JP2012152019A - アキシャルギャップ型回転機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】アキシャルギャップ型の超電導モータ1であって、ステータ40は、電機子コア41を回転軸方向に貫通して配置する孔部42を有する断熱冷媒容器43と、断熱冷媒容器43に取り付けられ、孔部42に配置された電機子コア41の回転軸方向の一端部41aを保持すると共に電機子コア41と断熱冷媒容器43との熱膨張差に応じて回転軸方向に変位自在な自由側電機子プレート50と、断熱冷媒容器43に取り付けられ、孔部42に配置された電機子コア41の回転軸方向の他端部41bを保持し回転軸方向において位置決めすると共に自由側電機子プレート50よりも剛性が大きい固定側電機子プレート60と、を有するという構成を採用する。
【選択図】図1
Description
この構成を採用することによって、本発明では、熱応力については、電機子コアと電機子コイル容器との熱膨張差に応じて回転軸方向に第1プレートを変位させることで、熱伸びを吸収し、その熱応力の発生を抑制する。また、振動については、熱伸びを吸収する第1プレートよりも剛性の大きい第2プレートによって、電機子コアを電機子コイル容器に対して位置決めすることで、その振動の発生を抑制する。
この構成を採用することによって、本発明では、プレートの厚みを変えることで、材質や固定部形状等を変更することなく、第1プレートと第2プレートとの剛性を異ならせることができる。
この構成を採用することによって、本発明では、保持部が電機子コアの一部を回転軸方向に挟み込むので、第1プレートでは電機子コアの回転軸方向の伸長、収縮といった熱伸びに柔的に追従でき、第2プレートでは回転軸方向において剛的に電機子コアを位置決めすることができる。
この構成を採用することによって、本発明では、半径方向内側に向かうに従って間隔が狭くなる一対の挟持部の間で、電機子コアを半径方向内側に押し付けることで、回転軸方向だけでなく、半径方向及び周方向においてもガタツキなく電機子コアを保持することができる。
この構成を採用することによって、本発明では、電機子コアが位置決めされ、ロータとの距離の変動が、第1プレート側よりも相対的に小さくなる第2プレート側に、固定側軸受を設けることで、電機子コアとロータの位置(詳しくはアキシャルギャップ面間距離)を安定させることができる。
この構成を採用することによって、本発明では、超電導により高効率の出力が得られるアキシャルギャップ型超電導回転機が得られる。
したがって、本発明では、電機子コイル容器と電機子コアとの固定部における振動及び熱応力の発生を抑制することができる。
本実施形態では、アキシャルギャップ型回転機として、電機子に超電導コイルを、界磁に永久磁石を用いるアキシャルギャップ型の超電導モータを例示する。
超電導モータ1は、図1に示すように、フレーム10と、回転軸20と、ロータ30と、ステータ40と、を有している。本実施形態の超電導モータ1は、船舶等に用いられる大型(例えばロータ30の直径が1m規模)の超電導モータであり、低回転且つ大トルクを得る構成となっている。
ロータ30は、回転軸20にその回転軸方向に間をあけて、ステータ40を回転軸方向で挟み込むようにして一対で設けられている。ロータ30は、回転軸20と接続され、回転軸20と一体的に回転する。
自由側電機子プレート50は、断熱冷媒容器43に対して不図示のボルトによって締結されている。また、固定側電機子プレート60は、自由側電機子プレート50と逆側で、断熱冷媒容器43に対して不図示のボルトによって締結されている。
図2に示すように、電機子コア41は、回転軸方向の両端部を自由側電機子プレート50、固定側電機子プレート60によって保持されており、孔部42内において略浮いた状態で、断熱冷媒容器43に対して取り付けられる構成となっている(図1参照)。
図3は、本発明の実施形態における固定側電機子プレート60の保持部61の構成を示す正面図である。図4は、本発明の実施形態における固定側電機子プレート60の保持部61の構成を示す斜視図である。なお、図4(b)においては、保持部61の押さえプレート63を取り外したときを示している。図5は、図3におけるA−A断面で視た電機子コア41の固定構造を示す図である。図6は、図3におけるB−B断面で視た電機子コア41の固定構造を示す図である。
