(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の間隔を有して直列に回転軸に装着され、かつそれぞれ突極を備える２個の回転子と、前記２個の回転子それぞれを囲繞するように配置され、かつ前記回転子にトルクを発生させるトルク発生用駆動コイルを備えた固定子と、前記固定子の外側に配置され、前記突極を励磁する界磁起磁力発生手段とを備え、
前記２個の回転子は、それらの直径が同一であり、かつ、一方の回転子における突極間に他方の回転子の突極が位置するように、前記回転軸に装着され、前記界磁起磁力発生手段は、前記２個の回転子の外側及びそれらの間を囲繞するように配置されてなることを特徴とするホモポーラ型リラクタンスモータ。
【請求項２】
前記回転軸がベアリングで支持されてなる前記請求項１に記載のホモポーラ型リラクタンスモータ。
【請求項３】
前記回転軸が磁気軸受けにより支持されてなる前記請求項１に記載のホモポーラ型リラクタンスモータ。
【請求項４】
前記回転軸近傍に配置され、かつ前記回転軸に半径方向力を発生させる制御用コイルと、前記回転軸の偏位を検出する回転軸位置検出手段と、前記回転軸位置検出手段により検出された回転軸の偏位に基づいて前記偏位を解消する方向の半径方向力を発生させるように、前記制御用コイルに通電する電流を制御する制御手段とを備えてなり、磁気浮上型である前記請求項１に記載のホモポーラ型リラクタンスモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はホモポーラ型リラクタンスモータに関し、さらに詳しくは、回転軸の長さを短くすることができ、危険速度の向上を図ることのできる磁気浮上型あるいはベアリング支持型のホモポーラ型リラクタンスモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のホモポーラ型リラクタンスモータは、突極を有する一対の回転子を所定の間隔を有して直列に回転軸に設け、前記回転子を囲繞するように固定子を配置し、その固定子には回転子にトルクを発生させるためのトルク発生用駆動コイルを設け、また、前記固定子の間には前記突極を励磁する界磁起磁力発生手段が装着されてなる構造を有する。
【０００３】
したがって、従来のホモポーラ型リラクタンスモータは、一対の回転子間に起磁力発生コイルを有する構造を有することにより、必然的に回転軸方向の長さが大きくなる。
【０００４】
その結果、回転軸が高速回転すると、回転軸の半径方向の振れが大きくなるので、安全上回転軸の危険速度を大きくすることができないという問題がある。すなわち、従来のホモポーラ型リラクタンスモータは、大型化を余儀なくされている上に危険速度が低くて高速回転用モータとして適していないという問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この発明の目的は、軸方向の長さの短縮された、小型のホモポーラ型リラクタンスモータを提供することにある。この発明の目的は、危険速度の大きな、高速回転の可能なホモポーラ型リラクタンスモータを提供することにある。この発明の目的は、小型で、危険速度の大きな、高速回転の可能なベアリング支持型のホモポーラ型リラクタンスモータを提供することにある。この発明の目的は磁気浮上により回転軸が浮上した状態で回転することにより高速回転の可能な、騒音の小さな小型の磁気浮上ホモポーラ型リラクタンスモータを提供することにある。
【０００６】
【前記課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための請求項１に記載の発明は、所定の間隔を有して直列に回転軸に装着され、かつそれぞれ突極を備える２個の回転子と、前記２個の回転子それぞれを囲繞するように配置され、かつ前記回転子にトルクを発生させるトルク発生用駆動コイルを備えた固定子と、前記固定子の外側に配置され、前記突極を励磁する起磁力発生手段とを備え、
