JP3850195B2

JP3850195B2 - 磁気浮上モータ

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Publication number: JP3850195B2
Application number: JP2000000388A
Authority: JP
Inventors: 秀樹金箱; 養二岡田
Original assignee: Nidec Sankyo Corp
Current assignee: Nidec Instruments Corp
Priority date: 2000-01-05
Filing date: 2000-01-05
Publication date: 2006-11-29
Anticipated expiration: 2020-01-05
Also published as: JP2001190045A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロータを浮上制御するためのラジアル磁気軸受およびスラスト磁気軸受を備えた磁気浮上モータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来広く用いられている接触型の軸受のほかに、磁力を利用して回転軸等の回転体を浮上させ、これを無接触で支持するようにした磁気軸受が用いられるようになってきた。磁気軸受を用いれば、軸受部の摩擦係数がほぼゼロに近いため高速回転が可能になる。また、磁気軸受は潤滑油を必要としないため、高温、低温あるいは真空中など、特殊環境下での使用が可能となり、さらに、メンテナンスを要しないという利点がある。そこで、磁気軸受をモータのロータ支持に用いることが考えられている。
【０００３】
磁気軸受を有するモータの基本的構成は、磁気軸受、回転力発生機構すなわちモータ部、磁気軸受、という順序で、これらを回転軸線方向に配置したものである。しかし、このような配置では、モータ部の両側に磁気軸受を配置するため軸長が増加し、固有振動数が低くなって危険速度が低下するという難点がある。
【０００４】
そこで、磁気軸受のステータが交流モータのステータとほぼ同じ構造であることに着目し、磁気軸受とモータとを一体化した磁気浮上モータが提案されている。磁気浮上モータの一形式としてハイブリッド型磁気浮上モータがある。これは、永久磁石を用いてロータ内部から放射状に広がる一定磁束を作り、ロータの浮上制御を、一般的な磁気軸受と同様に２極の直流磁場で行うことができるようにしたものである。ハイブリッド型磁気浮上モータによれば、永久磁石で一定の磁束を作り出すので、電力を消費することなくバイアス吸引力を発生させることができ、電磁石は制御力のみを分担すればよいという利点がある。
【０００５】
上記従来のハイブリッド型磁気浮上モータは、ラジアル磁気軸受とモータとのハイブリッドであり、スラスト軸受については、磁気浮上式スラスト軸受としてのみ機能する磁気軸受をモータに付加した構成になっている。
一方、磁気軸受としては、磁気回路を工夫することにより、ラジアル磁気軸受とスラスト磁気軸受とを複合した磁気軸受が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の、磁気軸受とモータとを一体化した磁気浮上モータは、上記のようにラジアル磁気軸受とモータとの複合であって、スラスト軸受は、スラスト軸受として単独に機能するスラスト磁気軸受を付加しただけのものである。スラスト磁気軸受は、モータ全体の中で大きな部分を占めており、磁気浮上モータの小型化の妨げとなっている。
また、ラジアル磁気軸受とスラスト磁気軸受とを複合した磁気軸受を用いた場合も、モータは別個に必要となるから、やはり、磁気浮上モータの小型化の妨げとなっている。
【０００７】
本発明は以上のような従来技術の問題点を解消するためになされたもので、ハイブリッド型磁気浮上モータのバイアス磁束を用いて、その磁路内にスラスト軸受を配置し、これによって、磁気浮上モータとスラスト磁気軸受とを複合化し、小型化を可能にした磁気浮上モータを提供することを目的とする。
