JP2009008046A - 磁気軸受及び磁気カップリング装置並びにこれらを用いたスクロール型流体機械 - Google Patents

Abstract

【課題】永久磁石の数を減らして、駆動軸の回転を従動軸に非接触で伝達可能とし、また、駆動軸または従動軸を非接触で回転可能に支持する。
【解決手段】駆動軸８と同一軸線上に回転可能に支持される従動軸５の端部外周に、極性が径方向になるように着磁された内側回転永久磁石１２を固定する。駆動軸８の端部に取り付けられた円筒状のカップリング１８の内周に、内側回転永久磁石１２の外側にあって、内側回転永久磁石１２に対して異極同士が対向するように外側回転永久磁石１９を固定する。従動軸５が回転可能に支持されるハウジング２の軸受部２ａに、内側回転永久磁石１２の外側にあって、内側回転永久磁石１２に対して同極同士が対向するように固定永久磁石２０を固定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、永久磁石を利用した磁気軸受及び磁気カップリング装置並びにこれらを用いたスクロール型流体機械に関する。

環境に悪影響を与えるようなガスを扱う真空ポンプまたは圧縮機等のスクロール型流体機械においては、環境汚染防止のため、ガス流通経路からのガス漏れを皆無にすることが要求される。この要求を満足するものとしては、流体機械における旋回スクロールを支持する偏心軸の軸端部をカバーで覆うとともに、モータ軸と偏心軸との間に、カバーを介して、永久磁石の磁気吸引力を作用させることによって、モータ軸の回転を偏心軸に対して非接触で伝達可能とした磁気カップリング装置を設けたものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、スクロール型流体機械においては、運転効率の観点から、特に、偏心軸における軸受部分からの発熱を極力抑えることが望ましい。そのため、偏心軸の外周面が摺接する軸受に替えて、磁石の磁気反発力によって偏心軸を非接触で支持可能な磁気軸受を用いるのが望ましい。
特開平１１−４４２９７号公報

しかし、上述のように、磁気軸受及び磁気カップリング装置を併用すると、磁気軸受用の永久磁石及び磁気カップリング装置用の永久磁石をそれぞれの箇所に多数取り付ける必要があり、永久磁石の個数が多くなりコストの上昇を招くこととなる。また、磁気軸受と磁気カップリング装置を互いに近接した箇所に設けると、各磁力が影響し合い各性能が低下するおそれがある。

本発明は、上述の課題に鑑み、永久磁石の数を減らして、駆動軸の回転を従動軸に非接触で伝達可能とし、また、駆動軸または従動軸を非接触で回転可能に支持することができるようにした磁気軸受及び磁気カップリング装置並びにこれらを用いたスクロール型流体機械を提供することを目的とする。

本発明によると、上記課題は次のようにして解決される。
（１）同一軸線上に回転可能に支持された駆動軸または従動軸の一方の端部外周に、極性が径方向になるように着磁された内側回転永久磁石を固定するとともに、前記駆動軸または前記従動軸の他方の端部に取り付けられた円筒状のカップリングの内周に、前記内側回転永久磁石の一端寄りの外側にあって、前記内側回転永久磁石に対して異極同士が対向するように外側回転永久磁石を固定し、さらに、前記駆動軸または前記従動軸の一方が回転可能に支持されるハウジングに、前記内側回転永久磁石の他端寄りの外側にあって、前記内側回転永久磁石に対して同極同士が対向するように固定永久磁石を固定することによって、前記内側回転永久磁石と前記外側回転永久磁石の相互の磁気吸引力をもって、前記駆動軸の回転を前記従動軸に非接触で伝達可能とし、また、前記内側回転永久磁石と前記固定永久磁石との相互の磁気反発力をもって、前記駆動軸または前記従動軸の一方を前記ハウジングに対して非接触で回転可能に支持する。

（２）上記(１)項において、前記内側回転永久磁石は、前記固定永久磁石に対向する部分を環状とする。

（３）固定スクロールと旋回スクロールとを互いに渦巻き状ラップを向かい合わせて噛み合わせるとともに、前記旋回スクロールを支持するための従動軸の端部をカバーにより覆うとともに、モータにおける駆動軸の回転を、前記従動軸に伝達して前記旋回スクロールを前記固定スクロールに対して公転旋回運動させるスクロール型流体機械において、前記駆動軸の回転を前記従動軸に伝達し、また、前記従動軸を前記旋回スクロールを収容したハウジングに回転可能に支持する装置として、上記(１)または(２)項の磁気軸受及び磁気カップリング装置を用いる。

