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WO2021157359A1 - モータおよび物品 - Google Patents

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WO2021157359A1
WO2021157359A1 PCT/JP2021/001848 JP2021001848W WO2021157359A1 WO 2021157359 A1 WO2021157359 A1 WO 2021157359A1 JP 2021001848 W JP2021001848 W JP 2021001848W WO 2021157359 A1 WO2021157359 A1 WO 2021157359A1
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WO
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rotor
coils
axis
peripheral portion
coil
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2021/001848
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
山本　武
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
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Priority to US17/880,470 priority Critical patent/US12046977B2/en
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Priority to US18/761,177 priority patent/US20240356423A1/en
Ceased legal-status Critical Current

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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02K41/06—Rolling motors, i.e. motors having the rotor axis parallel to the stator axis and following a circular path as the rotor rolls around the inside or outside of the stator ; Nutating motors, i.e. having the rotor axis parallel to the stator axis inclined with respect to the stator axis and performing a nutational movement as the rotor rolls on the stator
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02K11/215—Magnetic effect devices, e.g. Hall-effect or magneto-resistive elements
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    • H02K21/14—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
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    • F16C2380/00—Electrical apparatus
    • F16C2380/26—Dynamo-electric machines or combinations therewith, e.g. electro-motors and generators

Definitions

  • the present invention relates to a motor and an article comprising a rotor and a stator, the rotor rotating around the axis of the rotor in a non-contact state.
  • a rotating device having a configuration in which a rotor is rotated in a non-contact state by the action of magnetism
  • a magnetic levitation rotary motor for example, there is an application to a magnetic levitation rotary motor, a high-speed rotary machine, a high-speed spindle for a machine tool, and a vacuum pump as an application example thereof. ..
  • the motor according to the present invention has a first portion having an outer peripheral portion and a second portion having an inner peripheral portion facing the outer peripheral portion, and the first portion and the second portion rotate relative to each other.
  • a plurality of coils are provided on one of the outer peripheral portion and the inner peripheral portion, and a plurality of magnets are provided on the other of the outer peripheral portion and the inner peripheral portion at positions facing the plurality of coils.
  • the plurality of magnets include a first magnet portion that applies a thrust in the rotational direction to at least one of the plurality of coils when a current is applied to the plurality of coils, and the plurality of magnets to at least one of the plurality of coils. It is characterized by having a second magnet portion that applies a thrust in a direction intersecting the rotation direction.
  • the rotor can be rotated in a non-contact manner by a simpler structure.
  • FIG. 1A and 1B are conceptual diagrams showing a motor.
  • FIG. 1A shows a vertical cross-sectional conceptual diagram
  • FIG. 1B shows a cross-sectional conceptual diagram along AA'of FIG. 1A.
  • 101 is a rotor and 201 is a stator.
  • the rotor 101 rotates with respect to the stator 201 in a floating state (non-contact).
  • the rotor 101 has a base portion 105 and a plurality of permanent magnets 102.
  • the base portion 105 has an outer peripheral portion 105c having an outer peripheral surface connecting the first surface 105a, the second surface 105b, the first surface 105a, and the second surface 105b.
  • the plurality of permanent magnets 102 are attached to the outer peripheral portion 105c of the base portion 105.
  • a permanent magnet may be attached between the outer peripheral portion of the base portion and the permanent magnet via another member such as a yoke.
  • the stator 201 has a housing 206 and a plurality of coils 204 attached to the inner peripheral portion 206a, which is the inner peripheral surface of the housing 206, at a position facing the permanent magnet 102 of the rotor 101.
  • the coil may be attached between the inner peripheral portion of the housing and the coil via another member.
  • 101 is a rotor and 201 is a stator, but 101 may be a stator and 201 may be a rotor. That is, the housing 206 may be connectable to a fixing member such as a gantry, or the base portion 105 may be connectable to a fixing member such as a gantry.
  • the first part 101 may rotate relative to the second part 201, or the second part 201 may be relative to the first part 101. May be rotated.
  • a plurality of permanent magnets are attached to the rotor (first part) 101 and a coil is attached to the stator (second part) 201 is shown, but the coil and the stator (second part) are attached to the rotor (first part) 101.
  • a permanent magnet (ferrous material) may be attached to 201.
  • the axis on which the rotor 101 rotates is defined as the Z axis
  • the direction along the Z axis is defined as the Z axis direction. That is, the Z-axis direction is a direction parallel to the rotation axis.
  • the X-axis is taken in a direction orthogonal to the Z-axis direction, and the direction along the X-axis is the X-axis direction.
  • the Y-axis is taken along the directions orthogonal to the X-axis direction and the Z-axis direction, and the direction orthogonal to the X-axis direction and the Z-axis direction is the Y-axis direction.
  • Wz be the rotation around the Z axis
  • Wx be the rotation around the X axis
  • Wy be the rotation around the Y axis.
  • the positive direction of rotation is the direction of the right-handed screw with respect to the direction in which each axis extends in the + direction from the origin Os of the stator 201.
  • each coil 204 is individually specified by writing "coil 204-1", “coil 204-2”, ... "Coil 204-6”.
  • the permanent magnet is simply referred to as "permanent magnet 102".
  • “permanent magnet 102-1”, “permanent magnet 102-2”, ... "Permanent magnet 102-9" are described as each permanent magnet 102. Identify individually. Further, the permanent magnet can be replaced with an electromagnet.
  • ⁇ be the magnitude of the rotation angle of Wz of the rotor 101.
  • the reference Oct of the rotation Wz around the Z axis on the stator 201 side is the center of the coil 204-1.
  • the reference Or of Wz on the rotor 101 side is between the permanent magnets 102-1 and 102-9.
  • the angle ⁇ is the angle from the reference Oct on the stator 201 side to the reference Or on the rotor 101 side.
  • a permanent magnet magnetized in the first magnetizing direction along the rotation direction (circumferential direction) of the rotor 101 is formed on the outer peripheral portion 105c of the base portion 105 of the rotor 101.
  • Groups 102-1 to 102-9 are attached.
  • the first permanent magnet groups 102-1, 102-3, 102-4, 102-6, 102-7 magnetized alternately along the first magnetizing direction.
  • 102-9 are included.
  • the permanent magnet group includes the second permanent magnet groups 102-2, 102-5, 102-8 magnetized in the second magnetizing direction intersecting the first magnetizing direction. It has been.
  • a yoke plate (not shown) may be attached to the back surface side of the permanent magnet 102 (the side opposite to the surface facing the stator) in order to increase the magnetic force. Further, a cover (not shown) may be attached so as to cover the plurality of permanent magnets 102.
  • a conducting wire is wound around an iron core or an air core along the circumferential direction of the stator 201 at a position facing the permanent magnet of the rotor 101 at the inner peripheral portion 206a of the cover 206 of the stator 201.
  • a plurality of coils 204 are attached. Then, the rotor 101 rotates about the Z axis with respect to the stator 201 by the electromagnetic force acting between the coil and the permanent magnet by passing an electric current through the coil.
  • a cover (not shown) may be attached to the plurality of coils 204 so as to cover them.
  • An X sensor 213 and a Y sensor 214 are attached to the stator 201.
  • the X sensor 213 can detect the distance in the X axis direction between the rotor 101 and the X sensor 213.
