WO2007066473A1

WO2007066473A1 - 磁気軸受装置

Info

Publication number: WO2007066473A1
Application number: PCT/JP2006/322559
Authority: WO
Inventors: Takayoshi Ozaki; Hiroyuki Yamada; Kenichi Suzuki
Original assignee: Ntn Corporation
Priority date: 2005-12-09
Filing date: 2006-11-13
Publication date: 2007-06-14
Also published as: US7932656B2; DE112006003310T5; US20090046963A1

Abstract

安定な制御が可能でコントローラの構成も簡略化できる転がり軸受と磁気軸受を併用した磁気軸受装置を提供する。転がり軸受と磁気軸受を併用し、転がり軸受がラジアル負荷を支持し、磁気軸受がアキシアル負荷と軸受予圧のどちらか一方または両方を支持し、電磁石１７が、主軸１３に垂直かつ同軸に設けられた強磁性体からなるフランジ状のスラスト板１３ａに非接触で対向するようにスピンドルハウジング１４に取付けられており、アキシアル方向の力を検出するセンサ１８の出力に応じて、電磁石１７を制御するコントローラ１９を有し、転がり軸受と転がり軸受の支持系とで形成される合成バネの剛性値が、電磁石の負の剛性値よりも大である関係を有する。

Description

明細書

磁気軸受装置

技術分野

[0001] この発明は、転がり軸受と磁気軸受を併用し、磁気軸受でアキシアル負荷と軸受予圧のどちらか一方または両方を支持するようにした磁気軸受装置に関し、例えば空気サイクル冷凍冷却システムにおけるタービンュニット等に用、られる磁気軸受装置に関する。

背景技術

[0002] 空気サイクル冷凍冷却システムは、冷媒として空気を用いるため、フロンやアンモニァガス等を用いる場合に比べて、エネルギー効率が不足するが、環境保護の面で好ましい。また、冷凍倉庫等のように、冷媒空気を直接に吹き込むことができる施設では、庫内ファンやデフロストの省略等によってトータルコストを引下げられる可能性があり、このような用途で空気サイクル冷凍冷却システムが提案されている（例えば特許文献 1)。

[0003] また、一 30°C〜一 60°Cのディープ 'コール領域では、空気冷却の理論効率は、フロンやアンモニアガスと同等以上になることが知られている。ただし、上記空気冷却の理論効率を得ることは、最適に設計された周辺装置があって、始めて成り立つとも述ベられている。周辺装置は、圧縮機や膨張タービン等である。

圧縮機，膨張タービンとしては、コンプレッサ翼車および膨張タービン翼車を共通の主軸に取付けたタービンユニットが用いられて、る（特許文献 1)。

[0004] なお、プロセスガスを処理するタービン'コンプレッサとしては、主軸の一端にタービン翼車、他端にコンプレッサ翼車を取付け、前記主軸を電磁石の電流で制御するジヤーナルおよびスラスト軸受で支承した磁気軸受式タービン'コンプレッサが提案されている（特許文献 2)。

また、ガスタービンエンジンにおける提案ではある力主軸支持用の転がり軸受に作用するスラスト荷重が軸受寿命の短縮を招くことを回避するため、転がり軸受に作用するスラスト荷重をスラスト磁気軸受により低減することが提案されている（特許文特許文献 1：特許第 2623202号公報

特許文献 2：特開平 7— 91760号公報

特許文献 3 :特開平 8— 261237公報

[0005] 上記のように、空気サイクル冷凍冷却システムとして、ディープ 'コール領域で高効率となる空気冷却の理論効率を得るためには、最適に設計された圧縮機や膨張タービンが必要となる。

圧縮機，膨張タービンとしては、上記のようにコンプレッサ翼車および膨張タービン翼車を共通の主軸に取付けたタービンユニットが用いられている。このタービンュ- ットは、膨張タービンの生じる動力によりコンプレッサ翼車を駆動できることで空気サイタル冷凍機の効率を向上させて、る。

[0006] しかし、実用的な効率を得るためには、各翼車とハウジングとの隙間を微小に保つ必要がある。この隙間の変動は、安定した高速回転の妨げとなり効率の低下を招く。また、コンプレッサ翼車やタービン翼車に作用する空気により、主軸にスラスト力が作用し、主軸を支持する軸受にスラスト荷重が荷される。空気サイクル冷凍冷却システムにおけるタービンユニットの主軸の回転速度は、 1分間に 8万〜 10万回転であり、一般的な用途の軸受に比べて非常に高速となる。そのため、上記のようなスラスト荷重は、主軸を支持する軸受の長期耐久性の低下、寿命低下を招き、空気サイクル冷凍冷却用タービンユニットの信頼性を低下させる。このような軸受の長期耐久性の課題を解消しなくては、空気サイクル冷凍冷却用タービンユニットの実用化が難しい。しかし、上記特許文献 1に開示の技術は、この高速回転下におけるスラスト荷重の負荷に対する軸受の長期耐久性の低下にっ、ては解決されるに至って!/、な!/、。

[0007] 特許文献 2の磁気軸受式タービン'コンプレッサのように、主軸を磁気軸受からなるジャーナル軸受およびスラスト軸受で支承したものでは、ジャーナル軸受にアキシァル方向の規制機能がない。そのため、スラスト軸受の制御の不安定要因等があると、上記翼車とディフューザ間の微小隙間を保って安定した高速回転を行うことが難しい

。磁気軸受の場合は、電源停止時における接触の問題もある。

[0008] 主軸の支持に転がり軸受と磁気軸受を併用し、転がり軸受がラジアル負荷を支持し、磁気軸受がアキシアル負荷と軸受予圧のどちらか一方または両方を支持するものとすると、主軸のアキシアル方向の規制が行え、また磁気軸受の場合における電源停止時における接触の問題も生じない。この構成の場合、主軸に垂直かつ同軸に設けられた強磁性体力もなるフランジ状のスラスト板に非接触で対向するように、磁気軸受の電磁石を設け、アキシアル方向の力を検出するセンサの出力に応じて、コントローラにより電磁石を制御するものとされる。

翼車の主軸を転がり軸受により支承すると、転がり軸受の持つアキシアル方向位置の規制機能により、主軸位置が規制され、各翼車とハウジングの微小隙間を一定に保つことができる。このようなアキシアル方向位置の規制機能を有する転がり軸受の場合に、高速回転する軸受の上記スラスト力による長期耐久性の低下が問題となる力電磁石でスラスト力を支承するため、転がり軸受の長期耐久性が確保できる。

