JPH06133493A - 磁気浮上誘導モータ - Google Patents
磁気浮上誘導モータInfo
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- JPH06133493A JPH06133493A JP4279013A JP27901392A JPH06133493A JP H06133493 A JPH06133493 A JP H06133493A JP 4279013 A JP4279013 A JP 4279013A JP 27901392 A JP27901392 A JP 27901392A JP H06133493 A JPH06133493 A JP H06133493A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- magnetic field
- rotor
- stator
- rotating magnetic
- peripheral surface
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
- F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
- F16C32/0406—Magnetic bearings
- F16C32/044—Active magnetic bearings
- F16C32/0459—Details of the magnetic circuit
- F16C32/0468—Details of the magnetic circuit of moving parts of the magnetic circuit, e.g. of the rotor
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
- F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
- F16C32/0406—Magnetic bearings
- F16C32/044—Active magnetic bearings
- F16C32/0474—Active magnetic bearings for rotary movement
- F16C32/0493—Active magnetic bearings for rotary movement integrated in an electrodynamic machine, e.g. self-bearing motor
- F16C32/0497—Active magnetic bearings for rotary movement integrated in an electrodynamic machine, e.g. self-bearing motor generating torque and radial force
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 構造が小型であってしかも充分な浮上力を得
る。 【構成】 巻線９，９，・・・にパワーアンプ１５から
マイクロプロセッサ１３によって演算された所定の電流
が供給されると、固定子１の内周面に沿ってモータトル
クを発生させるためのＭ極の回転磁界と回転子４に浮上
力を与えるためのＭ±２極の回転磁界とが生じる。これ
ら回転磁界と回転子４に形成された導体７との相互の磁
気作用によって、回転子４が回転し、該回転子４の軸心
が一定位置に定位される。
る。 【構成】 巻線９，９，・・・にパワーアンプ１５から
マイクロプロセッサ１３によって演算された所定の電流
が供給されると、固定子１の内周面に沿ってモータトル
クを発生させるためのＭ極の回転磁界と回転子４に浮上
力を与えるためのＭ±２極の回転磁界とが生じる。これ
ら回転磁界と回転子４に形成された導体７との相互の磁
気作用によって、回転子４が回転し、該回転子４の軸心
が一定位置に定位される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は宇宙関連機器や高速回
転機器等に用いられる磁気浮上誘導モータに関する。
転機器等に用いられる磁気浮上誘導モータに関する。
【０００２】
【従来の技術】図４は従来の誘導モータの構成を示す断
面図である。この図において、１は電磁鋼板などを積層
した固定子であり、この固定子１の内周面には円周等分
１２箇所にスロット２，・・・，２が形成されている。
３，・・・，３は、前記スロット２，・・・，２内に収
納された巻線であり、所定の極数の回転磁界を発生させ
るものである。４は前記固定子１の内方に配置された回
転子であり、一般的にかご形ロータと呼称されるもの
で、電磁鋼板などの薄板を積層してなる鉄心に導体スロ
ットを設け、アルミや銅などの２次導体を鋳造などによ
