(57)【要約】【課題】磁気軸受において、ティース間の漏れ磁束の低減を図る。【解決手段】所定のティース（24）は、周方向両側に並ぶ一方のティース（24）との間隔（P1）を、他方のティース（24）との間隔（P2）よりも大きく形成しつつ、間隔（P1）の狭い方のティース（24）とは径方向で磁束の流れる向きを同じにし、間隔（P2）がより大きい方のティース（24）とは径方向で磁束の流れる向きを互いに異ならせる。【選択図】図２
2014074492.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円環状のバックヨーク（23）の内周側に複数のティース（24）が周方向に並び、それぞれのティース（24）が回転軸（13）と対向するステータコア（22）と、
それぞれのティース（24）に巻回されたコイル（26）とを備え、
所定のティース（24）は、周方向両側に並ぶ一方のティース（24）との間隔（P1）が、他方のティース（24）との間隔（P2）よりも大きく形成され、間隔（P1）の狭い方のティース（24）とは径方向で磁束の流れる向きが同じであり、間隔（P2）がより大きい方のティース（24）とは径方向で磁束の流れる向きが互いに異なることを特徴とする磁気軸受。
【請求項２】
請求項１の磁気軸受において、
互いに隣接し、且つ径方向の磁束の流れる向きが同じティース（24）同士は、内周端が接触していることを特徴とする磁気軸受。
【請求項３】
請求項１又は請求項２の磁気軸受において、
前記ステータコア（22）は、前記バックヨーク（23）の部分を境界（B）とした所定数のコアブロック（22a）を結合して構成されていることを特徴とする磁気軸受。
【請求項４】
請求項１から請求項３の何れかの磁気軸受において、
互いに隣接し、且つ径方向の磁束の流れる向きが逆であるティース（24）同士は、周方向で対向する平行な面（S）を有していることを特徴とする磁気軸受。
【請求項５】
請求項１から請求項４の何れかの磁気軸受において、
各ティース（24）は、外周側の周方向幅（W1）が、最内周側の周方向幅（W2）よりも大きいことを特徴とする磁気軸受。
【請求項６】
請求項１から請求項５の何れかの磁気軸受において、
互いに隣接し、且つ径方向で磁束の流れる向きが互いに異なるティース（24）は、コイル（26）の巻数が同じであることを特徴とする磁気軸受。
【請求項７】
請求項１から請求項６の何れかの磁気軸受において、
軸方向から見て前記ティース（24）の先端部の軸方向端面に掛かる位置であって、前記コイル（26）よりも内周側の位置に、回転軸（13）の変位を検出する変位センサ（50）が設けられていることを特徴とする磁気軸受。
【請求項８】
請求項１から請求項７の何れかの磁気軸受において、
所定の前記コイル（26）は、前記ティース（24）の先端部の軸方向端面側であって、前記コイル（26）よりも内周側で結線されて直列接続されていることを特徴とする磁気軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸を磁力で支持する磁気軸受に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
いわゆるラジアル磁気軸受は、磁力によって回転軸の径方向位置を制御する。このような磁気軸受のうち、磁気回路を回転軸に直角な平面内に配置するものは、一般的にはヘテロポーラ型磁気軸受と呼ばれる。ヘテロポーラ型磁気軸受では、例えば２つの磁極が対になってひとつの独立した磁気回路を構成し、それによって回転軸を支持するものがある（例えば特許文献１を参照）。磁気軸受による支持力は、ステータコアの内径側のティースの断面積に依存するため、ティース幅を広く取ることが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１-２６６５６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ステータコアのティース幅を広くすると、磁気回路を形成するティースがより近接することになり、これらのティース間で漏れ磁束が発生し、エネルギー効率が低下する懸念がある。
【０００５】
本発明は前記の問題に着目してなされたものであり、磁気軸受において、ティース間の漏れ磁束の低減を図ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記の課題を解決するため、本発明の一態様は、
円環状のバックヨーク（23）の内周側に複数のティース（24）が周方向に並び、それぞれのティース（24）が回転軸（13）と対向するステータコア（22）と、
それぞれのティース（24）に巻回されたコイル（26）とを備え、
所定のティース（24）は、周方向両側に並ぶ一方のティース（24）との間隔（P1）が、他方のティース（24）との間隔（P2）よりも大きく形成され、間隔（P1）の狭い方のティース（24）とは径方向で磁束の流れる向きが同じであり、間隔（P2）がより大きい方のティース（24）とは径方向で磁束の流れる向きが互いに異なることを特徴とする。
【０００７】
この構成では、所定のティース（24）は、径方向で磁束の流れる向きが互いに異なるティース（24）の間隔（P1）が、径方向で磁束の流れる向きが同じティース（24）との間隔（P2）よりも大きくなる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ステータコアのティース幅を広く取りつつ、ティース間の漏れ磁束の低減を図ることが可能になる。その結果、エネルギー効率が向上し、磁気軸受の高出力密度化、小型化、延いてはコスト低減を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施形態１のターボ圧縮機の構造を示す概略図である。
【図２】図２は、実施形態１の磁気軸受の横断面図である。
【図３】図３は、実施形態１の磁気軸受の縦断面図である。
【図４】図４は、実施形態２の磁気軸受の横断面図である。
【図５】図５は、実施形態３の磁気軸受の横断面図である。
【図６】図６は、実施形態４の磁気軸受の横断面図である。
【図７】図７は、実施形態５の磁気軸受の横断面図である。
【図８】図８は、変位センサの取付け位置を例示する横断面図である。
【図９】図９は、変位センサの取付け位置を例示する縦断面図である。
【図１０】図１０は、変位センサの他の取付け位置を例示する横断面図である。
【図１１】図１１は、コイルの結線状態を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【００１１】
《発明の実施形態１》
〈全体構成〉
本発明の実施形態として磁気軸受を適用したターボ圧縮機を説明する。図１は、本発明の実施形態１のターボ圧縮機（1）の構造を示す概略図である。ターボ圧縮機（1）は、図１に示すように、ケーシング（2）、羽根車（9）、電動機（10）、制御部（30）、及び電源部（40）を備えている。
【００１２】
ケーシング（2）は、両端が閉塞された円筒状に形成され、円筒軸線が水平向きとなるように配置されている。ケーシング（2）内の空間は、壁部（3）によって区画されている。壁部（3）よりも右側の空間が、羽根車（9）を収容するインペラ室（4）を形成し、壁部（3）よりも左側の空間が、電動機（10）を収容する電動機空間（5）を形成している。羽根車（9）は、複数の羽根によって外形が略円錐形状となるように形成されている。羽根車（9）は、電動機（10）の駆動軸（13）（回転軸）の一端に固定された状態で、インペラ室（4）内に収容されている。
【００１３】
電動機（10）は、ケーシング（2）内に収容され、羽根車（9）を駆動する。この例では、電動機（10）は、いわゆる永久磁石同期モータである。電動機（10）は、電動機用ステータ（11）、ロータ（12）、駆動軸（13）、及び軸受機構（8）を備えている。電動機用ステータ（11）は、ケーシング（2）の内周壁に固定されている。駆動軸（13）は、その軸心がロータ（12）の軸心と同軸となるようにロータ（12）に固定されている。
