JP2017093238A - 液封式電動機およびこれに用いられるスリーブ付き電源ケーブルの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電源ケーブルの劣化を抑えることが可能な液封式電動機、および、これに用いられるスリーブ付き電源ケーブルの製造方法を提供する。
【解決手段】内部に液体が封入されており、貫通孔（２ａ）が設けられた筐体（１）と、前記筐体（１）の内部に設けられた主軸（８）と、前記筐体（１）の内部に設けられ、前記主軸（８）を回転させるためのコイル（５）と、前記貫通孔（２ａ）を貫通し、前記コイル（５）に通電するための、樹脂製の被覆（１２ａ）を有する電源ケーブル（１２）と、前記貫通孔（２ａ）の少なくとも一部と対向する位置において前記電源ケーブル（１２）の周囲に設けられた樹脂製の固定部材（１５）と、前記固定部材（１５）の周囲に設けられ、前記固定部材（１５）によって固定された金属製のスリーブ（１４）と、前記スリーブ（１４）の周囲に設けられたパッキン（１３）と、を備える液封式電動機（１００）。
【選択図】図２

Description

本発明は、電源ケーブルからの通電によって回転する主軸を備えた液封式電動機、および、このような液封式電動機に用いられるスリーブ付き電源ケーブルの製造方法に関する。

液封式電動機は内部に水などの液体が封入されている。また、液封式電動機の内部にあるコイルには、外部からブラケットを貫通して、ゴムで被覆された電源ケーブルが接続される。そのため、ブラケットと電源ケーブルとの間から液体が漏れないようにする必要がある。

図９は、従来の液封式電動機におけるブラケット９１および電源ケーブル９２周りの断面図である。ブラケット９１には貫通孔９１ａが設けられ、この貫通孔９１ａに電源ケーブル９２が貫通している。ブラケット９１と電源ケーブル９２との間には、液体が漏れるのを防ぐためのゴム製パッキン９３が設けられる。より詳しくは、パッキン９３を上下から金属製のパッキン押さえ９４で挟み込み、ケーブル支持金具９５をボルト９６で締め込んでパッキン９３を圧縮させる。これにより、パッキン９３と電源ケーブル９２との接触面に圧迫力が生じ、シール機能が実現される。

実開昭６１−６５８５４号公報 実開昭５９−１７６３５６号公報

パッキン９３および電源ケーブル９２の被覆はともにゴム製であるため、経年劣化により硬化したり永久歪変形したりして、パッキン９３と電源ケーブル９２との接触面に生じる圧迫力が低下するおそれがある。ゴムは低温で収縮するため、経年劣化と相俟って液封式電動機の内部に封入された液体が漏れるおそれがある。

また、電源ケーブル９２の、パッキン９３と接触して圧迫力を受けていた部分は徐々に細く変形してしまう。そのため、メンテナンスなどにより液封式電動機を分解して電源ケーブル９２を外して再度組み立てる際に、同じ圧迫力を得るのは難しい。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、電源ケーブルの劣化を抑えることが可能な液封式電動機、および、これに用いられるスリーブ付き電源ケーブルの製造方法を提供することである。

本発明の一態様によれば、内部に液体が封入されており、貫通孔が設けられた筐体と、前記筐体の内部に設けられた主軸と、前記筐体の内部に設けられ、前記主軸を回転させるためのコイルと、前記貫通孔を貫通し、前記コイルに通電するための、樹脂製の被覆を有する電源ケーブルと、前記貫通孔の少なくとも一部と対向する位置において前記電源ケーブルの周囲に設けられた樹脂製の固定部材と、前記固定部材の周囲に設けられ、前記固定部材と一体化して固定された金属製のスリーブと、前記スリーブの周囲に設けられたパッキンと、を備える液封式電動機が提供される。

