(57)【要約】【課題】ロータとステータの間の空間の磁性流体を容易に交換することを可能とする電動機を提供する。【解決手段】この電動機は、ロータ２０の外周面とステータ１０の内周面との間に形成された空間Ｓ内に磁性流体ＭＦを保持するために、空間Ｓの軸方向一端側および他端側をそれぞれ全周に亘ってシールするシール手段と、空間Ｓに一端側が接続された流路３０と、流路３０の他端側にそれぞれ接続された複数の磁性流体貯留タンク４１，４２，４３と、流路３０又は磁性流体貯留タンク４１，４２，４３に設けられ、磁性流体貯留タンク４１，４２，４３を１つずつ空間Ｓに連通させることができる流路切換手段と、流路切換手段により空間Ｓに連通している磁性流体貯留タンク内の磁性流体ＭＦを空間Ｓ側に送る供給動作と、空間Ｓ内の磁性流体ＭＦを連通している磁性流体貯留タンク内に送る排出動作とを行うことができる給排装置とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータと、
該ステータの径方向内側に配置されたロータと、
該ロータの外周面と前記ステータの内周面との間に形成された空間内に磁性流体を保持するために、該空間の軸方向一端側を該ロータの全周に亘ってシールする一端側シール手段と、
前記空間内に前記磁性流体を保持するために、該空間の軸方向他端側を前記ロータの全周に亘ってシールする他端側シール手段と、
前記空間に一端側が接続された流路と、
該流路の他端側にそれぞれ接続された複数の磁性流体貯留タンクと、
前記流路又は前記複数の磁性流体貯留タンクに設けられ、前記複数の磁性流体貯留タンクを１つずつ前記空間に連通させることができる流路切換手段と、
該流路切換手段により前記空間に連通している前記磁性流体貯留タンク内の前記磁性流体を前記空間側に送る供給動作と、前記空間内の前記磁性流体を前記連通している磁性流体貯留タンク内に送る排出動作とを行うことができる給排装置とを備える電動機。
【請求項２】
前記一端側シール手段が、前記空間の前記軸方向一端側の前記磁性流体に磁力を加え、磁力を加えた該磁性流体により前記空間の前記軸方向一端側を全周に亘ってシールする磁性流体シールを形成する電磁石を有し、
前記流路の前記一端側が前記磁性流体シールを介して前記空間に接続されており、
前記給排装置に前記供給動作又は前記排出動作を行わせる際に、前記流路の前記一端側に対応する位置の前記磁性流体シールのシール力が低減し又は無くなるように前記電磁石による磁力を調整するための電磁石制御手段を備える請求項１に記載の電動機。
【請求項３】
前記複数の磁性流体貯留タンクが、互いに異なる透磁率を有する前記磁性流体を貯留している請求項１又は２に記載の電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電動機に関し、特に、ロータとステータとの間に磁性流体が保持される電動機に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の電動機として、ステータと、ステータの径方向内側に配置されたロータと、ステータとロータとの間の空間の透磁率を上げるために該空間に充填された磁性流体とを備えたものが知られている（例えば、特許文献１又は特許文献２参照。）。
【０００３】
また、ステータと、ステータの径方向内側に配置されたロータと、ロータの内部に設けられた磁性流体収容部と、磁性流体収容部に磁性流体を供給し、又は、磁性流体収容部の磁性流体を排出する磁性流体給排機構とを備え、磁性流体収容部内の磁性流体の量を調整することにより、ステータからロータに作用する磁束数を調整するものが知られている（例えば、特許文献３参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２１５０２２号公報
【特許文献２】特表２０１５−５１４３８７号公報
【特許文献３】特許第４４００２２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ロータとステータとの間の空間に磁性流体を充填する前者の電動機では、その製造時にロータとステータとの間の空間に磁性流体が充填される。このため、電動機の性能等を変えるため、又は、電動機の性能を維持するために、磁性流体を交換する必要が生じた場合は、電動機の分解又はそれに準じた作業を行うことになり、当該作業に長時間を要する。
【０００６】
