JP5340845B2 - アキシアル荷重の影響を受けない非常用転がり軸受 - Google Patents

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Description

本発明は、ロータに関してわずかなエアギャップのある磁気軸受を有する回転機械のための、アキシアル荷重の影響を受けない非常用転がり軸受に関連する。前記非常用軸受は、少なくとも第１および第２の軸受部材を具備し、前記第１および第２の軸受部材の各々と前記ロータとの間に、前記複数の磁気軸受の前記わずかなラジアルエアギャップεｒのほぼ半分であるεｒ／２値のラジアル隙間が設けられており、アキシアル隙間εａは、前記アセンブリと、前記ロータに固定されている第１および第２のアキシアル隣接部材との間で、前記第１および第２の軸受部材の両側に形成されている。
非常用軸受として知られている、非常用機械的装置は、すでに特許文献ＦＲ ２ ６１３ ７９１およびＥＰ １ ３９５ ７５８ Ｂ１で特に説明されており、磁気軸受がオーバーロードされた場合、または電気制御装置または電子制御装置が機能しない場合、または磁気のサスペンションが止められた場合に、アクティブ磁気軸受を持つ回転機械の完全な無欠の状態(total integrity)を保証するように設計されている。
文献ＥＰ １ ３９５ ７５８ Ｂ１において、図２に示されているように、各々がステーターリング１と、複数のロータリング２と、ステーターおよび複数のロータリング１および２間に配置されている複数の転動体３と、を持つ２つの転がり軸受を有する非常用軸受が特に提案されている。複数のロータリング２は、ラジアル隙間４によってロータ６から分離されており、アキシアル隙間５によって第１および第２のアキシアル隣接部材７，８からも分離されている。
中間支持部材９は、ステーターリング１とステーター部材１０との間に挿入されており、ステーター１５に留められているステーター部材１０に関連するラジアル隙間１１，１３を持つ。中間支持部材９の２つの一番端の側面に留められているばね１２は、双方向のプレローディング(pre-loading)をかけることによって転がり部材上で軸方向に作動する。ラジアル方向に作動するダンパー手段は、隙間１３に挿入され、非常に低い摩擦の接触手段１４は、向かい合った、中間部材９の回転軸に対して垂直な表面とステーター部材１０の表面との間に設けられている。
このような非常用装置は、アキシアル荷重の方向にかかわらずダンパーとして作動可能である。それにもかかわらず、その構成のタイプは、そのハウジングにおける軸受の熱膨張を避けることができず、この熱膨張は、ボールおよびリングがより高い応力を受ける原因となり、軸受が破壊される原因ともなる。
この欠点を改善するために、隙間１３に挿入されているダンパー手段とできる限り類似している第２の弾性装置１３’を、複数のステーターリングを構成する軸受の複数の外輪１と、複数のステーターリングの支持部として作動する中間部材９との間の境界面に挿入することに、１つの可能な解決策はあるが、それによって、軸受は応力なしに膨張する。
この解決策は、従来技術を改善し、熱膨張の問題も解決されるが、それにもかかわらず、アセンブリのラジアル振れ(the radial deflection)が増大する欠点がある。
ＦＲ ２ ６１３ ７９１ ＥＰ １ ３９５ ７５８ Ｂ１
本発明は、摩耗を制限して高い水準の運転の安全性を持つ非常用軸受を提供することによって、上述した欠点を改善しようとするものである。
より具体的には、本発明は、軸受の温度上昇と、熱的に膨張している軸受に関連した結果と、を軽減すると同時に、アセンブリのラジアル振れを制限することを可能にしようとするものである。
