(57)【要約】  回転機械は、軸（１４）と、ケーシング（１２）と、軸に接続されて、ケーシング内で前記軸を回転可能に支持する少なくとも１つの主磁気軸受と、軸とケーシングとの間に配置されて、軸方向および半径方向の荷重を支持する少なくとも１つの第１および１つの第２の補助転がり軸受（２０、２２）と、軸に配置されて、軸方向荷重を、転がり軸受の内輪に伝える第１および第２の軸方向当接手段（４４、５４）とを備える。回転機械は、前記転がり軸受の内輪（２０ａ、２２ａ）の向かい合う面の間に軸方向に配置され、前記内輪間で軸方向の荷重を伝えるためのスペーサ（２８）と、ケーシングに配置され、外輪（２０ｂ、２２ｂ）の向かい合う面の間に軸方向に位置する、前記外輪のうちの少なくとも１つとケーシングとの間で軸方向荷重を伝えるための少なくとも第１の軸方向保持手段（５８）とをさらに備える。【選択図】図１
2016520182.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸（１４）と、ケーシング（１２）と、前記軸（１４）に接続されて、前記ケーシング内で前記軸を回転可能に支持する少なくとも１つの主磁気軸受（１６）と、前記軸（１４）と前記ケーシング（１２）との間に配置されて、軸方向および半径方向の荷重を支持する少なくとも１つの第１および１つの第２の補助転がり軸受（２０、２２）であって、それぞれが、内輪（２０ａ、２２ａ）、外輪（２０ｂ、２２ｂ）、および、前記内外輪（２０ａ、２２ａ、２０ｂ、２２ｂ）の間に配置された少なくとも１つの転がり要素の列を備えた補助転がり軸受（２０、２２）と、前記軸（１４）に配置されて、軸方向荷重を、前記第１および第２の転がり軸受（２０、２２）の前記内輪（２０ａ、２２ａ）に伝える第１および第２の軸方向当接手段（４４、５４）とを備える回転機械であって、前記転がり軸受（２０、２２）の前記内輪（２０ａ、２２ａ）の向かい合う面の間に軸方向に配置され、前記内輪（２０ａ、２２ａ）間で前記軸方向荷重を伝えるために前記面と軸方向に接触して取り付けられたスペーサ（２８）と、前記ケーシング（１２）に配置され、前記外輪（２０ｂ、２２ｂ）のうちの少なくとも１つと前記ケーシング（１２）との間で前記軸方向荷重を伝えるために、前記第１および第２の転がり軸受（２０、２２）の前記外輪（２０ｂ、２２ｂ）の向かい合う面の間に軸方向に位置する少なくとも第１の軸方向保持手段（５８）とをさらに備えることを特徴とする回転機械。
【請求項２】
各当接手段（４４、５４）が、前記スペーサ（２８）の反対側で、前記内輪（２０ａ、２２ａ）の１つに軸方向に面する、請求項１記載の回転機械。
【請求項３】
前記軸（１４）が、前記軸の外面と前記第１および第２の転がり軸受（２０、２２）の前記内輪（２０ａ、２２ａ）との間に半径方向に挿入された少なくとも１つのスリーブ（２６）を備える、請求項１または２記載の回転機械。
【請求項４】
前記スリーブ（２６）が前記第１および第２の軸方向当接手段（４４、５４）のうちの１つを備える、請求項３記載の回転機械。
【請求項５】
前記ケーシング（１２）が、前記ケーシング（１２）の孔（４２）と前記第１および第２の転がり軸受（２０、２２）のうちの１つの前記外輪（２２ｂ）との間に半径方向に挿入された中間ハウジング（５０）を備える、請求項１乃至４のいずれか１項記載の回転機械。
【請求項６】
前記中間ハウジング（５０）が前記第１の軸方向保持手段（５８）を備える、請求項５記載の回転機械。
【請求項７】
前記ケーシング（１２）に配置されて、前記第１および第２の転がり軸受（２０、２２）の前記外輪（２０ｂ、２２ｂ）を軸方向に維持する第２および第３の軸方向保持手段（４８、５６）であって、それぞれが、連係する転がり軸受に関して、前記第１の軸方向保持手段（５８）の反対側で軸方向に位置する第２および第３の軸方向保持手段（４８、５６）をさらに備える請求項１乃至６のいずれか１項記載の回転機械。
