(57)【要約】      （修正有）【課題】磁気軸受に供給する電流をより少なくできる磁気軸受を提供する。【解決手段】Ｎ極に磁化された第１軸受部３２２とＳ極に磁化された第２軸受部３３２を有するロータ３０２と、第１軸受部に対向して周方向に配置された複数の第１軸受用突極１２２と、第２軸受部に対向して周方向に配置された複数の第２軸受用突極１３２と、複数の第１軸受用突極と複数の第２軸受用突極を磁化される永久磁石１４２，１５２と、複数の第１軸受用突極と第１軸受部を通る磁束量を制御するための第１制御用突極２４８と、複数の第２軸受用突極と第２軸受部を通る磁束量を制御するための第２制御用突極２５８と、複数の第１制御用突極を通る磁束量を制御するために設けられた複数の第１制御用巻線２６８と、複数の第２制御用突極を通る磁束量を制御するために設けられた複数の第２制御用巻線２７８と、を備えることを特徴とする磁気軸受。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎ極またはＳ極の内の一方の極性に磁化された第１軸受部とＮ極またはＳ極の内の他方の極性に磁化された第２軸受部を有する回転可能なロータと、
前記ロータの前記第１軸受部に対向して前記ロータの回転方向おいて等間隔に配置された複数の第１軸受用突極と、
前記ロータの前記第２軸受部に対向して前記ロータの回転方向おいて等間隔に配置された複数の第２軸受用突極と、
前記複数の第１軸受用突極と前記複数の第２軸受用突極の内の一方の軸受用突極がＮ極またはＳ極の内の一方の極性に磁化され、さらに前記複数の第１軸受用突極と前記複数の第２軸受用突極の内の他方の軸受用突極がＮ極またはＳ極の内の他方の極性に磁化されるように設けられた永久磁石と、
前記複数の第１軸受用突極と前記ロータの前記第１軸受部とを通る磁束量を制御するための制御用磁路を形成する複数の第１制御用突極と、
前記複数の第２軸受用突極と前記ロータの前記第２軸受部とを通る磁束量を制御するための制御用磁路を形成する複数の第２制御用突極と、
前記複数の第１制御用突極が形成する制御用磁路を通る磁束量を制御するために設けられた複数の第１制御用巻線と、
前記複数の第２制御用突極が形成する制御用磁路を通る磁束量を制御するために設けられた複数の第２制御用巻線と、を備え、前記複数の第１制御用巻線や前記複数の第２制御用巻線に供給する電流が制御されることにより、前記ロータの支持位置あるいは前記ロータの回転軸の傾きが制御されることを特徴とする磁気軸受。
【請求項２】
請求項１に記載の磁気軸受において、
前記複数の第１軸受用突極は前記ロータの回転方向おいて等間隔に配置され、前記複数の第１制御用突極はそれぞれ前記ロータの回転方向おいて前記第１軸受用突極の間に配置され、
前記複数の第２軸受用突極は前記ロータの回転方向おいて等間隔に配置され、前記複数の第２制御用突極はそれぞれ前記ロータの回転方向おいて前記第１軸受用突極の間に配置されていることを特徴とする磁気軸受。
【請求項３】
請求項２に記載の磁気軸受において、
前記複数の第１軸受用突極と前記複数の第２軸受用突極は互いに同数でしかも前記複数の第１軸受用突極のそれぞれと前記複数の第２軸受用突極のそれぞれとが一つずつ互いに対応付けられて設けられており、対応付けられた第１軸受用突極と対応付けられた第２軸受用突極とがロータの軸方向に沿って伸びる軸受用ステータによりそれぞれ磁気的に接続されていることを特徴とする磁気軸受。
【請求項４】
請求項３に記載の磁気軸受において、
前記複数の第１制御用突極はそれぞれロータの回転方向に設けられた制御用ステータにより磁気的に接続されており、前記複数の第２制御用突極はそれぞれロータの回転方向に設けられた制御用ステータにより磁気的に接続されていることを特徴とする磁気軸受。
【請求項５】
請求項３に記載の磁気軸受において、
前記複数の第１制御用突極と前記複数の第２制御用突極は互いに同数でしかも前記複数の第１制御用突極のそれぞれと前記複数の第２制御用突極のそれぞれとが一つずつ互いに対応付けられて設けられており、対応付けられた第１制御用突極と対応付けられた第２制御用突極とがロータの軸方向に沿って伸びる制御用ステータにより磁気的に接続されていることを特徴とする磁気軸受。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５の内の一に記載の磁気軸受において、
前記ロータの前記第１軸受部と前記複数の第１軸受用突極は互いに異なる極性に磁化されており、
前記ロータの前記第２軸受部と前記第２軸受用突極は互いに異なる極性に磁化されていることを特徴とする磁気軸受。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６の内の一に記載の磁気軸受において、
前記第１制御用突極が隣接する前記第１軸受用突極と異なる極性に磁化されることにより、前記第１制御用突極により形成される制御用磁路が、隣接する前記第１軸受用突極と前記ロータの前記第１軸受部とを通る磁束をバイパスさせるためのバイパス磁路として動作する、ことを特徴とする磁気軸受。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７の内の一に記載の磁気軸受において、
前記第２制御用突極が隣接する前記第２軸受用突極と異なる極性に磁化されることにより、前記第２制御用突極により形成される制御用磁路が、隣接する前記第２制御用突極と前記ロータの前記第２軸受部とを通る磁束をバイパスさせるためのバイパス磁路として動作する、ことを特徴とする磁気軸受。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８の内の一に記載の磁気軸受において、
前記複数の第１制御用巻線はそれぞれ前記複数の第１制御用突極に巻回されており、
前記複数の第２制御用巻線はそれぞれ前記複数の第２制御用突極に巻回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、磁気を利用して回転するロータを浮上させて支持する磁気軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気軸受は、磁気を利用して、回転するロータを浮上させて、機械的な軸受を使用することなくロータを回転可能に支持する軸受である。機械軸受では回転するロータとロータを回転可能に支持する軸受部との間に常に摩擦力が発生する。この摩擦力を低減するために一般的に機械軸受では潤滑油が使用される。一方磁気軸受ではロータを回転可能に支持する軸受部が不要となり、機械軸受で発生していた前記ロータと前記軸受部との間の摩擦力が生じないし、潤滑油も不要となる。このように磁気軸受は色々な利点を有している。磁気軸受の構造の一例は例えば特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−６１５８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
磁気軸受では磁気を利用してロータを浮上させる構造を有するため、従来の磁気軸受ではロータを浮上させるための大きな磁力を発生することが求められ、多くの電流を供給することが必要であった。従来の磁気軸受において磁気軸受に供給する電流を低減するために永久磁石を使用し、永久磁石による磁束と供給された電流に基づく磁束の両磁束により、ロータを浮上状態で支持するハイブリッド型の磁気軸受が知られている。
