JPH0560137A - 磁気軸受／回転軸組立体 - Google Patents

磁気軸受／回転軸組立体

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JPH0560137A
JPH0560137A JP4028305A JP2830592A JPH0560137A JP H0560137 A JPH0560137 A JP H0560137A JP 4028305 A JP4028305 A JP 4028305A JP 2830592 A JP2830592 A JP 2830592A JP H0560137 A JPH0560137 A JP H0560137A
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JP
Japan
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bearing
shaft
assembly
magnetic bearing
bearing portion
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JP4028305A
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Nigel Henry New
ヘンリイ ニユー ナイジエル
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Federal Mogul Engineering Ltd
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Glacier Metal Co Ltd
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Publication date
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    • F16C32/044—Active magnetic bearings
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 磁気軸受によって回転軸が支持されるように
なっている組立体において、磁気軸受が故障して、軸が
停止される間に後備軸受および（あるいは）基礎体が損
傷する傾向を減少させること。 【構成】 後備軸受１８の軸受部分１９はボールレース
を有し、半径方向内側のレース２３がハウジング１６の
ような基礎体に固定され、また後備軸受１８にはその軸
受部分１９と基礎体１６との間に弾性材料でできた硬度
の小さい環状形のダンパー部材３０が取付けられてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、磁気軸受によって回転
軸が支持されるが、磁気軸受の故障時には後備（バック
アップ）軸受によって支持されるようになった組立体に
関する。磁気軸受は大きな回転エネルギを有する軸のた
めに設けられ、その様な場合には、軸のために満足のい
く後備軸受を提供することが特に重要である。
【０００２】
【従来の技術および課題】この後備軸受は、満足のいく
方法で軸を支持する形になっていて、組み合わされた磁
気軸受のどのような作動故障の後でも軸を停止にまでも
っていくことができることが要求される。軸を停止にま
でもっていく間は、軸や、軸と一緒に回転する組立体の
部品や、後備軸受が損傷したり、あるいは摩耗したりす
ることがないように要求される。
【０００３】回転要素に関連した少なくとも１つの構成
部品を有する後備軸受が知られており、例えば後備軸受
の各々の構成部品がレース上に支持された円柱体からな
っていたり、あるいは半径方向内側および外側のレース
と一緒になったボールレースからなっており、多分、ど
のような形態の潤滑剤も設けられていない。磁気軸受が
故障したときには、後備軸受の各構成部品の単一のレー
ス、あるいは２つのレースのうちの半径方向内側のレー
スが軸と一緒に回転することになる。もし半径方向外側
のレースが設けられている場合には、そのレースは適当
な基礎体に固定されている。通常、各々の半径方向内側
のレースには黄銅あるいは硬質青銅でできたスリーブが
設けられており、スリーブが回転軸と接触したときにレ
ースが回転し易くなっている。
【０００４】上述の構造に代えて、或る上述の構造に加
えて、後備軸受は、低摩耗の平軸受の中に含まれていて
も良いような乾式軸受材料の層からなっていても、ある
いはそれを含んでいてもよい。
【０００５】後備軸受の対向面と軸の間の間隙は、回転
軸と磁気軸受との間の間隙より小さくなるようにされて
いる。
【０００６】しかしながら、後備軸受が軸と係合する
と、後備軸受および（あるいは）該後備軸受のための基
礎体は損傷を受けるかもしれない。
【０００７】
【課題を解決するための手段】従って、本発明の目的は
