本發(fā)明涉及具有定子鐵芯的旋轉(zhuǎn)電機(jī)及具備該旋轉(zhuǎn)電機(jī)的機(jī)床。

背景技術(shù)：

公知有一種將鐵芯使用于定子的電動(dòng)機(jī)等旋轉(zhuǎn)電機(jī)。旋轉(zhuǎn)電機(jī)通常以使各部位的位置關(guān)系的偏移變小的方式進(jìn)行組裝。然而，如果因制造時(shí)的尺寸誤差、組裝誤差而使定子與轉(zhuǎn)子在軸向上的組裝的位置關(guān)系、相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸的垂直度等組裝精度不合適，則在軸向上產(chǎn)生力。另外，因組裝的誤差的內(nèi)容(方向、傾斜方式)而引起產(chǎn)生使軸周期性地在軸向上移動(dòng)的力的問(wèn)題。然而，在大多數(shù)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸使用了球軸承等支承剛性較高的軸承。因此，由使旋轉(zhuǎn)軸周期性地在軸向上移動(dòng)的力引起的位移的問(wèn)題明顯化的情況較少。即，即使旋轉(zhuǎn)軸在軸向上略微位移，該位移的程度也由于支承剛性較高的軸承而僅停留在不會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題的程度的微小的位移。因此，從大多數(shù)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的用途考慮，位移的程度還沒(méi)有到達(dá)需要考慮現(xiàn)實(shí)上的影響的程度。

然而，在軸承為非接觸軸承、即磁軸承、壓縮空氣、或者流體軸承等的情況下，在上述那樣地在軸向上產(chǎn)生的力的作用下，旋轉(zhuǎn)軸在軸向上位移、引起周期性的振動(dòng)這樣的問(wèn)題明顯化。

特別是，在對(duì)于軸向上的位移不具有利用反饋進(jìn)行的位置的復(fù)原功能的從動(dòng)型的軸承的情況下，明顯地產(chǎn)生軸向上的位移、周期性的振動(dòng)。

另外，在應(yīng)用于精密加工的用途的機(jī)床的主軸中，如果在與該主軸連接的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生上述那樣的軸向上的位移，則即使位移的程度微小，也會(huì)使加工精度惡化，而產(chǎn)生無(wú)法無(wú)視的情況。

另一方面，還提案有各種即使是應(yīng)用了非接觸軸承的旋轉(zhuǎn)電機(jī)也要將旋轉(zhuǎn)軸的軸向位置的位移設(shè)定得極小的技術(shù)。

作為一例子，提案有一種通過(guò)將旋轉(zhuǎn)軸的軸向上的位移反饋到推力磁軸承中的產(chǎn)生克服推力方向上的位移的磁力的線圈、而將旋轉(zhuǎn)軸保持在預(yù)定的軸向位置的使用主動(dòng)型的磁軸承的技術(shù)(例如參照專利文獻(xiàn)1)。

另外，作為另一例子，提案有一種強(qiáng)化了從動(dòng)型的磁軸承中的減震器的作用的技術(shù)(例如參照專利文獻(xiàn)2)。

專利文獻(xiàn)1：日本特開2014-126174號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)2：日本特開2008-169965號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的問(wèn)題

在專利文獻(xiàn)1所公開的技術(shù)中，即使作用有使旋轉(zhuǎn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸在軸向上位移的力，也能夠利用反饋控制而使旋轉(zhuǎn)軸保持在預(yù)定范圍內(nèi)的軸向位置。即，即使作為干擾而在旋轉(zhuǎn)軸上作用有產(chǎn)生軸向上的位移的力，由此產(chǎn)生的位移成為控制偏差而閉環(huán)中的控制發(fā)揮作用，旋轉(zhuǎn)軸留在預(yù)定范圍內(nèi)的軸向位置。然而，這樣的軸承存在有結(jié)構(gòu)復(fù)雜且高價(jià)的問(wèn)題。

另一方面，在專利文獻(xiàn)2所公開的技術(shù)中，未構(gòu)成反饋控制那樣的主動(dòng)的控制系統(tǒng)，而是利用基于減震器的作用的衰減特性，而使旋轉(zhuǎn)軸在使其在軸向上產(chǎn)生位移的力和減震器的力之間的平衡點(diǎn)穩(wěn)定。因此，該情況下的平衡點(diǎn)根據(jù)使旋轉(zhuǎn)軸在軸向上產(chǎn)生位移的力而變化。因此，在原理上，旋轉(zhuǎn)軸并不一定留在預(yù)定范圍內(nèi)的軸向位置。

本發(fā)明是鑒于上述這樣的情況而做成，其目的在于提供結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且廉價(jià)、并且能夠以高精度將旋轉(zhuǎn)軸的軸向位置(推力方向上的位置)保持在預(yù)定位置的旋轉(zhuǎn)電機(jī)和應(yīng)用了該旋轉(zhuǎn)電機(jī)的機(jī)床。

用于解決問(wèn)題的方案

在本說(shuō)明書中，“轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間”是指在旋轉(zhuǎn)電機(jī)的軸向上轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生構(gòu)件所存在的區(qū)間。該轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間為主要用于轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的區(qū)域，在以下參照的附圖中象征性地進(jìn)行表示。

(1)本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機(jī)(例如，后述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)100、200、300)包含：定子(例如，后述的定子20)，其具有定子鐵芯(例如，后述的定子鐵芯21)；以及轉(zhuǎn)子(例如，后述的轉(zhuǎn)子10)，其支承于利用非接觸軸承支承的旋轉(zhuǎn)軸(例如，后述的旋轉(zhuǎn)軸1)，其中，在將轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生構(gòu)件在所述旋轉(zhuǎn)電機(jī)的軸向上存在的區(qū)間定義為轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間時(shí)，所述定子鐵芯的軸向上的一側(cè)的端部(例如，后述的軸向上的一側(cè)的端部211)相對(duì)于所述轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間(例如，后述的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間s1)的軸向上的一側(cè)的端部(例如，后述的一側(cè)的端部111)向軸向外側(cè)延伸，所述定子鐵芯的軸向上的另一側(cè)的端部(例如，后述的軸向上的另一側(cè)的端部212)相對(duì)于所述轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間(例如，后述的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間s1)的軸向上的另一側(cè)的端部(例如，后述的另一側(cè)的端部112)向軸向外側(cè)延伸。

(2)根據(jù)(1)所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，優(yōu)選的是，所述定子鐵芯的軸向上的一側(cè)的端部的相對(duì)于所述轉(zhuǎn)子側(cè)的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間的軸向上的一側(cè)的端部向軸向外側(cè)延伸的延伸量、以及所述定子鐵芯的軸向上的另一側(cè)的端部的相對(duì)于所述轉(zhuǎn)子側(cè)的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間的軸向上的另一側(cè)的端部向軸向外側(cè)延伸的延伸量為該旋轉(zhuǎn)電機(jī)的磁隙長(zhǎng)度(例如，后述的磁隙長(zhǎng)度lg)以上的長(zhǎng)度。

