JP5963134B2 - アキシャル型磁気浮上モータ - Google Patents

アキシャル型磁気浮上モータ Download PDF

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Description

本発明はアキシャル型磁気浮上モータに関する。
ロータを、磁気の作用によってその回転中心軸に沿って磁気浮上させながら非接触状態で回転させる磁気浮上モータが知られている。前記磁気浮上モータは、機械的な軸受けを使用しない構造から、例えば工作機械用の高速スピンドルなどの高速回転機構に用いられ、さらに小型化が可能なことから、例えば医療分野における人工心臓の遠心ポンプ用モータ等への応用が期待されている。
磁気浮上モータの構造としては、例えば、ステータに配置されたステータ巻線をロータに設けられた永久磁石に対向するように配置したアキシャル型磁気浮上モータが知られている。さらに前記ロータに遠心ポンプ機構を組み付けたアキシャル型磁気浮上モータを使用した遠心ポンプも知られている。
アキシャル型磁気浮上モータおよびアキシャル型磁気浮上モータを使用した遠心ポンプの一例が、特許文献１（特開２０１０−２７９２３０号公報）や特許文献２（特開２００１−２６８９８１号公報）に開示されている。
特開２０１０−２７９２３０号公報 特開２００１−２６８９８１号公報
特許文献１に記載されているアキシャル型磁気浮上モータおよびアキシャル型磁気浮上モータを使用した遠心ポンプでは、Ｘ軸とＹ軸とＺ軸を備える直交座標系のＺ軸に沿うようにロータの回転中心軸を置いた場合に、ロータ重心のずれや外力、磁気力変動によりロータの回転中心軸のＸ軸およびＹ軸における位置が目標位置からずれる恐れがある。特許文献１には、前記アキシャル型磁気浮上モータのロータの回転中心軸のＸ軸およびＹ軸における位置が目標位置からずれることについての課題の提示やこの課題の解決策について全く触れられていないし、示唆についての開示も全くない。また特許文献２に記載されているアキシャル型磁気浮上モータおよびアキシャル型磁気浮上モータを使用した遠心ポンプでは、ロータである回転子の回転中心軸の振動を抑制するために、回転子のエッジ効果を利用するものである。回転子のエッジ効果を利用する方式は静的に径方向に支持しようとする方式で、回転子の回転中心軸を所定位置に維持するための十分な制御が行えない。
アキシャル型磁気浮上モータでは、ロータが機械的に支持されている構造ではないので、ロータの回転中心軸の位置が前記したとおり、ロータ重心のずれや、外力、磁気力変動によりロータの回転角度の変化に従ってＸ軸とＹ軸とにおいてずれる恐れがあり、ロータの回転中心軸をＸ軸とＹ軸における所定の位置に維持することが必要となる。
本発明の解決しようとする課題は、ロータの回転中心軸を所定の位置に維持することが可能なアキシャル型磁気浮上モータを提供することである。
上記課題を解決するための第１の発明に係るアキシャル型磁気浮上モータは、Ｘ軸とＹ軸とＺ軸を備える直交座標系の前記Ｚ軸方向に設けられた回転中心軸で回転するロータと、前記Ｚ軸に沿って前記ロータの一側に離間して配置され、複数のコイルで構成される巻線を少なくとも１つ備えた一側ステータと、前記Ｚ軸に沿って前記ロータの他側に離間して配置され、複数のコイルで構成される巻線を少なくとも１つ備えた他側ステータと、前記一側ステータの巻線および前記他側ステータの巻線に制御電流を供給する制御部と、を有し、前記一側ステータおよび前記他側ステータはそれぞれ複数の突極を有するステータ鉄心を更に有し、前記各ステータ鉄心の前記各突極には前記巻線を構成する前記コイルが巻回されており、前記ロータの前記一側ステータに対向する面および前記他側ステータに対向する面にそれぞれ、前記ロータの磁極を形成する複数の永久磁石を配置し、前記一側ステータと前記他側ステータがそれぞれ備えている少なくとも１つの前記巻線に、前記制御部から前記ロータに発生する回転トルクを制御すると共に、前記ロータの前記回転中心軸の前記Ｘ軸および前記Ｙ軸による座標の位置を所定位置に維持する制御を行う前記制御電流を供給する、ことを特徴とする。
上記課題を解決するための第２の発明に係るアキシャル型磁気浮上モータは、上記第１の発明に係るアキシャル型磁気浮上モータであって、前記制御部が、前記ロータに発生する回転トルクを制御する回転トルク制御値、および前記ロータの前記Ｘ軸および前記Ｙ軸による座標の位置を制御する回転中心軸位置制御値を演算し、演算された前記回転トルク制御値および前記回転中心軸位置制御値に基づき前記制御電流を発生して前記一側ステータおよび前記他側ステータの少なくとも一つの前記巻線に前記制御電流をそれぞれ供給する、ことを特徴とする。
上記課題を解決するための第３の発明に係るアキシャル型磁気浮上モータは、上記第２の発明に係るアキシャル型磁気浮上モータであって、演算された前記回転トルク制御値に基づき前記一側ステータおよび前記他側ステータがそれぞれ有する回転磁界発生用の極数は、前記ロータの磁石が作る極数Ｐと同じ数であり、演算された前記回転中心軸位置制御値に基づき前記一側ステータおよび前記他側ステータがそれぞれ有する回転磁界発生用の極数Ｍは、前記ロータの磁石が作る極数Ｐに対してＭ＝Ｐ±２の関係を有している、ことを特徴とする。
上記課題を解決するための第４の発明に係るアキシャル型磁気浮上モータは、上記第１の発明に係るアキシャル型磁気浮上モータであって、前記一側ステータと前記他側ステータはそれぞれ少なくとも第１巻線と第２巻線を備え、前記制御部が、前記ロータに発生する回転トルクを制御する回転トルク制御値、および前記ロータの前記回転中心軸の前記Ｘ軸および前記Ｙ軸による座標の位置を制御する回転中心軸位置制御値を演算し、前記制御部が、演算された前記回転トルク制御値に基づいて前記制御電流を前記一側ステータと前記他側ステータの前記第１巻線にそれぞれ供給し、さらに演算された前記回転中心軸位置制御値に基づいて前記制御電流を前記一側ステータと前記他側ステータの前記第２巻線にそれぞれ供給し、前記各第２巻線により作られる回転磁界の極数をＭとし、前記ロータの磁石が作る極数をＰとした場合に、Ｍ＝Ｐ±２の関係が成立する、ことを特徴とする。
上記課題を解決するための第５の発明に係るアキシャル型磁気浮上モータは、上記第２の発明に係るアキシャル型磁気浮上モータであって、前記制御部は演算処理部と出力部を有し、前記演算処理部は、前記ロータの回転中心軸の計測された位置および前記ロータの計測された傾きに基づいて、前記ロータの回転中心軸の前記Ｘ軸および前記Ｙ軸による座標の位置および前記ロータの傾きを制御するための回転中心軸位置制御値および傾き制御値を演算し、前記出力部は、演算された前記回転中心軸位置制御値および傾き制御値に基づいて、前記一側ステータおよび前記他側ステータの前記巻線にそれぞれ前記制御電流を供給する、ことを特徴とする。
上記課題を解決するための第６の発明に係るアキシャル型磁気浮上モータは、上記第４の発明に係るアキシャル型磁気浮上モータであって、前記制御部は演算処理部と出力部とを有し、前記演算処理部は、前記ロータの回転中心軸の計測された位置および前記ロータの計測された傾きに基づいて、前記ロータの回転中心軸の前記Ｘ軸および前記Ｙ軸による座標の位置および前記ロータの傾きを制御するための回転中心軸位置制御値および傾き制御値を演算し、前記出力部は、演算された前記回転中心軸位置制御値および傾き制御値に基づいて、前記一側ステータおよび前記他側ステータの前記第２巻線にそれぞれ、前記ロータの回転中心軸の位置および前記ロータの傾きを制御するための前記制御電流を供給する、ことを特徴とする。
上記課題を解決するための第７の発明に係るアキシャル型磁気浮上モータは、上記第５の発明あるいは上記第６の発明に係るアキシャル型磁気浮上モータであって、前記演算処理部は、前記Ｘ軸周りの前記ロータの傾きの計測値と前記Ｙ軸方向における前記回転中心軸の位置の計測値とに基づき、前記ロータの回転中心軸の位置および前記ロータの傾きを制御するための前記一側ステータおよび前記他側ステータの前記回転中心軸位置制御値および傾き制御値をそれぞれ演算する、ことを特徴とする。
上記課題を解決するための第８の発明に係るアキシャル型磁気浮上モータは、上記第５の発明あるいは上記第６の発明に係るアキシャル型磁気浮上モータであって、前記演算処理部は、前記Ｙ軸周りの前記ロータの傾きの計測値と前記Ｘ軸方向における前記回転中心軸の位置の計測値とに基づき、前記ロータの回転中心軸の位置および前記ロータの傾きを制御するための前記一側ステータおよび前記他側ステータの前記回転中心軸位置制御値および傾き制御値をそれぞれ演算する、ことを特徴とする。
本発明によれば、アキシャル型磁気浮上モータのロータの回転中心軸を所定の位置に維持することが可能となる。
