(57)【要約】【課題】  液体水素用ポンプを駆動するのに適した誘導モータを提供する。【解決手段】  かご型回転子を、断面積を小さくする、または抵抗の大きい材質を使用することにより抵抗値の大きいものにする。これにより、液体水素中の極低温環境において低速回転時のトルクが大きくなり、モータの起動が容易になる。抵抗の大きい材質としては、５０００系、６０００系、７０００系等のアルミ合金が適している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子の導体としてアルミ合金を用いた回転子と、
前記回転子に回転磁界を供給する固定子
とを具備する
かご型誘導モータ。
【請求項２】
請求項１に記載のかご型誘導モータであって、
前記アルミ合金はマグネシウムを含む
かご型誘導モータ。
【請求項３】
請求項２に記載のかご型誘導モータであって、
前記アルミ合金は更にシリコンを含む
かご型誘導モータ。
【請求項４】
請求項２に記載のかご型誘導モータであって、
前記アルミ合金は更に亜鉛を含む
かご型誘導モータ。
【請求項５】
液体水素が通る流路を有するケースと、
前記ケースに収納され、導体にアルミ合金を用いた回転子と、
前記回転子に回転磁界を供給する固定子と、
前記回転子が発生するトルクを用いて前記液体水素を前記流路に沿って流すポンプ部
とを具備する
液体水素用ポンプ。
【請求項６】
所定の負荷が掛けられているときにかご型誘導モータが起動するため必要なトルクを計算するステップと、
水素の沸点以下の温度において前記かご型誘導モータの起動トルクが前記必要なトルクよりも大きくなるように回転子導体の抵抗値を決めるステップ
とを具備する
液体水素用かご型誘導モータの設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体水素を移送する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
エネルギーを水素のかたちで貯蔵して利用する水素エネルギーが注目されている。水素を供給する水素ステーションにおいて水素が液体水素として貯蔵されている場合、液体水素を貯蔵庫から必要とされる場所へ移送する技術が求められる。
【０００３】
特許文献１には、ロータバー及びエンドリングを備えるかご型ロータと、かご型ロータの外周に配設されたステータとからなる誘導電動機において、ロータバーとエンドリングのいずれか一方又は双方の電気抵抗値が始動時に高く、運転時に減少することを特徴とする誘導電動機が開示されている。
【特許文献１】特開平６−１１３５１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、液体水素を移送するポンプを駆動するのに適したモータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
以下に、［発明を実施するための最良の形態］で使用される番号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【０００６】
本発明によるかご型誘導モータは、導体にアルミ合金を用いた回転子（４）と、回転子（４）に回転磁界を供給する固定子（２）とを備える。
【０００７】
本発明によるかご型誘導モータにおいて、アルミ合金はマグネシウムを含む。
【０００８】
本発明によるかご型誘導モータにおいて、アルミ合金は更にシリコンを含む。
【０００９】
本発明によるかご型誘導モータにおいて、アルミ合金は更に亜鉛を含む。
【００１０】
本発明による液体水素用ポンプ（１）は、液体水素が通る流路を有するケース（６）と、ケース（６）に収納され、導体にアルミ合金を用いた回転子（４）と、回転子（４）に回転磁界を供給する固定子（２）と、回転子（４）が発生するトルクを用いて液体水素を流路に沿って流すポンプ部（１０）とを備える。
【００１１】
本発明による液体水素用かご型誘導モータの設計方法は、所定の負荷が掛けられているときにかご型誘導モータが起動するため必要なトルクを計算するステップと、水素の沸点以下の温度においてかご型誘導モータの起動トルクが必要なトルクよりも大きくなるように回転子の抵抗値を決めるステップとを備える。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、液体水素を移送するポンプを駆動するのに適したモータが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態について説明する。液体水素を移送するために使用されるポンプは、‐２５３℃以下の極低温の環境に接することになる。こうしたポンプにおいては、モータ等の機械的に駆動する部材は、できるだけ液体水素と同じ温度の環境に置かれた方が、温度による熱膨張の違い等の問題が少なくてよい。
【００１４】
そうした液体水素ポンプの例が、図１に示されている。誘導モータ１は、ケーシング６を備える。ケーシング６の内部には、誘導モータ１の固定子２が設置される。固定子２には、図示しない配線により交流電流が供給される。固定子２の内側にはかご型の回転子４が配置される。回転子４はシャフト５に接続されている。シャフト５は軸受８によって支持され、そのため回転子４は固定子２と接触しない。
【００１５】
ケーシング６の内部は、シャフト５と概ね垂直な隔壁１６によって二つの領域に分かれている。第１の領域には、固定子２、回転子４及び軸受８が収納される。シャフト５は、その第１の領域から他方の第２の領域まで、隔壁に設けられた孔を介して貫通している。第２の領域におけるシャフト５にはポンプ羽根車１０が接続されている。ポンプ羽根車１０は、シャフト５の長手方向に平行で且つポンプ羽根車１０に対して固定子２及び回転子４の反対側から流れてくる流体の流れを、シャフト５の半径方向外向きの流れに変える。第２の領域におけるケーシング６には、シャフト５の延長方向に概ね垂直な面に設けられた液体水素入口１２と、ポンプ羽根車１４の半径方向の延長上の位置に設けられた液体水素出口１４とが設けられている。
