JP2021175284A - Motor device - Google Patents
Motor device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2021175284A JP2021175284A JP2020078197A JP2020078197A JP2021175284A JP 2021175284 A JP2021175284 A JP 2021175284A JP 2020078197 A JP2020078197 A JP 2020078197A JP 2020078197 A JP2020078197 A JP 2020078197A JP 2021175284 A JP2021175284 A JP 2021175284A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- motor device
- rotor
- cylindrical portion
- container
- winding
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 82
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 23
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 26
- 239000002887 superconductor Substances 0.000 claims description 10
- 235000012771 pancakes Nutrition 0.000 claims description 9
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 claims description 7
- 239000000057 synthetic resin Substances 0.000 claims description 7
- 239000000110 cooling liquid Substances 0.000 abstract description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 21
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 11
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 10
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 8
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 4
- 229920002430 Fibre-reinforced plastic Polymers 0.000 description 3
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 3
- 239000011151 fibre-reinforced plastic Substances 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 239000005751 Copper oxide Substances 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000431 copper oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 2
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 2
- 239000013585 weight reducing agent Substances 0.000 description 2
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 2
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N Copper oxide Chemical compound [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052772 Samarium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001172 neodymium magnet Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- KZUNJOHGWZRPMI-UHFFFAOYSA-N samarium atom Chemical compound [Sm] KZUNJOHGWZRPMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 1
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 1
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K55/00—Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures
- H02K55/02—Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures of the synchronous type
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K55/00—Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures
- H02K55/02—Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures of the synchronous type
- H02K55/04—Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures of the synchronous type with rotating field windings
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility
Abstract
Description
本発明は、モータ装置に関する。 The present invention relates to a motor device.
従来、排気ガスを排出せず、環境にやさしい電気自動車が開発されている。電気自動車は、蓄電池に蓄えられた電力を用いてモータ装置を駆動させて、車輪を回転させる。例えば、特許文献1には、インバータで三相交流に変換された電流で駆動する、車両用の三相交流モータが開示されている。車両用のモータ装置は、高いトルクを出力できることが要求され、また、小型軽量であることも要求される。 Conventionally, eco-friendly electric vehicles that do not emit exhaust gas have been developed. The electric vehicle uses the electric power stored in the storage battery to drive the motor device to rotate the wheels. For example, Patent Document 1 discloses a three-phase alternating current motor for a vehicle, which is driven by a current converted into a three-phase alternating current by an inverter. Vehicle motor devices are required to be able to output high torque, and are also required to be compact and lightweight.
本発明は上記した事情のもとで考え出されたものであって、高いトルクを出力でき、かつ、小型軽量化が可能なモータ装置を提供することを目的としている。 The present invention has been devised under the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a motor device capable of outputting high torque and being compact and lightweight.
上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。 In order to solve the above problems, the following technical measures are taken in the present invention.
本発明によって提供されるモータ装置は、複数の永久磁石が、中心軸を中心にして、環状のハルバッハ配列で配列された回転子と、前記回転子の径方向の外側で前記回転子を囲むように配置された円筒形状部、および、前記円筒形状部の前記径方向の外側に、周方向に沿って等間隔で配置された複数の巻線を有する固定子と、前記固定子を収納する容器とを備え、前記巻線は、超伝導材料を含み、前記円筒形状部と前記容器との間には、冷却液が充填されている。 In the motor device provided by the present invention, a plurality of permanent magnets surround the rotor in an annular Halbach array around the central axis and the rotor outside the radial direction of the rotor. And a stator having a plurality of windings arranged at equal intervals along the circumferential direction on the outside of the cylindrical portion in the radial direction, and a container for accommodating the stator. The winding contains a superconducting material, and a coolant is filled between the cylindrical portion and the container.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記巻線は、超電導体材料を含む帯状の線材をダブルパンケーキ型に巻回したコイルであり、コイル面の形状がレーストラック形状である。 In a preferred embodiment of the present invention, the winding is a coil in which a strip-shaped wire rod containing a superconductor material is wound in a double pancake shape, and the shape of the coil surface is a race track shape.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記各巻線の、前記中心軸の延びる方向である軸方向の寸法、および、前記各永久磁石の前記軸方向の寸法は、200mm以下であり、 前記巻線の数は、15個以上である。 In a preferred embodiment of the present invention, the axial dimension of each winding, which is the extending direction of the central axis, and the axial dimension of each permanent magnet are 200 mm or less, and the winding. The number of is 15 or more.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記容器は、外側容器および内側容器を備え、前記外側容器と前記内側容器とで囲まれた空間は、外部より真空度が高い。 In a preferred embodiment of the present invention, the container includes an outer container and an inner container, and the space surrounded by the outer container and the inner container has a higher degree of vacuum than the outside.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記回転子は、前記複数の永久磁石が固定された回転子本体をさらに備え、前記回転子本体および前記円筒形状部は、合成樹脂を含む材料からなる。 In a preferred embodiment of the present invention, the rotor further includes a rotor body to which the plurality of permanent magnets are fixed, and the rotor body and the cylindrical portion are made of a material containing a synthetic resin.
