JPH0754846A - 高速回転軸装置 - Google Patents
高速回転軸装置Info
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- JPH0754846A JPH0754846A JP21791493A JP21791493A JPH0754846A JP H0754846 A JPH0754846 A JP H0754846A JP 21791493 A JP21791493 A JP 21791493A JP 21791493 A JP21791493 A JP 21791493A JP H0754846 A JPH0754846 A JP H0754846A
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- rotating shaft
- thrust
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- shaft
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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
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
- F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
- F16C32/0406—Magnetic bearings
- F16C32/044—Active magnetic bearings
- F16C32/0442—Active magnetic bearings with devices affected by abnormal, undesired or non-standard conditions such as shock-load, power outage, start-up or touchdown
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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
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- F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
- F16C32/0406—Magnetic bearings
- F16C32/044—Active magnetic bearings
- F16C32/0444—Details of devices to control the actuation of the electromagnets
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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
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- F16C2231/00—Running-in; Initial operation
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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
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- F16C2300/40—Application independent of particular apparatuses related to environment, i.e. operating conditions
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Abstract
(57)【要約】
【目的】回転軸７の超高速回転の実現を可能とする。
【構成】回転軸７の回転速度が、この回転軸７の曲げ危
険速度を越える迄の間は、上下１対の玉軸受５７、４９
によりこの回転軸７を支承する。曲げ危険速度を越えた
後は、両玉軸受５７、４９による支持力を解除し、ラジ
アル磁気軸受２８、２９及びスラスト磁気軸受３７によ
り支持する。
険速度を越える迄の間は、上下１対の玉軸受５７、４９
によりこの回転軸７を支承する。曲げ危険速度を越えた
後は、両玉軸受５７、４９による支持力を解除し、ラジ
アル磁気軸受２８、２９及びスラスト磁気軸受３７によ
り支持する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明に係る高速回転軸装置
は、例えば遠心分離機等に組み込んで、試料ホルダを回
転駆動する為の回転軸を、数万乃至数十万r.p.m.の超高
速で超高速回転自在とする構造を得るものである。
は、例えば遠心分離機等に組み込んで、試料ホルダを回
転駆動する為の回転軸を、数万乃至数十万r.p.m.の超高
速で超高速回転自在とする構造を得るものである。
【０００２】
【従来の技術】病理検査等の為、患者から採取した血液
等の病理検体を遠心分離機により処理する事が一般的に
