(57)【要約】【課題】低速／高速回転域の両方において回転体の安定した回転を実現するべくフォイルの剛性を調節可能で、且つ、フォイルの一部に過大な負荷がかかるのを避けることが可能なフォイル軸受けを提供する。【解決手段】回転体（１２）と静止保持部材（２５）との間の空隙にフォイル（２６）を設けたフォイル軸受け（２３）において、フォイルの周方向延在部分と、静止保持部材に対して回転可能に設けられた可動部材（２７）とに磁石（３０、３１）を設け、これら磁石の間の磁力によってフォイルを回転体へ向けて付勢することを可能とする。可動部材を回転させフォイルと可動部材の間の周方向相対位置を変えることでこれらに設けた磁石の間に働く磁力の大きさを調整することができる。【選択図】　　　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線を中心として回転する回転体を支持するフォイル軸受けであって、
前記回転体との間に空隙が形成されるように前記回転体から離間して配置された静止保持部材と、
前記軸線を中心に回転可能に設けられた可動部材と、
前記回転体が回転する際前記回転体を流体膜層を介して支持するべく前記回転体と前記静止保持部材との間の前記空隙に配置された第１フォイルと、
を備え、
前記第１フォイルは概ね周方向に延在する部分を有し、該周方向延在部分に第１磁石が設けられ、
前記可動部材に第２磁石が設けられ、該第２磁石と前記第１磁石との間に働く磁力によって前記第１フォイルを前記回転体へ向かって付勢することが可能となっており、
前記可動部材を前記軸線を中心として回転させ前記第１磁石と前記第２磁石の周方向相対位置を変えることで前記磁力の大きさを調整することが可能であることを特徴とするフォイル軸受け。
【請求項２】
複数の前記第１フォイルを有し、これら複数の第１フォイルは前記回転体の周方向に配列されており、そのうちの少なくとも１つに前記第１磁石が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のフォイル軸受け。
【請求項３】
前記複数の第１フォイルの各々に前記第１磁石が設けられていることを特徴とする請求項２に記載のフォイル軸受け。
【請求項４】
前記可動部材に複数の前記第２磁石が設けられており、これら第２磁石の磁力が均一ではないことを特徴とする請求項３に記載のフォイル軸受け。
【請求項５】
前記複数の第１フォイルに設けられた前記第１磁石の磁力が均一ではないことを特徴とする請求項３に記載のフォイル軸受け。
【請求項６】
前記複数の第１フォイルの隣り合うものの間の間隔が不均一であることを特徴とする請求項２に記載のフォイル軸受け。
【請求項７】
前記回転体が概ね円柱状の部分を有するシャフトからなり、前記静止保持部材は前記シャフトを外囲し、該シャフトの前記円柱状部分の円柱面との間に環状の前記空隙を形成していることを特徴とする請求項１に記載のフォイル軸受け。
【請求項８】
前記シャフトはガスタービンエンジンのロータシャフトからなり、当該フォイル軸受けは前記ガスタービンエンジンのロータシャフトのジャーナル軸受けを成していることを特徴とする請求項７に記載のフォイル軸受け。
【請求項９】
複数の前記第１フォイルを有し、これら複数の第１フォイルは前記シャフトの周方向に配列されており、前記複数の第１フォイルと前記シャフトとの間に、周方向に延在して概ね円筒形をなす第２フォイルが配置されていることを特徴とする請求項７に記載のフォイル軸受け。
【請求項１０】
前記第１フォイルが、周方向に延在して概ね円筒形をなす単一の部材からなることを特徴とする請求項７に記載のフォイル軸受け。
【請求項１１】
前記回転体が概ね円盤状の部材からなり、
前記静止保持部材は前記円盤状部材の平坦面との間に前記空隙を形成していることを特徴とする請求項１に記載のフォイル軸受け。
【請求項１２】
