JP2746596B2 - コアレスモータ - Google Patents
コアレスモータInfo
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- JP2746596B2 JP2746596B2 JP63081397A JP8139788A JP2746596B2 JP 2746596 B2 JP2746596 B2 JP 2746596B2 JP 63081397 A JP63081397 A JP 63081397A JP 8139788 A JP8139788 A JP 8139788A JP 2746596 B2 JP2746596 B2 JP 2746596B2
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- superconducting
- conductor
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- 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
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- Windings For Motors And Generators (AREA)
- Superconductive Dynamoelectric Machines (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は磁束経路中の巻線に超伝導材を用いたコアレ
スモータに関する。
スモータに関する。
［従来の技術］ この種のモータのうち、回転子の巻線と鉄心が分離さ
れたコアレスモータは、鉄心（コア）を有してコイルを
構成するモータに比較し、ヒステリシスロスが無く、ま
たヒステリシスロスは交番磁界の周波数に比例すること
から、特に高速回転によるディメリットが発生しないこ
と、リアクタンス電圧が小さいため整流子での接触によ
って発生する火花が少なく整流子の損傷が小さいこと、
さらに回転子の慣性モーメントが小さく、サーボモータ
に適していること等の利点を有している。また、巻線の
構成を斜め巻きなど適切に構成すれば、回転におけるコ
ギングを防止することもできる。
れたコアレスモータは、鉄心（コア）を有してコイルを
構成するモータに比較し、ヒステリシスロスが無く、ま
たヒステリシスロスは交番磁界の周波数に比例すること
から、特に高速回転によるディメリットが発生しないこ
と、リアクタンス電圧が小さいため整流子での接触によ
って発生する火花が少なく整流子の損傷が小さいこと、
さらに回転子の慣性モーメントが小さく、サーボモータ
に適していること等の利点を有している。また、巻線の
構成を斜め巻きなど適切に構成すれば、回転におけるコ
ギングを防止することもできる。
第７図（Ａ）および（Ｂ）はそれぞれコアレスモータ
における回転子の一例を示す斜視図および上記回転子を
配設したコアレスモータの断面図である。
における回転子の一例を示す斜視図および上記回転子を
配設したコアレスモータの断面図である。
これら図において、回転子８は、電機子巻線としての
導線２を斜め巻きしたものを円筒形状にし、エポキシ系
の樹脂で固めることによって形成される。回転子８は、
回転軸１と回転子８の底に配設された樹脂等の支持板8A
によって連結されることにより回転子８の回転が回転軸
１に伝達される。
導線２を斜め巻きしたものを円筒形状にし、エポキシ系
の樹脂で固めることによって形成される。回転子８は、
回転軸１と回転子８の底に配設された樹脂等の支持板8A
によって連結されることにより回転子８の回転が回転軸
１に伝達される。
回転軸１は、コアレスモータの外側コア５等の構造部
材に設けられた軸受1Aおよび1Bによって軸支される。こ
の構成において、上記構造部材に接続する固定子界磁と
しての永久磁石４が、回転子８の内側に配設される。ま
た、回転軸１の一端には整流子3Aが取付けられ、ブラシ
3Bとの接触によって導線２に流れる電流の方向が定めら
れる。
材に設けられた軸受1Aおよび1Bによって軸支される。こ
の構成において、上記構造部材に接続する固定子界磁と
しての永久磁石４が、回転子８の内側に配設される。ま
た、回転軸１の一端には整流子3Aが取付けられ、ブラシ
3Bとの接触によって導線２に流れる電流の方向が定めら
れる。
第８図は第７図に示した構成の上断面図である。図か
ら明らかなように、永久磁石４のＮ極から出た磁束は導
線２を貫いて軟磁性材で形成される外側コア５を通り、
再び導線２を貫いて永久磁石４のＳ極に至る。このと
き、導線に流れる電流方向６を、磁束の方向に応じて適
切に制御すれば、例えば図中符号７で示す方向に回転子
８が回転する。
ら明らかなように、永久磁石４のＮ極から出た磁束は導
線２を貫いて軟磁性材で形成される外側コア５を通り、
再び導線２を貫いて永久磁石４のＳ極に至る。このと