【０００５】
このハイブリッド型の磁気軸受では永久磁石が発生する磁束をバイアスの磁束として利用するので、磁気軸受に供給する電流を少なくできる。しかしそれでも従来の磁気軸受では大きい電流を供給しなければならなかった。
【０００６】
本発明の目的は、磁気軸受に供給する電流をより少なくできる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】
第１の発明に係る磁気軸受は、Ｎ極またはＳ極の内の一方の極性に磁化された第１軸受部とＮ極またはＳ極の内の他方の極性に磁化された第２軸受部を有する回転可能なロータと、前記ロータの前記第１軸受部に対向して前記ロータの回転方向おいて等間隔に配置された複数の第１軸受用突極と、前記ロータの前記第２軸受部に対向して前記ロータの回転方向おいて等間隔に配置された複数の第２軸受用突極と、前記複数の第１軸受用突極と前記複数の第２軸受用突極の内の一方の軸受用突極がＮ極またはＳ極の内の一方の極性に磁化され、さらに前記複数の第１軸受用突極と前記複数の第２軸受用突極の内の他方の軸受用突極がＮ極またはＳ極の内の他方の極性に磁化されるように設けられた永久磁石と、前記複数の第１軸受用突極と前記ロータの前記第１軸受部とを通る磁束量を制御するための制御用磁路を形成する複数の第１制御用突極と、前記複数の第２軸受用突極と前記ロータの前記第２軸受部とを通る磁束量を制御するための制御用磁路を形成する複数の第２制御用突極と、前記複数の第１制御用突極が形成する制御用磁路を通る磁束量を制御するために設けられた複数の第１制御用巻線と、前記複数の第２制御用突極が形成する制御用磁路を通る磁束量を制御するために設けられた複数の第２制御用巻線と、を備え、前記複数の第１制御用巻線や前記複数の第２制御用巻線に供給する電流が制御されることにより、前記ロータの支持位置あるいは前記ロータの回転軸の傾きが制御されることを特徴とする。
【０００８】
第２の発明に係る磁気軸受は、第１の発明に係る磁気軸受において、前記複数の第１軸受用突極は前記ロータの回転方向おいて等間隔に配置され、前記複数の第１制御用突極は前記ロータの回転方向おいて前記第１軸受用突極の間にそれぞれ配置され、前記複数の第２軸受用突極は前記ロータの回転方向おいて等間隔に配置され、前記複数の第２制御用突極は前記ロータの回転方向おいて前記第１軸受用突極の間にそれぞれ配置されていることを特徴とする。
【０００９】
第３の発明に係る磁気軸受は、第２の発明に係る磁気軸受において、前記複数の第１軸受用突極と前記複数の第２軸受用突極は互いに同数でしかも前記複数の第１軸受用突極のそれぞれと前記複数の第２軸受用突極のそれぞれとが一つずつ互いに対応付けられて設けられており、対応付けられた第１軸受用突極と対応付けられた第２軸受用突極とが前記ロータの軸方向に沿って伸びる軸受用ステータによりそれぞれ磁気的に接続されていることを特徴とする。
【００１０】
第４の発明に係る磁気軸受は、第３の発明に係る磁気軸受において、前記複数の第１制御用突極はそれぞれ前記ロータの回転方向に設けられた第１制御用ステータにより磁気的に接続されており、前記複数の第２制御用突極はそれぞれ前記ロータの回転方向に設けられた第２制御用ステータにより磁気的に接続されていることを特徴とする。
【００１１】
第５の発明に係る磁気軸受は、第３の発明に係る磁気軸受において、前記複数の第１制御用突極と前記複数の第２制御用突極は互いに同数でしかも前記複数の第１制御用突極のそれぞれと前記複数の第２制御用突極のそれぞれとが一つずつ互いに対応付けられて設けられており、対応付けられた第１制御用突極と対応付けられた第２制御用突極とがロータの軸方向に沿って伸びる制御用ステータにより磁気的に接続されていることを特徴とする。
【００１２】
第６の発明に係る磁気軸受は、第１の発明に係る磁気軸受乃至第５の発明に係る磁気軸受の内の一において、前記ロータの前記第１軸受部と前記複数の第１軸受用突極は互いに異なる極性に磁化されており、前記ロータの前記第２軸受部と前記第２軸受用突極は互いに異なる極性に磁化されていることを特徴とする。
【００１３】
第７の発明に係る磁気軸受は、第１の発明に係る磁気軸受乃至第６の発明に係る磁気軸受の内の一において、前記第１制御用突極が隣接する前記第１軸受用突極と異なる極性に磁化されることにより、隣接する前記第１軸受用突極と前記ロータの前記第１軸受部とを通る磁束をバイパスさせるためのバイパス磁路が形成されることを特徴とする。
【００１４】
第８の発明に係る磁気軸受は、第１の発明に係る磁気軸受乃至第７の発明に係る磁気軸受の内の一において、前記第２制御用突極が隣接する前記第２軸受用突極と異なる極性に磁化されることにより、前記第２制御用突極と前記ロータの前記第２軸受部とを通る磁束をバイパスさせるためのバイパス磁路が形成されることを特徴とする。
【００１５】
第９の発明に係る磁気軸受は、第１の発明に係る磁気軸受乃至第８の発明に係る磁気軸受の内の一において、前記複数の第１制御用巻線はそれぞれ前記複数の第１制御用突極に巻回されており、前記複数の第２制御用巻線はそれぞれ前記複数の第２制御用突極に巻回されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、磁気軸受に供給する電流をより少なくできる磁気軸受を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】磁気軸受を端部側より見た側面図である。
【図２】図１に示す磁気軸受の構成を図１のＡ―Ａ断面に基づいて説明する説明図である。
【図３】ロータを軸受に対して非接触に支持する支持構成を説明する説明図である。
【図４】図３に記載の支持構成のＢ―Ｂ断面図である。
【図５】ロータの回転軸方向のずれに関する復元力を説明する説明図である。
【図６】ロータの支持位置や傾きの制御を説明する説明図である。
【図７】制御回路のブロック図である。
【図８】磁気軸受の他の実施例を説明する説明図である。
【図９】磁気軸受のさらに他の実施例を説明する説明図である。
【図１０】磁気軸受のさらに他の実施例を説明する説明図である。
【図１１】磁気軸受のさらに他の実施例を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
１．はじめに
以下で説明する実施形態（以下実施例と記す。）は上述した発明が解決しようとする課題の欄に記載した内容に止まるものではなく、それ以外の課題も合わせて解決することができる。また上述した発明の効果の欄に記載した内容に止まるものではなく、それ以外の効果も奏することができる。実施例が解決する課題や実施例が奏する効果に付いて以下で説明する。また実施例について図面を用いて説明するが、略同一の構成には同一の符号を付す。同一符号の構成は略同一の作用を為し、略同一の効果を奏するが、同一符号の構成について作用や効果の説明の繰り返しを省略することがある。
【００１９】
２．一実施例の説明
２．１  磁気軸受１００の全体構成の内の支持構成の説明
