(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-07-01
(45)【発行日】2024-07-09
(54)【発明の名称】磁極および磁気軸受
(51)【国際特許分類】
H02K 7/09 20060101AFI20240702BHJP
F16C 32/04 20060101ALI20240702BHJP
H01F 37/00 20060101ALI20240702BHJP
【FI】
H02K7/09
F16C32/04 A
H01F37/00 N
(21)【出願番号】P 2020135112
(22)【出願日】2020-08-07
【審査請求日】2023-04-06
(73)【特許権者】
【識別番号】000000099
【氏名又は名称】株式会社IHI
(74)【代理人】
【識別番号】100088155
【氏名又は名称】長谷川 芳樹
(74)【代理人】
【識別番号】100113435
【氏名又は名称】黒木 義樹
(74)【代理人】
【識別番号】100170818
【氏名又は名称】小松 秀輝
(72)【発明者】
【氏名】山口 浩二
(72)【発明者】
【氏名】軸丸 武弘
(72)【発明者】
【氏名】山田 達郎
(72)【発明者】
【氏名】桂 健志郎
【審査官】若林 治男
(56)【参考文献】
【文献】特開2001-132747(JP,A)
【文献】特開2005-020941(JP,A)
【文献】国際公開第2012/053304(WO,A1)
【文献】特開2002-218691(JP,A)
【文献】特開2002-008931(JP,A)
【文献】特開2020-109305(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H02K 7/09
F16C 32/04
H01F 37/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
軟磁性材料により形成されたコアと、
入力端部
、出力端部
、および前記入力端部および前記出力端部の間に形成されるコイル部を有し、前記コアに巻き回されるコイルと、を備え、
前記コアは、
互いに並置された前記入力端部および前記出力端部に生じるコモンモードノイズ電流によって発生する磁束が通るフィルタ部を含
み、
前記コモンモードノイズ電流によって発生する磁束が生じる領域の位置は、前記コイル部に起因する磁束が生じる領域の位置とは異なる、磁極。
【請求項2】
前記コアは、前
記コイル部が巻き回されると共に、前記コイル部に流れる電流によって発生する磁束が通るコイル配置部を更に含み、
前記フィルタ部は、前記コイル配置部と重複しない位置に設けられている、請求項1に記載の磁極。
【請求項3】
前記コアは、前記コイル配置部と、コア本体と、を含み、
前記フィルタ部は、前記コア本体に形成された貫通穴を含み、
前記貫通穴には、互いに並置された前記入力端部および前記出力端部が挿通されている、請求項2に記載の磁極。
【請求項4】
前記コアは、前記コイル配置部と、コア本体と、を含み、
前記フィルタ部は、前記コア本体に形成された溝を含み、
前記溝には、互いに並置された前記入力端部および前記出力端部が配置されている、請求項2に記載の磁極。
【請求項5】
前記コアは、前記コイル配置部と、コア本体と、を含み、
前記フィルタ部は、前記コア本体に形成された断面がT字状の引っ掛け部を含み、
前記引っ掛け部には、互いに並置された前記入力端部および前記出力端部が配置されている、請求項2に記載の磁極。
【請求項6】
回転軸を非接触で回転可能に支持するアクチュエータと、
前記回転軸の位置に関する情報を得る位置センサと、を備え、
前記アクチュエータは、請求項1~5の何れか一項に記載の磁極である、磁気軸受。
【請求項7】
前記回転軸を囲む円環形状のコアリングを更に備え、
前記磁極は、前記回転軸を囲むように少なくとも2個配置されており、
前記コアは、前記入力端部および前記出力端部の間に形成されるコイル部が巻き回されると共に、前記コイル部に流れる電流によって発生する磁束が通るコイル配置部を更に含み、
前記コイル配置部は、前記コアリングの内周面から前記回転軸に向かって突出している、請求項6に記載の磁気軸受。
【請求項8】
回転軸を非接触で回転可能に支持するアクチュエータと、
前記回転軸の位置に関する情報を得る位置センサと、を備え、
前記位置センサは、請求項1~5の何れか一項に記載の磁極である、磁気軸受。
【請求項9】
前記回転軸を囲む円環形状のコアリングを更に備え、
前記磁極は、前記回転軸を囲むように少なくとも2個配置されており、
前記コアは、前記入力端部および前記出力端部の間に形成されるコイル部が巻き回されると共に、前記コイル部に流れる電流によって発生する磁束が通るコイル配置部を更に含み、