(3)根據(jù)(1)或(2)所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，優(yōu)選的是，所述轉(zhuǎn)子的、所述轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間的軸向上的長(zhǎng)度的中間位置作為軸向位置與所述定子鐵芯的、軸向上的長(zhǎng)度的中間位置一致。

(4)根據(jù)(1)～(3)中任一項(xiàng)所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，也可以是，所述非接觸軸承為磁軸承、流體軸承、或由磁軸承和流體軸承形成的混合型的軸承中的任一種。

(5)根據(jù)(4)所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)，也可以是，所述磁軸承、流體軸承、或由磁軸承和流體軸承形成的混合型的軸承中的任一非接觸軸承為從動(dòng)型的軸承。

(6)一種機(jī)床，該機(jī)床包括(1)～(5)中任一項(xiàng)所述的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。

發(fā)明的效果

根據(jù)本發(fā)明，能夠?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且廉價(jià)、并且能夠以高精度將軸向位置(推力方向上的位置)保持在預(yù)定位置的旋轉(zhuǎn)電機(jī)以及應(yīng)用了該旋轉(zhuǎn)電機(jī)的機(jī)床。

附圖說(shuō)明

圖1是表示作為本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的一實(shí)施方式的磁體埋入型同步電動(dòng)機(jī)的概略結(jié)構(gòu)的圖。

圖2是表示作為本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的另一實(shí)施方式的表面磁體粘貼型同步電動(dòng)機(jī)的概略結(jié)構(gòu)的圖。

圖3是表示作為本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的又一實(shí)施方式的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的概略結(jié)構(gòu)的圖。

圖4是象征性地表示從通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸的剖面觀察圖1至圖3的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的情況下的、端部的磁通線的樣子的示意圖，特別是表示轉(zhuǎn)子側(cè)的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間的端部相對(duì)于定子鐵芯的端部向定子鐵芯側(cè)偏移的情況的圖。

圖5是象征性地表示從通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸的剖面觀察圖1至圖3的旋轉(zhuǎn)電機(jī)得到的、端部的磁通線的樣子的示意圖，特別是假定轉(zhuǎn)子側(cè)的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間的端部相對(duì)于定子鐵芯的端部向定子外側(cè)偏移的情況進(jìn)行表示的圖。

圖6是說(shuō)明圖1和圖2的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子側(cè)的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間的圖，特別是表示定子鐵芯充分長(zhǎng)、且轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間的軸向上的長(zhǎng)度的中間位置作為軸向位置與定子鐵芯的軸向上的長(zhǎng)度的中間位置一致的情況的圖。

圖7是說(shuō)明圖1和圖2的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子側(cè)的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間的圖，特別是表示定子鐵芯充分長(zhǎng)、且轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間的軸向上的長(zhǎng)度的中間位置與定子鐵芯的軸向上的長(zhǎng)度的中間位置不一致的情況的圖。

圖8是表示作為通常的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的電動(dòng)機(jī)的概略結(jié)構(gòu)的圖。

圖9是象征性地表示從通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸的剖面觀察通常的旋轉(zhuǎn)電機(jī)得到的端部的磁通線的樣子的示意圖，特別是表示定子鐵芯的端部和轉(zhuǎn)子側(cè)的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間的端部對(duì)齊的情況的圖。

圖10是象征性地表示從通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸的剖面觀察通常的旋轉(zhuǎn)電機(jī)得到的端部的磁通線的樣子的示意圖，特別是表示定子鐵芯的長(zhǎng)度與轉(zhuǎn)子側(cè)的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間的長(zhǎng)度相等、定子鐵芯的軸向上的中間位置作為軸向位置與轉(zhuǎn)子側(cè)的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間的軸向上的中間位置一致的情況的圖。

圖11是象征性地表示從通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸的剖面觀察通常的旋轉(zhuǎn)電機(jī)得到的端部的磁通線的樣子的示意圖，特別是表示定子鐵芯的長(zhǎng)度與轉(zhuǎn)子側(cè)的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間的長(zhǎng)度相等、定子鐵芯的軸向上的中間位置與轉(zhuǎn)子側(cè)的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間的軸向上的中間位置偏移的情況的圖。

附圖標(biāo)記說(shuō)明

1、旋轉(zhuǎn)軸；10、轉(zhuǎn)子；20、定子；100、磁體埋入型同步電動(dòng)機(jī)；111、一側(cè)的端部；112、另一側(cè)的端部；200、表面磁體粘貼型同步電動(dòng)機(jī)；211、一側(cè)的端部；212、另一側(cè)的端部；300、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)；s1、s2、s3、轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間。

具體實(shí)施方式

以下，參照附圖，一邊適當(dāng)?shù)嘏c以往通常的旋轉(zhuǎn)電機(jī)進(jìn)行對(duì)比，一邊說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。

圖1是表示作為本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的一實(shí)施方式的磁體埋入型同步電動(dòng)機(jī)的概略結(jié)構(gòu)的圖。

另外，以下所說(shuō)明的應(yīng)用于本發(fā)明的實(shí)施方式的非接觸軸承也包含流體軸承。即，由于流體軸承利用流體這樣的介質(zhì)支承，因此，嚴(yán)格而言存在與介質(zhì)之間的接觸，但在與球軸承等具有機(jī)械性的接觸的軸承進(jìn)行對(duì)比時(shí)，軸因流體而浮起，從該觀點(diǎn)來(lái)看，非接觸軸承一詞以包含流體軸承的意思來(lái)使用。作為應(yīng)用于流體軸承的介質(zhì)，存在有空氣、油、其他的粘性流體。作為應(yīng)用了這些介質(zhì)的流體軸承，存在有空氣靜壓軸承、滑動(dòng)軸承、或者以油、空氣等作為介質(zhì)的動(dòng)壓軸承等。

磁體埋入型同步電動(dòng)機(jī)100利用旋轉(zhuǎn)軸1支承有轉(zhuǎn)子10，該旋轉(zhuǎn)軸1的兩端側(cè)利用未圖示的非接觸軸承支承。以包圍轉(zhuǎn)子10的方式設(shè)有定子20。該定子20具有例如通過(guò)層疊電磁鋼板的薄板而成的定子鐵芯21，并裝入于殼體22。在定子鐵芯21上卷繞有線圈23。在圖1的視角中，能夠看到卷繞于定子鐵芯21的線圈23的線圈端部23a。

自定子20引出與線圈23電連接的布線(未圖示)，使該布線穿過(guò)設(shè)于殼體22的貫通孔，并與設(shè)于磁體埋入型同步電動(dòng)機(jī)100的外部的電源(未圖示)連接。由此，自電源向線圈23供給工作用電力。

