JP2005124355A

JP2005124355A - 電気回転装置

Info

Publication number: JP2005124355A
Application number: JP2003359165A
Authority: JP
Inventors: Koji Moriya; 浩二守家; Hironori Sato; 裕紀佐藤; Daiki Tanaka; 大樹田中; Takahiro Sako; 孝弘佐古
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2003-10-20
Filing date: 2003-10-20
Publication date: 2005-05-12

Abstract

【課題】本発明は、高効率な電気回転装置を実現することを目的とする。
【解決手段】円筒状面を外側に有する内側部材２と、内側部材２の円筒状面に離間して対向する円筒状面を内側に有する外側部材３とを備え、内側部材２と外側部材３とを相対回転させる発電機又は電動機として構成された電気回転装置１であって、内側部材２又は外側部材３の何れか一方の円筒状面に、周方向に連続する溝部７を形成している。
【選択図】図１

Description

本発明は、円筒状面を外側に有する内側部材と、前記内側部材の円筒状面に離間して対向する円筒状面を内側に有する外側部材とを備え、前記内側部材と前記外側部材とを相対回転させる発電機又は電動機として構成された電気回転装置に関する。

従来の発電機や電動機の電気回転装置は、円筒状面を外側に有する内側部材と、前記内側部材の円筒状面に離間して対向する円筒状面を内側に有する外側部材とを備え、内側部材と外側部材との一方を固定子、他方を回転子として、回転子を固定子に対して相対回転させるように構成されている。このような電気回転装置としては、図６に示すように、回転子または固定子に於ける磁力線を整えるために、回転子または固定子を同一形状の鋼板等を積層して構成するものがある。（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−７９１１７号公報

従来の電気回転装置は、磁力線漏れを防ぐために、回転子と固定子との間隔はできるだけ狭く設計されており、その狭い間隔における気流については考慮されていなかった。また、回転子と固定子との間隔が狭いため、高い加工精度が要求され、更に、組立作業における位置合わせが困難であった。

本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、高効率な電気回転装置を実現する点にある。

〔特徴構成１〕
この目的を達成するための本発明に係る電気回転装置の第一特徴構成は、円筒状面を外側に有する内側部材と、前記内側部材の円筒状面に離間して対向する円筒状面を内側に有する外側部材とを備え、
前記内側部材と前記外側部材とを相対回転させる発電機又は電動機として構成された電気回転装置であって、
前記内側部材又は前記外側部材の何れか一方の円筒状面に、周方向に連続する溝部を形成している点にある。

即ち、本特徴構成によれば、周方向に連続した溝部を形成して気流の抜道を形成するので、内側部材及び外側部材の円筒状面と気体との間の気流による抵抗を少なくすることができる。従って、気流による抵抗を少なくして、内側部材と外側部材とをスムーズに相対回転させることができるので、電気回転装置の効率を向上させることができる。尚、回転速度が高速になるほど気流による抵抗も大きくなるので、高速回転する発電機或いは電動機の電気回転装置では特に有用である。

〔特徴構成２〕
同第二特徴構成は、前記内側部材又は前記外側部材が、複数の板状部材を軸心方向に積層して構成され、
一部の前記板状部材の円筒状面を、それを挟む前記板状部材の円筒状面よりも引退させて、前記溝部が形成されている点にある。

即ち、本特徴構成の如く、内側部材または外側部材を板状部材で構成すれば、溝部を形成するための加工を必要とせず、容易に製作できる板状部材を用いて溝部を形成することができるので、内側部材又は外側部材の実用的な実施形態を得ることができる。

また、内側部材の外側の円筒状面に溝部を形成する場合には、例えば、内側部材を、外縁が略円形の板状部材を同一軸心上に積層して構成し、一部の板状部材の直径を、これらの板状部材を挟む他の板状部材の直径より小さく設定して溝部を形成することができる。また、外側部材の内側の円筒状面に溝部を形成する場合には、例えば、外側部材を略円環状の板状部材を同一軸心上に積層して構成し、一部の板状部材の内径を、これらの板状部材を挟む他の板状部材の内径より大きく設定して溝部を形成することができる。

