JP2019078683A - Displacement detection device - Google Patents

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Abstract

To provide a displacement detection device contributing to shortening of a shaft length of a rotation shaft.SOLUTION: A displacement detection device detects a displacement of a rotation shaft R supported by magnetic bearings 1 and 2, and is provided with a pair of displacement sensors 5 provided to both sides of the rotation shaft in a thrust direction TD. The displacement sensor includes only a pair of thrust sensors for detecting displacements of the rotation shaft in the thrust direction.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、変位検出装置に関する。   The present invention relates to a displacement detection device.

下記特許文献１には、一つの変位センサで、磁気軸受により支持される回転軸のラジアル方向及びスラスト方向の変位を検出する構成が開示されている。この変位センサは、スラストにおいては一方向及び他方向の両方向の変位を検出する構成を備えている。   Patent Document 1 below discloses a configuration in which the displacement in the radial direction and the thrust direction of the rotation shaft supported by the magnetic bearing is detected by one displacement sensor. The displacement sensor is configured to detect displacement in one direction and in the other direction in the thrust.

特許第４５７８０４５号公報Patent No. 4578045

しかしながら、磁気軸受で支持される回転軸の変位を精度良く検出するには、上記変位センサを回転軸の両端に一対で設ける必要がある。そのため、回転軸の軸長が長くなり、高速回転が難しくなる場合がある。   However, in order to accurately detect the displacement of the rotating shaft supported by the magnetic bearing, it is necessary to provide the above-mentioned displacement sensor in a pair at both ends of the rotating shaft. Therefore, the axial length of the rotating shaft may be long, and high speed rotation may be difficult.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、回転軸の軸長の短縮化に寄与する変位検出装置を提供することである。   The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a displacement detection device which contributes to shortening of the axial length of a rotating shaft.

本発明の一態様は、磁気軸受により支持される回転軸の変位を検出する変位検出装置であって、前記回転軸におけるスラスト方向の両側に設けられた一対の変位センサを備え、前記変位センサは、前記スラスト方向の回転軸の変位を検出するスラスト変位センサを一組のみ備えることを特徴とする変位検出装置である。   One aspect of the present invention is a displacement detection device for detecting a displacement of a rotating shaft supported by a magnetic bearing, comprising a pair of displacement sensors provided on both sides in the thrust direction of the rotating shaft, the displacement sensor being According to another aspect of the present invention, there is provided a displacement detection device comprising only one set of thrust displacement sensors for detecting the displacement of the rotation shaft in the thrust direction.

本発明の一態様は、上述の変位検出装置であって、前記変位センサは、円環状のヨークの周方向にティース部が設けられたコアが第１層、第２層、及び第３層の順に積層されている。   One embodiment of the present invention is the above-mentioned displacement detection device, wherein the displacement sensor has a core in which a tooth portion is provided in the circumferential direction of the annular yoke is a first layer, a second layer, and a third layer. It is stacked in order.

本発明の一態様は、上述の変位検出装置であって、前記第１層のティース部と前記第３層のティース部とは、前記スラスト方向において互いに重ならない位置に設けられ、前記第２層のティース部は、前記第１層のティース部と前記第３層のティース部とのそれぞれに対して前記スラスト方向において重なる位置に設けられている。   One aspect of the present invention is the displacement detection device described above, wherein the teeth portion of the first layer and the teeth portion of the third layer are provided at positions not overlapping each other in the thrust direction, and the second layer The tooth portion is provided at a position overlapping in the thrust direction with each of the tooth portion of the first layer and the tooth portion of the third layer.

本発明の一態様は、上述の変位検出装置であって、前記第１層のティース部と、前記第１層のティース部と重なる位置に設けられた前記第２層のティース部とのそれぞれに巻回された第１のセンサコイルと、前記第３層のティース部と、前記第３層のティース部と重なる位置に設けられた前記第２層のティース部とのそれぞれに巻回された第２のセンサコイルと、を備え、前記第１のセンサコイルが巻回された第１層のティース部と前記第２層のティース部とは、それぞれラジアル方向における回転軸の変位を検出するラジアル変位センサとして構成され、前記第２のセンサコイルが巻回された第３層のティース部と前記第２層のティース部とは、それぞれ前記スラスト変位センサとして構成される。   One aspect of the present invention is the displacement detection device described above, wherein the tooth portion of the first layer and the tooth portion of the second layer provided at a position overlapping the tooth portion of the first layer are each provided. A first sensor coil wound, a tooth portion of the third layer, and a tooth portion of the second layer provided at a position overlapping the tooth portion of the third layer A radial displacement for detecting a displacement of a rotation axis in a radial direction of the first layer teeth and the second layer teeth on which the first sensor coil is wound, the sensor coil including The tooth portion of the third layer on which the second sensor coil is wound and the tooth portion of the second layer which are configured as sensors are each configured as the thrust displacement sensor.