  • the Y sensor 214 can detect the distance between the rotor 101 and the Y sensor 214 in the Y axis direction.
  • a Wz sensor 211 is attached to the stator 201.
  • a scale 212 is attached to the surface of the rotor 101 facing the Wz sensor 211.
  • the Wz sensor 211 can detect the rotation angle of the rotor 101 by reading the pattern on the scale 212 of the rotor 101.
  • the stator 201 is equipped with three Z sensors 210a to 210c. These Z sensors 210 can detect the distance of the gap (gap) in the Z-axis direction to the rotor 101.
  • a spacer (not shown) may be installed so that the distance is constant with respect to the gap in the Z-axis direction.
  • the plane ABC is defined based on the detected values of the three Z sensors (210a, 210b, 210c). From the slope of the normal vector of the plane ABC and the distance between the origin Os and the plane ABC, the displacement (Z, Wx, Wy) of the plane ABC, that is, the rotor 101 with respect to the stator, that is, the slope can be calculated.
  • FIG. 2A is a diagram schematically showing the arrangement of the permanent magnets 102 of the rotor 101, and shows a diagram schematically showing the outer peripheral portion 105c of the base portion 105 in an expanded manner.
  • the permanent magnet 102 is magnetized in the direction of the surface facing the coil, for example, as shown in the figure. Specifically, for example, the permanent magnets 102-1, 102-4, 102-7 are magnetized on the north pole on the surface facing the coil, and the permanent magnets 102-3, 102-6, 102-9 are magnetized on the south pole. Has been done.
  • the permanent magnets 102-2, 102-5, and 102-8 are divided into two in the Z-axis direction, and each of them is magnetized at the north pole and the south pole.
  • the arrangement of the permanent magnets 102-1 to 102-9 in the circumferential direction constitutes the permanent magnet group.
  • the permanent magnets 102-2, 102-5, 102-8 magnetized in two in the Z-axis direction include the second permanent magnet group.
  • FIG. 2B is a diagram schematically showing the arrangement of the coils 204, and shows a diagram schematically showing the inner peripheral portion 201a of the cover of the stator 201 in an expanded manner.
  • Coil 204 shows an example composed of 6 coils in total.
  • 2 (C) and 2 (D) show the magnitudes of the q-axis, d-axis, and Z-axis torques generated per unit current in the coil 204 when the rotor 101 is at an angle ⁇ 1, that is, the thrust constant (Eq). , Ed, Ez) schematically.
  • the q-axis and d-axis shown here indicate the q-axis and d-axis in the motor vector control theory, and FIG. 1B shows the directions of the q-axis and d-axis with respect to the coil 204-3 as a representative.
  • the q-axis is the circumferential direction and the d-axis is the radial direction.
  • each thrust constant (Eq, Ed, Ez) differs depending on the rotation angle ⁇ of the rotor 101 and the index j of the coil.
  • the first argument of each thrust constant (Eq, Ed, Ez) represents the index (j, 1 to 6) of the coil 204, and the second argument represents the angle ⁇ of the rotor 101.
  • the facing surface of the coil 204-4 is located approximately halfway between the S-pole permanent magnet 102-3 and the N-pole permanent magnet 102-4.
  • the force acting on the coil 204 can be treated equivalently to the reaction force acting on the rotor 101, for example, when the coil generates a thrust in the positive direction of the q-axis, the thrust of the rotor 101 in the negative direction of the q-axis is generated. Occurs.
  • Each coil 204 is individually connected to the current controller 313.
  • a current sensor 312 is connected to the current controller 313 and can detect each current value of the coil 204.
  • the current controller 313 is connected to the motor controller 301, and applies a predetermined current independently to each coil 204 while detecting the amount of current with the current sensor 312 according to the current command value from the motor controller 301. Can be done.
  • a Z sensor 210, a Wz sensor 211, an X sensor 213, and a Y sensor 214 are connected to the motor controller 301, and the displacement (X, Y, Z, Wx, Wy, Wz) of the rotor 101 can be detected. ..
  • the position of the motor controller 301 is not particularly limited, but it is preferably provided at the center of the rotor 101. Further, the power feeding method for the motor controller 301 is not particularly limited, and power may be supplied wirelessly, for example.
  • the motor controller 301 has a built-in control program and a clock oscillator, and can calculate a current value according to the displacement of the motor and apply a current to each coil 204.
  • FIG. 5 schematically shows a control loop for calculating the magnitude of the force applied to the rotor 101.
  • Ref is the target value of the displacement of the rotor 101
  • pos is the displacement of the rotor 101 obtained from the sensor group (Z sensor 210, Wz sensor 211, X sensor 213, Y sensor 214).
  • the attitude controller 501 calculates the torque T applied to the rotor 101 to drive the rotor to the target attitude position from the difference err between the target value ref and the displacement pos.
  • the current calculator 502 determines the current I to be applied to the coil 204 from the torque T and the displacement pos.
  • an electromagnetic force F is generated between the coil 204 and the rotor 101 and acts on the rotor 101, the posture (tilt) of the rotor is controlled, and the displacement pos is repeatedly detected.
  • the attitude controller 501 may be, for example, a PID control controller, or the attitude of the rotor 101 can be stabilized by appropriately inserting a filter according to the characteristics of the rotor 101.
  • Tx, Ty, and Tz are the magnitudes of the force in the X-axis direction, the force in the Y-axis direction, and the force in the Z-axis direction, respectively.
  • Twx, Twy, and Twz are magnitudes of moment forces around the X-axis, around the Y-axis, and around the Z-axis, respectively.
  • the control system 1 controls the postures (X, Y, Z, Wx, Wy, Wz) of the rotor 101 by controlling these torque vectors Tq (Tx, Ty, Tz, Twx, Twy, Twz).
  • the rotor 101 is rotated while controlling the above.
  • Tq (Tx, Ty, Tz, Twx, Twy, Twz) ... Equation (1)
  • the current vector Is is defined as the current applied to the coil 204.
  • Is (I1, I2, I3, I4, I5, I6) ... Equation (2)
  • FIG. 6A is a perspective view
  • FIG. 6B is a view of the rotating state of the rotor from the Z-axis.
  • the forces of E2, E4, and E6 are the forces acting in the XY plane.
  • a force and a moment force (Tx, Ty, Twz) in the XY plane can be generated.
  • FIG. 7 shows that the torque vector Tq can be applied to the rotor 101 at an arbitrary rotation angle (Wz) of the rotor 101 by moving the magnetic field generated in the coil 204 according to the rotation of the rotor 101. It will be described using.
  • Tq (Tx, Ty, Tz, Twx, Twy, Twz)
  • Tx ⁇ ⁇ (-Eq (j, ⁇ ) * Sin ⁇ j + Ed (j, ⁇ ) * Cos ⁇ j) * Ij ⁇ ... 3-1)
  • Ty ⁇ ⁇ (Eq (j, ⁇ ) * Cos ⁇ j + Ed (j, ⁇ ) * Sin ⁇ j) * Ij ⁇ ... Equation (3-2)
  • Tz ⁇ (Ez (j, ⁇ ) * Ij) ... Equation (3-3)
  • Twx ⁇ (Ed (j, ⁇ ) * r * Sin ⁇ j * Ij) ...