前記コイル配置部は、前記コアリングの内周面から前記回転軸に向かって突出している、請求項8に記載の磁気軸受。
【請求項10】
回転軸と、
前記回転軸を囲う、コアと、
前記コアに取り付けられた導線と、
前記導線に形成され、前記コアに巻き回されたコイル部と、
前記導線の、前記コイル部の一端から延伸する部位である、入力端部と、
前記導線の、前記コイル部の他端から延伸する部位である、出力端部と、
前記入力端部と前記出力端部とが相互に近接し、前記コアに向かった延伸する近接部と、
前記コイル部から前記近接部を介し、前記入力端部と前記出力端部とが相互に揃って延伸する、揃い部と、を備え、
前記揃い部と前記コアの一方が他方を取り囲んで
おり、
前記入力端部および前記出力端部に起因する磁束が生じる領域の位置は、前記コイル部に起因する磁束が生じる領域の位置とは異なる、磁気軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、磁極および磁気軸受に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献1は、磁気軸受を開示する。磁気軸受は、磁力によって回転軸を浮上させることにより、回転軸を非接触で回転可能に支持する。磁気軸受は、磁力を発生させるアクチュエータとしての磁極を有する。アクチュエータは、コアに巻き回されたコイルに提供される電流を制御することによって回転軸に提供する磁力を制御する。さらに、磁気軸受は、回転軸の位置情報を得るための位置センサとしての磁極を有する。位置センサは、コイルが巻き回されたコアから回転軸までの距離に応じるインダクタンスの変化を、コイルに生じる電圧の変化として取得する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
近年、回転機械には、高回転化および/又は高出力化が望まれている。磁気軸受を用いた回転機械の高回転化および/又は高出力化のためには、回転軸の位置を精度よく制御する必要がある。
【0005】
一方、磁気軸受が適用される回転機械の内部は、電磁的なノイズが生じやすい。当該ノイズの一つとして、コモンモードノイズがある。コモンモードノイズは、コイルに流れる電流として生じる。例えば、アクチュエータとしての磁極のコイルにノイズ電流が生じると、所望の磁力に対応する駆動電流にノイズ電流が重畳されるので、意図した制御が行われない可能性がある。さらに、位置センサとしての磁極のコイルにノイズ電流が生じると、位置センサから出力される電圧が、位置センサから回転軸までの距離を正確に反映していない可能性が生じる。その結果、回転軸の位置の制御精度が向上させにくくなる。
【0006】
そこで、本発明は、回転軸の位置の制御精度を向上可能な磁極および磁気軸受を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の一形態である磁極は、軟磁性材料により形成されたコアと、入力端部および出力端部を有し、コアに巻き回されるコイルと、を備え、コアは、互いに並置された入力端部および出力端部に生じるコモンモードノイズ電流によって発生する磁束が通るフィルタ部を含む。
【0008】
磁極のコアは、コモンモードノイズ電流によって発生する磁束が通るフィルタ部を含んでいる。この磁束は、コモンモードノイズ電流に対するインピーダンスとなり得るので、コモンモードノイズ電流の大きさを低減することができる。従って、ノイズとなり得るコモンモードノイズ電流が低減されるので、磁極を用いた磁気軸受は、回転体の位置を精度よく制御することが可能になる。
【0009】
一形態において、コアは、入力端部および出力端部の間に形成されるコイル部が巻き回されると共に、コイル部に流れる電流によって発生する磁束が通るコイル配置部を更に含み、フィルタ部は、コイル配置部と重複しない位置に設けられてもよい。この構成によれば、入力端部および出力端部に起因する磁束が生じる領域は、コイル部に起因する磁束が発生する領域とは異なる位置である。従って、それぞれの磁束が互いに影響しあうことを抑制できる。
【0010】
一形態において、コアは、コイル配置部と、コア本体と、を含み、フィルタ部は、コア本体に形成された貫通穴を含み、貫通穴には、互いに並置された入力端部および出力端部が挿通されてもよい。この構成によれば、簡易な構成によってフィルタ部を形成することができる。
【0011】
一形態において、コアは、コイル配置部と、コア本体と、を含み、フィルタ部は、コア本体に形成された溝を含み、溝には、互いに並置された入力端部および出力端部が配置されてもよい。この構成によれば、コア本体における溝が形成された部分に、入力端部および出力端部を巻き回すことが可能になる。従って、より好適にインピーダンスとなる磁束を生じさせることができる。
