(57)【要約】【課題】大型化を抑制しながら耐荷重量を増加できる磁気軸受を得ること。【解決手段】  磁気軸受５は、内輪側永久磁石４と、内輪側永久磁石４の外周部を取り囲むように形成された環状の一対の内輪鉄心２１，２２と、一対の内輪鉄心２１，２２のそれぞれの径方向外側に配置される環状の外輪側永久磁石３と、外輪側永久磁石３の内周部を取り囲むように形成された環状の一対の外輪鉄心１１，１２と、を備え、一対の内輪鉄心２１，２２と一対の外輪鉄心１１，１２との間には、隙間ｇｂが形成され、内輪側永久磁石４の径方向外側には、一対の内輪鉄心２１，２２の間の内輪隙間ｇ１が形成され、外輪側永久磁石３の径方向内側には、一対の外輪鉄心１１，１２の間の外輪隙間ｇ２が形成され、内輪隙間ｇ１は、内輪側永久磁石４の軸方向の長さ寸法よりも狭く、外輪隙間ｇ２は、外輪側永久磁石３の軸方向の長さ寸法よりも狭い。【選択図】図３
2017137922.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に設けられる環状の内輪側永久磁石と、
前記回転軸の軸方向における前記内輪側永久磁石の両端部を保持するように設けられ、互いに前記軸方向に離間して配置され、前記内輪側永久磁石の外周部を取り囲むように形成された環状の一対の内輪鉄心と、
前記一対の内輪鉄心のそれぞれの径方向外側に配置される環状の外輪側永久磁石と、
前記軸方向における前記外輪側永久磁石の両端部を保持するように設けられ、互いに前記軸方向に離間して配置され、前記外輪側永久磁石の内周部を取り囲むように形成された環状の一対の外輪鉄心と、
を備え、
前記一対の内輪鉄心と前記一対の外輪鉄心との間には、隙間が形成され、
前記内輪側永久磁石の径方向外側には、前記一対の内輪鉄心の間の内輪隙間が形成され、
前記外輪側永久磁石の径方向内側には、前記一対の外輪鉄心の間の外輪隙間が形成され、
前記内輪隙間は、前記内輪側永久磁石の前記軸方向の長さ寸法よりも狭く、
前記外輪隙間は、前記外輪側永久磁石の前記軸方向の長さ寸法よりも狭いことを特徴とする磁気軸受。
【請求項２】
前記一対の内輪鉄心のそれぞれの外周面は、前記内輪側永久磁石の前記軸方向の中心部から前記内輪側永久磁石の前記軸方向の端部に向かうにつれて拡径するように形成され、
前記一対の外輪鉄心のそれぞれの内周面は、前記外輪側永久磁石の前記軸方向の中心部から前記外輪側永久磁石の前記軸方向の端部に向かうにつれて拡径するように形成されることを特徴とする請求項１に記載の磁気軸受。
【請求項３】
前記隙間をｇｂとし、前記内輪隙間をｇ１とし、前記外輪隙間をｇ２としたとき、
前記ｇｂおよび前記ｇ１は、ｇｂ＜ｇ１の関係性を有し、
前記ｇｂおよび前記ｇ２は、ｇｂ＜ｇ２の関係性を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の磁気軸受。
【請求項４】
前記内輪側永久磁石および前記外輪側永久磁石には、同一の永久磁石材料が使用され、
前記内輪隙間をｇ１とし、前記外輪隙間をｇ２としたとき、
前記ｇ１および前記ｇ２は、ｇ１＞ｇ２の関係性を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の磁気軸受。
【請求項５】
前記一対の内輪鉄心と前記一対の外輪鉄心は、
前記一対の内輪鉄心の外周面側の磁束密度と、前記一対の外輪鉄心の内周面側の磁束密度とが均一となるように形成されることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の磁気軸受。
【請求項６】
前記外輪側永久磁石および前記内輪側永久磁石は、着磁方向が前記軸方向であることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載の磁気軸受。
