JPH11513558A - 流体を送出する回転機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明はステータと、磁気によって軸支されたロータ（４ａ）とを有する電気機械として形成された少なくとも１つの駆動及び軸受装置（１）を有するターボ機械（２）または遠心ポンプ等の流体を送出する回転機械であって、トルク及び磁気軸支力を形成する複数の巻線（１５，１６）がステータ内に設けられ、ロータ（４ａ）はターボ機械（２）のシャフト（４）の部分を形成し、２つの巻線（１５，１６）を励磁するための制御装置（７）が設けられ、制御装置（７）は、シャフト（４）に接触することなく同シャフト（４）を放射方向に保持すべくロータ（４ａ）に作用する磁気懸架力を第１の巻線（１６）を介して形成可能であって、かつロータ（４ａ）に作用するトルクを第２の巻線（１５）を介して形成可能である回転機械に関する。

Description

【発明の詳細な説明】 流体を送出する回転機械 本発明は流体を送出する回転機械（rotodynamische Ｍaschine）、特に、請求 項１の前提部分に開示するターボ機械または遠心ポンプと、請求項１２に開示す る回転機械を駆動する方法とに関する。 ターボ機械、特に、ターボ・コンプレッサ等の流体を送出する回転機械のシャ フトの両端部にそれぞれ設けられた２つの磁気ベアリングを使用して同シャフト を放射方向に保持することが知られている。磁気ベアリングは限られた特定の軸 支能力を有し、同軸支能力は従来のベアリングより低い。空間的な理由に基づき 、磁気ベアリングはターボ機械のシャフトの長手方向に沿って短く形成されてい る。このため、同磁気ベアリングは小さい軸支力を有する。 本発明の目的は回転機械のロータを技術的及び経済的に更に効果的な方法で軸 支し、かつ駆動することにある。 本発明の目的は請求項１の特徴部分によって達成される。従属請求項２乃至１ １は本発明の別の複数の効果的な実施の形態に関する。更に、本発明の目的は請 求項１２の特徴部分に開示する方法によって達成される。従属請求項１３は本発 明の別の効果的な実施の形態に関する。 本発明に基づく流体を送出する回転機械、特に、ターボ機械または遠心ポンプ は軸支されたシャフトと、ロータと、駆動及び軸受装置とを有する。駆動及び軸 受装置はシャフトを取囲む電気巻線を備えたステータを有する。ロータ、ステー タ及び電気巻線の相対的構成と、制御装置による電気巻線の励磁とは、シャフト を同シャフトに接触することなく軸支し、かつトルクを磁力を通じてシャフト上 に形成するベアリング・フリー・モータを実現する。ロータがシャフトの一部を 形成するようにシャフト及びロータをユニットとして形成することが好ましい。 本明細書中において、ロータは駆動及び軸受装置の回動可能な部分を意味する。 ロータを接触を伴うことなくステータ内で保持し、かつ同ステータによって駆動 すべく、ロータはステータと協働する。ロータはシャフトに対して固定されてい るか、または同シャフトの一部を形成している。このため、ステータはシャフト に接触することなく同シャフトを保持し、かつ駆動する。 ベアリング・フリー・モータは電気的に励磁可能な駆動及び軸受装置を意味し 、同駆動及び軸受装置はロータと、複数の電磁コイルを備えたステータとを有す る。ベアリング・フリー・モータのロータまたはアーマチュアは電気機械の原理 、即ち同期モータ、リラクタンス・モータ、誘導モータまたは非同期モータの原 理に基づいて従来の方法で駆動し得る。ベアリング・フリー・モータのロータは 回転軸に直交する方向に沿って延びる少なくとも１つの平面内において接触を伴 うことなく磁力で保持される。ロータの位置が同ロータの回転軸に直交する方向 に沿って延びる平面内において能動的な影響を受けるように電磁コイルを励磁し 得る。ロータの位置は複数のセンサによって監視し、複数の電磁コイルを対応す る構造を備えた励磁装置によって制御可能に励磁する。同励磁はロータを同ロー タの回転軸に直交する方向に沿って延びる平面に関連してステータ内で接触を伴 うことなく保持するように行う。更に、ステータの電磁コイルの対応した励磁に よって、トルクをロータまたはアーマチュア上に形成し得る。