JP2002315258A - ベアリングレス回転機及びこれを用いた発電機並びにブロワとポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ブロワやポンプ等の負荷装置を収容するため
のスペースを確保し、そのスペースに負荷装置を収容し
て、小型軽量、コストダウンを図ることが可能な、強い
半径方向力を発生するベアリングレスモータを提供する
ことにある。 【解決手段】 回転子の外周面をテーパ形状にすること
により、強力なる半径方向力（フローティング力）を発
生させ、ベアリングを不要としたベアリングレス回転機
を創生し、その回転子１、あるいは固定子２に貫通穴５
を形成し、この穴の中を気体または流体を通すようにす
る。さらに、この穴の中にファンや羽根車などの付加装
置を配設することにより、ポンプ又はブロワ等の小型
化、軽量化、コストダウンを図る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電磁的に回転力
（トルク）を発生させて動作するモータ、あるいは発電
機などの電磁機械において、トルクのほかに電磁力によ
る半径方向力を発生させることによりベアリングを不要
にしたベアリングレス回転機に関する。

【０００２】

【従来の技術】モータとは、電気的エネルギーを機械的
エネルギーに変換するものである。図１１に示すよう
に、従来のモータ１０ａは、回転軸１１と、この回転軸
１１に嵌着された回転子（ロータ）１２と、この回転軸
１１を両端支持するベアリング１３，１３と、フレーム
１４に固着した固定子（ステータ）１５から構成されて
いる。

【０００３】一方、発電機は、モータと反対に、機械的
エネルギーを電気的エネルギーに変換するものである
が、構造はモータ１０と同様である。例えば、図１２に
示すように、従来の水力発電に用いられる発電装置２０
では、発電機２１は上部に位置しており、発電するため
には発電機２１の回転軸２３が回される必要があり、そ
のため付加装置と一体となっている。発電装置２０は、
発電機２１と水車２２とから成り、発電機２１の回転軸
２３と水車２２の回転軸２４とは、軸継手２５にて連結
され、軸受２８，２８，２８で支持されている。上水槽
（図示せず）から水圧管を流下してうず巻形のケーシン
グ２９に入った水は、羽根車６に衝突して水車２２を旋
回させることにより、発電機の回転子３０を回転させて
発電する。このように、従来の発電装置２０は、発電機
２１の軸２３の端部に水車２２が設けられるため、両者
の回転軸２３，２４同士を連結するため大きなスペース
が必要となる。従って、水車２２やタービン（図示せ
ず）で駆動する構造の発電機は、重厚長大となりコスト
アップを招いてきた。

【０００４】また、図１３に示すように、従来のモータ
１０を使用したブロワ（送風機）の場合は、回転軸１１
にファン９を軸着するため、幅が厚く全体として大きく
なる。例えば、図１３に従来のブロワの代表例である扇
風機３２を示したが、扇風機３２はモータ１０とファン
９とからなり、回転軸１１にファン９が軸着されている
ため、大きなスペースを必要とした。さらに、図１１に
示すように、負荷装置のポンプ１６もまた、モータ１０
の回転軸１１にポンプ１６（負荷装置）の回転軸を軸継
手１７で接続するため、全長が長くなり大きなスペース
を必要とした。また、図１４は、従来の大型のポンプで
ある軸流ポンプ４０を示す断面図である。屈曲したパイ
プ４１とストレート状のパイプ４２の内部に収納された
羽根車４３を有する回転軸４４は、パッキン部４５を通
り外軸受４６により軸支され、軸端の継手４７にてモー
タ１０のモータ軸１１と連結されている。そして、モー
タ１０を駆動することにより、羽根車４３の回転軸４４
が回転し流体を移送する。この軸流ポンプ４０は、例え
ば、ポンプの軸長が２７７０ｍｍであり、モータ１０を
含めた全長は３６００ｍｍである。このように、従来の
ポンプ４０は、モータ１０との連結が必要であるため、
全長が大きくなるという問題点があった。

【０００５】さらに、医療機器の補助人工心臓用ポンプ
（図示せず）については、実際の心臓と同様に、拍動に
よって体内に血液を移送する空気駆動式拍動流型が生理
学的にはよいとされているが、送気チューブの長さで患
者の活動範囲が制限され、また、送気チューブに皮膚貫
通部が必要なこともあり、患者がベッドサイドから離れ
られないという問題点があった。そのため、血栓を起こ
さない回転型の連続流型補助人工心臓の開発が急務とな
っている。この連続流型ポンプ（補助人工心臓）の長所
は、小型化が容易であるとともに、弁が不要で部品点数
を少なくできる点であるが、血液の淀みを起こす原因と
なる軸受が大きなネックとなっており、軸受がなく、静
寂性に優れ、小型軽量であり、寿命が長いポンプが求め
られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】このような問題点に対
する取り組みとして、ベアリングを備えない非接触型の
ベアリングレスモータが注目され、研究開発がされてい
る。このベアリングレスモータに関する原理について
は、本発明者等により、既に学術雑誌（電気学会誌、ｖ
ｏｌ．１１７ ｎｏ.９ ｐｐ．６１２−６１５（１９９
７））に発表されている。しかしながら、このベアリン
グレスモータは、回転力（トルク）に比べて半径方向力
（フローティング力）が弱いため、実用化にあたって
は、強い半径方向力を発生することが要望されていた。
また、モータと負荷装置の一体化、発電機と負荷装置の
一体化により、コンパクトなモータの実現が望まれてい
た。