本発明はまた、バイアス磁束を用いることにより、一つのコイルでスラスト軸受の制御が可能となるとともに、バイアス電流を必要としないため、消費電力を小さくすることができる磁気浮上モータを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、磁性体からなり周面に永久磁石を固着したロータと、このロータを浮上制御するための２極の浮上制御磁束を発生する第１のステータ巻線と上記ロータに対して回転磁界を発生させる第２のステータ巻線とを巻回したステータコア部とを備えた磁気浮上モータであって、ロータにロータ側スラスト軸受用磁路部を形成するとともに、ロータ側スラスト軸受用磁路部を間に挟んで二つのステータ側スラスト軸受用磁路部を設け、浮上制御磁束を形成するためのバイアス磁束がロータ側スラスト軸受用磁路部と二つのステータ側スラスト軸受用磁路部との間に形成されるスラスト方向ギャップをともに通過するように構成し、二つのステータ側スラスト軸受用磁路部の間にスラスト制御用コイルを設け、スラスト制御用コイルに通電することによりスラスト軸受荷重を支持することを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、ステータコア部を軸方向に二つ並べて配置するとともに、この二つのステータコア部の間にロータ側スラスト軸受用磁路部と二つのステータ側スラスト軸受用磁路部とを形成したことを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、ステータコア部と二つのステータ側スラスト軸受用磁路部とを軸方向に並べて配置したことを特徴とする。
請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明において、ロータは、アウタロータ型またはインナーロータ型のいずれかであることを特徴とする。
【００１０】
請求項５記載の発明は、請求項１記載の発明において、バイアス磁束を発生させるバイアスマグネットがステータ側に配置され、ロータ側にはステータコア部と対向して回転トルクを発生させるリング状ロータマグネットが配置されていることを特徴とする。
請求項６記載の発明は、請求項１記載の発明において、ロータ側にはステータコア部と対向して回転トルクを発生させるセグメント型ロータマグネットが配置され、このセグメント型ロータマグネットは、バイアス磁束を発生させるバイアスマグネットを兼ねていることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明にかかる磁気浮上モータの実施の形態について説明する。図１において、基台５３から上に向かって一体に延びた軸５４には、ステータコア部５６、バイアスマグネット６２、二つのヨーク５８，５７、バイアスマグネット６１、ステータコア部５５がこの順に落とし込まれている。上記ステータコア部５６は、軸５４の下部の段部に当たり、軸５４の上端に固定された適宜のクランプ部材によってステータコア部５５が押さえられることによって、上記各部材が軸５４に固定されている。上記二つのヨーク５８，５７は、内周側に軸方向に延びた円筒部を有し、この円筒部同士が当接することにより、二つのヨーク５８，５７は軸方向に離間し相互間に空間が形成されている。この空間において、二つのヨーク５８，５７の上記円筒部に巻回された形でスラスト制御用コイル５９が配置されている。
【００１２】
各ステータコア部５５、５６にはそれぞれステータ巻線６３，６４が巻き回されている。図示されてはいないが、各ステータ巻線６３，６４は、後で詳細に説明するロータ５０を浮上制御するための２極の浮上制御磁束を発生する第１のステータ巻線と、上記ロータ５０に対して回転磁界を発生させる第２のステータ巻線とからなる。上記ステータコア部５５、５６、ヨーク５８，５７等を有してなるステータの外周側にはロータ５０が配置されている。ロータ５０は、円筒状の磁性材からなるロータケース５１を主体としてなる。ロータケース５１は、上記ステータを囲むようにして配置されている。ロータケース５１は、軸方向の中央部に内向きフランジ状のヨーク５２を一体に有するとともに、内周上端部にリング状の永久磁石からなるロータマグネット５３が、内周下端部にリング状の永久磁石からなるロータマグネット５４が固着されている。また、ロータケース５１の内周には、上記ヨーク５２の上側においてタッチダウンベアリング６７が取り付けられている。
