JPWO2009093428A1 - ベアリングレスモータ - Google Patents
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Abstract
Description
図18において、回転軸7の主軸方向ほぼ中央部周囲には環状の回転子9が固定されている。回転子9の中央外周部分には外方に向けて凹部11が環状に形成されている。そして、この凹部11の左側には左側環状凸部21が、また、右側には右側環状凸部23がそれぞれ突設されている。
図20及び図21に、ユニット1のベアリングレスモータの固定子と回転子の断面図を示す。回転子9の各ユニットには4個の扇形ラジアル永久磁石52を配置している。4個全ての着磁方向を半径方向へ同一にし、ラジアル永久磁石間鉄心部はラジアル永久磁石52が発生する界磁磁束Ψ8mにより結果的に極を形成する、コンシクエントポール型の構造であり、8極の電動機として機能する。
T. Suzuki, A. Chiba, M. A. Rahman, and T. Fukao, "An air-gap-flux-oriented vector controller for stable operation of bearingless induction motors," IEEE Trans. on Industry Applications, Vol. 36, No. 4, pp. 1069-1076, July/Aug. 2000. 大島、宮澤、千葉、中村、深尾 「突極型永久磁石ベアリングレスモータの半径方向力パラメータの同定法」 電学論D、Vol. 124-D、No. 8、pp. 784-791、2004 M. Takemoto, M. Uyama, A. Chiba, H. Akagi, and T. Fukao, "A Deeply-Buried Permanent Magnet Bearingless Motor with 2-pole Motor Windings and 4-pole Suspension Windings," in Conf. Rec. of the 2003 IEEE-IAS Annual Meeting, Salt Lake City, USA, Oct. 2003, pp. 1413-1420 T. Satoh, S. Mori, and M. Ohsawa, "Study of induction type bearingless canned motor pump", in Proc. IPEC-Tokyo 2000, Tokyo, Japan, 2000, pp.389-394. C. Redemann, P. Meuter, A. Ramella, and T. Gempp, "Development and prototype of a 30kW bearingless canned motor pump", in Proc. IPEC-Tokyo 2000, Tokyo, Japan, 2000, pp.377-382.
・ユニット1,2共にβ軸正方向にラジアル軸支持力発生の指令
・ラジアル軸支持電流is2β1,is2β2=5.54A(定格値一定、直流)
・ラジアル軸支持電流is2α1,is2α2=0A
・電動機トルク分電流im8q=13.9A(定格値一定、交流)
・回転子の回転角度θ=0〜90deg(7.5deg刻み)
25 左側センサターゲット
27 右側センサターゲット
31 インペラ
33 ポンプ吸入口
35 ポンプ吐出口
37 ケース
41、42、43 固定子
47 電動機巻線
49、53 ラジアル軸支持巻線
51 電動機巻線
52、91、191 ラジアル永久磁石
54 ラジアル永久磁石間鉄心部
55 ラジアルギャップセンサ
57 ラジアルギャップセンサ
60 スラストギャップセンサ
61、62、63 鉄心
61a 軸方向左半部
61b 軸方向右半部
63a 軸方向右半部
63b 軸方向左半部
71 スラスト軸支持巻線
73、75 固定子側環状スラスト永久磁石
81、83 ロータ側環状スラスト永久磁石
100 5軸能動制御型ベアリングレスモータ
101、103 ベアリングレスモータユニット
102 スラスト磁気軸受ユニット
本発明の第1実施形態の構成図を図1に示す。なお、図18と同一要素のものについては同一符号を付して説明は省略する。
次に、本発明の第1実施形態である5軸能動制御型ベアリングレスモータのスラスト・ラジアル軸支持力特性の解析結果について説明する。
・ユニット1,2共にβ軸正方向にラジアル軸支持力発生の指令
・ラジアル軸支持電流is2β1,is2β2=5.54A(定格値一定、直流)
