JPH11289733A

JPH11289733A - 軸受け装置及びそれを応用した電動機

Info

Publication number: JPH11289733A
Application number: JP9119198A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Asada; 和彦麻田; Hideki Morozumi; 英樹両角; Hidekazu Yamashita; 秀和山下
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-04-03
Filing date: 1998-04-03
Publication date: 1999-10-19

Abstract

(57)【要約】【課題】電磁力により非接触な軸受け装置を実現す
る。【解決手段】固定子１４に８の字状に巻かれた第１の
復元巻線１６ａ〜１６ｌ、永久磁石１３ａ〜１３ｈを有
する回転子１１を備えることにより、軸方向のズレに対
して、復元力が発生するように第１の復元巻線に電流が
流れ、非接触の軸受け装置が実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、家庭用および産業
用などの回転機械に使用される軸受け装置および電動機
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図８は、従来の技術における軸受け装置
を用いた電動機の断面図を示している。

【０００３】図８においては、アルミニウム製のブラケ
ット１の中に、ケイ素鋼板を積層して製造した鉄心２と
エナメル銅線をまいて構成した電源入力端子ａ・ｂ・ｃ
を持った三相の駆動巻線３からなる固定子４を設け、そ
の中にやはりケイ素鋼板を積層して構成した鉄心５、鉄
心５の表面に貼り付けて設けた永久磁石６、出力軸７か
らなる回転子８を有している。

【０００４】回転子８は、球状の鉄材を用いて摩擦を抑
えた一般にベアリングと称される軸受け装置９・１０に
よって、固定子４の中心が合致した状態を保ちながら回
転自在に保持する構成となっている。

【０００５】以上の構成により、従来の技術は、三相の
電源入力端子ａ・ｂ・ｃから駆動巻線３に供給される電
流と永久磁石６から発せられる磁束との電磁力によって
トルクを発生し、出力軸７から接続された負荷に機械的
な回転のパワーを供給するものである。

【０００６】ここで、軸受け装置９・１０により、回転
子８の出力軸７の軸は常に、固定子４の中心と合致した
状態に保持され、かつ摩擦の少ない回転運動を行うこと
ができるものとなっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術におい
ては、軸受け装置に球状の鉄材を用いた一般にベアリン
グと呼ばれる構成を用いていたことから、特に高速回転
時には軸受けの損失が多く、発熱が大となって装置の効
率が低下したり、軸受け装置の寿命が短くなるといった
課題を有しているものであった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、永久磁石を有する円筒状の回転子と固定子
とを備え、前記固定子は、８の字状に巻かれた第１の復
元巻線を有し、前記第１の復元巻線は、前記回転子が前
記固定子に対して軸方向にずれた状態で回転している場
合に、前記永久磁石との間の電磁力により軸方向への復
元力を発生させたものである。

【０００９】また、他の手段として、永久磁石を有する
円筒状の回転子と固定子とを備え、前記固定子は、機械
角で１８０度隔てた位置に設けられた２つのコイルを接
続してなる第２の復元巻線を有し、前記第２の復元巻線
は、前記回転子の中心と前記固定子の中心がずれた状態
で回転している場合に、前記永久磁石との間の電磁力に
より両者の中心を合わせる方向に復元力を発生させてな
るものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】請求項１記載の発明は、永久磁石
を有する円筒状の回転子と固定子とを備え、前記固定子
は、８の字状に巻かれた第１の復元巻線を有し、前記第
１の復元巻線は、前記回転子が前記固定子に対して軸方
向にずれた状態で回転している場合に、前記永久磁石と
の間の電磁力により軸方向への復元力を発生させてなる
ことにより、軸方向について、電磁力によって、非接触
で回転子の保持を行うものである。

【００１１】請求項２記載の発明は、永久磁石を有する
円筒状の回転子と固定子とを備え、前記固定子は、機械
角で１８０度隔てた位置に設けられた２つのコイルを接
続してなる第２の復元巻線を有し、前記第２の復元巻線
は、前記回転子の中心と前記固定子の中心がずれた状態
で回転している場合に、前記永久磁石との間の電磁力に
より両者の中心を合わせる方向に復元力を発生させてな
ることにより、回転子の軸ズレに対して電磁力によって
非接触で回転子の保持を行うものである。