【請求項８】
前記第１および第２の転がり軸受（２０、２２）のそれぞれに軸方向の力を及ぼす少なくとも１つの予圧および減衰要素（６０、６２、６４、６６）を備える請求項１乃至７のいずれか１項記載の回転機械。
【請求項９】
前記ケーシング（１２）の前記第２の軸方向保持手段（４８）と前記連係する転がり軸受の前記外輪との間に軸方向に配置された１つの予圧および減衰要素（６２）を備える請求項７に従属する請求項８記載の回転機械。
【請求項１０】
前記ケーシング（１２）の前記第３の軸方向保持手段（５６）と前記連係する転がり軸受の前記外輪との間に軸方向に配置された１つの予圧および減衰要素（６４）を備える請求項９記載の回転機械。
【請求項１１】
前記ケーシング（１２）の前記第１の軸方向保持手段（５８）とそれぞれ連係する転がり軸受の前記外輪との間に軸方向に配置された１つの予圧および減衰要素（６０、６６）を備える請求項８乃至１０のいずれか１項記載の回転機械。
【請求項１２】
前記予圧および減衰要素（６０、６６）が弾性板ばね、または皿ばね座金を含む、請求項８乃至１１のいずれか１項記載の回転機械。
【請求項１３】
互いに軸方向に接触している２つの第１の転がり軸受（１８、２０）、および互いに軸方向に接触している２つの第２の転がり軸受（２２、２４）を備える請求項１乃至１２のいずれか１項記載の回転機械。
【請求項１４】
前記第１および第２の転がり軸受（２０、２２）が互いに同一である、請求項１乃至１３のいずれか１項記載の回転機械。
【請求項１５】
前記第１および第２の転がり軸受（２０、２２）が、前記主磁気軸受（１６）に隣接して軸方向に配置される、請求項１乃至１４のいずれか１項記載の回転機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示される実施形態は、一般に、少なくとも主能動型磁気軸受および補助転がり軸受を有する回転機械に関する。詳細には、実施形態は、圧縮機、膨張機、タービン、ポンプなどの回転ターボ機械に関する。ターボ機械は、エンジン、タービン、発電、低温用途、オイルおよびガス、石油化学用途などで使用される。
【背景技術】
【０００２】
当業界でよく使用されるターボ機械の一つには、遠心圧縮機があり、これは、ガスが通り抜ける回転遠心インペラによる機械的エネルギーを使用して圧縮性ガスの圧力を上昇させるものである。インペラは圧縮機軸に取り付けられる。回転軸および結合するインペラはロータ組立体を形成し、それは能動型ラジアルおよびアキシャル磁気軸受によって圧縮機のステータ内に支持される。
【０００３】
能動型磁気軸受は、ロータ組立体に対して軸方向および半径方向に電磁気力を加えることによって、前記組立体を浮遊させてステータ内の定位置に維持する。このために、能動型磁気軸受は、電気エネルギーを供給される電磁石を備える。このような磁気軸受では、ロータ組立体は、機械的な接触なしに保持される。このように保持するためには、電磁石に十分な電力を供給する必要がある。
【０００４】
電力供給が中断して、能動型磁気軸受が正常に作動しない、またはその作動が不十分なことが時々起きる。ロータ組立体に過剰な荷重が加えられたときに損傷する場合もある。
【０００５】
これらの場合、能動型磁気軸受はもはや、ステータ内でロータ組立体を中心に保持しない。したがって、ロータ組立体がステータに接触するようになり、機械的な接触状態になる「着地」段階が生じる。
【０００６】
この欠点を克服するために、遠心圧縮機は、能動型磁気軸受に隣接して軸方向に向かい合って圧縮機軸に取り付けられた２つの単列アンギュラコンタクト玉軸受をさらに備える。各補助転がり軸受は、「着地」段階が生じたときに、半径方向および軸方向の荷重の両方を支持するために設けられる。
【０００７】
