(57)【要約】【課題】回転体に熱膨張が生じても、回転体がタッチダウンするおそれのない安全な磁気軸受装置を提供する。【解決手段】磁気軸受装置は、縦に配置されて上端部に受熱部材３が設けられている回転体２と、回転体２をアキシアル方向およびラジアル方向に非接触支持する複数組の磁気軸受４，５，６と、回転体２のアキシアル方向の位置を検出するためのアキシアルセンサユニット７と、回転体２のラジアル方向の位置を検出するためのラジアルセンサユニット８，９と、回転体２の上部のラジアル方向の変位を制限する上部タッチダウン軸受１１と、回転体２の下部のアキシアル方向およびラジアル方向の変位を制限する下部タッチダウン軸受１２とを備えている。アキシアルセンサユニット７が、下部タッチダウン軸受１２の近傍に配置されている。【選択図】　図１
2004060840.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦に配置されて上端部に受熱部材が設けられている回転体と、回転体をアキシアル方向およびラジアル方向に非接触支持する複数組の磁気軸受と、回転体のアキシアル方向の位置を検出するためのアキシアルセンサユニットと、回転体のラジアル方向の位置を検出するためのラジアルセンサユニットと、回転体の上部のラジアル方向の変位を制限する上部タッチダウン軸受と、回転体の下部のアキシアル方向およびラジアル方向の変位を制限する下部タッチダウン軸受とを備えている磁気軸受装置において、
アキシアルセンサユニットが下部タッチダウン軸受の近傍に配置されていることを特徴とする磁気軸受装置。
【請求項２】
アキシアルセンサユニットが、回転体の外周に設けられたターゲット部に対向しかつアキシアル方向に所定の間隔をおいて配置された２つのスリップ型アキシアルセンサを備えていることを特徴とする請求項１の磁気軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、磁気軸受装置、さらに詳しくは、溶融金属を高速回転ディスクの遠心力で振り飛ばして瞬時に金属微粉末を生成する遠心式アトマイザなどにおいてディスクが設けられた回転体を非接触支持する磁気軸受装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
遠心式アトマイザに用いられる磁気軸受装置として、縦型のケーシング内に軸状の回転体が非接触支持され、ケーシングより上方に突出した回転体の上端部に溶融金属を受けるディスクが設けられたものが知られている。この磁気軸受装置では、また、ケーシング内に、回転体をアキシアル方向に非接触支持する１組のアキシアル磁気軸受、回転体をラジアル方向に非接触支持する上下２組のラジアル磁気軸受、回転体のアキシアル方向の位置を検出するための１組のアキシアルセンサユニット、回転体のラジアル方向の位置を検出するための上下２組のラジアルセンサユニット、回転体を回転駆動するビルトイン型電動機、回転体のアキシアル方向およびラジアル方向の変位を制限する上下２組のタッチダウン軸受などが設けられている。
【０００３】
このような従来の磁気軸受装置において、上部タッチダウン軸受は回転体のラジアル方向の変位のみを制限するものであって、回転体とのラジアル方向の隙間（ギャップ）は小さい。下部タッチダウン軸受は回転体のアキシアル方向とラジアル方向の両方の変位を制限するものであり、回転体とのアキシアル方向およびラジアル方向の隙間はともに小さい。また、アキシアルセンサユニットは、回転体の上部におけるアキシアル方向の位置を検出するようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような遠心式アトマイザ用の磁気軸受装置では、使用中に、回転体の上端部のディスクが高温の溶融金属に触れるため、回転体に温度上昇およびそれによる熱膨張が生じる。そして、回転体の上部において回転体のアキシアル方向の位置を検出するアキシアルセンサユニットと、回転体の下部において回転体のアキシアル方向の変位を制限するタッチダウン軸受とが上下に大きく離れており、しかもタッチダウン軸受におけるアキシアル方向の隙間が小さいことにより、回転体に熱膨張が生じたときに、このアキシアル方向の隙間がさらに減少し、回転体がタッチダウン軸受に触れてタッチダウンしてしまうおそれがあり、危険である。
