(57)【要約】  ステータは２つの磁気軸受部の間にモータ部を挟着し、ロータの側面に所定の間隔を設けて磁気軸受部を構成する磁気軸受ヨークを等間隔に円周状に配設し、磁気軸受ヨークにはロータの側面に対向する２つの突極を備え、一方の突極に磁気軸受用コイルを巻着し、他方の突極に第１永久磁石を設け、モータ部側に設けられた突極とモータ部のモータヨークとの間に第２永久磁石を設け、一方の磁気軸受部のモータ部側に設ける突極を全てを、磁気軸受用コイルを巻着した突極にするか、あるいは第１永久磁石を設けた突極にし、他方の磁気軸受部のモータ部側に設ける突極全てを、磁気軸受用コイルを巻着した突極にするか、あるいは第１永久磁石を設けた突極にする磁気浮上モータである。
2009050767.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気軸受部とモータ部から構成されるステータと前記ステータに設けられるロータを備える磁気浮上モータであって、
前記ステータは前記２つの磁気軸受部の間に前記モータ部を挟着し、
前記ロータの側面に所定の間隔を設けて前記磁気軸受部を構成する磁気軸受ヨークを等間隔に円周状に配設し、
前記磁気軸受ヨークには前記ロータの側面に対向する２つの突極を備え、前記一方の突極に磁気軸受用コイルを巻着し、前記他方の突極に第１永久磁石を設け、前記モータ部側に設けられた前記突極と前記モータ部のモータヨークとの間に第２永久磁石を設け、
前記一方の磁気軸受部の前記モータ部側に設ける前記突極全てを、前記磁気軸受用コイルを巻着した突極にするか、あるいは前記第１永久磁石を設けた突極にし、
前記他方の磁気軸受部の前記モータ部側に設ける前記突極全てを、前記磁気軸受用コイルを巻着した突極にするか、あるいは前記第１永久磁石を設けた突極にすることを特徴とする磁気浮上モータ。
【請求項２】
前記一方の磁気軸受部の前記ロータに対向して配設される前記突極の前記第１永久磁石は、前記ロータ側の磁極を同じにし、
前記モータ部を挟んで設けられる前記他方の磁気軸受部の前記ロータに対向して配設される前記突極の前記第１永久磁石は、前記ロータ側の磁極を前記一方の磁気軸受部の前記第１永久磁石の前記ロータ側の磁極と反対の磁極にし、
前記第２永久磁石は、前記モータ部側の磁極を前記同じ磁気軸受ヨークに設けられる前記第１永久磁石の前記ロータ側の磁極と同じ磁極とすることを特徴とする請求項１に記載の磁気浮上モータ。
【請求項３】
前記一方の磁気軸受部の前記ロータに対向して配設される前記突極の前記第１永久磁石は、前記ロータ側の磁極を同じにし、
前記モータ部を挟んで設けられる前記他方の磁気軸受部の前記ロータに対向して配設される前記突極の前記第１永久磁石は、前記ロータ側の磁極を前記一方の磁気軸受部の前記第１永久磁石の前記ロータ側の磁極と同じ磁極にし、
前記第２永久磁石は、前記モータ部側の磁極を前記同じ磁気軸受ヨークに設けられる前記第１永久磁石の前記ロータ側の磁極と同じ磁極とすることを特徴とする請求項１に記載の磁気浮上モータ。
【請求項４】
前記モータ部は、
前記モータヨークから前記ロータの径方向に突出し、前記ロータと所定の間隔を設けたモータヨーク突極を備え、前記モータヨーク突極にはモータ用コイルを巻着し、
前記ロータの表面にモータ用永久磁石を設けることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の磁気浮上モータ。
【請求項５】
前記モータ部はコンシークエント型にすることを特徴とする請求項４に記載の磁気浮上モータ。
【請求項６】
前記第１永久磁石を分割して前記突極に設けることを特徴とする請求項１〜５に記載の磁気浮上モータ。
【請求項７】
前記突極ごとに前記磁気軸受用コイルを巻着することを特徴とする請求項１〜６に記載の磁気浮上モータ。
【請求項８】
前記磁気軸受部に、前記ロータの位置を検出するセンサを備え、前記センサの計測値に基づいて前記磁気軸受用コイルに制御電流を供給することを特徴とする請求項１〜７に記載の磁気浮上モータ。
【請求項９】
前記１〜８に記載の磁気浮上モータを用いたポンプ。
【請求項１０】
前記磁気軸受部からのみ構成される磁気軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気浮上モータの構造と制御に係り、特にダブルバイアス永久磁石方式のハイブリッド型磁気浮上モータの技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、磁気浮上モータとしてダブルバイアス永久磁石方式のハイブリッド型磁気浮上モータが提案されている。
特許文献１の５軸制御型ハイブリッド磁気軸受は、バイアス磁束発生用永久磁石を用いて、ポンプインペラなどを形成する長軸ロータを効率良く５軸制御で磁気浮上させて回転させるものである。バイアス磁束の磁路を工夫して、電磁石のみの磁気浮上系と比較して高い磁気支持力を発生することができる。【０００３】
特許文献２によれば、ダブルバイアス型磁気軸受（支持制御）は、従来のハイブリッド型磁気軸受のバイアス磁石を複数用意することにより、さらなる磁気支持力の発生を可能としている。また、二次バイアス永久磁石の磁束の流れを一次バイアス永久磁石で誘導し、より強力なハイブリッド型磁気軸受を実現している。【０００４】
