JPH10136609A - Motor and storage apparatus using the wire - Google Patents
Motor and storage apparatus using the wireInfo
- Publication number
- JPH10136609A JPH10136609A JP8290652A JP29065296A JPH10136609A JP H10136609 A JPH10136609 A JP H10136609A JP 8290652 A JP8290652 A JP 8290652A JP 29065296 A JP29065296 A JP 29065296A JP H10136609 A JPH10136609 A JP H10136609A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- bearing
- permanent magnet
- rotor
- motor
- superconducting
- 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.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
- F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
- F16C32/0406—Magnetic bearings
- F16C32/0408—Passive magnetic bearings
- F16C32/0436—Passive magnetic bearings with a conductor on one part movable with respect to a magnetic field, e.g. a body of copper on one part and a permanent magnet on the other part
- F16C32/0438—Passive magnetic bearings with a conductor on one part movable with respect to a magnetic field, e.g. a body of copper on one part and a permanent magnet on the other part with a superconducting body, e.g. a body made of high temperature superconducting material such as YBaCuO
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C2380/00—Electrical apparatus
- F16C2380/26—Dynamo-electric machines or combinations therewith, e.g. electro-motors and generators
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C2380/00—Electrical apparatus
- F16C2380/26—Dynamo-electric machines or combinations therewith, e.g. electro-motors and generators
- F16C2380/27—Motor coupled with a gear, e.g. worm gears
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、高速回転
を必要とするモータや超小型モータ等、軸受におけるロ
スが問題となるモータと、回転エネルギーによって電力
を蓄電する蓄電装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a motor having a problem in bearing loss, such as a motor requiring high-speed rotation and a micro motor, and a power storage device for storing electric power by rotational energy.
【0002】[0002]
【従来の技術】大きな慣性体を高速回転させることで、
回転エネルギーによって蓄電する技術の特徴は他の電力
貯蔵方法に比べて高効率、高寿命であることが挙げられ
ていた。前者の特徴である高効率について具体例を挙げ
て説明する。電力損失を生ずる要素は大きく2つ存在し
ている。1つは電気エネルギーを機械エネルギーに変換
するためのモータの損失。2つめは慣性体を高速回転さ
せるための軸受の損失である。1つめの要素であるモー
タについて、例えば平成5年度電気学会全国大会予稿集
12ー152から12ー155に掲載されているフライ
ホイール型電力貯蔵装置では、コアレス型の同期型偏平
モータが使用されている。前記モータはステータコアが
存在しないため、ステータ内で鉄損が生じず、高効率構
造となっている。また、効率に影響を与える2つめの要
素である軸受について、慣性体を支える軸受と電力を貯
蔵するために用いられるモータの軸受は一般的に共通化
されている場合が多い。例えば前記記載例においても、
使用されているモータ固有の軸受というよりは、モータ
と慣性体を支える軸受を兼ねた構造となっている。回転
損失の低減を図るため、前記記載例では軸受上部に吸引
型の永久磁石を配置して、軸受下部には反発型の永久磁
石を配置して全体重量の90%を支え、残りの10%の
重量をピボット型の軸受で支える構造をとっている。ま
た、軸受部の接触による損失を更に軽減する方法とし
て、完全非接触化を図るため特開平6ー129427記
載の例のように軸受に超電導磁気軸受を利用している例
もある。同例では軸受が完全に非接触状態であるため、
軸受のロスは殆ど無い。2. Description of the Related Art By rotating a large inertial body at high speed,
It was mentioned that the feature of the technology of storing power by rotational energy is that it has higher efficiency and longer life than other power storage methods. The former characteristic, high efficiency, will be described with a specific example. There are two main factors that cause power loss. One is the loss of the motor to convert electrical energy into mechanical energy. The second is a loss of a bearing for rotating the inertial body at a high speed. Regarding the first element, a motor, for example, in a flywheel type power storage device described in Proceedings 12-152 to 12-155 of the 1993 IEEJ, a coreless synchronous flat motor is used. I have. Since the motor does not have a stator core, no iron loss occurs in the stator, and the motor has a highly efficient structure. In addition, regarding the bearing, which is the second factor that affects the efficiency, the bearing that supports the inertial body and the bearing of the motor that is used to store power are often commonly used in many cases. For example, in the above described example,
Rather than bearings specific to the motor being used, the structure serves as a bearing that supports the motor and the inertial body. In order to reduce the rotation loss, in the above-described example, an attraction type permanent magnet is arranged at the upper part of the bearing, and a repulsion type permanent magnet is arranged at the lower part of the bearing to support 90% of the total weight, and the remaining 10% Is supported by a pivot type bearing. Further, as a method of further reducing the loss due to the contact of the bearing portion, there is an example in which a superconducting magnetic bearing is used as the bearing as in the example described in JP-A-6-129427 in order to achieve complete non-contact. In this example, since the bearing is completely out of contact,
There is almost no bearing loss.
【0003】一方、後者の特徴である高寿命化について
は、前記慣性体およびモータを支える軸受の寿命が支配
的となっている。そこで前記の記載例のように一般的に
高速回転型モータに使用される軸受は、転がりタイプの
ような回転軸との接触型では無く、流体の圧力を利用し
たピボット型の軸受を10%程度の荷重率で使用して、
回転軸と軸受の固体接触を流体によって防ぐ構造が採用
されていた。前記ピボット型軸受は、回転の起動停止時
に固体接触を起こすとともに、回転時には流体による接
触が起こっているために、軸受けの摩耗を完全に無くす
ことはできない。そこで、特開平6ー129427の記
載例のような完全非接触化が図られたものも登場した。On the other hand, with regard to the extension of the life, which is the latter feature, the life of the inertial body and the bearing supporting the motor is dominant. Therefore, the bearing generally used for a high-speed rotation type motor as in the above-described example is not a contact type with a rotating shaft such as a rolling type, but a pivot type bearing utilizing fluid pressure of about 10%. Using the load factor of
A structure that prevents solid contact between the rotating shaft and the bearing with a fluid has been adopted. Since the pivot type bearing causes solid contact at the time of start and stop of rotation, and at the same time contacts with fluid at the time of rotation, wear of the bearing cannot be completely eliminated. Therefore, a device in which complete non-contact is achieved, such as the example described in JP-A-6-129427, has appeared.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記引例記
載の従来技術では以下のような課題を抱えていた。However, the prior art described in the above cited reference has the following problems.
【0005】前記記載例のコアレスモータを使用してモ
ータの高効率化を図ったシステムではコアが存在しない
ために鉄損が無いが、コイル抵抗で生ずる銅損は存在す
る。モータの損失要因中でも銅損の占める割合は鉄損と
略同等であり、非常に大きい。従ってモータ損失を更に
低減するためには銅損を減少させる必要があり、そのた
めにはコイルの抵抗値を下げなければならない。また、
銅損はコイルそのものの発熱を生じ、その発熱によって
コイル抵抗値が上昇して損失が更に増加するという悪循
環を繰り返してしまうこともある。特に記載例のように
コアレス型のモータでは発熱を抑えるための放熱用のコ
アが無いために、更に発熱が起こりやすくなっている。[0005] In a system in which the coreless motor of the above-described example is used to improve the efficiency of the motor, there is no iron loss due to the absence of a core, but there is copper loss caused by coil resistance. Among the motor loss factors, the proportion occupied by copper loss is substantially equal to iron loss, and is very large. Therefore, in order to further reduce the motor loss, it is necessary to reduce the copper loss, and for that purpose, the resistance value of the coil must be reduced. Also,
The copper loss generates heat in the coil itself, and the heat generated may cause a vicious cycle in which the coil resistance value increases and the loss further increases. In particular, in the coreless type motor as described in the description, since there is no heat radiation core for suppressing heat generation, heat generation is more likely to occur.
