JP4307562B2 - 遠心分離器 - Google Patents

Description

本発明は汚染された液体が高圧で供給される内蔵ロータ内で、例えば車両のエンジン用の潤滑剤のような液体から微粒の汚染物質を分離するような種類の液体動力遠心分離器に関する。
液体動力遠心分離器は種々の濃度の流体を分離したり、あるいは液体から微粒物質を分離するためのものとして周知であり、エンジンや車両の同様の部分に対する潤滑系統において長く使用されてきた。作動の共通原理はハウジングが概ね垂直の軸線の周りで高速で回転するように支持されているロータを収容していることである。ロータは回転軸線に亘って高圧で液体が供給され、接線方向に向いた反動噴射ノズルからハウジング内へ液体が排出される容器を含み、前記液体はハウジングからエンジンの液体溜めに排出される。汚染した液状潤滑剤もまたロータまで供給されそこを通過し、そうすることにおいて、より濃縮された汚染物質が遠心力によりロータから分離され、ロータ内に保持される。駆動流体は、例えば英国特許第Ａ−７３５６５８号、同第Ａ−７５７５３８号、同第Ａ−２１６０７９６号あるいは同第Ａ−２３８３１９４号に記載の型式の所謂自動動力遠心分離器内での汚染した液体からなり、あるいは英国特許第Ａ−２２２９７４９９号に記載のように個別の液体としてもよい。
ロータの駆動液体源とは無関係に、排出された液体によって喪失されたエネルギはロータ内で循環し、かつ通過している汚染した液体が軸線の半径方向外方に離隔され、軸線に向って半径方向内方に面する面上で固形の汚染物質を堆積するのに十分速い速度での軸線の周りでのロータの回転に影響を及ぼす。効率的な分離のために、並びに分離された汚染物質が反動噴射ノズルと干渉しないように保証するために、ロータ容器には、固体が集められる分離室と、回転軸線の近傍で移送開口を介して清浄にされた液体が通過する流出室とに効果的に分割する半径方向内方に延びる仕切り壁を設けることが出来る。仕切り壁が、回転軸線が垂直方向から傾斜している場合分離室内で固体および液体含有スラッジをより良好に保持する分離円錐体と称されることがあるものとして半径方向および軸線方向の双方に延びることが、例えば欧州特許第０１９３０００号および英国特許第２２８３６９４号のように、近代的な設計において一般的である。
良好な作動には数種の基準が関連している。特に、ロータを駆動するために該ロータに供給される液体は、反動噴射ノズルを通過することにより喪失されるエネルギが前記汚染された粒子を遠心分離するのに十分速くロータを回転させるのに十分であるべき場合には著しい圧力で供給される必要がある。また、ロータは回転を許容する軸受手段によってハウジング密閉体内で支持する必要があり、従って、回転の効果、したがって分離の効率は軸受手段内の非効率と損失とによって変わる。更に、ある状況においては、回転しているロータが振動を、特に軸受手段を介してハウジングに伝達されるノイズとして発生させる傾向があり、該振動は回転効率を低減するエネルギ損失を表わすのみならず、車両の使用者の快適さに対する障害を起因する。振動の問題は、以下詳細に述べ、かつその内容を参考のために本明細書に含めている英国特許第Ａ−２３０８５５７号に述べられているように、液体供給圧力が停止した後、回転するロータが低速になるときに最も深刻である。
従来、ロータはハウジングに対して固定され、それに対してロータが回転する静止スピンドルの形態あるいはハウジングに固定され、ハウジングに対してロータと共に回転可能なスピンドルの形態で軸手段を介して装着されており、本明細書内では便宜上、かつ判り易くするために、そのような回転可能スピンドルはロータの端部から延びている「シャフト」と称することにする。
前述の静止スピンドルおよび回転可能シャフトはそれぞれロータを完全に貫通したもの、あるいは適当にハウジングおよび（または）ロータから延びている短軸として形成してよく、「軸手段」、「スピンドル」および「シャフト」という用語はそのような変形も包含する意図である。
軸手段がとる形態には関係なく、遠心分離器のロータは通常、ロータの各端部にて坦時され、垂直方向に延びている軸手段を囲みジャーナル軸受を形成する平坦で平行のブッシュからなる軸受によって回転するように装着される。ブッシュは偶発的な回転を許容するように軸手段にすきま嵌めされており、各ブッシュと軸手段との間の空隙はロータに供給された潤滑剤に露出され、そのため若干の潤滑剤が前記空隙に沿って逃げ、軸の回転によって回転を容易にする流体力学的フィルムと、ある程度の半径方向の剛性を発生させる。
垂直軸線の周りで回転するように平坦な軸受ブッシュを介してロータを装着することは、作動の間ロータに加えられる軸線方向に向いた荷重に対する軸線方向支持を何ら提供しない。自由回転を促進するためにある限定された軸線方向の移動は適当なものであるが、作動の間ロータに対する軸線方向に向いた荷重を支持するスラスト軸受けが提供され、またスラスト軸受手段によって許容される軸線方向の移動とは反対の軸線方向における軸線方向の移動を制限するように作動可能な移動停止手段が提供されるが、前記移動停止手段は最小のエネルギ損失で特定の状況においてロータを支持する副次的スラスト軸受けの形態をとってよいことは勿論である。
