JP5477091B2 - 回転機 - Google Patents

Description

本発明は、発電機や電動機等の回転機に関する。

発電機や電動機等の回転機は、回転運動エネルギーを電気エネルギーに変換し、或いは電気エネルギーを回転運動エネルギーに変換する基礎的な機器であるため、様々な環境下で用いられる。例えば、冷凍機に設けられるモータ（電動機）のように内部に冷媒が封入された状態で用いられるものもあり、或いは内部が高圧状態又は減圧状態で用いられるものもある。このような特殊環境下で使用される回転機は、封入された冷媒の漏出や内部圧力の変化を防止すべく、外部のケーブルが接続される端子（コネクタ）として、防水コネクタや耐圧コネクタが用いられる。

図３は、特殊環境下で使用される従来の回転機の一例を示す側断面図である。図３に示す通り、従来の回転機１００は、ケーシング１０１、回転軸１０２、永久磁石１０３、コイル１０４、及びコネクタ１０５を備えており、外部のケーブル１１０を介して供給される三相交流によって回転軸１０２が回転駆動される。回転軸１０２には周方向（回転方向）に沿って交番磁界が形成されるよう複数の永久磁石１０３が取り付けられており、ケーシング１０１の内壁には三相交流の各相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の電流が供給されるコイルが順次配列された状態で取り付けられている。

ケーシング１０１の一側部には、ケーブル１１０の先端に設けられたコネクタ１１１が接続されるコネクタ１０５が設けられている。このコネクタ１０５は、防水コネクタ或いは耐圧コネクタであり、三相交流の各相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の電流が供給されるコイル１０４の各々に接続された接続線１０６Ｕ，１０６Ｖ，１０６Ｗが接続されている。このように、ケーブル１１０の接続に防水コネクタ或いは耐圧コネクタを用いることによって回転機１００がシーリングされ、回転機１００内に封入された冷媒の漏出や内部圧力の変化が防止される。

以下の特許文献１には、ケーブルの接続をコネクタで行うようにした乾式水中モータ、及びそのモータに用いて好適な防水コネクタが開示されている。また、以下の特許文献２には、モータジェネレータを収容するケースと、その制御を行う制御ユニットを収容するケースとの接続を高い信頼性をもって行うことが可能な接続構造が開示される。

特許第３２４１９９４号公報 特開２００９−１９５０８０号公報

ところで、回転機１００とケーブル１１０とを接続するコネクタ１０５として防水コネクタや耐圧コネクタを用いることにより、確かに回転機１００をシーリングすることはできる。しかしながら、このようなコネクタ１０５を用いると、回転機１００の製造時における処理が複雑化して生産効率が低下するという問題がある。また、また回転機１００の設置時等にはケーブル１１０との接続に手間を要するため、作業効率が低下するという問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、シーリング効果を確保しつつ製造効率や作業効率を向上させることができる回転機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の回転機は、回転方向に配列された磁石（１３）を備える回転子（１２）と、前記回転方向に配列されたコイル（１４）を備える固定子（１１）とを備えており、前記固定子に対して前記回転子が相対的に回転する回転機（１、２）において、前記固定子の一側部に形成された開口部（ＯＰ）と、前記固定子に設けられたコイルが電気的に接続される接続電極（１５、１５Ｕ、１５Ｖ、１５Ｗ、２１、２１Ｕ、２１Ｖ、２１Ｗ）と、前記接続電極の一端が前記開口部から前記固定子の外側に突出した状態で、前記開口部及び前記接続電極を封止する封止部材（１７）とを備えることを特徴としている。
また、本発明の回転機は、前記固定子の内部であって前記回転子の周囲に配置され、前記接続電極の他端が接続されるとともに前記コイルが接続線（１８Ｕ、１８Ｖ、１８Ｗ）によって接続される環状の配線部材（１６、１６Ｕ、１６Ｖ、１６Ｗ、２２、２２Ｕ、２２Ｖ、２２Ｗ）を備えることを特徴としている。
また、本発明の回転機は、前記配線部材が、前記固定子内において前記封止部材によって前記接続電極とともに封止されていることを特徴としている。
また、本発明の回転機は、前記接続線が、前記固定子内において前記封止部材によって前記接続電極及び前記配線部材とともに封止されていることを特徴としている。
また、本発明の回転機は、前記コイルが、多相電流用の結線がなされており、前記接続電極及び前記配線部材が、前記多相電流の相の数だけ設けられていることを特徴としている。
また、本発明の回転機は、前記接続電極及び前記配線部材が、前記回転子の軸方向に沿って配列されていることを特徴としている。
或いは、本発明の回転機は、前記配線部材が、互いに径が異なる部材であって同心状に配置されており、前記接続電極が、前記配線部材のうちの何れか一つに、他の前記配線部材とは電気的に絶縁された状態でそれぞれ接続されていることを特徴としている。