【０００５】
この発明の目的は、上記の問題を解決し、回転体に熱膨張が生じても、回転体がタッチダウンするおそれのない安全な磁気軸受装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
この発明による磁気軸受装置は、縦に配置されて上端部に受熱部材が設けられている回転体と、回転体をアキシアル方向およびラジアル方向に非接触支持する複数組の磁気軸受と、回転体のアキシアル方向の位置を検出するためのアキシアルセンサユニットと、回転体のラジアル方向の位置を検出するためのラジアルセンサユニットと、回転体の上部のラジアル方向の変位を制限する上部タッチダウン軸受と、回転体の下部のアキシアル方向およびラジアル方向の変位を制限する下部タッチダウン軸受とを備えている磁気軸受装置において、アキシアルセンサユニットが下部タッチダウン軸受の近傍に配置されていることを特徴とするものである。
【０００７】
アキシアルセンサユニットは、好ましくは、下部タッチダウン軸受の上側近傍に配置される。
【０００８】
受熱部材が熱を受けて、回転体に熱膨張が生じても、回転体のアキシアル方向の位置の基準となるアキシアルセンサユニットの位置と、回転体のアキシアル方向の変位を制限する下部タッチダウン軸受の位置とが近いので、回転体の熱膨張の影響が小さく、下部タッチダウン軸受の部分における回転体の熱膨張によるアキシアル方向の変位は小さい。このため、熱膨張による回転体と下部タッチダウン軸受との隙間の減少が防止され、回転体が下部タッチダウン軸受に接触してタッチダウンしてしまうことがない。
【０００９】
したがって、この発明の磁気軸受装置によれば、回転体に熱膨張が生じても、回転体がタッチダウンするおそれがなく、安全である。
【００１０】
この発明の磁気軸受装置において、たとえば、アキシアルセンサユニットが、回転体の外周に設けられたターゲット部に対向しかつアキシアル方向に所定の間隔をおいて配置された２つのスリップ型アキシアルセンサを備えている。
【００１１】
この場合、好ましくは、アキシアルセンサユニットのためのターゲット部をラジアルセンサユニットのためのターゲット部と共用にする。
【００１２】
アキシアルセンサユニットを上記のような２つのスリップ型アキシアルセンサを備えたものにすることにより、アキシアルセンサを回転体の外周に対向するように配置することができ、その結果、アキシアルセンサユニットを下部タッチダウン軸受の近傍に配置することが可能になる。また、アキシアルセンサユニットのためのターゲット部をラジアルセンサユニットのためのターゲット部と共用にすることにより、回転体の長さを短くして、装置全体をコンパクトに構成することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明を遠心式アトマイザに適用した実施形態について説明する。
【００１４】
図１は、遠心式アトマイザの磁気軸受装置の部分の構成を概略的に示している。
【００１５】
この磁気軸受装置は、鉛直に配置された厚肉略円筒状のケーシング（１）の内部で鉛直軸状の回転体（２）が回転する縦型のものである。なお、以下の説明において、アキシアル方向（上下方向）の制御軸をＺ軸、Ｚ軸に対して直交するとともに互いに直交する２つのラジアル方向（水平方向）の制御軸をそれぞれＸ軸およびＹ軸とする。
【００１６】
ケーシング（１）は、複数の略円筒状の部材を組み合わせることにより構成されている。
【００１７】
回転体（２）は、段付き軸状をなす。回転体（２）の上部はケーシング（１）より上方に突出しており、その上端部に、溶融金属を受ける受熱部材であるディスク（３）が固定されている。
【００１８】