前記２個の回転子は、それらの直径が同一であり、かつ、一方の回転子における突極間に他方の回転子の突極が位置するように、前記回転軸に装着され、前記界磁起磁力発生手段は、前記２個の回転子の外側及びそれらの間を囲繞するように配置されてなるることを特徴とするホモポーラ型リラクタンスモータであり、
請求項２に記載の発明は、前記回転軸がベアリングで支持されてなる前記請求項１に記載のホモポーラ型リラクタンスモータであり、
請求項３に記載の発明は、前記回転軸が磁気軸受けにより支持されてなる前記請求項１に記載のホモポーラ型リラクタンスモータであり、
請求項４に記載の発明は、前記回転軸近傍に配置され、かつ前記回転軸に半径方向力を発生させる制御用コイルと、前記回転軸の偏位を検出する回転軸位置検出手段と、前記回転軸位置検出手段により検出された回転軸の偏位に基づいて前記偏位を解消する方向の半径方向力を発生させるように、前記制御用コイルに通電する電流を制御する制御手段とを備えてなり、磁気浮上型である前記請求項１に記載のホモポーラ型リラクタンスモータである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
図１は、この発明の一実施例であり、ベアリング軸受けで回転軸が支持されたホモポーラ型リラクタンスモータを示す断面図である。
【０００８】
図１に示されるように、このホモポーラ型リラクタンスモータ１は、２個の回転子２Ａ，２Ｂと、トルク発生用駆動コイル３を備えた２個の固定子４Ａ，４Ｂと、界磁起磁力発生手段である界磁コイル５とを有する。
【０００９】
前記２個の回転子２Ａ，２Ｂは、モータケース６に回転可能に挿通配置された回転軸７に、所定の間隔を有して直列に取り付けられる。２個の回転子２Ａ，２Ｂそれぞれの外周面には、図２に示すように、回転子２Ａ，２Ｂの軸線に沿って突出してなる突極８が、隣接する突極８が互いに９０度の機械角をなすように、４個設けられる。２個の回転子２Ａ，２Ｂに設けられているそれぞれの突極８は、一方の回転子２Ａにおける突極８間に他方の回転子２Ｂの突極８が位置するように、４５度ずらして設けられる。換言すると、２個の回転子２Ａ，２Ｂは、一方の回転子２Ａの突極８間に他方の回転子２Ｂの突極８が位置するように、回転軸７に装着されてなる。これら回転子２Ａ，２Ｂは、鉄板を積層してなる積層鉄心により形成される。
【００１０】
回転子２Ａ，２Ｂそれぞれの外側には、これら回転子２Ａ，２Ｂを囲繞するように、筒状に固定子４Ａ，４Ｂが配置される。この固定子４Ａ，４Ｂには、通電することにより前記回転子２Ａ，２Ｂにトルクを発生させるトルク発生用駆動コイル３が倦回される。なお、このホモポーラ型リラクタンスモータ１の軸方向長さをできるだけ短くするために、２個の固定子４Ａ，４Ｂは、前記トルク発生用駆動コイル３ができるだけ近接するように配置され、したがってこの２個の固定子４Ａ，４Ｂに対応するように、所定間隔をもって２個の回転子２Ａ，２Ｂが直列に回転軸７に装着される。
【００１１】
前記界磁コイル５は、図１および図２に示すように、前記２個の固定子４Ａ，４Ｂの外側に、２個の固定子４Ａ，４Ｂを囲繞するように配置される。
【００１２】
なお、このホモポーラ型リラクタンスモータ１は、その回転軸７は２個の回転子２Ａ，２Ｂの外側において、ベアリング９で支持される。
【００１３】
前記構成のホモポーラ型リラクタンスモータ１は以下のように作用する。
【００１４】
界磁コイル５に通電すると、図１および図２に示されるように一方の回転子２Ａ，２Ｂの突極８から他方の回転子２Ａ，２Ｂの突極８に通じる磁束が形成され、図３に示されるように一方の回転子２Ａの４個の突極８がたとえばＮ極となり、他方の回転子２Ｂの４個の突極８がたとえばＳ極になる。その結果、このホモポーラ型リラクタンスモータ１は、８極の仮想磁極を有する同期電動機と同等になる。