・ラジアル軸支持電流is2α1,is2α2=0A
・スラスト電流ith=3.39A(定格値一定、直流)
・電動機トルク分電流im8q=13.9A(定格値一定、交流)
・回転子の回転角度θ=0〜90deg(7.5deg刻み)
第2実施形態である5軸能動制御型ベアリングレスモータの構造がラジアル軸支持力の脈動と偏角を抑制できるか検証するため、3D−FEM解析を行った。
電動機トルク分電流im6qを変化させた際の、電動機トルク分電流im6qとβ軸方向のラジアル軸支持力の平均値FβAVGの関係を図15に示す。
t=t3のとき、外力を再び与える。このとき、ロータは、スラスト磁気支持電流によって、ほぼ一定の位置に保持される。
図17を見て分かるように、上述した図16の結果と同様に定常偏差、ダンピング、応答速度共に能動型の方が優れていることが分かる。
また、本発明(請求項2)は、前記スラスト軸支持巻線に直流電流を流してスラスト軸支持磁束を発生させ、発生したスラスト軸支持磁束を前記第1のバイアス磁束および第2のバイアス磁束へ重畳又は相殺させることによりスラスト磁気軸受力を発生させることを特徴とする。
更に、本発明(請求項3)は、前記第1の回転子と前記第2の回転子と前記第3の回転子を含むロータ全体が略円筒状に形成されていることを特徴とする。
更に、本発明(請求項4)は、前記第3の回転子の軸方向厚みは、前記第3の固定子の厚みより薄いことを特徴とする。
更に、本発明(請求項5)は、前記第1バイアス磁束生成手段は、前記第1の固定子と第3の固定子との間に配設され、軸方向へ着磁された第1のスラスト永久磁石を有し、前記第2バイアス磁束生成手段は、前記第2の固定子と第3の固定子との間に配設きれ、前記第1のスラスト永久磁石と逆方向へ着磁された第2のスラスト永久磁石を有することを特徴とする。
更に、本発明(請求項6)は、前記第1バイアス磁束生成手段は前記第1の回転子と第3の回転子との間に配設され、前記第1のスラスト永久磁石とは逆方向へ着磁された第3スラスト永久磁石を、前記第2バイアス磁束生成手段は、前記第2の回転子と第3の回転子との間に配設され、前記第2のスラスト永久磁石とは逆方向へ着磁された第4スラスト永久磁石を、更に有することを特徴とする。
更に、本発明(請求項7)は、前記第1の回転子並びに第2の回転子はそれぞれが、半径方向に着磁された永久磁石が複数個鉄心内に埋め込まれた第1の鉄心部と、永久磁石が埋め込まれていない第2の鉄心部とが一体に形成された物から成ることを特徴とする。
更に、本発明(請求項8)は、前記第1の回転子並びに第2の回転子はそれぞれが、半径方向に着磁された複数の永久磁石が鉄心の周上に交互に着磁方向を変えてリング状に配置されている第1の鉄心都と、永久磁石が配置されていない第2の鉄心部とが一体に形成された物から成ることを特徴とする。
更に、本発明(請求項9)は、前記べアリングレスモータは、インナーロータ型又はアウタロータ型のいずれかであることを特徴とする。
また、本発明(請求項2)は、前記第1の回転子と前記第2の回転子と前記第3の回転子を含むロータ全体が略円柱状に、前記第1の固定子と第2の固定子と第3の固定子を含むステータ全体が略円筒状に形成されていることを特徴とする。
更に、本発明(請求項3)は、前記スラスト軸支持巻線に直流電流を流してスラスト軸支持磁束を発生させ、発生したスラスト軸支持磁束を前記第1のバイアス磁束および第2のバイアス磁束へ重畳又は相殺させることによりスラスト磁気軸受力を発生させることを特徴とする。
更に、本発明(請求項4)は、前記第1バイアス磁束生成手段は、前記第1の固定子と第3の固定子との間に配設され、軸方向へ着磁された第1のスラスト永久磁石を有し、前記第2バイアス磁束生成手段は、前記第2の固定子と第3の固定子との間に配設され、前記第1のスラスト永久磁石と逆方向へ着磁された第2のスラスト永久磁石を有することを特徴とする。
更に、本発明(請求項5)は、前記第1バイアス磁束生成手段は、前記第1の回転子と第3の回転子との間に配設され、前記第1のスラスト永久磁石とは逆方向へ着磁された第3スラスト永久磁石を、前記第2バイアス磁束生成手段は、前記第2の回転子と第3の回転子との間に配設され、前記第2のスラスト永久磁石とは逆方向へ着磁された第4スラスト永久磁石を、更に有することを特徴とする。
更に、本発明(請求項6)は、前記第1の回転子並びに第2の回転子はそれぞれが、半径方向に着磁された永久磁石が複数個鉄心内に埋め込まれた第1の鉄心部と、永久磁石が埋め込まれていない第2の鉄心部とが一体に形成された物から成ることを特徴とする。
