JP3592089B2

JP3592089B2 - 回転電気機械

Info

Publication number: JP3592089B2
Application number: JP20430198A
Authority: JP
Inventors: 幸三眞武; 善徳小島
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1998-07-03
Filing date: 1998-07-03
Publication date: 2004-11-24
Anticipated expiration: 2018-07-03
Also published as: JP2000023400A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転電気機械に係り、特に永久磁石を利用した直流電動機及び発電機、又は水中モータポンプ等の電動機内部にポンプの取扱液が循環する形式の回転電気機械等に好適な回転子の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
直流電動機及び発電機等の回転電気機械においては、固定子スロットに巻線を配置し、固定子内周面に回転磁界を形成する。そして回転子外周面に例えば永久磁石を配置することにより、上述の固定子の生成する回転磁界に同期して回転子が回転する。
【０００３】
ところで、水中モータポンプ等には、一般にかご型の回転子を用いた誘導電動機が使用されている。このような誘導電動機においては取扱液（例えば水）がポンプ内のみならず電動機内部を循環することにより電動機内部の冷却及び軸受の潤滑等が行われる。このような誘導電動機においては、固定子の鉄心にスロットを設け、そのスロット内に巻線を配置することにより固定子内周面に回転駆動磁界が形成される。回転子は主軸に固定された電磁鋼板等からなる鉄心と、その鉄心の外周部のスロットに埋設された導体バーと、この導体バーの両端面を相互にリング状に接続するエンドリング等から構成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した永久磁石型の回転子を用いた回転電気機械においては、永久磁石は回転子の外周に接着等の手段により取り付けられている。しかしながら、近年永久磁石の磁力が強くなり、固定子に接着した後に着磁された永久磁石は、固定子内に装着するための組立中に、他の部品や工具とぶつかり易くなるため、永久磁石の一部が欠けたりひび割れ等の損傷を起こす場合がある。
【０００５】
又、永久磁石が回転子内周面に正確に接着されていないと、運転中に作用する遠心力や回転子の温度上昇により、永久磁石の接着がはがれ、永久磁石が飛散することもおこり得る。又、永久磁石が腐食性ガスの雰囲気下に置かれた場合には、経年的に永久磁石の特性が劣化して、磁力が低下したり、磁石の接着の機械的強度も低下する等の問題があり、同様に回転子から永久磁石が脱離する等の問題を起こすこともある。
【０００６】
このような問題に対処するためには、従来、永久磁石の外周にテープを巻き付けたり、非磁性金属薄板のキャンで被覆して密閉する方法が用いられてきた。しかしながら、回転子の周囲に永久磁石の脱離を防止するためにテープを巻き付ける方法では、テープがはがれやすく、又固定子と回転子との間の空隙が小さいために作業自体が困難であるという問題がある。又、金属薄板のキャンで覆う方法は、その作業工程が増加して、材料コストもかかるため製造コストも高価となり、且つ磁束の変化がキャンの部分で生じるので、これにより渦電流が発生し発熱する等の問題点があった。
【０００７】
又、水中モータポンプ等に用いられる誘導型の回転子においては、回転子外周部に装着された二次導体が、ポンプの取扱液である水や溶存酸素等と反応して、水素ガス等を発生して腐食し、更に又発生したガスにより取扱液で潤滑している軸受に悪影響を及ぼし、軸受の焼き付き等の問題を起こすこともある。
【０００８】
係る問題に対して、回転子の外表面を塗装したり、金属薄板からなるキャンで、被覆して密閉する方法も取られている。しかしながら、いずれも製造コストを高くするか電動機の安定性を損なうものであり、塗装の場合には二次導体の熱膨張によりはがれやすく、又金属キャンの封止による場合には、発生する渦電流により更に温度上昇を引き起こす等の問題があった。
【０００９】
本発明は、上述の事情に鑑みて為されたもので、簡便にして且つ確実な手段により回転子を保護し、これにより信頼性が高く且つ低コストで製造可能な回転電気機械を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、回転磁界を生成する巻線を備えた固定子と、該固定子の回転磁界により回転する主軸に配設した回転子とを備えた回転電気機械において、前記回転子の外周をプラスチック製の熱収縮チューブで覆ったことを特徴とするものである。
【００１１】
