JP2002174198A - レーザ発振器ブロワ用軸受装置 - Google Patents
レーザ発振器ブロワ用軸受装置Info
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- JP2002174198A JP2002174198A JP2000370486A JP2000370486A JP2002174198A JP 2002174198 A JP2002174198 A JP 2002174198A JP 2000370486 A JP2000370486 A JP 2000370486A JP 2000370486 A JP2000370486 A JP 2000370486A JP 2002174198 A JP2002174198 A JP 2002174198A
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- 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
- F16C2360/00—Engines or pumps
- F16C2360/42—Pumps with cylinders or pistons
-
- 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
- F16C2360/00—Engines or pumps
- F16C2360/44—Centrifugal pumps
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- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 レーザ発振器のターボ式ブロワにおいて、長
寿命化を図ると共に、高速回転時の軸位置の安定化を図
ること。 【解決手段】 インペラ１の回転軸２を下部軸受である
ピボット軸受４と上部軸受である磁気軸受３により支持
する。この磁気軸受３は、センサ１５により軸位置を検
出し、制御コイル１４に制御電流を流すことによりラジ
アル方向の軸位置を制御すると共に、アキシアル方向軸
位置制御を磁気軸受ステータ３ａと磁気軸受ロータ３ｂ
とに働く復元力により行うラジアル制御の二軸制御型磁
気軸受である。復元力をより強く作用させるため、それ
ぞれ、磁気軸受ステータ３ａと磁気軸受ロータ３ｂに段
差１６ａ，１６ｂが設けてある。
寿命化を図ると共に、高速回転時の軸位置の安定化を図
ること。 【解決手段】 インペラ１の回転軸２を下部軸受である
ピボット軸受４と上部軸受である磁気軸受３により支持
する。この磁気軸受３は、センサ１５により軸位置を検
出し、制御コイル１４に制御電流を流すことによりラジ
アル方向の軸位置を制御すると共に、アキシアル方向軸
位置制御を磁気軸受ステータ３ａと磁気軸受ロータ３ｂ
とに働く復元力により行うラジアル制御の二軸制御型磁
気軸受である。復元力をより強く作用させるため、それ
ぞれ、磁気軸受ステータ３ａと磁気軸受ロータ３ｂに段
差１６ａ，１６ｂが設けてある。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱線レーザ加工機
器等に用いるレーザ発振器ブロワにおいて、そのインペ
ラの回転軸を回転自在に支持する軸受装置に関する。
器等に用いるレーザ発振器ブロワにおいて、そのインペ
ラの回転軸を回転自在に支持する軸受装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザ発振器のターボ式ブロワにおい
て、インペラの回転軸は、数万ｒｐｍの回転数に達して
いる。そのため、回転軸の軸受として玉軸受を用いた場
合、玉軸受の寿命から決まる回転数の制約があり、大き
な排気量と圧縮比を得るには限界がある。
て、インペラの回転軸は、数万ｒｐｍの回転数に達して
いる。そのため、回転軸の軸受として玉軸受を用いた場
合、玉軸受の寿命から決まる回転数の制約があり、大き
な排気量と圧縮比を得るには限界がある。
【０００３】このようなレーザ発振器のターボ式ブロワ
において、長寿命化を図ると共に高速回転に対処するた
め、特開平１０−１８４５９３号公報では、動圧型流体
軸受と永久磁石ラジアル磁気軸受とを用いている。即
ち、図６に示すように、レーザ発振器のターボ式ブロワ
において、ａは吸気口であり、ｂは排気口であり、ｃは
ブロアの羽根（インペラ）であり、ｄは回転軸であり、
ｅはモータのロータであり、ｆはモータのステータであ
り、ｇは上部プレートであり、ｈはケーシングであり、
ｉは下部プレートであり、ｊはラジアル磁気軸受のロー
タであり、ｋはラジアル磁気軸受のステータである。ｍ
は回転軸ｄの下端部と下部プレートｉの相対移動面に形
成された動圧型流体軸受である球面スパイラルグルーブ
である。ｎは磁気軸受のステータｋを収納し、ケーシン
グｈに固定された円筒スリーブであり、ｏはモータのス
テータｆを収納し、冷却通路ｐが形成されたステータ収
納スリーブであり、ｑは潤滑油ｒを貯蔵するためのオイ
ルタンクであり、ｓは冷却配管である。ｔは冷却された
潤滑油ｒを回転軸ｄ内に吸い上げる螺旋状のネジ溝ポン
