JPH06200937A - 磁気軸受装置 - Google Patents

磁気軸受装置

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JPH06200937A
JPH06200937A JP5181103A JP18110393A JPH06200937A JP H06200937 A JPH06200937 A JP H06200937A JP 5181103 A JP5181103 A JP 5181103A JP 18110393 A JP18110393 A JP 18110393A JP H06200937 A JPH06200937 A JP H06200937A
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bearing
shaft
fluid
backup
armature
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JP5181103A
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Nigel H New
ヘンリー ニュー ナイジェル
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 磁気軸受が軸をアクシャルおよびラジアル荷
重に対して適正に支持しない場合に作動するバックアッ
プ軸受を含む磁気軸受装置を提供する。 【構成】 バックアップ軸受50は加圧流体源52と、
可動軸受電機子25と固定電機子の極の面281 ,29
1 の間の懸架空隙30に流体を供給するチャンネル51
と、許容最小レベル以下の点における空隙の幅の減少に
応答してチャンネルを介して流体を空隙まで送り、磁気
軸受支持手段の支援あるいは代替のための水圧軸受を固
定および可動電機子の間で形成する磁気制御手段56と
を備える。コイルを含む空隙が電機子の脚の間に介在す
るジャーナル軸受においては、空間を介して供給された
流体が水圧軸受領域を増加させ、かつ低圧の流体の流れ
がコイルを冷却している。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はジャーナル軸受として半
径方向に作用する力に対して、かつスラスト軸受として
軸線方向に作用する力に対して回転軸を支持する磁気軸
受装置に関し、特に、そのような力に対して軸を磁気軸
受が適正に支持しなくなった場合に作動するようにされ
た前記軸受装置用の所謂バックアップ軸受に関する。
【0002】
【従来の技術】磁気軸受は永久磁石のみからなる受働型
か、あるいは永久磁石を備えた、あるいは備えていない
電磁石軸受からなる能動型がある。
【0003】本明細書において区別せずに使用した場合
の「磁気軸受」という用語は双方の種類を網羅する意図
であり、一方の種類あるいは他方の種類に係わる文脈か
ら当該形式の軸受装置、即ち能動型あるいは受働型を言
及する。
【0004】軸(あるいはその他の運動体)を支持する
能動型磁気軸受はジャーナル軸受やスラスト軸受として
作用するべく種々の形態で存在している。通常、適当な
強磁性材料の電機子が軸上、軸中あるいは軸の側方に形
成され可動電機子を構成し、軸の周りに均等に配置され
た可動電機子に隣接して電磁石が配置され固定の電機子
手段を形成する。各電磁石は1個以上の肢を有する強磁
性芯を含み、前記肢の周りに1個以上の電磁性コイルが
巻かれ、可動電機子に面する極の面で終り、芯と電機子
が、その間で小さいエアギャップを含む磁気回路を形成
する。作動時、軸はその電機子を極の面の間に位置させ
て懸架され、軸の電機子と個々の極の面との間の懸架空
隙が、実際の空隙の幅を検出するとそれに応答して種々
の電磁コイルの電流を制御することによって物理的接触
が起りうる所定の最小の幅を上廻って保持される。
【0005】実際、停電や、電磁力が対応してない例外
的な力が軸に作用する可能性があるため、前記磁気軸受
にバックアップ軸受手段を設けることがよくある。前記
バックアップ軸受手段は一方の部分が軸によって担持さ
れ、別の部分が固定され、磁気軸受が作動すると極の面
と磁気軸受の電機子との間の物理的離隔距離より小さく
て前記の所定の最小空隙を画成する空隙分前記一方の部
分から離隔され、もし軸が空隙内の通常の中央位置から
十分移動すれば、バックアップ軸受部分が軸を一時的に
支持する作動面として接触するようにされている。
【0006】受働型磁気軸受はスラスト軸受として専用
ではないが主として使用され、永久磁石の間の斥力によ
って作動しようとする。受働型磁気軸受は、懸架力を提
供する能力に関して内部での停電に敏感ではないが、そ
れに対して作用する外部の力には敏感であり、また回転
子と固定子の部材間の衝突を阻止するためにバックアッ
プ軸受手段を必要とする。
【0007】前述のようなバックアップ軸受手段を設け
ること自体問題が無い訳ではない。磁気軸受が適してい
る機械の軸は、他の種類の軸受が不適当である極めて高
速で回転する類いのものであり、もしそのような接触が
高速で行われ、かつ/または摩擦により発生した大量の
熱を放散することが必要とされるとすればバックアップ
軸受の作動面と接触することは作動を困難に、あるいは
始動を困難としうる。摩擦が大きいがより高速で作動で
きるものにより摩擦の低い部材を組み合わせてより低速
で作動しうるバックアップ軸受の提案が行われてきた。
相補バックアップ軸受構造による相対的な効率の向上に
もかかわらず、前記軸受は熱を発生させ、その放散に慎
重な注意を要し、また、従来の電磁石要素の他にバック
アップ軸受手段が占拠する空間が必要という別の問題も
残っている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は公知の
