JP2019068702A - Canned electric rotating machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、キャンド構造の回転電機に関する。 The present invention relates to a rotating electrical machine having a canned structure.
従来より、ポンプモータの外部への被処理液の漏れが許容されない場合や、水中モータポンプ、真空ポンプなどのポンプモータの内部への水の浸入が許容されない場合には、図10に示すようなキャンド構造の回転電機(キャンドモータ)が用いられている。図10のキャンド構造の回転電機においては、キャン(缶)109により回転子108と固定子103(固定子鉄心と固定子巻線110からなる)とが隔離される。キャン109は、通常、円筒形状を有しており、回転子108を完全に閉鎖する状態で、固定子103のコア部分の内面に貼り付けられる。通常、耐久性及び耐水性の観点から、金属製のキャンが使用されるが、金属製のキャンは、導電性を有するため、固定子が発生させる磁束が回転する際にキャン内部に渦電流が流れて、損失が発生してしまう。かかる損失はキャン損と称され、キャン損によって、モータ効率が大幅に低下してしまうという問題があった。これに加えて、金属製のキャンの場合には、薄い金属板を筒形状に成形するために溶接が必要であるが、薄い金属板を段差が生じない様に溶接することは難しく、また、金属材料の種類によっては溶接自体が難しいため、金属製のキャンの製造が難しいという問題があった。
Conventionally, as shown in FIG. 10, when the leakage of the liquid to be treated to the outside of the pump motor is not allowed, or when the entry of water into the inside of the pump motor such as the submersible motor pump and vacuum pump is not allowed. A canned rotary electric machine (canned motor) is used. In the rotating electrical machine having the canned structure of FIG. 10, the
このような金属製のキャンに起因する問題を解決するために、金属製のキャンに代えて繊維強化プラスチック製又は樹脂製のキャンを使用することが提案されている(特許文献1〜3)。
In order to solve the problem resulting from such metal cans, it has been proposed to use fiber cans made of fiber reinforced plastic or resin instead of metal cans (
特許文献1においては、円筒状フレーム内に固定子巻線を装填した固定子鉄心を挿入固定し、該固定子巻線及び該固定子鉄心をキャンで包囲し、該キャンで囲まれた空間に回転自在にロータを配置したキャンド構造の回転電機において、キャンを、ポリエーテル・エーテルケトン(PEEK)、ポリイミド(PI)などの樹脂に、カーボン繊維などを配して強化した繊維強化プラスチック層の単層で構成するか、又は繊維強化プラスチック若しくはプラスチックからなる第1層と該第1層の内面に配置された金属蒸着層又はセラミック蒸着層又は薄厚金属板とからなる第2層との複層で構成することが提案されている。
In
特許文献2においては、キャンドモータの固定子と回転子との間に配設されたキャンであって、シート状の繊維強化プラスチックを同心円状又は渦巻き状に積層して成るとともに、積層間に、ガス密性の樹脂から成る遮断層を介装したキャンが提案されている。また、特許文献3においては、円筒状フレーム内に固定子巻線を装填した固定子鉄心を挿入固定し、該固定子巻線及び該固定子鉄心をキャンで包囲し、該キャンで囲まれた空間に回転自在にロータを配置したキャンド構造の回転電機において、キャンを、樹脂製からなる第1層と薄板金属からなる第2層とで構成される複層構造とすることが提案されており、樹脂製からなる第1層として、PEEK(ポリエーテル・エーテルケトン)若しくはPI(ポリイミド)樹脂からなるもの、又は強化繊維を樹脂中に配して強化した繊維強化プラスチック(FRP)からなるものが示されている。
In
しかし、特許文献1のキャンにおいては、繊維強化プラスチックの層又は樹脂製からなる第1層のみではガスが透過してしまい、コイルの絶縁性が低下するため、ガスバリア性を確保するために、特許文献2及び3においてはガス密性の樹脂から成る遮断層又は薄板金属からなる第2層を使用することが必須となっている。特許文献2及び3のキャンは、複数層を形成するため製造工程が複雑になり、特に薄板金属を段差無く溶接して円筒状に
形成することが難しいという問題があった。
However, in the can of
本発明は、キャン損が発生せず、キャンの製造が容易であるキャンド構造の回転電機を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a canned rotary electric machine in which can loss does not occur and manufacture of the can is easy.