本発明の好ましい実施の形態においては、前記固定子は、前記円筒形状部および前記複数の巻線の径方向の外側に配置されるバックヨークをさらに備えている。 In a preferred embodiment of the invention, the stator further comprises a cylindrical portion and a back yoke arranged radially outside the plurality of windings.
本発明によると、固定子の各巻線は、超伝導材料を含み、円筒形状部と容器との間に充填されている冷却液によって冷却される。これにより、各巻線は、超電導状態になって、電気抵抗が著しく低下するので、大電流を流すことができる。したがって、固定子は大きな回転磁界を発生させることができるので、モータ装置は高いトルクを出力できる。また、各巻線の電気抵抗が著しく低下することで、ジュール熱の発生が抑制される。さらに、各巻線は、冷却液によって強力に冷却される。したがって、モータ装置は、冷却のための放熱用フィンなどを備える必要がない。これにより、モータ装置は、小型軽量化が可能である。また、本発明によると、回転子は、複数の永久磁石が環状のハルバッハ配列で配列されている。したがって、回転子は、固定子側に磁束を集中させて、磁場強度を大きくできる。これにより、モータ装置は、高いトルクを出力できる。また、回転子は、固定子とは反対側に発生する磁束を抑制できるので、固定子とは反対側にヨークを備える必要がない。これにより、モータ装置は、小型軽量化が可能である。 According to the present invention, each winding of the stator contains a superconducting material and is cooled by a coolant filled between the cylindrical portion and the container. As a result, each winding is put into a superconducting state, and the electric resistance is remarkably lowered, so that a large current can flow. Therefore, since the stator can generate a large rotating magnetic field, the motor device can output a high torque. Further, the electric resistance of each winding is remarkably reduced, so that the generation of Joule heat is suppressed. In addition, each winding is strongly cooled by the coolant. Therefore, the motor device does not need to be provided with heat radiating fins or the like for cooling. As a result, the motor device can be made smaller and lighter. Further, according to the present invention, in the rotor, a plurality of permanent magnets are arranged in an annular Halbach array. Therefore, the rotor can concentrate the magnetic flux on the stator side to increase the magnetic field strength. As a result, the motor device can output a high torque. Further, since the rotor can suppress the magnetic flux generated on the side opposite to the stator, it is not necessary to provide the yoke on the side opposite to the stator. As a result, the motor device can be made smaller and lighter.
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。 Other features and advantages of the present invention will become more apparent with the detailed description given below with reference to the accompanying drawings.
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
<第1実施形態>
図1は、第1実施形態に係るモータ装置が適用された車両1の構成を示す概略ブロック図である。車両1は、電気によるモータ駆動の電気自動車である。図1に示すように、車両1は、モータ装置2、冷却液タンク3、蓄電池4、およびインバータ5を備えている。なお、車両1はその他の構成も備えているが、図1においては記載を省略している。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a schematic block diagram showing a configuration of a vehicle 1 to which the motor device according to the first embodiment is applied. The vehicle 1 is an electric vehicle driven by an electric motor. As shown in FIG. 1, the vehicle 1 includes a