磁気軸受によって回転軸受が支持されるようになってい
る組立体のための後備軸受に関する新規かつ有利な構造
物を提供することにあり、この後備軸受構造物は、後備
軸受が回転軸によって係合されるときに、構造物および
（あるいは）そのための基礎体が損傷を受けない、ある
いは摩耗されないようなものになっている。
【０００８】本発明によると、磁気軸受によって回転軸
が支持されるようになっている組立体は、軸受部分と、
この軸受部分と基礎体の間におけるダンパー部材とを備
える後備軸受を含み、前記ダンパー部材が小さな硬度値
を有し、環状の弾性材料体からなることを特徴とする。
【０００９】磁気軸受が故障して、回転軸が後備軸受の
軸受部分と接触したときには、軸の振動の固有振動数が
存在し、この固有振動数はダンパー部材の硬さの関数で
ある。さらに、振動している軸によって軸受部分にかか
る遠心力の大きさは、軸の回転速度の２乗に比例する。
従って、軸には振動が生じ、その様な強制振動の振動数
は軸の速度に応じて変化する。さらに、もし軸の強制振
動の振動数によって回転軸の振動に関連した固有振動数
に到達すると、遠心力の大きさは、軸受部分および（あ
るいは）そのための基礎体が損傷を受ける程度の大きさ
になる。しかしながら、もし強制振動の振動数が軸の固
有振動数よりも十分大きいと、軸はその重心の周りで回
転し、軸受部分には小さな力しか伝達されない。従っ
て、もし、ダンパー部材の硬さが小さければ、回転軸の
振動の固有振動数もそれに応じて小さくなり、従来通り
の方法によって、回転軸のすべての予想される強制振動
が軸がほぼ静止状態になるまでは軸の固有振動数よりも
十分大きくなるようになっていて、この場合には発生す
る遠心力の大きさは軸の速度が小さいために小さくなる
ように配置することができる。従って、軸受部分にかか
る遠心力の最大可能な大きさが、軸受部分および（ある
いは）そのための基礎体に損傷を与える大きさよりも小
さくなるように配置することができる。
【００１０】ダンパー部材を構成する環状の弾性材料体
の硬さは、磁気軸受が故障して回転軸が軸受部分と接触
したときに剪断変形を受ける弾性材料体の場合よりも小
さくなるようにしてもよい。有利な配置においては、環
状の弾性材料体は半径方向に剪断変形するように配置さ
れている。この弾性材料の環状体は、２つの対向する主
面がその軸線に関して半径方向に延在するように取付け
られることが都合が良い。
【００１１】軸と、後備軸受の軸受部分とは両方とも、
環状の弾性材料体を貫通した開口の中を延在し、またそ
の軸線と同軸状であり、前記弾性材料体は２つの対向す
る主面を有し、この２つの対向する主面の内の１つは軸
受部分に固定されたフランジに固定され、他の主面は、
基礎体に固定されている。組立体のその様な構造は、ダ
ンパー部材か簡単な形をしていて、組立体の中で半径方
向に延在した空間を多く必要としないという点で有利で
ある。
【００１２】
【実施例】以下添付図面を参照しながら例を挙げて本発
明を説明する。添付図面は本発明による１実施例の部分
断面的な側面図であり、磁気軸受の中に取付けられた回
転軸の組立体が示されており、後備軸受が設けられてい
る。
【００１３】添付図面に示したように、組立体は全体的
に１１で示された従来型の磁気軸受の中に取付けられた
鋼製の回転軸１０を有し、この磁気軸受と軸との間のギ
ャップが１２で示されている。
【００１４】軸１０の一端が示されており、この端部は
組立体のためのハウジング１６の一部分における開口１
４を貫通しているが、図にはハウジングのこの部分しか
示されていない。前記ハウジング１６を含む基礎体にお
ける開口１４の中には、組立体のための後備軸受構造物
が設けられていて、この後備軸受構造物は１８で示され
ている。
【００１５】後備軸受１８の回転要素軸受部分１９は２
つのボールレースからなり、その各々は半径方向内側お
よび外側のレースの間で回転要素２０を有している。各
々のボールレースは非常に正確な方法で製作され、その
中には潤滑剤は存在しない。２つのボールレースは２つ
のスペーサ２１によって軸方向に離隔されている。各々
の半径方向外側のレース２２は、以下に述べるようにし
て、組立体ハウジング１６の中の開口１４内に固定され
ている。
【００１６】各々の半径方向内側のレース２３は軸受部
分１９の一部からなるスリーブ２４と係合している。ス
リーブ２４の半径方向内側の表面２６は回転軸１０と対
向している。前記組立体が作動しているときは、前記表
面２６は軸から離れている。しかしながら、磁気軸受１
２が故障すると、軸は表面２６と接触し、半径方向内側
のレース２３と回転要素２０とは軸と一緒に回転させら
れる。このようにして軸は磁気軸受１１を損傷させるこ
となく停止させられる。半径方向内側のレース２３が軸
１０と一緒に回転し易くするために、スリーブ２４は黄
銅あるいは硬質青銅でできている。
【００１７】磁気軸受１１が故障し、後備軸受１８の回
転要素軸受部分１９が使用されだすと、軸１０は振動す
