[发明专利]高速旋转用磁性流体密封结构

说明书

一种高速旋转用磁性流体密封结构(1)，用于密封能够相互旋转的轴构件(2)与配置于该轴构件(2)的周围的壳体构件(3)之间的间隙(S)，该高速旋转用磁性流体密封结构(1)具有：磁力产生单元(4)，固定于壳体构件(3)并产生磁力；磁极构件(5)，配置于该磁力产生单元(4)的轴向上的两侧；磁性流体(7)，借助磁力产生单元(4)的磁力被磁性地保持在磁极构件(5)与轴构件(2)之间，并密封它们之间的间隙(S)；轴构件(2)的多个不同种类的材料层在径向上层叠为同心状，轴构件(2)的用于保持磁性流体(7)的最外径层(23)为磁性材料。

技术领域

本发明涉及能够应用于以高速旋转的构件的高速旋转用磁性流体密封结构。

本申请基于2014年10月24日向日本申请的日本特愿2014-217240号要求优先权，在此援引该内容。

背景技术

以往，例如在能够将旋转能量转换为电能或者将电能转换为旋转能量的飞轮储能系统等那样的具有传递转矩的旋转轴的装置中，进行所谓的真空分离，即利用磁性流体密封装置将大气与真空空间分离。这样一来，通过在以高速旋转的转轴上装配磁性流体密封装置，能够将大气与真空空间分离。

另一方面，上述那样的旋转轴以高速进行旋转。因此，伴随旋转轴的高速旋转而在磁性流体密封装置内产生摩擦热，由此，需要将该摩擦热进行散热。以这种将伴随旋转轴的高速旋转而在磁性流体密封装置产生的摩擦热进行散热为目的，提出了在装置的框体上设置散热片来将摩擦热散热到大气中的结构(例如，参照专利文献1、2)。

另外，为了将上述那样的磁性流体密封装置产生的摩擦热进行散热，提出了在旋转轴上设置冷却机构、绝热机构(例如，参照专利文献3、4)。

另外，为了将高速旋转时旋转轴所产生的摩擦热进行散热，提出了将转轴形成为中空状并在其一部分设置叶片的结构(例如，参照专利文献5)。另外，还提出了通过在旋转轴的一部分设置由热传导性良好的铝构成的芯体并使旋转轴的两端部间承担热分路的一部分来进行散热的技术(例如，参照专利文献6)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2006-179613号公报

专利文献2：日本实开昭63-195162号公报

专利文献3：日本实开昭61-137168号公报

专利文献4：日本特开昭61-160670号公报

专利文献5：日本特开昭61-160671号公报

专利文献6：日本专利第4132149号公报

发明内容

发明要解决的问题

其中，上述那样的伴随高速旋转而在磁性流体密封装置内产生的摩擦热还向旋转轴导热。这样的旋转轴通常由具有磁性的不锈钢，例如常温下的热传导率为12W/m·K左右的不锈钢材料单独构成。因此，摩擦热导热时的旋转轴的温度上升变得非常大，将达到100℃以上，因此，旋转轴显著发生热膨胀，该情况通过本发明的发明者等的研究已被查明。通常，在磁性流体密封装置中，夹杂磁性流体的间隙为数十μm，但在因旋转轴的热膨胀所引起的径向上的尺寸变化超过上述数值的情况下，有可能无法维持原本的真空分离功能。因此，需要有效地将导热至旋转轴的摩擦热进行散热来抑制旋转轴自身的温度上升。

然而，专利文献1、2记载的散热片为设置于装置的框体上的结构，因此，难以将导热至旋转轴主体的摩擦热进行散热。

另一方面，在专利文献3、4中，虽然在旋转轴上设置有冷却机构或绝热机构，但由于旋转轴整体是由不锈钢构成的结构，因此，虽然强度特性优异，但热传导性低，从而难以有效地将导热至轴主体的摩擦热进行散热。