【０００７】そこで、本発明は、ブロワやポンプ等の負
荷装置を収容するためのスペースを確保し、そのスペー
スに負荷装置を収容して、小型軽量、コストダウンを図
ることが可能な、強い半径方向力を発生するベアリング
レスモータを提供することを課題とする。

【０００８】

【発明が解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明者等が鋭意研究した結果、回転子の回転体形
状を変えることで強力な半径方向力を発生させることを
見出し、本発明を創作するに至った。また、ベアリング
レス回転機の回転体を中空構造とし、その中にファンや
羽根車を収納することにより負荷装置（ブロワやポン
プ）の取り込みが可能であり、小型軽量で、コストダウ
ンが図れることを見いだし、本発明を創作するに至っ
た。

【０００９】請求項１に記載のベアリングレス回転機
は、略円筒状の固定子と、前記固定子に内包された円筒
状の回転子と、前記固定子がトルク発生巻線と半径方向
力発生巻線とを有し、前記トルク発生巻線をモータ電源
に接続し、前記半径方向力発生巻線を制御電源に接続
し、半径方向力発生巻線を流れる電流により発生する磁
気力により、前記回転子をフローティング支持しなが
ら、前記トルク発生巻線を流れる電流により発生する磁
気力により前記回転子を回転させるようにしたベアリン
グレス回転機であって、前記回転子の回転軸方向の貫通
穴は少なくとも1個以上設けられている構成としたこと
を特徴とする。

【００１０】請求項１のように構成すれば、前記回転子
は貫通穴を少なくとも1個以上有することから、ベアリ
ングレス回転機の軽量化ができる。また、回転子の貫通
穴に気体や粉体（気体中に粉が混濁した状態のもの）、
液体、流動体（半固体の練り状のもの）等を通すことが
でき、また複数個の孔を穿設した場合は、冷却効果を狙
った冷却孔として有効である。

【００１１】請求項２に係る本発明のベアリングレス回
転機は、略円筒状の回転子と、前記回転子に内包された
円筒状の固定子と、前記固定子がトルク発生巻線と半径
方向力発生巻線とを有し、前記トルク発生巻線をモータ
電源に接続し、前記半径方向力発生巻線を制御電源に接
続し、半径方向力発生巻線を流れる電流により発生する
磁気力により、前記回転子をフローティング支持しなが
ら、前記トルク発生巻線を流れる電流により発生する磁
気力により前記回転子を回転させるようにしたベアリン
グレス回転機であって、前記固定子の貫通穴は回転軸方
向に少なくとも1個以上設けられている構成としたこと
を特徴とする。

【００１２】請求項２のように構成すれば、前記固定子
は貫通穴を少なくとも1個以上有することから、軽量化
ができる。また、回転子の貫通穴に気体や粉体（気体中
に粉が混濁した状態のもの）、液体、流動体（半固体の
練り状のもの）等を通すことができ、また複数個の孔を
穿設した場合は、冷却効果を狙った冷却孔として有効で
ある。

【００１３】請求項３に係る発明は、請求項１に記載の
ベアリングレス回転機を用いた発電機であって、前記回
転子の貫通穴に、流れ発生手段を備え、前記流れ発生手
段に流体を衝突させることにより、前記回転子を回転さ
せて前記固定子に起電力を発生させるように構成したこ
とを特徴とする。

【００１４】請求項３のように構成すれば、回転子の貫
通穴の中に、流れ発生手段である羽根車やファン等を設
け、気体（例えば空気、ガス、粉体）や流体（例えば水
や油等）を羽根車、ファン等に衝突させることにより、
回転子を回転させ起電力を発生させて発電を起こすこと
ができるので、本発明のベアリングレス回転機を発電機
として利用することができる。なお、発電機として運転
する場合は、モータ駆動電源は不要であり、直流出力が
必要な際には、整流器に置き換えられる。

【００１５】請求項４に係る発明は、請求項２に記載の
ベアリングレス回転機を用いた発電機であって、前記回
転子の外周面に、流れ発生手段を備え、前記流れ発生手
段に流体を衝突させることにより、前記回転子を回転さ
せて前記固定子に起電力を発生させるように構成したこ
とを特徴とする。

【００１６】請求項３と請求項４の相違点は、回転子が
内側回転子（インナーロータ）か、外側回転子（アウタ
ーロータ）か、である。したがって、請求項４の作用
は、前記請求項３と同様である。

【００１７】請求項５に係る発明は、請求項１又は２に
記載のベアリングレス回転機であって、前記トルク発生
巻線と、前記半径方向力発生巻線は、固定子に複数の巻
線が施され、複数の巻線の電流を調整することにより、
トルクと半径方向力を発生するように構成したことを特
徴とする。

【００１８】請求項５に係る発明では、前記トルク発生
巻線と、前記半径方向力発生巻線は、一つの巻線でトル
クと半径方向力を発生させる構成、トルクと半径方向力
の電流成分を調整するように構成してもよく、これによ
り、シンプル化が図れ、コスト低減が可能である。