行なわれている。遠心分離機では回転軸を超高速で回転
させる必要があるが、この様な超高速回転を実現させる
為には、 回転軸の曲げ危険速度をできるだけ高く設定し、この
曲げ危険速度以下で使用する剛性軸方式と、 回転軸の曲げ危険速度以上で使用する弾性軸方式との
２通りの方式がある。
等の病理検体を遠心分離機により処理する事が一般的に
行なわれている。遠心分離機では回転軸を超高速で回転
させる必要があるが、この様な超高速回転を実現させる
為には、 回転軸の曲げ危険速度をできるだけ高く設定し、この
曲げ危険速度以下で使用する剛性軸方式と、 回転軸の曲げ危険速度以上で使用する弾性軸方式との
２通りの方式がある。
【０００３】上記の剛性軸方式の場合には、回転軸の
曲げ剛性を高くする為に、この回転軸の外径を太くする
等の必要があるが、現実的な遠心分離機を構成する為に
は回転軸の太さにも限度がある。この為、剛性軸方式に
よって１２００００r.p.m.を越える様な超高速回転を実
現する事は難しい。
曲げ剛性を高くする為に、この回転軸の外径を太くする
等の必要があるが、現実的な遠心分離機を構成する為に
は回転軸の太さにも限度がある。この為、剛性軸方式に
よって１２００００r.p.m.を越える様な超高速回転を実
現する事は難しい。
【０００４】一方、上記に示した弾性軸方式は、回転
軸の曲げ危険速度が比較的低速域になる様に回転軸が細
径部を有する構造として曲がりを抑える事なく回転を上
昇させて危険速度を通過させ、回転軸を危険速度以上の
高速回転域迄使用する。この様な弾性軸方式の遠心分離
機として従来から、実公昭４３−３０６０７号公報、同
４３−３１５０７号公報に記載されたものが知られてい
る。図５は、この様な弾性軸方式の遠心分離機の基本構
造を示している。
軸の曲げ危険速度が比較的低速域になる様に回転軸が細
径部を有する構造として曲がりを抑える事なく回転を上
昇させて危険速度を通過させ、回転軸を危険速度以上の
高速回転域迄使用する。この様な弾性軸方式の遠心分離
機として従来から、実公昭４３−３０６０７号公報、同
４３−３１５０７号公報に記載されたものが知られてい
る。図５は、この様な弾性軸方式の遠心分離機の基本構
造を示している。
【０００５】上下１対の玉軸受１、１により、鉛直方向
に亙って回転自在に支持された主軸２の下方部には試料
ホルダ３を、主軸２よりも径が小さい連結軸４を介して
吊り下げている。試料ホルダ３の上面には、病理検体等
の試料を入れた試験管（図示せず）を差し込む為の複数
の支持孔５、５が、等間隔で設けられている。又、上記
連結軸４の中間部には、連結軸４が極端に大きく曲がる
事を防ぐ様に連結軸４に対して空隙を介して保護用玉軸
受６を設置している。試料を遠心分離する場合、この試
料を入れた試験管を上記支持孔５、５に差し込み、図示
しないモータにより主軸２及び連結軸４を介して、試料
ホルダ３を高速で回転させる。
に亙って回転自在に支持された主軸２の下方部には試料
ホルダ３を、主軸２よりも径が小さい連結軸４を介して
吊り下げている。試料ホルダ３の上面には、病理検体等
の試料を入れた試験管（図示せず）を差し込む為の複数
の支持孔５、５が、等間隔で設けられている。又、上記
連結軸４の中間部には、連結軸４が極端に大きく曲がる
事を防ぐ様に連結軸４に対して空隙を介して保護用玉軸
受６を設置している。試料を遠心分離する場合、この試
料を入れた試験管を上記支持孔５、５に差し込み、図示
しないモータにより主軸２及び連結軸４を介して、試料
ホルダ３を高速で回転させる。
【０００６】ところが、上述の様に、主軸２や連結軸４
を玉軸受１、１で支承した構造を有する遠心分離機の場
合、玉軸受１、１の摩擦力によって、主軸２の回転速度
をあまり高くできない。特に、試料ホルダ３にセットし
た試験管中の試料の量が僅かに異なる等の理由により、
回転に伴って上記主軸２や連結軸４に遠心力が加わった
場合、玉軸受１、１の摩擦力が大きくなって、主軸２の
回転速度を高くできなくなるばかりか、玉軸受１、１の
寿命が短くなってしまう。
を玉軸受１、１で支承した構造を有する遠心分離機の場
合、玉軸受１、１の摩擦力によって、主軸２の回転速度
をあまり高くできない。特に、試料ホルダ３にセットし
た試験管中の試料の量が僅かに異なる等の理由により、
回転に伴って上記主軸２や連結軸４に遠心力が加わった
場合、玉軸受１、１の摩擦力が大きくなって、主軸２の
回転速度を高くできなくなるばかりか、玉軸受１、１の
寿命が短くなってしまう。
【０００７】この為、図５に示す様な構造の場合、試料
ホルダ３の回転速度の上限は１２００００万r.p.m.程度
である。それ以上の回転速度が必要な場合には、例えば
特開平４−２４４２５０号公報に記載されている様に、
電磁石の力によって回転軸を非接触状態で支持する、磁
気軸受を組み込んだ遠心分離機が使用される。磁気軸受
を組み込んだ遠心分離機の場合には、回転軸は何れの部
分にも非接触な（浮上した）状態で支持される為、この
回転軸を超高速で回転させる事ができる。この為、回転
軸上端部の試料ホルダに差し込まれた試験管中の試料の
遠心分離を短時間で行なえる等、遠心分離機の性能向上
を図れる。
ホルダ３の回転速度の上限は１２００００万r.p.m.程度
である。それ以上の回転速度が必要な場合には、例えば
特開平４−２４４２５０号公報に記載されている様に、
電磁石の力によって回転軸を非接触状態で支持する、磁
気軸受を組み込んだ遠心分離機が使用される。磁気軸受