【0006】一方、前記記載例は何れもがモータと慣性
体が同軸上にて直結されているために、モータ回転数と
慣性体の回転速度は同じとなる。限られた体積の中で効
率的に電力を蓄電するためには、慣性体とモータとは回
転数を変えることができるほうが望ましいが、記載例の
ように比較的大型のフライホイール型電力貯蔵装置にお
いては回転軸の剛性や強度に回転速度の限界値が依存す
ることが多く、回転数を変速するような、減速機や増速
機等の伝達機を設けることは装置全体の安定性を欠くこ
とになると共に伝達機を設けることは装置全体の新たな
損失要因を生むために使用されることが無い。On the other hand, in each of the above described examples, the motor and the inertial body are directly connected on the same axis, so that the motor speed and the rotational speed of the inertial body are the same. In order to efficiently store electric power in a limited volume, it is desirable that the inertial body and the motor can change the number of revolutions, but as described in the description example, a relatively large flywheel type electric power storage device is used. In many cases, the limit value of the rotation speed depends on the rigidity and strength of the rotating shaft, and providing a transmission device such as a speed reducer or a speed increasing device that changes the rotation speed lacks stability of the entire device. Thus, the provision of a transmitter is not used to create a new loss factor for the entire device.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本願第1請求項に係るモータは回転子と固定子及び
前記回転子の回転軸を支える軸受からなるモータにおい
て、前記軸受には前記回転子と同軸上に固定された軸受
用永久磁石と、前記軸受用永久磁石と対向するように固
定配置され、冷却部材によって超電導状態にある超電導
体からなる超電導軸受を使用し、前記冷却部材内部には
前記固定子を配置している。本願第2請求項に係るモー
タは回転子と前記回転子の回転軸を支える軸受及び前記
回転子の回転力を伝達するための伝達手段からなるモー
タにおいて、前記軸受には前記回転子と同軸上に固定さ
れた軸受用永久磁石と、前記軸受用永久磁石と対向する
ように固定配置された超電導体からなる超電導軸受を使
用し、更に前記伝達手段には永久磁石の吸引力または反
発力を利用した複数の多極磁石からなる非接触型伝達手
段を用いた構成となっている。According to a first aspect of the present invention, there is provided a motor comprising a rotor, a stator, and a bearing for supporting a rotating shaft of the rotor. A permanent magnet for a bearing fixed coaxially with the rotor and a superconducting bearing composed of a superconductor that is fixedly arranged to face the permanent magnet for the bearing and is in a superconducting state by a cooling member, wherein the cooling member The stator is disposed inside. A motor according to a second aspect of the present invention is a motor comprising a rotor, a bearing for supporting a rotating shaft of the rotor, and a transmission unit for transmitting a rotational force of the rotor, wherein the bearing is coaxial with the rotor. A superconducting bearing composed of a permanent magnet for a bearing fixed to and a superconductor fixedly arranged to face the permanent magnet for a bearing is used, and the transmission means uses an attractive force or a repulsive force of the permanent magnet. A non-contact type transmission means including a plurality of multi-pole magnets is used.
【0008】本願第3請求項に係るモータは前記回転子
が永久磁石からなり、更に前記固定子は巻線から構成さ
れている。[0008] In the motor according to the third aspect of the present invention, the rotor is made of a permanent magnet, and the stator is made of a winding.
【0009】本願第4請求項に係るモータは前記軸受用
永久磁石が軸方向に着磁された2枚の円盤状永久磁石か
らなり、前記2枚の円盤状永久磁石の同極を向かい合わ
せ、その間に磁性体が挿入された構成をなしている。In a motor according to a fourth aspect of the present invention, the permanent magnet for bearing comprises two disk-shaped permanent magnets magnetized in the axial direction, and faces the same poles of the two disk-shaped permanent magnets; A configuration in which a magnetic body is inserted between them is provided.
【0010】本願第5請求項に係るモータは前記超電導
軸受が前記回転子を挟んで2個配置されている。In a motor according to a fifth aspect of the present invention, two superconducting bearings are arranged with the rotor interposed therebetween.
【0011】本願第6請求項に係るモータは前記超電導
軸受のラジアル力が前記非接触伝達手段における前記永
久磁石の吸引力または反発力よりは大きく、より具体的
には10倍以上となっている。In the motor according to the sixth aspect of the present invention, the radial force of the superconducting bearing is larger than the attraction force or repulsion force of the permanent magnet in the non-contact transmission means, and more specifically, is ten times or more. .
【0012】本願第8請求項に係る蓄電装置は回転子と
固定子及び前記回転子の回転軸を支える軸受からなるモ
ータと前記回転軸の同軸上に慣性体が固定され、前記慣
性体の回転エネルギーで蓄電する蓄電装置において、前
記軸受には前記回転子と同軸上に固定された軸受用永久
磁石と、前記軸受用永久磁石と対向するように固定配置
され、冷却部材によって超電導状態にある超電導体から
なる超電導軸受を使用し、前記冷却部材内部には前記固
定子を配置している。本願第9請求項に係る蓄電装置は
回転子と前記回転子の回転軸を支える軸受及び前記回転
子の回転力を伝達するための伝達手段からなるモータ
と、前記伝達手段の同軸上に慣性体が固定され、前記慣
性体の回転エネルギーによって蓄電する蓄電装置におい
て、前記軸受には前記回転子と同軸上に固定された軸受
用永久磁石と、前記軸受用永久磁石と対向するように固
定配置された超電導体からなる超電導軸受を使用し、更
に前記伝達手段には複数の磁石からなる非接触型伝達手
段を用いた構成となっている。According to an eighth aspect of the present invention, in the power storage device, a motor including a rotor, a stator, and a bearing for supporting a rotating shaft of the rotor, and an inertial body fixed on the same axis as the rotating shaft, In a power storage device that stores energy, the bearing includes a permanent magnet for bearing fixed coaxially with the rotor and a fixed magnet disposed opposite to the permanent magnet for bearing, and a superconducting member in a superconducting state by a cooling member. A superconducting bearing made of a body is used, and the stator is disposed inside the cooling member. According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a power storage device, comprising: a motor comprising a rotor, a bearing for supporting a rotating shaft of the rotor, and transmission means for transmitting the rotational force of the rotor; Is fixed, and in the power storage device that stores power by the rotational energy of the inertial body, the bearing is provided with a permanent magnet for a bearing fixed coaxially with the rotor and fixedly arranged so as to face the permanent magnet for the bearing. A superconducting bearing made of a superconductor is used, and a non-contact type transmitting means made up of a plurality of magnets is used as the transmitting means.
【0013】本願第10請求項に係る蓄電装置は前記複
数の磁石の直径が各々異なる構成となっている。The power storage device according to claim 10 of the present application has a configuration in which the diameters of the plurality of magnets are different from each other.
【0014】本願第11請求項に係る蓄電装置は前記多
極磁石の径方向には凹凸がある構成となっている。The power storage device according to the eleventh aspect of the present invention has a configuration in which the multipole magnet has irregularities in the radial direction.
【0015】本願第12請求項に係る蓄電装置は前記超
電導軸受が前記回転子を挟んで2個配置されている。In a power storage device according to a twelfth aspect of the present invention, two superconducting bearings are arranged with the rotor interposed therebetween.
【0016】本願第13請求項に係る蓄電装置は回転子
と前記回転子の回転軸を支える軸受及び前記回転子の回
転力を伝達するための伝達手段からなるモータと、前記
伝達手段の同軸上に慣性体が固定され、前記慣性体の回
転エネルギーによって蓄電する蓄電装置において、前記
軸受には前記回転子と同軸上に固定された軸受用永久磁
石と、前記軸受用永久磁石と対向するように固定配置さ
れた超電導体からなる超電導軸受を使用し、更に前記伝
達手段には複数の磁石からなる非接触型伝達手段を用
い、更に前記慣性体の回転重心を前記回転軸の中心に設
定していない構造をなしている。According to a thirteenth aspect of the present invention, in the power storage device, a motor comprising a rotor, a bearing for supporting a rotating shaft of the rotor, and a transmitting means for transmitting the rotational force of the rotor, and a coaxial shaft of the transmitting means. In a power storage device in which an inertial body is fixed and the power is stored by the rotational energy of the inertial body, the bearing includes a bearing permanent magnet fixed coaxially with the rotor and a bearing permanent magnet. A superconducting bearing made of a fixedly arranged superconductor is used, a non-contact type transmitting means made up of a plurality of magnets is used as the transmitting means, and the rotational center of gravity of the inertial body is set at the center of the rotating shaft. There is no structure.