アキシャル型磁気浮上モータの構成を説明する説明図である。 ロータ３０に設けられた永久磁石３２が作る磁極を説明する説明図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 ロータの磁極と一側ステータの第２巻線がつくる磁極の関係を示す説明図である。 Ｙ軸を中心とする回転力の制御を説明する説明図である。 アキシャル型磁気浮上モータでロータの傾き制御を実現する具体的構造を示す説明図である。 ロータの極数とステータ巻線が作る極数との関係を示す説明図である。 ６突極で２極の磁極を発生するためのコイルの結線状態を示す結線図である。 図８の結線により発生する磁極を説明する説明図である。 ６突極で４極の磁極を発生するためのコイルの結線状態を示す結線図である。 図１０の結線により発生する磁極を説明する説明図である。 アキシャル型磁気浮上モータで径方向制御を実現する具体的構造を示す説明図である。 ロータの極数とステータ巻線が作る極数と磁気力の向きを示す説明図である。 アキシャル型磁気浮上モータでロータの傾き制御の原理を示す説明図である。 アキシャル型磁気浮上モータでロータの径方向制御の原理を示す説明図である。 ロータの軸方向位置と回転速度制御のための制御ブロック線図である。 傾きおよび径方向位置制御のための制御ブロック図である。
この明細書で回転中心軸とは回転運動の中心となる直線のことであり、ロータの回転中心軸とはロータの回転運動の中心となる中心線であり、この中心線を中心としてロータが回転運動を行う。
１.アキシャル型磁気浮上モータ１００の機械的な構成について
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施例であるアキシャル型磁気浮上モータ１００の構成を説明する説明図である。アキシャル型磁気浮上モータ１００は、Ｘ軸とＹ軸、Ｚ軸を備える直交座標系のＺ軸に沿ってロータ３０の回転中心軸を配置すると共に、Ｚ軸に沿って一方側に配置した一側ステータ１０とＺ軸に沿って他方側に配置した他側ステータ２０の２つのステータを備えており、ロータ３０はＺ軸方向において、前記一側ステータ１０と他側ステータ２０とに挟まれて配置されている。
この実施例では、アキシャル型磁気浮上モータ１００の外観を覆うハウジングを取り除いて、中の構造が見えるようにしている。一側ステータ１０と他側ステータ２０はそれぞれ図示していない前記ハウジングに機械的に固定されているが、ロータ３０は機械的に支持されていない構造であり、磁気力によりロータ３０はＺ軸方向における所定の位置に維持されるように制御されている。さらに、ロータ３０の傾きや回転中心軸のＸ軸とＹ軸における位置が、所定の位置に維持されるように、後述する方法により制御されている。
図１に示すアキシャル型磁気浮上モータ１００は人工心臓に用いられる遠心ポンプへの使用を想定したものであるが、アキシャル型磁気浮上モータ１００の利用はこれに限られるものでは無く、色々なポンプの駆動用モータとして使用することができることは当然であり、もちろんポンプ以外の装置の駆動用モータとして使用可能である。例えばポンプ以外の他の用途として、本発明に係るアキシャル型磁気浮上モータ１００は高速回転する機構に使用することができ、本発明を高速回転モータに適用することにより、機械的な軸受けを使用しないことにより大きな効果を奏する。
上述した如く、ロータ３０を回転可能に機械的に支持する軸受機構を用いないことにより、上述の人工心臓用のポンプに使用した場合には、ポンプ全体の体積を他の方式に比べ小さくできる効果がある。また機械的な軸受けは潤滑に関する課題や摩擦熱に関する課題など、長期間使用する場合に色々な問題を生じる。これら機械軸受けに起因して生じる課題には、単に機械的な問題に止まらず、例えば血液が凝固する恐れがある等の健康上の課題も考えられる。以下に説明する制御方法により、ロータ３０を磁気力により安定に支持することができるので、本実施例では、上述した機械軸受けに起因して生じる色々な課題を解決できる。
また、高速回転する装置では機械的な軸受け部分に関する色々な課題が存在する。本実施例に示すロータ３０は機械的に支持されるのではなく磁気力により支持されるので、機械軸受けに関する色々な課題の発生を抑制できる大きな効果がある。このため、図１に示すアキシャル型磁気浮上モータ１００は高速回転する機構に使用すると大きな効果を奏する。本実施例のモータは、ロータ３０が高速回転しているにもかかわらず機械軸受けであれば発生するはずの発熱量を大幅に抑制できる。さらにロータ３０が空中に浮く構造のため、ロータ３０の表面に設けられた以下で説明する永久磁石をロータ外周の空気により、より冷却し易い効果がある。
１．１ 一側ステータ１０あるいは他側ステータ２０の構造について
図１に示すＺ軸における正方向に位置する一側ステータ１０とＺ軸における負方向に位置する他側ステータ２０は、Ｚ軸方向に於いて互いに逆向きに配置されているが、機械的な構造は略同じである。一側ステータ１０と他側ステータ２０はそれぞれ磁路を形成するためのステータ鉄心１５および２５を有している。ステータ鉄心１５あるいはステータ鉄心２５には以下で説明する例えば６個の突極が設けられている。ステータ鉄心１５に設けられた６個の突極にはそれぞれ第１コイル１１２および第２コイル１２２が巻回されている。なお、６個の突極に巻回された図示の全てのコイルに符号を付すと煩雑になるので、代表して１１２や１２２の符号を付している。前記ステータ鉄心１５の突起に巻回された６個の第１コイル１１２は第１巻線１１を構成し、第１巻線１１は回転磁界を発生して永久磁石３２を備えるロータ３０に回転トルクを発生する作用をする。さらに第１巻線１１はＺ軸上において、ロータ３０の位置を所定の位置に維持する制御に使用される。
また、前記ステータ鉄心１５の突起には６個の第２コイル１２２が平設されていて、第２巻線１２を構成し、その第２巻線１２はロータ３０の傾きを抑制する制御を行うと共に、さらにロータ３０の回転中心軸のＸ軸およびＹ軸における位置を所定の位置に維持する制御を行うために使用される。
同様にステータ鉄心２５に設けられた６個の突極にはそれぞれ第１コイル２２１および第２コイル２２２が巻回されている。前記６個の第１コイル２２１は第１巻線２１を構成し、第１巻線２１は、回転磁界を発生して永久磁石３３を備えるロータ３０に回転トルクを発生するのに使用され、さらにＺ軸上において、ロータ３０の位置を所定の位置に維持する制御に使用される。
１．２ ロータ３０の構造について
ロータ３０は、磁気空隙を持って対向するロータヨーク２枚のロータヨークを持ち、前記一側ステータ１０および他側ステータ２０に対向するロータヨークの面にはそれぞれ永久磁石３２、３３が複数個配置されている。永久磁石３２や永久磁石３３は磁性材で作られた各ロータヨークと共にロータ磁極を形成し、上述した第１巻線１１や第１巻線２１が作る回転磁界に基づき、回転トルクを発生する。ロータを遠心ポンプのインペラーとする場合は前記ロータヨーク間の空隙に複数枚のインペラー３１を設け、インペラー３１はその外周がポンプケースで覆われることにより、遠心ポンプとして動作する。図１ではロータ３０の構造を説明するために、前記ポンプケースを図示していない。前記ポンプケースはロータ３０を内部に収納し、例えば特許文献１である特開２０１０−２７９２３０号公報に符号５１が付されて記載されているポンプケーシングと同様の形状を成している。
２．制御部７０の構成について
上述した制御を行うために、第１巻線１１や第２巻線１２、第１巻線２１、第２巻線２２に制御電流が制御部７０から供給される。制御部７０は制御対象の状態を計測する計測部４０と計測部４０の計測結果に基づき制御値を演算する演算処理部５０と演算処理部５０の演算結果に基づいて第１巻線１１や第２巻線１２、第１巻線２１、第２巻線２２にそれぞれ制御電流を供給する出力部６０とを備えている。
計測部４０は、回転しているロータ３０の永久磁石３２や永久磁石３３が作る磁極位置を計測するためのロータ磁極の回転角センサや、ロータ３０の回転速度を計測するためのロータ３０の回転速度センサ、Ｚ軸上のおけるロータ３０の位置と傾きを計測するロータ位置センサ、ロータ３０の回転中心軸がＸ−Ｙ座標系のどこに位置しているかを計測する回転中心軸位置センサを備えている。
ここでロータ３０の永久磁石３２や永久磁石３３が作る磁極位置を計測する回転角センサは、制御に必要な精度に対応した細かい回転角毎に回転角を表す信号をセンサから出力しても良いが、ロータ３０の磁極位置を粗い角度で計測し、ロータ３０の回転速度あるいはその回転速度の加減速に基づき補間演算し、ロータ３０の磁極位置を表す細かい角度を計測するようにしても良い。また、センサに依らずにステータコイルに発生する逆起電力から回転角度、回転角度を推定しても良い。
また、ロータの回転速度センサは、前記ロータ３０の磁極を表すセンサ出力を利用して演算処理により回転速度を得るものであっても良い。ロータ３０の磁極位置を計測するセンサは、ロータ３０の回転に基づき計測値を出力するので、例えば一定時間内に前記回転角センサが出力する計測値であるパルスを計数する方法で回転速度を求めても良い。あるいはロータ３０が所定の回転角を回転するのに要した時間を計測しその計測値から回転速度を演算により求めても良い。