従来は、そのようなスラスト軸受と副次的なスラスト軸受手段とがジャーナルブッシュの一方に対する半径方向に延びたフランジ付き端部とハウジングに固定された対向面とによって提供されも、それによってジャーナル軸受に対して潤滑と半径方向剛性とを提供する加圧された潤滑剤がまたスラスト軸受手段に対しても潤滑を提供する。
最も簡単な形態においては、スラスト軸受手段は、ロータ構造体と該ロータに充填している液体との組み合わされた重量による軸線方向荷重を支持するためにロータの間に配置されている。前記荷重は外部から加えられた加速あるいは衝撃荷重から発生する有効増分をそのような荷重に含む可能性がある。そのようなスラスト軸受手段はここでは便宜的に「荷重」スラスト軸受手段と称する。
液体を充填したロータによって前記荷重スラスト軸受に加えられる軸線方向荷重は数キロに達し、ジャーナル軸受に対する荷重よりはるかに大きく、スラスト軸受手段において過剰のエネルギ損失や摩耗さえ発生させる可能性がある。ロータの重量による軸線方向荷重の問題は、液体の圧力がブッシュの端部に作用し、ロータの重量に対抗するように該ロータに持ち上げ力を加えるように駆動液体供給圧力に露出されるジャーナルブッシュの肉厚に差をつける、所謂圧力誘導持ち上げ力を発生させることにより指向されてきた。ロータが重く、および（または）大量の潤滑液を包含している重量構造である遠心分離器の場合、可能な前述の圧力誘導持ち上げ力は荷重スラスト軸受に対する有効な軸線方向荷重を低減させるだけの作用でありうる。より小型の、より軽いロータを採用している分離器においては、達成可能な持ち上げ力の程度は液体を充填したロータの重量を完全に克服可能で、主スラスト軸受手段をロータの上方に位置させることにより、通常の作動時、液体を充填したロータの重量より小さい大きさのロータに対する軸線方向荷重がスラスト軸受手段に上方向に加えられるようなものとなりうる。そのような態様のスラスト軸受手段は便宜的に「圧力持ち上げ」スラスト軸受手段と称しうる。十分な駆動液体供給圧力が無い場合は明らかにロータには下向きに荷重全体が加わり、下方に移動しようとする。従って、可能性としては副次的スラスト軸受手段として、（ロータの下方に位置するのが都合よい）移動停止手段を設けることが適当である。
駆動液体供給圧力によって左右されるスラスト軸受手段の荷重支持能力の他に、ジャーナル軸受の半径方向剛性もそのような圧力に対して敏感であって、かつ発生する可能性のあるロータに対して作用する各種の外部からの力、並びに偏心した力によって流体力学的フィルムが破れたり、相対運動部材間の接触があって、それらはエネルギ損失、摩耗および振動／ノイズの発生源となる。前述のように、このことは、潤滑剤の供給が停止したり、ロータが減速するようになったときは特に厄介である。また、スラスト軸受あるいは副次的スラスト軸受の構成部材の間の潤滑剤のフィルムが補給されないと相対的に回転している部材を物理的に当接させるが、これはロータが減速する期間が長い間は振動／ノイズの新たな発生源となりうる。
本発明の目的は通常作動において、これまでよりも支持力の損失が小さくなり、通常の作動および（または）減速時におけるノイズおよび振動のレベルを低下させることが可能な遠心分離器を提供することである。
本発明によれは、遠心分離器はハウジング密閉体と、概ね垂直の作動方向において前記ハウジング密閉体を貫通している軸線と、高圧で液体を受け取るようにされ、そこからの液体の概ね接線方向での液体の排出に応答して軸線の周りで回転可能であるロータと、前記ロータの軸線周りでの回転を促進するジャーナル軸受手段と、軸線方向に沿った移動に関してロータを支持するスラスト軸受手段とを含み、前記スラスト軸受手段が２個の磁気部材の間の磁気斥力によって軸線に沿った方向において作動回転しているロータによって発生した荷重の少なくとも一部を支持するような作動可能な少なくとも１個の磁気斥力スラスト軸受を含む。
磁気斥力スラスト軸受は、液体を充填したロータの重量を支持する「荷重」スラスト軸受と、通常作動において駆動液体供給圧力による液体を充填したロータの上方向移動を制限する「持ち上げ」軸受とから構成しうる。更に、磁気斥力スラスト軸受によって作用する、空あるいは空になりつつあるロータの移動を制限する軸線方向移動阻止手段も含みうる。
本発明の実施例を添付図面を参照して例を通して以下説明する。
図１は、ロータが回転するように装着されている静止したスピンドル軸手段と、ハウジングに対して固定され、回転軸線を囲んでいる１個の環状の磁気部材と磁気部材の間での磁気斥力によりロータを浮かせるようにロータの基部に固定された第２の環状の軸要素とを有する磁気斥力スラスト軸受によって形成された荷重スラスト軸受手段とを有する、本発明による自動遠心分離器の第１の実施例の断側面図、
図２は所定の方向において隣接するジャーナル軸受に半径方向に負荷するように静止磁気部材が軸線方向に同心状で回転可能な磁気部材に対して半径方向に偏心している磁気斥力スラスト軸受を含む図１に示す遠心分離器の一部の断側面図、
