具有定子铁芯的旋转电机及具备该旋转电机的机床的制作方法

本发明涉及具有定子铁芯的旋转电机及具备该旋转电机的机床。

背景技术：

公知有一种将铁芯使用于定子的电动机等旋转电机。旋转电机通常以使各部位的位置关系的偏移变小的方式进行组装。然而，如果因制造时的尺寸误差、组装误差而使定子与转子在轴向上的组装的位置关系、相对于旋转轴的垂直度等组装精度不合适，则在轴向上产生力。另外，因组装的误差的内容(方向、倾斜方式)而引起产生使轴周期性地在轴向上移动的力的问题。然而，在大多数的旋转电机的旋转轴使用了球轴承等支承刚性较高的轴承。因此，由使旋转轴周期性地在轴向上移动的力引起的位移的问题明显化的情况较少。即，即使旋转轴在轴向上略微位移，该位移的程度也由于支承刚性较高的轴承而仅停留在不会产生问题的程度的微小的位移。因此，从大多数的旋转电机的用途考虑，位移的程度还没有到达需要考虑现实上的影响的程度。

然而，在轴承为非接触轴承、即磁轴承、压缩空气、或者流体轴承等的情况下，在上述那样地在轴向上产生的力的作用下，旋转轴在轴向上位移、引起周期性的振动这样的问题明显化。

特别是，在对于轴向上的位移不具有利用反馈进行的位置的复原功能的从动型的轴承的情况下，明显地产生轴向上的位移、周期性的振动。

另外，在应用于精密加工的用途的机床的主轴中，如果在与该主轴连接的旋转电机的旋转轴产生上述那样的轴向上的位移，则即使位移的程度微小，也会使加工精度恶化，而产生无法无视的情况。

另一方面，还提案有各种即使是应用了非接触轴承的旋转电机也要将旋转轴的轴向位置的位移设定得极小的技术。

作为一例子，提案有一种通过将旋转轴的轴向上的位移反馈到推力磁轴承中的产生克服推力方向上的位移的磁力的线圈、而将旋转轴保持在预定的轴向位置的使用主动型的磁轴承的技术(例如参照专利文献1)。

另外，作为另一例子，提案有一种强化了从动型的磁轴承中的减震器的作用的技术(例如参照专利文献2)。

专利文献1：日本特开2014-126174号公报

专利文献2：日本特开2008-169965号公报

技术实现要素：

发明要解决的问题

在专利文献1所公开的技术中，即使作用有使旋转电机的旋转轴在轴向上位移的力，也能够利用反馈控制而使旋转轴保持在预定范围内的轴向位置。即，即使作为干扰而在旋转轴上作用有产生轴向上的位移的力，由此产生的位移成为控制偏差而闭环中的控制发挥作用，旋转轴留在预定范围内的轴向位置。然而，这样的轴承存在有结构复杂且高价的问题。

另一方面，在专利文献2所公开的技术中，未构成反馈控制那样的主动的控制系统，而是利用基于减震器的作用的衰减特性，而使旋转轴在使其在轴向上产生位移的力和减震器的力之间的平衡点稳定。因此，该情况下的平衡点根据使旋转轴在轴向上产生位移的力而变化。因此，在原理上，旋转轴并不一定留在预定范围内的轴向位置。

本发明是鉴于上述这样的情况而做成，其目的在于提供结构简单且廉价、并且能够以高精度将旋转轴的轴向位置(推力方向上的位置)保持在预定位置的旋转电机和应用了该旋转电机的机床。

用于解决问题的方案

在本说明书中，“转矩产生区间”是指在旋转电机的轴向上转矩产生构件所存在的区间。该转矩产生区间为主要用于转矩产生的区域，在以下参照的附图中象征性地进行表示。

(1)本发明的旋转电机(例如，后述的旋转电机100、200、300)包含：定子(例如，后述的定子20)，其具有定子铁芯(例如，后述的定子铁芯21)；以及转子(例如，后述的转子10)，其支承于利用非接触轴承支承的旋转轴(例如，后述的旋转轴1)，其中，在将转矩产生构件在所述旋转电机的轴向上存在的区间定义为转矩产生区间时，所述定子铁芯的轴向上的一侧的端部(例如，后述的轴向上的一侧的端部211)相对于所述转矩产生区间(例如，后述的转矩产生区间s1)的轴向上的一侧的端部(例如，后述的一侧的端部111)向轴向外侧延伸，所述定子铁芯的轴向上的另一侧的端部(例如，后述的轴向上的另一侧的端部212)相对于所述转矩产生区间(例如，后述的转矩产生区间s1)的轴向上的另一侧的端部(例如，后述的另一侧的端部112)向轴向外侧延伸。

