(57)【要約】  この磁気軸受（１０）は、電磁石コア（１３）およびコイル（１４）を含む電磁石（１１）と、電磁石と共に磁気吸引力により回転軸部分（２１）を非接触で支持する永久磁石（１２）とを備え、電磁石コアは、電磁石のコイルから発生する磁界が通過する経路中に配置される磁気抵抗変化部（４０）を有し、永久磁石は、永久磁石から発生する磁界が磁気抵抗変化部を通過しないように、電磁石コアの磁気抵抗変化部に対応する部分に配置されている。
2013084362.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁石コア（１３、１１３、２１３、３１３ａ、３１３ｂ、３１３ｃ、４１３、５１３）およびコイル（１４、５１４）を含む電磁石（１１、５１１）と、
前記電磁石コアに取り付けられ、前記電磁石と共に磁気吸引力により回転軸部分（２１、２２）を非接触で支持する永久磁石（１２、１１２、２１２ａ、２１２ｂ）とを備え、
前記電磁石コアは、前記電磁石のコイルから発生する磁界が通過する経路中に配置される磁気抵抗変化部（４０、４０ａ、４０ｂ、４１、４２ａ、４２ｂ、４２ｃ）を有し、
前記永久磁石は、前記永久磁石から発生する磁界が前記磁気抵抗変化部を通過しないように、前記電磁石コアの前記磁気抵抗変化部に対応する部分に配置されている、磁気軸受。
【請求項２】
前記磁気抵抗変化部は、前記永久磁石の磁気抵抗よりも小さい磁気抵抗を有する、請求項１に記載の磁気軸受。
【請求項３】
前記磁気抵抗変化部は、前記永久磁石の厚みよりも小さい磁路長を有する、請求項１に記載の磁気軸受。
【請求項４】
前記磁気抵抗変化部は、前記電磁石コアと前記回転軸部分との間の空間の前記コイルおよび前記永久磁石から発生する磁界が通過する部分（３０、３０ａ、３０ｂ）のギャップ長よりも大きい磁路長を有する、請求項１に記載の磁気軸受。
【請求項５】
前記磁気抵抗変化部は、前記電磁石コアを一対のコア部分（１６、２１６、３１６ａ、３１６ｂ、３１６ｃ、４１６）に実質的に分離するように、前記コイルから発生する磁界と交差する方向に沿って延長形成されている、請求項１に記載の磁気軸受。
【請求項６】
前記永久磁石は、前記一対のコア部分に跨って配置されている、請求項５に記載の磁気軸受。
【請求項７】
前記磁気抵抗変化部は、前記電磁石コアを完全に分離する空隙（４０、４１、４３）、または、前記電磁石コアを細い部分で連結された状態にする空隙（４２ａ、４２ｂ、４２ｃ）である、請求項６に記載の磁気軸受。
【請求項８】
前記永久磁石の少なくとも前記一対のコア部分側の表面近傍は、前記一対のコア部分の一方側と他方側とで互いに異なる極性を有するように着磁されている、請求項６に記載の磁気軸受。
【請求項９】
前記永久磁石の前記一対のコア部分側の表面（１２ａ）近傍は、前記一対のコア部分の一方側と他方側とで互いに異なる極性を有するように着磁され、
前記永久磁石の前記一対のコア部分とは反対側の表面（１２ｂ）近傍は、前記永久磁石の前記一対のコア部分側の表面近傍とは反対の極性を有するように着磁されている、請求項８に記載の磁気軸受。
【請求項１０】
前記永久磁石の前記一対のコア部分とは反対側の表面を覆うヨーク（１７、４１７、５１７）をさらに備える、請求項９に記載の磁気軸受。
【請求項１１】
前記ヨークと前記一対のコア部分とは、薄肉状の連結部（１９）により互いに連結されている、請求項１０に記載の磁気軸受。
【請求項１２】
前記永久磁石は、前記一対のコア部分のそれぞれに対応するように一対設けられている、請求項５に記載の磁気軸受。
【請求項１３】
前記コイルから発生する磁界が前記回転軸部分を通過する領域と、前記永久磁石から発生する磁界が前記回転軸部分を通過する領域とが互いに略一致するように構成されている、請求項１に記載の磁気軸受。
【請求項１４】
前記電磁石コアの前記磁気抵抗変化部に対応する部分の表面は、平坦面（１６ｃ、１１５ｃ）を含み、
前記永久磁石は、前記電磁石コアの前記磁気抵抗変化部に対応する部分の前記平坦面上に配置されている、請求項１に記載の磁気軸受。
【請求項１５】
前記磁気抵抗変化部を有する前記電磁石コアは、前記回転軸部分の外周面を取り囲むように配置されており、
前記電磁石および前記永久磁石は、前記回転軸部分と交差するとともに前記回転軸部分の半径方向に沿って延びる面内で磁界を発生させることによって、磁気吸引力により前記回転軸部分を半径方向に非接触で支持するように構成されている、請求項１に記載の磁気軸受。
【請求項１６】
前記電磁石コアは、半径方向に沿って延びる部分（１６ａ）を有する一対の略Ｌ字形状の部分（１６、２１６、３１６ａ、３１６ｂ、３１６ｃ、４１６）が前記磁気抵抗変化部を介して周方向に沿って隣接するように配置されることにより構成された略Ｕ字形状の部分（１５）を含む、請求項１５に記載の磁気軸受。
【請求項１７】
前記略Ｕ字形状の部分は、前記回転軸部分を半径方向の両側から挟み込むように少なくとも一対設けられている、請求項１６に記載の磁気軸受。
【請求項１８】
前記電磁石コアは、半径方向に沿って延びる部分（１１５ａ）と、前記半径方向に沿って延びる部分の前記回転軸部分とは反対側の端部から周方向の両側に延びる部分（１１５ｂ）とを有する略Ｔ字形状の部分（１１５）を含み、
