WO2021220939A1 - モータ装置 - Google Patents

モータ装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2021220939A1
WO2021220939A1 PCT/JP2021/016334 JP2021016334W WO2021220939A1 WO 2021220939 A1 WO2021220939 A1 WO 2021220939A1 JP 2021016334 W JP2021016334 W JP 2021016334W WO 2021220939 A1 WO2021220939 A1 WO 2021220939A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
motor device
rotor
cylindrical portion
container
winding
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/016334
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
健吾 大倉
Original Assignee
Okura Kengo
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Okura Kengo filed Critical Okura Kengo
Publication of WO2021220939A1 publication Critical patent/WO2021220939A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K55/00—Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures
    • H02K55/02—Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures of the synchronous type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K55/00—Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures
    • H02K55/02—Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures of the synchronous type
    • H02K55/04—Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures of the synchronous type with rotating field windings
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64—Electric machine technologies in electromobility

Definitions

  • the present invention relates to a motor device.
  • Patent Document 1 discloses a three-phase alternating current motor for a vehicle, which is driven by a current converted into a three-phase alternating current by an inverter. Vehicle motor devices are required to be able to output high torque, and are also required to be compact and lightweight.
  • the present invention was conceived under the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a motor device capable of outputting high torque and being compact and lightweight.
  • a plurality of permanent magnets surround the rotor in an annular Halbach array around the central axis and the rotor outside the radial direction of the rotor.
  • a stator having a plurality of windings arranged at equal intervals along the circumferential direction on the outside of the cylindrical portion in the radial direction, and a container for accommodating the stator.
  • the winding contains a superconducting material, and a coolant is filled between the cylindrical portion and the container.
  • the winding is a coil in which a strip-shaped wire rod containing a superconductor material is wound in a double pancake shape, and the shape of the coil surface is a race track shape.
  • the axial dimension of each winding which is the extending direction of the central axis, and the axial dimension of each permanent magnet are 200 mm or less, and the winding.
  • the number of is 15 or more.
  • the container includes an outer container and an inner container, and the space surrounded by the outer container and the inner container has a higher degree of vacuum than the outside.
  • the rotor further includes a rotor body to which the plurality of permanent magnets are fixed, and the rotor body and the cylindrical portion are made of a material containing a synthetic resin.
  • the stator further comprises a cylindrical portion and a back yoke arranged radially outside the plurality of windings.
  • each winding of the stator contains a superconducting material and is cooled by a coolant filled between the cylindrical portion and the container.
  • each winding is put into a superconducting state, and the electric resistance is remarkably lowered, so that a large current can flow. Therefore, since the stator can generate a large rotating magnetic field, the motor device can output a high torque. Further, the electric resistance of each winding is remarkably reduced, so that the generation of Joule heat is suppressed.
  • each winding is strongly cooled by the coolant. Therefore, the motor device does not need to be provided with heat radiating fins or the like for cooling. As a result, the motor device can be made smaller and lighter.
  • the rotor in the rotor, a plurality of permanent magnets are arranged in an annular Halbach array. Therefore, the rotor can concentrate the magnetic flux on the stator side to increase the magnetic field strength. As a result, the motor device can output a high torque. Further, since the rotor can suppress the magnetic flux generated on the side opposite to the stator, it is not necessary to provide the yoke on the side opposite to the stator. As a result, the motor device can be made smaller and lighter.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram showing a configuration of a vehicle 1 to which the motor device according to the first embodiment is applied.
  • the vehicle 1 is an electric vehicle driven by an electric motor.
  • the vehicle 1 includes a motor device 2, a coolant tank 3, a storage battery 4, and an inverter 5.
  • the vehicle 1 has other configurations, the description is omitted in FIG.
  • the motor device 2 is a superconducting motor and generates the driving force of the vehicle 1.
  • the motor device 2 transmits the rotation of the shaft 233, which will be described later, to the axle of the vehicle 1 by a gear or the like (not shown) to rotate the wheels. Details of the motor device 2 will be described later.
  • the coolant tank 3 replenishes the coolant inside the motor device 2.
  • the coolant tank 3 is connected to the motor device 2 by a transfer tube 31.
  • the transfer tube 31 is a thin vacuum-insulated tube that allows the coolant to flow from the coolant tank 3 to the motor device 2.
  • the transfer tube 31 is cooled by the coolant, and the coolant flows.
  • the coolant is liquid nitrogen. Nitrogen vaporized by cooling the motor device 2 is discharged to the outside of the vehicle 1 from a discharge valve (not shown) of the motor device 2 through a discharge pipe 32.
  • the coolant tank 3 replenishes the motor device 2 with the liquid nitrogen reduced by vaporization via the transfer tube 31.
  • the coolant is not limited to liquid nitrogen, and may be any other liquid.
  • the coolant may be any liquid that can cool the winding 222 of the motor device 2, which will be described later, to a predetermined temperature.
  • a liquid nitrogen generator that generates liquid nitrogen from nitrogen in the air may be provided instead of the coolant tank 3. In this case, it is not necessary to replenish liquid nitrogen from the liquid nitrogen supply facility.
  • the storage battery 4 is a secondary battery that stores electric power for driving the motor device 2.
  • the storage battery 4 is a lithium ion battery.
  • the storage battery 4 is not limited to this, and may be another secondary battery.
  • the inverter 5 converts the DC power input from the storage battery 4 into three-phase AC power and outputs it to each winding 222 of the motor device 2.
  • a plurality of current limiters, each of which is connected in series to each winding 222, are provided between the inverter 5 and each winding 222 in order to prevent the occurrence of quenching, but detailed description thereof will be omitted. do.
  • FIG. 2 and 3 are schematic views for explaining the motor device 2.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a cross section orthogonal to the central axis C of the motor device 2.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a cross section of the motor device 2 along the central axis C.
  • the direction parallel to the central axis C of the motor device 2 is defined as the "axial direction”
  • the direction orthogonal to the central axis C is defined as the "diameter direction”
  • an arc centered on the central axis C is formed.
  • the direction along the line is defined as the "circumferential direction”.
  • the motor device 2 includes a container 21, a stator 22, and a rotor 23.
  • the stator 22 is arranged so as to surround the rotor on the outer side in the radial direction of the rotor 23.
  • the stator 22 acts as an armature to generate an armature magnetic field (rotating magnetic field).
  • the rotor 23 becomes a field and generates a field magnetic field.
  • the armature magnetic field generated by the stator 22 acts on the magnetic poles of the rotor 23 to generate torque that rotates the rotor 23 around the central axis C.
  • the container 21 is arranged outside the stator 22 and houses the stator 22 and the rotor 23.
  • the rotor 23 becomes a field and generates a field magnetic field, and rotates around the central axis C in the circumferential direction.
  • the rotor 23 includes a main body 231, a plurality of permanent magnets 232, and a shaft 233.
  • the shaft 233 is rotatably supported by the bearing 26 with respect to the stator 22.
  • the shaft 233 transmits the rotational force of the motor device 2 to the outside.
  • the material of the shaft 233 is not limited.
  • the main body 231 is fixed to the shaft 233 and includes a cylindrical portion and a fixed portion.
