7590314 エネルギー変換装置

(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】2024-11-18

(45)【発行日】2024-11-26

(54)【発明の名称】エネルギー変換装置

(51)【国際特許分類】

   H02K 7/08 20060101AFI20241119BHJP

   H02K 21/24 20060101ALI20241119BHJP

【ＦＩ】

H02K7/08 A

H02K21/24 M

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021204746

(22)【出願日】2021-12-17

(65)【公開番号】P2023090026

(43)【公開日】2023-06-29

【審査請求日】2024-01-09

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】306020818

【氏名又は名称】トヨタテクニカルディベロップメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002516

【氏名又は名称】弁理士法人白坂

(72)【発明者】

【氏名】毛木 飛鳥

(72)【発明者】

【氏名】森永 洋史

(72)【発明者】

【氏名】大神 憲一郎

(72)【発明者】

【氏名】榎本 勇介

(72)【発明者】

【氏名】法輪 洋

(72)【発明者】

【氏名】横山 翔大

(72)【発明者】

【氏名】竹端 純一

(72)【発明者】

【氏名】田中 真司

【審査官】三澤 哲也

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－１５６６６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－０１４４００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－２９２７００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－２８１９００（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１７／２０３３５４（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｋ ７／０８

Ｈ０２Ｋ ２１／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

永久磁石を備え、回転軸を回転中心として回転する回転子と、
前記永久磁石に空隙を介して対向配置されたコイルを備える固定子と、
前記回転子に固定され、前記回転軸の軸方向に対して直角に設けられた軸受用ガイド面部と、
前記回転軸を回転自在に支持するジャーナル静圧軸受部と、
前記回転軸の先端部をスラスト方向に支持し、前記回転子の軸方向の第一方向への移動を規制する第１スラスト静圧軸受部と、
前記軸受用ガイド面部に対して前記回転軸を中心とする同一円周上に均等配置され、前記軸受用ガイド面部をスラスト方向に支持し、前記回転子の軸方向の前記第一方向と逆側の第二方向への移動を規制する複数の第２スラスト静圧軸受部と、
前記回転軸を静止するエアクランプと、
を備えるエネルギー変換装置。

【請求項2】

前記第１スラスト静圧軸受部と前記第２スラスト静圧軸受部とは、共通の圧力源を備えることを特徴とする請求項１に記載のエネルギー変換装置。

【請求項3】

前記第１スラスト静圧軸受部と前記第２スラスト静圧軸受部とに供給する流体は気体であることを特徴とする請求項１又は２に記載のエネルギー変換装置。

【請求項4】

前記第１スラスト静圧軸受部と前記第２スラスト静圧軸受部とは、前記軸受用ガイド面部に対向する軸受面に通気性を有する多孔質材料を用いることを特徴とする請求項３に記載のエネルギー変換装置。

【請求項5】

前記ジャーナル静圧軸受部に供給する流体は気体であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のエネルギー変換装置。

【請求項6】

前記ジャーナル静圧軸受部、前記第１スラスト静圧軸受部、及び前記第２スラスト静圧軸受部は、同一の圧力源を持つことを特徴とする請求項５に記載のエネルギー変換装置。

【請求項7】

前記エネルギー変換装置は非接触式トルクメータを備えることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載のエネルギー変換装置。

【請求項8】

前記エネルギー変換装置はモータであることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載のエネルギー変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電気エネルギーと機械エネルギーとの間の変換を行うことができるエネルギー変換装置に関し、特に永久磁石を利用して当該変換を行うエネルギー変換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

一般的に、エネルギー変換装置として電気エネルギーを機械エネルギーに変換する場合にはモータが用いられる。一方で、機械エネルギーを電気エネルギーに変換する場合には発電機が用いられる。

【0003】

これらモータ及び発電機の回転軸は、ボールベアリングによって支持されてきた（特許文献１参照）。ボールベアリングは、回転軸を回転可能に支持するとともに、回転軸の軸方向への移動を規制することができた。

【0004】

しかし、ボールベアリングは、回転軸に接触して支持するため、外部からの振動がボールベアリングを介して回転軸に伝達され、回転軸の挙動にノイズとして重畳するおそれがあった。

