JPH1084654A - 無軸受回転機械の誘導型回転子 - Google Patents
無軸受回転機械の誘導型回転子Info
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- JPH1084654A JPH1084654A JP26026096A JP26026096A JPH1084654A JP H1084654 A JPH1084654 A JP H1084654A JP 26026096 A JP26026096 A JP 26026096A JP 26026096 A JP26026096 A JP 26026096A JP H1084654 A JPH1084654 A JP H1084654A
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- rotor
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- current
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 回転磁界による駆動電流の生成を妨げること
なく、位置制御磁界による誘導電流の影響を無くして、
安定した浮上位置制御が行える無軸受回転機械の誘導型
回転子を提供する。 【解決手段】 円筒型回転子１１を有する回転機械で、
固定子に巻回された複数の巻線によって、固定子・回転
子の空隙に回転子駆動磁界であるＭ極と、その磁界分布
にＭ±２極であるＮ極の磁界分布を発生して重畳するこ
とにより、回転子に与える回転駆動力と回転子の半径方
向浮上位置を同時に制御する回転機械において、回転軸
を含む平面上にあり回転軸と交差しない環状電流路１５
を円周方向に複数個並べた回転子１１を備え、電流路１
３の一箇所を切断し、位置制御磁束分布により環状電流
路１５に誘導される電圧を打消し、それによる電流が流
れないように複数の環状電流路１５を接続して、１本の
電流路１５，２０，１５，２１を構成した。
なく、位置制御磁界による誘導電流の影響を無くして、
安定した浮上位置制御が行える無軸受回転機械の誘導型
回転子を提供する。 【解決手段】 円筒型回転子１１を有する回転機械で、
固定子に巻回された複数の巻線によって、固定子・回転
子の空隙に回転子駆動磁界であるＭ極と、その磁界分布
にＭ±２極であるＮ極の磁界分布を発生して重畳するこ
とにより、回転子に与える回転駆動力と回転子の半径方
向浮上位置を同時に制御する回転機械において、回転軸
を含む平面上にあり回転軸と交差しない環状電流路１５
を円周方向に複数個並べた回転子１１を備え、電流路１
３の一箇所を切断し、位置制御磁束分布により環状電流
路１５に誘導される電圧を打消し、それによる電流が流
れないように複数の環状電流路１５を接続して、１本の
電流路１５，２０，１５，２１を構成した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、回転体を回転駆動
する電動機作用と、回転体を磁気浮上制御する磁気軸受
作用とを兼ね備えた無軸受回転機械に係り、特に回転子
に二次導体を備えた誘導型回転子の構造に関する。
する電動機作用と、回転体を磁気浮上制御する磁気軸受
作用とを兼ね備えた無軸受回転機械に係り、特に回転子
に二次導体を備えた誘導型回転子の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】特開平２−１９３５４７号公報、特開平
６−１４１５１２号公報、特開平６−１３３４９３号公
報等には、円筒型固定子内に円筒型回転子を組み込み、
固定子に励磁回路を形成し、ここで回転子に回転力を与
えると同時に所定位置に磁気浮上保持して位置制御力を
作用させる無軸受回転機械が開示されている。これは、
固定子に回転駆動用の巻線と制御用の巻線を備え、それ
ぞれに三相交流電流を流すことにより、所定の関係の極
数の異なる回転磁界を形成し、円筒型回転子の回転軸垂
直面に半径方向の磁気的吸引力を偏配するものである。
６−１４１５１２号公報、特開平６−１３３４９３号公
報等には、円筒型固定子内に円筒型回転子を組み込み、
固定子に励磁回路を形成し、ここで回転子に回転力を与
えると同時に所定位置に磁気浮上保持して位置制御力を
作用させる無軸受回転機械が開示されている。これは、
固定子に回転駆動用の巻線と制御用の巻線を備え、それ
ぞれに三相交流電流を流すことにより、所定の関係の極
数の異なる回転磁界を形成し、円筒型回転子の回転軸垂
直面に半径方向の磁気的吸引力を偏配するものである。
【０００３】これにより、回転子を磁気的に吸引して、
回転子に回転力を付与する電動機として機能すると共
に、その浮上位置と姿勢を制御して、固定子に対して非
接触浮上支持が可能な磁気軸受として機能することがで