  • the cylindrical portion has a cylindrical shape extending in the axial direction, and a plurality of permanent magnets 232 are fixed to the cylindrical portion.
  • the fixed portion the cylindrical portion is fixed to the shaft 233.
  • the main body 231 is made of synthetic resin, and the cylindrical portion and the fixed portion are integrally formed. The shape, material, and forming method of the main body 231 are not limited.
  • Each of the plurality of permanent magnets 232 is a permanent magnet and has a rectangular parallelepiped shape extending in the axial direction.
  • the axial dimension of each permanent magnet 232 is 200 mm.
  • the dimensions are not limited.
  • Each permanent magnet 232 includes, for example, a neodymium magnet and a ferrite magnet, and is not limited.
  • the type of each permanent magnet 232 is appropriately determined in consideration of the required magnetic force and cost.
  • Each permanent magnet 232 may be made into a solid state by stacking tape-shaped bond magnets obtained by solidifying powder magnets with resin. In this case, the magnetic force can be increased as compared with the bond magnet.
  • Each permanent magnet 232 is embedded in a cylindrical portion of the main body 231. In the present embodiment, as shown in FIG. 2, 30 permanent magnets 232 are arranged at equal intervals along the circumferential direction in the cylindrical portion of the main body 231. The number of permanent magnets 232 is not limited.
  • the plurality of permanent magnets 232 are arranged in an annular Halbach array with the central axis C as the center.
  • the Halbach array is a method of arranging magnets that maximizes the magnetic field strength in a specific direction by optimizing the direction of the magnetic poles.
  • each permanent magnet 232 is provided with an arrow indicating the direction of the magnetic pole.
  • the plurality of permanent magnets 232 concentrate the magnetic flux on the outer peripheral surface side of the cylindrical portion of the main body 231 and increase the magnetic field strength on the outer peripheral surface side.
  • the magnetic flux generated on the inner peripheral surface side of the cylindrical portion of the main body 231 is small, and the magnetic field strength on the inner peripheral surface side is small.
  • each permanent magnet 232 is only an example, and the direction of the magnetic poles of each permanent magnet 232 is not limited to that shown in FIG.
  • the motor device 2 can output a high torque. Further, since the magnetic flux generated on the inner peripheral surface side of the cylindrical portion of the main body 231 is suppressed, the rotor 23 does not need to be provided with a yoke inside the cylindrical portion of the main body 231 in the radial direction.
  • each permanent magnet 232 magnetized in a predetermined direction is arranged at a predetermined position in a predetermined direction inside the mold, and a fluid synthetic resin material is placed in the mold. Is formed by injecting and curing.
  • the method of forming the rotor 23 is not limited.
  • the stator 22 acts as an armature to generate an armature magnetic field.
  • the stator 22 includes a cylindrical portion 221, a plurality of windings 222, and a back yoke 223.
  • the cylindrical portion 221 is a cylindrical part extending in the axial direction, and is arranged so as to surround the rotor 23 on the outer side in the radial direction of the rotor 23.
  • the cylindrical portion 221 is made of a material containing a synthetic resin such as fiber reinforced plastic (FRP: Fiber Reinforced Plastics).
  • FRP Fiber Reinforced Plastics
  • the material of the cylindrical portion 221 is not limited.
  • the radial thickness of the cylindrical portion 221 is preferably as thin as possible in order to bring the winding 222 and the permanent magnet 232 closer together.
  • the radial thickness of the cylindrical portion 221 is set to about 2 mm in order to bring the winding 222 and the permanent magnet 232 closer to each other while maintaining the strength of the cylindrical portion 221.
  • the dimensions are not limited.
  • the cylindrical portion 221 is fixed to the inner bottom surface of the container 21, and an air gap 25 is provided between the inner peripheral surface of the cylindrical portion 221 and the outer peripheral surface of the cylindrical portion of the main body 231 of the rotor 23.
  • the thickness of the air gap 25 (the distance between the inner peripheral surface of the cylindrical portion 221 and the outer peripheral surface of the cylindrical portion) is preferably as thin as possible in order to bring the winding 222 and the permanent magnet 232 close to each other.
  • the thickness of the air gap 25 is set in order to reduce the distance between the winding 222 and the permanent magnet 232 while preventing contact between the inner peripheral surface of the cylindrical portion 221 and the outer peripheral surface of the cylindrical portion. It is about 3 mm.
  • the air gap may be a vacuum air gap or an air gap due to air. In the case of a vacuum air gap, the heat insulation from the outside of the coolant 24, which will be described later, can be further improved.
  • the cylindrical portion 221 includes a plurality of projecting portions 221a. Each protruding portion 221a protrudes in the radial direction from the outer peripheral surface of the cylindrical portion 221 and extends in the axial direction.
  • the plurality of projecting portions 221a are arranged on the outer peripheral surface of the cylindrical portion 221 at equal intervals along the circumferential direction. Winding 222s are arranged between the protrusions 221a and the protrusions 221a, respectively.
  • the cylindrical portion 221 does not have to include the protruding portion 221a.
  • An alternating current flows through each of the plurality of windings 222 to generate a rotating magnetic field.
  • the plurality of windings 222 are arranged on the outer peripheral surface of the cylindrical portion 221 at equal intervals along the circumferential direction. In this embodiment, as shown in FIG. 2, 15 windings 222 are arranged. Three-phase alternating currents whose phases are shifted by 120 degrees are input to the three adjacent windings 222, respectively. Since the stator 22 includes five sets of the three windings 222, a total of 15 windings 222 are provided. The number of windings 222 included in the stator 22 is not limited to 15, and may be a multiple of 3.
  • the number of windings 222 is large. Further, the larger the number of windings 222, the closer the arrangement of the windings 222 can be to the circumference, and the rotating magnetic field by the windings 222 is in the circumferential direction with respect to the magnetic poles of the permanent magnets 232 arranged in an annular Halbach array. Since it acts evenly in the above, the vibration of the entire motor device 2 can be suppressed. It is desirable that the number of windings 222 is at least 15 or more. On the other hand, as the number of windings 222 increases, the weight of the motor device 2 increases. Therefore, the number of windings 222 is appropriately set in consideration of the torque output and the weight.
  • Each winding 222 is a coil wound with a strip-shaped wire containing a superconductor material.
  • the superconductor material is not limited, but in the present embodiment, high-temperature superconductivity using a rare earth element such as Gd (gadrinium) or Sm (samarium) instead of the yttrium-based superconductor (YBCO) or Y (yttrium) of YBCO. Body material is used.
  • Other high-temperature superconductor materials include high-temperature copper oxide ceramic superconductors (BSCCO2223 and the like), thallium-barium-calcium-copper oxide-based superconductors (TBCCO), and the like.
  • Each winding 222 is a coil in which a strip-shaped wire is wound in a double pancake shape, and the shape of the coil surface is a race track shape.
  • the double pancake type coil is a coil in which two pancake type coils, in which strip-shaped wire rods are wound with their long side surfaces overlapped with each other, are electrically connected on the innermost side.
  • the width dimension of the strip-shaped wire rod is about 10 mm, and the thickness dimension is about 0.2 mm.
  • the dimensions of the strip-shaped wire are not limited, and the number of turns is not limited.
  • each winding 222 may be a coil in which a plurality of double pancake type coils are connected.
  • each winding 222 may be a single pancake type instead of a double pancake type.
  • Each winding 222 is fixed to the cylindrical portion 221 so that the longitudinal direction of the race track shape is parallel to the axial direction and the coil surface faces the cylindrical portion 221.
  • the longitudinal dimension (axial dimension) L (see FIG. 3) of the race track shape of each winding 222 is 200 mm in accordance with the axial dimension of each permanent magnet 232.