【００１９】請求項６に係る発明は、請求項１に記載の
ベアリングレス回転機であって、前記回転子の外周面形
状は、回転軸方向の一端から他端における直径が段階的
または連続的に、増加または減少し、相対する固定子の
内周面形状は、前記回転子の外周面形状に平行に段階的
または連続的に、増加または減少するように形成された
ことを特徴とする。

【００２０】請求項６に係る発明では、回転子の外周面
と固定子の内周面の形状を、テーパ形状による凸状また
は凹状に成形することによって、回転軸線に平行な形状
を有する従来の回転子では得ることができなかった強力
な半径方向力の電磁力の発生ができることから、フロー
ティング支持が容易にできるため、ベアリングレス回転
機の実現が可能である。なお、請求項６に係るベアリン
グレス回転機は、ポンプに応用できる。

【００２１】請求項７に係る発明は、請求項１に記載の
ベアリングレス回転機であって、前記回転子の内周面形
状は、回転軸方向の一端から他端における直径が、段階
的または連続的に、増加または減少し、相対する固定子
の外周面形状は、前記回転子の内周面形状に平行に段階
的または連続的に、増加または減少するように形成され
たことを特徴とする。

【００２２】請求項７に係る発明では、回転子の内周面
と固定子の外周面の形状を、テーパ形状による凸状また
は凹状に成形することによって、回転軸線に平行な形状
を有する従来の回転子では得ることができなかった強力
な半径方向力の電磁力の発生ができることから、フロー
ティング支持が容易にできるため、ベアリングレス回転
機の実現が可能である。なお、請求項７に係るベアリン
グレス回転機は、扇風機や換気扇等のブロワ（送風機）
に応用できる。

【００２３】請求項８に係る発明は、請求項６に記載の
ベアリングレス回転機であって、前記回転子は、ディス
ク形状であり、前記円筒状の固定子に、前記回転子のス
ラスト方向または傾き方向の電磁力を調整する巻線が設
けられたことを特徴とする。

【００２４】請求項８のように構成すれば、半径方向の
力は、ディスク型の回転機では、スラスト方向の力、あ
るいは傾き方向の力になる電磁力は、回転体の振動、ま
たは回転体の支持を実現するために用いられる。また、
ディスク形状の回転子に中空状の穴を有するため、気
体、流体を通すことができる。さらに、ディスク形状の
回転子を回転テーブルとした場合、回転テーブルの上に
載置した、油圧機器、電気機器等の配線、配管等を通す
穴として利用することができる。

【００２５】請求項９に係る発明は、前記略円筒状の回
転子の貫通穴には、流れ発生手段が配設されたことを特
徴とする請求項６に記載のベアリングレス回転機を用い
たブロワである。

【００２６】請求項９のように構成すれば、回転子に形
成された貫通穴の中に、流れ発生手段であるファンを設
けることにより、例えば空気、ガス、粉体を送風するの
に効率のよい、コンパクトなブロワ（送風機）ができ
る。

【００２７】請求項１０に係る発明は、前記略円筒状の
回転子の外周面には、流れ発生手段が配設されたことを
特徴とする請求項７に記載のベアリングレス回転機を用
いたブロワである。

【００２８】請求項１０のように構成すれば、回転子の
外周面に流れ発生手段であるファンを設けることによ
り、例えば空気、ガス、粉体を送風するのに効率のよ
い、コンパクトなブロワができる。このブロワは、扇風
機として応用できる。

【００２９】請求項１１に係る発明は、前記略円筒状の
回転子の貫通穴には、流れ発生手段が配設されたことを
特徴とする請求項６に記載のベアリングレス回転機を用
いたポンプである。

【００３０】請求項１１のように構成すれば、回転子の
中央に形成された貫通穴の中に、流れ発生手段である羽
根車を設けることにより、流体、例えば、水や油等を油
送するのに都合がよく、効率のよい、コンパクトなポン
プができる。

【００３１】請求項１２に係る発明は、前記略円筒状の
回転子の外周面には、流れ発生手段が配設されたことを
特徴とする請求項７に記載のベアリングレス回転機を用
いたポンプである。

【００３２】請求項１２のように構成すれば、回転子の
外周面に流れ発生手段である羽根車を設けることによ
り、液体、例えば、水や油等を油送するのに都合がよ
く、効率のよい、コンパクトなポンプができる。

【００３３】請求項１３に係る発明は、前記略円筒状の
回転子の貫通穴には、流れ発生手段が配設されたことを
特徴とする請求項６に記載のベアリングレス回転機を用
いた人工心臓用ポンプである。

【００３４】本発明のベアリングレス回転機を人工心臓
用ポンプに採用することにより、血液の淀み（血栓）を
起こす原因となる軸受をなくすることが可能であり、小
型化を可能とし、血栓を作らないスムーズな流れが可能
である。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、
この実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明
の技術的思想に基づく限りにおいて、適宜に変更するこ
とが可能である。

