JP2002325412A - アキシャルギャップ型電動機、発電機および電動発電機 - Google Patents
アキシャルギャップ型電動機、発電機および電動発電機Info
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Abstract
とがない、アキシャルギャップ型電動機を提供する。 【解決手段】 磁石27を有するロータ26と、コイル
23を有するステータ22とを備えたアキシャルギャッ
プ型電動機20であって、前記磁石と前記コイルの間に
は、エアーギャップδが設けられ、前記ロータは、前記
ロータの回転に応じて、前記エアーギャップが変化する
ように移動する。
Description
プ型電動機、発電機および電動発電機に関し、特に、例
えば、超電導磁気軸受により浮上したフライホイールに
回転力としてのエネルギーを入出力するときに好適なア
キシャルギャップ型電動発電機に関する。
シャルギャップ型電動発電機が用いられることがある。
このアキシャルギャップ型電動発電機は、電力を回転エ
ネルギーの形で貯蔵するために、電動機として、超電導
磁気軸受により浮上し非接触状態のフライホイールを高
速回転させるとともに、電力を取り出すときには発電機
として、フライホイールの回転エネルギーから電力を生
成する。
く一般に用いられている。その一例である特開平8−1
82295号公報に記載のアキシャルギャップ型電動機
は、例えば、レーザプリンタ、バーコードスキャナ、フ
ァクシミリ等の機器が備える光走査系のポリゴンミラー
を駆動するために用いられている。
キシャルギャップ型電動発電機(電動機、発電機)を示
す。図3に示すように、従来一般のアキシャルギャップ
型電動機および電動発電機では、磁石11を有するロー
タ12と、コイル13を装着したステータ14のエアー
ギャップδが一定であった。
機では、コイル13に作用する磁界の強さが一定とな
り、各回転数における負荷側の要求トルクに対し、励磁
値の過不足が発生し、電動機の損失増加や駆動回路にあ
るインバータのような電力変換器の損失が増加し、電動
機の温度上昇や効率低下の原因となっていた。
が発電機として用いられるときには、ロータ回転数の変
化によって出力電圧が変わることから、その出力電圧を
一定にするため、出力回路に電圧調整装置(AVR:A
utomatic Voltage Regulato
r)が不可欠となっていた。
ことがない、アキシャルギャップ型電動機が望まれてい
る。回転数に応じて、コイルに作用する磁界の強さが変
動することで、電動機の損失等が増加することがない、
アキシャルギャップ型電動機が望まれている。発電機と
して用いられるときに、ロータ回転数の変化による出力
電圧の変動を最小限に抑えることのできる、アキシャル
ギャップ型発電機が望まれている。電動機として回転数
に応じて電動機の損失等が増加することがないととも
に、発電機としてロータ回転数の変化による出力電圧の
変動を最小限に抑えることのできる、アキシャルギャッ
プ型電動発電機が望まれている。
出力特性を調整することが可能なモータとして以下のモ
ータが記載されている。軸方向に傾斜した半円錐状とし
た磁石を有するロータと、端面がこのロータと均一なエ
アーギャップを保つように傾斜したコイルを装着したス
テータと、前記ロータの軸に設けたバネとを備え、負荷
による軸方向の加重と前記バネの反発力とが平衡する位
置にロータが位置することによって、前記エアーギャッ
プの大きさを調整するモータである。
ータとロータとの間のギャップを制御して所要のトルク
特性を得ることができるギャップ制御型モータとして、
次のものが記載されている。回転自在に支持されたロー
タと、それぞれ前記ロータの外周面を臨むように前記ロ
ータの周囲に配置された複数のステータと、前記複数の
ステータをそれぞれ前記ロータの外周面に対して前進/
後退させるための移動手段と、前記ロータの出力トルク
を検出するトルク計と、前記トルク計により検出された
出力トルクが所定値となるように前記移動手段により前
記複数のステータを移動させるコントローラとを備えた
ものである。
電機の固定子構造として、補助極歯の回転磁極に対向す
る面を回転磁極の内周面に沿って円弧状に形成し、回転
磁極と補助極歯間のギャップを回転方向に対してコント
ロールする(ギャップを変化させることによりコギング
トルク/トルクリップルの改善効果も生まれる)旨が記
載されている。
損失等が増加することがない、アキシャルギャップ型電
動機を提供することである。本発明の他の目的は、回転
