(57)【要約】【課題】永久磁石の磁束を効率よく利用できる磁気軸受けユニットを提供する。【解決手段】軸部と受け部は、同極同士が互いに接した状態で保持された複数の永久磁石（１０）を含む磁石集合体（２０）をそれぞれ備えている。各磁石集合体（２０）は、同極同士が互いに接する同極接触面上の磁場方向であって、各磁石集合体の中央から外側に向かう磁場方向に沿って最も強い磁場を発生している。受け部は、２つの磁石集合体同士の反発力によって軸部を支持する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気軸受けユニットであって、
同極同士が互いに接した状態で保持された複数の永久磁石を含む第１の磁石集合体を有する軸部と、
同極同士が互いに接した状態で保持された複数の永久磁石を含む第２の磁石集合体を有する受け部と、
を備え、
各磁石集合体は、同極同士が互いに接する同極接触面上の磁場方向であって、各磁石集合体の中央から外側に向かう磁場方向に沿って最も強い磁場を発生しており、
前記軸部と前記受け部は、前記第１と第２の磁石集合体同士の反発力によって前記受け部が前記軸部を支持するように構成されている、磁気軸受けユニット。
【請求項２】
請求項１記載の磁気軸受けユニットであって、
各磁石集合体は、３個以上の永久磁石を含む、磁気軸受けユニット。
【請求項３】
請求項１又は２記載の磁気軸受けユニットであって、
各永久磁石は、中空円盤状の形状を有しており、
各磁石集合体は、前記永久磁石を前記同極接触面と垂直な方向に積層した積層体であり、
前記磁気軸受けユニットはラジアル軸受けである、磁気軸受けユニット。
【請求項４】
請求項３記載の磁気軸受けユニットであって、
前記軸部と前記受け部の間に磁性オイルが介挿されている、磁気軸受けユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、磁気を利用した軸受けに関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気軸受けとしては、例えば下記の特許文献１に記載されたものが知られている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１５３０３７号公報
【０００４】
しかし、従来の磁気軸受けでは、永久磁石の磁束を必ずしも十分効率よく利用できていないという問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、永久磁石の磁束を効率よく利用できる磁気軸受けを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
【０００７】
［適用例１］  磁気軸受けユニットであって、
同極同士が互いに接した状態で保持された複数の永久磁石を含む第１の磁石集合体を有する軸部と、
同極同士が互いに接した状態で保持された複数の永久磁石を含む第２の磁石集合体を有する受け部と、
を備え、
各磁石集合体は、同極同士が互いに接する同極接触面上の磁場方向であって、各磁石集合体の中央から外側に向かう磁場方向に沿って最も強い磁場を発生しており、
前記軸部と前記受け部は、前記第１と第２の磁石集合体同士の反発力によって前記受け部が前記軸部を支持するように構成されている、磁気軸受けユニット。
【０００８】
この構成によれば、磁石集合体の同極接触面において、磁石集合体の中央から外側に向かう磁場方向に沿って最も強い磁場を発生することができる。従って、永久磁石の磁束を効率よく利用できる磁気軸受けユニットを実現することが可能である。
【０００９】
［適用例２］  適用例１記載の磁気軸受けユニットであって、
各磁石集合体は、３個以上の永久磁石を含む、磁気軸受けユニット。
【００１０】
この構成によれば、各磁石集合体においてＳ極の同極接触面とＮ極の同極接触面が交互に表れるので、これらの同極接触面によるそれぞれの強い磁場を利用して滑らかに軸を支持することが可能である。
