JP2010233397A - 回転機械及び冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ケーシングの底部と発電機等との間の空間の大きさを低減して、回転機械の小型化を図る。
【解決手段】底部（24）にオスターミナル（50）が固定されたケーシング本体部（21）（有底容器）を設ける。また、回転電機（8）（発電機構）、メスターミナル（9）、及び上部ハウジング（70）を有したメカアセンブリ（40）を設ける。そして、メスターミナル（9）には、メカアセンブリ（40）がケーシング本体部（21）内に収容された状態でオスターミナル（50）に係合して該オスターミナル（50）と電気的に接続するメス側コネクタ部（94）を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転子及び固定子を有した回転電機を備えた回転機械、及びその回転機械を用いた冷凍装置に関するものである。

流体の運動エネルギを電力に変換して回収するタービン発電機が広く知られている（例えば特許文献１を参照）。特許文献１のタービン発電機は、冷凍サイクルを行う冷凍装置に用いられている。このタービン発電機においては、ケーシング内に流入してくる冷媒をノズルで減圧させることによって圧力エネルギを速度エネルギに変換した後、タービン羽根車に向かって噴射する。タービン羽根車は、流体からの運動エネルギを受けて回転し、発電機を駆動する。こうして、前記タービン発電機は流体の運動エネルギを電力に変換している。

ところで、タービン発電機や前記冷凍装置に用いられる電動式圧縮機等の回転機械は、発電した電力を取り出すためや、電力の供給を受けるために電気ターミナルを備えていることが多い。例えば、電動式圧縮機では、ケーシングに前記電気ターミナルが気密状に貫通して取り付けられているものがある（例えば特許文献２を参照）。特許文献２の例では、電動機等が収容されるケーシングは、円筒状の胴体と胴体の上端部に溶接される上部壁とを有している。そして、前記電気ターミナルは、上部壁に設けられた貫通孔に前記ケーシングの内側となる側から嵌め込まれて、プロジェクション溶接により固定されている。
特開２００８-３８６３３号公報 特開２００３-２５４２３６号公報

特許文献２に開示された電気ターミナルの取り付け構造では、電気ターミナルと発電機（或いは電動機）とを電線配線で結線した後に、上部壁を胴体に溶接などにより固定する必要があると考えられる。

しかしながら、前記のように結線の後に溶接を行うには、溶接時の熱が電気ターミナルに悪影響を及ぼさないようにするためや前記電気配線の結線を行うために、上部壁（以下、ケーシングの底部）と発電機等との間に所定の空間を設ける必要があり、回転機械の小型化の妨げになる。

本発明は上記の問題に着目してなされたものであり、ケーシングの底部と発電機等との間の空間の大きさを低減して、回転機械の小型化を図ることを目的としている。

上記の課題を解決するため、第１の発明は、
回転子（80）及び固定子（81）を有した回転電機（8）を備えた回転機械であって、
有底容器（21）と、
前記有底容器（21）の底部（24）に固定された第１電気ターミナル（50）と、
前記回転電機（8）を含み、前記有底容器（21）に収容されるメカアセンブリ（40）と、
を備え、
前記メカアセンブリ（40）は、該メカアセンブリ（40）の端に固定され、前記回転子（80）及び前記固定子（81）の少なくとも一方と電気的に接続された第２電気ターミナル（9）をさらに備え、
前記第２電気ターミナル（9）は、前記メカアセンブリ（40）が前記有底容器（21）内に収容された状態で前記第１電気ターミナル（50）に係合して該第１電気ターミナル（50）と電気的に接続される接続部（94）を有していることを特徴とする。

この構成により、この回転機械では、メカアセンブリ（40）を有底容器（21）に収容することで、第２電気ターミナル（9）の接続部（94）が、第１電気ターミナル（50）に係合し、第１電気ターミナル（50）と第２電気ターミナル（9）とが電気的に接続される。この第２電気ターミナル（9）は回転電機（8）と電気的に接続されているので、第１電気ターミナル（50）と第２電気ターミナル（9）とが電気的に接続されると、回転電機（8）が第１電気ターミナル（50）と電気的に接続される。すなわち、この回転機械では、第１電気ターミナル（50）と回転電機（8）とを電気配線で結線する必要がない。

また、第２の発明は、
第１の発明の回転機械において、
前記有底容器（21）は、絞り加工により形成されたことを特徴とする。

この構成により、有底容器（21）の底部（24）が該有底容器（21）の他の部分と一体的に形成される。

また、第３の発明は、
第１又は第２の発明の回転機械において、
前記回転子（80）及び前記固定子（81）の少なくとも一方と前記第２電気ターミナル（9）とを電気的に接続する電気配線（95）をさらに備え、
前記第２電気ターミナル（9）は、前記回転子（80）と前記電気配線（95）とを隔てる隔壁部（91）を備えていることを特徴とする。