を組み込んだ遠心分離機の場合には、回転軸は何れの部
分にも非接触な（浮上した）状態で支持される為、この
回転軸を超高速で回転させる事ができる。この為、回転
軸上端部の試料ホルダに差し込まれた試験管中の試料の
遠心分離を短時間で行なえる等、遠心分離機の性能向上
を図れる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ところが、磁気軸受の
負荷容量は玉軸受等の転がり軸受の負荷容量よりも小さ
く、回転軸が曲がるのに耐える事はできない。この為、
磁気軸受により回転軸を支承した場合には、この回転軸
の回転速度を、その曲げ危険速度を越えて上昇させる事
はできず、剛性軸方式の場合と同様に、回転軸の回転速
度が曲げ危険速度以下に限られてしまう。本発明の高速
回転軸装置は、この様な事情に鑑みて発明したものであ
る。
負荷容量は玉軸受等の転がり軸受の負荷容量よりも小さ
く、回転軸が曲がるのに耐える事はできない。この為、
磁気軸受により回転軸を支承した場合には、この回転軸
の回転速度を、その曲げ危険速度を越えて上昇させる事
はできず、剛性軸方式の場合と同様に、回転軸の回転速
度が曲げ危険速度以下に限られてしまう。本発明の高速
回転軸装置は、この様な事情に鑑みて発明したものであ
る。
【０００９】
【課題を解決する為の手段】本発明の高速回転軸装置
は、回転軸と、この回転軸の周囲に設けられたハウジン
グと、このハウジングと上記回転軸との間に設けられ、
通電に基づいて上記回転軸を回転駆動する電動モータ
と、回転軸側に固定された磁性体及びハウジング側に固
定された電磁石でそれぞれが構成され、上記回転軸のス
ラスト方向又はラジアル方向に亙る位置を規制するスラ
スト磁気軸受及びラジアル磁気軸受と、上記回転軸のス
ラスト方向に亙る位置を検出するスラスト位置センサ
と、上記回転軸のラジアル方向に亙る位置を検出するラ
ジアル位置センサと、これらスラスト、ラジアル両位置
センサの検出値に基づいて上記スラスト、ラジアル両磁
気軸受を構成する電磁石への通電を制御する制御器と、
上記ハウジングに支持された転がり軸受と、この転がり
軸受が回転軸を支持する事を係脱させる為の係脱手段と
を備えている。
は、回転軸と、この回転軸の周囲に設けられたハウジン
グと、このハウジングと上記回転軸との間に設けられ、
通電に基づいて上記回転軸を回転駆動する電動モータ
と、回転軸側に固定された磁性体及びハウジング側に固
定された電磁石でそれぞれが構成され、上記回転軸のス
ラスト方向又はラジアル方向に亙る位置を規制するスラ
スト磁気軸受及びラジアル磁気軸受と、上記回転軸のス
ラスト方向に亙る位置を検出するスラスト位置センサ
と、上記回転軸のラジアル方向に亙る位置を検出するラ
ジアル位置センサと、これらスラスト、ラジアル両位置
センサの検出値に基づいて上記スラスト、ラジアル両磁
気軸受を構成する電磁石への通電を制御する制御器と、
上記ハウジングに支持された転がり軸受と、この転がり
軸受が回転軸を支持する事を係脱させる為の係脱手段と
を備えている。
【００１０】
【作用】上述の様に構成される本発明の高速回転軸装置
の場合、回転軸の回転速度がこの回転軸の曲げ危険速度
を越える迄の間は、回転軸とハウジングとの間に転がり
軸受を係合させておく。この結果、この回転軸はハウジ
ングに、転がり軸受を介して回転自在に支持される。転
がり軸受は、ラジアル方向に亙る剛性並びに負荷容量が
十分に大きい為、回転軸の回転速度が曲げ危険速度に達
した場合でも、上記転がり軸受はこの回転軸が曲がるの
に耐え、回転軸の回転速度が曲げ危険速度を越えて上昇
する事を許容する。
の場合、回転軸の回転速度がこの回転軸の曲げ危険速度
を越える迄の間は、回転軸とハウジングとの間に転がり
軸受を係合させておく。この結果、この回転軸はハウジ
ングに、転がり軸受を介して回転自在に支持される。転
がり軸受は、ラジアル方向に亙る剛性並びに負荷容量が
十分に大きい為、回転軸の回転速度が曲げ危険速度に達
した場合でも、上記転がり軸受はこの回転軸が曲がるの
に耐え、回転軸の回転速度が曲げ危険速度を越えて上昇
する事を許容する。
【００１１】上記回転速度が曲げ危険速度を越えた場合
には、上記転がり軸受の係合を外し、磁気軸受によって
上記回転軸をハウジングに支承する。この結果、回転軸
は磁気軸受によって浮上状態で支承される為、この回転
軸の超高速回転の実現が可能となる。
には、上記転がり軸受の係合を外し、磁気軸受によって
上記回転軸をハウジングに支承する。この結果、回転軸
は磁気軸受によって浮上状態で支承される為、この回転
軸の超高速回転の実現が可能となる。
【００１２】
【実施例】図１〜４は本発明の実施例を示している。鋼
等の磁性材により造られた回転軸７は、図４に示す様
に、主軸部８の中間部外周面に大径部９を形成し、更に
この大径部９の中間部外周面に鍔部１０を形成してい
る。上記主軸部８の上端面からは、この主軸部８よりも
小径の連結軸部１１を連続させている。この連結軸部１
１の上端部には、その外周面を円錐面状のテーパ面とし
た取付部１２を設けている。
等の磁性材により造られた回転軸７は、図４に示す様
に、主軸部８の中間部外周面に大径部９を形成し、更に
この大径部９の中間部外周面に鍔部１０を形成してい
る。上記主軸部８の上端面からは、この主軸部８よりも
小径の連結軸部１１を連続させている。この連結軸部１
１の上端部には、その外周面を円錐面状のテーパ面とし