前記略Ｔ字形状の部分は、前記磁気抵抗変化部を介して周方向に沿って隣接するように複数設けられている、請求項１５に記載の磁気軸受。
【請求項１９】
前記略Ｔ字形状の部分は、前記磁気抵抗変化部を介して周方向に沿って隣接するように４つ設けられている、請求項１８に記載の磁気軸受。
【請求項２０】
前記回転軸部分は、回転軸（２１）と、前記回転軸と交差する板状部材（２２）とを含み、
前記磁気抵抗変化部を有する前記電磁石コアは、前記板状部材を前記回転軸の軸線方向の両側から挟み込むように配置されており、
前記電磁石および前記永久磁石は、磁気吸引力により前記板状部材を前記回転軸の軸線方向に非接触で支持することによって、前記回転軸部分を前記回転軸の軸線方向に非接触で支持するように構成されている、請求項１に記載の磁気軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、磁気軸受に関し、特に、電磁石と永久磁石とを備えた磁気軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電磁石と永久磁石とを備えた磁気軸受が知られている。このような磁気軸受は、たとえば、特開平１１−１０１２３５号公報に開示されている。【０００３】
上記特開平１１−１０１２３５号公報には、励磁コイルが巻回された電磁鋼板積層体（電磁石コア）からなる電磁石と、電磁鋼板積層体に取り付けられた永久磁石とを備えた磁気軸受が開示されている。この磁気軸受では、電磁石および永久磁石は、共に、回転シャフト（回転軸部分）の軸線方向に沿って延びる面内で磁界を発生させることによって、磁気吸引力により回転シャフトを半径方向に非接触で支持するように構成されている。また、この磁気軸受では、電磁石から発生する磁界によって構成される磁気回路と交差するように永久磁石が配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１０１２３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特開平１１−１０１２３５号公報に開示された磁気軸受では、電磁石から発生する磁界によって構成される磁気回路と交差するように永久磁石が配置されているため、電磁石から発生する磁界が永久磁石の着磁方向とは逆方向に永久磁石に印加される場合がある。このため、永久磁石の不可逆減磁が発生しやすいという問題点がある。【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、永久磁石の不可逆減磁が発生するのを抑制することが可能な磁気軸受を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、この発明の一の局面による磁気軸受は、電磁石コアおよびコイルを含む電磁石と、電磁石コアに取り付けられ、電磁石と共に磁気吸引力により回転軸部分を非接触で支持する永久磁石とを備え、電磁石コアは、電磁石のコイルから発生する磁界が通過する経路中に配置される磁気抵抗変化部を有し、永久磁石は、永久磁石から発生する磁界が磁気抵抗変化部を通過しないように、電磁石コアの磁気抵抗変化部に対応する部分に配置されている。
【発明の効果】
【０００８】
この発明の一の局面による磁気軸受では、上記のように、電磁石のコイルから発生する磁界が通過する経路中に配置される磁気抵抗変化部を電磁石コアに設け、永久磁石から発生する磁界が磁気抵抗変化部を通過しないように、永久磁石を電磁石コアの磁気抵抗変化部に対応する部分に配置する。これにより、コイルから発生する磁界は、永久磁石を通過することなく、磁気抵抗変化部を通過して磁気回路を構成するので、コイルから発生する磁界によって構成される磁気回路が永久磁石と交差することがない。その結果、コイルから発生する磁界が永久磁石の着磁方向とは逆方向に永久磁石に印加されることがないので、永久磁石の不可逆減磁が発生するのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態による磁気軸受のアキシャル方向に沿った模式的な断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態による磁気軸受の全体構成を示した図である。
【図３】本発明の第１実施形態による磁気軸受の電磁石および永久磁石から発生する磁界の流れを説明するための部分拡大図である。
【図４】本発明の第２実施形態による磁気軸受の全体構成を示した図である。
【図５】本発明の第１実施形態の第１変形例による磁気軸受の構成を説明するための部分拡大図である。
【図６】本発明の第１実施形態の第２変形例による磁気軸受の構成を説明するための部分拡大図である。
【図７】本発明の第１実施形態の第３変形例による磁気軸受の構成を説明するための部分拡大図である。
【図８】本発明の第１実施形態の第４変形例による磁気軸受の構成を説明するための部分拡大図である。
【図９】本発明の第１実施形態の第５変形例による磁気軸受の構成を説明するための部分拡大図である。
