JPH0147104B2 - - Google Patents

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JPH0147104B2
JPH0147104B2 JP57202114A JP20211482A JPH0147104B2 JP H0147104 B2 JPH0147104 B2 JP H0147104B2 JP 57202114 A JP57202114 A JP 57202114A JP 20211482 A JP20211482 A JP 20211482A JP H0147104 B2 JPH0147104 B2 JP H0147104B2
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inner cylinder
covers
cylinder
stator
reinforcing layer
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Yutaka Higashimura
Shinei Fujioka
Shuzo Iwaasa
Kenzo Kadotani
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/12—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof specially adapted for operating in liquid or gas
    • H02K5/128—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof specially adapted for operating in liquid or gas using air-gap sleeves or air-gap discs
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
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    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
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  • Power Engineering (AREA)
  • Motor Or Generator Frames (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は水中モータに係り、具体的には比較的
大容量の水循環ポンプ等に用いられる水中モータ
の固定子部分の構造に関する新たな提案である。
〔従来の技術〕
一般に水中モータは誘導電動機であり、電圧が
ほとんど生じない回転子は、コイル導体が直接水
と接するように置かれる。しかしながら、高電圧
が印加される固定子コイルでは、コイル絶縁層が
直接水に触れていると絶縁耐力が著しく低下する
ため遮水構造とする必要がある。それゆえ出力
50KW以下の中、小型モータでは、固定子全体を
ステンレスの容器内におさめ、すき間には無機質
混入のモールドレジン等を充填する、いわゆるキ
ヤンド方式がとられる。（特開昭56−141741号公
報） 〔発明が解決しようとする課題〕 しかしながら、出力の大きい大型の水中モータ
は、固定子の内径と長さが大きくなるとともに機
械的な強度の要求からキヤンの厚みを増す必要が
ある。
ところが、固定子と回転子間のギヤツプに生ず
る回転磁界により、そこに構成されるキヤンには
うず電流損が発生する。このうず電流損はキヤン
の厚さ、及び固定子コアの長さに比例し、更にキ
ヤの内径の３乗に比例する。もちろんキヤンの電
気伝導率にも比例する。そのため、大型の水中モ
ータではキヤンの厚さ、及び固定子コアの長さが
大きくなりうず電流損が出力の数％にも達するこ
とがありこのままではモータとして実用できない
こともある。
この問題を解決する極めて有効な方法は、うず
電流損の発生する固定子内周側のキヤン材に遮水
性が良く、しかも電気的なうず電流の生じにくい
