(57)【要約】【課題】回転機械のロータのバランスを高速で取るためのバランス方法を提供する。【解決手段】回転機械は、ステータと、少なくとも２つの径方向磁気ベアリングによって前記ステータ内に支持されたロータと、を具備している。バランス方法は、ステータの内側にロータを配置するステップと、臨界速度よりも低い第１速度範囲における不釣り合いの大きさおよび位置を特定するために、少なくとも１回の第１稼働を実行するステップと、第１バランス質量体を、ロータ内側の所定の第１バランス平面上に配置するステップと、臨界速度よりも高い第２速度範囲における不釣り合いの大きさおよび角度位置を特定するために、少なくとも１回の第２稼働を実行するステップと、第２バランス質量体をロータ内側の所定の第２バランス平面上に配置するステップと、を含んでいる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転機械（１０）のロータ（１４）のバランスを高速において取るためのバランス方法であって、前記回転機械は、ステータ（１２）と、回転軸（Ｘ−Ｘ）を備え且つ少なくとも２つの径方向磁気ベアリング（２２、２４）によって前記ステータ内に支持されたロータと、を具備し、前記ステータ（１２）は筐体を具備し、該筐体は、開放端部および前記筐体の前記開放端部を閉じるように形成された上部カバー（３８）を備え、前記方法は、
前記ステータの筐体内に前記ロータを配置するステップと、
少なくとも１回の第１稼働（５１）を実行するステップであって、該第１稼働においては、前記ロータが第１しきい値（Ｆ１）まで回転され、前記磁気ベアリングは、同期力排除モードにおいて作動され、前記ロータが第２しきい値（Ｆ２）まで回転され、前記第１しきい値と前記第２しきい値との間に含まれた速度範囲（Ｒ２）における不釣り合いの大きさおよび角度位置が、前記磁気ベアリングを制御する電子制御デバイスから受け取った情報に従って特定される、第１稼働（５１）を実行するステップと、
前記上部カバー（３８）を取り外し、第１バランス質量体（７２、７８）を前記ロータの内側円筒面（１６ｃ、１８ｃ）に接触させて前記ロータの内側に配置するステップ（５５）であって、前記第１バランス質量体（７２、７８）は、前記ロータのタイプに関連した地図作製法において決定された、所定の第１バランス平面（８２、８８）上に配置される、取り外しおよび配置するステップと、
前記ステータ筐体の上部を前記上部カバー（３８）によって閉じるステップと、
少なくとも１回の第２稼働(５６)を実行するステップであって、該第２稼働においては、前記ロータ（１４）が前記第１しきい値（Ｆ１）まで回転され、前記径方向磁気ベアリング（２２、２４）は、同期力排除モードへと切り替えられ、前記ロータ（１４）が、第２しきい値（Ｆ２）まで前記同期力排除モードにおいて回転され、前記径方向磁気ベアリング（２２、２４）は、動的共振減衰モードへと切り替えられ、前記ロータ（１４）が、第３しきい値（Ｆ３）まで前記動的共振減衰モードにおいて回転され、前記径方向磁気ベアリング（２２、２４）は、同期力排除モードへと切り替えられ、前記ロータが、第４しきい値（Ｆ４）まで同期力排除モードにおいて回転され、前記第３しきい値と前記第４しきい値との間に含まれた第４速度範囲（Ｒ４）において、不釣り合いの大きさおよび角度位置が、前記磁気ベアリングを制御する電子制御デバイスから受け取った情報に従って特定される、第２稼働(５６)を実行するステップと、
前記上部カバー（３８）を取り外し、第２バランス質量体（７４、６７）を前記ロータの内側円筒面（１６ｃ、１８ｃ）に接触させて前記ロータ（１４）の内側に配置するステップ（６２）であって、前記第２バランス質量体（７４、６７）は、前記ロータのタイプに関連した地図作製法において決定された、所定の第２バランス平面（８４、８６）上に配置される、取り外しおよび配置するステップと、を含んでいることを特徴とするバランス方法。
【請求項２】
各バランス質量体（７２、７４、７６、７８）は、１つのバランス平面上の前記ロータ（１４）の内周の互いに反対側の位置に配置された、２つの個別の質量体から形成されていることを特徴とする請求項１に記載のバランス方法。
【請求項３】
