JP7469291B2 - 磁気軸受、これを備えた駆動装置及びポンプ - Google Patents
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Description
[磁気軸受、駆動装置及びポンプの構成]
図1は、第1の実施形態に係る磁気軸受10及びこれを備えた駆動装置90が適用されたポンプ100の全体構成を概略的に示す一部切欠した斜視図である。図2は、ポンプ100を概略的に示す縦断面図、図3は、磁気軸受10を概略的に示す拡大縦断面図、図4は、駆動装置90の全体構成を概略的に示す上面図である。
磁気軸受10の軸受ロータ部材11は、例えば円環状に成形されたネオジム磁石からなる永久磁石13と、この永久磁石13と同心で、スラスト方向(Z軸方向)に挟み込むように配置された円環状の電磁軟鉄からなるヨーク14,15とを有する。永久磁石13は、例えばスラスト方向にN極及びS極が対向し且つ周方向全周に亘って同極となるように着磁されている。
次に、上記のように構成された磁気軸受10及びこれを備えた駆動装置90が適用されたポンプ100の動作を説明する。
磁気軸受10を構成する軸受ロータ部材11及び軸受ステータ部材12のコア17は、磁性材料で構成され、磁気回路を形成する。軸受ロータ部材11の永久磁石13は、この磁気回路にバイアス磁束を供給する。図示しない制御回路は、変位センサ16で検出されたロータ20のXYZ軸方向の変位及びΦ及びΘ方向の傾きを補正するように、コイル18に流れる電流を制御して、コイル18により発生する制御磁束を調整する。これによって、ロータ20は、磁気軸受10によって所定位置及び所定姿勢を維持しつつ、非接触状態で支持される。
ここで、前述したように、ロータ20の磁気軸受10による位置及び傾きの復元力は、軸受ステータ部材12の開放端(第3部分17c)のZ軸方向の長さL2が軸受ロータ部材11のZ軸方向の長さL3とほぼ等しく、且つ軸受ロータ部材11のZ軸方向の長さL3が短いほど大きくなる。この点、本実施形態に係る磁気軸受10によれば、図19に示す従来のC字形のコア304に比べて、開放端の軸受ロータ部材11に対向する部分(第3部分17c)のZ軸方向の長さL2を短くすることができるので、コイル18の巻き数Nを維持しつつ、軸受ロータ部材11のZ軸方向の長さL3を従来のものよりも短くすることができる。これにより、十分な復元力を確保することができる。なお、永久磁石13の吸引力を最大にするためには、コア17の第3部分17c間の距離L1と永久磁石13のZ軸方向の高さがほぼ等しく、且つコア17の各第3部分17c(突極)のZ軸方向の幅が、ヨーク14,15のZ軸方向の厚みとほぼ等しいことが望ましい。
[駆動装置の他の構成]
図5は、第2の実施形態に係る駆動装置90Aの全体構成を概略的に示す上面図である。ここで、図5を含む以降の説明においては、第1の実施形態と同一の構成要素については同一の符号を附しているので、以下では重複する説明は省略する。
この第2の実施形態によれば、ラジアル方向の制御をより高精度に行うことが可能となる。
なお、軸受ステータ部材12の数は、これらに限定されるものではなく、6個、10個、12個、16個等、種々の形態を採用し得る。
[磁気軸受の他の構成]
図6は、第3の実施形態に係る磁気軸受10Aを概略的に示す斜視図であり、図7は図6のA-A´線断面図である。
[磁気軸受の更に他の構成]
図8は、本発明の第4の実施形態に係る磁気軸受10Bを概略的に示す斜視図であり、図9は図8のB-B´線断面図、図10は磁気軸受10Bの軸受ロータ部材11bを概略的に示す斜視図である。
[軸受ロータ部材の他の構成]
図11は、本発明の第5の実施形態に係る軸受ロータ部材11cを概略的に示す斜視図である。
図11に示すように、第5の実施形態に係る軸受ロータ部材11cは、上述した軸受ロータ部材11bと同様に永久磁石13bのみで構成されているが、周方向に沿って45°毎にN極及びS極の磁極が軸方向に入れ替わる、いわゆる8極磁石となるように構成されている点が、いわゆる4極磁石となるように構成された第4の実施形態とは相違している。このようにすれば、上記第4の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
[軸受ロータ部材の更に他の構成]