[0009] しかし、このような転がり軸受と磁気軸受を併用した磁気軸受装置においては、過大なアキシアル負荷が作用した場合、電磁石の負の剛性 (変位した方向に作用し、変位が大きいほどその力も大きくなる）が大きくなり、前記電磁石の負の剛性が転がり軸受と転がり軸受の支持系とで形成される合成パネの剛性よりも大きくなつた時、磁気軸受の制御系が不安定になる。この状態を回避するためには、予めコントローラに位相補償回路を付加する必要が生じ、コントローラを複雑にする要因の一つになるといった問題がある。

発明の開示

[0010] この発明の目的は、転がり軸受と磁気軸受を併用した磁気軸受装置において、安定な制御が可能でコントローラの構成も簡略ィ匕できるものを提供することである。

[0011] この発明の第 1構成の磁気軸受装置は、転がり軸受と磁気軸受を併用し、転がり軸受がラジアル負荷を支持し、磁気軸受がアキシアル負荷と軸受予圧のどちらか一方または両方を支持し、電磁石が、主軸に垂直かつ同軸に設けられた強磁性体力なるフランジ状のスラスト板に非接触で対向するようにスピンドルハウジングに取付けられており、アキシアル方向の力を検出するセンサの出力に応じて、電磁石を制御するコントローラを有し、転がり軸受と転がり軸受の支持系とで形成される合成パネの剛性値が、電磁石の負の剛性値よりも大である関係を有する。 [0012] この第 1構成の磁気軸受装置は、転がり軸受と磁気軸受を併用し、転がり軸受がラジアル負荷を支持し、磁気軸受がアキシアル負荷と軸受予圧のどちらか一方または両方を支持するものであるため、アキシアル方向の精度の良い支持が行え、また転力 Sり軸受の長期耐久性が確保でき、磁気軸受のみによる支持の場合における電源停止時の損傷が回避される。

また、転がり軸受と転がり軸受の支持系とで形成される合成パネの剛性値が、電磁石の負の剛性値よりも大である関係としたため、制御帯域において、機械システムの位相が 180° 遅れとなることが防止される。そのため、制御対象が安定なものとなり、コントローラの回路構成を比例または比例積分等の簡単な構成のものとしても安定した制御が行える。

[0013] 第 1構成の磁気軸受装置は、転がり軸受と転がり軸受の支持系とで形成される合成パネの剛性値を Kbrg、最大負荷を Fmax、電磁石ギャップを d、比例定数を kとした場合に、

d > k水 Fmax/Kbrg

で示される条件式を満足する電磁石ギャップを有してもょヽ。これを第 2構成の磁気軸受装置とする。

[0014] この第 2構成の磁気軸受装置は、上記条件式を満足するように電磁石ギャップを設定したため、高速回転領域で好適な軽荷重の軸受予圧の条件下でも、電磁石ギヤップを広げることにより、転がり軸受と転がり軸受の支持系とで形成される合成パネの剛性値が、電磁石の負の剛性値よりも大である関係を保つことができる。その結果、制御帯域において、機械システムの位相が 180° 遅れとなることを防止でき、そのため、最大荷重が作用した場合でも制御対象を安定なものとでき、コントローラの回路構成を比例もしくは比例積分で簡略ィ匕できる。

[0015] 第 1構成の磁気軸受装置は、また、前記電磁石のヨーク内に永久磁石を配置してもよい。これを第 3構成の磁気軸受装置とする。

この第 3構成の磁気軸受装置によれば、高速回転領域で好適な軽負荷の軸受予圧の条件下では、前記合成パネの剛性値と電磁石の負の剛性値との間の大小関係を保っために電磁石の負の剛性を小さくする必要がある力上記したように電磁石のヨーク内に永久磁石を配置することで電磁石ギャップを広げるようにしているので、電磁石の負の剛性を小さくすることができる。

また、最大のアキシアル荷重が作用した場合でも、電磁石のヨーク内に永久磁石を配置する構成としたことで、電磁石の消費電力が小さくなり電磁石での発熱を低減できる。

[0016] 第 1構成の磁気軸受装置は、さらに、前記永久磁石は前記スラスト板の一側方のみの電磁石のヨーク内に配置され、アキシアル荷重の軽負荷領域では、永久磁石がョーク内に配置された電磁石と、この永久磁石がヨーク内に配置された電磁石と対向して配置され永久磁石を含まない電磁石とを併用してもよい。これを第 4構成の磁気軸受装置とする。

この第 4構成の磁気軸受装置によれば、アキシアル荷重の軽負荷領域では、永久磁石がヨーク内に配置された電磁石と、前記電磁石と対向して配置された永久磁石を含まな!/、電磁石とを併用するようにしてヽるので、アキシアル荷重が作用する動作範囲内での電磁石の消費電力を最も低減することができる。つまり、対向する電磁石の両方に永久磁石を配置した場合は、アキシアル荷重の軽負荷領域にお！、て永久磁石の吸引力を弱めるために電磁石での消費電量が大きくて発熱が大きくなるが、この第 4構成ではこれを解消できる。

[0017] 第 4構成の磁気軸受装置において、前記永久磁石がヨーク内に配置された電磁石は、過大なアキシアル荷重を支持する側に配置され、前記永久磁石を含まない電磁石は、前記スラスト板を挟んで前記永久磁石がヨーク内に配置された電磁石と対向して配置されるものとしても良い。これを第 5構成の磁気軸受装置とする。

[0018] 第 1構成の磁気軸受装置は、さらに、コンプレッサ側翼車およびタービン側翼車が、前記スラスト板と共通の主軸に嵌合し、タービン側翼車で発生した動力により、コンプレッサ側翼車を駆動させる、圧縮膨張タービンシステムにおいて、前記主軸の支持に適用されるものであっても良い。これを第 6構成の磁気軸受装置とする。

この第 6構成の場合、この発明の磁気軸受装置における安定した制御が可能でコントローラの構成も簡略ィ匕できるという利点が効果的に発揮され、各翼車の適切な隙間を保って主軸の安定した高速回転が得られる。また、軸受の長期耐久性の向上が得られる。

[0019] 第 1構成の磁気軸受装置は、さらに、前記磁気軸受装置を適用した圧縮膨張タービンシステムが、流入空気に対して、予圧縮手段による圧縮、熱交換器による冷却、タービンユニットのコンプレッサによる圧縮、他の熱交換器による冷却、前記タービンユニットの膨張タービンによる断熱膨張、を順次行う空気サイクル冷凍冷却システムに適用されるものであっても良い。これを第 7構成の磁気軸受装置とする。