【００１１】
［適用例３］  適用例１又は２記載の磁気軸受けユニットであって、
各永久磁石は、中空円盤状の形状を有しており、
各磁石集合体は、前記永久磁石を前記同極接触面と垂直な方向に積層した積層体であり、
前記磁気軸受けユニットはラジアル軸受けである、磁気軸受けユニット。
【００１２】
［適用例４］  適用例３記載の磁気軸受けユニットであって、
前記軸部と前記受け部の間に磁性オイルが介挿されている、磁気軸受けユニット。
【００１３】
なお、本発明は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、磁気軸受けユニット、それを用いた軸受け装置やアクチュエータ、電子機器、燃料電池使用機器、ロボット、移動体等の形態で実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、本発明の実施の形態を以下の順序で説明する。
A．磁石集合体の構成：
B．各種の実施例：
C．変形例：
【００１５】
A．磁石集合体の構成：
図１（Ａ）〜（Ｅ）は、本発明の各種実施例で利用される磁石集合体の概略構成を示す説明図である。図１（Ａ）は、１つの永久磁石１０を示している。この磁石１０は、上下方向に磁化されている。Ｎ極から出る矢印及びＳ極に入る矢印は、磁力線を示している。図１（Ｂ）は、２つの磁石１０で構成される永久磁石対１０pairを示している。この永久磁石対１０pairは、２つの磁石１０が、Ｎ極同士が互いに接した状態で保持されたものである。この状態で２つの磁石１０を保持すると、太い矢印で示されるように、その同極接触面１０ｃから外部に向けた磁場方向ＭＤに沿って、最も強い磁場が発生する。ここで、「同極接触面」とは、互いに接する同極同士の表面で規定される平面を意味している。図１（Ｃ）は、永久磁石対１０pairの表面磁束密度の分布を示している。なお、磁場方向ＭＤは、同極接触面１０ｃ上の方向であって、永久磁石対１０pairの中央から外側に向かう方向である。磁石１０のサイズが小さい場合には、この磁場方向ＭＤは、永久磁石対１０pairの中央から外側に向かう放射状の方向となる。発明者の実験によれば、永久磁石対１０pairの磁場方向ＭＤの表面磁束密度は、単一の磁石１０の表面磁束密度（すなわち図１（Ａ）の上面の磁束密度）の約２倍に達することが見いだされた。そこで、本発明の各種実施例では、磁場方向ＭＤの強い磁場を利用して、モータや発電機を構成している。なお、Ｎ極でなく、Ｓ極同士を接するように永久磁石対１０pairを構成してもよい。
【００１６】
図１（Ｄ）は、６つの平板状の永久磁石１０を含む磁石集合体２０を示している。磁石集合体２０の隣接する磁石同士は、Ｎ極同士又はＳ極同士が互いに接した状態で保持されている。図１（Ｅ）は、磁石集合体２０の表面磁束密度の分布を示している。このグラフから理解できるように、磁石集合体２０の周囲（図１（Ｄ）の左右位置）では、Ｎ極同士の同極接触面１０ｃとＳ極同士の同極接触面１０ｃとにおいて、それぞれ大きな表面磁束密度が発生している。この例から理解できるように、３個以上の磁石を含む磁石集合体は、Ｎ極とＳ極のそれぞれにおいて大きな磁束密度を発生することが可能である。なお、一般に、磁石集合体２０は、互いに同極同士が接した状態で保持されたＮ個（Ｎは２以上の整数）の永久磁石で構成することが可能である。
【００１７】
B．各種の実施例：
図２（Ａ），（Ｂ）は、第１実施例としての磁気軸受けユニットの構成を示す断面図であり、図２（Ａ）は組み立て前の状態を示し、図２（Ｂ）は組み立て後の状態を示しているる。この磁気軸受けユニット４００ａは、軸部４１０ａと受け部４２０ａとで構成されている。軸部４１０ａと受け部４２０ａは、磁石集合体としての永久磁石対１０pairをそれぞれ有している。永久磁石対１０pairを構成する個々の永久磁石は、中空円盤状の形状をそれぞれ有している。この磁気軸受けユニットは、軸部４１０ａが受け部４２０ａによって回転可能に支持されるラジアル軸受けである。
