JP2001190043A - 磁気浮上モータ - Google Patents

磁気浮上モータ

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JP2001190043A
JP2001190043A JP2000000377A JP2000000377A JP2001190043A JP 2001190043 A JP2001190043 A JP 2001190043A JP 2000000377 A JP2000000377 A JP 2000000377A JP 2000000377 A JP2000000377 A JP 2000000377A JP 2001190043 A JP2001190043 A JP 2001190043A
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motor
rotor
stator winding
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Hideki Kanebako
秀樹 金箱
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Sankyo Seiki Manufacturing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 巻線を容易に巻回することができるようにし
た磁気浮上モータを得る。 【解決手段】 磁性体からなり周面に永久磁石７が固着
されたロータと、このロータの内部から放射状に広がる
磁束を発生する直流磁場発生手段と、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、ロータに対して回転磁界を発生させる第２の
ステータ巻線とを備えている。第１のステータ巻線と第
２のステータ巻線とを巻回するモータ側ステータコア３
ａは、環状部を構成するための基部３７とこの基部の中
央部に突出形成された突極部３８とからなる分割コアの
連結体からなり、突極部３８に第１のステータ巻線と第
２のステータ巻線とが巻回されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ロータを浮上制御
するためのステータ巻線と回転磁界を発生させる第２の
ステータ巻線とを備えた磁気浮上モータに関するもの
で、特にそのステータコア部の構成にかかるものであ
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、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】上記のような磁気浮上モータは、回転トル
ク発生用巻線と浮上力発生用巻線の２種類の巻線を施す
必要がある。加えて、多数の突極に上記２種類の巻線を施
す必要があるため、巻線が面倒である。特に、インナーロ
ータ型磁気浮上モータにおけるステータの場合は、巻線
を施そうとする突極の先端部相互間が狭いため、巻線が
困難であるとともに、線積率を大きくすることが困難で
ある。
【０００６】また、磁気浮上モータとともに用いられる
磁気軸受のステータについても同様であり、巻線が困難
であるとともに、磁気軸受特有の磁極間干渉、すなわ
ち、浮上力を発生させるのに必要な突極の磁束が隣接す
る突極に回り込み、これが浮上力発生の阻害要因となる
という問題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】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、た
とえインナーロータ型であったとしても、巻線を容易に
巻回することができるようにした磁気浮上モータを提供
することを目的とする。
【０００８】本発明の他の目的は、磁気軸受特有の磁極
間干渉を低減することができる磁気浮上モータを提供す
ることにある。
【０００９】
【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が固着されたロータと、
このロータの内部から放射状に広がる磁束を発生する直
流磁場発生手段と、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、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
