JP2015033208A - Motor and blower - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide compact and highly economic motor and blower in which reduction in motor output can be minimized while preventing leakage of high temperature and high pressure fluid.SOLUTION: A motor consists of a rotating shaft, a rotor fixed to the rotating shaft, a stator arranged to face the rotor on the circumference, bearings for supporting the rotating shaft rotatably on both sides of the rotor, a housing having an internal space for housing the rotating shaft, the rotor and the stator, and holding the stator and the bearings, and a thin plate member arranged in the internal space of the housing in tight contact with the inner peripheral part of the stator by receiving a pressure.

Description

本発明は、モータ及び送風装置に関する。   The present invention relates to a motor and a blower.

回転軸のインペラとは反対側の軸端にモータのロータが軸受箱内に片持ち支持により配設され、ロータの外周部にロータと非接触の状態で配置されるモータのステータが軸受箱の内周部に支持固定され、軸受箱のインペラと反対側の端部に密閉用フランジが配置され、かつ、軸受箱冷却用ヒートシンクが軸受箱に直接または密閉用フランジを介して配設されている固体酸化物型燃料電池の高温燃料ガスの送風用ファンが知られている(特許文献1)。   The rotor of the motor is disposed at the shaft end opposite to the impeller of the rotating shaft by cantilever support in the bearing box, and the stator of the motor disposed in a non-contact state with the rotor on the outer periphery of the rotor is the bearing box. A sealing flange is disposed at the end of the bearing box opposite to the impeller, and a heat sink for cooling the bearing box is disposed directly or via the sealing flange. A fan for blowing high-temperature fuel gas in a solid oxide fuel cell is known (Patent Document 1).

特許第5001665号明細書Japanese Patent No. 5001665

本発明は、高温、高圧の流体の漏洩を防止しつつ、モータの出力の低下を抑制することができる小型で経済性の高いモータ及び送風装置を提供することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a small and highly economical motor and blower capable of suppressing a decrease in output of a motor while preventing leakage of a high-temperature and high-pressure fluid.

前記課題を解決するために、請求項1記載のモータは、
回転軸と、
前記回転軸に固定されたロータと、
前記ロータに対向して円周上に配置されたステータと、
前記ロータの両側で前記回転軸を回転可能に支持する軸受と、
前記回転軸、前記ロータ、前記ステータを収容する内部空間を有し前記ステータ及び前記軸受を保持するハウジングと、
前記ハウジングの前記内部空間に圧力を受けて前記ステータの内周部に密着して配置された薄板部材と、からなる、
ことを特徴とする。
In order to solve the above problem, the motor according to claim 1 is:
A rotation axis;
A rotor fixed to the rotating shaft;
A stator disposed on the circumference facing the rotor;
A bearing rotatably supporting the rotating shaft on both sides of the rotor;
A housing having an internal space for housing the rotating shaft, the rotor, and the stator, and holding the stator and the bearing;
A thin plate member that receives pressure on the internal space of the housing and is placed in close contact with the inner peripheral portion of the stator.
It is characterized by that.

請求項2記載の発明は、請求項1に記載のモータにおいて、
前記圧力が前記薄板部材の0.2%耐力以下である、
ことを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the motor according to the first aspect,
The pressure is 0.2% proof stress or less of the thin plate member,
It is characterized by that.

請求項3記載の発明は、請求項1に記載のモータにおいて、
前記圧力が前記薄板部材の0.2%耐力を超え、前記薄板部材が前記薄板部材の前記ステータの内周部の周方向に配列された各歯部の隙間に対向した面が塑性変形して固定された、
ことを特徴とする。
The invention according to claim 3 is the motor according to claim 1,
When the pressure exceeds the 0.2% proof stress of the thin plate member, the surface of the thin plate member facing the gap between the respective tooth portions arranged in the circumferential direction of the inner peripheral portion of the stator is plastically deformed. fixed,
It is characterized by that.

請求項4記載の発明は、請求項1ないし3のいずれか1項に記載のモータにおいて、
前記薄板部材が非磁性材料からなる、
ことを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the motor according to any one of the first to third aspects,
The thin plate member is made of a nonmagnetic material,
It is characterized by that.