【0017】[0017]
(実施例1)図1は本発明のモータの縦断図面である。
回転体部1は回転軸2の中央部に固定されたモータ用永
久磁石回転体3と、回転軸2の両端部に固定された軸受
用永久磁石回転体4a,4bから構成されている。モー
タ用永久磁石回転体3は永久磁石7と内周部に磁性材料
で形成されたバックヨーク8によって構成されている。
また、軸受用永久磁石回転体4a、4bは環状の永久磁
石5a,5bと磁性材料で形成されたバックヨーク13
a,13bにて構成されている。一方固定体部9は冷却
ケース10の内部には環状の超電導体11a,11bと
モータ用コイル12が設けられており、冷却ケース内に
封入された液体窒素等の冷媒によって冷却されている。
この実施例では超電導体11a,11bは、イットリウ
ム系高温超電導体、例えば、YBa2Cu3OXからなる
基板の内部に常電導粒子Y2Ba1Cu1を均一に混在さ
せたものからなり、軸受用永久磁石回転体4a,4bが
発生する磁束侵入を拘束する性質を有する。超電導体1
1a,11bと軸受用永久磁石回転体4a,4bの軸方
向の幅は、略等しく設定されている。更に、超電導体1
1a,11bは、軸受用永久磁石回転体4a,4bと径
方向に対面し、この軸受用永久磁石回転体からの磁束が
所定量侵入する位置において、回転体部1の回転により
侵入磁束の分布が変化しない位置で、離間して配置され
ている。このような構成においては、超電導体11a,
11bが冷却ケース10内の循環冷媒により冷却され、
超電導状態に保持される。そして超電導状態では、回転
体部1の軸受用永久磁石回転体4a,4bからの磁束が
超電導体11a,11b内部に侵入し、超電導体11
a,11b内部では、均一に混在された常電導体粒子に
より超電導体11a,11b内部の侵入磁束分布が一定
となり、超電導体11a,11bに立設した仮想ピンに
回転体部1の軸受用永久磁石回転体4a,4bが貫かれ
たように、回転体部1が軸受用永久磁石回転体4a,4
bとともに超電導体11a,11bに拘束された状態
(ピンニング現象)で、軸受用永久磁石回転体4a,4
b摩擦無くスムーズに回転させることが可能となり、超
電導体11a,11bと軸受用永久磁石回転体5a,5
bは超電導軸受を構成することになる。一方、モータ駆
動を行うモータ用永久磁石回転体3は周方向に多極着磁
されており、多極に配置されたコイル12と径方向に所
定のギャップを設けて配置されている。コイル12は銅
線を用いており、冷媒によって冷却されているために、
抵抗値が低くなる。例えばこの実施例では液体窒素を用
いており、銅線を用いたコイル12の抵抗値は液体窒素
雰囲気ではおよそ半分となり、銅損を大幅に低減するこ
とが可能となる。また、コイル12に用いる線材を超電
導線、特に高温超電導線を使用すれば、銅損は無くな
り、殆ど損失の無い超高効率モータとなる。以上のよう
に本実施例では回転体部1と固定体部9とは完全に非接
触で損失の殆ど無いモータを実現している。(Embodiment 1) FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a motor according to the present invention.
The rotating body 1 includes a motor permanent magnet rotating body 3 fixed to the center of the rotating shaft 2 and bearing permanent magnet rotating bodies 4a and 4b fixed to both ends of the rotating shaft 2. The permanent magnet rotating body 3 for a motor is constituted by a permanent magnet 7 and a back yoke 8 formed of a magnetic material on an inner peripheral portion.
Further, the permanent magnet rotating bodies 4a and 4b for bearings are made of a ring-shaped permanent magnets 5a and 5b and a back yoke 13 made of a magnetic material.
a and 13b. On the other hand, the fixed body portion 9 is provided with annular superconductors 11a and 11b and a motor coil 12 inside a cooling case 10, and is cooled by a refrigerant such as liquid nitrogen sealed in the cooling case.
In this embodiment, the superconductors 11a and 11b are made of an yttrium-based high-temperature superconductor, for example, a substrate made of YBa2Cu3OX in which normal conducting particles Y2Ba1Cu1 are uniformly mixed. It has the property of restricting the intrusion of generated magnetic flux. Superconductor 1
The axial widths of the permanent magnet rotating bodies 1a, 11b and the bearing permanent magnet rotating bodies 4a, 4b are set substantially equal. Furthermore, the superconductor 1
Reference numerals 1a and 11b radially face the bearing permanent magnet rotating bodies 4a and 4b. At a position where a predetermined amount of magnetic flux from the bearing permanent magnet rotating bodies enters, a distribution of invading magnetic flux due to rotation of the rotating body portion 1 is provided. Are arranged at positions where does not change. In such a configuration, the superconductors 11a,
11b is cooled by the circulating refrigerant in the cooling case 10,
It is kept in a superconducting state. In the superconducting state, magnetic flux from the permanent magnet rotating bodies 4a, 4b of the rotating body portion 1 penetrates into the superconductors 11a, 11b, and the superconductor 11
Inside the superconductors 11a and 11b, the distribution of the magnetic flux penetrating inside the superconductors 11a and 11b becomes constant due to the uniformly mixed normal conductor particles inside the superconductors 11a and 11b. As if the magnet rotating bodies 4a and 4b were penetrated, the rotating body part 1 was fixed to the bearing permanent magnet rotating bodies 4a and 4b.
In a state (pinning phenomenon) restrained by superconductors 11a and 11b together with b, permanent magnet rotating bodies 4a and 4
b It is possible to rotate smoothly without friction, and the superconductors 11a, 11b and the permanent magnet rotating bodies 5a, 5
b constitutes a superconducting bearing. On the other hand, the motor permanent magnet rotating body 3 for driving the motor is multipole-magnetized in the circumferential direction, and is arranged with a predetermined gap in the radial direction from the coil 12 arranged in multiple poles. Since the coil 12 uses a copper wire and is cooled by a refrigerant,
The resistance value decreases. For example, in this embodiment, liquid nitrogen is used, and the resistance value of the coil 12 using a copper wire is approximately halved in a liquid nitrogen atmosphere, so that copper loss can be significantly reduced. If a superconducting wire, particularly a high-temperature superconducting wire, is used as the wire used for the coil 12, copper loss is eliminated and an ultra-high-efficiency motor with almost no loss is obtained. As described above, in this embodiment, a motor is realized in which the rotating body 1 and the fixed body 9 are completely non-contact and have almost no loss.
【0018】(実施例2)次に、超電導軸受の剛性を高
めた実施例について図2を用いて説明する。図2はモー
タの縦断図面である。固定体部9の冷却構造について、
以下説明する各実施例においても実施例1と同様である
ため、説明は省略する。また、その他実施例1と同様な
構造をなしている部分について説明を省略する。回転体
部1は回転軸2の中央部に固定されたモータ用永久磁石
回転体3と、回転軸2の両端部に固定された軸受用永久
磁石回転体4a,4bから構成されている。モータ用永
久磁石回転体3は永久磁石7と内周部に磁性材料からな
るバックヨーク8によって構成されている。また、軸受
用永久磁石回転体4aは磁性体6aを挟んで円盤状の永
久磁石5a,5bの着磁方向が同極が対向するように構
成されており、軸受用永久磁石回転体4bも同様に磁性
体6bを挟んで円盤状の永久磁石5c,5dの着磁方向
が同極が対向するように構成されている。軸受用永久磁
石回転体4aについて図3を用いて詳しく説明する。図
3は図2の中の軸受用永久磁石回転体4aの磁力線を示
した図である。図3において円盤状の永久磁石5a,5
bのN極から出た磁束は磁性体6aを通って、それぞれ
の円盤状永久磁石5a,5bのS極に戻る。この際、円
盤状の永久磁石5a,5bからの磁束は、磁性体6aに
よって絞られるために、図2中で示された前記超電導体
11aに作用する磁束密度は大幅に増大し、軸受として
の耐荷重及び剛性が高まることになる。また、これ以外
の効果として円盤状の永久磁石5a,5bの磁束むらを
緩和する役目を果たす。即ち、円盤状の永久磁石5a,
5bは製造上表面磁束密度のばらつきや、むらが存在し
ており、回転周方向の磁束むらは超電導体11a内部に
て回転エネルギー損失を生むこととなる。ところが、こ
の円盤状の永久磁石5a,5bの磁束むらを磁性体6a
が拡散させることができ、回転エネルギー損失を軽減す
ることができる。一方、磁束密度のピークの大きさは、
磁性体6aの軸方向の厚みを変化させることにによって
可変させることは可能である。本発明の効果を発揮させ
るためには磁性体6aの厚みは円盤状の永久磁石5a,
5bの厚みよりは薄くする必要があるが、あまり薄くし
過ぎると、効果が減少するばかりか、本実施例のもう1
つの効果である回転周方向の磁束むらの緩和効果を減ず
ることになる。本実施例では磁性体6a内の磁束が飽和
状態の直前となるように、磁性体6aの厚みを選んだ。
尚、本実施例において超電導磁気軸受を構成する前記円
盤状永久磁石を2枚使用した例のみを示したが、多層構
造にすることによって、更に大きな、軸受耐荷重及び剛
性を有することも可能である。(Embodiment 2) Next, an embodiment in which the rigidity of the superconducting bearing is increased will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the motor. Regarding the cooling structure of the fixed body part 9,
Since each of the embodiments described below is the same as the first embodiment, the description is omitted. Further, description of the other parts having the same structure as in the first embodiment will be omitted. The rotating body 1 includes a motor permanent magnet rotating body 3 fixed to the center of the rotating shaft 2 and bearing permanent magnet rotating bodies 4a and 4b fixed to both ends of the rotating shaft 2. The permanent magnet rotating body 3 for a motor is constituted by a permanent magnet 7 and a back yoke 8 made of a magnetic material on an inner peripheral portion. The permanent magnet rotor 4a for bearings is configured such that the magnetized directions of the disk-shaped permanent magnets 5a and 5b are opposite to each other with the magnetic body 6a interposed therebetween, and the same applies to the permanent magnet rotor 4b for bearings. The permanent magnets 5c, 5d are formed in such a manner that the magnetized directions of the disk-shaped permanent magnets 5c, 5d are opposite to each other with the magnetic body 6b interposed therebetween. The permanent magnet rotating body 4a for a bearing will be described in detail with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram showing magnetic lines of force of the permanent magnet rotating body for bearing 4a in FIG. In FIG. 3, disk-shaped permanent magnets 5a, 5
The magnetic flux emitted from the N pole of b passes through the magnetic body 6a and returns to the S pole of each of the disk-shaped permanent magnets 5a and 5b. At this time, since the magnetic flux from the disk-shaped permanent magnets 5a and 5b is constricted by the magnetic material 6a, the magnetic flux density acting on the superconductor 11a shown in FIG. The withstand load and rigidity will increase. Further, as another effect, it plays a role of alleviating the magnetic flux unevenness of the disk-shaped permanent magnets 5a and 5b. That is, the disk-shaped permanent magnets 5a,
5b has variations in surface magnetic flux density and unevenness in the production, and unevenness in the magnetic flux in the circumferential direction of rotation causes rotational energy loss inside the superconductor 11a. However, the magnetic flux unevenness of the disk-shaped permanent magnets 5a and 5b is reduced by the magnetic material 6a.