(2)根据(1)所述的旋转电机，优选的是，所述定子铁芯的轴向上的一侧的端部的相对于所述转子侧的转矩产生区间的轴向上的一侧的端部向轴向外侧延伸的延伸量、以及所述定子铁芯的轴向上的另一侧的端部的相对于所述转子侧的转矩产生区间的轴向上的另一侧的端部向轴向外侧延伸的延伸量为该旋转电机的磁隙长度(例如，后述的磁隙长度lg)以上的长度。

(3)根据(1)或(2)所述的旋转电机，优选的是，所述转子的、所述转矩产生区间的轴向上的长度的中间位置作为轴向位置与所述定子铁芯的、轴向上的长度的中间位置一致。

(4)根据(1)～(3)中任一项所述的旋转电机，也可以是，所述非接触轴承为磁轴承、流体轴承、或由磁轴承和流体轴承形成的混合型的轴承中的任一种。

(5)根据(4)所述的旋转电机，也可以是，所述磁轴承、流体轴承、或由磁轴承和流体轴承形成的混合型的轴承中的任一非接触轴承为从动型的轴承。

(6)一种机床，该机床包括(1)～(5)中任一项所述的旋转电机。

发明的效果

根据本发明，能够实现结构简单且廉价、并且能够以高精度将轴向位置(推力方向上的位置)保持在预定位置的旋转电机以及应用了该旋转电机的机床。

附图说明

图1是表示作为本发明的旋转电机的一实施方式的磁体埋入型同步电动机的概略结构的图。

图2是表示作为本发明的旋转电机的另一实施方式的表面磁体粘贴型同步电动机的概略结构的图。

图3是表示作为本发明的旋转电机的又一实施方式的感应电动机的概略结构的图。

图4是象征性地表示从通过旋转轴的剖面观察图1至图3的旋转电机的情况下的、端部的磁通线的样子的示意图，特别是表示转子侧的转矩产生区间的端部相对于定子铁芯的端部向定子铁芯侧偏移的情况的图。

图5是象征性地表示从通过旋转轴的剖面观察图1至图3的旋转电机得到的、端部的磁通线的样子的示意图，特别是假定转子侧的转矩产生区间的端部相对于定子铁芯的端部向定子外侧偏移的情况进行表示的图。

图6是说明图1和图2的旋转电机的转子侧的转矩产生区间的图，特别是表示定子铁芯充分长、且转矩产生区间的轴向上的长度的中间位置作为轴向位置与定子铁芯的轴向上的长度的中间位置一致的情况的图。

图7是说明图1和图2的旋转电机的转子侧的转矩产生区间的图，特别是表示定子铁芯充分长、且转矩产生区间的轴向上的长度的中间位置与定子铁芯的轴向上的长度的中间位置不一致的情况的图。

图8是表示作为通常的旋转电机的电动机的概略结构的图。

图9是象征性地表示从通过旋转轴的剖面观察通常的旋转电机得到的端部的磁通线的样子的示意图，特别是表示定子铁芯的端部和转子侧的转矩产生区间的端部对齐的情况的图。

图10是象征性地表示从通过旋转轴的剖面观察通常的旋转电机得到的端部的磁通线的样子的示意图，特别是表示定子铁芯的长度与转子侧的转矩产生区间的长度相等、定子铁芯的轴向上的中间位置作为轴向位置与转子侧的转矩产生区间的轴向上的中间位置一致的情况的图。

图11是象征性地表示从通过旋转轴的剖面观察通常的旋转电机得到的端部的磁通线的样子的示意图，特别是表示定子铁芯的长度与转子侧的转矩产生区间的长度相等、定子铁芯的轴向上的中间位置与转子侧的转矩产生区间的轴向上的中间位置偏移的情况的图。

附图标记说明

1、旋转轴；10、转子；20、定子；100、磁体埋入型同步电动机；111、一侧的端部；112、另一侧的端部；200、表面磁体粘贴型同步电动机；211、一侧的端部；212、另一侧的端部；300、感应电动机；s1、s2、s3、转矩产生区间。

具体实施方式

以下，参照附图，一边适当地与以往通常的旋转电机进行对比，一边说明本发明的实施方式的旋转电机。

图1是表示作为本发明的旋转电机的一实施方式的磁体埋入型同步电动机的概略结构的图。

另外，以下所说明的应用于本发明的实施方式的非接触轴承也包含流体轴承。即，由于流体轴承利用流体这样的介质支承，因此，严格而言存在与介质之间的接触，但在与球轴承等具有机械性的接触的轴承进行对比时，轴因流体而浮起，从该观点来看，非接触轴承一词以包含流体轴承的意思来使用。作为应用于流体轴承的介质，存在有空气、油、其他的粘性流体。作为应用了这些介质的流体轴承，存在有空气静压轴承、滑动轴承、或者以油、空气等作为介质的动压轴承等。

磁体埋入型同步电动机100利用旋转轴1支承有转子10，该旋转轴1的两端侧利用未图示的非接触轴承支承。以包围转子10的方式设有定子20。该定子20具有例如通过层叠电磁钢板的薄板而成的定子铁芯21，并装入于壳体22。在定子铁芯21上卷绕有线圈23。在图1的视角中，能够看到卷绕于定子铁芯21的线圈23的线圈端部23a。

