WO2023053603A1 - 回転電機 - Google Patents

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WO2023053603A1
WO2023053603A1 PCT/JP2022/024260 JP2022024260W WO2023053603A1 WO 2023053603 A1 WO2023053603 A1 WO 2023053603A1 JP 2022024260 W JP2022024260 W JP 2022024260W WO 2023053603 A1 WO2023053603 A1 WO 2023053603A1
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WO
WIPO (PCT)
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rotor
magnet
sensor
eccentricity
axial direction
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/024260
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
亮磨 佐々木
茂 前田
健太郎 廣瀬
Original Assignee
日本電産株式会社
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日本電産株式会社 filed Critical 日本電産株式会社
Priority to CN202280065152.2A priority Critical patent/CN117999732A/zh
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/20—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for measuring, monitoring, testing, protecting or switching
    • H02K11/21—Devices for sensing speed or position, or actuated thereby
    • H02K11/215—Magnetic effect devices, e.g. Hall-effect or magneto-resistive elements
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/08—Structural association with bearings
    • H02K7/09—Structural association with bearings with magnetic bearings

Definitions

  • the present invention relates to rotating electric machines. This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2021-160993 filed in Japan on September 30, 2021, the contents of which are incorporated herein.
  • Patent Document 1 discloses a radial gap type bearingless motor in which an active supporting force for a rotor is generated in the axial direction.
  • a conventional bearingless motor has sensors for controlling the rotation angle of the rotor and the axial position of the rotor.
  • eccentricity tends to occur in the rotor due to external factors.
  • the inventors came up with the idea of monitoring the eccentricity of the rotor and using it to control the current supplied to the stator.
  • One aspect of the magnetic pole rotating electric machine of the present invention has a shaft extending axially about a central axis, a plurality of rotor magnets arranged along the circumferential direction, a rotor rotating about the central axis, and a coil.
  • a stator radially surrounding the rotor, a housing supporting the stator, a pair of magnetic bearings positioned on one side and the other side of the rotor magnet in the axial direction, and one side of the stator in the axial direction
  • a rotation angle sensor located on the other side and detecting the magnetic field of the rotor magnet to measure the rotation angle of the rotor
  • a first eccentricity sensor located on one axial side of the rotor magnet and measuring the eccentricity of the shaft.
  • the stator rotatably holds the rotor in the axial direction by applying a field current to the coil.
  • the magnetic bearing radially retains the rotor for rotation.
  • the controller controls the field current based on the output result of the first eccentricity sensor.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a rotating electric machine according to one embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view of a rotation angle sensor of one embodiment.
  • FIG. 3 is a perspective view of an eccentric sensor of one embodiment.
  • the axial direction of the central axis J that is, the direction parallel to the vertical direction is simply referred to as the "axial direction”
  • the radial direction around the central axis J is simply referred to as the "radial direction”.
  • the upper side (+Z) corresponds to one side in the axial direction
  • the lower side (-Z) corresponds to the other side in the axial direction.
  • the vertical direction, upper side, and lower side are simply names for explaining the relative positional relationship of each part, and the actual arrangement relationship etc. is not the arrangement relationship etc. indicated by these names. may
  • FIG. 1 is a cross-sectional schematic diagram of the rotating electric machine 1 in a cross section along the central axis J.
  • the rotary electric machine 1 of this embodiment includes a rotor 10, a stator 20, a pair of magnetic bearings 40, a pair of shoulder bolts (position adjusting members) 50, a rotation angle sensor 60, a pair of eccentricity sensors 70, and these and a control unit 90 .
  • one of the pair of eccentricity sensors 70 located on the upper side is called an upper eccentricity sensor (first eccentricity sensor) 70A, and the other located on the lower side is called a lower eccentricity sensor (second eccentricity sensor) 70A. sensor) 70B.
  • the upper one of the pair of shoulder bolts 50 is called an upper shoulder bolt 50A, and the lower one is called a lower shoulder bolt 50B.
  • the pair of magnetic bearings 40 one located on the upper side is called an upper magnetic bearing 40A, and the other located on the lower side is called a lower magnetic bearing 40B.
  • the pair of eccentricity sensors 70 have the same shape.
  • the pair of shoulder bolts 50 have the same shape.
  • the pair of magnetic bearings 40 have the same shape.
  • the stator 20 has an annular shape centered on the central axis J.
  • the rotor 10 is arranged radially inside the stator 20 . That is, the stator 20 surrounds the rotor 10 from the radial outside.
  • the stator 20 has a plurality of coils 21, a stator core 22, and insulators (not shown).
  • the stator core 22 is composed of a plurality of electromagnetic steel sheets laminated along the axial direction.
  • the stator core 22 has a main core portion 23 and a pair of bearing core portions 24 .
  • One of the pair of bearing core portions 24 is arranged above the main core portion 23 and the other is arranged below the main core portion 23 .
  • the main core portion 23 mainly functions to generate a magnetic field that imparts torque to the rotor 10 .
  • the bearing core portion 24 functions mainly to generate a magnetic field that axially holds the rotor 10 .
  • the main core portion 23 has a core back portion 23a and a plurality of teeth portions 23b.
  • the core back portion 23a has an annular shape centered on the central axis J. As shown in FIG.
  • the outer peripheral surface of the core back portion 23 a is fixed to the inner peripheral surface of the housing 30 .
  • the tooth portion 23b extends radially inward from the radial inner surface of the core back portion 23a.
  • the plurality of tooth portions 23b are arranged on the radially inner surface of the core back portion 23a at intervals in the circumferential direction.
  • a plurality of teeth 23b are arranged at regular intervals in the circumferential direction.
  • the coil 21 is attached to the tooth portion 23b via an insulating insulator (not shown).
  • the coil 21 is configured by winding a conductive wire around the tooth portion 23b.
  • the rotary electric machine of this embodiment is a three-phase AC motor. Therefore, the number of coils 21 is a multiple of three. Alternating currents whose phases are shifted every 120° are supplied to the plurality of coils. Note that the number of phases of the coil is not limited to that of this embodiment.
  • the coil 21 has an upper coil end 21a and a lower coil end 21b.
  • the upper coil end 21a is a part of the coil 21 and protrudes upward from the upper end surface of the tooth portion 23b.
  • the lower coil end 21b is a part of the coil 21 and protrudes downward from the lower end surfaces of the teeth 23b.
  • the bearing core portion 24 has a bearing core back portion 24a and a plurality of bearing tooth portions 24b.
  • the bearing core-back portion 24a has the same shape as the bearing core-back portion 24a, and overlaps the core-back portion 23a of the main core portion 23 when viewed from the axial direction.
  • the bearing core back portion 24a on the upper side of the main core portion 23 is arranged radially outside the upper coil end 21a.
  • the lower bearing core-back portion 24a of the main core portion 23 is arranged radially outward of the lower coil end 21b.
  • the bearing tooth portion 24b overlaps the tooth portion 23b when viewed from the axial direction.
  • the upper bearing tooth portion 24b of the main core portion 23 extends radially inward from the upper end portion of the bearing core back portion 24a.
  • the upper bearing tooth portion 24b of the main core portion 23 is positioned above the upper coil end 21a.
  • the bearing tooth portion 24b on the lower side of the main core portion 23 extends radially inward from the lower end portion of the bearing core back portion 24a.
  • the bearing tooth portion 24b on the lower side of the main core portion 23 is positioned below the lower coil end 21b.
  • the rotor 10 rotates around the central axis line J.
  • the rotor 10 has a shaft 11 , a rotor core 13 , a plurality of rotor magnets 12 arranged along the circumferential direction on the outer peripheral surface of the rotor core 13 , a pair of spacers 19 , and a pair of magnet pedestals 15 .
  • the shaft 11 has a columnar shape extending in the axial direction around the central axis J. As shown in FIG. The shaft 11 has a rotationally symmetrical shape about the central axis J. As shown in FIG. A plurality of steps are arranged on the outer peripheral surface of the shaft 11 toward the upper side and the lower side from the center in the axial direction. The plurality of step surfaces are vertically symmetrically arranged with respect to the center of the shaft 11 .
  • Rotor core 13 is fixed to the outer peripheral surface of shaft 11 .
  • the rotor core 13 is arranged in the axial center of the shaft 11 .
  • a plurality of rotor magnets 12 are fixed to the outer peripheral surface of the rotor core 13 .
  • the rotor magnet 12 is magnetized in the radial direction.
  • the rotor magnet 12 is divided into two parts in the axial direction. That is, the rotor magnet 12 has two regions (an upper region and a lower region) that are vertically divided from each other. The two regions that are divided from each other have opposite N-pole and S-pole directions (that is, magnetization directions).
  • the upper region of the rotor magnet 12 has a greater axial dimension than the lower region.
  • the upper region of the rotor magnet 12 faces the main core portion 23 and the upper coil end 21a in the radial direction.
  • the lower area of the rotor magnet 12 faces the lower coil end 21b in the radial direction.
  • a magnetic field that axially supports the rotor 10 is formed between the stator 20 and the rotor 10 by applying a field current to the coil 21 . More specifically, the upper coil end 21a and the bearing tooth portion 24b located above the upper coil end 21a generate a magnetic field that attracts the upper region of the rotor magnet 12 facing in the radial direction. Furthermore, a magnetic field that attracts the lower region of the rotor magnet 12 facing in the radial direction is generated from the lower coil end 21b and the bearing tooth portion 24b positioned below the lower coil end 21b. Thereby, the stator 20 axially holds the rotor 10 rotatably. That is, the stator 20 of this embodiment functions as an active magnetic bearing that generates an active supporting force to the rotor 10 by applying current to the coil 21 .
  • the spacer 19 has a cylindrical shape centered on the central axis J. As shown in FIG. The spacers 19 are positioned on one axial side (upper side) and the other axial side (lower side) of the rotor core 13 . The spacer 19 is inserted through the shaft 11 . In the following description, when distinguishing between the pair of spacers 19, one arranged on the upper side may be called an upper spacer 19A and the other arranged on the lower side may be called a lower spacer 19B.
  • the spacers 19 are arranged above and below the rotor core 13 and between the rotor core 13 and the magnet base portion 15 .
  • the spacer 19 maintains the axial distance between the rotor core 13 and the magnet seat portion 15 .
  • a substrate 61 of the rotation angle sensor 60 is arranged radially outside the lower spacer 19B.
  • the lower spacer 19B provides a space in which the substrate 61 is disposed below the rotor core 13 and between the rotor core 13 and the magnet base portion 15 in the axial direction.
  • the rotor 10 since the rotor 10 has a pair of spacers 19 , the position of the center of gravity G of the rotor 10 can be easily adjusted by changing the weight ratio of the spacers 19 . Thereby, the eccentric rotation of the rotor 10 can be suppressed. Furthermore, by changing the axial dimension of each spacer 19, the axial position of the member attached to the rotor 10 outside the spacer 19 in the axial direction can be adjusted.
  • the spacers 19 are arranged one by one at one place.
  • a configuration may be adopted in which a plurality of types of spacers 19 having small axial dimensions are prepared and the plurality of types of spacers 19 are stacked in the axial direction at one location.
  • various combinations of types of the spacers 19 can be adjusted in the axial direction.
  • the magnet base portion 15 holds the inner magnet 41 of the magnetic bearing 40 .
  • the magnet pedestal portion 15 has an annular shape centered on the central axis J. As shown in FIG. The magnet base portion 15 is inserted through the shaft 11 . Further, the inner peripheral surface of the magnet pedestal portion 15 is fixed to the outer peripheral surface of the shaft 11 with an adhesive or the like. It should be noted that the magnet pedestal portion 15 may be fixed between the nut and the step surface of the shaft 11 by inserting a nut into a male screw provided on the shaft 11 .
  • the magnet pedestal portion 15 has a cylindrical magnet support cylinder portion 15d and a flange portion 15f located at one end of the magnet support cylinder portion 15d.
  • An inner magnet 41 is fixed to the outer peripheral surface of the magnet support tube portion 15d with an adhesive or the like.
  • the flange portion 15f contacts one surface of the inner magnet 41 facing the axial direction.
  • the flange portion 15 f axially positions the inner magnet 41 with respect to the magnet base portion 15 .
  • the upper one of the pair of magnet pedestals 15 is located above the upper spacer 19A and contacts the upper end surface of the upper spacer 19A.
  • the other of the pair of magnet pedestals 15 on the lower side is located below the lower spacer 19B and contacts the lower end surface of the lower spacer 19B.
  • the axial position of the inner magnet 41 of the magnetic bearing 40 can be adjusted by changing the axial dimensions of the upper spacer 19A and the lower spacer 19B. By adjusting the axial position of the inner magnet 41 , it is possible to adjust the balance of the repulsive force acting between the inner magnet 41 and the outer magnet 42 , thereby stabilizing the holding of the shaft 11 by the magnetic bearing 40 .
  • the rotor 10 has a stepped surface 15b facing in the axial direction.
  • the step surface 15b faces the shoulder bolt 50 in the axial direction.
  • the rotor 10 of this embodiment has two magnet pedestals 15 positioned on one side and the other side of the rotor magnet 12 in the axial direction. Therefore, the rotor 10 has a stepped surface 15b positioned above the rotor magnet 12 and facing upward, and a stepped surface 15b positioned below the rotor magnet 12 and facing downward.
  • the magnetic bearing 40 has an inner magnet 41 and an outer magnet 42 .
  • the inner magnet 41 and the outer magnet 42 are each cylindrical.
  • the inner magnet 41 is fixed to the rotor 10 .
  • the outer magnet 42 on the other hand is fixed to the housing 30 .
  • the outer magnet 42 surrounds the inner magnet 41 from the radial outside.