この構成により、回転電機（8）と第２電気ターミナル（9）との接続に電気配線（95）が用いられる場合に、第２電気ターミナル（9）の隔壁部（91）によって、電気配線（95）と回転子（80）との接触を確実に防止することが可能になる。

また、第４の発明は、
第１から第３の発明のうちの何れか１つの回転機械において、
流体の運動エネルギにより回転するタービン（6）をさらに備え、
前記回転電機（8）は、前記タービン（6）を駆動源とする発電機構（8）として構成されていることを特徴とする。

この構成により、タービン（6）が回転すると発電機構（8）（回転電機）が駆動されて電力を生成する。

また、第５の発明は、
冷媒回路（10）において冷媒を循環させて蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行う冷凍装置であって、
前記冷媒回路（10）は、第４の発明の回転機械を備え、
前記タービン（6）は、前記冷媒回路（10）に接続されて前記冷媒の運動エネルギにより回転することを特徴とする。

この構成により、冷媒回路（10）において冷媒が循環すると、タービン（6）が回転し、発電機構（8）が発電する。

また、第６の発明は、
第１から第３の発明のうちの何れか１つの回転機械において、
流体を吸入して圧縮する回転式圧縮機（12a）をさらに備え、
前記回転電機（8）は、前記回転式圧縮機（12a）を駆動する電動機（12b）として構成されていることを特徴とする。

この構成により、この回転機械では電動機（12b）（回転電機）に電力が供給されると、該電動機（12b）は回転式圧縮機（12a）を駆動する。これにより、回転式圧縮機（12a）は流体を吸入して圧縮する。

また、第７の発明は、
冷媒回路（10）において冷媒を循環させて蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行う冷凍装置であって、
前記冷媒回路（10）は、第６の発明の回転機械を備えていることを特徴とする。

この構成により、電動機（12b）（回転電機）に電力が供給されると、該電動機（12b）は回転式圧縮機（12a）を駆動する。回転式圧縮機（12a）が駆動すると、冷媒回路（10）において冷媒が循環し、蒸気圧縮式の冷凍サイクルが行われる。

第１の発明によれば、第１電気ターミナル（50）と回転電機（8）とを結線する必要がないので、有底容器（21）の底部（24）と回転電機（8）との間に、結線を行うための空間を設ける必要がない。それゆえ、有底容器（21）の底部（24）と回転電機（8）との間の空間の大きさを低減して、回転機械の小型化を図ることが可能になる。

さらに、第１の発明によれば、従来のケーシングのように、電気ターミナルに電気配線を結線した後に胴部と上部壁とを溶接する必要がない。例えば、前記電気配線の結線後に胴部と上部壁とを溶接する構造のケーシングでは、溶接時の熱が電気ターミナルに悪影響を及ぼさないように、その溶接部分と電気ターミナルとの間隔を一定以上確保する必要がある。例えば、電気ターミナルにおいてガラス製絶縁材が使用されている場合には、そのガラス製絶縁材が溶接の熱で溶けないように前記間隔を確保する必要がある。これに対し、第１の発明では、このような溶接時の熱の影響を考慮する必要がなく、この点からも回転機械の小型化を図ることが可能になる。

また、第２の発明によれば、回転機械のさらなる小型化を図ることが可能になる。例えば、底部と胴部を溶接する構造の有底容器（21）では、溶接による有底容器（21）の歪を考慮して、回転電機（8）と溶接部分との間隔を一定以上確保する必要がある。これに対し、第２の発明では、このような溶接時の熱の影響を考慮して前記間隔を確保する必要がない。それゆえ、回転機械のさらなる小型化を図ることが可能になるのである。

また、絞り加工を採用することで、底部と胴部を溶接などにより接合するための工程を省略でき、コストの低減が可能になる。

また、第３の発明によれば、隔壁部（91）によって電気配線（95）と回転子（80）との接触を確実に防止することが可能になるので、電気配線（95）と回転子（80）との干渉防止のためのスペースを低減できる。これにより、回転機械のさらなる小型化を図ることが可能になる。

また、第４の発明によれば、発電機構（8）が前記発明に係る回転電機（8）によって構成されているので、該発電機構（8）の小型化が可能になる。

また、第５の発明によれば、冷凍装置において、冷媒の運動エネルギを電力として回収することが可能になる。そして、この冷凍装置は、発電機構（8）が前記発明に係る回転電機（8）によって構成されているので、小型化が可能になる。

また、第６の発明によれば、電動機（12b）が前記発明に係る回転電機（8）によって構成されているので、電動機（12b）を用いる装置の小型化が可能になる。

また、第７の発明によれば、電動機（12b）が前記発明に係る回転電機（8）によって構成されているので、この電動機（12b）を用いた冷凍装置の小型化が可能になる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