  • the axial dimension L of each winding 222 and the axial dimension of each permanent magnet 232 should be large. ..
  • the weight of the motor device 2 increases as the dimension increases, the dimension is appropriately set in consideration of the torque output and the weight.
  • each winding 222 and the axial dimension of each permanent magnet 232 are 200 mm or less.
  • the lateral dimension (circumferential dimension) W (see FIG. 2) of the race track shape of each winding 222 is about 40 mm.
  • the dimension W is appropriately set according to the softness of the strip-shaped wire and the number of windings 222 to be arranged. It is desirable to make the dimension W as small as possible and arrange as many windings 222 as possible.
  • the dimensions of each winding 222 are not limited.
  • the back yoke 223 is, for example, an iron cylindrical magnetic component.
  • the material of the back yoke 223 is not limited.
  • the back yoke 223 is arranged on the outer side of the cylindrical portion 221 in the radial direction so as to be separated from each winding 222.
  • the back yoke 223 shields the magnetic flux generated by each winding 222 from coming out of the stator 22 and returns it to the inside.
  • the container 21 is a container for storing the stator 22 and the rotor 23.
  • the container 21 includes an outer container 211, an inner container 212, and a lid 214. Both the outer container 211 and the inner container 212 have a bottomed cylindrical shape, and the inner container 212 is arranged inside the outer container 211.
  • the space surrounded by the outer container 211 and the inner container 212 is hermetically sealed and has a higher degree of vacuum than the outside.
  • the space is a heat insulating portion 213 having a heat insulating effect.
  • a stator 22 and a rotor 23 are housed inside the inner container 212.
  • the lid 214 is a lid that closes the opening of the inner container 212.
  • the outer container 211, the inner container 212, and the lid 214 are made of stainless steel.
  • the materials and shapes of the outer container 211, the inner container 212, and the lid 214 are not limited.
  • a coolant 24 (liquid nitrogen) is filled between the cylindrical portion 221 of the stator 22 and the inner container 212 of the container 21. Therefore, each winding 222 and the back yoke 223 are immersed in the coolant 24 and cooled to a low temperature state. As a result, each winding 222 is put into a superconducting state, and the electric resistance is remarkably lowered, so that a large current can flow and the generation of Joule heat is suppressed. Further, since each winding 222 and the back yoke 223 are strongly cooled by the coolant 24, the motor device 2 does not need to be provided with heat radiating fins or the like for cooling them.
  • the stator 22 includes a plurality of windings 222.
  • Each winding 222 is a coil made of a superconductor material.
  • Each winding 222 is cooled by the coolant 24 (liquid nitrogen) filled between the cylindrical portion 221 and the container 21.
  • the coolant 24 liquid nitrogen
  • each winding 222 is put into a superconducting state, and the electric resistance is remarkably lowered, so that a large current can flow. Therefore, since the stator 22 can generate a large magnetic field, the motor device 2 can output a high torque. Further, the electric resistance of each winding 222 is remarkably reduced, so that the generation of Joule heat is suppressed. Further, each winding 222 is strongly cooled by the coolant 24. Therefore, the motor device 2 does not need to be provided with heat-dissipating fins or the like for cooling. As a result, the motor device 2 can be made smaller and lighter.
  • the rotor 23 includes a plurality of permanent magnets 232 arranged in an annular Halbach array.
  • the plurality of permanent magnets 232 concentrate the magnetic flux on the outer peripheral surface side of the cylindrical portion of the main body 231 and increase the magnetic field strength on the outer peripheral surface side. As a result, the motor device 2 can output a high torque.
  • the magnetic flux generated on the inner peripheral surface side of the cylindrical portion of the main body 231 is suppressed. Therefore, the rotor 23 does not need to have a yoke inside the cylindrical portion of the main body 231 in the radial direction. As a result, the weight of the motor device 2 can be reduced.
  • the rotor 23 has a main body 231 made of synthetic resin and does not have a yoke. Therefore, the rotor 23 can be reduced in weight. This contributes to the weight reduction of the motor device 2. Further, by reducing the weight of the rotor 23, the inertia of the rotor 23 is reduced, so that the responsiveness to the control of the motor device 2 is improved. Further, according to the present embodiment, the cylindrical portion 221 of the stator 22 is made of FRP, and the stator 22 does not have a yoke inside. Therefore, the stator 22 can also be reduced in weight. This contributes to the weight reduction of the motor device 2.
  • the axial dimension of each permanent magnet 232 and the axial dimension L of each winding 222 are 200 mm. Therefore, the motor device 2 can output a high torque for driving the vehicle 1 while suppressing the increase in size.
  • the stator 22 is provided with 15 windings 222 arranged in the circumferential direction on the outer peripheral surface of the cylindrical portion 221. Therefore, the motor device 2 can output a high torque.
  • the number of windings 222 is large, but the weight of the entire motor device 2 is suppressed by reducing the axial dimension L of each winding 222 and the axial dimension of each permanent magnet 232. ing.
  • each winding 222 is a coil in which a strip-shaped wire rod containing a superconductor material is wound in a double pancake shape. Therefore, both ends of the strip-shaped wire of the winding 222 are arranged outside the coil. Therefore, the connection is easy. Further, each winding 222 has a race track shape on the coil surface, and is arranged so that the longitudinal direction is parallel to the axial direction. Therefore, in the stator 22, many windings 222 can be arranged in the circumferential direction, and the dimensions in the axial direction can be increased, so that the motor device 2 can output a high torque.
  • the container 21 includes an outer container 211 and an inner container 212, and the space surrounded by the outer container 211 and the inner container 212 is sealed, and the degree of vacuum is higher than that of the outside. ..
  • the inside and the outside of the container 21 are appropriately insulated, and the temperature of the cooling liquid 24 filled inside can be suppressed from rising.
  • each permanent magnet 232 is embedded inside the cylindrical portion of the main body 231 in the rotor 23 , but the present invention is not limited to this.
  • a part of each permanent magnet 232 (for example, a surface facing the stator 22) may be exposed from the cylindrical portion.
  • the rotor 23 may have each permanent magnet 232 fixed to the outside (or inside) of the cylindrical portion of the main body 231 with an adhesive, a screw, or the like.
  • the material of the cylindrical portion of the rotor 23 may be a material other than the synthetic resin.
  • each winding 222 is a coil in which a strip-shaped wire rod is wound in a race track shape, but the present invention is not limited to this.
  • the shape of the coil surface of each winding 222 may be rectangular, elliptical, or circular instead of the racetrack shape.
  • the wire rod of each winding 222 may have a circular cross section instead of a strip shape.
  • each winding 222 may be a solenoid coil in which a wire rod is spirally wound, a spiral coil, a toroidal coil, or the like. Further, it may be an edgewise coil in which a strip-shaped wire rod is wound in a direction in which it is difficult to bend on the short side.
  • the motor device 2 is used for an electric vehicle, but the present invention is not limited to this.
  • the motor device 2 may be used for other electric vehicles such as electric motorcycles, electric bicycles, and electric wheelchairs. Further, the motor device 2 can be used for all products used by converting electric power into rotational force, such as flying objects such as drones, home appliances such as vacuum cleaners, and electric tools.
  • the motor device according to the present invention is not limited to the above-described embodiment.
  • the specific configuration of each part of the motor device according to the present invention can be freely redesigned.
  • Vehicle 2 Motor device 3: Coolant tank 31: Transfer tube 32: Discharge pipe 4: Storage battery 5: Inverter 21: Container 211: Outer container 212: Inner container 213: Insulation part 214: Lid 22: Stator 221: Cylindrical shape part 221a: Protruding part 222: Winding 223: Back yoke 23: Rotor 231: Main body 232: Permanent magnet 233: Shaft 24: Coolant 25: Air gap 26: Bearing

