(57)【要約】  回転機械のための磁気軸受アセンブリであって、ロータ回路（１７）と固定支持要素（２６）に固定されるステータ磁気回路（１８）とを有し、ステータ磁気回路が少なくとも１つの強磁性材料体（２２）と少なくとも１つのコイル（２０）とを有し、これらはいずれも、前記強磁性体（２２）の回転面（２２ａ）と前記１つのコイル（２０）の回転面（２０ａ）とが露出されたまま、ロータ回路（１７）の回転面（１６ｄ，１６ｅ）と対向して保護環状ハウジング（２４）内に取り付けられる、磁気軸受アセンブリ。軸受アセンブリ（１０）は、能動型磁気軸受（１０）を冷却するための流体の流れを発生させるためにロータ回路（１７）上に固定される少なくとも１つのブレード列（３０，３２）を備える。【選択図】図１
2016522369.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転機械のための磁気軸受アセンブリであって、ロータ回路（１７）と固定支持要素（２６，５２）に固定されるステータ磁気回路（１８，４４）とを有し、前記ステータ磁気回路（１８，４４）が少なくとも１つの強磁性材料体（２２，４８）と少なくとも１つのコイル（２０，４６）とを有し、これらはいずれも、前記強磁性体（２２，４８）の回転面（２２ａ，４８ａ）と前記１つのコイル（２０，４６）の回転面（２０ａ，４６ａ）とが露出されたまま、前記ロータ回路（１７）の回転面（１６ｄ，１６ｅ，１２ｂ）と対向して保護環状ハウジング（２４，５０）内に取り付けられる、磁気軸受アセンブリにおいて、前記軸受アセンブリ（１０，４０）が前記ロータ回路（１７）上に固定される少なくとも１つのブレード列（３０，３２，５６，５８）を備えることを特徴とする磁気軸受アセンブリ。
【請求項２】
前記１つのブレード列（３０，３２，５６，５８）が前記ロータ回路（１７）から延びる複数のブレードを備える請求項１記載の磁気軸受アセンブリ。
【請求項３】
前記ロータ回路（１７）が環状スラストカラー（１６）を備え、この環状スラストカラー（１６）は、ロータシャフト（１２）に固定される軸方向部分（１６ａ）を有するとともに、径方向部分（１６ｂ）によって前記ステータ磁気回路（１８）へ向けて径方向に延び、前記径方向部分（１６ｂ）は、前記強磁性体（２２）及び前記１つのコイル（２０）の露出面（２０ａ，２２ａ）と対向する請求項１又は２記載の磁気軸受アセンブリ。
【請求項４】
前記ブレード列（３０，３２）は、前記環状スラストカラー（１６）に固定されるとともに、前記環状スラストカラー（１６）から前記ステータ磁気回路（１８）へ向けて径方向に延びる請求項３記載の磁気軸受アセンブリ。
【請求項５】
前記軸受（１０）がアキシャル型磁気軸受である請求項３又は４のいずれか１項記載の磁気軸受アセンブリ。
【請求項６】
前記軸受（４０）がラジアル型磁気軸受である請求項１又は２記載の磁気軸受アセンブリ。
【請求項７】
前記１つのブレード列（３０，３２，５６，５８）が複数の軸方向ブレードを備える請求項１乃至６のいずれか１項記載の磁気軸受アセンブリ。
【請求項８】
前記１つのブレード列（３０，３２，５６，５８）が複数の径方向ブレードを備える請求項１乃至６のいずれか１項記載の磁気軸受アセンブリ。
【請求項９】
前記１つのブレード列（３０，３２，５６，５８）は、形状がラジアル型とアキシャル型との組み合わせである複数のブレードを備える請求項１乃至６のいずれか１項記載の磁気軸受アセンブリ。
【請求項１０】
２つのブレード列（３０，３２，５６，５８）を備える請求項１乃至９のいずれか１項記載の磁気軸受アセンブリ。
【請求項１１】
前記ラジアル型磁気軸受（４０）が前記２つのブレード列（５６，５８）間に軸方向に位置される請求項６乃至１０のいずれか１項記載の磁気軸受アセンブリ。
【請求項１２】
前記ステータ磁気回路（１８）が２つの強磁性材料体（２２）を備え、前記各強磁性材料体（２２）は、前記環状スラストカラー（１６）の径方向部分（１６ｂ）の径方向側面（１６ｄ，１６ｅ）と対向し、前記各ブレード列（３０，３２）は、前記カラー（１６）の前記軸方向部分（１６ａ）上に固定されるとともに、前記環状スラストカラー（１６）と前記各ステータ磁気回路（１８）との間に径方向に位置される請求項６及び１０記載の磁気軸受アセンブリ。
【請求項１３】