《実施形態の概要》
本発明の回転機械の実施形態として、タービン発電機の例を説明する。図１は、本発明の実施形態に係るタービン発電機（2）の構成を模式的に示す縦断面図である。このタービン発電機（2）は、例えば冷凍装置に用いられる。この冷凍装置は、冷媒回路で冷媒を循環させて蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行うように構成され、タービン発電機（2）は、該冷媒回路を循環する冷媒（流体）の運動エネルギを電力に変換して回収するようなっている。

図２は、タービン発電機（2）が用いられる冷凍装置の一例である冷凍装置（1）における冷媒回路（10）の全体構成を示す配管図である。図２に示すように、この冷媒回路（10）では、圧縮機構（12）、放熱器（13）、蒸発器（14）、及びタービン発電機（2）が冷媒配管（11）で接続されている。圧縮機構（12）は、回転式圧縮機（12a）と、該回転式圧縮機（12a）を回転駆動する電動機（12b）を備えている。この回転式圧縮機（12a）と電動機（12b）とは、密閉構造の容器（圧力容器（12c））に収容されている。

そして、この冷凍装置（1）では、冷媒回路（10）で冷媒（例えば、二酸化炭素）を循環させて蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行うようになっている。冷媒回路（10）においては、本実施形態のタービン発電機（2）は、該タービン発電機（2）に設けられたノズル（後述）が膨張機構の役割を果たすとともに、前記冷媒の運動エネルギを電力に変換して回収するようになっている。

なお、以下の説明において、上方（或いは上側）、下方（或いは下側）等の方向は、特記しない限り図１における方向であり、必ずしもタービン発電機（2）の設置方向とは一致しない。

《タービン発電機（2）の構成》
タービン発電機（2）は、図１に示すように、ケーシング（20）、ノズルパーツ（30）、メカアセンブリ（40）、及びオスターミナル（50）を備えている。

〈ケーシング（20）〉
ケーシング（20）は、タービン（6）及びメカアセンブリ（40）を収容する。このケーシング（20）は、円筒形状をしていて、ケーシング本体部（21）と蓋部（26）の各部から構成されている。本実施形態のケーシング本体部（21）は、胴部（22）と底部（24）の各部から構成されている。この例では、胴部（22）と底部（24）とは、板材（例えば鉄板）に深絞り加工を施すことにより、両者を一体的に形成している。一体的に形成された胴部（22）と底部（24）（すなわちケーシング本体部（21））は、本発明の有底容器の一例である。

図３は、タービン発電機（2）からノズルパーツ（30）を取り除いた状態を模式的に示す縦断面図である。図３に示すように、ケーシング本体部（21）の胴部（22）には、冷媒が流入する流入部（23）が設けられている。流入部（23）は、ケーシング（20）に収容されたタービン（6）（後述）と略同じ高さにある。この流入部（23）には、後述するニードル弁（32）の本体部（34）が接続されている。また、底部（24）には、そのほぼ中央付近に貫通孔（25）が形成されている。この貫通孔（25）には、前記オスターミナル（50）が取り付けられる。

一方、蓋部（26）は円盤状の部材である。この蓋部（26）は、例えば、板材（例えば鉄板）にプレス加工を施すことにより製造される。この蓋部（26）は、そのほぼ中央付近に、冷媒が流出する貫通孔（流出部（27））が設けられている。流出部（27）は、タービン（6）よりも下方に位置し、流出側の冷媒配管（11）によって蒸発器（14）に接続されている。

〈ノズルパーツ（30）〉
図４は、ノズルパーツ（30）の構造を模式的に示す断面図である。このノズルパーツ（30）は、図４に示すように、ノズル（31）、及びニードル弁（32）を備えている。

-ノズル（31）-
ノズル（31）は、流量が連続的に可変で、前記冷媒をタービン羽根車（62）に噴射する。この例では、ノズル（31）として、いわゆるラバルノズルを採用している。具体的には、ノズル（31）は、図４に示すように、縮径部（31b）、喉部（31c）、及び拡径部（31d）の各部により形成された内部流路（31a）を有している。縮径部（31b）は、内径が下流側に向かって徐々に小さくなる流路である。喉部（31c）は、該縮径部（31b）の下流端に位置し、内部流路（31a）のうち内径が最も小さくなった部分である。また、拡径部（31d）は、内径が喉部（31c）から下流側に向かって徐々に大きくなっている。すなわち、縮径部（31b）及び拡径部（31d）の内周面は、内径が徐々に変化するテーパー面となっている。このノズル（31）は、後述するようにニードル弁（32）によって流量を調節することができるように構成されている。

-ニードル弁（32）-
ニードル弁（32）は、ノズル（31）の喉部（31c）の開度を調整する。すなわち、ニードル弁（32）は、ノズル（31）を通過する冷媒の流量を調節する。具体的に、このニードル弁（32）は、図４に示すように、本体部（34）、棒状のニードル（32a）、該ニードル（32a）の先端に設けられた弁体（32b）、ニードル（32a）の基端に設けられ、該ニードル（32a）を進退自在に駆動するアクチュエータ（33）を備えている。

