(57)【要約】【課題】高精度の加工部品や軸受を用いることなく、高いトルク、出力を安価かつ容易に得ることができるとともに、騒音や振動が増加するのを防止することができるリラクタンスモータを提供する。【解決手段】巻線６を巻き回して構成されたコイル７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆを装着した複数のティース部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆを周方向に配置して構成されるステータ３と、上記ティース部とギャップを隔てて対向しつつ回転する突極部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄを設けたロータとを備えるリラクタンスモータであって、上記コイルを超電導材料から形成された巻線を巻き回して構成するとともに、上記コイルを超電導臨界温度以下に冷却する冷却手段９を設けて構成している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻線を巻き回して構成されたコイルを装着した複数のティース部を周方向に配置して構成されるステータと、上記ティース部とギャップを隔てて対向しつつ回転する突極部を設けたロータとを備えるリラクタンスモータであって、
上記コイルを超電導材料から形成された巻線を巻き回して構成するとともに、
上記コイルを超電導臨界温度以下に冷却する冷却手段を設けた、リラクタンスモータ。
【請求項２】
上記ギャップの大きさを０．３ｍｍ以上に設定した、請求項１に記載のリラクタンスモータ。
【請求項３】
上記冷却手段は、周方向に隣接して設けられる上記各コイルとの接液面を有する冷媒流動路を備えて構成される、請求項１又は請求項２のいずれかに記載のリラクタンスモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、リラクタンスモータに関する。詳しくは、超電導材料から形成されたコイルを備えるリラクタンスモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
リラクタンスモータは、ロータにコイルが設けられておらず、ロータとステータの磁気的突極性により生じるリラクタンストルクによって駆動されるモータである。リラクタンスモータは、誘導モータや永久磁石モータに比べて構造が簡単であり、また、堅牢に構成できるとともに永久磁石を用いないため原理的には安価に製作できる。
【０００３】
特に、ロータに磁石やコイルを設ける必要がないため、構造が簡単で、耐遠心力性が高く、低速域から高速域まで使用することができる。このため、自動車駆動用のモータをはじめ種々の用途への適用が期待されている。
【０００４】
一方、永久磁石による界磁磁束を持たないため、トルク・効率・力率が、永久磁石を使用したモータに比べて劣る。リラクタンスモータのトルクを増大させ、力率や効率を高めるために、上記ロータ突極部と上記ステータのティース部内周面との間のギャップを小さくすることが考えられる。
【０００５】
しかしながら、上記ギャップを小さくするほどロータの回転精度を確保するために軸受等の精度を高める必要があり、製造コストが増加する。また、上記ギャップを小さくするほど、回転に伴う半径方向の吸引力の急激な変動も大きくなり、騒音や振動が大きくなるといった問題が生じやすい。また、上記軸受に高い剛性も要求されることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−１８２４９０号公報
【非特許文献】
【０００７】
２００９年度大阪府立大学/大阪市立大学新技術説明会（平成２０年７月３日開催）の資料（http:jstshingi.jp/abst/p/09/909/osaka305.pdfにて公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
たとえば、リラクタンスモータを自動車駆動用に用いる場合、従来に比べて高いトルク、出力を発揮できることが要求される。高いトルク、出力を発揮させるためには、上記ギャップの大きさをより小さく設定する必要が生じる。また、ロータの回転精度を確保するため、精度や剛性がより高い部品や軸受等を採用する必要も生じる。
【０００９】
本願発明は、高いトルクや出力を得ることができるとともに、電流値の増加に伴って騒音や振動が増加するのを防止することができ、さらに、精度や剛性の高い軸受等を用いなくともロータの回転精度を容易に確保することができるリラクタンスモータを提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願発明は、巻線を巻き回して構成されたコイルを装着した複数のティース部を周方向に配置して構成されるステータと、上記ティース部とギャップを隔てて対向しつつ回転する突極部を設けたロータとを備えるリラクタンスモータであって、上記コイルを超電導材料から形成された巻線を巻き回して構成するとともに、上記コイルを超電導臨界温度以下に冷却する冷却手段を設けて構成したものである。
【００１１】
コイルの巻線を超電導材料から形成し、このコイルに超電導状態で電流を流すことにより、コイルの電気抵抗を極めて小さくすることができる。このため、エネルギ効率が高く、また、大きな電流を流して大きなトルクを得ることができる。さらに、従来の銅線に比べてコイルの断面積を小さくすることが可能となるため、モータの小型化を図ることができる。このため、自動車駆動用のモータのみならず、産業機械用の動力源として種々の用途に利用できる。
【００１２】
上記巻線を構成する超電導材料は特に限定されることはない。たとえば、Ｂｉ（ビスマス）系や、Ｙ（イットリウム）系、Ｔｌ（タリウム系）、Ｈｇ（水銀）系の酸化物超電導材料から形成されたコイルを採用することができる。