この結果、ロータ は同ロータの軸線の周りで回転する。この種のベアリング・フリー・モータと称 されるモータのロータは３つの自由度、即ち、ｘ方向の位置と、ｙ方向の位置と 、ロータの軸線の周りでの回動とに関連して能動的に励磁される。これらの特性 を有するベアリング・フリー・モータは各種の形態をなし得る。 例えば、ロータを十字形に形成し、ステータを複数のコイルから形成する。そ して、同複数のコイルは放射方向に沿って延び、かつロータの周方向に沿って配 置され、さらには個々に電気的に励磁可能である。これにより、例えば、ベアリ ング・フリー・モータをリラクタンス・モータとして形成し得る。ロータ及びシ ャフト全体を回転軸に直交する方向に沿って延びる平面に関連して懸架し、さら にはコイルを介して回転磁界を形成することによってロータを同ロータの回転軸 の周りで回転させるべく、これらのコイルを励磁し得る。 ロータは放射方向に沿って延びる永久磁石を有し、ステータはロータを同ロー タの回転軸の周りで回転させる回転磁界巻線（駆動巻線とも称される）を有する 。このため、例えば、ベアリング・フリー・モータを同期モータのように形成で きる。更に、ステータは回転軸に直交する方向に沿って延びる平面内におけるロ ータの位置を制御すべく制御巻線を有する。ロータまたは磁束の位置はセンサに よって検出し、制御巻線は励磁装置によって励磁する。この励磁はステータの軸 線に直交する方向に沿って延びる平面内において、ロータをステータ内で接触を 伴うことなく保持すべく行う。１つの実施の形態において、前記のように形成さ れたベアリング・フリー・モータと称されるモータはｐ個の極対数を有する駆動 巻線と、ｐ＋１個またはｐ−１個の極対数を有する制御巻線とを有する。 ベアリング・フリー・モータは誘導モータまたは非同期モータとして形成可能 であり、同誘導モータまたは非同期モータは短絡かごを有するかご形ロータとし て形成されたロータを有する。この結果、誘導電流を交番配置された複数の磁場 を通じてかご形ロータ内に形成し得る。 本発明に基づくターボ機械または遠心ポンプ等の流体を送出する回転機械は、 磁気によって軸支されたロータを有する電気機械として形成された少なくとも１ つの駆動及び軸受装置を有し、トルク及び磁気軸支力を形成する複数の巻線がス テータ内に設けられ、ロータはターボ機械のシャフトの部分を形成し、２つの巻 線を励磁するための制御装置が設けられ、同制御装置は、シャフトに接触するこ となく同シャフトを放射方向に保持すべく磁気懸架力を一方の巻線を介してロー タ上に形成可能であって、かつロータに作用するトルクを他方の巻線を介して形 成可能である。 本発明に基づくターボ機械または遠心ポンプ等の回転機械は、シャフトの磁気 懸架力等を形成する駆動及び軸受装置をシャフトの長手方向に沿って比較的広く 、即ち長く形成し得る効果を有する。これによって実現される比較的広く、かつ 大きい支持面は更に大きな静的負荷及び動的負荷を形成可能にし、さらには動的 に 変化する負荷成分の補償を可能にする。大きな軸支面により、比較的大きな軸支 力を形成可能である。この結果、駆動及び軸受装置を励磁する制御装置を使用す ることにより、ターボ機械または遠心ポンプの状態に基づいて支持力を予め定め ることと、支持力を変更することの少なくともいずれか一方が可能である。 本発明の効果としては、ターボ機械または遠心ポンプ等の回転機械のシャフト の長手方向に沿って配置された少なくとも２つの駆動及び軸受装置を使用するこ とにより、同シャフトを接触を伴うことなく放射方向に保持できる点が挙げられ る。この状態において、２つ以上の圧縮ホイール若しくはロータまたはロータ・ ホイールをシャフト上に互いに隣接して配置できる。別の効果としては、駆動及 び軸受装置がシャフトの動的特性に影響を及ぼし得る点が挙げられる。このため 、複数の圧縮ホイールと、駆動及び軸受装置とを共通シャフト上に配置し得る。 別の効果としては、駆動及び軸受装置がシャフトの軸支と、シャフトの駆動との 両方を行うため、ターボ機械全体をハウジング内に内包し得る点が挙げられる。 従って、ハウジングの外側に位置する駆動装置によってターボ機械または遠心ポ ンプのシャフトを駆動可能にすべく、同シャフトをハウジングから延出させる必 要がなくなる。 