ステータと、前記ステータ内に回転可能に取り付けられるロータと、前記ロータと前記ステータとの間に径方向に配置される請求項１乃至１２のいずれか１項記載の少なくとも１つの磁気軸受アセンブリ（１０，４０）とを備えるターボマシン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸受に関し、特に、ロータを有する回転機械で使用される磁気軸受に関する。
【０００２】
特に、本発明は、径方向に配置される電磁要素を有するとともに、ロータに固定されるロータ回路と協働するようになっている能動型磁気軸受に関する。
【背景技術】
【０００３】
アキシャル型磁気軸受は、電磁力を使用して、ロータシャフトに固定されるスラストカラーに対向して引き寄せ、固定構成要素（ステータ）に対する回転アセンブリ（ロータ）の相対的な位置を維持する。スラストカラーは、一般に、ロータに固定される平坦な中実の強磁性ディスクである。ディスク形状の電磁要素がスラストカラーの両側に位置されて回転機械ハウジングにボルト留めされ、それにより、能動型アキシャル磁気軸受が形成される。
【０００４】
回転機械における磁気軸受の使用は、特に腐食性流体又は高温流体の場合において益々広がってきている。したがって、軸受の耐用年数を高めるために磁気軸受の内部換気が重要である。
【０００５】
電磁要素に対するスラストカラーの相対的な動きにより発生される摩擦が流体の径方向の流れを生み出し、この流れが磁気軸受の冷却を引き起こす。
【０００６】
しかしながら、そのような流れは、２つの構成要素間の摩擦とロータの回転速度とに依存し、したがって、信頼できない。また、圧力分布における不確かさに起因して、逆流が出現する可能性があり、それにより、冷却流体の流れの欠如がもたらされる。
【０００７】
現在の磁気軸受は十分な内部換気をもたらさず、そのため、流体の流れは、アキシャル型磁気軸受を冷却するには不十分となる。
【０００８】
本発明の目的は、前記欠点を改善することである。
【０００９】
本発明の特定の目的は、製造を容易にしつつ、冷却流を促進させる磁気軸受アセンブリを提供することである。
【００１０】
本発明の他の目的は、軸受内の差圧が不足している場合であっても冷却流体の流れの再循環を確保することである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】欧州特許出願公開第１７１７４６８号公報
【発明の概要】
【００１２】
１つの実施形態において、回転機械のための磁気軸受アセンブリは、ロータ回路と、固定支持要素に固定されるステータ磁気回路とを備え、ステータ磁気回路が少なくとも１つの強磁性材料体と少なくとも１つのコイルとを有し、これらはいずれも、前記強磁性体の円周面と前記１つのコイルの円周面とが露出されたまま、ロータ回路の回転面と対向して保護環状ハウジング内に取り付けられる。
【００１３】
軸受アセンブリは、ロータ回路上に固定される少なくとも１つのブレード列を備える。
【００１４】
そのようなブレード列は、磁気軸受の冷却を促進させる冷却流体の流れの送出を容易にする。
【００１５】
好適には、前記１つのブレード列がロータ回路から延びる複数のブレードを備える。
【００１６】
一実施形態では、ロータ回路が環状スラストカラーを備え、この環状スラストカラーは、ロータシャフトに固定される軸方向部分を有するとともに、径方向部分によってステータ磁気回路へ向けて径方向に延び、前記径方向部分は、前記強磁性体及び前記１つのコイルの露出面と対向する。
【００１７】
前記ブレード列は、例えば、環状スラストカラーに固定されるとともに、環状スラストカラーからステータ磁気回路へ向けて径方向に延びる。
【００１８】
一実施形態では、軸受がアキシャル型磁気軸受である。
【００１９】
他の実施形態では、軸受がラジアル型磁気軸受である。
【００２０】
前記１つのブレード列は、複数の軸方向ブレード又は複数の径方向ブレード又はラジアル型ブレードとアキシャル型ブレードとの組み合わせを備えてもよい。
【００２１】
一実施形態では、軸受アセンブリが２つのブレード列を備える。
【００２２】
前記ラジアル型磁気軸受が２つのブレード列間に軸方向に位置され得る。
【００２３】
