JP2000092767A - ヘリウム用回転機械に結合される回転電機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転機械と一体化した密封構造のハーメチッ
ク型回転装置を構成する回転電機の巻線の被覆材に化学
的に安定な素材を用い、あるいは電気部品に対する絶縁
材に化学的に安定な素材を用いることにより、長期に亘
り連続運転可能な回転電機を提供する 【解決手段】 冷媒のヘリウムを圧縮または膨張させる
回転機械１と一体に結合され、耐圧力密封ケーシング８
に収納されて気密構造としたハーメチック型回転装置Ａ
を構成する回転電機２であり、この回転電機２の巻線５
を弗素樹脂で被覆する。また、この巻線５を収納する線
輪溝１０内の溝絶縁シート１１、線輪押えの楔１２、線
輪６に接続され耐圧力密封ケーシング８を貫通する端子
の絶縁部、線輪５相互の振動を押えるための緊縛手段等
の少なくとも一を弗素樹脂絶縁材で形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ヘリウム用回転機
械に結合される回転電機に関し、さらに詳細に言えば、
ヘリウムを冷媒とする超低温冷却を行う際に圧縮機や膨
張機の作用をする回転機械と一体的に結合されてハーメ
チック型回転装置を構成するとともに、モータや発電機
となる回転電機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、超低温冷却用の回転機械に結合さ
れて回転装置を構成する回転電機では、回転機械と回転
電機の回転軸とを単にカップリングで結合し、回転機械
が圧縮機として用いられる場合には回転電機には汎用の
モータが使用され、さらに、回転機械が膨張機として用
いられる場合には、回転電機には動力吸収用として汎用
の発電機が使用されていた。また、前記回転機械の回転
軸には機械的な軸封装置を使用して回転軸と機体との間
に冷媒が漏洩するのを防止するとともに、外気との遮断
を行っていた。しかし、冷媒にヘリウムを使用した場合
には、ヘリウムは化学的に不活性で他の元素と化合物を
つくらないという優れた特性があるものの、極めて漏洩
しやすい性質のために、回転機械の回転軸と機体の間に
おいてヘリウムの漏洩防止や外気との遮断を完全に行う
ことは難しかった。

【０００３】そこで、回転電機側を耐圧密封ケーシング
で蔽い、回転軸などが外部に露出しない密封構造として
冷媒の漏洩の阻止が行われていた。この場合の回転電機
には、固定子と回転子との間の空隙に薄い金属板のキャ
ンを挿通して回転子と固定子を隔離した、いわゆるキャ
ンドモータが使用されており、これにより、冷媒のヘリ
ウムの汚染や漏洩については十分目的を達成することが
できた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
キャンドモータによれば、キャンの温度上昇による熱損
失、高速度に比例して増加するモータの損失のため、効
率の低い電動機となり、必ずしも最適の回転電機とはな
らなかった。

【０００５】さらに、前記回転電機を膨張機などによる
動力回収用発電機として前記回転電機を使用するときに
は、界磁用回転子などの構造上、モータのようにキャン
ド化することが難しく、完全密封型の回転電機の実用化
が困難であった。

【０００６】また、回転電機の巻線に対する電気絶縁材
料には各種の樹脂が使用され、有機溶剤で液状化された
ワニスなどが使用された場合、回転電機の運転時の温度
上昇や経年変化、圧力変化などで、気体の発生や絶縁素
材からの剥離による微細な固形物などによって冷媒とし
てのヘリウムを汚染させてしまうことになり、超低温冷
却装置に対して支障を及ぼしてしまうという問題点があ
った。しかも、超伝導を利用した電気機器の開発が進
み、超低温冷却装置においてこれらの課題に対応する必
要が増大した。

【０００７】本発明の目的は、かかる従来の問題点を解
決するためになされたものであって、回転機械と一体化
した密封構造のハーメチック型回転装置を構成する回転
電機の巻線の被覆材を化学的に安定な素材を用いること
により、長期に亘り連続運転可能な回転電機を提供する
ことにある。

【０００８】さらに、本発明の他の目的は、電気部品に
対する絶縁材にすべて化学的に安定な弗素樹脂を用いる
ことにより、長期に亘り連続運転可能な回転電機を提供
することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明はヘリウム用回転
機械に結合される回転電機であり、前述の技術的課題を
解決するために以下のように構成されている。すなわ
ち、本発明のヘリウム用回転機械に結合される回転電機
は、冷媒のヘリウムを圧縮または膨張させる回転機械と
一体に結合され、かつ耐圧力密封ケーシングに収納され
て気密構造としたハーメチック型回転装置を構成する回
転電機において、前記回転電機の巻線は弗素樹脂で被覆
されてなることを特徴とする（請求項１に記載の発
明）。

【００１０】なお、本発明において回転機械は前述のよ
うに圧縮機や膨張機の作用をするものであり、スクリュ
ー形、ターボ形、ロータリ形、往復形など、適宜の構造
のものを使用することができる。

