JP2000501817A - 減少した制御磁束−誘導回転子損失を有する磁気ベアリング - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 減少した制御磁束−誘導固定子損失を有する磁気ベアリングは、回転子（１４）と、第１の相Ａのコイル（１５０〜１５６）と第２の相Ｂのコイル（１６０〜１６６）が巻装されている複数のスロット（Ｓ１〜Ｓ１６）を有する固定子（１２）を含んでいる。巻線構造は、正弦波であるとともにギャップ（１５）に沿っていかなる位置にも向けられる回転子／固定子ギャップ（１５）のまわりに２極磁界を供給する。巻線構造は、ギャップにおける制御磁束の不連続性と鋭い変化を小さくし、回転子損失を減少させる。また、固定子歯ギャップ（ｇ１）は、回転子／固定子ギャップ（１５）に沿う円滑な磁束分布を供給するために、小さくされる。より多くの相とより多い又はより少ない固定子スロットを使用できる。

Description

【発明の詳細な説明】 減少した制御磁束−誘導回転子損失を有する磁気ベアリング 関連出願との関係 “減少したバイアス磁束−誘導回転子損失を有する磁気ベアリング”と題する 、同時出願中の米国特許出願Ｎｏ．０８／５００，７２１はここで述べられてい る主題を含んでいる。 技術分野 この出願は、磁気ベアリングに係り、特に減少した回転子損失を備えた磁気ベ アリングに関する。 背景技術 磁気ベアリングが互に同心状に配置された回転部材（又は回転子）と静止部材 （又は固定子）を有することと、磁気ベアリング（およびその関連する制御回路 ）が回転している回転子と静止している固定子間の径方向又は軸方向の間隔を制 御することは、技術分野において知られている。例えば、固定子に対して同心状 に配置されている。もちろん、知られているように、磁気ベアリングは、固定子 と回転子間の間隔を調節するために、固定子のまわりに巻装されたコイルを通し て流れる電流によって発生される調節可能な電磁力を使用する制御回路によって 制御される。 特に、“径方向”磁気ベアリングは同心状に配置された固定子と 回転子間の径方向の間隔を調節する。径方向の力が回転子に作用されるので、電 磁力は、固定子と回転子間のギャップを回転子／固定子の円周方向まわりに本質 的に一定の同じ値に戻すように調節されなければならない。もちろん、間隔セン サは、ギャップの間隔を測定するとともに制御回路に入力信号を入力するために 使用され、コイルを通して流れる電流を調節することによって、電磁力を調節す る。 可変電気磁気制御磁束に加えて、磁気ベアリングは、知られているように、ベ アリング制御（例えば、電流−力の関係を直線化する）を改良するために、一定 のＤＣバイアス磁束を持っている。バイアス磁束は永久磁石又は電磁石によって 発生される。 可変電気磁気制御力を径方向磁気ベアリングに作用させるために使用される現 在の技術は反対方向の外部径方向の力に対して、磁気マグネット電磁力を発生す るための電流で一つ又はそれ以上のコイルを励起又はパルシングすることを含ん でいる。 コイルとコイル構造を励起するための技術は、“磁気ベアリング機構”と題す るミークス（Ｍｅｅｋｓ）による米国特許第５，１１１，１０２号と、“高速低 損失反摩擦ベアリング”と題するマルスキー（Ｍａｌｓｋｙ）による米国特許第 ５，１７９，３０８号で開示されているものを含んでいる。しかしながら、その ような技術と構造は、ギャップに沿う分布を、ギャップのまわりの角度関数とし て不連続又は鋭敏なものにする。そのような鋭い磁束の変化は、渦電流とヒステ リシス損を発生し、回転子に熱を発生させ、効率を低下させる。また、回転子が 高速であればそれだけ損失が大きくなる。 それ故に、高速回転子、例えばエネルギー蓄積フライホイールに対して損失は重 要である。 加えて、回転子の上昇した熱は回転子に設けられている永久磁石を減磁する。 さらに、回転子が絶縁された真空室内例えばエネルギー蓄積フライホイール装置 内に配設されていれば、回転子を冷却することは困難である。従って、そのよう な損失を減少させることは回転子に発生した熱の減少に直接関係する。 従って、そのような回転子の損失を示さない磁気マグネットを設けることは望 ましいことである。 発明の開示 本発明の目的は、回転子損失が減少している磁気ベアリングの提供を含んでい る。 本発明によれば、磁気ベアリングは、回転子と、固定子に対して同心状に配設 され固定子に対して回転するとともにギャップに沿ういかなる点にも向けられる ギャップに向けることができる２極磁界分布を供給するための固定子に配設され た巻線手段によって構成される。 さらに、本発明によれば、ギャップのまわりの２極磁界分布は本質的に正弦波 である。 さらにまた、本発明によれば、固定子は、複数の固定子歯と、各溝（スロット ）が固定子歯の隣り合うものの間にある複数のスロットによって構成されており 、回転子／固定子ギャップのスロットは回転子損失を小さくするために最小の間 隔に設定されている。 この発明は、制御巻線（又はコイル）の改良された構造を有する磁気ベアリン グを設けることにより、従来技術に勝る改良を示す。制御巻線（又はコイル）は 回転子／固定子ギャップ磁束における大きな不連続を避ける２極磁界分布を提す る。回転子損失の減少は渦電流とヒステリシス損失の減少を含んでおり、そのよ うな損失に関連する電気磁気ドラッグと熱放散を減少させる。もちろん、発明は そのような２極コイル構造を可能にし、この２極コイル構造は固定子上の歯の数 とコイル駆動位相とは独立である。さらに、本発明の２極磁気制御磁界分布は、 コイル位相によって供給される電流を調節することによって、ギャップの円周ま わりのいかなる位置にも配置できる。使用される固定子が多ければ多い程、正弦 波がより円滑になるとともに回転子の損失がより少なくなる。また、発明は、回 転子／固定子ギャップでの固定子歯を少なくする固定子積層に使用でき、磁束分 布の円滑さを最大にできる。 本発明の前述および他の目的，特徴および利点は、添付図面に示すような実施 例の次の詳細な説明に鑑みて、より明白になる。 ［図面の簡単な説明］ 第１図は、バイアス磁束通路を示す４つの固定子歯を有する従来技術の磁気ベ アリングの、側面図である。 第２図は、４つの歯の固定子を示す第１図の磁気ベアリングの頂部の切断図で ある。 第３図は、固定子歯に沿う力に対する、第１および第２図の４つの歯の固定子 の回転子／固定子に沿う制御磁束のグラフである。 第４図は、２つの固定子歯間に向かう力に対する、第１および第２図の４つの 歯の固定子の回転子／固定子に沿う制御磁束のグラフである。 第５図は、本発明による、巻線構造を有する１６歯固定子を有する磁気ベアリ ングの頂部切断図である。 第６図は、本発明による、巻線接続を示す第５図の１６歯固定子の側面レイア ウト図である。 第７図は、本発明による、電流方向を示す第５図の１６歯固定子の頂部レイア ウト図である。 