(57)【要約】【課題】  １つの固定子及び２つの回転子を有し、１つの固定子で２つの回転子を逆方向に回転させるトロイダル巻線モータを得る。【解決手段】  トロイダル巻線２が施された１つの固定子１、及び固定子の両側に空隙を介して対向する２つの回転子３、４が設けられたものにおいて、１つの固定子は、極スロットの組み合わせが、極数３ｎ±１極と３ｎのスロット数（但し、ｎは奇数）で構成される巻線配置をトロイダル巻にし、２つの回転子は、その一方が３ｎ＋１極、他方が３ｎ−１極の異なる極数を有する。また、極スロットの組み合わせが、最小公倍数で極数３ｎ±１極とスロット数３ｎ（但しｎが偶数の場合、極数とスロット数に２を乗算する）で構成されるトロイダル巻線モータであって、固定子巻線は固定子に環状に施され、２つの回転子には極数が最小公倍数で３ｎ−１極と３ｎ＋１極と異なる極数を有する。【選択図】    図４
2006320187.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トロイダル巻線が施された１つの固定子、及び前記固定子の両側に空隙を介して対向する２つの回転子が設けられたトロイダル巻線モータにおいて、
前記１つの固定子は、極スロットの組み合わせが、極数３ｎ±１極と３ｎのスロット数（但し、ｎは奇数）で構成される巻線配置をトロイダル巻にし、前記２つの回転子は、その一方が３ｎ＋１極、他方が３ｎ−１極の異なる極数を有することを特徴とするトロイダル巻線モータ。
【請求項２】
トロイダル巻線が施された１つの固定子、及び前記固定子の内外周両側に空隙を介して対向する内転回転子と外転回転子とが設けられたラジアルギャップタイプのトロイダル巻線モータにおいて、
前記１つの固定子は、極スロットの組み合わせが、極数３ｎ±１極と３ｎのスロット数（但し、ｎは奇数）で構成される巻線配置をトロイダル巻にし、前記内転回転子と外転回転子は、その一方が３ｎ＋１極、他方が３ｎ−１極の異なる極数を有することを特徴とするラジアルギャップタイプのトロイダル巻線モータ。
【請求項３】
トロイダル巻線が施された１つの固定子、及び前記固定子の左右両側に空隙を介して対向する左側回転子と右側回転子とが設けられたアキシャルギャップタイプのトロイダル巻線モータにおいて、
前記１つの固定子は、極スロットの組み合わせが、極数３ｎ±１極と３ｎのスロット数（但し、ｎは奇数）で構成される巻線配置をトロイダル巻にし、前記左側回転子と右側回転子は、その一方が３ｎ＋１極、他方が３ｎ−１極の異なる極数を有することを特徴とするアキシャルギャップタイプのトロイダル巻線モータ。
【請求項４】
トロイダル巻線が施された１つの固定子、及び前記固定子の両側に空隙を介して対向する２つの回転子が設けられたトロイダル巻線モータにおいて、
極スロットの組み合わせが、最小公倍数で極数３ｎ±１極とスロット数３ｎ（但しｎが偶数の場合、極数とスロット数に２を乗算する）で構成されるトロイダル巻線モータであって、固定子巻線は固定子に環状に施され、前記２つの回転子には極数が最小公倍数で３ｎ−１極と３ｎ＋１極と異なる極数を有することを特徴とするトロイダル巻線モータ。
【請求項５】
トロイダル巻線が施された１つの固定子、及び前記固定子の内外周両側に空隙を介して対向する内転回転子と外転回転子とが設けられたラジアルギャップタイプのトロイダル巻線モータにおいて、
極スロットの組み合わせが、最小公倍数で極数３ｎ±１極とスロット数３ｎ（但しｎが偶数の場合、極数とスロット数に２を乗算する）で構成されるトロイダル巻線モータであって、固定子巻線は固定子に環状に施され、前記内転回転子と外転回転子には極数が最小公倍数で３ｎ−１極と３ｎ＋１極と異なる極数を有することを特徴とするトロイダル巻線モータ。
【請求項６】
トロイダル巻線が施された１つの固定子、及び前記固定子の左右両側に空隙を介して対向する左側回転子と右側回転子とが設けられたアキシャルギャップタイプのトロイダル巻線モータにおいて、
極スロットの組み合わせが、最小公倍数で極数３ｎ±１極とスロット数３ｎ（但しｎが偶数の場合、極数とスロット数に２を乗算する）で構成されるトロイダル巻線モータであって、固定子巻線は固定子に環状に施され、前記左側回転子と右側回転子には極数が最小公倍数で３ｎ−１極と３ｎ＋１極と異なる極数を有することを特徴とするトロイダル巻線モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、１つの固定子及び２つの回転子を有し、１つの固定子で２つの回転子を逆方向に回転させるトロイダル巻線モータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