JP2741577B2 - リングモータ及びリングモータ発電機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は流体圧により高速回転
するリングモータ及びこのリングモータにより発電する
リングモータ発電機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来空気などの流体圧を利用して高速回
転する回転駆動源は種々のものがあるが、その中の１つ
に例えば図１の（イ）及び（ロ）に示すエアタービンが
ある。上記エアタービンは、外周部に多数のブレードａ
が配置されたロータｂを有していて、ノズルｃよりブレ
ードａに圧縮空気を噴射させることにより、ロータｂが
高速回転するように構成されており、このエアタービン
のロータｂに図２に示すように回転軸ｄを介して発電機
ｅを接続することにより発電が行えるようになってい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし上記従来のエア
タービン及び発電機ｅでは、ロータｂの中心に設けられ
た回転軸ｄが軸受けにより支承されているため、ロータ
ｂが高速回転する際、各軸受け部に固体摩擦を発生して
動力損失が大きいと共に、複雑な形状のブレードａが必
要なため高度な製作技術を必要として高価となる不具合
がある。

【０００４】この発明はかかる不具合を改善するために
なされたもので、流体圧により高速回転が可能なリング
モータ及びこのリングモータで発電するようにしたリン
グモータ発電機を簡単な構成で安価に提供することを目
的とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明は上記目的を達
成するために、軸に支持され、かつ接線方向に近い角度
で流体圧を噴射するノズルと、上記ノズルの外周側に設
けられ、上記ノズルより噴射された流体圧をほぼ直角方
向より受けるブレードを内周部に有し、かつ両側面が内
周側より外周側へ幅広となる傾斜面で形成されたリング
ロータと、上記リングロータ両側の傾斜面と摺接し、か
つ流体圧により外側へ撓むことにより、上記リングロー
タの傾斜面間に生じた間隙に流体膜を形成して、この流
体膜で上記リングロータを支承するバランスプレートと
を具備したものである。

【０００６】また軸に支持され、かつ接線方向に近い角
度で流体圧を噴射するノズルと、上記ノズルの外周側に
設けられ、上記ノズルより噴射された流体圧をほぼ直角
方向より受けるブレードを内周部に有し、かつ両側面が
内周側より外周側へ幅広となる傾斜面で形成されたリン
グロータと、上記リングロータ両側の傾斜面と摺接し、
かつ流体圧により外側へ撓むことにより、上記リングロ
ータの傾斜面間に生じた間隙に流体膜を形成して、この
流体膜で上記リングロータを支承するバランスプレート
と、上記リングロータの外周部に埋設された永久磁石体
と、上記リングロータ周囲に設けられ、かつ上記永久磁
石体と対向する位置に電磁誘導コイルが設けられたコイ
ルケースとを具備したものである。

【０００７】

【作用】上記構成により、ノズルよりほぼ接線方向に噴
出された流体圧によりリングロータが高速回転されると
同時に、リングロータの両側に設けられたバランスプレ
ートの外周側が流体圧により外側へ撓んで、リングロー
タの両側面に設けられた傾斜面とバランスプレートの間
に間隙が生じ、この間隙に形成された流体膜により上記
リングロータが支承されるため、固体接触しない状態で
リングロータの高速回転が可能になり、リングロータの
外周面に埋設された永久磁石体とその周囲に設けられた
電磁誘導コイルにより発電が可能になる。

【０００８】また流体の供給を停止すると、リングロー
タとバランスプレートの間隙がなくなってバランスプレ
ートがリングロータの傾斜面と摺接し、通常の摩擦軸受
けとして機能するため、リングロータの中心精度を確保
することができる。

【０００９】

【実施例】この発明の一実施例を図３ないし図５に示す
図面を参照して詳述する。これら図において１は軸で、
一端側に開口する流体圧誘導孔１ａが内部に形成されて
おり、この流体圧誘導孔１ａは、図４に示すように流体
圧誘導孔１ａの接線方向に設けられた複数の１次旋回噴
射孔１ｂに連通されている。

【００１０】２は上記軸１の外周部に嵌着されたノズル
プレートで、外周部が厚肉となった断面ほぼ凹字形の円
板よりなり、厚肉部２ａには図４に示すようにスパイラ
ル状の溝が形成されていて、このノズルプレート２と合
体するように設けられたノズルカバー３とにより流体通
路２ｂ及びノズル２ｃが形成されている。

【００１１】４は上記ノズルプレート２及びノズルカバ
ー３の両側に左右対称となるように設けられたノズルケ
ースで、これらノズルケース４とノズルプレート２及び
ノズルカバー３の間にはシム６が介在されていると共
に、上記ノズルケース４の両側には、左右対称となるよ
う一対のバランスプレート８が設けられている。上記バ
ランスプレート８は多少弾性及び可撓性を有し、かつ摩
擦係数の小さいプラスチックより形成されていて、外周
部の互いに対向する角部を面取りすることにより、精密
な円弧状の摺接面８ａが形成されている。

