JP2017158325A - 磁気浮上式電動機とそれを備えた磁気浮上式ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】 更なる小型化を実現できる磁気浮上式電動機を提供すること。
【解決手段】 固定部の内部に配置され、回転軸心を中心に回転させられる回転部と、固定部に設けられた固定子と回転部に設けられた回転子とを有するモータ部と、モータ部の軸心方向の前後に配置され、ラジアル方向支持磁石によって生じさせるラジアル磁束によって回転部を固定部の中心で回転軸心と直交する方向に非接触で支持するラジアル方向支持部と、回転部の軸心方向の一端部に近接し、固定部の固定磁性部と連なる固定磁性壁と、固定磁性壁に配置され、ラジアル磁束の回転部から隙間を介して固定磁性壁に流れる漏出磁束に重畳させるスラスト磁束を生じさせるスラスト方向力調整コイルと、を有するスラスト方向支持部と、スラスト方向力調整コイルに付与される電流の大きさを制御して回転部にスラスト磁束でスラスト方向力を作用させる制御部と、を備えている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、回転部を磁気によって固定部の中心で浮上させた状態で回転させる電動機と、それを備えた磁気浮上式ポンプに関する。

従来、回転部を磁気によって固定部の中心で浮上させることで、機械的摺動部材であるすべり軸受を不要とした磁気浮上式電動機がある。この磁気浮上式電動機は、例えば、磁気浮上式ポンプなどに採用されている。磁気浮上式電動機を磁気浮上式ポンプなどに採用した場合、機械的摺動部材がないため、コンタミネーションの問題や消耗部品の問題によるメンテナンスが必要なくなる。このため、磁気浮上式ポンプは、半導体産業、医薬品関連の薬液等の分野、気体を含有する二相液を取扱う用途などにおいて採用されている。

この種の先行技術として、本出願人が先に出願した流体移送装置がある（例えば、特許文献１参照）。この流体移送装置では、固定側の第１永久磁石と回転部の第２永久磁石との間に生じさせるラジアル磁束によって回転軸心を中心に回転する回転部を磁気で浮上させる。また、ラジアル磁束によって、回転部の軸方向端部の作用部に作用する外力の方向と反対方向のスラスト軸支持力が回転部に生じるようにしている。

特開２０１３−２３１４７１号公報

しかし、上記先行技術の場合、モータ部から前後方向に離間してラジアル軸支持部を配置し、それぞれにおいてスラスト軸支持力が生じるように磁路を形成している。このため、装置の軸方向寸法が比較的長くなり、用途によっては採用が難しい場合がある。

そこで、本発明は、軸方向寸法を小さくして更なる小型化を実現できる磁気浮上式電動機とそれを備えた磁気浮上式ポンプを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る磁気浮上式電動機は、固定部の内部に配置され、回転軸心を中心に回転させられる回転部と、前記固定部に設けられた固定子と該固定子から離間して前記回転部に設けられた回転子とを有するモータ部と、前記モータ部の軸心方向の前後に配置され、ラジアル方向支持磁石によって生じさせるラジアル磁束によって前記回転部を前記固定部の中心で前記回転軸心と直交する方向に非接触で支持するラジアル方向支持部と、前記回転部の軸心方向の一端部に近接し、前記固定部の固定磁性部と連なる固定磁性壁と、前記固定磁性壁に配置され、前記ラジアル磁束の前記回転部から隙間を介して該固定磁性壁に流れる漏出磁束に重畳させるスラスト磁束を生じさせるスラスト方向力調整コイルと、を有するスラスト方向支持部と、前記スラスト方向力調整コイルに付与される電流の大きさを制御して前記回転部に前記スラスト磁束でスラスト方向力を作用させる制御部と、を備えている。

この構成により、回転部は、モータ部の軸心方向の前後に配置されたラジアル方向支持部のラジアル方向支持磁石によって生じさせるラジアル磁束によって非接触で支持される。そして、回転部の軸心方向の一端部から固定磁性壁に流れるラジアル磁束の漏出磁束に対し、この固定磁性壁に配置させたスラスト方向力調整コイルで生じさせるスラスト磁束を重畳させる。これにより、ラジアル磁束の漏出磁束とスラスト磁束とによって、回転部に作用させるスラスト方向力の大きさを調整できる。よって、回転部に対してスラスト方向力を作用させる磁路がモータ部の固定磁性壁側のみとなり、回転部の軸方向寸法を小さくして磁気浮上式電動機を小型化できる。

