JP2007077829A - 圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】 インペラが延在している方向の寸法が小さくて、コンパクトな圧縮機を提供すること。
【解決手段】 ケース１の内面から突出する固定軸２の径方向の外方にインペラ３を配置する。インペラ３の大径側の端面にマグネットロータ７を固定すると共に、ケース１に対して相対移動不可でかつマグネットロータ７に対してインペラ３の軸方向に対向するようにステータ８を固定する。ステータ８に対してマグネットロータ７を回転駆動することにより、固定軸２に対してインペラ３を回転駆動する。固定軸２とインペラ３との間に、インペラ３を固定軸２の外周面に対して回転自在に支持する動圧軸受４,４を配置すると共に、インペラ３の大径側の端面とケース１との間に、インペラ３をそのインペラ３の軸方向に支持する動圧軸受６を配置する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、圧縮機に関する。

従来、圧縮機としては、特開２００２−１７４１９９号公報（特許文献１）に記載されているものがある。この圧縮機は、回転軸の一方の端面に、その端面の中央から突出する円柱状の取付部が形成されており、この取付部にインペラが固定されている。また、上記回転軸の外周側に、ロータが固定されると共に、上記回転軸を覆っているケースにおける上記ロータに対して上記回転軸の径方向に対向する位置にステータが固定されている。この圧縮機は、上記ロータを上記ステータに対して回転させることにより、上記回転軸および上記インペラを回転駆動するようになっており、上記回転軸および上記インペラが回動している状態で、上記インペラにエアを送り込んで、上記インペラに送り込んだエアを圧縮するようになっている。

しかしながら、上記従来の圧縮機では、回転軸の一方の端面の中央から突出する円柱状の取付部にインペラを固定するようになっているので、圧縮機の軸方向の寸法が、回転軸の軸方向の寸法と、上記インペラの軸方向の寸法とを足した寸法以上になって、圧縮機の軸方向の寸法を、回転軸の軸方向の寸法と、インペラの軸方向の寸法とを足した寸法よりも小さくすることができず、圧縮機のコンパクト化に限界があるという問題がある。
特開２００２−１７４１９９号公報

そこで、本発明の課題は、インペラが延在している方向の寸法が小さくて、コンパクトな圧縮機を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の圧縮機は、
圧縮前のエアが流入する流入口と、圧縮後のエアを排出する排出口とを有するケースと、
上記ケース内に配置された固定軸と、
上記ケース内に配置されると共に、上記固定軸に軸受を介して回転自在に嵌合されたインペラと、
上記インペラの軸方向の端面に固定されたロータと、このロータに対して上記軸方向に対向配置されたステータとを有し、上記インペラを回転駆動するアキシャルモータと、
を備えることを特徴としている。

本発明によれば、環状のインペラを固定軸の径方向の外方に配置し、上記インペラの軸方向の端面に固定されているロータを、このロータに対して上記インペラの軸方向に対向配置されたステータに対して回転駆動することによって、上記インペラを固定軸に対して回転駆動するようになっているので、上記従来の圧縮機のインペラと軸（回転軸）との配置と異なり、インペラと軸（固定軸）とを、インペラの延在方向の略同じ箇所に配置できる。したがって、圧縮機のインペラの延在方向の寸法を、略軸の軸方向の寸法分だけ低減できるので、圧縮機におけるインペラの延在方向の寸法を、インペラの軸方向の寸法程度まで格段に低減できる。

また、本発明によれば、圧縮機におけるインペラの延在方向の寸法を低減できるので、圧縮機を安定させることができる。したがって、インペラを高速回転させることができる。

また、一実施形態の圧縮機は、上記軸受が、上記インペラの内周面と上記固定軸の外周面とのうちの少なくとも一方に形成された動圧発生溝を有する動圧軸受である。

また、一実施形態の圧縮機は、上記軸受が、上記インペラで加圧されたエアの一部を利用した静圧軸受である。

上記実施形態によれば、上記軸受が、上記インペラで加圧されたエアの一部を利用した静圧軸受であるので、エアをオイルミストで汚染することなく圧縮できる。

また、一実施形態の圧縮機は、上記インペラの上記軸方向の位置を位置決めするアキシャル支持装置を備える。

上記実施形態によれば、上記インペラを上記軸方向に支持できて、上記インペラの上記軸方向の位置を位置決めできる。

本発明の圧縮機によれば、環状のインペラを固定軸の径方向の外方に配置し、インペラの軸方向の端面に固定されているロータを、このロータに対してインペラの軸方向に対向配置されたステータに対して回転駆動することによって、インペラを固定軸に対して回転駆動するようになっているので、圧縮機のインペラの延在方向の寸法を、インペラの軸方向の寸法程度まで格段に低減できる。

