JPH07103231A - 非常用軸受装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 磁気軸受が不調の際回転軸が支承できなくな
り落下しても非常用軸受に衝突する際の衝撃力を緩和す
ることができるとともに回転軸が非常用軸受に支えられ
て停止していく過程で磁気軸受に接触することを防止す
ることができる。 【構成】 非常用軸受１１の外周部に、回転軸３が非常
用軸受１１に支持されていないときには、非常用軸受１
１の軸受中心が磁気軸受４の中心より上方に移動してい
るが、回転軸３が非常用軸受１１に支持されたときに
は、非常用軸受１１の中心と磁気軸受４の中心が略一致
するように粘弾性材からなる衝撃緩衝材を設け、非常用
軸受１１及び衝撃緩衝材の下方に非常用軸受１１を吸引
する非常用軸受吸引用電磁石１３を設け、磁気軸受４が
回転軸３を支承している際には非常用軸受吸引用電磁石
１３を励磁し、磁気軸受４が回転軸３を支持できなくな
ると同時に非常用軸受吸引用電磁石１３の励磁を停止す
るようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は非常用軸受装置に係り、
特に遠心圧縮機やタービン等の高速ターボ機械に使用さ
れる磁気軸受に搭載される非常用軸受装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から電磁石の磁気吸引力を利用して
回転軸を非接触で支承する磁気軸受を備えた回転機械が
知られている。磁気軸受を具備した回転機械は、電源の
故障などのため、磁気軸受が回転軸を支承できない状態
においても、安全性を確保するため、磁気軸受のバック
アップとして、磁気軸受近傍に、接触式の軸受を非常用
軸受として設置している。

【０００３】次に従来の非常用軸受を備えた磁気軸受を
搭載した回転機械を図６を参照して説明する。図６にお
いて、符号１は回転機械のケーシングであり、ケーシン
グ１内に１対のラジアル磁気軸受４，４が固定設置され
ており、この１対のラジアル磁気軸受４，４によって水
平回転軸３が非接触状態で浮上支持されるようになって
いる。また１対のラジアル磁気軸受４，４に隣接して軸
方向の外側に固定部材２，２が配置されており、これら
固定部材２，２はそれぞれケーシング１に固定されてい
る。そして、各固定部材２には非常用軸受１１が固定支
持されている。なお、符号５はラジアル磁気軸受４と回
転軸３との間のラジアルギャップを検知するセンサであ
る。

【０００４】図７は別の従来例を示す図である。図６に
示す従来例と異なる点は、各非常用軸受１１が粘弾性材
からなる緩衝材リング１２を介して固定部材２に固定支
持されていることである。その他の構成は図６に示す従
来例と同様である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図６に
示すように非常用軸受１１を直接にケーシング１に固定
している場合には、磁気軸受が不調となり、回転軸が非
常用軸受に落下する場合の衝撃力は、以下の理由により
非常に大きくなる。 （１）回転軸の落下距離が大きいため、回転軸の運動量
が大きくなり、結果的に衝撃力も大きくなる。 （２）非常用軸受の外周に緩衝材がないため、回転軸が
非常用軸受に衝突する時間が短くなり、それに反比例し
て、衝撃力は大きくなる。

【０００６】一方、図７に示すように、非常用軸受１１
の外周に緩衝材リング１２を設けている場合には、図８
に示す正常状態から、磁気軸受が不調となり、回転軸３
が落下して、非常用軸受１１に捕捉されるときの落下距
離は、図９から明らかなように大きくなり、その結果、
衝撃力が大きくなる。なお、図８及び図９において、符
号１１−１は非常用軸受外輪、１１−２は非常用軸受転
動体、１１−３は非常用軸受内輪である。

【０００７】また、落下した回転軸３を非常用軸受１１
で支える場合、図９に示されるように緩衝材リング１２
が回転軸３の重量で変形する。このため、回転軸は、磁
気軸受（ケーシング）の中心から大きく偏芯した位置で
回転することになるので、小さな回転軸の振れ回り振幅
を生じても、磁気軸受（ケーシング）と接触する危険性
を増すことになる。

