TWI338991B - Inductor-type synchronous machine - Google Patents

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1338991 第96122240號專利申請索 . (99年11月19日） 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 .· . 本發明係有關一種電樞的極性變化與旋轉軸的旋轉同 步旋轉之感應式同步機。 本申請案係對已於2006年6月23日提出之曰本特願 20 06-1 7401 0號申請案主張優先權，並於此援用其内容。 【先前技術】 習知以來，係使用具備以下元件的發電機或電動機： φ配設有磁場線圈之轉子、以對向於該磁場線圈之方式配設 _有電樞線圈的定子、以及固定連接於轉子之旋轉軸。如此 的同步機器，係利用連接於旋轉軸的一端之集電環等來供 電至彡疋轉的罐場線圈（例如參照專利文獻1、2)。 專利文獻1:日本特開昭54_116610號公報 專利文獻2 ,日本特開平6 - 8 6 517號公報 【發明内容】 馨（發明所欲解決之課題） 然而，當以上述習知的感應式同步機獲得較大旋轉力 時，由於需要流通大量的電流至線圈，所以包含線圈在内 之同步機器整體便大型化。此外，由於轉子係配設為正常 =體線圈，所时使旋轉軸的輪出增大時需要流通大量的 二L至線圈。故’用來隨著旋轉運動供電至線圈的構造變 侍越發複雜且大型化。 本發明乃有鑒於上述問題而研奋 θ & ]碭而研創者，其目的在於提供 種特別疋能夠在軸方向上謀灰，丨荆& 呆木小型化之感應式同步機。 5 319361修正版 1338991 第96122240號專利申請索 (99年11月19曰） (解決課題的手段） 為了達成上述目的，做為本發明之第1解決手段，係 採用如下之感應式同步機：係一種於中心部具有軸部之軸 2間隙（axial gap)構造的感應式同步機，其具備：磁場側 疋子，具有由磁性體所構成之軛、及從該軛突出設置於上 述軸部方向且於直徑方向形成N極及s極之磁場體；轉子， 具有以與由上述磁場體所形成之N極相對向的方式所配設 的N極感應體、及以與由上述磁場體所形成之$極相對向 的方式所配設的S極感應體；以及電樞側定子，對向於上 述N極感應體及上述5極感應體而配設有電樞線圈。 心本發明，係能夠配設為以N極感應體及s極感應體從 直徑方向包圍磁場體。 =外’做為有關本發明之第2解決手段，係採用如下 之感應式同步機：在上述第‘ ^ 解决手段中，上述磁場體係 ^中磁場線圈所卡合之卡合溝係設於以上述轴 .面對上述感應體的-部分係 周側中的任-方;上述s極❹=場:圈的外周侧或内 合溝而對向配置於上述2體的一部分係面對上述卡 意之另一方。 、、’圈的外周側或内周側中的任 能夠卡合於轉子的卡合溝，如“ 需要的厚度做為磁場側定因而’只要考慮輛所 短旋轉軸方向的長度。 軸方向的厚度即可，能夠縮 319361修正版 6 1338991 第96122240號專利申琦索 此外，做為有關本發明之 ⑼年曰) 之感應式同步機:在上述第段，係採用如下 及上述電樞線圈之中至少—方、又，上述磁場線圏 ,^方係以超導體材料來形成。 本發明，即使是與習知技 各磁場體或各電樞線圈的大 ：習’亦能夠將 使感應式同步機更小型化。