(57)【要約】【課題】スリーブブッシングタイプからなる補助ベアリングを構成するスリーブおよびブッシングの摩耗および損傷を低減すること。【解決手段】磁気的ベアリング（１２）と補助ベアリング（１８）とによってハウジング（１６）に支持されたシャフト（１０）を備えたアセンブリであって、補助ベアリングが、ハウジングに設けられた第１円滑表面（２４）と、、回転シャフト（１０）に設けられた第２円滑表面（２３）と、を有し、このようなアセンブリにおいて、第１円滑表面および第２円滑表面の各々が、シャフトの長手方向軸線まわりに対称ではあるものの、長手方向軸線を含む長手方向断面内において互いに異なる形状を有していることを特徴とする。【選択図】図７
2014231907.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの能動型の磁気的ベアリング（１２）と少なくとも１つの補助ベアリング（１８）とによって固定ハウジング（１６）に対して支持された回転シャフト（１０）を備えたアセンブリであって、
前記少なくとも１つの能動型の磁気的ベアリング（１２）が、平均エアギャップ（Ｅ１）を形成し、
前記少なくとも１つの補助ベアリング（１８）が、一方においては、前記ハウジング（１６）に設けられた第１円滑表面（２４）を有し、他方においては、前記回転シャフト（１０）に設けられた第２円滑表面（２３）を有し、
前記第１円滑表面（２４）および前記第２円滑表面（２３）が、互いに対向しているとともに、クリアランス（Ｅ２）を形成し、
このクリアランス（Ｅ２）が、前記平均エアギャップ（Ｅ１）よりも小さなものとされ、
このようなアセンブリにおいて、
前記第１円滑表面（２４）および前記第２円滑表面（２３）の各々が、前記シャフト（１０）の長手方向軸線まわりに対称ではあるものの、前記長手方向軸線を含む長手方向断面内において互いに異なる形状を有していることを特徴とするアセンブリ。
【請求項２】
請求項１記載のアセンブリにおいて、
前記第１円滑表面（２４）が、前記長手方向断面内において凸形状（２４Ａ）を有し、
前記第２円滑表面（２３）が、前記長手方向断面内において凹形状（２３Ａ）を有していることを特徴とするアセンブリ。
【請求項３】
請求項１記載のアセンブリにおいて、
前記第１円滑表面（２４）が、前記長手方向断面内において凹形状（２４Ｂ）を有し、
前記第２円滑表面（２３）が、前記長手方向断面内において凸形状（２３Ｂ）を有していることを特徴とするアセンブリ。
【請求項４】
請求項１記載のアセンブリにおいて、
前記第１円滑表面（２４）が、前記長手方向断面内において凸形状（２４Ｃ）を有し、
前記第２円滑表面（２３）が、前記長手方向断面内において直線形状（２３Ｃ）を有していることを特徴とするアセンブリ。
【請求項５】
請求項１記載のアセンブリにおいて、
前記第１円滑表面（２４）が、前記長手方向断面内において直線形状（２４Ｄ）を有し、
前記第２円滑表面（２３）が、前記長手方向断面内において凸形状（２３Ｄ）を有していることを特徴とするアセンブリ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のアセンブリにおいて、
前記第１円滑表面（２４）が、前記ハウジング（１６）上に直接的に機械加工された熱処理済みの表面であることを特徴とするアセンブリ。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載のアセンブリにおいて、
前記第２円滑表面（２３）が、前記回転シャフト（１０）上に直接的に機械加工された熱処理済みの表面であることを特徴とするアセンブリ。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のアセンブリにおいて、
前記第１円滑表面（２４）が、前記ハウジング（１６）上に固定的に取り付けられたブッシング（２１）上に形成された熱処理済みの表面であることを特徴とするアセンブリ。
【請求項９】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のアセンブリにおいて、
前記第２円滑表面（２３）が、前記回転シャフト（１０）上に固定的に取り付けられたスリーブ（２０）上に形成された熱処理済みの表面であることを特徴とするアセンブリ。
【請求項１０】
請求項５記載のアセンブリにおいて、
前記第２円滑表面（２３）が、前記回転シャフト（１０）上に固定的に取り付けられたスリーブ（２０）上に形成された熱処理済みの表面であり、
