JP2011211881A - Reluctance motor - Google Patents
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Abstract
Description
本願発明は、リラクタンスモータに関する。詳しくは、超電導材料から形成されたコイルを備えるリラクタンスモータに関する。 The present invention relates to a reluctance motor. Specifically, the present invention relates to a reluctance motor including a coil formed of a superconducting material.
リラクタンスモータは、ロータにコイルが設けられておらず、ロータとステータの磁気的突極性により生じるリラクタンストルクによって駆動されるモータである。リラクタンスモータは、誘導モータや永久磁石モータに比べて構造が簡単であり、また、堅牢に構成できるとともに永久磁石を用いないため原理的には安価に製作できる。 A reluctance motor is a motor which is not provided with a coil in a rotor and is driven by a reluctance torque generated by magnetic saliency between the rotor and the stator. A reluctance motor has a simpler structure than an induction motor or a permanent magnet motor, can be constructed robustly, and can be manufactured inexpensively in principle because no permanent magnet is used.
特に、ロータに磁石やコイルを設ける必要がないため、構造が簡単で、耐遠心力性が高く、低速域から高速域まで使用することができる。このため、自動車駆動用のモータをはじめ種々の用途への適用が期待されている。 In particular, since it is not necessary to provide a magnet or coil in the rotor, the structure is simple, the centrifugal force resistance is high, and it can be used from a low speed range to a high speed range. For this reason, application to various uses including motors for driving automobiles is expected.
一方、永久磁石による界磁磁束を持たないため、トルク・効率・力率が、永久磁石を使用したモータに比べて劣る。リラクタンスモータのトルクを増大させ、力率や効率を高めるために、上記ロータ突極部と上記ステータのティース部内周面との間のギャップを小さくすることが考えられる。 On the other hand, since it does not have the field magnetic flux by a permanent magnet, torque, efficiency, and a power factor are inferior compared with the motor which uses a permanent magnet. In order to increase the torque of the reluctance motor and increase the power factor and efficiency, it is conceivable to reduce the gap between the rotor salient pole portion and the inner peripheral surface of the teeth portion of the stator.
しかしながら、上記ギャップを小さくするほどロータの回転精度を確保するために軸受等の精度を高める必要があり、製造コストが増加する。また、上記ギャップを小さくするほど、回転に伴う半径方向の吸引力の急激な変動も大きくなり、騒音や振動が大きくなるといった問題が生じやすい。また、上記軸受に高い剛性も要求されることになる。 However, the smaller the gap, the higher the accuracy of the bearings and the like in order to ensure the rotational accuracy of the rotor, and the manufacturing cost increases. Further, as the gap is made smaller, the sudden fluctuation of the suction force in the radial direction accompanying the rotation becomes larger, and the problem that noise and vibration increase easily occurs. Further, high rigidity is required for the bearing.
2009年度大阪府立大学/大阪市立大学新技術説明会(平成20年7月3日開催)の資料(http:jstshingi.jp/abst/p/09/909/osaka305.pdfにて公開) 2009 Osaka Prefectural University / Osaka City University New Technology Briefing (held July 3, 2008) (http: jstshingi.jp/abst/p/09/909/osaka305.pdf)
たとえば、リラクタンスモータを自動車駆動用に用いる場合、従来に比べて高いトルク、出力を発揮できることが要求される。高いトルク、出力を発揮させるためには、上記ギャップの大きさをより小さく設定する必要が生じる。また、ロータの回転精度を確保するため、精度や剛性がより高い部品や軸受等を採用する必要も生じる。 For example, when a reluctance motor is used for driving an automobile, it is required to be able to exhibit higher torque and output than conventional ones. In order to exhibit high torque and output, it is necessary to set the gap size smaller. In addition, in order to ensure the rotational accuracy of the rotor, it is necessary to employ components, bearings, and the like with higher accuracy and rigidity.
本願発明は、高いトルクや出力を得ることができるとともに、電流値の増加に伴って騒音や振動が増加するのを防止することができ、さらに、精度や剛性の高い軸受等を用いなくともロータの回転精度を容易に確保することができるリラクタンスモータを提供することを課題としている。 The present invention can obtain a high torque and output, and can prevent an increase in noise and vibration with an increase in current value. Furthermore, the rotor can be used without using a bearing with high accuracy and rigidity. It is an object of the present invention to provide a reluctance motor capable of easily ensuring the rotation accuracy of the motor.
