JP2014043810A

JP2014043810A - 電動機の支持構造及び圧縮機

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Publication number: JP2014043810A
Application number: JP2012186438A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Taketomi; 敏礼武富; Masabumi Hara; 正文原
Original assignee: IHI Corp; IHI Compressor and Machinery Co Ltd
Current assignee: IHI Corp; IHI Compressor and Machinery Co Ltd
Priority date: 2012-08-27
Filing date: 2012-08-27
Publication date: 2014-03-13
Also published as: DE112013004194T5; CN104641112A; KR20150017347A; WO2014034594A1; US20150207380A1

Abstract

【課題】片持ち支持部に無理な力を与えることなく、振動を抑制することができる電動機の支持構造及び圧縮機の提供。
【解決手段】電動機本体１１の軸方向における一端部１３Ａを固定し他端部１３Ｂを自由にして支持する片持ち支持部２１及び電動機本体１１の他端部１３Ｂを支持する支持面２４を有する台座部２２を備える基台２０と、電動機本体１１と台座部２２との支持面２４に平行で且つ軸方向と直交する直交方向への相対移動を拘束し、電動機本体１１と台座部２２との支持面２４に対し垂直な垂直方向への相対移動を可能とするサポート部材３０と、を有する、電動機の支持構造Ａを採用する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動機の支持構造及び圧縮機に関するものである。

下記特許文献１には、軸端にブルギアが取り付けられた電動機を有し、このブルギアによってピニオンを具備するロータを回転させることで第１段圧縮機及び第２段圧縮機を駆動させるドライスクリュー圧縮機が開示されている。この圧縮機においては、ブルギアを収容する増速機ケーシングに対して、電動機本体が片持ち状に支持されている（例えば、特許文献１の図１５参照）。

下記特許文献１には明示されていないが、片持ち状に支持された電動機の自由端側は、下から支える台座によってその自重だけを受ける構成とされている。すなわち、圧縮機を運転すると、流体の圧縮作用によってケーシング側が高温となる事から、当該熱源近くで電動機本体を片持ち支持する片持ち支持部と、当該熱源より離れて電動機本体を支える台座部との間で、熱膨張差が大きくなる。この状態で電動機本体の自由端側を垂直方向へ拘束してしまうと、片持ち支持部に無理な力をかけてしまう恐れがあるためである。

特許第４００３３７８号公報

しかしながら、上記従来技術では、電動機の経年劣化等によりアンバランスが増えた場合など、電動機を元とした振動が大きくなると、電動機の自重だけを受ける支持構造では左右方向（水平方向）に振動が大きくなる、という問題があった。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、片持ち支持部に無理な力を与えることなく、振動を抑制することができる電動機の支持構造及び圧縮機の提供を目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、電動機本体の軸方向における一端部を固定し他端部を自由にして支持する片持ち支持部及び前記電動機本体の他端部を支持する支持面を有する台座部を備える基台と、前記電動機本体と前記台座部との前記支持面に平行で且つ前記軸方向と直交する直交方向への相対移動を拘束し、前記電動機本体と前記台座部との前記支持面に対し垂直な垂直方向への相対移動を可能とする相対移動制御部材と、を有する、電動機の支持構造を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、相対移動制御部材を設け、電動機本体の自由端側が直交方向に拘束され、垂直方向には拘束されないようにする。直交方向は、台座部の支持面と平行であり、電動機本体の軸方向と直交する方向であるため、電動機のアンバランスに起因する軸ブレ振動を効果的に抑制することができる。また、垂直方向は、台座部の支持面に対し垂直な方向であるため、既存の上下の相対移動を可能として電動機に熱膨張差に起因する無理な力がかからないようにすることができる。

また、本発明においては、前記相対移動制御部材は、前記電動機本体の他端部及び前記基台に接続され、前記直交方向に延在する板状部材である、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、板状の部品を軸方向と直交する直交方向に延在して設置することにより、直交方向における剛性を高め、垂直方向には電動機本体の熱膨張を阻害するほどの剛性は持たせない安価な構造を形成することができ、当該剛性によって直交方向における相対移動を拘束し、垂直方向における相対移動を可能とすることができる。

また、本発明においては、前記板状部材は、前記垂直方向において変形自在なバネ性を有する、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、電動機本体の相対移動に追従して板状部材が自在に変形するため、垂直方向への相対移動を可能とすることができる。

また、本発明においては、前記板状部材は、前記電動機本体の他端部と前記基台との間において曲部を有する、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、電動機本体の他端部と基台との途中に変形が容易になる曲部を設けることによって、板状部材に垂直方向の剛性を持たせないようにすることができる。