【図１０】本発明の第１実施形態の第６変形例による磁気軸受の構成を説明するための部分拡大図である。
【図１１】本発明の第１実施形態の第７変形例による磁気軸受の構成を説明するための部分拡大図である。
【図１２】本発明の第１実施形態の第８変形例による磁気軸受のアキシャル方向に沿った模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１１】
（第１実施形態）
まず、図１〜図３を参照して、本発明の第１実施形態による磁気軸受１０の構成について説明する。
【００１２】
図１に示すように、磁気軸受１０は、回転軸２１を有するモータ２０の軸線方向（アキシャル方向：回転軸２１の延びる方向）の両側に一対設けられている。これら一対の磁気軸受１０は、それぞれ、回転軸２１に対して半径方向（ラジアル方向：回転軸２１に直交する面内で回転軸２１の回転中心Ｏ（図２参照）から放射状に延びる直線に沿った方向）に所定の空間（ギャップ長Ｌ１（図３参照）を有する空隙３０）を隔てて配置されている。なお、回転軸２１は、本発明の「回転軸部分」の一例である。
【００１３】
また、図２に示すように、磁気軸受１０は、電磁石１１と、永久磁石１２とを備えている。これら電磁石１１および永久磁石１２は、共に、回転軸２１に直交するとともにラジアル方向（半径方向）に延びる面内で磁界（図３の一点鎖線および二点鎖線参照）を発生させることによって、磁気吸引力により回転軸２１をラジアル方向に非接触で支持するように構成されている。なお、電磁石１１は、アキシャル方向（軸線方向）に積層された複数の電磁鋼板（図１参照）からなる電磁石コア１３と、電磁石コア１３の後述する第１部分１６ａに巻回されたコイル１４とを含むように構成されている。また、永久磁石１２は、希土類磁石やフェライト磁石などにより構成されている。ここで、永久磁石１２は、電磁石１１と異なり、磁界を発生させるために電流を流す必要がない。このため、電磁石１１および永久磁石１２の両方を用いて回転軸２１を支持する第１実施形態では、電磁石１１のみを用いて回転軸２１を支持する場合と異なり、電力消費を低減することが可能である。
【００１４】
図２に示すように、電磁石コア１３は、回転軸２１の外周面を周状に取り囲むとともに周方向（回転軸２１の回転方向）に沿って隣接するように配置された４つの略Ｕ字形状の部分１５により構成されている。これら４つの略Ｕ字形状の部分１５は、回転軸２１を上下方向および左右方向の両側から挟み込むように配置されている。すなわち、略Ｕ字形状の部分１５は、回転軸２１の上下方向の両側に一対設けられているとともに、回転軸２１の左右方向の両側にも一対設けられている。
【００１５】
ここで、第１実施形態では、図２に示すように、電磁石コア１３を構成する４つの略Ｕ字形状の部分１５には、それぞれ、数百μｍ程度のギャップ長Ｌ２（図３参照）を有する空隙４０が設けられている。そして、これら４つの略Ｕ字形状の部分１５の各々の空隙４０に対応する部分に、永久磁石１２が配置されている。なお、空隙４０は、本発明の「磁気抵抗変化部」の一例である。
【００１６】
図２および図３に示すように、空隙４０は、略Ｕ字形状の部分１５を周方向に分離するように、略Ｕ字形状の部分１５の周方向の中央部近傍に設けられている。具体的には、空隙４０は、略Ｕ字形状の部分１５の周方向の中央部近傍において、コイル１４から発生する磁界（図３の一点鎖線参照）が空隙４０を通過する方向と直交する方向（ラジアル方向）に沿って延びるように形成されている。これにより、略Ｕ字形状の部分１５は、空隙４０を介して対向する一対の略Ｌ字形状の部分１６に完全に分離されている。ここで、一対の略Ｌ字形状の部分１６の空隙４０を介して対向する端面は、互いに平行に形成されている。すなわち、空隙４０は、そのギャップ長Ｌ２（図３参照）が回転軸２１側と永久磁石１２側とで等しくなるようにラジアル方向に沿って延びている。なお、略Ｌ字形状の部分１６は、本発明の「コア部分」の一例である。
【００１７】
図２および図３に示すように、一対の略Ｌ字形状の部分１６は、空隙４０を介して互いに対向するように配置されている。また、一対の略Ｌ字形状の部分１６は、それぞれ、ラジアル方向に沿って延びる第１部分１６ａと、第１部分１６ａの回転軸２１とは反対側の端部から周方向に沿って空隙４０側に延びる第２部分１６ｂとを有している。なお、第１部分１６ａには、コイル１４が巻回されている。また、第２部分１６ｂの回転軸２１とは反対側の表面には、平坦面１６ｃが設けられている。そして、この平坦面１６ｃ上に、厚みｔ１（図３参照）を有する板状の永久磁石１２が配置されている。
【００１８】
図３に示すように、永久磁石１２は、電磁石コア１３の略Ｕ字形状の部分１５を構成する一対の略Ｌ字形状の部分１６の２つの平坦面１６ｃ上に跨って配置されている。また、永久磁石１２の一対の略Ｌ字形状の部分１６側の表面１２ａ近傍は、一方側と他方側とで互いに異なる極性（Ｎ極性またはＳ極性）を有するように着磁されている。また、永久磁石１２の一対の略Ｌ字形状の部分１６とは反対側の表面１２ｂ近傍は、永久磁石１２の一対の略Ｌ字形状の部分１６側の表面１２ａ近傍とは反対の極性を有するように着磁されている。
【００１９】