一方、後者の電動機では、ロータ内に設けられた磁性流体収容部の磁性流体の量を調整することにより、電動機の性能を調整することが可能である。しかし、回転するロータ内に設けられた磁性流体収容部に対し磁性流体の給排を行うために、回転ジョイント等の特別な給排構造を設ける必要があるが、高速で回転するロータへの給排構造を単純な構造で実現することは難しく、現実的ではない。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、ロータとステータの間の空間の磁性流体を容易に交換することを可能とする電動機の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明の第１の態様の電動機は、ステータと、該ステータの径方向内側に配置されたロータと、該ロータの外周面と前記ステータの内周面との間に形成された空間内に磁性流体を保持するために、該空間の軸方向一端側を該ロータの全周に亘ってシールする一端側シール手段と、前記空間内に前記磁性流体を保持するために、該空間の軸方向他端側を前記ロータの全周に亘ってシールする他端側シール手段と、前記空間に一端側が接続された流路と、該流路の他端側にそれぞれ接続された複数の磁性流体貯留タンクと、前記流路又は前記複数の磁性流体貯留タンクに設けられ、前記複数の磁性流体貯留タンクを１つずつ前記空間に連通させることができる流路切換手段と、該流路切換手段により前記空間に連通している前記磁性流体貯留タンク内の前記磁性流体を前記空間側に送る供給動作と、前記空間内の前記磁性流体を前記連通している磁性流体貯留タンク内に送る排出動作とを行うことができる給排装置とを備える。
【０００９】
当該態様では、ロータの外周面とステータの内周面との間に形成される空間の軸方向一端側および他端側が一端側シール手段および他端側シール手段によってシールされると共に、前記空間に流路の一端側が接続され、流路の他端側に接続された複数の磁性流体貯留タンクを流路切換手段によって１つずつ前記空間に連通させることができる。
【００１０】
このため、例えば、複数の磁性流体貯留タンクのうち１つが前記空間に連通している状態で、給排装置によって前記空間内の磁性流体を当該磁性流体貯留タンクに排出した後、他の磁性流体貯留タンクを前記空間に連通させ、他の磁性流体貯留タンク内の磁性流体を前記空間に供給することができる。このようにすると、ロータとステータとの間の空間内の磁性流体の交換が容易である。
【００１１】
上記態様において、前記一端側シール手段が、前記空間の前記軸方向一端側の前記磁性流体に磁力を加え、磁力を加えた該磁性流体により前記空間の前記軸方向一端側を全周に亘ってシールする磁性流体シールを形成する電磁石を有し、前記流路の前記一端側が前記磁性流体シールを介して前記空間に接続されており、前記給排装置に前記供給動作又は前記排出動作を行わせる際に前記磁性流体シールのシール力が低減し又は無くなるように前記電磁石による磁力を調整するための電磁石制御手段を備えていてもよい。
【００１２】
この構成では、電磁石制御手段によって電磁石による磁力を調整することにより、複数の磁性流体貯留タンクのうち１つと前記空間との間に存在する磁性流体シールのシール力を低減し又は無くすことができるので、給排装置による供給動作又は排出動作をスムーズに行うことが可能になる。
【００１３】
上記態様において、前記複数の磁性流体貯留タンクが、互いに異なる透磁率を有する前記磁性流体を貯留していることが好ましい。
このように構成すると、電動機に求められる性能に応じてステータとロータとの間の空間の透磁率を調整することが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ロータとステータの間の空間内の磁性流体を容易に交換することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る電動機の概略の全体構成図である。
【図２】本実施形態の電動機のモールド樹脂を成形する前の要部斜視図である。
【図３】本実施形態の電動機の制御装置のブロック図である。
【図４】本実施形態の電動機の制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】本実施形態の電動機の動作説明図である。
【図６】本実施形態の第１の変形例に係る電動機の概略の全体構成図である。
【図７】本実施形態の第２の変形例に係る電動機の概略の全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の一実施形態に係る電動機を図面を参照して以下に説明する。