【００３６】《第１の実施の形態》図１、図２は、本発
明に係るベアリングレス回転機を模式的に示した側面図
である。図１、図２の本発明に係るベアリングレス回転
機は、回転子１と固定子２、モータ駆動電源３と制御電
源４から構成される。図１（ａ）に示すように、外側に
位置する固定子２は、内側に位置する回転子１を内包
し、中央にモータ軸とベアリングは無く、回転子１は略
円筒形状であり、貫通穴５を有している。固定子２には
トルク発生巻線７と半径方向力発生巻線７（巻線７に記
載は図３参照）を備えられており、トルク発生巻線７は
モータ電源３に接続され、半径方向力発生巻線７は、制
御電源４に接続され、電力が供給される。なお、本実施
の形態においては、半径方向力発生巻線７とトルク発生
巻線７とを共通化しているが、区別しても構わない。ま
た、モータ電源３は、商用電源であってもよく、あるい
は、インバータ（可変周波数発生器）を経由して固定子
２に接続され、回転子１は低速回転から高速回転まで滑
らかに速度（回転数）変更をすることができるように構
成されている。さらに、モータ電源３は、回転子１の回
転角度に応じてトルクが制御され、予め設定された速度
指令値に追従するように速度制御される。

【００３７】一方、制御電源４は、半径方向の変位セン
サ（図示せず）により回転子１の変位を検出し、検出し
た変位を制御回路にフィードバックし、フィードバック
信号をＰIＤ制御（比例、積分、微分制御を組合せた制
御）器などで増幅し、半径方向力の指令値を発生し、こ
の半径方向力の指令値に実際の半径方向力が一致するよ
うに、回転子１の回転角度と電機子反作用磁束によっ
て、決定する角度に応じて変調を施し、電流の指令値を
発生する。また、制御電源４は、電流の指令値に追従す
るように電流を流し、この結果、回転子１は、非接触で
電磁力により支持される。

【００３８】また、モータ巻線の極数に対して２極増
加、あるいは減少した極数をもつ半径方向力発生巻線を
もつベアリングレス回転機に適応可能である。さらに、
モータ巻線を分割して電流を調整してトルクと半径方向
力を同時に発生させ、半径方向力を発生する巻線を別途
設けたベアリングレス回転機に適応可能である。なお、
本発明のベアリングレス回転機は、誘導機、永久磁石
機、ホモポーラ機、ハイブリッドステッピング型モー
タ、シンクロナスリラクタンス機、スイッチトリラクタ
ンス機など各種のトルク発生原理を持つモータに適応可
能である。

【００３９】図１（ｂ）は、前記した図１（ａ）とは貫
通穴５の形状を異にしている。（ｂ）の貫通穴５は、複
数個の貫通穴５を有しているため、穴径が小さいことを
特徴とする。これにより、回転子１の冷却効果を高め、
吸引用の通気孔とすることができる。

【００４０】《第２の実施の形態》図２（ａ）は、図１
（ａ）とは反対に、外側に位置する回転子１が固定子２
を内包しており、固定子２には貫通穴５が1個形成され
ている形態である。これにより、固定子２に設けた貫通
穴５を使って流体を循環させることができる。図２
（ｂ）は、固定子２に複数個の貫通穴５が形成された形
態であり、冷却効果を高めることができる。

【００４１】《第３の実施の形態》図３（ａ）〜（ｄ）
は、本発明に係るベアリングレス回転機の回転子１と固
定子２の形状を模式的に示した断面図である。図３に示
すように、回転子１の外径と固定子２の内径の断面形状
は、従来のような回転軸に平行な形状とは異なる形状を
示すものである。図３（ａ）に示すように、内側に位置
する回転子１（インナーロータ）の外周面の形状は、テ
ーパ形状で、その断面形状は台形であり、直径が一端か
ら他端にむかって連続的に減少または増加する形態を示
している。これはスラスト方向に電磁力を発生させるこ
とに都合がよく、これにより、強い半径方向力（フロー
ティング力）の発生が可能である。

【００４２】図３（ｂ）に示す回転子１の断面形状は、
略そろばん玉形状であり、図３（ａ）の断面形状２つを
向かい合わせに重ねた形状になっている。また、この形
状は直径が連続的に増加減少する場合を示しており、こ
のように、回転子１の断面形状を２つのテーパ形状で凸
状にすることにより、スラスト方向に電磁力を発生させ
ることに都合がよく、強力な半径方向力（フローティン
グ力）の発生が可能である。なお、回転子１の上部分の
長さａと下部分ｂの長さは、必ずしも等しくする必要は
なく、半径方向力を発生させるために最適に設計してよ
い。また、矢印ｇ、ｈで示すように、傾き方向の電磁力
も発生することが可能であり、傾き方向の電磁力は、磁
束分布（図示せず）を積極的に不均衡にして発生させる
ことができる。つまり、傾き電磁力発生巻線として図３
（ｂ）の左斜め上から右斜め下に磁束を発生する巻線
と、右斜め上から左斜め下に磁束を発生する巻線を形成
するとよい。

【００４３】図３（ｃ）に示すように、回転子１の断面
形状は、つづみ形状であってもよく、回転子１の断面形
状を２つのテーパ形状で凹状にすることにより、スラス
ト方向に電磁力を発生させることに都合がよく、強力な
半径方向力（フローティング力）の発生が可能である。
また、図３（ｄ）に示すように、球状に構成されてもよ
い。さらに、回転子１の断面形状は、２段階、３段階
（図示せず）の段階的に直径と軸長を増減させても構わ
ない。