本願発明は、巻線を巻き回して構成されたコイルを装着した複数のティース部を周方向に配置して構成されるステータと、上記ティース部とギャップを隔てて対向しつつ回転する突極部を設けたロータとを備えるリラクタンスモータであって、上記コイルを超電導材料から形成された巻線を巻き回して構成するとともに、上記コイルを超電導臨界温度以下に冷却する冷却手段を設けて構成したものである。 The present invention relates to a stator configured by arranging a plurality of tooth portions mounted with a coil formed by winding a winding in the circumferential direction, and salient pole portions that rotate while facing the teeth portion with a gap therebetween A reluctance motor comprising a rotor provided with a coil, wherein the coil is formed by winding a winding made of a superconducting material, and a cooling means for cooling the coil to a superconducting critical temperature or less is provided. It is.
コイルの巻線を超電導材料から形成し、このコイルに超電導状態で電流を流すことにより、コイルの電気抵抗を極めて小さくすることができる。このため、エネルギ効率が高く、また、大きな電流を流して大きなトルクを得ることができる。さらに、従来の銅線に比べてコイルの断面積を小さくすることが可能となるため、モータの小型化を図ることができる。このため、自動車駆動用のモータのみならず、産業機械用の動力源として種々の用途に利用できる。 By forming the winding of the coil from a superconducting material and passing a current through the coil in a superconducting state, the electrical resistance of the coil can be made extremely small. Therefore, energy efficiency is high, and a large torque can be obtained by flowing a large current. Furthermore, since it becomes possible to make the cross-sectional area of a coil small compared with the conventional copper wire, size reduction of a motor can be achieved. For this reason, it can be used for various applications as a power source for industrial machines as well as motors for driving automobiles.
上記巻線を構成する超電導材料は特に限定されることはない。たとえば、Bi(ビスマス)系や、Y(イットリウム)系、Tl(タリウム系)、Hg(水銀)系の酸化物超電導材料から形成されたコイルを採用することができる。 The superconducting material constituting the winding is not particularly limited. For example, a coil formed of a Bi (bismuth) -based, Y (yttrium) -based, Tl (thallium-based), or Hg (mercury) -based oxide superconducting material can be employed.
巻線の形態も特に限定されることはない。たとえば、テープ状の巻線を採用することができる。また、超電導材料で形成された複数の線材を並列に接続して巻き回すことにより、上記コイルを構成することができる。 The form of the winding is not particularly limited. For example, a tape-shaped winding can be employed. Moreover, the said coil can be comprised by connecting and winding the several wire formed with the superconducting material in parallel.
また、上記ティース部の数及び上記ロータの突極数も特に限定されることはない。たとえば、4つの突極を有するロータと、6つのティース部を有するステータからリラクタンスモータを構成できる。また、リラクタンスモータの形式も特に限定されることはなく、種々の形式のリラクタンスモータに本願発明を適用できる。 Further, the number of teeth and the number of salient poles of the rotor are not particularly limited. For example, a reluctance motor can be comprised from the rotor which has four salient poles, and the stator which has six teeth parts. Further, the type of reluctance motor is not particularly limited, and the present invention can be applied to various types of reluctance motors.
上記コイルにおいて超電導状態を実現するために、上記冷却手段が設けられる。上記コイルを超電導臨界温度以下に冷却することができれば、上記冷却手段の構成は特に限定されることはない。請求項3に記載した発明のように、周方向に隣接して設けられる上記各コイルの間に配置されたコイルとの接液面を有する冷媒流動路を備えて構成することができる。上記冷媒流動路には、たとえば、冷媒としての液体窒素が流動させられる。
In order to realize a superconducting state in the coil, the cooling means is provided. The configuration of the cooling means is not particularly limited as long as the coil can be cooled below the superconducting critical temperature. As in the invention described in
超電導材料から形成された巻線を巻き回して構成されるコイルを上記冷却手段によって超電導臨界温度以下に冷却しつつ電流を流すことにより、コイルの電気抵抗が極めて小さくなり、大きな電流を流して大きな出力を得ることができる。 By passing a current while cooling a coil formed by winding a winding made of a superconducting material below the superconducting critical temperature by the cooling means, the electrical resistance of the coil becomes extremely small, and a large current is passed to increase the current. Output can be obtained.