各バランス質量体（７２、７４、７６、７８）は、環状の形状を有することを特徴とする請求項１に記載のバランス方法。
【請求項４】
前記バランス質量体（７２、７４、７６、７８）は、金属材料から形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のバランス方法。
【請求項５】
前記バランス質量体（７２、７４、７６、７８）は、接着剤によって前記ロータ（１４）の内側面（１６ｃ、１８ｃ）に固定されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のバランス方法。
【請求項６】
前記バランス質量体（７２、７４、７６、７８）は、磁性材料から形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のバランス方法。
【請求項７】
前記第１しきい値（Ｆ１）は、８０Ｈｚ〜１２０Ｈｚの間に含まれていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のバランス方法。
【請求項８】
前記第２しきい値（Ｆ２）は、１５０Ｈｚ〜２００Ｈｚの間に含まれていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のバランス方法。
【請求項９】
前記第３しきい値（Ｆ３）は、２５０Ｈｚ〜３５０Ｈｚの間に含まれていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のバランス方法。
【請求項１０】
前記第４しきい値（Ｆ４）は、６００Ｈｚ〜１０００Ｈｚの間に含まれていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のバランス方法。
【請求項１１】
前記ロータ（１４）は、上側および下側シャフト（１６、１８）を具備していることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載のバランス方法。
【請求項１２】
前記第１稼働（５１）は、前記ロータの上側シャフト（１６）のバランスを取るように構成されており、前記第２稼働（５６）は、前記ロータの下側シャフト（１８）のバランスを取るように構成されていることを特徴とする請求項１１に記載のバランス方法。
【請求項１３】
２つのバランス平面（８２、８４、８６、８８）は、各ロータシャフト（１６、１８）と関連していることを特徴とする請求項１１または１２に記載のバランス方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁場を利用した動的磁気ベアリングによって、回転機械のロータの重量および荷重を支持するための磁気ベアリングを具備した回転機械の分野に関する。
【０００２】
特に、本発明は、磁気的に懸架されたロータシステムのバランスを取るためのバランス方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
垂直および水平ロータ手段を備えた回転機械内に軸方向および径方向磁気ベアリングを設けること、ならびに例えば磁気ベアリングが過負荷となった場合、または電気もしくは電子制御システムが破損した場合のような、磁気ベアリングの故障の場合に、ロータを支持する補助的な機械ベアリングを設けることが知られている。
【０００４】
回転機械のロータのバランスを正確にとることが必要である。実際に、ロータのバランスを正確にとることなしに、回転機械が補助ベアリングと接触することなく臨界回転速度を超えることはない。
【０００５】
バランス装置によって回転機械のロータのバランスを取ることが知られている。
【０００６】
「剛体」ロータの場合、速度と共に増加する不釣り合い力によるロータの変形はあり得ない。剛体ロータに関しては、バランスを取ることは、古典的なバランス装置を使用して、低速において実行され得る。
【０００７】
本発明は、可撓性構造を備えたロータに、より関連している。可撓性構造を備えたロータの場合、ロータ構造に従って、速度と共に増加する不釣り合い力によるロータの変形が生じる。臨界速度よりも上の、その速度近傍において作動される可撓性ロータは、これらの臨界速度近傍且つ臨界速度よりも上において回転され且つ釣り合わなければならず、その速度は最終速度近傍である。