【0012】
一形態において、コアは、コイル配置部と、コア本体と、を含み、フィルタ部は、コア本体に形成された断面がT字状の引っ掛け部を含み、引っ掛け部には、互いに並置された入力端部および出力端部が配置されてもよい。この構成によっても、コア本体における引っ掛け部が形成された部分に、入力端部および出力端部を巻き回すことが可能になる。従って、より好適にインピーダンスとなる磁束を生じさせることができる。
【0013】
本発明の別の形態である磁気軸受は、回転軸を非接触で回転可能に支持するアクチュエータと、回転軸の位置に関する情報を得る位置センサと、を備え、アクチュエータは、上記の磁極である。この磁気軸受は、上記の磁極をアクチュエータとして備えている。従って、回転軸の位置を精度よく維持できる磁力を生じさせることができる。その結果、回転軸の位置を精度よく制御することができる。
【0014】
別の形態において、回転軸を囲む円環形状のコアリングを更に備え、磁極は、回転軸を囲むように少なくとも2個配置されており、コアは、入力端部および出力端部の間に形成されるコイル部が巻き回されると共に、コイル部に流れる電流によって発生する磁束が通るコイル配置部を更に含み、コイル配置部は、コアリングの内周面から回転軸に向かって突出してもよい。この構成によれば、複数のコアがコアリングによって一体化されている。そうすると、コアリングにおいてコア同士を接続する部分を、構造部材として用いるだけでなく、フィルタ部として電気的にも有効に活用することができる。
【0015】
本発明のさらに別の形態の磁気軸受は、回転軸を非接触で回転可能に支持するアクチュエータと、回転軸の位置に関する情報を得る位置センサと、を備え、位置センサは、上記の磁極である。この磁気軸受は、上記の磁極を位置センサとして備えている。従って、回転軸の位置を精度よく反映した電圧を得ることができる。その結果、回転軸の位置が精度よく制御することが可能になる。
【0016】
さらに別の形態において、回転軸を囲む円環形状のコアリングを更に備え、磁極は、回転軸を囲むように少なくとも2個配置されており、コアは、入力端部および出力端部の間に形成されるコイル部が巻き回されると共に、コイル部に流れる電流によって発生する磁束が通るコイル配置部を更に含み、コイル配置部は、コアリングの内周面から回転軸に向かって突出してもよい。この構成によれば、複数のコアがコアリングによって一体化されている。そうすると、コアリングにおいてコア同士を接続する部分を、構造部材として用いるだけでなく、フィルタ部として電気的にも有効に活用することができる。
【0017】
本発明の別の形態である磁気軸受は、回転軸と、回転軸を囲う、コアと、コアに取り付けられた導線と、導線に形成され、コアに巻き回されたコイル部と、導線の、コイル部の一端から延伸する部位である、入力端部と、導線の、コイル部の他端から延伸する部位である、出力端部と、入力端部と出力端部とが相互に近接し、コアに向かった延伸する近接部と、コイル部から近接部を介し、入力端部と出力端部とが相互に揃って延伸する、揃い部と、を備え、揃い部とコアの一方が他方を取り囲んでいる。この磁気軸受も、コモンモードノイズ電流の大きさを低減することができる。従って、ノイズとなり得るコモンモードノイズ電流が低減されるので、回転体の位置を精度よく制御することが可能になる。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば、回転軸の位置の制御精度を向上可能な磁極および磁気軸受が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【
図1】
図1は、実施形態の磁極を用いた磁気軸受を備える回転機械の斜視図である。
【
図3】
図3(a)は変形例1の磁極を示す斜視図である。
図3(b)は変形例2の磁極を示す斜視図である。
【
図4】
図4(a)は変形例3の磁極を示す斜視図である。
図4(b)は変形例4の磁極を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【0021】
図1に示すように、磁極10および磁気軸受1は、回転機械100に用いられる。回転機械100としては、例えば、圧縮機が挙げられる。圧縮機は、回転軸101と、モータ102と、図示しない一対のインペラと、を有する。回転軸101の両端には、図示しないインペラがそれぞれ設けられている。回転軸101の中央には、モータ102が設けられている。モータ102は、回転軸101に固定された回転子103と、回転子103を囲む固定子104と、を有する。
【0022】
