JP2008118839A - Motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、我々の日常生活や産業界など幅広い分野で、電気エネルギーを機械エネルギーに変換して駆動系動力源として利用されているモータに関するものである。 The present invention relates to a motor that is used as a drive system power source by converting electrical energy into mechanical energy in a wide range of fields such as our daily life and industry.
前述したようにモータは、玩具や映像・通信・情報・事務等の各種機器をはじめ、家電製品・自動車、工作機械等、社会全般の駆動系動力源として多数使用され、数多くの種類のモータが開発・生産されている。
またモータは、風力や水力等外部からのエネルギーによって回転子を回転させることにより、固定子側に電流が誘導され発電機としても機能する。
そして、数多くの種類のモータや発電機が開発・生産されているが、更なる高効率化・高性能化を望む声は高い。As mentioned above, motors are used in many ways as drive system power sources for society in general, including toys and various devices such as video, communication, information, office work, home appliances, automobiles, machine tools, etc. Developed and produced.
The motor also functions as a power generator by rotating a rotor with external energy such as wind power or hydraulic power to induce a current on the stator side.
Many types of motors and generators have been developed and produced, but there are high demands for higher efficiency and higher performance.
上記要求に対応するため、永久磁石材料や電機子巻線方法の改良、駆動系回路におけるパワー半導体の高性能・高機能化等の他に関連技術の開発も含め、高い性能を備えたモータや発電機が開発・提供されている。 In order to meet the above requirements, motors with high performance, including improvements in permanent magnet materials and armature winding methods, high performance and high functionality of power semiconductors in drive system circuits, as well as development of related technologies, etc. A generator is being developed and provided.
モータは一般的に、磁界中に置かれた電線に流す電流の方向を切り換えるか、電流を流す電機子を切り換えるか、又は、磁束方向を変えて回転子側を連続回転させている。
そして、従来の多くのモータにおいては、固定子と回転子が一組となって電機子側に流す電流や電圧、周波数等の制御や、磁石の高性能化等によってモータの回転速度−トルク特性が決定していた。In general, a motor switches the direction of a current flowing through an electric wire placed in a magnetic field, switches an armature that flows a current, or changes the magnetic flux direction to continuously rotate the rotor side.
In many conventional motors, the rotational speed-torque characteristics of the motor are controlled by controlling the current, voltage, frequency, etc. that flow through the armature as a set of stator and rotor, and by improving the performance of the magnet. Was decided.
本発明の目的は、モータの新規な構成を採用することによって、回転速度−トルク特性の性能の向上をはじめ、騒音や振動・発熱等に関する性能の向上を図ったモータを提供することを目的としてしている。
そして、上記目的を果たすべく、本特許出願人と同一人物の出願による出願番号、特願2005−381380において、外側固定子の内側を中間回転子が回転し、前記中間回転子の内側を中央回転子が回転する新規な構成の中央・中間内転形モータを出願した。
本発明は、特願2005−381380において出願された中央・中間内転形モータに対して、固定子を中央に配置し、中央固定子外側で中間回転子を回転させ、前記中間回転子外側で外側回転子を前記中間回転子と同方向に回転させる新規な構成の中間・外側回転子外転形モータを提供することを目的としている。An object of the present invention is to provide a motor that has improved performance in terms of noise, vibration, heat generation, etc., as well as improved performance of rotational speed-torque characteristics, by adopting a new configuration of the motor. is doing.
And in order to achieve the above-mentioned object, in the application number of Japanese Patent Application No. 2005-38380 filed by the same person as the present applicant, the intermediate rotor rotates inside the outer stator, and the inside of the intermediate rotor rotates centrally. We have applied for a new configuration of a central / intermediate adder motor with a rotating child.
The present invention relates to a central / intermediate adder type motor filed in Japanese Patent Application No. 2005-38380, in which a stator is arranged in the center, an intermediate rotor is rotated outside the central stator, It is an object of the present invention to provide an intermediate / outside rotor abduction motor having a novel configuration for rotating an outer rotor in the same direction as the intermediate rotor.
上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、中央固定子と、回転軸を有し内周面が前記中央固定子の外周面に所定の間隔を介して対面し前記中央固定子外側に配置された中空円筒体構造の中間回転子と、回転軸を有し内周面が前記中間回転子の外周面に所定の間隔を介して対面し前記中間回転子外側に配置された中空円筒体構造の外側回転子から構成され、前記中間回転子及び外側回転子が前記中央固定子に設けた中間回転子及び外側回転子用の軸受け部によって回転自在に支承され、前記中央固定子・中間回転子・外側回転子に電機子・永久磁石・導体よりいずれかを選択し組合わせて配置固定し、前記電機子に対し直流又は交流電源を給電することによって、中央固定子外側で中間回転子を回転させ、さらに、中間回転子外側で外側回転子を前記中間回転子と同方向に回転させることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the invention according to
上記目的を達成するために、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明に加え、中央固定子に中央固定子用の電機子と中間回転子用の電機子に給電するブラシを配置固定し、中空円筒体構造の中間回転子に中間回転子用の電機子と前記電機子と接続するとともに前記ブラシに相対して接触するスリップリングを配置固定し、外側回転子に回転子鉄心周方向に異なる極の永久磁石を配置固定したことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the invention described in
上記目的を達成するために、請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の発明に加え、中央固定子に中央固定子用の電機子と中間回転子用の電機子に給電するブラシを配置固定し、中空円筒体構造の中間回転子に中間回転子用の電機子と前記電機子と接続するとともに前記ブラシに相対して接触するスリップリングを配置固定し、外側回転子に回転子鉄心表面の回転軸方向に金属導体棒を収納し前記金属導体棒両側を短絡環で固定したかご形構造を採用したことを特徴とする。 In order to achieve the above object, in addition to the invention described in
上記目的を達成するために、請求項4に記載の発明は、請求項1に記載の発明に加え、中央固定子に中央固定子用の電機子と外側回転子用の電機子に給電するプラス側ブラシAとマイナス側ブラシBをそれぞれ配置固定し、中空円筒体構造の中間回転子に回転子周方向に異なる極の永久磁石と、前記プラス側ブラシAに相対して接続するとともに外側回転子の整流子に接触するプラス側ブラシCと結線するプラス側スリップリンクと、前記マイナス側ブラシBに相対して接続するとともに外側回転子の整流子に接触するマイナス側ブラシDと結線するマイナス側スリップリンクをそれぞれ固定し、外側回転子に外側回転子用の電機子と前記外側回転子用の電機子に結線する整流子を配置固定したことを特徴とする。 In order to achieve the above-mentioned object, the invention according to
本発明は、上記手段により、以下に記載されるような効果を奏する。
請求項1に記載の本発明では、中央固定子と、回転軸を有し内周面が前記中央固定子の外周面に所定の間隔を介して対面し前記中央固定子外側に配置された中空円筒体構造の中間回転子と、回転軸を有し内周面が前記中間回転子の外周面に所定の間隔を介して対面し前記中間回転子外側に配置された中空円筒体構造の外側回転子から構成され、前記中間回転子及び外側回転子が前記中央固定子に設けた中間回転子及び外側回転子用の軸受け部によって回転自在に支承され、前記中央固定子・中間回転子・外側回転子に電機子・永久磁石・導体よりいずれかを選択し組合わせて配置固定し、前記電機子に対し直流又は交流電源を給電することによって、中央固定子外側で中間回転子を回転させ、さらに、中間回転子外側で外側回転子を前記中間回転子と同方向に回転させるという従来とは異なる構造の新規なモータを提供することができる。The present invention has the following effects by the above means.