本体部（34）は、両端が開口した管状の部材であり、その内部に内部流路（34a）が形成されている。この本体部（34）は、流入部（23）と連通するようにケーシング（20）の外表面に取り付けられ、この流入部（23）から水平方向（図１では左方向）に延びている。そして、本体部（34）の一方の開口部は、流入部（23）においてノズル（31）に接続され、他方の開口部（開口部（34b））には、アクチュエータ（33）が取り付けられている。また、本体部（34）の側面には冷媒配管（11）が接続され、この冷媒配管（11）から冷媒が流入するようになっている。

弁体（32b）の先端部にはテーパー面が形成されていて、先端に向かって尖鋭になっている。この弁体（32b）のテーパー面の角度は、ノズル（31）の縮径部（31b）のテーパー面の角度と同じか、それ未満となっている。

アクチュエータ（33）は、図示を省略するが、ソレノイドとロータとを有したソレノイド型のアクチュエータであって、ニードル（32a）の基端部が接続されている。このアクチュエータ（33）は、ソレノイドを作動させることによってニードル（32a）を進退させることができる。

このニードル弁（32）は、ニードル（32a）が本体部（34）の開口部（34b）から内部流路（34a）内に挿入されて、アクチュエータ（33）が開口部（34b）において本体部（34）に取り付けられている。こうすることで、ニードル弁（32）のニードル（32a）は、内部流路（34a）内において内部流路（34a）の長手方向に延び、弁体（32b）がノズル（31）の喉部（31c）に位置する。

ニードル弁（32）は、アクチュエータ（33）を作動させてニードル（32a）を駆動することによって、弁体（32b）を内部流路（34a）内でその長手方向に進退させる。弁体（32b）が最も前進したときには、該弁体（32b）は喉部（31c）に当接し、ノズル（31）を全閉状態にする。一方、弁体（32b）が最も後退したときには、該弁体（32b）は縮径部（31b）から引き出された位置に位置し、該ノズル（31）を流通する冷媒に影響を与えない。すなわち、ノズル（31）が全開状態になる。このようにして、ニードル弁（32）は、ノズル（31）を通過する冷媒の流量を調節する。

〈メカアセンブリ（40）〉
メカアセンブリ（40）は、タービン（6）、上部ハウジング（70）、下部ハウジング（72）、発電機構（8）、及びメスターミナル（9）を備えている。このメカアセンブリ（40）は、ケーシング（20）のケーシング本体部（21）に収容される。

〈タービン（6）〉
タービン（6）は、回転シャフト（61）、タービン羽根車（62）、及びタービンハウジング（65）を備えている。このタービン（6）は、ペルトンタービンである。このタービン（6）では、ノズルパーツ（30）のノズル（31）により冷媒の圧力エネルギを速度エネルギに変換して、該冷媒をタービン羽根車（62）に噴射することによって、タービン羽根車（62）を回転させて、回転シャフト（61）を介して回転動力を出力する。

-タービン羽根車（62）-
タービン羽根車（62）は、水力発電等に利用されるものより極めて小さいものである。具体的には、タービン羽根車（62）は、図５に示すように、円盤状の羽根車本体（63）と該羽根車本体（63）の外周面に設けられた複数の羽根部（64,64,…）とを有している。

このタービン羽根車（62）には、回転シャフト（61）が互いの軸心（X）を一致させた状態で互いに固定されている。つまり、タービン羽根車（62）が回転すると、回転シャフト（61）も同様に回転する。この回転シャフト（61）は、ケーシング（20）内において該ケーシング（20）の長手方向に延びるように配設され、後述する２つの軸受（71）で回転自在に支持されている。

-タービンハウジング（65）-
タービンハウジング（65）は、タービン羽根車（62）を収容し、且つノズル（31）を配設する。このタービンハウジング（65）は、図５に示すように、中央に、タービン羽根車（62）を収容する円筒状の収容空間（66）が形成されている。

また、タービンハウジング（65）には、ノズル（31）を配設するための配設孔（67）が、該タービンハウジング（65）の外周面から収容空間（66）に開口するように貫通形成されている。配設孔（67）は、ケーシング（20）の流入部（23）と連通している。つまり、ノズル（31）は、タービンハウジング（65）の配設孔（67）に挿通されることになる。

このようにしてタービンハウジング（65）に配設されたノズル（31）の軸心は、図５に示すように、羽根部（64,64,…）の先端を繋いだ仮想円の接線と平行で、且つ羽根車本体（63）の軸心（X）から所定量オフセットした位置にあり、そのオフセット量は、噴射された冷媒がタービン羽根車（62）の羽根部（64,64,…）に当たるように設定されている。

