CN113557361A - 磁性轴承、具备该磁性轴承的驱动装置以及泵 - Google Patents

磁性轴承、具备该磁性轴承的驱动装置以及泵 Download PDF

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Abstract

一种通过磁性力非接触地支承转子的磁性轴承，具备：设置在所述转子上且由磁性材料形成的轴承转子部件；配置在所述轴承转子部件的周围的轴承定子部件，轴承定子部件具有由磁性材料形成的磁芯和卷绕在磁芯上的线圈，磁芯的纵剖面形状，包括：第1部分,其在与面对轴承转子部件的方向正交的第1方向上延伸，并且线圈卷绕在所述第1部分上；一对第2部分，其从第1部分的第1方向上的两个端部开始朝向轴承转子部件一侧延伸，之后沿第1方向朝向彼此接近的方向延伸；一对第3部分，其从一对第2部分的各个顶端部开始朝向轴承转子部件一侧延伸，轴承转子部件，包括：给轴承转子部件以及磁芯形成的磁性回路提供偏置磁通的永磁铁。

Description

磁性轴承、具备该磁性轴承的驱动装置以及泵
技术领域
本发明，涉及一种磁性轴承、具备该磁性轴承的驱动装置以及泵。
背景技术
已知通过磁性力非接触地对泵装置的泵轮的重量等进行支承的磁性轴承(例如，参照专利文献1)。如图20所示，这样的磁性轴承300，例如由设置在具备泵轮300a的转子301上的轴承转子部件306，和固定于壳体309的轴承定子部件302构成。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005－121157号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
在这类磁性轴承300中，通过穿过由构成轴承定子部件302的コ字型的磁芯304与轴承转子部件306形成的磁性回路的磁通φ，对转子301施加朝规定位置复原的复原力。已知，例如轴承定子部件302的磁芯304的长度，与轴承转子部件306在推力方向上的厚度L越大致相等且尽可能越薄，则复原力越大。
另一方面，磁通φ被轴承定子部件302的线圈305控制。为了提高响应性，需要使得线圈305的电感尽可能地小。线圈的电感，与线圈的剖面面积S成正比，且与线圈长度l成反比。因此，为了提高线圈305的响应性，需要以减小线圈305的剖面面积S，并且增大线圈305的长度l的方式，在磁芯304上卷绕线圈305。
但是，若线圈长度l增长，则转子301在轴承转子部件306的推力方向上的厚度L也增大。因此，转子301的复原力会降低。特别地，转子301倾斜时的复原力矩降低，并且推力方向上的磁性轴承300的尺寸(大小)会变大。
本发明，鉴于上述情况而提出，其目的在于提供一种能够增强转子的复原力，并且能够提高响应性的磁性轴承，以具备该磁性轴承的驱动装置以及泵。
解决技术问题的方法
本发明的磁性轴承，是通过磁性力非接触地支承转子的磁性轴承，其特征在于，具备：设置在所述转子上且由磁性材料形成的轴承转子部件，和配置在所述轴承转子部件的周围的轴承定子部件，所述轴承定子部件，具有由磁性材料形成的磁芯，和卷绕在所述磁芯上的线圈，所述磁芯的纵剖面形状，具有：第1部分，其在与面对所述轴承转子部件的方向正交的第1方向上延伸，并且所述线圈卷绕在所述第1部分上；一对第2部分，其从所述第1部分的所述第1方向上的两个端部开始，朝向所述轴承转子部件一侧延伸，之后沿所述第1方向朝向彼此接近的方向延伸；一对第3部分，其从所述一对第2部分的各个顶端部开始朝向所述轴承转子部件一侧延伸，所述轴承转子部件，包括：给所述轴承转子部件以及所述磁芯形成的磁性回路提供偏置磁通的永磁铁。
在本发明的一实施方式中，所述线圈在所述第1方向上的长度，比所述一对第3部分的沿所述第1方向相对的面之间的距离更大。
在本发明的另一实施方式中，所述一对第3部分的沿所述第1方向相对的面的相反一侧的面之间的距离，比所述第1部分在所述第1方向上的长度更小。
在本发明的再一实施方式中，所述一对第3部分的沿所述第1方向相对的面的相反一侧的面之间的距离，大致等于与所述第3部分相对的所述轴承转子部件在所述第1方向上的长度。
另外，在本发明的又一实施方式中，所述轴承转子部件，具有：圆环状的所述永磁铁；以在所述第1方向上夹持所述永磁铁的方式进行配置的圆环状的一对磁轭，所述一对磁轭的纵剖面形状，包括：一对第4部分，其覆盖所述永磁铁的所述第1方向上的两个端面并且向与所述轴承定子部件相反的一侧延伸；一对第5部分，其从所述一对第4部分的与所述轴承定子部件相反的一侧的端部开始沿所述第1方向朝向彼此接近的方向延伸，在所述第5部分与所述永磁铁之间形成有第1间隙，在所述一对第5部分的彼此相对的各个顶端部之间，设有第2间隙。