回転軸101は、一対の磁気軸受1によって非接触且つ回転可能に支持されている。磁気軸受1は、モータ102を挟むように配置されている。換言すると、磁気軸受1は、モータ102とインペラとの間に配置されている。なお、モータ102とインペラとの間には、玉軸受105が配置されてもよい。この玉軸受105は、磁気軸受1による回転軸101の支持に不備が生じたときに回転軸101を回転可能に支持する。
【0023】
磁気軸受1は、回転軸101を非接触且つ回転可能に支持する。さらに、磁気軸受1は、回転軸101の位置が所定の位置に止まるように制御する。この制御は、回転軸101を囲むように互いに異なる複数の方向から磁力を回転軸101に作用させることによりなされる。したがって、磁気軸受1は、磁力を生じさせるアクチュエータと、回転軸101の位置に関する情報を得る位置センサと、を有する。
【0024】
アクチュエータは、軟磁性部材に巻き回された導線に電流を提供することにより磁力を発生させる。また、位置センサは、回転軸101の位置に応じるインダクタンスの変化を利用して、回転軸101の位置に関する情報を得る。このような働きをする部材として、磁気軸受1は、複数の磁極10を有する。
図1の磁気軸受1は、4個の磁極10を有する。
図1に示す例示では、磁極10をアクチュエータとして用いる構成を例示する。従って、
図1に示す例示では、位置センサの図示は省略している。
【0025】
磁気軸受1は、アクチュエータとして用いる磁極10と、位置センサとして用いる磁極(不図示)と、を個別に有する。なお、ひとつの磁極10が、アクチュエータの機能と位置センサの機能とを発揮するものとしてもよい。
【0026】
また、磁気軸受1は、磁極10の動作を制御する制御部を有するが、制御部の図示は省略する。制御部は、磁極10から得られる電圧を用いて回転軸101の位置情報を得る。制御部は、位置情報を用いて、磁極10に与える駆動電流を制御する。
【0027】
磁気軸受1は、主要な構成要素として、コアリング2と、磁極10と、を有する。コアリング2は、回転軸101を囲む円環形状の部材である。コアリング2は、軟磁性材料により形成されていてもよい。コアリング2は、複数の磁極10をそれぞれ所定の位置に保持する。この位置は、回転軸101と磁極10との相対的な関係である。本実施形態では、磁極10は回転軸101の周りに90度ごとに配置されている。なお、本実施形態では、コアリング2と磁極10とが別の部品であり、コアリング2に磁極10が嵌め込まれる構造を例示する。しかし、コアリング2と磁極10とは、一体の部品であってもよい。一体である場合については、後述する変形例5において説明する。
【0028】
図2は、ひとつの磁極10を拡大して示す正面図である。磁極10は、主要な構成部品として、コア20と、コイル30と、を有する。
【0029】
コイル30は、アクチュエータの機能として、電流の提供を受けて磁束を発生させる。また、コイル30は、位置センサの機能として、インダクタンスの変化に応じた電流の変化を生じさせる。コア20は、コイル30が生じさせる磁束の方向を制御する。従って、コア20は、いわゆる軟磁性材料により形成されている。つまり、コア20の透磁率は、空気の透磁率よりも極端に高い。
【0030】
コア20は、コア本体21と、コイル配置部22と、を有する。コア20は、コア本体21とコイル配置部22とが一体に形成された部品である。コア20は、電磁鋼板といった板状の部材が積層されて構成されている。コア本体21は、コアリング2に固定される部分である。コア本体21は、例えば、直方体形状を呈する。コア本体21は、回転軸線RLを中心とした仮想円の接線方向に沿うようにコアリング2に配置される。コア本体21は、本体外面21aと、本体内面21bと、を有する。本体外面21aは、コアリング2に対面する。
図2では、本体外面21aは平面として示す。本体外面21aは、平面に限定されず、曲面であってもよい。本体内面21bは、回転軸101に対面する。本体外面21aと同様に、本体内面21bは平面として示す。本体内面21bは、平面に限定されず、曲面であってもよい。
【0031】
コア20は、一対のコイル配置部22を有する。コイル配置部22のそれぞれは、本体内面21bから回転軸101に向けて延びている。コイル配置部22は、例えば、直方体形状を呈する。
【0032】
例えば、コイル配置部22は、コイル配置面22aと、先端面22bと、を有する。コイル配置面22aは、回転軸101に向かって延びる面である。従って、コイル配置面22aは、回転軸101に対面しない。コイル配置部22が直方体形状であるとすれば、コイル配置面22aは4つの面を含む。また、コイル配置部22が円筒形状であるとすれば、コイル配置面22aは円周面である。先端面22bは、回転軸101に対面する端面である。
【0033】