本発明によると、次のような効果を奏せられる。
請求項１に係わる発明によると、内側回転永久磁石を磁気軸受及び磁気カップリング装置に共用することができるため、永久磁石の数を削減して、コストの低減を図ることができる。また、各永久磁石の磁力の影響が少なくなり、各性能を低下させることがない。

請求項２に係わる発明によると、内側回転永久磁石と外側回転永久磁石との相互の磁気反発力をもって、駆動軸または従動軸の一方を確実に非接触で回転可能に支持することができる。

請求項３に係わる発明によると、ハウジングからのガス漏れを確実に防止することができるとともに、回転中の従動軸の発熱を極力抑えることができる。

図１は、本発明を適用したスクロール型流体機械の縦断面図、図２は、図１における矢示Ａ部の拡大図、図３は、図２におけるIII−III線縦断面図、図４は、図２におけるIV−IV線縦断面図、図５は、内側回転永久磁石の斜視図である。なお、以下の説明においては、図１における左方を「前方」とし、右方を「後方」とする。

図１に示すように、スクロール型流体機械１は、そのハウジング２内に設けられた固定スクロール３、４の渦巻き状の固定ラップ３ａ、４ａと、前後方向を向く従動軸５の偏心軸部５ａに回転可能に支持される旋回スクロール６の渦巻き状の旋回ラップ６ａ、６ａとを互いに向かい合わせて噛み合わせ、従動軸５の回転に伴って、旋回スクロール６が固定スクロール３、４に対して公転旋回運動することによって、ハウジング２の外周に設けた図示略の吸気ポートからガスを導入して、ハウジング２の中心に設けた図示略の吐出ポートから外部に吐出する。

ハウジング２の後部には、モータ７が接続される。モータ７の駆動軸８は、後述の磁気軸受９によりハウジング２の軸受部２ａに非接触で回転可能に支持される従動軸５に対して、その回転を後述の磁気カップリング装置１０に非接触で伝達する。

ハウジング２の後面から突出する従動軸５の後端部には、外筒１１が固着され、その外筒１１の外周面には、その軸方向へ所定の長さを有する内側回転永久磁石１２が固定されている。主に図５に示すように、内側回転永久磁石１２は、全体形状が円筒状をなして、外周側がＳ極、内周側がＮ極となるように径方向に着磁されるとともに、磁気軸受９の一部を形成する前半分は、後述の環状の固定永久磁石２０間に均一な磁気反発力が生成されるように環状に形成され、また、磁気カップリング１０の一部を形成する後半分は、後述の外側回転永久磁石１９間で周方向へ強力な磁気吸引力が生成されるように周方向へ等間隔で分離した４本のアーム部１２ａを有する分離形状に形成される。

従動軸５の後端部、外筒１１及び内側回転永久磁石１２は、ハウジング２に気密に固定されるカバー１３により覆われている。カバー１３は、従動軸５が軸支される部分の周辺を密閉して、ハウジング２内に導入されたガスが従動軸５の軸支部分から例え漏れたとしても、漏洩したガスが外部に漏れないように阻止するものである。従動軸５の前端部は、その外周に固定された回転永久磁石１４と、この回転永久磁石１４に対して同極同士が対向するようにハウジング２に固定された固定永久磁石１５から形成される磁気軸受により、ハウジング２に非接触で回転可能に支持されるとともに、後端部と同様にカバー１６により覆われる。

モータ７は、その駆動軸８が従動軸５と同一軸線上になるようにハウジング２に後部に外側カバー１７を介して固定されるとともに、駆動軸８の先端には、円筒状のカップリング１８が固着されている。

カップリング１８の内周面には、カバー１３の外周面に対して微小隙間を空けて対向する４個の外側回転永久磁石１９が周方向に等間隔で固定されている。各外側回転永久磁石１９は、内側回転永久磁石１２の各アーム部１２ａとにより、駆動軸８の回転を従動軸５に対して非接触で伝達可能とする磁気カップリング装置１０を構成し、内側回転永久磁石１２の各アーム部１２ａの外側にあって、各アーム部１２ａの磁極に対して、カバー１３を介して異極同士が対向するように配置されてカップリング１８の内周面に固着される。

ハウジング２の軸受部２ａには、内側回転永久磁石１２の環状の前部外周の外側にあって、内側回転永久磁石１２に対して同極同士が対向するように環状の固定永久磁石２０が固着されている。固定永久磁石２０は、内側回転永久磁石１２の環状部分とにより、従動軸５をハウジング２の軸受部２ａに非接触で回転可能に支持する磁気軸受９を構成する。

