JPH0735811B2 - 磁気軸受用補助軸受 - Google Patents

磁気軸受用補助軸受

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JPH0735811B2
JPH0735811B2 JP1109041A JP10904189A JPH0735811B2 JP H0735811 B2 JPH0735811 B2 JP H0735811B2 JP 1109041 A JP1109041 A JP 1109041A JP 10904189 A JP10904189 A JP 10904189A JP H0735811 B2 JPH0735811 B2 JP H0735811B2
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bearing
fluid
rotor
stator
auxiliary bearing
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ジャン・ジョリベ
エルミー・アベルマン
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ソシエテ・デ・メカニーク・マグネテーク・エスアー
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ 〈産業上の利用分野〉 本発明はフレーム内に設けられた磁気軸受により支持さ
れた回転軸のための黒鉛等の無潤滑又は自己潤滑性材料
を用いたステータを備える補助軸受に関する。
〈従来の技術〉 回転軸の位置を検出するセンサの出力に基づきサーボ制
御される能動的磁気軸受により回転軸を支持するような
用途に於ては、装置が停止した場合や磁気軸受が故障し
た場合に回転軸を支持するために球軸受やコロ軸受を用
いることにより、磁気軸受に電力が供給されていない場
合でも磁気軸受の２つの要素間の接触を避けることによ
り、それに発生し得る損傷を回避するようにしている。
通常の動作時にあっては、補助軸受は、回転軸の回りに
空隙を郭成し、それ自体は回転しない。補助軸受が郭成
する空隙は、磁気軸受のエアギャップの約半分となって
いる。
磁気軸受の故障の場合に用いられる従来形式のエマージ
ェンシー（緊急）用軸受即ち補助軸受は、その外輪とス
テータとの間に空隙を郭成するように回転軸に取着さ
れ、或いはその内輪とロータとの間に空隙を郭成するよ
うにフレームに取着されている。いずれにせよ、回転部
分が軸受の固定部分に着地した場合には、運動が必ずし
も安定ではなく、エマージェンシー用軸受のケージ或い
は転動要素に対して極めて高い応力が加わり、補助軸受
が破損する場合がある。従って、補助軸受を頻繁に交換
する必要が生じるため、その保守に多大なコストが必要
となるという問題があった。
＜発明が解決しようとする課題＞ 本発明は上記したような問題を解消せんとするものであ
って、磁気軸受の故障時またはその停止時にあって、回
転軸に不安定な運動を引き起こすことなく、また過大な
摩耗や破損事故を引き起こすことなく回転軸を支持する
ことのできる、磁気軸受により支持された回転軸のため
の補助軸受を提供することを目的とする。
本発明の第２の目的は、構造が単純であって、しかも取
着容易な上記形式の補助軸受を提供することにある。
［発明の構成］ 〈課題を解決するための手段〉 このような目的は、本発明によれば、フレーム内にて磁
気軸受により支持された回転軸のための、黒鉛等の無潤
滑又は自己潤滑性材料（以下「黒鉛等」という。）から
なるステータを用いる補助軸受であって、前記回転軸に
取着されたクロム鋼や炭化タングステン及びセラミック
等の高硬度材料（以下「高硬度材料」という。）からな
るロータと、前記フレームに取着され、前記回転軸の主
たる軸受をなす前記磁気軸受に於けるエアギャップより
も小さい空隙を郭成するように前記ロータに対向し、前
記回転軸が前記磁気軸受により支持されなくなった場合
に前記ロータが摺接する、無潤滑又は自己潤滑性材料か
らなるステータと、前記ロータと前記ステータとの間に
郭成されるスペース内に向けて開かれるとともに、前記
ロータとステータとの摺接時における摩擦係数の低減を
図るための流体を供給する流体供給通路と、前記流体供
給通路からの流体の供給を制御するための制御手段とを
有することを特徴とする補助軸受を提供することにより
達成される。
本発明の或る実施例に於いては、前記軸受が半径方向に