しかしながら、特許文献１では、ロータ両端面に軸方向位置を制御するための突極を持つためポンプなどに用いる場合、ポンプのインレットとアウトレットの構造が複雑になり、組み立てが難しくなる。また、液体の流路が複雑になるため、吸込みと吐出の損失が大きくなってしまうという問題がある。【０００５】
また、特許文献２によれば、磁気軸受の円周方向に配した突極の極性がＮＳＮＳと交互に変わる構造であったため、ロータが回転すると渦電流が発生し、ロータの回転の損失が大きくなるという問題がある。
【特許文献１】特開２００６−１４５２８号公報
【特許文献２】特開２００７−１２０６３５号公報
【発明の開示】
【０００６】
本発明は上記のような実情に鑑みてなされたものであり、簡単な構造であるが磁気軸受部での渦電流の発生を抑制してロータの回転損失を低減することができる磁気浮上モータとその磁気浮上モータを用いたポンプを提供することを目的とする。
【０００７】
本発明は、磁気軸受部とモータ部から構成されるステータと前記ステータに設けられるロータを備える磁気浮上モータの発明である。
前記ステータは前記２つの磁気軸受部の間に前記モータ部を挟着する。前記ロータの側面に所定の間隔を設けて前記磁気軸受部を構成する磁気軸受ヨークを等間隔に円周状に配設する。前記磁気軸受ヨークには前記ロータの側面に対向する２つの突極を備え、前記一方の突極に磁気軸受用コイルを巻着し、前記他方の突極に第１永久磁石を設け、前記モータ部側に設けられた前記突極と前記モータ部のモータヨークとの間に第２永久磁石を設ける。前記一方の磁気軸受部の前記モータ部側に設ける前記突極全てを、前記磁気軸受用コイルを巻着した突極にするか、あるいは前記第１永久磁石を設けた突極にする。
【０００８】
前記他方の磁気軸受部の前記モータ部側に設ける前記突極全てを、前記磁気軸受用コイルを巻着した突極にするか、あるいは前記第１永久磁石を設けた突極にする。
前記一方の磁気軸受部の前記ロータに対向して配設される前記突極の前記第１永久磁石は、前記ロータ側の磁極を同じにする。また、前記モータ部を挟んで設けられる前記他方の磁気軸受部の前記ロータに対向して配設される前記突極の前記第１永久磁石は、前記ロータ側の磁極を前記一方の磁気軸受部の前記第１永久磁石の前記ロータ側の磁極と反対の磁極にする。また、前記第２永久磁石は、前記モータ部側の磁極を前記同じ磁気軸受ヨークに設けられる前記第１永久磁石の前記ロータ側の磁極と同じ磁極とする。
【０００９】
あるいは、前記一方の磁気軸受部の前記ロータに対向して配設される前記突極の前記第１永久磁石は、前記ロータ側の磁極を同じにする。また、前記モータ部を挟んで設けられる前記他方の磁気軸受部の前記ロータに対向して配設される前記突極の前記第１永久磁石は、前記ロータ側の磁極を前記一方の磁気軸受部の前記第１永久磁石の前記ロータ側の磁極と同じ磁極にする。前記第２永久磁石は、前記モータ部側の磁極を前記同じ磁気軸受ヨークに設けられる前記第１永久磁石の前記ロータ側の磁極と同じ磁極とする。
【００１０】
上記構成により、簡単な構造であるが磁気軸受部での渦電流の発生を抑制してロータの回転損失を低減することができる。
好ましくは、前記モータ部は、前記モータヨークから前記ロータの径方向に突出し、前記ロータと所定の間隔を設けたモータヨーク突極を備え、前記モータヨーク突極にはモータ用コイルを巻着する。前記ロータの表面にモータ用永久磁石を設ける。
【００１１】
好ましくは、前記モータ部はコンシークエント型にする。
好ましくは、前記第１永久磁石を分割して前記突極に設ける。
好ましくは、前記突極ごとに前記磁気軸受用コイルを巻着する。
【００１２】
また、前記磁気軸受部に、前記ロータの位置を検出するセンサを備え、前記センサの計測値に基づいて前記磁気軸受用コイルに制御電流を供給する。
また、前記に記載の磁気浮上モータをポンプに用いてもよい。
【００１３】
また、前記磁気軸受部からのみ構成される磁気軸受であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例１の構造を示す斜視図である。
【図２】第１永久磁石８（８ａ〜８ｄ）のロータ２側の磁極と、第１永久磁石８（８ｅ〜８ｈ）のロータ２側の磁極を反対にした場合に発生する磁束線の方向を示した斜視断面図である。
【図３】第１永久磁石８（８ａ〜８ｄ）のロータ２に向かう磁極と、第１永久磁石８（８ｅ〜８ｈ）のロータ２側の磁極を同じとした場合に発生する磁束線の方向を示した斜視断面図である。
【図４】ロータの構造を表面磁石型とした場合のＸ−Ｙ平面断面の斜視図である。
【図５】ロータの構造をコンシークエント型としたときのＸ−Ｙ平面、Ｚ−Ｘ平面で切断した断面の斜視図である。
【図６】実施例１の変形例を示す図である。
【図７】実施例１の変形例を示す図である。
【図８】磁気軸受部の制御部を示すブロック図である。
【図９】実施例１の磁気浮上モータを用いたポンプの断面図を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（原理説明）