また、本発明においては、前記板状部材は、前記電動機本体の他端部と前記基台との間において直線的に延在する延在部を有し、前記板状部材を前記電動機本体の他端部に固定する第１固定部及び前記板状部材を前記基台に固定する第２固定部の少なくともいずれか一方は、前記延在部の延長線上に支えを持たない、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、延在部が垂直方向において第１固定部及び第２固定部によって拘束されないため、板状部材に垂直方向には電動機本体の熱膨張を阻害するほどの剛性を持たせないようにすることができる。

また、本発明においては、電動機を有する圧縮機であって、前記電動機を支持する支持構造として、先に記載の電動機の支持構造を有する、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、本発明では、電動機のアンバランスに起因する振動を効果的に抑制でき、電動機に熱膨張差に起因する無理な力がかからないようにできる圧縮機が得られる。

本発明によれば、片持ち支持部に無理な力を与えることなく、振動を抑制することができる電動機の支持構造及び圧縮機が得られる。

本発明の実施形態における電動機の支持構造を備える圧縮機を示す正面図及び右側面図である。図１における要部拡大図である。本発明の別実施形態におけるサポート部材の構成を示す要部拡大図である。本発明の別実施形態における電動機の支持構造を備える圧縮機を示す右側面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、本発明の電動機の支持構造を圧縮機に適用した場合を例示する。また、以下の説明では、ＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明することがある。水平面内の所定方向をＸ軸方向、水平面内においてＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれと直交する方向（すなわち鉛直方向）をＺ軸方向とする。

図１（ａ）は、本発明の実施形態における電動機１０の支持構造Ａを備える圧縮機１を示す正面図である。また、図１（ｂ）は、右側面図である。また、図２は、図１における要部拡大図である。
図１（ａ）に示すように、圧縮機１は、コンプレッサーインペラ２を回転させて空気等の流体を圧縮するターボ圧縮機である。

圧縮機１は、流体を圧縮する第１段圧縮機３（図１（ｂ）参照）と、一段階圧縮された流体をさらに圧縮する第２段圧縮機４（図１（ａ）参照）と、を具備する２段圧縮機であり、第１段圧縮機３及び第２段圧縮機４を駆動させる電動機１０と、電動機１０を支持する支持構造Ａと、を有する。第１段圧縮機３及び第２段圧縮機４には、それぞれコンプレッサーインペラ２が収容され、それらがロータ５で接続されている。

コンプレッサーインペラ２は、ラジアルインペラであり、軸方向で吸気したガスを半径方向に導出する不図示の３次元的ねじれを含むブレードを有する。コンプレッサーインペラ２の周りには、それぞれ不図示のディフューザ流路が設けられており、半径方向に導出したガスを、当該流路において圧縮・昇圧し、また、さらにその周りに設けられたスクロール流路によって次段の圧縮機に供給することができる。

第１段圧縮機３は、図１（ｂ）に示すように、吸入管６を備えている。吸入管６は、電動機本体１１の側方に平行に配置されている。吸入管６を通過したガスは、第１段圧縮機３に入力される。第１段圧縮機３で一段階目の圧縮が行われると、この圧縮ガスは不図示のインタークーラーを通って冷却され、第２段圧縮機４に入力される。第２段圧縮機４で二段階目の圧縮が行われると、この圧縮ガスは不図示のアフタークーラーを通って、圧縮機１に接続された不図示の産業用機械等に供給される。

電動機１０は、図１（ａ）に示すように、ロータ１２を水平方向（Ｘ軸方向）に延びる軸周りに回転させる不図示のステータを収容する円柱状の電動機本体１１を有する。ロータ１２は、軸カップリング７を介して、ブルギア８に接続されている。ブルギア８は、コンプレッサーインペラ２のロータ５に設けられた不図示のピニオンと噛合している。このため、ブルギア８が回転すると、第１段圧縮機３及び第２段圧縮機４が同期して駆動する。

支持構造Ａは、図１（ａ）に示すように、ブルギア８を含む歯車装置等を収容する基台２０を有する。基台２０は、全体でＬ字状とされたケーシングであり、回転部や摺動部にオイルを供給するための不図示のオイルタンクや、上述した不図示のインタークーラー、その他不図示の各種配管や計測機器等が設けられている。基台２０は、電動機本体１１を片持ち支持する片持ち支持部２１と、電動機本体１１の下方を支える台座部２２と、を有する。