在本发明的又一实施方式中，所述轴承定子部件，在所述轴承转子部件的径方向上的外侧配置有多个，并且分别与所述轴承转子部件在径方向上相对。
在本发明的又一实施方式中，所述轴承定子部件，在所述轴承转子部件的轴方向上的至少一侧配置有多个，并且分别与所述轴承转子部件在轴方向上相对。
本发明的驱动装置，其特征在于，具备：转子；通过磁性力支承所述转子的磁性轴承；对所述转子进行旋转驱动的驱动机构，所述磁性轴承，具备：设置在所述转子上且由磁性材料形成的轴承转子部件；配置在所述轴承转子部件的周围的轴承定子部件，所述轴承定子部件，具有：由磁性材料形成的磁芯；和卷绕在所述磁芯上的线圈，所述磁芯的纵剖面形状，包括：第1部分,其在与面对所述轴承转子部件的方向正交的第1方向上延伸，并且所述线圈卷绕在所述第1部分上；一对第2部分，其从所述第1部分的所述第1方向上的两个端部开始，朝向所述轴承转子部件一侧延伸，之后沿所述第1方向朝向彼此接近的方向延伸；一对第3部分，其从所述一对第2部分的各个顶端部开始朝向所述轴承转子部件一侧延伸，所述轴承转子部件，包括：给所述轴承转子部件以及所述磁芯形成的磁性回路提供偏置磁通的永磁铁。
在本发明的一实施方式中，所述轴承转子部件，具有：圆环状的所述永磁铁；以在所述第1方向上夹持所述永磁铁的方式进行配置的圆环状的一对磁轭，所述一对磁轭的纵剖面形状，包括：一对第4部分，其覆盖所述永磁铁的所述第1方向上的两个端面并且向与所述轴承定子部件相反的一侧延伸；一对第5部分，其从所述一对第4部分的与所述轴承定子部件相反的一侧的端部开始沿所述第1方向朝向彼此接近的方向延伸，在所述第5部分与所述永磁铁之间形成有第1间隙，在所述一对第5部分的彼此相对的各个顶端部之间，设有第2间隙。
另外,在本发明的另一实施方式中，所述驱动机构，具备：从动部件，其配置在所述转子的在所述轴承转子部件的径方向上的内侧；驱动部，其配置在所述从动部件的内侧，并且与所述从动部件进行磁性接合以驱动所述转子。
本发明的泵，其特征在于，具备：转子；通过磁性力支承所述转子的磁性轴承；对所述转子进行旋转驱动的驱动机构；包括安装在所述转子上的泵轮的泵机构，所述磁性轴承，具备：设置在所述转子上且由磁性材料形成的轴承转子部件；配置在所述轴承转子部件的周围的轴承定子部件，所述轴承定子部件，具有：由磁性材料形成的磁芯；和卷绕在所述磁芯上的线圈，所述磁芯的纵剖面形状，包括：第1部分,其在与面对所述轴承转子部件的方向正交的第1方向上延伸，并且所述线圈卷绕在所述第1部分上；一对第2部分，其从所述第1部分的所述第1方向上的两个端部开始，朝向所述轴承转子部件一侧延伸，之后沿所述第1方向朝向彼此接近的方向延伸；一对第3部分，其从所述一对第2部分的各个顶端部开始朝向所述轴承转子部件一侧延伸，所述轴承转子部件，包括：给所述轴承转子部件以及所述磁芯形成的磁性回路提供偏置磁通的永磁铁。在本发明的一实施方式中，所述轴承转子部件，具有：圆环状的所述永磁铁；以在所述第1方向上夹持所述永磁铁的方式进行配置的圆环状的一对磁轭，所述一对磁轭的纵剖面形状，包括：一对第4部分，其覆盖所述永磁铁的所述第1方向上的两个端面，并且向与所述轴承定子部件相反的一侧延伸；一对第5部分，其从所述一对第4部分的与所述轴承定子部件相反的一侧的端部开始沿所述第1方向朝向彼此接近的方向延伸，在所述第5部分与所述永磁铁之间形成有第1间隙，在所述一对第5部分的彼此相对的各个顶端部之间，设有第2间隙。
发明的效果
根据本发明，能够增强转子的复原力，并提高响应性。
附图说明
图1是示意性示出本发明的第1实施方式的磁性轴承以及使用了具备该磁性轴承的驱动装置的泵的整体结构的剖切立体图。
图2是示意性地示出该泵的纵剖面图。
图3是示意性地示出该磁性轴承的放大纵剖面图。
图4是示意性地示出该驱动装置的整体结构的俯视图。
图5是示意性地示出本发明的第2实施方式的驱动装置的整体结构的俯视图。
图6是示意性地示出本发明的第3实施方式的磁性轴承的立体图。
图7是图6的A－A′线剖面图。
图8是示意性地示出本发明的第4实施方式的磁性轴承的立体图。
图9是图8的B－B′线剖面图。
图10是示意性地示出该磁性轴承的轴承转子部件的立体图。
图11是示意性地示出本发明的第5实施方式的轴承转子部件的立体图。
图12是示意性地示出本发明的第6实施方式的轴承转子部件的纵剖面图。
图13是示意性地示出图12的磁性材料部的立体图。
图14是示意性地示出本发明的第7实施方式的磁性轴承的俯视图。