本発明の磁気浮上モータは、ロータの側面（内面もしくは外面）に配設した磁気軸受部とモータ部から構成される磁気軸受とモータが一体となったステータと円柱状あるいは円筒状のロータで構成される。【００１６】
磁気軸受部は、ロータ側面に突極を向けた電磁石を等間隔に円周状に配設して構成される。
電磁石は、永久磁石（第１永久磁石）を有する突極（第２突極）と磁気軸受用コイルが巻かれた突極（第１突極）で構成される。【００１７】
モータ部は、ロータ側面に向けた突極を持つモータヨークとそれら突極にモータ用コイルを巻き付けた電磁石で構成される。磁気軸受部の電磁石とモータ部の電磁石の間に第２永久磁石を配設する。【００１８】
ここで、磁気軸受部の第１突極と第２突極は軸方向に並べて配設され、円周状に配設した磁気軸受部の第１突極の第１永久磁石の磁極（Ｎ極、Ｓ極）は、同一の磁極（Ｎ極またはＳ極）をロータに向けて配設する。磁気軸受部とモータ部間の第２永久磁石は、第１永久磁石のロータに向けた磁極と同じ磁極をモータ部に向けて設置する。【００１９】
これにより、磁気軸受部により多くのバイアス磁束を供給するダブルバイアス構造となり、小型化、高効率化、更に磁気軸受部の突極の磁極は円周方向において同一としているため渦電流損の低減が図れる。【００２０】
また、ロータの径方向の突極にある永久磁石のバイアス磁束による吸引力でロータの軸方向の変動を押さえ、かつロータを所定の位置に制止させる。つまり、軸方向を受動的に安定とすること（受動安定性）で制御の簡略化が図れる。【００２１】
以下図面に基づいて、本発明の実施形態について詳細を説明する。【００２２】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１の構造を示す図である。実施例１の磁気浮上モータは、ステータ１、ロータ２から構成されている。【００２３】
ステータ１は、磁気軸受部とモータ部から構成されている。なお、ステータの符号「１」は便宜上後述する磁気軸受ヨーク３ｄに付している。
磁気軸受部は、円筒状の構造であるロータ２の側面（曲面）の両側（５ａ、５ｂ）に所定の間隔を有して配設されている。【００２４】
磁気軸受部は、各磁気軸受ヨーク３（３ａ〜３ｈ）を備えている。本例では、磁気軸受ヨーク３ａと３ｅがモータヨーク４を挟んで設けられ、同様に磁気軸受ヨーク３ｂと３ｆ、磁気軸受ヨーク３ｃと３ｇ、磁気軸受ヨーク３ｄと３ｈがモータヨーク４を挟んで設けられている。【００２５】
各磁気軸受ヨーク３（３ａ〜３ｈ）には、第１突極６（６ａ〜６ｈ）を有し、ロータ２の側面の径方向に向けて等間隔に円周状に配設している。また、各磁気軸受ヨーク３（３ａ〜３ｈ）には、磁気軸受用コイル１１（１１ａ〜１１ｈ）が巻着されている。なお、第１突極６（６ａ〜６ｈ）に磁気軸受用コイル１１（１１ａ〜１１ｈ）を巻着するのが望ましいが限定するものではない。【００２６】
さらに、各磁気軸受ヨーク３（３ａ〜３ｈ）には第２突極７（７ａ〜７ｈ）を備えている。第２突極７（７ａ〜７ｈ）は、ロータ２の側面の径方向に向けて等間隔に円周状に配設し、第２突極７には第１永久磁石８（８ａ〜８ｈ）を備えている。ここで、各第２突極７は、各第１突極６に対応して設けられている。好ましくは、第２突極７と第１突極６は並行するように設けることが望ましい。【００２７】
また、磁気軸受ヨーク３ごとのモータ部側の突極（図１では第２突極７（７ａ〜７ｈ））とモータ部のモータヨーク４の間に第２永久磁石９（９ａ〜９ｈ）が配設されている。
第２突極７（７ａ〜７ｄ）の第１永久磁石８（８ａ〜８ｄ）は、同じ磁極をロータ２に向けて配設する。また、第２突極７（７ｅ〜７ｈ）の第１永久磁石８（８ｅ〜８ｈ）は、同じ磁極をロータ２に向けて配設する。第１永久磁石８（８ａ〜８ｄ）と第１永久磁石８（８ｅ〜８ｈ）のロータ２に向けられる磁極は異なってもよい。【００２８】
第２永久磁石９（９ａ〜９ｈ）は、第１永久磁石８のロータに向いた磁極と反対の磁極をモータヨーク４に向けて配設する。このとき、第２永久磁石９（９ａ〜９ｄ）は、同じ磁極をモータヨーク４に向けて配設される。また、第２永久磁石９（９ｅ〜９ｈ）は、同じ磁極をモータヨーク４に向けて配設される。第２永久磁石９（９ａ〜９ｄ）と第２永久磁石（９ｅ〜９ｈ）のモータヨーク４に向けられる磁極は第１永久磁石８のロータに向いた磁極の向きにより異なることがある。【００２９】
モータ部には、ロータ２の側面の中央部５ｃに所定の間隔を有してモータヨーク４が配設されている。モータ部のモータヨーク４には、ロータ２の側面の中央部５ｃに向けた突極を持ち、モータヨーク４とそれら突極にモータ用コイル１２が巻着されている。また、ロータ２の中央部５ｃには、モータ部の突極に対向するモータ用永久磁石１０が配設されている。なお、モータ部は、円筒状のモータヨーク４の側面にモータ用コイル１２を配設して、ローレンツ力による駆動としてもよい。【００３０】
第２突極７をモータヨーク４側、第１突極６をロータ２の底面側（端部側）に配設したが逆に配設してもよい。