  • Twy ⁇ (-Eq (j, ⁇ ) * r * Cos ⁇ j * Ij) ... Equation (3-5)
  • Twz ⁇ (Eq (j, ⁇ ) * r * Ij) ... Equation (3-6) Given in.
  • a current Ij satisfying the above equations (3-1) to (3-6) may be applied to the corresponding coils.
  • i Torque index (1 to 6, 1: X axis, 2: Y axis, 3: Z axis, 4: Wx axis, 5: Wy axis, 6: Wz axis)
  • Ki Vector K element with 6 elements M: 6 rows, j matrix with j elements M (i, j): i row and j column elements of matrix M
  • the number of coils of the coil 204 is six.
  • the number of coils may be 7 or more when it is desired to output the torque more smoothly or due to restrictions such as the shape of the coils.
  • the number of coils (j) is 7 or more, there are innumerable coil current vectors Is that satisfy the equation (5-1) described in the first embodiment. In that case, a method for always deriving the coil current Is is required.
  • the j-th column element of the matrix M (M (1, j), M (2, j), M (3, j), M (4, j), M (5, j), M (6). , J),) indicate the magnitude of the contribution to the torque of each shaft when a unit current is applied to the j-th coil 204-j.
  • the torque of each shaft is (Tx, Ty, Tz, Twx, Twy, Twz).
  • Tr (M) * K Is ... Equation (5-3)
  • FIG. 8 is a diagram schematically showing the arrangement of the permanent magnets 802 in the third embodiment, and shows a diagram schematically showing the outer peripheral portion 105c of the base portion expanded.
  • the permanent magnet 802 of the third embodiment has a trapezoidal shape and the number of permanent magnets can be reduced, so that the manufacturing process can be simplified.
  • the thrust constants (Eq, Ed, Ez) of each coil corresponding to the rotation angle ⁇ of the rotor 101 are acquired in advance. If this is done, the rotor 101 can be rotated while stabilizing its posture by the same control method.
  • FIG. 8 is characterized in that the line 801 passing through the center of gravity of each permanent magnet 802 of the permanent magnet 802 has an angle ( ⁇ ) of a certain value or more with respect to the rotation direction.
  • a force in the Z-axis direction can be applied by using a permanent magnet 902 arranged as shown in FIG. 9 as a modification of the third embodiment. This is useful when you want to have a simpler configuration than the first embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram schematically showing the arrangement of the permanent magnets 902 of the rotor 101 in the modified example of the third embodiment, and shows a diagram schematically showing the outer peripheral portion 105c of the base portion expanded. There is.
  • the permanent magnet 902 is magnetized as shown in the surface direction facing the coil. Specifically, as in the first embodiment, the permanent magnets 902-1, 902-4, and 902-7 have the surface facing the coil on the north pole, and the permanent magnets 902-3, 902-6, and 902-9. Is magnetized to the S pole. However, in the first embodiment, the permanent magnets 102-2, 102-5, and 102-8 are divided into two in the Z-axis direction, and each of them is magnetized to the north and south poles. However, the permanent magnets 902-2, 902-5, and 902-8 of this modified example are arranged so that the position of the center of gravity is deviated downward only by the N pole. In this modification, the north pole is used, but of course, the south pole may be used.
  • each of the first to third embodiments as shown in FIG. 1, an example is shown in which the rotor 101 has a permanent magnet 102 and the coil 204 is on the stator 201 side.
  • an example is shown in which the coil 204'is arranged on the rotor 101 side and the permanent magnet 102'is arranged on the stator 201 side. Even with this arrangement, it is possible to provide a magnetic levitation type motor as in the first to third embodiments.
  • the permanent magnet 102' is fixed to the stator 201.
  • the coil 204' is fixed to the rotor 101 side.
  • the Wz sensor 211' is on the rotor 101 side and the scale 212'is on the stator 201 side.
  • the Z sensor 210', the X sensor 213', and the Y sensor 214'(not shown) are also fixed to the rotor 101 side.
  • the motor controller 301 is located on the rotor 101 side and is configured to be able to communicate with the wireless unit 1002.
  • the motor controller 301 is equipped with a battery (not shown) and can rotate for a certain period of time. If the wireless unit 1002 has a power transmission function, the rotor 101 can be rotated without the need for charging.
  • FIG. 11 is a conceptual diagram showing a pump.
  • FIG. 11A shows a vertical cross-sectional conceptual diagram
  • FIG. 11B shows a cross-sectional conceptual diagram along AA ′ of FIG. 11A.
  • Fins 103 are formed on the base portion 105 of the rotor 101.
  • the stator 201 is provided with a housing 2061 so as to cover the mover 101.
  • the housing 2061 has a side wall portion 2061c to which a coil is attached to its inner peripheral portion, and a first wall portion 2061a and a second wall portion 2061b connected to the side wall portion 2061c.
  • a hole is formed in a part of the first wall portion 2061a as a suction port 202, and a hole is formed in the second wall portion 2061b as an discharge port 203.
  • the motor of the present invention can function as a component of a vehicle such as an automobile or an air vehicle such as a drone.
  • FIGS. 12A and 12B A fifth embodiment will be described with reference to FIGS. 12A and 12B.
  • the same reference numerals are given to the configurations having the same functions as those of the first embodiment, and the description thereof will be omitted.
  • FIG. 12 is a conceptual diagram showing the sixth embodiment.
  • FIG. 12A shows a vertical cross-sectional conceptual diagram
  • FIG. 12B shows a cross-sectional conceptual diagram along AA ′ of FIG. 12A.
  • FIG. 12 is different from FIG. 1 in that the stator 201 is inside the rotor 101.
  • the Z sensor 210 used in the first embodiment uses a sensor that measures the distance between the rotor and the stator in the Z-axis direction
  • the Z sensor 222 of the present embodiment uses the outer peripheral portion of the stator. The difference is that a sensor is used to measure the distance between the rotor and the inner circumference of the rotor.
  • a Z scale 223 is attached to the side surface (inner peripheral portion) on the rotor 101 side facing the Z sensor 222. The Z sensor 222 can read the pattern of the Z scale 223 and detect the displacement of the rotor 101 with respect to the Z sensor 222 in the Z axis direction.
  • the Z sensor 222 can detect the displacement (Z, Wx, Wy) of the rotor 101 from the side surface (outer peripheral portion) of the stator 101. That is, since there is no member that interferes in the Z-axis direction, the rotor 101 can be moved in the Z-axis direction and pulled out.
  • stator 201 can be made smaller, and fins 103 with various specifications can be formed.
  • any wall portion 205 of the stator 201 can be attached to a pedestal or the like (not shown) and fixed for use.
  • FIG. 13 is different from FIG. 12 in that the distance between the rotor 101 and the stator 201 is wider.
  • the rotor 101 can be rotated even when the rotor 101 is intentionally greatly tilted, so that the rotation axis of the rotor 101 can be tilted from the Z axis without changing the angle of the stator 201.
  • the direction in which air is discharged can be freely changed by applying it to an aircraft such as a drone or an aircraft capable of vertical takeoff and landing, which enables more flexible operation. ..