また、前記スラスト方向力調整コイルは、前記固定磁性壁の径方向に面状で配置されていてもよい。このように構成すれば、スラスト方向力調整コイルに必要な巻線量を径方向に巻いて、スラスト方向力調整コイルの軸方向寸法を小さくできる。スラスト方向力調整コイルの軸方向寸法を小さくすることで、磁気浮上式電動機を更に小型化できる。

また、前記制御部は、前記固定部に対する前記回転部の位置を検出するスラスト位置検出手段の検出結果に基づいて、前記スラスト方向力調整コイルに付与される電流の大きさと方向を制御してスラスト方向力を調整するように構成されていてもよい。このように構成すれば、スラスト位置検出手段の検出結果に基づいて、スラスト方向力調整コイルに付与する電流の大きさと方向を適切に調整して、回転部の軸方向位置を適切に制御できる。

また、前記制御部は、前記スラスト位置検出手段の検出結果に基づいて、前記回転部から前記固定磁性壁に流れる漏出磁束の方向と同じ方向に前記スラスト磁束を生じさせる電流を前記スラスト方向力調整コイルに付与し、又は漏出磁束の方向と反対方向に前記スラスト磁束を生じさせる電流を前記スラスト方向力調整コイルに付与するように制御してスラスト方向力の方向を制御するように構成されていてもよい。このように構成すれば、回転部のスラスト方向位置の変化に応じて、回転部に対して軸方向の一端方向又は他端方向に向けてスラスト方向力が生じるように、スラスト方向力調整コイルに付与する電流でスラスト磁束の方向を適切に制御できる。

また、前記ラジアル方向支持磁石は、前記固定部の周方向に配置された複数個のラジアル方向支持コイルを有し、前記ラジアル方向支持コイルの間に、前記回転部の前記固定部に対する位置を検出するラジアル位置検出手段を備えていてもよい。このように構成すれば、ラジアル位置検出手段の検出結果により、回転部の傾きなどの状態を算出できる。この算出結果に基づいて、回転部の周囲に配置された複数のラジアル方向支持コイルにそれぞれ付与する電流を適切に制御して、回転部の位置を適正な位置に補正できる。

一方、本発明に係る磁気浮上式ポンプは、ケーシングの内部に前記いずれかの磁気浮上式電動機を備え、前記回転部は、前記固定磁性壁と反対の軸心方向の端部にインペラを備えている。

この構成により、磁気浮上式電動機が小型になって、磁気浮上式ポンプのケーシング寸法を軸方向に小さくできる。しかも、インペラ側が負圧になることで回転部に軸方向のスラスト方向力が作用しても、インペラと反対側の軸方向端部に備えさせたスラスト方向支持部の磁路によってインペラと反対方向にスラスト軸支持力を発生させることができる。その上、回転部の軸方向寸法を小さくすることで、回転部の流体と接する面積が小さくなって流体摩擦損失を小さくできる。

本発明によれば、回転部にスラスト方向力を作用させる磁路をモータ部の一方のみにできるので、磁気浮上式電動機の更なる小型化を実現することが可能となる。

図１は、本発明の一実施形態に係る磁気浮上式ポンプを示す断面図である。 図２は、図１に示す磁気浮上式電動機の構成を示す断面図である。 図３は、図１に示す磁気浮上式電動機の一部を断面にした斜視図である。 図４は、図２に示す磁気浮上式電動機におけるラジアル軸支持力の発生原理を示す図面である。 図５は、図２に示す磁気浮上式電動機におけるラジアル軸支持力を示す図面である。 図６は、図５に示すスラスト方向力の発生時における磁束ベクトルを示す磁場解析結果のコンター図である。 図７は、図５に示す磁気浮上式電動機においてスラスト方向力を調整した状態を示す図面である。 図８は、図５に示す磁気浮上式電動機においてスラスト方向力を調整した他の状態を示す図面である。 図９は、図７に示すスラスト方向力の調整時における磁束ベクトルを示す磁場解析結果のコンター図である。 図１０は、図７に示すスラスト方向力の調整時におけるスラスト方向力と電流との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。以下の実施形態では、磁気浮上式電動機１０を備えた磁気浮上式ポンプ１を例に説明する。この明細書及び特許請求の範囲の書類中における前後方向の概念は、図１に示す磁気浮上式ポンプ１の左方向が前方向、右方向が後方向とする。また、回転部５０の回転軸心Ｌの方向を「γ方向」、γ方向に対して直交する水平ラジアル方向を「α方向」、γ方向に対して直交する鉛直ラジアル方向を「β方向」とする。

