JPH08210351A - 磁気軸受用バックアップ軸受 - Google Patents

磁気軸受用バックアップ軸受

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JPH08210351A
JPH08210351A JP7270364A JP27036495A JPH08210351A JP H08210351 A JPH08210351 A JP H08210351A JP 7270364 A JP7270364 A JP 7270364A JP 27036495 A JP27036495 A JP 27036495A JP H08210351 A JPH08210351 A JP H08210351A
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JP
Japan
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bearing
backup
shaft
housing
bearing element
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JP7270364A
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English (en)
Inventor
Kenneth J Eakman
ジェイ． イクマン ケニス
Terry L Coons
エル． クーン テリー
Michael Andres
アンドレス マイケル
Lance F Miller
エフ． ミラー ランス
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Schneider Electric Buildings Americas Inc
Original Assignee
Barber Colman Co
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Publication date
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    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C39/00—Relieving load on bearings
    • F16C39/02—Relieving load on bearings using mechanical means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C17/00—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
    • F16C17/02—Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for radial load only
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    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16C27/02—Sliding-contact bearings
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 停止摩耗に繰り返し耐える、磁気軸受用のバ
ックアップ軸受を提供する。 【解決手段】 磁気軸受が電力の喪失のために作動しな
くなったとき、回転軸を支承する、磁気軸受用のバック
アップ軸受。バックアップ軸受はハウジングと流体フィ
ルム軸受要素とを含んでおり、その流体軸受要素は磁気
軸受が正常に作動中は軸と共にハウジング内で受動的に
浮動するように設けられており、磁気軸受が作動してい
ないときは流体フィルム上に回転軸を支承するように設
けられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般的に回転軸を支承
するための軸受に関し、特にバックアップ軸受（ｂａｃ