きる。このため、従来必要とされていた磁気軸受に相当
する電磁石ヨーク部分及び巻線が不要となり、回転機械
の軸長を短縮して、軸振動からの高速回転の制限を少な
くすることができる。また回転機械を小型軽量化するこ
とができる。また、制御巻線の電流と駆動巻線の電流と
により生じる磁界の相乗効果的な機能により、磁気軸受
に相当する動作を行えるので、従来の磁気軸受と比較し
てはるかに小さな電流で制御力が生じ、大幅な省エネル
ギー化が可能である。
回転子に回転力を付与する電動機として機能すると共
に、その浮上位置と姿勢を制御して、固定子に対して非
接触浮上支持が可能な磁気軸受として機能することがで
きる。このため、従来必要とされていた磁気軸受に相当
する電磁石ヨーク部分及び巻線が不要となり、回転機械
の軸長を短縮して、軸振動からの高速回転の制限を少な
くすることができる。また回転機械を小型軽量化するこ
とができる。また、制御巻線の電流と駆動巻線の電流と
により生じる磁界の相乗効果的な機能により、磁気軸受
に相当する動作を行えるので、従来の磁気軸受と比較し
てはるかに小さな電流で制御力が生じ、大幅な省エネル
ギー化が可能である。
【０００４】係る無軸受回転機械において、固定子の巻
線に電流を流すことによりＭ極回転磁界とＮ極回転磁界
が生成される。以後、Ｍ極回転磁界を駆動磁界、Ｎ極回
転磁界を位置制御磁界と呼ぶ、駆動磁界は通常の電動機
のように回転子に回転駆動力を与えるために使用する。
位置制御磁界は駆動磁界に重畳されることにより、回転
子に半径方向力を与えることが可能となるため、回転子
の半径方向位置を自在に調節できる。ＭとＮは Ｎ＝Ｍ±２ の関係を有することにより、上記浮上位置制御が可能と
なる。
線に電流を流すことによりＭ極回転磁界とＮ極回転磁界
が生成される。以後、Ｍ極回転磁界を駆動磁界、Ｎ極回
転磁界を位置制御磁界と呼ぶ、駆動磁界は通常の電動機
のように回転子に回転駆動力を与えるために使用する。
位置制御磁界は駆動磁界に重畳されることにより、回転
子に半径方向力を与えることが可能となるため、回転子
の半径方向位置を自在に調節できる。ＭとＮは Ｎ＝Ｍ±２ の関係を有することにより、上記浮上位置制御が可能と
なる。
【０００５】固定子で生成される回転磁界により、回転
子の二次導体に誘導電流を生成して回転駆動力を付与す
る方式の一つが誘導型回転子である。誘導型回転子にも
種々の方式があるが、その代表的なものにかご型回転子
がある。これは回転子に低抵抗の金属導体棒（二次導
体）を電流路として回転軸に略平行に多数配置し、その
両端において各金属導体棒を低抵抗の金属導体環（エン
ドリング）に固着したものである。固定子の巻線が形成
する回転磁界により、この回転子二次導体の磁束鎖交数
が変動し、電磁誘導現象により、回転子の二次導体に誘
導電圧が生じて誘導電流が流れる。回転子が鎖交する磁
束と回転子上の誘導電流の相互作用によりローレンツ力
が発生して、誘導型回転子には回転駆動力が発生する。
子の二次導体に誘導電流を生成して回転駆動力を付与す
る方式の一つが誘導型回転子である。誘導型回転子にも
種々の方式があるが、その代表的なものにかご型回転子
がある。これは回転子に低抵抗の金属導体棒（二次導
体）を電流路として回転軸に略平行に多数配置し、その
両端において各金属導体棒を低抵抗の金属導体環（エン
ドリング）に固着したものである。固定子の巻線が形成
する回転磁界により、この回転子二次導体の磁束鎖交数
が変動し、電磁誘導現象により、回転子の二次導体に誘
導電圧が生じて誘導電流が流れる。回転子が鎖交する磁
束と回転子上の誘導電流の相互作用によりローレンツ力
が発生して、誘導型回転子には回転駆動力が発生する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】無軸受回転機械におい
ては、Ｍ極分布磁界とＮ極分布磁界が混在するため、通
常のかご型の誘導型回転子を用いた場合には、回転子電
流路（導体棒）には双方の磁界によって誘導された電流
が流れる。Ｍ極分布の回転磁界は回転子に回転駆動力を
付与するために、原理上、誘導電流が流れなくては誘導
型電動機として成立しない。一方、Ｎ極分布の位置制御
磁界による誘導電流が回転子電流路に流れた場合、固定
子巻線が生成する磁束の他に、外乱として回転子電流が
生成する磁束が発生するため、位置制御磁束は固定子の
巻線電流が形成するＭ極とＮ極の磁束だけでは決まら
ず、半径方向力が不安定となり安定な回転子の浮上位置
制御ができない。
ては、Ｍ極分布磁界とＮ極分布磁界が混在するため、通
常のかご型の誘導型回転子を用いた場合には、回転子電
流路（導体棒）には双方の磁界によって誘導された電流
が流れる。Ｍ極分布の回転磁界は回転子に回転駆動力を
付与するために、原理上、誘導電流が流れなくては誘導
型電動機として成立しない。一方、Ｎ極分布の位置制御
磁界による誘導電流が回転子電流路に流れた場合、固定