バックアップ軸受の前述の欠点の少なくともあるものを
緩和するバックアップ軸受手段を含む磁気軸受装置を提
供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明の一局面によれ
ば、回転軸用の磁気軸受装置は、軸と運動可能の可動電
機子手段と、前記可動電機子手段と共に、その間で懸架
空隙を含む磁気回路を形成する固定電機子手段と、バッ
クアップ軸受手段とを含み、前記バックアップ軸受手段
が前記懸架空隙と連通する流体チャンネルと、加圧流体
源と、軸の作動位置の所定範囲内で磁気軸受装置が軸を
懸架できないことを検出するとそれに応答して前記流体
を懸架空隙へ供給させ、そのような静圧において膜を形
成し前記の軸の作動位置の所定範囲内で軸を支持するよ
うにするバックアップ制御手段とを含む。
【0010】本発明の別の局面によれば、流体を高圧で
処理するよう作動可能のターボ機械が前節において説明
した磁気軸受装置を含む。そのようなターボ機械におい
て、バックアップ軸受手段の流体は少なくとも部分的に
プロセス流体から得られる。
【0011】本発明の実施例を添付図面を参照して例示
として以下説明する。
【0012】
【実施例】図1を参照すれば、ターボ機械10は軸11
を含み、該軸の一端にインペラ12が担持されており、
該インペラは、処理すべき流体用の入口ダクト14と、
処理された流体が高圧でそこから供給される出口ダクト
15とを有している。軸は能動型磁気軸受に対して懸架
され、16において鎖線で示し、かつ軸11と共軸線関
係のロータを有する電動モータにより、あるいは高圧で
流体を受け取る場合流体インペラ17によって回転する
ことができる。駆動流体および/または被動(圧縮され
た)流体は液体あるいはガスでよいが実際には、軸の回
転速度が速く、かつプロセス流体がガスである場合磁気
軸受が使用されていることが一般的である。
【0013】ターボ機械の特性は本発明の説明に対して
直接重要でなく、ジャーナル軸受および磁気スラスト軸
受22,23として軸を支持する磁気軸受20,21に
関して必要な程度のにみ図示し、かつ説明する。
【0014】ジャーナル軸受20は、軸11の表面上、
あるいは中に形成され、かつ軸が回転するにつれて渦流
の形成を最小とする磁気回路の一部を形成する強磁性材
料の積層として従来の要領により形成された可動電機子
25を含む。軸の近傍には固定電機子手段26が配置さ
れており、この固定電機子手段26には、典型的には9
0度の間隔で4個である複数の電磁石が軸の周りに配置
されている。また図2を参照すれば、各電磁石は、これ
も積層から作られ、半径方向内方に延び、各々が可動電
機子25が懸架空隙30により軸受内の中央に懸架配置
されると前記電機子に対面し、そこから僅かに離隔され
ている極の面281 ,291 において各々が終る複数の
肢28,29を有している。芯と、典型的には各肢とが
電磁石コイル282 ,292 を支持している。その他の
電磁石も同様であり、他のジャーナル軸受1も同一であ
る。各ジャーナル軸受、好ましくは各電磁石は、可動電
機子と各々の極の面との間の離隔を表わす信号を提供す
る偏位センサを付属させている。
【0015】磁気スラスト軸受22は、例えばプロセス
ガスあるいは推進ガスにより軸に空気力学的に加えられ
る軸受方向スラストに対して軸を軸線方向に「懸架」す
るよう作用する。磁気スラスト軸受は軸11によって担
持され半径方向に延びた回転子31の形態の可動電機子
と、前記回転子の一方の側に面し、軸を囲む環状の強磁
性芯の形態で、かつ回転子に面し芯に環状極面34,3
5を画成し、電磁石コイル36を入れた環状溝33を含
む環状の強磁性芯の形態の電磁石32からなる固定電機
子手段とを含み、回転子は回転子と各々の極の面との間
に空隙37を設けて軸に対する軸線方向の力を均衡させ
ることにより軸受方向に通常懸架されている。
【0016】第2の磁気スラスト軸受23が回転子31
と固定電機子手段とにより形成されており、前記固定電
機子手段は電磁石コイル39を含み電磁石32とは反対
の回転子の面に面して配置され、かつ懸架空隙40によ
り回転子から離隔された電磁石38を含む。しかしなが
ら、もし軸に、例えばインペラに作用する空気力学的ス
ラストのような連続した外部からの軸線方向の力が加え
られるとすれば、電磁石はこの力に抵抗するため回転子
31の一方の側に対してのみ必要であり、一方そのよう
な連続的な力が介在しないとすれば、電磁石は両側に配
置して力に対抗すればよい。
【0017】作動時、各ジャーナルあるいはスラスト軸
受は、検出手段42により磁石制御手段41に半径方向
の軸の移動信号が、検出手段43により軸線方向の軸の
移動信号が提供されることにより可動電機子と各極の面
の間の検出された移動に応答して理想的には各極の面と
可動電機子との間に均一な懸架空隙を保つよう差動的に
付勢される。可動電機子25または31といずれかの極
の面との間の空隙幅の増加および/または反対方向の空
隙幅の減少とに応答したそれらの間の増加した磁気力の
速度と重大度とにより、電機子と極とが衝突する前に軸
に反力を発生させねばならぬことは明らかであり、この
目的に対して、そのような軸受は通常小さい軸移動に対
して極めて応答し、即ち大きい剛性を有する。
【0018】従来は、バックアップ軸受(図示せず)を
磁気軸受20,21の各々に沿って設け、通常運動する
部分を軸に、通常静止している部分を30より小さい懸
架空隙により作動時離隔するよう配置し、かつ整合さ
せ、コイルへの停電あるいは軸に対する大きい抵抗不可
能の移動力に応じて軸の電機子25が極の面281 ,2
1 と係合しうる前に前記双方の部分が係合するように
させることを要し、スラスト軸受22,23に対して同
様のバックアップ軸受を設ける。
【0019】このように、磁気制御手段が従来のように