ｋｕｐ ｂｅａｒｉｎｇ）として用いられる流体力学的
（ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ）ラジアル空気軸受に関す
る。本発明の軸受は、ボールベアリングや他の流体フィ
ルム軸受と共に用いるのにも適しているが、特に電気エ
ネルギーで作動し又電子的に制御されるラジアル磁気軸
受用のバックアップ軸受として用いるのに適している。
【０００２】
【従来の技術】バックアップ軸受は磁気軸受を含む機械
に用いられ、軸が非回転部品と接触するのを防止する。
機械が作動しておらず、軸が回転していないときは、軸
はバックアップ軸受上に静止する。軸が回転し始める前
に、磁気軸受は軸をバックアップ軸受から上方に所定の
回転軸線（ａｘｉｓ ｏｆ ｒｏｔａｔｉｏｎ）まで浮
揚させる。この回転軸線は、典型的には磁気軸受の幾何
学的中心である。磁気軸受は、常用運転中は、回転軸を
その所定の回転軸線上か或はその近傍に維持する。電子
的制御信号の喪失や電気動力の喪失により磁気軸受が故
障すると、バックアップ軸受が回転軸を支承する。
【０００３】回転軸が磁気軸受部品に接触しないので、
磁気軸受は機械的な摩耗をせず、比較的長寿命の設計が
できる。この理由により磁気軸受は、保守時間が高くつ
くような場合や、軸受が手の届きにくい場所にあるよう
な場合に、特に適している。磁気軸受は、高速回転軸を
支承するのにも適しており、摩擦損失を最小限に抑えな
ければならないような場合にも適している。
【０００４】磁気軸受用のバックアップ軸受としては、
ボールベアリングがよく選択される。しかしながら先ず
第１に、ボールベアリングは、磁気軸受を選択しなけれ
ばならないような稼働条件と特に両立しない。ボールベ
アリングは、一つには回転部品によって引き起こされる
摩擦のために、高速回転軸を支承するのには一般的にあ
まり適していない。常用運転中の転がり部品の絶え間な
い摩耗と絶え間ない摩擦負荷を回避するために、バック
アップ軸受は一般的に所定の回転軸線と中心が一致する
ように置かれ、磁気軸受の稼働中にはバックアップ軸受
が受動的な（ｐａｓｓｉｖｅ）部品になるようにする。
磁気軸受が故障したときは、軸は浮揚位置から落ちて、
バックアップボールベアリングのインナーレースと係合
する。そしてボールとレースは滑って、結果として生じ
る加速度や衝撃力にさらされる。バックアップボールベ
アリングはその機械のそれ以外の部分を損傷から保護す
るので、バックアップボールベアリングへの損傷は許容
できる場合もあるが、元々の運転速度で軸を連続運転す
るのは一般的には現実的ではない。転がり要素の絶え間
ない摩耗と、結果としての正常な転がり摩擦より高い摩
擦のためである。転がり要素の早い（ｐｒｅｍａｔｕｒ
ｅ）摩耗は、バックアップボールベアリングがバックア
ップ機能を行った後に頻繁に交換されければならないこ
とも意味する。言い換えれば、その機械に関係のない電
気的問題で磁気軸受が作動しなくなった場合には、それ
がなければ機能する機械が、バックアップ軸受の交換の
ために、運転できないという事態になる。
【０００５】流体力学的空気軸受、即ち支承媒体として
空気を用いる流体フィルム軸受は、ラジアル磁気軸受に
対するバックアップとして、魅力的なボールベアリング
代替物である。磁気軸受と同様に、空気軸受は高速回転
軸を支承するのに適している。空気軸受は、回転軸の始
動時と停止時に摩耗を経験する。先ず軸受の内表面から
軸が流体力学的に持ち上げられる前、次に流体力学的に
発達した層即ち空気のクッションを維持するのに充分で
はない速度まで軸が落ちた後である。しかしながら、空
気軸受は、正常運転中は摩耗しない。軸が空気のクッシ
ョンに乗っているからである。もし磁気軸受が作動しな
くなったときに空気軸受の作動範囲内の速度で軸が回転
しているならば、回転軸がその浮揚位置から落ちたとき
には流体力学的層が発達し、問題となるような摩耗を生
じることなく、空気軸受が回転軸を空気フィルム上に支
承し始める。軸が回転を続けており、空気のフィルムに
よって支承されている間に、磁気軸受に電力が回復した
場合には、バックアップ空気軸受は、付加的な摩耗を生
じることなく、再び受動的な部品となる。さらには、空
気軸受はしばしば、多数回の始動／停止サイクルに耐え