子巻線が生成する磁束の他に、外乱として回転子電流が
生成する磁束が発生するため、位置制御磁束は固定子の
巻線電流が形成するＭ極とＮ極の磁束だけでは決まら
ず、半径方向力が不安定となり安定な回転子の浮上位置
制御ができない。
【０００７】本発明は上述した事情に鑑みて為されたも
ので、回転磁界による駆動電流の生成を妨げることな
く、位置制御磁界による誘導電流の影響を無くして、安
定した浮上位置制御が行える無軸受回転機械の誘導型回
転子を提供することを目的とする。
ので、回転磁界による駆動電流の生成を妨げることな
く、位置制御磁界による誘導電流の影響を無くして、安
定した浮上位置制御が行える無軸受回転機械の誘導型回
転子を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の無軸受回転機械
の誘導型回転子は、円筒型回転子を有する回転機械で、
固定子に巻回された複数の巻線によって、該固定子・該
回転子の空隙に回転子駆動磁界であるＭ極と、その磁界
分布にＭ±２極であるＮ極の磁界分布を発生して重畳す
ることにより、該回転子に与える回転駆動力と該回転子
の半径方向浮上位置を同時に制御する回転機械におい
て、回転軸を含む平面上にあり該回転軸と交差しない環
状電流路を円周方向に複数個並べた回転子を備え、該電
流路の一箇所を切断し、位置制御磁束分布により該環状
電流路に誘導される電圧を打消し、それによる電流が流
れないように前記複数の環状電流路を接続して、１本の
電流路を構成したことを特徴とする。
の誘導型回転子は、円筒型回転子を有する回転機械で、
固定子に巻回された複数の巻線によって、該固定子・該
回転子の空隙に回転子駆動磁界であるＭ極と、その磁界
分布にＭ±２極であるＮ極の磁界分布を発生して重畳す
ることにより、該回転子に与える回転駆動力と該回転子
の半径方向浮上位置を同時に制御する回転機械におい
て、回転軸を含む平面上にあり該回転軸と交差しない環
状電流路を円周方向に複数個並べた回転子を備え、該電
流路の一箇所を切断し、位置制御磁束分布により該環状
電流路に誘導される電圧を打消し、それによる電流が流
れないように前記複数の環状電流路を接続して、１本の
電流路を構成したことを特徴とする。
【０００９】また、前記回転子において、前記浮上位置
制御磁界により各環状電流路に誘導される電圧を打消す
ように各電流路を結ぶために、ｎを整数とすると、ある
環状電流路とその電流路から回転角ｎ×３６０°／Ｎに
ある該電流路の二つの該電流路を１本の環になるように
結ぶものとし、その接続方向として、ｎが偶数の場合は
その環の半径方向外側に位置する回転軸と平行の二つの
該電流路の向きが逆方向になるように、ｎが奇数の場合
はその環状電流路の半径方向外側に位置する該回転軸と
平行の二つの該電流路の向きが同方向になるように結ぶ
ことを特徴とする。
制御磁界により各環状電流路に誘導される電圧を打消す
ように各電流路を結ぶために、ｎを整数とすると、ある
環状電流路とその電流路から回転角ｎ×３６０°／Ｎに
ある該電流路の二つの該電流路を１本の環になるように
結ぶものとし、その接続方向として、ｎが偶数の場合は
その環の半径方向外側に位置する回転軸と平行の二つの
該電流路の向きが逆方向になるように、ｎが奇数の場合
はその環状電流路の半径方向外側に位置する該回転軸と
平行の二つの該電流路の向きが同方向になるように結ぶ
ことを特徴とする。
【００１０】また、前記２つの環をつないだ一本の電流
路を複数つないで一本の電流路にしたことを特徴とす
る。
路を複数つないで一本の電流路にしたことを特徴とす
る。
【００１１】また、前記回転機械の誘導型回転子におい
て、前記環状電流路を回転子内側で接続することによ
り、前記回転子の軸方向長を短くしたことを特徴とす
る。
て、前記環状電流路を回転子内側で接続することによ
り、前記回転子の軸方向長を短くしたことを特徴とす
る。
【００１２】上述した本発明の構成によれば、駆動磁界
が生成する磁束によって生じる回転子の電流路内に駆動
電流を流しつつ、位置制御磁界が生成する磁束による誘
導電圧によって回転子の電流路に生じる誘導電流の生成
を妨げることを可能にした。従って、回転子の電流路に
は駆動磁界による駆動電流のみが流れるので、このロー
レンツカにより通常のかご型回転子と同様なトルクが発
生し、回転子は回転駆動される。一方で位置制御磁界に
よる誘導電流が流れないので、固定子が生成するＭ極の
回転駆動磁界とＭ±２極（Ｎ極）の位置制御磁界とは、
回転子電流に影響されず、回転子を浮上支持する制御磁
束を供給することができる。これにより、誘導型回転子
を備えた無軸受回転機械においても、安定な浮上位置制
御を行うことができる。
が生成する磁束によって生じる回転子の電流路内に駆動
電流を流しつつ、位置制御磁界が生成する磁束による誘
導電圧によって回転子の電流路に生じる誘導電流の生成