【0005】

また、ボールベアリングと回転軸との間には転がり摩擦が生じる。この転がり摩擦は、回転軸を駆動するうえでエネルギー損失となり、回転軸のリニアな制御を阻害するおそれがあった。

【0006】

さらに、転がり摩擦は、回転軸の起動トルクの要因となり、この起動トルクを越えない回転軸の微小な挙動は、起動トルクに埋没されて回転軸に生じているはずの挙動が観察できないというおそれがあった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】再表２０１９－００３５６１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

そこで、本開示は、回転軸に生じる外部から侵入するノイズの重畳と、回転軸の起動トルクの発生とを抑制することができるエネルギー変換装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

すなわち、第１の態様に係るエネルギー変換装置は、永久磁石を備え、回転軸を回転中心として回転する回転子と、永久磁石に空隙を介して対向配置されたコイルを備える固定子と、回転子に固定され、回転軸の軸方向に対して直角に設けられた軸受用ガイド面部と、回転軸を回転自在に支持するジャーナル静圧軸受部と、回転軸の先端部をスラスト方向に支持し、回転子の軸方向の第一方向への移動を規制する第１スラスト静圧軸受部と、軸受用ガイド面部に対して回転軸を中心とする同一円周上に均等配置され、軸受用ガイド面部をスラスト方向に支持し、回転子の軸方向の第一方向と逆側の第二方向への移動を規制する複数の第２スラスト静圧軸受部と、を備える。

【0010】

第２の態様は、第１の態様に係るエネルギー変換装置において、第１スラスト静圧軸受部と第２スラスト静圧軸受部とは、共通の圧力源を備えることとしてもよい。

【0011】

第３の態様は、第１または第２の態様に係るエネルギー変換装置において、第１スラスト静圧軸受部と第２スラスト静圧軸受部とに供給する流体は気体であることとしてもよい。

【0012】

第４の態様は、第３の態様に係るエネルギー変換装置において、第１スラスト静圧軸受部と第２スラスト静圧軸受部とは、軸受用ガイド面部に対向する軸受面に通気性を有する多孔質材料を用いることとしてもよい。

【0013】

第５の態様は、第１乃至第４の態様の何れか１の態様に係るエネルギー変換装置において、ジャーナル静圧軸受部に供給する流体は気体であることとしてもよい。

【0014】

第６の態様は、第５の態様に係るエネルギー変換装置において、ジャーナル静圧軸受部、第１スラスト静圧軸受部、及び第２スラスト静圧軸受部は、同一の圧力源を持つこととしてもよい。

【0015】

第７の態様は、第１乃至第６の何れか１の態様に係るエネルギー変換装置において、回転軸を静止するエアクランプを備えることとしてもよい。

【0016】

第８の態様は、第１乃至第７の何れか１の態様に係るエネルギー変換装置において、エネルギー変換装置は非接触式トルクメータを備えることとしてもよい。

【0017】

第９の態様は、第１乃至第８の何れか１の態様に係るエネルギー変換装置において、エネルギー変換装置はモータであることとしてもよい。

【発明の効果】

【0018】

本開示に係るエネルギー変換装置は、永久磁石を備え、回転軸を回転中心として回転する回転子と、永久磁石に空隙を介して対向配置されたコイルを備える固定子と、回転子に固定され、回転軸の軸方向に対して直角に設けられた軸受用ガイド面部と、回転軸を回転自在に支持するジャーナル静圧軸受部と、回転軸の先端部をスラスト方向に支持し、回転子の軸方向の第一方向への移動を規制する第１スラスト静圧軸受部と、軸受用ガイド面部に対して回転軸を中心とする同一円周上に均等配置され、軸受用ガイド面部をスラスト方向に支持し、回転子の軸方向の第一方向と逆側の第二方向への移動を規制する複数の第２スラスト静圧軸受部と、を備えるので、回転軸に生じる外部から侵入するノイズの重畳と、回転軸の起動トルクの発生とを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】第１実施形態のエネルギー変換装置の外観斜視図である。