（磁気浮上式ポンプの構成）
図１に示すように、この実施形態の磁気浮上式ポンプ１は、ケーシング２の内部に、磁気浮上式電動機１０が備えられている。磁気浮上式電動機１０は、固定部２０の内部に配置され、回転軸心Ｌを中心に回転される回転部５０が備えられている。この回転部５０は、後述するように、ラジアル方向支持部２３によって生じさせる磁束のラジアル軸支持力によって固定部２０とは非接触で支持される。

固定部２０には、固定子２１が設けられており、この固定子２１から離間して回転部５０に設けられた回転子５２とでモータ部４０が構成されている。モータ部４０は、回転子５２の周囲に備えられた複数の回転子永久磁石５３と、固定子２１に備えられた複数の固定子巻線２２とを有する。モータ部４０は、永久磁石式モータ部となっている。固定子２１の固定子巻線２２は、制御部７０と電気的に接続されている。この実施形態の制御部７０は、電源を含む。制御部７０は、固定子巻線２２に流す電流を制御し、回転磁界を発生させ、モータ部４０の回転子５２を回転させて回転部５０を回転させる。制御部７０に回転制御用のインバータを備えさせることで、回転部５０の回転速度を任意に調整できる。

回転部５０には、軸心方向の前端部（左端部）にインペラ３が備えられている。回転部５０は、周囲が円筒状のカバー４で覆われている。また、回転部５０と面する固定部２０の内部も円筒状のカバー５で覆われている。これらのカバー４，５の間の空間は、流体が移動できる空間となっている。インペラ３は、回転部５０で回転させられて、ポンプ部６の入口７から出口８に向かって流体を送る。

上記モータ部４０の前方向と後方向に離れた位置には、ラジアル方向支持部２３が備えられている。ラジアル方向支持部２３は、回転部５０を非接触で支持するラジアル方向支持磁石２４を有している。ラジアル方向支持磁石２４は、前部と後部の固定磁性部２５に設けられたラジアル方向支持コイル２６と、固定部２０の外周位置に設けられた円筒状の第１永久磁石２８と、回転部５０の周囲に設けられた円筒状の第２永久磁石５４と、を有している。

上記ラジアル方向支持コイル２６は、固定部２０から回転部５０に向けて延びる固定磁性部２５に設けられている。このラジアル方向支持コイル２６は、制御部７０と電気的に接続されている。ラジアル方向支持コイル２６は、付与される電流の大きさと方向が制御部７０で制御可能となっている。上記第１永久磁石２８は、固定部２０の外周部に設けられており、固定子２１の外周位置に設けられた固定磁性部２７の前位置と後位置とに離れて設けられている。上記第２永久磁石５４は、回転部５０の周囲に設けられており、回転子５２の回転子永久磁石５３が設けられた回転磁性部５５の前位置と後位置とに離れて設けられている。

これらの上記ラジアル方向支持コイル２６の間には、上記固定部２０に対する上記回転部５０の位置を検出するラジアル位置検出手段たるラジアル位置センサ３２が備えられている（図３参照）。ラジアル位置センサ３２は、回転軸心Ｌの軸心方向の前後位置に配置されたいずれのラジアル方向支持部２３にも備えられている。これにより、固定部２０に対する回転部５０の前部と後部において、回転軸心Ｌのγ方向に対する水平ラジアル方向αと鉛直ラジアル方向βとにおける位置変化を検出している。このラジアル位置センサ３２は、例えば、固定部２０から回転部５０に備えられたセンサーターゲットの変位を検出する変位センサなどとして用いることができる。このラジアル位置センサ３２も、上記制御部７０に接続されている。

そして、この磁気浮上式電動機１０の固定部２０には、回転部５０のインペラ３と反対方向の軸方向一端部（後部）に近接するように隙間Ｓを有する固定磁性壁３１が備えられている。固定磁性壁３１は、ラジアル方向支持２３の固定磁性部２５と連なっている固定磁性部３０と連なるように設けられている。固定磁性壁３１には、回転部５０にスラスト方向力を作用させるスラスト方向力調整コイル６１を有するスラスト方向支持部６０が備えられている。スラスト方向力調整コイル６１は、制御部７０と電気的に接続されている。制御部７０は、スラスト方向力調整コイル６１に付与する電流の大きさと方向を制御できる。

また、固定磁性壁３１には、上記回転部５０の後方端と固定部２０とのスラスト方向位置を検出するスラスト位置検出手段たるスラスト位置センサ３３が備えられている。このスラスト位置センサ３３は、例えば、固定部２０から回転部５０に備えられたセンサーターゲットの変位を検出する変位センサなどとして用いることができる。このスラスト位置センサ３３は、上記制御部７０に接続されている。