-上部及び下部ハウジング（70,72）-
上部ハウジング（70）は、有底の中空円筒状の部材である。上部ハウジング（70）の底部には軸受（71）が固定されている。また、この上部ハウジング（70）には、電気配線（95）（後述）を通すための貫通孔（71a）が形成されている。同様に下部ハウジング（72）も有底の中空円筒状の部材である。そして、この下部ハウジング（72）の底部にも軸受（71）が固定されている。この下部ハウジング（72）には、前記タービン（6）のタービンハウジング（65）が固定される。

-発電機構（8）-
発電機構（8）は、ロータ（80）（回転子）と、ステータ（81）（固定子）とを有している。この発電機構（8）は、本発明の回転電機の一例である。

発電機構（8）のロータ（80）は、タービン（6）の回転シャフト（61）に固定的に取り付けられて該回転シャフト（61）と一体的に回転するようになっている。また、ステータ（81）は、前記ロータ（80）の外周側に設置されている。このステータ（81）は、スロットが形成される固定子鉄心（81a）とスロットに配置される固定子コイル（81b）とを有している。また、このステータ（81）には、その上方から前記上部ハウジング（70）が固定され、ステータ（81）の下方からは、下部ハウジング（72）が固定されている。

そして、発電機構（8）は、回転シャフト（61）が回転することでロータ（80）が回転磁界を発生し、その回転磁界によって固定子鉄心（81a）の固定子コイル（81b）に誘起電圧が生じ電流が流れる。このように、発電機構（8）は、タービン（6）から出力される回転動力を電力に変換して出力する。なお、本実施形態では、この発電機構（8）が発電した電力は、回転式圧縮機（12a）の電動機（12b）に供給されるようになっている。

-メスターミナル（9）-
メスターミナル（9）は、ステータ（81）の固定子コイル（81b）と電気的に接続された電気ターミナルであり、上部ハウジング（70）に固定されている。このメスターミナル（9）は、本発明の第２電気ターミナルの一例である。本実施形態のメスターミナル（9）は、本体部（90）、隔壁部（91）、及び固定部材（92）の各部から構成されている。この例では、メスターミナル（9）は、樹脂を用いて形成され、本体部（90）、隔壁部（91）、及び固定部材（92）の各部が一体成形されている。

詳しくは、本体部（90）は、円柱状の形状をしていて、その上部にはメス側コネクタ部（94）が埋め込まれている。このメス側コネクタ部（94）は、後に詳述するオスターミナル（50）の電極ピン（52）が挿入される複数の凹部を有し、それぞれの凹部内には、挿入された電極ピン（52）と接続される電極が形成されている。そして、メス側コネクタ部（94）は、その電極がオスターミナル（50）（詳しくは電極ピン（52））に係合して該オスターミナル（50）と電気的に接続される。すなわち、このメス側コネクタ部（94）は、本発明の接続部の一例である。

また、隔壁部（91）は、中空円筒状の形状をしていて、前記本体部（90）の下側に連なっている。この隔壁部（91）は、図１に示すように、該隔壁部（91）の内側に形成される中空部分で、タービン（6）の回転シャフト（61）、及び上部ハウジング（70）の軸受（71）を取り囲むようになっている。

また、固定部材（92）は、円盤状の形状をしていて、隔壁部（91）の下側に形成されている。この固定部材（92）は、メスターミナル（9）を上部ハウジング（70）に固定するための部材である。例えば、メスターミナル（9）は、固定部材（92）を上部ハウジング（70）の上面にネジ止めすることにより固定される。

また、この固定部材（92）には、電気配線（95）を通すための貫通孔（93）が形成されている。この貫通孔（93）は、メスターミナル（9）を上部ハウジング（70）に取り付けた状態で、上部ハウジング（70）の貫通孔（71a）とつながるようになっている。

このメスターミナル（9）は、電気配線（95）によって、メス側コネクタ部（94）がステータ（81）と電気的に接続されている。具体的には、電気配線（95）は、その一端がステータ（81）の固定子コイル（81b）に電気的に接続され、他の一端が本体部（90）内の電極に電気的に接続される。このような接続を行うため、電気配線（95）は、固定子コイル（81b）から固定部材（92）の貫通孔（93）及び上部ハウジング（70）の貫通孔（71a）を通って、隔壁部（91）の外側まで伸ばされる。そして、電気配線（95）は、隔壁部（91）の外側から本体部（90）に埋め込まれ、本体部（90）内の電極に電気的に接続される。このように電気配線（95）を取り回すことで、隔壁部（91）は、回転子（80）と電気配線（95）とを隔てることになる。

〈オスターミナル（50）〉
オスターミナル（50）は、発電機構（8）で発電した電力を取り出すための電気ターミナルである。このオスターミナル（50）は、本発明の第１電気ターミナルの一例である。