図３は、スピンドルとジャーナル軸受とが作動時、ロータを圧力で持ち上げるような寸法とされ、圧力持ち上げスラスト軸受が図１に示すものと類似であるがロータ上方に装着されている磁気斥力スラスト軸受によって形成されている、本発明による自動遠心分離器の第２の実施例の断側面図、
図４は、図１に示すものと類似であるがスピンドルの上方部分と対応するジャーナルブッシュとが半径方向かつ軸線方向にテーパが付けられ磁気荷重スラスト軸受が作用する減速および（または）空になりつつあるロータを心出しされ、かつ支持する移動停止手段を形成している磁気斥力スラスト軸受によって形成された荷重スラスト軸受を有する、本発明による遠心分離器の第３の実施例の断側面図、
図５は、各々が共通の磁気部材を有する磁気斥力スラスト軸受によって形成されている荷重スラスト軸受と圧力持ち上げスラスト軸受との双方を示す、本発明による遠心分離器の第４の実施例の一部を図３の仕方で示す断側面図、
図６（ａ）は、各々が極と対抗して軸線方向の端面を有する単純な環状リングと同じ極が相互に対面するように配置したリングの形態で永久磁石から形成した双方の磁気部材を示す、図１から図５までに示す磁気斥力スラスト軸受の部分的に斜視図で、部分的に断面図で示す図、
図６（ｂ）は一方の磁気部材が環状のリングで形成され、他方の磁気部材が長手方向軸線の周りに配された複数の断続した軸線方向に延びる棒状磁石から形成されている磁気斥力スラスト軸受の代替形態の部分的に斜視図で、部分的に断面図で示す図、
図６（ｃ）は軸線方向にＵ字形であり、各々が他方に対して面している半径方向の分離された極を提供している環状磁石要素を有する、磁気斥力スラスト軸受の別の形態の部分的に斜視図で、部分的に断面図で示す図、
図６（ｄ）は一方の環状磁気部材が図６（ｃ）に示すものと類似で、他方の磁気部材が長手方向軸線の周りで配された複数の半径方向に延びた棒磁石によって形成されている磁気斥力スラスト軸受のある形態の部分的に斜視図で、部分的に断面図で示す図、
図６（ｅ）と図６（ｆ）とは、図６（ｃ）と図６（ｄ）と類似であるが、静止した磁気部材が（少なくとも部分的に）電磁石で形成されている磁気斥力スラスト軸受の別の形態の部分的に斜視図で、部分的に断面図で示す図、
図７は、電磁電流を制御するための制御手段を含み、図６（ａ）に示す制御された電磁斥力スラスト軸受によって部分的に荷重スラスト軸受が提供される、本発明による遠心分離器の第５の実施例の一部の概略的な断側面図、
図８（ａ）、図８（ｂ）および図８（ｃ）は、機能的には図１、図４および図７に対応するが、ロータに対して固定され、ハウジングに対して固定されたジャーナルブッシュ内で回転するように装着された回転可能なシャフトによって形成された軸手段を各々が有する、本発明による遠心分離器のそれぞれ第６、第７および第８の実施例の概略断面図である。
図１と図２を参照すると、車両のエンジン用の自動遠心分離器装置が全体的に１０で指示されている。遠心分離器はエンジンを損傷させる可能性のある汚染物質がないようにエンジンの潤滑剤を保つために全量式フィルタ（図示せず）と関連して採用される。潤滑剤は、その送り圧力が調整されるがエンジンの速度と潤滑剤の温度とに応じて限定された程度まで調整されるポンプ（図示せず）によってエンジンの周りでくみ出される。
遠心分離器１０は供給ダクト１３を介してくみ出された潤滑剤を受け取り、排出ダクト１４を介して潤滑剤溜めまで戻すことにより、くみ出された潤滑剤を使用するエンジンの構成要素をバイパスするようにエンジンに結合された支持構造体１２の形態のハウジング１１を含む。支持構造体１２は、供給ダクト１３に沿って少なくとも部分的に延び、下端で供給ダクト１３に結合されている通路１７を有するスピンドルの形態で概ね垂直方向に延びている軸手段１６を固定している。ハウジングは垂直方向に分離可能な部分１８₁および１８₂からなり、スピンドルの上端１６₁は、ナット１９によって前記部分１８₁に解放可能にシールされたハウジング部分１８₂に固定されている。
ロータ２０はスピンドル１６の周りで回転するようにハウジングの内部に装着されている。ロータは継ぎ目２３で接合された要素２１および２２から形成された容器からなる点で概ね従来のものである。要素２１はロータの一端で開口２５まで半径方向内方に延びている周壁２４を有する。要素２２は概ね半径方向に延びている基部を形成しており、該基部において一対の接線方向に向いている噴射反動ノズルを含むくぼみ２６、２７が形成されており、前記ノズルは１個のみが２８で示され、前記基部の要素はロータの長手方向軸線上で開口２５と整合して開口２９が設けられている。
あれば便利であるが、必ずしも必要ではない、ベース部材２２と一体の中空の管状部材３０が開口２９から軸線方向に離隔した開口２９まで、かつそこを通して延びており、上端３０において外ねじが切られており、その端壁によって要素２１を保持し、継ぎ目２３に軸線方向のシール圧を加えるクランプナット３０₂を受け取る。前記部材３０はロータの端壁用のスペーサとして、かつスピンドル１６の周りで回転するようにロータを支持している平坦なジャーナル軸受ブッシュ３１および３２の受け入れ手段として作用する。ロータの長手方向軸線は（少なくとも名目的には）ロータの回転軸線であり、３４で指示している。