図12は、本発明の第6の実施形態に係る軸受ロータ部材11dを備えた磁気軸受10Cを概略的に示す縦断面図であり、図13は図12の軸受ロータ部材11dを概略的に示す斜視図である。
なお、上述した実施形態では、4極磁石を使用したが、磁極の数は例示したものに限定されるものではない。
[磁気軸受の更に他の構成]
図14は、本発明の第7の実施形態に係る磁気軸受10Dを概略的に示す上面図である。
[磁気軸受の更に他の構成]
図15は、本発明の第8の実施形態に係る磁気軸受10Eを概略的に示す縦断面図である。
図15に示すように、第8の実施形態に係る磁気軸受10Eは、軸受ロータ部材11eのスラスト方向の両側に、軸受ステータ部材12を配置した例を示している。
[磁気軸受の更に他の構成]
図16は、本発明の第9の実施形態に係る磁気軸受10Fを概略的に示す上面図である。
上述した第7の実施形態の磁気軸受10Dは、軸受ステータ部材12が、X軸方向に2つ、Y軸方向に2つの計4つであった。これに対し、図16に示すように、本実施形態の磁気軸受10Fは、これら軸受ステータ部材12を軸受ロータ部材11eのZ軸方向端面に沿って周方向に8つ配置している。このように構成された磁気軸受10Fによれば、磁気軸受10Dに比べて、ロータ20の磁気力による支持を、より強力且つ高精度に行うことが可能となる。
なお、軸受ステータ部材12の数は、これらに限定されるものではなく、6個、10個、12個、16個等、種々の形態を採用し得る。
[磁気軸受及び駆動装置の他の構成]
図17は、本発明の第10の実施形態に係る磁気軸受110及びこれを備えたマグネットポンプ100Aの全体構成を、一部を省略して概略的に示す縦断面図である。図18は、図17のC-C´線断面図である。
[磁気軸受の他の構成]
図19は、第11の実施形態に係る磁気軸受110Aを概略的に示す縦断面図である。 図19に示すように、第11の実施形態に係る磁気軸受110Aは、軸受ロータ部材171の構成が、第10の実施形態に係る磁気軸受110の軸受ロータ部材111とは相違している。
11 軸受ロータ部材
12 軸受ステータ部材
13 永久磁石
14,15 ヨーク
16 変位センサ
17 コア
17a 第1部分
17b 第2部分
17c 第3部分
18 コイル
20 ロータ
30 駆動機構
90 駆動装置
100 ポンプ
Claims (11)
- ロータを磁気力によって非接触で支持する磁気軸受であって、
前記ロータに設けられた磁性材料からなる軸受ロータ部材と、
前記軸受ロータ部材の周囲に配置された軸受ステータ部材と
を備え、
前記軸受ステータ部材は、磁性材料からなるコアと、前記コアに巻回されたコイルとを有し、
前記コアの縦断面形状は、
前記軸受ロータ部材との対向方向と直交する第1方向に延び前記コイルが巻回される第1部分と、
前記第1部分の前記第1方向の両端部から前記軸受ロータ部材側に延びたのち、前記第1方向に互いに近づく向きに延びる一対の第2部分と、
前記一対の第2部分の各先端部から前記軸受ロータ部材側に向けて延びる一対の第3部分と
を有し、
前記軸受ロータ部材は、前記軸受ロータ部材及び前記コアで形成される磁気回路にバイアス磁束を供給する永久磁石を含み、
前記第1部分に巻き付けられた前記コイルの前記第1方向の長さは、前記一対の第3部分の前記第1方向の対向面間の距離よりも大きい
ことを特徴とする磁気軸受。 - 前記一対の第3部分の前記第1方向の対向面と反対側の面間の距離は、前記第1部分の前記第1方向の長さよりも小さい
ことを特徴とする請求項1記載の磁気軸受。 - 前記一対の第3部分の前記第1方向の対向面と反対側の面間の距離は、前記第3部分と対向する前記軸受ロータ部材の前記第1方向の長さとほぼ等しい
ことを特徴とする請求項1又は2記載の磁気軸受。 - 前記軸受ロータ部材は、
円環状の前記永久磁石と、
前記永久磁石を前記第1方向に挟み込むように配置された円環状の一対のヨークとを有し、
前記一対のヨークの縦断面形状は、
前記永久磁石の前記第1方向の両端面を覆い前記軸受ステータ部材と反対側に延びる一対の第4部分と、
前記一対の第4部分の前記軸受ステータ部材と反対側の端部から前記第1方向に互いに近づく向きに延びる一対の第5部分とを有し、
前記第5部分と前記永久磁石との間に第1間隙が形成され、
前記一対の第5部分の互いに対向する各先端部間には、第2間隙が設けられている