本発明によれば、固定部に設けられたコイルが電気的に接続される接続電極の一端が固定子の一端部に形成された開口部から固定部の外側に突出した状態で、開口部及び接続電極を封止部材によって封止しているため、シーリング効果を確保しつつ製造効率や作業効率を向上させることができるという効果がある。

本発明の第１実施形態による回転機としての三相交流モータの構成を示す図である。 本発明の第２実施形態による回転機としての三相交流モータの構成を示す図である。 特殊環境下で使用される従来の回転機の一例を示す側断面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態による回転機について詳細に説明する。尚、以下の実施形態では、回転機が、外部から供給される三相交流により回転駆動される三相交流モータであって、特殊環境下で使用されるもの（例えば、内部に冷媒が封入された状態で用いられるもの、或いは内部が高圧状態又は減圧状態で用いられるようなもの）である場合を例に挙げて説明する。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態による回転機としての三相交流モータの構成を示す図であって、（ａ）は側断面図であり、（ｂ）は内部に設けられる配線リング等を示す斜視図である。図１（ａ）に示す通り、本実施形態の三相交流モータ１は、ケーシング１１（固定子）、回転軸１２（回転子）、永久磁石１３（磁石）、コイル１４、接続電極１５、配線リング１６（配線部材）、及びモールド１７（封止部材）を備えており、外部のケーブル（図示省略）から供給される三相交流によって回転軸１２が回転駆動される。

ケーシング１１は、胴体部材１１ａと底板部材１１ｂ，１１ｃとからなり、その内部に回転軸１２の一部、永久磁石１３、コイル１４、接続電極１５の一部、及び配線リング１６等を収容する。胴体部材１１ａは、鉄合金等によって形成された円筒形状の部材であって、その内壁には三相交流の各相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の電流が供給されるコイル１４が、回転軸１２の回転方向に順次配列された状態で取り付けられている。尚、胴体部材１１ａの内壁に配列されたコイル１４は、三相交流用の結線（Ｙ結線又はΔ結線）がなされている。

また、胴体部材１１ａの一側部であってコイル１４が取り付けられていない部分には、接続電極１５が連通される開口部ＯＰが形成されている。詳細は後述するが、接続電極１５は、三相交流モータ１の外部電極として用いられるものであり、三相交流が供給される外部のケーブルに接続される。尚、開口部ＯＰの形状は、長方形、正方形、円形、楕円形等の任意の形状で良い。

底板部材１１ｂ，１１ｃは、鉄合金等によって形成された円板形状の部材であって、直径が胴体部材１１ａの外径と同程度であり、胴体部材１１ａの両底部における開口を塞ぐようにそれぞれ取り付けられている。これら底板部材１１ｂ，１１ｃは、その中心部に回転軸１２に対する軸受が形成されており、底板部材１１ｃから外側に突出した状態で回転可能に回転軸１２を支持している。

回転軸１２は、ケーシング１１の底板部材１１ｂ，１１ｃによって上記の状態で回転可能に支持される円柱形状の棒状部材である。この回転軸１２のケーシング１１から外側に突出している部分には、例えばタービンやファン等の被回転駆動体が取り付けられる。他方、回転軸１２のケーシング１１に収容されてコイル１４に対面する部分には、回転方向（周方向）に沿って交番磁界が形成されるよう複数の永久磁石１３が取り付けられている。尚、ケーシング１１に取り付けられるコイル１４の数、及び回転軸１２に取り付けられる永久磁石１３の数は、三相交流モータ１の大きさや特性等に応じて適宜設定される。

