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JP2013257021A - Drive device and plant - Google Patents

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JP2013257021A
JP2013257021A JP2012134633A JP2012134633A JP2013257021A JP 2013257021 A JP2013257021 A JP 2013257021A JP 2012134633 A JP2012134633 A JP 2012134633A JP 2012134633 A JP2012134633 A JP 2012134633A JP 2013257021 A JP2013257021 A JP 2013257021A
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Japan
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magnetic
magnetic gear
rotating shaft
gear
magnets
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JP2012134633A
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Japanese (ja)
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Nobuo Shimizu
暢夫 清水
Tetsuo Sasada
哲男 笹田
Osamu Ichinokura
理 一ノ倉
Kenji Nakamura
健二 中村
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a drive device which can eliminate a lubricating oil supply device for supplying oil to bearings for rotating shafts and a reduction gear and also provide a plant.SOLUTION: A first rotating shaft 1 provided to a gas turbine 98 serving as a prime mover and a second rotating shaft 5 provided to a generator 94 serving as a load device are supported in the state of non-contact with each other by a plurality of magnetic bearing devices 95. A rotating power input from the gas turbine 98 (prime mover) into the first rotating shaft is regulated at a predetermined reduction ratio and transmitted to the second rotating shaft 5 by a magnetic gear device 100 which magnetically connects the first rotating shaft 1 and the second rotating shaft 5 so as to drive the generator 94 (load device).

Description

本発明は、例えば発電機や圧縮機といった負荷機器をタービンやエンジン等といった原動機で駆動する駆動装置およびそれを用いたプラント設備に関する。   The present invention relates to a drive device that drives a load device such as a generator or a compressor with a prime mover such as a turbine or an engine, and a plant facility using the drive device.

例えばプラント設備の一種である発電設備では、一般にガスタービンや蒸気タービン等の原動機に備えられた駆動軸であるタービンロータの回転動力が負荷機器である発電機のロータに伝達され発電される。この種のものとして、例えば、特許文献1には、所定のギア比の機械式減速機を介してガスタービンのタービンロータを発電機ロータに接続したものが記載されている。通常、こうしたタービン発電設備では、回転体であるタービンロータや発電機ロータ等は多数のすべり軸受により支持されている。このような、すべり軸受や減速機には、摩擦低減のための潤滑油が用いられており、ロータ駆動中には潤滑油タンクに貯留された潤滑油が配管等を通して常時供給されている。   For example, in a power generation facility that is a kind of plant facility, the rotational power of a turbine rotor that is a drive shaft provided in a prime mover such as a gas turbine or a steam turbine is generally transmitted to a rotor of a generator that is a load device to generate power. As this kind of thing, patent document 1 describes what connected the turbine rotor of the gas turbine to the generator rotor via the mechanical reduction gear of predetermined gear ratio, for example. Usually, in such a turbine power generation facility, a turbine rotor, a generator rotor, and the like, which are rotating bodies, are supported by a large number of slide bearings. Lubricating oil for reducing friction is used for such sliding bearings and reduction gears, and the lubricating oil stored in the lubricating oil tank is constantly supplied through piping or the like while the rotor is driven.

特開2003−106171号公報JP 2003-106171 A

しかしながら、上記従来技術では、潤滑油の貯留タンク、貯留タンクとすべり軸受や減速機を接続する配管、その他の補記等からなる潤滑油供給設備が必要になるため、全体の設備設置面積を広く確保せねばならず、また設備のコストも増大する。加えて、潤滑油供給設備の設置や配管の引き回しの作業があるために設備設置の工期も長期化する。また、潤滑油を用いても、すべり軸受や減速機の歯面の摩擦摺動部での摩擦損失が少なからず発生するとともに、潤滑油自体の管理や交換等も必要となる。   However, the above-described conventional technology requires a lubricating oil supply tank consisting of a lubricating oil storage tank, piping connecting the storage tank to the slide bearing and speed reducer, and other supplementary notes. It must be done and the cost of the equipment will increase. In addition, the installation period of the equipment is prolonged due to the installation of the lubricating oil supply equipment and the piping work. Further, even if lubricating oil is used, friction loss at the sliding portion of the sliding bearing and the tooth surface of the speed reducer is not a little, and management and replacement of the lubricating oil itself are required.

本発明は、上記に鑑みなされたものであり、各回転軸の軸受や減速機に給油する潤滑油供給設備を省略することができる駆動装置およびそれを用いたプラント設備を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a driving device capable of omitting a lubricating oil supply facility for supplying oil to a bearing and a reduction gear of each rotary shaft and a plant facility using the same. To do.

(1)上記目的を達成するために、本発明は、原動機に設けられた第1回転軸と、負荷機器に設けられた第2回転軸と、前記第1回転軸及び前記第2回転軸をそれぞれ非接触支持する複数の磁気軸受装置と、前記第1回転軸と前記第2回転軸とを磁気的に接続し、前記原動機から前記第1回転軸に入力された回転動力を予め定めた減速比で調整して前記第2回転軸に伝達する磁気歯車装置とを備えたものとする。   (1) In order to achieve the above object, the present invention includes a first rotating shaft provided in a prime mover, a second rotating shaft provided in a load device, the first rotating shaft, and the second rotating shaft. A plurality of magnetic bearing devices that support each other in a non-contact manner, the first rotating shaft and the second rotating shaft are magnetically connected, and a rotational speed input from the prime mover to the first rotating shaft is determined in advance. And a magnetic gear device that adjusts the ratio and transmits it to the second rotating shaft.

(2)上記(1)において、好ましくは、前記磁気歯車装置は、第1回転軸の軸線周りに設けた鉄心の径方向外側に向けて設けた磁力発生面に複数の磁石を周方向に並べて配置した第1磁気歯車と、前記第1磁気歯車を同軸状に囲んで設けられ、前記第1磁気歯車の磁力発生面に対向する鉄心の磁力発生面に複数の磁石を周方向に並べて配置した第2磁気歯車と、前記第1磁気歯車と前記第2磁気歯車の対向する磁力発生面間に、前記第1磁気歯車と第2磁気歯車の磁極間に介在するように周方向に並べて固設された電磁鋼製の磁気経路部材と、前記第1磁気歯車の複数の磁石の軸心側に同軸状に設けられた第1非磁性体構造部と、前記第2磁気歯車の複数の磁石の径方向外側に同軸状に設けられた第2非磁性体構造部とを備えたものとする。   (2) In the above (1), preferably, the magnetic gear device has a plurality of magnets arranged in a circumferential direction on a magnetic force generating surface provided toward the radially outer side of the iron core provided around the axis of the first rotation shaft. A plurality of magnets are arranged in a circumferential direction on a magnetic force generation surface of an iron core provided coaxially surrounding the first magnetic gear and the first magnetic gear arranged opposite to the magnetic force generation surface of the first magnetic gear. The second magnetic gear and a circumferentially arranged fixedly disposed between the opposing magnetic force generation surfaces of the first magnetic gear and the second magnetic gear so as to be interposed between the magnetic poles of the first magnetic gear and the second magnetic gear. A magnetic path member made of electromagnetic steel, a first nonmagnetic structure portion coaxially provided on the axial center side of the plurality of magnets of the first magnetic gear, and a plurality of magnets of the second magnetic gear And a second non-magnetic structure portion coaxially provided on the radially outer side.

(3)また、上記(1)において、好ましくは、前記磁気歯車装置は、複数の磁石を前記第1回転軸の軸線周りに設けた鉄心に周方向に並べて配置した磁力発生面を径方向外側に向けて設けた第1磁気歯車と、前記第1磁気歯車を同軸状に囲んで設けられ、複数の磁石を第2回転軸の軸線周りに周方向に並べて配置した鉄心の磁力発生面を前記第1磁気歯車の磁力発生面に対向するように径方向内側に向けて設けた第2磁気歯車と、前記第1磁気歯車と前記第2磁気歯車の対向する磁力発生面間に設けられ、前記第1磁気歯車と第2磁気歯車の磁極間に介在するように電磁鋼製の複数の磁気経路部材を周方向に並べて保持する保持部材とを備えたものとする。   (3) In the above (1), preferably, the magnetic gear device is configured such that a magnetic force generating surface in which a plurality of magnets are arranged in a circumferential direction on an iron core provided around the axis of the first rotating shaft is arranged radially outward. A magnetic force generating surface of an iron core which is provided so as to be coaxially surrounded by the first magnetic gear and is arranged in a circumferential direction around the axis of the second rotating shaft. A second magnetic gear provided radially inward so as to oppose the magnetic force generation surface of the first magnetic gear; and provided between the opposing magnetic force generation surfaces of the first magnetic gear and the second magnetic gear; A holding member that holds a plurality of magnetic path members made of electromagnetic steel in a circumferential direction so as to be interposed between the magnetic poles of the first magnetic gear and the second magnetic gear is provided.

(4)さらに、上記(1)において、好ましくは、前記磁気歯車装置は、複数の磁石を前記第1回転軸の軸線周りに環状に配置した磁力発生面を軸方向に向けた第1磁気歯車と、前記第1磁気歯車と同軸上に設けられ、複数の磁石を第2回転軸の軸線周りに環状に配置した磁力発生面を前記第1磁気歯車の磁力発生面に対向させた第2側磁気歯車と、前記第1磁気歯車と前記第2磁気歯車の対向する磁力発生面間にて、前記第1磁気歯車と前記第2磁気歯車の磁石間に介在するように環状に固設された電磁鋼製の複数の磁気経路部材と、前記第1磁気歯車及び前記第2磁気歯車の磁力発生面に設けられ、少なくとも各磁気歯車の径方向の外側から前記磁石を拘束する固定部とを備えたものとする。   (4) Further, in the above (1), preferably, the magnetic gear device is a first magnetic gear in which a magnetic force generating surface in which a plurality of magnets are annularly arranged around the axis of the first rotating shaft is directed in the axial direction. And a second side that is provided on the same axis as the first magnetic gear and that has a plurality of magnets arranged annularly around the axis of the second rotation shaft and that faces the magnetic force generation surface of the first magnetic gear Between the magnetic gear and the magnetic force generation surfaces of the first magnetic gear and the second magnetic gear facing each other, the ring is fixed in an annular shape so as to be interposed between the magnets of the first magnetic gear and the second magnetic gear. A plurality of magnetic path members made of electromagnetic steel; and a fixing portion that is provided on a magnetic force generation surface of each of the first magnetic gear and the second magnetic gear and that restrains the magnet from at least the radial outside of each magnetic gear. Shall be.

(5)また、上記目的を達成するために、本発明は、原動機および負荷機器と、前記原動機に設けられた第1回転軸と、前記負荷機器に設けられた第2回転軸と、前記第1回転軸及び前記第2回転軸をそれぞれ非接触支持する複数の磁気軸受装置と、前記第1回転軸と前記第2回転軸とを磁気的に接続し、前記原動機から前記第1回転軸に入力された回転動力を、予め定めた減速比に応じて調整し前記第2回転軸に伝達する磁気歯車とを備えたものとする。   (5) In order to achieve the above object, the present invention provides a prime mover and a load device, a first rotation shaft provided in the prime mover, a second rotation shaft provided in the load device, and the first A plurality of magnetic bearing devices that respectively support the first rotating shaft and the second rotating shaft in a non-contact manner, and the first rotating shaft and the second rotating shaft are magnetically connected to each other from the prime mover to the first rotating shaft. A magnetic gear that adjusts the input rotational power according to a predetermined reduction ratio and transmits the rotational power to the second rotary shaft is provided.