って形成し、鉄心の軸方向両端には一般的にエンドリン
グと称される２次導体の短絡環を設けてある。
面図である。この図において、１は電磁鋼板などを積層
した固定子であり、この固定子１の内周面には円周等分
１２箇所にスロット２，・・・，２が形成されている。
３，・・・，３は、前記スロット２，・・・，２内に収
納された巻線であり、所定の極数の回転磁界を発生させ
るものである。４は前記固定子１の内方に配置された回
転子であり、一般的にかご形ロータと呼称されるもの
で、電磁鋼板などの薄板を積層してなる鉄心に導体スロ
ットを設け、アルミや銅などの２次導体を鋳造などによ
って形成し、鉄心の軸方向両端には一般的にエンドリン
グと称される２次導体の短絡環を設けてある。
【０００３】上記構成において、３相交流電源またはイ
ンバータ等の可変周波数電源などによって巻線３，・・
・，３に電流が供給されると、巻線３，・・・，３が励
磁されて回転磁界が発生する。これによって回転子４に
誘導電流が流れ、回転子４が回転する。
ンバータ等の可変周波数電源などによって巻線３，・・
・，３に電流が供給されると、巻線３，・・・，３が励
磁されて回転磁界が発生する。これによって回転子４に
誘導電流が流れ、回転子４が回転する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した誘
導モータに磁気軸受を適用して磁気浮上誘導モータを構
成した場合、モータが発生する径方向の吸引力も磁気軸
受で支持しなければならないため、磁気軸受が大型にな
り、コスト高になる問題があった。この発明は上述した
事情に鑑みてなされたもので、その目的は、構造が小型
であってしかも充分な浮上力を得ることができる磁気浮
上誘導モータを提供することにある。
導モータに磁気軸受を適用して磁気浮上誘導モータを構
成した場合、モータが発生する径方向の吸引力も磁気軸
受で支持しなければならないため、磁気軸受が大型にな
り、コスト高になる問題があった。この発明は上述した
事情に鑑みてなされたもので、その目的は、構造が小型
であってしかも充分な浮上力を得ることができる磁気浮
上誘導モータを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明は、内周面に複
数のスロットが形成された固定子と、前記スロットに収
納された複数の巻線と、前記固定子内に配置され、前記
固定子からの磁界の変化に応じた誘導電流を発生する回
転子とを具備するＭ極の誘導モータにおいて、モータト
ルクを発生させるＭ極の回転磁界と前記回転子を浮上さ
せるためのＭ±２極の回転磁界とを、前記固定子の内周
面に各々発生させる電流を前記巻線へ通電する制御手段
を設けてなることを特徴とする。
数のスロットが形成された固定子と、前記スロットに収
納された複数の巻線と、前記固定子内に配置され、前記
固定子からの磁界の変化に応じた誘導電流を発生する回
転子とを具備するＭ極の誘導モータにおいて、モータト
ルクを発生させるＭ極の回転磁界と前記回転子を浮上さ
せるためのＭ±２極の回転磁界とを、前記固定子の内周
面に各々発生させる電流を前記巻線へ通電する制御手段
を設けてなることを特徴とする。
【０００６】
【作用】この発明によれば、制御手段によって、Ｍ極の
回転磁界を発生させる電流とＭ±２の回転磁界を発生さ
せる電流とが巻線へ通電されると、固定子にＭ極の回転
磁界とＭ±２の回転磁界とが重畳された回転磁界が発生
し、これら回転磁界と導体との相互の磁気作用によって
前記回転子に回転力と浮上力とが与えられる。
回転磁界を発生させる電流とＭ±２の回転磁界を発生さ
せる電流とが巻線へ通電されると、固定子にＭ極の回転
磁界とＭ±２の回転磁界とが重畳された回転磁界が発生
し、これら回転磁界と導体との相互の磁気作用によって
前記回転子に回転力と浮上力とが与えられる。
【０００７】
【実施例】次に図面を参照してこの発明の実施例につい
て説明する。図１はこの発明の一実施例の構成を示すブ
ロック図である。なお、この図において、図４に示す各
部に対応する部分には同一の符号を付して説明を省略す
る。また、モータ本体の構成は図４のものと同一であ
る。
て説明する。図１はこの発明の一実施例の構成を示すブ
ロック図である。なお、この図において、図４に示す各
部に対応する部分には同一の符号を付して説明を省略す
る。また、モータ本体の構成は図４のものと同一であ
る。
【０００８】９，９，・・・は、図４に示す固定子１に
形成されたスロット内に順次収納された１２個の独立し
た単極巻線である。１０，１１は変位センサであり、シ
ャフト５の外周面と空隙を隔てて対抗するように設けら
れている。変位センサ１０，１１は、シャフト５のＸ軸
方向およびＹ軸方向の変位を各々検出する。
形成されたスロット内に順次収納された１２個の独立し
た単極巻線である。１０，１１は変位センサであり、シ
ャフト５の外周面と空隙を隔てて対抗するように設けら