Can be diffused, and rotational energy loss can be reduced. On the other hand, the magnitude of the magnetic flux density peak is
It is possible to change the thickness by changing the axial thickness of the magnetic body 6a. In order to exert the effect of the present invention, the thickness of the magnetic body 6a should be a disc-shaped permanent magnet 5a,
5b must be thinner, but if it is too thin, not only the effect is reduced, but also another advantage of the present embodiment is obtained.
Thus, the effect of alleviating the magnetic flux unevenness in the rotating circumferential direction, which is one effect, is reduced. In this embodiment, the thickness of the magnetic body 6a is selected so that the magnetic flux in the magnetic body 6a is immediately before the saturation state.
Although only two disc-shaped permanent magnets constituting a superconducting magnetic bearing are used in the present embodiment, a multi-layer structure can provide a larger bearing load and rigidity. is there.
【0019】(実施例3)次にモータの出力軸に伝達機
構を設けて増減速を行った例について説明する。図4に
は本実施例の断面図を示す。モータ回転に関わる構造は
図1において説明したものと同様であるため、説明は省
略する。以下の各実施例においても特に説明を加えない
場合はモータの動作は同様であるため、説明は省略す
る。回転体部1の回転軸2の先端部は回転力を伝達する
ための伝達機構を形成している。回転軸2には磁性体に
よって形成されたバックヨーク13fが固定され、その
バックヨーク13fの外周には軸方向に多極に着磁され
た環状永久磁石5fが取り付けられている。前記回転体
部1の回転力は、回転体部14に伝達される。回転体部
14において、軸受を形成するための2個の環状の永久
磁石5c、5dがバックヨーク13c、13dとともに
回転軸17に固定されており、回転力の伝達を行うため
に環状永久磁石5eがバックヨーク13eとともに回転
軸17の先端部に固定されている。環状の永久磁石5
c、5dはラジアル着磁がされ、軸方向に対向する環状
の超電導体11c、11dとの間で超電導軸受を構成し
ており、回転体部14は回転方向以外には動きを固定す
るピン止め力が働き、軸剛性を有する。バックヨーク1
3eの外周に取り付けられた環状の永久磁石5eは、近
接する環状の永久磁石5fとの間で吸引力が働いてい
る。この状態を軸方向から見た図を図5に示す。図5に
おいて、環状の永久磁石5fは4極のラジアル着磁がな
されており、16極にラジアル着磁された環状の永久磁
石5eとの間にて非接触状態を保ちつつ吸引力が働いて
いるために、環状の永久磁石5fの回転とともに環状の
永久磁石5eも回転する。即ち、環状の永久磁石5fと
環状の永久磁石5eとにおいて磁気伝達機が構成されて
いることになる。環状の永久磁石5dと環状の超電導1
1dに働くラジアル力よりは環状の永久磁石5e,5f
間に働く吸引力の方が、小さくしておかねば、環状の永
久磁石5e,5fは外周部が吸着してしまうことは言う
までもない。一般的には、環状の永久磁石5dと環状の
超電導11dに働くラジアル力は、環状の永久磁石5
e,5f間に働く吸引力の10倍以上にしておかねば、
回転系全体が不安定なものになる。モータの回転体部1
と回転体部14の変速比は環状の永久磁石5fと環状の
永久磁石5eの半径の比で決定されるが、この場合径方
向に対向する環状の永久磁石5fと環状の永久磁石5e
の外周部の周方向磁極幅は略同寸法とするのが一般的で
あるが、伝達時の振動を抑制するためには磁極幅は異な
らせる必要もある。尚、環状の超電導体11a,11
b,11c,11dは冷却ケース15a、15b内に固
定されており、冷却ケース15a、15b内には液体窒
素等の冷媒が循環され、環状の超電導体11a,11
b,11c,11dは超電導状態を保っている。また、
冷却ケース15a、15bはハウジング16に固定され
ており、前記モータや前記伝達機構を機械的に支えてい
る。以上の構成によってモータの回転力を完全非接触な
状態を保ちつつ、変速し出力することが可能となり、モ
ータ単体では実現が困難な特性を実現することが可能と
なる。また、基本的に機械的な接触部を有しないため
に、高寿命モータを実現することができる。更に、出力
軸となる回転軸17に外部からの振動、衝撃が加わった
としても、本実施例の機構においては直接的な固体接触
部分が存在しないために、前記超電導磁気軸受が非接触
ダンパーの役目を果たし、モータの回転軸1に対する負
荷変動の影響を極めて小さくすることが可能となる。(Embodiment 3) Next, an example in which a transmission mechanism is provided on the output shaft of the motor to perform acceleration / deceleration will be described. FIG. 4 shows a sectional view of this embodiment. The structure related to the rotation of the motor is the same as that described in FIG. In each of the following embodiments, unless otherwise described, the operation of the motor is the same, and the description is omitted. The tip of the rotating shaft 2 of the rotator 1 forms a transmission mechanism for transmitting the rotational force. A back yoke 13f made of a magnetic material is fixed to the rotating shaft 2, and an annular permanent magnet 5f that is magnetized to have multiple poles in the axial direction is attached to the outer periphery of the back yoke 13f. The rotational force of the rotator 1 is transmitted to the rotator 14. In the rotating body portion 14, two annular permanent magnets 5c and 5d for forming a bearing are fixed to the rotating shaft 17 together with the back yokes 13c and 13d, and the annular permanent magnets 5e for transmitting the rotational force. Are fixed to the tip of the rotating shaft 17 together with the back yoke 13e. Annular permanent magnet 5
c and 5d are radially magnetized and constitute a superconducting bearing between the annular superconductors 11c and 11d facing each other in the axial direction, and the rotating body portion 14 is pinned to fix the movement except in the rotating direction. Force acts and has shaft rigidity. Back yoke 1
Attraction force acts on the annular permanent magnet 5e attached to the outer periphery of 3e with the adjacent annular permanent magnet 5f. FIG. 5 shows this state viewed from the axial direction. In FIG. 5, the ring-shaped permanent magnet 5f is radially magnetized with four poles, and the attractive force acts while maintaining a non-contact state between the ring-shaped permanent magnet 5e and the ring-shaped permanent magnet 5e radially magnetized to 16 poles. Therefore, the annular permanent magnet 5e rotates together with the rotation of the annular permanent magnet 5f. That is, the magnetic transmitter is configured by the annular permanent magnet 5f and the annular permanent magnet 5e. Annular permanent magnet 5d and annular superconducting 1
Annular permanent magnets 5e, 5f rather than the radial force acting on 1d
It is needless to say that the outer peripheral portions of the annular permanent magnets 5e and 5f are attracted unless the attraction force acting between them is made smaller. Generally, the radial force acting on the annular permanent magnet 5d and the annular superconducting 11d is
If the suction force between e and 5f must be 10 times or more,
The whole rotating system becomes unstable. Rotating body part 1 of motor
The gear ratio of the rotating body portion 14 is determined by the ratio of the radius of the annular permanent magnet 5f to the radius of the annular permanent magnet 5e. In this case, the annular permanent magnet 5f and the annular permanent magnet 5e radially opposed to each other.