られるように設計されるので、磁気軸受の故障に伴う停
止摩耗に繰り返し耐えることができ、バックアップ空気
軸受の交換のための頻繁な機械の修理を要しない。さら
には、空気軸受の運転摩擦は比較的低いので、軸をその
正常運転速度近傍で回転させながら、機械を連続運転で
きる機会を空気軸受は提供する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】空気軸受がボールベア
リングに対して有する潜在的な利点にもか拘らず、いく
つかの理由により、空気軸受を磁気軸受のバックアップ
として用いることについては、成功例は限られていた。
空気軸受の安定した作動を提供するためには、また回転
軸と空気軸受の内面との間に空気のフィルムを流体力学
的に発生させるのに必要な圧力差を発達させるために
は、回転軸と空気軸受との間のラジアル運転クリアラン
スは小さくなければならない（例えば０．００５−０．
０１３ｍｍ（０．０００２−０．０００５インチ））。
空気軸受のラジアル運転クリアランスを、磁気軸受部品
と回転軸との間のラジラル運転クリアランス（例えば
０．２５ｍｍ（０．０１０インチ）或はそれより大）と
比較すると、空気軸受を所定の回転軸線と同芯になるよ
うに置くことは極端に困難である。空気軸受がうまく所
定の回転軸線と同芯にできたと仮定しても、磁気軸受の
位置誤差はその空気軸受のラジアル運転クリアランス内
に維持されなければならない。加うるに、軸が回転して
いるときには、空気軸受と磁気軸受とはお互いに「けん
かする（ｆｉｇｈｔ）」傾向がある。空気軸受内の流体
力学的力は、軸を軸受の幾何学的中心に関して偏心して
回転させる。磁気軸受が軸を所定の回転軸線上或は近傍
に維持している間、空気軸受内の流体力学的力は軸を回
転軸線に対して偏心するように動かそうとする。この運
転特性における差は、機械内の重大な動力損失という結
果をもたらす。要は、磁気軸受と空気軸受の寸法特性及
び運転特性の調整が困難であるために、空気軸受を磁気
軸受のバックアップとして用いるのが妨げられてきたの
である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の一般的目的は、
ラジアル磁気軸受が活きていて回転軸を支承している間
は、流体フィルム軸受要素が受動的な（ｐａｓｓｉｖ
ｅ）あるいは休息状態にある部品であり、また磁気軸受
が故障した（ｆａｉｌ）ならばその流体フィルム軸受要
素が回転軸を空気のフィルム上に支承する、新しい改良
されたバックアップ軸受を提供することである。
【０００８】本発明の詳細な目的は、軸が磁気軸受によ
って吊られている間は、流体フィルム軸受要素がハウジ
ング内でラジアル方向に且つ回転軸と共に浮揚するよう
なクリアランスを与えることによって、前記を達成する
ことである。
【０００９】別の詳細な目的は、流体フィルム軸受要素
の回転運動を制限する手段を提供し、回転軸が磁気軸受
によって吊られていないときには、空気の支承層の発達
を可能にすることである。
【００１０】本発明の以上のような又他の目的及び利点
は、添付図と併せて以下の詳細な説明を参照すればさら
に明らかになるであろう。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明は種々の変更や代りの構造
も可能であるが、ここではある実施例が図示されてお
り、さらに以下詳細に説明される。しかしながら、開示
された特定の形態に本発明を限定する意図はなく、むし
ろ意図するところは本発明の精神と範囲内にある全ての
改変、代替構造及び均等物をカバーすることであると理
解されるべきである。
【００１２】図解の目的で、本発明のバックアップ軸受
１０（図１）は、常用状態では電気的エネルギーを与え
られ電子的に制御される２以上の主ラジアル磁気軸受１
２によって吊られる回転軸１１と共に示されている。バ
ックアップ軸受１０は、他の例えばラジアル空気軸受の
ような主ラジアル軸受と一緒に用いるのにも適してい
る。簡単のために、バックアップ軸受１０と主ラジアル
軸受１２はそれぞれ一つだけ示してある。磁気軸受への
電子的制御信号の喪失あるいは電源の喪失により主磁気
軸受１２が作動しなくなった場合には、バックアップ軸