このような構成によれば、樹脂製の電源ケーブルの周囲に金属製のスリーブを設け、その周囲にパッキンを設ける。そのため、パッキンは直接電源ケーブルには接触せず、電源ケーブルが細くなって劣化するのを抑えることができる。また、固定部材も電源ケーブルと同様に樹脂製にするため、固定部材が電源ケーブルから剥離するのを抑えることができる。

前記固定部材の端部は、前記筐体の内部に向かって細くなるテーパ状であるのが望ましい。
このような構成によれば、固定部材に対する液体の圧力が電源ケーブル側に向くため、さらに固定部材が電源ケーブルから剥離しにくくなる。

前記パッキンとは異なる位置において、前記スリーブに嵌められたシール部材を備えるのが望ましい。
このような構成によれば、仮にパッキンの圧迫力が低下した場合でも、シール部材によって液体が漏れるのを抑えることができる。

前記パッキン上に設けられたパッキン押さえ部材と、前記パッキン押さえ部材上に設けられ、前記電源ケーブルを支持するケーブル支持部材と、を備え、前記パッキン押さえ部材には、前記パッキンの上部から前記パッキン押さえ部材側に空気が通ることができる隙間があり、前記ケーブル支持部材には、前記パッキン押さえ部材の隙間を通して前記ケーブル支持部材の外側に空気が通ることができる孔が設けられるのが望ましい。
このような構成によれば、空気の通り道があるため、ケーブル支持部材を設置する際の作業性が向上する。

前記電源ケーブルおよび前記固定部材は同じ樹脂製であるのが望ましい。
これにより、電源ケーブルと固定部材との固着性を良くすることができる。

本発明の別の態様によれば、液封式電動機に用いられる、スリーブ付き電源ケーブルを製造する方法であって、樹脂製の被覆を有する電源ケーブルに熱硬化性樹脂を巻く工程と、前記熱硬化性樹脂の外側に金属製の前記スリーブを嵌める工程と、前記スリーブの一端をラップするよう、さらなる熱硬化性樹脂を前記電源ケーブルに巻く工程と、前記熱硬化性樹脂を硬化させる工程と、を備えるスリーブ付き電源ケーブルの製造方法が提供される。
これにより、電源ケーブルが液封式電動機に用いられた場合に、電源ケーブルが劣化するのを押さえられる。

パッキンが直接電源ケーブルに接触しないため、電源ケーブルの劣化を抑えられる。

液封式電動機１００の概略断面図。 反負荷側ブラケット２および電源ケーブル１２周辺の拡大図。 ケーブル支持金具２１の下面を示す図。 パッキン押さえ板２２を上方から見た図。 本実施形態にかかるスリーブ１４付き電源ケーブル１２の製造法を示す工程図。 各工程を説明する図。 各工程を説明する図。 各工程を説明する図。 従来の液封式電動機におけるブラケット９１および電源ケーブル９２周りの断面図。

以下、本発明に係る実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。

図１は、液封式電動機１００の概略断面図である。液封式電動機１００は、筐体１００ａを形成する筒状のフレーム１と、その上部および下部にそれぞれ設けられた反負荷側ブラケット２および負荷側ブラケット３とを備えており、筐体１００ａ内に、水などの液体４が封入されている。なお、液封式電動機１００は水中に配置され得るものである。

また、液封式電動機１００は、コイル５が巻回されたステータコア６と、ロータコア７と、主軸８とを備えている。ステータコア６はフレーム１の内面に取り付けられる。ロータコア７は筐体１００ａの内部にあって主軸８の周囲に固定され、ステータコア６の中央に回転自在に設けられる。

主軸８の一端（図の下方）は負荷側ブラケット３に設けられた孔を貫通し、ポンプなどの負荷（不図示）に接続される。負荷側ブラケット３に設けられた孔と主軸８との間は、メカニカルシール９ａが内部に配設されたメカニカルシールボックス９およびオイルシール９’ａを配設されたシールハウジング９’によってシールされる。