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Abstract

外周部を有する第一部分と、前記外周部と対向する内周部を有する第二部分と、を有し、第一部分と第二部分とが相対的に回転するモータであって、外周部および内周部の一方に複数のコイルを有し、外周部および内周部の他方に複数のコイルと対向する位置に複数の磁石を有し、複数の磁石は、複数のコイルに電流が印加されたときに、複数のコイルの少なくとも１つに回転方向に推力を付与する第一磁石部と、複数のコイルの少なくとも１つに回転方向と交差する方向に推力を付与する第二磁石部と、を有する。

Description

モータおよび物品
　本発明は、回転子と、固定子を備え、前記回転子が、前記回転子の軸線のまわりに非接触状態で回転するモータおよび物品に関する。
　回転子を磁気の作用によって非接触状態で回転させる構成の回転機器として、例えば磁気浮上回転モータ、高速回転機、工作機械用の高速スピンドル、更にはその応用例としての真空ポンプへの適用がある。
　磁気浮上の方式として、回転子の軸線方向に沿って回転子の軸方向の位置ならびに回転の制御を行なうものがある（特許文献１参照）。
特開２０１２－２５１４８６号公報
　しかしながら、特許文献１に記載の方法ではその上部にラジアル軸受けのためのコイル、回転力を発生させるモータ、下部にアキシャル軸受けと、複数のコイルが配置されているためモータ全体が大型化するという問題があった。
　本発明によるモータは、外周部を有する第一部分と、前記外周部と対向する内周部を有する第二部分と、を有し、前記第一部分と前記第二部分とが相対的に回転するモータであって、前記外周部および前記内周部の一方に複数のコイルを有し、前記外周部および前記内周部の他方に前記複数のコイルと対向する位置に複数の磁石を有し、前記複数の磁石は、前記複数のコイルに電流が印加されたときに、前記複数のコイルの少なくとも１つに回転方向に推力を付与する第一磁石部と、前記複数のコイルの少なくとも１つに前記回転方向と交差する方向に推力を付与する第二磁石部と、を有することを特徴とする。
　本発明によれば、回転子をより簡単な構造によって非接触で回転させることができる。
本発明の第１実施形態を示す概略図である。 本発明の第１実施形態を示す概略図である。 本発明の第１実施形態を示す概略図である。 本発明の第１実施形態を示す概略図である。 本発明の第１実施形態を示す概略図である。 本発明の第１実施形態を示す概略図である。 本発明の第１実施形態を示す概略図である。 本発明の第１実施形態を示す概略図である。 本発明の第１実施形態を示す概略図である。 本発明の第３実施形態を示す概略図である。 本発明の第３実施形態の変形例を示す概略図である。 本発明の第４実施形態を示す概略図である。 本発明の第５実施形態を示す概略図である。 本発明の第５実施形態を示す概略図である。 本発明の第６実施形態を示す概略図である。 本発明の第６実施形態を示す概略図である。 本発明の第７実施形態を示す概略図である。
　［第１実施形態］
　以下、図面を参照して本発明のモータの一例である第１実施形態について図１Ａ乃至図７を用いて説明する。
　図１Ａおよび図１Ｂは、モータを示す概念図である。図１Ａは縦断面概念図を示し、図１Ｂは、図１ＡのＡ－Ａ´に沿う断面概念図を示す。
　図１Ａおよび図１Ｂにおいて、１０１は回転子であり、２０１は固定子である。回転子１０１は固定子２０１に対して浮上した状態で（非接触で）回転する。回転子１０１は、ベース部分１０５と複数の永久磁石１０２を有している。ベース部分１０５は、第一の面１０５ａと第二の面１０５ｂと第一の面１０５ａと第二の面１０５ｂとを接続する外周面を有する外周部１０５ｃを有している。そして、複数の永久磁石１０２は、ベース部分１０５の外周部１０５ｃに取り付けられている。ベース部分の外周部と永久磁石との間にヨーク等の別部材を介して永久磁石が取り付けられていてもよい。固定子２０１は、ハウジング２０６と、ハウジング２０６の内周面である内周部２０６ａであって回転子１０１の永久磁石１０２と対向する位置に取り付けられた複数のコイル２０４を有している。ハウジングの内周部とコイルとの間に別部材を介してコイルが取り付けられていてもよい。
　図１Ａおよび図１Ｂにおいて、１０１を回転子、２０１を固定子としたが、１０１を固定子、２０１を回転子としてもよい。つまり、ハウジング２０６が架台などの固定部材に接続可能であってもよいし、ベース部分１０５が架台などの固定部材に接続可能であってもよい。
　言い換えれば、１０１を第一部分、２０１を第二部分としたとき、第一部分１０１が第二部分２０１に対して相対的に回転してもよいし、第二部分２０１が第一部分１０１に対して相対的に回転してもよい。また、回転子（第一部分）１０１に複数の永久磁石、固定子（第二部分）２０１にはコイルを取り付ける例を示すが、回転子（第一部分）１０１にコイル、固定子（第二部分）２０１に永久磁石（強磁性体）を取り付けてもよい。
　ここで、以下の説明において用いる座標軸、方向等を定義する。回転子１０１が回転する軸をＺ軸とし、Ｚ軸に沿う方向をＺ軸方向とする。つまりＺ軸方向は回転軸に平行な方向である。Ｚ軸方向と直交する方向にＸ軸をとり、Ｘ軸に沿う方向をＸ軸方向とする。Ｘ軸方向およびＺ軸方向に直交する方向に沿ってＹ軸をとり、Ｘ軸方向およびＺ軸方向に直交する方向をＹ軸方向とする。Ｚ軸周りの回転をＷｚ、Ｘ軸周りの回転をＷｘ、Ｙ軸周りの回転をＷｙとする。回転の正方向は固定子２０１の原点Ｏｓからそれぞれの軸が＋の方向に伸びる方向に対して右ねじの方向とする。
　また、半径方向（半径が大きくなる方向）にＲ軸をとる。
　また後述するコイル群におけるコイルの指標として記号“ｊ（＝１～６）”を用いる。
　本実施形態においては、特に区別する必要がない限り、コイルを単に「コイル２０４」と表記する。各コイル２０４を個別に特定する必要がある場合、「コイル２０４－１」、「コイル２０４－２」、・・・「コイル２０４－６」と表記して各コイル２０４を個別に特定する。
　同様に、永久磁石を単に「永久磁石１０２」と表記する。各永久磁石１０２を個別に特定する必要がある場合、例えば「永久磁石１０２－１」、「永久磁石１０２－２」、・・・「永久磁石１０２－９」と表記して各永久磁石１０２を個別に特定する。また、永久磁石は電磁石で代用することも可能である。
　回転子１０１のＷｚの回転角の大きさをθとする。
