JP2016522372A - 内側通気を含む磁気軸受アセンブリ - Google Patents

Abstract

ロータシャフト（１２）を含む回転機械のための磁気軸受アセンブリであって、固定支持要素に固定されているステータ磁気回路を備え、強磁性材料の少なくとも１つの本体および少なくとも１つのコイルを備え、強磁性本体および１つのコイルの両方が、保護環状筐体の中に嵌合され、前記強磁性本体（２２）の回転面および前記１つのコイルの回転面を覆われない状態に保ち、磁気軸受アセンブリが、ロータシャフト（１２）に固定され、かつ径方向部分（１６ｂ）によってステータ磁気回路に向かって径方向へ延在する環状スラストカラー（１６）を備え、前記径方向部分（１６ｂ）が、前記強磁性本体および前記１つのコイルの覆われない面に面する。環状スラストカラー（１６）が、少なくとも１つの流路（３０）を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、軸受に関し、特に、ロータを含む回転機械の中で使用される磁気軸受に関する。

特に、本発明は、径方向に配置され、ロータに固定されたスラストカラーと協働するように適合された電磁要素を有するアキシャルスラスト能動電磁軸受に関する。

アキシャル磁気軸受は、固定要素（ステータ）に対して回転アセンブリ（ロータ）の相対的位置を維持するために、スラストカラー上に反対に引っ張る電磁力を使用する。スラストカラーは、一般的に平坦で、硬い強磁性ディスクであり、ロータに固定されている。ディスク形状の電磁要素が、スラストカラーの両側に配置され、回転機械筐体にボルトで留められ、能動アキシャル磁気軸受を形成する。

回転機械の中で磁気軸受を使用することは、特に腐食性または高温流体の場合、ますます普及するようになって来ている。したがって、磁気軸受の内側通気は、軸受の使用寿命を延ばすために重要である。

電磁要素に対するスラストカラーの相対運動によって生成される摩擦は、径方向の流体の流れを生成し、それが磁気軸受の冷却をもたらす。

しかし、そのような流れは、２つの構成要素間の摩擦およびロータの回転速度に依存しており、したがって信頼性に欠ける。更に、圧力分布の不確実性が原因で、逆流が出現する可能性があり、それが径方向の流体の流れの欠如を生み出すことになろう。

現在のアキシャル磁気軸受は、十分な内側通気を提供することができないので、その結果、流体の流れはアキシャル磁気軸受を冷却するには不十分になる。

欧州特許出願公開第１５２２７４９号明細書

本発明の目的は、上述の欠点を改善することである。

本発明の特定の目的は、向上した冷却流を有すると同時に、製造が容易であるアキシャル磁気軸受アセンブリを提供することである。

本発明の別の目的は、軸受内部の差圧が不十分な場合でさえも、冷却流体の流れの再循環を保証することである。

一実施形態では、ロータシャフトを含む回転機械のための磁気軸受アセンブリであって、固定支持要素に固定されているステータ磁気回路を備え、強磁性材料の少なくとも１つの本体および少なくとも１つのコイルを備え、強磁性本体および１つのコイルの両方が、保護環状筐体の中に嵌合され、前記強磁性本体の回転面および前記１つのコイルの回転面を覆われない状態に保ち、磁気軸受アセンブリが、ロータシャフトに固定され、かつ径方向部分によってステータ磁気回路に向かって径方向へ延在する環状スラストカラーを備え、前記径方向部分が、前記強磁性本体および前記１つのコイルの覆われない面に面する。

環状スラストカラーが、少なくとも１つの流路を備える。

そのような流路は、冷却流体の流れを送り込むことを促進し、磁気軸受の冷却を向上させる。

有利なことに、前記１つの流路が、径方向部分の外側円柱形面からロータシャフトに向かって延在する。

一実施形態では、前記１つの流路が、環状スラストカラーの径方向部分の少なくとも１つの外側面上に設けられている溝である。

一実施形態では、前記１つの流路が、環状スラストカラーの径方向部分の内部に設けられている溝である。

例えば、前記溝は、傾斜しており、および／または放射状であり、ロータシャフトの外側円柱形面上に開いていることができる。

有利なことに、前記溝は、径方向および接線方向に成形され得る。

一実施形態では、軸受アセンブリは、複数の流路を備える。

有利なことに、ステータ磁気回路は、強磁性材料の２つの本体を備え、それぞれが、前記環状スラストカラーの径方向部分の１つの外側面に面する。

例えば、軸受はアキシャル磁気軸受である。

本発明の別の態様によれば、ターボ機械が、ステータと、前記ステータの中に回転するように取り付けられるロータと、ロータとステータとの間に径方向に配置されている、上記に記載の少なくとも１つの磁気軸受アセンブリとを備える。