材料を使用することである。この目的に合致する
材料の例としてカーボン繊維強化プラスチツク
（以下CFRPと略記）がある。CFRPは前記した
ステンレスに比較し電気伝導率が約1/100である
ため、機械強度も考慮に入れ１〜1.5mm程度の厚
みのCFRPを用いればうず電流損を１％以下に低
減でき、しかも強度的に実用上問題ない。
しかしながら、この種CFRPを内側円筒として
用いる水中モータは、CFRPの厚みが薄いため、
実際の製作においては極めて困難な問題に遭遇す
る。
すなわち、１mm〜1.5mm程度の厚さで真円に成
形されるCFRPを、内側円筒にした場合、その内
側円筒の軸方向端部と、固定子の外周を覆つて構
成される外側円筒の軸方向端部に接合される端部
カバーとの接合が、十分な水密性能を保持できな
くなる恐れがある。
従来、この点を解決する手段として、例えば実
公昭59−30602号に記載されている如く、固定子
キヤン、すなわち内側円筒の外径側に保護環を嵌
めて、補強する方法が提案されている。しかしな
がら、この方法では、部品点数が増すことになる
とともに、保護環の固定をおこなう構造上の制約
や、製作上の煩雑さが生ずることになる。
本発明は、上記欠点を解決し、回転子を固定子
の間のギヤツプを最小にし、しかも、機械的強
度、耐水密性、および製作の容易性を達成できる
水中モータを提供することを目的として発明した
ものである。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は上述の目的を達成するために内側円筒
は繊維強化された樹脂材料で形成され、端部カバ
ーと接合する近傍で軸方向の一端では内径側を、
他端では外径側を他の部分より肉厚の補強層とし
て形成したものである。
〔作用〕
上記の如く構成された水中モータは、当該モー
タの構成上必須な固定子と回転子間に存在する内
側円筒を、その接合部における強度や、作業性を
十分満足した上で、他の部分を機械的強度を保ち
得る限り薄く形成することができるので、水中モ
ータとしての性能を左右する固定子と回転子間の
ギヤツプを、最小に維持できる設計が可能にな
る。
〔実施例〕
以下図面に従つて、本発明の実施例を説明す
る。
第１図に本発明の一実施例を示す。
通常、水中モータは外側円筒３内に固定子コア
１が積層され、この固定子コア１に設けられたス
ロツト（図示せず）内に固定子コイル２が収納さ
れる。そして、内側円筒４が固定子コア１の内周
側に嵌合され、その両端に端部カバー５ａ，５ｂ
が外側接合部７で外側円筒３と接合されてキヤン
が構成される。
そして、本実施例では内側円筒４の軸方向端部
の一端に外径側に厚くした補強層４１を、他端に
は内径側に厚くした補強層４２をそれぞれ設け
た。このようなCFRP製の内側円筒４は、内径側
補強層４２に対応したへこみを有する段付きのマ
ンドレルを用いて容易に製作できる。従つて、本
実施例でのCFRP製の内側円筒４とすることによ
り、その中央部の厚みは前記した１〜1.5mmに選
ばれるが、両端部の厚みは６mm以上にできるため
CFRP成形時、及び機械加工時においても前記し
た変形、欠け、剥離などの欠陥の発生は無く、寸
法精度の良いものが得られ端部カバー５ａ，５ｂ
との接着も良好にできる。そして、固定子コア１
の内径部への挿入に際しても障害にならない形と
なる。この様に内側円筒が構成された後に、固定
子内に回転子９を軸１０とともに一方から納めて
水中モータは完成する。
次に本実施例の固定子の作製方法について説明
する。まず、最初に、テーパ加工された内側円筒
４の外径側補強層４１に端部カバー５ａを内側接
合部６ａにおいてエポキシ樹脂で接着し、この内
側円筒４を内径側補強層４２側より、外側円筒３
と固定子コイル２の取り付けられた固定子コア１
の所定位置に第１図中左側から移動する。従つ
て、この時には内側円筒４の内径側補強層４２は
内径側に設けられているため障害となることはな
い。その後、内径側補強層４２と端部カバー５ｂ
の内側接合部６ｂにおいてはエポキシ樹脂で接着
し、最後に端部カバー５ａ，５ｂと外側円筒３を
外側接合部７で溶接し複合構成キヤンが完成す
る。そして、キヤン内には従来と同様、無機質粉
混入のモールドレジン８等が注入硬化される。こ