演算処理部５０は、計測部４０の計測結果に基づいて得られたロータ３０に係る制御対象の計測値が制御目標値となるように、供給する電流値を演算する。出力部６０は演算された電流値に基づき制御電流を供給する。演算処理部５０の具体的な演算処理内容については後述する。
３．ロータ３０の磁極について
図２はロータ３０に設けられた永久磁石３２が作る磁極を説明する説明図である。図２は、ロータ３０のインペラー３１が有する一側ヨークに設けられた永久磁石３２により作られる磁極の状態を示している。図３は図２のＡ−Ａ断面図である。なお、インペラー３１が有する他側ヨークも同様の構造および形状であり、同様の磁極が作られる。これらロータ３０に永久磁石により作られる磁極を代表し、一側ヨークに作られる磁極について説明する。一側ヨークの磁極も他側ヨークの磁極も、技術的には同じであるのでインペラー３１が有する他側ヨークで作られる磁極の説明は省略する。
図２および図３において、一側ヨーク３１２は磁性材である例えば磁性軟鉄で作られ、中央に穴３１４が形成されている。この穴は遠心ポンプに流入する例えば血液などの流体の取り入れ口として利用されるものであり、モータの作用としては無くても動作する。一側ヨーク３１２のステータ鉄心１５に対向する一側ヨーク３１２の面に、この実施例では、４個の永久磁石３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄが固定されている。これら永久磁石３２はネオジウムあるいはフェライト材で作られている。ネオジウム材の方がフェライト材より残留磁束密度や保持力が大きく、大きな力を発生することができる。なお、永久磁石３２の材料は上記に限定されるものではなく、如何なるものでもよい。
４個の永久磁石３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄを使用することで、この実施例では４極の磁極を発生することが可能となる。以下で説明する４極以外の磁極であっても、磁極の数を変えることにより達成することができる。なお、磁極を固定する面の大きさが同じ場合には、磁極数が増加するに従って１つの極を構成する永久磁石の大きさが小さくなる。
図２では、４極の磁極を作り出す永久磁石３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄを隙間なく配置しているが、これに限るものではなく、磁極を構成する永久磁石間に隙間を設けても良い。
図２は、ロータ３０の永久磁石３２のステータ鉄心１５側の磁極の状態を表しており、永久磁石３２を構成する永久磁石３２ａと永久磁石３２ｃはステータ鉄心１５側がＳ極、その裏面である一側ヨーク３１２の側がＮ極である。一方永久磁石３２ｂと永久磁石３２ｄはステータ鉄心１５側の面がＮ極で、その裏面である一側ヨーク３１２側の面がＳ極である。本明細書では、ロータ３０に設けられた永久磁石の磁極の表示を、ステータ鉄心側の永久磁石面の磁極で表示している。
４．ロータ３０の傾き制御について
図４と図５は、Ｙ軸を中心として生じるロータ３０の傾きを目標値に制御するための制御の概念を説明する説明図である。ロータ３０の傾きはＹ軸を中心とした傾き成分とＸ軸を中心とした傾き成分とを有しているが、理解し易くするために先ずＹ軸を中心とした傾き成分の制御について説明する。全く同様の考え方でＸ軸を中心とした傾き成分の制御も可能であり、Ｙ軸を中心とした傾き制御とＸ軸を中心とした傾き制御の両方を組み合わせることでロータ３０の全ての傾きに対応する制御が可能となる。また、ロータ３０の傾きに対する制御は、一側ステータ１０の第２巻線１２を用いた制御と他側ステータ２０の第２巻線２２を用いた制御の何れか一方でも可能であり、もちろんこれら両方を用いることも可能である。
一側ステータ１０の第２巻線１２による制御も他側ステータ２０の第２巻線２２による制御も技術的には同じであり、説明の煩雑さを避けるために、一側ステータ１０の第２巻線１２による制御について説明する。即ち、ロータ３０の一側の永久磁石３２が作る磁極と一側ステータの第２巻線１２が作る磁極との関係においてロータ３０の傾き制御を説明するが、この考え方はロータ３０の他側の永久磁石３３が作る磁極と他側ステータの第２巻線２２が作る磁極とに基づく傾き制御に関しても同様である。
ロータ３０は一側ステータ１０の第１巻線１１が作る回転磁界に基づいて、所定の位相関係で回転している。この実施例では、ロータ３０の傾きを第２巻線１２に供給する制御電流により制御するので、ある瞬間におけるロータ３０の磁極の極性と一側ステータ１０の第２巻線１２がつくる磁極の極性との関係を図４に示す。図４では、ロータ３０に設けられた永久磁石３２の磁極が４極であり、第２巻線１２が作る磁極が２極である場合を示している。以下で説明するが、ロータ３０の磁極の極数をＰとし、第２巻線１２が作る磁極の極数をＭとすると、Ｍ＝Ｐ±２の関係が成り立つ。なお、この実施例では第１巻線１１が作る磁極数がロータ３０の永久磁石３２が作る磁極数と同じにしている。
第１巻線１１が作る磁極数とロータ３０の永久磁石３２が作る磁極数とを同じにすることにより、大きなトルクを発生することができ、第１巻線１１が作る磁極数とロータ３０の永久磁石３２が作る磁極数とを同じにすることが好ましいが、必ずしもこれに限るものではなく、第１巻線１１が作る磁極数とロータ３０の永久磁石３２が作る磁極数とを異なるようにしても良い。このことは他側ステータ２０においても同様である。
図４では、第２巻線１２と永久磁石３２は実際にはＺ軸方向に対向する関係に配置されているが、模式的に内側にロータ３０の一側永久磁石が作る磁極の状態を記載し、その外周に第２巻線１２が作る磁極の状態を記載する。図５は、図４に示す磁極のＺ軸方向の配置状態と、磁極により発生するＹ軸を中心とする回転力との関係を説明する説明図であり、Ｚ軸上に配置された一側永久磁石３２が作る磁極と第２巻線１２が作る磁極との関係を示す。
図４および図５の右側（Ｘ軸の正側）では、永久磁石３２ｄが作る磁極と第２巻線１２が作る磁極が各々Ｎ極であり、第２巻線１２の磁極により永久磁石３２の右側では反発力４１が発生する。一方左方向（Ｘ軸の負側）では吸引力４２が発生する。上述したように第２巻線１２は機械的に固定されているので、ロータ３０には、第２巻線１２が作る磁極によりＹ軸を中心とする時計方向の回転力が発生する。この回転力の大きさは第２巻線１２に制御部７０から供給する制御電流に基づいて定まるので、第２巻線１２に供給する制御電流の値を適正に制御することにより前記回転力の大きさを制御できる。第２巻線１２に供給する制御電流値を負の値にすると、すなわち位相をπずらすことにより、図５に記載した極性とは逆の極性の磁極を発生することが可能となり、反時計方向の回転力を発生することができる。
第２巻線１２に供給する電流とロータ３０の永久磁石３２との位相を例えばこの実施例ではπ／２シフトすることにより、Ｘ軸を中心とする回転力を発生することができる。このように永久磁石３２が作る磁極に対して第２巻線１２が作る回転磁界の大きさおよび位相を制御することにより、図４や図５に示すＸ軸およびＹ軸を中心としてロータ３０に作用する回転力をそれぞれ組み合わせた回転力を自由に発生することが可能となる。ロータ３０のＸ軸とＹ軸に対する傾きをセンサで計測し、傾きの目標値に対する計測値のずれに基づき、ロータ３０の傾きを目標の状態に戻すための回転力を演算し、演算に基づいて制御電流を第２巻線１２に供給することにより、ロータ３０の傾きを制御目標値に維持する制御が可能となる。
図４や図５では、一側ステータ１０と他側ステータ２０およびロータ３０に配置された永久磁石３２と永久磁石３３の内、一側についてのみ説明したが、他側ステータ２０および他側の永久磁石３３でも同様にＸ軸およびＹ軸を中心とする回転力を発生することができる。一側ステータ１０により制御される傾き修正力と他側ステータ２０により制御される傾き修正力が共にロータ３０に作用するので、一側ステータ１０による制御と他側ステータ２０による制御との組み合わせを色々選択することにより、色々な制御方法が可能となる。状態に適した制御方法を選択することや用途に適した制御方法を選択することができる。
ロータ３０の傾きを目標値に維持する制御方法として、一側ステータ１０と他側ステータ２０とで同様の回転力を発生してロータ３０の傾き制御を行っても良い。また例えば、Ｙ軸を中心とする傾きの制御を一側ステータ１０で行い、Ｘ軸を中心とする傾きの制御を他側ステータ２０により行うようにし、Ｘ軸を中心とする傾き制御とＹ軸を中心とする傾き制御とに分けて制御するようにしても良い。また、制御の信頼性を高めるために、傾き制御に加えて制御装置の診断を行い、不具合の恐れがある場合には、不具合の生じた方の制御を停止し、正しく動作している方のみでロータ３０の傾き制御を行うことが可能である。