In the first aspect of the present invention, the central stator and a hollow having a rotation shaft and having an inner peripheral surface facing the outer peripheral surface of the central stator with a predetermined interval are disposed outside the central stator. An intermediate rotor having a cylindrical structure, and an outer rotation of a hollow cylindrical structure having an axis of rotation and having an inner peripheral surface facing the outer peripheral surface of the intermediate rotor with a predetermined interval and arranged outside the intermediate rotor The intermediate rotor and the outer rotor are rotatably supported by bearings for the intermediate rotor and the outer rotor provided in the central stator, and the central stator, the intermediate rotor, and the outer rotation. The armature, permanent magnet, or conductor is selected from the armature, permanent magnet, or conductor and fixed to the child, and the intermediate rotor is rotated outside the central stator by supplying a DC or AC power to the armature. The intermediate rotor on the outside and the outer rotor on the middle It is possible to provide a novel motor having a structure different from that of the prior art of rotating the rotor in the same direction.
そして、中空円筒体構造の中間回転子に配置固定した電機子又は永久磁石において、モータの放射方向の外側と内側にそれぞれ発生する磁力を有効利用することにより、外側回転子を中間回転子内側で回転させ、また、前記中間回転子を中央固定子内側で回転させるため、モータ効率の向上を図れるとともに、外側回転子は勿論、中間回転子も出力軸として利用することができる。 And in the armature or permanent magnet arranged and fixed to the intermediate rotor of the hollow cylindrical structure, the outer rotor can be moved inside the intermediate rotor by effectively using the magnetic force generated respectively outside and inside the radial direction of the motor. Since the motor is rotated and the intermediate rotor is rotated inside the central stator, the motor efficiency can be improved, and the intermediate rotor as well as the outer rotor can be used as the output shaft.
そして、本発明による中間・外側回転子外転形モータは、中央固定子と中間回転子間で得られる回転速度−トルク特性と、中間回転子と外側回転子間で得られる回転速度−トルク特性との総和が出力特性となるため、中央固定子と中間回転子間、中間回転子と外側回転子間それぞれ別々に適切な駆動制御を行うことにより、電気エネルギー消費量の効率化を図れるとともに、モータの回転速度−トルク特性を幅広い範囲で任意に設定でき、特定回転範囲内でトルク出力を高めたモータや、広範囲で高いトルクを発揮するモータ、さらには、高速回転を重視したモータ等、モータの出力特性に特徴を備えたモータに容易に設定でき提供することができる。 The intermediate / outside rotor abduction motor according to the present invention includes a rotational speed-torque characteristic obtained between the central stator and the intermediate rotor, and a rotational speed-torque characteristic obtained between the intermediate rotor and the outer rotor. Therefore, the efficiency of electric energy consumption can be improved by performing appropriate drive control separately between the central stator and the intermediate rotor, and between the intermediate rotor and the outer rotor. The motor's rotational speed-torque characteristics can be set arbitrarily in a wide range. Motors that increase torque output within a specific rotational range, motors that exhibit high torque over a wide range, motors that emphasize high speed rotation, etc. It is possible to easily set and provide a motor having characteristics of the output characteristics.
さらに、本発明による中間・外側回転子外転形モータでは、中央固定子の外側を回転する中間回転子の外側でさらに外側回転子が回転しているため、例えば、同一の高速回転数を得る場合において従来型のモータと比較し、従来型モータでは、外側回転子回転時の負荷を内側固定子の軸受けで負担していたが、本発明による中間・外側回転子外転形モータでは、外側回転子の回転時負荷を中間回転子の軸受け部で負担させることも可能で、さらに、中間回転子の回転時負荷を中央固定子の軸受け部で負担させるため、各回転軸と各軸受け部間で回転時における負荷の分担・低減を図れ、各回転軸と各軸受け部間の耐久力高められるとともに騒音や振動・発熱等の低減を図ることができる。 Furthermore, in the intermediate / outer rotor abduction motor according to the present invention, the outer rotor is further rotated outside the intermediate rotor rotating outside the central stator, so that, for example, the same high-speed rotation speed is obtained. In the case of the conventional motor, the load at the time of rotation of the outer rotor is borne by the bearing of the inner stator in the case of the conventional motor. It is also possible to bear the load during rotation of the rotor at the bearing part of the intermediate rotor, and furthermore, since the load during rotation of the intermediate rotor is beared by the bearing part of the central stator, between each rotating shaft and each bearing part This makes it possible to share and reduce the load during rotation, increase the durability between each rotating shaft and each bearing portion, and reduce noise, vibration and heat generation.