受が回転軸を支承する。
【００１３】バックアップ軸受１０（図２）は、独特な
形状をしたラジアル空気軸受であり、ハウジング１３及
びそのハウジング内にある流体力学的即ち流体フィルム
軸受要素１４とを含む。ハウジングは、その一端から半
径方向外側に突き出た一体的に形成されたフランジ１５
を備え、ほぼ円筒形をしている。そのフランジは、回転
軸を収容した機械の中にバックアップ軸受を搭載するた
めに、ねじ付き締め具１７（図１）を受容するための角
度的に（ａｎｇｕｌａｒｌｙ）間隔をおいて設けられた
開口１６を有する。さらにバックアップ軸受は、軸受要
素とハウジングとの間に置かれるリング形状のコイルば
ね１８（図３）、及びハウジング中における軸受要素の
回転運動を制限するための手段（以下説明する）とを含
む。
【００１４】軸受要素１４（図５）は、ハウジング１３
のほぼ円筒形の内面２０によって滑動可能に受容される
ほぼ円筒形の外面１９を有する。軸受要素の内面２１
は、軸受要素の内面と回転軸の外側直径２２との間に流
体力学的に発達する薄い空気フィルム上に回転軸１１
（図７）を支承するように形成されている。種々の流体
力学的効果を有するローブ形の（ｌｏｂｅｄ）対称形の
あるいは非対称形の軸受（ｊｏｕｒｎａｌｓ）のような
他の知られた軸受形態も、バックアップ軸受１０に用い
るのに適してはいるが、軸受要素の内面は円筒形軸受で
あるのが好ましい。図示された軸受要素は一体（ｏｎｅ
−ｐｉｅｃｅ）要素として構成されているが、その代り
にインサート（ｉｎｓｅｒｔ）を軸受要素の中に押し込
むことによって、あるいは軸受要素の一部にコーティン
グを施すことによって作り、例えば軸受要素の内面が、
ある材料あるいは摩耗特性を有するようにしてもよい。
【００１５】磁気的に吊られた回転軸１１に関連した、
最小ラジアル運転クリアランス２３（図１）というもの
がある。軸が回転を開始する前に、磁気軸受１２は軸を
所定の回転軸線まで浮揚する。この回転軸線は、典型的
には磁気軸受の幾何学的中心である。磁気軸受は、回転
軸をこの所定の回転軸線に維持しようとするが、回転軸
は、変化する負荷条件、外乱や制御信号誤差の影響によ
り移動する傾向がある。磁気的に吊られた軸と関連した
最小ラジアル運転クリアランス２３は、軸及びその回転
部品が、最も近い非回転部品と接触するまでに、所定の
回転軸線から移動することのできる半径方向の距離であ
る。図解のために、その最小ラジアル運転クリアララン
ス２３は、軸の外径２２と磁気軸受の内径との間の平均
ラジアルクリアランスとして示されている。
【００１６】本発明によれば、バックアップ軸受１０は
独特の形状に形成されており、軸受要素１４とハウジン
グ１３との間にはクリアランスがあり、軸受要素がハウ
ジングに関して半径方向に浮遊できるようになってい
る。結果として、軸が所定の回転軸線（図６）近傍で回
転し、回転軸１１を支承するのに必要な圧力差が軸受要
素の内面２１と軸の外径２２との間に発達できないとき
には、軸受要素は軸１１と一緒に浮遊する。このように
して、バックアップ軸受は、磁気軸受１２が稼働してい
るときは軸に関して受動的な（休息中の）部品である。
加うるに、その軸受要素は自己調芯型であり、所定の回
転軸線に正確に位置決めする必要がない。それはハウジ
ング内に浮遊し、所定の回転軸線をみつけることができ
るからである。
【００１７】本発明を実行する際には、最大ラジアルギ
ャップ２４（図５）あるいはラジアルフリープレー（ｒ
ａｄｉａｌ ｆｒｅｅ ｐｌａｙ）があり、その中で軸
受要素１４は、軸１１を据え付ける前に、ハウジング１
３内で半径方向に自由に動くことができる。図示のよう
に、最大ラジアルギャップ２４は、軸受要素の外側円筒
面１９とハウジング内側円筒面２０との間の直径の差の
２分の１である。また軸の外径２２と軸受要素の内面２
１との間には最大ラジアル運転クリアランス２５（図
６）がある。バックアップ軸受１０は、独特の形状と寸
法に形成されており、最大ラジアルギャップ２４と最大
ラジアル運転クリアランス２５の合計は、磁気軸受１２
に関連した最小ラジアル運転クリアランス２３よりも小
さい。この寸法的制限は、磁気軸受が故障した場合に、
回転軸が非回転面に接触するのを、バックアップ軸受１