【０００８】
そのような「臨界」の可撓性ロータのための高速バランス装置は特に高価であり、多くの試験稼働および複数のセンサの使用を必要とする。さらに、既知のバランス装置において、非常に高速で大径のロータを回転させることは、ロータが正確にバランスを取れていない場合、特に危険となり得る。
【０００９】
最終的に、そのようなバランス設備のために真空が必要とされ、そのことはバランスを取るコストを増大させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的の１つは、ロータが回転機械内に搭載された場合に、高速における回転機械の可撓性ロータのバランスを直接取ることに適合したバランス方法を提供することであり、その方法は、特別のバランス装置を必要としない。
【００１１】
本発明の特別な目的は、高速において回転機械のロータのバランスを取るためのバランス方法を提供することであり、その回転機械は、ステータと、回転軸を備え且つ少なくとも２つの径方向磁気ベアリングによってステータ内に支持されたロータと、ロータシャフトに固定されたエネルギ蓄積シリンダと、を具備している。ステータは筐体を具備し、筐体は、開放端部および筐体の開放端部を閉じるように形成された上部カバーを具備している。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
バランス方法は、ステータの内側にロータを配置するステップと、第１速度範囲における不釣り合いの大きさおよび角度位置を特定するために、少なくとも１回の第１稼働を実行するステップと、バランス質量体の第１セットを、ロータ内側の所定の第１バランス平面上に配置するステップと、臨界速度を超えるためにおよび第２速度範囲における不釣り合いの大きさおよび角度位置を特定するために、少なくとも１回の第２稼働を実行するステップと、第２バランス質量体をロータ内側の所定の第２バランス平面上に配置するステップと、を含んでいる。
【００１３】
一実施形態においては、少なくとも１回の第１稼働を実行するステップは、ロータを第１しきい値まで回転させるステップと、径方向磁気ベアリングを同期力排除モードに切り替えるステップと、同期力排除モードにおいてロータを第２しきい値まで回転させるステップと、第１しきい値と第２しきい値との間に含まれた第２速度範囲において、磁気ベアリングを制御する電子制御デバイスから受け取った情報に従って、不釣り合いの大きさおよび角度位置を特定するステップと、を含んでいる。
【００１４】
「径方向磁気ベアリングを同期力排除モードに切り替える」ことにより、径方向磁気ベアリングは、ロータがその慣性軸周りに力を受けることなく回転するように切り替えられることが理解されるべきである。
【００１５】
バランス方法は、上部カバーを取り外すステップと、第１バランス質量体をロータの内側円筒面に対してロータの内側に配置するステップと、をさらに含んでいる。第１バランス質量体は、ロータのモデルによって与えられた所定のバランス平面上に配置され、上部カバーによってステータ筐体の上部を閉じるステップを含んでいる。
【００１６】
少なくとも１回の第２稼働を実行するステップは、ロータを第１しきい値まで回転させるステップと、径方向磁気ベアリングを同期力排除モードに切り替えるステップと、同期力排除モードにおいてロータを第２しきい値まで回転させるステップと、径方向磁気ベアリングの動的共振減衰モードを起動するステップと、動的共振減衰モードにおいてロータを第３しきい値まで回転させるステップと、径方向磁気ベアリングを同期力排除モードに切り替えるステップと、同期力排除モードにおいてロータを第４しきい値まで回転させるステップと、第３しきい値と第４しきい値との間に含まれた第４速度範囲Ｒ４において、磁気ベアリングを制御する電子制御デバイスから受け取った情報に従って不釣り合いの大きさおよび角度位置を特定するステップと、を含んでいる。
【００１７】
「径方向磁気ベアリングを動的共振減衰モードに切り替える」ことにより、径方向磁気ベアリングは、ロータが径方向磁気ベアリングによって生じる力で回転するように切り替えられることが理解されるべきである。