第８図は、本発明による、励起された１相を有する第５図の１６歯固定子磁気 ベアリングの回転子／固定子ギャップに沿う制御磁束のグラフである。 第９図は、本発明による、励起された２相を有する第５図の１６歯固定子磁気 ベアリングの回転子／固定子ギャップに沿う制御磁束のグラフである。 第１０図は、本発明による、２位相システムの各位相に対して必要とされる力 と磁束ベクトルを示すベクトルグラフである。 第１１図は、本発明による巻線構造を有する１２歯固定子を有する磁気ベアリ ングの頂部切断図である。 第１２図は、本発明による、巻線接続を示す第１１図の第１２歯固定子側面レ イアウト図である。 第１３図は、本発明による、電流方向を示す第１１図の１２歯固定子の頂部レ イアウト図である。 第１４図は、本発明による、励起された１相を有する第１１図の １２歯固定子の磁気ベアリングの回転子／固定子ギャップに沿う制御磁束のグラ フである。 第１５図は、本発明による、励起された２相を有する第１１図の１２歯固定子 の磁気ベアリングの回転子／固定子ギャップに沿う制御磁束のグラフである。 第１６図は、本発明による、３相システムの各相に対して必要とされる力と磁 束ベクトルを示すグラフである。 第１７図は、本発明による、励起された３相を有する第１１図の１２歯固定子 の磁気ベアリングの回転子／固定子ギャップに沿う制御磁束のグラフである。 ［発明を実施するための最良な形態］ 第１図を参照すると、従来の径方向磁気ベアリング１０は、固定子部材又は固 定子１２と、回転部材又は回転子１４、および固定子１２の外径と回転子１４の 内径間のギャップ１５によって構成されている。固定子１２は、高周波数応答特 性例えばロテロイ５Ｒ，コバルトマグネチックスチールを有する高級低損失高透 磁率電気スチールからなる複数の中心配置積層１６によって構成される。各積層 １６の厚さは約０．００４”から０．０１０”（０．０１０から０．０２５４ｃ ｍ）であり、全ての積層１６に対する全体のｓｔａｃｈｅｄ厚さは約３ｃｍであ る。他の積層厚さ、積層ｓｔａｃｋの厚さ、および物質を、必要ならば、用いる ことが出来る。回転子／固定子エアギャップ１５の間隔は０．００５”から０． ０２０”にでき、かつあるフライホイールへの応用に対して精度例えば０．００ ２” に制御することができる。適用に応じて、必要ならば、他のギャップサイズを用 いることができる。 積層１６は２つの永久磁石１８，２０間に挾設されている。永久磁石１８，２ ０の各々はトロイダル（又はドーナツ）構造である。永久磁石１８，２０に対し て必要ならば他の構造を用いることが出来る。固定子の中心部は空洞領域２２で ある。領域２２は必要ならば固体とすることができる。 永久磁石１８，２０の南極は、それぞれ、支持アーム２４，２６の一端に接続 されており、北極は積層１１６の対向する側に接続されている。アーム２４，２ ６の他端は固定子１２の外径の一部を形成する。アーム２４，２６は、高強度高 透磁率低損失スチール、例えばアルノン（Ａｒｎｏｎ）５^R又はＡＩＳＩ１０１ ８スチールの如き低カーボン（例えば０．０１〜０．０２％カーボン）によって 作られている。アーム２４，２６として、必要ならば、他の物質を使用できる。 永久磁石１８，２０は一定のＤＣ磁界バイアスφｂを提し、このバイアスφｂ は回転子１４と固定子１２の各固定子歯間で吸引力を提する。磁石１８のバイア ス磁束通路（又は回路）は、点線２８によって示されており、永久磁石１８の北 極を出て、積層１６に沿って移動し、回転子／固定子ギャップを通過し、回転子 １４に沿って移動し、ギャップ１５を横切り、永久磁石１８の磁気回路磁束通路 を完成する。対称的な磁気バイアス磁束回路は、点線３０で示すように、永久磁 石２０のために存在する。電線又はコイル３１，３２，３３，３４は、第１図， 第２図に示すように、積層１６に巻装され ている。電磁気バイアス磁束を発生させるために、固定子歯の一部又は全てのま わり又は分離するトロイダル構造の電磁石（永久磁石のような）のどちらかに巻 装されているコイルを使用するバイアス磁束を供給することは、知られている。 その場合において、永久磁石１８，２０は必要でない。他の共通の磁気ベアリン グ構造は、ミークス（Ｍｅｅｋｓ）による“磁気ベアリング構造”と題する米国 特許Ｎｏ．５，１１１，１０２と、マルスキー（Ｍａｌｓｋｙ）による“高速低 損失反摩擦ベアリングアッセンブリー”と題する米国特許Ｎｏ．５，１７９，３ ０８と、スタッダ（Ｓｔｕｄｅｒ）による“磁気ベアリング”と題する米国特許 Ｎｏ．３，８６５，４４２，およびスタッダによる“リニア磁気ベアリング”と 題する米国特許Ｎｏ．４，３８７，９３５、に述べられている。 第２図を参照すると、固定子１２の積層１６は、それぞれ、コイルが巻装され ている４つの歯３５，３６，３７，３８を持っている。必要ならば、固定子はよ り多いかより少ない歯を持ってもよい。コイル３１〜３４は、後述するように外 部径方向の力を補償するために制御された力を発生するためのバイアス磁束と結 合する可変電磁界を発生する電流を運ぶ。 また、ギャップ１５は、積層１６の歯３５〜３８の中心又は中心近傍の４つの 場所で測定される。特に、測定される間隔は固定子１２のまわりに反時計方向に わたってｙ₁，ｘ₁，ｙ₂，ｘ₂として示されている。ギャップの囲りの多少の位置 を必要に応じて測定することが出来る。 電磁力は、回転子１４又は固定子１２に作用する外部方向の力を 計算するように働く。例えば、第２図において、外方径方向の力が回転子１４を 、ライン４２に示すように、下方に働かせると、間隔ｙ₂はギャップ間隔ｙ₁より も大きくなる。その場合において、電流は制御磁束φｃを生成するような方向に おけるコイル３１，３２を介して駆動され、制御磁束φｃはギャップｙ₁のバイ アス磁束φｂと反対方向であり、かつギャップｙ₂のバイアス磁束φｂと同じ方 向である。結果として、ギャップｙ₁の全吸引力は減少し、ギャップｙ₂の吸引力 は増加してｙ₁とｙ₂が等しくなる。同様にして、もし水平径方向の力がライン４ ３に示すように固定子に作用し、ギャップ間隔ｘ₂がギャップ間隔ｘ₁よりも大き くなれば、電流はコイル３３，３４を通して流れ、ギャップｘ₂のバイアス磁束 φｂと同じ方向でありかつギャップｘ₁の制御磁束φｂと反対方向である制御磁 束φｃを生成する。この制御磁束φｃの発生により、ギャップｘ₂の吸引力は増 加しギャップｘ₁の吸引力は減少して、ギャップｘ₂をギャップｘ₁に等しくする 。 ギャップｙ₁とｙ₂を調節する制御磁束を生成するコイル３１，３２を通しての 電流は、点線３９によって示されており、例えば上部固定歯３５に沿って発生さ れ、固定子の背後鉄心に沿う２つの等しい通路に分割し、それから固定子１２の 下部歯３６に再結合する。磁束通路３９はギャップｙ₂を介して移動し、それか ら再び２つの等しい通路に分割し、固定子１２の半周の囲りを移動し、再結合し 、それから固定子１２の上部歯３５までギャップｙ₁を横切る。