(57)【要約】      （修正有）【課題】高い機械的特性および耐食性を有する特定の材料を使用でき、より安価に製造でき、より高い耐荷重性を有する磁気軸受を提供する。【解決手段】回転子４を有する回転機械用の、ジャケット付き磁気軸受１に関し、ジャケット付き磁気軸受１は、固定支持装置２に固定された、固定子磁気回路５を備え、固定子磁気回路５は、金属製の保護筐体内に置かれる、少なくとも１つのコイル６と、強磁性体７とを備える。保護筐体は、環状支持部８と、環状のジャケット１３とを備え、環状支持部８および環状のジャケット１３は溶接される。環状のジャケット１３は、磁性材料を含み、保護層１７によって被覆される。【選択図】図１
2020128818.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子（４）を有する回転機械用の、ジャケット付き磁気軸受（１）であって、固定支持装置（２）に固定される固定子磁気回路（５）を備え、前記固定子磁気回路（５）が、金属製の保護筐体内に置かれる、少なくとも１つのコイル（６）と、強磁性体（７）とを備え、前記保護筐体が、環状支持部（８）と、環状のジャケット（１３）とを備え、前記環状支持部（８）および前記環状のジャケット（１３）が溶接される、ジャケット付き磁気軸受（１）において、
前記環状のジャケット（１３）が磁性材料を含み、保護層（１７）によって被覆されることを特徴とする、ジャケット付き磁気軸受（１）。
【請求項２】
前記保護層（１７）がニッケルの層を含む、請求項１記載の軸受（１）。
【請求項３】
前記ニッケルの層が、無電解ニッケルめっきによって形成される、請求項２記載の軸受（１）。
【請求項４】
前記ニッケルの層が、ニッケルと、リンとを含む、前記請求項のいずれか１項記載の軸受（１）。
【請求項５】
前記環状のジャケット（１３）が、強磁性材料、磁性ステンレス鋼、およびニッケル基合金からなる群の中から選択される磁性材料を含む、請求項１乃至４のいずれか１項記載の軸受（１）。
【請求項６】
前記軸受（１）が、軸方向のジャケット付き磁気軸受である、請求項１乃至５のいずれか１項記載の軸受（１）。
【請求項７】
前記回転子（４）に固定される、円板状の回転子アーマチュア（３）を備え、前記固定子磁気回路（５）が前記回転子アーマチュア（３）に面している、請求項１乃至６のいずれか１項記載の軸受（１）。
【請求項８】
前記回転子（４）および前記回転子アーマチュア（３）が、使用中に、腐食性、酸性、または粒子を有する流体、例えば気体雰囲気と接する、請求項１乃至７のいずれか１項記載の軸受（１）。
【請求項９】
前記環状のジャケット（１３）が、前記コイル（６）および／または前記強磁性体（７）と接触する、請求項１乃至８のいずれか１項記載の軸受（１）。
【請求項１０】
前記保護筐体が、磁性材料を含み、前記保護層（１７）によって被覆される、請求項１乃至９のいずれか１項記載の軸受（１）。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか１項記載の軸受（１）を備える回転機械。
【請求項１２】
請求項１乃至１０のいずれか１項記載の軸受（１）を製造する方法であって、環状のジャケット（１３）を環状支持部（８）に溶接する工程と、前記環状のジャケット（１３）を保護層（１７）で被覆する工程とを含む、方法。
【請求項１３】
前記環状のジャケット（１３）が、半径方向のウェブ（１４）と２つの軸方向のフランジ（１５、１６）とを有するＵ字部を備え、前記２つのフランジ（１５、１６）が、ニッケル基合金を含み、前記方法が、前記環状のジャケット（１３）を前記保護層（１７）で被覆する工程と、前記被覆された環状のジャケットに熱処理を施した後に、前記被覆された環状のジャケットを前記環状支持部（８）に溶接する工程とを含む、請求項１２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示される実施形態は、一般的に、回転子を有する回転機械用の磁気軸受に関する。特に、実施形態は、回転子および軸受が、使用中に、腐食性、酸性、または粒子を有する流体、例えば気体雰囲気と接触する、回転機械用の磁気軸受に関する。