モータ装置2は、超伝導モータであり、車両1の駆動力を発生する。モータ装置2は、後述するシャフト233の回転を図示しないギアなどで車両1の車軸に伝達し、車輪を回転させる。モータ装置2の詳細については後述する。
The
冷却液タンク3は、モータ装置2内部に冷却液を補充するものである。冷却液タンク3は、トランスファチューブ31によってモータ装置2に接続されている。トランスファチューブ31は、細い真空断熱の管であり、冷却液タンク3からモータ装置2に冷却液を流す。最初に少し圧力をかけて冷却液を流すと、冷却液によってトランスファチューブ31が冷却されて、冷却液が流れるようになる。本実施形態では、冷却液は、液体窒素である。モータ装置2の冷却により気化した窒素は、モータ装置2の図示しない排出弁から排出管32を通って、車両1の外に排出される。冷却液タンク3は、気化により減少した液体窒素を、トランスファチューブ31を介してモータ装置2に補充する。冷却液タンク3内の液体窒素が減少した場合、液体窒素タンクローリ車や液体窒素の供給施設から、冷却液タンク3に液体窒素が補充される。なお、冷却液は液体窒素に限定されず、その他の液体であってもよい。冷却液は、モータ装置2の後述する巻線222を所定の温度に冷却できる液体であればよい。
The coolant tank 3 replenishes the coolant inside the
蓄電池4は、モータ装置2を駆動するための電力を蓄える二次電池である。本実施形態では、蓄電池4は、リチウムイオン電池である。なお、蓄電池4は、限定されず、その他の二次電池であってもよい。インバータ5は、蓄電池4から入力される直流電力を三相交流電力に変換して、モータ装置2の各巻線222に出力する。なお、インバータ5と各巻線222との間には、クエンチの発生を防止するために、各々が各巻線222に直列接続された複数の限流器が設けられているが、詳細な説明は省略する。
The storage battery 4 is a secondary battery that stores electric power for driving the
次に、モータ装置2の詳細について説明する。
Next, the details of the
図2および図3は、モータ装置2を説明するための概略図である。図2は、モータ装置2の中心軸Cに直交する断面の断面図である。図3は、モータ装置2の中心軸Cに沿う断面の断面図である。なお、各図は、理解を容易とするために簡略化されたものである。したがって、各部分の寸法や比率などは、実際の寸法や比率とは一致しておらず、適宜拡大、縮小されている。また、以下では、説明の便宜上、モータ装置2の中心軸Cに平行な方向を「軸方向」とし、中心軸Cに直交する方向を「径方向」とし、中心軸Cを中心とする円弧に沿う方向を「周方向」とする。
2 and 3 are schematic views for explaining the
モータ装置2は、容器21、固定子22、および回転子23を備えている。固定子22は、回転子23の径方向の外側で前記回転子を囲むように配置されている。固定子22は、電機子となって電機子磁界(回転磁界)を発生させる。回転子23は、界磁となって界磁磁界を発生させる。固定子22が発生させた電機子磁界が回転子23の磁極に作用することにより、回転子23を中心軸Cの周りに回転させるトルクが発生する。容器21は、固定子22の外側に配置され、固定子22および回転子23を収納している。
The
回転子23は、界磁となって界磁磁界を発生させ、中心軸Cを中心として、周方向に回転する。回転子23は、本体231、複数の永久磁石232、およびシャフト233を備えている。シャフト233は、軸受け26によって、固定子22に対して回転可能に軸支されている。シャフト233は、モータ装置2の回転力を外部に伝達する。シャフト233の材料は限定されない。
The
本体231は、シャフト233に固定されており、円筒部分と固定部分とを含んでいる。円筒部分は、軸方向に延びる円筒形状であり、複数の永久磁石232が固定されている。固定部分は、円筒部分をシャフト233に固定している。本実施形態では、本体231は、合成樹脂からなり、円筒部分および固定部分を一体として形成されている。なお、本体231の形状、材料、および形成方法は限定されない。
The
複数の永久磁石232は、それぞれが永久磁石であり、軸方向に延びる直方体形状である。本実施形態では、各永久磁石232の軸方向の寸法は、200mmである。なお、当該寸法は限定されない。各永久磁石232は、例えば、ネオジム磁石やフェライト磁石などあり、限定されない。各永久磁石232の種類は、必要な磁力とコストとを勘案して、適宜決定される。各永久磁石232は、本体231の円筒部分に埋め込まれている。本実施形態では、図2に示すように、30個の永久磁石232が、本体231の円筒部分に、周方向に沿って等間隔で配列されている。なお永久磁石232の数は限定されない。
Each of the plurality of
複数の永久磁石232は、中心軸Cを中心にして、環状のハルバッハ配列で配列されている。ハルバッハ配列は、磁極の方向を最適化することによって、特定の方向への磁場強度を最大化する磁石の配列方法である。図2においては、各永久磁石232に磁極の方向を示す矢印を付している。複数の永久磁石232によって、本体231の円筒部分の外周面側に磁束が集中し、外周面側の磁場強度が大きくなる。一方、本体231の円筒部分の内周面側に発生する磁束は少なく、内周面側の磁場強度は小さくなる。なお、図2に示す各永久磁石232の磁極の方向は一例にすぎず、各永久磁石232の磁極の方向は、図2に示すものに限定されない。本体231の円筒部分の外周面側の磁場強度が大きくなることで、回転子23の外側に配置された固定子22が発生させた電機子磁界(回転磁界)による磁極への作用が大きくなって、モータ装置2は、高いトルクを出力できる。また、本体231の円筒部分の内周面側に発生する磁束が抑制されるので、回転子23は、本体231の円筒部分の径方向内側に、ヨークを備える必要がない。