本発明の一態様は、上述の変位検出装置であって、前記第３層のティース部と、前記第３層のティース部と重なる位置に設けられた前記第２層のティース部との少なくともいずれかのティース部の断面積は、他のティース部の断面積以上である。   One aspect of the present invention is the displacement detection device described above, wherein at least one of the tooth portion of the third layer and the tooth portion of the second layer provided at a position overlapping the tooth portion of the third layer The cross-sectional area of the tooth portion is equal to or larger than that of the other teeth.

以上説明したように、本発明によれば、回転軸の軸長の短縮することができる。   As described above, according to the present invention, the axial length of the rotating shaft can be shortened.

本発明の一実施形態に係る変位検出装置を備えた磁気軸受システムＡの概略構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of schematic structure of magnetic bearing system A provided with the displacement detection apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るスラスト方向から見た場合の変位センサ５の平面図である。It is a top view of displacement sensor 5 at the time of seeing from the thrust direction concerning one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係るコア部６の構成を説明する図である。It is a figure explaining the composition of core part 6 concerning one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係るコア部６の展開図である。It is an expanded view of core part 6 concerning one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る変位センサ５の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the displacement sensor 5 which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るコア部６の変形例の構成を説明する図である。It is a figure explaining the composition of the modification of core part 6 concerning one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係るコア部６の変形例の展開図である。It is an expanded view of the modification of core part 6 concerning one embodiment of the present invention.

以下、本発明の一実施形態に係る変位検出装置を、図面を用いて説明する。なお、図面において、同一又は類似の部分には同一の符号を付して、重複する説明を省く。また、図面における要素の形状及び大きさなどはより明確な説明のために誇張して描いている。   Hereinafter, a displacement detection device according to an embodiment of the present invention will be described using the drawings. In the drawings, the same or similar parts will be denoted by the same reference symbols, without redundant description. Also, the shapes and sizes of elements in the drawings are exaggerated for the sake of clearer explanation.

図１は、本発明の一実施形態に係る変位検出装置を備えた磁気軸受システムＡの概略構成の一例を示す図である。
本発明の一実施形態に係る磁気軸受システムＡ（又は磁気軸受（後述のラジアル磁気軸受１又はスラスト磁気軸受２））は、電動機Ｍの回転軸Ｒを非接触で支持するものである。例えば、磁気軸受システムＡは、高速で羽根車や軸を回転させるターボ分子ポンプ、圧縮機、ガスタービン、電力貯蔵用フライホイール等に利用される。 FIG. 1 is a view showing an example of a schematic configuration of a magnetic bearing system A provided with a displacement detection device according to an embodiment of the present invention.
A magnetic bearing system A (or a magnetic bearing (a radial magnetic bearing 1 or a thrust magnetic bearing 2 described later)) according to an embodiment of the present invention supports the rotating shaft R of the motor M in a noncontact manner. For example, the magnetic bearing system A is used for a turbo molecular pump that rotates an impeller or shaft at high speed, a compressor, a gas turbine, a flywheel for storing electric power, and the like.

この磁気軸受システムＡは、５自由度制御磁気浮上系を構成する。すなわち、磁気軸受システムＡは、ラジアル方向が４軸、スラスト方向が１軸の計５軸を制御する。ここで、ラジアル方向とは、回転軸Ｒと直交する方向である。スラスト方向とは、回転軸Ｒの軸方向（ラジアル方向と直交する方向）である。以下に、磁気軸受システムＡの構成について、説明する。   The magnetic bearing system A constitutes a five degree of freedom control magnetic levitation system. That is, the magnetic bearing system A controls a total of five axes in which the radial direction is four and the thrust direction is one. Here, the radial direction is a direction orthogonal to the rotation axis R. The thrust direction is the axial direction of the rotation axis R (direction orthogonal to the radial direction). The configuration of the magnetic bearing system A will be described below.

図１に示すように、磁気軸受システムＡは、ラジアル磁気軸受１、スラスト磁気軸受２、変位検出装置３、及び制御装置４を備える。   As shown in FIG. 1, the magnetic bearing system A includes a radial magnetic bearing 1, a thrust magnetic bearing 2, a displacement detection device 3, and a control device 4.

ラジアル磁気軸受１は、回転軸Ｒの両端にそれぞれ配置されている。ラジアル磁気軸受１は、回転軸Ｒに対してラジアル方向の支持力を磁気的に作用させる。このラジアル方向の支持力（磁気吸引力）は、制御装置４により制御される。   The radial magnetic bearings 1 are disposed at both ends of the rotation axis R, respectively. The radial magnetic bearing 1 magnetically exerts a supporting force in the radial direction on the rotation axis R. The supporting force (magnetic attraction force) in the radial direction is controlled by the controller 4.

スラスト磁気軸受２は、回転軸Ｒの一端に配置されている。スラスト磁気軸受２は、回転軸Ｒに対してスラスト方向ＴＤの支持力を磁気的に作用させる。このスラスト方向の支持力は、制御装置４により制御される。   The thrust magnetic bearing 2 is disposed at one end of the rotation shaft R. The thrust magnetic bearing 2 magnetically exerts a supporting force in the thrust direction TD on the rotation axis R. The supporting force in the thrust direction is controlled by the controller 4.