本発明を複数の実施の形態に基づいて以下に詳述する。 図１は２つの駆動及び軸受装置を有するターボ機械または遠心ポンプの縦断面 図である。 図２は２つの駆動及び軸受装置と、対称配置された複数の圧縮ホイールまたは ロータとを有するターボ機械または遠心ポンプの縦断面図である。 図３は複数の圧縮ホイールを有する別のターボ機械の縦断面図である。 図４は制御装置を有する別のターボ機械の縦断面図である。 図５は１つの実施の形態に基づくスラスト・ベアリングの縦断面図である。 図５ａは別の実施の形態に基づくスラスト・ベアリングの縦断面図である。 図６は駆動及び軸受装置のステータと、対応する制御装置との概略を示す横断 面図である。 図７はラジアル・ベアリングの横断面図である。 図１は耐圧ハウジング８内に内包されたターボ機械２の概略を示す。ターボ機 械２は共通シャフト４と、２つの圧縮ステージと、２つの駆動及び軸受装置１と を有する。耐圧ハウジング８は複数の圧縮ステージの内部圧力に基づく大きさを 有する。理解し易いように、シャフト４に固定された複数の圧縮ステージのうち の２つの圧縮ホイール３のみを図示する。２つの駆動及び軸受装置１はシャフト ４の端部にそれぞれ設けられている。駆動及び軸受装置１はロータ４ａと、ロー タ４ａに固定されたシャフト４とを両者に接触することなく磁力によって放射方 向に軸支し、かつシャフト４を駆動する役割を有する。駆動及び軸受装置１はシ ャフト４の一部を構成するロータ４ａを有する。圧縮するマス・フロー９ａは入 口開口８ａを通ってハウジング８の内部へ流入する。マス・フロー９ｂは圧縮ホ イール３内を貫流し、かつ流出マス・フロー９ｃとして出口開口８ｂを通ってハ ウジング８から流出する。 各駆動及び軸受装置１は磁気によって軸支されたロータ４ａと、駆動及び軸受 装置１のステータ内に配置されたトルク及び磁気軸支力を形成する２つの巻線１ ５，１６とを有する電気機械として形成されている。ロータ４ａはターボ機械２ のシャフト４の一部を構成している。２つの巻線１５，１６は制御装置７によっ て励磁される。制御装置７による２つの巻線１５，１６の励磁は、シャフト４に 接触することなく同シャフト４を放射方向に保持すべく磁気懸架力を一方の巻線 １６を介してロータ４ａ上に形成し、かつロータ４ａに作用するトルクを他方の 巻線１５を介してロータ４ａ上に形成するように実施される。 動作原理の点において、駆動及び軸受装置１はステータ内に設けられた三相交 流巻線を有する同期式誘導機または非同期式誘導機として形成されている。図６ に示すように、ステータ巻線は複数の極対ｐ１，ｐ２をそれぞれ有する電気的に 分離された２つの三相交流巻線１５，１６からなる。ステータ巻線を構成する２ つの三相交流巻線１５，１６の極対数ｐ１，ｐ２は１つだけ互いに異なる。互い に異なる極性をそれぞれ有する２つの巻線１５，１６はステータ内において放射 方向に沿って前後に配置するか、または互いに重なるように配置（即ち、周方向 に沿って延びる複数のコイルを複数の巻線に交番で巻き付けること）し得る。ロ ータ４ｂを駆動するために必要なトルクは同ロータ４ｂと同一の極対数を有する 巻線１５によって形成される。この場合、ロータ４ｂはかご形ロータとして形成 されている。他方の巻線１６の回転磁界によって駆動トルクが形成されることは ない。これは同巻線１６の極対数と同じ極対数がロータ４ｂ内に存在しないこと に起因する。制御装置７によって同一周波数で励磁され、かつ同一方向へ回転す る互いに異なる極性を有する２つの回転磁界の協働により、一方向に作用する空 間的に固定された磁気吸引力が駆動及び軸受装置１の空隙内に位置するロータ４ ｂ上に形成される。この磁気吸引力はロータ４ｂの軸支に使用される。磁気軸支 力の大きさ及び方向は複数の巻線１５，１６を励磁する電圧の大きさ及び位相を 相互に変更することによって設定できる。 駆動及び軸受装置１は永久磁石ロータ、リラクタンス・ロータまたは電気励磁 ロータとして形成されたロータ４ｂを有する同期機械とし得る。