The plurality of
回転子23は、例えば、金型内部に、各々が所定の方向に着磁された各永久磁石232を所定の位置に所定の方向を向けて配置し、当該金型に流体状の合成樹脂材料を注入して硬化させることで形成される。なお、回転子23の形成方法は限定されない。
In the
固定子22は、電機子となって電機子磁界を発生させる。固定子22は、円筒形状部221、複数の巻線222、およびバックヨーク223を備えている。
The
円筒形状部221は、軸方向に延びる円筒形状の部品であり、回転子23の径方向の外側で回転子23を囲むように配置されている。本実施形態では、円筒形状部221は、繊維強化プラスチック(FRP:Fiber Reinforced Plastics)などの合成樹脂を含む材料からなる。なお、円筒形状部221の材料は限定されない。円筒形状部221の径方向の厚さは、巻線222と永久磁石232との距離を近づけるために、できるだけ薄いのが望ましい。本実施形態では、円筒形状部221の強度を保ちつつ、巻線222と永久磁石232との距離を近づけるために、円筒形状部221の径方向の厚さは、2mm程度としている。なお、当該寸法は限定されない。円筒形状部221は、容器21の内部底面に固定され、円筒形状部221の内周面と回転子23の本体231の円筒部分の外周面との間にはエアギャップ25が設けられている。エアギャップ25の厚さ(円筒形状部221の内周面と円筒部分の外周面との距離)は、巻線222と永久磁石232との距離を近づけるために、できるだけ薄いのが望ましい。本実施形態では、円筒形状部221の内周面と円筒部分の外周面との接触を防止しつつ、巻線222と永久磁石232との距離を近づけるために、エアギャップ25の厚さは、3mm程度としている。なお、当該寸法は限定されない。
The
また、円筒形状部221の外周面と容器21の内周面との間にも、空間が設けられている。円筒形状部221は、複数の突出部221aを備えている。各突出部221aは、円筒形状部221の外周面から径方向に突出し、軸方向に延びている。複数の突出部221aは、円筒形状部221の外周面に、周方向に沿って等間隔で配置されている。突出部221aと突出部221aとの間には、それぞれ、巻線222が配置される。なお、円筒形状部221は、突出部221aを備えなくてもよい。
Further, a space is also provided between the outer peripheral surface of the
複数の巻線222は、それぞれに交流電流が流れ、回転磁界を発生させる。複数の巻線222は、円筒形状部221の外周面に、周方向に沿って等間隔で配列されている。本実施形態では、図2に示すように、15個の巻線222が配列されている。隣り合う3個の巻線222には、位相を120度ずつずらした三相の交流電流が、それぞれ入力される。固定子22は、当該3個の巻線222の組を5組備えているので、合計15個の巻線222を備えている。なお、固定子22が備える巻線222の数は15個に限定されず、3の倍数であればよい。ただし、本実施形態では、モータ装置2は車両1を駆動させるためのトルクを出力する必要があるので、巻線222の数は多い方がよい。また、巻線222の数が多いほど巻線222の配置を円周に近づけることができ、環状のハルバッハ配列で配列された永久磁石232の磁極に対して、巻線222による回転磁界が周方向において均等に作用するので、モータ装置2全体の振動を抑制できる。巻線222の数は、少なくとも15個以上であることが望ましい。一方、巻線222の数が多くなるほどモータ装置2の重量が大きくなるので、巻線222の数は、トルクの出力と重量とを勘案して、適宜設定される。
An alternating current flows through each of the plurality of
各巻線222は、超電導体材料を含む帯状の線材を巻回したコイルである。超伝導体材料は限定されないが、本実施形態では、イットリウム系超伝導体(YBCO)や、YBCOのY(イットリウム)に代えてGd(ガドリニウム)やSm(サマリウム)などの希土類元素とした高温超電導体材料を用いている。高温超電導体材料には、他に、高温酸化銅セラミック超伝導体(BSCCO2223など)、タリウム−バリウム−カルシウム−酸化銅系超伝導体(TBCCO)などがある。 Each winding 222 is a coil wound with a strip-shaped wire containing a superconductor material. The superconductor material is not limited, but in the present embodiment, high-temperature superconductivity using a rare earth element such as Gd (gadrinium) or Sm (samarium) instead of the yttrium-based superconductor (YBCO) or Y (yttrium) of YBCO. Body material is used. Other high-temperature superconductor materials include high-temperature copper oxide ceramic superconductors (BSCCO2223 and the like), thallium-barium-calcium-copper oxide-based superconductors (TBCCO), and the like.