いくつかの例示的な実施形態は、具体的には、そのような磁気軸受を備える回転機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転機械への磁気軸受の使用は、特に、腐食性流体が使用される場合に、ますます一般的になってきている。軸受が作動する機械の作動流体が、酸性、または腐食性、または粒子を有する場合、磁気軸受のコイルおよび関連手段を、防食技術を使用することによって保護することが不可欠である。そのような技術の例として、酸化または腐食せず、一般的に、環境の浸食性に関係するいかなる現象にも損傷されない材料で作られた金属製ジャケットによって、軸受の固定子部が保護される、ジャケット付き軸受が挙げられる。
【０００３】
ジャケットは、少なくとも１つのコイルと、強磁性体とを備える固定子磁気回路が内部に置かれる、環状支持部に溶接される板状であってもよい。環状支持部は、磁性ステンレス鋼等のステンレス材料で作られてもよい。閉じ板であるジャケットは、環状支持部と同じ材料で作られてもよく、例えばニッケル基合金等の異なる金属製材料で作られてもよい。
【０００４】
作動条件（圧力、圧力の急激な変動、温度、腐食および摩耗に耐える能力）に耐えるために、ジャケットは、一般的に、０．３から１ｍｍまたはそれ以上の範囲内、例えば０．３から０．５ｍｍの範囲内の厚さ、すなわち磁気軸受のエアギャップの厚さ（固定子磁気回路と軸受の回転子アーマチュアとの間の距離）と同じような厚さを提示する。非磁性材料のそのようなジャケットの存在によって、軸受のエアギャップの厚さが増し、前記軸受が対応できる荷重に大きな制限を加えることになる。さらに、非磁性材料のジャケットの存在は、ジャケットと磁気軸受の回転子アーマチュアとの間の非接触を、どのような条件下でも、完全に保証するものではない。
【０００５】
よって、ジャケットの厚さを減らし、ジャケットを薄い金属板で構成することが望ましい。しかしながら、固定子磁気回路を腐食から確実に保護し、作動中に同じ形状および寸法を維持するためには、高い機械的特性および耐食性を有する特定の材料を使用する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】欧州特許出願公開第１，９６７，２８６号公報
【発明の概要】
【０００７】
本発明の目的は、上記の欠点を矯正する一方で、軸受にジャケットを付ける方式の利点を維持することである。特に、本発明のねらいの１つは、より安価に製造でき、より高い耐荷重性を有する磁気軸受を提供することである。
【０００８】
第１の態様によると、例示の実施形態では、回転子を有する回転機械用のジャケット付き磁気軸受は、固定支持装置に固定される固定子磁気回路を備える。固定子磁気回路は、金属製の保護筐体内に置かれる、少なくとも１つのコイルと、強磁性体とを備える。前記保護筐体は、環状支持部と、環状のジャケットとを備え、環状支持部および環状のジャケットは溶接される。環状のジャケットは、磁性材料、例えば強磁性材料を含み、保護層によって被覆される。
【０００９】
保護層によって、ジャケットの材料を、磁気的および機械的特性によって選ぶことができ、腐食に対する特性を考慮に入れる必要がなくなる。ジャケットの材料、および環状支持部の材料は、保護層によって腐食から保護される。特に、保護層によって、炭素鋼および低合金鋼に対するＣＯ2湿食損傷、およびステンレス鋼に対する塩化物点食損傷が回避される。よって、これらの材料（要求される磁気的および機械的特性を有する）を、ジャケットおよび／または環状支持部用に選ぶことが可能である。さらに、ジャケットの材料が、強磁性材料である場合、固定子磁気回路を保護するための薄いジャケットが必要でなくなる。ジャケットは、非磁性ジャケットよりも厚さを有していてもよく、機械的特性、および使用中のジャケットの変形に関する材料要件が減ることによって、軸受の寿命が長くなり、エアギャップが小さくなることになる。
【００１０】
よって、保護層および磁性ジャケットを使用することによって、エアギャップを減らし、本発明の磁気軸受の性能を高めることができる。さらに、保護層は、保守工程中に容易に修繕することができるため、軸受の保守性を向上させ、保守を容易にすることができる。さらに、保護層によって、ジャケットおよび／または環状支持部に、安価で溶接しやすい、炭素鋼および低合金鋼、またはステンレス鋼等の材料を使用することが可能である。
