WO2023163153A1 - 磁気浮上式電動機および磁気浮上式ポンプ - Google Patents
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- H02K7/08—Structural association with bearings
- H02K7/09—Structural association with bearings with magnetic bearings
Definitions
- the present invention relates to a magnetically levitated electric motor and a magnetically levitated pump.
- Patent Document 1 As a bearingless motor that supports the rotating shaft without mechanical contact with the casing, a magnetic levitation electric motor that supports the rotating shaft by magnetically levitating it is known (see, for example, Patent Document 1).
- the magnetically levitated electric motor described in Patent Document 1 has one axial direction ( ⁇ -axis direction) and four radial directions ( ⁇ -axis direction, ⁇ -axis direction) in order to control the floating position of the rotating shaft with respect to the casing. , ⁇ -axis, and ⁇ -axis) are actively controlled.
- it is necessary to actively control each of the five axes, which increases the manufacturing cost. Therefore, so-called one-axis control, in which only one axis in the thrust direction is actively controlled and four axes in the radial direction are passively controlled, is being studied.
- FIG. 22 is a cross-sectional view of a magnetic levitation motor in which conventional single-axis control is performed.
- This magnetically levitated electric motor includes a casing 90 , and a rotating shaft 91 and a motor section 92 arranged in the casing 90 .
- the motor section 92 has a stator 92 a provided in the axial center portion within the casing 90 and a rotor 92 b provided at a position facing the stator 92 a on the rotating shaft 91 .
- the magnetically levitated electric motor further includes a pair of support coils 93 and a pair of annular fixed permanent magnets 94 provided in the casing 90 and a pair of annular rotating permanent magnets 95 attached to the rotating shaft 91.
- the fixed permanent magnets 94 are provided at both axial ends of the casing 90 .
- the rotating permanent magnets 95 are provided at both axial ends of the rotating shaft 91 so as to face the fixed permanent magnets 94 .
- the fixed permanent magnet 94 and the rotating permanent magnet 95 facing each other are magnetized so that a repulsive force is generated in the radial direction. This repulsive force acts on the rotating shaft 91 as a radial supporting force that supports the rotating shaft 91 with respect to the casing 90 in a non-contact manner.
- the support coils 93 are arranged on both sides of the stator 92a in the axial direction, and are wound around the rotating shaft 91 in the circumferential direction.
- a current is applied to the support coil 93 , the magnetic flux generated by the support coil 93 is superimposed on the magnetic fluxes of the fixed permanent magnet 94 and the rotating permanent magnet 95 . occurs. Due to the unevenness of the magnetic flux density, a supporting force for supporting the rotating shaft 91 in the thrust direction is generated.
- one axis of the rotating shaft 91 in the thrust direction can be actively controlled by controlling the current applied to the support coil 93 .
- the four radial axes of the rotary shaft 91 can be passively controlled by the repulsive force generated between the fixed permanent magnet 94 and the rotating permanent magnet 95 .
- a partition wall for protecting the casing 90 and the rotating shaft 91 from transfer fluid is provided between the fixed permanent magnet 94 and the rotating permanent magnet 95. placed. Therefore, it is necessary to form a large gap (clearance) between the fixed permanent magnet 94 and the rotating permanent magnet 95 . If the gap is increased, the repulsive force (magnetic force) between the fixed permanent magnet 94 and the rotating permanent magnet 95 is weakened, and the supporting force of the rotary shaft 91 in the radial direction is reduced. Therefore, in order to widen the gap, it is necessary to increase the repulsive force between the fixed permanent magnet 94 and the rotating permanent magnet 95 in order to secure the supporting force of the rotating shaft 91 in the radial direction.
- the present invention includes a casing made of a magnetic material, a rotating shaft arranged in the casing and rotatable around a predetermined axis, a stator provided in the casing, and a rotor facing the stator.
- a motor section having a rotor provided on the rotating shaft, a fixed permanent magnet section provided on the casing, and the fixed permanent magnet section provided on the rotating shaft facing the fixed permanent magnet section.
- a rotating permanent magnet portion that supports the rotating shaft in a non-contact manner in a radial direction perpendicular to the axis by a repulsive force; a support coil provided in the casing and wound around the axis; a control unit that controls the current flowing through the support coil and superimposes the magnetic flux generated by the support coil on each of the magnetic fluxes of the fixed permanent magnet portion and the rotating permanent magnet portion to apply a support force in the thrust direction along the axis to the rotating shaft;
- the stationary permanent magnet portion includes a pair of annular first stationary magnets arranged in the thrust direction with the stator interposed therebetween and magnetized in the radial direction, and each of the first stationary magnets.
- the magnetically levitated electric motor has a pair of annular second rotating permanent magnets arranged opposite to each magnet and magnetized in the opposite direction to the second fixed permanent magnet in the radial direction.
- the repulsive force between the first fixed permanent magnet and the first rotating permanent magnet and the repelling force between the second fixed permanent magnet and the second rotating permanent magnet cause the rotation axis to move in the radial direction.
- the supporting force in the radial direction can be increased as compared with the conventional case where the rotating shaft is supported only by the repulsive force between one set of fixed permanent magnets and one set of rotating permanent magnets. Therefore, even if the gap (clearance) between the fixed permanent magnet portion and the rotating permanent magnet portion becomes large, it is possible to secure the supporting force in the radial direction of the rotating shaft.
- the magnetic flux generated by the support coil is superimposed on the magnetic flux of one of the first fixed permanent magnet and the second fixed permanent magnet on each side in the thrust direction with the stator interposed therebetween, and is canceled by the magnetic flux of the other. It is superimposed on the magnetic flux of one of the one-rotation permanent magnet and the second-rotation permanent magnet and canceled by the other magnetic flux. As a result, the magnetic flux densities of the magnetic field become uneven on both sides in the thrust direction. As a result, the magnetic flux generated by the support coil flows between the superimposed first stationary permanent magnet and the second rotating permanent magnet (or between the superimposed second stationary permanent magnet and the first rotating permanent magnet), A supporting force for supporting the rotating shaft in the thrust direction can be generated.
- each leakage magnetic flux from the first and second rotating permanent magnets can be reduced.
- the magnetic flux density of the magnetic flux flowing through the gap is increased, the supporting force in the thrust direction can be increased.
- the fixed permanent magnet section is arranged adjacent to the stator side of each of the first fixed permanent magnets and adjacent to the side opposite to the stator side of each of the second fixed permanent magnets. It further has a pair of annular third fixed permanent magnets arranged and magnetized in directions opposite to each other in the thrust direction, wherein the rotating permanent magnet section is arranged to face each of the pair of third fixed permanent magnets. Further, it is preferable to further include a pair of annular third rotating permanent magnets magnetized in the opposite directions to each other in the thrust direction and magnetized in the same direction as the facing third fixed permanent magnets.
- the repulsive force between the third fixed permanent magnet and the third rotating permanent magnet can further increase the supporting force in the radial direction of the rotating shaft.
- the third fixed permanent magnet moves the first (or second) fixed permanent magnet to the second (or 1) Since the magnetic flux easily flows to the fixed permanent magnet, it is possible to further reduce the leakage magnetic flux from the first and second fixed permanent magnets.
- the third rotating permanent magnet facilitates the flow of magnetic flux from the first (or second) rotating permanent magnet to the second (or first) rotating permanent magnet. Each leakage flux from the rotating permanent magnet can be further reduced. This further increases the magnetic flux density of the magnetic flux flowing through the gap, thereby further increasing the supporting force in the thrust direction.
- the fixed permanent magnet section is arranged adjacent to the opposite side of each of the first fixed permanent magnets, and includes a pair of annular fourth fixed permanent magnets magnetized in directions opposite to each other in the thrust direction. , a pair of annular fifth fixed permanent magnets arranged adjacent to the stator side of each of the second fixed permanent magnets and magnetized in directions opposite to each other in the thrust direction;
- the fourth fixed permanent magnet is magnetized in the opposite direction to the third fixed permanent magnet adjacent to the stator side of the adjacent first fixed permanent magnet, and each of the fifth fixed permanent magnets It is preferable that the third fixed permanent magnet is magnetized in the opposite direction to the third fixed permanent magnet adjacent to the opposite side of the second fixed permanent magnet.
- the fixed permanent magnet section has a gap from the fourth fixed permanent magnet to the rotating permanent magnet section (or the first fixed permanent magnet).
- a loop-shaped magnetic flux is generated that flows in the order of ⁇ the first fixed permanent magnet (or the gap with the rotating permanent magnet section) ⁇ the fourth fixed permanent magnet.
- the fifth fixed permanent magnet ⁇ the gap with the rotating permanent magnet section (or the second fixed permanent magnet) ⁇ the second fixed permanent magnet (or the gap with the rotating permanent magnet section) ⁇ the fifth fixed permanent magnet.
- a loop-shaped magnetic flux is generated that flows in the order of the magnet. This further increases the magnetic flux density of the magnetic flux flowing through the gap, thereby further increasing the supporting force in the thrust direction.
- the rotating permanent magnet section is arranged to face each of the pair of fourth fixed permanent magnets, is magnetized in opposite directions in the thrust direction, and is magnetized in the same direction as the facing fourth fixed permanent magnets.
- the pair of annular fourth rotating permanent magnets magnetized in the same direction and the pair of the fifth fixed permanent magnets are arranged to face each other, and are magnetized in directions opposite to each other in the thrust direction. It is preferable to further have a pair of annular fifth rotating permanent magnets magnetized in the same direction as the fifth fixed permanent magnet.
- the rotating permanent magnet section has a gap from the fourth rotating permanent magnet to the fixed permanent magnet section (or the first rotating permanent magnet).
- a loop-shaped magnetic flux is generated that flows in the order of ⁇ the first rotating permanent magnet (or the gap with the fixed permanent magnet portion) ⁇ the fourth rotating permanent magnet.
- the fifth rotating permanent magnet ⁇ the gap with the stationary permanent magnet section (or the second rotating permanent magnet) ⁇ the second rotating permanent magnet (or the gap with the stationary permanent magnet section) ⁇ the fifth rotating permanent magnet.
- a loop-shaped magnetic flux is generated that flows in the order of the magnet. This further increases the magnetic flux density of the magnetic flux flowing through the gap, thereby further increasing the supporting force in the thrust direction.
- the present invention provides a magnetic levitation motor according to any one of (1) to (4) above, wherein a housing has a suction port and a discharge port for a transfer fluid, and the housing is provided with the magnetic levitation motor. an impeller provided at one end of the rotating shaft in the thrust direction; and a partition separating the rotating shaft side and the casing side.
- the same effect as that of the magnetic levitation motor can be obtained.
- the gap between the fixed permanent magnet section and the rotating permanent magnet section is increased due to the arrangement of the partition wall section between the rotating shaft side and the casing side, so that the above effects are more effective. becomes.
- FIG. 1 is a cross-sectional view of a magnetically levitated pump according to a first embodiment of the present invention
- FIG. It is sectional drawing which expanded a part of magnetic levitation-type electric motor.
- FIG. 3 is a diagram showing a state in which a current is applied in one direction to the support coils of FIG. 2;
- FIG. 3 is a diagram showing a state in which a current is applied in one direction to the support coils of FIG. 2;
- FIG. 3 is a diagram showing a state in which a current is applied in one direction to the support coils of FIG. 2;
- 3 is a diagram showing a state in which a current is applied to the support coils of FIG. 2 in the other direction;
- FIG. 3 is a diagram showing a state in which a current is applied in one direction to the support coils of FIG. 2 in the other direction;
- FIG. 3 is a diagram showing a state in which a current is applied in one direction to the support coils of FIG. 2
- FIG. 3 is a diagram showing a state in which a current is applied to the support coils of FIG. 2 in the other direction;
- FIG. 3 is a diagram showing a state in which a current is applied to the support coils of FIG. 2 in the other direction;
- FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view enlarging a part of the magnetically levitated electric motor 10 according to the second embodiment of the present invention;
- FIG. 10 is a diagram showing a state in which a current is applied in one direction to the support coils of FIG. 9;
- FIG. 10 is a diagram showing a state in which a current is applied in one direction to the support coils of FIG. 9;
- FIG. 9 is a diagram showing a state in which a current is applied in one direction to the support coils of FIG. 9;
- FIG. 10 is a diagram showing a state in which a current is applied in one direction to the support coils of FIG. 9;
- FIG. 10 is a diagram showing a state in which a current is applied in the other direction to the support coils of FIG. 9;
- FIG. 10 is a diagram showing a state in which a current is applied in the other direction to the support coils of FIG. 9;
- FIG. 10 is a diagram showing a state in which a current is applied in the other direction to the support coils of FIG. 9;
- FIG. 11 is a cross-sectional view enlarging a part of a magnetically levitated electric motor 10 according to a third embodiment of the present invention;
- 17 is a diagram showing a state in which current is applied in one direction to the support coils of FIG.
- FIG. 16 is a diagram showing a state in which a current is applied in the other direction to the support coils of FIG. 16;
- FIG. 17 is a diagram showing a state in which a current is applied in the other direction to the support coils of FIG. 16;
- FIG. FIG. 11 is a cross-sectional view enlarging a part of a magnetically levitated electric motor 10 according to a fourth embodiment of the present invention;
- 20 is a diagram showing a state in which current is applied in one direction to the support coils of FIG. 19;
- FIG. 20 is a diagram showing a state in which a current is applied in the other direction to the support coils of FIG. 19;
- FIG. 1 is a cross-sectional view of a magnetic levitation motor in which conventional uniaxial control is performed;
- FIG. 1 is a cross-sectional view of a magnetically levitated pump according to a first embodiment of the present invention.
- a magnetically levitated pump 1 (hereinafter also simply referred to as "pump 1") of this embodiment is, for example, a centrifugal pump.
- the pump 1 includes a housing 2, a pump section 5, and a magnetic levitation electric motor 10 (hereinafter also simply referred to as "electric motor 10").
- the direction along the axis C of the electric motor 10 is referred to as the “axial direction”
- the left side of FIG. 1 is referred to as “one axial side”
- the right side of FIG. to FIG. 21 the direction along the axis C of the electric motor 10
- the housing 2 has a first housing 3 and a second housing 4 provided on one side of the first housing 3 in the axial direction.
- the first housing 3 is formed in a substantially cylindrical shape with an axis C as the center.
- the first housing 3 includes a cylindrical portion 3a, an annular first wall portion 3b fixed to one axial side of the cylindrical portion 3a, and a circular wall portion 3b fixed to the other axial side of the cylindrical portion 3a. and a plate-like second wall portion 3c.
- the second housing 4 is formed in a substantially cylindrical shape with the axis C as the center. The other end of the second housing 4 in the axial direction is connected to the first wall portion 3 b of the first housing 3 .
- a suction port 4a is formed at one end of the second housing 4 in the axial direction to suck the transferred fluid.
- An outer peripheral surface of the second housing 4 is formed with a discharge port 4b through which the transfer fluid is discharged.
- the pump section 5 is composed of an impeller 6 and a partition wall section 7 .
- the impeller 6 is arranged across the inside of the first housing 3 and the inside of the second housing 4 .
- the impeller 6 is attached to the rotary shaft 12 of the electric motor 10 so as to be rotatable together. As the impeller 6 rotates together with the rotary shaft 12, the transfer fluid sucked from the suction port 4a is discharged from the discharge port 4b by centrifugal force.
- the partition wall 7 separates the rotation shaft 12 side of the electric motor 10 and the casing 11 side.
- the partition portion 7 of the present embodiment includes a cylindrical first partition 7a, an annular second partition 7b, and a cylindrical third partition 7c, which are provided on the rotating shaft 12 side of the electric motor 10. ing.
- the first partition wall 7 a covers the inner peripheral surfaces of the rotating shaft 12 and the impeller 6 .
- the second partition 7b is fixed to the other axial end of the first partition 7a.
- the second partition 7b covers the end surface of the rotating shaft 12 on the other side in the axial direction.
- the third partition 7c covers the components of the electric motor 10 on the rotating shaft 12 side (the rotating shaft 12, the rotor 15, and the rotating permanent magnet portion 30) from the outside.
- the partition wall portion 7 of the present embodiment further includes a bottomed cylindrical fourth partition wall 7d provided on the casing 11 side of the electric motor 10 and an annular flange 7e.
- 7 d of 4th partitions are arrange
- the fourth partition 7d covers the casing 11 side components of the electric motor 10 (the casing 11, the stator 14, the support coil 17, and the fixed permanent magnet portion 20) from the inside.
- the flange 7 e is provided at one axial end of the fourth partition 7 d and held between the first housing 3 and the second housing 4 .
- the fourth partition 7 d and the flange 7 e are thereby fixed to the casing 11 of the electric motor 10 .
- the inner peripheral side of the first partition 7a, the space between the second partition 7b and the bottom surface (the other axial end face) of the fourth partition 7d, and the space between the outer peripheral surface of the third partition 7c and the inner peripheral surface of the fourth partition 7d. are continuously formed with channels 8a, 8b and 8c through which transfer fluids respectively flow.
- the channel 8a functions as a through hole for returning the transfer fluid that has flowed through the channels 8c and 8b to the impeller 6 side.
- the transfer fluid flowing through the flow path 8c is heated by fluid friction, and the heated transfer fluid passes through the flow path 8a and returns to the impeller 6 side, so that the temperature inside the pump section 5 rises. can be suppressed.
- the first partition wall 7a to the fourth partition wall 7d protect the constituent members on the rotating shaft 12 side and the casing 11 side from transfer fluid flowing through the flow paths 8a, 8b, and 8c.
- the magnetic levitation motor 10 rotates the impeller 6 .
- a magnetic levitation motor 10 includes a casing 11 , a rotating shaft 12 , a motor section 13 , a fixed permanent magnet section 20 , a rotating permanent magnet section 30 , a support coil 17 , a sensor 18 and a control section 19 .
- Components 11 to 17 of magnetic levitation motor 10 excluding sensor 18 and control unit 19 are provided in housing 2 .
- the casing 11 is made of a magnetic material.
- the casing 11 of the present embodiment includes a magnetic cylinder portion 11a formed in a cylindrical shape centering on the axis C, an annular first magnetic wall portion 11b fixed to one axial side of the magnetic cylinder portion 11a, and a magnetic cylinder and an annular second magnetic wall portion 11c fixed to the other side in the axial direction of the portion 11a.
- the outer peripheral surface of the magnetic cylindrical portion 11 a is fitted to the inner peripheral surface of the cylindrical portion 3 a of the first housing 3 .
- the first magnetic wall portion 11 b is arranged along the inner surface of the first wall portion 3 b of the first housing 3 .
- the second magnetic wall portion 11 c is arranged along the inner surface of the second wall portion 3 c of the first housing 3 .
- a substantially cylindrical support portion 11d protruding toward the other side in the axial direction is formed on the inner peripheral side of the first magnetic wall portion 11b.
- a cylindrical support portion 11e protruding to one side in the axial direction is formed on the inner peripheral side of the second magnetic wall portion 11c.
- the rotating shaft 12 is made of a cylindrical magnetic material, and is arranged rotatably around the axis C within the casing 11 .
- One end in the axial direction of the rotating shaft 12 is arranged inside the support portion 11d of the first magnetic wall portion 11b.
- the other end in the axial direction of the rotating shaft 12 is arranged inside the support portion 11e of the second magnetic wall portion 11c.
- An impeller 6 is fixed to one end surface of the rotating shaft 12 in the axial direction.
- the impeller 6 rotates around the axis C. As shown in FIG.
- the motor unit 13 includes a stator 14 provided in the axially central portion of the inner peripheral surface of the magnetic cylindrical portion 11a, and a rotor 15 provided on the outer peripheral surface of the rotating shaft 12 facing the stator 14. have.
- the stator 14 has a fixed magnetic portion 14a made of a magnetic material such as iron, and a winding 14b wound around the fixed magnetic portion 14a.
- the rotor 15 has a plurality of permanent magnets 15 a arranged along the circumferential direction of the rotating shaft 12 .
- a winding 14b of the stator 14 is connected to a power source (not shown) via a control section 19. As shown in FIG. When a current is applied to the windings 14 b of the stator 14 , a rotating magnetic field is generated, causing the rotor 15 to rotate together with the rotating shaft 12 .
- FIG. 2 is an enlarged sectional view of a part of the magnetically levitated electric motor 10.
- the fixed permanent magnet section 20 is composed of a plurality of permanent magnets provided in the casing 11 .
- the fixed permanent magnet portion 20 of this embodiment includes a first fixed permanent magnet 21, a second fixed permanent magnet 22, a third fixed permanent magnet 23, a fourth fixed permanent magnet 24, and a fifth fixed permanent magnet 25. ,have.
- Each fixed permanent magnet 21, 22, 23, 24, 25 is formed in an annular shape.
- the radial thickness of each fixed permanent magnet 21, 22, 23, 24, 25 is the same.
- a pair of the first fixed permanent magnets 21 are arranged in the thrust direction (axial direction) along the axis C with the stator 14 of the motor portion 13 interposed therebetween.
- the pair of first fixed permanent magnets 21 includes a first fixed permanent magnet 21A fitted and fixed to the inner peripheral surface of the support portion 11d on one side in the thrust direction and the inner peripheral surface of the support portion 11e on the other side in the thrust direction. and a first fixed permanent magnet 21B that is fitted and fixed to the .
- the first fixed permanent magnet 21 is magnetized in a radial direction perpendicular to the axis C (radial direction). In the present embodiment, the first fixed permanent magnet 21 is magnetized so that the outer peripheral side in the radial direction has an N pole and the inner peripheral side in the radial direction has an S pole.
- a pair of the second fixed permanent magnets 22 are arranged separately from each of the first fixed permanent magnets 21 on the stator 14 side.
- the pair of second fixed permanent magnets 22 is arranged apart from the second fixed permanent magnet 22A on the other side in the thrust direction of the first fixed permanent magnet 21A and on the one side in the thrust direction of the third fixed permanent magnet 23B. and a second fixed permanent magnet 22B.
- the second fixed permanent magnet 22A is fitted and fixed to the inner peripheral surface of the support portion 11d.
- the second fixed permanent magnet 22B is fitted and fixed to the inner peripheral surface of the support portion 11e.
- the second fixed permanent magnet 22 is magnetized in the opposite direction to the first fixed permanent magnet 21 in the radial direction.
- the second fixed permanent magnet 22 is magnetized so that the radially outer peripheral side has an S pole and the radially inner peripheral side has an N pole.
- the length of the second fixed permanent magnet 22 in the thrust direction is not particularly limited, it is the same as the length of the first fixed permanent magnet 21 in the thrust direction in this embodiment.
- the third fixed permanent magnet 23 is adjacent to the stator 14 side of each first fixed permanent magnet 21, and is located on the side opposite to the stator 14 side of each second fixed permanent magnet 22 (hereinafter also referred to as the anti-stator 14 side). ) are arranged in pairs adjacent to each other.
- the pair of third fixed permanent magnets 23 is arranged adjacent to the first fixed permanent magnet 21A on the other side in the thrust direction and the first fixed permanent magnet 21B on the one side in the thrust direction. and a third fixed permanent magnet 23B arranged in the same manner as the
- the third fixed permanent magnet 23A is fitted and fixed to the inner peripheral surface of the support portion 11d.
- the third fixed permanent magnet 23B is fitted and fixed to the inner peripheral surface of the support portion 11e.
- the third fixed permanent magnets 23A and 23B are magnetized in directions opposite to each other in the thrust direction.
- the third fixed permanent magnet 23A is magnetized so that one side in the thrust direction is the S pole and the other side in the thrust direction is the N pole.
- the third fixed permanent magnet 23B is magnetized so that one side in the thrust direction is an N pole and the other side in the thrust direction is an S pole.
- the length of the third fixed permanent magnet 23 in the thrust direction is not particularly limited, it is shorter than the length of the first fixed permanent magnet 21 in the thrust direction in this embodiment.
- a pair of fourth fixed permanent magnets 24 are arranged adjacent to each first fixed permanent magnet 21 on the side opposite to the stator 14 .
- the pair of fourth fixed permanent magnets 24 are arranged adjacent to one side of the first fixed permanent magnet 21A in the thrust direction, and adjacent to the other side of the first fixed permanent magnet 21B in the thrust direction. and a fourth fixed permanent magnet 24B arranged as The fourth fixed permanent magnet 24A is fitted and fixed to the inner peripheral surface of the support portion 11d.