主軸８の上方において、液体用ホース１０が反負荷側ブラケット２に取付けられており、電動機本体用の地上タンク（不図示）に接続される。また、液体用ホース１０とは異なる位置において、液体用ホース１１が反負荷側ブラケット２を貫通しており、メカ室用の地上タンク（不図示）に接続される。これら液体用ホース１０，１１を通って内部の液体４が地上タンクに排出されることができ、内部の液体４の熱膨張を吸収する役割を担っている。

なお、このような液体用ホース１０，１１を設ける代わりに、収縮可能なダイヤフラムを設けて、液体４の熱膨張を吸収するようにしてもよい。

また、液封式電動機１００は外部から反負荷側ブラケット２の貫通孔２ａを貫通してコイル５に接続される電源ケーブル１２を備えている。電源ケーブル１２はゴムなど樹脂製の被覆を有しており、典型的にはクロロプレンシースキャブタイヤケーブルである。この電源ケーブル１２からコイル５に通電されることによって、ロータコア７が主軸８とともに回転する。

図２は、反負荷側ブラケット２および電源ケーブル１２周辺の拡大図である。同図（ａ）は電源ケーブル１２の中心を通る断面図であり、同図（ｂ）は電源ケーブル１２を手前から見た図である。液封式電動機１００は、パッキン１３と、スリーブ１４と、固定部材１５とを備えている。また、電源ケーブル１２はゴム製の被覆１２ａを有する。図示のようにスリーブ１４付きの電源ケーブル１２を用いる点に、本実施形態の特徴の１つがある。

反負荷側ブラケット２の貫通孔２ａには、環状のパッキン１３が設けられる。なお、図２では２つのパッキン１３を描いているが、その数に特に制限はない。本実施形態では、パッキン１３と電源ケーブル１２とが直接は接触しない。すなわち、パッキン１３と電源ケーブル１２との間には、円筒状のスリーブ１４と、スリーブ１４を位置決めする固定部材１５とが設けられ、パッキン１３はスリーブ１４と接触している。スリーブ１４は金属製である。固定部材１５は望ましくはゴムなどの樹脂製であり、さらに望ましくは電源ケーブル１２を被覆するゴムと同じ材料である。

固定部材１５は、電源ケーブル１２とスリーブ１４との間の空間部分を充填する空間部充填部分１５ａと、その下部に設けられたスリーブ受け部分１５ｂとを有する。空間部充填部分１５ａおよびスリーブ受け部分１５ｂの内面は電源ケーブル１２に接触している。スリーブ１４は固定部材１５における空間部充填部分１５ａとパッキン１３との間に設けられる。言い換えると、スリーブ１４は固定部材１５を介して電源ケーブル１２に嵌められ固定されている。

ここで、スリーブ１４の内面は、すり鉢状であるのが望ましい。ゴム表面に金属スリーブを挿入するには摩擦が大きく困難である。スリーブ１４の内面を端面ボス部側が大径とするすり鉢状とし、空間部充填部分１５ａの形状をスリーブ１４の内面形状に合わせて成形することで作業性およびスリーブ１４と空間部充填部分１５ａの密着性が向上する。

スリーブ１４の底面は固定部材１５におけるスリーブ受け部分１５ｂによってスリーブ１４の内面と空間部充填部分１５ａの境界面を保護するとともに、スリーブ１４の下部側面はスリーブ受け部分１５ｂによって挟まれ、スリーブ１４が固定部材１５と一体化される。

言い換えると、固定部材１５の空間部充填部分１５ａは、貫通孔２ａと対向する位置において、電源ケーブル１２の周囲に設けられ固定される。また、スリーブ１４は固定部材１５の周囲に設けられ、固定部材１５のスリーブ受け部分１５ｂと一体化して固定される。そして、パッキン１３はスリーブ１４の周囲に設けられる。ここで、電源ケーブル１２は固定部材１５と接触しており、固定部材１５はスリーブ１４と接触しており、スリーブ１４はパッキン１３と接触している。