  • the inner magnet 41 and the outer magnet 42 are each magnetized in the axial direction.
  • the magnetization direction of the inner magnet 41 and the magnetization direction of the outer magnet 42 radially facing the inner magnet 41 match each other.
  • one magnetic bearing 40 is provided with two inner magnets 41 aligned in the axial direction. The magnetization directions of the two inner magnets 41 are opposite to each other.
  • one magnetic bearing 40 is provided with two outer magnets 42 aligned in the axial direction, and the magnetization directions of these two outer magnets 42 are opposite to each other.
  • the inner magnet 41 and the outer magnet 42 positioned on the upper side have the N pole on the upper side and the S pole on the lower side
  • the inner magnet 41 and the outer magnet 42 positioned on the lower side have the S pole on the upper side.
  • the lower side of the dome is the N pole.
  • the magnetic bearing 40 rotatably holds the rotor 10 in the radial direction because the inner magnet 41 and the outer magnet 42 repel each other in the radial direction.
  • the magnetic bearing 40 of this embodiment is a passive magnetic bearing that holds the rotor 10 in the radial direction.
  • the magnetic bearings 40 of this embodiment are arranged on one side and the other side of the rotor magnet 12 in the axial direction. As a result, the pair of magnetic bearings 40 can hold the rotor 10 in a dual support structure, and the rotor 10 can be stably held.
  • FIG. 1 shows a center-of-gravity reference line L representing the axial position of the center-of-gravity G of the rotor 10 .
  • the center of gravity G of the rotor 10 is arranged at the intersection of the center of gravity reference line L and the center axis line J.
  • the magnetic bearings 40 are arranged on one side and the other side in the axial direction of the center of gravity G of the rotor 10 . Therefore, the pair of magnetic bearings 40 can suppress eccentric rotation of the rotor 10 .
  • the axial distance dimension d1 from the center of gravity G of the rotor 10 to the magnetic bearing 40 (upper magnetic bearing 40A) on one side in the axial direction and the magnetic bearing 40 on the other side in the axial direction from the center of gravity G of the rotor 10 is equal to each other.
  • the rotor 10 rotates eccentrically, the rotor 10 rotates eccentrically with respect to the center of gravity G symmetrically between the upper side and the lower side.
  • the pair of magnetic bearings 40 will match the radial direction supporting forces exerted on the rotor 10, and moreover, The direction of force can be opposite. As a result, the pair of magnetic bearings 40 can reduce the eccentricity of the rotor 10 .
  • the “center of gravity G of the rotor 10 ” means the center of gravity of the portion that rotates around the central axis J due to the magnetic force from the stator 20 .
  • the output portion fixed to the end of the shaft 11 is included as part of the rotor 10 to evaluate the position of the center of gravity G.
  • FIG. As an example, if the rotating electrical machine 1 powers a pump, the output part fixed to the end of the shaft 11 is an impeller. In this case, the position of the center of gravity G of the rotor 10 is evaluated with the impeller attached to the shaft 11 .
  • the housing 30 includes a housing body 31, an upper magnet holding portion (magnet holding portion) 34, a lower magnet holding portion (magnet holding portion) 37, a pair of shoulder bolt holding portions (holding portion) 35, It has an upper cover (cover) 36 and a lower cover (cover) 38 .
  • An upper magnet holding portion 34 , a shoulder bolt holding portion 35 and an upper cover 36 are connected to the upper side of the housing body 31 .
  • a lower magnet holding portion 37 , a shoulder bolt holding portion 35 and a lower cover 38 are connected to the lower side of the housing body 31 .
  • the housing main body 31 has a tubular shape that opens vertically.
  • the housing body 31 has a stator holding portion 31a, an upper connecting portion 31b positioned above the stator holding portion 31a, and a lower connecting portion 31c positioned below the stator holding portion 31a.
  • the stator holding portion 31a has a cylindrical shape centered on the central axis J. As shown in FIG. The stator holding portion 31a surrounds the stator core 22 from the outside in the radial direction. The housing thereby supports the stator 20 . An upper magnet holding portion 34 is connected to the upper connecting portion 31b.
  • the upper magnet holding portion 34 has an annular shape centered on the central axis J. As shown in FIG. The upper magnet holding portion 34 is screw-fixed to the upper connecting portion 31b of the housing body 31 from above.
  • the upper magnet holding portion 34 is provided with a flange accommodating recess 34p recessed downward from the upper surface and a magnet holding hole 34h opening at the bottom of the flange accommodating recess 34p.
  • the flange accommodation recess 34p opens upward.
  • the flange accommodation recess 34p has a circular shape centered on the central axis J when viewed from the axial direction.
  • the magnet holding hole 34h of the upper magnet holding portion 34 is a through hole extending in the axial direction with the center axis J as the center.
  • the shaft 11 is inserted through the magnet holding hole 34h.
  • the outer magnet 42 of the upper magnetic bearing 40A is fixed to the inner peripheral surface of the magnet holding hole 34h with an adhesive. Thereby, the upper magnet holding portion 34 holds the outer magnet 42 .
  • a magnet support surface 34k facing upward is provided on the inner peripheral surface of the magnet holding hole 34h.
  • the magnet support surface 34 k contacts the lower surface of the outer magnet 42 .
  • the outer magnet 42 is axially positioned with respect to the housing 30 by the outer magnet 42 coming into contact with the magnet support surface 34k.
  • the lower magnet holding portion 37 has an annular shape centered on the central axis J. As shown in FIG. The lower magnet holding portion 37 is screw-fixed to the lower connecting portion 31c of the housing body 31 from below.
  • the lower magnet holding portion 37 is provided with a flange housing recess 37p recessed upward from the bottom surface and a magnet holding hole 37h opening at the bottom surface of the flange housing recess 37p.
  • the flange accommodation recess 37p opens downward.
  • the flange accommodation recess 37p has a circular shape centered on the central axis J when viewed from the axial direction.
  • the magnet holding hole 37h of the lower magnet holding portion 37 is a through hole extending in the axial direction with the center axis J as the center.
  • the shaft 11 is inserted through the magnet holding hole 37h.
  • the outer magnet 42 of the lower magnetic bearing 40B is fixed to the inner peripheral surface of the magnet holding hole 37h with an adhesive. Thereby, the lower magnet holding portion 37 holds the outer magnet 42 .
  • a downward facing magnet support surface 37k is provided on the inner peripheral surface of the magnet holding hole 37h.
  • the magnet support surface 37k contacts the upper surface of the outer magnet 42.
  • the outer magnet 42 is axially positioned with respect to the housing 30 by contacting the outer magnet 42 with the magnet support surface 37k.
  • a through-hole portion 30h is provided between the lower magnet holding portion 37 and the housing body 31 so as to penetrate inward and outward in the radial direction.
  • An extending portion 61b which is a part of the substrate 61 of the rotation angle sensor 60, is arranged inside the through hole portion 30h.
  • One of the pair of shoulder bolt holding portions 35 is fixed to the upper magnet holding portion 34 and the other is fixed to the lower magnet holding portion 37 .
  • the pair of shoulder bolt holding portions 35 have the same shape.
  • the shoulder bolt holding portion 35 has a nut portion 35d and a fixed flange portion 35f located at one axial end of the nut portion 35d.
  • the nut portion 35d has a cylindrical shape centered on the central axis J. As shown in FIG. That is, the nut portion 35d extends in the axial direction with the central axis J as the center.
  • the nut portion 35d has a screw hole 35h having a female screw on its inner peripheral surface.
  • a shoulder bolt 50 is inserted into the screw hole 35h of the nut portion 35d. Thereby, the shoulder bolt holding portion 35 holds the shoulder bolt 50 . That is, the shoulder bolt holding portion 35 is held by the housing 30 .
  • the upper one of the pair of shoulder bolt holding portions 35 may be called an upper shoulder bolt holding portion 35A, and the other lower side may be called a lower shoulder bolt holding portion 35B.
  • the fixed flange portion 35f extends radially outward from the lower end portion of the nut portion 35d.
  • the fixed flange portion 35f extends radially outward from the upper end portion of the nut portion 35d.
  • the fixed flange portion 35f of the upper shoulder bolt holding portion 35A is screwed to the upper magnet holding portion 34 from above. That is, the upper shoulder bolt holding portion 35A is fixed to the upper magnet holding portion 34. As shown in FIG.
  • the fixed flange portion 35f of the upper shoulder bolt holding portion 35A is arranged in the flange accommodating recess portion 34p of the upper magnet holding portion 34. As shown in FIG.
  • the fixed flange portion 35f of the lower shoulder bolt holding portion 35B is screwed to the lower magnet holding portion 37 from below. That is, the lower shoulder bolt holding portion 35B is fixed to the lower magnet holding portion 37. As shown in FIG.
  • the fixed flange portion 35f of the lower shoulder bolt holding portion 35B is arranged in the flange accommodation recess portion 37p of the lower magnet holding portion 37. As shown in FIG.
  • the upper shoulder bolt holding portion 35A covers at least a portion of the upper end surface (the end surface facing the axial direction) of the outer magnet 42 of the upper magnetic bearing 40A at the fixed flange portion 35f.
  • the lower shoulder bolt holding portion 35B covers at least a portion of the lower end surface (the end surface facing the axial direction) of the outer magnet 42 of the lower magnetic bearing 40B at the fixed flange portion 35f. Therefore, the upper shoulder bolt holding portion 35A and the lower shoulder bolt holding portion 35B suppress the axial separation of the outer magnet 42, respectively.
  • a concave portion 35g that opens in the axial direction is provided on the lower surface of the fixed flange portion 35f.
  • the recessed portion 35g has a bottom surface (a surface facing the gap) 35b.
  • a bottom surface 35b of the concave portion 35g axially faces the inner magnet 41 with a gap therebetween.
  • the concave portion 35g has a circular shape centered on the central axis J when viewed from the axial direction.
  • the recessed portion 35g of the upper shoulder bolt holding portion 35A opens downward, and the recessed portion 35g of the lower shoulder bolt holding portion 35B opens upward.
  • the bottom surface 35b of the recess 35g of the upper shoulder bolt holding portion 35A faces downward, and the bottom surface 35b of the recess 35g of the lower shoulder bolt holding portion 35B faces upward.
  • a screw hole 35h of the nut portion 35d opens in the bottom surface 35b.
  • the upper cover 36 is positioned above the upper magnet holding portion 34 .
  • the upper cover 36 has a cylindrical shape centered on the central axis J. As shown in FIG.
  • the upper cover 36 has an upper cover tubular portion 36a, an upper cover bottom portion 36b, and an upper cover flange portion 36f.
  • the upper cover tubular portion 36a has a cylindrical shape extending in the axial direction around the central axis J. As shown in FIG. The upper cover bottom portion 36b extends radially inward from the upper end of the upper cover cylindrical portion 36a. The upper cover tubular portion 36a has a plate shape along a plane orthogonal to the center axis J. As shown in FIG. A shaft insertion hole 36h through which the shaft 11 is inserted is provided in the center of the upper cover tubular portion 36a.
  • the upper cover flange portion 36f extends radially outward from the lower end of the upper cover tubular portion 36a.
  • the upper cover flange portion 36f is fixed to the upper magnet holding portion 34 with screws.
  • a portion of the upper cover flange portion 36f overlaps the fixed flange portion 35f arranged in the flange accommodation recess 34p.
  • the upper shoulder bolt holding portion 35A is sandwiched between the upper magnet holding portion 34 and the upper cover 36 in the axial direction. Therefore, the shoulder bolt holding portion 35 is held more securely by the upper magnet holding portion 34 and the upper cover 36 . Further, by adjusting the dimensions of the shoulder bolt holding portion 35, it is possible to employ a fixing structure in which the shoulder bolt holding portion 35 is fixed to the upper magnet holding portion 34 without using screws.
  • the lower cover 38 is positioned below the lower magnet holding portion 37 .
  • the lower cover 38 has a cylindrical shape centered on the central axis J. As shown in FIG.
  • the lower cover 38 has a lower cover tubular portion 38a, a lower cover bottom portion 38b, and a lower cover flange portion 38f.
  • the lower cover tubular portion 38a has a cylindrical shape extending in the axial direction around the central axis J. As shown in FIG. The lower cover bottom portion 38b extends radially inward from the lower end of the lower cover cylindrical portion 38a.
  • the lower cover tubular portion 38a has a plate shape along a plane orthogonal to the center axis J. As shown in FIG. A shaft insertion hole 38h through which the shaft 11 is inserted is provided in the center of the lower cover tubular portion 38a.
  • the lower cover flange portion 38f extends radially outward from the lower end of the lower cover cylindrical portion 38a.
  • the lower cover flange portion 38f is fixed to the lower magnet holding portion 37 with screws.
  • a portion of the lower cover flange portion 38f overlaps the fixed flange portion 35f arranged in the flange accommodation recess 37p. That is, the shoulder bolt holding portion 35 is sandwiched between the lower magnet holding portion 37 and the lower cover 38 in the axial direction. Therefore, the lower shoulder bolt holding portion 35B is reliably held by the lower magnet holding portion 37 and the lower cover 38, similarly to the upper shoulder bolt holding portion 35A.
  • Upper cover 36 and lower cover 38 cover eccentricity sensor 70 and shoulder bolt 50, respectively.
  • the upper cover 36 and the lower cover 38 can protect the eccentric sensor 70 and the shoulder bolt 50, and can suppress damage due to collision with other members.
  • the upper cover 36 and the lower cover 38 can prevent the shoulder bolt 50 from contacting other members and moving in the axial direction.
  • the shoulder bolts 50 are operated with the upper cover 36 and the lower cover 38 removed.
  • the shoulder bolt 50 has a shaft portion 50b and a head portion 50c.
  • the shaft portion 50b extends in the axial direction with the center axis J as the center.
  • a male screw 50p is provided on the outer peripheral surface of the shaft portion 50b. The male screw 50p is inserted into the screw hole 35h of the shoulder bolt holding portion 35. As shown in FIG. Thereby, the shoulder bolt 50 is held by the shoulder bolt holding portion 35 . Further, the shoulder bolt 50 is axially moved with respect to the shoulder bolt holding portion 35 by rotating the shaft portion 50b.