図６は、図４や図５で説明した傾き制御の原理をアキシャル型磁気浮上モータ１００で実現する場合の具体的構造を示す説明図である。なお、他側ステータ２０およびロータ３０の他側ヨークに設けられた永久磁石３３の図示を省略する。ロータ３０はインペラー３１を有し、インペラー３１には磁気回路を作るための磁性材から成る一側ヨーク３１２と他側ヨーク３１３が設けられている。一側ヨーク３１２にはその一側ステータ１０に対向する面に４個の永久磁石３２が設けられており、永久磁石３２により４極の磁極が作られている。一方一側ステータ１０は、６個の突極を有するステータ鉄心１５を有し、各突極に巻回されたコイルにより、第１巻線１１と第２巻線１２を形成している。第１巻線１１はロータ３０と同じ４極の回転磁界を発生し、ロータ３０の永久磁石３２に対して回転トルクを発生する。
一方第２巻線１２は、ロータ３０に設けられた磁極数Ｐに対してＰ±２極の磁界を発生する。この実施例では、第２巻線１２によりステータ鉄心１５のロータ３０側に作られるステータ磁極１３は２極であり、図４や図５を用いて説明したごとく、ステータ磁極１３と永久磁石３２の磁極との間に、反発力４１や吸引力４２が発生する。前記反発力４１や吸引力４２によりＹ軸を中心とする回転力４３が発生する。第２巻線１２へ供給する電流値やロータの磁極位置に対する位相を制御することにより、回転力４３の大きさや回転力の方向を自由に制御することができるので、ロータ３０の実際の傾きをセンサで計測し、ロータ３０の傾きを目標値に制御するための制御電流を演算して第２巻線１２に供給することにより、ロータ３０の傾きを目標値に維持する制御を行うことが可能となる。
図７は、ロータ３０の永久磁石の極数をＰとし、ステータ巻線が作る極数をＭとした場合に、Ｍ＝Ｐ±２を満足する場合の状態を示す説明図である。一側ステータ１０の第２巻線１２と永久磁石３２とが作る磁極の関係は、他側ステータ２０の第２巻線２２とロータ３０の他側ステータ２０の対向面に設けられた永久磁石とが作る磁極の関係と同じであり、図７は代表して第２巻線１２と永久磁石３２との磁極関係のみ記載している。
図４と同様に第２巻線１２と永久磁石３２とはＺ軸に沿う方向に於いて、互いに対向しているが模式的に内側に、ロータ３０に設けられた永久磁石３２により作られる磁極を示し、その外周側に第２巻線１２により作られる磁極を示す。図７（Ａ）はロータ３０側の永久磁石３２が作る磁極が２極で第２巻線１２が作る磁極が４極の状態を示す。図７（Ｂ）はロータ３０側の永久磁石３２が作る磁極が４極で第２巻線１２が作る磁極が６極の状態、図７（Ｃ）はロータ３０側の永久磁石３２が作る磁極が６極で第２巻線１２が作る磁極が８極の状態、図７（Ｄ）はロータ３０側の永久磁石３２が作る磁極が４極で第２巻線１２が作る磁極が２極の状態、図７（Ｅ）はロータ３０側の永久磁石３２が作る磁極が６極で第２巻線１２が作る磁極が４極の状態、図７（Ｆ）はロータ３０側の永久磁石３２が作る磁極が８極で第２巻線１２が作る磁極が６極の状態を、それぞれ示している。
先に図１〜図６を用いて説明した実施例は、図７（Ｄ）の状態に相当し、ロータ３０の永久磁石が作る磁極が４極、第２巻線１２あるいは第２巻線２２が作る磁極が２極である。第１巻線１１や第１巻線２１が作る磁極数はロータ３０の磁極数と同じであり、４極である。
図７（Ａ）〜（Ｃ）はＭ＝Ｐ＋２の状態を表し、図７（Ｄ）〜（Ｆ）は Ｍ＝Ｐ−２ の状態を表している。図７（Ａ）〜（Ｆ）は、何れも図の右側では反発力を発生し、図の左側では吸引力を発生する。従って図４および図５を用いて先に説明した如く、第２巻線１２に供給する電流値や位相を制御することにより、ロータ３０の傾きを修正する制御が可能である。図７（Ａ）〜（Ｆ）以外の更に多くの極数に組み合わせにおいても、ロータ３０の磁極数をＰとし第２巻線１２が発生する磁極数をＭとした場合に、上述のＭ＝Ｐ±２の関係を満足すれば、上述と同様、ロータ３０の傾きを修正し、ロータ３０の傾きを目標値に維持する制御を行うことが可能である。
５．６突極に巻回されたコイルによる２極あるいは４極の回転磁界の発生方法について
図８と図９は、ステータ鉄心１５に形成された６突極に第１巻線１１あるいは第２巻線１２を巻回し、あるいはステータ鉄心２５に形成された６突極に第１巻線２１あるいは第２巻線２２を巻回して、２極の回転磁極を作る場合のコイルの結線状態をおよびその時の磁極の状態を示す説明図である。ここで図８はコイルの結線状態を示し、図９は磁極の状態を示す。図８で矢印はステータ鉄心１５あるいはステータ鉄心２５にそれぞれ形成されている突極に巻回されるコイルの巻回方向を示している。またコイルＣ１からコイルＣ６は、ステータ鉄心１５あるいはステータ鉄心２５の突極に対して時計回りに順に配置されているものとする。
Ｕ相ではコイルＣ１と該コイルＣ１に対して逆方向に巻回されたコイルＣ４が直列接続されている。同様にＶ相ではコイルＣ２と該コイルＣ２に対して逆方向に巻回されたコイルＣ５が直列接続されている。Ｗ相ではコイルＣ３と該コイルＣ３に対して逆方向に巻回されたコイルＣ６が直列接続されている。このように接続して各突極にコイルが巻回されることにより、図９に示す如く磁極Ｐ１と磁極Ｐ２を有する回転磁界を発生することができる。この例では、磁極Ｐ１がＮ極となり磁極Ｐ２がＳ極となっている。磁極Ｐ１と磁極Ｐ２は、図８のＵ相、Ｖ相、Ｗ相を流れる交流電流の周波数に基づく回転速度で回転する回転磁界の磁極を表しており、図９は、回転している磁極のある瞬間の状態を、静止画として示している。
図１０と図１１はステータ鉄心１５やステータ鉄心２５に形成された６突極に第１巻線１１あるいは第２巻線１２、あるいは第１巻線２１、あるいは第２巻線２２を巻回して、４極の磁極を発生する場合のコイルの結線状態および発生する磁極を示す説明図であり、図１０はコイルの結線状態を示し、図１１は発生した磁極の状態を示している。
図１０で矢印はステータ鉄心１５やステータ鉄心２５の突極に巻回されるコイルの巻回方向を示しており、コイルＣ１〜Ｃ６は突極に対して順に時計回りに配置されているものとする。この場合は、コイルＣ１〜Ｃ６は全て突極に対して同じ巻回方向である。Ｕ相ではコイルＣ１とコイルＣ４が直列接続されており、Ｖ相ではコイルＣ２とコイルＣ５が直列接続されており、Ｗ相ではコイルＣ３とコイルＣ３が直列接続されている。このように接続されることにより、図１１に示す如く磁極Ｐ１がＮ極、磁極Ｐ２がＳ極、磁極Ｐ３がＮ極、磁極Ｐ４がＳ極となる回転磁界が生じる。図１１は回転している磁極のある瞬間を示しており、これら磁極の回転速度は図１０に示すＵ相、Ｖ相、Ｗ相を流れる交流電流の周波数に基づいている。
６.ロータ３０の回転中心軸のＸ軸あるいはＹ軸上の位置制御について
６．１ ロータ３０のＸ軸方向の磁気力の発生について
次に、ロータ３０の永久磁石の極数をＰ、一側ステータ１０の第２巻線１２あるいは他側ステータ２０の第２巻線２２が作る磁極の極数をＭとした場合に、Ｍ＝Ｐ±２の関係を満足するときの磁極配置により発生するＸ−Ｙ軸上における磁気力について説明する。先ず説明を簡単にするためにＸ軸上における磁気力について説明する。図１２は、アキシャル型磁気浮上モータ１００のロータ３０にＸ軸方向の磁気力が発生する原理を示す説明図である。図６と同様に、他側ステータ２０およびロータ３０の他側ヨークに設けられた永久磁石３３の図示を省略する。また、ロータ３０と一側ステ−タ１０の構造も図６で説明した構造と同様である。
図６と同様に、本実施例では一側ステータ１０の第２巻線１２が発生する磁極１３は２極であり、ロータ３０の磁極数は４極である。ステータ磁極１３とロータ３０の永久磁石３２の磁極との間に、反発力４１と吸引力４２が発生するため、Ｙ軸を中心とする時計方向に回転力４３が発生する。図１２において、ロータ３０の左半分（Ｘ軸負方向）の永久磁石が作る磁界のＮ極３２とステ−タの磁極１３のＳ極が吸引力４４を発生し、ロータ３０の右半分（Ｘ軸正方向）の永久磁石が作る磁界のＮ極３２とステ−タの磁極１３のＮ極が反発力４５を発生する。吸引力４４と反発力４５によりＸ軸方向の力の成分が表れる。その結果、ロータ３０の磁極数Ｐとステータ巻線により作られる回転磁界の磁極数Ｍとの間に、Ｍ＝Ｐ±２の関係が成り立つ場合には、Ｘ軸の正方向に、吸引力４４と反発力４５に基づいて磁気力４６が発生することを発明者が見つけた。
ロータ３０は、安定した回転を行うために、一側ステータ１０および他側ステータ２０に基づいて定まる中心軸５００にロータ３０の回転中心軸が位置して回転することが望ましい。しかし機械的な支持機構が無いのでロータ３０が回転している間にロータ３０の中心軸である回転中心軸がロータ３０の径方向すなわちＸ軸方向またはＹ軸方向にずれることがある。本実施例では、ロータ３０の回転中心軸と中心軸５００の位置のＸ軸及びＹ軸方向のずれをセンサで計測し、ロータ３０の回転中心軸を中心軸５００の位置に戻すための径方向磁気力、例えば磁気力４６を発生する制御が可能である。