具体的に、このオスターミナル（50）は、ターミナル本体部（51）と、複数（この例では３本）の電極ピン（52）とを備えている。ターミナル本体部（51）は、円筒状の部分と、その円筒状部分に下側に連なり下方側がテーパー状に広がった部分とにより形成されている。このようなターミナル本体部（51）は、例えば鉄板などをプレス加工して製造する。このターミナル本体部（51）の円筒状部分は、ケーシング本体部（21）の底部（24）に形成された貫通孔（25）の内径よりも、その外形がわずかに小径に形成され、該貫通孔（25）に挿入できるようになっている。また、テーパー状部分の外側には、プロジェクション溶接用の突起（図示は省略）が形成されている。

また、このターミナル本体部（51）には、ガラス製絶縁材（図示は省略）を介して電極ピン（52）が固定されている。これらの電極ピン（52）は、前記ガラス製絶縁材を貫通して、ターミナル本体部（51）の上下両面から突出している（図１参照）。

このオスターミナル（50）は、ケーシング本体部（21）の底部（24）に形成された貫通孔（25）に、該ケーシング本体部（21）の内側（図１では下側）から嵌め込まれて、該底部（24）に気密状にプロジェクション溶接されている。

《タービン発電機（2）の組み立て》
次に、タービン発電機（2）の組立工程を説明する。この組立工程は、以下の第１から第５の各工程を含んでいる。

〈第１の工程〉
まず、第１の工程では、ケーシング本体部（21）を準備する。そして、オスターミナル（50）をケーシング本体部（21）の貫通孔（25）に挿入して、該オスターミナル（50）をケーシング本体部（21）の底部（24）に、気密状にプロジェクション溶接する。

〈第２の工程〉
第２の工程では、メカアセンブリ（40）を組み立てる。具体的には、まず、上部及び下部ハウジング（70,72）を発電機構（8）に固定する。この際、回転シャフト（61）も軸受（71）に取り付けておく。次に、上部ハウジング（70）にメスターミナル（9）を取り付けるとともに、発電機構（8）の固定子コイル（81b）と、メスターミナル（9）のメス側コネクタ部（94）とを電気配線（95）で電気的に接続する。また、タービン（6）を下部ハウジング（72）に固定する。この第２の工程により、タービン（6）、上部ハウジング（70）、下部ハウジング（72）、発電機構（8）、及びメスターミナル（9）が一体的に形成される。

〈第３の工程〉
第３の工程では、メカアセンブリ（40）をケーシング本体部（21）に組み込む。具体的には、メカアセンブリ（40）をそのメスターミナル（9）がケーシング本体部（21）の底部（24）側になるように、ケーシング本体部（21）に挿入する。このとき、タービンハウジング（65）の配設孔（67）と、ケーシング（20）の流入部（23）とが連通するように、メカアセンブリ（40）とケーシング本体部（21）の位置を合わせる。

また、このとき、メスターミナル（9）のメス側コネクタ部（94）に、オスターミナル（50）の各電極ピン（52）を挿入して、オスターミナル（50）とメスターミナル（9）とを電気的に接続させる。なお、オスターミナル（50）とメスターミナル（9）とを電気的に確実に接続するためには、メカアセンブリ（40）をケーシング本体部（21）に対して位置決めして、その状態で組み込むための位置決め機構ないしガイド機構を設けるとよい。

このメスターミナル（9）は発電機構（8）（詳しくは固定子コイル（81b））と電気的に接続されているので、オスターミナル（50）とメスターミナル（9）とが電気的に接続されると、発電機構（8）がオスターミナル（50）と電気的に接続される。すなわち、このタービン発電機（回転機械）では、オスターミナル（50）と発電機構（8）とを電気配線で結線する必要がない。

なお、メカアセンブリ（40）とケーシング本体部（21）とは、例えば、ボルトやスポット溶接等により互いに固定してもよいし、両者が締まりばめの関係となるようにそれぞれの大きさを設定し、締まりばめによって互いに固定してもよい。

〈第４の工程〉
この第４の工程では、ノズルパーツ（30）のノズル（31）を、タービンハウジング（65）の配設孔（67）に挿入するとともに、該ノズルパーツ（30）をタービンハウジング（65）に固定する。

〈第５の工程〉
第５の工程では、蓋部（26）をケーシング本体部（21）に固定する。本実施形態では、蓋部（26）とケーシング本体部（21）とを溶接して固定する。

以上により、タービン発電機（2）の組み立てが終了する。組み立てられたタービン発電機（2）は、ニードル弁（32）の本体部（34）、及び蓋部（26）の流出部（27）のそれぞれに冷媒配管（11）を接続することによって、冷媒回路（10）に接続する。

《冷凍装置（1）（タービン発電機（2））の動作の概要》
以下では、冷凍装置（1）の動作の概要を説明する。この冷凍装置（1）では、電動機（12b）が駆動されて回転式圧縮機（12a）が運転状態にされると、冷媒回路（10）において冷媒が循環する。具体的には、回転式圧縮機（12a）が吐出した冷媒は、冷媒配管（11）を介して放熱器（13）に流入する。これにより、放熱器（13）は冷媒の熱を放出する。