また、中央固定子と中間回転子間に制動装置を取り付けておくと、無負荷や低負荷時においてモータに高いトルクや回転を必要としない運転状態と判断した時、制動開始と同時に中央固定子への給電も連動して停止させて中間回転子の回転を制動・停止させ、中間回転子の電機子に対しては引き続き給電を行うことによって、中間回転子外側で外側回転子のみを回転させることもできる。 In addition, if a braking device is installed between the central stator and the intermediate rotor, when it is determined that the motor does not require high torque or rotation during no load or low load, the central stator will start at the same time as braking is started. In conjunction with this, the rotation of the intermediate rotor is braked and stopped in conjunction with the power supply to the armature, and the outer rotor is rotated only outside the intermediate rotor by continuously supplying power to the armature of the intermediate rotor. You can also.
請求項2に記載の発明では、上記請求項1に記載の発明の構成に加え、中央固定子に中央固定子用の電機子と中間回転子用の電機子に給電するブラシを配置固定し、中空円筒体構造の中間回転子に中間回転子用の電機子と前記電機子と接続するとともに前記ブラシに相対して接触するスリップリングを配置固定し、外側回転子に回転子鉄心周方向に異なる極の永久磁石を配置固定した構成を採用したので、中央固定子の電機子と中間回転子の電機子間に発生する磁気力で前記中間回転子を回転させ、中間回転子の電機子と外側回転子の永久磁石間に発生する磁気力で前記外側回転子を回転させることができる。
そして、前記外側回転子に永久磁石を採用しその永久磁石を外側回転子内側に配置できることにより、遠心力による永久磁石の破損もしくは接着剤のはがれ等による故障を未然に防止でき、また、成型制作された永久磁石は形状や重さが均一なため回転精度が高く、高回転が可能な中間・外側回転子外転形モータを提供することができる。In the invention described in
And, by adopting a permanent magnet in the outer rotor and being able to place the permanent magnet inside the outer rotor, it is possible to prevent the permanent magnet from being damaged due to centrifugal force or the adhesive peeling, etc. Since the permanent magnets are uniform in shape and weight, the rotational accuracy is high, and an intermediate / outside rotor abduction motor capable of high rotation can be provided.
請求項3に記載の発明では、上記請求項1に記載の発明の構成に加え、中央固定子に中央固定子用の電機子と中間回転子用の電機子に給電するブラシを配置固定し、中空円筒体構造の中間回転子に中間回転子用の電機子と前記電機子と接続するとともに前記ブラシに相対して接触するスリップリングを配置固定し、外側回転子に回転子鉄心表面の回転軸方向に金属導体棒を収納し前記金属導体棒両側を短絡環で固定したかご形構造を採用したので、堅牢で構造が簡単な誘導型モータの長所を取り入れた外側回転子を製造でき、ひいては中間・外側回転子外転形のモータを安価に提供することができる。 In the invention described in
請求項4に記載の発明では、上記請求項1に記載の発明の構成に加え、中央固定子に中央固定子用の電機子と外側回転子用の電機子に給電するプラス側ブラシAとマイナス側ブラシBをそれぞれ配置固定し、中空円筒体構造の中間回転子に回転子周方向に異なる極の永久磁石と、前記プラス側ブラシAに相対して接続するとともに外側回転子の整流子に接触するプラス側ブラシCと結線するプラス側スリップリンクと、前記マイナス側ブラシBに相対して接続するとともに外側回転子の整流子に接触するマイナス側ブラシDと結線するマイナス側スリップリンクをそれぞれ固定し、外側回転子に外側回転子用の電機子と前記外側回転子用の電機子に結線する整流子を配置固定したことにより、中間回転子と外側回転子間に従来のブラシ付直流モータと同様な回転原理を採用したため、ブラシ付直流モータの製造技術・製造方法を利用できとともに、速度制御が容易で始動や加減速時のトルクが任意で選べる等、直流モータの長所を利用した中間・外側回転子外転形のモータを製造し提供することができる。 In the invention according to
以下、図面を参照して発明の実施の形態を説明する。
図1は請求項1に記載の発明における中間・外側回転子外転形モータ1の回転軸方向の説明断面図であり、本発明の基本的な構成を示すものである。
中間・外側回転子外転形モータ1は、中央固定子2と、回転軸3を有し内周面4が前記中央固定子2の外周面5に所定の間隔を介して対面し前記中央固定子2外側に配置された中空円筒体構造の中間回転子6と、回転軸7を有し内周面8が前記中間回転子6の外周面9に所定の間隔を介して対面し前記中間回転子6外側に配置された中空円筒体構造の外側回転子10から構成され、さらに、前記中央固定子2・中間回転子6・外側回転子10には、電機子・導体・永久磁石よりいずれかを選択し組合わせて配置固定されている。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is an explanatory cross-sectional view in the direction of the rotation axis of an intermediate / outer
The intermediate / outside
前記電機子に対しては、通電する電機子の切り換えや電機子に流す電流方向の切り換え、また、電機子の磁束方向を変える等の各駆動制御方法の中から選択し、交流電源又は直流電源を給電する。
そして、直流電源を給電する方法では、直流電源をブラシから整流子に給電し互いの回転差によって電流の流れを切り換える方法と、直流電源を三相インバータを構成するスイッチング素子でu相、v相、w相と転流動作を行い駆動する方法等が考えられ、さらに、通電方式には、120度通電方式と180度通電方式の二つの駆動方式が考えられる。
また、交流電源を給電する方法では、単相交流電源や三相交流電源を給電する方法が考えられ、さらに、交流電源を整流して直流電源をつくり、その直流電源を電機子に給電する方法等も考えられ、さらに、中央固定子・中間回転子・外側回転子に対し二つ以上電機子を採用した場合では、一方の電機子に直流電源を給電し、他方の電機子に交流電源を給電する組み合わせ型も考えられる。
そして、目的は中央固定子外側で中間回転子を回転させ中間回転子外側で外側回転子を前記中間回転子と同方向に回転させることである。The armature is selected from each drive control method such as switching of the armature to be energized, switching of the direction of the current flowing through the armature, and changing the direction of the magnetic flux of the armature. Power.
And in the method of feeding a DC power supply, the DC power supply is fed from a brush to a commutator and the current flow is switched by the rotational difference between them, and the DC power supply is switched between u-phase and v-phase by switching elements constituting a three-phase inverter. , A method of driving by performing a commutation operation with the w phase, and the like, and further, as a conduction method, two driving methods of a 120-degree conduction method and a 180-degree conduction method are conceivable.