前記スリーブ（２０）が、クラウン形状（２３Ｅ）を有していることを特徴とするアセンブリ。
【請求項１１】
請求項１０記載のアセンブリにおいて、
クラウン形状とされた前記スリーブ（２０）の半径の低減量ΔＨが、
ΔＨ＝ｈ＊((２＊ｕ−ｌｃ)／(ｌａ−ｌｃ))＾ｅｘｐ
によって表され、
ここで、
ｈ：スリーブ形状の端部にところにおける総落下量
ｕ：スリーブの中心からそのポイントまでの距離
ｌｃ：スリーブのうちの、変形が施されない形状部分の総長さ
ｌａ：スリーブの総長さ
ｅｘｐ：１よりも大きな指数
であることを特徴とするアセンブリ。
【請求項１２】
請求項５記載のアセンブリにおいて、
前記第２円滑表面（２３）が、前記回転シャフト（１０）上に固定的に取り付けられたスリーブ（２０）上に形成された熱処理済みの表面であり、
前記スリーブ（２０）が、対数曲線形状を有していることを特徴とするアセンブリ。
【請求項１３】
請求項１２記載のアセンブリにおいて、
対数曲線形状とされた前記スリーブ（２０）の半径の低減量ΔＨが、
ΔＨ＝ｈ＊((ｌｎ(１−((２＊ｍｉｎ(ａｂｓ(ｕ)，ｌａ／２)／ｌ２)＾ｅｘｐ)))／(ｌｎ(１−(ｌ１／ｌ２)＾ｅｘｐ)))
によって表され、
ここで、
ｈ：スリーブ形状の端部にところにおける総落下量
ｕ：スリーブの中心からそのポイントまでの距離
ｌａ：スリーブの総長さ
ｅｘｐ：１よりも大きな指数
ｌ１：ｌ１＝ｌａ＊ｋ１として計算される係数
ｌ２：ｌ２＝ｌａ＊ｋ２として計算される係数
であることを特徴とするアセンブリ。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載のアセンブリにおいて、
前記平均エアギャップ（Ｅ１）が、０．２ｍｍ〜０．５ｍｍとされ、
前記クリアランス（Ｅ２）が、０．１５ｍｍ〜０．３ｍｍとされていることを特徴とするアセンブリ。
【請求項１５】
径方向の磁気的ベアリングデバイスであって、
請求項１〜１４のいずれか１項に記載されたアセンブリを具備していることを特徴とする径方向の磁気的ベアリングデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気的に懸架されたロータシステムのための補助ベアリングに関するものであり、また、そのような補助ベアリングを備えた磁気的懸架に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
磁気的ベアリングは、機械的な摩擦を起こすことなく動作するものであるものの、連続的に電力を供給する必要がある。電源系統の故障の場合には、シャフトは、いわゆる補助ベアリングによって支持される必要がある。補助ベアリングは、また、ランディングベアリングや、緊急ベアリングや、バックアップベアリング、とも称される。
【０００３】
よって、動的な磁気的ベアリングを備えた回転機械は、磁気的ベアリングが過負荷となった際にあるいは電気制御回路の故障の際に停止や懸架の過負荷が起こった時に動作するための機械的な補助ベアリングを備えている。
【０００４】
補助的なデバイスは、機械的な冗長度をもたらすものであり、機械が損傷しないことを万全に保証し得るようまた過負荷やサーボ制御系統の故障が解消した後に設備が即座に復旧し得るよう正確に寸法決めされている必要がある。
【０００５】
補助ベアリングを構成するに際しては、一般に乾燥潤滑タイプのものとされたあるいはスリーブブッシング組合せ（スムースリング）とされた回転部材ベアリングを使用することができる。
【０００６】
より詳細には、回転部材ベアリングを使用した補助ベアリングは、セラミック製の回転部材ベアリングを使用することができる。しかしながら、そのようなベアリングは、非常に高価なものであり、さらに、大きな空間を必要とするものである。
【０００７】
スムースな表面（すなわち、円滑表面）を有した滑り軸受けは、とりわけ、スリーブブッシング組合せを使用した補助ベアリングは、様々な欠点を有している。特に、スリーブは、典型的には、十分な負荷耐性能力を有しておらず、大きなスライド速度を取り扱うことができない。磁気的ベアリングのエアギャップのために、ブッシングの中心軸線に対して軸線方向に位置合わせされているようにしてシャフトが落下する保証はない。シャフトとブッシングとは、同軸的ではなく互いの軸線がずれることが起こり得る。そのような場合には、スリーブのうちの、シャフトに対して当接したエッジに対して、非常に大きな接触圧力が発生する。そのため、多くの場合、スリーブは使用されない。