图15是示意性地示出本发明的第8实施方式的磁性轴承的纵剖面图。
图16是示意性地示出本发明的第9实施方式的磁性轴承的俯视图。
图17是省略一部分且示意性地示出本发明的第10实施方式的磁性轴承以及具备该轴承的泵的整体结构的纵剖面图。
图18是图17的C－C′线剖面图。
图19是示意性地示出本发明的第11实施方式的磁性轴承的纵剖面图。
图20是示意性地示出现有的磁性轴承的整体结构的纵剖面图。
具体实施方式
以下，参照附图，详细说明本发明的实施方式的磁性轴承、具备该磁性轴承的驱动装置以及泵。但是，以下的实施方式，不对各个权利要求所涉及的发明进行限定，另外，并非实施方式中所说明的特征的组合全部都是本发明的解決方法所必须的。另外，在以下的实施方式中，相同或相当的构成要素，附以相同的附图标记并省略重复的说明。另外，在实施方式中，有时会放大各个构成要素的比例、尺寸，有时会省略一部分的构成要素。
[第1实施方式]
[磁性轴承、驱动装置以及泵的结构]
图1是以剖开一部分的方式示意性示出第1实施方式的磁性轴承10、以及使用了具备该磁性轴承10的驱动装置90的泵100的整体结构的立体图。图2是示意性地示出泵100的纵剖面图，图3是示意性地示出磁性轴承10的放大纵剖面图，图4是示意性地示出驱动装置90的整体结构的俯视图。
如图1～图4所示，第1实施方式的泵100，例如用于人工心脏用的泵等，具备：转子20；通过磁性力非接触地支承该转子20的磁性轴承10；旋转驱动转子20的驱动机构30。需要说明的是，虽然在该示例中示出了泵100，但是这些转子20、磁性轴承10以及驱动机构30，若仅仅关注具有旋转驱动转子20的功能，则如图4所示，能够将它们理解为驱动装置(驱动器：Actuator)90。
另外，在下文的说明中，分别将转子20的旋转轴方向称作Z方向(也称作推力方向。)，将转子20的径方向称作X方向以及Y方向(也称作径向方向。)，将围绕Z轴(旋转轴)的旋转方向称作Ψ方向，将围绕X轴的旋转方向称作Θ方向，将围绕Y轴的旋转方向称作Φ方向。另外，X轴、Y轴以及Z轴彼此正交。
转子20，整体以树脂等非磁性体形成，并且设置于Z轴方向上的一端的环状的轴承/驱动部21和设置于另一端的泵轮(Impeller)22一体地形成。转子20，收纳在由前盖41和后盖42形成的密闭空间A中。密闭空间A包括收纳泵轮22的泵室A1，和收纳轴承/驱动部21的环状空间A2。泵轮22与泵室A1一起构成泵机构。在前盖41的前面中央部设置有与泵室A1连通的吸入口51，在前盖41的侧面设置有与泵室A1连通的吐出口(未图示)。
磁性轴承10，具有：安装在转子20的轴承/驱动部21的外周侧的、环状的由磁性材料构成的轴承转子部件11；与该轴承转子部件11隔着规定的间隔地配置在该轴承转子部件11的径向方向上的外侧的轴承定子部件12。轴承定子部件12，安装在环状的磁轭支座43与后盖42的外周部之间。
驱动机构30，具有：作为环状的从动部件的从动磁体31，其安装在转子20的轴承/驱动部21的内周侧；作为驱动部的电机定子32，其与从动磁体31隔着规定的间隔地配置在该从动磁体31的径向方向上的内侧。在该示例中，从动磁体31例如是在径向方向上磁化成4极的钕磁铁，电机定子32以三相无刷电机的方式构成，包括具有6个突极的磁性体的电机定子磁芯33和卷绕在该电机定子磁芯33的各个突极上的电机线圈34。电机定子32安装在固定于磁轭支座43的内侧的壳体44与后盖42的中央部之间。
接着，说明磁性轴承10的详情。
磁性轴承10的轴承转子部件11，具有：永磁铁13，其例如成形为圆环状且由钕磁铁形成；磁轭14、15，其与该永磁铁13同心，并且配置成在推力方向(Z轴方向)上以夹持该永磁铁13，并且由圆环状的电磁软铁形成。永磁铁13，例如磁化成N极以及S极沿推力方向相对，并且在周方向整周上为同极。
另一方面，磁性轴承10的轴承定子部件12，在该实施方式中，如图4所示，间隔90°的角度配置在轴承转子部件11的周方向的4个位置处。其中，在X轴方向上相对的一对轴承定子部件12x，控制转子20在X轴方向上的位置以及在Φ方向上的角度；在Y轴方向上相对的一对轴承定子部件12y，控制转子20在Y轴方向上的位置以及在Θ方向上的角度。另外，轴承定子部件12x、12y，控制在Z轴方向上的高度。需要说明的是，检测轴承转子部件11在径向方向、推力方向以及各个旋转方向上的位移的位移传感器16，以与X方向以及Y方向分别交叉45°的角度的方式，在磁轭支座43上配置有多个(这里，为4个)。位移传感器16，例如可列举涡电流式的传感器，但不限于此，能够采用各种各样的传感器。