本発明によれば、各回転軸の軸受や減速機に給油する潤滑油供給設備を省略することができる。よって、潤滑油供給設備に関わるコスト、設置スペース、据え付け工期、潤滑油供給系統のメンテナンス作業等を省略することができ、さらに給油される軸受や減速機における摩擦損失の低減、潤滑油供給系統のトラブルによる稼働率低下の防止という様々な効果を奏する。   According to the present invention, it is possible to omit the lubricating oil supply facility for supplying oil to the bearings and the speed reducer of each rotary shaft. Therefore, it is possible to omit the cost, installation space, installation period, maintenance work of the lubricating oil supply system, etc. related to the lubricating oil supply equipment, and further reduce friction loss in the lubricated bearings and reducers, There are various effects of preventing a reduction in operating rate due to trouble.

第1の実施の形態に係る磁気歯車装置を概略的に示す図であり、回転軸に垂直な面における断面図である。It is a figure which shows schematically the magnetic gear apparatus which concerns on 1st Embodiment, and is sectional drawing in a surface perpendicular | vertical to a rotating shaft. 第1の実施の形態に係る磁気歯車装置を概略的に示す図であり、回転軸を含む面における断面図である。It is a figure which shows schematically the magnetic gear apparatus which concerns on 1st Embodiment, and is sectional drawing in the surface containing a rotating shaft. 図1における磁気経路部材付近を拡大して示す拡大断面図である。It is an expanded sectional view which expands and shows the magnetic path member vicinity in FIG. 磁気軸受装置の一例を概略的に示す図であり、ラジアル軸受部における各構成の関係を径方向から見た様子を模式的に示す図である。It is a figure which shows an example of a magnetic bearing apparatus schematically, and is a figure which shows typically a mode that the relationship of each structure in a radial bearing part was seen from radial direction. 磁気軸受装置の一例を概略的に示す図であり、ラジアル軸受部における各構成の関係を軸方向から見た様子を模式的に示す図である。It is a figure which shows an example of a magnetic bearing apparatus schematically, and is a figure which shows typically a mode that the relationship of each structure in a radial bearing part was seen from the axial direction. スラスト軸受部における各構成の関係を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the relationship of each structure in a thrust bearing part. 磁気軸受装置の動作を制御する制御部を示す図であり、ラジアル軸受部の制御を行う部分の一部の機能を例示する図である。It is a figure which shows the control part which controls operation | movement of a magnetic bearing apparatus, and is a figure which illustrates a part of function of the part which controls a radial bearing part. 第1の実施の形態に係るガスタービン発電設備の全体構成を示す図である。It is a figure showing the whole gas turbine power generation equipment composition concerning a 1st embodiment. 第1の実施の形態の変形例に係る空気圧縮設備の全体構成を示す図である。It is a figure which shows the whole structure of the air compression installation which concerns on the modification of 1st Embodiment. 第2の実施の形態に係る磁気歯車装置の軸心線を包含する鉛直面における断面図である。It is sectional drawing in the vertical plane containing the axial center line of the magnetic gear apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 図10におけるA−A線矢視図である。It is an AA arrow directional view in FIG. 図10におけるB−B線矢視図である。It is a BB line arrow directional view in FIG. 図10におけるC−C線断面図である。It is CC sectional view taken on the line in FIG. 第2の実施の形態に係る磁気歯車装置を第1回転軸方向から見た図である。It is the figure which looked at the magnetic gear apparatus which concerns on 2nd Embodiment from the 1st rotating shaft direction. 第2の実施の形態に係るガスタービン発電設備の全体構成を示す図である。It is a figure which shows the whole structure of the gas turbine power generation equipment which concerns on 2nd Embodiment.

<第1の実施の形態>
本発明の第1の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
<First Embodiment>
A first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

本実施の形態では、プラント設備の一例として、ガスタービン発電設備を例に挙げて説明する。   In the present embodiment, gas turbine power generation equipment will be described as an example of plant equipment.

図8は、本実施の形態に係るガスタービン発電設備の全体構成を示す図である。   FIG. 8 is a diagram showing an overall configuration of the gas turbine power generation facility according to the present embodiment.

図8において、ガスタービン発電設備は、原動機としてのガスタービン98と、負荷機器としての発電機94と、ガスタービン98に設けられた第1回転軸1と、発電機94に設けられた第2回転軸5と、第1回転軸1及び第2回転軸5をそれぞれ非接触支持する複数の磁気軸受装置95と、第1回転軸1と第2回転軸5とを磁気的に接続し、原動機としてのガスタービン98から第1回転軸1に伝達された回転動力を予め定めた減速比で調整して第2回転軸5に伝達する磁気歯車装置100とから概略構成されている。   In FIG. 8, the gas turbine power generation facility includes a gas turbine 98 as a prime mover, a generator 94 as a load device, a first rotating shaft 1 provided in the gas turbine 98, and a second turbine provided in the generator 94. The rotating shaft 5, the plurality of magnetic bearing devices 95 that support the first rotating shaft 1 and the second rotating shaft 5 in a non-contact manner, and the first rotating shaft 1 and the second rotating shaft 5 are magnetically connected to each other, and the prime mover And a magnetic gear device 100 for adjusting the rotational power transmitted from the gas turbine 98 to the first rotary shaft 1 with a predetermined reduction ratio and transmitting it to the second rotary shaft 5.

ガスタービン98は、取り入れた空気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機90と、圧縮機90からの圧縮空気と燃料とを混合燃焼する燃焼器91と、燃焼器91からの燃焼ガスにより回転駆動するタービン92と、タービン92と圧縮機90を連結し、タービン92の回転を圧縮機90に伝達する中間軸93とを備えている。また、ガスタービン98の圧縮機90には、ガスタービン発電設備内で用いるために圧縮空気の一部を抜き出す抽気空気配管96が備えられており、抽気空気管路96の開度を調整する調整弁96a及び調整弁96aを駆動する駆動モータ96bが設けられている。   The gas turbine 98 is compressed by a compressor 90 that compresses the taken-in air to generate compressed air, a combustor 91 that mixes and burns compressed air and fuel from the compressor 90, and combustion gas from the combustor 91. A turbine 92 to be driven, and an intermediate shaft 93 that couples the turbine 92 and the compressor 90 and transmits the rotation of the turbine 92 to the compressor 90 are provided. Further, the compressor 90 of the gas turbine 98 is provided with a bleed air pipe 96 for extracting a part of the compressed air for use in the gas turbine power generation facility, and an adjustment for adjusting the opening degree of the bleed air pipe 96. A drive motor 96b for driving the valve 96a and the regulating valve 96a is provided.

第1回転軸1は、圧縮機90やタービン92、中間軸93等と一体的に回転駆動するよう構成されており、これにより、原動機としてのガスタービン98からの回転動力が伝達される。また、第2回転軸5は、発電機94の回転動力の入力部と一体的に回転駆動するよう構成されており、これにより、第2回転軸5の回転動力が発電機94に入力される。   The first rotary shaft 1 is configured to rotate integrally with the compressor 90, the turbine 92, the intermediate shaft 93, and the like, so that the rotational power from the gas turbine 98 as a prime mover is transmitted. Further, the second rotating shaft 5 is configured to rotate integrally with the rotational power input portion of the generator 94, whereby the rotational power of the second rotating shaft 5 is input to the generator 94. .

図1及び図2は、本実施の形態に係る磁気歯車装置100を概略的に示す図であり、図1は回転軸に垂直な面における断面図、図2は回転軸を含む面における断面図である。また、図3は、図1における磁気経路部材4付近を拡大して示す拡大断面図である。   1 and 2 are diagrams schematically showing a magnetic gear device 100 according to the present embodiment, in which FIG. 1 is a cross-sectional view in a plane perpendicular to the rotation axis, and FIG. 2 is a cross-sectional view in a plane including the rotation axis. It is. FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view showing the vicinity of the magnetic path member 4 in FIG.

図1〜図3において、磁気歯車装置100は、略円柱状の入力側磁気歯車2と、入力側磁気歯車2を同軸状に囲むように配置された略円筒状の出力側磁気歯車3と、入力側磁気歯車2と出力側磁気歯車3の間に配置された複数の磁気経路部材4とを有している。磁気経路部材4は、磁気経路部材ホルダー41によって入力側磁気歯車2と出力側磁気歯車3の間に保持されている。入力側磁気歯車2、出力側磁気歯車3、及び、磁気経路部材4を保持する磁気経路部材ホルダー41は、互いに径方向に離間して配置されており、回転駆動によって接触しないように構成されている(図3参照)。   1 to 3, a magnetic gear device 100 includes a substantially cylindrical input-side magnetic gear 2, a substantially cylindrical output-side magnetic gear 3 disposed so as to surround the input-side magnetic gear 2 coaxially, A plurality of magnetic path members 4 disposed between the input side magnetic gear 2 and the output side magnetic gear 3 are provided. The magnetic path member 4 is held between the input side magnetic gear 2 and the output side magnetic gear 3 by a magnetic path member holder 41. The input side magnetic gear 2, the output side magnetic gear 3, and the magnetic path member holder 41 that holds the magnetic path member 4 are arranged so as to be separated from each other in the radial direction and are configured not to come into contact with each other by rotational driving. (See FIG. 3).

入力側磁気歯車2は、略円柱形状を有しており、その一端において第1回転軸(入力回転軸)1と同軸上に接続されている。また、出力側磁気歯車3は、第2回転軸(出力回転軸)5側、すなわち、第1回転軸1と反対側の一端を閉じた略円筒形状を有しており、その閉じた端部において第2回転軸5と同軸上に接続されている。第1回転軸1と第2回転軸5は同軸上に配置されており、したがって、入力側磁気歯車2と出力側磁気歯車3は同軸状に形成されている。   The input side magnetic gear 2 has a substantially cylindrical shape, and is connected coaxially with the first rotating shaft (input rotating shaft) 1 at one end thereof. The output-side magnetic gear 3 has a substantially cylindrical shape with one end on the second rotation shaft (output rotation shaft) 5 side, that is, the opposite side to the first rotation shaft 1, closed at its closed end. Are connected to the second rotary shaft 5 on the same axis. The first rotating shaft 1 and the second rotating shaft 5 are arranged coaxially, and therefore the input side magnetic gear 2 and the output side magnetic gear 3 are formed coaxially.

入力側磁気歯車2は、第1回転軸1の軸線上に沿うように設けられた軸中心部21と、軸中心部21の外周を覆うように配置された鉄心25と、鉄心25中に周方向に並べて埋設された複数の磁石24とから構成されている。   The input-side magnetic gear 2 includes a shaft center portion 21 provided along the axis of the first rotating shaft 1, an iron core 25 disposed so as to cover the outer periphery of the shaft center portion 21, and a peripheral portion in the iron core 25. It comprises a plurality of magnets 24 that are buried side by side in the direction.