プであり、ｕはネジ溝ポンプｔを収納する回転スリーブ
であり、ｖは潤滑油ｒの帰還通路である。磁気軸受のロ
ータｊ及びステータｋは、円盤形状の薄板を軸方向に着
磁した永久磁石を積層した構造となっており、回転軸ｄ
がラジアル方向に偏芯すると、調芯作用が得られる受動
型の磁気軸受を構成している。なお、ｗは潤滑油ｒのリ
ークを防止するためのガスパージの開孔部であり、ｘは
ガスパージの通路である。
において、長寿命化を図ると共に高速回転に対処するた
め、特開平１０−１８４５９３号公報では、動圧型流体
軸受と永久磁石ラジアル磁気軸受とを用いている。即
ち、図６に示すように、レーザ発振器のターボ式ブロワ
において、ａは吸気口であり、ｂは排気口であり、ｃは
ブロアの羽根（インペラ）であり、ｄは回転軸であり、
ｅはモータのロータであり、ｆはモータのステータであ
り、ｇは上部プレートであり、ｈはケーシングであり、
ｉは下部プレートであり、ｊはラジアル磁気軸受のロー
タであり、ｋはラジアル磁気軸受のステータである。ｍ
は回転軸ｄの下端部と下部プレートｉの相対移動面に形
成された動圧型流体軸受である球面スパイラルグルーブ
である。ｎは磁気軸受のステータｋを収納し、ケーシン
グｈに固定された円筒スリーブであり、ｏはモータのス
テータｆを収納し、冷却通路ｐが形成されたステータ収
納スリーブであり、ｑは潤滑油ｒを貯蔵するためのオイ
ルタンクであり、ｓは冷却配管である。ｔは冷却された
潤滑油ｒを回転軸ｄ内に吸い上げる螺旋状のネジ溝ポン
プであり、ｕはネジ溝ポンプｔを収納する回転スリーブ
であり、ｖは潤滑油ｒの帰還通路である。磁気軸受のロ
ータｊ及びステータｋは、円盤形状の薄板を軸方向に着
磁した永久磁石を積層した構造となっており、回転軸ｄ
がラジアル方向に偏芯すると、調芯作用が得られる受動
型の磁気軸受を構成している。なお、ｗは潤滑油ｒのリ
ークを防止するためのガスパージの開孔部であり、ｘは
ガスパージの通路である。
【０００４】動圧型流体軸受ｍにより、回転軸ｄの下端
部で回転軸ｄの３軸方向即ちスラスト方向（Ｚ方向）と
Ｘ及びＹのラジアル方向を支持し、磁気軸受ｊ，ｋによ
り、回転軸ｄの上部で回転軸ｄのＸ及びＹのラジアル方
向を支持している。即ち、動圧型流体軸受と磁気軸受に
より、高速で回転する回転軸ｄを安定に支持するのに必
要な５軸制御の条件を満たしている。
部で回転軸ｄの３軸方向即ちスラスト方向（Ｚ方向）と
Ｘ及びＹのラジアル方向を支持し、磁気軸受ｊ，ｋによ
り、回転軸ｄの上部で回転軸ｄのＸ及びＹのラジアル方
向を支持している。即ち、動圧型流体軸受と磁気軸受に
より、高速で回転する回転軸ｄを安定に支持するのに必
要な５軸制御の条件を満たしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平１０−１８４５９３号公報に開示してある永久磁石
ラジアル磁気軸受では、永久磁石のみを用いた受動型の
調芯構造であるため、回転軸の軸位置が不安定であり、
共振点通過時や高速回転中に接触する虞れがある。
開平１０−１８４５９３号公報に開示してある永久磁石
ラジアル磁気軸受では、永久磁石のみを用いた受動型の
調芯構造であるため、回転軸の軸位置が不安定であり、
共振点通過時や高速回転中に接触する虞れがある。
【０００６】本発明は、上述したような事情に鑑みてな
されたものであって、レーザ発振器のターボ式ブロワに
おいて、長寿命化を図ることができるレーザ発振器ブロ
ワ用軸受装置を提供することを目的とする。
されたものであって、レーザ発振器のターボ式ブロワに
おいて、長寿命化を図ることができるレーザ発振器ブロ
ワ用軸受装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明に係るレーザ発振器ブロワ用軸受装置は、軸
方向に隔てたハウジング内の２箇所で上部軸受及び下部
軸受により支持される回転軸の上部に、回転することに
より気体を輸送するインペラを有し、インペラを囲んで
気体の吸気口と排気口を有するケーシングがハウジング
の上部に取り付けられ、上記上部軸受と下部軸受間に位
置するモータで回転軸を駆動するレーザ発振器ブロワに
おいて、インペラとは反対側の下部軸受を動圧型ピボッ
ト軸受とし、インペラ側の上部軸受をロータとステータ
の対向面に磁気的な段差を有する制御型磁気軸受とした
ことを特徴とする。
め、本発明に係るレーザ発振器ブロワ用軸受装置は、軸
方向に隔てたハウジング内の２箇所で上部軸受及び下部
軸受により支持される回転軸の上部に、回転することに
より気体を輸送するインペラを有し、インペラを囲んで
気体の吸気口と排気口を有するケーシングがハウジング
の上部に取り付けられ、上記上部軸受と下部軸受間に位
置するモータで回転軸を駆動するレーザ発振器ブロワに
おいて、インペラとは反対側の下部軸受を動圧型ピボッ
ト軸受とし、インペラ側の上部軸受をロータとステータ
の対向面に磁気的な段差を有する制御型磁気軸受とした
ことを特徴とする。
【０００８】このように、本発明によれば、磁気軸受の
ロータとステータの対向面に磁気的な段差を有する制御
型磁気軸受を用いたことにより、軸受対向面に生じる吸
引力だけでなくその直角方向にも安定した復元力を得る