前記円盤状部はガスタービンエンジンのロータシャフトに一体的に設けられており、当該フォイル軸受けは前記ガスタービンエンジンのロータシャフトのスラスト軸受けを構成していることを特徴とする請求項１１に記載のフォイル軸受け。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フォイル軸受けに関する。特に、マイクロガスタービン発電機のロータシャフト用のジャーナル軸受けまたはスラスト軸受けとして用いることが可能なフォイル軸受けに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、回転するロータシャフトの軸受けとして、フォイル軸受けを用いることが知られている。フォイル軸受けは、通常、ロータシャフトの周囲を取り囲むハウジングを有し、ロータシャフトとハウジングとの間に周方向に配列され且つハウジングに片持ち梁式に固定され遊端がロータシャフトに向かって付勢された可撓性を有する一連のフォイルが設けられている。ロータシャフトが回転すると、ロータシャフトとフォイルとの間に例えば大気などの流体が引き込まれ、ロータシャフトの外面とフォイルとの間に流体膜層が形成され、それによってロータシャフトは低摩擦で回転することができる。このようにロータシャフトの回転によって流体膜層を形成し、それによりロータシャフトの荷重を支えるようなフォイル軸受けを動圧フォイル軸受けということもある。
【０００３】
このようなフォイル軸受けでは、スタートまたは停止時のようにロータシャフト回転速度が低いときと、ロータシャフトの回転速度が高いときとで、ロータシャフトとフォイルとの間に形成される流体膜層の特性が異なるため、いずれにおいても安定した回転を達成するためには、ロータシャフトの回転速度に応じてロータシャフトに対するフォイルの予荷重が調節可能であることが望ましい。
【０００４】
米国特許第４，４４５，７９２号明細書（特許文献１）には、そのようなフォイルの予荷重が調節可能なフォイル軸受けが開示されている。このフォイル軸受けは、ロータシャフトの周囲を取り囲むハウジングと、ロータシャフトの周囲に沿って配列されるように前記ハウジングに回転可能に支持された、各々被駆動部を有する複数のフォイルマウントとを有し、各フォイルマウントは対応するフォイルを片持ち梁式に固定している。更に、ハウジングの外側にはハウジングに対して回転可能な駆動部（リングギア）が設けられ、この駆動部は各フォイルマウントの被駆動部と係合しており、それにより、駆動部を回転することでフォイルマウントを同時に回転させ、フォイルの予荷重を調節することが可能となっている。
【０００５】
しかしながら、このようなフォイル軸受けでは、ロータシャフトに対するフォイルの予荷重はフォイル自体の弾性によってなされているため、その調整範囲を大きくとることが困難であるとともに、片持ち梁支持されたフォイルの付け根部分に過大な荷重がかかりやすいという問題があった。
【０００６】
他の公知技術として、特許文献２（米国特許第３、８９３、７３３号明細書）には、フォイルの剛性を高めるためフォイルに摺動可能に接触するフォイル支持部材（ｆｏｉｌ　ｓｕｐｐｏｒｔｓ）を用いることが開示されている。また、特許文献３（米国特許第４、１７８、０４６号明細書）には、フォイル軸受けにおいて、各フォイルをその中間部分にて支持することが開示されている。特許文献４（米国特許第４，１２８，２８０号明細書）には軸受けに磁石を用いた様々な磁気浮上式エアベアリングが開示されている。更に、特許文献５（特開平１０−２９２８１８号公報）には、動圧気体軸受けを低回転時等に補助するものとしてスラスト磁気軸受けを用いることが開示されている。
【０００７】
【特許文献１】
米国特許第４，４４５，７９２号明細書（第２−４コラム、第１図）
【特許文献２】
米国特許第３、８９３、７３３号明細書（第２−３コラム、第１−７図）
【特許文献３】
米国特許第４、１７８、０４６号明細書（第３−４コラム、第１−３図）
【特許文献４】
米国特許第４，１２８，２８０号明細書（第３−１０コラム、第１−１０図）
【特許文献５】
特開平１０−２９２８１８号公報（第２−３頁、第１図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記したような従来技術の問題点を解決するためのものであり、本発明の主な目的は、低速／高速回転域の両方においてロータシャフトなどの回転体の安定した回転を実現するべく回転体に対するフォイルの予荷重またはフォイルの剛性を広い範囲で調節可能であり、且つ、フォイルの一部に過大な負荷がかかるのを避けることが可能なフォイル軸受けを提供することである。
【０００９】
