JP2010283920A - Rotor structure - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To satisfactorily suppress generation of eddy currents in internal permanent magnets, and to improve the manufacturing workability. <P>SOLUTION: Rotor structure 10 includes the cylindrical permanent magnet 26; a first protective ring 28 for preventing scattering of the permanent magnet while being provided on the outer periphery of the permanent magnet 26; and a second protective ring 30 that is provided on the outer periphery of the first protective ring 28 and has thermal conductivity and electrical conductivity higher than those of the first protective ring 28. Then, a plurality of grooves 32 are formed in a peripheral direction on the outer periphery of the second protective ring 30, thus a recessed and projected part is provided along an axial direction. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、円環状に配置されるステータの内周側に設けられ、前記ステータに巻回された巻線に通電することにより回転するロータ構造に関する。   The present invention relates to a rotor structure that is provided on the inner peripheral side of a ring-shaped stator and rotates by energizing a winding wound around the stator.

一般的に、圧縮空気を効率的に供給するために、遠心圧縮機が採用されている。例えば、エンジンに圧縮空気を供給する補機として、あるいは、燃料電池に酸化剤ガスである圧縮空気を供給する補機として、利用されている。   In general, a centrifugal compressor is employed to efficiently supply compressed air. For example, it is used as an auxiliary machine that supplies compressed air to an engine or as an auxiliary machine that supplies compressed air that is an oxidant gas to a fuel cell.

この種の遠心圧縮機では、円環状に配置されたステータの内周側に、永久磁石を有するロータが設けられており、前記ステータに巻回された巻線に通電することにより、前記ロータが回転されるように構成されている。   In this type of centrifugal compressor, a rotor having a permanent magnet is provided on the inner peripheral side of an annularly arranged stator, and the rotor is energized by energizing the winding wound around the stator. It is configured to be rotated.

近年、ロータを高速回転させることが望まれている。その際、高速回転するロータを支持する軸受として、比較的簡単な構成で回転精度が得られるとともに、非接触で摩耗が抑制されることから、気体軸受や磁気軸受が採用されている。   In recent years, it has been desired to rotate the rotor at a high speed. At that time, gas bearings and magnetic bearings are employed as bearings for supporting a rotor that rotates at high speed, because rotational accuracy is obtained with a relatively simple configuration and wear is suppressed in a non-contact manner.

ところが、ロータを高速回転させると、このロータに配置されている永久磁石に大きな遠心力が作用するとともに、渦電流によりロータが発熱し、この熱が前記永久磁石に伝導することにより該永久磁石が減磁するという問題がある。特に、非接触の気体軸受や磁気軸受では、伝熱され難く、発熱による影響が著しい。   However, when the rotor is rotated at a high speed, a large centrifugal force acts on the permanent magnet disposed in the rotor, and the rotor generates heat due to eddy current, and this heat is conducted to the permanent magnet, thereby causing the permanent magnet to move. There is a problem of demagnetization. In particular, non-contact gas bearings and magnetic bearings are less susceptible to heat transfer and are greatly affected by heat generation.

そこで、例えば、特許文献1に開示されている回転機械が知られている。この回転機械を構成するロータは、図6に示すように、中心部の金属製のシャフト1の外周には、永久磁石2が冷やし嵌めにより固定されている。   Therefore, for example, a rotating machine disclosed in Patent Document 1 is known. As shown in FIG. 6, the rotor constituting the rotating machine has a permanent magnet 2 fixed to the outer periphery of a metal shaft 1 at the center by a cold fit.

永久磁石2の外周には、インコネル(スペシャルメタル社の商品名)からなる保護環3が設けられるとともに、前記保護環3の外周には、軸方向に等間隔で且つ周方向に複数の溝4が設けられている。この溝4には、カーボン繊維等からなる非導電性皮膜を巻き付けた保護層5が設けられている。   A protective ring 3 made of Inconel (trade name of Special Metal Co., Ltd.) is provided on the outer periphery of the permanent magnet 2, and a plurality of grooves 4 are provided on the outer periphery of the protective ring 3 at equal intervals in the axial direction and in the circumferential direction. Is provided. The groove 4 is provided with a protective layer 5 around which a nonconductive film made of carbon fiber or the like is wound.

これにより、インコネルからなる保護環3は、溝4の部分が薄くなるため、渦電流損が少なくなる一方、インコネルからなる保護環3がロータの表面に露出するため、放熱性がよくなる、としている。   As a result, the protective ring 3 made of Inconel is reduced in eddy current loss because the portion of the groove 4 is thin, while the protective ring 3 made of Inconel is exposed on the surface of the rotor, so that heat dissipation is improved. .

