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公開番号2025062925
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-15
出願番号2023172296
出願日2023-10-03
発明の名称懸垂浮上型交流モータ
出願人国立大学法人埼玉大学
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H02K 19/10 20060101AFI20250408BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】構造や駆動制御が単純で、ステータの下方に配置されたロータが中空で安定的に回転する懸垂浮上型交流モータを提供する。
【解決手段】懸垂浮上型交流モータは、重力軸に直交する平面において、それぞれが複数の電磁石コアを有するn×m個(nは3以上の整数、mは1以上の整数)の電磁石が円周方向に沿って配列されたステータと、複数の浮上体コアが放射状に配列され、複数の浮上体コアと複数の電磁石コアの間で発生する重力軸方向の吸引力と重力軸周りの回転力により中空で回転するロータと、電磁石に印加するn相交流電圧信号を生成する制御回路とを備え、n相交流電圧信号は、ステータに対するロータのギャップを維持するための浮上周波数に基づいて設定される浮上信号に、ステータに対するロータの目標回転速度に対応する回転周波数に基づいて設定される回転信号をAM変調によって重畳した信号として生成される。
【選択図】図7
特許請求の範囲【請求項１】
重力軸に直交する平面において、それぞれが複数の電磁石コアを有するｎ×ｍ個（ｎは３以上の整数、ｍは１以上の整数）の電磁石が円周方向に沿って配列されたステータと、
複数の浮上体コアが放射状に配列され、前記複数の浮上体コアと前記複数の電磁石コアの間で発生する重力軸方向の吸引力と重力軸周りの回転力により中空で回転するロータと、
前記電磁石に印加するｎ相交流電圧信号を生成する制御回路と
を備え、
前記ｎ相交流電圧信号は、前記ステータに対する前記ロータのギャップを維持するための浮上周波数に基づいて設定される浮上信号に、前記ステータに対する前記ロータの目標回転速度に対応する回転周波数に基づいて設定される回転信号をＡＭ変調によって重畳した信号である懸垂浮上型交流モータ。
続きを表示（約 540 文字）【請求項２】
各相の前記浮上信号の位相が互いに２π／ｎの位相差を有する請求項１に記載の懸垂浮上型交流モータ。
【請求項３】
各相の前記浮上信号の位相が互いに位相差を有さない請求項１に記載の懸垂浮上型交流モータ。
【請求項４】
各相の前記浮上信号の前記浮上周波数が互いに異なる請求項１に記載の懸垂浮上型交流モータ。
【請求項５】
前記浮上周波数は、キャパシタと前記電磁石からなる共振回路に基づいて決定される以下の共振周波数ｆ
0
より大きく、前記共振周波数におけるアドミタンスに対して半減する値に対する上限周波数ｆ
1
よりも小さな値に設定される請求項１から４のいずれか１項に記載の懸垂浮上型交流モータ。
ｆ
0
＝１／（２π√（ＬＣ））
Ｌ＝μ
0
Ｎ
2
Ｓ／ｚ
0
（ただし、Ｌ：インダクタンス、μ
0
：真空の透磁率、Ｎ：前記電磁石のコイルの巻数、Ｓ：前記電磁石を構成する前記電磁石コアの有効断面積の合計、ｚ
0
：目標ギャップ、Ｃ：前記キャパシタのキャパシタンス）

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステータの下方に配置されたロータが、ステータとの間で発生させる重力軸方向の吸引力と重力軸周りの回転力により中空で回転する懸垂浮上型交流モータに関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
絶縁体のディスク上に導電体パターンが形成された固定子（ステータ）と、その下方に対向するように配置された回転子（ロータ）とを備える静電浮上式の同期モータが知られている（例えば、特許文献１参照）。このような同期モータは、浮上用電極と回転用電極がそれぞれ設けられ、浮上用電極に浮上用電圧を印加することにより回転子を浮上させ、回転用電極に回転用電圧を印加することにより回転子を回転させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開平９－２６１９７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術における同期モータは、ステータとロータのギャップを変位センサで検出し、その値に応じて浮上用電極に印加する浮上用電圧を制御することにより、当該ギャップを一定範囲に保っている。また、浮上用電極とは別に設けられた回転用電極に、やはり浮上用電圧とは別に生成する回転駆動電圧を印加することにより、ロータを回転させている。このような同期モータは、モータの構造が複雑であり、それに伴って、浮上および回転させるための回路構成や駆動制御も複雑である。
【０００５】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、構造や駆動制御が単純で、ステータの下方に配置されたロータが、ステータとの間で発生させる重力軸方向の吸引力と重力軸周りの回転力により中空で安定的に回転する懸垂浮上型交流モータを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の具体的な態様における懸垂浮上型交流モータは、重力軸に直交する平面において、それぞれが複数の電磁石コアを有するｎ×ｍ個（ｎは３以上の整数、ｍは１以上の整数）の電磁石が円周方向に沿って配列されたステータと、複数の浮上体コアが放射状に配列され、複数の浮上体コアと複数の電磁石コアの間で発生する重力軸方向の吸引力と重力軸周りの回転力により中空で回転するロータと、電磁石に印加するｎ相交流電圧信号を生成する制御回路とを備え、ｎ相交流電圧信号は、ステータに対するロータのギャップを維持するための浮上周波数に基づいて設定される浮上信号に、ステータに対するロータの目標回転速度に対応する回転周波数に基づいて設定される回転信号をＡＭ変調によって重畳した信号として生成される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明により、構造や駆動制御が単純で、ステータの下方に配置されたロータが中空で安定的に回転する懸垂浮上型交流モータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本実施形態に係る懸垂浮上型交流モータを側方から観察した様子を示す概略図である。
対向するロータの側からステータを観察した様子を示す図である。
電磁石の一つを俯瞰して観察した様子を示す図である。
対向するステータの側からロータを観察した様子を示す図である。
磁路の形成を説明するための図である。
各相の電磁石コアと浮上体コアの関係を説明するための図である。
懸垂浮上型交流モータの制御回路を示す図である。
浮上周波数と共振周波数の関係を説明するための図である。
第１実施例において各相に印加する交流電圧信号を示す図である。
第２実施例において各相に印加する交流電圧信号を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。各図において同一又は同様の構成を有する構造物が複数存在する場合には、煩雑となることを回避するため、一部に符号を付し、他に同一符号を付すことを省く場合がある。なお、特許請求の範囲に係る発明を以下の実施形態に限定するものではない。また、実施形態で説明する構成の全てが課題を解決するための手段として必須であるとは限らない。
【００１０】
図１は、本実施形態に係る懸垂浮上型交流モータ１００（以下、「交流モータ１００」と称する）を側方から観察した様子を示す概略図である。具体的には水平な床面に設置された交流モータ１００を、重力方向に直交する方向から観察した様子を示す図である。なお、本実施形態においては、図中の座標軸に示すように、重力方向をＺ軸プラス方向とし、水平面内で直交する２軸をＸ軸方向およびＹ軸方向とする。以後の図面においても交流モータ１００が図１のように設置された状態を基準とする同様の座標軸を併記することにより、それぞれの図面が表す構造物の向きを示す。
（【００１１】以降は省略されています）

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