上述した本発明によれば、プラスチック材料の熱収縮チューブを回転子の外周に被覆するので、これにより回転子外周部を機械的に保護すると共に、回転子を取り巻く腐食性ガス或いは水中に溶存する酸素等の腐食性成分から保護することができる。プラスチック製の熱収縮チューブは、金属キャン程度に薄く被覆することで回転子外周を保護することができ、機械的な強度及び化学的な腐食性の雰囲気に対する耐性も充分である。そして、熱収縮チューブは、その材料が比較的低コストで入手が可能で、且つ回転子外周に容易に装着することができるので、従来のテープ巻き或いは金属キャンによる封止に比較して、経済的で簡便且つ確実に被覆を行うことができる。
【００１２】
また、本発明は、前記回転子の両端面を更にプラスチック製の熱収縮チューブで覆い、更に主軸外周と接着して密封したことを特徴とするものである。これにより回転子外周面のみならず、回転子の両端面を含めた全体を保護することができる。
【００１３】
また、本発明は、前記回転子はその外周に周設した永久磁石を備え、該永久磁石の磁極面が前記熱収縮チューブで被覆されていることを特徴とするものである。このような熱収縮チューブは、回転子外周面に配設された永久磁石を被覆することにより、製造時の永久磁石の損傷を低減し、腐食性雰囲気下で使用しても経年的な変化が少なく、且つ永久磁石の接着力が弱くなっても、回転子からの脱離を防止することが可能となる。
【００１４】
また、本発明は、回転磁界を生成する巻線を備えた固定子と、該固定子の回転磁界により回転する主軸に配設した回転子とを備えた回転電気機械において、前記回転子はその外周部に導体を備えた誘導型回転子であり、該回転子の外周面と前記回転子の両端面とが熱収縮チューブで被覆されていることを特徴とするものである。
【００１５】
上述した本発明によれば、エンドリング等の導体を含む回転子外周がプラスッチック製の熱収縮チューブで被覆されるので、ポンプ取扱液が内部に流通する形式の電動機においても、回転子外周が直接取扱液と接触しなくなる。これにより回転子外周面に配置された導体又は鉄心がポンプの取扱液である水や溶存酸素等と反応して水素ガス等を発生して腐食するという問題が防止される。又この導体の腐食という問題が起こらないので、ポンプの取扱液で潤滑している軸受に悪影響を及ぼすという問題がない。又、熱収縮チューブは金属薄板のキャンと同程度に薄くても十分な機械的な強度を有するので、剥離等の問題を生ぜず、信頼性が高いものとすることができる。又、金属薄板からなるキャンと異なり、渦電流が生じないので、これにより発熱するという問題が起こらない。
【００１６】
また、本発明は、前記回転子の両端面の前記導体を接続するエンドリングの内周と前記主軸外周との間に形成される空間をスペーサを用いて閉塞し、前記熱収縮チューブと該スペーサ、及び該スペーサと主軸とをそれぞれ接着することにより前記回転子を前記熱収縮チューブにより密封したことを特徴とするものである。
【００１７】
回転子端部の２次導体を接続するエンドリングと主軸との間には空間ができるので、このポンプの取扱液の圧力が高い場合には、熱収縮チューブが破れる可能性がある。このため、エンドリング内周面と主軸との間の空間にスペーサを配置し、熱収縮チューブをこのスペーサに接着し、又スペーサと主軸外周面との間を接着により密閉することで、ポンプ取扱液の圧力が高くなっても熱収縮チューブが破れるという問題が生じない。
【００１８】
また、本発明は、前記熱収縮チューブが透明であり、その内部が透視可能であることを特徴とするものである。これにより例えば製造中に永久磁石が損傷するような場合があっても、これを外部から目視確認することが可能となり、必要な対応策をとることが可能となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照しながら説明する。
【００２０】
図１は、本発明に関連する回転子の軸方向に沿った断面構造を示し、図２はそのＸ−Ｘ線に沿った断面構造を示す。主軸１には電磁鋼板からなるロータヨーク２が固着され、更にその外周に永久磁石３が周設されている。即ち、ロータヨーク２は焼ばめ等の手段で主軸１に固着され、そのロータヨ−ク２の外周に接着等の手段で永久磁石３が固着されている。この図示の例では永久磁石３は中空円筒形状で、軸方向に３分割されている。又図示の例では永久磁石３は円周方向に沿って４極に着磁されており、図示しない固定子の４極の回転磁界に同期して回転するように貼着されている。
【００２１】
永久磁石３は、通常、ロータヨーク２に接着材を用いて固定された後に着磁される。図示の例のように４極に着磁したとすると、軸方向には同極同士が着磁され、３分割されたそれぞれの永久磁石３間に反発力が働いている。
【００２２】
永久磁石３の外周面から回転子の両端面２ａ，２ａにかけて熱収縮チューブ４が収縮固着され、回転子の両端面２ａ，２ａにおいてはロータヨーク２に熱収縮チューブ４が被さるように収縮されて固定されている。この熱収縮チューブ４は、例えばポリビニール系又はポリオレフィン系のプラスチック材により構成されている。熱収縮チューブ４の厚みは、０．１５〜０．３ｍｍ程度であり、従来の薄板金属を用いたキャンの厚さと同等であり、固定子・回転子間の狭い空隙（０．５〜１．０ｍｍ）においても十分に余裕を持って使用することができる。