を妨げることを可能にした。従って、回転子の電流路に
は駆動磁界による駆動電流のみが流れるので、このロー
レンツカにより通常のかご型回転子と同様なトルクが発
生し、回転子は回転駆動される。一方で位置制御磁界に
よる誘導電流が流れないので、固定子が生成するＭ極の
回転駆動磁界とＭ±２極（Ｎ極）の位置制御磁界とは、
回転子電流に影響されず、回転子を浮上支持する制御磁
束を供給することができる。これにより、誘導型回転子
を備えた無軸受回転機械においても、安定な浮上位置制
御を行うことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。
て図面を参照しながら説明する。
【００１４】図１は、本発明の一実施例の誘導型回転子
の説明図である。この図では１個の環状電流路に相当す
る部分のみが図示されている。回転子１１は積層珪素鋼
板で構成されており、この積層珪素鋼板中に環状電流路
１５を構成する低抵抗金属導体棒１２、１３が多数円周
方向に均等なピッチで埋込まれ、変形かご型構造をなし
ている。回転子１１は、全体が高透磁率の珪素鋼板で製
作されているため、Ｍ極の駆動磁界とＮ極（＝Ｍ±２
極）の位置制御磁界の重畳による半径方向磁気吸引力を
容易に受ける、いわば磁気軸受のターゲット材として機
能する。尚、本実施例では固定子側は駆動磁界４極，位
置制御磁界２極で説明する。
の説明図である。この図では１個の環状電流路に相当す
る部分のみが図示されている。回転子１１は積層珪素鋼
板で構成されており、この積層珪素鋼板中に環状電流路
１５を構成する低抵抗金属導体棒１２、１３が多数円周
方向に均等なピッチで埋込まれ、変形かご型構造をなし
ている。回転子１１は、全体が高透磁率の珪素鋼板で製
作されているため、Ｍ極の駆動磁界とＮ極（＝Ｍ±２
極）の位置制御磁界の重畳による半径方向磁気吸引力を
容易に受ける、いわば磁気軸受のターゲット材として機
能する。尚、本実施例では固定子側は駆動磁界４極，位
置制御磁界２極で説明する。
【００１５】回転子は内側と外側に二重に導体棒１２，
１３を有しており、同一半径方向にある内側と外側の導
体棒１３，１２の両端は導体の短絡材１４で接続されて
いる。回転子１１には電流が流れないようにするため、
各導体棒と回転子は絶縁されている。内側導体棒１３は
途中で切断されている部分が一箇所存在するため、この
ままでは電流路は“Ｃ”字型であるため、電流は誘導さ
れない。実際の回転子にはこの電流路が同じように円周
方向に等間隔にかご型回転子と同様に多数設けられる。
１３を有しており、同一半径方向にある内側と外側の導
体棒１３，１２の両端は導体の短絡材１４で接続されて
いる。回転子１１には電流が流れないようにするため、
各導体棒と回転子は絶縁されている。内側導体棒１３は
途中で切断されている部分が一箇所存在するため、この
ままでは電流路は“Ｃ”字型であるため、電流は誘導さ
れない。実際の回転子にはこの電流路が同じように円周
方向に等間隔にかご型回転子と同様に多数設けられる。
【００１６】図２に示すようにこの電流路を半径方向に
対向する電流路１５，１５と、切断部分で一つの環（閉
ループ）になるように接続導体（結線部材）２０，２１
で結び付ける。このとき、電流路内側導体棒の下側の切
断面１３Ａと、半径方向に対向する電流路内側導体棒の
切断面上側１３Ｄを導体２１で接続する。同様に、内側
導体棒１３，１３の上側１３Ｂ、下側１３Ｃを対向する
電流路間に導体２０で接続する。図２に示す電流路は複
数ある電流路の内の一つである。この形状の電流路に
は、２極位置制御磁界によって発生する磁束で、対向す
る導体棒１２，１２には反対方向の誘導電圧が発生し、
これが打消すように接続されているので、位置制御磁界
による誘導電流は流れない。一方、４極駆動磁界によっ
て発生する磁束で対向する導体棒１２，１２には同一方
向の誘導電圧が発生し、これが加えられるように接続さ
れているので、誘導電流が流れ回転駆動力が発生する。
対向する電流路１５，１５と、切断部分で一つの環（閉
ループ）になるように接続導体（結線部材）２０，２１
で結び付ける。このとき、電流路内側導体棒の下側の切
断面１３Ａと、半径方向に対向する電流路内側導体棒の
切断面上側１３Ｄを導体２１で接続する。同様に、内側
導体棒１３，１３の上側１３Ｂ、下側１３Ｃを対向する
電流路間に導体２０で接続する。図２に示す電流路は複
数ある電流路の内の一つである。この形状の電流路に
は、２極位置制御磁界によって発生する磁束で、対向す
る導体棒１２，１２には反対方向の誘導電圧が発生し、
これが打消すように接続されているので、位置制御磁界
による誘導電流は流れない。一方、４極駆動磁界によっ
て発生する磁束で対向する導体棒１２，１２には同一方
向の誘導電圧が発生し、これが加えられるように接続さ
れているので、誘導電流が流れ回転駆動力が発生する。