利用過(guò)盈配合等以具有充分的保持力的程度將轉(zhuǎn)子10的作為其旋轉(zhuǎn)構(gòu)件的轉(zhuǎn)子鐵芯11嵌合于旋轉(zhuǎn)軸1。在轉(zhuǎn)子鐵芯11上，由至少在周向上被分割為多個(gè)的磁體塊形成的永磁體m埋入并保持于磁體槽(未圖示)。

在圖1的磁體埋入型同步電動(dòng)機(jī)100的情況下，在轉(zhuǎn)子10中，埋入有永磁體m的軸向上的區(qū)間為主要用于轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的區(qū)間，該區(qū)間為轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間s1。

如根據(jù)圖1容易理解的那樣，在磁體埋入型同步電動(dòng)機(jī)100中，定子鐵芯21的軸向上的一側(cè)的端部211相對(duì)于轉(zhuǎn)子10側(cè)的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間s1的軸向上的一側(cè)的端部111向軸向外側(cè)延伸，定子鐵芯21的軸向上的另一側(cè)的端部212相對(duì)于轉(zhuǎn)子10側(cè)的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間s1的軸向上的另一側(cè)的端部112向軸向外側(cè)延伸。

該情況下，如后述參照附圖所說(shuō)明的那樣，定子鐵芯21的軸向上的一側(cè)的端部211的相對(duì)于轉(zhuǎn)子10側(cè)的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間s1的軸向上的一側(cè)的端部111向軸向外側(cè)延伸的延伸量、以及定子鐵芯21的軸向上的另一側(cè)的端部212的相對(duì)于轉(zhuǎn)子10側(cè)的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間s1的軸向上的另一側(cè)的端部112向軸向外側(cè)延伸的延伸量為磁體埋入型同步電動(dòng)機(jī)100的磁隙長(zhǎng)度lg以上的長(zhǎng)度。

另外，轉(zhuǎn)子10的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間s1的軸向上的長(zhǎng)度的中間位置(中央位置)作為軸向位置而與定子鐵芯21的軸向上的長(zhǎng)度的中間位置(中央位置)一致。

在該磁體埋入型同步電動(dòng)機(jī)100中，旋轉(zhuǎn)軸1的兩端的非接觸軸承可以是磁軸承、流體軸承、或由磁軸承和流體軸承形成的混合型的軸承的任一種。

另外，特別是，這些非接觸軸承為從動(dòng)型的軸承較好。

以上，在參照?qǐng)D1說(shuō)明的作為本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的一實(shí)施方式的磁體埋入型同步電動(dòng)機(jī)100中，如后述參照?qǐng)D7至圖11說(shuō)明的那樣，抑制旋轉(zhuǎn)軸1的軸向上的位移，將軸向位置穩(wěn)定地維持在正規(guī)的位置。

接著，參照?qǐng)D2說(shuō)明作為本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的另一實(shí)施方式的表面磁體粘貼型同步電動(dòng)機(jī)。

圖2是表示作為本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的另一實(shí)施方式的表面磁體粘貼型同步電動(dòng)機(jī)的概略結(jié)構(gòu)的圖。

在圖2中，對(duì)與圖1的對(duì)應(yīng)部標(biāo)注相同的附圖標(biāo)記進(jìn)行表示，并省略這些對(duì)應(yīng)部的各自的說(shuō)明。如將圖2與圖1進(jìn)行對(duì)照而容易理解的那樣，定子20與圖1的磁體埋入型同步電動(dòng)機(jī)100中的相同。

圖2的表面磁體粘貼型同步電動(dòng)機(jī)200中的、與參照?qǐng)D1所述的磁體埋入型同步電動(dòng)機(jī)100的不同點(diǎn)在于：相對(duì)于磁體埋入型同步電動(dòng)機(jī)100的轉(zhuǎn)子10將永磁體m埋設(shè)固定于轉(zhuǎn)子鐵芯11，在表面磁體粘貼型同步電動(dòng)機(jī)200中，利用旋轉(zhuǎn)套筒12將永磁體m固定于旋轉(zhuǎn)軸1。

即，在圖2的表面磁體粘貼型同步電動(dòng)機(jī)200中，將由磁性體的金屬材料形成的筒狀的旋轉(zhuǎn)套筒12壓入于環(huán)狀的永磁體m與旋轉(zhuǎn)軸1之間從而將永磁體m牢固地保持于旋轉(zhuǎn)軸1的外周。但是，并不是必須使用圖示那樣的筒狀的旋轉(zhuǎn)套筒12，還可以不使用這樣的旋轉(zhuǎn)套筒12而將永磁體m粘接于旋轉(zhuǎn)軸1的外周。

在圖2的表面磁體粘貼型同步電動(dòng)機(jī)200的情況下，在轉(zhuǎn)子10a中，設(shè)有永磁體m的軸向上的區(qū)間為主要用于轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的區(qū)間，該區(qū)間為轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間s2。

如根據(jù)圖2容易理解的那樣，在表面磁體粘貼型同步電動(dòng)機(jī)200中，定子鐵芯21的軸向上的一側(cè)的端部211相對(duì)于轉(zhuǎn)子10a側(cè)的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間s2的軸向上的一側(cè)的端部113向軸向外側(cè)延伸，定子鐵芯21的軸向上的另一側(cè)的端部212相對(duì)于轉(zhuǎn)子10a側(cè)的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間s2的軸向上的另一側(cè)的端部114向軸向外側(cè)延伸。

該情況下，如后述參照附圖所說(shuō)明的那樣，定子鐵芯21的軸向上的一側(cè)的端部211的相對(duì)于轉(zhuǎn)子10a側(cè)的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間s2的軸向上的一側(cè)的端部113向軸向外側(cè)延伸的延伸量、以及定子鐵芯21的軸向上的另一側(cè)的端部212的相對(duì)于轉(zhuǎn)子10a側(cè)的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間s2的軸向上的另一側(cè)的端部114向軸向外側(cè)延伸的延伸量為表面磁體粘貼型同步電動(dòng)機(jī)200的磁隙長(zhǎng)度lg以上的長(zhǎng)度。

另外，轉(zhuǎn)子10a的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間s2的軸向上的長(zhǎng)度的中間位置(中央位置)作為軸向位置而與定子鐵芯21的軸向上的長(zhǎng)度的中間位置(中央位置)一致。

在該表面磁體粘貼型同步電動(dòng)機(jī)200中，旋轉(zhuǎn)軸1的兩端的非接觸軸承可以是磁軸承、流體軸承、或由磁軸承和流體軸承形成的混合型的軸承的任一種。