この磁気軸受装置を適用した圧縮膨張タービンシステムを、このような空気サイクル冷凍冷却システムに適用した場合、圧縮膨張タービンシステムにおいて、各翼車の適切な隙間を保って主軸の安定した高速回転が得られ、かつ軸受の長期耐久性の向上が得られることから、圧縮膨張タービンシステムの全体として、しいては空気サイクル冷凍冷却システムの全体としての信頼性が向上する。また、空気サイクル冷凍冷却システムのネックとなっている圧縮膨張タービンシステムの主軸軸受の安定した高速回転、長期耐久性、信頼性が向上することから、空気サイクル冷凍冷却システムの実用化が可能となる。

図面の簡単な説明

[0020] この発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施例の説明から、より明瞭に理解されるであろう。し力しながら、実施例および図面は単なる図示および説明のためのものであり、この発明の範囲を定めるために利用されるべきものではない。この発明の範囲は添付の請求の範囲によって定まる。添付図面において、複数の図面における同一の部品番号は、同一部分を示す。

[図 1]この発明の第 1の実施形態に力かる磁気軸受装置が組み込まれたタービンュニットの断面図である。

[図 2]図 1のタービンユニットに用いられるコントローラの一例を示すブロック図である。

[図 3]この発明の第 2の実施形態に力かる磁気軸受装置が組み込まれたタービンュニットの断面図である。

[図 4]この発明の第 3の実施形態に力かる磁気軸受装置が組み込まれたタービンュニットの断面図である。

[図 5] (A)は第 3の実施形態に力かる磁気軸受装置における電磁石の別の例を示す拡大断面図であり、 (B)はさらに別の例を示す拡大断面図である。

[図 6]永久磁石を内蔵した電磁石と、永久磁石を内蔵しない単体の電磁石について

、消費電力に対する吸引力の関係を示したグラフである。

[図 7]この発明の第 4の実施形態に力かる磁気軸受装置が組み込まれたタービンュニットの断面図である。

[図 8]図 7における VI— VI矢視断面図である。

[図 9]この発明の第 5の実施形態に力かる磁気軸受装置が組み込まれたタービンュニットの断面図である。

[図 10]磁気軸受装置の両電磁石を併用した場合において、アキシアル荷重が軽負荷、中間負荷、および最大負荷時の電磁石部分での消費電力を示す棒グラフである

[図 11]磁気軸受装置の両電磁石として永久磁石内蔵の電磁石を用いた場合において、アキシアル荷重が軽負荷、中間負荷、および最大負荷時の電磁石部分での消費電力を示す棒グラフである。

[図 12]磁気軸受装置の両電磁石として永久磁石を内蔵しない電磁石を用いた場合において、アキシアル荷重が軽負荷、中間負荷、および最大負荷時の電磁石部分での消費電力を示す棒グラフである。

[図 13]第 1〜第 5の実施形態に力かる磁気軸受装置が組み込まれたタービンユニットを適用した空気サイクル冷凍冷却シスシテムの系統図である。

発明を実施するための最良の形態

[0021] この発明の第 1の実施形態を図 1および図 2と共に説明する。図 1はこの実施形態の磁気軸受装置を組み込んだタービンユニット 5の断面図を示す。このタービンュ- ット 5は圧縮膨張タービンシステムを構成するものであり、コンプレッサ 6および膨張タ一ビン 7を有し、コンプレッサ 6のコンプレッサ翼車 6aおよび膨張タービン 7のタービン翼車 7aが、主軸 13の両端にそれぞれ取付けられている。また、タービン翼車 7aで発生した動力によりコンプレッサ翼車 6aが駆動されるものであり、別の駆動源は設けられていない。

[0022] コンプレッサ 6は、コンプレッサ翼車 6aと微小の隙間 dlを介して対向するハウジング 6bを有し、中心部の吸込口 6cから軸方向に吸入した空気を、コンプレッサ翼車 6aで圧縮し、外周部の出口（図示せず)から矢印 6dで示すように排出する。

膨張タービン 7は、タービン翼車 7aと微小の隙間 d2を介して対向するタービンハウジング 7bを有し、外周部から矢印 7cで示すように吸い込んだ空気を、タービン翼車 7 aで断熱膨張させ、中心部の排出口 7dから軸方向に排出する。

[0023] このタービンユニット 5における磁気軸受装置は、主軸 13をラジアル方向に対し複数の軸受 15, 16で支承し、主軸 13にかかるスラスト力を磁気軸受を構成する電磁石 17により支承するものとされる。このタービンユニット 5は、コンプレッサ 6および膨張タ一ビン 7内の空気により主軸 13に作用するスラスト力を検出するセンサ 18と、このセンサ 18の出力に応じて電磁石 17による支承力を制御するコントローラ 19とを有している。電磁石 17は、主軸 13の中央で主軸 13に垂直かつ同軸に設けられた強磁性体力もなるフランジ状のスラスト板 13aの両面に非接触で対向するように、スピンドルハウジング 14に設置されている。

[0024] 主軸 13を支承する軸受 15, 16は、転がり軸受であって、アキシアル方向位置の規制機能を有するものであり、例えば深溝玉軸受ゃアンギユラ玉軸受が用いられる。深溝玉軸受の場合、両方向のスラスト支持機能を有し、内外輪のアキシアル方向位置を中立位置に戻す作用を持つ。これら 2個の軸受 15, 16は、それぞれスピンドルノヽウジング 14におけるコンプレッサ翼車 6aおよびタービン翼車 7aの近傍に配置されている。

[0025] 主軸 13は、中央部の大径部 13bと、両端部の小径部 13cとを有する段付き軸とされている。両側の軸受 15, 16は、その内輪 15a, 16aが小径部 13cに圧入状態に嵌合し、片方の幅面が大径部 13bと小径部 13c間の段差面に係合する。

スピンドルノヽウジング 14における両側の軸受 15, 16よりも各翼車 6a, 7a側の部分は、内径面が主軸 13に近接する径に形成され、この内径面に非接触シール 21, 22 が形成されている。この実施形態では、非接触シール 21, 22は、スピンドルハウジング 14の内径面に複数の円周溝を軸方向に並べて形成したラビリンスシールとしてヽる力その他の非接触シール手段でも良い。

