(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気軸受装置（３、４、６、８）が補助軸受装置を備え、補助軸受装置はロータ構造部分（１０）およびステータ構造部分（１２）を備え、ロータ構造部分（１０）およびステータ構造部分（１２）にロータ側およびステータ側摩擦面（１８、２０、２８、３０、３４、３６）が設けられ、これらの摩擦面は少くとも軸方向に対向し、および障害によるロータのたわみがある場合に相互に接触する、前記磁気軸受装置（３、４、６、８）を備えたロータ（１）の運転方法において、
ロータの半径方向運動を生ずる障害がある場合に、少くとも軸方向摩擦面が接触させられ、これにより、磁気軸受装置の作用を維持したまま、障害となるロータの半径方向運動が、意図的に一時的に加えた軸方向摩擦面間の摩擦により減衰され且つ最終的に除去されることを特徴とする磁気軸受装置を備えたロータの運転方法。
【請求項２】
補助軸受装置が、固定リング（１４、２４）および非固定リング（１６、２６）を備えた少なくとも１つの玉軸受を有し、この場合、非固定リングに軸方向摩擦面（１８、３０、３４）が設けられ、軸方向摩擦面（１８、３０、３４）が、それに付属の対向摩擦面（２０、２８、３６）と接触させられることを特徴とする請求項１の方法。
【請求項３】
玉軸受の固定リング（１４）がロータ（１）と結合され、および非固定リングに対向する摩擦面（２０）がステータ（１２）と結合されていることを特徴とする請求項２の方法。
【請求項４】
玉軸受の固定リング（２４）がステータ（１２）と結合され、および非固定リングに対向する摩擦面（２８）がロータ（１）と結合されていることを特徴とする請求項２の方法。
【請求項５】
磁気軸受装置が少なくとも能動的に制御されるスラスト磁気軸受（６、８）からなることと、および
スラスト磁気軸受（６、８）により、補助軸受装置の軸方向摩擦面（１８、２０、２８、３０、３４、３６）が接触させられ且つ所定の力で相互に圧接されるまで、ロータ（１）がステータ（１２）の方向に移動されることと、
を特徴とする請求項１−４のいずれかの方法。
【請求項６】
駆動装置（３２）により、補助軸受装置の軸方向摩擦面（１８、２０、２８、３０、３４、３６）が接触させられ且つ所定の力で相互に圧接されるまで、補助軸受装置のステータ（１２）がロータ（１）の方向に移動されることを特徴とする請求項１−４のいずれかの方法。
【請求項７】
ロータの半径方向運動が除去されると直ちに、補助軸受装置の軸方向摩擦面（１８、２０、２８、３０、３４、３６）間の接触が再び解放されることを特徴とする請求項１−６のいずれかの方法。
【請求項８】
軸方向摩擦面（１８、２０、２８、３０）がロータ軸に対し直角に配置されていることを特徴とする請求項１−７のいずれかの方法。
【請求項９】
軸方向摩擦面（３４、３６）が円錐形状を有することを特徴とする請求項１−７のいずれかの方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は請求項１の上位概念に記載の磁気軸受装置を備えたロータの運転方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
磁気軸受装置により非接触に支持され且つ芯出しされるロータは、一般に、さらに補助軸受装置を備えている。この補助軸受装置は、一方で、磁気軸受が作動しなくなった場合に支持軸受として使用され、他方で、磁気軸受内に障害があった場合または磁気軸受が故障した場合に補助軸受として使用される。しかしながら、磁気軸受により支持不可能な外力による障害がロータに作用することがある。このときには、ステータに衝突しやすく、この結果、装置を損傷させ、または装置を破壊させることがある。補助軸受装置は、このような場合にロータを支持し、且つ衝突が解除されるまでロータを安全な位置に保持することが可能である。
【０００３】
このような補助装置は、一般に、転がり軸受または滑り軸受のような機械的要素からなり、転がり軸受または滑り軸受は、半径方向および／または軸方向にロータおよびステータから僅かな隙間をなして固定され、且つ上記の障害がある場合に有効に働く。
【０００４】