例えば、ラジアル方向ＲＤの移動をｘ方向，ｙ方向とし、スラスト方向の移動をｚ方向とすると、ラジアル磁気軸受１は、回転軸Ｒにおいて、ｘ，ｙ方向の２軸を制御する。そして、ラジアル磁気軸受１は、回転軸Ｒの両端にそれぞれ設けられ、それぞれ独立して回転軸Ｒを制御するため、２軸×２の４軸で回転軸Ｒを制御することになる。一方、スラスト磁気軸受２は、回転軸Ｒにおいて、ｚ方向の１軸を制御する。したがって、上述したように、磁気軸受システムＡは、回転軸Ｒにおいて、全体として計５軸を制御することになる。   For example, assuming that the movement in the radial direction RD is the x direction and the y direction, and the movement in the thrust direction is the z direction, the radial magnetic bearing 1 controls two axes in the x and y directions in the rotation axis R. The radial magnetic bearings 1 are respectively provided at both ends of the rotation axis R, and independently control the rotation axis R. Therefore, the rotation axis R is controlled by 2 axes × 2 4 axes. On the other hand, the thrust magnetic bearing 2 controls one axis in the z direction on the rotation axis R. Therefore, as described above, the magnetic bearing system A controls a total of five axes in the rotation axis R.

変位検出装置３は、回転軸Ｒに設けられた変位センサ用ターゲットＴ１，Ｔ２の位置を検出することで、その回転軸Ｒの変位を非接触で検出する。
以下に、変位検出装置３の構成を説明する。 The displacement detection device 3 detects the position of the displacement sensor targets T 1 and T 2 provided on the rotation axis R, and detects the displacement of the rotation axis R without contact.
The configuration of the displacement detection device 3 will be described below.

図１に示すように、変位検出装置３は、スラスト方向における回転軸Ｒの両側に設けられた一対の変位センサ５ａ、５ｂを備える。なお、変位センサ５ａ、５ｂのそれぞれを区別しない場合には、単に「変位センサ５」と標記する。   As shown in FIG. 1, the displacement detection device 3 includes a pair of displacement sensors 5a and 5b provided on both sides of the rotation axis R in the thrust direction. In addition, when not distinguishing each of displacement sensor 5a, 5b, it only marks as "displacement sensor 5."

変位センサ５ａは、回転軸Ｒの一端側に設けられている。変位センサ５ａは、変位センサ用ターゲットＴ１の位置を検出することで、ラジアル方向における回転軸Ｒの変位と、スラスト方向の回転軸の変位を検出する。そして、変位センサ５ａは、その検出結果を制御装置４に出力する。 The displacement sensor 5a is provided on one end side of the rotation axis R. Displacement sensor 5a, by detecting the position of the target T 1 for the displacement sensor detects the displacement of the rotation axis R in the radial direction, the displacement in the thrust direction of the rotation axis. Then, the displacement sensor 5 a outputs the detection result to the control device 4.

変位センサ５ｂは、回転軸Ｒの他端側に設けられている。変位センサ５ｂは、変位センサ用ターゲットＴ２の位置を検出することで、ラジアル方向における回転軸Ｒの変位と、スラスト方向の変位を検出する。そして、変位センサ５ｂは、その検出結果を制御装置４に出力する。 The displacement sensor 5 b is provided on the other end side of the rotation axis R. Displacement sensors 5b, by detecting the position of the target T 2 for the displacement sensor detects the displacement of the rotation axis R in the radial direction, the thrust direction of the displacement. Then, the displacement sensor 5 b outputs the detection result to the control device 4.

以下に、変位センサ５の具体的に構造について、図２〜図４を用いて説明する。図２は、スラスト方向から見た場合の変位センサ５の平面図である。図３は、本発明の一実施形態に係るコア部６の構成を説明する図である。図４は、本発明の一実施形態に係るコア部６の展開図である。   Hereinafter, the specific structure of the displacement sensor 5 will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a plan view of the displacement sensor 5 as viewed from the thrust direction. FIG. 3 is a view for explaining the configuration of the core unit 6 according to an embodiment of the present invention. FIG. 4 is a development view of the core 6 according to an embodiment of the present invention.

変位センサ５は、コア部６及びセンサコイル７を備える。
図３に示すように、コア部６は、第１のコア１０ａ（第１層のコア）、第２のコア１０ｂ（第２層のコア）、及び第３のコア１０ｃ（第３層のコア）の３枚のコアを備える。そして、コア部６は、第１のコア１０ａ、第２のコア１０ｂ、第３のコア１０ｃの順に、回転軸Ｒのスラスト方向に沿って積層された、例えば、三層の積層鋼板である。 The displacement sensor 5 includes a core 6 and a sensor coil 7.
As shown in FIG. 3, the core portion 6 includes a first core 10a (core of the first layer), a second core 10b (core of the second layer), and a third core 10c (core of the third layer). It has three cores). The core portion 6 is, for example, a three-layered laminated steel plate in which the first core 10a, the second core 10b, and the third core 10c are laminated in the thrust direction of the rotation axis R in this order.