ここで、上記説明した第１永久磁石８、第２永久磁石９、モータ用永久磁石１０の材質は、例えば、ネオジウム−鉄−ボロン、サマリューム−コバルト、サマリューム−鉄−窒素などの強磁性材料を使用する。ステータ１の磁気軸受ヨーク３とモータヨーク４、ロータ２のロータヨーク５の材質は、例えば、磁性軟鉄、磁性ステンレス、圧粉磁心、珪素鋼鈑などの軟磁性材料を使用する。なお、上記説明した材料に限定されるものではない。【００３１】
上記の実施例を実現する形状として、第１永久磁石８と第２永久磁石９の磁極の向きにより次のような構成が考えられる。【００３２】
（磁気軸受構成例１）
構成例１として、図２に第１永久磁石８（８ａ〜８ｄ）のロータ２側の磁極と、第１永久磁石８（８ｅ〜８ｈ）のロータ２側の磁極を反対とした場合の構成と、その構成により発生する磁束線の方向を示したＡ−Ａ’からみた斜視断面図を示す。【００３３】
なお、第２突極７をモータヨーク４側、第１突極６をロータ２の両端側に配設したが構成として第１突極６をモータヨーク４側、第２突極７をロータ２の両端側に配設してもよい。【００３４】
図２に示すように第１永久磁石８のバイアス磁束２０は「−第１永久磁石８−第２突極７−ロータヨーク５−第１突極６−」の磁路を形成する。第２永久磁石９のバイアス磁束１９は「−第２永久磁石９−モータヨーク４−第２永久磁石９−第１突極６−ロータヨーク５−第１突極６−」の磁路を形成する。磁気軸受用コイル１１による制御磁束２１は「−磁気軸受用コイル１１−第１突極６−ロータヨーク５−第２突極７−」の磁路を形成する。【００３５】
第１突極６のロータ２との間隙には第１永久磁石８と第２永久磁石９のバイアス磁束２０と１９が同方向に重複して供給される。第１突極６とロータ２との間隙には、第２突極７とロータ２との間隙と逆向きのバイアス磁束が第１永久磁石８により供給される。【００３６】
磁気軸受用コイル１１により発生した制御磁束２１は、制御電流の向き（プラス電流・マイナス電流）により、第１突極６のロータ２との間隙と第２突極７のロータ２との間隙に、それぞれのバイアス磁束１９、２０と同方向に制御磁束２１が流れると、それぞれの間隙の磁束密度が増加し、ロータ２に作用するそれらの突極方向の磁気吸引力は増加する。【００３７】
逆に、第１突極６のロータ２との間隙と第２突極７のロータ２との間隙において、それぞれのバイアス磁束１９、２０と逆方向に制御磁束２１が流れると、それぞれの間隙の磁束密度が減少し、ロータ２に作用するそれらの突極方向の磁気吸引力は減少する。【００３８】
ロータ２の位置検出センサ１３（１３ａ〜１３ｈ）の計測値をもとに制御電流を調整することで磁気吸引力の増加／減少を制御し、ロータ２の位置制御を行う。例えば、ロータ２の図２の−Ｘ方向にロータ２が変位したときには−Ｘ側の磁気軸受用コイル１１（１１ｄ、１１ｈ）では第１突極６（６ｄ、６ｈ）と第２突極７（７ｄ、７ｈ）のロータヨーク５との間隙の磁束密度を減少させる方向に制御電流を流し、＋Ｘ側の磁気軸受用コイル１１（１１ｂ、１１ｆ）では第１突極６（６ｂ、６ｆ）と第２突極７（７ｂ、７ｆ）のロータヨーク５との間隙の磁束密度を増加させる方向に制御電流を流す。その結果、それぞれの第１突極６と第２突極７による磁気吸引力の総和はロータ２に＋Ｘ方向となりロータ２を＋Ｘ方向に移動させることができる。【００３９】
また、図２においてロータ２が反時計回りに傾いた場合は、電磁石用コイル１１（１１ｄ、１１ｆ）では第１突極６（６ｄ、６ｆ）と第２突極７（７ｄ、７ｆ）のロータとの間隙の磁束密度を減少させる方向に制御電流を流し、電磁石用コイル１１（１１ｂ、１１ｈ）では第１突極６（６ｂ、６ｈ）と第２突極７（７ｂ、７ｈ）のロータとの間隙の磁束密度を増加させる方向に制御電流を流す。その結果、それぞれの第１突極６と第２突極７による磁気吸引力の総和はロータ２に時計回りのトルクを発生させロータ２の傾きを戻すことができる。【００４０】
このようにして、ロータ２の位置検出センサ１３（１３ａ〜１３ｈ）の計測値に基づいてそれぞれの磁気軸受用コイル１１に印加する制御電流の向きと大きさを調整することで、ロータ２の径方向の位置および傾きを制御することができる。【００４１】
また、第２永久磁石９のバイアス磁束１９は、モータヨーク４を通るがモータヨーク４とロータ２との間隙には流れないため、ロータ２の駆動に干渉しない。【００４２】
（磁気軸受構成例２）
構成例２として、図３に第１永久磁石８（８ａ〜８ｄ）のロータ２に向かう磁極と、第１永久磁石８（８ｅ〜８ｈ）のロータ２側に向かう磁極を同じとした場合の構成と、その構成により発生する磁束線の方向を示したＡ−Ａ’からみた斜視断面図を示す。【００４３】
構成例２では、第１永久磁石８のロータ２側の磁極と第２永久磁石９のモータヨーク４側の磁極をＮ極としたが、第１永久磁石８のロータ２側の磁極と第２永久磁石９のモータヨーク４側の磁極をＳ極としてもよい。【００４４】
また、第２突極７をモータヨーク４側、第１突極６をロータ２の両端側に配設したが第１突極６をモータヨーク４側、第２突極７をロータ２の両端側に配設してもよい。
図３では第１永久磁石８のバイアス磁束２０は「−第１永久磁石８−第２突極７−ロータヨーク５−第１突極６−」の磁路となる。第２永久磁石９のバイアス磁束１９は「−第２永久磁石９−モータヨーク４−ロータヨーク５−第１突極６−」の磁路となる。磁気軸受用コイル１１により発生する制御磁束２１は「−磁気軸受用コイル１１−第１突極６−ロータヨーク５−第２突極７−」の磁路となる。【００４５】