【００４４】《第４の実施の形態》図４は、本発明に係
るベアリングレス回転機の回転子１と固定子２の形状を
模式的に示した断面図である。 図４（ａ）に示すよう
に、この形態は、既に示した図３（ａ）の反対の構成で
ある。これは、内側が固定子２であり、外側が回転子１
（アウターロータ）である。固定子２の外周にスラスト
方向の電磁力を調整する巻線７を有し、強力な半径方向
力（フローティング力）の発生が可能である。また、固
定子２を中空構造とすることで、気体、液体などを通過
させることが可能である。図４（ｂ）は、ロータ断面形
状をそろばん玉形状、凸状にすることで、傾きを制御し
やすい構成を示している。これはスラスト方向に電磁力
を発生させることに都合がよく、強力な半径方向力（フ
ローティング力）の発生が可能である。

【００４５】また、トルク発生巻線７と、半径方向力発
生巻線７とを備える代わりに、固定子２に複数の巻線７
が施され、複数の巻線７の電流を調整することにより、
モータの巻線７を分割し、分割した巻線７の電流を制御
して不平衡とすることにより、半径方向力などの電磁力
を発生させることも可能である。さらに、モータの巻線
に加えて半径方向力発生巻線７を施し、局部的に磁束密
度分布（図示せず）を非平衡にすることにより半径方向
の電磁力などを発生することも可能である。

【００４６】《第５の実施の形態》図５は、ディスク型
のベアリングレス回転機を模式的に示した断面図であ
る。図５（ａ）に示すディスク型ベアリングレス回転機
は、回転子１と固定子２とで構成されている。回転子１
の断面形状は、ディスク形状であり、固定子２にスラス
ト方向、または傾き方向の電磁力を調整する巻線７を備
えることで、回転子１を回転自在に駆動させることがで
きる。また、回転子１にトルクを発生するため、回転子
を傾けることにより、ラジアル方向のダンピング力やコ
ンプライアンスを発生することも可能である。さらに、
回転子１と固定子２の間には、スラスト方向の電磁力が
発生し、電磁力の大きさの差分により回転体にスラスト
方向の電磁力を与えることができる。

【００４７】図５（ｃ）は、ディスク型ベアリングレス
モータで、回転子１の下の部分を削除し、より簡素化し
た形態を示している。又は、削除することなしに、回転
子１の下の部分を永久磁石に置き換えれば、スラスト方
向の電磁吸引力、あるいは反発力を得ることができる。
また、図５（ｃ）は、ディスクを平面研削盤やマシニン
グセンタ等の工作機械用回転テーブルに見立てた場合、
これらのテーブルに好適であり、例えば、面板８に微細
孔を複数穿設し、穴５の口元に面板８を嵌入すること
で、図示しない真空ポンプにより、穴５内の空気を吸引
することで薄物の加工品を吸着させる真空チャックとす
ることもできる。

【００４８】《第６の実施の形態》続いて、図６（ａ）
は、内側回転子（インナーロータ）型のベアリングレス
回転機の場合であり、回転子の貫通穴の中に羽根車６又
はファン９を設けて、ポンプ又はブロワとした様子を模
式的に示す平面図であり、図６（ｂ）は、その断面図で
ある。図６（ａ）では、羽根車６又はファン９が回転子
１の中空穴５の内周部に配設された様子を示している。
図６（ｂ）では、羽根車６又はファン９が交換可能なよ
うに、回転子１の内周部に固着されている様子を示して
いる。ファン９は交換可能なように回転子１の外周部と
ファン９の内部にネジ１８を設け、ネジ１８による螺着
としてもよい。これにより、回転子１を回転させること
により、空気、ガス等の気体を移送することができる。
例えば、回転子１の内周部にファン９を固着すれば、ポ
ンプや送風機となる。このように、最小限の部品点数で
ブロワを構成することが可能である。なお、別の用途と
して、気体を圧縮するコンプレッサとしても構わない。
図６（ｃ）は、本発明のベアリングレス回転機１０ｂの
断面図である。ベアリングレス回転機１０ｂにはモータ
軸とベアリングはなく、固定子２と、固定子２に内包さ
れた回転子１で構成されている。回転子１の貫通穴５に
は、流れ発生手段の羽根車６が収容されており、ポンプ
等の負荷装置を取り込むことによって、全長が短く、し
かもスペースが小型軽量で、安価なブロワを得ることが
できる。

【００４９】《第７の実施の形態》図７（ａ）は、外側
の回転子（アウターロータ）型のベアリングレス回転機
の場合であり、回転子の外周部に羽根車６又はファン９
を設けて、ポンプ又はブロワとした様子を模式的に示す
平面図であり、図７（ｂ）は、その断面図である。図７
（ａ）では、羽根車６又はファン９が回転子１の外周部
に固着された様子を示している。図７（ｂ）では、羽根
車６又はファン９が交換可能なように、回転子１の外周
部に固着されている様子を示している。ファン９は交換
可能なように回転子１の外周部とファン９の内部にネジ
１８を設け、ネジ１８による螺着としてもよい。これに
より、本実施の形態では、回転子１を回転させることに
より、空気、ガス等の気体を移送することができる。例
えば、回転子１の外周部にファン９を固着すれば、扇風
機となる。このように、最小限の部品点数でブロワを構
成することが可能である。なお、別の実施形態として、
気体を圧縮するコンプレッサとしても構わない。図７
（ｃ）は、本発明のベアリングレス回転機を採用した扇
風機３３を示す（扇風機のスタンドは図示せず）断面図
であり、９０度回転させた図にしている。図７（ｃ）示
すように、従来の扇風機３２（図１３）は、モータ１０
の回転軸１１にファン９を軸着しているのに対して、本
発明のベアリングレス回転機を採用した扇風機３３は、
回転子１の外周面にファン９を固着したもので、全長ａ
をファンの厚みまで薄くすることが可能である。このよ
うに、最小限の部品点数でブロワ（送風機）を構成する
ことが可能である。

