JP4728139B2 - 誘導反発吸引原理を利用した回転電機 - Google Patents
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Description
例えば、ガスタービン発電機の場合、ガスタービンの出力軸から減速機を介して、発電機を回転させるのが一般的であるが、減速機が不具合を起こすケースがあり、ガスタービン出力軸と発電機を直結することができれば、コンパクトで信頼性の高い発電システムを構成できる。
〔3〕上記〔1〕記載の誘導反発吸引原理を利用した回転電機において、前記回転子(1)が超電導コイルであり、前記U相配線(12)、前記V相配線(13)、及び前記W相配線(14)に電力を出力する超電導発電機としたことを特徴とする。
〔A〕(a)円筒形状に構成され、軸方向に隣接する8の字形状に結線された、第1のU相コイル(31)、第1のV相コイル(32)、第1のW相コイル(33)、第2のU相コイル(34)、第2のV相コイル(35)、及び第2のW相コイル(36)が順次円周方向に配置されており、(b)前記第1のU相コイル(31)と前記第2のU相コイル(34)にヌル接続点(37)で接続されるU相配線(38)と、前記第1のV相コイル(32)と前記第2のV相コイル(35)にヌル接続点(37)で接続されるV相配線(39)と、前記第1のW相コイル(33)と前記第2のW相コイル(36)にヌル接続点(37)で接続されるW相配線(40)とを有し、(c)前記U相配線(38)、前記V相配線(39)、前記W相配線(40)を中心にして両側に、前記第1のU相コイル(31)、前記第1のV相コイル(32)、及び前記第1のW相コイル(33)と、前記第2のU相コイル(34)、前記第2のV相コイル(35)、及び前記第2のW相コイル(36)とを並列に接続してなる固定子(30)と、
〔B〕この固定子(30)の外周面に配置される回転子(50)とを具備することを特徴とする。
〔6〕上記〔4〕記載の誘導反発吸引原理を利用した回転電機において、前記回転子(50)が超電導コイルであり、前記U相配線(38)、前記V相配線(39)、及び前記W相配線(40)に電力を出力する超電導発電機としたことを特徴とする。
〔8〕上記〔1〕から〔6〕の何れか一項記載の誘導反発吸引原理を利用した回転電機であって、前記回転子(1,50)が、永久磁石(56)と磁性体(57)が連結される埋め込み型の永久磁石型回転子(55)であることを特徴とする。
〔10〕上記〔1〕から〔8〕の何れか一項記載の誘導反発吸引原理を利用した回転電機であって、前記回転子(1,50)を8極の永久磁石型回転子としたことを特徴とする。
図1は本発明の実施例を示す永久磁石型同期電動機の原理で回転させる電動機の模式図であり、図1(a)はその斜視図、図1(b)はその断面図、図1(c)はその部分展開図である。図2はこの電動機の固定子の回路図である。
図1に示すように、回転子1は、N極2AとS極3C、S極3AとN極2C、N極2BとS極3D、S極3BとN極2Dの各極からなる。つまり4極のインナーロータが円筒形状をなしている。この回転子1の外周面には、軸方向に隣接する8の字形状に結線された、第1のU相コイル5、第1のV相コイル6、第1のW相コイル7、第2のU相コイル8、第2のV相コイル9、第2のW相コイル10が順次円周方向に配置された構造を有する固定子4が形成され、これらの回転子1、固定子4により電動機が構成されている。なお、この原理は、永久磁石を超電導コイルに置き換えた場合、超電導発電機としても利用できる。
図3は本発明の永久磁石型同期電動機の原理で回転させる電動機の回転トルク発生電流回路図である。
図3のように、第1のU相コイル5と第2のU相コイル8にU相電源17からU相配線12を介してU相電流21を、第1のV相コイル6と第2のV相コイル9にV相電源18からV相配線13を介してV相電流22を、第1のW相コイル7と第2のW相コイル10にW相電源19からW相配線14を介してW相電流23を流すことによりトルクを発生させる。つまり、固定子(電機子コイル)に3相電流を流すことにより、永久磁石型同期電動機の原理でトルクを発生させることができる。
この電動機の軸に対して直角な方向のトルク発生原理としては、図4に示すように、第1のU相コイル5、第1のV相コイル6、第1のW相コイル7と、第2のU相コイル8、第2のV相コイル9、第2のW相コイル10とが並列接続されているため、電動機の軸に直角な方向に永久磁石型回転子1がずれた場合、並列回路に誘導電流が誘導され、この誘導電流と永久磁石型回転子1との間に働く電磁力により軸に垂直な方向の案内力が発生する。
