(57)【要約】【課題】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。【解決手段】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を有し、前記キャンが、セルロースナノファイバーシートから構成されることを特徴とするキャンド構造の回転電機。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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、くさび及びＯリングにより連結されている、請求項１又は２に記載の回転電機。
【請求項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、請求項１又は２に記載の回転電機。
【請求項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、請求項４に記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、キャンド構造の回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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）。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−１６６９４４号公報
【特許文献２】特開２００１−２３１２１３号公報
【特許文献３】特開２０１１−１９３６６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
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。
【発明の効果】
【００１０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】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る。
【図２】図１におけるキャン部分の拡大図である。
【図３】図１のＡ部の拡大図であり、セルロースナノファイバーシートから構成されるキャンの一部を示す。
【図４】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。
【図５】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る。
【図６】図５のＢ部の拡大図であり、ブロー成形された封止用樹脂層により連結されるセルロースナノファイバーシートから構成されるキャンの一部を示す。
【図７】図６の変形例であり、ブロー成形された封止用樹脂層により連結される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８】図３の変形例であり、ブロー成形された封止用樹脂層及びＯリングにより連結されるセルロースナノファイバーシートから構成されるキャンの一部を示す。
【図９】図４の変形例であり、ブロー成形された封止用樹脂層及びＯリングにより連結される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１０】従来のキャンド構造の回転電機を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。  
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【符号の説明】
【００２３】
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
【図１】
2019068702.tif 000003
【図２】
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【図３】
2019068702.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2019068702.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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