第１のコア１０ａは、コア部６の１層目のコアである。第１のコア１０ａは、ヨーク１１ａと４つのティース部１２ａ１〜１２ａ４（以下、総称して「ティース部１２ａ」という。）を備える。
ヨーク１１ａは、円環状に形成された磁性材料である。 The first core 10 a is a first layer core of the core portion 6. The first core 10a includes a yoke 11a and four teeth portions 12a1 to 12a4 (hereinafter collectively referred to as "the teeth portion 12a").
The yoke 11a is a magnetic material formed in an annular shape.

各ティース部１２ａ１〜１２ａ４は、ヨーク１１ａの周方向において、回転軸Ｒに向かって突出するよう設けられた磁性材料である。例えば、各ティース部１２ａ１〜１２ａ４は、ヨーク１１ａの周方向に９０°間隔で配置されている。なお、各ティース部１２ａ１〜１２ａ４は、ヨーク１１ａと一体に形成されてもよい。   Each of the teeth 12a1 to 12a4 is a magnetic material provided so as to protrude toward the rotation axis R in the circumferential direction of the yoke 11a. For example, the teeth 12a1 to 12a4 are arranged at an interval of 90 ° in the circumferential direction of the yoke 11a. Each of the teeth 12a1 to 12a4 may be formed integrally with the yoke 11a.

第２のコア１０ｂは、コア部６の２層目のコアである。第２のコア１０ｂは、ヨーク１１ｂと８つのティース部１２ｂ１〜１２ｂ８（以下、総称して「ティース部１２ｂ」という。）を備える。
ヨーク１１ｂは、円環状に形成された磁性材料である。 The second core 10 b is a core of the second layer of the core portion 6. The second core 10 b includes a yoke 11 b and eight teeth portions 12 b 1 to 12 b 8 (hereinafter collectively referred to as “the teeth portion 12 b”).
The yoke 11 b is a magnetic material formed in an annular shape.

各ティース部１２ｂ１〜１２ｂ８は、ヨーク１１ｂの周方向において、回転軸Ｒに向かって突出するよう設けられた磁性材料である。例えば、各ティース部１２ｂ１〜１２ｂ８は、ヨーク１１ｂの周方向に４５°間隔で配置されている。   Each of the teeth 12b1 to 12b8 is a magnetic material provided so as to protrude toward the rotation axis R in the circumferential direction of the yoke 11b. For example, the teeth 12b1 to 12b8 are arranged at an interval of 45 ° in the circumferential direction of the yoke 11b.

具体的には、ティース部１２ｂ１，１２ｂ３，１２ｂ５，１２ｂ７は、ティース部１２ａ１〜１２ａ４とスラスト方向において重なる位置に設けられている。一方、ティース部１２ｂ２，１２ｂ４，１２ｂ６，１２ｂ８は、ティース部１２ａ１〜１２ａ４とスラスト方向において重ならない位置に設けられている。   Specifically, the teeth 12b1, 12b3, 12b5, and 12b7 are provided at positions overlapping with the teeth 12a1 to 12a4 in the thrust direction. On the other hand, the teeth 12b2, 12b4, 12b6 and 12b8 are provided at positions not overlapping with the teeth 12a1 to 12a4 in the thrust direction.

第３のコア１０ｃは、コア部６の３層目のコアである。第３のコア１０ｃは、ヨーク１１ｃと４つのティース部１２ｃ１〜１２ｃ４（ティース部１２ｃ）を備える。
ヨーク１１ｃは、円環状に形成された磁性材料である。 The third core 10 c is a third layer core of the core portion 6. The third core 10c includes a yoke 11c and four teeth 12c1 to 12c4 (teeth 12c).
The yoke 11c is a magnetic material formed in an annular shape.

各ティース部１２ｃ１〜１２ｃ４は、ヨーク１１ｃの周方向において、回転軸Ｒに向かって突出するよう設けられた磁性材料である。例えば、各ティース部１２ｃ１〜１２ｃ４は、ヨーク１１ｃの周方向に９０°間隔で配置されている。   Each of the teeth 12c1 to 12c4 is a magnetic material provided so as to protrude toward the rotation axis R in the circumferential direction of the yoke 11c. For example, the teeth 12c1 to 12c4 are arranged at an interval of 90 ° in the circumferential direction of the yoke 11c.