本発明の第２の目的は、そのようなフォイル軸受けを単純な構造で低コストに提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため本発明に基づくと、軸線を中心として回転する回転体を支持するフォイル軸受けであって、回転体との間に空隙が形成されるように回転体から離間して配置された静止保持部材と、前記した軸線を中心に回転可能に設けられた可動部材と、回転体が回転する際回転体を流体膜層を介して支持するべく回転体と静止保持部材との間の空隙に配置された第１フォイルと、を備え、第１フォイルは概ね周方向に延在する部分を有し、該周方向延在部分に第１磁石が設けられ、可動部材に第２磁石が設けられ、これら第２磁石と第１磁石との間に働く磁力によって第１フォイルを回転体へ向かって付勢することが可能となっており、可動部材を軸線を中心として回転させ第１磁石と第２磁石の周方向相対位置を変えることで磁力の大きさを調整することが可能であることを特徴とするフォイル軸受けが提供される。
【００１１】
このように、可動部材に設けた磁石とフォイルの周方向延在部分に設けた磁石との間の相互作用によりフォイルを回転体に向けて付勢することができ、また、可動部材を回転させてフォイルに対する相対位置を変えることで、フォイルに働く付勢力の大きさを調整することが可能である。これにより、例えば本発明をガスタービンエンジンのジャーナル軸受けやスラスト軸受けに用いた場合、ガスタービンエンジンの回転速度に応じて可動部材の角度位置を制御することで、回転速度に応じた適切な付勢力（予荷重）を与えて、低速回転域から高速回転域まで広い範囲で良好な軸受け特性を実現することができる。また付勢力はフォイルの周方向延在部分に働くため、フォイルの付け根部分に過大な荷重が集中するのを防止することができる。
【００１２】
複数の第１フォイルを有し、これら複数の第１フォイルが回転体の周方向に配列されている場合、そのうちの少なくとも１つに第１磁石を設けることができる。例えば回転体としてロータシャフトを用いる場合、ロータシャフトの下方に位置し、ロータシャフトの重量の影響を受ける第１フォイルにのみ第１磁石を設けてもよい。複数の第１フォイルの各々に第１磁石を設けてもよい。
【００１３】
複数の第１フォイルを有する場合において、可動部材に複数の第２磁石を設ける場合、これら第２磁石の磁力が均一ではないようにしてもよい。例えば回転体としてロータシャフトを用いる場合、ロータシャフトの下方に位置する第１フォイルに関連する第２磁石を、ロータシャフトの上方に位置する第１フォイルに関連する第２磁石より強くすることにより、ロータシャフトの重みの影響を補償することができる。別の方法として又はそれに加えて、複数の第１フォイルに設けられた第１磁石の磁力が均一でないようにすることも可能である。複数の第１フォイルの隣り合うものの間の間隔が不均一であるようにしてもよい。
【００１４】
本発明の一実施例によると、回転体は概ね円柱状の部分を有するシャフトからなり、静止保持部材はシャフトを外囲し、該シャフトの円柱状部分の円柱面との間に環状の空隙を形成するものとすることができる。この場合、シャフトを例えばガスタービンエンジンのロータシャフトとすることにより、当該フォイル軸受けがガスタービンエンジンのロータシャフトのジャーナル軸受けを成すものとすることができる。
【００１５】
複数の第１フォイルを有し、これら複数の第１フォイルが回転体としてのシャフトの周方向に配列されている場合、複数の第１フォイルとシャフトとの間に、周方向に延在して概ね円筒形をなす第２フォイル（トップフォイル）を配置してもよい。或いは、複数の第１フォイルを用いる代わりに単一のトップフォイルを用い、トップフォイルに第１磁石を設けてもよい（この場合、トップフォイルが第１フォイルとして働くということもできる）。
【００１６】
本発明の別の実施例によると、回転体は概ね円盤状の部材からなり、静止保持部材は円盤状部材の平坦面との間に空隙を形成するものとすることができる。この場合、例えば円盤状部がガスタービンエンジンのロータシャフトに一体的に設けられるようにすることにより、当該フォイル軸受けがガスタービンエンジンのロータシャフトのスラスト軸受けを構成するようにすることができる。
【００１７】
本発明の特徴、目的及び作用効果は、添付図面を参照しつつ好適実施例について説明することにより一層明らかとなるだろう。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適実施例について図面を参照して説明する。
【００１９】
図１は、本発明が適用されたマイクロガスタービン発電機を示す縦方向断面図である。このマイクロガスタービン発電機は、動力源としてのガスタービンエンジンと、ガスタービンエンジンによって駆動される発電機とを有する。ガスタービンエンジンは、発電機から離れた側の端部が閉じた環状の主ハウジング１と、主ハウジング１の開放端に取り付けられた端部プレート２と、主ハウジング１内に同軸的に受容され燃焼室４を画定する環状の内側ハウジング３と、燃焼室４内へと突入するノズル端を各々有する複数の燃料インジェクタ５とを含む。