  • the head portion 50c is arranged at one end of the shaft portion 50b.
  • the head portion 50c extends radially outward from the outer peripheral surface of the shaft portion 50b in a flange shape.
  • the outer peripheral surface of the head 50c has a hexagonal shape when viewed from the axial direction.
  • the head 50c is provided for rotating the shoulder bolt 50 using a spanner or the like.
  • the shoulder bolt 50 has a facing surface 50a positioned at the tip of the head 50c and directed in the axial direction.
  • the facing surface 50a of the upper shoulder bolt 50A faces downward.
  • the facing surface 50a of the lower shoulder bolt 50B faces upward.
  • the facing surface 50a faces the stepped surface 15b of the rotor 10 in the axial direction.
  • the rotor 10 of this embodiment is axially held with respect to the stator 20 by applying a field current to the coils 21 of the stator 20 .
  • the rotor 10 is not axially held before the rotating electric machine 1 is started. Therefore, the rotor 10 is supported by the magnetic force and gravity of the magnetic bearings 40 while being biased to one side in the axial direction.
  • the upper stepped surface 15b contacts the facing surface 50a of the upper shoulder bolt 50A, or the lower stepped surface 15b contacts the facing surface 50a of the lower shoulder bolt 50B. It is supported by the housing 30 in this state.
  • the shoulder bolt 50 of this embodiment moves axially with respect to the housing 30 by being rotated.
  • the rotor 10 moves axially together with the shoulder bolt 50 .
  • the rotor 10 can be moved within the floatable range by moving the shoulder bolt 50 . That is, the position of the rotor 10 before starting can be adjusted according to individual differences in the magnetic force of the rotor magnets 12 , and the rotating electric machine 1 can be smoothly started regardless of individual differences in the rotor magnets 12 .
  • the levitation range of the rotor 10 is mainly determined by individual differences in the magnetic force of the rotor magnet 12 . Therefore, once the position of the rotor 10 is adjusted by the shoulder bolt 50 before it is started, it is not necessary to readjust in principle. However, when the rotor magnet 12 is demagnetized due to the usage environment of the rotary electric machine 1, readjustment is required.
  • the position of the rotor 10 before starting can be easily adjusted by rotating the shoulder bolt 50 by employing the shoulder bolt 50 as the position adjusting member.
  • the position of the rotor 10 can be adjusted only by rotating the shoulder bolt 50, so even if readjustment is necessary, the operator can easily perform this.
  • the alignment member may have other configurations.
  • a member that adjusts the position in the axial direction by sandwiching a shim may be employed as the position adjusting member.
  • the shoulder bolts 50 are positioned on one side (upper side) and the other side (lower side) of the rotor magnet 12 in the axial direction.
  • the pair of shoulder bolts 50 each have opposing surfaces 50a that face opposite sides in the axial direction. That is, according to this embodiment, the pair of shoulder bolts 50 can adjust the upper end position and the lower end position of the floatable range. Therefore, the rotating electrical machine 1 can be started smoothly even when the rotor 10 before starting is biased in either one or the other axial direction.
  • the gap between the facing surface 50a of the other shoulder bolt 50 and the stepped surface 15b of the rotor 10 becomes extremely narrow.
  • the other shoulder bolt 50 can be adjusted to ensure a sufficiently wide gap.
  • the shoulder bolt 50 protrudes downward from the bottom surface 35b of the recess 35g provided in the shoulder bolt holding portion 35. As shown in FIG. According to the present embodiment, since the recess 35g is provided in the shoulder bolt holding portion 35, a clearance is provided between the bottom surface 35b and the stepped surface 15b of the rotor 10, and an adjustment allowance for the shoulder bolt holding portion 35 can be secured.
  • the shoulder bolt 50 is provided with a central hole 50h that penetrates in the axial direction.
  • the central hole 50h extends axially around the central axis J. As shown in FIG.
  • the shaft 11 passes through the central hole 50h.
  • the central hole 50h is provided with a small-diameter portion 50s having a smaller inner diameter in the middle of the shoulder bolt in the axial direction.
  • the gap between the inner peripheral surface of the central hole 50h and the outer peripheral surface of the shaft 11 is the narrowest at the small diameter portion 50s.
  • the shaft 11 passes through the central hole 50h of the shoulder bolt 50, it is possible to prevent the inclination of the shaft 11 from becoming too large due to interference between the inner surface of the central hole 50h and the shaft 11.
  • the shaft 11 is eccentric, interference between the rotor magnet 12 and the stator 20 and interference between the inner magnet 41 and the outer magnet 42 in the magnetic bearing 40 can be suppressed.
  • the gap between the inner peripheral surface of the small diameter portion 50 s and the outer peripheral surface of the shaft 11 may be narrower than the gap between the inner magnet 41 and the outer magnet 42 of the magnetic bearing 40 . In this case, interference between the inner magnet 41 and the outer magnet 42 can be suppressed more reliably.
  • the central hole 50h of the present embodiment is provided with a large-diameter opening 50k having an increased inner diameter on one side in the axial direction.
  • the large-diameter opening 50k has a circular shape centered on the central axis J when viewed from the axial direction.
  • the rotation angle sensor 60 is located below the stator 20 .
  • a rotation angle sensor 60 detects the magnetic field of the rotor magnet 12 and measures the rotation angle of the rotor 10 .
  • the rotation angle sensor 60 includes a substrate 61 extending along a plane perpendicular to the central axis J, a plurality of (six in this embodiment) magnetic field detection elements (magnetic field detection units) 62 mounted on the substrate, the substrate 61 and It has a sensor holder 68 that covers and protects the magnetic field detection element 62, and a connector 69 to which a harness terminal is connected.
  • FIG. 2 is a perspective view of the rotation angle sensor 60.
  • FIG. 2 illustration of the sensor holder 68 and the connector 69 is omitted.
  • the substrate 61 includes an annular portion 61a centered on the central axis J, an extending portion 61b extending radially outward from the outer edge of the annular portion 61a, and a terminal placement portion located at the tip of the extending portion 61b. 61c.
  • the annular portion 61a surrounds the shaft 11 from the radial outside.
  • Six magnetic field detection elements 62 are mounted on the annular portion 61a.
  • the annular portion 61a is arranged inside the housing 30.
  • the extending portion 61b of the substrate 61 is arranged in a through hole portion 30h penetrating the outer peripheral surface of the housing 30. As shown in FIG. Therefore, the extending portion 61 b extends so as to straddle the inside and outside of the housing 30 .
  • the terminal placement portion 61c is placed outside the housing 30 .
  • a connector 69 is mounted on the terminal placement portion 61c.
  • the magnetic field detection element 62 is, for example, a Hall element.
  • the magnetic field detection element 62 is mounted on the top surface of the substrate 61 .
  • the magnetic field detection element 62 extends axially from the substrate 61 toward the rotor magnet 12 (that is, upward).
  • the six magnetic field detection elements 62 of this embodiment are arranged at regular intervals along the circumferential direction.
  • the tip of each magnetic field detection element 62 is arranged between the bearing tooth portions 24b arranged along the circumferential direction.
  • the magnetic field detection element 62 faces the lower region of the rotor magnet 12 in the radial direction.
  • Each magnetic field detection element 62 detects the magnetic field of the rotor magnet 12 .
  • the rotation angle sensor 60 of the present embodiment measures the rotation angle of the rotor 10 based on changes in the magnetic field of the rotor magnet 12 . Therefore, there is no need to separately prepare a magnet for detecting the rotation angle, and the number of parts can be reduced.
  • the magnetic field detection element 62 extends to the rotor magnet 12 side. Therefore, the magnetic field detection element 62 can be brought closer to the rotor magnet 12, and the detection accuracy of the rotation angle sensor 60 can be improved.
  • the upper eccentricity sensor 70A is located above the rotor magnet 12 .
  • the upper eccentricity sensor 70A is arranged near the upper end of the shaft 11 .
  • the lower eccentricity sensor 70B is positioned below the rotor magnet 12 .
  • the lower eccentricity sensor 70B is arranged near the lower end of the shaft 11 .
  • the upper eccentricity sensor 70A and the lower eccentricity sensor 70B detect radial displacement of the upper end portion and the lower end portion of the shaft 11 . That is, the upper eccentricity sensor 70A and the lower eccentricity sensor 70B measure the eccentricity of the shaft 11 .
  • the eccentric sensor 70 has a sensor magnet 77 fixed to the rotor 10 and a sensor body 76 fixed to the housing 30 .
  • the sensor magnet 77 and the sensor main body 76 face each other in the axial direction.
  • the sensor body 76 is located above the sensor magnet 77 and fixed to the upper cover bottom 36b.
  • the sensor body 76 is positioned below the sensor magnet 77 and fixed to the lower cover bottom 38b.
  • the sensor main body 76 includes a sensor substrate 71, a plurality of (four in this embodiment) magnetic field detection elements (magnetic field detection units) 72, a first sensor cover 78, a second sensor cover 79, and a harness terminal. and a connector (not shown) connected to the connector.
  • the sensor substrate 71 extends along a plane orthogonal to the central axis J. As shown in FIG.
  • the magnetic field detection element 72 is mounted on the sensor substrate 71 .
  • the first sensor cover 78 covers and protects one surface of the sensor substrate 71 .
  • the second sensor cover 79 covers and protects the other surface of the sensor substrate 71 and the magnetic field detection element 72 .
  • the sensor magnet 77 is fixed to the shaft 11 .
  • the sensor magnet 77 rotates around the central axis J together with the shaft 11 .
  • the sensor magnet 77 of the upper eccentricity sensor 70A is positioned at the upper end of the shaft 11 above the upper shoulder bolt 50A.
  • the sensor magnet 77 of the lower eccentricity sensor 70B is positioned at the lower end of the shaft 11 below the lower shoulder bolt 50B.
  • FIG. 3 is a perspective view of the eccentricity sensor 70.
  • FIG. 3 illustration of the first sensor cover 78 and the second sensor cover 79 is omitted.
  • the sensor substrate 71 has an annular shape centered on the central axis J when viewed from the axial direction.
  • the sensor substrate 71 radially surrounds the shaft 11 .
  • the magnetic field detection element 72 is fixed to the housing 30 via the sensor substrate 71 .
  • the magnetic field detection element 72 is, for example, a Hall element.
  • the magnetic field detection element 72 of the upper eccentricity sensor 70A is mounted on the lower surface of the sensor substrate 71 .
  • the magnetic field detection element 72 of the lower eccentricity sensor 70B is mounted on the top surface of the sensor substrate 71 .
  • the four magnetic field detection elements 72 of this embodiment are arranged at regular intervals along the circumferential direction.
  • the magnetic field detection element 72 faces the sensor magnet 77 in the axial direction.
  • the magnetic field detection element 72 detects the magnetic field of the sensor magnet 77 . Since the eccentricity sensor 70 of this embodiment has four magnetic field detection elements 72, the eccentricity of the shaft 11 can be measured with high accuracy.
  • the eccentricity sensors 70 are arranged on one side and the other side of the rotor magnet 12 in the axial direction. According to this embodiment, using the pair of eccentricity sensors 70, not only the displacement of the shaft 11 with respect to the central axis J, but also the inclination of the shaft 11 can be measured three-dimensionally.
  • the axial distance d3 from the center of gravity G of the rotor 10 to the upper eccentricity sensor 70A and the axial distance d4 from the center of gravity G of the rotor 10 to the lower eccentricity sensor 70B are equal to each other. According to this embodiment, the measurement result of the eccentricity of the shaft 11 by the upper eccentricity sensor 70A and the measurement result of the eccentricity of the shaft 11 by the lower eccentricity sensor 70B can be handled equally. According to this embodiment, the control for eliminating the eccentricity of the rotor 10 is facilitated.
  • the control unit 90 is electrically connected to the stator 20, the rotation angle sensor 60, the upper eccentricity sensor 70A, and the lower eccentricity sensor 70B. Also, the control unit 90 is connected to a power source (not shown).
  • Control unit 90 and stator 20 are connected by a power line.
  • the controller 90, the rotation angle sensor 60, the upper eccentricity sensor 70A, and the lower eccentricity sensor 70B are connected by signal lines.
  • Control unit 90 controls stator 20 based on the measurement results received from rotation angle sensor 60, upper eccentricity sensor 70A, and lower eccentricity sensor 70B.
  • the control unit 90 has an inverter that converts the current supplied from the power supply into a three-phase alternating current.
  • the control unit 90 controls the AC current to be supplied to the coil 21 based on the measurement result of the rotation angle of the rotor 10 by the rotation angle sensor 60 . More specifically, the rotation speed of the rotor 10 is calculated from the measurement result of the rotation angle of the rotor 10, and the frequency of the AC current flowing through the coil 21 is controlled.
  • control unit 90 controls the field current flowing through the coil 21 based on the eccentricity measurement results of the rotor 10 by the upper eccentricity sensor 70A and the lower eccentricity sensor 70B to suppress the eccentric rotation of the rotor 10 . That is, the amplitude, frequency, etc. of the AC current flowing through the coil 21 are adjusted according to the amount of eccentricity, and the eccentricity of the rotor 10 is caused to cancel the eccentricity of the rotor 10 . Thereby, the controller 90 suppresses the eccentricity of the rotor 10 . Thereby, the rotational efficiency of the rotor 10 can be improved. Moreover, interference between the rotor 10 and the stator 20 due to eccentricity of the rotor 10 and interference between the inner magnet 41 and the outer magnet 42 of the magnetic bearing 40 can be suppressed, and the reliability of the rotating electric machine 1 can be improved.
  • the rotating electric machine 1 has the eccentricity sensor 70 connected to the control section 90 .
  • the control unit 90 can monitor the eccentricity of the rotor 10 by monitoring the eccentricity of the rotor 10 with the eccentricity sensor 70 .
  • control such as stopping the current flowing through the coil 21 to stop the rotation of the rotor 10 is also possible.
  • it is possible to suppress the interference of each part due to the eccentricity of the rotor 10 and improve the reliability of the rotating electrical machine 1 .