磁石24は、軸中心部21に沿って軸方向に延在するよう設けられており、それぞれ、互いに絶縁した薄板状の永久磁石を軸方向に積層することにより形成されている。このように形成した複数の磁石24は、それぞれ、周方向にN極24aおよびS極24bを向けて配置されている。そして、隣り合う磁石24は、互いの同極が周方向に対向する向きに配置されている。   The magnets 24 are provided so as to extend in the axial direction along the axial center portion 21 and are formed by laminating thin plate-shaped permanent magnets insulated from each other in the axial direction. The plurality of magnets 24 formed in this manner are arranged with the N pole 24a and the S pole 24b facing in the circumferential direction. And the adjacent magnet 24 is arrange | positioned in the direction where the mutually same polarity opposes the circumferential direction.

鉄心25は、互いに絶縁した薄板状の部材(例えば、珪素鋼板)を軸方向に積層することによって形成されている。   The iron core 25 is formed by laminating thin plate members (for example, silicon steel plates) insulated from each other in the axial direction.

このように構成された入力側磁気歯車2において、隣り合う磁石24の磁力線は、同極である相手側には向かず、その磁力線のほとんどが径方向外側に作用する。したがって、入力側磁気歯車2においては、その外周面(径方向外側の面)が磁力発生面となる。また、磁力発生面においては、隣り合う磁石24の対向する極性が現れるため、N極とS極の磁極が周方向に交互に現れ、その磁力発生面における極性対(N極とS極の対)の数は、磁石24の数の2分の1となる。   In the input side magnetic gear 2 configured as described above, the magnetic lines of force of the adjacent magnets 24 do not go to the opposite side having the same polarity, and most of the lines of magnetic force act radially outward. Therefore, in the input side magnetic gear 2, the outer peripheral surface (surface on the outer side in the radial direction) is a magnetic force generating surface. Further, since the opposite polarities of the adjacent magnets 24 appear on the magnetic force generation surface, the N-pole and S-pole magnetic poles appear alternately in the circumferential direction, and the polarity pair (N-pole and S-pole pair on the magnetic-force generation surface). ) Is half of the number of magnets 24.

出力側磁気歯車3は、略円筒状に形成され入力側磁気歯車2と同軸状に配置された外郭構造部31と、外郭構造部31の内周を覆うように配置された鉄心33と、鉄心33中に周方向に並べて埋設された複数の磁石32とから構成されている。   The output side magnetic gear 3 is formed in a substantially cylindrical shape and is arranged coaxially with the input side magnetic gear 2, an iron core 33 arranged so as to cover the inner periphery of the outer structure part 31, and an iron core 33 and a plurality of magnets 32 embedded side by side in the circumferential direction.

磁石32は、外郭構造部31に沿って軸方向に延在するよう設けられており、それぞれ、互いに絶縁した薄板状の永久磁石を軸方向に積層することにより形成されている。このように形成した複数の磁石32は、それぞれ、周方向にN極32aおよびS極32bを向けて配置されている。そして、隣り合う磁石32は、互いの同極が周方向に対向する向きに配置されている。   The magnets 32 are provided so as to extend in the axial direction along the outer structure portion 31 and are formed by laminating thin plate-shaped permanent magnets insulated from each other in the axial direction. The plurality of magnets 32 formed in this way are respectively arranged with the N pole 32a and the S pole 32b facing in the circumferential direction. And the adjacent magnet 32 is arrange | positioned in the direction where the mutually same polarity opposes the circumferential direction.

鉄心33は、互いに絶縁した薄板状の部材(例えば、珪素鋼板)を軸方向に積層することによって形成されている。   The iron core 33 is formed by laminating thin plate members (for example, silicon steel plates) insulated from each other in the axial direction.

このように構成された出力側磁気歯車3において、隣り合う磁石32の磁力線は、同極である相手側には向かず、その磁力線のほとんどが径方向内側に作用する。したがって、出力側磁気歯車3においては、その内周面(径方向内側の面)が磁力発生面となる。また、磁力発生面においては、隣り合う磁石24の対向する極性が現れるため、N極とS極の磁極が周方向に交互に現れ、その磁力発生面における極性対(N極とS極の対)の数は、磁石32の数の2分の1となる。   In the output side magnetic gear 3 configured as described above, the magnetic lines of force of the adjacent magnets 32 do not go to the opposite side having the same polarity, and most of the magnetic lines of force act radially inward. Therefore, in the output-side magnetic gear 3, the inner peripheral surface (the radially inner surface) is a magnetic force generating surface. Further, since the opposite polarities of the adjacent magnets 24 appear on the magnetic force generation surface, the N-pole and S-pole magnetic poles appear alternately in the circumferential direction, and the polarity pair (N-pole and S-pole pair on the magnetic-force generation surface). ) Is half of the number of magnets 32.

なお、入力側磁気歯車2及び出力側磁気歯車3のそれぞれにおいて、磁力発生面の複数の磁石24,32は、軸線に垂直な面における重心が軸線上となるよう重量計算され配置されている。すなわち、入力側磁気歯車2においては、磁石24の重量が配置前に測定されており、磁石24による重心が軸線上、すなわち、回転中心になるように配置される。出力側磁気歯車3においても同様である。   In each of the input side magnetic gear 2 and the output side magnetic gear 3, the plurality of magnets 24 and 32 on the magnetic force generating surface are weight-calculated and arranged so that the center of gravity in the plane perpendicular to the axis is on the axis. That is, in the input side magnetic gear 2, the weight of the magnet 24 is measured before the placement, and the center of gravity by the magnet 24 is placed on the axis, that is, the rotation center. The same applies to the output side magnetic gear 3.

磁気経路部材4は、入力側磁気歯車2と出力側磁気歯車3の対向する磁力発生面間に同軸状に形成された樹脂製(例えば、非金属材料であるFRP:Fiber Reinforced Plastics)の磁気経路部材ホルダー41により保持されて、周方向に複数並べて配置されている。   The magnetic path member 4 is a resin-made magnetic path (for example, FRP: Fiber Reinforced Plastics, which is a nonmetallic material) formed coaxially between the opposing magnetic force generation surfaces of the input side magnetic gear 2 and the output side magnetic gear 3. It is held by the member holder 41 and arranged in a plurality in the circumferential direction.

磁気経路部材ホルダー41には、軸方向に延在する穴が周方向に等間隔に複数設けられており、この穴に、互いに絶縁した薄板状の電磁鋼製部材を軸方向に積層することにより、磁気経路部材4が軸方向に延在するよう形成されている。磁気経路ホルダー41は、第1回転軸1側の一端にボルト42で接続された保持部43を介して磁気歯車装置100の基部等に固設されており、これにより、磁気経路部材41が固設されている。   In the magnetic path member holder 41, a plurality of holes extending in the axial direction are provided at equal intervals in the circumferential direction, and thin plate-like electromagnetic steel members insulated from each other are laminated in the holes in the axial direction. The magnetic path member 4 is formed to extend in the axial direction. The magnetic path holder 41 is fixed to the base of the magnetic gear device 100 or the like via a holding portion 43 connected to one end of the first rotating shaft 1 by a bolt 42, whereby the magnetic path member 41 is fixed. It is installed.

また、磁気経路部材ホルダー41には、周方向に並べて固設された複数の磁気経路部材4のそれぞれの間に軸方向に延在するよう設けられ、対向する磁力発生面の少なくとも何れか一方に向けて吐出される冷媒を導く冷媒流路45が設けられている。冷媒流路45は、複数の磁気経路部材4のそれぞれの間に1つずつ設けられている。   Further, the magnetic path member holder 41 is provided so as to extend in the axial direction between each of the plurality of magnetic path members 4 arranged and fixed in the circumferential direction, and is provided on at least one of the opposing magnetic force generation surfaces. A refrigerant flow path 45 that guides the refrigerant discharged toward the outside is provided. One refrigerant channel 45 is provided between each of the plurality of magnetic path members 4.

入力側磁気歯車2と出力側磁気歯車3は、第2回転軸5側の端部において、ボールベアリング3aを介して互いに周方向に摺動可能に保持されている。また、出力側磁気歯車3と磁気経路ホルダー41は、第2回転軸5側の端部において、ボールベアリング2aを介して互いに周方向に摺動可能に保持されている。すなわち、入力側磁気歯車2、出力側磁気歯車3、及び磁気経路ホルダー41は、第2回転軸5側の端部において、ボールベアリング2a,3aを介して互いに周方向に摺動可能に保持されており、各部材間の中心軸のずれが抑制されている(図2参照)。   The input side magnetic gear 2 and the output side magnetic gear 3 are held at the end on the second rotating shaft 5 side so as to be slidable in the circumferential direction via a ball bearing 3a. Further, the output side magnetic gear 3 and the magnetic path holder 41 are held at the end on the second rotating shaft 5 side so as to be slidable in the circumferential direction via the ball bearing 2a. That is, the input-side magnetic gear 2, the output-side magnetic gear 3, and the magnetic path holder 41 are held at the end on the second rotating shaft 5 side so as to be slidable in the circumferential direction via the ball bearings 2a and 3a. Therefore, the shift of the central axis between the members is suppressed (see FIG. 2).

磁気歯車100における入力側磁気歯車2の磁力発生面と出力側磁気歯車3の磁力発生面は、磁気経路部材4を介して磁気的に噛み合っている。入力側磁気歯車2が磁気経路部材4に相対して回転すると、各磁気経路部材4における入力側磁気歯車2および出力側磁気歯車3との対向面がN極又はS極に交互に磁化され、磁化された磁気経路部材4と出力側磁気歯車3の磁力発生面の間にはたらく磁気的吸引力または反発力によって出力側磁気歯車3が周方向に回転駆動される。   The magnetic force generation surface of the input side magnetic gear 2 and the magnetic force generation surface of the output side magnetic gear 3 in the magnetic gear 100 are magnetically meshed with each other via the magnetic path member 4. When the input side magnetic gear 2 rotates relative to the magnetic path member 4, the opposing surfaces of the magnetic path members 4 facing the input side magnetic gear 2 and the output side magnetic gear 3 are alternately magnetized to N or S poles, The output side magnetic gear 3 is rotationally driven in the circumferential direction by a magnetic attractive force or repulsive force acting between the magnetized magnetic path member 4 and the magnetic force generating surface of the output side magnetic gear 3.

磁気歯車装置100における第1回転軸1(入力側磁気歯車2)の回転数と第2回転軸5(出力側磁気歯車3)の回転数の関係は、入力側磁気歯車2の磁力発生面における極性対数と出力側磁気歯車3の磁力発生面における極性対数の比により決まる。前述のように、入力側磁気歯車2の磁力発生面における極性対数は磁石24の個数の2分の1であり、同様に、出力側磁気歯車3の磁力発生面における極性対数は磁石32の個数の2分の1である。したがって、第1回転軸1の回転数と第2回転軸5の回転数の関係は、入力側磁気歯車2の磁石24の数と出力側磁気歯車3の磁石32の数の比で決まるということである。   The relationship between the rotational speed of the first rotating shaft 1 (input-side magnetic gear 2) and the rotational speed of the second rotating shaft 5 (output-side magnetic gear 3) in the magnetic gear device 100 is that on the magnetic force generation surface of the input-side magnetic gear 2. It is determined by the ratio of the logarithm of polarity and the logarithm of polarity on the magnetic force generating surface of the output side magnetic gear 3. As described above, the polarity logarithm on the magnetic force generation surface of the input side magnetic gear 2 is half of the number of magnets 24. Similarly, the polar logarithm on the magnetic force generation surface of the output side magnetic gear 3 is the number of magnets 32. Is half of this. Therefore, the relationship between the rotation speed of the first rotation shaft 1 and the rotation speed of the second rotation shaft 5 is determined by the ratio of the number of magnets 24 of the input side magnetic gear 2 and the number of magnets 32 of the output side magnetic gear 3. It is.