ことができ、ひいては、レーザ発振用ブロアの長寿命化
を図ることができると共に、高速回転時の回転軸位置の
安定化を図ることができる。
ロータとステータの対向面に磁気的な段差を有する制御
型磁気軸受を用いたことにより、軸受対向面に生じる吸
引力だけでなくその直角方向にも安定した復元力を得る
ことができ、ひいては、レーザ発振用ブロアの長寿命化
を図ることができると共に、高速回転時の回転軸位置の
安定化を図ることができる。
【０００９】なお、制御型磁気軸受は二軸制御ラジアル
磁気軸受で、軸方向に磁気的な段差を有していてもよ
い。
磁気軸受で、軸方向に磁気的な段差を有していてもよ
い。
【００１０】また、制御型磁気軸受は一軸制御アキシア
ル磁気軸受で、ラジアル方向に磁気的な段差を有してい
てもよい。
ル磁気軸受で、ラジアル方向に磁気的な段差を有してい
てもよい。
【００１１】更にまた、制御型磁気軸受はステータの一
部に永久磁石を入れた制御コイル・永久磁石併用磁気軸
受であっても、モータとインペラの間に保護軸受を配置
してあっても、モータのロータとステータを軸方向にず
らしてあってもよい。
部に永久磁石を入れた制御コイル・永久磁石併用磁気軸
受であっても、モータとインペラの間に保護軸受を配置
してあっても、モータのロータとステータを軸方向にず
らしてあってもよい。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に係る
レーザ発振器ブロワ用軸受装置を図面を参照しつつ説明
する。 （第１実施の形態）図１（ａ）は、本発明の第１実施の
形態に係るレーザ発振器ブロワ用軸受装置の断面図であ
り、（ｂ）は、二軸制御ラジアル磁気軸受装置のアキシ
アル方向の復元力を示す作用図であり、（ｃ）は、
（ａ）に示した磁気軸受装置の拡大断面図である。
レーザ発振器ブロワ用軸受装置を図面を参照しつつ説明
する。 （第１実施の形態）図１（ａ）は、本発明の第１実施の
形態に係るレーザ発振器ブロワ用軸受装置の断面図であ
り、（ｂ）は、二軸制御ラジアル磁気軸受装置のアキシ
アル方向の復元力を示す作用図であり、（ｃ）は、
（ａ）に示した磁気軸受装置の拡大断面図である。
【００１３】本第１実施の形態は、モータにより回転す
る回転軸を有し、回転軸は先端に気体輸送手段であるイ
ンペラと、回転軸を駆動するためのモータと、気体の吸
気口および排気口があるレーザ発振器ブロワにおいて、
（１）回転軸をピボット軸受と磁気軸受で非接触支持す
る、（２）磁気軸受は、ラジアル制御の二軸制御型磁気
軸受である、（３）磁気軸受は、磁気軸受ロータと磁気
軸受ステータに軸方向に磁気的な段差を設けアキシアル
方向の復元力を持たせている、（４）定格回転速度は、
回転軸の曲げ危険速度よりも低い、ことを特徴としてい
る。
る回転軸を有し、回転軸は先端に気体輸送手段であるイ
ンペラと、回転軸を駆動するためのモータと、気体の吸
気口および排気口があるレーザ発振器ブロワにおいて、
（１）回転軸をピボット軸受と磁気軸受で非接触支持す
る、（２）磁気軸受は、ラジアル制御の二軸制御型磁気
軸受である、（３）磁気軸受は、磁気軸受ロータと磁気
軸受ステータに軸方向に磁気的な段差を設けアキシアル
方向の復元力を持たせている、（４）定格回転速度は、
回転軸の曲げ危険速度よりも低い、ことを特徴としてい
る。
【００１４】図１（ａ）に示すように、１は気体輸送用
のインペラであり回転軸２の上端部に固定されている。
回転軸２は上部軸受である磁気軸受３と下部軸受である
ピボット軸受４とにより上下２箇所でハウジング５に回
転可能に支持されている。磁気軸受３とピボット軸受４
との間にはモータ６が設けてある。モータ６はハウジン
グ５に固設されたモータステータ６ａと、モータステー
タ６ａに半径方向に対向し回転軸２に固設されたモータ
ロータ６ｂとからなる。
のインペラであり回転軸２の上端部に固定されている。
回転軸２は上部軸受である磁気軸受３と下部軸受である
ピボット軸受４とにより上下２箇所でハウジング５に回
転可能に支持されている。磁気軸受３とピボット軸受４
との間にはモータ６が設けてある。モータ６はハウジン
グ５に固設されたモータステータ６ａと、モータステー
タ６ａに半径方向に対向し回転軸２に固設されたモータ
ロータ６ｂとからなる。
【００１５】ハウジング５の上壁７はインペラ１に近接
してその下側に存在している。ハウジング５の上壁７に
は、インペラ１を囲むようにケーシング８が一体に設け
てある。ケーシング８には吸気口９と排気口１０とが形
成してあり、インペラ１の回転により吸気口９から流入
する気体を排気口１０から吹き出すようになっている。
してその下側に存在している。ハウジング５の上壁７に
は、インペラ１を囲むようにケーシング８が一体に設け
てある。ケーシング８には吸気口９と排気口１０とが形
成してあり、インペラ１の回転により吸気口９から流入
する気体を排気口１０から吹き出すようになっている。
【００１６】下部軸受であるピボット軸受４は、アキシ
アル荷重を支えるためハウジング５の下端の底壁１１の
内側に形成された球状凹面１２と、該凹面１２に微小間
隔を介して対向して回転軸２の下端に形成された球状凸
面１３との間に潤滑剤を介在させた動圧軸受として形成
されている。