接続電極１５は、ケーシング１１の内部に収容されたコイル１４が電気的に接続され、三相交流モータ１の外部電極として用いられる円柱形状の導電性部材であり、三相交流の相の数だけ設けられている。つまり、接続電極１５は、Ｕ相の電流が流れるコイル１４が電気的に接続される接続電極１５Ｕ、Ｖ相の電流が流れるコイル１４が電気的に接続される接続電極１５Ｖ、及びＷ相の電流が流れるコイル１４が電気的に接続される接続電極１５Ｗからなる。これら接続電極１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗは、例えば銅（Ｃｕ）又はアルミニウム（Ａｌ）により形成され、その一端が開口部ＯＰからケーシング１１の外側に突出した状態で回転軸１２の軸方向に沿って配列されている。尚、接続電極１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗは、接続されるケーブルのコネクタ形状に合わせて配列される。

配線リング１６は、ケーシング１１の一部をなす胴体部材１１ａの内壁に配列されたコイル１４と接続電極１５との間の配線を容易にすべく、ケーシング１１の内部であって回転軸１２の周囲に配置された円環状の導電性部材である。この配線リング１６は、接続電極１５と同様に三相交流の相の数だけ設けられている。具体的には、Ｕ相の電流が流れるコイル１４が接続される配線リング１６Ｕ、Ｖ相の電流が流れるコイル１４が接続される配線リング１６Ｖ、及びＷ相の電流が流れるコイル１４が接続される配線リング１６Ｗが設けられている。

これら配線リング１６Ｕ，１６Ｖ，１６Ｗは、接続電極１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗと同様に、例えば銅（Ｃｕ）又はアルミニウム（Ａｌ）により形成されており、その径は同一又は略同一である。前述した接続電極１５Ｕはその他端が配線リング１６Ｕに接続され、接続電極１５Ｖはその他端が配線リング１６Ｖに接続され、接続電極１５Ｗはその他端が配線リング１６Ｗに接続されている。従って、図１（ｂ）に示す通り、接続電極１５Ｕと配線リング１６Ｕとが接続されてなる部材Ｐ１、接続電極１５Ｖと配線リング１６Ｖとが接続されてなる部材Ｐ２、及び接続電極１５Ｗと配線リング１６Ｗとが接続されてなる部材Ｐ３は、回転軸１２の軸方向（軸ＡＸの方向）に沿って配列されている。

Ｕ相の電流が流れるコイル１４は接続線１８Ｕによって配線リング１６Ｕに接続され、Ｖ相の電流が流れるコイル１４は接続線１８Ｖによって配線リング１６Ｖに接続され、Ｗ相の電流が流れるコイル１４は接続線１８Ｗによって配線リング１６Ｗに接続される。これら接続線１８Ｕ，１８Ｖ，１８Ｗは、銅（Ｃｕ）又はアルミニウム（Ａｌ）により形成されており、その表面には短絡を防止するための絶縁被膜が形成されている。

ここで、配線リング１６Ｕ，１６Ｖ，１６Ｗは、回転軸１２を取り囲むように配置されているため、接続線１８Ｕ，１８Ｖ，１８Ｗを配線リング１６Ｕ，１６Ｖ，１６Ｗの任意の位置（例えば、接続線１８Ｕ，１８Ｖ，１８Ｗが最短になる位置）に接続することが可能である。このため、従来のようにコイル１４の接続線を各相毎にまとめる必要が無く、接続線の取り回しが極めて容易になり、製造時の効率を高めることができる。

モールド１７は、電気的な絶縁性に加えて耐水性や耐圧性等の耐性を有する樹脂であって、ケーシング１１の一部をなす導体部材１１ａに形成された開口部ＯＰを封止するためのものである。具体的に、モールド１７は、接続電極１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗの一端が開口部ＯＰからケーシング１１の外側に突出した状態で開口部ＯＰ及び接続電極１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗを封止する。モールド１７によって開口部ＯＰが封止されることによりケーシング１１がシーリングされるため、例えばケーシング１１内に冷媒が封入されている場合にはその漏出が防止され、また、ケーシング１１内が加圧状態又は減圧状態である場合には、その圧力変化が防止される

ここで、モールド１７は、上述した接続電極１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗとともに、配線リング１６Ｕ，１６Ｖ，１６Ｗ及び接続線１８Ｕ，１８Ｖ，１８Ｗを封止する。これにより、ケーシング１１内において、接続電極１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗ、配線リング１６Ｕ，１６Ｖ，１６Ｗ、及び接続線１８Ｕ，１８Ｖ，１８Ｗがむき出し状態にならないため、ケーシング１１内に冷媒等が封入されても信頼性を高めることができる。このとき、モールド１７は、図１（ａ）に示す通り、コイル１４の側面を封止している状態、つまり、コイル１４の厚みをもってケーシング１１の一部をなす胴体部材１１ａの内壁に沿って設けられている状態であるのが望ましい。