【００５０】《第８の実施の形態》図８は、本発明の発
電機２１ｂを複数個設置した発電装置の断面図である。
水の落差を利用する水力発電において、図示しない上水
槽から水圧管を流下した位置エネルギーを保持した水
は、ダイレクトに上段の発電機２１ｂの穴５に入り、羽
根車６に衝突し回転子１を旋回させ発電する。続いて、
中段の発電機２１ｂの穴５に入り、中段の羽根車６に衝
突し回転子１を旋回させる。つまり、多段積みの目的
は、水が保持している位置エネルギーを使い切ることで
あり、発電効率を高めるためであるが、コストに見合う
分の多段でよい。従来の発電装置２０（図１０）との比
較では、コンパクトであり、全長が短くスペースも小さ
い。また、本発明の発電機２１ｂは、部品点数が少ない
分、メンテナンスが容易であり、さらに、コスト低減が
できる。

【００５１】《第９の実施の形態》一方、図９は、本発
明の軸流ポンプを示す断面図であり、従来の軸流ポンプ
４０（図４）に代わるもので、羽根車６が回転子１の貫
通穴５の内部に固着されている。したがって、本発明の
ベアリングレス回転機を駆動することにより、回転子１
と羽根車６が回転し、液体を移送することができる。こ
のように、本実施の形態では、最小限の部品点数でポン
プを構成することが可能である。また、軸流ポンプを従
来よりも短いパイプ４２内に収納可能であり、本実施の
形態の軸流ポンプは、例えば全長が６００ｍｍとなり、
全長を従来の1／６に短縮可能である。

【００５２】《第１０の実施の形態》図１０は、本発明
のベアリングレス回転機を人工心臓用ポンプ用に応用し
た実施形態である。（ａ）は、人工心臓用ポンプの平面
図であり、（ｂ）は正面図、（ｃ）は（ｂ）に示すＡ−
Ａ断面図である。図１０（ａ）に示すように、本発明の
人工心臓用ポンプサイズは、例えば直径は８０ｍｍ、厚
みは３６ｍｍと従来品よりも小型化することができる。
また、（ｃ）に示す断面図のように、回転子１の貫通穴
に設けられた羽根車６は、回転子１と一体に固着されて
いる。この回転子１は携帯される電池によって回転し、
羽根車９によって血液を流入口から吸入し、流出口から
体内へと吐出することができる。

【００５３】このように、人工心臓用ポンプに、本発明
のベアリングレス回転機を採用することにより、小型化
が可能となり、血栓を起こす原因となるベアリングを除
くことができたので、淀みを起こさず血栓を作らないス
ムーズな血流が可能となる。また、モータ駆動式とする
ことにより駆動源は電池で良く、従来の空圧駆動による
送気チューブがなくなるため、患者の活動範囲に制限が
なくなり、静寂性に優れ、小型軽量であり、長寿命な人
工心臓用ポンプまたは補助人工心臓用ポンプの提供が可
能である。さらに、本発明品は小型、軽量なため、ポン
プを２個設けて冗長回路を施すことも可能である。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように構成される本発明
は、以下のような効果を奏する。本発明の請求項１３に
係る発明によれば、回転子の形状を凹凸にすることによ
り、強い半径方向力を発生するベアリングレス回転機を
得ることが可能である。また、ブロワやポンプ等の負荷
装置を収容するためのスペースを回転子の貫通穴に確保
することにより、気体や流体を通すことが可能である。

【００５５】本発明の請求項３に係る発明によれば、回
転子の中央に形成された穴の中に、ファンや羽根車等の
流れ発生手段である付加装置を設け、この付加装置に流
体を勢いよく吹き付けることにより、回転子を回転させ
発電させる発電機を得ることことができる。これによ
り、回転軸、軸受のない静かな、しかも省スペースで部
品点数の少ない、安価な発電機を製造することが可能で
ある。

【００５６】本発明の請求項４に係る発明によれば、回
転子の外周面にファンや羽根車等の流れ発生手段である
付加装置を設け、この付加装置に流体を勢いよく吹き付
けることにより、回転子を回転させ発電させる発電機を
得ることことができる。これにより、回転軸、軸受のな
い静かな、しかも省スペースで部品点数の少ない、安価
な発電機を製造することが可能である。

【００５７】本発明の請求項５に係る発明によれば、一
つの巻線でトルクと半径方向力を発生させる構成、トル
クと半径方向力の電流成分を調整するように構成するこ
とにより、シンプル化が図れ、コスト低減が可能であ
る。

