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JP2023111002A - Composite bearings and compressor - Google Patents

Composite bearings and compressor Download PDF

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JP2023111002A
JP2023111002A JP2022012600A JP2022012600A JP2023111002A JP 2023111002 A JP2023111002 A JP 2023111002A JP 2022012600 A JP2022012600 A JP 2022012600A JP 2022012600 A JP2022012600 A JP 2022012600A JP 2023111002 A JP2023111002 A JP 2023111002A
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Japan
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outer ring
bearing
rotating shaft
inner ring
composite
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Application number
JP2022012600A
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Japanese (ja)
Inventor
茂一 青山
Shigeichi Aoyama
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IHI Corp
Original Assignee
IHI Corp
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Publication date
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Abstract

To restrain loss of a function of protecting a rotating body.SOLUTION: A first composite bearing 10A and a second composite bearing 10B each comprise a magnetic bearing 20 rotatably supporting a rotating shaft 2 in a non-contact manner by a magnetic force, and a double row ball bearing 30 having an internal diameter in non-contact with the rotating shaft 2 supported by the magnetic bearing 20. The double row ball bearing 30 comprises an inner ring 31, a first outer ring 32 and a second outer ring 33 arranged in parallel along a rotation axis A of the rotating shaft 2, first rolling elements 34 arranged between the first outer ring 32 and the inner ring 31, and second rolling elements 35 arranged between the second outer ring 33 and the inner ring 31. When relative motion does not occur between the inner ring 31 and the first outer ring 32 and between the inner ring 31 and the second outer ring 33, a second preload is larger than a first preload.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、複合軸受及び複合軸受を備えた圧縮機に関する。 The present invention relates to composite bearings and compressors with composite bearings.

特許文献1は、タッチダウン軸受に関する技術を開示する。タッチダウン軸受は、磁気軸受と共に回転機械に採用される。磁気軸受は、回転軸を非接触で支持する。この磁気軸受が何らかの要因によって支持機能を喪失したときにタッチダウン軸受が支持機能を代替する。 Patent Literature 1 discloses a technique related to a touchdown bearing. Touchdown bearings are employed in rotating machinery along with magnetic bearings. A magnetic bearing supports the rotating shaft in a non-contact manner. When this magnetic bearing loses its supporting function for some reason, the touchdown bearing takes over the supporting function.

特開2019-138333号公報JP 2019-138333 A

タッチダウン軸受として、複数の転動体を採用した玉軸受が用いられる。通常は、回転軸は、磁気軸受によって支持されている。従って、玉軸受は機能していない。磁気軸受の支持機能が喪失されることによって玉軸受が支持機能を代替するとき、玉軸受の内輪の動作は、静止状態から所定の回転速度まで移行する。さらに、玉軸受が支持機能を代替するとき、玉軸受は、回転軸との接触が生じた瞬間に、過渡的なアキシャル荷重を受ける。玉軸受の動作が静止状態から所定の回転速度に移行する間に過渡的なアキシャル荷重が玉軸受に作用すると、内輪や外輪に対する転動体のすべりを生じさせる恐れがある。転動体のすべりは、転動体にダメージを与える。その結果、玉軸受の支持機能を損なうことがあり得る。つまり、玉軸受による回転体を保護する機能が確実に発揮されない状況が生じる。 A ball bearing employing a plurality of rolling elements is used as a touchdown bearing. The rotating shaft is usually supported by magnetic bearings. Therefore the ball bearing is not working. When the support function of the magnetic bearing is lost and the ball bearing takes over the support function, the movement of the inner ring of the ball bearing transitions from rest to a predetermined rotational speed. Furthermore, when ball bearings take over the supporting function, the ball bearings are subjected to transient axial loads at the moment contact with the rotating shaft occurs. If a transient axial load acts on the ball bearing while the ball bearing is moving from a stationary state to a predetermined rotational speed, there is a risk of slippage of the rolling elements relative to the inner and outer rings. Slippage of the rolling elements damages the rolling elements. As a result, the supporting function of the ball bearing may be impaired. In other words, a situation arises in which the function of protecting the rotating body by the ball bearing is not reliably exhibited.

本発明は、回転体を保護する機能の喪失を抑制可能な複合軸受と当該複合軸受を備えた圧縮機を提供する。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a composite bearing capable of suppressing loss of a function to protect a rotating body, and a compressor equipped with the composite bearing.

本発明の一形態である複合軸受は、磁力によって回転軸を非接触で回転可能に支持する磁気軸受と、磁気軸受によって支持されている状態の回転軸に対して接触しない内径を有する複列玉軸受と、を備え、複列玉軸受は、内輪と、回転軸の軸線に沿って並置される第1外輪及び第2外輪と、第1外輪と内輪との間に配置された第1転動体と、第2外輪と内輪との間に配置された第2転動体と、を有し、内輪と第1外輪及び内輪と第2外輪との間に相対的な運動が生じていない状態において、第1転動体に作用する第1予圧及び第2転動体に作用する第2予圧の何れか一方は、他方より大きい。 A composite bearing, which is one embodiment of the present invention, includes a magnetic bearing that rotatably supports a rotating shaft by magnetic force without contact, and a double-row ball that has an inner diameter that does not come into contact with the rotating shaft supported by the magnetic bearing. a bearing, wherein the double-row ball bearing comprises an inner ring, a first outer ring and a second outer ring juxtaposed along the axis of the rotating shaft, and a first rolling element arranged between the first outer ring and the inner ring. and a second rolling element disposed between the second outer ring and the inner ring, and in a state where no relative motion occurs between the inner ring and the first outer ring and between the inner ring and the second outer ring, Either one of the first preload acting on the first rolling element and the second preload acting on the second rolling element is greater than the other.