た取付部１２を設けている。
【００１３】上述の様な形状を有する回転軸７は、図１
〜３に示す様にハウジング１３の内側に、後述するスラ
スト磁気軸受３７、上側、下側両ラジアル磁気軸受２
９、２８、及び上下１対の玉軸受５７、４９により回転
自在に支承されると共に、このハウジング１３の内周面
と回転軸７の外周面との間に高周波電動モータ２７を設
ける事で、遠心分離機を構成する。即ち、上記取付部１
２には試料ホルダ１５を外嵌し、更に取付ボルト６１に
より、上記取付部１２からの抜け止めを図って、上記試
料ホルダ１５の支持孔５、５に差し込んだ試験管（図示
せず）中の試料を、遠心分離可能としている。
〜３に示す様にハウジング１３の内側に、後述するスラ
スト磁気軸受３７、上側、下側両ラジアル磁気軸受２
９、２８、及び上下１対の玉軸受５７、４９により回転
自在に支承されると共に、このハウジング１３の内周面
と回転軸７の外周面との間に高周波電動モータ２７を設
ける事で、遠心分離機を構成する。即ち、上記取付部１
２には試料ホルダ１５を外嵌し、更に取付ボルト６１に
より、上記取付部１２からの抜け止めを図って、上記試
料ホルダ１５の支持孔５、５に差し込んだ試験管（図示
せず）中の試料を、遠心分離可能としている。
【００１４】上記ハウジング１３は、円輪状の底ブロッ
ク２１の上方に、それぞれが円筒状に形成された下側胴
部２２と上側胴部２３とを、上下方向に亙り互いに直列
に設けて成る。又、上記上側胴部２３の上方には、有底
円筒状の蓋体２４を、開口部を下に向けて被着し、上記
試料ホルダ１５の周囲を覆っている。
ク２１の上方に、それぞれが円筒状に形成された下側胴
部２２と上側胴部２３とを、上下方向に亙り互いに直列
に設けて成る。又、上記上側胴部２３の上方には、有底
円筒状の蓋体２４を、開口部を下に向けて被着し、上記
試料ホルダ１５の周囲を覆っている。
【００１５】上記下側胴部２２の上部内周面にはステー
タ２５を、前記主軸部８の一部で前記大径部９の直下位
置にはロータ２６を、それぞれ固定している。そして、
これらステータ２５の内周面とロータ２６の外周面とを
対向させる事で、上記回転軸７を回転駆動する為の高周
波電動モータ２７を構成している。
タ２５を、前記主軸部８の一部で前記大径部９の直下位
置にはロータ２６を、それぞれ固定している。そして、
これらステータ２５の内周面とロータ２６の外周面とを
対向させる事で、上記回転軸７を回転駆動する為の高周
波電動モータ２７を構成している。
【００１６】又、上記下側胴部２２の内周面と上記主軸
部８の下部外周面との間には下側ラジアル磁気軸受２８
を、上記上側胴部２３の内周面と上記主軸部８の上部外
周面との間には上側ラジアル磁気軸受２９を、それぞれ
設けている。これら両ラジアル磁気軸受２８、２９は、
それぞれ上記主軸部８の外周面に外嵌したラジアル方向
ロータ３０、３０と、上記下側胴部２２及び上側胴部２
３の内周面に内嵌固定したラジアル方向電磁石３１、３
１とから構成される。
部８の下部外周面との間には下側ラジアル磁気軸受２８
を、上記上側胴部２３の内周面と上記主軸部８の上部外
周面との間には上側ラジアル磁気軸受２９を、それぞれ
設けている。これら両ラジアル磁気軸受２８、２９は、
それぞれ上記主軸部８の外周面に外嵌したラジアル方向
ロータ３０、３０と、上記下側胴部２２及び上側胴部２
３の内周面に内嵌固定したラジアル方向電磁石３１、３
１とから構成される。
【００１７】尚、上記各ラジアル方向ロータ３０、３０
は、それぞれ積層鋼板により構成されている。そして、
上記上側ラジアル磁気軸受２９を構成するラジアル方向
ロータ３０は、前記大径部９の上面と上記主軸部８の上
端部に外嵌した上部固定リング３２の下面との間で挟持
固定している。一方、上記下側ラジアル磁気軸受２８を
構成するラジアル方向ロータ３０は、上記ロータ２６並
びに間座３３と共に、上記大径部９の下面と上記主軸部
８の下端部に外嵌した下部固定リング３４の上面との間
で挟持固定している。
は、それぞれ積層鋼板により構成されている。そして、
上記上側ラジアル磁気軸受２９を構成するラジアル方向
ロータ３０は、前記大径部９の上面と上記主軸部８の上
端部に外嵌した上部固定リング３２の下面との間で挟持
固定している。一方、上記下側ラジアル磁気軸受２８を
構成するラジアル方向ロータ３０は、上記ロータ２６並
びに間座３３と共に、上記大径部９の下面と上記主軸部
８の下端部に外嵌した下部固定リング３４の上面との間
で挟持固定している。
【００１８】又、前記下側胴部２２の下部及び前記上側
胴部２３の上部には、各胴部２２、２３の直径方向に亙
る貫通孔３５、３５を形成している。そして、各貫通孔
３５、３５の内端部に内嵌固定したラジアル位置センサ
３６、３６を、上記下部固定リング３４、上部固定リン
グ３２の外周面に対向させている。尚、上記貫通孔３
５、３５並びにラジアル位置センサ３６、３６は、上部
と下部とにそれぞれ２か所ずつ、互いに９０度ずれた位
置に設けている。
胴部２３の上部には、各胴部２２、２３の直径方向に亙
る貫通孔３５、３５を形成している。そして、各貫通孔
３５、３５の内端部に内嵌固定したラジアル位置センサ
３６、３６を、上記下部固定リング３４、上部固定リン
グ３２の外周面に対向させている。尚、上記貫通孔３
５、３５並びにラジアル位置センサ３６、３６は、上部
と下部とにそれぞれ２か所ずつ、互いに９０度ずれた位
置に設けている。
【００１９】これら合計４個のラジアル位置センサ３