【００５８】本発明の請求項６に係る発明によれば、円
筒状の回転子をインナーロータとする場合の外周面形状
と固定子の内周形状を、そろばん玉（凸）形状、つづみ
（凹）形状、球面形状等のように、ストレートでない形
状にすることによって、強力な半径方向力の電磁力の発
生が容易にでき、フローティング支持が容易にできるた
め、インナーロータ型のベアリングレス回転機が可能で
ある。

【００５９】本発明の請求項７に係る発明によれば、円
筒状の回転子をアウターロータとする場合の内周形状と
固定子の外周形状はそろばん玉（凸）形状、つづみ
（凹）形状、球面形状等のように、ストレートでない形
状にすることによって、フローティング支持が容易にで
きるため、アウターロータ型のベアリングレス回転機が
可能である。

【００６０】本発明の請求項８に係る発明によれば、デ
ィスク形状の回転子の中央に穴を有するため、気体、流
体を通すことができる。また、この穴を微細孔とするこ
とにより、真空チャックとして薄物加工品を吸引するこ
とが可能である。さらに、ディスク形状の回転子を回転
テーブルとした場合、回転テーブル上に載置した油圧機
器、電気機器の配線、配管等を通す穴として利用するこ
とができる。

【００６１】本発明の請求項９のベアリングレス回転機
によれば、ブロワ（送風機）は、回転子の貫通穴の中
に、ファンや羽根車等の流れ発生手段を設け、回転子を
回転させることで、気体の循環、吐出、排気等を行うの
で、モータ軸、軸受のない軽量でコンパクトなブロワを
安価に得ることが可能である。また、このブロワを応用
して、安価な送風機、攪拌機等を得ることが可能であ
る。

【００６２】本発明の請求項１０のベアリングレス回転
機によれば、ブロワ（送風機）は、回転子の外周面にフ
ァンや羽根車等の流れ発生手段を設け、回転子を回転さ
せることで、気体の循環、吐出、排気等を行うので、モ
ータ軸、軸受のない軽量でコンパクトなブロワを安価に
得ることが可能である。また、このブロワを応用して、
安価な送風機、攪拌機等を得ることが可能である。

【００６３】本発明の請求項１１のベアリングレス回転
機によれば、ポンプは、回転子の貫通穴の中に、羽根車
等の流れ発生手段を設けて回転子を回転させることで、
流体を循環、吐出、排気等をすることができ、しかも省
スペースで部品点数の少ない、安価なポンプを得ること
が可能である。

【００６４】本発明の請求項１２のベアリングレス回転
機によれば、ポンプは、回転子の外周面に羽根車等の流
れ発生手段を設けて回転子を回転させることで、流体を
循環、吐出、排気等をすることができ、しかも省スペー
スで部品点数の少ない、安価なポンプを得ること可能で
ある。

【００６５】本発明の請求項１３のベアリングレス回転
機によれば、人工心臓用ポンプは、回転子の貫通穴の中
に、流れ発生手段を設け、前記回転子を回転させること
で、淀みを起こす原因となる軸受がなく、静寂性に優
れ、小型軽量であり、長寿命な人工心臓用ポンプまたは
補助人工心臓用ポンプを得ることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）、（ｂ）は、本発明に係るベアリングレ
ス回転機を模式的に示した断面の平面図である。

【図２】（ａ）、（ｂ）は、本発明に係るベアリングレ
ス回転機を模式的に示した断面の平面図である。

【図３】（ａ）〜（ｄ）は、インナーロータ（内側回転
子）型のベアリングレス回転機を模式的に示した断面の
正面図である。

【図４】（ａ）、（ｂ）は、アウターロータ（外側回転
子）型のベアリングレス回転機を模式的に示した断面の
正面図である。

【図５】（ａ）〜（ｃ）は、ディスク型を模式的に示す
断面の正面図である。

【図６】（ａ）は、インナーロータ型のベアリングレス
回転機に、羽根車又はファンを設けてポンプ又はブロワ
とした様子を模式的に示す平面図である。（ｂ）は、そ
の断面図である。（ｃ）は、本発明のベアリングレス回
転機の断面図である。

【図７】（ａ）は、アウターロータ型のベアリングレス
回転機に、羽根車又はファンを設けてポンプ又はブロワ
とした様子を模式的に示す平面図である。（ｂ）は、そ
の断面図である。（ｃ）は、本発明の扇風機を示す断面
図である。

【図８】本発明の発電機を使用した発電装置を模式的に
示した断面図である。

【図９】本発明の軸流ポンプを示す断面図である。

【図１０】（ａ）は、人工心臓用ポンプの平面図であ
り、（ｂ）は正面図、（ｃ）は（ｂ）に示すＡ−Ａ断面
図である。

【図１１】一部断面した従来のモータと従来のポンプを
連結した正面図である。

【図１２】従来の発電機を使用した水力発電を模式的に
示した断面図である。

【図１３】従来の扇風機（スタンドを除く）の正面図で
ある。

【図１４】従来技術の軸流ポンプを示す断面図である。

【符号の説明】

１…回転子、２…固定子、３…モータ電源、４…制御電
源、５…貫通穴、６…羽根車、７…巻線、８…面板、９
…ファン、１０，１０ｂ…モータ、１１…回転軸、１２
…回転子、１３…ベアリング、１４…フレーム、１５…
固定子、１６…負荷装置、１７…軸継手、１８…ネジ、
２０…発電装置、２１，２１ｂ…発電機、２２…水車、
２４…立軸、２５…軸継手、２８…軸受、２９…ケーシ
ング、３２，３３…扇風機