き、導線に流れる電流方向６を、磁束の方向に応じて適
切に制御すれば、例えば図中符号７で示す方向に回転子
８が回転する。
ところで、この種のモータ効率は、固定子や回転子の
形状，永久磁石から発生する磁束の量，あるいは導線の
電気抵抗等に依存するものであり、特に導線素材の固有
電気抵抗の低減化は大きな課題であった。
形状，永久磁石から発生する磁束の量，あるいは導線の
電気抵抗等に依存するものであり、特に導線素材の固有
電気抵抗の低減化は大きな課題であった。
これに対して、最近の超伝導材開発の進展に伴い、液
体窒素温度で超伝導状態が実現される材料が可能となっ
てきており、これにより巻線に超伝導材料を用いたコア
レスモータも提供されるようになってきた。
体窒素温度で超伝導状態が実現される材料が可能となっ
てきており、これにより巻線に超伝導材料を用いたコア
レスモータも提供されるようになってきた。
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、超伝導材の導線を用いたコアレスモー
タは、第９図に示すように導線９の断面形状およびその
配列によって、超伝導材を用いたことによる効果が相殺
されがちになる。
タは、第９図に示すように導線９の断面形状およびその
配列によって、超伝導材を用いたことによる効果が相殺
されがちになる。
すなわち、導線９におけるマイスナー効果によって磁
力線は導線９を貫通することができず、図に示すような
磁力線分布14が形成される。これにより、導線９を迂回
するために磁路長が長くなり、かつ磁束通路が狭くなる
ために磁束鎖交面積が小さくなってリラクタンスが増大
し、磁束量が減少する。この結果、導線の電気抵抗が０
になる超伝導材を用いたことによる効率の向上が相殺さ
れてしまうことになる。
力線は導線９を貫通することができず、図に示すような
磁力線分布14が形成される。これにより、導線９を迂回
するために磁路長が長くなり、かつ磁束通路が狭くなる
ために磁束鎖交面積が小さくなってリラクタンスが増大
し、磁束量が減少する。この結果、導線の電気抵抗が０
になる超伝導材を用いたことによる効率の向上が相殺さ
れてしまうことになる。
本発明は、上述した観点に鑑みてなされたものであ
り、その目的とするところは巻線としての導線に超伝導
材を用いたことによる本来の効果を発揮し得るような効
率の良い形状の超伝導導線を提供し、かつ上記導線を用
いたコアレスモータを提供することにある。
り、その目的とするところは巻線としての導線に超伝導
材を用いたことによる本来の効果を発揮し得るような効
率の良い形状の超伝導導線を提供し、かつ上記導線を用
いたコアレスモータを提供することにある。
［課題を解決するための手段］ そのために本発明では、永久磁石を備える固定子と、
電流路が導線によって形成された回転子とを備えるコア
レスモータにおいて、前記回転子の導線が超伝導材薄膜
によって構成され、該超伝導材薄膜の膜面が前記固定子
の永久磁石から発生して前記回転子を通過する磁束の方
向とほぼ平行となるように配設されていることを特徴と
するものである。
電流路が導線によって形成された回転子とを備えるコア
レスモータにおいて、前記回転子の導線が超伝導材薄膜
によって構成され、該超伝導材薄膜の膜面が前記固定子
の永久磁石から発生して前記回転子を通過する磁束の方
向とほぼ平行となるように配設されていることを特徴と
するものである。
［作 用］ 以上の構成によれば、磁束を通さない超伝導薄膜をそ
の膜面が磁束の流れの方向に対して平行となるように配
置したので、磁束のマイスナー効果による影響が少なく
なり、磁路長を短くした磁束経路（磁路）を確保するこ
とができる。このため、磁気回路的に磁気抵抗（レラク
タンス）を増大させることなく、発生磁束の減少を抑制
してコアレスモータの回転力の減少を抑制することがで
きる。
の膜面が磁束の流れの方向に対して平行となるように配
置したので、磁束のマイスナー効果による影響が少なく
なり、磁路長を短くした磁束経路（磁路）を確保するこ
とができる。このため、磁気回路的に磁気抵抗（レラク
タンス）を増大させることなく、発生磁束の減少を抑制
してコアレスモータの回転力の減少を抑制することがで
きる。
さらに、常伝導状態においてもモータの回転が可能で
かつ超伝導状態が部分的に破れても抵抗増大による急激
な熱発生等が防止される。
かつ超伝導状態が部分的に破れても抵抗増大による急激
な熱発生等が防止される。
［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明す
る。
る。
第１図は本発明の一実施例を示す回転子の上断面の一
部を示す図である。第９図に示したのと同様の要素には
同一の符号を付してその説明は省略する。また、第２図
（Ａ）および（Ｂ）は第１図に示した回転子のそれぞれ
外観斜視図および展開図である。
部を示す図である。第９図に示したのと同様の要素には
同一の符号を付してその説明は省略する。また、第２図