複合軸受は、通常状態であるとき磁気軸受によって回転軸が支持される。磁気軸受の支持機能が喪失された場合には、複列玉軸受によって回転軸が支持される。回転軸の支持が磁気軸受から複列玉軸受に切り替わるとき、アキシャル方向の荷重が複列玉軸受に作用する。このアキシャル方向の荷重は、第1転動体に作用する第1予圧又は第2転動体に作用する第2予圧の状態に変化をもたらす。これらの予圧の状態が変化すると、内輪又は外輪に対する転動体のすべりが生じる可能性がある。複列玉軸受では、第1予圧及び第2予圧の一方が他方より大きく設定されている。その結果、複列玉軸受の第1予圧及び第2予圧の初期状態をアキシャル荷重が作用したときに、第1予圧及び第2予圧の差異が小さくなるように設定することが可能になる。その結果、内輪又は外輪に対する転動体のすべりの発生が抑制されるので、複列玉軸受の支持機能を確保することができる。従って、複合軸受は、磁気軸受が支持機能を喪失した場合には、複列玉軸受が回転体の支持機能を代替することができるので、回転体を保護する機能の喪失を抑制することができる。 In the composite bearing, the rotating shaft is supported by the magnetic bearing in the normal state. When the support function of the magnetic bearing is lost, the rotary shaft is supported by the double-row ball bearing. When the support of the rotary shaft is switched from the magnetic bearing to the double-row ball bearing, an axial load acts on the double-row ball bearing. This axial load changes the state of the first preload acting on the first rolling element or the second preload acting on the second rolling element. Changes in these preload conditions can result in slippage of the rolling elements relative to the inner or outer ring. In the double-row ball bearing, one of the first preload and the second preload is set larger than the other. As a result, the initial states of the first preload and the second preload of the double-row ball bearing can be set so that the difference between the first preload and the second preload becomes small when an axial load acts. As a result, the rolling elements are prevented from slipping on the inner ring or the outer ring, so that the supporting function of the double-row ball bearing can be ensured. Therefore, in the composite bearing, when the magnetic bearing loses its supporting function, the double-row ball bearing can replace the supporting function of the rotating body, so loss of the function of protecting the rotating body can be suppressed. .

一形態の複合軸受において、内輪は、第2外輪から第1外輪に向かう外力を受け、第2予圧は、第1予圧より大きくてもよい。この構成によれば、アキシャル荷重によって第2予圧が低下することを抑制できる。 In one form of composite bearing, the inner ring receives an external force directed from the second outer ring toward the first outer ring, and the second preload may be greater than the first preload. According to this configuration, it is possible to suppress a decrease in the second preload due to the axial load.

一形態の複合軸受において、内輪は、第2外輪から第1外輪に向かう外力を受け、第2転動体の第2接触角は、第1転動体の第1接触角より大きくてもよい。この構成でも、アキシャル荷重によって第2予圧が低下することを抑制できる。 In one form of the composite bearing, the inner ring may receive an external force directed from the second outer ring toward the first outer ring, and the second contact angle of the second rolling element may be greater than the first contact angle of the first rolling element. Even with this configuration, it is possible to suppress a decrease in the second preload due to the axial load.

本発明の別の形態である圧縮機は、上記の複合軸受と、複合軸受によって回転可能に支持される回転軸と、回転軸を駆動する動力を提供する動力部と、回転軸に固定されたインペラと、を備える。この圧縮機は、回転体を保護する機能の喪失を抑制できる複合軸受を備えている。従って、圧縮機は、その機能を安定して発揮し続けることができる。 A compressor according to another aspect of the present invention includes the above-described composite bearing, a rotating shaft rotatably supported by the composite bearing, a power section for providing power to drive the rotating shaft, and a an impeller; This compressor has a composite bearing that can suppress the loss of the function to protect the rotating body. Therefore, the compressor can continue to exhibit its function stably.

別の形態の圧縮機において、インペラは、回転軸の一方の端部に1個だけ設けられており、複合軸受は、第1外輪よりも第2外輪がインペラに近い側になるように、回転軸に対して配置されていてもよい。この構成によっても、複合軸受によって回転体を保護する機能の喪失が抑制されるので、圧縮機は、その機能を安定して発揮し続けることができる。 In another form of compressor, only one impeller is provided at one end of the rotating shaft, and the composite bearing rotates so that the second outer ring is closer to the impeller than the first outer ring. It may be arranged with respect to the axis. With this configuration as well, loss of the function of protecting the rotating body by the composite bearing is suppressed, so that the compressor can stably continue to exhibit its function.

別の形態の圧縮機において、インペラは、回転軸の両側の端部にそれぞれ設けられており、複合軸受は、2個のインペラのうち、高圧側に配置されているインペラに近い側になるように、回転軸に対して配置されていてもよい。この構成によっても、複合軸受によって回転体を保護する機能の喪失が抑制されるので、圧縮機は、その機能を安定して発揮し続けることができる。 In another form of compressor, the impellers are provided on both ends of the rotating shaft, respectively, and the composite bearing is arranged on the side of the two impellers closer to the impeller located on the high pressure side. , may be arranged with respect to the axis of rotation. With this configuration as well, loss of the function of protecting the rotating body by the composite bearing is suppressed, so that the compressor can stably continue to exhibit its function.

本発明によれば、回転体を保護する機能の喪失を抑制可能な複合軸受と当該複合軸受を備えた圧縮機が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the compressor provided with the composite bearing which can suppress the loss of the function which protects a rotating body, and the said composite bearing is provided.