第１突極６のロータ２との間隙には第１永久磁石８と第２永久磁石９のバイアス磁束１９と２０が同方向に重複して供給される。第１突極６のロータ２との間隙と、第２突極７のロータ２との間隙には逆向きのバイアス磁束２０が第１永久磁石８により供給される。【００４６】
磁気軸受用コイル１１による制御磁束２１は、制御電流の向き（プラス電流・マイナス電流）により、第１突極６のロータ２との間隙と第２突極７のロータ２との間隙において、それぞれのバイアス磁束と同方向に制御磁束が流れると、それぞれの間隙の磁束密度が増加し、ロータ２に作用するそれらの突極方向の磁気吸引力は増加する。逆に第１突極６のロータ２との間隙と第２突極７のロータ２との間隙において、それぞれのバイアス磁束と逆方向に制御磁束２１が流れると、それぞれの間隙の磁束密度が減少し、ロータ２に作用するそれらの突極方向の磁気吸引力は減少する。【００４７】
ロータ２の位置検出センサ１３（１３ａ〜１３ｈ）の計測値をもとに制御電流を調整することで磁気吸引力の増加／減少を制御し、ロータ２の位置制御を行う。例えば、図３の−Ｘ方向にロータ２が変位したときには−Ｘ側の磁気軸受用コイル１１（１１ｄ、１１ｈ）では第１突極６（６ｄ、６ｈ）と第２突極７（７ｄ、７ｈ）のロータ２との間隙の磁束密度を増加させる方向に制御電流を流し、＋Ｘ側の磁気軸受用コイル１１（１１ｂ、１１ｆ）では第１突極６（６ｂ、６ｆ）と第２突極７（７ｂ、７ｆ）のロータ２との間隙の磁束密度を減少させる方向に制御電流を流すことで、それぞれの第１突極６と第２突極７による磁気吸引力の総和はロータ２に＋Ｘ方向となりロータ２を＋Ｘ方向に移動させることができる。【００４８】
また、図３においてロータ２が反時計回りに傾いた場合は、電磁石用コイル１１（１１ｄ，１１ｆ）では第１突極６（６ｄ、６ｆ）と第２突極７（７ｄ、７ｆ）のロータとの間隙の磁束密度を減少させる方向に制御電流を流し、電磁石用コイル１１（１１ｂ，１１ｈ）では第１突極６（６ｂ、６ｈ）と第２突極７（７ｂ、７ｈ）のロータとの間隙の磁束密度を増加させる方向に制御電流を流す。その結果、それぞれの第１突極６と第２突極７による磁気吸引力の総和はロータ２に時計回りのトルクを発生させロータの傾きを戻すことができる。【００４９】
このようにして、ロータ２の位置検出センサ１３（１３ａ〜１３ｈ）の計測値をもとにそれぞれの第１突極６と第２突極７に印加する制御電流２１の向きと大きさを調整することで、ロータ２の位置を制御することができる。【００５０】
また、第２永久磁石９のバイアス磁束１９はモータヨーク４とロータ２との間隙にも供給される。このため、モータ部は第２永久磁石９のバイアス磁束を考慮した設計が必要となる。【００５１】
磁気軸受構成例１と磁気軸受構成例２のロータ２の形状としてはモータ用永久磁石１０を用いた表面永久磁石型、埋込永久磁石型、コンシークエント型などが考えられる。また、モータ用永久磁石１０を用いないで、ステッピングモータ、カゴ形モータなどの構成も可能である。【００５２】
（ロータ２構成例１）
永久磁石を用いたロータ２の形状として表面永久磁石型を用いたときの説明を以下にする。【００５３】
図４にロータ２の構造を表面磁石型とした場合のＸ−Ｙ平面断面の斜視図を示す。図４にモータ用永久磁石１０の磁路２２を破線矢印で示す。また、図４に示すモータ部とロータは、磁気軸受構成例１で説明した構造である。【００５４】
磁気軸受構成例１の第２永久磁石９によって発生するバイアス磁束１９はモータヨーク４の突極からロータ２には流れないので、モータ用永久磁石１０によるモータ駆動およびモータ部の径方向の負バネ力（永久磁石の磁気吸引力によりロータ２がモータ部に引き付けられる力）には干渉しない。【００５５】
また、磁気軸受構成例２の第２永久磁石９によって発生するバイアス磁束１９はモータヨーク４の突極からロータ２に流れ、モータ用永久磁石１０による磁束分布にオフセットが生じ、モータ用永久磁石１０のＮ極、Ｓ極を同じ大きさ、同じ保持力とすると、モータ部の負バネ力はモータ用永久磁石１０のＮ極、Ｓ極で強さが異なってしまう。【００５６】
（ロータ２構成例２）
図５にロータ２の構造をコンシークエント型としたときのＸ−Ｙ平面、Ｚ−Ｘ平面で切断した断面の斜視図を示す。また、図５にはモータ用永久磁石１０の磁路を破線矢印と第２永久磁石９の磁路を一点鎖線矢印で示した。また、図５に示す磁気軸受部の永久磁石は磁気軸受構成例２で説明した構造である。【００５７】
コンシークエント型では、モータヨーク４にＮ極もしくはＳ極を向けモータ用永久磁石１０をロータ２に配設する。複数個のモータ用永久磁石１０は同一の磁極をモータヨーク４に向けるものとする。【００５８】
また、ロータ２を取り巻くように永久磁石を配置するのではなく、図５に示すようにロータヨーク５をロータ２の表面に配設する。本例では、４極モータで対向するように機械角で９０度の位置にモータ用永久磁石１０を配置している。【００５９】
モータ用永久磁石１０から出た磁束２４はモータヨーク４からロータ２の表面のロータヨーク５を通りモータ用永久磁石１０に戻る磁路を通る。そのため、結果としてロータ２の表面のロータヨーク５に、モータ用永久磁石１０のモータヨーク４に向いている磁極（本例ではＮ極）とは反対の磁極（本例ではＳ極）となる。【００６０】