In general, the circumferential magnetic pole width of the outer peripheral portion is substantially the same, but the magnetic pole width needs to be different in order to suppress vibration during transmission. In addition, the annular superconductors 11a, 11
b, 11c and 11d are fixed in the cooling cases 15a and 15b, and a coolant such as liquid nitrogen is circulated in the cooling cases 15a and 15b to form annular superconductors 11a and 11d.
b, 11c, and 11d maintain the superconducting state. Also,
The cooling cases 15a and 15b are fixed to the housing 16, and mechanically support the motor and the transmission mechanism. With the above configuration, it is possible to change the speed and output the torque while keeping the rotational force of the motor in a completely non-contact state, and it is possible to realize characteristics that are difficult to realize with the motor alone. Further, since there is basically no mechanical contact portion, a long-life motor can be realized. Further, even if external vibrations and shocks are applied to the rotating shaft 17 serving as the output shaft, the superconducting magnetic bearing has a non-contact damper because the mechanism of the present embodiment has no direct solid contact portion. It plays a role and makes it possible to minimize the influence of load fluctuation on the rotating shaft 1 of the motor.
【0020】尚、前記磁気伝達機に使用した環状の永久
磁石5e,5fは多極ラジアル磁石を用いた例のみ示し
たが、他にも磁気的に回転力を伝達可能な方法ならば、
全て適用できる。例えば、前記永久磁石5e,5fのど
ちらか一方を永久磁石ではなく鉄等の磁性体を使用して
前記磁性体の外周部凹凸を設けても良い。即ち、永久磁
石5eは多極ラジアル着磁をして、永久磁石5fの代わ
りに外周部に前記永久磁石の外周部の着磁寸法と略同寸
法の凹凸の施された鉄を用いることによって、実施例3
で説明した例と同じ作用を行わせることができる。ま
た、永久磁石を用いた場合でも永久磁石を多極着磁せ
ず、前記永久磁石の外周部に凹凸を付け、着磁は2極の
みであっても外周部に磁束密度の変化を与えることがで
きれば、その磁束密度変化に生ずる力でトルクの非接触
伝達を行うことが可能となる。以上の回転力の非接触伝
達方法は以下の実施例でも全て適用可能である。Although the annular permanent magnets 5e and 5f used in the magnetic transmitter are only examples using multi-pole radial magnets, any other method capable of transmitting rotational force magnetically may be used.
All applicable. For example, one of the permanent magnets 5e and 5f may be made of a magnetic material such as iron instead of a permanent magnet to provide the outer peripheral portion of the magnetic material. That is, the permanent magnet 5e performs multi-pole radial magnetization, and instead of the permanent magnet 5f, by using iron on the outer peripheral portion having irregularities substantially the same as the magnetized dimension of the outer peripheral portion of the permanent magnet, Example 3
The same operation as the example described in can be performed. In addition, even when a permanent magnet is used, the permanent magnet is not multipolar magnetized, and the outer peripheral portion of the permanent magnet is provided with irregularities so that the magnetic flux density changes in the outer peripheral portion even when the magnetizing is performed only with two poles. Is possible, it is possible to perform non-contact transmission of torque with the force generated by the change in the magnetic flux density. The above-described method of non-contact transmission of rotational force is also applicable to the following embodiments.
【0021】(実施例4)次に完全非接触モータを利用
して、蓄電装置を構成した例を図6を用いて説明する。
図6において、モータの基本構造は図1を用いて説明し
たものと同じため説明は省略する。回転体部1の回転軸
2の先端部には慣性体18が固定されており、回転体部
1の回転エネルギーを慣性体18によって蓄積する。回
転体部1の回転による風損を無くすために、各機構部は
真空容器19の中に配置されている。回転体部1の回転
は多極にラジアル着磁が施された環状の永久磁石をコイ
ル12の発生する回転磁界によってなされる。本実施例
ではモータとして最も一般的な同期型3相バイポーラ方
式を用いており、コイル12には制御回路20によって
作り出された3相の交流電流が与えられる。モータは発
電機としても機能するため、蓄積された慣性体18の回
転エネルギーはコイル12から3相交流電流として制御
回路20にて電気エネルギーに変換される。制御回路2
0は回転体部1を回転させる時はインバータとして機能
し、回転体部1を発電機として働かせる時はコンバータ
として機能する。制御回路20とコイル12との間は電
気ケーブル21で接続され、真空容器19内から外部へ
の引き出しは気密性を保っている。蓄電装置にとって蓄
積エネルギーを大きくすることは最も重要な要求の一つ
であり、限られた体積の中で大きな回転エネルギーを得
るためには、慣性体18を形成する材料に比重の大きな
タングステン系の金属を使用し、高速回転させることに
よって、実現できる。蓄積エネルギーは慣性体の重量に
略比例し、回転数の二乗に比例する。従って、より大き
なエネルギーを蓄積させるためには回転数を極限まで、
上げることによって可能となるが、回転体の強度と回転
損失によって回転限界が決められてしまう。一般的に回
転体の直径が数cm以下のものでは回転強度よりは回転
損失の方が回転数の上限を決めることが多いが、本実施
例のように基本的に回転損失が殆ど生じないモータにお
いては極限まで回転数を上げることができる。従って、
慣性体の材料には機械的強度の大きな材料のほうが、適
している場合もある。また、数万rpmから数十万rp
mといった超高速回転においては、回転体部1の全体の
剛性が問題となることもあるが、その場合は回転体部1
を構成する環状の永久磁石5a、5bおよび環状の永久
磁石7、慣性体18等を一体化したりすることで回転体
部1の剛性をあげることも可能となる。本実施例では回
転軸2の一端のみに慣性体18を取り付けた例を示した
が、回転体部1の全体バランスや、剛性を高めるため
に、回転軸2の両端に取り付ける構造も可能である。以
上の構成により、エネルギーの蓄積即ち、電気の蓄電を
小型形状で実現することが可能となるとともに接触部分
を持たないため、耐久性に優れた、理想的な蓄電装置が
実現できる。従って、2次電池等のように寿命による交
換の必要の無くなるために、電池交換の困難な機器等に
は好適なものとなる。(Embodiment 4) Next, an example in which a power storage device is constructed using a complete non-contact motor will be described with reference to FIG.
In FIG. 6, the basic structure of the motor is the same as that described with reference to FIG. An inertial body 18 is fixed to the tip of the rotating shaft 2 of the rotating body 1, and the rotational energy of the rotating body 1 is stored by the inertial body 18. Each mechanism is disposed in a vacuum vessel 19 in order to eliminate windage damage caused by rotation of the rotating body 1. Rotation of the rotator 1 is performed by a rotating magnetic field generated by a coil 12 of a ring-shaped permanent magnet with multipoles radially magnetized. In this embodiment, the most common synchronous three-phase bipolar system is used as the motor, and the coil 12 is supplied with three-phase alternating current generated by the control circuit 20. Since the motor also functions as a generator, the stored rotational energy of the inertial body 18 is converted from the coil 12 into electric energy by the control circuit 20 as a three-phase alternating current. Control circuit 2
Numeral 0 functions as an inverter when rotating the rotator 1 and functions as a converter when operating the rotator 1 as a generator. The control circuit 20 and the coil 12 are connected by an electric cable 21, and the inside of the vacuum vessel 19 is kept airtight when being drawn out. Increasing the stored energy is one of the most important requirements for a power storage device, and in order to obtain large rotational energy in a limited volume, a tungsten-based material having a large specific gravity in the material forming the inertial body 18 is required. It can be realized by using metal and rotating at high speed. The stored energy is approximately proportional to the weight of the inertial body and proportional to the square of the rotation speed. Therefore, in order to accumulate larger energy,
Although this can be achieved by increasing the rotation speed, the rotation limit is determined by the strength and the rotation loss of the rotating body. Generally, when the rotating body has a diameter of several centimeters or less, the rotation loss often determines the upper limit of the rotation speed rather than the rotation strength. In, the rotation speed can be increased to the limit. Therefore,
In some cases, a material having high mechanical strength is more suitable for the material of the inertial body. In addition, tens of thousands to hundreds of thousands of rpm
m, the rigidity of the entire rotator 1 may be a problem.
By integrating the ring-shaped permanent magnets 5a and 5b, the ring-shaped permanent magnet 7, the inertial body 18, and the like, the rigidity of the rotating body portion 1 can be increased. In the present embodiment, an example in which the inertial body 18 is attached to only one end of the rotating shaft 2 has been described. However, a structure in which the inertia body 18 is attached to both ends of the rotating shaft 2 in order to increase the overall balance and rigidity of the rotating body 1 is also possible. . With the above structure, energy can be stored, that is, electricity can be stored in a small size, and since there is no contact portion, an ideal power storage device with excellent durability can be realized. Therefore, since there is no need to replace the battery due to its life, as in the case of a secondary battery or the like, the device is suitable for a device in which battery replacement is difficult.
