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磁気反発支持回転機

国内特許コード P06P004169
整理番号 TOYAMA-56JP
掲載日 2007年3月23日
出願番号 特願2005-243618
公開番号 特開2007-060818
登録番号 特許第4923238号
出願日 平成17年8月25日(2005.8.25)
公開日 平成19年3月8日(2007.3.8)
登録日 平成24年2月17日(2012.2.17)
発明者
  • 大路 貴久
出願人
  • 国立大学法人富山大学
発明の名称 磁気反発支持回転機
発明の概要

【課題】 軸受と回転機要素を一体化した小型かつ低損失・省電力で駆動される磁気反発支持回転機を提供することにある。
【解決手段】 磁気反発支持回転機においては、固定軸が軸方向に着磁された円柱或いは円筒状の第1の永久磁石から構成され、固定軸に対して同軸的に第1のギャップを介して配置される円筒状の回転子が第2の永久磁石及びこの第2の永久磁石の外周に一体的に設けられた第3の永久磁石で構成される。第2の永久磁石は第1の永久磁石に対向配置された内面を有し、前記軸方向に着磁されて第1の永久磁石との間に反発力を生じさせている。また、第3の永久磁石は、略半径方向に着磁された複数の磁極を有している。第2の永久磁石に対して回転磁界を発生するコイルが回転子の周りに第2のギャップを介して配置されている。
【選択図】 図2

従来技術、競合技術の概要


高速回転が不可欠な用途として光偏向走査装置が知られている。光偏向走査装置では、回転する多面鏡にレーザが向けられ、この回転する多面鏡によってレーザが反射されて感光面等に向けられている。光偏向走査装置においては、回転多面鏡は、情報伝達の観点からは、高速回転化が情報伝達量に直結し、より高速な回転がより大きな情報伝達に寄与するとされている。現在、実用化されている回転多面鏡の回転方式には、動圧軸受と磁気反発力とを併用したタイプが知られ、数万rpmオーダーでの高速回転が可能である。



しかしながら、光偏向走査装置は、6面乃至12面の多面鏡を有し、回転に伴い必然的に大きな風損が発生される。風損は、回転速度の3乗に比例することが一般的に知られ、高速回転化が膨大な駆動電力の上昇を引き起こすこととなる。この風損を軽減するためには、真空中での運転が必要となるが、現状の動圧軸受では、空気流の圧力を利用することから、真空中での運転は、不可能とされている。そこで、軸を完全に磁気的に支持することができ、且つ、低コスト化並びに簡素化を実現することができる永久磁石反発形磁気軸受による省電力高速回転機器が要望され、開発されている。



光偏向走査装置用の永久磁石反発形磁気軸受として特許文献1~4が既に提案されている。この永久磁石反発形磁気軸受は、1辺100mm空間に構成要素を集約したインナーロータ形縦軸永久磁石反発形磁気軸受であり、軸受部での磁気的損失が非常に小さいことが実験的に確認され、最高回転数5万rpm、駆動電力3Wで安定回転を実現することができ、この方式が省電力小型高速回転機器に非常に有用であることが確認されている
また、反発浮上形磁気軸受は、ポンプにも適用することができる。反発浮上形磁気軸受のポンプへの適用例としては、ターボ分子ポンプが有名である。ターボ分子ポンプでは、寸法的な制約がそれほど無いため、一般には、2箇所の軸受部と1箇所のモータ部が独立に設けられている。しかし、ターボ分子ポンプとして反発浮上形磁気軸受でありながら、軸受部とモータ部を兼用する方式も特許文献5に提案されている。



更に、現在ベアリングレスモータに関する学術研究が非常に盛んであり、反発浮上形磁気軸受は、ベアリングレスモータへの適用も想定されている。ベアリングレスモータは、その応用として、キャンドポンプ、小型ポンプ、血液循環ポンプ等のポンプ関連、HD等の情報機器用スピンドルドライブ等が想定され、その開発が始まっている。

【特許文献1】特開2002-081445

【特許文献2】特開2002-365581

【特許文献3】特開2003-148472

【特許文献4】特開2003-329958

【特許文献5】特開平9-182400

産業上の利用分野


この発明は、磁気的な反発力で回転体を軸受け支持する支持磁気反発回転機に係り、特に、軸受と回転機要素を一体化した磁気反発支持回転機に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
軸方向に着磁された円柱或いは円筒状の第1の永久磁石を有し、点接触支持端を有する固定軸と、
この固定軸に対して同軸的に第1のギャップを介して配置され、磁性材料で作られた円盤状磁性部を備え、この円盤状磁性部が電磁石によって磁気的に吸引され、前記点接触支持端に点接触されたまま、或いは、前記点接触支持端から浮上されて前記軸方向に沿って支持される円筒状の回転子であって、
前記第1の永久磁石に対向配置された内面を有し、
前記軸方向に着磁され、前記第1の永久磁石との間に反発力を生じさせて当該回転子を半径方向で支持する円筒状の第2の永久磁石及びこの第2の永久磁石の外周に一体的に設けられ、略半径方向に着磁された複数の磁石セグメントを有する円筒状の第3の永久磁石から構成される回転子と、
この回転子の周りに第2のギャップを介して配置され、前記第3の永久磁石に対して回転磁界を発生して前記回転子を回転するコイルを有する固定子と、
を具備することを特徴とする磁気反発支持回転機。

【請求項2】
前記第3の永久磁石は、第1磁極及びこの第1磁極とは反対の第2磁極が交互に前記回転子の周りに配列される磁石セグメントから構成されることを特徴とする請求項1の磁気反発支持回転機。

【請求項3】
前記磁石セグメントは、回転軸に関して対称に配置されることを特徴とする請求項1の磁気反発支持回転機。

【請求項4】
前記第3の永久磁石は、
前記半径方向に沿った第1方向に着磁された第1の磁石セグメント、
前記第1磁極とは反対の第2方向に着磁された第2の磁石セグメント及び
前記回転子の周囲に沿う第3方向及びこの第3方向とは反対の第4方向に着磁された第3及び第4の磁石セグメントから構成され、
前記第1、第3及び第2の磁石セグメントの配列並びに前記第1、第4及び第2の磁石セグメントの配列が交互に前記回転子の周りに配列される磁石セグメントから構成されることを特徴とする請求項1の磁気反発支持回転機。
産業区分
  • 発電、電動
  • 機械要素
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2005243618thum.jpg
出願権利状態 権利存続中
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