JPS6399742A - 磁気軸受一体型モ−タ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、磁気軸受を備えたモータに関するものである
。

〔従来技術〕

従来からモータの軸受に磁気力で回転軸を支持するよう
にした軸受（以下「磁気軸受」という）が使用されてい
ることはよく知られている。

この磁気軸受の概要を以下にプラッシュレスＤＣモータ
について図示した第３図によって説明する。

図はプラッシュレスＤＣモータの概要を説明するための
要部半断面を示しており、回転子１を構成する永久磁石
２は回転軸３の周囲に所定の配置の極性の永久磁石がリ
ング状に配置されており、この回転子１を回転させるた
めのアマチュアコイル４と鉄心５とが前記永久磁石２の
周囲に設けられている。

磁気軸受６は、前記回転子１の両側の回転軸３に設けら
れており、積層磁極７がリング状に配設され、その周囲
に所定の間隔を開けて励磁用コイル８を設けた鉄心から
成る複数の電磁石９が配置されている。又、ロータの半
径方向の変位を検知するために、変位計１２が設けられ
ている。前記積層磁石７と電磁石９との磁気的吸引力が
変位計１２から変位信号を適当な補償回路を通して電磁
極９の電力増幅回路にフィードパツクしてロータに対す
る復元力と減衰力を発生するように制御されることによ
って回転軸３が前記電磁石９の軸受は面１０がら浮上し
て回・転軸３を支持している。

このような磁気軸受は、摩擦面がないので潤滑油を必要
とせず、超高速回転体の軸受、真空中で回転する回転体
の軸受等に有利に使用することができるので、例えば宇
宙空間で使用するモータ等に有利に使用することができ
る。

しかしながら、磁気軸受は、回転子の回転が高いほど、
又、大型となるほど強い吸引力を必要とするが１、その
構成要素である鉄心、永久磁石、コイル等いずれも比重
の高い素材を使用する必要があるので重量が増加し、且
つ軸受が大型となるという問題がある。したがってこの
問題は狭い部分に多くの機器を収納する場合やモータを
小型とする場合等で特に欠点となる。

〔発明の目的〕

本発明は、以上の問題の解決のために成されたものであ
って、従来より小型、軽量の磁気軸受を有するモータを
提供することを目的としている。

（発明の構成〕 以上の目的を達成するための本発明のモータの構成は、
外周面が所定の極性を持ち、且つ回転軸の周囲に同心円
状に形成した永久磁石から成る回転子と、その周囲に配
設した回転磁界を発生する複数の駆動用電磁石とから成
る駆動部を、前記回転軸の軸受を配すべき位置まで延長
して設け、前記電磁石に回転駆動用の回転磁界と重畳さ
せて前記永久磁石に軸受用として制御された吸引力を作
用させる磁界を発生させる電流を通ずることを特徴とす
るものである。

本発明モータの回転駆動力を回転子に与える駆動用電磁
石は、前記回転子に軸受用として制御された吸引力を与
える磁力を作用させて前記回転子を前記電磁石面から浮
上させるので、本発明モータは玉軸受等の従来型の軸受
を設ける必要がない。

本発明を実施する際には、モータの回転軸の周方向位置
及び偏心を検出し、最適修正条件を算出して軸受用電磁
石の磁界強度を制御する制御装置を設けることが不可欠
である。この回転軸の位置検知装置は、従来のＡＣＣブ
ラシレスモーフ回転制御に不可欠なホール素子等による
検知装置と同型のものとすることができ、これと共用す
ることができる。

〔実施例〕

以下図面を対照して一実施例により本発明を具体的に説
明する。

第１図はファンに連結したブラシレスＤＣモータにより
実施した実施例概要を示す縦断面図を、第２図はその磁
石部分についてのＡ−Ａ線部分矢視図を示している。な
お第３図に示したモータと共通の部材には同じ番号を付
して説明を省略した。

図において、本実施例のモータ１５とファン１６とが一
体的に組付けられており、ファン１６の羽根車１７はナ
ツト１８によって回転軸３に固定されており、モータ１
５には所定の距離を置いて回転子１１及び１２が、回転
軸３に設けられたフランジ部２０の両側から回転子１゜
及び１２を嵌合して２箇所に駆動部を設けている。