另外，特別是，這些非接觸軸承為從動(dòng)型的軸承較好。

以上，在參照?qǐng)D2說(shuō)明的作為本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的一實(shí)施方式的表面磁體粘貼型同步電動(dòng)機(jī)200中，如后述參照?qǐng)D7至圖11所說(shuō)明的那樣，抑制旋轉(zhuǎn)軸1的軸向上的位移，將軸向位置穩(wěn)定地維持在正規(guī)的位置。

接著，參照?qǐng)D3說(shuō)明作為本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的又一實(shí)施方式的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。

圖3是表示作為本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的又一實(shí)施方式的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的概略結(jié)構(gòu)的圖。

在圖3中，對(duì)與圖1和圖2的對(duì)應(yīng)部標(biāo)注相同的附圖標(biāo)記進(jìn)行表示，并省略這些對(duì)應(yīng)部的各自的說(shuō)明。如將圖3與圖1和圖2進(jìn)行對(duì)照而容易理解的那樣，在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)300的情況下，定子20也與圖1的磁體埋入型同步電動(dòng)機(jī)100、圖2的表面磁體粘貼型同步電動(dòng)機(jī)200的情況相同。

圖3的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)300中的、與所述的圖1的磁體埋入型同步電動(dòng)機(jī)100、圖2的表面磁體粘貼型同步電動(dòng)機(jī)200的不同點(diǎn)在于：在轉(zhuǎn)子10b中，轉(zhuǎn)子鐵芯13在軸向兩端部具有端環(huán)(短路環(huán))14。

在圖3的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)300的情況下，在轉(zhuǎn)子10b中，設(shè)有轉(zhuǎn)子鐵芯13的軸向上的區(qū)間為主要用于轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的區(qū)間，該區(qū)間為轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間s3。

如根據(jù)圖3容易理解的那樣，在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)300中，定子鐵芯21的軸向上的一側(cè)的端部211相對(duì)于轉(zhuǎn)子10b側(cè)的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間s3的軸向上的一側(cè)的端部115向軸向外側(cè)延伸，定子鐵芯21的軸向上的另一側(cè)的端部212相對(duì)于轉(zhuǎn)子10b側(cè)的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間s3的軸向上的另一側(cè)的端部116向軸向外側(cè)延伸。

該情況下，如后述參照附圖所說(shuō)明的那樣，定子鐵芯21的軸向上的一側(cè)的端部211的相對(duì)于轉(zhuǎn)子10b側(cè)的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間s3的軸向上的一側(cè)的端部115向軸向外側(cè)延伸的延伸量、以及定子鐵芯21的軸向上的另一側(cè)的端部212的相對(duì)于轉(zhuǎn)子10b側(cè)的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間s3的軸向上的另一側(cè)的端部116向軸向外側(cè)延伸的延伸量為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)300的磁隙長(zhǎng)度lg以上的長(zhǎng)度。

另外，轉(zhuǎn)子10b的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間s3的軸向上的長(zhǎng)度的中間位置(中央位置)作為軸向位置而與定子鐵芯21的軸向上的長(zhǎng)度的中間位置(中央位置)一致。

在該感應(yīng)電動(dòng)機(jī)300中，旋轉(zhuǎn)軸1的兩端的非接觸軸承可以是磁軸承、流體軸承、或由磁軸承和流體軸承形成的混合型的軸承的任一種。

另外，特別是，這些非接觸軸承為從動(dòng)型的軸承較好。

以上，在參照?qǐng)D3所說(shuō)明的作為本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的一實(shí)施方式的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)300中，如后述參照?qǐng)D7至圖11說(shuō)明的那樣，能夠抑制旋轉(zhuǎn)軸1的軸向上的位移，能夠?qū)⑤S向位置穩(wěn)定地維持在正規(guī)的位置。

另外，圖1的磁體埋入型同步電動(dòng)機(jī)100、圖2的表面磁體粘貼型同步電動(dòng)機(jī)200、圖3的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)300的任一旋轉(zhuǎn)電機(jī)均能夠用于機(jī)床的驅(qū)動(dòng)，并能夠作為整體構(gòu)成高精度且廉價(jià)的機(jī)床。

以上，在說(shuō)明參照?qǐng)D1至圖3說(shuō)明的本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的作用之前，參照?qǐng)D8說(shuō)明與本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機(jī)進(jìn)行對(duì)比的通常的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。

圖8是表示作為通常的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的電動(dòng)機(jī)的概略結(jié)構(gòu)的圖。

在此，作為通常的旋轉(zhuǎn)電機(jī)而代表性地表示表面磁體粘貼型同步電動(dòng)機(jī)，對(duì)于所關(guān)注的部位，在磁體埋入型同步電動(dòng)機(jī)的情況、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的情況下都呈現(xiàn)相同的現(xiàn)象。

表面磁體粘貼型同步電動(dòng)機(jī)800利用旋轉(zhuǎn)軸1支承有轉(zhuǎn)子10a，該旋轉(zhuǎn)軸1的兩端側(cè)利用未圖示的非接觸軸承支承。以包圍轉(zhuǎn)子10a的方式設(shè)有定子20。該定子20具有例如通過(guò)層疊電磁鋼板的薄板而成的定子鐵芯21，并裝入于殼體22。在定子鐵芯21上卷繞有線圈23。在圖1的視角中，能看到卷繞于定子鐵芯21的線圈23的線圈端部23a。

在圖8的表面磁體粘貼型同步電動(dòng)機(jī)800中，通過(guò)將由磁性體的金屬材料形成的筒狀的旋轉(zhuǎn)套筒12壓入于環(huán)狀的永磁體m與旋轉(zhuǎn)軸1之間從而將永磁體m牢固地保持于旋轉(zhuǎn)軸1的外周。

在圖8的表面磁體粘貼型同步電動(dòng)機(jī)800的情況下，在轉(zhuǎn)子10a中，設(shè)有永磁體m的軸向上的區(qū)間為主要用于轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的區(qū)間，該區(qū)間為轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間s8。

如根據(jù)圖8容易理解的那樣，在表面磁體粘貼型同步電動(dòng)機(jī)800中，定子鐵芯21的軸向上的一側(cè)的端部211的軸向位置與轉(zhuǎn)子10a側(cè)的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間s2的軸向上的一側(cè)的端部113a的軸向位置大致一致，定子鐵芯21的軸向上的另一側(cè)的端部212的軸向位置與轉(zhuǎn)子10a側(cè)的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間s2的軸向上的另一側(cè)的端部114a的軸向位置大致一致。

在作為代表而表示圖8的表面磁體粘貼型同步電動(dòng)機(jī)800的通常的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的情況下，可能產(chǎn)生已簡(jiǎn)單說(shuō)明的那樣的問(wèn)題。參照?qǐng)D8進(jìn)一步具體地說(shuō)明這些問(wèn)題。

