JPH1047002A - リングモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロータが高速回転する際、軸受け部に固体
摩擦が発生して動力損失が大きい。 【解決手段】 軸１に支承され、かつ接線方向に近い
角度で流体圧を噴射するノズル２ｂと、このノズル２ｂ
の周囲に設けられ、上記ノズル２ｂより噴射される流体
圧を内周部に設けられた円弧状のブレード５ｂに受けて
高速回転するリングロータ５と、上記リングロータ５の
両側に設けられ、かつ上記ブレード５ｂの両側と細隙を
存してほぼ平行する平面部２ｃ，４ａ及びリングロータ
５の傾斜面５ａに対し内周側が広く、かつ外周側が順次
狭くなる空隙５ｃが形成されるように対向する傾斜面２
ｄ，４ｂを有するノズルプレート２及びノズルカバー４
とを具備し、上記ブレード５ｂの外周部が僅かに上記空
隙５ｃと連通しており、さらに上記リングロータ５の傾
斜面５ａに摺接する摺接面６ａを有し、かつ上記空隙５
ｃの外周側に位置して、傾斜面５ａと摺接し面６ａとの
間に流体膜を形成するバランスプレート６を設けたもの
で、固体接触がないため動力損失がほとんどない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は流体圧により高速
回転するリングモータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来空気や蒸気・ガスなどの流体圧を利
用して高速回転する原動機には種々のものがあるが、そ
の中の１つに例えば図１の(イ) 及び(ロ) や、図２に示す
タービンがある。上記タービンは、外周部に多数のブレ
ードａが配置されたロータｂを有していて、ノズルｃよ
りブレードａに圧縮空気や蒸気、ガスなどの流体圧を噴
射させることにより、ロータが高速回転されて、動力が
得られるように構成されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし上記従来のター
ビンでは、ロータｂの中心部に設けられた回転軸ｄが複
雑かつ高精度の軸受けと、流体圧をシールする軸封装置
により支承されているため、ロータｂが高速回転する
際、軸受けや軸封装置に固体摩擦が発生して、動力損失
が大きく、特に小出力のタービンにおいては、固体摩擦
による機械的損失の割合が大きいため無視できないと共
に、複雑な構造のブレードａやノズルｃ、軸受け及び軸
封装置などが必要なため、高度の製作技術を必要として
高価となる不具合がある。

【０００４】この発明はかかる従来の不具合を改善する
ためになされたもので、太陽熱や地熱、ゴミ焼却熱、工
場廃熱などの熱エネルギ源より効率よく動力を回収する
ことのできる小型のリングモータを提供することを目的
とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明は上記目的を達
成するため、軸に支承され、かつ接線方向に近い角度で
流体圧を噴出するノズルと、このノズルの周囲に設けら
れ、上記ノズルより噴出される流体圧を内周部に設けた
円弧状のブレードに受けて高速回転するリングロータ
と、上記リングロータの両側に設けられ、かつ上記ブレ
ードの両側と細隙を存してほぼ平行する平面部及びリン
グロータの傾斜面に対し、内周側が広く、かつ外周側が
順次狭くなる空隙が形成されるように対向する傾斜面を
有するノズルプレート及びノズルカバーと、上記リング
ロータの傾斜面に摺接する摺接面を有し、かつ上記空隙
の外周側に位置して空隙より流出する流体圧により、傾
斜面と摺動面との間に流体膜を形成するバランスプレー
トとより構成したものである。

【０００６】

【作用】上記構成により、ノズルよりリングロータの円
弧状ブレードへ向けて噴出される流体圧によりリングロ
ータが高速で回転されるが、リングロータの両側に設け
られたノズルプレート及びノズルカバーの、ブレードの
両側と細隙を存してほぼ平行する平面部が流体圧の流出
を抑制するため、ブレードに作用する流体圧を効率よく
利用することができる。

【０００７】またリングロータ両側の傾斜面と、ノズル
プレート及びノズルカバーの傾斜面との間に形成された
内周側が広く、かつ外周側が順次狭くなる空隙により流
速を早めた流体圧がバランスプレートの摺接面に達し
て、摺接面とリングロータの傾斜面との間に流体膜を形
成するため、この流体膜によりリングロータが支承され
て、リングロータが固体接触することがないため、機械
的な損失はほとんどない。

【０００８】

【発明の実施の形態】この発明の実施の形態を図３及び
図４に示す図面を参照して詳述する。図３はリングモー
タの縦断面図、図４は図３のＢ−Ｂ線に沿う断面図を示
す。

【０００９】これら図において１は軸で、一端側に開口
する流体圧導入孔１ａが内部に形成されており、この流
体圧誘導孔１ａは、図４に示すように流体圧誘導孔１ａ
の接線方向に設けられた複数の１次旋回噴射孔１ｂに連
通されている。