以下、本発明を図示の形態により詳細に説明する。

図１は、本発明の第１実施形態の圧縮機の軸方向の模式断面図である。

この圧縮機は、略断面矩形状のケース１と、ケース１の長手方向の内面の略中央からケース１の幅方向に略平行な方向に延在する円柱形状の固定軸２と、この固定軸２の径方向の外方に配置された環状のインペラ３と、このインペラ３を固定軸２の外周面に対して回動自在に支持する軸受の一例としての動圧軸受４と、インペラを回転駆動するアキシャルモータ５と、アキシャル支持装置の一例としての動圧軸受６とを備える。

上記ケース１は、圧縮前のエアが流入する流入口２７および圧縮後のエアを排出する排出口２８を有している。上記動圧軸受４は、インペラ３の軸方向（インペラ３が延在している方向）に離間された状態で、固定軸２とインペラ３との間の２箇所に設けられている。各動圧軸受４は、インペラ３の内周面に形成されたヘリングボーン型の動圧発生溝１０と、その動圧発生溝１０にインペラ３の径方向に対向する固定軸２の外周面部分とからなっている。この動圧軸受４は、インペラ３の回転を利用して動圧発生溝１０に作動流体としてのエアを集め、集められたエアのポンピング作用で動圧を発生させて、固定軸２の外周面に対してインペラ３を浮上させるようになっている。

上記アキシャルモータ５は、インペラ３の軸方向の大径型の端面に埋め込み固定された環状のマグネットロータ７と、マグネットロータ７に対してインペラ３の軸方向に対向するように配置されたステータ８とを有している。上記マグネットロータ７は、永久磁石が組み込まれた構造になっている。上記ステータ８は、ケース１における固定軸２が突出している部分の周辺に形成された環状の凹部１１に収容されている。上記ステータ８は、固定軸２に周方向に等間隔毎に配置された複数の磁場発生部２０を有し、各磁場発生部２０は、固定軸２の外周面に連なる柱部２２と、この柱部２２に連なると共に、コイルが巻き付けられている本体部２３とを有している。各磁場発生部２０に巻き付けかれているコイルに周波数および大きさが制御された交流電流を導通するようになっており、磁力線の向きおよび大きさを、変えることができるようになっている。各磁場発生部２０の本体部２３に巻き付けられているコイルに流す交流電流は、マイコン等で構成される制御部（図示しない）によって制御されている。交流モータの原理、すなわち、ステータ８によって生成された回転磁界に、マグネットロータ７の上記永久磁石を引きつけて、ステータ８に対してマグネットロータ７を回転させるようになっている。そして、ステータ８に対するマグネットロータ７の回転に起因して、固定部２に対してインペラ３を回転駆動するようになっている。

上記動圧軸受６は、ケース１の内面における凹部１１の径方向外方に設けられたヘリングボーン型の環状の動圧発生溝１２と、この動圧発生溝１２に軸方向に対向するインペラ３の大径端面部分とからなっている。この動圧軸受６は、インペラ３の回転を利用して動圧発生溝１２に作動流体としてのエアを集め、集められたエアのポンピング作用で動圧を発生させて、ケース１の内面に対してインペラ３を軸方向に浮上させるようになっている。

上記構成において、この圧縮機は、ステータ８に対してマグネットロータ７を回転させて、固定軸２に対してインペラ３を回転駆動した上で、流入口２７を介してケース１内に流入した圧縮前のエアを、インペラ３の小径側からインペラ３の大径側に矢印ａに示す方向に流して、エアを圧縮するようになっており、圧縮したエアを排出口２８を通じて排出するようになっている。