【図2】第１実施形態のエネルギー変換装置の上方から見た断面図である。

【図3】第１実施形態のエネルギー変換装置の回転子の斜視図である。

【図4】第１実施形態のエネルギー変換装置の回転子の斜視図である。

【図5】第１実施形態のエネルギー変換装置の第２スラスト静圧軸受部の配置を説明する模式図である。

【図6】第１実施形態のエネルギー変換装置の第１スラスト静圧軸受部及び第２スラスト静圧軸受部の構成を説明するための模式図である。

【図7】第１実施形態のエネルギー変換装置と従来のサーボモータとのトルク－角度のリサージュ波形を比較した図である。

【図8】第１実施形態のエネルギー変換装置と従来のサーボモータとの入力波形とその応答波形とを比較した図である。

【図9】第２実施形態のエネルギー変換装置の第２スラスト静圧軸受部の配置を説明する模式図である。

【図10】第３実施形態のエネルギー変換装置の第２スラスト静圧軸受部の配置を説明する模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

（エネルギー変換装置の概要）
図１乃至図８を参照して第１実施形態のエネルギー変換装置１０について説明する。

【0021】

図１乃至図４を参照して、エネルギー変換装置１０の構成について説明する。図１はエネルギー変換装置１０の外観斜視図であり、図２はエネルギー変換装置１０の上方から見た断面図である。図３及び図４はエネルギー変換装置１０の回転子１２の斜視図である。

【0022】

なお、以下の説明の中で、軸方向とは回転軸１３に沿った方向を指し、周方向とは回転子１２の回転方向に沿った方向を指し、径方向とは回転子１２の回転軸１３を中心としたときの半径方向を指す。内周方向とは径方向内側を指し、外周方向とは径方向外側を指す。

【0023】

エネルギー変換装置１０は、動力を発生するアクチュエータとして用いることができ、又は、運動エネルギーを電気エネルギーに変換するセンサ、若しくは発電機として用いることができる。

【0024】

エネルギー変換装置１０は、回転軸１３と、永久磁石１６を備える回転子１２、コイル１７を備える固定子１１とを備える。回転子１２は、回転軸１３を回転中心として回転する。エネルギー変換装置１０をセンサ若しくは発電機として用いる場合、回転子１２に加えられた運動エネルギーは、電気エネルギーに変換されてコイル１７から取り出される。エネルギー変換装置１０をモータとして用いる場合、コイル１７に加えられた電気エネルギーは、運動エネルギーに変換されて回転軸１３から取り出される。

【0025】

（エネルギー変換装置の全体構成）
（第１ハウジング）
固定子１１は、定盤１８の上に組み立てられる。固定子１１を構成する第１ハウジング１４及び第２ハウジング１５は、定盤１８の上に固定される。第１ハウジング１４は、円柱状の外形を有し、第１ジャーナル静圧軸受部２１とコイル１７とを内部に備える。第１ハウジング１４は、永久磁石１６及び第２軸受用ガイド面部２３を回転する状態を保持したまま内部に収容する。

【0026】

第１ハウジング１４は、図２左側の底面と対向する位置に第１スラスト静圧軸受部２４を備え、図２右側の底面と対向する位置に第２スラスト静圧軸受部２５を複数個備える。第１実施形態に係るエネルギー変換装置１０は２個の第２スラスト静圧軸受部２５を備える。

【0027】

第１スラスト静圧軸受部２４は、第１ハウジング１４の底面から延設された第１Ｌ字ブラケット１４ａに固定される。第１スラスト静圧軸受部２４は、円盤形状を有し、その中心部が回転軸１３の中心部と一致するように位置決めされる。第１スラスト静圧軸受部２４は、ガイド面２２ａの中心に配置されるので、第１軸受用ガイド面部２２の中心を回転軸１３に平行な力でもって付勢することができ回転子１２の回転中心がずれるのを抑制することが出来る。

【0028】

第２スラスト静圧軸受部２５は、第１ハウジング１４の側面から延設された第２Ｌ字ブラケット１４ｂに固定される。図５に示す様に、２つの第２スラスト静圧軸受部２５は円盤形状を有し、その中心部は、それぞれ第２軸受用ガイド面部２３のガイド面２３ａにおいて、同一円周上に均等配置される。すなわち、ガイド面２３ａの中心と２つの第２スラスト静圧軸受部２５の中心とのなす角は１８０度である。図５は、第１実施形態のエネルギー変換装置１０の第２スラスト静圧軸受部２５の配置を説明する模式図である。

【0029】

２つの第２スラスト静圧軸受部２５は、ガイド面２３ａの中心に対して対称に配置されるので、第２軸受用ガイド面部２３の中心を回転軸１３に平行な力でもって付勢することができ回転子１２の回転中心がずれるのを抑制することが出来る。