[0026] 前記センサ 18は、タービン翼車 7a側の軸受 16の近傍における静止側、つまりスピンドルノヽゥジング 14側に設けられている。このセンサ 18を近傍に設けた軸受 16は、その外輪 16bが軸受ハウジング 23内に固定状態に嵌合している。軸受ハウジング 23 は、リング状に形成されて一端に軸受 16の外輪 16bの幅面に係合する内鍔 23aを有しており、スピンドルハウジング 14に設けられた内径面 24にアキシアル方向に移動自在に嵌合している。内鍔 23aは、アキシアル方向の中央側端に設けられている。

[0027] センサ 18は主軸 13の回りの円周方向複数箇所 (例えば 2箇所）に分配配置され、軸受ハウジング 23の内鍔 23a側の幅面と、スピンドルハウジング 14に固定された部材である片方の電磁石 17との間に介在させてある。また、センサ 18は、センサ予圧ばね 25により予圧が印加されている。センサ予圧ばね 25は、スピンドルハウジング 1 4に設けられた収容凹部内に収容されて軸受 16の外輪 16bをアキシアル方向に付勢するものとされ、外輪 16bおよび軸受ハウジング 23を介してセンサ 18を予圧する。センサ予圧ばね 25は、例えば主軸 13の回りの円周方向複数箇所に設けられたコィルばね等力なる。

[0028] センサ予圧ばね 25による予圧は、押し付け力によってスラスト力を検出するセンサ 18力主軸 13のアキシアル方向のいずれの向きの移動に対しても検出できるようにするためであり、タービンユニット 5の通常の運転状態で主軸 13に作用する平均的なスラスト力以上の大きさとされる。

[0029] センサ 18の非配置側の軸受 15は、スピンドルハウジング 14に対してアキシアル方向に移動自在に設置され、かつ軸受予圧ばね 26によって弾性支持されている。この例では軸受 15の外輪 15b力スピンドルハウジング 14の内径面にアキシアル方向移動自在に嵌合していて、軸受予圧ばね 26は、外輪 15bとスピンドルノヽウジング 14との間に介在している。軸受予圧ばね 26は、内輪 15aの幅面が係合した主軸 13の段面に対向して外輪 15bを付勢するものとされ、軸受 15に予圧を与えている。軸受予圧ばね 26は、主軸 13回りの円周方向複数箇所に設けられたコイルばね等力もなり、それぞれスピンドルハウジング 14に設けられた収容凹部内に収容されている。軸受予圧ばね 26は、センサ予圧ばね 25よりもばね定数が小さいものとされる。

[0030] 上記タービンユニット 5における磁気軸受装置の力学モデルは、簡単なパネ系で構成することができる。すなわち、このパネ系は、軸受 15, 16とこれら軸受の支持系（センサ予圧ばね 25、軸受予圧ばね 26,軸受ハウジング 23など）とで構成される合成バネと、電磁石 17のパネとが並列となった構成である。このパネ系において、軸受 15, 16とこれら軸受の支持系とで構成される合成パネは、変位した方向と逆の方向に変位量に比例して作用する剛性となるのに対し、電磁石 17のパネは、変位した方向に変位量に比例して作用する負の剛性となる。

このため、上記した合成パネと電磁石のパネの剛性の大小関係を、

合成パネの剛性値 <電磁石の負の剛性値……（1)

とした場合、機械システムの位相は 180° 遅れとなり不安定な系となることから、電磁石 17を制御するコントローラ 19において、予め位相補償回路を付加する必要が生じ、コントローラ 19の構成が複雑なものになる。

[0031] そこで、この実施形態の磁気軸受装置では、上記した合成パネの剛性と電磁石 17 のパネの剛性の大小関係を、

合成パネの剛性値 >電磁石の負の剛性値 · ·… · (2)

としている。

[0032] このように、上記した合成パネと電磁石のパネの剛性の大小関係を設定することにより、制御帯域において、機械システムの位相が 180° 遅れとなることを防止できる。そのため、コントローラ 19の制御対象を安定なものとでき、コントローラ 19の回路構成を図 2のように比例もしくは比例積分で簡単に構成できる。

[0033] ブロック図で示す図 2のコントローラ 19では、各センサ 18の検出出力 PI, P2をセンサ出力演算回路 27で加減し、その演算結果を比較器 28で基準値設定手段 29の目標値と比較して偏差を演算し、さらに演算した偏差を PI補償回路 (もしくは P補償回路） 30によりタービンユニット 5に応じて適宜設定される比例積分 (もしくは比例)処理を行うことで、電磁石 17の制御信号を演算するようにしている。 PI補償回路 (もしくは P補償回路） 30の出力は、ダイオード 31, 32を介して各方向の電磁石 17 , 17 を駆

1 2 動するパワー回路 33, 34に入力される。電磁石 17 , 17は、図 1に示したスラスト板

1 2

13aに対向する一対の電磁石 17であり、吸引力しか作用しないため、予めダイォード 31, 32で電流の向きを決め、 2個の電磁石 17 , 17 を選択的に駆動するようにし

1 2

ている。 [0034] このように、タービンユニット 5に適用したこの第 1の実施形態の磁気軸受装置では、上記した合成パネと電磁石 17のパネの負の剛性の大小関係を（2)式のように設定したため、コントローラ 19による制御対象を安定した構成とすることができ、コントローラ 19の回路構成を比例もしくは比例積分とした簡単なものにできる。

[0035] 次に、この発明の第 2の実施形態を図 3および第 1の実施形態の説明で示した図 2 と共に説明する。図 3はこの実施形態の磁気軸受装置を組み込んだタービンユニット 5の断面図を示す。この実施形態において、第 1の実施形態と共通する点は、図において同一の符号を付してその説明を省略する。

[0036] この第 2の実施形態の磁気軸受装置を組み込んだタービンユニットの構成は第 1の実施形態と同一であり、異なる点は、以下に示す説明するように、さらに電磁石ギヤップが設定されてヽる点である。

したがって、この第 2の実施形態の磁気軸受装置も、第 1の実施形態の磁気軸受装置と同様に、合成パネと電磁石のパネの剛性の大小関係について、上記（2)式を満足している。

一方、上記磁気軸受装置の構成において、高速回転 (8万〜 10万 rpm)領域では、センサ予圧 25および軸受予圧ばね 26で付与する軸受 15, 16の軸受予圧は軽荷重のほうが好ましいが、軸受予圧を軽荷重にすると軸受 15, 16のアキシアル剛性が小さくなり、軸受 15, 16と軸受 15, 16の支持系とで形成される合成パネの剛性も小さくなる。その結果、過大なアキシアル荷重が作用した場合に、合成パネの剛性値と電磁石 17のパネの負の剛性との間での上記した（2)式の大小関係を保っためには、電磁石 17の負の剛性を小さくする必要がある。また、電磁石 17の負の剛性を低減するためには、電磁石ギャップを広げる必要がある。