　固定子２０１側のＺ軸回りの回転Ｗｚの基準Ｏｃはコイル２０４－１の中心とする。
　回転子１０１側のＷｚの基準Ｏｒは永久磁石１０２－１と１０２－９の中間とする。
　角度θは固定子２０１側の基準Ｏｃから回転子１０１側の基準Ｏｒへの角度とする。
　後述の図２に示すように、回転子１０１のベース部１０５の外周部１０５ｃには、回転子１０１の回転方向（円周方向）に沿った第一の着磁方向に着磁された永久磁石群１０２－１～１０２－９が取り付けられている。また、永久磁石群の中には、第一の着磁方向に沿って交互に着磁された第一の永久磁石群１０２－１、１０２－３、１０２－４、１０２－６、１０２－７、１０２－９が含まれている。また、永久磁石群の中には、前記第一の着磁方向と交差する第二の着磁方向に着磁された第二の永久磁石群１０２－２、１０２－５、１０２－８が含まれている。永久磁石１０２の背面側（固定子に対向する面とは反対側）には磁力を増すために図示しないヨーク板を取り付けてもよい。また、複数の永久磁石１０２を覆うようにカバー（不図示）が取り付けられていてもよい。
　固定子２０１のカバー２０６の内周部２０６ａには、回転子１０１の永久磁石と対向する位置であって固定子２０１の円周方向に沿って、鉄芯あるいは空芯の周りに導線が巻かれた複数のコイル２０４が取り付けられている。そして、コイルに電流を流すことによりコイルと永久磁石との間に作用する電磁力によって、回転子１０１が固定子２０１に対してＺ軸の周りに回転する。
　なお、複数のコイル２０４にはこれらを覆うようにカバー（不図示）が取り付けられていてもよい。
　固定子２０１にはＸセンサ２１３とＹセンサ２１４が取り付けられている。Ｘセンサ２１３は、回転子１０１とＸセンサ２１３の間のＸ軸方向の距離を検出することができる。また、Ｙセンサ２１４は回転子１０１とＹセンサ２１４と間のＹ軸方向の距離を検出することが出来る。
　さらに、固定子２０１にはＷｚセンサ２１１が取り付けられている。またＷｚセンサ２１１に対向する回転子１０１の面にはスケール２１２が取り付けられている。Ｗｚセンサ２１１は、回転子１０１のスケール２１２上のパターンを読み取ることで回転子１０１の回転角を検出することが出来る。
　固定子２０１にはＺセンサ２１０ａ～２１０ｃが３か所取り付けられている。これらのＺセンサ２１０は回転子１０１までのＺ軸方向の隙間（空隙）の距離を検出することが出来る。なお、Ｚ軸方向の隙間に対しては距離が一定になるように不図示のスペーサーを設置しても良い。
　ここで、３個のＺセンサ２１０ａ～２１０ｃから回転子１０１のＺ軸方向、Ｗｘ軸方向およびＷｙ軸方向における変位を算出する方法を図３を用いて説明する。３個のＺセンサ（２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ）の各々の検出値を元に平面ＡＢＣを定義する。その平面ＡＢＣの法線ベクトルの傾きと原点Ｏｓと平面ＡＢＣまでの距離から平面ＡＢＣの即ち回転子１０１の固定子に対する変位（Ｚ，Ｗｘ，Ｗｙ）すなわち傾きを算出することが出来る。
　図２（Ａ）は、回転子１０１の永久磁石１０２の配置を模式的に表わした図であり、ベース部１０５の外周部１０５ｃを展開して模式的に表した図を示している。
　永久磁石１０２はコイルに対向する面方向に、例えば図示するように着磁されている。具体的には、例えば、永久磁石１０２－１、１０２－４、１０２－７はコイルに対向する面がＮ極に、永久磁石１０２－３、１０２－６、１０２－９はＳ極に着磁されている。そして、永久磁石１０２－２、１０２－５、１０２－８はＺ軸方向に２分割され各々がＮ極およびＳ極に着磁されている。そして永久磁石１０２－１～１０２－９による円周方向の配列が永久磁石群を構成している。この永久磁石群には、Ｚ軸方向に２分割着磁された永久磁石１０２－２、１０２－５、１０２－８が第２の永久磁石群を含んでいる。
　図２（Ｂ）は、コイル２０４の配置を模式的に表わした図であり、固定子２０１のカバーの内周部２０１ａを展開して模式的に表した図を示している。
　コイル２０４は全部で６個のコイルから構成されている例を示す。
　図２（Ｃ）、図２（Ｄ）は回転子１０１が角度θ１にある場合の、コイル２０４における単位電流当たり発生するｑ軸、ｄ軸およびＺ軸のトルクの大きさ、すなわち推力定数（Ｅｑ，Ｅｄ、Ｅｚ）を模式的に表わした図である。
　ここで示すｑ軸、ｄ軸はモータベクトル制御理論におけるｑ軸、ｄ軸を示していて、図１Ｂには代表してコイル２０４－３に対するｑ軸およびｄ軸の方向を記載してある。ｑ軸は周方向、ｄ軸は径方向である。
　各推力定数（Ｅｑ，Ｅｄ，Ｅｚ）の大きさは回転子１０１の回転角度θとコイルの指標ｊによって異なる。各推力定数（Ｅｑ，Ｅｄ，Ｅｚ）の最初の引数がコイル２０４の指標（ｊ、１～６）、２番目の引数が、回転子１０１の角度θを表している。
　図２（Ａ）（θ＝θ１）において、コイル２０４－４は対向面がＳ極の永久磁石１０２－３とＮ極の永久磁石１０２－４のほぼ中間に位置している。
　この場合に、例えばコイル２０４－４に永久磁石１０２－３、１０２－４と対向する側にＮ極が現れるように単位電流を印加すると、永久磁石１０２－３との間には吸引力が、永久磁石１０２－４の間には反発力がそれぞれ働く。よって、コイル２０４－４にはｑ軸方向に推力（Ｅｑ（４，θ１））が印加される。一方、ｄ軸の推力（Ｅｄ（４，θ１））、Ｚ軸方向の推力（Ｅｚ（４，θ１））は比較的小さい。
　同様に、コイル２０４－５に永久磁石１０２－５と対向する側にＮ極が現れるように単位電流を印加すると、永久磁石１０２－５がＮ極とＳ極にＺ軸方向に分かれていることから、コイル２０４－５にはＺ軸方向の推力（Ｅｚ（５，θ１））が働く。
　また、永久磁石１０２－４と１０２－６との力を受けてｑ軸にも比較的小さい推力（Ｅｑ（５，θ１））が働く。同様にｄ軸の推力（Ｅｄ（５，θ１））は小さい。
　コイル２０４に働く力は回転子１０１に働く反力と等価的に扱うことが出来るので、例えばコイルがｑ軸の正方向に推力が発生する場合は回転子１０１にはｑ軸の負方向の推力が発生する。
　図４を用いて、電流制御システムについて説明する。
　コイル２０４は各々個別に電流制御器３１３に接続されている。
　電流制御器３１３には電流センサ３１２が接続されていてコイル２０４の各々の電流値を検出することが出来る。
　電流制御器３１３はモータコントローラ３０１に接続されていてモータコントローラ３０１からの電流指令値に従って、電流センサ３１２で電流量を検出しながら、所定の電流を各々のコイル２０４に対して独立に印加することが出来る。