【0030】

回転子１２は、第１スラスト静圧軸受部２４によって回転軸１３の軸方向の図２右方向に付勢され、第２スラスト静圧軸受部２５によって回転軸１３の軸方向の図２左方向に付勢される。回転子１２は、回転軸１３の軸方向において、第１スラスト静圧軸受部２４の付勢力と第２スラスト静圧軸受部２５の付勢力とが釣り合う位置に静止し、当該位置に居続けるように第１スラスト静圧軸受部２４の付勢力と第２スラスト静圧軸受部２５の付勢力とに挟持され規制される。

【0031】

第１スラスト静圧軸受部２４及び第２スラスト静圧軸受部２５は、第１軸受用ガイド面部２２及び第２軸受用ガイド面部２３に対向する軸受面２４ｃ、２５ｃに通気性を有する多孔質材料部２４ｂ、２５ｂを備える。多孔質材料部２４ｂ、２５ｂは、例えば、銅、鉄などの焼結金属、若しくは多孔性セラミックス材が用いられる。

【0032】

図６を参照して、第１スラスト静圧軸受部２４及び第２スラスト静圧軸受部２５の構成について説明する。図６は、第１実施形態のエネルギー変換装置１０の第１スラスト静圧軸受部２４及び第２スラスト静圧軸受部２５の構成を説明するための模式図である。

【0033】

第１スラスト静圧軸受部２４と第２スラスト静圧軸受部２５とはその構成を共通にするので、代表して第１スラスト静圧軸受部２４について説明をする。第２スラスト静圧軸受部２５については、第１スラスト静圧軸受部２４の構成部位に対応する符号を付してその説明を省略する。第２スラスト静圧軸受部２５のテーブル部２５ａ、多孔質材料部２５ｂ、軸受面２５ｃ、及び給気口２５ｄは、第１スラスト静圧軸受部２４のテーブル部２４ａ、多孔質材料部２４ｂ、軸受面２４ｃ、及び給気口２４ｄに対応する。

【0034】

第１スラスト静圧軸受部２４は、テーブル部２４ａ及び多孔質材料部２４ｂを備える。テーブル部２４ａと多孔質材料部２４ｂとは固着されている。テーブル部２４ａはステンレスなどの金属でできている。テーブル部２４ａは中央部を貫通する給気口２４ｄが設けられている。第１スラスト静圧軸受部２４は、外部の図示しないコンプレッサにより潤滑流体が給気口２４ｄを介して供給される。第１スラスト静圧軸受部２４の軸受面２４ｃと第１軸受用ガイド面部２２のガイド面２２ａとの間には、潤滑流体による加圧空気層が形成されて軸受すきまｈが生じる。

【0035】

第１スラスト静圧軸受部２４及び第２スラスト静圧軸受部２５は、軸受面２４ｃ、２５ｃに多孔質材料部２４ｂ、２５ｂを備えるので、軸受面２４ｃ、２５ｃ全面から加圧空気が出て、圧力分布の均一な加圧空気層を軸受面２４ｃ、２５ｃの全面に作り出すことができる。従って、ガイド面２２ａ、２３ａ及び軸受面２４ｃ、２５ｃに傷、凹み、穴などがある場合、ガイド面２２ａ、２３ａに傾きが有る場合、若しくは軸受面２４ｃ、２５ｃの一部がガイド面２２ａ、２３ａから外れる場合でも、当該加圧空気層が喪失することが無いので、軸受すきまｈを保持することができる。

【0036】

第１スラスト静圧軸受部２４及び第２スラスト静圧軸受部２５は、潤滑流体として気体（空気）を用いる。第１スラスト静圧軸受部２４と第２スラスト静圧軸受部２５とは、共に共通する１つの図示しないコンプレッサによって潤滑流体となる気体（空気）が供給される。コンプレッサから供給される気体（空気）は、当該コンプレッサから間欠的に吐出されるため周期的な流量変動を伴い、この流量変動による圧力脈動を伴う。