全く限定しない実施例によって考察され、添付の図面によって図示される複数の実施形態の詳細な説明を研究することから、本発明をより良く理解されたい。

モータの２つの構成要素の間に取り付けられている、本発明の第１の実施形態によるアキシャル磁気軸受アセンブリの軸方向の片側断面図である。 本発明の第１の実施形態による図１の線ＩＩ−ＩＩに沿ったスラストカラーの軸方向の片側断面図である。 本発明の第１の実施形態によるロータに取り付けられた図１のスラストカラーの片側断面図である。 本発明の第２の実施形態によるスラストカラーの軸方向の片側断面図である。 本発明の第２の実施形態によるロータに取り付けられた図４のスラストカラーの片側断面図である。

例示的な実施形態の以下の詳細な説明は、添付の図面を参照する。異なる図面の中の同じ参照符号は、同じまたは同様の要素を識別する。加えて、図面は必ずしも縮尺通りには描かれていない。

図１に図示するように、全体的参照符号１０によって示す磁気軸受は、ケーシングまたは筐体と、軸線Ｘ−Ｘに沿って延在し、ロータ部分（図示せず）を支持するように適合されているロータシャフト１２とを備える回転機械（図示せず）の中に取り付けられるように設計されている。例えば、回転機械が遠心圧縮機である場合、ロータ部分は、インペラを備える。ロータシャフト１２および付随するロータ部分は、ロータアセンブリを形成する。

図１に図示するように、磁気軸受１０は、アキシャル型であり、ステータケーシングの内部の前記ロータシャフト１２を支持するように設計されている。ラジアル型磁気軸受（図示せず）もまた、ロータシャフト１２を支持するアキシャル磁気軸受１０に関連させることができる。

能動磁気軸受１０は、ステータケーシングに固定されているステータ電機子１４、およびロータシャフト１２に固定されているディスク形状を有するロータ電機子１６または環状スラストカラーを備える。環状スラストカラー１６は、ロータシャフト１２に固定されている軸方向プレート１６ａから、外側円柱形面１６ｃおよび２つの外側面１６ｄ、１６ｅを有する径方向部分１６ｂによって、ステータ磁気回路１８に向かって径方向に延在する。

ステータ電機子１４は、従来の様式で、１つまたは複数の環状コイル２０、および大型であり、局所的に積層された２つの強磁性本体２２を含むステータ磁気回路１８を備える。図１の実施例では、各強磁性本体２２は、２つの環状コイル２０を取り囲む。ステータ電機子１４は、ステータ磁気回路１８が中に配置されている保護環状支持体または環状筐体２４を更に備え、前記強磁性本体２２の回転面２２ａおよび各コイル２０の回転面２０ａを覆われない状態に保つ。支持体２４は、それ自体がケーシングに固定されている固定支持要素２６に固定される。

図示のように、スラストカラー１６の径方向部分１６ｂは、各強磁性本体２２および各コイル２０のそれぞれ覆われない面２０ａ、２２ａに面する。言い換えれば、ステータ磁気回路１８は、機械的接触なしに、軸方向に環状スラストカラー１６に面して配置されており、環状スラストカラー１６とステータ磁気回路１８との間に軸方向の空隙２８を保つ。

ロータシャフト１２は、スラストカラー１６を軸方向に配置するために、段付き輪郭１２ａを備え付けることができる。環状スラストカラー１６は、例えば、ロータシャフト１２と一体に作製され得る。

図２および図３に図示するように、環状スラストカラー１６は、径方向部分１６ｂの各径方向外側面１６ｄ、１６ｅ上に複数の溝３０を備える。前記溝３０は、流体が流れるための流路として機能する。流路３０は、径方向部分１６ｂの外側円柱形面１６ｃからロータシャフト１２に向かって延在し、シャフト１２に向かって径方向に向く傾斜した溝であり、スラストカラー１６の径方向部分１６ｂの外側面１６ｄ上に設けられている。図示のように、前記溝３０は、径方向、および径方向部分１６ｂの外側円柱形面１６ｃに対して接線方向に成形されている。

図３に図示するように、流路３０は、スラストカラー１６の径方向部分１６ｂの外側面１６ｄおよび１６ｅの両方の上に設けられている。別法として、流路は、スラストカラー１６の一方の外側面上だけに設けられることが可能である。

図示のように、流路３０は、スラストカラー１６の軸方向プレート１６ａ上に開いている。別法として、流路は、ロータシャフト１２の外側円柱形面１２ｂ上に開いていることができる。ターボ機械内部の流体は、空気間隙２８を通って、流路３０の内部に流れる。流れの方向が、矢印Ｆによって示されている。