しかしながら、このような玉軸受では、前記軸受のクリアランスの寸法が許容できないほど変わらずに維持することができる着地段階の回数は限定される。このことは、回転機械の信頼性を下げ、保守作業を増やす。その上、アクセス性が制限される回転機械では、このような保守作業のコストは極めて高くなり得る。
【０００８】
本発明の１つの目的は、これらの欠点を克服することである。
【０００９】
本発明の特定の目的は、着地段階を多くの回数許容できるように、耐用寿命が長い補助転がり軸受を有する回転機械を提供することである。
【００１０】
本発明のさらなる目的は、このような着地段階による保守コストの低い回転機械を提供することである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第４６２９２６１号明細書
【発明の概要】
【００１２】
例示的な実施形態では、回転機械は、軸と、ケーシングと、軸に接続されて、ケーシング内で前記軸を回転可能に支持する少なくとも１つの主磁気軸受と、軸とケーシングとの間に配置されて、軸方向および半径方向の荷重を支持する少なくとも１つの第１および１つの第２の補助転がり軸受であって、それぞれが、内輪、外輪、および、内外輪の間に配置された少なくとも１つの転がり要素の列を備えた補助転がり軸受とを備える。軸に配置されて、軸方向荷重を、第１および第２の転がり軸受の内輪に伝える第１および第２の軸方向当接手段と、前記転がり軸受の内輪の向かい合う面の間に軸方向に配置され、前記内輪間で軸方向荷重を伝えるために前記面と軸方向に接触して取り付けられたスペーサと、ケーシングに配置され、前記外輪のうちの少なくとも１つとケーシングとの間で軸方向荷重を伝えるために、第１および第２の転がり軸受の外輪の向かい合う面の間に軸方向に位置する少なくとも第１の軸方向保持手段とを、回転機械はさらに備える。
【００１３】
第１の転がり軸受と第２の転がり軸受との間にスペーサおよび第１の軸方向保持手段が挿入されているので、当接手段によって加えられた軸方向荷重は、転がり軸受の各対によって分担される。したがって、各転がり軸受の耐用寿命は大幅に延びる。補助転がり軸受によって支えることができる着地段階の回数もまた増える。
【００１４】
各当接手段は、スペーサの反対側で、内輪の１つに軸方向に面することができる。
【００１５】
いくつかの実施形態では、軸は、前記軸の外面と第１および第２の転がり軸受の内輪との間に半径方向に挿入された少なくとも１つのスリーブを備える。スリーブが第１および第２の軸方向当接手段のうちの１つを備えることができることは都合がよい。
【００１６】
１つの実施形態では、ケーシングは、前記ケーシングの孔と第１および第２の転がり軸受のうちの１つの外輪との間に半径方向に挿入された中間ハウジングを備える。中間ハウジングは第１の軸方向保持手段を備えることができる。
【００１７】
ケーシングに配置されて、第１および第２の転がり軸受の外輪を軸方向に維持する第２および第３の軸方向保持手段であって、それぞれが、連係する転がり軸受に関して、第１の軸方向保持手段の反対側で軸方向に位置する第２および第３の軸方向保持手段を、回転機械はさらに備えることができることは都合がよい。
【００１８】
１つの実施形態では、回転機械は、第１および第２の転がり軸受のそれぞれに軸方向の力を及ぼす少なくとも１つの予圧および減衰要素を備える。
【００１９】
動的な軸方向着地荷重の影響を少なくすることができる、少なくとも１つの軸方向予圧および減衰要素を使用すると、各軸受の耐用寿命もまた延びる。
【００２０】
いくつかの実施形態では、回転機械は、ケーシングの第２の軸方向保持手段と連係する転がり軸受の外輪との間に軸方向に配置された１つの予圧および減衰要素を備えることができる。１つの予圧および減衰要素は、ケーシングの第３の軸方向保持手段と連係する転がり軸受の外輪との間に軸方向に配置することができる。回転機械は、ケーシングの第１の軸方向保持手段とそれぞれ連係する転がり軸受の外輪との間に軸方向に配置された１つの予圧および減衰要素を備えることができる。予圧および減衰要素は弾性板ばね、または皿ばね座金を含むことができる。