特開2008−219965号公報JP 2008-219965 A

しかしながら、上記の特許文献1では、保護環3の厚さを減少させ得るものの、前記保護環3の内部に配設されている永久磁石2への磁束浸透を抑制することができない。これにより、永久磁石2における渦電流損失が増大するという問題がある。   However, in Patent Document 1 described above, although the thickness of the protective ring 3 can be reduced, the penetration of magnetic flux into the permanent magnet 2 arranged inside the protective ring 3 cannot be suppressed. Thereby, there exists a problem that the eddy current loss in the permanent magnet 2 increases.

しかも、保護環3は、インコネル等の熱伝導率の低い材質で構成されるため、永久磁石2での発熱を周囲に放出させることが困難になる。さらに、インコネルは、強度が高いため、保護環3の外周に複数の溝4を形成する切削作業に時間がかかり、製造作業性が低下するという問題がある。   Moreover, since the protective ring 3 is made of a material having low thermal conductivity such as Inconel, it is difficult to release the heat generated by the permanent magnet 2 to the surroundings. Furthermore, since Inconel has high strength, it takes time to perform the cutting work for forming the plurality of grooves 4 on the outer periphery of the protective ring 3, and there is a problem that the manufacturing workability is lowered.

本発明はこの種の課題を解決するものであり、内部の永久磁石に渦電流が発生することを良好に抑制するとともに、製造作業性の向上を図ることが可能なロータ構造を提供することを目的とする。   The present invention solves this type of problem, and provides a rotor structure capable of satisfactorily suppressing the generation of eddy currents in an internal permanent magnet and improving manufacturing workability. Objective.

本発明は、円環状に配置されるステータの内周側に設けられ、前記ステータに巻回された巻線に通電することにより回転するロータ構造に関するものである。   The present invention relates to a rotor structure which is provided on the inner peripheral side of a stator arranged in an annular shape and rotates by energizing a winding wound around the stator.

このロータ構造は、円筒状の永久磁石と、前記永久磁石の外周に設けられる永久磁石飛散防止用の第1保護環と、前記第1保護環の外周に設けられ、該第1保護環よりも熱伝導率及び導電率の高い第2保護環とを備えている。そして、第2保護環の外周には、周方向に複数の溝部が形成されることにより、軸方向に沿って凹凸部が設けられている。   The rotor structure is provided with a cylindrical permanent magnet, a first protective ring for preventing permanent magnet scattering provided on the outer periphery of the permanent magnet, and an outer periphery of the first protective ring. A second protective ring having high thermal conductivity and high electrical conductivity. And the uneven | corrugated | grooved part is provided in the outer periphery of the 2nd protection ring along the axial direction by forming the some groove part in the circumferential direction.

また、このロータ構造は、ステータと第2保護環との間には、冷媒用流通路が形成されることが好ましい。   In the rotor structure, a refrigerant flow passage is preferably formed between the stator and the second protective ring.

さらに、このロータ構造は、第1保護環の端面には、外周側に円環状に突出する段差部が形成されるとともに、前記段差部は、ステータの端部に対応する位置から軸方向外方に突出する一方、第2保護環には、径方向に前記段差部に対応する部位に、冷媒の流れ方向に沿って傾斜するガイド面を有する凸部が設けられることが好ましい。   Further, in this rotor structure, a stepped portion projecting in an annular shape is formed on the outer peripheral side on the end face of the first protective ring, and the stepped portion is axially outward from a position corresponding to the end of the stator. On the other hand, the second protective ring is preferably provided with a convex portion having a guide surface that is inclined along the flow direction of the refrigerant at a portion corresponding to the step portion in the radial direction.

さらにまた、このロータ構造は、少なくとも一端にインペラを備えた遠心圧縮機に組み込まれることが好ましい。   Furthermore, this rotor structure is preferably incorporated into a centrifugal compressor having an impeller at least at one end.

また、第2保護環の端部は、伝熱部材を介してインペラに接続されることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the edge part of a 2nd protection ring is connected to an impeller through a heat-transfer member.

さらに、伝熱部材は、エアベアリングに回転自在に支持されるベアリングシャフトであることが好ましい。   Furthermore, the heat transfer member is preferably a bearing shaft that is rotatably supported by an air bearing.

さらにまた、インペラとベアリングシャフトと第1及び第2保護環とは、それぞれの端面を接触させてタイシャフトにより一体に軸方向に拘束されることが好ましい。   Furthermore, it is preferable that the impeller, the bearing shaft, and the first and second protection rings are constrained in the axial direction integrally by the tie shaft with their respective end faces in contact.

