WO2007013206A1 - アキシャル型モータ - Google Patents

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WO2007013206A1
WO2007013206A1 PCT/JP2006/308015 JP2006308015W WO2007013206A1 WO 2007013206 A1 WO2007013206 A1 WO 2007013206A1 JP 2006308015 W JP2006308015 W JP 2006308015W WO 2007013206 A1 WO2007013206 A1 WO 2007013206A1
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armature
coil
end surface
rotor
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PCT/JP2006/308015
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English (en)
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Inventor
Toru Okazaki
Shingo Ohashi
Hidehiko Sugimoto
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries, Ltd.
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    • H02K19/22—Synchronous generators having windings each turn of which co-operates alternately with poles of opposite polarity, e.g. heteropolar generators
    • H02K19/24—Synchronous generators having windings each turn of which co-operates alternately with poles of opposite polarity, e.g. heteropolar generators with variable-reluctance soft-iron rotors without winding

Definitions

  • the present invention relates to an axial type motor, and more particularly, to an axial type motor including an inductor having a magnetic force that induces a magnetic flux on a magnetic field side to a required position.
  • the present invention relates to a motor that rotates synchronously.
  • a bearing 3 is attached to a bracket 2 whose drive shaft 1 is an outer cylinder.
  • the field wire 5 is provided on the outer periphery of the yoke 4 that is externally fitted and fixed to the drive shaft 1, and the claw-shaped magnetic poles 6 and 7 that protrude alternately from the left and right of the field wire 5 are provided.
  • a rotor is formed as a whole.
  • the stator 2 is provided on the bracket 2 so as to face the claw-shaped magnetic poles 6 and 7.
  • power is supplied to the field wire 5 through a slip ring 9 so as to be slidable.
  • Some motors have the same configuration as that of the generator including an inductor.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 54-116610
  • Patent Document 2 JP-A-6-86517 Disclosure of the invention
  • the present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to simplify a power feeding structure to a coil in a motor, and to reduce energy loss by reducing leakage magnetic flux. Yes.
  • the present invention provides an armature-side stator, a pair of first and second rotors each including an inductor disposed on both sides of the armature-side stator, A pair of first field side stator and second field side stator respectively disposed on the other side of the first rotor and the second rotor are disposed with a gap in the axial direction of the drive shaft, An axial type motor in which the first and second rotors are arranged on the drive shaft,
  • the armature side stator has a plurality of armature coils arranged at intervals in the circumferential direction.
  • the first and second field side stators have a first annular shape around the axis of the drive shaft.
  • the second field coil is arranged, and the first and second field coils are energized in opposite directions,
  • the first rotor has a first inductor made of a magnetic material having one end surface facing the armature coil and the other end surface facing the outer peripheral side of the first field coil, and one end surface of the first rotor.
  • Second inductors made of a magnetic material facing the child coil and having the other end face facing the inner peripheral side of the first field coil are alternately arranged in the circumferential direction,
  • the second rotor has a third inductor having one end surface facing the other end surface of the armature coil and a magnetic force that has the other end surface facing the inner peripheral side of the second field coil, and one end surface.
  • a third inductor having one end surface facing the other end surface of the armature coil and a magnetic force that has the other end surface facing the inner peripheral side of the second field coil, and one end surface.
  • fourth inductors having a magnetic force facing the other end surface of the armature coil and the other end surface facing the outer peripheral side of the second field coil
  • An axial motor is provided in which the direction of magnetic flux generated in the first and second field coils provided in the first and second field side stators is opposite.
  • the field body and armature coil can be reduced, and the motor can be reduced in size and weight.
  • the superconducting material it is preferable to use a high temperature superconducting material such as bismuth or yttrium.
  • the inductor has the same cross-sectional area in a direction orthogonal to the axial direction.
  • the magnetic flux is saturated in the inductor, the magnetic flux generated in the field coil can be efficiently guided to the armature coil side, and the rotor can be rotated with high efficiency.
  • the first to fourth inductors have substantially the same cross-sectional area.
  • both the field coil and the armature coil are attached to the stator, sliding contact such as a slip ring is used to supply power to the coil.
  • the power feeding structure can be simplified, and the problem of shortening the service life due to contact wear with slip rings and the problem of power feeding instability can be solved.
  • the direction of the current flowing between the first field coil and the second field coil is reversed, the direction of the magnetic flux generated by energizing the first field coil and the second field coil is also reversed.