【０００８】本発明は上述の事情に鑑みなされたもの
で、磁気軸受が正常に作動しないときに回転軸が支承で
きなくなり落下しても非常用軸受に衝突する際の衝撃力
を緩和することができるとともに回転軸が非常用軸受に
支えられて停止していく過程で回転軸が振れ回りによっ
て磁気軸受に接触することを防止することができる非常
用軸受装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ため本発明は、磁気軸受で支持された水平回転軸を有す
る回転機械に設置され、前記磁気軸受が正常に作動しな
くなったときに前記回転軸を支承するための接触式の非
常用軸受を具備した非常用軸受装置において、前記非常
用軸受の外周部に、前記回転軸が前記非常用軸受に支持
されていないときには、前記非常用軸受の軸受中心が前
記磁気軸受の中心より上方に移動しているが、前記回転
軸が前記非常用軸受に支持されたときには、前記非常用
軸受の中心と前記磁気軸受の中心が略一致するように粘
弾性材からなる衝撃緩衝材を設け、前記非常用軸受及び
衝撃緩衝材の下方に該非常用軸受を吸引する非常用軸受
吸引用電磁石を設け、前記磁気軸受が前記回転軸を支承
している際には前記非常用軸受吸引用電磁石を励磁して
前記非常用軸受の中心が前記磁気軸受の中心と一致する
ように前記非常用軸受を吸引し、前記磁気軸受が前記回
転軸を支持できなくなると同時に前記非常用軸受吸引用
電磁石の励磁を停止するようにしたことを特徴とするも
のである。

【００１０】

【作用】前述した構成からなる本発明によれば、正常に
磁気軸受が作動している場合には、非常用軸受吸引用電
磁石を励磁し、非常用軸受を重力作用方向に吸引して非
常用軸受の外周に取付けた弾塑性材からなる緩衝材を変
形させることにより、非常用軸受の中心を、磁気軸受の
中心と一致させる。

【００１１】また、磁気軸受への給電停止や磁気軸受制
御回路等の不具合により、磁気軸受が回転軸を支持でき
なくなった場合には、非常用軸受吸引用電磁石の励磁は
瞬時に停止する。このため、非常用軸受の外周に取付け
た弾塑性材の緩衝材は、非常用軸受を反重力方向に押し
上げる。このため、回転軸は重力方向に落下して、反重
力方向に移動している非常用軸受に捕捉される。この
時、質量の大きい回転軸の落下速度は、大きくはなって
いないので、運動量は小さく衝撃力は小さい。しかも、
緩衝材で非常用軸受を支持しているので、衝突時間が長
くなる。そのため、この衝突による衝撃力は小さくな
る。

【００１２】さらに、回転軸が非常用軸受で支えられて
減速中の場合には、回転軸の危険速度を通過する時に
は、非常用軸受の外周の緩衝材の振動減衰作用により、
共振回転数での回転軸の振動振幅は、緩衝材がなく、転
がり軸受などの非常用軸受だけで支えた場合より大幅に
小さくできる。このため、回転軸がケーシングに接触す
ることを避けられる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明に係る非常用軸受装置の一実施
例を図１乃至図５を参照して説明する。図１乃至図５に
おいて、図６及び図７の構成要素と同一の作用及び機能
を有する構成要素は同一符号を付して説明する。

【００１４】図１に示されるように、回転機械のケーシ
ング１内には、１対のラジアル磁気軸受４，４が固定設
置されており、この１対のラジアル磁気軸受４，４によ
って水平回転軸３が非接触状態で浮上支持されるように
なっている。また１対のラジアル磁気軸受４，４に隣接
して軸方向の外側に固定部材２，２が配置されており、
これら固定部材２，２はそれぞれケーシング１に固定さ
れている。そして、各固定部材２には、粘弾性材からな
る緩衝材リング１２を介して非常用軸受１１が支持され
ている。非常用軸受１１は、非常用軸受外輪１１−１、
非常用軸受転動体１１−２及び非常用軸受内輪１１−３
から構成されている。また、非常用軸受１１及び緩衝材
リング１２の下方には、非常用軸受吸引用電磁石１３が
設置されている。なお、符号５はラジアル磁気軸受４と
回転軸３との間のラジアルギャップを検知するセンサで
ある。

【００１５】次に、前述のように構成された本発明の非
常用軸受装置の作用を図２乃至図５を参照して説明す
る。図２は非常用軸受１１に負荷がなく、非常用軸受吸
引用電磁石１３も励磁していないときの非常用軸受部の
断面図である。図２において、非常用軸受吸引用電磁石
１３が励磁されていないときには、最初から、反重力方
向に偏芯して製作した緩衝材リング１２に取付けた非常
用軸受１１は、磁気軸受４の中心線より上方にシフトし
ている。この状態で磁気軸受４が回転軸３を支持する
と、非常用軸受１１と回転軸３との間の半径すきまが、
上方は広く、下方は狭くなる。したがって、回転軸３が
小さな振れ回りを生じても、回転軸３が非常用軸受１１
に接触することになる。

【００１６】そこで、図３に示すように、非常用軸受１
１の下部の非常用軸受吸引用電磁石１３を励磁して、緩
衝材リング１２の中心が磁気軸受４の中心と一致するよ
うに、緩衝材リング１２を変形させる。即ち、磁気軸受
４が正常に作動している時は、図３に示すように、非常
用軸受吸引用電磁石１３を励磁し、非常用軸受１１の外
周に取付けた弾塑性材の緩衝材リング１２を重力作用方
向に吸引し、非常用軸受１１の中心を磁気軸受４の中心
と一致させる。非常用軸受１１と回転軸３との間の半径
すきまは、周方向に一定となり、回転軸３の振幅がこの
半径すきま以上にならなければ接触はしない。