有効作動しうる軸の作動位置の所定範囲は物理的運動の
全範囲以下であり、バックアップ軸受は電磁石以上の微
細な公差に設置し、かつ整合することを要し、他の特徴
において妥協することなく提供することが難しい空間を
軸に沿って占める。
【0020】本発明によれば、磁気軸受装置においてジ
ャーナル軸受20が示すように、全体的に50で指示す
るバックアップ軸受手段は複数の前記極の面と関連し
て、前記極の面と可動電機子手段25との間の懸架空隙
と連通する51のような軸流体チャンネルの周りに均等
に分配されたその中の1個が281 である複数の極の面
を含む。加圧流体源52は、高圧で、従来は空気である
が不活性ガスも可能であるガスを含有するガスボンベか
らなり、共通の供給配管53、制御弁54および分配配
管55を介して各チャンネル51に接続されている。制
御弁54はバックアップ制御手段56によって制御さ
れ、前記制御手段は配線57を介して磁気制御手段31
に接続され、懸架空隙30によって分配された軸の作動
位置の所定の範囲内で軸を磁気制御手段が支持できない
ことを示す信号を受け取る。
【0021】バックアップ制御手段により使用する前述
の信号は、バックアップ軸受手段を磁気軸受から完全に
独立とし、かつ軸位置により表示された後制御の喪失に
対して同等に応答するようにセンサ42から、あるいは
完全に相違するセット(図示せず)から直接得ることが
できるものの、もし制御の喪失が磁気軸受の停電による
ものであるとすれば、軸位置の変動は、その発生を避け
うる前に磁気制御手段において予測しうることが認めら
れる。このように、バックアップ制御信号を磁気制御装
置から得ることにより、移動による直接測定以外の方法
により軸の作動位置の前記所定範囲内で磁気軸受が軸を
支持しえないことを検出することが可能である。
【0022】磁気軸受装置の作動時、磁気軸受装置ある
いは軸受全体が軸をその作動位置の所定範囲内で支持し
えないことが検出されるとそれに応答して、バックアッ
プ制御手段56が弁手段61を開放して支持空隙58へ
ダクト51を介して流体を供給して軸を固定極面2
1 ,292 から離して支持する、即ち軸を軸の作動位
置の前記所定範囲内で支持するような静圧の流体膜を前
記空隙中に形成する。
【0023】完全な環状の流体膜が形成でき、かつ軸の
移動方向とは無関係にいつでも、膜を通して保持された
静圧により軸の荷重が支持されうるように軸の作動位置
の所定範囲を小さく、かつバックアップ軸受の作動面の
間の空隙を小さくすることが一般的であるのは前述の通
りである。
【0024】さらに、そのような状況下においては、外
部からの力により流体膜上の軸の荷重の局部的な変動は
その点における流体の漏洩を阻止し、そのため支持膜の
圧力を増加させるという点において支持圧は自動調整さ
れる。
【0025】もし前述のような静圧流体膜が軸の周りで
連続的ではないが、軸の周りに分配された荷重支持個所
に存在し、次にもし流体が同時に全ての作動面に供給さ
れるとすれば、同じ自動調整作用が発生することが認め
られる。
【0026】各チャンネルに供給される流体の圧力は、
(静圧の「斥力」が同じ方向に作用する電磁石の「誘
引」力に対して直径方向に対向して供給されるものの)
磁気軸受の電磁石に対して同様に差動力制御を実行する
ために懸架空隙30の局部的に検出された幅に応じて相
互に独立して制御しうるか、あるいは代替的に、軸の位
置が自動調整するよう移動方向における懸架剛性の増加
を示すために、空隙が幅を減少するよう強制され(かつ
空隙の直径方向に対向した部分の幅の対応する増加と結
合され)るにつれて極の面と軸の電機子との間の圧力増
に応じて流体を全てのチャンネルに一緒に供給してよい
ことが認められる。
【0027】このように、もし軸がその通常の作動位置
から移動して外れたためにバックアップ軸受から移動し
て外れたためにバックアップ軸受手段が作動するように
させられたとすれば、静圧バックアップ軸受手段は磁気
軸受が軸の位置を回復しやすくし、回復した後はそれを
機能させる状況の存在が無くなる。他方、もしバックア
ップ軸受が磁気軸受が故障したため作動するとすれば、
種々の極の面や軸の電機子によって形成された静圧軸受
が、機械が休止を含み停止するにつれて軸を支持する。
【0028】構造の複雑さと、付加的に得られる特徴と
の間の相殺があるが希望する軸受作用を得るために多数
の修正が可能なことが認められる。
【0029】例えば図1と図2とに示す装置において、
チャンネル51を各極の面まで延びるよう形成すること
ができる。さらに、水圧軸受の形成を速めるために、チ
ャンネルが少なくともガスで充満され、静圧を直ちに達
成しうるようにある量のガスが低圧でチャンネルから流
出しうるようにしうる。さらに、前述のガス流はチャン
ネル51と懸架空隙30とに、磁気軸受の作動に影響を
与えるゴミ粒体が入らないようにし、かつ電磁石のコイ
ルから余分の熱を抽出することができる。
【0030】前述のようなジャーナル軸受に対するバッ
クアップ軸受手段の第2の形態が図2と同様の図である
図3に示されている。この装置においては、(チャンネ
ル51に対応する)チャンネル61は、例えば隣接する
肢28,29の間の空間62を介するように電磁石コイ
ルを含む固定電機子手段の一部を介して懸架空隙30ま
で延びている。チャンネルは(鎖線で示すように)囲繞
する極の面の半径方向レベルまで概ね延び、かつ隣接す
る極の面の間を延びるブリッジ手段64における1個以
上の開口63を介して前記空間30中へ開放している。
ブリッジ手段64は極の面と共に連続した面を形成する
よう前記半径方向レベルに配置されるか、あるいは小さ
いプレムナム室を形成するよう半径方向外方に位置すれ
ばよい。
【0031】ダクト61は空間62へ開放することが好
ましく、該空間からガスは前記開口63を介して空隙3
