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公開番号2025065313
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-17
出願番号2025017684,2019059127
出願日2025-02-05,2019-03-26
発明の名称キャンドモータとそれにより駆動するポンプ、及びそれを用いたロケットエンジンシステムと液体燃料ロケット
出願人株式会社荏原製作所
代理人個人,個人,個人
主分類H02K 9/197 20060101AFI20250410BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】ロータが高速回転する場合に、取扱い液がガス化することを低減したキャンドモータを提供する。
【解決手段】キャンドモータ10は、ステータ室26に配置されるステータ18と、ロータ室12に配置されるロータ14と、ロータ14を囲むステータキャン7とを有する。さらにキャンドモータ10は、ステータ18を冷却するための冷却液がステータ室26に流入するように構成されたステータ室入口部43と、冷却液がステータ室26から流出するように構成されたステータ室出口部44とを有する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
ステータ室に配置されるステータと、
ロータ室に配置されるロータと、
前記ロータを囲むキャンとを有し、前記ロータを冷却するための冷却液が前記ロータ室に流入するように構成されたロータ室入口部と、
前記冷却液が前記ロータ室から流出するように構成されたロータ室出口部とを有するキャンドモータにおいて、
前記ステータを冷却するための冷却液が前記ステータ室に流入するように構成されたステータ室入口部と、
前記ステータ室入口部から流入した冷却液が前記ステータ室から流出するように構成されたステータ室出口部とを有することを特徴とするキャンドモータ。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
ステータ室に配置されるステータと、
ロータ室に配置されるロータと、
前記ロータを囲むキャンとを有するキャンドモータにおいて、
前記ロータを冷却するための冷却ガスが前記ロータ室に流入するように構成されたロータ室入口部と、
前記冷却ガスが前記ロータ室から流出するように構成されたロータ室出口部とを有することを特徴とするキャンドモータ。
【請求項３】
前記ステータを冷却するための冷却液が前記ステータ室に流入するように構成されたステータ室入口部と、
前記冷却液が前記ステータ室から流出するように構成されたステータ室出口部とを有することを特徴とする請求項２記載のキャンドモータ。
【請求項４】
前記ロータは、毎分１万回から１０万回、回転するように構成されたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のキャンドモータ。
【請求項５】
前記冷却液は、前記キャンドモータの取扱い液であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のキャンドモータ。
【請求項６】
前記キャンドモータは、駆動回路室に配置されて前記ロータを駆動するように構成された駆動回路と、
前記駆動回路を冷却するための冷却液が前記駆動回路室に流入するように構成された駆動回路室入口部と、
該冷却液が前記駆動回路室から流出するように構成された駆動回路室出口部とを有することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のキャンドモータ。
【請求項７】
前記ステータ室と前記駆動回路室は、前記冷却液の流れに関して直列に接続されることを特徴とする請求項６記載のキャンドモータ。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載のキャンドモータを複数個有し、さらに、
前記複数個のキャンドモータのうちの１つにより駆動されるように構成された燃料供給ポンプと、
前記複数個のキャンドモータのうちの他の１つにより駆動されるように構成された酸化剤供給ポンプと、
前記燃料供給ポンプにより燃料が供給され、かつ前記酸化剤供給ポンプにより酸化剤が供給されるように構成された燃焼室とを有することを特徴とするロケットエンジンシステム。
【請求項９】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載のキャンドモータを複数個有し、さらに、
前記複数個のキャンドモータのうちの１つにより駆動されるように構成された燃料供給ポンプと、
前記燃料供給ポンプにより前記燃料が、前記複数個のキャンドモータに供給されるように構成されたことを特徴とするロケットエンジンシステム。
【請求項１０】
キャンドモータを複数個有し、
前記複数個のキャンドモータのうちの１つにより駆動されるように構成された燃料供給ポンプと、
前記燃料供給ポンプにより前記燃料が、前記複数個のキャンドモータに供給されるように構成されたことを特徴とするロケットエンジンシステム。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、キャンドモータとそれにより駆動するポンプ、及びそれを用いたロケットエンジンシステムと液体燃料ロケットに関するものである。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
