JPH08322194A

JPH08322194A - アキシャル磁気浮上回転モータ及びこれを用いた回転機器

Info

Publication number: JPH08322194A
Application number: JP7148297A
Authority: JP
Inventors: Yoji Okada; 養二岡田; Takashi Yamane; 隆志山根
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1995-05-22
Filing date: 1995-05-22
Publication date: 1996-12-03
Anticipated expiration: 2014-02-24
Also published as: JP2860398B2

Abstract

(57)【要約】【目的】浮上巻線を不要として構造が簡素化され、ま
た位置制御が簡単で、さらに磁気飽和があっても浮上力
の方向に影響がない磁気浮上回転モータおよびそのモー
タを用いた回転機器を提供する。【構成】端面に回転磁界を発生させる固定子１と、固
定子１の端面とアキシャル方向に一端面が対向して配置
され固定子１の回転磁界によって回転される回転子２
と、回転子２の位置を検出する位置センサ５と、位置セ
ンサ５から入力された検出値と設定値とを比較して固定
子１の回転磁界の振幅を変える位置コントローラ６とを
備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、人工心臓、超高速回転
機、真空ポンプ、ＩＣ製造装置、工作機械用の高速スピ
ンドル、その他広く種々の回転機器に適用される磁気浮
上回転モータに関する。更に詳しく述べると、固定子と
回転子とが互いにアキシャル方向に対向して設けられ、
回転子が固定子に対して磁力により浮上しながら回転す
るアキシャル型の磁気浮上回転モータおよびこのモータ
を用いた回転機器に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来公知のモータとして、主軸の回りに
モータ巻線を設け、この主軸の両端部に磁気軸受を設け
て非接触状態で回転させるものが知られている。

【０００３】しかしながら、このような従来公知のモー
タによると、主軸の両端に磁気軸受を設けているため、
軸長が長くなってしまう。したがって、高速回転時に振
動が生じやすくなるという問題が生じる。

【０００４】この問題を解消するため、モータと軸受と
の一体化を図ったものとして、磁気浮上回転モータが提
案されている。

【０００５】この磁気浮上回転モータとして、従来、図
８に示すような、ラジアル方向に浮上回転するものが知
られている。この従来公知のラジアル磁気浮上モータ
は、回転子５１と、この回転子５１の外周側にギャップ
５２をおいて設けられた円筒状の固定子５３とを備えて
いる。

【０００６】このラジアル磁気浮上モータでは、一つの
固定子５３に、モータ巻線の他に、浮上巻線が設けられ
る。モータ巻線は、回転磁界をつくって回転子５１に回
転力を付与するために設けられている。これに対して、
浮上巻線は、回転子５１を中心位置に定めるために設け
られている。また、回転子５１は、例えば永久磁石から
なる。

【０００７】そして、浮上巻線がつくる磁束と回転子５
１がつくる磁束との不平衡に起因して吸引力の不平衡を
生じさせ、この吸引力の不平衡により浮上力を生じさせ
るものである。つまり、回転子５１が偏心したとき、中
心に戻そうとするラジアル方向の力が作用するのであ
る。

【０００８】これを図８に示すモータで説明すると、浮
上巻線の極数がＮ，Ｓの２つ、回転子の極数がＮ，Ｓ，
Ｎ，Ｓの４つ設けられている。今、回転子５１が矢印Ｊ
方向に偏心したとすると、ギャップ５２のＫ域で回転子
５１と浮上磁界の磁束が強め合い、Ｌ域で弱め合う。し
たがって、回転子５１に中心に戻そうとするラジアル方
向の力Ｆが作用する。

【０００９】なお、このラジアル磁気浮上回転モータ
は、図８の例にもあるように、回転子２の極数をＰとす
ると、（Ｐ−２）又は（Ｐ＋２）の極数の浮上巻線によ
る浮上磁界を加え合わせ、その線形和（ベクトル和）が
成立するとき、浮上力が発生することを利用している。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】さて、図８に示したラ
ジアル型の磁気浮上回転モータによると、固定子にモー
タ巻線とは別に浮上巻線を設けなければならず、構造が
複雑となる、大型化する、重量が重くなる、というよう
な問題が生じてしまう。

【００１１】また、回転子５１を位置制御するために、
ギャップ５２を全周にわたって均一幅にするように制御
しなければならないので、制御系が複雑になるという問
題もあった。