各巻線222は、帯状の線材を、ダブルパンケーキ型に巻回したコイルであり、コイル面の形状がレーストラック形状である。ダブルパンケーキ型のコイルは、帯状の線材を長辺側の面を重ねて巻回したパンケーキ型のコイルを2個、最も内側で電気的に接続させたコイルである。本実施形態では、帯状の線材の幅寸法は10mm程度であり、厚さ寸法は0.2mm程度である。なお、帯状の線材の各寸法は限定されず、巻き数も限定されない。また、各巻線222は、ダブルパンケーキ型のコイルを複数接続したコイルであってもよい。また、各巻線222は、ダブルパンケーキ型ではなく、一重のパンケーキ型であってもよい。各巻線222は、レーストラック形状の長手方向を軸方向に平行にして、また、コイル面が円筒形状部221に対向するようにして、円筒形状部221に固定されている。本実施形態では、各巻線222のレーストラック形状の長手方向の寸法(軸方向の寸法)L(図3参照)は、各永久磁石232の軸方向の寸法に合わせて、200mmである。本実施形態では、モータ装置2は車両1を駆動させるためのトルクを出力する必要があるので、各巻線222の軸方向の寸法Lおよび各永久磁石232の軸方向の寸法は、大きい方がよい。しかし、寸法が大きくなるほどモータ装置2の重量が大きくなるので、寸法は、トルクの出力と重量とを勘案して、適宜設定される。各巻線222の軸方向の寸法Lおよび各永久磁石232の軸方向の寸法は、200mm以下であることが望ましい。また、本実施形態では、各巻線222のレーストラック形状の短手方向の寸法(周方向の寸法)W(図2参照)は、40mm程度である。寸法Wは、帯状の線材の柔らかさと、配置される巻線222の数とに応じて、適宜設定される。なお、寸法Wをできるだけ小さくして、できるだけ多くの巻線222を配置するのが望ましい。なお、各巻線222の各寸法は限定されない。
Each winding 222 is a coil in which a strip-shaped wire rod is wound in a double pancake shape, and the shape of the coil surface is a race track shape. The double pancake type coil is a coil in which two pancake type coils, in which strip-shaped wire rods are wound with their long side surfaces overlapped with each other, are electrically connected on the innermost side. In the present embodiment, the width dimension of the strip-shaped wire rod is about 10 mm, and the thickness dimension is about 0.2 mm. The dimensions of the strip-shaped wire are not limited, and the number of turns is not limited. Further, each winding 222 may be a coil in which a plurality of double pancake type coils are connected. Further, each winding 222 may be a single pancake type instead of a double pancake type. Each winding 222 is fixed to the
バックヨーク223は、例えば鉄製の円筒形状の磁性部品である。なお、バックヨーク223の材料は限定されない。バックヨーク223は、円筒形状部221の径方向の外側に、各巻線222から離間して配置されている。バックヨーク223は、各巻線222によって生成された磁束を、固定子22の外部に出ないように遮蔽して内部に戻す。
The
容器21は、固定子22および回転子23を収納する容器である。容器21は、外側容器211、内側容器212、および蓋214を備えている。外側容器211および内側容器212は、ともに有底の円筒形状であり、内側容器212は外側容器211の内側に配置されている。外側容器211と内側容器212とで囲まれた空間は、密閉されており、外部より真空度が高くなっている。当該空間が、断熱効果を有する断熱部213になっている。内側容器212の内部には、固定子22および回転子23が収納されている。蓋214は、内側容器212の開口部をふさぐ蓋である。本実施形態では、外側容器211、内側容器212、および蓋214は、ステンレスからなる。なお、外側容器211、内側容器212、および蓋214の材料および形状は限定されない。
The
固定子22の円筒形状部221と容器21の内側容器212との間には、冷却液24(液体窒素)が充填されている。したがって、各巻線222およびバックヨーク223は、冷却液24に浸漬されて、低温状態に冷却される。これにより、各巻線222は、超電導状態になって、電気抵抗が著しく低下するので、大電流を流すことができ、また、ジュール熱の発生が抑制される。また、各巻線222およびバックヨーク223は、冷却液24によって、強力に冷却されるので、モータ装置2は、これらを冷却するための放熱用フィンなどを備える必要がない。
A coolant 24 (liquid nitrogen) is filled between the
次に、第1実施形態に係るモータ装置2の作用効果について説明する。
Next, the operation and effect of the
本実施形態によると、固定子22は、複数の巻線222を備えている。各巻線222は、超電導体材料からなるコイルである。各巻線222は、円筒形状部221と容器21との間に充填されている冷却液24(液体窒素)によって冷却される。これにより、各巻線222は、超電導状態になって、電気抵抗が著しく低下するので、大電流を流すことができる。したがって、固定子22は大きな磁界を発生させることができるので、モータ装置2は高いトルクを出力できる。また、各巻線222の電気抵抗が著しく低下することで、ジュール熱の発生が抑制される。さらに、各巻線222は、冷却液24によって強力に冷却される。したがって、モータ装置2は、冷却のための放熱用フィンなどを備える必要がない。これにより、モータ装置2は、小型軽量化が可能である。
According to this embodiment, the
また、本実施形態によると、回転子23は、環状のハルバッハ配列で配列された複数の永久磁石232を備えている。複数の永久磁石232によって、本体231の円筒部分の外周面側に磁束が集中し、外周面側の磁場強度が大きくなる。これにより、モータ装置2は、高いトルクを出力できる。一方、本体231の円筒部分の内周面側に発生する磁束は抑制される。したがって、回転子23は、本体231の円筒部分の径方向内側に、ヨークを備える必要がない。これにより、モータ装置2は、軽量化が可能である。