本発明者らは、上記課題を解決するべく鋭意研究した結果、セルロースナノファイバーを含む層を用いてキャンを形成することにより、キャン損が発生せず、キャンの製造が容易となることを知見し、本発明を完成するに至った。本発明の具体的態様は以下のとおりである。
[1]大径の円筒状のフレームと、小径の円筒状のキャンと、負荷側フレーム側板と、反負荷側フレーム側板と、前記フレーム、前記キャン、前記負荷側フレーム側板、及び前記反負荷側フレーム側板により画定される固定子室と、前記キャンの円筒中心側に画定される回転子室と、前記固定子室に収容される固定子と、前記回転子室に収容される回転子とを有するキャンド構造の回転電機であって、前記キャンは、セルロースナノファイバーシートから構成されていることを特徴とするキャンド構造の回転電機。
[2]大径の円筒状のフレームと、小径の円筒状のキャンと、負荷側フレーム側板と、反負荷側フレーム側板と、前記フレーム、前記キャン、前記負荷側フレーム側板、及び前記反負荷側フレーム側板により画定される固定子室と、前記キャンの円筒中心側に画定される回転子室と、前記固定子室に収容される固定子と、前記回転子室に収容される回転子とを有するキャンド構造の回転電機であって、前記キャンは、セルロースナノファイバーシートと樹脂層の二層シートから構成されていることを特徴とするキャンド構造の回転電機。
[3]前記キャンは、前記負荷側フレーム側板及び前記反負荷側フレーム側板に、Oリング及びくさびにより連結されている、[1]又は[2]に記載の回転電機。
[4]前記キャンは、前記セルロースナノファイバーシートの表面又は前記二層シートの表面並びに前記負荷側フレーム側板及び前記反負荷側フレーム側板に、ブロー成形された封止用樹脂層により連結されている、[1]又は[2]に記載の回転電機。
[5]前記キャンは、前記負荷側フレーム側板及び前記反負荷側フレーム側板に、Oリングにより連結されている、[4]に記載の回転電機。
As a result of earnestly researching to solve the above problems, the present inventors have found that forming a can using a layer containing cellulose nanofibers prevents can loss and facilitates manufacture of the can. And completed the present invention. Specific embodiments of the present invention are as follows.
[1] A large diameter cylindrical frame, a small diameter cylindrical can, a load side frame side plate, a non-load side frame side plate, the frame, the can, the load side frame side plate, and the non load side frame A stator chamber defined by a frame side plate, a rotor chamber defined on the cylindrical center side of the can, a stator accommodated in the stator chamber, and a rotor accommodated in the rotor chamber; A rotating electrical machine having a cand structure, wherein the can is composed of a cellulose nanofiber sheet.
[2] A large diameter cylindrical frame, a small diameter cylindrical can, a load side frame side plate, a non-load side frame side plate, the frame, the can, the load side frame side plate, and the non load side frame A stator chamber defined by a frame side plate, a rotor chamber defined on the cylindrical center side of the can, a stator accommodated in the stator chamber, and a rotor accommodated in the rotor chamber; A rotating electrical machine having a canned structure, wherein the can is composed of a two-layer sheet of a cellulose nanofiber sheet and a resin layer.
[3] The rotating electrical machine according to [1] or [2], wherein the can is connected to the load side frame side plate and the anti-load side frame side plate by an O-ring and a wedge.
[4] The can is connected to the surface of the cellulose nanofiber sheet or the surface of the two-layer sheet and the load side frame side plate and the anti-load side frame side plate by a sealing resin layer formed by blow molding The rotating electric machine according to [1] or [2].
[5] The rotating electrical machine according to [4], wherein the can is connected to the load side frame side plate and the non-load side frame side plate by an O-ring.
本発明のキャンド構造の回転電機は、キャン損が発生せず、キャンの製造が容易である。 The rotating electric machine having the canned structure of the present invention does not generate a can loss and the can can be easily manufactured.
以下、本発明のキャンド構造の回転電機について、図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明のキャンド構造の回転電機の一態様を示す断面図であり、図2は、図1におけるキャン部分の拡大図、図3は図1のA部の拡大図である。図4は、図3の変形例であり、セルロースナノファイバーシート及び樹脂層の二層シートから構成されるキャンの一部を示す。
Hereinafter, a rotating electrical machine having a canned structure according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing one aspect of a canned structure rotary electric machine of the present invention, FIG. 2 is an enlarged view of a can portion in FIG. 1, and FIG. 3 is an enlarged view of A part in FIG. FIG. 4 is a modification of FIG. 3 and shows a part of a can composed of a two-layer sheet of a cellulose nanofiber sheet and a resin layer.