[0037] いま、上記合成パネの剛性値を Kbrg、電磁石 17の負の剛性値を Kns、最大負荷を Fmax、電磁石ギャップを d、比例定数を kとしたときに、電磁石 17の負の剛性値 K nsは、

Kns=k* FmaxZd…… (3)

t 、う関係式で表され、上記（2)式の大小関係は、

Kbrg>Kns……（4) という関係式で表される。

[0038] そこで、この第 2の実施形態の磁気軸受け装置では、上記（2)式の大小関係を保つために、（3)式と (4)式の関係から、電磁石ギャップ dを、

で示す条件式を満足するように設定してヽる。

[0039] このように、上記（5)式で示す条件式を満足するように電磁石ギャップ dを設定することで、高速回転領域で好適な軽荷重の軸受予圧の条件下でも、電磁石ギャップ d を広げることにより、上記（2)式の大小関係を保つことができる。その結果、制御帯域において、機械システムの位相が 180° 遅れとなることを防止できるので、最大荷重が作用した場合でも、コントローラ 19の制御対象を安定なものとでき、コントローラ 19 の回路構成を第 1の実施形態の説明で示した図 2のように比例もしくは比例積分で簡単に構成できる。なお、このコントローラ 19の回路構成も第 1の実施形態と同一であるため、説明は省略する。

[0040] このように、タービンユニット 5に適用したこの第 2の実施形態の磁気軸受装置では、上記した合成パネと電磁石のパネの剛性の大小関係を第 1の実施形態の説明で示した上記（2)式のように設定し、し力も電磁石ギャップ dを（5)式の条件式を満足するように設定したため、最大荷重が作用した場合でも、コントローラ 19による制御対象を安定した構成とすることができ、コントローラ 19の回路構成を比例もしくは比例積分とした簡単なものにできる。

[0041] 次に、この発明の第 3の実施形態を図 4ないし図 6、および第 1の実施形態の説明で示した図 2と共に説明する。図 4は、この実施形態の磁気軸受装置を組み込んだタ一ビンユニット 5の断面図を示す。この実施形態において、第 1の実施形態と共通する点は、図において同一の符号を付してその説明を省略する。

[0042] この第 3の実施形態の磁気軸受装置を組み込んだタービンユニットが、第 1の実施形態と異なる点は、以下に示す説明するように、電磁石が永久磁石を内蔵している点である。

したがって、この第 3の実施形態の磁気軸受装置も、第 1の実施形態の磁気軸受装置と同様に、合成パネと電磁石のパネの剛性の大小関係について、上記（2)式を満足している。

一方、第 2の実施形態において説明したように、上記磁気軸受装置の構成において、高速回転 (8万〜 10万 rpm)領域では、軸受予圧ばね 25やセンサ予圧ばね 26 で付与される軸受 15, 16の軸受予圧は軽荷重のほうが好ましいが、軸受予圧を軽荷重にすると軸受 15, 16のアキシアル剛性が小さくなり、軸受 15, 16と軸受 15, 16 の支持系とで形成される合成パネの剛性も小さくなる。その結果、過大なアキシアル荷重が作用した場合に、合成パネの剛性値と電磁石 17のパネの負の剛性値との間での上記した（2)式の大小関係を保っためには、電磁石 17の負の剛性を小さくする必要がある。また、電磁石 17の負の剛性を低減するためには、電磁石ギャップを広げる必要がある。

[0043] そこで、この第 3の実施形態に力かる磁気軸受装置では、上記（2)式の大小関係を保っために、スラスト板 13aを挟む両電磁石 17のうち、センサ 18に隣接して配置される片側の電磁石 17のヨーク 17a内に永久磁石 20を配置することで、その電磁石ギヤップを広げて、る。両側の電磁石 17とも永久磁石 20を配置したものとすることも可能である力この実施形態のように片側の電磁石 17だけに永久磁石 20を内蔵させる構成のほうが好ましい。図 4では、永久磁石 20の漏れ磁束を低減するために、電磁石 1 7のコイル 17bよりも外径側のヨーク 17a内に主軸 13と同心の一体のリング形状とした永久磁石 20を配置している力図 5 (B)のように電磁石 17のコイル 17bよりも内径側のヨーク 17a内に永久磁石 20を配置しても、永久磁石 20の漏れ磁束を低減できる。また、図 4では、電磁石 17の磁極表面から内側に後退したコイル 17bの軸方向一端部に近接した位置に永久磁石 20を配置している力図 5 (A)のようにコイル 17aの軸方向中間部の位置に永久磁石 20を配置しても良い。

[0044] 図 6は、永久磁石 20を内蔵した電磁石 17と、永久磁石 20を内蔵しない単体の電磁石 17について、消費電力に対する吸引力の特性を示したグラフである。同図から明らかなように、永久磁石 20を内蔵した電磁石 17 (グラフ A)では、永久磁石 20による吸引力が作用しているため、最大荷重が作用したときの消費電力を、単体の電磁石 17 (グラフ B)に比べて小さくすることができる。また、グラフ Aにおいて、符号 Iで示す部分は永久磁石 20を電磁石 17の磁極表面に配置した場合の特性を示し、符号 II で示す部分は永久磁石 20をヨーク 17a内に配置した場合の特性を示す。このことから、永久磁石 20を磁極表面に配置した構成では、永久磁石 20の漏れ磁束が大きぐ電磁石コイル 17bの磁界で永久磁石 20による吸引力をゼロにすることが難しいのに対して、永久磁石 20を電磁石ヨーク 17aの内部に配置したこの実施形態の場合の構成では、漏れ磁束を低減できて永久磁石 20による吸引力を容易にゼロにすることができることが分力ゝる。

なお、永久磁石 20を内蔵した電磁石 17 (グラフ A)の消費電力に対する吸引力の変化率は、単体の電磁石 17 (グラフ B)と比較して小さいが、これは永久磁石 20の部分での磁束漏れに起因する。

[0045] なお、永久磁石 20を内蔵した上記電磁石 17の構成において、永久磁石 20が配置される電磁石ヨーク 17aに、例えば位置決め用の鍔を形成した場合、鍔部分での磁束漏れにより吸引力が低下してしまうため、ヨーク 17aの断面は、永久磁石 20と面接触するように平面形状にしたほうが好ましい。さらには、磁束漏れの影響を低減できるように、永久磁石 20と面接触するヨーク 17aの部分は突起形状とするのが好ましい。また、永久磁石 20は、アキシアル方向に着磁されていることが好ましいが、永久磁石 20を配置する場所を変更することで、ラジアル着磁した永久磁石 20を使用した構成とすることち可會である。