更に、駆動及び 軸受装置１はロータ４ｂを有する非同期機械として形成可能であり、同ロータ４ ｂは１つ以上の短絡された重ね巻巻線若しくは波巻巻線と、抵抗によって終端さ れた巻線とのうちのいずれか一方を有し、その極対数ｐ１は巻線１５の極対数ｐ １に等しい。ロータ４ｂの巻線は特に正弦波状分布を同ロータ４ｂ上に形成可能 である。更に、図６はロータ４ａの位置を検出すべく駆動及び軸受装置１内に配 置された２つのセンサ６を示す。２つのセンサ６は導電体６ａを介して制御装置 ７に接続されている。ロータ４ａは角速度ωで回転する。即ち、トルクＭが巻線 １５によってロータ４ａ上に形成される。 スラスト・ベアリングが図１には示されていない。シャフト４を軸線方向に静 止した状態で保持すべく、スラスト・ベアリングは圧縮ホイール３によって軸線 方向に形成された力を補償する。同様に、対応する大きさを有する補償ピストン による軸線方向力の通常の補償も図示されていない。図５はこの種のスラスト・ ベアリング１３を示す。本実施の形態において、スラスト・ベアリング１３はデ ィスク１３ａと、電磁石１３ｂと、シャフト４の軸線方向位置を検出するための 複数のセンサとを有するスラスト磁気ベアリング１３として形成されている。各 種のスラスト・ベアリングをシャフト４の軸線方向における軸支に使用できる。 前記の従来のスラスト磁気ベアリング以外の別のスラスト・ベアリングを適切に 使用し得る。駆動及び軸受装置１は特定の軸線方向軸支能力を原位置において独 自に有する。更に、駆動及び軸受装置１は円錐状に延びるロータ４ａと、同ロー タ４ａに整合した円錐状に延びるステータとを有し得る。圧縮ホイール３等によ って形成された軸線方向力を補償すべく、これは複数の巻線１５，１６を介した 制御が可能な大きさ及び方向を備えた軸線方向力の形成に使用される。 更に、図１は軸線方向に沿って互いに離間した２つのロータ３ｃを備えたシャ フト４を有する遠心ポンプ２ａの例の概略を示す。ターボ機械２の例において詳 述したように、シャフト４は２つの駆動及び軸受装置１によって接触を伴うこと なく保持され、かつ駆動される。 更に、図５ａはシャフト４上に作用する軸線方向スラストを補償するための従 来のスラスト・ベアリング１３を示す。スラスト・ベアリング１３は圧力ｐによ って応力を加え得る内部空間１３ｃと、シャフト４に固定可能なディスク１３ｄ とを有する。シャフト４に対する乾燥ガス・シールは内部空間１３ｃのハウジン グ壁及びディスク１３ｄの間に設けられている。シャフト４を所定位置に保持す べく、シャフト４の軸線方向位置をセンサによって検出し、かつ軸線方向スラス トをシャフト４上に形成するようスラスト・ベアリングのベースにおける流体の 圧力ｐを制御する。遠心ポンプ２ａの場合、同一の技術的効果（即ち、シャフト ４を所定位置に保持する効果）を有するスラスト・ベアリングは、対応する流体 を有するフローティング・リング・シールを乾燥ガス・シールに代えて配置する ことによって実現し得る。従って、乾燥ガス・シールはウェット・シールと称さ れるシールによって置換される。 図１に示す実施の形態において、複数のロータ３はシャフト４に固定されてい る。駆動及び軸受装置１のロータ４ａと、圧縮ホイール３のシャフト４ｂとは共 通シャフト４を形成すべく互いに強固に結合されている。ロータ４ａ及びシャフ ト４ｂを機械的手段によって互いに着脱可能に連結することにより、共通シャフ ト４は機械的に分離可能である。圧縮ホイール３を固定したシャフト４は同シャ フト４の両端部にそれぞれ配置された２つの駆動及び軸受装置１によって接触を 伴うことなく軸支されている。シャフト４上に形成されたトルクは駆動及び軸受 装置１によって同様に形成される。片方または両方の駆動及び軸受装置１によっ てトルクを形成するように同駆動及び軸受装置１を励磁し得る。２つの駆動及び 軸受装置１を使用する場合、これによって全トルクを所望の割合で各駆動及び軸 受装置１間で分割できる。 図２は互いに隣接する２つの駆動及び軸受装置１を有する別のターボ機械２ま たは遠心ポンプ２ａを示す。同ターボ機械２または遠心ポンプ２ａは駆動及び軸 受装置１によって駆動され、かつ少なくとも放射方向に接触することなく軸支さ れるロータ４ａを備えた共通シャフト４と、同共通シャフト４の両端に対称配置 された複数の圧縮ホイール３またはロータ３ｃとを有する。