積層２９が固定 子１４で使用されると、制御磁束φｃはほとんど積層２９に残る。 同様に、上記実施例に対するギャップｘ₁とｘ₂を調節する制御磁束φｃを生成 するコイル３３，３４における電流は、磁束φｃを固定子１２の歯３７に沿って 右から左に伝播させ、かつ固定子の背後鉄に沿う２つの等しい通路に分離し、そ れから点線４０に示すように固定子１２の歯３８に再結合する。磁束３９と同様 に、磁束４０はギャップｘ₂を介して移行し、ギャップｘ₁を横切って右側の歯３ ７に入る。ＸとＹ方向間に作用する外方回転子力を計算するために、コイルの両 側からの磁束は使用される（後述のように）。 コイル３１，３２は、共に直列に接続され、これらに供給される電圧によって 駆動され、ｙ方向における制御磁束を発生する。同様にして、コイル３３，３４ は共に直列に接続され、それらに供給される電圧によって駆動され、ｘ方向にお ける制御磁束を発生する。また、コイル３１〜３４は個々に駆動されることが出 来る。さらにまた、バイアス磁束φｂは反対方向例えば径方向内方においても発 生する。その場合において制御磁束φｃの方向は上述の例とは逆である。さらに また、バイアス磁束φｂは使用する必要がなく、制御磁束φｃのみを使用して回 転子に力を発生させることができる。 第２図と第３図を参照すると、ライン４２に示すように、外力が回転子にｙ方 向における下方に及ぼされかつ回転子／固定子エアギャップ１５における磁気制 御磁束φｃ（又は磁束分布又は磁束密度）が固定子１２のまわりに回転子が時計 方向に回転するにつれて回転子１４上の点から表れると、制御磁束φｃは＋／− φｃ₁の値からゼロまでの一連の大きな変化を示す。その場合に、コイル３１は 励起されバイアス磁束とは反対の制御磁束φｃを発生し、コイル３ ２が励起されバイアス磁束と同じ方向の制御磁束を発生する。ここで使用される ように、磁束φは、磁束，磁束分布，磁束密度（φ／面積）として使用される。 特に、点５０が固定子歯３５からであると、−φｃの大きさを有する第１のパ ルス１００が回転子１００に表れる。一般に、径方向に向う磁束は正として示さ れ、径方向内方に向う磁束は負として示される。点５０が固定子歯３７から歯３ ５，３７の間でありかつ歯３７，３６間であると、領域１０２に示すように、回 転子は低磁束値（すなわちゼロに近い）を示す。点５０が歯３６からであると、 φｃ₁の大きさを有する第２のパルスは回転子に表れる。同様にして、点５０が 固定子歯３８から歯３６，３８の間でありかつ歯３８，３５の間であると、領域 １０６に示すように回転子は低磁束値である。第３図に示すような方形波の代り に丸いコーナを有する波形を使用できる。 かくして、回転子１４の単一回転に対して、回転子の与えられた点（例えば前 の例では４）では制御磁束が急速に変化する。これらの磁束の変化は回転子にお ける渦電流とヒステリシス損を生じ、背景技術の項で前述したように回転子は熱 とトルク（電気−磁気ドラッグ）を生じる。回転子が速く回れば、それだけこれ らの損失が大きくなる。１０，０００ｒｐｍ以上の速度に対して、損失はかなり 大きなものになる。また、制御磁束の変化が鋭ければ、高い周波数が回転子は発 生し損失も大きくなる。 また、第２図と第４図を参照すると、上述の例に対して回転子の力ベクトルが 、ライン４４に示すように、径方向外方（すなわち、 Ｘ軸とＹ軸間の−４５度方向）を示す固定子歯３８，３５間の中途であれば、全 ての４つのコイルが励起される。特に、コイル３１，３４はバイアス磁束φｂと 反対方向の制御磁束φｃを生じ、コイル３３，３２は励起されバイアス磁束と同 じ方向における制御磁束φｃを生じて、Ｘ軸とＹ軸間の−４５度において吸引力 を生じる。その場合において、回転子／固定子エアギャップ１５における磁気制 御磁束φｃが回転子１４上の点５０から表れると、回転子が固定子１２のまわり に時計方向に３６０度回転するにつれて、第４図に示すように、制御磁束φｃは ＋／−φｃ₁の値から約ゼロまでの一連の大きな変化を示す。 特に、点５０が固定子歯３５からのものであると、−φｃ₁の大きさを有する 第１のパルス１１０が回転子から表れる。点５０，歯３５，３７の間にある時、 回転子は、領域１１２に示すように、低い磁束値（例えばゼロに近い）を示す。 点５０が固定子歯３７からであると、φｃ₁の大きさを有する第２のパルス１１ ４は回転子によって表される。同様に、点５０が歯３７，３６の間であると、回 転子は領域１１６に示すように低磁束値になる。点５０が固定子歯３６にあると 、φｃ₁の大きさを持つ第３のパルス１１８は回転子に表れる。同様に、点５０ が歯３６，３８間であると、回転子は領域１２０に示すように、低磁束値である 。同様に、点５０が固定子歯３８からのものであると、−φｃ₁の大きさを持つ 第４のパルス１２２は回転子に表れる。最後に、点５０が歯３８，３５の間であ ると、領域１２４で示すように回転子は低磁束値を示す。第４図に示すような方 形波の代りに、波形のコーナが丸みを持ったものであ ってもよい。 かくして、回転子１４の単独回転に対して、回転子上の与えられた点（例えば 点５０）は、制御磁束の多数（たとえば前の例において８）の急激に変化する。 これらの磁束の変化は回転子に渦電流とヒステリシス損を生じさせ、回転子は前 述のように熱とトルク（電気−磁気ドラッグ）を誘起する。 第５図と第６図を参照すると、本発明の径方向磁気ベアリングは、制御磁束φ ｃに対して基質的に正弦波方向性２極磁界を供給することによって、そのような 誘起した回転子損失を最小にする巻線構造を持っている。もちろん、ベアリング は、１６歯固定子と、第１図と第２図で述べたような固定子歯の各々から径方向 外方に発生する永久磁石バイアス磁束φｂを持っている。バイアス磁束の方向は 、必要ならば、前述したように逆方向であってもよい。特に、磁気ベアリングは 、対向するスロットを通して巻装された４つのコイル１５０，１５２，１５４， １５６によって構成される第１の相Ａを備える２つの相巻線構造を持っている。 さらに詳しくは、相Ａに対して、コイル１５０はスロットＳ１，Ｓ６を通して巻 装され、コイル１５２はスロットＳ１６，Ｓ７を通して巻装され、コイル１５４ はスロットＳ１５，Ｓ８を通して巻装され、およびコイル１５６はスロットＳ１ ４，Ｓ９を通して巻装される。相Ａのコイル１５０〜１５６は、第６図に示すよ うに、直列，並列，又はこれらの混合に接続され、相Ａ電圧源１５７によって駆 動される。また、巻線構造は、残りの対向するスロットを通して巻装された４つ のコイル１６０，１６２，１６４，１６６によって構成される第２の相Ｂを持っ てい る。さらに詳しくは、相Ｂに対して、コイル１６０はスロットＳ２，Ｓ１３を通 して巻装され、コイル１６２はスロットＳ３，Ｓ１２を通して巻装され、コイル １６４はスロットＳ４，Ｓ１１を通して巻装されているとともに、コイル１６６ はスロットＳ５，Ｓ１０を通して巻装されている。