上記第１実施形態の圧縮機によれば、環状のインペラ３を固定軸２の径方向の外方に配置し、インペラ３の大径側の端面に固定されているマグネットロータ７を、このマグネットロータ７に対してインペラ３の軸方向に対向配置されたステータ８に対して回転駆動することによって、インペラ３を固定軸２に対して回転駆動するようになっているので、上記従来の圧縮機のインペラと軸（回転軸）との配置と異なり、インペラ３と軸（固定軸２）とを、インペラ３の延在方向の略同じ箇所に配置できる。したがって、圧縮機のインペラ３の延在方向の寸法を、インペラ３の軸方向の寸法程度まで格段に低減できる。

また、上記第１実施形態の圧縮機によれば、インペラ３の延在方向の寸法を格段に低減できるので、圧縮機を安定させることができる。したがって、インペラ３を高速回転させることができる。

尚、上記第１実施形態の圧縮機では、羽根の径方向の寸法が軸方向の位置によって変動し、羽根の径方向の寸法が一定でないインペラ３を採用したが、この発明では、羽根の径方向の寸法が軸方向の位置によって変動せず、羽根の径方向の寸法が一定であるインペラを採用しても良い。また、上記第１実施形態の圧縮機では、円柱形状の固定軸２を採用したが、この発明では、円筒形状の固定軸等、円柱形状以外の形状の固定軸を採用しても良い。

また、上記第１実施形態の圧縮機では、動圧軸受４,６の動圧発生溝１０,１２としてヘリングボーン型の動圧発生溝を採用したが、この発明では、インペラを固定軸の外周面に対して回転自在に支持する動圧軸受の動圧発生溝としてスパイラル型の動圧発生溝等、ヘリングボーン型の動圧発生溝以外の動圧発生溝を採用しても良く、また、インペラをインペラの軸方向に支持するアキシャル動圧軸受の動圧発生溝としてスパイラル型の動圧発生溝等、ヘリングボーン型の動圧発生溝以外の動圧発生溝を採用しても良い。

また、上記第１実施形態の圧縮機では、動圧軸受４の動圧発生溝１０を、インペラ３の内周面に形成したが、インペラを固定軸の外周面に対して回転自在に支持する動圧軸受の動圧発生溝は、インペラの内周面と固定軸の外周面のうちの少なくとも一方に設ければ良い。また、上記第１実施形態の圧縮機では、動圧軸受６の動圧発生溝１２を、ケース１の内面に形成したが、インペラをインペラの軸方向に支持するアキシャル動圧軸受の動圧発生溝は、ケースの内面とインペラの大径端面のうちの少なくとも一方に設ければ良い。

また、上記第１実施形態の圧縮機では、インペラ３を固定軸２の外周面に対して回転自在に支持する軸受を、軸方向に離間配置された２つの動圧軸受４,４で構成したが、この発明では、インペラを固定軸の外周面に対して回転自在に支持する軸受を、１つの軸受または３つ以上の軸受で構成しても良い。

また、上記第１実施形態の圧縮機では、インペラ３を固定軸２の外周面に対して回転自在に支持する軸受として、動圧軸受を採用したが、この発明では、インペラを固定軸の外周面に対して回転自在に支持する軸受として、単列または複列のアンギュラ玉軸受やころ軸受等の転がり軸受を採用しても良い。また、インペラを固定軸の外周面に対して回転自在に支持する軸受として、磁力を用いる磁気軸受を採用しても良い。

また、上記第１実施形態の圧縮機では、アキシャル支持装置として、動圧軸受６を採用したが、この発明では、アキシャル支持装置を、インペラの大径端面とケースの内面の夫々に固定された永久磁石で構成しても良く、これら永久磁石の反発力を利用してインペラをケースに対して浮上させるようにしても良い。また、アキシャル支持装置として、スラスト玉軸受等のアキシャル支持用の転がり軸受を採用しても良く、アキシャルモータにアキシャル支持装置を兼用させても良い。アキシャルモータにアキシャル支持装置を兼用させる場合、ステータの回転磁界を適宜調整して、ステータに対してマグネットロータを回転させると同時に、ステータに対してマグネットロータを浮上させるようにする。