ここで、第1回転軸1の回転数(入力回転数)をNin、入力側磁気歯車2の磁力発生面における極性対数(磁石24の数の2分の1)をXin、第2回転軸5の回転数(出力回転数)をNout、出力側磁気歯車3の磁力発生面における極性対数(磁石32の数の2分の1)をXoutとすると、入力回転数Ninと出力回転数Noutの関係は以下の式で表される。   Here, the rotation speed (input rotation speed) of the first rotation shaft 1 is Nin, the logarithm of the polarity (1/2 of the number of magnets 24) on the magnetic force generation surface of the input side magnetic gear 2 is Xin, and the second rotation shaft 5 , Where Nout is the rotation speed (output rotation speed) and Xout is the polarity logarithm (1/2 of the number of magnets 32) on the magnetic force generation surface of the output-side magnetic gear 3, and the relationship between the input rotation speed Nin and the output rotation speed Nout. Is represented by the following equation.

Nin:Nout=Xout:Xin ・・・(1)
例えば、本実施の形態で示したように(図1等参照)、入力側磁気歯車2の磁力発生面の極性対数を7、出力側磁気歯車3の磁力発生面の極性対数を17とする(つまり、磁石24の個数を14個、磁石32の数を34個とする)と、入力回転数Ninと出力回転数Noutの比は、17:7となる。
Nin: Nout = Xout: Xin (1)
For example, as shown in the present embodiment (see FIG. 1 and the like), the logarithm of polarity of the magnetic force generation surface of the input side magnetic gear 2 is 7 and the logarithm of polarity of the magnetic force generation surface of the output side magnetic gear 3 is 17 (see FIG. That is, the number of magnets 24 is 14 and the number of magnets 32 is 34), and the ratio of the input rotation speed Nin to the output rotation speed Nout is 17: 7.

また、入力側磁気歯車2と出力側磁気歯車3の間の伝達可能トルクは、磁石24,32の磁力(磁石24,32単位体積あたりの磁力が一定の場合は、それぞれの体積)が増えるに従って増加する。その際、鉄心25,33、磁気経路部材4は、磁気飽和を起こさない寸法である必要がある。   Further, the transmittable torque between the input side magnetic gear 2 and the output side magnetic gear 3 is increased as the magnetic force of the magnets 24 and 32 (or the respective volumes when the magnetic force per unit volume of the magnets 24 and 32 is constant) increases. To increase. At that time, the iron cores 25 and 33 and the magnetic path member 4 need to have dimensions that do not cause magnetic saturation.

また、磁気経路部材4の員数を入力側磁気歯車2の磁力発生面の極性対数と出力側磁気歯車3の磁力発生面の極性対数の和となるように構成した場合に、第1回転軸1から第2回転軸5への伝達可能トルクは最大となる。この知見は、フーリエ解析等を用いたシミュレーション等により得られる。例えば、本実施の形態のように、入力側磁気歯車2の磁力発生面の極性対数を7、出力側磁気歯車3の磁力発生面の極性対数を17とし、磁気経路部材4の員数を24とした場合において、入力側磁気歯車2と出力側磁気歯車3の間の伝達可能トルクは最大となる。   Further, when the number of magnetic path members 4 is configured to be the sum of the polar logarithm of the magnetic force generation surface of the input side magnetic gear 2 and the polar logarithm of the magnetic force generation surface of the output side magnetic gear 3, the first rotating shaft 1 The torque that can be transmitted to the second rotary shaft 5 is maximized. This knowledge is obtained by simulation using Fourier analysis or the like. For example, as in this embodiment, the polarity logarithm of the magnetic force generation surface of the input side magnetic gear 2 is 7, the polarity logarithm of the magnetic force generation surface of the output side magnetic gear 3 is 17, and the number of magnetic path members 4 is 24. In this case, the transmittable torque between the input side magnetic gear 2 and the output side magnetic gear 3 is maximized.

図4〜図7は、磁気軸受装置95の一例を概略的に示す図であり、図4はラジアル軸受部における各構成の関係を径方向から見た様子、図5は軸方向から見た様子をそれぞれ模式的に示す図である。また、図6はスラスト軸受部における各構成の関係を示す断面図である。   4 to 7 are diagrams schematically showing an example of the magnetic bearing device 95. FIG. 4 shows the relationship of each component in the radial bearing portion as viewed from the radial direction, and FIG. 5 shows the state as viewed from the axial direction. FIG. FIG. 6 is a cross-sectional view showing the relationship of each component in the thrust bearing portion.

磁気軸受装置95は、第1及び第2回転軸1,5の径方向に働く力を受け止めるラジアル軸受部95Aと、軸方向に働く力を受け止めるスラスト軸受部95Bとから構成されている。   The magnetic bearing device 95 includes a radial bearing portion 95A that receives the force acting in the radial direction of the first and second rotating shafts 1 and 5, and a thrust bearing portion 95B that receives the force acting in the axial direction.

図4及び図5において、磁気軸受装置95のラジアル軸受部95Aは、回転軸1,5の外周を囲むように設けられたケーシング95aと、ケーシング95a内周の回転軸1,5を挟んで対向する位置に設けられた複数対(本実施の形態では2対)の電磁石95bと、各電磁石95bの近傍に設けられた複数の位置センサ95cと、回転軸1,5の外周部を囲むように設けられた複数の補助軸受95dとから概略構成されている。   4 and 5, the radial bearing portion 95A of the magnetic bearing device 95 is opposed to the casing 95a provided so as to surround the outer periphery of the rotary shafts 1 and 5, with the rotary shafts 1 and 5 on the inner periphery of the casing 95a being sandwiched therebetween. A plurality of pairs (two pairs in the present embodiment) of electromagnets 95b provided at positions to be positioned, a plurality of position sensors 95c provided in the vicinity of each electromagnet 95b, and the outer peripheral portions of the rotary shafts 1 and 5 A plurality of auxiliary bearings 95d are provided.

本実施の形態では、電磁石95bが、回転軸1,5を上下方向から挟んで対向する位置に1対と、側方から挟んで対向する位置に1対の計2対設けられている場合について説明する。この電磁石95bに電流を供給することにより、電磁石95bと回転軸1,5の間に磁界を発生させ、この磁界によって回転軸1,5を吸引して空中に保持する。   In the present embodiment, there are two pairs of electromagnets 95b, one pair at positions facing each other with the rotary shafts 1 and 5 sandwiched from above and below, and one pair at positions facing each other sandwiching from the side. explain. By supplying a current to the electromagnet 95b, a magnetic field is generated between the electromagnet 95b and the rotating shafts 1 and 5, and the rotating shafts 1 and 5 are attracted and held in the air by the magnetic field.

図7は、磁気軸受装置95の動作を制御する制御部99を示す図である。図7では、制御部99のうち、ラジアル軸受部95Aの制御を行う部分の一部の機能を例示している。   FIG. 7 is a diagram showing a control unit 99 that controls the operation of the magnetic bearing device 95. In FIG. 7, the function of a part of part which controls 95 A of radial bearing parts among the control parts 99 is illustrated.

図7に示すように、制御部99により、位置センサ95cからの検出結果(検出信号99d)と基準位置の信号(基準信号99a)とに基づいて、回転軸1,5の径方向の検出位置と基準位置との偏差が無くなるように信号処理部99bで演算し、各電磁石95bに対応するパワーアンプ99cから供給する電流を個々に制御し、発生する磁界の強さを制御することにより、回転軸1,5をケーシング95aや電磁石95b等の他の部材に接触しないように、空中(基準位置)に保持する。なお、図7では、回転軸1,5を上下方向から挟んで対向する位置に設けた1対の電磁石95bを示して説明したが、回転軸1,5を側方から挟んで対向する位置に設けた1対の電磁石95bについても、同様の制御を行うことにより、回転軸1,5をケーシング95aや電磁石95b等の他の部材に接触しないように、空中(基準位置)に保持する。   As shown in FIG. 7, the control unit 99 detects the radial detection positions of the rotary shafts 1 and 5 based on the detection result (detection signal 99d) from the position sensor 95c and the reference position signal (reference signal 99a). By the signal processing unit 99b so that there is no deviation from the reference position, the current supplied from the power amplifier 99c corresponding to each electromagnet 95b is individually controlled, and the strength of the generated magnetic field is controlled. The shafts 1 and 5 are held in the air (reference position) so as not to contact other members such as the casing 95a and the electromagnet 95b. In FIG. 7, the pair of electromagnets 95b provided at positions facing each other with the rotary shafts 1 and 5 sandwiched from above and below has been described. The pair of provided electromagnets 95b is also held in the air (reference position) so as not to contact the other members such as the casing 95a and the electromagnet 95b by performing the same control.

なお、回転軸1,5において、少なくとも磁気軸受装置95のラジアル軸受部95Aに支持されている部分は、その回転に伴って表面の磁界が変化し、渦電流損失が生じるので、この渦電流損失を出来るだけ抑制するために、ラミネーション構造のスリーブが回転軸1,5に圧入されている。   Note that at least a portion of the rotary shafts 1 and 5 supported by the radial bearing portion 95A of the magnetic bearing device 95 changes its surface magnetic field as it rotates, and eddy current loss occurs. In order to suppress as much as possible, a sleeve having a lamination structure is press-fitted into the rotary shafts 1 and 5.

補助軸受95dは、例えば、電磁石95cの始動前や停止後、或いは、装置の不具合が生じた場合など、ラジアル軸受部95Aの磁気による回転軸1,5の径方向の保持が十分にできない場合において、回転軸1,5と、電磁石95bを含む他の構成部材との接触を防止する補助的なものである。補助軸受95dは、ケーシング95a側に固定されており、回転軸1,5の外周と磁石95cとの間のエアギャップの約1/2のギャップを回転軸1,5と他の構成部材との間に保持するよう配置されている。つまり、補助軸受95dは、電磁石95cの磁力により回転軸1,5が正常に(基準位置に)保持されている場合は、回転軸1,5とは接触しない構成となっている。   The auxiliary bearing 95d is used when the radial shafts 95 are not sufficiently held in the radial direction by the magnetism of the radial bearing portion 95A, for example, before starting or after stopping the electromagnet 95c, or when a malfunction of the device occurs. The auxiliary shafts prevent contact between the rotary shafts 1 and 5 and other components including the electromagnet 95b. The auxiliary bearing 95d is fixed to the casing 95a side, and the gap between the outer periphery of the rotary shafts 1 and 5 and the magnet 95c is about ½ of the air gap between the rotary shafts 1 and 5 and other components. Arranged to hold in between. That is, the auxiliary bearing 95d is configured not to contact the rotating shafts 1 and 5 when the rotating shafts 1 and 5 are normally held (at the reference position) by the magnetic force of the electromagnet 95c.