つまり、制御部７０の出力部６０から第２巻線１２へ供給する制御電流の電流値やロータの磁極位置に対する位相を制御することにより、回転力４３の大きさや回転力の方向を制御するときと同様に、磁気力４６の大きさやその磁気力４６の方向を制御することができる。例えば、ロータ３０の回転中心軸がＸ軸の正方向にずれている場合には、ロータ３０に対してＸ軸の負方向に作用する磁気力４６を発生することが必要であり、第２巻線１２に供給する電流値を負の値にして、すなわち第２巻線１２に供給する電流値の位相をπずらして、反時計方向の回転力４３を発生させ、Ｘ軸の負の方向に磁気力４６を発生させればよい。
また例えば、ロータ３０の回転中心軸のずれを修正するために、ロータ３０に対してＹ軸の正方向に作用する磁気力４６を発生することが必要な場合には、図１２のＸ軸の正方向の磁気力４６を発生している第２巻線１２に供給する制御電流に対して、ロータ３０の磁極に対する位相をさらにπ／２ずらした制御電流を第２巻線１２に供給すれば良い。このように、ロータ３０の磁極に対する第２巻線１２への制御電流の位相と該制御電流の大きさを変えることにより、ロータ３０に作用する磁気力４６のＸ−Ｙ座標系での方向やその大きさを制御することができる。
図１２でロータ３０の磁極数Ｐが４極、第２巻線１２が発生する回転磁界の磁極数Ｍが２極の例を説明した。しかし上記説明は図１２の磁極の関係に限るものではない。図１３は図７と同様に、ロータ３０の永久磁石の極数がＰ、ステータ巻線が作る極数Ｍが、Ｍ＝Ｐ±２の関係を満足する場合の磁極の状態と、発生する磁気力の向きを示す説明図である。図７と同様に、図１３では説明の簡略化のため、第２巻線１２と永久磁石３２との磁極の関係のみ記載している。
図１３はロータ３０の永久磁石の極数をＰとし、ステータ巻線が作る極数をＭとした場合に、Ｍ＝Ｐ±２を満足する場合の状態を示す場合に生じるX軸方向力の説明図である。図１３（Ａ）〜（Ｆ）のロータ３０側の永久磁石３２が作る磁極と、第２巻線１２が作る磁極の状態は、図７（Ａ）〜（Ｆ）の磁極と同様であるため、説明を省略する。なお、図１２を用いて説明した実施例は、図１３（Ｄ）の状態に相当する。図１３（Ａ）〜（Ｃ）に記載のロータ３０の磁極数Ｐと第２巻線１２が発生する回転磁界の磁極数Ｍとの関係は、Ｍ＝Ｐ＋２の関係である。このときは、Ｘ軸の負方向に磁気力が発生する。一方、図１３（Ｄ）〜（Ｆ）に記載のロータ３０の磁極数Ｐと第２巻線１２が発生する回転磁界の磁極数Ｍとの関係は、Ｍ＝Ｐ−２の関係である。このとき、図１２を用いて説明したようにＸ軸の正方向に磁気力が発生する。
６．２ ロータ３０の傾きに対する制御とロータ３０の回転中心軸位置の制御について
図６及び、図１２においては、説明の簡単化のため一側ステ−タ１０と、ロータ３０に発生する回転力４３と磁気力４６について述べたが、次に図１で説明したように一側ステ−タ１０とＺ軸方向に対向するように、同一構造の他側ステ−タ２０が配置されているため、この２つのステ−タによるロータ３０の制御について説明する。本実施例では、ロータ３０の傾きを制御するための回転力とロータ３０の回転中心軸のずれを修正するための磁気力を発生させるため、ロータ３０の永久磁石の極数がＰ、ステータ巻線が作る極数Ｍが、Ｍ＝Ｐ±２の関係を満足するように、例としてロータ３０の永久磁石の極数が４、ステータ巻線が作る磁界の極数が２の場合について説明する。
図１４（ａ）と（ｂ）は、一側ステ−タ１０と他側ステ−タ２０によりロータ３０のＹ軸を中心とした傾きとＸ軸方向の回転中心軸の位置を制御する場合の制御原理を示す説明図である。ここでは、一側ステ−タ１０の第２巻線１２と他側ステ−タ２０の第２巻線２２へ供給する電流値は同じとし、前記両ステ−タにより発生する回転力４３と回転力４８および磁気力４６と磁気力４７の大きさは同じとする。一側ステ−タ１０と他側ステ−タ２０は同一のものである（巻き線の巻き方、方向が同じで上下をひっくり返したもの）とし、一側ステ−タ１０の第２巻線１２と他側ステ−タ２０の第２巻線２２に同一方向で等しい電流を流した時には図１４（ａ）の１３、２３のように磁極が発生されるものとする。
ロータ３０の一側ステ−タ１０に対向する面３２と、他側ステ−タ２０に対向する面３３には極数４の永久磁石が設けられている。図１４に記載の実施例では、ロータの両側面で同じ磁極配置となるように永久磁石が配置されている。図１４（ａ）と（ｂ）に示す様に、ロータの磁石の配置は面３２と面３３の両側面で同じ磁極配置、つまり面３２のＮ極の他側面３３がＮ極になる磁極の配置状態で以下説明するが、これに限るものではない。図１２や図４〜図６で説明した如く、第２巻線１２やステータ磁極１３に供給する電流の位相をロータの磁極との関係において制御することにより、傾きを是正するために発生する回転力の方向や、ロータ３０の回転中心軸の位置を是正するために発生する磁気力４６の方向を、Ｘ-Ｙ座標上で自由に制御できるので、ロータ３０の一側ステータ１０に対向する永久磁石３２の磁極配置と、他側ステータ２０に対向する永久磁石３３の磁極配置とを、ずらしても良い。例えば永久磁石３２のＮ極に対応する永久磁石３３がＳ極となるように９０度ずらして配置してもよい。以下の説明では、説明を分り易くするために、
ロータ３０の両側面に配置された永久磁石３２と永久磁石３３とが同じ配置で、磁極配置が同じであるとする。
図１４（ａ）は、一側ステ−タ１０の第２巻線１２と他側ステ−タ２０の第２巻線２２にそれぞれ同一方向の制御電流を供給し、Ｙ軸を中心とする回転力４３と回転力４８とが発生するようにした場合の回転力と磁気力との関係を示す図である。一側ステ−タ１０の第２巻線１２と他側ステ−タ２０の第２巻線２２が作る回転磁界はロータ３０に対して常に同位相とする。図６と図１２を用いて説明したように、一側ステ−タ１０が作る磁界１３と、ロータ３０の永久磁石３２が作る磁界により、Ｙ軸周りに時計方向の回転力４３が発生する。同時に、Ｘ軸の正方向に磁気力４６が発生する。
他側ステ−タ２０にも一側ステ−タ１０と同じ大きさで同じ位相の制御電流を供給している。他側ステ−タ２０が作る磁界２３とロータ３０の永久磁石３３が作る磁界により、Ｙ軸周りに時計方向の回転力４８が発生し、同時にＸ軸の負方向に磁気力４７が発生する。このとき、ロータ３０の両側面の回転力４３と４８は同じ時計方向に発生するため互いに強め合い、磁気力４６と磁気力４７は反対方向に発生するため、互いに打ち消しあう。
従って、一側ステ−タ１０と他側ステ−タ２０にそれぞれ同一方向の制御電流を供給した場合には、ロータ３０には回転力４３、４８のみを発生させることができる。この力によりロータ３０を、Ｙ軸を中心として時計周りに傾けることができる。ロータ３０の回転中心軸のずれが少なく、傾きのみを是正する場合には、このようにして同一方向の制御電流を第２巻線１２と第２巻線２２とに供給することにより回転力のみを発生させて傾きのみを制御することができる。また、第２巻線１２と第２巻線２２が作る回転磁界のロータに対する位相を変化させることにより、同様に磁気力４６と磁気力４７とを互いに相殺しながら回転力４３と回転力４８の回転軸をＸ−Ｙ座標上で任意の方向に回転させることが可能となる。例えば、回転磁場とロータの位相差をπとすることで、回転力４３と回転力４８はＸ軸周りに発生することになる。また、図１４に示す状態で第２巻線１２と第２巻線２２に供給している制御電流の方向を負の方向に逆転することで、磁気力４６と磁気力４７の方向を逆転させ、回転力４３や回転力４８の回転方向を時計方向から反時計方向に変えることができる。
図１４（ｂ）は、一側ステ−タ１０の第２巻線１２に正方向の電流を供給し、他側ステ−タ２０の第２巻線２２には負方向の電流を供給した場合に、ロータ３０に発生する回転力と磁気力の関係を示した図である。前述のように、一側ステ−タ１０の第２巻線１２が作る磁界１３と、ロータ３０の永久磁石３２が作る磁界により、Ｙ軸周りに時計方向の回転力４３が発生し、同時にＸ軸の正方向に磁気力４６が発生する。
他側ステ−タ２０には負方向の制御電流を供給している。他側ステ−タ２０の第２巻線２２が作る磁界２３とロータ３０の永久磁石３３が作る磁界により、Ｙ軸周りに反時計方向の回転力４８が発生し、同時にＸ軸の正方向に磁気力４７が発生する。このとき、ロータ３０の両側面に生じる回転力４３と回転力４８は反対方向に発生するため互いに打ち消し合い、磁気力４６と４７は同一方向に発生するため互いに強め合う。
従って、一側ステ−タ１０の第２巻線１２に供給する制御電流と、他側ステ−タ２０の第２巻線２２に供給する制御電流の方向を逆にすることにより、ロータ３０に磁気力４６、４７のみ発生させることができる。ロータ３０の回転中心軸が図１２に示した中心軸よりもＸ軸の負方向にずれていて、Ｙ軸周りの傾きのずれがない場合には、回転力４３と回転力４８とを互いに相殺させ、ロータ３０の回転中心軸のみをＸ軸の正方向に移動させるための磁気力４６と磁気力４７を発生させて、径方向制御であるロータ３０の回転中心軸の位置制御のみを行うことが可能である。図１４（ｂ）は、一側ステ−タ１０の第２巻線１２に正方向の制御電流、他側ステ−タ２０の第２巻線２２に負方向の制御電流を供給した場合である。この状態で、第２巻線１２と第２巻線２２にそれぞれ逆方向の制御電流を与えると、回転力４３と回転力４８を互いに相殺させた状態を維持して（回転力４３と回転力４８の方向は逆転する）、磁気力４６や磁気力４７の力の方向を逆方向に変えることができる。