轴承定子部件12，具有例如是层叠电磁钢板等由磁性材料形成的磁芯17，和卷绕在该磁芯17上的线圈18。磁芯17的纵剖面形状为，偏向轴承转子部件11的那一侧为开放端的大致C字形。更具体地，磁芯17的纵剖面形状，如图3所示，包括：第1部分17a，在与面对轴承转子部件11的方向正交的第1方向(在本示例中为Z轴方向)上延伸，并且线圈18卷绕在第1部分17a上；一对第2部分17b，从该第1部分17a的Z轴方向上的两个端部开始朝向轴承转子部件11侧延伸，之后沿Z轴方向朝向彼此接近的方向延伸；一对第3部分17c，从该一对第2部分的各个顶端部朝向轴承转子部件11侧延伸。换言之，在磁芯17的纵剖面形状中，使得从卷绕有线圈18的第1部分17a的Z轴方向上的两端开始朝向轴承转子部件11本来应当延伸成C字形状的开放端部分(参照图20)，具有一对钥匙型形状的部分，并且具有开放端彼此接近的形状。
若是这样的形状，则能够使得与磁芯17的开放端侧的一对第3部分17c的沿Z轴方向相对的面之间的距离L1相比，线圈18在Z轴方向上的长度l更长。另外，磁芯17的开放端侧的宽度，即一对第3部分17c的沿Z轴方向相对的面的相反一侧的面之间的距离L2，比磁芯17本来在Z轴方向上的长度L4更小，并且与轴承转子部件11在Z轴方向上的长度L3大致相等。
[磁性轴承、驱动装置以及泵的动作]
接着，对如上构成的磁性轴承10以及使用了具备该轴承的驱动装置90的泵100的动作进行说明。
构成磁性轴承10的轴承转子部件11以及轴承定子部件12的磁芯17，由磁性材料构成，并形成磁性回路。轴承转子部件11的永磁铁13，在该磁性回路中提供偏置磁通。未图示的控制电路，为了校正位移传感器16检测出的转子20在XYZ轴方向上的位移以及在Φ和Θ方向上的倾斜，对线圈18中流动的电流进行控制并且调节由线圈18产生的控制磁通。由此，转子20被磁性轴承10维持在规定位置以及规定姿势，并且以非接触的状态被支承。
若在该状态下，给电机定子32的电机线圈34供应三相交流电，则三相无刷电机动作，转子20旋转。若转子20旋转，则泵轮22也旋转，因此输送流体通过吸入口51被导入泵室A1，并通过吐出口吐出输送流体。
[实施方式的效果]
这里，如上文所述，轴承定子部件12的开放端(第3部分17c)在Z轴方向上的长度L2与轴承转子部件11在Z轴方向上的长度L3越大致相等，并且轴承转子部件11在Z轴方向上的长度L3越短，则转子20的磁性轴承10产生的位置以及倾斜的复原力越大。这一点，根据本实施方式的磁性轴承10，与图19所示的现有的C字形的磁芯304相比，开放端的与轴承转子部件11相对的部分(第3部分17c)在Z轴方向上的长度L2能够更短，因此能够将线圈18的圈数维持为N，并且轴承转子部件11在Z轴方向上的长度L3比以往的更短。由此，能够确保充足的复原力。需要说明的是，为了使得永磁铁13的吸引力最大，优选磁芯17的第3部分17c之间的距离L1与永磁铁13在Z轴方向上的高度大致相等，并且磁芯17的各个第3部分17c(突极)在Z轴方向上的宽度与磁轭14、15在Z轴方向上的厚度大致相等。
另外，如上文所述，为了提高磁性轴承10的响应性，需要使得线圈18的电感非常小。关于这一点，根据本实施方式的磁性轴承10，能够充分地确保磁芯17的卷绕有线圈18的第1部分17a的长度L4，因此能够增长线圈18在Z轴方向上的长度l，并且减小线圈18的剖面面积S。由此，能够减小线圈18的电感并提高响应性。
需要说明的是，如图4所示，虽然轴承转子部件11的外周面构成为曲面，但是磁芯17的磁极面17d形成为平面。具体地，磁极面17d，在沿X轴方向或Y轴方向以及Z轴方向延伸的同一平面上形成。
通常，在磁芯17的磁极面17d以沿着轴承转子部件11的外周面的曲面构成的情况下，磁场的磁通φ会集中于磁极面17d在周方向上的端部。与此相反，如果磁极面17d形成为平面，则能够防止上述那样的磁通φ的集中。
[第2实施方式]
[驱动装置的另一结构]
图5是示意性地示出第2实施方式的驱动装置90A的整体结构的俯视图。这里，在包括图5的下文的说明中，与第1实施方式相同的构成要素附以相同的附图标记，并在下文中省略重复的说明。
即，如图5所示，第2实施方式的驱动装置90A与第1实施方式的驱动装置90不同的点在于，磁性轴承10具备，与轴承转子部件11相对，并且在X轴方向、Y轴方向以及斜45°方向的各个方向上相对的8个轴承定子部件12x、12y、12xy、12yx。
根据该第2实施方式，能够以更高的精度进行径向方向上的控制。
需要说明的是，轴承定子部件12的个数，不限于此，能够采用6个、10个、12个、16个等各种形态。