本発明では、ロータ構造の最外周に、熱伝導率及び導電率の高い第2保護環が設けられている。このため、第2保護環に集中して渦電流が発生し易くなるとともに、前記第2保護環の外周に設けられた溝部により、該第2保護環の渦電流損失の低減が図られる。   In the present invention, the second protective ring having high thermal conductivity and high conductivity is provided on the outermost periphery of the rotor structure. For this reason, it becomes easy to generate an eddy current concentrated on the second protection ring, and the groove provided on the outer periphery of the second protection ring can reduce the eddy current loss of the second protection ring.

しかも、第2保護環は、電磁波遮断環として機能するため、ロータ構造の内部に配設された永久磁石への磁束浸透が抑制され、前記永久磁石に渦電流損失が発生することを良好に抑制することができる。これにより、ロータ構造の内部は、渦電流損失による発熱が抑制され、高速回転化が容易に遂行可能になる。   In addition, since the second protection ring functions as an electromagnetic wave blocking ring, the penetration of magnetic flux into the permanent magnet disposed inside the rotor structure is suppressed, and the occurrence of eddy current loss in the permanent magnet is well suppressed. can do. Thus, heat generation due to eddy current loss is suppressed inside the rotor structure, and high-speed rotation can be easily performed.

さらに、第2保護環には、切削性に優れる材料を用いることができる。従って、第2保護環の外周に複数の溝部を形成する切削作業は、例えば、インコネルの切削作業に比べて切削時間が大幅に短縮されて作業性が一挙に向上する。   Furthermore, a material having excellent machinability can be used for the second protective ring. Therefore, in the cutting operation for forming the plurality of grooves on the outer periphery of the second protective ring, for example, the cutting time is significantly shortened compared to the cutting operation of Inconel, and the workability is improved at a stroke.

本発明の第1の実施形態に係るロータ構造が適用される電動遠心圧縮機の断面説明図である。It is a section explanatory view of the electric centrifugal compressor to which the rotor structure concerning a 1st embodiment of the present invention is applied. 前記ロータ構造の一部断面斜視説明図である。It is a partial cross section perspective explanatory view of the rotor structure. 前記ロータ構造の断面説明図である。It is a cross-sectional explanatory view of the rotor structure. 本発明の第2の実施形態に係るロータ構造の概略斜視説明図である。It is a schematic perspective explanatory drawing of the rotor structure which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係るロータ構造の概略斜視説明図である。It is a schematic perspective explanatory drawing of the rotor structure which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 特許文献1に開示されている回転機械を構成するロータの断面説明図である。It is a section explanatory view of the rotor which constitutes the rotary machine currently indicated by patent documents 1.

図1に示すように、本発明の第1の実施形態に係るロータ構造10が適用される電動遠心圧縮機12は、ケーシング14を備え、このケーシング14内には、円環状のステータ16が巻線18を巻回した状態で装着される。   As shown in FIG. 1, the electric centrifugal compressor 12 to which the rotor structure 10 according to the first embodiment of the present invention is applied includes a casing 14, and an annular stator 16 is wound in the casing 14. The wire 18 is mounted in a wound state.

ステータ16の外周側には、複数の冷却水流路20が形成される。ステータ16の内周側には、巻線18に通電することにより回転する第1の実施形態に係るロータ構造10が設けられる。ケーシング14の一端部には、スクロール22が取り付けられるとともに、前記スクロール22の略中央側には、インペラ24が回転自在に配設される。   A plurality of cooling water flow paths 20 are formed on the outer peripheral side of the stator 16. The rotor structure 10 according to the first embodiment that rotates by energizing the winding 18 is provided on the inner peripheral side of the stator 16. A scroll 22 is attached to one end of the casing 14, and an impeller 24 is rotatably disposed substantially at the center of the scroll 22.

ロータ構造10は、図2及び図3に示すように、円筒状の永久磁石26と、前記永久磁石26の外周に設けられる永久磁石飛散防止用の第1保護環28と、前記第1保護環28の外周に設けられ、該第1保護環28よりも熱伝導率及び導電率の高い第2保護環30とを備える。   As shown in FIGS. 2 and 3, the rotor structure 10 includes a cylindrical permanent magnet 26, a first protective ring 28 for preventing permanent magnets scattered on the outer periphery of the permanent magnet 26, and the first protective ring. And a second protective ring 30 having higher thermal conductivity and higher conductivity than the first protective ring 28.