  • the leakage flux generated around both field coils is not generated by energizing the two first and second field coils. Therefore, it is possible to reduce leakage magnetic flux and energy loss.
  • FIG. 1A is a cross-sectional view of an axial type motor according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 1B is a cross-sectional view at a position rotated by 90 °.
  • FIG. 2 shows a first field side stator, where (A) is a front view and (B) is a cross-sectional view along the line AA.
  • FIG. 3 shows a second field side stator, where (A) is a front view and (B) is a cross-sectional view along the line BB.
  • FIG. 4 shows the first rotor, (A) is a front view, (B) is a cross-sectional view taken along the line CC, (C) is a rear view, and (D) is a cross-sectional view taken along the line DD.
  • FIG. 5 shows the second rotor, (A) is a front view, (B) is a cross-sectional view taken along the line EE, (C) is a rear view, and (D) is a cross-sectional view taken along the line FF.
  • FIG. 6 is a front view of an armature side stator.
  • FIG. 7 (A) is a schematic diagram showing a part of a magnetic flux generated by energizing a field coil, and (B) is a drawing showing a comparative example.
  • FIG. 8 is a drawing showing a conventional example.
  • An axial motor 10 having an inductor includes a first field side stator 11, a first rotor 12, an armature side stator 13, and a second rotor. 14, the second field side stator 15 passes through the drive shaft 34 in this order, and the first and second field side stators 11 and 15 and the armature side stator 13 are fixed to the installation surface G and the drive shaft The first and second rotors 12 and 14 are fitted and fixed to the drive shaft 34 with a gap therebetween.
  • the first field side stator 11 and the second field side stator 15 are symmetrical.
  • the first and second field side stators 11 and 15 include yokes 16 and 29 having a magnetic force fixed to the installation surface G, and heat insulating refrigerant containers 17 and 30 having a vacuum heat insulating structure embedded in the yokes 16 and 29. And first and second field coils 18 and 31, which are winding wires made of a superconducting material accommodated in the heat insulating refrigerant containers 17 and 30, respectively.
  • the front force on the side where the first and second field side stators 11 and 15 are arranged on the first and second field coils 18 and 31 is also seen.
  • a current is passed through the first and second field coils 18 and 31 in the clockwise direction.
  • the first field side stator 11 and the second field side stator 15 are arranged with their coil placement sides facing each other, so that the first field coil 18 and the second field side stator 15 A current is passed through the two-field coil 31 in the opposite direction.
  • the yokes 16, 29 of the first and second field side stators 11, 15 have loose fitting holes 16b, 29b drilled in the center larger than the outer diameter of the drive shaft 34, and loose fitting holes 16b. , 29b, and grooves 16a, 29a that are recessed in an annular shape. Liquid nitrogen is circulated in the adiabatic refrigerant container 30 The field coils 18 and 31 are accommodated in this state, and the heat insulating refrigerant containers 17 and 30 are embedded in the grooves 16a and 29a.
  • the yokes 16 and 29 are made of a magnetic material such as permender, silicon steel plate, iron or permalloy.
  • the superconducting material for forming the field coils 18 and 31 is a bismuth-based or yttrium-based superconducting material.
  • the first rotor 12 disposed between the first field side stator 11 and the armature side stator 13 is a disc-shaped support portion having a nonmagnetic material force and having a drive shaft mounting hole 19a. 19 and a pair of first inductors 20 embedded in a point-symmetric position around the mounting hole 19a, and a pair of second inductors embedded at a position rotated by 90 ° from the first inductor 20 With 21!
  • the first and second inductors 20 and 21 have fan-shaped end faces 20a and 21a opposed to the armature-side stator 13 arranged at equal intervals on concentric circles and have the same area.
  • the other end face 20b of the first inductor 20 is arranged so as to face the N pole generation position on the outer peripheral side of the first field coil 18, and as shown in FIG. 4 (C), the first field coil 18 It is in the shape of a circular arc arranged opposite to the outer periphery side.
  • the other end surface 21b of the second inductor 21 is arranged so as to face the S pole generation position on the inner peripheral side of the first field coil 18, and as shown in FIG. 4 (C), the first field coil 18 It is in the shape of an arc arranged opposite to the inner peripheral side of the.
  • the second rotor 14 disposed between the second field side stator 15 and the armature side stator 13 has a disk shape and a non-magnetic material force, and has a drive shaft mounting hole 26a. And a pair of third inductors 27 embedded in a point-symmetric position around the mounting hole 26a, and a pair of fourth guides embedded at positions rotated by 90 ° from the third inductor 27. With 28 children.