図6において、磁気軸受装置95のスラスト軸受部95Bは、回転軸1,5の外周を囲むように設けられたケーシング95eと、回転軸1,5の外周部にフランジ状に固設されたスラストカラー95gと、ケーシング95a内周のスラストカラー95gを軸方向に挟んで対向する位置に、周方向に延在して設けられた1対の電磁石95fと、回転軸1,5の端部に設けられた位置センサ95hとから概略構成されている。   In FIG. 6, a thrust bearing portion 95B of the magnetic bearing device 95 includes a casing 95e provided so as to surround the outer periphery of the rotary shafts 1 and 5, and a thrust fixed to the outer peripheral portion of the rotary shafts 1 and 5 in a flange shape. A collar 95g and a pair of electromagnets 95f extending in the circumferential direction at positions opposed to each other with a thrust collar 95g on the inner periphery of the casing 95a in the axial direction, and provided at the ends of the rotary shafts 1 and 5 The position sensor 95h is generally configured.

電磁石95fは、スラストカラー95gを軸方向から挟んで対向する位置に設けられている。この電磁石95fに電流を供給することにより、電磁石95fとスラストカラー95gの間に磁界を発生させ、この磁界によってスラストカラー95g、すなわち、スラストカラー95gが固設された回転軸1,5を軸方向に吸引して保持する。   The electromagnet 95f is provided at a position facing the thrust collar 95g across the axial direction. By supplying a current to the electromagnet 95f, a magnetic field is generated between the electromagnet 95f and the thrust collar 95g, and the thrust collar 95g, that is, the rotating shafts 1 and 5 on which the thrust collar 95g is fixed are axially moved by this magnetic field. Aspirate and hold.

スラスト軸受部95Bの動作制御もラジアル軸受部95Aと同様に行う。すなわち、制御部99により、位置センサ95hからの検出結果(検出信号)と基準位置の信号(基準信号)に基づいて、回転軸1,5の軸方向の検出位置と基準位置との偏差が無くなるように信号処理部(図示せず)で演算し、各電磁石95fに対応するパワーアンプ(図示せず)から供給する電流を個々に制御し、発生する磁界の強さを制御することにより、回転軸1,5の軸方向への移動を抑制し、基準位置に保持する。   The operation control of the thrust bearing portion 95B is also performed in the same manner as the radial bearing portion 95A. That is, the control unit 99 eliminates the deviation between the detected position in the axial direction of the rotary shafts 1 and 5 and the reference position based on the detection result (detection signal) from the position sensor 95h and the reference position signal (reference signal). In this way, the signal processing unit (not shown) performs computation, the current supplied from the power amplifier (not shown) corresponding to each electromagnet 95f is individually controlled, and the strength of the generated magnetic field is controlled to rotate. The movement of the shafts 1 and 5 in the axial direction is suppressed and held at the reference position.

なお、スラスト軸受部95Bでは、電磁石95fが回転軸1,5の径方向外側に設置されるため、スラストカラー95gに作用する磁界はほぼ一定であるので、渦電流がほとんど発生しない。したがって、スラストカラー95gには、油軸受と同じ高強度の合金鋼を使用することができる。   In the thrust bearing portion 95B, since the electromagnet 95f is installed on the outer side in the radial direction of the rotary shafts 1 and 5, the magnetic field acting on the thrust collar 95g is almost constant, so that almost no eddy current is generated. Therefore, the same high strength alloy steel as that of the oil bearing can be used for the thrust collar 95g.

以上のように構成した本実施の形態の動作を説明する。   The operation of the present embodiment configured as described above will be described.

まず、制御部99により、時期軸受装置95を作動させ、回転軸1,5を空中(基準位置)に保持する。   First, the timing bearing device 95 is operated by the control unit 99, and the rotary shafts 1 and 5 are held in the air (reference position).

この状態で、原動機としてのガスタービン98(つまり、圧縮機90及びタービン92)を起動し、第1回転軸1を回転駆動することにより、磁気歯車装置100の入力側磁気歯車2を回転駆動する。入力側磁気歯車2が回転駆動されると、この入力側磁気歯車2と磁気経路部材4を介して磁気的に噛み合う出力側磁気歯車3が、予め定めた減速比に応じた回転数で回転駆動される。出力側磁気歯車3の回転により第2回転軸5が回転駆動されると、負荷機器としての発電機94により、その回転数に応じて発電が行われる。   In this state, the gas turbine 98 (that is, the compressor 90 and the turbine 92) serving as a prime mover is started and the first rotary shaft 1 is rotationally driven to rotationally drive the input-side magnetic gear 2 of the magnetic gear device 100. . When the input-side magnetic gear 2 is rotationally driven, the output-side magnetic gear 3 that is magnetically engaged with the input-side magnetic gear 2 via the magnetic path member 4 is rotationally driven at a rotational speed corresponding to a predetermined reduction ratio. Is done. When the second rotating shaft 5 is rotationally driven by the rotation of the output-side magnetic gear 3, power is generated according to the rotational speed by the generator 94 as a load device.

以上のように構成した本実施の形態の効果を説明する。   The effect of the present embodiment configured as described above will be described.

例えばプラント設備の一種である発電設備では、一般にガスタービンや蒸気タービン等の原動機に備えられた駆動軸であるタービンロータの回転動力が負荷機器である発電機のロータに伝達され発電される。この種のものとしては、例えば、所定のギア比の機械式減速機を介してガスタービンのタービンロータを発電機ロータに接続したものがある。そして、通常、こうしたタービン発電設備では、回転体であるタービンロータや発電機ロータ等は多数のすべり軸受により支持されている。このような、すべり軸受や減速機には、摩擦低減のための潤滑油が用いられており、ロータ駆動中には潤滑油タンクに貯留された潤滑油が配管等を通して常時供給されている。しかしながら、上記のような従来技術では、潤滑油の貯留タンク、貯留タンクとすべり軸受や減速機を接続する配管、その他の補記等からなる潤滑油供給設備が必要になるため、全体の設備設置面積を広く確保せねばならず、また設備のコストも増大する。加えて、潤滑油供給設備の設置や配管の引き回しの作業があるために設備設置の工期も長期化する。また、潤滑油を用いても、すべり軸受や減速機の歯面の摩擦摺動部での摩擦損失が少なからず発生するとともに、潤滑油自体の管理や交換等も必要となる。   For example, in a power generation facility that is a kind of plant facility, the rotational power of a turbine rotor that is a drive shaft provided in a prime mover such as a gas turbine or a steam turbine is generally transmitted to a rotor of a generator that is a load device to generate power. As this type, for example, there is one in which a turbine rotor of a gas turbine is connected to a generator rotor via a mechanical speed reducer having a predetermined gear ratio. Usually, in such a turbine power generation facility, a turbine rotor, a generator rotor, and the like, which are rotating bodies, are supported by a number of slide bearings. Lubricating oil for reducing friction is used for such sliding bearings and reduction gears, and the lubricating oil stored in the lubricating oil tank is constantly supplied through piping or the like while the rotor is driven. However, the conventional technology as described above requires a lubricating oil supply tank consisting of a lubricating oil storage tank, piping connecting the storage tank to the slide bearings and speed reducer, and other supplementary notes. Must be secured widely, and the cost of the equipment also increases. In addition, the installation period of the equipment is prolonged due to the installation of the lubricating oil supply equipment and the piping work. Further, even if lubricating oil is used, friction loss at the sliding portion of the sliding bearing and the tooth surface of the speed reducer is not a little, and management and replacement of the lubricating oil itself are required.

これに対し、本実施の形態においては、原動機としてのガスタービン98に設けられた第1回転軸1と負荷機器としての発電機94に設けられた第2回転軸5とを複数の磁気軸受装置95により非接触支持し、第1回転軸1と前記第2回転軸5とを磁気的に接続する磁気歯車装置100によって、ガスタービン98(原動機)から第1回転軸に入力された回転動力を予め定めた減速比で調整して第2回転軸5に伝達し、発電機94(負荷機器)を駆動するように構成したので、各回転軸の軸受や減速機に給油する潤滑油供給設備を省略することができる。   In contrast, in the present embodiment, a plurality of magnetic bearing devices include a first rotating shaft 1 provided in a gas turbine 98 as a prime mover and a second rotating shaft 5 provided in a generator 94 as a load device. Rotational power input from the gas turbine 98 (prime mover) to the first rotary shaft by the magnetic gear device 100 that is non-contact supported by 95 and magnetically connects the first rotary shaft 1 and the second rotary shaft 5. Since it is configured to adjust the predetermined reduction ratio and transmit it to the second rotary shaft 5 to drive the generator 94 (load device), the lubricating oil supply equipment for supplying oil to the bearings and reducers of each rotary shaft is provided. Can be omitted.

したがって、潤滑油供給設備に関わるコスト、設置スペース、据え付け工期、潤滑油供給系統のメンテナンス作業等を省略することができる。   Therefore, the cost, installation space, installation work period, maintenance work of the lubricating oil supply system, and the like related to the lubricating oil supply facility can be omitted.

また、軸受や減速機における摩擦損失の低減、潤滑油供給系統のトラブルによる稼働率の低下の抑制、騒音の抑制、或いは、部品等の磨耗による寿命低下の抑制という効果を奏する。   In addition, there are effects of reducing friction loss in bearings and reduction gears, suppressing a reduction in operating rate due to trouble in the lubricating oil supply system, suppressing noise, or suppressing a decrease in life due to wear of parts and the like.

また、機械式減速機等に用いられる潤滑油の中には、引火点温度が比較的低いものもあり、特に潤滑油に対応する防火対策装置等が必要となる場合もあるが、本実施の形態においては、非接触の磁気軸受装置95および磁気歯車装置100を用いるので、摩擦の発生も無く潤滑油も不要となるため、潤滑油使用により必要となる防火対策装置等を省略することができる。   In addition, some lubricating oils used for mechanical reducers, etc. have a relatively low flash point temperature, and in particular, there may be a need for a fire prevention device corresponding to the lubricating oil. In the embodiment, since the non-contact magnetic bearing device 95 and the magnetic gear device 100 are used, there is no generation of friction and no lubricating oil is required. Therefore, a fire prevention device that is necessary when the lubricating oil is used can be omitted. .

<第1の実施の形態の変形例>
本発明の第1の実施の形態の変形例を図面を参照しつつ説明する。
<Modification of the first embodiment>
A modification of the first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

本変形例は、第1の実施の形態でプラント設備の一例として示したガスタービン発電設備において、発電機に換えて空気圧縮機を用いて空気圧縮設備とした場合を示すものである。本変形例の図中において、第1の実施の形態と同様の構成には同じ符号を付し、説明を省略する。   This modification shows the case where the gas turbine power generation facility shown as an example of the plant facility in the first embodiment is an air compression facility using an air compressor instead of the generator. In the drawings of this modification, the same reference numerals are given to the same components as those in the first embodiment, and the description thereof is omitted.

図9は、本変形例に係る空気圧縮設備の全体構成を示す図である。   FIG. 9 is a diagram illustrating an overall configuration of the air compression facility according to the present modification.