0へ出て行き、さらに、前述の通気により熱が直接電磁
石手段から抽出される。バックアップ軸受手段の作動に
おいて、水圧は図2に示すように個々の極部材により提
供されるものより大きい軸受領域にわたって作動する。
【0032】さて図4を参照すれば、各対の極の面の間
でブリッジ手段64を提供する代りに、ブリッジ手段7
0は、極の面の上に位置し、電磁石コイルを含む芯の肢
の間で室72を形成する円筒体に形成される非強磁性材
料の連続したシートから構成しうることが判る。開口7
3はコイルを冷却するためのガスの通気と、前述のよう
な静圧軸受圧の発生の双方を許容する。
【0033】バックアップ軸受手段は前述の静圧流体軸
受を設けることにより、電磁石の故障の場合軸の速度が
零まで低下するにつれて前記軸を支持することができる
ものの、実際には低速においては従来の面接触の軸受の
方がより適当であることが好ましいことが認められる。
さて図5を参照すれば、例えば図3に示する軸受装置、
固定電機子の回転可能電機子25および極の面281
はそれぞれ低摩擦材の層78,79を担持し、少なくと
も低速において面が損傷することなく接触しうるように
できる。図6を参照すれば、図4に示す装置の対応する
修正を示し、前記図においては、極の面の間で、かつそ
の上方を延びるブリッジ手段を含む連続したシート70
が低摩擦材の層79′を担持する。前述の接触しうる軸
受を設けることにおいて、低摩耗材は一方の作動面のみ
に限定されることが理解される。
【0034】前述の説明において、軸受流体は個別の供
給源52によって提供されるガスであると想定してき
た。プロセスガスが高速で機械によって送られるか、あ
るいは高圧で機械を作動させるために該機械に供給され
る10のようなターボ機械においては、ハウジング13
と制御弁54との間に存在する点線10で示すように前
述のガスを個別の供給源52の代りに使用することがで
きる。もしそのようなガス圧が軸が回転したことにより
得られたものであるとすれば、もし機械が磁気軸受の故
障により速度が遅くなるとすればガス圧によるいずれの
軸受支持も低下し、そのような状況下においては図5や
図6に示す接触軸受面あるいは代案が不可欠である。
【0035】また、採用された流体はガスでなく液体で
よいことが認められる。
【0036】バックアップ軸受手段についての前述の説
明はジャーナル軸受20に集中しており、ジャーナル軸
受21に対する説明は同一なので判り易すくするためそ
の参照番号は省略している。支持静圧軸受を形成できる
という主要な目的が達成されるのであれば、冷却するた
めに芯および/または磁石コイルを介して懸架空隙3
7,40までそれぞれの軸32,38を通るチャンネル
81,82を基本的に含む磁気スラスト軸受装置22,
23用の同様な装置を提供しうることが認められる。円
周やジャーナル軸受やスラスト軸受に作用する力に差が
あるため、任意に個別の制御弁手段54′を採用し、か
つ希望に応じて個別のバックアップ制御手段を採用して
もよい。
【0037】静圧バックアップ軸受に関して、その所定
の作動範囲を限定するのにいずれの方向に軸が移動して
も問題ではないが、スラスト軸受の場合それがさらに顕
著であることが理解される。軸に対する一方向の外部の
スラストに対抗するため1個のみの磁気軸受で適当であ
ると考えられるが、もしそのような力が急に増加するこ
とに対するバックアップ支持を磁気軸受手段により提供
する場合、双方の軸受22,23が必要とされる。
【0038】前述の説明の全てにおいて、遠隔に位置し
うる圧力源、制御および弁手段を無視すれば、軸の近傍
でのバックアップ軸受に対する唯一の追加は流体供給配
管55等であり、一方残りのバックアップ軸受要素、チ
ャンネル、ブリッジ手段および低摩擦作用面の全ては元
の磁気軸受構造体に含まれている。
【0039】前述の実施例の全ては、軸の作動位置の所
定範囲内で軸受装置が軸を懸架することができないこと
が(必然という訳ではないが)電磁軸受制御手段あるい
はそれに関連した少なくとも位置検出手段により直ちに
検出される電磁軸受に対するバックアップ軸受装置を設
けることに関している。
【0040】56に対応するバックアップ制御手段に信
号を提供するために図1に示す42および/または43
に対応する特定位置検出手段が必要とされるものの受働
型磁気軸受に対して同様の要領でバックアップ軸受手段
を提供しうることが認められる。勿論そのような受働型
軸受においては、バックアップ軸受流体の冷却流れが役
立つ電磁石コイルが無く、あるいは軸受の故障の原因と
なりうるが、その他の点においては作動と効果とは同様
である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による能動型磁気軸受装置を含むターボ
機械の概略図で、ラジアルあるいはジャーナル軸受およ
び磁気アクシャルあるいはスラスト軸受およびそれらの
バックアップ軸受手段を示す図。
【図2】図1の線I−Iに沿って視た部分断面図であっ
て、ジャーナル軸受に関連したバックアップ軸受手段の
第1の実行形態を示す図。
【図3】図2と類似の断面図であるが、ジャーナル軸受
に関連したバックアップ軸受手段の第2の実行形態を示
す図。
【図4】図3と類似の断面図であるが、ジャーナル軸受
に関連したバックアップ軸受手段の第3の実行形態を示
す図。
【図5】図2と類似の断面図であるが、ジャーナル軸受
に関連したバックアップ軸受手段の第4の実行形態を示
す図。
【図6】図2と類似の断面図であるが、ジャーナル軸受
と関連したバックアップ軸受手段の第5の実行形態を示
す図。
【符号の説明】