自定子20引出与线圈23电连接的布线(未图示)，使该布线穿过设于壳体22的贯通孔，并与设于磁体埋入型同步电动机100的外部的电源(未图示)连接。由此，自电源向线圈23供给工作用电力。

利用过盈配合等以具有充分的保持力的程度将转子10的作为其旋转构件的转子铁芯11嵌合于旋转轴1。在转子铁芯11上，由至少在周向上被分割为多个的磁体块形成的永磁体m埋入并保持于磁体槽(未图示)。

在图1的磁体埋入型同步电动机100的情况下，在转子10中，埋入有永磁体m的轴向上的区间为主要用于转矩产生的区间，该区间为转矩产生区间s1。

如根据图1容易理解的那样，在磁体埋入型同步电动机100中，定子铁芯21的轴向上的一侧的端部211相对于转子10侧的转矩产生区间s1的轴向上的一侧的端部111向轴向外侧延伸，定子铁芯21的轴向上的另一侧的端部212相对于转子10侧的转矩产生区间s1的轴向上的另一侧的端部112向轴向外侧延伸。

该情况下，如后述参照附图所说明的那样，定子铁芯21的轴向上的一侧的端部211的相对于转子10侧的转矩产生区间s1的轴向上的一侧的端部111向轴向外侧延伸的延伸量、以及定子铁芯21的轴向上的另一侧的端部212的相对于转子10侧的转矩产生区间s1的轴向上的另一侧的端部112向轴向外侧延伸的延伸量为磁体埋入型同步电动机100的磁隙长度lg以上的长度。

另外，转子10的转矩产生区间s1的轴向上的长度的中间位置(中央位置)作为轴向位置而与定子铁芯21的轴向上的长度的中间位置(中央位置)一致。

在该磁体埋入型同步电动机100中，旋转轴1的两端的非接触轴承可以是磁轴承、流体轴承、或由磁轴承和流体轴承形成的混合型的轴承的任一种。

另外，特别是，这些非接触轴承为从动型的轴承较好。

以上，在参照图1说明的作为本发明的旋转电机的一实施方式的磁体埋入型同步电动机100中，如后述参照图7至图11说明的那样，抑制旋转轴1的轴向上的位移，将轴向位置稳定地维持在正规的位置。

接着，参照图2说明作为本发明的旋转电机的另一实施方式的表面磁体粘贴型同步电动机。

图2是表示作为本发明的旋转电机的另一实施方式的表面磁体粘贴型同步电动机的概略结构的图。

在图2中，对与图1的对应部标注相同的附图标记进行表示，并省略这些对应部的各自的说明。如将图2与图1进行对照而容易理解的那样，定子20与图1的磁体埋入型同步电动机100中的相同。

图2的表面磁体粘贴型同步电动机200中的、与参照图1所述的磁体埋入型同步电动机100的不同点在于：相对于磁体埋入型同步电动机100的转子10将永磁体m埋设固定于转子铁芯11，在表面磁体粘贴型同步电动机200中，利用旋转套筒12将永磁体m固定于旋转轴1。

即，在图2的表面磁体粘贴型同步电动机200中，将由磁性体的金属材料形成的筒状的旋转套筒12压入于环状的永磁体m与旋转轴1之间从而将永磁体m牢固地保持于旋转轴1的外周。但是，并不是必须使用图示那样的筒状的旋转套筒12，还可以不使用这样的旋转套筒12而将永磁体m粘接于旋转轴1的外周。

在图2的表面磁体粘贴型同步电动机200的情况下，在转子10a中，设有永磁体m的轴向上的区间为主要用于转矩产生的区间，该区间为转矩产生区间s2。

如根据图2容易理解的那样，在表面磁体粘贴型同步电动机200中，定子铁芯21的轴向上的一侧的端部211相对于转子10a侧的转矩产生区间s2的轴向上的一侧的端部113向轴向外侧延伸，定子铁芯21的轴向上的另一侧的端部212相对于转子10a侧的转矩产生区间s2的轴向上的另一侧的端部114向轴向外侧延伸。

该情况下，如后述参照附图所说明的那样，定子铁芯21的轴向上的一侧的端部211的相对于转子10a侧的转矩产生区间s2的轴向上的一侧的端部113向轴向外侧延伸的延伸量、以及定子铁芯21的轴向上的另一侧的端部212的相对于转子10a侧的转矩产生区间s2的轴向上的另一侧的端部114向轴向外侧延伸的延伸量为表面磁体粘贴型同步电动机200的磁隙长度lg以上的长度。