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Superconductive Dynamoelectric Machines (AREA)
  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)

Abstract

高いトルクを出力でき、かつ、小型軽量化が可能なモータ装置を提供する。モータ装置２において、複数の永久磁石２３２が、中心軸Ｃを中心にして、環状のハルバッハ配列で配列された回転子２３と、回転子２３の径方向の外側で回転子２３を囲むように配置された円筒形状部２２１、および、円筒形状部２２１の径方向の外側に、周方向に沿って等間隔で配置された複数の巻線２２２を有する固定子２２と、固定子２２を収納する容器２１とを備えた。巻線２２２は、超伝導材料を含んでいる。また、円筒形状部２２１と容器２１との間には、冷却液２４が充填されている。

Description

モータ装置
　本発明は、モータ装置に関する。
　従来、排気ガスを排出せず、環境にやさしい電気自動車が開発されている。電気自動車は、蓄電池に蓄えられた電力を用いてモータ装置を駆動させて、車輪を回転させる。例えば、特許文献１には、インバータで三相交流に変換された電流で駆動する、車両用の三相交流モータが開示されている。車両用のモータ装置は、高いトルクを出力できることが要求され、また、小型軽量であることも要求される。
特開２０１９‐１４６３０４号公報
　本発明は上記した事情のもとで考え出されたものであって、高いトルクを出力でき、かつ、小型軽量化が可能なモータ装置を提供することを目的としている。
　上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を講じている。
　本発明によって提供されるモータ装置は、複数の永久磁石が、中心軸を中心にして、環状のハルバッハ配列で配列された回転子と、前記回転子の径方向の外側で前記回転子を囲むように配置された円筒形状部、および、前記円筒形状部の前記径方向の外側に、周方向に沿って等間隔で配置された複数の巻線を有する固定子と、前記固定子を収納する容器とを備え、前記巻線は、超伝導材料を含み、前記円筒形状部と前記容器との間には、冷却液が充填されている。
　本発明の好ましい実施の形態においては、前記巻線は、超電導体材料を含む帯状の線材をダブルパンケーキ型に巻回したコイルであり、コイル面の形状がレーストラック形状である。
　本発明の好ましい実施の形態においては、前記各巻線の、前記中心軸の延びる方向である軸方向の寸法、および、前記各永久磁石の前記軸方向の寸法は、２００ｍｍ以下であり、前記巻線の数は、１５個以上である。
　本発明の好ましい実施の形態においては、前記容器は、外側容器および内側容器を備え、前記外側容器と前記内側容器とで囲まれた空間は、外部より真空度が高い。
　本発明の好ましい実施の形態においては、前記回転子は、前記複数の永久磁石が固定された回転子本体をさらに備え、前記回転子本体および前記円筒形状部は、合成樹脂を含む材料からなる。
　本発明の好ましい実施の形態においては、前記固定子は、前記円筒形状部および前記複数の巻線の径方向の外側に配置されるバックヨークをさらに備えている。
　本発明によると、固定子の各巻線は、超伝導材料を含み、円筒形状部と容器との間に充填されている冷却液によって冷却される。これにより、各巻線は、超電導状態になって、電気抵抗が著しく低下するので、大電流を流すことができる。したがって、固定子は大きな回転磁界を発生させることができるので、モータ装置は高いトルクを出力できる。また、各巻線の電気抵抗が著しく低下することで、ジュール熱の発生が抑制される。さらに、各巻線は、冷却液によって強力に冷却される。したがって、モータ装置は、冷却のための放熱用フィンなどを備える必要がない。これにより、モータ装置は、小型軽量化が可能である。また、本発明によると、回転子は、複数の永久磁石が環状のハルバッハ配列で配列されている。したがって、回転子は、固定子側に磁束を集中させて、磁場強度を大きくできる。これにより、モータ装置は、高いトルクを出力できる。また、回転子は、固定子とは反対側に発生する磁束を抑制できるので、固定子とは反対側にヨークを備える必要がない。これにより、モータ装置は、小型軽量化が可能である。
　本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
第１実施形態に係るモータ装置が適用された車両の構成を示す概略ブロック図である。 第１実施形態に係るモータ装置の中心軸に直交する断面の断面図である。 第１実施形態に係るモータ装置の中心軸に沿う断面の断面図である。
　以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して具体的に説明する。
＜第１実施形態＞
　図１は、第１実施形態に係るモータ装置が適用された車両１の構成を示す概略ブロック図である。車両１は、電気によるモータ駆動の電気自動車である。図１に示すように、車両１は、モータ装置２、冷却液タンク３、蓄電池４、およびインバータ５を備えている。なお、車両１はその他の構成も備えているが、図１においては記載を省略している。
　モータ装置２は、超伝導モータであり、車両１の駆動力を発生する。モータ装置２は、後述するシャフト２３３の回転を図示しないギアなどで車両１の車軸に伝達し、車輪を回転させる。モータ装置２の詳細については後述する。
　冷却液タンク３は、モータ装置２内部に冷却液を補充するものである。冷却液タンク３は、トランスファチューブ３１によってモータ装置２に接続されている。トランスファチューブ３１は、細い真空断熱の管であり、冷却液タンク３からモータ装置２に冷却液を流す。最初に少し圧力をかけて冷却液を流すと、冷却液によってトランスファチューブ３１が冷却されて、冷却液が流れるようになる。本実施形態では、冷却液は、液体窒素である。モータ装置２の冷却により気化した窒素は、モータ装置２の図示しない排出弁から排出管３２を通って、車両１の外に排出される。冷却液タンク３は、気化により減少した液体窒素を、トランスファチューブ３１を介してモータ装置２に補充する。冷却液タンク３内の液体窒素が減少した場合、液体窒素タンクローリ車や液体窒素の供給施設から、冷却液タンク３に液体窒素が補充される。なお、冷却液は液体窒素に限定されず、その他の液体であってもよい。冷却液は、モータ装置２の後述する巻線２２２を所定の温度に冷却できる液体であればよい。また、冷却液に液体窒素を用いる場合には、冷却液タンク３の代わりに、空気中の窒素から液体窒素を生成する液体窒素生成装置を備えてもよい。この場合、液体窒素の供給施設から液体窒素を補充する必要がない。