上述により、駆動軸８と従動軸５との間には、カバー１３を介して、磁気カップリング装置１０を構成する内側回転永久磁石１２と外側回転永久磁石１９の相互の磁気吸引力が径方向へ作用するため、この磁気吸引力をもって、駆動軸８の回転を、従動軸５に対して非接触で伝達することができる。また、従動軸５の外周面とハウジング２の軸受部２ａの間には、磁気軸受９を構成する環状の内側回転永久磁石１２と環状の固定永久磁石２０の相互の磁気反発力が径方向へ作用するため、この磁気反発力をもって、従動軸５を、ハウジング２の軸受部２ａに対して非接触で回転可能に支持することができる。

また、磁気軸受９及び磁気カップリング装置１０は、互いに内側回転永久磁石１２を共用するため、永久磁石の数を削減でき、コストの低減を図ることができるとともに、各永久磁石の磁力の影響が少なくなり、磁気軸受９及び磁気カップリング装置１０の性能を低下させることはない。さらには、本実施形態のように、上述の磁気軸受９及び磁気カップリング装置１０を、スクロール型流体機械１に用いることによって、ハウジング２からのガス漏れを確実に防止することができるとともに、回転中の従動軸６の発熱を極力抑えて、スクロール型流体機械１を効率良く運転することができる。

なお、上記実施形態においては、磁気軸受９及び磁気カップリング装置１０をスクロール型流体機械１に用いたものを説明したが、本発明はこれに特定されるものでなく、磁気軸受９及び磁気カップリング装置１０は、スクロール型以外の流体機械は勿論のこと、他の回転機械における駆動軸と従動軸との接続部分及び軸受部分にも適用できる。また、内側回転永久磁石１２を駆動軸８側に取り付けるとともに、外側回転永久磁石１９を従動軸５側に取り付けても良い。さらには、駆動軸８を磁気軸受９により非接触で回転可能に支持するようにしても良い。

本発明を適用したスクロール型流体機械の縦断面図である。 図１における矢示Ａ部の拡大図である。 図２におけるIII−III線縦断面図である。 図２におけるIV−IV線縦断面図である。 内側回転永久磁石の斜視図である。

符号の説明

１ スクロール型流体機械
２ ハウジング
２ａ 軸受部
３、４ 固定スクロール
３ａ、４ａ 固定ラップ
５ 従動軸
５ａ 偏心軸部
６ 旋回スクロール
６ａ 旋回ラップ
７ モータ
８ 駆動軸
９ 磁気軸受
１０ 磁気カップリング装置
１１ 外筒
１２ 内側回転永久磁石
１２ａ アーム部
１３ カバー
１４ 回転永久磁石
１５ 固定永久磁石
１６ カバー
１７ 外側カバー
１８ カップリング
１９ 外側回転永久磁石
２０ 固定永久磁石

Claims (3)

1. 同一軸線上に回転可能に支持された駆動軸または従動軸の一方の端部外周に、極性が径方向になるように着磁された内側回転永久磁石を固定するとともに、前記駆動軸または前記従動軸の他方の端部に取り付けられた円筒状のカップリングの内周に、前記内側回転永久磁石の一端寄りの外側にあって、前記内側回転永久磁石に対して異極同士が対向するように外側回転永久磁石を固定し、さらに、前記駆動軸または前記従動軸の一方が回転可能に支持されるハウジングに、前記内側回転永久磁石の他端寄りの外側にあって、前記内側回転永久磁石に対して同極同士が対向するように固定永久磁石を固定することによって、
   前記内側回転永久磁石と前記外側回転永久磁石の相互の磁気吸引力をもって、前記駆動軸の回転を前記従動軸に非接触で伝達可能とし、また、前記内側回転永久磁石と前記固定永久磁石との相互の磁気反発力をもって、前記駆動軸または前記従動軸の一方を前記ハウジングに対して非接触で回転可能に支持するようにした磁気軸受及び磁気カップリング装置。
2. 前記内側回転永久磁石は、前記固定永久磁石に対向する部分を環状としたことを特徴とする請求項１記載の磁気軸受及び磁気カップリング装置。
3. 固定スクロールと旋回スクロールとを互いに渦巻き状ラップを向かい合わせて噛み合わせるとともに、前記旋回スクロールを支持するための従動軸の端部をカバーにより覆うとともに、モータにおける駆動軸の回転を、前記従動軸に伝達して前記旋回スクロールを前記固定スクロールに対して公転旋回運動させるスクロール型流体機械において、
   前記駆動軸の回転を前記従動軸に伝達し、また、前記従動軸を前記旋回スクロールを収容したハウジングに回転可能に支持する装置として、請求項１または２記載の磁気軸受及び磁気カップリング装置を用いたことを特徴とするスクロール型流体機械。

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