【請求項７】
前記内輪側永久磁石の軸方向における一端および他端のそれぞれの表面積をＡｍ１とし、
前記内輪側永久磁石の軸方向長をＬｍ１とし、
前記内輪側永久磁石の残留磁束密度をＢｒ１とし、
前記一対の内輪鉄心が対向するそれぞれの対向面の表面積をＡｓ１とし、
前記一対の内輪鉄心の間の隙間の寸法をｇ１とし、
前記外輪側永久磁石の軸方向における一端および他端のそれぞれの表面積をＡｍ２とし、
前記外輪側永久磁石の軸方向長をＬｍ２とし、
前記外輪側永久磁石の残留磁束密度をＢｒ２とし、
前記一対の外輪鉄心が対向するそれぞれの対向面の表面積をＡｓ２とし、
前記一対の外輪鉄心の間の隙間の寸法をｇ２とし、
真空中の透磁率をμ０とし、
μを透磁率としたとき、
前記磁気軸受は、以下の関係性を有するように構成されることを特徴とする請求項１から請求項６の何れか一項に記載の磁気軸受。
Ｒｇ１＝ｇ１／（μ０・Ａｓ１）
Ｒｍ１＝Ｌｍ１／（μ・Ａｍ１）
ｆ１＝Ｂｒ１・Ａｓ１・Ｒｇ１／（Ｒｇ１＋Ｒｍ１）
Ｒｇ２＝ｇ２／（μ０・Ａｓ２）
Ｒｍ２＝Ｌｍ２／（μ・Ａｍ２）
ｆ２＝Ｂｒ２・Ａｓ２・Ｒｇ２／（Ｒｇ２＋Ｒｍ２）
０．５・ｆ２＜ｆ１＜１．５・ｆ２
【請求項８】
請求項１から請求項７の何れか一項に記載の磁気軸受を１つまたは２つ有することを特徴とする回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラジアル方向およびスラスト方向のそれぞれの荷重を非接触状態で支持する磁気軸受、および回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来よりラジアル方向およびスラスト方向のそれぞれの荷重を非接触状態で支持する磁気軸受が実用化されている。
【０００３】
特許文献１に開示される磁気軸受では、回転軸に取付られた内輪である第１の環状磁極片の外周部に勾配面が形成され、第１の環状磁極片を取り囲むように外周固定部に取付られた外輪である第２の環状磁極片の内周部に勾配面が形成される。
【０００４】
第１の環状磁極片の外周部と第２の環状磁極片の内周部のそれぞれに傾斜面を設けることにより、特許文献１に開示される磁気軸受では、ラジアル方向の磁気反発力だけでなく、スラスト方向の磁気反発力が生じて、ラジアル方向およびスラスト方向に回転軸を支持する構造としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開昭６４−０２５５２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示される磁気軸受は、各磁極片の対向面に生じる磁気反発力を利用して荷重を支持している。従って各磁極片の対向部分の面積が大きくなるほど、軸受の耐荷重量は大きくなる。
【０００７】
しかし特許文献１に開示される磁気軸受では、各磁極片の軸方向における幅を一定にしながら軸受の耐荷重量を大きくするためには、各磁極片の回転方向における周方向長を大きくしなければならず、この場合には、軸受の外径が大きくなる。
【０００８】
一方、各磁極片の回転方向における周方向長を一定にしながら軸受の耐荷重量を大きくするためには、各磁極片の軸方向における幅を大きくしなければならず、この場合には、軸受の軸方向長が大きくなる。
【０００９】
このように特許文献１に開示される磁気軸受では、軸受の耐荷重量を大きくするためには軸受が大型化するという課題があった。