[0046] このように、片側の電磁石 17を永久磁石 20を内蔵したものとすることで電磁石ギヤップを広げること〖こより、高速回転領域で好適な軽荷重の軸受予圧の条件下でも、第 1の実施形態の説明で示した上記（2)式の大小関係を保つことができる。その結果、制御帯域において、機械システムの位相が 180° 遅れとなることを防止できるので、最大荷重が作用した場合でも、コントローラ 19の制御対象を安定なものとでき、コントローラ 19の回路構成を第 1の実施形態の説明において示した図 2のように比例もしくは比例積分で簡単に構成できる。

[0047] このように、タービンユニット 5に適用したこの第 3の実施形態の磁気軸受装置では、上記した合成パネと電磁石 17のパネの負の剛性の大小関係を第 1の実施形態の説明で示した上記（2)式のように設定し、し力も電磁石 17のヨーク 17a内に永久磁石 20を配置することで電磁石ギャップを広げるようにしたため、最大荷重が作用した場合でも、コントローラ 19による制御対象を安定した構成とすることができ、コントローラ 19の回路構成を比例もしくは比例積分とした簡単なものにできる。

[0048] 図 7および図 8は、この発明の第 4の実施形態を示す。この実施形態は、図 4に示した第 3の実施形態の磁気軸受装置において、永久磁石 20を内蔵した電磁石 17の構成を、図 8のように構成したものである。図 8は、図 7の VI— VI矢視断面図を示し、永久磁石 20は円周方向に複数個（ここでは 4個）に分割されたリング形状とされており、永久磁石 20の各分割片 20A〜20Dに個別にコイル 17bを卷回することで、分割片 2 0A〜20Dをコイル 17bで囲むようにしている。その他の構成は図 4の第 3の実施形態の場合と同じである。

[0049] 永久磁石 20を内蔵した電磁石 17をこのように構成した場合、コイル 17bで発生させた磁界を永久磁石 20に直接付加することができるので、永久磁石 20の磁束漏れを低減でき、永久磁石 20による吸引力を効率良く弱めることができる。また、永久磁石 20を分割構造として、るので、その取扱、が容易になる。

ただし、この構成では、スペースを有効利用して永久磁石 20およびコイル 17bを配置し難い。例えば、この場合に、図 4の第 3の実施形態のようにヨーク 17a内に一体のリング状の永久磁石 20を配置した構成の電磁石 17と同じ吸引力性能を実現しようとすると、永久磁石 20の厚さが厚くなり、そのため磁束漏れが増えて、永久磁石 20による吸引力を弱めるためのコイル 17bの消費電力が増加してしまう。

[0050] 次に、この発明の第 5の実施形態を図 9ないし図 12、および第 1の実施形態の説明で示した図 2と共に説明する。図 9は、この実施形態の磁気軸受装置を組み込んだタ一ビンユニット 5の断面図を示す。この実施形態において、第 1および第 3の実施形態と共通する点は、図において同一の符号を付してその説明を省略する。

[0051] この第 5の実施形態の磁気軸受装置を組み込んだタービンユニットの構成は第 3の実施形態と同一であり、異なる点は、以下に説明するように、電磁石を選択使用する点である。なお、この実施形態においては、図 9に示すように、電磁石 17を、永久磁石をした内蔵した電磁石 17Aと永久磁石 20を内蔵しない単体の電磁石 17Bとに区別して説明する。

[0052] この第 5の実施形態に力かる磁気軸受装置では、第 1の実施形態において示した上記（2)式の大小関係を保っために、スラスト板 13aを挟む両電磁石 17A, 17Bのうち、過大なアキシアル荷重を支持する側の電磁石 (例えば、ここではセンサ 18に隣接して配置される片側の電磁石 17A)のヨーク 17a内に永久磁石 20を配置することで、その電磁石ギャップを広げている。図 9では、永久磁石 20の漏れ磁束を低減するために、電磁石 17Aのコイル 17bよりも外径側のヨーク 17a内に主軸 13と同心の一体のリング形状とした永久磁石 20を配置しているが、第 4の実施形態において説明した図 8に断面図で示すように、永久磁石 20が円周方向に複数個に分割されたリング状のものであっても良い。

[0053] 第 4の実施形態において図 6を用いて説明したとおり、過大なアキシアル荷重を支持する片側の電磁石 17Aを永久磁石 20を内蔵したものとすることで、その電磁石ギヤップを広げることにより、高速回転領域で好適な軽荷重の軸受予圧の条件下でも、第 1の実施形態の説明で示した上記（2)式の大小関係を保つことができる。その結果、制御帯域において、機械システムの位相が 180° 遅れとなることを防止できるので、過大なアキシアル荷重が作用した場合でも、コントローラ 19の制御対象を安定なものとでき、コントローラ 19の回路構成を比例もしくは比例積分のものに簡略ィ匕できる

[0054] 図 10は、前記両電磁石 17A, 17Bを併用した場合において、アキシアル荷重が軽負荷、中間負荷、および最大負荷時の電磁石部分での消費電力を棒グラフで示す。また、図 11は、スラスト板 13aを挟む両電磁石として永久磁石 20を内蔵した電磁石 1 7Aを用いた場合において、アキシアル荷重が軽負荷、中間負荷、および最大負荷時の電磁石部分での消費電力を棒グラフで示す。さらに、図 12は、スラスト板 13aを挟む両電磁石として永久磁石 20を内蔵しない単体の電磁石 17Bを用いた場合において、アキシアル荷重が軽負荷、中間負荷、および最大負荷時の電磁石部分での消費電力を棒グラフで示す。

[0055] 図 11から明らかなように、両電磁石として永久磁石 20を内蔵した電磁石 17Aを用 Vヽた場合には、電磁石ヨーク 17a内に配置された永久磁石 20による吸引力が作用するので、両電磁石として永久磁石 20を内蔵しない単体の電磁石 17Bを用いた図 6 の場合に比べて、最大アキシアル荷重印加時のコイル電流を低減することが可能となり、電源に対する負荷容量が増加する。しかし、その一方で、図 11の例では、アキシアル荷重が軽負荷領域において、磁気軸受の制御力を弱めるように電磁石コイルに電流を印加する必要があり、永久磁石 20の吸引力を完全にゼロにする場合に、電磁石コイルの消費電力が増加し、発熱が大きくなつてしまう。