【００１７】外側導体棒は回転子表面にあり、回転子に
流入する磁束は軸方向に均一として、駆動磁界が回転子
に及ぼす磁束密度をＢ4、位置制御磁界が回転子に及ぼ
す磁束密度をＢ2 とする。固定座標上で回転角度をθと
するとき、
流入する磁束は軸方向に均一として、駆動磁界が回転子
に及ぼす磁束密度をＢ4、位置制御磁界が回転子に及ぼ
す磁束密度をＢ2 とする。固定座標上で回転角度をθと
するとき、
【数１】
【数２】 と回転子に流入する磁束を定義する。尚、ｔは時間、ω
4 は４極駆動磁界の回転子に対する相対回転角速度、ω
2 は２極位置制御磁界の回転子に対する相対回転角速
度、ＢP4，ＢP2は駆動磁界、位置制御磁界によって発生
する磁束の振幅を表す。
4 は４極駆動磁界の回転子に対する相対回転角速度、ω
2 は２極位置制御磁界の回転子に対する相対回転角速
度、ＢP4，ＢP2は駆動磁界、位置制御磁界によって発生
する磁束の振幅を表す。
【００１８】角度θにある図１のＣ型環状電流路１５に
鎖交する４極磁束Φ4 は
鎖交する４極磁束Φ4 は
【数３】 ここで、Ｒは回転子半径、ｌは回転子電流の軸方向長を
表す。Ｃ型電流路に誘導される電圧Ｅ4 は
表す。Ｃ型電流路に誘導される電圧Ｅ4 は
【数４】 である。
【００１９】同様に角度θの半径方向反対側、即ち角度
θ＋πにあるＣ型環状電流路１５に誘導される電圧
Ｅ4’は
θ＋πにあるＣ型環状電流路１５に誘導される電圧
Ｅ4’は
【数５】 である。
【００２０】図２のようにθとθ＋πにある電流路を接
続すると、この電流環に誘導される電圧は
続すると、この電流環に誘導される電圧は
【数６】 であり、この式で表される電圧と電流路のインピーダン
スから一意的に決まる電流が流れることになる。
スから一意的に決まる電流が流れることになる。
【００２１】一方、角度θにある図１のＣ型環状電流路
１５に鎖交する２極磁束Φ2 は
１５に鎖交する２極磁束Φ2 は
【数７】 であり、この電流路に誘導される電圧は
【数８】 である。
【００２２】同様に角度θの反対側、即ち角度θ＋πに
あるＣ型電流路に誘導される電圧Ｅ4′は
あるＣ型電流路に誘導される電圧Ｅ4′は
【数９】 である。
【００２３】図２のようにθとθ＋πにある電流路を接
続すると、この閉ループに誘導される電圧は Ｅ2＋Ｅ2’＝０ となり、誘導電圧は発生しない。即ち２極位置制御磁界
によって回転子上の電流路に電流が流れない。
続すると、この閉ループに誘導される電圧は Ｅ2＋Ｅ2’＝０ となり、誘導電圧は発生しない。即ち２極位置制御磁界
によって回転子上の電流路に電流が流れない。
【００２４】図２の電流路を回転子の円周方向に並べた
場合、回転子中央部分で電流路が交錯するため、この部
位での構造が複雑になる。この問題を回避するため電流
路を回転軸方向に拡張し各電流路を結んだ場合、回転子
の回転軸方向の長さが長くなる。
場合、回転子中央部分で電流路が交錯するため、この部
位での構造が複雑になる。この問題を回避するため電流
路を回転軸方向に拡張し各電流路を結んだ場合、回転子
の回転軸方向の長さが長くなる。
【００２５】そこで、回転子内周部で電流路を簡潔に接
続する方法を図３〜４に示す。図３では、電流路を回転
軸を含む平面上で一回転半巻回したものである。即ち、
一本の外側導体棒１２に対して二本の内側導体棒１３、
１３を短絡材１４、１４で接続している。この実施例で
は二本の内側導体棒を接続した外側導体棒１２を周方向
に８本、等間隔に敷設する。このため、内側導体棒１３
は１６本が円周方向に等間隔に配置される。
続する方法を図３〜４に示す。図３では、電流路を回転
軸を含む平面上で一回転半巻回したものである。即ち、
一本の外側導体棒１２に対して二本の内側導体棒１３、
１３を短絡材１４、１４で接続している。この実施例で
は二本の内側導体棒を接続した外側導体棒１２を周方向
に８本、等間隔に敷設する。このため、内側導体棒１３
は１６本が円周方向に等間隔に配置される。
【００２６】図４の短絡リング２３を８個用い、回転子
内側の回転軸との間に、内側導体棒１３を通すように敷
設する。且つ対向する電流路をこの短絡リング２３を二
つ用いて接続する。短絡リングの周方向に並んだ穴２
５，２６の内、小さい穴２５の穴径は、導体棒１３の外
径と同じであり、電気的接続はこの部分によってなされ
る。大きい穴２６は内部に導体棒が通るが、穴径が導体
棒直径より大きいため、電気的接触がない。各短絡リン
グ２３間に絶縁物を挟み、電気的接触が生じないように
している。また回転子１１と短絡リング２３の間にも絶
縁が必要になる。実際の製作工程では、内側導体棒と外
側導体棒を結ぶ短絡材１４を固定する前に、短絡リング
２３を固設する必要がある。
内側の回転軸との間に、内側導体棒１３を通すように敷
設する。且つ対向する電流路をこの短絡リング２３を二
つ用いて接続する。短絡リングの周方向に並んだ穴２