Abstract

本発明の磁極の回転電機の一つの態様は、中心軸線を中心として軸方向に延びるシャフト、および周方向に沿って並ぶ複数のロータマグネットを有し、中心軸線周りに回転するロータと、コイルを有しロータを径方向外側から囲むステータと、ステータを支持するハウジングと、ロータマグネットの軸方向一方側および他方側にそれぞれ位置する一対の磁気軸受と、ステータの軸方向一方側又は他方側に位置しロータマグネットの磁場を検出しロータの回転角を測定する回転角センサと、ロータマグネットの軸方向一方側に位置しシャフトの偏心を測定する第１偏心センサと、コイルに流す電流を制御する制御部と、を備える。ステータは、コイルに界磁電流が流されることでロータを回転可能に軸方向に保持する。磁気軸受は、ロータを回転可能に径方向に保持する。制御部は、第１偏心センサの出力結果を基に界磁電流を制御する。

Description

回転電機
本発明は、回転電機に関する。本願は、２０２１年９月３０日に日本に出願された特願２０２１－１６０９９３号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
従来から、磁気軸受によって浮上するベアリングレスモータが知られている。特許文献１には、軸方向に回転子の能動的な支持力が発生するラジアルギャップ型のベアリングレスモータが開示されている。
特開２０１４－１２１０９８号公報
従来のベアリングレスモータでは、ロータの回転角およびロータの軸方向の位置を制御するためのセンサがそれぞれ設けられていた。このようなベアリングレスモータを実用化するにあたり、外的な要因に起因してロータに偏心が生じやすくなる。本発明者らは、ロータの偏心をモニタリングして、ステータに供給する電流の制御に利用することを想到した。　
本発明は、ロータの偏心を基にコイルに流す電流を制御することで信頼性を高めた回転電機を提供することを目的の一つとする。
本発明の磁極の回転電機の一つの態様は、中心軸線を中心として軸方向に延びるシャフト、および周方向に沿って並ぶ複数のロータマグネットを有し、前記中心軸線周りに回転するロータと、コイルを有し前記ロータを径方向外側から囲むステータと、前記ステータを支持するハウジングと、前記ロータマグネットの軸方向一方側および他方側にそれぞれ位置する一対の磁気軸受と、前記ステータの軸方向一方側又は他方側に位置し前記ロータマグネットの磁場を検出し前記ロータの回転角を測定する回転角センサと、前記ロータマグネットの軸方向一方側に位置し前記シャフトの偏心を測定する第１偏心センサと、前記コイルに流す電流を制御する制御部と、を備える。前記ステータは、前記コイルに界磁電流が流されることで前記ロータを回転可能に軸方向に保持する。前記磁気軸受は、前記ロータを回転可能に径方向に保持する。前記制御部は、前記第１偏心センサの出力結果を基に前記界磁電流を制御する。
本発明の一つの態様によれば、ロータの偏心を基にコイルに流す電流を制御することで信頼性を高めた回転電機を提供できる。
図１は、一実施形態の回転電機の断面模式図である。 図２は、一実施形態の回転角センサの斜視図である。 図３は、一実施形態の偏心センサの斜視図である。
以下の説明においては、中心軸線Ｊの軸方向、すなわち上下方向と平行な方向を単に「軸方向」と呼び、中心軸線Ｊを中心とする径方向を単に「径方向」と呼び、中心軸線Ｊを中心とする周方向を単に「周方向」と呼ぶ。本実施形態において、上側（＋Ｚ）は、軸方向一方側に相当し、下側（－Ｚ）は、軸方向他方側に相当する。なお、上下方向、上側および下側とは、単に各部の相対位置関係を説明するための名称であり、実際の配置関係等は、これらの名称で示される配置関係等以外の配置関係等であってもよい。　
（回転電機）　図１は、中心軸線Ｊに沿う断面における回転電機１の断面模式図である。　本実施形態の回転電機１は、ロータ１０と、ステータ２０と、一対の磁気軸受４０と、一対のショルダボルト（位置調整部材）５０と、回転角センサ６０と、一対の偏心センサ７０と、これらを収容するハウジング３０と、制御部９０と、を有する。　
なお、以下の説明において、一対の偏心センサ７０のうち上側に位置する位置する一方を上側偏心センサ（第１偏心センサ）７０Ａと呼び、下側に位置する他方を下側偏心センサ（第２偏心センサ）７０Ｂと呼ぶ。同様に、一対のショルダボルト５０のうち、上側に位置する一方を上側ショルダボルト５０Ａと呼び、下側に位置する他方を下側ショルダボルト５０Ｂと呼ぶ。さらに、一対の磁気軸受４０のうち、上側に位置する一方を上側磁気軸受４０Ａとよび、下側に位置する他方を下側磁気軸受４０Ｂと呼ぶ。なお、一対の偏心センサ７０は、互いに同形態である。一対のショルダボルト５０は、互いに同形態である。一対の磁気軸受４０は、互いに同形態である。　
（ステータ）　ステータ２０は、中心軸線Ｊを中心とする円環状である。ステータ２０の径方向内側には、ロータ１０が配置される。すなわち、ステータ２０は、ロータ１０を径方向外側から囲む。ステータ２０は、複数のコイル２１と、ステータコア２２と、図示略のインシュレータと、を有する。　
ステータコア２２は、軸方向に沿って積層される複数の電磁鋼板によって構成される。ステータコア２２は、主コア部２３部と、一対の軸受用コア部２４と、を有する。一対の軸受用コア部２４のうち一方は、主コア部２３の上側に配置され、他方は主コア部２３の下側に配置される。主コア部２３は、主にロータ１０にトルクを付与する磁界を発生するために機能する。一方で、軸受用コア部２４は、主にロータ１０を軸方向に保持する磁界を発生するために機能する。　
主コア部２３は、コアバック部２３ａと複数のティース部２３ｂとを有する。コアバック部２３ａは、中心軸線Ｊを中心とする円環状である。コアバック部２３ａの外周面は、ハウジング３０の内周面に固定される。　
ティース部２３ｂは、コアバック部２３ａの径方向内側面から径方向内側に延びる。複数のティース部２３ｂは、コアバック部２３ａの径方向内側面に、周方向に互いに間隔をあけて配置される。本実施形態では、複数のティース部２３ｂが、周方向に等間隔に配列する。ティース部２３ｂには、図示略の絶縁性のインシュレータを介してコイル２１が装着される。　
コイル２１は、ティース部２３ｂに導線が巻き回されることで構成される。本実施形態の回転電機は、三相交流モータである。したがって、コイル２１の数は３の倍数である。複数のコイルには、１２０°毎に位相がずれた交流電流が流される。なお、コイルの相数は、本実施形態に限定されない。　
コイル２１は、上側コイルエンド２１ａと下側コイルエンド２１ｂとを有する。上側コイルエンド２１ａは、コイル２１の一部であり、ティース部２３ｂの上端面より上側に突出する部分である。同様に、下側コイルエンド２１ｂは、コイル２１の一部であり、ティース部２３ｂの下端面より下側に突出する部分である。　
軸受用コア部２４は、軸受用コアバック部２４ａと複数の軸受用ティース部２４ｂとを有する。軸受用コアバック部２４ａは、軸受用コアバック部２４ａと同形状であり、軸方向から見て主コア部２３のコアバック部２３ａに重なる。主コア部２３の上側の軸受用コアバック部２４ａは、上側コイルエンド２１ａの径方向外側に配置される。主コア部２３の下側の軸受用コアバック部２４ａは、下側コイルエンド２１ｂの径方向外側に配置される。　
軸受用ティース部２４ｂは、軸方向から見てティース部２３ｂに重なる。主コア部２３の上側の軸受用ティース部２４ｂは、軸受用コアバック部２４ａの上端部から径方向内側に延びる。主コア部２３の上側の軸受用ティース部２４ｂは、上側コイルエンド２１ａの上側に位置する。主コア部２３の下側の軸受用ティース部２４ｂは、軸受用コアバック部２４ａの下端部から径方向内側に延びる。主コア部２３の下側の軸受用ティース部２４ｂは、下側コイルエンド２１ｂの下側に位置する。　
（ロータ）　ロータ１０は、中心軸線Ｊ周りに回転する。ロータ１０は、シャフト１１と、ロータコア１３と、ロータコア１３の外周面において周方向に沿って並ぶ複数のロータマグネット１２と、一対のスペーサ１９と、一対のマグネット台座部１５と、を有する。　
シャフト１１は、中心軸線Ｊを中心として軸方向に延びる円柱状である。シャフト１１は、中心軸線Ｊを中心とする回転対称形状である。シャフト１１の外周面は、軸方向の中央から上側および下側に向かってそれぞれ複数の段差が配置される。複数の段差面は、シャフト１１の中央に対して上下に対称に配置される。　
ロータコア１３は、シャフト１１の外周面に固定される。ロータコア１３は、シャフト１１の軸方向の中央に配置される。ロータコア１３の外周面には、複数のロータマグネット１２が固定される。　
ロータマグネット１２は、径方向に磁化されている。ロータマグネット１２は、軸方向において２分割されている。すなわち、ロータマグネット１２は、互いに上下に分割される２領域（上側領域および下側領域）を有する。互いに分割される２領域は、Ｎ極およびＳ極の方向（すなわち、磁化方向）が互いに反転している。ロータマグネット１２の上側領域は、下側領域と比較して軸方向寸法が大きい。ロータマグネット１２の上側領域は、径方向において、主コア部２３および上側コイルエンド２１ａと対向する。一方で、ロータマグネット１２の下側領域は、径方向において、下側コイルエンド２１ｂと対向する。　
コイル２１に界磁電流としての交流電流が流されると、ステータ２０とロータ１０との間にロータ１０にトルクを付与する磁場が形成される。これにより、ステータ２０は、ロータ１０を中心軸線Ｊ周りに回転させる。　
また、コイル２１に界磁電流が流されることで、ステータ２０とロータ１０との間にロータ１０を軸方向に支持する磁場が形成される。より具体的には、上側コイルエンド２１ａおよび上側コイルエンド２１ａの上側に位置する軸受用ティース部２４ｂから、径方向に対向するロータマグネット１２の上側領域を引き付ける磁場が生じる。さらに、下側コイルエンド２１ｂおよび下側コイルエンド２１ｂの下側に位置する軸受用ティース部２４ｂから、径方向に対向するロータマグネット１２の下側領域を引き付ける磁場が生じる。これにより、ステータ２０は、ロータ１０を回転可能に軸方向に保持する。すなわち、本実施形態のステータ２０は、コイル２１に電流を流すことで、ロータ１０への能動的な支持力を発生させる能動型磁気軸受として機能する。　
スペーサ１９は、中心軸線Ｊを中心とする円筒状である。スペーサ１９は、ロータコア１３の軸方向一方側（上側）および他方側（下側）にそれぞれ位置する。スペーサ１９は、シャフト１１に挿通される。以下の説明において、一対のスペーサ１９を区別する場合、上側に配置される一方を上側スペーサ１９Ａとよび、下側に配置される他方を下側スペーサ１９Ｂと呼ぶ場合がある。　
スペーサ１９は、それぞれロータコア１３の上側および下側で、ロータコア１３とマグネット台座部１５との間に配置される。スペーサ１９は、ロータコア１３とマグネット台座部１５との間の軸方向の距離を保つ。　