のようにして水中モータ固定子を製作することに
より、回転子９は図において左側より容易に組み
込むことができる。
以上説明した本発明の一実施例は補強層を設け
たことにより従来と比較し内側円筒４と、端部カ
バー５の接着面積を大きくとれるので、十分な接
着強度を得ることができるとともに、作業性も満
足できるものである。具体的には補強層４１，４
２を６mmに構成しても従来品（1.5mm）と比較し
て接着面積が４倍となるため接着部に作用する応
力が1/4に低減され信頼性の向上が図れる。
第２図は本発明の第２の実施例を示す。第２図
の実施例の特徴は内側円筒４に設けた外径側補強
層４１、及び内径側補強層４２の外周面にねじ切
り加工するとともに、端部カバー５ａ，５ｂの内
周面にもねじ切り加工し、両者を接着剤とともに
ねじ込み接合したことである。このような本実施
例の構成としても、その効果は上述の実施例と全
く同様である。特にねじ込み接合の場合、端部カ
バー５ａ，５ｂとCFRP製の内側円筒４がより密
着するため、接着部の強度は第１図の実施例の構
成に比較し５倍以上に向上する。尚、固定子コイ
ル２のリード線１１が端部カバー５ａから引き出
される場合には、最初に内側円筒４と固着される
端部カバー５ａ側から引き出せばよい。
第３図は本発明の第３実施例を示す。第３図の
実施例の特徴は、第２図の実施例の構成におい
て、内径側補強層４２、及び外径側補強層４１の
内周側に、端部カバー５ａ，５ｂの材質と同様、
もしくは大きな線膨張係数を有する金属リング１
２ａ，１２ｂを回転子９の組み込み後に密着嵌合
した点にある。上記した第１、及び第２の実施例
の構成の場合、端部カバー５ａ，５ｂを構成する
ステンレス（線膨張係数α≒15×10-6）に比較
し、内側円筒４を構成するCFRPの線膨張係数が
小さい（α≒０）ことに起因して温度が上昇する
と接着部がはがれる方向に応力が発生してしま
い、長時間使用している内に剥離することも懸念
される。その点第３図の実施例のごとく金属リン
グ１２ａ，１２ｂ、例えばステンレスのリングを
回転子９の組み込み後に端部に密着嵌合すれば、
温度上昇に伴つてステンレスのリングも膨張す
る。その場合、ステンレスの弾性率はCFRPの約
４倍であるため、ステンレスリングの厚みを補強
部の厚みと同程度以上にすれば、CFRPの膨張に
ともないCFRPが外周側に伸ばされ端部カバー５
ａ，５ｂと密着するため、前記した剥離の発生す
る懸念は皆無となる。また、端部カバー５ａ，５
ｂよりも線膨張係数の大きい材質（例えば端部カ
バー５ａ，５ｂを鉄；α11×10-6、金属リングに
ステンレスを使用した場合等）を用いれば、温度
上昇に伴い接着部が圧着されるため、より大きな
接着強度が得られる効果もある。尚、金属リング
１２ａ，１２ｂの取付けは接着、あるいはねじ込
みでも良いが冷しばめ（例えば液体ちつ素等で冷
し、縮んだ状態ではめ込む）すればさらにその効
果は大きい。
第４図は本発明の第４の実施例を示す。該図の
実施例では、外径側補強層４１、及び内径側補強
層４２の内周面にねじ切り加工すると共に、端部
カバー５ａ，５ｂの内側円筒４側の鍔部外周面に
もねじ切り加工し、両者を接着側を介在させてね
じ込み接合して、端部カバー５ａ，５ｂの鍔部が
第２図の実施例の内側円筒より更に内径側に位置
するようにしたものである。
このような構成でも、その効果は上述した実施
例と全く同様であり、特に本実施例の構成では、
温度上昇が発生しても端部カバーと、内側円筒の
熱膨張係数の違いから接着部では常に圧縮応力が
作用するようになり剥離の方向に働く応力が発生
しないため金属リング等を設ける必要がない。
第５図に本発明の第５の実施例を示す。該図の
実施例は、第４図の実施例の構成に加え、外径
側、及び内径側補強層４１，４２の外周面にもね
じ切り加工し、端部カバー５ａ，５ｂには外径
側、内径側補強層４１，４２の外周面に延びるも
う１つの鍔を設けると共に、該鍔の内周面にもね
じ切り加工して両者を接着剤を介在させてねじ込
み接合したものである。このようにして構成して
も、その効果は、上述したものと同様である。し
かも、本実施例の構成では、接着面積を大巾に増
大でき接着界面に沿つた透水距離を長くできるた
め、より信頼性の高いものが得られる。尚、第４