【００１３】
巻線の形態も特に限定されることはない。たとえば、テープ状の巻線を採用することができる。また、超電導材料で形成された複数の線材を並列に接続して巻き回すことにより、上記コイルを構成することができる。
【００１４】
また、上記ティース部の数及び上記ロータの突極数も特に限定されることはない。たとえば、４つの突極を有するロータと、６つのティース部を有するステータからリラクタンスモータを構成できる。また、リラクタンスモータの形式も特に限定されることはなく、種々の形式のリラクタンスモータに本願発明を適用できる。
【００１５】
上記コイルにおいて超電導状態を実現するために、上記冷却手段が設けられる。上記コイルを超電導臨界温度以下に冷却することができれば、上記冷却手段の構成は特に限定されることはない。請求項３に記載した発明のように、周方向に隣接して設けられる上記各コイルの間に配置されたコイルとの接液面を有する冷媒流動路を備えて構成することができる。上記冷媒流動路には、たとえば、冷媒としての液体窒素が流動させられる。
【００１６】
超電導材料から形成された巻線を巻き回して構成されるコイルを上記冷却手段によって超電導臨界温度以下に冷却しつつ電流を流すことにより、コイルの電気抵抗が極めて小さくなり、大きな電流を流して大きな出力を得ることができる。
【００１７】
一方、大きな電流を流すことより、対向位置における上記ロータの突極部と上記ステータのティース部内周面との間に生じる磁束密度も大きくなり、ロータの回転に伴う半径方向の吸引力の急激な変動も大きくなる。このため、上記ギャップの大きさを従来と同様の大きさに設定すると、騒音、振動等も大きくなる。また、上記ロータの回転精度を確保するために、剛性や精度の高い軸受が必要になる。
【００１８】
本願発明では、上記不都合を回避するために、請求項２に記載した発明のように、上記ギャップの大きさを０．３ｍｍ以上に設定している。上記ロータとステータの間のギャップを０．３ｍｍ以上に設定することにより、上記ロータの突極部とステータのティース部内周面が対向した際の上記吸引力の急激な変動を低減させることができる。このため、上記ロータの回転に伴う吸引力の変動による騒音や振動を低減させることができる。また、ロータの軸受に、剛性や精度高いものを採用する必要もなくなる。なお、上記ギャップの上限値は、リラクタンスモータを採用する機械装置等において所要の出力や効率を確保できるように定めることができる。たとえば、上記ギャップの大きさを２０ｍｍ以下に設定することができる。また、自動車駆動用モータの場合、１ｍｍ以下に設定するのが好ましい。
【００１９】
一方、モータの上記ギャップが大きくなることによってインダクタンスの差は小さくなり、発生トルクも小さくなると考えられる。しかし、超電導線材を用いて初めて可能になる大きな電流値によって、上記インダクタンスの差の低下によるトルク減少を上回るさらに大きなトルク、出力を得ることができる。したがって、大きな出力を確保しつつ、騒音や振動の増加を防止できる。
【発明の効果】
【００２０】
リラクタンスモータにおいて、高精度の加工部品や軸受を用いることなく、高いトルク、出力を安価かつ容易に得ることができるとともに、騒音や振動が増加するのを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本願発明の実施形態に係るリラクタンスモータの構造を示す概略模式図である。
【図２】図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿う概略断面図である。
【図３】図２の要部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本願発明の実施形態を図に基づいて具体的に説明する。図１は本願発明に係るリラクタンスモータの概略構成を示す模式図である。
【００２３】
リラクタンスモータ１は、回転子として用いるロータ２と、固定子として用いるステータ３とを備えて構成される。
【００２４】
上記ロータ２は、図示しない電磁鋼板を軸方向に積層して構成されており、図２に示すように、９０°間隔で４つの突極部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが設けられている。上記ロータ２は、軸方向両端部に設けられる軸受４，４に軸部５，５が支持されて、上記ステータ３の内部空間内で回転可能に支持されている。
【００２５】
上記ステータ３は、上記ロータの突極部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄに対向するとともに、６０°間隔で配置された６つのティース部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆを備える。上記各ティース部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆの周りには、巻線６を巻き回して形成されたコイル７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆが装着されている。上記各コイル７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆに電流を順次流すことにより、各ティース部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆを順次励磁すると、これに対応して上記ロータ２の各突極部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄが磁化される。上記ロータ２の突極数と上記ステータ３のティース部の数が相異するため、上記ロータ２の隣接する突極の一方がより強く磁化される。これにより、リラクタンス力（磁気抵抗差力）が発生して、上記ロータ２が回転させられる。