放熱器（13）で熱を放出した冷媒は、流入側の冷媒配管（11）から、ノズル（31）の本体部（34）に流入する。このとき、該冷凍装置（1）に設けられた制御装置（図示は省略）によって、ニードル弁（32）は、該冷凍装置（1）の運転状態に応じて、その開閉状態が制御される。放熱器（13）から流出した冷媒は、ノズル（31）を通過する。このとき、ノズル（31）を流通する冷媒は、流通する際に減圧される（すなわち、膨張する）。つまり、このノズル（31）は、膨張機構の役割を果たすのである。

ノズル（31）で減圧された冷媒は、タービン羽根車（62）の羽根部（64,64,…）に向かって噴射される。タービン羽根車（62）は、噴射された冷媒の衝撃によって軸心（X）回りに回転する。タービン羽根車（62）が回転すると、該タービン羽根車（62）と一体的に回転シャフト（61）が回転し、さらには、回転シャフト（61）に固定されたロータ（80）が回転する。ロータ（80）が回転すると、回転磁界が発生し、ステータ（81）の固定子コイル（81b）に誘導電圧が生じる。こうして、タービン発電機（2）は電力を発生する。

なお、タービン羽根車（62）の羽根部（64,64,…）に衝突した冷媒は、ケーシング（20）の流出部（27）からケーシング（20）外へ流出して蒸発器（14）へ流れていく。蒸発器（14）は、冷媒を蒸発させ、蒸発した冷媒は回転式圧縮機（12a）に吸入される。このように、冷凍装置（1）は、冷媒回路（10）において冷媒を循環させて蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行う。そして、この冷凍装置（1）では、タービン発電機（2）が発電した電力は、回転式圧縮機（12a）の電動機（12b）に供給される。すなわち、冷凍装置（1）では、冷媒回路（10）を循環する冷媒の運動エネルギが電力に変換されて回収されるのである。

《本実施形態における効果》
以上のように、本実施形態によれば、オスターミナル（50）と発電機構（8）とを結線する必要がないので、ケーシング本体部（21）の底部（24）と発電機構（8）との間に、結線を行うための空間を設ける必要がない。それゆえ、ケーシング本体部（21）の底部（24）と発電機構（8）との間の空間の大きさを低減して、タービン発電機（2）（回転機械）の小型化を図ることが可能になる。

また、従来のタービン発電機のケーシングのように、電気ターミナルに電気配線を結線した後に胴部と上部壁とを溶接する必要がない。例えば、前記電気配線の結線後に胴部と上部壁とを溶接する構造のケーシングでは、溶接時の熱が電気ターミナルに悪影響を及ぼさないように、その溶接部分と電気ターミナルとの間隔を一定以上確保する必要がある。例えば、電気ターミナルにおいてガラス製絶縁材が使用されている場合には、そのガラス製絶縁材が溶接の熱で溶けないように前記間隔を確保する必要がある。これに対し、本実施形態では、このような溶接時の熱の影響を考慮する必要がなく、この点からもタービン発電機（2）の小型化を図ることが可能になる。

また、例えば、底部（24）と胴部（22）を溶接する構造のケーシング本体部（21）では、溶接によるケーシング本体部（21）の歪を考慮して、発電機構（8）と溶接部分との間隔を一定以上確保する必要がある。これに対し、本実施形態では、このような溶接時の熱の影響を考慮して前記間隔を確保する必要がない。それゆえ、この点からもタービン発電機（2）のさらなる小型化を図ることが可能になるのである。

また、ケーシング本体部（21）の製造に絞り加工（深絞り加工）を採用することで、底部（24）と胴部（22）を溶接などにより接合する工程を省略でき、コストの低減が可能になる。

また、本実施形態では、隔壁部（91）によって電気配線（95）とロータ（80）との接触を確実に防止することが可能になる。それゆえ、このタービン発電機（2）では、電気配線（95）とロータ（80）との干渉防止のためのスペースを低減できる。すなわち、タービン発電機（2）のさらなる小型化を図ることが可能になる。

また、この冷凍装置（1）では、タービン（6）によって、冷媒の運動エネルギを電力として回収することが可能になる。

《その他の実施形態》
なお、本発明に係る回転機械は、前記のタービン発電機（2）の他にも、密閉構造の容器（例えば圧力容器）に回転電機（8）が収容される構造の回転機械に対して適用できる。一例としては、圧縮機構（12）への応用が挙げられる。具体的には、タービン発電機（2）の代わりに電動機（12b）、タービン（6）の代わりに回転式圧縮機（12a）をそれぞれ用いてメカアセンブリ（40）を構成する。また、圧縮機構（12）の圧力容器（12c）の本体部には、オスターミナル（50）を設けておく。そして、メカアセンブリ（40）を、圧縮機構（12）のケーシング本体部に収容する。このようにすることで、圧縮機構（12）の小型化が可能になり、延いては冷凍装置（1）の小型化も可能になる。