この電動機の軸に対して平行な方向のトルク発生原理としては、図5に示すように、電動機の軸に平行な方向には、第1のU相コイル5、第1のV相コイル6、第1のW相コイル7、第2のU相コイル8、第2のV相コイル9、第2のW相コイル10がそれぞれ8の字に結線されているため、電動機の軸に平行な方向に永久磁石型回転子1がずれた場合、8の字回路に誘導電流が流れ、この誘導電流と永久磁石型回転子1との間に働く電磁力により軸に垂直な方向の案内力が発生する。
また、上記実施例では、いわゆるインナーロータ型の回転電機について説明したが、アウターロータ型の回転電機として構成することも可能である。
図6は本発明の他の実施例を示すアウターロータ型の回転電機を示す断面図、図7はその固定子の配線図である。
図7において、固定子30は、第1のU相コイル31、第1のV相コイル32、第1のW相コイル33、第2のU相コイル34、第2のV相コイル35、第2のW相コイル36からなり、それぞれのコイル31,32,33,34,35,36は、電動機の軸方向に隣接する2個のコイルエレメント31A,31B、32A,32B、33A,33B、34A,34B、35A,35B、36A,36Bからなり、それらの2個で一組のコイルエレメント31A,31B、32A,32B、33A,33B、34A,34B、35A,35B、36A,36Bはそれぞれ8の字形状に結線されており、その8の字形状に結線された第1のU相コイル31、第1のV相コイル32、第1のW相コイル33、第2のU相コイル34、第1のV相コイル35、第1のW相コイル36はそれぞれヌル接続点37でヌル接続されて、第1のU相コイル31と第2のU相コイル34はU相配線38へ、第1のV相コイル32と第2のV相コイル35はV相配線39へ、第1のW相コイル33と第2のW相コイル36はW相配線40へとそれぞれ接続されている。さらに、この永久磁石型同期電動機の場合は、U相配線38へは接続点38AによりU相電源43が、V相配線39へは接続点39AによりV相電源44が、W相配線40へは接続点40AによりW相電源45が、それぞれ接続される。また、U相配線38の後端の接続点38B、V相配線39の後端の接続点39B、W相配線40の後端の接続点40Bはそれぞれ、接続線41を介して一括した接続点42に接続するように構成している。なお、U相電源43とV相電源44とW相電源45は中性点46を有するY形に結線されている。
また、以下のような変形例を挙げることができる。
上記実施例では、4極の永久磁石型回転子について述べたが、図8に示すように、永久磁石型回転子を8極の永久磁石型回転子51とすることができる。その場合は、外側に設けられる固定子のU,V,Wの3相のコイル52は8極の永久磁石型回転子51に対応するように4組構成する。当然、固定子のコイルを内側に配置し、永久磁石型回転子を外側に配置するアウターロータ型回転電機とするようにしてもよい。なお、8極より多極、例えば、12極、16極などに構成することも可能である。
さらに、図10に示すように、永久磁石型回転子を、永久磁石56と磁性体57が連結される埋め込み型の永久磁石型回転子55として構成するようにしてもよい。なお、その外側にU,V,Wの3相のコイル58を固定子として配置する。さらに、コイルに鉄心を挿入するように構成してもよい。
当然、図9および図10においても、固定子のコイルを内側に配置し、各回転子を外側に配置するアウターロータ型回転電機とするようにしてもよい。
2A,2B,2C,2D 永久磁石のN極
3A,3B,3C,3D 永久磁石のS極
4,30 固定子
5,31 第1のU相コイル
5A,5B、6A,6B、7A,7B、8A,8B、9A,9B、10A,10B,31A,31B、32A,32B、33A,33B、34A,34B、35A,35B、36A,36B コイルエレメント
6,32 第1のV相コイル
7,33 第1のW相コイル
8,34 第2のU相コイル
9,35 第2のV相コイル
10,36 第2のW相コイル
11,37 ヌル接続点
12,38 U相配線
12A,12B,13A,13B,14A,14B,16,38A,38B,39A,39B,40A,40B,42 接続点
13,39 V相配線
14,40 W相配線
15,41 接続線
17,43 U相電源
18,44 V相電源
19,45 W相電源
20,46 3相電源の中性点
21 U相電流
22 V相電流
23 W相電流
51 8極の永久磁石型回転子
52,54,58 U,V,Wの3相のコイル
53 ハルバッハ配置の永久磁石型回転子
55 埋め込み型の永久磁石型回転子
56 永久磁石
57 磁性体
Claims (10)
- (a)円筒形状に構成される回転子(1)と、