アル荷重を支えるためハウジング５の下端の底壁１１の
内側に形成された球状凹面１２と、該凹面１２に微小間
隔を介して対向して回転軸２の下端に形成された球状凸
面１３との間に潤滑剤を介在させた動圧軸受として形成
されている。
【００１７】上部軸受である磁気軸受３は、積層鋼板を
用いた磁気軸受ステータ３ａと、磁気軸受ロータ３ｂ
と、制御用コイル１４と、回転軸２のラジアル方向位置
を検出するセンサ１５と、図示しない位置制御装置とか
ら構成してある。
用いた磁気軸受ステータ３ａと、磁気軸受ロータ３ｂ
と、制御用コイル１４と、回転軸２のラジアル方向位置
を検出するセンサ１５と、図示しない位置制御装置とか
ら構成してある。
【００１８】センサ１５は、半径方向二軸を検出するた
め、２個を直交するように設置し、それぞれに対応する
ように磁気軸受ステータ３ａを配置している。
め、２個を直交するように設置し、それぞれに対応する
ように磁気軸受ステータ３ａを配置している。
【００１９】磁気軸受３は、センサ１５の信号に基づい
て位置制御装置により回転軸２をラジアル方向の所定の
位置に支持するように制御する。
て位置制御装置により回転軸２をラジアル方向の所定の
位置に支持するように制御する。
【００２０】また、図１（ｂ）に示すように、アキシア
ル方向の回転軸２の軸位置は、磁気軸受ロータ３ｂと、
磁気軸受ステータ３ａとにずれが生じた時に働くアキシ
アル方向の復元力によって受動的に安定に制御されてい
る。
ル方向の回転軸２の軸位置は、磁気軸受ロータ３ｂと、
磁気軸受ステータ３ａとにずれが生じた時に働くアキシ
アル方向の復元力によって受動的に安定に制御されてい
る。
【００２１】本実施の形態では、図１（ｃ）に示すよう
に、アキシアル方向の復元力をより強く作用させるた
め、磁気軸受ステータ３ａと磁気軸受ロータ３ｂとに、
それぞれ、段差１６ａ，１６ｂを設け、磁気的な段差を
形成している。アキシアル方向の復元力を大きくするた
めには、段差を多段にした方がより好ましい。
に、アキシアル方向の復元力をより強く作用させるた
め、磁気軸受ステータ３ａと磁気軸受ロータ３ｂとに、
それぞれ、段差１６ａ，１６ｂを設け、磁気的な段差を
形成している。アキシアル方向の復元力を大きくするた
めには、段差を多段にした方がより好ましい。
【００２２】ハウジング５の上壁７と回転軸２との間に
は保護軸受１７が設けてある。 保護軸受１７は、回転
軸２が停止中の時と回転異常時の時とに、モータステー
タ６ａとモータロータ６ｂとの接触を防止する。従っ
て、保護軸受１７の隙間は、モータステータ６ａとモー
タロータ６ｂの隙間より小さく設定してある。
は保護軸受１７が設けてある。 保護軸受１７は、回転
軸２が停止中の時と回転異常時の時とに、モータステー
タ６ａとモータロータ６ｂとの接触を防止する。従っ
て、保護軸受１７の隙間は、モータステータ６ａとモー
タロータ６ｂの隙間より小さく設定してある。
【００２３】回転軸２は、停止している状態から回転を
開始して回転数を上昇していくと、吸気口９と排気口１
０の圧力差によって、浮上力を受ける。磁気軸受３は、
ラジアル制御型のためアキシアル方向の制御用コイルは
ないが、磁気軸受ステータ３ａと磁気軸受ロータ３ｂと
にそれぞれ段差１６ａ，１６ｂを設け、磁気的な段差を
形成してあるため、アキシアル方向のずれが生じると、
アキシアル方向の復元力が強く発生して、回転軸２のア
キシアル方向の位置を正常に保持するようになってい
る。
開始して回転数を上昇していくと、吸気口９と排気口１
０の圧力差によって、浮上力を受ける。磁気軸受３は、
ラジアル制御型のためアキシアル方向の制御用コイルは
ないが、磁気軸受ステータ３ａと磁気軸受ロータ３ｂと
にそれぞれ段差１６ａ，１６ｂを設け、磁気的な段差を
形成してあるため、アキシアル方向のずれが生じると、
アキシアル方向の復元力が強く発生して、回転軸２のア
キシアル方向の位置を正常に保持するようになってい
る。
【００２４】このように、本実施の形態では、給排気の
圧力差による回転軸２の浮上力を抑え、ピボット軸受４
による安定回転を実現できる。また、定格回転数は、装
置の損傷を防ぐために回転軸２の曲げ危険速度以下にす
る。
圧力差による回転軸２の浮上力を抑え、ピボット軸受４
による安定回転を実現できる。また、定格回転数は、装
置の損傷を防ぐために回転軸２の曲げ危険速度以下にす
る。
【００２５】また、上述したような構成のレーザ発振器
では非接触軸受のため、軸受寿命が長く、また、磁気軸
受の構成を二軸制御としたため、安価に出来る。
では非接触軸受のため、軸受寿命が長く、また、磁気軸
受の構成を二軸制御としたため、安価に出来る。
【００２６】図２は、第１実施の形態に用いる二軸制御
ラジアル磁気軸受装置の変形例の断面図である。磁気軸
受ロータ３ｂの構成を変えたものである。即ち、磁気軸
受ステータ３ａの段差１６ａに対応するように、磁気軸
受ロータ３ｂを積層鋼板１８と非磁性体１９を交互に配
置し、磁気的な段差を形成している。
ラジアル磁気軸受装置の変形例の断面図である。磁気軸
受ロータ３ｂの構成を変えたものである。即ち、磁気軸
受ステータ３ａの段差１６ａに対応するように、磁気軸
受ロータ３ｂを積層鋼板１８と非磁性体１９を交互に配
置し、磁気的な段差を形成している。