具体的には、ティース部１２ｃ１〜１２ｃ４は、ティース部１２ａ１〜１２ａ４とスラスト方向において重ならない位置に設けられている。
また、ティース部１２ｃ１〜１２ｃ４は、ティース部１２ｂ２，１２ｂ４，１２ｂ６，１２ｂ８とスラスト方向において重なる位置に設けられている。すなわち、第３のコア１０ｃは、第１のコア１０ａと同一形状であって、第１のコア１０ａの位置を基準として周方向に９０°回転移動された位置に配置されている。 Specifically, the teeth portions 12c1 to 12c4 are provided at positions not overlapping the teeth portions 12a1 to 12a4 in the thrust direction.
The teeth 12c1 to 12c4 are provided at positions overlapping with the teeth 12b2, 12b4, 12b6, and 12b8 in the thrust direction. That is, the third core 10c has the same shape as the first core 10a, and is disposed at a position rotated 90 ° in the circumferential direction with reference to the position of the first core 10a.

このように、ティース部１２ａとティース部１２ｃとは、スラスト方向において互いに重ならない位置に設けられている。そして、ティース部１２ｂは、ティース部１２ａとスラスト方向において重なる位置に設けられたティース部１２ｂ１，１２ｂ３，１２ｂ５，１２ｂ７と、ティース部１２ｃとスラスト方向において重なる位置に設けられたティース部１２ｂ２，１２ｂ４，１２ｂ６，１２ｂ８とを備える。   As described above, the teeth 12 a and the teeth 12 c are provided at positions where they do not overlap in the thrust direction. The tooth portion 12b is provided at a position overlapping with the tooth portion 12a in the thrust direction, and the tooth portion 12b2, 12b4, provided at a position overlapping with the tooth portion 12c in the thrust direction. 12b6 and 12b8.

センサコイル７は、ティース部１２ａ，１２ｂ，１２ｃのそれぞれに巻回されている。   The sensor coil 7 is wound around each of the teeth 12a, 12b, 12c.

ここで、センサコイル７が巻回された、ティース部１２ａ１〜１２ａ４とそのティース部１２ａ１〜１２ａ４と重なる位置に配置されているティース部１２ｂ１，１２ｂ３，１２ｂ５，１２ｂ７とは、それぞれラジアル方向における回転軸Ｒの変位を検出するセンサ（以下、「ラジアル変位センサ」という。）ＲＳとして機能する。
一方、センサコイル７が巻回された、ティース部１２ｃ１〜１２ｃ４とそのティース部１２ｃ１〜１２ｃ４と重なる位置に配置されているティース部１２ｂ２，１２ｂ４，１２ｂ６，１２ｂ８とは、それぞれスラスト方向における回転軸Ｒの変位を検出するセンサ（以下、「スラスト変位センサ」という。）ＴＳとして機能する。これらのスラスト変位センサＴＳは、本発明の「一組のスラスト変位センサ」に相当する。 Here, teeth portions 12a1 to 12a4 around which sensor coil 7 is wound and teeth portions 12b1, 12b3, 12b5, and 12b7 disposed at positions overlapping with teeth portions 12a1 to 12a4 respectively have rotational axes in the radial direction. It functions as a sensor (hereinafter referred to as a “radial displacement sensor”) RS that detects displacement of R.
On the other hand, teeth portions 12c1 to 12c4 around which sensor coil 7 is wound and teeth portions 12b2, 12b4, 12b6 and 12b8 arranged at positions overlapping with teeth portions 12c1 to 12c4 have respective rotational axes R in the thrust direction. The sensor functions as a sensor (hereinafter referred to as a "thrust displacement sensor") TS that detects the displacement of the sensor. These thrust displacement sensors TS correspond to “a set of thrust displacement sensors” of the present invention.

したがって、第１のコア１０ａと第２のコア１０ｂとには、４つのラジアル変位センサＲＳが形成されており、第２のコア１０ｂと第３のコア１０ｃとには、４つのスラスト変位センサＴＳが形成されている。
なお、第１のコア１０ａと第２のコア１０ｂとは、回転軸Ｒが基準位置（変位ゼロ）である場合において、変位センサ用ターゲットＴと重なるように配置される。一方、第３のコア１０ｃは、回転軸Ｒが基準位置（変位ゼロ）である場合において、変位センサ用ターゲットＴと重ならないように配置される。 Therefore, four radial displacement sensors RS are formed on the first core 10a and the second core 10b, and four thrust displacement sensors TS are formed on the second core 10b and the third core 10c. Is formed.
The first core 10a and the second core 10b are disposed so as to overlap the displacement sensor target T when the rotation axis R is at the reference position (displacement zero). On the other hand, the third core 10c is disposed so as not to overlap with the displacement sensor target T when the rotation axis R is at the reference position (displacement zero).

変位検出装置３は、ラジアル変位センサＲＳに巻回されたセンサコイル（第１のセンサコイル）７のインダクタンスの変化に基づいて、ラジアル方向における回転軸Ｒの変位を検出する。また、変位検出装置３は、スラスト変位センサＴＳに巻回されたセンサコイル（第２のセンサコイル）７のインダクタンスの変化に基づいて、スラスト方向における回転軸Ｒの変位を検出する。   The displacement detection device 3 detects the displacement of the rotation axis R in the radial direction based on the change in the inductance of the sensor coil (first sensor coil) 7 wound around the radial displacement sensor RS. Further, the displacement detection device 3 detects the displacement of the rotation axis R in the thrust direction based on the change in the inductance of the sensor coil (second sensor coil) 7 wound around the thrust displacement sensor TS.