Further, according to the present embodiment, the
また、本実施形態によると、回転子23は、本体231が合成樹脂からなり、ヨークを備えていない。したがって、回転子23は、軽量化が可能である。このことは、モータ装置2の軽量化に寄与する。また、回転子23の軽量化により、回転子23のイナーシャが小さくなるので、モータ装置2の制御に対する応答性が向上する。また、本実施形態によると、固定子22の円筒形状部221はFRPからなり、固定子22は内側にヨークを備えていない。したがって、固定子22も、軽量化が可能である。このことは、モータ装置2の軽量化に寄与する。
Further, according to the present embodiment, the
また、本実施形態によると、各永久磁石232の軸方向の寸法、および、各巻線222の軸方向の寸法Lは、200mmである。したがって、モータ装置2は、大型化を抑制しつつ、車両1を駆動させるための高いトルクを出力できる。また、本実施形態によると、固定子22は、円筒形状部221の外周面に、周方向に配列された15個の巻線222を備えている。したがって、モータ装置2は、高いトルクを出力可能である。本実施形態では、巻線222の数が多いが、各巻線222の軸方向の寸法L、および、各永久磁石232の軸方向の寸法を小さくすることで、モータ装置2全体の重量を抑制している。巻線222の軸方向の寸法Lを小さくしても、巻線222に大電流を流せるので、モータ装置2は、十分なトルクを出力できる。また、巻線222の数が多いので、モータ装置2全体の振動が抑制される。振動が抑制されることで、巻線222における線材間の摩擦による発熱が抑制され、ホットスポットの発生を抑制できる。これにより、超電導状態から常伝導状態に戻るクエンチの発生を抑制できる。
Further, according to the present embodiment, the axial dimension of each
また、本実施形態によると、各巻線222は、超電導体材料を含む帯状の線材をダブルパンケーキ型に巻回したコイルである。したがって、巻線222の帯状の線材の両端がコイルの外側に配置される。したがって、接続が容易である。また、各巻線222は、コイル面の形状がレーストラック形状であり、長手方向を軸方向に平行にして配置されている。したがって、固定子22において、周方向に多くの巻線222を配置でき、かつ、軸方向の寸法が大きくできるので、モータ装置2は、高いトルクを出力可能である。
Further, according to the present embodiment, each winding 222 is a coil in which a strip-shaped wire rod containing a superconductor material is wound in a double pancake shape. Therefore, both ends of the strip-shaped wire of the winding 222 are arranged outside the coil. Therefore, the connection is easy. Further, each winding 222 has a race track shape on the coil surface, and is arranged so that the longitudinal direction is parallel to the axial direction. Therefore, in the
また、本実施形態によると、容器21は外側容器211および内側容器212を備え、外側容器211と内側容器212とで囲まれた空間は、密閉されており、外部より真空度が高くなっている。これにより、容器21の内部と外部とが適切に断熱され、内部に充填された冷却液24の温度が上昇することを抑制できる。
Further, according to the present embodiment, the
なお、本実施形態では、回転子23において、各永久磁石232が本体231の円筒部分の内部に埋め込まれている場合について説明したが、これに限られない。各永久磁石232のそれぞれ一部(例えば固定子22に対向する面)は、円筒部分から露出してもよい。また、回転子23は、本体231の円筒部分の外側に(または内側に)、接着剤やネジなどで、各永久磁石232を固定したものであってもよい。この場合、回転子23の円筒部分の材料は、合成樹脂以外の材料であってもよい。
In the present embodiment, the case where each
なお、本実施形態では、各巻線222が帯状の線材を、レーストラック形状に、重ねて巻回したコイルである場合について説明したが、これに限られない。各巻線222のコイル面の形状は、レーストラック形状ではなく、矩形状、楕円形状、または円形状であってもよい。また、各巻線222の線材は、帯状ではなく、断面が円形状であってもよい。この場合、各巻線222は、線材をらせん状に巻いたソレノイドコイルや、スパイラルコイル、トロイダルコイルなどであってもよい。また、帯状の線材を、短辺側の曲がりにくい方向に巻いたエッジワイズコイルであってもよい。 In the present embodiment, the case where each winding 222 is a coil in which a strip-shaped wire rod is wound in a race track shape in an overlapping manner has been described, but the present invention is not limited to this. The shape of the coil surface of each winding 222 may be rectangular, elliptical, or circular instead of the racetrack shape. Further, the wire rod of each winding 222 may have a circular cross section instead of a strip shape. In this case, each winding 222 may be a solenoid coil in which a wire rod is spirally wound, a spiral coil, a toroidal coil, or the like. Further, it may be an edgewise coil in which a strip-shaped wire rod is wound in a direction in which it is difficult to bend on the short side.