ケーシング（１）内には、回転体（２）をＺ軸方向に非接触支持する１組の制御型アキシアル磁気軸受（４）、回転体（２）の上下２箇所をＸ軸およびＹ軸方向に非接触支持する上下２組の制御型ラジアル磁気軸受（５）（６）、回転体（２）のアキシアル方向の位置を検出するための１組のアキシアルセンサユニット（７）、回転体（２）の上下２箇所におけるＸ軸およびＹ軸方向の位置を検出するための上下２組のラジアルセンサユニット（８）（９）、回転体（２）を高速回転させるビルトイン型電動機（１０）、ならびに回転体（２）のアキシアル方向およびラジアル方向の変位を制限して回転体（２）を磁気軸受（４）（５）（６）で非接触支持できなくなったときなどに回転体（２）を機械的に支持する上下２組のタッチダウン軸受（１１）（１２）が設けられている。
【００１９】
アキシアル磁気軸受（４）は、回転体（２）の上部に設けられたフランジ部（２ａ）をＺ軸方向の両側から挟むように配置された上下１対のアキシアル電磁石（４ａ）を備えている。各ラジアル磁気軸受（５）（６）は、それぞれ、回転体（２）をＸ軸方向の両側から挟むように配置された１対のラジアル電磁石（５ａ）（６ａ）と、回転体（２）をＹ軸方向の両側から挟むように配置された１対のラジアル電磁石（図示略）とを備えている。電動機（１０）は、ケーシング（１）側に設けられたステータ（１０ａ）と、回転体（２）側に設けられたロータ（１０ｂ）とから構成されている。
【００２０】
上部ラジアルセンサユニット（８）は、上部ラジアル磁気軸受（５）の近傍における回転体（２）のＸ軸およびＹ軸方向の位置を検出するためのものであり、上部ラジアル磁気軸受（５）の上側近傍の回転体（２）の外周に設けられたターゲット部（１３）をＸ軸方向の両側から挟むように配置された１対のＸ軸用ラジアルセンサ（８ａ）と、ターゲット部（１３）をＹ軸方向の両側から挟むように配置された１対のＹ軸用ラジアルセンサ（図示略）とから構成されている。下部ラジアルセンサユニット（９）は、下部ラジアル磁気軸受（６）の近傍における回転体（２）のＸ軸およびＹ軸方向の位置を検出するためのものであり、下部ラジアル磁気軸受（６）の下側近傍の回転体（２）の外周に設けられたターゲット部（１４）をＸ軸方向の両側から挟むように配置された１対のＸ軸用ラジアルセンサ（９ａ）と、ターゲット部（１４）をＹ軸方向の両側から挟むように配置された１対のＹ軸用ラジアルセンサ（図示略）とから構成されている。各ラジアルセンサ（８ａ）（９ａ）は、公知のものであり、回転体（２）のターゲット部（１３）（１４）とのラジアル方向の隙間の大きさに対応した信号を出力する。したがって、各１対のＸ軸用ラジアルセンサ（８ａ）（９ａ）により回転体（２）のＸ軸方向の位置が検出され、各１対のＹ軸用ラジアルセンサにより回転体のＹ軸方向の位置が検出される。
【００２１】
アキシアルセンサユニット（７）は、下部ラジアルセンサユニット（９）とターゲット部（１４）を共用しており、ターゲット部（１４）に対向するように配置された上下１対のスリップ型アキシアルセンサ（７ａ）（７ｂ）より構成されている。アキシアルセンサ（７ａ）（７ｂ）は、周方向には、下部ラジアルセンサユニット（９）の４つのラジアルセンサ（９ａ）のうちの隣接する２つのラジアルセンサ（９ａ）の中間に配置されている。また、Ｚ軸方向については、上部アキシアルセンサ（７ａ）のＺ軸方向の中心はターゲット部（１４）のほぼ上端に対向し、下部アキシアルセンサ（７ｂ）のＺ軸方向の中心はターゲット部（１４）のほぼ下端に対向している。これにより、アキシアルセンサユニット（７）は、下部ラジアル磁気軸受（６）の下側近傍であって、下部タッチダウン軸受（１２）の上側近傍に配置されている。アキシアルセンサ（７ａ）（７ｂ）は、公知のものであり、回転体（２）のターゲット部（１４）のＺ軸方向の位置に対応した信号を出力する。したがって、１対のアキシアルセンサ（７ａ）（７ｂ）により、回転体（２）のＺ軸方向の位置が検出される。
【００２２】