一方のコイル配置部22は、他方のコイル配置部22に対して回転軸線RLを中心とした仮想円の接線方向に離間している。従って、コア20を正面視したとき、コア20の全体形状はπ字形状であるとも言える。なお、コア20の全体形状は、π字形状に限定されない。例えば、コア20の全体形状は、コ字形状であってもよい。このような配置によって形成される磁束MP1は、一方のコイル配置部22の先端面22bから受け入れられ、最終的に他方のコイル配置部22の先端面22bから出力される。より詳細には、磁束MP1は、一方のコイル配置部22の内部を通り、コア本体21の一部を介して他方のコイル配置部22を通ったのちに、他方のコイル配置部22の先端面22bに至る。
【0034】
コイル30(導線A)は、1本の導線、または、互いに直列に接続された複数の導線によって構成される。コイル30は、一対のコイル部31と、入力端部32と、出力端部33と、を含む。
一対のコイル部31は、入力端部32と出力端部33との間に形成される。従って、一対のコイル部31は、互いに電気的に直列に接続されている。一方のコイル部31は、一方のコイル配置部22に巻き回されている。同様に、他方のコイル部31は、他方のコイル配置部22に巻き回されている。
【0035】
コイル30が一本の導線であるとき、入力端部32および出力端部33は、その一本の導線の両端である。入力端部32は、外部の電源から電流を受け入れる。また、出力端部33は、電流を出力する。つまり、電流の入力および出力の態様によって、入力端部32および出力端部33が規定される。
さらに、磁極10は、コイル30に発生するノイズを低減するフィルタ機能を有する。このフィルタ機能は、コイル30に生じるいわゆるコモンモードノイズを低減する。コモンモードノイズは、コイル30に生じる同相の電流である。
【0036】
磁極10をアクチュエータとして用いる場合、その磁極10のコイル30に流れる電流は、駆動電流に加えて、コモンモードノイズに起因する電流を含むことがある。その結果、制御部から出力される指令値と実際にコイル30に流れる電流の値とが異なる。従って、アクチュエータによって行われる回転軸101の位置制御の精度が低下する恐れがある。
【0037】
磁極10を位置センサとして用いる場合、コイル30に流れる電流には、インダクタンスの変化に対応する電流に加えて、コモンモードノイズに起因する電流を含むことがある。この場合には、コイル30に流れる電流に基づく磁極10の出力電圧は、実際の磁極10から回転軸101までの距離に対応する出力電圧と相違する。つまり、位置センサの出力が示す位置は、実際の回転軸101の位置とずれる。その結果、ずれを含む結果に基づいて位置制御が行われることになるので、回転軸101の位置制御の精度が低下する恐れがある。
【0038】
入力端部32は、コイル部31の一端側から延伸している導線である。また、出力端部33は、コイル部31の他端側から延伸している導線である。つまり、入力端部32と出力端部33はコイル部31を介し、連続している。入力端部32はコイル部31の一端から、コア本体21に向かって延伸している。また、出力端部33は、コイル部31の他端から、コア本体21に向かって延伸している。本実施形態において、コイル部31の一端と他端は離隔している。入力端部32と、出力端部33は、コア本体21に向かうにつれ、相互に近接している。つまりコイル30(導線A)には、入力端部32と出力端部33とが近接する、近接部Bが形成されている。
【0039】
コア20は、コア本体21に設けられた貫通穴23を有する。貫通穴23は、コア本体21の本体外面21a側に形成されている。例えば、貫通穴23から本体外面21aまでの距離は、貫通穴23から本体内面21bまでの距離よりも小さい。従って、貫通穴23は、コイル配置部22から離間している。また、
図2に示す例では、貫通穴23は、コア本体21の角部に形成されている。なお、貫通穴23は、本体外面21aの近傍に形成されていればよい。例えば、貫通穴23は、図示とは逆側の角部に形成されていてもよい。また、貫通穴23は、一対のコイル配置部22の間に形成されていてもよい。
【0040】
入力端部32と、出力端部33は、近接部Bを介し、貫通穴23に至る。入力端部32と、出力端部33は、コイル部31から延伸し、共に貫通穴23の一方の開口から挿通されている。貫通穴23において、入力端部32と、出力端部33は互い揃って延伸している。つまり、コイル30(導線A)は、貫通穴23に挿通される部位が、揃い部Cとなっている。また、貫通穴23は揃い部Cを取り囲んでいる貫通穴23はコア20に形成されている。つまり、本実施形態においてコア20は揃い部Cを取り囲んでいる。
【0041】