【００１１】
いくつかの実施形態では、保護層は、ニッケルの層を含んでもよい。
【００１２】
前記ニッケルの層は、無電解ニッケルめっきによって形成されてもよい。
【００１３】
前記ニッケルの層は、ニッケルと、リンとを含んでもよい。
【００１４】
いくつかの実施形態では、環状のジャケットは、強磁性材料、磁性ステンレス鋼、およびニッケル基合金からなる群の中から選択される磁性材料を含んでもよい。
【００１５】
いくつかの実施形態では、環状支持部およびジャケットは、炭素鋼、低合金鋼、およびステンレス鋼の中から選択される同じ材料を含んでもよい。環状支持部およびジャケットの両方に同じ材料を選ぶことによって、材料が同じ化学成分を有することになり、溶接工程を容易にすることができる。
【００１６】
一実施形態によると、軸受は、軸方向のジャケット付き磁気軸受である。軸受は、回転子に固定される円板状の回転子アーマチュアを備えてもよく、固定子磁気回路は、前記回転子アーマチュアに面していてもよい。
【００１７】
回転子および回転子アーマチュアは、使用中に、腐食性、酸性、または粒子を有する流体、例えば気体雰囲気と接触してもよい。
【００１８】
いくつかの実施形態では、環状のジャケットは、コイルおよび／または強磁性体と接触する。
【００１９】
いくつかの実施形態では、保護筐体は、磁性材料を含み、保護層によって被覆される。
【００２０】
一実施形態によると、環状のジャケットは、半径方向のウェブと２つの軸方向のフランジとを有するＵ字部を備える。いくつかの実施形態では、半径方向のウェブの材料、および軸方向のフランジの材料は、異なる。半径方向のウェブの材料は、強磁性材料の中から選択されてもよい。軸方向のフランジの材料は、環状支持部に溶接されうる耐食性材料の中から選択されてもよい。
【００２１】
さらなる態様によると、回転機械、例えばターボ機械は、上記のように、回転子と、ジャケット付き軸受とを備えてもよい。
【００２２】
さらなる態様によると、上記のような軸受を製造する方法は、環状のジャケットを環状支持部に溶接する工程と、環状のジャケットを保護層で被覆する工程とを含んでもよい。
【００２３】
いくつかの実施形態では、方法は、以下の工程、すなわち環状のジャケットを保護層で被覆する工程と、被覆された環状のジャケットに熱処理を施した後に、被覆された環状のジャケットを環状支持部に溶接する工程とを含んでもよい。
【００２４】
利用される他の特徴は、例として挙げられる本発明の具体的な実施形態についての以下の記載を読むこと、および添付の図面を参照することによって明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】例示的な実施形態による磁気軸受を示す、図２を線Ｉ−Ｉで切った軸方向断面図である。
【図２】図１を線ＩＩ−ＩＩで切った半径方向断面図である。
【図３】例示的な実施形態による磁気軸受の軸方向断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
例示的な実施形態についての下記の詳細な記載は、添付の図面を参照しながらなされる。異なる図面中の同一の参照符号は、同一または類似の要素を特定する。さらに、図面は必ずしも縮尺通りではない。
【００２７】
図１および２は、回転機械用の、本発明の軸方向のジャケット付き磁気軸受１の第１の実施形態を示す。ジャケット付き磁気軸受１は、固定子アーマチュア２と、回転機械の回転軸４に固定される、円板状の回転子アーマチュア３とを備える。
【００２８】
固定子アーマチュア２は、従来の方法で、１つまたは複数の環状のコイル６と、強磁性体７とを含む、固定子磁気回路５を備える。強磁性体７は、塊状であってもよいし、局所的に積層されてもよい。固定子磁気回路５は、金属製の環状支持部８内に置かれ、支持部８自体が、固定支持装置９に固定される。
【００２９】
固定子磁気回路５は、回転子アーマチュア３に面するように置かれる。固定子アーマチュア２は、回転子アーマチュア３に対してエアギャップΔを画定する。いくつかの実施形態では、エアギャップΔは、０．４ｍｍから１．５ｍｍの範囲内、好ましくは、０．４ｍｍから１．２ｍｍの範囲内であってもよい。
【００３０】