上記構成の三相交流モータ１を設置する場合には、三相交流モータ１を設置すべき位置に搬送した後で、三相交流が供給されるケーブルをケーシング１１の側壁から突出した状態にある接続電極１５（接続電極１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗ）に接続する。このとき、接続電極１５はモールド１７によって封止されておりシーリング効果が得られているため、従来の回転機１００のように防水処理等を行う必要がなく、設置作業の効率を向上させることができる。

〔第２実施形態〕
図２は、本発明の第２実施形態による回転機としての三相交流モータの構成を示す図であって、（ａ）は側断面図であり、（ｂ）は（ａ）中のＡ−Ａ線断面透視図である。尚、図２においては、図１に示した部材と同一の部材には同一の符号が付してある。図２（ａ），（ｂ）に示す通り、本実施形態の三相交流モータ２は、接続電極１５及び配線リング１６に代えて接続電極２１及び配線リング２２を備える点が図１に示す三相交流モータ１とは相違する。

接続電極２１は、図１に示す接続電極１５と同様に、ケーシング１１の内部に収容されたコイル１４が電気的に接続され、三相交流モータ２の外部電極として用いられる円柱形状の導電性部材であり、三相交流の相の数だけ設けられている。具体的には、Ｕ相の電流が流れるコイル１４が電気的に接続される接続電極２１Ｕ、Ｖ相の電流が流れるコイル１４が電気的に接続される接続電極２１Ｖ、及びＷ相の電流が流れるコイル１４が電気的に接続される接続電極２１Ｗからなる。

これら接続電極２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗは、接続電極１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗと同様に銅（Ｃｕ）又はアルミニウム（Ａｌ）等により形成され、その一端が開口部ＯＰからケーシング１１の外側に突出した状態に配置される。しかしながら、図２（ｂ）に示す通り、回転軸１２の回転方向に沿って配列される点、及び配線リング２２に対する他端の接続の仕方が接続電極１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗとは異なる。尚、接続電極２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗは、接続されるケーブルのコネクタ形状に合わせて配列される。

配線リング２１は、図１に示す配線リング１６と同様に、ケーシング１１の一部をなす胴体部材１１ａの内壁に配列されたコイル１４と接続電極２１との間の配線を容易にすべく、ケーシング１１の内部であって回転軸１２の周囲に配置された円環状の導電性部材であり、三相交流の相の数だけ設けられている。具体的には、Ｕ相の電流が流れるコイル１４が接続される配線リング２２Ｕ、Ｖ相の電流が流れるコイル１４が接続される配線リング２２Ｖ、及びＷ相の電流が流れるコイル１４が接続される配線リング２２Ｗが設けられている。

これら配線リング２２Ｕ，２２Ｖ，２２Ｗは、接続電極２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗと同様に、銅（Ｃｕ）又はアルミニウム（Ａｌ）等により形成されている。しかしながら、配線リング２２Ｕ，２２Ｖ，２２Ｗは、図２（ｂ）に示す通り、径が互いに異なっており、且つ同心状に配置されている点が図１に示す配線リング１６Ｕ，１６Ｖ，１６Ｗとは異なる。上述した接続電極２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗは、同心状に配置された配線リング１６Ｕ，１６Ｖ，１６Ｗのうちの何れか１つに、他とは電気的に絶縁された状態で接続される。

具体的に、接続電極２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗは、その他端部が屈曲したＬ字形状であり、その他端が図２（ｂ）の紙面表側から配線リング２２Ｕ，２２Ｖ，２２Ｗの側方にそれぞれ接続される。このとき、接続電極２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗは、回転軸１２の回転方向の位置を異ならせて接続されるため、接続している配線リング以外の配線リングとは電気的に絶縁される。

上記構成の三相交流モータ２を設置する場合にも、三相交流モータ２を設置すべき位置に搬送した後で、三相交流が供給されるケーブルをケーシング１１の側壁から突出した状態にある接続電極２１（接続電極２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗ）に接続する。このとき、接続電極２１もモールド１７によって封止されておりシーリング効果が得られているため、従来の回転機１００のように防水処理等を行う必要がなく、設置作業の効率を向上させることができる。