【００２７】なお、本発明の二軸制御ラジアル磁気軸受
と特開平１０−１８４５９３号の永久磁石ラジアル磁気
軸受では、ラジアル方向の吸引力・安定性が全く異な
る。本発明では、ラジアル吸引力は、制御型磁気軸受を
使用しているので制御方法によって自在にラジアル剛性
を変えられ、かつ、制御を行っているため安定である。
しかし、特開平１０−１８４５９３号公報では受動型の
磁気軸受を使用しているため、ラジアル吸引力を簡単に
変えることができず、常に不安定力が存在し、回転が不
安定になる恐れがある。 （第２実施の形態）図３（ａ）は、本発明の第２実施の
形態に係るレーザ発振器ブロワ用軸受装置の断面図であ
り、（ｂ）は、一軸制御アキシアル磁気軸受装置のラジ
アル方向の復元力を示す作用図である。
と特開平１０−１８４５９３号の永久磁石ラジアル磁気
軸受では、ラジアル方向の吸引力・安定性が全く異な
る。本発明では、ラジアル吸引力は、制御型磁気軸受を
使用しているので制御方法によって自在にラジアル剛性
を変えられ、かつ、制御を行っているため安定である。
しかし、特開平１０−１８４５９３号公報では受動型の
磁気軸受を使用しているため、ラジアル吸引力を簡単に
変えることができず、常に不安定力が存在し、回転が不
安定になる恐れがある。 （第２実施の形態）図３（ａ）は、本発明の第２実施の
形態に係るレーザ発振器ブロワ用軸受装置の断面図であ
り、（ｂ）は、一軸制御アキシアル磁気軸受装置のラジ
アル方向の復元力を示す作用図である。
【００２８】本第２実施の形態は、モータにより回転す
る回転軸を有し、回転軸は先端に気体輸送手段であるイ
ンペラと、回転軸を駆動するためのモータと、気体の吸
気口および排気口があるレーザ発信器ブロワにおいて、
（１）回転軸をピボット軸受と磁気軸受で非接触支持す
る、（２）磁気軸受は、アキシアル制御の一軸制御型磁
気軸受である、（３）磁気軸受は、共振点通過時および
緊急時の保護軸受を有する、（４）モータのステータ、
ロータは、アキシアル方向の吸引力が働くように軸方向
にずらす、（５）定格回転速度は、機械的共振点より高
く、回転軸の曲げ危険速度よりも低い、ことを特徴とし
ている。
る回転軸を有し、回転軸は先端に気体輸送手段であるイ
ンペラと、回転軸を駆動するためのモータと、気体の吸
気口および排気口があるレーザ発信器ブロワにおいて、
（１）回転軸をピボット軸受と磁気軸受で非接触支持す
る、（２）磁気軸受は、アキシアル制御の一軸制御型磁
気軸受である、（３）磁気軸受は、共振点通過時および
緊急時の保護軸受を有する、（４）モータのステータ、
ロータは、アキシアル方向の吸引力が働くように軸方向
にずらす、（５）定格回転速度は、機械的共振点より高
く、回転軸の曲げ危険速度よりも低い、ことを特徴とし
ている。
【００２９】図３（ａ）に示すように、１は気体輸送用
のインペラであり回転軸２の上端部に固定されている。
回転軸２は上部軸受である磁気軸受３と下部軸受である
ピボット軸受４とにより上下２箇所でハウジング５に回
転可能に支持されている。磁気軸受３とピボット軸受４
との間にはモータ６が設けてある。モータ６はハウジン
グ５に固設されたモータステータ６ａと、モータステー
タ６ａに半径方向に対向し回転軸２に固設されたモータ
ロータ６ｂとからなる。
のインペラであり回転軸２の上端部に固定されている。
回転軸２は上部軸受である磁気軸受３と下部軸受である
ピボット軸受４とにより上下２箇所でハウジング５に回
転可能に支持されている。磁気軸受３とピボット軸受４
との間にはモータ６が設けてある。モータ６はハウジン
グ５に固設されたモータステータ６ａと、モータステー
タ６ａに半径方向に対向し回転軸２に固設されたモータ
ロータ６ｂとからなる。
【００３０】ハウジング５の上壁７はインペラ１に近接
してその下側に存在している。ハウジング５の上壁７に
は、インペラ１を囲むようにケーシング８が一体に設け
てある。ケーシング８には吸気口９と排気口１０とが形
成してあり、インペラ１の回転により吸気口９から流入
する気体を排気口１０から吹き出すようになっている。
してその下側に存在している。ハウジング５の上壁７に
は、インペラ１を囲むようにケーシング８が一体に設け
てある。ケーシング８には吸気口９と排気口１０とが形
成してあり、インペラ１の回転により吸気口９から流入
する気体を排気口１０から吹き出すようになっている。
【００３１】下部軸受であるピボット軸受４は、アキシ
アル荷重を支えるためハウジング５の下端の底壁１１の
内側に形成された球状凹面１２と、該凹面１２に微小間
隔を介して対向して回転軸２の下端に形成された球状凸
面１３との間に潤滑剤を介在させた動圧軸受として形成
されている。
アル荷重を支えるためハウジング５の下端の底壁１１の
内側に形成された球状凹面１２と、該凹面１２に微小間
隔を介して対向して回転軸２の下端に形成された球状凸
面１３との間に潤滑剤を介在させた動圧軸受として形成
されている。
【００３２】上部軸受である磁気軸受３は、磁気軸受ス
テータ３ａと、磁気軸受ロータ３ｂと、制御用コイル１
４と、回転軸２のアキシアル方向位置を検出するセンサ
１５と、図示しない位置制御装置とから構成してある。
テータ３ａと、磁気軸受ロータ３ｂと、制御用コイル１