図１は磁気軸受１００をロータ３０２の端部より見た側面図であり、図２は図１に示す構成を図１のＡ―Ａ断面に基づいて説明する説明図である。なお図２の構造の一部は図１のＡ―Ａ断面を表しているが理解し易いように制御用突極２４８や制御用突極２４６に関する一部の構造に関して変更している。図３と図４はロータ３０２を軸受に対して非接触に支持する支持構成を説明する説明図であり、図３は支持構成の側面図、図４は図３のＢ―Ｂ断面図である。
【００２０】
磁気軸受１００は２つの基本的な構成を備えている。その一つは磁気力によりロータ３０２を軸受に対して非接触に支持する支持構成であり、支持構成の一例を図３および図４に示す。他の一つはロータ３０２が支持されている位置や傾きを制御する制御構成である。制御構成は図１や図２に記載されているがこれらについては以下で説明する。
【００２１】
支持構成を図３および図４を用いて説明する。支持されるロータ３０２はＮ極あるいはＳ極の内の一方に磁化された軸受部３２２と他方に磁化された軸受部３３２を備えている。この実施例では一例として軸受部３２２はＮ極に磁化され、軸受部３３２はＳ極に磁化されている。軸受部３２２や軸受部３３２を磁化するために永久磁石３０４がロータ３０２に設けられている。軸受部３２２に対向して軸受用突極１２２や軸受用突極１２４、軸受用突極１２６、軸受用突極１２８が軸受部３２２の回転方向である周方向において均等な間隔で配置されている。軸受部３３２に対応して同様に４個の軸受用突極が周方向において均等な間隔で配置されている。その内の軸受用突極１３２と軸受用突極１３６を図４に記載している。
【００２２】
軸受部３２２に対向して配置されている各軸受用突極は軸受部３３２に対向して配置されている各軸受用突極と共に軸受部３２２や軸受部３３２に対して磁気力を発生し、ロータ３０２を支える作用をする。この実施例では、Ｎ極に磁化された軸受部３２２に対して吸引力が発生するように、軸受用突極１２２や軸受用突極１２４、軸受用突極１２６、軸受用突極１２８はそれぞれＳ極に磁化されている。同様に軸受部３２２に対向して配置されている各軸受用突極も同様に軸受部３２２に対して吸引力が発生するようにそれぞれＮ極に磁化されている。
【００２３】
軸受部３２２や軸受部３３２に対向する各軸受用突極は本実施例のように軸受部３２２や軸受部３３２に対して吸引力を発生し、吸引力によりロータ３０２を支えるようにしても良いし、反発力を発生して反発力によりロータ３０２を支えるようにしても良い。
【００２４】
また本実施例のように吸引力を発生させてロータ３０２を支える構成では、ロータ３０２に設けられた永久磁石３０４を必ずしも必要とするものではない。ロータ３０２を磁気的に支持するのに必要とする吸引力は、磁気軸受１００を適用するときの適用対象あるいは磁気軸受１００の具体的な構造などにより変わる。例えば支持するロータ３０２に大きい質量が作用する場合には、大きな吸引力を必要とする。また軸受部３２２や軸受部３３２とこれらに対向する軸受用突極との間の磁気的なギャップが大きい場合には、大きいギャップにも拘わらず必要とする吸引力が得られる構成が必要となる。
【００２５】
必要とする吸引力が小さい場合は、軸受部３３２や軸受部３３２が磁性体であれば、軸受部３２２に対向する軸受用突極や軸受部３３２に対向する軸受用突極と軸受部３３２や軸受部３３２との間にそれぞれ必要な吸引力を発生することができる。上記吸引力をさらに強くすることが求められるあるいは上記磁気的なギャップが大きい場合には、ロータ３０２の軸受部３２２と軸受部３３２との間の部分に鉄心などの磁気抵抗の小さい磁性材により構成される磁気回路を設ける。さらに強い吸引力が求められる場合あるいは上記磁気的なギャップがさらに大きい場合には、本実施例のように上記磁気回路に永久磁石３０４を設ける。このように必要に応じてロータ３０２の構成を選択することが望ましい。
【００２６】
本実施例では、上述したように軸受部３２２や軸受部３３２に対向して配置された各軸受用突極により、ロータ３０２を支えるための吸引力や反発力である磁気力を発生する。効率的に磁気力を発生することができるように、軸受部３２２に対向する各軸受用突極と軸受部３３２に対向する各軸受用突極とがそれぞれ対を成して磁気回路を形成している。上記各磁気回路を形成するために
軸受部３２２に対向する各軸受用突極と軸受部３３２に対向する各軸受用突極とのそれぞれを磁気的につなぐ軸受用ステータが配置されている。本実施例では４組の磁気回路が構成されているが図４にはその内の２組のみが表れている。他の組も同様の構成であり、同様の作用を為し、同様の効果を奏する。
【００２７】
図４において、永久磁石１４２を有する軸受用突極１２２は、軸受用ステータ１６２や、永久磁石１５２を有する軸受用突極１３２や、ギャップ１１４や、軸受部３３２や永久磁石３０４や軸受部３２２を有するロータ３０２や、ギャップ１０４と、共に一組の磁気回路を構成している。この磁気回路は永久磁石３０４や永久磁石１４２や永久磁石１５２を有しており、軸受部３２２と軸受用突極１２２間にあるいは軸受部３３２と軸受用突極１３２間にロータ３０２を支持するための強力な磁気力を発生する。また永久磁石１４６を有する軸受用突極１２６は、軸受用ステータ１６６や、永久磁石１５６を有する軸受用突極１３６や、ギャップ１１４や、軸受部３３２や永久磁石３０４や軸受部３２２を有するロータ３０２や、ギャップ１０４と、共に他の一組の磁気回路を構成している。この磁気回路は永久磁石３０４や永久磁石１４６や永久磁石１５６を有しており、軸受部３２２と軸受用突極１２６の間にあるいは軸受部３３２と軸受用突極１３６の間にロータ３０２を支持するための強力な磁気力を発生する。
【００２８】
本実施例では４組の磁気回路が設けられており、それぞれの磁気回路が有する永久磁石により全体としてロータ３０２を支持するのに必要な支持力を永久磁石の磁力により発生している。本実施例のようにロータ３０２を支持するのに必要な支持力を全て永久磁石の磁力により賄うことが、磁気軸受１００への電力供給を少なくするうえで理想的である。本発明はロータ３０２を支持するのに必要な支持力を全て永久磁石の磁力により賄う方式に限定するものではないが、ロータ３０２を支持するのに必要な支持力を永久磁石の磁力にできるだけ依存することが磁気軸受１００への電力供給を少なくするうえで望ましい。
【００２９】
上述した組の磁気回路は、例えば永久磁石３０４と永久磁石１４２と永久磁石１５２の永久磁石を有しているがこれは一例であり、例えば永久磁石１４２と永久磁石１５２を１個にまとめても良いし、さらに永久磁石の数を増やしても良い。また永久磁石３０４をなくしても良い。しかし、ロータ３０２を支持するための軸受用突極１２２と軸受部３２２との間に発生する磁気力や軸受用突極１３２と軸受部３３２との間に発生する磁気力をできるだけ大きくするためには、突極側だけでなくロータ３０２側にも永久磁石を設けることが望ましい。本実施例が有する４組の磁気回路の内の他の組も同様である。なお永久磁石３０４の極性を反転させると上述した軸受部３２２と軸受用突極１２２との間および軸受部３３２と軸受用突極１３２との間の磁気力として反発力を発生する構成とすることができる。このように反発力を発生する構成としても良い。
【００３０】
２．２  ロータ３０２を支持する磁気力の発生のために永久磁石を使用することの効果の説明