- the fourth fixed permanent magnet 24B is fitted and fixed to the inner peripheral surface of the support portion 11e.
- the fourth fixed permanent magnets 24A and 24B are magnetized in opposite directions in the thrust direction. Also, the fourth fixed permanent magnet 24A is magnetized in the opposite direction to the third fixed permanent magnet 23A, which is adjacent to the adjacent first fixed permanent magnet 21A on the stator 14 side. Similarly, the fourth fixed permanent magnet 24B is magnetized in the opposite direction to the third fixed permanent magnet 23B, which is adjacent to the adjacent first fixed permanent magnet 21B on the stator 14 side.
- the fourth fixed permanent magnet 24A is magnetized so that one side in the thrust direction is the N pole and the other side in the thrust direction is the S pole.
- the fourth fixed permanent magnet 24B is magnetized so that one side in the thrust direction has an S pole and the other side in the thrust direction has an N pole.
- the length of the fourth fixed permanent magnet 24 in the thrust direction is not particularly limited, it is shorter than the length of the third fixed permanent magnet 23 in the thrust direction in this embodiment.
- a pair of fifth fixed permanent magnets 25 are arranged adjacent to each second fixed permanent magnet 22 on the stator 14 side.
- the pair of fifth fixed permanent magnets 25 are arranged adjacent to the second fixed permanent magnet 22A on the other side in the thrust direction and adjacent to the second fixed permanent magnet 22B on one side in the thrust direction. and a fifth fixed permanent magnet 25B arranged in the same manner as the The fifth fixed permanent magnet 25A is fitted and fixed to the inner peripheral surface of the support portion 11d.
- the fifth fixed permanent magnet 25B is fitted and fixed to the inner peripheral surface of the support portion 11e.
- the fifth fixed permanent magnets 25A and 25B are magnetized in opposite directions in the thrust direction.
- the fifth fixed permanent magnet 25A is magnetized in the opposite direction to the third fixed permanent magnet 23A, which is adjacent to the adjacent second fixed permanent magnet 22A on the anti-stator 14 side.
- the fifth fixed permanent magnet 25B is magnetized in the opposite direction to the third fixed permanent magnet 23B, which is adjacent to the adjacent second fixed permanent magnet 22B on the side opposite to the stator 14 side.
- the fifth fixed permanent magnet 25A is magnetized so that one side in the thrust direction is the N pole and the other side in the thrust direction is the S pole.
- the fifth fixed permanent magnet 25B is magnetized so that one side in the thrust direction has an S pole and the other side in the thrust direction has an N pole.
- the length of the fifth fixed permanent magnet 25 in the thrust direction is not particularly limited, it is the same as the length of the fourth fixed permanent magnet 24 in the thrust direction in this embodiment.
- the rotating permanent magnet portion 30 is composed of a plurality of permanent magnets provided on the outer peripheral surface of the rotating shaft 12 so as to face the fixed permanent magnet portion 20 .
- the rotating permanent magnet section 30 of this embodiment has a first rotating permanent magnet 31 , a second rotating permanent magnet 32 and a third rotating permanent magnet 33 .
- Each rotating permanent magnet 31, 32, 33 is formed in an annular shape. The radial thickness of each rotating permanent magnet 31, 32, 33 is the same.
- a pair of first rotating permanent magnets 31 are arranged so as to face the pair of first fixed permanent magnets 21 respectively.
- the pair of first rotating permanent magnets 31 are fitted and fixed to the outer peripheral surface of the rotating shaft 12 at one end in the thrust direction, and the outer peripheral surface of the rotating shaft 12 at the other end in the thrust direction.
- a first rotating permanent magnet 31B fitted and fixed.
- the first rotating permanent magnet 31A is arranged to face the first fixed permanent magnet 21A.
- the first rotating permanent magnet 31B is arranged to face the first stationary permanent magnet 21B.
- the first rotating permanent magnet 31 is magnetized in the opposite direction to the first fixed permanent magnet 21 in the radial direction.
- the first rotating permanent magnet 31 is magnetized so that the radially outer peripheral side has an S pole and the radially inner peripheral side has an N pole.
- the length of the first rotating permanent magnet 31 in the thrust direction is not particularly limited, but is longer than the length of the first fixed permanent magnet 21 in the thrust direction in this embodiment.
- the S pole of the first rotating permanent magnet 31 is arranged to face the S pole of the first fixed permanent magnet 21 and the S pole of the fourth fixed permanent magnet 24 .
- a pair of second rotating permanent magnets 32 are arranged so as to face the pair of second fixed permanent magnets 22, respectively.
- the pair of second rotating permanent magnets 32 includes a second rotating permanent magnet 32A arranged to face the second fixed permanent magnet 22A and a second rotating permanent magnet 32B arranged to face the second fixed permanent magnet 22B. and consists of
- the second rotating permanent magnet 32A is arranged apart from the first rotating permanent magnet 31A on the other side in the thrust direction, and is fitted and fixed to the outer peripheral surface of the rotating shaft 12 .
- the second rotating permanent magnet 32B is arranged away from the first rotating permanent magnet 31B in the thrust direction, and is fitted and fixed to the outer peripheral surface of the rotating shaft 12 .
- the second rotating permanent magnet 32 is magnetized in the opposite direction to the second fixed permanent magnet 22 in the radial direction.
- the second rotating permanent magnet 32 is magnetized so that the radially outer peripheral side has an N pole and the radially inner peripheral side has an S pole.
- the length of the second rotating permanent magnet 32 in the thrust direction is not particularly limited, it is longer than the length of the second fixed permanent magnet 22 in the thrust direction in this embodiment.
- the N pole of the second rotating permanent magnet 32 is arranged to face the N pole of the first fixed permanent magnet 21 and the N pole of the fifth fixed permanent magnet 25 .
- a pair of third rotating permanent magnets 33 are arranged so as to face the pair of third fixed permanent magnets 23 respectively.
- the pair of third rotating permanent magnets 33 includes a third rotating permanent magnet 33A arranged to face the third fixed permanent magnet 23A and a third rotating permanent magnet 33B arranged to face the third fixed permanent magnet 23B. and consists of
- the third rotating permanent magnet 33A is arranged adjacent to the other side of the first rotating permanent magnet 31A in the thrust direction and adjacent to the one side of the second rotating permanent magnet 32A in the thrust direction. has been fixed.
- the third rotating permanent magnet 33B is arranged adjacent to one side of the first rotating permanent magnet 31B in the thrust direction and adjacent to the other side of the second rotating permanent magnet 32B in the thrust direction. has been fixed.
- the third rotating permanent magnets 33A and 33B are magnetized in directions opposite to each other in the thrust direction. Also, the third rotating permanent magnet 33A is magnetized in the same direction as the facing third fixed permanent magnet 23A. Similarly, the third rotating permanent magnet 33B is magnetized in the same direction as the facing third fixed permanent magnet 23B. In this embodiment, the third rotating permanent magnet 33A is magnetized so that one side in the thrust direction is the S pole and the other side in the thrust direction is the N pole. The third rotating permanent magnet 33B is magnetized so that one side in the thrust direction has an N pole and the other side in the thrust direction has an S pole.
- the length of the third rotating permanent magnet 33 in the thrust direction is not particularly limited, it is slightly shorter than the length of the third fixed permanent magnet 23 in the thrust direction in this embodiment.
- the support coil 17 is for applying a support force to the rotating shaft 12 in the thrust direction.
- a pair of support coils 17 are provided in the casing 11 in the thrust direction with the stator 14 of the motor section 13 interposed therebetween.
- the pair of support coils 17 includes a support coil 17A arranged at a corner portion between the magnetic tubular portion 11a and the first magnetic wall portion 11b on one side in the thrust direction, and a magnetic tubular portion 11a and the second magnetic wall portion on the other side in the thrust direction. and a support coil 17B arranged at a corner portion with the portion 11c.
- the support coils 17A and 17B are spaced apart from the stator 14 in the thrust direction.
- the support coils 17A and 17B are wound around the axis C along the magnetic cylindrical portion 11a.
- the support coils 17A and 17B are each connected to a power source (not shown) through the control section 19 (see FIG. 1).
- FIGS. 15, 17 to 18, and 20 to 21 are diagrams showing a state in which a current is applied to the support coil 17 in one direction.
- FIG. 3 when a DC current is applied to the support coil 17 in the direction shown, the support coil 17 generates a magnetic flux ⁇ c1.
- the magnetic flux ⁇ c1 is generated by the magnetic cylindrical portion 11a, the first magnetic wall portion 11b, the fixed permanent magnet portion 20 on one side in the thrust direction, the rotating permanent magnet portion 30 on the one side in the thrust direction, the rotating shaft 12, and the rotating permanent magnet on the other side in the thrust direction. 30, the fixed permanent magnet portion 20 on the other side in the thrust direction, the second magnetic wall portion 11c, and the magnetic tubular portion 11a in this order.
- the magnetic flux ⁇ c1 is canceled on one side in the thrust direction by the magnetic flux ⁇ 21a of the first fixed permanent magnet 21A and is superimposed on the magnetic flux ⁇ 22a of the second fixed permanent magnet 22A.
- the magnetic flux density of the magnetic field becomes sparse at the first fixed permanent magnet 21A and dense at the second fixed permanent magnet 22A.
- the magnetic flux ⁇ c1 is superimposed on one side in the thrust direction by the magnetic flux ⁇ 31a of the first rotating permanent magnet 31A and canceled by the magnetic flux ⁇ 32a of the second rotating permanent magnet 32A.
- the magnetic flux density of the magnetic field becomes dense at the first rotating permanent magnet 31A and becomes sparse at the second rotating permanent magnet 32A.
- the magnetic flux ⁇ c1 is canceled by the magnetic flux ⁇ 31b of the first rotating permanent magnet 31B on the other side in the thrust direction, and is superimposed on the magnetic flux ⁇ 32b of the second rotating permanent magnet 32B.
- the magnetic flux density of the magnetic field becomes sparse at the first rotating permanent magnet 31B and becomes dense at the second rotating permanent magnet 32B.
- the magnetic flux ⁇ c1 is superimposed on the magnetic flux ⁇ 21b of the first fixed permanent magnet 21B on the other side in the thrust direction, and is canceled by the magnetic flux ⁇ 22b of the second fixed permanent magnet 22B.
- the magnetic flux density of the magnetic field becomes dense at the first fixed permanent magnet 21B and becomes sparse at the second fixed permanent magnet 22B.
- most of the magnetic flux ⁇ c1 flows as shown in FIG. That is, most of the magnetic flux ⁇ c1 on one side in the thrust direction flows from the second fixed permanent magnet 22A toward the first rotating permanent magnet 31A. Also, most of the magnetic flux ⁇ c1 on the other side in the thrust direction flows from the second rotating permanent magnet 32B toward the first fixed permanent magnet 21B. As a result, in the first rotating permanent magnet 31A and the second rotating permanent magnet 32B, the magnetic flux lines of the magnetic flux ⁇ c1 are inclined from the respective outer peripheral surfaces thereof toward the other side of the gap G in the thrust direction. A supporting force Fs1 acts on the other side in the thrust direction to which the magnetic flux lines are directed.
- the supporting force Fs1 can be increased by the first to fifth fixed permanent magnets 21-25 and the first to third rotating permanent magnets 31-33.
- the reason will be explained with reference to FIG.
- magnetic fluxes ⁇ 21a, ⁇ 22a, and ⁇ 23a of the first to third fixed permanent magnets 21A to 23A cause the inner circumference side of the fixed permanent magnets 21A to 23A and the outer circumference of the gap G to A loop-shaped magnetic flux ⁇ 20a flowing clockwise in the drawing is generated across both sides.
- the magnetic fluxes ⁇ 31a, ⁇ 32a, and ⁇ 33a of the first to third rotating permanent magnets 31A to 33A are applied across the outer peripheral side of these rotating permanent magnets 31A to 33A and the inner peripheral side of the gap G.
- a loop-shaped magnetic flux ⁇ 30a flowing counterclockwise in the drawing is generated.
- the magnetic fluxes ⁇ 22a and ⁇ 25a of the second and fifth fixed permanent magnets 22A and 25A cause the magnetic flux to extend across the inner peripheral side of the fixed permanent magnets 22A and 25A and the outer peripheral side of the gap G.
- a loop-shaped magnetic flux ⁇ 27a flowing counterclockwise is generated inside.
- each leakage magnetic flux from the first fixed permanent magnet 21A and the second fixed permanent magnet 22A arranged at both ends in the thrust direction among the first to third fixed permanent magnets 21A to 23A is released. can be reduced.
- each of the first rotating permanent magnet 31A and the second rotating permanent magnet 32A arranged at both ends in the thrust direction among the first to third rotating permanent magnets 31A to 33A Leakage magnetic flux can be reduced.
- the generation of the loop-shaped magnetic flux ⁇ 27a facilitates the flow of the magnetic flux ⁇ c1 between the two adjacent loop-shaped magnetic fluxes ⁇ 20a and ⁇ 27a in the thrust direction. As described above, the magnetic flux density of the magnetic flux ⁇ c1 flowing through the gap G on one side in the thrust direction is increased, so that the supporting force Fs1 can be increased.
- the magnetic fluxes ⁇ 21b, ⁇ 22b, and ⁇ 23b of the first to third fixed permanent magnets 21B to 23B are applied across the inner peripheral side of the fixed permanent magnets 21B to 23B and the outer peripheral side of the gap G. , a loop-shaped magnetic flux ⁇ 20b flowing counterclockwise in the figure is generated.
- the magnetic fluxes ⁇ 31b, ⁇ 32b, and ⁇ 33b of the first to third rotating permanent magnets 31B to 33B cause the magnetic flux to extend across the outer circumference of these rotating permanent magnets 31B to 33B and the inner circumference of the gap G.
- a loop-shaped magnetic flux ⁇ 30b flowing clockwise in the drawing is generated. Furthermore, on the other side in the thrust direction, the magnetic fluxes ⁇ 21b and ⁇ 24b of the first and fourth fixed permanent magnets 21B and 24B cause the magnetic flux to extend across the inner peripheral side of these fixed permanent magnets 21B and 24B and the outer peripheral side of the gap G. A loop-shaped magnetic flux ⁇ 26b flowing in the clockwise direction is generated.
- each leakage magnetic flux from the first fixed permanent magnet 21B and the second fixed permanent magnet 22B arranged at both ends in the thrust direction among the first to third fixed permanent magnets 21B to 23B is released. can be reduced.
- the generation of the loop-shaped magnetic flux ⁇ 26b facilitates the flow of the magnetic flux ⁇ c1 between the two adjacent loop-shaped magnetic fluxes ⁇ 20b and ⁇ 26b in the thrust direction. As described above, since the magnetic flux density of the magnetic flux ⁇ c1 flowing through the gap G on the other side in the thrust direction also increases, the supporting force Fs1 can be further increased.
- FIG. 6 to 8 are diagrams showing states in which a current is applied to the support coil 17 in the other direction.
- the support coil 17 when a DC current is applied to the support coil 17 in the direction shown, the support coil 17 generates a magnetic flux ⁇ c2.
- the magnetic flux ⁇ c2 is generated by the magnetic cylindrical portion 11a, the second magnetic wall portion 11c, the fixed permanent magnet portion 20 on the other side in the thrust direction, the rotating permanent magnet portion 30 on the other side in the thrust direction, the rotating shaft 12, and the rotating permanent magnet on the one side in the thrust direction. 30, the fixed permanent magnet portion 20 on one side in the thrust direction, the first magnetic wall portion 11b, and the magnetic cylindrical portion 11a in this order.
- the magnetic flux ⁇ c2 is canceled by the magnetic flux ⁇ 21b of the first fixed permanent magnet 21B on the other side in the thrust direction, and is superimposed on the magnetic flux ⁇ 22b of the second fixed permanent magnet 22B.
- the magnetic flux density of the magnetic field becomes sparse at the first fixed permanent magnet 21B and becomes dense at the second fixed permanent magnet 22B.
- the magnetic flux ⁇ c2 is superimposed on the other side in the thrust direction by the magnetic flux ⁇ 31b of the first rotating permanent magnet 31B and canceled by the magnetic flux ⁇ 32b of the second rotating permanent magnet 32B.
- the magnetic flux density of the magnetic field becomes dense at the first rotating permanent magnet 31B and becomes sparse at the second rotating permanent magnet 32B.
- the magnetic flux ⁇ c2 is canceled on one side in the thrust direction by the magnetic flux ⁇ 31a of the first rotating permanent magnet 31A and is superimposed on the magnetic flux ⁇ 32a of the second rotating permanent magnet 32A.
- the magnetic flux density of the magnetic field becomes sparse at the first rotating permanent magnet 31A and becomes dense at the second rotating permanent magnet 32A.
- the magnetic flux ⁇ c2 is superimposed on the magnetic flux ⁇ 21a of the first fixed permanent magnet 21A on one side in the thrust direction, and is canceled by the magnetic flux ⁇ 32a of the second rotating permanent magnet 32A.
- the magnetic flux density of the magnetic field becomes dense at the first fixed permanent magnet 21A and becomes sparse at the second rotating permanent magnet 32A.
- most of the magnetic flux ⁇ c2 flows as shown in FIG. That is, most of the magnetic flux ⁇ c2 on the other side in the thrust direction flows from the second fixed permanent magnet 22B toward the first rotating permanent magnet 31B. Also, most of the magnetic flux ⁇ c2 on one side in the thrust direction flows from the second rotating permanent magnet 32A toward the first fixed permanent magnet 21A. As a result, in the first rotating permanent magnet 31B and the second rotating permanent magnet 32A, the magnetic flux lines of the magnetic flux ⁇ c2 are inclined from the respective outer peripheral surfaces thereof toward one side of the gap G in the thrust direction. A supporting force Fs2 acts on one side in the thrust direction to which the magnetic flux lines are directed.
- the supporting force Fs2 can be increased by the first to fifth fixed permanent magnets 21-25 and the first to third rotating permanent magnets 31-33.
- loop-shaped magnetic flux ⁇ 20a and loop-shaped magnetic flux ⁇ 30a are generated on one side in the thrust direction, as in the case shown in FIG.
- the magnetic fluxes ⁇ 21a and ⁇ 24a of the first and fourth fixed permanent magnets 21A and 24A generate a magnetic flux across the inner peripheral side of the fixed permanent magnets 21A and 24A and the outer peripheral side of the gap G.
- a loop-shaped magnetic flux ⁇ 26a flowing in the counterclockwise direction is generated.
- each leakage magnetic flux from the first fixed permanent magnet 21A and the second fixed permanent magnet 22A can be reduced.
- each leakage magnetic flux from the first rotating permanent magnet 31A and the second rotating permanent magnet 32A can be reduced.
- the generation of the loop-shaped magnetic flux ⁇ 26a facilitates the flow of the magnetic flux ⁇ c2 between the two adjacent loop-shaped magnetic fluxes ⁇ 26a and ⁇ 20a in the thrust direction. As described above, the magnetic flux density of the magnetic flux ⁇ c2 flowing through the gap G on one side in the thrust direction is increased, so that the supporting force Fs1 can be increased.
- loop-shaped magnetic flux ⁇ 20b and loop-shaped magnetic flux ⁇ 30b are generated, as in the case shown in FIG. Furthermore, on the other side in the thrust direction, the magnetic fluxes ⁇ 22b and ⁇ 25b of the second and fifth fixed permanent magnets 22B and 25B cause the magnetic flux to extend across the inner peripheral side of these fixed permanent magnets 22B and 25B and the outer peripheral side of the gap G. A loop-shaped magnetic flux ⁇ 27b flowing in the clockwise direction is generated inside.
- the generation of the loop-shaped magnetic flux ⁇ 20b can reduce each leakage magnetic flux from the first fixed permanent magnet 21B and the second fixed permanent magnet 22B.
- each leakage magnetic flux from the first rotating permanent magnet 31B and the second rotating permanent magnet 32B can be reduced.
- the generation of the loop-shaped magnetic flux ⁇ 27b facilitates the flow of the magnetic flux ⁇ c2 between the two adjacent loop-shaped magnetic fluxes ⁇ 27b and ⁇ 20b in the thrust direction.
- the supporting force Fs2 can be further increased.
- the sensor 18 is attached to the second wall portion 3c of the housing 2. As shown in FIG. The sensor 18 detects the position of the rotating shaft 12 in the thrust direction with respect to the casing 11 .
- the sensor 18 is, for example, a displacement sensor that detects displacement of a sensor target (not shown) provided at the other end of the rotating shaft 12 in the thrust direction.
- the sensor 18 is connected to the controller 19 . A detection signal from the sensor 18 is input to the control section 19 .
- the control unit 19 includes a computer having a CPU and the like.
- the controller 19 is arranged outside the housing 2 .
- the control unit 19 controls the current applied to the windings 14b of the motor unit 13 and adjusts the rotation speed of the rotor 15 . Further, the control unit 19 performs so-called one-axis control, in which only one axis (axial direction) in the thrust direction is actively controlled with respect to the rotating shaft 12 .
- Four axes in the radial direction with respect to the rotating shaft 12 are passively controlled by the repulsive force between the fixed permanent magnet portion 20 and the rotating permanent magnet portion 30 .
- the control unit 19 controls the magnitude and direction of the current applied to the support coil 17 based on the detection signal of the sensor 18, and adjusts the support forces Fs1 and Fs2 in the thrust direction acting on the rotating shaft 12.
- the support position is a position where the rotating shaft 12 is supported in a non-contact state with respect to the housing 2 in the thrust direction and the radial direction. Specific adjustment of the supporting forces Fs1 and Fs2 will be described below.
- the first to third rotating permanent magnets 31 to 33 are slightly displaced from the first to fifth fixed permanent magnets 21 to 25 to the other side in the thrust direction.
- the repulsive force between the fixed permanent magnet portion 20 and the rotating permanent magnet portion 30 pushes the rotary shaft 12 toward the other side in the thrust direction. force acts.
- This pushing force moves the rotating shaft 12 from the support position to the other side in the thrust direction, and the second partition 7b is held in a state of being pressed against the other end in the thrust direction of the fourth partition 7d.
- the driving of the electric motor 10 is stopped, the movement of the rotating shaft 12 in the thrust direction other side is restricted, so that the impeller 6 is prevented from coming into contact with the inner surface of the second housing 4 and being damaged. can be done.
- the control unit 19 controls to return the rotating shaft 12 to the supporting position against the pushing force.
- a support force Fs2 toward one side in the thrust direction is applied to the rotating shaft 12 (see FIG. 7).
- the rotating shaft 12 is radially supported without contact by the repulsive force between the S pole of the permanent magnet 31 and the repulsive force between the N pole of the fifth fixed permanent magnet 25 and the N pole of the second rotating permanent magnet 32.
- the supporting force Fr in the radial direction can be increased as compared with the conventional case where the rotating shaft is supported only by the repulsive force between one set of fixed permanent magnets and one set of rotating permanent magnets. Therefore, even if the gap G between the fixed permanent magnet portion 20 and the rotating permanent magnet portion 30 becomes large, the supporting force Fr of the rotating shaft 12 in the radial direction can be secured.
- the magnetic fluxes ⁇ c1 and ⁇ c2 generated by the support coils 17 are superimposed on the magnetic flux of one of the first fixed permanent magnet 21 and the second fixed permanent magnet 22 at both ends of the rotating shaft 12 in the thrust direction, and the magnetic flux of the other. It is canceled by the magnetic flux, is superimposed on the magnetic flux of one of the first rotating permanent magnet 31 and the second rotating permanent magnet 32, and is canceled by the other magnetic flux. As a result, the magnetic flux densities of the magnetic fields become uneven at both ends of the rotating shaft 12 in the thrust direction.
- the magnetic flux ⁇ c1, ⁇ c2 generated by the support coil 17 is between the superimposed first fixed permanent magnet 21 and the second rotating permanent magnet 32 (or between the superimposed second fixed permanent magnet 22 and the first rotating permanent magnet 31). ), it is possible to generate supporting forces Fs1 and Fs2 that support the rotating shaft 12 in the thrust direction.
- the fixed permanent magnet section 20 has loops formed by the first to third fixed permanent magnets 21 to 23. shaped magnetic fluxes ⁇ 20a and ⁇ 20b are generated. Also, in the rotating permanent magnet portion 30, loop-shaped magnetic fluxes ⁇ 30a and ⁇ 30b are generated by the first to third rotating permanent magnets 31-33. Magnetic flux leakage from the first fixed permanent magnet 21 and the second fixed permanent magnet 22 can be reduced by the loop-shaped magnetic fluxes ⁇ 20a and ⁇ 20b.