前記課題を解決するために、請求項5記載の送風装置は、
請求項1ないし4のいずれか1項に記載のモータと、
前記モータによって駆動される羽根車と、
前記羽根車を回転可能に収容するケーシングと、を備えた、
ことを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, the air blower according to claim 5
A motor according to any one of claims 1 to 4,
An impeller driven by the motor;
A casing for rotatably housing the impeller,
It is characterized by that.

請求項1に記載の発明によれば、ステータを収容する内部空間を気密に保持しつつ、モータの出力の低下を抑制することができる。
請求項2、3、4に記載の発明によれば、本構成を有しない場合に比して、モータの出力の低下を抑制しつつ、ステータを収容する内部空間を高温、高圧の流体に対して気密に保持することができる。
請求項5に記載の発明によれば、高温、高圧の流体の漏洩を防止しつつ、モータの出力の低下を抑制することができる小型で経済性の高い送風装置を提供することができる。
According to the first aspect of the present invention, it is possible to suppress a decrease in the output of the motor while keeping the internal space for accommodating the stator airtight.
According to the second, third, and fourth aspects of the invention, the internal space that accommodates the stator is protected against high-temperature and high-pressure fluid while suppressing a decrease in the output of the motor as compared with the case where the present configuration is not provided. And can be kept airtight.
According to the fifth aspect of the present invention, it is possible to provide a small and highly economical air blower capable of suppressing a decrease in the output of the motor while preventing leakage of high temperature and high pressure fluid.

(a)は送風装置1の概略縦断面図、(b)は送風部10の横断面図である。(A) is a schematic longitudinal cross-sectional view of the air blower 1, and (b) is a cross-sectional view of the air blower 10. (a)はモータ部20の横断面図、(b)はモータ部20の縦断面図である。(A) is a cross-sectional view of the motor unit 20, and (b) is a vertical cross-sectional view of the motor unit 20. (a)はステータ50と隔壁25の密着状態を説明するための部分拡大断面図、(b)はステータ50の開口部Gに隔壁25が塑性変形して固定された状態を説明するための部分拡大断面図である。(A) is a partial enlarged cross-sectional view for explaining a close contact state between the stator 50 and the partition wall 25, and (b) is a portion for explaining a state in which the partition wall 25 is plastically deformed and fixed to the opening G of the stator 50. It is an expanded sectional view. 内面(ロータ22側)から圧力pを受けた隔壁25の厚みを決定する過程を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the process of determining the thickness of the partition 25 which received the pressure p from the inner surface (the rotor 22 side). 送風装置1における流体の移動を説明するための断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram for demonstrating the movement of the fluid in the air blower. 比較例の送風装置100の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the air blower 100 of a comparative example. (a)は比較例の送風装置200の縦断面図、(b)比較例の送風装置300の縦断面図である。(A) is a longitudinal cross-sectional view of the air blower 200 of a comparative example, (b) is a longitudinal cross-sectional view of the air blower 300 of a comparative example.

次に図面を参照しながら、以下に実施形態を挙げ、本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。
尚、以下の図面を使用した説明において、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきであり、理解の容易のために説明に必要な部材以外の図示は適宜省略されている。
Next, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to these embodiments.
In the following description using the drawings, it should be noted that the drawings are schematic and ratios of dimensions and the like are different from actual ones, and are necessary for the description for easy understanding. Illustrations other than the members are omitted as appropriate.

(1)送風装置の構成
図1(a)は本実施形態に係る送風装置1の概略縦断面図、(b)は送風部10の横断面図である。以下、図面を参照しながら、送風装置1の全体構成を説明する。
尚、各図面において、薄板部材の一例としての隔壁25は説明のために実際の厚みより厚く図示している。
(1) Configuration of Blower Device FIG. 1A is a schematic longitudinal sectional view of the blower device 1 according to the present embodiment, and FIG. Hereinafter, the whole structure of the air blower 1 is demonstrated, referring drawings.
In each drawing, the partition wall 25 as an example of a thin plate member is shown thicker than the actual thickness for the sake of explanation.