【００２３】
熱収縮チューブとは、例えば放射線架橋ポリオレフィン等の材料を用いた樹脂製のチューブであり、絶縁・防水等の目的に広く使用されている。このチューブは被覆対象物の外径よりも少し大きな内径の原料チューブを用い、これを被覆対象物に被せた後に、ドライヤ等を用いて原料チューブの外周を加熱する。これにより原料チューブが径方向に収縮して、被覆対象物に密着する。原料チューブの内面に予め接着剤が塗布されたものもあり、この場合には加熱により接着剤が溶けて収縮後にチューブを被覆対象物に接着する。
【００２４】
この熱収縮チューブ４の材料は市販されており、容易に入手が可能である。そしてプラスチック系の材料から構成されているため、十分な機械的強度と腐食性雰囲気に対する耐性とを備えている。このため回転子が回転中に、例えば永久磁石３をロータヨーク２に固定する接着材がはがれても、上述した反発力により分割されたマグネットピースが回転子から飛び出して破損することを防止することができる。
【００２５】
又、電動機等の回転機械を組み立てる際に、回転子を円筒状の固定子内周面に装着する必要があるが、この時永久磁石と固定子鉄心とが強力な磁力の故に吸引して接触することがよくある。この時、永久磁石３の磁極面が熱収縮チューブ４により被覆され保護されていると、吸引力が働きぶつかっても熱収縮チューブにより保護されているため、熱収縮チューブの表面で滑り易く永久磁石に加わる衝撃力が弱められ、永久磁石が損傷し難くなる。又、永久磁石と固定子鉄心とが衝突する際に永久磁石にひび割れ或いは欠け等の損傷が発生する場合もあるが、このような場合にも熱収縮チューブ４の存在により永久磁石の欠けた部分が飛散することを防止することができる。
【００２６】
更に熱収縮チューブが透明であると、永久磁石が仮に欠けていても目視により、製造段階でこの不具合を発見することができる。このことは、従来の技術で説明したように例えば金属薄板のキャンで永久磁石を被覆してしまうと、永久磁石が破損しているかどうかを目視で発見できず、後に経年的な特性の変動が生じる場合があるが、このような問題点を事前に製造段階で見つけだすことが可能となる。
【００２７】
更に、図示するように永久磁石部分が熱収縮チューブにより密閉されているので、回転子を腐食性のガス雰囲気下で使用しても、永久磁石３又はロータヨーク２の腐食という問題が生じない。これにより永久磁石による回転子の磁気特性が径年的な変化を生ぜず、回転電気機械の信頼性を向上させることができる。
【００２８】
図３は、本発明の第１の実施形態の回転子の縦断面構造を示す。この場合は、熱収縮チューブ４を回転子外周を被覆し、更に回転子両端面を被覆し、主軸１の外周１ａと接着等の手段により固定したものである。従って、外周面に永久磁石３を貼設した電磁鋼板等からなるロータヨーク２が完全に熱収縮チューブ４に密封され、その周囲に腐食性ガスが存在していても、電磁石３及びロータヨーク２がこの腐食性ガスに接触せず、腐食の問題が生じない。
【００２９】
図４は、本発明の第２の実施の形態の回転子の縦断面構造を示し、図５は図４のＹ−Ｙ線に沿った断面構造を示す。この回転子はかご型の誘導型回転子であり、主軸１１の外周に電磁鋼板からなるロータヨーク１２が固着され、ロータヨ−ク１２の外周にはスロットが配設され、スロット内にアルミ等からなる導体棒１６ａが埋設されている。導体棒１６ａはこの例では回転子両端面１２ａ，１２ａの外側で同様にアルミ材からなるエンドリング１６ｂに接続して固着されている。
【００３０】
そして熱収縮チューブ１４は、導体棒が埋設されたロータヨーク１２の外周面を被覆すると共に、ロータヨーク端面１２ａから突出するエンドリング１６ｂの外周及び端面を被覆し、更に主軸１１の外周面に固着されている。従って、ロータヨーク１２及びエンドリング１６ｂを含めた導体部分が完全に熱収縮チューブ１４に被覆され密閉されている。
【００３１】
このため、この回転子を水中モータポンプ等の取扱液が回転子の周囲に流通する構造に用いる場合においても、ロータヨーク１２及び導体部分１６ｂが熱収縮チューブ１４により完全に周囲の液体から遮蔽される。従って、従来のようにポンプの取扱液によりロータヨーク１２又は導体部分１６ａ，１６ｂに腐食等の生じることがない。
【００３２】
上述したように、熱収縮チューブは簡単に被覆することができるので、従来の塗装や薄板金属を用いたキャンによる封止に比べて簡便且つ確実にロータヨーク１２及び導体部１６ａ，１６ｂ等の腐食等の問題を防止することができる。
【００３３】
図６は、図４に示す回転子の変形例を示す図である。導体であるエンドリング部分１６ｂと主軸１１との間には図４に示すように空間１７が形成される。このため、ポンプの取扱液の圧力が高い場合には、熱収縮チューブ１４が破れる場合がある。このため、図６に示すようにエンドリング１６ｂの内周と主軸との間にスペーサ１８を接着により固定し、熱収縮チューブ１４の端部１４ａをスペーサ１８の外周面に接着する。従って、ポンプの取扱液の圧力が高くなっても、熱収縮チューブ１４が破損する等の問題が生じない。