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3H033 AA01 AA02 BB01 BB02 BB08 CC01 CC06 DD01 EE00 5H607 AA12 BB01 BB02 BB06 BB10 BB13 BB14 BB15 BB17 BB25 BB26 CC05 DD04 DD16 DD17 FF04 FF06 FF07 FF08 FF12 FF13 FF27 GG21 HH01 JJ05 KK10

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】略円筒状の固定子と、前記固定子に内包さ
   れた円筒状の回転子と、 前記固定子がトルク発生巻線と半径方向力発生巻線とを
   有し、前記トルク発生巻線をモータ電源に接続し、前記
   半径方向力発生巻線を制御電源に接続し、 半径方向力発生巻線を流れる電流により発生する磁気力
   により、前記回転子をフローティング支持しながら、前
   記トルク発生巻線を流れる電流により発生する磁気力に
   より前記回転子を回転させるようにしたベアリングレス
   回転機であって、 前記回転子の回転軸方向の貫通穴は少なくとも1個以上
   設けられている構成としたことを特徴とするベアリング
   レス回転機。
2. 【請求項２】略円筒状の回転子と、前記回転子に内包さ
   れた円筒状の固定子と、 前記固定子がトルク発生巻線と半径方向力発生巻線とを
   有し、前記トルク発生巻線をモータ電源に接続し、前記
   半径方向力発生巻線を制御電源に接続し、 半径方向力発生巻線を流れる電流により発生する磁気力
   により、前記回転子をフローティング支持しながら、前
   記トルク発生巻線を流れる電流により発生する磁気力に
   より前記回転子を回転させるようにしたベアリングレス
   回転機であって、 前記固定子の貫通穴は回転軸方向に少なくとも1個以上
   設けられている構成としたことを特徴とするベアリング
   レス回転機。
3. 【請求項３】請求項１に記載のベアリングレス回転機を
   用いた発電機であって、 前記回転子の貫通穴に、流れ発生手段を備え、前記流れ
   発生手段に流体を衝突させることにより、前記回転子を
   回転させて前記固定子に起電力を発生させるように構成
   したことを特徴とする発電機。
4. 【請求項４】請求項２に記載のベアリングレス回転機を
   用いた発電機であって、 前記回転子の外周面に、流れ発生手段を備え、前記流れ
   発生手段に流体を衝突させることにより、前記回転子を
   回転させて前記固定子に起電力を発生させるように構成
   したことを特徴とする発電機。
5. 【請求項５】請求項１又は２に記載のベアリングレス回
   転機であって、 前記トルク発生巻線と、前記半径方向力発生巻線は、固
   定子に複数の巻線が施され、複数の巻線の電流を調整す
   ることにより、トルクと半径方向力を発生するように構
   成したことを特徴とするベアリングレス回転機。
6. 【請求項６】請求項１に記載のベアリングレス回転機で
   あって、 前記回転子の外周面形状は、回転軸方向の一端から他端
   における直径が段階的または連続的に、増加または減少
   し、 相対する固定子の内周面形状は、前記回転子の外周面形
   状に平行に段階的または連続的に、増加または減少する
   ように形成されたことを特徴とするベアリングレス回転
   機。
7. 【請求項７】請求項２に記載のベアリングレス回転機で
   あって、 前記回転子の内周面形状は、回転軸方向の一端から他端
   における直径が、段階的または連続的に、増加または減
   少し、 相対する固定子の外周面形状は、前記回転子の内周面形
   状に平行に段階的または連続的に、増加または減少する
   ように形成されたことを特徴とするベアリングレス回転
   機。
8. 【請求項８】前記回転子は、ディスク形状であり、前記
   円筒状の固定子に、前記回転子のスラスト方向または傾
   き方向の電磁力を調整する巻線が設けられたことを特徴
   とする請求項６に記載のベアリングレス回転機。
9. 【請求項９】前記略円筒状の回転子の貫通穴には、流れ
   発生手段が配設されたことを特徴とする請求項６に記載
   のベアリングレス回転機を用いたブロワ。
10. 【請求項１０】前記略円筒状の回転子の外周面には、流
    れ発生手段が配設されたことを特徴とする請求項７に記
    載のベアリングレス回転機を用いたブロワ。
11. 【請求項１１】前記略円筒状の回転子の貫通穴には、流
    れ発生手段が配設されたことを特徴とする請求項６に記
    載のベアリングレス回転機を用いたポンプ。
12. 【請求項１２】前記略円筒状の回転子の外周面には、流
    れ発生手段が配設されたことを特徴とする請求項７に記
    載のベアリングレス回転機を用いたポンプ。
13. 【請求項１３】前記略円筒状の回転子の貫通穴には、流
    れ発生手段が配設されたことを特徴とする請求項６に記
    載のベアリングレス回転機を用いた人工心臓用ポンプ。