【００１８】
図３（Ａ）は、第１実施例の軸部４１０ｂを示す断面図であり、図３（Ｂ）はその平面図である。この軸部４１０ａは、軸２２と、永久磁石対１０pairと、ナット２４とで構成されている。永久磁石対１０pairは、軸２２の回りに配置されており、また、軸２２の端部とナット２４とによって上下から保持されている。軸２２の外周にはナット２４と嵌合するねじが形成されている。永久磁石対１０pairは、その同極接触面から、軸２２の中心から外周にむけて放射状の強い磁場を発生する。なお、軸２２としては、モータの回転軸などの任意の回転軸を利用することができる。
【００１９】
図４（Ａ）は、第１実施例の受け部４２０ａを示す断面図であり、図４（Ｂ）はその平面図である。この受け部４２０ａは、中空円筒状のハウジング３２と、永久磁石対１０pairと、２つのナット３４とで構成されている。永久磁石対１０pairは、ハウジング３２の外周に配置されており、また、その上下が２つのナット３４で保持されている。ハウジング３２の外周にはナット３４と嵌合するねじが形成されている。永久磁石対１０pairは、ハウジング３２の外周から中心にむけて放射状の強い磁場を発生する。なお、ハウジング３２は、強磁性体でない材料で形成されていることが好ましい。
【００２０】
図２（Ｂ）からも理解できるように、第１実施例の磁気軸受けユニットでは、軸部４１０ａと受け部４２０ａのそれぞれに永久磁石対１０pairが設けられており、かつ、その同極接触面が同一面上に配置されている。従って、これらの２組の永久磁石対１０pairの同極接触面における強い磁場を利用して軸を受けることが可能である。
【００２１】
図５（Ａ），（Ｂ）は、第２実施例としての磁気軸受けユニットの構成を示す断面図である。この磁気軸受けユニット４００ｂの軸部４１０ｂと受け部４２０ｂは、それぞれ磁石集合体２０を有している。各磁石集合体２０は、それぞれ６個の永久磁石で構成されている。個々の永久磁石は、中空円盤状の形状をそれぞれ有している。この磁気軸受けユニットも、ラジアル軸受けである。
【００２２】
図６（Ａ）は、第２実施例の軸部を示す断面図であり、図６（Ｂ）はその平面図である。この軸部４１０ｂは、磁石集合体２０を軸２２とナット２４とによって上下から保持した形状を有している。第１実施例の軸部との違いは、磁石集合体を構成する磁石の数が多い点だけである。従って、第２実施例の軸部４１０ｂでは、Ｎ極の同極接触面とＳ極の同極接触面とが交互に存在し、それらの同極接触面の面上に沿って交互に逆向きの強い磁場が生じている。
【００２３】
図７（Ａ）は、第２実施例の受け部を示す断面図であり、図７（Ｂ）はその平面図である。この受け部４２０ｂは、中空円筒状のハウジング３２の外周に磁石集合体２０を配置し、その上下を２つのナット３４で保持した形状を有している。第１実施例の受け部との違いは、磁石集合体を構成する磁石の数が多い点だけである。
【００２４】
図５（Ｂ）からも理解できるように、第２実施例の磁気軸受けユニットでは、軸部４１０ｂと受け部４２０ｂのそれぞれに６個の磁石で構成される磁石集合体が設けられており、かつ、その同極接触面が同一面上に配置されている。従って、これらの２組の磁石集合体２０の同極接触面における強い磁場を利用して軸を受けることが可能である。なお、Ｎ極の同極接触面とＳ極の同極接触面とにおける逆向きの強い磁場を利用するためには、各磁石集合体の磁石は３個以上であることが好ましい。
【００２５】
図８は、第２実施例としての軸受け装置の構成を示す断面図である。この軸受け装置は、ロータ４０と、ロータ４０の上下に設けられた２つの磁気軸受けユニット４００ｃとを備えている。磁気軸受けユニット４００ｃの軸部４１０ｃと受け部４２０ｃは、第１実施例とほぼ同様の構成を有している。ロータ４０の上部と下部には、フランジ４２がそれぞれ設けられている。フランジ４２は、磁気軸受けユニット４００ｃの軸部４１０ｃの軸と連結されている。また、フランジ４２と磁気軸受けユニット４００ｃの受け部４２０ｃとの間には、ボールベアリング４２が介挿されている。なお、上部と下部の受け部４２０ｃは、図示しない構造材によって固定されている。
