[发明专利]电动机一体型的磁轴承装置

说明书

技术领域

本发明涉及空气循环冷冻冷却用涡轮机组件等所采用的磁轴承装置，本发明特别是涉及并用滚动轴承和磁轴承，磁轴承承受轴向负荷和轴承预压中的任意一者或两者的电动机一体型的磁轴承装置。

背景技术

在空气循环冷冻冷却系统中，由于制冷剂采用空气，故与采用氟碳致冷剂、氨气等的场合相比较，能量效率不足，但是，在环境保护的方面是好的。另外，在像冷冻库等那样，可直接吹入制冷剂空气的设施中，具有因库内风扇、除霜器的省略等，降低总成本的可能性，在这样的用途中，提出有空气循环冷冻冷却系统(比如，专利文献1)。

另外，人们知道，在-30℃～-60℃的深冷区域，空气冷却的理论效率等于大于氟碳致冷剂、氨气。但是，人们还提到，获得上述空气冷却的理论效率的包括有最佳设计的周边装置，其开始成立。周边装置为压缩机、膨胀涡轮机等。

作为压缩机、膨胀涡轮机，采用压缩机叶片和膨胀涡轮机叶片安装于共同的主轴上的涡轮机组件(专利文献1)。

此外，作为处理工艺气体的涡轮机组件，人们提出有磁轴承式涡轮机组件，其中，在主轴的一端安装涡轮机叶片，在其另一端安装压缩机叶片，借助通过电磁铁的电流而控制的轴颈和推力轴承而支承上述主轴(专利文献2)。

还有，虽然人们提出有气体涡轮发动机，但是，为了避免作用于主轴支承用的滚动轴承上的推力荷载导致轴承寿命的缩短，人们提出通过推力磁轴承，减小作用于滚动轴承上的推力荷载(专利文献3)。

专利文献1：日本特许第2623202号文献

专利文献2：日本特开平7-91760号文献

专利文献3：日本特开平8-261237号文献

像上述那样，作为空气循环冷冻冷却系统，为了获得在深冷区域高效率的空气冷却的理论效率，必须要求最佳设计的压缩机、膨胀涡轮机。

作为压缩机、膨胀涡轮机，像上述那样，采用压缩机叶片和膨胀涡轮机叶片安装于共同的主轴上的涡轮机组件。在该涡轮机组件中，借助膨胀涡轮机所产生的动力，可驱动压缩机叶片，由此，使空气循环冷冻机的效率提高。

但是，为了获得实用的效率，必须微小地保持各叶片和外壳的间隙。该间隙的变化构成稳定的高速旋转的妨碍，导致效率的降低。

另外，通过作用于压缩机叶片、涡轮机叶片的空气，在主轴上作用推力，在支承主轴的轴承上施加推力荷载。空气循环冷冻冷却系统中的涡轮机组件的主轴的旋转速度为每1分钟，8～10万转，与普通的用途的轴承相比较，是非常高的速度。由此，上述这样的推力荷载使支承主轴的轴承的长期耐久性降低、寿命降低、使空气循环冷冻冷却用涡轮机的可靠性降低。不解决这样的轴承的长期耐久性的课题，空气循环冷冻冷却用涡轮机组件难以实用化。但是，上述专利文献1中公开的技术并不是针对轴承相对高速旋转下的推力荷载的负荷的长期耐久性的降低而解决的。

像专利文献2的磁轴承式涡轮机压缩机那样，通过由磁轴承形成的轴颈轴承和推力轴承支承主轴，轴颈轴承没有轴向的限制功能。由此，如果具有推力轴承的控制的不稳定原因等，则难以保持上述叶片和除霜器之间的微小间隙而进行稳定的高速旋转。在磁轴承的场合，还具有电源停止时的接触的问题。

于是，本发明人等开发了作为解决上述课题的方案的图15所示的那样的电动机一体型的磁轴承装置。在该电动机一体型的磁轴承装置中，在于主轴53的两端安装压缩机46的压缩机叶片46a和膨胀涡轮机47的涡轮机叶片47a的空气循环冷冻冷却用涡轮机组件中，通过滚动轴承55、56承受主轴53的径向负荷，通过电磁铁57承受轴向负荷，并且通过同轴地设置于主轴53上的电动机68的驱动力和涡轮机叶片47a的驱动力，旋转驱动压缩机叶片46a。承受轴向负荷的电磁铁57按照下述方式构成，该方式为：按照与主轴53垂直而同轴地设置的推力板53a非接触地面对的方式设置，对应于检测轴向的力的传感器58的输出，通过磁轴承用控制器59而进行控制。电动机68为轴向间隙型，在与主轴53相垂直而同轴地设置的另一推力板53b上形成电动机转子68a，并且按照沿轴向与该电动机转子68a面对的方式设置电动机定子68b。该电动机68独立于电磁铁57而通过电动机用控制器69控制。另外，电动机68的定子68b为在沿轴向延伸的定子磁轭68ba上缠绕线圈68bb的带有芯的结构。