れている。変位センサ１０，１１は、シャフト５のＸ軸
方向およびＹ軸方向の変位を各々検出する。
【０００９】１２は、上記変位センサ１０，１１の出力
信号をアナログからデジタルに変換するＡ／Ｄ（アナロ
グ／デジタル）変換器である。１３はマイクロプロセッ
サであり、回転子４を回転させるためのＭ極の回転磁界
を固定子１の内周面に発生させる電流、および、回転子
４を浮上させるためのＭ±２極の回転磁界を固定子１の
内周面に発生させる電流を各巻線９について演算し、そ
れらの電流の和を各巻線９について求め、Ｄ／Ａ（デジ
タル／アナログ）変換器１４へ出力する。ここで、回転
子４を浮上させるための電流の演算は変位センサ１０，
１１に基づいて行われる。Ｄ／Ａ変換器１４は、上記マ
イクロプロセッサ１３から出力された制御信号をデジタ
ルからアナログに変換する。１５は上記Ｄ／Ａ変換器１
４の出力信号を増幅し、巻線９，９，・・・に電流を供
給するパワーアンプである。このとき、パワーアンプ１
５からは、マイクロプロセッサ１３によって演算された
所定の電流が巻線９，９，・・・に供給される。これに
よって、固定子１の内周面に沿ってモータトルクを発生
させるためのＭ極の回転磁界と回転子４に浮上力を与え
るためのＭ±２極の回転磁界とが生じる。これら回転磁
界と回転子４に形成された導体７との相互の磁気作用に
よって、回転子４が回転し、該回転子４の軸心が一定位
置に定位される。
信号をアナログからデジタルに変換するＡ／Ｄ（アナロ
グ／デジタル）変換器である。１３はマイクロプロセッ
サであり、回転子４を回転させるためのＭ極の回転磁界
を固定子１の内周面に発生させる電流、および、回転子
４を浮上させるためのＭ±２極の回転磁界を固定子１の
内周面に発生させる電流を各巻線９について演算し、そ
れらの電流の和を各巻線９について求め、Ｄ／Ａ（デジ
タル／アナログ）変換器１４へ出力する。ここで、回転
子４を浮上させるための電流の演算は変位センサ１０，
１１に基づいて行われる。Ｄ／Ａ変換器１４は、上記マ
イクロプロセッサ１３から出力された制御信号をデジタ
ルからアナログに変換する。１５は上記Ｄ／Ａ変換器１
４の出力信号を増幅し、巻線９，９，・・・に電流を供
給するパワーアンプである。このとき、パワーアンプ１
５からは、マイクロプロセッサ１３によって演算された
所定の電流が巻線９，９，・・・に供給される。これに
よって、固定子１の内周面に沿ってモータトルクを発生
させるためのＭ極の回転磁界と回転子４に浮上力を与え
るためのＭ±２極の回転磁界とが生じる。これら回転磁
界と回転子４に形成された導体７との相互の磁気作用に
よって、回転子４が回転し、該回転子４の軸心が一定位
置に定位される。
【００１０】次に、回転子４の浮上原理について、詳し
く説明する。まず、回転子４を回転させるＭ極の回転磁
界による磁束密度Ｂm（θ，ｔ）は次式となる。
く説明する。まず、回転子４を回転させるＭ極の回転磁
界による磁束密度Ｂm（θ，ｔ）は次式となる。
【数１】 （但し、ωは角速度、ｔは時間、θは機械角である。）
一方、回転子４を浮上させるＮ極の回転磁界による磁束
密度Ｂn（θ，ｔ）は次式となる。
一方、回転子４を浮上させるＮ極の回転磁界による磁束
密度Ｂn（θ，ｔ）は次式となる。
【数２】 上記磁束密度Ｂm（θ，ｔ）と磁束密度Ｂn（θ，ｔ）と
が重畳されることによって、固定子１と回転子４との空
隙の磁束密度Ｂgは次式となる。
が重畳されることによって、固定子１と回転子４との空
隙の磁束密度Ｂgは次式となる。
【数３】 （３）式による磁束密度Ｂgによって、回転子４の鉄心
６には各θ軸方向つまり回転子４の表面各部の法線方向
に吸引力が働く。この吸引力Ｆ（θ）は回転子４の表面
の微小部分の面積をΔｓとすれば次式となる。
６には各θ軸方向つまり回転子４の表面各部の法線方向
に吸引力が働く。この吸引力Ｆ（θ）は回転子４の表面
の微小部分の面積をΔｓとすれば次式となる。
【数４】 したがって、この法線方向力のθ＝０軸方向の成分を全
周に渡って積分すれば、回転子４に働くθ＝０軸方向の
浮上力Ｆθ=0は次式となる。
周に渡って積分すれば、回転子４に働くθ＝０軸方向の
浮上力Ｆθ=0は次式となる。
【数５】 （但し、ｒは回転子４の半径、ｌは有効長である。）さ
らに（５）式はＭ−Ｎ＝±１で一定値となり、この場
合、Ｆθ=0は次式となる。
らに（５）式はＭ−Ｎ＝±１で一定値となり、この場
合、Ｆθ=0は次式となる。
【数６】 したがって、浮上用回転磁界の極数＝モータ回転磁界の
極数±２とすれば、回転子４に一定した浮上力が与えら
れる。
極数±２とすれば、回転子４に一定した浮上力が与えら
れる。
【００１１】ここで、Ｍ＝４、Ｎ＝６とした場合につい
て、図２を用いて説明する。この図において、点線によ
る円の内側には固定子４の内周面に沿って発生する４極
の回転磁界の各磁極の位置が示され、その外側には同様
に固定子４の内周面に沿って発生する６極の回転磁界の