これらの目的は、ロータに関してわずかなエアギャップのある複数の磁気軸受を有する回転機械のための、アキシアル荷重の影響を受けない非常用転がり軸受であって、前記非常用軸受は、少なくとも第１および第２の軸受部材を具備し、前記第１および第２の軸受部材の各々と前記ロータとの間に、前記複数の磁気軸受の前記わずかなラジアルエアギャップεｒのほぼ半分であるεｒ／２値のラジアル隙間が設けられており、アキシアル隙間εａは、前記アセンブリと、前記ロータに固定されている第１および第２のアキシアル隣接部材との間で、前記第１および第２の軸受部材の両側に形成されており、前記非常用軸受は、前記第１の軸受部材は、ステーター部材と同軸の第１の中間支持部材に直接取り付けられていることと、前記第２の軸受部材は、同様に前記ステーター部材と同軸の第２の中間支持部材に取り付けられていることと、前記第１および第２の中間支持部材は、前記軸受の軸に対して垂直のラジアル平面において接触面を持ち、軸方向に作動し、前記第１および第２の中間支持部材と、前記第１および第２の軸受部材と、が膨張するまたは軸方向に離れるのを可能にする弾性プレストレスト部材によって一体化されていることと、ラジアル方向にあるダンパー手段は、最初に、前記第１および第２の中間支持部材間に、次いで前記ステーター部材間に挿入されていることと、を特徴とする。
より具体的には、非常用軸受は、非常に低い摩擦係数を持つ２つの環状エンドプレートを含み、前記２つの環状エンドプレートは、前記ステーター部材に固着されており、それらの間には、隙間をもって前記中間支持部材が挿入されている。
第１の可能な実施形態において、ダンパー手段は、中間支持部材の円筒状表面と、軸受の軸の中心に置かれているステーター部材と、の間に挿入されている波形金属リボンを有する。
もう一つの実施形態において、ダンパー手段は、中間支持部材の円筒状表面と、軸受の軸の中心に置かれているステーター部材と、の間に挿入されている粘弾性リングを有する。
本発明の第１の用途において、非常用軸受は、中央のロータと、上記中央のロータの周囲の外側に配置されている第１および第２の軸受部材と、を含む。
もう一つの用途において、非常用軸受は、管状の周辺的なロータと、周辺的なロータに面している内側に配置されている第１および第２の軸受部材と、を含む。
本発明の他の特質および利点は、例として挙げられている実施形態の以下の記述から、および添付図面を参照して説明される。
軸受の温度上昇およびラジアル振れの両方を制限するように構成されている、本発明の非常用軸受の軸方向の片側断面図である。 軸受の温度上昇の影響を減らすように改造されている、従来技術の非常用軸受の軸方向の片側断面図である。
図１は、本発明に従った非常用転がり軸受の好適な実施形態を示している。
図１に示されている非常用軸受は、アクティブ磁気軸受（図示されていない）と組み合わせて用いられるように設計されている。
図１において、様々な構成を持つ、すなわち、特にロータ１０６がステーター１１５の内部または外部のどちらにあるのも可能である、ロータ１０６およびステーター１１５が示されている。
非常用軸受は、２つの転がり軸受１００Ａ，１００Ｂを本質的に有する。各軸受１００Ａ，１００Ｂは、ステーターリング１０１Ａ，１０１Ｂと、ロータリング１０２Ａ，１０２Ｂと、ステーターおよびロータリング１０１Ａ，１０２Ａ間または１０１Ｂ，１０２Ｂ間に配置されている転動体１０３Ａ，１０３Ｂと、を有する。
非常用軸受が関連付けられているラジアル磁気軸受の通常運転において、軸受のロータリング１０２Ａおよび１０２Ｂは、磁気軸受のエアギャップεｒ値の約半分であるεｒ／２値のラジアル隙間１０４によってロータ１０６から分離されている。
εｒ／２値のラジアル隙間は、０．１５ミリメートル（ｍｍ）から０．３ｍｍの範囲にあるのが好ましいが、用途によってこの範囲外も可能である。
ロータリング１０２Ａおよび１０２Ｂはそれぞれ、好ましくは約０．２ｍｍから０．５ｍｍの範囲にあるが用途によって上記範囲外も可能であるアキシアル隙間１０５によって、第１のアキシアル隣接部材１０７および第２のアキシアル隣接部材１０８から一定の間隔をあけて離れている。これらのアキシアル隙間は、軸受がアキシアル荷重の場合にいずれの方向にも軸方向運動するのを可能にする。
本発明によると、第１の軸受１００Ａは、第１の中間支持部材１０９Ａ内に取り付けられている。ダンパー手段１１３は、上記中間支持部材１０９Ａと、ねじのような留め金具部材１１９によってステーター１１５に留められている支持部材１１０と、の間に挿入されている。