スピンドルの通路１７がスペーサ部材内へ開放しており、該スペーサ部材は３３で開口が設けられ、回転軸線から容器まで供給圧で潤滑剤を送入する。このように、スペーサ部材３０は容器用の半径方向内壁を形成する。
これまで説明してきた遠心分離器は基本的に従来からのものであり、供給される液体はロータ内で清浄するための汚染した潤滑剤とロータから排出されることによりロータを回転させるための駆動流体の双方である。そのような組み立てられた構造体においては、ある程度のエンドフロートすなわちロータに対する軸線方向の移動がある。
ロータの重量により発生する下方に作用する軸線方向荷重は全体的に４０で指示する荷重スラスト軸受手段によって支えられ、外部からの衝撃あるいは加速による上方の移動は５０で指示し、ブッシュ３２の半径方向に延びるフランジ５１とハウジングの部分に固定され、使用時にスピンドルの上方部分１６₁に固定されるナット１９によって形成された静止ブッシュ５２とからなる移動停止手段によって制限される。
本発明によると、荷重スラスト軸受手段４０は磁気斥力スラスト軸受４２からなる。また図６（ｂ）を参照すると、磁気斥力スラスト軸受４２は2個の磁気部材からなり、静止した磁気部材４３の方はハウジング密閉体に装着され、軸線方向に面した極４４、４５を備えた環状の永久磁石からなり、スピンドル１６（従って軸線３４も）を囲んでハウジング密閉体に固定されており、回転可能な磁気部材４６の方はロータと共に回転するようにハウジング密閉体に装着され、回転軸線と同心状にロータのベース２２に固定され、軸線方向に面した極４７、４８を備えた環状の永久磁石からなる。磁気部材は同じ極４５、４７を相互に上下関係で概ね整合させて相互に対して配置され、作動時に潤滑剤の重量と何らかの予期される外部からの衝撃力とによってロータに加えられる軸線方向下方の荷重とは無関係に軸線方向に分離されたままで留まるのみならず、強磁性であり、磁石に対して誘引される潤滑剤内の材料がその間で捕捉されたり、磁石に対して表面を損傷させる危険性がない空隙によって分離された状態に留まるようにするのに十分な相互に対する斥力を発生させるような磁気強さである。
磁気荷重スラスト軸受はロータが潤滑剤自体の重量が空のロータの重量の８０―３００％で有り得る液状潤滑剤で満杯となるとその重量に対してロータを持ち上げるのに十分な磁気斥力を磁気部材の間で有するので、ロータにその他の何らかの持ち上げ力が作用したとしても、送り出し圧力が低下して液体が排出されるとき、あるいは何らかの外部の力が働くか、重量が喪失される場合、磁気斥力スラスト軸受はロータを上方に移動させようとする。スピンドルに沿ったロータの軸線方向移動の許容限度および磁気部材の分離と共に磁気斥力が減少する割合とに応じて、軸線方向移動阻止手段５０が回転可能面５１と静止面５２との間で当接することによりロータの軸線方向の移動を制限する。前記面はジャーナルブッシュ３２から潤滑剤を受け取り、少なくとも一時的に副次的スラスト軸受を形成する。
前述のように、ジャーナル軸受手段はスピンドルの周りで回転し、液状潤滑剤のフィルムによってスピンドル内で支持されている離隔したブッシュからなる。このフィルムの流体力学的であり、ある程度は静水学的である圧力は供給圧力が低下するとジャーナル軸受の半径方向の剛性を提供し、一方ロータを支持したブッシュとスピンドルとの間の非緩衝性接触を阻止し、聴覚的に耐えうるノイズを発生させるには十分でない可能性がある。
軸線方向に離隔した同心状の磁気部材の間の反発に基づく磁気スラスト軸受はイームショウ（Ｅａｍｓｈａｗ）の理論によって確立されているように本質的に半径方向では不安定であり、磁気成分は半径方向に分離する傾向があることが認められる。純粋の磁気による浮きあがりの場合、この不安定性は問題であるが、遠心分離器１０においてはそのような不安定性はジャーナル軸受に対して半径方向に荷重を加える。いずれかの方向における付加的な荷重も切迫した回転に関して十分潤滑されたジャーナルに対しては比較的小さいものであるが、ジャーナルの半径方向の不安定性や、その結果としての全供給圧力での作動時とか、また供給圧が低下したり、ロータが減速の間に空になった場合、液体を充填したロータの通常の回転の間振動を発生させる傾向を排除する弾圧力を提供する効果がある。
軸線３４に対して磁気部材が正味同心状である場合、ジャーナルブッシュに対して半径方向の弾圧力が作用する方向は不確定であり、遠心分離器が軸線３４が作動時垂直であると、半径方向の力が作用する方向に余り重要でないように装着される。しかしながら、遠心分離器のある構成においては、回転軸線は垂直方向に対して小規模で永久的に傾斜することが必要であり、そのような状況において、作動全体を通して指向性の半径方向の荷重がジャーナル軸受に加えられる。また図２を参照すると、特定の半径方向において静止した磁気部材を偏心させることにより、磁石の間の反発が起こり静止した磁気部材が同心から偏心している方向とは反対の所定の方向においてジャーナル軸受に対して半径方向の荷重を加える可能性がある。