- the magnetic flux leakage from the first rotating permanent magnet 31 and the second rotating permanent magnet 32 can be reduced by the loop-shaped magnetic fluxes ⁇ 30a and ⁇ 30b.
- the magnetic flux densities of ⁇ c1 and ⁇ c2 flowing through the gap G are increased, so that the supporting forces Fs1 and Fs2 in the thrust direction can be increased.
- the gap G between the fixed permanent magnet portion 20 and the rotating permanent magnet portion 30 is required to dispose the partition portion 7 separating the casing 11 side and the rotating shaft 12 side. becomes larger. Therefore, it is more effective to increase the supporting forces Fs1 and Fs2 in the thrust direction while ensuring the supporting force Fr in the radial direction as described above.
- the fixed permanent magnet portion 20 has the fourth fixed permanent magnet 24 and the fifth fixed permanent magnet 25 As a result, loop-shaped magnetic fluxes ⁇ 26a, ⁇ 26b, ⁇ 27a, and ⁇ 27b are generated. As a result, the magnetic flux densities of the magnetic fluxes ⁇ c1 and ⁇ c2 flowing through the gap G are further increased, so that the supporting forces Fs1 and Fs2 in the thrust direction can be further increased.
- FIG. 9 is an enlarged cross-sectional view of a part of the magnetically levitated electric motor 10 according to the second embodiment of the present invention.
- the magnetization directions of the first to fifth fixed permanent magnets 21 to 25 and the magnetization directions of the first to third rotating permanent magnets 31 to 33 are different from those of the first embodiment. do. The differences will be described below.
- the first fixed permanent magnet 21 is magnetized in the radial direction so that the radially outer peripheral side has an S pole and the radially inner peripheral side has an N pole.
- the second fixed permanent magnet 22 is magnetized in the radial direction so that the radially outer peripheral side is the N pole and the radially inner peripheral side is the S pole.
- the third fixed permanent magnet 23A is magnetized in the thrust direction so that one side in the thrust direction is the N pole and the other side in the thrust direction is the S pole.
- the third fixed permanent magnet 23B is magnetized in the thrust direction so that one side in the thrust direction has an S pole and the other side in the thrust direction has an N pole.
- the fourth fixed permanent magnet 24A is magnetized in the thrust direction so that one side in the thrust direction is the S pole and the other side in the thrust direction is the N pole.
- the fourth fixed permanent magnet 24B is magnetized in the thrust direction so that one side in the thrust direction is the N pole and the other side in the thrust direction is the S pole.
- the fifth fixed permanent magnet 25A is magnetized in the thrust direction so that one side in the thrust direction has an S pole and the other side in the thrust direction has an N pole.
- the fifth fixed permanent magnet 25B is magnetized in the thrust direction so that one side in the thrust direction is the N pole and the other side in the thrust direction is the S pole.
- the first rotating permanent magnet 31 is magnetized in the radial direction so that the radially outer peripheral side is the N pole and the radially inner peripheral side is the S pole.
- the second rotating permanent magnet 32 is magnetized so that the radially outer peripheral side has an S pole and the radially inner peripheral side has an N pole.
- the third rotating permanent magnet 33A is magnetized in the thrust direction so that one side in the thrust direction has an N pole and the other side in the thrust direction has an S pole.
- the third rotating permanent magnet 33B is magnetized in the thrust direction so that one side in the thrust direction has an S pole and the other side in the thrust direction has an N pole.
- FIG. 10 to 12 are diagrams showing a state in which a current is applied to the support coil 17 in one direction in this embodiment.
- the support coil 17 when a DC current is applied to the support coil 17 in the direction shown, the support coil 17 generates a magnetic flux ⁇ c3.
- the magnetic flux ⁇ c3 is generated by the magnetic tube portion 11a, the second magnetic wall portion 11c, the fixed permanent magnet portion 20 on the other side in the thrust direction, the rotating permanent magnet portion 30 on the other side in the thrust direction, the rotating shaft 12, and the rotating permanent magnet on the one side in the thrust direction. 30, the fixed permanent magnet portion 20 on one side in the thrust direction, the first magnetic wall portion 11b, and the magnetic cylindrical portion 11a in this order.
- the magnetic flux ⁇ c3 is superimposed on the magnetic flux ⁇ 21b of the first fixed permanent magnet 21B on the other side in the thrust direction, and is canceled by the magnetic flux ⁇ 22b of the second fixed permanent magnet 22B.
- the magnetic flux density of the magnetic field becomes dense at the first fixed permanent magnet 21B and becomes sparse at the second fixed permanent magnet 22B.
- the magnetic flux ⁇ c3 is canceled by the magnetic flux ⁇ 31b of the first rotating permanent magnet 31B on the other side in the thrust direction, and is superimposed on the magnetic flux ⁇ 32b of the second rotating permanent magnet 32B.
- the magnetic flux density of the magnetic field becomes sparse at the first rotating permanent magnet 31B and becomes dense at the second rotating permanent magnet 32B.
- the magnetic flux ⁇ c3 is superimposed on the magnetic flux ⁇ 31a of the first rotating permanent magnet 31A on one side in the thrust direction and canceled by the magnetic flux ⁇ 32a of the second rotating permanent magnet 32A.
- the magnetic flux density of the magnetic field becomes dense at the first rotating permanent magnet 31A and becomes sparse at the second rotating permanent magnet 32A.
- the magnetic flux ⁇ c3 is canceled on one side in the thrust direction by the magnetic flux ⁇ 21a of the first fixed permanent magnet 21A and is superimposed on the magnetic flux ⁇ 22a of the second fixed permanent magnet 22A.
- the magnetic flux density of the magnetic field becomes sparse at the first fixed permanent magnet 21A and dense at the second fixed permanent magnet 22A.
- most of the magnetic flux ⁇ c3 flows as shown in FIG. That is, most of the magnetic flux ⁇ c3 on the other side in the thrust direction flows from the first fixed permanent magnet 21B toward the second rotating permanent magnet 32B. Also, most of the magnetic flux ⁇ c3 on one side in the thrust direction flows from the first rotating permanent magnet 31A toward the second fixed permanent magnet 22A. As a result, in the second rotating permanent magnet 32B and the first rotating permanent magnet 31A, the magnetic flux lines of the magnetic flux ⁇ c3 are inclined from the respective outer peripheral surfaces thereof toward the other side of the gap G in the thrust direction. A supporting force Fs1 acts on the other side in the thrust direction to which the magnetic flux lines are directed.
- the supporting force Fs1 can be increased by the first to fifth fixed permanent magnets 21-25 and the first to third rotating permanent magnets 31-33.
- the reason will be described with reference to FIG.
- magnetic fluxes ⁇ 21a to ⁇ 23a of the first to third fixed permanent magnets 21A to 23A cause the inner peripheral side of the fixed permanent magnets 21A to 23A and the outer peripheral side of the gap G to move.
- a loop-shaped magnetic flux ⁇ 20a is generated that flows counterclockwise in the drawing.
- the magnetic fluxes ⁇ 31a to ⁇ 33a of the first to third rotating permanent magnets 31A to 33A generate a magnetic field across the outer peripheral side of these rotating permanent magnets 31A to 33A and the inner peripheral side of the gap G.
- a loop-shaped magnetic flux ⁇ 30a flowing in the clockwise direction is generated.
- the magnetic fluxes ⁇ 22a and ⁇ 25a of the second and fifth fixed permanent magnets 22A and 25A cause the magnetic flux to extend across the inner peripheral side of the fixed permanent magnets 22A and 25A and the outer peripheral side of the gap G.
- a loop-shaped magnetic flux ⁇ 27a flowing clockwise is generated inside.
- each leakage magnetic flux from the first fixed permanent magnet 21A and the second fixed permanent magnet 22A can be reduced.
- each leakage magnetic flux from the first rotating permanent magnet 31A and the second rotating permanent magnet 32A can be reduced.
- the generation of the loop-shaped magnetic flux ⁇ 27a facilitates the flow of the magnetic flux ⁇ c3 between the two adjacent loop-shaped magnetic fluxes ⁇ 20a and ⁇ 27a in the thrust direction. As described above, the magnetic flux density of the magnetic flux ⁇ c3 flowing through the gap G on one side in the thrust direction is increased, so that the supporting force Fs1 can be increased.
- the magnetic fluxes ⁇ 21b to ⁇ 23b of the first to third fixed permanent magnets 21B to 23B generate a magnetic flux across the inner peripheral side of the fixed permanent magnets 21B to 23B and the outer peripheral side of the gap G.
- a loop-shaped magnetic flux ⁇ 20b flowing in the clockwise direction is generated.
- the magnetic fluxes ⁇ 31b to ⁇ 33b of the first to third rotating permanent magnets 31B to 33B generate a magnetic flux across the outer peripheral side of these rotating permanent magnets 31B to 33B and the inner peripheral side of the gap G.
- a loop-shaped magnetic flux ⁇ 30b flowing in the counterclockwise direction is generated.
- the magnetic fluxes ⁇ 21b and ⁇ 24b of the first and fourth fixed permanent magnets 21B and 24B cause the magnetic flux to extend across the inner peripheral side of these fixed permanent magnets 21B and 24B and the outer peripheral side of the gap G.
- a loop-shaped magnetic flux ⁇ 26b flowing in the clockwise direction is generated.
- each leakage magnetic flux from the first fixed permanent magnet 21B and the second fixed permanent magnet 22B can be reduced.
- each leakage magnetic flux from the first rotating permanent magnet 31B and the second rotating permanent magnet 32B can be reduced.
- the generation of the loop-shaped magnetic flux ⁇ 26b facilitates the flow of the magnetic flux ⁇ c3 between the two adjacent loop-shaped magnetic fluxes ⁇ 20b and ⁇ 26b in the thrust direction. As described above, since the magnetic flux density of the magnetic flux ⁇ c3 flowing through the gap G on the other side in the thrust direction also increases, the supporting force Fs1 can be further increased.
- FIG. 13 to 15 are diagrams showing states in which a current is applied to the support coil 17 in the other direction in this embodiment.
- the support coil 17 when a direct current is applied to the support coil 17 in the direction shown, the support coil 17 generates a magnetic flux ⁇ c4.
- the magnetic flux ⁇ c4 is generated by the magnetic cylindrical portion 11a, the first magnetic wall portion 11b, the fixed permanent magnet portion 20 on one side in the thrust direction, the rotating permanent magnet portion 30 on the one side in the thrust direction, the rotating shaft 12, and the rotating permanent magnet on the other side in the thrust direction. 30, the fixed permanent magnet portion 20 on the other side in the thrust direction, the second magnetic wall portion 11c, and the magnetic tubular portion 11a in this order.
- the magnetic flux ⁇ c4 is superimposed on the magnetic flux ⁇ 21a of the first fixed permanent magnet 21A on one side in the thrust direction, and is canceled by the magnetic flux ⁇ 22a of the second fixed permanent magnet 22A.
- the magnetic flux density of the magnetic field becomes dense at the first fixed permanent magnet 21A and becomes sparse at the second fixed permanent magnet 22A.
- the magnetic flux ⁇ c4 is canceled on one side in the thrust direction by the magnetic flux ⁇ 31a of the first rotating permanent magnet 31A and is superimposed on the magnetic flux ⁇ 32a of the second rotating permanent magnet 32A.
- the magnetic flux density of the magnetic field becomes sparse at the first rotating permanent magnet 31A and becomes dense at the second rotating permanent magnet 32A.
- the magnetic flux ⁇ c4 is superimposed on the other side in the thrust direction by the magnetic flux ⁇ 31b of the first rotating permanent magnet 31B and canceled by the magnetic flux ⁇ 32b of the second rotating permanent magnet 32B.
- the magnetic flux density of the magnetic field becomes dense at the first rotating permanent magnet 31B and becomes sparse at the second rotating permanent magnet 32B.
- the magnetic flux ⁇ c4 is canceled on the other side in the thrust direction by the magnetic flux ⁇ 21b of the first fixed permanent magnet 21B and is superimposed on the magnetic flux ⁇ 22b of the second fixed permanent magnet 22B.
- the magnetic flux density of the magnetic field becomes sparse at the first fixed permanent magnet 21B and becomes dense at the second fixed permanent magnet 22B.
- most of the magnetic flux ⁇ c4 flows as shown in FIG. That is, most of the magnetic flux ⁇ c4 on one side in the thrust direction flows from the first fixed permanent magnet 21A toward the second rotating permanent magnet 32A. Also, most of the magnetic flux ⁇ c4 on the other side in the thrust direction flows from the first rotating permanent magnet 31B toward the second fixed permanent magnet 22B. As a result, in the second rotating permanent magnet 32A and the first rotating permanent magnet 31B, the magnetic flux lines of the magnetic flux ⁇ c4 are inclined from the respective outer peripheral surfaces thereof toward one side of the gap G in the thrust direction. A supporting force Fs2 acts toward the other side of the thrust direction to which the magnetic flux lines are directed.
- the supporting force Fs2 can be increased by the first to fifth fixed permanent magnets 21-25 and the first to third rotating permanent magnets 31-33.
- loop-shaped magnetic flux ⁇ 20a and loop-shaped magnetic flux ⁇ 30a are generated in the same manner as in the case shown in FIG.
- the magnetic flux leakage from the first and second fixed permanent magnets 21A and 22A and the magnetic flux leakage from the first and second rotating permanent magnets 31A and 32A are reduced. be able to.
- the magnetic fluxes ⁇ 21a and ⁇ 24a of the first and fourth fixed permanent magnets 21A and 24A generate a magnetic flux across the inner peripheral side of the fixed permanent magnets 21A and 24A and the outer peripheral side of the gap G.
- a loop-shaped magnetic flux ⁇ 26a flowing in the clockwise direction is generated.
- the generation of the loop-shaped magnetic flux ⁇ 26a facilitates the flow of the magnetic flux ⁇ c4 between the two adjacent loop-shaped magnetic fluxes ⁇ 26a and ⁇ 20a in the thrust direction.
- the supporting force Fs2 can be increased.
- loop-shaped magnetic flux ⁇ 20b and loop-shaped magnetic flux ⁇ 30b are generated, as in the case shown in FIG.
- the magnetic flux leakage from the first and second fixed permanent magnets 21B and 22B and the magnetic flux leakage from the first and second rotating permanent magnets 31B and 32B are reduced. be able to.
- the magnetic fluxes ⁇ 22b and ⁇ 25b of the second and fifth fixed permanent magnets 22B and 25B cause the magnetic flux to extend across the inner peripheral side of these fixed permanent magnets 22B and 25B and the outer peripheral side of the gap G.
- a loop-shaped magnetic flux ⁇ 27b flowing counterclockwise is generated inside.
- the generation of the loop-shaped magnetic flux ⁇ 27b facilitates the flow of the magnetic flux ⁇ c4 between the two adjacent loop-shaped magnetic fluxes ⁇ 27b and ⁇ 20b in the thrust direction.
- the magnetic flux density of the magnetic flux ⁇ c4 flowing through the gap G on the other side in the thrust direction also increases, so that the supporting force Fs2 can be further increased.
- FIG. 16 is an enlarged cross-sectional view of a part of the magnetically levitated motor 10 according to the third embodiment of the present invention.
- This embodiment is a modification of the first embodiment.
- the configuration of the rotating permanent magnet portion 30 is different from that of the first embodiment. The differences will be described below.
- the rotating permanent magnet section 30 of this embodiment has a fourth rotating permanent magnet 34 and a fifth rotating permanent magnet 35 in addition to the first to third rotating permanent magnets 31 to 33 .
- Each rotating permanent magnet 31-35 is formed in an annular shape. The radial thickness of each rotating permanent magnet 31-35 is the same.
- a pair of first rotating permanent magnets 31 are arranged so as to face the pair of first fixed permanent magnets 21 respectively.
- the length in the thrust direction of the first rotating permanent magnet 31 is not particularly limited, it is the same as the length in the thrust direction of the first fixed permanent magnet 21 in this embodiment.
- a pair of second rotating permanent magnets 32 are arranged so as to face the pair of second fixed permanent magnets 22 respectively.
- the length of the second rotating permanent magnet 32 in the thrust direction is not particularly limited, it is the same as the length of the second fixed permanent magnet 22 in the thrust direction in this embodiment.
- a pair of fourth rotating permanent magnets 34 are arranged so as to face the pair of fourth fixed permanent magnets 24 respectively.
- the pair of fourth rotating permanent magnets 34 includes a fourth rotating permanent magnet 34A arranged to face the fourth fixed permanent magnet 24A and a fourth rotating permanent magnet 34B arranged to face the fourth fixed permanent magnet 24B. and consists of
- the fourth rotating permanent magnets 34A and 34B are magnetized in directions opposite to each other in the thrust direction. Also, the fourth rotating permanent magnet 34A is magnetized in the same direction as the opposing fourth fixed permanent magnet 24A. Similarly, the fourth rotating permanent magnet 34B is magnetized in the same direction as the facing fourth fixed permanent magnet 24B. In this embodiment, the fourth rotating permanent magnet 34A is magnetized so that one side in the thrust direction is the N pole and the other side in the thrust direction is the S pole. The fourth rotating permanent magnet 34B is magnetized so that one side in the thrust direction is the S pole and the other side in the thrust direction is the N pole.
- the length of the fourth rotating permanent magnet 34 in the thrust direction is not particularly limited, but is the same as the length of the fourth fixed permanent magnet 24 in the thrust direction in this embodiment.
- a pair of fifth rotating permanent magnets 35 are arranged so as to face the pair of fifth fixed permanent magnets 25, respectively.
- the pair of fifth rotating permanent magnets 35 includes a fifth rotating permanent magnet 35A arranged to face the fifth fixed permanent magnet 25A and a fifth rotating permanent magnet 35B arranged to face the fifth fixed permanent magnet 25B. and consists of
- the fifth rotating permanent magnets 35A and 35B are magnetized in opposite directions in the thrust direction. Also, the fifth rotating permanent magnet 35A is magnetized in the same direction as the facing fifth fixed permanent magnet 25A. Similarly, the fifth rotating permanent magnet 35B is magnetized in the same direction as the facing fifth fixed permanent magnet 25B. In this embodiment, the fifth rotating permanent magnet 35A is magnetized so that one side in the thrust direction is the N pole and the other side in the thrust direction is the S pole. The fifth rotating permanent magnet 35B is magnetized so that one side in the thrust direction has an S pole and the other side in the thrust direction has an N pole.
- the length of the fifth rotating permanent magnet 35 in the thrust direction is not particularly limited, it is the same as the length of the fifth fixed permanent magnet 25 in the thrust direction in this embodiment.
- FIG. 17 is a diagram showing a state in which a current is applied to the support coil 17 in one direction in this embodiment.
- a current is applied to the support coil 17 in the direction shown
- the support coil 17 generates a magnetic flux ⁇ c5.
- the magnetic flux ⁇ c5 flows in a loop, and the magnetic flux densities of the magnetic fields are uneven on both sides in the thrust direction.
- the supporting force Fs1 can be increased by the first to fifth fixed permanent magnets 21-25 and the first to fifth rotating permanent magnets 31-35.
- the reason for this will be explained below.
- loop-shaped magnetic flux ⁇ 20a and loop-shaped magnetic flux ⁇ 30a are generated as in the first embodiment (see FIG. 5).
- the magnetic flux leakage from the first and second fixed permanent magnets 21A and 22A and the magnetic flux leakage from the first and second rotating permanent magnets 31A and 32A are reduced. be able to.
- a flowing loop-shaped magnetic flux ⁇ 27a is generated.
- the generation of the loop-shaped magnetic flux ⁇ 27a facilitates the flow of the magnetic flux ⁇ c5 between the two adjacent loop-shaped magnetic fluxes ⁇ 20a and ⁇ 27a in the thrust direction.
- the magnetic fluxes ⁇ 31a and ⁇ 34a of the first and fourth rotating permanent magnets 31A and 34A extend in the clockwise direction in FIG.
- a flowing loop-shaped magnetic flux ⁇ 36a is generated.
- the generation of the loop-shaped magnetic flux ⁇ 36a facilitates the flow of the magnetic flux ⁇ c5 between the two adjacent loop-shaped magnetic fluxes ⁇ 36a and ⁇ 30a in the thrust direction.
- the supporting force Fs1 can be increased.
- loop-shaped magnetic flux ⁇ 20b and loop-shaped magnetic flux ⁇ 30b are generated as in the first embodiment (see FIG. 5).
- the magnetic flux leakage from the first and second fixed permanent magnets 21B and 22B and the magnetic flux leakage from the first and second rotating permanent magnets 31B and 32B are reduced. be able to.
- the air flows across the inner peripheral side of the fixed permanent magnets 21B and 24B and the outer peripheral side of the gap G in the clockwise direction in the drawing.
- a loop-shaped magnetic flux ⁇ 26b is generated. The generation of the loop-shaped magnetic flux ⁇ 26b facilitates the flow of the magnetic flux ⁇ c5 between the two adjacent loop-shaped magnetic fluxes ⁇ 20b and ⁇ 26b in the thrust direction.
- the magnetic fluxes ⁇ 32b and ⁇ 35b of the second and fifth rotating permanent magnets 32B and 35B generate a magnetic flux across the outer peripheral side of these rotating permanent magnets 32B and 35B and the inner peripheral side of the gap G in the counterclockwise direction in the drawing.
- a loop-shaped magnetic flux ⁇ 37b is generated that flows through the .
- the generation of the loop-shaped magnetic flux ⁇ 37b facilitates the flow of the magnetic flux ⁇ c5 between the two adjacent loop-shaped magnetic fluxes ⁇ 37b and ⁇ 30b in the thrust direction.
- the magnetic flux density of the magnetic flux ⁇ c5 flowing through the gap G on the other side in the thrust direction also increases, so that the supporting force Fs1 can be further increased.
- FIG. 18 is a diagram showing a state in which a current is applied to the support coil 17 in the other direction in this embodiment.
- a current is applied to the support coil 17 in the direction shown
- the support coil 17 generates a magnetic flux ⁇ c6.
- the magnetic flux ⁇ c6 flows in a loop like the magnetic flux ⁇ c2 (see FIG. 6) of the first embodiment, so that the magnetic flux densities of the magnetic fields are uneven on both sides in the thrust direction.
- most of the magnetic flux ⁇ c6 flows as shown in FIG. That is, most of the magnetic flux ⁇ c6 on the other side in the thrust direction flows from the second fixed permanent magnet 22B toward the first rotating permanent magnet 31B. Also, most of the magnetic flux ⁇ c6 on one side in the thrust direction flows from the second rotating permanent magnet 32A toward the first fixed permanent magnet 21A. As a result, in the first rotating permanent magnet 31B and the second rotating permanent magnet 32A, the magnetic flux lines of the magnetic flux ⁇ c6 are inclined from the respective outer peripheral surfaces thereof toward one side of the gap G in the thrust direction. A supporting force Fs2 acts on one side in the thrust direction to which the magnetic flux lines are directed.
- the supporting force Fs2 can be increased by the first to fifth fixed permanent magnets 21-25 and the first to fifth rotating permanent magnets 31-35.
- the reason for this will be explained below.
- loop-shaped magnetic flux ⁇ 20a and loop-shaped magnetic flux ⁇ 30a are generated as in the case shown in FIG.
- the magnetic flux leakage from the first and second fixed permanent magnets 21A and 22A and the magnetic flux leakage from the first and second rotating permanent magnets 31A and 32A are reduced. be able to.
- a flowing loop-shaped magnetic flux ⁇ 26a is generated.
- the generation of the loop-shaped magnetic flux ⁇ 26a facilitates the flow of the magnetic flux ⁇ c6 between the two adjacent loop-shaped magnetic fluxes ⁇ 26a and ⁇ 20a in the thrust direction.
- the magnetic fluxes ⁇ 32a and ⁇ 35a of the second and fifth rotating permanent magnets 32A and 35A extend in the clockwise direction in FIG.
- a flowing loop-shaped magnetic flux ⁇ 37a is generated.
- the generation of the loop-shaped magnetic flux ⁇ 37a facilitates the flow of the magnetic flux ⁇ c6 between the two adjacent loop-shaped magnetic fluxes ⁇ 30a and ⁇ 37a in the thrust direction.
- the supporting force Fs2 can be increased.