（Ａ）および（Ｂ）は第１図に示した回転子のそれぞれ
外観斜視図および展開図である。
これら図において、９は巻線としての導線であり、導
線９は、Cu,Al等の良導体で形成される金属基板13と、
金属基板13の片面にBi−La−Sr−Cu−O,Y−Ba−Cu−O,L
a−Ba−Cu−Ｏ等、希土類金属や遷移金属を含んだセラ
ミックまたは超伝導金属合金などを一層または複数層堆
積した超伝導薄膜10とによって形成される。超伝導薄膜
10は抵抗加熱蒸着またはエレクトロンビーム蒸着，スパ
ッタリング，メッキ,CVD等によって形成され、また金属
基板13の薄膜10を堆積しない部位はマスクやサセプタに
よって覆われ薄膜10の堆積が防止される。
線９は、Cu,Al等の良導体で形成される金属基板13と、
金属基板13の片面にBi−La−Sr−Cu−O,Y−Ba−Cu−O,L
a−Ba−Cu−Ｏ等、希土類金属や遷移金属を含んだセラ
ミックまたは超伝導金属合金などを一層または複数層堆
積した超伝導薄膜10とによって形成される。超伝導薄膜
10は抵抗加熱蒸着またはエレクトロンビーム蒸着，スパ
ッタリング，メッキ,CVD等によって形成され、また金属
基板13の薄膜10を堆積しない部位はマスクやサセプタに
よって覆われ薄膜10の堆積が防止される。
上述のように形成された導線９によって、第２図
（Ｂ）に示すように展開された状態で巻線パターンが定
められ、各導線間は、絶縁接着材11Aが充填されること
により巻線パターンが固定される。さらに巻線パターン
の両面は樹脂11Bによって被覆される。このように形成
した巻線パターンにより円筒形の回転子８が成形され
る。
（Ｂ）に示すように展開された状態で巻線パターンが定
められ、各導線間は、絶縁接着材11Aが充填されること
により巻線パターンが固定される。さらに巻線パターン
の両面は樹脂11Bによって被覆される。このように形成
した巻線パターンにより円筒形の回転子８が成形され
る。
この構成において、第１図に示すように回転子８を通
過する磁束の方向と、超伝導薄膜10の面がほぼ平行とな
るよう導線９が配設されるため、第９図に示したように
超伝導薄膜10付近の磁路がその超伝導薄膜10によるマイ
スナー効果により歪められることがなく、磁路長を短く
した磁路を確保することができる。このため、レラクタ
ンスを増大させることなく、発生磁束の減少を抑制して
コアレスモータの回転力の減少を抑制することができ
る。この結果、コアレスモータの巻線に超伝導材を用
い、巻線の電気抵抗が０になることが、そのまま効率向
上に結ぶ付くことになる。
過する磁束の方向と、超伝導薄膜10の面がほぼ平行とな
るよう導線９が配設されるため、第９図に示したように
超伝導薄膜10付近の磁路がその超伝導薄膜10によるマイ
スナー効果により歪められることがなく、磁路長を短く
した磁路を確保することができる。このため、レラクタ
ンスを増大させることなく、発生磁束の減少を抑制して
コアレスモータの回転力の減少を抑制することができ
る。この結果、コアレスモータの巻線に超伝導材を用
い、巻線の電気抵抗が０になることが、そのまま効率向
上に結ぶ付くことになる。
また、基板13にCu,Al等の金属を用いることにより、
超伝導薄膜10が常伝導状態にあっても導線９には電流を
流すことができ、モータは回転することが可能となる。
これは、例えば本実施例のモータを超伝導状態が実現さ
れる低温下において使用する場合、その温度になるまで
モータを回転しながら冷却することができ、モータの凍
結が防止される。
超伝導薄膜10が常伝導状態にあっても導線９には電流を
流すことができ、モータは回転することが可能となる。
これは、例えば本実施例のモータを超伝導状態が実現さ
れる低温下において使用する場合、その温度になるまで
モータを回転しながら冷却することができ、モータの凍
結が防止される。
さらに、金属基板の効果は、超伝導が部分的に破れた
場合でも電流が基板13をバイパスとして流れ急激な抵抗
増大によって生ずる熱によるモータへの悪影響を防止で
きる。
場合でも電流が基板13をバイパスとして流れ急激な抵抗
増大によって生ずる熱によるモータへの悪影響を防止で
きる。
さらに加えて、第１図に示すように導線９のピッチを
ｌとし、超伝導薄膜10の厚さをｔとするとき、ｔは可能
なかぎり薄いほうがよいが、最大必要電流等を勘案し
て、所定の厚さが必要となる。このとき、経験上ｌ＞2t
の関係が成立していることが望ましい。
ｌとし、超伝導薄膜10の厚さをｔとするとき、ｔは可能
なかぎり薄いほうがよいが、最大必要電流等を勘案し
て、所定の厚さが必要となる。このとき、経験上ｌ＞2t
の関係が成立していることが望ましい。
第３図は巻線パターンの他の実施例を示す。同図に示
すパターンは第２図（Ｂ）のパターンと異なり、複数本
の導線９によって巻線パターンを構成している。この場
合、導線９がクロスしている部分が無く回転子厚みを薄
くできる利点がある。なお、第２図や第３図における巻