【００１３】
ロータケース５１の上記ヨーク５２は、上記二つのヨーク５８，５７間に形成されている空間に侵入している。この空間の軸方向の離間距離が上記ヨーク５２の軸方向寸法よりも大きく、ヨーク５２はヨーク５８，５７に接触することなく回転することができるようになっている。上記タッチダウンベアリング６７は、ロータ５０が回転していないとき、したがって磁気浮上制御が行われていないとき、あるいは回転を開始し、また停止するとき、ステータ側の上記ヨーク５７に接触してロータ５０を支えるものである。ロータマグネット５３，５４の内周面は、それぞれステータコア部５５，５６の外周面に適宜の間隙をおいて対向している。
【００１４】
前述のように構成されることにより、ステータコア部５５とヨーク５７との間、ヨーク５８とステータコア部５６との間において、かつ、これらの部材の内周側にそれぞれ前記バイアスマグネット６１，６２が配置されている。各バイアスマグネット６１，６２はリング状に形成され、軸方向に着磁されている。したがって、バイアスマグネット６１−ステータコア部５５−ロータマグネット５３−ロータケース５１−そのヨーク５２−ヨーク５７−バイアスマグネット６１の順に巡るバイアス磁束６５が形成される。また、バイアスマグネット６２−ステータコア部５６−ロータマグネット５４−ロータケース５１−そのヨーク５２−ヨーク５８−バイアスマグネット６２の順に巡るバイアス磁束６６が形成される。
【００１５】
上記バイアス磁束６５，６６の磁路は、スラスト軸受用の磁路であって、それぞれステータ側スラスト軸受用磁路部とロータ側スラスト軸受用磁路部に分けることができる。図１に示す実施の形態では、ロータ側スラスト軸受用磁路部を間に挟んで二つのステータ側スラスト軸受用磁路部が設けられている。ロータケース５１のヨーク５２とステータ側のヨーク５７との間、および上記ヨーク５２とステータ側のヨーク５８との間にはスラスト方向のギャップがあり、この各ギャップを上記バイアス磁束６５，６６がそれぞれ通過するように構成されている。
【００１６】
前記スラスト制御用コイル５９に通電されると、このコイル５９への通電方向により、コイル５９によって発生した磁束がヨーク５７−ヨーク５２−ヨーク５８の順に巡り、その間、上記スラスト方向の二つのギャップを通過するようになっている。ここでは、コイル５９によって発生した磁束をスラスト磁気軸受制御磁束６０という。ロータ側のヨーク５２に対しては、上側のヨーク５７と下側のヨーク５８との間にそれぞれバイアス磁束６５およびバイアス磁束６６によって磁気吸引力が発生しているから、この双方の磁気吸引力を、スラスト制御用コイル５９に通電制御することによって制御し、ロータ５０の軸方向の位置を制御する。より具体的には、図示されないセンサがロータ５０の軸方向の位置を検知し、ロータ５０の軸方向の位置が一方に偏ろうとすると、上記センサの出力に基づいてスラスト制御用コイル５９の正逆方向の通電およびその電流を制御し、上記各ギャップのバイアス磁束６５，６６の一方を強め、他方を弱める。その結果、ヨーク５２に対する上下の吸引力の一方を強め、他方を弱めることになり、ロータ５０の軸方向の位置（スラスト方向の位置）を所定位置に制御する。
【００１７】
前記ステータコア部５５，５６と、ステータ巻線６３，６４と、ロータマグネット５３，５４とによって、ラジアル磁気軸受とモータとが複合化されている。ステータ巻線６３，６４は前述のように第１のステータ巻線と第２のステータ巻線とからなる。第１のステータ巻線の通電を制御することにより、上記バイアス磁束６５，６６と第１のステータ巻線から発生する２極の浮上制御磁束との相互作用により、ロータ５０を浮上制御してラジアル方向に非接触で支持する。また、上記第２のステータ巻線の通電を制御することによりロータ５０に対して回転磁界を発生させ、ロータマグネット５３，５４との相互作用によりロータ５０を回転駆動する。
【００１８】