【００１４】
軸受機構（8）は、ラジアル方向用タッチダウン軸受（14）、スラスト磁気軸受（15）、スラスト方向用及びラジアル方向用タッチダウン軸受（16）（例えばアンギュラ玉軸受）、及び２つの磁気軸受（20,20）を備えている。
【００１５】
磁気軸受（20,20）には、後に詳述するように、複数の電磁石（25）が設けられ、各電磁石（25）の電磁力の合成電磁力を駆動軸（13）に付与し、駆動軸（13）を非接触状態で支持するように構成されている。ラジアル方向用タッチダウン軸受（14）は、例えば玉軸受で構成され、磁気軸受（20）の非通電時に駆動軸（13）を支持する。
【００１６】
電源部（40）は、電磁石（25）に電力を供給する。電源部（40）には、一例として、いわゆるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）アンプを採用することができる。電源部（40）が電磁石（25）に供給する電圧の大きさは、制御部（30）が制御する。制御部（30）は、駆動軸（13）が所望の位置で非接触支持されるように、磁気軸受（20）と駆動軸（13）とのギャップ（具体的には駆動軸（13）の変位）を検出する変位センサ（後述）の検出値を用いて位置制御を行う。制御部（30）は、例えばマイクロコンピューター（図示省略）とそれを動作させるプログラムによって構成することができる。
【００１７】
〈磁気軸受の構成〉
以下の説明では、軸方向とは駆動軸（13）の軸心の方向をいい、径方向とは前記軸心と直交する方向をいう。また、外周側とは前記軸心からより遠い側をいい、内周側とは前記軸心により近い側をいう。
【００１８】
図２は、実施形態１の磁気軸受（20）の横断面図である。また、図３は、磁気軸受（20）の縦断面図である。磁気軸受（20）は、いわゆる１６極型のヘテロポーラ型のラジアル磁気軸受である。磁気軸受（20）は、ステータ（21）、及び変位センサ（図示は省略）を備えている。
【００１９】
ステータ（21）は、ステータコア（22）、及び複数のコイル（26）を備えている。ステータコア（22）は、バックヨーク（23）と複数のティース（24）とを備えている。ステータコア（22）は、例えば電磁鋼板を積層して構成する。
【００２０】
バックヨーク（23）は、円環状に形成されている。また、図２に示すように、ステータコア（22）には、１６個のティース（24）が設けられている。図２では、説明の便宜の目的で、ティース（24）及び後述のティース対（27）の参照符号には枝番（-１，-２…を）を付してある。それぞれのティース（24）は、バックヨーク（23）と一体形成され、該バックヨーク（23）の内周面から内周側へ向かって突出している。それぞれのティース（24）は、概ね直方体状であり、前記軸心に平行な面（側面（S）と呼ぶ）を有している。
【００２１】
これらのティース（24）は、先端側(駆動軸（13）に面する側)が、不等ピッチとなっている。より詳しくは、ステータ（21）では、２つのティース（24）で対(ティース対（27）と呼ぶ)を構成し、この２つのティース（24）の側面（S）が平行となるように配置してある。また、隣接する２つのティース対（27）は、対向するティース（24）が、外周側が開いたＶ字状に配置されている。
【００２２】
この構成を具体的に図２で見ると、例えばティース（24-1）とティース（24-2）とでティース対（27-1）を構成し、ティース（24-3）とティース（24-4）とでティース対（27-2）を構成している。ティース（24-1）の側面（S）とティース（24-2）の側面（S）は平行である。同様に、ティース（24-3）の側面（S）とティース（24-4）の側面（S）も互いに平行である。また、ティース（24-2）とティース（24-3）とは、外周側が開いたＶ字状に配置されている。そして、これらのティース対（27）は、その中心線（L）が等ピッチ角となるようにバックヨーク（23）の内周側に配置してある。ここで、中心線（L）とは、ティース対（27）を構成する２つのティース（24）間の空隙の中心と、ステータコア（22）の軸心とを結ぶ線である。
【００２３】
ティース対（27）を構成する２つのティース（24）の間隔（P1）は、隣接する２つのティース対（27）間で対向するティース（24）の間隔（P2）よりも大きく構成されている。例えば、図２では、ティース（24-1）とティース（24-2）の間隔（P1）は、ティース（24-2）とティース（24-3）の間隔（P2）よりも大きく構成されている。
【００２４】
それぞれのティース（24）は、先端部において隣のティース対（27）に面する側に、切欠き（24a）が形成されている。この切欠き（24a）を設けたことにより、ティース対（27）の間隔を狭めることができ、ティース対（27）を構成する２つのティース（24）の間隔（P1）を十分な大きさ（後述）に確保できる。勿論、ティース（24）の先端部における幅は、磁気飽和などの不具合が起こらないように所定の幅は確保してある。この切欠き（24a）を設けたことにより、それぞれのティース（24）は、外周側の周方向幅（W1）が、最内周側(先端側)の周方向幅（W2）よりも大きくなる。
【００２５】
それぞれのティース（24）には、巻線部材（例えば被覆付き銅線）が巻回されてコイル（26）が形成されている。それにより、それぞれのティース（24）には、電磁石（25）が形成される。巻線部材の巻回は、例えば、巻線用ノズルを用いて行えばよい。磁気軸受（20）では、互いに隣接するティース（24）は、コイル（26）の巻回方向が互いに逆である。なお、ティース対（27）を構成する２つのティース（24）は、互いに平行に配置されているので、巻線部材を容易に巻回することが可能になる。
【００２６】
磁気軸受（20）では、２つのティース対（27）（すなわち４つのティース（24））でひとつの方向の力を制御するようになっている。図２の例では、磁気軸受（20）は、ティース対（27-1）とティース対（27-2）とによって、＋Ｘ方向（図２の右方向）の吸引力を発生させ、その方向の駆動軸（13）の位置を制御する。これを実現するために、磁気軸受（20）では、これらのティース対（27-1,2）を構成する４つのティース（24-1,2,3,4）のコイル（26）を直列接続してある。直列接続のコイル（26）は、電源部（40）に接続してあり、該電源部（40）から電力を供給する。なお、これらの４つのティース（24-1,2,3,4）を並列接続して使用することも可能である。
【００２７】
２つのティース対（27-1,2）を構成する各コイル（26）に電流を流すと、磁束の向きが図２に実線矢印で示した向きとなる磁気回路（以下、磁気ループ（ML）と呼ぶ）が形成される。すなわち、ティース（24-1）、駆動軸（13）、ティース（24-2）及びバックヨーク（23）でひとつの磁気ループ（ML）が形成され、ティース（24-3）、駆動軸（13）、ティース（24-4）及びバックヨーク（23）で別の磁気ループ（ML）が形成される。
【００２８】
以上の通り本実施形態では、それぞれのティース（24）は、周方向両側に並ぶ一方のティース（24）との間隔（P1）を、他方のティース（24）との間隔（P2）よりも大きく形成してある。そして、各ティース（24）は、間隔（P1）の狭い側のティース（24）とは、径方向で磁束の流れる向きが同じであり、間隔（P2）がより大きい側のティース（24）とは、径方向で磁束の流れる向きが互いに異なっている。なお、互いに隣接し、且つ径方向の磁束の向きが互いに異なるティース（24）は、コイル（26）の巻数が同じである。
【００２９】
〈ティースにおける漏れ磁束〉
ティースを等ピッチに配置した磁気軸受（説明の便宜のため従来の磁気軸受と呼ぶ）では、ステータコアのティース幅を広く取るほど、ティースの間隔が狭くなるため、従来の磁気軸受では、ティース幅を広く取ると漏れ磁束が懸念される。