制御装置４は、変位検出装置３が検出したラジアル方向における回転軸Ｒの変位に基づいて、ラジアル磁気軸受１のコイルに流す電流を制御する。
また、制御装置４は、変位検出装置３が検出したスラスト方向における回転軸Ｒの変位に基づいて、スラスト磁気軸受２のコイルに流す電流を制御する。なお、制御装置４は、回転軸Ｒにおけるスラスト方向の一端側に設けられた１組のスラスト変位センサからの信号と、他端側に設けられた１組のスラスト変位センサからの信号との差分をとることで、スラスト方向における回転軸Ｒの変位を精度よく検出することができる。 The control device 4 controls the current flowing through the coil of the radial magnetic bearing 1 based on the displacement of the rotation axis R in the radial direction detected by the displacement detection device 3.
Further, the control device 4 controls the current flowing through the coil of the thrust magnetic bearing 2 based on the displacement of the rotation axis R in the thrust direction detected by the displacement detection device 3. The control device 4 is a difference between a signal from a pair of thrust displacement sensors provided on one end side in the thrust direction in the rotation axis R and a signal from a pair of thrust displacement sensors provided on the other end side. The displacement of the rotation axis R in the thrust direction can be accurately detected by taking

次に、本実施形態の変位検出装置３による効果について説明する。
従来の変位検出装置では、回転軸におけるスラスト方向の片側において、そのスラスト方向の両方向における回転軸Ｒの変位を検出する２組のスラスト変位センサが設けられている。
一方、本実施形態の変位検出装置３は、回転軸におけるスラスト方向の片側において、スラスト方向の回転軸の変位を検出するスラスト変位センサを一組のみ備える。そのため、変位センサ５は、従来の変位センサよりも簡易な構成とすることができ、回転軸Ｒの軸長の短縮化に寄与する。 Next, the effects of the displacement detection device 3 of the present embodiment will be described.
In the conventional displacement detection device, two sets of thrust displacement sensors are provided on one side in the thrust direction of the rotation shaft to detect displacement of the rotation axis R in both directions of the thrust direction.
On the other hand, the displacement detection device 3 of the present embodiment includes only one set of thrust displacement sensors that detect the displacement of the rotation axis in the thrust direction on one side in the thrust direction of the rotation axis. Therefore, displacement sensor 5 can be made simpler than the conventional displacement sensor, and contributes to shortening of the axial length of rotation axis R.

ここで、ラジアル方向やスラスト方向における回転軸Ｒの変位を検出するには、ティース部において十分な厚さ（スラスト方向の長さ）が必要になる。例えば、ラジアル方向やスラスト方向の回転軸Ｒの変位を検出する場合には、ティース部において５ｍｍの厚さが必要であるとする。その場合には、ラジアル方向の変位を検出するための厚さ５ｍｍの鋼板と、スラスト方向の変位を検出するための厚さ５ｍｍの鋼板との２層の積層鋼板を用いることになり、変位センサとして合計１０ｍｍの厚さのコアを用いることになる。   Here, in order to detect the displacement of the rotation axis R in the radial direction and the thrust direction, a sufficient thickness (length in the thrust direction) is required in the teeth portion. For example, in the case of detecting the displacement of the rotation axis R in the radial direction or the thrust direction, it is assumed that a thickness of 5 mm is necessary in the teeth portion. In that case, a 2-layer laminated steel plate of 5 mm thick steel plate for detecting displacement in the radial direction and 5 mm thick steel plate for detecting displacement in the thrust direction will be used. As a total of 10 mm thick core will be used.

一方、本実施形態の変位センサ５は、ラジアル方向の回転軸Ｒの変位を検出するためのティース部の一部と、スラスト方向の回転軸Ｒの変位を検出するためのティース部の一部とを第２のコア１０ｂに設ける構造を備えている。すなわち、変位センサ５は、第１のコア１０ａ及び第２のコア１０ｂを用いてラジアル方向の回転軸Ｒの変位を検出し、第２のコア１０ｂ及び第３のコア１０ｃを用いてスラスト方向の回転軸Ｒの変位を検出する。この構造により、第１のコア１０ａ、第２のコア１０ｂ、及び第３のコア１０ｃのそれぞれの厚さを２．５ｍｍに設定することが可能となる。その結果、変位センサ５として合計７．５ｍｍの厚さのコア（コア部６）となり、さらなる回転軸Ｒの軸長の短縮化に寄与する。   On the other hand, the displacement sensor 5 of the present embodiment includes a part of the teeth for detecting the displacement of the rotation axis R in the radial direction and a part of the teeth for detecting the displacement of the rotation axis R in the thrust direction. Is provided in the second core 10b. That is, the displacement sensor 5 detects the displacement of the rotation axis R in the radial direction using the first core 10a and the second core 10b, and uses the second core 10b and the third core 10c in the thrust direction. The displacement of the rotation axis R is detected. This structure makes it possible to set the thickness of each of the first core 10a, the second core 10b, and the third core 10c to 2.5 mm. As a result, it becomes a core (core part 6) of a total thickness of 7.5 mm as displacement sensor 5, and contributes to shortening of the axial length of further rotation axis R.

