JP2001190045A

JP2001190045A - 磁気浮上モータ

Info

Publication number: JP2001190045A
Application number: JP2000000388A
Authority: JP
Inventors: Hideki Kanebako; 秀樹金箱; Yoji Okada; 養二岡田
Original assignee: Sankyo Seiki Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Nidec Instruments Corp
Priority date: 2000-01-05
Filing date: 2000-01-05
Publication date: 2001-07-10
Anticipated expiration: 2020-01-05
Also published as: JP3850195B2

Abstract

(57)【要約】【課題】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、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得る。【解決手段】周面に永久磁石５３，５４を固着したロ
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のステータ巻線とを巻回したステー
タコア部５５，５６を備える。ロータにロータ側スラス
ト軸受用磁路部を形成し、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６
５，６６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５８，５
７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５
８，５７等を有してなるステータの外周側にはロータ５
０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５
１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５
８，５７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５
３，５４の内周面は、それぞれステータコア部５５，５
６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５
２−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５
０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５
０に対して回転磁界を発生させ、ロータマグネット５
３，５４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５
８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６
６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６
５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５
６−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５
２−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１
１，２１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３１，３
２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２
５，２６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１
２−ロータマグネット１５−回転体４０−そのヨーク１
７−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１
９−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３
１，３２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３
３，３４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４
０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

フロントページの続きＦターム(参考） 3J102 AA01 BA03 BA19 CA19 DA03 DA09 DA28 DA30 GA13 5H607 AA00 BB01 BB14 BB17 BB25 DD01 DD02 DD05 DD16 GG01 GG02 GG19 GG20 HH01 5H621 BB01 BB02 GA04 HH01 JK17 JK19

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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。
【請求項２】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。
【請求項３】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。
【請求項４】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。
【請求項５】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。
【請求項６】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。