一方、大きな電流を流すことより、対向位置における上記ロータの突極部と上記ステータのティース部内周面との間に生じる磁束密度も大きくなり、ロータの回転に伴う半径方向の吸引力の急激な変動も大きくなる。このため、上記ギャップの大きさを従来と同様の大きさに設定すると、騒音、振動等も大きくなる。また、上記ロータの回転精度を確保するために、剛性や精度の高い軸受が必要になる。 On the other hand, the flow of a large current also increases the magnetic flux density generated between the salient pole portion of the rotor and the inner peripheral surface of the teeth portion of the stator at the opposed position, and the radial attractive force accompanying the rotation of the rotor is abrupt. Fluctuations also increase. For this reason, if the size of the gap is set to the same size as the conventional one, noise, vibration, and the like also increase. Further, in order to ensure the rotational accuracy of the rotor, a bearing having high rigidity and accuracy is required.
本願発明では、上記不都合を回避するために、請求項2に記載した発明のように、上記ギャップの大きさを0.3mm以上に設定している。上記ロータとステータの間のギャップを0.3mm以上に設定することにより、上記ロータの突極部とステータのティース部内周面が対向した際の上記吸引力の急激な変動を低減させることができる。このため、上記ロータの回転に伴う吸引力の変動による騒音や振動を低減させることができる。また、ロータの軸受に、剛性や精度高いものを採用する必要もなくなる。なお、上記ギャップの上限値は、リラクタンスモータを採用する機械装置等において所要の出力や効率を確保できるように定めることができる。たとえば、上記ギャップの大きさを20mm以下に設定することができる。また、自動車駆動用モータの場合、1mm以下に設定するのが好ましい。
In the present invention, in order to avoid the inconvenience, as in the invention described in
一方、モータの上記ギャップが大きくなることによってインダクタンスの差は小さくなり、発生トルクも小さくなると考えられる。しかし、超電導線材を用いて初めて可能になる大きな電流値によって、上記インダクタンスの差の低下によるトルク減少を上回るさらに大きなトルク、出力を得ることができる。したがって、大きな出力を確保しつつ、騒音や振動の増加を防止できる。 On the other hand, it is considered that when the gap of the motor is increased, the difference in inductance is reduced and the generated torque is also reduced. However, with a large current value that can only be achieved using a superconducting wire, it is possible to obtain a larger torque and output that exceed the torque reduction due to a decrease in the inductance difference. Therefore, it is possible to prevent an increase in noise and vibration while securing a large output.
リラクタンスモータにおいて、高精度の加工部品や軸受を用いることなく、高いトルク、出力を安価かつ容易に得ることができるとともに、騒音や振動が増加するのを防止できる。 In a reluctance motor, high torque and output can be obtained inexpensively and easily without using high-precision machined parts and bearings, and noise and vibration can be prevented from increasing.
以下、本願発明の実施形態を図に基づいて具体的に説明する。図1は本願発明に係るリラクタンスモータの概略構成を示す模式図である。 Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a reluctance motor according to the present invention.