【００１５】
また、この回転子２Ａ，２Ｂのトルクはトルク発生用駆動コイル３に通電することにより発生する。
【００１６】
このホモポーラ型リラクタンスモータ１は、界磁コイル５が２個の固定子４Ａ，４Ｂの外側に、これらを囲繞するように配置されるので、２個の回転子２Ａ，２Ｂの相互を、また２個の固定子４Ａ，４Ｂの相互を可能な限り近接させることができる。したがって、このホモポーラ型リラクタンスモータ１においては、回転軸を短くすることができ、短くされた回転軸は剛性を大きくすることができる。したがって、高速でこの回転軸を回転させても、回転軸の両端で振れを生じることがなく、危険速度を大きくすることができる。
【００１７】
（実施例２）
図４に示すように、この実施例におけるホモポーラ型リラクタンスモータ１は磁気浮上型である。
【００１８】
この実施例におけるホモポーラ型リラクタンスモータ１は、回転軸７が磁気軸受け１０により支持され、これにより磁気浮上型に形成されることの外は、前記実施例２におけるホモポーラ型リラクタンスモータと同様の構造を有する。
【００１９】
この磁気浮上型のホモポーラ型リラクタンスモータにおいても、回転軸が磁気軸受けで支持されることを除いて、前記実施例１におけるのと同様の作用を有する。
【００２０】
このホモポーラ型リラクタンスモータ１は、回転軸が磁気浮上しているので、回転軸が機械的接触なしに回転することとなって機械的接触による騒音の発生が皆無である。したがって、回転軸の危険速度の向上が達成され、しかも小型の装置とすることができる。
【００２１】
（実施例３）
この実施例におけるホモポーラ型リラクタンスモータも磁気浮上型である。
【００２２】
このホモポーラ型リラクタンスモータは、その回転軸の一端外周の近傍に配置された回転軸位置検出手段と、前記一対の固定子それぞれに設けられたところの、回転軸に半径方向力を与える制御用コイルと、前記回転軸位置検出手段から出力されるデータに基づいて回転軸に半径方向力を発生するように制御用コイルに電流を通電する制御手段とを有し、ベアリング軸受けを有さない外は、前記実施例１におけるホモポーラ型リラクタンスモータと同様の構造を有する。
【００２３】
以下に、このホモポーラ型リラクタンスモータにつき図面を参照しながら詳述する。図５は、この発明の一実施例である磁気浮上ホモポーラ型リラクタンスモータ２０とその制御系を示す説明図である。
【００２４】
図５に示される磁気浮上ホモポーラ型リラクタンスモータ２０は、制御手段２１として、半径方向位置コントローラ２２と、ゲイン補償電流指令値発生器２３と、制御コイル用インバータ２４とを有する。
【００２５】
磁気浮上ホモポーラ型リラクタンスモータ２０は、図５ではその回転子が示されているが、ベアリングを有さないこと、制御用コイルを有することなどの外全体的な構造は図１に示されるのと同様である。
【００２６】
なお、更に説明すると、磁気浮上ホモポーラ型リラクタンスモータ２０は、回転軸７に、第１の回転子２Ａおよび第２の回転子２Ｂよりなる一対の回転子を直列状態で装着している。第１の回転子２Ａおよび第２の回転子２Ｂそれぞれは、円筒状の第１の固定子（図示せず。図１における第１の固定子４Ａに相当する。）および第２の固定子（図示せず。図１における第２の固定子４Ｂに相当する。）に囲繞されている。第１の固定子には、固定子鉄芯（図示せず。）に、駆動コイル（図示せず。）が倦回され、かつ、制御コイルが倦回されている。この第１の固定子における制御コイルは、α巻線２５とβ巻線（図示せず。）とからなり、α巻線２５とβ巻線とは互いに直交する方向に配設されている。図５においてはα巻線２５が模式的に示されている。第２の固定子においても、第１の固定子と同様に、駆動コイルおよび制御コイルが倦回され、制御コイルは、α巻線２５とこれに直交する方向に倦回されたβ巻線とからなる。
【００２７】