コンシークエント型のロータ２は、モータヨーク４とロータ２の間隙の磁束密度が永久磁石表面の間隙のほうがわずかながら高い。そこで、磁気軸受構成例２のように第２永久磁石９を配設する。第２永久磁石９のモータヨーク４に向けている磁極を、コンシークエント型のロータ２のモータ用永久磁石１０がモータヨーク４に向けている磁極と同じにする。図５ではＮ極を向けている
モータ用永久磁石１０を通る磁路よりもロータ２表面のロータヨーク５を通る磁路の方が、磁気抵抗が低いため、第２永久磁石９からのバイアス磁束２２はモータヨーク４の突極からロータ２表面のロータヨーク５に流れる。【００６１】
第２永久磁石９を適切に設計することにより、モータ用永久磁石１０の磁束２４と第２永久磁石９のバイアス磁束２２により、モータヨーク４とロータ２の永久磁石表面の間隙とロータ２の表面のロータヨーク５の間隙の磁束密度を等しくすることができる。【００６２】
その結果、モータ部の径方向の負バネ力は均等になる。さらに、ロータ２の表面のロータヨーク５の間隙の磁束密度が増えることによりモータのトルクを向上できる。
また、磁気軸受構成例１の永久磁石の配置にすると第２永久磁石９からのバイアス磁束はモータヨーク４突極からロータ２には流れないので、モータ部の負バネ力はモータ用永久磁石１０のあるところとないところで強さが異なってしまう。【００６３】
（変形例１）
図６に実施例１の変形例１を示す。磁気軸受部とロータ２との間隙以外での磁気回路からの磁束の漏れを考慮し、以下の形状変更を行うことで磁気支持性能の向上を図ることができる。【００６４】
第１永久磁石８を分割して各第１突極６（６ａ〜６ｈ）と第２突極７（７ａ〜７ｈ）のロータ２に対向する表面と、第２突極７（７ａ〜７ｈ）の根元に永久磁石を配設する。図６では各第１突極６（６ａ〜６ｈ）に第１永久磁石８（８ｉ〜８ｐ）を設けている。また、各第２突極７（７ａ〜７ｈ）に第１永久磁石８（８ａ〜８ｈ、８ｑ〜８ｘ）を設けている。【００６５】
なお、複数に分割した第１永久磁石８を突極内のどこに配設をしてもよいが、第１突極６内の永久磁石と第２突極７内の永久磁石のロータ２に向う磁極の向きは反対にし、同じ突極内の永久磁石のロータ２に向かう磁極の向きが同方向にする。【００６６】
また、好適には突極表面に永久磁石を設けたほうがよいが、永久磁石の配設を限定するものではない。
なお、本例では第１永久磁石８を分割して第１突極６（６ａ〜６ｈ）と第２突極７（７ａ〜７ｈ）に第１永久磁石８（８ｉ〜８ｘ）を新たに設けているが、第１突極６（６ａ〜６ｈ）の第１永久磁石８（８ｉ〜８ｐ）あるいは第２突極７（７ａ〜７ｈ）の第１永久磁石８（８ｑ〜８ｘ）だけを新たに設けても磁気支持力があがる。【００６７】
さらに、変形例１では磁気軸受用コイル１１を分割して第１突極６と第２突極７に巻いている。図６では第２突極７（７ａ〜７ｈ）にも磁気軸受用コイル１１（１１ｉ〜１１ｐ）を巻いている。【００６８】
（変形例２）
図７に実施例１の変形例を示す。モータヨーク４を省き軸方向に並ぶ電磁石間に第２永久磁石９を配設したダブルバイアス磁気軸受である。両端の磁気軸受部の第１永久磁石８（８ａ〜８ｄ）のロータ２に向かう磁極と第１永久磁石８（８ａ〜８ｈ）のロータ２に向かう磁極を反対の磁極とし、第２永久磁石９を両端の磁気軸受部の電磁石（電磁石は第１突極６と第２突極７と第１永久磁石８と磁気軸受用コイル１１で構成される）の間にそれぞれの電磁石の第１永久磁石８のロータ２に向かう磁極と反対の磁極を向けて配設する。モータの機能はないが、磁気軸受としての機能は実施例１と同等の性能を持つ。また、ロータ２の一部に磁気カップリングを設け、外部のモータにより回転させることも可能である。【００６９】
（磁気軸受部の制御部）
図８に実施例１の磁気軸受部の制御部を示す。ロータ２の径方向位置は径方向に所定の位置に配設した位置検出センサ１３（１３ａ〜１３ｈ）により検出される。ロータを挟んで対向する磁気軸受用コイル１１は逆向きに各突極に巻着されて結線されパワーアンプにつながっている。実施例１では、それぞれの磁気軸受部の磁気軸受用コイル１１間に等間隔に位置検出センサ１３を８つ配設した。それぞれの位置検出センサ１３の対向する２つの位置検出センサ１３の出力の差を演算器８１〜８４により検出する。【００７０】
演算器８１〜８４の出力をもとに制御器８５において、位置検出センサ１３により計測した座標値から、磁気軸受部の磁気軸受用コイル１１の制御座標に変換し、磁気軸受用コイル１１に印加する電流値を、ＰＩＤ制御などを用いて算出する。制御器８５から磁気軸受用コイル１１に印加する電流値の指令をパワーアンプ８６〜８９に与え、パワーアンプ８６〜８９より磁気軸受用コイル１１に電流が印加され、ロータ２の位置を制御する。【００７１】
上記構成により、検出感度と直線性の向上と、検出範囲の拡大が図れる。
好適には対向させた２つの位置検出センサ１３による差動検出としたほうがよいが、片側１つのセンサのみでも検出と制御可能である。【００７２】