【0037】

第１スラスト静圧軸受部２４と第２スラスト静圧軸受部２５とは共通する１つのコンプレッサから潤滑流体の供給を受けるため、第１スラスト静圧軸受部２４と第２スラスト静圧軸受部２５とにおける圧力脈動の周期は同じである。第１スラスト静圧軸受部２４と第２スラスト静圧軸受部２５とは、回転子１２を互いに反対方向に付勢するため、第１スラスト静圧軸受部２４と第２スラスト静圧軸受部２５との圧力脈動は回転子１２において相殺される。従って、回転子１２は、第１スラスト静圧軸受部２４と第２スラスト静圧軸受部２５との圧力脈動に起因する外乱を受けることを抑制することができる。

【0038】

なお、第１スラスト静圧軸受部２４と第２スラスト静圧軸受部２５とに供給される気体（空気）の圧力は軸受用圧力計３２に表示される。軸受用圧力計３２は、エアクランプ用圧力計３１とともに、第１ハウジング１４の底面から延設された第３Ｌ字ブラケット１４ｃに固定される。

【0039】

（非接触式トルクメータ）
第２ハウジング１５は、第２ジャーナル静圧軸受部２１を内部に備える。定盤１８の上であって第１ハウジング１４と第２ハウジング１５との間に、台座１９が固定される。

【0040】

台座１９の上に非接触式トルクメータ２７が固定される。非接触式トルクメータ２７のロータアンテナ２７ａは、回転軸１３に取り付けられて回転軸１３とともに回転する。非接触式トルクメータ２７に設けられた図示しないステータアンテナとロータアンテナ２７ａとの間で信号の送受信を行い回転軸１３が発生するトルクを非接触で測定する。非接触式トルクメータ２７は、トルクを計測する際に接触の影響を受けないので微小トルクを測定するときに適している。

【0041】

（ジャーナル静圧軸受部）
回転軸１３は、第１ジャーナル静圧軸受部２０及び第２ジャーナル静圧軸受部２１によって回転可能に支持される。第１ジャーナル静圧軸受部２０及び第２ジャーナル静圧軸受部２１は、回転軸１３と軸受面との間に生じる軸受すきまに予め加圧された流体を送り込み流体膜を生じさせて、この加圧された流体膜によって回転軸１３を支持するものである。回転軸１３と、第１ジャーナル静圧軸受部２０及び第２ジャーナル静圧軸受部２１との間は非接触となるため転がり摩擦は生じず、回転軸１３は潤滑流体との間に極めて小さい摩擦を伴いながら回転する。

【0042】

第１ジャーナル静圧軸受部２０及び第２ジャーナル静圧軸受部２１に用いられる潤滑流体は、液体又は気体（空気）のいずれでもよい。第１実施形態に係るエネルギー変換装置１０では、第１ジャーナル静圧軸受部２０及び第２ジャーナル静圧軸受部２１に用いられる潤滑流体に気体（空気）を用いた。

【0043】

回転軸１３をより低摩擦で駆動したい場合は、液体よりも気体（空気）による潤滑流体を用いるほうが望ましい。一方で、気体（空気）の圧縮性のため第１ジャーナル静圧軸受部２０及び第２ジャーナル静圧軸受部２１の負荷容量及び剛性は低くなるため、第１ジャーナル静圧軸受部２０及び第２ジャーナル静圧軸受部２１に大きな負荷が作用するような場合は、液体による潤滑流体を用いることが望ましい。

【0044】

第１ジャーナル静圧軸受部２０及び第２ジャーナル静圧軸受部２１は、第１スラスト静圧軸受部２４及び第２スラスト静圧軸受部２５に用いられる外部の図示しないコンプレッサにより潤滑流体となる気体（空気）が供給される。このようにすることで、一台のコンプレッサにより、第１ジャーナル静圧軸受部２０、第２ジャーナル静圧軸受部２１、第１スラスト静圧軸受部２４、及び第２スラスト静圧軸受部２５に潤滑流体となる気体（空気）を供給することができる。

【0045】

（永久磁石）
回転軸１３の外周には円環形状の永久磁石１６が備えられる。永久磁石１６においてＮ極片１６ａとＳ極片１６ｂとが、交互に隣接して周方向に沿って並ぶ。永久磁石１６は回転軸１３とともに回転する。永久磁石１６は、固定子１１に固定されたコイル１７に対して対向配置される。エネルギー変換装置１０をモータとして用いる場合、永久磁石１６の磁場の影響を受けてコイル１７に流れる電流に対してローレンツ力が作用する。エネルギー変換装置１０をセンサ若しくは発電機として用いる場合、永久磁石１６の磁場の影響を受けてコイル１７に誘導起電力が生じる。