[第3实施方式]
[磁性轴承的另一结构]
图6是示意性地示出第3实施方式的磁性轴承10A的立体图，图7是图6的A－A′线剖面图。
如图6以及图7所示，第3实施方式的磁性轴承10A，在转子20的轴承转子部件11a仅仅由例如圆环状的电磁软铁构成这一点上，不同于具有由永磁铁13以及电磁软铁的磁轭14、15构成的轴承转子部件11的磁性轴承10。
[第4实施方式]
[磁性轴承的再一结构]
图8是示意性地示出本发明的第4实施方式的磁性轴承10B的立体图，图9是图8的B－B′线剖面图，图10是示意性地示出磁性轴承10B的轴承转子部件11b的立体图。
如图8以及图9所示，第4实施方式的磁性轴承10B，在轴承转子部件11b仅仅由例如圆环状的永磁铁13a构成这一点上，不同于具有仅仅由电磁软铁构成的轴承转子部件11a的磁性轴承10A。
需要说明的是，永磁铁13a，如图10所示，构成为以N极以及S极在周方向以及轴方向上交错地配置的方式在径向方向上被磁化，而形成所谓的4极磁铁。通过这样的结构，能够形成磁性轴承10的轴承定子部件12的线圈18，兼做驱动机构30的电机定子32的电机线圈34的结构，因此能够省略驱动机构30。
[第5实施方式]
[轴承转子部件的另一结构]
图11是示意性地示出本发明的第5实施方式的轴承转子部件11c的立体图。
如图11所示，第5实施方式的轴承转子部件11c，与上文所述的轴承转子部件11b同样地仅仅由永磁铁13b构成，但是在沿周方向每隔45°在轴方向上交替配置N极以及S极的磁极，而形成所谓的8极磁铁这一点上，不同于形成所谓的4极磁铁的第4实施方式。如此，能够起到与上述第4实施方式相同的作用效果。
[第6实施方式]
[轴承转子部件的另一结构]
图12是示出本发明的第6实施方式的具备轴承转子部件11c的磁性轴承10C的纵剖面图，图13是示意性地示出图12的轴承转子部件11d的立体图。
如图12所示，第6实施方式的磁性轴承10C的轴承转子部件11d，在第4实施方式的4极的永磁铁13a的轴方向上的两侧配置由电磁软铁构成的磁轭14、15。如此，能够使得永磁铁13a的磁通φ集中于磁轭14、15，因此与没有磁轭14、15的情况相比，能够提高磁性轴承10C自身的磁性保持力，并且与上述第4以及第5实施方式同样地，能够省略驱动机构30。
需要说明的是，虽然在上述的实施方式中，使用4极磁铁，但是磁极的个数不限于示例的个数。
[第7实施方式]
[磁性轴承的又一结构]
图14是示意性地示出本发明的第7实施方式的磁性轴承10D的俯视图。
虽然上文所述的第1～第6实施方式的磁性轴承10、10A～10C，将轴承定子部件12配置在轴承转子部件11、11a～11d的径向方向的外侧，但是第7实施方式，将轴承定子部件12配置在轴承转子部件11e的推力方向上的一侧。
如图14所示，在第7实施方式的磁性轴承10D中，轴承转子部件11e由环状的永磁铁13c和磁轭14a、15a构成，磁轭14a、15a分别配置在该永磁铁13c的外周侧和内周侧，并且由在径向方向上夹持永磁铁13c的电磁软铁形成。永磁铁13c在径向方向上被磁化。该永磁铁13c产生的偏置磁通，并且在外侧的磁轭14a的轴方向端面上，与内侧的磁轭15a的轴方向端面上，分别出现磁极。以这些磁轭14a、15a的磁极面，与位于轴承定子部件12的磁芯17的开放端的磁极面17d相对的方式，将轴承定子部件12配置在轴承转子部件11e的推力方向上的一侧上。在该示例中，沿着轴承转子部件11e的轴方向上的一侧的端面，以在周方向上的4处间隔90°的方式，配置4个轴承定子部件12x、12y。在该实施方式中，与面对轴承转子部件11e的方向正交的第1方向，对于控制X轴方向上的位移的轴承定子部件12x来说是X轴方向，对于控制Y轴方向上的位移的轴承定子部件12y来说是Y轴方向。而且，卷绕有线圈18的第1部分17a，沿着X轴方向或Y轴方向延伸。
根据如此构成的磁性轴承10D，轴承转子部件11e与轴承定子部件12，通过来自永磁铁13c的磁通φ的环而在推力方向上被磁性耦合。轴承定子部件12，在卷绕次数与C字形的磁芯相同的条件下，如上文所述，磁芯17能够采用线圈18的剖面面积S减小且线圈18的长度l增长的结构，因此转子20的复原力增强，能够提高响应性。
[第8实施方式]
[磁性轴承的又一结构]
图15是示意性地示出本发明的第8实施方式的磁性轴承10E的纵剖面图。
如图15所示，第8实施方式的磁性轴承10E，示出了在轴承转子部件11e的推力方向上的两侧配置轴承定子部件12的示例。