この電動機は、図１に示すように、ステータ１０と、ステータ１０の径方向内側に配置された略円柱形状のロータ２０と、ステータ１０の内周面とロータ２０の外周面との間に形成された略円筒形状の空間Ｓの軸方向一端に接続された流路３０と、流路３０の他端側にそれぞれ接続された複数の磁性流体貯留タンク４１，４２，４３と、磁性流体貯留タンク４１，４２，４３にそれぞれ対応するように設けられ、磁性流体貯留タンク４１，４２，４３を１つずつ空間Ｓに連通させることができる電磁弁等から成る開閉弁４１ａ，４２ａ，４３ａとを有する。開閉弁４１ａ，４２ａ，４３ａは流路切換手段として機能する。
【００１７】
磁性流体貯留タンク４１，４２，４３はそれぞれ磁性流体ＭＦを貯留するものであり、磁性流体貯留タンク４１，４２，４３は互いに異なる透磁率を有する磁性流体ＭＦを貯留している。
磁性流体ＭＦは、本実施形態では、例えば１０μｍ以下の平均粒子径を有する強磁性体粒子を、界面活性剤、耐摩耗材等の添加剤と共に鉱油、シリコン油、化学合成油等のベース液中に分散させたものである。磁性流体ＭＦとしてその他の公知の磁性流体を使用することも可能である。
【００１８】
この電動機は、開閉弁４１ａ，４２ａ，４３ａにより空間Ｓに連通している磁性流体貯留タンク４１，４２，４３内の磁性流体ＭＦを空間Ｓ側に送る供給動作と、空間Ｓ内の磁性流体ＭＦを連通している磁性流体貯留タンク４１，４２，４３内に送る排出動作とを行う給排装置としてのポンプ５０を有する。ポンプ５０としては双方向回転を行う公知の流体圧送ポンプを用いることが可能である。
【００１９】
また、この電動機は、ステータ１０の軸方向の一端に周方向に並ぶように固定された複数の電磁石６１と、ロータ２０の軸方向の一端に周方向に並ぶように固定された複数の永久磁石６２と、ステータ１０の軸方向の他端に周方向に並ぶように固定された複数の電磁石７１と、ロータ２０の軸方向の他端に周方向に並ぶように固定された複数の永久磁石７２とを有する。
【００２０】
例えば、各永久磁石６２，７２は径方向外側端がＮ極等の一方の極性となるようにロータ２０に固定されている。このため、空間Ｓに磁性流体ＭＦが充填された状態で、各電磁石６１，７１の径方向内側端が他方の極性（Ｓ極）となるように各電磁石６１，７１のコイルに通電すると、電磁石６１と永久磁石６２との間の磁性流体ＭＦの粘度が上がり当該位置に磁性流体シールが形成され、電磁石７１と永久磁石７２との間の磁性流体ＭＦの粘度が上がり当該位置にも磁性流体シールが形成される。電磁石６１および永久磁石６２は一端側シール手段として機能し、電磁石７１および永久磁石７２は他端側シール手段として機能する。
【００２１】
ステータ１０は、例えば、図２に示すように、ロータ２０の回転軸線と同軸に配置された円筒状部材１１と、円筒状部材１１の内周面に周方向に間隔をおいて配置されると共にそれぞれ径方向内側に向かって突出する複数のステータコア１２とを有し、各ステータコア１２にステータ巻線１３が巻回されている。また、図１に示すように、ステータコア１２およびステータ巻線１３を覆うモールド樹脂１４が成形され、モールド樹脂１４によりステータ１０の内周面が形成されている。
【００２２】
ロータ２０の軸方向の一端および他端はそれぞれハウジング１にベアリング２を介して回転可能に支持されている。ロータ２０の外周面には周方向に間隔をおいて複数の永久磁石が設けられている。前述のステータ１０およびロータ２０は一例であり、ステータ１０およびロータ２０は、ステータ１０のステータ巻線に供給する電力が制御されることによりロータ２０が回転するものであればよい。
【００２３】
この電動機には、図３に示すように、ＣＰＵやＲＡＭを有する制御部８１と、ＲＯＭ、不揮発性メモリ等の記憶装置８２と、入力部８３とを有する制御装置８０が設けられている。制御装置８０は、各開閉弁４１ａ，４２ａ，４３ａと、ポンプ５０と、各電磁石６１に供給する電力を制御することにより各電磁石６１を制御する一端側シール制御装置６３と、各電磁石７１に供給する電力を制御することにより各電磁石７１を制御する他端側シール制御装置７３と、各ステータ巻線１３に供給する電力を制御するインバータ１５とに接続されている。
【００２４】
記憶装置８２には磁性流体ＭＦの交換時に制御部８１を動作させる交換動作プログラム８２ａが格納されている。以下、空間Ｓ内の磁性流体ＭＦを交換する際の交換動作プログラム８２ａに基づく制御部８１の動作を図４のフローチャートに沿って説明する。なお、磁性流体貯留タンク４１に貯留されていた磁性流体ＭＦが空間Ｓに充填されており、全ての開閉弁４１ａ，４２ａ，４３ａが閉状態である状態から、以下の処理が行われる。