片持ち支持部２１は、電動機本体１１の軸方向（Ｘ軸方向）における一端部１３Ａを固定し、他端部１３Ｂを自由にして支持するものである。片持ち支持部２１は、基台２０と一体で電動機本体１１の一端部１３Ａと同径で椀状に形成されており、その開口縁のフランジ部２３に対して電動機本体１１の一端部１３Ａが接続されている。なお、フランジ部２３と電動機本体１１とは、Ｘ軸方向に延びる不図示の複数のロッドによって接続されている。片持ち支持部２１は、電動機本体１１を水平姿勢で支持する。

台座部２２は、電動機本体１１の自由端となる他端部１３Ｂを支えて、その自重だけを受けるものである。台座部２２は、支持面２４を有する。支持面２４には、電動機本体１１の他端部１３Ｂに設けられた脚部１４が載置されるようになっている。脚部１４は、図１（ｂ）に示すように、電動機本体１１の側底部において対となって設けられている。このため、本実施形態の台座部２２は、脚部１４に対応して基台２０に２箇所設けられている。

台座部２２は、図２に示すように、鉛直方向（Ｚ軸方向）に立設するネジ軸２５と、ネジ軸２５の先端に設けられたパッド２６と、を有する。パッド２６は、平面視で円形状とされており、その円形の上向き面が支持面２４となっている。なお、パッド２６の支持面２４には、必要に応じて防振ゴムが設けられる。支持面２４は、水平面（Ｘ−Ｙ平面）に延在している面である。台座部２２は、電動機本体１１に対して非接続とされ、支持面２４の垂直方向（Ｚ軸方向）における他端部１３Ｂの上下の相対移動を拘束しないようになっている。

図１（ａ）に示すように、電動機１０の支持構造Ａは、サポート部材（相対移動制御部材）３０を有する。サポート部材３０は、後述する拘束力という観点から片持ち支持部２１に対して台座部２２よりも離れた位置に設けられている。サポート部材３０は、電動機本体１１と台座部２２との支持面２４に平行で且つ軸方向（Ｘ軸方向）と直交する直交方向（Ｙ軸方向）への相対移動を拘束し、電動機本体１１と台座部２２との支持面２４に対し垂直な垂直方向（Ｚ軸方向）への相対移動を可能とするものである。

サポート部材３０は、図２に示すように、電動機本体１１の他端部１３Ｂ及び基台２０に接続されている。詳しくは、サポート部材３０の上側は、他端部１３Ｂに設けられた脚部１４の下端を構成する接地部（第１固定部）１５に対し、ボルト３１で固定されている。また、サポート部材３０の下側は、基台２０に一体的に設けられた固定片（第２固定部）２７に対し、ボルト３２で固定されている。サポート部材３０は、図１（ｂ）に示すように、直交方向（Ｙ軸方向）に延在しており、その上側が接地部１５と直交方向両端で固定され、その下側が固定片２７と直交方向全体に亘って複数箇所で固定されている。

サポート部材３０は、厚みが薄い鋼や銅等の金属の一枚板を加工した板状部材である。サポート部材３０は、図２において点線で示すように、支持面２４に対し垂直な垂直方向（Ｚ軸方向）において変形自在なバネ性を有する。サポート部材３０は、電動機本体１１の他端部１３Ｂと基台２０との間において曲部３３を有する。本実施形態の曲部３３における曲げ角度は、直角となっている。

曲部３３は、サポート部材３０に垂直方向（Ｚ軸方向）へは剛性を持たせないようにするためのものである。本実施形態のサポート部材３０には、曲部３３の他に３箇所の曲げ（符号３４、３５、３６で示す）が形成されており、略Ｚ字状に形成されている。これらの曲げ（３３、３４、３５、３６）は、板状のサポート部材３０の短辺方向において形成され、長辺方向においては形成されないようになっている。換言すると、板状のサポート部材３０の短辺に沿っていくと曲げ（３３、３４、３５、３６）があって該短辺方向では屈曲するようになっているが、板状のサポート部材３０の長辺に沿っていくと曲げがなく該長辺方向では直線状に延在するようになっている。このため、サポート部材３０は、直交方向（Ｙ軸方向）における剛性が高く、垂直方向（Ｚ軸方向）における剛性が直交方向よりも低く、その垂直方向では剛性を殆ど持たない構造とされる。

サポート部材３０は、電動機本体１１の他端部１３Ｂと基台２０との間において垂直方向（Ｚ軸方向）に直線的に延在する延在部３７を有する。図２に示すように、サポート部材３０を電動機本体１１の他端部１３Ｂに固定する接地部１５及びサポート部材３０を基台２０に固定する固定片２７の少なくともいずれか一方は、延在部３７の延長線上に支えを持たない構成となっている。本実施形態では、下側に設けられた固定片２７が延在部３７の延長線上から退避して支えを持たない構成となっており、延在部３７が上下で挟み込まれて拘束されないようにしている。