２つの圧縮ホイール ３またはロータ３ｃはシャフト４上に互いに対向して配置されており、これは軸 線方向に作用する力を少なくともほぼ対称に補償する効果を奏する。駆動及び軸 受装置１は制御可能な特定の軸線方向力を形成すべく製造し、かつ励起できる。 この結果、図２に示す実施の形態では、別のスラスト・ベアリングは特定の条件 下において必要なくなる。圧縮ホイール３またはロータ３ｃは送出する流体のた めの入口側３ａ及び出口側３ｂを有する。 図３は別の実施の形態に基づくターボ機械２を示す。ターボ機械２はシャフト ４、複数の駆動装置１及び複数の圧縮ホイール３を有し、同複数の駆動装置１及 び複数の圧縮ホイール３は共通シャフト４に沿って直列に配置されている。シャ フト４の位置は複数のセンサ６によって検出する。更に、シャフト４を同シャフ ト４に接触することなく磁力によって少なくとも放射方向に保持するように、制 御装置７は駆動及び軸受装置１の複数の巻線１５，１６を励磁する。 複数の巻線１５，１６によって形成される磁力は変化する。このため、複数の 巻線１５，１６により、シャフト４の回転特性はターボ機械２の回転中に影響を 受け得る。例えば、これらの力は重力とは逆の方向に影響を受け得る。制御装置 ７によって予め定め得る磁力ベクトルを放射方向に沿って延ばすべく複数の巻線 １５，１６を励磁するか、または放射方向に沿って延びる磁力ベクトルの配向を 経時変化させるべく複数の巻線１５，１６を励磁し得る。更に、磁力ベクトルの 大きさを変更し得る。シャフト４の位置は複数のセンサ６によって検出可能であ る。このため、シャフト４の回転特性またはターボ機械の回転特性に影響を及ぼ すべく複数の巻線１５，１６を制御装置７によって励磁できる。 ターボ機械２はハウジング８を有する。ハウジング８は全ての固定部品及び回 転部品を同ハウジング８の内部に内包するように形成されている。流入マス・フ ロー９ａは入口開口８ａを通ってハウジング８の内部へ流入し、さらにはマス・ フロー９ｂとして複数の圧縮ホイール３を貫流し、かつ出口開口８ｃを介して冷 却装置１０内へ流入する。冷却されたマス・フロー９ｅは流入マス・フロー９ｆ として入口開口８ｄを通って別の圧縮ホイール３へ送られ、さらにはマス・フロ ー９ｃとして出口開口８ｂを通ってターボ機械２から流出する。冷却装置１０に よる中間冷却はマス・フローの体積を減少させる効果を有する。図３に示す実施 の形態の効果としては、ハウジング８が複数の開口８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ以外 の別の開口を有さない点が挙げられる。対応する接続片を介することにより、複 数の開口８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄを別の入口管路及び出口管路に対してそれぞれ 完全に密着して連結できる。図１乃至図３に示す実施の形態の別の効果としては 、シャフト４がハウジング８の内側に配置されていることにより、加圧下にある ハウジング８を完全に密閉し、かつターボ機械２を油を使用することなく運転で きる点が挙げられる。特に、シャフト４は油を使用することなく軸支できる。し かし、ハウジング８の外側に位置する別の駆動装置によってシャフト４を駆動可 能とすべく、開口をハウジング８に設け得る。これを実現すべく、対応するシー ル装置をシャフト４が貫通するハウジング８の部分に設ける必要がある。乾燥ガ ス・シールがこの種のシール装置に適する。 腐食性媒体を送出する場合、図３に示すように、駆動及び軸受装置１を装置２ ０，２１内に内包することは効果的である。装置２０は環状スリーブ２０として 形成されており、同環状スリーブ２０はシールをシャフト４と、入口及び出口開 口２１とにそれぞれ有する。駆動及び軸受装置１を冷却し、かつ同駆動及び軸受 装置１が腐食性媒体に接触することを防止するために、液体またはガス（例：窒 素）２２が装置２０，２１内を貫流している。腐食性媒体９ｂは装置２０，２１ の外側の周囲を流動する。この結果、腐食性媒体９ｂから保護すべく駆動及び軸 受装置１は配置されている。 図４は別の実施の形態に基づく多段コンプレッサを示す。