【００２５】
先ず、入力部８３に空間Ｓ内の磁性流体ＭＦを排出する先の排出先タンクと、次に空間Ｓに磁性流体ＭＦを供給する供給元タンクとを選択する情報が入力され、制御部８１が排出先タンクおよび供給元タンクの情報を受付けると（ステップＳ１）、図５に示すように、例えば排出先タンクである磁性流体貯留タンク４１に対応する開閉弁４１ａを開状態にすると共に（ステップＳ２）、複数の電磁石６１のうち流路３０の一端側に対応する位置に配置された電磁石６１の径方向内側端が一方の極性（Ｎ極）となるように、一端側シール制御装置６３に制御信号を送信する（ステップＳ３）。
【００２６】
ステップＳ３で電磁石６１の径方向内側端を永久磁石６２と同じ一方の極性（Ｎ極）とすると、当該電磁石６１と対応する永久磁石６２との間の磁力線の数が低下し、又は無くなり、当該位置の磁性流体シールのシール力が低減され、又は無くなる。
続いて、空間Ｓ内の磁性流体ＭＦが磁性流体貯留タンク４１に送られるようにポンプ５０を制御する（ステップＳ４）。これにより、ポンプ５０が空間Ｓ内の磁性流体ＭＦを磁性流体貯留タンク４１内に送る排出動作を行う。
【００２７】
なお、ステップＳ３の時、又は、ステップＳ４を行っている時に、複数の電磁石７１のうち例えば最上部に位置する電磁石７１の径方向内側端が一方の極性（Ｎ極）となるように、他端側シール制御装置７３に制御信号を送信してもよい。このようにすると、空間Ｓ内に空気が入り易くなり、ポンプ５０による排出動作をスムーズに行う上で有利である。
【００２８】
また、図６に示すように、流路３０の一端側を２つに分岐し、２つのうち一方の分岐流路３１を空間Ｓの上端に接続すると共に、他方の分岐流路３２を空間Ｓの下端に接続することも可能である。この場合、分岐流路３１，３２にそれぞれ開閉弁３１ａ，３２ａを設けることにより、分岐流路３１，３２の一方又は両方を介した排出動作を行うこと等が可能となる。
【００２９】
また、ステップＳ３の時、又は、ステップＳ４を行っている時に、ステータ１０の内周面の極性の分布がロータ２０の外周面の極性の分布と略同一となるように、インバータ１５を制御することも可能である。この場合、ロータ２０が回転しないようにロータ２０をブレーキで回転規制することが好ましい。これにより、空間Ｓ内で磁性流体ＭＦが流動し易くなり、排出動作をスムーズに行う上で有利である。
【００３０】
ステップＳ４の排出が完了すると、開閉弁４１ａを閉状態にすると共に、例えば供給元タンクである磁性流体貯留タンク４３に対応する開閉弁４３ａを開状態にする（ステップＳ５）。そして、磁性流体貯留タンク４３内の磁性流体ＭＦが空間Ｓに送られるようにポンプ５０を制御する（ステップＳ６）。これにより、ポンプ５０が磁性流体貯留タンク４３内の磁性流体ＭＦを空間Ｓに送る供給動作を行う。
【００３１】
ステップＳ６の供給が完了すると、全ての電磁石６１，７１の径方向内側端が他方の極性（Ｓ極）となるように、一端側および他端側シール制御装置６３，７３に制御信号を送信する（ステップＳ７）。これにより、空間Ｓ内に次の磁性流体ＭＦが充填されると共に、空間Ｓの軸方向一端および他端がシールされた状態となる。また、全ての開閉弁４１ａ，４２ａ，４３ａを閉状態とする（ステップＳ８）。
【００３２】
このように、本実施形態によれば、ロータ２０の外周面とステータ１０の内周面との間に形成される空間Ｓの軸方向一端側および他端側がシールされると共に、空間Ｓに流路３０の一端側が接続され、流路３０の他端側に接続された複数の磁性流体貯留タンク４１，４２，４３を開閉弁４１ａ，４２ａ，４３ａによって１つずつ空間Ｓに連通させることができる。
【００３３】
このため、例えば、磁性流体貯留タンク４１が空間Ｓに連通している状態で、ポンプ５０によって空間Ｓ内の磁性流体ＭＦを磁性流体貯留タンク４１に排出した後、他の磁性流体貯留タンク４３を空間Ｓに連通させ、磁性流体貯留タンク４３の磁性流体ＭＦを空間Ｓに供給することができる。このようにすると、ステータ１０とロータ２０との間の空間Ｓの磁性流体ＭＦの交換が容易である。
【００３４】
また、本実施形態では、電磁石制御手段として機能する制御部８１によって複数の電磁石６１のうち流路３０の一端側に対応する電磁石６１による磁力を調整することにより、磁性流体貯留タンク４１，４２，４３のうち１つと空間Ｓとの間に存在する磁性流体シールのシール力を低減し又は無くすことができる。このため、ポンプ５０による供給動作又は排出動作をスムーズに行うことが可能になる。