続いて、上記構成の電動機１０の支持構造Ａによる作用について説明する。

図１（ａ）に示す圧縮機１が運転する場合、電動機１０を駆動させることとなる。電動機１０は、ブルギア８を回転させ、コンプレッサーインペラ２が接続されたロータ５を回転させる。コンプレッサーインペラ２が回転すると、取り込まれたガスが圧縮・昇圧する。当該ガスの圧縮により、第１段圧縮機３及び第２段圧縮機４は高温となる。

第１段圧縮機３及び第２段圧縮機４は、基台２０に支持されており、その熱の少なくとも一部は基台２０に伝熱される。基台２０は、電動機１０を片持ち支持することで、熱に弱い電動機本体１１を当該熱源から離すように構成されている。ここで、当該熱源近くで電動機本体１１を片持ち支持する片持ち支持部２１と、当該熱源より離れて電動機本体１１を支える台座部２２との間で、熱膨張差が大きくなる。

この状態で仮に、電動機本体１１の自由端側を垂直方向へ拘束してしまうと、片持ち支持部２１に無理な力をかけてしまう恐れがあるが、支持構造Ａは、電動機本体１１の他端部１３Ｂの下側を台座部２２によって支えて荷重を受けるだけにすることで、当該無理な力がかからないようにしている。しかしながら、電動機１０の経年劣化等によりアンバランスが増えた場合など、電動機１０を元とした震動が大きくなると、支持面２４と平行な方向には支えがないため、左右方向（水平方向）における振動が大きくなってしまう。

本実施形態の支持構造Ａは、図２に示すように、サポート部材３０を有し、電動機本体１１と台座部２２との支持面２４に平行で且つ軸方向と直交する直交方向（Ｙ軸方向）への相対移動を拘束し、電動機本体１１と台座部２２との支持面２４に対し垂直な垂直方向（Ｚ軸方向）への相対移動を殆ど拘束しない非拘束としている。
ここで、直交方向は、台座部２２の支持面２４と平行であり、電動機本体１１の軸方向と直交する方向であるため、電動機１０のアンバランスに起因する振動が大きくなる方向である。サポート部材３０は、この直交方向における相対移動を拘束することで、電動機１０のアンバランスに起因する軸ブレ振動を効果的に抑制する。

また、垂直方向は、台座部２２の支持面２４に対し垂直な方向であるため、既存の熱膨張による電動機本体１１と台座部２２との上下の相対移動が行われる方向である。サポート部材３０は、この垂直方向における相対移動を可能とすることで、既存の相対移動を維持し、電動機１０に熱膨張差に起因する無理な力がかからないようにする。
このように、本実施形態の支持構造Ａによれば、電動機１０の振動の抑制と、電動機１０の無理のない固定とを両立させることができる。

本実施形態のサポート部材３０は、電動機本体１１の他端部１３Ｂ及び基台２０に接続され、直交方向に延在する板状部材である。図１（ｂ）に示すように、このような板状部材を軸方向と直交する直交方向に延在して設置することにより、直交方向における剛性を高め、垂直方向には電動機本体の熱膨張を阻害するほどの剛性は持たせない安価な構造を確立することができる。このように、板状のサポート部材３０の剛性によって、電動機本体１１と台座部２２との相対移動を制御することによって、コスト増を招くことなく、電動機１０の振動を効果的に抑制することができる。

また、サポート部材３０は、図２に示すように、電動機本体１１の他端部１３Ｂと基台２０との間において曲部３３を有する。この構成によれば、電動機本体１１の他端部１３Ｂと基台２０との途中に変形が容易となる曲部３３を設けることによって、サポート部材３０に垂直方向には電動機本体の熱膨張を阻害するほどの剛性を持たせないようにすることができる。また一方で、曲部３３により、サポート部材３０の直交方向における剛性が高くなるため、電動機１０のアンバランスに起因する軸ブレ振動をより効果的に抑制することができる。

また、サポート部材３０は、電動機本体１１の他端部１３Ｂと基台２０との間において垂直方向に延在する延在部３７を有し、サポート部材３０を基台２０に固定する固定片２７は、延在部３７の延長線上に支えを持たないため、例えば延在部３７が垂直方向において接地部１５及び固定片２７に挟まれて拘束されることがなく、サポート部材３０に垂直方向には電動機本体の熱膨張を阻害するほどの剛性を持たせないようにすることができる。このため、電動機本体１１と台座部２２との上下の相対移動では、図２において点線で示すように、板状のサポート部材３０が柔軟に曲がることで拘束力を持たせないようにすることができる。