次に回転子１１．１２及び電磁石５ｏについて説明する
。電磁石５ｏは、回転子１１及び１２の回転駆動力と回
転軸３を支持する力とを発生させるものであり、アマチ
ュアコイル４゜を備えたコ字状の鉄心によって構成され
ており、回転子１１及び１２は、２つのリング状の永久
磁石２が前記コ字状の２つの端部に対応した位置に配さ
れ、且つスリーブ状の鉄心２２１及び２２２に固定され
一体となっている。前記スリーブ状鉄心２２１及び２２
２は、回転軸３に嵌合固定されて一体となっている。し
たがって、回転子３の軸方向断面形状は前記電磁石５ｏ
と同様にコ字状を成しているものである。前記リング状
永久磁石２は、通常のＤＣモータと同様に第２図に示す
ように半径方向に着磁され、且つ周方向にＮ極、Ｓ極が
反転するような分布を持っている。

本実施例のモータ１５は、前記電磁石５ｏの外に、通常
の軸受と同様な位置に配置されたボールベアリングから
成る緊急軸受２５と軸方向の磁気軸受２６とを備えてい
る。緊急軸受２５は、回転軸３が所定値以上に偏心ない
し軸方向に移動したときのストッパとして作用するもの
で、通常は回転軸３と接触しないように作られている。

ただしモータ１５が作動していないときは、この緊急軸
受２５によって回転軸３が支持される。本実施例では、
前記スリーブ状鉄心２２１及び２２２が前記緊急軸受２
５に１まで伸び出して回転軸３の半径方向のストッパ面
２７と軸方向ストッパ面２８とが形成されている。

前記軸方向磁気軸受２６は、回転軸３のファン１６と反
対側端部に設けられており、前記鉄心２２２の延長周縁
部２９と軸心部に設けられた永久磁石３０とによってＥ
聖断面形状を持つ永久磁石部３１と、同様にＥ聖断面形
状を有し、内部にコイル３２を設けた電磁石３３と、こ
の電磁石３３の中央部に設けられた回転軸３の軸方向位
置センサ３４とから成るものである。

電磁石５ｏによって作られる回転磁界のタイミングを制
御するために回転子１１及び１２の位相を検出するセン
サ３５は、ホール素子で構成されており前記リング状永
久磁石２に近接して各電極５ｏの間に配置されている。

このセンサ３５は回転軸３の偏心検出用センサとしても
使用し、後述するように磁気軸受の補償回路にフィード
バックして制御信号を発生させる働きも持っている。本
実施例のモータ１５では、位相センサ３５は４個配置し
、回転軸３の周方向位置及び偏心の大きさと方向とを検
出できるようにしている。

なお、３９は隣接する２つの永久磁石２の間にあってこ
れらを保持する非磁性体からなるリング状の部材であり
、４０は前記電磁石５゜の固定部材を兼ねる胴部ケーシ
ング、４１は緊急軸受２５．電磁石５ｏの支持部材及び
ファン１６の取付は部材を兼ねる隔壁、４２は電磁石５
ｏ　　　　　　’及び緊急軸受２５の支持部材を兼ねる
ケーシング、４３は電磁石３３の支持部材を兼ねるケー
シング、４４はファン１６のケーシングである。

次に本実施例のモータ１５の動作について説明する。

モータ１５の図示されていないスイッチがオンされると
、センサ３５により回転軸３の半径方向の偏心の大きさ
と方向及び周方向位置が、センサ３４により回転軸３の
軸方向の位置が検出され、これらが図示されていない補
償回路及び電力増幅回路にフィードバックされ、各電磁
石５ｏ及び３３に回転軸３を半径方向及び軸方向の所定
の位置に保つための軸受としての制御電流が与えられる
で、回転子３は緊急軸受２５から浮上する。同時にアマ
チュアコイル４ｏに回転駆動用の電流が、軸受は制御用
の電流に重畳されて加えられることによって回転磁界が
発生し回転軸３が回転を開始し、ファン１６の羽根車１
７が従動して送風が開始される。なお第１図の白抜き矢
印は空気の流動方向を示す。

