JP5184897B2

JP5184897B2 - 水中駆動モータ

Info

Publication number: JP5184897B2
Application number: JP2008004160A
Authority: JP
Inventors: 光明島村; 謙司松崎; 久士穂積; 成彦向井; 裕戸賀沢; 康弘湯口
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2008-01-11
Filing date: 2008-01-11
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2028-01-11
Also published as: JP2009171669A

Description

本発明は、水中で使用される水中駆動モータに関する。

一般的なモータの動作原理について、図３を用いて以下説明する。図３はモータを軸方向に垂直な面で切断した横断面図である。

モータ１００は、円筒形のモータハウジング１０１の内側に永久磁石で構成されたステータ１０２が配設されている。ステータ１０２を構成する永久磁石は、Ｓ極１０２ａ、１０２ｃ、Ｎ極１０２ｂ、１０２ｄとなるように配置されている。このように対向する永久磁石の内面の極性が異なる配置とすることにより、ステータ１０２の間に平行な磁場が発生する。ステータ１０２の内側にはロータ１０３が配置されている。ロータ１０３はコイル１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃを巻きつけた鉄心１０５、鉄心１０５を支持するシャフト１０６から構成されている。鉄心１０５はシャフト１０６から放射状に伸びた突起部１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃを有し、コイル１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃはそれぞれ突起部１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃに巻きつけられている。

以下、このような構成からなるモータ１００の動作について説明する。コイル１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃに電流を流し、突起部１０５ｂをＮ極に、突起部１０５ａ、１０５ｃをＳ極に磁化すると、突起部１０５ｂとＳ極１０２ｃが引き合い、また突起部１０５ａ、１０５ｃとＮ極１０２ｂが引き合ってロータ１０３が時計回りに回転する。コイル１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃに流す電流の方向を切り替えて、図３に示すシャフト１０６よりも上側をＮ極に、下側をＳ極になるよう制御することにより、ロータ１０３は時計回りに回転し続ける。ロータ１０３のトルクはシャフト１０６を介して外部に伝達され、モータ１００の出力となる。

このように、モータは、ステータとロータの磁界の相互作用によってロータを回転させて出力を得る。また、現在はステータにコイルを取り付けてロータに永久磁石を用いた構造や、ステータとロータの双方ともコイルを取り付けて磁界を発生させる構造、またロータの内側にステータを配置して外側のロータが回転する構造など、さまざまな構造のモータが用いられている。何れの構造のモータについても、水中で使用するにはコイルの短絡を防ぐため、防水手段を講じる必要がある。

また、特に原子炉内で運用するロボット等に適用するモータは、耐水性、耐放射性のほか、狭隘部での運用を可能とするためにより小型であることが求められる。単純にモータを小型にするとモータ出力が不足してしまうため、モータを小型化するには出力／体積比を向上させて必要な出力を得られるようにする必要がある。コイルの電気容量を大きくすれば出力／体積比を向上することができるが、運転時のコイルの発熱量も増加するため、焼損を防ぐためにコイルの放熱性を高めなければならない。

従来のモータの放熱性を向上するために従来用いられている手法は、気中での運用を想定したものが多く、冷却空気をコイルの周辺に流入させて冷却を促進するものが主である（例えば、特許文献１参照。）。

また、通常、水中で使用するモータは、モータをケーシング内に組み込んで防水し、ケーシング内を空気でパージする、ケーシング内の湿分を除去するなどしてコイルの短絡を防止している（例えば、特許文献２参照。）。
特開平３−１７８５３５号公報特開２００１−８６６９０号公報

上述したように、モータをケーシングに組み込んで防水している従来の水中用のモータには、冷却空気によって放熱性を促進するような技術は適用できない。また、モータハウジング内にエアを供給するチューブが浸水経路となることがあった。

したがって、本発明は、モータを組み込むケーシングを不要とし、コイルの大容量化を可能とすることにより、従来よりも小型で必要な出力が得られる水中駆動モータの提供を目的とする。