このように電源ケーブル１２が直接パッキン１３と接触しないよう、金属製のスリーブ１４で電源ケーブル１２を保護する。そのため、電源ケーブル１２が細くなるなどの劣化を抑えることができる。そして、スリーブ１４とパッキン１３とが接触していることで、両者の間から液体４が漏れるのを抑えることができる。

仮に固定部材１５の材料をエポキシ樹脂など電源ケーブル１２とは硬度差が大きいものを用いると、液体４からの圧力によって固定部材１５が電源ケーブル１２から剥離してしまうことが考えられる。しかしながら、固定部材１５も電源ケーブル１２の被覆１２ａと同様にゴム製（さらに望ましくは同じ材質）とすることで両者の硬度差が小さくなり、電源ケーブル１２の被覆１２ａと固定部材１５とを強固に接着できる。

また、スリーブ受け部分１５ｂの下部が平坦（水平）であると、その平坦な面に液体４からの応力が集中し、固定部材１５が電源ケーブル１２から剥離してしまうことが考えられる。そこで、図２（ａ）に示すように、スリーブ受け部分１５ｂの下端部が、液封式電動機１００の内部（下方）に向かって細くなるように傾斜したテーパ状であるのが望ましい。これにより、液体４からの圧力が電源ケーブル１２側に向くため、電源ケーブル１２と固定部材１５とを強固に接着できる。なお、スリーブ受け部分１５ｂの下部は、その角から傾斜していてもよいし、同図に示すように下面の途中から傾斜していてもよい。

反負荷側ブラケット２および電源ケーブル１２周辺の構造について、より詳しく説明する。液封式電動機１００は、例えばステンレス製のパッキンボックス１６と、例えばゴム製のＯリング１７〜１９と、ボルト２０と、ケーブル支持金具２１（ケーブル支持部材）と、例えばステンレス製のパッキン押さえ板２２（パッキン押さえ部材）と、プラグ２３と、ボルト２４とをさらに備えている。

パッキンボックス１６は、その底面の一部がスリーブ１４の下部ボス部端面と接触しており、電源ケーブル１２、スリーブ１４および固定部材１５が貫通孔２ａから抜けるのを防ぐ役割も果たしている。また、パッキンボックス１６の外側側面は反負荷側ブラケット２と接触している。Ｏリング１７は、反負荷側ブラケット２と、パッキンボックス１６と接触する角との間に設けられ、両者の間から液体４が漏れるのを抑える。

このようなパッキンボックス１６にパッキン１３が収容されている。反負荷側ブラケット２まで達するボルト２０をパッキンボックス１６に締め込むことで、パッキンボックス１６と反負荷側ブラケット２とが固定され、結果としてパッキン１３が適切に位置決めされる。

更にパッキンボックス１６の貫通孔は、スリーブ１４と嵌め合い構造にあるといえる。そこで、パッキンボックス１６の貫通孔内面にＯリング１９を配置すると更なるシール性の向上が見込まれる。

なお、シール部材としてＯリング１９を配置する場合、パッキン１３がなくてもよい。また、Ｏリング１９を設けない場合でも、パッキン１３に代えてシール部材としてＯリングを用いてもよい。

また、電源ケーブル１２を支持するケーブル支持金具２１がパッキン押さえ板２２上に設けられる。パッキンボックス１６まで達するボルト２４をケーブル支持金具２１に締め込むことで、ケーブル支持金具２１とパッキンボックス１６とが固定される。

スリーブ１４はパッキン１３より高い位置（液封式電動機１００の外側）まで延びており、その外側側面の上部はケーブル支持金具２１と嵌め合い構造になっている。そこで、ケーブル支持金具２１の内側のスリーブ１４との嵌め合い位置において、Ｏリング１８ａをシール部材として配設しスリーブ１４に嵌める。さらに、パッキンボックス１６とケーブル支持金具２１の嵌め合い位置にＯリング１８ｂをケーブル支持金具２１の外側に嵌める。これにより、パッキン１３が経年劣化して圧迫力が低下した場合でも液体４が漏れるのを防げる。