【００１１】また、弗素樹脂はエチレンの弗素置換体を
重合させた樹脂であれば、その種類を問わない。四弗化
エチレン（商品名テフロン）、ポリ弗化ビニルなどを例
示することができる。

【００１２】さらに、請求項１に記載の発明において、
前記巻線が収納される線輪溝内の溝絶縁シート、線輪押
えの楔類、線輪に接続され耐圧力ケーシングを貫通する
端子の絶縁部、線輪相互の振動を押えるための緊縛手段
等の電機部品に対する絶縁材の少なくとも一が弗素樹脂
絶縁材で形成されていることを特徴とする（請求項２に
記載の発明）。

【００１３】本発明のヘリウム用回転機械に結合される
回転電機によると、回転電機は耐圧力密封ケーシングに
収容されて、回転機械である圧縮機と接続されてハーメ
チック型回転装置を構成する。回転電機はヘリウムが充
満し大気に対して完全に遮断した状態で運転が行われ
る。その際、回転電機の巻線は弗素樹脂で被覆されてい
るので、冷媒のヘリウムを汚染することもなく、安定し
た連続運転が行われる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参考にして本発明の
好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但し、この実
施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、そ
の他相対的配置等は特に特定的な記載がないかぎり、こ
の発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説
明例にすぎない。

【００１５】図１は発明の実施形態例に係るハーメチッ
ク型回転装置である圧縮装置の略断面を示し、図２は回
転電機である電動機の固定子と回転子を展開した断面を
示している。

【００１６】まず、図１においてハーメチック型回転装
置Ａは、回転機械であるスクリュー形圧縮機１と、該回
転機械に一体に接続された回転電機であるハーメチック
型モータ２とから構成されている。前記スクリュー形圧
縮機１は異なる断面の雌雄一対のスクリューロール１５
ａ、１５ｂを噛み合わせた状態で円筒形のシリンダ１６
に相互に回転自在に組み込まれている。

【００１７】前記シリンダ１６には吸入口１８と吐出口
１９が形成されていて、吸入口１８を経て一対のスクリ
ュー１５ａ、１５ｂとシリンダ１６の壁との間に吸い込
まれた冷媒蒸気をスクリュー１５ａ、１５ｂとの回転に
より冷媒の体積を圧縮して圧力を高めて、吐出口１９か
ら図示しない凝縮器に送るようになっている。

【００１８】前記ハーメチック型モータ２は、円筒状の
耐圧力密封ケーシング８の内周面に固定子３が嵌着固定
され、さらに該固定子３の内径に対して僅かな間隙を存
して回転子４が配置されている。また、回転子４の中心
を貫通して装着された回転軸２０は、前記耐圧力密封ケ
ーシング８内において軸受２１、２１により回転自在に
支承されている。該ハーメチック型モータ２は全ての電
気部品の絶縁材が弗素樹脂で形成されている。なお、前
記耐圧力密封ケーシング８の側面には、図示しないが、
冷媒の吸入口及び排出口を備えている。

【００１９】前記回転子４の回転軸２０は、前記スクリ
ュー形圧縮機１のスクリューロール１５（１５ａ、１５
ｂ）の回転軸１７とカップリング９によって結合され
る。該結合部分は前記のシリンダ１６と耐圧力密封ケー
シング８との間にあってスクリュー形圧縮機１とハーメ
チック型モータ２を気密状態で完全に一体化する接続ケ
ーシング２２の内部に位置している

【００２０】固定子３を構成する鉄心は薄い鉄板などの
表面に鉄板１枚毎に弗素樹脂を塗布し、所望厚さに積層
した後、一体化する。これにより、絶縁が保たれ、鉄損
の発生を阻止する。

【００２１】絶縁電線５は電線の表面に弗素樹脂を被覆
してあり、該絶縁電線５を所望の大きさに固定鉄心に巻
線して固定子線輪６が形成される。

【００２２】絶縁端子７は、耐圧力密封ケーシング８の
側面に貫通され、さらに固定子線輪６に接続して該固定
子線輪６に電力を供給するようになっている。また、固
定子線輪６は前記固定子３の鉄心に巻装され、線輪６の
端部を固定子３の鉄心の両側から軸方向に突出させてあ
る。また、線輪６の端部に接続される貫通スタッド２５
は弗素樹脂により耐圧力密封ケーシング８と気密的に密
封されて絶縁されている。

【００２３】図２はハーメチック型モータ２の固定子
３、回転子４を展開した断面を示す。固定子３の鉄心に
は線輪溝１０が設けられる。線輪溝１０内には、表面が
弗素樹脂で絶縁された絶縁電線５が巻線され、溝絶縁シ
ート１１で絶縁電線５を束とした線輪６を包み、積層さ
れた固定子３の鉄心と電気的に確実に絶縁される。線輪
溝１０内に線輪６を納める楔１２の素材に弗素樹脂が用
いられる。線輪溝１０より次の線輪溝１０に至る線輪６
の端部は絶縁電線５が露出され、ばらばらになるのを防
止するため、図示しない緊縛紐あるいはテープ類などの
緊縛手段で一括して固定してある。