【０００８】
磁気的ベアリングを備えたロータは、多くの場合、非常に高速の公称速度を有している。そのような状況下においては、制御系統や電源系統の故障で補助ベアリング上にロータがランディングした場合には、補助ベアリングのクリアランスによって決定されることとなる偏心度合いでもって、その回転速度でふれ回り運動（whirling movements）を行う。その場合には、非常に大きなアンバランスが発生し、ベアリングの破損やロータの変形が起こり得る。
【０００９】
図１は、回転シャフト１０を支持するための従来技術による径方向の磁気的ベアリング１２の一例を示している。磁気的ベアリング１２は、電磁石を構成する固定子を備えており、この固定子は、強磁性体コア１４と、コイル１３と、を有している。固定子（１３，１４）と、シャフト１０の外周面と、の間には、エアギャップＥ１が形成されている。シャフト１０の外周面は、ロータのアーマチュアを構成している。
【００１０】
スリーブブッシングタイプの補助ベアリング１８は、スリーブ２０を備えている。スリーブ２０は、例えば、シャフト１０の縮径環状部分２２上に圧入することができる。ブッシング２１は、ハウジング１６内に取り付けられており、ハウジング１６に対して固定された環状形状層を有しており、スリーブ２０に対して同軸的に配置されている。ブッシング２１の環状内面２４と、スリーブ２０の環状外面２３と、の間には、クリアランスＥ２が形成されている。
【００１１】
補助ベアリング１８の対向表面２３，２４間のクリアランスＥ２は、例えば０．２ｍｍ〜０．３ｍｍとすることができ、例えば０．４ｍｍ〜０．５ｍｍとし得るエアギャップＥ１と比較して、より小さなものとされる。通常、クリアランスＥ２は、エアギャップＥ１の半分程度である。
【００１２】
例えば補助ベアリング１８といったような、従来技術によるスリーブブッシングタイプの補助ベアリングにおいては、対向表面２３，２４は、図１に示すような軸線方向の断面図において矩形形状のクリアランスを形成する。上述したように、磁気的ベアリング１２の故障時には、スリーブ２０付きのシャフト１０が、ブッシング２１上にランディングする。このランディングの際に、シャフトの軸線がブッシングの軸線からずれていれば、スリーブのエッジ上には、非常に大きな接触圧力が発生してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】本明細書には先行技術文献は記載されていない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
したがって、本発明の解決課題は、上記の欠点を克服することであり、とりわけ、関連する磁気的ベアリングの故障時に、あるいは、関連する磁気的ベアリングによって支持されたシャフトが休止位置とされる場合に、スリーブブッシングタイプからなる補助ベアリングを構成するスリーブおよびブッシングの摩耗および損傷を低減することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明のさらなる目的は、シャフトが非常に高速度で回転駆動される場合であっても、スリーブブッシングタイプの補助ベアリングを使用可能とすることである。
【００１６】
より一般的には、本発明の目的は、ブッシングまたはスリーブによってハウジングまたはシャフトに対して一体化し得るようなあるいはハウジングまたはシャフトに対して固定し得るような熱処理された表面とされた円滑表面を有した標準的な補助ベアリング（あるいは、円滑表面を有した補助ベアリング）を使用可能とすることである。
【００１７】
本発明の他の目的は、補助ベアリングのより単純化された製造方法を提供することである。
【００１８】
本発明は、特許請求の範囲によって規定されている。
【００１９】
より詳細には、本発明は、少なくとも１つの能動型の磁気的ベアリングと少なくとも１つの補助ベアリングとによって固定ハウジングに対して支持された回転シャフトを備えたアセンブリであって、少なくとも１つの能動型の磁気的ベアリングが、平均エアギャップ（Ｅ１）を形成し、少なくとも１つの補助ベアリングが、一方においては、ハウジングに設けられた第１円滑表面を有し、他方においては、回転シャフトに設けられた第２円滑表面を有し、第１円滑表面および第２円滑表面が、互いに対向しているとともに、クリアランス（Ｅ２）を形成し、このクリアランス（Ｅ２）が、平均エアギャップ（Ｅ１）よりも小さなものとされ、このようなアセンブリにおいて、第１円滑表面および第２円滑表面の各々が、シャフトの長手方向軸線まわりに対称ではあるものの、長手方向軸線を含む長手方向断面内において互いに異なる形状を有していることを特徴としている。