上記目的を達成するため、本発明による水中駆動モータは、モータハウジングと、前記モータハウジング内に配設されたステータと、前記モータハウジング内に配設され前記ステータの磁界との相互作用によって回転するロータと、前記ロータと一体にかつ前記モータハウジングの外側へ突出して設けられ前記ロータの回転にともなって回転するシャフトと、前記ステータと前記ロータのうち少なくとも一方に取り付けられ前記ステータと前記ロータのうち少なくとも一方を磁化するコイルと、前記モータハウジングに設けられ前記モータハウジングの内外を連絡して、前記ステータを冷却するための水を前記モータハウジングの外から中へ導くための複数の通水孔と、前記シャフトの一端に接続された励磁コイル、この励磁コイルを囲撓するように配置された検出コイルから構成されるレゾルバと、を備え、前記レゾルバは前記モータハウジングの一側から筒状に突出するよう設けられた壁に囲まれることで前記モータハウジングに収容され、また前記通水孔の少なくとも１つが前記レゾルバ近傍と前記ステータが収容されたスペースとを連通する位置に設けられ、前記コイル、前記励磁コイル、前記検出コイルそれぞれの表面を保護して前記コイルの短絡を防止する電気絶縁材をさらに備えることを特徴とする。

本発明の水中駆動モータによれば、ケーシングが不要であり、さらに従来よりも放熱性を向上してコイルの大容量化を可能とすることにより、モータの必要出力を維持しつつ小型化を可能とすることができる。

以下本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

本発明の実施例１について、図１を用いて以下説明する。図１は本実施例による水中駆動モータ１の概要を示す縦断面図である。

モータハウジング２に、永久磁石を用いて構成されたロータ３、ロータ３を囲繞するように配置されたステータ５、ロータ３と一体化されたシャフト４から構成されるモータ１０と、励磁コイル７、励磁コイル７を囲繞するように配置された検出コイル６から構成されるレゾルバ２０が収容されている。また、ロータ３と一体化されたシャフト４は、一端がモータハウジング２の外へ突出し、他端は励磁コイル７と接続されている。また、シャフト４がモータハウジング２を貫通する部分にはそれぞれベアリング８が設けられている。また、ステータ５にはモータケーブル１２が、検出コイル６にはレゾルバケーブル１３がそれぞれモータハウジング２の外から引き込まれて接続している。ステータ５にはコイルが設けられており、このコイルはモータケーブル１２を介して図示しない電源から給電されることにより磁界を発生させる。

ステータ５、検出コイル６、励磁コイル７はそれぞれ表面を電気絶縁材によって絶縁されている。この絶縁処理は、電気絶縁材の蒸着によって表面に絶縁皮膜を形成するか、または、鋳型を用いてステータ５、検出コイル６、励磁コイル７それぞれを内蔵するように電気絶縁材をモールド成型し、ステータ５、検出コイル６、励磁コイル７の各々が電気絶縁材の塊である絶縁体に埋め込まれた格好に形成することで行う。なお、ステータ５に関しては、ステータ５に設けられたコイルの絶縁が確保されるように絶縁皮膜形成またはモールド成型による絶縁処理がされていればよい。また、ステータ５は電気絶縁材のモールド成型、検出コイル６は絶縁皮膜の形成によって絶縁するといったように、コイル毎に変更することも可能である。電気絶縁材には、例えばポリイミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトンなどを用い、絶縁処理後にさらにシリコンコーキングなどのコーティング処理を施すことも可能である。また、モータハウジング２にはモータハウジング２の内外を空間的に連絡する通水孔１１が複数設けられている。

以下、本実施例の作用について説明する。モータケーブル１２を介してステータ５に給電して磁界を発生させ、ロータ３が回転し、ロータ３の回転にともなってシャフト４が、シャフト４にともなって励磁コイル７がそれぞれ回転する。励磁コイル７が回転すると、検出コイル６が励磁コイル７の回転角に応じた正弦波状の信号を出力する。この信号からシャフト４の回転角を読み取ることができる。

この水中駆動モータ１を水中に沈めると、通水孔１１からモータハウジング２内に水が入り、ロータ３、ステータ５、検出コイル６、励磁コイル７は水没する。ステータ５に設けられたコイル、検出コイル6、励磁コイル７はそれぞれ電気絶縁材で保護されているため、水没によって短絡することはない。