図1は、複合軸受を備えた圧縮機の全体構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of a compressor provided with composite bearings. 図2は、複合軸受を構成する複列玉軸受の構造の一部を拡大して示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing an enlarged part of the structure of a double-row ball bearing that constitutes a composite bearing.

以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and overlapping descriptions are omitted.

図1に示すように、圧縮機1は、回転軸2と、モータ3(動力部)と、第1の複合軸受10Aと、第2の複合軸受10Bと、を有する。回転軸2の第1の端部には、第1のコンプレッサインペラ4が設けられ、回転軸2の第2の端部には、第2のコンプレッサインペラ5が設けられている。第1のコンプレッサインペラ4と第2のコンプレッサインペラ5と回転軸2は、第1の複合軸受10A及び第2の複合軸受10Bによって支持される回転体7を構成する。従って、この圧縮機1は、モータ3によって駆動される2段式の圧縮機である。例えば、第1のコンプレッサインペラ4によって圧縮された気体が第2のコンプレッサインペラ5に送られて、さらに圧縮される。なお、圧縮機1は、第2のコンプレッサインペラ5を省略し、単段式の圧縮機としてもよい。 As shown in FIG. 1, the compressor 1 has a rotating shaft 2, a motor 3 (power section), a first composite bearing 10A, and a second composite bearing 10B. A first compressor impeller 4 is provided at a first end of the rotating shaft 2 , and a second compressor impeller 5 is provided at a second end of the rotating shaft 2 . The first compressor impeller 4, the second compressor impeller 5, and the rotary shaft 2 constitute a rotor 7 supported by a first composite bearing 10A and a second composite bearing 10B. Therefore, this compressor 1 is a two-stage compressor driven by the motor 3 . For example, gas compressed by the first compressor impeller 4 is sent to the second compressor impeller 5 for further compression. Note that the compressor 1 may be a single-stage compressor by omitting the second compressor impeller 5 .

回転軸2、モータ3、第1の複合軸受10A、第2の複合軸受10B、第1のコンプレッサインペラ4及び第2のコンプレッサインペラ5は、圧縮機1のハウジング(不図示)に収容されている。モータ3は、回転軸2に設けられたロータ8と、ロータ8の周囲に配置されたステータ9と、を有する。モータ3は、ロータ8を回転させることで、回転軸2を回転させる。 The rotating shaft 2, the motor 3, the first composite bearing 10A, the second composite bearing 10B, the first compressor impeller 4 and the second compressor impeller 5 are housed in a housing (not shown) of the compressor 1. . The motor 3 has a rotor 8 provided on the rotary shaft 2 and a stator 9 arranged around the rotor 8 . The motor 3 rotates the rotary shaft 2 by rotating the rotor 8 .

圧縮機1には、第1の複合軸受10A及び第2の複合軸受10Bが配置されている。第1の複合軸受10A及び第2の複合軸受10Bは、回転軸2の長手方向に離間する。第1の複合軸受10Aは、モータ3と第1のコンプレッサインペラ4との間に配置されている。第2の複合軸受10Bは、モータ3と第2のコンプレッサインペラ5との間に配置されている。つまり、第1の複合軸受10A及び第2の複合軸受10Bは、モータ3を挟む。第1の複合軸受10A及び第2の複合軸受10Bは、回転軸2を回転可能に支持する。第1の複合軸受10A及び第2の複合軸受10Bは、回転軸2の径方向の外力(ラジアル荷重)を受ける。なお、第1の複合軸受10A及び第2の複合軸受10Bは、軸方向の荷重(スラスト荷重)を受ける構造を備えていてもよい。 A first composite bearing 10A and a second composite bearing 10B are arranged in the compressor 1 . The first composite bearing 10A and the second composite bearing 10B are spaced apart in the longitudinal direction of the rotating shaft 2 . A first composite bearing 10A is arranged between the motor 3 and the first compressor impeller 4 . A second composite bearing 10B is arranged between the motor 3 and the second compressor impeller 5 . That is, the motor 3 is sandwiched between the first composite bearing 10A and the second composite bearing 10B. The first composite bearing 10A and the second composite bearing 10B rotatably support the rotary shaft 2 . The first composite bearing 10A and the second composite bearing 10B receive an external force (radial load) in the radial direction of the rotating shaft 2 . Note that the first composite bearing 10A and the second composite bearing 10B may have a structure that receives an axial load (thrust load).

第1の複合軸受10A及び第2の複合軸受10Bは、それぞれ磁気軸受20と、複列玉軸受30と、を有する。一例として、磁気軸受20は、モータ3側に配置されており、複列玉軸受30は、第1のコンプレッサインペラ4側に配置されている。なお、磁気軸受20及び複列玉軸受30の配置は、逆でもよい。つまり、磁気軸受20は、第1のコンプレッサインペラ4側に配置されており、複列玉軸受30は、モータ3側に配置されていてもよい。 The first composite bearing 10A and the second composite bearing 10B each have a magnetic bearing 20 and a double row ball bearing 30. As shown in FIG. As an example, the magnetic bearing 20 is arranged on the motor 3 side, and the double-row ball bearing 30 is arranged on the first compressor impeller 4 side. The arrangement of the magnetic bearing 20 and the double row ball bearing 30 may be reversed. That is, the magnetic bearing 20 may be arranged on the first compressor impeller 4 side, and the double-row ball bearing 30 may be arranged on the motor 3 side.