相Ｂのコイル１６０〜１６６ は、直列，並列，又はこれらの混合で共に接続され相Ｂを形成するとともに、第 ６図に示すように相Ｂ電圧源１５８によって駆動される。実際には、電源１５７ ，１５８は、背景技術節で論じたように、ギャップ間隔（ギャップ間隔センサか らの）に基づいて供給されるべき電流を計算する制御回路（図示せず）内に設け られる。 固定子歯の設計は、“バイアス−磁束−誘導回転子損失を減少した磁気ベアリ ング”と題する同時出願中の米国特許出願Ｎｏ．（社内整理番号Ｎｏ．Ｒ−３８ ８８）におけるどの実施例のものと同じである。望むならば、例えば真直ぐに径 方向に突出する方形歯、又は上述の特許出願において開示されているようにギャ ップ１５の近くの円周状に突出する頭部領域を有する真直ぐな歯を使用できる。 しかしながら、歯のギャップｇ１が小さければ、ギャップ１５に沿う合成制御磁 束分布は２つの磁界正弦波の円滑さを示し、制御磁束回転子損失を小さくする。 第７図を参照すると、ライン１８０で切断して平らに広げられた（第６図のよ うに）第５図の１６歯固定１２の頂面図が示されている。スロット（Ｓ１〜Ｓ１ ６）を通して紙面の外に流れる電流はドット（・）によって示され、スロット（ Ｓ１〜Ｓ１６）を通して紙面内に流れる電流はクロス（Ｘ）によって示されてい る。第５図を 参照すると、所定の相に対する制御磁束の方向はその相のコイルに対するライン １５０〜１５６，１６０〜１６６に直角である。特に、正相Ａに対する制御磁束 の方向はライン１７９によって示され、正相Ｂに対する制御磁束の方向はライン １８１によって示されている。 第５〜８図を参照すると、力がライン１８２（第５図）の方向で回転子１４に 及ぼされると、電流は相Ａを通して流れ、力１８２の方向が相Ａに対する磁束に 平行であるので相Ｂを通しては電流が流れない。相Ａに供給される電流はコイル １５０〜１５６に対する磁束の各々のものと同じである。第８図を参照すると、 各コイル１５０〜１５６を通して流れる電流によってギャップ１５に発生する制 御磁束は、個々に、曲線２００〜２０６によってそれぞれ示されている。曲線２ ００〜２０６のゼロ以上の領域は、ライン１８６（第５図）によって集約的に示 されているように、第７図に示されているギャップ１５の対応する部分における ギャップ１５を横切って径方向外方（バイアス磁束と同じ方向）に突出する制御 磁束を示し、ギャップ１５のその領域における回転子／固定子吸引力を増加させ る。対称的に、曲線２００〜２０６のゼロ以下の領域は、ライン１８８（第５図 ）によって集約的に示されているように、第７図に示されているギャップ１５の 対応する部分におけるギャップ１５を横切って径方向内方（バイアス磁束と反対 方向）に突出する制御磁束を示し、ギャップ１５のその領域における回転子／固 定子吸引力を減少させる。 全磁束がギャップ１５のまわりに保存されるので、ゼロ以上の曲線２００の下 の領域はゼロ以下の曲線２００の領域に等しくなけれ ばならない。 特に、第７図におけるＳ１からＳ６までの左から右まで見て（又は第５図にお けるＳ１〜Ｓ６まで時計方向に見て）、コイル１５０とその関連する磁束曲線２ ００に対して、歯Ｓ１〜Ｓ６間に発生する磁束分布（又は磁束密度）は大きな値 であり、第７図におけるＳ６からＳ１まで左から右まで見て（又は第５図におい てＳ６からＳ１まで時計方向に見て）、歯Ｓ６〜Ｓ１間に発生する磁束密度は、 磁束が分布するギャップ領域（特に、長さ）が大きいので、上述の曲線のものよ りも小さい。 第８図に示すように、コイル１５２〜１５６と関連する磁束曲線２０２〜２０ ６に対して同様な関係が存在する。曲線２００〜２０６が共に加算されると、相 Ａによって誘起されるギャップ１５における合成磁束は点線２１０によって示さ れる。実際には、波形２０２〜２０６の縁は丸みを持っており、点線２１２に示 すように正弦波に似ている。波形２１２の正の半分は第１の磁極であり、波形２ １２の負の半分は第２の磁極である。両方の極は回転子に作用する力１８２を計 算するのに役立つ。かくして、回転子１４が回転するにつれて、回転子上のある 点例えば点５０は、本質的に円滑な２極磁界のようであり、制御磁束における大 きな不連続性を減少又は低減し、ギャップ１５における制御磁束の方向での変化 の数を小さくする。かくして、本発明は制御磁束の誘起した回転子損失を減らす 。 第９図を参照すると、本発明の２極磁気制御磁束は、コイルに供給される電流 すなわち２つの相Ａ，Ｂのコイルによって発生される磁束を調節することによっ て、ギャップ１５の円周まわりのいかな る位置にも向けられる。特に、ライン１９０（第５図）に示すように、相Ａ（ラ イン１７９）と相Ｂ（ライン１８１）コイルの磁束方向間の方向４５度において 、力が回転子１４に作用されると、双方の相Ａと相Ｂの磁束が力を計算するのに 必要とされる。特に、相Ａに対する合成磁束曲線は曲線２３０によって示され、 相Ｂに対する合成磁束曲線は曲線２３２によって示されている。ギャップ１５に おける磁束は、実線２３４で示すように、２つの相の磁束曲線２３０，２３２の 和である。実際の磁束は丸みをおびており、点線２３６で示すように正弦波に似 ている。 前述のように、ゼロ上の曲線２３６の領域は、ライン１９２（第５図）に示す ように、第７図に示されているギャップ１５の対応する部分におけるギャップ１ ５を介して径方向外方に突出する（パイアス磁束と同じ方向における）制御磁束 を示し、ギャップ１５のその領域における回転子／固定子吸引力を増加させる。 対称的に、ゼロ以下の曲線２３０の領域は、ライン１９４（第５図）に示すよう に、第７図に示されているギャップ１５の対応する部分におけるギャップ１５を 介して径方向内方に突出する（バイアスとは反対方向における）制御磁束を示し 、ギャップ１５における回転子／固定子吸引力を減少させる。 第１０図を参照すると、前述したように、２極制御磁束は、相Ａ，Ｂのコイル （従って、コイルを流れる電流を調節することによって、ギャップ１５の周まわ りのどの部分にも向けられる。これは、２つの相Ａ，Ｂを見ることによって、９ ０度離れて発生される２つのベクトルとして示される。一般に、コイルによって 発生された磁束は コイルを通して流れる電流に比例する。力ベクトルＦが単に相Ａの磁束路に沿う ものであれば、第８図の第１の例に示すように、相Ａのみが使用され、電流の値 は相Ａに沿う力Ｆの量によって決められる。力ベクトルＦが、第９図の例のよう に、２つの相Ａ，Ｂ間の角度θで発生されると、相Ａ，Ｂで必要とされる電流の 量は力ベクトルＦのべクトル成分である。特に、２つの相のシステムに対して、 相Ａの電流はＦ＊Ｓｉｎ（θ）であり、相Ｂの電流はＦ＊Ｃｏｓ（θ）である。 