Ｏリング１８ａ，１８ｂを設ける場合、ボルト２４でケーブル支持金具２１を締め込んだり、分解したりするときのために、空気の通り道を確保するのが望ましい。そのために、ケーブル支持金具２１には空気抜き孔２１ａが設けられる。

図３は、ケーブル支持金具２１の下面を示す図である。ケーブル支持金具２１の下面には、図２の空気抜き孔２１ａに連通した孔２１ｃが形成されていたり（図３（ａ））、孔２１ｃを通る凹んだ溝２１ｂが周方向に形成されていたり（図３（ｂ））する。

図４は、パッキン押さえ板２２を上方から見た図である。パッキン押さえ板２２は環状でもよいが、Ｃ型形状（図４（ａ））、２つ割りした形状（図４（ｂ））、径方向に凹んだ溝を形成する形状（図４（ｃ））、など、空気を通すための隙間２２ａがあるのが望ましい。この隙間２２ａを通って、パッキン１３の上部からケーブル支持金具２１側に空気が通ることができる。なお、パッキン押え板２２の厚さは特に限定しないが、図４（ａ），（ｂ）の部材は厚さ１〜２ｍｍ程度の薄板であってもよい。

ケーブル支持金具２１における溝２１ｂあるいは孔２１ｃの下方に、パッキン押さえ板２２における隙間２２ａが位置するよう、パッキン押さえ板２２が配置される。ケーブル支持金具２１に周方向の溝２１ｂが設けられている場合（図３（ｂ））、溝２１ｂの一部が必ずパッキン押さえ板２２における隙間２２ａの上方に位置する。一方、ケーブル支持金具２１に孔２１ｃのみの場合（図３（ａ））、孔２１ｃの下方にパッキン押さえ板２２における隙間２２ａが位置するよう精度よくパッキン押さえ板２２を配置すればよい。

このようなパッキン押さえ板２２およびケーブル支持金具２１を用いることで、空気の通り道を確保できる。すなわち、パッキン押さえ板２２の隙間２２ａと、ケーブル支持金具２１の空気抜き孔２１ａとを通って、空気がケーブル支持金具２１の外側に出ることができる。ボルト２４でケーブル支持金具２１を締め込んだ後、空気抜き孔２１ａにプラグ２３を締めこんでおけばよい。

図５は、本実施形態にかかるスリーブ１４付き電源ケーブル１２の製造法を示す工程図であり、図６〜図８は各工程を説明する図である。まず、電源ケーブル１２のスリーブ１４が設けられる位置に生ゴム１５ａ’を巻く（ステップＳ１）。この生ゴム１５ａ’が固定部材１５の空間部充填部分１５ａとなる。これにより図６に示す状態となる。なお、生ゴムとは加熱前の熱硬化性ゴム（熱硬化性樹脂）を言う。

続いて、生ゴム１５ａ’の外側にスリーブ１４を嵌める（ステップＳ２）。これにより図７に示す状態となる。

その後、一部がスリーブ１４の下端をラップするよう、ステップＳ１で巻かれた生ゴム１５ａ’より肉厚に生ゴム１５ｂ’をさらに巻く（ステップＳ３）。このとき、下方はテーパ状になるようにするのが望ましい。この生ゴム１５ｂ’が固定部材１５のスリーブ受け部分１５ｂとなる。これにより、図８に示す状態となる。

そして、型に入れて加熱することで生ゴム１５ａ’，１５ｂ’が加硫成形して硬化する（ステップＳ４）。これにより、生ゴム１５ａ’，１５ｂ’が固定部材１５となる。以上により、スリーブ１４付き電源ケーブル１２ができる。その後は、この状態の電源ケーブル１２を反負荷側ブラケット２の貫通孔２ａに挿入すればよい。