[0056] そこで、この磁気軸受装置では、上記したように永久磁石 20を内蔵した電磁石 17 Aと、永久磁石 20を内蔵しない単体の電磁石 17Bとでスラスト板 13aを挟む構成とし、アキシアル荷重の軽負荷領域において両電磁石 17A, 17Bを併用するようにしている。この場合、永久磁石 20を内蔵しない電磁石 17Bは、電磁石 17Aの場合のような永久磁石 20の部分での磁束漏れが生じないので、消費電力に対する吸引力の変化率を大きくでき (第 4の実施形態で説明した図 6参照）、図 10のように両電磁石 17 A, 17Bの全体としての消費電力を低減することができる。なお、軽負荷領域以外のアキシアル荷重の負荷領域では、永久磁石 20を内蔵した電磁石 17Aのみを使用する。このような電磁石 17A, 17Bの選択使用はコントローラ 19で制御する。

[0057] このように、この磁気軸受装置では、永久磁石 20を内蔵した電磁石 17Aと、永久磁石 20を内蔵しない単体の電磁石 17Bとでスラスト板 13aを挟む構成とし、アキシアル荷重の軽負荷領域において両電磁石 17A, 17Bを併用するようにしているので、スラスト板 13aを挟む両電磁石として永久磁石 20を内蔵しない単体の電磁石 17Bを用いた場合（図 12参照）や、スラスト板 13aを挟む両電磁石として永久磁石 20を内蔵した電磁石 17Aを用いた場合（図 11参照）と比較して、アキシアル荷重が作用する動作範囲内での電磁石 17A, 17Bの消費電力を最も低減することができる。

[0058] 第 1〜第 5の実施形態の磁気軸受装置を組み込んだタービンユニット 5は、例えば空気サイクル冷凍冷却システムに適用され、冷却媒体となる空気を後段の熱交換器 (後に図 13と共に説明する）により効率良く熱交換できるように、コンプレッサ 6で圧縮して温度上昇させ、さらに後段の前記熱交^^で冷却された空気を、膨張タービン 7 により、目標温度、例えば— 30°C〜― 60°C程度の極低温まで断熱膨張により冷却して排出するように使用される。

このような使用例において、このタービンユニット 5は、コンプレッサ翼車 6aおよびタ一ビン翼車 7aを共通の主軸 13に取付け、タービン翼車 7aで発生した動力によりコンプレッサ翼車 6aを駆動するものであるため、動力源が不要であり、コンパクトな構成で効率良く冷却できる。

[0059] また、第 1〜第 5の実施形態では、コンプレッサ翼車 6aおよびタービン翼車 7aが、スラスト板 13aと共通の主軸 13に嵌合し、タービン翼車 7aで発生した動力により、コンプレッサ翼車 6aを駆動させる圧縮膨張タービンシステムを構成するタービンュ-ット 5において、主軸 13の支持に上記構成の磁気軸受装置を適用したので、各翼車 6 a, 7aの適切な隙間 dl, d2を保って主軸 13の安定した高速回転が得られ、かつ軸受 15, 16の長期耐久性の向上、寿命の向上が得られる。

[0060] すなわち、タービンユニット 5の圧縮，膨張の効率を確保するためには、各翼車 6a, 7aとハウジング 6b, 7bとの隙間 dl, d2を微小に保つ必要がある。例えば，このタービンユニット 5を空気サイクル冷凍冷却システムに適用する場合には、この効率確保が重要となる。これに対して、主軸 13を転がり形式の軸受 15, 16により支承するため、転がり軸受の持つアキシアル方向位置の規制機能により、主軸 13のアキシアル方向位置がある程度規制され、各翼車 6a, 7aとハウジング 6b, 7b間の微小隙間 dl, d 2を一定に保つことができる。

[0061] し力し、タービンユニット 5の主軸 13には、各翼車 6a, 7aに作用する空気の圧力等でスラスト力がかかる。また、空気冷却システムで使用するタービンユニット 5では、 1 分間に例えば 8万〜 10万回転程度の非常に高速の回転となる。そのため、主軸 13 を回転支承する転がり軸受 15, 16に上記スラスト力が作用すると、軸受 15, 16の長期耐久性が低下する。

第 1〜第 5の実施形態は、上記スラスト力を電磁石 17 (17A, 17B)で支承するため、非接触でトルクの増大を抑えながら、主軸 13の支持用の転がり軸受 15, 16に作用するスラスト力を軽減することができる。この場合に、コンプレッサ 6および膨張タービン 7内の空気により主軸 13に作用するスラスト力を検出するセンサ 18と、このセンサ 1 8の出力に応じて前記電磁石 17 (17A, 17B)による支承力を制御するコントローラ 1 9とを設けたため、転がり軸受 15, 16を、その軸受仕様に応じてスラスト力に対し最適な状態で使用することができる。

特に、センサ 18を、軸受 16の近傍に配置したため、問題となる軸受 16に作用するスラスト力を直接に測定することができて、その測定精度が良ぐ精密なスラスト力の制御が可能になる。

[0062] 図 13は、上記第 1〜第 5の実施形態のタービンユニット 5を用いた空気サイクル冷凍冷却システムの全体の構成を示す。この空気サイクル冷凍冷却システムは、冷凍庫等の被冷却空間 10の空気を直接に冷媒として冷却するシステムであり、被冷却空間 10にそれぞれ開口した空気の取入口 laから排出口 lbに至る空気循環経路 1を有している。この空気循環経路 1に、予圧縮手段 2、第 1の熱交換器 3、空気サイクル冷凍冷却用タービンユニット 5のコンプレッサ 6、第 2の熱交換器 8,中間熱交換器 9、および前記タービンユニット 5の膨張タービン 7が順に設けられている。中間熱交換器 9 は、同じ空気循環経路 1内で取入口 laの付近の流入空気と、後段の圧縮で昇温し、冷却された空気との間で熱交換を行うものであり、取入口 laの付近の空気は熱交換器 9a内を通る。

[0063] 予圧縮手段 2はブロア等力なり、モータ 2aにより駆動される。第 1の熱交 3および第 2の熱交換器 8は、冷却媒体を循環させる熱交換器 3a, 8aをそれぞれ有し、熱交 3_a, 8a内の水等の冷却媒体と空気循環経路 1の空気との間で熱交換を行う。各熱交換器 3a, 8aは、冷却塔 11に配管接続されており、熱交換で昇温した冷却媒体が冷却塔 11で冷却される。