另外，转子10a的转矩产生区间s2的轴向上的长度的中间位置(中央位置)作为轴向位置而与定子铁芯21的轴向上的长度的中间位置(中央位置)一致。

在该表面磁体粘贴型同步电动机200中，旋转轴1的两端的非接触轴承可以是磁轴承、流体轴承、或由磁轴承和流体轴承形成的混合型的轴承的任一种。

另外，特别是，这些非接触轴承为从动型的轴承较好。

以上，在参照图2说明的作为本发明的旋转电机的一实施方式的表面磁体粘贴型同步电动机200中，如后述参照图7至图11所说明的那样，抑制旋转轴1的轴向上的位移，将轴向位置稳定地维持在正规的位置。

接着，参照图3说明作为本发明的旋转电机的又一实施方式的感应电动机。

图3是表示作为本发明的旋转电机的又一实施方式的感应电动机的概略结构的图。

在图3中，对与图1和图2的对应部标注相同的附图标记进行表示，并省略这些对应部的各自的说明。如将图3与图1和图2进行对照而容易理解的那样，在感应电动机300的情况下，定子20也与图1的磁体埋入型同步电动机100、图2的表面磁体粘贴型同步电动机200的情况相同。

图3的感应电动机300中的、与所述的图1的磁体埋入型同步电动机100、图2的表面磁体粘贴型同步电动机200的不同点在于：在转子10b中，转子铁芯13在轴向两端部具有端环(短路环)14。

在图3的感应电动机300的情况下，在转子10b中，设有转子铁芯13的轴向上的区间为主要用于转矩产生的区间，该区间为转矩产生区间s3。

如根据图3容易理解的那样，在感应电动机300中，定子铁芯21的轴向上的一侧的端部211相对于转子10b侧的转矩产生区间s3的轴向上的一侧的端部115向轴向外侧延伸，定子铁芯21的轴向上的另一侧的端部212相对于转子10b侧的转矩产生区间s3的轴向上的另一侧的端部116向轴向外侧延伸。

该情况下，如后述参照附图所说明的那样，定子铁芯21的轴向上的一侧的端部211的相对于转子10b侧的转矩产生区间s3的轴向上的一侧的端部115向轴向外侧延伸的延伸量、以及定子铁芯21的轴向上的另一侧的端部212的相对于转子10b侧的转矩产生区间s3的轴向上的另一侧的端部116向轴向外侧延伸的延伸量为感应电动机300的磁隙长度lg以上的长度。

另外，转子10b的转矩产生区间s3的轴向上的长度的中间位置(中央位置)作为轴向位置而与定子铁芯21的轴向上的长度的中间位置(中央位置)一致。

在该感应电动机300中，旋转轴1的两端的非接触轴承可以是磁轴承、流体轴承、或由磁轴承和流体轴承形成的混合型的轴承的任一种。

另外，特别是，这些非接触轴承为从动型的轴承较好。

以上，在参照图3所说明的作为本发明的旋转电机的一实施方式的感应电动机300中，如后述参照图7至图11说明的那样，能够抑制旋转轴1的轴向上的位移，能够将轴向位置稳定地维持在正规的位置。

另外，图1的磁体埋入型同步电动机100、图2的表面磁体粘贴型同步电动机200、图3的感应电动机300的任一旋转电机均能够用于机床的驱动，并能够作为整体构成高精度且廉价的机床。

以上，在说明参照图1至图3说明的本发明的旋转电机的作用之前，参照图8说明与本发明的旋转电机进行对比的通常的旋转电机。

图8是表示作为通常的旋转电机的电动机的概略结构的图。

在此，作为通常的旋转电机而代表性地表示表面磁体粘贴型同步电动机，对于所关注的部位，在磁体埋入型同步电动机的情况、感应电动机的情况下都呈现相同的现象。

表面磁体粘贴型同步电动机800利用旋转轴1支承有转子10a，该旋转轴1的两端侧利用未图示的非接触轴承支承。以包围转子10a的方式设有定子20。该定子20具有例如通过层叠电磁钢板的薄板而成的定子铁芯21，并装入于壳体22。在定子铁芯21上卷绕有线圈23。在图1的视角中，能看到卷绕于定子铁芯21的线圈23的线圈端部23a。

在图8的表面磁体粘贴型同步电动机800中，通过将由磁性体的金属材料形成的筒状的旋转套筒12压入于环状的永磁体m与旋转轴1之间从而将永磁体m牢固地保持于旋转轴1的外周。

在图8的表面磁体粘贴型同步电动机800的情况下，在转子10a中，设有永磁体m的轴向上的区间为主要用于转矩产生的区间，该区间为转矩产生区间s8。

如根据图8容易理解的那样，在表面磁体粘贴型同步电动机800中，定子铁芯21的轴向上的一侧的端部211的轴向位置与转子10a侧的转矩产生区间s2的轴向上的一侧的端部113a的轴向位置大致一致，定子铁芯21的轴向上的另一侧的端部212的轴向位置与转子10a侧的转矩产生区间s2的轴向上的另一侧的端部114a的轴向位置大致一致。