In addition, as a method of feeding an AC power supply, a method of feeding a single-phase AC power supply or a three-phase AC power supply is conceivable, and a method of rectifying the AC power supply to create a DC power supply and feeding the DC power supply to the armature In addition, when two or more armatures are used for the central stator, intermediate rotor, and outer rotor, a DC power supply is supplied to one armature and an AC power supply is supplied to the other armature. A combination type that supplies power is also conceivable.
The purpose is to rotate the intermediate rotor outside the central stator and rotate the outer rotor in the same direction as the intermediate rotor outside the intermediate rotor.
前記中間回転子6の回転軸3と外側回転子10の回転軸7においては、中央固定子2における中間・外側回転子外転形モータ1の回転中心軸線A−A′上に回転中心を設定した軸受け部11に中間回転子6の回転軸3が回転自在に支承され、さらに、前記回転中心軸線A−A′上に回転中心を設定した軸受け部12に外側回転子10の回転軸7が回転自在に支承されている。
また、外側回転子10用の軸受け部においては、上述した中央固定子2中央部に設けた外側回転子用の軸受け部12の他に、図2のように中間回転子6a中央部に外側回転子10aの回転軸7a用の軸受け部13を設け、前記軸受け部13のみで外側回転子10aの回転軸7aを支承する方法も考えられる。
さらに、図2の前記軸受け部13と図1における中央固定子2中央部に設けた外側回転子用の前記軸受け部12を併用し回転精度や耐久性等を高める方法も考えられる。
そして、例えば、ノート型やディスクトップ型のパソコンにおいて、中央演算処理装置がデータの読み出しや書き込みに用いるHDDのディスク駆動用モータとして採用した場合の外側回転子用の軸受け部においては、予め、ディスクをHDD本体に組み込みディスクを交換せず繰り返して使用する場合、図1や図2の実施例に加えて、図3のように、ディスクをモータの外側回転子10bに取り付けた後、外側回転子10bの回転軸7c用の軸受け部14を備えた蓋15を、外側から中央固定子が取り付けられた基部16側に螺子やビス等で固定し回転精度を高める方法も考えられる。
よって、中央固定子と中間回転子間や中間回転子と外側回転子間における軸受け部においては、モータの使用目的やコスト等考慮の上、選択決定するとよい。In the
Further, in the bearing portion for the outer rotor 10, in addition to the bearing portion 12 for the outer rotor provided in the central portion of the
Furthermore, a method of improving the rotation accuracy, durability, and the like by using the bearing
For example, in a notebook type or desktop type personal computer, a bearing unit for an outer rotor when the central processing unit is used as a disk drive motor of an HDD used for reading or writing data is preliminarily a disk In the HDD main body, when the disk is repeatedly used without replacing the disk, in addition to the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the disk is attached to the outer rotor 10b of the motor as shown in FIG. A method is also conceivable in which the lid 15 provided with the bearing
Therefore, the bearing portion between the central stator and the intermediate rotor or between the intermediate rotor and the outer rotor may be selected and determined in consideration of the purpose of use of the motor, cost, and the like.
中央固定子・中間回転子・外側回転子には、電機子・導体・永久磁石よりいずれかを選択し組み合わせて配置固定するが、電機子・導体・永久磁石の組み合わせにおいては色々な組み合わせ方が考えられる。
請求項2に記載の発明に係る中間・外側回転子外転形モータ1aでは、中央固定子と中間回転子にはそれぞれ電機子を採用し、そして、外側回転子には回転子鉄心の周方向に異なる極の永久磁石を採用して組み合わせた。
また、請求項3に記載の発明に係る中間・外側回転子外転形モータ1bでは、中央固定子と中間回転子にはそれぞれ電機子を採用し、そして、外側回転子には回転子鉄心表面の回転軸方向に各金属導体棒を収納し前記金属導体棒両側を短絡環で固定したかご形構造を採用して組み合わせた。
そして、請求項4に記載の発明に係る中間・外側回転子外転形モータ1cでは、中央固定子と外側回転子にはそれぞれ電機子を採用し、そして、中間回転子には回転子鉄心の周方向に異なる極の永久磁石を採用して組み合わせた。The central stator / intermediate rotor / outer rotor can be selected from armatures, conductors, and permanent magnets and combined and fixed, but there are various combinations of armatures, conductors, and permanent magnets. Conceivable.
In the intermediate / outer rotor abduction motor 1a according to the second aspect of the present invention, armatures are employed for the central stator and the intermediate rotor, respectively, and the outer rotor has a circumferential direction of the rotor core. In combination with permanent magnets with different poles.
In the intermediate / outer
In the intermediate / outer rotor abduction motor 1c according to the invention described in
さらに、中央固定子外側で中間回転子を回転させ前記中間回転子外側で外側回転子を前記中間回転子と同方向に回転させるための電機子・導体・永久磁石の組み合わせにおいては、前述した各組み合わせ方以外にも、例えば、中央固定子の周方向に異なる極の永久磁石を配置し、中間回転子と外側回転子にそれぞれ電機子を採用した構成の中間・外側回転子外転形モータが考えられ、また、中間回転子・外側回転子への給電が複雑になるが、中央固定子・中間回転子・外側回転子すべてにそれぞれ電機子を採用した構成の中間・外側回転子外転形モータ等も充分に考えられる。 Further, in the combination of armature, conductor and permanent magnet for rotating the intermediate rotor outside the central stator and rotating the outer rotor outside the intermediate rotor in the same direction as the intermediate rotor, In addition to the combination method, for example, there are intermediate and outer rotor abduction motors in which permanent magnets having different poles are arranged in the circumferential direction of the central stator, and armatures are employed for the intermediate rotor and the outer rotor, respectively. In addition, the power supply to the intermediate rotor and the outer rotor is complicated, but the intermediate and outer rotor abduction types are constructed using armatures for the central stator, intermediate rotor, and outer rotor, respectively. A motor or the like is also conceivable.