備えた磁気浮上型モータであって、第１のステータ巻線
と第２のステータ巻線とを巻回するモータ側ステータコ
アは、環状部を構成するための基部とこの基部の中央部
に突出形成された突極部とからなる分割コアの連結体か
らなり、上記突極部に上記第１のステータ巻線と第２の
ステータ巻線とが巻回されていることを特徴とする。
【００１０】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、モータ側ステータコアが軸方向に二つ並べ
られていることを特徴とする。
【００１１】請求項３記載の発明は、請求項１記載の発
明において、ステータは、モータ側ステータコアと、第
２のステータ巻線を巻回する磁気軸受側ステータコアと
を有し、この磁気軸受側ステータコアは、環状部を構成
するための基部とこの基部の中央部に突出形成された突
極部とからなる分割コアの連結体からなり、上記突極部
に上記第２のステータ巻線が巻回され、上記分割コア部
の基部同士の対向面に切り欠き部又は非磁性材料が介在
していることを特徴とする。
【００１２】請求項４記載の発明は、請求項３記載の発
明において、磁気軸受側ステータコアにおける上記切り
欠き部又は非磁性材料は、上記分割コアの基部同士の対
向面に１箇所おきに形成されていることを特徴とする。
請求項５記載の発明は、請求項１記載の発明において、
直流磁場発生手段はステータ側に設けられていることを
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、直流磁場発生手段は、ロータ周面に固着さ
れたセグメント型永久磁石が兼ねていることを特徴とす
る。
【００１３】
【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具体例について説明すること
にするが、その前に、本発明に至る前の段階において本
発明者らが提案した磁気浮上モータの例を説明しなが
ら、いわゆるハイブリッド型磁気浮上モータの原理的構
造と浮上原理などについて説明する。
【００１４】図１、図２において、磁気浮上モータ１
は、ロータ２ａ，２ｂと、ステータ３ａ，３ｂと、直流
磁場発生手段４と、第１のステータ巻線５ａ，５ｂと、
第２のステータ巻線６と、ロータに設ける複数の永久磁
石７とを具備し、永久磁石７を備えたロータ２ａとステ
ータ３ａとの間でモータが構成されている。また、ロー
タ２ａ，２ｂとステータ３ａ，３ｂとそれぞれの間では
磁気軸受が構成されている。
【００１５】ロータ２ａ，２ｂは磁性体から構成されて
おり、磁性体からなる回転軸８に所定の間隔を隔てて設
けられている。これらロータ２ａ，２ｂのうち、ロータ
２ａの周面には複数の永久磁石７が、極性をＮ，Ｓ，
…，Ｓ，というように交互に反転して周方向に配置され
ている。これら永久磁石７は、ロータ２ａの周面に貼り
付けられている。永久磁石７は、Ｎ極が表面に露出する
永久磁石と、Ｓ極が表面に露出する永久磁石とが交互に
配置されている。ロータ２ａ，２ｂは、渦電流の発生を
防ぐために、ケイ素鋼板を重ねて製作するのが望まし
い。
【００１６】ロータ２ａ，２ｂの外周側には、ステータ
３ａ，３ｂがロータ２ａ，２ｂの周面をそれぞれ囲繞す
るように配置されている。ステータ３ａ，３ｂには、ロ
ータ２ａ，２ｂを浮上制御するための２極の浮上制御磁
束φＦを発生する第１のステータ巻線５ａ，５ｂがそれ
ぞれ巻き回されている。また、ステータ３ａには、第１
のステータ巻線５ａに隣接させてロータ２ａに対して回
転磁界φＫを設定する第２のステータ巻線６が設けられ
ている。
【００１７】また、ステータ３ａ，３ｂの間には直流磁
場発生手段４が設けられており、この直流磁場発生手段
４によってロータ２ａ，２ｂからステータ３ａ，３ｂに
向けて放射状に分布する磁束φＤを発生させている。こ
の直流磁場発生手段４は、具体的には永久磁石Ｐであっ
て、ステータ３ａ，３ｂの間の中央に配置され、この永
久磁石Ｐによってロータ２ａ，２ｂとステータ３ａ，３
ｂとの間隙にバイアスのための直流磁場を発生させてい
る。ここで、バイアス磁束を発生させる直流磁場発生手
段４としての永久磁石Ｐの数は、特に限定されるもので
はない。しかし、多いほどすなわちギャップ内のバイア
ス磁束が多いほど、浮上電流をより少なくできることか
ら、永久磁石Ｐの数は可能な限り多くすることが好まし