(b)該回転子(1)の外周面に配置され、前記回転子(1)の軸方向に隣接する8の字形状に結線された、第1のU相コイル(5)、第1のV相コイル(6)、第1のW相コイル(7)、第2のU相コイル(8)、第2のV相コイル(9)、及び第2のW相コイル(10)が順次円周方向に配置された構造を有する固定子(4)と、
(c)前記第1のU相コイル(5)と前記第2のU相コイル(8)にヌル接続点(11)で接続されるU相配線(12)と、前記第1のV相コイル(6)と前記第2のV相コイル(9)にヌル接続点(11)で接続されるV相配線(13)と、前記第1のW相コイル(7)と前記第2のW相コイル(10)にヌル接続点(11)で接続されるW相配線(14)とを具備し、
(d)前記U相配線(12)、前記V相配線(13)、及び前記W相配線(14)を中心にして両側に、前記第1のU相コイル(5)、前記第1のV相コイル(6)、及び前記第1のW相コイル(7)と、前記第2のU相コイル(8)、前記第2のV相コイル(9)、及び前記第2のW相コイル(10)とを並列に接続したことを特徴とする誘導反発吸引原理を利用した回転電機。 - 請求項1記載の誘導反発吸引原理を利用した回転電機において、前記回転子(1)が永久磁石からなり、前記U相配線(12)にU相電源(17)を、前記V相配線(13)にV相電源(18)を、前記W相配線(14)にW相電源(19)をそれぞれ接続し、永久磁石型同期電動機としたことを特徴とする誘導反発吸引原理を利用した回転電機。
- 請求項1記載の誘導反発吸引原理を利用した回転電機において、前記回転子(1)が超電導コイルであり、前記U相配線(12)、前記V相配線(13)、及び前記W相配線(14)に電力を出力する超電導発電機としたことを特徴とする誘導反発吸引原理を利用した回転電機。
- 〔A〕(a)円筒形状に構成され、軸方向に隣接する8の字形状に結線された、第1のU相コイル(31)、第1のV相コイル(32)、第1のW相コイル(33)、第2のU相コイル(34)、第2のV相コイル(35)、及び第2のW相コイル(36)が順次円周方向に配置されており、
(b)前記第1のU相コイル(31)と前記第2のU相コイル(34)にヌル接続点(37)で接続されるU相配線(38)と、前記第1のV相コイル(32)と前記第2のV相コイル(35)にヌル接続点(37)で接続されるV相配線(39)と、前記第1のW相コイル(33)と前記第2のW相コイル(36)にヌル接続点(37)で接続されるW相配線(40)とを有し、
(c)前記U相配線(38)、前記V相配線(39)、及び前記W相配線(40)を中心にして両側に、前記第1のU相コイル(31)、前記第1のV相コイル(32)、及び前記第1のW相コイル(33)と、前記第2のU相コイル(34)、前記第2のV相コイル(35)、及び前記第2のW相コイル(36)とを並列に接続してなる固定子(30)と、
〔B〕該固定子(30)の外周面に配置される回転子(50)とを具備することを特徴とする誘導反発吸引原理を利用した回転電機。 - 請求項4記載の誘導反発吸引原理を利用した回転電機において、前記回転子(50)が永久磁石からなり、前記U相配線(38)にU相電源(43)を、前記V相配線(39)にV相電源(44)を、前記W相配線(40)にW相電源(45)をそれぞれ接続し、永久磁石型同期電動機としたことを特徴とする誘導反発吸引原理を利用した回転電機。
- 請求項4記載の誘導反発吸引原理を利用した回転電機において、前記回転子(50)が超電導コイルであり、前記U相配線(38)、前記V相配線(39)、及び前記W相配線(40)に電力を出力する超電導発電機としたことを特徴とする誘導反発吸引原理を利用した回転電機。
- 請求項1から6の何れか一項記載の誘導反発吸引原理を利用した回転電機であって、前記回転子(1,50)がハルバッハ配置の永久磁石型回転子(53)であることを特徴とする誘導反発吸引原理を利用した回転電機。
- 請求項1から6の何れか一項記載の誘導反発吸引原理を利用した回転電機であって、前記回転子(1,50)が、永久磁石(56)と磁性体(57)が連結される埋め込み型の永久磁石型回転子(55)であることを特徴とする誘導反発吸引原理を利用した回転電機。
- 請求項1から8の何れか一項記載の誘導反発吸引原理を利用した回転電機であって、前記回転子(1,50)を4極の永久磁石型回転子としたことを特徴とする誘導反発吸引原理を利用した回転電機。
- 請求項1から8の何れか一項記載の誘導反発吸引原理を利用した回転電機であって、前記回転子(1,50)を8極の永久磁石型回転子としたことを特徴とする誘導反発吸引原理を利用した回転電機。
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