したがって、上述の本実施形態によれば、電動機本体１１の軸方向における一端部１３Ａを固定し他端部１３Ｂを自由にして支持する片持ち支持部２１及び電動機本体１１の他端部１３Ｂを支持する支持面２４を有する台座部２２を備える基台２０と、電動機本体１１と台座部２２との支持面２４に平行で且つ軸方向と直交する直交方向への相対移動を拘束し、電動機本体１１と台座部２２との支持面２４に対し垂直な垂直方向への相対移動を可能とするサポート部材３０と、を有する、電動機の支持構造Ａを採用することによって、片持ち支持部２１に無理な力を与えることなく、振動を抑制することが可能となる。

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、本発明は、図４及び図５に示すような変形例においても上記実施形態と同様の作用効果を奏することが可能である。以下の説明においては、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

図３（ａ）に示す別実施形態のサポート部材３０は、曲部３３の曲げ角度が鈍角であり、延在部３７が斜めになっている。また、接地部１５は、延在部３７の延長線上に支えを持たない構成となっている。
図３（ｂ）に示す別実施形態のサポート部材３０は、湾曲する曲部３３を有している。

図３（ｃ）に示す別実施形態のサポート部材３０は、延在部３７の途中に曲部３３を有している。また、接地部１５及び固定片２７は、延在部３７の延長線上に支えを持つ構成となっている。
図３（ｄ）に示す別実施形態のサポート部材３０は、電動機本体１１の他端部１３Ｂと基台２０との間において曲げを有しない平板状となっている。

また、電動機１０の振動を抑制する意味では、サポート部材３０は、電動機本体１１の一端部１３Ａが接続されたフランジ部２３から遠いほど有効である。このため以下の構成を採用してもよい。
図４（ａ）に示す別実施形態における電動機の支持構造Ａにおいては、サポート部材３０の上側が電動機本体１１の他端部１３Ｂの端面に接続されている。

また、図４（ｂ）に示す別実施形態における電動機の支持構造Ａにおいては、サポート部材３０の上側が電動機本体１１の他端部１３Ｂの端面に接続されており、サポート部材３０の下側が基台２０とは別体で設けられたアタッチメント台としての固定片２７に接続されている。この構成によれば、圧縮機１の構造が設計変形できない場合であっても、当該構成を追加することで容易に振動対策が有効になる。

また、例えば、上記実施形態では、電動機の支持構造をターボ圧縮機に適用した場合を例示したが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、例えばスクリュー圧縮機にも適用することができ、さらに電動機によって駆動するポンプ装置等にも適用することができる。

Ａ…電動機の支持構造、１…圧縮機、１０…電動機、１１…電動機本体、１３Ａ…一端部、１３Ｂ…他端部、１５…接地部（第１固定部）、２０…基台、２１…片持ち支持部、２２…台座部、２４…支持面、２７…固定片（第２固定部）、３０…サポート部材（相対移動制御部材、板状部材）、３３…曲部、３７…延在部

Claims

電動機本体の軸方向における一端部を固定し他端部を自由にして支持する片持ち支持部及び前記電動機本体の他端部を支持する支持面を有する台座部を備える基台と、
前記電動機本体と前記台座部との前記支持面に平行で且つ前記軸方向と直交する直交方向への相対移動を拘束し、前記電動機本体と前記台座部との前記支持面に対し垂直な垂直方向への相対移動を可能とする相対移動制御部材と、を有する、
ことを特徴とする電動機の支持構造。
前記相対移動制御部材は、前記電動機本体の他端部及び前記基台に接続され、前記直交方向に延在する板状部材である、ことを特徴とする請求項１に記載の電動機の支持構造。
前記板状部材は、前記垂直方向において変形自在なバネ性を有する、ことを特徴とする請求項２に記載の電動機の支持構造。
前記板状部材は、前記電動機本体の他端部と前記基台との間において曲部を有する、ことを特徴とする請求項２または３に記載の電動機の支持構造。
前記板状部材は、前記電動機本体の他端部と前記基台との間において直線的に延在する延在部を有し、
前記板状部材を前記電動機本体の他端部に固定する第１固定部及び前記板状部材を前記基台に固定する第２固定部の少なくともいずれか一方は、前記延在部の延長線上に支えを持たない、ことを特徴とする請求項２〜４のいずれか一項に記載の電動機の支持構造。
電動機を有する圧縮機であって、
前記電動機を支持する支持構造として、請求項１〜５のいずれか一項に記載の電動機の支持構造を有する、ことを特徴とする圧縮機。