(57)【要約】【課題】回転トルクを向上させる。【解決手段】軸方向に対向させる一対のリング状のステータ１０、１０と、ステータ１０、１０の間に挟み込む円板状のロータ２０とを設け、ステータ１０は、リング状の鉄心１１の径方向のスロット１１ａ、１１ａ…にコイル１２、１２…を収納し、ロータ２０は、磁性材の円板２２と導電材の円板２１、２１とを同心状に組み合わせる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ギャップを介して軸方向に対向させる一対のリング状のステータと、該ステータの間に同心状に挟み込む円板状のロータとを備えてなり、前記ステータは、それぞれリング状の鉄心の径方向のスロットにコイルを収納し、前記ロータは、導電材の円板と磁性材の円板とを同心状に組み合わせ、前記導電材の円板は、扇形孔を円形に配列して放射状の電路を形成することを特徴とする誘導モータ。
【請求項２】
前記ロータは、一対の前記導電材の円板の間に前記磁性材の円板を挟み込むことを特徴とする請求項１記載の誘導モータ。
【請求項３】
前記ロータは、各１枚の前記導電材の円板、前記磁性材の円板を重ね合わせることを特徴とする請求項１記載の誘導モータ。
【請求項４】
前記導電材の円板、前記磁性材の円板の間に絶縁用のギャップを設けることを特徴とする請求項２または請求項３記載の誘導モータ。
【請求項５】
前記ロータは、永久磁束を周縁部に配置することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか記載の誘導モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、軸方向にギャップを有し、偏平形に構成することができる誘導モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
出願人は、ギャップを介し、リング状のステータと円板状のロータとを軸方向に対向させる偏平形の誘導モータを先きに提案した（特許文献１）。
【０００３】
リング状のステータは、リング状の鉄心の径方向のスロットにコイルを収納して構成されている。また、ロータは、鋼材などの磁性材の円板に扇形孔を円形に配列して放射状の電路を形成し、支軸を介して回転自在に支持されている。そこで、ギャップを介してステータ、ロータを軸方向に対向させ、ステータのコイルに二相または三相交流電流を通電して回転磁界を発生させることにより、ロータを回転駆動することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−５４５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
かかる従来技術によるときは、ステータは、ロータの片側にだけ配置されているので、ギャップ内の磁束密度を十分に大きくすることができない上、磁性材のロータは、電気抵抗が高く、電路に誘導する電流が小さいため、必要十分な回転トルクが得られないという問題があった。なお、偏平形の誘導モータは、数万ｒｐｍ以上の高速回転仕様が普通であるから、回転トルクが小さいと、起動時間が過大となり、使用上の制約を生じることが少なくない。
【０００６】
そこで、この発明の目的は、かかる従来技術の問題に鑑み、導電材、磁性材の円板を組み合わせるロータを一対のステータの間に挟み込むことによって、回転トルクを向上させることができる誘導モータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる目的を達成するためのこの発明の構成は、ギャップを介して軸方向に対向させる一対のリング状のステータと、ステータの間に同心状に挟み込む円板状のロータとを備えてなり、ステータは、それぞれリング状の鉄心の径方向のスロットにコイルを収納し、ロータは、導電材の円板と磁性材の円板とを同心状に組み合わせ、導電材の円板は、扇形孔を円形に配列して放射状の電路を形成することをその要旨とする。
【０００８】
なお、ロータは、一対の導電材の円板の間に磁性材の円板を挟み込むことができ、各１枚の導電材の円板、磁性材の円板を重ね合わせることができ、導電材の円板、磁性材の円板の間に絶縁用のギャップを設けることができる。
【０００９】
また、ロータは、永久磁束を周縁部に配置してもよい。
【発明の効果】
【００１０】