【0022】(実施例5)前記変速機を有するモータを
利用して蓄電装置を構成した例について説明する。(Embodiment 5) An example in which a power storage device is configured by using a motor having the transmission will be described.
【0023】図7には実施例の構成を示す。モータの回
転力は回転軸2に固定され、周方向に多極のラジアル着
磁が施された環状の永久磁石5fから、環状の永久磁石
5f同様に周方向に多極着磁がされた環状の永久磁石5
eに対して吸引力が働き伝達される。図6に示した例で
は、環状の永久磁石5fの径は環状の永久磁石5eの径
より小さく設定されているため、モータの回転体部1の
回転は回転体部14に伝達される際、減速がなされるこ
とになる。本実施例において、回転体部14において回
転軸17は2個の超電導軸受で支えられており、回転軸
17の先端には慣性体18が固定されている。前記超電
導磁気軸受は環状の永久磁石5cと環状の超電導体11
c及び環状の永久磁石5dと環状の超電導体11dの各
々の組み合わせによって構成されている。慣性体18に
外部から振動や衝撃が加わった時、本実施例では高速回
転している回転体1に対する影響は極めて少ない。それ
は、磁気的なダンパー効果を有する部分が非常に多いた
め、慣性体18に加わる振動衝撃は殆ど回転体1に加わ
ることがないからである。本実施例では慣性体18は回
転体部1の回転を減速した例を示したが、環状の永久磁
石5fと環状の永久磁石5eとの径を調整することによ
って、変速比は自由に可変することが可能である。FIG. 7 shows the configuration of the embodiment. The rotational force of the motor is fixed to the rotating shaft 2, and from a ring-shaped permanent magnet 5 f circumferentially multi-polarized to a multi-pole magnetized circumferentially multi-polarized magnet like the permanent magnet 5 f. Permanent magnet 5
The suction force acts on e and is transmitted. In the example shown in FIG. 6, since the diameter of the annular permanent magnet 5f is set smaller than the diameter of the annular permanent magnet 5e, when the rotation of the rotating body 1 of the motor is transmitted to the rotating body 14, Deceleration will occur. In the present embodiment, the rotating shaft 17 is supported by two superconducting bearings in the rotating body portion 14, and an inertia body 18 is fixed to a tip of the rotating shaft 17. The superconducting magnetic bearing comprises an annular permanent magnet 5c and an annular superconductor 11
c and the combination of the annular permanent magnet 5d and the annular superconductor 11d. In the present embodiment, when vibration or impact is applied to the inertial body 18 from the outside, the influence on the rotating body 1 rotating at a high speed is extremely small. This is because there are so many parts having a magnetic damper effect that almost no vibration or shock applied to the inertial body 18 is applied to the rotating body 1. In this embodiment, the example in which the inertial body 18 reduces the rotation of the rotating body portion 1 has been described, but the gear ratio can be freely varied by adjusting the diameter of the annular permanent magnet 5f and the annular permanent magnet 5e. It is possible.
【0024】(実施例6)以上の実施例は、全てモータ
を回転させてエネルギーを蓄電する方式について説明し
てきたが、本実施例においてはモータを電気的に回転さ
せるのでは無く、慣性体を直接回転させる例について説
明する。図8は慣性体18の重心を中心からずらして構
成した例である。図9には図8の慣性体18のみを示
す。図9において慣性体18は半月形状をしており、外
部からの振動によって慣性体18は自由に回転または、
揺動運動を行い発電機となる回転体部1を回転させる。
この実施例においては慣性体18は完全なアンバランス
状態であるため、慣性体18の回転によって回転軸14
には大きな軸振動を生ずる可能性がある。従って、回転
軸14の径方向の軸剛性を大きくした例を図10に示
す。図10に用いた超電導磁気軸受はアキシャル型であ
り、径方向の軸剛性を大幅に高めたものである。図10
において、回転軸14の先端部に環状の永久磁石22
a,22bが固定されている。環状の永久磁石22a,
22bは各々、環状の磁性体6aを挟んで同極が対向す
るように径方向に対して着磁されており。磁束は環状の
磁性体6aの中で収束され軸方向に対向する環状の超電
導体11cに対して強磁場を発生する。慣性体18の近
傍に取り付けた環状の永久磁石22c、22dも同様に
環状の磁性体6bより、環状の超電導体11dに対して
強磁場を発生する。このような構造の超電導軸受におい
ては径方向の磁束変化が急激なため、大きな径方向の剛
性およびラジアル耐荷重を有することになる。従って、
大きなアンバランスを持つ慣性体18の回転振動を強力
に抑制して、回転損失の無い高効率な蓄電装置を実現す
ることが可能となる。以上各実施例において使用可能な
永久磁石は希土類、フェライト、アルニコ等すべての永
久磁石に適用可能であり、更に電磁石、超電導コイル
等、磁束を発生するもの全て適用可能であり、加えて、
ピンニング効果により磁束が封じ込められたいわば超電
導体そのものを、永久磁石として使用することも可能で
ある。更に、超電導体についてもイットリウム高温超電
導体を例に示してきたが、磁石との間で復原力をもつ事
のできる、例えば希土類系の元素を含む(RE−Ba−
Cu−O)系等全ての超電導体が適用可能である。ここ
で、REはY、Sm、Eu、Nd、Dy、Ho、Er、
Ybからなる元素群から選ばれた1又は2以上の元素を
表す。また、超電導体の冷却方法として液体窒素による
循環冷却を使用した例を説明したが、冷凍サイクルによ
る直接または間接冷却や、熱電素子による冷却等、冷却
可能なあらゆる方法が適用可能である。(Embodiment 6) In the above embodiments, the method of storing energy by rotating a motor has been described. However, in this embodiment, the motor is not electrically rotated, but the inertial body is not rotated. An example of direct rotation will be described. FIG. 8 shows an example in which the center of gravity of the inertial body 18 is shifted from the center. FIG. 9 shows only the inertial body 18 of FIG. In FIG. 9, the inertial body 18 has a half-moon shape, and the inertial body 18 is freely rotated or
The oscillating motion is performed to rotate the rotating body 1 serving as a generator.
In this embodiment, since the inertial body 18 is in a completely unbalanced state, the rotation of the rotating shaft 14
May cause large shaft vibration. Therefore, an example in which the radial shaft rigidity of the rotating shaft 14 is increased is shown in FIG. The superconducting magnetic bearing used in FIG. 10 is of an axial type, in which the axial rigidity in the radial direction is greatly increased. FIG.
, The annular permanent magnet 22
a and 22b are fixed. Annular permanent magnet 22a,
Each of the magnetic poles 22b is magnetized in the radial direction such that the same poles face each other with the annular magnetic body 6a interposed therebetween. The magnetic flux is converged in the annular magnetic body 6a and generates a strong magnetic field with respect to the axially opposed annular superconductor 11c. Similarly, the annular permanent magnets 22c and 22d attached near the inertial body 18 also generate a strong magnetic field with respect to the annular superconductor 11d from the annular magnetic body 6b. A superconducting bearing having such a structure has a large radial rigidity and a large radial load because the magnetic flux in the radial direction changes rapidly. Therefore,
It is possible to strongly suppress the rotational vibration of the inertial body 18 having a large imbalance, and realize a highly efficient power storage device with no rotational loss. The permanent magnets that can be used in each of the embodiments described above are applicable to all permanent magnets such as rare earth, ferrite, and alnico, and further applicable to all those that generate magnetic flux, such as electromagnets and superconducting coils.
The superconductor itself, in which the magnetic flux is confined by the pinning effect, can be used as a permanent magnet. Further, as for the superconductor, an yttrium high-temperature superconductor has been described as an example. However, for example, a rare-earth element containing a rare earth element capable of having a restoring force with a magnet (RE-Ba-
All superconductors such as Cu-O) can be applied. Here, RE is Y, Sm, Eu, Nd, Dy, Ho, Er,
Represents one or more elements selected from the group consisting of Yb. Also, an example in which circulating cooling using liquid nitrogen is used as a cooling method for the superconductor has been described, but any cooling method such as direct or indirect cooling using a refrigeration cycle or cooling using a thermoelectric element can be applied.