制御部７０としては、各種の制御回路を備えたコントローラとすることができる。また、制御部７０は、パーソナルコンピュータ等によって各種パラメータを設定できる。さらに、制御部７０は、パーソナルコンピュータ等と接続する端子、各センサ３３（後述するセンサ３２）と接続する端子、インバータと接続する端子、その他の外部機器と接続する端子などを備える。また、制御部７０は、各センサ３３，３２（図３）からの信号に基づいて、アラームを発する機能を備えさせることができる。さらに、制御部７０に、過電流・過負荷等を検出する機能を備えさせることができる。制御部７０は、過電流・過負荷を検出することで、磁気浮上式ポンプ１を停止させることができる。

（磁気浮上式電動機の詳細構成）
図２は、上記磁気浮上式電動機１０の構成を示す断面図であり、図３は、上記磁気浮上式電動機１０の一部（斜め上部、９０度分）を断面にした斜視図である。図では、固定部２０の中心で回転部５０が所定のギャップＧで浮いた状態を示している。

図示するように、上記したラジアル方向支持部２３には、固定部２０の周方向に複数個のラジアル方向支持コイル２６が備えられている。ラジアル方向支持コイル２６は、上記回転部５０の回転軸心Ｌに対して円周方向に複数個が配置される。

さらに、この実施形態では、上記スラスト方向力調整コイル６１が、上記固定磁性壁３１の内面で径方向に広がる面状に形成されている。スラスト方向力調整コイル６１は、必要な巻線量を径方向に面状に巻いて確保している。スラスト方向力調整コイル６１は、面状に形成することで軸方向寸法を小さくしている。なお、図では、コイル部分をブロック状で示している。

（ラジアル軸支持力の発生原理）
図４は、図２に示す磁気浮上式電動機におけるラジアル軸支持力の発生原理を示す図面である。この図では、水平ラジアル方向αにラジアル方向支持コイル２６αがあり、鉛直ラジアル方向βにラジアル方向支持コイル２６βがあるものとした場合の例で説明する。

鉛直ラジアル方向βについて説明すると、図２に示す第１永久磁石２８と第２永久磁石５４とは、固定部２０と回転部５０との間に放射状のバイアス磁束である第１ラジアル磁束Ψｓ１を生じさせるように配置されている。そして、鉛直ラジアル方向βのラジアル方向支持コイル２６βに直流電流を付与して、２極のラジアル軸支持磁束Ψｓ２βを発生させる（右ねじの法則）。このラジアル軸支持磁束Ψｓ２βを発生させると、放射状のバイアス磁束である第１ラジアル磁束Ψｓ１に、図示する上部では、ラジアル軸支持磁束Ψｓ２βが重畳される。そして、放射状の第１ラジアル磁束Ψｓ１の回転軸心Ｌを挟んで図示する反対側の下部では、ラジアル軸支持磁束Ψｓ２βで相殺される。従って、鉛直ラジアル方向βにおいては、放射状の第１ラジアル磁束Ψｓ１は、上部の磁束Ψｓ１が密となり、下部の磁束Ψｓ１が疎となる。これにより、正の鉛直ラジアル方向β（上方向）のラジアル軸支持力Ｆβが回転部５０に生じる。

一方、水平ラジアル方向αにおいても、ラジアル方向支持コイル２６αに直流電流を付与することで発生するラジアル軸支持磁束によって、上記鉛直ラジアル方向βと同様にラジアル軸支持力が回転部５０に生じる。

そして、このようなラジアル軸支持力（Ｆβ）を、図３に示すように、回転部５０の周囲に配置された複数個のラジアル方向支持コイル２６で生じさせることによって、回転部５０が固定部２０の中心において非接触で支持される。

以下の説明では、全てのラジアル方向支持コイル２６によって発生させるラジアル軸支持磁束を「第２ラジアル磁束Ψｓ２」という。

（ラジアル軸支持力の説明）
図５は、図２に示す磁気浮上式電動機におけるラジアル軸支持力を示す図面である。図示するように、永久磁石２８，５４の間には、Ｎ極からＳ極に向けてバイアス磁束であるラジアル磁束Ψｓ１（太い矢印）が発生する。この図では回転軸心Ｌを挟んで対向する位置を示している。ラジアル磁束Ψｓ１は、例えば、固定部２０の後部に備えられた第１永久磁石２８のＮ極から固定磁性部２７を介して前部に備えられた第１永久磁石２８のＳ極へと流れる。そして、この第１永久磁石２８のＮ極から固定磁性部２９とラジアル方向支持部２３の固定磁性部２５と回転部５０の回転磁性部５６を介して回転部５０の前部に備えられた第２永久磁石５４のＳ極へと流れる。そして、この第２永久磁石５４のＮ極から回転部５０の回転磁性部５５を介して後部に備えられた第２永久磁石５４のＳ極へと流れる。そして、この第２永久磁石５４のＮ極から回転磁性部５７とラジアル方向支持部２３の固定磁性部２５と固定磁性部３０を介して後部の第１永久磁石２８のＳ極へと流れる。このように、ラジアル磁束Ψｓ１は、固定部２０の外周部と、モータ部４０の前後位置に設けられたラジアル方向支持部２３の固定磁性部２５と、回転部５０とを通ってループ状に流れる。