【００１２】更に、回転子５１の極数Ｐの磁界と浮上巻
線の極数（Ｐ−２）又は（Ｐ＋２）との浮上磁界を加え
合わせて、線形和が成立するときに浮上力が発生する
が、磁気飽和があると、この二つの成分の線形和が成立
せずに、浮上とは違った方向の力が発生するという問題
があった。

【００１３】本発明の目的は、浮上巻線を不要として構
造が簡素化され、また位置制御が簡単で、さらに磁気飽
和があっても浮上力の方向に影響がない磁気浮上回転モ
ータを提供することにある。

【００１４】また、本発明の他の目的は、小型で、構造
簡単、軽量、制御系が簡単、低故障率であり、高信頼性
の人工心臓、超高速スピンドル、真空ターボ分子ポンプ
その他の回転機器を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明のアキシャル磁気浮上回転モータおよび回転
機器は、次のように構成されている。

【００１６】（１）請求項１のアキシャル磁気浮上回転
モータは、端面に回転磁界を発生させる固定子と、固定
子の端面とアキシャル方向に一端面が対向して配置され
固定子の回転磁界によって回転される回転子と、回転子
の位置を検出する位置センサと、位置センサから入力さ
れた検出値と設定値とを比較して固定子の回転磁界の振
幅を変える位置コントローラとを備えている。

【００１７】（２）請求項２のアキシャル磁気浮上回転
モータは、回転子における固定子端面と反対側の端面に
対向して配置された回転子を吸引する吸引用磁石を備え
ている。

【００１８】（３）請求項３のアキシャル磁気浮上回転
モータは、回転子がその回転軸方向を重力方向と同一に
設けられている。

【００１９】（４）請求項４のアキシャル磁気浮上回転
モータは、回転子として固定子端面と対向する端面に永
久磁石が設けられている永久磁石回転子が用いられてい
る。

【００２０】（５）請求項５のアキシャル磁気浮上回転
モータは、回転子として固定子端面と対向する端面に固
定子の回転磁界により誘導力を生じる導体が設けられて
いる誘導回転子が用いられている。

【００２１】（６）請求項６のアキシャル磁気浮上回転
モータは、回転子として固定子端面と対向する端面の表
面の高さを変えて形成された可変リラクタンス回転子が
用いられている。

【００２２】（７）請求項７の人工心臓は、請求項１な
いし６いずれか１項記載のアキシャル磁気浮上回転モー
タを回転ポンプの駆動源とした。

【００２３】（８）請求項８の人工心臓は、請求項１な
いし６いずれか１項記載のアキシャル磁気浮上回転モー
タの回転子に遠心型の羽根を設けて遠心型ポンプのイン
ペラとした。

【００２４】（９）請求項９記載のアキシャル磁気浮上
回転モータは、回転子の両端面に対向してそれぞれ固定
子が配置され、コントローラに一対の固定子のそれれぞ
れに入力される電流の振幅を可変とする電流調整機能が
付加された高速・高精度回転機構とされている。

【００２５】（１０）請求項１０記載のアキシャル磁気
浮上回転モータは、コンローラに、一対の固定子に入力
される電流の和が一定にする機能がさらに付加された高
速・高精度回転機構とされている。

【００２６】（１１）請求項１１記載の微少往復動作機
構は、請求項９又は１０記載のアキシャル磁気浮上回転
モータを駆動源としている。

【００２７】（１２）請求項１２記載の工作機械用スピ
ンドルは、請求項９又は１０記載の高速・高精度回転機
構をスピンドルに適用した。

【００２８】

【作用】したがって、本発明のアキシャル磁気浮上回転
モータおよび回転機器によると、次のように作用する。

【００２９】（１）請求項１記載のアキシャル磁気浮上
回転モータによると、固定子に形成された回転磁界によ
り回転子との間に吸引力と回転力が発生し、回転子を固
定子と非接触状態で回転させる。この回転子の位置を位
置センサが検出し、その検出信号を入力した位置コント
ローラにて検出値と設定値とを比較し、両者間の偏差を
解消する操作信号を出力する。そして、固定子の回転磁
界の振幅、つまり吸引力を増減し、回転子を所定位置に
戻し、もって回転子の位置を一定に制御する。