本発明のキャンド構造の回転電機は、大径の円筒状フレーム4と、小径の円筒状のキャン9と、負荷側フレーム側板1と、反負荷側フレーム側板13と、前記円筒状のフレーム4、前記キャン9、前記負荷側フレーム側板1、及び前記反負荷側フレーム側板13により画定される固定子室Fと、前記キャン9の円筒中心側に画定される回転子室Rと、前記固定子室Fに収容される固定子3と、前記回転子室Rに収容される回転子8を有する。図1において、図面上方が負荷側(羽根車側)であり、図面下方が反負荷側(反羽根車側)である。
The rotating electrical machine having a canned structure according to the present invention comprises a large diameter
図示するように、キャンド構造の回転電機において、固定子室Fと回転子室Rとはキャン9により区画されている。回転子室Rには、主軸2が上下に配置された負荷側軸受6及び反負荷側軸受11により回転自在に支持されており、主軸2の長手軸方向のほぼ中央に回転子8が設けられている。固定子室Fには、固定子3(固定子鉄心と固定子巻線10からなる)が回転子8と対応する位置に設けられている。フレーム4の両端部は羽根車側に設けられている負荷側フレーム側板1と反羽根車側に設けられている反負荷側フレーム側板13に連結されており、負荷側フレーム側板1は、負荷側ブラケット5に固定されている。円筒状のキャン9の外周面は固定子3、負荷側フレーム側板1、及び反負荷側フレーム側板13の内周面に密接し、負荷側フレーム側板1及び反負荷側フレーム側板13との間に、それぞれ負荷側Oリング7及び反負荷側Oリング12を介在させて、固定子3が配置された固定子室Fを密封状態にしている。キャン9は、負荷側に設けた負荷側くさび15及び反負荷側に設けた反負荷側くさび16によって、それぞれ負荷側フレーム側板1及び反負荷側フレーム側板13に連結されている。
As shown in the drawing, in the rotating electric machine having a canned structure, the stator chamber F and the rotor chamber R are partitioned by the
キャン9は、図3に示すセルロースナノファイバーシートを円筒状に形成したもの、あるいは図4に示すセルロースナノファイバーシート9aと樹脂層9bの二層シートを円筒状に形成したものである。図10に示すような従来のキャンド構造の回転電機においては、金属製のキャン109を溶接によって負荷側フレーム側板101及び反負荷側フレーム側板113に固定していたが、図1〜4に示すキャンド構造の回転電機においては、溶接を行わずに負荷側くさび15及び反負荷側くさび16により容易にキャン9を固定することができる。
The
図5〜9に図1、3〜4の別の実施態様を示す。図5〜9において、図1、3〜4と同
じ構成には同じ符号を付し、説明を省略する。
図5は本発明のキャンド構造の回転電機の別の一態様を示す断面図であり、図6は図5のB部の拡大図である。図7は、図6の変形例であり、セルロースナノファイバーシート及び樹脂層の二層シートから構成されるキャンの一部を示す。図5〜7に示す実施態様は、図1〜4に示す実施態様におけるA部に示すくさび及びOリングによる連結に代えて、B部に示す円筒状のキャン9の外周面が、固定子3、負荷側フレーム側板1、及び反負荷側フレーム側板13の内周面に密接し、負荷側フレーム側板1及び反負荷側フレーム側板13との間に、固定子3が配置された固定子室Fを密封状態に画成するように、セルロースナノファイバーシート9(図6)又はセルロースナノファイバーシート9aと樹脂層9bの二層シート9(図7)の表面並びに前記負荷側フレーム側板1及び前記反負荷側フレーム側板13が、ブロー成形された封止用樹脂層により連結されている。
FIGS. 5-9 show alternative embodiments of FIGS. 5-9, the same code | symbol is attached | subjected to the same structure as FIGS. 1, 3-4, and description is abbreviate | omitted.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing another aspect of the canned structure rotary electric machine of the present invention, and FIG. 6 is an enlarged view of a portion B of FIG. FIG. 7 is a modification of FIG. 6 and shows a part of a can composed of a two-layer sheet of a cellulose nanofiber sheet and a resin layer. In the embodiment shown in FIGS. 5 to 7, the outer peripheral surface of the cylindrical can 9 shown in part B is replaced with the
あるいは、図8及び9に示すように、図3及び4に示すくさびの代わりに、セルロースナノファイバーシート9(図8)又は9a(図9)と負極側フレーム側板1との間にOリングを介在させた上で、円筒状のキャン9の外周面が固定子3、負荷側フレーム側板1、及び反負荷側フレーム側板13の内周面に密接し、負荷側フレーム側板1及び反負荷側フレーム側板13との間に、固定子3が配置された固定子室Fを密封状態に画成するように、セルロースナノファイバーシート9(図8)、又はセルロースナノファイバーシート9aと樹脂層9bの二層シート(図9)の表面並びに前記負荷側フレーム側板1及び前記反負荷側フレーム側板13が、ブロー成形された封止用樹脂層により連結されていてもよい。