第1保護環28は、ニッケル基の超合金で構成され、例えば、インコネル(スペシャルメタル社の商品名)が用いられる。第2保護環30は、電磁波遮断機能を有しており、例えば、銅やアルミニウム等で構成される。第2保護環30の外周には、周方向に複数の溝部32が平行溝として形成されることにより、軸方向(矢印A方向)に沿って凹凸部が設けられる。   The first protective ring 28 is made of a nickel-based superalloy, and for example, Inconel (trade name of Special Metal) is used. The second protective ring 30 has an electromagnetic wave shielding function and is made of, for example, copper or aluminum. On the outer periphery of the second protective ring 30, a plurality of groove portions 32 are formed as parallel grooves in the circumferential direction, whereby uneven portions are provided along the axial direction (arrow A direction).

図3に示すように、第1保護環28の軸方向両端面には、外周側に円環状に突出する段差部28a、28bが形成される。段差部28a、28bは、ステータ16の端部に対応する位置から、すなわち、前記ステータ16の矢印A方向の幅寸法Hから、軸方向外方に突出する。   As shown in FIG. 3, stepped portions 28 a and 28 b projecting in an annular shape are formed on the outer peripheral side on both axial end surfaces of the first protective ring 28. The step portions 28 a and 28 b protrude outward in the axial direction from positions corresponding to the end portions of the stator 16, that is, from the width dimension H in the arrow A direction of the stator 16.

第2保護環30には、径方向(矢印B方向)に段差部28a、28bに対応する部位に、後述する冷媒の流れ方向に沿って傾斜するガイド面34a、34bを有する凸部36a、36bが設けられる。ガイド面34a、34bは、実質的に湾曲面を構成する。   The second protective ring 30 has convex portions 36a, 36b having guide surfaces 34a, 34b that are inclined along the refrigerant flow direction, which will be described later, at portions corresponding to the step portions 28a, 28b in the radial direction (arrow B direction). Is provided. The guide surfaces 34a and 34b substantially constitute curved surfaces.

ロータ構造10の軸方向両端には、第1保護環28の段差部28a、28bに嵌合(インロー)するベアリングシャフト(伝熱部材)38a、38bが連結される。ベアリングシャフト38a、38bは、第1及び第2保護環28、30の各端面に接触する一方、ケーシング14内に設けられたラジアルベアリング40a、40bに支持される。ラジアルベアリング40a、40bは、例えば、エアベアリング(又は磁気軸受)を構成する。   Bearing shafts (heat transfer members) 38 a and 38 b that are fitted (inlayed) to the step portions 28 a and 28 b of the first protective ring 28 are connected to both ends of the rotor structure 10 in the axial direction. The bearing shafts 38 a and 38 b are in contact with the end surfaces of the first and second protection rings 28 and 30, and are supported by radial bearings 40 a and 40 b provided in the casing 14. The radial bearings 40a and 40b constitute, for example, air bearings (or magnetic bearings).

図1に示すように、ベアリングシャフト38aには、フランジ部42が設けられるとともに、このフランジ部42は、スラストベアリング44に支持される。スラストベアリング44は、例えば、エアベアリング(又は磁気軸受)を構成する。   As shown in FIG. 1, the bearing shaft 38 a is provided with a flange portion 42, and the flange portion 42 is supported by a thrust bearing 44. The thrust bearing 44 constitutes an air bearing (or magnetic bearing), for example.

インペラ24、ベアリングシャフト38a、ロータ構造10及びベアリングシャフト38bは、それぞれの端面を接触させてタイシャフト46により一体に軸方向に拘束される。タイシャフト46は、インペラ24側の端部に大径部48が設けられる一方、ベアリングシャフト38b側には、固定部材52が取り付けられる。   The impeller 24, the bearing shaft 38a, the rotor structure 10, and the bearing shaft 38b are constrained in the axial direction integrally by the tie shaft 46 with their respective end surfaces in contact with each other. The tie shaft 46 is provided with a large diameter portion 48 at an end portion on the impeller 24 side, and a fixing member 52 is attached to the bearing shaft 38b side.

ケーシング14内には、ロータ構造10を構成する第2保護環30と巻線18(実質的には、ステータ16)との間に、冷媒用流通路54が形成される。この流通路54の入口側は、スクロール22に連通する冷却配管56に連通するとともに、前記冷却配管56には、インタークーラ58が配設される。流通路54は、ベアリングシャフト38b側に入口を有し、ベアリングシャフト38a側に出口を有する。   In the casing 14, a refrigerant flow passage 54 is formed between the second protection ring 30 constituting the rotor structure 10 and the winding 18 (substantially, the stator 16). The inlet side of the flow passage 54 communicates with a cooling pipe 56 that communicates with the scroll 22, and an intercooler 58 is disposed in the cooling pipe 56. The flow passage 54 has an inlet on the bearing shaft 38b side and an outlet on the bearing shaft 38a side.