あるべクトルを得るために相Ａ，Ｂの１つ又は両方における電流が第５，６，７ 図に示すものとは逆である必要があることは、理解されるべきである。 もちろん、回転子１４の一部が回転子の他の部分よりも多い（又は少ない）外 方径方向の力を作用するという回転子の不平衡があれば、例えば、回転子の一部 が重ければ、回転子とともに回転する力べクトルが有る。その場合において、発 明はもちろん従来技術よりも回転子損失を減少させる。特に、発明は、不平衡力 を発生する回転子の領域にしたがう回転磁極磁束分布を提する。従って、回転子 は常に同じ制御磁束を受け、回転子損失を小さくする。 第１１と１２図を参照すると、本発明の３相コイル巻線を有する１２歯固定子 が示されている。特に、３相巻線構造は対向するスロットを通して巻装された２ つのコイル３００，３０２からなる第１の相を有する。さらに詳しくは、相Ａに 対して、コイル３００はスロットＳ１，Ｓ８を通して巻かれており、コイル３０ ２はスロットＳ２，Ｓ７を通して巻かれている。相Ａのコイル３００，３０２は 、もちろん、第１２図に示すように直列，並列，又はこれらの混合で 共に接続され、相Ａを形成する。同様にして、巻線構造は、対向するスロットを 通して巻かれた２つのコイル３０４，３０６からなる第２の相Ｂを有する。より 詳しくは、相Ｂに対して、コイル３０４はスロットＳ３，Ｓ１０を通して巻かれ ており、コイル３０６はスロットＳ４，Ｓ９を通して巻かれている。相Ｂのコイ ル３０４，３０６はもちろん共に直列，並列，又はこれらの混合で接続され、第 １２図に示すように相Ｂを形成する。同様にして、巻線構造は、対向するスロッ トを通して巻かれたコイル３０８，３１０からなる第３の相Ｃを有する。 さらに詳しくは、相Ｃに対して、コイル３０８はスロットＳ５，Ｓ１２を通し て巻かれており、コイル３１０はスロットＳ６，Ｓ１１を通して巻かれている。 Ｃ相のコイル３０８，３１０は直列，並列又はこれらの混合で共に接続され、第 １２図に示すように相Ｃを形成する。固定子歯設計は第５図で述べたものと同じ である。 第１３図を参照すると、ライン３１４で切断されかつ平らに広げられた（第１ ２図のように）第１１図の１２歯固定子の頂面図が示されている。前述のように 、与えられたスロットＳ１〜Ｓ１２を通して紙面の外に流れる電流はドット（・ ）で示され、所定のスロット（Ｓ１〜Ｓ１２）を通して紙面の中に流れる電流は クロス（Ｘ）によって示されている。第１１図を参照すると、所定の相の制御磁 束の方向は、その相に対するコイルに対して、第１１図に描かれているラインに 直角である。特に、正相Ａに対する制御磁束の方向はライン３１６で示され、負 相Ｂに対する制御磁束の方向（すなわち、相−Ｂ）はライン３１７で示され、正 相Ｃに対する制御磁束の方向 はライン３１８で示されている。 第１１〜１４図を参照すると、力がライン３２０（第１１図）の方向における 回転子１４に作用すれば、電流は、相Ａを通して流れ、力３２０の方向が相Ａに 対する磁束の方向に平行であるから相ＢとＣを通しては流れない。もちろん、相 Ａに供給される電流は相Ａのコイル３００，３０２の各々に対して同じである。 第１４図を参照すると、コイル３０３，３０２の各々を通して流れる電流によ ってギャップ１５に発生される制御磁束が、曲線３５０，３５２によって個々に 示されている。第８図で前述したものと同様に、ゼロより上の曲線３５０，３５ ２の領域は、ライン３２２（第１１図）によって集約的に示されているように、 第１３図に示されているギャップ１５の対応する部分におけるギャップを介して 径方向外方に突出する制御磁束（バイアス磁束と同じ方向における）を示し、ギ ャップ１５のその領域における回転子／固定子吸引力を増加させる。対称的に、 ゼロの下の曲線３５０，３５２の領域は、ライン３２２（第１１図）によって集 約的に示されているように、第１３図に示すギャップ１５の対応する部分におけ るギャップ１５を介して径方向外方（バイアス磁束と同じ方向における）に突出 する制御磁束を示し、ギャップ１５における回転子／固定子吸引力を増加させる 。 前述したように、ゼロより上の磁束曲線の領域は、ゼロより下の磁束曲線３５ ２の領域に等しくなければならない。特に、コイル３０２とその関連する磁束曲 線３５２に対して、左から右すなわち第１３図においてＳ２からＳ７まで見て（ 又は第１１図においてＳ２ からＳ７まで見て）、歯Ｓ２〜Ｓ７間で発生した磁束分布（又は磁束密度）は大 きな値であり、左から右まで見て、すなわち第１３図におけるＳ７からＳ２まで 見て、歯Ｓ７からＳ２までの間で発生した磁束密度は、磁束が分布されるギャッ プ領域（特に長さ）は大きいので、曲線の上のものよりも小さな値である。小さ い関係は、第１４図に示すように、コイル３００とその関連する磁束曲線３５０ に存在する。 曲線１５０，１５２が共に加え合されると、相Ａによって誘起されたギャップ １５における合成磁束は点線３５６によって示される。実際には、波形３５０〜 ３５２の縁は丸みを持ったものであり、合成磁束曲線は、点線３５８で示すよう に、正弦波に近似している。波形３５８の正の半分は第１の磁極であり、波形３ ５８の負の半分は第２の磁極である。両方の極は回転子に作用される力３２０を 計算するのに約に立つ。従って、回転子１４が回転するにつれて、回転子の所定 の点、例えば点５０は円滑な２極磁界になり、制御磁束における不連続性を減少 又は低減させ、またギャップ１５における制御磁束の方向の多くの変化を減少さ せる。従って、本発明のこの実施例によれば、制御磁束によって誘起される回転 子損が減少される。 第１５図を参照すると、本発明の２極制御磁束界は、２つの相１６歯固定子に ついて述べたと同様に、コイルに供給される電流３つの相Ａ，Ｂ，Ｃの、すなわ ちコイルによって発生される磁束を調節することによって、ギャップ１５の周辺 まわりのどの位置にも向けることが出来る。 特に、ライン３２６（第１１図）によって示されているように、力が相Ａと相 −Ｃコイルの磁束方向間の３０度方向において回転子１４に作用されると、相Ａ とＣ磁束については力を計算する必要があり、力３２６が相Ｂ（又は−Ｂ）に対 して力がノーマルであるので相Ｂ磁束を計算する必要はない。特に、相Ａの合成 磁束曲線は曲線３６０によって示され、相−Ｃに対する合成磁束曲線は曲線３６ ２によって示されている。ギャップ１５の磁束は、実線３６４で示すように、２ つの相磁束曲線３６０，３６２の和である。実際の磁束は丸みを持っており、全 体の曲線は、点線３６６で示すように、正弦波に近似している。 前述のように、ゼロより上の曲線３６６の領域は、ライン３２８（第１１図） に示すように、第１３図におけるの対応する部分のギャップ１５を介して径方向 外方（バイアス磁束と同じ方向）に突出する制御磁束を示し、ギャップ１５のそ の領域における回転子／固定子吸引力を増加させる。