各磁極の位置が示される。ωｔ＝０の状態では、固定子
４の上側に発生する磁界が同極（Ｎ極、Ｎ極）となり、
下側に発生する磁界が異極（Ｎ極、Ｓ極）となるため、
固定子４の上方向に発生する磁界が下側に発生する磁界
より強くなる。このとき、回転子４を引きつける力が図
示する矢印のように上方向に働く。また、ωｔがπ／
２，π，３π／２と変化しても上述した回転子４を上方
向に引きつける力が働き、連続した浮上力を得ることが
できる。
て、図２を用いて説明する。この図において、点線によ
る円の内側には固定子４の内周面に沿って発生する４極
の回転磁界の各磁極の位置が示され、その外側には同様
に固定子４の内周面に沿って発生する６極の回転磁界の
各磁極の位置が示される。ωｔ＝０の状態では、固定子
４の上側に発生する磁界が同極（Ｎ極、Ｎ極）となり、
下側に発生する磁界が異極（Ｎ極、Ｓ極）となるため、
固定子４の上方向に発生する磁界が下側に発生する磁界
より強くなる。このとき、回転子４を引きつける力が図
示する矢印のように上方向に働く。また、ωｔがπ／
２，π，３π／２と変化しても上述した回転子４を上方
向に引きつける力が働き、連続した浮上力を得ることが
できる。
【００１２】また、上述した回転子４に働く変位力の方
向は、回転磁界に位相差を与えることによって制御され
る。まず、上記位相差をφとして、（２）式を次式とす
る。
向は、回転磁界に位相差を与えることによって制御され
る。まず、上記位相差をφとして、（２）式を次式とす
る。
【数７】 （７）式の位相差φを０，π／２，π，３π／２と変化
させると、変位力の方向が図３の矢印で示すように変化
する。（但し、図３ではＭ＝４、Ｎ＝６の場合を示
す。）このように、位相差φを変化させることによって
回転子４に働く変位力の方向が図示するように任意に設
定される。
させると、変位力の方向が図３の矢印で示すように変化
する。（但し、図３ではＭ＝４、Ｎ＝６の場合を示
す。）このように、位相差φを変化させることによって
回転子４に働く変位力の方向が図示するように任意に設
定される。
【００１３】また、上記位相差を持った回転磁界を与え
るための電流Ｉn（θ，ｔ）は次式で与えられる。
るための電流Ｉn（θ，ｔ）は次式で与えられる。
【数８】 （８）式中の位相差φによって浮上力の向きを制御する
ことができ、またＩNによって浮上力の大きさを制御す
ることができる。したがって、固定子１に対する回転子
４の上下方向（Ｙ軸方向）および左右方向（Ｘ軸方向）
の相対的な変位が変位センサ１０，１１によって各々検
出され、検出された該変位に基づいて電流ＩNと位相差
φとがマイクロプロセッサ１３で演算され、上記電流Ｉ
Nが巻線９，・・・に供給されることによって、回転子
４が連続的に磁気浮上される。これにより、回転子４の
径方向に機械的な支持機構を設ける必要がないため、構
造が小型であってしかも充分な浮上力を得ることができ
る。
ことができ、またＩNによって浮上力の大きさを制御す
ることができる。したがって、固定子１に対する回転子
４の上下方向（Ｙ軸方向）および左右方向（Ｘ軸方向）
の相対的な変位が変位センサ１０，１１によって各々検
出され、検出された該変位に基づいて電流ＩNと位相差
φとがマイクロプロセッサ１３で演算され、上記電流Ｉ
Nが巻線９，・・・に供給されることによって、回転子
４が連続的に磁気浮上される。これにより、回転子４の
径方向に機械的な支持機構を設ける必要がないため、構
造が小型であってしかも充分な浮上力を得ることができ
る。
【００１４】
【発明の効果】以上、説明したように、この発明によれ
ば、内周面に複数のスロットが形成された固定子と、前
記スロットに収納された複数の巻線と、前記固定子内に
配置され、前記固定子からの磁界の変化に応じた誘導電
流を発生する回転子とを具備するＭ極の誘導モータにお
いて、モータトルクを発生させるＭ極の回転磁界と前記
回転子を浮上させるためのＭ±２極の回転磁界とを、前
記固定子の内周面に各々発生させる電流を前記巻線へ通
電する制御手段を設けてなるので、構造が小型であって
しかも充分な浮上力を得ることができるという効果が得
られる。
ば、内周面に複数のスロットが形成された固定子と、前
記スロットに収納された複数の巻線と、前記固定子内に
配置され、前記固定子からの磁界の変化に応じた誘導電
流を発生する回転子とを具備するＭ極の誘導モータにお
いて、モータトルクを発生させるＭ極の回転磁界と前記
回転子を浮上させるためのＭ±２極の回転磁界とを、前
記固定子の内周面に各々発生させる電流を前記巻線へ通
電する制御手段を設けてなるので、構造が小型であって
しかも充分な浮上力を得ることができるという効果が得
られる。
【図１】本発明の一実施例の構成を示すブロック図であ
る。
る。
【図２】ωｔ＝０，π／２，π，３π／２の場合の回転
子４に働く変位力を示す図である。
子４に働く変位力を示す図である。
【図３】φ＝０，π／２，π，３π／２の場合の回転子