【００３０】
これに対し、本実施形態では、互いに径方向で磁束の流れる向きが同じティース（24）の間隔（P2）を狭めることで、磁気ループ（ML）を構成するティース（24）の間隔（互いに径方向で磁束の流れる向きが異なるティース（24）の間隔）を、従来の磁気軸受よりも大きくすることが可能になる。したがって、本実施形態では、ティース幅を広く取りつつ、ティース（24）間の漏れ磁束の低減を図ることが可能になる。なお、径方向で磁束の流れる向きが同じティース（24）間では、間隔（P2）を詰めても漏れ磁束は問題とならない。
【００３１】
〈本実施形態における効果〉
以上のとおり本実施形態によれば、ティース（24）間の漏れ磁束の低減を図ることが可能になるので、磁気軸受（20）において、エネルギー効率が向上する。それにより、磁気軸受（20）の小型化、延いてはコスト低減を図ることが可能になる。
【００３２】
また、それぞれのティース（24）は、外周側の周方向幅（W1）が、最内周側の周方向幅（W2）よりも大きいので、ティース（24）の外周側で磁気飽和が起こりにくく、この点からもティース（24）間の漏れ磁束の低減を図ることが可能になる。
【００３３】
そして、ティース（24）を前記のように不等の間隔することで、磁束を強めることが可能になる。
【００３４】
《発明の実施形態２》
図４は、本発明の実施形態２の磁気軸受（20）の横断面図である。図４に示すように、ステータコア（22）には、１２個のティース（24）が設けられている。すなわち、磁気軸受（20）に設ける磁極の数は、前記のような１６個には限らない。この例においても、それぞれのティース（24）は、周方向両側に並ぶ一方のティース（24）との間隔（P1）を、他方のティース（24）との間隔（P2）よりも大きく形成してある。なお、それぞれのティース（24）は、外周側の周方向幅と、最内周側の周方向の幅とが同じ幅（W0）である。
【００３５】
この例でも隣接するティース（24）は、コイル（26）の巻回方向が互いに逆になっている。そして、各ティース（24）は、間隔（P1）の狭い側のティース（24）とは径方向で磁束の流れる向きが同じとなり、間隔（P2）がより大きい側のティース（24）とは径方向で磁束の流れる向きが互いに異なるように、コイル（26）に電流が流される。
【００３６】
このように、磁極数が１２個の磁気軸受（20）においても、互いに径方向で磁束の流れる向きが同じティース（24）の間隔（P2）を狭めることで、磁気ループ（ML）を構成するティース（24）の間隔（互いに径方向で磁束の流れる向きが異なるティース（24）の間隔）を、従来の磁気軸受よりも大きくすることが可能になる。したがって、本実施形態でも、ティース（24）間の漏れ磁束の低減を図ることが可能になる。
【００３７】
なお、本実施形態においても、それぞれのティース（24）において、外周側の周方向幅を、最内周側の周方向の幅よりも大きくすることで、ティース（24）の外周側での磁気飽和を起こりにくくできる。
【００３８】
《発明の実施形態３》
図５は、本発明の実施形態３の磁気軸受（20）の横断面図である。図５に示すように、ステータコア（22）には、１２個のティース（24）が設けられている。この例では、３つのティース（24）によって、１つのグループ（ティース群（28）と呼ぶ）を構成し、ティース群（28）内の中心部のティース（24）は、周方向両側のティース（24）とそれぞれ磁気ループ（ML）を形成する。これを具体的に図５で見ると、例えばティース（24-1）、ティース（24-2）、及びティース（24-3）の３つでひとつのティース群（28-1）を構成し、ティース（24-4）、ティース（24-5）、及びティース（24-6）の３つで別のティース群（28-2）を構成している。ティース群（28）を構成する３つのティース（24）のコイル（26）は直列接続してある。直列接続のコイル（26）は、電源部（40）に接続してあり、該電源部（40）から電力を供給する。勿論、これらの３つのティース（24）を並列接続して使用することも可能である。
【００３９】
ティース群（28）を構成するティース（24）のうち、中央のティース（24）における最内周側の周方向の幅（W3）は、両側のティース（24）における最内周側の周方向の幅（W4）よりも大きく形成されている。これらのティース群（28）は、中央のティース（24）が互いに等ピッチ角となるようにバックヨーク（23）の内周側に配置してある。また、この例では、ティース群（28）内において互いに隣接するティース（24）の間隔（P1）は、隣接するティース群（28）間で互いに対向するティース（24）の間隔（P2）よりも大きく構成されている。
【００４０】
前記構成を図５で具体的に見ると、例えばティース群（28-1）内では、中央のティース（24-2）の最内周側の周方向幅（W3）は、両側のティース（24-1,3）における最内周側の周方向幅（W4）よりも大きく形成されている。また、図５では、例えば、ティース群（28-1）内では、ティース（24-1）とティース（24-2）の間隔（P1）と、ティース（24-2）とティース（24-3）の間隔（P1）は等しい。一方、互いに異なるティース群（28-1,2）に属し且つ互いに対向する、ティース（24-3）とティース（24-4）との間隔（P2）は、ティース群（28-1）内におけるティース（24）の間隔（P1）よりも小さい。
【００４１】
それぞれのティース群（28-1,2）を構成するコイル（26）に電流を流すと、磁束の向きが図５に実線矢印で示した磁気ループ（ML）が形成される。例えばティース群（28-1）では、ティース（24-1）、駆動軸（13）、ティース（24-2）、及びバックヨーク（23）でひとつの磁気ループ（ML）が形成され、且つティース（24-2）、駆動軸（13）、ティース（24-3）、及びバックヨーク（23）で別の磁気ループ（ML）が形成される。ティース群（28-2）も同様に２つの磁気ループ（ML）が形成される。ティース（24-3）と、これとは別グループのティース（24-4）とは、互いに径方向で磁束の流れる向きが同じである。
【００４２】
以上の通り本実施形態では、所定のティース（24）は、周方向両側に並ぶ同グループのティース（24）との間隔（P1）が、隣接する他グループのティース（24）との間隔（P2）よりも大きく形成されている。そして、同グループのティース（24）（中央のティース）、駆動軸（13）、及びバックヨーク（23）とともに磁気ループ（ML）を形成し、隣接する他グループのティース（24）とは互いに径方向で磁束の流れる向きが同じである。
【００４３】
このように、３つのティース（24）によってティース群（28）を構成する場合においても、互いに径方向で磁束の流れる向きが同じティース（24）の間隔（P2）を狭めることで、磁気ループ（ML）を構成するティース（24）の間隔を、従来の磁気軸受よりも大きくすることが可能になる。したがって、本実施形態でも、ティース（24）間の漏れ磁束の低減を図ることが可能になる。
【００４４】
《発明の実施形態４》
図６は、本発明の実施形態４の磁気軸受（20）の横断面図である。本実施形態は、実施形態１の磁気軸受（20）の構成を変更したものである。具体的には、ステータコア（22）は、互いに隣接し且つ径方向で磁束の流れる向きが同じティース（24）が、内周端で互いに接触するように形成されている。図６の例では、例えばティース（24-2）とティース（24-3）の先端が接触している。より詳しくは、径方向で磁束の流れる向きが同じ２つのティース（24）は一体的（すなわちＰ１がゼロ）に形成されている。すなわち、本発明では、ティース（24）とはコイル（26）毎の単位であり、ティース（24）の「間隔」とは、ゼロの場合も含む概念である。
【００４５】
《発明の実施形態５》