い。ステータ３ａ，３ｂも珪素鋼板の積層材で構成する
ことが好ましい。
【００１８】ロータ２ａ磁極数とステータ３ａのスロッ
ト数も特に限定されない。これらはＰＭモータを構成で
きる数であれば足りるが、磁極数が６極以上、スロット
数が９個以上であることが望ましく、図示の例では磁極
数６、スロット数１２で構成されている。
【００１９】このような磁気浮上モータの作用につい
て、図１、図２を基に図３及び図４を参照しながら説明
する。図３に、ロータにおける座標系を示す。図３におい
て、ステータ３ａ，３ｂの回転中心を０とし横軸をｘ
軸、これに直角な縦軸をｙ軸とする。また、ステータ３
ａ，３ｂの上に固定した回転座標をθとし、ロータ２
ａ，２ｂの角速度をωとし、時間をｔとすると、各ステ
ータ３ａ，３ｂはｙ軸から角速度θとして配置されてい
る。また、ｙ軸を時間ｔ＝0とすると、ｔ秒後のロータ
２ａ，２ｂの位置はωｔ／Ｍで求めることができる。
【００２０】図４は、ステータ及びロータにおける磁束
と時間との関係を示す。図４（ａ）はロータの永久磁石
と直流磁場発生手段からのバイアス磁束による磁束密度
Ｂｒを時間との関係で示し、図４（ｂ）は第２のステー
タ巻線によってステータとロータとの間隙に発生する磁
束密度Ｂｓｍを時間との関係で示し、図４（ｃ）は第１
のステータ巻線による磁束密度Ｂｓｂを時間との関係で
示したものである。
【００２１】この磁気浮上モータ１では、第１のステー
タ巻線５ａ，５ｂから図４（ｃ）に示す磁界が発生する
ように浮上力制御用の第１のステータ巻線５ａ，５ｂに
電流を流し、また、回転力発生用の第２のステータ巻線
６から図４（ｂ）に示すような磁界が発生するように第
２のステータ巻線６に電流を流す。これにより、この磁
気浮上モータ１は磁気浮上するとともに、モータとして
回転する。
【００２２】このように、第１のステータ巻線５ａ，５
ｂから磁束密度Ｂｓｂが発生するように電流を流し、第
２のステータ巻線６から磁束密度Ｂａｍが発生するよう
に電流を流すことにより、磁気浮上と回転力とが独立し
て発生することについて理論解析するために、次の
（１）〜（６）のような仮定をする。
【００２３】（１）ステータ３ａ，３ｂは電流が連続的
に分布するものとする。 （２）定常回転、定常スラスト負荷（重力等）状態とす
る。 （３）ロータ２ａは、永久磁石によって矩形波状の磁束
密度を作り、これによる偏心力はない。 （４）ロータ２ａ，２ｂとステータ３ａ，３ｂは中心が
一致し、偏心していない。 （５）バイアス磁束は一定で放射状に分布している。 （６）第２のステータ巻線６に流す回転磁界用の電流に
よる電機子反作用はない。
【００２４】このような仮定の上において、ロータ２ａ
の永久磁石７と直流磁場発生手段４のバイアス磁束によ
る磁束密度Ｂｒは、次の数１式のようになる。
【数１】
【００２５】ここで、 Ｂ0：バイアス磁石によるギャップ磁束密度 Ｂ1：ロータの永久磁石による磁束密度の波高値 Ｂ2：モータ巻線による磁束密度の波高値 Ｂ3：位置制御巻線による磁束密度の波高値 θ：ステータ上に固定した回転座標 ψ：電動機巻線による磁束とロータの位相差 φ：位置制御巻線による磁束の位相角 ω：ロータの角速度 ｔ：時間 Ｍ：極対数（＝1，2，3，…） ｉ：自然数 計算を簡単にするため、正弦波に近似させると、次の数
２式に示すように表すことができる。
【数２】Ｂｒ＝Ｂ0＋Ｂ1ｃｏｓ（Ｍθ−ωｔ）
【００２６】第２のステータ巻線６によってロータ２ａ
とステータ３ａとの間に発生する磁束密度Ｂｓｍは、
【数３】Ｂｓｍ＝Ｂ2ｃｏｓ（Ｍθ−ωｔ−ψ） のように表すことができる。
【００２７】また、第１のステータ巻線５ａ，５ｂによ
って発生する磁束密度Ｂｓｂは、
【数４】Ｂｓｂ＝Ｂ3ｃｏｓ（θ−φ） のようになる。したがって、ロータ２ａ，２ｂとステー
タ３ａ，３ｂとの間のエアギャップに作られる磁束密度
Ｂｇは、
【数５】Ｂｇ＝Ｂｒ＋Ｂｓｍ＋Ｂｓｂ となる。
【００２８】次に、ロータ２ａ，２ｂの半径をｒとし、
ロータ２ａ，２ｂとステータ３ａ，３ｂとのエアギャッ
プをｇとし、ロータ２ａ，２ｂの軸方向の長さをｌ、微
小角度をｄθとすると、エアギャップの微小体積ΔＶ
は、
【数６】ΔＶ＝ｒｌｇｄθ となり、この小体積ΔＶに蓄えられる磁気エネルギーΔ
Ｗは、
【数７】 となる。
【００２９】これにより、半径方向に沿った放射状の力
ｄＦは微小ギャップ体積中に蓄えられる磁気エネルギー