【００１０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、大型化を抑制しながら耐荷重量を増加できる磁気軸受を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の磁気軸受は、回転軸に設けられる環状の内輪側永久磁石と、回転軸の軸方向における内輪側永久磁石の両端部を保持するように設けられ、互いに軸方向に離間して配置され、内輪側永久磁石の外周部を取り囲むように形成された環状の一対の内輪鉄心とを備える。また磁気軸受は、一対の内輪鉄心のそれぞれの径方向外側に配置される環状の外輪側永久磁石と、軸方向における外輪側永久磁石の両端部を保持するように設けられ、互いに軸方向に離間して配置され、外輪側永久磁石の内周部を取り囲むように形成された環状の一対の外輪鉄心とを備える。一対の内輪鉄心と一対の外輪鉄心との間には、隙間が形成され、内輪側永久磁石の径方向外側には、一対の内輪鉄心の間の内輪隙間が形成される。外輪側永久磁石の径方向内側には、一対の外輪鉄心の間の外輪隙間が形成され、内輪隙間は、内輪側永久磁石の軸方向の長さ寸法よりも狭く、外輪隙間は、外輪側永久磁石の軸方向の長さ寸法よりも狭いことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、大型化を抑制しながら耐荷重量を増加できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態に係る磁気軸受の斜視外観図
【図２】図１に示す磁気軸受の斜視断面図
【図３】図２に示す磁気軸受の拡大断面図
【図４】本発明の実施の形態に係る回転電機の断面図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の実施の形態に係る磁気軸受および回転電機を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１５】
実施の形態．
図１は本発明の実施の形態に係る磁気軸受の斜視外観図である。図２は図１に示す磁気軸受の斜視断面図である。図３は図２に示す磁気軸受の拡大断面図である。図４は図１に示す磁気軸受を内蔵した回転電機の断面図である。
【００１６】
磁気軸受５は、図４に示す回転軸７に設けられる環状の内輪側永久磁石４と、環状の一対の内輪鉄心２１，２２とを備える。
【００１７】
内輪鉄心２１，２２は、軸方向における内輪側永久磁石４の両端部を保持するように設けられ、軸方向に離間して配置される。軸方向は、図３に示す軸中心線ＣＬが伸びる方向を示す。内輪鉄心２１，２２は、内輪側永久磁石４の外周部を取り囲むように形成されている。
【００１８】
また磁気軸受５は、一対の内輪鉄心２１，２２のそれぞれの径方向外側に配置された環状の外輪側永久磁石３と、環状の一対の外輪鉄心１１，１２とを備える。径方向は、図３に示す軸中心線ＣＬが伸びる方向と直交する方向を示す。
【００１９】
外輪鉄心１１，１２は、軸方向における外輪側永久磁石３の両端部を保持するように設けられ、軸方向に離間して配置される。外輪鉄心１１，１２は、外輪側永久磁石３の内周部を取り囲むように形成されている。
【００２０】
外輪側永久磁石３および内輪側永久磁石４は、フェライト磁石または希土類磁石であり、同一の永久磁石の材料で形成される。
【００２１】
フェライト磁石の材料としては、六方晶のマグネトプランバイト構造を持つＳｒ（ストロンチウム）フェライトまたはＢａ（バリウム）フェライトが挙げられる。これらのフェライトは、酸化鉄とストロンチウムの炭酸塩、または酸化鉄とバリウムの炭酸塩を原料とし、粉末冶金法によって比較的安価に製造される。
【００２２】
希土類磁石の材料としては、サマリウムコバルト磁石、ネオジム磁石、プラセオジム磁石、またはサマリウム鉄窒素磁石が挙げられる。
【００２３】
内輪側永久磁石４の内周部の直径は、図４に示す回転軸７の直径と等しい。
【００２４】
内輪側永久磁石４は、軸方向の一端４ａ側がＮ極となり、軸方向の他端４ｂ側がＳ極となるように着磁されている。内輪側永久磁石４の一端４ａ側には内輪鉄心２１が配置される。内輪側永久磁石４の他端４ｂ側には内輪鉄心２２が配置される。