、１つの固定子及び２つの回転子を有するトロイダル巻線モータにおいては、巻線がトロイダル巻きされた固定子コアの内周側に内側ティースを設け、かつ固定子コアの外周側に外側ティースを設けた固定子と、この固定子の内側ティースと対向するように配設された永久磁石を有する内転回転子と、固定子の外側ティースと対向するように配設された永久磁石を有する外転回転子とを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−４６４６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のトロイダル巻線モータにあっては、内側の内転回転子と外側の外転回転子に、同極の磁石を同じ個数設けることにより、２つの回転子を同方向に駆動させている。したがって、２つの回転子は独立に異なる方向に駆動することはできなかった。
従来のモータで同時に２方向の回転方向を得るには、１つの回転子にギアやベルトなどを用いて別の駆動方向を得ていた。しかし、ギアやベルトを用いた場合、機械的な損失が発生するため、効率が悪くなる。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、１つの固定子及び２つの回転子を有し、１つの固定子で２つの回転子を逆方向に回転させることができるトロイダル巻線モータを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係るトロイダル巻線モータにおいては、トロイダル巻線が施された１つの固定子、及び固定子の両側に空隙を介して対向する２つの回転子が設けられたものにおいて、１つの固定子は、極スロットの組み合わせが、極数３ｎ±１極と３ｎのスロット数（但し、ｎは奇数）で構成される巻線配置をトロイダル巻にし、２つの回転子は、その一方が３ｎ＋１極、他方が３ｎ−１極の異なる極数を有するものである。
【０００７】
また、極スロットの組み合わせが、最小公倍数で極数３ｎ±１極とスロット数３ｎ（但しｎが偶数の場合、極数とスロット数に２を乗算する）で構成されるトロイダル巻線モータであって、固定子巻線は固定子に環状に施され、２つの回転子には極数が最小公倍数で３ｎ−１極と３ｎ＋１極と異なる極数を有するものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、１つの固定子の両側の２つの回転子は極数の比でそれぞれ異なる方向に逆回転することが可能となり、銅損（巻線抵抗）の低下や部品点数を削減できる効果がある。また、余分な機械的な損失が発生しないため、効率が良くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
この発明の実施の形態を説明する前に、先ずこの発明の前提となる技術について説明する。
図１〜図３は１つの固定子及び２つの回転子を有する通常のトロイダル巻線モータを示すものであり、図１は複数のブロックに分割された通常のトロイダル巻線モータの１ブロックを示す正面図、図２は２極３スロットの回転子の駆動方向を示す説明図、図３は４極３スロットの回転子の駆動方向を示す説明図である。
図１〜図３において、複数のブロックで構成されるトロイダル巻線モータは、その各ブロックが次のように構成される。すなわち、通常のトロイダル巻線モータの各ブロックは、トロイダル巻線２が施され、内側ティース１ａ及び外側ティース１ｂを備えた固定子１と、内側ティース１ａに対向するように配設された４個の永久磁石３ａを備えた内転回転子３と、外側ティース１ｂに対向するように配設された４個の永久磁石４ａを備えた外転回転子４とで構成されている。ここで、ｎ＝１（但し、ｎは奇数である）の２極３スロットの場合と４極３スロットの場合とを考える。図１では内側の内転回転子３と外側の外転回転子４の極数が同数のため、内転回転子３と外転回転子４は同方向にのみ回転することになる。図２及び図３は極スロットの組み合わせが、極数３ｎ±１極と３ｎのスロット数（但し、ｎは奇数である）で構成される巻線配置をトロイダル巻にしたものを示し、ｎ＝１の場合を示している。
３ｎ±１極の固定子に同じ巻線配置の固定子で駆動すると、２極の場合の回転子（図２）と４極の場合の回転子（図３）はそれぞれ逆方向に移動（駆動）することになる。
したがって、この原理を使えば、外側に３ｎ＋１極（図３では４極）、内側に３ｎ−１（図２では２極）を配置すれば、内側と外側の回転子はそれぞれ異なる方向に逆回転することになる。この際、各回転子の回転速度は極数に依存するので内側の内転回転子３の速度／外側の外転回転子４の速度＝（３ｎ＋１）／（３ｎ−１）となる。
【００１０】
実施の形態１.