０が確実に防止するのを可能にする。加うるに、この寸
法的制限は、機械が停止しており軸が回転していないと
きに、軸がバックアップ軸受上に落ち着くのを保証す
る。
【００１８】例えば、軸受要素１４とハウジング１３と
の間の最大ラジアルギャップ２４が０．１２７ｍｍ
（０．００５インチ）、軸受要素と軸１１との間の最大
ラジアル運転クリアランスが０．０１３ｍｍ（０．００
０５インチ）、軸と磁気軸受１２との間の最小ラジアル
運転クリアランス２３が０．２５ｍｍ（０．０１０イン
チ）より大と仮定すると、最大ラジアルギャップ２４と
最大ラジアル運転クリアランス２５の合計は０．１４０
ｍｍ（０．００５５インチ）であり、これは０．２５ｍ
ｍ（０．０１０インチ）のラジアル運転クリアランス２
３よりも小さい。軸が浮揚される前には、軸は磁気軸受
１２の中心から０．００５５インチ離れて、また最も近
い非回転対象から少なくとも０．００４５インチ離れ
て、バックアップ軸受１０に落ち着いている。磁気軸受
が軸の位置トレランス（ｔｏｌｅｒａｎｃｅ）を所定の
回転軸線の＋／−０．１２７ｍｍ（０．００５インチ）
内に維持する限りは、軸受要素と軸との間に発達する流
体力学的層は軸受要素の重量による。この流体力学的層
は、軸受要素が０．００５インチのラジアルギャップ２
４内に浮遊するのを可能にし、その軸受要素は軸に関し
て受動的な部品となる（例えば図６参照）。
【００１９】さらに本発明によれば、バックアップ軸受
１０は、ハウジング１３に対して軸受要素１４の回転運
動を制限するように形成されている。軸１１がその浮揚
位置から落ちると、軸受要素は軸と共に落ちる（図
７）。軸受要素がラジアルフリープレーに等しい量だけ
落下し軸受要素の外面１９がハウジングの内面２０と係
合した後、また軸が流体フィルム軸受の寸法運転クリア
ランス内にはいった後に、軸受要素の回転を妨げると、
軸を支承する流体力学的フィルムが回転軸と軸受要素の
内面２１との間に発達するのが可能になる。
【００２０】さらに特には、ハウジング１３各端部に一
体的に形成された半径方向内側に出っ張った部分即ちタ
ブ２６（図３及び４）が、ハウジングに対する軸受要素
の回転運動を制限するために軸受要素１４内にあるスロ
ット２７に滑動可能に受容されている。加うるに、ハウ
ジングに対する軸受要素の回転は、軸受要素の端部から
軸方向に出っ張っており、ハウジングのスロット２９滑
動可能に受容されたタブ２８によって制限される。ハウ
ジングに対する軸受要素の回転を制限するために選定さ
れる手段は、最大ラジアルギャップ２４によって規定さ
れるハウジング内の軸受要素のラジアルフリープレーを
制限しないように、寸法を定めるのが好ましい。この目
的のために、各タブ２６、２８のエッジと各対応するス
ロット２７、２９の隣接するエッジとの間の距離３０
（図４）は、最大ラジアルギャップ２４よりも大きい。
クリアランス３０が、最大ラジアルギャップ２４よりも
小さい場合には、軸受要素がハウジング内で自由に半径
方向に動く最大ラジアルギャップは、最大クリアランス
３０によって規定される。
【００２１】以上の例に続けて、軸受要素１４が落ちて
軸受要素の外面１９がハウジング１３の内面２０と係合
した場合、また回転軸１１が落ちて軸受要素の内面２１
の０．０１３ｍｍ（０．０００５インチ）内にある場合
には、軸を支承する流体力学的層が、軸と軸受要素の内
面との間に発達する（図７参照）。実際のラジアル運転
（ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ａｎｄ ｒｕｎｎｉｎｇ）クリ
アランスの決定は、軸径、軸速度、運転負荷のような多
くの要因によるので、ここで述べた寸法の実例は単なる
説明の目的を意図したものであり、設計のガイドライン
を提供したり、標準設計実務に代えるというようなこと
を意図しているのではない。
【００２２】バックアップ軸受１０が、主空気軸受（図
示せず）と併せて用いられるときは、軸１１は、回転を
開始するか或はバックアップ軸受が軸を支承できるよう
になる前に、所定の運転速度に達するまで、バックアッ
プ軸受から気圧的に持ち上げられる。しかしながら、先
に規定された寸法的パラメータ、即ち最小ラジアル運転
（ｏｐｅｒａｔｉｎｇ）クリアランス、最大ラジアル運