の仮想変位により次の数８式のように計算される。
【数８】
【００３０】ここで、ｘ軸及びｙ軸方向に発生する力Ｆ
ｘ，Ｆｙは、数８式に示すｄＦのｘ方向成分及びｙ方向
成分をθについてギャップ全周にわたって積分すること
により、数９式、数１０式に示すように算出することが
できる。
【００３１】
【数９】
【００３２】
【数１０】
【００３３】ここで、Ｍ≧３とすると、
【数１１】
【数１２】 となり、ロータ２ａ，２ｂの回転角に関係なく一定の浮
上力が得られる。数１１式のｘ方向の浮上力も、数１２
式のｙ方向の浮上力も、ロータ２ａの永久磁石の磁束密
度及び第２のステータ巻線６による磁束密度の項が現れ
ていないことから、磁気浮上力は第２のステータ巻線６
によって形成される回転磁界の影響を受けないことがわ
かる。
【００３４】一方、回転トルクＴは、
【数１３】 に示すように求められる。ここで、Ｍ≧２とすると、回
転トルクＴは、
【数１４】 となり、直流磁場発生手段４で発生するバイアス磁界に
よるエアギャップ磁束密度、及び第１のステータ巻線５
ａ，５ｂによる磁束密度の項が現れないため、バイアス
磁界及び浮上磁界の影響を受けないことがわかる。
【００３５】ここまで説明してきた磁気浮上モータの例
は、本出願人が先に出願した特願平１０−３５５１２４
号の明細書及び図面に記載されているものであって、ま
だ公開されていない。上記磁気浮上モータによれば、次
のような利点がある。 （１）磁気軸受とモータの磁気回路とが一体化されてい
るため、磁気浮上モータ全体がコンパクトになり、軸長
を短くすることができるため危険速度を高めることがで
き、高速回転が可能となる。 （２）負荷トルク及びモータ電流によって磁気浮上制御
が影響を受けず、より安定した浮上を実現することがで
きる。 （３）磁気浮上制御は回転磁界によって行うものではな
いため、座標変換が不要になり、制御系が簡単になる。 （４）ホモポーラ型磁気浮上モータでは突極型で最低８
極が必要であるが、上記の例にかかる磁気浮上モータで
は、最低６極で構成することができ、構造が簡単にな
る。 （５）直流磁場発生手段に永久磁石を使用することが可
能であり、磁場発生のための電力を必要としない。
【００３６】本願発明は、上記ハイブリッド型磁気浮上
モータに改良を加え、ステータ突極への巻線の容易化を
図るとともに、磁気軸受特有の磁極間の干渉を低減する
ことができるようにしたものである。 以下、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。
【００３７】まず、第１の実施の形態について説明する
が、この実施の形態は、全体の構成としては図１ないし図
４について説明した磁気浮上モータの構成に近いもので
あり、ステータコアの構成に特徴があるので、ステータコ
アの構成について重点的に説明する。 図５は、磁気浮上型モータのモータ側ステータコアを示
す。図５において、符号３５は円筒状のモータケースを示
す。モータケース３５の内周側には、前記モータ側のス
テータ３ａが嵌められて固定されている。このステータ
３ａは、複数の分割コアの連結体からなる。この分割コ
アの一つを図６に示す。図６に示すように、分割コア
は、これが複数個連結されることによって環状部を構成
するための基部３７と、この基部の中央部に突出形成さ
れた突極部３８とからなり、表面又は裏面側から見てＴ
字状になっている。
【００３８】図５の例では、上記分割コアを１２個、上
記基部３７の端面を相互に突き当てることによって、分
割コアの連結体が構成され、上記１２個の分割コアの基
部３７によって環状部が構成されている。この実施の形
態にかかる磁気浮上モータはインナーロータ型で、各分
割コアの突極部３８は回転中心に向いており、各突極部
３８の先端部相互が接近し、相互の間隙はごく僅かとな
っている。前述のとおり、各突極部３８には、第１のス
テータ巻線と第２のステータ巻線とを巻回するようにな
っているが、上記のように、各突極部３８の先端部相互
が接近していると、巻線作業が困難になる。そこで、各
分割コアを連結する前に、個々の突極部３８に巻線を施
し、その後分割コアを上記のように連結して連結体を構
成すれば、巻線をきわめて容易に施すことができる。
【００３９】上記分割コアの連結体はモータ側ステータ
コア３ａを構成することになり、このステータコア３ａ
がモータケース３５の内周側に嵌められて固定される。
上記各突極３８に巻回された第１のステータ巻線および