　蓄電池４は、モータ装置２を駆動するための電力を蓄える二次電池である。本実施形態 では、蓄電池４は、リチウムイオン電池である。なお、蓄電池４は、限定されず、その他の二次電池であってもよい。インバータ５は、蓄電池４から入力される直流電力を三相交流電力に変換して、モータ装置２の各巻線２２２に出力する。なお、インバータ５と各巻線２２２との間には、クエンチの発生を防止するために、各々が各巻線２２２に直列接続された複数の限流器が設けられているが、詳細な説明は省略する。
　次に、モータ装置２の詳細について説明する。
　図２および図３は、モータ装置２を説明するための概略図である。図２は、モータ装置２の中心軸Ｃに直交する断面の断面図である。図３は、モータ装置２の中心軸Ｃに沿う断面の断面図である。なお、各図は、理解を容易とするために簡略化されたものである。したがって、各部分の寸法や比率などは、実際の寸法や比率とは一致しておらず、適宜拡大、縮小されている。また、以下では、説明の便宜上、モータ装置２の中心軸Ｃに平行な方向を「軸方向」とし、中心軸Ｃに直交する方向を「径方向」とし、中心軸Ｃを中心とする円弧に沿う方向を「周方向」とする。
　モータ装置２は、容器２１、固定子２２、および回転子２３を備えている。固定子２２は、回転子２３の径方向の外側で前記回転子を囲むように配置されている。固定子２２は、電機子となって電機子磁界（回転磁界）を発生させる。回転子２３は、界磁となって界磁磁界を発生させる。固定子２２が発生させた電機子磁界が回転子２３の磁極に作用することにより、回転子２３を中心軸Ｃの周りに回転させるトルクが発生する。容器２１は、固定子２２の外側に配置され、固定子２２および回転子２３を収納している。
　回転子２３は、界磁となって界磁磁界を発生させ、中心軸Ｃを中心として、周方向に回転する。回転子２３は、本体２３１、複数の永久磁石２３２、およびシャフト２３３を備えている。シャフト２３３は、軸受け２６によって、固定子２２に対して回転可能に軸支されている。シャフト２３３は、モータ装置２の回転力を外部に伝達する。シャフト２３３の材料は限定されない。
　本体２３１は、シャフト２３３に固定されており、円筒部分と固定部分とを含んでいる。円筒部分は、軸方向に延びる円筒形状であり、複数の永久磁石２３２が固定されている。固定部分は、円筒部分をシャフト２３３に固定している。本実施形態では、本体２３１は、合成樹脂からなり、円筒部分および固定部分を一体として形成されている。なお、本体２３１の形状、材料、および形成方法は限定されない。
　複数の永久磁石２３２は、それぞれが永久磁石であり、軸方向に延びる直方体形状である。本実施形態では、各永久磁石２３２の軸方向の寸法は、２００ｍｍである。なお、当該寸法は限定されない。各永久磁石２３２は、例えば、ネオジム磁石やフェライト磁石などあり、限定されない。各永久磁石２３２の種類は、必要な磁力とコストとを勘案して、適宜決定される。なお、各永久磁石２３２は、粉末磁石を樹脂で固めたテープ状のボンド磁石を積み重ねて、ソリッド状にしたものであってもよい。この場合、ボンド磁石より磁力を高めることができる。各永久磁石２３２は、本体２３１の円筒部分に埋め込まれている。本実施形態では、図２に示すように、３０個の永久磁石２３２が、本体２３１の円筒部分に、周方向に沿って等間隔で配列されている。なお永久磁石２３２の数は限定されない。
　複数の永久磁石２３２は、中心軸Ｃを中心にして、環状のハルバッハ配列で配列されている。ハルバッハ配列は、磁極の方向を最適化することによって、特定の方向への磁場強度を最大化する磁石の配列方法である。図２においては、各永久磁石２３２に磁極の方向を示す矢印を付している。複数の永久磁石２３２によって、本体２３１の円筒部分の外周面側に磁束が集中し、外周面側の磁場強度が大きくなる。一方、本体２３１の円筒部分の内周面側に発生する磁束は少なく、内周面側の磁場強度は小さくなる。なお、図２に示す各永久磁石２３２の磁極の方向は一例にすぎず、各永久磁石２３２の磁極の方向は、図２ に示すものに限定されない。本体２３１の円筒部分の外周面側の磁場強度が大きくなることで、回転子２３の外側に配置された固定子２２が発生させた電機子磁界（回転磁界）による磁極への作用が大きくなって、モータ装置２は、高いトルクを出力できる。また、本体２３１の円筒部分の内周面側に発生する磁束が抑制されるので、回転子２３は、本体２３１の円筒部分の径方向内側に、ヨークを備える必要がない。
　回転子２３は、例えば、金型内部に、各々が所定の方向に着磁された各永久磁石２３２を所定の位置に所定の方向を向けて配置し、当該金型に流体状の合成樹脂材料を注入して硬化させることで形成される。なお、回転子２３の形成方法は限定されない。
　固定子２２は、電機子となって電機子磁界を発生させる。固定子２２は、円筒形状部２２１、複数の巻線２２２、およびバックヨーク２２３を備えている。
　円筒形状部２２１は、軸方向に延びる円筒形状の部品であり、回転子２３の径方向の外側で回転子２３を囲むように配置されている。本実施形態では、円筒形状部２２１は、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ：Fiber Reinforced Plastics）などの合成樹脂を含む材料からなる。なお、円筒形状部２２１の材料は限定されない。円筒形状部２２１の径方向の厚さは、巻線２２２と永久磁石２３２との距離を近づけるために、できるだけ薄いのが望ましい。本実施形態では、円筒形状部２２１の強度を保ちつつ、巻線２２２と永久磁石２３２との距離を近づけるために、円筒形状部２２１の径方向の厚さは、２ｍｍ程度としている。なお、当該寸法は限定されない。円筒形状部２２１は、容器２１の内部底面に固定され、円筒形状部２２１の内周面と回転子２３の本体２３１の円筒部分の外周面との間にはエアギャップ２５が設けられている。エアギャップ２５の厚さ（円筒形状部２２１の内周面と円筒部分の外周面との距離）は、巻線２２２と永久磁石２３２との距離を近づけるために、できるだけ薄いのが望ましい。本実施形態では、円筒形状部２２１の内周面と円筒部分の外周面との接触を防止しつつ、巻線２２２と永久磁石２３２との距離を近づけるために、エアギャップ２５の厚さは、３ｍｍ程度としている。なお、当該寸法は限定されない。また、エアギャップは、真空エアギャップであってもよいし、空気によるエアギャップであってもよい。真空エアギャップの場合、後述する冷却液２４の外部からの断熱をより向上できる。