図4は請求項2に記載の発明に係る中間・外側回転子外転形モータ1aの回転軸方向の説明断面図であり、請求項1に記載の発明に係る中間・外側回転子外転形モータ1の構成に加え、中央固定子と中間回転子には電機子をそれぞれ選択して配置固定し、また、外側固定子には回転子鉄心周方向に異なる極の永久磁石を配置固定した構成を採用した。 FIG. 4 is an explanatory cross-sectional view in the direction of the rotation axis of the intermediate / outside rotor abduction motor 1a according to the invention of
中間・外側回転子外転形モータ1aを構成する中央固定子、中間回転子、外側回転子の説明においては、外側回転子、そして中間回転子、中央固定子の順に説明する。
図4において、17は永久磁石を採用した外側回転子で、外側回転子内側の円周方向をn分割し、N極の各永久磁石18a、…とS極の各永久磁石18b、…が交互に配置固定され、回転軸19が外側回転子17中心部に配置固定されている。
本実施例では、外側回転子の界磁極に永久磁石を採用した場合について説明するが、外側回転子に界磁巻線を設け、前記界磁巻線に励磁電流を流し主磁束を発生させる方法も考えられ、さらに、永久磁石に替えて突極鉄心を用いる方法も考えられる。
そして、前記外側回転子17は、後述する中間回転子20における中間・外側回転子外転形モータ1aの回転中心軸線A−A′上に回転中心を設定した軸受部21に外側回転子の回転軸19が回転自在に支承され、前記中心軸線A−A′上で中間回転子20外側を回転する。In the description of the central stator, the intermediate rotor, and the outer rotor constituting the intermediate / outer rotor rotating motor 1a, the outer rotor, the intermediate rotor, and the central stator will be described in this order.
In FIG. 4, reference numeral 17 denotes an outer rotor that employs permanent magnets, and the circumferential direction inside the outer rotor is divided into n, and each of the N-pole permanent magnets 18 a,... And the S-pole permanent magnets 18 b,. The
In the present embodiment, a case where a permanent magnet is adopted as the field magnetic pole of the outer rotor will be described. However, a method of generating a main magnetic flux by providing a field winding on the outer rotor and passing an exciting current through the field winding. In addition, a method using a salient pole core instead of a permanent magnet is also conceivable.
The outer rotor 17 rotates the outer rotor on the bearing
20は前記外側回転子17内側に配置された中間回転子で、積層鉄心22に電機子巻線23を巻回した中間回転子用の各電機子24、24、24、…が、給電時において、モータ放射方向に磁束が発生するように、中間回転子20本体に設けた電機子取り付け部25、25、25、…に絶縁状態で堅牢に配置固定され、回転軸26が中間回転子20中心部に配置固定されている。
そして、前記中間回転子20は、後述する中央固定子27における中間・外側回転子外転形モータ1aの回転中心軸線A−A′上に回転中心を設けた軸受部28に中間回転子の回転軸26が回転自在に支承され、前記中心軸線A−A′上で中央固定子27外側を回転する。
さらに前記中間回転子20には、中間・外側回転子外転形モータ1a基部32側に配置固定されたブラシA、ブラシB、ブラシCと互いに相対して接触する位置にスリップリングA、スリップリングB、スリップリングCが配置固定され、前記各スリップリングA、B、Cは中間回転子用電機子の各電機子巻線23、23、23、…にそれぞれ接続されている。
但し、図4における実施例では、各スリップリングA、B、Cと中間回転子用各電機子の各電機子巻線23、23、23、…間の接続は省略されている。
The
Furthermore, the
However, in the embodiment in FIG. 4, the connection between each slip ring A, B, C and each armature winding 23, 23, 23,... Of each intermediate rotor armature is omitted.
27は前記中間回転子20内側に位置し中間・外側回転子外転形モータ1a基部側32に配置固定された中央固定子で、中央固定子27は積層鉄心29に電機子巻線30を巻回した中央固定子用の各電機子31、31、31、…が、給電時において、モータ放射方向に磁束が発生する位置に放射状に配置固定されている。
さらに前記基部32側には、前述したように中間回転子20に配置固定されたスリップリングA、スリップリングB、スリップリングCを介して中間回転子用電機子の各電機子巻線23、23、23、…に三相交流電源を供電するブラシA、ブラシB、ブラシCが前記各スリップリングA、B、Cと互いに相対す位置にそれぞれ絶縁状態で配置固定されている。
そして、前記各ブラシA、ブラシB、ブラシCの配置位置は、中間回転子20に配置固定された各スリップリングA、スリップリングB、スリップリングC間の間隔が狭く設定された場合、例えば、等間隔で放射状に配置するとよい。
但し、図4では、片側一方にブラシAとブラシCを、そして片側他方にブラシBをそれぞれ配置した。
そして、前記中央固定子27外側を中間回転子20が回転し、さらに中間回転子20外側を外側回転子17が前記中間回転子20と同方向に回転する。
以上、説明した主要な部品によって中間・外側回転子外転形モータ1aは構成され、組み立てられている。A
Further, on the base 32 side, the
When the positions of the brush A, the brush B, and the brush C are set so that the distance between the slip ring A, the slip ring B, and the slip ring C fixed to the
However, in FIG. 4, the brush A and the brush C are arranged on one side, and the brush B is arranged on the other side.
Then, the
As described above, the intermediate / outside rotor abduction motor 1a is constituted and assembled by the main components described above.
そして、本実施例では、前記中央固定子27と中間回転子20にそれぞれ配置固定した各電機子に対し、通電する電機子の切り換えや、電機子に流す電流方向の切り換え、又、電機子の磁束方向を変える各駆動制御方法の中から、前記中間回転子の各電機子に対しては交流電源を、また、前記中央固定子に対しては通電する電機子の切り換えや電機子に流す電流方向の切り換えでは直流電源を、また、電機子の磁束方向を変える方法では交流電源を駆動制御装置よりそれぞれ給電しモータを連続回転させる。 In this embodiment, for each armature arranged and fixed on the
また、外側回転子17に固定した永久磁石の磁極数に対する中間回転子20の電機子数や、前記中間回転子20の電機子数に対する中央固定子27の電機子数等においては数多くの組み合わせ方が考えられ、コギングトルクやトルク脈動性能、また、モータに求める回転速度−トルク特性等、モータの性能や用途、コスト等を考慮の上、適宜選択・決定する。 There are many combinations of the number of armatures of the
次に、作動について述べる。
本発明に係る中間・外側回転子外転形モータの駆動制御方法においては、基本的に従来型モータと同様に、電圧や電流制御、周波数制御、速度制御、位置制御等の他に、前記各制御を組み合わせた駆動制御方法の採用が考えられ、モータの使用目的や使用環境、モータに求められる性能やコスト等を考慮の上、各駆動制御方法より適宜選択する。Next, the operation will be described.