10 ターボ機械 11 軸 20,21 軸受 22,23 スラスト軸受 25 可動電機子 26 固定電機子 27 強磁性の芯 281 ,291 極の面 30 懸架空隙 32 電磁石 33 溝 34,35 極の面 38 電磁石 39 電磁コイル 40 懸架空隙 50 バックアップ軸受 51 流体チャンネル 52 加圧流体源 53 供給配管 54 制御弁 56 バックアップ制御手段 61 チャンネル 62 空隙 64 ブリッジ手段

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 回転可能な軸用の磁気軸受装置であっ
    て、前記軸と共に運動可能の可動電機子手段と、前記可
    動電機子と共にその間に懸架空隙を含む磁気回路を形成
    する固定電機子手段と、バックアップ軸受手段とを含む
    磁気軸受装置において、前記バックアップ軸受手段が懸
    架空隙と連通する流体チャンネルと、加圧流体源と、磁
    気軸受装置が軸の作動位置の所定範囲内で前記軸を懸架
    できないことが検出されるとそれに応答して懸架空隙へ
    前記流体を供給し前記軸の作動位置の所定範囲内で前記
    軸を支持するような静圧で膜を前記空隙内に形成するバ
    ックアップ制御手段とを含む、磁気軸受装置。
  2. 【請求項2】 前記磁気軸受装置が電磁石軸受装置を含
    み、前記固定電機子手段が電磁コイル手段と、その極の
    面を前記軸の周りに延在させて配置された強磁性芯手段
    であって、極の面に対する懸架空隙の幅の関数としてコ
    イル手段での電流を制御するよう作動しうる磁石制御手
    段を含む強磁性芯手段とを有し、前記バックアップ制御
    手段が、前記磁石制御手段の故障に応答して、前記軸の
    作動位置の所定範囲内で前記軸を懸架する、請求項1に
    記載の装置。
  3. 【請求項3】 少なくとも1個のチャンネルが固定電機
    子手段の強磁性芯の本体を通して延び、その極の面に開
    放していることを特徴とする請求項1または2に記載の
    装置。
  4. 【請求項4】 少なくとも1個のチャンネルが前記電磁
    コイルを含む固定電機子手段の一部を通して延びる、請
    求項2または3に記載の装置。
  5. 【請求項5】 前記のチャンネルの各々が2個の隣接す
    る極の面の間で芯に形成された空隙へ開放し、かつ前記
    隣接する極の面の間を延びるブリッジ手段を含む、請求
    項4に記載の装置。
  6. 【請求項6】 前記バックアップ制御手段が通常作動の
    間低圧で流体を前記懸架空隙中へ抽出し固定電機子手段
    から熱を放散させる、請求項1から5までのいずれか1
    項に記載の装置。
  7. 【請求項7】 前記流体がガスである、請求項1から6
    までのいずれか1項に記載の装置。
  8. 【請求項8】 高圧でガスを処理するよう作動するター
    ボ機械の一部を形成し、前記バックアップ軸受手段の流
    体であるガスが少なくとも部分的に前記プロセスガスか
    ら得られる、請求項7に記載の装置。
  9. 【請求項9】 前記磁気軸受が前記軸用のジャーナル軸
    受であり、前記固定の極の面が前記軸の半径方向外方に
    配置され、前記軸を囲む前記極の面の全てが前記可動電
    機子手段を囲む概ね連続した円筒形面を提供する、請求
    項5に記載の装置。
  10. 【請求項10】 前記可動電機子手段の対面する面およ
    び/または前記固定の極の面および/またはブリッジ部
    材に軸の低速での接触作動を促進するよう作動しうる軸
    受材が設けられている、請求項1から9までのいずれか
    1項に記載の装置。
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DE (1) DE69302334T2 (ja)
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7736062B2 (en) * 2007-09-14 2010-06-15 Hamilton Sundstrand Corporation Auxiliary rotary bearing system
CN105422622A (zh) * 2015-12-28 2016-03-23 宁波达奋精工轴承有限公司 一种磁轴承辅助装置
US11285574B2 (en) * 2019-11-26 2022-03-29 Yanshan University Magnetic-hydraulic double-suspension bearing experiment table

Families Citing this family (55)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB9408959D0 (en) * 1994-05-05 1994-06-22 Boc Group Plc Magnetic bearing circuitry
US5519274A (en) * 1994-09-07 1996-05-21 Rotodynamics-Seal Research, Inc. Magnetically active foil bearing
US5578881A (en) * 1994-09-29 1996-11-26 Glacier Rpb Inc. Axial vibration damping arrangement
DE69730781T2 (de) * 1996-06-26 2005-09-29 Rolls-Royce Corp., Indianapolis Lagerkombination für eine Gasturbine
US5749700A (en) * 1996-07-17 1998-05-12 Allison Engine Company, Inc. High speed, high temperature hybrid magnetic thrust bearing