周知のスラスト軸受装置に関して前述のように、潤滑剤の供給圧力は、荷重スラスト軸受よりもむしろ圧力持ち上げスラスト軸受が通常の作動において必要とされるようにロータを軸線方向に持ち上げるようにジャーナルブッシュの種々の端領域に時折採用される。そのようなスラスト軸受は本発明による磁気斥力スラスト軸受によって提供されうることが認められる。遠心分離器の第２の実施例３００を示す図３を参照すると、構成要素の多くは遠心分離器１０のものと同一であり、同じ参照番号を付記しており、何らかの形で相違する対応部材を有するその他の要素は先頭の「３」で区別した参照番号を有する。
スピンドル３１６は、ブッシュ３３２によって囲まれている上方部分３１６₁で断面が、ブッシュ３３１および（または）ブッシュ３３２によって囲まれてより大きな肉圧を有する下方部分３１６₂におけるより小さく、それによってロータが液状の潤滑剤で充填されたとき液体供給圧に露出されるブッシュの端部の面積の差によって該ロータを持ち上げるのに十分な力を軸線方向上方にロータに作用させる。本実施例における主要なスラスト軸受手段はこのように圧力で持ち上げるスラスト軸受であり、前述した軸受４２と概ね同一であり、ナット１９上でハウジングに固定された環状の永久磁石の形態の静止した磁気部材３６１と、磁石の同じ極が相互に対して面するようにロータ２０に対して固定された環状の永久磁石の形態である回転可能な磁気部材３６２とを有する磁気斥力スラスト軸受３６０からなる。
前述したものと同様の仕方で、斥力の強度は、通常の圧力誘導持ち上げ力および予期される衝撃の力が磁石の間の空隙をいずれかの磁石に誘引される金属粒子が他方の磁石に対してこすれないようにすることが望ましい程度以下まで閉鎖するのに十分でないように選択される。
下側のジャーナルブッシュ３３１は半径方向に延びるフランジ３３１₁を設けられ、スピンドルを支持している本体部分１２は適当な軸受材料の対応する半径方向に延びるフランジ１２₁を頂部に設けられ、前記フランジの面は平行で潤滑剤のフィルムを介して回転しているロータを支持する流体力学的軸受を形成することが可能である。フランジ３３１₁と１２₁とは副次的なスラスト軸受手段３４０の形態の軸線方向移動阻止手段を画成する。
前述の実施例１０および３００の双方において、磁気部材はそれらの間でそれらが接触することがないように阻止する磁気斥力を発生するようにされている。そのような軸線方向に指向した磁気斥力は磁気部材の間の分離が増加するとその関数として急速に低下するが、ロータの許容される軸線方向の移動範囲が小さい場合、付加的な外部の力に応答して磁気接触しないように阻止するのに十分な磁気斥力が、通常作動状況内のある時点で、例えば圧力持ち上げスラスト軸受３６０が圧力誘導持ち上げ力が介在しない場合の副次的スラスト軸受手段３４０に加えるロータの有効重量を付加する場合に対向する移動停止手段／副次的スラスト軸受手段の軸線方向の荷重を加えうる。後者の軸受が従来の潤滑したスラスト軸受として構成されるとしても、液体供給圧力の介在しない場合の潤滑のレベルは最低であって、その時に増加した荷重に対応するには適していない。従って、通常の作動の比較的静的な軸線方向荷重のみに応答するのであって、付加的な衝撃荷重に関してはそうでない磁石の間の分離を保つような大きさの軸線方向斥力を発生させるような磁気強度を備えた確磁気斥力スラスト軸受の磁気部材を提供することは実用的でありうる。すなわち、磁気部材には当接により少なくとも限定されたスラスト軸受機能を提供可能な移動停止手段を設ければよい。このことは、磁気部材の隣接する面／対面する面にドライ接触あるいは潤滑された接触運動を促進する適当な材料でコーテイングするか、あるいは軸受ブッシュおよびハウジングによって形成される、例えば３３１₁および１２、あるいは５１および５２のような従来のスラスト軸受面に対して周りで、かつ軸線方向にくぼみを付けた磁石を装着することにより、あるいは磁石の対面する面に、例えば図６（ａ）において６０および６１で点線で示すように磁石の極から盛り上がった接触軸受材料を埋設することにより提供することが出来る。
遠心分離器の実施例１０および３００のいずれかは磁気斥力スラスト軸受によって全体的にあるいは部分的に形成される主および副次的スラスト軸受手段の双方を有しており、特に作動の減速局面の間荷重スラスト軸受として機能する遠心分離器３００の副次的スラスト軸受手段３４０を有することが認められる。静止部分１２₁あるいは回転可能部分３３１₁は前述のように軸受２用の磁石として形成可能である。
遠心分離器１０に関して前述したように、磁気斥力スラスト軸受は作動時液体を充填したロータの重量を支持するように構成された荷重スラスト軸受を含み、液体の重量は全体の有効重量の著しい比率を占めるので、ロータが減速している間ロータが空になるにつれて磁気斥力がロータを軸線方向に持ち上げようとする強烈な傾向があり、そのため上側のスラスト軸受の形態の移動停止手段５０が所望される。