ついて空隙を郭成するものからなり、前記ロータが、前
記回転軸に嵌装された高硬度材料からなるスリーブをな
し、前記ステータが、前記ロータに対して同心的に配設
された少なくとも１つの黒鉛等のリングを有し、前記流
体通路が、前記リングの回りの複数の領域に於て郭成さ
れたスペースに向けて半径方向に開かれている。
ステータは、例えば、前記ロータの回りに同心的に配設
されていると共に、軸線方向に沿って連設された少なく
とも３つの黒鉛等のリングからなり、前記流体供給通路
が、前記ステータを構成する前記黒鉛等のリング間の空
隙を介して前記スペース内に向けて開かれている。
また、前記スリーブをなす前記ロータの部分の両端部に
近接した、前記ステータの周囲のフレームの部分に流体
回収用溝が郭成されているのが好ましい。
本発明の別の実施例によれば、前記軸受が軸線方向に空
隙を郭成する形式のものからなり、前記回転軸の軸線に
対して直交するように該回転軸に取着された高硬度材料
からなる平坦なディスクを有するロータと、前記回転軸
に対して直交する共通の面内にあって、前記ロータの前
記ディスクに対向するように前記フレームに取着された
黒鉛等のからなる少なくとも３つの平坦な軸受面とを有
し、更に前記流体供給通路が、前記ロータの前記軸線に
対し最も近い前記軸受面の部分の近傍に位置しかつ前記
ロータの軸線の回りに配設された複数の領域に於て、前
記軸受の空隙により郭成されたスペース内に向けて軸線
方向に開かれている。
前記流体の供給を制御するための制御手段が、前記磁気
軸受への電力の供給の停止に応動して流体の供給を開始
するための装置を備えているのが好ましい。
別の実施例として或いは追加の特徴として、前記制御手
段が、前記ステータが所定の温度に達したときに前記流
体の供給を開始するべく前記ステータの温度を検出する
ようにその近傍に配設された温度センサを備えていると
良い。
回転軸が、補助軸受上に着地した後も遅い速度で回転を
持続する場合には、必要な潤滑用液体の量を節減するた
めに、前記軸受の前記スペース内に注入された流体を回
収するための手段と、回収された流体を再び前記スペー
ス内に再注入するために、流体供給源若しくは流体供給
通路に再循環させるためのポンプとを備えていると良
い。
〈実施例〉 以下、本発明の好適実施例を添付の図面について詳しく
説明する。
第１図は図示されない従来形式の能動的磁気軸受によ
り、フレーム５に支持された回転軸１の部分の回りに郭
成された空隙を有する補助軸受を示している。第１図に
於て、補助軸受は、縮径部をなす回転軸１の端部10に設
けられている。
本発明に基づく補助軸受は、回転軸１の縮径端部10に取
着されたスリーブからなり、かつ回転軸１の端部に固定
された少なくとも１つのキー部材11及びスリーブの内部
に凹設された溝21との間の係合により回転軸１と一体的
に回動するようにされた高硬度材料からなるロータ２を
有する。フレーム５に固着された黒鉛等からなるステー
タ３は、ロータ２を囲繞するように、回転軸１の軸線方
向に沿って連設された３つの黒鉛等のリング31、32、33
からなり、これらのリングは、例えば約1/10mmの半径方
向の空隙を郭成する。いずれにせよ、この空隙は、磁気
軸受に於けるエアギャップの約半分とするのが好まし
い。
潤滑用の水を供給するための通路４がフレーム５に設け
られており、この通路４の終端部が、ロータ２とステー
タ３との間に郭成されたスペースに向けて開かれてい
る。即ち、通路44、45が、補助軸受の空隙を郭成する環
状スペース内に向けて半径方向に開かれており、かつロ
ータ２に外周に沿って複数設けられている。例えば４乃
至８つ設けられた通路44は、隣接するリング31、32間に
設けられており、同じく４乃至８つ設けられた通路45
は、隣接するリング32、33間に設けられている。通路4
4、45は、リング31と32との間或いはリング32と33との
間の部分と整合するように設けられた環状溝42a、43aと
連通している。環状溝42a、43aは、補助軸受の上方に設
けられた主供給管路41の２つの分岐通路42、43に連通し
ている。
スリーブ状をなすロータ２の両端部の対応するステータ
３の両端部の近傍のフレーム５の部分に潤滑用の液体を
回収するための溝46、47を設けると良い。ロータ２は、
潤滑用の液体が補助軸受の領域を越えて軸線方向から流
れ出すことなく、潤滑用液体回収用溝46、47に向けてガ
イドするための溝22を、その一端若しくは両端に備えて