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。   The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes design and the like within the scope of the present invention.

（第１変形例）上記実施形態では、変位センサ５は、４つのスラスト変位センサＴＳを備える場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、図５に示すように、変位センサ５は、２つのスラスト変位センサＴＳを備えてもよいし（図５（ａ），（ｂ））、１つのスラスト変位センサＴＳを備えてもよい（図５（ｃ））。すなわち、変位センサ５は、少なくとも１つのスラスト変位センサＴＳを備えていればよい。例えば、変位センサ５が２つのスラスト変位センサＴＳを備える場合には（図５（ａ））、図６，７に示すように、第１のコア１０ａ、第２のコア１０ｂ、第３のコア１０ｃはそれぞれ異なる形状の積層鋼板を用いて形成される。 First Modification In the above embodiment, the displacement sensor 5 is described as including four thrust displacement sensors TS, but the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 5, the displacement sensor 5 may include two thrust displacement sensors TS (FIGS. 5 (a) and 5 (b)) or one thrust displacement sensor TS ((5) Fig. 5 (c). That is, the displacement sensor 5 may be provided with at least one thrust displacement sensor TS. For example, when the displacement sensor 5 includes two thrust displacement sensors TS (FIG. 5 (a)), as shown in FIGS. 6 and 7, the first core 10a, the second core 10b, and the third core 10c are formed using laminated steel plates of different shapes.

（第２変形例）上記実施形態では、変位センサ５は、４つのラジアル変位センサＲＳを備える場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、変位センサ５は、少なくとも２つのラジアル変位センサＲＳを備えていればよい。 Second Modification In the above embodiment, the displacement sensor 5 has four radial displacement sensors RS. However, the present invention is not limited to this. For example, the displacement sensor 5 may include at least two radial displacement sensors RS.

（第３変形例）上記実施形態では、変位センサ５は、ラジアル方向及びスラスト方向において、回転軸Ｒの変位を検出したが、本発明はこれに限定されない。例えば、変位センサ５は、スラスト方向のうち一方向又は他方向の回転軸Ｒの変位のみを検出すればよく、ラジアル方向の回転軸Ｒの変位を検出してもよいし、検出しなくてもよい。 Third Modification In the above embodiment, the displacement sensor 5 detects the displacement of the rotation axis R in the radial direction and the thrust direction, but the present invention is not limited to this. For example, the displacement sensor 5 may detect only the displacement of the rotation axis R in one direction or the other direction in the thrust direction, and may or may not detect the displacement of the rotation axis R in the radial direction. Good.

（第４変形例）上記実施形態では、各ティース部１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、２つのティースにより構成されているが、本発明はこれに限定されない。例えば、各ティース部１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、１つのティースから構成されてもよいし、３つ以上のティースから構成されてもよい。 Fourth Modification In the above-described embodiment, each of the teeth 12a, 12b, 12c is formed of two teeth, but the present invention is not limited to this. For example, each teeth part 12a, 12b, 12c may be comprised from one tooth, and may be comprised from three or more teeth.

（第５変形例）上記実施形態では、各ティース部１２ａ，１２ｂ，１２ｃの各断面積はそれぞれ同一の場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、ティース部１２ｃと、ティース部１２ｃと重なる位置に設けられたティース部１２ｂとのいずれかの断面積は、他のティース部の断面積以上よりも大きくてもよい。これにより、スラスト変位センサは、ティース部と変位センサ用ターゲットＴ１，Ｔ２との重なり量が増加し、基準位置（変位ゼロ）でのインダクタンスが大きくなり、且つスラスト方向の変位を検出することができる距離を長くすることができる。その結果、変位検出装置３は、スラスト方向における回転軸の変位をより精度よく検出することができる。ただし、スラスト変位センサのティース部の断面積は、必ずしもラジアル変位センサの断面積以上でなくてもよく、求められるスラスト変位センサの性能が十分に確保できれば、ラジアル変位センサの断面積未満であってもよい。 Fifth Modification In the above embodiment, the cross-sectional areas of the teeth 12a, 12b and 12c are the same. However, the present invention is not limited to this. For example, the cross-sectional area of one of the teeth 12c and the teeth 12b provided at a position overlapping the teeth 12c may be larger than the cross-sectional area of the other teeth. As a result, in the thrust displacement sensor, the overlapping amount between the teeth and the displacement sensor targets T 1 and T 2 increases, the inductance at the reference position (displacement zero) increases, and the displacement in the thrust direction is detected. Distance can be increased. As a result, the displacement detection device 3 can detect the displacement of the rotation shaft in the thrust direction more accurately. However, the cross-sectional area of the teeth portion of the thrust displacement sensor may not necessarily be the cross-sectional area of the radial displacement sensor, and if the required performance of the thrust displacement sensor can be sufficiently ensured, It is also good.