なお、ロータ構造10では、第2保護環30の外周には、軸強度を担うためにカーボン系等の巻付構造物(補強材)を巻き付けてもよく、渦電流損によって発生した熱を両端のベアリングシャフト38a、38bに伝達させるための伝熱構造物を設けてもよい。   In the rotor structure 10, a carbon-based winding structure (reinforcing material) may be wound around the outer periphery of the second protective ring 30 in order to provide axial strength, and heat generated by eddy current loss is absorbed at both ends. A heat transfer structure for transmitting to the bearing shafts 38a and 38b may be provided.

このように構成される電動遠心圧縮機12の動作について、第1の実施形態に係るロータ構造10との関連で、以下に説明する。   The operation of the electric centrifugal compressor 12 configured as described above will be described below in relation to the rotor structure 10 according to the first embodiment.

先ず、電動機を構成する巻線18に通電することにより、ロータ構造10を構成する永久磁石26、第1保護環28及び第2保護環30は、タイシャフト46と一体に回転する。このため、タイシャフト46に保持されているインペラ24は、比較的高速で回転し、スクロール22を介して大気から空気の吸引が行われる。   First, by energizing the winding 18 constituting the electric motor, the permanent magnet 26, the first protection ring 28, and the second protection ring 30 constituting the rotor structure 10 rotate integrally with the tie shaft 46. For this reason, the impeller 24 held by the tie shaft 46 rotates at a relatively high speed, and air is sucked from the atmosphere via the scroll 22.

インペラ24により吸引された空気は、スクロール22により圧送され、例えば、図示しない燃料電池の酸化剤ガス供給系に送られる。燃料電池には、図示しない燃料ガス供給系から燃料ガス(水素ガス)が供給される。従って、カソード側に供給される空気とアノード側に供給される水素との反応により、発電が行われる。   The air sucked by the impeller 24 is pressure-fed by the scroll 22 and sent to, for example, an oxidant gas supply system of a fuel cell (not shown). Fuel gas (hydrogen gas) is supplied to the fuel cell from a fuel gas supply system (not shown). Therefore, power generation is performed by a reaction between air supplied to the cathode side and hydrogen supplied to the anode side.

スクロール22により吸引される圧縮空気の一部は、冷却配管56を通ってインタークーラ58で冷却された後、冷却風としてケーシング14内の流通路54に供給される。この流通路54を通過してロータ構造10を冷却した冷却風は、ベアリングシャフト38a側から排出される。   A part of the compressed air sucked by the scroll 22 is cooled by the intercooler 58 through the cooling pipe 56 and then supplied to the flow passage 54 in the casing 14 as cooling air. The cooling air that has cooled the rotor structure 10 through the flow passage 54 is discharged from the bearing shaft 38a side.

この場合、第1の実施形態では、ロータ構造10において、永久磁石26の外周に、永久磁石飛散防止用の第1保護環28が設けられるとともに、前記第1保護環28の外周に、該第1保護環28よりも熱伝導率及び導電率の高い第2保護環30が設けられている。このため、第2保護環30に渦電流が集中して発生し易くなるとともに、前記第2保護環30の外周に設けられた複数の溝部32により、該第2保護環30の渦電流損失の低減が図られるという効果が得られる。   In this case, in the first embodiment, in the rotor structure 10, a first protective ring 28 for preventing permanent magnets is provided on the outer periphery of the permanent magnet 26, and the first protective ring 28 is provided on the outer periphery of the first protective ring 28. A second protective ring 30 having higher thermal conductivity and higher conductivity than the first protective ring 28 is provided. For this reason, eddy currents are easily generated in the second protective ring 30 in a concentrated manner, and eddy current loss of the second protective ring 30 is reduced by the plurality of grooves 32 provided on the outer periphery of the second protective ring 30. The effect of reduction can be obtained.