以上説明したとおり、図１に示す実施の形態は、ラジアル磁気軸受とモータとを複合化した磁気浮上モータに、ロータ側スラスト軸受用磁路部と、このロータ側スラスト軸受用磁路部を間に挟んで二つのステータ側スラスト軸受用磁路部を設け、浮上制御磁束を形成するためのバイアス磁束６５，６６がロータ側スラスト軸受用磁路部と二つのステータ側スラスト軸受用磁路部との間に形成されるスラスト方向ギャップをともに通過するように構成し、二つのステータ側スラスト軸受用磁路部の間にスラスト制御用コイル５９を設け、スラスト制御用コイル５９に通電することによりスラスト軸受荷重を支持するようにした。そのため、スラスト磁気軸受も複合化することができ、小型化して軸長を短くすることが可能になり、高速化を図ることができる。
【００１９】
また、上記実施の形態によれば、ステータコア部５５，５６を軸方向に二つ並べて配置するとともに、この二つのステータコア部５５，５６の間にロータ側スラスト軸受用磁路部と二つのステータ側スラスト軸受用磁路部とを形成しているため、実質的に二つのモータ部が設けられ、この二つのモータ部のスラスト荷重を一つのスラスト磁気軸受で支持する構造になり、スラスト磁気軸受までも有していながら、大きな出力が得られる割にコンパクトな磁気浮上モータを得ることができる。
【００２０】
さらに、ステータコア部５５，５６と二つのステータ側スラスト軸受用磁路部とを軸方向に並べて配置したため、スラスト方向の制御力が大きく、スラスト方向の制御を迅速かつ安定に行うことができる。
【００２１】
図１に示す実施の形態は、ステータコア部５５，５６を軸方向に二つ並べて配置して、ステータコア部５５，５６ではそれぞれロータ５０をＸ−Ｙ方向に位置制御し、スラスト磁気軸受部ではロータ５０をＺ方向に位置制御するようにした５軸制御形式になっていたが、図２に示す実施の形態のように、３軸制御形式にしてもよい。
【００２２】
図２に示す実施の形態は、図１に示す実施の形態においてバイアスマグネット６１より上を取り除いた形になっている。すなわち、ステータは、一つのステータコア部５６、一つのバイアスマグネット６２、二つのヨーク５７，５８、スラスト制御用コイル５９、ステータ巻線６４を有してなる。ロータ５０の主体をなすロータケース５１は、上端に一体に形成された内向きフランジ状のヨーク５２、ロータマグネット５４を有してなる。これら各部材の構成は、図１に示す実施の形態において対応する各部材の構成と同じである。
【００２３】
図２に示す実施の形態によれば、バイアスマグネット６２−ステータコア部５６−ロータマグネット５４−ロータケース５１−そのヨーク５２−ヨーク５８およびヨーク５７−バイアスマグネット６２の順に巡るバイアス磁束６６が形成される。このバイアス磁束６６の磁路は、スラスト軸受用の磁路であって、それぞれステータ側スラスト軸受用磁路部とロータ側スラスト軸受用磁路部に分けることができる。ロータケース５１のヨーク５２とステータ側のヨーク５７との間、および上記ヨーク５２とステータ側のヨーク５８との間にはスラスト方向のギャップがあり、この各ギャップを上記バイアス磁束６６が分岐して通過するように構成されている。
【００２４】
前述の実施の形態と同様に、スラスト制御用コイル５９に通電されることによってこのコイル５９から発生した磁束が上記スラスト方向の二つのギャップを通過する。スラスト制御用コイル５９への通電を前述のように制御することにより、スラスト磁気軸受制御磁束６０が制御され、上記各ギャップのバイアス磁束６６の一方を強め、他方を弱めることによって、ヨーク５２に対する上下の吸引力の一方を強め、他方を弱め、ロータ５０の軸方向の位置を所定位置に制御する。ステータコア部５６と、ステータ巻線６４と、ロータマグネット５４とによって、ラジアル磁気軸受が構成され、また、ロータ５０を回転させるトルクが発生する。
【００２５】
図２に示す実施の形態は、ステータコア部５６と、ステータ巻線６４と、ロータマグネット５４とによって、ロータ５０をＸ−Ｙ方向に位置制御し、スラスト磁気軸受部ではロータ５０をＺ方向に位置制御するようにした３軸制御形式になっている。
この実施の形態においても、図１に示す実施の形態と同等の効果を得ることができる。
【００２６】