在作为代表而表示图8的表面磁体粘贴型同步电动机800的通常的旋转电机的情况下，可能产生已简单说明的那样的问题。参照图8进一步具体地说明这些问题。

通常，如图8的表面磁体粘贴型同步电动机800那样，旋转电机的定子铁芯的轴向上的长度、和转子的转矩产生区间的轴向上的长度以相同的长度进行设计。

另外，若细致地分析，虽然如上所述地以相同的长度进行设计，但是，可能存在设置吸收制造时的全长的误差(尺寸公差)的程度的长度的不同的情况。在该情况下，虽然将转子和定子中的任一者较长地制作为吸收全长的误差(尺寸公差)的程度，但也仅在吸收尺寸公差的限度内。这是因为，本发明的技术思想中的上述的定子铁芯与转矩产生区间之间的轴向上的长度的不同是指在结构(差异的程度)、作用、效果的任一方面从根本上不同。

在图8的表面磁体粘贴型同步电动机800的情况下，转子不具有铁芯，转矩产生区间s8是指转子表面上的、配置有磁体的轴向区间。在具有磁体的同步电动机的情况下，由于始终产生有磁通，因此，在定子铁芯的端部和转子铁芯的端部始终在轴向上也产生有力。

在此，参照图9、图10以及图11，说明在定子铁芯的端部和转子铁芯的端部作用的轴向上的力。

图9是象征性地表示从通过旋转轴的剖面观察将图8的表面磁体粘贴型同步电动机800作为一例子的通常的旋转电机得到的端部的磁通线的样子的示意图。在该示意图中，特别表示了定子铁芯的端部与转子侧的转矩产生区间的端部对齐的情况。

图10是象征性地表示从通过旋转轴的剖面观察将图8的表面磁体粘贴型同步电动机800作为一例子的通常的旋转电机得到的端部的磁通线的样子的示意图，特别是表示定子铁芯的长度与转子侧的转矩产生区间的长度相等、定子铁芯的轴向上的中间位置作为轴向位置与转子侧的转矩产生区间的轴向上的中间位置一致的情况的图。

图11是象征性表示从通过旋转轴的剖面观察将图8的表面磁体粘贴型同步电动机800作为一例子的通常的旋转电机得到的端部的磁通线的样子的示意图，特别是表示定子铁芯的长度与转子侧的转矩产生区间的长度相等、定子铁芯的轴向上的中间位置与转子侧的转矩产生区间的轴向上的中间位置偏移的情况的图。

在图9、图10以及图11中，对与所述的图8的对应部利用相同的附图标记进行表示。

在图9、图10以及图11中，为了方便而使用图8的表面磁体粘贴型同步电动机800中的附图标记，在图9中，示出了定子铁芯的轴向上的一侧的端部211和转子10a的一侧的端部113a(因而，为磁体m的一侧的端部)，在图10和图11中示出了轴向上的另一侧的端部。

另外，图10和图11中的转子侧的转矩产生区间s10与图8中的转矩产生区间s8相对应。在图10和图11中，为了方便说明相同的现象，不仅在表面磁体粘贴型同步电动机800的情况下，在未图示的通常的磁体埋入型同步电动机的情况、感应电动机的情况下，也代表性地将转矩产生区间表示为s10。

在图9、图10以及图11中，转子10a的外周面与定子铁芯21的内周面隔开磁隙长度lg的磁隙地靠近并相对。在磁隙中由虚线表示磁通线。

磁通线具有朝向相同方向的磁通线彼此相互排斥、而产生欲空开间隔的斥力的性质。因而，自磁体m的单侧产生的磁通线朝向空间一边扩大相互之间的间隔一边逐渐发散。

另一方面，磁通线具有产生使产生磁通线的磁性体的磁通线的根部、和到达目的地的磁性体的磁通线的根部彼此始终缩短为最短距离的吸引力的性质。

在产生以及收纳磁通线的磁性体的磁阻等磁特性相同、磁场的强度也相同的情况下，呈现在磁性体的表面上的磁通线的根部具有以等间隔排列的性质。即，磁性体的表面上的磁通密度相同。

根据与磁通线相关的以上的性质，并参照图9、图10以及图11，在磁隙内，在比轴向上的两端靠内部的位置，未产生来自轴向上的两端的作用，磁通线以等间隔排列。

另一方面，虽然作用有上述的吸引力，但是，定子铁芯21和转子10a(在图8的例子中为磁体m)以不在吸引力的方向上移动的方式被支承，因此，定子铁芯21和转子10a不会抵接。

在向线圈23通电时，磁通线向与纸面垂直的方向扭转，从而利用上述吸引力产生转矩。

在该情况下，在定子铁芯的轴向上的一侧的端部211和转子10a的一侧的端部113a，磁通线在相互的斥力的作用下呈现向外侧鼓出的倾向。该倾向在另一侧的端部也相同(参照图10)，因此，不会破坏两端部之间的磁通线的均衡，而不会在轴向上产生力。因此，由上述的吸引力仅产生径向上的力。