【００１８】
バランス方法は、上部カバーを取り外すステップと、第２バランス質量体をロータの内側円筒面に対してロータの内側に配置するステップと、をさらに含み、第２バランス質量体は、可撓性ロータモデルによって画定された所定の第２バランス平面上に配置される。
【００１９】
一実施形態においては、各バランス質量体は、１つのバランス平面上のロータの内周の互いに反対側の位置に配置された２つの個別の質量体から形成されている。
【００２０】
一実施形態においては、各バランス質量体は、環状の形状を有する。
【００２１】
一実施形態においては、バランス質量体は、金属材料から形成されている。
【００２２】
一実施形態においては、バランス質量体は、接着剤によってロータの内側面に固定されている。
【００２３】
一実施形態においては、バランス質量体は、磁性材料から形成されている。
【００２４】
第１しきい値は、例えば１００Ｈｚのように８０Ｈｚ〜１２０Ｈｚの間に含まれており、第２しきい値は、例えば１６０Ｈｚのように１５０Ｈｚ〜２００Ｈｚの間に含まれており、第３しきい値は、例えば３００Ｈｚのように２５０Ｈｚ〜３５０Ｈｚの間に含まれており、第４しきい値は、例えば７５０Ｈｚのように５００Ｈｚ〜１０００Ｈｚの間に含まれている。
【００２５】
一実施形態においては、ロータは、上側および下側シャフトを具備している。
【００２６】
第１稼働は、例えばロータの上側シャフトのバランスを取るように構成されており、第２稼働は、例えばロータの下側シャフトのバランスを取るように構成されている。
【００２７】
一例として、２つのバランス平面は、各ロータシャフトと関連している。
【００２８】
本発明およびその利点は、添付図により説明され且つ示された非限定的な所与の特別な実施形態の詳細な記載を検討することによって、より良好に理解されるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明によるバランス方法によってバランスを取られるように形成されたロータを備えた、回転機械の軸方向二分割断面を示した図である。
【図２】ｒｐｍにおける速度に対する、Ｈｚにおける周波数を示した、図１のロータのキャンベル線図を示した図である。
【図３】本発明によるバランス方法を示したフロー図である。
【図４】ロータ座標における幾何学的軸の逃げのベクトル軌跡を示した図である。
【図５】Ｈｚにおけるロータの回転速度の関数としての、μｍにおける幾何学的軸の逃げを示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
回転機械１０は図１に示されており、この回転機械１０は、例えばエネルギ蓄積のための高速フライホイール、または垂直回転手段を備えた任意の高速回転機械であってもよい。
【００３１】
回転機械１０は、ステータ１２、ならびに垂直軸Ｘ−Ｘの周囲を回転する上側シャフト１６および下側シャフト１８を備えたロータ１４を具備している。エネルギ蓄積シリンダ２０は、ロータ１４のシャフト１６、１８に可撓性のある方法で固定されている。
【００３２】
エネルギ蓄積シリンダ２０は、真空中において例えば５００００ｒｐｍまでのような非常に高速で回転するように形成されている。
【００３３】
ロータ１４の上側および下側シャフト１６、１８は、動的磁気ベアリングシステムによってステータ１２に対して回転可能に支持されており、このシステムは２つの径方向磁気ベアリング２２、２４を具備し、それらは個々に上側径方向磁気ベアリング２２および下側径方向磁気ベアリング２４であり、シャフトはさらにステータ１２に固定された軸方向アクチュエータ２６によって支持されて、ロータ１４の上側シャフト１６に軸方向引力を生じるように構成されている。
【００３４】
２つの径方向磁気ベアリング２２、２４は同一であってよく、ロータ１４の両端部に配置され得る。２つの径方向磁気ベアリング２２、２４は複数のセンサ（図示略）を具備し、これらのセンサからの情報を受け取るように形成された電子制御ユニット（図示略）によって制御されている。
【００３５】