DE19731313B4 (de) * 1997-03-21 2012-12-06 Siemens Ag Großer Synchronmotor mit veränderbarer Drehzahl
JP3696398B2 (ja) * 1997-04-28 2005-09-14 Ntn株式会社 静圧磁気複合軸受およびスピンドル装置
US6353273B1 (en) * 1997-09-15 2002-03-05 Mohawk Innovative Technology, Inc. Hybrid foil-magnetic bearing
US6965181B1 (en) 1997-09-15 2005-11-15 Mohawk Innovative Technology, Inc. Hybrid foil-magnetic bearing with improved load sharing
JPH11257352A (ja) * 1998-03-13 1999-09-21 Hitachi Ltd 磁気軸受及びそれを搭載した回転機械並びに回転機械の運転方法
DE19823630C2 (de) * 1998-05-27 2003-08-21 Pmdm Prec Motors Deutsche Mine Motorlager für schnelldrehende Kleinmotoren
JP3182125B2 (ja) * 1998-06-09 2001-07-03 ファナック株式会社 空気軸受けモータ
US6057619A (en) * 1998-12-22 2000-05-02 Sundstrand Corporation Stress relief in a magnetic thrust bearing
US6460013B1 (en) 1999-05-06 2002-10-01 Paul I. Nippes Shaft voltage current monitoring system for early warning and problem detection
US7034706B1 (en) 1999-05-06 2006-04-25 Nippes Paul I Early warning and problem detection in rotating machinery by monitoring shaft voltage and/or grounding current
US6367241B1 (en) * 1999-08-27 2002-04-09 Allison Advanced Development Company Pressure-assisted electromagnetic thrust bearing
US6608418B2 (en) * 2001-08-24 2003-08-19 Smiths Aerospace, Inc. Permanent magnet turbo-generator having magnetic bearings
EP1312768A1 (de) * 2001-11-16 2003-05-21 Siemens Aktiengesellschaft Turbine mit elektromagnetischem axialen Drucklager
US7391128B2 (en) * 2004-12-30 2008-06-24 Rozlev Corp., Llc Wind generator system using attractive magnetic forces to reduce the load on the bearings
US7847454B2 (en) * 2007-03-08 2010-12-07 General Electric Company Encapsulated stator assembly and process for making
DE102007028905B3 (de) * 2007-06-22 2008-12-11 Siemens Ag Lagereinrichtung zur berührungsfreien Lagerung eines Rotors gegen einen Stator
DE102007032933B4 (de) * 2007-07-14 2015-02-19 Atlas Copco Energas Gmbh Turbomaschine
PL2022950T3 (pl) * 2007-07-26 2016-09-30 Maszyna przepływowa i wyporowa
KR100928948B1 (ko) * 2007-10-23 2009-11-30 한국과학기술연구원 공기포일-마그네틱 하이브리드 베어링 및 그 제어시스템
DE102008041151B4 (de) * 2008-08-11 2012-11-08 Schleifring Und Apparatebau Gmbh CT Scanner Gantry mit aerostatischem Lager und segmentiertem Ringmotor
FR2948509B1 (fr) * 2009-07-24 2011-08-19 Mecanique Magnetique Sa Machine tournante pressurisee a raccordements hermetiques
US20110052109A1 (en) * 2009-08-28 2011-03-03 Dresser-Rand Company Hydrostatic auxiliary bearing for a turbomachine
US8308364B2 (en) * 2009-10-09 2012-11-13 Dresser-Rand Company Auxiliary bearing system for magnetically supported rotor system