転（ｒｕｎｎｉｎｇ）クリアランス、及び最大ラジアル
ギャップは、依然として適用できる。
【００２３】ハウジング１３（図３）は、軸方向分割型
あるいは２枚貝型（ｃｌａｍ−ｓｈｅｌｌ）ハウジング
を有する機械で用いるのに特に適した分割組立体（ｓｐ
ｌｉｔ ａｓｓｅｍｂｌｙ）として形成されている。ハ
ウジング１３は、２つのハウジング部分１３Ａ、１３Ｂ
とその２つのハウジング部分を整列するためのピン３３
を備えている。２つのハウジング部分上に一体的に形成
されたフランジ１５Ａ、１５Ｂが、機械のフランジ１５
Ｃ、１５Ｄにそれぞれしっかりと取り付けられている。
それぞれハウジング部分１３Ａ、１３Ｂ内の開口３４
Ａ、３４Ｂ（図４）が、ピン３３を受容している。２つ
の機械フランジ１５Ｃ、１５Ｄが一緒に組み立てられた
とき、ハウジング部分１３Ａ、１３Ｂは軸１１の幾何学
的中心を通る平面と実質的に一致する平面内で合わさ
る。２つのハウジング部分は同一、または実際上同一に
形成されている。但し、開口３４Ａは各ピン３３をしっ
くりと（ｓｎｕｇｌｙ）受容するように形成されてお
り、一方開口３４Ｂは各ピンを滑動可能に受容するよう
に形成されている点が異なる。バックアップ軸受１０
は、２つの機械フランジ１５Ｃ、１５Ｄを、即ち２つの
ハウジング部分１３Ａ、１３Ｂを、軸受要素１４の方に
半径方向に単に動かし、ピンを穴３４Ａ、３４Ｂに係合
させることによって組み立てられる。タブ２６、２８及
びスロット２７、２９のエッジは、、ハウジングの部分
が一緒に組み合わされたときに、タブがスロットによっ
て受容されるように形成されている。
【００２４】リング形状のコイルばね１８（図５）が軸
受要素１４の回りに引っ張られており、ハウジング１３
の内面２０に形成させた周方向のグルーブ３５内に置か
れている。そのグルーブの深さは、コイルばねの太さよ
りも小さく、そのばねが軸受要素１４の外面１９に対し
てプリロード（ｐｒｅｌｏａｄｅｄ）されるようになっ
ている。ばねはハウジング中で軸受要素を中心に維持す
る傾向があるが、軸受要素は依然としてハウジング内で
半径方向に動くことができるように、そのばねは設計さ
れる。バックアップ軸受１０が、回転軸１１を支承して
いるとき、コイルばねの剛性が流体力学的軸受の剛性特
性に貢献する。
【００２５】別の実施例においては、軸受要素１４の内
面２１は、知られたフォイル（ｆｏｉｌ）軸受３６とし
て形成されている（図８）。フォイル軸受は、図示され
ているように軸受要素内にあるインサート（ｉｎｓｅｒ
ｔ）の形態であってもよいし、あるいは軸受要素中に一
体的に形成されてもよい。典型的なフォイル軸受は、薄
い弾力性のある材料で作られたほぼ矩形のフォイル３７
を含む。そのフォイルは僅かな曲率をもって形成され、
また各フォイルの一端が内面３８にしっかりと取り付け
られて、ほぼ円筒形の内面３８回りに周方向に間隔をお
いて配置されている。取り付けれたフォイルは、周方向
にひろがり、１以上の隣接したフォイルにお互いに重な
っている。本発明に用いられるフォイルの正確な形状及
び厚さは、フォイル軸受内における軸１１の最大ラジア
ル運転クリアランス２５に影響を与える。本発明の目的
のためには、有効フォイル厚さは、これらのフォイルが
内面３８に向かって押し付けられたとき半径線を通過す
るフォイルの最大合計厚さとして定義できる。次に最大
ラジアル運転クリアランス２５は、内面３８の直径と回
転軸の外径２２との差の半分から有効フォイル厚さをマ
イナスして定められる。
【００２６】ハウジング１３が一体（ｏｎｅ−ｐｉｅｃ
ｅ）ハウジングである場合に特に適した別の実施例にお
いては、軸受要素１４（図９）は、それぞれハウジング
と軸受要素とにしっかりと取り付けられた協働する永久
磁石リング３９、４０を提供することによって、ハウジ
ング１３に対して回転的に保持される。永久磁石リング
３９は、交番（交互の）磁極（ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ
ｍａｇｎｅｔｉｃｐｏｌｅｓ）を有する周方向にひろ
がった磁石片をもって形成されており、またハウジング
の内面２０に取り付けられている。永久磁石リング４０
は、交番磁極を有する周方向にひろがった同数の磁石片