【００１０】また図中２は軸１の外周部に嵌着されたノ
ズルプレートで、このノズルプレート２に調整シム３を
介してノズルカバー４を合体させることにより、図４に
示すように軸１の周囲に環状の流体通路２ａとその外側
にスパイラル状のノズル２ｂが形成されるようになって
いる。

【００１１】そして上記ノズルプレート２及びノズルカ
バー４の対向面には、内周側にほぼ平行する平面部２
ｃ、４ａが、そしてこれら平面部２ｃ、４ａより外周側
にかけて、外側に傾斜する傾斜面２ｄ、４ｂが形成され
ている。

【００１２】一方図中５は上記ノズルプレート２及びノ
ズルカバー４の外周部を囲繞するように設けられたリン
グロータで、内周側より外周側の幅が順次大きくなるよ
うに形成することにより、両側に内周側より外周側にか
けてテーパ状に傾斜する傾斜面５ａが形成されており、
内周面には図４に示すように、円弧状のブレード５ｂが
円周方向に等間隔となるよう多数形成されている。

【００１３】上記ブレード５ｂの両側は、ノズルプレー
ト２及びノズルカバー４の内周側に形成された平面部２
ｃ、４ａと細隙を存して対向していると共に、リングロ
ータ５両側の傾斜面５ａと、ノズルプレート２及びノズ
ルカバー４の各傾斜面２ｄ、４ｂにより形成される左右
対称の空隙５ｃは、リングロータの傾斜面５ａとノズル
プレート２の傾斜面２ｄ及びノズルカバー４の傾斜面４
ｂの角度をそれぞれ変えることにより、図３に示すよう
に内周側の間隔が広く、かつ外周側へ順次狭くなるよう
に形成されていて、外周端はバランスプレート６摺接面
６ａに達するようになっている

【００１４】上記バランスプレート６は、リングロータ
５の両側に左右対称となるように設けられており、多少
の弾性及び可撓性を有し、かつ摩擦係数の小さいプラス
チックにより形成されていて、外周部のリングロータ５
と対向する面に、精密な円弧状の摺接面６ａが面取りな
どの手段で形成されていると共に、この摺接面６ａは、
リングロータ５の両側に形成された傾斜面５ａと円周方
向に線接触するようになっており、摺接面６ａの面圧
は、ノズルプレート２とノズルカバー４の間に介在させ
た調整シム３により調整できるようになっている。

【００１５】また上記各バランスプレート６の外側に
は、バランスプレート押え８が設けられている。なお、
図中10は上記軸１の他端にボルト11により固着された端
板、13は軸１の外周面とノズルプレート２及びノズルカ
バー４の間に介在されたＯリングを示す。

【００１６】次に上記構成されたリングモータの作用を
説明する。図示しない流体圧供給源より圧縮空気などの
流体圧を、軸１の一端側より流体圧誘導孔１ａ内へ供給
すると、この流体圧は流体圧誘導孔１ａの接線方向に穿
設された１次旋回噴射孔１ｂより流体通路２ａへ噴射さ
れ、軸１の外周に沿って旋回しながら、スパイラル状の
ノズル２ｂへ誘導される。

【００１７】そしてノズル２ｂにより整流されて、より
接線状に近い角度でノズルプレート２とノズルカバー４
及びノズル２ｂの間に形成された環状溝５ｄよりリング
ロータ５のブレード５ｂに向けて噴射され、これによっ
てリングロータ５が高速回転される。すなわちリングロ
ータ５の内周面に設けられたブレード５ｂの両側面は僅
かに角度を有するか、もしくは互いにほぼ平行するよう
に形成され、またノズルプレート２とノズルカバー４及
びノズル２ｂの外周とにより構成された環状溝５ｄの極
く狭い間隙を保持するように組み合わされ、さらにブレ
ード５ｂの外周部の僅かな部分は、空隙５ｃへ連通され
ていて、ブレード５ｂに噴射されてリングロータ５を回
転させた後の流体圧は空隙５ｃへ流入するように構成さ
れている。従ってブレード５ｂの側面より噴出する流体
圧を抑制することにより、ブレード５ｂに作用する流体
圧をより効率よく利用することができる。

【００１８】そしてリングロータ５を回転させた流体圧
は、空隙５ｃ内を旋回しながら、リングロータ５の両側
の傾斜面５ａと摺接するバランスプレート６の摺接面６
ａへと進み、バランスプレート６の外周部側を外側方向
へと繞ませて、リングロータ５とバランスプレート６の
間に、流体圧と接触圧がバランスする微小な隙間を生
じ、この隙間に進入した流体圧により形成される流体膜
によりリングロータ５の高速回転が支承されると同時
に、流体圧の流速を加速して、間隙を通過する流体の粘
性によりその接線方向の分力は、リングロータ５の回転
力を倍加させる。