【００２０】
本発明の特定の実施形態においては、第１円滑表面が、長手方向断面内において凸形状を有し、第２円滑表面が、長手方向断面内において凹形状を有している。
【００２１】
本発明の他の実施形態においては、第１円滑表面が、長手方向断面内において凹形状を有し、第２円滑表面が、長手方向断面内において凸形状を有している。
【００２２】
本発明のさらに他の実施形態においては、第１円滑表面が、長手方向断面内において凸形状を有し、第２円滑表面が、長手方向断面内において直線形状を有している。
【００２３】
本発明のさらに他の実施形態においては、第１円滑表面が、長手方向断面内において直線形状を有し、第２円滑表面が、長手方向断面内において凸形状を有している。
【００２４】
第１円滑表面は、ハウジング上に直接的に機械加工された熱処理済みの表面とすることができる。
【００２５】
第２円滑表面は、回転シャフト上に直接的に機械加工された熱処理済みの表面とすることができる。
【００２６】
第１円滑表面は、ハウジング上に固定的に取り付けられたブッシング上に形成された熱処理済みの表面とすることができる。
【００２７】
第２円滑表面は、回転シャフト上に固定的に取り付けられたスリーブ上に形成された熱処理済みの表面とすることができる。
【００２８】
本発明の特定の実施形態においては、スリーブは、クラウン形状を有している。
【００２９】
その場合、好ましくは、クラウン形状とされたスリーブの半径の低減量ΔＨは、
ΔＨ＝ｈ＊((２＊ｕ−ｌｃ)／(ｌａ−ｌｃ))＾ｅｘｐ
によって表され、
ここで、
ｈ：スリーブ形状の端部にところにおける総落下量
ｕ：スリーブの中心からそのポイントまでの距離
ｌｃ：スリーブのうちの、変形が施されない形状部分の総長さ
ｌａ：スリーブの総長さ
ｅｘｐ：１よりも大きな指数
である。
【００３０】
好ましくは、ｅｘｐの値は、４とされる。
【００３１】
本発明の他の特定の実施形態においては、スリーブは、対数曲線形状を有している。
【００３２】
その場合、好ましくは、対数曲線形状とされたスリーブの半径の低減量ΔＨは、
ΔＨ＝ｈ＊((ｌｎ(１−((２＊ｍｉｎ(ａｂｓ(ｕ)，ｌａ／２)／ｌ２)＾ｅｘｐ)))／(ｌｎ(１−(ｌ１／ｌ２)＾ｅｘｐ)))
によって表され、
ここで、
ｈ：スリーブ形状の端部にところにおける総落下量
ｕ：スリーブの中心からそのポイントまでの距離
ｌａ：スリーブの総長さ
ｅｘｐ：１よりも大きな指数
ｌ１：ｌ１＝ｌａ＊ｋ１として計算される係数
ｌ２：ｌ２＝ｌａ＊ｋ２として計算される係数
である。
【００３３】
好ましい値は、以下の通りである。
ｋ１＝０．９８
ｋ２＝１．０２
ｅｘｐ＝６
【００３４】
対数曲線形状は、中央領域における高さ変化の程度が少ないとともに、スリーブの両端部のところにおいてより大きな高さ変化をもたらす。このことは、軸線ズレに対してのより大きな感度をもたらし得るとともに、公称状況下における接触圧力を低減することができる。
【００３５】
ブッシングは、好ましくは、ロックウェルＣスケールにおいて５８以上の硬度を有した材料から形成される。
【００３６】
スリーブは、好ましくは、熱処理された表面を有したスチールから形成される。
【００３７】
平均エアギャップ（Ｅ１）は、好ましくは、０．２ｍｍ〜０．５ｍｍとされ、クリアランス（Ｅ２）は、好ましくは、０．１５ｍｍ〜０．３ｍｍとされる。
【００３８】
本発明は、さらに、上述したようなアセンブリを具備した径方向の磁気的ベアリングデバイスに関するものである。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】磁気的ベアリングと補助ベアリングとが設けられた回転シャフトに関する公知のアセンブリを示す、一部断面を含む側面図である。
【図２】本発明に基づいて構成された補助ベアリングを示す、長手方向の断面図である。
【図３】本発明による補助ベアリングのスリーブおよびブッシングの様々な長手方向断面形状を概略的に示す図である。
【図４】本発明による補助ベアリングのスリーブおよびブッシングの様々な長手方向断面形状を概略的に示す図である。