  • the third inductor 27 and the fourth inductor 28 have fan-shaped end faces 27a and 28a facing the armature-side stator 13 arranged at equal intervals on concentric circles and have the same area.
  • the other end surface 27b of the third inductor 27 is arranged so as to face the S pole generation position on the inner peripheral side of the second field coil 31, and as shown in FIG. 5 (C), the second field coil 31 It is in the shape of an arc arranged opposite to the inner peripheral side of the.
  • the other end surface 28b of the fourth inductor 28 is opposed to the N pole generation position on the outer peripheral side of the second field coil 31.
  • the second field coil 31 is arranged in a circular arc shape so as to face the outer peripheral side.
  • the first to fourth inductors 20, 21, 27, 28 have one end surface 20a by changing the cross-sectional shape of the arc-shaped other end surfaces 20b, 21b, 27b, 28b in the axial direction.
  • 21a, 27a, and 28a have a three-dimensional shape that forms a fan shape.
  • the cross-sectional areas of the first to fourth inductors 20, 21, 27, and 28 are constant from the other end surfaces 20b, 21b, 27b, and 28b to the one end surfaces 20a, 21a, 27a, and 28a.
  • the other end surfaces 20b, 28b of the first and fourth inductors 20, 28 have the same area as the other end surfaces 21b, 27b of the second and third inductors 21, 27.
  • the first inductor 20 of the first rotor 12 and the third inductor 27 of the second rotor 14 are disposed at the same place in the circumferential direction, and are opposed to each other via the armature coil 24. ing.
  • the second inductor 21 of the first rotor 12 and the fourth inductor 28 of the second rotor 14 are arranged at the same place in the circumferential direction, and are opposed to each other via the armature coil 24. ing.
  • the support portion 26 is made of a nonmagnetic material such as FRP or stainless steel.
  • Each inductor is made of a magnetic material such as permender, silicon steel plate, iron, and permalloy.
  • the armature side stator 13 has a support portion 22 made of a nonmagnetic material fixed to the installation surface G, and a vacuum heat insulating structure embedded in the support portion 22.
  • a heat insulating refrigerant container 23 and an armature coil 24 that is a winding made of a superconducting material housed in the heat insulating refrigerant container 23 are provided.
  • the support portion 22 has a loose fitting hole 22b drilled at the center larger than the outer diameter of the drive shaft 34, and four mounting holes 22a drilled at equal intervals in the circumferential direction around the loose fitting hole 22b. I have.
  • the adiabatic refrigerant container 23 accommodates an armature coil 24 in a state where liquid nitrogen is circulated, and a flux collector 25 having a magnetic force is disposed in the hollow portion of the armature coil 24.
  • Four heat-insulating refrigerant containers 23 containing the armature coils 24 are embedded in the coil mounting holes 22a.
  • the flux collector 25 is made of a magnetic material such as permender, silicon steel plate, iron or permalloy. Further, as a superconducting material for forming the armature coil 24, a superconducting material such as bismuth or yttrium is used.
  • the support portion 22 may be formed of a nonmagnetic material such as FRP or stainless steel.
  • a power feeding device 32 is connected to the first and second field coils 18 and 31 and the armature coil 24 via a wiring to supply direct current to the first and second field coils 18 and 31.
  • the armature coil 24 is supplied with three-phase alternating current.
  • a liquid nitrogen tank 33 is connected to the heat-insulating refrigerant containers 17, 23, 30 via heat-insulating piping, and circulates liquid nitrogen as a refrigerant.
  • the end face 20a of the first inductor 20 is always on the one end face 20a even if the rotor 12 rotates.
  • the N pole appears, and the S pole always appears on one end face 21a of the second inductor 21.
  • the S pole when DC power is supplied to the second field coil 31, the S pole always appears on one end surface 27a of the third inductor 27 of the rotor 14, and always on the one end surface 28a of the fourth inductor 28. N pole appears.
  • the first field coil 18 and the second field coil 31 are energized in opposite directions, so that the induction of the rotor
  • magnetic fluxes Bl and B2 in the opposite directions indicated by arrows are generated.
  • the first field coil 18 and the second field coil 18 By supplying a current in the opposite direction to the magnetic coil 31, leakage flux as shown in FIG. 7B can be prevented, and energy loss can be reduced.