- a loop-shaped magnetic flux ⁇ 20b and a loop-shaped magnetic flux ⁇ 30b are generated as in the case shown in FIG.
- the magnetic flux leakage from the first and second fixed permanent magnets 21B and 22B and the magnetic flux leakage from the first and second rotating permanent magnets 31B and 32B are reduced. be able to.
- the air flows across the inner peripheral side of the fixed permanent magnets 22B and 25B and the outer peripheral side of the gap G in the clockwise direction in the drawing.
- a loop-shaped magnetic flux ⁇ 27b is generated.
- the generation of the loop-shaped magnetic flux ⁇ 27b facilitates the flow of the magnetic flux ⁇ c6 between the two adjacent loop-shaped magnetic fluxes ⁇ 27b and ⁇ 20b in the thrust direction.
- the magnetic fluxes ⁇ 31b and ⁇ 34b of the first and fourth rotating permanent magnets 31B and 34B cause the magnetic flux to flow across the outer circumference of these rotating permanent magnets 31B and 34B and the inner circumference of the gap G in the counterclockwise direction in the figure.
- a loop-shaped magnetic flux ⁇ 36b that flows through is generated.
- the generation of the loop-shaped magnetic flux ⁇ 36b facilitates the flow of the magnetic flux ⁇ c6 between the two adjacent loop-shaped magnetic fluxes ⁇ 30b and ⁇ 36b in the thrust direction.
- the magnetic flux density of the magnetic flux ⁇ c6 flowing through the gap G on the other side in the thrust direction also increases, so that the supporting force Fs2 can be further increased. Since other configurations of the present embodiment are the same as those of the first embodiment, they are denoted by the same reference numerals and descriptions thereof are omitted.
- the repelling forces between the first to third fixed permanent magnets 21 to 23 and the first to third rotating permanent magnets 31 to 33, the fourth fixed permanent magnet 24 and the fourth rotating permanent magnet 34 and the repulsive force between the fifth fixed permanent magnet 25 and the fifth rotating permanent magnet 35, the supporting force Fr in the radial direction can be further increased. Therefore, even if the gap G between the fixed permanent magnet portion 20 and the rotating permanent magnet portion 30 is further increased, the supporting force Fr of the rotating shaft 12 in the radial direction can be secured.
- the magnetic fluxes ⁇ c5 and ⁇ c6 generated by the support coil 17 are superimposed on the magnetic flux of one of the first fixed permanent magnet 21 and the second fixed permanent magnet 22 at both ends of the rotating shaft 12 in the thrust direction, and the magnetic flux of the other. It is canceled by the magnetic flux, is superimposed on the magnetic flux of one of the first rotating permanent magnet 31 and the second rotating permanent magnet 32, and is canceled by the other magnetic flux. As a result, the magnetic flux densities of the magnetic fields become uneven at both ends of the rotating shaft 12 in the thrust direction.
- the magnetic flux ⁇ c5, ⁇ c6 generated by the support coil 17 is between the superimposed first fixed permanent magnet 21 and the second rotating permanent magnet 32 (or between the superimposed second fixed permanent magnet 22 and the first rotating permanent magnet 31). ), it is possible to generate supporting forces Fs1 and Fs2 that support the rotating shaft 12 in the thrust direction.
- the fixed permanent magnet section 20 when the supporting forces Fs1 and Fs2 in the thrust direction are applied to the rotating shaft 12 by the magnetic fluxes ⁇ c5 and ⁇ c6 generated by the supporting coils 17, the fixed permanent magnet section 20 generates a loop by the first to third fixed permanent magnets 21 to 23. shaped magnetic fluxes ⁇ 20a and ⁇ 20b are generated. Also, in the rotating permanent magnet portion 30, loop-shaped magnetic fluxes ⁇ 30a and ⁇ 30b are generated by the first to third rotating permanent magnets 31-33. Magnetic flux leakage from the first fixed permanent magnet 21 and the second fixed permanent magnet 22 can be reduced by the loop-shaped magnetic fluxes ⁇ 20a and ⁇ 20b.
- the magnetic flux leakage from the first rotating permanent magnet 31 and the second rotating permanent magnet 32 can be reduced by the loop-shaped magnetic fluxes ⁇ 30a and ⁇ 30b.
- the magnetic flux densities of ⁇ c5 and ⁇ c26 flowing through the gap G are increased, so that the supporting forces Fs1 and Fs2 in the thrust direction can be increased.
- the fixed permanent magnet portion 20 has the fourth fixed permanent magnet 24 and the fifth fixed permanent magnet 25
- loop-shaped magnetic fluxes ⁇ 27a, ⁇ 27b, ⁇ 26a, and ⁇ 26b are generated.
- the fourth rotating permanent magnet 34 and the fifth rotating permanent magnet 35 generate loop-shaped magnetic fluxes ⁇ 36a, ⁇ 36b, ⁇ 37a, and ⁇ 37b.
- the magnetic flux densities of the magnetic fluxes ⁇ c5 and ⁇ c6 flowing through the gap G are further increased, so that the supporting forces Fs1 and Fs2 in the thrust direction can be further increased.
- FIG. 19 is a partially enlarged sectional view of the magnetically levitated electric motor 10 according to the fourth embodiment of the present invention.
- This embodiment is a modification of the third embodiment.
- the magnetization directions of the first to fifth fixed permanent magnets 21 to 25 and the magnetization directions of the first to fifth rotating permanent magnets 31 to 35 are different from those of the third embodiment. do. The differences will be described below.
- the magnetization directions of the first to fifth fixed permanent magnets 21 to 25 and the magnetization directions of the first to third rotating permanent magnets 31 to 33 are the same as in the second embodiment (see FIG. 9). , the description is omitted.
- the fourth rotary permanent magnet 34A is magnetized in the thrust direction so that one side in the thrust direction is the S pole and the other side in the thrust direction is the N pole.
- the fourth rotating permanent magnet 34B is magnetized in the thrust direction so that one side in the thrust direction is the N pole and the other side in the thrust direction is the S pole.
- the fifth rotating permanent magnet 35A is magnetized in the thrust direction so that one side in the thrust direction has an S pole and the other side in the thrust direction has an N pole.
- the fifth rotating permanent magnet 35B is magnetized in the thrust direction so that one side in the thrust direction has an N pole and the other side in the thrust direction has an S pole.
- FIG. 20 is a diagram showing a state in which a current is applied to the support coil 17 in one direction in this embodiment.
- a current is applied to the support coil 17 in the direction shown
- the support coil 17 generates a magnetic flux ⁇ c7.
- the magnetic flux ⁇ c7 flows in a loop like the magnetic flux ⁇ c3 (see FIG. 10) of the second embodiment, so that the magnetic flux densities of the magnetic fields are uneven on both sides in the thrust direction.
- most of the magnetic flux ⁇ c7 flows as shown in FIG. That is, most of the magnetic flux ⁇ c7 on the other side in the thrust direction flows from the first fixed permanent magnet 21B toward the second rotating permanent magnet 32B. Also, most of the magnetic flux ⁇ c7 on one side in the thrust direction flows from the first rotating permanent magnet 31A toward the second fixed permanent magnet 22A. As a result, in the second rotating permanent magnet 32B and the first rotating permanent magnet 31A, the magnetic flux lines of the magnetic flux ⁇ c7 are inclined from the respective outer peripheral surfaces thereof toward the other side of the gap G in the thrust direction. A supporting force Fs1 acts on the other side in the thrust direction to which the magnetic flux lines are directed.
- the supporting force Fs1 can be increased by the first to fifth fixed permanent magnets 21-25 and the first to fifth rotating permanent magnets 31-35.
- a loop-shaped magnetic flux ⁇ 20a and a loop-shaped magnetic flux ⁇ 30b are generated as in the second embodiment (see FIG. 12).
- the magnetic flux leakage from the first and second fixed permanent magnets 21A and 22A and the magnetic flux leakage from the first and second rotating permanent magnets 31A and 32A are reduced. be able to.
- the air flows across the inner peripheral side of the fixed permanent magnets 22A and 25A and the outer peripheral side of the gap G in the clockwise direction in the figure.
- a loop-shaped magnetic flux ⁇ 27a is generated.
- the generation of the loop-shaped magnetic flux ⁇ 27a facilitates the flow of the magnetic flux ⁇ c7 between the two adjacent loop-shaped magnetic fluxes ⁇ 20a and ⁇ 27a in the thrust direction.
- the magnetic fluxes ⁇ 31a and ⁇ 34a of the first and fourth rotating permanent magnets 31A and 34A cause the magnetic flux to flow across the outer circumference of these rotating permanent magnets 31A and 34A and the inner circumference of the gap G in the counterclockwise direction in the figure.
- a loop-shaped magnetic flux ⁇ 36a is generated that flows through the .
- the generation of the loop-shaped magnetic flux ⁇ 36a facilitates the flow of the magnetic flux ⁇ c7 between the two adjacent loop-shaped magnetic fluxes ⁇ 36a and ⁇ 30a in the thrust direction.
- the magnetic flux density of the magnetic flux ⁇ c7 flowing through the gap G on one side in the thrust direction is increased, so that the supporting force Fs1 can be increased.
- a loop-shaped magnetic flux ⁇ 20a and a loop-shaped magnetic flux ⁇ 30b are generated as in the second embodiment (see FIG. 12).
- the magnetic flux leakage from the first and second fixed permanent magnets 21B and 22B and the magnetic flux leakage from the first and second rotating permanent magnets 31B and 32B are reduced. be able to.
- the thrust force is applied in the counterclockwise direction across the inner peripheral side of the fixed permanent magnets 21B and 24B and the outer peripheral side of the gap G.
- a flowing loop-shaped magnetic flux ⁇ 26b is generated.
- the generation of the loop-shaped magnetic flux ⁇ 26b facilitates the flow of the magnetic flux ⁇ c7 between the two adjacent loop-shaped magnetic fluxes ⁇ 20b and ⁇ 26b in the thrust direction.
- the magnetic fluxes ⁇ 32b and ⁇ 35b of the second and fifth rotating permanent magnets 32B and 35B extend in the clockwise direction in FIG.
- a flowing loop-shaped magnetic flux ⁇ 37b is generated.
- the generation of the loop-shaped magnetic flux ⁇ 37b facilitates the flow of the magnetic flux ⁇ c7 between the two adjacent loop-shaped magnetic fluxes ⁇ 37b and ⁇ 30b in the thrust direction.
- the magnetic flux density of the magnetic flux ⁇ c7 flowing through the gap G on the other side in the thrust direction also increases, so that the supporting force Fs1 can be further increased.
- FIG. 21 is a diagram showing a state in which a current is applied to the support coil 17 in the other direction in this embodiment.
- a current is applied to the support coil 17 in the direction shown
- the support coil 17 generates a magnetic flux ⁇ c8.
- the magnetic flux ⁇ c8 flows in a loop like the magnetic flux ⁇ c4 (see FIG. 13) of the second embodiment, so that the magnetic flux densities of the magnetic fields on one side and the other side in the thrust direction vary.
- most of the magnetic flux ⁇ c8 flows as shown in FIG. That is, most of the magnetic flux ⁇ c8 on one side in the thrust direction flows from the first fixed permanent magnet 21A toward the second rotating permanent magnet 32A. Also, most of the magnetic flux ⁇ c8 on the other side in the thrust direction flows from the first rotating permanent magnet 31B toward the second fixed permanent magnet 22B. As a result, in the second rotating permanent magnet 32A and the first rotating permanent magnet 31B, the magnetic flux lines of the magnetic flux ⁇ c8 are inclined from the respective outer peripheral surfaces thereof toward one side of the gap G in the thrust direction. A supporting force Fs2 acts on one side in the thrust direction to which the magnetic flux lines are directed.
- the supporting force Fs2 can be increased by the first to fifth fixed permanent magnets 21-25 and the first to fifth rotating permanent magnets 31-35.
- the reason for this will be explained below.