【００２１】
いくつかの実施形態では、回転機械は、互いに軸方向に接触している２つの第１の転がり軸受、および互いに軸方向に接触している２つの第２の転がり軸受を備える。第１および第２の転がり軸受は互いに同一とすることができるのが都合がよい。１つの実施形態では、第１および第２の転がり軸受は、主磁気軸受に隣接して軸方向に配置される。第１および第２の転がり軸受は、アンギュラコンタクトスラスト玉軸受とすることができる。
【００２２】
非限定的な例として与えられ、添付の図面によって示される、本発明の特定の実施形態の以下の詳細な説明を読むと、使用される他の特徴が明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】例示的な実施形態による回転機械の軸方向部分断面図である。
【図２】図１を拡大した部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
例示的な実施形態を、添付の図面を参照して以下で詳細に説明する。異なる図面における同じ参照符号は、同じ要素とみなす。
【００２５】
図１は、本発明の回転機械１０の例示的な実施形態を部分的に示す。回転機械１０は、ケーシング１２、および軸線１４ａに沿って延在してロータ部品（図示せず）を支持するように構成された回転軸１４を備える。例えば、回転機械が遠心圧縮機の場合には、ロータ部品にはインペラが含まれる。回転軸およびそれに結合するロータ部品はロータ組立体を形成する。
【００２６】
回転機械１０はまた、軸１４に接続され、ケーシング１２内で前記軸を支持する少なくとも１つの主能動型磁気軸受１６、ならびに、磁気軸受１６と連係し、軸１４とケーシング１２との間で半径方向に取り付けられて、前記磁気軸受１６が正常に作動しないときに、それらの間で半径方向および軸方向の荷重を支持して伝える補助転がり軸受１８〜２４を備える。回転機械１０は、補助転がり軸受１８〜２４と軸１４との間で半径方向に配置された環状スリーブ２６、ならびに、転がり軸受１８、２０と他の転がり軸受２２、２４との間で軸方向に挿入された環状スペーサ２８をさらに備える。補助転がり軸受１８〜２４は、磁気軸受１６に隣接して軸方向に、前記軸受と同じ側に配置される。補助転がり軸受１８〜２４は、ケーシング１２に固定され、軸のスリーブ２６を半径方向に取り囲む。転がり軸受１８、２０は、転がり軸受２２、２４から軸方向に間隔を空けて配置される。
【００２７】
主磁気軸受１６はケーシング１２の一端に設けることができる。磁気軸受１６はアキシャル型の軸受である。主ラジアル型磁気軸受（図示せず）はまた、アキシャル磁気軸受１６と連携して回転軸１４を支持することができる。能動型磁気軸受１６は、ケーシング１２に固定されたステータ電気子３０、および回転軸１４に固定された円盤状のロータ電気子３２を備える。ステータ電気子３０は、従来の様態では、環状コイル３６、および、局所的に塊状になり、または積層することができる強磁性体３８を含むステータ磁気回路３４を備える。ステータ電気子３０はまた、磁気回路３４が内部に配置される環状保護支持体４０を備える。支持体４０は、それ自体がケーシング１２に固定された静止支持要素４１に固定される。ステータ磁気回路３４は、機械的に接触せずにロータ電気子３２に軸方向に面して配置される。
【００２８】
正常な運転では、すなわち、磁気軸受が正常に動作し、軸１４に過剰な荷重がない場合には、前記軸受は、ロータ組立体をケーシング１２の中心に保持する。磁気軸受が正常に動作していないときは、転がり軸受１８〜２４は、ケーシング１２内で軸１４の半径方向および軸方向の動きを制限して、それらの間で軸方向および半径方向の荷重を支持して伝える。詳細に説明するように、転がり軸受１８〜２４の配置は、それらの耐用寿命が延びるように構成される。
