JP2014121098A - ベアリングレスモータ、回転機および非接触磁気力支持ポンプ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ベアリングレスモータ1は、回転軸から径方向に向いた磁束を発生するように配置された永久磁石13が設けられた回転子と、回転子の径方向にギャップを隔てて回転子と対峙した固定子であって、回転子の径方向に沿った電流成分が流れる第1の巻線と、回転子の軸方向の電流成分が流れる第2の部分とを有する巻線12が設けられた固定子と、を備え、電流が流れる第1の部分に永久磁石13による磁束が鎖交することで第1のローレンツ力が発生して回転子を回転軸方向に非接触に支持する支持力が発生し、電流が流れる第2の巻線部分に永久磁石13による磁束が鎖交することにより、回転子の回転トルクとなる第2のローレンツ力が発生する。
【選択図】図1
Description
ここでは、U−U’相の巻線12において、図示したような向きに電流が流れた場合を考える。
2 三相インバータ
3 受動型磁気軸受
4 磁気軸受
11、11−1、11−2 鉄心
11T、11T−1、11T−2 鉄心突起部
12、12−3、12−4 巻線
12−1 支持力成分巻線
12−2 トルク成分巻線
12−5 支持力発生部(コイルエンド)
12−6 トルク発生部
13 永久磁石
14 回転軸
21 角度検出用永久磁石
22 ホール素子
23 回転子
24 変位センサ
25 固定子
31 羽車
32 ハウジング
33 プロペラ
34 回転子用永久磁石
100 制御装置
Ad 密
As 疎
B1、B3、B5 比較器
B2 PID制御部
B4、B6 PI制御部
B7 dq−αβ変換部
B8 αβ−三相変換部
B9 三相インバータ
B10 三相−αβ変換部
Fc 回転子に働く反作用力
Fl ローレンツ力
Fm マクスウェル力
T トルク
Claims (19)
- 回転軸から径方向あるいはパラレルに向いた磁束を発生する回転子と、
前記回転子の径方向にギャップを隔てて前記回転子と対峙した固定子であって、前記回転子の径方向に沿った電流成分が流れる巻線が設けられた固定子と、
を備え、
前記回転子の前記径方向に沿った電流成分の全てもしくは一部により回転軸方向の力が発生して、前記力の反作用力として前記回転子の回転軸方向に作用する力が発生することを特徴とする回転機。 - 前記固定子は、前記回転子の前記径方向に沿った電流成分、および前記回転子の回転軸方向に沿った電流成分が流れる巻線が設けられ、
前記回転子の前記径方向に沿った電流成分のすべてもしくは一部により前記回転子に回転軸方向に作用する力が発生し、
前記回転子の前記回転軸方向に沿った電流成分により、前記回転子の回転トルクとなる力が発生する請求項1に記載の回転機。 - 前記回転子の前記径方向に沿った電流成分が流れる第1の巻線部分と、前記回転子の前記回転軸方向に沿った電流成分が流れる第2の巻線部分と、前記回転子の前記径方向に沿った電流成分および前記回転軸方向に沿った電流成分が流れる第3の巻線部分とのうち少なくとも2つ以上を備える請求項1または2に記載の回転機。
- 前記第1の巻線部分に電流が流れ、当該電流により磁束を発生する鉄心が軸方向に構成され、鉄心端部もしくは中間部分に歯が構成され、回転子の発生する磁束の粗密によりマクスウェル力が発生し、のローレンツ力の反作用力と前記マクスウェル力との合成力として、前記回転子を回転軸方向に非接触に支持する支持力が発生する請求項1〜3のいずれか一項に記載の回転機。
- 前記第1の巻線部分は、前記少なくともギャップに面する側において、前記回転子の回転軸の方向に向けて略凸形状となるように巻かれる請求項1〜4のいずれか一項に記載の回転機。
- 前記第1の巻線部分は、前記少なくともギャップに面する側において、前記回転子の回転軸の方向の電流成分を有するよう角度をなして巻かれる請求項1〜3のいずれか一項に記載の回転機。