回転軸７の一端近傍には、回転軸７に直交する面内においてＸ軸方向における回転軸７の偏位を検出するＸ軸偏位検出センサ２６と、回転軸７に直交する面内においてＹ軸方向における回転軸７の偏位を検出するＹ軸偏位検出センサ２７とが、設けられる。
【００２８】
前記Ｘ軸偏位検出センサ２６から出力されるＸ軸偏位検出信号はＸ偏位比較器２８に出力され、前記Ｙ軸偏位検出センサ２７から出力されるＹ軸偏位検出信号はＹ軸偏位比較器２９に出力される。
【００２９】
Ｘ偏位比較器２８は、回転軸７の、予め設定されたＸ軸方向の位置を示す基準信号α* と、入力するＸ軸偏位検出信号とを比較して、差信号εαを求める比較器である。Ｙ軸偏位比較器２９は、回転軸７の、予め設定されたＹ軸方向の位置を示す基準信号β* と、入力するＹ軸偏位検出信号とを比較して、差信号εβを求める比較器である。このようなＸ偏位比較器２８およびＹ軸偏位比較器２９は、基準信号と測定された、あるいは検出された信号とを比較するところの、従来から公知の比較器を採用することができ、しかもそのような比較器は当業者において自明であるから、それらの詳細な説明が省略される。
【００３０】
半径方向位置コントローラ２２は、前記Ｘ偏位比較器２８およびＹ軸偏位比較器２９から出力される差信号εα、εβを入力して回転軸７の半径方向の力を示す指令値Ｆ* α、Ｆ* βを出力する機能を有する。この機能を実現するために、たとえば比例積分微分コントローラが採用されることができる。
【００３１】
ゲイン補償電流指令値発生器２３は、半径方向位置コントローラ２２から出力される指令値Ｆ* α、Ｆ* βを入力して、制御コイルである半径方向力発生用巻線に出力する電圧瞬時値および／または電流瞬時値を算出して制御コイル用インバータ２４に支持信号ｉ* α、ｉ* βを出力する機能を有する。このような機能を有する回路構成は、当業者において自明であるからその詳細な説明が省略される。
【００３２】
前記制御コイル用インバータ２４は、前記支持信号ｉ* α、ｉ* βを入力して、第１の回転子２Ａに対応する第１の固定子に倦回されたα巻線（半径方向力発生用巻線α）とβ巻線（半径方向力発生用巻線β）とに、所定の電圧瞬時値および／または電流瞬時値を有する正負両方向の電流を供給する機能を有する。
【００３３】
したがって、Ｘ軸偏位検出センサ２６から出力されるＸ軸偏位検出信号およびＹ軸偏位検出センサ２７から出力されるＹ軸偏位検出信号に基づいて、α巻線２５とβ巻線とに電流瞬時値および／または電流瞬時値を通電供給することにより、回転軸７の偏位が是正されることになる。
【００３４】
この回転軸７の偏位是正は次の原理による。
【００３５】
図６において、４は固定子鉄芯、２は回転子鉄芯、Ｎ４は４極巻線、Ｎ２は２極巻線、Ψ4 は４極磁束、Ψ2 は２極磁束、Ｆは半径方向力、ｎ２は２極巻線Ｎ２に直交する２極巻線である。固定子鉄芯４にはトルクを発生するための４極巻線Ｎ４が施されている。
【００３６】
いま、回転子鉄芯２が固定子鉄芯４の中心に位置している場合、この４極巻線Ｎ４に正方向すなわち図６において定義されるＮ４の方向の電流が流れると４極の対称磁束Ψ4 が発生する。
【００３７】
４極巻線Ｎ４のうち対向する二つの巻線とこれに直交する二つの巻線との間に二相交流電流を流すことにより４極の回転磁界が発生する。あるいは、前記二相４極巻線Ｎ４の代わりに三相４極巻線を用い、三相交流電流を流しても良い。
【００３８】
固定子鉄芯４にかご形巻線が施してあれば通常のかご形誘導機として回転子にトルクが発生する。
【００３９】
いま、２極巻線Ｎ２の正方向に電流を流すと、図６に示すような２極の磁束Ψ2 が発生する。回転子鉄芯２の紙面下部のギャップでは、４極巻線Ｎ４の電流による磁束の方向が２極巻線Ｎ２の磁束の方向と逆である。したがって、このギャップでは磁束密度が低下する。一方、回転子の紙面上部のギャップでは、４極巻線Ｎ４の磁束の方向と２極巻線Ｎ２の磁束の方向が一致しているため磁束密度は増加する。