なお、本実施形態においては、モータ装置2が、電気自動車に用いられる場合について説明したが、これに限られない。モータ装置2は、電気オートバイ、電動自転車、電動車いすなどの他の電動式の乗り物に用いられてもよい。また、モータ装置2は、ドローンなどの飛行物、電気掃除機などの家電品、電動工具など、電力を回転力に変換して使用するあらゆる製品に用いることができる。
In the present embodiment, the case where the
本発明に係るモータ装置は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係るモータ装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。 The motor device according to the present invention is not limited to the above-described embodiment. The specific configuration of each part of the motor device according to the present invention can be freely redesigned.
1 :車両
2 :モータ装置
3 :冷却液タンク
31 :トランスファチューブ
32 :排出管
4 :蓄電池
5 :インバータ
21 :容器
211 :外側容器
212 :内側容器
213 :断熱部
214 :蓋
22 :固定子
221 :円筒形状部
221a :突出部
222 :巻線
223 :バックヨーク
23 :回転子
231 :本体
232 :永久磁石
233 :シャフト
24 :冷却液
25 :エアギャップ
26 :軸受け
1: Vehicle 2: Motor device 3: Coolant tank 31: Transfer tube 32: Discharge pipe 4: Storage battery 5: Inverter 21: Container 211: Outer container 212: Inner container 213: Insulation part 214: Lid 22: Stator 221:
Claims (6)
前記回転子の径方向の外側で前記回転子を囲むように配置された円筒形状部、および、前記円筒形状部の前記径方向の外側に、周方向に沿って等間隔で配置された複数の巻線を有する固定子と、
前記固定子を収納する容器と、
を備え、
前記巻線は、超伝導材料を含み、
前記円筒形状部と前記容器との間には、冷却液が充填されている、
モータ装置。 A rotor with multiple permanent magnets arranged in an annular Halbach array around the central axis,
A cylindrical portion arranged so as to surround the rotor on the outer side in the radial direction of the rotor, and a plurality of cylindrical portions arranged on the outer side in the radial direction of the cylindrical portion at equal intervals along the circumferential direction. With a stator with windings,
A container for storing the stator and
With
The winding contains a superconducting material and contains
A coolant is filled between the cylindrical portion and the container.
Motor device.
請求項1に記載のモータ装置。 The winding is a coil in which a strip-shaped wire containing a superconductor material is wound in a double pancake shape, and the shape of the coil surface is a race track shape.
The motor device according to claim 1.
前記巻線の数は、15個以上である、
請求項1または2に記載のモータ装置。 The axial dimension of each winding, which is the extending direction of the central axis, and the axial dimension of each permanent magnet are 200 mm or less.
The number of windings is 15 or more.
The motor device according to claim 1 or 2.
前記外側容器と前記内側容器とで囲まれた空間は、外部より真空度が高い、
請求項1ないし3のいずれかに記載のモータ装置。 The container comprises an outer container and an inner container.
The space surrounded by the outer container and the inner container has a higher degree of vacuum than the outside.
The motor device according to any one of claims 1 to 3.
前記回転子本体および前記円筒形状部は、合成樹脂を含む材料からなる、
請求項1ないし4のいずれかに記載のモータ装置。 The rotor further includes a rotor body to which the plurality of permanent magnets are fixed.
The rotor body and the cylindrical portion are made of a material containing a synthetic resin.
The motor device according to any one of claims 1 to 4.
請求項1ないし5のいずれかに記載のモータ装置。 The stator further comprises a back yoke disposed radially outward of the cylindrical portion and the plurality of windings.