【００２０】
発電機は、円筒状の主ハウジング６と、主ハウジング６の各端に取り付けられた一対の端部プレート７、８とを有する。主ハウジング６内にはステータコイル９が同軸的に受容されている。ガスタービンエンジン側の端部プレート７は、中心部においてガスタービンエンジン側に向かって延在する管状延出部１０を有する。また、この端部プレート７は、ガスタービンエンジンの対向する端部プレート２に複数のステイ１１によって連結されている。
【００２１】
更に、ガスタービンエンジンは、コンプレッサホイール１３及びタービンホイール１４が設けられたロータシャフト１２を備えている。コンプレッサホイール１３及びタービンホイール１４は、それぞれ、複数のコンプレッサブレード及びタービンブレードを含んでいる。この実施例では、ロータシャフト１２はセラミック材料からなり、コンプレッサホイール１３及びタービンホイール１４が一体的に単一の部品として形成されている。別の方法として、ロータシャフト１２を、同じ材料または異なる材料からなる複数の部品を組み合わせてアセンブリとして形成することもできる。タービンブレードの材料はセラミックなどの耐熱性に優れたものが好ましく、導電性を有していても絶縁されていてもよい。材料の選択はガスタービンエンジンの特定の構成及び仕様に基づいてなされる。このマイクロガスタービンエンジンの軸線方向長さは約１０ｃｍである。
【００２２】
コンプレッサホイール１３は、端部プレート２の一部によって形成されたシュラウド１５とともに放射状のコンプレッサ部を形成する。コンプレッサ部の入口端は発電機に向いて軸線方向に開いている。コンプレッサ部の出口端は、ディフューザ１７及び周方向に配列された複数のステータベーン１８を介して、主ハウジング１と内側ハウジング３との間に定められた空隙に連通している。
【００２３】
タービンホイール１４は、主ハウジング１の一部によって形成されたタービンケーシング１６とともに放射状のタービン部を形成する。タービン部の入口端は、入口ノズル１９を介して燃焼室４の出口端に連通している。この例では、燃焼室４はタービン部の入口端から軸線方向に発電機から離れる向きに延在している。タービン部の出口端は発電機から離反する向きに開口している。
【００２４】
ロータシャフト１２は、軸線方向に一体的に延出し発電機の中心を通る発電機シャフト２０を更に有する。発電機シャフト２０には永久磁石片２１が設けられ、ステータコイル９とともに発電機の主機能部を形成している。
【００２５】
ロータシャフト１２の端部にはスラスト軸受け２２が設けられている。また、端部プレート７、８内には本発明に基づくジャーナル軸受け２３、２４が設けられ、ロータシャフト１２を２箇所で回転可能に支持している。
【００２６】
図２は、図１のラインＩＩ−ＩＩに沿った断面図であり、ジャーナル軸受け２３をより詳細に示している。なお、本図において端部プレート７は図示を省略した。また、ジャーナル軸受け２４はジャーナル軸受け２３と同一の構造とすることができる。このジャーナル軸受け２３は、回転体としてのロータシャフト１２（または発電機シャフト２０）の外周との間に空隙を成すようにロータシャフト１２を外囲する環状の静止保持部材２５と、ロータシャフト１２と静止保持部材２５の間の空隙に配置された第１フォイルとして働く複数のフォイル２６と、静止保持部材２５を外囲しロータシャフト１２と同じ軸線を中心に静止保持部材２５に対して回転可能に設けられた環状の可動部材２７と、可動部材２７を回転操作するべく可動部材２７に取り付けられた操作バー２８とを有する。静止保持部材２５は適切な手段により端部プレート７に回転しないよう固定されている。操作バー２８は端部プレート７に設けられたスリットを貫通して径方向に延在しており、図示しない適切な制御手段により、例えばガスタービンエンジンの回転速度に応じて自動的に制御することができる。
【００２７】
各フォイル２６は金属などの可撓性を有する材料からなり、一端が静止保持部材２５の内面に設けられた対応する溝２９に固着され、この固着部に近接した箇所において曲げられて主要部分がロータシャフト１２の外周に概ね沿って周方向に延在している。図示した例では、１つのフォイル２６の一部が隣接するフォイル２６の一部に重なっているが、重ならないようにすることもできる。各フォイル２６を折り曲げることで、それ自体の弾性により各フォイル２６はロータシャフト１２に向かって付勢される。このような構成により、ロータシャフト１２が図２の矢印で示した方向に回転するとフォイル２６とロータシャフト１２の間に例えば大気などの流体が引き込まれ、ロータシャフト１２を低摩擦に支持することができる。