第２のステータ巻線は、所定の回路を構成するように結
線され、図１ないし図４について説明したとおり、第１
のステータ巻線は、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し、第２のステータ巻線は、ロータ
に対して回転磁界を発生し回転トルクを得るようになっ
ている。
【００４０】図７は、図１ないし図４について説明した
ような磁気浮上型モータにおける磁気軸受側のステータ
コアを示す。図７において、モータケース３５の内周側に
は、前記磁気軸受側のステータ３ｂが嵌められて固定さ
れている。このステータ３ｂは、複数の分割コアの連結
体からなる。各分割コアの形状は図６に示す分割コアの
形状と同じで、複数個連結されることによって環状部を
構成するための基部４０と、この基部の中央部に突出形
成された突極部４１とからなる。各突極部４１にはロー
タに対して回転磁界を発生させる第２のステータ巻線が
巻回されている。
【００４１】上記磁気軸受側のステータ３ｂの構成は図
５に示すモータ側ステータコア３ａの構成と同じで、突
極部４１に巻回される巻線が異なる。この場合も、各分
割コアを連結する前に、個々の突極部４１に巻線を施
し、その後分割コアを上記のように連結して連結体を構
成すれば、巻線をきわめて容易に施すことができる。
【００４２】磁気軸受側のステータ３ｂにおいては、図
８に示すように、第１のステータ巻線によって、ロータ
を浮上制御するために２極の浮上制御磁束が発生する。
この浮上制御磁束は、互いに隣接する二つの分割コアを
通って循環し、その向きは一定である。そして、この浮
上制御磁束が上記の互いに隣接する二つの分割コア以外
のコアに分流すると、一つの突極４１において磁束が干
渉し合い、磁気浮上力発生の阻害要因となる。そこで、
図８に示す例では、複数の分割コアからなる磁気軸受側
ステータコア３ｂの、上記分割コアの基部４０同士の対
向面に切り欠き部８を設けて磁気飽和させている。ただ
し、切り欠き部８は、２極の浮上制御磁束の通り道に存
在することのないように、分割コアの基部４０同士の対
向面に１箇所おきに形成され、磁気浮上力発生の阻害要
因となる磁束の通り道に存在して磁気飽和させ、磁気浮
上力発生の阻害要因となる磁束を低減させている。
【００４３】このように、図８に示す例によれば、分割
コアの基部４０同士の対向面に切り欠き部８を設けて磁
気飽和させるようになっているため、浮上制御磁束の磁
極間干渉が回避され、磁気浮上力発生の阻害要因となる
磁束が低減され、浮上力を効率よく得ることができる。
【００４４】浮上制御磁束の磁極間干渉を回避するため
の構成として、図９に示すような構成をとることもでき
る。図９に示す例における分割コアは、基本的には図８
に示す例における分割コアと同じ構成で、環状部を構成
するための基部４０とこの基部の中央部に突出形成され
た突極部４１とからなる。図９に示す例が図８に示す例
と異なる点は、磁気飽和させるための手段として図８に
示す例では切り欠き８を形成していたのに対し、図９に
示す例では、上記切り欠き８の代わりに、分割コアの基
部４０同士の対向面に非磁性材料９を介在させている。
当然ながら、非磁性材料９は、分割コアの基部４０同士
の対向面に１箇所おきに介在して、磁気浮上力発生の阻
害要因となる磁束の通り道に存在、磁気浮上力発生の阻
害要因となる磁束を低減させている。図９に示す例によ
っても、図８に示す例の場合と同様の効果を得ることが
できる。
【００４５】図８、図９に示す例によれば、一つ一つの
分割コアは表裏方向から見ると、突極部から左右に延び
る基部の長さが左右で異なり、非対称となっており、一
つの分割コアとこれに隣接する分割コアとの形状が異な
っている。したがって、２種類の分割コアを作る必要が
ある。そこで、図１０に示す例のように、一つの分割コ
アに対し、その一方側の基部４０に連結される別の分割
コアの基部４０との間には非磁性材料９を介在させ、上
記一つの分割コアに対し、その他方側の基部４０に連結
される別の分割コアの基部４０との間には磁性材料１０
を介在させるとよい。こうすれば、全ての分割コアが同
一形状となり、１種類の分割コアを作ればよいことにな
る。
【００４６】ここまで説明してきた実施の形態は、図１
ないし図４について説明したように、磁気軸受を兼ねた
モータ部と磁気軸受部とが軸方向に並んで形成されてい
る。したがって、ステータコアに着目すると、モータ側