図１、図２に示す実施の形態は、磁気浮上力を得るためのバイアスマグネットを用いていたが、ロータマグネットの形を工夫することによってバイアスマグネットを省略することができる。図３、図４に示す実施の形態がそれで、図３に示す実施の形態は図１に示す実施の形態に対応し、図４に示す実施の形態は図２に示す実施の形態に対応する。図３、図４に示す実施の形態では、ロータケース５１に固着されているロータマグネット７３、７４が、リング状のものではなく、セグメント状、すなわち、円筒形を分断した部分円筒状になっている。このセグメント状ロータマグネット７３、７４が複数個、周方向に所定の間隔をおいてロータケースに固着されている。
【００２７】
そして、各セグメント状ロータマグネット７３、７４は厚さ方向に着磁され、さらに、双方のセグメント状ロータマグネット７３、７４の厚さ方向の着磁極性が同じになっている。そのため、ロータマグネット７３、７４から出た磁束の通路は、図１に示す実施の形態における磁束の通路と同様に、マグネット７３−ロータケース５１−そのヨーク５２−ヨーク５７−ステータコア部５５−マグネット７３の順に巡るバイアス磁束６５が形成される。また、マグネット７４−ロータケース５１−そのヨーク５２−ヨーク５８−ステータコア部５６−マグネット７４の順に巡るバイアス磁束６６が形成される。そのため、図１に示す実施の形態で用いられていたバイアスマグネット６１，６２は、図３に示す実施の形態では不要となる。上記バイアスマグネット６１，６２が配置されていた場所には、磁気通路を形成するための磁性材を配置するとよい。このようにしてバイアス磁束６５，６６がステータ側スラスト軸受用磁路部とロータ側スラスト軸受用磁路部を通り、ロータ側スラスト軸受用磁路部を間に挟んで二つのステータ側スラスト軸受用磁路部が設けられている。
【００２８】
スラスト制御用コイル５９を通電制御すると、スラスト磁気軸受制御磁束６０が発生し、ロータ側のヨーク５２に対して、バイアス磁束６５およびバイアス磁束６６によって発生する双方の磁気吸引力の一方を強め、他方を弱め、ロータ５０の軸方向の位置を所定位置に制御する。図１に示す実施の形態と同様に、ステータ巻線６３，６４はそれぞれ第１のステータ巻線と第２のステータ巻線とからなり、第１のステータ巻線の通電を制御することにより、バイアス磁束６５，６６との相互作用で、ロータ５０をラジアル方向に浮上制御する。また、ロータ５０の回転位置に応じて第２のステータ巻線の通電を制御することによりロータ５０を回転駆動する。
【００２９】
図３に示す実施の形態によれば、図１に示す実施の形態と同様の効果を得ることができるとともに、バイアスマグネットを別に設ける必要がないという利点がある。
図３に示す実施の形態は、図１に示す実施の形態と同様に５軸制御を行うものである。
【００３０】
図４に示す実施の形態は、図３に示す実施の形態のヨーク５７より下を残し、その上を除去した形のものである。この実施の形態においても、セグメント状のマグネット７４−ロータケース５１−そのヨーク５２−ヨーク５８およびヨーク５７−ステータコア部５６−マグネット７４の順に巡るバイアス磁束６６が形成される。このバイアス磁束６６と、スラスト制御用コイル５９の通電制御によって発生するスラスト磁気軸受制御磁束６０とによって、ロータ５０をスラスト方向に位置制御する。また、第１、第２のステータ巻線の通電を制御することにより、ロータ５０をラジアル方向に浮上制御し、また、ロータ５０を回転駆動する。
【００３１】
図４に示す実施の形態によれば、図２に示す実施の形態と同様の効果を得ることができるとともに、バイアスマグネットを別に設ける必要がないという利点がある。
図４に示す実施の形態は、図２に示す実施の形態と同様に３軸制御を行うものである。
【００３２】
これまで説明してきた実施の形態は、アウタロータ型であったが、本発明の技術思想はインナーロータ型にも適用することができる。図５ないし図７に示す実施の形態がその例である。インナーロータ型の場合は、ロータがステータの内側に配置されているというだけで、原理的にはアウタロータ型と変わりがない。
【００３３】