做件比習知技術還小，能夠 (發明的效果） 依據本發明’則比磁場體與N極感應 4^配設於轴方向時更能夠縮短旋轉軸方向的長度 【實施方式】 负度 明 針對本發明的一實施形態，參照第1圖至第6 圖做說 步機Μ #㈣、、Γ有關本發明之超導體電動機（感應式同 超導#雷叙撒心部具有旋轉輛（轴部）2之轴向間隙構造的 °… ，其具備：一對磁場側定子6Α、6Β，呈有由 ·=體所構成之輛3、及從概3突出設置於旋轉轴2的轴 =且於直徑方向形成Ν極及s極之磁場線圈（磁場體）5, 並左右對稱地配設為於旋㈣2方向互為㈣向；一對轉 T :具有以與由磁場線圈5所形成之N極相對向而配設且 =化之N極感應體7、以與由磁場線圈5所形成之^極 =向而配設且被磁化之s極感應體8，並左右對稱地配 又’.、、於方疋轉軸2方向互為相對向；以及電樞側定子！ 2，對 向於N極感應體7及s極感應體8而配設有電樞線圈u 並自由旋轉且可貫通地支撐旋轉軸2，且被-對的轉子 319361修正版 7 1338991 第96122240號專利申請案 (99年11月19曰） 1 〇 A、1 〇 B所夾住。 幸厄3係由鐵钻飢合金（permencjur)、石夕鋼板、鐵、高導 磁金屬（peomlloy)等的磁性體所構成’於旋轉軸2方向形 成為具有預定的厚度之圓盤狀。於軛3的中心部係設有旋 轉轴2能夠貫通之直徑的貫通孔3a。於軛3的彼此對向之 内側的面，分別朝旋轉軸2方向突出而設有以旋轉軸2為 中心形成為環狀之磁場用絕熱冷媒容器13。於磁場用絕熱 冷媒容器13内充填有液態氮且磁場線圈5係收納於内部。 磁場線圈5係由鉍系、釔系的超導體材料所構成，以 捲繞在旋轉軸2周H之方式收納於磁場用絕熱冷媒容器13 内故，在對磁場線圈5激磁時，分成外周側與内周側的 直徑方向產生磁極。 .如第2圖所示，一對的轉子10Α、1〇Β係由玻璃纖維強 化塑膝（Fiber Reinf0rced Plastic ; FRp)或不鏽鋼等的非 f性體所構成’且各自具備以設於中心部之嵌合孔⑸固 •疋支撐方疋轉軸2之轉子本體15。於與軛3相對向之轉子本 體15的外側的面，卡合磁場線圈5之卡合溝i〇a係以旋轉 軸2為中心形成為環狀。然後，設置成為圍繞卡合溝10a 並收納N極感應體7或s極感應體8於内部之收納凹部 1 〇b、1 〇c係圓周方向形成有複數個。 ^目斤丁於N極感應體7設有可與磁場用絕敎 二=13從直徑方向外側或内側相對向地形成為曲面、 瞎之於^面、以及在與後述之圓柱狀磁性體17相對向 轉子本體15的圓周方向形成較長、而於直徑方向形 31936】修正版 8 1338991 • 第96122240號專利申請案 士、 （99 年 11 月 19 日） 成較短的楕圓板狀或略圓板狀之另一端面7b。如第4圖及 、第5圖所示，N極感應體7係在相對於轉子本體15的中心 •成為點對稱的位置朝旋轉軸.2方向貫通而合計配設4個。 .此時，N極感應體7的一端面7a係面對卡合溝1〇a而與磁 場線圈5的N極產生位置對向配置，且另一端面几係與電 樞線圈11對向配置。 、如第6圖所示，於S極感應體8設有可與磁場用絕熱 冷媒容器13從直徑方向外側或内側相對向地形成為曲面 ♦狀之-端面8a、以及在與後述之圓柱狀磁性體17相對向 時於轉子本體15的圓周方向形成較長、於直徑方向形成 .較短的楕圓板狀或略圓板狀之另一端面处。如第4圖及第 5圖所示’ s極感應體8係在相對於轉子本體j 5的中心成 為點對稱的位置、且與N極感應體7具有約9〇度相位差的 位置朝旋轉軸2方向貫通而合計配設4個9此時，5極感 應體8的-端面8a係面對卡合溝1〇a而與磁場線圈5的§ _極產生位置對向配置，且另一端面8b係與電樞線圈11對 向配置。N極感應體7及S極感應體8係由鐵銘鈒合金、 矽鋼板、鐵、高導磁金屬等的磁性體所構成。 電樞側定子12係具備由玻璃纖維強化塑膠或不錄鋼 等的非磁性體所構成之定子本體16。於定子本體16的中 心部係配設有旋轉軸2貫通之貫通孔16a。