磁気軸受20は、回転軸2を回転可能に非接触で支持する。磁気軸受20は、周知の構成によって回転軸2の支持位置を制御する。磁気軸受20は、回転軸2が基準位置からずれたときに、回転軸2を基準位置に復帰させる復元力を発生する。磁気軸受20は、貫通穴である磁気軸受穴20Hを有する。磁気軸受穴20Hの内径は、回転軸2の外径よりも大きい。磁気軸受20の内周面と回転軸2の外周面との間には、所定の隙間が設けられている。磁気軸受20の内周面とは、例えば、電磁力を生じる電磁石によって定義されることもある。磁気軸受20の内周面とは、例えば、電磁石に対する回転軸2の位置を計測する位置センサによって定義されることもある。 The magnetic bearing 20 rotatably supports the rotating shaft 2 in a non-contact manner. The magnetic bearing 20 controls the support position of the rotating shaft 2 by a well-known structure. The magnetic bearing 20 generates a restoring force that returns the rotating shaft 2 to the reference position when the rotating shaft 2 deviates from the reference position. The magnetic bearing 20 has a magnetic bearing hole 20H that is a through hole. The inner diameter of the magnetic bearing hole 20H is larger than the outer diameter of the rotating shaft 2 . A predetermined gap is provided between the inner peripheral surface of the magnetic bearing 20 and the outer peripheral surface of the rotating shaft 2 . The inner peripheral surface of the magnetic bearing 20 may be defined, for example, by an electromagnet that produces an electromagnetic force. The inner peripheral surface of the magnetic bearing 20 may be defined, for example, by a position sensor that measures the position of the rotating shaft 2 with respect to the electromagnet.

複列玉軸受30は、磁気軸受20が回転軸2を支持できない状況において、回転軸2を支持する。つまり、複列玉軸受30は、タッチダウン軸受であるとも言える。例えば、磁気軸受20が支持機能を発揮しているときに、磁気軸受20が許容できない程度の外乱力が作用した場合が挙げられる。また、回転軸2の回転開始前や回転終了時において、磁気軸受20と回転軸2との接触を回避するために用いることもある。 The double row ball bearing 30 supports the rotating shaft 2 in a situation where the magnetic bearing 20 cannot support the rotating shaft 2 . That is, it can be said that the double-row ball bearing 30 is a touchdown bearing. For example, when the magnetic bearing 20 is exerting its support function, a disturbance force that cannot be tolerated by the magnetic bearing 20 acts. It may also be used to avoid contact between the magnetic bearing 20 and the rotating shaft 2 before the rotation of the rotating shaft 2 starts or when the rotation ends.

複列玉軸受30は、貫通穴である玉軸受穴30Hを有する。複列玉軸受30の内径は、回転軸2の外径よりも大きい。換言すると、複列玉軸受30は、磁気軸受20によって支持されている状態の回転軸2に対して接触しない内径を有する。複列玉軸受30の内周面と回転軸2の外周面との間には、所定の隙間が設けられている。複列玉軸受30の内周面と回転軸2の外周面との間の隙間は、磁気軸受20の内周面と回転軸2の外周面との間の隙間よりも小さい。その結果、回転軸2が径方向に大きく移動した場合には、回転軸2は、磁気軸受20の内周面よりも複列玉軸受30の内周面に先に接触する。 The double row ball bearing 30 has a ball bearing hole 30H which is a through hole. The inner diameter of the double row ball bearing 30 is larger than the outer diameter of the rotating shaft 2 . In other words, the double-row ball bearing 30 has an inner diameter that does not come into contact with the rotating shaft 2 supported by the magnetic bearing 20 . A predetermined gap is provided between the inner peripheral surface of the double-row ball bearing 30 and the outer peripheral surface of the rotating shaft 2 . The gap between the inner peripheral surface of double-row ball bearing 30 and the outer peripheral surface of rotating shaft 2 is smaller than the gap between the inner peripheral surface of magnetic bearing 20 and the outer peripheral surface of rotating shaft 2 . As a result, when the rotating shaft 2 moves in the radial direction, the rotating shaft 2 contacts the inner peripheral surface of the double-row ball bearing 30 earlier than the inner peripheral surface of the magnetic bearing 20 .

図2は、複列玉軸受30の断面を拡大して示す。複列玉軸受30は、内輪31と、第1外輪32と、第2外輪33と、第1転動体34と、第2転動体35と、を有する。 FIG. 2 shows an enlarged cross section of the double-row ball bearing 30 . The double row ball bearing 30 has an inner ring 31 , a first outer ring 32 , a second outer ring 33 , a first rolling element 34 and a second rolling element 35 .

内輪31は、輪状の形状を有する。内輪31の内周側の面は、内径面31aと称される。内径面31aは、回転軸2を挿通させる玉軸受穴30Hを構成する。内径面31aの内径は、回転軸2の外径よりも大きい。従って、内径面31aと回転軸2の外周面との間には、隙間が形成される。内輪31の外周側の面は、第1内輪軌道面31bと第2内輪軌道面31cとを含む。内輪軌道面は、軌道溝とも称される。第1内輪軌道面31bは、第2内輪軌道面31cに対して回転軸線Aの方向に離間している。 The inner ring 31 has a ring-like shape. A surface on the inner peripheral side of the inner ring 31 is referred to as an inner diameter surface 31a. The inner diameter surface 31a constitutes a ball bearing hole 30H through which the rotating shaft 2 is inserted. The inner diameter of the inner diameter surface 31 a is larger than the outer diameter of the rotating shaft 2 . Therefore, a gap is formed between the inner diameter surface 31 a and the outer peripheral surface of the rotating shaft 2 . The outer peripheral surface of the inner ring 31 includes a first inner ring raceway surface 31b and a second inner ring raceway surface 31c. The inner ring raceway surface is also called a raceway groove. The first inner ring raceway surface 31b is separated in the direction of the rotation axis A from the second inner ring raceway surface 31c.