数に応じて、コイルに作用する磁界の強さが変動するこ
とで、電動機の損失等が増加することがない、アキシャ
ルギャップ型電動機を提供することである。本発明の更
に他の目的は、発電機として用いられるときに、ロータ
回転数の変化による出力電圧の変動を最小限に抑えるこ
とのできる、アキシャルギャップ型発電機を提供するこ
とである。本発明の更に他の目的は、電動機として回転
数に応じて電動機の損失等が増加することがないととも
に、発電機としてロータ回転数の変化による出力電圧の
変動を最小限に抑えることのできる、アキシャルギャッ
プ型電動発電機を提供することである。
の手段が、下記のように表現される。その表現中の請求
項対応の技術的事項には、括弧()つき、番号、記号等
が添記されている。その番号、記号等は、請求項対応の
技術的事項と実施の複数形態のうちの少なくとも一つの
形態の技術的事項との一致・対応関係を明白にしている
が、その請求項対応の技術的事項が実施の形態の技術的
事項に限定されることを示すためのものではない。
磁石(27)を有するロータ(26)と、コイル(2
3)を有するステータ(22)とを備えたアキシャルギ
ャップ型電動機(20)であって、前記磁石(27)と
前記コイル(23)の間には、エアーギャップ(δ)が
設けられ、前記ロータ(26)は、前記ロータ(26)
の回転に応じて、前記エアーギャップ(δ)が変化する
ように移動する。
0)において、前記ロータ(26)は、前記ロータ(2
6)の回転に伴う遠心力の作用により移動する。
0)において、前記ロータ(26)は、前記ロータ(2
6)の回転に伴う遠心力により前記ロータ(26)の回
転軸(25)の半径方向外側に振れる振り子(31)に
より前記遠心力が前記ロータ(26)の前記回転軸(2
5)の軸線方向の力に変換されてなる力の作用により、
移動する。
0)は、磁石(27)を有し回転軸(25)を中心とし
て回転するロータ(26)と、コイル(23)を有する
ステータ(22)と、前記回転軸(25)と同心円状に
設けられた支持部(29)と、前記支持部(29)に対
し揺動自在に設けられたカウンタ振り子(31)と、前
記カウンタ振り子(31)に機械的に接触され前記カウ
ンタ振り子(31)の揺動に応じて前記ロータ(26)
を前記回転軸(25)の軸線方向に押圧する押圧部(3
4)と、前記押圧部(34)による押圧の向きと逆向き
に前記ロータ(26)を付勢する付勢部(28)とを備
えたアキシャルギャップ型電動機(20)であって、前
記磁石(27)と前記コイル(23)の間には、前記回
転軸(25)の軸線に沿う方向にエアーギャップ(δ)
が設けられ、前記ロータ(26)は、前記ロータ(2
6)の回転に伴う前記カウンタ振り子(31)の揺動に
応じて前記押圧部(34)により押圧されたときに、前
記付勢部(28)による付勢力に抗して前記押圧部(3
4)による押圧の向きに動くことにより、前記エアーギ
ャップ(δ)が変化するように移動する。
0)は、磁石(27)を有するロータ(26)と、コイ
ル(23)を有するステータ(22)とを備えたアキシ
ャルギャップ型発電機(20)であって、前記磁石(2
7)と前記コイル(23)の間には、エアーギャップ
(δ)が設けられ、前記ロータ(26)は、前記ロータ
(26)の回転に応じて、前記エアーギャップ(δ)が
変化するように移動する。
(20)は、磁石(27)を有するロータ(26)と、
コイル(23)を有するステータ(22)とを備えたア
キシャルギャップ型電動発電機(20)であって、前記
磁石(27)と前記コイル(23)の間には、エアーギ
ャップ(δ)が設けられ、前記ロータ(26)は、前記
ロータ(26)の回転に応じて、前記エアーギャップ
(δ)が変化するように移動する。
動発電機の一実施形態を説明する。
動発電機の第1実施形態を示す側断面図である。まず、
第1実施形態のアキシャルギャップ型電動発電機20の
構成について説明する。
フレーム21と、フレーム21の内側上面に固設された
ステータ22と、ステータ22に巻回されたコイル23
と、フレーム21に対して軸受24を介して回転自在に
支持された回転軸25と、ロータ26と、ロータ26に
固定された永久磁石27と、を備えている。
インまたはキーによって取り付けられている。これによ
り、回転軸25とロータ26との間での回転トルクの伝
達はなされるが、ロータ26は、回転軸25に対して回
転軸25の軸線方向(上下方向)には移動可能なように
構成されている。
7aとの間には、圧縮された状態のバネ28が設けられ