【００２９】
開示の実施形態では、転がり軸受１８〜２４は、アンギュラコンタクトスラスト転がり軸受である。転がり軸受１８〜２４は、対になって向かい合わせで配置され、各転がり軸受の対が、両方向に作用する軸方向の荷重に適応することができる。各対では、２つの転がり軸受が軸方向に互いに接触している。転がり軸受１８〜２４は同一であるので、本明細書ではそれらのうちの１つだけを説明するが、他の転がり軸受の同一の要素も同じであることは理解される。
【００３０】
図２に、より明瞭に示すように、転がり軸受１８は、内輪１８ａ、外輪１８ｂ、および前記内外輪の間に半径方向に挿入された複数の転がり要素１８ｃ、この場合は玉、を備える。転がり軸受１８の軸線は、軸の軸線と同軸である。内輪１８ａは、スリーブ２６の円筒状外面の周りにはめ込まれる円筒状孔、円筒状外面、孔と外面の軸方向の範囲を定める両側の２つの半径方向面、および転がり要素１８ｃのための外面に形成された半径方向外向きのドーナツ状円形軌道を含む。外輪１８ｂは、ケーシングの軸方向孔４２内にはめ込まれる円筒状外面、第１の小径円筒状孔、第２の大径円筒状孔、ならびに、転がり軸受１８が一方向のみの軸方向荷重に適応できるように前記孔に接続する、転がり要素１８ｃのための円形軌道を含む。外輪１８ｂはまた、外面と孔の軸方向の範囲を定める両側の２つの半径方向面を含む。
【００３１】
上記のように、２つの転がり軸受１８、２０は軸方向に互いに接触して取り付けられる。転がり軸受１８の内輪１８ａおよび外輪１８ｂの半径方向面は、もう一つの転がり軸受２０の方を軸方向に向いており、前記軸受の内輪２０ａおよび外輪２０ｂの対応する半径方向面に軸方向に突き当たる。内輪１８ａの反対側の半径方向面は、スリーブ２６の軸方向端に形成された半径方向環状リブ４４に軸方向に面しており、前記リブは、軸に形成された半径方向肩部４６と軸方向に当接する。リブ４４は内輪１８ａのための当接手段を形成する。軸方向のクリアランス４５が、リブ４４と内輪１８ａとの間に設けられる。転がり軸受１８の反対側で軸方向に位置する、すなわち軸方向外向きの内輪２０ａの半径方向面は、スペーサ２８と軸方向に当接する。
【００３２】
外輪１８ｂの半径方向面は、転がり軸受２０の反対側で軸方向に、ケーシングの孔４２に形成され半径方向内向きに延在する半径方向突起４８に軸方向に面する。孔４２は、階段状であり、小径の軸方向面４２ａ、大径の軸方向面４２ｂ、および前記２つの軸方向面の間に設けられた半径方向面４２ｃを含む。転がり軸受の外輪１８ｂ、２０ｂは、孔の小径の軸方向面４２ａ内に取り付けられる。突起４８は、前記軸方向面４２ａの軸方向端に形成される。転がり軸受２０は、孔の半径方向面４２ｃに対してわずかに軸方向に突き出る。
【００３３】
回転機械１０は、孔の大径の軸方向面４２ｂと接触して半径方向に取り付けられた中間ハウジング５０をさらに備える。ハウジング５０は、例えばボルトで、ケーシング１２に固定される。ハウジングは、転がり軸受２２、２４の外輪を内部にはめ込む軸方向孔５２を含む。転がり軸受２４は、孔５２に対してわずかに外向きに軸方向に突き出る。
【００３４】
上記のように、２つの転がり軸受２２、２４は互いに接触して軸方向に取り付けられる。転がり軸受２２、２４は、両方向に作用する軸方向の荷重に適応できるように向かい合って配置される。転がり軸受２２の内輪２２ａおよび外輪２２ｂの半径方向面は、もう一つの転がり軸受２４の方を軸方向に向いており、前記軸受の内輪２４ａおよび外輪２４ｂの対応する半径方向面に軸方向に突き当たる。内輪２２ａの反対側の半径方向面は、スペーサ２８に軸方向に突き当たる。スペーサ２８は、一方の側で転がり軸受２２と軸方向に当接し、他方の側で転がり軸受２０と軸方向に接触する。開示の実施形態では、スペーサ２８の半径方向の寸法は、内輪２０ａ、２２ａのうちの１つと等しい。
【００３５】