５，２６の内、小さい穴２５の穴径は、導体棒１３の外
径と同じであり、電気的接続はこの部分によってなされ
る。大きい穴２６は内部に導体棒が通るが、穴径が導体
棒直径より大きいため、電気的接触がない。各短絡リン
グ２３間に絶縁物を挟み、電気的接触が生じないように
している。また回転子１１と短絡リング２３の間にも絶
縁が必要になる。実際の製作工程では、内側導体棒と外
側導体棒を結ぶ短絡材１４を固定する前に、短絡リング
２３を固設する必要がある。
【００２７】以上の説明から明らかなように、この短絡
リング２３と内側導体棒１３との接続により、図２に示
す接続導体２０，２１による接続と同じ接続が行える。
本実施例では回転子１１の内周部分を利用して環状電流
路１５，１５間の接続を規則的に行うことができるの
で、接続構造をコンパクトにして、且つ接続作業を容易
なものとすることができる。
リング２３と内側導体棒１３との接続により、図２に示
す接続導体２０，２１による接続と同じ接続が行える。
本実施例では回転子１１の内周部分を利用して環状電流
路１５，１５間の接続を規則的に行うことができるの
で、接続構造をコンパクトにして、且つ接続作業を容易
なものとすることができる。
【００２８】図５は、一般にＭ極の駆動磁界とＮ＝Ｍ±
２の位置制御磁界を重畳した時の、各環状電流路に誘導
される電圧を打消すための各電流路の結線方法を示す。
ｎを整数とすると、ある環状電流路とその電流路から回
転角ｎＸ３６０°／Ｎにある二つの電流路１５Ａ，１５
Ｂを一本の環（閉ループ）になるように結線するものと
する。その接続方法として、ｎが偶数の場合は（Ｂ）に
示すように、その環状電流路の半径方向外側に位置する
導体棒１２，１２にそれぞれ逆向きの電流が流れるよう
に結線する。一方で、ｎが奇数の場合は（Ｃ）に示すよ
うに、その環状電流路の半径方向外側に位置する回転軸
と平行の２つの導体棒１２，１２に流れる電流の向きが
同方向になるように結線する。
２の位置制御磁界を重畳した時の、各環状電流路に誘導
される電圧を打消すための各電流路の結線方法を示す。
ｎを整数とすると、ある環状電流路とその電流路から回
転角ｎＸ３６０°／Ｎにある二つの電流路１５Ａ，１５
Ｂを一本の環（閉ループ）になるように結線するものと
する。その接続方法として、ｎが偶数の場合は（Ｂ）に
示すように、その環状電流路の半径方向外側に位置する
導体棒１２，１２にそれぞれ逆向きの電流が流れるよう
に結線する。一方で、ｎが奇数の場合は（Ｃ）に示すよ
うに、その環状電流路の半径方向外側に位置する回転軸
と平行の２つの導体棒１２，１２に流れる電流の向きが
同方向になるように結線する。
【００２９】このように位置制御磁界の極数Ｎに対し
て、ある環状電流路１５Ａと磁気角で回転角ｎπ（ｎは
奇数）の位置にある環状電流路１５Ｂの結線を（Ｃ）に
示すようにすることにより、外周の導体棒１２，１２に
はそれぞれ同方向に電流が流れるように結線される。そ
れぞれの導体棒１２，１２では環状電流路が切る磁束
は、磁気角でｎπ（ｎは奇数）であるのでそれぞれ逆方
向の誘導電圧が発生する。これによりそれぞれの誘導電
圧は打ち消し合うので、位置制御磁界で生じる誘導電流
が回転子に流れず、この電流に伴う回転子の浮上位置制
御の不安定性の問題を防止することができる。
て、ある環状電流路１５Ａと磁気角で回転角ｎπ（ｎは
奇数）の位置にある環状電流路１５Ｂの結線を（Ｃ）に
示すようにすることにより、外周の導体棒１２，１２に
はそれぞれ同方向に電流が流れるように結線される。そ
れぞれの導体棒１２，１２では環状電流路が切る磁束
は、磁気角でｎπ（ｎは奇数）であるのでそれぞれ逆方
向の誘導電圧が発生する。これによりそれぞれの誘導電
圧は打ち消し合うので、位置制御磁界で生じる誘導電流
が回転子に流れず、この電流に伴う回転子の浮上位置制
御の不安定性の問題を防止することができる。
【００３０】ｎが偶数である場合には、環状電流路１５
Ａ，１５Ｂとは位置制御磁界についてｎπ（ｎは偶数）
の回転角に位置する。この場合には（Ｂ）に示すように
環状電流路１５Ａ，１５Ｂはそれぞれ平行に結線される
ので外側の導体棒１２，１２にはそれぞれ逆方向に電流
が流れるように電流路が形成される。従って、位置制御
磁束と鎖交することにより生じる誘導電圧は、位置制御
磁界が同極であるため同一方向の誘導電圧がそれぞれの
導体棒１２，１２に発生する。上述したように電流路
は、導体棒１２，１２には逆方向に電流が流れるように
電流路が結線されているので、位置制御磁界による誘導
電圧は互いに逆方向となり打ち消し合う。従って、Ｎ極
の位置制御磁界により回転子に電流が流れず、位置制御
磁界による不安定性の問題が解決される。
Ａ，１５Ｂとは位置制御磁界についてｎπ（ｎは偶数）
の回転角に位置する。この場合には（Ｂ）に示すように
環状電流路１５Ａ，１５Ｂはそれぞれ平行に結線される
ので外側の導体棒１２，１２にはそれぞれ逆方向に電流