【００３０】（２）請求項２のアキシャル磁気浮上回転
モータによると、回転子が固定子と吸引用磁石とにより
反対方向に吸引され、固定子と吸引用磁石との間に浮上
する。

【００３１】（３）請求項３のアキシャル磁気浮上回転
モータによると、回転子が固定子による吸引力と重力つ
まり回転子の自重とにより、反対方向に引張られ、固定
子端面とギャップをおいて浮上する。

【００３２】（４）請求項４記載のアキシャル磁気浮上
回転モータによると、回転子における固定子に対向する
端面に永久磁石が設けられているので、固定子と永久磁
石との間の力により、回転子が回転する。このとき、回
転子に発熱が生じることがない。

【００３３】（５）請求項５記載のアキシャル磁気浮上
回転モータによると、固定子の回転磁界により、回転子
に設けられた導体に誘導磁界が生じ、両磁界の間の力に
より回転子が回転する。

【００３４】（６）請求項６記載のアキシャル磁気浮上
回転モータによると、回転子は、表面の高さが変化して
いるので、周方向の吸引力変化により、固定子の回転磁
界に吸い付き、同期回転する。

【００３５】（７）請求項７記載の人工心臓によると、
本発明のアキシャル磁気浮上回転モータにより回転ポン
プを駆動し、血液を送る。

【００３６】（８）請求項８記載の人工心臓によると、
アキシャル磁気浮上回転モータの回転子と一体的に回転
する羽根により、血液を送る。

【００３７】（９）請求項９記載のアキシャル磁気浮上
回転モータによると、コントローラが回転子の両端面側
に配置された一対の固定子のそれぞれに入力される電流
の振幅を変えることにより、一対の固定子のそれぞれの
回転磁界の強さつまり吸引力を変えて、高速回転する回
転子を高精度に位置制御する。

【００３８】（１０）請求項１０記載のアキシャル磁気
浮上回転モータによると、コンローラが一対の固定子に
入力される電流の和を一定にして、回転トルクを一定に
制御する。

【００３９】（１１）請求項１１記載の往復動作機構
は、請求項９又は１０記載のアキシャル磁気浮上回転モ
ータを駆動源として、回転体の微少往復動作制御、又は
これに併せてその回転トルクを一定に保持するように制
御する。

【００４０】（１２）請求項１２記載の工作機械用スピ
ンドルは、請求項９又は１０記載の高速・高精度回転機
構によりスピンドルを高速回転させると共に高精度に位
置制御し、これに併せて回転トルクを一定に保持するよ
うに制御する。

【００４１】

【実施例】以下に、本発明の実施例を図１〜図７を参照
して説明する。

【００４２】図１に本発明のアキシャル磁気浮上回転モ
ータの一実施例が示されている。このアキシャル磁気浮
上回転モータは、端面に回転磁界を発生させる固定子１
と、この固定子１とアキシャル方向に一端面が対向して
配置された回転子２と、この回転子２の他端面に対向し
て固定配置された吸引用磁石３とを備えている。そし
て、位置センサとして回転子２と吸引用磁石３との間の
ギャップ４を検出するギャップセンサ５が設けられ、こ
のギャップセンサ５に接続され固定子１の磁界を調整す
る操作信号を出力する位置コントローラとしてのギャッ
プコントローラ６とを備えてなる。

【００４３】ここで、固定子１には、三相巻線が設けら
れている。なお、図１には三相巻線のうち一相分のみが
示されている。即ち、符号７は導線、符号８は下向きの
断面コの字状の芯と、符号９は巻線部分である。

【００４４】今、三相交流が流されると、それぞれの巻
線に生ずる磁界の和が一つの回転磁界となる。この回転
磁界は、固定子１の下端面の水平面に沿って形成され
る。

【００４５】しかしながら、回転磁界を形成するもの
は、三相交流に限らず、例えば二相交流、その他でもよ
いことは勿論である。

【００４６】一方、回転子２は、本実施例では、固定子
１に対向して配置された永久磁石１０と、この永久磁石
１０を上端面に固着し且つ金属や磁性樹脂などの磁性素
材からなる吸引片１１とからなっている。

【００４７】回転子２の上端側は、励磁した固定子１に
より矢印Ａで示す上方向に吸引される一方、下端側が吸
引用磁石３により矢印Ｂで示す方向に吸引される。した
がって、回転子２は、この反対方向の２力の間の均衡に
より、固定子１と吸引用磁石３との間で非接触状態にて
浮上する。