【0046】

（第１軸受用ガイド面部）
第１軸受用ガイド面部２２は、平面形状のガイド面２２ａを備え、回転軸１３の先端部に固定されて回転軸１３とともに回転する。第１軸受用ガイド面部２２は、第１スラスト静圧軸受部２４の軸受面２４ｃを受けるガイド面２２ａを、回転軸１３の軸方向の外側（図２の左方向）に向けて回転軸１３に対して垂直になるように備える。

【0047】

（第２軸受用ガイド面部）
第２軸受用ガイド面部２３は、平面形状のガイド面２３ａを備え、回転軸１３の外周に備えられ回転軸１３とともに回転する。ガイド面２３ａは、その中心部に回転軸１３が貫通する円形の穴２３ｂが設けられている。第２軸受用ガイド面部２３は、第２スラスト静圧軸受部２５の軸受面２５ｃを受けるガイド面２３ａを、回転軸１３の軸方向の外側（図２の右方向）に向けて回転軸１３に対して垂直になるように備える。

【0048】

回転軸１３の先端部には、エアクランプ２６及び非接触式エンコーダ３０を備える。エアクランプ２６は、空気圧を用いて回転軸１３の回転を減速、あるいは停止する装置である。エアクランプ２６に供給された空気の圧力は、エアクランプ用圧力計３１に表示される。非接触式エンコーダ３０は、回転軸１３の回転速度、回転加速度、回転位置、及び回転変位などを測定する。

【0049】

次に図７及び図８を参照して、第１実施形態に係るエネルギー変換装置１０と従来のボールベアリングを用いたサーボモータとの特性について比較をする。図７は第１実施形態のエネルギー変換装置１０と従来のサーボモータとのトルク－角度のリサージュ波形を比較した図であり、図８は第１実施形態のエネルギー変換装置１０と従来のサーボモータとの入力波形とその応答波形とを比較した図である。

【0050】

図７は、横軸を角度（ｄｅｇ）とし縦軸をトルク（Ｎ・ｍ）としたリサージュ波形である。ボールベアリングを用いたい従来のサーボモータのリサージュ波形はヒステリシス曲線を示す。ヒステリシス曲線によって囲まれる範囲の面積は摩擦によるエネルギー損失の大きさを示している。このエネルギー損失は、ボールベアリングの転がり摩擦によるところが大きく、転がり出しに必要なトルクは起動トルクとなって現れる。

【0051】

第１実施形態のエネルギー変換装置１０のリサージュ波形は細長い楕円形を示す。この楕円形の面積が、エネルギー変換装置１０のエネルギー損失を示す。従来のサーボモータとエネルギー変換装置１０とのエネルギー損失を比較すると、エネルギー変換装置１０のエネルギー損失のほうが少ないことが分かる。これは、エネルギー変換装置１０の回転軸１３は、第１ジャーナル静圧軸受部２０、第２ジャーナル静圧軸受部２１、第１スラスト静圧軸受部２４、及び第２スラスト静圧軸受部２５によって非接触で支持されているからである。

【0052】

エネルギー変換装置１０のリサージュ波形は細長い楕円形を描くことから、エネルギー変換装置１０のエネルギー損失はゼロではない。これは、回転軸１３と、軸受に用いられる潤滑流体との間の摩擦、及びコイル１７に電力を供給する際の損失が起因している。当該損失とは、コイル１７に電流を流す際のジュール熱損、及び渦電流損などのことである。

【0053】

エネルギー変換装置１０は、従来のサーボモータに生じる転がり摩擦は生じ無いので起動トルクは極めて小さいものとなり、従来のサーボモータでは起動トルクによって埋もれていた微小な挙動を顕在化することができた（図７参照）。