図9において、ガスタービン発電設備は、原動機としてのガスタービン98と、負荷機器としての空気圧縮機194と、ガスタービン98に設けられた第1回転軸1と、発電機94に設けられた第2回転軸5と、第1回転軸1及び第2回転軸5をそれぞれ非接触支持する複数の磁気軸受装置95と、第1回転軸1と第2回転軸5とを磁気的に接続し、原動機としてのガスタービン98から第1回転軸1に伝達された回転動力を予め定めた減速比で調整して第2回転軸5に伝達する磁気歯車装置100とから概略構成されている。   In FIG. 9, the gas turbine power generation facility includes a gas turbine 98 as a prime mover, an air compressor 194 as a load device, a first rotating shaft 1 provided in the gas turbine 98, and a first provided in a generator 94. Magnetically connecting the two rotating shafts 5, the plurality of magnetic bearing devices 95 that support the first rotating shaft 1 and the second rotating shaft 5 in a non-contact manner, and the first rotating shaft 1 and the second rotating shaft 5, The magnetic gear device 100 is configured to adjust the rotational power transmitted from the gas turbine 98 as a prime mover to the first rotary shaft 1 with a predetermined reduction ratio and transmit it to the second rotary shaft 5.

ガスタービン98は、取り入れた空気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機90と、圧縮機90からの圧縮空気と燃料とを混合燃焼する燃焼器91と、燃焼器91からの燃焼ガスにより回転駆動するタービン92と、タービン92と圧縮機90を連結し、タービン92の回転を圧縮機90に伝達する中間軸93とを備えている。また、ガスタービン98の圧縮機90には、ガスタービン発電設備内で用いるために圧縮空気の一部を抜き出す抽気空気配管96が備えられており、抽気空気管路96の開度を調整する調整弁96a及び調整弁96aを駆動する駆動モータ96bが設けられている。   The gas turbine 98 is compressed by a compressor 90 that compresses the taken-in air to generate compressed air, a combustor 91 that mixes and burns compressed air and fuel from the compressor 90, and combustion gas from the combustor 91. A turbine 92 to be driven, and an intermediate shaft 93 that couples the turbine 92 and the compressor 90 and transmits the rotation of the turbine 92 to the compressor 90 are provided. Further, the compressor 90 of the gas turbine 98 is provided with a bleed air pipe 96 for extracting a part of the compressed air for use in the gas turbine power generation facility, and an adjustment for adjusting the opening degree of the bleed air pipe 96. A drive motor 96b for driving the valve 96a and the regulating valve 96a is provided.

第1回転軸1は、圧縮機90やタービン92、中間軸93等と一体的に回転駆動するよう構成されており、これにより、原動機としてのガスタービン98からの回転動力が伝達される。また、第2回転軸5は、空気圧縮機194の回転動力の入力部と一体的に回転駆動するよう構成されており、これにより、第2回転軸5の回転動力が空気圧縮機194に入力される。   The first rotary shaft 1 is configured to rotate integrally with the compressor 90, the turbine 92, the intermediate shaft 93, and the like, so that the rotational power from the gas turbine 98 as a prime mover is transmitted. Further, the second rotary shaft 5 is configured to rotate integrally with the rotational power input portion of the air compressor 194, whereby the rotational power of the second rotary shaft 5 is input to the air compressor 194. Is done.

その他の構成は、第1の実施の形態と同様である。   Other configurations are the same as those of the first embodiment.

以上のように構成した本実施の形態の動作を説明する。   The operation of the present embodiment configured as described above will be described.

まず、制御部99により、時期軸受装置95を作動させ、回転軸1,5を空中(基準位置)に保持する。   First, the timing bearing device 95 is operated by the control unit 99, and the rotary shafts 1 and 5 are held in the air (reference position).

この状態で、原動機としてのガスタービン98(つまり、圧縮機90及びタービン92)を起動し、第1回転軸1を回転駆動することにより、磁気歯車装置100の入力側磁気歯車2を回転駆動する。入力側磁気歯車2が回転駆動されると、この入力側磁気歯車2と磁気経路部材4を介して磁気的に噛み合う出力側磁気歯車3が、予め定めた減速比に応じた回転数で回転駆動される。出力側磁気歯車3の回転により第2回転軸5が回転駆動されると、負荷機器としての空気圧縮機194により、その回転数に応じて圧縮空気が生成され送出される。   In this state, the gas turbine 98 (that is, the compressor 90 and the turbine 92) serving as a prime mover is started and the first rotary shaft 1 is rotationally driven to rotationally drive the input-side magnetic gear 2 of the magnetic gear device 100. . When the input-side magnetic gear 2 is rotationally driven, the output-side magnetic gear 3 that is magnetically engaged with the input-side magnetic gear 2 via the magnetic path member 4 is rotationally driven at a rotational speed corresponding to a predetermined reduction ratio. Is done. When the second rotating shaft 5 is rotationally driven by the rotation of the output side magnetic gear 3, the air compressor 194 as a load device generates and sends compressed air according to the number of rotations.

以上のように構成した本変形例においても、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。   Also in this modified example configured as described above, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.

<第2の実施の形態>
本発明の第2の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
<Second Embodiment>
A second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

本実施の形態は、第1の実施の形態でプラント設備の一例として示したガスタービン発電設備において、磁気歯車装置の構成を換えた場合を示すものである。本実施の形態の図中において、第1の実施の形態と同様の構成には同じ符号を付し、説明を省略する。   This embodiment shows a case where the configuration of the magnetic gear device is changed in the gas turbine power generation facility shown as an example of the plant facility in the first embodiment. In the figure of the present embodiment, the same reference numerals are given to the same components as those in the first embodiment, and the description thereof is omitted.

図15は、本実施の形態に係るガスタービン発電設備の全体構成を示す図である。   FIG. 15 is a diagram showing an overall configuration of the gas turbine power generation facility according to the present embodiment.

図15において、ガスタービン発電設備は、原動機としてのガスタービン98と、負荷機器としての発電機94と、ガスタービン98に設けられた第1回転軸1と、発電機94に設けられた第2回転軸5と、第1回転軸1及び第2回転軸5をそれぞれ非接触支持する複数の磁気軸受装置95と、第1回転軸1と第2回転軸5とを磁気的に接続し、原動機としてのガスタービン98から第1回転軸1に伝達された回転動力を予め定めた減速比で調整して第2回転軸5に伝達する磁気歯車装置200とから概略構成されている。   In FIG. 15, the gas turbine power generation facility includes a gas turbine 98 as a prime mover, a generator 94 as a load device, a first rotating shaft 1 provided in the gas turbine 98, and a second turbine provided in the generator 94. The rotating shaft 5, the plurality of magnetic bearing devices 95 that support the first rotating shaft 1 and the second rotating shaft 5 in a non-contact manner, and the first rotating shaft 1 and the second rotating shaft 5 are magnetically connected to each other, and the prime mover And a magnetic gear device 200 that adjusts the rotational power transmitted from the gas turbine 98 to the first rotary shaft 1 with a predetermined reduction ratio and transmits it to the second rotary shaft 5.

ガスタービン98は、取り入れた空気を圧縮して圧縮空気を生成する圧縮機90と、圧縮機90からの圧縮空気と燃料とを混合燃焼する燃焼器91と、燃焼器91からの燃焼ガスにより回転駆動するタービン92と、タービン92と圧縮機90を連結し、タービン92の回転を圧縮機90に伝達する中間軸93とを備えている。また、ガスタービン98の圧縮機90には、ガスタービン発電設備内で用いるために圧縮空気の一部を抜き出す抽気空気配管96が備えられており、抽気空気管路96の開度を調整する調整弁96a及び調整弁96aを駆動する駆動モータ96bが設けられている。   The gas turbine 98 is compressed by a compressor 90 that compresses the taken-in air to generate compressed air, a combustor 91 that mixes and burns compressed air and fuel from the compressor 90, and combustion gas from the combustor 91. A turbine 92 to be driven, and an intermediate shaft 93 that couples the turbine 92 and the compressor 90 and transmits the rotation of the turbine 92 to the compressor 90 are provided. Further, the compressor 90 of the gas turbine 98 is provided with a bleed air pipe 96 for extracting a part of the compressed air for use in the gas turbine power generation facility, and an adjustment for adjusting the opening degree of the bleed air pipe 96. A drive motor 96b for driving the valve 96a and the regulating valve 96a is provided.

第1回転軸1は、圧縮機90やタービン92、中間軸93等と一体的に回転駆動するよう構成されており、これにより、原動機としてのガスタービン98からの回転動力が伝達される。また、第2回転軸5は、発電機94の回転動力の入力部と一体的に回転駆動するよう構成されており、これにより、第2回転軸5の回転動力が発電機94に入力される。   The first rotary shaft 1 is configured to rotate integrally with the compressor 90, the turbine 92, the intermediate shaft 93, and the like, so that the rotational power from the gas turbine 98 as a prime mover is transmitted. Further, the second rotating shaft 5 is configured to rotate integrally with the rotational power input portion of the generator 94, whereby the rotational power of the second rotating shaft 5 is input to the generator 94. .

図10は、第1及び第2回転軸1,5の軸心線を包含する鉛直面における磁気歯車装置200の断面図であり、図11及び図12は、図10におけるA−A線矢視図及びB−B線矢視図であり、図13は、図10におけるC−C線断面図であり、図14は、磁気歯車装置200を第1回転軸1方向から見た図である。   10 is a cross-sectional view of the magnetic gear device 200 in a vertical plane including the axis of the first and second rotating shafts 1 and 5, and FIGS. 11 and 12 are views taken along line AA in FIG. FIG. 13 is a cross-sectional view taken along line CC in FIG. 10, and FIG. 14 is a view of the magnetic gear device 200 viewed from the direction of the first rotation shaft 1. FIG.

図10〜図14において、磁気歯車装置200は、一方の面を互いに対向して配置された略円盤状の入力側磁気歯車202及び出力側磁気歯車203と、入力側磁気歯車202と出力側磁気歯車203の間に配置された複数の磁気経路部材204と、複数の磁気経路部材204を固定するサポート208と、サポート208を図示しない基礎に対して固定する板部209とを有している。   10 to 14, the magnetic gear device 200 includes a substantially disk-like input side magnetic gear 202 and output side magnetic gear 203 arranged on one side of each other so as to face each other, and the input side magnetic gear 202 and the output side magnetic gear. A plurality of magnetic path members 204 disposed between the gears 203, a support 208 for fixing the plurality of magnetic path members 204, and a plate portion 209 for fixing the support 208 to a foundation (not shown).

入力側磁気歯車202の一方の面の中心部には、その面に垂直に第1回転軸1が接続されている。第1回転軸1が回転することにより入力側磁気歯車202は周方向に回転駆動される。また、入力側磁気歯車202の他方の面、つまり、出力側磁気歯車203と対向する面には、複数(例えば10個)の磁石232(例えば永久磁石)が第1回転軸1の軸線周りに環状に設けられている(図11参照)。   The first rotating shaft 1 is connected to the center of one surface of the input side magnetic gear 202 perpendicularly to the surface. As the first rotating shaft 1 rotates, the input side magnetic gear 202 is rotationally driven in the circumferential direction. A plurality of (for example, ten) magnets 232 (for example, permanent magnets) are provided around the axis of the first rotating shaft 1 on the other surface of the input side magnetic gear 202, that is, the surface facing the output side magnetic gear 203. It is provided in an annular shape (see FIG. 11).