しかも、第2保護環30は、電磁波遮断環として機能するため、ロータ構造10の内部に配設された永久磁石26への磁束浸透が抑制され、前記永久磁石26に渦電流損失が発生することを良好に抑制することができる。これにより、ロータ構造10の内部は、渦電流損失による発熱が抑制され、高速回転化が容易に遂行可能になる。   In addition, since the second protective ring 30 functions as an electromagnetic wave blocking ring, the penetration of magnetic flux into the permanent magnet 26 disposed inside the rotor structure 10 is suppressed, and eddy current loss occurs in the permanent magnet 26. Can be suppressed satisfactorily. As a result, heat generation due to eddy current loss is suppressed in the rotor structure 10, and high-speed rotation can be easily performed.

さらに、第2保護環30には、切削性に優れる材料、例えば、アルミニウムを用いることができる。従って、第2保護環30の外周に複数の溝部32を形成する切削作業は、インコネルの切削作業に比べて切削時間が大幅に短縮されて作業性が一挙に向上する。   Further, a material having excellent machinability, for example, aluminum can be used for the second protective ring 30. Therefore, in the cutting operation for forming the plurality of groove portions 32 on the outer periphery of the second protective ring 30, the cutting time is significantly shortened compared with the cutting operation of Inconel, and the workability is improved at once.

さらにまた、ロータ構造10では、ステータ16及び巻線18と第2保護環30との間に、冷媒用の流通路54が形成されている。このため、流通路54に沿って、図3中、矢印方向に流動する冷却風の冷却作用下に、ロータ構造10の表面、すなわち、第2保護環30の表面で発生した熱を前記ロータ構造10から確実に取ることができる。これにより、永久磁石26に熱が伝わることを可及的に阻止することが可能になる。   Furthermore, in the rotor structure 10, a refrigerant flow passage 54 is formed between the stator 16 and the winding 18 and the second protective ring 30. Therefore, heat generated on the surface of the rotor structure 10, that is, the surface of the second protective ring 30, under the cooling action of the cooling air flowing in the direction of the arrow in FIG. 10 can be taken reliably. This makes it possible to prevent heat from being transmitted to the permanent magnet 26 as much as possible.

また、図3に示すように、第1保護環28の軸方向両端には、ステータ16の幅寸法Hの外方に突出する段差部28a、28bが設けられる一方、第2保護環30には、前記段差部28a、28bに径方向に対応する部位に、ガイド面34a、34bを有する凸部36a、36bが形成されている。従って、流通路54に供給される冷却風(冷媒)を良好に整流することができ、ロータ構造10の冷却効率が有効に向上する。しかも、凸部36a、36bは、磁束に関係しない箇所に設けられており、電動機としての駆動に影響を与えることがない。   Further, as shown in FIG. 3, stepped portions 28 a and 28 b projecting outward in the width dimension H of the stator 16 are provided at both axial ends of the first protective ring 28, while the second protective ring 30 Convex portions 36a and 36b having guide surfaces 34a and 34b are formed in portions corresponding to the step portions 28a and 28b in the radial direction. Therefore, the cooling air (refrigerant) supplied to the flow passage 54 can be rectified well, and the cooling efficiency of the rotor structure 10 is effectively improved. Moreover, the convex portions 36a and 36b are provided at locations not related to the magnetic flux, and do not affect the drive as the electric motor.

ここで、第2保護環30の外周に設けられる複数の溝部32では、溝深さが電磁波の浸透する深さ以上に設定されるとともに、溝幅が渦電流損失を十分に抑制できる幅以下に設定される。   Here, in the plurality of groove portions 32 provided on the outer periphery of the second protective ring 30, the groove depth is set to be greater than or equal to the depth at which the electromagnetic wave penetrates, and the groove width is less than or equal to a width that can sufficiently suppress eddy current loss. Is set.

さらに、第1の実施形態では、ロータ構造10が、少なくとも一端にインペラ24を設けた電動遠心圧縮機12に組み込まれている。このため、ロータ構造10の発熱に対する減磁を抑制することが可能になり、高速回転及び小型化が容易に図られる遠心圧縮機12を構成することができる。   Furthermore, in 1st Embodiment, the rotor structure 10 is integrated in the electric centrifugal compressor 12 which provided the impeller 24 at least at one end. For this reason, it becomes possible to suppress the demagnetization with respect to the heat_generation | fever of the rotor structure 10, and can comprise the centrifugal compressor 12 with which high speed rotation and size reduction are achieved easily.