【図５】本発明による補助ベアリングのスリーブおよびブッシングの様々な長手方向断面形状を概略的に示す図である。
【図６】本発明による補助ベアリングのスリーブおよびブッシングの様々な長手方向断面形状を概略的に示す図である。
【図７】本発明による補助ベアリングのスリーブおよびブッシングの様々な長手方向断面形状を概略的に示す図である。
【図８】本発明の実施形態による補助ベアリングのスリーブ幅の関数として、クラウン形状を与える曲線を示すグラフである。
【図９】同じ負荷の場合に、様々な程度の軸線ズレを有した補助ベアリングに関し、スリーブ幅の関数として、接触圧力を与える複数の曲線を示すグラフである。
【図１０】磁気的ベアリングと補助ベアリングとを備えた一体型のモータ駆動コンプレッサの一例を概略的に示す斜視図である。
【図１１】磁気的ベアリングと補助ベアリングとを備えたシール型のモータ駆動コンプレッサの他の例を概略的に示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
本発明につき、例示としての好ましい実施形態を参照して、以下説明する。
【００４１】
上述したように、図１は、径方向の磁気的ベアリング１２と、補助ベアリング１８と、を備えたアセンブリの典型的な構成を示している。磁気的ベアリング１２は、エアギャップＥ１を規定しており、補助ベアリング１８は、ブッシング２１とスリーブ２０とを有している。ブッシング２１およびスリーブ２０は、それらの間に、エアギャップＥ１よりも小さなクリアランスＥ２を規定している。通常の動作時には、シャフト１０は、固定子１３，１４に対して接触することなく、また、補助ベアリング１８のブッシング２１に接触することなく、磁気的ベアリング１２によって支持される。これに対し、例えば電源系統の故障といったような、磁気的ベアリング１２の動作の故障時には、シャフト１０のスリーブ２０が、補助ベアリング１８のブッシング２１上へとランディングする。スリーブ２０とブッシング２１との双方が、シャフト１０の長手方向軸線まわりに対称であるような互いに同じ円筒形状を有している場合には、なおかつ、長手方向軸線Ｘ−Ｘ’を含む断面内において直線をなすような円筒形状を有している場合には、スリーブ２０およびブッシング２１は、大きな負荷を支持することができず、大きなスライド速度を取り扱うことができない。特に、磁気的ベアリング１２のエアギャップのために、ブッシング２１の中心軸線に対してシャフト１０が軸線方向に位置合わせされているようにしてシャフト１０が落下する保証はない。シャフト１０とブッシング２１とは、互いの軸線がずれることが起こり得る。そのような場合には、スリーブ２０のエッジに対して、非常に大きな接触圧力が発生する。
【００４２】
本発明においては、ブッシング２１とスリーブ２０との各々が、シャフト１０の長手方向軸線まわりに対称ではあるものの、その長手方向軸線Ｘ−Ｘ’を含む長手方向断面内において互いに異なる形状を有しているように、図１のアセンブリが修正される。よって、ブッシング２１とスリーブ２０とは、シャフト１０が磁気的ベアリング１２によって支持されなくなってシャフト１０が補助ベアリング１８の中心軸線から軸線方向にずれた状態でシャフト１０が落下した際であっても補助ベアリング１８内の接触圧力分布が最適化されるように構成された互いに異なる形状を有している。よって、本発明の目的は、シャフト１０がブッシング２１から軸線ズレを起こしている場合であっても、補助ベアリング１８のスリーブ２０上における接触圧力を制限することである。
【００４３】
図２は、本発明による補助ベアリング１８を示す長手方向断面図である。回転スリーブ２０は、外表面２３を有しており、固定のブッシング２１は、内表面２４を有している。図２の補助ベアリング１８は、フランジ３０付きのスリーブ２０を図示している。しかしながら、フランジ３０は、必須ではなく、他の実施形態も可能である。図２の実施形態においては、それらの間にクリアランスを形成している双方の表面２３，２４は、シャフト１０の長手方向軸線Ｘ−Ｘ’に沿って、互いに異なる形状を有している。
【００４４】
図３〜図７は、互いに異なる形状とされた固定ブッシング２１および回転スリーブ２０を備えた様々な可能な実施形態を示している。図３〜図７においては、凹形状の度合いおよび凸形状の度合いは、本発明の核心をより明瞭に図示し得るよう、誇張して図示されている。
【００４５】