同多段コンプレッサ は共通軸４、複数の圧縮ホイール３、並びに複数の駆動及び軸受装置１を有する 。更に、制御装置７を有する制御システムを示す。ターボ機械２の状態は複数の センサ６によって検出される。例えば、複数のセンサ６は駆動装置１のステータ に対するシャフト４の位置、または圧縮ステージ３内におけるシャフトの位置と 、シャフト４の角速度とを検出し得る。複数のセンサ６の信号は導電線６ａを介 して制御装置７へ入力される。駆動及び軸受装置１は制御装置７のデータに基づ いて導電線７ａ，７ｂを介して励磁される。本実施の形態では、シャフト４に作 用する懸架力を形成するための巻線１９を有する磁気ラジアル・ベアリング１２ が設けられている。ラジアル・ベアリング１２は導電線１２ａを介して制御装置 ７に接続されている。シャフト４の撓み及び動特性の少なくともいずれか一方は 駆動及び軸受装置１、並びにラジアル・ベアリング１２の対応する配置及び励磁 を通じて広範にわたって影響を受ける。効果的な使用では、駆動及び軸受装置１ 並びに磁気ラジアル・ベアリング１２の少なくともいずれか一方を制御装置７に よって励磁する。この励磁はシャフト４の回転特性に影響を及ぼすように行われ 、特に、同励磁はロータの内部振動を軸線方向に沿った異なる複数の位置におい て個々に能動的に減衰するように行われる。導電線７ａ，７ｂ，１２ａ及び導電 体６ａは気密通路（図示略）を通ってハウジング８を貫通して延び、かつハウジ ング８の外側に位置する制御装置７まで延びている。 図７は１つの実施の形態に基づくラジアル・ベアリング１２の横断面図である 。ラジアル・ベアリング１２は積層金属体（Ｂlechpaket）１７と、同積層金属 体１７の周方向に沿って設けられた複数の磁極１７ａ，１７ｂとを有する。更に 、シャフト４と、積層金属体１７及びシャフト４を通過する磁束１８とが示され ている。積層金属体１７上に作用する複数の電気巻線(このうちの１つのみを図 示)１９を使用することにより、シャフト４に作用する放射方向の力を対応する 励磁によって形成できる。この力はシャフト４の無接触軸支に使用するか、また はシャフト４上に動的に作用する力の補償に使用できる。 従って、例えば、２つの駆動及び軸受装置１のうちの一方を図１または図２に 示す実施の形態のラジアル・ベアリング１２で置換できる。 図４に示す実施の形態では、共通シャフト４は分割可能である。例えば、同分 割はシャフト４をラジアル・ベアリング１２と、同ラジアル・ベアリング１２の 右側に位置する圧縮ホイール３との間で分割し、これによってターボ機械が２つ の分離したシャフト４を有するように行う。分離された２つ以上のシャフト４の 効果としては、同複数のシャフト４を互いに異なる回転速度で駆動できる点が挙 げられる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｈ０２Ｋ 19/10 Ｈ０２Ｋ 19/10 Ｚ // Ｈ０２Ｋ 29/00 29/00 Ｚ (72)発明者 シュミット、ヨアヒム スイス国 ＣＨ−5422 オーバーエーレン ディンゲン ドルフシュトラーセ 14

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．流体を送出する回転機械、特に、ターボ機械（２）または遠心ポンプ（２ａ ）であって、ロータ（４ａ）を有する軸支されたシャフト（４）と、駆動及び軸 受装置（１）とを含む回転機械において、前記駆動及び軸受装置（１）はシャフ ト（４）を取囲む複数の電気巻線（１５，１６）を備えたステータを有し、前記 ロータ（４ａ）、ステータ及び複数の電気巻線（１５，１６）はベアリング・フ リー・モータ（２０）を形成すべく互いに整合し、かつ配置されており、前記ベ アリング・フリー・モータ（２０）は磁力を使用することによってシャフト（４ ）に接触することなく同シャフト（４）を軸支し、かつトルクをシャフト（４） 上に形成する回転機械。 ２．