４と、回転軸２のアキシアル方向位置を検出するセンサ
１５と、図示しない位置制御装置とから構成してある。
【００３３】磁気軸受３は、モータのステータ６ａ、ロ
ータ６ｂ間に働くアキシアル方向吸引力、ブロアの回転
に基づく浮揚力、ロータ６ｂの自重、ピボット軸受４の
アキシアル荷重支持力による軸位置変動をセンサ１５の
信号に基づいて位置制御装置により回転軸２をアキシア
ル方向の所定の位置に支持するように制御する。
ータ６ｂ間に働くアキシアル方向吸引力、ブロアの回転
に基づく浮揚力、ロータ６ｂの自重、ピボット軸受４の
アキシアル荷重支持力による軸位置変動をセンサ１５の
信号に基づいて位置制御装置により回転軸２をアキシア
ル方向の所定の位置に支持するように制御する。
【００３４】また、図３（ｂ）に示すように、ラジアル
方向の回転軸２の位置は、磁気軸受ステータ３ａに対し
て、磁気軸受ロータ３ｂがずれた時に働くラジアル方向
の復元力によって受動的に安定に制御されている。
方向の回転軸２の位置は、磁気軸受ステータ３ａに対し
て、磁気軸受ロータ３ｂがずれた時に働くラジアル方向
の復元力によって受動的に安定に制御されている。
【００３５】本実施形態において、保護軸受１７は、上
部軸受である磁気軸受３とモータ６との間に設けられて
おり、回転軸２が停止中の時と回転軸２が回転を開始し
て共振点を通過して安定回転になるまでの共振点通過時
の軸の振れ大の時と軸回転異常時の時とに、モータステ
ータ６ａとモータロータ６ｂの接触を防止する。従っ
て、保護軸受１７の隙間は、モータステータ６ａとモー
タロータ６ｂの隙間より小さく設定されている。
部軸受である磁気軸受３とモータ６との間に設けられて
おり、回転軸２が停止中の時と回転軸２が回転を開始し
て共振点を通過して安定回転になるまでの共振点通過時
の軸の振れ大の時と軸回転異常時の時とに、モータステ
ータ６ａとモータロータ６ｂの接触を防止する。従っ
て、保護軸受１７の隙間は、モータステータ６ａとモー
タロータ６ｂの隙間より小さく設定されている。
【００３６】モータ６は、モータロータ６ｂがモータス
テータ６ａより軸方向位置で上になるように軸方向にず
らしてあり、これにより、アキシアル方向の吸引力を常
に働かして回転軸２を下方向に吸引する。このアキシア
ル方向の吸引力を下側に働かせることによって、インペ
ラによる回転軸２の浮上を抑え、アキシアル方向軸位置
の安定性を高める。
テータ６ａより軸方向位置で上になるように軸方向にず
らしてあり、これにより、アキシアル方向の吸引力を常
に働かして回転軸２を下方向に吸引する。このアキシア
ル方向の吸引力を下側に働かせることによって、インペ
ラによる回転軸２の浮上を抑え、アキシアル方向軸位置
の安定性を高める。
【００３７】回転軸２が停止している状態から回転を開
始して定格回転に達するまでに軸の共振点を通過しなけ
らばならない。磁気軸受３のラジアル方向の剛性は受動
制御のため弱く、このため回転軸２は低回転数に共振点
を持ち、そこを通過する時軸の振れ回りが大きい。この
ため、共振点を通過する時、回転軸２は保護軸受１７に
接触しながら回転することになるが、低回転数であるた
め保護軸受１７によって装置に損傷を与えることはな
い。定格回転時は、回転軸２のジャイロモーメントと磁
気軸受のラジアル方向の復元力によって回転軸２の軸位
置が安定し、回転軸２は安定に回転する。
始して定格回転に達するまでに軸の共振点を通過しなけ
らばならない。磁気軸受３のラジアル方向の剛性は受動
制御のため弱く、このため回転軸２は低回転数に共振点
を持ち、そこを通過する時軸の振れ回りが大きい。この
ため、共振点を通過する時、回転軸２は保護軸受１７に
接触しながら回転することになるが、低回転数であるた
め保護軸受１７によって装置に損傷を与えることはな
い。定格回転時は、回転軸２のジャイロモーメントと磁
気軸受のラジアル方向の復元力によって回転軸２の軸位
置が安定し、回転軸２は安定に回転する。
【００３８】このように、本実施の形態では、給排気の
圧力差による回転軸２の浮上力を抑え、ピボット軸受４
及び磁気軸受３により安定したブロワの回転を実現でき
る。また、定格回転数は、装置の損傷を防ぐために回転
軸２の曲げ危険速度以下にする。
圧力差による回転軸２の浮上力を抑え、ピボット軸受４
及び磁気軸受３により安定したブロワの回転を実現でき
る。また、定格回転数は、装置の損傷を防ぐために回転
軸２の曲げ危険速度以下にする。
【００３９】このような構成のレーザ発振器ブロアは、
非接触軸受のため軸受寿命が長く、また、磁気軸受の構
成を最小構成の一軸制御としたため、安価に出来る。
非接触軸受のため軸受寿命が長く、また、磁気軸受の構
成を最小構成の一軸制御としたため、安価に出来る。
【００４０】図４は、本発明の第２実施の形態の変形例
に係るレーザ発振器ブロワ用軸受装置の断面図である。
上部の保護軸受１７の取り付け位置がインペラ１により
近く配置してある。その他の構成・作用は、第２実施の
形態と同様である。
に係るレーザ発振器ブロワ用軸受装置の断面図である。
上部の保護軸受１７の取り付け位置がインペラ１により
近く配置してある。その他の構成・作用は、第２実施の
形態と同様である。