【００２５】
外輪側永久磁石３の外周面の直径は、図４に示すブラケット１４の中心部に形成された凹部１４ａの内径と等しい。外輪側永久磁石３は、軸方向の一端３ａ側がＮ極となり、軸方向の他端３ｂ側がＳ極となるように着磁されている。
【００２６】
外輪側永久磁石３の一端３ａ側には外輪鉄心１１が配置される。外輪側永久磁石３の他端３ｂ側には外輪鉄心１２が配置される。
【００２７】
内輪鉄心２１，２２および外輪鉄心１１，１２は、高透磁率材料である電磁鋼板で形成される。
【００２８】
内輪鉄心２１の径方向内側はすり鉢状に形成される。内輪鉄心２１の径方向内側には、傾斜面２１ａと内輪接触面２１ｄと内周面２１ｅとが形成される。
【００２９】
傾斜面２１ａは、内輪側永久磁石４の軸方向の中心部から内輪側永久磁石４の一端４ａ側に向かうにつれて縮径するように形成される。内輪接触面２１ｄは、軸中心線ＣＬを垂線とする断面に平行な平面である。内周面２１ｅは、内輪鉄心２１を、軸中心線ＣＬを含みかつ軸中心線ＣＬと平行な平面で切った断面で見た場合に、軸中心線ＣＬと平行になる。内周面２１ｅの直径は図４に示す回転軸７の直径と等しい。
【００３０】
内輪鉄心２１の径方向外側には傾斜面２１ｂが形成される。内輪鉄心２１の外周面である傾斜面２１ｂは、内輪側永久磁石４の軸方向の中心部から内輪側永久磁石４の一端４ａ側に向かうにつれて拡径するように形成される。
【００３１】
内輪鉄心２２の径方向内側はすり鉢状に形成される。内輪鉄心２２の径方向内側には、傾斜面２２ａと内輪接触面２２ｄと内周面２２ｅとが形成される。
【００３２】
傾斜面２２ａは、内輪側永久磁石４の軸方向の中心部から内輪側永久磁石４の他端４ｂ側に向かうにつれて縮径するように形成される。内輪接触面２２ｄは、軸中心線ＣＬを垂線とする断面に平行な平面である。内周面２２ｅは、内輪鉄心２２を、軸中心線ＣＬを含みかつ軸中心線ＣＬと平行な平面で切った断面で見た場合に、軸中心線ＣＬと平行になる。内周面２２ｅの直径は図４に示す回転軸７の直径と等しい。
【００３３】
内輪鉄心２１の内周面２１ｅと内輪鉄心２２の内周面２２ｅと内輪側永久磁石４の内周面は、回転軸７の貫通穴２を構成する。内輪鉄心２２の径方向外側には傾斜面２２ｂが形成される。
【００３４】
内輪鉄心２２の外周面である傾斜面２２ｂは、内輪側永久磁石４の軸方向の中心部から内輪側永久磁石４の他端４ｂ側に向かうにつれて拡径するように形成される。
【００３５】
図３では、軸中心線ＣＬに対する傾斜面２１ｂ，２２ｂの傾斜角が１０度から２０度の範囲に設定されている。
【００３６】
外輪鉄心１１の径方向外側には、傾斜面１１ｃと外輪接触面１１ａと外周面１１ｄとが形成される。
【００３７】
傾斜面１１ｃは、外輪側永久磁石３の軸方向の中心部から外輪側永久磁石３の一端３ａ側に向かうにつれて拡径するように形成される。外輪接触面１１ａは、軸中心線ＣＬを垂線とする断面に平行な平面である。
【００３８】
外周面１１ｄは、外輪鉄心１１を、軸中心線ＣＬを含みかつ軸中心線ＣＬと平行な平面で切った断面で見た場合に、軸中心線ＣＬと平行になる。外周面１１ｄの直径は、図４に示すブラケット１４の中心部に形成された凹部１４ａの内径と等しい。
【００３９】
外輪鉄心１１の径方向内側には傾斜面１１ｂが形成される。
【００４０】
外輪鉄心１１の内周面である傾斜面１１ｂは、外輪側永久磁石３の軸方向の中心部から外輪側永久磁石３の一端３ａ側に向かうにつれて拡径するように形成される。
【００４１】
外輪鉄心１２の径方向外側には、傾斜面１２ｃと外輪接触面１２ａと外周面１２ｄとが形成される。
【００４２】
傾斜面１２ｃは、外輪側永久磁石３の軸方向の中心部から外輪側永久磁石３の他端３ｂ側に向かうにつれて拡径するように形成される。