【００１２】請求項３記載の発明は、前記第１の復元巻
線と第２の復元巻線を共に有することにより、軸方向及
び軸ズレ方向の修正を同時に非接触で実現するものであ
る。

【００１３】請求項４記載の発明は、請求項１〜３のい
ずれか１項に記載の軸受け装置に加え、電源入力端子を
有する駆動巻線を固定子に設け、前記電源入力端子から
供給される電流と永久磁石との電磁力によりトルクを発
生させることにより、電源入力端子からの電流供給によ
って回転の動力を負荷に供給するものである。

【００１４】

【実施例】以下本発明の一実施例について説明する。図
１において、回転子１１は、環状に削り出した鉄材によ
って構成した鉄心１２、鉄心１２の外側に貼り付けて設
けた永久磁石１３ａ〜１３ｈによって構成したものであ
る。

【００１５】ここで、永久磁石１３ａ・１３ｃ・１３ｅ
・１３ｇは外側にＮ極、内側にＳ極ができるように着磁
したものを用いており、永久磁石１３ｂ・１３ｄ・１３
ｆ・１３ｈは外側にＳ極、内側にＮ極ができるように着
磁したものを用いていることから、鉄心１２に貼り付け
ることにより、表面に発生する磁極は、永久磁石１３ａ
・１３ｃ・１３ｅ・１３ｇについてはＮ極、永久磁石１
３ｂ・１３ｄ・１３ｆ・１３ｈについてはＳ極となる。

【００１６】固定子１４は、厚さ０．３５ミリメートル
のケイ素鋼板を２０ミリメートルの厚さに積層して構成
した鉄心１５に、第１の復元巻線１６ａ〜１６ｌ、第２
の復元巻線１７ａ〜１７ｌ、駆動巻線１８ａ〜１８ｌを
設けている。

【００１７】図２は、本実施例の断面図を示したもので
ある。図２に見られるように、本実施例では第２の復元
巻線１７ａ〜１７ｌと駆動巻線１８ａ〜１８ｌは、鉄心
１５の積厚２０ミリメートルの全般にわたって巻かれて
いるのに対し、第１の復元巻線１６ａ〜１６ｌは、鉄心
の積厚の半分に対して巻かれた導体２個によって構成さ
れている。

【００１８】図３は、第１の復元巻線の構成を示したも
ので、固定子１４を展開し、その一部を内側から眺めた
状態を示したものであり、第１の復元巻線はいずれも太
さ２ミリメートルの銅線を８の字状にして構成してい
る。

【００１９】図４は、第２の復元巻線１７ａ〜１７ｌの
接続を示した回路図である。図４においては、丸印によ
って極性を示しており、丸印を示した端子から各コイル
に電流を流した場合に、固定子の内側（回転子と対向す
る面）にＮ極が発生することを示している。したがっ
て、いずれの第２の復元巻線も、機械角で１８０度隔て
た位置の設けられた２つのコイルを接続した構成となっ
ている。

【００２０】図５は、駆動巻線１８ａ〜１８ｌの接続を
示した回路図である。図５においても、各コイルの極性
を丸印で表示しており、やはり丸印を示した端子から各
コイルに電流を流した場合に、固定子の内側（回転子と
対向する面）にＮ極が発生することを示している。駆動
巻線１８ａ・１８ｄ・１８ｇ・１８ｊは直列に接続さ
れ、その直列回路の一端を電源入力端子ａとし、駆動巻
線１８ｂ・１８ｅ・１８ｈ・１８ｋは直列に接続され、
その直列回路の一端を電源入力端子ｂとし、駆動巻線１
８ｃ・１８ｆ・１８ｉ・１８ｌは直列に接続され、その
直列回路の一端を電源入力端子ａとし、三相としてい
る。本実施例では、電源入力端子ａ・ｂ・ｃは、インバ
ータを用いた三相の交流電源に接続されるものとなって
いる。

【００２１】本実施例の構成では、永久磁石で励磁され
る同期電動機として動作するが、必要に応じて固定子側
に例えばホールＩＣを用いた位置検知器を設け、その出
力をデコードしてインバータを駆動するようにすれば、
いわゆるブラシレス直流電動機として使用することもで
きる非接触回転が可能な電動機となる。

【００２２】以上の構成において、その動作を説明す
る。図６は、本実施例の電動機において、回転子１１が
固定子１４に対して軸方向にずれた場合の動作について
第１の復元巻線の動作を示したものであり、（ア）は、
左側にずれた状態で回転した場合、（イ）は、右側にず
れた状態で回転した場合の動作を示したものである。