磁気軸受構成例１、磁気軸受構成例２、変形例２では磁気軸受用コイル１１が８個用いられているが、ロータを挟んで対向する磁気軸受用コイル１１は逆向きに各突極に巻着し結線することでパワーアンプは４つのみで磁気軸受の制御をすることが可能となっている。【００７３】
変形例１では磁気軸受用コイル１１が１６個用いられているが、第１突極の磁気軸受用コイル１１と第２突極の磁気軸受用コイル１１の巻きまかれる方向は互いに逆向きにする。それら磁気軸受用コイル１１はロータを挟んで対向する第１突極の磁気軸受用コイル１１と第２突極の磁気軸受用コイル１１とも互いに逆向きとなるように巻着する。そして、これら磁気軸受用コイル１１を結線することでパワーアンプは４つのみで磁気軸受の制御をすることが可能となっている。【００７４】
また、パワーアンプの数が多くなるが、それぞれの磁気軸受用コイルごとにパワーアンプを使用してもよい。【００７５】
（応用例１）
図９に実施例１の磁気浮上モータを用いてポンプの構成した応用例１を示す。図９はポンプの断面図である。【００７６】
本例では、樹脂や非磁性の金属などでロータ２を覆い、ロータ２の片端に樹脂や非磁性の金属などでインペラ１５を形成する。
ステータ１は、樹脂や非磁性の金属などのポンプケーシング１６を覆うようにした構成である。そして、ロータ２およびインペラ１５を所定の間隙を持つようにポンプケーシング１６の内部に配置している。【００７７】
また、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変更が可能である。
【図１】
2009050767.tif 000003
【図２】
2009050767.tif 000004
【図３】
2009050767.tif 000005
【図４】
2009050767.tif 000006
【図５】
2009050767.tif 000007
【図６】
2009050767.tif 000008
【図７】
2009050767.tif 000009
【図８】
2009050767.tif 000010
【図９】
2009050767.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成20年5月30日(2008.5.30)
【手続補正１】
【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】
磁気軸受部とモータ部から構成されるステータと前記ステータに設けられるロータを備える磁気浮上モータであって、
前記ステータは前記２つの磁気軸受部の間に前記モータ部を挟着し、
前記ロータの側面に所定の間隔を設けて前記磁気軸受部を構成する磁気軸受ヨークを等間隔に円周状に配設し、
前記磁気軸受ヨークには前記ロータの側面に対向する２つの突極を備え、前記一方の突極に磁気軸受用コイルを巻着し、前記他方の突極に第１永久磁石を設け、前記モータ部側に設けられた前記突極と前記モータ部のモータヨークとの間に第２永久磁石を設け、
前記一方の磁気軸受部の前記モータ部側に設ける前記突極全てを、前記磁気軸受用コイルを巻着した突極にするか、あるいは前記第１永久磁石を設けた突極にし、
前記他方の磁気軸受部の前記モータ部側に設ける前記突極全てを、前記磁気軸受用コイルを巻着した突極にするか、あるいは前記第１永久磁石を設けた突極にすることを特徴とする磁気浮上モータ。
【請求項２】
前記一方の磁気軸受部の前記ロータに対向して配設される前記突極の前記第１永久磁石は、前記ロータ側の磁極を同じにし、
前記モータ部を挟んで設けられる前記他方の磁気軸受部の前記ロータに対向して配設される前記突極の前記第１永久磁石は、前記ロータ側の磁極を前記一方の磁気軸受部の前記第１永久磁石の前記ロータ側の磁極と反対の磁極にし、
前記第２永久磁石は、前記モータ部側の磁極を前記同じ磁気軸受ヨークに設けられる前記第１永久磁石の前記ロータ側の磁極と同じ磁極とすることを特徴とする請求項１に記載の磁気浮上モータ。
【請求項３】
前記一方の磁気軸受部の前記ロータに対向して配設される前記突極の前記第１永久磁石は、前記ロータ側の磁極を同じにし、
前記モータ部を挟んで設けられる前記他方の磁気軸受部の前記ロータに対向して配設される前記突極の前記第１永久磁石は、前記ロータ側の磁極を前記一方の磁気軸受部の前記第１永久磁石の前記ロータ側の磁極と同じ磁極にし、
前記第２永久磁石は、前記モータ部側の磁極を前記同じ磁気軸受ヨークに設けられる前記第１永久磁石の前記ロータ側の磁極と同じ磁極とすることを特徴とする請求項１に記載の磁気浮上モータ。
【請求項４】
前記モータ部は、
前記モータヨークから前記ロータの径方向に突出し、前記ロータと所定の間隔を設けたモータヨーク突極を備え、前記モータヨーク突極にはモータ用コイルを巻着し、
前記ロータの表面にモータ用永久磁石を設けることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の磁気浮上モータ。
【請求項５】
前記モータ部はコンシークエント型にすることを特徴とする請求項４に記載の磁気浮上モータ。
【請求項６】
前記第１永久磁石を分割して前記突極に設けることを特徴とする請求項１〜５のいずれかひとつに記載の磁気浮上モータ。
【請求項７】