る。軸１０は回転要素軸受部分１９に遠心力を与え、軸
受部分と（あるいは）組立体のハウジング１６は多分損
傷を受けることになる。
【００１８】回転要素軸受部分１９に損傷を与えるこれ
らの振動を防ごうとするために、ダンバー部材を設ける
ことが知られている。軸１０の固有振動数はダンバー部
材の硬さの関数である。さらに、振動している軸１０に
よって回転要素軸受部分１９に与えられる遠心力の大き
さは、軸の回転速度の２乗に比例する。従って、軸には
振動が強制的に加わり、そのような強制振動の振動数は
軸受の速度とともに変化する。さらに、もし、軸の強制
振動の振動数によって回転軸１０の振動に関連した固有
振動数に到達すると、遠心力の大きさは、回転要素軸受
部分１９および（あるいは）組立体のハウジング１６が
それによって損傷を受ける程度の大きさになる。しかし
ながら、もし強制振動の振動数が軸の固有振動数よりも
十分大きいと、軸はその重心の周りで回転し、回転要素
軸受部分１９には小さな力しか伝達されない。
【００１９】都合のよいことに、もしダンパー部材の硬
さが小さければ、回転軸１０の振動の固有振動数もそれ
に応じて小さくなることは理解できるであろう。本発明
に関していうと、硬さの小さいダンパー部材３０が設け
られており、強制振動の予想振動数が、少なくとも軸が
ほぼ静止状態になるまでは軸の固有振動数よりも十分大
きくなるようになっていて、この場合には発生する遠心
力の大きさは軸の速度が小さいために小さくなるであろ
う。特に、回転要素軸受部分１９に加わる遠心力の最大
可能な大きさは、軸受部分および（あるいは）組立体の
ためのハウジング１６を損傷させる大きさよりも小さ
い。
【００２０】説明している装置において、また本発明に
関していうと、半径方向外側のレース２２は、端板２８
とボルト２９とによってスリーブ２７に固定され、前記
ボールレースは端板をスリーブに固定し、ボールレース
が端板の間で締め付けられている。ダンパー部材３０は
スリーブ２７と基礎体１６との間に設けられている。ダ
ンパー部材３０は後備軸受構造物１８の一部分と考える
ことができる。ダンパー部材３０は弾性のある重合体材
料、例えば大きな固有の緩衝特性を有した、適当なシン
タクチックゴムでできた環状体からなる。前記環状の弾
性体３０は、その２つの主たる対向面３２が本体に関し
て半径方向に延在するように取付けられている。さら
に、軸１０の軸線３３と、後備軸受構造物１８の回転要
素軸受部分１９の軸線とは、環状体３０を貫通する開口
の軸線と同軸的になっている。弾性体３０の１つの主面
３２はスリーブ２７上を半径方向に延在するフランジ３
４と隣接している。環状体３０の他の主面３２は組立体
のハウジング１６に固定されている。弾性体３０は環状
部材３７と３８との間で締め付けられ、これらはそれぞ
れボルト４０によってフランジ３４及び組立体のハウジ
ング１６に固定されている。環状部材３７の直径は弾性
体３０の直径より、また別の環状部材３８の直径よりも
大きい。
【００２１】組立体が通常作動しているときには、弾性
体３０は２ｋｇ／μｍ程度の小さな硬さを有している。
磁気軸受１１が故障し、回転軸受１０が最初に回転要素
軸受部分１９と接触すると、弾性体３０はフランジ３４
と組立体のハウジング１６との間で半径方向に剪断変形
される。この状態における軸の固有振動数は２０ヘルツ
になっており、軸の速度は毎分１２，０００回転で、２
００ヘルツの強制振動数が与えられる。従って、伝達さ
れる力は無視できる。軸１０が停止される間の回転要素
軸受部分１９に加えられる遠心力の最大可能な大きさ
は、軸受部分および（あるいは）組立体のハウジング１
６を損傷させるような大きさよりは小さい。
【００２２】図示している後備軸受構造物１８の構造に
関していうと、弾性体３０の円筒状の半径方向内面４２
は、スリーブ２７の円筒状の半径方向外面４３と離隔し
ていることが本質的に重要である。さらに、磁気軸受が
通常作動しているときには、磁気軸受１１と軸受１０と
の間の間隙１２は、回転要素軸受部分１９と軸との間の
間隙と、弾性体３０に締め付けられた環状部材３８の円
筒状の半径方向内面４２とスリーブ２７の円筒状の半径
方向外面４３との間の間隙との合計よりも大きい。従っ
て、回転軸１０は、磁気軸受が故障した後でも、組立体
の通常作動状態の下で磁気軸受１１と接触するのを防が
れており、軸は磁気軸受にどのような損傷も与えずに停
止される。組立体の１例においては、組立体が作動して
いる場合には、磁気軸受１１と軸受１０との間の間隙１
２は０．５mmで、回転要素軸受部分１９と軸との間の間
隙は０．２mmで、スリーブ２７の円筒状の半径方向外面
４３と弾性体３０の円筒状の半径方向内面４２との間の
間隙は０．２mmである。環状形状の弾性体３０は内半径
が７０mm、外半径８５mm、厚さが４mmである。
【００２３】回転要素の軸受と接触する軸１０の部分
は、銅とクロムの合金の層４８上にメッキされた硬質の
クロムの表面層４６とからなる層４４を有し、これはビ
ッカース硬さが１３０で、０．９５カロリー／秒・cm・