通常，如圖8的表面磁體粘貼型同步電動(dòng)機(jī)800那樣，旋轉(zhuǎn)電機(jī)的定子鐵芯的軸向上的長(zhǎng)度、和轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間的軸向上的長(zhǎng)度以相同的長(zhǎng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)。

另外，若細(xì)致地分析，雖然如上所述地以相同的長(zhǎng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)，但是，可能存在設(shè)置吸收制造時(shí)的全長(zhǎng)的誤差(尺寸公差)的程度的長(zhǎng)度的不同的情況。在該情況下，雖然將轉(zhuǎn)子和定子中的任一者較長(zhǎng)地制作為吸收全長(zhǎng)的誤差(尺寸公差)的程度，但也僅在吸收尺寸公差的限度內(nèi)。這是因?yàn)?，本發(fā)明的技術(shù)思想中的上述的定子鐵芯與轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間之間的軸向上的長(zhǎng)度的不同是指在結(jié)構(gòu)(差異的程度)、作用、效果的任一方面從根本上不同。

在圖8的表面磁體粘貼型同步電動(dòng)機(jī)800的情況下，轉(zhuǎn)子不具有鐵芯，轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間s8是指轉(zhuǎn)子表面上的、配置有磁體的軸向區(qū)間。在具有磁體的同步電動(dòng)機(jī)的情況下，由于始終產(chǎn)生有磁通，因此，在定子鐵芯的端部和轉(zhuǎn)子鐵芯的端部始終在軸向上也產(chǎn)生有力。

在此，參照?qǐng)D9、圖10以及圖11，說(shuō)明在定子鐵芯的端部和轉(zhuǎn)子鐵芯的端部作用的軸向上的力。

圖9是象征性地表示從通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸的剖面觀察將圖8的表面磁體粘貼型同步電動(dòng)機(jī)800作為一例子的通常的旋轉(zhuǎn)電機(jī)得到的端部的磁通線的樣子的示意圖。在該示意圖中，特別表示了定子鐵芯的端部與轉(zhuǎn)子側(cè)的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間的端部對(duì)齊的情況。

圖10是象征性地表示從通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸的剖面觀察將圖8的表面磁體粘貼型同步電動(dòng)機(jī)800作為一例子的通常的旋轉(zhuǎn)電機(jī)得到的端部的磁通線的樣子的示意圖，特別是表示定子鐵芯的長(zhǎng)度與轉(zhuǎn)子側(cè)的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間的長(zhǎng)度相等、定子鐵芯的軸向上的中間位置作為軸向位置與轉(zhuǎn)子側(cè)的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間的軸向上的中間位置一致的情況的圖。

圖11是象征性表示從通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸的剖面觀察將圖8的表面磁體粘貼型同步電動(dòng)機(jī)800作為一例子的通常的旋轉(zhuǎn)電機(jī)得到的端部的磁通線的樣子的示意圖，特別是表示定子鐵芯的長(zhǎng)度與轉(zhuǎn)子側(cè)的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間的長(zhǎng)度相等、定子鐵芯的軸向上的中間位置與轉(zhuǎn)子側(cè)的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間的軸向上的中間位置偏移的情況的圖。

在圖9、圖10以及圖11中，對(duì)與所述的圖8的對(duì)應(yīng)部利用相同的附圖標(biāo)記進(jìn)行表示。

在圖9、圖10以及圖11中，為了方便而使用圖8的表面磁體粘貼型同步電動(dòng)機(jī)800中的附圖標(biāo)記，在圖9中，示出了定子鐵芯的軸向上的一側(cè)的端部211和轉(zhuǎn)子10a的一側(cè)的端部113a(因而，為磁體m的一側(cè)的端部)，在圖10和圖11中示出了軸向上的另一側(cè)的端部。

另外，圖10和圖11中的轉(zhuǎn)子側(cè)的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間s10與圖8中的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間s8相對(duì)應(yīng)。在圖10和圖11中，為了方便說(shuō)明相同的現(xiàn)象，不僅在表面磁體粘貼型同步電動(dòng)機(jī)800的情況下，在未圖示的通常的磁體埋入型同步電動(dòng)機(jī)的情況、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的情況下，也代表性地將轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間表示為s10。

在圖9、圖10以及圖11中，轉(zhuǎn)子10a的外周面與定子鐵芯21的內(nèi)周面隔開磁隙長(zhǎng)度lg的磁隙地靠近并相對(duì)。在磁隙中由虛線表示磁通線。

磁通線具有朝向相同方向的磁通線彼此相互排斥、而產(chǎn)生欲空開間隔的斥力的性質(zhì)。因而，自磁體m的單側(cè)產(chǎn)生的磁通線朝向空間一邊擴(kuò)大相互之間的間隔一邊逐漸發(fā)散。

另一方面，磁通線具有產(chǎn)生使產(chǎn)生磁通線的磁性體的磁通線的根部、和到達(dá)目的地的磁性體的磁通線的根部彼此始終縮短為最短距離的吸引力的性質(zhì)。

在產(chǎn)生以及收納磁通線的磁性體的磁阻等磁特性相同、磁場(chǎng)的強(qiáng)度也相同的情況下，呈現(xiàn)在磁性體的表面上的磁通線的根部具有以等間隔排列的性質(zhì)。即，磁性體的表面上的磁通密度相同。

根據(jù)與磁通線相關(guān)的以上的性質(zhì)，并參照?qǐng)D9、圖10以及圖11，在磁隙內(nèi)，在比軸向上的兩端靠?jī)?nèi)部的位置，未產(chǎn)生來(lái)自軸向上的兩端的作用，磁通線以等間隔排列。

另一方面，雖然作用有上述的吸引力，但是，定子鐵芯21和轉(zhuǎn)子10a(在圖8的例子中為磁體m)以不在吸引力的方向上移動(dòng)的方式被支承，因此，定子鐵芯21和轉(zhuǎn)子10a不會(huì)抵接。

在向線圈23通電時(shí)，磁通線向與紙面垂直的方向扭轉(zhuǎn)，從而利用上述吸引力產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。

在該情況下，在定子鐵芯的軸向上的一側(cè)的端部211和轉(zhuǎn)子10a的一側(cè)的端部113a，磁通線在相互的斥力的作用下呈現(xiàn)向外側(cè)鼓出的傾向。該傾向在另一側(cè)的端部也相同(參照?qǐng)D10)，因此，不會(huì)破壞兩端部之間的磁通線的均衡，而不會(huì)在軸向上產(chǎn)生力。因此，由上述的吸引力僅產(chǎn)生徑向上的力。