【００３４】
これによりロータヨーク１２及びエンドリング部分１６ａを含む２次導体が完全に熱収縮チューブ１４内に密閉され、回転子周囲に水や溶存酸素等が存在しても、これと反応して水素ガス等を発生して腐食が進行し、又発生したガスにより取扱液が潤滑している軸受に悪影響を及ぼす等の問題が防止される。
【００３５】
尚、上述の説明は、永久磁石型及びかご型の回転子を有する回転電気機械についてのものであるが、他の型式の回転子を有する回転電気機械についても同様に適用できることは勿論である。
【００３６】
又、電動機・発電機に限らず、例えばマグネットカップリング装置等にも適用が可能である。マグネットカップリング装置は、例えば同軸状に二重円筒の回転軸を設け外側の回転軸の内周面と内側の回転軸の外周面にそれぞれ永久磁石を周設する。これにより、外側の回転軸が回転すると、内側と外側とのカップリングにより、内側の回転軸がこれに同期して回転する。係る装置においても、内周側の回転軸の永久磁石磁極面の保護に熱収縮チューブを被覆して用いることができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上に説明したように本発明によれば、熱収縮チューブを回転子の外周及びその端部まで被覆することにより、従来の塗装、テープ巻き、金属キャンによる封止等の方法よりも、簡単な作業で確実に回転子を密閉し保護することができる。
【００３８】
又、熱収縮チューブはプラスッチック材を用いたもので伸縮性も良好であるので、運転中の２次導体の熱膨張により破損することもなく、従来の塗装等による方法と比較してはがれ難く長時間の使用に対して極めて安定性が高い。
【００３９】
このように熱収縮チューブを使用することにより、従来の金属キャンを用いた密封封止に対して運転中の磁束の変化による渦電流の発生もなく、又、発熱による温度上昇という問題が生じない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に関連する回転子の回転軸に沿った断面を示す図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ線に沿った断面を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態の回転子の回転軸に沿った断面を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態の回転子の回転軸に沿った断面を示す図である。
【図５】図４のＹ−Ｙ線に沿った断面を示す図である。
【図６】図４に示す実施の形態の変形例を示す図である。
【符号の説明】
１，１１主軸
２，１２ロータヨーク
２ａロータ端面
３永久磁石
４，１４熱収縮チューブ
５接着剤
１６２次導体棒
１６ａエンドリング
１７空間部
１８スペーサ

Claims

回転磁界を生成する巻線を備えた固定子と、該固定子の回転磁界により回転する主軸に配設した回転子とを備えた回転電気機械において、前記回転子の外周と、前記回転子の軸方向両端面とをプラスチック製の熱収縮チューブで覆い、更に該プラスチック製の熱収縮チューブを主軸外周と接着して前記回転子を密封したことを特徴とする回転電気機械。
前記回転子はその外周に周設した永久磁石を備え、該永久磁石の磁極面が前記熱収縮チューブで被覆されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電気機械。
回転磁界を生成する巻線を備えた固定子と、該固定子の回転磁界により回転する主軸に配設した回転子とを備えた回転電気機械において、前記回転子はその外周部に導体を備えた誘導型回転子であり、該回転子の外周面と、前記回転子の軸方向両端面とをプラスチック製の熱収縮チューブで覆い、更に該プラスチック製の熱収縮チューブを主軸外周と接着して前記回転子を密封したことを特徴とする回転電気機械。
前記回転子の両端面の前記導体を接続するエンドリングの内周と前記主軸外周との間に形成される空間をスペーサを用いて閉塞し、前記熱収縮チューブと該スペーサ、及び該スペーサと主軸とをそれぞれ接着することにより前記回転子を前記熱収縮チューブにより密封したことを特徴とする請求項３に記載の回転電気機械。
前記熱収縮チューブが透明であり、その内部が透視可能であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の回転電気機械。
モータポンプの電動機内部にポンプの取扱液が循環する回転電気機械において、前記電動機の回転子の外周と、前記回転子の軸方向両端面とをプラスチック製の熱収縮チューブで覆い、更に該プラスチック製の熱収縮チューブを主軸外周と接着して前記回転子を密封したことを特徴とする回転電気機械。