具体的には、図３に示すように、永久磁石１２の略Ｌ字形状の部分１６側の表面１２ａ近傍の領域は、左側の領域がＳ極性を有するとともに、右側の領域がＮ極性を有するように着磁されている。また、永久磁石１２の略Ｌ字形状の部分１６とは反対側の表面１２ｂ近傍の領域は、左側の領域がＮ極性を有するとともに、右側の領域がＳ極性を有するように着磁されている。なお、永久磁石１２の略Ｌ字形状の部分１６とは反対側の表面１２ｂは、ブロック状または板状のヨーク１７によって覆われている。このヨーク１７は、永久磁石１２の厚みｔ１（図３参照）よりも小さい厚みｔ２（図３参照）を有する板状に形成されている。また、ヨーク１７と永久磁石１２とは、接着剤などにより接着されている。
【００２０】
ここで、第１実施形態では、図３に示すように、空隙４０のギャップ長Ｌ２は、永久磁石１２の厚みｔ１よりも小さくなるように設定されている。これにより、コイル１４から発生する磁界（図３の一点鎖線参照）は、永久磁石１２を通過することなく、空隙４０を通過して磁気回路を構成する。すなわち、一般に、空隙４０を構成する空気の透磁率は、希土類磁石やフェライト磁石などからなる永久磁石１２の透磁率と略等しいため、空隙４０のギャップ長Ｌ２を永久磁石１２の厚みｔ１よりも小さく設定すると、空隙４０の磁気抵抗が永久磁石１２の磁気抵抗よりも小さくなる。これにより、略Ｌ字形状の部分１６の第１部分１６ａに巻回されたコイル１４から発生した磁界が第１部分１６ａから第２部分１６ｂ側に流れる場合において、その磁界は、永久磁石１２側に流れることなく、空隙４０側に流れる。
【００２１】
また、第１実施形態では、図３に示すように、空隙４０のギャップ長Ｌ２は、コイル１４から発生する磁界（図３の一点鎖線参照）および永久磁石１２から発生する磁界（図３の二点鎖線参照）が通過する２つの空隙３０のギャップ長Ｌ１の合計（２×Ｌ１）よりも大きくなるように設定されている。これにより、永久磁石１２から発生する磁界は、空隙４０を通過することなく、空隙３０を通過して磁気回路を構成する。すなわち、空隙４０と空隙３０とは、互いに等しい透磁率を有する空気により構成されているため、空隙４０のギャップ長Ｌ２を、空隙３０のギャップ長Ｌ１の２倍よりも大きく設定すると、空隙４０の磁気抵抗が２箇所の空隙３０の合計の磁気抵抗よりも大きくなる。これにより、永久磁石１２から発生した磁界が略Ｌ字形状の部分１６の第２部分１６ｂ側に流れる場合において、その磁界は、空隙４０側に流れることなく、第１部分１６ａを介して空隙３０側に流れる。
【００２２】
なお、第１実施形態では、図３に示すように、コイル１４から発生する磁界（図３の一点鎖線参照）が回転軸２１を通過する領域と、永久磁石１２から発生する磁界（図３の二点鎖線参照）が回転軸２１を通過する領域とは、互いに略一致している。
【００２３】
第１実施形態では、上記のように、電磁石１１のコイル１４から発生する磁界（図３の一点鎖線参照）が通過する経路中に配置される空隙４０を電磁石コア１３に設け、永久磁石１２から発生する磁界（図３の二点鎖線参照）が空隙４０を通過しないように、永久磁石１２を電磁石コア１３の空隙４０に対応する部分に配置する。これにより、コイル１４から発生する磁界は、永久磁石１２を通過することなく、空隙４０を通過して磁気回路を構成するので、コイル１４から発生する磁界によって構成される磁気回路が永久磁石１２と交差することがない。その結果、コイル１４から発生する磁界が永久磁石１２の着磁方向とは逆方向に永久磁石１２に印加されることがないので、永久磁石１２の不可逆減磁が発生するのを抑制することができる。
【００２４】
また、第１実施形態では、上記のように、永久磁石１２の磁気抵抗よりも小さい磁気抵抗を有するように空隙４０を構成する。これにより、容易に、電磁石１１のコイル１４から発生する磁界（図３の一点鎖線参照）を、永久磁石１２側ではなく、空隙４０側に流すことができる。
【００２５】
また、第１実施形態では、上記のように、永久磁石１２の厚みｔ１（図３参照）よりも小さいギャップ長Ｌ１（図３参照）を有するように空隙４０を形成する。これにより、容易に、空隙４０の磁気抵抗を永久磁石１２の磁気抵抗よりも小さくすることができる。
【００２６】
また、第１実施形態では、上記のように、電磁石コア１３と回転軸２１との間の空隙３０のギャップ長Ｌ１（図３参照）の２倍（２×Ｌ１）よりも大きいギャップ長Ｌ２（図３参照）を有するように空隙４０を形成する。これにより、空隙４０の磁気抵抗を２箇所の空隙３０の合計の磁気抵抗よりも大きくすることができるので、容易に、永久磁石１２から発生する磁界（図３の二点鎖線参照）を、空隙４０側ではなく、空隙３０側に流すことができる。
【００２７】
また、第１実施形態では、上記のように、電磁石コア１３の略Ｕ字形状の部分１５を一対の略Ｌ字形状の部分１６に完全に分離するように、電磁石１１のコイル１４から発生する磁界（図３の一点差線参照）と交差する方向（ラジアル方向）に沿って空隙４０を延長形成する。ここで、空隙４０を介して対向する一対の略Ｌ字形状の部分１６が一部で連結されている場合には、その連結された部分を介して永久磁石１２の磁束漏れが発生するため、永久磁石１２から空隙３０を通過する磁束の量が減少する。その一方、第１実施形態では、空隙４０によって略Ｕ字形状の部分１５が一対の略Ｌ字形状の部分１６に完全に分離されていることにより、永久磁石１２の磁束漏れが発生するのを抑制することができるので、永久磁石１２から空隙３０を通過する磁束の量が減少するのを抑制することができる。