回転機械１０は、軸１４に固定された当接リング５４をさらに備える。当接リング５４は、転がり軸受２２の反対側で軸方向に位置する、すなわち軸方向外向きの、内輪２４ａの半径方向面に軸方向に面する。当接リング５４は、スリーブ２６に軸方向に突き当たる。軸方向のクリアランス５５が、当接リング５４と内輪２４ａとの間に設けられる。回転機械１０はまた、例えばボルトで、ケーシング１２に固定され、当接リング５４を半径方向に取り囲む保持リング５６を備える。保持リング５６は、軸方向外向きの外輪２４ｂの半径方向面に軸方向に面する。軸方向内向きの外輪２２ｂの半径方向面は、ハウジングの孔５２に形成され、半径方向内向きに延在する半径方向突起５８に面する。転がり軸受２２、２４の外輪は、ケーシング１２に配置された止め手段、または保持手段、すなわち、突起５８および保持リング５６によって、孔５２内の定位置で軸方向に保持される。転がり軸受１８、２０の外輪は、突起４８、５８によって、ケーシングの孔４２内の定位置で軸方向に保持される。
【００３６】
転がり軸受１８〜２４は、軸１４の外面に取り付けられたスリーブ２６の周りに半径方向に配置される。半径方向のクリアランス５９が、転がり軸受の内輪の孔およびスペーサ２８の孔と、スリーブ２６の外面との間に設けられる。スリーブ２６は軸方向に、一端で、軸に形成された半径方向肩部４６に突き当たり、軸方向反対側の端で、当接リング５４に突き当たる。
【００３７】
回転機械１０は、弾性ばね６０、６２、６４、および６６をさらに備えて、転がり軸受１８、２０、および２２、２４に軸方向に予荷重をかける。弾性ばね６０は、ケーシング１２の半径方向面４２ｃに固定され、軸方向外向きの、すなわち、もう一つの転がり軸受１８の反対側で軸方向に位置する転がり軸受の外輪２０ｂの半径方向面に作用する。弾性ばね６０は、一方の側で転がり軸受２０と軸方向に当接し、他方の側では中間ハウジング５０の突起５８に対して軸方向隙間が設けられる。弾性ばね６０は、転がり軸受２０に常に軸方向の力を及ぼす。弾性ばね６０はまた、転がり軸受２０を介して、もう一つの転がり軸受１８を突起４８に向けて軸方向に押して予荷重を与えようとする。したがって、弾性ばね６０によって加えられた荷重は、転がり軸受１８、２０の両方に突起４８の方へ軸方向の予圧をかける。開示の実施形態では、軸方向弾性ばね６０は、２枚の重ねられた金属弾性板ばねを含む。
【００３８】
弾性ばね６２は、ケーシングの突起４８と転がり軸受の外輪１８ｂの半径方向面との間に軸方向に配置される。弾性ばね６２は、一方の側で転がり軸受１８と軸方向に当接し、他方の側で突起４８と軸方向に接触する。弾性ばね６２は常に、転がり軸受１８に、弾性ばね６０によって及ぼされる軸方向の力とは反対方向に軸方向の力を及ぼす。弾性ばね６０、６２は両方とも、２つの転がり軸受１８、２０に軸方向に予荷重を与える。ここで、弾性ばね６２の半径方向の寸法は、外輪１８ｂおよび突起４８の半径方向の寸法と実質的に等しい。開示の実施形態では、軸方向弾性ばね６２は、例えば、皿ばね型の金属弾性座金である。
【００３９】
弾性ばね６４は、中間ハウジング５０に固定され、軸方向外向きの、すなわち、もう一つの転がり軸受２２の反対側で軸方向に位置する転がり軸受の外輪２４ｂの半径方向面に作用する。弾性ばね６４は、一方の側で転がり軸受２４と軸方向に当接し、他方の側では保持リング５６に対して軸方向隙間が設けられる。弾性ばね６４は、前記転がり軸受２４に常に軸方向の力を及ぼす。弾性ばね６４はまた、転がり軸受２４を介して、もう一つの転がり軸受２２を中間ハウジングの突起５８に向けて軸方向に押して予荷重を与えようとする。したがって、弾性ばね６４によって加えられた荷重は、転がり軸受２２、２４の両方に突起５８の方へ軸方向に予圧をかける。開示の実施形態では、軸方向弾性ばね６４は、２枚の重ねられた金属弾性板ばねを含む。
【００４０】