図、及び第５図の実施例では、端部カバー５ａと
内側円筒４の外径側補強層４１との接着作業を回
転子９を挿入した後で行う必要がある。
第６図に本発明の第６の実施例を示す。該図の
実施例では、内側円筒４に設けた内径側補強層４
２の外周面に施すねじ切り加工を内側の一部に施
し、更に、それより先端に向うに従い細くなるよ
うなテーパ部を設けている。一方、端部カバー５
ｂの先端内周面にもねじ切り加工すると共に、こ
れ以外にエンド部分に向うに従い肉厚が厚くなる
テーパ部を設けている。そして、内側円筒４の内
径側補強層４２と端部カバー５ｂを、ねじ切り加
工部同志は接着剤とともにねじ込み接合して接着
し、テーパ部同志も接着して接合している。尚、
特に図示してないが、反対側の補強層と端部カバ
ーも同様な構成となつている。
このような本実施例の構成としても、その効果
は上述の実施例と同様で、特に本実施例の構成に
すれば、テーパ接着部で水密が確保でき、ねじ加
工接合部で強度が確保できる効果があり、ねじ接
着のみの場合より有利である。
今まで説明してきた実施例では、内側円筒４の
材質として最も有望と考えられるカーボン繊維強
化プラスチツクを例に説明してきたが、内側円筒
４としてガラス繊維あるいは金属繊維（ステンレ
ス繊維など）で強化したプラスチツク、さらには
無機質粉充填のエポキシ、セラミツクスなどを用
いて端部カバーとの接合を接着で行う場合でも同
様に本発明は適用できる。また内側円筒としてス
テンレス箔などの金属薄葉材を用いて端部に補強
材を取付ける場合にも本発明は有効である。この
場合は、補強層と薄肉の円筒部との接合に溶接等
の手段を講じることが可能になる。
〔発明の効果〕
以上説明したキヤン構造を有する本発明の水中
モータは、その容量の増大にともなう大型化をお
こなつても、固定子鉄心１や固定子コイル２を遮
水構造で覆うキヤンの、特に内側円筒との接合部
分の強度を保つことができるようになる。
さらに当該内側円筒をCFRP等の素材も含めて
材料に左右されずに製作することが可能になり、
この種モータとしての特性を最良にする構造で製
品化することが可能である。
また、従来からおこなわれているこの種水中モ
ータに比較しても部品数が増加することがなく、
製作上の容易性を確保したものであり、この種水
中モータとして非常に有効な効果を多数発揮する
ことができるものである。
【図面の簡単な説明】
第１図〜第５図は、本発明による水中モータの
実施例を説明するための断面図、第６図は、さら
に他の実施例としての内側円筒と、端部カバーの
接合部を説明するための断面図である。 １……固定子、２……固定子コイル、３……外
側円筒、４……内側円筒、５ａ，５ｂ……端部カ
バー、６ａ，６ｂ……内側接合部、７……外側接
合部、９……回転子、１０……軸、４１……外径
側補強層、４２……内径側補強層。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 固定子コイル２が巻回されている固定子鉄心
    １と、該固定子鉄心の内径部に構成される回転子
    ９と、前記固定子鉄心の外周を覆う外側円筒３
    と、内側を覆う内側円筒４と、該内側円筒と外側
    円筒とを、その軸方向の端部で水密に接合する端
    部カバー５ａ，５ｂとを備えてなる水中モータに
    おいて、 前記内側円筒４は、繊維強化された樹脂材料で
    形成され、端部カバー５ａ，５ｂと接合する近傍
    で、軸方向の一端４１では内径側を、他端４２で
    は外径側を、他の部分より肉厚の補強層で形成し
    たことを特徴とする水中モータ。 ２ 内側円筒４と、該内側円筒と接合される端部
    カバー５ａ，５ｂとは、ねじ加工されており、接
    着剤を介在させてねじ込み固定されたことを特徴
    とする特許請求の範囲第１項記載の水中モータ。 ３ 内側円筒４は、補強層の内周側に、線膨張係
    数が端部カバー５ａ，５ｂと同等、もしくは大き
    い値を持つ金属リングを密着嵌合したことを特徴
    とする特許請求の範囲第１項、または第２項記載
    の水中モータ。
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