かかる発明の構成によるときは、一対のリング状のステータは、それぞれ径方向のスロットに収納するコイルに二相または三相交流電流を通電して回転磁界を作ることができ、ギャップを介してステータの間に挟み込む円板状のロータを回転駆動することができる。なお、各ステータは、たとえば帯状のけい素鋼板をスパイラルに積層して空心のリング状に仕上げた上、片面に径方向のスロットを形成し、適当な絶縁材を介してスロット内にコイルを収納し、それぞれのコイルを軸方向に対向させることにより、同一速度で同方向に回転する同大の逆極性の回転磁界をギャップ内に形成する。ただし、空心のリング状の鉄心は、純鉄材、軟鋼材などの高磁性材料の無垢材により形成してもよい。
【００１１】
一対のステータによる回転磁界は、一方のステータの一方の磁極から、他方のステータの逆極性の磁極に至り、他方のステータの他方の磁極を経て、元のステータの逆極性の磁極に戻り、この間において、ギャップ内に挟み込む円板状のロータを軸方向に貫通して２回鎖交することにより、ロータに発生する回転トルクを向上させることができる。なお、鉄心のスロットは、鉄心の周方向に傾け、適切なスキュー角を形成することにより、回転トルクの脈動を抑えてロータを滑らかに回転させることができる。
【００１２】
ロータは、磁性材の円板と導電材の円板とを同心状に組み合わせ、ステータによる回転磁界を軸方向に鎖交させて回転トルクを発生させることができる。なお、磁性材の円板は、ギャップ内の磁束密度を向上させるとともに、内部に発生するうず電流による回転トルクを発生し、導電材の円板は、径方向の放射状の電路内の電流により一般的な誘導モータのかご形ロータと同様に作動して回転トルクを発生する。そこで、磁性材の円板は、純鉄材、軟鋼材などの無垢材を使用し、導電材の円板は、アルミニウム材、銅材などを機械加工して作るのがよい。導電材の円板は、各電路を周方向に傾けることにより、鉄心のスロットを傾けると同様のスキュー角を形成し、回転トルク特性を向上させることができる。また、各扇形孔は、各隅角部を滑らかに丸めることにより、遠心力による内部応力の集中を緩和することができる。
【００１３】
ロータは、一対の導電材の円板の間に磁性材の円板を挟み込み、軸方向に対向させる一対のリング状のステータと組み合わせることにより、磁性材の円板状のロータの片側にリング状のステータを軸方向に対向させる従来の場合に比して、約２．１倍の大きな回転トルクを実現することができた。また、各１枚の導電材の円板、磁性材の円板を重ね合わせてロータを形成し、一対のリング状のステータと組み合わせることにより、約１．８倍の回転トルクを実現することができた。
【００１４】
導電材の円板、磁性材の円板は、両者間に絶縁用のギャップを形成することにより、双方の円板内に生じるうず電流の乱れを防止することができる。なお、絶縁用のギャップは、たとえば導電材の円板、磁性材の円板の一方または双方の中心部分だけを厚くし、双方の円板が互いに全面密着することを避けて形成することができる。
【００１５】
ロータの周縁部に配置する永久磁石は、外部からロータを回転駆動すると、ロータの両側の各ステータのコイルに磁束を鎖交させ、発電機として動作させることができる。そこで、たとえばロータの軸に連結されている電力貯蔵用のフライホイールの運動エネルギを電力として外部に取り出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】要部構成模式縦断面図
【図２】鉄心の製造工程模式説明図
【図３】ステータの構成説明図
【図４】図１の要部拡大図
【図５】導電性の円板の構成説明図
【図６】他の実施の形態を示す図４相当模式図
【図７】図６の要部構成説明図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を以って発明の実施の形態を説明する。
【００１８】
誘導モータは、一対のリング状のステータ１０、１０と、円板状のロータ２０とを備えてなる（図１）。
【００１９】
ステータ１０、１０は、ギャップＧを介して軸方向に同心状に対向している。ただし、ステータ１０、１０は、円筒形のスペーサ３１の両端面に付設する内フランジ３２、３２を介して一体に組み立てられ、図示しないケース状のフレーム内に収納されている。また、ロータ２０は、ステータ１０、１０と共通の軸心Ｃ上に配置する段付きの軸２５を介し、図示しないフレーム内に回転自在に支持されている。