根据如此构成的磁性轴承10E，轴承转子部件11e与轴承定子部件12，通过来自永磁铁13c的磁通φ的环，从推力方向上的两侧被磁性耦合。因此，与磁性轴承10D相比较，转子20的复原力更强，能够进一步提高磁性保持力。
[第9实施方式]
[磁性轴承的又一结构]
图16是示意性地示出本发明的第9实施方式的磁性轴承10F的俯视图。
如上文所述的第7实施方式的磁性轴承10D，其轴承定子部件12，在X轴方向上有2个，在Y轴方向上有2个，共计为4个。与此相反，如图16所示，本实施方式的磁性轴承10F，这些轴承定子部件12，沿轴承转子部件11e的Z轴方向端面并沿周方向配置有8个。根据如此构成的磁性轴承10F，与磁性轴承10D相比，能够更强力且更高精度地实现通过磁性力支承转子20。
需要说明的是，轴承定子部件12的个数，不限于此，能够采用6个、10个、12个、16个等各种形态。
[第10实施方式]
[磁性轴承以及驱动装置的另一结构]
图17是省略一部分且示意性地示出本发明的第10实施方式的磁性轴承110以及具备该轴承的磁体泵100A的整体结构的纵剖面图。图18是图17的C－C′线剖面图。
如图17以及图18所示，第10实施方式的磁体泵100A，具有与第1实施方式的泵100相同的结构，例如是流体输送用的磁体泵100A。该磁体泵100A，除了磁性轴承110以外，具备磁性耦合型的驱动机构130。
该磁体泵100A，整体形成为圆筒状，在轴方向的一侧具有前盖141。前盖141的内部形成有泵室A1，并且在前方中央具有圆筒状的吸入口151，在侧面具有吐出口152。在前盖141的后端连接有后盖142。后盖142与前盖141一起形成包括泵室A1的密闭空间A。另外，后盖142中，形成向后方突出的环状空间A2。设置有圆筒状的托架143以覆盖该后盖142的外周。
密闭空间A中收纳有转子120。转子120，在轴方向上的前方具有泵轮122，在后方具有环状的轴承/驱动部121。泵轮122，被收纳在泵室A1中，与泵室A1一起构成泵机构。轴承/驱动部121被收纳在环状空间A2内。在转子120的轴承/驱动部121的外周侧，设置有通过磁性力支承转子120的磁性轴承110。另外，在转子120的轴承/驱动部121的内周侧，设置有驱动转子120的驱动机构130。
磁性轴承110，具有：安装在转子120的轴承/驱动部121的外周侧的、由环状的磁性材料构成的轴承转子部件111；与轴承转子部件111隔着规定的间隔地配置在该轴承转子部件111的径向方向的外侧的轴承定子部件112。轴承定子部件112，安装在后盖142与磁轭支座144之间。
轴承转子部件111，具有：永磁铁113，其例如成形为圆环状且由钕磁铁形成；磁轭114、115，其与该永磁铁113同心地以在推力方向(Z轴方向)上夹持该永磁铁113的方式进行配置，且由圆环状的电磁软铁形成。永磁铁113磁化成，例如在推力方向上N极以及S极相对，并且在周方向整周上为同极。
轴承定子部件112，在该实施方式中，如图18所示，间隔90°的角度地配置于轴承转子部件111的周方向的4个位置。检测轴承转子部件111在径向方向、推力方向以及各个旋转方向上的位移的位移传感器116，以与轴承定子部件112分别间隔45°的角度的方式，在磁轭支座144上配置有多个(这里，为4个)。位移传感器116，例如可列举涡电流式的传感器，但不限于此，能够采用各种各样的传感器。
轴承定子部件112，具有例如由层叠电磁钢板等磁性材料形成的磁芯117，和卷绕在该磁芯117上的线圈118。磁芯117的纵剖面形状是，偏向轴承转子部件111的那一侧为开放端的大致C字形，并且与卷绕线圈118的部分的轴方向长度相比，开放端的顶端之间的距离更小。关于磁芯117的纵剖面形状的详情，与第1实施方式相同，故省略说明。
驱动机构130，具有：安装在转子120的轴承/驱动部121的内周侧的、环状的作为从动部件的从动磁体131；与从动磁体131隔着规定的间隔地配置在该从动磁体131的内侧的、作为驱动部的驱动磁体132；其顶端部安装有该驱动磁体132并且以能够旋转的方式被轴承135支承的电机轴133；对该电机轴133进行旋转驱动的电机134。在该示例中，从动磁体131以及驱动磁体132，例如由磁化成径向方向上为2极或4极的钕磁铁构成。虽然在该示例中，示出了驱动磁体132与电机轴133的直径大致相同，但是两者的直径也可以不同。
在如此构成的磁体泵100A中，电机134使得电机轴133旋转从而使得驱动磁体132旋转，在该驱动磁体132的磁性力的作用下，从动磁体131从动，并且使得转子120、即泵轮122以非接触的方式旋转。磁性轴承110，与第1实施方式的磁性轴承10同样地，控制径向方向、推力方向以及2个径向旋转轴方向的5个自由度。因此，根据该实施方式，也能够提高转子120的复原力以及响应性。