一実施形態では、ステータ磁気回路が２つの強磁性材料体を備え、各強磁性材料体は、前記環状スラストカラーの径方向部分の径方向側面と対向し、各ブレード列は、前記カラーの軸方向部分上に固定されるとともに、環状スラストカラーと各ステータ磁気回路との間に径方向に位置される。
【００２４】
本発明の他の態様によれば、ターボマシンは、ステータと、前記ステータ内に回転可能に取り付けられるロータと、ロータとステータとの間に径方向に配置される前述した少なくとも１つの磁気軸受アセンブリとを備える。
【００２５】
本発明は、添付図面に例示されて専ら非限定的な例として見なされる多くの実施形態の詳細な説明を検討することにより更に良く理解され得る。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る磁気軸受アセンブリの軸方向半断面である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る磁気軸受アセンブリの軸方向半断面である。
【図３】図２の線III-IIIにしたがった断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
典型的な実施形態の以下の詳細な説明は、添付図面を参照する。異なる図面中の同じ参照数字は、同じ又は同様の要素を特定する。また、図面は、必ずしも原寸に比例して描かれるとは限らない。
【００２８】
図１に示されるように、全体的に参照数字１０により示される磁気軸受アセンブリは、回転機械（図示せず）内に取り付けられるようになっており、回転機械は、ケーシング又はハウジングと、軸Ｘ−Ｘに沿って延びるとともにロータ部品（図示せず）を支持するようになっている回転シャフト１２とを備える。例えば、回転機械が遠心圧縮機である場合には、ロータ部品がインペラを備える。
【００２９】
図１に示されるように、磁気軸受１０は、アキシャル型のものであり、ステータケーシング内で前記ロータシャフト１２を支持するようになっている。
【００３０】
能動型磁気軸受１０は、ステータケーシングに固定されるステータ電機子１４と、回転シャフト１２に固定されるディスクの形状を有するロータ電機子１６又は環状スラストカラーとを備える。
【００３１】
環状スラストカラー１６及びロータシャフト１２はロータ回路１７を形成する。環状スラストカラー１６は、ロータシャフト１２に固定される軸方向プレート１６ａから、外側円筒面１６ｃと２つの側面１６ｄ，１６ｅとを有する径方向部分１６ｂにより、ステータ磁気回路１８へ向けて径方向に延びる。
【００３２】
ステータ電機子１４はステータ磁気回路１８を備え、ステータ磁気回路１８は、従来の態様では、１つ以上の環状コイル２０と、局所的にひと塊であってもよい又は積層されてもよい２つの強磁性体２２とを含む。図１の例では、各強磁性体２２が２つの環状コイル２０を収容する。また、ステータ電機子１４は保護環状支持体又は環状ハウジング２４も備え、支持体２４内には、前記強磁性体２２の回転面２２ａ及び各コイル２０の回転面２０ａが露出されたままステータ磁気回路１８が配置される。支持体２４は固定支持要素２６に固定され、固定支持要素２６自体はケーシングに固定される。図示のように、回転面２０ａ，２２ａは軸方向側面である。
【００３３】
図示のように、スラストカラー１６の径方向部分１６ｂは、各強磁性体２２及び各コイル２０の露出面２０ａ，２２ａとそれぞれ対向する。言い換えると、ステータ磁気回路１８は、機械的な接触を伴わずに、環状スラストカラー１６とステータ磁気回路１８との間に軸方向隙間２８を残しつつ、環状スラストカラー１６の径方向部分１６ｂの径方向側面１６ｄ，１６ｅのうちの一方と軸方向で対向して配置される。
【００３４】
回転シャフト１２には、スラストカラー１６の軸方向の位置決めのために段付き形状部１２ａが設けられてもよい。或いは、環状スラストカラー１６を例えばロータシャフト１２と一体に形成することができる。
【００３５】
図１に示されるように、軸受アセンブリ１０は２つのブレード列３０，３２を備え、これらのブレード列は、スラストカラー１６の軸方向プレート１６ａ上に固定されるアキシャル又はラジアル又はこれらの組み合わせであってもよい複数のブレート（図示せず）を備える。ブレード３０，３２は、環状スラストカラー１６からステータ磁気回路１８へ向けて径方向に延びる。或いは、ブレード列３０，３２をロータシャフト１２に直接に固定することができる。図示のように、各ブレード列３０，３２は、環状ハウジング２４とブレード列３０，３２のうちの一方との間に径方向空隙３４を残しつつ、環状スラストカラー１６とステータ磁気回路１８の各環状ハウジング２４との間に径方向に位置され得る。