ている。これにより、ロータ26は、バネ28により常
時、上向きに付勢されている。
の上部には、回転軸25の軸中心から同心円状に拡径す
るように設けられた円板部29が設けられている。円板
部29の外周部には、複数のカウンタ振り子31が円板
部29の周方向等間隔均等に配置されている。カウンタ
振り子31は、円板部29に対し、支点32の位置で吊
下げられた状態で取り付けられ、支点32を中心として
回転軸25の半径方向外側および内側に揺動自在とされ
ている。支点32には、支点32を中心として揺動する
カウンタ振り子31と一体的に動くアーム33が取り付
けられている。アーム33の先端部34は、支点32を
中心として円弧状に移動する。
回転していない状態において、バネ28によって付勢さ
れたロータ26の内側上面26aによって上向きに押圧
されている。内側上面26aによって押圧された先端部
34は、円板部29の下面側に設けられた段部35と、
内側上面26aとの間に挟持された状態で支持されてい
る。
0の動作について説明する。
電機または電動機として動作するとき、ロータ26の回
転数が増加すると、遠心力によりカウンタ振り子31が
支点32を中心として回転軸25の半径方向外向きに振
れる。遠心力により、カウンタ振り子31が振れたと
き、アーム33の先端部34がロータ26の内側上面2
6aを下向きに押圧する。このとき、ロータ26は、バ
ネ28による付勢力に抗して下向きに下がり、その結
果、ロータ26の永久磁石27と、ステータ22のコイ
ル23の間のエアーギャップδが大きくなる。
機が発電機として動作しているときには、ロータの回転
数の増加に伴い、出力電圧が増加する傾向に進むところ
を、本実施形態のアキシャルギャップ型電動発電機20
では、ロータ26の回転数の増加に伴いエアーギャップ
δが大きくなり、コイル23に作用する界磁力が小さく
なることで、出力電圧の変動が最小限に抑えられる。そ
の結果、電圧調整装置(AVR)による出力電圧の調整
幅を従来に比べて小さくすることができる。
動発電機が電動機として動作しているときには、ロータ
の回転数の増加に伴い鉄損が大きくなる傾向に進むとこ
ろを、本実施形態のアキシャルギャップ型電動発電機2
0では、ロータ26の回転数の増加に伴いエアーギャッ
プδが大きくなり、コイル23に作用する界磁力が小さ
くなることで、鉄損の増加を抑えることができる。
動機として動作するときには、前述のように、ロータ2
6の回転数が上がると、コイル23に作用する界磁力が
小さくなることから、ロータ26の回転始動時に比べ、
出力トルクが小さくなる傾向にある。
(または電動機)が、電気自動車またはいわゆるハイブ
リッドカーに用いられる場合には、タイヤの回転数に相
当するロータの回転数の増加に連れて、タイヤを駆動す
るための回転トルクが多少小さくなっても、その車を駆
動する上で大きな問題は生じない。上記のように、ロー
タ26の回転数の増加に連れて出力トルクが小さくなる
傾向にあるアキシャルギャップ型電動発電機20(また
はアキシャルギャップ型電動発電機20と同じ構造の電
動機)は、電気自動車またはいわゆるハイブリッドカー
のように、回転数の増加に連れて必要なトルクが少なく
ても足りる負荷に適用することが適している。
いて説明する。
型電動機40の構成について説明する。
ーム41と、フレーム41の内側下面に固設されたステ
ータ42と、ステータ42に巻回されたコイル43と、
フレーム41に対して軸受44を介して回転自在に支持
された回転軸45と、ロータ46と、ロータ46に固定
された永久磁石47と、を備えている。
インまたはキーによって取り付けられている。これによ
り、回転軸45とロータ46との間での回転トルクの伝
達はなされるが、ロータ46は、回転軸45に対して回
転軸45の軸線方向(上下方向)には移動可能なように
構成されている。
7aとの間には、圧縮された状態のバネ48が設けられ
ている。これにより、ロータ46は、バネ48により常
時、上向きに付勢されている。
の上部には、回転軸45の軸中心から同心円状に拡径す
るように設けられた円板部49が設けられている。円板
部49の外周部には、複数のカウンタ振り子51が円板
部49の周方向等間隔均等に配置されている。カウンタ
振り子51は、円板部49に対し、支点52の位置で吊
下げられた状態で取り付けられ、支点52を中心として
回転軸45の半径方向外側および内側に揺動自在とされ
ている。支点52には、支点52を中心として揺動する
カウンタ振り子51と一体的に動くアーム53が取り付