さらにまた、第2保護環30は、軸方向一端に伝熱部材を構成するベアリングシャフト38aを介してインペラ24に接触している。これにより、第2保護環30の表面で発生した熱は、ベアリングシャフト38aからインペラ24に効果的に除去することが可能になる。その際、ベアリングシャフト38aが伝熱部材として機能するため、専用の伝熱部材を設ける必要がなく、構成の簡素化が図られる。   Furthermore, the second protective ring 30 is in contact with the impeller 24 via a bearing shaft 38a constituting a heat transfer member at one axial end. Thereby, the heat generated on the surface of the second protective ring 30 can be effectively removed from the bearing shaft 38a to the impeller 24. At this time, since the bearing shaft 38a functions as a heat transfer member, it is not necessary to provide a dedicated heat transfer member, and the configuration can be simplified.

また、インペラ24、ベアリングシャフト38a、ロータ構造10及びベアリングシャフト38bは、それぞれの外周部分が接触するようにしてタイシャフト46により軸方向に一体に拘束されている。従って、タイシャフト46の締め付けによりロータ構造10の軸方向両側に熱を確実に除去することができ、永久磁石26の渦電流損失(鉄損)を可及的に阻止することが可能になる。   Further, the impeller 24, the bearing shaft 38a, the rotor structure 10, and the bearing shaft 38b are integrally restrained in the axial direction by the tie shaft 46 so that the outer peripheral portions thereof are in contact with each other. Therefore, by tightening the tie shaft 46, heat can be reliably removed to both axial sides of the rotor structure 10, and eddy current loss (iron loss) of the permanent magnet 26 can be prevented as much as possible.

図4は、本発明の第2の実施形態に係るロータ構造70の概略斜視説明図である。   FIG. 4 is a schematic perspective view of a rotor structure 70 according to the second embodiment of the present invention.

なお、第1の実施形態に係るロータ構造10と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。また、以下に説明する第3の実施形態においても同様に、その詳細な説明は省略する。   Note that the same components as those of the rotor structure 10 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. Similarly, in the third embodiment described below, detailed description thereof is omitted.

ロータ構造70では、第1保護環28の外周に、この第1保護環28よりも熱伝導率及び導電率の高い第2保護環72が設けられる。第2保護環72の外周には、スパイラル状に環状の溝部74が形成されることにより、軸方向に沿って凹凸部が設けられる。   In the rotor structure 70, a second protective ring 72 having a higher thermal conductivity and higher conductivity than the first protective ring 28 is provided on the outer periphery of the first protective ring 28. On the outer periphery of the second protective ring 72, an annular groove 74 is formed in a spiral shape, so that an uneven portion is provided along the axial direction.

このように構成される第2の実施形態では、第2保護環72の外周に設けられている溝部74により渦電流損失の低減を図ることができる。しかも、溝部74は、スパイラル形状を有することにより、ロータ構造70が回転することによって周辺の空気を軸方向に移送させることが可能になる。このため、第2保護環72から周辺空気の熱伝達が促進され、前記第2保護環72の冷却効率が一層向上するという効果が得られる。   In the second embodiment configured as above, the eddy current loss can be reduced by the groove 74 provided on the outer periphery of the second protective ring 72. In addition, since the groove 74 has a spiral shape, the surrounding air can be transferred in the axial direction as the rotor structure 70 rotates. For this reason, heat transfer of ambient air from the second protective ring 72 is promoted, and the cooling efficiency of the second protective ring 72 is further improved.

また、空気の輸送による反力を利用することで、インペラ24によるスラスト力を緩和し、スラストベアリング44を補助することができるという効果が得られる。   Further, by utilizing the reaction force due to air transportation, the thrust force due to the impeller 24 can be relaxed and the thrust bearing 44 can be assisted.

図5は、本発明の第3の実施形態に係るロータ構造80の概略斜視説明図である。   FIG. 5 is a schematic perspective explanatory view of a rotor structure 80 according to the third embodiment of the present invention.

ロータ構造80では、第1保護環28の外周に、前記第1保護環28よりも熱伝導率及び導電率の高い第2保護環82が設けられる。第2保護環82の外周には、複数の溝部32と軸方向に延在する縦溝84とが設けられる。これにより、第1の実施形態と同様の効果が得られる他、第2保護環82の渦電流損失を一層低減可能であるという利点がある。   In the rotor structure 80, a second protective ring 82 having higher thermal conductivity and conductivity than the first protective ring 28 is provided on the outer periphery of the first protective ring 28. A plurality of groove portions 32 and longitudinal grooves 84 extending in the axial direction are provided on the outer periphery of the second protective ring 82. As a result, the same effects as those of the first embodiment can be obtained, and there is an advantage that the eddy current loss of the second protective ring 82 can be further reduced.