線の本数や巻き回数は概念的に示されるものであり、図
に示されるものに限られない。
すパターンは第２図（Ｂ）のパターンと異なり、複数本
の導線９によって巻線パターンを構成している。この場
合、導線９がクロスしている部分が無く回転子厚みを薄
くできる利点がある。なお、第２図や第３図における巻
線の本数や巻き回数は概念的に示されるものであり、図
に示されるものに限られない。
第４図は導線の他の実施例を示す第１図と同様の上断
面図である。第１図に示す導線の構造と異なるのは、超
伝導薄膜10が金属基板13によって挟まれていることであ
る。この導線９の構造は例えば圧延によるクラッドとし
て実現される。
面図である。第１図に示す導線の構造と異なるのは、超
伝導薄膜10が金属基板13によって挟まれていることであ
る。この導線９の構造は例えば圧延によるクラッドとし
て実現される。
導線９の上述した構成により、超伝導薄膜10の経時変
化が基板13によって被覆されることにより防止され、導
線９の信頼性が向上する。
化が基板13によって被覆されることにより防止され、導
線９の信頼性が向上する。
また、上述した構成の場合、圧延等の加工工程で、超
伝導薄膜を破壊することなく製造することができ、加工
上の利点が大きい。
伝導薄膜を破壊することなく製造することができ、加工
上の利点が大きい。
第５図および第６図は導線の他の実施例を示す横断面
図である。
図である。
第５図は金属基板13の両側面に超伝導薄膜10を堆積し
た構成を示し、例えばCVDによって薄膜10が形成され
る。
た構成を示し、例えばCVDによって薄膜10が形成され
る。
第６図は第５図に示した導線において、Cuメッキ13A
によって超伝導薄膜10を保護した構成を示す。
によって超伝導薄膜10を保護した構成を示す。
第５図や第６図に示すように薄膜10を２面に配するこ
とによって電流の量や薄膜10の厚さを多様に設定するこ
とが可能となる。
とによって電流の量や薄膜10の厚さを多様に設定するこ
とが可能となる。
なお、上述した各実施例ではコアレスモータに関して
説明したが、電流路が固定子、磁束発生源が回転子とな
っているモータについても本発明は適用され得る。
説明したが、電流路が固定子、磁束発生源が回転子とな
っているモータについても本発明は適用され得る。
また、上述の各実施例に示した導線は、その超伝導薄
膜の面を磁束経路と平行に配設すれば、例えば変圧器，
電力貯蔵用インダクタ，コイル等の電気機器の性能を向
上させることができる。
膜の面を磁束経路と平行に配設すれば、例えば変圧器，
電力貯蔵用インダクタ，コイル等の電気機器の性能を向
上させることができる。
［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように本発明によれば、超伝
導薄膜付近の磁路がその超伝導薄膜によるマイスナー効
果により歪められることがなく、磁路長を短くした磁路
を確保することができる。このため、レラクタンスを増
大させることなく、発生磁束の減少を抑制してコアレス
モータの回転力の減少を抑制することができる。
導薄膜付近の磁路がその超伝導薄膜によるマイスナー効
果により歪められることがなく、磁路長を短くした磁路
を確保することができる。このため、レラクタンスを増
大させることなく、発生磁束の減少を抑制してコアレス
モータの回転力の減少を抑制することができる。
さらに、常伝導状態においてもモータの回転が可能で
かつ超伝導状態が部分的に破れても抵抗増大による急激
な熱発生等が防止される。
かつ超伝導状態が部分的に破れても抵抗増大による急激
な熱発生等が防止される。
この結果、マイスナー効果によるリラクタンスの増大
といった、超伝導材を用いたことによる効率の低下が防
止でき、超伝導材の電気抵抗が０になる本来の利点を十
分に発揮したコアレスモータを得ることができた。
といった、超伝導材を用いたことによる効率の低下が防
止でき、超伝導材の電気抵抗が０になる本来の利点を十
分に発揮したコアレスモータを得ることができた。
第１図は本発明の一実施例を示すコアレスモータの上断
面図、 第２図（Ａ）および（Ｂ）は第１図に示したコアレスモ
ータにおける回転子のそれぞれ斜視図および展開図、 第３図は回転子における巻線パターンの変形例を示す展
開図、 第４図は本発明の他の実施例を示す回転子の上断面図、 第５図および第６図は本発明の他の実施例を示す導線の
横断面図、 第７図（Ａ）はコアレスモータにおける回転子の斜視
図、 第７図（Ｂ）は第７図（Ａ）に示した回転子を適用した
コアレスモータの断面図、 第８図および第９図は従来例を示すコアレスモータの上
断面図である。 １……回転軸、 2,9……導線、 3A……整流子、 3B……ブラシ、 ４……永久磁石、 ５……外側コア、 ６……電流方向、 ７……回転方向、 ８……回転子、 10……超伝導薄膜、 11A……絶縁接着材、 11B……樹脂、 13……金属基板、 14……磁力線分布。
面図、 第２図（Ａ）および（Ｂ）は第１図に示したコアレスモ