Alternatively, as shown in FIGS. 8 and 9, instead of the wedges shown in FIGS. 3 and 4, an O-ring is provided between the cellulose nanofiber sheet 9 (FIG. 8) or 9a (FIG. 9) and the negative
本発明の一態様において、キャン9は、セルロースナノファイバーシートから形成される。セルロースナノファイバーとは、植物細胞壁の基本骨格などを構成するセルロースのミクロフィブリル、又はこれを構成する繊維のことであり、セルロースナノファイバーとしては特に限定されることなく従来公知のものを使用することができる。本発明において、セルロースナノファイバーシートとは、セルロースナノファイバーもしくはセルロースナノファイバーにより強化された繊維強化プラスチックからなるシート、フィルム又は紙を含む。繊維強化プラスチックに分散させるセルロースナノファイバーとしては、樹脂への分散性を向上させる観点から、疎水化処理されたものが好ましい。
In one aspect of the invention, the
セルロースナノファイバーシートを形成する方法としては、公知の方法を制限なく用いることができ、たとえばセルロースナノファイバーを含む塗工液を基材に塗布し乾燥後にセルロースナノファイバーシートを基材から剥離する方法、セルロースナノファイバーを含む塗工液を基材に塗布し乾燥させて基材とセルロースナノファイバーを含む層との積層シートとする方法などを用いることができる。キャン9は、セルロースナノファイバーシートを円筒状に巻くことにより、あるいは、セルロースナノファイバーを含む樹脂組成物をブロー成形などの公知の方法で円筒状に成形することにより容易に製造することができる。また、セルロースナノファイバーを含む樹脂組成物をシート状に形成し、円筒状に巻いて熱間で加圧成形すれば、更に機械的強度を高めたキャンを製造することができる。このように、セルロースナノファイバーシートを円筒状に成形することにより、シームレスでキャンを製造することが可能なため、金属製のキャンのように溶接などの接合の必要がなく、溶接の技術の困難さや溶接不良に起困する漏れなどの構造欠陥を回避することができる。また、セルロースナノファイバーはガスバリア性に優れ、ガスが伝達されにくいので、キャンを構成する層としてガスバリア性の樹脂層や金属層などの他の層を使用しなくても、コイルの絶縁性の悪化という問題が発生しない。また、セルロースナノファイバーシートからなるキャンは、絶縁材料と同程度に電気抵抗が高く、非磁性の材料であるため、キャンにモータの回転磁界が発生しても渦電流損やヒステリシス損などのキャン損を発しない。このため損失が軽減できモータ効率を高めることが可能となる。また、セルロースナノファイバーシートは機械的強度や耐久性が金属材料と同等以上のものもあり、従来
金属材料が使用されていたキャンと同様の条件下に置かれても、問題なく使用することが可能である。また、良好な耐久性を持つセルロースナノファイバーシートは、水の侵入を防止する機能をキャンに付与することができる。また、セルロースナノファイバーシートは、軽くて強度がある、熱による変形が小さい、天然資源に由来するため再生可能であり環境への負荷が低いという利点もある。
A known method can be used without limitation as a method of forming a cellulose nanofiber sheet, for example, a method of applying a coating liquid containing cellulose nanofibers to a substrate and peeling the cellulose nanofiber sheet from the substrate after drying A method of applying a coating liquid containing cellulose nanofibers to a substrate and drying it to form a laminate sheet of the substrate and a layer containing cellulose nanofibers can be used. The
また、図4及び7に示す本発明の別の態様において、キャン9は、セルロースナノファイバーシート9aと樹脂層9bの二層シートを円筒状に形成したものである。樹脂層としては、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)等の熱可塑性樹脂を好ましく用いることができる。セルロースナノファイバーシートと樹脂層との二層シートの製造方法は特に限定されない。たとえば、固定子の内径の形状を型とするPET、PP、PE等の樹脂のブロー成形により樹脂層を製造し、固定子の内径に配置したセルロースナノファイバーシートの上に円筒状の樹脂層を配置してキャンを形成してもよいし、あるいはセルロースナノファイバーシートを固定子の内径に配置した後、固定子の内径の形状を型として使用して、PET、PP、PE等の樹脂をブロー成形することによりセルロースナノファイバーシートと樹脂層の二層シートのキャンを形成することができる。なお、セルロースナノファイバーシートと樹脂層の二層シートを例示して説明したが、二層シートに限定されず、三層以上を有する多層シートとしてもよい。
Further, in another aspect of the present invention shown in FIGS. 4 and 7, the
負荷側くさび15及び反負荷側くさび16を形成する材料としては、鉄、アルミニウム等の金属材料、エンジニアリングプラスチック等の高分子材料等を使用することができる。これらの材料のうち、靱性や弾性に優れるものが好ましく、特に耐食性の観点から高分子材料が好ましい。
As materials for forming the load-