【００２３】（ア）の場合には、８の字状に巻かれた第
１の復元巻線１６ａ・１６ｇの左側には対向する永久磁
石の磁極と同極が発生する向きに誘導電流が流れ、右側
には異極が発生方向に電流が流れる。よって回転子１１
は、右側に電磁力を受け、軸方向のズレを復元する作用
が発生する。（イ）の場合にも、やはり軸方向のズレを
復元しようとする電磁力が発生する。なお、軸方向のズ
レがなくなった場合には、８の字状に巻かれた第１の復
元巻線に発生する誘導起電力は、トータル零になり、電
流が流れないものとなる。

【００２４】図７は、本実施例の電動機において、回転
子１１が固定子１４に対して中心からずれた場合の動作
について第２の復元巻線の動作を示したものであり、
（ア）は、上側にずれた状態で回転した場合、（イ）
は、下側にずれた状態で回転した場合の動作を示したも
のである。

【００２５】（ア）の場合には、相互に機械角で１８０
度隔てた位置に設けた第２の復元巻線１７ａ・１７ｇに
誘導電流が流れることにより、上側では対向する永久磁
石の磁極と同極が発生し、下側では対向する永久磁石の
磁極とは逆の極が発生する。よって回転子１１は、下側
に電磁力を受け、中心のズレを復元する作用が発生す
る。（イ）の場合にも、やはり中心のズレを復元しよう
とする電磁力が発生する。なお、中心のズレがなくなっ
た場合には、第２の復元巻線の相互に機械角１８０度隔
てたコイルに発生する誘導起電力は等しくなり、回路と
してはトータル零になる。よって、電流は流れないもの
となる。

【００２６】以上のように、本実施例では軸方向のズレ
に対しては第１の復元巻線が、また中心のズレに対して
は第２の復元巻線に誘導電流が流れることにより、いず
れもズレを小さくする方向に電磁力が働くので、従来の
技術のようにベアリング等を使用することなく、非接触
で軸受け装置が実現でき、その上駆動巻線に流れる電流
によるトルクの発生が行われるものとなる。

【００２７】なお、本実施例においては、第１の復元巻
線、第２の復元巻線、駆動巻線の３種類の巻線を設けた
が、必要がなければ駆動巻線を廃止することは可能であ
り、その場合には電源入力端子も必要なくなる。

【００２８】また、第１の復元巻線を設けておけば実現
可能であり、その場合には、軸方向のズレに対しては復
元力が作用するが、中心のズレに対しては復元力は発生
しない。従って、この場合は、回転の中心を規定して保
持する手段と組み合わせて使用されるものとなる。

【００２９】また、第２の復元巻線を設けておれば実現
することができ、その場合には、逆に中心のズレについ
ては復元力が得られるが、軸方向のズレに対しては復元
力が発生しないものとなる。

【００３０】また、本実施例においては、８極１２スロ
ットの構成の電動機を示したが、他の極数やスロット数
を使用するものであってももちろん同様の効果を得るこ
とができる。第１の復元巻線、第２の復元巻線、駆動巻
線の数についても、本実施例においては、すべて１２個
としたが、これとても同数とする必要は全くなく、互い
に異なる数としてもよいものである。

【００３１】また、本実施例に示す電動機には、特に負
荷は記載していないが、例えば回転子内にファンを設け
れば、非接触の回転式ファンが実現でき、送風動作を行
わせることができるものとなる。

【００３２】また、固定子と回転子の間に樹脂などの非
磁性材で構成したパイプなどを設け、水などの液中でプ
ロペラファンをつけ、必要に応じて回転子をも樹脂でモ
ールド防水した構造のポンプを構成することもでき、そ
の場合には前記パイプによって液漏れを防ぎ、かつベア
リング等が錆びたりすることもない、信頼性の高い装置
とすることができるものである。

【００３３】

【発明の効果】以上にように、請求項１に記載した発明
によれば、永久磁石を有する円筒状の回転子と固定子か
らなり、前記固定子は第１の復元巻線を有し、前記第１
の復元巻線は、８の字状に巻かれ、前記回転子が前記固
定子に対して軸方向にずれた状態で回転している場合
に、前記永久磁石との間の電磁力によって、軸方向の復
元力を発生する構成としたことにより、軸方向につい
て、電磁力による、非接触の回転子の保持を可能とし、
長寿命の軸受け装置を実現するものである。