本実施例によれば、水中駆動モータ１の主な熱発生源であるステータ５が水没しているため、従来よりも高い放熱性を得ることが可能である。また、ケーシングを用いないため従来よりも小型であり、さらにケーシング内に空気を供給するチューブが不要となり、チューブからの浸水リスクが実質上無くなる。

また、ロータ３をコイルと同様に電気絶縁材でモールド成型または絶縁皮膜の形成を行い、永久磁石の腐食を防止することも可能である。

さらに、電気絶縁材にタングステン粉末を混入することにより、耐放射性を向上させることも可能である。

なお、本実施例においてはステータ５にコイルを、ロータ３に永久磁石を設けた構成として説明したが、ステータ５に永久磁石を用い、ロータ３にコイルをとりつけた構造や、ステータ５とロータ３の双方ともコイルを取り付けて磁界を発生させる構造、またロータ３の内側にステータ５を配置して外側のロータ３が回転する構造など、種々の異なった構造を有するモータであっても、ロータ３とステータ５の一方または双方に設けられたコイルの表面を電気絶縁材のモールド成型または絶縁皮膜の形成によって保護することにより、本実施例と同様の効果を達成することが可能である。

本発明の実施例２について、図２を用いて以下説明する。図２は本実施例による水中モータの概要を示す縦断面図である。なお、実施例１と同じ構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施例においては、モータハウジング２の内側に熱電対２１が配設されている。この熱電対２１はステータ５の温度を測定する温度センサとして機能するし、ケーブル２２を介して外部の機器と接続されている。

本実施例によれば、熱電対２１によってステータ５の温度を把握できるため、何らかの異常によってステータ５の温度が想定よりも高温に達したときに検知可能となるため、コイル焼損のリスクを低減することができる。

以上本発明の実施例について図を参照して説明してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものでなく、当業者にあっては本発明の技術思想および技術範囲から逸脱せずに種種の変形・変更を加えることが可能である。

実施例１による水中駆動モータの概要を示す縦断面図。実施例２による水中駆動モータの概要を示す縦断面図。一般的なモータの概要を示す横断面図。

符号の説明

１水中駆動モータ
２モータハウジング
３ロータ
４シャフト
５ステータ
６検出コイル
７励磁コイル
８ベアリング
１０モータ
１１通水孔
１２モータケーブル
１３レゾルバケーブル
２０レゾルバ
２１熱電対
２２ケーブル
１００モータ
１０１モータハウジング
１０２ステータ
１０２ａ、１０２ｃＳ極
１０２ｂ、１０２ｄＮ極
１０３ロータ
１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃコイル
１０５鉄心
１０５ａ、１０５ｂ、１０５ｃ突起部
１０６シャフト

Claims

モータハウジングと、
前記モータハウジング内に配設されたステータと、
前記モータハウジング内に配設され前記ステータの磁界との相互作用によって回転するロータと、
前記ロータと一体にかつ前記モータハウジングの外側へ突出して設けられ前記ロータの回転にともなって回転するシャフトと、
前記ステータと前記ロータのうち少なくとも一方に取り付けられ前記ステータと前記ロータのうち少なくとも一方を磁化するコイルと、
前記モータハウジングに設けられ前記モータハウジングの内外を連絡して、前記ステータを冷却するための水を前記モータハウジングの外から中へ導くための複数の通水孔と、
前記シャフトの一端に接続された励磁コイル、この励磁コイルを囲撓するように配置された検出コイルから構成されるレゾルバと、を備え、
前記レゾルバは前記モータハウジングの一側から筒状に突出するよう設けられた壁に囲まれることで前記モータハウジングに収容され、
また前記通水孔の少なくとも１つが前記レゾルバ近傍と前記ステータが収容されたスペースとを連通する位置に設けられ、
前記コイル、前記励磁コイル、前記検出コイルそれぞれの表面を保護して前記コイルの短絡を防止する電気絶縁材をさらに備えることを特徴とする水中駆動モータ。