下側スペーサ１９Ｂの径方向外側には、回転角センサ６０の基板６１が配置される。下側スペーサ１９Ｂは、軸方向において、ロータコア１３の下側であってロータコア１３とマグネット台座部１５との間に、基板６１が配置されるスペースを設ける。　
本実施形態によれば、ロータ１０は、一対のスペーサ１９を有するため、それぞれのスペーサ１９の重量比を変えるなどして、ロータ１０の重心Ｇ位置を容易に調整できる。これにより、ロータ１０の偏心回転を抑制できる。さらに、それぞれのスペーサ１９の軸方向寸法を変えることで、スペーサ１９より軸方向の外側においてロータ１０に取り付けられる部材の軸方向位置を調整できる。　
なお、本実施形態のロータ１０では、スペーサ１９が１つの場所に１つずつ配置される場合について説明した。しかしながら、軸方向寸法が小さい複数種類のスペーサ１９を用意し、１つの場所に複数種類のスペーサ１９を軸方向に積層させて配置する構成を採用してもよい。この場合、スペーサ１９の種類の組み合わせによって、多様な軸方向の位置調整が可能となる。　
マ
グネット台座部１５は、磁気軸受４０の内側マグネット４１を保持する。マグネット台座部１５は、中心軸線Ｊを中心とする円環状である。マグネット台座部１５は、シャフト１１に挿通される。また、マグネット台座部１５の内周面は、シャフト１１の外周面に接着剤などによって固定される。なお、マグネット台座部１５は、シャフト１１に設けられる雄ネジにナットを挿入し、当該ナットとシャフト１１の段差面との間で固定されていてもよい。　
マグネット台座部１５は、円筒状のマグネット支持筒部１５ｄと、マグネット支持筒部１５ｄの一端に位置するフランジ部１５ｆと、を有する。マグネット支持筒部１５ｄの外周面には、接着剤などによって内側マグネット４１が固定される。フランジ部１５ｆは、内側マグネット４１の軸方向を向く一面と接触する。フランジ部１５ｆは、マグネット台座部１５に対し内側マグネット４１を軸方向に位置決めする。　
一対のマグネット台座部１５のうち、上側の一方は、上側スペーサ１９Ａの上側に位置し上側スペーサ１９Ａの上端面に接触する。また、一対のマグネット台座部１５のうち、下側の他方は、下側スペーサ１９Ｂの下側に位置し下側スペーサ１９Ｂの下端面に接触する。本実施形態によれば、上側スペーサ１９Ａおよび下側スペーサ１９Ｂの軸方向寸法を変えることで、磁気軸受４０の内側マグネット４１の軸方向位置を調整できる。内側マグネット４１の軸方向位置を調整することで、外側マグネット４２との間に働く反発力のバランスを調整することができ、磁気軸受４０によるシャフト１１の保持を安定させることができる。　
ここで、マグネット台座部１５の軸方向を向く一対の面のうち、スペーサ１９に接触する一方の面を接触面１５ａと呼び、その反対側を向く他方の面を段差面１５ｂと呼ぶ。すなわち、ロータ１０は、軸方向を向く段差面１５ｂを有する。　
段差面１５ｂは、ショルダボルト５０と軸方向に対向する。本実施形態のロータ１０は、ロータマグネット１２の軸方向一方側および他方側にそれぞれ位置する２つのマグネット台座部１５を有する。したがってロータ１０は、ロータマグネット１２の上側に位置し上側を向く段差面１５ｂと、ロータマグネット１２の下側に位置し下側を向く段差面１５ｂと、を有する。　
（磁気軸受）　磁気軸受４０は、内側マグネット４１と外側マグネット４２と、を有する。内側マグネット４１および外側マグネット４２は、それぞれ筒状である。内側マグネット４１は、ロータ１０に固定される。一方で外側マグネット４２は、ハウジング３０に固定される。外側マグネット４２は、内側マグネット４１を径方向外側から囲む。　
内側マグネット４１および外側マグネット４２は、それぞれ軸方向に磁化されている。内側マグネット４１の磁化方向と、当該内側マグネット４１に径方向に対向する外側マグネット４２の磁化方向とは、互いに一致している。　
本実施形態において、１つの磁気軸受４０には、軸方向に並ぶ２つの内側マグネット４１が設けられる。２つの内側マグネット４１の磁化方向は、互いに反転している。同様に、１つの磁気軸受４０には、軸方向に並ぶ２つの外側マグネット４２が設けられており、これら２つの外側マグネット４２の磁化方向は互いに反転している。本実施形態において、上側に位置する内側マグネット４１および外側マグネット４２は、上側がＮ極であり下側がＳ極であり、下側に位置する内側マグネット４１および外側マグネット４２は、上側がＳ極であり下側がＮ極である。　
磁気軸受４０は、内側マグネット４１と外側マグネット４２とが径方向において互いに反発し合うことで、ロータ１０を回転可能に径方向に保持する。このように、本実施形態の磁気軸受４０は、ロータ１０を径方向に保持する受動型の磁気軸受である。　
本実施形態の磁気軸受４０は、ロータマグネット１２の軸方向一方側および他方側にそれぞれ配置される。これにより、一対の磁気軸受４０は、ロータ１０両持ち構造によって保持することが可能となり、ロータ１０を安定的に保持できる。　
図１にはロータ１０の重心Ｇの軸方向位置を表す重心基準線Ｌを示す。ロータ１０の重心Ｇは、重心基準線Ｌと中心軸線Ｊとの交点に配置される。本実施形態において、磁気軸受４０は、ロータ１０の重心Ｇの軸方向一方側および他方側にそれぞれ配置される。このため、一対の磁気軸受４０は、ロータ１０の偏心回転を抑制できる。　
本実施形態において、ロータ１０の重心Ｇから軸方向一方側の磁気軸受４０（上側磁気軸受４０Ａ）までの軸方向の距離寸法ｄ１と、ロータ１０の重心Ｇから軸方向他方側の磁気軸受４０（下側磁気軸受４０Ｂ）までの軸方向の距離寸法ｄ２とは、互いに等しい。ロータ１０が偏心回転する場合、ロータ１０は、重心Ｇに対し上側と下側とが対称に偏心回転する。本実施形態によれば、上述の距離寸法ｄ１、ｄ２を互いに一致させることで、ロータ１０が偏心回転する場合に、一対の磁気軸受４０がロータ１０に及ぼす径方向の支持力を一致させ、しかも力の方向を反対方向とすることができる。これにより、このため、一対の磁気軸受４０によって、ロータ１０の偏心量を低減させることができる。　
なお、ここで「ロータ１０の重心Ｇ」とは、ステータ２０からの磁力によって中心軸線Ｊ周り回転する部分の重心を意味する。本実施形態においては図示されないが、シャフト１１の端部に固定される出力部分をロータ１０の一部として含んで重心Ｇの位置を評価する。一例として、回転電機１がポンプの動力である場合、シャフト１１の端部に固定される出力部分はインペラである。この場合、ロータ１０の重心Ｇの位置は、シャフト１１にインペラを取り付けた状態で評価される。　
（ハウジング）　ハウジング３０は、ハウジング本体３１と、上側マグネット保持部（マグネット保持部）３４と、下側マグネット保持部（マグネット保持部）３７と、一対のショルダボルト保持部（保持部）３５と、上側カバー（カバー）３６と、下側カバー（カバー）３８と、を有する。　
ハウジング本体３１の上側には、上側マグネット保持部３４、ショルダボルト保持部３５、および上側カバー３６が連結される。一方で、ハウジング本体３１の下側には、下側マグネット保持部３７、ショルダボルト保持部３５、および下側カバー３８が連結される。　
ハウジング本体３１は、上下方向に開口する筒状である。ハウジング本体３１は、ステータ保持部３１ａと、ステータ保持部３１ａの上側に位置する上側連結部３１ｂと、ステータ保持部３１ａの下側に位置する下側連結部３１ｃと、を有する。　
ステータ保持部３１ａは、中心軸線Ｊを中心とする筒状である。ステータ保持部３１ａは、ステータコア２２を径方向外側から囲む。これにより、ハウジングは、ステータ２０を支持する。上側連結部３１ｂには、上側マグネット保持部３４が連結される。　
上側マグネット保持部３４は、中心軸線Ｊを中心とする円環状である。上側マグネット保持部３４は、ハウジング本体３１の上側連結部３１ｂに上側からネジ固定される。　
上側マグネット保持部３４には、上面から下側に窪むフランジ収容凹部３４ｐと、フランジ収容凹部３４ｐの底面に開口するマグネット保持孔３４ｈが設けられる。フランジ収容凹部３４ｐは、上側に開口する。フランジ収容凹部３４ｐは、軸方向から見て中心軸線Ｊを中心とする円形である。　
上側マグネット保持部３４のマグネット保持孔３４ｈは、中心軸線Ｊを中心として軸方向に延びる貫通孔である。マグネット保持孔３４ｈには、シャフト１１が挿通させる。マグネット保持孔３４ｈの内周面には、上側磁気軸受４０Ａの外側マグネット４２が接着剤によって固定される。これにより、上側マグネット保持部３４は、外側マグネット４２を保持する。マグネット保持孔３４ｈの内周面には、上側を向くマグネット支持面３４ｋが設けられる。マグネット支持面３４ｋは、外側マグネット４２の下面に接触する。外側マグネット４２がマグネット支持面３４ｋに接触することで、外側マグネット４２は、ハウジング３０に対し軸方向に位置決めされる。　
下側マグネット保持部３７は、中心軸線Ｊを中心とする円環状である。下側マグネット保持部３７は、ハウジング本体３１の下側連結部３１ｃに下側からネジ固定される。　
下側マグネット保持部３７には、下面から上側に窪むフランジ収容凹部３７ｐと、フランジ収容凹部３７ｐの底面に開口するマグネット保持孔３７ｈが設けられる。フランジ収容凹部３７ｐは、下側に開口する。フランジ収容凹部３７ｐは、軸方向から見て中心軸線Ｊを中心とする円形である。　
下側マグネット保持部３７のマグネット保持孔３７ｈは、中心軸線Ｊを中心として軸方向に延びる貫通孔である。マグネット保持孔３７ｈには、シャフト１１が挿通させる。マグネット保持孔３７ｈの内周面には、下側磁気軸受４０Ｂの外側マグネット４２が接着剤によって固定される。これにより、下側マグネット保持部３７は、外側マグネット４２を保持する。マグネット保持孔３７ｈの内周面には、下側を向くマグネット支持面３７ｋが設けられる。マグネット支持面３７ｋは、外側マグネット４２の上面に接触する。外側マグネット４２がマグネット支持面３７ｋに接触することで、外側マグネット４２は、ハウジング３０に対し軸方向に位置決めされる。　
下側マグネット保持部３７とハウジング本体３１との間には、径方向内外に貫通する貫通孔部３０ｈが設けられる。貫通孔部３０ｈの内部には、回転角センサ６０の基板６１の一部である延出部６１ｂが配置される。　
一対のショルダボルト保持部３５のうち、一方は上側マグネット保持部３４に固定され、他方は下側マグネット保持部３７に固定される。一対のショルダボルト保持部３５は、互いに同形態である。　
ショルダボルト保持部３５は、ナット部３５ｄと、ナット部３５ｄの軸方向一端に位置する固定フランジ部３５ｆとを有する。ナット部３５ｄは、中心軸線Ｊを中心とする円筒状である。すなわち、ナット部３５ｄは、中心軸線Ｊを中心として軸方向に延びる。ナット部３５ｄは、内周面に雌ネジが設けられるネジ孔３５ｈを有する。ナット部３５ｄのネジ孔３５ｈには、ショルダボルト５０が挿入される。これにより、ショルダボルト保持部３５は、ショルダボルト５０を保持する。すなわち、ショルダボルト保持部３５は、ハウジング３０に保持される。　