【００４３】
外輪接触面１２ａは、軸中心線ＣＬを垂線とする断面に平行な平面である。
【００４４】
外周面１２ｄは、外輪鉄心１２を、軸中心線ＣＬを含みかつ軸中心線ＣＬと平行な平面で切った断面で見た場合に、軸中心線ＣＬと平行になる。外周面１２ｄの直径は、図４に示すブラケット１４の中心部に形成された凹部１４ａの内径と等しい。
【００４５】
外輪鉄心１２の径方向内側には傾斜面１２ｂが形成される。外輪鉄心１２の内周面である傾斜面１２ｂは、外輪側永久磁石３の軸方向の中心部から外輪側永久磁石３の他端３ｂ側に向かうにつれて拡径するように形成される。
【００４６】
本実施の形態では、軸中心線ＣＬに対する傾斜面１１ｂの傾斜角が傾斜面２１ｂと等しい値に設定されている。また本実施の形態では、軸中心線ＣＬに対する傾斜面１２ｂの傾斜角が傾斜面２２ｂと等しい値に設定されている。
【００４７】
軸中心線ＣＬ上における同一位置において、内輪鉄心２２の外径と外輪鉄心１２の内径とを比較したとき、内輪鉄心２２の外径は、外輪鉄心１２の内径よりも小さい。内輪鉄心２１の外径と外輪鉄心１１の内径も同様である。
【００４８】
従って、外輪鉄心１１の径方向内側の傾斜面１１ｂと、内輪鉄心２１の径方向外側の傾斜面２１ｂとの間に、隙間ｇｂが形成される。
【００４９】
外輪鉄心１２の径方向内側の傾斜面１２ｂと、内輪鉄心２２の径方向外側の傾斜面２２ｂとの間にも、同様の隙間ｇｂが形成される。
【００５０】
外輪鉄心１１と外輪鉄心１２とが対向する部分には外輪隙間ｇ２が形成される。外輪隙間ｇ２は、外輪側永久磁石３の径方向内側に形成される。外輪隙間ｇ２は、外輪側永久磁石３の軸方向の長さ寸法よりも狭い。
【００５１】
内輪鉄心２１の内輪鉄心２２側の端面２１ｃと、内輪鉄心２２の内輪鉄心２１側の端面２２ｃとの間には、内輪隙間ｇ１が形成される。内輪隙間ｇ１は、内輪鉄心２１と内輪鉄心２２との間の隙間であり、内輪側永久磁石４の径方向外側に形成される。内輪隙間ｇ１は、内輪側永久磁石４の軸方向の長さ寸法よりも狭い。
【００５２】
このように構成された磁気軸受５では、外輪側永久磁石３のＮ極から、外輪鉄心１１、外輪隙間ｇ２、および外輪鉄心１２を通り、外輪側永久磁石３のＳ極に戻る磁路が形成される。
【００５３】
また内輪側永久磁石４のＮ極から、内輪鉄心２１、内輪隙間ｇ１、および内輪鉄心２２を通り、内輪側永久磁石４のＳ極に戻る磁路が形成される。
【００５４】
これらの磁路が形成されることにより、外輪鉄心１１と内輪鉄心２１との間には、磁気反発力が生じる。すなわち、外輪鉄心１１の傾斜面１１ｂと内輪鉄心２１の傾斜面２１ｂとの間には、磁気反発力が生じる。
【００５５】
同様に、外輪鉄心１２の傾斜面１２ｂと内輪鉄心２２の傾斜面２２ｂとの間には、磁気反発力が生じる。
【００５６】
前述したように、外輪鉄心１１の内周面と内輪鉄心２１の外周面とはそれぞれが同じ角度で傾斜し、外輪鉄心１２の内周面と内輪鉄心２２の外周面とはそれぞれが同じ角度で傾斜している。そのため、磁気反発力は、ラジアル方向だけでなくスラスト方向にも作用する。
【００５７】
ラジアル方向およびスラスト方向に作用する磁気反発力により、図４に示す回転軸７がラジアル方向およびスラスト方向に支持される。
【００５８】
さらに磁気軸受５では、外輪鉄心１１および外輪鉄心１２のそれぞれの対向部である鉄心部１１１，１２１が、外輪側永久磁石３と内輪側永久磁石４との間に介在している。
【００５９】
同様に、内輪鉄心２１および内輪鉄心２２のそれぞれの対向部である鉄心部２１１，２２１が、外輪側永久磁石３と内輪側永久磁石４との間に介在している。
【００６０】
ここで本実施の形態の磁気軸受５のように、鉄心部１１１および鉄心部２１１を設けたときの外輪鉄心１１の傾斜面１１ｂと内輪鉄心２１の傾斜面２１ｂとが対向する部分の面積を対向面積Ａ１と仮定する。