６、３６の検出信号は、上記下側、上側両ラジアル磁気
軸受２８、２９を制御する、図示しない制御器に入力し
ている。そしてこの制御器は、上記各ラジアル位置セン
サ３６、３６からの信号に基づいて前記各ラジアル方向
電磁石３１、３１への通電を制御し、このラジアル方向
電磁石３１、３１と前記ラジアル方向ロータ３０、３０
との間に作用する電磁吸引力を調節して、前記回転軸７
のラジアル方向に亙る位置を規制する（回転軸７の回転
中心がぶれる事を防止する）。
６、３６の検出信号は、上記下側、上側両ラジアル磁気
軸受２８、２９を制御する、図示しない制御器に入力し
ている。そしてこの制御器は、上記各ラジアル位置セン
サ３６、３６からの信号に基づいて前記各ラジアル方向
電磁石３１、３１への通電を制御し、このラジアル方向
電磁石３１、３１と前記ラジアル方向ロータ３０、３０
との間に作用する電磁吸引力を調節して、前記回転軸７
のラジアル方向に亙る位置を規制する（回転軸７の回転
中心がぶれる事を防止する）。
【００２０】一方、前記下側胴部２２の上面と上側胴部
２３の下面との間には、スラスト磁気軸受３７を構成す
る為の、円輪状の支持板３８、３９を挟持している。厚
肉に形成された下側の支持板３８の上面内周縁部には、
全周に亙って段部４０を形成している。上記段部４０に
対応する部分には、上記両支持板３８、３９を重ね合わ
せた状態で、内周側が開口した凹部４１を形成してい
る。そして、この凹部４１内に、前記回転軸７外周面の
鍔部１０を位置させている。
２３の下面との間には、スラスト磁気軸受３７を構成す
る為の、円輪状の支持板３８、３９を挟持している。厚
肉に形成された下側の支持板３８の上面内周縁部には、
全周に亙って段部４０を形成している。上記段部４０に
対応する部分には、上記両支持板３８、３９を重ね合わ
せた状態で、内周側が開口した凹部４１を形成してい
る。そして、この凹部４１内に、前記回転軸７外周面の
鍔部１０を位置させている。
【００２１】又、下側の支持板３８の上面内周寄り部分
で上記鍔部１０の下面と対向する部分、並びに上側の支
持板３９の下面内周寄り部分で上記鍔部１０の上面と対
向する部分には、それぞれスラスト方向電磁石４２、４
２を設けている。そして、これら両スラスト方向電磁石
４２、４２と磁性材製の鍔部１０とにより、スラスト磁
気軸受３７を構成している。
で上記鍔部１０の下面と対向する部分、並びに上側の支
持板３９の下面内周寄り部分で上記鍔部１０の上面と対
向する部分には、それぞれスラスト方向電磁石４２、４
２を設けている。そして、これら両スラスト方向電磁石
４２、４２と磁性材製の鍔部１０とにより、スラスト磁
気軸受３７を構成している。
【００２２】又、下側の支持板３８の上面内周寄り部分
で上記鍔部１０の下面と対向する部分にはスラスト位置
センサ４３を設けて、前記回転軸７のスラスト方向位置
の検出を自在としている。このスラスト位置センサ４３
の検出信号は、上記スラスト磁気軸受３７を制御する、
図示しない制御器に入力している。そしてこの制御器
は、上記スラスト位置センサ４３からの信号に基づいて
前記スラスト方向電磁石４２、４２への通電を制御し、
このスラスト方向電磁石４２、４２と鍔部１０との間に
作用する電磁吸引力を調節して、前記回転軸７のスラス
ト方向に亙る位置を規制する（回転軸７が軸方向に変位
する事を防止する）。
で上記鍔部１０の下面と対向する部分にはスラスト位置
センサ４３を設けて、前記回転軸７のスラスト方向位置
の検出を自在としている。このスラスト位置センサ４３
の検出信号は、上記スラスト磁気軸受３７を制御する、
図示しない制御器に入力している。そしてこの制御器
は、上記スラスト位置センサ４３からの信号に基づいて
前記スラスト方向電磁石４２、４２への通電を制御し、
このスラスト方向電磁石４２、４２と鍔部１０との間に
作用する電磁吸引力を調節して、前記回転軸７のスラス
ト方向に亙る位置を規制する（回転軸７が軸方向に変位
する事を防止する）。
【００２３】又、前記底ブロック２１の中心孔４４の内
側には、係脱手段を構成する昇降ブロック４５を嵌装し
ている。そして、この昇降ブロック４５の下端部外周縁
に形成した鍔部４６の上面と上記底ブロック２１の下面
との間に圧縮ばね４７、４７を設けて、上記昇降ブロッ
ク４５に下降方向の弾力を付与している。
側には、係脱手段を構成する昇降ブロック４５を嵌装し
ている。そして、この昇降ブロック４５の下端部外周縁
に形成した鍔部４６の上面と上記底ブロック２１の下面
との間に圧縮ばね４７、４７を設けて、上記昇降ブロッ
ク４５に下降方向の弾力を付与している。
【００２４】この昇降ブロック４５の上面中央部には円
形の凹部４８を形成しており、この凹部４８の上端開口
部に、転がり軸受の一種である、深溝型の玉軸受４９の
外輪を支持固定している。そして、この玉軸受４９の内
輪に、下部支持環５０を支持固定している。この下部支
持環５０の上面はテーパ凹面５１とし、前記下部固定リ
ング３４の下端面を、このテーパ凹面５１と密接自在な
テーパ凸面５２としている。
形の凹部４８を形成しており、この凹部４８の上端開口
部に、転がり軸受の一種である、深溝型の玉軸受４９の
外輪を支持固定している。そして、この玉軸受４９の内
輪に、下部支持環５０を支持固定している。この下部支
持環５０の上面はテーパ凹面５１とし、前記下部固定リ
ング３４の下端面を、このテーパ凹面５１と密接自在な
テーパ凸面５２としている。