以下の説明において、一対のショルダボルト保持部３５のうち、上側に位置する一方を上側ショルダボルト保持部３５Ａと呼び、下側に位置する他方を下側ショルダボルト保持部３５Ｂと呼ぶ場合がある。　
上側ショルダボルト保持部３５Ａにおいて、固定フランジ部３５ｆは、ナット部３５ｄの下端部から径方向外側に延びる。一方で、下側ショルダボルト保持部３５Ｂにおいて、固定フランジ部３５ｆは、ナット部３５ｄの上端部から径方向外側に延びる。　
上側ショルダボルト保持部３５Ａの固定フランジ部３５ｆは、上側マグネット保持部３４に上側からネジ固定される。すなわち、上側ショルダボルト保持部３５Ａは、上側マグネット保持部３４に固定される。上側ショルダボルト保持部３５Ａの固定フランジ部３５ｆは、上側マグネット保持部３４のフランジ収容凹部３４ｐ内に配置される。　
一方で、下側ショルダボルト保持部３５Ｂの固定フランジ部３５ｆは、下側マグネット保持部３７に下側からネジ固定される。すなわち、下側ショルダボルト保持部３５Ｂは、下側マグネット保持部３７に固定される。下側ショルダボルト保持部３５Ｂの固定フランジ部３５ｆは、下側マグネット保持部３７のフランジ収容凹部３７ｐ内に配置される。　
上側ショルダボルト保持部３５Ａは、固定フランジ部３５ｆにおいて、上側磁気軸受４０Ａの外側マグネット４２の上端面（軸方向を向く端面）の少なく
とも一部を覆う。同様に、下側ショルダボルト保持部３５Ｂは、固定フランジ部３５ｆにおいて、下側磁気軸受４０Ｂの外側マグネット４２の下端面（軸方向を向く端面）の少なくとも一部を覆う。このため、上側ショルダボルト保持部３５Ａおよび下側ショルダボルト保持部３５Ｂは、それぞれ外側マグネット４２が軸方向に離脱することを抑制する。　
固定フランジ部３５ｆの下面には、軸方向に開口する凹部３５ｇが設けられる。凹部３５ｇは、底面（隙間対向面）３５ｂを有する。凹部３５ｇの底面３５ｂは、内側マグネット４１に隙間を介して軸方向に対向する。固定フランジ部３５ｆに凹部３５ｇが設けられることで、固定フランジ部３５ｆと内側マグネット４１との間に隙間が設けられ固定フランジ部３５ｆと内側マグネット４１との干渉が抑制される。　
凹部３５ｇは、軸方向から見て中心軸線Ｊを中心とする円形である。なお、上側ショルダボルト保持部３５Ａの凹部３５ｇは下側に開口し、下側ショルダボルト保持部３５Ｂの凹部３５ｇは上側に開口する。また、上側ショルダボルト保持部３５Ａの凹部３５ｇの底面３５ｂは下側を向き、下側ショルダボルト保持部３５Ｂの凹部３５ｇの底面３５ｂは上側を向く。底面３５ｂには、ナット部３５ｄのネジ孔３５ｈが開口する。　
上側カバー３６は、上側マグネット保持部３４の上側に位置する。上側カバー３６は、中心軸線Ｊを中心とする筒状である。上側カバー３６は、上カバー筒部３６ａと、上カバー底部３６ｂと、上カバーフランジ部３６ｆと、を有する。　
上カバー筒部３６ａは、中心軸線Ｊを中心として軸方向に延びる円筒状である。上カバー底部３６ｂは、上カバー筒部３６ａの上端から径方向内側に延びる。上カバー筒部３６ａは、中心軸線Ｊに直交する平面に沿う板状である。上カバー筒部３６ａの中央には、シャフト１１を挿通させるシャフト挿通孔３６ｈが設けられる。　
上カバーフランジ部３６ｆは、上カバー筒部３６ａの下端から径方向外側に延びる。上カバーフランジ部３６ｆは、上側マグネット保持部３４にネジ固定される。上カバーフランジ部３６ｆの一部は、フランジ収容凹部３４ｐ内に配置された固定フランジ部３５ｆに重なる。　
本実施形態によれば、上側ショルダボルト保持部３５Ａは、軸方向において、上側マグネット保持部３４と上側カバー３６とに挟み込まれる。このため、ショルダボルト保持部３５の保持が、上側マグネット保持部３４と上側カバー３６とによってより確実なものとなる。また、ショルダボルト保持部３５の寸法を調整することで、ネジを用いることなくショルダボルト保持部３５を上側マグネット保持部３４に固定する固定構造を採用することも可能となる。　
下側カバー３８は、下側マグネット保持部３７の下側に位置する。下側カバー３８は、中心軸線Ｊを中心とする筒状である。下側カバー３８は、下カバー筒部３８ａと、下カバー底部３８ｂと、下カバーフランジ部３８ｆと、を有する。　
下カバー筒部３８ａは、中心軸線Ｊを中心として軸方向に延びる円筒状である。下カバー底部３８ｂは、下カバー筒部３８ａの下端から径方向内側に延びる。下カバー筒部３８ａは、中心軸線Ｊに直交する平面に沿う板状である。下カバー筒部３８ａの中央には、シャフト１１を挿通させるシャフト挿通孔３８ｈが設けられる。　
下カバーフランジ部３８ｆは、下カバー筒部３８ａの下端から径方向外側に延びる。下カバーフランジ部３８ｆは、下側マグネット保持部３７にネジ固定される。下カバーフランジ部３８ｆの一部は、フランジ収容凹部３７ｐ内に配置された固定フランジ部３５ｆに重なる。すなわち、ショルダボルト保持部３５は、軸方向において、下側マグネット保持部３７と下側カバー３８とに挟み込まれる。このため、下側ショルダボルト保持部３５Ｂは、上側ショルダボルト保持部３５Ａと同様に、下側マグネット保持部３７と下側カバー３８とによって確実に保持される。　
上側カバー３６および下側カバー３８は、それぞれ偏心センサ７０およびショルダボルト５０を覆う。これにより、上側カバー３６および下側カバー３８は、偏心センサ７０およびショルダボルト５０を保護し、他部材との衝突などに伴う損傷を抑制することができる。また、上側カバー３６および下側カバー３８は、ショルダボルト５０が他の部材と接触して軸方向に移動してしまうことを抑制できる。なお、ショルダボルト５０の操作は、上側カバー３６および下側カバー３８を外して行う。　
（ショルダボルト（位置調整部材））　ショルダボルト５０は、軸部５０ｂと頭部５０ｃとを有する。軸部５０ｂは、中心軸線Ｊを中心として軸方向に延びる。軸部５０ｂの外周面には、雄ネジ５０ｐが設けられる。雄ネジ５０ｐは、ショルダボルト保持部３５のネジ孔３５ｈに挿入される。これにより、ショルダボルト５０は、ショルダボルト保持部３５に保持される。また、ショルダボルト５０は、軸部５０ｂを回転させることで、ショルダボルト保持部３５に対して軸法に移動する。　
頭部５０ｃは、軸部５０ｂの一端に配置される。頭部５０ｃは、軸部５０ｂの外周面にから径方向外側にフランジ状に延びる。頭部５０ｃの外周面は、軸方向から見て六角形状である。頭部５０ｃは、スパナ等を用いてショルダボルト５０を回転させるために設けられる。　
ショルダボルト５０は、頭部５０ｃの先端に位置し軸方向を向く対向面５０ａを有する。上側ショルダボルト５０Ａの対向面５０ａは、下側を向く。一方で、下側ショルダボルト５０Ｂの対向面５０ａは、上側を向く。対向面５０ａは、軸方向において、ロータ１０の段差面１５ｂに対向する。　
本実施形態のロータ１０は、ステータ２０のコイル２１に界磁電流を流すことでステータ２０に対して軸方向に保持される。ロータ１０は、回転電機１の起動前には軸方向に保持されない。このため、ロータ１０は、磁気軸受４０の磁力および重力によって軸方向の何れか一方側に偏った状態で支持される。起動前のロータ１０は、上側の段差面１５ｂが上側ショルダボルト５０Ａの対向面５０ａに接触するか、又は下側の段差面１５ｂが下側ショルダボルト５０Ｂの対向面５０ａに接触するかの、何れかの状態でハウジング３０に支持される。　
本実施形態のショルダボルト５０は、回転させることでハウジング３０に対し軸方向に移動する。起動前の回転電機１において、ロータ１０の段差面１５ｂに接触する一方のショルダボルト５０を軸方向に移動させると、ロータ１０はショルダボルト５０とともに軸方向に移動する。　
ロータ１０は、軸方向において特定の位置の範囲（浮上可能範囲）内に配置しなければ、起動時にステータ２０からロータ１０に付与される支持力がロータ１０を浮上させることができない。　
本実施形態によれば、ショルダボルト５０を移動させることで、ロータ１０を浮上可能範囲内に移動できる。すなわち、ロータマグネット１２の磁力の個体差に応じて、ロータ１０の起動前の位置を調整することができ、ロータマグネット１２の個体差に関わらず回転電機１を円滑に起動することができる。　
なお、ロータ１０の浮上可能範囲は、主にロータマグネット１２の磁力の個体差に起因して決まる。このため、ショルダボルト５０によるロータ１０の起動前の位置は、一度調整した後は、原則として再調整の必要はない。しかしながら、回転電機１の使用環境によって、ロータマグネット１２に減磁が生じた場合などには、再調整が必要となる。　
本実施形態によれば、位置調整部材としてショルダボルト５０を採用したことで、起動前のロータ１０の位置をショルダボルト５０の回転によって容易に行うことができる。本実施形態によれば、ショルダボルト５０を回転させるのみでロータ１０の位置を調整できるため、再調整が必要な場合であっても、作業者がこれを容易に行うことができる。　
なお、本実施形態では、位置調整部材として、ネジ機構によって軸方向に移動するショルダボルト５０を採用する場合について説明した。しかしながら、位置調整部材は、他の構成であってもよい。例えば、シムを挟み込むことで軸方向に位置調整する部材を位置調整部材として採用してもよい。　
また、本実施形態の回転電機１によれば、ショルダボルト５０は、ロータマグネット１２の軸方向一方側（上側）および他方側（下側）にそれぞれ位置する。また、一対のショルダボルト５０は、軸方向において反対側を向く対向面５０ａをそれぞれ有する。すなわち、本実施形態によれば、一対のショルダボルト５０によって、浮上可能範囲の上端位置と下端位置とをそれぞれ調整できる。このため、起動前のロータ１０が、軸方向の一方側および他方側の何れの方向に偏る場合においても、回転電機１を円滑に起動させることができる。　
加えて、本実施形態によれば、一方のショルダボルト５０によるロータ１０の位置調整に伴い、他方のショルダボルト５０の対向面５０ａとロータ１０の段差面１５ｂとの隙間が極端に狭くなる場合に、他方のショルダボルト５０を調整して隙間を十分に広く確保することもできる。これにより、ショルダボルト５０とロータ１０との干渉を確実に抑制して、ロータ１０の円滑な回転を確保することができる。　
本実施形態によれば、ショルダボルト５０は、ショルダボルト保持部３５に設けられる凹部３５ｇの底面３５ｂから下側に突出する。本実施形態によれば、ショルダボルト保持部３５に凹部３５ｇが設けられるため、底面３５ｂとロータ１０の段差面１５ｂの間に隙間を設けショルダボルト保持部３５の調整代を確保できる。　
ショルダボルト５０には、軸方向に貫通する中央孔５０ｈが設けられる。中央孔５０ｈは、中心軸線Ｊを中心として軸方向に延びる。中央孔５０ｈには、シャフト１１が通過する。中央孔５０ｈは、ショルダボルトの軸方向中程で、内径が小さくなる小径部５０ｓが設けられている。中央孔５０ｈの内周面とシャフト１１の外周面との間の隙間は、小径部５０ｓにおいて最も狭くなる。　