そして、この永久磁石２８，５４によって発生させるラジアル磁束Ψｓ１（太い矢印）に、上記ラジアル方向支持コイル２６に付与する電流で発生させるラジアル磁束Ψｓ２（細い矢印）が加えられる。ラジアル磁束Ψｓ２は、ラジアル方向支持コイル２６に付与する電流の方向により、ラジアル磁束Ψｓ２をラジアル磁束Ψｓ１に重畳する方向又は相殺する方向に発生させることができる。

（回転部のラジアル方向位置制御）
制御部７０（図１）は、上記回転部５０の周囲に配置された複数のラジアル方向支持コイル２６に付与する電流を制御することにより、固定部２０に対する回転部５０の位置を制御する。この位置制御は、回転部５０の前部と後部とにおいて、ラジアル方向支持コイル２６の間に備えられたラジアル位置センサ３２の検出結果に基づいてそれぞれラジアル方向支持コイル２６に対して個別に行われる。

具体的には、制御部７０は、ラジアル方向支持コイル２６の間に備えられた複数のラジアル位置センサ３２によって、回転部５０の変位をリアルタイムで検出している。そして、その検出結果に基づいて、回転部５０の傾きなどの状態を算出する。制御部７０は、この算出結果に基づいて回転部５０の周囲に配置された複数のラジアル方向支持コイル２６に流す電流を適切に制御する。これによって、回転部５０に対して生じる第２ラジアル磁束Ψｓ２を制御する。この制御は、ラジアル方向支持コイル２６に付与する電流の大きさと方向とが制御部７０（図１）で制御され、ラジアル方向支持コイル２６で発生させるラジアル磁束Ψｓ２の大きさと、このラジアル磁束Ψｓ２をラジアル磁束Ψｓ１に重畳又は相殺させるかの方向とが制御される。これにより、回転部５０は回転軸心Ｌと直交する方向に固定部２０から浮上させた非接触の状態で、固定部２０に対して適切な位置に補正される。このように、回転部５０は、モータ部４０の軸方向前後位置に配置されたラジアル方向支持部２３によって非接触の状態で適切に支持される。以下、第１ラジアル磁束Ψｓ１、第２ラジアル磁束Ψｓ２を含めたラジアル軸支持力を発生させる磁束を、「ラジアル磁束Ψｓ１、Ψｓ２」という。

また、ラジアル磁束Ψｓ１、Ψｓ２は、回転部５０の前部から後部に向けて流れるため、ラジアル磁束Ψｓ１、Ψｓ２の一部が回転部５０の後端部から隙間Ｓを越えて固定磁性壁３１に漏出磁束Ψｓ１０として流れる。この漏出磁束Ψｓ１０は、固定磁性壁３１から固定磁性部３０へと流れてラジアル磁束Ψｓ１、Ψｓ２に戻る。漏出磁束Ψｓ１０は、回転部５０から固定磁性壁３１へと流れるため、この漏出磁束Ψｓ１０によって、回転部５０には固定磁性壁３１に向けて引き寄せられる後向きのスラスト方向力Ｆγが生じる。

図６は、図５に示すラジアル軸支持力の発生時における磁束ベクトルを示す磁場解析（有限要素法解析）結果のコンター図である。色の濃淡は磁束の強弱を示しており、図の濃い部分は強い部分を示し、薄い部分は弱い部分を示している。図示するように、上記したラジアル磁束Ψｓ１、Ψｓ２の主な流れは、上記したように、固定部２０の第１永久磁石２８から前部のラジアル方向支持部２３の固定磁性部２５を介して回転部５０の第２永久磁石５４に流れる。そして、回転部５０の後部から、後部のラジアル方向支持部２３の固定磁性部２５を介して第１永久磁石２８へと流れる。そして、ラジアル磁束Ψｓ１、Ψｓ２の一部の漏出磁束Ψｓ１０が、回転部５０の後部から固定磁性壁３１に向けて流れる。