於定子本體 以貫敎子本體16之方式配設有由鐵純合金、梦鋼板、 鐵、兩導磁金屬等的高透磁性材料所構成之圓柱狀磁性體 Π、與形成為厚壁圓筒狀且内部為空洞之電樞用絕熱冷媒 31936〗修正版 9 13.38991 第96122240號專利申請索 容器心圓柱狀磁性體17係以兩端面17a、17b;:9: 2體7及S極感應體8相對向的方式，在以貫通孔此為 心之同一圓周上設置預定的間隔而埋設有6個。 電樞用絕熱冷媒容器18係以礙合於各圓柱狀磁性體 U的外側之狀態配設於定子本體16。於該電樞用絕熱冷媒 ^ 18内，由鉍系、紀系的超導體材料所構成之電樞線圈 11係配設為捲繞於電樞用絕熱冷媒容器18的内周面。 於磁場線圈5係藉直流電配線19而連接有直流電源 2〇。此外’於電樞線圈u係藉交流電配線21而連接有交 〉瓜電源2 2 〇另' 一方面，於石放盛田姐丸人& 乃卸於磁％用絕熱冷媒容器13及電樞 用絕熱冷媒容器18係藉冷卻配營品八q Λ t 7 P配5 23而分別連接有以液態 ^I f ί媒的冷卻器25。該冷卻器25係與用來冷卻液態 氮且使其循環之未圖示的驅動電源連接。 接著’針對本實施形態之超導體電動機i的作用做說 明0 Γ先，㈣冷卻器25，藉冷卻配管23供給液態氮至 ㈣用絕熱冷媒容器13及電㈣絕熱冷媒容器18。接著， 分別冷卻磁場用絕熱冷器13及電樞用絕熱冷 18内所配設之磁場線圈5及雷栖结 、 能。 及電柩線圈11而成為超導體狀 5。^著=直，2〇分別將直流電源供給至磁場線圈 ，依照直肌電流的方向，於磁場側定子^，例如， 为別於磁場線圈5的直徑方向外側形成N極、 内側形成3極。藉此’可於^極感應體7的電㈣定= 319361修正版 10 1338991 • 第96122240號專利申锖索 .12相對向之另一端面7b導出N極。另一方面，；二曰) •極感應體8的電柩側定子12相對向之另一端面牝導/出s .極。就磁場側定子6B而言亦依照直流電流的方向形成同樣 •的磁極，可分別於感應體7&s極感應體8的另一端 面7b、8b導出N極、S極。 該狀態下’從父流電源22將三相交流供給至電樞線圈 \1。此時，因為三相間的相位差，於電樞線圈u會產生繞 方疋轉軸2旋轉之旋轉磁場。該旋轉磁場係對N極感應體7 •及S極感應體8 ’使同一方向的繞旋轉軸線的旋轉力在一 .對的轉子10A、10B間產生，旋轉軸2便旋轉。 依據該超導體電動機1 ’職由分別流通電流於磁場 線圈5與電樞線圈n而勵磁，便能夠藉一對的轉子1〇八、 10B將旋轉軸2旋轉而供給旋轉力。此時，由於磁場線圈5 及電樞線圈11係以超導體材料來形成，所以即使是與習知 技術相同的電流量，亦能夠將磁場線圈5及電樞線圈Η ❿的大小做得比習知技術還小，能夠使超導體電動機小型化。 並且，由於在一對的轉子1〇Α、10Β並未配設有線圈， 所以只要僅對於定子所配設之磁場線圈5及電樞線圈U 供2源及進行冷卻即可，能夠將電氣系統及冷卻系統做 成簡單的構成《此時，藉由使磁場線圈5卡合於轉子本體 15的卡a溝1 〇a，便能夠將磁場線圈5依Ν極感應體7及 S極感應體8包圍於直徑方向而配置於轉子本體15内。因 而，作為各磁場側定子6A、6B的軸方向的厚度，並不需考 慮磁場、線圈5往轉子l〇A、10B側的突出量，只要考慮軛3 319361修正版 11 1338991 . 第22240號專利申請案 糾兩* ("年11月19日） ,々㊉要的厚度即可，能夠縮短旋轉軸2方向的長度。 .& 還有，本發明的技術範圍並非被限定於上述實施形 '態，在不脫離本發明的要旨的範圍内均可加上各種的變 .更例如，在上述實施形態雖係將感應式同步機當做超導 體電動機，但亦可做為藉由將旋轉軸2予以旋轉而發電之 發電機來使用。 此外，在上述實施形態，並非限定為一對的轉子丨〇A、 10B的中心部所連接之旋轉軸2係與一對的轉子ι〇Α、 籲起^:轉之内轉子型。例如，亦可為中心部所配設之抽部 為口疋軸而外周側係與一對的轉子連接之外轉子型的感 .