【００２８】
また、第１実施形態では、上記のように、永久磁石１２を、一対の略Ｌ字形状の部分１６に跨って配置する。これにより、完全に分離された一対の略Ｌ字形状の部分１６が永久磁石１２を介して結合されるので、一対の略Ｌ字形状の部分１６を含む電磁石コア１３の強度を高めることができる。
【００２９】
また、第１実施形態では、上記のように、永久磁石１２の一対の略Ｌ字形状の部分１６側の表面１２ａ近傍を、一対の略Ｌ字形状の部分１６の一方側と他方側とで互いに異なる極性（Ｎ極性またはＳ極性）を有するように着磁するとともに、永久磁石１２の一対の略Ｌ字形状の部分１６とは反対側の表面１２ｂ近傍を、永久磁石１２の一対の略Ｌ字形状の部分１６側の表面１２ａ近傍とは反対の極性を有するように着磁する。これにより、永久磁石１２の一対の略Ｌ字形状の部分１６側の表面１２ａ、および、永久磁石１２の一対の略Ｌ字形状の部分１６とは反対側の表面１２ｂを介して出入する磁界の出入方向を、一対の略Ｌ字形状の部分１６の一方側と他方側とで容易に異ならせることができる。その結果、永久磁石１２から発生する磁界（図３の二点鎖線参照）を、一対の略Ｌ字形状の部分１６の一方側から他方側、または、他方側から一方側にスムーズに流すことができる。
【００３０】
また、第１実施形態では、上記のように、永久磁石１２の一対の略Ｌ字形状の部分１６とは反対側の表面を覆うヨーク１７を設ける。これにより、ヨーク１７によって、永久磁石１２の一対の略Ｌ字形状の部分１６とは反対側の表面から発生する磁界が空気中に漏れるのを抑制することができる。
【００３１】
また、第１実施形態では、上記のように、電磁石１１のコイル１４から発生する磁界（図３の一点鎖線参照）が回転軸２１を通過する領域と、永久磁石１２から発生する磁界（図３の二点鎖線参照）が回転軸２１を通過する領域とが互いに略一致するように磁気軸受１０を構成する。これにより、電磁石１１および永久磁石１２による磁気吸引力が発生する回転軸２１の領域を略一致させることができるので、回転軸２１を非接触で支持するための支持力（磁気吸引力）の制御を容易に行うことができる。
【００３２】
また、第１実施形態では、上記のように、電磁石コア１３の空隙４０に対応する部分の表面に平坦面１６ｃを設け、永久磁石１２を平坦面１６ｃ上に配置する。これにより、平坦面１６ｃによって、永久磁石１２を安定した状態で電磁石コア１３に取り付けることができる。
【００３３】
また、第１実施形態では、上記のように、空隙４０を有する電磁石コア１３を、回転軸２１の外周面を取り囲むように配置し、電磁石１１および永久磁石１２を、回転軸２１と交差するとともに回転軸２１のラジアル方向に沿って延びる面内で磁界（図３の一点鎖線および二点鎖線参照）を発生させることによって、磁気吸引力により回転軸２１をラジアル方向に非接触で支持するように構成する。ここで、一般に、磁気軸受では、電磁石および永久磁石の磁気吸引力によって回転軸が変形するのを抑制するために、回転軸の電磁石および永久磁石によって非接触で支持される部分のアキシャル方向の長さ（電磁石および永久磁石から発生する磁界が通過する回転軸の領域のアキシャル方向の長さ）を短くするのが好ましい。この場合において、第１実施形態では、回転軸２１と交差する面内（アキシャル方向と直交する面内）で磁界を発生させるように電磁石１１および永久磁石１２を構成しているので、回転軸２１に沿った面内（アキシャル方向に沿った面内）で磁界を発生させるように電磁石１１および永久磁石１２を構成する場合に比べて、電磁石１１および永久磁石１２によって非接触で支持される回転軸２１の部分のアキシャル方向の長さ（電磁石１１および永久磁石１２から発生する磁界が通過する回転軸２１の領域のアキシャル方向の長さ）を短くすることができる。これにより、電磁石１１および永久磁石１２の磁気吸引力によって回転軸２１が変形するのを抑制することができる。
【００３４】
また、第１実施形態では、上記のように、ラジアル方向に沿って延びる第１部分１６ａを有する一対の略Ｌ字形状の部分１６が空隙４０を介して対向して配置されることによって構成された略Ｕ字形状の部分１５を含むように電磁石コア１３を構成する。これにより、電磁石１１のコイル１４から発生する磁界（図３の一点鎖線参照）は、電磁石コア１３の略Ｕ字形状の部分１５の部分に沿って流れることによって、回転軸２１を通過する磁気回路を容易に構成することができる。その結果、回転軸２１を支持するための支持力（磁気吸引力）を容易に発生させることができる。
【００３５】
また、第１実施形態では、上記のように、略Ｕ字形状の部分１５を、回転軸２１をラジアル方向の両側から挟み込むように一対設ける。これにより、回転軸２１を挟み込む方向のみに一対の略Ｕ字形状の部分１５による磁気吸引力が働くので、回転軸２１を挟み込む方向の磁気吸引力の制御を容易に行うことができる。