第1外輪32も輪状の形状を有する。第1外輪32の内周側の面は、第1外輪軌道面32aを含む。第1外輪軌道面32aは、第1内輪軌道面31bと対面する。第1外輪軌道面32aと第1内輪軌道面31bとの間には、複数の第1転動体34が配置される。第1転動体34は、金属製の球体である。第1転動体34は、保持器によって保持される構成でもよい。従って、第1外輪軌道面32aの内径は、第1内輪軌道面31bの外径よりも大きく、第1外輪軌道面32aと第1内輪軌道面31bとの間には、第1転動体34が配置可能な隙間が設けられる。また、第1外輪32において、回転軸線Aに沿う方向の外輪厚みは、回転軸線Aに沿う方向の内輪厚みよりも小さい。一例として、外輪厚みは、内輪厚みの半分よりもわずかに小さい。 The first outer ring 32 also has a ring-like shape. The inner peripheral surface of the first outer ring 32 includes a first outer ring raceway surface 32a. The first outer ring raceway surface 32a faces the first inner ring raceway surface 31b. A plurality of first rolling elements 34 are arranged between the first outer ring raceway surface 32a and the first inner ring raceway surface 31b. The first rolling element 34 is a metal sphere. The first rolling element 34 may be configured to be held by a retainer. Therefore, the inner diameter of the first outer ring raceway surface 32a is larger than the outer diameter of the first inner ring raceway surface 31b, and the first rolling elements 34 are provided between the first outer ring raceway surface 32a and the first inner ring raceway surface 31b. Positionable gaps are provided. Further, in the first outer ring 32 , the outer ring thickness in the direction along the rotation axis A is smaller than the inner ring thickness in the direction along the rotation axis A. As an example, the outer ring thickness is slightly less than half the inner ring thickness.

第1外輪32の外周側の面は、外径面32bと称される。外径面32bは、ハウジング51に接触してもよい。第1外輪32は、外輪厚みの方向において、第1外側端面32cと、第1内側端面32dと、を有する。第1外側端面32cは、外側を向く。例えば、第1外側端面32cは、固定部52に押圧されてもよい。この押圧によって第1与圧が発生する。第1内側端面32dは、内側を向く。この内側とは、第2外輪33に対面する向きである。従って、第1内側端面32dは、第2外輪33に当接する。 A surface on the outer peripheral side of the first outer ring 32 is referred to as an outer diameter surface 32b. Outer diameter surface 32 b may contact housing 51 . The first outer ring 32 has a first outer end face 32c and a first inner end face 32d in the direction of outer ring thickness. The first outer end surface 32c faces outward. For example, the first outer end face 32c may be pressed against the fixing portion 52. As shown in FIG. A first pressurization is generated by this pressing. The first inner end face 32d faces inward. The inner side is the direction facing the second outer ring 33 . Therefore, the first inner end face 32d contacts the second outer ring 33. As shown in FIG.

第2外輪33は、回転軸線Aの方向において第1外輪32に隣接する。第2外輪33は、第1外輪32と同様の構成を有する。つまり、第2外輪33も、第2外輪軌道面33aと、第2外径面33bと、第2外側端面33cと、第2内側端面33dと、を有する。これらの構成は、第1外輪32と同様であるから、詳細な説明は省略する。 The second outer ring 33 is adjacent to the first outer ring 32 in the direction of the rotation axis A. As shown in FIG. The second outer ring 33 has a configuration similar to that of the first outer ring 32 . That is, the second outer ring 33 also has a second outer ring raceway surface 33a, a second outer diameter surface 33b, a second outer end surface 33c, and a second inner end surface 33d. Since these configurations are the same as those of the first outer ring 32, detailed description thereof will be omitted.

ここで、第1の複合軸受10A及び第2の複合軸受10Bが備える複列玉軸受30において特徴的な構成を説明する。内輪31と第1外輪32及び内輪31と第2外輪33との間に相対的な運動が生じていない状態において、第1転動体34に作用する第1予圧及び第2転動体35に作用する第2予圧の何れか一方は、他方より大きい。 Here, a characteristic configuration of the double-row ball bearings 30 included in the first composite bearing 10A and the second composite bearing 10B will be described. A first preload acting on the first rolling element 34 and a second preload acting on the second rolling element 35 in a state where there is no relative motion between the inner ring 31 and the first outer ring 32 and between the inner ring 31 and the second outer ring 33 Either one of the second preloads is greater than the other.