- a loop-shaped magnetic flux ⁇ 20a and a loop-shaped magnetic flux ⁇ 30b are generated as in the case shown in FIG.
- the magnetic flux leakage from the first and second fixed permanent magnets 21A and 22A and the magnetic flux leakage from the first and second rotating permanent magnets 31A and 32A are reduced. be able to.
- the air flows across the inner peripheral sides of the fixed permanent magnets 21A and 24A and the outer peripheral side of the gap G in the clockwise direction in the drawing.
- a loop-shaped magnetic flux ⁇ 26a is generated.
- the generation of the loop-shaped magnetic flux ⁇ 26a facilitates the flow of the magnetic flux ⁇ c8 between the two adjacent loop-shaped magnetic fluxes ⁇ 26a and ⁇ 20a in the thrust direction.
- the magnetic fluxes ⁇ 32a and ⁇ 35a of the second and fifth rotating permanent magnets 32A and 35A cause the magnetic fluxes to flow across the outer circumference of these rotating permanent magnets 32A and 35A and the inner circumference of the gap G in the counterclockwise direction in the figure.
- a loop-shaped magnetic flux ⁇ 37a is generated that flows through the .
- the generation of the loop-shaped magnetic flux ⁇ 37a facilitates the flow of the magnetic flux ⁇ c8 between the two adjacent loop-shaped magnetic fluxes ⁇ 30a and ⁇ 37a in the thrust direction.
- the supporting force Fs2 can be increased.
- a loop-shaped magnetic flux ⁇ 20b and a loop-shaped magnetic flux ⁇ 30b are generated, as in the case shown in FIG.
- the magnetic flux leakage from the first and second fixed permanent magnets 21B and 22B and the magnetic flux leakage from the first and second rotating permanent magnets 31B and 32B are reduced. be able to.
- the thrust force extends counterclockwise in FIG.
- a flowing loop-shaped magnetic flux ⁇ 27b is generated.
- the generation of the loop-shaped magnetic flux ⁇ 27b facilitates the flow of the magnetic flux ⁇ c8 between the two adjacent loop-shaped magnetic fluxes ⁇ 27b and ⁇ 20b in the thrust direction.
- the magnetic fluxes ⁇ 31b and ⁇ 34b of the first and fourth rotating permanent magnets 31B and 34B extend in the clockwise direction in FIG. A flowing loop-shaped magnetic flux ⁇ 36b is generated.
- the generation of the loop-shaped magnetic flux ⁇ 36b facilitates the flow of the magnetic flux ⁇ c8 between the two adjacent loop-shaped magnetic fluxes ⁇ 30b and ⁇ 36b in the thrust direction.
- the magnetic flux density of the magnetic flux ⁇ c8 flowing through the gap G on the other side in the thrust direction also increases, so that the supporting force Fs2 can be further increased.
- the magnetic levitation motor 10 is applied to the magnetic levitation pump 1, but the magnetic levitation motor 10 may be applied to equipment other than the pump.
- the fixed permanent magnet section 20 may not have the fourth and fifth fixed permanent magnets 24,25.
- the fixed permanent magnet section 20 should have at least the first fixed permanent magnet 21 and the second fixed permanent magnet 22 .
- the first fixed permanent magnet 21 and the second fixed permanent magnet 22 may be arranged adjacent to each other in the thrust direction.
- the rotating permanent magnet section 30 may have at least the first rotating permanent magnet 31 and the second rotating permanent magnet 32 . Also in this case, it is preferable to arrange the first rotating permanent magnet 31 and the second rotating permanent magnet 32 adjacent to each other in the thrust direction.
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Abstract
磁気浮上式電動機10は、ケーシング11に設けられた固定永久磁石部20と、回転軸12において固定永久磁石部20と対向して設けられ固定永久磁石部20との反発力により回転軸12を軸線Cと直交するラジアル方向に非接触で支持する回転永久磁石部30とを備える。固定永久磁石部20は、ラジアル方向に着磁された一対の第1固定永久磁石21と、ラジアル方向において第1固定永久磁石21と逆向きに着磁された一対の第2固定永久磁石22とを有する。回転永久磁石部30は、ラジアル方向において第1固定永久磁石21と逆向きに着磁された一対の第1回転永久磁石31と、ラジアル方向において第2固定永久磁石22と逆向きに着磁された一対の第2回転永久磁石32とを有する。
Description
本発明は、磁気浮上式電動機および磁気浮上式ポンプに関する。
ケーシングに対して回転軸を機械的に接触させずに支持するベアリングレスモータとして、回転軸を磁気により浮上させて支持する磁気浮上式電動機が知られている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載された磁気浮上式電動機は、ケーシングに対する回転軸の浮上位置を制御するために、スラスト方向の1軸(γ軸方向)とラジアル方向の4軸(α軸方向,β軸方向,α軸回り,β軸回り)をそれぞれ能動制御している。しかし、このような磁気浮上式電動機では、5軸それぞれを能動制御する必要があるので、製造コストが高くなる。そこで、スラスト方向の1軸だけを能動制御し、ラジアル方向の4軸を受動制御する、いわゆる1軸制御が検討されている。
図22は、従来の1軸制御が行われる磁気浮上式電動機の断面図である。この磁気浮上式電動機は、ケーシング90と、ケーシング90内に配置された回転軸91およびモータ部92と、を備えている。モータ部92は、ケーシング90内の軸方向中央部に設けられた固定子92aと、回転軸91において固定子92aと対向する位置に設けられた回転子92bと、を有している。
前記磁気浮上式電動機は、ケーシング90内に設けられた一対の支持コイル93および一対の環状の固定永久磁石94と、回転軸91に取り付けられた一対の環状の回転永久磁石95と、をさらに備えている。固定永久磁石94は、ケーシング90の軸方向両端に設けられている。回転永久磁石95は、回転軸91の軸方向両端において、固定永久磁石94と対向して設けられている。互いに対向する固定永久磁石94と回転永久磁石95は、ラジアル方向に反発力が生じるように着磁されている。この反発力は、ケーシング90に対して回転軸91を非接触で支持するラジアル方向の支持力として、回転軸91に作用する。
支持コイル93は、固定子92aの軸方向両側にそれぞれ配置され、回転軸91回りの周方向に巻回されている。支持コイル93に電流を付与すると、支持コイル93によって生じる磁束が、固定永久磁石94および回転永久磁石95の各磁束に重畳されることによって、回転軸91の軸方向両端における磁界の磁束密度に疎密が発生する。この磁束密度の疎密が発生することで、回転軸91をスラスト方向に支持する支持力が発生する。以上により、支持コイル93に付与する電流を制御することで、回転軸91のスラスト方向の1軸を能動制御することができる。また、固定永久磁石94と回転永久磁石95との間で生じる反発力により、回転軸91のラジアル方向の4軸を受動制御することができる。
上記1軸制御が行われる磁気浮上式電動機を備えた磁気浮上式ポンプでは、ケーシング90および回転軸91を移送流体から保護するための隔壁が、固定永久磁石94と回転永久磁石95との間に配置される。このため、固定永久磁石94と回転永久磁石95とのギャップ(隙間)を大きく形成する必要がある。前記ギャップを大きくすると、固定永久磁石94と回転永久磁石95との反発力(磁力)が弱まり、回転軸91のラジアル方向の支持力が低下してしまう。このため、前記ギャップを広くするには、回転軸91のラジアル方向の支持力を確保するために、固定永久磁石94と回転永久磁石95との反発力を強くする必要がある。
しかし、前記反発力を強くすると、固定永久磁石94に対して回転永久磁石95がスラスト方向の一方側へずれたときに、当該一方側へ回転軸91を押し出す力が大きくなる。この押し出し力が、回転軸91をスラスト方向に支持する支持力よりも大きくなると、回転軸91をスラスト方向に支持することができなくなるおそれがある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、スラスト方向の1軸を能動制御する磁気浮上式電動機において、ラジアル方向の支持力を確保しつつ、スラスト方向の支持力を高めることを目的とする。
(1)本発明は、磁性体からなるケーシングと、前記ケーシング内に配置され、所定の軸線回りに回転可能な回転軸と、前記ケーシングに設けられた固定子、および前記固定子と対向して前記回転軸に設けられた回転子を有するモータ部と、前記ケーシングに設けられた固定永久磁石部と、前記回転軸において前記固定永久磁石部と対向して設けられ、前記固定永久磁石部との反発力によって前記回転軸を前記軸線と直交するラジアル方向に非接触で支持する回転永久磁石部と、前記ケーシングに設けられ、前記軸線回りに巻回された支持コイルと、前記支持コイルに付与される電流を制御し、前記支持コイルによって生じる磁束を前記固定永久磁石部および前記回転永久磁石部の各磁束に重畳させて前記軸線に沿うスラスト方向の支持力を前記回転軸に作用させる制御部と、を備え、前記固定永久磁石部は、前記固定子を挟んで前記スラスト方向に一対配置され、前記ラジアル方向に着磁された環状の第1固定永久磁石と、前記各第1固定永久磁石の前記固定子側に配置され、前記ラジアル方向において前記第1固定永久磁石と逆向きに着磁された一対の環状の第2固定永久磁石と、を有し、前記回転永久磁石部は、一対の前記第1固定永久磁石それぞれと対向して配置され、前記ラジアル方向において前記第1固定永久磁石と逆向きに着磁された一対の環状の第1回転永久磁石と、一対の前記第2固定永久磁石それぞれと対向して配置され、前記ラジアル方向において前記第2固定永久磁石と逆向きに着磁された一対の環状の第2回転永久磁石と、を有する、磁気浮上式電動機である。
本発明の磁気浮上式電動機によれば、第1固定永久磁石と第1回転永久磁石との反発力、および第2固定永久磁石と第2回転永久磁石との反発力により、回転軸をラジアル方向に非接触で支持することができる。これにより、従来の1組の固定永久磁石と1組の回転永久磁石との反発力だけで回転軸を支持する場合よりもラジアル方向の支持力を高めることができる。したがって、固定永久磁石部と回転永久磁石部とのギャップ(隙間)が大きくなっても、回転軸のラジアル方向の支持力を確保することができる。
また、支持コイルによって生じる磁束は、固定子を挟んだスラスト方向両側それぞれにおいて、第1固定永久磁石および第2固定永久磁石のうちの一方の磁束に重畳されるとともに他方の磁束で相殺され、第1回転永久磁石および第2回転永久磁石のうちの一方の磁束に重畳されるとともに他方の磁束で相殺される。これにより、前記スラスト方向両側それぞれにおいて、磁界の磁束密度に疎密が発生する。その結果、支持コイルによって生じる磁束が、重畳された第1固定永久磁石および第2回転永久磁石の間(または重畳された第2固定永久磁石および第1回転永久磁石の間)を流れることで、回転軸をスラスト方向に支持する支持力を発生させることができる。
また、支持コイルによって生じる磁束によりスラスト方向の支持力を回転軸に作用させる際に、固定永久磁石部では、第1(または第2)固定永久磁石→第2(または第1)固定永久磁石→回転永久磁石部とのギャップ→第1(または第2)固定永久磁石の順に流れるループ状の磁束が発生するので、第1および第2固定永久磁石からの漏洩磁束を低減することができる。同様に、回転永久磁石部では、第1(または第2)回転永久磁石→第2(または第1)回転永久磁石→固定永久磁石部とのギャップ→第1(または第2)回転永久磁石の順に流れるループ状の磁束が発生するので、第1および第2回転永久磁石からの各漏洩磁束を低減することができる。これにより、前記ギャップを流れる磁束の磁束密度が大きくなるので、スラスト方向の支持力を高めることができる。
(2)前記固定永久磁石部は、前記各第1固定永久磁石の前記固定子側に隣接して配置されるとともに、前記各第2固定永久磁石の前記固定子側と反対側に隣接して配置され、前記スラスト方向において互いに逆向きに着磁された一対の環状の第3固定永久磁石をさらに有し、前記回転永久磁石部は、一対の前記第3固定永久磁石それぞれと対向して配置され、前記スラスト方向において互いに逆向きに着磁されるともに、対向する前記第3固定永久磁石と同向きに着磁された一対の環状の第3回転永久磁石をさらに有するのが好ましい。
この場合、第3固定永久磁石と第3回転永久磁石との反発力により、回転軸のラジアル方向の支持力をさらに高めることができる。また、支持コイルによって生じる磁束によりスラスト方向の支持力を回転軸に作用させる際に、固定永久磁石部では、第3固定永久磁石により、第1(または第2)固定永久磁石から第2(または第1)固定永久磁石へ磁束が流れ易くなるので、第1および第2固定永久磁石からの漏洩磁束をさらに低減することができる。同様に、回転永久磁石部では、第3回転永久磁石により、第1(または第2)回転永久磁石から第2(または第1)回転永久磁石へ磁束が流れ易くなるので、第1および第2回転永久磁石からの各漏洩磁束をさらに低減することができる。これにより、前記ギャップを流れる磁束の磁束密度がさらに大きくなるので、スラスト方向の支持力をさらに高めることができる。
(3)前記固定永久磁石部は、前記各第1固定永久磁石の前記反対側に隣接して配置され、前記スラスト方向において互いに逆向きに着磁された一対の環状の第4固定永久磁石と、前記各第2固定永久磁石の前記固定子側に隣接して配置され、前記スラスト方向において互いに逆向きに着磁された一対の環状の第5固定永久磁石と、をさらに有し、前記各第4固定永久磁石は、隣接する前記第1固定永久磁石の前記固定子側に隣接している前記第3固定永久磁石と逆向きに着磁され、前記各第5固定永久磁石は、隣接する前記第2固定永久磁石の前記反対側に隣接している前記第3固定永久磁石と逆向きに着磁されているのが好ましい。
この場合、支持コイルによって生じる磁束によりスラスト方向の支持力を回転軸に作用させる際に、固定永久磁石部では、第4固定永久磁石→回転永久磁石部とのギャップ(または第1固定永久磁石)→第1固定永久磁石(または回転永久磁石部とのギャップ)→第4固定永久磁石の順に流れるループ状の磁束が発生する。また、固定永久磁石部では、第5固定永久磁石→回転永久磁石部とのギャップ(または第2固定永久磁石)→第2固定永久磁石(または回転永久磁石部とのギャップ)→第5固定永久磁石の順に流れるループ状の磁束が発生する。これにより、前記ギャップを流れる磁束の磁束密度がさらに大きくなるので、スラスト方向の支持力をさらに高めることができる。
(4)前記回転永久磁石部は、一対の前記第4固定永久磁石それぞれと対向して配置され、前記スラスト方向において互いに逆向きに着磁されるとともに、対向する前記第4固定永久磁石と同向きに着磁された一対の環状の第4回転永久磁石と、一対の前記第5固定永久磁石それぞれと対向して配置され、前記スラスト方向において互いに逆向きに着磁されるとともに、対向する前記第5固定永久磁石と同向きに着磁された一対の環状の第5回転永久磁石と、をさらに有するのが好ましい。
この場合、支持コイルによって生じる磁束によりスラスト方向の支持力を回転軸に作用させる際に、回転永久磁石部では、第4回転永久磁石→固定永久磁石部とのギャップ(または第1回転永久磁石)→第1回転永久磁石(または固定永久磁石部とのギャップ)→第4回転永久磁石の順に流れるループ状の磁束が発生する。また、回転永久磁石部では、第5回転永久磁石→固定永久磁石部とのギャップ(または第2回転永久磁石)→第2回転永久磁石(または固定永久磁石部とのギャップ)→第5回転永久磁石の順に流れるループ状の磁束が発生する。これにより、前記ギャップを流れる磁束の磁束密度がさらに大きくなるので、スラスト方向の支持力をさらに高めることができる。
(5)他の観点からみた本発明は、移送流体の吸込口および吐出口を有するハウジングと、前記ハウジングに設けられた、前記(1)から(4)のいずれかに記載の磁気浮上式電動機と、前記回転軸における前記スラスト方向の一端部に設けられたインペラと、前記回転軸側と前記ケーシング側との間を隔てる隔壁部と、を備える磁気浮上式ポンプである。
本発明の磁気浮上式ポンプによれば、上記磁気浮上式電動機と同様の作用効果を奏する。特に、磁気浮上式ポンプでは、回転軸側とケーシング側との間を隔てる隔壁部を配置するために、固定永久磁石部と回転永久磁石部とのギャップが大きくなるので、上記作用効果がより有効となる。
本発明によれば、スラスト方向の1軸を能動制御する磁気浮上式電動機において、ラジアル方向の支持力を確保しつつ、スラスト方向の支持力を高めることができる。
次に、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
<第1実施形態>
[磁気浮上式ポンプ]
図1は、本発明の第1実施形態に係る磁気浮上式ポンプの断面図である。図1において、本実施形態の磁気浮上式ポンプ1(以下、単に「ポンプ1」ともいう)は、例えば遠心ポンプからなる。ポンプ1は、ハウジング2と、ポンプ部5と、磁気浮上式電動機10(以下、単に「電動機10」ともいう)と、を備えている。なお、本明細書では、電動機10の軸線Cに沿う方向を「軸方向」といい、図1の左側を「軸方向一方側」、図1の右側を「軸方向他方側」という(図2~図21も同様)。
<第1実施形態>
[磁気浮上式ポンプ]
図1は、本発明の第1実施形態に係る磁気浮上式ポンプの断面図である。図1において、本実施形態の磁気浮上式ポンプ1(以下、単に「ポンプ1」ともいう)は、例えば遠心ポンプからなる。ポンプ1は、ハウジング2と、ポンプ部5と、磁気浮上式電動機10(以下、単に「電動機10」ともいう)と、を備えている。なお、本明細書では、電動機10の軸線Cに沿う方向を「軸方向」といい、図1の左側を「軸方向一方側」、図1の右側を「軸方向他方側」という(図2~図21も同様)。
ハウジング2は、第1ハウジング3と、第1ハウジング3の軸方向一方側に設けられた第2ハウジング4と、を有している。第1ハウジング3は、軸線Cを中心として略有底円筒状に形成されている。具体的には、第1ハウジング3は、円筒部3aと、円筒部3aの軸方向一方側に固定された環状の第1壁部3bと、円筒部3aの軸方向他方側に固定された円板状の第2壁部3cと、を有している。
第2ハウジング4は、軸線Cを中心として略円筒状に形成されている。第2ハウジング4の軸方向他方側の端部は、第1ハウジング3の第1壁部3bに連結されている。第2ハウジング4の軸方向一方側の端部には、移送流体を吸い込む吸込口4aが形成されている。第2ハウジング4の外周面には、移送流体を吐出する吐出口4bが形成されている。
ポンプ部5は、インペラ6と、隔壁部7と、によって構成されている。インペラ6は、第1ハウジング3内と第2ハウジング4内とに跨って配置されている。インペラ6は、電動機10の回転軸12に一体回転可能に取り付けられている。インペラ6が回転軸12と共に回転することで、吸込口4aから吸い込まれた移送流体が、遠心力によって吐出口4bから吐出されるようになっている。
隔壁部7は、電動機10の回転軸12側とケーシング11側との間を隔てるものである。本実施形態の隔壁部7は、電動機10の回転軸12側に設けられた、円筒状の第1隔壁7aと、環状の第2隔壁7bと、円筒状の第3隔壁7cと、を有している。第1隔壁7aは、回転軸12およびインペラ6の各内周面を覆っている。第2隔壁7bは、第1隔壁7aの軸方向他端に固定されている。第2隔壁7bは、回転軸12の軸方向他方側の端面を覆っている。第3隔壁7cは、電動機10の回転軸12側の構成部材(回転軸12、回転子15、および回転永久磁石部30)を外側から覆っている。第3隔壁7cの軸方向一端部は、インペラ6により閉塞された状態で当該インペラ6に固定されている。第3隔壁7cの軸方向他端部は、第2隔壁7bの外周端に固定されている。これにより、第1~第3隔壁7a~7cは、インペラ6および回転軸12と共に回転するようになっている。
本実施形態の隔壁部7は、電動機10のケーシング11側に設けられた、有底円筒状の第4隔壁7dと、環状のフランジ7eと、をさらに有している。第4隔壁7dは、第3隔壁7cの径方向外側に配置されている。第4隔壁7dは、電動機10のケーシング11側の構成部材(ケーシング11、固定子14、支持コイル17、および固定永久磁石部20)を内側から覆っている。フランジ7eは、第4隔壁7dの軸方向一端部に設けられ、第1ハウジング3と第2ハウジング4との間に挟まれた状態で保持されている。これにより、第4隔壁7dおよびフランジ7eは、電動機10のケーシング11に固定されている。
第1隔壁7aの内周側、第2隔壁7bと第4隔壁7dの底面(軸方向他端面)との間、および第3隔壁7cの外周面と第4隔壁7dの内周面との間には、それぞれ移送流体が流れる流路8a,8b,8cが連続して形成されている。流路8aは、流路8c,8bに流れた移送流体をインペラ6側に戻すためのスルーホールとして機能する。流路8a内を移送流体が流れることで、インペラ6による移送流体の圧送時に発生する軸方向の外乱力を抑制することができる。また、流路8cを流れる移送流体は,流体摩擦によって加熱されるが、その加熱された移送流体を、流路8aを通過してインペラ6側に戻すことで、ポンプ部5内の温度が上昇するのを抑制することができる。さらに、第1隔壁7a~第4隔壁7dは、回転軸12側およびケーシング11側の各構成部材を、各流路8a,8b,8cを流れる移送流体から保護している。
[磁気浮上式電動機]
磁気浮上式電動機10は、インペラ6を回転駆動させるものである。磁気浮上式電動機10は、ケーシング11、回転軸12、モータ部13、固定永久磁石部20、回転永久磁石部30、支持コイル17、センサ18、および制御部19を備えている。センサ18および制御部19を除く磁気浮上式電動機10の構成部材11~17は、ハウジング2内に設けられている。
磁気浮上式電動機10は、インペラ6を回転駆動させるものである。磁気浮上式電動機10は、ケーシング11、回転軸12、モータ部13、固定永久磁石部20、回転永久磁石部30、支持コイル17、センサ18、および制御部19を備えている。センサ18および制御部19を除く磁気浮上式電動機10の構成部材11~17は、ハウジング2内に設けられている。
ケーシング11は、磁性体によって構成されている。本実施形態のケーシング11は、軸線Cを中心として円筒状に形成された磁性筒部11aと、磁性筒部11aの軸方向一方側に固定された環状の第1磁性壁部11bと、磁性筒部11aの軸方向他方側に固定された環状の第2磁性壁部11cと、を有している。
磁性筒部11aの外周面は、第1ハウジング3の円筒部3aの内周面に嵌合されている。第1磁性壁部11bは、第1ハウジング3の第1壁部3bの内面に沿って配置されている。第2磁性壁部11cは、第1ハウジング3の第2壁部3cの内面に沿って配置されている。第1磁性壁部11bの内周側には、軸方向他方側に突出す略円筒状の支持部11dが形成されている。同様に、第2磁性壁部11cの内周側には、軸方向一方側に突出する円筒状の支持部11eが形成されている。
回転軸12は、円筒状に形成された磁性体からなり、ケーシング11内において軸線C回りに回転可能に配置される。回転軸12の軸方向一端部は、第1磁性壁部11bの支持部11d内に配置されている。回転軸12の軸方向他端部は、第2磁性壁部11cの支持部11e内に配置されている。回転軸12の軸方向一方側の端面には、インペラ6が固定されている。これにより、回転軸12を軸線C回りに回転させることで、インペラ6が軸線C回りに回転するようになっている。