　また、円筒形状部２２１の外周面と容器２１の内周面との間にも、空間が設けられている。円筒形状部２２１は、複数の突出部２２１ａを備えている。各突出部２２１ａは、円筒形状部２２１の外周面から径方向に突出し、軸方向に延びている。複数の突出部２２１ａは、円筒形状部２２１の外周面に、周方向に沿って等間隔で配置されている。突出部２２１ａと突出部２２１ａとの間には、それぞれ、巻線２２２が配置される。なお、円筒形状部２２１は、突出部２２１ａを備えなくてもよい。
　複数の巻線２２２は、それぞれに交流電流が流れ、回転磁界を発生させる。複数の巻線２２２は、円筒形状部２２１の外周面に、周方向に沿って等間隔で配列されている。本実施形態では、図２に示すように、１５個の巻線２２２が配列されている。隣り合う３個の巻線２２２には、位相を１２０度ずつずらした三相の交流電流が、それぞれ入力される。固定子２２は、当該３個の巻線２２２の組を５組備えているので、合計１５個の巻線２２２を備えている。なお、固定子２２が備える巻線２２２の数は１５個に限定されず、３の倍数であればよい。ただし、本実施形態では、モータ装置２は車両１を駆動させるためのトルクを出力する必要があるので、巻線２２２の数は多い方がよい。また、巻線２２２の数が多いほど巻線２２２の配置を円周に近づけることができ、環状のハルバッハ配列で配列された永久磁石２３２の磁極に対して、巻線２２２による回転磁界が周方向において均等に作用するので、モータ装置２全体の振動を抑制できる。巻線２２２の数は、少なくとも１５個以上であることが望ましい。一方、巻線２２２の数が多くなるほどモータ装置２の重量が大きくなるので、巻線２２２の数は、トルクの出力と重量とを勘案して、適宜設定される。
　各巻線２２２は、超電導体材料を含む帯状の線材を巻回したコイルである。超伝導体材料は限定されないが、本実施形態では、イットリウム系超伝導体（ＹＢＣＯ）や、ＹＢＣＯのＹ（イットリウム）に代えてＧｄ（ガドリニウム）やＳｍ（サマリウム）などの希土類元素とした高温超電導体材料を用いている。高温超電導体材料には、他に、高温酸化銅セラミック超伝導体（ＢＳＣＣＯ２２２３など）、タリウム－バリウム－カルシウム－酸化銅系超伝導体（ＴＢＣＣＯ）などがある。
　各巻線２２２は、帯状の線材を、ダブルパンケーキ型に巻回したコイルであり、コイル面の形状がレーストラック形状である。ダブルパンケーキ型のコイルは、帯状の線材を長辺側の面を重ねて巻回したパンケーキ型のコイルを２個、最も内側で電気的に接続させたコイルである。本実施形態では、帯状の線材の幅寸法は１０ｍｍ程度であり、厚さ寸法は０.２ｍｍ程度である。なお、帯状の線材の各寸法は限定されず、巻き数も限定されない。また、各巻線２２２は、ダブルパンケーキ型のコイルを複数接続したコイルであってもよい。また、各巻線２２２は、ダブルパンケーキ型ではなく、一重のパンケーキ型であってもよい。各巻線２２２は、レーストラック形状の長手方向を軸方向に平行にして、また、コイル面が円筒形状部２２１に対向するようにして、円筒形状部２２１に固定されている。本実施形態では、各巻線２２２のレーストラック形状の長手方向の寸法（軸方向の寸法）Ｌ（図３参照）は、各永久磁石２３２の軸方向の寸法に合わせて、２００ｍｍである。本実施形態では、モータ装置２は車両１を駆動させるためのトルクを出力する必要があるので、各巻線２２２の軸方向の寸法Ｌおよび各永久磁石２３２の軸方向の寸法は、大きい方がよい。しかし、寸法が大きくなるほどモータ装置２の重量が大きくなるので、寸法は、トルクの出力と重量とを勘案して、適宜設定される。各巻線２２２の軸方向の寸法Ｌおよび各永久磁石２３２の軸方向の寸法は、２００ｍｍ以下であることが望ましい。また、本実施形態では、各巻線２２２のレーストラック形状の短手方向の寸法（周方向の寸法）Ｗ（図２参照）は、４０ｍｍ程度である。寸法Ｗは、帯状の線材の柔らかさと、配置される巻線２２２の数とに応じて、適宜設定される。なお、寸法Ｗをできるだけ小さくして、できるだけ多くの巻線２２２を配置するのが望ましい。なお、各巻線２２２の各寸法は限定されない。
　バックヨーク２２３は、例えば鉄製の円筒形状の磁性部品である。なお、バックヨーク２２３の材料は限定されない。バックヨーク２２３は、円筒形状部２２１の径方向の外側に、各巻線２２２から離間して配置されている。バックヨーク２２３は、各巻線２２２によって生成された磁束を、固定子２２の外部に出ないように遮蔽して内部に戻す。
　容器２１は、固定子２２および回転子２３を収納する容器である。容器２１は、外側容器２１１、内側容器２１２、および蓋２１４を備えている。外側容器２１１および内側容器２１２は、ともに有底の円筒形状であり、内側容器２１２は外側容器２１１の内側に配置されている。外側容器２１１と内側容器２１２とで囲まれた空間は、密閉されており、外部より真空度が高くなっている。当該空間が、断熱効果を有する断熱部２１３になっている。内側容器２１２の内部には、固定子２２および回転子２３が収納されている。蓋２１４は、内側容器２１２の開口部をふさぐ蓋である。本実施形態では、外側容器２１１、内側容器２１２、および蓋２１４は、ステンレスからなる。なお、外側容器２１１、内側容器２１２、および蓋２１４の材料および形状は限定されない。
　固定子２２の円筒形状部２２１と容器２１の内側容器２１２との間には、冷却液２４（液体窒素）が充填されている。したがって、各巻線２２２およびバックヨーク２２３は、冷却液２４に浸漬されて、低温状態に冷却される。これにより、各巻線２２２は、超電導状態になって、電気抵抗が著しく低下するので、大電流を流すことができ、また、ジュール熱の発生が抑制される。また、各巻線２２２およびバックヨーク２２３は、冷却液２４によって、強力に冷却されるので、モータ装置２は、これらを冷却するための放熱用フィンなどを備える必要がない。