【００３６】
（第２実施形態）
次に、図４を参照して、本発明の第２実施形態による磁気軸受１１０について説明する。この第２実施形態では、電磁石コア１３が４つの略Ｕ字形状の部分１５からなる上記第１実施形態と異なり、電磁石コア１１３が４つの略Ｔ字形状の部分１１５からなる例について説明する。
【００３７】
第２実施形態では、図４に示すように、電磁石コア１１３は、回転軸２１の外周面を周状に取り囲むように配置された４つの略Ｔ字形状の部分１１５により構成されている。これら４つの略Ｔ字形状の部分１１５は、空隙４０ａを介して周方向に沿って隣接するように配置されている。なお、このような略Ｔ字形状を有する複数の電磁石コアが周方向に沿って一体的に結合されることによって構成された電磁石コア（周方向に沿って隣接する複数の略Ｔ字形状の部分の間に空隙を有しない電磁石コア）は、従来から一般的に用いられている。
【００３８】
ここで、４つの略Ｔ字形状の部分１１５は、それぞれ、ラジアル方向に沿って延びる第１部分１１５ａと、第１部分１１５ａの回転軸２１とは反対側の端部から周方向の両側に延びる第２部分１１５ｂとを有している。なお、第１部分１１５ａには、コイル１４が巻回されている。また、第２部分１１５ｂの回転軸２１とは反対側の表面には、平坦面１１５ｃが設けられている。そして、隣接する２つの略Ｔ字形状の部分１１５の第２部分１１５ｂに設けられた２つの平坦面１１５ｃ上に跨って、永久磁石１２が配置されている。また、永久磁石１２の略Ｔ字形状の部分１１５とは反対側の表面１２ｂには、ヨーク１７が接着されている。
【００３９】
これにより、第２実施形態では、コイル１４から発生する磁界（図４の一点鎖線参照）は、永久磁石１２を通過することなく、周方向に隣接する第１部分１１５ａおよび第２部分１１５ｂ、空隙３０ａ（第２部分１１５ｂと回転軸２１との間の空間）、空隙４０、および回転軸２１を通過して磁気回路を構成する。また、永久磁石１２から発生する磁界（図４の二点鎖線参照）は、空隙４０ａを通過することなく、周方向に隣接する第１部分１１５ａおよび第２部分１１５ｂ、空隙３０ａおよび回転軸２１を通過して磁気回路を構成する。
【００４０】
この第２実施形態においても、上記第１実施形態と同様に、電磁石コア１１３に設けられた空隙４０ａのギャップ長Ｌ２ａは、永久磁石１２の厚みｔ１（図４参照）よりも小さく、かつ、電磁石コア１１３と回転軸２１との間の２つの空隙３０ａのギャップ長Ｌ１ａ（図４参照）の合計（２×Ｌ１ａ）よりも大きく設定されている。
【００４１】
第２実施形態では、上記のように、電磁石コア１１３を、ラジアル方向に沿って延びる第１部分１１５ａと、ラジアル方向に沿って延びる第１部分１１５ａの回転軸２１とは反対側の端部から周方向の両側に延びる第２部分１１５ｂとを有する略Ｔ字形状の部分１１５を含むように構成する。そして、略Ｔ字形状の部分１１５を、空隙４０を介して周方向に沿って隣接するように４つ設ける。これにより、従来から一般的に用いられている電磁石コア（略Ｔ字形状を有する複数の電磁石コアが周方向に沿って一体的に結合されることによって構成された電磁石コア（周方向に沿って隣接する複数の略Ｔ字形状の部分の間に空隙を有しない電磁石コア））に空隙４０を設けるだけで、容易に、空隙４０によって永久磁石１２の不可逆減磁が発生するのを抑制することが可能な電磁石コア１１３を構成することができる。
【００４２】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００４３】
たとえば、上記第１および第２実施形態では、本発明の磁気抵抗変化部として、空気からなる空隙を用いた例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明では、磁気抵抗変化部として、モールド樹脂を用いてもよい。すなわち、上記第１および第２実施形態の空隙に、永久磁石の磁気抵抗よりも小さい磁気抵抗を有するモールド樹脂を充填してもよい。この場合において、モールド樹脂の磁路長を、永久磁石の厚みよりも小さく、かつ、電磁石コアと回転軸との間の空隙のギャップ長よりも大きくすれば、容易に、モールド樹脂の磁気抵抗を永久磁石の磁気抵抗よりも小さくすることができる。
【００４４】
また、上記第１および第２実施形態では、電磁石コアの空隙に対応する部分の回転軸とは反対側の表面に設けられた平坦面（ラジアル方向端面）上に永久磁石を配置した例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明では、電磁石コアの空隙に対応する部分のラジアル方向端面と直交するアキシャル方向端面上に永久磁石を配置してもよい。
【００４５】
また、上記第１実施形態では、図３に示すように、空隙４０のギャップ長Ｌ２が回転軸２１側と永久磁石１２側とで等しい例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明では、図５に示した第１変形例のように、空隙４１のギャップ長が回転軸２１側と永久磁石１２側とで異なっていてもよい。なお、空隙４１は、本発明の「磁気抵抗変化部」の一例である。
【００４６】