図３は、凹形状とされた表面２３Ａを有したスリーブ２０と、凸形状とされた表面２４Ａを有したブッシング２１と、を備えてなる補助ベアリング１８を示している。このシステムの組立を可能とし得るよう、回転スリーブ２０の最大の外径が（機械的な許容誤差を含めて）固定ブッシング２１の最小内径よりも小さなものであるように、注意が必要である。
【００４６】
図４は、凸形状とされた表面２３Ｂを有したスリーブ２０と、凹形状とされた表面２４Ｂを有したブッシング２１と、を備えてなる補助ベアリング１８を示している。図３に関して上述したのと同じ注意事項が適用される。
【００４７】
図５は、直線形状とされた表面２３Ｃを有したスリーブ２０と、凸形状とされた表面２４Ｃを有したブッシング２１と、を備えてなる補助ベアリング１８を示している。凸形状表面の半径は、ベアリング２１のエッジがスリーブ２０に対して決して接触しないように、選択される。
【００４８】
図６は、凸形状とされた表面２３Ｄを有したスリーブ２０と、直線形状とされた表面２４Ｄを有したブッシング２１と、を備えてなる補助ベアリング１８を示している。凸形状表面の半径は、スリーブ２０のエッジがブッシング２１に対して決して接触しないように、選択される。
【００４９】
図７は、クラウン形状とされた表面２３Ｅを有したスリーブ２０と、直線形状とされた表面２４Ｅを有したブッシング２１と、を備えてなる補助ベアリング１８を示している。これは、好ましい実施形態である。
【００５０】
例えば図７に示す構成といったような実施形態につき、以下において、より詳細に説明する。しかしながら、クラウンタイプの形状は、例えば、図５に図示された実施形態（直線形状のスリーブ２０、および、凸形状のブッシング２１）に対しても、適用することができる。
【００５１】
クラウン形状の程度は、以下の式によって決定される。
ΔＨ＝ｈ＊((２＊ｕ−ｌｃ)／(ｌａ−ｌｃ))＾ｅｘｐ
ここで、
ｈ：形状の端部にところにおける総落下量
ｕ：スリーブの中心からポイントＰまでの距離
ｌｃ：スリーブのうちの、変形が施されない形状部分の総長さ（＝スリーブの直線部分の総長さ）
ｌａ：スリーブの形状部分の総長さ（＝スリーブの総長さ）
ｅｘｐ：１よりも大きな指数
【００５２】
好ましい変形例においては、指数が４とされる。
【００５３】
クラウン形状は、凸形状であって、ポイントＰのところにおける、スリーブの半径の減少量ΔＨ（落下量とも称し得るような、クラウン形状を形成するための半径の減少度合い）は、以下のように表される。
ΔＨ＝ｈ＊((２＊ｕ−ｌｃ)／(ｌａ−ｌｃ))＾ｅｘｐ
【００５４】
よって、クラウン形状とされた凸状外表面２３Ｅを有したスリーブ２０は、直径が減少されておらず純粋な円筒形状とされた、長さがｌｃの中央円筒形状表面２３０Ｅと、スリーブ２０の中央部分から両端部にかけて延在するとともに、直径が漸次的に減少するものとされた２つの側方部分２３１Ｅ，２３２Ｅと、を有している。各部分２３１Ｅ，２３２Ｅは、単一の円弧形状とすることができる、あるいは、互いに異なる曲率半径を有した複数の円弧の組合せとすることができる。
【００５５】
特に、各部分２３１Ｅ，２３２Ｅに関し、対数曲線形状を採用することを有利なものとすることができる。
【００５６】
そのような場合、好ましくは、対数曲線形状での、スリーブの半径の減少量ΔＨは、以下の式によって与えられる。
ΔＨ＝ｈ＊((ｌｎ(１−((２＊ｍｉｎ(ａｂｓ(ｕ)，ｌａ／２)／ｌ２)＾ｅｘｐ)))／(ｌｎ(１−(ｌ１／ｌ２)＾ｅｘｐ)))
ここで、
ｈ：スリーブ形状の端部にところにおける総落下量
ｕ：スリーブの中心からポイントＰまでの距離
ｌａ：スリーブの形状部分の総長さ（＝スリーブの総長さ）
ｅｘｐ：１よりも大きな指数
ｌ１：ｌ１＝ｌａ＊ｋ１として計算される係数
ｌ２：ｌ２＝ｌａ＊ｋ２として計算される係数
【００５７】
好ましい値は、以下のようである。
ｋ１＝０．９８
ｋ２＝１．０２
ｅｘｐ＝６
【００５８】
対数曲線形状は、中央領域では小さな高さ変化しかもたらさないものの、スリーブの端部領域ではより大きな高さ変動をもたらす。このような形状は、軸線ズレの影響を受けにくいものであって、公称状況下における接触圧力を低減する。単純な円筒形状のスリーブ上に対しての単純な円筒形状のブッシングの場合と比較して、また、一定の曲率でエッジが丸められたスリーブ上に対しての単純な円筒形状のブッシングの場合と比較して、対数曲線形状は、スリーブの両端部のところにおけるエッジ応力を最小化する。
【００５９】