【００２８】
図３は、本発明に基づくジャーナル軸受け２３の一実施例の詳細な構造を示す図２の部分拡大図である。図４に合わせて示すように、各フォイル２６の周方向延在部分の外面概ね全体にＳ極、Ｎ極が周方向に並んで配置されるように磁石（第１磁石）３０が設けられている。これはフォイル２６自体を磁性体材料で形成しそれを適切に磁化したり、あるいは、板状の磁石をフォイル２６の一面に適切な方法で取着することにより実現することができる。この実施例では隣接するフォイル２６で磁極の向きが逆となっており、重なり合う部分が同じ極性となるようになっている。これによって、フォイル２６全体としてＮ極とＳ極が周方向に交互に配置されている。更に、可動部材２７にも周方向に交互にＮ極、Ｓ極が並ぶように複数の磁石（第２磁石）３１が設けられている。これも、可動部材２７自体を磁性体で形成し適切に磁化したり、板状の磁石を可動部材の内面に取着することで実現することができる。可動部材２７に設けられる磁石３１の磁極の周方向ピッチ（角度）は、フォイル２６に設けられた磁石３０によって形成される磁極の周方向ピッチ（角度）と概ね同じとするとよい。なお、フォイル２６の内面に磁石を設けることも可能であるが、外面に設けた場合と比べると可動部材２７に設けた磁石３１から離れる分だけ相互作用が弱まる。
【００２９】
図３（ａ）に示した状態では、フォイル２６に設けられた磁石３０と可動部材２７に設けられた磁石３１とで、同極性の磁極が周方向に整合しており、その結果互いに反発力を及ぼし合う。これにより、各フォイル２６はロータシャフト１２の外周面に向けてより強く付勢される。これは実質的に各フォイル２６の剛性を高くしたのと同等である。
【００３０】
一方、図３（ｂ）に示した状態では、可動部材２７が静止保持部材２５及びフォイル２６に対して回転され（図では反時計回り）、その結果可動部材２７の磁石３１の各磁極（例えばＳ極）はフォイル２６の磁石３０の両磁極（Ｎ極、Ｓ極）と周方向に重なって、吸引力と反発力が共に生成され互いに打ち消し合うため、トータルとしては可動部材２７とフォイル２６との間に磁力による付勢力は概ね働かない。
【００３１】
このように、本発明の上記実施例によれば、可動部材２７に設けた磁石３１と各フォイル２６の周方向延在部分に設けた磁石３０との間の相互作用によりフォイル２６をロータシャフト１２に向けて付勢することができ、また、可動部材２７を回転させてフォイル２６に対する相対位置を変えることで、フォイル２６に働く付勢力の大きさを調整することが可能である。これにより、例えばガスタービンエンジンの回転速度に応じて可動部材２７の角度位置を制御することで、回転速度に応じた適切な付勢力（予荷重）を与えて、低速回転域から高速回転域まで広い範囲で良好な軸受け特性を実現することができる。また付勢力はフォイル２６の周方向延在部分に働くため、フォイル２６の付け根部分（曲折部分）に過大な荷重が集中するのを防止することができる。
【００３２】
図５は、本発明に基づくジャーナル軸受けの別の実施例を示す図３と同様の部分拡大図である。本図において図３と同様の部分は同じ参照符号で示す。このジャーナル軸受け２３ａでは、各フォイル２６の磁石３０がフォイル２６の周方向延在部分の全面にではなく、一部（付け根側）にのみ設けられ、隣接するフォイル２６の間で磁石３０が重ならないようになっている点が図３の実施例と異なる。そのため、隣接するフォイル２６において磁極の周方向の向きは同じとなっている。本実施例でも、可動部材２７に設けられる磁石３１の磁極の周方向ピッチ（角度）はフォイル２６に設けられる磁石３０の磁極の周方向ピッチ（角度）に概ね等しい。
【００３３】
図５（ａ）に示した状態では、図３（ａ）に示した状態と同様に、フォイル２６に設けられた磁石３０と可動部材２７に設けられた磁石３１とで、同極性の磁極が周方向に整合しており、互いに反発力を及ぼし合うため、各フォイル２６はロータシャフト１２の外周面に向けて付勢される。
【００３４】
図５（ｂ）に示した状態では、図３（ｂ）に示した状態と同様に、可動部材２７が回転され可動部材２７の磁石３１の各磁極は関連するフォイル２６に設けられた磁石３０の両磁極と周方向に重なって、吸引力と反発力が共に生成され互いに打ち消し合うため、トータルとしては可動部材２７とフォイル２６との間に磁力による付勢力は概ね働かない。このように、図５の実施例においても、可動部材２７の位置を調整することでフォイル２６をロータシャフト１２へと付勢する力の大きさを変えることができる。また付勢力はフォイル２６の周方向延在部分に働くため、フォイル２６の付け根部分（曲折部分）に過大な負荷が集中するのを防止することができる。