ことを特徴とする請求項1又は2記載の磁気軸受。 - 前記軸受ステータ部材は、前記軸受ロータ部材の径方向の外側に複数配置され、前記軸受ロータ部材と径方向にそれぞれ対向する
ことを特徴とする請求項1記載の磁気軸受。 - 前記軸受ステータ部材は、前記軸受ロータ部材の軸方向の少なくとも一方の側に複数配置され、前記軸受ロータ部材と前記軸方向にそれぞれ対向する
ことを特徴とする請求項1又は2記載の磁気軸受。 - ロータと、
前記ロータを磁気力によって支持する磁気軸受と、
前記ロータを回転駆動する駆動機構と
を備え、
前記磁気軸受は、
前記ロータに設けられた磁性材料からなる軸受ロータ部材と、
前記軸受ロータ部材の周囲に配置された軸受ステータ部材と
を備え、
前記軸受ステータ部材は、磁性材料からなるコアと、前記コアに巻回されたコイルとを有し、
前記コアの縦断面形状は、
前記軸受ロータ部材との対向方向と直交する第1方向に延び前記コイルが巻回される第1部分と、
前記第1部分の前記第1方向の両端部から前記軸受ロータ部材側に延びたのち、前記第1方向に互いに近づく向きに延びる一対の第2部分と、
前記一対の第2部分の各先端部から前記軸受ロータ部材側に向けて延びる一対の第3部分と
を有し、
前記軸受ロータ部材は、前記軸受ロータ部材及び前記コアで形成される磁気回路にバイアス磁束を供給する永久磁石を含み、
前記第1部分に巻き付けられた前記コイルの前記第1方向の長さは、前記一対の第3部分の前記第1方向の対向面間の距離よりも大きい
ことを特徴とする駆動装置。 - 前記軸受ロータ部材は、
円環状の前記永久磁石と、
前記永久磁石を前記第1方向に挟み込むように配置された円環状の一対のヨークとを有し、
前記一対のヨークの縦断面形状は、
前記永久磁石の前記第1方向の両端面を覆い前記軸受ステータ部材と反対側に延びる一対の第4部分と、
前記一対の第4部分の前記軸受ステータ部材と反対側の端部から前記第1方向に互いに近づく向きに延びる一対の第5部分とを有し、
前記第5部分と前記永久磁石との間に第1間隙が形成され、
前記一対の第5部分の互いに対向する各先端部間には、第2間隙が設けられている
ことを特徴とする請求項7記載の駆動装置。 - 前記駆動機構は、
前記ロータにおける前記軸受ロータ部材の径方向の内側に配置された従動部材と、
前記従動部材の内側に配置されて前記従動部材と磁気結合されて前記ロータを駆動する駆動部と
を有する
ことを特徴とする請求項7又は8記載の駆動装置。 - ロータと、
前記ロータを磁気力によって支持する磁気軸受と、
前記ロータを回転駆動する駆動機構と、
前記ロータに取り付けられたインペラを含むポンプ機構と
を備え、
前記磁気軸受は、
前記ロータに設けられた磁性材料からなる軸受ロータ部材と、
前記軸受ロータ部材の周囲に配置された軸受ステータ部材と
を備え、
前記軸受ステータ部材は、磁性材料からなるコアと、前記コアに巻回されたコイルとを有し、
前記コアの縦断面形状は、
前記軸受ロータ部材との対向方向と直交する第1方向に延び前記コイルが巻回される第1部分と、
前記第1部分の前記第1方向の両端部から前記軸受ロータ部材側に延びたのち、前記第1方向に互いに近づく向きに延びる一対の第2部分と、
前記一対の第2部分の各先端部から前記軸受ロータ部材側に向けて延びる一対の第3部分と
を有し、
前記軸受ロータ部材は、前記軸受ロータ部材及び前記コアで形成される磁気回路にバイアス磁束を供給する永久磁石を含み、
前記第1部分に巻き付けられた前記コイルの前記第1方向の長さは、前記一対の第3部分の前記第1方向の対向面間の距離よりも大きい
ことを特徴とするポンプ。 - 前記軸受ロータ部材は、
円環状の前記永久磁石と、
前記永久磁石を前記第1方向に挟み込むように配置された円環状の一対のヨークとを有し、
前記一対のヨークの縦断面形状は、
前記永久磁石の前記第1方向の両端面を覆い前記軸受ステータ部材と反対側に延びる一対の第4部分と、
前記一対の第4部分の前記軸受ステータ部材と反対側の端部から前記第1方向に互いに近づく向きに延びる一対の第5部分とを有し、
前記第5部分と前記永久磁石との間に第1間隙が形成され、
前記一対の第5部分の互いに対向する各先端部間には、第2間隙が設けられている
ことを特徴とする請求項10記載のポンプ。
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