更に、本発明(請求項7)は、前記第1の回転子並びに第2の回転子はそれぞれが、半径方向に着磁された複数の永久磁石が鉄心の周上に交互に着磁方向を変えてリング状に配置されている第1の鉄心部と、永久磁石が配置されていない第2の鉄心部とが一体に形成された物から成ることを特徴とする。
更に、本発明(請求項8)は、前記ベアリングレスモータは、インナーロータ型又はアウタロータ型のいずれかであることを特徴とする。
Claims (4)
- 回転子と、
該回転子を回転させる回転起磁力を発生する第1の電動機起磁力発生手段と、
前記回転子を径方向に支持する支持起磁力を発生する第1の支持起磁力発生手段を有する第1のベアリングレスモータユニットと、
前記回転子を回転させる回転起磁力を発生する第2の電動機起磁力発生手段と、
前記回転子を径方向に支持する支持起磁力を発生する第2の支持起磁力発生手段を有する第2のベアリングレスモータユニットと、
前記第1のベアリングレスモータユニットと第2のベアリングレスモータユニット間で磁束を発生する磁束発生手段と、
該磁束発生手段により生じた磁束を前記第1のベアリングレスモータユニット及び第2のベアリングレスモータユニットの磁束に対し重畳若しくは相殺することでスラスト方向の起磁力を発生させるスラスト力発生手段とを備えたことを特徴とするベアリングレスモータ。 - 前記回転子には永久磁石を備え、
前記スラスト方向の起磁力と前記各支持起磁力とを非干渉化させたことを特徴とする請求項1記載のベアリングレスモータ。 - 第1の電動機巻線と第1の支持巻線とを同一の鉄心に捲回した第1の固定子、及び、該第1の固定子の内側若しくは外側に配設され、該第1の固定子に対し所定のギャップを隔てて対峙し半径方向に着磁する第1のラジアル永久磁石が周状に配設された第1の回転子を有する第1のベアリングレスモータユニットと、
第2の電動機巻線と第2の支持巻線とを同一の鉄心に捲回した第2の固定子、及び、該第2の固定子の内側若しくは外側に配設され、該第2の固定子に対し所定のギャップを隔てて対峙し半径方向に着磁する第2のラジアル永久磁石が周状に配設された第2の回転子を有する第2のベアリングレスモータユニットと、
前記第1の固定子と前記第2の固定子の間に配設され、回転軸回りにスラスト軸支持巻線が捲回された第3の固定子、及び、該第3の固定子の内側若しくは外側に配設され、該第3の固定子に対し所定のギャップを隔てて対峙した第3の回転子を有するスラスト磁気軸受ユニットと、
前記第1の固定子と前記第3の固定子の間に配設され軸方向に着磁された第1のスラスト永久磁石と、前記第2の固定子と前記第3の固定子の間に配設され軸方向に着磁された第2のスラスト永久磁石とを備え、
前記第1の回転子及び前記第2の回転子は前記各ラジアル永久磁石の配設された第1の回転子部とラジアル永久磁石の配設されない鉄心のみの第2の回転子部とが軸方向に連接又は一体に形成され、かつ該第2の回転子部と前記第3の回転子とが連接又は一体に形成されたことを特徴とするベアリングレスモータ。 - 第1の電動機巻線と第1の支持巻線とを同一の鉄心に捲回した第1の固定子、及び、該第1の固定子の内側若しくは外側に配設され、該第1の固定子に対し所定のギャップを隔てて対峙し半径方向に着磁する第1のラジアル永久磁石が周状に配設された第1の回転子を有する第1のベアリングレスモータユニットと、
第2の電動機巻線と第2の支持巻線とを同一の鉄心に捲回した第2の固定子、及び、該第2の固定子の内側若しくは外側に配設され、該第2の固定子に対し所定のギャップを隔てて対峙し半径方向に着磁する第2のラジアル永久磁石が周状に配設された第2の回転子を有する第2のベアリングレスモータユニットと、
前記第1の固定子と前記第2の固定子の間に配設され、回転軸回りにスラスト軸支持巻線が捲回された第3の固定子、及び、該第3の固定子の内側若しくは外側に配設され、該第3の固定子に対し所定のギャップを隔てて対峙した第3の回転子を有するスラスト磁気軸受ユニットと、
前記第1の固定子と前記第3の固定子の間に配設され軸方向に着磁された第1のスラスト永久磁石と、前記第2の固定子と前記第3の固定子の間に配設され軸方向に着磁された第2のスラスト永久磁石と、
前記第1の回転子と前記第3の回転子の間に配設され軸方向に着磁された第3のスラスト永久磁石と、前記第2の回転子と前記第3の回転子の間に配設され軸方向に着磁された第4のスラスト永久磁石とを備え、
前記第1の回転子及び前記第2の回転子は前記各ラジアル永久磁石の配設された第1の回転子部とラジアル永久磁石の配設されない鉄心のみの第2の回転子部とが軸方向に連接又は一体に形成されたことを特徴とするベアリングレスモータ。
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