a,２９b の外周面に対して
バランス調整用の止めねじ２７を着脱することができ
る。作業者は、各作業穴４１a,４１b のうちの何れかの
作業穴から、先端部に止めねじ２７を装着した工具２８
を挿入する。そして、各スラストディスク２９a,２９b
の各外周面に、各作業穴４１a,４１b と相対向して設け
られた多数の雌ねじ３９a,３９b の何れかに該止めねじ
２７を締め込む。止めねじ２７は、多数の雌ねじ３９a,
３９b の何れかに完全に埋め込まれるため、各スラスト
ディスク２９a,２９b が回転してもケーシング４の内周
面と干渉することはない。なお、請求項２に記載の発明
は、従来構造のスラスト磁気軸受を備えた回転電機に対
しても実施可能である。

【００１８】また、上記各実施例は、本発明を回転電機
の一つである誘導モータに対して実施したものである
が、他の磁気軸受構造のモータ、或いは磁気軸受構造の
発電機に対しても本発明を実施することもできる。

【００１９】

【発明の効果】本発明に係る磁気軸受回転電機は、スラ
スト磁気軸受を構成する一組の電磁石の外側にそれぞれ
スラストディスクが配設され、しかも各ディスクの外側
に設けられた各キャップに作業穴が設けられているの
で、これらの作業穴を介してスラストディスクに対する
バランスウエイトの着脱が可能となり、従来のように、
各部材を分解して、再組付けすることなく、回転子の回
転バランスの調整を行うことができる。また、各スラス
トディスクの外側面は、全面が開放されていて近接して
相対向する部材が存していないために、スラストディス
クの周縁部にバンランスウエイトを着脱することが可能
となり、しかも各スラストディスクは、主軸の両端部近
傍に取付けられていて、主軸の両端部の離れた二箇所で
回転バランスの調整を行えるために、回転子の回転バラ
ンスを高精度に調整できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１に記載の発明に係るスラスト磁気軸受
を備えた誘導モータＭ₁の側面断面図である。

【図２】同じく作用説明図である。

【図３】請求項２に記載の発明に係る誘導モータＭ₂の
作用説明図である。

【図４】従来構造のスラスト磁気軸受を備えた誘導モー
タＭ’の側面断面図である。

【図５】図４のＸ₁−Ｘ₁断面図である。

【図６】図４のＸ₂−Ｘ₂断面図である。

【図７】回転子の回転バランスの従来の調整方法を示す
図である。

【符号の説明】

Ｍ₁,Ｍ₂：誘導モータ（磁気軸受回転電機）Ｓa,Ｓb ：スラスト磁気軸受１：主軸４：ケーシング１０：回転子２７：止めねじ（バランスウエイト）２９a,２９b ：スラストディスク３２a,３２b ：電磁石３５a,３５b ：キャップ３８a,３８b ：作業穴４１a,４１b ：作業穴

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転子を構成する主軸に取付けられたス
ラストディスクと、回転子の軸方向に沿い、しかも互い
に逆方向の電磁力を該スラストディスクに対して作用さ
せるための一組の電磁石とからなり、各電磁石の電磁力
の大きさを調整することによってスラスト荷重を受ける
構成のスラスト磁気軸受を備えた磁気軸受回転電機にお
いて、前記主軸の両端部近傍にそれぞれスラストディスクを取
付けて、各スラストディスクの内側にそれぞれ電磁石を
配設し、更に、各スラストディスクの外側に相対向して
配設されている各キャップにそれぞれ作業穴を設け、各
作業穴を介して各スラストディスクにバランスウエイト
を着脱して、回転子の回転バランスを調整するように構
成したことを特徴とする磁気軸受回転電機。
【請求項２】回転子を構成する主軸に取付けられたス
ラストディスクと、回転子の軸方向に沿い、しかも互い
に逆方向の電磁力を該スラストディスクに対して作用さ
せるための一組の電磁石とからなり、各電磁石の電磁力
の大きさを調整することによってスラスト荷重を受ける
構成のスラスト磁気軸受を備えた磁気軸受回転電機にお
いて、回転子及び固定子を収納しているケーシングにおける前
記スラストディスクの外周面と相対向する部分に作業穴
を設け、該作業穴を介してスラストディスクにバランス
ウエイトを着脱して、回転子の回転バランスを調整する
ように構成したことを特徴とする磁気軸受回転電機。