【００２５】又、上記底ブロック２１の下端開口を塞い
だ蓋板５３の上面と上記昇降ブロック４５の下面に添設
した支持板５４の下面との間にベローズ５５を設けてい
る。そして、上記蓋板５３に形成した給排口５６、５６
から上記ベローズ５５内への圧縮空気の給排により、こ
のベローズ５５の伸縮を自在とし、更に、この伸縮に基
づいて、上記昇降ブロック４５の昇降を自在としてい
る。
だ蓋板５３の上面と上記昇降ブロック４５の下面に添設
した支持板５４の下面との間にベローズ５５を設けてい
る。そして、上記蓋板５３に形成した給排口５６、５６
から上記ベローズ５５内への圧縮空気の給排により、こ
のベローズ５５の伸縮を自在とし、更に、この伸縮に基
づいて、上記昇降ブロック４５の昇降を自在としてい
る。
【００２６】更に、前記上側胴部２３の上端開口部には
深溝型の玉軸受５７の外輪を支持固定し、この玉軸受５
７の内輪に、上部支持環５８を支持固定している。この
上部支持環５８の下面はテーパ凹面５９とし、前記上部
固定リング３２の上端面を、このテーパ凹面５９と密接
自在なテーパ凸面６０としている。
深溝型の玉軸受５７の外輪を支持固定し、この玉軸受５
７の内輪に、上部支持環５８を支持固定している。この
上部支持環５８の下面はテーパ凹面５９とし、前記上部
固定リング３２の上端面を、このテーパ凹面５９と密接
自在なテーパ凸面６０としている。
【００２７】上述の様に構成される本発明の高速回転軸
装置を組み込んだ遠心分離装置を使用する場合には、前
記高周波電動モータ２７を構成するステータ２５に通電
し、前記回転軸７を回転させる。この際、ステータ２５
への通電に先立って前記ベローズ５５内に圧縮空気を送
り込み、前記昇降ブロック４５を上昇させておく。
装置を組み込んだ遠心分離装置を使用する場合には、前
記高周波電動モータ２７を構成するステータ２５に通電
し、前記回転軸７を回転させる。この際、ステータ２５
への通電に先立って前記ベローズ５５内に圧縮空気を送
り込み、前記昇降ブロック４５を上昇させておく。
【００２８】昇降ブロック４５の上昇に伴って、前記下
部支持環５０のテーパ凹面５１と下部固定リング３４の
テーパ凸面５２とが密接し、玉軸受４９によって、上記
回転軸７の下端部が回転自在に支持される。上記昇降ブ
ロック４５は、上記テーパ凹面５１とテーパ凸面５２と
が密接した以後も少し上昇し、上記回転軸７を少しだけ
押し上げるので、前記上部支持環５８のテーパ凹面５９
と上部固定リング３２のテーパ凸面６０とが密接する。
この結果上記回転軸７が、下端部だけでなく、上端部も
玉軸受５７によって支持される。
部支持環５０のテーパ凹面５１と下部固定リング３４の
テーパ凸面５２とが密接し、玉軸受４９によって、上記
回転軸７の下端部が回転自在に支持される。上記昇降ブ
ロック４５は、上記テーパ凹面５１とテーパ凸面５２と
が密接した以後も少し上昇し、上記回転軸７を少しだけ
押し上げるので、前記上部支持環５８のテーパ凹面５９
と上部固定リング３２のテーパ凸面６０とが密接する。
この結果上記回転軸７が、下端部だけでなく、上端部も
玉軸受５７によって支持される。
【００２９】回転軸７の回転速度は、この様に回転軸７
の上下両端部を玉軸受４９、５７によりハウジング１３
の内側に支持した状態で、前記高周波電動モータ２７に
より上昇させるが、この回転軸７の曲げ危険速度（例え
ば２０００〜２００００r.p.m.程度）を越える迄の間
は、上記昇降ブロック４５を上昇させたままとして、上
記回転軸７を両玉軸受４９、５７により支持しておく。
玉軸受４９、５７のラジアル方向に亙る剛性並びに負荷
容量は十分に大きい為、上記回転軸７の回転速度が曲げ
危険速度に達した場合でも、各玉軸受４９、５７はこの
回転軸７が曲がるのに耐え、回転軸７の回転速度が曲げ
危険速度を越えて上昇する事を許容する。
の上下両端部を玉軸受４９、５７によりハウジング１３
の内側に支持した状態で、前記高周波電動モータ２７に
より上昇させるが、この回転軸７の曲げ危険速度（例え
ば２０００〜２００００r.p.m.程度）を越える迄の間
は、上記昇降ブロック４５を上昇させたままとして、上
記回転軸７を両玉軸受４９、５７により支持しておく。
玉軸受４９、５７のラジアル方向に亙る剛性並びに負荷
容量は十分に大きい為、上記回転軸７の回転速度が曲げ
危険速度に達した場合でも、各玉軸受４９、５７はこの
回転軸７が曲がるのに耐え、回転軸７の回転速度が曲げ
危険速度を越えて上昇する事を許容する。
【００３０】上記回転軸７の回転速度が曲げ危険速度を
越えた場合には、前記ベローズ５５内の圧縮空気を排出
する事で、上記昇降ブロック４５を下降させ、前記各テ
ーパ凹面５１、５９と前記各テーパ凸面５２、６０とを
離隔させ、上記各玉軸受４９、５７による回転軸７の支
持を解除する。そして代わりに、前記下側、上側両ラジ
アル磁気軸受２８、２９とスラスト磁気軸受３７によ
り、上記回転軸７を上記ハウジング１３に、浮上状態で
支持する。この結果、上記回転軸７の超高速回転（例え
ば１３００００r.p.m.以上）の実現が可能となる。
越えた場合には、前記ベローズ５５内の圧縮空気を排出
する事で、上記昇降ブロック４５を下降させ、前記各テ
ーパ凹面５１、５９と前記各テーパ凸面５２、６０とを
離隔させ、上記各玉軸受４９、５７による回転軸７の支
持を解除する。そして代わりに、前記下側、上側両ラジ
アル磁気軸受２８、２９とスラスト磁気軸受３７によ
り、上記回転軸７を上記ハウジング１３に、浮上状態で