【００１６】
第２の領域の液体水素は、隔壁１６に設けられた孔を介して第１の領域に流入し、固定子２、回転子４及び軸受８を浸す。固定子２、回転子４及び軸受８は液体水素により冷却される。
【００１７】
図２に、誘導モータの等価回路を示す。交流電源２１の第１の端子と第１ノード２２との間には交流電源２１に近い側から順に１次抵抗２４と１次漏れインダクタンス２５が直列に接続されている。第１ノード２２と第２ノード２３との間には、第１ノード２２に近い方から順に２次漏れインダクタンス２６と２次抵抗２７とが接続されている。第１ノード２２と第２ノード２３との間には更に、２次漏れインダクタンス２６、２次抵抗２７と並列に、励磁インダクタンス２８が接続されている。第２ノード２３は交流電源２１の第２の端子に接続されている。誘導モータの特性は、特に２次抵抗２７の抵抗値に大きく影響される。
【００１８】
図３に、室温時における誘導モータの回転数とトルクの関係を示す。この図は、回転子４の抵抗値（等価回路における２次抵抗２７の抵抗値に対応する）が比較的小さいときを示している。モータの回転数が小さいときはトルクが最大トルクよりも若干、小さい。トルクは回転数が最大に近い領域で最大となる。
【００１９】
図４に、水素が液化する−２５３℃程度の極低温時において、図３と同じ誘導モータが示す回転数とトルクの関係を示す。極低温時には、２次抵抗の値が小さくなり、その結果、回転数が小さい領域でのトルクが非常に小さくなる。こうした状況では、モータに掛けられている負荷が比較的小さい場合でも、モータが起動しない場合がある。
【００２０】
回転数が小さい領域で大きいトルクが必要とされる場合、誘導モータの設計を起動時の条件に基づいて行うと、モータの寸法が大きくなる傾向がある。そのように設計されたモータは、定格で必要な出力以上を出すモータとなる。そのため、常温における同仕様のモータと比べて寸法が大きくなる。
【００２１】
本実施の形態における誘導モータは、２次抵抗２７の抵抗値を大きくすることにより、低温環境下においてモータ寸法の増加を抑制しながら、ある程度大きい起動トルクを実現する。
【００２２】
こうした誘導モータは、次のように設計される。まず、誘導モータに掛けられる負荷の大きさが設定される。その負荷が掛けられているときに誘導モータが起動するために必要なトルクが求められる。次いで、そのトルクよりも水素の沸点以下の温度において誘導モータの起動トルクが大きくなるように、回転子の抵抗値が決められる。決められた抵抗値が実現されるように、回転子の導体の断面積及び回転子の材料が決められる。
【００２３】
低温環境下における２次抵抗２７を大きくする方法として、等価回路の２次抵抗２７に対応する回転子４の導体の断面積を減少する方法が考えられる。更に、回転子４の導体の材質（例えば純度、含有成分）をより抵抗の大きいものに変更する方法が考えられる。
【００２４】
極低温環境で使用される誘導モータの２次抵抗２７の抵抗値を大きくするために適した回転子４の導体の材料としては、以下に例示されるアルミ合金が挙げられる。
５０００系合金（Ａｌ‐Ｍｇ系合金）
例：５０８３（Ｍｇ４．５％、Ｍｎ０．５％、Ｃｒ０．１％）
６０００系合金（Ａｌ‐Ｍｇ‐Ｓｉ系合金）
例：６０６１‐Ｔ６（Ｍｇ１．０％、Ｓｉ０．６％、Ｃｕ０．２５％、Ｃｒ０．２５％）
７０００系合金（Ａｌ‐Ｚｎ‐Ｍｇ系合金）
例：７０３９‐Ｔ６１（Ｚｎ４．０％、Ｍｇ２．７％、Ｍｎ０．２％、Ｃｒ０．２％）
【００２５】
回転子４の導体にこうした材料を採用し、回転子４の導体の断面積の調節を行うことにより、極低温環境において回転数が小さい領域においてある程度のトルクを発生するモータを、無駄に大きくすることなく実現することができる。図１に示した液体水素ポンプにこうした誘導モータを用いれば、起動トルクの大きい小型のポンプが実現される。
【００２６】
極低温環境での動作に適した誘導モータは、極低温環境での動作に適した発電機として使用することも可能である。すなわち、極低温化で液体水素などの流体の流れを羽根車などによってシャフトの回転運動に変換し、発生した電力を固定子に接続された配線を介して取り出すことにより、極低温環境で特性のよい小型の発電機が実現される。
【００２７】
本実施の形態における誘導モータをインバータに接続して誘導モータに供給する周波数と電圧を制御するシステムを製作した場合、誘導モータが小型であるため、インバータ容量も小さくすむ。そのため、極低温での使用に適した小型のインバータ制御ポンプが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、液体水素ポンプの構成を示す。
【図２】図２は、誘導モータの等価回路を示す。
【図３】図３は、室温時における誘導モータのトルク‐回転数特性を示す。
【図４】図４は、極低温時における誘導モータのトルク‐回転数特性を示す。
【符号の説明】
【００２９】
２…固定子
４…回転子
５…シャフト
６…ケーシング
８…軸受
１０…ポンプ羽根車
１２…液体水素入口
１４…液体水素出口
１６…隔壁
２１…交流電源
２２…第１ノード
２３…第２ノード
２４…１次抵抗
２５…１次漏れインダクタンス
２６…２次漏れインダクタンス
２７…２次抵抗
２８…励磁インダクタンス
【図１】
2006304488.tif 000003
【図２】
2006304488.tif 000004
【図３】
2006304488.tif 000005
【図４】
2006304488.tif 000006