このように図１４（ｂ）の構成において、第２巻線１２と第２巻線２２に供給する制御電流の方向を変化させることにより、回転力４３と回転力４８とを互いに相殺して、磁気力４６と磁気力４７を相加することができ、ロータ３０の傾きを変えないで、ロータ３０の回転中心軸の位置をＸ軸上で移動することができる。さらに第２巻線１２と第２巻線２２に供給する制御電流の電流方向を維持したまま、第２巻線１２と第２巻線２２が生じる回転磁場の位相をロータ３０の磁極に対して変えることにより、ロータ３０の傾きを変えないで、ロータ３０の回転中心軸の位置をＸ−Ｙ座標上で移動することができる。このように、ロータ３０の回転中心軸の位置をＸ−Ｙ座標上の所定の位置に維持する制御が可能である。
また、前述したロータの両側面の永久磁石３２と永久磁石３３の配置を回転方向にずらすことにより、例えば一側の永久磁石３２のＮ極に対応する他側の永久磁石３３がＳ極となるように、永久磁石３２と永久磁石３３の磁極を互いに回転方向に９０度ずらして配置した場合には、図１４（ａ）（ｂ）に記載したロータ３０の上下面で発生する回転力の方向や磁気力の方向が逆となり、一側ステ−タ１０と他側ステ−タ２０に同じ方向、すなわち同一方向の制御電流を供給しても図１４（ｂ）で説明した効果が得られる。逆に、この場合には一側ステ−タ１０と他側ステ−タ２０に逆向きの電流を供給すると、図１４（ａ）で説明した効果が得られる。
以上の様に、一側ステ−タ１０の第２巻線１２と他側ステ−タ２０の第２巻線２２に供給する制御電流の方向や、ロータ３０の磁極に対する第２巻線１２や第２巻線２２が作る回転磁場のロータに対する位相差を調整することで、回転力または磁気力の両方を発生させたりあるいは一方のみを発生させたり、またこれらの力の方向をＸ−Ｙ座標上で自由に制御することが可能となる。力の大きさを第２巻線１２と第２巻線２２に供給する制御電流の大きさを変えることによって制御することができる。
７.制御部７０の演算処理について
７．１ ロータ３０のＺ軸方向における位置およびロータ３０の回転速度制御について
次に、Z軸方向におけるロータ３０の位置を所定の位置に維持する制御と、ロータ３０の回転速度の制御について説明する。前述のように、一側ステ−タ１０の第１巻線１１と他側ステ−タ２０の第１巻線２１は、回転磁界を発生して永久磁石３２を備えるロータ３０に回転力（トルク）を発生するのに使用され、さらにＺ軸上において、ロータ３０を所定の位置に維持する制御に使用される。
三相交流の制御電流は、ｑ軸（トルク）成分の電流Ｉｑとｄ軸（界磁）成分の電流Ｉｄからなる二相の直流電流Ｉｄ、Ｉｑとして制御量を演算し、演算された制御量を後述する二相三相変換部１０９で、三相交流に変換して、三相の制御電流値を求めることができる。
ロータ３０をＺ軸の所定位置に維持する制御は、Ｚ軸上に対向して配置される第１巻線１１による磁界とロータ３０に設けられた永久磁石３２との間の磁束密度を増減して吸引力を調整することにより、さらにまたＺ軸上に対向して配置される第１巻線２１による磁界とロータ３０に設けられた永久磁石３３との間の磁束密度を増減して吸引力を調整することによりおこなう。永久磁石３２や永久磁石３３に対して吸引力を増減する磁界は第１巻線１１や第１巻線２１に供給される制御電流のｄ軸（界磁）成分で制御することができる。
一方ロータ３０の回転速度の制御は、目標回転速度との相違に基づき、第１巻線１１や第１巻線２１による磁界とロータ３０に設けられた永久磁石３２や永久磁石３３により発生する回転トルクの大きさを制御することにより、おこなわれる。回転トルクの大きさは第１巻線１１や第１巻線２１に供給される制御電流のｑ軸（トルク）成分の電流Ｉｑにより制御することができる。
ロータ３０をＺ軸の所定位置に維持するためのＺ軸方向の増減分の吸引力やロータ３０の回転速度を目標速度に維持するための回転トルクの制御は、ベクトル制御の理論を用いることにより、電流の指令値が演算され、演算されたｄ軸（界磁）成分やｑ軸（トルク）成分の値に基づき、三相交流電流が指令電流値が求められ、第１巻線１１や第１巻線２１に供給する制御電流が作られる。前記Ｚ軸方向の増減分の吸引力Ｆおよび回転トルク（回転力）Ｔは、ｄ軸（界磁）成分の電流Ｉｑとｑ軸（トルク）成分の電流Ｉｑを用いて以下の式で計算することができる。
Figure 0005963134
 ここで、ｋＦとｋＴは比例定数である。数式（数１）を用いることにより、ロータ３０のＺ軸方向の位置制御のためのＺ軸方向の増減分吸引力を発生する制御電流Ｉｄを演算することができる。さらにロータ３０の回転速度の制御に必要な回転トルクを発生するための制御電流Ｉｑを演算により決定することができる。決定した電流値ＩｄおよびＩｑを後述する二相三相変換部１０９で座標変換することにより、三相交流電流値に変換し、変換された三相交流電流値に基づいて、出力部６０により三相交流電流を発生して、第１巻線１１を構成するコイルへ交流電流値ＩＵ、ＩＶ、ＩＷに基づく制御電流を供給する。
図１５は、ロータ３０のＺ軸方向における位置を制御し、さらにロータ３０の回転速度を制御するための制御ブロック図である。ロータ３０の制御部は、計測部４０と高速に演算を行う演算処理部５０と演算結果に基づいて制御電流を発生する出力部６０を備えている。
Ｚ軸方向におけるロータ３０の位置の制御およびロータ３０の回転速度制御には、３つの渦電流変位センサなどの変位センサ１０１、１０２、１０３と、一側ステ−タ１０と他側ステ−タ３０に配置されたホールＩＣなどの回転角度センサ１０４と、それぞれの変位センサの出力をディジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器、回転角度、速度を計算する計算部が使用される。３つの変位センサ１０１、１０２、１０３によってＺ軸方向におけるロータ３０の位置がそれぞれ計測され、Ａ／Ｄ変換器によりそれぞれディジタル値に変換される。またロータ３０の回転速度はホールＩＣなどを用いたセンサ１０４により計測される。センサ１０４により計測されたロータ３０の回転速度は後述するロータ３０の回転速度の制御に使用される。
演算処理部５０は、以下に説明する演算を行う。この明細書では、代数計算だけでなく予め算出されたあるいは予め設定されていた結果を入力データに基づいて検索して結果を得る方式なども含めて、演算と定義する。なお、計測部４０に記載したＡ／Ｄ変換器は前記マイクロプロセッサが内蔵するＡ／Ｄ変換機能を演算処理の中で適切なタイミングで行っても良い。計測部４０、演算処理部５０、出力部５０はワンチップマイクロコンピュータ、ＤＳＰなどのコンピュータシステムを使用して実現しても良い。本実施例ではこれらを構成する各機能ブロックは上記ワンチップマイクロコンピュータと処理プログラムで実現される。
演算処理部５０は、ディジタル値に変換された各センサ１０１〜１０３により計測されたＺ軸方向における計測値Ｚ１とＺ２、Ｚ３を取り込み、計測値Ｚ１とＺ２、Ｚ３の平均値を演算して、Ｚ軸方向におけるロータ３０の位置Ｚを演算する。Ｚ軸方向におけるロータ３０の目標位置との偏差を演算し該偏差に基づき必要なＺ軸方向の吸引力ＦをＰＩＤ制御部１０５により演算する。演算されたＺ軸方向吸引力Ｆから（数１）を用いて演算部１０６により、電流値Ｉｄを演算により求める。
演算部１０６で演算された電流値Ｉｄと後述する演算により算出された電流値Ｉｑを二相三相変換部１０９で変換して三相交流電流値ＩＵ、ＩＶ、ＩＷを求める。これら三相交流電流値ＩＵ、ＩＶ、ＩＷに基づく三相交流電流を、出力部６０が有するＤ／Ａ変換器２０１〜２０３で発生し、リニアアンプ等を通して一側ステータ１０の第１巻線１１に供給する。
次にロータ３０の回転トルクの制御に係る演算について説明する。ホールＩＣで作られるセンサ１０４を用いて、ロータ３０の永久磁石３２、３３を検知することにより、ロータの磁極位置を表す回転角およびロータ３０の回転速度が計測される。そして、センサ１０４の出力信号が回転速度計算部を介して演算処理部５０に取り込まれる。上述したＺ軸方向吸引力Ｆの計算と同様に、演算処理部５０のＰＩＤ制御部１０７においてフィードバック制御のための、予め設定した目標値の回転速度値と測定された回転速度値の差が演算され、目標値の回転速度値になるために必要な回転力Ｔが算出される。そして、演算部１０８において回転力Ｔから（数１）を用いて電流値Ｉｑが演算される。
後述する電流値マイナスＩｄとＩｑを座標変換部１１０により三相交流電流値ＩＵ、ＩＶ、ＩＷに変換する。そして、出力部６０のＤ／Ａ変換器により、演算された三相交流電流値ＩＵ、ＩＶ、ＩＷのディジタル信号をアナログ信号に変換して、リニアアンプ等を通して他側ステータ２０の第１巻線２１に供給する。