ロータと補助軸受との間ないし補助軸受とステータとの間の摩擦により、例えばロータの偏心回転のような固有運動の発生が助長され、この固有運動から遠心力が発生し、この遠心力がロータをもはや自由に回転させないようにする。この場合にたわみが発生し、極端な場合には、このたわみが破壊に導くことがある。このような過程において発生する遠心力は、正常な磁気軸受運転に対して設計された軸受により発生可能な力の複数倍の大きさとなる。
【０００５】
通常の補助軸受を用いて、ロータのエネルギーを吸収し且つこれによりロータを制動させることができる。回転速度が相対的に極めて低くなった場合に遠心力は低減され、これにより、このとき磁気軸受は、ロータを再び希望の位置内で安定化させることができる。しかしながら、この補助軸受においては大きな摩耗が発生するので、補助軸受は直ちに交換されなければならない。さらに、しばしばこのような制動により低速度となることが好ましくなく、または全く許容されないことがある。多くの場合、回転速度が著しく低下することなく、および例えば容器を真空にするような、ロータ装置により行われるプロセスが頻繁に中断されることなく、障害となる運動を除去し且つロータを安定化させることがもっぱら望まれている。
【０００６】
破壊作用をするロータの固有運動の発生を防止する高価な補助軸受装置が存在する（例えばドイツ特許公開第４２１００４２号参照）。しかしながら、これらの補助装置は機械的に複雑であり且つ製作費が高価である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
障害が存在する場合に、ロータの回転速度がほとんど低下することなく、磁気軸受により支持されたロータを安定化させ且つ再び正常運転に移行可能な方法を開発することが本発明の課題である。この方法が簡単な手段を用いて実行可能であり、しかも上記の欠点が回避されなければならない。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この課題は請求項１の特徴項に記載の特徴により解決される。請求項２−９は本発明の他の実施態様を示す。
【０００９】
本発明の方法により、軸受装置を備えたロータにおける障害を、ロータの回転速度がほとんど低下することなく制御し且つ抑制することができる。通常の補助軸受装置の場合に必要となるような、多数の欠点を付帯する、回転速度の大きな低下は行われない。さらに、この方法は既に存在する手段を用いて実行されるので、構造的な複雑さおよび設備上の費用は最低におさえられる。これは、特に、請求項５に対応して能動的に制御されるスラスト磁気軸受が存在する場合に適用される。
【００１０】
摩擦面の軸方向接触により、半径方向運動が減衰され且つ除去される。ロータが安定化したのちに摩擦面は再び分離され、およびロータは、その回転速度が著しく低下されることなく、短時間ののちに再びフル回転速度でさらに回転可能である。
【００１１】
補助装置のそれぞれの非固定リングの摩擦面がそれにより付属の対向摩擦面と接触させられる、請求項２に記載の方法は、摩擦により回転運動が著しく制動されることなく、半径方向運動の減衰を可能にする。この方法は、偏心ロータ運動に高い摩擦力が作用し、およびロータの回転運動には最小の摩擦力が作用することにより行われる。
【００１２】
この方法は、玉軸受のリングがロータまたはステータのいずれかに固定されている、請求項３および４に記載の場合に対して適用される。
請求項５に記載のように、能動的に制御されるスラスト磁気軸受により、ロータは能動的制御によりステータの方向に移動されることにより、摩擦面が接触させられる。同様に、請求項６に記載のように駆動装置が存在してもよく、駆動装置は補助軸受装置のステータ構造部分をロータの方向に移動させ、これにより摩擦面を接触させる。
【００１３】
本発明の方法によりロータが再び安定化されたのちに、請求項７に記載のように、摩擦面の接触が解放され且つロータが再び所定の回転速度に戻される。これにより、他の不必要な摩擦損失により回転速度が大幅に低下することが防止される。
【００１４】
請求項９に記載のように、摩擦面を円錐形に形成することにより、安定化したのちにロータが再び直ちに中心位置に戻ることが達成される。これに対して、請求項８に記載のような標準的な実施態様においては、一般に、安定化したのちにロータはラジアル磁気軸受により偏心位置から再び中心位置に戻されなければならないであろう。