  • the first and second field side stators 11 and 15 to which the first and second field coils 18 and 31 are attached and the armature side stator to which the armature coil 24 is attached are rotated.
  • the first to fourth inductors 20, 21, 27, 28 are fixed, and only the first and second rotors 12, 14 rotate with the drive shaft 34, so power is supplied to the coils 18, 31, 24.
  • a sliding contact member such as a slip ring is not required, and the power feeding structure can be simplified and the power feeding stability can be improved, and the motor life can be extended.
  • the first and second field coils 18, 31 and / or the armature coil 24 may be formed of a normal conductive material such as a copper wire. In that case, a cooling structure for the normal conductive wire is used. It can be unnecessary.

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Abstract

　電機子コイル２４を備えた電機子側固定子１３、該電機子側固定子１３の両側に配置される誘導子２０、２１、２７、２８を備えた一対の第１回転子１２と第２回転子１４、これら第１回転子１２と第２回転子１４の他側にそれぞれ配置される一対の第１界磁側固定子１１と第２界磁側固定子１５を、駆動軸３４の軸線方向に空隙をあけて配置し、第１、第２回転子１２、１４を駆動軸３４に配置しているアキシャル型モータであって、第１、第２界磁側固定子１１、１５には、駆動軸３４の軸線回りに円環状に第１、第２界磁コイル１８、３１がそれぞれ配置され、これら第１、第２界磁コイル１８、３１には逆方向に電流が通電され、第１、第２界磁コイル１８、３１に発生する磁束方向を逆方向としている。

Description

明 細 書
アキシャル型モータ
技術分野
[0001] 本発明は、アキシャル型モータに関し、詳しくは、界磁側の磁束を所要位置に誘導 する磁性体力もなる誘導子を備えたものであって、電機子の極性変化と駆動軸の回 転とが同期して回転するモータに関するものである。
背景技術
[0002] 従来、特開昭 54— 116610号公報ゃ特開平 6— 86517号公報に開示された発電 機では、図 8に示すように、駆動軸 1が外筒となるブラケット 2にベアリング 3を介して 貫通し、駆動軸 1に外嵌固定された継鉄 4の外周に界磁卷線 5を設けて ヽると共に界 磁卷線 5の左右から交互に突出する爪形磁極 6、 7を設け、全体として回転子を形成 している。一方、ブラケット 2には、爪形磁極 6、 7に対向して固定子卷線 8を設けてい る。また、界磁卷線 5への電力供給は、スリップリング 9を介して摺動自在に給電する 構成としている。
[0003] 前記構成によれば、スリップリング 9を介して界磁卷線 5に直流を供給することで界 磁卷線 5の図中右側に N極が発生し、図中左側に S極が発生する場合を考えると、 右側から突出する爪形磁極 6に N極が誘導され、左側から突出する爪形磁極 7に S 極が誘導される。即ち、駆動軸 1を中心として卷回された界磁卷線 5を 1つ設けるだけ で、回転子の外周側に複数の N極および S極を周方向の交互に発生させることが可 能となる。
なお、モータにおいても誘導子を備えた前記発電機と同様の構成のものがある。
[0004] し力しながら、界磁卷線 5は回転子の一部として形成されており、回転運動を行う界 磁卷線 5への給電はスリップリング 9を介して摺動接触にて行わねばならず、構造が 複雑ィ匕してしまうと共に、スリップリング 9での接触摩耗による低寿命化の問題や、スリ ップリング 9での摺動接触が不安定ィ匕すると給電も安定しないという問題がある。 特許文献 1：特開昭 54 - 116610号公報