をもって形成されている。リング４０の各切片は、軸受
要素１４の外面１９にしっかりと取り付けられており、
リング３０の反対の磁石極性を有する対応する切片と同
円弧を占めている。軸受要素がハウジング内にあると
き、磁石リング３９、４０は、同芯であり、リング片の
間の引き付ける磁力と反発する磁力が協働して軸受要素
をハウジング内で所定の回転軸線近傍にほぼ中心を合
せ、また磁気的に安定した回転位置からの軸受要素の自
由な回転を制限するようになっている。図示の形態で
は、各リングは４個の磁石片を有しており、軸受要素が
取り得る磁気的に安定した位置は２つある。即ち図示の
位置と、図示の位置から１８０度回転した位置である。
軸受要素が安定位置から回転し始めると、磁力がリング
を安定位置に戻すように働く。磁石リングはまた、周方
向の交番磁石片に加えて、ハウジングに対する軸受け要
素の軸方向の動きを制限するように軸方向に交番する磁
石片を有して形成してもよい。また、リング全体を形成
するのに、磁石片はお互いに当接する（ａｂｕｔ）必要
はない。
【００２７】
【発明の効果】以上述べたことから、本発明は、磁気軸
受１２が稼働し回転軸を支承している間は、回転軸１１
に関しては流体フィルム軸受要素１４が受動的部品とな
り、また磁気軸受が故障したときは、流体フィルム軸受
要素が回転軸を空気クッション上に回転軸を流体力学的
に支承する、新しい改良されたバックアップ軸受１０を
当技術分野にもたらしたことは明白であろう。したがっ
て、そのバックアップ軸受は回転軸を連続的に支承する
ことができ、且つ磁気軸受の故障と関連して起こる停止
摩耗に繰り返し耐えることができ、バックアップ空気軸
受交換のための機械の頻繁な修理を要しない。
【図面の簡単な説明】
【図１】常用状態では、電子的に制御されるラジアル磁
気軸受によって支承される典型的な回転軸であって、本
発明の独特の特徴を織り込んだ新しい改良されたバック
アップ軸受を装備した回転軸の側面図である。
【図２】バックアップ軸受の斜視図である。
【図３】バックアップ軸受の分解斜視図である。
【図４】図１の４−４線に沿って見た、部分的に断面し
たバックアップ軸受の拡大端面図である。
【図５】実質的に図４の５−５線に沿って取った拡大断
面図である。
【図６】図５と同様な図であるが、軸が磁気軸受によっ
て回転的に支承されるときの軸も示している図である。
【図７】やはり図５と同様な図であるが、軸がバックア
ップ軸受によって回転的に支承されるときの軸も示して
いる図である。
【図８】軸受要素の別の実施例の断面図である。
【図９】バックアップ軸受のさらに別の実施例の線図で
ある。
【符号の説明】
１０…バックアップ軸受、１１…回転軸、１２…主ラジ
アル軸受、１３…ハウジング、１４…流体フィルム軸受
要素、１５…フランジ、１６…開口、１７…めじ付き締
め具、１８…コイルばね、２３…最小ラジアル運転クリ
アランス、２４…最大ラジアルギャップ、２５…最大ラ
ジアル運転クリアランス、２６…タブ、２７…スロッ
ト、２８…タブ、２９…スロット、３０…クリアラン
ス、３３…ピン、３６…フォイル軸受、３７…フォイ
ル、３９、４０…永久磁石リング。
フロントページの続き (72)発明者 マイケル アンドレス アメリカ合衆国， イリノイ州， ロック フォード， ウィルダーネス トレイル 5135 (72)発明者 ランス エフ． ミラー アメリカ合衆国， イリノイ州， ロック フォード，ストーンウェイ ドライヴ 2180

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 常用時は所定の軸線の回りを回転するた
    めに主ラジアル軸受によって支承される回転軸に用いる
    ためのバックアップ軸受であって、 前記主軸受内で回転する前記軸のための最小ラジアル運
    転クリアランスがあり、 前記バックアップ軸受は、 内面を有するハウジングと、 そのハウジング内にある軸受要素とを備え、 その軸受要素は、外面と、前記軸が回転しているが前記
    主軸受では支承されていないとき、前記軸を流体のフィ
    ルム上に支承するための手段とを有し、 前記軸と前記支承手段との間に最大ラジアル運転クリア
    ランスがあり、 また、最大ラジアルギャップにより前記ハウジングに対