いる。排出通路48、49は、補助軸受の下側のフレームの
部分に形成されている。
潤滑用水を供給するための主供給管路41及び、水排出用
管路49が、例えば５乃至15lの容量を有する、水を加圧
状態で貯蔵するためのタンクに接続されている。
上記した補助軸受は、磁気軸受の作動が停止した場合に
それを着地させるために用いられるものである。回転軸
が磁気軸受により支持されなくなった場合、高硬度材料
からなる平滑なロータ２が、黒鉛等のリング31、32、33
の同様に平滑な内周面に摺接するようになる。そのよう
な場合に何らの対策も講じない場合には、ロータ２とス
テータ３との間の摩擦により軸受が発熱する。これは、
補助軸受に損傷を与えたり破壊する場合がある。しかし
ながら、本発明によれば、水を注入し、水を、遠心力に
よりロータ２とステータ３との間のスペース内に散布す
るため、回転速度が毎秒数回転以上である限り、黒鉛等
からなる部分と高硬度材料からなるロータとの間の摩擦
係数が極めて小さく保持される。従って、補助軸受の作
動時であって、ロータが、毎秒数回転以上の速さをもっ
て回転している限り、補助軸受内に水を注入することに
より、その摩擦を低減し、補助軸受が破損するのを回避
できる。回転速度が毎秒数回転以下に落ちたとき、即ち
回転速度が極めて低くなったとき、摩擦係数が大幅に増
大するが、そのときの回転速度が十分低いことから、補
助軸受は、それ自体損傷を受けることなく回転軸の回転
を停止させることができる。
磁気軸受への電力の供給の停止に応動して加圧下の液体
のタンクから主供給管路41を介して流体の供給を制御
し、磁気軸受が故障等により作動を停止し補助軸受の作
動が開始すると同時に、通路４に向けて液体の供給を開
始するために選択的な制御手段が設けられている。補助
軸受２が黒鉛等のステータ３と摺接するのと同時に注入
される水は、摩擦係数を大幅に低減し、補助軸受のロー
タ２及びステータ３が摩耗したり破損するのを効果的に
防止することができる。
この実施例の補助軸受は上記の如く回転軸が磁気軸受に
より支持されなくなった場合には回転軸のロータがステ
ータと摺接し、かつこの摺接するロータとステータの間
には流体供給通路を介して水を注入するように構成した
ものである。このため磁気軸受の動作停止時には注入の
流体がロータ遠心力によりロータとステータ間に散布さ
れ、これによりロータとステータ間では流体を介する滑
らかな摺動が得られることから、特別な流体散布手段な
どを設けるまでもなく、摺動部分における過大な摩耗や
摩耗による破損を防止することができ、この種の補助軸
受の構造の簡略化が図れる。
１つの変形実施例として、回転軸を支持する磁気軸受に
電力が供給されなくなるのと同時に潤滑用の水を注入す
る代りに、磁気軸受の停止の後、補助軸受がその高い摩
擦係数により加熱するのに必要な時間に対応するような
時間が経過した後に初めて潤滑用の水を通路４に供給す
ることもできる。この場合、黒鉛等からなるステータ３
の近傍に設けられた温度センサからの出力に基づき、軸
受が破損する前に水を軸受に供給若しくは注入するよう
にすることもできる。温度センサが、軸受にとって危険
であるような所定の温度以上に発熱した場合には、制御
手段により、タンク内に貯留されていた水が軸受内に注
入される。
温度センサは、磁気軸受に対する電力の供給の停止を検
出するための手段に対する二重の安全策としても用いる
こともできる。即ち、この場合、磁気軸受への電力の供
給が停止すると同時に水が注入されるが、磁気軸受への
電力の供給の停止を検出するための装置が故障した場合
には、温度センサが、補助軸受に損傷が発生する前に、
補助軸受内に水を注入することとなる。
数千rpmの運転速度を有する数トンもの重さを有する回
転軸を用いる回転機械に於ては、軸受ごとに、毎分数ｌ
の水を供給することにより良好な潤滑結果を得ることか
できる。能働的磁気軸受が故障し或いはその作動を停止
した後、補助軸受の作動が開始し、補助軸受内に水が供
給されると、装置の回転軸の駆動が停止され、約２分乃
至３分後に回転軸が停止する。この場合に必要となる潤
滑用の水の量は、例えば毎分5lである。
特別な用途に於ては、回転軸が、補助軸受の作動が開始
した後、例えば30分といった長時間に亘って低い速度で
回転し続ける必要がある場合がある。このような場合に
は、タンク内に貯留すべき水の量を節減するために、通
路49から排出される潤滑用の水を回収し、ポンプを用い
て、再びタンクの中若しくは主供給管路41の入口に向け