【００６１】
これに対して、外輪鉄心１１および内輪鉄心２１のそれぞれが平板状の円盤形状であるときの外輪鉄心１１と内輪鉄心２１とが対向する部分の面積を対向面積Ａ２と仮定する。すなわち対向面積Ａ２は、鉄心部１１１および鉄心部２１１のそれぞれの軸方向長を短くして、鉄心部１１１および鉄心部２１１を設けないように外輪鉄心１１および内輪鉄心２１を形成したときの外輪鉄心１１の径方向内側面と内輪鉄心２１の径方向外側面とが対向する部分の面積である。
【００６２】
この場合、対向面積Ａ１は対向面積Ａ２よりも広くなる。これは外輪鉄心１２および内輪鉄心２２においても同様である。
【００６３】
また鉄心部１１１，１２１，２１１，２２１を設けることにより、内輪隙間ｇ１と外輪隙間ｇ２のそれぞれの軸方向幅は、鉄心部１１１，１２１，２１１，２２１を設けない場合に比べて狭くなる。
【００６４】
外輪隙間ｇ２の軸方向幅が狭くなるほど、外輪側永久磁石３、外輪鉄心１１、および外輪鉄心１２による磁気回路上の磁気抵抗が小さくなる。同様に内輪隙間ｇ１の軸方向幅が狭くなるほど、内輪側永久磁石４、内輪鉄心２１、および内輪鉄心２２による磁気回路上の磁気抵抗が小さくなる。従って磁気抵抗が小さくなるほど、隙間ｇｂの近くにおける鉄心部１１１，１２１，２１１，２２１の磁束密度が高まる。
【００６５】
このように鉄心部１１１，１２１，２１１，２２１を設けることにより、隙間ｇｂで発生する磁力は、鉄心部１１１，１２１，２１１，２２１を設けない場合に比べて、大きくなる。そのため、ラジアル方向およびスラスト方向に対して、より一層大きな磁気反発力が生じて、磁気軸受５の大型化を抑制しながら耐荷重量を増加できる。
【００６６】
なお、磁気軸受５は、ｇｂ＜ｇ１の関係性を有すると共に、ｇｂ＜ｇ２の関係性を有するように構成してもよい。
【００６７】
この構成により、隙間ｇｂの幅寸法が、内輪隙間ｇ１および外輪隙間ｇ２の幅寸法よりも狭くなるに従い、隙間ｇｂを通る磁束量が増加する。そのため、ｇｂ＝ｇ１またはｇｂ＝ｇ２である場合に比べて、ラジアル方向およびスラスト方向の磁気反発力が増加し、より一層大きなラジアル荷重およびスラスト荷重を支持することが可能となる。
【００６８】
また磁気軸受５では、内輪側永久磁石４および外輪側永久磁石３に同一の永久磁石材料が使用されている。そのため、内輪側永久磁石４および外輪側永久磁石３に異なる永久磁石材料が使用される場合に比べて、製造工程が簡略化され、低コスト化を実現できる。
【００６９】
また磁気軸受５はｇ１＞ｇ２の関係性を有するように構成してもよい。具体的に説明すると、ｇ１がｇ２と等しく、かつ、内輪鉄心２１と内輪鉄心２２とが対向する部分の径方向幅が外輪鉄心１１と外輪鉄心１２とが対向する部分の径方向幅と等しいと仮定した場合、内輪鉄心２１と内輪鉄心２２とが対向する部分の面積は、外輪鉄心１１と外輪鉄心１２とが対向する部分の面積よりも広くなる。
【００７０】
そのため、内輪鉄心２１と内輪鉄心２２とが対向する部分の磁束密度と、外輪鉄心１１と外輪鉄心１２とが対向する部分の磁束密度とが不均一になる。
【００７１】
内輪鉄心２１と内輪鉄心２２とが対向する部分の磁束密度と、外輪鉄心１１と外輪鉄心１２とが対向する部分の磁束密度と均一化されるようにｇ１＞ｇ２にすることにより、ｇ１＝ｇ２の場合に比べて、ラジアル方向およびスラスト方向の磁気反発力が増加し、より一層大きなラジアル荷重およびスラスト荷重を支持することが可能となる。
【００７２】
またラジアル荷重およびスラスト荷重が増加するため、ラジアル荷重およびスラスト荷重が増加する分だけ磁気軸受５を小型化することもできる。
【００７３】