US8465207B2 (en) * 2009-10-09 2013-06-18 Dresser-Rand Company Auxiliary bearing system with oil reservoir for magnetically supported rotor system
US8408806B2 (en) * 2009-10-09 2013-04-02 Dresser-Rand Company Auxiliary bearing system with oil ring for magnetically supported rotor system
EP2486293B1 (en) * 2009-10-09 2018-02-21 Dresser-Rand Company Auxiliary bearing system with plurality of inertia rings for magnetically supported rotor system
WO2011088004A2 (en) 2010-01-15 2011-07-21 Dresser-Rand Company Bearing assembly support and adjustment system
US20110291508A1 (en) * 2010-06-01 2011-12-01 Post Richard F Combined radial stabilizer and centering element for passive magnetic bearing systems
US9024493B2 (en) 2010-12-30 2015-05-05 Dresser-Rand Company Method for on-line detection of resistance-to-ground faults in active magnetic bearing systems
US8994237B2 (en) 2010-12-30 2015-03-31 Dresser-Rand Company Method for on-line detection of liquid and potential for the occurrence of resistance to ground faults in active magnetic bearing systems
US9551349B2 (en) 2011-04-08 2017-01-24 Dresser-Rand Company Circulating dielectric oil cooling system for canned bearings and canned electronics
WO2012166236A1 (en) 2011-05-27 2012-12-06 Dresser-Rand Company Segmented coast-down bearing for magnetic bearing systems
US8851756B2 (en) 2011-06-29 2014-10-07 Dresser-Rand Company Whirl inhibiting coast-down bearing for magnetic bearing systems
DE102011051885A1 (de) * 2011-07-15 2013-01-17 Atlas Copco Energas Gmbh Turbomaschine
CA2847390C (en) * 2011-09-13 2020-08-04 Rolls-Royce Ab A method of and a device for protecting a motor in a pod against shaft bending shocks
JP2015533410A (ja) * 2012-11-08 2015-11-24 ワウケシャ ベアリングズ コーポレーションWaukesha Bearings Corporation ハイブリッド軸受
WO2014165285A1 (en) 2013-03-12 2014-10-09 Waukesha Bearings Corporation Damper
CN104242591A (zh) * 2013-06-07 2014-12-24 圣杰机器工业股份有限公司 无刷永磁马达
TWI487247B (zh) * 2013-06-07 2015-06-01 Durq Machinery Corp Brushless permanent magnet motor
RU2549002C1 (ru) * 2014-04-29 2015-04-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО "КнАГТУ") Турбокомпрессор с газомагнитными подшипниками
DE102015226689A1 (de) * 2015-12-23 2017-06-29 Siemens Aktiengesellschaft Fanglager
CN105485165B (zh) * 2015-12-28 2018-03-09 宁波达奋精工轴承有限公司 一种磁轴承空气辅助装置
CN105422647B (zh) * 2015-12-28 2018-07-03 徐州给力磁业有限公司 磁轴承辅助装置
CN105485164B (zh) * 2015-12-28 2018-03-09 宁波达奋精工轴承有限公司 磁轴承空气辅助装置
CN106969033B (zh) * 2017-04-21 2019-02-22 燕山大学 一种电磁-静压双重悬浮的径向轴承