が流れるように電流路が形成される。従って、位置制御
磁束と鎖交することにより生じる誘導電圧は、位置制御
磁界が同極であるため同一方向の誘導電圧がそれぞれの
導体棒１２，１２に発生する。上述したように電流路
は、導体棒１２，１２には逆方向に電流が流れるように
電流路が結線されているので、位置制御磁界による誘導
電圧は互いに逆方向となり打ち消し合う。従って、Ｎ極
の位置制御磁界により回転子に電流が流れず、位置制御
磁界による不安定性の問題が解決される。
【００３１】図６は、駆動磁界が６極であり、位置制御
磁界が８極である場合の上述した電流路に誘導される電
圧の向きを示す。６極駆動磁界により生じる誘導電圧の
向きは、（Ａ）に示すように相互に加える方向に働く。
これにより駆動電流が流れ、ローレンツ力が発生し、回
転トルク通常の誘導電動機と同様に生じる。そして、
（Ｂ）に示すように８極位置制御磁界に関しては、矢印
で示す方向に誘導電圧が形成される。この誘導電圧は互
いに打消して閉ループではゼロとなる。このため、位置
制御磁束に回転子の二次導体棒が鎖交しても誘導電流が
生ぜず、これに伴う回転子の不安定性の問題が生じな
い。
磁界が８極である場合の上述した電流路に誘導される電
圧の向きを示す。６極駆動磁界により生じる誘導電圧の
向きは、（Ａ）に示すように相互に加える方向に働く。
これにより駆動電流が流れ、ローレンツ力が発生し、回
転トルク通常の誘導電動機と同様に生じる。そして、
（Ｂ）に示すように８極位置制御磁界に関しては、矢印
で示す方向に誘導電圧が形成される。この誘導電圧は互
いに打消して閉ループではゼロとなる。このため、位置
制御磁束に回転子の二次導体棒が鎖交しても誘導電流が
生ぜず、これに伴う回転子の不安定性の問題が生じな
い。
【００３２】図６（Ｃ）は図６（Ａ）（Ｂ）に示す４個
の環状電流路１５Ａ，１５Ｂを一本の電流路に結線した
例を示す。図示するように結線することで、４個の導体
棒１２に生じる６極駆動磁界による誘導電流は相互に加
える方向に働き、且つ８極位置制御磁界による誘導電流
は相互に打ち消し合う方向に働き、閉ループとしてはゼ
ロとなる。このように電流路を一個の閉ループに形成す
ることにより、回転子巻線を単純化することができる。
の環状電流路１５Ａ，１５Ｂを一本の電流路に結線した
例を示す。図示するように結線することで、４個の導体
棒１２に生じる６極駆動磁界による誘導電流は相互に加
える方向に働き、且つ８極位置制御磁界による誘導電流
は相互に打ち消し合う方向に働き、閉ループとしてはゼ
ロとなる。このように電流路を一個の閉ループに形成す
ることにより、回転子巻線を単純化することができる。
【００３３】尚、以上の説明は無軸受電動機の例につい
て説明したが、発電機についても本発明の趣旨を同様に
適用できることは勿論である。
て説明したが、発電機についても本発明の趣旨を同様に
適用できることは勿論である。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、無
軸受回転機械の誘導型回転子において、固定子中の回転
軸と平行の電流路を半径方向に二重に作り、位置制御磁
束が回転子に鎖交することにより発生する誘導電流を生
じない電流路を形成することを可能にした。この回転子
を無軸受回転機械に適用した場合、位置制御磁界の回転
子２次電流による磁束が発生しないため、安定な回転子
浮上制御を達成できる。これに伴い、位置制御電流によ
る回転子半径方向位置制御が容易になり、部品点数の減
少、信頼性の向上、大幅なコストダウンが期待できる。
軸受回転機械の誘導型回転子において、固定子中の回転
軸と平行の電流路を半径方向に二重に作り、位置制御磁
束が回転子に鎖交することにより発生する誘導電流を生
じない電流路を形成することを可能にした。この回転子
を無軸受回転機械に適用した場合、位置制御磁界の回転
子２次電流による磁束が発生しないため、安定な回転子
浮上制御を達成できる。これに伴い、位置制御電流によ
る回転子半径方向位置制御が容易になり、部品点数の減
少、信頼性の向上、大幅なコストダウンが期待できる。
【図１】本発明の一実施例の回転子に配置された環状電
流路の説明図。
流路の説明図。
【図２】位置制御磁界による誘導電圧が相互に打ち消し
合うように結線した二個の上記環状電流路を示す説明
図。
合うように結線した二個の上記環状電流路を示す説明
図。
【図３】図１に示す環状電流路の一変形例を示す説明
図。
図。
【図４】短絡リングの説明図。
【図５】（Ａ）相互に接続して一個の閉ループを形成す
る二個の環状電流路の回転角の関係を示す説明図、
（Ｂ）ｎが偶数の場合の結線図、（Ｃ）ｎが奇数の場合
の結線図。
る二個の環状電流路の回転角の関係を示す説明図、
（Ｂ）ｎが偶数の場合の結線図、（Ｃ）ｎが奇数の場合
の結線図。
【図６】（Ａ）６極駆動磁界による誘導電圧の方向を示