また磁気軸受５では、外輪側永久磁石３および内輪側永久磁石４のそれぞれの着磁方向が軸方向である。そのため永久磁石の使用数を最小化することができる。
【００７４】
また磁気軸受５は以下のように構成してもよい。
【００７５】
（ａ）内輪側永久磁石４の軸方向における一端４ａおよび他端４ｂのそれぞれの表面積をＡｍ１とする。
（ｂ）内輪側永久磁石４の軸方向長をＬｍ１とする。
（ｃ）内輪側永久磁石４の残留磁束密度をＢｒ１とする。
（ｄ）内輪鉄心２１および内輪鉄心２２が対向するそれぞれの対向面の表面積をＡｓ１とする。
（ｅ）内輪鉄心２１と内輪鉄心２２との間の隙間の寸法をｇ１とする。
（ｆ）外輪側永久磁石３の軸方向における一端３ａおよび他端３ｂのそれぞれの表面積をＡｍ２とする。
（ｇ）外輪側永久磁石３の軸方向長をＬｍ２とする。
（ｈ）外輪側永久磁石３の残留磁束密度をＢｒ２とする。
（ｉ）外輪鉄心１１および外輪鉄心１２が対向するそれぞれの対向面の表面積をＡｓ２とする。
（ｊ）外輪鉄心１１と外輪鉄心１２との間の隙間の寸法をｇ２とする。
（ｋ）真空中の透磁率をμ０とする。
（ｌ）μを透磁率とする。
【００７６】
磁気軸受５は以下の関係性を有するように構成される。
【００７７】
Ｒｇ１＝ｇ１／（μ０・Ａｓ１）・・・（１）
Ｒｍ１＝Ｌｍ１／（μ・Ａｍ１）・・・（２）
ｆ１＝Ｂｒ１・Ａｓ１・Ｒｇ１／（Ｒｇ１＋Ｒｍ１）・・・（３）
Ｒｇ２＝ｇ２／（μ０・Ａｓ２）・・・（４）
Ｒｍ２＝Ｌｍ２／（μ・Ａｍ２）・・・（５）
ｆ２＝Ｂｒ２・Ａｓ２・Ｒｇ２／（Ｒｇ２＋Ｒｍ２）・・・（６）
０．５・ｆ２＜ｆ１＜１．５・ｆ２・・・（７）
【００７８】
外輪鉄心１１，１２の磁束量と内輪鉄心２１，２２の磁束量とが過度にアンバランスの場合、ラジアル荷重およびスラスト荷重が小さくなる。
【００７９】
磁気軸受５は、上記の（１）式から（７）式の関係性を有するように構成することで、上記の（３）式で求められる磁束量ｆ１は上記の（６）式で求められる磁束量ｆ２と近い値となることが分かる。すなわち、外輪鉄心１１，１２の磁束量と内輪鉄心２１，２２の磁束量とが等しい値となり、より一層大きなラジアル荷重およびスラスト荷重を支持することが可能となる。
【００８０】
また上記の（１）式から（７）式の関係性を有するように構成することで、ラジアル荷重およびスラスト荷重が増加するため、ラジアル荷重およびスラスト荷重が増加する分だけ磁気軸受５を小型化することもできる。
【００８１】
次に図１から図３に示す磁気軸受５を用いた回転電機１００の構成例を説明する。
【００８２】
図４に示す回転電機１００は、筒状のフレーム１３と、フレーム１３の両端面にそれぞれ固定される一対のブラケット１４と、フレーム１３の内側に固定される筒状の固定子鉄心６とを備える。回転電機１００は、誘導電動機または同期電動機である。
【００８３】
ブラケット１４は、図示しない締結部材を用いてフレーム１３に固定される。ブラケット１４の中心部には凹部１４ａが形成され、凹部１４ａには磁気軸受５が設けられる。
【００８４】
固定子鉄心６は、電磁鋼板母材から打ち抜かれた環状の薄板を複数枚積層して、カシメまたは溶接により固定して製作される。
【００８５】
固定子鉄心６は、焼き嵌め、冷やし嵌め、または圧入によりフレーム１３の内側に固定される。固定子鉄心６には、固定子鉄心６の軸方向の両端面から突出するコイルエンド９が設けられる。
【００８６】
また回転電機１００は、固定子鉄心６の内側に設けられる回転軸７と、回転軸７に固定される回転子鉄心８とを備える。
【００８７】
回転子鉄心８は、電磁鋼板から打ち抜かれた複数の環状の薄板を積層して、カシメまたは溶接により固定して製作される。
【００８８】
回転軸７は、回転子鉄心８に形成された貫通穴に、焼き嵌め、冷やし嵌め、または圧入により固定される。
【００８９】