【００３４】また、請求項２に記載した発明によれば、
永久磁石を有する円筒状の回転子と固定子からなり、前
記固定子は第２の復元巻線を有し、前記第２の復元巻線
は、機械角で１８０度隔てた位置の設けられた２つのコ
イルを接続してなり、前記回転子の中心と前記固定子の
中心がずれた状態で回転している場合に、前記永久磁石
との間の電磁力によって、両者の中心を合わせる方向に
復元力を発生する構成としたことにより、回転子の軸ズ
レに対して電磁力による、非接触の回転子の保持を可能
とし、長寿命の軸受け装置を実現するものである。

【００３５】また、請求項３に記載した発明によれば、
永久磁石を有する円筒状の回転子と固定子からなり、前
記固定子は第１の復元巻線と、第２の復元巻線を有し、
前記第１の復元巻線は、８の字状に巻かれ、前記回転子
が前記固定子に対して軸方向にずれた状態で回転してい
る場合に、前記永久磁石との間の電磁力によって、軸方
向の復元力を発生し、前記第２の復元巻線は、機械角で
１８０度隔てた位置の設けられた２つのコイルを接続し
てなり、前記回転子の中心と前記固定子の中心がずれた
状態で回転している場合に、前記永久磁石との間の電磁
力によって、両者の中心を合わせる方向に復元力を発生
する構成としたことにより、軸方向と軸ズレの両方に対
して、電磁力による、非接触の回転子の保持を可能と
し、長寿命の軸受け装置を実現するものである。

【００３６】また、請求項４に記載した発明によれば、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の軸受け装置を応用
すべく、電源入力端子を有する駆動巻線を前記固定子に
設け、前記電源入力端子から供給される電流と前記永久
磁石との電磁力によりトルクを発生する構成としたこと
により、電磁力によって非接触で回転子の保持を行い、
かつ電源入力端子からの電流供給によって回転の動力を
負荷に供給することが可能な長寿命の電動機を実現する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における電動機の構成図

【図２】同、電動機の断面図

【図３】同、電動機の第１の復元巻線を固定子の内側か
ら見た図

【図４】同、電動機の第２の復元巻線の回路図

【図５】同、電動機の駆動巻線の回路図

【図６】同、電動機の軸方向のズレがある状態で回転し
た場合の動作説明図

【図７】同、電動機の中心のズレがある状態で回転した
場合の動作説明図

【図８】従来の技術における電動機の構成図

【符号の説明】

１３ａ〜１３ｈ永久磁石１１回転子１４固定子１６ａ〜１６ｌ第１の復元巻線１３ａ〜１３ｈ永久磁石１１回転子１４固定子１７ａ〜１７ｌ第２の復元巻線１３ａ〜１３ｈ永久磁石１１回転子１４固定子１６ａ〜１６ｌ第１の復元巻線１７ａ〜１７ｌ第２の復元巻線ａ・ｂ・ｃ電源入力端子１８ａ〜１８ｌ駆動巻線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】永久磁石を有する円筒状の回転子と固定
子とを備え、前記固定子は、８の字状に巻かれた第１の
復元巻線を有し、前記第１の復元巻線は、前記回転子が
前記固定子に対して軸方向にずれた状態で回転している
場合に、前記永久磁石との間の電磁力により軸方向への
復元力を発生させてなる軸受け装置。
【請求項２】永久磁石を有する円筒状の回転子と固定
子とを備え、前記固定子は、機械角で１８０度隔てた位
置に設けられた２つのコイルを接続してなる第２の復元
巻線を有し、前記第２の復元巻線は、前記回転子の中心
と前記固定子の中心がずれた状態で回転している場合
に、前記永久磁石との間の電磁力により両者の中心を合
わせる方向に復元力を発生させてなる軸受け装置。
【請求項３】永久磁石を有する円筒状の回転子と固定
子とを備え、前記固定子は、機械角で１８０度隔てた位
置に設けられた２つのコイルを接続してなる第２の復元
巻線を有し、前記第２の復元巻線は、前記回転子の中心
と前記固定子の中心がずれた状態で回転している場合
に、前記永久磁石との間の電磁力により両者の中心を合
わせる方向に復元力を発生させてなる請求項１記載の軸
受け装置。
【請求項４】電源入力端子を有する駆動巻線を固定子
に設け、前記電源入力端子から供給される電流と永久磁
石との電磁力によりトルクを発生させてなる請求項１〜
３のいずれか１項に記載の軸受け装置を応用した電動
機。