図４はこの発明の実施の形態１における８分割されたトロイダル巻線モータの１ブロックを示す正面図である。
図４において、８分割されたトロイダル巻線モータは、その各ブロックが次のように構成されている。すなわち、この発明のトロイダル巻線モータの各ブロックは、トロイダル巻線２が施され、内側ティース１ａ及び外側ティース１ｂを備えた固定子１と、内側ティース１ａに対向するように配設された３ｎ−１極（２個）の永久磁石３ａを備えた内転回転子３と、外側ティース１ｂに対向するように配設された３ｎ＋１極（４個）の永久磁石４ａを備えた外転回転子４とで構成されている。ここで、内側と外側の極数を入れ替えて、外側に３ｎ−１極、内側に３ｎ＋１極の組み合わせでも差し支えないものである。また、固定子１は、極スロットの組み合わせが、極数３ｎ±１極と３ｎのスロット数（但し、ｎは奇数である）で構成される巻線配置をトロイダル巻にしたものである。
【００１１】
したがって、外側に３ｎ＋１極（又は３ｎ−１極）の外転回転子４を配置し、内側に３ｎ−１（又は３ｎ＋１極）の内転回転子３を配置すれば、内側と外側の回転子３、４はそれぞれ異なる方向に逆回転することになる。この際、各回転子の回転速度は極数に依存するので、内側の内転回転子３の速度／外側の外転回転子４の速度＝（３ｎ＋１）／（３ｎ−１）となる。
【００１２】
この実施の形態１によれば、内側と外側の回転子は極数の比でそれぞれ異なる方向に逆回転することが可能となる。またトロイダル巻線にすることで、１つの巻線から２つの回転子を逆回転させることが可能となり、銅損（巻線抵抗）の低下や部品点数を削減できる効果がある。また、余分な機械的な損失が発生しないため、効率が良くなる。
【００１３】
実施の形態２.
図５はこの発明の実施の形態２におけるアキシャルギャップタイプのトロイダル巻線モータを示す縦断面図、図６はこの発明の実施の形態２におけるアキシャルギャップタイプのトロイダル巻線モータの回転子を展開して示す図５相当図である。なお、図中、回転子の軸を省略して示す。
上記実施の形態１では、ラジアルギャップタイプのトロイダル巻線モータについて説明したが、この実施の形態２においては、この発明をアキシャルギャップタイプのトロイダル巻線モータに適用した場合について説明する。
図５、図６において、アキシャルギャップタイプのトロイダル巻線モータは、トロイダル巻線１２が施され、左側ティース１１ａ及び右側ティース１１ｂを備えた固定子１１と、左側ティース１１ａに対向するように配設された３ｎ＋１極（１６個）の永久磁石１３ａを備えた左側回転子１３と、右側ティース１１ｂに対向するように配設された３ｎ−１極（８個）の永久磁石１４ａを備えた右側回転子１４とで構成されている。ここで、左側と右側の極数を入れ替えて、左側に３ｎ−１極、右側に３ｎ＋１極の組み合わせでも差し支えないものである。また、固定子１１は、極スロットの組み合わせが、極数３ｎ±１極と３ｎのスロット数（但し、ｎは奇数である）で構成される巻線配置をトロイダル巻にしたものである。
【００１４】
したがって、左側に３ｎ＋１極（又は３ｎ−１極）の左側回転子１３を配置し、右側に３ｎ−１（又は３ｎ＋１極）の右側回転子１４を配置すれば、左側と右側の回転子１３、１４はそれぞれ異なる方向に逆回転することになる。
【００１５】