ロータ１４の上側および下側シャフト１６、１８は、上側径方向タッチダウンベアリング２８によって、ならびに下側径方向および軸方向タッチダウンベアリング３０、３２によって、ステータ１２に対して回転可能にさらに支持されている。タッチダウンベアリングは、磁気ベアリングの故障の場合にロータを支持するように形成された、例えば機械的補助ベアリングである。
【００３６】
各径方向磁気ベアリング２２、２４は、ロータシャフト１６、１８の外側円筒面１６ａ、１８ａに搭載された強磁性材料製の環状電機子２２ａ、２４ａ、およびステータ１２に固定されたステータ電機子２２ｂ、２４ｂを具備している。各ステータ電機子２２ｂ、２４ｂは、従来通り、１つ以上の環状コイルおよび強磁性体を備えたステータ磁気回路を具備し、ステータ電機子はロータ電機子２２ａ、２４ａに向くように配置されて、径方向エアギャップを形成している。ステータ電機子の詳細は図示されていない。動的磁気ベアリングシステムのために、ロータ１４はステータ１２内において機械的接触無く回転する。
【００３７】
図１に示されたように、各ロータシャフト１６、１８は中空であり、ステータ１２に向かって径方向に突出した段部１６ｂ、１８ｂが、一端に設けられている。
【００３８】
ステータ１２は、エネルギ蓄積シリンダ２０、上側シャフト１６、および下側シャフト１８によって形成されたロータ１４を取り囲んだ筐体３４を具備している。図１に示されたように、筐体３４は、ロータ１４の下側シャフト１８を収容した下側部３４ａ、およびロータ１４の上側シャフト１６を収容した上側部３４ｂを具備している。下側部３４ａには、下側径方向および軸方向タッチダウンベアリング３０、３２のための下側ホルダ３６を受け入れるように形成された下側開口部３４ｃが設けられている。上側部３４ｂは、ステータ１２の内側に、エネルギ蓄積シリンダ２０とともにロータシャフト１６、１８を組み付けるために、軸方向に開放されている。ステータは、ステータ１２の上側部３４ｂの開放端部３４ｄを軸方向に閉じるように形成された上部カバー３８をさらに具備している。上部カバー３８には、上側径方向タッチダウンベアリング２８のための上側ホルダ４０を受け入れるように形成された上側開口部３８ａが設けられている。上部カバー３８、上側ホルダ４０、および下側ホルダ３６は、筐体３４に取り外し可能に搭載されている。
【００３９】
図示されたように、軸方向アクチュエータ２６は、筐体の上側部３４ｂに固定され、ロータ１４の上側シャフト１６の段部１６ｂに軸方向引力を生じるように構成されている。
【００４０】
上側磁気ベアリング２２、軸方向アクチュエータ２６、および上側ホルダ４０は、上部カバー３８に固定され、上部カバー３８を取り外した後に、ロータ１４は容易に引き抜き可能である。
【００４１】
図示されたように、モータ／発電機４２のステータは、ステータの下側部３４ａに固定されて、ロータ１４の下側シャフト１８に面している。
【００４２】
ロータ１４の上側および下側シャフト１６、１８は、磁鉄鉱から形成されている。蓄積シリンダ２０は、カーボンファイバまたは鋼のような金属材料から形成されることが可能である。
【００４３】
エネルギ蓄積シリンダ２０は、シャフト段部１６ｂ、１８ｂに可撓性接続されている。蓄積シリンダ２０とロータシャフト１６、１８との間の可撓性接続のために、シャフト曲げ周波数および臨界速度は低くなり、そのことは磁気ベアリングの動力が臨界速度を追い越す必要性を減少している。
【００４４】
図２に示されたキャンベル線図は、回転機械１０のロータ１４の回転速度Ｓに対する共振周波数Ｆを示している。モードに対応した固有振動数の漸進的変化が、ロータの回転速度の関数において示されている。
【００４５】
図２に示されたように、回転機械は、上側および下側シャフト曲げモード周波数Ｂｍ１、Ｂｍ２よりも高い且つ蓄積シリンダ曲げモード周波数Ｂｍ３よりも低いがそれに近い公称作動速度Ｓｎにおいて作動される。上側および下側シャフト曲げモード周波数Ｂｍ１、Ｂｍ２は１８０Ｈｚ付近であり、一方で回転機械の最大作動速度Ｓｎは、例えば７５０Ｈｚとすることが可能である。蓄積シリンダ曲げモード周波数Ｂｍ３は、１０００Ｈｚ付近である。
【００４６】