図1及び5に示すキャンド構造の回転電機において、モータ部の固定子巻線10に電源装置のインバータ(図示せず)から所定周波数、所定電圧の3相電力を供給することにより、回転磁界が発生し、回転子8が回転する。これにより主軸2に接続された負荷装置が回転する。例えば負荷装置がポンプの場合、主軸2に接続された羽根車(図示せず)が回転し、ポンプケーシングの吸込口から吸込まれたポンプ作動液は吐出口から吐出される。このときポンプ部はノンシールポンプであるから、回転子室R内はポンプ作動液で満たされ、該作動液は回転子8により攪拌され、キャン9の内周面には回転子8の周速と略同じ流速のポンプ作動液が流れると共に、ポンプ作動液の圧力が加わる。図1及び5に示すキャンド構造の回転電機は、上記のようにキャン9の内周面にポンプ作動液の圧力が加わった場合でも、キャン9を構成するセルロースナノファイバーシートが耐圧性及び耐水性に優れるため、キャン9が破損せずポンプ作動液の固定子室Fへの流入を防ぐことができる。また、キャン9を構成するセルロースナノファイバーシートは、従来の金属材料から構成されるキャンのようにキャン損の問題が発生せず、ポンプ作動液による腐食の問題が発生しないという利点を有する。
In the rotating electrical machine having a canned structure shown in FIGS. 1 and 5, the rotating magnetic field is generated by supplying three-phase power of a predetermined frequency and a predetermined voltage from the inverter (not shown) of the power supply to the stator winding 10 of the motor unit. As a result, the
1 負荷側フレーム側板
2 主軸
3 固定子
4 フレーム
5 負荷側ブラケット
6 負荷側軸受
7 負荷側Oリング
8 回転子
9 キャン
9a セルロースナノファイバーシート
9b 樹脂層
10 固定子巻線
11 反負荷側軸受
12 反負荷側Oリング
13 反負荷側フレーム側板
15 負荷側くさび
16 反負荷側くさび
101 負荷側フレーム側板
102 主軸
103 固定子
104 フレーム
105 負荷側ブラケット
106 負荷側軸受
107 負荷側Oリング
108 回転子
109 キャン
110 固定子巻線
111 反負荷側軸受
112 反負荷側Oリング
113 反負荷側フレーム側板
F 固定子室
R 回転子室
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記キャンは、セルロースナノファイバーシートから構成されていることを特徴とするキャンド構造の回転電機。 By the large diameter cylindrical frame, the small diameter cylindrical can, the load side frame side plate, the non-load side frame side plate, the frame, the can, the load side frame side plate, and the non load side frame side plate A canned structure having a stator chamber defined, a rotor chamber defined on the cylindrical center side of the can, a stator accommodated in the stator chamber, and a rotor accommodated in the rotor chamber The electric rotating machine of
The can of the canned structure is characterized in that the can is made of a cellulose nanofiber sheet.
前記キャンは、セルロースナノファイバーシートと樹脂層の二層シートから構成されていることを特徴とするキャンド構造の回転電機。 By the large diameter cylindrical frame, the small diameter cylindrical can, the load side frame side plate, the non-load side frame side plate, the frame, the can, the load side frame side plate, and the non load side frame side plate A canned structure having a stator chamber defined, a rotor chamber defined on the cylindrical center side of the can, a stator accommodated in the stator chamber, and a rotor accommodated in the rotor chamber The electric rotating machine of
The can of the canned structure is characterized in that the can is composed of a two-layer sheet of a cellulose nanofiber sheet and a resin layer.
The electric rotating machine according to claim 4, wherein the can is connected to the load side frame side plate and the non-load side frame side plate by an O-ring.
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WO2024074557A1 (en) * | 2022-10-07 | 2024-04-11 | Groschopp Ag Drives & More | Method for producing an electric motor, and electric motor |
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