けられている。アーム53の先端部54は、支点52を
中心として円弧状に移動する。
回転していない状態において、バネ48によって付勢さ
れたロータ46の内側上面46aによって上向きに押圧
されている。内側上面46aによって押圧された先端部
54は、円板部49の下面側に設けられた段部55と、
内側上面46aとの間に挟持された状態で支持されてい
る。
動作について説明する。
るとき、ロータ46の回転数が増加すると、遠心力によ
りカウンタ振り子51が支点52を中心として回転軸4
5の半径方向外向きに振れる。遠心力により、カウンタ
振り子51が振れたとき、アーム53の先端部54がロ
ータ46の内側上面46aを下向きに押圧する。このと
き、ロータ46は、バネ48による付勢力に抗して下向
きに下がり、その結果、ロータ46の永久磁石47と、
ステータ42のコイル43の間のエアーギャップδが小
さくなる。
るときには、ロータ46の回転数が上がると、エアーギ
ャップδが小さくなり、コイル43に作用する界磁力が
大きくなることから、ロータ46の回転始動時に比べ、
出力トルクが大きくなる傾向にある。
(または電動機)が、ポンプに用いられる場合には、ポ
ンピング動作に相当するロータの回転数の増加に連れ
て、ポンピングするための回転トルクは大きくなくては
ならない。上記のように、ロータ46の回転数の増加に
連れて出力トルクが大きくなる傾向にあるアキシャルギ
ャップ型電動機40は、ポンプのように、回転数の増加
に連れて大きなトルクを必要とする負荷に適用すること
が適している。
形態によれば、以下の作用効果を奏することができる。
変化によらず発電機の出力電圧が一定となるため、出力
回路の電圧調整装置の省略または簡略化が可能となり、
コスト低減や高効率化が図れる。特に、第1実施形態の
アキシャルギャップ型電動発電機が超電導磁気浮上装置
に用いられた場合には、フライホイールに回転エネルギ
ーとして貯蔵された電力を出力する際に、ロータの回転
数が本質的に変化(時間の経過と共に減少)する。ま
た、同様に、第1実施形態が風力発電機に用いられた場
合にも、ロータの回転数は風力に応じて常時変動する。
さらに、第1実施形態がハイブリッドカーに用いられ、
制動時に余分となった回転エネルギーから発電する場合
にも、その回転エネルギー(回転数)は運転状態によっ
て異なる。第1実施形態は、上記のように、通常運転
(発電)状態時に入ってもロータの回転数が本質的に変
化する場合に、特に効果がある。
タ回転数に対する励磁値が必要値に対して適正値となる
ため、電動機の鉄損や駆動用電動機変換装置の損失が減
少し、発熱低下や効率が向上する。
がると鉄損が大きくなる。これに対し、第1実施形態の
アキシャルギャップ型電動発電機が電動機として用いら
れる場合には、回転数が上がると、ステータのコイルと
ロータの永久磁石との間のエアーギャップが大きくなる
ため、コイルに作用する界磁力が小さくなり、鉄損を減
らすことができる。
転数に応じてまたは比例して、ステータのコイルとロー
タの永久磁石との間のエアーギャップを機械的に自動調
整する。第1および第2実施形態においては、エアーギ
ャップを調整する際に、ロータ側を移動させる。
転したときの遠心力を用いる。その遠心力をロータの回
転軸方向の力に変換する。その力の変換に際しては、振
り子を用いる。その振り子としては、各種の振り子が考
えられ、上記に説明した構造に限定されない。
し、励磁用磁石の軸方向位置を変えることができる。例
えば、カウンタ振り子と振り子に接続されたアームによ
り、ロータを上下に移動させる機構を設け、エアーギャ
ップを回転数に対する所定の計画位置に自動的に調整す
る。
ップ型電動(発電)機において、ロータの回転に伴い半
径方向外側に振れるカウンタ振り子は、フライホイール
として機能し、その慣性を利用して、回転速度の変動を
平均化し、また多量のエネルギーを保有させることがで
きる。よって、第1実施形態のアキシャルギャップ型電
動発電機が超電導磁気浮上装置に用いられた場合、超電
導磁気軸受によってのみ支持された電力貯蔵用フライホ
イールとの間で回転力(回転エネルギー)の伝達を安定
的に行うことができる。
よれば、各ロータ回転数に対する励磁値が必要値に対
し、適正値となるため、電動機の鉄損や、駆動用電動機
変換装置の損失が減少し、発熱低下や、効率が向上す
る。
れば、ロータの回転数の変化によらず発電機の出力電圧
が一定となるため、出力回路の電圧調整装置の省略また
は簡略化が可能となり、コスト低減や高効率化が図れ
る。