図７は、本発明の実施形態５の磁気軸受（20）の横断面図である。図７は、１６極の磁気軸受（20）の例ある。本実施形態では、ステータコア（22）は、バックヨーク（23）の部分を境界とした８個のコアブロック（22a）を結合して構成されている。より詳しくは、図７に示すように、コアブロック（22a）は、互いに径方向で磁束の流れる向きが同じティース（24）の間、すなわちティース（24）の間隔がより狭い部位が境界（B）となるように構成してある。これにより、それぞれのコアブロック（22a）は、ひとつのティース対（27）を含むことになる。
【００４６】
この実施形態では、コアブロック（22a）毎にコイル（26）を巻回した後に、各コアブロック（22a）を結合することができる。コアブロック（22a）の結合は、溶接（例えばレーザー溶接）等の方法が考えられる。また、コイル（26）の巻回は、ステータコア（22）をこのようなコアブロック（22a）に分割したことにより、種々の工法の採用が可能になる。例えば、巻枠治具（図示は省略）に予め巻線部材を巻回し、それをコアブロック（22a）のティース（24）に嵌め込むようにすることで、ティース（24）に巻回されたコイル（26）を形成できる。このように、ステータコア（22）を複数のコアブロック（22a）に分割して構成したことで、ティース（24）の先端が狭い箇所があっても、コイル（26）を容易に巻回することが可能になる。
【００４７】
なお、分割位置（コアブロック（22a）の境界（B）の位置）は、例示である。勿論、互いに磁気ループ（ML）を構成するティース（24）の間、すなわち間隔がより広い部位もさらに境界（B）となるようにしてもよい。
【００４８】
《発明の実施形態６》
発明の実施形態６では、回転軸（13）の変位を検出する変位センサの取付け構造を説明する。図８は、変位センサ（50）の取付け位置を例示する横断面図である。また、図９は、変位センサ（50）の取付け位置を例示する縦断面図である。
【００４９】
各実施形態で示したようにティース（24）の先端が近接していると、先端部付近はコイル（26）を巻回するスペースが小さい。そのため、各実施形態ででは、コイル（26）は、バックヨーク（23）に近接してティース（24）に巻回される傾向にある。その結果、ティース（24）の先端部の軸方向端面側には、空きスペースができる。本実施形態では、図８及び図９に示すように、変位センサ（50）は、軸方向から見てティース（24）の先端部の軸方向端面に掛かる位置であって、コイル（26）よりも内周側の位置に設けられている。なお、変位センサ（50）の種類には限定はないが、本実施形態では一例として渦電流式変位センサを採用する。
【００５０】
各実施形態の磁気軸受（20）では、制御部（30）は、変位センサ（50）の検出値を用いて、図８に示すＸ軸方向と、Ｙ軸方向における駆動軸（13）の位置を制御する。この例の変位センサ（50）は、図８に示すように、Ｘ軸上、及びＹ軸上にそれぞれ２つずつ設けられている。このように位置制御を行う軸線上に変位センサ（50）を設けた結果、変位センサ（50）は、２つのティース（24）に跨って配置されている。例えば、Ｘ軸のプラス側に設置される変位センサ（50）は、ティース（24-2）とティース（24-3）とに跨っている。また、それぞれの変位センサ（50）は、リング状のべ−ス部材（51）を用いて固定されている。べ−ス部材（51）は、図９に示すように、変位センサ（50）を収容するリング状の溝（51a）が形成され、外周側に形成された円筒壁（51b）によって、ステータコア（22）の外周に固定されている。
【００５１】
〈本実施形態における効果〉
一般的な磁気軸受では、変位センサは、コイルエンド上に何らかのベース部材を用いて搭載される例（従来例と呼ぶ）が多い。これに対し本実施形態では、ティース（24）先端部の軸方向端面に変位センサ（50）を搭載できる。その結果、従来例と比べ、磁気軸受（20）の軸方向の全長をよりコンパクトにすることが可能になる。
【００５２】
また、本実施形態では、コイル（26）よりも、より内周側に変位センサ（50）を搭載できるので、変位センサ（50）が駆動軸（13）に、より近接して配置される。これにより、変位センサ（50）が力の作用点により近接して配置され、より精度の高い位置制御を行うことが可能になる。
【００５３】
また、本実施形態では、変位センサ（50）は、位置制御を行う軸線上（Ｘ軸上及びＹ軸上）に設けられているので、位置制御を行うために、変位センサ（50）の検出値を座標変換などを行うことなくそのまま使用できる。これにより、位置制御を行う際の制御部（30）における演算が容易になり、制御部（30）を構成するマイクロコンピューターとして、より安価なものを採用することが可能になる。
【００５４】
勿論、変位センサ（50）を位置制御の軸線上に設けることは必須ではない。図１０は、変位センサ（50）の他の設置例を示す。図１０の例では、ティース（24）の直上となるように変位センサ（50）を配置してある。この例では、変位センサ（50）の位置が制御の軸線上からは、ずれることになる。
【００５５】
《発明の実施形態７》
発明の実施形態７では、コイル（26）の結線を説明する。図１１は、コイル（26）の結線状態を例示する。実施形態１でも説明したように、磁気軸受（20）では、４つ単位でコイル（26）が直列接続されている。図１１の例でも、ティース（24-1,2,3,4）のコイル（26）が直列接続されている。これにより、ティース（24-1,2,3,4）において形成された電磁石（25）は、４つ一組で＋Ｘ方向の吸引力を発生する。なお、図中のＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４は、直列接続されたコイル（26）に電力を供給する端子である。これらの端子（T1,T2,T3,T4）は、電源部（40）に接続される。
【００５６】
そして、この例では、ティース（24）の先端部の軸方向端面側であって、前記コイル（26）よりも内周側の位置に、コイル（26）同士の結線部（26a）を設けてある。一般的な磁気軸受では、コイル同士の結線は、コイルが外周側で行われる例（従来例と呼ぶ）が多い。これに対し各実施形態では、ティース（24）の先端部の軸方向端面側には空きスペースができるので、ティース（24）先端部の軸方向端面側に結線部（26a）を設けることができる。
【００５７】
一般的にコイルの外周側にはインシュレータなどの部品でスペースを占められることが多く、コイルの外周側に十分な結線スペースを確保し難い。そのため従来例では磁気軸受が大型化しがちであるが、本実施形態では、磁気軸受（20）をよりコンパクトに構成できる。
【００５８】
なお、本実施形態では、説明の便宜のため、変位センサ（50）を省略して説明したが、内周側でコイル（26）を結線する場合においても実施形態６と同様に、ティース（24）の先端部の軸方向端面側であって、コイル（26）よりも内周側の位置に変位センサ（50）を配置してもよい。
【００５９】
《その他の実施形態》
なお、ティース対（27）を構成するティース（24）の側面（S）は必ずしも平行である必要はない。
【００６０】
また、外周側と内周側とでティース幅を変える際の形態(切欠き（24a）)は例示である。例えば、外周に行くほど徐々に幅が広くなるように、ティース幅を徐変させてもよい。
【００６１】
また、磁気軸受（20）の用途はターボ圧縮機（1）には限定されない。例えば、ターボ分子ポンプ等、回転軸を有する種々の機器に応用できる。
【００６２】
また、実施形態６等におけるべ−ス部材（51）の形状は例示であるし、べ−ス部材（51）を省略してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明は、回転軸を磁力で支持する磁気軸受として有用である。
【符号の説明】
【００６４】
２０      磁気軸受
１３      駆動軸(回転軸)
２２      ステータコア
２２ａ    コアブロック
２３      バックヨーク
２４      ティース
２６      コイル
５０      変位センサ
【図１】
2014074492.tif 000003