て水を再循環させるのが望ましい。タンクから、通路４
を経て液体を供給するための制御手段は、タンクと主管
路41との間に配設された膜破壊式等のバルブに対して作
用するものであって良い。
本発明は、軸線方向に空隙を郭成するような補助軸受に
対しても適用できる。第２図及び第３図は、そのような
補助軸受の実施例を示すもので、形状は異なるものの、
その構造及び機能は、半径方向に空隙を有する補助軸受
と略同様である。
第２図及び第３図に示された補助軸受は、回転軸に対し
て直交するように回転軸110に固着された平坦な円板123
から主に構成されるロータ102を備えている。このディ
スク123は、中心開口を備えていると共に、ディスク123
に固着されたスリーブをなす円筒部122を介して回転軸1
10に取着されている。ステータ103は、回転軸110に対し
て直交する共通な面内に位置するリンク部材151、152に
よりフレーム105に取着されている。第２図及び第３図
は、いずれも鋼等の高硬度材料からなる内側の第１のリ
ング153と外側のリング154との間に保持されかつフレー
ム105に固着された基板にリンク部材151、152により固
定されたセクタ状をなす平坦な黒鉛等からなる軸受面13
1、132、133を示している。軸受面131、132及び133は、
リング153、154から、ロータディスク123に向けてやや
突出している。
水供給通路104は、環状溝143に向けて開かれた主供給管
路141と、回転軸110の軸線に対して平行に延出する（第
３図の実施例に於いては６つの通路からなる）複数の通
路とを有し、前記通路は、回転軸110の軸線の回りに均
一に分布しており、潤滑用の水が、遠心力により軸受内
131、132、133の全体に亘って広がるように黒鉛等の軸
受面131、132、133の内部の近傍のスペース内に向けて
開かれている。供給通路141、142、143には、第１図に
示された実施例の場合と同様に、貯留タンクから、通路
104を経て供給される。水の供給は、前記実施例と同様
の要領により制御されることとなる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に基づく、半径方向に空隙を郭成する補
助軸受の実施例を示す縦断面図である。 第２図は本発明に基づく軸線方向に空隙を郭成する補助
軸受の実施例を第３図に於けるII−II線について見た軸
線方向断面図である。 第３図は第２図に示されたステータを、第２図のIII−I
II線について見た断面図である。 １…回転軸 ２…ロータ ３…ステータ ４…通路 ５…フレーム 10…端部 11…キー部材 21、22…溝 31〜33…リング 44、45…通路 42、43…分岐通路 42a、43a…環状溝 46、47…回収溝 48、49…通路 102…ロータ 103…ステータ 104…通路 110…回転軸 122…円筒形部分 123…ディスク 131〜133…軸受面 151、152…リンク部材 153、154…リング
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−22542（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−8825（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−162419（ＪＰ，Ｕ)

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】フレーム内にて磁気軸受により支持された
    回転軸のための、無潤滑又は自己潤滑性材料からなるス
    テータを用いる補助軸受であって、 前記回転軸に取着された高硬度材料からなるロータと、 前記フレームに取着され、前記回転軸の主たる軸受をな
    す前記磁気軸受に於けるエアギャップよりも小さい空隙
    を郭成するように前記ロータに対向し、前記回転軸が前
    記磁気軸受により支持されなくなった場合に前記ロータ
    が摺接する、無潤滑又は自己潤滑性材料からなるステー
    タと、 前記ロータと前記ステータとの間に郭成されるスペース
    内に向けて開かれるとともに、前記ロータとステータと
    の摺接時における摩擦係数の低減を図るための流体を供
    給する流体供給通路と、 前記流体供給通路からの流体の供給を制御するための制
    御手段とを有することを特徴とする補助軸受。