以上説明した通り、本発明の第１，第２実施形態による三相交流モータ１，２は、何れもケーシング１１の一側部に開口部ＯＰが形成されており、ケーシング１１に収容されたコイル１４が電気的に接続される接続電極１５（接続電極１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗ）及び接続電極２１（接続電極２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗ）の一端が開口部ＯＰからケーシング１１の外側に突出した状態で、開口部ＯＰ及び接続電極１５，２１がモールド１７によって封止されている。これによりシーリング効果が確保されるため、設置作業の効率を向上させることができるとともに、封入された冷媒の漏出や内部圧力の変化を防止することができる。

また、本発明の第１，第２実施形態による三相交流モータ１，２は、内部に配線リング１６（配線リング１６Ｕ，１６Ｖ，１６Ｗ）及び配線リング２２（配線リング２２Ｕ，２２Ｖ，２２Ｗ）をそれぞれ備えている。このため、従来のようにコイル１４の接続線を各相毎にまとめる必要が無く、接続線の取り回しが極めて容易になり、製造時の効率を高めることができる。

以上、本発明の実施形態による回転機について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されず、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態では、電動機の一種である三相交流モータを例に挙げて説明したが、発電機にも本発明を適用することができる。また、本発明は、三相交流以外の多相電流が用いられる回転機にも適用することができる。

また、上記実施形態では、配線リング１６（配線リング１６Ｕ，１６Ｖ，１６Ｗ）及び配線リング２２（配線リング２２Ｕ，２２Ｖ，２２Ｗ）の形状が円環状である場合を例に挙げて説明したが、これらの形状は回転軸１２の回転を妨げない限りにおいて任意の形状とすることができる。また、接続電極１５（接続電極１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗ）と配線リング１６（配線リング１６Ｕ，１６Ｖ，１６Ｗ）との接続方法、及び接続電極２１（接続電極２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗ）と配線リング２２（配線リング２２Ｕ，２２Ｖ，２２Ｗ）との接続方法は、三相交流の各相で電気的な絶縁が確保できれば任意の接続方法を用いることができる。

１，２ 三相交流モータ
１１ ケーシング
１２ 回転軸
１３ 永久磁石
１４ コイル
１５ 接続電極
１５Ｕ，１５Ｖ，１５Ｗ 接続電極
１６ 配線リング
１６Ｕ，１６Ｖ，１６Ｗ 配線リング
１７ モールド
１８Ｕ，１８Ｖ，１８Ｗ 接続線
２１ 接続電極
２１Ｕ，２１Ｖ，２１Ｗ 接続電極
２２ 配線リング
２２Ｕ，２２Ｖ，２２Ｗ 配線リング
ＯＰ 開口部

Claims (5)

1. 回転方向に配列された磁石を備える回転子と、前記回転方向に配列されたコイルを備える固定子とを備えており、前記固定子に対して前記回転子が相対的に回転する回転機において、
   前記固定子の一側部に形成された開口部と、
   前記固定子に設けられたコイルが電気的に接続される接続電極と、
   前記接続電極の一端が前記開口部から前記固定子の外側に突出した状態で、前記開口部及び前記接続電極を封止する封止部材と、
   前記固定子の内部であって前記回転子の周囲に配置され、前記接続電極の他端が接続されるとともに前記コイルが接続線によって接続され、前記固定子内において前記封止部材によって前記接続電極とともに封止されている環状の配線部材と
   を備えることを特徴とする回転機。
2. 前記接続線は、前記固定子内において前記封止部材によって前記接続電極及び前記配線部材とともに封止されていることを特徴とする請求項１記載の回転機。
3. 前記コイルは、多相電流用の結線がなされており、
   前記接続電極及び前記配線部材は、前記多相電流の相の数だけ設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の回転機。
4. 前記接続電極及び前記配線部材は、前記回転子の軸方向に沿って配列されていることを特徴とする請求項３記載の回転機。
5. 前記配線部材は、互いに径が異なる部材であって同心状に配置されており、
   前記接続電極は、前記配線部材のうちの何れか一つに、他の前記配線部材とは電気的に絶縁された状態でそれぞれ接続されている
   ことを特徴とする請求項３記載の回転機。

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