さらに、磁束の観点から説明する。磁極10は、一対のコイル部31に起因する磁束MP1が発生する部分を有する。貫通穴23が設けられた部分は、磁束MP1が発生する部分とは重複していない。
【0042】
貫通穴23には、入力端部32および出力端部33が挿通されている。入力端部32および/又は出力端部33に流れる電流は、貫通穴23の周囲に存在するコア本体21に磁束MP2を発生させる。つまり、貫通穴23および貫通穴23を囲むコア本体21の一部は、フィルタ部24を構成する。
【0043】
ここで、入力端部32に流れる駆動電流の向きは、出力端部33に流れる駆動電流の向きと逆である。そうすると、入力端部32に流れる駆動電流によって生じる磁束の向きは、出力端部33に流れる駆動電流によって生じる磁束の向きと逆である。従って、駆動電流を妨げるような磁束は、発生しない。
【0044】
一方、入力端部32に流れるコモンモードノイズ電流は、出力端部33に流れるコモンモードノイズ電流の向きと同じである。従って、コモンモードノイズ電流は、コア本体21に磁束MP2を発生させる。そして、この磁束MP2は、コモンモードノイズ電流を妨げるような向きに生じる。つまり、コア本体21は、インダクタとして機能する。要するに、貫通穴23に挿通された入力端部32および出力端部33と、貫通穴23の周囲におけるコア本体21の一部と、は、協働していわゆるチョークコイルとしての機能を発揮する。
【0045】
上記の機能を奏するため、貫通穴23の内径は、少なくともコイル30を構成する導線の直径の2倍よりも大きい。また、貫通穴23の内径は、この磁束MP2の大きさに対応するものとしてよい。
【0046】
<作用効果>
磁極10は、軟磁性材料により形成されたコア20と、入力端部32および出力端部33を有し、コア20に巻き回されるコイル30と、を備える。コア20は、互いに並置された入力端部32および出力端部33に生じるコモンモードノイズ電流によって発生する磁束MP2が通るフィルタ部24を含む。
【0047】
磁極10のコア20は、コモンモードノイズ電流によって発生する磁束MP2が通るフィルタ部24を含んでいる。この磁束MP2は、コモンモードノイズ電流に対するインピーダンスとなり得るので、コモンモードノイズ電流の大きさを低減することができる。従って、ノイズとなり得るコモンモードノイズ電流が低減されるので、磁極10を用いた磁気軸受1は、回転軸101の位置を精度よく制御することが可能になる。
【0048】
回転軸101の位置の制御精度が向上すると、回転軸101の高速化が可能になる。
【0049】
さらに、回転軸101が回転しているときの位置変動の幅が小さくなるので、回転軸101に取り付けられているインペラの位置変動も小さくなる。インペラは、インペラを収容するハウジングとの間に、インペラの位置変動を許容するための所定の隙間をもって配置されている。上述のように、インペラの位置変動が抑制されると、この隙間も小さく設定することが可能になる。その結果、隙間の存在に起因する流体のエネルギ損失が抑制されるので、回転機械100の出力をさらに向上させることが可能になる。
【0050】
磁気軸受1が用いられる回転機械の内部は、高温になることが多い。さらに、回転機械100の内部空間は、小型化の観点からきわめて限られている。このような高温であり、かつ狭い場所に新たな部品を置くことは望ましくない。例えば、コモンモードノイズを除去する点から言えば、チョークコイルといった電気部品を配置することも考えられる。しかし、高温環境下に電気部品を配置する場合には、温度耐性が高い部品を採用する必要があるし、さらに、当該部品を配置する空間を準備する必要もある。
【0051】
一方、本実施形態の磁極10は、新たな構成要素を追加することなく、コモンモードノイズを除去する効果を奏することができる。つまり、磁極10は、そもそも備えているコア本体21に貫通穴23を設けると共に当該貫通穴23に一対の導線を配置することで、フィルタ機能を発揮する。従って、温度耐性について問題が生じることもないし、新たな構成要素のためのスペースを準備する必要もない。
【0052】
磁極10は、コイル部31の近傍においてコモンモードノイズを低減することが可能である。従って、回転軸101を浮上させるための磁力の発生に有利である。同様に、回転軸101の位置を検出する電圧を得る観点からも有利である。
【0053】
コア20は、コイル30が巻き回されると共に、巻き回されたコイル30によって発生する磁束MP1が通るコイル配置部22を更に含む。フィルタ部24は、コイル配置部22と重複しない位置に設けられている。この構成によれば、入力端部32および出力端部33に起因する磁束MP2が生じる領域は、コイル部31に起因する磁束MP1が発生する領域とは異なる位置である。従って、それぞれの磁束MP1、MP2が互いに影響しあうことを抑制できる。