JP6447662B2 (ja) * 2017-05-09 2019-01-09 ダイキン工業株式会社 電動機システムおよびそれを備えたターボ圧縮機
CN108868892B (zh) * 2018-01-12 2024-04-02 刘慕华 一种转子系统及其控制方法和燃气轮机发电机组及其控制方法
JP6620862B2 (ja) * 2018-05-08 2019-12-18 ダイキン工業株式会社 電動機システムおよびそれを備えたターボ圧縮機
CN109114103B (zh) * 2018-10-29 2020-01-10 清华大学 智能动压轴承
CN111720430B (zh) * 2020-07-08 2021-10-22 南昌工程学院 一种复合轴瓦的低阻式磁流体斜面推力轴承及其加工工艺

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1347020A (fr) * 1962-08-22 1963-12-27 Commissariat Energie Atomique Machine tournante
GB1271262A (en) * 1969-05-23 1972-04-19 Cmw Lab Ltd Turbines
US4180946A (en) * 1975-10-02 1980-01-01 Maurice Brunet Tool holding spindle assembly particularly for a grinding machine
JPS5873624A (ja) * 1981-10-27 1983-05-02 Kawasaki Steel Corp 立坑土留壁の保持方法
US4641978A (en) * 1984-10-23 1987-02-10 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Bearing system
DE3600124A1 (de) * 1986-01-04 1987-07-16 Fortuna Werke Maschf Ag Geblaese zum umwaelzen grosser gasmengen, insbesondere fuer hochleistungs-laser
DE3741451A1 (de) * 1986-12-10 1988-06-23 Nippon Seiko Kk Hydrostatisches lagersystem
US4958098A (en) * 1986-12-16 1990-09-18 Eastman Kodak Company Rotary device
FR2609123A1 (fr) * 1986-12-31 1988-07-01 Mecanique Magnetique Sa Palier fluide hybride a raideur modifiee par effet electromagnetique
FR2613791B1 (fr) * 1987-04-09 1992-03-13 Europ Propulsion Palier magnetique radial a atterrisseur de secours et application a une turbomachine a suspension magnetique active
FR2630792B1 (fr) * 1988-04-29 1992-03-06 Mecanique Magnetique Sa Palier auxiliaire a stator en graphite pour arbre tournant monte sur paliers magnetiques
US5059845A (en) * 1990-05-07 1991-10-22 Mechanical Technology Incorporated Active magnetic bearing device for controlling rotor vibrations
DE9112813U1 (ja) * 1990-11-09 1991-12-05 Siemens Ag, 8000 Muenchen, De
US5104284A (en) * 1990-12-17 1992-04-14 Dresser-Rand Company Thrust compensating apparatus

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7736062B2 (en) * 2007-09-14 2010-06-15 Hamilton Sundstrand Corporation Auxiliary rotary bearing system
CN105422622A (zh) * 2015-12-28 2016-03-23 宁波达奋精工轴承有限公司 一种磁轴承辅助装置
US11285574B2 (en) * 2019-11-26 2022-03-29 Yanshan University Magnetic-hydraulic double-suspension bearing experiment table

Also Published As

Publication number Publication date
DE69302334D1 (de) 1996-05-30
EP0580201B1 (en) 1996-04-24
US5355040A (en) 1994-10-11
EP0580201A1 (en) 1994-01-26
GB2268984B (en) 1996-04-03
DE69302334T2 (de) 1996-12-05
GB9215691D0 (en) 1992-09-09
GB2268984A (en) 1994-01-26

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