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磁気軸受シャフトシステム

国内特許コード P07A010166
整理番号 6516
掲載日 2007年7月31日
出願番号 特願2005-302750
公開番号 特開2007-113594
登録番号 特許第4709986号
出願日 平成17年10月18日(2005.10.18)
公開日 平成19年5月10日(2007.5.10)
登録日 平成23年4月1日(2011.4.1)
発明者
  • 滝塚 貴和
  • シン・ロン・ヤン
  • 黒河内 直浩
  • 高田 昌二
  • 国富 一彦
出願人
  • 独立行政法人 日本原子力研究開発機構
発明の名称 磁気軸受シャフトシステム
発明の概要

【課題】
本発明は、磁気軸受を設置する支持構造物を傾けて設置することにより、シャフトのたわみにより生じる中心線のミスアライメントを減少あるいは消去し、たわみに係る必要クリアランスを減少あるいは消去させることが可能となる。
【解決手段】
シャフト及び磁気軸受ユニットから構成され、前記磁気軸受ユニットが、シャフトを浮遊させる磁気軸受、シャフトの変位及び動きを制御する制御装置、シャフトの変位及び動きを観測して制御信号を発信するセンサー、前記磁気軸受の故障時の代替軸受としてシャフトを浮遊させる補助軸受、並びに磁気軸受を傾けて設置する支持構造物を有する磁気軸受シャフトシステム。
【選択図】 図1

従来技術、競合技術の概要


磁気軸受は、潤滑油無、摩擦無しといった特徴を有しており、従来技術である油軸受、ころがり軸受と比較し利点を有している。これは潤滑材の炉心廻りへの混入を嫌う原子力施設に設置する回転機器の軸受として適している。



他の軸受と異なり磁気軸受は、エアギャップと呼ばれるクリアランス(隙間又は静的隙間)を設定する必要がある。シャフトと軸受が接触することなく安全に運転するためには更なるクリアランスが必要となる。クリアランスを求める際には重量物であるがゆえ曲げの大きいシャフトのたわみ、回転による振動等を考慮する必要がある。更に、代替軸受である補助軸受も考慮に入れクリアランスを求める必要がある。



このクリアランスに関する厳しい制約により磁気軸受の使用は能力、制御性ともに限られたものとなっている。第一に磁気軸受負荷は、磁気が飽和するまではクリアランス距離の二乗に反比例していることを要する。またクリアランス距離の増加によりギャップからの磁気漏れにより制御性も著しく悪化する。過去の文献では、原子力施設の発電機に磁気軸受を用いるにはクリアランスは3.5mm必要となる(非特許文献1)。この値は最適と考えられる2.0mmから、かけ離れたものである。

【非特許文献1】Takizuka, T., et al., 2004. R&D on the power conversion system for gas turbine high temperature reactors. Journal of Nuclear Engineering and Design 233 (2004) 329-346.

産業上の利用分野


本発明は、傾きを有する磁気軸受シャフトシステムに関する。このシステムはシャフトと磁気軸受から構成される。特に、本発明の磁気軸受は、磁気軸受、1つ以上の変位センサー及びコントロースシステム、補助軸受、並びに傾きを有する支持構造物から構成される。



磁気軸受シャフトシステムを用いてシャフトを浮上させ安全に運転する際、様々なクリアランスが必要となる。一般に、重量の大きいことによるシャフト自体のたわみによるものが大きなものの部類に入る。傾きを有する支持構造物の使用により、これらのクリアランスは、磁気軸受の中心線と、定常状態におけるシャフトの中心線を併せることにより、大幅に減少させることができる。



傾きを有する磁気軸受シャフトシステムを用いることによりクリアランスが減少し、磁気軸受の能力の向上、シャフト支持性能、信頼性の向上、システムの簡素化、使用した機器の効率の向上が望める。本発明により磁気軸受分野に能力、経済性の面から多大な効果をもたらし、現状、未来の利用系のための技術の見通しを高めるものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
シャフト及び磁気軸受ユニットから構成され、前記磁気軸受ユニットが、シャフトを浮遊させる磁気軸受、シャフトの変位及び動きを制御する制御装置、前記磁気軸受の故障時の代替軸受としてシャフトを浮遊させる補助軸受、並びに支持構造物を有し、
前記支持構造物は、前記磁気軸受及び前記補助軸受の各々の中心線が浮遊時のたわんだ前記シャフトの中心線と一致するように前記磁気軸受及び前記補助軸受を傾けて固定している、磁気軸受シャフトシステム。

【請求項2】
前記磁気軸受ユニットが1つ以上であり、並びに前記シャフトの変位及び動きを測定して制御装置に制御信号を与えるセンサーを持つ請求項1記載の磁気軸受シャフトシステム。

【請求項3】
前記磁気軸受を回転軸に対して筒状に並行に受ける軸受で、軸心の径方向のブレに対して作用するジャーナル軸受として用いた請求項1記載の磁気軸受シャフトシステム。

【請求項4】
前記磁気軸受を回転軸からの張り出し部を受ける軸受で、軸心に対して平行なブレに対して作用するスラスト軸受として用いた際の請求項1記載の磁気軸受シャフトシステム。

【請求項5】
前記磁気軸受を、ジャーナル軸受及びスラスト軸受として用いた請求項1記載の磁気軸受シャフトシステム。

【請求項6】
前記磁気軸受を1つ以上用いた請求項1記載の磁気軸受シャフトシステム。

【請求項7】
前記シャフトとして、カップリングを介して1つ以上のシャフトを持つ請求項1記載の磁気軸受シャフトシステム。

【請求項8】
磁気軸受システムに付加的なバランス調整機構を用いた請求項1記載の磁気軸受シャフトシステム。
産業区分
  • 機械要素
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2005302750thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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