【００２６】
本実施形態では、上記巻線６は、超電導材料で形成されているとともに、レーストラック型の線材が採用されている。また、上記各コイルを超電導臨界温度以下に冷却するために、各コイルは断熱容器８内に保持された状態で、上記各ティース部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆに装着されている。
【００２７】
上記巻線６を構成する超電導材料は特に限定されることはない。たとえば、Ｂｉ（ビスマス）系や、Ｙ（イットリウム）系、Ｔｌ（タリウム）系、Ｈｇ（水銀）系の酸化物超電導材料から形成された巻線から上記各コイルを構成できる。
【００２８】
図２に示すように、上記断熱容器８は、各コイル７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆを内部に直接保持する内槽容器８ａと、上記内槽容器８ａの外周部を取り囲むように配置された外槽容器８ｂとを備えて構成されている。各コイル７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆは、内槽容器８ａ内に保持されるとともに、この内槽容器８ａの外周を取り囲むように外槽容器８ｂを配置した構成を採用することにより、各コイルを外部から断熱状態に保持することができる。
【００２９】
上記内槽容器８ａ内において、隣接する各コイルの間には、冷媒が流動させられる冷媒流動路９が設けられており、モータの軸方向に液体窒素等の冷媒が流動させられる。これにより、上記各コイル７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆを超電導臨界温度以下に保持することができる。
【００３０】
上記内槽容器８ａ及び上記外槽容器８ｂは、断熱性に優れた材料から形成される。たとえば、ＦＲＰにより形成することができる。ＦＲＰは、強度や断熱性が非常に高く、容器の内部と外部との温度差や、モータの使用時と不使用時との容器内部の温度差により生じる応力による破損や、冷媒によるコイルの冷却効率の低下を抑制することができる。なお、ＦＲＰの他に、内槽容器８ａ及び外槽容器８ｂを、たとえば、フィラー含有プラスチックやセラミック等を用いて形成することもできる。
【００３１】
本実施形態では、上記各コイルを超電導臨界温度以下に冷却して電流を流すため、コイルの電気抵抗をゼロにすることができる。このため、エネルギ効率が高く、また、大きな電流を流して大きなトルク、出力を得ることができる。また、従来の銅線に比べてコイルの断面積を小さくすることが可能となるため、モータの小型化を図ることができる。
【００３２】
従来のリラクタンスモータにおいては、たとえば、上記非特許文献１に記載されているように、効率を高め、大きな出力を発生させるために、図３に示すロータの突極部とステータのティース部内周面との間のギャップＳの大きさをできるだけ小さく、たとえば、０．１ｍｍ程度に設定するのが望ましいとされていた。このため、ロータがステータと接触することを避けるために回転時のギャップの大きさを精度高く管理することが必要となり、部品に高い加工精度が求められるとともに、軸受にも高い剛性や精度が要求されることになる。
【００３３】
また、上記各コイル７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ，７ｆに大きな電流を流すと、上記ロータ２の各突極部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄと、上記ステータ３の各ティース部３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｅ，３ｆが対向する位置近傍において磁束密度の急激な変化が起こり、ロータの回転に伴う半径方向の吸引力の変動も大きくなる。このため、従来のリラクタンスモータは、加工コストが高く、騒音や振動も大きくなっていた。
【００３４】
本実施形態では、上記ギャップＳの大きさを０．３ｍｍ以上に設定している。上記ギャップＳの値が比較的大きいために、ロータ回転時に精密に上記ギャップＳの値を管理することが不要となり、加工部品や軸受にも高い剛性や精度が不要になる。また、上記ギャップＳの大きさを０．３ｍｍ以上に設定することにより、コイルに大きな電流を流した場合に、ロータの回転に伴う急激な吸引力の変動を小さくすることが可能となる。したがって、モータ運転時の騒音や振動の増加を緩和することが可能となる。
【００３５】
本願発明の範囲は、上述の実施形態に限定されることはない。今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって、制限的なものでないと考えられるべきである。本願発明の範囲は、上述した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
高精度の加工部品や軸受を用いることなく、高いトルク、出力を安価かつ容易に得ることができるとともに、騒音や振動が増加するのを防止することができるリラクタンスモータを提供できる。
【符号の説明】
【００３７】
１  リラクタンスモータ
２  ロータ
３  ステータ
６  巻線
３ａ  ティース部
３ｂ  ティース部
３ｃ  ティース部
３ｄ  ティース部
３ｅ  ティース部
３ｆ  ティース部
７ａ  コイル
７ｂ  コイル
７ｃ  コイル
７ｄ  コイル
７ｅ  コイル
７ｆ  コイル
９  冷却手段（冷媒流動路）
Ｓ  ギャップ
【図１】
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【図２】
2011211881.tif 000004
【図３】
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