【0054】
また、磁束MP1が形成される領域に、フィルタ部24を構成する貫通穴23が形成されないので、磁束MP1が通る面積が制限されることがない。つまり、磁束MP1が形成される領域において、磁束MP1の飽和が生じることを抑制できる。
【0055】
コア20は、コイル配置部22と、コア本体21と、を含む。フィルタ部24は、コア本体21に形成された貫通穴23を含む。貫通穴23には、互いに並置された入力端部32および出力端部33が挿通されている。この構成によれば、簡易な構成によってフィルタ部24を形成することができる。
【0056】
磁気軸受1は、回転軸101を非接触で回転可能に支持するアクチュエータとしての磁極10と、回転軸101の位置に関する情報を得る位置センサ(不図示)と、を備える。この磁気軸受1は、磁極10をアクチュエータとして備えている。従って、回転軸101の位置を精度よく維持できる磁力を生じさせることができる。その結果、回転軸101の位置が精度よく制御されるので、回転軸101の高回転化が可能になる。
【0057】
以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
【0058】
<変形例1>
フィルタ部24は、コア本体21に設けられた貫通穴23に限定されない。
図3(a)に示すように、変形例1の磁極10Aのフィルタ部24Aは、コア本体21Aに設けられた溝25であってもよい。このようなフィルタ部24Aは、スリット構造であるとも言える。溝25は、コア本体21Aの本体内面21bに設けられている。溝25は、本体内面21bに形成された開口を含み、本体内面21bから本体外面21aに向けて延びている。また、溝25は、コア本体21Aの一方の本体側面21cから他方の本体側面21cに向かって貫通する。つまり、溝25は、一方の本体側面21cに形成された開口と、他方の本体側面21cに形成された開口と、を含む。
そして、
図3(a)の例示において、溝25は、一対のコイル配置部22の外側に設けられている。この配置によれば、一対のコイル配置部22に巻き回される一対のコイル部31が発生する磁束MP1の外側に、フィルタ部24Aを設けることができる。そして、この溝25の底面25a、本体側面21cおよび本体外面21aに沿うように入力端部32および出力端部33が巻き回されている。巻き回す回数には、特に制限はない。
【0059】
本変形例においても、コイル30(導線A)には、入力端部32と出力端部33とが近接する、近接部Bが形成されている。入力端部32と出力端部33は、近接部Bを介し、コア本体21Aの一方の本体側面21cの溝25の開口に至る(開口を挿通する)。つまり、入力端部32と出力端部33は、同じ開口面から挿通されている。また、入力端部32と、出力端部33は、互いに揃って溝25及びコア本体21Aに巻き回されている。つまりコイル30(導線A)は、溝25及びコア本体21Aに巻き回された部位が、揃い部Cとなっている。本変形例において、入力端部32と出力端部33は、溝25及びコア本体21Aに対し、共に左巻きで巻き回されている。ここで、左巻きとはコイル部31から延伸する方向に沿ってみた場合の巻回しの方向である。また、入力端部32と出力端部33は、溝25及びコア本体21Aに対し、等しい巻き回し回数で取り付けられている。なお、本変形例では左巻きであるが、右巻きであってもよい。また、揃い部Cは、コア20に巻き回されている。つまり、本変形において揃い部Cは、コア20を取り囲んでいる。
【0060】
このような入力端部32および出力端部33の配置によれば、入力端部32および出力端部33をなす導線の周囲の一部分にコア本体21Aが配置される。インピーダンスとなる磁束MP2を生じさせることが可能であればよいので、入力端部32および出力端部33をなす導線の周囲の全体にコア本体21Aが配置されなくてもよい。導線の周囲においてコア本体21Aの透磁率に基づく要素と、空気の透磁率に基づく要素と、の直列結合であると規定し、コモンモードノイズ電流が低減し得る程度のインピーダンスを生じさせることができれば足りる。この構成によっても、実施形態の磁極10と同様の作用効果を得ることができる。
【0061】
<変形例2>
図3(b)の変形例2の磁極10Bのように、コア本体21Bには、本体内面21bだけでなく、本体外面21aにも溝26を設けてもよい。つまりフィルタ部24Bは、溝25、26により構成される。溝26は、溝25に対向する位置に設けられる。換言すると、変形例1の構成において、巻き回された導線が通る本体外面21aの位置に、溝26が設けられる。この構成によれば、巻き回された導線は、本体内面21bおよび本体外面21aから突出することがない。従って、巻き回しによる磁極10Bの寸法の拡大が抑制される。さらには、本体側面21cにも溝(不図示)を設けることとしてもよい。この構成によっても、実施形態の磁極10と同様の作用効果を得ることができる。