４に働く変位力を示す図である。
４に働く変位力を示す図である。
【図４】従来の誘導モータの構成を示す断面図である。
１ 固定子 ４ 回転子 ９ 巻線 １０，１１ 変位センサ １２ Ａ／Ｄ変換器 １３ マイクロプロセッサ １４ Ｄ／Ａ変換器 １５ パワーアンプ
Claims (1)
- 【請求項１】 内周面に複数のスロットが形成された固
定子と、前記スロットに収納された複数の巻線と、前記
固定子内に配置され、前記固定子からの磁界の変化に応
じた誘導電流を発生する回転子とを具備するＭ極の誘導
モータにおいて、 モータトルクを発生させるＭ極の回転磁界と前記回転子
を浮上させるためのＭ±２極の回転磁界とを、前記固定
子の内周面に各々発生させる電流を前記巻線へ通電する
制御手段を設けてなる磁気浮上誘導モータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4279013A JPH06133493A (ja) | 1992-10-16 | 1992-10-16 | 磁気浮上誘導モータ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4279013A JPH06133493A (ja) | 1992-10-16 | 1992-10-16 | 磁気浮上誘導モータ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06133493A true JPH06133493A (ja) | 1994-05-13 |
Family
ID=17605185
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4279013A Pending JPH06133493A (ja) | 1992-10-16 | 1992-10-16 | 磁気浮上誘導モータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06133493A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0989656A1 (de) * | 1998-09-24 | 2000-03-29 | Sulzer Electronics AG | Permanentmagnetisch erregter elektrischer Drehantrieb |
| US6351048B1 (en) | 1999-06-22 | 2002-02-26 | Levitronix Llc | Electrical rotary drive |
| JP2011101471A (ja) * | 2009-11-04 | 2011-05-19 | Canon Inc | 回転電動機の制御装置 |
| JP2014033543A (ja) * | 2012-08-03 | 2014-02-20 | Ibaraki Univ | アキシャル型磁気浮上モータ |
| KR20230016550A (ko) * | 2021-07-26 | 2023-02-02 | 숭실대학교산학협력단 | 무베어링 모터의 삼상 코일 구성 방법 |
-
1992
- 1992-10-16 JP JP4279013A patent/JPH06133493A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0989656A1 (de) * | 1998-09-24 | 2000-03-29 | Sulzer Electronics AG | Permanentmagnetisch erregter elektrischer Drehantrieb |
| US6278251B1 (en) | 1998-09-24 | 2001-08-21 | Sulzer Electronics Ag | Permanent magnetically excited electrical rotary drive |
| US6351048B1 (en) | 1999-06-22 | 2002-02-26 | Levitronix Llc | Electrical rotary drive |
| JP2011101471A (ja) * | 2009-11-04 | 2011-05-19 | Canon Inc | 回転電動機の制御装置 |
| JP2014033543A (ja) * | 2012-08-03 | 2014-02-20 | Ibaraki Univ | アキシャル型磁気浮上モータ |
| KR20230016550A (ko) * | 2021-07-26 | 2023-02-02 | 숭실대학교산학협력단 | 무베어링 모터의 삼상 코일 구성 방법 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20000704 |