【００４８】このように吸引用磁石３を設けると、回転
子２の回転軸が重力方向に限定されることがなく、どの
ような姿勢でも可能であるという利点がある。なお、吸
引用磁石３として、本実施例では永久磁石が用いられて
いるが、これに限らず、例えば誘導子又はリラクタンス
子などを用いてもよい。

【００４９】そして、固定子１の回転磁界と回転子２に
設けられた永久磁石１０の磁界との間でＺ軸まわりの回
転力（トルク）が発生する。これにより、回転子１は、
浮上しながら回転される。本実施例のモータは、同期モ
ータとして、つまり固定子１の回転磁界と同速度で回転
する。

【００５０】また、固定子１と回転子２との間のギャッ
プ１２の大きさは、回転子２の永久磁石１０の磁束が一
定だから、固定子１の磁束の大きさに依存する。固定子
１の磁束は起磁力（巻線数×電流）に比例し、この起磁
力は三相交流の電流の振幅に依存する。したがって、三
相交流の振幅を増減すれば、固定子１の回転磁界の振幅
を増減することにより、ギャップ１２の大きさを制御で
きる。

【００５１】このように、この実施例の発明によると、
固定子１にはモータ巻線を設けるだけでよく、浮上巻線
を設ける必要がないので、構造が簡単、小型軽量であ
る。また、Ｚ軸の一軸だけ位置制御（浮上量制御）すれ
ばよいので、制御が簡単である。さらに、固定子１と回
転子２との間に磁気飽和が生じても、吸引力に飽和（上
限）が生じるだけで、Ｚ軸方向以外の別方向に向かう力
が発生することはない。

【００５２】ここで、固定子１の導線７には、例えば三
相アンプ１３が接続されている。この三相アンプ１３
は、三相交流の振幅を増減するものである。すなわち、
ギャップコントローラ６からの操作信号により三相交流
の振幅を増減して、固定子１の吸引力を増減させるもの
である。

【００５３】また、回転子２の位置を検出する位置セン
サとして、本実施例では、ギャップセンサ５を用いてい
る。このギャップセンサ５は、回転子２と吸引用磁石３
との間のギャップ４を検出している。しかしながら、こ
れ以外に、固定子１と回転子２との間のギャップ１２を
検出するようにしてもよい。ギャップ４，１２は、互い
に相関関係にあるので、一方を検出すれば、回転子２を
所定位置に浮上させるように制御できる。

【００５４】ギャップセンサ５として、本実施例では、
周知の渦電流センサが用いられている。この渦電流セン
サは、ギャップ４が変動するとき、磁束変化により渦電
流が発生するので、この渦電流を検出信号として出力す
るように設けられている。しかしながら、ギャップセン
サ５として、渦電流センサに限らず、例えば光電式セン
サ、その他のセンサを用いてもよい。

【００５５】また、ギャップコントローラ６は、ギャッ
プセンサ５から入力した検出値と設定値とを比較し、両
者間の偏差を解消する操作信号を三相アンプ１３に向け
て出力するように設けられている。

【００５６】以上のように構成されたアキシャル磁気浮
上回転モータによると、次のように回転子２が浮上しな
がら回転する。

【００５７】三相電流を固定子１に入力すると、固定子
１に回転磁界が形成される。回転子２は、永久磁石１０
の磁束と固定子１の磁束との間に発生した吸引力により
Ａ方向（Ｚ軸方向）に吸引される一方、吸引用磁石３に
よりＢ方向に吸引される。したがって、回転子２は、固
定子１と吸引用磁石３との間に非接触状態で浮上する。

【００５８】また、固定子１の回転磁界と回転子２の永
久磁石１０の磁界との間でＺ軸まわりの回転力が発生す
る。したがって、回転子２は浮上しながら回転する。

【００５９】今、回転中の回転子２の浮上位置がＡ方向
又はＢ方向にずれた場合、所定位置に戻す動作が次のよ
うに行われる。

【００６０】回転子２の浮上位置がずれたときのギャッ
プ４の変動をギャップセンサ５が検出し、その検出信号
をギャップコントローラ６に向けて出力する。次いで、
ギャップコントローラ６は、ギャップセンサ５から入力
した検出値を設定値と比較し、両者間の偏差を解消する
操作信号を三相アンプ１３に向けて出力する。三相アン
プ１３は、操作信号に応じた分だけ、固定子１に流す三
相交流の振幅を増減する。三相交流の電流の振幅の大き
さにより、固定子１の回転磁界の大きさ、ひいては吸引
力が変更される。この固定子１による吸引力の増減によ
り、回転子２の上下位置が所定位置に調整される。