【0025】[0025]
【発明の効果】本発明は、以上説明したように、高速回
転が可能で、低損失、高寿命モータと、そのモータを用
いて小型、高効率な蓄電装置を提供するものである。損
失となるすべての要素を極限まで低減したことにより、
エネルギーの漏れが少なく、交換不要な長寿命な蓄電装
置が実現できる。特に本発明の蓄電装置は慣性体の回転
数の上限の制約が殆ど無いために、前記慣性体の回転数
を極限まで上げることによって、エネルギー密度を大き
く向上することができる。また、このようにエネルギー
密度の高い、小型、高寿命な蓄電装置は電池を主または
補助の電源とするあらゆる機器に適用可能であり、特に
リスト用電子機器やその他携帯機器等、機器の小型化に
伴い、効果は一層際立ったものとなる。また、基本的に
交換が不要な程、高寿命化を実現しているために、電池
交換が困難な機器にとっては好適なものとなる。As described above, the present invention provides a low-loss, long-life motor capable of high-speed rotation, and a small and highly efficient power storage device using the motor. By minimizing all loss factors,
A long-life power storage device with little energy leakage and no need for replacement can be realized. In particular, the power storage device of the present invention has almost no restriction on the upper limit of the rotational speed of the inertial body. Therefore, by increasing the rotational speed of the inertial body to the limit, the energy density can be greatly improved. In addition, such a power storage device having a high energy density, a small size, and a long life can be applied to any device using a battery as a main or auxiliary power source, and in particular, miniaturization of devices such as electronic devices for wrists and other portable devices. As a result, the effect becomes more prominent. In addition, since the service life is so long that the replacement is basically unnecessary, it is suitable for a device in which battery replacement is difficult.
【図1】 本発明の第1実施例に係わり、モータの主要
部を示す断面図。FIG. 1 is a sectional view showing a main part of a motor according to a first embodiment of the present invention.
【図2】 本発明の第2実施例に係わり、モータの主要
部を示す断面図。FIG. 2 is a sectional view showing a main part of a motor according to a second embodiment of the present invention.
【図3】 本発明の第2実施例に係わり、永久磁石回転
体の磁力線の流れを示す主要部の断面図。FIG. 3 is a sectional view of a main part showing a flow of lines of magnetic force of a permanent magnet rotor according to a second embodiment of the present invention.
【図4】 本発明の第3実施例に係わり、モータの主要
部を示す断面図。FIG. 4 is a sectional view showing a main part of a motor according to a third embodiment of the present invention.
【図5】 本発明の第3実施例に係わり、図4を軸方向
から見た磁気伝達機の主要部を示す断面図。FIG. 5 is a sectional view showing a main part of the magnetic transmitter according to a third embodiment of the present invention, when FIG. 4 is viewed from an axial direction;
【図6】 本発明の第4実施例に係わり、蓄電装置の断
面図。FIG. 6 is a sectional view of a power storage device according to a fourth embodiment of the present invention.
【図7】 本発明の第5実施例に係わり、蓄電装置の断
面図。FIG. 7 is a cross-sectional view of a power storage device according to a fifth embodiment of the present invention.
【図8】 本発明の第6実施例に係わり、蓄電装置の断
面図。FIG. 8 is a sectional view of a power storage device according to a sixth embodiment of the present invention.
【図9】 本発明の第6実施例に係わり、図8の慣性体
部分の射視図。FIG. 9 is a perspective view of the inertial body part of FIG. 8 according to the sixth embodiment of the present invention.
【図10】本発明の第6実施例に係わり、蓄電装置の断
面図。FIG. 10 is a sectional view of a power storage device according to a sixth embodiment of the present invention.
1,14 回転体部 2,17 回転軸 3 モータ用永久磁石回転体 4a,4b 軸受用永久磁石回転体 5a,5b,5c,5d,5e,5f,7、22a,2
2b,22c,22d 永久磁石 6a,6b 磁性体 8、13a,13b,13c,13d,13e,13f
バックヨーク9 固定体部 10,15a,15b,15c
冷却ケース 11a,11b,11c,11d
超電導体 12 コイル 16 ハウジング 18 慣性体 19 真空容器 20 制御回路 21 電気ケーブル1,14 rotating body part 2,17 rotating shaft 3 permanent magnet rotating body for motor 4a, 4b permanent magnet rotating body for bearing 5a, 5b, 5c, 5d, 5e, 5f, 7,22a, 2
2b, 22c, 22d Permanent magnet 6a, 6b Magnetic body 8, 13a, 13b, 13c, 13d, 13e, 13f
Back yoke 9 Fixed body part 10, 15a, 15b, 15c
Cooling cases 11a, 11b, 11c, 11d
Superconductor 12 coil 16 housing 18 inertia body 19 vacuum vessel 20 control circuit 21 electric cable
Claims (13)
を支える軸受からなるモータにおいて、前記軸受には前
記回転子と同軸上に固定された軸受用永久磁石と、前記
軸受用永久磁石と対向するように固定配置され、冷却部
材によって超電導状態にある超電導体からなる超電導軸
受を使用し、前記冷却部材内部には前記固定子を配置し
たことを特徴とするモータ。1. A motor comprising a rotor, a stator, and a bearing supporting a rotating shaft of the rotor, wherein the bearing includes a permanent magnet for a bearing fixed coaxially with the rotor, and a permanent magnet for the bearing. A superconducting bearing made of a superconductor that is fixedly disposed so as to face the cooling member and is superconductive by a cooling member, and wherein the stator is disposed inside the cooling member.
受及び前記回転子の回転力を伝達するための伝達手段か
らなるモータにおいて、前記軸受には前記回転子と同軸
上に固定された軸受用永久磁石と、前記軸受用永久磁石
と対向するように固定配置された超電導体からなる超電
導軸受を使用し、更に前記伝達手段には永久磁石の吸引
力または反発力を利用した複数の多極磁石からなる非接
触型伝達手段を用いたことを特徴とするモータ。2. A motor comprising a rotor, a bearing for supporting a rotating shaft of the rotor, and a transmission means for transmitting a rotating force of the rotor, wherein the bearing is coaxially fixed to the bearing. A superconducting bearing composed of a permanent magnet for bearing and a superconductor fixedly arranged so as to face the permanent magnet for bearing is used, and a plurality of magnets using attraction or repulsion of the permanent magnet are used as the transmission means. A motor using non-contact type transmission means comprising a pole magnet.
記固定子は巻線からなることを特徴とする請求項1記載
のモータ。3. The motor according to claim 1, wherein the rotor comprises a permanent magnet, and the stator comprises a winding.
た2枚の円盤状永久磁石からなり、前記2枚の円盤状永
久磁石の同極を向かい合わせ、その間に磁性体が挿入さ
れた構成をなしていることを特徴とする請求項1記載の
モータ。4. The permanent magnet for bearing is composed of two disk-shaped permanent magnets magnetized in an axial direction, facing the same poles of the two disk-shaped permanent magnets, and a magnetic material is inserted between them. The motor according to claim 1, wherein the motor has a configuration.
個配置されていることを特徴とする請求項1乃至4のい
ずれかに記載のモータ。5. The superconducting bearing is provided with two parts with the rotor interposed therebetween.
The motor according to claim 1, wherein the plurality of motors are arranged.
触伝達手段における前記永久磁石の吸引力または反発力
よりは大きいことを特徴とする請求項1乃至5のいずれ
かに記載のモータ。6. The motor according to claim 1, wherein a radial force of said superconducting bearing is larger than an attraction force or a repulsion force of said permanent magnet in said non-contact transmission means.
触伝達手段における前記永久磁石の吸引力または反発力
より少なくとも10倍以上であることを特徴とする請求
項1乃至6のいずれかに記載のモータ。7. The superconducting bearing according to claim 1, wherein a radial force of the superconducting bearing is at least 10 times or more than an attraction force or a repulsion force of the permanent magnet in the non-contact transmission means. motor.
を支える軸受からなるモータと前記回転軸の同軸上に慣
性体が固定され、前記回転体の回転エネルギーで蓄電す
る蓄電装置において、前記軸受には前記回転子と同軸上
に固定された軸受用永久磁石と、前記軸受用永久磁石と
対向するように固定配置され、冷却部材によって超電導
状態にある超電導体からなる超電導軸受を使用し、前記
冷却部材内部には前記固定子を配置したことを特徴とす
る蓄電装置。8. A power storage device in which an inertial body is fixed coaxially with a motor including a rotor, a stator, and a bearing that supports a rotation shaft of the rotor, and an inertial body is fixed on the same axis as the rotation shaft. The bearing uses a permanent magnet for bearing fixed coaxially with the rotor and a superconducting bearing composed of a superconductor which is fixedly arranged to face the permanent magnet for bearing and is in a superconducting state by a cooling member. The power storage device, wherein the stator is disposed inside the cooling member.
受及び前記回転子の回転力を伝達するための伝達手段か
らなるモータと、前記伝達手段の同軸上に慣性体が固定
され、前記慣性体の回転エネルギーによって蓄電する蓄
電装置において、前記軸受には前記回転子と同軸上に固
定された軸受用永久磁石と、前記軸受用永久磁石と対向
するように固定配置された超電導体からなる超電導軸受
を使用し、更に前記伝達手段には複数の多極磁石からな
る非接触型伝達手段を用いたことを特徴とする蓄電装
置。9. A motor comprising a rotor, a bearing for supporting a rotating shaft of the rotor, and a transmission means for transmitting the rotational force of the rotor, and an inertial body fixed on the same axis as the transmission means, In a power storage device that stores power by rotational energy of an inertial body, the bearing includes a permanent magnet for a bearing fixed coaxially with the rotor and a superconductor fixed and arranged to face the permanent magnet for the bearing. A power storage device using a superconducting bearing, and further using a non-contact type transmission unit including a plurality of multipolar magnets as the transmission unit.