固定子磁気回路５の環状支持部８は、半径方向のウェブ１０と内側および外側の軸方向のフランジ１１および１２とを備えるＵ字部を有する。回転軸４の軸方向におけるフランジ１１および１２の長さは、少なくとも固定子磁気回路５の強磁性体７の高さに等しい。
【００３１】
磁気軸受１はまた、環状のジャケット１３を備える。環状のジャケット１３は、環状支持部８に溶接される。環状のジャケット１３の材料は、磁性材料の中、好ましくは、炭素鋼および低合金鋼等の強磁性材料の中から選択される。特に、ジャケットは、保護層に被覆されることによって、腐食から保護されるため、腐食に対して優れた特性を有する材料を使う必要がなくなる。ジャケット１３の材料は、磁気的特性および機械的特性によって選ばれる。この場合、環状のジャケット１３は、固定子磁気回路５と回転子アーマチュア３との間のエアギャップを増大させない。
【００３２】
磁気軸受１はまた、保護層１７を備える。保護層１７のねらいは、固定子磁気回路５およびジャケットを腐食から保護することである。保護層１７は、ジャケット１３の表面に設けられる。保護層１７はまた、環状支持部８のフランジ１１、１２の外表面を覆ってもよい。
【００３３】
いくつかの実施形態では、保護層１７の厚さは、１ｎｍから１ｍｍの範囲内、好ましくは、１００ｎｍから１０μｍの範囲内であってもよい。
【００３４】
いくつかの実施形態では、保護層１７は、ニッケルの層であってもよい。ニッケルの層は、無電解ニッケルめっきによって形成されてもよい。ニッケルの層は、ニッケルと、リンとを含んでもよい。
【００３５】
環状のジャケット１３および保護層１７を使用することによって、固定子磁気回路５を腐食から保護する一方で、固定子磁気回路５と回転子アーマチュア３との間のエアギャップΔを先行技術の磁気軸受よりも小さく維持することが可能である。特に、環状のジャケット１３が強磁性材料を含む場合、エアギャップΔは、保護層１７と回転子アーマチュア３との間の距離と、保護層１７の厚さとの和である。
【００３６】
図３に示される例示的な実施形態では、回転機械用の、軸方向のジャケット付き磁気軸受１は、半径方向のウェブ１４と内側および外側の軸方向のフランジ１５および１６とを備えるＵ字部を有する環状のジャケット１３を備える。環状のジャケット１３の軸方向のフランジ１５、１６は、環状支持部８のフランジ１１、１２に溶接される。
【００３７】
特に、ジャケット１３は、２つの材料を含んでもよい。１つは、半径方向のウェブ１４用の材料であり、もう１つは、軸方向のフランジ１５、１６用の材料である。軸方向のフランジ１５、１６の材料は、容易に溶接でき、腐食に対して耐性がある材料、例えばＩｎｃｏｎｅｌ（登録商標）６２５等のニッケル基合金等の材料の中から選択される。半径方向のウェブ１４の材料は、磁性材料、優先的には、強磁性材料の中から選択される。
【００３８】
この例示的な実施形態では、環状のジャケット１３の軸方向のフランジの材料は、腐食から保護される必要がない。この場合、保護層１７を環状のジャケット１３の表面に付着させた後に、環状のジャケット１３を環状支持部８に溶接する工程に進んでもよい。実際は、溶接工程中に、保護層１７が、半径方向のウェブ１４からではなく、環状のジャケットの溶接部分、すなわち軸方向のフランジ１５、１６から除去される可能性がある。よって、保護層１７を、環状のジャケット１３に堆積した後に、熱処理（例えば、６００℃で）を施し、環状のジャケット１３を環状支持部８に溶接する工程に進むことが可能である。溶接工程の前に熱処理を施すことによって、固定子磁気回路５のコイル６を損傷することなく、環状のジャケット１３を保護層１７でより剥がれにくいように被覆することができる。さらに、環状のジャケット１３のフランジ１５、１６用の特定の材料を使用することによって、溶接工程中に、溶接部分から保護層が除去された後に、前記フランジが腐食することを回避できる。
【００３９】
上記の記載は、軸方向型の磁気軸受を参照しながらなされた。しかし、同様の方法で、半径方向型の磁気軸受、または半径方向の軸受と軸方向の軸受の機能を組み合わせた円錐形型の磁気軸受にも応用できる。
【符号の説明】
【００４０】
１  ジャケット付き磁気軸受
２  固定子アーマチュア
３  回転子アーマチュア
４  回転軸