挟持部62は、固定側電機子プレート60と押さえプレート63との間で、電機子コア41の他端部41bに形成された凸部41b1を挟持する構成となっている。
押付部64は、固定板65で電機子コア41を半径方向内側に押し付ける構成となっている。
図7は、本発明の実施形態における自由側電機子プレート50の保持部51の構成を示す正面図である。図8は、本発明の実施形態における自由側電機子プレート50の保持部51の構成を示す斜視図である。なお、図8(b)においては、保持部51の押さえプレート53を取り外したときを示している。
挟持部52は、自由側電機子プレート50に設けたキー部材53aと押さえプレート53との間で、電機子コア41の一端部41aに形成された凸部41a1を挟持する構成となっている。
押付部54は、固定板55で電機子コア41を半径方向内側に押し付ける構成となっている。
超電導モータ1が駆動すると、装置全体が昇温する。本実施形態では、電機子コア41を積層鋼板から形成し、断熱冷媒容器43をGFRPから形成しており、互いに線膨張率が異なるため、電機子コア41が、断熱冷媒容器43よりも相対的に回転軸方向に熱伸びする。
したがって、本実施形態では、断熱冷媒容器43と電機子コア41との固定部における振動及び熱応力の発生を抑制することができる。
但し、プレートの材質や形状を異ならせる場合は、最適な剛性を有する材質の選択や、形状を追加することによる強度解析等が別途必要となるため、本実施形態のように単純な略矩形状のプレートの厚みを変える構成の方が、設計し易く、剛性の調節も容易である。
Claims (6)
- 回転軸に間をあけて設けられた一対のロータと、前記一対のロータの間に設けられ回転軸方向において前記一対のロータと対向配置されたステータと、を有するアキシャルギャップ型回転機であって、
前記ステータは、
電機子コアを前記回転軸方向に貫通して配置する孔部を有する電機子コイル容器と、
前記電機子コイル容器に取り付けられ、前記孔部に配置された前記電機子コアの前記回転軸方向の一端部を保持すると共に前記電機子コアと前記電機子コイル容器との熱膨張差に応じて前記回転軸方向に変位自在な第1プレートと、
前記電機子コイル容器に取り付けられ、前記孔部に配置された前記電機子コアの前記回転軸方向の他端部を保持し前記回転軸方向において位置決めすると共に前記第1プレートよりも剛性が大きい第2プレートと、を有することを特徴とするアキシャルギャップ型回転機。 - 前記回転軸方向において、前記第2プレートの厚みは、前記第1プレートの厚みよりも大きいことを特徴とする請求項1に記載のアキシャルギャップ型回転機。
- 前記電機子コアを保持する前記第1プレート及び前記第2プレートの少なくともいずれか一方の保持部は、前記電機子コアの一部を前記回転軸方向で挟み込んで保持する挟持部を有することを特徴とする請求項1または2に記載のアキシャルギャップ型回転機。
- 前記保持部は、
前記回転軸と直交する半径方向に沿って対となって延在すると共に前記半径方向内側に向かうに従って間隔が狭くなる一対の前記挟持部と、
前記電機子コアを、一対の前記挟持部の間において前記半径方向内側に向けて押し付ける押付部と、を有することを特徴とする請求項3に記載のアキシャルギャップ型回転機。 - 前記回転軸の前記第2プレートが設けられる側は、ラジアル荷重とともにスラスト荷重を支持できる固定側軸受によって軸支されていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のアキシャルギャップ型回転機。
- 前記電機子コイル容器として、前記孔部の周りに配置される超電導コイル及び該超電導コイルを冷却する冷媒を収容する断熱冷媒容器を有することを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のアキシャルギャップ型回転機。
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