図４を参照すると、固定されたスピンドル４１６の下端において磁気荷重スラスト軸受４２を有する点で図１に示す遠心分離器１０と全体的に類似しており、軸線方向移動阻止手段４５０がスピンドルの上端４１６₁に関連している点で相違する遠心分離器４００の第３の実施例を極めて概略的に示している。スピンドルは円筒形のジャーナル軸受面の近傍で半径方向、かつ軸線方向にテーパの付いた部分４５１を有し、上側の軸受ブッシュ４３２は協働する面部分４５２を有する。通常の作動において、ロータが液状の潤滑剤で充填され、組み合わされた重量が磁気荷重スラスト軸受４２によって支持されると、スピンドルのテーパ付き部分４５１と協働するブッシュの部分４５２との間に空隙が出来る。潤滑剤供給圧が低下すると、ロータは静止するまで、少なくとも潤滑剤が部分的に排出されるまで減速を始める。ロータの減速の間重量が減少すると磁気スラスト軸受４２がロータを持ち上げ、テーパ付き部分４５１および４５２は当接するようになり、テーパがロータを心出しするように作用し、軸線方向移動阻止手段として軸線方向の支持を提供するのみならず、潤滑剤供給圧によって変動していたジャーナル軸受の半径方向の剛性がなくなると半径方向の支持を提供するように作用する。前述の英国特許第Ａ―２３０８５５７号に記載のものと類似のそのような装置は減速の間振動やノイズをより良好に低下させることが判明している。
減速の間のこのような軸線方向の持ち上げに関して前記軸線方向移動阻止手段は遠心分離器３００の修正形態において下側のジャーナル軸受の近傍に配置させてもよいことは明らかである。
説明をし易くするために、磁気斥力スラスト軸受はそれらが代替する流体力学的スラスト軸受が通常占める位置に配置されたものとして説明してきたが、これは必須ではない。図５を参照すると、前述のように、ハウジングの部分１８₂に固定したスピンドル１５とロータ２０とを有する遠心分離器５００の第４の実施例の上方部分のみを概略図示している。遠心分離器５００は、荷重スラスト軸受を形成する軸斥力スラスト軸受５４２がロータの上方に配置され、環状の強磁性磁石５４６がロータの管状部材３０の延長部分によって坦持され、軸受に対して固定され、かつ静止磁気部材を形成している環状の永久磁石５４３の上方で回転可能の磁気部材を形成している点で遠心分離器１０と相違する。
前記図面は、また静止磁気部材５６１および回転可能磁気部材５４６とによって形成され、双方の磁気斥力スラスト軸受に対して共通の持ち上げスラスト軸受５６０を任意に設けたものを示している。前述のように、磁気斥力スラスト軸受の各々は静止面と回転面との間の当接によって軸線方向の移動を制限する軸線方向移動阻止手段を追加することが可能である。そのような軸線方向移動阻止手段は、いずれの軸受がハウジングに対してロータを作動支持するかによって、軸受５４２および５６０の一方あるいは地方によって形成することが可能である。
前述の実施例の全てにおいて、相対的に回転している面の間の当接によって機能する軸線方向移動阻止手段はその構成部材に配置と材質とによって従来の潤滑式、あるいはドライ作動式のスラスト軸受の形態で示してきた。そのような移動停止手段が、潤滑剤供給圧が解除された後回転しているロータが静止に向って減速しているような状況下でのみ、あるいは主としてそのような状況下で作動するような場合、移動停止手段は当接面の間でロータを制動する形状および（または）高レベルの摩擦係合を提供するように当接面を配置させることが出来ることが認められる。
更に、理解し易くするために、前述の実施例は全て各磁気斥力スラスト軸受の磁気部材が図６（ａ）に示すように、軸線方向に離隔し、軸線方向に分極した環状の永久磁石によって形成されるものとして図示し、かつ説明してきた。静止した磁気部材と回転可能磁気部材との構造に関して変更が可能なことが認められる。例えば、特に詳しく示していないが、対向する極は軸線方向端部でなく、むしろ磁石の半径方向内面および外面に画成可能である。
図６（ｂ）を参照すると、磁気部材のうちの１個、この場合は回転可能な要素６１０が回転軸線の周りで配列された複数の軸線方向の延びている棒磁石６１０₁、６１０₂、６１０₃、．．．．によって形成され、それらの極６１１₁、６１１₂、．．．が要素４３に対応する静止した磁気部材６１３の環状の極面６１２と軸線方向に整合している磁気斥力スラスト軸受４２_bの代替実施例を図６（ａ）のそれと類似の部分的に斜視図で、部分的に断面図で示す。磁気部材の１個が環状の形態であり、軸線を完全に囲む極を有するとすれば、それが静止要素であろうと回転可能要素であっても構わない。
図６（ｃ）を参照すると、磁気斥力スラスト軸受４２_cは、断面がＵ字形でそれらの対向するＮ極とＳ極とが（他方の要素に面する）環状体の同じ軸線方向端部において、かつそれぞれ少なくとも１個の環状くぼみ６２３、６２４の各側に半径方向に離隔して有する環状の永久磁石によって形成された磁気部材６２０および６２１を有する。