この実施の形態２によれば、アキシャル方向にギャップを有し、かつ１つの固定子及び２つの回転子を有するアキシャルギャップタイプのトロイダル巻線モータにおいても、左右両側の回転子は極数の比でそれぞれ異なる方向に逆回転することが可能となる。またラジアルギャップタイプの場合は内側と外側の回転子があるので、回転子の径の大きさが異なるが、アキシャルギャップタイプの場合は、左右の回転子の径の大きさを同じにできる効果がある。トロイダル巻線にすることで、１つの巻線から２つの回転子を逆回転させることが可能となり、銅損（巻線抵抗）の低下や部品点数を削減できる効果がある。また、余分な機械的な損失が発生しないため、効率が良くなる。
【００１６】
ところで、図７に示す表１ではｎが偶数の時、極数が奇数となり、モータとしては成立しなくなる。そこで、表現を変えて図８に示す表２のような形にすることができる。なお、表１及び表２はｎが６までしか示していないが、それ以上でも成立する。
すなわち、極数３ｎ±１とスロット数３ｎのように表現する。ｎ＝１で３ｎ−１の時を例にすると、２極３スロット、４極６スロット、６極９スロットは基本的に同じ巻線の組み合わせのモータである。分割コアなどで２極３スロットを２つ作り組み合わせれば、４極６スロットになる。２極３スロットの例を図９に示し、４極６スロットの例を図１０に示している。つまり、ｎ＝１の２極３スロットと４極３スロットは最小公倍数で、これをｍ倍したようなモータも全てこの発明に関係があるものである。
巻線が集中巻の場合の極数Ｐとティース数Ｍの組み合わせによる最小公倍数は、（２／３）Ｍ＜＝Ｐ＜＝（４／３）Ｍの場合、４ｎ：３ｎの場合はｎが７以上の組み合わせで最小公倍数Ｎが８４以上となり７６より大きくなる。この場合、最小公倍数は１６８である。最小公倍数Ｎは７６より大きいので、例えばエレベータ巻上機モータの場合、トラクションシーブ１／Ｎ回転によるかごの移動距離は２０ｍｍ未満になり、かごの停止位置誤差を±１０ｍｍ未満に抑えることが容易になる。また、Ｐ：Ｍが２ｎ：３ｎの場合はｎが１３以上の場合にＮが７８以上となり７６よりも大きくなり、ｎが１３以上のモータがエレベータ巻上機に適しているといえる。
以上のような観点から集中巻モータに関して検討すれば、（２／３）Ｍ＜Ｐ＜（４／３）Ｍであって、但し、Ｐ＞＝２０の場合に最小公倍数はすべて７６以上と十分大きくなり、停止位置誤差が±１０ｍｍ以下の停止精度の良いエレベータ巻上機を得ることができる。
【００１７】
実施の形態３.
図１１はこの発明の実施の形態３におけるラジアル方向にギャップがあるタイプのトロイダル巻線モータを示す図、図１２は図１１の一部拡大図である。
図１１は極数が１６でスロット数が２４の場合を示す（この場合、最小公倍数は、極数：スロット数＝２：３となる）。
図１２では回転子３、４の角度に応じて適切な通電を行うことで（巻線に電流を流す）、回転子３、４は図示の矢印の方向に進む。
【００１８】
実施の形態４.
図１３はこの発明の実施の形態４におけるラジアル方向にギャップがあるタイプのトロイダル巻線モータを示す図、図１４は図１３の一部拡大図である。
図１３は極数が３２でスロット数が２４の場合を示す（この場合、最小公倍数は、極数：スロット数＝４：３となる）。
図１４では回転子３、４の角度に応じて適切な通電を行うことで（巻線に電流を流す）、回転子３、４は図示の矢印の方向に進む。
【００１９】
実施の形態５.
図１５はこの発明の実施の形態５におけるラジアル方向にギャップがあるタイプのトロイダル巻線モータを示す図である。
図１５は、最小公倍数で内側回転子３の極数とスロット数が２：３（全極数とスロット数は、スロット数２４スロット）、最小公倍数で外側回転子４の極数とスロット数が４：３（全極数とスロット数は、３２極、スロット数２４スロット）のトロイダル巻線モータである。これを一部拡大したのが図４である。
【００２０】
実施の形態６.