【００２０】
ステータ１０、１０は、それぞれリング状の鉄心１１の片面に形成する径方向のスロット１１ａ、１１ａ…にコイル１２、１２…を収納して構成されている。なお、鉄心１１には、内枠１３、外枠１４が付属している。
【００２１】
鉄心１１は、たとえば厚さ０．３５mmの帯状のけい素鋼板１１ｂをスパイラルに積層して空心のリング状に作る（図２（Ａ））。けい素鋼板１１ｂの巻始め、巻終りは、たとえば溶接によって止め（図２（Ｂ））、外フランジ１３ａ付きのリング状の内枠１３を内周に嵌めるとともに、リング状の外枠１４を外周に嵌め（図２（Ｂ））、外枠１４を外フランジ１３ａに溶接して一体に組み立てられている（図２（Ｃ））。なお、内枠１３の外フランジ１３ａは、外枠１４より大径に形成され、取付用のねじ穴１３ｂ、１３ｂ…が下面側に円形に配列して形成されている。
【００２２】
鉄心１１には、コイル１２、１２…を収納する径方向のスロット１１ａ、１１ａ…が形成されている（図３）。ただし、図３（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれステータ１０の上面模式図、同図（Ａ）のＸ−Ｘ線矢視相当断面図である。なお、図３（Ａ）において、鉄心１１の内周側、外周側に突出するコイル１２、１２…の両端部分は、単純な二点鎖線の円によって図示されている。
【００２３】
鉄心１１の径方向のスロット１１ａ、１１ａ…は、たとえば三相４極用として、２４本が鉄心１１の周方向に等ピッチに形成されている。各スロット１１ａは、たとえば半閉スロット、開放スロットなどに形成され、コイル１２を収納することができる。なお、各スロット１１ａは、リング状の鉄心１１、内枠１３、外枠１４に共通に形成されている。各ステータ１０は、ボルト３２ａ、３２ａ…を介してスペーサ３１の内フランジ３２にねじ止めされており（図１）、各ボルト３２ａは、内枠１３の外フランジ１３ａのねじ穴１３ｂにねじ込まれている。
【００２４】
ステータ１０、１０は、ギャップＧを介してそれぞれのスロット１１ａ、１１ａ…、コイル１２、１２…側を軸方向に同心状に対向させている。ただし、図１には、各スロット１１ａから突出するコイル１２用のくさびや絶縁フィルムなどの絶縁物１１ｃが図示されているが、絶縁物１１ｃは、鉄心１１上に突出させない方が、ギャップＧを小さくすることができるため一層好ましい。
【００２５】
ロータ２０は、一対の導電材の円板２１、２１の間に磁性材の円板２２を挟み込んで形成されている（図１、図４）。各円板２１、２２は、同径に形成され、軸２５の段部２５ａ上の小径部に対し、リング状のスペーサ２５ｂ、２５ｃ、袋ナット２５ｄを介して同心状に固定されている。磁性材の円板２２は、軸２５を貫通させる中心部の厚さｔ1 を他の部分の厚さｔ2 に対してｔ1 ＞ｔ2 とすることにより、両側の導電性の円板２１、２１との間に絶縁用のギャップｇ、ｇを形成している。なお、ギャップｇは、各円板２１、２２の一方または双方の中心部だけを厚くして形成してもよく、各円板２１、２２の間にリング状のスペーサを介装して形成してもよい。また、ギャップｇは、空隙のままとしてもよく、図示しない絶縁材を充填してもよい。
【００２６】
導電性の円板２１、２１は、それぞれアルミニウム材の円板に扇形孔２１ａ、２１ａ…を開口して放射状の電路２１ｂ、２１ｂ…を径方向に形成している（図４、図５）。ただし、図５（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ円板２１の上面図、同図（Ａ）のＹ−Ｙ線矢視相当断面図である。
【００２７】
各扇形孔２１ａは、円板２１の径方向に配置され、円板２１の周方向に等ピッチに配置されている。また、各電路２１ｂは、隣接する扇形孔２１ａ、２１ａの間において、円板２１の径方向に均一幅に形成されている。なお、電路２１ｂ、２１ｂ…は、扇形孔２１ａ、２１ａ…の外周側、内周側において、円板２１の周方向に連結されている。各扇形孔２１ａは、内周側、外周側の各隅角部が滑らかに丸められている。また、円板２１の中心には、軸孔２１ｃが形成されている。
【００２８】