本実施例ではロータ３０２を支持する磁気力を発生するために永久磁石を使用している。永久磁石が発生する磁力の大きさを、ロータ３０２を支持できる力を十分に発生することができる大きさにしても良いし、永久磁石の磁力を主とし、電磁石の力を一部借りるようにしても良い。この場合電磁石は永久磁石に対して直列の磁気回路を構成するように配置しても良いし、並列の磁気回路を構成するように配置しても良い。ただし永久磁石は磁気抵抗が真空の磁気抵抗に匹敵するような非常に大きな値を有するので、永久磁石に対して直列の磁気回路を構成する場合に電磁石は大きな起磁力を発生することが必要となる。一方永久磁石に対して上記電磁石が並列の磁気回路を構成する場合には電磁石を有する並列の磁気回路から永久磁石が発生する磁束が漏れる恐れがある。図３や図４に記載の本実施例では、永久磁石の磁力でロータ３０２を支持するに十分な磁気力を発生することができ、上述の課題を解決することができる。このような永久磁石の磁力でロータ３０２を支持する構成とすることで、磁気軸受１００への電流の供給を大幅に低減できる。また以下で説明するロータ３０２の支持位置あるいは傾きを制御する制御構成が有するバイパス磁気回路との組み合わせにより、消費電力の少ない制御性に優れた磁気軸受１００を得ることができる。
【００３１】
２．３  ロータ３０２を支える磁気力を吸引力や反発力とした構成の効果の説明
図１から図４に記載の実施例では、軸受部３２２と軸受部３２２に対向して配置された各軸受用突極との間に、および軸受部３３２と軸受部３３２に対向して配置された各軸受用突極との間で吸引力が発生する。軸受部３２２と軸受部３２２に対向して配置された各軸受用突極との間および軸受部３３２と軸受部３３２に対向して配置された各軸受用突極との間にはそれぞれギャップ１０４やギャップ１１４が存在する。ギャップでは一般的に磁束が散乱し、磁束が漏えいする現象が起こり易い。しかしギャップ１０４やギャップ１１４では、それぞれ吸引力が働いているため磁束の広がりが抑えられ、結果として漏えい磁束が非常に少なくなる。この結果磁気回路に設けられた永久磁石が発生する磁束がロータ３０２の支持のために有効に利用される。
【００３２】
軸受部３２２とそれに対向する軸受用突極１２２乃至軸受用突極１２８との間の吸引力、および軸受部３３２とそれに対向する軸受用突極との間の吸引力は、ロータ３０２の半径方向にロータ３０２を支えるだけでなく、ロータ３０２の回転軸方向においてロータ３０２の支持位置を安定させる効果を奏する。この点に付いては以下の項で説明する。
【００３３】
一方軸受部３２２とそれに対向する各軸受用突極あるいは軸受部３３２とそれに対向する各軸受用突極とが互いに同極性となるように構成した場合、すなわち反発力によりロータ３０２を支える構成では、ロータ３０２を半径方向に維持し易くなる効果を奏する。例えば図４において軸受部３２２と軸受用突極１２２や軸受用突極１２６を同じ極性とした場合に軸受部３２２と軸受用突極１２２や軸受用突極１２６との間で反発力がそれぞれ発生し、これらの反発力によって軸受用突極１２２と軸受用突極１２６との間に軸受部３２２が保持される。この状態で仮に軸受部３２２が軸受用突極１２２に近づいたとすると、軸受用突極１２２との間の距離が短くなることにより軸受用突極１２２による反発力が大きくなる。一方軸受部３２２と軸受用突極１２６との間の距離が長くなり、軸受用突極１２６による反発力が小さくなる。従ってロータ３０２の軸受部３２２には元に戻そうとする力が生じる。このようにロータ３０２の支持位置の半径方向の変動に対して変動を抑制する方向の力が常に発生し、半径方向の支持位置を安定させる効果がある。いま軸受部３２２とこれに対向する軸受用突極とに付いて説明したが軸受部３３２とこれに対向する軸受用突極に関しても同様である。
【００３４】
２．４  ロータ３０２の回転軸方向の安定性に関する説明
図５はロータ３０２が回転軸３１０の方向においてずれた場合の復元力について説明する説明図である。いま図５においてロータ３０２が回転軸３１０において正常な位置にある場合に、軸受用突極１２２の左側面ＳＳ２と軸受部３２２の左側面ＳＳ４と軸受用突極１２６の左側面ＳＳ６とがそれぞれ一致し、軸受用突極１３２の右側面ＳＳ３と軸受部３３２の右側面ＳＳ５と軸受用突極１３６の右側面ＳＳ７とがそれぞれ一致していると仮定する。この場合に軸受用突極１２２と軸受部３２２との対向する面積が軸受用突極１３２と軸受部３３２との対向する面積と略等しく、また軸受用突極１２６と軸受部３２２との対向する面積が軸受用突極１３６と軸受部３３２との対向する面積と略等しく作られており、これらの吸引力が略バランスしている。
【００３５】
いま何かの原因で、ロータ３０２が、図５に記載のごとく図の右方向にＬ１だけずれたと仮定する。この場合に軸受部３３２の右側面ＳＳ５が軸受用突極１３２の右側面ＳＳ３や軸受用突極１３６の右側面ＳＳ７に対してＬ１だけ右方向に突出することとなり、軸受用突極１３２と軸受部３３２との間の対向面積や軸受用突極１３６と軸受部３３２との対向面積が減少することとなる。このため軸受部３３２に作用していた吸引力が減少することとなる。一方軸受部３２２に作用する吸引力は維持されるので、ロータ３０２を左方向に動かそうとする復元力が発生する。
【００３６】
仮に回転軸３１０の左方向にロータ３０２が移動した場合には上述とは逆の現象が発生し、ロータ３０２を右に戻そうとする復元力が発生する。このようにしてロータ３０２は回転軸３１０の方向において安定した状態となる。なお上述の説明は、軸受部３２２や軸受部３３２の軸受用突極に対向する面の回転軸３１０方向での厚さが対向する軸受用突極の回転軸３１０方向での厚さより薄いと仮定した。しかし軸受部３２２や軸受部３３２の軸受用突極に対向する面の回転軸３１０方向での厚さが対向する軸受用突極の回転軸３１０方向での厚さと同じ場合や逆に厚い場合であっても同様に復元力が発生する。
２．５軸受部３３２や軸受部３３２の側面位置の設定による復元力の特性設定の説明
【００３７】
上述の説明のように、軸受部３２２や軸受部３３２の軸受用突極に対向する面の回転軸３１０方向での厚さが対向する軸受用突極の回転軸３１０方向での厚さより薄いと仮定してさらに説明する。上述の説明では、軸受部３２２の左側面ＳＳ４が軸受用突極１２２の左側面ＳＳ２や軸受用突極１２６の左側面ＳＳ６と一致すると仮定し、軸受部３３２の右側面ＳＳ５が軸受用突極１３２の右側面ＳＳ３や軸受用突極１３６の右側面ＳＳ７と一致すると仮定した。
【００３８】
軸受部３２２の左側面ＳＳ４や右側面ＳＳ５が軸受用突極１２２の左側面ＳＳ２や永久磁石１４６の左側面ＳＳ６および軸受用突極１３２の右側面ＳＳ３や軸受用突極１３６の右側面ＳＳ７よりそれぞれ外側に位置する場合は、復元力が大きくなる。その理由は例えば図５のごとくロータ３０２が回転軸３１０の右方向にずれた場合に、軸受部３３２と軸受用突極１３２との対向面積や軸受部３３２と軸受用突極１３６との対向面積が減少する。それに加えて軸受部３２２と軸受用突極１２２との対向面積や軸受部３２２と軸受用突極１２６との対向面積が増大するからである。一方逆に軸受部３２２の左側面ＳＳ４や右側面ＳＳ５が軸受用突極１２２の左側面ＳＳ２や永久磁石１４６の左側面ＳＳ６および軸受用突極１３２の右側面ＳＳ３や軸受用突極１３６の右側面ＳＳ７よりそれぞれ内側に位置する場合は、ロータ３０２の左右のずれが小さい範囲では復元力がほとんど発生しない不感帯が存在する。また軸受部３２２や軸受部３３２の回転軸３１０方向の厚さを軸受用突極の厚さより厚くすると、軸受部３２２の左側面ＳＳ４や右側面ＳＳ５が軸受用突極１２２の左側面ＳＳ２や永久磁石１４６の左側面ＳＳ６および軸受用突極１３２の右側面ＳＳ３や軸受用突極１３６の右側面ＳＳ７より外側に位置する場合に、ロータ３０２の左右のずれが小さい範囲では復元力がほとんど発生しない不感帯が存在する。