在此，如图11所示，假设在两铁芯的端部的轴向位置相互偏移的情况下，在轴向上向消除该偏移并使端部位置对齐的方向产生有力。

即，在两铁芯的轴向全长相同、且在轴向上相互偏移的情况下，在轴向上始终向使双方的轴向位置对齐的方向作用有力。

另外，在磁体埋入型同步电动机的情况下，也与感应电动机相同，转子也具有铁芯，该转子中的转矩产生区间与跨转子铁芯的全长的区间相等。

如上所述，在具有磁体的同步电动机的情况下，由于始终产生有磁通，因此，在定子铁芯和转子铁芯的两铁芯的端部在轴向上也始终产生有力。

因此，假设，在两铁芯的端部的轴向位置相互偏移的情况下，在轴向上向消除该偏移并使双方的端部位置对齐的方向产生有力。

即，在两铁芯的轴向全长相同、且在轴向上相互偏移的情况下，在轴向上始终向使双方的轴向位置对齐的方向作用有力。

另外，在感应电动机的情况下，转子也具有铁芯，所述的转矩产生区间的长度与转子铁芯的轴向上的长度相等。在转矩产生时，在定子铁芯与转子铁芯之间，由于在旋转方向上产生磁性吸引力，从而产生有转矩。

与此同时，在两铁芯的端部，假设在端部的轴向位置相互偏移的情况下，也在轴向上向消除该偏移并使双方的端部位置对齐的方向产生有力。

即，在两铁芯的轴向上的全长相同、且在轴向上相互偏移的情况下，在使双方的轴向位置对齐的方向上、即轴向上作用有力。但是，在感应电动机的情况下，该力仅在感应电动机产生了转矩时产生。

如上所述，在表面磁体粘贴型同步电动机、磁体埋入型同步电动机以及感应电动机中的任一者中，在定子的端部、转矩产生区间的端部因制造时的组装误差等而相对于旋转轴具有略微的倾斜的情况下，如所述那样地欲使轴向上的偏移复位的力在旋转时强弱反复变动。因而，该力的变动产生旋转轴的轴向上的微小的振动。

如上所述，在应用于精密加工的用途的机床的主轴中，在上述那样的轴向上的振动向与该主轴连接的旋转电机的旋转轴传输时，即使该振动的程度微小，也会使加工精度恶化，而产生无法忽视的情况。

即，这样的轴的轴向上的移动对加工精度产生影响，因而并不优选。另外，特别是在非接触轴承、磁轴承、流体轴承等中，由于支承刚性较低，因此，问题容易表现得特别明显。另外，作为旋转轴的轴承，在应用了不具有与轴向位置相关的定位功能的从动的轴承的情况下，问题变得明显。

在通常的旋转电机中可能产生上述那样的问题，相对于此，在本发明的旋转电机中，谋求充分地解决这样的问题。

接着，参照图4、图5、图6以及图7依次说明图1、图2以及图3的、作为本发明的实施方式的旋转电机的作用。

图4是象征性地表示从通过旋转轴的剖面观察图1至图3的旋转电机的情况下的、端部的磁通线的样子的示意图，特别是表示转子侧的转矩产生区间的端部相对于定子铁芯的端部向定子铁芯侧偏移的情况的图。

图5是象征性地表示从通过旋转轴的剖面观察图1至图3的旋转电机得到的端部的磁通线的样子的示意图。在图5中，特别表示了转子侧的转矩产生区间的端部相对于定子铁芯的端部向定子外侧偏移的情况。

在图4和图5中，对与所述的图1、图2以及图3的对应部利用相同的附图标记进行表示。但是，在图4和图5中，为了方便共通地说明图1的磁体埋入型同步电动机、图2的表面磁体粘贴型同步电动机、以及图3的感应电动机，适当省略细微部分的形状等或者冒昧采用象征性的描绘方式，且对于大部分的附图标记标注与图1相对应的附图标记。

图4表示转子10侧的转矩产生区间的端部(在该例子中为转子铁芯11的另一侧的端部112)相对于定子铁芯21的另一侧的端部212向定子铁芯21侧偏移的情况。此时，在定子铁芯21和与其相对的转子10侧的转矩产生区间(转子铁芯11、磁体m)之间的磁隙长度lg的磁隙内，在比轴向上的两端靠内部的位置，未产生来自轴向上的两端的作用，磁通线以等间隔排列。

另一方面，在磁通线上产生有所述的吸引力，但由于定子铁芯21和转子10(图1的例子为转子铁芯11，图2的例子为永磁体m)以不在吸引力的方向上移动的方式被支承，因此，定子铁芯21和转子10两者不会抵接。