リラクタンスモータ1は、回転子として用いるロータ2と、固定子として用いるステータ3とを備えて構成される。
The reluctance motor 1 includes a
上記ロータ2は、図示しない電磁鋼板を軸方向に積層して構成されており、図2に示すように、90°間隔で4つの突極部2a,2b,2c,2dが設けられている。上記ロータ2は、軸方向両端部に設けられる軸受4,4に軸部5,5が支持されて、上記ステータ3の内部空間内で回転可能に支持されている。
The
上記ステータ3は、上記ロータの突極部2a,2b,2c,2dに対向するとともに、60°間隔で配置された6つのティース部3a,3b,3c,3d,3e,3fを備える。上記各ティース部3a,3b,3c,3d,3e,3fの周りには、巻線6を巻き回して形成されたコイル7a,7b,7c,7d,7e,7fが装着されている。上記各コイル7a,7b,7c,7d,7e,7fに電流を順次流すことにより、各ティース部3a,3b,3c,3d,3e,3fを順次励磁すると、これに対応して上記ロータ2の各突極部2a,2b,2c,2dが磁化される。上記ロータ2の突極数と上記ステータ3のティース部の数が相異するため、上記ロータ2の隣接する突極の一方がより強く磁化される。これにより、リラクタンス力(磁気抵抗差力)が発生して、上記ロータ2が回転させられる。
The
本実施形態では、上記巻線6は、超電導材料で形成されているとともに、レーストラック型の線材が採用されている。また、上記各コイルを超電導臨界温度以下に冷却するために、各コイルは断熱容器8内に保持された状態で、上記各ティース部3a,3b,3c,3d,3e,3fに装着されている。
In the present embodiment, the winding 6 is made of a superconducting material, and a racetrack-type wire is used. Further, in order to cool the coils to the superconducting critical temperature or less, the coils are mounted on the
上記巻線6を構成する超電導材料は特に限定されることはない。たとえば、Bi(ビスマス)系や、Y(イットリウム)系、Tl(タリウム)系、Hg(水銀)系の酸化物超電導材料から形成された巻線から上記各コイルを構成できる。 The superconducting material constituting the winding 6 is not particularly limited. For example, each of the above coils can be composed of a winding formed from a Bi (bismuth) -based, Y (yttrium) -based, Tl (thallium) -based, or Hg (mercury) -based oxide superconducting material.
図2に示すように、上記断熱容器8は、各コイル7a,7b,7c,7d,7e,7fを内部に直接保持する内槽容器8aと、上記内槽容器8aの外周部を取り囲むように配置された外槽容器8bとを備えて構成されている。各コイル7a,7b,7c,7d,7e,7fは、内槽容器8a内に保持されるとともに、この内槽容器8aの外周を取り囲むように外槽容器8bを配置した構成を採用することにより、各コイルを外部から断熱状態に保持することができる。
As shown in FIG. 2, the
上記内槽容器8a内において、隣接する各コイルの間には、冷媒が流動させられる冷媒流動路9が設けられており、モータの軸方向に液体窒素等の冷媒が流動させられる。これにより、上記各コイル7a,7b,7c,7d,7e,7fを超電導臨界温度以下に保持することができる。
In the
上記内槽容器8a及び上記外槽容器8bは、断熱性に優れた材料から形成される。たとえば、FRPにより形成することができる。FRPは、強度や断熱性が非常に高く、容器の内部と外部との温度差や、モータの使用時と不使用時との容器内部の温度差により生じる応力による破損や、冷媒によるコイルの冷却効率の低下を抑制することができる。なお、FRPの他に、内槽容器8a及び外槽容器8bを、たとえば、フィラー含有プラスチックやセラミック等を用いて形成することもできる。
The said
本実施形態では、上記各コイルを超電導臨界温度以下に冷却して電流を流すため、コイルの電気抵抗をゼロにすることができる。このため、エネルギ効率が高く、また、大きな電流を流して大きなトルク、出力を得ることができる。また、従来の銅線に比べてコイルの断面積を小さくすることが可能となるため、モータの小型化を図ることができる。 In this embodiment, since each coil is cooled to a superconducting critical temperature or less and a current flows, the electric resistance of the coil can be made zero. Therefore, energy efficiency is high, and a large torque and output can be obtained by flowing a large current. Further, since the cross-sectional area of the coil can be reduced as compared with the conventional copper wire, the motor can be reduced in size.