【００４１】図５（ａ）（ｂ）（ｃ）は、それぞれ、第
２実施の形態に用いる一軸制御アキシアル磁気軸受装置
の変形例の断面図である。
２実施の形態に用いる一軸制御アキシアル磁気軸受装置
の変形例の断面図である。
【００４２】図５（ａ）では、ラジアル方向の復元力を
より強く作用させるため、磁気軸受ステータ３ａと、磁
気軸受ロータ３ｂとに、それぞれ段差１６ａ，１６ｂを
設け、磁気的な段差を形成している。ラジアル方向の復
元力を大きくするためには、段差を多段にした方がより
好ましい。
より強く作用させるため、磁気軸受ステータ３ａと、磁
気軸受ロータ３ｂとに、それぞれ段差１６ａ，１６ｂを
設け、磁気的な段差を形成している。ラジアル方向の復
元力を大きくするためには、段差を多段にした方がより
好ましい。
【００４３】図５（ｂ）は、磁気軸受ステータ３ａの外
周側の一部に永久磁石２０を入れたものである。永久磁
石２０を入れることにより、定常時のバイアス磁気力を
発生できるので、制御の定常電流を小さくでき小電力化
できる。
周側の一部に永久磁石２０を入れたものである。永久磁
石２０を入れることにより、定常時のバイアス磁気力を
発生できるので、制御の定常電流を小さくでき小電力化
できる。
【００４４】図５（ｃ）は、磁気軸受ステータ３ａの内
周側の一部に永久磁石２０を入れたものである。作用は
図５（ｂ）と同じである。
周側の一部に永久磁石２０を入れたものである。作用は
図５（ｂ）と同じである。
【００４５】なお、本発明の一軸制御アキシアル磁気軸
受と特開平１０−１８４５９３号公報の永久磁石ラジア
ル磁気軸受では、下部軸受に負荷されるアキシアル方向
の荷重に対する考え方が大きく異なる。特開平１０−１
８４５９３号公報では、大きなアキシアル荷重を打ち消
すようにインペラの浮揚力が働くとともに、浮揚力が大
きすぎる場合は磁石の軸方向位置をδ１，δ２ずらして
インペラの浮揚力より大きくなるようにすれば下部軸受
が浮き上がることが無く、寿命と信頼性が向上するとい
うもので、そこには、本発明に示したモータのロータ、
ステータ間に働くアキシアル吸引力によって下部軸受方
向に押圧力を与え、一軸制御アキシアル軸受で前記押圧
力を調整することによって下部軸受のラジアル剛性を大
きくして回転の安定性を大きくするという技術思想はな
い。
受と特開平１０−１８４５９３号公報の永久磁石ラジア
ル磁気軸受では、下部軸受に負荷されるアキシアル方向
の荷重に対する考え方が大きく異なる。特開平１０−１
８４５９３号公報では、大きなアキシアル荷重を打ち消
すようにインペラの浮揚力が働くとともに、浮揚力が大
きすぎる場合は磁石の軸方向位置をδ１，δ２ずらして
インペラの浮揚力より大きくなるようにすれば下部軸受
が浮き上がることが無く、寿命と信頼性が向上するとい
うもので、そこには、本発明に示したモータのロータ、
ステータ間に働くアキシアル吸引力によって下部軸受方
向に押圧力を与え、一軸制御アキシアル軸受で前記押圧
力を調整することによって下部軸受のラジアル剛性を大
きくして回転の安定性を大きくするという技術思想はな
い。
【００４６】また本発明がなされたレーザ発振器ブロア
は機械的共振点（パラレルモードおよびコニカルモード
の振動）を超えて使用されるが、特開平１０−１８４５
９３号公報は共振点を通過するときの問題点の認識もな
い。この点についても、本発明は解決法を提案してい
る。
は機械的共振点（パラレルモードおよびコニカルモード
の振動）を超えて使用されるが、特開平１０−１８４５
９３号公報は共振点を通過するときの問題点の認識もな
い。この点についても、本発明は解決法を提案してい
る。
【００４７】なお、本発明は、上述した実施の形態に限
定されず、種々変形可能である。
定されず、種々変形可能である。
【００４８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
上部軸受にロータとステータの対向面に磁気的な段差を
有する制御型磁気軸受を用いたことにより、回転軸に対
して軸受対向面方向だけでなくその直角方向にも安定し
た復元力を得ることができ、ひいては、レーザ発振器ブ
ロワの長寿命化を図ることができると共に、高速回転時
の軸回転の安定化を図ることができる。
上部軸受にロータとステータの対向面に磁気的な段差を
有する制御型磁気軸受を用いたことにより、回転軸に対
して軸受対向面方向だけでなくその直角方向にも安定し
た復元力を得ることができ、ひいては、レーザ発振器ブ
ロワの長寿命化を図ることができると共に、高速回転時
の軸回転の安定化を図ることができる。
【図１】図１（ａ）は、本発明の第１実施の形態に係る
レーザ発振器ブロワ用軸受装置の断面図であり、図１
（ｂ）は、二軸制御ラジアル磁気軸受装置の復元力を示
す作用図であり、図１（ｃ）は、図１（ａ）に示した磁
気軸受装置の拡大断面図である。
レーザ発振器ブロワ用軸受装置の断面図であり、図１
（ｂ）は、二軸制御ラジアル磁気軸受装置の復元力を示
す作用図であり、図１（ｃ）は、図１（ａ）に示した磁
気軸受装置の拡大断面図である。
【図２】第１実施の形態に用いる二軸制御ラジアル磁気
軸受装置の変形例の断面図である。
軸受装置の変形例の断面図である。
【図３】図３（ａ）は、本発明の第２実施の形態に係る