[第11实施方式]
[磁性轴承的又一结构]
图19是示意性地示出第11实施方式的磁性轴承110A的纵剖面图。如图19所示，第11实施方式的磁性轴承110A的轴承转子部件171的结构，不同于第10实施方式的磁性轴承110的轴承转子部件111。
即，轴承转子部件171，具有：圆环状的永磁铁113；圆环状的一对磁轭174、175，其与该永磁铁113同心并且以从推力方向(Z轴方向)的两侧夹持该永磁铁113的方式进行配置。在本实施方式中，一对磁轭174、175的纵剖面形状是，偏向轴承定子部件112的那一侧为开放端并且Z轴方向上的正中央被截断的大致コ字型。
具体地，如图19所示，一对磁轭174、175的纵剖面形状，具有：以覆盖永磁铁113的第1方向(这里为Z轴方向)上的两个端面的方式，在与Z轴方向正交的第2方向(这里为径向方向(X轴方向))上延伸的第4部分174a、175a；从该第4部分174a、175a的与轴承定子部件112相反的那一侧的端部开始沿Z轴方向朝向彼此接近的方向延伸的一对第5部分174b、175b。与永磁铁113的内周部相比，第4部分174a、175a的内周部更加朝向内侧突出。第5部分174b、175b与永磁铁113之间，形成有第1间隙g1。另外，在该一对第5部分174b、175b的相对的顶端部之间，设有第2间隙g2。
如果是这样的形状，则通过第1间隙g1能够防止永磁铁113的两个磁极过于接近第5部分174b、175b，因此能够将永磁铁113产生的偏置磁通φb稳定地提供给轴承定子部件112。另外，由于与磁阻较大的永磁铁113并联地形成了磁阻较小的第5部分174b、175b产生的磁性回路，因此能够使得线圈118产生的控制磁通φc没有尽可能无损地穿过轴承转子部件171。但是，如果没有第2间隙g2，则永磁铁113的两个磁极通过第5部分174b、175b会发生短路，因此，优选兼顾偏置磁通φb向轴承定子部件112侧的稳定供应，与控制磁通φc要穿过的磁性回路的磁阻，适当地设置第2间隙g2的宽度。
本实施方式的磁性轴承110A，也能够适用如图15所示的第8实施方式。另外，磁性轴承110A，虽然也能够与如图20所示的通常的具有コ字型的磁芯的轴承定子部件组合，但是特别地，通过与具有第1部分17a～第3部分17c的上文所述的轴承定子部件112(轴承定子部件12)组合，例如，在适用于上述磁体泵100A的情况下，能够根据其运行状況以高精度控制转子120的旋转。需要说明的是，在适用于磁体泵100A情况等下，在轴承转子部件171的内周侧，从动于未图示的驱动磁体的从动磁体131以沿径向方向被非磁性体131A夹持的状态进行配置。
以上，虽然说明了本发明的若干实施方式，但是这些实施方式，仅仅作为示例被提出，不意在限定本发明的范围。这些新颖的实施方式，能够以其他各种各样的方式进行实施，在不脱离发明的要旨的范围内，能够进行各种省略、替换、变更。这些实施方式及其变形，也包含在发明的范围、要旨内，并且包含与发明请求的范围中记载的发明等同的范围内。
附图标记说明
10 磁性轴承
11 轴承转子部件
12 轴承定子部件
13 永磁铁
14，15 磁轭
16 位移传感器
17 磁芯
17a 第1部分
17b 第2部分
17c 第3部分
18 线圈
20 转子
30 驱动机构
90 驱动装置
100 泵

Claims (12)

1.一种磁性轴承，是通过磁性力非接触地支承转子的磁性轴承，其特征在于，具备：
设置在所述转子上且由磁性材料形成的轴承转子部件；
配置在所述轴承转子部件的周围的轴承定子部件，
所述轴承定子部件，具有由磁性材料形成的磁芯，和卷绕在所述磁芯上的线圈，
所述磁芯的纵剖面形状，包括：
第1部分,其在与面对所述轴承转子部件的方向正交的第1方向上延伸，并且所述线圈卷绕在所述第1部分上；
一对第2部分，其从所述第1部分的所述第1方向上的两个端部开始，朝向所述轴承转子部件一侧延伸，之后沿所述第1方向朝向彼此接近的方向延伸；
一对第3部分，其从所述一对第2部分的各个顶端部开始朝向所述轴承转子部件一侧延伸，
所述轴承转子部件，包括：给所述轴承转子部件以及所述磁芯形成的磁性回路提供偏置磁通的永磁铁。
2.如权利要求1所述的磁性轴承，其特征在于，所述线圈在所述第1方向上的长度，比所述一对第3部分的沿所述第1方向相对的面之间的距离更大。
3.如权利要求1或2所述的磁性轴承，其特征在于，所述一对第3部分的沿所述第1方向相对的面的相反一侧的面之间的距离，比所述第1部分在所述第1方向上的长度更小。