特許文献 2：特開平 6— 86517号公報 発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0005] 本発明は、前記問題に鑑みてなされたもので、モータにおけるコイルへの給電構造 等を簡素化できるようにし、かつ、漏れ磁束を低減してエネルギーの損失を低減する ことを課題としている。
課題を解決するための手段
[0006] 前記課題を解決するため、本発明は、電機子側固定子、該電機子側固定子の両 側に配置される誘導子を備えた一対の第 1回転子と第 2回転子、これら第 1回転子と 第 2回転子の他側にそれぞれ配置される一対の第 1界磁側固定子と第 2界磁側固定 子を、駆動軸の軸線方向に空隙をあけて配置し、前記第 1、第 2回転子を前記駆動 軸に配置して 、るアキシャル型モータであって、
前記電機子側固定子には、周方向に間隔をあけて複数の電機子コイルが配置され 前記第 1、第 2界磁側固定子には、前記駆動軸の軸線回りに円環状に第 1、第 2界 磁コイルがそれぞれ配置され、これら第 1、第 2界磁コイルには逆方向に電流が通電 され、
前記第 1回転子には、一端面が前記電機子コイルに対向すると共に他端面が前記 第 1界磁コイルの外周側に対向する磁性体からなる第 1誘導子と、一端面が前記電 機子コイルに対向すると共に他端面が前記第 1界磁コイルの内周側に対向する磁性 体からなる第 2誘導子とが、周方向に交互に配置され、
前記第 2回転子には、一端面が前記電機子コイルの他端面と対向すると共に他端 面が前記第 2界磁コイルの内周側に対向する磁性体力 なる第 3誘導子と、一端面 が前記電機子コイルの他端面と対向すると共に他端面が前記第 2界磁コイルの外周 側に対向する磁性体力 なる第 4誘導子とが、周方向に交互に配置され、
前記第 1、第 2界磁側固定子に設けた第 1、第 2界磁コイルに発生する磁束方向が 逆方向であることを特徴とするアキシャル型モータを提供している。
[0007] 前記構成によれば、界磁コイルと電機子コイルとの両方が固定子に取り付けられて いるため、コイルへの給電にスリップリング等の摺接部材を用いる必要がなくなり、給 電構造を簡素化できると共に、スリップリング等での接触摩耗による低寿命化の問題 や給電不安定の問題も解消することが可能となる。
また、第 1界磁コイルと第 2界磁コイルとで通電する電流の方向を逆方向として 、る ため、第 1界磁コイルと第 2界磁コイルへの通電により発生する磁束の方向も逆方向 となり、 2つの第 1、第 2界磁コイルへの通電により両方の界磁コイルの周囲に発生す る漏れ磁束が発生しない。よって、漏れ磁束を低減して、エネルギーの損失を低減す ることがでさる。
[0008] 前記界磁コイルあるいは Zおよび電機子コイルを超電導材で形成して ヽることが好 ましい。
前記構成によれば、界磁コイルあるいは Zおよび電機子コイルを超電導材で形成 することで、発熱の心配がなく大電流を給電することが可能となり、発生する磁束を大 幅に強化でき、高出力化を図ることができる。
また、超電導ィ匕を図ることで大電流密度が得られるため、界磁体および電機子コィ ルを小さくすることができ、モータを小型軽量ィ匕できる。
なお、超電導材としてはビスマス系やイットリウム系等の高温超電導材を用いると好 適である。
[0009] 前記誘導子の前記軸線方向と直交する方向の断面積を同一としていることが好ま しい。
前記構成によれば、磁束が誘導子内で飽和しに《なり、界磁コイルで発生した磁 束を電機子コイル側に効率良く導くことができ、回転子を高効率で回転させることが できる。
[0010] また、前記第 1〜第 4誘導子の断面積は略同一としていると好ましい。
前記構成によれば、各誘導子の断面積を均一にすることで、電機子コイルとの間で 発生する吸引力 Z反発力が一定となり、回転子の回転バランスを安定ィ匕することが できる。
発明の効果
[0011] 以上の説明より明らかなように、本発明によれば、界磁コイルと電機子コイルとの両 方が固定子に取り付けられているため、コイルへの給電にスリップリング等の摺接部 材を用いる必要がなくなり、給電構造を簡素化できると共に、スリップリング等での接 触摩耗による低寿命化の問題や給電不安定の問題も解消することが可能となる。 また、第 1界磁コイルと第 2界磁コイルとで通電する電流の方向を逆方向として 、る ため、第 1界磁コイルと第 2界磁コイルへの通電により発生する磁束の方向も逆方向 となり、 2つの第 1、第 2界磁コイルへの通電により両方の界磁コイルの周囲に発生す る漏れ磁束が発生しない。よって、漏れ磁束を低減して、エネルギーの損失を低減す ることがでさる。
