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磁気浮上姿勢制御装置

国内特許コード P170013933
整理番号 (S2015-1988-N13)
掲載日 2017年3月29日
出願番号 特願2015-167656
公開番号 特開2017-046474
出願日 平成27年8月27日(2015.8.27)
公開日 平成29年3月2日(2017.3.2)
発明者
  • 増澤 徹
  • 國府田 芳彰
出願人
  • 国立大学法人茨城大学
発明の名称 磁気浮上姿勢制御装置
発明の概要 【課題】簡単な構成で浮上ロータの姿勢制御を行うこと。
【解決手段】浮上ロータ300の電磁誘導ステータと対峙する面上に2次コイル313を巻回した。また、2次コイル313を、導線部313a(第1の導線部)が浮上ロータ300の回転中心軸側から外周側に向けて延び、導線部313b(第2の導線部)が浮上ロータ300の円周方向に延び、導線部313c(第3の導線部)が浮上ロータ300の外周側から回転中心軸側に向けて延びるように巻回した。また、電磁誘導ステータ200側の電磁石(突極210及び1次コイル:第1の磁石)を、導線部313a、313cが通過する位置に配設し、永久磁石220(第2の磁石)を、導線部313bが通過する位置に配設した。
【選択図】図5
従来技術、競合技術の概要


ステータに対し、ロータを磁気浮上させ非接触状態で回転させる磁気浮上装置が知られている。磁気浮上装置は、機械的な軸受けを使用しない構造であるため、医療分野における人工心臓の遠心ポンプ用モータなどへの応用が期待されている。



ここで、たとえば特許文献1では、静止側の電磁石の一次コイルと浮上体の電磁石の二次コイルとを磁界共有結合により結合し、一次側から二次側に電力を効率的に非接触給電させる磁気浮上装置を提案している。この磁気浮上装置では、静止側の電磁石の入力周波数を、磁界共振結合の共振周波数f1(<f0)の近傍に設定する。また、浮上体の重力に釣り合う吸引力を、浮上体と静止側とのギャップの増減に合わせ、自己平衡性が保たれる範囲に設定する。これにより、浮上体の自己平衡性が保たれるので、浮上体を安定浮上させるための制御機構が不要となる。



ところが、この磁気浮上装置では、浮上体の支持を、一次コイルと二次コイルとの磁界共有結合による結合によって行っている。そのため、浮上体の浮上にエネルギーが費やされてしまい、エネルギー効率が低いものとなっている。



このような不具合を解消するものとして、特許文献2に示されている交流磁気浮上方法がある。これは、浮上体に永久磁石を設置し、1次コイルの脈流電流により2次コイルとの間に発生する浮上力である磁気結合力を、2次コイルのインピーダンス制御で調整するものである。

産業上の利用分野


本発明は、浮上ロータの姿勢制御に適した磁気浮上姿勢制御装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
電磁誘導ステータと、
前記電磁誘導ステータと対峙する浮上ロータとが備えられ、
前記電磁誘導ステータには、誘導電流発生用の第1の磁石とローレンツ力発生用の第2の磁石とが設けられ、
前記浮上ロータには、前記第1の磁石の磁界を横切る第1及び第3の導線部と、前記第2の磁石の磁界を横切る第2の導線部とを有する2次コイルが巻回され、
前記浮上ロータの回転により、前記第1又は第3の導線部に流れる誘導電流と、前記第2の導線部が横切る前記第2の磁石の磁界とにより、前記浮上ロータに径方向又は軸方向に向けたローレンツ力が発生するように構成されている
ことを特徴とする磁気浮上姿勢制御装置。

【請求項2】
前記2次コイルは、前記電磁誘導ステータと対峙する面上に配置され、前記第1の導線部が前記浮上ロータの回転中心軸側から外周側に向けて延び、前記第2の導線部が前記浮上ロータの円周方向に延び、前記第3の導線部が前記浮上ロータの外周側から回転中心軸側に向けて延びるように巻回され、
前記第1の磁石は、前記第1及び第3の導線部が通過する位置に配設され、
前記第2の磁石は、前記第2の導線部が通過する位置に配設されている
ことを特徴とする請求項1に記載の磁気浮上姿勢制御装置。

【請求項3】
前記2次コイルは、外周面に配置され、前記第1の導線部が前記浮上ロータの一面側から他面側に向けて延び、前記第2の導線部が前記浮上ロータの外周方向に沿って延び、前記第3の導線部が前記浮上ロータの他面側から一面側に向けて延びるように巻回され、
前記第1の磁石は、前記第1及び第3の導線部が通過する位置に配設され、
前記第2の磁石は、前記第2の導線部が通過する位置に配設されている
ことを特徴とする請求項1に記載の磁気浮上姿勢制御装置。

【請求項4】
浮上ロータと、
前記浮上ロータと対峙するエネルギー送電ステータとが備えられ、
前記浮上ロータの外周面に2次コイルが巻回され、
前記エネルギー送電ステータには、前記2次コイルと同心状となるように巻回された1次コイルと、前記2次コイルに対峙する磁石とが配設され、
前記1次コイルの磁界の変化に伴う前記2次コイルに流れる誘導電流と、前記2次コイルが横切る前記磁石の磁界とにより、前記浮上ロータに径方向又は軸方向に向けたローレンツ力が発生するように構成されている
ことを特徴とする磁気浮上姿勢制御装置。

【請求項5】
前記エネルギー送電ステータには、前記浮上ロータを収容し、外周面に前記1次コイルが巻回される筒部が設けられ、さらに、前記磁石の磁極が前記浮上ロータの前記エネルギー送電ステータと対峙する面に向けられ、
前記2次コイルが前記1次コイルの内側に位置するように構成されている
ことを特徴とする請求項4に記載の磁気浮上姿勢制御装置。

【請求項6】
前記エネルギー送電ステータには、外周面に前記1次コイルが巻回される筒部が設けられ、さらに、前記磁石の磁極が前記浮上ロータの前記エネルギー送電ステータと対峙する面に向けられ、
前記浮上ロータには、前記筒部が嵌まり込む窪みが設けられ、
前記2次コイルが前記1次コイルの外側に位置するように構成されている
ことを特徴とする請求項4に記載の磁気浮上姿勢制御装置。

【請求項7】
前記エネルギー送電ステータには、外周面に前記1次コイルが巻回される筒部と、前記筒部の外周を覆い内側に前記磁石が配置されたフランジ部とが設けられ、
前記浮上ロータには、前記筒部が嵌まり込む窪みが設けられ、
前記2次コイルが前記1次コイルの外側に位置し、さらに前記磁石の磁極が前記浮上ロータの外周面に向けられるように構成されている
ことを特徴とする請求項4に記載の磁気浮上姿勢制御装置。

【請求項8】
前記2次コイルには、整流回路によって整流された一方向のみの誘導電流が流れることを特徴とする請求項1~7のいずれかに記載の磁気浮上姿勢制御装置。
国際特許分類(IPC)
画像

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出願権利状態 公開
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