レーザ発振器ブロワ用軸受装置の断面図であり、図３
（ｂ）は、一軸制御アキシアル磁気軸受装置のラジアル
方向の復元力を示す作用図である。
レーザ発振器ブロワ用軸受装置の断面図であり、図３
（ｂ）は、一軸制御アキシアル磁気軸受装置のラジアル
方向の復元力を示す作用図である。
【図４】本発明の第２実施の形態の変形例に係るレーザ
発振器ブロワ用軸受装置の断面図である。
発振器ブロワ用軸受装置の断面図である。
【図５】図５（ａ）、図５（ｂ）、図５（ｃ）は、それ
ぞれ、第２実施の形態に用いる一軸制御アキシアル磁気
軸受装置の変形例の断面図である。
ぞれ、第２実施の形態に用いる一軸制御アキシアル磁気
軸受装置の変形例の断面図である。
【図６】従来に係るレーザ発振器ブロワ用軸受装置の断
面図である。
面図である。
１ インペラ ２ 回転軸 ３ 磁気軸受 ３ａ 磁気軸受ステータ ３ｂ 磁気軸受ロータ ４ ピボット軸受 ５ ハウジング ６ モータ ６ａ モータステータ ６ｂ モータロータ ７ 上壁 ８ ケーシング ９ 吸気口 １０ 排気口 １１ 底壁 １２ 球状凹面 １３ 球状凸面 １４ 制御用コイル １５ センサ １６ａ，１６ｂ 段差 １７ 保護軸受 １８ 積層鋼板 １９ 非磁性体 ２０ 永久磁石
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3H022 AA02 BA06 CA11 CA16 DA13 DA20 3J102 AA01 BA03 BA19 CA10 DA02 DA03 DA09 DA16 DB05 DB10 DB11 GA06 GA20
Claims (1)
- 【請求項１】軸方向に隔てたハウジング内の２箇所で上
部軸受及び下部軸受により支持される回転軸の上部に、
回転することにより気体を輸送するインペラを有し、イ
ンペラを囲んで気体の吸気口と排気口を有するケーシン
グがハウジングの上部に取り付けられ、上記上部軸受と
下部軸受間に位置するモータで回転軸を駆動するレーザ
発振器ブロワにおいて、インペラとは反対側の下部軸受
を動圧型ピボット軸受とし、インペラ側の上部軸受をロ
ータとステータの対向面に磁気的な段差を有する制御型
磁気軸受としたことを特徴とするレーザ発振器ブロワ用
軸受装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000370486A JP2002174198A (ja) | 2000-12-05 | 2000-12-05 | レーザ発振器ブロワ用軸受装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000370486A JP2002174198A (ja) | 2000-12-05 | 2000-12-05 | レーザ発振器ブロワ用軸受装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002174198A true JP2002174198A (ja) | 2002-06-21 |
Family
ID=18840379
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000370486A Withdrawn JP2002174198A (ja) | 2000-12-05 | 2000-12-05 | レーザ発振器ブロワ用軸受装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002174198A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100513205B1 (ko) * | 2002-03-21 | 2005-09-08 | 한국전기연구원 | 축방향 안내력 증가형 반경방향 자기 베어링 |
| JP2009133241A (ja) * | 2007-11-29 | 2009-06-18 | Yamada Seisakusho Co Ltd | ポンプ用ｄｃモータ |
| CN105422490A (zh) * | 2015-12-31 | 2016-03-23 | 包头钢铁（集团）有限责任公司 | 矿用电力机车通风装置 |
-
2000
- 2000-12-05 JP JP2000370486A patent/JP2002174198A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100513205B1 (ko) * | 2002-03-21 | 2005-09-08 | 한국전기연구원 | 축방향 안내력 증가형 반경방향 자기 베어링 |
| JP2009133241A (ja) * | 2007-11-29 | 2009-06-18 | Yamada Seisakusho Co Ltd | ポンプ用ｄｃモータ |
| CN105422490A (zh) * | 2015-12-31 | 2016-03-23 | 包头钢铁（集团）有限责任公司 | 矿用电力机车通风装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20080205 |