ータにおける回転子のそれぞれ斜視図および展開図、 第３図は回転子における巻線パターンの変形例を示す展
開図、 第４図は本発明の他の実施例を示す回転子の上断面図、 第５図および第６図は本発明の他の実施例を示す導線の
横断面図、 第７図（Ａ）はコアレスモータにおける回転子の斜視
図、 第７図（Ｂ）は第７図（Ａ）に示した回転子を適用した
コアレスモータの断面図、 第８図および第９図は従来例を示すコアレスモータの上
断面図である。 １……回転軸、 2,9……導線、 3A……整流子、 3B……ブラシ、 ４……永久磁石、 ５……外側コア、 ６……電流方向、 ７……回転方向、 ８……回転子、 10……超伝導薄膜、 11A……絶縁接着材、 11B……樹脂、 13……金属基板、 14……磁力線分布。
Claims (1)
- 【請求項１】永久磁石を備える固定子と、電流路が導線
によって形成された回転子とを備えるコアレスモータに
おいて、 前記回転子の導線が超伝導材薄膜によって構成され、該
超伝導材薄膜の膜面が前記固定子の永久磁石から発生し
て前記回転子を通過する磁束の方向とほぼ平行となるよ
うに配設されていることを特徴とするコアレスモータ。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63081397A JP2746596B2 (ja) | 1988-04-04 | 1988-04-04 | コアレスモータ |
| US07/220,162 US5099162A (en) | 1987-07-22 | 1988-07-18 | Coil of superconducting material for electric appliance and motor utilizing said coil |
| US08/138,389 US5389908A (en) | 1987-07-22 | 1993-10-20 | Coil of superconducting material for electric appliance and motor utilizing said coil |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63081397A JP2746596B2 (ja) | 1988-04-04 | 1988-04-04 | コアレスモータ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01255451A JPH01255451A (ja) | 1989-10-12 |
| JP2746596B2 true JP2746596B2 (ja) | 1998-05-06 |
Family
ID=13745172
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63081397A Expired - Fee Related JP2746596B2 (ja) | 1987-07-22 | 1988-04-04 | コアレスモータ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2746596B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023027141A1 (ja) * | 2021-08-26 | 2023-03-02 | Tdk株式会社 | ステータ |
| WO2023163136A1 (ja) * | 2022-02-24 | 2023-08-31 | 株式会社デンソー | コイル体、電機子及び回転電機 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62277704A (ja) * | 1986-05-26 | 1987-12-02 | Fujikura Ltd | 超電導シ−トコイルの製造方法 |
| JPH0736686B2 (ja) * | 1987-11-27 | 1995-04-19 | 三菱電機株式会社 | 誘導電動機 |
-
1988
- 1988-04-04 JP JP63081397A patent/JP2746596B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023027141A1 (ja) * | 2021-08-26 | 2023-03-02 | Tdk株式会社 | ステータ |
| WO2023163136A1 (ja) * | 2022-02-24 | 2023-08-31 | 株式会社デンソー | コイル体、電機子及び回転電機 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01255451A (ja) | 1989-10-12 |
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