出力側磁気歯車203も入力側磁気歯車202と同様に構成されている。すなわち、出力側磁気歯車203の一方の面の中心部には、その面に垂直に第2回転軸5が接続されており、出力側磁気歯車203が周方向に回転することにより第2回転軸5は回転駆動される。また、出力側磁気歯車203の他方の面、つまり、入力側磁気歯車202と対向する面には、複数(例えば14個)の磁石224(例えば永久磁石)が第2回転軸5の軸線周りに環状に設けられている(図12参照)。   The output side magnetic gear 203 is configured in the same manner as the input side magnetic gear 202. That is, the second rotating shaft 5 is connected to the center of one surface of the output side magnetic gear 203 perpendicularly to the surface, and the second rotating shaft is rotated by rotating the output side magnetic gear 203 in the circumferential direction. 5 is driven to rotate. On the other surface of the output-side magnetic gear 203, that is, the surface facing the input-side magnetic gear 202, a plurality of (for example, 14) magnets 224 (for example, permanent magnets) are arranged around the axis of the second rotating shaft 5. It is provided in an annular shape (see FIG. 12).

入力側磁気歯車202及び出力側磁気歯車203において、磁石224,232は、軸線から複数の磁石224までの距離(半径)と軸線から複数の磁石232までの距離(半径)が同じになるよう配置されている。また、第1回転軸1と第2回転軸5は同軸上に配置されている。したがって、入力側磁気歯車202及び出力側磁気歯車203の周方向の相対位置によらず磁石224と磁石232の対向状態は保持される。   In the input side magnetic gear 202 and the output side magnetic gear 203, the magnets 224 and 232 are arranged such that the distance (radius) from the axis to the plurality of magnets 224 is the same as the distance (radius) from the axis to the plurality of magnets 232. Has been. Moreover, the 1st rotating shaft 1 and the 2nd rotating shaft 5 are arrange | positioned coaxially. Therefore, the opposed state of the magnet 224 and the magnet 232 is maintained regardless of the circumferential relative positions of the input side magnetic gear 202 and the output side magnetic gear 203.

入力側磁気歯車202の磁石224が設けられた面、及び出力側磁気歯車203の磁石232が設けられた面を磁力発生面と呼ぶ。   The surface of the input side magnetic gear 202 provided with the magnet 224 and the surface of the output side magnetic gear 203 provided with the magnet 232 are referred to as a magnetic force generation surface.

磁石224,232は、入力側磁気歯車202及び出力側磁気歯車203の磁力発生面に軸線周りに、かつ軸線を中心として環状に設けられた磁石固定溝に嵌め込まれて固定されている。入力側磁気歯車202及び出力側磁気歯車203において、軸線から磁石固定溝までの距離(半径)は同じになるよう構成されている。磁石224,232及び磁石固定溝は、第1回転軸1及び第2回転軸5の軸心線を包含する平面で切断した断面が、磁気経路部材204に向かって縮径する台形状に形成されており、この台形状の断面における下底及び斜辺に相当する面で接することにより磁石224,232は磁石固定溝に固定されている。特に、入力側磁気歯車202及び出力側磁気歯車203の磁石固定溝から見て径方向外側の部分は、径方向外側から磁石224,232を拘束する固定部を構成している。これにより、例えば入力側磁気歯車202及び出力側磁気歯車203の回転によってはたらく遠心力による磁石224,232の径方向の動きを拘束することができる。また、磁石224,232は、磁極を軸方向に向けて配置されており、軸方向から見た場合に、周方向にN極とS極が交互に並ぶように配置されている。なお、磁石224,232は、板状の磁石を軸方向、周方向、或いは径方向に積層した構成としても良い。これにより、磁石224,232に発生する渦電流を抑制することができる。   The magnets 224 and 232 are fixed by being fitted into magnet fixing grooves provided around the axis and in an annular shape around the axis on the magnetic force generation surfaces of the input side magnetic gear 202 and the output side magnetic gear 203. The input side magnetic gear 202 and the output side magnetic gear 203 are configured such that the distance (radius) from the axis to the magnet fixing groove is the same. The magnets 224 and 232 and the magnet fixing groove are formed in a trapezoidal shape in which a cross section cut along a plane including the axis of the first rotating shaft 1 and the second rotating shaft 5 is reduced in diameter toward the magnetic path member 204. The magnets 224 and 232 are fixed to the magnet fixing groove by contacting with a surface corresponding to the lower base and the hypotenuse in the trapezoidal cross section. In particular, the portion of the input side magnetic gear 202 and the output side magnetic gear 203 on the outer side in the radial direction when viewed from the magnet fixing groove constitutes a fixing portion that restrains the magnets 224 and 232 from the outer side in the radial direction. Thereby, for example, the radial movements of the magnets 224 and 232 due to the centrifugal force acting by the rotation of the input side magnetic gear 202 and the output side magnetic gear 203 can be restricted. Further, the magnets 224 and 232 are arranged such that the magnetic poles are directed in the axial direction, and when viewed from the axial direction, the N poles and the S poles are arranged alternately in the circumferential direction. The magnets 224 and 232 may be configured by laminating plate-shaped magnets in the axial direction, the circumferential direction, or the radial direction. Thereby, the eddy current generated in the magnets 224 and 232 can be suppressed.

サポート208は、板状に形成され、軸線に直交するように配置されており、軸線を中心とした円形状の孔が設けられている。また、サポート208は、樹脂等の非金属(非磁性体)により形成されており、磁石224,232により発生する磁場による影響を受けにくい構成となっている。したがって、磁石224,232により発生する磁場によってサポート208にはたらく力や発生する渦電流を抑制することができる。   The support 208 is formed in a plate shape and is disposed so as to be orthogonal to the axis, and is provided with a circular hole centered on the axis. The support 208 is made of a non-metal (non-magnetic material) such as a resin, and is not easily affected by the magnetic field generated by the magnets 224 and 232. Accordingly, the force acting on the support 208 and the generated eddy current can be suppressed by the magnetic field generated by the magnets 224 and 232.

磁気経路部材204は、棒状の部材である。その断面形状は限定されないが、例えば長方形(正方形)や円形等の断面形状を有する。磁気経路部材204は一端をサポート208の孔の内側に接続(埋設)されており、他端を径方向に向けて配置されている。また、複数の磁気経路部材204は、サポート208の孔の内側に等間隔に配置されている。すなわち、複数の磁気経路部材204は、軸線周りに環状に、周方向に等間隔に配置されている。   The magnetic path member 204 is a rod-shaped member. Although the cross-sectional shape is not limited, For example, it has cross-sectional shapes, such as a rectangle (square) and a circle. One end of the magnetic path member 204 is connected (embedded) inside the hole of the support 208, and the other end is arranged in the radial direction. The plurality of magnetic path members 204 are arranged at equal intervals inside the hole of the support 208. That is, the plurality of magnetic path members 204 are annularly arranged around the axis and are arranged at equal intervals in the circumferential direction.

軸線から各磁気経路部材204までの距離(半径)は、軸線から磁石224又は磁石232までの距離(半径)と同じになるように設定されており、したがって、磁気経路部材204は、軸方向の磁石224と磁石232の間に位置するよう配置されている。   The distance (radius) from the axis to each magnetic path member 204 is set to be the same as the distance (radius) from the axis to the magnet 224 or magnet 232, and therefore the magnetic path member 204 is It arrange | positions so that it may be located between the magnet 224 and the magnet 232.

また、磁気経路部材204は、表面を絶縁処理した珪素鋼板を周方向、或いは半径方向に積層して形成されている。これにより回転軸1,5方向の磁界の変化により発生する渦電流を抑制することができる。なお、磁石224,232からの磁界によって発生する周方向の回転トルク荷重に対する強度を重視する場合、磁気経路部材204は珪素鋼板を軸方向に積層して形成しても良い。   The magnetic path member 204 is formed by laminating silicon steel plates whose surfaces are insulated in the circumferential direction or the radial direction. Thereby, the eddy current which generate | occur | produces by the change of the magnetic field of the rotating shafts 1 and 5 can be suppressed. When importance is attached to the strength against the circumferential rotational torque load generated by the magnetic field from the magnets 224 and 232, the magnetic path member 204 may be formed by laminating silicon steel plates in the axial direction.

図10に示したように、入力側磁気歯車202の磁力発生面及び磁石224と磁気経路部材204の間、および、出力側磁気歯車203の磁力発生面及び磁石232と磁気経路部材204の間には間隙が設けられており互いに非接触に配置されている。磁気経路部材204は、磁石224と磁石232の間の磁界を互いに伝達するものであり、入力側磁気歯車202と出力側磁気歯車203は、磁気経路部材204を介して磁気的に噛み合っている。   As shown in FIG. 10, the magnetic force generation surface of the input side magnetic gear 202 and between the magnet 224 and the magnetic path member 204, and the magnetic force generation surface of the output side magnetic gear 203 and between the magnet 232 and the magnetic path member 204. Are provided in a non-contact manner with a gap. The magnetic path member 204 transmits a magnetic field between the magnet 224 and the magnet 232 to each other, and the input side magnetic gear 202 and the output side magnetic gear 203 are magnetically engaged via the magnetic path member 204.

磁気歯車装置200の入力側磁気歯車202の回転数と出力側磁気歯車203の回転数の関係は、磁石224,232の員数の比により決まる。第1回転軸1(入力側磁気歯車202)の回転数(入力回転数)をNin、入力側磁気歯車202に設けられた磁石224の員数をXin、第2回転軸5(出力側磁気歯車203)の回転数(出力回転数)をNout、出力側磁気歯車203に設けられた磁石232の員数をXoutとすると、入力回転数Ninと出力回転数Noutの関係は以下の式で表される。   The relationship between the rotational speed of the input-side magnetic gear 202 and the rotational speed of the output-side magnetic gear 203 of the magnetic gear device 200 is determined by the ratio of the number of magnets 224 and 232. The rotation speed (input rotation speed) of the first rotation shaft 1 (input side magnetic gear 202) is Nin, the number of magnets 224 provided in the input side magnetic gear 202 is Xin, and the second rotation shaft 5 (output side magnetic gear 203). ) Is Nout, and the number of magnets 232 provided on the output-side magnetic gear 203 is Xout, the relationship between the input rotation speed Nin and the output rotation speed Nout is expressed by the following equation.

Nin:Nout=Xout:Xin ・・・(2)
例えば、本実施の形態に示したように、磁石224の員数を10(図11参照)、磁石232の員数を14(図12参照)とすると、入力回転数Ninと出力回転軸Noutの比は、14:10となる。
Nin: Nout = Xout: Xin (2)
For example, as shown in the present embodiment, if the number of magnets 224 is 10 (see FIG. 11) and the number of magnets 232 is 14 (see FIG. 12), the ratio between the input rotation speed Nin and the output rotation shaft Nout is 14:10.

入力側磁気歯車202と出力側磁気歯車203の間の伝達可能トルクは、磁石224,232の員数が増えるに従って増加する。また、入力側磁気歯車202と出力側磁気歯車203の間の伝達可能トルクは、磁石224,232それぞれの極性対数と磁気経路部材204の員数の関係で決まる。極性対とは、入力側及び出力側磁気歯車202,203の磁力発生面に環状に配置された磁石224,232のそれぞれにおいて、隣り合って配置されたN極とS極の組のことであり、極性対数とは、N極とS極の組数のことである。   The transmittable torque between the input side magnetic gear 202 and the output side magnetic gear 203 increases as the number of magnets 224 and 232 increases. Further, the transmittable torque between the input side magnetic gear 202 and the output side magnetic gear 203 is determined by the relationship between the number of polar pairs of the magnets 224 and 232 and the number of magnetic path members 204. The polarity pair is a set of N and S poles arranged adjacent to each other in each of the magnets 224 and 232 arranged in an annular shape on the magnetic force generating surfaces of the input side and output side magnetic gears 202 and 203. The polar logarithm is the number of pairs of N and S poles.