【００１９】一方流体圧の供給を停止すると、バランス
プレート６とリングロータ５との摺接面６ａの間隙を通
過する流体がなくなるため、バランスプレート６は自己
の弾性で元の状態に復帰して、リングロータ５の傾斜面
５ａと摺接し、通常のすべり軸受けとして機能して、リ
ングロータ５の回転中心を維持するため、流体軸受け特
有の回転開始時及び停止時の回転の不安定状態を回避す
ることができる。

【００２０】なお上記実施例の形態では、流体圧を例え
ば圧縮空気としたが、蒸気やガスなどの圧縮性流体や、
液体などの非圧縮性流体であってもよい。

【００２１】また軸１の１次旋回噴射孔１ｂは省略して
もよいと共に、バランスプレート６を弾性及び可撓性の
ない低摩擦材料により製作して、このバランスプレート
６とリングロータ５の間に予め微小な隙間を形成するよ
うにすれば、発進、停止時の運転操作には十分な注意と
熟練を必要とするが、全体の構造をさらに簡略化するこ
とも可能である。

【００２２】

【発明の効果】この発明は以上詳述したように、リング
ロータの内周部に形成された円弧状のブレードの両側面
と細隙を存してほぼ平行する平面部を、リングロータの
両側に位置するノズルプレート及びノズルカバーに設け
たことから、ノズルよりブレードに向けて噴出された流
体圧は平面部により流出が抑制されるため、効率よくブ
レードに作用するようになる。これによってノズルより
噴出される流体圧を有効に利用することができるため、
少ない流量の流体圧でも高速回転が容易に得られるよう
になる。

【００２３】またリングロータの両側の傾斜面と、ノズ
ルプレート及びノズルカバーの傾斜面との間に、内周側
が広く、かつ順次外周側へ狭くなる空隙を設けたことか
ら、ブレードを回転させて空隙に達した流体圧は、流速
を早めてバランスプレートの摺動面に達するため、リン
グロータの安定した高速回転が容易に得られると共に、
バランスプレートの摺動面とリングロータの傾斜面との
間に流体膜が形成されて、この流体膜によりリングロー
タが支承されるため、リングロータの支承部に固体摩擦
が発生することがなく、これによって機械的な損失がほ
とんどないことから、太陽熱や地熱、ゴミ焼却熱などの
熱エネルギ源を有効利用する中小規模の動力源に最適で
ある。

【００２４】さらにリングロータは固定接触がないこと
から、潤滑の必要がなく、これによって潤滑油切れによ
り軸受け部分が焼付くなどの心配がないと共に、給油な
ども必要ないため、メンテナンスも容易である。

【００２５】また上記リングロータの外周部に永久磁石
体を、そしてその周囲に電磁誘導コイルを配置すること
により、軸受けのない発電機を得ることができる。この
リングモータや発電機を各種電気機器や電子機器、医療
機器、生産機械などに組み込むことにより、メンテナン
スの容易な高速駆動源として使用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】(イ) 従来のタービンを示す説明図である。 (ロ) 図１の(イ) のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

【図２】従来のタービンの模式図である。

【図３】この発明の実施の形態になるリングモータの縦
断面図である。

【図４】図３のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。

【符号の説明】

１ 軸体 １ｂ ノズル ２ ノズルプレート ２ｃ 平面部 ２ｄ 傾斜面 ４ ノズルカバー ４ａ 平面部 ４ｂ 傾斜面 ５ リングロータ ５ａ 傾斜面 ５ｂ ブレード ５ｃ 空隙 ６ バランスプレート ６ａ 摺接面

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【手続補正書】

【提出日】平成８年９月１９日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図３

【補正方法】変更

【補正内容】

【図３】

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸(1) に支承され、かつ接線方向に近い
   角度で流体圧を噴出するノズル(2b)と、そのノズル(2b)
   の周囲に設けられ、上記ノズル(2b)より噴出される流体
   圧を内周部に設けた円弧状のブレード(5b)に受けて高速
   回転するリングロータ(5) と、上記リングロータ(5) の
   両側に設けられ、かつ上記ブレード(5b)の両側と細隙を
   存してほぼ平行する平面部(2c)、(4a)及びリングロータ
   (5) の傾斜面(5a)に対し、内周側が広く、かつ外周側が
   順次狭くなる空隙(5c)が形成されるように対向する傾斜
   面(2d)、(4b)を有するノズルプレート(2) 及びノズルカ
   バー(4) とを具備し、上記ブレード(5b)の外周部が僅か
   に上記空隙(5c)と連通しており、さらに上記リングロー
   タ(5) の傾斜面(5a)に摺接面(6a)を有し、かつ上記空隙
   (5c)の外周側に位置して、該空隙(5c)より流出する流体
   圧により、傾斜面(5a)と摺接面(6a)との間に流体膜を形
   成するバランスプレート(6) とを設けたことを特徴とす
   るリングモータ。