回転機械の作動速度線Ｏｓが、１８０Ｈｚ〜１０８００Ｈｚの間の領域の上側および下側シャフト曲げモード周波数Ｂｍ１、Ｂｍ２の線と交差した場合に、臨界速度Ｓ１、Ｓ２は交差する。臨界速度Ｓ１、Ｓ２が交差した場合、回転機械１０はそれ以上の臨界速度と交差することなく作動され得る。しかしながら、高速においては、速度が蓄積シリンダ曲げモードに接近した場合に、シャフトの逃げは再度増大する。この逃げの増大は、例えばシャフトとシリンダとの間の完全でない取り付けに起因し得る。そのような逃げの増大は、シャフト取付領域に近接した所定のバランス平面にバランス質量体を配置することによって最小化されることが可能である。
【００４７】
従って、そのような回転機械の正確なバランスは、低い逃げおよび振動レベルを伴ったロータシャフトの臨界速度を超えるために強制的である。そのような回転機械の正確なバランスは、シリンダ曲げモード周波数Ｂｍ３に近接した公称作動速度Ｓｎにおいて回転機械を回転させるためにも強制的である。
【００４８】
本発明によるバランス方法は、図３に示されたフロー線図を参照して、ならびに図４および図５に示されたグラフを参照して記載される。
【００４９】
第１ステップ５０において、シャフト１６、１８およびエネルギ蓄積シリンダ２０を具備したロータ１４は、ステータ筐体３４の上側部３４ｂの開口部を通じて、回転機械１０の内側に配置される。非限定的な方法において、ロータ１４は、共通のバランス装置において低速で事前に予備バランスを取ることが可能である。本発明によるバランス方法の目的は、可撓性ロータ構造の多様な位置における可能性のある不釣合いを特定し且つ補正することであり、その不釣合いは高速回転時にのみ特定されることが可能である。
【００５０】
第２ステップ５１において、１回のロータの第１稼働が実行される。
【００５１】
第１稼働は、例えば１００Ｈｚの第１しきい値Ｆ１までの、磁気ベアリング２２、２４が浮上したロータを回転させるステップ５２を含んでいる。例えば０Ｈｚ〜１００Ｈｚの間を含んだ第１速度範囲Ｒ１において、磁気ベアリング２２、２４は、ロータシャフトの回転軸Ｘ−Ｘの周囲の回転を制御する。
【００５２】
第１稼働は、径方向磁気ベアリングを同期力排除モードに切り換えるステップ５３を含み、したがって、ロータは、例えば１６０Ｈｚの第２しきい値Ｆ２まで自身の慣性軸の周囲を、力を受けることなく回転する。例えばＦ１＝１００ＨｚとＦ２＝１６０Ｈｚとの間の第２速度範囲Ｒ２において、磁気ベアリング２２、２４は作動中であるが、同期力をまったく生じておらず、ロータは自身の慣性軸の周囲を回転している。
【００５３】
一般的な例として、速度範囲Ｒ２におけるロータ座標内の逃げベクトル軌跡は、図４の曲線１によって示されている。図５は、対応した逃げの大きさの変化を示している。速度範囲Ｒ２において、逃げ軌跡は、Ｆ１とＦ２との間の直線である。速度範囲Ｒ２において増大する逃げの原因である不釣り合いの角度位置および大きさは、図４の曲線１から推定されることが可能である。曲線１は、不釣り合いなロータの逃げ挙動を示している。図４および図５は、上側および下側径方向ベアリングに関する一般的な逃げ変化を示している。しかしながら、記載された不釣合いの特定方法は、上側および下側ベアリングに関してほぼ同じである。
【００５４】
第２速度範囲Ｒ２および第３速度範囲Ｒ３における逃げの増大の原因である不釣り合いの大きさおよび角度位置は、磁気ベアリングを制御する電子制御デバイスから受け取った情報を使用することによって、ステップ５４において特定される。
【００５５】
ステップ５５において、上部カバー３８は取り外され、バランス質量体はロータシャフトの内側に配置されている。
【００５６】
一式の上側バランス質量体７２、７４は、上側ロータシャフト１６の内側に、上側ロータシャフト１６の内側円筒面１６ｃに接して配置されている。上側バランス質量体７２、７４は、ロータのタイプに依存して、所定の上側バランス平面８２、８４上に配置されている。類似した方法において、一式の下側バランス質量体７６、７８は、下側ロータシャフト１８の内側に、下側ロータシャフト１８の内側円筒面１８ｃに接して配置されている。下側バランス質量体は、ロータのタイプに依存して、所定の下側バランス平面８４、８６上に配置されている。
【００５７】