磁石224,232の員数を一定とした場合において、磁気経路部材204の員数を磁石224の極性対数と磁石232の極性対数の和となるように構成した場合に、第1回転軸1から第2回転軸5への伝達可能トルクは最大となる。この知見は、フーリエ解析等を用いたシミュレーションにより得られる。例えば、磁石224の極性対数を5(磁石224の員数は10個)、磁石232の極性対数を7(磁石232の員数は14個)とした場合において、磁気経路部材204の員数を12とすると入力側磁気歯車202と出力側磁気歯車203の間の伝達可能トルクは最大となる。   When the number of magnets 224 and 232 is constant, the number of magnetic path members 204 is configured to be the sum of the polar logarithm of magnet 224 and the polar logarithm of magnet 232. The torque that can be transmitted to the rotating shaft 5 is maximized. This knowledge is obtained by simulation using Fourier analysis or the like. For example, when the number of polar pairs of the magnet 224 is 5 (the number of magnets 224 is 10) and the number of the polar pairs of the magnet 232 is 7 (number of magnets 232 is 14), the number of the magnetic path members 204 is 12. The transmittable torque between the input side magnetic gear 202 and the output side magnetic gear 203 is maximized.

その他の構成は、第1の実施の形態と同様である。   Other configurations are the same as those of the first embodiment.

以上のように構成した本実施の形態の動作を説明する。   The operation of the present embodiment configured as described above will be described.

まず、制御部99により、時期軸受装置95を作動させ、回転軸1,5を空中(基準位置)に保持する。   First, the timing bearing device 95 is operated by the control unit 99, and the rotary shafts 1 and 5 are held in the air (reference position).

この状態で、原動機としてのガスタービン98(つまり、圧縮機90及びタービン92)を起動し、第1回転軸1を回転駆動することにより、磁気歯車装置200の入力側磁気歯車202を回転駆動する。入力側磁気歯車202が回転駆動されると、この入力側磁気歯車202と磁気経路部材204を介して磁気的に噛み合う出力側磁気歯車203が、予め定めた減速比に応じた回転数で回転駆動される。出力側磁気歯車203の回転により第2回転軸5が回転駆動されると、負荷機器としての発電機94により、その回転数に応じて発電が行われる。   In this state, the gas turbine 98 (that is, the compressor 90 and the turbine 92) as a prime mover is started and the first rotary shaft 1 is driven to rotate, thereby driving the input side magnetic gear 202 of the magnetic gear device 200 to rotate. . When the input-side magnetic gear 202 is rotationally driven, the output-side magnetic gear 203 that is magnetically engaged with the input-side magnetic gear 202 via the magnetic path member 204 is rotationally driven at a rotational speed corresponding to a predetermined reduction ratio. Is done. When the second rotating shaft 5 is rotationally driven by the rotation of the output side magnetic gear 203, power is generated according to the rotational speed by the generator 94 as a load device.

以上のように構成した本実施の形態においても、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。   Also in the present embodiment configured as described above, the same effects as those of the first embodiment can be obtained.

1 第1回転軸
2,202 入力側磁気歯車
3,203 出力側磁気歯車
4,204 磁気経路部材
5 出力回転軸
24,32,224,232 磁石
25,33 鉄心
41 磁気経路部材ホルダー
43 保持部
90 圧縮機
91 燃焼器
92 タービン
93 中間軸
94 発電機
95 磁気軸受
96 抽気空気管路
100,200 磁気歯車装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st rotating shaft 2,202 Input side magnetic gear 3,203 Output side magnetic gear 4,204 Magnetic path member 5 Output rotating shaft 24,32,224,232 Magnet 25,33 Iron core 41 Magnetic path member holder 43 Holding part 90 Compressor 91 Combustor 92 Turbine 93 Intermediate shaft 94 Generator 95 Magnetic bearing 96 Extraction air pipe 100, 200 Magnetic gear device

Claims (5)

原動機に設けられた第1回転軸と、
負荷機器に設けられた第2回転軸と、
前記第1回転軸及び前記第2回転軸をそれぞれ非接触支持する複数の磁気軸受装置と、
前記第1回転軸と前記第2回転軸とを磁気的に接続し、前記原動機から前記第1回転軸に入力された回転動力を予め定めた減速比で調整して前記第2回転軸に伝達する磁気歯車装置と
を備えたことを特徴とする回転駆動装置。
A first rotating shaft provided in the prime mover;
A second rotating shaft provided in the load device;
A plurality of magnetic bearing devices for supporting the first rotating shaft and the second rotating shaft in a non-contact manner;
The first rotating shaft and the second rotating shaft are magnetically connected, and the rotational power input from the prime mover to the first rotating shaft is adjusted with a predetermined reduction ratio and transmitted to the second rotating shaft. And a magnetic gear device.
請求項1記載の回転駆動装置において、
前記磁気歯車装置は、
第1回転軸の軸線周りに設けた鉄心の径方向外側に向けて設けた磁力発生面に複数の磁石を周方向に並べて配置した第1磁気歯車と、
前記第1磁気歯車を同軸状に囲んで設けられ、前記第1磁気歯車の磁力発生面に対向する鉄心の磁力発生面に複数の磁石を周方向に並べて配置した第2磁気歯車と、
前記第1磁気歯車と前記第2磁気歯車の対向する磁力発生面間に、前記第1磁気歯車と第2磁気歯車の磁極間に介在するように周方向に並べて固設された電磁鋼製の磁気経路部材と、
前記第1磁気歯車の複数の磁石の軸心側に同軸状に設けられた第1非磁性体構造部と、
前記第2磁気歯車の複数の磁石の径方向外側に同軸状に設けられた第2非磁性体構造部と
を備えたことを特徴とする回転駆動装置。
The rotary drive device according to claim 1, wherein
The magnetic gear device includes:
A first magnetic gear in which a plurality of magnets are arranged in a circumferential direction on a magnetic force generation surface provided toward the radially outer side of the iron core provided around the axis of the first rotation shaft;
A second magnetic gear provided coaxially surrounding the first magnetic gear and having a plurality of magnets arranged in a circumferential direction on a magnetic force generating surface of an iron core facing the magnetic force generating surface of the first magnetic gear;
Made of electromagnetic steel fixedly arranged in the circumferential direction so as to be interposed between the magnetic poles of the first magnetic gear and the second magnetic gear between the opposing magnetic force generation surfaces of the first magnetic gear and the second magnetic gear. A magnetic path member;
A first non-magnetic structure part coaxially provided on the axial center side of the plurality of magnets of the first magnetic gear;
A rotary drive device comprising: a second non-magnetic structure portion coaxially provided on a radially outer side of the plurality of magnets of the second magnetic gear.
請求項1記載の回転駆動装置において、
前記磁気歯車装置は、
複数の磁石を前記第1回転軸の軸線周りに設けた鉄心に周方向に並べて配置した磁力発生面を径方向外側に向けて設けた第1磁気歯車と、
前記第1磁気歯車を同軸状に囲んで設けられ、複数の磁石を第2回転軸の軸線周りに周方向に並べて配置した鉄心の磁力発生面を前記第1磁気歯車の磁力発生面に対向するように径方向内側に向けて設けた第2磁気歯車と、
前記第1磁気歯車と前記第2磁気歯車の対向する磁力発生面間に設けられ、前記第1磁気歯車と第2磁気歯車の磁極間に介在するように電磁鋼製の複数の磁気経路部材を周方向に並べて保持する保持部材と
を備えたことを特徴とする回転駆動装置。
The rotary drive device according to claim 1, wherein
The magnetic gear device includes:
A first magnetic gear provided with a plurality of magnets arranged in a circumferential direction on an iron core provided around the axis of the first rotating shaft and having a magnetic force generation surface facing radially outward;
The magnetic force generating surface of the iron core, which is provided coaxially surrounding the first magnetic gear and has a plurality of magnets arranged in the circumferential direction around the axis of the second rotating shaft, faces the magnetic force generating surface of the first magnetic gear. A second magnetic gear provided radially inward as described above,
A plurality of magnetic path members made of electromagnetic steel are provided between the opposing magnetic force generation surfaces of the first magnetic gear and the second magnetic gear and are interposed between the magnetic poles of the first magnetic gear and the second magnetic gear. A rotation drive device comprising: a holding member that is arranged and held in a circumferential direction.
請求項1記載の回転駆動装置において、
前記磁気歯車装置は、
複数の磁石を前記第1回転軸の軸線周りに環状に配置した磁力発生面を軸方向に向けた第1磁気歯車と、
前記第1磁気歯車と同軸上に設けられ、複数の磁石を第2回転軸の軸線周りに環状に配置した磁力発生面を前記第1磁気歯車の磁力発生面に対向させた第2側磁気歯車と、
前記第1磁気歯車と前記第2磁気歯車の対向する磁力発生面間にて、前記第1磁気歯車と前記第2磁気歯車の磁石間に介在するように環状に固設された電磁鋼製の複数の磁気経路部材と、
前記第1磁気歯車及び前記第2磁気歯車の磁力発生面に設けられ、少なくとも各磁気歯車の径方向の外側から前記磁石を拘束する固定部と
を備えたことを特徴とする回転駆動装置。
The rotary drive device according to claim 1, wherein
The magnetic gear device includes:
A first magnetic gear having a plurality of magnets arranged in a ring around the axis of the first rotation axis and having a magnetic force generation surface directed in the axial direction;
A second-side magnetic gear provided coaxially with the first magnetic gear and having a plurality of magnets arranged annularly around the axis of the second rotation shaft so as to face the magnetic force generation surface of the first magnetic gear When,
Made of electromagnetic steel fixed annularly between the magnets of the first magnetic gear and the second magnetic gear between the opposing magnetic force generation surfaces of the first magnetic gear and the second magnetic gear. A plurality of magnetic path members;
A rotary drive device comprising: a fixing portion that is provided on a magnetic force generation surface of each of the first magnetic gear and the second magnetic gear and that restrains the magnet from at least the radial outer side of each magnetic gear.
原動機および負荷機器と、
前記原動機に設けられた第1回転軸と、
前記負荷機器に設けられた第2回転軸と、
前記第1回転軸及び前記第2回転軸をそれぞれ非接触支持する複数の磁気軸受装置と、
前記第1回転軸と前記第2回転軸とを磁気的に接続し、前記原動機から前記第1回転軸に入力された回転動力を、予め定めた減速比に応じて調整し前記第2回転軸に伝達する磁気歯車装置と
を備えたことを特徴とするプラント設備。
Prime mover and load equipment,
A first rotating shaft provided in the prime mover;
A second rotating shaft provided in the load device;
A plurality of magnetic bearing devices for supporting the first rotating shaft and the second rotating shaft in a non-contact manner;
The first rotating shaft and the second rotating shaft are magnetically connected, and the rotational power input from the prime mover to the first rotating shaft is adjusted according to a predetermined reduction ratio, and the second rotating shaft A plant equipment comprising a magnetic gear device for transmitting to a plant.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2019167972A (en) * 2018-03-22 2019-10-03 国立大学法人東北大学 Magnetic gear
JP2019168010A (en) * 2018-03-22 2019-10-03 国立大学法人東北大学 Magnetic gear
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