℃の熱伝導率を有している。従って、層４８は有利なこ
とに熱シンクを有している。あるいは、耐摩耗性の層４
６は硬化された鋼であってもよく、熱シンク層４８は省
略される。
【００２４】説明してきた組立体には他の修正が可能で
ある。環状の弾性体は組立体の中でどのような便利な方
法で取付けられてもよい。軸が停止されているときには
弾性体が円周方向に剪断変形を受けるようになっていて
もよい。あるいは、弾性体は回転軸が回転要素軸受部分
１９と接触したときに剪断変形を受けないように位置し
ていてもよい。
【００２５】後備軸受の回転要素軸受部分はどのような
望みの数のボールレースを有していてもよい。あるい
は、軸受部分はボールレース（単数あるいは複数）を有
していなくてもよく、その代わりに回転要素を有したど
のような便利な形の軸受、例えば、軸と一緒に回転する
単一のレース上で支持されたシリンダーからなる回転要
素を有した少なくとも１つの軸受を有していてもよい。
あるいは、後備軸受の軸受部分は、摩擦の小さな平軸受
の少なくとも一部分からなっていてもよい。
【００２６】組立体の静止部分１６は組立体のハウジン
グからなっていなくてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による組立体の１実施例の部分断面的な
側面図。
【符号の説明】
１０ 軸 １１ 磁気軸受 １６ 基礎体 １８ 後備軸受 １９ 軸受部分 ３０ 弾性体 ３２ 主面 ３４ フランジ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 磁気軸受によって回転軸が支持されるよ
    うになっている組立体で、軸受部分と、前記軸受部分と
    基礎体の間におけるダンパー部材とを備える後備軸受を
    含む組立体において、前記ダンパー部材が小さな硬度値
    を有し、環状の弾性材料体からなることを特徴とする磁
    気軸受／回転軸組立体。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の組立体において、前記磁
    気軸受が故障して前記回転軸が前記軸受部分と接触した
    ときに、前記環状の弾性材料体が剪断変形を受けるよう
    に配置されている磁気軸受／回転軸組立体。
  3. 【請求項３】 請求項２記載の組立体において、前記環
    状の弾性材料体は半径方向の剪断変形を受ける磁気軸受
    ／回転軸組立体。
  4. 【請求項４】 請求項３記載の組立体において、前記環
    状の弾性材料体は、２つの対向する主面が該弾性材料体
    の軸線に関して半径方向に延在するようにして取付けら
    れている磁気軸受／回転軸組立体。
  5. 【請求項５】 請求項１から４のいずれか１項記載の組
    立体において、前記軸と、前記後備軸受の軸受部分とは
    両方とも、前記環状の弾性材料体を貫通した開口の中を
    延在し、かつ該開口軸線と同軸状であり、前記弾性材料
    体は２つの対向する主面を有し、この２つの対向主面の
    内の１つは前記軸受部分に固定されたフランジに固定さ
    れ、他の主面は前記基礎体に固定されている磁気軸受／
    回転軸組立体。
JP4028305A 1991-02-15 1992-02-14 磁気軸受／回転軸組立体 Pending JPH0560137A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB91032573 1991-02-15
GB919103257A GB9103257D0 (en) 1991-02-15 1991-02-15 A magnetic bearing-shaft assembly having a bearing to support the shaft in the event of failure of the magnetic bearing

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0560137A true JPH0560137A (ja) 1993-03-09

Family

ID=10690097

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP4028305A Pending JPH0560137A (ja) 1991-02-15 1992-02-14 磁気軸受／回転軸組立体

Country Status (4)

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US (1) US5231323A (ja)
EP (1) EP0499310A1 (ja)
JP (1) JPH0560137A (ja)
GB (1) GB9103257D0 (ja)

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