図１に示されたように、上側シャフト１６に関して、所定の２つのバランス平面８２、８４が存在している。しかしながら、バランス平面の数および位置は、使用されるロータのタイプの関数として地図作製法において事前決定されている。所定の第１上側バランス平面８２は、上側磁気ベアリング２２の間に径方向に配置されている。所定の第１上側バランス平面８２上に配置された第１上側バランス質量体７２は、上側シャフト１６の端部において不釣り合いを補正することが可能である。所定の第２上側バランス平面８４は、上側シャフト１６の段部１６ｂの間に径方向に配置されている。所定の第２上側バランス平面８４上に配置された第２上側バランス質量体７４は、不釣り合い、結果的に上側ロータシャフト１６とエネルギ蓄積シリンダ２０との間の同心度の誤差を補正することが可能である。
【００５８】
上側および下側バランス質量体７２、７４、７６、および７８が、ロータの内側に配置された後に、ステータ筐体の上部は上部カバー３８によって閉鎖され、ロータの第２稼働がステップ５６において実行されることが可能である。
【００５９】
第２稼働は、例えば１００Ｈｚの第１しきい値Ｆ１までの、磁気ベアリング２２、２４が浮上したロータを回転させるステップ５７を含んでいる。例えば０Ｈｚ〜１００Ｈｚの間に含まれた第１速度範囲Ｒ１において、磁気ベアリング２２、２４は、回転軸Ｘ−Ｘの周囲のロータシャフトの回転を制御している。
【００６０】
第２稼働は、作動中の磁気ベアリングを、同期力排除モードに切り換えるステップ５８を含み、したがって、ロータは例えば１６０Ｈｚの第２しきい値Ｆ２まで自身の慣性軸の周囲を、力を受けることなく回転する。例えば１００Ｈｚと１６０Ｈｚとの間に含まれた第２速度範囲Ｒ２において、磁気ベアリングは作動中であるが、同期力をまったく生じておらず、ロータは自身の慣性軸の周囲を回転している。
【００６１】
ステップ５９において、磁気ベアリング２２、２４は、臨界速度を超えるために、動的同期減衰モードにおいて作動する。ロータ１４は、例えば３００Ｈｚの第３しきい値Ｆ３まで、動的同期減衰速度において回転する。例えば１６０Ｈｚ〜３００Ｈｚの間に含まれた第３速度範囲Ｒ３において、磁気ベアリングは、ロータシャフトの回転軸Ｘ−Ｘの周囲の回転を制御して、ロータモードの動的減衰に寄与している。
【００６２】
ステップ６０において、Ｆ３よりも上で、磁気ベアリング２２、２４は、動的同期減衰モードから同期力排除モードへと切り換えられ、したがって、ロータは、例えば７５０Ｈｚの第４しきい値Ｆ４まで、自身の慣性軸の周囲を回転する。例えば３００Ｈｚ〜７５０Ｈｚの間に含まれた第４速度範囲Ｒ４において、磁気ベアリングは回転中であるが、同期力を全く生じておらず、ロータは自身の慣性軸の周囲を、力を受けることなく回転する。
【００６３】
補正された不釣合いに関するロータ座標内の一般的な逃げベクトル軌跡は、図４および図５の曲線２によって示されている。曲線２は、補正された不釣合いを伴った逃げ挙動を示している。
【００６４】
第４速度範囲Ｒ４において増大する逃げの増大の原因である不釣り合いの大きさおよび角度位置は、磁気ベアリングを制御する電子制御デバイスから受け取った情報を使用することによって、ステップ６１において特定される。必要であれば、不釣り合いは、バランス平面８４、８６に質量体を配置することによって、補正されることが可能である。
【００６５】
ステップ６２において、必要であれば、速度範囲Ｒ４において増大する逃げの原因である不釣り合いは、補正されることが可能である。上部カバー３８は取り外され、バランス質量体７４、７６は、ロータシャフトの内側に配置される。
【００６６】
図１に示されたように、下側シャフト１８に関して所定の２つの下側バランス平面８６、８８が、および上側シャフト１６に関して所定の２つの上側バランス平面８２、８４が存在している。しかしながら、下側および上側バランス平面の数および位置は、使用されるロータのタイプの関数として地図作製法において決定されている。
【００６７】