【００１２】そして上記バランスプレート８の外側には
バランスプレート押え９が設けられている。上記バラン
スプレート押え９は左右のバランスプレート８を固定す
る部品で、左右対称となるように設けられていて、コイ
ルケース１０がボルト１１により固定されている。各バ
ランスプレート押え９のバランスプレート８と対向する
面の外周側は厚みが薄くなっていて、バランスプレート
８との間に、バランスプレート８の撓みを許容する隙間
９ａが形成されている。

【００１３】一方１２は上記ノズルプレート２及びノズ
ルカバー３の外周部を囲撓するように設けられたリング
ロータで、内周側より外周側の幅が大きくなるように形
成されていて、内周側より外周側にかけて傾斜面１２ａ
が形成されており、内周部には図４に示すように、歯車
状のブレード１２ｂが円周方向に等間隔に形成されてい
る。

【００１４】また両側の傾斜面１２ａは、バランスプレ
ート８の角部を面取りすることにより形成された円弧状
の摺接面８ａが円周的に線接触するようになっており、
摺接面８ａの面圧はシム６により調整できるようになっ
ている。そして上記リングロータ１２の外周面には、円
周方向に等間隔に強力な永久磁石体１４及び該永久磁石
体１４の磁路を形成する磁性体１５が埋設されている。

【００１５】上記永久磁石体１４は図５に示すようにリ
ングロータ１２の幅方向にＮ極とＳ極が離間し、かつ円
周方向にＮ極とＳ極が交互に配設されていて、幅方向に
離間するＮ極とＳ極の底部間が磁性体１５により結合す
ることにより磁路が形成されるようになっている。

【００１６】また上記コイルケース１０の外周部には上
記永久磁石体１４と対向するよう電磁誘導コイル１７が
設けられている。上記電磁誘導コイル１７はコ字形に成
形した珪素鋼板を多数積層することにより形成された鉄
心１７ａに銅線１７ｂをコイルガイド１７ｃを介して巻
付けることにより形成されていて、左右に分割されたコ
イルケース１０の一方１０ａ側に形成された切欠内に収
容され、かつ他方のコイルケース１０ｂを結合一体化す
ることによってコイルケース１０の外周部に確実に固定
されるようになっている。なお図中１９は軸１の他端に
ボルト２０により固着された端板である。また２１は流
体圧を排出する排気口である。

【００１７】次に上記構成されたリングモータ発電機の
作用を説明すると、図示しない流体圧供給源より圧縮空
気などの流体圧を軸１の一端側より流体圧誘導孔１ａ内
へ供給すると、この流体圧は流体圧誘導孔１ａの接線方
向に穿設された１次旋回噴射孔１ｂより流体圧通路２ｂ
内へ噴射され、軸１の外周に沿って旋回しながら、スパ
イラル状のノズル２ｃへ誘導される。そしてノズル２ｃ
により整流されてより接線に近い角度でノズルプレート
２及びノズルカバー３とリングロータ１２の間に形成さ
れた環状溝２２内へ噴射され、リングロータ１２のブレ
ード１２ｂに作用してリングロータ１２を高速回転させ
る。そして流体圧はノズルケース４とリングロータ１２
の間に形成された環状溝２３内を旋回しながらリングロ
ータ１２両側の傾斜面１２ａと摺接するバランスプレー
ト８より成る摺接面８ａへと進み、バランスプレート８
の外周部側を外側方向へ撓ませてリングロータ１２とバ
ランスプレート８の間に、流体圧と接触圧がバランスす
る微小な間隙を生じ、この間隙に進入した流体圧により
形成される流体膜によりリングロータ１２の回転が支承
されると共に、流速を加速して間隙を通過する流体の粘
性によりその接線方向の分力はリングロータ１２の回転
力を倍加させる。

【００１８】またリングロータ１２の回転に伴い、リン
グロータ１２の外周面に埋設された強力な永久磁石体１
４がコイルケース１０側に設けられた電磁誘導コイル１
７の鉄芯１７ａの両端部に接近し、これを通過する際電
磁誘導コイル１７に起電力が発生し、電磁誘導コイルに
発生した誘導電流を取出すことにより発電機として使用
することができる。

【００１９】一方流体圧の供給を停止すると、バランス
プレート８とリングロータ１２より成る摺接面８ａの間
の間隙を通過する流体がなくなるため、バランスプレー
ト８は弾性で元の位置へ復帰してリングロータ１２の傾
斜面１２ａと摺接し、通常のすべり軸受けとして機能す
るため、リングロータ１２の回転中心を正確に維持する
と共に、流体軸受け特有の回転開始時及び停止時の回転
の不安定状態を防止することができる。