【図２】
2014074492.tif 000004
【図３】
2014074492.tif 000005
【図４】
2014074492.tif 000006
【図５】
2014074492.tif 000007
【図６】
2014074492.tif 000008
【図７】
2014074492.tif 000009
【図８】
2014074492.tif 000010
【図９】
2014074492.tif 000011
【図１０】
2014074492.tif 000012
【図１１】
2014074492.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成26年1月20日(2014.1.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転軸を磁力で支持する磁気軸受に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
いわゆるラジアル磁気軸受は、磁力によって回転軸の径方向位置を制御する。このような磁気軸受のうち、磁気回路を回転軸に直角な平面内に配置するものは、一般的にはヘテロポーラ型磁気軸受と呼ばれる。ヘテロポーラ型磁気軸受では、例えば２つの磁極が対になってひとつの独立した磁気回路を構成し、それによって回転軸を支持するものがある（例えば特許文献１を参照）。磁気軸受による支持力は、ステータコアの内径側のティースの断面積に依存するため、ティース幅を広く取ることが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１-２６６５６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ステータコアのティース幅を広くすると、磁気回路を形成するティースがより近接することになり、これらのティース間で漏れ磁束が発生し、エネルギー効率が低下する懸念がある。
【０００５】
本発明は前記の問題に着目してなされたものであり、磁気軸受において、ティース間の漏れ磁束の低減を図ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記の課題を解決するため、本発明の一態様は、
円環状のバックヨーク（23）の内周側に複数のティース（24）が周方向に並び、それぞれのティース（24）が回転軸（13）と対向するステータコア（22）と、
それぞれのティース（24）に巻回されたコイル（26）とを備え、
所定のティース（24）は、周方向両側に並ぶ一方のティース（24）との間隔（P1）が、他方のティース（24）との間隔（P2）よりも大きく形成され、間隔（P1）の狭い方のティース（24）とは径方向で磁束の流れる向きが同じであり、間隔（P2）がより大きい方のティース（24）とは径方向で磁束の流れる向きが互いに異なり、
互いに隣接し且つ径方向の磁束の流れる向きが同じティース（24）同士の先端部に切欠き（24a）が形成されることによって、各ティース（24）は、外周側の周方向幅（W1）が、最内周側の周方向幅（W2）よりも大きいことを特徴とする。
【０００７】
この構成では、所定のティース（24）は、径方向で磁束の流れる向きが互いに異なるティース（24）の間隔（P1）が、径方向で磁束の流れる向きが同じティース（24）との間隔（P2）よりも大きくなる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、ステータコアのティース幅を広く取りつつ、ティース間の漏れ磁束の低減を図ることが可能になる。その結果、エネルギー効率が向上し、磁気軸受の高出力密度化、小型化、延いてはコスト低減を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施形態１のターボ圧縮機の構造を示す概略図である。
【図２】図２は、実施形態１の磁気軸受の横断面図である。
【図３】図３は、実施形態１の磁気軸受の縦断面図である。
【図４】図４は、関連技術１の磁気軸受の横断面図である。
【図５】図５は、関連技術２の磁気軸受の横断面図である。
【図６】図６は、関連技術３の磁気軸受の横断面図である。
【図７】図７は、実施形態２の磁気軸受の横断面図である。
【図８】図８は、変位センサの取付け位置を例示する横断面図である。
【図９】図９は、変位センサの取付け位置を例示する縦断面図である。
【図１０】図１０は、変位センサの他の取付け位置を例示する横断面図である。
【図１１】図１１は、コイルの結線状態を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【００１１】
《発明の実施形態１》
〈全体構成〉
本発明の実施形態として磁気軸受を適用したターボ圧縮機を説明する。図１は、本発明の実施形態１のターボ圧縮機（1）の構造を示す概略図である。ターボ圧縮機（1）は、図１に示すように、ケーシング（2）、羽根車（9）、電動機（10）、制御部（30）、及び電源部（40）を備えている。
【００１２】
ケーシング（2）は、両端が閉塞された円筒状に形成され、円筒軸線が水平向きとなるように配置されている。ケーシング（2）内の空間は、壁部（3）によって区画されている。壁部（3）よりも右側の空間が、羽根車（9）を収容するインペラ室（4）を形成し、壁部（3）よりも左側の空間が、電動機（10）を収容する電動機空間（5）を形成している。羽根車（9）は、複数の羽根によって外形が略円錐形状となるように形成されている。羽根車（9）は、電動機（10）の駆動軸（13）（回転軸）の一端に固定された状態で、インペラ室（4）内に収容されている。
【００１３】
電動機（10）は、ケーシング（2）内に収容され、羽根車（9）を駆動する。この例では、電動機（10）は、いわゆる永久磁石同期モータである。電動機（10）は、電動機用ステータ（11）、ロータ（12）、駆動軸（13）、及び軸受機構（8）を備えている。電動機用ステータ（11）は、ケーシング（2）の内周壁に固定されている。駆動軸（13）は、その軸心がロータ（12）の軸心と同軸となるようにロータ（12）に固定されている。
【００１４】
軸受機構（8）は、ラジアル方向用タッチダウン軸受（14）、スラスト磁気軸受（15）、スラスト方向用及びラジアル方向用タッチダウン軸受（16）（例えばアンギュラ玉軸受）、及び２つの磁気軸受（20,20）を備えている。
【００１５】
磁気軸受（20,20）には、後に詳述するように、複数の電磁石（25）が設けられ、各電磁石（25）の電磁力の合成電磁力を駆動軸（13）に付与し、駆動軸（13）を非接触状態で支持するように構成されている。ラジアル方向用タッチダウン軸受（14）は、例えば玉軸受で構成され、磁気軸受（20）の非通電時に駆動軸（13）を支持する。
【００１６】
電源部（40）は、電磁石（25）に電力を供給する。電源部（40）には、一例として、いわゆるＰＷＭ（Pulse Width Modulation）アンプを採用することができる。電源部（40）が電磁石（25）に供給する電圧の大きさは、制御部（30）が制御する。制御部（30）は、駆動軸（13）が所望の位置で非接触支持されるように、磁気軸受（20）と駆動軸（13）とのギャップ（具体的には駆動軸（13）の変位）を検出する変位センサ（後述）の検出値を用いて位置制御を行う。制御部（30）は、例えばマイクロコンピューター（図示省略）とそれを動作させるプログラムによって構成することができる。
【００１７】
〈磁気軸受の構成〉
以下の説明では、軸方向とは駆動軸（13）の軸心の方向をいい、径方向とは前記軸心と直交する方向をいう。また、外周側とは前記軸心からより遠い側をいい、内周側とは前記軸心により近い側をいう。
【００１８】
図２は、実施形態１の磁気軸受（20）の横断面図である。また、図３は、磁気軸受（20）の縦断面図である。磁気軸受（20）は、いわゆる１６極型のヘテロポーラ型のラジアル磁気軸受である。磁気軸受（20）は、ステータ（21）、及び変位センサ（図示は省略）を備えている。