す説明図、（Ｂ）８極位置制御磁界による誘導電圧の方
向を示す説明図、（Ｃ）上記四個の環状電流路を一本の
閉ループに結線した例を示す説明図。
す説明図、（Ｂ）８極位置制御磁界による誘導電圧の方
向を示す説明図、（Ｃ）上記四個の環状電流路を一本の
閉ループに結線した例を示す説明図。
１１ 回転子 １２ 半径方向外側の導体棒 １３ 半径方向内側の導体棒 １４ 短絡材 １５ 環状電流路 ２０，２１ 結線部材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 一樹 神奈川県藤沢市本藤沢４丁目２番１号 株 式会社荏原総合研究所内
Claims (4)
- 【請求項１】 円筒型回転子を有する回転機械で、固定
子に巻回された複数の巻線によって、該固定子・該回転
子の空隙に回転子駆動磁界であるＭ極と、その磁界分布
にＭ±２極であるＮ極の磁界分布を発生して重畳するこ
とにより、該回転子に与える回転駆動力と該回転子の半
径方向浮上位置を同時に制御する回転機械において、 回転軸を含む平面上にあり該回転軸と交差しない環状電
流路を円周方向に複数個並べた回転子を備え、該電流路
の一箇所を切断し、位置制御磁束分布により該環状電流
路に誘導される電圧を打消し、それによる電流が流れな
いように前記複数の環状電流路を接続して、１本の電流
路を構成したことを特徴とする無軸受回転機械の誘導型
回転子。 - 【請求項２】 請求項１記載の前記回転子において、前
記浮上位置制御磁界により各環状電流路に誘導される電
圧を打消すように各電流路を結ぶために、ｎを整数とす
ると、ある環状電流路とその電流路から回転角ｎ×３６
０°／Ｎにある該電流路の二つの該電流路を１本の環に
なるように結ぶものとし、その接続方向として、ｎが偶
数の場合はその環の半径方向外側に位置する回転軸と平
行の二つの該電流路の向きが逆方向になるように、ｎが
奇数の場合はその環状電流路の半径方向外側に位置する
該回転軸と平行の二つの該電流路の向きが同方向になる
ように結ぶことを特徴とする無軸受回転機械の誘導型回
転子。 - 【請求項３】 前記２つの環をつないだ一本の電流路を
複数つないで一本の電流路にしたことを特徴とする請求
項２記載の無軸受回転機械の誘導型回転子。 - 【請求項４】 前記回転機械の誘導型回転子において、
前記各環状電流路を回転子内側で接続することにより、
前記回転子の軸方向長を短くしたことを特徴とする請求
項１乃至３のいずれかに記載の無軸受回転機械の誘導型
回転子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26026096A JPH1084654A (ja) | 1996-09-09 | 1996-09-09 | 無軸受回転機械の誘導型回転子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26026096A JPH1084654A (ja) | 1996-09-09 | 1996-09-09 | 無軸受回転機械の誘導型回転子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1084654A true JPH1084654A (ja) | 1998-03-31 |
Family
ID=17345586
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26026096A Pending JPH1084654A (ja) | 1996-09-09 | 1996-09-09 | 無軸受回転機械の誘導型回転子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1084654A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3118976A1 (en) * | 2015-07-17 | 2017-01-18 | Universite Catholique De Louvain | Electric machine having a radial electrodynamic bearing |
-
1996
- 1996-09-09 JP JP26026096A patent/JPH1084654A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3118976A1 (en) * | 2015-07-17 | 2017-01-18 | Universite Catholique De Louvain | Electric machine having a radial electrodynamic bearing |
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