    して半径方向に前記軸受要素を浮遊させることができる
    一方、前記ハウジングに対する前記軸受要素の回転を制
    限する手段を備え、 前記最大ラジアルギャップと前記最大ラジアル運転クリ
    アランスとの合計が、前記主軸受の前記最小ラジアル運
    転クリアランスよりも小さく、 それによって、前記軸が前記主軸受によって支承されて
    いないときに、前記軸受要素が前記軸を支承し、前記軸
    が非回転対象物と接触するのを防止する、 バックアップ軸受。
  2. 【請求項２】 前記ハウジングがさらに、 前記所定の軸線を含む平面と実質的に一致する平面内で
    お互いに合わさる２つの部分と、 相対的な軸方向の芯出し状態に解放可能に前記部分を固
    定する手段とを備え、 そうすることによって、前記ハウジングの部分を前記軸
    受要素から半径方向で反対方向に引き離すことによっ
    て、前記ハウジングが前記軸受要素から取り外せる、 請求項１記載のバックアップ軸受。
  3. 【請求項３】 リング形状のコイルばねをさらに備え、 前記ハウジングが、さらに前記内面内に形成された周方
    向にひろがるグルーブを備え、 前記ばねが前記グルーブ内に置かれており且つ前記軸受
    要素の前記外面と係合しており、前記軸受要素が前記ラ
    ジアルギャップ内で半径方向に自由に弾力的に動くよう
    になっている、 請求項１記載のバックアップ軸受。
  4. 【請求項４】 前記軸を支承するための前記手段がほぼ
    円筒形のインナーレースを備える、 請求項１記載のバックアップ軸受。
  5. 【請求項５】 前記軸を支承するための前記手段がほぼ
    円筒形のインナーレースと、 複数のオーバーラップするフォイルとを備え、 各フォイルが少なくとも２つの端部を有し、 前記フォイルが前記内面にそって周方向に間隔を置いて
    配置され且つその内面に取り付けられ、前記内面から且
    つ前記内面に沿ってひろがっており、 各フォイルはその少なくとも一端が、他の周方向にひろ
    がったフォイルの少なくとも一部と重なるように形成さ
    れた、 請求項１記載のバックアップ軸受。
  6. 【請求項６】 前記軸受要素の回転を制限するための前
    記手段が、反対の磁極を有する第１と第２の磁石片を備
    え、前記第１の磁石片が前記軸受要素に取り付けられ、
    前記第２の磁石片が前記ハウジングに且つ前記第１の磁
    石片と周方向に整列して取り付けられ、それら磁石片が
    磁気的に引き合うようになっている、 請求項１記載のバックアップ軸受。
  7. 【請求項７】 前記軸受要素の回転を制限するための前
    記手段が、第１と第２の磁石リングを備え、 各リングが複数の周方向に間隔をおいて配置された磁石
    片を有し、 隣同士の磁石片が交互の磁極を有し、 前記第１のリングが前記軸受要素に取り付けられ、 前記第２のリングが前記ハウジングに取り付けられ、 且つ前記第１のリングの一つの磁極の磁石片が、前記第
    ２のリングの反対の極性を有する磁石片と周方向に整列
    して取り付けられている、 請求項１記載のバックアップ軸受。
  8. 【請求項８】 回転を制限するための前記手段が、前記
    軸受要素から突き出た少なくとも１つの部材を備え、且
    つ前記ハウジングが滑動可能に前記部材を受容するため
    の少なくとも１つの開口をさらに備えている、 請求項１記載のバックアップ軸受。
  9. 【請求項９】 回転を制限するための前記手段が、前記
    ハウジングから突き出た少なくとも１つの部材を備え、
    且つ前記軸受要素が滑動可能に前記部材を受容するため
    の少なくとも１つの開口をさらに備えている、 請求項１記載のバックアップ軸受。
  10. 【請求項１０】 前記主ラジアル軸受が、磁気軸受軸受
    である、 請求項１から９のいずれかに記載のバックアップ軸受。
JP7270364A 1994-10-18 1995-10-18 磁気軸受用バックアップ軸受 Pending JPH08210351A (ja)

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