支持する。この結果、上記回転軸７の超高速回転（例え
ば１３００００r.p.m.以上）の実現が可能となる。
【００３１】尚、図示の実施例の様に、回転軸７を構成
する主軸部８と取付部１２との間に主軸部８より小径の
連結軸部１１を設ければ、この回転軸の曲げ危険速度を
低くできる。この結果、上記各玉軸受４９、５７による
支持力の解除を、低い回転速度域で行なう事ができて、
これら各玉軸受４９、５７の負担を軽減できる。
する主軸部８と取付部１２との間に主軸部８より小径の
連結軸部１１を設ければ、この回転軸の曲げ危険速度を
低くできる。この結果、上記各玉軸受４９、５７による
支持力の解除を、低い回転速度域で行なう事ができて、
これら各玉軸受４９、５７の負担を軽減できる。
【００３２】例えば、本発明者の試算によると、主軸部
８の長さを１５０mm、外径を１６mmとし、その上端部に
直接試料ホルダ１５を支持固定する構造とした場合に
は、上記回転軸７の曲げ危険速度が凡そ１２０００r.p.
m.となる。これに対して、上記主軸部８の上方に、外径
が５mmで長さが７０mmの連結軸部１１を設け、この連結
軸部１１の上端部に試料ホルダ１５を支持固定する構造
の場合には、上記曲げ危険速度が２３００r.p.m.程度に
なる。
８の長さを１５０mm、外径を１６mmとし、その上端部に
直接試料ホルダ１５を支持固定する構造とした場合に
は、上記回転軸７の曲げ危険速度が凡そ１２０００r.p.
m.となる。これに対して、上記主軸部８の上方に、外径
が５mmで長さが７０mmの連結軸部１１を設け、この連結
軸部１１の上端部に試料ホルダ１５を支持固定する構造
の場合には、上記曲げ危険速度が２３００r.p.m.程度に
なる。
【００３３】又、上下２個所のテーパ凹面５１、５９と
テーパ凸面５２、６０との間の軸方向隙間を含む、上
部、下部各固定リング３２、３４と上部、下部各支持環
５０、５８との軸方向隙間を、スラスト磁気軸受３７の
それぞれ上下２個所の軸受隙間よりも小さくすると共
に、上下２個所のテーパ凹面５１、５９とテーパ凸面５
２、６０との間の半径方向隙間を上側、下側ラジアル磁
気軸受２８、２９の軸受隙間よりも小さくしている。こ
の様に構成する事により回転軸７の異常回転時に於ける
スラスト磁気軸受３７及び上側、下側ラジアル磁気軸受
２８、２９の接触による損傷を防いでいる。
テーパ凸面５２、６０との間の軸方向隙間を含む、上
部、下部各固定リング３２、３４と上部、下部各支持環
５０、５８との軸方向隙間を、スラスト磁気軸受３７の
それぞれ上下２個所の軸受隙間よりも小さくすると共
に、上下２個所のテーパ凹面５１、５９とテーパ凸面５
２、６０との間の半径方向隙間を上側、下側ラジアル磁
気軸受２８、２９の軸受隙間よりも小さくしている。こ
の様に構成する事により回転軸７の異常回転時に於ける
スラスト磁気軸受３７及び上側、下側ラジアル磁気軸受
２８、２９の接触による損傷を防いでいる。
【００３４】
【発明の効果】本発明の高速回転軸装置は、以上に述べ
た通り構成され作用するので、回転軸の超高速回転の実
現が可能となり、高性能の遠心分離機等を造れる。
た通り構成され作用するので、回転軸の超高速回転の実
現が可能となり、高性能の遠心分離機等を造れる。
【図１】本発明の実施例を示す縦断側面図。
【図２】図１のＡ部拡大図。
【図３】同Ｂ部拡大図。
【図４】回転軸のみを取り出して示す側面図。
【図５】従来から知られた遠心分離機の１例を示す略側
面図。
面図。
１ 玉軸受 ２ 主軸 ３ 試料ホルダ ４ 連結軸 ５ 支持孔 ６ 保護用玉軸受 ７ 回転軸 ８ 主軸部 ９ 大径部 １０ 鍔部 １１ 連結軸部 １２ 取付部 １３ ハウジング １５ 試料ホルダ ２１ 底ブロック ２２ 下側胴部 ２３ 上側胴部 ２４ 蓋体 ２５ ステータ ２６ ロータ ２７ 高周波電動モータ ２８ 下側ラジアル磁気軸受 ２９ 上側ラジアル磁気軸受 ３０ ラジアル方向ロータ ３１ ラジアル方向電磁石 ３２ 上部固定リング ３３ 間座 ３４ 下部固定リング ３５ 貫通孔 ３６ ラジアル位置センサ ３７ スラスト磁気軸受 ３８、３９ 支持板 ４０ 段部 ４１ 凹部 ４２ スラスト方向電磁石 ４３ スラスト位置センサ ４４ 中心孔 ４５ 昇降ブロック ４６ 鍔部 ４７ 圧縮ばね ４８ 凹部 ４９ 玉軸受 ５０ 下部支持環 ５１ テーパ凹面 ５２ テーパ凸面 ５３ 蓋板 ５４ 支持板 ５５ ベローズ ５６ 給排口 ５７ 玉軸受 ５８ 上部支持環 ５９ テーパ凹面 ６０ テーパ凸面 ６１ 取付ボルト
Claims (1)
- 【請求項１】 回転軸と、この回転軸の周囲に設けられ
たハウジングと、このハウジングと上記回転軸との間に
設けられ、通電に基づいて上記回転軸を回転駆動する電
動モータと、回転軸側に固定された磁性体及びハウジン
グ側に固定された電磁石でそれぞれが構成され、上記回
転軸のスラスト方向又はラジアル方向に亙る位置を規制
するスラスト磁気軸受及びラジアル磁気軸受と、上記回
転軸のスラスト方向に亙る位置を検出するスラスト位置
センサと、上記回転軸のラジアル方向に亙る位置を検出
するラジアル位置センサと、これらスラスト、ラジアル
両位置センサの検出値に基づいて上記スラスト、ラジア
ル両磁気軸受を構成する電磁石への通電を制御する制御
器と、上記ハウジングに支持された転がり軸受と、この
転がり軸受が回転軸を支持する事を係脱させる為の係脱