ステータコアと磁気軸受側ステータコアとが軸方向に並
んで配置されている。しかし、磁気軸受を兼ねたモータ
部を二つ、したがって、モータ側ステータコアを二つ軸
方向に並べて配置してもよい。このような構成の実施の
形態を図１１以下に示す。
【００４７】図１１、図１２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
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。図１２に示す例では、各
ステータコア１２，２２は１２個の分割コアの連結体か
らなる。各分割コアの構成は、図６について説明した分
割コアの構成と実質同一であって、ステータコア１２，
２２の環状部を構成するための基部４３，４５と、この
基部４３，４５の中央部に突出形成された突極部４４，
４６とを有してなる。上記分割コアの連結体からなるス
テータコア１２，２２は、モータケース３５の内周面に
固定されている。
【００４８】ステータコア１２，２２の各突極部４４，
４６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、図
１２には明示されていない。
【００４９】上記二つのロータ３１，３２は、軸状に構
成された共通の回転体５０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５０は磁性体
からなり、それぞれのロータ３１，３２の外周にはセグ
メント型永久磁石３３，３４が固着されている。図1２に
示す例では、上記セグメント型永久磁石３３，３４は円
筒を分割した形の４個の永久磁石からなり、このセグメ
ント型永久磁石３３，３４が回転体５０の周方向に一定
間隔で、かつ、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。
【００５０】上記セグメント型永久磁石３３，３４の極
性は、上記二つの磁気浮上型モータ部１１，２１におい
て互いに逆極性の関係で固着されている。図１１の例で
は、一方側すなわち左側のセグメント型永久磁石３３の
ステータコア１２に面した側をＳ極、回転体５０側をＮ
極、他方側すなわち右側のセグメント型永久磁石３４の
ステータコア２２に面した側をＮ極、回転体５０側をＳ
極としてなる。したがって、一方のセグメント型永久磁
石３３の内周側から出た磁束は、磁性体からなる回転体
５０を通って他方のセグメント型永久磁石３４に入り、
他方のセグメント型永久磁石３４の外周から出た磁束
は、間隙を通って他方のステータコア２２、モータケー
ス３５、一方のステータコア１２、間隙を通って一方の
セグメント型永久磁石３３に戻る。
【００５１】上記二つのセグメント型永久磁石３３、３
４は、第２のステータ巻線によって発生する回転磁界と
協働して、ロータ３１，３２に同じ向きの回転力を発生
させるための磁束を発生させる。また、上記二つのセグ
メント型永久磁石３３、３４は、第１のステータ巻線に
よって発生する２極の浮上制御磁束と協働してロータ３
１，３２を浮上制御するために、ロータ３１，３２の内
部から放射状に広がる直流磁場を発生するバイアス磁石
としても機能する。なお、回転力発生原理及び浮上力発
生原理は、図１ないし図４について説明したものの回転
力発生原理及び浮上力発生原理と同じであるから説明は
省略する。
【００５２】上記の実施の形態も、ステータコア１２，
２２は、環状部を構成するための基部４３，４５とこの
基部４３，４５の中央部に突出形成された突極部４４，
４６とからなる分割コアの連結体からなり、上記突極部
４４，４６に第１のステータ巻線と第２のステータ巻線
とを巻回するようになっているため、たとえ上記のよう
なインナーロータ型の磁気浮上モータであったとして
も、分割されたコアの状態で巻線を施すことにより、巻
線を容易に巻回することができる。
【００５３】また、上記実施の形態によれば、二つのロ
ータ３１，３２の周面に、それぞれセグメント型永久磁
石３３、３４を互いに逆極性の関係で固着し、これらの
セグメント型永久磁石３３、３４を、回転力を発生させ
る永久磁石として、また、ロータ３１，３２を浮上させ
るための直流磁場発生手段を兼ねさせているため、浮上
力発生用直流磁場発生手段としての永久磁石を、回転力
発生用永久磁石のほかに特別に設ける必要がなくなり、
組立工数の低減、小型化、コストの低減および構成の自