対称的に、ゼロより下の曲 線３６６の領域は、ライン３３０（第１１図）に示すように、第１３図に示すギ ャップ１５の対応する部分におけるギャップ１５を介して径方向内方（バイアス 磁束に反対）に突出する制御磁束を示し、ギャップ１５のその領域における回転 子／固定子吸引力を減少させる。 第１６図を参照すると、上述のように、２極制御磁束は、３つの相Ａ，Ｂ，Ｃ のコイル（およびコイルを通して流れる電流）によって発生される磁束を調節す ることによって、ギャップ１５の円周まわりのどの部分にも向けられる。このこ とは、３つの相Ａ，Ｂ，Ｃを、１２０度間隔で発生される３つのベクトル３１６ ，３１７，３ １８として見ることによって示される。 ー般に、コイルによって発生された磁束はコイルを通して流れる電流に比例す る。力Ｆが単に相Ａの磁束通路に沿うものであれば、第１１図の上記実施例の場 合と同じように、相Ａの磁束が使用され、相Ａ軸にのみ沿う力Ｆの量によって電 流が決められる。力ベクトルＦが、第１５図の第２実施例における場合と同じよ うに、２つの相Ａ，−Ｃ間の角度θで発生され、相Ａ，Ｃで必要な電流の量は力 ベクトルＦのベクトル成分である。ある力ベクトルを得るために相Ａ，Ｂ，Ｃの 一部又は全てにおける電流が、第１５図の実施例に示されているように、第１１ ，１２，１３図に示すものと逆である必要があることは、理解されるべきである 。また、コイルの電流（したがって、磁束）に対する極性は、任意であり、かつ 必要ならば逆であってもよい。例えば、コイル３０８，３１０の電流が逆であれ ば、相−Ｂは相＋Ｂとして定義される。３つの相Ａ，Ｂ，Ｃに対して２極磁界を 生じるのに必要とされる磁束は関連する式のグループによって規定される。特に 、零度が、第１６図におけるライン３２６すなわちゼロ磁束効果が相Ｂから起こ れば、次の式のセットは、電流およびその相に関連するものによって定義される 。 相Ｂ磁束＝Ｍ＊Ｓｉｎ（θ） ………（式１） 相Ａ磁束＝Ｍ＊Ｓｉｎ（θ＋１２０゜） ………（式２） 相Ｃ磁束＝Ｍ＊Ｓｉｎ（θ−１２０゜） ………（式３） ここで、Ｍは各相の大きさを調節し力Ｆを計算するために必要なピーク磁束を 得るための乗数である。それ故に、力ベクトルＦに対して、そのような力を計算 するために相Ａ，Ｂ，Ｃに対する一セッ トの磁束ベクトルが存在する。 さらに詳しくは、第１６と１７図を参照すると、力ベクトル３２０が相Ａの磁 束ライン３１６（θ＝−３０度）に沿って発生される第１４図の例に対して、各 相の制御磁束（および対応する駆動制御電流）が式１〜３によって定義されるよ うに設定されると、磁束はそれぞれ相Ａ，Ｂ，Ｃに対して−０．５，１．０，− ０．５０である。相Ａ磁束は点線３８０によって示され、相Ｂ磁束はライン３８ ２によって示され、相Ｃ磁束はライン３８４によって示されている。 ギャップの全制御磁束は実線３８６によって示されている。前述したように、実 際の磁束は丸みを持っており、全体の磁束は、点線３８８に示すように正弦波に 近似している。第１４と１７図を比較すると、第１４図の一つの相のみによるも のとは反対に、３つの相を使用する合成曲線３８８は第１４図のものよりもより 正弦波曲線になっている。しかしながら、第１４図のプロフィルはある適用に対 して受け入れ可能である。 本発明の第５図の１６歯固定子巻線構造に対する回転子損失は、表１に示され ており、ここで０．６５８ｃｍの歯ギャップ，ギャップでの１．３１７ｃｍの固 定歯幅，約２ｃｍの回転子厚み，１０．１６ｃｍの固定子外径，０．０５ｃｍの 公称の回転子／固定子エアギャップ１５，および回転子に印加される４つの異な る外部負荷を使用する。これらの損失は第１〜４図で前述した従来技術（Ｐ／Ａ ）設計と比較されており、従来技術の設計では４．７８ｃｍの歯のギャップ，ギ ャップでの３．２２ｃｍの固定子歯幅ｗ１を使用しており、残りの寸法は本質的 に第５図のものと同じである。もちろん、 表１において従来技術（Ｐ／Ａ）と発明（Ｉｎｖｔｎ）との比較のために使用さ れた材料は、第１，２図の従来技術に対して前述したものと同じである。 発明は１２と１６歯固定子を使用しているものとして述べられているけれども 、望むなら、より多くの又はより少ない歯を使用できる。しかしながら、歯の数 が少なければ、それだけ多くのサンプルされた又はステップ状の２極磁束正弦波 が現れ、高い周波数成分が導出されるので、回転子損失が大きくなる。逆に、固 定子歯が多ければ、正弦波形がより円滑になりかつ方向制御がより良くなる。 もちろん、望むならば相の数は２つ又はそれ以上であってもよい。さらに、各 相に対するコイルの数，コイル巻線パターン，および使用される固定子スロット の数は前述のものに限定されるものではなく、提示された巻線構造は、ギャップ のまわりのどの点にも向けることが出来るギャップに沿う２極磁界分布を提する 。特に、我々は、多相（２つ又はそれ以上の相）インダクションモータ又はシン クロナスモータは、そのようなモータが回転磁界を提するので、使用できる。使 用可能な巻線構造について述べている本の例として、Ｒ．Ｅｎｇｅｌｍａｎによ る“電動機ハンドブック，Ｕｎｉｖｅ．ｏｆＣｉｎｃｉｎｎａｔｉ，Ｏｈｉｏ（ Ｄｅｃ．１９９４）や、Ｐ．Ｃｏｃｈｒａｎによる“多相インダクションモータ 、解析、設計、応用”、Ｍａｒｃｅｌ Ｄｅｘｔｅｒ Ｉｎｃ，ＮＹ（１９８９ ）や、Ｃ．Ｖｅｌｎｏｔｔによる“フラクショナルおよびサブフラクショナル馬 力電動機”、ＭｃＧｒｏｗ Ｈｉｌｌ（１９９２）がある。 もちろん、磁界の構造は、純粋な正弦波である必要はない。例え ば、磁界は三角構造、ステップ状正弦波、又はここで述べられている基準に適合 する他の構造であっても良い。 さらに、固定子と回転子は、本発明の動作の基準に制限されるもの（すなわち 、回転子は固定子内に同心状に配置される）に制限されない。もちろん、回転子 と固定子は、互いに同じ又は反対に回転できる。また、バイアス磁束を使用する と、他の構造およびバイアス磁束の発生，および積層を使用できる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９７年２月７日（１９９７．２．７） 【補正内容】 回転子間の径方向の間隔を調節する。径方向の力が回転子に作用されるので、電 磁力は、固定子と回転子間のギャップを回転子／固定子の円周方向まわりに本質 的に一定の同じ値に戻すように調節されなければならない。もちろん、間隔セン サは、ギャップの間隔を測定するとともに制御回路に入力信号を入力するために 使用され、コイルを通して流れる電流を調節することによって、電磁力を調節す る。 可変電気磁気制御磁束に加えて、磁気ベアリングは、知られているように、ベ アリング制御（例えば、電流−力の関係を直線化する）を改良するために、一定 のＤＣバイアス磁束を持っている。バイアス磁束は永久磁石又は電磁石によって 発生される。 