【００３５】
図６は、本発明に基づくジャーナル軸受けの別の実施例を示す図２と同様の断面図である。本図において図２と同様の部分には同じ符号を付して詳しい説明を省略する。このジャーナル軸受け２３ｂは、一端が静止保持部材２５に保持され、ロータシャフト１２のほぼ全周を外囲するよう周方向に延在する概ね円筒形状のトップフォイル（第２フォイル）３２を有し、静止保持部材２５に固定された複数のフォイル（第１フォイル）２６はトップフォイル３２を介してロータシャフト１２を支持している。この実施例では、間にトップフォイル３２が介在しているため、静止保持部材２５とトップフォイル３２の間の空隙に設けられた各フォイル２６はその付け根部分からロータシャフト１２の回転方向と逆向きに延在している。また、隣接するフォイル２６同士は重なっていない。トップフォイル３２を設けることによって、トップフォイル３２とフォイル２６との間に発生する摩擦力がクーロン減衰力として作用し、より安定したロータシャフト１２の回転を実現することができる。
【００３６】
図７は、図６に示したジャーナル軸受け２３ｂをより詳細に示す部分断面図である。図３及び図５に示した実施例と同様に、静止保持部材２５とトップフォイル３２との間の空隙に設けられた各フォイル２６にはＮ極、Ｓ極が周方向に配列されるように磁石３０が設けられている。また、静止保持部材２５の外側において回転可能に設けられた可動部材２７にもＮ極、Ｓ極が交互に配列されるように複数の磁石３１が設けられている。これにより、上記実施例について説明したのと同様に、図７（ａ）に示す状態においては各フォイル２６をトップフォイル３２へと付勢する力（即ちトップフォイルの径を小さくしようとする力）が働き、図７（ｂ）に示す状態においては磁力による付勢力は概ね働かない。このように、本発明はトップフォイル３２を用いた実施例においても適用することができる。
【００３７】
図８は、本発明に基づくジャーナル軸受けの別の実施例を示す図２と同様の断面図である。本図において図２と同様の部分には同じ符号を付して詳しい説明を省略する。このジャーナル軸受け２３ｃは、一端が静止保持部材２５に保持され、ロータシャフト１２のほぼ全周を外囲するよう周方向に延在する概ね円筒形状のトップフォイル３２を有しているが、トップフォイル３２と静止保持部材２５の間にはフォイル２６が設けられていない。即ち、本実施例ではトップフォイル３２が第１フォイルとして働く。
【００３８】
図９は、図８に示したジャーナル軸受け２３ｃをより詳細に示す部分断面図である。図示されているように、トップフォイル３２の外面にＮ極とＳ極が交互に配列されるように複数の磁石３３が設けられている。また、可動部材２７にはトップフォイル３２と同じ角度ピッチで磁極が配列されるように磁石３１が設けられている。これにより、図９（ａ）に示す状態では、トップフォイル３２の磁石３３と可動部材２７の磁石３１との間に働く磁力（反発力）によってトップフォイル３２はロータシャフト１２に向けて付勢され、図９（ｂ）に示す状態では磁力によるそのような付勢力は概ね働かない。このように、トップフォイル３２のみを用いた実施例にも本発明を適用し、可動部材２７の位置を調整することでトップフォイル３２をロータシャフト１２へ向けて付勢する力の大きさを変えることができる。また、このような付勢力はトップフォイル３２の全体に働くため、局所的に力が過度に集中するのを防止することができる。
【００３９】
図１０は、図１と同様の断面図であるが、図１０のガスタービン発電機では、スラスト軸受けに本発明を適用した点が図１のものと異なる。図１０に示すように、このスラスト軸受け２２ａは、ロータシャフト１２の軸端に一体的に設けられた円盤状部３５を軸線方向に挟んで両側に位置する一対の静止保持部材３６、３７を含む。即ち、この実施例では円盤状部３５が回転体として働くということができる。一方の静止保持部材３６は端部プレート８に固定され、他方の静止保持部材３７は端部プレート８に固定されたカバー３８内に固定されている。図１０では図示していないが、各静止保持部材３６、３７と円盤状部３５との間には複数のフォイル３９が周方向に配列して設けられ、円盤状部３５の平坦面（軸線方向に向いた面）に当接している（図１１参照）。更に、静止保持部材３６、３７の円盤状部３５から離反する側には可動部材４０、４１がロータシャフト１２と同じ（即ち円盤状部３５と同じ）軸線を中心に回転可能に配置されている。可動部材４０、４１の外周からは操作バー４２が径方向に突出し、端部プレート８及びカバー３８に設けられたスロットを通って延在している。操作バー４２は図示しない適切な制御装置によって制御され、例えばガスタービンエンジンの回転速度などに応じて可動部材４０、４１の角度位置を変えることができるようになっている。