【００３９】
以上のようにロータ３０２の回転軸３１０の方向の変動に対する復元力を、軸受部３２２の左側面ＳＳ４や軸受部３３２の右側面ＳＳ５と軸受用突極の側面との関係を設定することにより、好ましい特性とすることができる。
【００４０】
３．ロータ３０２の支持位置あるいは傾き制御の説明
３．１  ロータ３０２の支持位置制御の原理についての説明
図２に記載の軸受部３２２の支持位置の制御と軸受部３３２の支持位置の制御を行うことにより、ロータ３０２の支持位置の制御を行うことが可能になると共にロータ３０２の傾きの制御も可能となる。軸受部３２２の支持位置の制御と同様の考え方で軸受部３３２の支持位置の制御を行うことができるので、軸受部３２２の支持位置の制御の原理について図６を用いて説明し、軸受部３３２の支持位置の制御の説明を省略する。なお図６は図１の構成と同様の構成であるが、具体的なロータ３０２の位置制御の例として軸受部３２２に図の上方向すなわち軸受用突極１２２への方向の力を発生する動作の例を示す。
【００４１】
制御用突極２４２や制御用突極２４４、制御用突極２４６、制御用突極２４８にそれぞれ巻回されている制御用巻線２６２や制御用巻線２６４、制御用巻線２６６、制御用巻線２６８に制御電流を供給し、制御用突極２４２や制御用突極２４４、制御用突極２４６、制御用突極２４８を全て、軸受用突極１２２や軸受用突極１２４、軸受用突極１２６、軸受用突極１２８と同じ極性に磁化すると、軸受用突極１２２や軸受用突極１２４、軸受用突極１２６、軸受用突極１２８と制御用突極２４２や制御用突極２４４、制御用突極２４６、制御用突極２４８との間を通る磁束は略存在しない。この状態では、図３や図４を用いて説明した磁束が軸受部３２２から軸受用突極１２２や軸受用突極１２４、軸受用突極１２６、軸受用突極１２８に供給され、互いに吸引力を発生する。なお、反発力を発生する関係の構成であっても同じであり、先に説明した如く、軸受部３２２と軸受用突極１２２や軸受用突極１２４、軸受用突極１２６、軸受用突極１２８との間で反発力を発生する。
【００４２】
次に制御用突極２４４や制御用突極２４６に設けられた制御用巻線２６４や制御用巻線２６６に、制御用突極２４４や制御用突極２４６の極性を軸受用突極１２６とは逆の極性であるＮ極に磁化する電流を供給する。この結果制御用突極２４６や制御用突極２４４はＮ極に磁化され、図６に記載のごとく制御用突極２４６から軸受用突極１２６へ磁束Φ１が供給され、制御用突極２４４から軸受用突極１２６へ磁束Φ２が供給される。軸受用突極１２６の永久磁石１４６に入る磁束量は略一定であり、制御用突極２４４や制御用突極２４６から軸受用突極１２６に入る磁束Φ１や磁束Φ２の磁束量に相当する磁束量分だけ軸受部３２２から軸受用突極１２６へ供給される磁束量が減ることとなる。
【００４３】
図６に記載の制御用突極２４２や制御用突極２４４、制御用突極２４６、制御用突極２４８は、隣接する軸受用突極と異なる極性に磁化されることにより制御用磁路を形成し、該制御用磁路を通る磁束量分だけ隣接する軸受用突極と軸受部とが形成する磁路を通る磁束量を減ずることができる。このようにして、制御用突極により形成される制御用磁路を通る磁束量を制御することにより、軸受用突極とそれに対向する軸受部との間に生じる磁気力を制御することができる。図６に記載されていない軸受用突極や制御用突極に関しても同じである。
【００４４】
制御用突極２４４や制御用突極２４６を介して軸受用突極１２６へ供給する磁束を増やすとそれに相当する磁束量だけ軸受部３２２から軸受用突極１２６へ供給される磁束量が減少する。このため軸受部３２２と軸受用突極１２６との間の吸引力が減少する。軸受部３２２と軸受用突極１２２との間の吸引力は減少しないので、結果的に軸受部３２２には矢印１０２で示す方向の力が発生する。なお制御用突極２４６が発生する磁束Φ３が軸受用突極１２８に供給され、また制御用巻線２６４が発生する磁束Φ４が軸受用突極１２４に供給されることにより、軸受部３２２から軸受用突極１２８への磁束や軸受部３２２から軸受用突極１２４への磁束も減少し、軸受部３２２と軸受用突極１２８や軸受部３２２と軸受用突極１２４との間の吸引力も減少するが、これらの吸引力がバランスしていれば軸受部３２２には力が発生しない。
【００４５】
このように制御用突極２４２から制御用突極２４８に対してそれぞれ巻回されている制御用巻線２６２から制御用巻線２６８の各制御用巻線に対して制御電流を供給して軸受部３２２に対するバイパス磁気回路を形成し、バイパス磁気回路によって軸受用突極１２２から軸受用突極１２８の内の所定の軸受用突極に制御用の磁束を供給することにより、所定の軸受用突極と軸受部３２２との間に発生する磁気力を制御することができる。この制御により軸受部３２２の支持位置を変えることが可能となる。軸受部３３２に対しても同様の制御を行うことにより、ロータ３０２の支持位置だけでなく、ロータ３０２の傾きを制御することができる。
【００４６】
図２では制御用突極と軸受用突極との関係を模式的に表しており、例えば軸受用突極１２２に対向して設けられている制御用突極２４８をＮ極に磁化することにより、軸受部３２２から軸受用突極１２２へ磁束を供給する磁気回路とは別に制御用突極２４８を介して磁束を供給するバイパス磁気回路を作ることができる。バイパス磁気回路を通る磁束量を制御用巻線２６８で制御することにより、軸受部３２２と軸受用突極１２２とギャップ１０４を有する磁気回路の磁束量を減少させることができる。制御用巻線２６８の電流値を制御してバイパス磁気回路を構成する制御用突極２４８から軸受用突極１２２へ供給する磁束量をさらに増加させると軸受部３２２と軸受用突極１２２とギャップ１０４を有する磁気回路の磁束量をさらに減少することができる。このように制御用巻線２６８に供給する電流の極性や電流量を制御することによりバイパス磁気回路の磁束量を制御し、軸受部３２２と軸受用突極１２２との間に発生する磁気力を制御することができる。
【００４７】
軸受部３２２に対向するように設けられた他の軸受用突極も同様に隣接して設けられた制御用突極が作るバイパス磁気回路の磁束により制御することができる。軸受部３３２に関係する軸受部３３２と各軸受用突極との間の磁気力も同様に制御することが可能となる。例えば軸受用突極１３２に隣接して設けられた制御用突極２５８を軸受用突極１３２と同極性となるように磁化すると制御用突極２５８によるバイパス磁気回路は作られない。一方軸受用突極１３２に隣接して設けられた制御用突極２５８を軸受用突極１３２と異なる極性に磁化すると制御用突極２５８はバイパス磁気回路を形成し、軸受用突極１３２の磁束が制御用突極２５８の作るバイパス磁気回路へ供給される。その分軸受部３３２とギャップ１１４と軸受用突極１３２を有する磁気回路の磁束が減少し、軸受部３３２と軸受用突極１３２との間に生じる磁気力が減少する。制御用巻線２７８に供給する電流の極性や電流量を制御してバイパス磁気回路の磁束量を制御することにより、軸受部３３２に作用する磁気力を制御することができる。軸受部３３２の他の軸受用突極についても同様である。