図６（ｄ）は磁気部材のうちの１個、今度は静止要素６３０が、それらの極が断面がU字形である環状の回転可能磁気部材６３２の半径方向に離隔した極と軸線方向に整合している、半径方向に延びている棒磁石６３１₁、６３１₂、６３１₃、．．．の円形配列によって提供されている点で前述のものに対する変形である磁気斥力スラスト軸受４２_bを示す。小さい変更（図示せず）としては、個々の棒磁石では各々U字形で、半径方向に離隔した極は環状の磁石の対応する極と対面している。図６（ｅ）と、図６（ｆ）とを参照すると、図６（ｃ）と図６（ｄ）のそれぞれの軸受４２_cおよび４２_dに対応するが、静止磁気部材が電磁石によって少なくとも部分的に提供される磁気斥力スラスト軸受４２_eおよび４２_fを示す。図６（ｅ）に示す軸受４２_eにおいて、回転可能磁気部材は断面がU字形の環状の永久磁石６４０であり、静止磁石要素６４１はU字形断面で、環状の電磁コイル６４２が半径方向に離隔した極６４４、６４５の間のくぼみ６４３に配置されている環状の本体である。前記本体はコイルを流れる直流電流によって瞬間レベルで磁化される強磁性材料から構成するか、あるいは極における磁界強さがコイルを流れる電流の瞬間値に従って変動する永久磁石から構成しうる。図６（ｆ）に示す軸受４２_fにおいては、回転可能な磁気部材は、またU字形断面である永久磁石６５０であるが、静止した磁気部材６５１は、その周りに個々の電磁コイル６５５₁、６５５₂．．．が巻かれている強磁性あるいは永久磁石のコア６５３₁、６５３₂．．．によって形成しうる半径方向に延びている棒磁石６５２₁、６５２₂、．．．の配列からなる。代替的に、前記磁石のあるものは永久磁石とし、あるものはその全強さがコイル電流の大きさによって決まる電磁石とすることが可能である。更に別の変形として、コアは断面Ｕ字形とし、コア６５３₄で点線６５６、６５７で示すように軸線方向に延びる極を提供することが可能である。
永久磁石であるか、電磁石であるかには関係なく、溝付きの磁気部材は一体の軸線方向移動阻止手段を提供するために、図６（ａ）に示す６０、６１と対応する軸受材のリングを溝内に有しうることが認められる。
図７を参照すると、図１に示す一般的な形態である、すなわち荷重スラスト軸受７４０が図６（ｅ）に示すように磁気斥力スラスト軸受４２_eで形成され、回転可能の磁気部材が断面がU字形の環状の永久磁石からなり、静止磁気部材６４１がまた断面がＵ字形であり、半径方向に離隔した極６４４と６４５とが電磁コイル６４２が収容されているくぼみ６４３によって分離されている遠心分離器７００の第６の実施例を概略図示する。コイルには外部の信号に応答して決まる大きさで制御手段７５０によって電流が供給される。そのような磁気スラスト軸受４２_eは遠心分離器１０における軸受４２と直接代替させることが可能であるが、遠心分離器７００は下側のジャーナル軸受７３１によって囲まれ、その下方に、テーパ部分７７０を介して直径が大きくなっているスピンドルによって形成された軸線方向移動阻止手段７６０が設けられる静止スピンドル７１６を有するものとして示され、ジャーナル軸受７３１は協働するテーパ面７７１を有する。通常の作動において、制御手段７５０からのコイル電流によって決まる磁気斥力がテーパ付きの面が分離されているスピンドルに沿った軸線方向位置においてロータ２０を支持し、ロータは、供給された液体から得られるフィルムの流体力学的圧力によって提供される半径方向の剛性のため、ジャーナル軸受によってのみ抑制される。液体の供給が停止し、ロータが減速し始めると、ジャーナル軸受に半径方向剛性がなくなるためノイズあるいは振動を発生させる可能性があり、（ロータから液体が空になった場合）ロータの重量が減少し、ロータを磁気スラスト軸受によって上方に移動させるようにしうる。しかしながら、制御手段７５０はいずれかの従来の型式の変換手段（図示せず）からの液体供給の停止、供給圧力および（または）ロータの重量を示す信号に応答して電磁石の電流を減少させ、そのため磁気斥力が低下し、ロータがスピンドルのテーパ部分に落ち着くようにされ、協働するブッシュがロータを心出しさせ、半径方向および軸線方向の双方の支持を提供し、遠心分離器４００に関連して前述したように供給液体圧力がないため喪失された半径方向の剛性を置き換える。移動停止手段７６０は電磁的に発生した斥力が無くなると機能し、また前述のように、協働する面の材質および（または）形状がロータの自由回転、ロータの増大した減速、すなわち制動を可能とするドライ作動あるいは潤滑作動の軸受を可能とする。
磁気部材が接触することなく時折の衝撃荷重に耐えるような大きさの斥力を発生する磁石を選択する代わりに１個以上の永久磁石によって静止要素が提供される前述の実施例のいずれかにおいて、磁石はより低い磁界強さ、補助電磁コイル、および衝撃荷重あるいはロータの軸線方向移動に直接応答して必要に応じて斥力を変更する変換器を有しうる。
前述の実施例の全てにおいて、遠心分離器は静止したスピンドルの形態の軸手段を有する。磁気斥力スラスト軸受手段並びに必要ならば軸線方向移動阻止手段は、軸手段がロータに対して固定され、ハウジングに対して回転可能であるシャフトからなる遠心分離器において同様に設ければよいことが理解される。図８（ａ）から図８（ｃ）まではそれぞれ遠心分離器８１０、８２０、８３０の第６、第７および第８の実施例の概略断側面図を示し、それらの全ては、分離可能にクランプ可能なハウジング部分１８₁および１８₂の間に位置した回転可能シャフト８１６、８２６、８３６と、それぞれ図１、図４および図７に対応する磁気斥力スラスト軸受と軸線方向移動阻止手段とを有する。遠心分離器８２０の軸線方向移動阻止手段８２１は遠心分離器４００の手段４５０に対応し、遠心分離器８３０の停止手段８３１は遠心分離器７００の手段７６０に対応する。