本実施形態によれば、ショルダボルト５０の中央孔５０ｈにシャフト１１が通過するために、中央孔５０ｈの内側面とシャフト１１との干渉によってシャフト１１の傾きが大きくなりすぎることを抑制できる。これにより、シャフト１１に偏心が生じた場合であっても、ロータマグネット１２とステータ２０との干渉、および磁気軸受４０における内側マグネット４１と外側マグネット４２の干渉などを抑制できる。　
本実施形態の中央孔５０ｈは、小径部５０ｓにおいて、シャフト１１との隙間を狭くしている。このため、シャフト１１の傾きをより効果的に抑制できる。さらに、小径部５０ｓの内周面とシャフト１１の外周面との間の隙間を、磁気軸受４０の内側マグネット４１と外側マグネット４２との間の隙間より狭くしてもよい。この場合、内側マグネット４１と外側マグネット４２の干渉をより確実に抑制できる。　
本実施形態の中央孔５０ｈには、軸方向の一方側に内径を大きくする大径開口５０ｋが設けられる。大径開口５０ｋは、軸方向から見て中心軸線Ｊを中心とする円形である。　
（回転角センサ）　回転角センサ６０は、ステータ２０の下側に位置する。回転角センサ６０は、ロータマグネット１２の磁場を検出しロータ１０の回転角を測定する。　
回転角センサ６０は、中心軸線Ｊと直交する平面に沿って延びる基板６１と、基板に実装される複数（本実施形態では６個）の磁場検出素子（磁場検出部）６２と、基板６１および磁場検出素子６２を覆い保護するセンサホルダ６８と、ハーネス端子が接続されるコネクタ６９と、を有する。　
図２は、回転角センサ６０の斜視図である。なお、図２において、センサホルダ６８およびコネクタ６９の図示を省略する。　
基板６１は、中心軸線Ｊを中心とする円環状の円環部６１ａと、円環部６１ａの外縁から径方向外側に延び
る延出部６１ｂと、延出部６１ｂの先端に位置する端子配置部６１ｃと、を有する。円環部６１ａは、シャフト１１を径方向外側から囲む。円環部６１ａには、６個の磁場検出素子６２が実装される。　
図１に示すように、円環部６１ａは、ハウジング３０の内部に配置される。基板６１の延出部６１ｂは、ハウジング３０の外周面を貫通する貫通孔部３０ｈに配置される。このため、延出部６１ｂは、ハウジング３０の内外に跨るように延びる。さらに、端子配置部６１ｃは、ハウジング３０の外部に配置される。端子配置部６１ｃには、コネクタ６９が実装される。　
磁場検出素子６２は、例えばホール素子である。磁場検出素子６２は、基板６１の上面に実装される。磁場検出素子６２は、軸方向において基板６１からロータマグネット１２側（すなわち、上側）に向かって延びる。本実施形態の６個の磁場検出素子６２は、周方向に沿って等間隔に並ぶ。それぞれの磁場検出素子６２の先端は、周方向に沿って並ぶ軸受用ティース部２４ｂの間に配置される。磁場検出素子６２は、ロータマグネット１２の下側領域と径方向に対向する。それぞれの磁場検出素子６２は、ロータマグネット１２の磁場を検出する。　
本実施形態の回転角センサ６０によれば、ロータマグネット１２の磁場の変化を基にロータ１０の回転角を測定する。このため、回転角を検出するためのマグネットを別途用意する必要がなく、部品点数を削減できる。　
本実施形態の回転角センサ６０は、磁場検出素子６２がロータマグネット１２側に延び出る。このため、磁場検出素子６２をロータマグネット１２に近づけることができ、回転角センサ６０の検出精度を高めることができる。　
（偏心センサ）　上側偏心センサ７０Ａは、ロータマグネット１２の上側に位置する。上側偏心センサ７０Ａは、シャフト１１の上端部の近傍に配置される。一方で下側偏心センサ７０Ｂは、ロータマグネット１２の下側に位置する。下側偏心センサ７０Ｂは、シャフト１１の下端部の近傍に配置される。　
上側偏心センサ７０Ａおよび下側偏心センサ７０Ｂは、シャフト１１の上端部および下端部の径方向の変位を検出する。すなわち、上側偏心センサ７０Ａおよび下側偏心センサ７０Ｂは、シャフト１１の偏心を測定する。　
偏心センサ７０は、ロータ１０に固定されるセンサ用マグネット７７と、ハウジング３０に固定されるセンサ本体部７６と、を有する。センサ用マグネット７７とセンサ本体部７６とは、軸方向対向する。上側偏心センサ７０Ａにおいて、センサ本体部７６は、センサ用マグネット７７の上側に位置し、上カバー底部３６ｂに固定される。下側偏心センサ７０Ｂにおいて、センサ本体部７６は、センサ用マグネット７７の下側に位置し、下カバー底部３８ｂに固定される。　
センサ本体部７６は、センサ基板７１と、複数（本実施形態では４個）の磁場検出素子（磁場検出部）７２と、第１センサカバー７８と、第２センサカバー７９と、ハーネス端子が接続されるコネクタ（図示略）と、を有する。センサ基板７１は、中心軸線Ｊと直交する平面に沿って延びる。磁場検出素子７２は、センサ基板７１に実装される。第１センサカバー７８は、センサ基板７１の一方の面を覆い保護する。第２センサカバー７９は、センサ基板７１の他方の面および磁場検出素子７２を覆い保護する。　
センサ用マグネット７７は、シャフト１１に固定される。センサ用マグネット７７は、シャフト１１ともに中心軸線Ｊ周りを回転する。上側偏心センサ７０Ａのセンサ用マグネット７７は、シャフト１１の上端部であって、上側ショルダボルト５０Ａより上側に位置する。下側偏心センサ７０Ｂのセンサ用マグネット７７は、シャフト１１の下端部であって、下側ショルダボルト５０Ｂより下側に位置する。　
図３は、偏心センサ７０の斜視図である。なお、図３において、第１センサカバー７８および第２センサカバー７９の図示を省略する。　センサ基板７１は、軸方向から見て中心軸線Ｊを中心とする円環状である。センサ基板７１は、シャフト１１を径方向外側から囲む。　
磁場検出素子７２は、センサ基板７１を介してハウジング３０に固定される。磁場検出素子７２は、例えばホール素子である。上側偏心センサ７０Ａの磁場検出素子７２は、センサ基板７１の下面に実装される。一方で、下側偏心センサ７０Ｂの磁場検出素子７２は、センサ基板７１の上面に実装される。　
本実施形態の４個の磁場検出素子７２は、周方向に沿って等間隔に並ぶ。磁場検出素子７２は、軸方向においてセンサ用マグネット７７と対向する。磁場検出素子７２は、センサ用マグネット７７の磁場を検出する。本実施形態の偏心センサ７０は、４個の磁場検出素子７２を有するため、シャフト１１の偏心を高精度で測定することができる。　
本実施形態の回転電機１によれば、ロータマグネット１２の軸方向一方側および他方側にそれぞれ偏心センサ７０が配置される。本実施形態によれば、一対の偏心センサ７０を用いて、シャフト１１の中心軸線Ｊに対する位置ずれのみならずシャフト１１の傾きを三次元的に測定することができる。　
本実施形態において、ロータ１０の重心Ｇから上側偏心センサ７０Ａまでの軸方向の距離寸法ｄ３と、ロータ１０の重心Ｇから下側偏心センサ７０Ｂまでの軸方向の距離寸法ｄ４とは、互いに等しい。本実施形態によれば、上側偏心センサ７０Ａにおけるシャフト１１の偏心量の測定結果と下側偏心センサ７０Ｂにおけるシャフト１１の偏心量の測定結果とを等価に扱うことができる。本実施形態によれば、ロータ１０の偏心を解消するための制御が容易となる。　
（制御部）　制御部９０は、ステータ２０、回転角センサ６０、上側偏心センサ７０Ａ、および下側偏心センサ７０Ｂに電気的に接続される。また、制御部９０は、図示略の電源に接続される。　
制御部９０とステータ２０とは、電源線によって接続される。一方で、制御部９０と、回転角センサ６０、上側偏心センサ７０Ａ、および下側偏心センサ７０Ｂとは、信号線によって接続される。制御部９０は、回転角センサ６０、上側偏心センサ７０Ａ、および下側偏心センサ７０Ｂから受け取った測定結果を基に、ステータ２０を制御する。　
制御部９０は、電源から供給される電流を三相の交流電流に変換するインバータを有する。制御部９０は、制御部９０は、回転角センサ６０におけるロータ１０の回転角の測定結果を基に、コイル２１に流す交流電流を制御する。より具体的には、ロータ１０の回転角の測定結果からロータ１０の回転速度を算出し、コイル２１に流す交流電流の周波数を制御する。　
また、制御部９０は、上側偏心センサ７０Ａ、および下側偏心センサ７０Ｂによるロータ１０の偏心の測定結果を基に、コイル２１に流す界磁電流を制御してロータ１０の偏心回転を抑制する。すなわち、偏心量に応じて、コイル２１に流す交流電流の振幅、周波数などを調整し、ロータ１０の偏心を打ち消すような偏心をロータ１０に生じさせる。これにより、制御部９０は、ロータ１０の偏心を抑制する。これにより、ロータ１０の回転効率を高めることができる。また、ロータ１０の偏心に伴うロータ１０とステータ２０の干渉、および磁気軸受４０の内側マグネット４１と外側マグネット４２の干渉を抑制でき、回転電機１の信頼性を高めることができる。　
本実施形態によれば、回転電機１は、制御部９０に接続される偏心センサ７０を有する。制御部９０は、偏心センサ７０によるロータ１０の偏心の状態をモニタリングして、ロータ１０の偏心を監視できる。これにより、ロータ１０の偏心量が大きくなりすぎた場合に、コイル２１に流す電流を停止させて、ロータ１０の回転を停止させるなどの制御も可能となる。結果的に、ロータ１０の偏心に伴う各部の干渉を抑制でき、回転電機１の信頼性を高めることができる。　
以上に、本発明の実施形態およびその変形例を説明したが、実施形態および変形例における各構成およびそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換およびその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態およびその変形例によって限定されることはない。
１…回転電機、１０…ロータ、１１…シャフト、１２…ロータマグネット、１５ｂ…段差面、１９…スペーサ、２０…ステータ、２１…コイル、３０…ハウジング、３４…上側マグネット保持部（マグネット保持部）、３５…ショルダボルト保持部（保持部）、３５ｂ…底面（隙間対向面）、３５ｄ…ナット部、３６…上側カバー（カバー）、３７…下側マグネット保持部（マグネット保持部）、３８…下側カバー（カバー）、４０…磁気軸受、４１…内側マグネット、４２…外側マグネット、５０…ショルダボルト（位置調整部材）、５０ａ…対向面、５０ｈ…中央孔、５０ｐ…雄ネジ、６０…回転角センサ、６１…基板、６２，７２…磁場検出素子（磁場検出部）、７０…偏心センサ、７０Ａ…上側偏心センサ（第１偏心センサ）、７０Ｂ…下側偏心センサ（第２偏心センサ）、７７…センサ用マグネット、９０…制御部、ｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ４…距離寸法、Ｇ…重心、Ｊ…中心軸線