〔特徴構成３〕
同第三特徴構成は、前記板状部材の円筒状面は、電機子を備えている点にある。

即ち、本特徴構成によれば、内側部材の外側の円筒状面に溝部を形成する場合には、内側部材を電機子として構成し、外側部材の内側の円筒状面に溝部を形成する場合には、外側部材を電機子として構成することで、溝部の形成を容易にしながら、電機子の磁力線を整えることができるので、高効率且つ安定して運転可能な電気回転装置を実現することができる。

以下、本発明に係る電気回転装置の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔第一実施形態〕
先ず、本発明に係る電気回転装置の第一実施形態について、図１及び図２を基に説明する。電気回転装置１は、円筒状面を外側に有する内側部材としての固定子２と、固定子２の外側の円筒状面に離間して対向する円筒状面を内側に有する外側部材としての回転子３とを備え、固定子２と回転子３とを相対回転させる発電機又は電動機の電気回転装置として構成されている。
更に、固定子２又は回転子３の何れか一方の円筒状面に、周方向に連続する溝部７が形成されている。

固定子２は外周面が円筒状面に形成され、回転子３は内周面が円筒状面に形成されており、固定子２の外周面と回転子３の内周面とが対向配置されている。また、本実施形態では、固定子２の外周面に周方向に連続する溝部７が形成されている。

固定子２は、図２に示すように、外周面が円筒状面となるように略円筒形に形成されている。固定子２は、複数の板状部材を軸心方向に積層して構成され、板状部材の一部の円筒状面を、それを挟む板状部材の円筒状面よりも引退させて、溝部７を形成している。また、固定子２は、後述する回転子３の内部に、回転子３の軸心と同じ軸心上に配置されている。尚、固定子２を板状部材で構成すれば、溝部７を形成するための加工を必要とせず、容易に製作できる板状部材を用いて溝部７を形成することができる。

固定子２は、全部で５０枚の互いに外径が異なる２種類の板状部材４ａ、４ｂを交互に積層して構成されている。板状部材４ａ、４ｂは、図２に示すように、円環状に形成されており、板状部材４ａの外径は１６．０ｍｍ、板状部材４ｂの外径は１５．５ｍｍである。外形の大きい板状部材４ａで外径の小さい板状部材４ｂを挟むように積層することで、隣接する板状部材４ａの間に、周方向に連続した溝部７を簡易に形成することができる。

ここで、電気回転装置１は、精度・組立性改善のため固定子２と回転子３との間の間隔を広く設計することがある。固定子２と回転子３との間の間隔を広げた場合には、固定子２と回転子３との間の気流の影響が大きくなる。溝部７を設ける構成にすれば、溝部７が気体の抜道となって、気流による抵抗を抑えることができるので、固定子２と回転子３との相対回転をスムーズにし、電気回転装置１の効率を向上させることができる。

また、固定子２は、電機子として構成されており、外周面には電機子巻線を巻回するためのスリット５が周方向に沿って等間隔に配置されている。

回転子３は、内周面が円筒状面となるように略円筒形に形成され、回転子３の内周面が固定子２の外周面に離間して対向するように構成されている。また、回転子３の内周面は、永久磁石を用いて磁界を持つように構成されている。更に、一方の底面は回転軸により回転自在に支持されている。

〔第二実施形態〕
次に、本発明の第二実施形態について、図３を基に説明する。
第一実施形態では、互いに外径が異なる２種類の板状部材４ａ、４ｂを積層して固定子２を構成したが、本実施形態では、互いに外径が異なる３種類の円環状の板状部材４ａ、４ｂ、４ｃを積層して固定子２を構成する。