図５に示すように、第１変形例では、空隙４１は、そのギャップ長が回転軸２１側から永久磁石１２側に向かって徐々に大きくなるように形成されている。すなわち、一対の略Ｌ字形状の部分２１６の空隙４１を介して対向する端面は、回転軸２１側から永久磁石１２側に向かって互いに徐々に離間するように形成されている。ここで、第１変形例では、空隙４１の平均ギャップ長Ｌ３（回転軸２１側の端部のギャップ長Ｌ４と永久磁石１２側の端部のギャップ長Ｌ５との平均）が、永久磁石１２の厚みｔ１よりも小さく、かつ、電磁石コア２１３と回転軸２１との間の２つの空隙３０のギャップ長Ｌ１の合計（２×Ｌ１）よりも大きく設定されている。なお、略Ｌ字形状の部分２１６は、本発明の「コア部分」の一例である。
【００４７】
第１変形例では、上記のように、空隙４１の永久磁石１２側の端部のギャップ長Ｌ５が回転軸２１側の端部のギャップ長Ｌ４よりも大きいので、永久磁石１２から発生する磁界が、空隙３０を通過せずに、空隙４１の永久磁石１２側の部分を通過して漏れるのをより抑制することができる。
【００４８】
また、上記第１実施形態では、図２および図３に示すように、電磁石コア１３を完全に分離する空隙４０を設けた例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明では、電磁石コアを完全に分離せずに実質的に分離する空隙を設けてもよい。たとえば、図６、図７および図８にそれぞれ示した第２、第３および第４変形例のように、電磁石コア３１３ａ、３１３ｂおよび３１３ｃを細い部分１８ａ、１８ｂおよび１８ｃで連結された状態とするような空隙４２ａ、４２ｂおよび４２ｃを設けてもよい。なお、空隙４２ａ〜４２ｃは、本発明の「磁気抵抗変化部」の一例である。
【００４９】
図６に示すように、第２変形例では、空隙４２ａを介して対向する一対の略Ｌ字形状の部分３１６ａの対向する端面が、永久磁石１２側の端部において細い部分１８ａで互いに連結されている。また、図７に示すように、第３変形例では、空隙４２ｂを介して対向する一対の略Ｌ字形状の部分３１６ｂの対向する端面が、回転軸２１側の端部において細い部分１８ｂで互いに連結されている。また、図８に示すように、第４変形例では、空隙４２ｃを介して対向する一対の略Ｌ字形状の部分３１６ｃの対向する端面が、永久磁石１２側の端部および回転軸２１側の端部の両方において細い部分１８ｃで互いに連結されている。ここで、第２、第３および第４変形例では、細い部分１８ａ、１８ｂおよび１８ｃを介して永久磁石１２の磁束漏れが発生するのを抑制するために、細い部分１８ａ、１８ｂおよび１８ｃの厚みｔ３（図６参照）、ｔ４（図７参照）およびｔ５（図８参照）を、鋼板の加工限界まで薄くするのが好ましい。なお、略Ｌ字形状の部分３１６ａ〜３１６ｃは、本発明の「コア部分」の一例である。
【００５０】
第２〜第４変形例では、上記のように、電磁石コア３１３ａ〜３１３ｃを細い部分１８ａ〜１８ｃで連結された状態とするような空隙４２ａ〜４２ｃを設ける。これにより、電磁石コア３１３ａ〜３１３ｃを構成する一対の略Ｌ字形状の部分３１６ａ〜３１６ｃが細い部分１８ａ〜１８ｃによって互いに一体的に連結された状態となるので、鋼板の加工によって製造しやすい一体の部品として電磁石コア３１３ａ〜３１３ｃを製造することができるとともに、部品点数を削減することができる。
【００５１】
また、上記第１実施形態では、図３に示すように、永久磁石１２の一対の略Ｌ字形状の部分１６側の表面１２ａ近傍と、永久磁石１２の一対の略Ｌ字形状の部分１６とは反対側の表面１２ｂ近傍との両方がＮ極性またはＳ極性を有するように着磁された例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明では、図９に示した第５変形例のように、永久磁石１１２の一対の略Ｌ字形状の部分１６側の表面１１２ａ近傍のみを、一対の略Ｌ字形状の部分１６の一方側と他方側とで互いに異なる極性（Ｎ極性およびＳ極性）を有するように着磁してもよい。
【００５２】
図９に示すように、第５変形例では、永久磁石１１２は、一対の略Ｌ字形状の部分１６に設けられた平坦面１６ｃ上に跨って配置されている。この永久磁石１１２の一対の略Ｌ字形状の部分１６側の表面１１２ａ近傍は、図９の左側の領域においてＳ極性を有するように着磁されているとともに、図９の右側の領域においてＮ極性を有するように着磁されている。
【００５３】
第５変形例では、上記のように、永久磁石１１２の一対の略Ｌ字形状の部分１６側の表面１１２ａ近傍のみを着磁する。これにより、永久磁石１２の一対の略Ｌ字形状の部分１６側の表面１２ａ近傍と、永久磁石１２の一対の略Ｌ字形状の部分１６とは反対側の表面１２ｂ近傍との両方が着磁された上記第１実施形態（図３参照）と異なり、永久磁石１１２の一対の略Ｌ字形状の部分１６とは反対側の表面１１２ｂに、永久磁石１１２から発生する磁界の経路となる部材（上記第１実施形態のヨーク１７に対応する部材）を設ける必要がないので、部品点数を削減することができる。
【００５４】