【００４０】
このように磁束分布が不平衡になると、回転子鉄芯２に紙面上方向へ作用する半径方向の力Ｆが生じる（図６参照）。この半径方向の力Ｆの大きさは２極巻線Ｎ２を流れる電流の大きさを制御することにより調整できる。また、半径方向の力Ｆの方向を逆にするためには、２極巻線Ｎ２の電流の方向を反転すればよい。
【００４１】
一方、紙面横方向の力を発生するためには、２極巻線Ｎ２と直交する２極巻線ｎ２を施し、その電流を調整すればよい。このように直交した２極巻線ｎ２の電流の大きさ、方向を調整することにより所望の大きさを有する所望の半径方向の力を発生させることができる。
【００４２】
この実施例における磁気浮上ホモポーラ型リラクタンスモータ２０は、前記第１の回転子２Ａおよびこれを囲繞する固定子と前記第２の回転子２Ｂおよびこれを囲繞する固定子とが、回転軸７を磁気浮上させる一対の磁気軸受けと同等の作用を有する。
【００４３】
また、この実施例における磁気浮上ホモポーラ型リラクタンスモータ２０は、前記実施例１および２に示されるホモポーラ型リラクタンスモータにおけるのと同様に、界磁コイルが固定子の外側に設けられているので、回転軸７の軸長をそれだけ短くすることができ、モータ全体の軸長さを短縮することができる。
【００４４】
【発明の効果】
この発明によると、軸方向の長さの短縮された、小型のホモポーラ型リラクタンスモータを提供することができる。この発明によると、危険速度の大きな、高速回転の可能なホモポーラ型リラクタンスモータを提供することができる。この発明によると、小型で、危険速度の大きな、高速回転の可能なベアリング支持型のホモポーラ型リラクタンスモータを提供することができる。この発明の目的は磁気浮上により回転軸が浮上した状態で回転することにより高速回転の可能な、騒音の小さな小型の磁気浮上ホモポーラ型リラクタンスモータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、この発明の一実施例であり、ベアリングで回転軸の支持されたホモポーラ型リラクタンスモータを示す概略説明図である。
【図２】図２は、図１に示されるホモポーラ型リラクタンスモータを示す概略断面斜視図である。
【図３】図３は、図１に示されるホモポーラ型リラクタンスモータにおける第１の回転子と第２の回転子とを軸方向に見たときの概略説明図である。
【図４】図４は、この発明の一実施例であり、磁気軸受で回転軸の支持されたホモポーラ型リラクタンスモータを示す概略説明図である。
【図５】図５は、この発明の一実施例であり、半径方向力発生用の制御コイルにより発生する磁気力で回転軸が磁気浮上支持されたホモポーラ型リラクタンスモータを示す概略説明図である。
【図６】図６は、この発明のホモポーラ型リラクタンスモータにおいて半径方向力を発生させる原理を示す概念説明図である。
【符号の説明】
１・・・ホモポーラ型リラクタンスモータ、２Ａ・・・第１の回転子、２Ｂ・・・第２の回転子、３・・・トルク発生用駆動コイル３、４ａ・・・第１の固定子、４Ｂ・・・第２固定子、５・・・界磁コイル５、６・・・モータケース、７・・・回転軸、８・・・突極、９・・・ベアリング、２０・・・磁気浮上ホモポーラ型リラクタンスモータ、２１・・・制御手段、２２・・・半径方向位置コントローラ、２３・・・ゲイン補償電流指令値発生器、２４・・・制御コイル用インバータ、２５・・・α巻線、２６・・・Ｘ軸偏位検出センサ、２７・・・Ｙ軸偏位検出センサ、２８・・・Ｘ偏位比較器、２９・・・Ｙ軸偏位比較器。
【図１】
0003742697.tif 000002
【図２】
0003742697.tif 000003
【図３】
0003742697.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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