Ａ 磁気軸受システム
Ｒ 回転軸
１ ラジアル磁気軸受
２ スラスト磁気軸受
３ 変位検出装置
４ 制御装置
５ 変位センサ
７ センサコイル
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ ヨーク
１２ａ１〜１２ａ４，１２ｂ１〜１２ｂ８，１２ｃ１〜１２ｃ４ ティース部
ＲＳ ラジアル変位センサ
ＴＳ スラスト変位センサ
ＴＤ スラスト方向
ＲＤ ラジアル方向 A Magnetic bearing system R Rotary shaft 1 Radial magnetic bearing 2 Thrust magnetic bearing 3 Displacement detector 4 Control device 5 Displacement sensor 7 Sensor coil 11a, 11b, 11c Yoke 12a1 to 12a4, 12b1 to 12b8, 12c1 to 12c4 Teeth portion RS Radial displacement Sensor TS Thrust displacement sensor TD Thrust direction RD Radial direction

Claims (5)

磁気軸受により支持される回転軸の変位を検出する変位検出装置であって、
前記回転軸におけるスラスト方向の両側に設けられた一対の変位センサを備え、
前記変位センサは、前記スラスト方向の回転軸の変位を検出するスラスト変位センサを一組のみ備える変位検出装置。 A displacement detection device for detecting a displacement of a rotating shaft supported by a magnetic bearing, comprising:
A pair of displacement sensors provided on both sides in the thrust direction of the rotation shaft,
The displacement detection device includes only one set of thrust displacement sensors for detecting displacement of the rotation shaft in the thrust direction. 前記変位センサは、
円環状のヨークの周方向にティース部が設けられたコアが第１層、第２層、及び第３層の順に積層されていることを特徴とする請求項１に記載の変位検出装置。 The displacement sensor is
The displacement detection device according to claim 1, wherein the core provided with the tooth portion in the circumferential direction of the annular yoke is laminated in the order of the first layer, the second layer, and the third layer. 前記第１層のティース部と前記第３層のティース部とは、前記スラスト方向において互いに重ならない位置に設けられ、
前記第２層のティース部は、前記第１層のティース部と前記第３層のティース部とのそれぞれに対して前記スラスト方向において重なる位置に設けられている、
ことを特徴とする請求項２に記載の変位検出装置。 The teeth of the first layer and the teeth of the third layer are provided at positions not overlapping each other in the thrust direction,
The tooth portion of the second layer is provided at a position overlapping the tooth portion of the first layer and the tooth portion of the third layer in the thrust direction.
The displacement detection device according to claim 2, characterized in that: 前記第１層のティース部と、前記第１層のティース部と重なる位置に設けられた前記第２層のティース部とのそれぞれに巻回された第１のセンサコイルと、
前記第３層のティース部と、前記第３層のティース部と重なる位置に設けられた前記第２層のティース部とのそれぞれに巻回された第２のセンサコイルと、
を備え、
前記第１のセンサコイルが巻回された第１層のティース部と前記第２層のティース部とは、それぞれラジアル方向における回転軸の変位を検出するラジアル変位センサとして構成され、
前記第２のセンサコイルが巻回された第３層のティース部と前記第２層のティース部とは、それぞれ前記スラスト変位センサとして構成されることを特徴とする請求項３に記載の変位検出装置。 A first sensor coil wound around each of the first layer tooth portion and the second layer tooth portion provided at a position overlapping the first layer tooth portion;
A second sensor coil wound around each of the teeth of the third layer and the teeth of the second layer provided at positions overlapping the teeth of the third layer;
Equipped with
The teeth portion of the first layer on which the first sensor coil is wound and the teeth portion of the second layer are each configured as a radial displacement sensor that detects displacement of the rotation axis in the radial direction,
The displacement detection according to claim 3, wherein the teeth portion of the third layer on which the second sensor coil is wound and the teeth portion of the second layer are each configured as the thrust displacement sensor. apparatus. 前記第３層のティース部と、前記第３層のティース部と重なる位置に設けられた前記第２層のティース部との少なくともいずれかのティース部の断面積は、他のティース部の断面積以上であることを特徴とする請求項３又は４のいずれか一項に記載の変位検出装置。   The cross-sectional area of at least one of the teeth of the third layer and the teeth of the second layer provided at positions overlapping the teeth of the third layer is the cross-sectional area of the other teeth It is above, The displacement detection apparatus as described in any one of Claim 3 or 4 characterized by the above-mentioned.
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