由度の向上を図ることができる。
【００５４】なお、図１１において、二つの磁気浮上型
モータ部１１，２１を挟んだ両側には、回転体５０と一
体に設けられた被検出体と対向して隙間センサ１５，２
５が配置されている。これらの隙間センサ１５，２５で
検出される上記被検出体との隙間が一定になるように、
浮上力発生用の第１のステータ巻線への通電を制御す
る。これにより、回転体５０、ロータ３１，３２を含む
回転部分を無接触で支持することができる。図１１にお
いては、回転体５０の両端部がモータケース３５に設け
られた軸受で支持されているように見えるが、ロータの
回転中は、上記のように浮上力発生用の第１のステータ
巻線への通電制御により磁気的浮上力が発生し、かつ、
この浮上力が制御されるため、回転体５０は軸受に接触
することなく回転する。
【００５５】二つのロータ３１，３２に固着されている
セグメント型永久磁石３３，３４の回転方向の位置関係
は、図１２に示す例では互いに同じ位置関係になってい
るが、図１３の（ａ）と（ｂ）に示すように、互いにず
れていてもよい。この場合、当然のことながら、第１の
ステータ巻線と第２のステータ巻線に流す電流の位相関
係も、図１２の（ａ）と（ｂ）に示す例のものとは二つ
のロータ３１，３２相互間でずれることになる。
【００５６】図１１ないし図１３に示す実施の形態にお
いも、ステータコアが、環状部を構成するための基部と
この基部の中央部に突出形成された突極部とからなる分
割コアの連結体からなっているため、たとえインナーロ
ータ型であったとしても、巻線を容易に巻回することが
できる。また、回転力と浮上力とを発生する磁気浮上型
モータ部が軸方向に２個連結された形で配置されている
ため、モータ出力を大きくすることができるとともに、
軸方向においてバランスのよい浮上力を得ることができ
る。
【００５７】本発明は、図示の例のようなインナーロー
タ型モータに限らず、アウターロータ型モータにも適用
可能であり、アウターロータ型モータに適用した場合も
同様の効果を得ることができる。
【００５８】
【発明の効果】請求項１記載の発明は、磁性体からなり
周面に永久磁石が固着されたロータと、このロータの内
部から放射状に広がる磁束を発生する直流磁場発生手段
と、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、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備えた磁気浮上
型モータであって、第１のステータ巻線と第２のステー
タ巻線とを巻回するモータ側ステータコアは、環状部を
構成するための基部とこの基部の中央部に突出形成され
た突極部とからなる分割コアの連結体からなり、上記突
極部に上記第１のステータ巻線と第２のステータ巻線と
が巻回されている。そのため、各分割コアを連結する前
に、個々の突極部に巻線を施し、その後分割コアを連結
して連結体を構成すればよく、巻線をきわめて容易に施
すことができる。
【００５９】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、モータ側ステータコアが軸方向に二つ並べ
られている。そのため、磁気浮上モータが軸方向に二つ
並べて配置されたことことになり、モータの出力を高め
ることができる。
【００６０】請求項３記載の発明は、請求項１記載の発
明において、ステータは、モータ側ステータコアと、第
２のステータ巻線を巻回する磁気軸受側ステータコアと
を有し、この磁気軸受側ステータコアは、環状部を構成
するための基部とこの基部の中央部に突出形成された突
極部とからなる分割コアの連結体からなり、上記突極部
に上記第２のステータ巻線が巻回され、上記分割コア部
の基部同士の対向面に切り欠き部又は非磁性材料が介在
している。また、請求項４記載の発明は、請求項３記載
の発明において、磁気軸受側ステータコアにおける上記
切り欠き部又は非磁性材料は、上記分割コアの基部同士
の対向面に１箇所おきに形成されている。そのため、請
求項３又は４記載の発明によれば、浮上制御磁束の磁極
間干渉が回避され、磁気浮上力発生の阻害要因となる磁
束が減少し、浮上力を効率よく得ることができる。
【００６１】請求項６記載の発明は、請求項１記載の発
明において、直流磁場発生手段は、ロータ周面に固着さ
れたセグメント型永久磁石が兼ねている。そのため、浮
上力発生用直流磁場発生手段としての永久磁石を、回転