第１巻線１１と第１巻線２１でロータ３０のＺ軸上の位置を制御する。この場合にロータ３０に作用する力の作用する方向が第１巻線１１と第１巻線２１とでは逆となる。このため制御量を互いに逆にすることが必要である。即ちロータ３０を一側ステータ１０の方向に移動する場合には、第１巻線１１とロータ３０との間の吸引力を増加し、第１巻線２１とロータ３０との間の吸引力を減少するようにしなければならない。このため第１巻線２１へ供給する三相交流電流値を、演算部１０６で演算された第１巻線１１のための演算値Ｉｄの逆方向の力を表すマイナスＩｄとして二相三相変換部１１０に入力する。二相三相変換部１０９で変換された三相交流電流値に基づいて、出力部６０により三相交流電流を発生して、一側ステータ１０の第１巻線１１を構成するコイルへ制御電流としてリニアアンプ等を通して供給する。また、二相三相変換部１１０で変換された三相交流電流値に基づいて、出力部６０により三相交流電流を発生して、他側ステータ２０の第１巻線２１を構成するコイルへ制御電流としてリニアアンプ等を通して供給する。このようにすることにより、第１巻線１１や第１巻線２１に基づいて発生した回転磁界により、ロータ３０のＺ軸上の位置の制御や、ロータ３０に作用する回転トルクの制御に基づくロータ３０の回転速度の制御を行うことができる。
図１５に記載の演算ブロック図では、ロータを回転させるために三相交流の制御電流を一側ステ−タ１０の第１巻線１１と他側ステ−タ２０の第１巻線２１に供給している。三相交流を使用することにより回転磁界を効率よく発生することができるが、回転磁界を発生させるのに必ずしも三相交流に限る必要はない。後述するように発生させる回転磁界の極数はロータの磁極数の関係できめられ、ステ−タの突極数との関係で三相以外の交流を使用する場合も考えられる。例えば、ロータを回転させるための回転磁界をニ相の交流で発生させることができるし、あるいは六相の交流を使用して回転磁界を発生することもできる。従って第１巻線１１や第１巻線２１に供給する制御電流に三相交流電流を使用する場合には効率よく回転磁界を発生することができるが、発生する回転磁界の極数や第１巻線１１や第１巻線２１を構成するコイルの数により、他の相の交流を制御電流として供給することも可能である。
７．２ロータの傾き制御およびロータ３０の回転中心軸のＸ−Ｙ座標上の位置について
前述のように、ロータ３０の傾き制御と径方向位置の制御は、一側ステ−タ１０の第２巻線１２と他側ステ−タ２０の第２巻線２２に供給される制御電流の方向、回転磁場の位相と波高値を調節することにより、行われる。一側ステ−タ１０と他側ステ−タ２０により発生する傾きを制御する回転力ｔと径方向磁気力fは、一側ステ−タ１０の第２巻線１２に供給される電流をＩtopとし、他側ステ−タ２０の第２巻線２２に供給される電流をＩbottomとすると、以下の式（数２）で表される。
Figure 0005963134
 ここで、ｋＲとｋＴは比例定数である。数式（数２）を用いることにより、ロータの傾き制御および径方向位置制御に必要な径方向磁気力すなわちＸあるいはＹ座標方向の成分を有する磁気力、およびＸ軸あるいはＹ軸を中心とする回転成分を有する回転力に従ってＩtopおよびＩbottomを演算により決定する。決定した電流値ＩtopおよびＩbottomを座標変換することにより、例えば三相交流へと変換しコイルへ交流の電流値ＩＵ、ＩＶ、ＩＷを算出し、これに基づく交流電流を第２巻線１２と２２に供給することにより磁界を発生させる。
図１６はロータ３０の傾きと径方向位置の制御を行うための制御ブロック図である。図１６の演算部２０９を含む方は、Ｘ軸回りの傾きおよびＹ軸方向位置制御を行うための制御ブロック図であり、図１６の演算部３０７を含む方は、Ｙ軸回りの傾きおよびＸ軸方向位置制御を行うための制御ブロック図である。ロータ３０の制御部は、図１５を用いてロータのＺ軸方向位置および回転速度制御で説明でしたものと同様であり、計測部４０、高速に演算を行う演算処理部５０、出力部６０から構成される。
計測部４０の構成は、図１５で説明した構成と同じであるが、ロータ３０の傾きと径方向位置制御には、ロータ３０上面の３つの変位センサ１０１、１０２、１０３と、ロータ３０の外周のＸ軸とＹ軸上にそれぞれ１つ配置された変位センサ２０４、２０５と、それぞれのＡ／Ｄ変換器が使用される。
演算処理部５０は、必要な径方向磁気力ｆと傾き復元回転力ｔを算出するＰＩＤ制御部２０７、２０８、３０５、３０６と、（数２）を用いて電流値ＩtopおよびＩbottomが計算される演算部２０９、３０７と、電流値ＩtopおよびＩbottomを座標変換することにより三相交流電流ＩＵ、ＩＶ、ＩＷに変換する演算部３００、３０８とからなる。
そして、出力部６０は、計算された三相交流電流ＩＵ、ＩＶ、ＩＷのディジタル信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器３０１〜３０３、３０９〜３１１と、一側ステ−タ１０の第２巻線１２と他側ステ−タ２０の第２巻線２２に電流を供給するためのリニアアンプから構成される。
次に、図１６に示すロータ３０のＹ軸方向位置と傾き回転制御について具体的に説明する。ロータ３０のＸ軸周りの傾きθｘは、変位センサ１０１、１０２、１０３で検知される。検知されたアナログ信号は、Ａ／Ｄ変換器を介してディジタル信号に変換され、Ｚ軸方向の値Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３が出力され、それらの値からＸ軸周りの傾きθｘがθｘ計算部２０６で計算される。
そして、演算処理部５０のＰＩＤ制御部２０７においてフィードバック制御により、予め設定した目標値のＸ軸周りの傾きθｘと、算出された傾きθｘの差が計算され、目標値のθｘになるために必要な回転力tθｘが計算される。
また、ロータ３０の外周のＹ軸上に配置された変位センサ２０５を用いて、ロータ３０のＹ軸方向の位置Ｙが計測される。そして、位置ＹがＡ／Ｄ変換器を介して演算処理部５０に取り込まれる。演算処理部５０のＰＩＤ制御部２０８においてフィードバック制御により、予め設定した目標値のＹと測定されたＹの差が計算され、目標値のＹになるために必要な径方向の磁気力fｙが計算される。
ロータ３０のＹ軸周りの傾きθｙは、変位センサ１０１、１０２、１０３で検知される。検知されたアナログ信号は、Ａ／Ｄ変換器を介してディジタル信号に変換され、Ｚ軸方向の値Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３が出力され、それらの値からＹ軸周りの傾きθｙがθｙ計算部３０４で計算される。
そして、演算処理部５０のＰＩＤ制御部３０５においてフィードバック制御により、予め設定した目標値のＸ軸周りの傾きθｙと、算出された傾きθｙの差が計算され、目標値のθｙになるために必要な回転力tθｙが計算される。
また、ロータ３０の外周のＸ軸上に配置された変位センサ２０４を用いて、ロータ３０のＸ軸方向の位置Ｘが計測される。そして、位置ＸがＡ／Ｄ変換器を介して演算処理部５０に取り込まれる。演算処理部５０のＰＩＤ制御部３０６においてフィードバック制御により、予め設定した目標値のＸと測定されたＸの差が計算され、目標値のＸになるために必要な径方向の磁気力fｘが計算される。
そして、演算部２０９において、回転力tθｘと径方向磁気力fｙから（数２）を用いて電流値ＩtopθＸおよびＩbottomθＸが計算される。次に、演算部３０７で、回転力tθｙと径方向磁気力fｘから（数２）を用いて電流値ＩtopθＹおよびＩbottomθＹが計算される。次に演算部３００と３０８で、一側ステ−タ１０と他側ステ−タ２０にそれぞれ流す電流値ＩtopおよびＩbottomを求め、座標変換により三相交流電流ＩＵ、ＩＶ、ＩＷに変換し、出力部６０のＤ／Ａ変換器３０１〜３０３、３０９〜３１１により、計算された三相交流電流ＩＵ、ＩＶ、ＩＷのディジタル信号をアナログ信号に変換して、一側ステ−タ１０の第２巻線１２と他側ステ−タ２０の第２巻線２２にリニアアンプを介して電流を供給する。
以上のようにして、ロータ３０のＸ、Ｙ軸方向の位置とＸ軸周り、Ｙ軸周りの傾き回転制御を行う。
８．他の実施例について
上述の実施例では、一側ステータ１０あるいは他側ステータ２０は第１巻線１１と第２巻線１２あるいは第１巻線２１と第２巻線２２とを有し、ステータ鉄心１５には第１巻線１１と第２巻線１２とが発生した磁界が加算された状態の磁界が表れ、ロータ３０の永久磁石に作用する。一方第１巻線２１と第２巻線２２とがそれぞれ発生した磁界がステータ鉄心２５で加算され、加算された磁界としてロータ３０の永久磁石に作用する。一側ステータ１０あるいは他側ステータ２０の第１巻線１１と第２巻線１２あるいは第１巻線２１と第２巻線２２との代わりに第１巻線１１と第２巻線１２の機能を持たせるために、あるいは第１巻線２１と第２巻線２２の機能を持たせるために、少なくとも１つの巻線を一側ステータ１０と他側ステータ２０にそれぞれ持たせることができる。この場合は、第１巻線１１と第２巻線１２に供給する制御電流を加算し、この加算した状態の電流を、一側ステータ１０に持たせた少なくとも一つの巻線に制御電流として供給する。また第１巻線２１と第２巻線２２供給する制御電流を加算し、加算した状態の電流を、他側ステータ２０に持たせた少なくとも一つの巻線に、制御電流として供給する。