在此，如圖11所示，假設(shè)在兩鐵芯的端部的軸向位置相互偏移的情況下，在軸向上向消除該偏移并使端部位置對(duì)齊的方向產(chǎn)生有力。

即，在兩鐵芯的軸向全長(zhǎng)相同、且在軸向上相互偏移的情況下，在軸向上始終向使雙方的軸向位置對(duì)齊的方向作用有力。

另外，在磁體埋入型同步電動(dòng)機(jī)的情況下，也與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)相同，轉(zhuǎn)子也具有鐵芯，該轉(zhuǎn)子中的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間與跨轉(zhuǎn)子鐵芯的全長(zhǎng)的區(qū)間相等。

如上所述，在具有磁體的同步電動(dòng)機(jī)的情況下，由于始終產(chǎn)生有磁通，因此，在定子鐵芯和轉(zhuǎn)子鐵芯的兩鐵芯的端部在軸向上也始終產(chǎn)生有力。

因此，假設(shè)，在兩鐵芯的端部的軸向位置相互偏移的情況下，在軸向上向消除該偏移并使雙方的端部位置對(duì)齊的方向產(chǎn)生有力。

即，在兩鐵芯的軸向全長(zhǎng)相同、且在軸向上相互偏移的情況下，在軸向上始終向使雙方的軸向位置對(duì)齊的方向作用有力。

另外，在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的情況下，轉(zhuǎn)子也具有鐵芯，所述的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間的長(zhǎng)度與轉(zhuǎn)子鐵芯的軸向上的長(zhǎng)度相等。在轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生時(shí)，在定子鐵芯與轉(zhuǎn)子鐵芯之間，由于在旋轉(zhuǎn)方向上產(chǎn)生磁性吸引力，從而產(chǎn)生有轉(zhuǎn)矩。

與此同時(shí)，在兩鐵芯的端部，假設(shè)在端部的軸向位置相互偏移的情況下，也在軸向上向消除該偏移并使雙方的端部位置對(duì)齊的方向產(chǎn)生有力。

即，在兩鐵芯的軸向上的全長(zhǎng)相同、且在軸向上相互偏移的情況下，在使雙方的軸向位置對(duì)齊的方向上、即軸向上作用有力。但是，在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的情況下，該力僅在感應(yīng)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生了轉(zhuǎn)矩時(shí)產(chǎn)生。

如上所述，在表面磁體粘貼型同步電動(dòng)機(jī)、磁體埋入型同步電動(dòng)機(jī)以及感應(yīng)電動(dòng)機(jī)中的任一者中，在定子的端部、轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間的端部因制造時(shí)的組裝誤差等而相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸具有略微的傾斜的情況下，如所述那樣地欲使軸向上的偏移復(fù)位的力在旋轉(zhuǎn)時(shí)強(qiáng)弱反復(fù)變動(dòng)。因而，該力的變動(dòng)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)軸的軸向上的微小的振動(dòng)。

如上所述，在應(yīng)用于精密加工的用途的機(jī)床的主軸中，在上述那樣的軸向上的振動(dòng)向與該主軸連接的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸傳輸時(shí)，即使該振動(dòng)的程度微小，也會(huì)使加工精度惡化，而產(chǎn)生無(wú)法忽視的情況。

即，這樣的軸的軸向上的移動(dòng)對(duì)加工精度產(chǎn)生影響，因而并不優(yōu)選。另外，特別是在非接觸軸承、磁軸承、流體軸承等中，由于支承剛性較低，因此，問(wèn)題容易表現(xiàn)得特別明顯。另外，作為旋轉(zhuǎn)軸的軸承，在應(yīng)用了不具有與軸向位置相關(guān)的定位功能的從動(dòng)的軸承的情況下，問(wèn)題變得明顯。

在通常的旋轉(zhuǎn)電機(jī)中可能產(chǎn)生上述那樣的問(wèn)題，相對(duì)于此，在本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機(jī)中，謀求充分地解決這樣的問(wèn)題。

接著，參照?qǐng)D4、圖5、圖6以及圖7依次說(shuō)明圖1、圖2以及圖3的、作為本發(fā)明的實(shí)施方式的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的作用。

圖4是象征性地表示從通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸的剖面觀察圖1至圖3的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的情況下的、端部的磁通線的樣子的示意圖，特別是表示轉(zhuǎn)子側(cè)的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間的端部相對(duì)于定子鐵芯的端部向定子鐵芯側(cè)偏移的情況的圖。

圖5是象征性地表示從通過(guò)旋轉(zhuǎn)軸的剖面觀察圖1至圖3的旋轉(zhuǎn)電機(jī)得到的端部的磁通線的樣子的示意圖。在圖5中，特別表示了轉(zhuǎn)子側(cè)的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間的端部相對(duì)于定子鐵芯的端部向定子外側(cè)偏移的情況。

在圖4和圖5中，對(duì)與所述的圖1、圖2以及圖3的對(duì)應(yīng)部利用相同的附圖標(biāo)記進(jìn)行表示。但是，在圖4和圖5中，為了方便共通地說(shuō)明圖1的磁體埋入型同步電動(dòng)機(jī)、圖2的表面磁體粘貼型同步電動(dòng)機(jī)、以及圖3的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，適當(dāng)省略細(xì)微部分的形狀等或者冒昧采用象征性的描繪方式，且對(duì)于大部分的附圖標(biāo)記標(biāo)注與圖1相對(duì)應(yīng)的附圖標(biāo)記。

圖4表示轉(zhuǎn)子10側(cè)的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間的端部(在該例子中為轉(zhuǎn)子鐵芯11的另一側(cè)的端部112)相對(duì)于定子鐵芯21的另一側(cè)的端部212向定子鐵芯21側(cè)偏移的情況。此時(shí)，在定子鐵芯21和與其相對(duì)的轉(zhuǎn)子10側(cè)的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間(轉(zhuǎn)子鐵芯11、磁體m)之間的磁隙長(zhǎng)度lg的磁隙內(nèi)，在比軸向上的兩端靠?jī)?nèi)部的位置，未產(chǎn)生來(lái)自軸向上的兩端的作用，磁通線以等間隔排列。

另一方面，在磁通線上產(chǎn)生有所述的吸引力，但由于定子鐵芯21和轉(zhuǎn)子10(圖1的例子為轉(zhuǎn)子鐵芯11，圖2的例子為永磁體m)以不在吸引力的方向上移動(dòng)的方式被支承，因此，定子鐵芯21和轉(zhuǎn)子10兩者不會(huì)抵接。

在向線圈23通電時(shí)，磁通線向與紙面垂直的方向扭轉(zhuǎn)，從而利用所述吸引力產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。

在此，說(shuō)明定子鐵芯21的軸向上的一側(cè)的端部211的、相對(duì)于轉(zhuǎn)子10側(cè)的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間s1的軸向上的一側(cè)的端部111向軸向外側(cè)延伸的延伸量以及定子鐵芯21的軸向上的另一側(cè)的端部212的、相對(duì)于轉(zhuǎn)子10側(cè)的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間s1的軸向上的另一側(cè)的端部112向軸向外側(cè)延伸的延伸量與磁隙長(zhǎng)度lg之間的關(guān)系。