例えば、図2では、あらかじめ第1転動体34の第1予圧よりも第2転動体35の第2予圧が大きくされている。予圧の相違は、いくつかの手段によって実現される。例えば、第2転動体35が接触する第2内輪軌道面31cの形状及び第2転動体35が接触する第2外輪軌道面33aの形状によって、予圧の大きさを実現できる。換言すると、第1転動体34に定義される第1接触角T1と第2転動体35とに定義される第2接触角T2とを互いに異ならせる。図2の例では、第2転動体35における第2接触角T2を第1転動体34における第1接触角T1よりも大きくする。このような構成によると、第2外輪33から第1外輪32に向かうアキシャル荷重が、回転軸2から内輪31に作用した場合でも、第2転動体35に作用する第2予圧が小さくなりすぎない。その結果、第2転動体35のすべりが抑制されるので、ひいては発熱も抑制される。なお、第2転動体35のすべりの発生は、すべりが発生しないとされる最低予圧によって定義できる。つまり、アキシャル荷重が作用して第2転動体35に作用する第2予圧が小さくなった場合でも、当該第2予圧が最低予圧より大きくなるように設定すればよい。 For example, in FIG. 2, the second preload of the second rolling element 35 is made larger than the first preload of the first rolling element 34 in advance. Differential preload is achieved by several means. For example, the magnitude of the preload can be achieved by the shape of the second inner ring raceway surface 31c with which the second rolling elements 35 contact and the shape of the second outer ring raceway surface 33a with which the second rolling elements 35 contact. In other words, the first contact angle T1 defined on the first rolling element 34 and the second contact angle T2 defined on the second rolling element 35 are made different from each other. In the example of FIG. 2 , the second contact angle T2 on the second rolling element 35 is made larger than the first contact angle T1 on the first rolling element 34 . According to such a configuration, even when an axial load directed from the second outer ring 33 to the first outer ring 32 acts on the inner ring 31 from the rotating shaft 2, the second preload acting on the second rolling elements 35 does not become too small. . As a result, the slippage of the second rolling elements 35 is suppressed, and heat generation is also suppressed. The occurrence of slippage of the second rolling elements 35 can be defined by the minimum preload at which slippage does not occur. That is, even if the axial load acts and the second preload acting on the second rolling elements 35 becomes small, the second preload may be set to be greater than the minimum preload.

なお、予圧の大きさを設定する手段は、第2内輪軌道面31c及び第2外輪軌道面33aの構成に限定されない。例えば、第2転動体35の玉径を第1転動体34の玉径と異ならせてもよい。 Note that the means for setting the magnitude of the preload is not limited to the configuration of the second inner ring raceway surface 31c and the second outer ring raceway surface 33a. For example, the ball diameter of the second rolling element 35 may be different from the ball diameter of the first rolling element 34 .

図1の例では、第1のコンプレッサインペラ4によって圧縮された気体が第2のコンプレッサインペラ5に送られ、さらに圧縮される。つまり、第1のコンプレッサインペラ4は低圧側であり、第2のコンプレッサインペラ5は高圧側である。そうすると、回転軸2には、高圧側から低圧側に向かう力が作用する。換言すると、第2のコンプレッサインペラ5から第1のコンプレッサインペラ4に向かう力が作用する。そして、回転軸2が複列玉軸受30に接触した場合には、第2のコンプレッサインペラ5から第1のコンプレッサインペラ4に向かう力がアキシャル荷重として内輪31に作用する。 In the example of FIG. 1, the gas compressed by the first compressor impeller 4 is sent to the second compressor impeller 5 and further compressed. That is, the first compressor impeller 4 is on the low pressure side and the second compressor impeller 5 is on the high pressure side. Then, a force acting from the high pressure side to the low pressure side acts on the rotating shaft 2 . In other words, a force acts from the second compressor impeller 5 toward the first compressor impeller 4 . When the rotary shaft 2 contacts the double-row ball bearing 30, a force directed from the second compressor impeller 5 toward the first compressor impeller 4 acts on the inner ring 31 as an axial load.

このような場合には、高圧側に配置される第2外輪33の第2予圧を低圧側に配置される第1外輪32の第1予圧よりも大きくなるように設定する。その結果、第2のコンプレッサインペラ5から第1のコンプレッサインペラ4に向かう力がアキシャル荷重に対して好適に対応できる。 In such a case, the second preload of the second outer ring 33 arranged on the high pressure side is set to be greater than the first preload of the first outer ring 32 arranged on the low pressure side. As a result, the force directed from the second compressor impeller 5 to the first compressor impeller 4 can appropriately cope with the axial load.

第1の複合軸受10A及び第2の複合軸受10Bは、磁力によって回転軸2を非接触で回転可能に支持する磁気軸受20と、磁気軸受20によって支持されている状態の回転軸2に対して接触しない内径を有する複列玉軸受30と、を備える。複列玉軸受30は、内輪31と、回転軸2の回転軸線Aに沿って並置される第1外輪32及び第2外輪33と、第1外輪32と内輪31との間に配置された第1転動体34と、第2外輪33と内輪31との間に配置された第2転動体35と、を有する。内輪31と第1外輪32及び内輪31と第2外輪33との間に相対的な運動が生じていない状態において、第2転動体に作用する第2予圧は、第1転動体34に作用する第1予圧より大きい。 The first composite bearing 10A and the second composite bearing 10B are provided with a magnetic bearing 20 that rotatably supports the rotating shaft 2 without contact by magnetic force, and with respect to the rotating shaft 2 supported by the magnetic bearing 20. a double row ball bearing 30 having a non-contacting inner diameter. The double-row ball bearing 30 includes an inner ring 31, a first outer ring 32 and a second outer ring 33 arranged side by side along the rotation axis A of the rotating shaft 2, and a first outer ring 32 and the inner ring 31 arranged between the first outer ring 32 and the inner ring 31. It has one rolling element 34 and a second rolling element 35 arranged between the second outer ring 33 and the inner ring 31 . The second preload acting on the second rolling elements acts on the first rolling elements 34 in a state where there is no relative motion between the inner ring 31 and the first outer ring 32 and between the inner ring 31 and the second outer ring 33. greater than the first preload.