図５に示す実施の形態は、ステータコア部と二つのステータ側スラスト軸受用磁路部とを軸方向に並べて配置してなるもので、図１に示す実施の形態に対応するものである。図５において、円筒状モータケース３５の内周側には二つのステータコア部１１，２１と、二つのロータ３１，３２からなる二つの磁気浮上型モータ部が配置されている。上記二つのステータコア部１１，２１は、それぞれステータコア部１２，２２と、ステータ巻線１３，２３とを有してなる。各ステータコア部１２，２２は同一構成の積層コアであり、珪素鋼板の積層体で構成するのが望ましい。
【００３４】
ステータコア部１２，２２の各突極にはステータ巻線１３，２３が巻き回されている。各ステータ巻線１３，２３は、各ロータ３１，３２を浮上制御するための２極の浮上制御磁束を発生する第１のステータ巻線と、各ロータ３１，３２に対して回転磁界を発生させる第２のステータ巻線とを有してなるが、明示されていない。
【００３５】
上記二つのロータ３１，３２は、磁性材からなり軸状に構成された共通の回転体４０の、軸方向において異なる位置に配置されていて、これにより、二つの磁気浮上型モータ部１１，２１が軸方向に配置された形になっている。各ロータ３１，３２を構成する上記回転体４０は磁性体からなり、それぞれのロータ３１，３２の外周にはリング状永久磁石からなるロータマグネット１５，１６が固着されている。このロータマグネット１５，１６は、ステータコア１２，２２の突極の内周端面と適宜の間隙をおいて対向させて配置されている。
【００３６】
回転体４０には、軸方向の中間部において半径方向外側に突出したフランジ状のヨーク１７が一体に形成されている。このヨーク１７を軸方向両側から挟んで二つのヨーク１９，２０がステータ側に固定されている。ヨーク１９，２０は成形により一体に形成され、断面Ｕ字形をしており、全体としてリング状になっている。ヨーク１９，２０はその外周部がモータケース３５に固定されている。ヨーク１９，２０間には上記回転体４０のヨーク１７の外周側においてスラスト制御用コイル１８が設けられている。回転体４０のヨーク１７と、ヨーク１９およびヨーク２０との間、さらにはスラスト制御用コイル１８との間には適宜の隙間がある。上記ヨーク１９とステータコア１２との間、および上記ヨーク２０とステータコア２２との間には、それぞれバイアスマグネット２５，２６が配置されている。バイアスマグネット２５，２６はリング状ないしは円筒状になっていて、モータケース３５の内周面に固着されている。
【００３７】
上記二つのバイアスマグネット２５，２６は幅方向すなわち軸線方向から着磁され、マグネット２５，２６の着磁の向きは互いに逆向き、したがって、ヨーク１９，２０に接する面の極性は同極になっている。そのため、バイアスマグネット２５−ステータコア部１２−ロータマグネット１５−回転体４０−そのヨーク１７−ヨーク１９−バイアスマグネット２５の順に巡るバイアス磁束２７が形成される。また、バイアスマグネット２６−ステータコア部２２−ロータマグネット１６−回転体４０−そのヨーク１７−ヨーク２０−バイアスマグネット２６の順に巡るバイアス磁束２８が形成される。
【００３８】
上記バイアス磁束２７，２８の磁路は、スラスト軸受用の磁路であって、それぞれステータ側スラスト軸受用磁路部とロータ側スラスト軸受用磁路部に分けることができる。図５に示す実施の形態では、ロータ側スラスト軸受用磁路部を間に挟んで二つのステータ側スラスト軸受用磁路部が設けられている。回転体４０のヨーク１７とステータ側のヨーク１９との間、および上記ヨーク１７とステータ側のヨーク２０との間にはスラスト方向のギャップがあり、この各ギャップを上記バイアス磁束２７，２８がそれぞれ通過するように構成されている。
【００３９】
前記スラスト制御用コイル１８に通電されると、このコイル１８によって発生した磁束がヨーク１９−ヨーク１７−ヨーク２０の順に巡り、その間、上記スラスト方向の二つのギャップを通過するようになっている。回転体４０側のヨーク１７に対して、一方側のヨーク１９と他方側のヨーク２０との間にそれぞれバイアス磁束２７およびバイアス磁束２８によって磁気吸引力が発生する。この双方の磁気吸引力を、スラスト制御用コイル１８に通電制御することによって制御すれば、回転体４０、したがってロータのスラスト方向の位置を制御することができる。
【００４０】