即，在圖1的磁體埋入型同步電動(dòng)機(jī)100的情況下，如上所述，定子鐵芯21的軸向上的一側(cè)的端部211的、相對(duì)于轉(zhuǎn)子10側(cè)的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間s1的軸向上的一側(cè)的端部111向軸向外側(cè)延伸的延伸量、以及定子鐵芯21的軸向上的另一側(cè)的端部212的、相對(duì)于轉(zhuǎn)子10側(cè)的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間s1的軸向上的另一側(cè)的端部112向軸向外側(cè)延伸的延伸量為在磁體埋入型同步電動(dòng)機(jī)100的磁隙長(zhǎng)度lg以上的長(zhǎng)度。定子鐵芯21的軸向上的一側(cè)的端部211以及另一側(cè)的端部212的這樣的向軸向外側(cè)延伸的延伸量在圖2的表面磁體粘貼型同步電動(dòng)機(jī)200和圖3的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)300中的任一情況下均相同。

在本實(shí)施方式的旋轉(zhuǎn)電機(jī)10中，定子鐵芯21的軸向上的一側(cè)的端部211相對(duì)于轉(zhuǎn)子10側(cè)的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間s1的軸向上的一側(cè)的端部111向軸向外側(cè)延伸，定子鐵芯21的軸向上的另一側(cè)的端部212相對(duì)于轉(zhuǎn)子10側(cè)的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間s1的軸向上的另一側(cè)的端部112向軸向外側(cè)延伸。因而，在圖4所示的端部觀察時(shí)，在轉(zhuǎn)子10的另一側(cè)的端部112，磁通線產(chǎn)生傾斜。若產(chǎn)生該傾斜，則根據(jù)磁通線的產(chǎn)生所述吸引力的性質(zhì)，在轉(zhuǎn)子10上作用有軸向上的力。該力相當(dāng)于將上述的傾斜的方向上的力fd分解為其軸向成分fa和與軸向正交的方向上的成分fp時(shí)的、軸向成分fa。在圖4中未示出的一端部211也同樣地產(chǎn)生該現(xiàn)象。

因而，在定子鐵芯21的軸向上的一側(cè)的端部211和與其相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子10側(cè)的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間s1的軸向上的一側(cè)的端部111之間、以及定子鐵芯21的軸向上的另一側(cè)的端部212和與其相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子10側(cè)的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間s1的軸向上的另一側(cè)的端部112之間，作用有上述的力fd的軸向成分fa(-fa)。因此，利用力的成分fa與-fa之間的力平衡能夠穩(wěn)定地將與轉(zhuǎn)子10的相對(duì)位置固定的旋轉(zhuǎn)軸1的軸向位置維持在正規(guī)的位置。換言之，始終作用有能夠消除與軸1和轉(zhuǎn)子10的端部的軸向位置相關(guān)的位置偏移的方向上的力。

圖5是假定轉(zhuǎn)子10側(cè)的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間的端部(該例子中為轉(zhuǎn)子鐵芯11的一端部111)相對(duì)于定子鐵芯21的一側(cè)的端部211向定子外側(cè)偏移的情況進(jìn)行表示的圖。此時(shí)，在定子鐵芯21和與其相對(duì)的轉(zhuǎn)子10側(cè)的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間(轉(zhuǎn)子鐵芯11、磁體m)之間的磁隙長(zhǎng)度lg的磁隙內(nèi)，在比軸向上的兩端靠?jī)?nèi)部的位置，未產(chǎn)生來(lái)自軸向上的兩端的作用，磁通線以等間隔排列。

另一方面，在磁通線上作用有所述的吸引力，但是，由于定子鐵芯21和轉(zhuǎn)子10(圖1的例子中為轉(zhuǎn)子鐵芯11，圖2的例子中為永磁體m)以不會(huì)在吸引力的方向上移動(dòng)的方式被支承，因此，定子鐵芯21和轉(zhuǎn)子10兩者不會(huì)抵接。

在向線圈23通電時(shí)，磁通線向與紙面垂直的方向扭轉(zhuǎn)，從而利用所述的吸引力產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。

在圖5中的假定中，定子鐵芯21的軸向上的一側(cè)的端部211自轉(zhuǎn)子10側(cè)的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間s1的軸向上的一側(cè)的端部111向軸向后退。因而，在圖5所示的端部觀察時(shí)，在轉(zhuǎn)子10的一側(cè)的端部111，磁通線產(chǎn)生傾斜。在產(chǎn)生該傾斜時(shí)，根據(jù)磁通線的產(chǎn)生所述的吸引力的性質(zhì)，在轉(zhuǎn)子10上作用有軸向上的力。該力相當(dāng)于將上述傾斜的方向上的力fd分解為其軸向成分fa和與軸向正交的方向上的成分fp時(shí)的、軸向成分fa。在圖5中未示出的另一端部212，在定子鐵芯21自轉(zhuǎn)子10側(cè)的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間s1的軸向上的另一端部112沿軸向與一側(cè)的端部211同樣地后退的情況下，也同樣產(chǎn)生該現(xiàn)象。

因而，在定子鐵芯21的軸向上的一側(cè)的端部211和與其相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子10側(cè)的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間s1的軸向上的一側(cè)的端部111之間、以及定子鐵芯21的軸向上的另一側(cè)的端部212和與其相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子10側(cè)的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間s1的軸向上的另一側(cè)的端部112之間，作用有上述的力fd的軸向成分fa(-fa)。因此，利用力的成分fa與-fa之間的力平衡，能夠穩(wěn)定地將與轉(zhuǎn)子10的相對(duì)位置固定的旋轉(zhuǎn)軸1的軸向位置維持在正規(guī)的位置。

然而，在定子鐵芯21的軸向上的一側(cè)的端部211相對(duì)于轉(zhuǎn)子10側(cè)的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間s1的軸向上的一側(cè)的端部111沿軸向后退，而另一側(cè)的端部112側(cè)沒(méi)有如上所述地后退的情況下，所述的力fd的軸向成分fa始終作用于轉(zhuǎn)子10、因而始終作用于與轉(zhuǎn)子10的相對(duì)位置固定的旋轉(zhuǎn)軸1。

即，在旋轉(zhuǎn)軸1和轉(zhuǎn)子10上始終作用有被向定子鐵芯21側(cè)拉入的力。

接著，參照?qǐng)D6和圖7說(shuō)明圖1和圖2的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子側(cè)的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間。

圖6是說(shuō)明圖1和圖2的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子側(cè)的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間的圖，特別是表示定子鐵芯充分長(zhǎng)、且轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間的軸向上的長(zhǎng)度的中間位置作為軸向位置與定子鐵芯的軸向上的長(zhǎng)度的中間位置一致的情況的圖。