図面の簡単な説明
[0012] [図 1] (A)は本発明の実施形態のアキシャル型モータの断面図、（B)は 90° 回転さ せた位置での断面図である。
[図 2]第 1界磁側固定子を示し、（A)は正面図、（B)は A— A線断面図である。
[図 3]第 2界磁側固定子を示し、（A)は正面図、（B)は B— B線断面図である。
[図 4]第 1回転子を示し、（A)は正面図、（B)は C— C線断面図、（C)は背面図、 (D) は D— D線断面図である。
[図 5]第 2回転子を示し、（A)は正面図、（B)は E— E線断面図、（C)は背面図、 (D) は F— F線断面図である。
[図 6]電機子側固定子の正面図である。
[図 7] (A)は界磁コイルへの通電により発生する磁束の一部を示す概略図、 (B)は比 較例を示す図面である。
[図 8]従来例を示す図面である。
符号の説明
[0013] 10 アキシャル型モータ
11 第 1界磁側固定子
12 第 1回転子
13 電機子側固定子
14 第 2回転子
15 第 2界磁側固定子
18 第 1界磁コイル 20 第 1誘導子
21 第 2誘導子
24 電機子コイル
27 第 3誘導子
28 第 4誘導子
31 第 2界磁コイル
34 駆動軸
発明を実施するための最良の形態
[0014] 本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図 1乃至 6は本発明の実施形態を示し、誘導子を備えたアキシャル型モータ 10は、 第 1界磁側固定子 11、第 1回転子 12、電機子側固定子 13、第 2回転子 14、第 2界 磁側固定子 15の順番に駆動軸 34で貫通し、第 1、第 2界磁側固定子 11、 15および 電機子側固定子 13は設置面 Gに固定すると共に駆動軸 34と空隙をあけ、第 1、第 2 回転子 12、 14は駆動軸 34に外嵌固定している。
[0015] 図 2及び図 3に示すように、第 1界磁側固定子 11と第 2界磁側固定子 15とは左右 対称である。
第 1、第 2界磁側固定子 11、 15は、設置面 Gに固定された磁性体力もなるヨーク 16 、 29と、ヨーク 16、 29に埋設された真空断熱構造の断熱冷媒容器 17、 30と、該断熱 冷媒容器 17、 30に収容された超電導材からなる卷線である第 1、第 2界磁コイル 18 、 31とを備えている。
図 2 (A)及び図 3 (A)に示すように、第 1、第 2界磁側固定子 11、 15を第 1、第 2界 磁コイル 18、 31を配置した側の正面力も見た状態で、第 1、第 2界磁コイル 18、 31に は共に時計回り方向に電流が通電される。第 1界磁側固定子 11と第 2界磁側固定子 15とは、図 1に示すように、コイル配置側を対向させて配置しているため、第 1界磁コ ィル 18と第 2界磁コイル 31とには逆方向に電流が通電される。
[0016] 第 1、第 2界磁側固定子 11、 15のヨーク 16、 29は、中央に駆動軸 34の外径より大 きく穿設された遊嵌穴 16b、 29bと、遊嵌穴 16b、 29bを中心として円環状に凹設さ れた溝部 16a、 29aとを備えている。断熱冷媒容器 30には液体窒素を循環させた状 態で界磁コイル 18、 31を収容しており、その断熱冷媒容器 17、 30を溝部 16a、 29a に埋設している。
なお、ヨーク 16、 29は、パーメンダ一、珪素鋼板、鉄、パーマロイ等の磁性体で形 成している。また、界磁コイル 18、 31を形成する超電導材としては、ビスマス系やイツ トリウム系等の超電導材を用いて 、る。
[0017] 第 1界磁側固定子 11と電機子側固定子 13との間に配置される第 1回転子 12は、 円盤形状で非磁性材料力 なり駆動軸の取付穴 19aを有する支持部 19と、取付穴 1 9aを中心として点対称位置に埋設された一対の第 1誘導子 20と、該第 1誘導子 20 カゝら 90° 回転した位置に埋設された一対の第 2誘導子 21とを備えて!/ヽる。
第 1、第 2誘導子 20、 21は、電機子側固定子 13と対向する扇形状の一端面 20a、 21 aをそれぞれ同心円上の等間隔に配置すると共に互いに同一面積として 、る。 第 1誘導子 20の他端面 20bは、第 1界磁コイル 18の外周側の N極発生位置に対 向するように配置され、図 4 (C)に示すように、第 1界磁コイル 18の外周側に対向配 置される円弧状としている。