【0054】

図８を参照して、第１実施形態に係るエネルギー変換装置１０と従来のボールベアリングを用いたサーボモータとの入力波形とその応答波形について比較をする。

【0055】

図８の上段は入力波形であり、下段はその応答波形である。エネルギー変換装置１０と従来のサーボモータとの入力には同じ正弦波信号を入力する（図８上段参照）。図８の下段に示す応答波形は、回転軸１３の接線加速度とトルクとを示す。従来のサーボモータの応答波形には、ノイズが重畳している。一方で、エネルギー変換装置１０の応答波形は、ノイズの重畳が抑制されている。これは、エネルギー変換装置１０の回転軸１３が、第１ジャーナル静圧軸受部２０、第２ジャーナル静圧軸受部２１、第１スラスト静圧軸受部２４、及び第２スラスト静圧軸受部２５によって非接触で支持されているので、外部の振動などのノイズが伝達しないことによる。

【0056】

上記した第１実施形態によれば、エネルギー変換装置１０は、回転軸１３を加圧された流体膜によって支持するので、回転軸１３を非接触のまま支持することができる。従って、外部の振動などのノイズが回転軸１３に伝達するのを抑制することができる。さらに、回転軸１３の回転に伴う転がり摩擦などの摩擦を抑制することができるので、起動トルク及びエネルギー損失を抑制することができる。

【0057】

また、上記した第１実施形態によれば、エネルギー変換装置１０は、１つのコンプレッサにより、第１スラスト静圧軸受部２４及び第２スラスト静圧軸受部２５に潤滑流体となる気体（空気）を供給するので回転軸１３における圧力脈動を抑制することができる。

【0058】

本開示は上記した第１実施形態に係るエネルギー変換装置１０に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本開示の要旨を逸脱しない限りにおいて、その他種々の変形例、若しくは応用例により実施可能である。

【0059】

第１実施形態に係るエネルギー変換装置１０は、２個の第２スラスト静圧軸受部２５を用いたが、これに限らず、３個以上の第２スラスト静圧軸受部２５を用いることも出来る。

【0060】

図９及び図１０を参照して、３個の第２スラスト静圧軸受部２５を用いた例を第２実施形態とし、４個の第２スラスト静圧軸受部２５を用いたい例を第３実施形態として以下に説明する。図９は第２実施形態のエネルギー変換装置１０の第２スラスト静圧軸受部２５の配置を説明する模式図であり、図１０は第３実施形態のエネルギー変換装置１０の第２スラスト静圧軸受部２５の配置を説明する模式図である。

【0061】

第２実施形態に係るエネルギー変換装置１０は、図９に示す様に、３つの第２スラスト静圧軸受部２５の中心部が、それぞれ第２軸受用ガイド面部２３のガイド面２３ａにおいて、同一円周上に均等配置される。すなわち、ガイド面２３ａの中心と３つの第２スラスト静圧軸受部２５の中心とのなす角は１２０度である。

【0062】

第３実施形態に係るエネルギー変換装置１０は、図１０に示す様に、４つの第２スラスト静圧軸受部２５の中心部が、それぞれ第２軸受用ガイド面部２３のガイド面２３ａにおいて、同一円周上に均等配置される。すなわち、ガイド面２３ａの中心と４つの第２スラスト静圧軸受部２５の中心とのなす角は９０度である。

【符号の説明】

【0063】

１０ エネルギー変換装置
１１ 固定子
１２ 回転子
１３ 回転軸
１４ 第１ハウジング
１４ａ 第１Ｌ字ブラケット
１４ｂ 第２Ｌ字ブラケット
１４ｃ 第３Ｌ字ブラケット
１５ 第２ハウジング
１６ 永久磁石
１６ａ Ｎ極片
１６ｂ Ｓ極片
１７ コイル
１８ 定盤
１９ 台座
２０ 第１ジャーナル静圧軸受部
２１ 第２ジャーナル静圧軸受部
２２ 第１軸受用ガイド面部
２２ａ ガイド面
２３ 第２軸受用ガイド面部
２３ａ ガイド面
２３ｂ 穴
２４ 第１スラスト静圧軸受部
２４ａ テーブル部
２４ｂ 多孔質材料部
２４ｃ 軸受面
２４ｄ 給気口
２５ 第２スラスト静圧軸受部
２５ａ テーブル部
２５ｂ 多孔質材料部
２５ｃ 軸受面
２５ｄ 給気口
ｈ 軸受すきま
２６ エアクランプ
２７ 非接触式トルクメータ
２７ａ ロータアンテナ
３０ 非接触式エンコーダ
３１ エアクランプ用圧力計
３２ 軸受用圧力計

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】