JP2021191215A - モータ或は発電機さらにまたリニアモータ〔3〕 - Google Patents
モータ或は発電機さらにまたリニアモータ〔3〕 Download PDFInfo
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Abstract
Description
このような状況のもとで本出願と同一の出願人,発明者によって特許第6085753号,相互結合型梅森モータ,が登録された。該特許は転流相手のA,B相の2相構成のコイル組を複数互いに位相角を(π/コイル組数)ずつずらして重ね両面対向面の複数の歯溝鉄心それぞれに収納して構成した固定子と,両面或は両端に対向面を持つ複数の吸引極で対向面を構成した回転子と,二象限定電流制御回路からの定電流をA相,B相に切り換へながら順次に位相差(π/コイル組数)で各コイル組に供給して,各コイルの超磁力が集中した位置に該吸引極先端部或は後端部がくるように動作するスイッチとで構成したモータ,発電機,リニアモータに関するもので,レアアース磁石なし,重量が概略従来の1/10の超軽量の特徴がある。さらに特許第6481841号,モータ或は発電機さらにまたリニアモータ〔2〕が登録された。該特許は前記特許に関連して歯鉄心とコイルを支持基板にセットしてエポキシモールドする量産化構造に関するものである。
図3(A)において,歯鉄心10−1,10−2,10−3……は外周側の歯鉄心,溝11−1,11−2,11−3……は外周側の溝を示す。同様歯鉄心10’−1,10’−2,10’−3‥‥は内周側の歯鉄心,溝11’−1,11’−2,11’−3‥‥は内周側の溝を示す。同図は何れもその一部を示してある。固定子1を挟むように存在する回転子2の回転方向は上記歯鉄心10−1,10−2,10−3‥‥の追い番の方向を順方向とする。
コイル12−1Aは,外周側の溝11−1と溝11−4の間の3個の歯鉄心10−1,10−2,10−3を右回わりで所定巻数を巻いて,同じ角度位置の内周側の溝11’−1と溝11’−4の間の3個の歯鉄心10’−1,10’−2,10’−3を上記とは逆の左回わりで所定の巻数が巻いてある。これによって同図(B)に示す磁束17の循環が生じ,1磁極内で空隙18−1,18−2,18−3,18−4の4面の対向面が構成できる。
該空隙4面は云う迄もなく,モータとしての吸引力,発電機としての起電力を生じる根拠になる。
図3(A)では表示していないが上記と同様のことを2磁極ピッチ即ち8溝ピッチで全部で以下に示す3回繰り返す。
溝11−1,溝11−4と溝11’−1,溝11’−4
溝11−9,溝11−12と溝11’−9,溝11’−12
溝11−17,溝11−20と溝11’−17,溝11’−20
以上,上記3組のコイルは直列接続してコイル12−1Aを構成する。
図4は回転子要素2−1の構成を説明するための図である。同図(A)は回転子要素2−1の対向面を相手側の固定子1の対向面側から見た図である。14−1,14−2,14−3は吸引極である。吸引極の回転方向巾は6極構造より,(360°/6(極))=60°で,外周側歯鉄心10と内周側歯鉄心10’とのそれぞれと対向する対向面を持ち,両者を磁路で結ぶように構成して,2磁極ピッチ即ち120°ピッチで3組配置して,非磁性,軽量の回転子支持部材13で保持してある。図1を参照して,回転子要素2−2は,上記回転子要素2−1と鏡面対向する様に構成してある。吸引極14には,面に垂直方向に吸引力が,半径方向に遠心力が加わり,これに対抗するように構成する必要がある。
図5[A]において,二象限定電流制御回路22は,交流或は直流電源21を入力として,負荷起電力の正負,大小に関係なく設定した定電流Iを出力するためのものである。転流相手のコイル12−1Aと,コイル12−1BはそれぞれFFスイッチ20−1A,20−1Bを介して並列接続されて,FFスイッチユニットを構成して,オンした方のFFスイッチを二象限定電流制御回路22から定電流Iが供給される。転流相手のいずれか一方を流れた電流は一旦回路は合流して定電流Iとして次のFFスイッチユニットへ入力し,これを全体で4回くり返す。
尚FFスイッチは該図では通常のスイッチ記号を使用しているが,実際はIGBT等の半導体スイッチを用い,コンデンサ等による過電圧抑制等の処理が必要である。