各バランス質量体７２、７４、７６、および７８は、例えば１つのバランス平面上で対向位置に配置された２つの質量体のような、ロータシャフトの内周に配置された１つ以上の個別の質量体から形成されることが可能である。各バランス質量体７２、７４、７６、および７８は、例えば平行六面体のような形状を有することが可能であり、２ｇのような例えば数グラムの重量とすることが可能である。それとは異なり、各バランス質量体７２、７４、７６、および７８は、環状形状を有することが可能である。バランス質量体７２、７４、７６、および７８は、金属材料から形成され、例えば接着のような任意の方法によって、ロータシャフトの内側面１６ｃ、１８ｃに固定されている。バランス質量体７２、７４、７６、および７８は、磁性鋼から形成された磁石であり得る。バランス質量体７２、７４、７６、および７８が磁石である場合、例えば接着剤のような固定手段は必要ない。さらに、ロータシャフトを回転させた場合、遠心力は、バランス質量体７２、７４、７６、および７８をロータシャフト１６、１８の内側面１６ｃ、１８ｃに対して押し付ける。
【００６８】
バランス質量体は、適切な工具を使用してステータの上部から導入されることが可能である。
【００６９】
第１しきい値Ｆ１は、例えば１００Ｈｚのような例えば８０Ｈｚ〜１２０Ｈｚの間に含まれている。第２しきい値Ｆ２は、例えば１６０Ｈｚのような例えば１５０Ｈｚ〜２００Ｈｚの間に含まれている。第３しきい値Ｆ３は、例えば３００Ｈｚのような例えば２５０Ｈｚ〜３５０Ｈｚの間に含まれ、第４しきい値Ｆ４は、例えば７５０Ｈｚのような例えば６００Ｈｚ〜１０００Ｈｚの間に含まれている。
【００７０】
バランス方法は、第１可動および第２稼働を含むとして記載されている。しかしながら、バランス方法は、ほぼ完全にロータのバランスを取るために、複数の第１可動および複数の第２稼働を含み得る。
【００７１】
本発明によるバランス方法は、ロータ座標に与えられた、磁気ベアリングによって生じたロータの不釣り合い情報を使用している。必要なバランス質量体の数およびロータ内側でのそれらのバランス質量体の配置される位置は、可撓性ロータ構造のモデルに従って、そのときに計算される。
【００７２】
本発明により、ロータは回転機械の内側において直接釣り合いをとられる。前述のバランス方法は、ロータ座標に与えられた、磁気ベアリングによって生じた情報を使用することにより、ロータの不釣り合いの正確な位置を決定すること、ならびにステータを単純に開放することおよびロータ内側にバランス質量体を配置することにより、不釣り合いを修正することが可能である。
【００７３】
したがって、高価な真空高速バランス装置を使用する必要がなく、釣り合をとるためにおよび釣り合いをとっている間にロータを抜き出す必要がない。
【００７４】
本発明によるバランス方法は、素早く且つ確実に釣り合いをとり、バランスを取る時間およびコストを削減している。
【符号の説明】
【００７５】
１０  ・・・回転機械
１２  ・・・ステータ
１４  ・・・ロータ
１６  ・・・上側シャフト
１８  ・・・下側シャフト
２０  ・・・エネルギ蓄積シリンダ
２２  ・・・上側径方向磁気ベアリング
２４  ・・・下側径方向磁気ベアリング
２６  ・・・軸方向アクチュエータ
２８  ・・・上側径方向タッチダウンベアリング
３０  ・・・下側径方向タッチダウンベアリング
３２  ・・・軸方向タッチダウンベアリング
３４  ・・・筐体
３４ａ  ・・・下側部
３４ｂ  ・・・上側部
３４ｃ  ・・・下側開口部
３４ｄ  ・・・開放端部
３６  ・・・下側ホルダ
３８  ・・・上部カバー
３８ａ  ・・・上側開口部
４０  ・・・上側ホルダ
４２  ・・・モータ／発電機
７２、７４  ・・・上側バランス質量体
７６、７８  ・・・下側バランス質量体
８２、８４  ・・・上側バランス平面
８４、８６  ・・・下側バランス平面
Ｆ  ・・・共振周波数
Ｆ１  ・・・第１しきい値
Ｆ２  ・・・第２しきい値
Ｆ３  ・・・第３しきい値
Ｆ４  ・・・第４しきい値
Ｒ１  ・・・第１速度範囲
Ｒ２  ・・・第２速度範囲
Ｒ３  ・・・第３速度範囲
Ｒ４  ・・・第４速度範囲
Ｓ  ・・・回転速度
【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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【外国語明細書】
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