【００３５】
また、磁性流体貯留タンク４１，４２，４３が、互いに異なる透磁率を有する磁性流体ＭＦを貯留しているので、電動機に求められる性能に応じてステータ１０とロータ２０の間の空間Ｓの透磁率を調整することが可能となる。
【００３６】
なお、本実施形態において、複数の永久磁石６２や、複数の永久磁石７２の代わりに、強磁性材料から成る複数の部材、強磁性材料と同様に磁力線が通り易い材料から成る複数の部材、これら材料から成りロータ２０の外周面に沿って延びるリング状の部材等を用いることが可能である。この場合でも、各電磁石６１，７１を励磁することにより、空間Ｓの軸方向一端側および他端側に磁性流体シールを形成し、各電磁石６１，７１の励磁を弱め又は無くすことにより、空間Ｓの軸方向一端側および他端側の磁性流体シールのシール力を低減し又は無くすことができる。
【００３７】
また、各電磁石６１，７１をロータ２０側に取付け、各永久磁石６２，７２をステータ１０側に取付けることも可能である。
また、本実施形態において、磁性流体ＭＦの種類によっては、空間Ｓの軸方向一端側および軸方向他端側のシールの一方又は両方を、例えばゴムリップを用いたシールや、金属リップを用いたメカニカルシール等のその他のシール構造で代替することも可能である。
【００３８】
また、本実施形態では双方向回転を行うポンプ５０を給排装置として用いたが、複数のバルブと一方向回転を行うポンプとを用い、複数のバルブの開閉動作によって供給動作と排出動作とを切換えるように構成することも可能である。
【００３９】
また、本実施形態では、磁性流体貯留タンク４１，４２，４３が互いに異なる透磁率を有する磁性流体ＭＦを貯留するものを示した。これに対し、磁性流体貯留タンク４１，４２，４３に貯留された磁性流体ＭＦが互いに異なる耐熱性、耐久性、粘性等の特性を有していてもよい。又は、磁性流体貯留タンク４１，４２，４３に貯留された磁性流体ＭＦが互いに同じ種類であっても、例えば、使い古した磁性流体ＭＦを磁性流体貯留タンク４１に排出し、新しい磁性流体ＭＦを磁性流体貯留タンク４２から空間Ｓに供給することにより、磁性流体ＭＦの容易な交換を行うことが可能である。
【００４０】
また、開閉弁４１ａ，４２ａ，４３ａを磁性流体貯留タンク４１，４２，４３にそれぞれ設けることも可能である。一方、流路切換手段として開閉弁４１ａ，４２ａ，４３ａの代わりに４方弁を用い、磁性流体貯留タンク４１，４２，４３の何れか１つと空間Ｓとを連通させるように構成してもよい。
【００４１】
また、上記の各態様において、図７のように、流路３０がステータ１０内を通過して空間Ｓに接続されるように構成することも可能である。図７では、流路３０が空間Ｓの上端に接続されているが、流路３０が空間Ｓの下端に接続されるように構成することも可能であり、空間Ｓの複数の位置に接続されるように構成することも可能である。
【００４２】
この場合でも、例えば、磁性流体貯留タンク４１が空間Ｓに連通している状態で、ポンプ５０によって空間Ｓ内の磁性流体ＭＦを磁性流体貯留タンク４１に排出した後、他の磁性流体貯留タンク４３を空間Ｓに連通させ、磁性流体貯留タンク４３の磁性流体ＭＦを空間Ｓに供給することができる。
【００４３】
また、上記各態様において、作業者が、各電磁石６１，７１に設けられたスイッチの操作、各開閉弁４１ａ，４２ａ，４３ａに設けられたスイッチの操作、ポンプ５０の操作、又は各シール制御装置６３，７３の操作を行うことにより、前記ステップＳ２〜Ｓ８の一部又は全部を前記の作業者による操作に置き換えることも可能である。この場合、各開閉弁４１ａ，４２ａ，４３ａに設けられたスイッチが電磁石制御手段として機能する。
【符号の説明】
【００４４】
１      ハウジング
２      ベアリング
１０    ステータ
２０    ロータ
３０    流路
４１，４２，４３  磁性流体貯留タンク
４１ａ，４２ａ，４３ａ  開閉弁
５０    ポンプ
６１，７１  電磁石
６２，７２  永久磁石
８０    制御装置
Ｓ      空間
【図１】
2018093670.tif 000003
【図２】
2018093670.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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