図5[B]は,コイル12−1A,12−1B〜コイル12−4A,12−4Bの8相の電流波形を示す。総ての波形は,ピーク値Iで同じ方向に流れる片根巾台形波である。波形は順次π/4の位相差でずれている。表1は,同図におけるFFスイッチの動作順序を示す。表中の○印はFFスイッチオン,×印はFFスイッチオフを示す。動作モードは順方向動作を基準にしており動作モードを4ずらすと制動モードになる。
図6を参照して吸引極14の先端Pが溝11−5にある状態ではFFスイッチ20−1A〜20−4Aは総てオン,FFスイッチ20−B〜20−4Bは総てオフで,コイル12−1A〜12−4Aは二象限定電流制御回路22からの供給電流Iが流れる。
通流コイルは黒く塗りつぶしてある。各歯鉄心の磁束は下記のように生じる。
・歯鉄心10−3の空隙は,コイル12−1Aのコイル1個分の電流による磁束。
・歯鉄心10−4の空隙は,コイル12−1A,12−2Aのコイル2個分の電流による磁束。
・歯鉄心10−5の空隙は,吸引極14の対向した局部だけコイル12−1A,12−2A,12−3Aのコイル3個分の電流による磁束。
吸引極14の先端Pが歯鉄心10−5を横断をする間,歯鉄心10−3,10−4の空隙磁束は変化せず,歯鉄心10−5の磁束だけが直線的に増加する。
結局は,吸引極14が歯鉄心10−5を移動する間の磁気エネルギの増加分は歯鉄心10−5の空隙磁気エネルギと等しく,吸引極1個当り
取得した磁気エネルギと同量の力学的エネルギが出力し,吸引力は移動距離aで割って
ここに
Bm:磁束密度〔T〕
Em:空隙磁気エネルギ〔J〕
Fm:発生吸引力〔N〕
Mo:4π×10−7
g:空隙長〔m〕
a:歯鉄心進行方向円弧長〔m〕
b:歯鉄心の半径方向巾〔m〕
多相コイルの各相コイルが独立して吸引力発生の仕事をするのではなく各相コイルの全電流が同じ方向に相互結合して競合して一体化して吸引動作の仕事をする。吸引力は電流の約二乗に比例するため各相コイル電流を相互競合結合で一体化することで実効的重相数倍の吸引力を生じさせている。
転流に際して,これ迄のコイル12−2A,12−3A,と転流先のコイル12−1Bに再配分されて,一部は負の過電圧を発生して電源側に高効率で回収される。
本実施例は4重相の実施例について示したが,6重相,8重相,……についても基本的に同じ考えで実施できる。
・据置型,軸型,インホイール型,平型,等形状フリー,
・(トルク,出力/重量)従来機器の大略1桁大,
・駆動,制動は特別な制御無しで目途90%効率でリバーシブル
・量産化し易い構造
の特徴をもつ。
さらにまた,本発明のモータ,発電機,リニアモータの特徴を生かした次のような新しい適応が考えられる。
・電気自動車用インホイールモータ,軸型モータ,
・低床式電車用軸型モータ
・ギャレス風力発電機
・ギャレス平型エレベータモータ
・ワイヤレスリニアモータ駆動エレベータ
・フォークリフト昇降リニアモータ
・カタパルト推進,制動用リニアモータ
・ビル用免震機構
・燃料電池船舶用軸型モータ
・電池ダンパ機構
Claims (1)
- 外周部分と内周部分が厚く両者の間の部分は薄く形成された非磁性金属支持基板に歯鉄心の断面形状と同じ形状の穴を二重リング状の配列にあけて且つ対応した二重リングの外側の穴と内側の穴を該二重リング半径方向の間隙で連結して該くりぬき穴に該歯鉄心の両端対向面のそれぞれの面をそろえて嵌め込んで該歯鉄心の中央部を該支持基板に固定して転流相手のA,B相の2相構成のコイル組を複数該外周側穴の歯鉄心は総て互いに同一の巻き方向内周側穴の歯鉄心は総て外周側穴の歯鉄心とは逆方向に巻き位相角(π/コイル組数)ずつずらして重ねて収納した複数の固定子要素と,両面或は両端に対向面を持つ複数の吸引極で対向面を構成した回転子または移動子と,二象限定電流をA相,B相を切り換えながら順次に位相差(π/コイル組数)で各コイル組に供給して各コイルの起磁力が集中した位置に該吸引極先端部或は後端部がくるように動作するスイッチとで構成したモータ或は発電機さらにまたリニアモータ。
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