いま、モータ１５が作動中に回転軸３に外乱力が作用し
、回転軸３が所定位置から半径方向にずれると、センサ
３５により偏心の大きさと方向とが検出され、この信号
が補償回路と電力増幅回路にフィードバックされて位相
進みの制御信号による電流が電磁石５ｏに与えられ、電
磁石５ｏと永久磁石２との間に回転軸３を元の位置に戻
す力が作用するので定位置を維持することができる。

電磁石５ｏは、回転子３を互いに反対方向に吸引する一
対の磁極二組が互いに直交する方向に配設されており、
平行状態においては対になった磁極が、大きさ等しく方
向反対の吸引力を回転子３に及ぼして釣り合っている。

いま、回転子３に外乱力が作用して偏心を生じたとき、
補償回路は、この吸引力のバランスを崩し、外乱力に抗
して回転軸３を元の位置に安定に戻すような制御信号を
発生する。しかたがって、電磁石５ｏは通常はいずれも
吸引力を発生するように作動している。

イリし、異常Ｑこ大きな外乱力が作用して吸引力のバラ
ンス調整だけではこの外乱力に対抗できなくなった場合
、対の磁極の一方に永久磁石２に対する反撥力を発生さ
せてより大きな復元力を生じさせる。

又、軸方向磁気軸受２６は、所定の軸方向位置に回転軸
を維持するように励磁コイル３２に流す電流の方向及び
強さを位置センサ３４の検出信号に基づき制御される。

これについても半径方向軸受の場合と同様に吸引力の制
御を原則とするが、場合によってはより大きな復元力を
得るために反撥力を利用することもある。

以上説明したように、本実施例のモータ１５は、駆動部
がそのまま軸受となるため軸方向長さを小さくすること
ができるのでコンパクトとなり、又、定常回転中は、回
転子１１．１２及び回転軸３によって構成される回転部
分が空間に浮いて回転しており、又なんらかの力が作用
して回転軸３が中心線からずれたときには、電磁石５ｏ
とリング状永久磁石２ｏとの間に作用している吸引力を
制御するつことによって前記中心線に押し戻す力を作用
させることができるので、回転部分の非接触でき浮上に
より一切；７擦力が作用しないので回転することができ
る。

しかも異常な力が作用して前記偏心が所定値以上となっ
たときは緊急軸受によってそれ以上の偏心が防止される
ので、故障を生ずるような衝突を回避することができる
。更に回転軸３の軸方向の軸受も磁気軸受２６としたの
で、本実施例のモータ１５は一切潤滑油を必要とせず高
速回転させることができる。

〔発明の効果〕

本発明モータは、回転軸の周囲に同心円状、且つ所定の
極性により外周面を形成した永久磁石から成る回転子と
、その周囲に回転磁界を発生する複数の駆動用電磁石と
、から成る駆動部を軸受としても作用する位置に設け、
前記電磁石に回転磁界と重畳させて前記永久磁石に軸受
として作用するように制御された吸引を作用させる磁界
を発生させたので、従来いずれのモータにも設けられて
いた軸受を省略することができるので、摩擦によるエネ
ルギの損失が無くなり、回転軸方向の長さを短くするこ
とができ、軽量、且つコンパクトとすることができると
いう効果を奏する。

したがって、本発明モータは、同一出力に対し小型、軽
量とすることができるので、例えば、宇宙機器用の小型
モータとして有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図はファンを駆動するモータによる一実施例の概要
を示す半断面図、第２図は第１図の磁石部分についての
Ａ−Ａ線部分矢視図、第３図は従来の磁気軸受を装備し
たＤＣモータの概要を示す半断面図である。 １．１１．１２・・・回転子、２・・・永久磁石、３・
・・回転軸、４・・・アマチュアコイル、５・・・電磁
石、１５・・・モータ、１６・・・ファン、１７・・・
羽根車、２２・・・スリーブ状鉄心、２６・・・軸方向
磁気軸受。 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 外周面が所定の極性を持ち、且つ回転軸の周囲に同心円
   状に形成した永久磁石から成る回転子と、その周囲に配
   設した回転磁界を発生する複数の駆動用電磁石とから成
   る駆動部を、前記回転軸の軸受を配すべき位置まで延長
   して設け、前記電磁石に回転駆動用の回転磁界と重畳さ
   せて前記永久磁石に軸受用として制御された吸引力作用
   させる磁界を発生させる電流を通ずることを特徴とする
   磁気軸受一体型モータ。