【００２６】
この軸受け装置では、２つのボールベアリング４２によってロータ４０が上下方向に支持されており、また、２つの磁気軸受けユニット４００ｃによってロータ４０の回転軸が支持されている。従って、滑らかに回転を支持することが可能である。
【００２７】
図９は、第３実施例としての軸受け装置の構成を示す断面図である。この軸受け装置は、ロータ４０と、ロータ４０の下方に設けられた磁気軸受けユニット４００ｄとを備えている。磁気軸受けユニット４００ｄの軸部４１０ｄと受け部４２０ｄは、第１実施例とほぼ同様の構成を有している。但し、第３実施例においては、軸部４１０ｄと受け部４２０ｄとの間の間隙４８，５２に、潤滑油が充填されている。潤滑油によって、より滑らかに回転を支持することが可能である。なお、ロータ４０のフランジ４２の下面にはヘリングボーン溝４６が形成されており、また、軸の下面にもヘリングボーン溝５８が形成されている。良く知られているように、ヘリングボーン溝は、ポンピング作用で動圧を発生させて軸を精度良く支持することが可能である。
【００２８】
また、軸部４１０ｄの磁石集合体と受け部４２０ｄの磁石集合体に挟まれた部分の間隙には、磁性オイル５０が介挿されている。磁性オイル５０は、磁石の吸引力によって磁石近傍に保持されるので、軸が高速に回転した場合にも十分滑らかに回転を保持することができるという利点がある。
【００２９】
C．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００３０】
C１．変形例１：
上記実施例では、軸部と受け部の磁石集合体を構成する磁石数が同一であるものとしていたが、磁石数は異なっていてもよい。
【００３１】
C２．変形例２：
上記実施例では、磁気軸受けユニットの機械的構成や回路構成の具体例を説明したが、本発明の磁気軸受けユニットの具体的な構成としては、これら以外の任意の構成を採用することが可能である。例えば、上記各実施例ではラジアル軸受けを説明したが、本発明は、スラスト軸受けなどの他の種類の軸受けにも適用可能である。スラスト軸受けを構成する場合には、軸部と受け部の長手方向（軸方向）に沿って同極接触面が延びるように磁石集合体をそれぞれ構成することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の各種実施例で利用される磁石集合体の概略構成を示す説明図である。
【図２】第１実施例としての磁気軸受けユニットの構成を示す断面図である。
【図３】第１実施例の磁気軸受けユニットの軸部を示す図である。
【図４】第１実施例の磁気軸受けユニットの受け部を示す図である。
【図５】第２実施例としての磁気軸受けユニットの構成を示す断面図である。
【図６】第２実施例の磁気軸受けユニットの軸部を示す図である。
【図７】第２実施例の磁気軸受けユニットの受け部を示す図である。
【図８】第３実施例としての軸受け装置の構成を示す断面図である。
【図９】第４実施例としての軸受け装置の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０…永久磁石
１０ｃ…同極接触面
１０pair…永久磁石対
２０…磁石集合体
２２…軸
２４…ナット
３２…ハウジング
３４…ナット
４０…ロータ
４２…フランジ
４２…ボールベアリング
４６…ヘリングボーン溝
４８，５２…間隙
５０…磁性オイル
５８…ヘリングボーン溝
４００ａ〜４００ｄ…磁気軸受けユニット
４１０ａ〜４１０ｄ…軸部
４２０ａ〜４２０ｄ…受け部
【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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