１０…一側ステ−タ、１１…一側ステ−タ第１巻線、１２…一側ステ−タ第２巻線、１３…一側ステ−タ第２巻線が作る磁界、１５…ステータ鉄心、２０…他側ステ−タ、２１…他側ステ−タ第１巻線、２２…他側ステ−タ第２巻線、２３…他側ステ−タ第２巻線が作る磁界、２５…ステータ鉄心、３０…ロータ、３１…インペラー、３２,３３…永久磁石、４０…計測部、４１,４５…反発力、４２,４４…吸引力、４３,４８…Ｙ軸周りの回転力、４６,４７…Ｘ軸方向磁気力、５０…演算処理部、６０…出力部、７０…制御部、１００…アキシャル型磁気浮上モータ、１０１,１０２,１０３,１０４,２０４,２０５…センサ、１０５,１０７,２０６,２０８…ＰＩＤ制御部、１０６,１０８,２０７…演算部、１０９,１１０,２０９…ニ相三相変換部、１１２…第１コイル、１２２…第２コイル、２０１〜２０６,３０１〜３０３…出力端子、２２１…第１コイル、２２２…第２コイル、３１２,３１３…ヨーク、３１４…穴、５００…中心線。

Claims (8)

  1. Ｘ軸とＹ軸とＺ軸を備える直交座標系の前記Ｚ軸方向に設けられた回転中心軸で回転するロータと、
    前記Ｚ軸に沿って前記ロータの一側に離間して配置され、複数のコイルで構成される巻線を少なくとも１つ備えた一側ステータと、
    前記Ｚ軸に沿って前記ロータの他側に離間して配置され、複数のコイルで構成される巻線を少なくとも１つ備えた他側ステータと、
    前記一側ステータの巻線および前記他側ステータの巻線に制御電流を供給する制御部と、を有し、
    前記一側ステータおよび前記他側ステータはそれぞれ複数の突極を有するステータ鉄心を更に有し、前記各ステータ鉄心の前記各突極には前記巻線を構成する前記コイルが巻回されており、
    前記ロータの前記一側ステータに対向する面および前記他側ステータに対向する面にそれぞれ、前記ロータの磁極を形成する複数の永久磁石を配置し、
    前記一側ステータと前記他側ステータがそれぞれ備えている少なくとも１つの前記巻線に、前記制御部から前記ロータに発生する回転トルクを制御すると共に、前記ロータの前記回転中心軸の前記Ｘ軸および前記Ｙ軸による座標の位置を所定位置に維持する制御を行う前記制御電流を供給する、
    ことを特徴とするアキシャル型磁気浮上モータ。
  2. 請求項１に記載のアキシャル型磁気浮上モータであって、
    前記制御部が、前記ロータに発生する回転トルクを制御する回転トルク制御値、および前記ロータの前記Ｘ軸および前記Ｙ軸による座標の位置を制御する回転中心軸位置制御値を演算し、演算された前記回転トルク制御値および前記回転中心軸位置制御値に基づき前記制御電流を発生して前記一側ステータおよび前記他側ステータの少なくとも一つの前記巻線に前記制御電流をそれぞれ供給する、ことを特徴とするアキシャル型磁気浮上モータ。
  3. 請求項２に記載のアキシャル型磁気浮上モータであって、
    演算された前記回転トルク制御値に基づき前記一側ステータおよび前記他側ステータがそれぞれ有する回転磁界発生用の極数Ｍは、前記ロータの磁石が作る極数Ｐと同じ数であり、
    演算された前記回転中心軸位置制御値に基づき前記一側ステータおよび前記他側ステータがそれぞれ有する回転磁界発生用の極数Ｍは、前記ロータの磁石が作る極数Ｐに対してＭ＝Ｐ±２の関係を有している、ことを特徴とするアキシャル型磁気浮上モータ。
  4. 請求項１に記載のアキシャル型磁気浮上モータであって、
    前記一側ステータと前記他側ステータはそれぞれ少なくとも第１巻線と第２巻線を備え、
    前記制御部が、前記ロータに発生する回転トルクを制御する回転トルク制御値、および前記ロータの前記回転中心軸の前記Ｘ軸および前記Ｙ軸による座標の位置を制御する回転中心軸位置制御値を演算し、
    前記制御部が、演算された前記回転トルク制御値に基づいて前記制御電流を前記一側ステータと前記他側ステータの前記第１巻線にそれぞれ供給し、さらに演算された前記回転中心軸位置制御値に基づいて前記制御電流を前記一側ステータと前記他側ステータの前記第２巻線にそれぞれ供給し、
    前記各第２巻線により作られる回転磁界の極数をＭとし、前記ロータの磁石が作る極数をＰとした場合に、Ｍ＝Ｐ±２の関係が成立する、
    ことを特徴とするアキシャル型磁気浮上モータ。
  5. 請求項２に記載のアキシャル型磁気浮上モータであって、
    前記制御部は演算処理部と出力部を有し、
    前記演算処理部は、前記ロータの回転中心軸の計測された位置および前記ロータの計測された傾きに基づいて、前記ロータの回転中心軸の前記Ｘ軸および前記Ｙ軸による座標の位置および前記ロータの傾きを制御するための回転中心軸位置制御値および傾き制御値を演算し、
    前記出力部は、演算された前記回転中心軸位置制御値および傾き制御値に基づいて、前記一側ステータおよび前記他側ステータの前記巻線にそれぞれ前記制御電流を供給する、ことを特徴とするアキシャル型磁気浮上モータ。
  6. 請求項４に記載のアキシャル型磁気浮上モータであって、
    前記制御部は演算処理部と出力部とを有し、
    前記演算処理部は、前記ロータの回転中心軸の計測された位置および前記ロータの計測された傾きに基づいて、前記ロータの回転中心軸の前記Ｘ軸および前記Ｙ軸による座標の位置および前記ロータの傾きを制御するための回転中心軸位置制御値および傾き制御値を演算し、
    前記出力部は、演算された前記回転中心軸位置制御値および傾き制御値に基づいて、前記一側ステータおよび前記他側ステータの前記第２巻線にそれぞれ、前記ロータの回転中心軸の位置および前記ロータの傾きを制御するための前記制御電流を供給する、ことを特徴とするアキシャル型磁気浮上モータ。
  7. 請求項５あるいは請求項６に記載のアキシャル型磁気浮上モータであって、
    前記演算処理部は、前記Ｘ軸周りの前記ロータの傾きの計測値と前記Ｙ軸方向における前記回転中心軸の位置の計測値とに基づき、前記ロータの回転中心軸の位置および前記ロータの傾きを制御するための前記一側ステータおよび前記他側ステータの前記回転中心軸位置制御値および傾き制御値をそれぞれ演算する、ことを特徴とするアキシャル型磁気浮上モータ。
  8. 請求項５あるいは請求項６に記載のアキシャル型磁気浮上モータであって、
    前記演算処理部は、前記Ｙ軸周りの前記ロータの傾きの計測値と前記Ｘ軸方向における前記回転中心軸の位置の計測値とに基づき、前記ロータの回転中心軸の位置および前記ロータの傾きを制御するための前記一側ステータおよび前記他側ステータの前記回転中心軸位置制御値および傾き制御値をそれぞれ演算する、ことを特徴とするアキシャル型磁気浮上モータ。
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JP6391358B2 (ja) * 2014-08-18 2018-09-19 国立大学法人東京工業大学 電動機システム
JP2016163495A (ja) * 2015-03-04 2016-09-05 国立大学法人東京工業大学 電動機および電動機システム
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CN109147510B (zh) * 2018-08-01 2023-09-05 浙江大学 两轴动态磁浮实验仪及测量方法
KR102156481B1 (ko) * 2018-12-28 2020-09-15 한양대학교 산학협력단 자기부상 회전체를 포함하는 축방향 모터
CN114135581B (zh) * 2021-11-15 2023-10-20 西安航天精密机电研究所 一种磁悬浮轴承系统及其控制方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06133493A (ja) * 1992-10-16 1994-05-13 Shinko Electric Co Ltd 磁気浮上誘導モータ
JP2001268981A (ja) * 2000-03-17 2001-09-28 Ebara Corp ディスク型無軸受回転機械
JP5590520B2 (ja) * 2009-06-01 2014-09-17 国立大学法人茨城大学 アキシャル型磁気浮上モータおよびアキシャル型磁気浮上モータを備えたアキシャル型磁気浮上遠心ポンプ

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