第1の複合軸受10A及び第2の複合軸受10Bは、通常状態であるときに磁気軸受20によって回転軸2が支持される。磁気軸受20の支持機能が喪失された場合には、複列玉軸受30によって回転軸2が支持される。回転軸2の支持が磁気軸受20から複列玉軸受30に切り替わるとき、アキシャル荷重が複列玉軸受30に作用する。このアキシャル荷重は、第1転動体34に作用する第1予圧又は第2転動体35に作用する第2予圧の状態に変化をもたらす。これらの予圧の状態が変化すると、第1転動体34又は第2転動体35のすべりが生じる可能性がある。複列玉軸受30では、第1予圧及び第2予圧の一方が他方より大きく設定されている。その結果、複列玉軸受30の第1予圧及び第2予圧の初期状態をアキシャル荷重が作用したときに、第1予圧及び第2予圧の差異が小さくなるように設定することが可能になる。その結果、第1転動体34又は第2転動体35のすべりの発生が抑制されるので、複列玉軸受30の支持機能を確保することができる。従って、第1の複合軸受10A及び第2の複合軸受10Bは、磁気軸受20が支持機能を喪失した場合には、複列玉軸受30が回転体7の支持機能を代替することができるので、回転体7を保護する機能の喪失を抑制することができる。 Rotating shaft 2 is supported by magnetic bearing 20 when first composite bearing 10A and second composite bearing 10B are in a normal state. When the support function of the magnetic bearing 20 is lost, the rotary shaft 2 is supported by the double-row ball bearing 30 . When the support of the rotary shaft 2 is switched from the magnetic bearing 20 to the double-row ball bearing 30 , an axial load acts on the double-row ball bearing 30 . This axial load changes the state of the first preload acting on the first rolling element 34 or the second preload acting on the second rolling element 35 . If the state of these preloads changes, slippage of the first rolling element 34 or the second rolling element 35 may occur. In the double-row ball bearing 30, one of the first preload and the second preload is set larger than the other. As a result, the initial states of the first preload and the second preload of the double-row ball bearing 30 can be set so that the difference between the first preload and the second preload becomes small when an axial load acts. As a result, the occurrence of slippage of the first rolling element 34 or the second rolling element 35 is suppressed, so the function of supporting the double-row ball bearing 30 can be ensured. Therefore, in the first composite bearing 10A and the second composite bearing 10B, when the magnetic bearing 20 loses its supporting function, the double-row ball bearing 30 can replace the supporting function of the rotor 7. Loss of the function to protect the rotating body 7 can be suppressed.

圧縮機1は、第1の複合軸受10A及び第2の複合軸受10Bと、第1の複合軸受10A及び第2の複合軸受10Bによって回転可能に支持される回転軸2と、回転軸2を駆動する動力を提供するモータ3と、回転軸2に固定された第1のコンプレッサインペラ4及び第2のコンプレッサインペラ5と、を備える。この圧縮機1は、第1のコンプレッサインペラ4、第2のコンプレッサインペラ5及び回転軸2が一体化された回転体7を保護する機能の喪失を抑制できる第1の複合軸受10A及び第2の複合軸受10Bを備えている。従って、圧縮機1は、その機能を安定して発揮し続けることができる。 The compressor 1 drives the first composite bearing 10A and the second composite bearing 10B, the rotating shaft 2 rotatably supported by the first composite bearing 10A and the second composite bearing 10B, and the rotating shaft 2. and a first compressor impeller 4 and a second compressor impeller 5 fixed to the rotary shaft 2. This compressor 1 has a first composite bearing 10A and a second composite bearing 10A that can suppress the loss of the function of protecting the rotating body 7 in which the first compressor impeller 4, the second compressor impeller 5 and the rotating shaft 2 are integrated. It has a composite bearing 10B. Therefore, the compressor 1 can stably continue to exhibit its function.

第1のコンプレッサインペラ4は、回転軸2の第1の端部に設けられており、第2のコンプレッサインペラ5は、回転軸2の第2の端部に設けられている。第1の複合軸受10A及び第2の複合軸受10Bは、2個のインペラのうち、高圧側に配置されている第2のコンプレッサインペラ5に近い側になるように、回転軸2に対して配置されている。この構成によっても、第1の複合軸受10A及び第2の複合軸受10Bによって回転体7を保護する機能の喪失が抑制されるので、圧縮機1は、その機能を安定して発揮し続けることができる。 A first compressor impeller 4 is provided at a first end of the rotating shaft 2 and a second compressor impeller 5 is provided at a second end of the rotating shaft 2 . The first composite bearing 10A and the second composite bearing 10B are arranged with respect to the rotating shaft 2 so as to be on the side closer to the second compressor impeller 5 arranged on the high pressure side of the two impellers. It is This configuration also suppresses the loss of the function of protecting the rotating body 7 by the first composite bearing 10A and the second composite bearing 10B, so that the compressor 1 can stably continue to exhibit its function. can.

以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。 The present invention has been described in detail based on its embodiments. However, the present invention is not limited to the above embodiments. Various modifications are possible for the present invention without departing from the gist thereof.

第1の複合軸受10A及び第2の複合軸受10Bが適用される装置は、圧縮機に限定されない。第1の複合軸受10A及び第2の複合軸受10Bは、回転軸を有する回転機械に採用してよい。 Devices to which the first composite bearing 10A and the second composite bearing 10B are applied are not limited to compressors. The first composite bearing 10A and the second composite bearing 10B may be employed in a rotating machine having a rotating shaft.