In the drive control method for the intermediate / outer rotor abduction motor according to the present invention, basically, in addition to voltage and current control, frequency control, speed control, position control, etc. It is conceivable to employ a drive control method combined with control, and an appropriate selection is made from each drive control method in consideration of the purpose and use environment of the motor, performance and cost required for the motor, and the like.
外側回転子17と中間回転子20間における作動では、中間・外側回転子外転形モータ1aの基部32側に配置固定されたブラシA、ブラシB、ブラシCから中間回転子20に配置固定されたスリップリングA、スリップリングB、スリップリングCを介して中間回転子における電機子の各電機子巻線23、23、23、…に対して三相交流電源を供給すると、中間回転子20に回転磁界が発生し、その回転磁界と外側回転子17に配置固定した永久磁石の磁極間で発生した吸引力によって外側回転子17と中間回転子20両者が互いに同方向に同期回転しようとする。しかし、前記中間回転子20も外側回転子17同様に回転軸26が回転自在に支承されている。 In the operation between the outer rotor 17 and the
そこで同時に、中間回転子20に発生した回転磁界の磁極位置を検出又は推定しその検出信号や位置推定信号を元に、中央固定子27に配置固定された積層鉄心29に電機子巻線30を巻回した中央固定子用の各電機子31、31、31、…に対し、中間回転子20が外側回転子17と同方向に回転する電源供給を行うことによって、中央固定子27外側を中間回転子20が回転し、さらに中間回転子20外側を外側回転子17が前記中間回転子と同方向に連続回転させることができる。 At the same time, the magnetic pole position of the rotating magnetic field generated in the
そして、中央固定子27に配置固定した中央固定子用の各電機子31、31、31、…に対し、通電する電機子を切り換える電源供給方法では、例えば、中間回転子20に発生した回転磁界におけるN磁極をホール素子等の位置センサで検出し、その検出した信号を元に半導体等で構成された電子回路の判断により、中間回転子20に発生した回転磁界のN極位置より進み側に位置している中央固定子27側の電機子に対し、S極が発生する電流を流して励磁し中間回転子20のN極を吸引して中間回転子20を回転させる。
次に、回転磁界のN極がホール素子を通過すると中央固定子27側の電機子への給電は停止されて無励磁となり、中間回転子20は慣性力で回転し続ける。
今度は、回転し続ける中間回転子20に発生した回転磁界におけるS極をホール素子で検出すると、中間回転子20のN極位置より進み側に位置する中央固定子27の電機子に対し、S極が発生する電流を流して励磁することによって中間回転子20のN極を吸引して中間回転子20を回転させる。
再び、回転磁界のS極がホール素子を通過すると中央固定子用電機子への給電は停止されて無励磁となり、中間回転子20は再び慣性力で回転し続ける。
そして、上述した作動をきめ細かく繰り返し行うことによって、中間回転子20は中央固定子27外側を連続的に回転し続け、さらに、中間回転子20外側を外側回転子17が前記中間回転子と同方向に連続回転する。
結果的に、中間回転子20が中央固定子27外側を連続的に回転することで得られる回転速度−トルク特性と、外側回転子17が中間回転子20外側を前記中間回転子と同方向に連続回転することで得られる回転速度−トルク特性の総和が中間・外側回転子外転形モータ1aで得られる回転速度−トルク特性となる。In the power supply method for switching the armature to be energized to the
Next, when the N pole of the rotating magnetic field passes through the Hall element, the power supply to the armature on the
When the south pole in the rotating magnetic field generated in the
When the S pole of the rotating magnetic field passes through the Hall element again, the power supply to the central stator armature is stopped and de-energized, and the
The
As a result, the rotational speed-torque characteristic obtained by the
また、中央固定子27に配置固定した中央固定子の各電機子31、31、31、…に対し、通電する直流電流の流れる方向を切り換える電源供給方法では、例えば、中間回転子20に発生した回転磁界の内、中間回転子20内側に発生した回転磁界のN極位置を検出又は推定し、前記回転磁界のN極位置より進み側に位置している中央固定子27側の電機子に対し、前記中間回転子20内側に発生した回転磁界のN極を吸引するS極が発生する方向に電流を流して励磁することによって中間回転子20のN極は吸引され中間回転子20本体が外側回転子17と同方向へ回転する。
さらに、前記回転磁界のN極位置が中央固定子27の励磁された電機子と同位置又は進み側に位置したとき、電流の流れる方向を切り換えて中間回転子20のN極に反発する同極のN極に励磁することによって、さらに中間回転子20本体が外側回転子17と同方向に回転する。
上述した作動をきめ細かく繰り返し行うことで、中間回転子20は中央固定子27外側を連続的に回転し続け、さらに中間回転子20外側を外側回転子17が前記中間回転子と同方向に連続回転する。
結果的に、中間回転子20が中央固定子27外側を連続的に回転することで得られる回転速度−トルク特性と、外側回転子17が中間回転子20外側を前記中間回転子と同方向に連続回転することで得られる回転速度−トルク特性の総和が中間・外側回転子外転形モータ1aで得られる回転速度−トルク特性となる。Further, in the power supply method for switching the flowing direction of a direct current to the
Further, when the N pole position of the rotating magnetic field is located at the same position as the energized armature of the
By repeating the above-described operation in detail, the
As a result, the rotational speed-torque characteristic obtained by the
さらに、中央固定子27に配置固定した中央固定子の各電機子31、31、31、…に対し、磁束方向を変える電源供給方法では、中間回転子20の回転磁界速度よりさらに高い回転磁界速度が発生する交流電流を供給することにより、中央固定子27の外側で中間回転子20本体を外側回転子17と同方向に同期回転させることができ、結果的に、中間回転子20が中央固定子27の外側を連続的に回転することで得られる回転速度−トルク特性と、外側回転子17が中間回転子20外側を前記中間回転子と同方向に連続回転することで得られる回転速度−トルク特性の総和が中間・外側回転子外転形モータ1aで得られる回転速度−トルク特性となる。