本発明により、とりわけ、補助ベアリング１８のスリーブ２０およびブッシング２１の一方に対して対数曲線形状が採用されている場合には、軸線ズレの場合であってもエッジ応力を低減することができる。
【００６０】
ブッシング２１は、好ましくは、ロックウェルＣスケールにおいて５８以上の硬度を有した材料から形成され、熱処理された表面を有している。
【００６１】
スリーブ２０は、好ましくは、熱処理された表面を有したスチールから形成される。例えば、スリーブ２０は、例えば１００Ｃｒ６といったようなクロム合金から形成することができる。しかしながら、スリーブ２０は、他の材料から形成することもできる。
【００６２】
シャフト１０を支持するために使用される径方向の磁気的ベアリングの平均的な径方向エアギャップ（Ｅ１）は、好ましくは、０．２ｍｍ〜０．５ｍｍであり、スリーブ２０とブッシング２１との間のクリアランス（Ｅ２）は、好ましくは、０．１５ｍｍ〜０．３ｍｍである。
【００６３】
図８は、直径が４０ｍｍとされ幅が１１ｍｍとされた例示としてのスリーブ２０に関しての、クラウン形状を示している。曲線１００は、スリーブ幅（ｍ）に沿った位置の関数として、クラウン形状の高さを与える。
【００６４】
図９は、負荷が１２００Ｎである場合に、様々な程度の軸線ズレ（シャフトとスリーブとの間の角度α）に関し、図８の例におけるスリーブ幅（ｍｍ）に沿っての接触圧力（ＭＰａ）を示している。
【００６５】
曲線１０１は、軸線ズレがない場合（α＝０ｍｒａｄ）の、接触圧力に対応している。
【００６６】
曲線１０２は、軸線ズレが小さい場合（α＝２ｍｒａｄ）の、接触圧力に対応している。
【００６７】
曲線１０３は、軸線ズレがより大きな場合（α＝４ｍｒａｄ）の、接触圧力に対応している。
【００６８】
本発明においては、関連する磁気的ベアリング１２の異常の際にシャフト１０がスリーブ２０上にランディングする場合にスリーブ２０のエッジに対する接触が回避されることにより、補助ベアリング１８は、形状の修正が行われない場合と比較して、より高速においてもおよびより大きな負荷においても、その機能を発揮することができる。このことは、従来技術では使用できなかった用途において、スリーブブッシング組合せの使用を可能とする。このことは、回転シャフト１０が補助ベアリングに対して角度をもって接触する場合に、特に顕著である。
【００６９】
図１は、回転シャフト１０の一部（必須ではないけれども、通常は、端部）に設けられた、単一の補助ベアリング１８と、単一の径方向磁気的ベアリング１２と、を示している。しかしながら、他の同様の径方向磁気的ベアリングと他の同様の補助ベアリングとを備えた同様のアセンブリを使用することにより、シャフト１０の他の部分を支持することができる。
【００７０】
回転シャフトが補助ベアリング内へと落下した際には、回転シャフトは、左右の補助ベアリングに対して互いに同じ角度位置で接触することができる、あるいは、回転シャフトは、左右の補助ベアリングに対して角度オフセットでもって接触することができる、つまり、左側の補助ベアリングの頂部と右側の補助ベアリングの底部とに対して接触することができる。本発明のような形状付きの補助ベアリングは、そのような軸線ズレに対してある程度対処することができる。
【００７１】
本発明は、スリーブ２０の自己潤滑特徴点と組み合わせることができる。
【００７２】
本発明は、制御エレクトロニクスと磁気的ベアリングとが単一のユニット内に一体化された磁気的ベアリングシステム内において、使用することができる。これにより、電源系の故障の際に、回転シャフトが補助ベアリング内へと落下する前に、シャフトの速度を低減させることができる。なぜなら、多くの場合、エレクトロニクスが自分自身に対しても電源を供給しているからである。
【００７３】
本発明による補助ベアリングは、様々な用途において使用することができ、例えば、小さなターボコンプレッサの場合といったように自動車産業（比較的小さなサイズのベアリングが使用される）や、モータコンプレッサの場合といったようにオイルガス産業（比較的大きなサイズのベアリングが使用される）、において使用することができる。
【００７４】