以上説明したスラスト方向の位置制御原理は、図１に示す実施の形態と同じである。また、図５に示す実施の形態によれば、図１に示す実施の形態と同じ原理によって、ラジアル方向の位置制御が行われ、かつ、回転トルクが発生し、図１に示す実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００４１】
図６に示す実施の形態は、図３に示す実施の形態をインナーロータ型にしたのと実質的に同じである。すなわち、二つのロータ部３１，３２に設けられたロータマグネット３３，３４はセグメント状になっていて、このセグメント状ロータマグネット３３，３４が複数個、周方向に所定の間隔をおいてそれぞれロータ部３１，３２に固着されている。各セグメント状ロータマグネット３３，３４は厚さ方向すなわち半径方向に着磁され、さらに、双方のセグメント状ロータマグネット３３，３４は厚さ方向の着磁極性が同じになっている。そのため、ロータマグネット３３，３４から出た磁束の通路は、図５に示す実施の形態における磁束の通路とほぼ同じになり、バイアス磁束２７とバイアス磁束２８が形成される。したがって、この実施の形態ではバイアスマグネットは不要であり、上記バイアス磁束２７，２８はバイアスマグネットの代わりにモータケース３５を通る。
【００４２】
スラスト制御用コイル５９を通電制御することによってロータのスラスト方向の位置を所定位置に制御することができる。また、第１のステータ巻線と第２のステータ巻線とからなるステータ巻線１３，２３の上記第１のステータ巻線の通電を制御することにより、バイアス磁束２７，２８との相互作用で、ロータをラジアル方向に浮上制御することができ、上記第２のステータ巻線の通電を制御することにより、ロータを回転駆動することができる。
【００４３】
図７に示す実施の形態は、バイアスマグネットを有するタイプの変形例である。この実施の形態は、図５に示す実施の形態に近いものであるが、円筒形状のバイアスマグネット２９，３０が、ステータ側ではなくロータ側すなわち回転体４０の外周に、ヨーク１７を挟んでその両側に固着されている。回転体４０は非磁性体からなる。回転体４０を含む二つのロータ部は、それぞれ回転体４０の外周に嵌合固着された磁性体からなるリング３６，３７と、このリング３６，３７の外周に固着された円筒状のロータマグネット３８，３９とを有してなる。
【００４４】
図７に示す実施の形態では、バイアスマグネット２９−リング３６−ロータマグネット３８−ステータコア部１２−モータケース３５−ヨーク１９−回転体４０のヨーク１７−バイアスマグネット２９の順に巡るバイアス磁束が形成される。また、バイアスマグネット３０−リング３７−ロータマグネット３９−ステータコア部２２−モータケース３５−ヨーク２０−回転体４０のヨーク１７−バイアスマグネット３０の順に巡るバイアス磁束が形成される。これらバイアス磁束の磁路は、スラスト軸受用の磁路であって、それぞれステータ側スラスト軸受用磁路部とロータ側スラスト軸受用磁路部に分けることができる。したがって、スラスト制御用コイル１８を通電制御することにより、ロータがスラスト方向の所定の位置を保持するように制御することができる。
【００４５】
また、ステータ巻線を構成する第１のステータ巻線と第２のステータ巻線を通電制御することにより、ロータを浮上させた状態でラジアル方向に支持することができ、かつ、ロータを回転駆動することができる。
【００４６】
【発明の効果】
請求項１記載の発明は、ラジアル磁気軸受とモータとを複合化した磁気浮上モータに、ロータ側スラスト軸受用磁路部と、このロータ側スラスト軸受用磁路部を間に挟んで二つのステータ側スラスト軸受用磁路部を設け、浮上制御磁束を形成するためのバイアスがロータ側スラスト軸受用磁路部と二つのステータ側スラスト軸受用磁路部との間に形成されるスラスト方向ギャップをともに通過するように構成し、二つのステータ側スラスト軸受用磁路部の間にスラスト制御用コイルを設け、スラスト制御用コイルに通電することによりスラスト軸受荷重を支持するようにした。そのため、スラスト磁気軸受も複合化することができ、小型化して軸長を短くすることが可能になり、高速化を図ることができる。