液体燃料ロケットは、液体水素や液体メタンなどの低沸点の推進剤（燃料）と液体酸素などの低沸点の酸化剤（ともに液体）をそれぞれのタンクから高圧の燃焼室へと送りこ
み、燃焼室で燃焼させて発生した高温のガスを、ノズルから噴射することで推力を得るロケットである。ポンプで推進剤と酸化剤を燃焼室に送りこむポンプ方式が液体燃料ロケットにおいて用いられる場合がある。
【０００３】
ポンプを駆動するために電動モータ、例えばキャンドモータを使用することができる。従来のキャンドモータを用いたポンプでは、ポンプのポンプ羽根によりが搬送される液体（取扱い液）に，モータのロータ自身が浸っている。モータのステータの内側には金属製または樹脂性キャン（以下では、「ステータキャン」と呼ぶ。）が気密にはめこまれる。ロータの外周には、ロータの一部である金属製または樹脂性キャン（以下では、「ロータキャン」と呼ぶ。）が配置される。ステータはステータキャンにより、ポンプが搬送する液体と絶縁されている。モータ内部のロータの外周に液体が入り，冷却の作用をする。
キャンドモータは従来、取扱い液の漏洩が望ましくない化学用液体，有毒液体等の搬送に使われている。
【０００４】
従来のキャンドモータを用いたポンプは、通常3600rpm程度の回転数で、ポンプの取扱い液をキャンドモータの冷却液として利用するために、取扱い液をロータの周囲（ロータキャンとステータキャンとの間の隙間）に流していた。取扱い液をロータの周囲に流すことにより、ステータおよびロータを冷却する。すなわち、ステータはロータを駆動させる電磁気的な力を生じさせるため、電線が巻線されたモータコイルが備えられており、モータ駆動時には、モータコイルに電流が供給されるので、モータコイルにジュール熱が生じる。モータコイルはステータのケイ素鋼板に巻かれている。ステータの発熱は、ケイ素鋼板の渦電流損失による発熱が支配的である。このジュール熱と渦電流損失によりステータの温度が上がると、コイルや絶縁物の焼損を招く恐れがある。また、ロータはステータ
により生じた電磁気的な作用を受けて駆動力を生じるが、ロータもステータ同様に電気的損失により発熱する。発熱による温度上昇により、磁石が減磁し（温度と磁石の種類による）、力率や効率低下を招く虞がある。そこで、取扱い液をロータの周囲に流すことで、ステータおよびロータを冷却し、モータとしての効率の低下を回避することができる。
しかし、ステータの一部でモータコイルの末端部分であるコイルエンドは、ロータキャンとステータキャンとの間の隙間から離れているため、すなわち冷却液から離れているため、従来でも冷えにくい位置である。
【０００５】
ところで、ロータを高速回転（1万～10万rpm）させる場合、従来の冷却方法では、以下のような問題がある。すなわち、ロータを高速回転させるためにステータで発生して、ステータからロータ周囲の取扱い液に入る多量の熱と、ロータの高速回転により流体との間に発生する回転摩擦損失熱とによりロータ周囲の低沸点の取扱い液がガス化しやすくなる。ガス化すると、コイルエンドは、より冷えにくくなり、ステータの温度が上がるとい
う問題が生じる。さらに、ガス化によりロータや、その他の回転体の振動が生じ易くなるという問題が生じる。
【０００６】
ロータが高速回転（1万～10万rpm）する場合、従来の冷却方法では、以下のような別の問題もある。すなわち、ロータキャンとステータキャンとの間の隙間を流れる取扱い液、すなわち冷却液による回転摩擦損失が非常に大きくなり、ポンプ効率が低下する。回転摩擦損失とは、ロータ表面にあるロータキャンと取扱い液（流体）との間に発生する摩擦力（流体に作用するせん断力）によるエネルギー損失である。回転摩擦損失とは、モータの出力トルクのうち摩擦力に消費される量のようなものである。取扱い液の粘度が高いほど、またロータと取扱い液の回転方向の相対流速が大きいほど回転摩擦損失は大きい。場合によっては、ポンプに要求される仕様値である運転回転数まで、回転数があがらないこともありうる。
【０００７】
このように、ロータが高速回転（1万～10万rpm）する場合、取扱い液のガス化を低減したいときと、冷却液による回転摩擦損失を低減したいときがある。どちらの課題を解決することを優先するかは、キャンドモータの使用状態や使用目的に依存する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
特開昭５２－１３７６１１号
特開平２－１９３５４６号
特開平８－２００２７４号
特開２０１２－２１３２７２号
特表２０１６－５２７４４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の一形態は、このような問題点を解消すべくなされたもので、その目的は、ロータが高速回転する場合に、取扱い液がガス化することを低減したキャンドモータを提供することである。
【００１０】
また、本発明の他の一形態の目的は、ロータが高速回転する場合に、冷却液による回転摩擦損失を低減あるいは冷却液による回転摩擦損失を回避したキャンドモータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

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