この磁束方向を変える電源供給方法によると、モータ負荷が過大となった場合に発生する脱調現象に対し、中央固定子27と中間回転子20間の最大位相角と中間回転子20と外側回転子17間の最大位相角との総和が本モータにおける最大位相角と成り、脱調現象に至るまでの位相角が大きいため、モータが停止しにくくなる等の利点がある。Further, in the power supply method for changing the magnetic flux direction for each of the
According to the power supply method for changing the direction of the magnetic flux, the maximum phase angle between the
次に、請求項3に記載の発明に係る中間・外側回転子外転形モータ1bの構造や作動について説明する。
請求項3に記載の発明に係る中間・外側回転子外転形モータ1bでは、請求項1に記載の発明に係る中間・外側回転子外転形モータ1の構成に加え、中央固定子と中間回転子には電機子をそれぞれ選択し配置固定し、外側回転子にかご形構造を採用した。Next, the structure and operation of the intermediate / outer
In the intermediate / outside
中間・外側回転子外転形モータ1bを構成する中央固定子、中間回転子、外側回転子の内、中間回転子及び中央固定子においては、前述した請求項2に記載の発明に係る中間・外側回転子外転形モータ1aにおける中間回転子及び中央固定子と同様な構造を採用しているので、構造に関する説明は省略する。 Of the central stator, intermediate rotor, and outer rotor constituting the intermediate / outer
かご形構造を採用した外側回転子33は、回転子側にかご形構造を採用した従来のかご形誘導モータと同様な作動に基づき、図5における中間回転子34に発生した回転磁界によってかご形構造を構成する外側回転子33の各金属導体棒35に回転磁界の回転方向と同じ向きに電磁力が発生し、外側回転子33を中間回転子34の回転磁界の回転方向と同方向に回転させる。
導体を採用した前記外側回転子33の構造においては、図5のように、外側回転子33内側の積層鉄心36内周面に設けた各凹部37に、銅やアルミニュウム製等の金属導体棒35を回転軸38と同方向に配置するとともに、両側を短絡環39で固定した。
また、外側回転子33裏側に配置する内側短絡環においては、金属導体棒の内側端部を外側回転子33裏側に接触させることによって外側回転子33裏側を電流通路用の内側短絡環として利用し、内側短絡環を省略する実施例も考えられる。
さらに、前述した銅やアルミニュウム製等の金属導体棒35に変え、導線をコイル状に巻いた巻線形の外側回転子の採用も考えられ、前記コイル状に巻いた巻線は各スリップリングに結線して外部より給電する。
そして、前述したように、中間回転子及び中央固定子に関する説明は省略するが、図5では中間回転子の電機子のみを図示した。The
In the structure of the
Further, in the inner short-circuit ring arranged on the back side of the
Furthermore, instead of the
As described above, the description of the intermediate rotor and the central stator is omitted, but only the armature of the intermediate rotor is shown in FIG.
かご型構造の外側回転子33と中間回転子34間の作動については、中間回転子34の各電機子40、40、40、…に発生した回転磁界によって、かご型構造の外側回転子33の金属導体棒に渦電流が発生し、そして、フレミングの左手の法則により中間回転子34の各電機子40、40、40、…に発生した回転磁界と外側回転子33の金属導体棒35に流れる渦電流によって外側回転子33側に電磁力が発生し、外側回転子33が中間回転子34の電機子40、40、40、…に発生した回転磁界の回転方向と同方向に連続回転する。 Regarding the operation between the
中央固定子41の外側を中間回転子34が回転する作動については、前述した中間・外側回転子外転形モータ1aにおける作動と同様に、中間回転子の電機子に発生した回転磁界に対して、中央固定子側の電機子に、通電する電機子の切り換えや、電機子に流す電流方向の切り換え、電機子の磁束方向を変える各駆動制御方法の中から選択し、中央固定子外部で中間回転子を回転させ、中間回転子外部で外側回転子を前記中間回転子と同方向に誘導回転させる。
そして、上述した作動を繰り返し行うことによって、中間回転子34は中央固定子41外側を連続的に回転し続け、さらに、中間回転子34外側を外側回転子33が前記中間回転子34と同方向に連続回転する。
結果的に、中間回転子34が中央固定子41外側を連続的に回転することで得られる回転速度−トルク特性と、外側回転子33が中間回転子34外側を前記中間回転子と同方向に連続回転することで得られる回転速度−トルク特性の総和が中間・外側回転子外転形モータ1aで得られる回転速度−トルク特性となる。About the operation | movement which the intermediate rotor 34 rotates outside the
By repeating the above-described operation, the intermediate rotor 34 continues to rotate outside the
As a result, the rotational speed-torque characteristic obtained by the intermediate rotor 34 continuously rotating outside the
次に、請求項4に記載の発明に係る中間・外側回転子外転形モータ1cの構造や作動について説明する。
請求項4に記載の発明に係る中間・外側回転子外転形モータ1cでは、請求項1に記載の発明に係る中間・外側回転子外転形モータ1の構成に加え、中央固定子と外側回転子には電機子をそれぞれ選択して配置固定し、また、中間回転子には回転子鉄心周方向に異なる極の永久磁石を配置固定した構成を採用した。Next, the structure and operation of the intermediate / outer rotor abduction motor 1c according to the invention described in
In the intermediate / outside rotor abduction motor 1c according to the invention of
図6において、42は電機子を採用した外側回転子で、積層鉄心43に電機子巻線44を巻回した外側回転子用の各電機子45、45、45、…が、給電時においてモータ放射方向に磁束が発生する外側回転子本体の内側位置に配置固定されている。
そして、前記外側回転子42用の電機子における各電機子巻線44、44、44、…と結線する各整流子46、46、46、……が前記外側回転子本体に配置固定され、さらに、回転軸47が外側回転子42中心部に配置固定されている。
前記外側回転子42は、中間回転子48中央部に設けた外側回転子用の軸受部49に前記回転軸47が回転自在に支承され、中間回転子48外側を中間・外側回転子外転形モータ1cの回転中心軸線A−A′上で回転する。In FIG. 6,
And each
The
48は前記外側回転子42内側に配置された中間回転子で、中間回転子本体の回転子周方向に開孔する取り付け部にN極の各永久磁石50a、…とS極の各永久磁石50b、…が交互に配置固定されている。
さらに、前記外側回転子42側に配置固定された各整流子46、46、46、…に接触するプラス側ブラシCと前記プラス側ブラシCに結線するプラス側スリップリンク51aと、前記各整流子46、46、46、…に接触するマイナス側ブラシDと前記マイナス側ブラシDに結線するマイナス側スリップリンク51bが中間・外側回転子外転形モータ1cの回転中心軸線A−A′を回転中心として中間回転子48本体にそれぞれ絶縁状態で配置固定されている。
