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発明の名称 軸受兼用モータ
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平8−84455
公開日 平成8年(1996)3月26日
出願番号 特願平6−241879
出願日 平成6年(1994)9月9日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】渡邉 勇 (外1名)
発明者 大沢 將 / 金光 陽一
要約 目的
ロータのラジアル方向の浮上位置制御のみならずスラスト方向の浮上位置制御も可能な、簡単な構成の軸受兼用モータを提供する。

構成
ロータのラジアル方向の位置を制御する非接触磁気軸受作用と、ロータを回転駆動する作用を兼ねた軸受兼用モータであって、磁気軸受としての浮上位置制御用巻線6,7,8,9と回転駆動用巻線15が別である軸受兼用モータにおいて、この軸受兼用モータの磁極1,2,3,4を回転軸方向に少なくとも2分割し、且つ両端の軸受兼用モータの磁極1,4を軸方向に沿ってテーパ形状となし、ラジアル方向の浮上位置制御のみでなく、スラスト方向の浮上位置制御も行えるようにした。
特許請求の範囲
【請求項1】 ロータのラジアル方向の位置を制御する非接触磁気軸受作用と、ロータを回転駆動する作用を兼ねた軸受兼用モータであって、磁気軸受としての浮上位置制御用巻線と回転駆動用巻線が別である軸受兼用モータにおいて、この軸受兼用モータの磁極を回転軸方向に少なくとも2分割し、且つ両端の軸受兼用モータの磁極を軸方向に沿ってテーパ形状となし、ラジアル方向の浮上位置制御のみでなく、スラスト方向の浮上位置制御も行えるようにしたことを特徴とする軸受兼用モータ。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は軸受兼用モータに係り、特にロータのラジアル方向の浮上位置を制御する非接触磁気軸受作用と、ロータを回転駆動するモータ作用とを兼ね備え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】上述のようなロータのラジアル方向の浮上位置を制御する磁気軸受作用と、ロータを回転駆動する作用を兼ね備えた軸受兼用モータに関しては、すでに幾つかの提案がなされている。例えば、モータ駆動用巻線と磁気軸受としての浮上位置制御用巻線をそれぞれ別に備え、ロータのラジアル方向の浮上位置制御を行いつつ回転制御を行うことのできるモータが特開平2−193547号公報に開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公報に開示された軸受兼用モータでは、モータ駆動巻線と磁気軸受としての浮上位置制御用巻線とを別に設けているので、モータの回転駆動とラジアル方向の磁気軸受機能を有するものの、磁気軸受作用はラジアル方向のみのもので、スラスト方向(軸方向)の浮上位置制御を行うことができない。従って、実際の軸受兼用モータとしては、スラスト磁気軸受を併用せざるを得ない。このため、実際の軸受兼用モータとしては、ロータに固定されたスラスト板を備え、該スラスト板をスラスト方向に非接触浮上保持する電磁石及びそのコントローラが必要であった。従って、係る従来の技術においてはコントローラも含めてその軸受機構及び制御系が大型化して複雑となるという問題がある。
【0004】本発明は上述の事情に鑑みて為されたもので、ロータのラジアル方向の浮上位置制御のみならずスラスト方向の浮上位置制御も可能な、簡単な構成の軸受兼用モータを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】本発明の軸受兼用モータは、ロータのラジアル方向の位置を制御する非接触磁気軸受作用と、ロータを回転駆動する作用を兼ねた軸受兼用モータであって、磁気軸受としての浮上位置制御用巻線と回転駆動用巻線が別である軸受兼用モータにおいて、この軸受兼用モータの磁極を回転軸方向に少なくとも2分割し、且つ両端の軸受兼用モータの磁極を軸方向に沿ってテーパ形状となし、ラジアル方向の浮上位置制御のみでなく、スラスト方向の浮上位置制御も行えるようにしたことを特徴とする。
【0006】
【作用】上述の軸受兼用モータは、回転軸方向に磁極を少なくとも2分割し、且つ両端の軸受兼用モータ磁極を軸方向に沿ってテーパ形状としているので、例えばロータがある片方に寄れば、反対側のテーパ形状の磁極の浮上位置制御力を強めることにより、軸方向の浮上位置を元の位置に戻すことができる。結果としてスラスト磁気軸受機能も加味した軸受兼用モータを提供できる。
【0007】
【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。