  2. 【請求項２】前記軸受が半径方向について空隙を郭成す
    るものからなり、前記ロータが、前記回転軸に嵌装され
    た高硬度材料からなるスリーブをなし、前記ステータ
    が、前記ロータに対して同心的に配設された無潤滑又は
    自己潤滑性材料からなる少なくとも１つのリングを有
    し、前記流体通路が、前記リングの回りの複数の領域に
    於て郭成されたスペースに向けて半径方向に開かれてい
    ることを特徴とする請求項１記載の補助軸受。
  3. 【請求項３】前記ステータが、前記ロータの回りに同心
    的に配設されていると共に、軸線方向に沿って連設され
    た無潤滑又は自己潤滑性材料からなる少なくとも３つの
    リングからなり、前記流体供給通路が、前記ステータを
    構成する前記無潤滑又は自己潤滑性材料からなるリング
    間の空隙を介して前記スペース内に向けて開かれている
    ことを特徴とする請求項２記載の補助軸受。
  4. 【請求項４】前記スリーブをなす前記ロータの部分の両
    端部に接近した、前記ステータの周囲のフレームの部分
    に流体回収用溝が郭成されていることを特徴とする請求
    項２記載の補助軸受。
  5. 【請求項５】前記軸受が軸線方向に空隙を郭成する形式
    のものからなり、前記回転軸の軸線に対して直交するよ
    うに該回転軸に取着された高硬度材料からなる平坦なデ
    ィスクを有するロータと、前記回転軸に対して直交する
    共通の面内にあって、前記ロータの前記ディスクに対向
    するように前記フレームに取着された無潤滑又は自己潤
    滑性材料からなる少なくとも３つの平坦な軸受面とを有
    し、更に前記流体供給通路が、前記ロータの前記軸線に
    対し最も近い前記軸受面の部分の近傍に位置しかつ前記
    ロータの軸線の回りに配設された複数の領域に於て、前
    記軸受の空隙により郭成されたスペース内に向けて軸線
    方向に開かれていることを特徴とする請求項１記載の補
    助軸受。
  6. 【請求項６】前記流体の供給を制御するための制御手段
    が、前記磁気軸受への電力の供給の停止に応動して流体
    の供給を開始するための装置を備えることを特徴とする
    請求項１記載の補助軸受。
  7. 【請求項７】前記制御手段が、前記ステータが所定の温
    度に達したときに前記流体の供給を開始するべく前記ス
    テータの温度を検出するようにその近傍に配設された温
    度センサを備えることを特徴とする請求項１記載の補助
    軸受。
  8. 【請求項８】前記流体が水からなることを特徴とする請
    求項１記載の補助軸受。
  9. 【請求項９】加圧された数リットルの液体を貯留するた
    めの流体供給源を備え、前記流体供給源が前記フレーム
    に設けられていることを特徴とする請求項１記載の補助
    軸受。
  10. 【請求項１０】前記軸受の前記スペース内に注入された
    流体を回収するための手段と、回収された流体を前記流
    体供給源若しくは前記流体供給通路に再循環させるため
    のポンプとを備えることを特徴とする請求項１記載の補
    助軸受。
  11. 【請求項１１】加圧された流体を貯蔵するために前記フ
    レームに装着されたタンクと、前記タンクから前記流体
    供給通路に向けて前記流体を供給するべく前記制御手段
    により作動させられる膜破壊式バルブとを備えているこ
    とを特徴とする請求項１記載の補助軸受。
  12. 【請求項１２】前記軸受の前記ロータと前記ステータと
    の間の空隙が約1/10mmであることを特徴とする請求項１
    記載の補助軸受。
JP1109041A 1988-04-29 1989-04-27 磁気軸受用補助軸受 Expired - Lifetime JPH0735811B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR8805818A FR2630792B1 (fr) 1988-04-29 1988-04-29 Palier auxiliaire a stator en graphite pour arbre tournant monte sur paliers magnetiques
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