モータ部13は、磁性筒部11aの内周面の軸方向中央部に設けられた固定子14と、固定子14と対向して回転軸12の外周面に設けられた回転子15と、を有している。固定子14は、鉄等の磁性体からなる固定磁性部14aと、固定磁性部14aに巻回された巻線14bと、を有している。回転子15は、回転軸12の周方向に沿って配置された複数の永久磁石15aを有している。固定子14の巻線14bは、制御部19を介して電源(図示省略)に接続されている。固定子14の巻線14bに電流を付与すると、回転磁界が発生することで、回転子15は回転軸12と共を回転する。
[固定永久磁石部]
図2は、磁気浮上式電動機10の一部を拡大した断面図である。図2に示すように、固定永久磁石部20は、ケーシング11に設けられた複数の永久磁石によって構成されている。本実施形態の固定永久磁石部20は、第1固定永久磁石21と、第2固定永久磁石22と、第3固定永久磁石23と、第4固定永久磁石24と、第5固定永久磁石25と、を有している。各固定永久磁石21,22,23,24,25は、環状に形成されている。各固定永久磁石21,22,23,24,25の径方向の厚みは、同一である。
図2は、磁気浮上式電動機10の一部を拡大した断面図である。図2に示すように、固定永久磁石部20は、ケーシング11に設けられた複数の永久磁石によって構成されている。本実施形態の固定永久磁石部20は、第1固定永久磁石21と、第2固定永久磁石22と、第3固定永久磁石23と、第4固定永久磁石24と、第5固定永久磁石25と、を有している。各固定永久磁石21,22,23,24,25は、環状に形成されている。各固定永久磁石21,22,23,24,25の径方向の厚みは、同一である。
第1固定永久磁石21は、モータ部13の固定子14を挟んで、軸線Cに沿うスラスト方向(軸方向)に一対配置されている。一対の第1固定永久磁石21は、スラスト方向一方側の支持部11dの内周面に嵌合して固定された第1固定永久磁石21Aと、スラスト方向他方側の支持部11eの内周面に嵌合して固定された第1固定永久磁石21Bと、からなる。第1固定永久磁石21は、軸線Cと直交するラジアル方向(径方向)に着磁されている。本実施形態では、第1固定永久磁石21は、ラジアル方向の外周側がN極、ラジアル方向の内周側がS極となるように着磁されている。
第2固定永久磁石22は、各第1固定永久磁石21の固定子14側に離れて一対配置されている。一対の第2固定永久磁石22は、第1固定永久磁石21Aのスラスト方向他方側に離れて配置された第2固定永久磁石22Aと、第3固定永久磁石23Bのスラスト方向一方側に離れて配置された第2固定永久磁石22Bと、からなる。第2固定永久磁石22Aは、支持部11dの内周面に嵌合して固定されている。第2固定永久磁石22Bは、支持部11eの内周面に嵌合して固定されている。
第2固定永久磁石22は、ラジアル方向において第1固定永久磁石21と逆向きに着磁されている。本実施形態では、第2固定永久磁石22は、ラジアル方向の外周側がS極、ラジアル方向の内周側がN極となるように着磁されている。第2固定永久磁石22のスラスト方向の長さは、特に限定されないが、本実施形態では第1固定永久磁石21のスラスト方向の長さと同一である。
第3固定永久磁石23は、各第1固定永久磁石21の固定子14側に隣接するとともに、各第2固定永久磁石22の固定子14側と反対側(以下、反固定子14側ともいう)に隣接して、一対配置されている。一対の第3固定永久磁石23は、第1固定永久磁石21Aのスラスト方向他方側に隣接して配置された第3固定永久磁石23Aと、第1固定永久磁石21Bのスラスト方向一方側に隣接して配置された第3固定永久磁石23Bと、からなる。第3固定永久磁石23Aは、支持部11dの内周面に嵌合して固定されている。第3固定永久磁石23Bは、支持部11eの内周面に嵌合して固定されている。
第3固定永久磁石23A,23Bは、スラスト方向において互いに逆向きに着磁されている。本実施形態では、第3固定永久磁石23Aは、スラスト方向の一方側がS極、スラスト方向の他方側がN極となるように着磁されている。第3固定永久磁石23Bは、スラスト方向の一方側がN極、スラスト方向の他方側がS極となるように着磁されている。第3固定永久磁石23のスラスト方向の長さは、特に限定されないが、本実施形態では第1固定永久磁石21のスラスト方向の長さよりも短い。
第4固定永久磁石24は、各第1固定永久磁石21の反固定子14側に隣接して一対配置されている。一対の第4固定永久磁石24は、第1固定永久磁石21Aのスラスト方向一方側に隣接して配置された第4固定永久磁石24Aと、第1固定永久磁石21Bのスラスト方向他方側に隣接して配置された第4固定永久磁石24Bと、からなる。第4固定永久磁石24Aは、支持部11dの内周面に嵌合して固定されている。第4固定永久磁石24Bは、支持部11eの内周面に嵌合して固定されている。
第4固定永久磁石24A,24Bは、スラスト方向において互いに逆向きに着磁されている。また、第4固定永久磁石24Aは、自身に隣接する第1固定永久磁石21Aの固定子14側に隣接している第3固定永久磁石23Aと逆向きに着磁されている。同様に、第4固定永久磁石24Bは、自身に隣接する第1固定永久磁石21Bの固定子14側に隣接している第3固定永久磁石23Bと逆向きに着磁されている。
本実施形態では、第4固定永久磁石24Aは、スラスト方向の一方側がN極、スラスト方向の他方側がS極となるように着磁されている。第4固定永久磁石24Bは、スラスト方向の一方側がS極、スラスト方向の他方側がN極となるように着磁されている。第4固定永久磁石24のスラスト方向の長さは、特に限定されないが、本実施形態では第3固定永久磁石23のスラスト方向の長さよりも短い。
第5固定永久磁石25は、各第2固定永久磁石22の固定子14側に隣接して一対配置されている。一対の第5固定永久磁石25は、第2固定永久磁石22Aのスラスト方向他方側に隣接して配置された第5固定永久磁石25Aと、第2固定永久磁石22Bのスラスト方向一方側に隣接して配置された第5固定永久磁石25Bと、からなる。第5固定永久磁石25Aは、支持部11dの内周面に嵌合して固定されている。第5固定永久磁石25Bは、支持部11eの内周面に嵌合して固定されている。
第5固定永久磁石25A,25Bは、スラスト方向において互いに逆向きに着磁されている。また、第5固定永久磁石25Aは、自身に隣接する第2固定永久磁石22Aの反固定子14側に隣接している第3固定永久磁石23Aと逆向きに着磁されている。同様に、第5固定永久磁石25Bは、自身に隣接する第2固定永久磁石22Bの反固定子14側に隣接している第3固定永久磁石23Bと逆向きに着磁されている。
本実施形態では、第5固定永久磁石25Aは、スラスト方向の一方側がN極、スラスト方向の他方側がS極となるように着磁されている。第5固定永久磁石25Bは、スラスト方向の一方側がS極、スラスト方向の他方側がN極となるように着磁されている。第5固定永久磁石25のスラスト方向の長さは、特に限定されないが、本実施形態では第4固定永久磁石24のスラスト方向の長さと同一である。
[回転永久磁石部]
回転永久磁石部30は、固定永久磁石部20と対向するように回転軸12の外周面に設けられた複数の永久磁石によって構成されている。本実施形態の回転永久磁石部30は、第1回転永久磁石31と、第2回転永久磁石32と、第3回転永久磁石33と、を有している。各回転永久磁石31,32,33は、環状に形成されている。各回転永久磁石31,32,33の径方向の厚みは、同一である。
回転永久磁石部30は、固定永久磁石部20と対向するように回転軸12の外周面に設けられた複数の永久磁石によって構成されている。本実施形態の回転永久磁石部30は、第1回転永久磁石31と、第2回転永久磁石32と、第3回転永久磁石33と、を有している。各回転永久磁石31,32,33は、環状に形成されている。各回転永久磁石31,32,33の径方向の厚みは、同一である。
第1回転永久磁石31は、一対の第1固定永久磁石21それぞれと対向するように一対配置されている。一対の第1回転永久磁石31は、回転軸12のスラスト方向一端部の外周面に嵌合して固定された第1回転永久磁石31Aと、回転軸12のスラスト方向他端部の外周面に嵌合して固定された第1回転永久磁石31Bと、からなる。第1回転永久磁石31Aは、第1固定永久磁石21Aと対向して配置されている。第1回転永久磁石31Bは、第1固定永久磁石21Bと対向して配置されている。
第1回転永久磁石31は、ラジアル方向において第1固定永久磁石21と逆向きに着磁されている。本実施形態では、第1回転永久磁石31は、ラジアル方向の外周側がS極、ラジアル方向の内周側がN極となるように着磁されている。第1回転永久磁石31のスラスト方向の長さは、特に限定されないが、本実施形態では第1固定永久磁石21のスラスト方向の長さよりも長い。これにより、第1回転永久磁石31のS極は、第1固定永久磁石21のS極、および第4固定永久磁石24のS極と対向して配置されている。
第2回転永久磁石32は、一対の第2固定永久磁石22それぞれと対向するように一対配置されている。一対の第2回転永久磁石32は、第2固定永久磁石22Aに対向して配置される第2回転永久磁石32Aと、第2固定永久磁石22Bに対向して配置される第2回転永久磁石32Bと、からなる。第2回転永久磁石32Aは、第1回転永久磁石31Aのスラスト方向他方側に離れて配置され、回転軸12の外周面に嵌合して固定されている。第2回転永久磁石32Bは、第1回転永久磁石31Bのスラスト方向一方側に離れて配置され、回転軸12の外周面に嵌合して固定されている。
第2回転永久磁石32は、ラジアル方向において第2固定永久磁石22と逆向きに着磁されている。本実施形態では、第2回転永久磁石32は、ラジアル方向の外周側がN極、ラジアル方向の内周側がS極となるように着磁されている。第2回転永久磁石32のスラスト方向の長さは、特に限定されないが、本実施形態では第2固定永久磁石22のスラスト方向の長さよりも長い。これにより、第2回転永久磁石32のN極は、第1固定永久磁石21のN極、および第5固定永久磁石25のN極と対向して配置されている。
第3回転永久磁石33は、一対の第3固定永久磁石23それぞれと対向するように一対配置されている。一対の第3回転永久磁石33は、第3固定永久磁石23Aに対向して配置される第3回転永久磁石33Aと、第3固定永久磁石23Bに対向して配置される第3回転永久磁石33Bと、からなる。第3回転永久磁石33Aは、第1回転永久磁石31Aのスラスト方向他方側に隣接するとともに第2回転永久磁石32Aのスラスト方向一方側に隣接して配置され、回転軸12の外周面に嵌合して固定されている。第3回転永久磁石33Bは、第1回転永久磁石31Bのスラスト方向一方側に隣接するとともに第2回転永久磁石32Bのスラスト方向他方側に隣接して配置され、回転軸12の外周面に嵌合して固定されている。
第3回転永久磁石33A,33Bは、スラスト方向において互いに逆向きに着磁されている。また、第3回転永久磁石33Aは、対向する第3固定永久磁石23Aと同向きに着磁されている。同様に、第3回転永久磁石33Bは、対向する第3固定永久磁石23Bと同向きに着磁されている。本実施形態では、第3回転永久磁石33Aは、スラスト方向の一方側がS極、スラスト方向の他方側がN極となるように着磁されている。第3回転永久磁石33Bは、スラスト方向の一方側がN極、スラスト方向の他方側がS極となるように着磁されている。第3回転永久磁石33のスラスト方向の長さは、特に限定されないが、本実施形態では第3固定永久磁石23のスラスト方向の長さよりも僅かに短い。
以上の構成により、第1固定永久磁石21と第1回転永久磁石31との間、第2固定永久磁石22と第2回転永久磁石32との間、および第3固定永久磁石23と第3回転永久磁石33との間で、それぞれ反発力が作用する。また、第4固定永久磁石24のS極と第1回転永久磁石31のS極との間、および第5固定永久磁石25のN極と第2回転永久磁石32のN極との間で、それぞれ反発力が作用する。これらの反発力によって、互いに対向する第1~第5固定永久磁石21~25と第1~第3回転永久磁石31~33との間には、環状のギャップ(隙間)Gが形成される。そして、前記反発力が回転軸12をラジアル方向に支持する支持力Frとして回転軸12に作用する。これにより、回転軸12は、支持力Frによりケーシング11に対してラジアル方向に非接触で支持される。
[支持コイル]
支持コイル17は、回転軸12にスラスト方向の支持力を作用させるためのものである。支持コイル17は、ケーシング11内においてモータ部13の固定子14を挟んでスラスト方向に一対設けられている。一対の支持コイル17は、スラスト方向一方側において磁性筒部11aと第1磁性壁部11bとの角部分に配置された支持コイル17Aと、スラスト方向他方側において磁性筒部11aと第2磁性壁部11cとの角部分に配置された支持コイル17Bと、からなる。
支持コイル17は、回転軸12にスラスト方向の支持力を作用させるためのものである。支持コイル17は、ケーシング11内においてモータ部13の固定子14を挟んでスラスト方向に一対設けられている。一対の支持コイル17は、スラスト方向一方側において磁性筒部11aと第1磁性壁部11bとの角部分に配置された支持コイル17Aと、スラスト方向他方側において磁性筒部11aと第2磁性壁部11cとの角部分に配置された支持コイル17Bと、からなる。
支持コイル17A,17Bは、それぞれ固定子14に対してスラスト方向に間隔をあけて配置されている。支持コイル17A,17Bは、それぞれ磁性筒部11aに沿って軸線C回りに巻回されている。支持コイル17A,17Bは、それぞれ制御部19を介して電源(図示省略)に接続されている(図1参照)。
[スラスト方向一方側の支持力]
図3~図5は、支持コイル17に電流を一方向に付与している状態を示す図である。なお、便宜上、図3~図5における各固定永久磁石21~25および各回転永久磁石31~33には、各磁石内の磁束の向きを矢印で示している(図6~図8,図10~図15,図17~図18,図20~図21も同様)。図3に示すように、支持コイル17に直流電流を図示の方向に付与すると、支持コイル17よって磁束Ψc1が発生する。磁束Ψc1は、磁性筒部11a、第1磁性壁部11b、スラスト方向一方側の固定永久磁石部20、スラスト方向一方側の回転永久磁石部30、回転軸12、スラスト方向他方側の回転永久磁石部30、スラスト方向他方側の固定永久磁石部20、第2磁性壁部11c、磁性筒部11aの順にループ状に流れる。
図3~図5は、支持コイル17に電流を一方向に付与している状態を示す図である。なお、便宜上、図3~図5における各固定永久磁石21~25および各回転永久磁石31~33には、各磁石内の磁束の向きを矢印で示している(図6~図8,図10~図15,図17~図18,図20~図21も同様)。図3に示すように、支持コイル17に直流電流を図示の方向に付与すると、支持コイル17よって磁束Ψc1が発生する。磁束Ψc1は、磁性筒部11a、第1磁性壁部11b、スラスト方向一方側の固定永久磁石部20、スラスト方向一方側の回転永久磁石部30、回転軸12、スラスト方向他方側の回転永久磁石部30、スラスト方向他方側の固定永久磁石部20、第2磁性壁部11c、磁性筒部11aの順にループ状に流れる。
その際、磁束Ψc1は、スラスト方向一方側において、第1固定永久磁石21Aの磁束Ψ21aで相殺され、第2固定永久磁石22Aの磁束Ψ22aに重畳される。これにより、磁界の磁束密度は、第1固定永久磁石21Aで疎になり、第2固定永久磁石22Aで密になる。また、磁束Ψc1は、スラスト方向一方側において、第1回転永久磁石31Aの磁束Ψ31aにより重畳され、第2回転永久磁石32Aの磁束Ψ32aで相殺される。これにより、磁界の磁束密度は、第1回転永久磁石31Aで密になり、第2回転永久磁石32Aで疎になる。
一方、磁束Ψc1は、スラスト方向他方側において、第1回転永久磁石31Bの磁束Ψ31bで相殺され、第2回転永久磁石32Bの磁束Ψ32bに重畳される。これにより、磁界の磁束密度は、第1回転永久磁石31Bで疎になり、第2回転永久磁石32Bで密になる。また、磁束Ψc1は、スラスト方向他方側において、第1固定永久磁石21Bの磁束Ψ21bに重畳され、第2固定永久磁石22Bの磁束Ψ22bで相殺される。これにより、磁界の磁束密度は、第1固定永久磁石21Bで密になり、第2固定永久磁石22Bで疎になる。
以上のように、スラスト方向の一方側および他方側のそれぞれにおいて磁界の磁束密度に疎密が発生することで、磁束Ψc1の大部分は、図4に示すように流れる。すなわち、スラスト方向一方側における磁束Ψc1の大部分は、第2固定永久磁石22Aから第1回転永久磁石31Aに向かって流れるようになる。また、スラスト方向他方側における磁束Ψc1の大部分は、第2回転永久磁石32Bから第1固定永久磁石21Bに向かって流れるようになる。その結果、第1回転永久磁石31Aおよび第2回転永久磁石32Bでは、これらの各外周面からギャップGのスラスト方向他方側に向かって磁束Ψc1の磁束線が傾斜するので、回転軸12には、前記磁束線が向いているスラスト方向他方側への支持力Fs1が作用する。
本実施形態では、第1~第5固定永久磁石21~25および第1~第3回転永久磁石31~33によって支持力Fs1を高めることができる。その理由を図5を用いて説明する。図5に示すように、スラスト方向一方側では、第1~第3固定永久磁石21A~23Aの磁束Ψ21a,Ψ22a,Ψ23aにより、これらの固定永久磁石21A~23Aの内周側とギャップGの外周側とに跨って、図中の時計回り方向に流れるループ状の磁束Ψ20aが発生する。また、スラスト方向一方側では、第1~第3回転永久磁石31A~33Aの磁束Ψ31a,Ψ32a,Ψ33aにより、これらの回転永久磁石31A~33Aの外周側とギャップGの内周側とに跨って、図中の反時計回り方向に流れるループ状の磁束Ψ30aが発生する。さらに、スラスト方向一方側では、第2および第5固定永久磁石22A,25Aの磁束Ψ22a,Ψ25aにより、これらの固定永久磁石22A,25Aの内周側とギャップGの外周側とに跨って、図中の反時計回り方向に流れるループ状の磁束Ψ27aが発生する。
ループ状の磁束Ψ20aが発生することで、第1~第3固定永久磁石21A~23Aのうちスラスト方向両端に配置された第1固定永久磁石21Aおよび第2固定永久磁石22Aからの各漏洩磁束を低減することができる。同様に、ループ状の磁束Ψ30aが発生することで、第1~第3回転永久磁石31A~33Aのうちスラスト方向両端に配置された第1回転永久磁石31Aおよび第2回転永久磁石32Aからの各漏洩磁束を低減することができる。さらに、ループ状の磁束Ψ27aが発生することで、スラスト方向に隣り合う2つのループ状の磁束Ψ20a,Ψ27aの間を磁束Ψc1が流れ易くなる。以上により、スラスト方向一方側のギャップGを流れる磁束Ψc1の磁束密度が大きくなるので、支持力Fs1を高めることができる。
一方、スラスト方向他方側では、第1~第3固定永久磁石21B~23Bの磁束Ψ21b,Ψ22b,Ψ23bにより、これらの固定永久磁石21B~23Bの内周側とギャップGの外周側とに跨って、図中の反時計回り方向に流れるループ状の磁束Ψ20bが発生する。また、スラスト方向他方側では、第1~第3回転永久磁石31B~33Bの磁束Ψ31b,Ψ32b,Ψ33bにより、これらの回転永久磁石31B~33Bの外周側とギャップGの内周側とに跨って、図中の時計回り方向に流れるループ状の磁束Ψ30bが発生する。さらに、スラスト方向他方側では、第1および第4固定永久磁石21B,24Bの磁束Ψ21b,Ψ24bにより、これらの固定永久磁石21B,24Bの内周側とギャップGの外周側とに跨って、図中の時計回り方向に流れるループ状の磁束Ψ26bが発生する。
ループ状の磁束Ψ20bが発生することで、第1~第3固定永久磁石21B~23Bのうちスラスト方向両端に配置された第1固定永久磁石21Bおよび第2固定永久磁石22Bからの各漏洩磁束を低減することができる。また、ループ状の磁束Ψ30bが発生することで、第1~第3回転永久磁石31B~33Bのうちスラスト方向両端に配置された第1回転永久磁石31Bおよび第2回転永久磁石32Bからの各漏洩磁束を低減することができる。さらに、ループ状の磁束Ψ26bが発生することで、スラスト方向に隣り合う2つのループ状の磁束Ψ20b,Ψ26bの間を磁束Ψc1が流れ易くなる。以上により、スラスト方向他方側のギャップGを流れる磁束Ψc1の磁束密度も大きくなるので、支持力Fs1をさらに高めることができる。
[スラスト方向他方側の支持力]
図6~図8は、支持コイル17に電流を他方向に付与している状態を示す図である。図6に示すように、支持コイル17に直流電流を図示の方向に付与すると、支持コイル17よって磁束Ψc2が発生する。磁束Ψc2は、磁性筒部11a、第2磁性壁部11c、スラスト方向他方側の固定永久磁石部20、スラスト方向他方側の回転永久磁石部30、回転軸12、スラスト方向一方側の回転永久磁石部30、スラスト方向一方側の固定永久磁石部20、第1磁性壁部11b、磁性筒部11aの順にループ状に流れる。
図6~図8は、支持コイル17に電流を他方向に付与している状態を示す図である。図6に示すように、支持コイル17に直流電流を図示の方向に付与すると、支持コイル17よって磁束Ψc2が発生する。磁束Ψc2は、磁性筒部11a、第2磁性壁部11c、スラスト方向他方側の固定永久磁石部20、スラスト方向他方側の回転永久磁石部30、回転軸12、スラスト方向一方側の回転永久磁石部30、スラスト方向一方側の固定永久磁石部20、第1磁性壁部11b、磁性筒部11aの順にループ状に流れる。
その際、磁束Ψc2は、スラスト方向他方側において、第1固定永久磁石21Bの磁束Ψ21bで相殺され、第2固定永久磁石22Bの磁束Ψ22bに重畳される。これにより、磁界の磁束密度は、第1固定永久磁石21Bで疎になり、第2固定永久磁石22Bで密になる。また、磁束Ψc2は、スラスト方向他方側において、第1回転永久磁石31Bの磁束Ψ31bにより重畳され、第2回転永久磁石32Bの磁束Ψ32bで相殺される。これにより、磁界の磁束密度は、第1回転永久磁石31Bで密になり、第2回転永久磁石32Bで疎になる。
一方、磁束Ψc2は、スラスト方向一方側において、第1回転永久磁石31Aの磁束Ψ31aで相殺され、第2回転永久磁石32Aの磁束Ψ32aに重畳される。これにより、磁界の磁束密度は、第1回転永久磁石31Aで疎になり、第2回転永久磁石32Aで密になる。また、磁束Ψc2は、スラスト方向一方側において、第1固定永久磁石21Aの磁束Ψ21aに重畳され、第2回転永久磁石32Aの磁束Ψ32aで相殺される。これにより、磁界の磁束密度は、第1固定永久磁石21Aで密になり、第2回転永久磁石32Aで疎になる。
以上のように、スラスト方向の他方側および一方側のそれぞれにおいて磁界の磁束密度に疎密が発生することで、磁束Ψc2の大部分は、図7に示すように流れる。すなわち、スラスト方向他方側における磁束Ψc2の大部分は、第2固定永久磁石22Bから第1回転永久磁石31Bに向かって流れるようになる。また、スラスト方向一方側における磁束Ψc2の大部分は、第2回転永久磁石32Aから第1固定永久磁石21Aに向かって流れるようになる。その結果、第1回転永久磁石31Bおよび第2回転永久磁石32Aでは、これらの各外周面からギャップGのスラスト方向一方側に向かって磁束Ψc2の磁束線が傾斜するので、回転軸12には、前記磁束線が向いているスラスト方向一方側への支持力Fs2が作用する。
本実施形態では、第1~第5固定永久磁石21~25および第1~第3回転永久磁石31~33によって支持力Fs2を高めることができる。その理由を図8を用いて説明する。図8に示すように、スラスト方向一方側では、図5に示す場合と同様に、ループ状の磁束Ψ20a、およびループ状の磁束Ψ30aが発生する。さらに、スラスト方向一方側では、第1および第4固定永久磁石21A,24Aの磁束Ψ21a,Ψ24aにより、これらの固定永久磁石21A,24Aの内周側とギャップGの外周側とに跨って、図中の反時計回り方向に流れるループ状の磁束Ψ26aが発生する。
ループ状の磁束Ψ20aが発生することで、第1固定永久磁石21Aおよび第2固定永久磁石22Aからの各漏洩磁束を低減することができる。また、ループ状の磁束Ψ30aが発生することで、第1回転永久磁石31Aおよび第2回転永久磁石32Aからの各漏洩磁束を低減することができる。さらに、ループ状の磁束Ψ26aが発生することで、スラスト方向に隣り合う2つのループ状の磁束Ψ26a,Ψ20aの間を磁束Ψc2が流れ易くなる。以上により、スラスト方向一方側のギャップGを流れる磁束Ψc2の磁束密度が大きくなるので、支持力Fs1を高めることができる。
一方、スラスト方向他方側では、図5に示す場合と同様に、ループ状の磁束Ψ20b、およびループ状の磁束Ψ30bが発生する。さらに、スラスト方向他方側では、第2および第5固定永久磁石22B,25Bの磁束Ψ22b,Ψ25bにより、これらの固定永久磁石22B,25Bの内周側とギャップGの外周側とに跨って、図中の時計回り方向に流れるループ状の磁束Ψ27bが発生する。
ループ状の磁束Ψ20bが発生することとで、第1固定永久磁石21Bおよび第2固定永久磁石22Bからの各漏洩磁束を低減することができる。また、ループ状の磁束Ψ30bが発生することで、第1回転永久磁石31Bおよび第2回転永久磁石32Bからの各漏洩磁束を低減することができる。さらに、ループ状の磁束Ψ27bが発生することで、スラスト方向に隣り合う2つのループ状の磁束Ψ27b,Ψ20bの間を磁束Ψc2が流れ易くなる。以上により、スラスト方向他方側のギャップGを流れる磁束Ψc2の磁束密度も大きくなるので、支持力Fs2をさらに高めることができる。
[センサ]
図1において、センサ18は、ハウジング2の第2壁部3cに取り付けられている。センサ18は、ケーシング11に対する回転軸12のスラスト方向の位置を検出する。センサ18は、例えば、回転軸12のスラスト方向他端部に設けられたセンサーターゲット(図示省略)の変位を検出する変位センサである。センサ18は、制御部19に接続されている。センサ18の検出信号は、制御部19に入力される。
図1において、センサ18は、ハウジング2の第2壁部3cに取り付けられている。センサ18は、ケーシング11に対する回転軸12のスラスト方向の位置を検出する。センサ18は、例えば、回転軸12のスラスト方向他端部に設けられたセンサーターゲット(図示省略)の変位を検出する変位センサである。センサ18は、制御部19に接続されている。センサ18の検出信号は、制御部19に入力される。
[制御部]
制御部19は、CPU等を有するコンピュータを備えて構成されている。制御部19は、ハウジング2の外側に配置されている。制御部19は、モータ部13の巻線14bに付与する電流を制御し、回転子15の回転速度を調整する。また、制御部19は、回転軸12に対して、スラスト方向の1軸(軸方向)だけを能動制御する、いわゆる1軸制御を行う。回転軸12に対するラジアル方向の4軸(軸方向と直交する2軸方向と当該2軸それぞれの軸回り)は、固定永久磁石部20と回転永久磁石部30との反発力によって受動制御される。
制御部19は、CPU等を有するコンピュータを備えて構成されている。制御部19は、ハウジング2の外側に配置されている。制御部19は、モータ部13の巻線14bに付与する電流を制御し、回転子15の回転速度を調整する。また、制御部19は、回転軸12に対して、スラスト方向の1軸(軸方向)だけを能動制御する、いわゆる1軸制御を行う。回転軸12に対するラジアル方向の4軸(軸方向と直交する2軸方向と当該2軸それぞれの軸回り)は、固定永久磁石部20と回転永久磁石部30との反発力によって受動制御される。
前記1軸制御において、制御部19は、センサ18の検出信号に基づいて、支持コイル17に付与する電流の大きさと方向を制御し、回転軸12に作用させるスラスト方向の支持力Fs1,Fs2を調整することで、回転軸12を図1に示す所定の支持位置に保持する。前記支持位置は、ハウジング2に対して回転軸12がスラスト方向およびラジアル方向にそれぞれ非接触の状態で支持される位置である。支持力Fs1,Fs2の具体的な調整について、以下説明する。