このようなラジアル磁束Ψｓ１、Ψｓ２の流れにより、回転部５０には、固定磁性壁３１に向けて後ろ向きのスラスト方向力Ｆγが作用している（図５）。このため、例えば、この磁気浮上式電動機１０を図１に示すような磁気浮上式ポンプ１に用いた場合、インペラ３の部分が負圧となることによって回転部５０が前方向に引かれるのに対して、反対の後方向に作用するスラスト方向力Ｆγを生じさせることができる。

（実施例）
図７は、図５に示す磁気浮上式電動機においてスラスト方向力を調整した状態を示す図面である。図８は、図５に示す磁気浮上式電動機においてスラスト方向力を調整した他の状態を示す図面である。図７は、上記ラジアル磁束Ψｓ１、Ψｓ２の漏出磁束Ψｓ１０に対してスラスト方向力調整コイル６１によって生じさせたスラスト磁束Ψｓ３を反発するように重畳させた場合を示している。図８は、漏出磁束Ψｓ１０に対してスラスト方向力調整コイル６１によって生じさせたスラスト磁束Ψｓ３を同一方向に重畳させた場合を示している。

図７に示すように、図５に示す状態から、固定磁性壁３１に備えさせたスラスト方向力調整コイル６１にスラスト方向力調整コイル電流Ｅ１を付与する。これにより、固定磁性壁３１から回転部５０の後端に向けてスラスト磁束Ψｓ３が流れようとする（右ねじの法則）。そして、このスラスト方向力調整コイル６１で生じさせるスラスト磁束Ψｓ３を、ラジアル方向支持磁石２４によって生じさせるラジアル磁束Ψｓ１、Ψｓ２の漏出磁束Ψｓ１０に重畳させる。しかし、スラスト磁束Ψｓ３は、回転部５０から固定磁性壁３１に向けて流れる漏出磁束Ψｓ１０に対して反発する磁束である。このため、回転部５０から固定磁性壁３１に向けて流れようとする漏出磁束Ψｓ１０と、固定磁性壁３１から回転部５０に流れようとするスラスト磁束Ψｓ３とは、隙間Ｓの部分で互いに反発する磁束となる。このため、漏出磁束Ψｓ１０にスラスト磁束Ψｓ３を重畳させることで、回転部５０には、前向きのスラスト方向力−Ｆγが作用する。このため、ラジアル磁束Ψｓ１、Ψｓ２によって生じるスラスト方向力Ｆγは、スラスト方向力調整コイル６１のスラスト磁束Ψｓ３によって生じるスラスト方向力−Ｆγによって、前向きのスラスト方向力−Ｆγにすることができる。

一方、図８に示すように、スラスト方向力調整コイル６１に逆方向のスラスト方向力調整コイル電流Ｅ２を付与する。これにより、ラジアル磁束Ψｓ１、Ψｓ２の漏出磁束Ψｓ１０と同一方向にスラスト磁束Ψｓ３を重畳させることができる。このため、回転部５０から固定磁性壁３１に向けて流れようとする漏出磁束Ψｓ１０に対して、同じ方向にスラスト磁束Ψｓ３を重畳させて、後向きの大きなスラスト方向力Ｆγを生じさせることができる。

従って、スラスト方向力調整コイル６１に付与する電流の大きさのみ、又は方向も含めて調整することで、回転部５０に作用させるスラスト方向力Ｆγの大きさと方向を調整することができる。

図９は、図７に示すスラスト方向力の調整時における磁束ベクトルを示す磁場解析（有限要素法解析）結果のコンター図である。色の濃淡は磁束の強弱を示しており、図の濃い部分は強い部分を示し、薄い部分は弱い部分を示している。図示するように、上記したラジアル磁束Ψｓ１、Ψｓ２の主な流れは、上記したように、固定部２０の第１永久磁石２８から前部のラジアル方向支持部２３の固定磁性部２５を介して回転部５０の第２永久磁石５４に流れる。そして、回転部５０の後部から後部のラジアル方向支持部２３の固定磁性部２５を介して第１永久磁石２８へと流れる。そして、ラジアル磁束Ψｓ１、Ψｓ２の一部の漏出磁束Ψｓ１０が、回転部５０の後部から固定磁性壁３１に向けて流れる。

このラジアル磁束Ψｓ１、Ψｓ２の一部が、漏出磁束Ψｓ１０として回転部５０の後部から固定磁性壁３１に向けて流れようとする。これに対して、スラスト方向力調整コイル６１によって生じさせるスラスト磁束Ψｓ３が固定磁性壁３１から回転部５０に向けて流れようとする。このため、漏出磁束Ψｓ１０とスラスト磁束Ψｓ３とが隙間Ｓの部分で反発する。このように漏出磁束Ψｓ１０をスラスト磁束Ψｓ３に対して反発させることにより、回転部５０には固定磁性壁３１に対して前向きのスラスト方向力−Ｆγを作用させることができる。