第 2誘導子 21の他端面 21bは、第 1界磁コイル 18の内周側の S極発生位置に対向 するように配置され、図 4 (C)に示すように、第 1界磁コイル 18の内周側に対向配置さ れる円弧状としている。
[0018] 一方、第 2界磁側固定子 15と電機子側固定子 13との間に配置される第 2回転子 1 4は、円盤形状で非磁性材料力もなり駆動軸の取付穴 26aを有する支持部 26と、取 付穴 26aを中心として点対称位置に埋設された一対の第 3誘導子 27と、該第 3誘導 子 27から 90° 回転した位置に埋設された一対の第 4誘導子 28とを備えて 、る。 第 3誘導子 27および第 4誘導子 28は、電機子側固定子 13と対向する扇形状の一 端面 27a、 28aをそれぞれ同心円上の等間隔に配置すると共に互いに同一面積とし ている。
第 3誘導子 27の他端面 27bは、第 2界磁コイル 31の内周側の S極発生位置に対向 するように配置され、図 5 (C)に示すように、第 2界磁コイル 31の内周側に対向配置さ れる円弧状としている。
第 4誘導子 28の他端面 28bは、第 2界磁コイル 31の外周側の N極発生位置に対 向するように配置され、図 5 (C)に示すように、第 2界磁コイル 31の外周側に対向配 置される円弧状としている。
[0019] 即ち、第 1〜第 4誘導子 20、 21、 27、 28は、円弧状の他端面 20b、 21b、 27b, 28 b力も軸線方向に向けて断面形状を変化させることで一端面 20a、 21a, 27a, 28aで は扇形状となる立体形状としている。また、第 1〜第 4誘導子 20、 21、 27、 28の断面 積は、他端面 20b、 21b、 27b, 28b力ら一端面 20a、 21a, 27a, 28aまで一定として いる。また、第 1、第 4誘導子 20、 28の他端面 20b、 28bは、第 2、第 3誘導子 21、 27 の他端面 21b、 27bと同一面積としている。
[0020] 前記第 1回転子 12の第 1誘導子 20と第 2回転子 14の第 3誘導子 27とは周方向の 同一箇所に配置されており、電機子コイル 24を介して対抗配置されている。同様に、 第 1回転子 12の第 2誘導子 21と第 2回転子 14の第 4誘導子 28とは周方向の同一箇 所に配置されており、電機子コイル 24を介して対抗配置されている。
なお、支持部 26は、 FRPやステンレス等の非磁性材料で形成している。また、各誘 導子は、パーメンダ一、珪素鋼板、鉄、パーマロイ等の磁性体で形成している。
[0021] 電機子側固定子 13は、図 1及び図 6に示すように、設置面 Gに固定された非磁性 体からなる支持部 22と、該支持部 22に埋設された真空断熱構造の断熱冷媒容器 2 3と、該断熱冷媒容器 23に収容された超電導材カゝらなる卷線である電機子コイル 24 とを備えている。
支持部 22は、中央に駆動軸 34の外径より大きく穿設された遊嵌穴 22bと、該遊嵌 穴 22bを中心として周方向に等間隔に穿設された 4つの取付穴 22aとを備えている。 断熱冷媒容器 23には液体窒素を循環させた状態で電機子コイル 24を収容して ヽる と共に電機子コイル 24の中空部には磁性体力もなるフラックスコレクタ 25を配置して いる。内部に電機子コイル 24を収容した 4つの断熱冷媒容器 23を各コイル取付穴 2 2aにそれぞれ埋設して ヽる。
なお、フラックスコレクタ 25は、パーメンダ一、珪素鋼板、鉄、パーマロイ等の磁性 体で形成している。また、電機子コイル 24を形成する超電導材としては、ビスマス系 やイットリウム系等の超電導材を用いている。また、支持部 22は、 FRPやステンレス 等の非磁性材料で形成して ヽる。 [0022] 第 1、第 2界磁コイル 18、 31と電機子コイル 24には配線を介して給電装置 32が接 続され、第 1、第 2界磁コイル 18、 31に直流を供給すると共に、電機子コイル 24には 三相交流を供給している。
断熱冷媒容器 17、 23、 30には断熱配管を介して液体窒素タンク 33が接続され、 液体窒素を冷媒として循環して 、る。
[0023] 次に、アキシャル型モータ 10の動作原理について説明する。