【００１９】
ステータ（21）は、ステータコア（22）、及び複数のコイル（26）を備えている。ステータコア（22）は、バックヨーク（23）と複数のティース（24）とを備えている。ステータコア（22）は、例えば電磁鋼板を積層して構成する。
【００２０】
バックヨーク（23）は、円環状に形成されている。また、図２に示すように、ステータコア（22）には、１６個のティース（24）が設けられている。図２では、説明の便宜の目的で、ティース（24）及び後述のティース対（27）の参照符号には枝番（-１，-２…を）を付してある。それぞれのティース（24）は、バックヨーク（23）と一体形成され、該バックヨーク（23）の内周面から内周側へ向かって突出している。それぞれのティース（24）は、概ね直方体状であり、前記軸心に平行な面（側面（S）と呼ぶ）を有している。
【００２１】
これらのティース（24）は、先端側(駆動軸（13）に面する側)が、不等ピッチとなっている。より詳しくは、ステータ（21）では、２つのティース（24）で対(ティース対（27）と呼ぶ)を構成し、この２つのティース（24）の側面（S）が平行となるように配置してある。また、隣接する２つのティース対（27）は、対向するティース（24）が、外周側が開いたＶ字状に配置されている。
【００２２】
この構成を具体的に図２で見ると、例えばティース（24-1）とティース（24-2）とでティース対（27-1）を構成し、ティース（24-3）とティース（24-4）とでティース対（27-2）を構成している。ティース（24-1）の側面（S）とティース（24-2）の側面（S）は平行である。同様に、ティース（24-3）の側面（S）とティース（24-4）の側面（S）も互いに平行である。また、ティース（24-2）とティース（24-3）とは、外周側が開いたＶ字状に配置されている。そして、これらのティース対（27）は、その中心線（L）が等ピッチ角となるようにバックヨーク（23）の内周側に配置してある。ここで、中心線（L）とは、ティース対（27）を構成する２つのティース（24）間の空隙の中心と、ステータコア（22）の軸心とを結ぶ線である。
【００２３】
ティース対（27）を構成する２つのティース（24）の間隔（P1）は、隣接する２つのティース対（27）間で対向するティース（24）の間隔（P2）よりも大きく構成されている。例えば、図２では、ティース（24-1）とティース（24-2）の間隔（P1）は、ティース（24-2）とティース（24-3）の間隔（P2）よりも大きく構成されている。
【００２４】
それぞれのティース（24）は、先端部において隣のティース対（27）に面する側に、切欠き（24a）が形成されている。この切欠き（24a）を設けたことにより、ティース対（27）の間隔を狭めることができ、ティース対（27）を構成する２つのティース（24）の間隔（P1）を十分な大きさ（後述）に確保できる。勿論、ティース（24）の先端部における幅は、磁気飽和などの不具合が起こらないように所定の幅は確保してある。この切欠き（24a）を設けたことにより、それぞれのティース（24）は、外周側の周方向幅（W1）が、最内周側(先端側)の周方向幅（W2）よりも大きくなる。
【００２５】
それぞれのティース（24）には、巻線部材（例えば被覆付き銅線）が巻回されてコイル（26）が形成されている。それにより、それぞれのティース（24）には、電磁石（25）が形成される。巻線部材の巻回は、例えば、巻線用ノズルを用いて行えばよい。磁気軸受（20）では、互いに隣接するティース（24）は、コイル（26）の巻回方向が互いに逆である。なお、ティース対（27）を構成する２つのティース（24）は、互いに平行に配置されているので、巻線部材を容易に巻回することが可能になる。
【００２６】
磁気軸受（20）では、２つのティース対（27）（すなわち４つのティース（24））でひとつの方向の力を制御するようになっている。図２の例では、磁気軸受（20）は、ティース対（27-1）とティース対（27-2）とによって、＋Ｘ方向（図２の右方向）の吸引力を発生させ、その方向の駆動軸（13）の位置を制御する。これを実現するために、磁気軸受（20）では、これらのティース対（27-1,2）を構成する４つのティース（24-1,2,3,4）のコイル（26）を直列接続してある。直列接続のコイル（26）は、電源部（40）に接続してあり、該電源部（40）から電力を供給する。なお、これらの４つのティース（24-1,2,3,4）を並列接続して使用することも可能である。
【００２７】
２つのティース対（27-1,2）を構成する各コイル（26）に電流を流すと、磁束の向きが図２に実線矢印で示した向きとなる磁気回路（以下、磁気ループ（ML）と呼ぶ）が形成される。すなわち、ティース（24-1）、駆動軸（13）、ティース（24-2）及びバックヨーク（23）でひとつの磁気ループ（ML）が形成され、ティース（24-3）、駆動軸（13）、ティース（24-4）及びバックヨーク（23）で別の磁気ループ（ML）が形成される。
【００２８】
以上の通り本実施形態では、それぞれのティース（24）は、周方向両側に並ぶ一方のティース（24）との間隔（P1）を、他方のティース（24）との間隔（P2）よりも大きく形成してある。そして、各ティース（24）は、間隔（P1）の狭い側のティース（24）とは、径方向で磁束の流れる向きが同じであり、間隔（P2）がより大きい側のティース（24）とは、径方向で磁束の流れる向きが互いに異なっている。なお、互いに隣接し、且つ径方向の磁束の向きが互いに異なるティース（24）は、コイル（26）の巻数が同じである。
【００２９】
〈ティースにおける漏れ磁束〉
ティースを等ピッチに配置した磁気軸受（説明の便宜のため従来の磁気軸受と呼ぶ）では、ステータコアのティース幅を広く取るほど、ティースの間隔が狭くなるため、従来の磁気軸受では、ティース幅を広く取ると漏れ磁束が懸念される。
【００３０】
これに対し、本実施形態では、互いに径方向で磁束の流れる向きが同じティース（24）の間隔（P2）を狭めることで、磁気ループ（ML）を構成するティース（24）の間隔（互いに径方向で磁束の流れる向きが異なるティース（24）の間隔）を、従来の磁気軸受よりも大きくすることが可能になる。したがって、本実施形態では、ティース幅を広く取りつつ、ティース（24）間の漏れ磁束の低減を図ることが可能になる。なお、径方向で磁束の流れる向きが同じティース（24）間では、間隔（P2）を詰めても漏れ磁束は問題とならない。
【００３１】
〈本実施形態における効果〉
以上のとおり本実施形態によれば、ティース（24）間の漏れ磁束の低減を図ることが可能になるので、磁気軸受（20）において、エネルギー効率が向上する。それにより、磁気軸受（20）の小型化、延いてはコスト低減を図ることが可能になる。
【００３２】
また、それぞれのティース（24）は、外周側の周方向幅（W1）が、最内周側の周方向幅（W2）よりも大きいので、ティース（24）の外周側で磁気飽和が起こりにくく、この点からもティース（24）間の漏れ磁束の低減を図ることが可能になる。
【００３３】
そして、ティース（24）を前記のように不等の間隔することで、磁束を強めることが可能になる。
【００３４】
《発明の関連技術１》
図４は、本発明の関連技術１の磁気軸受（20）の横断面図である。図４に示すように、ステータコア（22）には、１２個のティース（24）が設けられている。すなわち、磁気軸受（20）に設ける磁極の数は、前記のような１６個には限らない。この例においても、それぞれのティース（24）は、周方向両側に並ぶ一方のティース（24）との間隔（P1）を、他方のティース（24）との間隔（P2）よりも大きく形成してある。なお、それぞれのティース（24）は、外周側の周方向幅と、最内周側の周方向の幅とが同じ幅（W0）である。
【００３５】