このように、本実施形態では、ゴム製の被覆１２ａを有する電源ケーブル１２の周囲に金属製のスリーブ１４を設け、パッキン１３が直接電源ケーブル１２に接触しないようにする。そのため、電源ケーブル１２の劣化を抑えることができる。また、スリーブ１４を固定させる固定部材１５を電源ケーブル１２と同様にゴム製にするため、固定部材１５が剥離するのを抑えることができる。

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲とすべきである。

１ フレーム
２ 反負荷側ブラケット
２ａ 貫通孔
３ 負荷側ブラケット
４ 液体
５ コイル
６ ステータコア
７ ロータコア
８ 主軸
９ メカニカルシールボックス
９ａ メカニカルシール
９’ シールハウジング
９’ａ オイルシール
１０，１１ 液体用ホース
１２ 電源ケーブル
１２ａ 被膜
１３ パッキン
１４ スリーブ
１５ 固定部材
１５ａ 空間部充填部分
１５ｂ スリーブ受け部分
１５ａ’，１５ｂ’ 生ゴム
１６ パッキンボックス
１７〜１９ Ｏリング
２０ ボルト
２１ ケーブル支持金具
２１ａ 空気抜き孔
２１ｂ 溝
２１ｃ 孔
２２ パッキン押さえ板
２２ａ 隙間
２３ プラグ
９１ ブラケット
９１ａ 貫通孔
９２ 電源ケーブル
９３ パッキン
９４ パッキン押さえ
９５ ケーブル支持金具
１００ 液封式電動機
１００ａ 筐体

Claims (6)

1. 内部に液体が封入されており、貫通孔が設けられた筐体と、
   前記筐体の内部に設けられた主軸と、
   前記筐体の内部に設けられ、前記主軸を回転させるためのコイルと、
   前記貫通孔を貫通し、前記コイルに通電するための、樹脂製の被覆を有する電源ケーブルと、
   前記貫通孔の少なくとも一部と対向する位置において前記電源ケーブルの周囲に設けられた樹脂製の固定部材と、
   前記固定部材の周囲に設けられ、前記固定部材と一体化して固定された金属製のスリーブと、
   前記スリーブの周囲に設けられたパッキンと、を備える液封式電動機。
2. 前記固定部材の端部は、前記筐体の内部に向かって細くなるテーパ状である、請求項１に記載の液封式電動機。
3. 前記パッキンとは異なる位置において、前記スリーブに嵌められたシール部材を備える、請求項１または２に記載の液封式電動機。
4. 前記パッキン上に設けられたパッキン押さえ部材と、
   前記パッキン押さえ部材上に設けられ、前記電源ケーブルを支持するケーブル支持部材と、を備え、
   前記パッキン押さえ部材には、前記パッキンの上部から前記パッキン押さえ部材側に空気が通ることができる隙間があり、
   前記ケーブル支持部材には、前記パッキン押さえ部材の隙間を通して前記ケーブル支持部材の外側に空気が通ることができる孔が設けられる、請求項１乃至３のいずれかに記載の液封式電動機。
5. 前記電源ケーブルおよび前記固定部材は同じ樹脂製である、請求項１乃至４のいずれかに記載の液封式電動機。
6. 液封式電動機に用いられる、スリーブ付き電源ケーブルを製造する方法であって、
   樹脂製の被覆を有する電源ケーブルに熱硬化性樹脂を巻く工程と、
   前記熱硬化性樹脂の外側に金属製の前記スリーブを嵌める工程と、
   前記スリーブの一端をラップするよう、さらなる熱硬化性樹脂を前記電源ケーブルに巻く工程と、
   前記熱硬化性樹脂を硬化させる工程と、を備えるスリーブ付き電源ケーブルの製造方法。