本実施形態の固定子２は、図３に示すように、全部で５０枚の３種類の板状部材４ａ、４ｂ、４ｃを積層して構成されている。板状部材４ａ、４ｂ、４ｃは、図２に示すように、円環状に形成されており、板状部材４ａの外径は１６．０ｍｍ、板状部材４ｂの外径は１５．５ｍｍ、板状部材４ｃの外形は１５．８ｍｍに形成されている。板状部材４ａ、４ｂ、４ｃは、外径の大きい板状部材４ｃで外径の小さい板状部材４ｂを挟み、外径の最も大きい板状部材４ａで板状部材４ｂ、４ｃを挟むように、板状部材４ａ、４ｃ、４ｂ、４ｃ、４ａの順に繰返して配置されている。外形の異なる３種類の板状部材４ａ、４ｂ、４ｃを階段状に並べるので、溝部７の幅が大きくなり、気流による抵抗をより低減することができる。

次に、上記第一及び第二実施形態の電気回転装置１の構成を適用した発電機、従来技術による電気回転装置の構成を適用した発電機の夫々について、気流による抵抗に起因する発電効率の低下率を図４に示す。ここで、構造１は従来の発電機、構造２は第一実施形態の構成を適用した発電機、構造３は第二実施形態の構成を適用した発電機の発電効率の低下率である。従来技術による発電機の発電効率の低下率が１．５％であるのに対し、第一及び第二実施形態の電気回転装置１の構成を適用した発電機の発電効率の低下率は０．９％、０．７％であり、何れも改善されている。

〔別実施形態〕
続いて、本発明の別実施形態について、図５を基に説明する。
上述した第一及び第二実施形態では、内側部材２に溝部７を設けたが、本実施形態では、外側部材３の内側の円筒状面に溝部７を形成する。
本実施形態の外側部材３は、図５に示すように、内周面が円筒状面となるように略円筒形に形成されており、複数の板状部材を軸心方向に積層して構成される。詳細には、全部で５０枚の互いに内径が異なる２種類の円環状の板状部材４ｄ、４ｅを交互に積層する。板状部材４ｅの内径は板状部材４ｄの内径より大きく設定されており、板状部材４ｅを板状部材４ｄで挟むように積層することで隣接する板状部材４ｄの間に溝部７を形成する。また、この外側部材３は、電機子として構成されており、板状部材４ｄ、４ｅには、電機子巻線を巻回するためのスリット５が周方向に沿って等間隔に配置されている。
尚、本実施形態では、固定子及び回転子は、内側部材２及び外側部材３の何れで構成してもよい。また、内側部材２を電機子として構成してもよい。

尚、上述した第一及び第二実施形態では、固定子２を内側部材として構成し、回転子３を外側部材として構成したが、これに限るものではない。外側部材を固定子として構成し、内側部材を回転子として構成しても良い。また、第一及び第二実施形態では固定子２を電機子としているが、これに限らず、回転子３を電機子として構成しても良い。

また、上述した実施形態では、互いに外径または内径が異なる２種類若しくは３種類の板状部材を用いて溝部７を構成したが、より多くの種類の板状部材を用いて外側部材３または内側部材２を構成し溝部７を形成しても良い。また、板状部材の組合わせや配置順は任意に構成してよい。

本発明に係る電気回転装置の一実施形態を示す斜視図本発明に係る電気回転装置の固定子の一例を示す斜視図本発明に係る電気回転装置の固定子の変形例を示す斜視図気流による抵抗に起因する発電効率の低下率を示す図本発明に係る電気回転装置の固定子の変形例を示す斜視図従来技術に係る電気回転装置の固定子を示す斜視図

符号の説明

１電気回転装置
２固定子
３回転子
４板状部材
５スリット
７溝部

Claims

円筒状面を外側に有する内側部材と、前記内側部材の円筒状面に離間して対向する円筒状面を内側に有する外側部材とを備え、
前記内側部材と前記外側部材とを相対回転させる発電機又は電動機として構成された電気回転装置であって、
前記内側部材又は前記外側部材の何れか一方の円筒状面に、周方向に連続する溝部を形成している電気回転装置。
前記内側部材又は前記外側部材が、複数の板状部材を軸心方向に積層して構成され、
一部の前記板状部材の円筒状面を、それを挟む前記板状部材の円筒状面よりも引退させて、前記溝部が形成されている請求項１に記載の電気回転装置。
前記板状部材を積層して構成された前記内側部材又は前記外側部材は、電機子として構成されている請求項２に記載の電気回転装置。