上部タッチダウン軸受（１１）は、回転体（２）のラジアル方向の変位を制限するものである。上部タッチダウン軸受（１１）の外輪（１１ａ）はケーシング（１）に固定されており、内輪（１１ｂ）は、回転体（２）が磁気軸受（４）（５）（６）により非接触支持された状態で、回転体（２）の上端寄りの部分の外径が均一な軸部（２ｂ）にラジアル方向にわずかな隙間をあけて対向している。下部タッチダウン軸受（１２）は、回転体（２）のアキシアル方向およびラジアル方向の変位を制限するものである。下部タッチダウン軸受（１２）の外輪（１２ａ）はケーシング（１）に固定されており、内輪（１２ｂ）は、回転体（２）が磁気軸受（４）（５）（６）により非接触支持された状態で、回転体（２）の下部の外周に形成された環状みぞ（１５）の部分にアキシアル方向およびラジアル方向にわずかな隙間をあけて対向している。回転体（２）が磁気軸受（４）（５）（６）により非接触支持された状態において、上部タッチダウン軸受（１１）の内輪（１１ｂ）と回転体（２）とのラジアル方向の隙間ならびに下部タッチダウン軸受（１２）の内輪（１２ｂ）と回転体（２）とのアキシアル方向およびラジアル方向の隙間は実際には非常に小さいが、図１には、それらを誇張して示している。
【００２３】
上記の磁気軸受装置が作動を停止しているときなど、回転体（２）を磁気軸受（４）（５）（６）で非接触支持していないときには、回転体（２）は、タッチダウン軸受（１１）（１２）によって機械的に支持される。このとき、回転体（２）が電磁石（４ａ）（５ａ）（６ａ）、センサ（７ａ）（７ｂ）（８ａ）（９ａ）などに接触しないように、各部の寸法が決められている。
【００２４】
磁気軸受装置の運転中は、アキシアルセンサユニット（７）により検出された回転体（２）のＺ軸方向の位置、ならびにラジアルセンサユニット（８）（９）により検出された回転体（２）のＸ軸およびＹ軸方向の位置に基づいて、各磁気軸受（４）（５）（６）の電磁石（４ａ）（５ａ）（６ａ）を制御することにより、回転体（２）がアキシアル方向およびラジアル方向の所定位置に非接触支持される。そして、このように回転体（２）が磁気軸受（４）（５）（６）により非接触支持された状態で、電動機（１０）により回転体（２）が高速回転させられる。
【００２５】
磁気軸受装置の使用中、回転体（２）の上端のディスク（３）が高温の溶融金属に接触するため、回転体（２）に温度上昇およびそれによる熱膨張が生じる。
【００２６】
しかし、回転体（２）のアキシアル方向の位置の基準となるアキシアルセンサユニット（７）の位置と、回転体（２）のアキシアル方向の変位を制限する下部タッチダウン軸受（１２）の位置とが近いので、下部タッチダウン軸受（１２）の部分における回転体（２）の熱膨張によるアキシアル方向の変位は小さく、回転体（２）が下部タッチダウン軸受（１２）に接触してタッチダウンしてしまうことがない。
上記の磁気軸受装置では、アキシアルセンサユニット（７）が、回転体（２）の外周に設けられたターゲット部（１４）に対向しかつアキシアル方向に所定の間隔をおいて配置された２つのスリップ型アキシアルセンサ（７ａ）（７ｂ）を備えているので、アキシアルセンサ（７ａ）（７ｂ）を回転体（２）の外周に対抗するように配置することができ、その結果、アキシアルセンサユニット（７）を下部タッチダウン軸受（１２）の近傍に配置することが可能になる。また、アキシアルセンサユニット（７）が、下部ラジアルセンサユニット（９）とターゲット部を共用しているので、回転体（２）の長さを短くして、装置全体をコンパクトに構成することができる。
【００２７】
磁気軸受装置の各部の構成は、上記実施形態のものに限らず、適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明の実施形態を示す遠心式アトマイザ用の磁気軸受装置の概略縦断面図である。
【符号の説明】
（２）　　　　　　　　回転体
（３）　　　　　　　　ディスク
（４）　　　　　　　　アキシアル磁気軸受
（５）（６）　　　　　　ラジアル磁気軸受
（７）　　　　　　　　アキシアルセンサユニット
（７ａ）（７ｂ）　　　　　アキシアルセンサ
（８）（９）　　　　　　ラジアルセンサユニット
（１１）　　　　　　　上部タッチダウン軸受
（１２）　　　　　　　下部タッチダウン軸受
（１４）　　　　　　　ターゲット部
【図１】
2004060840.tif 000003