送風装置1は、送風部10、モータ部20、連結部30、制御部40を備えて構成され、モータ部20に連結された送風部10の羽根車12を回転させて、吸入口13から吸入した流体を圧縮して吐出口14から吐出する。   The blower device 1 includes a blower unit 10, a motor unit 20, a connection unit 30, and a control unit 40, and rotates the impeller 12 of the blower unit 10 connected to the motor unit 20 to suck from the suction port 13. The compressed fluid is compressed and discharged from the discharge port 14.

送風部10は、ケーシング11と、ケーシング11内で回転自在に支持された羽根車12とからなる。
ケーシング11には、中央部分に吸入口13が形成され、外周に吐出口14が形成されている。吸入口13と吐出口14はケーシング11内に連通されている。
The blower unit 10 includes a casing 11 and an impeller 12 that is rotatably supported in the casing 11.
In the casing 11, a suction port 13 is formed in the central portion, and a discharge port 14 is formed in the outer periphery. The suction port 13 and the discharge port 14 are in communication with the casing 11.

モータ部20は、送風部10の側方に配置され、回転軸21、ロータ22、ステータ50を備えたブラシレスモータを構成する。
回転軸21の一端には羽根車12が固定され、他端側にはロータ22が固定されている。回転軸21は、ロータ22の両側でそれぞれの軸受23を介してハウジング24に回転自在に支持されている。
The motor unit 20 is disposed on the side of the blower unit 10 and constitutes a brushless motor including a rotating shaft 21, a rotor 22, and a stator 50.
The impeller 12 is fixed to one end of the rotating shaft 21, and the rotor 22 is fixed to the other end side. The rotating shaft 21 is rotatably supported on the housing 24 via bearings 23 on both sides of the rotor 22.

ロータ22は、磁性材料によって形成され、周方向に複数の磁極を有する永久磁石22aが埋め込まれている。また、永久磁石22aを埋め込まずに周方向に複数の磁極を有するように等方多極に磁化処理が施されてもよい。
ステータ50は、ロータ22の外周側に間隙を有して、ロータ22と対向して配置されている。
ロータ22とステータ50との間隙には、ステータ50の内周部に密着して薄板部材の一例としての隔壁25が固定されている。
The rotor 22 is formed of a magnetic material, and a permanent magnet 22a having a plurality of magnetic poles in the circumferential direction is embedded. Further, the isotropic multipole may be magnetized so as to have a plurality of magnetic poles in the circumferential direction without embedding the permanent magnet 22a.
The stator 50 has a gap on the outer peripheral side of the rotor 22 and is disposed to face the rotor 22.
In the gap between the rotor 22 and the stator 50, a partition wall 25 as an example of a thin plate member is fixed in close contact with the inner peripheral portion of the stator 50.

連結部30は、断熱板31と環状空間部32からなり、送風部10とモータ部20との間で、回転軸21の一端側が挿通された状態で送風部10のケーシング11の一端とモータ部20のハウジング24の一端が断熱板31を介して連結されている。
また、環状空間部32の内部では、外部から供給される冷媒が循環し、送風部10からモータ部20への伝熱を抑制している。
The connecting portion 30 includes a heat insulating plate 31 and an annular space portion 32, and one end of the casing 11 of the blower unit 10 and the motor unit with the one end side of the rotating shaft 21 inserted between the blower unit 10 and the motor unit 20. One end of each of the 20 housings 24 is connected via a heat insulating plate 31.
In addition, inside the annular space 32, the refrigerant supplied from the outside circulates, and heat transfer from the blower 10 to the motor unit 20 is suppressed.

制御部40は、ステータ50への給電制御を行う制御基板41(不図示)を有し、外部電源(不図示)に配線を介して接続されている。制御基板41は、FET(電界効果トランジスタ)やトランジスタ等の半導体素子を有し外部電源から供給される電力を切替制御しながらステータ50へ供給する。   The control unit 40 includes a control board 41 (not shown) that performs power supply control to the stator 50, and is connected to an external power source (not shown) via wiring. The control board 41 has a semiconductor element such as an FET (field effect transistor) or a transistor, and supplies power supplied from an external power source to the stator 50 while performing switching control.