また、オスターミナル（50）の電極ピン（52）とメスターミナル（9）のメス側コネクタ部（94）の関係は入れ替えてもよい。すなわち、メカアセンブリ（40）側に電極ピン（52）を設け、ケーシング本体部（21）側にメス側コネクタ部（94）を設けるようにしてもよい。

また、ノズル（31）の構成も例示である。前記のラバルノズルの他にも、例えばいわゆるストレートノズルなどを採用できる。

また、回転電機（8）には、前記のようにステータ（81）と配線接続するものの他に、例えばブラシなどを介してロータ（80）と配線接続する構造のものも採用できる。

また、メカアセンブリ（40）には、さらに円筒状の部材を設け、この円筒状の部材に、上部ハウジング（70）、発電機構（8）、下部ハウジング（72）、タービン（6）等を順次挿入して組み付けるようにしてもよい。そして、前記第２の工程で、この円筒状の部材をケーシング本体部（21）に挿入する。こうすることで、発電機構（8）やタービン（6）等を容易に一体化することが可能になる。

本発明は、回転子及び固定子を有した回転電機を備えた回転機械、及びその回転機械を用いた冷凍装置として有用である。

本発明の実施形態に係るタービン発電機（2）の構成を模式的に示す縦断面図である。 タービン発電機（2）が用いられる冷凍装置の一例である冷凍装置（1）における冷媒回路（10）の全体構成を示す配管図である。 タービン発電機（2）からノズルパーツ（30）を取り除いた状態を模式的に示す縦断面図である。 ノズルパーツ（30）の構造を模式的に示す断面図である。 タービン発電機（2）の構成を模式的に示す横断面図である。

１ 冷凍装置
２ タービン発電機
６ タービン
８ 発電機構(回転電機)
９ メスターミナル(第２電気ターミナル)
１０ 冷媒回路
１２ａ 回転式圧縮機
１２ｂ 電動機
２１ ケーシング本体部(有底容器)
２４ 底部
４０ メカアセンブリ
５０ オスターミナル(第１電気ターミナル)
７０ 上部ハウジング
８０ ロータ(回転子)
８１ ステータ(固定子)
９１ 隔壁部
９４ 電極ピン(接続部)
９５ 電気配線

Claims (7)

1. 回転子（80）及び固定子（81）を有した回転電機（8）を備えた回転機械であって、
   有底容器（21）と、
   前記有底容器（21）の底部（24）に固定された第１電気ターミナル（50）と、
   前記回転電機（8）を含み、前記有底容器（21）に収容されるメカアセンブリ（40）と、
   を備え、
   前記メカアセンブリ（40）は、該メカアセンブリ（40）の端に固定され、前記回転子（80）及び前記固定子（81）の少なくとも一方と電気的に接続された第２電気ターミナル（9）をさらに備え、
   前記第２電気ターミナル（9）は、前記メカアセンブリ（40）が前記有底容器（21）内に収容された状態で前記第１電気ターミナル（50）に係合して該第１電気ターミナル（50）と電気的に接続される接続部（94）を有していることを特徴とする回転機械。
2. 請求項１の回転機械において、
   前記有底容器（21）は、絞り加工により形成されたことを特徴とする回転機械。
3. 請求項１又は請求項２の回転機械において、
   前記回転子（80）及び前記固定子（81）の少なくとも一方と前記第２電気ターミナル（9）とを電気的に接続する電気配線（95）をさらに備え、
   前記第２電気ターミナル（9）は、前記回転子（80）と前記電気配線（95）とを隔てる隔壁部（91）を備えていることを特徴とする回転機械。
4. 請求項１から請求項３のうちの何れか１つの回転機械において、
   流体の運動エネルギにより回転するタービン（6）をさらに備え、
   前記回転電機（8）は、前記タービン（6）を駆動源とする発電機構（8）として構成されていることを特徴とする回転機械。
5. 冷媒回路（10）において冷媒を循環させて蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行う冷凍装置であって、
   前記冷媒回路（10）は、請求項４の回転機械を備え、
   前記タービン（6）は、前記冷媒回路（10）に接続されて前記冷媒の運動エネルギにより回転することを特徴とする冷凍装置。
6. 請求項１から請求項３のうちの何れか１つの回転機械において、
   流体を吸入して圧縮する回転式圧縮機（12a）をさらに備え、
   前記回転電機（8）は、前記回転式圧縮機（12a）を駆動する電動機（12b）として構成されていることを特徴とする回転機械。
7. 冷媒回路（10）において冷媒を循環させて蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行う冷凍装置であって、
   前記冷媒回路（10）は、請求項６の回転機械を備えていることを特徴とする冷凍装置。

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