【００１７】磁気軸受４が不調となり、回転軸３を支持
できなくなると、ただちに非常用軸受１１を重力方向に
吸引していた非常用軸受吸引用電磁石１３の励磁電流を
切り、吸引力をなくす。すると、緩衝材リング１２の変
形は復元し、図４に示すように、非常用軸受１１が上方
に移動して、落下を開始した回転軸３を、磁気軸受４の
中心付近で捕捉する。

【００１８】その後、図５に示すように、回転軸３は非
常用軸受１１と緩衝材リング１２で支えられてゆっくり
と非常用軸受１１の中心と磁気軸受４の中心が一致する
位置まで降下して、回転数を下げる。この状態で、回転
軸３が危険速度を通過するときには、非常用軸受１１の
外周の緩衝材リング１２の作用により、共振倍率は小さ
く抑えられる。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように、磁気軸受のバック
アップとして、磁気軸受近傍に設置する接触式非常用軸
受として本発明を採用することにより、磁気軸受が停
電、電源故障、制御回路故障等のため、回転軸を支承で
きなくなり、回転軸が落下して非常軸受に衝突するとき
の衝撃力を従来の軸受より小さくでき、この結果、非常
用軸受の寿命を長くできる。

【００２０】また、回転軸が非常用軸受に支えられて、
停止していく過程で、いくつかの回転軸危険速度を通過
する。この時、従来の非常用軸受では回転軸が大きく振
れ回り、磁気軸受（ステータ）やケーシングと接触す
る。しかし本発明の非常用軸受では、軸受外周に初期偏
芯を与えた弾性材の緩衝材リングを設けることにより、
回転軸の接触を防止でき、安全性を高められる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る非常用軸受装置の一実施例を示す
断面図である。

【図２】本発明に係る非常用軸受装置の作用を説明する
図であり、非常用軸受に負荷がなく、非常用軸受吸引用
電磁石も励磁していないときの、非常用軸受部の断面図
である。

【図３】本発明に係る非常用軸受装置の作用を説明する
図であり、非常用軸受吸引用電磁石が励磁され、磁気軸
受が正常に回転軸を支えている場合の非常用軸受部の断
面図である。

【図４】本発明に係る非常用軸受装置の作用を説明する
図であり、磁気軸受が正常に作動しなくなり、非常用軸
受吸引用電磁石の励磁を停止し、緩衝材が上方向に復元
し、回転軸が落下開始直後の非常用軸受部の断面図であ
る。

【図５】本発明に係る非常用軸受装置の作用を説明する
図であり、磁気軸受が正常に作動しなくなり、回転軸が
落下し、非常用軸受が回転軸を支えた時の非常用軸受部
の断面図である。

【図６】従来の非常用軸受を備えた磁気軸受を搭載した
回転機械の断面図である。

【図７】従来の非常用軸受を備えた磁気軸受を搭載した
回転機械の断面図である。

【図８】図７に示す従来例の非常用軸受部を示す断面図
である。

【図９】図７に示す従来例の非常用軸受部を示す断面図
である。

【符号の説明】

１ ケーシング ２ 固定部材 ３ 回転軸 ４ 磁気軸受 １１ 非常用軸受 １２ 緩衝材リング １３ 非常用軸受吸引用電磁石

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁気軸受で支持された水平回転軸を有す
   る回転機械に設置され、前記磁気軸受が正常に作動しな
   くなったときに前記回転軸を支承するための接触式の非
   常用軸受を具備した非常用軸受装置において、 前記非常用軸受の外周部に、前記回転軸が前記非常用軸
   受に支持されていないときには、前記非常用軸受の軸受
   中心が前記磁気軸受の中心より上方に移動しているが、
   前記回転軸が前記非常用軸受に支持されたときには、前
   記非常用軸受の中心と前記磁気軸受の中心が略一致する
   ように粘弾性材からなる衝撃緩衝材を設け、 前記非常用軸受及び衝撃緩衝材の下方に該非常用軸受を
   吸引する非常用軸受吸引用電磁石を設け、 前記磁気軸受が前記回転軸を支承している際には前記非
   常用軸受吸引用電磁石を励磁して前記非常用軸受の中心
   が前記磁気軸受の中心と一致するように前記非常用軸受
   を吸引し、前記磁気軸受が前記回転軸を支持できなくな
   ると同時に前記非常用軸受吸引用電磁石の励磁を停止す
   るようにしたことを特徴とする非常用軸受装置。