前記突極ごとに前記磁気軸受用コイルを巻着することを特徴とする請求項１〜６のいずれかひとつに記載の磁気浮上モータ。
【請求項８】
前記磁気軸受部に、前記ロータの位置を検出するセンサを備え、前記センサの計測値に基づいて前記磁気軸受用コイルに制御電流を供給することを特徴とする請求項１〜７のいずれかひとつに記載の磁気浮上モータ。
【請求項９】
前記１〜８のいずれかひとつに記載の磁気浮上モータを用いたポンプ。
【請求項１０】
請求項１〜３及び８のいずれかひとつに記載の前記磁気軸受部からのみ構成される磁気軸受。
【手続補正書】
【提出日】平成20年9月16日(2008.9.16)
【手続補正１】
【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】
磁気軸受部とモータ部から構成されるステータと前記ステータに設けられるロータを備える磁気浮上モータであって、
前記ステータは前記２つの磁気軸受部の間に前記モータ部を挟着し、
前記ロータの側面に所定の間隔を設けて前記磁気軸受部を構成する磁気軸受ヨークを等間隔に円周状に配設し、
前記磁気軸受ヨークには前記ロータの側面に対向する２つの突極を備え、前記一方の突極に磁気軸受用コイルを巻着し、前記他方の突極に第１永久磁石を設け、前記モータ部側に設けられた前記突極と前記モータ部のモータヨークとの間に第２永久磁石を設け、
前記一方の磁気軸受部の前記モータ部側に設ける前記突極全てを、前記磁気軸受用コイルを巻着した突極にするか、あるいは前記第１永久磁石を設けた突極にし、
前記他方の磁気軸受部の前記モータ部側に設ける前記突極全てを、前記磁気軸受用コイルを巻着した突極にするか、あるいは前記第１永久磁石を設けた突極にすることを特徴とする磁気浮上モータ。
【請求項２】
前記一方の磁気軸受部の前記ロータに対向して配設される前記突極の前記第１永久磁石は、前記ロータ側の磁極を同じにし、
前記モータ部を挟んで設けられる前記他方の磁気軸受部の前記ロータに対向して配設される前記突極の前記第１永久磁石は、前記ロータ側の磁極を前記一方の磁気軸受部の前記第１永久磁石の前記ロータ側の磁極と反対の磁極にし、
前記第２永久磁石は、前記モータ部側の磁極を前記同じ磁気軸受ヨークに設けられる前記第１永久磁石の前記ロータ側の磁極と同じ磁極とすることを特徴とする請求項１に記載の磁気浮上モータ。
【請求項３】
前記一方の磁気軸受部の前記ロータに対向して配設される前記突極の前記第１永久磁石は、前記ロータ側の磁極を同じにし、
前記モータ部を挟んで設けられる前記他方の磁気軸受部の前記ロータに対向して配設される前記突極の前記第１永久磁石は、前記ロータ側の磁極を前記一方の磁気軸受部の前記第１永久磁石の前記ロータ側の磁極と同じ磁極にし、
前記第２永久磁石は、前記モータ部側の磁極を前記同じ磁気軸受ヨークに設けられる前記第１永久磁石の前記ロータ側の磁極と同じ磁極とすることを特徴とする請求項１に記載の磁気浮上モータ。
【請求項４】
前記モータ部は、
前記モータヨークから前記ロータの径方向に突出し、前記ロータと所定の間隔を設けたモータヨーク突極を備え、前記モータヨーク突極にはモータ用コイルを巻着し、
前記ロータの表面にモータ用永久磁石を設けることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の磁気浮上モータ。
【請求項５】
前記モータ部はコンシークエント型にすることを特徴とする請求項４に記載の磁気浮上モータ。
【請求項６】
前記第１永久磁石を分割して前記突極に設けることを特徴とする請求項１〜５のいずれかひとつに記載の磁気浮上モータ。
【請求項７】
前記突極ごとに前記磁気軸受用コイルを巻着することを特徴とする請求項１〜６のいずれかひとつに記載の磁気浮上モータ。
【請求項８】
前記磁気軸受部に、前記ロータの位置を検出するセンサを備え、前記センサの計測値に基づいて前記磁気軸受用コイルに制御電流を供給することを特徴とする請求項１〜７のいずれかひとつに記載の磁気浮上モータ。
【請求項９】
前記１〜８のいずれかひとつに記載の磁気浮上モータを用いたポンプ。
【請求項１０】
請求項１〜３及び８のいずれかひとつに記載の前記磁気軸受部からのみ構成される磁気軸受。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2009050767.tif 000012
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2009050767.tif 000013
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
2009050767.tif 000014
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図５】
2009050767.tif 000015
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７】
2009050767.tif 000016
【国際調査報告】
2009050767.tif 000017
2009050767.tif 000018