【0008】図1は本発明の一実施例の軸受兼用モータの説明図である。図1において軸受兼用モータのステータ磁極は4分割されている。即ち、ケーシング10にはステータ磁極1,2,3,4とステータ磁極が4分割されて固定されている。そしてステータ磁極1,2,3,4はシャフト11に固着されたロータ磁極12と対面している。両端のステータ磁極1,4は、図示するように軸方向に沿ってテーパ状をなしており、同様にテーパ状をなしたロータ磁極12の両端部に対面している。
【0009】分割されたステータ磁極1,2,3,4には共通に回転駆動用巻線15が巻回されている。しかしながら、回転駆動用巻線15は必ずしもステータ磁極1,2,3,4のすべてに巻回する必要はなく、例えばステータ磁極2,3の2個の磁極のみに巻回してもよい。これに対して磁気軸受用巻線は各ステータ磁極毎に分割されて巻回されており、ステータ磁極1は巻線6を、ステータ磁極2は巻線7を、ステータ磁極3は巻線8を、ステータ磁極4は巻線9をそれぞれ備えている。各巻線は図示しない電流制御装置に接続され、個別に制御電流が供給される。なお、本実施例の軸受兼用モータは、図示しないが、シャフト11の回りにシャフト11から離隔して円周方向に沿って所定極数のステータ磁極1,2,3,4と同じ構成の磁極が配置されている。
【0010】次に、この軸受兼用モータの動作について説明する。まずシャフト11の円周方向に沿って配列された所定極数のステータ磁極1,2,3,4のそれぞれの駆動用巻線15に所定の駆動電流を流すことによりシャフト11の回りに回転磁界が生成する。そして、この回転磁界に駆動されてロータ磁極12が回転することによりシャフト11に回転駆動力が発生する。
【0011】浮上位置制御用巻線6,7,8,9は、それぞれ図示しない制御装置からの制御電流が流れ、ステータ磁極1,2,3,4がそれぞれロータ磁極12に対して磁気吸引力を作用させる。そして、円周方向に配列された所定極数のステータ磁極がラジアル方向の磁気吸引力を作用させるため、ロータ磁極12及びシャフト11は、その中心が略各ステータ磁極の中心部分に浮上位置制御される。なお、浮上位置の制御は図示しない位置センサからの信号に基づいて、制御装置により演算された制御電流が各磁極の位置制御用巻線6,7,8,9に供給されることによって行われる。
【0012】ここで、両端のステータ磁極1,4は、図示するように軸方向に沿って両端の径が小さくなるようにテーパ状をなしている。このため巻線6,9がラジアル方向の位置制御用電流を流すと、必然的に軸方向(スラスト方向)の磁気吸引力がロータ磁極12に対して作用する。
【0013】このため図1において、例えばロータ12が軸方向左方に移動したとすると、右端のテーパ形状のステータ磁極4の部分の浮上位置制御用巻線9の電流を増やすと、ロータを右方向に吸引する磁気吸引力が大きくなる。また同時に左端のテーパ形状のステータ磁極1の浮上位置制御用巻線6の電流を減らすと、ロータ12を左側に吸引する磁気吸引力が弱くなる。したがって、ロータ12は右側に引き戻される。
【0014】しかしながら、このような左右方向(軸方向)の浮上位置制御に伴い、ラジアル方向の浮上位置制御を行う磁気吸引力も変化してしまう。したがって同時に中間のステータ磁極2及び3の浮上位置制御巻線7,8の制御電流を調整してラジアル方向の磁気吸引力をスラスト方向の制御によらず一定として、ラジアル方向の目標浮上位置にロータ12を浮上保持することが必要である。
【0015】なお、以上の実施例においてはステータ磁極1及び2で左側軸受を、ステータ磁極3及び4で右側軸受を構成していると考えてもよい。また、ステータ磁極1と2の浮上位置制御用巻線6と7を同一の巻線とし、ステータ磁極3と4の位置制御用巻線8と9を同一の巻線とし、実質的にステータ左側磁極と右側磁極の2つに分割するようにしてもよい。また、ステータ磁極2及び3とその巻線7及び8を一体として、実質的にステータ磁極を3分割としてもよい。さらに又ロータ磁極12の軸長の長い軸受兼用モータにおいては、ステータ磁極を5以上に分割して、それぞれに浮上位置制御用巻線を設けることにより、よりきめの細かな制御を行うことができる。このように、本発明の主旨を逸脱することなく種々の変形実施例が可能である。
【0016】
【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、ステータ磁極を軸方向に沿って分割し、且つ両端の磁極をテーパ形状とし、それぞれの巻線の電流を制御することによりラジアル方向のみならずスラスト方向の浮上位置制御を行うことができる。従って本発明の軸受兼用モータは、モータとしての回転駆動作用とロータのラジアル方向及びスラスト方向浮上位置制御による非接触軸受作用とを行うことができる。それ故、この軸受兼用モータによれば、スラスト方向の軸受が不要となり、その構成を大幅に簡素化して低コスト化することができる。




 

 


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