第2のコンプレッサインペラ5は、回転軸2の一方の端部に1個だけ設けられている。第1の複合軸受10A及び第2の複合軸受10Bは、第1外輪32よりも第2外輪33が第2のコンプレッサインペラ5に近い側になるように、回転軸に対して配置されている。この構成によっても、第1の複合軸受10A及び第2の複合軸受10Bによって回転体を保護する機能の喪失が抑制されるので、圧縮機1は、その機能を安定して発揮し続けることができる。 Only one second compressor impeller 5 is provided at one end of the rotary shaft 2 . The first composite bearing 10A and the second composite bearing 10B are arranged with respect to the rotating shaft so that the second outer ring 33 is closer to the second compressor impeller 5 than the first outer ring 32 is. This configuration also suppresses the loss of the function of protecting the rotating body by the first composite bearing 10A and the second composite bearing 10B, so that the compressor 1 can stably continue to exhibit its function. .

1 圧縮機
2 回転軸
3 モータ(動力部)
4 第1のコンプレッサインペラ
5 第2のコンプレッサインペラ
7 回転体
8 ロータ
9 ステータ
10A 第1の複合軸受
10B 第2の複合軸受
20 磁気軸受
30 複列玉軸受
31 内輪
31a 内径面
31b 第1内輪軌道面
31c 第2内輪軌道面
32 第1外輪
32a 第1外輪軌道面
32b 外径面
32c 第1外側端面
32d 第1内側端面
33 第2外輪
33a 第2外輪軌道面
33b 第2外径面
33c 第2外側端面
33d 第2内側端面
34 第1転動体
35 第2転動体
51 ハウジング
52 固定部
A 回転軸線
T1 第1接触角
T2 第2接触角
1 compressor 2 rotating shaft 3 motor (power unit)
4 First compressor impeller 5 Second compressor impeller 7 Rotating body 8 Rotor 9 Stator 10A First composite bearing 10B Second composite bearing 20 Magnetic bearing 30 Double-row ball bearing 31 Inner ring 31a Inner diameter surface 31b First inner ring raceway surface 31c Second inner ring raceway surface 32 First outer ring 32a First outer ring raceway surface 32b Outer diameter surface 32c First outer end surface 32d First inner end surface 33 Second outer ring 33a Second outer ring raceway surface 33b Second outer diameter surface 33c Second outer side End surface 33d Second inner end surface 34 First rolling element 35 Second rolling element 51 Housing 52 Fixed portion A Rotational axis T1 First contact angle T2 Second contact angle

Claims (6)

磁力によって回転軸を非接触で回転可能に支持する磁気軸受と、
前記磁気軸受によって支持されている状態の前記回転軸に対して接触しない内径を有する複列玉軸受と、を備え、
前記複列玉軸受は、
内輪と、
前記回転軸の軸線に沿って並置される第1外輪及び第2外輪と、
前記第1外輪と前記内輪との間に配置された第1転動体と、
前記第2外輪と前記内輪との間に配置された第2転動体と、を有し、
前記内輪と前記第1外輪及び前記内輪と第2外輪との間に相対的な運動が生じていない状態において、前記第1転動体に作用する第1予圧及び前記第2転動体に作用する第2予圧の何れか一方は、他方より大きい複合軸受。
a magnetic bearing that rotatably supports the rotating shaft without contact by magnetic force;
a double-row ball bearing having an inner diameter that does not come into contact with the rotating shaft supported by the magnetic bearing;
The double-row ball bearing,
inner ring;
a first outer ring and a second outer ring juxtaposed along the axis of the rotating shaft;
a first rolling element arranged between the first outer ring and the inner ring;
a second rolling element disposed between the second outer ring and the inner ring;
A first preload acting on the first rolling element and a second preload acting on the second rolling element in a state where no relative motion occurs between the inner ring and the first outer ring and between the inner ring and the second outer ring. 2. Composite bearings, one of which is greater than the other.
前記内輪は、前記第2外輪から前記第1外輪に向かう外力を受け、
前記第2予圧は、前記第1予圧より大きい、請求項1に記載の複合軸受。
the inner ring receives an external force from the second outer ring toward the first outer ring;
2. The composite bearing of claim 1, wherein said second preload is greater than said first preload.
前記内輪は、前記第2外輪から前記第1外輪に向かう外力を受け、
前記第2転動体の第2接触角は、前記第1転動体の第1接触角より大きい、請求項1又は2に記載の複合軸受。
the inner ring receives an external force from the second outer ring toward the first outer ring;
3. A composite bearing according to claim 1 or 2, wherein the second contact angle of said second rolling element is greater than the first contact angle of said first rolling element.
請求項1~3の何れか一項に記載の複合軸受と、
前記複合軸受によって回転可能に支持される回転軸と、
前記回転軸を駆動する動力を提供する動力部と、
前記回転軸に固定されたインペラと、を備える圧縮機。
A composite bearing according to any one of claims 1 to 3;
a rotating shaft rotatably supported by the composite bearing;
a power unit that provides power to drive the rotating shaft;
and an impeller fixed to the rotating shaft.
前記インペラは、前記回転軸の一方の端部に1個だけ設けられており、
前記複合軸受は、前記第1外輪よりも前記第2外輪が前記インペラに近い側になるように、前記回転軸に対して配置されている、請求項4に記載の圧縮機。
Only one impeller is provided at one end of the rotating shaft,
The compressor according to claim 4, wherein the composite bearing is arranged with respect to the rotating shaft so that the second outer ring is closer to the impeller than the first outer ring.
前記インペラは、前記回転軸の両側の端部にそれぞれ設けられており、
前記複合軸受は、2個の前記インペラのうち、高圧側に配置されている前記インペラに近い側になるように、前記回転軸に対して配置されている、請求項5に記載の圧縮機。
The impellers are provided at both ends of the rotating shaft,
6. The compressor according to claim 5, wherein said composite bearing is arranged with respect to said rotating shaft so as to be on the side closer to said impeller arranged on the high pressure side of said two impellers.
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