【００４７】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明において、ステータコア部を軸方向に二つ並べて配置するとともに、この二つのステータコア部の間にロータ側スラスト軸受用磁路部と二つのステータ側スラスト軸受用磁路部とを形成したため、実質的に二つのモータ部が設けられ、この二つのモータ部のスラスト荷重を一つのスラスト磁気軸受で支持する構造になり、スラスト磁気軸受までも有していながら、大きな出力が得られる割にコンパクトな磁気浮上モータを得ることができる。
【００４８】
請求項３記載の発明によれば、請求項１記載の発明において、ステータコア部と二つのステータ側スラスト軸受用磁路部とを軸方向に並べて配置したため、スラスト方向の制御力が大きく、スラスト方向の制御を迅速かつ安定に行うことができる。
【００４９】
請求項６記載の発明によれば、請求項１記載の発明において、ロータ側にはステータコア部と対向して回転トルクを発生させるセグメント型ロータマグネットが配置され、このセグメント型ロータマグネットは、バイアス磁束を発生させるバイアスマグネットを兼ねているため、回転トルクを発生させるためのマグネットと、磁気浮上力を発生させるためのマグネットとを別個に設ける必要がなく、構成の簡略化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる磁気浮上モータの実施の形態を示す縦断面図である。
【図２】本発明にかかる磁気浮上モータの別の実施形態を示す縦断面図である。
【図３】本発明にかかる磁気浮上モータのさらに別の実施形態を示す縦断面図である。
【図４】本発明にかかる磁気浮上モータのさらに別の実施形態を示す縦断面図である。
【図５】本発明にかかる磁気浮上モータのさらに別の実施形態を示す（ａ）は横断面図、（ｂ）は縦断面図である。
【図６】本発明にかかる磁気浮上モータのさらに別の実施形態を示す（ａ）は横断面図、（ｂ）は縦断面図である。
【図７】本発明にかかる磁気浮上モータのさらに別の実施形態を示す（ａ）は横断面図、（ｂ）は縦断面図である。
【符号の説明】
１２ステータコア部
１５ロータマグネット
１６ロータマグネット
１８スラスト制御用コイル
２２ステータコア部
２５バイアスマグネット
２６バイアスマグネット
２７バイアス磁束
２８バイアス磁束
３１ロータ
３２ロータ
５０ロータ
５３ロータマグネット
５４ロータマグネット
５５ステータコア部
５６ステータコア部
５９スラスト制御用コイル
６３ステータ巻線
６４ステータ巻線
６５バイアス磁束
６６バイアス磁束

Claims

磁性体からなり周面に永久磁石を固着したロータと、このロータを浮上制御するための２極の浮上制御磁束を発生する第１のステータ巻線と上記ロータに対して回転磁界を発生させる第２のステータ巻線とを巻回したステータコア部とを備えた磁気浮上モータであって、
上記ロータにロータ側スラスト軸受用磁路部を形成するとともに、上記ロータ側スラスト軸受用磁路部を間に挟んで二つのステータ側スラスト軸受用磁路部を設け、
上記浮上制御磁束を形成するためのバイアス磁束が上記ロータ側スラスト軸受用磁路部と二つのステータ側スラスト軸受用磁路部との間に形成されるスラスト方向ギャップをともに通過するように構成し、
上記二つのステータ側スラスト軸受用磁路部の間にスラスト制御用コイルを設け、
上記スラスト制御用コイルに通電することによりスラスト軸受荷重を支持することを特徴とする磁気浮上モータ。
ステータコア部を軸方向に二つ並べて配置するとともに、この二つのステータコア部の間にロータ側スラスト軸受用磁路部と二つのステータ側スラスト軸受用磁路部とを形成してなる請求項１記載の磁気浮上モータ。
ステータコア部と二つのステータ側スラスト軸受用磁路部とを軸方向に並べて配置してなる請求項１記載の磁気浮上モータ。
ロータは、アウタロータ型またはインナーロータ型のいずれかである請求項１記載の磁気浮上モータ。
バイアス磁束を発生させるバイアスマグネットがステータ側に配置され、ロータ側にはステータコア部と対向して回転トルクを発生させるリング状ロータマグネットが配置されている請求項１記載の磁気浮上モータ。
ロータ側にはステータコア部と対向して回転トルクを発生させるセグメント型ロータマグネットが配置され、このセグメント型ロータマグネットは、バイアス磁束を発生させるバイアスマグネットを兼ねている請求項１記載の磁気浮上モータ。