【００２０】なお上記実施例では流体圧を例えば圧縮空
気として説明したが、水蒸気のような圧縮性流体でも、
その他の非圧縮性流体でもよい。また軸１の１次旋回噴
射孔１ｂは省略してもよいと共に、バランスプレート８
を弾性及び可撓性のない低摩擦材料より形成して、この
バランスプレート８とリングロータ１２の間に予め微小
な間隙を形成するようにすれば、発停止時の運転操作に
十分な注意と熟練を必要とはするが、全体の構造をさら
に簡略化することもできる。

【００２１】さらにリングロータ１２の外周部に設けら
れた永久磁石体１４とコイルケース１０に設けられた電
磁誘導コイル１７よりなる発電機の構成は、上記実施例
の構造に限定されるものでないことは勿論である。

【００２２】

【発明の効果】この発明は以上詳述したように、ノズル
より接線方向へ噴射される流体圧により高速回転される
リングロータの両側に、内周側より外周側へ幅広となる
傾斜面を設けて、これら傾斜面に流体圧により外側へ撓
むバランスプレートを摺接させたことから、流体圧によ
りリングロータの傾斜面とバランスプレートの間に生じ
た間隙に流体膜が形成されて、この流体膜によりリング
ロータが支承されると共に、上記間隙を高速で通過した
流体の粘性によりさらにリングロータの回転を倍加する
ため、固体接触のない高速回転が得られるようになる。
これによって簡単な構成で高速回転が容易に得られると
共に、潤滑を必要としないため、潤滑による油膜切れな
どによって軸受け部分が焼付くなどの心配もない。

【００２３】また上記リングロータの外周部に永久磁石
体を、そしてその周囲に電磁誘導コイルを配置すること
により、軸受け部分の全くない発電機が得られるように
なる。さらに上記リングモータやリングモータ発電機を
各種電気機器や、電子機器、波力発電機、医療機器、生
産機械などに組込むことにより、保守が容易な高速駆動
源として使用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（イ）従来のエアタービンを示す説明図であ
る。 （ロ）図１の（イ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

【図２】従来のエアタービン発電機を示す説明図であ
る。

【図３】この発明の一実施例になるリングモータ発電機
の断面図である。

【図４】図３のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。

【図５】この発明の一実施例になるリングモータ発電機
の永久磁石体の配列を示す展開図である。

【符号の説明】

１ 軸 ２ｃ ノズル ８ バランスプレート １２ リングロータ １２ａ 傾斜面 １２ｂ ブレード １４ 永久磁石体 １７ 電磁誘導コイル

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸１に支持され、かつ接線方向に近い角
   度で流体圧を噴射するノズル２ｃと、上記ノズル２ｃの
   外周側に設けられ、上記ノズル２ｃより噴射された流体
   圧をほぼ直角方向より受けるブレード１２ｂを内周部に
   有し、かつ両側面が内周側より外周側へ幅広となる傾斜
   面１２ａで形成されたリングロータ１２と、上記リング
   ロータ１２両側の傾斜面１２ａと摺接し、かつ流体圧に
   より外側へ撓むことにより、上記リングロータ１２の傾
   斜面１２ａ間に生じた間隙に流体膜を形成して、この流
   体膜で上記リングロータ１２を支承するバランスプレー
   ト８とを具備したことを特徴とするリングモータ。
2. 【請求項２】 軸１に支持され、かつ接線方向に近い角
   度で流体圧を噴射するノズル２ｃと、上記ノズル２ｃの
   外周側に設けられ、上記ノズル２ｃより噴射された流体
   圧をほぼ直角方向より受けるブレード１２ｂを内周部に
   有し、かつ両側面が内周側より外周側へ幅広となる傾斜
   面１２ａで形成されたリングロータ１２と、上記リング
   ロータ１２両側の傾斜面１２ａと摺接し、かつ流体圧に
   より外側へ撓むことにより、上記リングロータ１２の傾
   斜面１２ａ間に生じた間隙に流体膜を形成して、この流
   体膜で上記リングロータ１２を支承するバランスプレー
   ト８と、上記リングロータ１２の外周部に埋設された永
   久磁石体１４と、上記リングロータ１２周囲に設けら
   れ、かつ上記永久磁石体１４と対向する位置に電磁誘導
   コイル１７が設けられたコイルケース１０とを具備した
   ことを特徴とするリングモータ発電機。
3. 【請求項３】 バランスプレート８を弾性を有する低摩
   擦材料で形成してなる請求項１及び２記載のリングモー
   タ及びリングモータ発電機。