可変電気磁気制御力を径方向磁気ベアリングに作用させるために使用される現 在の技術は反対方向の外部径方向の力に対して、磁気マグネット電磁力を発生す るための電流で一つ又はそれ以上のコイルを励起又はパルシングすることを含ん でいる。 コイルとコイル構造を励起するための技術は、“磁気ベアリング機構”と題す るミークス（Ｍｅｅｋｓ）による米国特許第５，１１１，１０２号と、“高速低 損失反摩擦ベアリング”と題するマルスキー（Ｍａｌｓｋｙ）による米国特許第 ５，１７９，３０８号で開示されているものを含んでいる。しかしながら、その ような技術と構造は、ギャップに沿う分布を、ギャップのまわりの角度関数とし て不連続又は鋭敏なものにする。そのような鋭い磁束の変化は、渦電流とヒステ リシス損を発生し、回転子に熱を発生させ、効率を低下させる。また、回転子が 高速であればそれだけ損失が大きくなる。 それ故に、高速回転子、例えばエネルギー蓄積フライホイールに対して損失は重 要である。 加えて、回転子の上昇した熱は回転子に設けられている永久磁石を減磁する。 さらに、回転子が絶縁された真空室内例えばエネルギー蓄積フライホイール装置 内に配設されていれば、回転子を冷却することは困難である。従って、そのよう な損失を減少させることは回転子に発生した熱の減少に直接関係する。 従って、そのような回転子の損失を示さない磁気マグネットを設けることは望 ましいことである。 発明の開示 本発明の目的は、回転子損失が減少している磁気ベアリングの提供を含んでい る。 本発明によれば、磁気ベアリングは、回転子と、固定子に対して同心状に配設 され固定子に対して回転するとともにギャップに沿ういかなる点にも向けられる ギャップに向けることができる２極磁界分布を供給するための固定子に配設され た巻線手段によって構成され、分布はギャップの全周に沿って分布される。 さらに、本発明によれば、ギャップのまわりの２極磁界分布は本質的に正弦波 である。 さらにまた、本発明によれば、固定子は、複数の固定子歯と、各溝（スロット ）が固定子歯の隣り合うものの間にある複数のスロットによって構成されており 、回転子／固定子ギャップのスロットは回転子損失を小さくするために最小の間 隔に設定されている。 第４図は、２つの固定子歯間に向かう力に対する、第１および第２図の４つの 歯の固定子の回転子／固定子に沿う制御磁束のグラフである。 第５図は、本発明による、巻線構造を有する１６歯固定子を有する磁気ベアリ ングの頂部切断図である。 第６図は、本発明による、巻線接続を示す第５図の１６歯固定子の側面レイア ウト図である。 第７図は、本発明による、電流方向を示す第５図の１６歯固定子の頂部レイア ウト図である。 第８図は、本発明による、励起された１相を有する第５図の１６歯固定子磁気 ベアリングの回転子／固定子ギャップに沿う制御磁束のグラフである。 第９図は、本発明による、励起された２相を有する第５図の１６歯固定子磁気 ベアリングの回転子／固定子ギャップに沿う制御磁束のグラフである。 第１０図は、本発明による、２位相システムの各位相に対して必要とされる力 と磁束ベクトルを示すベクトルグラフである。 第１１図は、本発明による巻線構造を有する１２歯固定子を有する磁気ベアリ ングの頂部切断図である。 第１２図は、本発明による、巻線接続を示す第１１図の第１２歯固定子側面レ イアウト図である。 第１３図は、本発明による、電流方向を示す第１１図の１２歯固定子の頂部レ イアウト図である。 第１４図は、本発明による、励起された１相を有する第１１図の １２歯固定子の磁気ベアリングの回転子／固定子ギャップに沿う制御磁束のグラ フである。 第１５図は、本発明による、励起された２相を有する第１１図の１２歯固定子 の磁気ベアリングの回転子／固定子ギャップに沿う制御磁束のグラフである。 第１６図は、本発明による、３相システムの各相に対して必要とされる力と磁 束ベクトルを示すグラフである。 第１７図は、本発明による、励起された３相を有する第１１図の１２歯固定子 の磁気ベアリングの回転子／固定子ギャップに沿う制御磁束のグラフである。 ［発明を実施するための最良な形態］ 第１図を参照すると、従来の径方向磁気ベアリング１０は、固定子部材又は固 定子１２と、回転部材、又は外部領域を有する回転子１４、および固定子１２の 外径と回転子１４の内径間のギャップ１５によって構成されている。固定子１２ は、高周波数応答特性例えばロテロイ５_R，コバルトマグネチックスチールを有 する高級低損失高透磁率電気スチールからなる複数の中心配置積層１６によって 構成される。各積層１６の厚さは約０．００４”から０．０１０”（０．０１０ から０．０２５４ｃｍ）であり、全ての積層１６に対する全体のｓｔａｃｈｅｄ 厚さは約３ｃｍである。他の積層厚さ、積層ｓｔａｃｋの厚さ、および物質を、 必要ならば、用いることが出来る。回転子／固定子エアギャップ１５の間隔は０ ．００５”から０．０２０”にでき、かつあるフライホイールへの応用に対して 精度例えば０．００２”に制御することができる。適用に応じて、必要ならば、 他のギャップサイズを用いることができる。 積層１６は２つの永久磁石１８，２０間に挾設されている。永久磁石１８，２ ０の各々はトロイダル（又はドーナツ）構造である。永久磁石１８，２０に対し て必要ならば他の構造を用いることが出来る。固定子の中心部は空洞領域２２で ある。領域２２は必要ならば固体とすることができる。 永久磁石１８，２０の南極は、それぞれ、支持アーム２４，２６の一端に接続 されており、北極は積層１１６の対向する側に接続されている。アーム２４，２ ６の他端は固定子１２の外径の一部を形成する。アーム２４，２６は、高強度高 透磁率低損失スチール、例えばアルノン（Ａｒｎｏｎ）５^R又はＡＩＳＩ１０１ ８スチールの如き低カーボン（例えば０．０１〜０．０２％カーボン）によって 作られている。アーム２４，２６として、必要ならば、他の物質を使用できる。 永久磁石１８，２０は一定のＤＣ磁界バイアスφｂを提し、このバイアスφｂ は回転子１４と固定子１２の各固定子歯間で吸引力を提する。磁石１８のバイア ス磁束通路（又は回路）は、点線２８によって示されており、永久磁石１８の北 極を出て、積層１６に沿って移動し、回転子／固定子ギャップを通過し、回転子 １４に沿って移動し、ギャップ１５を横切り、永久磁石１８の磁気回路磁束通路 を完成する。対称的な磁気バイアス磁束回路は、点線３０で示すように、永久磁 石２０のために存在する。電線又はコイル３１，３２，３３，３４は、第１図， 第２図に示すように、積層１６に巻装され 【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９７年７月１１日（１９９７．７．１１） 【補正内容】 特許請求の範囲 １．