【００６１】なお、本発明は、上述した実施例に限定さ
れるものではなく、種々の変形例が実施可能である。

【００６２】例えば、上述の実施例では回転子２におけ
る固定子１対向面に永久磁石１０を設けたものを示した
が、これに限らず、例えば、誘導型のものとすることも
できる。この誘導型は、固定子１の回転磁界による電磁
誘導作用で回転子２に誘導電流を発生させ、固定子１の
磁束と回転子２の磁束との間に回転力を発生させるもの
である。

【００６３】この誘導型回転子の一例が図２に示されて
いる。図示するように、回転子２は、通常のかご型ロー
タをリング状に平面化したものである。この回転子の一
端面部分は、リング状のディスク２１が電気抵抗の高い
素材からなり、そこに放射状の溝を形成し、この溝の中
と内・外周面に導体２２を埋め込んで構成されている。

【００６４】この誘導型にすると、コンパクトな割に大
きな動力を得ることができるので、一般産業用のモータ
として好適である。

【００６５】また、図１の実施例では回転子２に永久磁
石１０を設けたが、回転子の端面の表面の高さを変えて
形成し、リラクタンストルクを発生させるようにしても
よい。この可変リラクタンス型回転子の一例が図３に示
されている。図示するように、可変リラクタンス回転子
２の端面に、点線Ｄで示す平坦面よりも低い部分を形成
している。このように表面の高さが変化していると、周
方向の吸引力変化により、固定子の回転磁界に吸い付
き、同期回転する。

【００６６】また、図１の実施例では回転子２における
固定子１と反対側に吸引用磁石３を設け、固定子１によ
る吸引力と、それと反対方向の吸引用磁石３による吸引
力との均衡とで回転子２を浮上させている。これに対し
て、図４に示すように、吸引用磁石を設けずに、回転子
の回転軸方向を重力方向と一致させて、矢印Ｇで示す重
力方向に働く回転子２の自重と固定子１の吸引力との均
衡により回転子２を浮上させるようにしてもよい。この
図４の実施例の場合、回転子２が磁気軸受５１により非
接触状態で支持され、振れが防止されている。磁気軸受
５１は、回転子２側の永久磁石５２と、その周囲に配置
した永久磁石５３とからなる。なお、この図４では位置
センサと位置コントローラとの図示が省略されている。

【００６７】図５および図６に本発明のアキシャル磁気
浮上回転モータを応用した人工心臓の一例が示されてい
る。

【００６８】本発明のアキシャル型の磁気浮上回転モー
タは、人工心臓の回転ポンプの駆動源として好適であ
る。その理由は、構造が簡単、制御系が簡単、小型、軽
量、低故障率であり、磁気飽和に強く高信頼性であるか
らである。

【００６９】さらに、アキシャル型の磁気浮上回転モー
タのなかでも、前述した図１に例示したような永久磁石
１０を設けた回転子２を持つ永久磁石型モータが人工心
臓用モータとして最適である。その理由は、回転子２に
発熱がないので、血液その他人体に熱が及ぼす悪影響を
極力抑えることができるからである。

【００７０】まず、図５に示した人工心臓は、ケーシン
グ４１と、このケーシング４１の内部に形成された血液
流路４２と、この血液流路４２中に配置されたアキシャ
ル磁気浮上回転モータを駆動源として用いた回転ポンプ
４３とを備えている。符号４６は、吸引用磁石３および
ギャップセンサ５を支持する支持部材を示している。

【００７１】なお、回転ポンプ４３を構成するアキシャ
ル磁気浮上回転モータにおいて、図１と同一符号で示す
部分については、図１と構成部材と同様でなので、詳し
い説明を省略する。符号４４は、回転子２の外周に設け
られた遠心型の羽根を示している。回転子２の回転によ
り、遠心型の羽根４４が回転し、矢印Ｃに示すように血
液を送る。

【００７２】また、この例では、ギャップコントローラ
６として、ＰＤ（比例＋微分）コントローラを用いてい
る。このようにＰＤコントローラにすると、ギャップ量
が急変した場合、その変化を微分動作により制御するの
で、回転子を即時に所定位置に戻すことができる。

【００７３】また、この例では、三相アンプ１３の上流
側に電池４５が接続されている。この例の三相アンプ１
３は、直流を三相交流に変換する三相インバータ機能
と、三相交流の振幅を増減する増幅機能とを有する。

【００７４】また、図６に示した他の例の人工心臓で
は、回転子２の端部が磁気軸受５１により非接触状態に
て支持され、振れが防止されている。この磁気軸受５２
は、回転子２側に設けた永久磁石５２と、ケーシング４
１側に設けた永久磁石５３との間の磁気的反発力によ
り、回転子２を非接触状態で支持している。吸引片１１
は、個々の羽根４４と一体的に設けられている。

【００７５】なお、この図６において上述した図１およ
び図５と同一符号の構成は、図１および図５と同様であ
るので、ここでは説明を省略する。また、図５および図
６に示した人工心臓は、回転子２に遠心型の羽根４４を
設けて遠心型ポンプのインペラとしたものである。しか
しながら、本発明は、これに限らず、アキシャル磁気浮
上回転モータを回転ポンプの駆動源としたもの一般に適
用可能である。

【００７６】図７に本発明の本発明のアキシャル磁気浮
上回転モータを応用した工作機械用の高速スピンドル装
置の一例が示されている。この高速スピンドル装置は、
ケーシング６１と、このケーシング６１の中に高速回転
可能に配置されたスピンドル６２と、このスピンドル６
２の先端に取り付けられた工具例えばドリル６３と、ス
ピンドル６２の上下面に設けられた導体６４Ａ，６４Ｂ
と、この上下の導体６４Ａ，６４Ｂに対向して上下に配
置された一対の固定子１Ａ，１Ｂと、一対の固定子１
Ａ，１Ｂのそれぞれの上流に接続された三相アンプ１３
Ａ，１３Ｂと、この一対の三相アンプ１３Ａ，１３Ｂの
それぞれの上流に接続された電流調整機能を有するコン
トローラ６と、スピンドル６２とケーシング６１とに設
けられたスピンドル振れ防止用の磁気軸受６５とを備え
ている。

【００７７】ここで、スピンドル６２と導体６４Ａ，６
４Ｂとから回転子が構成されている。このように誘導回
転子とした理由は、前述のように、コンパクトな装置で
大きな回転力を出すスピンドル装置とするためである。
なお、この図７において上述した図１と同一符号の構成
部材は、図１と同様であるので、ここでは説明を省略す
る。

【００７８】また、スピンドル６２の上下に設けられた
一対の固定子１Ａ，１Ｂと、この固定子１Ａ，１Ｂのそ
れぞれに接続した三相アンプ１３Ａ，１３Ｂと、三相ア
ンプ１３Ａ，１３Ｂに接続され電流調整機能を付加され
たコントローラ６とから、高速回転するスピンドル６２
をプッシュ・プル動作で高精度に位置制御するように構
成されている。すなわち、コントローラ６を操作してそ
れぞれの三相アンプ１３Ａ，１３Ｂの増幅量を変えるこ
とにより、それぞれの固定子１Ａ，１Ｂに入力される電
流幅を変え、それぞれの固定子１Ａ，１Ｂの回転磁界の
強さつまり吸引力を変える。これにより、スピンドル６
２は、図の上下方向にプッシュ・プル動作で高精度で位
置制御される。

【００７９】また、コントローラ６に電流調整機能に併
せて、一対の固定子１Ａ，１Ｂに入力される電流の和を
一定にする機能を付加するようにしてもよい。これによ
ると、上下一対の固定子１Ａ，１Ｂの回転磁界の強さの
和が一定となるので、スピンドル６２の回転トルクを常
に一定に保持できる。すなわち、プッシュ・プル制御に
よって回転トルクが影響を受けることがないという利点
がある。なお、本発明のアキシャル磁気浮上回転モータ
を適用した高速回転機構として、図７に工作機械用の高
速スピンドル装置を示したが、高速回転機構一般に適用
可能なことは勿論である。

【００８０】また、本発明のアキシャル磁気浮上回転モ
ータを用いた回転機器として人工心臓とスピンドル装置
を図示したが、これに限らず、超高速回転機、真空ポン
プ、ＩＣ製造装置、その他広く種々の分野の回転機器に
適用できることは勿論である。

【００８１】

【発明の効果】以上説明した本発明のアキシャル磁気浮
上回転モータ及びこれを用いた回転機器によると次のよ
うな効果を奏する。

【００８２】（１）請求項１記載のアキシャル磁気浮上
回転モータによると、固定子と回転子とがアキシャルに
配置され、固定子の回転磁界と回転子との間に回転力お
よび吸引力の両方が作用するので、固定子に浮上専用巻
線を設ける必要がなく、全体の構造が簡素化される。

【００８３】また、回転子の位置制御を固定子および回
転子のアキシャルの一軸制御だけ行えばよいので、位置
制御が簡単となる。

【００８４】さらに、磁気飽和があっても回転子の位置
制御に影響がないので、位置制御の点での信頼性を向上
させることができる。

【００８５】したがって、人工心臓、あるいは高性能の
真空ターボ分子ポンプや超高速スピンドルなど広く回転
機器一般を、小型、構造簡単、軽量、制御系が簡単、低
故障率の高性能にできる。

【００８６】（２）請求項２記載のアキシャル磁気浮上
回転モータによると、吸引用磁石が固定子の吸引力とは
反対方向に回転子を吸引し、回転子を固定子と吸引用磁
石との間に浮上させる。したがって、回転子の回転軸方
向が重力方向に限定されることがなく、どのような姿勢
でも可能である。

【００８７】（３）請求項３のアキシャル磁気浮上回転
モータによると、回転子が固定子による吸引力と重力と
により、反対方向に引張られ、固定子端面とギャップを
おいて浮上する。したがって、吸引用磁石を特別に設け
る必要がない分、構造が簡単で、製造コストを低減でき
る。

【００８８】（４）請求項４記載のアキシャル磁気浮上
回転モータによると、固定子と回転子に設けられた永久
磁石との間で回転力が生じるので、回転子に発熱が生じ
ない。したがって、熱を嫌う回転機器、例えば人工心臓
のようなもののモータとして好適である。

【００８９】（５）請求項５記載のアキシャル磁気浮上
回転モータによると、固定子の回転磁界により回転子の
導体に誘導磁界が生じ、両磁界の間の力により回転子が
回転する。これによると、コンパクトなモータで、大き
な動力を得ることができるので、一般産業用として好適
である。

【００９０】（６）請求項６記載のアキシャル磁気浮上
回転モータによると、表面の高さを変えて形成された可
変リラクタンス回転子が用いられているので、部品点数
が少なく、故障率を低減できる。

【００９１】（７）請求項７記載の人工心臓によると、
本発明のアキシャル磁気浮上回転モータを回転ポンプの
駆動源としている。したがって、小型で、構造簡単、軽
量、制御系が簡単、低故障率であり、高信頼性の人工心
臓を実現できる。

【００９２】（８）請求項８記載の人工心臓によると、
本発明のアキシャル磁気浮上回転モータの回転子に遠心
型の羽根を設けて遠心型ポンプのインペラとしている。
したがって、小型で、構造簡単、軽量、制御系が簡単、
低故障率であり、高信頼性の人工心臓を実現できる。

【００９３】（９）請求項９記載のアキシャル磁気浮上
回転モータによると、回転子の両端面に対向して配置さ
れた固定子に入力される電流の振幅をコントローラが変
えて、両固定子の回転磁界の強さつまり吸引力を変える
ことにより、回転子を高精度位置制御できる。

【００９４】（１０）請求項１０記載のアキシャル磁気
浮上回転モータによると、さらにコントローラが一対の
固定子に入力される電流の和を一定にして回転トルクを
一定に制御する。したがって、位置制御によって回転ト
ルクが影響を受けることがないようにできる。

【００９５】（１１）請求項１１記載の微少往復動作機
構によると、請求項９又は１０記載のアキシャル磁気浮
上回転モータを駆動源とするので、微少往復動作制御、
又はこれに併せて回転トルクを一定に保持するように制
御することができる。

【００９６】（１２）請求項１２記載の工作機械用スピ
ンドルによると、請求項９又は１０記載の高速・高精度
回転機構によりスピンドルを高精度にて高速回転させ、
又はこれに併せて回転トルクを一定に保持するように制
御することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のアキシャル磁気浮上回転モータの一実
施例の全体を示す概略図である。

【図２】本発明のアキシャル磁気浮上回転モータの回転
子の他の変形例を示す斜視図である。

【図３】本発明のアキシャル磁気浮上回転モータの回転
子の更に他の変形例を示す斜視図である。

【図４】本発明のアキシャル磁気浮上回転モータの他の
実施例の全体を示す概略図である。

【図５】本発明のアキシャル磁気浮上回転モータを用い
た人工心臓の一実施例を示す概略図である。

【図６】本発明のアキシャル磁気浮上回転モータを用い
た人工心臓の他の実施例を示す概略図である。

【図７】本発明のアキシャル磁気浮上回転モータを用い
た工作機械用高速スピンドル装置の一実施例を示す概略
図である。

【図８】従来例であるラジアル型の磁気浮上回転モータ
の横断面概略図である。

【符号の説明】

１固定子１Ａ，１Ｂ固定子２回転子３吸引用磁石５ギャップセンサ（位置センサ）６ギャップコントローラ（位置コントローラ）１０永久磁石１３三相アンプ１３Ａ，１３Ｂ三相アンプ２２導体４３回転ポンプ４４遠心型の羽根Ｇ重力方向６２スピンドル６４Ａ，６４Ｂ導体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０２Ｋ 7/14 Ｈ０２Ｋ 7/14 Ｂ 21/24 21/24 Ｍ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】端面に回転磁界を発生させる固定子と、
該固定子の端面とアキシャル方向に一端面が対向して配
置され固定子の回転磁界によって回転される回転子と、
該回転子の位置を検出する位置センサと、該位置センサ
から入力された検出値と設定値とを比較して前記固定子
の回転磁界の振幅を変える位置コントローラとを備えて
いることを特徴とするアキシャル磁気浮上回転モータ。
【請求項２】前記回転子における固定子端面と反対側
の端面に対向して配置され回転子を吸引する吸引用磁石
を備えていることを特徴とする請求項１記載のアキシャ
ル磁気浮上回転モータ。
【請求項３】前記回転子は、その回転軸方向が重力方
向と同一に設けられていることを特徴とする請求項１記
載のアキシャル磁気浮上回転モータ。
【請求項４】前記回転子として、固定子端面と対向す
る端面に永久磁石が設けられている永久磁石回転子が用
いられていることを特徴とする請求項１ないし３いずれ
か１項記載のアキシャル磁気浮上回転モータ。
【請求項５】前記回転子として、固定子端面と対向す
る端面に固定子の回転磁界により誘導力を生じる導体が
設けられている誘導回転子が用いられていることを特徴
とする請求項１ないし３いずれか１項記載のアキシャル
磁気浮上回転モータ。
【請求項６】前記回転子として、固定子端面と対向す
る端面の表面の高さを変えて形成された可変リラクタン
ス回転子が用いられていることを特徴とする請求項１な
いし３いずれか１項記載のアキシャル磁気浮上回転モー
タ。
【請求項７】請求項１ないし６いずれか１項記載のア
キシャル磁気浮上回転モータを回転ポンプの駆動源とし
たことを特徴とする人工心臓。
【請求項８】請求項１ないし６いずれか１項記載のア
キシャル磁気浮上回転モータの回転子に遠心型の羽根を
設けて遠心型ポンプのインペラとしたことを特徴とする
人工心臓。
【請求項９】前記回転子の両端面に対向してそれぞれ
固定子が配置され、前記コントローラに一対の固定子の
それれぞれに入力される電流の振幅を可変とする電流調
整機能が付加されて高速・高精度回転機構とされている
ことを特徴とする請求項１記載のアキシャル磁気浮上回
転モータ。
【請求項１０】前記コンローラに、一対の固定子に入
力される電流の和を一定にする機能がさらに付加されて
高速・高精度回転機構とされていることを特徴とする請
求項９記載のアキシャル磁気浮上回転モータ。
【請求項１１】前記請求項９又は１０記載のアキシャ
ル磁気浮上回転モータを駆動源とした微少往復動作機
構。
【請求項１２】前記請求項９又は１０記載の高速・高
精度回転機構をスピンドルに適用したことを特徴とする
工作機械用スピンドル。