図３から図８（ｃ）までを参照して説明した実施例の全てにおいて、静止磁気部材は特に半径方向に軸線から半径方向に偏心しジャーナル軸受に所定の半径方向荷重を加えることが可能なことが認められる。
本発明はすべて自動遠心分離器である実施例に関して説明してきたが、回転のみのために、かつ適当であればロータを持ち上げるために高圧で駆動流体が供給され、例えば英国特許明細書第Ａ−２２９７４９９号に記載のようにロータ内に発生した遠心力で清浄される汚染した液体から個別に駆動液体が供給される液体駆動遠心分離器にも均等に適用可能であることを繰返して述べておく。
磁気部材は特に前述したもの以外の形態をとることが可能で、可能性としては磁束通路をハウジング内あるいは遠心分離器の構成要素内に閉じ込める、すなわち限定するために遠心分離器の構造要素の一部である強磁性材料あるいは磁極シェージング材料を含みうることが認められる。

Claims (8)

1. ハウジング密閉体（１１）と，概ね垂直の作動方向において前記ハウジング密閉体を貫通している軸線（３４）と、高圧で液体を受け取るように配置され、概ね接線方向にそこから排出される液体の排出に応答して軸線の周りで回転可能なロータ（２０）と、前記軸線の周りでの前記ロータの回転を促進するジャーナル軸受手段（３１、３２）と、軸線の方向に沿った移動に関して前記ロータを支持するスラスト軸受手段（４０；３６０）と、前記スラスト軸受手段が２個の磁気部材（４３、４６；３６１、３６２；５４３、５４６、５６１；６４０；６４１）の間の磁気斥力によって軸線に沿った方向で作動回転しているロータによって生じる荷重の少なくとも一部を支持するように作動可能な少なくとも１個の磁気斥力スラスト軸受（４２；３６０；５４２；５６０；７４２）を含み、前記磁気斥力スラスト軸受手段（４２；３６０；５４２）内での磁気斥力によって発生した軸線方向に対抗して、ロータの移動を制限するように作動可能な軸線方向移動阻止手段（５０；３４０；４５０；７６０）、及びロータとハウジングとの間の自由運動を可能とする副次的スラスト軸受手段を含み、前記副次的スラスト軸受手段が副次的磁気斥力スラスト軸受を含むことを特徴とする遠心分離器（１０；３００；４００；５００；７００；８１０；８２０；８３０）。
2. 少なくとも１個の前記磁気スラスト軸受（４２；３６０；５４２；５６０；７４２）がハウジング密閉体に装着され、該密閉体に対して固定されている静止磁気部材（４６；３６１；５４３；６４１）と、前記ロータ（２０）と共に回転するように前記ハウジング密閉体に装着されている回転可能な磁気部材（４６；３６２；５４６；６４０）とを含み、前記磁気部材が前記軸線の周りで周方向にのび、前記回転可能な磁気部材が永久磁石手段を含み、前記静止磁気部材および回転可能な磁気部材の少なくとも一方が少なくとも１個の周方向に連続した磁極（４５；４７；６４４）を有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の遠心分離器。
3. 前記磁気部材（４３；９６；６１０；６１３）の各々が反対の極性の軸線方向に離隔した磁極（４４、４５、４７、９８）を有し、各磁気部材の一方の極（４５；６１１₁）が他方の磁気部材の同じ極（４７、６１２）の近傍で軸線方向に配置されていることを特徴とする請求の範囲第２項に記載の遠心分離器。
4. 磁気部材（６２０、６２１；６３０、６３２；６４０、６４１；６５０；６５１）の各々が反対の極性の磁極を半径方向に離隔させ、他方の磁気部材の同じ極の近傍に軸線方向に配置させていることを特徴とする請求の範囲第２項に記載の遠心分離器。
5. 回転可能な磁気部材および静止磁気部材（６１０；６３０；６５１）のうちの少なくとも一方が、前記軸線の周りに配列された複数の周方向に断続した磁石を含むことを特徴とする請求の範囲第２項から第４項までのいずれか１項に記載の遠心分離器。
6. 前記静止磁気部材（４３；６３０；６４０）が環状であり、双方の磁極が周方向に連続していることを特徴とする請求の範囲第２項から第５項までのいずれか１項に記載の遠心分離器。
7. 前記静止磁石（６４１；６５５）が、電磁コイル手段（６４２、６５５）と該コイル手段に電流を供給するように作動可能な制御手段（７５０）とを含む電磁石手段によって少なくとも部分的に形成されていることを特徴とする請求の範囲第２項から第６項までのいずれか１項に記載の遠心分離器（７００）。
8. 軸線方向移動阻止手段（５０；３４０；４５０；７６０）がハウジング密閉体に対して固定された静止面（５２；１２；４５１、７７０）と前記ロータと共に回転可能で、前記静止面を支持するように作動可能な回転可能面（５１；３３１；４５３；７７１）を含み、前記静止面および回転可能面の一方（４５１；７７０）が軸線から半径方向および軸線方向にテーパを付けており、他方の面（４５２；７７１）が前記面と協働し、それによって前記停止手段はロータの所定の軸線方向移動に応答して、前記ロータを軸線方向および半径方向に支持するように作動可能であること特徴とする請求の範囲第１項から第７項までのいずれか1項に記載の遠心分離器（１０；３００；４００；７００）。

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