このように構成される送風装置1は、制御部40を介してステータ50へ外部電源から電力が供給されて、ステータ50と隔壁25に対向配置されたロータ22が回転駆動される。そして、ロータ22が一端に固定された回転軸21が羽根車12を伴って回転し、羽根車12の回転によって吸入口13からケーシング11内に流体を吸入するとともに、吸入した流体を圧縮・昇圧して吐出口14から排出する。   In the air blower 1 configured as described above, electric power is supplied from the external power source to the stator 50 via the control unit 40, and the rotor 22 disposed so as to face the stator 50 and the partition wall 25 is rotationally driven. Then, the rotating shaft 21 with the rotor 22 fixed at one end rotates with the impeller 12, and the rotation of the impeller 12 sucks fluid into the casing 11 from the suction port 13, and compresses and boosts the sucked fluid. And discharged from the discharge port 14.

(2)モータ部の構成
図2(a)はモータ部20の横断面図、図2(b)はモータ部20の縦断面図、図3(a)はステータ50と隔壁25の密着状態を説明するための部分拡大断面図、図3(b)はステータ50の開口部Gに隔壁25が塑性変形して固定された状態を説明するための部分拡大断面図である。
図2に示すように、モータ部20は、円筒形のロータ22と、ロータ22に径方向外側に間隙を有して対向配置されたステータ50とを有している。ロータ22とステータ50との間隙には、ステータ50の内周部に密着して隔壁25が固定されている。
(2) Configuration of Motor Unit FIG. 2 (a) is a cross-sectional view of the motor unit 20, FIG. 2 (b) is a vertical cross-sectional view of the motor unit 20, and FIG. 3 (a) shows a close contact state between the stator 50 and the partition wall 25. FIG. 3B is a partially enlarged sectional view for explaining a state in which the partition wall 25 is plastically deformed and fixed to the opening G of the stator 50.
As shown in FIG. 2, the motor unit 20 includes a cylindrical rotor 22 and a stator 50 disposed opposite to the rotor 22 with a gap radially outward. In the gap between the rotor 22 and the stator 50, a partition wall 25 is fixed in close contact with the inner peripheral portion of the stator 50.

(2.1)ステータ
ステータ50は、ステータコア51と、ステータコア51の両端面に取り付けられたインシュレータ52と、ステータコア51及びインシュレータ52に巻回されたコイル53とを有する。
(2.1) Stator The stator 50 includes a stator core 51, an insulator 52 attached to both end faces of the stator core 51, and a coil 53 wound around the stator core 51 and the insulator 52.

ステータコア51は、積層された電磁鋼板からなり、径方向内側に突出する歯部54を有し、歯部54は周方向に等間隔に配列されている。
隣り合う歯部54の間には内周側(ロータ22側)に開口した開口部Gを有するスロット部55が歯部54と同数形成されている。
The stator core 51 is made of laminated electromagnetic steel plates and has tooth portions 54 protruding radially inward, and the tooth portions 54 are arranged at equal intervals in the circumferential direction.
Between the adjacent tooth portions 54, the same number of slot portions 55 having openings G opened on the inner peripheral side (rotor 22 side) are formed.

コイル53は、各スロット部55の内周側に開口した開口部Gから挿通されて各歯部54にステータコア51とコイル53を絶縁するインシュレータ52を挟持して巻回されている。
尚、スロット部55の数は特に限定されるものではないが、本実施形態に係る送風装置1においては、ステータ50は9つのスロット部55を有し、これに対応してロータ22は6極とされている。
The coil 53 is wound through an opening G that is open on the inner peripheral side of each slot 55 and sandwiches an insulator 52 that insulates the stator core 51 and the coil 53 around each tooth 54.
Although the number of the slot portions 55 is not particularly limited, in the blower device 1 according to the present embodiment, the stator 50 has nine slot portions 55, and the rotor 22 has six poles corresponding thereto. It is said that.