4.如权利要求1～3中任一项所述的磁性轴承，其特征在于，所述一对第3部分的沿所述第1方向相对的面的相反一侧的面之间的距离，大致等于与所述第3部分相对的所述轴承转子部件在所述第1方向上的长度。
5.如权利要求1～4中任一项所述的磁性轴承，其特征在于，所述轴承转子部件，具有：
圆环状的所述永磁铁；
以在所述第1方向上夹持所述永磁铁的方式进行配置的圆环状的一对磁轭，
所述一对磁轭的纵剖面形状，包括：
一对第4部分，其覆盖所述永磁铁的所述第1方向上的两个端面并且向与所述轴承定子部件相反的一侧延伸；
一对第5部分，其从所述一对第4部分的与所述轴承定子部件相反的一侧的端部开始沿所述第1方向朝向彼此接近的方向延伸，
在所述第5部分与所述永磁铁之间形成有第1间隙，
在所述一对第5部分的彼此相对的各个顶端部之间，设有第2间隙。
6.如权利要求1～5中任一项所述的磁性轴承，其特征在于，所述轴承定子部件，在所述轴承转子部件的径方向上的外侧配置有多个，并且分别与所述轴承转子部件在径方向上相对。
7.如权利要求1～5中任一项所述的磁性轴承，其特征在于，所述轴承定子部件，在所述轴承转子部件的轴方向上的至少一侧配置有多个，并且分别与所述轴承转子部件在轴方向上相对。
8.一种驱动装置，其特征在于，具备：
转子；
通过磁性力支承所述转子的磁性轴承；
对所述转子进行旋转驱动的驱动机构，
所述磁性轴承，具备：
设置在所述转子上且由磁性材料形成的轴承转子部件；
配置在所述轴承转子部件的周围的轴承定子部件，
所述轴承定子部件，具有：由磁性材料形成的磁芯；和卷绕在所述磁芯上的线圈，
所述磁芯的纵剖面形状，包括：
第1部分，其在与面对所述轴承转子部件的方向正交的第1方向上延伸，并且所述线圈卷绕在所述第1部分上；
一对第2部分，其从所述第1部分的所述第1方向上的两个端部开始，朝向所述轴承转子部件一侧延伸，之后沿所述第1方向朝向彼此接近的方向延伸；
一对第3部分，其从所述一对第2部分的各个顶端部开始朝向所述轴承转子部件一侧延伸，
所述轴承转子部件，包括：给所述轴承转子部件以及所述磁芯形成的磁性回路提供偏置磁通的永磁铁。
9.如权利要求8所述的驱动装置，其特征在于，所述轴承转子部件，具有：
圆环状的所述永磁铁；
以在所述第1方向上夹持所述永磁铁的方式进行配置的圆环状的一对磁轭，
所述一对磁轭的纵剖面形状，包括：
一对第4部分，其覆盖所述永磁铁的所述第1方向上的两个端面并且向与所述轴承定子部件相反的一侧延伸；
一对第5部分，其从所述一对第4部分的与所述轴承定子部件相反的一侧的端部开始沿所述第1方向朝向彼此接近的方向延伸，
在所述第5部分与所述永磁铁之间形成有第1间隙，
在所述一对第5部分的彼此相对的各个顶端部之间，设有第2间隙。
10.如权利要求8或9所述的驱动装置，其特征在于，所述驱动机构，具备：
从动部件，其配置在所述转子的在所述轴承转子部件的径方向上的内侧；
驱动部，其配置在所述从动部件的内侧，并且与所述从动部件进行磁性接合以驱动所述转子。
11.一种泵，其特征在于，具备：
转子；
通过磁性力支承所述转子的磁性轴承；
对所述转子进行旋转驱动的驱动机构；
包括安装在所述转子上的泵轮的泵机构，
所述磁性轴承，具备：
设置在所述转子上且由磁性材料形成的轴承转子部件；
配置在所述轴承转子部件的周围的轴承定子部件，
所述轴承定子部件，具有：由磁性材料形成的磁芯；和卷绕在所述磁芯上的线圈，
所述磁芯的纵剖面形状，包括：
第1部分，其在与面对所述轴承转子部件的方向正交的第1方向上延伸，并且所述线圈卷绕在所述第1部分上；
一对第2部分，其从所述第1部分的所述第1方向上的两个端部开始，朝向所述轴承转子部件一侧延伸，之后沿所述第1方向朝向彼此接近的方向延伸；
一对第3部分，其从所述一对第2部分的各个顶端部开始朝向所述轴承转子部件一侧延伸，
所述轴承转子部件，包括：给所述轴承转子部件以及所述磁芯形成的磁性回路提供偏置磁通的永磁铁。
12.如权利要求11所述的泵，其特征在于，所述轴承转子部件，具有：
圆环状的所述永磁铁；
以在所述第1方向上夹持所述永磁铁的方式进行配置的圆环状的一对磁轭，
所述一对磁轭的纵剖面形状，包括：
一对第4部分，其覆盖所述永磁铁的所述第1方向上的两个端面，并且向与所述轴承定子部件相反的一侧延伸；
一对第5部分，其从所述一对第4部分的与所述轴承定子部件相反的一侧的端部开始沿所述第1方向朝向彼此接近的方向延伸，
在所述第5部分与所述永磁铁之间形成有第1间隙，
在所述一对第5部分的彼此相对的各个顶端部之间，设有第2间隙。
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