[0064] この空気サイクル冷凍冷却システムは、被冷却空間 10を 0°C〜一 60°C程度に保つシステムであり、被冷却空間 10から空気循環経路 1の取入口 laに 0〜一 60°C程度で 1気圧の空気が流入する。なお、以下に示す温度および気圧の数値は、一応の目安となる一例である。取入口 laに流入した空気は、中間熱交 9により、空気循環経路 1中の後段の空気の冷却に使用され、 30°Cまで昇温する。この昇温した空気は 1気圧のままである力予圧縮手段 2により 1. 4気圧に圧縮させられ、その圧縮により、 70°Cまで昇温する。第 1の熱交換器 3は、昇温した 70°Cの空気を冷却すれば良いため、常温程度の冷水であっても効率良く冷却することができ、 40°Cに冷却する。

[0065] 熱交換により冷却された 40°C, 1. 4気圧の空気力タービンユニット 5のコンプレツサ 6により、 1. 8気圧まで圧縮され、この圧縮により 70°C程度に昇温した状態で、第 2 の熱交換器 8により 40°Cに冷却される。この 40°Cの空気は、中間熱交換器 9で—30 °Cの空気により— 20°Cまで冷却される。気圧はコンプレッサ 6から排出された 1. 8気圧が維持される。

中間熱交換器 9で— 20°Cまで冷却された空気は、タービンユニット 5の膨張タービン 7により断熱膨張され、—55°Cまで冷却されて排出口 lbから被冷却空間 10に排出される。この空気サイクル冷凍冷却システムは、このような冷凍サイクルを行う。

[0066] この空気サイクル冷凍冷却システムでは、タービンユニット 5において、各翼車 6a, 7aの適切な隙間 dl, d2を保って主軸 13の安定した高速回転が得られ、かつ軸受 1 5, 16の長期耐久性の向上、寿命の向上が得られることで、軸受 15, 16の長期耐久性が向上することから、タービンユニット 5の全体として、しいては空気サイクル冷凍冷却システムの全体としての信頼性が向上する。このように、空気サイクル冷凍冷却システムのネックとなっているタービンユニット 5の主軸軸受 15, 16の安定した高速回転、長期耐久性、信頼性が向上するため、空気サイクル冷凍冷却システムの実用化が可能となる。

[0067] 前記第 1〜第 7構成の磁気軸受装置を基本として、本発明の実施形態となり得る構成を以下にまとめる。

[0068] [第 8構成] 前記第 3構成において、前記電磁石のヨークが、内径側のヨーク部分および外径側のヨーク部分を有していて、前記永久磁石が、これら内径側のヨーク部分ないし外径側のヨーク部分に配置された磁気軸受装置。

[0069] この第 8構成の場合、永久磁石の漏れ磁束を低減できて、永久磁石による吸引力を効率よく弱めることができる。

[0070] [第 9構成] 前記第 3または第 8構成において、電磁石のヨーク内に配置される前記永久磁石と面接触する前記ヨークの部分が平面形状である磁気軸受装置。

[0071] この第 9構成の場合も、永久磁石の漏れ磁束を低減できて、永久磁石による吸引力を効率よく弱めることができる。

[0072] [第 10構成] 前記第 3、第 8または第 9構成において、電磁石のヨーク内に配置される前記永久磁石と面接触する前記ヨークの部分が突起形状である磁気軸受装置。

[0073] この第 10構成の場合も、永久磁石の漏れ磁束を低減できて、永久磁石による吸引力を効率よく弱めることができる。 [0074] [第 11構成] 前記第 3、または第 8から第 10構成において、前記永久磁石の形状がー体のリング形状、または円周方向に分割されたリング形状である磁気軸受装置。

[0075] つまり、永久磁石が一体のリング形状であると、スペースを有効利用して永久磁石および電磁石コイルを配置できる。永久磁石が円周方向に分割されたリング形状であると、その取扱いが容易になる。

Claims

請求の範囲

[1] 転がり軸受と磁気軸受を併用し、転がり軸受がラジアル負荷を支持し、磁気軸受がアキシアル負荷と軸受予圧のどちらか一方または両方を支持し、電磁石が、主軸に垂直かつ同軸に設けられた強磁性体力なるフランジ状のスラスト板に非接触で対向するようにスピンドルノ、ウジングに取付けられており、アキシアル方向の力を検出するセンサの出力に応じて、電磁石を制御するコントローラを有し、

転がり軸受と転がり軸受の支持系とで形成される合成パネの剛性値力電磁石の負の剛性値よりも大である関係を有する磁気軸受装置。

[2] 請求項 1において、転がり軸受と転がり軸受の支持系とで形成される合成パネの剛性値を Kbrg、最大負荷を Fmax、電磁石ギャップを d、比例定数を kとした場合に、 d > k水 Fmax/Kbrg

で示される条件式を満足する電磁石ギャップを有する磁気軸受装置。

[3] 請求項 1において、前記電磁石のヨーク内に永久磁石を配置した磁気軸受装置。

[4] 請求項 3において、前記永久磁石は前記スラスト板の一側方のみの電磁石のヨーク内に配置され、アキシアル荷重の軽負荷領域では、永久磁石がヨーク内に配置された電磁石と、この永久磁石がヨーク内に配置された電磁石と対向して配置され永久磁石を含まな!/ヽ電磁石とを併用する磁気軸受装置。

[5] 請求項 4において、前記永久磁石がヨーク内に配置された電磁石は、過大なアキシアル荷重を支持する側に配置され、前記永久磁石を含まない電磁石は、前記スラスト板を挟んで前記永久磁石がヨーク内に配置された電磁石と対向して配置される磁気軸受装置。

[6] 請求項 1にお、て、コンプレッサ側翼車およびタービン側翼車が、前記スラスト板と共通の主軸に嵌合し、タービン側翼車で発生した動力により、コンプレッサ側翼車を駆動させる、圧縮膨張タービンシステムにおいて、前記主軸の支持に適用されるものである磁気軸受装置。

[7] 請求項 6において、前記磁気軸受装置を適用した圧縮膨張タービンシステムが、流入空気に対して、予圧縮手段による圧縮、熱交換器による冷却、タービンユニットのコンプレッサによる圧縮、他の熱交換器による冷却、前記タービンユニットの膨張タービンによる断熱膨張、を順次行う空気サイクル冷凍冷却システムに適用されるものである磁気軸受装置。