従来のリラクタンスモータにおいては、たとえば、上記非特許文献1に記載されているように、効率を高め、大きな出力を発生させるために、図3に示すロータの突極部とステータのティース部内周面との間のギャップSの大きさをできるだけ小さく、たとえば、0.1mm程度に設定するのが望ましいとされていた。このため、ロータがステータと接触することを避けるために回転時のギャップの大きさを精度高く管理することが必要となり、部品に高い加工精度が求められるとともに、軸受にも高い剛性や精度が要求されることになる。 In the conventional reluctance motor, for example, as described in Non-Patent Document 1, in order to increase the efficiency and generate a large output, the salient pole portion of the rotor and the inner peripheral surface of the teeth portion of the stator shown in FIG. It is desirable that the size of the gap S between the two is set as small as possible, for example, about 0.1 mm. For this reason, in order to avoid the rotor from coming into contact with the stator, it is necessary to manage the size of the gap during rotation with high accuracy, and high machining accuracy is required for the parts, and high rigidity and accuracy are also required for the bearings. Will be.
また、上記各コイル7a,7b,7c,7d,7e,7fに大きな電流を流すと、上記ロータ2の各突極部2a,2b,2c,2dと、上記ステータ3の各ティース部3a,3b,3c,3d,3e,3fが対向する位置近傍において磁束密度の急激な変化が起こり、ロータの回転に伴う半径方向の吸引力の変動も大きくなる。このため、従来のリラクタンスモータは、加工コストが高く、騒音や振動も大きくなっていた。
When a large current is passed through the
本実施形態では、上記ギャップSの大きさを0.3mm以上に設定している。上記ギャップSの値が比較的大きいために、ロータ回転時に精密に上記ギャップSの値を管理することが不要となり、加工部品や軸受にも高い剛性や精度が不要になる。また、上記ギャップSの大きさを0.3mm以上に設定することにより、コイルに大きな電流を流した場合に、ロータの回転に伴う急激な吸引力の変動を小さくすることが可能となる。したがって、モータ運転時の騒音や振動の増加を緩和することが可能となる。 In the present embodiment, the size of the gap S is set to 0.3 mm or more. Since the value of the gap S is relatively large, it is not necessary to precisely manage the value of the gap S when the rotor rotates, and high rigidity and accuracy are not required for processed parts and bearings. In addition, by setting the size of the gap S to 0.3 mm or more, it is possible to reduce a sudden change in the attractive force accompanying the rotation of the rotor when a large current is passed through the coil. Therefore, it is possible to mitigate increases in noise and vibration during motor operation.
本願発明の範囲は、上述の実施形態に限定されることはない。今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって、制限的なものでないと考えられるべきである。本願発明の範囲は、上述した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The scope of the present invention is not limited to the embodiment described above. The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined not by the above-mentioned meaning but by the scope of the claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of the claims.
高精度の加工部品や軸受を用いることなく、高いトルク、出力を安価かつ容易に得ることができるとともに、騒音や振動が増加するのを防止することができるリラクタンスモータを提供できる。 It is possible to provide a reluctance motor capable of easily obtaining high torque and output at low cost without using high-precision processed parts and bearings, and capable of preventing an increase in noise and vibration.
1 リラクタンスモータ
2 ロータ
3 ステータ
6 巻線
3a ティース部
3b ティース部
3c ティース部
3d ティース部
3e ティース部
3f ティース部
7a コイル
7b コイル
7c コイル
7d コイル
7e コイル
7f コイル
9 冷却手段(冷媒流動路)
S ギャップ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
S gap
Claims (3)
上記コイルを超電導材料から形成された巻線を巻き回して構成するとともに、
上記コイルを超電導臨界温度以下に冷却する冷却手段を設けた、リラクタンスモータ。 A stator provided with a stator configured by arranging a plurality of teeth portions, each having a coil formed by winding a winding, in the circumferential direction, and a salient pole portion that rotates while facing the teeth portions with a gap therebetween A reluctance motor comprising:
The coil is configured by winding a winding formed of a superconducting material, and
A reluctance motor provided with a cooling means for cooling the coil to a superconducting critical temperature or lower.
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2010080056A JP2011211881A (en) | 2010-03-31 | 2010-03-31 | Reluctance motor |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2022196193A1 (en) * | 2021-03-18 | 2022-09-22 | 古河電気工業株式会社 | Superconducting motor |
-
2010
- 2010-03-31 JP JP2010080056A patent/JP2011211881A/en active Pending
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WO2022196193A1 (en) * | 2021-03-18 | 2022-09-22 | 古河電気工業株式会社 | Superconducting motor |
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