によれば、電動機として動作するときには、各ロータ回
転数に対する励磁値が必要値に対し、適正値となるた
め、電動機の鉄損や、駆動用電動機変換装置の損失が減
少し、発熱低下や、効率が向上するとともに、発電機と
して動作するときには、ロータの回転数の変化によらず
発電機の出力電圧が一定となるため、出力回路の電圧調
整装置の省略または簡略化が可能となり、コスト低減や
高効率化が図れる。
ャップ型電動発電機を示す側断面図である。
ャップ型電動発電機を示す側断面図である。
発電機を示す側断面図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 磁石を有するロータと、 コイルを有するステータとを備えたアキシャルギャップ
型電動機であって、 前記磁石と前記コイルの間には、エアーギャップが設け
られ、 前記ロータは、前記ロータの回転に応じて、前記エアー
ギャップが変化するように移動するアキシャルギャップ
型電動機。 - 【請求項2】 請求項1記載のアキシャルギャップ型電
動機において、 前記ロータは、前記ロータの回転に伴う遠心力の作用に
より移動するアキシャルギャップ型電動機。 - 【請求項3】 請求項2記載のアキシャルギャップ型電
動機において、 前記ロータは、前記ロータの回転に伴う遠心力により前
記ロータの回転軸の半径方向外側に振れる振り子により
前記遠心力が前記ロータの前記回転軸の軸線方向の力に
変換されてなる力の作用により、移動するアキシャルギ
ャップ型電動機。 - 【請求項4】 磁石を有し回転軸を中心として回転する
ロータと、 コイルを有するステータと、 前記回転軸と同心円状に設けられた支持部と、 前記支持部に対し揺動自在に設けられたカウンタ振り子
と、 前記カウンタ振り子に機械的に接触され前記カウンタ振
り子の揺動に応じて前記ロータを前記回転軸の軸線方向
に押圧する押圧部と、 前記押圧部による押圧の向きと逆向きに前記ロータを付
勢する付勢部とを備えたアキシャルギャップ型電動機で
あって、 前記磁石と前記コイルの間には、前記回転軸の軸線に沿
う方向にエアーギャップが設けられ、 前記ロータは、前記ロータの回転に伴う前記カウンタ振
り子の揺動に応じて前記押圧部により押圧されたとき
に、前記付勢部による付勢力に抗して前記押圧部による
押圧の向きに動くことにより、前記エアーギャップが変
化するように移動するアキシャルギャップ型電動機。 - 【請求項5】 磁石を有するロータと、 コイルを有するステータとを備えたアキシャルギャップ
型発電機であって、 前記磁石と前記コイルの間には、エアーギャップが設け
られ、 前記ロータは、前記ロータの回転に応じて、前記エアー
ギャップが変化するように移動するアキシャルギャップ
型発電機。 - 【請求項6】 磁石を有するロータと、 コイルを有するステータとを備えたアキシャルギャップ
型電動発電機であって、 前記磁石と前記コイルの間には、エアーギャップが設け
られ、 前記ロータは、前記ロータの回転に応じて、前記エアー
ギャップが変化するように移動するアキシャルギャップ
型電動発電機。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001127883A JP2002325412A (ja) | 2001-04-25 | 2001-04-25 | アキシャルギャップ型電動機、発電機および電動発電機 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001127883A JP2002325412A (ja) | 2001-04-25 | 2001-04-25 | アキシャルギャップ型電動機、発電機および電動発電機 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2002325412A true JP2002325412A (ja) | 2002-11-08 |
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JP2001127883A Pending JP2002325412A (ja) | 2001-04-25 | 2001-04-25 | アキシャルギャップ型電動機、発電機および電動発電機 |
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---|---|
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