従って、制御部７０は、上記スラスト位置センサ３３による上記回転部５０の固定部２０に対するスラスト位置の検出結果に基づいて、上記図７，８に示すように、上記回転部５０からのラジアル磁束Ψｓ１、Ψｓ２の漏出磁束Ψｓ１０の方向と同じ方向に上記スラスト磁束Ψｓ３を生じさせる電流をスラスト方向力調整コイル６１に付与するか、漏出磁束Ψｓ１０の方向と反対方向に上記スラスト磁束Ψｓ３を生じさせる電流をスラスト方向力調整コイル６１に付与するか、を制御することで、上記回転部５０の位置を調整するスラスト方向力Ｆγを、前方向又は後方向に発生させることができる。

つまり、回転部５０のスラスト方向位置に応じて、スラスト磁束Ψｓ３の大きさ、方向を調整して、回転部５０に対し、軸方向の前後いずれの方向にも適切な大きさのスラスト方向力Ｆγを生じさせることができる。このように、回転部５０からのラジアル磁束Ψｓ１、Ψｓ２の漏出磁束Ψｓ１０に重畳させるスラスト磁束Ψｓ３を制御することで、回転部５０に対して前方向又は後方向に向けてスラスト方向力Ｆγを生じさせるように制御できる。このスラスト方向力Ｆγにより、固定部２０に対する回転部５０のスラスト方向の位置が適切な位置となるように、回転部５０を回転軸心Ｌの前方に移動させたり、回転部５０を回転軸心Ｌの後方に移動させることが適切にできる。

このため、例えば、この磁気浮上式電動機１０を図１に示す磁気浮上式ポンプ１に用いた場合、インペラ３の部分が負圧又は正圧になるのに応じて、回転部５０に対して生じるスラスト方向力Ｆγの方向と大きさを調整できる。

（実施例における電流値とスラスト方向力の関係）
図１０は、図７に示すスラスト方向力の調整時におけるスラスト方向力と電流との関係を示すグラフである。図示する縦軸は、固定磁性壁３１から回転部５０に向けて生じるスラスト方向力Ｆγを示している。後向きのスラスト方向力Ｆγが「＋」、前向きのスラスト方向力−Ｆγが「−」となる。図示する横軸は、スラスト方向力調整コイル電流Ｅ１を示している。

上記磁気浮上式電動機１０は、スラスト方向力調整コイル６１に電流を流さない状態で後向きとなる「＋」のスラスト方向力Ｆγが最も大きくなる。そして、スラスト方向力調整コイル６１にスラスト方向力調整コイル電流Ｅ１を付与すると、スラスト方向力Ｆγを「約０」にできる。この状態は、例えば、上記図７のように、回転部５０から固定磁性壁３１に向けて流れる漏出磁束Ψｓ１０に対してスラスト磁束Ψｓ３を反発させた状態である。さらに、この状態から更にスラスト方向力調整コイル電流Ｅ１を大きくすると、スラスト方向力Ｆγが前向きとなる「−」の状態にできる。このことは、上記スラスト方向力調整コイル６１によって生じさせるスラスト磁束Ψｓ３によって、回転部５０に前向きのスラスト方向力−Ｆγを作用させることができる（図７）。

そして、この状態から、スラスト方向力調整コイル電流Ｅ１を更に大きくすると、前向きになっていたスラスト方向力−Ｆγが後向きのスラスト方向力Ｆγになることがわかる。このことは、上記スラスト磁束Ψｓ３がラジアル磁束Ψｓ１、Ψｓ２とともに後部のラジアル方向支持部２３の固定磁性部２５に侵入して、後向きのスラスト方向力Ｆγが大きくなるからといえる。

このような磁気浮上式電動機１０を図１の磁気浮上式ポンプ１に備えさせた場合、スラスト方向力Ｆγを回転部５０のインペラ３と反対方向に作用させた状態から、インペラ３の方向に作用させることもできる。

（総括）
以上のように、上記磁気浮上式電動機１０によれば、スラスト方向支持部６０のスラスト方向力調整コイル６１を制御することで、回転部５０に対して回転軸心Ｌの軸方向に作用させるスラスト方向力Ｆγを調整することが可能となる。しかも、スラスト方向力Ｆγを作用させる磁路（スラスト磁束Ψｓ３が流れる部分）をモータ部４０の一方のみにでき、回転部５０の軸方向寸法を小さくして、磁気浮上式電動機１０を小型化することが可能となる。