- 前記回転子の回転軸方向の中心は、前記第2の巻線部分の、前記回転子の回転軸方向の中心とはずれた位置にある請求項1〜4のいずれか一項に記載の回転機。
- 前記回転子は永久磁石により励磁され、前記永久磁石とは極性が反対のさらなる永久磁石が設けられた回転子が回転軸方向に連結される請求項7に記載の回転機。
- 回転機の回転部分の段差がない円筒状である請求項1〜8のいずれか一項に記載の回転機。
- 前記請求項1〜9のいずれか一項に記載の回転機に、主軸の回転軸方向の位置を検出するセンサを備え、センサの信号に基づいて、前記径方向電流成分を調整するコントローラを備え、径方向に受動的に支持する受動型磁気軸受を備え、非接触で磁気支持することを特徴とするベアリングレスモータ。
- 前記回転子は回転子に設置された永久磁石により励磁され、もしくは固定子に設置された永久磁石により励磁され、もしくは固定子に設置された巻線により励磁され、
永久磁石型、誘導型、リラクタンス型、ホモポーラ型、もしくはコンシクエントポール型の回転子により励磁される請求項10に記載のベアリングレスモータ。 - d軸電流により軸方向力が制御され、q軸電流によりトルクが制御され、1台のインバータで非接触磁気支持とトルク制御、もしくは回転速度制御もしくは回転位置制御が行われる請求項11に記載のベアリングレスモータ。
- 請求項12に記載のベアリングレスモータを備え、
前記ベアリングレスモータに隔壁が設けられ、インペラーを構成した非接触磁気力支持ポンプ。 - 回転子が回転軸方向に磁気浮上して非接触回転するベアリングレスモータであって、
回転軸から径方向に向いた磁束を発生するように配置された永久磁石が設けられた回転子と、
前記回転子の径方向にギャップを隔てて前記回転子と対峙した固定子であって、前記回転子の径方向に沿った電流成分が流れる第1の巻線部分と、前記回転子の回転軸方向に沿った電流成分が流れる第2の巻線部分と、を有する巻線が設けられた固定子と、
を備え、
電流が流れる前記第1の巻線部分に、前記永久磁石により発生した磁束が鎖交することにより第1のローレンツ力が発生して、前記第1のローレンツ力の反作用力として前記回転子を回転軸方向に非接触に支持する支持力が発生し、
電流が流れる前記第2の巻線部分に、前記永久磁石により発生した磁束が鎖交することにより、前記回転子の回転トルクとなる第2のローレンツ力が発生することを特徴とするベアリングレスモータ。 - 前記第1の巻線部分に電流が流れることにより発生する磁束と前記永久磁石により発生した磁束とにより発生する磁束の粗密によりマクスウェル力が発生し、前記第1のローレンツ力の反作用力と前記マクスウェル力との合成力として、前記回転子を回転軸方向に非接触に支持する支持力が発生する請求項14に記載のベアリングレスモータ。
- 前記第1の巻線部分は、少なくとも前記回転子と前記固定子との間のギャップに面する側において、前記回転子の回転軸の方向に向けて略凸形状となるように巻かれる請求項14または15に記載のベアリングレスモータ。
- 前記第1の巻線部分は、少なくとも前記回転子と前記固定子との間のギャップに面する側において、前記回転子の回転軸の方向に角度をなして巻かれる請求項14または15に記載のベアリングレスモータ。
- 前記永久磁石の、前記回転子の回転軸方向の中心は、前記第2の巻線部分の、前記回転子の回転軸方向の中心とはずれた位置にあり、片側のコイルエンドには磁束が鎖交しないよう回転子を配置した請求項14に記載のベアリングレスモータ。
- 前記永久磁石が設けられた回転子に、前記永久磁石とは極性が反対のさらなる永久磁石が設けられた回転子が回転軸方向に連結される請求項18に記載のベアリングレスモータ。
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