５  固定子磁気回路
６  コイル
７  強磁性体
８  支持部
９  固定支持装置
１０  ウェブ
１１、１２  フランジ
１３  ジャケット
１４  ウェブ
１５、１６  フランジ
１７  保護層
【図１】
2020128818.tif 000003
【図２】
2020128818.tif 000004
【図３】
2020128818.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】令和2年5月1日(2020.5.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子（４）を有する回転機械用の、ジャケット付き磁気軸受（１）であって、固定支持装置（２）に固定される固定子磁気回路（５）を備え、前記固定子磁気回路（５）が、金属製の保護筐体内に置かれる、少なくとも１つのコイル（６）と、強磁性体（７）とを備え、前記保護筐体が、環状支持部（８）と、環状のジャケット（１３）とを備え、前記環状支持部（８）および前記環状のジャケット（１３）が溶接される、ジャケット付き磁気軸受（１）において、
前記環状のジャケット（１３）と前記環状支持部（８）とが、炭素鋼、低合金鋼、およびステンレス鋼のうちから選択される同一の材料を含み、
前記環状のジャケット（１３）が磁性材料を含み、保護層（１７）によって被覆されることを特徴とする、ジャケット付き磁気軸受（１）。
【請求項２】
前記保護層（１７）がニッケルの層を含む、請求項１に記載の軸受（１）。
【請求項３】
前記ニッケルの層が、無電解ニッケルめっきによって形成される、請求項２に記載の軸受（１）。
【請求項４】
前記ニッケルの層が、ニッケルと、リンとを含む、請求項２または３に記載の軸受（１）。
【請求項５】
前記環状のジャケット（１３）が、強磁性材料、磁性ステンレス鋼、およびニッケル基合金からなる群の中から選択される磁性材料を含む、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の軸受（１）。
【請求項６】
前記軸受（１）が、軸方向のジャケット付き磁気軸受である、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の軸受（１）。
【請求項７】
前記回転子（４）に固定される、円板状の回転子アーマチュア（３）を備え、前記固定子磁気回路（５）が前記回転子アーマチュア（３）に面している、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の軸受（１）。
【請求項８】
前記回転子（４）および前記回転子アーマチュア（３）が、使用中に、腐食性、酸性、または粒子を有する流体と接する、請求項７に記載の軸受（１）。
【請求項９】
前記環状のジャケット（１３）が、前記コイル（６）および／または前記強磁性体（７）と接触する、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の軸受（１）。
【請求項１０】
前記保護筐体が、磁性材料を含み、前記保護層（１７）によって被覆される、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の軸受（１）。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の軸受（１）を備える、回転機械。
【請求項１２】
請求項１乃至１０のいずれか１項記載の軸受（１）を製造する方法であって、環状のジャケット（１３）を環状支持部（８）に溶接する工程と、前記環状のジャケット（１３）を保護層（１７）で被覆する工程とを含み、
前記環状のジャケット（１３）と前記環状支持部（８）とが、炭素鋼、低合金鋼、およびステンレス鋼のうちから選択される同一の材料を含む、
方法。
【請求項１３】
前記環状のジャケット（１３）が、半径方向のウェブ（１４）と２つの軸方向のフランジ（１５、１６）とを有するＵ字部を備え、前記方法が、前記環状のジャケット（１３）を前記保護層（１７）で被覆する工程と、前記被覆された環状のジャケットに熱処理を施した後に、前記被覆された環状のジャケットを前記環状支持部（８）に溶接する工程とを含む、請求項１２に記載の方法。