ることを特徴とする請求項8記載の蓄電装置。10. The power storage device according to claim 8, wherein the plurality of multipole magnets have different diameters.
ことを特徴とする請求項8乃至10のいずれかに記載の
蓄電装置。11. The power storage device according to claim 8, wherein the multipole magnet has irregularities in a radial direction.
2個配置されていることを特徴とする請求項8乃至11
のいずれかに記載の蓄電装置。12. The superconducting bearing according to claim 8, wherein two superconducting bearings are arranged with the rotor interposed therebetween.
The power storage device according to any one of the above.
軸受及び前記回転子の回転力を伝達するための伝達手段
からなるモータと、前記伝達手段の同軸上に慣性体が固
定され、前記慣性体の回転エネルギーによって蓄電する
蓄電装置において、前記軸受には前記回転子と同軸上に
固定された軸受用永久磁石と、前記軸受用永久磁石と対
向するように固定配置された超電導体からなる超電導軸
受を使用し、更に前記伝達手段には複数の磁石からなる
非接触型伝達手段を用い、更に前記慣性体の回転重心を
中心に設定していないことを特徴とする蓄電装置。13. A motor comprising a rotor, a bearing for supporting a rotating shaft of the rotor, and a transmitting means for transmitting a rotating force of the rotor, and an inertia body fixed on the same axis as the transmitting means. In a power storage device that stores power by rotational energy of an inertial body, the bearing includes a permanent magnet for a bearing fixed coaxially with the rotor and a superconductor fixed and arranged to face the permanent magnet for the bearing. A power storage device, wherein a superconducting bearing is used, a non-contact type transmission means including a plurality of magnets is used as the transmission means, and the center of rotation of the inertial body is not set at the center.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8290652A JPH10136609A (en) | 1996-10-31 | 1996-10-31 | Motor and storage apparatus using the wire |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8290652A JPH10136609A (en) | 1996-10-31 | 1996-10-31 | Motor and storage apparatus using the wire |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10136609A true JPH10136609A (en) | 1998-05-22 |
Family
ID=17758750
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP8290652A Withdrawn JPH10136609A (en) | 1996-10-31 | 1996-10-31 | Motor and storage apparatus using the wire |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH10136609A (en) |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6777841B2 (en) * | 2000-10-09 | 2004-08-17 | Siemens Aktiengesellschaft | Device comprising a rotor and a magnetic suspension bearing for the contactless bearing of the rotor |
JP2007120569A (en) * | 2005-10-26 | 2007-05-17 | Hiromasa Higasa | Application system for superconductive magnetic bearing |
JP2008228535A (en) * | 2007-03-15 | 2008-09-25 | Railway Technical Res Inst | Flywheel energy storage device for stationary energy storage |
CN101985956A (en) * | 2010-10-26 | 2011-03-16 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | Flat type vertical coil inner rotor hybrid magnetic bearing |
KR101181932B1 (en) | 2010-10-05 | 2012-09-11 | 한국전력공사 | Wire insulated superconductor bearing |
WO2013125812A1 (en) * | 2012-02-24 | 2013-08-29 | Doosan Heavy Industries & Construction Co., Ltd. | Superconducting rotating electrical machine and manufacturing method for high temperature superconducting film thereof |
CN104505975A (en) * | 2014-11-19 | 2015-04-08 | 哈尔滨工程大学 | Vehicle-mounted flywheel energy storage device |
JPWO2017158710A1 (en) * | 2016-03-15 | 2018-03-29 | 株式会社ナカダクリエイト | Flywheel device and rotating electric machine |
JP2018078801A (en) * | 2018-02-07 | 2018-05-17 | 株式会社ナカダクリエイト | Rotary electric machine |
CN115182929A (en) * | 2022-08-03 | 2022-10-14 | 成都理工大学 | Full-superconducting magnetic suspension bearing |
-
1996
- 1996-10-31 JP JP8290652A patent/JPH10136609A/en not_active Withdrawn
Cited By (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6777841B2 (en) * | 2000-10-09 | 2004-08-17 | Siemens Aktiengesellschaft | Device comprising a rotor and a magnetic suspension bearing for the contactless bearing of the rotor |
JP2007120569A (en) * | 2005-10-26 | 2007-05-17 | Hiromasa Higasa | Application system for superconductive magnetic bearing |
JP2008228535A (en) * | 2007-03-15 | 2008-09-25 | Railway Technical Res Inst | Flywheel energy storage device for stationary energy storage |
KR101181932B1 (en) | 2010-10-05 | 2012-09-11 | 한국전력공사 | Wire insulated superconductor bearing |
CN101985956A (en) * | 2010-10-26 | 2011-03-16 | 中国人民解放军国防科学技术大学 | Flat type vertical coil inner rotor hybrid magnetic bearing |
US20130225415A1 (en) * | 2012-02-24 | 2013-08-29 | Doosan Heavy Industries & Construction Co., Ltd. | Superconducting rotating electrical machine and manufacturing method for high temperature superconducting film thereof |
WO2013125812A1 (en) * | 2012-02-24 | 2013-08-29 | Doosan Heavy Industries & Construction Co., Ltd. | Superconducting rotating electrical machine and manufacturing method for high temperature superconducting film thereof |
US8965467B2 (en) | 2012-02-24 | 2015-02-24 | Doosan Heavy Industries & Construction Co., Ltd. | Superconducting rotating electrical machine and manufacturing method for high temperature superconducting film thereof |
CN104505975A (en) * | 2014-11-19 | 2015-04-08 | 哈尔滨工程大学 | Vehicle-mounted flywheel energy storage device |
CN104505975B (en) * | 2014-11-19 | 2017-01-04 | 哈尔滨工程大学 | Vehicle-mounted flywheel energy storage device |
JPWO2017158710A1 (en) * | 2016-03-15 | 2018-03-29 | 株式会社ナカダクリエイト | Flywheel device and rotating electric machine |
JP2018078801A (en) * | 2018-02-07 | 2018-05-17 | 株式会社ナカダクリエイト | Rotary electric machine |
CN115182929A (en) * | 2022-08-03 | 2022-10-14 | 成都理工大学 | Full-superconducting magnetic suspension bearing |
CN115182929B (en) * | 2022-08-03 | 2023-09-29 | 成都理工大学 | Full-superconducting magnetic suspension bearing |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6111332A (en) | Combined passive bearing element/generator motor | |
KR101766684B1 (en) | High temperature superconducting rotating machine with a contactless rotary excitation device | |
US6603231B2 (en) | Hybrid superconducting motor/generator | |
JPH07229517A (en) | Magnetic bearing device of rotor shaft | |
US9673680B2 (en) | Electromechanical flywheels | |
CN107070072B (en) | A kind of suspension of five-freedom degree magnetic energy accumulation device for fly wheel | |
US20100253177A1 (en) | Multi-pattern high temperature superconducting motor using flux trapping and concentration | |
JP4758703B2 (en) | Superconducting device and axial gap type superconducting motor | |
CN108050156A (en) | A kind of sextupole hybrid magnetic bearing | |
JPH10136609A (en) | Motor and storage apparatus using the wire | |
US4843268A (en) | Asymmetric field electromagnetic motor | |
KR100888030B1 (en) | Superconducting synchronous machine | |
CN106374644B (en) | A kind of static sealing high-temperature superconductor magnetic flux switching motor | |
JP2006515501A (en) | Rotor assembly | |
CN108869545B (en) | Inverter driving type axial-radial six-pole hybrid magnetic bearing | |
AU2007271814B2 (en) | Synchronous machine having magnetic bearing excited by the rotor | |
JP2004511997A (en) | Apparatus with ferromagnetic structural components mechanically loaded in the low temperature range | |
US7791246B2 (en) | Axial motor | |
JP3554054B2 (en) | Superconducting bearing device | |
JP2020080628A (en) | Rotary machine | |
CN210629312U (en) | Radial magnetic field composite double-stator motor | |
CN110635639A (en) | Radial magnetic field composite double-power current motor | |
CN116647090A (en) | Permanent magnet bias type bearingless switch reluctance motor | |
CN111786503A (en) | Flywheel energy storage device adopting passive magnetic suspension bearing | |
JP5890238B2 (en) | DC single pole motor and DC / AC conversion system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20040106 |