そして、回転軸52が中間回転子48中心部に配置固定され、前記中間回転子48は、中央固定子53中央部に設けた中間回転子48用の軸受部54に前記回転軸52が回転自在に支承され、中央固定子53外側を中間・外側回転子外転形モータ1cの回転中心軸線A−A′上で回転する。
Further, a plus side brush C that contacts each
The rotating shaft 52 is disposed and fixed at the center of the
53は前記中間回転子48内側に位置する中央固定子で、積層鉄心55に電機子巻線56を巻回した中央固定子用の各電機子57、57、57、…が、給電時においてモータ放射方向に磁束が発生する位置に放射状に中間・外側回転子外転形モータ1cの基部側58に配置固定されている。
さらに、中間・外側回転子外転形モータ1c基部側58には、中間回転子48に配置固定されたプラス側スリップリンク51aに相対して接触する位置にプラス側ブラシAが、また、マイナス側スリップリンク51bに相対して接触する位置にマイナス側ブラシBがそれぞれ絶縁状態で配置固定され、そして、前記中央固定子53外側で中間回転子48が回転し、さらに中間回転子48外側で外側回転子42が前記中間回転子48と同方向に回転する。
以上、説明した主要な部品によって中間・外側回転子外転形モータ1cは構成され、組み立てられている。53 is a central stator located inside the
Further, on the base side 58 of the intermediate / outside rotor abduction motor 1c, a plus side brush A is provided at a position in contact with the plus side slip link 51a disposed and fixed to the
The intermediate and outer rotor abduction motor 1c is constituted and assembled by the main parts described above.
そして、中央固定子53外側を中間回転子48が回転する作動については、中間回転子48のN極の永久磁石50a、…とS極の永久磁石50b、…に対して、中央固定子側の電機子57、57、57、…に、通電する電機子の切り換えや、電機子に流す電流方向の切り換え、電機子の磁束方向を変える各駆動制御方法の中から選択し、中央固定子53外側で中間回転子48を回転させる。 For the operation of the
さらに、中間回転子48外側を外側回転子42が回転する作動については、外側回転子の各電機子45、45、45、…に対して中間回転子48が回転することによって生じる回転差で前記各電機子と結線する各整流子46、46、46、…に流す直流電流の流れる方向の切り換えが行なわれ、例えば、中間回転子48に配置固定したS極の永久磁石に対し、遅れ側に位置する外側回転子の電機子45をN極に励磁して中間回転子48のS極を吸引し、外側回転子42を回転する中間回転子48の回転方向と同方向に回転させ、次に進み側に位置した外側回転子の電機子45をS極に励磁することにより中間回転子48のS極と反発させ、外側回転子42を回転する中間回転子48の回転方向と同方向をさらに回転させ、結果的に、中央固定子53外側を中間回転子48が回転し、さらに、中間回転子48外側を外側回転子42が、前記中間回転子48と同方向に連続回転する。 Further, with respect to the operation of rotating the
そして、前記外側回転子42の各電機子45、45、45、…へ流す電流の流れ方は、プラス電源が、モータ1c基部側58に配置固定されプラス電源と結線するプラス側ブラシAから中間回転子48に配置固定され前記プラス側ブラシAに相対して接触するプラス側スリップリンク51aを介して前記プラス側スリップリンク51aと結線するプラス側ブラシCに送電され、また、マイナス電源が、モータ1c基部側58に配置固定されマイナス電源と結線するマイナス側ブラシBから、中間回転子48に配置固定され前記マイナス側ブラシBに相対して接触するマイナス側スリップリンク51bを介して前記マイナス側スリップリンク51bと結線するマイナス側ブラシDに送電される。 And the current flowing through the
尚、本発明は、上述した各実施例の他に本発明の精神を逸脱しない限り、種種の改変を為すことができ、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。 The present invention can be modified in various ways without departing from the spirit of the present invention in addition to the above-described embodiments, and the present invention naturally extends to the modified ones.
1、1a、1b、1c 中間・外側回転子外転形モータ1
2、27、41、53 中央固定子
3、26、52 中間回転子の回転軸
4 中間回転子の内周面
5 中央固定子の外周面
6、20、34、48 中間回転子
7、19、38、47 外側回転子の回転軸
8 外側回転子の内周面
9 中間回転子の外周面
10、17、33、42 外側回転子
11、28、54 中間回転子用回転軸の軸受け部
12、13、14、21、49 外側回転子用回転軸の軸受け部
15 外側回転子用回転軸の軸受け部を備えた蓋
16、32、58 中間・外側回転子外転形モータの基部
18a、18b、50a、50b 永久磁石
22、29、36、43、55 鉄心
23、30、44、56 巻線
24、40 中間回転子の電機子
25 電機子取り付け部
31、57 中央固定子の電機子
35 金属導体棒
37 凹部
39 短絡環
45 外側回転子の電機子
46 整流子
51a、51b スリップリンク
59 駆動制御装置1, 1a, 1b, 1c Intermediate / outside
2, 27, 41, 53
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006326324A JP2008118839A (en) | 2006-11-05 | 2006-11-05 | Motor |
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---|---|---|---|
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---|---|
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011130661A (en) * | 2009-12-18 | 2011-06-30 | General Electric Co <Ge> | Counter-rotatable generator |
JP2013106401A (en) * | 2011-11-11 | 2013-05-30 | Osaka Univ | Magnetic speed reduction mechanism and low-speed rotor magnetic speed reduction rotation control method |
-
2006
- 2006-11-05 JP JP2006326324A patent/JP2008118839A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2011130661A (en) * | 2009-12-18 | 2011-06-30 | General Electric Co <Ge> | Counter-rotatable generator |
JP2013106401A (en) * | 2011-11-11 | 2013-05-30 | Osaka Univ | Magnetic speed reduction mechanism and low-speed rotor magnetic speed reduction rotation control method |
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