回転軸７は、回転子鉄心８と一体に回転することにより、回転軸７に接続される図示しない負荷へ回転エネルギーを伝達する。
【００９０】
ブラケット１４に設けられた２つの磁気軸受５により、回転軸７が支持される。
【００９１】
磁気軸受５の外輪鉄心１１，１２と内輪鉄心２１，２２は互いに非接触であるため、潤滑剤であるグリースが不要であり、グリースの交換が不要になる。従ってグリースを用いる軸受に比べてメンテナンス性が高まる。
【００９２】
またグリースを用いる軸受ではグリースの交換が行われずに長期使用された場合、軸受の転動体が焼き付きを起こす可能性がある。
【００９３】
本実施の形態に係る磁気軸受５では転動体を用いていないため、焼き付きの心配がなく、長期使用が可能となる。
【００９４】
なお、図４に示す回転電機１００は２つの磁気軸受５を有するが、回転電機１００は、１つの磁気軸受５を用いてもよい。この場合、グリースを用いる軸受が組み合わされる。このように回転電機１００は、磁気軸受５を１つまたは２つ有することにより、グリースを用いる軸受を２つ用いる場合に比べて、メンテナンス性が高まり、長期使用が可能となる。
【００９５】
また本実施の形態では、内輪鉄心２１の内周面２１ｅの直径は、図４に示す回転軸７の直径と等しいとしたが、これに限定されるものではない。
【００９６】
すなわち、内輪鉄心２１が回転軸７に焼き嵌めされる場合、内輪鉄心２１の内周面２１ｅの直径は回転軸７の直径よりも大きく形成される。そして、常温よりも高い温度に熱せられた内輪鉄心２１に回転軸７が嵌め込まれた後、内輪鉄心２１が収縮することにより、内輪鉄心２１の内周面２１ｅの直径は回転軸７の直径と等しくなる。
【００９７】
内輪鉄心２１が回転軸７に冷やし嵌めされる場合、内輪鉄心２１の内周面２１ｅの直径は回転軸７の直径よりも大きく形成される。そして、常温よりも低い温度に冷却された回転軸７が内輪鉄心２１に嵌め込まれた後、回転軸７が膨張することにより、内輪鉄心２１の内周面２１ｅの直径は回転軸７の直径と等しくなる。
【００９８】
内輪鉄心２２の内周面２１ｅの直径に関しても、内輪鉄心２１の内周面２１ｅの直径と同様である。
【００９９】
また本実施の形態では、外輪鉄心１１の外周面１１ｄの直径は、ブラケット１４の中心部に形成された凹部１４ａの内径と等しいとしたが、これに限定されるものではない。
【０１００】
すなわち、外輪鉄心１１がブラケット１４の凹部１４ａに圧入される場合、外輪鉄心１１の外周面１１ｄの直径はブラケット１４の凹部１４ａの直径よりも大きく形成される。
【０１０１】
外輪鉄心１２の外周面１２ｄの直径に関しても、外輪鉄心１１の外周面１１ｄの直径と同様である。
【０１０２】
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【０１０３】
２  貫通穴、３  外輪側永久磁石、３ａ，４ａ  一端、３ｂ，４ｂ  他端、４  内輪側永久磁石、５  磁気軸受、６  固定子鉄心、７  回転軸、８  回転子鉄心、９  コイルエンド、１１，１２  外輪鉄心、１１ａ，１２ａ  外輪接触面、１１ｂ，１１ｃ，１２ｂ，１２ｃ，２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂ  傾斜面、１１ｄ，１２ｄ  外周面、１３  フレーム、１４  ブラケット、１４ａ  凹部、２１，２２  内輪鉄心、２１ｃ，２２ｃ  端面、２１ｄ，２２ｄ  内輪接触面、２１ｅ，２２ｅ  内周面、１００  回転電機、１１１，１２１，２１１，２２１  鉄心部。
【図１】
2017137922.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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