Claims (9)

  1. 中心軸線を中心として軸方向に延びるシャフト、および周方向に沿って並ぶ複数のロータマグネットを有し、前記中心軸線周りに回転するロータと、

    　コイルを有し前記ロータを径方向外側から囲むステータと、

    　前記ステータを支持するハウジングと、

    　前記ロータマグネットの軸方向一方側および他方側にそれぞれ位置する一対の磁気軸受と、

    　前記ステータの軸方向一方側又は他方側に位置し前記ロータマグネットの磁場を検出し前記ロータの回転角を測定する回転角センサと、

    　前記ロータマグネットの軸方向一方側に位置し前記シャフトの偏心を測定する第１偏心センサと、

    　前記コイルに流す電流を制御する制御部と、を備え、

    　前記ステータは、前記コイルに界磁電流が流されることで前記ロータを回転可能に軸方向に保持し、

    　前記磁気軸受は、前記ロータを回転可能に径方向に保持し、

    　前記制御部は、前記第１偏心センサの出力結果を基に前記界磁電流を制御する、回転電機。
  2. 前記ロータマグネットの軸方向他方側に位置し前記シャフトの偏心を測定する第２偏心センサを備える、請求項１に記載の回転電機。
  3. 前記ロータの重心から前記第１偏心センサまでの軸方向の距離寸法と、前記ロータの重心から前記第２偏心センサまでの軸方向の距離寸法とは、互いに等しい、請求項２に記載の回転電機。
  4. 前記ロータは、前記ロータマグネットの軸方向一方側および他方側にそれぞれ位置し前記シャフトに挿通される円筒状のスペーサを有する、請求項３に記載の回転電機。
  5. 前記第１偏心センサは、

    　　前記シャフトに固定されるセンサ用マグネットと、

    　　前記ハウジングに固定され軸方向において前記センサ用マグネットと対向して前記センサ用マグネットの磁場を検出する磁場検出部と、を有する、請求項１～４の何れか一項に記載の回転電機。
  6. 前記第１偏心センサは、４個の前記磁場検出部を有する、請求項５に記載の回転電機。
  7. 前記ハウジングは、中心軸線を中心とする筒状のカバーを有し、　前記第１偏心センサは、カバーに覆われる、請求項１～６の何れか一項に記載の回転電機。
  8. 前記回転角センサは、

    　　中心軸線と直交する平面に沿って延びる基板と、

    　　前記基板から軸方向において前記ロータマグネット側に向かって延び周方向に沿って並ぶ複数の磁場検出部を有する、請求項１～７の何れか一項に記載の回転電機。
  9. 前記ロータは、前記シャフトに挿通される円筒状のスペーサを有し、

    　前記基板は、前記スペーサの径方向外側に配置される、請求項８に記載の回転電機。
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