在向线圈23通电时，磁通线向与纸面垂直的方向扭转，从而利用所述吸引力产生转矩。

在此，说明定子铁芯21的轴向上的一侧的端部211的、相对于转子10侧的转矩产生区间s1的轴向上的一侧的端部111向轴向外侧延伸的延伸量以及定子铁芯21的轴向上的另一侧的端部212的、相对于转子10侧的转矩产生区间s1的轴向上的另一侧的端部112向轴向外侧延伸的延伸量与磁隙长度lg之间的关系。

即，在图1的磁体埋入型同步电动机100的情况下，如上所述，定子铁芯21的轴向上的一侧的端部211的、相对于转子10侧的转矩产生区间s1的轴向上的一侧的端部111向轴向外侧延伸的延伸量、以及定子铁芯21的轴向上的另一侧的端部212的、相对于转子10侧的转矩产生区间s1的轴向上的另一侧的端部112向轴向外侧延伸的延伸量为在磁体埋入型同步电动机100的磁隙长度lg以上的长度。定子铁芯21的轴向上的一侧的端部211以及另一侧的端部212的这样的向轴向外侧延伸的延伸量在图2的表面磁体粘贴型同步电动机200和图3的感应电动机300中的任一情况下均相同。

在本实施方式的旋转电机10中，定子铁芯21的轴向上的一侧的端部211相对于转子10侧的转矩产生区间s1的轴向上的一侧的端部111向轴向外侧延伸，定子铁芯21的轴向上的另一侧的端部212相对于转子10侧的转矩产生区间s1的轴向上的另一侧的端部112向轴向外侧延伸。因而，在图4所示的端部观察时，在转子10的另一侧的端部112，磁通线产生倾斜。若产生该倾斜，则根据磁通线的产生所述吸引力的性质，在转子10上作用有轴向上的力。该力相当于将上述的倾斜的方向上的力fd分解为其轴向成分fa和与轴向正交的方向上的成分fp时的、轴向成分fa。在图4中未示出的一端部211也同样地产生该现象。

因而，在定子铁芯21的轴向上的一侧的端部211和与其相对应的转子10侧的转矩产生区间s1的轴向上的一侧的端部111之间、以及定子铁芯21的轴向上的另一侧的端部212和与其相对应的转子10侧的转矩产生区间s1的轴向上的另一侧的端部112之间，作用有上述的力fd的轴向成分fa(-fa)。因此，利用力的成分fa与-fa之间的力平衡能够稳定地将与转子10的相对位置固定的旋转轴1的轴向位置维持在正规的位置。换言之，始终作用有能够消除与轴1和转子10的端部的轴向位置相关的位置偏移的方向上的力。

图5是假定转子10侧的转矩产生区间的端部(该例子中为转子铁芯11的一端部111)相对于定子铁芯21的一侧的端部211向定子外侧偏移的情况进行表示的图。此时，在定子铁芯21和与其相对的转子10侧的转矩产生区间(转子铁芯11、磁体m)之间的磁隙长度lg的磁隙内，在比轴向上的两端靠内部的位置，未产生来自轴向上的两端的作用，磁通线以等间隔排列。

另一方面，在磁通线上作用有所述的吸引力，但是，由于定子铁芯21和转子10(图1的例子中为转子铁芯11，图2的例子中为永磁体m)以不会在吸引力的方向上移动的方式被支承，因此，定子铁芯21和转子10两者不会抵接。

在向线圈23通电时，磁通线向与纸面垂直的方向扭转，从而利用所述的吸引力产生转矩。

在图5中的假定中，定子铁芯21的轴向上的一侧的端部211自转子10侧的转矩产生区间s1的轴向上的一侧的端部111向轴向后退。因而，在图5所示的端部观察时，在转子10的一侧的端部111，磁通线产生倾斜。在产生该倾斜时，根据磁通线的产生所述的吸引力的性质，在转子10上作用有轴向上的力。该力相当于将上述倾斜的方向上的力fd分解为其轴向成分fa和与轴向正交的方向上的成分fp时的、轴向成分fa。在图5中未示出的另一端部212，在定子铁芯21自转子10侧的转矩产生区间s1的轴向上的另一端部112沿轴向与一侧的端部211同样地后退的情况下，也同样产生该现象。

因而，在定子铁芯21的轴向上的一侧的端部211和与其相对应的转子10侧的转矩产生区间s1的轴向上的一侧的端部111之间、以及定子铁芯21的轴向上的另一侧的端部212和与其相对应的转子10侧的转矩产生区间s1的轴向上的另一侧的端部112之间，作用有上述的力fd的轴向成分fa(-fa)。因此，利用力的成分fa与-fa之间的力平衡，能够稳定地将与转子10的相对位置固定的旋转轴1的轴向位置维持在正规的位置。

然而，在定子铁芯21的轴向上的一侧的端部211相对于转子10侧的转矩产生区间s1的轴向上的一侧的端部111沿轴向后退，而另一侧的端部112侧没有如上所述地后退的情况下，所述的力fd的轴向成分fa始终作用于转子10、因而始终作用于与转子10的相对位置固定的旋转轴1。