力発生用永久磁石のほかに特別に設ける必要がなくな
り、組立工数の低減、小型化、コストの低減および構成
の自由度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に先行して提案した磁気浮上型モータの
浮上原理を説明するための磁気浮上型モータ部を示す横
断面図である。
【図２】同上磁気浮上型モータの縦断面図である。
【図３】同上磁気浮上型モータの座標系を設定するため
の説明図である。
【図４】同上磁気浮上型モータに発生する磁束密度を説
明するための特性図で、（ａ）はロータの永久磁石と直
流磁場発生手段からのバイアス磁束による磁束密度を時
間との関係で示したもの、（ｂ）は第２のステータ巻線
によってステータとロータとの間隙に発生する磁束密度
を時間との関係で示したもの、（ｃ）は第１のステータ
巻線による磁束密度を時間との関係で示したものであ
る。
【図５】本発明にかかる磁気浮上モータの実施形態のモ
ータ側を示す縦断面図である。
【図６】同上実施形態中の分割コアを示す正面図であ
る。
【図７】上記実施形態の磁気軸受側を示す断面図であ
る。
【図８】磁気軸受側の変形例を示す断面図である。
【図９】磁気軸受側の別の変形例を示す断面図である。
【図１０】磁気軸受側のさらに別の変形例を示す断面図
である。
【図１１】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１２】上記実施形態の（ａ）は一方の磁気浮上型モ
ータ部を示す横断面図、（ｂ）は他方の磁気浮上型モー
タ部を示す横断面図である。
【図１３】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）は一方の磁気浮上型モータ部を示
す横断面図、（ｂ）は他方の磁気浮上型モータ部を示す
横断面図である。
【符号の説明】
１１ ステータコア部 １２ ステータコア １３ ステータコア巻線 ２１ ステータコア部 ２２ ステータコア ２３ ステータコア巻線 ３１ ロータ ３２ ロータ ３３ セグメント型永久磁石 ３４ セグメント型永久磁石 ３５ モータケース ４３ セグメント型永久磁石 ４４ セグメント型永久磁石

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 磁性体からなり周面に永久磁石が固着さ
    れたロータと、このロータの内部から放射状に広がる磁
    束を発生する直流磁場発生手段と、上記ロータを浮上制
    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備えた磁気浮上型モータであっ
    て、上記第１のステータ巻線と第２のステータ巻線とを
    巻回するモータ側ステータコアは、環状部を構成するた
    めの基部とこの基部の中央部に突出形成された突極部と
    からなる分割コアの連結体からなり、上記突極部に上記
    第１のステータ巻線と第２のステータ巻線とが巻回され
    ていることを特徴とする磁気浮上モータ。
  2. 【請求項２】 上記モータ側ステータコアが軸方向に二
    つ並べられている請求項１記載の磁気浮上モータ。
  3. 【請求項３】 ステータは、上記モータ側ステータコア
    と、上記第２のステータ巻線を巻回する磁気軸受側ステ
    ータコアとを有し、この磁気軸受側ステータコアは、環
    状部を構成するための基部とこの基部の中央部に突出形
    成された突極部とからなる分割コアの連結体からなり、
    上記突極部に上記第２のステータ巻線が巻回され、上記
    分割コアの基部同士の対向面に切り欠き部又は非磁性材
    料が介在している請求項１記載の磁気浮上モータ。
  4. 【請求項４】 上記磁気軸受側ステータコアにおける上
    記切り欠き部又は非磁性材料は、上記分割コアの基部同
    士の対向面に１箇所おきに形成されている請求項３記載
    の磁気浮上モータ。
  5. 【請求項５】 上記直流磁場発生手段はステータ側に設
    けられている請求項１記載の磁気浮上モータ。
  6. 【請求項６】 上記直流磁場発生手段は、上記ロータ周
    面に固着されたセグメント型永久磁石が兼ねている請求
    項１記載の磁気浮上モータ。
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