　次に、第１実施形態に係るモータ装置２の作用効果について説明する。
　本実施形態によると、固定子２２は、複数の巻線２２２を備えている。各巻線２２２は、超電導体材料からなるコイルである。各巻線２２２は、円筒形状部２２１と容器２１との間に充填されている冷却液２４（液体窒素）によって冷却される。これにより、各巻線２２２は、超電導状態になって、電気抵抗が著しく低下するので、大電流を流すことができる。したがって、固定子２２は大きな磁界を発生させることができるので、モータ装置２は高いトルクを出力できる。また、各巻線２２２の電気抵抗が著しく低下することで、ジュール熱の発生が抑制される。さらに、各巻線２２２は、冷却液２４によって強力に冷却される。したがって、モータ装置２は、冷却のための放熱用フィンなどを備える必要がない。これにより、モータ装置２は、小型軽量化が可能である。
　また、本実施形態によると、回転子２３は、環状のハルバッハ配列で配列された複数の永久磁石２３２を備えている。複数の永久磁石２３２によって、本体２３１の円筒部分の外周面側に磁束が集中し、外周面側の磁場強度が大きくなる。これにより、モータ装置２は、高いトルクを出力できる。一方、本体２３１の円筒部分の内周面側に発生する磁束は抑制される。したがって、回転子２３は、本体２３１の円筒部分の径方向内側に、ヨークを備える必要がない。これにより、モータ装置２は、軽量化が可能である。
　また、本実施形態によると、回転子２３は、本体２３１が合成樹脂からなり、ヨークを備えていない。したがって、回転子２３は、軽量化が可能である。このことは、モータ装置２の軽量化に寄与する。また、回転子２３の軽量化により、回転子２３のイナーシャが小さくなるので、モータ装置２の制御に対する応答性が向上する。また、本実施形態によると、固定子２２の円筒形状部２２１はＦＲＰからなり、固定子２２は内側にヨークを備えていない。したがって、固定子２２も、軽量化が可能である。このことは、モータ装置２の軽量化に寄与する。
　また、本実施形態によると、各永久磁石２３２の軸方向の寸法、および、各巻線２２２の軸方向の寸法Ｌは、２００ｍｍである。したがって、モータ装置２は、大型化を抑制しつつ、車両１を駆動させるための高いトルクを出力できる。また、本実施形態によると、固定子２２は、円筒形状部２２１の外周面に、周方向に配列された１５個の巻線２２２を備えている。したがって、モータ装置２は、高いトルクを出力可能である。本実施形態では、巻線２２２の数が多いが、各巻線２２２の軸方向の寸法Ｌ、および、各永久磁石２３２の軸方向の寸法を小さくすることで、モータ装置２全体の重量を抑制している。巻線２２２の軸方向の寸法Ｌを小さくしても、巻線２２２に大電流を流せるので、モータ装置２は、十分なトルクを出力できる。また、巻線２２２の数が多いので、モータ装置２全体の振動が抑制される。振動が抑制されることで、巻線２２２における線材間の摩擦による発熱が抑制され、ホットスポットの発生を抑制できる。これにより、超電導状態から常伝導状態に戻るクエンチの発生を抑制できる。
　また、本実施形態によると、各巻線２２２は、超電導体材料を含む帯状の線材をダブルパンケーキ型に巻回したコイルである。したがって、巻線２２２の帯状の線材の両端がコイルの外側に配置される。したがって、接続が容易である。また、各巻線２２２は、コイル面の形状がレーストラック形状であり、長手方向を軸方向に平行にして配置されている。したがって、固定子２２において、周方向に多くの巻線２２２を配置でき、かつ、軸方向の寸法が大きくできるので、モータ装置２は、高いトルクを出力可能である。
　また、本実施形態によると、容器２１は外側容器２１１および内側容器２１２を備え、外側容器２１１と内側容器２１２とで囲まれた空間は、密閉されており、外部より真空度が高くなっている。これにより、容器２１の内部と外部とが適切に断熱され、内部に充填された冷却液２４の温度が上昇することを抑制できる。
　なお、本実施形態では、回転子２３において、各永久磁石２３２が本体２３１の円筒部分の内部に埋め込まれている場合について説明したが、これに限られない。各永久磁石２３２のそれぞれ一部（例えば固定子２２に対向する面）は、円筒部分から露出してもよい。また、回転子２３は、本体２３１の円筒部分の外側に（または内側に）、接着剤やネジなどで、各永久磁石２３２を固定したものであってもよい。この場合、回転子２３の円筒部分の材料は、合成樹脂以外の材料であってもよい。
　なお、本実施形態では、各巻線２２２が帯状の線材を、レーストラック形状に、重ねて巻回したコイルである場合について説明したが、これに限られない。各巻線２２２のコイル面の形状は、レーストラック形状ではなく、矩形状、楕円形状、または円形状であってもよい。また、各巻線２２２の線材は、帯状ではなく、断面が円形状であってもよい。この場合、各巻線２２２は、線材をらせん状に巻いたソレノイドコイルや、スパイラルコイル、トロイダルコイルなどであってもよい。また、帯状の線材を、短辺側の曲がりにくい方向に巻いたエッジワイズコイルであってもよい。
　なお、本実施形態においては、モータ装置２が、電気自動車に用いられる場合について説明したが、これに限られない。モータ装置２は、電気オートバイ、電動自転車、電動車いすなどの他の電動式の乗り物に用いられてもよい。また、モータ装置２は、ドローンなどの飛行物、電気掃除機などの家電品、電動工具など、電力を回転力に変換して使用するあらゆる製品に用いることができる。
　本発明に係るモータ装置は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係るモータ装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
１：車両　　　２：モータ装置　　　３：冷却液タンク
３１：トランスファチューブ　　　３２：排出管　　　４：蓄電池
５：インバータ　　　２１：容器　　　２１１：外側容器
２１２：内側容器　　　２１３：断熱部　　　２１４：蓋
２２：固定子　　　２２１：円筒形状部　　　２２１ａ：突出部
２２２：巻線　　　２２３：バックヨーク　　　２３：回転子
２３１：本体　　　２３２：永久磁石　　　２３３：シャフト
２４：冷却液　　　２５：エアギャップ　　　２６：軸受け