回転軸12と共にインペラ6が回転されると、ハウジング2内の吸込口4a付近が負圧となり、その負圧によって吸込口4aからハウジング2内に移送流体が吸い込まれる。その際、前記負圧によって、回転軸12にはスラスト方向一方側(吸込口4a側)に向かう外力が作用する。その外力によって回転軸12は、図1に示す支持位置からスラスト方向一方側にずれる。制御部19は、前記外力により回転軸12の軸方向一端がハウジング2に接触しないように、センサ18の検出信号に基づいて、支持コイル17に付与する電流の大きさと方向を制御し、スラスト方向他方側への支持力Fs1を回転軸12に作用させる(図4参照)。
回転軸12が前記支持位置にあるとき、第1~第3回転永久磁石31~33は、第1~第5固定永久磁石21~25に対してスラスト方向他方側に僅かにずれている。この状態から電動機10の駆動を停止し、支持コイル17に電流が付与されなくなると、固定永久磁石部20と回転永久磁石部30との反発力により、回転軸12にはスラスト方向他方側へ押し出す力が作用する。この押し出し力によって、回転軸12は、前記支持位置からスラスト方向他方側に移動し、第2隔壁7bが第4隔壁7dのスラスト方向他端部に押し当てられた状態で保持される。これにより、電動機10の駆動を停止したときに、回転軸12のスラスト方向他方側への移動が規制されるので、インペラ6が第2ハウジング4の内面に接触して損傷するのを抑制することができる。
上記のように回転軸12がスラスト方向他方側で保持されている状態から電動機10を駆動させる際、制御部19は、前記押し出し力に抗して回転軸12を前記支持位置に戻すために、支持コイル17に付与する電流の大きさと方向を制御し、スラスト方向一方側への支持力Fs2を回転軸12に作用させる(図7参照)。
[作用効果]
第1実施形態によれば、第1~第3固定永久磁石21~23と第1~第3回転永久磁石31~33との各反発力、第4固定永久磁石24のS極と第1回転永久磁石31のS極との反発力、および第5固定永久磁石25のN極と第2回転永久磁石32のN極との反発力により、回転軸12をラジアル方向に非接触で支持することができる。これにより、従来の1組の固定永久磁石と1組の回転永久磁石との反発力だけで回転軸を支持する場合よりもラジアル方向の支持力Frを高めることができる。したがって、固定永久磁石部20と回転永久磁石部30とのギャップGが大きくなっても、回転軸12のラジアル方向の支持力Frを確保することができる。
第1実施形態によれば、第1~第3固定永久磁石21~23と第1~第3回転永久磁石31~33との各反発力、第4固定永久磁石24のS極と第1回転永久磁石31のS極との反発力、および第5固定永久磁石25のN極と第2回転永久磁石32のN極との反発力により、回転軸12をラジアル方向に非接触で支持することができる。これにより、従来の1組の固定永久磁石と1組の回転永久磁石との反発力だけで回転軸を支持する場合よりもラジアル方向の支持力Frを高めることができる。したがって、固定永久磁石部20と回転永久磁石部30とのギャップGが大きくなっても、回転軸12のラジアル方向の支持力Frを確保することができる。
また、支持コイル17によって生じる磁束Ψc1,Ψc2は、回転軸12のスラスト方向両端部それぞれにおいて、第1固定永久磁石21および第2固定永久磁石22のうちの一方の磁束に重畳されるとともに他方の磁束で相殺され、第1回転永久磁石31および第2回転永久磁石32のうちの一方の磁束に重畳されるとともに他方の磁束で相殺される。これにより、回転軸12のスラスト方向両端部それぞれにおいて、磁界の磁束密度に疎密が発生する。その結果、支持コイル17によって生じる磁束Ψc1,Ψc2が、重畳された第1固定永久磁石21および第2回転永久磁石32の間(または重畳された第2固定永久磁石22および第1回転永久磁石31の間)を流れることで、回転軸12をスラスト方向に支持する支持力Fs1,Fs2を発生させることができる。
また、支持コイル17によって生じる磁束Ψc1,Ψc2によりスラスト方向の支持力Fs1,Fs2を回転軸12に作用させる際に、固定永久磁石部20では、第1~第3固定永久磁石21~23によりループ状の磁束Ψ20a,Ψ20bが発生する。また、回転永久磁石部30では、第1~第3回転永久磁石31~33により、ループ状の磁束Ψ30a,Ψ30bが発生する。ループ状の磁束Ψ20a,Ψ20bにより、第1固定永久磁石21および第2固定永久磁石22からの漏洩磁束を低減することができる。また、ループ状の磁束Ψ30a,Ψ30bにより、第1回転永久磁石31および第2回転永久磁石32からの各漏洩磁束を低減することができる。これにより、ギャップGを流れるΨc1,Ψc2の磁束密度が大きくなるので、スラスト方向の支持力Fs1,Fs2を高めることができる。
特に、本実施形態の磁気浮上式ポンプ1では、ケーシング11側と回転軸12側との間を隔てる隔壁部7を配置するために、固定永久磁石部20と回転永久磁石部30とのギャップGが大きくなる。このため、上記のようにラジアル方向の支持力Frを確保しつつ、スラスト方向の支持力Fs1,Fs2を高めることが、より有効となる。
また、支持コイル17によって生じる磁束Ψc1,Ψc2によりスラスト方向の支持力Fs1,Fs2を回転軸12に作用させる際に、固定永久磁石部20では、第4固定永久磁石24および第5固定永久磁石25により、ループ状の磁束Ψ26a,Ψ26b,Ψ27a,Ψ27bが発生する。これにより、ギャップGを流れる磁束Ψc1,Ψc2の磁束密度がさらに大きくなるので、スラスト方向の支持力Fs1,Fs2をさらに高めることができる。
<第2実施形態>
図9は、本発明の第2実施形態に係る磁気浮上式電動機10の一部を拡大した断面図である。本実施形態の電動機10では、第1~第5固定永久磁石21~25の各着磁方向、および第1~第3回転永久磁石31~33の各着磁方向が、第1実施形態と相違する。以下、その相違点について説明する。
図9は、本発明の第2実施形態に係る磁気浮上式電動機10の一部を拡大した断面図である。本実施形態の電動機10では、第1~第5固定永久磁石21~25の各着磁方向、および第1~第3回転永久磁石31~33の各着磁方向が、第1実施形態と相違する。以下、その相違点について説明する。
[固定永久磁石部]
第1固定永久磁石21は、ラジアル方向の外周側がS極、ラジアル方向の内周側がN極となるようにラジアル方向に着磁されている。第2固定永久磁石22は、ラジアル方向の外周側がN極、ラジアル方向の内周側がS極となるようにラジアル方向に着磁されている。第3固定永久磁石23Aは、スラスト方向の一方側がN極、スラスト方向の他方側がS極となるようにスラスト方向に着磁されている。第3固定永久磁石23Bは、スラスト方向の一方側がS極、スラスト方向の他方側がN極となるようにスラスト方向に着磁されている。
第1固定永久磁石21は、ラジアル方向の外周側がS極、ラジアル方向の内周側がN極となるようにラジアル方向に着磁されている。第2固定永久磁石22は、ラジアル方向の外周側がN極、ラジアル方向の内周側がS極となるようにラジアル方向に着磁されている。第3固定永久磁石23Aは、スラスト方向の一方側がN極、スラスト方向の他方側がS極となるようにスラスト方向に着磁されている。第3固定永久磁石23Bは、スラスト方向の一方側がS極、スラスト方向の他方側がN極となるようにスラスト方向に着磁されている。
第4固定永久磁石24Aは、スラスト方向の一方側がS極、スラスト方向の他方側がN極となるようにスラスト方向に着磁されている。第4固定永久磁石24Bは、スラスト方向の一方側がN極、スラスト方向の他方側がS極となるようにスラスト方向に着磁されている。第5固定永久磁石25Aは、スラスト方向の一方側がS極、スラスト方向の他方側がN極となるようにスラスト方向に着磁されている。第5固定永久磁石25Bは、スラスト方向の一方側がN極、スラスト方向の他方側がS極となるようにスラスト方向に着磁されている。
[回転永久磁石部]
第1回転永久磁石31は、ラジアル方向の外周側がN極、ラジアル方向の内周側がS極となるようにラジアル方向に着磁されている。第2回転永久磁石32は、ラジアル方向の外周側がS極、ラジアル方向の内周側がN極となるように着磁されている。第3回転永久磁石33Aは、スラスト方向の一方側がN極、スラスト方向の他方側がS極となるようにスラスト方向に着磁されている。第3回転永久磁石33Bは、スラスト方向の一方側がS極、スラスト方向の他方側がN極となるようにスラスト方向に着磁されている。
第1回転永久磁石31は、ラジアル方向の外周側がN極、ラジアル方向の内周側がS極となるようにラジアル方向に着磁されている。第2回転永久磁石32は、ラジアル方向の外周側がS極、ラジアル方向の内周側がN極となるように着磁されている。第3回転永久磁石33Aは、スラスト方向の一方側がN極、スラスト方向の他方側がS極となるようにスラスト方向に着磁されている。第3回転永久磁石33Bは、スラスト方向の一方側がS極、スラスト方向の他方側がN極となるようにスラスト方向に着磁されている。
以上の構成により、第1固定永久磁石21と第1回転永久磁石31との間、第2固定永久磁石22と第2回転永久磁石32との間、および第3固定永久磁石23と第3回転永久磁石33との間で、それぞれ反発力が作用する。また、第4固定永久磁石24のN極と第1回転永久磁石31のN極との間、および第5固定永久磁石25のS極と第2回転永久磁石32のS極との間で、それぞれ反発力が作用する。これらの反発力によって、互いに対向する第1~第5固定永久磁石21~25と第1~第3回転永久磁石31~33との間には、環状のギャップGが形成される。そして、前記反発力が回転軸12をラジアル方向に支持する支持力Frとして回転軸12に作用する。これにより、回転軸12は、支持力Frによりケーシング11に対してラジアル方向に非接触で支持される。
[スラスト方向一方側の支持力]
図10~図12は、本実施形態において支持コイル17に電流を一方向に付与している状態を示す図である。図10に示すように、支持コイル17に直流電流を図示の方向に付与すると、支持コイル17よって磁束Ψc3が発生する。磁束Ψc3は、磁性筒部11a、第2磁性壁部11c、スラスト方向他方側の固定永久磁石部20、スラスト方向他方側の回転永久磁石部30、回転軸12、スラスト方向一方側の回転永久磁石部30、スラスト方向一方側の固定永久磁石部20、第1磁性壁部11b、磁性筒部11aの順にループ状に流れる。
図10~図12は、本実施形態において支持コイル17に電流を一方向に付与している状態を示す図である。図10に示すように、支持コイル17に直流電流を図示の方向に付与すると、支持コイル17よって磁束Ψc3が発生する。磁束Ψc3は、磁性筒部11a、第2磁性壁部11c、スラスト方向他方側の固定永久磁石部20、スラスト方向他方側の回転永久磁石部30、回転軸12、スラスト方向一方側の回転永久磁石部30、スラスト方向一方側の固定永久磁石部20、第1磁性壁部11b、磁性筒部11aの順にループ状に流れる。
その際、磁束Ψc3は、スラスト方向他方側において、第1固定永久磁石21Bの磁束Ψ21bに重畳され、第2固定永久磁石22Bの磁束Ψ22bで相殺される。これにより、磁界の磁束密度は、第1固定永久磁石21Bで密になり、第2固定永久磁石22Bで疎になる。また、磁束Ψc3は、スラスト方向他方側において、第1回転永久磁石31Bの磁束Ψ31bで相殺され、第2回転永久磁石32Bの磁束Ψ32bに重畳される。これにより、磁界の磁束密度は、第1回転永久磁石31Bで疎になり、第2回転永久磁石32Bで密になる。
一方、磁束Ψc3は、スラスト方向一方側において、第1回転永久磁石31Aの磁束Ψ31aに重畳され、第2回転永久磁石32Aの磁束Ψ32aで相殺される。これにより、磁界の磁束密度は、第1回転永久磁石31Aで密になり、第2回転永久磁石32Aで疎になる。また、磁束Ψc3は、スラスト方向一方側において、第1固定永久磁石21Aの磁束Ψ21aで相殺され、第2固定永久磁石22Aの磁束Ψ22aに重畳される。これにより、磁界の磁束密度は、第1固定永久磁石21Aで疎になり、第2固定永久磁石22Aで密になる。
以上のように、スラスト方向の他方側および一方側のそれぞれにおいて磁界の磁束密度に疎密が発生することで、磁束Ψc3の大部分は、図11に示すように流れる。すなわち、スラスト方向他方側における磁束Ψc3の大部分は、第1固定永久磁石21Bから第2回転永久磁石32Bに向かって流れるようになる。また、スラスト方向一方側における磁束Ψc3の大部分は、第1回転永久磁石31Aから第2固定永久磁石22Aに向かって流れるようになる。その結果、第2回転永久磁石32Bおよび第1回転永久磁石31Aでは、これらの各外周面からギャップGのスラスト方向他方側に向かって磁束Ψc3の磁束線が傾斜するので、回転軸12には、前記磁束線が向いているスラスト方向他方側への支持力Fs1が作用する。
本実施形態においても、第1~第5固定永久磁石21~25および第1~第3回転永久磁石31~33によって支持力Fs1を高めることができる。その理由を図12を用いて説明する。図12に示すように、スラスト方向一方側では、第1~第3固定永久磁石21A~23Aの磁束Ψ21a~Ψ23aにより、これらの固定永久磁石21A~23Aの内周側とギャップGの外周側とに跨って、図中の反時計回り方向に流れるループ状の磁束Ψ20aが発生する。また、スラスト方向一方側では、第1~第3回転永久磁石31A~33Aの磁束Ψ31a~Ψ33aにより、これらの回転永久磁石31A~33Aの外周側とギャップGの内周側とに跨って、図中の時計回り方向に流れるループ状の磁束Ψ30aが発生する。さらに、スラスト方向一方側では、第2および第5固定永久磁石22A,25Aの磁束Ψ22a,Ψ25aにより、これらの固定永久磁石22A,25Aの内周側とギャップGの外周側とに跨って、図中の時計回り方向に流れるループ状の磁束Ψ27aが発生する。
ループ状の磁束Ψ20aが発生することで、第1固定永久磁石21Aおよび第2固定永久磁石22Aからの各漏洩磁束を低減することができる。また、ループ状の磁束Ψ30aが発生することで、第1回転永久磁石31Aおよび第2回転永久磁石32Aからの各漏洩磁束を低減することができる。さらに、ループ状の磁束Ψ27aが発生することで、スラスト方向に隣り合う2つのループ状の磁束Ψ20a,Ψ27aの間を磁束Ψc3が流れ易くなる。以上により、スラスト方向一方側のギャップGを流れる磁束Ψc3の磁束密度が大きくなるので、支持力Fs1を高めることができる。
一方、スラスト方向他方側では、第1~第3固定永久磁石21B~23Bの磁束Ψ21b~Ψ23bにより、これらの固定永久磁石21B~23Bの内周側とギャップGの外周側とに跨って、図中の時計回り方向に流れるループ状の磁束Ψ20bが発生する。また、スラスト方向他方側では、第1~第3回転永久磁石31B~33Bの磁束Ψ31b~Ψ33bにより、これらの回転永久磁石31B~33Bの外周側とギャップGの内周側とに跨って、図中の反時計回り方向に流れるループ状の磁束Ψ30bが発生する。さらに、スラスト方向他方側では、第1および第4固定永久磁石21B,24Bの磁束Ψ21b,Ψ24bにより、これらの固定永久磁石21B,24Bの内周側とギャップGの外周側とに跨って、図中の時計回り方向に流れるループ状の磁束Ψ26bが発生する。
ループ状の磁束Ψ20bが発生することで、第1固定永久磁石21Bおよび第2固定永久磁石22Bからの各漏洩磁束を低減することができる。また、ループ状の磁束Ψ30bが発生することで、第1回転永久磁石31Bおよび第2回転永久磁石32Bからの各漏洩磁束を低減することができる。さらに、ループ状の磁束Ψ26bが発生することで、スラスト方向に隣り合う2つのループ状の磁束Ψ20b,Ψ26bの間を磁束Ψc3が流れ易くなる。以上により、スラスト方向他方側のギャップGを流れる磁束Ψc3の磁束密度も大きくなるので、支持力Fs1をさらに高めることができる。
[スラスト方向他方側の支持力]
図13~図15は、本実施形態において支持コイル17に電流を他方向に付与している状態を示す図である。図13に示すように、支持コイル17に直流電流を図示の方向に付与すると、支持コイル17よって磁束Ψc4が発生する。磁束Ψc4は、磁性筒部11a、第1磁性壁部11b、スラスト方向一方側の固定永久磁石部20、スラスト方向一方側の回転永久磁石部30、回転軸12、スラスト方向他方側の回転永久磁石部30、スラスト方向他方側の固定永久磁石部20、第2磁性壁部11c、磁性筒部11aの順にループ状に流れる。
図13~図15は、本実施形態において支持コイル17に電流を他方向に付与している状態を示す図である。図13に示すように、支持コイル17に直流電流を図示の方向に付与すると、支持コイル17よって磁束Ψc4が発生する。磁束Ψc4は、磁性筒部11a、第1磁性壁部11b、スラスト方向一方側の固定永久磁石部20、スラスト方向一方側の回転永久磁石部30、回転軸12、スラスト方向他方側の回転永久磁石部30、スラスト方向他方側の固定永久磁石部20、第2磁性壁部11c、磁性筒部11aの順にループ状に流れる。
その際、磁束Ψc4は、スラスト方向一方側において、第1固定永久磁石21Aの磁束Ψ21aに重畳され、第2固定永久磁石22Aの磁束Ψ22aで相殺される。これにより、磁界の磁束密度は、第1固定永久磁石21Aで密になり、第2固定永久磁石22Aで疎になる。また、磁束Ψc4は、スラスト方向一方側において、第1回転永久磁石31Aの磁束Ψ31aで相殺され、第2回転永久磁石32Aの磁束Ψ32aに重畳される。これにより、磁界の磁束密度は、第1回転永久磁石31Aで疎になり、第2回転永久磁石32Aで密になる。
一方、磁束Ψc4は、スラスト方向他方側において、第1回転永久磁石31Bの磁束Ψ31bにより重畳され、第2回転永久磁石32Bの磁束Ψ32bで相殺される。これにより、磁界の磁束密度は、第1回転永久磁石31Bで密になり、第2回転永久磁石32Bで疎になる。また、磁束Ψc4は、スラスト方向他方側において、第1固定永久磁石21Bの磁束Ψ21bで相殺され、第2固定永久磁石22Bの磁束Ψ22bに重畳される。これにより、磁界の磁束密度は、第1固定永久磁石21Bで疎になり、第2固定永久磁石22Bで密になる。
以上のように、スラスト方向の一方側および他方側のそれぞれにおいて磁界の磁束密度に疎密が発生することで、磁束Ψc4の大部分は、図14に示すように流れる。すなわち、スラスト方向一方側における磁束Ψc4の大部分は、第1固定永久磁石21Aから第2回転永久磁石32Aに向かって流れるようになる。また、スラスト方向他方側における磁束Ψc4の大部分は、第1回転永久磁石31Bから第2固定永久磁石22Bに向かって流れるようになる。その結果、第2回転永久磁石32Aおよび第1回転永久磁石31Bでは、これらの各外周面からギャップGのスラスト方向一方側に向かって磁束Ψc4の磁束線が傾斜するので、回転軸12には、前記磁束線が向いているスラスト方向他一方側への支持力Fs2が作用する。
本実施形態においても、第1~第5固定永久磁石21~25および第1~第3回転永久磁石31~33によって支持力Fs2を高めることができる。その理由を図15を用いて説明する。図15に示すように、スラスト方向一方側では、図12に示す場合と同様に、ループ状の磁束Ψ20a、およびループ状の磁束Ψ30aが発生する。ループ状の磁束Ψ20a,Ψ30aが発生することで、第1および第2固定永久磁石21A,22Aからの各漏洩磁束と、第1および第2回転永久磁石31A,32Aからの各漏洩磁束を低減することができる。
さらに、スラスト方向一方側では、第1および第4固定永久磁石21A,24Aの磁束Ψ21a,Ψ24aにより、これらの固定永久磁石21A,24Aの内周側とギャップGの外周側とに跨って、図中の時計回り方向に流れるループ状の磁束Ψ26aが発生する。ループ状の磁束Ψ26aが発生することで、スラスト方向に隣り合う2つのループ状の磁束Ψ26a,Ψ20aの間を磁束Ψc4が流れ易くなる。以上により、スラスト方向一方側のギャップGを流れる磁束Ψc4の磁束密度が大きくなるので、支持力Fs2を高めることができる。
一方、スラスト方向他方側では、図12に示す場合と同様に、ループ状の磁束Ψ20b、およびループ状の磁束Ψ30bが発生する。ループ状の磁束Ψ20b,Ψ30bが発生することで、第1および第2固定永久磁石21B,22Bからの各漏洩磁束と、第1および第2回転永久磁石31B,32Bからの各漏洩磁束を低減することができる。
さらに、スラスト方向他方側では、第2および第5固定永久磁石22B,25Bの磁束Ψ22b,Ψ25bにより、これらの固定永久磁石22B,25Bの内周側とギャップGの外周側とに跨って、図中の反時計回り方向に流れるループ状の磁束Ψ27bが発生する。ループ状の磁束Ψ27bが発生することで、スラスト方向に隣り合う2つのループ状の磁束Ψ27b,Ψ20bの間を磁束Ψc4が流れ易くなる。以上により、スラスト方向他方側のギャップGを流れる磁束Ψc4の磁束密度も大きくなるので、支持力Fs2さらに高めることができる。
本実施形態の他の構成は、第1実施形態と同様であるため、同一の符号を付し、その説明を省略する。以上より、本実施形態のポンプ1および電動機10においても、第1実施形態と同様の作用効果を奏する。
<第3実施形態>
図16は、本発明の第3実施形態に係る磁気浮上式電動機10の一部を拡大した断面図である。本実施形態は、第1実施形態の変形例である。本実施形態の電動機10では、回転永久磁石部30の構成が、第1実施形態と相違する。以下、その相違点について説明する。
図16は、本発明の第3実施形態に係る磁気浮上式電動機10の一部を拡大した断面図である。本実施形態は、第1実施形態の変形例である。本実施形態の電動機10では、回転永久磁石部30の構成が、第1実施形態と相違する。以下、その相違点について説明する。
[回転永久磁石部]
本実施形態の回転永久磁石部30は、第1~第3回転永久磁石31~33に加えて、第4回転永久磁石34と、第5回転永久磁石35と、を有している。各回転永久磁石31~35は、環状に形成されている。各回転永久磁石31~35の径方向の厚みは、同一である。
本実施形態の回転永久磁石部30は、第1~第3回転永久磁石31~33に加えて、第4回転永久磁石34と、第5回転永久磁石35と、を有している。各回転永久磁石31~35は、環状に形成されている。各回転永久磁石31~35の径方向の厚みは、同一である。
第1回転永久磁石31は、一対の第1固定永久磁石21それぞれと対向するように一対配置されている。第1回転永久磁石31のスラスト方向の長さは、特に限定されないが、本実施形態では第1固定永久磁石21のスラスト方向の長さと同一である。第2回転永久磁石32は、一対の第2固定永久磁石22それぞれと対向するように一対配置されている。第2回転永久磁石32のスラスト方向の長さは、特に限定されないが、本実施形態では第2固定永久磁石22のスラスト方向の長さと同一である。
第4回転永久磁石34は、一対の第4固定永久磁石24それぞれと対向するように一対配置されている。一対の第4回転永久磁石34は、第4固定永久磁石24Aに対向して配置される第4回転永久磁石34Aと、第4固定永久磁石24Bに対向して配置される第4回転永久磁石34Bと、からなる。
第4回転永久磁石34A,34Bは、スラスト方向において互いに逆向きに着磁されている。また、第4回転永久磁石34Aは、対向する第4固定永久磁石24Aと同向きに着磁されている。同様に、第4回転永久磁石34Bは、対向する第4固定永久磁石24Bと同向きに着磁されている。本実施形態では、第4回転永久磁石34Aは、スラスト方向の一方側がN極、スラスト方向の他方側がS極となるように着磁されている。第4回転永久磁石34Bは、スラスト方向の一方側がS極、スラスト方向の他方側がN極となるように着磁されている。第4回転永久磁石34のスラスト方向の長さは、特に限定されないが、本実施形態では第4固定永久磁石24のスラスト方向の長さと同一である。
第5回転永久磁石35は、一対の第5固定永久磁石25それぞれと対向するように一対配置されている。一対の第5回転永久磁石35は、第5固定永久磁石25Aに対向して配置される第5回転永久磁石35Aと、第5固定永久磁石25Bに対向して配置される第5回転永久磁石35Bと、からなる。
第5回転永久磁石35A,35Bは、スラスト方向において互いに逆向きに着磁されている。また、第5回転永久磁石35Aは、対向する第5固定永久磁石25Aと同向きに着磁されている。同様に、第5回転永久磁石35Bは、対向する第5固定永久磁石25Bと同向きに着磁されている。本実施形態では、第5回転永久磁石35Aは、スラスト方向の一方側がN極、スラスト方向の他方側がS極となるように着磁されている。第5回転永久磁石35Bは、スラスト方向の一方側がS極、スラスト方向の他方側がN極となるように着磁されている。第5回転永久磁石35のスラスト方向の長さは、特に限定されないが、本実施形態では第5固定永久磁石25のスラスト方向の長さと同一である。
以上の構成により、第1固定永久磁石21と第1回転永久磁石31との間、第2固定永久磁石22と第2回転永久磁石32との間、第3固定永久磁石23と第3回転永久磁石33との間、第4固定永久磁石24と第4回転永久磁石34との間、および第5固定永久磁石25と第5回転永久磁石35との間で、それぞれ反発力が作用する。これらの反発力によって、互いに対向する第1~第5固定永久磁石21~25と第1~第5回転永久磁石31~35との間には、環状のギャップGが形成される。そして、前記反発力が回転軸12をラジアル方向に支持する支持力Frとして回転軸12に作用する。これにより、回転軸12は、第1実施形態(図3参照)よりも大きな支持力Frによりケーシング11に対してラジアル方向に非接触で支持される。
[スラスト方向一方側の支持力]
図17は、本実施形態において支持コイル17に電流を一方向に付与している状態を示す図である。図17に示すように、支持コイル17に直流電流を図示の方向に付与すると、支持コイル17よって磁束Ψc5が発生する。磁束Ψc5は、第1実施形態の磁束Ψc1(図3参照)と同様に、ループ状に流れることで、スラスト方向の一方側および他方側のそれぞれにおいて磁界の磁束密度に疎密が発生する。
図17は、本実施形態において支持コイル17に電流を一方向に付与している状態を示す図である。図17に示すように、支持コイル17に直流電流を図示の方向に付与すると、支持コイル17よって磁束Ψc5が発生する。磁束Ψc5は、第1実施形態の磁束Ψc1(図3参照)と同様に、ループ状に流れることで、スラスト方向の一方側および他方側のそれぞれにおいて磁界の磁束密度に疎密が発生する。
これにより、磁束Ψc5の大部分は、図17に示すように流れる。すなわち、スラスト方向一方側における磁束Ψc5の大部分は、第2固定永久磁石22Aから第1回転永久磁石31Aに向かって流れるようになる。また、スラスト方向他方側における磁束Ψc5の大部分は、第2回転永久磁石32Bから第1固定永久磁石21Bに向かって流れるようになる。その結果、第1回転永久磁石31Aおよび第2回転永久磁石32Bでは、これらの各外周面からギャップGのスラスト方向他方側に向かって磁束Ψc5の磁束線が傾斜するので、回転軸12には、前記磁束線が向いているスラスト方向他方側への支持力Fs1が作用する。
本実施形態においても、第1~第5固定永久磁石21~25および第1~第5回転永久磁石31~35によって支持力Fs1を高めることができる。その理由について、以下説明する。スラスト方向一方側では、第1実施形態(図5参照)と同様に、ループ状の磁束Ψ20a、およびループ状の磁束Ψ30aが発生する。ループ状の磁束Ψ20a,Ψ30aが発生することで、第1および第2固定永久磁石21A,22Aからの各漏洩磁束と、第1および第2回転永久磁石31A,32Aからの各漏洩磁束を低減することができる。