　モータコントローラ３０１にはＺセンサ２１０、Ｗｚセンサ２１１、Ｘセンサ２１３、Ｙセンサ２１４が接続されていて、回転子１０１の変位（Ｘ，Ｙ，Ｚ，Ｗｘ，Ｗｙ、Ｗｚ）を検出することが出来る。モータコントローラ３０１の位置は特に限定されないが、回転子１０１の中心に設けられていることが好ましい。また、モータコントローラ３０１に対する給電方法は特任限定されず、例えば、無線で給電してもよい。
　またモータコントローラ３０１はその内部に制御プログラムおよびクロック発振器が内蔵されており、モータの変位に応じた電流値を計算して各コイル２０４に電流を印加することが出来る。
　図５を用いてモータコントローラ３０１による回転子１０１の姿勢制御方法について説明する。図５は回転子１０１に印加する力の大きさを算出するための制御ループを模式的に表したものである。
　ｒｅｆは回転子１０１の変位の目標値、ｐｏｓはセンサ群（Ｚセンサ２１０、Ｗｚセンサ２１１、Ｘセンサ２１３、Ｙセンサ２１４）から得られる回転子１０１の変位である。姿勢コントローラ５０１は目標値ｒｅｆと変位ｐｏｓとの差分ｅｒｒから、回転子を目標姿勢位置へと駆動するために回転子１０１に印加するトルクＴを算出する。
　電流算出器５０２はトルクＴと変位ｐｏｓからコイル２０４に印加する電流Ｉを決定する。
　これによって、コイル２０４と回転子１０１の間に電磁力Ｆが発生して回転子１０１に作用し、回転子の姿勢（傾き）が制御され、再び変位ｐｏｓが検出されることを繰り返す。
　姿勢コントローラ５０１は例えばＰＩＤ制御コントローラでもよいし、回転子１０１の特性に応じて適宜フィルタを入れるなどして回転子１０１の姿勢を安定させることが出来る。
　また、回転子１０１に対して印加されるトルクベクトルＴｑを次式（１）により表記する。なお、Ｔｘ、Ｔｙ、Ｔｚは、それぞれＸ軸方向の力、Ｙ軸方向の力、Ｚ軸方向の力の大きさである。また、Ｔｗｘ，Ｔｗｙ、ＴｗｚはそれぞれＸ軸周り、Ｙ軸周り、Ｚ軸周りのモーメント力の大きさである。
　本実施形態による制御システム１は、これらトルクベクトルＴｑ（Ｔｘ，Ｔｙ，Ｔｚ，Ｔｗｘ，Ｔｗｙ，Ｔｗｚ）を制御することにより、回転子１０１の姿勢（Ｘ，Ｙ，Ｚ，Ｗｘ，Ｗｙ，Ｗｚ）を制御しつつ、回転子１０１を回転させる。
Ｔｑ＝（Ｔｘ，Ｔｙ，Ｔｚ，Ｔｗｘ，Ｔｗｙ，Ｔｗｚ）　…式（１）
　電流ベクトルＩｓは、コイル２０４に印加する電流として定義される。
Ｉｓ＝（Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４，Ｉ５，Ｉ６）　…式（２）
　図６Ａ、図６Ｂは図２のθ＝θ１の状態における回転子１０１に対して各コイルに単位電流を印加した場合に働く推力（Ｅ）を模式的に表わしたものである。
　コイル２０４－１、２０４－３，２０４－５には、回転子側の永久磁石との相互作用により主にＺ軸方向の力が働き、同様にコイル２０４－２，２０４－６，２０４－８には主にｑ軸方向の力が働く。図６Ａは斜視図、図６ＢはＺ軸上から回転子の回転状態を見た図である。
　この図から、Ｅ２、Ｅ４，Ｅ６の力はＸＹ平面内で働く力である。Ｅ２、Ｅ４，Ｅ６のそれぞれに対応したコイルの電流値を設定することでＸＹ平面内の力およびモーメント力（Ｔｘ，Ｔｙ，Ｔｗｚ）を発生させることが出来る。
　同様に、Ｅ１，Ｅ３，Ｅ５のそれぞれに対応したコイルの電流値を設定することで、Ｚ軸、Ｗｘ軸、Ｗｙ軸方向の力およびモーメント力（Ｔｚ，Ｔｗｘ，Ｔｗｙ）を発生させることが出来る。
　図６Ａおよび図６Ｂは図２のθ＝θ１に対応している。回転子１０１の回転に応じてコイル２０４に発生する磁界を移動させることで回転子１０１の任意の回転角（Ｗｚ）で回転子１０１にトルクベクトルＴｑを印加することが出来ることを、図７を用いて説明する。
　まず、記号を整理する。
ｊ：コイル指標（ｊ＝１～６）
Ｉｊ：ｊ番目のコイルに印加される電流値
Ｉｓ＝（Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３，Ｉ４，Ｉ５，Ｉ６）の列ベクトル
Φｊ：ｊ番目のコイルのＷｚ軸方向の角度
ｒ：永久磁石１０２までの半径
Ｅｑ（ｊ，θ）：ｊ番目のコイルと回転子１０１（角度θ）との間に働くｑ軸方向の単位電流当たりの力
Ｅｄ（ｊ，θ）：ｊ番目のコイルと回転子１０１（角度θ）との間に働くｄ軸方向の単位電流当たりの力
Σ：指標ｊを１～６に変化させた場合の合計
とする。
トルクベクトルＴｑ＝（Ｔｘ，Ｔｙ，Ｔｚ，Ｔｗｘ，Ｔｗｙ，Ｔｗｚ）の要素は、各々
Ｔｘ＝Σ｛（－Ｅｑ（ｊ，θ）＊Ｓｉｎφｊ＋Ｅｄ（ｊ，θ）＊Ｃｏｓφｊ）＊Ｉｊ｝…式（３－１）
Ｔｙ＝Σ｛（Ｅｑ（ｊ，θ）＊Ｃｏｓφｊ＋Ｅｄ（ｊ，θ）＊Ｓｉｎφｊ）＊Ｉｊ｝…式（３－２）
Ｔｚ＝Σ（Ｅｚ（ｊ，θ）＊Ｉｊ）…式（３－３）
Ｔｗｘ＝Σ（Ｅｄ（ｊ，θ）＊ｒ＊Ｓｉｎφｊ＊Ｉｊ）…式（３－４）
Ｔｗｙ＝Σ（－Ｅｑ（ｊ，θ）＊ｒ＊Ｃｏｓφｊ＊Ｉｊ）…式（３－５）
Ｔｗｚ＝Σ（Ｅｑ（ｊ，θ）＊ｒ＊Ｉｊ）…式（３－６）
で与えられる。
　所望のトルクベクトルＴｑを印加するには上の式（３－１）～式（３－６）を満足する電流Ｉｊを、それぞれ対応するコイルに印加すればよい。
　式（３－１）～式（３－６）を満足する電流Ｉｊの算出方法を説明する。
　ここでさらに幾つかの表記法を使用する。
ｉ：トルク指標（１～６、１：Ｘ軸、２：Ｙ軸、３：Ｚ軸、４：Ｗｘ軸、５：Ｗｙ軸、６：Ｗｚ軸）
Ｋｉ：６個の要素を持つベクトルＫの要素
Ｍ：６行、ｊ列の要素を持つ行列
Ｍ（ｉ、ｊ）：行列Ｍのｉ行ｊ列の要素
Ｉｎｖ：逆行列
Ｔｒ：転置行列
＊：行およびスカラー要素の乗算
とし、各単位ベクトルを用いて、以下の行列要素
Ｍ（１，ｊ）＝－Ｅｑ（ｊ，θ）＊Ｓｉｎφｊ＋Ｅｄ（ｊ，θ）＊Ｃｏｓφｊ…式（４－１）
Ｍ（２，ｊ）＝（Ｅｑ（ｊ，θ）＊Ｃｏｓφｊ＋Ｅｄ（ｊ，θ）＊Ｓｉｎφｊ）…式（４－２）
Ｍ（３，ｊ）＝ＥＺ（ｊ，θ）…式（４－３）
Ｍ（４，ｊ）＝Ｅｄ（ｊ，θ）＊ｒ＊Ｓｉｎφｊ…式（４－４）
Ｍ（５，ｊ）＝Ｅｑ（ｊ，θ）＊ｒ＊Ｃｏｓφｊ…式（４－５）
Ｍ（６，ｊ）＝Ｅｑ（ｊ，θ）…式（４－６）
を持つ行列Ｍを定義すれば、
式（３－１）～式（３－６）は式（４－１）～式（４－６）を使って
Ｔｑ＝Ｍ＊Ｉｓ…式（５－１）
と表現することが出来る。
　今、コイル数（ｊ）が６個なので行列Ｍは６行６列の正方行列であるから、式（５－１）を変形して
Ｉｎｖ（Ｍ）＊Ｔ＝Ｉｎｖ（Ｍ）＊Ｍ＊Ｉｓ＝Ｉｓ…式（５－２）