第 1界磁コイル 18に直流を給電すると、外周側に N極が発生すると共に内周側に S 極が発生する。すると、図 1 (A)に示すように、 N極側の磁束が他端面 20bより第 1誘 導子 20内に導入され、一端面 20aに N極磁束が現れる。また、図 1 (B)に示すように 、 S極側の磁束は他端面 21bより第 2誘導子 21内に導入され、一端面 21aに S極磁 束が現れる。ここで、他端面 20b、 21bは第 1界磁コイル 18の内外周に沿った同心円 上に配置されているので、回転子 12が回転しても第 1誘導子 20の一端面 20aには 常に N極が現れ、第 2誘導子 21の一端面 21aには常に S極が現れることとなる。 同様の原理により、第 2界磁コイル 31に直流を給電すると、回転子 14の第 3誘導子 27の一端面 27aには常に S極が現れ、第 4誘導子 28の一端面 28aには常に N極が 現れる。
[0024] この状態力 電機子コイル 24に三相交流を給電すると、三相間の給電位相ズレに より電機子側固定子 13の軸線回りに回転磁界が発生し、この回転磁界の影響で回 転子 12、 14の第 1〜第 4誘導子 20、 21、 27、 28に軸線回りの回転力が発生し、回 転子 12、 14が回転して駆動軸 34が回転駆動される。
[0025] 前記構成によれば、図 7 (A)に示すように、第 1界磁コイル 18と第 2界磁コイル 31と で逆方向に電流を通電して 、るため、回転子の誘導子を通過する磁束以外にそれ ぞれ矢印で示す逆方向の磁束 Bl、 B2が発生する。
これに対し、図 7 (B)の比較例に示すように、第 1界磁コイル 18'と第 2界磁コイル 3 1 'とで同一方向に電流を通電すると、第 1界磁コイル 18'への通電により発生する磁 束と第 2界磁コイル 31 'への通電により発生する磁束とが同一方向となるため、漏れ 磁束 B3が発生する。
このように、本実施形態のアキシャル型モータ 10では、第 1界磁コイル 18と第 2界 磁コイル 31とで逆方向に電流を通電することにより、図 7 (B)に示すような漏れ磁束 の発生を防止することができ、エネルギーの損失を低減することができる。
[0026] また、第 1、第 2界磁コイル 18、 31が取り付けられた第 1、第 2界磁側固定子 11、 15 と電機子コイル 24が取り付けられた電機子側固定子は回転せず、第 1〜第 4誘導子 20、 21、 27、 28が固定された第 1、第 2回転子 12、 14のみが駆動軸 34と共に回転 するため、各コイル 18、 31、 24への給電にスリップリング等の摺接部材が不要となり 、給電構造の簡素化および給電安定ィ匕を図ることができると共に、モータの長寿命 化にも貢献する。
[0027] なお、第 1、第 2界磁コイル 18、 31あるいは/および電機子コイル 24は、銅線等の 常電導材で形成してもよぐその場合には常電導線について冷却構造を不要とする ことができる。

Claims

請求の範囲
[1] 電機子側固定子、該電機子側固定子の両側に配置される誘導子を備えた一対の 第 1回転子と第 2回転子、これら第 1回転子と第 2回転子の他側にそれぞれ配置され る一対の第 1界磁側固定子と第 2界磁側固定子を、駆動軸の軸線方向に空隙をあけ て配置し、前記第 1、第 2回転子を前記駆動軸に配置しているアキシャル型モータで あって、
前記電機子側固定子には、周方向に間隔をあけて複数の電機子コイルが配置され 前記第 1、第 2界磁側固定子には、前記駆動軸の軸線回りに円環状に第 1、第 2界 磁コイルがそれぞれ配置され、これら第 1、第 2界磁コイルには逆方向に電流が通電 され、
前記第 1回転子には、一端面が前記電機子コイルに対向すると共に他端面が前記 第 1界磁コイルの外周側に対向する磁性体からなる第 1誘導子と、一端面が前記電 機子コイルに対向すると共に他端面が前記第 1界磁コイルの内周側に対向する磁性 体からなる第 2誘導子とが、周方向に交互に配置され、
前記第 2回転子には、一端面が前記電機子コイルの他端面と対向すると共に他端 面が前記第 2界磁コイルの内周側に対向する磁性体力 なる第 3誘導子と、一端面 が前記電機子コイルの他端面と対向すると共に他端面が前記第 2界磁コイルの外周 側に対向する磁性体力 なる第 4誘導子とが、周方向に交互に配置され、
前記第 1、第 2界磁側固定子に設けた第 1、第 2界磁コイルに発生する磁束方向が 逆方向であることを特徴とするアキシャル型モータ。
[2] 前記界磁コイルあるいは Zおよび電機子コイルを超電導材で形成して ヽる請求項
1に記載のアキシャル型モータ。
[3] 前記誘導子の前記軸線方向と直交する方向の断面積を同一としている請求項 1ま たは請求項 2に記載のアキシャル型モータ。
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