弾性ばね６６は、中間ハウジングの突起５８と転がり軸受の外輪２２ｂの半径方向面との間に軸方向に配置される。弾性ばね６６は、一方の側で転がり軸受２２と軸方向に当接し、他方の側で突起５８と軸方向に接触する。弾性ばね６６は常に、転がり軸受２２に、弾性ばね６４によって及ぼされる軸方向の力とは反対方向に軸方向の力を及ぼす。弾性ばね６４、６６は両方とも、２つの転がり軸受２２、２４に軸方向に予荷重を与える。ここで、弾性ばね６６の半径方向の寸法は、外輪２２ｂおよび突起５８の半径方向の寸法と実質的に等しい。開示の実施形態では、軸方向弾性ばね６６は、例えば、皿ばね型の金属弾性座金である。
【００４１】
ケーシングの孔の軸方向面４２ａと半径方向に接触して取り付けられ、転がり軸受の外輪１８ｂ、２０ｂを半径方向に取り囲む環状減衰スリーブ７０を、回転機械はさらに備える。減衰スリーブ７０は波形の積層体とすることができる。半径方向のクリアランス７２が、減衰スリーブ７０と外輪１８ｂ、２０ｂの外面との間に設けられる。同様の配置が、転がり軸受２２、２４とハウジング５０との間にも設けられる。実際、ハウジングの孔５２と半径方向に接触して取り付けられ、転がり軸受の外輪２２ｂ、２４ｂを半径方向に取り囲む環状減衰スリーブ７４を、回転機械はまた備える。半径方向のクリアランス７６が、減衰スリーブ７４と外輪２２ｂ、２４ｂの外面との間に設けられる。減衰スリーブ７４は波形の積層体とすることができる。
【００４２】
正常な運転では、能動型磁気軸受は、軸１４をケーシング１２の中心に保持し、転がり軸受１８〜２４の内輪と、スリーブ２６および当接リング５４との間の接触はない。弾性ばね６０〜６４は転がり軸受１８〜２４に軸方向に予荷重を与え、それによって、前記軸受が予期せずに回転することはない。
【００４３】
着地段階になったとき、軸１４は、ケーシング１２内を軸方向および半径方向の両方向に動き得る。スリーブ２６と転がり軸受１８〜２４の内輪との間に設けられた半径方向のクリアランス５９によって、軸１４は、スリーブが前記内輪と半径方向で接触するまで半径方向に動くことができる。接触すると、前記軸受の内輪１８ａ、２０ａが回転する。半径方向の動的な着地荷重は、転がり軸受１８〜２４によって支持される。スリーブ２６および当接リング５４と、転がり軸受１８〜２４の内輪との間に設けられた軸方向のクリアランス４５、５５によって、軸１４は、軸方向に動くことができる。
【００４４】
磁気軸受のロータ電気子３２が転がり軸受１８〜２４の方へ軸方向に動くように、着地段階で軸１４が軸方向に移動した場合、スリーブのリブ４４は転がり軸受の内輪１８ａに軸方向に当接する。リブ４４によって内輪１８ａに加えられた軸方向の動的な着地荷重は、連係する転がり軸受の内輪２０ａに伝えられる。加えられた軸方向荷重の一部は、内輪２０ａから、転がり要素２０ｃを通じて転がり軸受の外輪２０ｂへ、次いで、ばね６０、さらにケーシング１２へ伝えられる。加えられた軸方向荷重の別の部分は、内輪２０ａから、軸方向スペーサ２８へ、次いで、軸方向に接触している他の２つの転がり軸受２２、２４の内輪２２ａ、２４ａへ伝えられる。加えられた軸方向荷重の前記部分は、内輪２４ａから、転がり要素２４ｃを通じて転がり軸受の外輪２４ｂへ、次いで、ばね６４へ、中間ハウジング５０へ、さらにケーシング１２へ伝えられる。軸方向荷重が大きい場合、半径方向突起５８は、転がり軸受の外輪２０ｂの軸方向変位を制限する当接手段を形成し、保持リング５６もまた、転がり軸受の外輪２４ｂの軸方向変位を制限する当接手段を形成する。
【００４５】
着地段階で、軸１４が反対方向の軸方向に移動した場合、当接リング５４は、転がり軸受の内輪２４ａに軸方向に当接する。当接リング５４によって内輪２４ａに加えられた軸方向の動的な着地荷重は、連係する転がり軸受の内輪２２ａに伝えられる。加えられた軸方向荷重の一部は、内輪２２ａから、転がり要素２２ｃを通じて転がり軸受の外輪２２ｂへ、次いで、中間ハウジング５０の半径方向突起５８、さらにケーシング１２へ伝えられる。加えられた軸方向荷重の別の部分は、内輪２２ａから、スペーサ２８へ、次いで、軸方向に接触している他の２つの転がり軸受１８、２０の内輪２０ａ、１８ａへ伝えられる。加えられた軸方向荷重の前記部分は、内輪１８ａから、転がり軸受の外輪１８ｂへ、次いで、ケーシング１２へ伝えられる。