【0062】
<変形例3>
導線を巻き回す構成は、
図3(a)および
図3(b)のような溝構造に限定されない。例えば、
図4(a)に示す変形例3の磁極10Cは、コア本体21Cに設けられた引っ掛け部27を有する。このようなフィルタ部24Cの構造は、かぎ状構造であるとも言える。引っ掛け部27は、本体外面21aに設けられた凹部28に配置されている。凹部28は、幅の大きい溝であるとも言える。引っ掛け部27は、凹部28の底面28aから本体外面21aに向けて起立する。引っ掛け部27は、柱部27aと、フランジ部27bと、を有する。柱部27aは、底面28aから本体外面21aに向けて延びている。柱部27aの先端には、フランジ部27bが設けられている。フランジ部27bは、本体外面21aとほぼ面一である。フランジ部27bの幅は、凹部28の幅よりも狭い。一方、フランジ部27bの幅は、柱部27aの幅よりも広い。従って、引っ掛け部27は、正面視してT字状の断面を有する。入力端部32および出力端部33をなす導線は、柱部27aに巻き回されている。フランジ部27bの幅が柱部27aよりも広いので巻き回された導線が外れることはない。このような構成によっても、実施形態の磁極10と同様の作用効果を得ることができる。なお、
図4(a)では、柱部27aの側面は、本体側面21cと面一である。しかし、柱部27aの側面は、本体側面21cに対して凹んでいてもよい。この構成によれば、巻き回された導線は、本体内面21bおよび本体外面21aから突出することがない。従って、巻き回しによる磁極10Cの寸法の拡大が抑制される。
【0063】
なお、本変形例も変形例1と同様の構成となっている。つまり、コイル30(導線A)には、入力端部32と出力端部33とが近接する、近接部Bが形成されている。また、入力端部32と出力端部33は、近接部Bを介し柱部27aの側面に沿っている。入力端部32と出力端部33は、互いに揃って柱部27aに巻き回され、揃い部Cを構成している。また、入力端部32と出力端部33は共に左巻きであり、同じ巻き数となっている。
【0064】
なお、変形例3では、凹部28および引っ掛け部27は、コア本体21Cの本体外面21a側に設けられていた。例えば、凹部28および引っ掛け部27は、コア本体21Cの本体内面21b側に設けられてもよい。
【0065】
<変形例4>
さらに、引っ掛け部27は、
図4(b)に示す変形例4の磁極10Dが備えるコア本体21Dのように、凹部28に配置されなくてもよい。この構成では、フィルタ部24Dを構成する引っ掛け部27は、本体外面21aから突出している。変形例4の引っ掛け部27によれば、導線を容易に巻き回すことができる。なお、変形例3と同様に、引っ掛け部27は、コア本体21Cの本体内面21bから突出いてもよい。
【0066】
<変形例5>
実施形態の磁気軸受1は、磁極10とコアリング2とが別々の部品であった。
図5に示す変形例5の磁気軸受1Eのように、磁極10Eとコアリング2Eとが一体であってもよい。一対のコイル配置部22Eは、回転軸101を囲む円環形状のコアリング2Eの内周面2aから回転軸101に向かって突出している。そして、コアリング2Eには、入力端部32および出力端部33を構成する導線を通す貫通穴23Eが設けられている。この構成によれば、複数の磁極10Eがコアリング2によって一体化されている。そうすると、コアリング2において磁極10E同士を接続する部分を、構造部材として用いるだけでなく、フィルタ部24Eとして電気的にも有効に活用することができる。
【0067】
なお、
図5では、フィルタ部24Eとして貫通穴23Eを有する構成を図示している。磁極10Eとコアリング2Eとが一体である場合であっても、フィルタ部として変形例1~4に示す構成を適用することが可能である。
【0068】
また、磁気軸受は、必要に応じてチョークコイルを設けてもよい。
【符号の説明】
【0069】
1、1E 磁気軸受
2、2E コアリング
2a 内周面
10、10A、10B、10C、10D、10E、10D 磁極
20 コア
21、21A、21B、21C コア本体
22 コイル配置部
22a コイル配置面
22b 先端面
23 貫通穴
24、24A、24B、24C、24D、24E フィルタ部
25 溝
25a 底面
26 溝
27 引っ掛け部
27a 柱部
27b フランジ部
28 凹部
28a 底面
30 コイル
31 コイル部
32 入力端部
33 出力端部
101 回転軸
102 モータ
103 回転子
104 固定子
105 玉軸受
MP1、MP2 磁束
RL 回転軸線
A 導線
B 近接部
C 揃い部