【００３６】
そのようなブレード列３０，３２は、磁気軸受の内側の換気を高めるとともに、磁気軸受を冷却できるようにする。
【００３７】
同一の部分が同じ参照符号を有する図２及び図３に示される実施形態は、磁気軸受のタイプが図１の実施形態とは異なる。
【００３８】
図２及び図３に示されるように、磁気軸受４０は、ラジアル型のものであり、ステータケーシングの内側で前記ロータシャフト１２を径方向に支持するようになっている。
【００３９】
径方向磁気軸受４０は、ステータケーシングに固定されるステータ電機子４２とロータ回路１７を形成する回転シャフト１２とを備える。或いは、更なるロータ電機子がステータ電機子４２と対向してロータシャフト１２に固定されてもよい。
【００４０】
ステータ電機子４２はステータ磁気回路４４を備え、ステータ磁気回路４４は、従来の態様では、１つ以上のコイル４６と、局所的にひと塊であってもよい又は積層されてもよい１つの環状の強磁性体４８とを含む。図３に示されるように、強磁性体４８は、周方向に等間隔で離間される４つのコイル４６を収容する。また、ステータ電機子４２は保護環状支持体又は環状ハウジング５０も備え、支持体５０内には、前記強磁性体４８の回転面４８ａ及び各コイル４６の回転面４６ａが露出されたままステータ磁気回路４４が配置される。保護環状支持体５０は固定支持要素５２に固定され、固定支持要素５２自体はケーシングに固定される。
【００４１】
図示のように、ロータシャフト１２の外側円柱面１２ｂは、各強磁性体４８及び各コイル４６それぞれの露出面４６ａ，４８ａと対向する。言い換えると、ステータ磁気回路４４は、ロータシャフト１２とステータ磁気回路４４との間に径方向隙間５４を残しつつ、ロータシャフト１２の外側円柱面１２ｂと径方向で対向して配置される。
【００４２】
図２に示されるように、軸受アセンブリ４０は２つのブレード列５６，５８を備え、これらのブレード列は、ロータシャフト１２の外側円柱面１２ｂ上に固定されるアキシャル又はラジアル又はこれらの組み合わせであってもよい複数のブレート（図示せず）を備える。ブレード５６，５８は、ロータシャフト１２からステータ磁気回路４４へ向けて軸方向に延びる。図示のように、ステータ磁気回路４４は、環状ハウジング５０と各ブレード列５６，５８との間に軸方向空隙５９を残しつつ、２つのブレード列５６，５８間に軸方向に位置される。
【００４３】
一例として、磁気軸受アセンブリは、回転シャフト１２を支持するために、図１に示されるアキシャル型磁気軸受１０に関連付けられる図２に示されるラジアル型磁気軸受４０の組み合わせを備えてもよい。
【００４４】
本発明により、各磁気軸受アセンブリが冷却流を促進させた。
【００４５】
実際に、ブレード列は、能動型磁気軸受の冷却を促進させる流体の流れの送出を容易にする。したがって、磁気軸受には内部換気がもたらされる。
【符号の説明】
【００４６】
１０  磁気軸受アセンブリ
１２  回転（ロータ）シャフト
１４  ステータ電機子
１６  ロータ電機子（環状スラストカラー）
１６ａ  軸方向プレート
１６ｂ  径方向部分
１６ｃ  外側円筒面
１６ｄ，１６ｅ  側面
１７  ロータ回路
１８  ステータ磁気回路
２０  環状コイル
２０ａ  回転面
２２  強磁性体
２２ａ  回転面
２４  保護環状支持体（環状ハウジング）
２６  固定支持要素
２８  軸方向隙間
３０，３２  ブレード列
３４  径方向空隙
４０  磁気軸受
４２  ステータ電機子
４４  ステータ磁気回路
４６  コイル
４６ａ  回転面
４８  強磁性体
４８ａ  回転面
５０  保護環状支持体（環状ハウジング）
５２  固定支持要素
５４  径方向隙間
５６，５８  ブレード列
５９  軸方向空隙
【図１】
2016522369.tif 000003
【図２】
2016522369.tif 000004
【図３】
2016522369.tif 000005
【国際調査報告】
2016522369.tif 000006
2016522369.tif 000007
2016522369.tif 000008