図１０は、一体型のモータ駆動コンプレッサの一例を示している。このコンプレッサは、モータシャフト２１１と、コンプレッサシャフト２１２と、を備えている。これらシャフトは、フレキシブルカップリングを介して組み立てることができる。モータシャフト２１１は、電気モータ２１５によって回転駆動され、２つの径方向磁気的ベアリング２１３，２１４によって非接触状態で支持されている。磁気的ベアリング２１３に対しては、補助ベアリング２１６が付設されており、磁気的ベアリング２１４に対しては、補助ベアリング２１７が付設されている。コンプレッサシャフト２１２には、複数のコンプレッサホイール２２０が設けられている。コンプレッサシャフト２１２は、２つの径方向磁気的ベアリング２１８，２１９によって非接触状態で支持されている。磁気的ベアリング２１８に対しては、補助ベアリング２２２が付設されており、磁気的ベアリング２１９に対しては、補助ベアリング２２３が付設されている。さらに、コンプレッサシャフト２１２上には、磁気的スラストベアリング２２１が設けられている。
【００７５】
通常はボールベアリングから構成されているものといったような補助ベアリング２１６，２１７，２２２，２２３のすべては、上述したような特定形状のスリーブおよび特定形状のブッシングを備えたスリーブブッシングタイプのベアリングとして構成することができる。
【００７６】
図１１は、他の例をなすシール型のモータ駆動コンプレッサを示している。このコンプレッサは、モータシャフト３１１と、２つのコンプレッサシャフト３１２，３２５と、を備えている。これらシャフトは、リジッドカップリングを介して組み立てることができ、これにより、剛直なシャフトラインを構成することができる。モータシャフト３１１は、電気モータ３１５によって回転駆動され、２つの径方向磁気的ベアリング３１３，３１４によって非接触状態で支持されている。磁気的ベアリング３１３に対しては、補助ベアリング３１６が付設されており、磁気的ベアリング３１４に対しては、補助ベアリング３１７が付設されている。第１コンプレッサシャフト３１２には、複数のコンプレッサホイール３２０が設けられている。コンプレッサシャフト３１２は、モータシャフト３１１に対して連接されていない方の一端部のところにおいて、単一の磁気的ベアリング３１８によって非接触状態で支持されている。この磁気的ベアリング３１８に対しては、補助ベアリング３２２が付設されている。第２コンプレッサシャフト３２５には、複数のコンプレッサホイール３２４が設けられている。コンプレッサシャフト３２５は、モータシャフト３１１に対して連接されていない方の一端部のところにおいて、単一の磁気的ベアリング３１９によって非接触状態で支持されている。この磁気的ベアリング３１９に対しては、補助ベアリング３２３が付設されている。さらに、コンプレッサシャフト３２５上には、磁気的スラストベアリング３２１が設けられている。
【００７７】
通常はボールベアリングから構成されているものといったような補助ベアリング３１６，３１７，３２２，３２３のすべては、プレーン（plain）ベアリングとして構成することができ、より詳細には、上述したような特定形状のスリーブおよび特定形状のブッシングを備えたスリーブブッシングタイプのベアリングとして構成することができる。
【００７８】
本発明の好ましい実施形態について図示して説明したけれども、当業者であれば、特許請求の範囲において規定された本発明の範囲を逸脱することなく、上記の実施形態に対して様々な変形や様々な修正を加え得ることは、理解されるであろう。よって、様々な実施形態における各々の特徴点は、任意に組み合わせることができる。特に、第１円滑表面と第２円滑表面とがともに熱処理されたものであるとともに第１円滑表面および第２円滑表面の各々が回転シャフトの長手方向軸線まわりにおいて対称である場合には、なおかつ、第１円滑表面および第２円滑表面が、そのような長手方向軸線を含む長手方向断面内において互いに異なる形状を有している場合には、ハウジングに設けられた第１円滑表面にと、シャフト上に固定されたスリーブに設けられた第２円滑表面と、を組み合わせることができる。あるいは逆に、ハウジング上に固定されたブッシングに設けられた第１円滑表面と、回転シャフトに設けられた第２円滑表面と、を組み合わせることができる。
【符号の説明】
【００７９】
１０  シャフト
１２  磁気的ベアリング
１６  ハウジング
１８  補助ベアリング
２３  第２円滑表面
２４  第１円滑表面
Ｅ１  平均エアギャップ
Ｅ２  クリアランス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【外国語明細書】
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