かかる誘導モータは、コイル１２、１２…に周波数５００Hzの三相交流電源を接続することにより、ロータ２０を約１００００rpm 以上に高速回転させ、軸２５を介してロータ２０の回転を外部に取り出すことができる。また、たとえば磁気浮上ベアリングなどの高性能軸受を介して軸２５を支持し、電源周波数をさらに高めることにより、１０万rpm 以上の高速回転も可能である。
【他の実施の形態】
【００２９】
ロータ２０は、永久磁石２３、２３を周縁部に配置することができる（図６、図７）。ただし、図７（Ａ）は、図６のＺ−Ｚ線矢視相当の全体模式横断面図であり、図７（Ｂ）は、同図（Ａ）の要部拡大図である。
【００３０】
永久磁石２３、２３は、円板状のロータ２０の周縁部に対し、たとえば共通のホルダ２３ａ、ケース２３ｂを介し、それぞれロータ２０の１／４周相当の範囲に亘って点対称位置に装着されている。ただし、ホルダ２３ａ、ケース２３ｂは、たとえば非磁性のチタン製であり、ロータ２０の円板２１、２１、２２の外周に適合するリング状に形成されている。導電材の円板２１、２１は、中間の磁性材の円板２２との間にそれぞれ絶縁用のギャップｇを形成するために、上下対称の断面形状に形成され、外周にホルダ２３ａを装着するために、磁性材の円板２２より大径に形成されている。
【００３１】
永久磁石２３、２３は、ロータ２０の上面側、下面側に互いに逆方向の磁極Ｎ、Ｓを有する。すなわち、図６において、図示されている一方の永久磁石２３が図面の上側、下側にそれぞれ磁極Ｎ、Ｓを有すると、図示されていない他方の永久磁石２３は、図面の上側、下側にそれぞれ磁極Ｓ、Ｎを有するものとする。永久磁石２３、２３は、ロータ２０の１／４周相当の非磁性体のスペーサ２３ｃ、２３ｃを介して隔てられており（図７）、スペーサ２３ｃ、２３ｃは、永久磁石２３、２３と共通のホルダ２３ａ、ケース２３ｂを介して保持されている。また、永久磁石２３、２３、スペーサ２３ｃ、２３ｃは、ホルダ２３ａ、ケース２３ｂとともに、たとえば炭素繊維強化プラスチック製のリング２３ｄを介して機械的に強固に保持されている。
【００３２】
ロータ２０を外部から回転駆動すると、永久磁石２３、２３からの磁束は、ステータ１０、１０のコイル１２、１２…に順に鎖交し、コイル１２、１２…に電圧を誘起することにより、発電機として動作させることができる。ただし、永久磁石２３、２３は、極数を図示の２極とするに代えて、それぞれの磁極を交互に反転させながらロータ２０の周縁部に任意の偶数極数を等ピッチに配置してもよい。
【００３３】
以上の説明において、ロータ２０は、各１枚の導電材の円板２１、磁性材の円板２２を軸方向に同心状に重ね合わせてもよい。ただし、このときも、円板２１、２２を全面密着させず、両者間に絶縁用のギャップｇを形成することが好ましい。
【００３４】
また、ステータ１０のリング状の鉄心１１は、帯状のけい素鋼板１１ｂをスパイラルに積層するに代えて、純鉄材、軟鋼材などの高磁性材の無垢材を空心のリング状に形成してもよい。なお、ステータ１０のスロット１１ａ、１１ａ…は、鉄心１１の周方向に傾け、スキュー角を形成してもよい。また、円板２１の電路２１ｂ、２１ｂ…を円板２１の周方向に傾け、同様のスキュー角を形成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
この発明は、たとえば電力貯蔵用のフライホイールや、遠心分離機などの高速回転体を駆動する用途に対し、広く好適に適用することができる。
【符号の説明】
【００３６】
Ｇ、ｇ…ギャップ
１０…ステータ
１１…鉄心
１１ａ…スロット
１２…コイル
２０…ロータ
２１…円板
２１ａ…扇形孔
２１ｂ…電路
２２…円板
２３…永久磁石
特許出願人          株式会社  エマージー
代理人  弁理士            松  田  忠  秋
【図１】
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【図２】
2011147257.tif 000004
【図３】
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【図４】
2011147257.tif 000006
【図５】
2011147257.tif 000007
【図６】
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【図７】
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