手段とを備えた高速回転軸装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21791493A JPH0754846A (ja) | 1993-08-11 | 1993-08-11 | 高速回転軸装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21791493A JPH0754846A (ja) | 1993-08-11 | 1993-08-11 | 高速回転軸装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0754846A true JPH0754846A (ja) | 1995-02-28 |
Family
ID=16711727
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21791493A Pending JPH0754846A (ja) | 1993-08-11 | 1993-08-11 | 高速回転軸装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0754846A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19715356A1 (de) * | 1997-04-12 | 1998-10-22 | Wtz Motoren & Maschforsch Gmbh | Vorrichtung zur Lagerung von schnelldrehenden Rotoren |
| JP2010048420A (ja) * | 1996-12-13 | 2010-03-04 | General Electric Co <Ge> | 磁気スラスト補償装置 |
| WO2014170099A1 (de) * | 2013-04-19 | 2014-10-23 | Oerlikon Leybold Vacuum Gmbh | Vakuumpumpe |
| US20160258506A1 (en) * | 2015-03-06 | 2016-09-08 | Elwha Llc | Vehicle drivetrain with active magnetic bearings |
| RU2605692C1 (ru) * | 2015-12-09 | 2016-12-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Способ прохождения критических частот вращения в электромеханическом преобразователе энергии |
| CN115263995A (zh) * | 2022-08-05 | 2022-11-01 | 中科南京未来能源系统研究院 | 一种多轴承分段式飞轮储能装置 |
-
1993
- 1993-08-11 JP JP21791493A patent/JPH0754846A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010048420A (ja) * | 1996-12-13 | 2010-03-04 | General Electric Co <Ge> | 磁気スラスト補償装置 |
| DE19715356A1 (de) * | 1997-04-12 | 1998-10-22 | Wtz Motoren & Maschforsch Gmbh | Vorrichtung zur Lagerung von schnelldrehenden Rotoren |
| WO2014170099A1 (de) * | 2013-04-19 | 2014-10-23 | Oerlikon Leybold Vacuum Gmbh | Vakuumpumpe |
| US20160258506A1 (en) * | 2015-03-06 | 2016-09-08 | Elwha Llc | Vehicle drivetrain with active magnetic bearings |
| US10119592B2 (en) * | 2015-03-06 | 2018-11-06 | Elwha Llc | Vehicle drivetrain with active magnetic bearings |
| RU2605692C1 (ru) * | 2015-12-09 | 2016-12-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Способ прохождения критических частот вращения в электромеханическом преобразователе энергии |
| CN115263995A (zh) * | 2022-08-05 | 2022-11-01 | 中科南京未来能源系统研究院 | 一种多轴承分段式飞轮储能装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040312 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040323 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040713 |