應式同步機。 並且，N極感應體及S極感應體與電樞線圈的組合數 目並非限定為上述者，例如，亦可將N極感應體及S極感 應體各設為2個，將電插線圈設為3個。此外，亦可將n 極感應體及S極感應體各設為8個，將電枢線圈設為12 個。 • r 【圖式簡單說明】 第1圖係顯示本發明一實施形態之超導體電動機的内 部構造之剖面概略圖。 第2圖係顯示本發明—實施形態之超導體電動機的轉 子本體之斜視圖。 第3圖係顯示本發明一實施形態之超導體電動機的n 極感應體之斜視圖。 第4圖係顯示本發明一實施形態之超導體電動機的n 12 319361修正版 1338991 第96122240號專利申請案 ,, (99 年 Π 月 19 日） 極感應體及S極感應體的配置狀態之構成斜視圖。 第5圖係顯示本發明一實施形態之超導體電動機的N 極感應體及S極感應體的配置狀態之構成斜視圖。 第β圖係顯示本發明一實施形態之超導體電動機的S 極感應體之斜視圖。 【主要元件符號說明】 超導體電動機（感應式同步機） 旋轉軸（軸部） 3 輛 3a 貫通孔 5 磁場線圈（磁場體） 6A、 6B磁場側定子 7 N極感應體 7a、 8a端面 7b、 8b另一端面 8 S極感應體 10A ' 10B轉子 10a 卡合溝 10b 、1 〇c收納凹部 11 電樞線圈 12 電樞側定子 13 磁場用絕熱冷媒容器 15 轉子本體 15a 1 嵌合孔 16 定子本體 16a 貫通孔 17 圓柱狀磁性體 17a 、17b端面 18 電樞用絕熱冷媒容器 19 直流電配線 20 直流電源 21 交流電配線 22 父流電源 23 冷卻配管 25 冷卻器 13 319361修正版

Claims (1)

1. ^38991 (95>年11月19日） 、申請專利範圍： 一種感應式同步機，係於中部 (―…構造者，此感應式同步有二之軸向間隙 突出具有由磁性體所構成之輛、及從該輛 L it 軸部方向且於直後方向形成N極及S 極之磁場體； ^子，具有㈣由上述磁場體所形成之卩極相對向 所配糊極感應體、及以與由上述磁場體所形 成之S極相對向的方式所配設的S極感應體；以及 電樞側定子，對向於上述N極感應體及上述§極感 -應體而配設有電樞線圈。 2.如申請專利範圍第」項之感應式同步機，其中， 上述磁場體係為磁場線圈； 該磁場線圈所卡合之卡合溝係設於以上述軸部為 中心之上述轉子的側面； 鲁 N極感應體的_部分係㈣上述卡合溝而對 向配置於上述磁場線圈的外周側或内周側中的任一方； 上述S極感應體的—部分係面對上述卡合溝而對 向配置於上述磁場線圈的外周側或内周側中的任 另一方。 3.如申請專利範圍第2項之感應式同步機，其中，上述磁 ㈣圈及上述電樞線圈之中至少一方係以超導體材料 來形成。 31936】修正版 14 1338991 第96122240號專利申請案 (99年11月19日) 七、指定代表圖： (一） 本案指定代表圖為：第（1 )圖。 (二) 本代表圖之元件符號簡單說明： 1 超導體電動機（感應式同步機） 2 旋轉轴（軸部） 3 軛 3a 貫通孔 5 磁場線圈（磁場體） 6A、 6B磁場側定子 7 N極感應體 7a、 8a端面 7b、 8b 另一端面 8 S極感應體 10A 、10B 轉子 10a 卡合溝 11 電框線圈 12 電樞側定子 13 磁場用絕熱冷媒容器 15 轉子本體 16 定子本體 16a 貫通孔 17 圓柱狀磁性體 17a 、17b 端面 18 電樞用絕熱冷媒容器 19 直流電配線 20 直流電源 21 交流電配線 22 父流電源 23 冷卻配管 25 冷卻器 籲八、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式： 4 319361修正版