【００４６】
転がり軸受１８、２０の一対と転がり軸受２２、２４の他の対との間にスペーサ２８および突起５８が挿入されているので、着地段階になったとき、リブ４４または当接リング５４のどちらかによって加えられた軸方向の荷重は、転がり軸受の各対によって分担される。したがって、各転がり軸受の耐用寿命は大幅に延びる。補助転がり軸受１８〜２４によって支えることができる着地段階の回数もまた増える。
【００４７】
軸方向の着地荷重のために２つの経路がある。すなわち、前記荷重の一方の部分は、転がり軸受の一対によってのみ担い、次いで、ケーシング１２に伝わり、他方の部分は、転がり軸受の二対によって担い、次いで、ケーシングに伝わる。転がり軸受の二対は互いに同一であるので、前記対の剛性のレベルは同じであり、軸方向荷重はそれらの間で均等に分配される。したがって、各転がり軸受の耐用寿命もまた延びる。そのほか、弾性ばね６０〜６６は、軸方向の着地荷重を減衰することができる。前記弾性ばねは２つの機能を果たす。すなわち、転がり軸受１８〜２４に軸方向に予荷重を与えること、加えて、軸方向の着地荷重を減衰することである。着地段階になったとき、軸１４は、転がり軸受１８〜２４とは接触せずに保持されている状態から、転がり軸受１８〜２４と機械的に接触することによって保持される状態に移る。
【００４８】
開示の実施形態では、転がり軸受１８〜２４は、アンギュラコンタクトスラスト玉軸受である。これに代えて、転がり軸受は、例えば、深溝玉軸受、４点接触玉軸受、円すいころ軸受、球面ころ軸受などとすることができる。
【００４９】
上記では、それぞれが単列の転がり要素を有する４つの転がり軸受を備える回転機械を参照して説明されている。しかしながら、これは、軸方向スペーサによって互いに軸方向に間隔を空けて配置され、それぞれが単列の転がり要素、または少なくとも２列の転がり要素を有する２つの転がり軸受を備える回転機械に同様に適用することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１０  回転機械
１２  ケーシング
１４  回転軸
１４ａ  軸線
１６  磁気軸受
１８  転がり軸受
１８ａ  内輪
１８ｂ  外輪
１８ｃ  転がり要素
２０  転がり軸受
２０ａ  内輪
２０ｂ  外輪
２０ｃ  転がり要素
２２  転がり軸受
２２ａ  内輪
２２ｂ  外輪
２２ｃ  転がり要素
２４  転がり軸受
２４ａ  内輪
２４ｂ  外輪
２４ｃ  転がり要素
２６  スリーブ
２８  スペーサ
３０  ステータ電気子
３２  ロータ電気子
３４  ステータ磁気回路
３６  環状コイル
３８  強磁性体
４０  環状保護支持体
４１  静止支持要素
４２  孔
４２ａ  小径の軸方向面
４２ｂ  大径の軸方向面
４２ｃ  半径方向面
４４  リブ
４５  軸方向のクリアランス
４６  肩部
４８  突起
５０  中間ハウジング
５２  孔
５４  当接リング
５５  軸方向のクリアランス
５６  保持リング
５８  突起
５９  半径方向のクリアランス
６０  弾性ばね
６２  弾性ばね
６４  弾性ばね
６６  弾性ばね
７０  減衰スリーブ
７２  半径方向のクリアランス
７４  減衰スリーブ
７６  半径方向のクリアランス
【図１】
2016520182.tif 000003
【図２】
2016520182.tif 000004
【国際調査報告】
2016520182.tif 000005
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