固定子（１２）と、 前記固定子（１２）に関して同心状に配置され、前記固定子（１２）に関して 回転するとともに、回転子（１４）と前記固定子（１２）間に回転子／固定子ギ ャップ（１５）を有する回転子（１２）、 および 前記ギャップ（１５）の円周に沿ういかなる点にも向けることができる前記ギ ャップ（１５）に沿って方向付け可能な２極磁界分布を供給するために、前記固 定子（１２）に配設された巻線手段（１５０〜１５６，１６０〜１６６）、 によって構成され、前記分布は前記ギャップ（１５）の全周に沿って分布され ることを特徴とする、磁気ベアリング。 ２．前記巻線手段（１５０〜１５６，１６０〜１６６）が少なくとも２つの相に よって構成されていることを特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載の磁気ベ アリング。 ３．前記ギャップ（１５）に沿う前記２極磁界分布が、本質的に、正弦波である ことを特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載の磁気ベアリング。 ４．前記固定子（１２）が複数の固定子歯と複数の固定子スロット（Ｓ１〜Ｓ１ ６）によって構成され、各スロットは前記固定子歯の 隣り合う一つ間にあることを特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載の磁気ベ アリング。 ５．前記固定子（１２）が１６スロットによって構成されていることを特徴とす る、特許請求の範囲第４項に記載の磁気ベアリング。 ６．前記回転子／固定子ギャップ（１５）の前記スロット（Ｓ１〜Ｓ１６）は、 前記回転子（１４）における損失を小さくするために、最小の間隔に設定されて いることを特徴とする、特許請求の範囲第４項に記載の磁気ベアリング。 ７．さらに、前記回転子手段（１４）と前記固定子手段（１２）との間に前記回 転子／固定子ギャップ（１５）を介して磁気バイアス磁束（φ_b）を発生させる ためのバイアス磁束手段（１８，２０）によって構成されていることを特徴とす る、特許請求の範囲第１項に記載の磁気ベアリング。 ８．複数の固定子歯と複数の固定子スロット（Ｓ１〜Ｓ１６）を有し、各スロッ トが前記固定子歯の隣り合う一つの間にある固定子（１２）と、 前記固定子（１２）に関して同心状に配置され、前記固定子（１２）に関して 回転するとともに、回転子（１４）と前記固定子（１２）間に回転子／固定子ギ ャップ（１５）を有する回転子（１２）、 および 前記ギャップ（１５）の円周に沿ういかなる点にも向けることができる前記ギ ャップ（１５）の円周に沿って方向付け可能な２極磁界分布を供給するために、 前記固定子スロット（Ｓ１〜Ｓ１６）に巻装された固定子巻線（１５０〜１５６ ，１６０〜１６６）、 によって構成され、前記分布は前記ギャップ（１５）の全周に沿って分布され ることを特徴とする、磁気ベアリング。 ９．前記巻線手段（１５０〜１５６，１６０〜１６６））が少なくとも２つの相 によって構成されていることを特徴とする、特許請求の範囲第８項に記載の磁気 ベアリング。 １０．前記ギャップ（１５）に沿う前記２極磁界分布が、本質的に、正弦波であ ることを特徴とする、特許請求の範囲第８項に記載の磁気ベアリング。 １１．前記固定子（１２）が１６スロットによって構成されていることを特徴と する、特許請求の範囲第８項に記載の磁気ベアリング。 １２．前記回転子／固定子ギャップ（１５）の前記スロットは、前記回転子（１ ４）における損失を小さくするために、最小の間隔に設定されていることを特徴 とする、特許請求の範囲第８項に記載の磁気ベアリング。 １３．さらに、前記回転子手段（１４）と前記固定子手段（１２） との間に前記回転子／固定子ギャップ（１５）を介して磁気バイアス磁束（φ_b ）を発生させるためのバイアス磁束手段（１８，２０）によって構成されている ことを特徴とする、特許請求の範囲第８項に記載の磁気ベアリング。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．固定子と、 前記固定子に関して同心状に配置され、前記固定子に関して回転するとともに 、回転子と前記固定子間に回転子／固定子ギャップを有する回転子、および 前記ギャップに沿ういかなる点にも向けることができる前記ギャップに沿って 方向付け可能な２極磁界分布を供給するために、前記固定子に配設された巻線手 段、 によって構成されていることを特徴とする磁気ベアリング。 ２．前記巻線手段が少なくとも２つの相によって構成されていることを特徴とす る、特許請求の範囲第１項に記載の磁気ベアリング。 ３．前記ギャップに沿う前記２極磁界分布が、本質的に、正弦波であることを特 徴とする、特許請求の範囲第１項に記載の磁気ベアリング。 ４．前記固定子が複数の固定子歯と複数の固定子スロットによって構成され、各 スロットは前記固定子歯の隣り合う一つ間にあることを特徴とする、特許請求の 範囲第１項に記載の磁気ベアリング。 ５．前記固定子が１６スロットによって構成されていることを特徴とする、特許 請求の範囲第４項に記載の磁気ベアリング。 ６．前記回転子／固定子ギャップの前記スロットは、前記回転子における損失を 小さくするために、最小の間隔に設定されていることを特徴とする、特許請求の 範囲第４項に記載の磁気ベアリング。 ７．さらに、前記回転子手段と前記固定子手段との間に前記回転子／固定子ギャ ップを介して磁気バイアス磁束を発生させるためのバイアス磁束手段によって構 成されていることを特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載の磁気ベアリング 。 ８．複数の固定子歯と複数の固定子スロットを有し、各スロットが前記固定子歯 の隣り合う一つの間にある固定子と、 前記固定子に関して同心状に配置され、前記固定子に関して回転するとともに 、回転子と前記固定子間に回転子／固定子ギャップを有する回転子、および 前記ギャップに沿ういかなる点にも向けることができる前記ギャップに沿って 方向付け可能な２極磁界分布を供給するために、前記固定子スロットに巻装され た固定子巻線、 によって構成されていることを特徴とする磁気ベアリング。 ９．前記巻線手段が少なくとも２つの相によって構成されていることを特徴とす る、特許請求の範囲第８項に記載の磁気ベアリング。 １０．前記ギャップに沿う前記２極磁界分布が、本質的に、正弦波 であることを特徴とする、特許請求の範囲第８項に記載の磁気ベアリング。 １１．前記固定子が１６スロットによって構成されていることを特徴とする、特 許請求の範囲第８項に記載の磁気ベアリング。 １２．前記回転子／固定子ギャップの前記スロットは、前記回転子における損失 を小さくするために、最小の間隔に設定されていることを特徴とする、特許請求 の範囲第８項に記載の磁気ベアリング。 １３．さらに、前記回転子手段と前記固定子手段との間に前記回転子／固定子ギ ャップを介して磁気バイアス磁束を発生させるためのバイアス磁束手段によって 構成されていることを特徴とする、特許請求の範囲第８項に記載の磁気ベアリン グ。