【００４０】
図１１は、図１０に示したスラスト軸受け２２ａをより詳細に示すための、スラスト軸受け２２ａを周方向に沿って見た部分概念図である。図示したように、各静止保持部材３６、３７の円盤状部３５に向いた面には複数のフォイル３９が設けられており、フォイル軸受けを成している。各フォイル３９は可撓性を有する部材からなり、その一端（基端）は静止保持部材３６、３７の対応する溝４３に固定されている。各フォイル３９は基端近傍で曲折され、その主要部分は矢印で示す円盤状部３５の回転方向に沿って概ね周方向に延在している。この実施例では隣接するフォイル３９同士は重なっておらず、周方向に互いに離間されている。こうして、ロータシャフト１２の回転に伴い円盤状部３５が回転すると、フォイル３９と円盤状部３５の間に例えば大気などの流体が引き込まれ、円盤状部３５の外面（平坦面）とフォイル３９との間に流体膜層が形成され、円盤状部３５が低摩擦で回転することが可能となる。
【００４１】
この実施例においても、本発明に基づき、各フォイル３９の周方向延在部分にＮ極とＳ極が周方向に配列されるように磁石（第１磁石）４４が設けられている。また、各可動部材４０、４１にはＮ極とＳ極が周方向に交互に配置されるように磁石（第２磁石）４５が設けられている。この実施例では可動部材４０、４１における磁極の周方向配列ピッチとフォイル３９における磁極の周方向配列ピッチとが整合するように、隣接するフォイル３９のあいだでＮ極とＳ極の配列方向が逆となっている。各フォイル３９におけるＮ極及びＳ極の配列方向は、隣接するフォイル３９間の間隔や、隣接するフォイル３９の一部が重なるかどうかといった具体的な設計仕様に応じて適宜決定することができる。
【００４２】
図１１に示した状態では、可動部材４０、４１に設けられた磁石４５と各フォイル３９に設けられた磁石４４との間に反発力が働き、その結果、フォイル３９を円盤状部３５に向けて付勢する力が生成される。図示は省略するが、可動部材４０、４１を周方向に回転させることにより、上記した実施例と同様に、磁力による付勢力の大きさを変えることが可能である。これにより、例えば円盤状部３５（即ちロータシャフト１２）の回転速度に応じて可動部材４０、４１を制御し、フォイル３９に加えられる付勢力を調節して低速及び高速回転領域のいずれにおいても安定した軸受け特性を得ることができる。また、付勢力は各フォイル３９の周方向延在部分に加えられるため、フォイル３９の付け根部分にのみ過度に負荷がかかるのを防止することができる。このように、本発明はスラスト軸受けにも好適に適用することが可能である。なお、上記実施例では円盤状部３５の軸線方向両側にフォイル軸受けを設けたが、円盤状部３５にかかる力の向きがいずれか一方向であることがわかっている場合は、片側だけに設けてもよい。
【００４３】
図１２、図１３は本発明の更に別の実施例を示す図２と同様の断面図である。これらの図において図２と同様の部分には同じ符号を付して詳しい説明を省略する。図１２のジャーナル軸受け２３ｄでは、最下部のフォイル２６ａの厚さが他のフォイル２６より厚く、相対的により高い剛性を有している。これは、最下部のフォイル２６ａには重力のためより大きな負荷がかかることから、それを補償してロータシャフト１２の回転軸のずれ等を防止するためである。図１３のジャーナル軸受け２３ｅでは、同様の目的のため、隣接するフォイル２６の間隔が不均一となっている。即ち、ロータシャフト１２の下側にはフォイル２６を密に（図では３つ）配置し、ロータシャフト１２の上側にはフォイル２６を疎に（図では１つ）配置している。図示は省略するが、これら実施例においても、図３に示したようにフォイル２６及び可動部材２７に磁石を設けそれらの相対位置を変えることでフォイル２６に与える付勢力を調節することが可能である。
【００４４】
本発明を実施例に基づいて詳細に説明したが、これらの実施例はあくまでも例示であって本発明は実施例によって限定されるものではない。当業者であれば特許請求の範囲によって定められる本発明の技術的思想を逸脱することなく様々な変形若しくは変更が可能であることは言うまでもない。