この例でも隣接するティース（24）は、コイル（26）の巻回方向が互いに逆になっている。そして、各ティース（24）は、間隔（P1）の狭い側のティース（24）とは径方向で磁束の流れる向きが同じとなり、間隔（P2）がより大きい側のティース（24）とは径方向で磁束の流れる向きが互いに異なるように、コイル（26）に電流が流される。
【００３６】
このように、磁極数が１２個の磁気軸受（20）においても、互いに径方向で磁束の流れる向きが同じティース（24）の間隔（P2）を狭めることで、磁気ループ（ML）を構成するティース（24）の間隔（互いに径方向で磁束の流れる向きが異なるティース（24）の間隔）を、従来の磁気軸受よりも大きくすることが可能になる。したがって、本関連技術でも、ティース（24）間の漏れ磁束の低減を図ることが可能になる。
【００３７】
なお、本関連技術においても、それぞれのティース（24）において、外周側の周方向幅を、最内周側の周方向の幅よりも大きくすることで、ティース（24）の外周側での磁気飽和を起こりにくくできる。
【００３８】
《発明の関連技術２》
図５は、本発明の関連技術２の磁気軸受（20）の横断面図である。図５に示すように、ステータコア（22）には、１２個のティース（24）が設けられている。この例では、３つのティース（24）によって、１つのグループ（ティース群（28）と呼ぶ）を構成し、ティース群（28）内の中心部のティース（24）は、周方向両側のティース（24）とそれぞれ磁気ループ（ML）を形成する。これを具体的に図５で見ると、例えばティース（24-1）、ティース（24-2）、及びティース（24-3）の３つでひとつのティース群（28-1）を構成し、ティース（24-4）、ティース（24-5）、及びティース（24-6）の３つで別のティース群（28-2）を構成している。ティース群（28）を構成する３つのティース（24）のコイル（26）は直列接続してある。直列接続のコイル（26）は、電源部（40）に接続してあり、該電源部（40）から電力を供給する。勿論、これらの３つのティース（24）を並列接続して使用することも可能である。
【００３９】
ティース群（28）を構成するティース（24）のうち、中央のティース（24）における最内周側の周方向の幅（W3）は、両側のティース（24）における最内周側の周方向の幅（W4）よりも大きく形成されている。これらのティース群（28）は、中央のティース（24）が互いに等ピッチ角となるようにバックヨーク（23）の内周側に配置してある。また、この例では、ティース群（28）内において互いに隣接するティース（24）の間隔（P1）は、隣接するティース群（28）間で互いに対向するティース（24）の間隔（P2）よりも大きく構成されている。
【００４０】
前記構成を図５で具体的に見ると、例えばティース群（28-1）内では、中央のティース（24-2）の最内周側の周方向幅（W3）は、両側のティース（24-1,3）における最内周側の周方向幅（W4）よりも大きく形成されている。また、図５では、例えば、ティース群（28-1）内では、ティース（24-1）とティース（24-2）の間隔（P1）と、ティース（24-2）とティース（24-3）の間隔（P1）は等しい。一方、互いに異なるティース群（28-1,2）に属し且つ互いに対向する、ティース（24-3）とティース（24-4）との間隔（P2）は、ティース群（28-1）内におけるティース（24）の間隔（P1）よりも小さい。
【００４１】
それぞれのティース群（28-1,2）を構成するコイル（26）に電流を流すと、磁束の向きが図５に実線矢印で示した磁気ループ（ML）が形成される。例えばティース群（28-1）では、ティース（24-1）、駆動軸（13）、ティース（24-2）、及びバックヨーク（23）でひとつの磁気ループ（ML）が形成され、且つティース（24-2）、駆動軸（13）、ティース（24-3）、及びバックヨーク（23）で別の磁気ループ（ML）が形成される。ティース群（28-2）も同様に２つの磁気ループ（ML）が形成される。ティース（24-3）と、これとは別グループのティース（24-4）とは、互いに径方向で磁束の流れる向きが同じである。
【００４２】
以上の通り本関連技術では、所定のティース（24）は、周方向両側に並ぶ同グループのティース（24）との間隔（P1）が、隣接する他グループのティース（24）との間隔（P2）よりも大きく形成されている。そして、同グループのティース（24）（中央のティース）、駆動軸（13）、及びバックヨーク（23）とともに磁気ループ（ML）を形成し、隣接する他グループのティース（24）とは互いに径方向で磁束の流れる向きが同じである。
【００４３】
このように、３つのティース（24）によってティース群（28）を構成する場合においても、互いに径方向で磁束の流れる向きが同じティース（24）の間隔（P2）を狭めることで、磁気ループ（ML）を構成するティース（24）の間隔を、従来の磁気軸受よりも大きくすることが可能になる。したがって、本関連技術でも、ティース（24）間の漏れ磁束の低減を図ることが可能になる。
【００４４】
《発明の関連技術３》
図６は、本発明の関連技術３の磁気軸受（20）の横断面図である。本関連技術は、実施形態１の磁気軸受（20）の構成を変更したものである。具体的には、ステータコア（22）は、互いに隣接し且つ径方向で磁束の流れる向きが同じティース（24）が、内周端で互いに接触するように形成されている。図６の例では、例えばティース（24-2）とティース（24-3）の先端が接触している。より詳しくは、径方向で磁束の流れる向きが同じ２つのティース（24）は一体的（すなわちＰ１がゼロ）に形成されている。すなわち、本発明では、ティース（24）とはコイル（26）毎の単位であり、ティース（24）の「間隔」とは、ゼロの場合も含む概念である。
【００４５】
《発明の実施形態２》
図７は、本発明の実施形態２の磁気軸受（20）の横断面図である。図７は、１６極の磁気軸受（20）の例ある。本実施形態では、ステータコア（22）は、バックヨーク（23）の部分を境界とした８個のコアブロック（22a）を結合して構成されている。より詳しくは、図７に示すように、コアブロック（22a）は、互いに径方向で磁束の流れる向きが同じティース（24）の間、すなわちティース（24）の間隔がより狭い部位が境界（B）となるように構成してある。これにより、それぞれのコアブロック（22a）は、ひとつのティース対（27）を含むことになる。
【００４６】
この実施形態では、コアブロック（22a）毎にコイル（26）を巻回した後に、各コアブロック（22a）を結合することができる。コアブロック（22a）の結合は、溶接（例えばレーザー溶接）等の方法が考えられる。また、コイル（26）の巻回は、ステータコア（22）をこのようなコアブロック（22a）に分割したことにより、種々の工法の採用が可能になる。例えば、巻枠治具（図示は省略）に予め巻線部材を巻回し、それをコアブロック（22a）のティース（24）に嵌め込むようにすることで、ティース（24）に巻回されたコイル（26）を形成できる。このように、ステータコア（22）を複数のコアブロック（22a）に分割して構成したことで、ティース（24）の先端が狭い箇所があっても、コイル（26）を容易に巻回することが可能になる。
【００４７】
なお、分割位置（コアブロック（22a）の境界（B）の位置）は、例示である。勿論、互いに磁気ループ（ML）を構成するティース（24）の間、すなわち間隔がより広い部位もさらに境界（B）となるようにしてもよい。
【００４８】
《発明の実施形態３》
発明の実施形態３では、回転軸（13）の変位を検出する変位センサの取付け構造を説明する。図８は、変位センサ（50）の取付け位置を例示する横断面図である。また、図９は、変位センサ（50）の取付け位置を例示する縦断面図である。
【００４９】