また、インペラを固定軸の外周面に対して回転自在に支持する軸受と、アキシャル支持装置とのうちの少なくとも一方として、静圧軸受（空気軸受）を採用しても良い。図２は、インペラ３を固定軸１０２の外周面に対して回転自在に支持する軸受として静圧軸受３３,３４を採用した本発明の第２実施形態の圧縮機の軸方向の模式断面図である。以下に図２を用いて、本発明の第２実施形態の圧縮機を説明する。

尚、第２実施形態の圧縮機では、第１実施形態の圧縮機の構成部と同一構成部には同一参照番号を付して説明を省略することにする。また、第２実施形態の圧縮機では、第１実施形態の圧縮機と共通の作用効果および変形例については説明を省略することにし、第１実施形態の圧縮機と異なる構成、作用効果および変形例についてのみ説明を行うことにする。

この圧縮機のケース１０１内には、エア通路３０,３１,３２が形成されている。また、固定軸２の外周面とインペラ３の内周面との間におけるインペラ３の大径側には、静圧軸受３３が形成され、固定軸２の外周面とインペラ３の内周面との間におけるインペラ３の小径側には、静圧軸受３４が形成されている。

図２に示すように、上記エア通路３０は、ケース１０１内のインペラ３の後段の圧縮後（加圧後）のエアの存在領域に開口している。上記エア通路３０は、ケース１０１の壁の内部を、ケース１０１の長手方向（インペラ３が延在している方向に略垂直な方向）に延びた後、略９０度屈曲して固定軸１０２の中心軸付近をその中心軸に略平行に延びている。また、上記エア通路３１は、固定軸１０２の径方向に延び、エア通路３０と固定軸１０２の軸方向の外方の第１領域との間を連通しており、エア通路３２は、固定軸１０２の径方向に延び、エア通路３０と固定軸１０２の軸方向の外方の第２領域との間を連通している。上記静圧軸受３３は、エア通路３１からの圧縮後のエアを利用してインペラ３を固定軸１０２に対して浮上させるようになっている一方、静圧軸受３４は、エア通路３２からの圧縮後のエアを利用してインペラ３を固定軸１０２に対して浮上させるようになっている。

上記第２実施形態の圧縮機によれば、インペラ３を固定軸１０２の外周面に対して回転自在に支持する軸受として、静圧軸受（空気軸受）３３および３４を採用しているので、エアをオイルミストで汚染することなく圧縮できる。

尚、上記第２実施形態の圧縮機では、アキシャル支持装置として、動圧軸受６を採用した。しかしながら、アキシャル支持装置も、静圧軸受で構成しても良い。すなわち、インペラの大径端面とケースの内面との間に、インペラで加圧された圧縮後のエアの一部を吹き込んで、空気圧でインペラをケースに対して軸方向に浮上させるようにしても良い。

本発明の第１実施形態の圧縮機の軸方向の模式断面図である。 本発明の第２実施形態の圧縮機の軸方向の模式断面図である。

符号の説明

１,１０１ ケース
２,１０２ 固定軸
３ インペラ
４,６ 動圧軸受
５ アキシャルモータ
７ マグネットロータ
８ ステータ
１０,１２ 動圧発生溝
２７ 流入口
２８ 排出口
３３,３４ 静圧軸受

Claims (4)

1. 圧縮前のエアが流入する流入口と、圧縮後のエアを排出する排出口とを有するケースと、
   上記ケース内に配置された固定軸と、
   上記ケース内に配置されると共に、上記固定軸に軸受を介して回転自在に嵌合されたインペラと、
   上記インペラの軸方向の端面に固定されたロータと、このロータに対して上記軸方向に対向配置されたステータとを有し、上記インペラを回転駆動するアキシャルモータと、
   を備えることを特徴とする圧縮機。
2. 請求項１に記載の圧縮機において、
   上記軸受は、上記インペラの内周面と上記固定軸の外周面とのうちの少なくとも一方に形成された動圧発生溝を有する動圧軸受であることを特徴とする圧縮機。
3. 請求項１に記載の圧縮機において、
   上記軸受は、上記インペラで加圧されたエアの一部を利用した静圧軸受であることを特徴とする圧縮機。
4. 請求項１乃至３のいずれか１つに記載の圧縮機において、
   上記インペラの上記軸方向の位置を位置決めするアキシャル支持装置を備えることを特徴とする圧縮機。

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