[發明專利]磁性軸承裝置

無效

• 申請號: 200880004549.0
• 申請日: 2008-02-07
• 公開（公告）號: CN101605998A
• 公開（公告）日: 2009-12-16
• 發明（設計）人: 齊藤修;桑田嚴
• 申請（專利權）人: 株式會社IHI
• 主分類號: F16C32/04
• 分類號: F16C32/04
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 嚴志軍;楊 楷

技術領域

本發明涉及磁性軸承裝置。

背景技術

磁性軸承裝置具有轉子即旋轉軸、包圍旋轉軸并通過磁力非接觸地支撐旋轉軸的定子即軸承構造。

旋轉軸是使用磁性材料形成的，為例如高速旋轉的渦輪壓縮機、極低溫旋轉機械、渦輪增壓機、飛輪等的旋轉軸。在旋轉軸中，有使用層壓鋼板的層壓型的旋轉軸和實心型的旋轉軸。

在層壓型旋轉軸中，如圖1所示，在旋轉軸3的磁極相對部上設置襯套15，經由該襯套15將層壓鋼板固定在旋轉軸3上。通過在層壓鋼板中含有硅而提高了層壓鋼板的電阻。另外，通過絕緣層而層壓0.1～0.5mm的薄鋼板。這樣能夠抑制在旋轉軸的表面產生的渦流。但是，已知在層壓型旋轉軸中機械強度較低，因而旋轉軸的轉速被限制在200m/s左右。

在實心型旋轉軸中，不使用上述的層壓鋼板，僅由軸材料構成旋轉軸，因而也可能應對高剛性和高轉速。另一方面，在實心型旋轉軸中，容易在旋轉軸表面產生渦流且渦流損耗非常大，因而一般不使用實心型旋轉軸。

軸承構造具有以圍繞旋轉軸的方式配置在周向的多個磁極部。磁通產生為從這些磁極部通過高速旋轉中的旋轉軸，由該電磁吸引力使旋轉軸上浮并以非接觸的方式進行支撐。在這樣的軸承構造中，有異極型和單極型。

異極型構造具有因為容易制作而被最通常采用的磁極形狀。圖2A、2B顯示了異極型的軸承構造，圖2B是沿圖2A的B-B線所取的截面圖。如圖2A、圖2B所示，沿周向交替配置N極部和S極部。在該情況下，從N極部或S極部朝向旋轉軸3表面延伸的磁場，在旋轉軸3的表面上與旋轉軸3的軸向大致正交。因此，如圖3A、圖3B所示，根據弗萊明右手定則，當存在磁場時，在旋轉的旋轉軸3的表面上沿旋轉軸3的軸向產生電動勢。該電動勢的方向在與N極部相對的部分和與S極部相對的部分上相反。結果，該電動勢導致在旋轉軸3表面上產生渦流。

如圖4A、圖4B所示，單極型軸承構造沿軸向排列N極部和S極部，沿周向排列同極部。所以，從磁極部朝向旋轉軸表面延伸的磁場使得在旋轉軸3的表面上沿旋轉軸3的軸向產生電動勢，該電動勢的方向在不同的周向位置為相同。因而，與異極型軸承構造的情況相比，渦流變小。但是，實際上，有磁極部的部分和無磁極部的部分之間產生磁場的差異。因而，從具有局部強磁場的部分流向具有局部弱磁場的部分的電流產生渦流。即，作為渦流產生的原因的電動勢由以下的式(1)表示。即使磁通密度(磁場B)小的時候，但在高速旋轉的情況下，即使是單極型軸承構造中也產生大的渦流。

e∝B·v·L??…(1)

e：電動勢，B：磁通密度，v：切割磁場的速度，L：導體的長度。

如上所述，在現有技術中，在不使用層壓型的旋轉軸的情況下，即使是單極型軸承構造，也存在著不能充分地減小在旋轉軸表面上產生的渦流的問題。

因此，期望不使用層壓型的旋轉軸就能夠解決在旋轉軸表面上產生渦流的問題的磁性軸承裝置。在專利文獻1中記載了這樣的磁性軸承裝置。

圖5A、圖5B顯示了專利文獻1的磁性軸承裝置的構成。圖5B是沿圖5A的B-B線所取的截面圖。專利文獻1中，在異極型磁性軸承裝置中設置連接部11，分別沿周向將鄰接的N極和S極彼此連接為一體，或者用材質不同的磁性體沿周向將鄰接的N極和S極進行連接。這提高了鄰接的N極(及S極)的中間位置處的磁通密度，減小了周向的磁通密度的強弱分布的產生。因此，抑制了渦流產生。

專利文獻1：日本特開第2001-271836號公報“磁性軸承裝置”

更加期望不使用層壓型的軸承構造，通過簡單的加工就大幅減小旋轉軸表面處的渦流。

發明內容

因此，本發明的目的在于，利用與專利文獻1不同的方法，提供一種不使用層壓鋼板，通過簡單的加工就能夠大幅地減小旋轉軸表面處的渦流的磁性軸承裝置。

為了解決上述問題，根據本發明，提供了一種磁性軸承裝置，其具有旋轉軸和通過磁力支撐該旋轉軸的軸承構造，其特征在于，上述軸承構造具有與上述旋轉軸的外周面相對且圍繞上述旋轉軸的磁極部，在該磁極部和上述旋轉軸之間產生的磁力以非接觸的方式支撐上述旋轉軸，在旋轉軸表面上形成有凹陷，以抑制渦流的方式設定該凹陷的形狀、位置及數量中的至少一者，渦流因上述旋轉軸的旋轉和起因于上述磁極部的磁場而在旋轉軸表面處產生。

上述構成中，通過在旋轉軸上形成凹陷來抑制渦流，因而不使用層壓鋼板，通過簡單的加工就能夠大幅地減小旋轉軸表面處的渦流。即，本發明中，能夠通過在一體地形成的旋轉軸的表面上實施凹陷加工來形成凹陷，并通過該凹陷來抑制渦流，因而能夠使用實施過凹陷加工的實心型的旋轉軸來大幅地減小渦流。