とすれば電流ベクトルＩｓを一意に決定することが出来る。
　この様に、回転子１０１が任意の角度θの場合でも６軸のトルクベクトルをＴｑ印加することが出来るので回転子１０１の回転速度および三次元方向における姿勢を制御することが出来る。
　上述の制御を行うことにより、固定子に対して、回転子を浮上させた状態で静止を含む任意の速度で回転させながら、姿勢をリアルタイムでダイナミックに制御することが可能となる。
　［第２実施形態］
　次に、第２実施形態を説明する。
　第１実施形態では、コイル２０４のコイルの数が６個である例を示した。しかし、よりトルクを滑らかに出力したい場合やコイルの形状等の制約からコイルの数を７個以上にしてもよい。
　もし、コイル数（ｊ）を７個以上とするなら、第１実施形態で説明した式（５－１）を満足するコイル電流ベクトルＩｓは無数に存在することになる。その場合、常にコイル電流Ｉｓを導出する方法が必要である。
　ここで、行列Ｍのｊ番目の列要素（Ｍ（１，ｊ）、Ｍ（２，ｊ）、Ｍ（３，ｊ）、Ｍ（４，ｊ）、Ｍ（５，ｊ）、Ｍ（６，ｊ）、）はｊ番目のコイル２０４－ｊに単位電流を印加した際、各軸のトルクへの寄与の大きさを示している。各軸のトルクとは、（Ｔｘ，Ｔｙ，Ｔｚ，Ｔｗｘ，Ｔｗｙ，Ｔｗｚ）である。
　そこで、６個の列要素を持つベクトルＫを使って、
Ｔｒ（Ｍ）＊Ｋ＝Ｉｓ…式（５－３）
とすれば、第１実施形態で説明した式（５－１）は
Ｔｑ＝Ｍ＊Ｉｓ＝Ｍ＊Ｔｒ（Ｍ）＊Ｋ…式（５－４）
と変形できる。
　対称行列同士の積の性質から、Ｍ＊Ｔｒ（Ｍ）は６行６列の正方行であり、行列のｒａｎｋは常に６となるから常に逆行列を持つ。
　したがって、式（５－４）は
Ｉｎｖ（Ｍ＊Ｔｒａ（Ｍ））＊Ｔｑ＝Ｋ…式（５－５）
と解くことが出来るので、Ｋは一意に計算できる。
　結局、
Ｔｒａ（Ｍ）＊Ｉｎｖ（Ｍ＊Ｔｒ（Ｍ））＊Ｔ＝Ｉｓ…式（５－６）
と計算することが出来るので電流ベクトルＩｓを一意に決定することが出来る。
　この様に、回転子１０１に対して６軸のトルクＴｑを印加することが出来るので回転子１０１の回転速度および三次元方向における姿勢を制御することが出来る。
　［第３実施形態］
　次に、第３実施形態を説明する。本実施形態においては、第１実施形態の永久磁石と形状が異なる例を示す。また第１実施形態と同様の作用を有する構成については同じ符号を付し説明を省略する。
　図８は、第３実施形態における永久磁石８０２の配置を模式的に表わした図であり、ベース部の外周部１０５ｃを展開して模式的に表した図を示している。
　第３実施形態の永久磁石８０２は第１実施形態の永久磁石１０２と比較して、台形状で永久磁石の個数を減らすことができるため製作工程がより簡単に出来る。
　このような配置を取った場合でも第１実施形態または第２実施形態で説明したように、回転子１０１の回転角θに応じた各コイルの推力定数（Ｅｑ，Ｅｄ，Ｅｚ）を予め取得しておけば同様の制御方法で回転子１０１の姿勢を安定させつつ回転させることが出来る。
　図８において、永久磁石８０２の各々の永久磁石８０２の重心を通過する線８０１が回転方向に対して一定以上の角度（η）を有することが特徴である。
　同様に、第３実施形態の変形例として図９にあるような配置の永久磁石９０２とすることでも、Ｚ軸方向の力を印加することが出来る。実施形態１よりもより簡単な構成を取りたい場合に有用である。
　図９は、第３実施形態の変形例における回転子１０１の永久磁石９０２の配置を模式的に表わした図であり、ベース部の外周部１０５ｃを展開して模式的に表した図を示している。
　永久磁石９０２はコイルに対向する面方向に、図示するように着磁されている。具体的には、第１実施形態と同様に、永久磁石９０２－１、９０２－４、９０２－７はコイルに対向する面がＮ極に、永久磁石９０２－３、９０２－６、９０２－９はＳ極に着磁されている。しかし、第１実施形態では、永久磁石１０２－２、１０２－５、１０２－８はＺ軸方向に２分割され各々がＮ極およびＳ極に着磁されている例を示した。しかし、本変形例の永久磁石９０２－２、９０２－５、９０２－８は、Ｎ極だけ、重心位置を下側に偏らせて配置されている。本変形例では、Ｎ極としたが、もちろんＳ極でもよい。
　これにより、第１実施形態よりも簡単な構成で、Ｚ軸方向の力を印加することが出来る。
　［第４実施形態］
　次に、第４実施形態を説明する。第１実施形態と同様の作用を有する構成については同じ符号を付し説明を省略する。
　第１～第３実施形態はいずれも図１に示すように、回転子１０１に永久磁石１０２があり、コイル２０４は固定子２０１側にある例を示した。本実施形態では、図１０に示すように、回転子１０１側にコイル２０４´、固定子２０１側に永久磁石１０２´が配置されている例を示す。この配置であっても第１～第３実施形態と同様に、磁気浮上型のモータを提供することができる。
　図１０において、永久磁石１０２´は固定子２０１に固定されている。コイル２０４´は回転子１０１側に固定されている。Ｗｚセンサ２１１´は回転子１０１側にあり、スケール２１２´は固定子２０１側にある。Ｚセンサ２１０´、Ｘセンサ２１３´およびＹセンサ２１４´（図示しない）も回転子１０１側に固定されている。
　モータコントローラ３０１は回転子１０１側にあり無線ユニット１００２と通信可能に構成されている。モータコントローラ３０１は図示しない電池を搭載しており一定時間回転することが出来る。無線ユニット１００２に電力伝送機能を持たせれば充電の必要なく回転子１０１を回転させることが出来る。
　［第５実施形態］
　図１１Ａ、図１１Ｂを用いて第５実施形態について説明する。第１実施形態と同様の作用を有する構成については同じ符号を付し説明を省略する。
　第１～第４実施形態ではモータについて説明したが、本実施形態では、第１～第４実施形態で説明したモータを有する物品について説明する。本実施形態では、第１～第４実施形態で説明したモータを有する物品として、ポンプに適用した例を示す。
　図１１は、ポンプを示す概念図である。図１１Ａは縦断面概念図を示し、図１１Ｂは、図１１ＡのＡ－Ａ´に沿う断面概念図を示す。
　回転子１０１のベース部１０５には、フィン１０３が形成されている。
　そして、固定子２０１は、可動子１０１を覆うようにハウジング２０６１が設けられている。ハウジング２０６１は、その内周部にコイルが取り付けられている側壁部２０６１ｃと、その側壁部２０６１ｃと接続される第一壁部２０６１ａ、第二壁部２０６１ｂを有している。第一壁部２０６１ａの一部には、吸入口２０２として穴があけられ、第二壁部２０６１ｂには排出口２０３として穴があけられている。これにより、流体中で回転子１０１が所定の方向に回転すると吸入口２０２から流体が流れ込み、排出口２０３から排出されるためポンプとして動作する。