Claims (6)

  1. 　複数の永久磁石が、中心軸を中心にして、環状のハルバッハ配列で配列された回転子と、
    　前記回転子の径方向の外側で前記回転子を囲むように配置された円筒形状部、および、前記円筒形状部の前記径方向の外側に、周方向に沿って等間隔で配置された複数の巻線を有する固定子と、
    　前記固定子を収納する容器と、
    を備え、
    　前記巻線は、超伝導材料を含み、
    　前記円筒形状部と前記容器との間には、冷却液が充填されている、
    モータ装置。
  2. 　前記巻線は、超電導体材料を含む帯状の線材をダブルパンケーキ型に巻回したコイルであり、コイル面の形状がレーストラック形状である、
    請求項１に記載のモータ装置。
  3. 　前記各巻線の、前記中心軸の延びる方向である軸方向の寸法、および、前記各永久磁石の前記軸方向の寸法は、２００ｍｍ以下であり、
    　前記巻線の数は、１５個以上である、
    請求項１または２に記載のモータ装置。
  4. 　前記容器は、外側容器および内側容器を備え、
    　前記外側容器と前記内側容器とで囲まれた空間は、外部より真空度が高い、
    請求項１ないし３のいずれかに記載のモータ装置。
  5. 　前記回転子は、前記複数の永久磁石が固定された回転子本体をさらに備え、
    　前記回転子本体および前記円筒形状部は、合成樹脂を含む材料からなる、
    請求項１ないし４のいずれかに記載のモータ装置。
  6. 　前記固定子は、前記円筒形状部および前記複数の巻線の径方向の外側に配置されるバックヨークをさらに備えている、
    請求項１ないし５のいずれかに記載のモータ装置。
PCT/JP2021/016334 2020-04-27 2021-04-22 モータ装置 WO2021220939A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020078197A JP6899022B1 (ja) 2020-04-27 2020-04-27 モータ装置
JP2020-078197 2020-04-27

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021220939A1 true WO2021220939A1 (ja) 2021-11-04

Family

ID=76650047

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2021/016334 WO2021220939A1 (ja) 2020-04-27 2021-04-22 モータ装置

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP6899022B1 (ja)
WO (1) WO2021220939A1 (ja)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05276734A (ja) * 1991-04-08 1993-10-22 Emerson Electric Co 超電導体モータとそれを構成する方法
JP2007228656A (ja) * 2006-02-21 2007-09-06 Railway Technical Res Inst 誘導反発吸引原理を利用した回転電機
US20110285219A1 (en) * 2011-04-27 2011-11-24 General Electric Company Electrical Machine with Superconducting Armature Coils and Other Components
JP2013093974A (ja) * 2011-10-26 2013-05-16 Aisin Seiki Co Ltd 超電導回転電機ステータ
JP2016139657A (ja) * 2015-01-26 2016-08-04 株式会社イムラ材料開発研究所 超電導コイル及び超電導回転電機ステータ
JP2018061435A (ja) * 2013-09-26 2018-04-12 ドミニオン オルタナティブ エナジー、エルエルシー 超電導モータ及び発電機

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6419960A (en) * 1987-07-15 1989-01-24 Hitachi Ltd Superconducting generator
JPS6426362A (en) * 1987-07-20 1989-01-27 Hitachi Ltd High-temperature superconducting stator
JP2002208512A (ja) * 2001-01-09 2002-07-26 Sumitomo Electric Ind Ltd 高温超電導コイルの冷却方法および冷却構造物
JP2005045984A (ja) * 2003-07-25 2005-02-17 Yaskawa Electric Corp 永久磁石型同期電動機の回転子
JP2005204492A (ja) * 2003-12-19 2005-07-28 Sumitomo Electric Ind Ltd 超電導モータ装置
JP5375599B2 (ja) * 2009-12-28 2013-12-25 住友電気工業株式会社 超電導機器
DE112011105426T5 (de) * 2011-07-08 2014-04-03 Mitsubishi Electric Corp. Elektrische Rotationsmaschine vom Permanentmagnet-Typ und Verfahren zum Herstellen derselben

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05276734A (ja) * 1991-04-08 1993-10-22 Emerson Electric Co 超電導体モータとそれを構成する方法
JP2007228656A (ja) * 2006-02-21 2007-09-06 Railway Technical Res Inst 誘導反発吸引原理を利用した回転電機
US20110285219A1 (en) * 2011-04-27 2011-11-24 General Electric Company Electrical Machine with Superconducting Armature Coils and Other Components
JP2013093974A (ja) * 2011-10-26 2013-05-16 Aisin Seiki Co Ltd 超電導回転電機ステータ
JP2018061435A (ja) * 2013-09-26 2018-04-12 ドミニオン オルタナティブ エナジー、エルエルシー 超電導モータ及び発電機
JP2016139657A (ja) * 2015-01-26 2016-08-04 株式会社イムラ材料開発研究所 超電導コイル及び超電導回転電機ステータ

Also Published As

Publication number Publication date
JP2021175284A (ja) 2021-11-01
JP6899022B1 (ja) 2021-07-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6750588B1 (en) High performance axial gap alternator motor
US6066906A (en) Rotating machine having superconducting windings
AU2008232023B2 (en) Linear machine having a primary part and a secondary part
US6828710B1 (en) Airgap armature
US6489701B1 (en) Superconducting rotating machines
CN109716636B (zh) 具有线圈装置和绕组支架的转子
US8362863B2 (en) System and method for magnetization of rare-earth permanent magnets
US8008826B2 (en) Brushless motor/generator with trapped-flux superconductors
US8204562B2 (en) Superconducting synchronous machine
JP2005518777A (ja) 熱伝導ステータ支持構造
JP2018061435A (ja) 超電導モータ及び発電機
CN101310431B (zh) 线性电机的主部件以及具有该部件的线性电机
US20220216779A1 (en) Superconducting induction rotating machine, and superconducting drive force generating system using said superconducting induction rotating machine
JP5043955B2 (ja) 超伝導同期電動機
EP2611007A2 (en) A superconductive synchronous motor generator
CN113169626A (zh) 具有超导的永磁体的转子和机器
WO2021220939A1 (ja) モータ装置
WO2019004847A1 (en) ENERGY STORAGE SYSTEM WITH INERTIAL WHEEL
JP2007060747A (ja) 超電導モータ装置およびそれを備えた車両
KR20100044393A (ko) 전기자코일 냉각수단이 구비된 초전도 모터
JP2011250503A (ja) 超電導モータ
AU2019278398B2 (en) Rotor and machine with a cylindrical carrying body
US11670987B1 (en) High specific power electrical machine
Chubraeva et al. Development of the Converter-Storage System Based on Smart Materials
JP4706351B2 (ja) 誘導子型モータ

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21795805

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 21795805

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1