その上、スラスト方向力調整コイル６１に付与する電流の大きさと方向を制御することで、回転部５０に対して前方向又は後方向のいずれの方向にもスラスト方向力Ｆγを作用させることが可能となる。

また、磁気浮上式電動機１０における回転部５０の軸方向寸法を小さくすることができるので、磁気浮上式ポンプ１に用いた場合、回転部５０の流体と接する面積が小さくなって流体摩擦損失を小さくすることが可能となる。

（他の実施形態）
上記した実施形態における磁気浮上式電動機１０の回転部５０、固定部２０などの大きさは一例であり、用途に応じてそれぞれを適した大きさに形成すればよく、各構成の大きさは上記実施形態に限定されるものではない。

また、上記した実施形態では磁気浮上式ポンプ１を例に説明したが、磁気浮上式電動機１０は他の機器においても用いることができ、用途は磁気浮上式ポンプ１に限定されるものではない。

さらに、上記した実施形態は一例を示しており、ラジアル方向支持コイル２６の数などを変更してもよく、本発明の要旨を損なわない範囲での種々の変更は可能であり、本発明は上記した実施形態に限定されるものではない。

１ 磁気浮上式ポンプ
２ ケーシング
３ インペラ
１０ 磁気浮上式電動機
２０ 固定部
２３ ラジアル方向支持部
２４ ラジアル方向支持磁石
２６ ラジアル方向支持コイル
２８ 第１永久磁石
３０ 固定磁性部
３１ 固定磁性壁
３２ ラジアル位置センサ（ラジアル位置検出手段）
３３ スラスト位置センサ（スラスト位置検出手段）
４０ モータ部
５０ 回転部
５４ 第２永久磁石
６０ スラスト方向支持部
６１ スラスト方向力調整コイル
７０ 制御部
Ｓ 隙間
Ψｓ１ 第１ラジアル磁束
Ψｓ１０ 漏出磁束
Ψｓ２ 第２ラジアル磁束
Ψｓ３ スラスト磁束

Claims (6)

1. 固定部の内部に配置され、回転軸心を中心に回転させられる回転部と、
   前記固定部に設けられた固定子と該固定子から離間して前記回転部に設けられた回転子とを有するモータ部と、
   前記モータ部の軸心方向の前後に配置され、ラジアル方向支持磁石によって生じさせるラジアル磁束によって前記回転部を前記固定部の中心で前記回転軸心と直交する方向に非接触で支持するラジアル方向支持部と、
   前記回転部の軸心方向の一端部に近接し、前記固定部の固定磁性部と連なる固定磁性壁と、前記固定磁性壁に配置され、前記ラジアル磁束の前記回転部から隙間を介して該固定磁性壁に流れる漏出磁束に重畳させるスラスト磁束を生じさせるスラスト方向力調整コイルと、を有するスラスト方向支持部と、
   前記スラスト方向力調整コイルに付与される電流の大きさを制御して前記回転部に前記スラスト磁束でスラスト方向力を作用させる制御部と、を備えていることを特徴とする磁気浮上式電動機。
2. 前記スラスト方向力調整コイルは、前記固定磁性壁の径方向に面状で配置されている、請求項１に記載の磁気浮上式電動機。
3. 前記制御部は、前記固定部に対する前記回転部の位置を検出するスラスト位置検出手段の検出結果に基づいて、前記スラスト方向力調整コイルに付与される電流の大きさと方向を制御してスラスト方向力を調整するように構成されている、請求項１又は２に記載の磁気浮上式電動機。
4. 前記制御部は、前記スラスト位置検出手段の検出結果に基づいて、前記回転部から前記固定磁性壁に流れる漏出磁束の方向と同じ方向に前記スラスト磁束を生じさせる電流を前記スラスト方向力調整コイルに付与し、又は漏出磁束の方向と反対方向に前記スラスト磁束を生じさせる電流を前記スラスト方向力調整コイルに付与するように制御してスラスト方向力の方向を制御するように構成されている、請求項３に記載の磁気浮上式電動機。
5. 前記ラジアル方向支持磁石は、前記固定部の周方向に配置された複数個のラジアル方向支持コイルを有し、前記ラジアル方向支持コイルの間に、前記回転部の前記固定部に対する位置を検出するラジアル位置検出手段を備えている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の磁気浮上式電動機。
6. ケーシングの内部に請求項１〜５のいずれか１項に記載の磁気浮上式電動機を備え、
   前記回転部は、前記固定磁性壁と反対の軸心方向の端部にインペラを備えている、ことを特徴とする磁気浮上式ポンプ。

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