【００１５】
図１ないし４により、本発明を一実施例において詳細に説明する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１に駆動装置２を備えたロータ１が示され、および図２に補助軸受装置の拡大図が示されている。この実施例においては、磁気軸受装置は、受動ラジアル磁気軸受装置３、センサ５を備えた能動磁気軸受装置４、およびロータ側のスラスト軸受ディスク６並びにステータ側のスラスト電磁石８を備えた能動スラスト磁気軸受装置からなっている。補助軸受装置に、ロータ上に固定された玉軸受１０および溝を形成する複数のステータ部分１２が付属している。玉軸受１０はその内輪１４がロータに固定されているので、この実施例においては、内輪は固定リングとして使用される。非固定リングとしての外輪１６の正面上に摩擦面１８が設けられている。この摩擦面１８に対向摩擦面２０が付属し、対向摩擦面２０はステータ部分１２上に存在する。
【００１７】
ロータ１の半径方向運動の原因となる障害がある場合に、ロータは能動スラスト磁気軸受装置の電磁石８によりロータの軸方向に移動され、これにより摩擦面１８および２０が接触させられ且つ所定の力で相互に圧接される。これにより、ロータ運動がほとんど制動されることなく、ロータの半径方向運動が制動される。ロータ運動に対して、非固定リングの制御は、両方の玉軸受リング間の小さな摩擦を介して作用するにすぎない。ロータが安定回転を有するほどにロータの半径方向運動が減衰された場合、ロータがスラスト電磁石８により反対方向に移動されることにより、摩擦面の接触は再び解放される。半径方向ロータ運動の安定化を証明するために、既に存在する能動ラジアル軸受４のセンサ５を使用できることが有利である。
【００１８】
制御されないスラスト軸受を有する装置においては、上記の過程が行われるように、ステータ装置が駆動装置３２により軸方向にロータに対して相対的に移動されてもよい。
【００１９】
図１および２に示した実施態様においては、玉軸受の内輪が固定リングとしてロータに装着されている。この構造の変更態様として、玉軸受の外輪が固定リングとしてロータ上に装着され、および内輪が非固定リングとして使用されてもよい。
【００２０】
図３に、玉軸受の固定リング２４がステータ部分と結合され、および非固定リング２６の摩擦面３０に対向する摩擦面２８がロータ上に存在する実施態様が示されている。
【００２１】
上記の実施例に対応して、ここで、玉軸受の内輪が固定リングとしてステータ部分と結合され、および外輪が非固定リングとして使用されてもよい。
すべての実施態様において、障害がある場合に、ロータが安定化され且つ摩擦面の接触が再び解放可能となるまで、上記に対応する過程が行われる。
【００２２】
図４に他の実施態様が示されている。ここでは、玉軸受の非固定リングの摩擦面３４および付属の対向摩擦面３６が円錐形に形成されている。これにより、安定化したのちにロータが再び中心位置に戻ることが達成される。この変更態様は、上記のすべての実施態様と同様に使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】磁気軸受および補助軸受装置を備えたロータの断面図である。
【図２】図１に示した補助軸受装置の拡大断面図である。
【図３】補助軸受装置の他の実施態様の拡大断面図である。
【図４】補助軸受装置のさらに他の実施態様の拡大断面図である。
【符号の説明】
１  ロータ（ロータ構造部分）
２  駆動装置（軸の駆動装置）
３  受動ラジアル磁気軸受装置
４  能動磁気軸受装置（能動ラジアル軸受）
５  センサ
６  スラスト磁気軸受（スラスト軸受ディスク）
８  スラスト磁気軸受（スラスト電磁石）
１０  玉軸受（ロータ構造部分）
１２  ステータ（ステータ構造部分）
１４、２４  固定リング
１６、２６  非固定リング
１８、３０、３４  軸方向摩擦面
２０、２８、３６  対向摩擦面
３２  駆動装置（ステータの駆動装置）
【図１】
0004318395.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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