【００４８】
軸受部３３２に作用する磁気力や軸受部３３２に作用する磁気力を制御することができることにより、軸受部３２２と軸受部３３２とを共に同方向に同距離移動させることにより、ロータ３０２の支持位置を半径方向において制御することができる。また軸受部３２２あるいは軸受部３３２の支持位置を互いに異なる距離移動させることにより、あるいは互いに異なる方向に移動させることにより、ロータ３０２の回転軸の傾きを制御することができる。
【００４９】
図１に記載の実施例では、軸受用突極１２２や軸受用突極１２４、軸受用突極１２６、軸受用突極１２８をロータ３０２の回転方向である周方向にそれぞれ配置し、制御用突極２４２や制御用突極２４４、制御用突極２４６、制御用突極２４８を軸受用突極の間にそれぞれ配置している。このように配置して各制御用突極により隣接する軸受用突極と制御用突極とを通る磁束量を制御し、該隣接する軸受用突極とロータ３０２の軸受部とを通る磁束量を制御することができる。図１の配置の代わりに図２に記載のように、各制御用突極を軸受用突極に対してロータ３０２の回転軸方向に重ねるように配置しても良い。各制御用突極が軸受用突極に対してロータ３０２の回転軸方向に重ねるように配置されていても、上述と同様に互いに隣接する軸受用突極と制御用突極とを通る磁束量を制御して、該軸受用突極とロータ３０２の軸受部との間の磁束量を制御できる。図２に記載の配置では、ロータ３０２の軸方向に大きくなるが、ロータ３０２の径方向に対してより小型にすることができる効果がある。
【００５０】
図１乃至図４に記載の実施例では、各軸受用突極の軸受部３２２側や軸受部３３２側の先端部が磁性材で形成された鉄心で構成されている。しかし各軸受用突極の先端部を永久磁石で構成しても良い。図４の軸受用突極１２２を例として具体的に説明する。永久磁石１４２を図示の配置状態よりも軸受用突極１２２の先端部の方に移動し、軸受用突極１２２の先端部を永久磁石１４２で構成するようにしても良い。各軸受用突極の先端部を鉄心で構成した場合と永久磁石１４２で構成した場合とで、基本的な作用や効果に違いが無いが、細部において異なる作用を為し、異なる効果を奏する。次にこれらの異なる作用および効果について記載する。
【００５１】
図４の構成のように軸受用突極１２２の先端部を鉄心で構成した場合には、軸受用突極１２２の先端部に隣接して配置された制御用突極２４２や制御用突極２４８への磁束に対する磁気抵抗を、軸受用突極１２２の先端部を永久磁石で構成した場合より、小さくすることができる。この結果、制御用突極２４２の制御用巻線２６２や制御用突極２４８の制御用巻線２６８に供給する制御電流により、より多くの磁束を、制御用突極２４２や制御用突極２４８が作るバイパス磁気回路から軸受用突極１２２へ供給することができる。従って少ない制御電流で、軸受部３２２から軸受用突極１２２へ供給する磁束をより多く減少させることができる。このことによりロータ３０２の支持位置制御や傾き制御の制御性が向上する。
【００５２】
また各軸受用突極の先端部は曲面形状の機械加工が行われる。鉄心に使用される材料の方が、フェライトやネオジムなどの永久磁石に使用される材料より機械加工性が優れており、各軸受用突極の先端部を鉄心で構成する方が機械加工の点で好ましい。
【００５３】
各軸受用突極の先端部を永久磁石で構成した場合には、漏れ磁束を少なくすることができる効果がある。永久磁石は磁気抵抗が非常に大きく、磁化方向以外の磁束を非常に強く抑制する作用を有する。このため軸受部３２２からギャップ１０４を介して軸受用突極１２２の先端部に供給される磁束に対する漏れ磁束を非常に少なくすることができる効果がある。さらに軸受用突極１２２の先端部を構成する永久磁石に導かれた後の磁束の漏れも低減できる効果がある。このことにより、永久磁石の起磁力がロータ３０２の支持により有効に使用される効果がある。
【００５４】
３．２  各軸受用突極を通る最大磁束量が略一定となる理由の説明
図１から図４に記載の実施例では、各軸受用突極にそれぞれ永久磁石が設けられている。各永久磁石が発生する磁束は永久磁石の特性が維持されている状態では略同じと見なすことができる。もちろんロータ３０２に設けられた永久磁石３０４による磁束が軸受用突極の永久磁石を通ることにより軸受用突極の磁束量は変化するが、その変化の割合が少ない。即ち各永久磁石は非常に高い磁気抵抗を有しており、外部の起磁力に依存する磁束が永久磁石を通る割合が自分自身が発生する磁束量に比較して少ない。本実施例では、各軸受用突極にそれぞれ永久磁石が設けられているので、各軸受用突極を通る磁束量は、大きくは各軸受用突極に設けられた永久磁石の特性により定まる。
【００５５】
例えば図２に記載の軸受用突極１２２を通る磁束量は永久磁石１４２の特性に略依存する。従ってバイパス磁気回路として作用する制御用突極２４８により軸受用突極１２２へ制御磁束を供給することにより、軸受用突極１２２と軸受部３２２との間の磁束が減少する。なお軸受用突極１３２では軸受用突極１３２からバイパス磁気回路として作用する制御用突極２５８への磁束量だけ減少した磁束量が軸受用突極１３２から軸受部３３２へ供給されることとなる。このようにして軸受用突極１２２あるいは軸受用突極１３２と軸受部３２２あるいは軸受部３３２との間の磁束量を制御することができ、軸受部３２２や軸受部３３２と各軸受用突極１２２との間の磁気力を制御することができる。
【００５６】
なお各軸受用突極は永久磁石および磁性鋼板などの鉄心で構成されている。鉄心の飽和特性を利用しても軸受用突極の最大磁束量を所定の値に維持することができる。鉄心の飽和特性を利用する場合には永久磁石が発生する磁束が少し無駄になるなどの問題があるが、鉄心の機械加工により最大磁束量を調整できるので、調整し易い利点がある。
【００５７】
３．３  各軸受用突極に永久磁石を配置したことによる効果の説明
図１から図４に記載の如く、本実施例では、各軸受用突極にそれぞれ永久磁石を配置している。上述したように各永久磁石の特性により各軸受用突極の基本となる磁束量を設定することができる。永久磁石は漏れ磁束量が少なくまた磁気抵抗が非常に大きいので、軸受用突極を含む磁気回路の磁気抵抗の変化による影響を低減できる効果がある。その結果として各軸受用突極の磁束量が常に安定しており、磁気軸受１００全体の動作が安定する効果を奏する。
【００５８】
図４において例えば永久磁石１４２と軸受用ステータ１６２との接続部の一方に永久磁石が設けられている。磁気回路の形状において角度が変化する部分は磁束が漏えいし易い。例えば永久磁石１４２と軸受用ステータ１６２との接続部は機械的に９０度の角度で磁気的に接続している。鉄心で角度が大きく変化する磁気回路を形成すると角度が変化する部分で漏えい磁束が増大する。本実施例では少なくとも一方に永久磁石が配置されており、漏えい磁束を大幅に低減できる効果がある。永久磁石１４２と軸受用ステータ１６２の接続部を例に説明したが他の部分も同様の効果を奏する。