ステータと、磁気によって軸支されたロータ（４ａ）とを有する電気機械と して形成された少なくとも１つの駆動及び軸受装置（１）を有するターボ機械（ ２）であって、トルク及び磁気軸支力を形成する複数の巻線（１５，１６）が前 記ステータ内に設けられ、前記ロータ（４ａ）はターボ機械（２）のシャフト（ ４）の部分を形成し、２つの巻線（１５，１６）を励磁するための制御装置（７ ）が設けられ、同制御装置（７）による２つの巻線（１５，１６）の励磁は、シ ャフト（４）に接触することなく同シャフト（４）を放射方向に保持すべくロー タ（４ａ）に作用する磁気懸架力を第１の巻線（１６）を介して形成し、かつロ ータ（４ａ）に作用するトルクを第２の巻線（１５）を介して形成するように実 施されるターボ機械（２）。 ３．前記トルクを形成する巻線（１５）はｎ個の極対数を有し、前記磁気軸支力 を形成する巻線（１６）はｎ＋１個またはｎ−１個の極対数を有する請求項１ま たは２に記載の回転機械。 ４．少なくとも１つの圧縮ホイール（３）または１つのロータ（４ａ）をシャフ ト（４）上に配置した請求項１乃至３のいずれか一項に記載の回転機械。 ５．前記ロータ（４ａ）はリラクタンス・ロータ、永久磁石ロータまたは電気励 磁ロータ（４ａ）として形成されている請求項１乃至４のいずれか一項に記載の 回転機械。 ６．ロータ（４ａ）、ステータ及び電気巻線（１５，１６）の相対的構成と、制 御装置による電気巻線（１５，１６）の励磁とは、前記ベアリング・フリー・モ ータ（２０）のロータ（４ａ）をリラクタンス・モータ、同期モータまたは誘導 モータの動作原理に基づいて駆動可能とする請求項１乃至５のいずれか一項に記 載の回転機械。 ７．前記ロータ（４ａ）はｎ個の極対数を有する多相巻線を有し、前記巻線は特 に正弦波状分布を形成すべく配置され、さらに同巻線は短絡されているか、また は抵抗によって終端されている請求項１乃至６のいずれか一項に記載の回転機械 。 ８．前記シャフト（４）を軸支すべく同シャフト（４）の長手方向に沿って互い に離間した少なくとも２つのラジアル・ベアリングを有し、前記少なくとも２つ のラジアル・ベアリングは駆動及び軸受装置（１）またはベアリング・フリー・ モータ（２０）と、ラジアル・ベアリング（１２）とのうちの少なくともいずれ か一方を含むグループから選択される請求項１乃至７のいずれか一項に記載の回 転機械。 ９．圧縮ホイール（３）、ロータ（３ｃ）または駆動及び軸受装置（１）を含む グループから選択された装置をシャフト（４）の２つの端部にそれぞれ有し、特 に、前記複数の圧縮ホイール（３）またはロータ（３ｃ）は互いに対向して配置 されている請求項１乃至８のいずれか一項に記載の回転機械。 １０．シャフト（４）を軸線方向にガイドする装置を有し、同装置は電磁スラス ト・ベアリング（１３）と、能動的スラスト補償を有するスラスト・ベアリング （１３）とのうちのいずれか一方を含むグループから選択される請求項１乃至９ のいずれか一項に記載の回転機械。 １１．前記駆動及び軸受装置（１）は入口開口及び出口開口（２１）を有するハ ウジング（２０）によって取囲まれ、前記ハウジング（２０，２１）は同ハウジ ング（２０，２１）を貫流する流体によって駆動及び軸受装置（１）を冷却すべ く設けられている請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の回転機械。 １２．請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の駆動及び軸受装置（１）を有す る回転機械、特に、ターボ機械（２）または遠心ポンプ（２ａ）を駆動する方法 であって、シャフト（４）の放射方向位置をセンサ（６）によって検出し、かつ 同放射方向位置を制御装置（７）へ入力し、シャフト（４）に接触することなく 同シャフト（４）を駆動し、かつ保持するように前記駆動及び軸受装置（１）を 制御装置（７）によって励磁する方法。 １３．シャフト（４）の回転特性に影響を及ぼすように、より詳細には、ロータ の内部振動を異なる複数の軸線方向位置において個々に能動的に減衰し得るよう に、駆動及び軸受装置（１）並びに磁気ラジアル・ベアリング（１２）の少なく ともいずれか一方を制御装置（７）によって励磁する請求項１２に記載の方法。 １４．請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の回転機械を有するプラント。