即，在旋转轴1和转子10上始终作用有被向定子铁芯21侧拉入的力。

接着，参照图6和图7说明图1和图2的旋转电机的转子侧的转矩产生区间。

图6是说明图1和图2的旋转电机的转子侧的转矩产生区间的图，特别是表示定子铁芯充分长、且转矩产生区间的轴向上的长度的中间位置作为轴向位置与定子铁芯的轴向上的长度的中间位置一致的情况的图。

图7是说明图1和图2的旋转电机的转子侧的转矩产生区间的图，特别是表示定子铁芯充分长、转矩产生区间的轴向上的长度的中间位置与定子铁芯的轴向上的长度的中间位置不一致的情况的图。

在图6和图7中，与所述的图1和图2的对应部利用相同的附图标记进行表示。但是，在图6和图7中，为了方便共通地说明图1的磁体埋入型同步电动机以及图2的表面磁体粘贴型同步电动机，适当省略形状等或者冒昧采用象征性的描绘方式，并且，对于大部分的附图标记，标注与图1相对应的附图标记。

图6中的旋转电机相当于参照图1说明的磁体埋入型同步电动机100、参照图2说明的表面磁体粘贴型同步电动机200。图6中的旋转电机的转矩产生区间s6在磁体埋入型同步电动机100的情况下相当于参照图1说明的转矩产生区间s1，在表面磁体粘贴型同步电动机200的情况下相当于参照图2说明的转矩产生区间s2。

即，图6中的旋转电机的转矩产生区间s6的轴向上的长度的中间位置(中央位置)作为轴向位置与定子铁芯21的轴向上的长度的中间位置(中央位置)一致。

因此，在转子10侧的两端部，以大小相等且朝向相反的方式作用有由所述的磁通线产生的吸引力。因而，在转子10和与转子10的相对位置固定的旋转轴1上，由于作用于转子10和旋转轴1的轴向上的力的大小均衡、且作用于相反方向，因而相抵消，其结果，未作用有力。

同时，即使存在定子铁芯21的端部211、212、转子10侧的端部111、112的由组装精度产生的倾斜、磁体m的凹凸，也能够抑制由该倾斜、凹凸引起的所述那样的轴向上的微小振动。这是因为，在定子20(其定子铁芯21)充分长的情况下，产生所述吸引力的磁通线的长度变长，由微小位移引起的作用于轴向上的力的变动率变小。

图7的旋转电机是为了说明无法像参照图6说明的旋转电机那样抑制轴向上的微小振动等的情况而假定的情况。

图7的旋转电机的转矩产生区间s7的轴向上的长度的中间位置(中央位置)与定子铁芯21的轴向上的长度的中间位置(中央位置)不一致，而在图7的视角中向左侧偏移。

因此，作用于转子10侧的左侧端部的由所述的磁通线产生的吸引力的大小小于作用于转子10侧的右侧端部的吸引力的大小。这是因为，与作用于转子10侧的右侧端部的磁通线相比，作用于转子10侧的左侧端部的磁通线的数量少且长度也短。

因而，在转子10和与转子10的相对位置固定的旋转轴1上，对于作用于转子10和旋转轴1的轴向上的力的大小，在右侧变得相对较大，在转子10和旋转轴1上始终作用有欲使转子10和旋转轴1向右侧位移的力。

同时，若存在定子铁芯21的端部211、212、转子10侧的端部111、112的由组装精度产生的倾斜、磁体m的凹凸，则可能产生由该倾斜、凹凸引起的所述的轴向上的微小振动。该振动的振幅依赖于转子(其转矩产生区间s7)的轴向上的长度的中间位置(中央位置)相对于定子铁芯21的轴向上的长度的中间位置(中央位置)偏移的程度。

作为本发明的实施方式的旋转电机具有上述那样的结构，并起到所述的作用和效果。即，在利用磁通线而始终作用的力的作用下，能够始终维持旋转轴的轴向位置。因此，即使这些旋转电机应用了非接触轴承，也难以产生旋转轴的轴向上的振动。因此，能够完善地发挥非接触轴承的如下优点：能够使轴承部分的摩擦极小、启动的响应性较高而还能够应用于高速旋转，由于没有磨损，因此耐久性优异。

另外，该非接触轴承可以是磁轴承、流体轴承、或由磁轴承和流体轴承形成的混合型的轴承等。

另外，这些磁轴承、流体轴承、或由磁轴承和流体轴承形成的混合型的轴承为从动型的轴承较好。

若应用本发明的旋转电机构成机床，则能够充分地发挥与旋转电机相关的所述的优点，而能够实现与加工精度相关的能力较高的机床。

综上所述，本发明的旋转电机的结构极为简单，且具有所述的优点，并且，容易制作且廉价。

另外，本发明并不限定于所述的实施方式，而能够实施各种变形、变更，在能够达成本发明的目的的范围内的变形、改良也包含在本发明中。