The motor device according to any one of claims 1 to 5.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020078197A JP6899022B1 (en) | 2020-04-27 | 2020-04-27 | Motor device |
PCT/JP2021/016334 WO2021220939A1 (en) | 2020-04-27 | 2021-04-22 | Motor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020078197A JP6899022B1 (en) | 2020-04-27 | 2020-04-27 | Motor device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP6899022B1 JP6899022B1 (en) | 2021-07-07 |
JP2021175284A true JP2021175284A (en) | 2021-11-01 |
Family
ID=76650047
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020078197A Active JP6899022B1 (en) | 2020-04-27 | 2020-04-27 | Motor device |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6899022B1 (en) |
WO (1) | WO2021220939A1 (en) |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6419960A (en) * | 1987-07-15 | 1989-01-24 | Hitachi Ltd | Superconducting generator |
JPS6426362A (en) * | 1987-07-20 | 1989-01-27 | Hitachi Ltd | High-temperature superconducting stator |
JP2002208512A (en) * | 2001-01-09 | 2002-07-26 | Sumitomo Electric Ind Ltd | High-temperature superconducting coil cooling method and cooling structure |
JP2005045984A (en) * | 2003-07-25 | 2005-02-17 | Yaskawa Electric Corp | Rotor for permanent magnet synchronous motor |
JP2005204492A (en) * | 2003-12-19 | 2005-07-28 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Superconducting motor device |
JP2007228656A (en) * | 2006-02-21 | 2007-09-06 | Railway Technical Res Inst | Dynamo-electric machine utilizing inductive repulsion/attraction principle |
JP2011138906A (en) * | 2009-12-28 | 2011-07-14 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Superconducting device |
WO2013008284A1 (en) * | 2011-07-08 | 2013-01-17 | 三菱電機株式会社 | Permanent magnet type electric rotating machine and manufacturing method thereof |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5177054A (en) * | 1991-04-08 | 1993-01-05 | Emerson Electric Co. | Flux trapped superconductor motor and method therefor |
US8436499B2 (en) * | 2011-04-27 | 2013-05-07 | General Electric Company | Electrical machine with superconducting armature coils and other components |
JP5866965B2 (en) * | 2011-10-26 | 2016-02-24 | アイシン精機株式会社 | Superconducting rotating electrical machine stator |
US9190893B2 (en) * | 2013-09-26 | 2015-11-17 | Dominion Alternative Energy, Llc | Superconductive electro-magnetic device for use within a direct current motor or generator |
JP6511274B2 (en) * | 2015-01-26 | 2019-05-15 | 株式会社イムラ材料開発研究所 | Superconducting coil and superconducting rotary electric machine stator |
-
2020
- 2020-04-27 JP JP2020078197A patent/JP6899022B1/en active Active
-
2021
- 2021-04-22 WO PCT/JP2021/016334 patent/WO2021220939A1/en active Application Filing
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6419960A (en) * | 1987-07-15 | 1989-01-24 | Hitachi Ltd | Superconducting generator |
JPS6426362A (en) * | 1987-07-20 | 1989-01-27 | Hitachi Ltd | High-temperature superconducting stator |
JP2002208512A (en) * | 2001-01-09 | 2002-07-26 | Sumitomo Electric Ind Ltd | High-temperature superconducting coil cooling method and cooling structure |
JP2005045984A (en) * | 2003-07-25 | 2005-02-17 | Yaskawa Electric Corp | Rotor for permanent magnet synchronous motor |
JP2005204492A (en) * | 2003-12-19 | 2005-07-28 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Superconducting motor device |
JP2007228656A (en) * | 2006-02-21 | 2007-09-06 | Railway Technical Res Inst | Dynamo-electric machine utilizing inductive repulsion/attraction principle |
JP2011138906A (en) * | 2009-12-28 | 2011-07-14 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Superconducting device |
WO2013008284A1 (en) * | 2011-07-08 | 2013-01-17 | 三菱電機株式会社 | Permanent magnet type electric rotating machine and manufacturing method thereof |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2021220939A1 (en) | 2021-11-04 |
JP6899022B1 (en) | 2021-07-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6750588B1 (en) | High performance axial gap alternator motor | |
US6489701B1 (en) | Superconducting rotating machines | |
AU2008232023B2 (en) | Linear machine having a primary part and a secondary part | |
JP6461385B2 (en) | Superconducting motor and generator | |
CN109716636B (en) | Rotor with coil arrangement and winding carrier | |
JP5448296B2 (en) | Tubular electrical machine | |
US8362863B2 (en) | System and method for magnetization of rare-earth permanent magnets | |
US8204562B2 (en) | Superconducting synchronous machine | |
US8008826B2 (en) | Brushless motor/generator with trapped-flux superconductors | |
JP2005518777A (en) | Heat conduction stator support structure | |
CN101310431B (en) | Primary part of a linear motor and linear motor therewith | |
US20220216779A1 (en) | Superconducting induction rotating machine, and superconducting drive force generating system using said superconducting induction rotating machine | |
JP5043955B2 (en) | Superconducting synchronous motor | |
CN113169626A (en) | Rotor and machine with superconducting permanent magnets | |
JP6899022B1 (en) | Motor device | |
WO2019004847A1 (en) | Flywheel energy storage system | |
JP2007060747A (en) | Superconducting motor and vehicle equipped with that motor | |
KR20220031080A (en) | Superconducting generator comprising a vacuum vessel formed of a magnetic material | |
KR20100044393A (en) | Superconducting motor having cooling device for armature coil | |
JP2011250503A (en) | Superconducting motor | |
AU2019278398B2 (en) | Rotor and machine with a cylindrical carrying body | |
US11670987B1 (en) | High specific power electrical machine | |
Chubraeva et al. | Development of the Converter-Storage System Based on Smart Materials | |
JP4706351B2 (en) | Inductor type motor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20201022 |
|
A871 | Explanation of circumstances concerning accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871 Effective date: 20201022 |
|
A975 | Report on accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005 Effective date: 20201215 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20210119 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20210222 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20210309 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20210601 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20210611 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6899022 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |