JPH0865951A - 磁気浮上モータ - Google Patents

磁気浮上モータ

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Publication number
JPH0865951A
JPH0865951A JP6222483A JP22248394A JPH0865951A JP H0865951 A JPH0865951 A JP H0865951A JP 6222483 A JP6222483 A JP 6222483A JP 22248394 A JP22248394 A JP 22248394A JP H0865951 A JPH0865951 A JP H0865951A
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JP
Japan
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coil
magnetic
motor
current
levitation
Prior art date
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Pending
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JP6222483A
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English (en)
Inventor
Satoshi Mori
敏 森
Susumu Osawa
將 大沢
Yoichi Kanemitsu
陽一 金光
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ebara Corp
Original Assignee
Ebara Corp
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Publication date
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Priority to JP6222483A priority Critical patent/JPH0865951A/ja
Publication of JPH0865951A publication Critical patent/JPH0865951A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0406Magnetic bearings
    • F16C32/044Active magnetic bearings
    • F16C32/0474Active magnetic bearings for rotary movement
    • F16C32/0493Active magnetic bearings for rotary movement integrated in an electrodynamic machine, e.g. self-bearing motor
    • F16C32/0497Active magnetic bearings for rotary movement integrated in an electrodynamic machine, e.g. self-bearing motor generating torque and radial force
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2380/00Electrical apparatus
    • F16C2380/26Dynamo-electric machines or combinations therewith, e.g. electro-motors and generators

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 回転体の磁気軸受作用と回転駆動作用を兼用
した磁気浮上モータを、コンパクトな構造で且つ比較的
簡単な制御系で提供する。 【構成】 4極以上の極数を有し、2相以上の交流電流
によって発生する回転磁界に同期した浮上制御磁界を調
節して回転体を磁気力により浮上させると同時に回転ト
ルクを発生する磁気浮上モータにおいて、該回転磁界を
発生する前記多相の任意のひとつの相のコイルNB1
B2 ,NB3 ,NB4 を前記極数に応じて分割し、各コ
イルに流れる電流を独立に制御可能とした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、回転体の半径方向位置
を浮上制御する磁気軸受作用と、回転体を回転駆動する
作用を兼ねた軸受兼用誘導モータまたは同期モータに関
する。
【0002】
【従来の技術】磁気浮上モータにはいくつかの提案がな
されている。そのひとつとして、モータ駆動コイルと磁
気軸受としての浮上位置制御用コイルを別にするもので
ある。これには、従来の磁気軸受用コイルとモータコイ
ルを共通のステータに取り付けたもの、あるいは、従来
のモータコイルを取り付けたモータステータに、従来の
磁気軸受とは異なる浮上位置制御用コイルを取り付けた
ものとがある。もうひとつの方法としては、磁気軸受の
ステータに取り付けたコイルに、制御電流と回転磁界発
生用の電流を重畳させた方式がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】前述したモータ駆動コ
イルと位置制御用コイルを別に設置するのでは、どちら
のタイプにしても、コイルが2種類あり、製作上大形化
するという問題点がある。また、磁気軸受のステータに
取り付けたコイルに、制御電流と回転磁界発生用の電流
を重畳させた方式では、2次コイルに流れる誘導電流の
流れ方が複雑になり、制御が複雑になるという問題点が
ある。
【0004】本発明は上述の問題点に鑑みて為されたも
のであり、回転体の磁気軸受作用と回転駆動作用を兼用
した磁気浮上モータを、コンパクトな構造で且つ比較的
簡単な制御系で提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明の磁気浮上モータ
は、4極以上の極数を有し、2相以上の交流電流によっ
て発生する回転磁界に同期した浮上制御磁界を調節して
回転体を磁気力により浮上させると同時に回転トルクを
発生する磁気浮上モータにおいて、該回転磁界を発生す
る前記多相の任意のひとつの相のコイルを前記極数に応
じて分割し、各コイルに流れる電流を独立に制御可能と
したことを特徴とする。
【0006】又、前記極数に応じて分割されたコイルに
流れる電流は、回転駆動電流と浮上制御電流の和からな
ることを特徴とする。
【0007】
【作用】本発明の磁気浮上モータは上記のように構成し
たので、通常の多相駆動モータのひとつの相のコイルを
極数に応じて分割して、各コイルに流れる電流を極数に
応じて制御することができる。従って、分割された各コ
イルに大きさの異なる制御電流を流すことにより、回転
磁界を作ることができると共に浮上制御磁界を発生し
て、通常の多相駆動モータに回転体の磁気浮上機能を付
加し、回転駆動と磁気浮上を同時に行うことができる。
【0008】
【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
しながら説明する。
【0009】図1(A)は、4極2相のモータに本発明
を適用したステータとコイルを示す。ステータ1は8個
の突極P1 ,P2 ,…P8 ,と同数のスロットS1 ,S
2 …S8 で構成される。2相の内1相はスロットS2
4 ,S6 ,S8 ,にコイルNA1,NA2,NA3,NA4
連続的に結線して構成する。一例として、図1(B)に
示すようにコイルNA はスロットS2 とS8 で巻回した
コイルと、スロットS4 とS6 で巻回したコイルを電気
的に連結する。コイルNW は、わたりの結線である。こ
のコイルNA の結線は、通常の4極2相のモータの1相
の結線と同じである。
【0010】他の一相はスロットS1 に配置したコイル
B1、スロットS3 に配置したコイルNB2、スロットS
5 に配置したコイルNB3、スロットS7 に配置したコイ
ルNB4で分割され、それぞれ相互に結線されないで構成
される。本実施例は4極のモータであり、この相は極数
に応じてコイルNB1、コイルNB2、コイルNB3、コイル
B4の4個のコイルに分割されている。尚、コイル
B1、コイルNB2、コイルNB3、コイルNB4はそれぞれ
ステータ1の外周面と各スロットS1 ,S3 ,S4,S5
間に巻回されている。図1(C)は、ステータを平た
く展開してコイルの結線を平易に示した図である。
【0011】図2は、図1で示したステータ1とロータ
6間の磁束の分布を示す。ロータ6がステータ中心に位
置し、そのすきまをgoとすると、各コイル断面の周囲
には同図に示すように各コイルに流れる電流に応じて磁
束φa1,φa2,φa3,φa4,φb1,φb2,φb3,φb4
が生じる。これらの和から各突極P1 ,P2 …P8 とロ
ータ6とのすきまgoには、φ1 ,φ2 ,…φ8 の磁束
が発生する。これらの磁束によりステータ1とロータ6
の間に磁気吸引力fi が発生し、 fi =Km′(φi/go)2 (1) =Kmφi 2 i=1,2,3,…8 ここでKm′,Kmは比例定数である。また各突起の磁
束φ1 ,φ2 ,…φ8 は同図から φ1 =φb1+φa1 (2) φ2 =φb2−φa1 φ3 =−φb2−φa2 φ4 =−φb3+φa2 φ5 =φb3+φa3 φ6 =φb4−φa3 φ7 =−φb4−φa4 φ8 =−φb1+φa4 である。
【0012】磁気力は各突極P1 ,P2 ,…P8 の中心
でロータ6に作用するとすれば、ロータ6に作用する水
平方向の力fX と鉛直方向の力fY は、 fX =Km(Sφ1 2+Cφ2 2+Cφ3 2+Cφ4 2 −Sφ5 2−Cφ6 2−Cφ7 2−Sφ8 2) (3) fY =Km(Cφ1 2+Sφ2 2−Sφ3 2−Cφ4 2 −Cφ5 2−Sφ6 2+Sφ7 2+Cφ8 2) (4) ここで C=cos(π/8)、 S=sin(π/
8) である。コイルNA1,NA2,NA3,NA4は相互に
結線されているので、一本のコイルNA とすると、N
A ,NBi(i=1、2、3、4)のコイルに、IA ,I
B を振幅として、 INA =IA cosωt (5) INBi =IB sinωt (i=1, 2, 3, 4) (6) の電流を与えることで回転磁界が形成され2相モータと
して機能する。
【0013】ロータ6を磁気浮上させるため、制御電流
成分をΔI1 、ΔI2 として、コイルNBi(i=1,
2,3,4)に与える電流を次式で示すようにする。I
NB1 =IB sin ωt+ΔI1 (7) INB2 =IB sin ωt−ΔI1NB3 =IB sin ωt+ΔI2NB4 =IB sin ωt−ΔI2 制御電流とそれにより発生する磁束の関係は比例定数を
C として、 φA =KCNA (8) φBi=KCNBi(i=1,2,3,4) 以上の関係からfX , fY は fX=Km2C 2( 8SIAcosωt・ΔI1+8CIBsinωt・ΔI2) (9) fY=Km2C 2(−8SIAcosωt・ΔI2+8CIBsinωt・ΔI1) (10) したがって、コイルNBi(i=1,2,3,4)に与え
る電流を浮上制御することで制御力をロータ6に作用さ
せることができる。
【0014】例えばY方向(鉛直方向)に一定力Fo を
作用させる場合には、fY =Fo , fX =0の条件か
ら、
【数1】 となる。ΔI1 ,ΔI2 の1サイクルの波形は図3のよ
うになる。又、式(11),(12)から、直流(ω=
0)である場合には、ΔI1 =0となるが、ΔI2 は一
定の有限値となることが判る。従って、このような波形
の電流を形成して、コイルNBi(i=1,2,3,4)
に(7)式に従って、電流を供給することにより、鉛直
方向に一定力Fo を作用させながら、ロータ6を中心位
置に支持できる。
【0015】図4は本発明を適用して構成した磁気浮上
モータの制御系の例を示す。回転数指令信号に応じてs
inωtとcosωtの2相信号を発生する2相信号発
生器12の信号出力の一方の相(sinωtの相)は電
流増幅器10Aによって電流増幅され、コイルNA (N
A1,NA2,NA3,NA4)の共通結線に一定振幅の電流を
与える。また、2相信号発生器12の信号は浮上制御装
置11に導かれる。ステータ1に配設され、ロータ6の
X方向位置を検出するセンサ8とそれと直角の方向位置
を検出するセンサ7の検出信号は同様に浮上制御装置1
1に導かれる。浮上制御装置11は図示していない浮上
基準信号と該センサ信号を比較し、その偏差を0とする
ように、上述の演算を行って電流増幅器10B1 〜10
B4 に信号を送出し増幅して、該電流増幅器に連結した
コイルNB1 ,NB2 ,NB3 ,NB4の電流を制御する。
以上の手順によってロータ6は回転数指令信号に応じた
回転数で、磁気浮上をして回転する。
【0016】尚、上記の例は横置き型の2相4極の磁気
浮上モータに関する適用例であるが、縦置き型にも同様
に適用できるのは勿論のことである。更に2相4極に限
られず、4極以上のモータであれば3相の場合でも同様
に適用可能である。このように本発明の趣旨を逸脱する
ことなく種々の変形実施例が可能である。また、各図中
同一符号は同一又は相当部分を示す。
【0017】
【発明の効果】本発明の磁気浮上モータによれば、簡単
なステータ構造と制御回路を用いて、回転体の磁気軸受
作用と、回転駆動作用を兼用できる。従って、小型軽量
化した磁気浮上モータを、比較的簡単な制御系で実現で
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の磁気浮上モータのステータ
とコイルの配置を示す説明図。
【図2】図1の磁気浮上モータの一断面図であり、磁束
の分布を示す。
【図3】磁気浮上力を発生する制御電流の波形例を示す
線図。
【図4】本発明の一実施例の磁気浮上モータの制御系の
説明図。
【符号の説明】
1 ステータ 6 ロータ 7 X方向センサ 8 Y方向センサ 10A,10B1 ,10B2 ,10B3 ,10B4 電流
増幅器 11 浮上制御装置 12 2相信号発生器 NA1 ,NA2 ,NA3 ,NA4 一相の連続結線された
コイル NB1 ,NB2 ,NB3 ,NB4 他の一相の分割された
コイル

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 4極以上の極数を有し、2相以上の交流
    電流によって発生する回転磁界に同期した浮上制御磁界
    を調節して回転体を磁気力により浮上させると同時に回
    転トルクを発生する磁気浮上モータにおいて、該回転磁
    界を発生する前記多相の任意のひとつの相のコイルを前
    記極数に応じて分割し、各コイルに流れる電流を独立に
    制御可能としたことを特徴とする磁気浮上モータ。
  2. 【請求項2】 前記極数に応じて分割されたコイルに流
    れる電流は、回転駆動電流と浮上制御電流の和からなる
    ことを特徴とする請求項1記載の磁気浮上モータ。
JP6222483A 1994-08-24 1994-08-24 磁気浮上モータ Pending JPH0865951A (ja)

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JP6222483A JPH0865951A (ja) 1994-08-24 1994-08-24 磁気浮上モータ

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JP6222483A JPH0865951A (ja) 1994-08-24 1994-08-24 磁気浮上モータ

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JPH0865951A true JPH0865951A (ja) 1996-03-08

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ID=16783142

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JP6222483A Pending JPH0865951A (ja) 1994-08-24 1994-08-24 磁気浮上モータ

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JP (1) JPH0865951A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008178165A (ja) * 2007-01-16 2008-07-31 Tokyo Univ Of Science ベアリングレスモータ
JP5732695B2 (ja) * 2010-03-15 2015-06-10 学校法人東京理科大学 ベアリングレスモータ

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008178165A (ja) * 2007-01-16 2008-07-31 Tokyo Univ Of Science ベアリングレスモータ
JP5732695B2 (ja) * 2010-03-15 2015-06-10 学校法人東京理科大学 ベアリングレスモータ

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