図１６はこの発明の実施の形態６におけるアキシャルギャップタイプのトロイダル巻線モータの固定子を示す展開図、図１７はこの発明の実施の形態６におけるアキシャルギャップタイプのトロイダル巻線モータの左側回転子を示す展開図、図１８はこの発明の実施の形態６におけるアキシャルギャップタイプのトロイダル巻線モータの右側回転子を示す展開図である。
図１６〜図１８は、Ｎ＝３の時の場合で、８極の左側回転子１３と、１０極の右側回転子１４と、９スロットを持つ固定子１１の例を示したものである。
図において、アキシャルギャップタイプのトロイダル巻線モータは、トロイダル巻線１２が施され、左側ティース１１ａ及び右側ティース１１ｂを備えた固定子１１と、左側ティース１１ａに対向するように配置された３ｎ＋１極（ここでは８極、極スロットの組み合わせが、最小公倍数で極数３ｎ＋１極とスロット数３ｎ、但しｎが偶数の場合、極数とスロット数に２を乗算する）の永久磁石１３ａを備えた左側回転子１３と、右側ティース１１ｂに対向するように配置された３ｎ−１極（ここでは１０極、極スロットの組み合わせが、最小公倍数で極数３ｎ−１極とスロット数３ｎ、但しｎが偶数の場合、極数とスロット数に２を乗算する）の永久磁石１４ａを備えた右側回転子１４とで構成されている。ここで、左側と右側の極数を入れ替えて、左側に３ｎ−１極、右側に３ｎ＋１極（極スロットの組み合わせが、最小公倍数で極数３ｎ±１極とスロット数３ｎ、但しｎが偶数の場合、極数とスロット数に２を乗算する）の組み合わせでも差し支えないものである。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】複数のブロックに分割された通常のトロイダル巻線モータの１ブロックを示す正面図である。
【図２】２極３スロットの回転子の駆動方向を示す説明図である。
【図３】４極３スロットの回転子の駆動方向を示す説明図である。
【図４】この発明の実施の形態１における８分割されたトロイダル巻線モータの１ブロックを示す正面図である。
【図５】この発明の実施の形態２におけるアキシャルギャップタイプのトロイダル巻線モータを示す縦断面図である。
【図６】この発明の実施の形態２におけるアキシャルギャップタイプのトロイダル巻線モータの回転子を展開して示す図５相当図である。
【図７】この発明によるトロイダル巻線モータの極数とスロット数の関係を示す表１である。
【図８】この発明によるトロイダル巻線モータの極数とスロット数の関係を示す表２である。
【図９】２極３スロットのトロイダル巻線モータの例を示す図である。
【図１０】４極６スロットのトロイダル巻線モータの例を示す図である。
【図１１】この発明の実施の形態３におけるラジアル方向にギャップがあるタイプのトロイダル巻線モータを示す図である。
【図１２】図１１の一部拡大図である。
【図１３】この発明の実施の形態４におけるラジアル方向にギャップがあるタイプのトロイダル巻線モータを示す図である。
【図１４】図１３の一部拡大図である。
【図１５】この発明の実施の形態５におけるラジアル方向にギャップがあるタイプのトロイダル巻線モータを示す図である。
【図１６】この発明の実施の形態６におけるアキシャルギャップタイプのトロイダル巻線モータの固定子を示す展開図である。
【図１７】この発明の実施の形態６におけるアキシャルギャップタイプのトロイダル巻線モータの左側回転子を示す展開図である。
【図１８】この発明の実施の形態６におけるアキシャルギャップタイプのトロイダル巻線モータの右側回転子を示す展開図である。
【符号の説明】
【００２２】
１、１１  固定子
１ａ  内側ティース
１ｂ  外側ティース
１１ａ  左側ティース
１１ｂ  右側ティース
２、１２  トロイダル巻線
３  内側の内転回転子
４  外側の外転回転子
１３  左側回転子      
１４  右側回転子
３ａ、４ａ、１３ａ、１４ａ  永久磁石          
【図１】
2006320187.tif 000003
【図２】
2006320187.tif 000004
【図３】
2006320187.tif 000005
【図４】
2006320187.tif 000006
【図５】
2006320187.tif 000007
【図６】
2006320187.tif 000008
【図７】
2006320187.tif 000009
【図８】
2006320187.tif 000010
【図９】
2006320187.tif 000011
【図１０】
2006320187.tif 000012
【図１１】
2006320187.tif 000013
【図１２】
2006320187.tif 000014
【図１３】
2006320187.tif 000015
【図１４】
2006320187.tif 000016
【図１５】
2006320187.tif 000017
【図１６】
2006320187.tif 000018
【図１７】
2006320187.tif 000019
【図１８】
2006320187.tif 000020