さらに、スラスト方向一方側では、第1実施形態(図5参照)と同様に、固定永久磁石22A,25Aの内周側とギャップGの外周側とに跨って、図中の反時計回り方向に流れるループ状の磁束Ψ27aが発生する。ループ状の磁束Ψ27aが発生することで、スラスト方向に隣り合う2つのループ状の磁束Ψ20a,Ψ27aの間を磁束Ψc5が流れ易くなる。また、第1および第4回転永久磁石31A,34Aの磁束Ψ31a,Ψ34aにより、これらの回転永久磁石31A,34Aの外周側とギャップGの内周側とに跨って、図中の時計回り方向に流れるループ状の磁束Ψ36aが発生する。ループ状の磁束Ψ36aが発生することで、スラスト方向に隣り合う2つのループ状の磁束Ψ36a,Ψ30aの間を磁束Ψc5が流れ易くなる。以上により、スラスト方向一方側のギャップGを流れる磁束Ψc5の磁束密度が大きくなるので、支持力Fs1を高めることができる。
一方、スラスト方向他方側では、第1実施形態(図5参照)と同様に、ループ状の磁束Ψ20b、およびループ状の磁束Ψ30bが発生する。ループ状の磁束Ψ20b,Ψ30bが発生することで、第1および第2固定永久磁石21B,22Bからの各漏洩磁束と、第1および第2回転永久磁石31B,32Bからの各漏洩磁束を低減することができる。
さらに、スラスト方向他方側では、第1実施形態(図5参照)と同様に、固定永久磁石21B,24Bの内周側とギャップGの外周側とに跨って、図中の時計回り方向に流れるループ状の磁束Ψ26bが発生する。ループ状の磁束Ψ26bが発生することで、スラスト方向に隣り合う2つのループ状の磁束Ψ20b,Ψ26bの間を磁束Ψc5が流れ易くなる。また、第2および第5回転永久磁石32B,35Bの磁束Ψ32b,Ψ35bにより、これらの回転永久磁石32B,35Bの外周側とギャップGの内周側とに跨って、図中の反時計回り方向に流れるループ状の磁束Ψ37bが発生する。ループ状の磁束Ψ37bが発生することで、スラスト方向に隣り合う2つのループ状の磁束Ψ37b,Ψ30bの間を磁束Ψc5が流れ易くなる。以上により、スラスト方向他方側のギャップGを流れる磁束Ψc5の磁束密度も大きくなるので、支持力Fs1をさらに高めることができる。
[スラスト方向他方側の支持力]
図18は、本実施形態において支持コイル17に電流を他方向に付与している状態を示す図である。図18に示すように、支持コイル17に直流電流を図示の方向に付与すると、支持コイル17よって磁束Ψc6が発生する。磁束Ψc6は、第1実施形態の磁束Ψc2(図6参照)と同様に、ループ状に流れることで、スラスト方向の一方側および他方側のそれぞれにおいて磁界の磁束密度に疎密が発生する。
図18は、本実施形態において支持コイル17に電流を他方向に付与している状態を示す図である。図18に示すように、支持コイル17に直流電流を図示の方向に付与すると、支持コイル17よって磁束Ψc6が発生する。磁束Ψc6は、第1実施形態の磁束Ψc2(図6参照)と同様に、ループ状に流れることで、スラスト方向の一方側および他方側のそれぞれにおいて磁界の磁束密度に疎密が発生する。
これにより、磁束Ψc6の大部分は、図18に示すように流れる。すなわち、スラスト方向他方側における磁束Ψc6の大部分は、第2固定永久磁石22Bから第1回転永久磁石31Bに向かって流れるようになる。また、スラスト方向一方側における磁束Ψc6の大部分は、第2回転永久磁石32Aから第1固定永久磁石21Aに向かって流れるようになる。その結果、第1回転永久磁石31Bおよび第2回転永久磁石32Aでは、これらの各外周面からギャップGのスラスト方向一方側に向かって磁束Ψc6の磁束線が傾斜するので、回転軸12には、前記磁束線が向いているスラスト方向一方側への支持力Fs2が作用する。
本実施形態においても、第1~第5固定永久磁石21~25および第1~第5回転永久磁石31~35によって支持力Fs2を高めることができる。その理由について、以下説明する。スラスト方向一方側では、図17に示す場合と同様に、ループ状の磁束Ψ20a、およびループ状の磁束Ψ30aが発生する。ループ状の磁束Ψ20a,Ψ30aが発生することで、第1および第2固定永久磁石21A,22Aからの各漏洩磁束と、第1および第2回転永久磁石31A,32Aからの各漏洩磁束を低減することができる。
さらに、スラスト方向一方側では、第1実施形態(図8参照)と同様に、固定永久磁石21A,24Aの内周側とギャップGの外周側とに跨って、図中の反時計回り方向に流れるループ状の磁束Ψ26aが発生する。ループ状の磁束Ψ26aが発生することで、スラスト方向に隣り合う2つのループ状の磁束Ψ26a,Ψ20aの間を磁束Ψc6が流れ易くなる。また、第2および第5回転永久磁石32A,35Aの磁束Ψ32a,Ψ35aにより、これらの回転永久磁石32A,35Aの外周側とギャップGの内周側とに跨って、図中の時計回り方向に流れるループ状の磁束Ψ37aが発生する。ループ状の磁束Ψ37aが発生することで、スラスト方向に隣り合う2つのループ状の磁束Ψ30a,Ψ37aの間を磁束Ψc6が流れ易くなる。以上により、スラスト方向一方側のギャップGを流れる磁束Ψc6の磁束密度が大きくなるので、支持力Fs2を高めることができる。
一方、スラスト方向他方側では、図17に示す場合と同様に、ループ状の磁束Ψ20b、およびループ状の磁束Ψ30bが発生する。ループ状の磁束Ψ20b,Ψ30bが発生することで、第1および第2固定永久磁石21B,22Bからの各漏洩磁束と、第1および第2回転永久磁石31B,32Bからの各漏洩磁束を低減することができる。
さらに、スラスト方向他方側では、第1実施形態(図8参照)と同様に、固定永久磁石22B,25Bの内周側とギャップGの外周側とに跨って、図中の時計回り方向に流れるループ状の磁束Ψ27bが発生する。ループ状の磁束Ψ27bが発生することで、スラスト方向に隣り合う2つのループ状の磁束Ψ27b,Ψ20bの間を磁束Ψc6が流れ易くなる。また、第1および第4回転永久磁石31B,34Bの磁束Ψ31b,Ψ34bにより、これらの回転永久磁石31B,34Bの外周側とギャップGの内周側とに跨って、図中の反時計回り方向に流れるループ状の磁束Ψ36bが発生する。ループ状の磁束Ψ36bが発生することで、スラスト方向に隣り合う2つのループ状の磁束Ψ30b,Ψ36bの間を磁束Ψc6が流れ易くなる。以上により、スラスト方向他方側のギャップGを流れる磁束Ψc6の磁束密度も大きくなるので、支持力Fs2をさらに高めることができる。本実施形態の他の構成は、第1実施形態と同様であるため、同一の符号を付し、その説明を省略する。
[作用効果]
第3実施形態によれば、第1~第3固定永久磁石21~23と第1~第3回転永久磁石31~33との各反発力、第4固定永久磁石24と第4回転永久磁石34との反発力、および第5固定永久磁石25と第5回転永久磁石35との反発力が作用するので、ラジアル方向の支持力Frをさらに高めることができる。したがって、固定永久磁石部20と回転永久磁石部30とのギャップGがさらに大きくなっても、回転軸12のラジアル方向の支持力Frを確保することができる。
第3実施形態によれば、第1~第3固定永久磁石21~23と第1~第3回転永久磁石31~33との各反発力、第4固定永久磁石24と第4回転永久磁石34との反発力、および第5固定永久磁石25と第5回転永久磁石35との反発力が作用するので、ラジアル方向の支持力Frをさらに高めることができる。したがって、固定永久磁石部20と回転永久磁石部30とのギャップGがさらに大きくなっても、回転軸12のラジアル方向の支持力Frを確保することができる。
また、支持コイル17によって生じる磁束Ψc5,Ψc6は、回転軸12のスラスト方向両端部それぞれにおいて、第1固定永久磁石21および第2固定永久磁石22のうちの一方の磁束に重畳されるとともに他方の磁束で相殺され、第1回転永久磁石31および第2回転永久磁石32のうちの一方の磁束に重畳されるとともに他方の磁束で相殺される。これにより、回転軸12のスラスト方向両端部それぞれにおいて、磁界の磁束密度に疎密が発生する。その結果、支持コイル17によって生じる磁束Ψc5,Ψc6が、重畳された第1固定永久磁石21および第2回転永久磁石32の間(または重畳された第2固定永久磁石22および第1回転永久磁石31の間)を流れることで、回転軸12をスラスト方向に支持する支持力Fs1,Fs2を発生させることができる。
また、支持コイル17によって生じる磁束Ψc5,Ψc6によりスラスト方向の支持力Fs1,Fs2を回転軸12に作用させる際に、固定永久磁石部20では、第1~第3固定永久磁石21~23によりループ状の磁束Ψ20a,Ψ20bが発生する。また、回転永久磁石部30では、第1~第3回転永久磁石31~33により、ループ状の磁束Ψ30a,Ψ30bが発生する。ループ状の磁束Ψ20a,Ψ20bにより、第1固定永久磁石21および第2固定永久磁石22からの漏洩磁束を低減することができる。また、ループ状の磁束Ψ30a,Ψ30bにより、第1回転永久磁石31および第2回転永久磁石32からの各漏洩磁束を低減することができる。これにより、ギャップGを流れるΨc5,Ψc26磁束密度が大きくなるので、スラスト方向の支持力Fs1,Fs2を高めることができる。
また、支持コイル17によって生じる磁束Ψc5,Ψc6によりスラスト方向の支持力Fs1,Fs2を回転軸12に作用させる際に、固定永久磁石部20では、第4固定永久磁石24および第5固定永久磁石25により、ループ状の磁束Ψ27a,Ψ27b,Ψ26a,Ψ26bが発生する。また、回転永久磁石部30では、第4回転永久磁石34および第5回転永久磁石35により、ループ状の磁束Ψ36a,Ψ36b,Ψ37a,Ψ37b,が発生する。これにより、ギャップGを流れる磁束Ψc5,Ψc6の磁束密度がさらに大きくなるので、スラスト方向の支持力Fs1,Fs2をさらに高めることができる。
<第4実施形態>
図19は、本発明の第4実施形態に係る磁気浮上式電動機10の一部を拡大した断面図である。本実施形態は、第3実施形態の変形例である。本実施形態の電動機10では、第1~第5固定永久磁石21~25の各着磁方向、および第1~第5回転永久磁石31~35の各着磁方向が、第3実施形態と相違する。以下、その相違点について説明する。
図19は、本発明の第4実施形態に係る磁気浮上式電動機10の一部を拡大した断面図である。本実施形態は、第3実施形態の変形例である。本実施形態の電動機10では、第1~第5固定永久磁石21~25の各着磁方向、および第1~第5回転永久磁石31~35の各着磁方向が、第3実施形態と相違する。以下、その相違点について説明する。
第1~第5固定永久磁石21~25の各着磁方向、および第1~第3回転永久磁石31~33の各着磁方向は、第2実施形態(図9参照)と同様であるため、説明を省略する。第4回転永久磁石34Aは、スラスト方向の一方側がS極、スラスト方向の他方側がN極となるようにスラスト方向に着磁されている。第4回転永久磁石34Bは、スラスト方向の一方側がN極、スラスト方向の他方側がS極となるようにスラスト方向に着磁されている。第5回転永久磁石35Aは、スラスト方向の一方側がS極、スラスト方向の他方側がN極となるようにスラスト方向に着磁されている。第5回転永久磁石35Bは、スラスト方向の一方側がN極、スラスト方向の他方側がS極となるようにスラスト方向に着磁されている。
以上の構成により、第1固定永久磁石21と第1回転永久磁石31との間、第2固定永久磁石22と第2回転永久磁石32との間、第3固定永久磁石23と第3回転永久磁石33との間、第4固定永久磁石24と第4回転永久磁石34との間、および第5固定永久磁石25と第5回転永久磁石35との間で、それぞれ反発力が作用する。これらの反発力によって、互いに対向する第1~第5固定永久磁石21~25と第1~第5回転永久磁石31~35との間には、環状のギャップGが形成される。そして、前記反発力が回転軸12をラジアル方向に支持する支持力Frとして回転軸12に作用する。これにより、回転軸12は、第2実施形態(図9参照)よりも大きな支持力Frにより、ケーシング11に対してラジアル方向に非接触で支持される。
[スラスト方向一方側の支持力]
図20は、本実施形態において支持コイル17に電流を一方向に付与している状態を示す図である。図20に示すように、支持コイル17に直流電流を図示の方向に付与すると、支持コイル17よって磁束Ψc7が発生する。磁束Ψc7は、第2実施形態の磁束Ψc3(図10参照)と同様に、ループ状に流れることで、スラスト方向の一方側および他方側のそれぞれにおいて磁界の磁束密度に疎密が発生する。
図20は、本実施形態において支持コイル17に電流を一方向に付与している状態を示す図である。図20に示すように、支持コイル17に直流電流を図示の方向に付与すると、支持コイル17よって磁束Ψc7が発生する。磁束Ψc7は、第2実施形態の磁束Ψc3(図10参照)と同様に、ループ状に流れることで、スラスト方向の一方側および他方側のそれぞれにおいて磁界の磁束密度に疎密が発生する。
これにより、磁束Ψc7の大部分は、図20に示すように流れる。すなわち、スラスト方向他方側における磁束Ψc7の大部分は、第1固定永久磁石21Bから第2回転永久磁石32Bに向かって流れるようになる。また、スラスト方向一方側における磁束Ψc7の大部分は、第1回転永久磁石31Aから第2固定永久磁石22Aに向かって流れるようになる。その結果、第2回転永久磁石32Bおよび第1回転永久磁石31Aでは、これらの各外周面からギャップGのスラスト方向他方側に向かって磁束Ψc7の磁束線が傾斜するので、回転軸12には、前記磁束線が向いているスラスト方向他方側への支持力Fs1が作用する。
本実施形態においても、第1~第5固定永久磁石21~25および第1~第5回転永久磁石31~35によって支持力Fs1を高めることができる。その理由について、以下説明する。スラスト方向一方側では、第2実施形態(図12参照)と同様に、ループ状の磁束Ψ20a、およびループ状の磁束Ψ30bがそれぞれ発生する。ループ状の磁束Ψ20a,Ψ30aが発生することで、第1および第2固定永久磁石21A,22Aからの各漏洩磁束と、第1および第2回転永久磁石31A,32Aからの各漏洩磁束を低減することができる。
さらに、スラスト方向一方側では、第2実施形態(図12参照)と同様に、固定永久磁石22A,25Aの内周側とギャップGの外周側とに跨って、図中の時計回り方向に流れるループ状の磁束Ψ27aが発生する。ループ状の磁束Ψ27aが発生することで、スラスト方向に隣り合う2つのループ状の磁束Ψ20a,Ψ27aの間を磁束Ψc7が流れ易くなる。また、第1および第4回転永久磁石31A,34Aの磁束Ψ31a,Ψ34aにより、これらの回転永久磁石31A,34Aの外周側とギャップGの内周側とに跨って、図中の反時計回り方向に流れるループ状の磁束Ψ36aが発生する。ループ状の磁束Ψ36aが発生することで、スラスト方向に隣り合う2つのループ状の磁束Ψ36a,Ψ30aの間を磁束Ψc7が流れ易くなる。以上により、スラスト方向一方側のギャップGを流れる磁束Ψc7の磁束密度が大きくなるので、支持力Fs1を高めることができる。
一方、スラスト方向他方側では、第2実施形態(図12参照)と同様に、ループ状の磁束Ψ20a、およびループ状の磁束Ψ30bがそれぞれ発生する。ループ状の磁束Ψ20b,Ψ30bが発生することで、第1および第2固定永久磁石21B,22Bからの各漏洩磁束と、第1および第2回転永久磁石31B,32Bからの各漏洩磁束を低減することができる。
さらに、スラスト方向他方側では、第2実施形態(図12参照)と同様に、固定永久磁石21B,24Bの内周側とギャップGの外周側とに跨って、図中の反時計回り方向に流れるループ状の磁束Ψ26bが発生する。ループ状の磁束Ψ26bが発生することで、スラスト方向に隣り合う2つのループ状の磁束Ψ20b,Ψ26bの間を磁束Ψc7が流れ易くなる。また、第2および第5回転永久磁石32B,35Bの磁束Ψ32b,Ψ35bにより、これらの回転永久磁石32B,35Bの外周側とギャップGの内周側とに跨って、図中の時計回り方向に流れるループ状の磁束Ψ37bが発生する。ループ状の磁束Ψ37bが発生することで、スラスト方向に隣り合う2つのループ状の磁束Ψ37b,Ψ30bの間を磁束Ψc7が流れ易くなる。以上により、スラスト方向他方側のギャップGを流れる磁束Ψc7の磁束密度も大きくなるので、支持力Fs1をさらに高めることができる。
[スラスト方向他方側の支持力]
図21は、本実施形態において支持コイル17に電流を他方向に付与している状態を示す図である。図21に示すように、支持コイル17に直流電流を図示の方向に付与すると、支持コイル17よって磁束Ψc8が発生する。磁束Ψc8は、第2実施形態の磁束Ψc4(図13参照)と同様に、ループ状に流れることで、スラスト方向の一方側および他方側のそれぞれにおいて磁界の磁束密度に疎密が発生する。
図21は、本実施形態において支持コイル17に電流を他方向に付与している状態を示す図である。図21に示すように、支持コイル17に直流電流を図示の方向に付与すると、支持コイル17よって磁束Ψc8が発生する。磁束Ψc8は、第2実施形態の磁束Ψc4(図13参照)と同様に、ループ状に流れることで、スラスト方向の一方側および他方側のそれぞれにおいて磁界の磁束密度に疎密が発生する。
これにより、磁束Ψc8の大部分は、図21に示すように流れる。すなわち、スラスト方向一方側における磁束Ψc8の大部分は、第1固定永久磁石21Aから第2回転永久磁石32Aに向かって流れるようになる。また、スラスト方向他方側における磁束Ψc8の大部分は、第1回転永久磁石31Bから第2固定永久磁石22Bに向かって流れるようになる。その結果、第2回転永久磁石32Aおよび第1回転永久磁石31Bでは、これらの各外周面からギャップGのスラスト方向一方側に向かって磁束Ψc8の磁束線が傾斜するので、回転軸12には、前記磁束線が向いているスラスト方向一方側への支持力Fs2が作用する。
本実施形態においても、第1~第5固定永久磁石21~25および第1~第5回転永久磁石31~35によって支持力Fs2を高めることができる。その理由について、以下説明する。スラスト方向一方側では、図20に示す場合と同様に、ループ状の磁束Ψ20a、およびループ状の磁束Ψ30bがそれぞれ発生する。ループ状の磁束Ψ20a,Ψ30aが発生することで、第1および第2固定永久磁石21A,22Aからの各漏洩磁束と、第1および第2回転永久磁石31A,32Aからの各漏洩磁束を低減することができる。
さらに、スラスト方向一方側では、第2実施形態(図15参照)と同様に、固定永久磁石21A,24Aの内周側とギャップGの外周側とに跨って、図中の時計回り方向に流れるループ状の磁束Ψ26aが発生する。ループ状の磁束Ψ26aが発生することで、スラスト方向に隣り合う2つのループ状の磁束Ψ26a,Ψ20aの間を磁束Ψc8が流れ易くなる。また、第2および第5回転永久磁石32A,35Aの磁束Ψ32a,Ψ35aにより、これらの回転永久磁石32A,35Aの外周側とギャップGの内周側とに跨って、図中の反時計回り方向に流れるループ状の磁束Ψ37aが発生する。ループ状の磁束Ψ37aが発生することで、スラスト方向に隣り合う2つのループ状の磁束Ψ30a,Ψ37aの間を磁束Ψc8が流れ易くなる。以上により、スラスト方向一方側のギャップGを流れる磁束Ψc8の磁束密度が大きくなるので、支持力Fs2を高めることができる。
一方、スラスト方向他方側では、図20に示す場合と同様に、ループ状の磁束Ψ20b、およびループ状の磁束Ψ30bがそれぞれ発生する。ループ状の磁束Ψ20b,Ψ30bが発生することで、第1および第2固定永久磁石21B,22Bからの各漏洩磁束と、第1および第2回転永久磁石31B,32Bからの各漏洩磁束を低減することができる。
さらに、スラスト方向他方側では、第2実施形態(図15参照)と同様に、固定永久磁石22B,25Bの内周側とギャップGの外周側とに跨って、図中の反時計回り方向に流れるループ状の磁束Ψ27bが発生する。ループ状の磁束Ψ27bが発生することで、スラスト方向に隣り合う2つのループ状の磁束Ψ27b,Ψ20bの間を磁束Ψc8が流れ易くなる。また、第1および第4回転永久磁石31B,34Bの磁束Ψ31b,Ψ34bにより、これらの回転永久磁石31B,34Bの外周側とギャップGの内周側とに跨って、図中の時計回り方向に流れるループ状の磁束Ψ36bが発生する。ループ状の磁束Ψ36bが発生することで、スラスト方向に隣り合う2つのループ状の磁束Ψ30b,Ψ36bの間を磁束Ψc8が流れ易くなる。以上により、スラスト方向他方側のギャップGを流れる磁束Ψc8の磁束密度も大きくなるので、支持力Fs2をさらに高めることができる。
本実施形態の他の構成は、第3実施形態と同様であるため、同一の符号を付し、その説明を省略する。以上より、本実施形態のポンプ1および電動機10においても、第3実施形態と同様の作用効果を奏する。
<その他>
上記各実施形態では、磁気浮上式電動機10を磁気浮上式ポンプ1に適用する場合について説明したが、磁気浮上式電動機10は、ポンプ以外の他の機器に適用してもよい。第1実施形態および第2実施形態において、固定永久磁石部20は、第4~第5固定永久磁石24,25を有していなくてもよい。
上記各実施形態では、磁気浮上式電動機10を磁気浮上式ポンプ1に適用する場合について説明したが、磁気浮上式電動機10は、ポンプ以外の他の機器に適用してもよい。第1実施形態および第2実施形態において、固定永久磁石部20は、第4~第5固定永久磁石24,25を有していなくてもよい。
固定永久磁石部20は、少なくとも第1固定永久磁石21と第2固定永久磁石22とを有していればよい。その場合、第1固定永久磁石21と第2固定永久磁石22とをスラスト方向に隣接して配置すればよい。同様に、回転永久磁石部30は、少なくとも第1回転永久磁石31と第2回転永久磁石32とを有していればよい。その場合も、第1回転永久磁石31と第2回転永久磁石32とをスラスト方向に隣接して配置するのが好ましい。
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1 磁気浮上式ポンプ
2 ハウジング
4a 吸込口
4b 吐出口
6 インペラ
7 隔壁部
10 磁気浮上式電動機
11 ケーシング
12 回転軸
13 モータ部
14 固定子
15 回転子
17 支持コイル
19 制御部
20 固定永久磁石部
21 第1固定永久磁石
22 第2固定永久磁石
23 第3固定永久磁石
24 第4固定永久磁石
25 第5固定永久磁石
30 回転永久磁石部
31 第1回転永久磁石
32 第2回転永久磁石
33 第3回転永久磁石
34 第4回転永久磁石
35 第5回転永久磁石
C 軸線
Ψc1,Ψc2,Ψc3,Ψc4 支持コイルによる磁束
Ψc5,Ψc6,Ψc7,Ψc8 支持コイルによる磁束
Ψ21a,Ψ21b 第1固定永久磁石の磁束
Ψ22a,Ψ22b 第2固定永久磁石の磁束
Ψ23a,Ψ23b 第3固定永久磁石の磁束
Ψ31a,Ψ31b 第1回転永久磁石の磁束
Ψ32a,Ψ32b 第2回転永久磁石の磁束
Ψ33a,Ψ33b 第3回転永久磁石の磁束
Fs1,Fs2 スラスト方向の支持力
2 ハウジング
4a 吸込口
4b 吐出口
6 インペラ
7 隔壁部
10 磁気浮上式電動機
11 ケーシング
12 回転軸
13 モータ部
14 固定子
15 回転子
17 支持コイル
19 制御部
20 固定永久磁石部
21 第1固定永久磁石
22 第2固定永久磁石
23 第3固定永久磁石
24 第4固定永久磁石
25 第5固定永久磁石
30 回転永久磁石部
31 第1回転永久磁石
32 第2回転永久磁石
33 第3回転永久磁石
34 第4回転永久磁石
35 第5回転永久磁石
C 軸線
Ψc1,Ψc2,Ψc3,Ψc4 支持コイルによる磁束
Ψc5,Ψc6,Ψc7,Ψc8 支持コイルによる磁束
Ψ21a,Ψ21b 第1固定永久磁石の磁束
Ψ22a,Ψ22b 第2固定永久磁石の磁束
Ψ23a,Ψ23b 第3固定永久磁石の磁束
Ψ31a,Ψ31b 第1回転永久磁石の磁束
Ψ32a,Ψ32b 第2回転永久磁石の磁束
Ψ33a,Ψ33b 第3回転永久磁石の磁束
Fs1,Fs2 スラスト方向の支持力
Claims (5)
- 磁性体からなるケーシングと、
前記ケーシング内に配置され、所定の軸線回りに回転可能な回転軸と、
前記ケーシングに設けられた固定子、および前記固定子と対向して前記回転軸に設けられた回転子を有するモータ部と、
前記ケーシングに設けられた固定永久磁石部と、
前記回転軸において前記固定永久磁石部と対向して設けられ、前記固定永久磁石部との反発力によって前記回転軸を前記軸線と直交するラジアル方向に非接触で支持する回転永久磁石部と、
前記ケーシングに設けられ、前記軸線回りに巻回された支持コイルと、
前記支持コイルに付与される電流を制御し、前記支持コイルによって生じる磁束を前記固定永久磁石部および前記回転永久磁石部の各磁束に重畳させて前記軸線に沿うスラスト方向の支持力を前記回転軸に作用させる制御部と、を備え、
前記固定永久磁石部は、
前記固定子を挟んで前記スラスト方向に一対配置され、前記ラジアル方向に着磁された環状の第1固定永久磁石と、
前記各第1固定永久磁石の前記固定子側に配置され、前記ラジアル方向において前記第1固定永久磁石と逆向きに着磁された一対の環状の第2固定永久磁石と、
を有し、
前記回転永久磁石部は、
一対の前記第1固定永久磁石それぞれと対向して配置され、前記ラジアル方向において前記第1固定永久磁石と逆向きに着磁された一対の環状の第1回転永久磁石と、
一対の前記第2固定永久磁石それぞれと対向して配置され、前記ラジアル方向において前記第2固定永久磁石と逆向きに着磁された一対の環状の第2回転永久磁石と、を有する、磁気浮上式電動機。 - 前記固定永久磁石部は、
前記各第1固定永久磁石の前記固定子側に隣接して配置されるとともに、前記各第2固定永久磁石の前記固定子側と反対側に隣接して配置され、前記スラスト方向において互いに逆向きに着磁された一対の環状の第3固定永久磁石をさらに有し、
前記回転永久磁石部は、
一対の前記第3固定永久磁石それぞれと対向して配置され、前記スラスト方向において互いに逆向きに着磁されるともに、対向する前記第3固定永久磁石と同向きに着磁された一対の環状の第3回転永久磁石をさらに有する、請求項1に記載の磁気浮上式電動機。 - 前記固定永久磁石部は、
前記各第1固定永久磁石の前記反対側に隣接して配置され、前記スラスト方向において互いに逆向きに着磁された一対の環状の第4固定永久磁石と、
前記各第2固定永久磁石の前記固定子側に隣接して配置され、前記スラスト方向において互いに逆向きに着磁された一対の環状の第5固定永久磁石と、をさらに有し、
前記各第4固定永久磁石は、隣接する前記第1固定永久磁石の前記固定子側に隣接している前記第3固定永久磁石と逆向きに着磁され、
前記各第5固定永久磁石は、隣接する前記第2固定永久磁石の前記反対側に隣接している前記第3固定永久磁石と逆向きに着磁されている、請求項2に記載の磁気浮上式電動機。 - 前記回転永久磁石部は、
一対の前記第4固定永久磁石それぞれと対向して配置され、前記スラスト方向において互いに逆向きに着磁されるとともに、対向する前記第4固定永久磁石と同向きに着磁された一対の環状の第4回転永久磁石と、
一対の前記第5固定永久磁石それぞれと対向して配置され、前記スラスト方向において互いに逆向きに着磁されるとともに、対向する前記第5固定永久磁石と同向きに着磁された一対の環状の第5回転永久磁石と、をさらに有する、請求項3に記載の磁気浮上式電動機。 - 移送流体の吸込口および吐出口を有するハウジングと、
前記ハウジングに設けられた、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の磁気浮上式電動機と、
前記回転軸における前記スラスト方向の一端部に設けられたインペラと、
前記回転軸側と前記ケーシング側との間を隔てる隔壁部と、を備える磁気浮上式ポンプ。
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- 2023-02-27 WO PCT/JP2023/006947 patent/WO2023163153A1/ja unknown
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