　また物品の変形例として、回転子１０１（あるいは前述したように２０１が回転子であってもよい）に、例えばタイヤ等を取り付けることも可能である。その場合、本発明のモータは、自動車等の車両、あるいはドローン等の飛行体の構成部品として機能させることができる。
　［第６実施形態］
　図１２Ａおよび図１２Ｂを用いて第５実施形態を説明する。第１実施形態と同様の作用を有する構成については同じ符号を付し説明を省略する。
　第１実施形態では回転子１０１が固定子２０１の内側にある例を示したが、本実施形態では固定子２０１が回転子１０１の内側にある例を示す。
　図１２は、第６実施形態を示す概念図である。図１２Ａは縦断面概念図を示し、図１２Ｂは、図１２ＡのＡ－Ａ´に沿う断面概念図を示す。
　図１２は図１と比較して、固定子２０１が回転子１０１の内側にある点が異なる。
　また、第１実施形態で用いたＺセンサ２１０は、回転子と固定子のＺ軸方向の隙間の距離を測定するセンサを用いたが、本実施形態のＺセンサ２２２は、固定子の外周部と回転子の内周部との間の隙間の距離を測定するセンサを用いた点が異なる。Ｚセンサ２２２に対向する回転子１０１側の側面（内周部）にはＺスケール２２３が取り付けてある。Ｚセンサ２２２はＺスケール２２３のパターンを読み取って、Ｚセンサ２２２に対する回転子１０１のＺ軸方向の変位を検出することが出来る。
　Ｚセンサ２２２は固定子１０１の側面（外周部）から回転子１０１の変位（Ｚ，Ｗｘ，Ｗｙ）を検出することが出来る。つまり、Ｚ軸方向に干渉する部材が無いので、回転子１０１をＺ軸方向に動かして抜くことも可能である。
　この構成では固定子２０１を小型にすることが出来、また、様々な仕様のフィン１０３を形成することが出来る。
　また、本実施形態ではフィン１０３を可動子の外周部に形成したポンプの例を示すが、フィン１０３に変えてタイヤ等を取り付けることで自動車などの車両にも適用可能である。
　第５実施形態では固定子２０１のいずれかの壁部２０５を図示しない架台等に取り付けて固定して使用することが出来る。
　［第７実施形態］
　図１３を用いて第７実施形態を説明する。第１実施形態と同様の作用を有する構成については同じ符号を付し説明を省略する。
　図１３は図１２と比較して回転子１０１と固定子２０１との間隔が広く取られている点が異なる。
　この構成では、回転子１０１を意図的に大きく傾けた状態でも回転子１０１を回転させることが出来るので固定子２０１の角度を変えることなく回転子１０１の回転軸をＺ軸から傾けることが出来る。このような構成をとれば例えばドローンや垂直離発着が可能な航空機などの飛行体に適用することで空気が排出される方向を自由に変更することが出来るのでより自由度の高い運航が可能になる。
　本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために以下の請求項を添付する。
　本願は、２０２０年２月７日提出の日本国特許出願特願２０２０－０１９５１２を基礎として優先権を主張するものであり、その記載内容の全てをここに援用する。

Claims (13)

  1. 　外周部を有する第一部分と、前記外周部と対向する内周部を有する第二部分と、を有し、前記第一部分と前記第二部分とが相対的に回転するモータであって、
    　前記外周部および前記内周部の一方に複数のコイルを有し、
    　前記外周部および前記内周部の他方に前記複数のコイルと対向する位置に複数の磁石を有し、
    　前記複数の磁石は、前記複数のコイルに電流が印加されたときに、前記複数のコイルの少なくとも１つに回転方向に推力を付与する第一磁石部と、前記複数のコイルの少なくとも１つに前記回転方向と交差する方向に推力を付与する第二磁石部と、を有することを特徴とするモータ。
  2. 　前記第一磁石部が、前記回転方向に沿って配置された複数の第一磁石よりなり、隣り合う前記第一磁石が互いに異なる方向に着磁されており、
    　前記第二磁石部が、前記回転方向と交差する方向に配置された複数の第二磁石よりなり、隣り合う前記第二磁石が互いに異なる方向に着磁されている請求項１に記載のモータ。
  3. 　前記外周部が複数の磁石を有し、前記内周部が前記複数のコイルを有する請求項１または２に記載のモータ。
  4. 　前記外周部が複数のコイルを有し、前記内周部が前記複数の磁石を有する請求項１または２に記載のモータ。
  5. 　前記第一部分が固定子であり、前記第二部分が回転子である請求項１乃至４のいずれか１項に記載のモータ。
  6. 　前記第一部分が回転子であり、前記第二部分が固定子である請求項１乃至４のいずれか１項に記載のモータ。
  7. 　前記回転子が、前記固定子に対して接触しない状態で回転する請求項５または６に記載のモータ。
  8. 　前記第一磁石部および前記第二磁石部と、前記複数のコイルとの間に作用する電磁力により、前記固定子に対する前記回転子の回転速度および三次元方向における姿勢が制御可能な請求項５乃至７のいずれか１項に記載のモータ。
  9. 　前記三次元方向における姿勢は、前記回転子の回転軸に平行なＺ軸方向、当該Ｚ軸方向に直交するＸ軸方向、前記Ｘ軸方向及び前記Ｚ軸方向に直交するＹ軸方向における位置と、回転角度を含むことを特徴とする請求項８に記載のモータ。
  10. 　前記第一部分および前記第二部分の一方は、固定部材に接続可能である請求項１乃至９のいずれか１項に記載のモータ。
  11. 　請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のモータを有する物品。
  12. 　請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のモータの前記第一部分および前記第二部分の一方にフィンが形成されている物品。
  13. 　請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のモータの前記第一部分および前記第二部分の一方にタイヤが取り付けられている物品。
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