そのような流路３０によって、磁気軸受内部の通気が増加し、磁気軸受を冷却することを可能にする。

図４および図５に示す実施形態では、同じ参照符号を有する同一の部品が、流路の配置において、図２および図３の実施形態とは実質的に異なっている。

図４および図５に図示されるように、スラストカラー１６は、径方向部分１６ｂの内部に設けられている複数の溝３２を備え付ける。前記溝３２は、流体のための流路として機能し、径方向部分１６ｂの外側円柱形面１６ｃでのみ開いている。別法として、流路は、ロータシャフト１２の外側円柱形面１２ｂ上に開いていることができる。

溝３２は、傾斜しており、径方向にシャフト１２の方に向いている。図示のように、前記溝３２は、径方向、および径方向部分１６ｂの外側円柱形面１６ｃに対して接線方向に成形されている。

本発明によって、アキシャル磁気軸受アセンブリは、向上した冷却流を有する。

実際に、流路は、流体の流れを送り込むことを促進し、能動磁気軸受の冷却を向上させる。したがって、磁気軸受は内側通気を備え付ける。

１０ 磁気軸受
１２ ロータシャフト
１２ａ ロータシャフトの段付き輪郭
１２ｂ ロータシャフトの外側円柱形面
１４ ステータ電機子
１６ ロータ電機子、スラストカラー
１６ａ 軸方向プレート
１６ｂ 径方向部分
１６ｃ 円柱形面
１６ｄ 外側面
１６ｅ 外側面
１８ ステータ磁気回路
２０ 環状コイル
２０ａ コイル２０の回転面（覆われない面）
２２ 強磁性本体
２２ａ 強磁性本体２２の回転面（覆われない面）
２４ 保護環状筐体または環状筐体
２６ 固定支持要素
２８ 軸方向の空隙、空気間隙
３０ 流路、溝
３２ 流路、溝
Ｆ 矢印

Claims (12)

1. ロータシャフト（１２）を含む回転機械のための磁気軸受アセンブリ（１０）であって、
   固定支持要素（２６）に固定されているステータ磁気回路（１８）を備え、
   強磁性材料の少なくとも１つの本体（２２）および少なくとも１つのコイル（２０）を備え、
   前記強磁性本体（２２）および前記１つのコイル（２０）の両方が、保護環状筐体（２４）の中に嵌合され、前記強磁性本体（２２）の回転面（２２ａ）および前記１つのコイル（２０）の回転面（２０ａ）を覆われない状態に保ち、
   前記磁気軸受アセンブリ（１０）が、前記ロータシャフト（１２）に固定され、かつ径方向部分（１６ｂ）によってステータ磁気回路（１８）に向かって径方向へ延在する環状スラストカラー（１６）を備え、
   前記径方向部分（１６ｂ）が、前記強磁性本体（２２）および前記１つのコイル（２０）の前記覆われない面（２０ａ、２２ａ）に面する軸受アセンブリ（１０）において、前記環状スラストカラー（１６）が、少なくとも１つの流路（３０、３２）を備えることを特徴とする、磁気軸受アセンブリ（１０）。
2. 前記１つの流路（３０、３２）が、前記径方向部分（１６ｂ）の外側円柱形面（１６ｃ）から前記ロータシャフト（１２）に向かって延在する、請求項１に記載の軸受アセンブリ（１０）。
3. 前記１つの流路（３０）が、前記環状スラストカラー（１６）の前記径方向部分（１６ｂ）の少なくとも１つの外側面（１６ｄ、１６ｅ）上に設けられている溝である、請求項１または２に記載の軸受アセンブリ（１０）。
4. 前記１つの流路（３２）が、前記環状スラストカラー（１６）の前記径方向部分（１６ｂ）の内部に設けられている溝である、請求項１または２に記載の軸受アセンブリ（１０）。
5. 前記溝（３０、３２）が、傾斜している、請求項３または４に記載の軸受アセンブリ（１０）。
6. 前記溝（３０、３２）が、放射状である、請求項３または４に記載の軸受アセンブリ（１０）。
7. 前記溝（３０、３２）が、径方向および接線方向に成形されている、請求項３乃至６のいずれか１項に記載の軸受アセンブリ（１０）。
8. 前記径方向の溝（３０、３２）が、前記ロータシャフト（１２）の前記外側円柱形面（１２ｂ）上に開いている、請求項６に記載の軸受アセンブリ（１０）。
9. 複数の流路（３０、３２）を備える、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の軸受アセンブリ（１０）。
10. 前記ステータ磁気回路（１８）が、強磁性材料の２つの本体（２２）を備え、それぞれが、前記環状スラストカラー（１６）の前記径方向部分（１６ｂ）の１つの外側面（１６ｄ、１６ｅ）に面する、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の軸受アセンブリ（１０）。
11. 前記磁気軸受アセンブリ（１０）が、アキシャル磁気軸受である、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の軸受アセンブリ（１０）。
12. ステータと、前記ステータの中に回転するように取り付けられるロータと、前記ローラと前記ステータとの間に径方向に配置されている、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の少なくとも１つの磁気軸受アセンブリ（１０）とを備える、ターボ機械。