【００５９】
３．４  ロータ３０２に作用する磁気力の制御に関する本実施例の効果の説明
本実施例では少ない制御電流でロータ３０２に作用している磁気力を制御でき、その結果磁気軸受１００に供給する電流を少なくすることができる。ロータ３０２の軸受部３２２や軸受部３３２に作用する磁気力を発生するための磁束を永久磁石から供給し、上記ロータ３０２を支持するための磁束量をバイパス磁気回路により減少させる方法によりロータ３０２の支持位置あるいは傾きを制御するので、磁気軸受１００に電流として供給する電流値を少なくすることができる。
【００６０】
軸受部３２２や軸受部３３２に作用する磁気力を、軸受用突極と軸受部３２２あるいは軸受部３３２との間の磁束量を減じる方法で行っている。さらに該磁束を減じるためにバイパス磁気回路を形成しバイパス磁気回路を通る磁束を制御する方式で行っている。この方法により、少ない電流値で軸受用突極と軸受部３２２あるいは軸受部３３２との間の大きな磁束量を制御することができるので、制御性でも優れている。
【００６１】
シミュレーションによれば制御用突極により形成される上記バイパス磁気回路の磁束を制御する制御電流に対して線形に近い状態で軸受部３２２や軸受部３３２に作用する磁気力を制御できる。
【００６２】
図１や図２に記載の実施例では、軸受部３２２に対向する各軸受用突極と軸受部３２２との間の磁束を、軸受部３３２に関係する軸受用突極や制御用突極に対して独立して制御することができる。軸受部３３２に関する各制御用突極についても同様で、軸受部３２２に関する軸受用突極や制御用突極に対して独立して制御することができる。このため軸受部３２２と軸受部３３２との支持位置をそれぞれ独立して設定し制御することができる。このためロータ３０２の支持位置と傾きを同時に制御できる。
【００６３】
図１や図２に記載の実施例では、軸受部３２２に作用する磁気力を制御する各軸受用突極が回転方向に配置された制御用ステータ２０４により磁気的に接続され、また軸受部３３２に作用する磁気力を制御する各軸受用突極が回転方向に配置された制御用ステータ２１４により磁気的に接続されている。この構成により軸受部３２２と軸受部３３２とに作用する磁気力をそれぞれ独立して制御することができる。
【００６４】
軸受部３２２と軸受部３３２とをつなぐ磁気回路を、ロータ３０２の回転軸方向に配置された各軸受用ステータにより形成し、一方軸受部３２２に作用する磁気力を制御する各制御用突極をロータ３０２の回転方向に配置された制御用ステータ２０４により磁気的につないでいる。軸受部３３２に作用する磁気力を制御する各制御用突極についても同様で、軸受部３２２に作用する磁気力を制御する各制御用突極をロータ３０２の回転方向に配置された制御用ステータ２１４により磁気的につないでいる。このことにより、小型でしかもロータ３０２の支持位置と傾きを同時に制御できる。
【００６５】
軸受部３２２とその周囲の軸受用突極との間のギャップ１０４や軸受部３３２とその周囲の軸受用突極との間のギャップ１１４が大きい場合に図１や図２に記載の実施例について述べている効果がより鮮明となる。図１や図２に記載の実施例および本発明は、ギャップ１０４やギャップ１１４が大きい場合により効果を発揮する。
【００６６】
図１や図２に記載の実施例では、軸受部３２２とこれに関する軸受用突極との間のギャップ１０４より各制御用突極と隣接する軸受用突極との間のギャップを小さくしている。このことにより、制御用突極を介するバイパス磁気回路の磁束量を容易に増やすことができ、制御性が向上する。
【００６７】
４．制御回路の説明
軸受部３２２や軸受部３３２に作用する磁気力を制御するための制御回路のブロック図を図７に示す。ロータ３０２の支持位置や回転軸の傾きを支持位置センサ４１２や傾きセンサ４１４で検出し、検出結果が予め入力されて記憶装置４２０に記憶されている設定値であるロータ３０２の支持位置の設定値４２２や傾きの設定値４２４と演算装置４１６により比較される。演算装置４１６は支持位置センサ４１２や傾きセンサ４１４による検出結果である実測値とロータ３０２の支持位置の設定値４２２や傾きの設定値４２４との差を演算し、これらの差に基づいてこれらの差が小さくなるように演算し、各制御用巻線へ供給する制御電流値を演算結果として出力する。上記制御電流値には電流の流れる方向である極性も制御情報として含まれている。
【００６８】
上記演算結果は上述した各制御用巻線に対応したデータとしてそれぞれ出力され、電流供給回路４１８は演算結果である上記出力に従って各制御用巻線に制御電流を供給する。このような制御により、図６で説明した如く、ロータ３０２の軸受部３２２や軸受部３３２に対して発生する磁気力を制御することができる。本実施例では比較的小さい制御電流を供給することにより、ロータ３０２の軸受部３２２や軸受部３３２に対して発生している大きな磁気力を制御することができる。
【００６９】
５．他の実施例についての説明
５．１  制御用突極と隣接する軸受用突極との間のギャップを小さくする構成の説明
図１や図２で説明した磁気軸受１００の構成の一部を改良した他の実施例を図８に示す。制御用突極２４２乃至制御用突極２４８はバイパス磁気回路を形成して、軸受用突極１２２乃至軸受用突極１２８と軸受部３２２が構成する磁気回路の磁束を減少させる機能を有し、この機能により各軸受用突極１２２乃至軸受用突極１２８と軸受部３２２との間に発生する磁気力を減少させ、軸受部３２２の支持位置を制御することができる。軸受用突極１２２乃至軸受用突極１２８の磁束をより効率的に制御用突極２４２乃至制御用突極２４８にバイパスさせるためには、制御用突極２４２乃至制御用突極２４８と隣接する軸受用突極１２２乃至軸受用突極１２８との間のギャップを小さくすることが望ましい。
【００７０】
図８に記載の実施例では、制御用突極２４２や制御用突極２４４、制御用突極２４６、制御用突極２４８にそれぞれ磁気を通し易い積層鋼板で作られた制御磁極片２８２や制御磁極片２８４、制御磁極片２８６、制御磁極片２８８を設け、制御用突極２４２や制御用突極２４４、制御用突極２４６、制御用突極２４８と隣接する軸受用突極１２２乃至軸受用突極１２８との間のギャップを小さくしている。このことにより隣接する軸受用突極１２２乃至軸受用突極１２８の磁束をより少ない制御電流でバイパスさせることができ、より少ない制御電流でロータ３０２の支持位置や傾きを制御することができる。
【００７１】
図８は軸受部３２２の側についてのみ記載し、軸受部３２２の側についてのみ説明したが、軸受部３３２の側の各制御用突極に対しても同様に制御磁極片を設け、制御用突極と隣接する軸受用突極との間のギャップを小さくすることにより、制御に必要な電流を減らすことができる。
【００７２】
５．２  軸受用突極や制御用突極の数の変更に関する説明