【００２４】これにより、それぞれの線輪相互の振動
で、絶縁電線５の表面の絶縁物の摩耗、損傷の防止を行
う。これら絶縁するための素材もすべて弗素樹脂を用い
る。なお、回転子４には、永久磁石２４が設けられてい
る。

【００２５】弗素樹脂は、耐熱性に優れ（例えば、四弗
化エチレンでは−２５０〜２６０℃）、特に極低温でも
優れた機械的性質を有する。また、摩擦係数が非常に小
さい。さらに弗素樹脂は、極めて電気的特性にも優れて
おり、絶縁性がよい。しかも、極低温から２００℃の高
温までの広い温度範囲において、電気特性を維持する。
さらに、化学的性質に優れ、常温はもちろん高温、高圧
下においても、多くの工業薬品、溶剤に対して化学的に
不活性である。従って、ヘリウム冷媒中におけるモータ
の絶縁部材、連続回転を必要とするモータの回転軸の軸
受部として最適である。

【００２６】本発明の前述の実施の形態によれば、回転
電機であるモータは耐圧力密封ケーシングに収容され
て、回転機械である圧縮機と接続されてハーメチック型
圧縮機を構成するが、モータはヘリウムが充満し大気に
対して完全に遮断した状態で運転が行われる。その際、
モータの巻線は弗素樹脂で被覆されているので、冷媒の
ヘリウムを汚染することもなく、安定した連続運転が行
われる。

【００２７】なお、前記の本発明の実施の形態では、回
転機械をスクリュー形圧縮機１とし、回転電機をモータ
として用い、ハーメチック型圧縮装置を構成する場合を
示したが、本発明の回転電機は、かかる構成に限定され
ることはない。従って、回転機械１をヘリウム膨張用の
膨張装置とし、回転電機を冷媒の膨張における動力回収
用の発電機とするハーメチック型膨張装置として使用す
ることもできる。但し、その構成は図１に示されたもの
と同様であるので、説明は省略する。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のヘリウム
用回転機械に結合される回転電機によれば、ヘリウムを
充満させ、大気に対して完全に遮断するハーメチック構
造において、回転電機の巻線は弗素樹脂で被覆されてい
るので、冷媒が漏洩するおそれはない。しかも、回転電
機は効率を低下させることなく、かつ、冷媒のヘリウム
を汚染することもなく、長期に亘り安定した連続運転を
可能とし、信頼性の高い、経済的な超低温冷却機能を果
たすことができる（請求項１に記載の発明）。

【００２９】さらに、本発明によれば、交流磁束の透過
する電気鉄板の表面の絶縁、線輪溝内に収納し巻線され
る導線外周を被覆する絶縁皮膜、線輪を収納する線輪溝
内の溝絶縁シート、線輪抑えの楔類、線輪に接続して耐
圧力ケーシングを貫通する絶縁端子の絶縁素材、線輪端
における線輪相互の振動による線輪皮膜の摩耗損傷防止
のための緊縛紐やテープ類などの緊縛手段、線輪接続点
の絶縁テープ類の素材に至る電機部品に対する電気絶縁
物の少なくとも一を耐熱性、耐化学性、耐強度性のある
高い安定性の弗素樹脂を使用するようにしたので、前記
弗素樹脂被覆巻線と相俟って、長期に亘り安定して回転
電機の連続運転が可能である。巻線を被覆した弗素樹脂
は電気絶縁性に優れるとともに屈曲性が増すので、弗素
樹脂被覆巻線は加工しやすいという効果も奏する（請求
項２に記載の発明）。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の回転電機を回転機械に接続
して形成されたハーメチック型回転装置の略断面図であ
る。

【図２】本発明の実施形態の回転電機の固定子、回転子
を展開した断面図である。

【符号の説明】

１ 回転機械（スクリュー形圧縮
機） ２ 回転電機（ハーメチック型モ−
タ） ５ 巻線（絶縁電線） ６ 固定子線輪 ７ 絶縁端子 ８ 耐圧力密封ケーシング ９ カップリング １０ 線輪溝 １１ 溝絶縁シート １２ 楔 Ａ ハーメチック型回転装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷媒のヘリウムを圧縮または膨張させる
   回転機械と一体に結合され、かつ耐圧力密封ケーシング
   に収納されて気密構造としたハーメチック型回転装置を
   構成する回転電機において、前記回転電機の巻線は弗素
   樹脂で被覆されてなることを特徴とするヘリウム用回転
   機械に結合される回転電機。
2. 【請求項２】 前記巻線が収納される線輪溝内の溝絶縁
   シート、線輪押えの楔類、線輪に接続され耐圧力ケーシ
   ングを貫通する端子の絶縁部、線輪相互の振動を押える
   ための緊縛手段等の電機部品に対する絶縁材の少なくと
   も一が弗素樹脂絶縁材で形成されていることを特徴とす
   る請求項１に記載のヘリウム用回転機械に結合される回
   転電機。