[发明专利]磁性轴承装置

说明书

技术领域

本发明涉及磁性轴承装置。

背景技术

磁性轴承装置具有转子即旋转轴、包围旋转轴并通过磁力非接触地支撑旋转轴的定子即轴承构造。

旋转轴是使用磁性材料形成的，为例如高速旋转的涡轮压缩机、极低温旋转机械、涡轮增压机、飞轮等的旋转轴。在旋转轴中，有使用层压钢板的层压型的旋转轴和实心型的旋转轴。

在层压型旋转轴中，如图1所示，在旋转轴3的磁极相对部上设置衬套15，经由该衬套15将层压钢板固定在旋转轴3上。通过在层压钢板中含有硅而提高了层压钢板的电阻。另外，通过绝缘层而层压0.1～0.5mm的薄钢板。这样能够抑制在旋转轴的表面产生的涡流。但是，已知在层压型旋转轴中机械强度较低，因而旋转轴的转速被限制在200m/s左右。

在实心型旋转轴中，不使用上述的层压钢板，仅由轴材料构成旋转轴，因而也可能应对高刚性和高转速。另一方面，在实心型旋转轴中，容易在旋转轴表面产生涡流且涡流损耗非常大，因而一般不使用实心型旋转轴。

轴承构造具有以围绕旋转轴的方式配置在周向的多个磁极部。磁通产生为从这些磁极部通过高速旋转中的旋转轴，由该电磁吸引力使旋转轴上浮并以非接触的方式进行支撑。在这样的轴承构造中，有异极型和单极型。

异极型构造具有因为容易制作而被最通常采用的磁极形状。图2A、2B显示了异极型的轴承构造，图2B是沿图2A的B-B线所取的截面图。如图2A、图2B所示，沿周向交替配置N极部和S极部。在该情况下，从N极部或S极部朝向旋转轴3表面延伸的磁场，在旋转轴3的表面上与旋转轴3的轴向大致正交。因此，如图3A、图3B所示，根据弗莱明右手定则，当存在磁场时，在旋转的旋转轴3的表面上沿旋转轴3的轴向产生电动势。该电动势的方向在与N极部相对的部分和与S极部相对的部分上相反。结果，该电动势导致在旋转轴3表面上产生涡流。

如图4A、图4B所示，单极型轴承构造沿轴向排列N极部和S极部，沿周向排列同极部。所以，从磁极部朝向旋转轴表面延伸的磁场使得在旋转轴3的表面上沿旋转轴3的轴向产生电动势，该电动势的方向在不同的周向位置为相同。因而，与异极型轴承构造的情况相比，涡流变小。但是，实际上，有磁极部的部分和无磁极部的部分之间产生磁场的差异。因而，从具有局部强磁场的部分流向具有局部弱磁场的部分的电流产生涡流。即，作为涡流产生的原因的电动势由以下的式(1)表示。即使磁通密度(磁场B)小的时候，但在高速旋转的情况下，即使是单极型轴承构造中也产生大的涡流。

e∝B·v·L  …(1)

e：电动势，B：磁通密度，v：切割磁场的速度，L：导体的长度。

如上所述，在现有技术中，在不使用层压型的旋转轴的情况下，即使是单极型轴承构造，也存在着不能充分地减小在旋转轴表面上产生的涡流的问题。

因此，期望不使用层压型的旋转轴就能够解决在旋转轴表面上产生涡流的问题的磁性轴承装置。在专利文献1中记载了这样的磁性轴承装置。

图5A、图5B显示了专利文献1的磁性轴承装置的构成。图5B是沿图5A的B-B线所取的截面图。专利文献1中，在异极型磁性轴承装置中设置连接部11，分别沿周向将邻接的N极和S极彼此连接为一体，或者用材质不同的磁性体沿周向将邻接的N极和S极进行连接。这提高了邻接的N极(及S极)的中间位置处的磁通密度，减小了周向的磁通密度的强弱分布的产生。因此，抑制了涡流产生。

专利文献1：日本特开第2001-271836号公报“磁性轴承装置”

更加期望不使用层压型的轴承构造，通过简单的加工就大幅减小旋转轴表面处的涡流。

发明内容

因此，本发明的目的在于，利用与专利文献1不同的方法，提供一种不使用层压钢板，通过简单的加工就能够大幅地减小旋转轴表面处的涡流的磁性轴承装置。

为了解决上述问题，根据本发明，提供了一种磁性轴承装置，其具有旋转轴和通过磁力支撑该旋转轴的轴承构造，其特征在于，上述轴承构造具有与上述旋转轴的外周面相对且围绕上述旋转轴的磁极部，在该磁极部和上述旋转轴之间产生的磁力以非接触的方式支撑上述旋转轴，在旋转轴表面上形成有凹陷，以抑制涡流的方式设定该凹陷的形状、位置及数量中的至少一者，涡流因上述旋转轴的旋转和起因于上述磁极部的磁场而在旋转轴表面处产生。

上述构成中，通过在旋转轴上形成凹陷来抑制涡流，因而不使用层压钢板，通过简单的加工就能够大幅地减小旋转轴表面处的涡流。即，本发明中，能够通过在一体地形成的旋转轴的表面上实施凹陷加工来形成凹陷，并通过该凹陷来抑制涡流，因而能够使用实施过凹陷加工的实心型的旋转轴来大幅地减小涡流。