圖7是說(shuō)明圖1和圖2的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子側(cè)的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間的圖，特別是表示定子鐵芯充分長(zhǎng)、轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間的軸向上的長(zhǎng)度的中間位置與定子鐵芯的軸向上的長(zhǎng)度的中間位置不一致的情況的圖。

在圖6和圖7中，與所述的圖1和圖2的對(duì)應(yīng)部利用相同的附圖標(biāo)記進(jìn)行表示。但是，在圖6和圖7中，為了方便共通地說(shuō)明圖1的磁體埋入型同步電動(dòng)機(jī)以及圖2的表面磁體粘貼型同步電動(dòng)機(jī)，適當(dāng)省略形狀等或者冒昧采用象征性的描繪方式，并且，對(duì)于大部分的附圖標(biāo)記，標(biāo)注與圖1相對(duì)應(yīng)的附圖標(biāo)記。

圖6中的旋轉(zhuǎn)電機(jī)相當(dāng)于參照?qǐng)D1說(shuō)明的磁體埋入型同步電動(dòng)機(jī)100、參照?qǐng)D2說(shuō)明的表面磁體粘貼型同步電動(dòng)機(jī)200。圖6中的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間s6在磁體埋入型同步電動(dòng)機(jī)100的情況下相當(dāng)于參照?qǐng)D1說(shuō)明的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間s1，在表面磁體粘貼型同步電動(dòng)機(jī)200的情況下相當(dāng)于參照?qǐng)D2說(shuō)明的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間s2。

即，圖6中的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間s6的軸向上的長(zhǎng)度的中間位置(中央位置)作為軸向位置與定子鐵芯21的軸向上的長(zhǎng)度的中間位置(中央位置)一致。

因此，在轉(zhuǎn)子10側(cè)的兩端部，以大小相等且朝向相反的方式作用有由所述的磁通線產(chǎn)生的吸引力。因而，在轉(zhuǎn)子10和與轉(zhuǎn)子10的相對(duì)位置固定的旋轉(zhuǎn)軸1上，由于作用于轉(zhuǎn)子10和旋轉(zhuǎn)軸1的軸向上的力的大小均衡、且作用于相反方向，因而相抵消，其結(jié)果，未作用有力。

同時(shí)，即使存在定子鐵芯21的端部211、212、轉(zhuǎn)子10側(cè)的端部111、112的由組裝精度產(chǎn)生的傾斜、磁體m的凹凸，也能夠抑制由該傾斜、凹凸引起的所述那樣的軸向上的微小振動(dòng)。這是因?yàn)椋诙ㄗ?0(其定子鐵芯21)充分長(zhǎng)的情況下，產(chǎn)生所述吸引力的磁通線的長(zhǎng)度變長(zhǎng)，由微小位移引起的作用于軸向上的力的變動(dòng)率變小。

圖7的旋轉(zhuǎn)電機(jī)是為了說(shuō)明無(wú)法像參照?qǐng)D6說(shuō)明的旋轉(zhuǎn)電機(jī)那樣抑制軸向上的微小振動(dòng)等的情況而假定的情況。

圖7的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間s7的軸向上的長(zhǎng)度的中間位置(中央位置)與定子鐵芯21的軸向上的長(zhǎng)度的中間位置(中央位置)不一致，而在圖7的視角中向左側(cè)偏移。

因此，作用于轉(zhuǎn)子10側(cè)的左側(cè)端部的由所述的磁通線產(chǎn)生的吸引力的大小小于作用于轉(zhuǎn)子10側(cè)的右側(cè)端部的吸引力的大小。這是因?yàn)椋c作用于轉(zhuǎn)子10側(cè)的右側(cè)端部的磁通線相比，作用于轉(zhuǎn)子10側(cè)的左側(cè)端部的磁通線的數(shù)量少且長(zhǎng)度也短。

因而，在轉(zhuǎn)子10和與轉(zhuǎn)子10的相對(duì)位置固定的旋轉(zhuǎn)軸1上，對(duì)于作用于轉(zhuǎn)子10和旋轉(zhuǎn)軸1的軸向上的力的大小，在右側(cè)變得相對(duì)較大，在轉(zhuǎn)子10和旋轉(zhuǎn)軸1上始終作用有欲使轉(zhuǎn)子10和旋轉(zhuǎn)軸1向右側(cè)位移的力。

同時(shí)，若存在定子鐵芯21的端部211、212、轉(zhuǎn)子10側(cè)的端部111、112的由組裝精度產(chǎn)生的傾斜、磁體m的凹凸，則可能產(chǎn)生由該傾斜、凹凸引起的所述的軸向上的微小振動(dòng)。該振動(dòng)的振幅依賴于轉(zhuǎn)子(其轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生區(qū)間s7)的軸向上的長(zhǎng)度的中間位置(中央位置)相對(duì)于定子鐵芯21的軸向上的長(zhǎng)度的中間位置(中央位置)偏移的程度。

作為本發(fā)明的實(shí)施方式的旋轉(zhuǎn)電機(jī)具有上述那樣的結(jié)構(gòu)，并起到所述的作用和效果。即，在利用磁通線而始終作用的力的作用下，能夠始終維持旋轉(zhuǎn)軸的軸向位置。因此，即使這些旋轉(zhuǎn)電機(jī)應(yīng)用了非接觸軸承，也難以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)軸的軸向上的振動(dòng)。因此，能夠完善地發(fā)揮非接觸軸承的如下優(yōu)點(diǎn)：能夠使軸承部分的摩擦極小、啟動(dòng)的響應(yīng)性較高而還能夠應(yīng)用于高速旋轉(zhuǎn)，由于沒(méi)有磨損，因此耐久性優(yōu)異。

另外，該非接觸軸承可以是磁軸承、流體軸承、或由磁軸承和流體軸承形成的混合型的軸承等。

另外，這些磁軸承、流體軸承、或由磁軸承和流體軸承形成的混合型的軸承為從動(dòng)型的軸承較好。

若應(yīng)用本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機(jī)構(gòu)成機(jī)床，則能夠充分地發(fā)揮與旋轉(zhuǎn)電機(jī)相關(guān)的所述的優(yōu)點(diǎn)，而能夠?qū)崿F(xiàn)與加工精度相關(guān)的能力較高的機(jī)床。

綜上所述，本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)極為簡(jiǎn)單，且具有所述的優(yōu)點(diǎn)，并且，容易制作且廉價(jià)。

另外，本發(fā)明并不限定于所述的實(shí)施方式，而能夠?qū)嵤└鞣N變形、變更，在能夠達(dá)成本發(fā)明的目的的范圍內(nèi)的變形、改良也包含在本發(fā)明中。