同様に、第２の軸受１００Ｂは、第２の中間支持部材１０９Ｂ内に取り付けられている。ダンパー手段１１３もまた、上記第２の中間支持部材１０９Ｂと、ステーター支持部材１１０と、の間に挿入されている。
第１および第２の中間支持部材１０９Ａおよび１０９Ｂは、軸受およびロータ１０６の軸に対して垂直のラジアル平面において接触面を呈する。２つの中間支持部材１０９Ａおよび１０９Ｂは、例えば、軸方向に作動し、中間部材１０９Ａおよび１０９Ｂを第１および第２の軸受から軸方向に離すことによって、第１および第２の軸受が膨張(expand)するのを可能にするコイルばねの形をとる、弾性プレストレスト部材１１２によって一体化されている。
中間支持部材１０９Ａおよび１０９Ｂは、ボルトのような取り付け手段１１８によってステーター部材１１０に留められている環状エンドプレート１１６および１１７間にある隙間に挿入されている。これらのプレートは、非常に低い摩擦係数および最大表面積を持つように選択されている。
ステーターのそばに位置している中間支持部材１０９Ａおよび１０９Ｂの円筒状表面と、中間支持部材１０９Ａおよび１０９Ｂに面して位置しているステーター部材１１０の円筒状表面との間に挿入されているダンパー手段１１３は波形金属リボンまたは粘弾性リングによって構成されている。
軸受１００Ａおよび１００Ｂはそれぞれ、中間部材１０９Ａおよび１０９Ｂ間の接触面から対向して、第１および第２の中間支持部材１０９Ａおよび１０９Ｂ内にそれぞれの側面で受け入れられる。
非常用軸受システムに当てられるアキシアル荷重がどんなものであっても、前記アキシアル荷重から生じるラジアル摩擦は、プレート１１６および１１７の低い摩擦係数のため、システムのラジアル方向における自由運動を阻むことができない。
軸受１００Ａおよび１００Ｂは、中間支持部材１０９Ａおよび１０９Ｂに直接取り付けられているので、２つの支持部材を、ばね１１２によって弾性フリー荷重の状態に置く。ステーターリング１０１Ａ，１０１Ｂと、中間支持部材１０９Ａ，１０９Ｂと、の間に優れた熱接触があるとすると、ステーターリング１０１Ａおよび１０１Ｂの熱膨張は、非常に制限される。
さらに、ロータリング１０２Ａ，１０２Ｂおよび熱的に膨張しているボール１０３Ａ，１０３Ｂの影響下で、それらは軸受の接触角に沿ってステーターリング１０１Ａ，１０１Ｂに圧力をかける。この圧力下で、２つの中間支持部材１０９Ａおよび１０９Ｂは、アセンブリのいずれのパーツにも過度に応力を加えることなく互いに離れることができる。
上述したアセンブリは、どんな種類のダンパー手段も、ステーターリング１０１Ａおよび１０１Ｂと、中間支持部材１０９Ａ，１０９Ｂと、の間に挿入されないため、ラジアル振れを制限する利点と、軸受の温度上昇を制限する、したがって中間支持部材１０９Ａおよび１０９Ｂは、応力なしに膨張できるまたは離れることができる少なくとも２つの部分であり、それによって、軸受のステーターリング１０１Ａおよび１０１Ｂは、離れて、軸受に応力をかけることなく膨張も可能となるという結果として、膨張と関連した破壊のリスクを制限する利点の２重の利点を呈する。
１ …ステーターリング
２ …ロータリング
３ …転動体
４ …ラジアル隙間
５ …アキシアル隙間
６ …ロータ
９ …中間支持部材
１０ …ステーター部材
１１ …ラジアル隙間
１２ …ばね
１３ …隙間
１３’ …弾性装置
１４ …接触手段
１５ …ステーター
１００Ａ…転がり軸受
１００Ｂ…転がり軸受
１０１Ａ…ステーターリング
１０１Ｂ…ステーターリング
１０２Ａ…ロータリング
１０２Ｂ…ロータリング
１０３Ａ…転動体
１０３Ｂ…転動体
１０４ …ラジアル隙間
１０５ …アキシアル隙間
１０６ …ロータ
１０７ …アキシアル隣接部材
１０８ …アキシアル隣接部材
１０９Ａ…上記中間支持部材
１０９Ｂ…中間支持部材
１１０ …ステーター支持部材
１１２ …弾性プレストレスト部材
１１３ …ダンパー手段
１１５ …ステーター
１１６ …環状エンドプレート