また、上記第１実施形態では、図２および図３に示すように、ヨーク１７と一対の略Ｌ字形状の部分１６とが別部品として設けられた例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明では、図１０に示した第６変形例のように、ヨーク４１７と一対の略Ｌ字形状の部分４１６とを一体の部品として設けてもよい。
【００５５】
図１０に示すように、第６変形例では、電磁石コア４１３のヨーク４１７の左右方向の両端部と、電磁石コア４１３の一対の略Ｌ字形状の部分４１６とが、薄肉状の連結部１９により互いに連結されている。この連結部１９は、永久磁石１２の左右方向の両端面を覆うように設けられている。ここで、第６変形例では、連結部１９を介して永久磁石１２の磁束漏れが発生するのを抑制するために、連結部１９の厚みｔ６（図１０参照）を、鋼板の加工限界まで薄くするのが好ましい。なお、略Ｌ字形状の部分４１６は、本発明の「コア部分」の一例である。
【００５６】
第６変形例では、上記のように、電磁石コア４１３のヨーク４１７および一対の略Ｌ字形状の部分４１６を薄肉状の連結部１９により互いに連結する。これにより、ヨーク４１７および一対の略Ｌ字形状の部分４１６を、鋼板の加工によって製造しやすい一体の部品として製造することができるとともに、部品点数を削減することができる。
【００５７】
また、上記第１実施形態では、図２および図３に示すように、一対の略Ｌ字形状の部分１６に跨るように１つの永久磁石１２を設けた例を示したが、本発明はこれに限らない。本発明では、図１１に示した第７変形例のように、一対の略Ｌ字形状の部分１６のそれぞれに対応するように２つの永久磁石２１２ａおよび２１２ｂを設けてもよい。
【００５８】
図１１に示すように、第６変形例では、永久磁石２１２ａは、図１１の左側に配置された略Ｌ字形状の部分１６の平坦面１６ｃ上に配置されている。この永久磁石２１２ａは、略Ｌ字形状の部分１６側の表面近傍がＳ極性を有するように着磁されているとともに、ヨーク１７側の表面近傍がＮ極性を有するように着磁されている。また、第６変形例では、永久磁石２１２ｂは、図１１の右側に配置された略Ｌ字形状の部分１６の平坦面１６ｃ上に配置されている。この永久磁石２１２ｂは、略Ｌ字形状の部分１６側の表面近傍がＮ極性を有するように着磁されているとともに、ヨーク１７側の表面近傍がＳ極性を有するように着磁されている。
【００５９】
また、上記第１実施形態では、図１に示すように、回転軸２１をラジアル方向に非接触で支持する磁気軸受１０に本発明を適用する例を示したが、図１２に示す第８変形例のように、本発明は、回転軸２１をアキシャル方向に非接触で支持する磁気軸受５１０にも適用可能である。
【００６０】
図１２に示すように、第８変形例では、電磁石コア５１３およびコイル５１４を含む電磁石５１１と、永久磁石５１２とを含む磁気軸受５１０が、回転軸２１のラジアル方向の両側に一対設けられている。これら一対の磁気軸受５１０は、それぞれ、回転軸２１と交差する板状部材２２をアキシャル方向の両側から挟みこむように設けられている。この第８変形例では、電磁石５１１および永久磁石５１２は、共に、回転軸２１に沿った面内で磁界（図１２の一点鎖線および二点鎖線参照）を発生させることによって、磁気吸引力により回転軸２１をアキシャル方向に非接触で支持するように構成されている。なお、板状部材２２は、本発明の「回転軸部分」の一例である。
【００６１】
ここで、第８変形例では、電磁石１１１の電磁石コア５１３には、電磁石５１１のコイル５１４から発生する磁界（図１２の一点鎖線参照）が通過する空隙４０ｂが設けられている。そして、永久磁石５１２から発生する磁界（図１２の二点鎖線参照）が空隙４０ｂを通過しないように、電磁石コア５１３の空隙４０ｂに対応する部分に永久磁石５１２が配置されている。また、永久磁石５１２の電磁石コア５１３とは反対側の表面には、ヨーク５１７が設けられている。なお、空隙４０ｂは、本発明の「磁気抵抗変化部」の一例である。
【００６２】
この第８変形例においても、上記第１実施形態と同様に、電磁石コア５１３に設けられた空隙４０ｂのギャップ長Ｌ２ｂは、永久磁石５１２の厚みｔ７（図１２参照）よりも小さく、かつ、電磁石コア５１３と回転軸２１との間の２つの空隙３０ｂのギャップ長Ｌ１ｂ（図１２参照）の合計（２×Ｌ１ｂ）よりも大きく設定されている。
【図１】
2013084362.tif 000003
【図２】
2013084362.tif 000004
【図３】
2013084362.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2013084362.tif 000009
【図８】
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【図９】
2013084362.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2013084362.tif 000013
【図１２】
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【国際調査報告】
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