各実施形態で示したようにティース（24）の先端が近接していると、先端部付近はコイル（26）を巻回するスペースが小さい。そのため、各実施形態ででは、コイル（26）は、バックヨーク（23）に近接してティース（24）に巻回される傾向にある。その結果、ティース（24）の先端部の軸方向端面側には、空きスペースができる。本実施形態では、図８及び図９に示すように、変位センサ（50）は、軸方向から見てティース（24）の先端部の軸方向端面に掛かる位置であって、コイル（26）よりも内周側の位置に設けられている。なお、変位センサ（50）の種類には限定はないが、本実施形態では一例として渦電流式変位センサを採用する。
【００５０】
各実施形態の磁気軸受（20）では、制御部（30）は、変位センサ（50）の検出値を用いて、図８に示すＸ軸方向と、Ｙ軸方向における駆動軸（13）の位置を制御する。この例の変位センサ（50）は、図８に示すように、Ｘ軸上、及びＹ軸上にそれぞれ２つずつ設けられている。このように位置制御を行う軸線上に変位センサ（50）を設けた結果、変位センサ（50）は、２つのティース（24）に跨って配置されている。例えば、Ｘ軸のプラス側に設置される変位センサ（50）は、ティース（24-2）とティース（24-3）とに跨っている。また、それぞれの変位センサ（50）は、リング状のべ−ス部材（51）を用いて固定されている。べ−ス部材（51）は、図９に示すように、変位センサ（50）を収容するリング状の溝（51a）が形成され、外周側に形成された円筒壁（51b）によって、ステータコア（22）の外周に固定されている。
【００５１】
〈本実施形態における効果〉
一般的な磁気軸受では、変位センサは、コイルエンド上に何らかのベース部材を用いて搭載される例（従来例と呼ぶ）が多い。これに対し本実施形態では、ティース（24）先端部の軸方向端面に変位センサ（50）を搭載できる。その結果、従来例と比べ、磁気軸受（20）の軸方向の全長をよりコンパクトにすることが可能になる。
【００５２】
また、本実施形態では、コイル（26）よりも、より内周側に変位センサ（50）を搭載できるので、変位センサ（50）が駆動軸（13）に、より近接して配置される。これにより、変位センサ（50）が力の作用点により近接して配置され、より精度の高い位置制御を行うことが可能になる。
【００５３】
また、本実施形態では、変位センサ（50）は、位置制御を行う軸線上（Ｘ軸上及びＹ軸上）に設けられているので、位置制御を行うために、変位センサ（50）の検出値を座標変換などを行うことなくそのまま使用できる。これにより、位置制御を行う際の制御部（30）における演算が容易になり、制御部（30）を構成するマイクロコンピューターとして、より安価なものを採用することが可能になる。
【００５４】
勿論、変位センサ（50）を位置制御の軸線上に設けることは必須ではない。図１０は、変位センサ（50）の他の設置例を示す。図１０の例では、ティース（24）の直上となるように変位センサ（50）を配置してある。この例では、変位センサ（50）の位置が制御の軸線上からは、ずれることになる。
【００５５】
《発明の実施形態４》
発明の実施形態４では、コイル（26）の結線を説明する。図１１は、コイル（26）の結線状態を例示する。実施形態１でも説明したように、磁気軸受（20）では、４つ単位でコイル（26）が直列接続されている。図１１の例でも、ティース（24-1,2,3,4）のコイル（26）が直列接続されている。これにより、ティース（24-1,2,3,4）において形成された電磁石（25）は、４つ一組で＋Ｘ方向の吸引力を発生する。なお、図中のＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４は、直列接続されたコイル（26）に電力を供給する端子である。これらの端子（T1,T2,T3,T4）は、電源部（40）に接続される。
【００５６】
そして、この例では、ティース（24）の先端部の軸方向端面側であって、前記コイル（26）よりも内周側の位置に、コイル（26）同士の結線部（26a）を設けてある。一般的な磁気軸受では、コイル同士の結線は、コイルが外周側で行われる例（従来例と呼ぶ）が多い。これに対し各実施形態では、ティース（24）の先端部の軸方向端面側には空きスペースができるので、ティース（24）先端部の軸方向端面側に結線部（26a）を設けることができる。
【００５７】
一般的にコイルの外周側にはインシュレータなどの部品でスペースを占められることが多く、コイルの外周側に十分な結線スペースを確保し難い。そのため従来例では磁気軸受が大型化しがちであるが、本実施形態では、磁気軸受（20）をよりコンパクトに構成できる。
【００５８】
なお、本実施形態では、説明の便宜のため、変位センサ（50）を省略して説明したが、内周側でコイル（26）を結線する場合においても実施形態３と同様に、ティース（24）の先端部の軸方向端面側であって、コイル（26）よりも内周側の位置に変位センサ（50）を配置してもよい。
【００５９】
《その他の実施形態》
なお、ティース対（27）を構成するティース（24）の側面（S）は必ずしも平行である必要はない。
【００６０】
また、磁気軸受（20）の用途はターボ圧縮機（1）には限定されない。例えば、ターボ分子ポンプ等、回転軸を有する種々の機器に応用できる。
【００６１】
また、実施形態３等におけるべ−ス部材（51）の形状は例示であるし、べ−ス部材（51）を省略してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は、回転軸を磁力で支持する磁気軸受として有用である。
【符号の説明】
【００６３】
２０      磁気軸受
１３      駆動軸(回転軸)
２２      ステータコア
２２ａ    コアブロック
２３      バックヨーク
２４      ティース
２６      コイル
５０      変位センサ 
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円環状のバックヨーク（23）の内周側に複数のティース（24）が周方向に並び、それぞれのティース（24）が回転軸（13）と対向するステータコア（22）と、
それぞれのティース（24）に巻回されたコイル（26）とを備え、
所定のティース（24）は、周方向両側に並ぶ一方のティース（24）との間隔（P1）が、他方のティース（24）との間隔（P2）よりも大きく形成され、間隔（P1）の狭い方のティース（24）とは径方向で磁束の流れる向きが同じであり、間隔（P2）がより大きい方のティース（24）とは径方向で磁束の流れる向きが互いに異なり、
互いに隣接し且つ径方向の磁束の流れる向きが同じティース（24）同士の先端部に切欠き（24a）が形成されることによって、各ティース（24）は、外周側の周方向幅（W1）が、最内周側の周方向幅（W2）よりも大きいことを特徴とする磁気軸受。
【請求項２】
請求項１の磁気軸受において、
互いに隣接し、且つ径方向の磁束の流れる向きが逆であるティース（24）同士は、周方向で対向する平行な面（S）を有していることを特徴とする磁気軸受。
【請求項３】
請求項１又は請求項２の磁気軸受において、
前記ステータコア（22）は、前記バックヨーク（23）の部分を境界（B）とした所定数のコアブロック（22a）を結合して構成されていることを特徴とする磁気軸受。
【請求項４】
請求項１から請求項３の何れかの磁気軸受において、
互いに隣接し、且つ径方向で磁束の流れる向きが互いに異なるティース（24）は、コイル（26）の巻数が同じであることを特徴とする磁気軸受。
【請求項５】
請求項１から請求項４の何れかの磁気軸受において、
軸方向から見て前記ティース（24）の先端部の軸方向端面に掛かる位置であって、前記コイル（26）よりも内周側の位置に、回転軸（13）の変位を検出する変位センサ（50）が設けられていることを特徴とする磁気軸受。
【請求項６】
請求項１から請求項５の何れかの磁気軸受において、
所定の前記コイル（26）は、前記ティース（24）の先端部の軸方向端面側であって、前記コイル（26）よりも内周側で結線されて直列接続されていることを特徴とする磁気軸受。