先の実施例では、軸受用突極および制御用突極の数が４個の場合について説明した。しかし軸受用突極および制御用突極の数が４個に限られるものではない。ロータ３０２の支持位置あるいは傾きの制御に何個の軸受用突極および制御用突極を使用すべきかは、例えば磁気軸受１００の大きさやロータ３０２の重さなどの関係で定まる。例えば磁気軸受１００が小さくしかも軽量の場合には、図９に示す３個の軸受用突極および制御用突極で支持することが可能である。図９の実施例では、ロータ３０２の周囲全体に対して位置制御が可能なように、３個の軸受用突極が１２０度間隔で配置されている。また各軸受用突極と軸受部３２２とで作る磁気回路の磁束を制御するために、３個の制御用突極がそれぞれ軸受用突極に隣接して配置されている。
【００７３】
図９に記載の実施例の各構成の作用や制御方法は、先の実施例で説明した内容と基本的に同じであり、ここでは説明を省略する。軸受用突極の数が少なくなると、軸受用突極間の角度がより大きくなり、制御用突極２４２や制御用突極２４４、制御用突極２４６に設けた制御磁極片２８２や制御磁極片２８４、制御磁極片２８６がより重要となり、その効果がより大きくなる。
【００７４】
５．３  より大きなロータ３０２に対応する磁気軸受１００の構成に関する説明
先の実施例では軸受部３２２側の軸受用突極と軸受部３３２側の軸受用突極とによりロータ３０２を支える構成に付いて説明した。ロータ３０２がより長くなった場合には、図１０に記載のように軸受部３２２側の軸受用突極と軸受部３３２側の軸受用突極とを有する磁気軸受を単位ユニット５０２とし、２つの単位ユニット５０２を使用してロータ３０２を支持する構成とすることができる。この場合は各単位ユニット５０２でそれぞれ位置制御を行う様にする。即ち磁気軸受の単位ユニット５０２が１つ場合は、単位ユニット５０２内の軸受部３２２側の軸受用突極と軸受部３３２側の軸受用突極とで異なる位置制御が行われた。しかし２つの単位ユニット５０２を使用する構成では、一方の単位ユニット５０２と他方の単位ユニット５０２とで異なる位置制御を行うことによりロータ３０２の傾きを制御し、１つの単位ユニット５０２内での傾き制御が不要となる。もちろん図１０に示す構成において各単位ユニット５０２内でそれぞれきめ細かく位置制御を行い、さらに全体として２つの単位ユニット５０２間でさらに傾き制御を行う様にしても良いが、このような複雑な制御を行わなくても、単位ユニット５０２内で共通の支持位置の制御を行っても、２つの単位ユニット５０２を使用して支持位置の制御を行うことにより傾きを適正に制御することができる。
【００７５】
５．４  磁気軸受の単位ユニット５０２に係る他の構成の説明。
図１や図２に記載の構成では、軸受部３２２に作用する磁気力を制御するための各制御用突極は、軸受部３３２に作用する磁気力を制御するための各制御用突極とは独立して磁化極性や磁化量を制御することができる構成と成っている。同様に軸受部３３２に作用する磁気力を制御するための各制御用突極は、軸受部３２２に作用する磁気力を制御するための各制御用突極とは独立して磁化極性や磁化量を制御することが可能な構成と成っている。このような動作を可能とするために、先の実施例では、軸受部３２２に作用する磁気力を制御するための各制御用突極は、ロータ３０２の回転方向に配置された制御用ステータ２０４により磁気的に接続されている。同様に軸受部３３２に作用する磁気力を制御するための各制御用突極は、ロータ３０２の回転方向に配置された制御用ステータ２１４により磁気的に接続されている。さらに制御用ステータ２０４と制御用ステータ２１４は直接磁気的に接続されていない構成と成っている。
【００７６】
しかし図１０に記載の構成では各磁気軸受の単位ユニット５０２内で位置制御の目標値を共通にすることができる。この場合、軸受部３２２に作用する磁気力を制御するための各制御用突極と軸受部３３２に作用する磁気力を制御するための各制御用突極が同じ目標値に対する制御を行うことになる。このような制御条件の基では、制御用ステータ２０４と制御用ステータ２１４の構成を図１１に記載の実施例のように変えることができる。図１１に、軸受部３２２に作用する磁気力と軸受部３３２に作用する磁気力を同じ目標値に対して制御する構成を他の実施例として記載する説明図である。
【００７７】
磁気軸受の単位ユニット５０２内の制御用突極２４８と制御用突極２５８とをロータ３０２の回転軸に沿う方向に配置された制御用ステータ５１２で磁気的に接続する。同様に制御用突極２４６と制御用突極２５６とを回転軸に沿う方向に配置された制御用ステータ５１６で磁気的に接続する。図示されていない制御用突極も同様に回転軸に沿う方向に配置された制御用ステータによりそれぞれ磁気的に接続する。図１１の左側に記載した磁気軸受の単位ユニット５０２も同じ構成とする。
【００７８】
図１１の左側の単位ユニット５０２の制御用突極２４８をＮ極に磁化し、制御用突極２５８をＳ極に磁化すると軸受用突極１２２や軸受用突極１３２の磁束が制御用突極２４８や制御用突極２５８にバイパスし、軸受部３２２や軸受部３３２を通る磁束量が減少する。一方制御用突極２４６や制御用突極２５６は軸受用突極１２６や軸受用突極１３６と同極性であり、制御用突極２４６や制御用突極２５６へバイパスする磁束がほとんど存在しない。このため図１１の左側単位ユニット５０２では、軸受部３２２や軸受部３３２に矢印の方向の力が発生する。
【００７９】
図１１右側の単位ユニット５０２では、制御用突極２４６や制御用突極２５６がバイパス磁気回路を構成し、上方向の力が軸受部３２２や軸受部３３２に作用する。このようにしてロータ３０２の傾きを調整することができる。図１１の構成は各制御用突極により形成されるバイパス磁気回路の磁気抵抗をより小さくできる効果があり、より小さい制御電流で軸受部３２２や軸受部３３２に作用する磁気力を制御することができる効果がある。
【符号の説明】
【００８０】
１００・・・磁気軸受、１０４・・・ギャップ、１１４・・・ギャップ、１２２・・・軸受用突極、１２４・・・軸受用突極、１２６・・・軸受用突極、１２８・・・軸受用突極、１３２・・・軸受用突極、１３６・・・軸受用突極、１４２・・・永久磁石、１４４・・・永久磁石、１４６・・・永久磁石、１４８・・・永久磁石、１５２・・・永久磁石、１５６・・・永久磁石、１６２・・・軸受用ステータ、１６６・・・軸受用ステータ、２０４・・・制御用ステータ、２１４・・・制御用ステータ、２４２・・・制御用突極、２４４・・・制御用突極、２４６・・・制御用突極、２４８・・・制御用突極、２５６・・・制御用突極、２５８・・・制御用突極、２６２・・・制御用巻線、２６４・・・制御用巻線、２６６・・・制御用巻線、２６８・・・制御用巻線、２７６・・・制御用巻線、２７８・・・制御用巻線、２８２・・・制御磁極片、２８４・・・制御磁極片、２８６・・・制御磁極片、２８８・・・制御磁極片、３０２・・・ロータ、３０４・・・永久磁石、３２２・・・軸受部、３３２・・・軸受部、４１２・・・支持位置センサ、４１４・・・傾きセンサ、４１６・・・演算装置、４１８・・・電流供給回路、４２２・・・支持位置の設定値、４２４・・・傾きの設定値。
【図１】
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【図２】
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【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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