１１７ …環状エンドプレート
１１８ …取り付け手段
１１９ …金具部材

Claims (7)

  1. ロータ（１０６）に関してわずかなエアギャップのある複数の磁気軸受を有する回転機械のための、アキシアル荷重の影響を受けない非常用転がり軸受であって、
    前記非常用軸受は、少なくとも第１および第２の軸受部材（１００Ａ，１００Ｂ）を具備し、前記第１および第２の軸受部材（１００Ａ，１００Ｂ）の各々と前記ロータ（１０６）との間に、前記複数の磁気軸受の前記わずかなラジアルエアギャップεｒのほぼ半分であるεｒ／２値のラジアル隙間（１０４）が設けられており、アキシアル隙間εａ（１０５）は、前記アセンブリと、前記ロータ（１０６）に固定されている第１および第２のアキシアル隣接部材（１０７，１０８）との間で、前記第１および第２の軸受部材（１００Ａ，１００Ｂ）の両側に形成されており、
    前記非常用軸受は、
    前記第１の軸受部材（１００Ａ）は、ステーター部材（１１０）と同軸の第１の中間支持部材（１０９Ａ）に直接取り付けられていることと、
    前記第２の軸受部材（１００Ｂ）は、同様に前記ステーター部材（１１０）と同軸の第２の中間支持部材（１０９Ｂ）に取り付けられていることと、
    前記第１および第２の中間支持部材（１０９Ａ，１０９Ｂ）は、前記軸受の軸に対して垂直のラジアル平面において接触面を持ち、軸方向に作動し、前記第１および第２の中間支持部材（１０９Ａ，１０９Ｂ）と、前記第１および第２の軸受部材（１００Ａ，１００Ｂ）と、が膨張するまたは軸方向に離れるのを可能にする弾性プレストレスト部材（１１２）によって一体化されていることと、
    ラジアル方向にあるダンパー手段（１１３）は、最初に、前記第１および第２の中間支持部材（１０９Ａ，１０９Ｂ）間に、次いで前記ステーター部材（１１０）間に挿入されていることと、
    を特徴とする非常用転がり軸受。
  2. 前記非常用軸受は、非常に低い摩擦係数を持つ２つの環状エンドプレート（１１６，１１７）を含み、前記２つの環状エンドプレートは、前記ステーター部材（１１０）に固着されており、それらの間には、隙間をもって前記中間支持部材（１０９Ａ，１０９Ｂ）が挿入されていることを特徴とする請求項１に記載の非常用軸受。
  3. 前記弾性プレストレス部材（１１２）はコイルばねを具備することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の非常用軸受。
  4. 前記ダンパー手段（１１３）は、対向している前記中間支持部材（１０９Ａ，１０９Ｂ）の円筒状表面と、前記軸受の軸の中心に置かれている前記ステーター部材（１１０）と、の間に挿入されている波形金属リボンを具備することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の非常用軸受。
  5. 前記ダンパー手段（１１３）は、対向している前記中間支持部材（１０９Ａ，１０９Ｂ）の円筒状表面と、前記軸受の軸の中心に置かれている前記ステーター部材（１１０）と、の間に挿入されている粘弾性リングを具備することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の非常用軸受。
  6. 前記非常用軸受は、中央のロータ（１０６）と、前記中央のロータ（１０６）の周囲の外側に配置されている第１および第２の軸受部材（１００Ａ，１００Ｂ）と、を含むことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか1項に記載の非常用軸受。
  7. 前記非常用軸受は、管状の周縁のロータ(a peripheral rotor)と、前記周縁のロータに対向している内側に配置されている第１および第２の軸受部材と、を含むことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の非常用軸受。
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