10、70、80…ロータ構造 12…電動遠心圧縮機
14…ケーシング 16…ステータ
18…巻線 20…冷却水流路
22…スクロール 24…インペラ
26…永久磁石 28、30、72、82…保護環
28a、28b…段差部 32、74…溝部
34a、34b…ガイド面 36a、36b…凸部
38a、38b…ベアリングシャフト 40a、40b…ラジアルベアリング
42…フランジ部 44…スラストベアリング
46…タイシャフト 54…流通路
56…冷却配管 58…インタークーラ
84…縦溝
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 70, 80 ... Rotor structure 12 ... Electric centrifugal compressor 14 ... Casing 16 ... Stator 18 ... Winding 20 ... Cooling water flow path 22 ... Scroll 24 ... Impeller 26 ... Permanent magnet 28, 30, 72, 82 ... Protective ring 28a 28b ... Step part 32, 74 ... Groove part 34a, 34b ... Guide surface 36a, 36b ... Convex part 38a, 38b ... Bearing shaft 40a, 40b ... Radial bearing 42 ... Flange part 44 ... Thrust bearing 46 ... Tie shaft 54 ... Flow passage 56 ... Cooling piping 58 ... Intercooler 84 ... Vertical groove

Claims (7)

円環状に配置されるステータの内周側に設けられ、前記ステータに巻回された巻線に通電することにより回転するロータ構造であって、
円筒状の永久磁石と、
前記永久磁石の外周に設けられる永久磁石飛散防止用の第1保護環と、
前記第1保護環の外周に設けられ、該第1保護環よりも熱伝導率及び導電率の高い第2保護環と、
を備えるとともに、
前記第2保護環の外周には、周方向に複数の溝部が形成されることにより、軸方向に沿って凹凸部が設けられることを特徴とするロータ構造。
A rotor structure that is provided on the inner peripheral side of a stator arranged in an annular shape and that rotates by energizing a winding wound around the stator,
A cylindrical permanent magnet;
A first protective ring for preventing permanent magnet scattering provided on the outer periphery of the permanent magnet;
A second protective ring provided on the outer periphery of the first protective ring, having a higher thermal conductivity and conductivity than the first protective ring;
With
A rotor structure characterized in that a plurality of groove portions are formed in the circumferential direction on the outer periphery of the second protective ring, whereby uneven portions are provided along the axial direction.
請求項1記載のロータ構造において、前記ステータと前記第2保護環との間には、冷媒用流通路が形成されることを特徴とするロータ構造。   The rotor structure according to claim 1, wherein a refrigerant flow passage is formed between the stator and the second protection ring. 請求項2記載のロータ構造において、前記第1保護環の端面には、外周側に円環状に突出する段差部が形成されるとともに、
前記段差部は、前記ステータの端部に対応する位置から軸方向外方に突出する一方、
前記第2保護環には、径方向に前記段差部に対応する部位に、冷媒の流れ方向に沿って傾斜するガイド面を有する凸部が設けられることを特徴とするロータ構造。
The rotor structure according to claim 2, wherein a stepped portion projecting in an annular shape is formed on an outer peripheral side of the end face of the first protective ring,
While the stepped portion protrudes axially outward from a position corresponding to the end of the stator,
The rotor structure, wherein the second protection ring is provided with a convex portion having a guide surface that is inclined along a flow direction of the refrigerant at a portion corresponding to the step portion in the radial direction.
請求項1〜3のいずれか1項に記載のロータ構造において、前記ロータ構造は、少なくとも一端にインペラを備えた遠心圧縮機に組み込まれることを特徴とするロータ構造。   The rotor structure according to any one of claims 1 to 3, wherein the rotor structure is incorporated in a centrifugal compressor including an impeller at least at one end. 請求項4記載のロータ構造において、前記第2保護環の端部は、伝熱部材を介して前記インペラに接続されることを特徴とするロータ構造。   5. The rotor structure according to claim 4, wherein an end of the second protective ring is connected to the impeller through a heat transfer member. 請求項5記載のロータ構造において、前記伝熱部材は、エアベアリングに回転自在に支持されるベアリングシャフトであることを特徴とするロータ構造。   6. The rotor structure according to claim 5, wherein the heat transfer member is a bearing shaft rotatably supported by an air bearing. 請求項6記載のロータ構造において、前記インペラと前記ベアリングシャフトと前記第1及び第2保護環とは、それぞれの端面を接触させてタイシャフトにより一体に軸方向に拘束されることを特徴とするロータ構造。   7. The rotor structure according to claim 6, wherein the impeller, the bearing shaft, and the first and second protective rings are axially restrained integrally by a tie shaft with their respective end surfaces in contact with each other. Rotor structure.
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