【００４５】
例えば、全てのフォイルに磁石を設けるのではなく、一部のフォイルにのみ設けてもよい。また、例えばロータシャフトの上側に位置するフォイルでは周方向延在部分の一部にのみ磁石を設け、重力のためより大きな負荷のかかるロータシャフトの下側のフォイルでは周方向延在部分の概ね全体に磁石を設けてもよい。各フォイルに設ける磁石の強さを異ならせてもよい。更に、各フォイルにおけるＮＳ磁極対を１より多くし、例えば周方向に磁極がＮＳＮＳと配列されるようにすることも可能である。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、可動部材に設けた磁石とフォイルの周方向延在部分に設けた磁石との間の相互作用によりフォイルを回転体に向けて付勢することができ、また、可動部材を回転させてフォイルに対する相対位置を変えることで、フォイルに働く付勢力の大きさを調整することが可能である。これにより、例えば本発明をガスタービンエンジンのジャーナル軸受けやスラスト軸受けに用いた場合、ガスタービンエンジンの回転速度に応じて可動部材の角度位置を制御することで、回転速度に応じた適切な付勢力（予荷重）を与えて、低速回転域から高速回転域まで広い範囲で良好な軸受け特性を実現することができる。また付勢力はフォイルの周方向延在部分に働くため、フォイルの付け根部分（曲折部分）に過大な荷重が集中するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明がジャーナル軸受けに適用されたガスタービン発電機の実施例を示す縦断面図である。
【図２】図１のラインＩＩ−ＩＩに沿った断面図である。
【図３】本発明に基づくフォイル軸受けの好適実施例の詳細な構造を示す拡大断面図であり、図３（ａ）と図３（ｂ）とでは可動部材が異なる角度位置にある。
【図４】図３に示したフォイルの周方向延在部分を示す斜視図。
【図５】本発明に基づくフォイル軸受けの別の実施例の詳細な構造を示す拡大断面図であり、図５（ａ）と図５（ｂ）とでは可動部材が異なる角度位置にある。
【図６】本発明が適用されるフォイル軸受けの別の実施例を示す図２と同様の断面図。
【図７】図６に示した実施例の詳細な構造を示す拡大断面図であり、図７（ａ）と図７（ｂ）とでは可動部材が異なる角度位置にある。
【図８】本発明が適用されるフォイル軸受けの別の実施例を示す図２と同様の断面図。
【図９】図８に示した実施例の詳細な構造を示す拡大断面図であり、図９（ａ）と図９（ｂ）とでは可動部材が異なる角度位置にある。
【図１０】本発明がスラスト軸受けに適用されたガスタービン発電機の実施例を示す縦断面図である。
【図１１】図１０に示したスラスト軸受けを周方向に沿って見た部分的な模式図である。
【図１２】本発明が適用されるフォイル軸受けの別の実施例を示す図２と同様の断面図。
【図１３】本発明が適用されるフォイル軸受けの別の実施例を示す図２と同様の断面図。
【符号の説明】
１　ガスタービンエンジンの主ハウジング
２　端部プレート
４　燃焼室
３　内側ハウジング
５　燃料インジェクタ
６　発電機の主ハウジング
７、８　端部プレート
９　ステータコイル
１０　管状延出部
１１　ステイ
１２　ロータシャフト
１３　コンプレッサホイール
１４　タービンホイール
１５　シュラウド
１６　タービンケーシング
１７　ディフューザ
１８　ステータベーン
１９　入口ノズル
２０　発電機シャフト
２１　永久磁石片
２２　スラスト軸受け
２２ａ　スラスト軸受け
２３、２４　ジャーナル軸受け
２３ａ〜２３ｅ　ジャーナル軸受け
２５　静止保持部材
２６　フォイル
２７　可動部材
２８　操作バー
２９　溝
３０　磁石（第１磁石）
３１　磁石（第２磁石）
３２　トップフォイル（第２フォイル）
３５　円盤状部
３６、３７　静止保持部材
３８　カバー
３９　フォイル
４０、４１　可動部材
４２　操作バー
４３　溝
４４　磁石
４５　磁石
【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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【図１２】
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【図１３】
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