(2.2)隔壁
図3(a)に示すように、ステータ50の内周面は、ステータコア51の隣り合う歯部54の間に開口部Gが周方向に等間隔に形成されている。
隔壁25は円筒形の非磁性の薄板部材で、例えば、板厚0.1mm程度の非磁性ステンレス鋼よりなり、ステータ50の内周面に密着して固定され、開口部Gを内周面から塞いだ状態で配置されている。
(2.2) Partition Wall As shown in FIG. 3A, the inner peripheral surface of the stator 50 has openings G formed at equal intervals in the circumferential direction between adjacent tooth portions 54 of the stator core 51.
The partition wall 25 is a cylindrical non-magnetic thin plate member made of, for example, non-magnetic stainless steel having a thickness of about 0.1 mm, and is fixed in close contact with the inner peripheral surface of the stator 50, and the opening G is formed from the inner peripheral surface. Arranged in a closed state.

図3(b)に示すように、隔壁25は、円筒形の非磁性の薄板部材をステータ50の内周面に密着して配置された状態で、ステータ50及びロータ22を内部に支持するハウジング24の内部空間Rに隔壁25の耐力以上の圧力pをかけて塑性変形させて固定しても良い。
具体的には、内面(ロータ22側)から圧力pを受けた隔壁25は、ステータ50の内周面に密着し、ステータ50の内周面に形成された開口部Gと対向する領域は、耐力を超える圧力pを受けて開口部G側へ膨らんだ状態で塑性変形して固定される。
As shown in FIG. 3B, the partition wall 25 is a housing that supports the stator 50 and the rotor 22 inside in a state where a cylindrical non-magnetic thin plate member is disposed in close contact with the inner peripheral surface of the stator 50. The inner space R of 24 may be fixed by being plastically deformed by applying a pressure p higher than the proof strength of the partition wall 25.
Specifically, the partition wall 25 receiving the pressure p from the inner surface (the rotor 22 side) is in close contact with the inner peripheral surface of the stator 50, and the region facing the opening G formed on the inner peripheral surface of the stator 50 is: It is fixed by being plastically deformed in a state where it receives the pressure p exceeding the proof stress and swells toward the opening G side.

(2.3)隔壁の板厚の決定
図4は内面(ロータ22側)から圧力pを受けた隔壁25の厚みを決定する過程を説明する模式図である。
(2.3.1)圧力pが隔壁25の耐力以下の場合
隔壁25が内面から圧力pを受けてステータ50の内周面に密着し、ステータ50の内周面に形成された開口部Gと対向する領域は、圧力pを受ける薄肉円筒胴とみなして、周方向に作用する応力σは隔壁25の耐力以下では下記式(1)で表される。
周方向応力:σ=pD/2t・・・(1)
但し、(1)式において、
Dは開口部Gの開口幅(cm)、tは隔壁25の厚さ(cm)、pは内部空間Rにかかる圧力(kg/cm)である。
(2.3) Determination of Plate Thickness of Partition Wall FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the process of determining the thickness of the partition wall 25 that receives the pressure p from the inner surface (the rotor 22 side).
(2.3.1) When the pressure p is less than the yield strength of the partition wall 25 The partition wall 25 receives the pressure p from the inner surface and comes into close contact with the inner peripheral surface of the stator 50, and the opening G formed on the inner peripheral surface of the stator 50. The region opposite to is regarded as a thin cylindrical cylinder receiving pressure p, and the stress σ acting in the circumferential direction is expressed by the following formula (1) below the proof stress of the partition wall 25.
Circumferential stress: σ = pD / 2t (1)
However, in equation (1):
D is the opening width (cm) of the opening G, t is the thickness (cm) of the partition wall 25, and p is the pressure (kg / cm 2 ) applied to the internal space R.

(1)式において、開口部Gの開口幅D=1.0cm、圧力p=20kg/cm、隔壁25のステンレス鋼材料の0.2%耐力をσ=2000kg/cmとして、隔壁25の厚さを計算すると、t=0.005cm=0.05mmとなる。
すなわち、市販の標準厚み0.1mmのステンレス鋼薄板を用いれば、機械材料強度として十分となる。
In the formula (1), the opening width D of the opening G = 1.0 cm, the pressure p = 20 kg / cm 2 , and the 0.2% proof stress of the stainless steel material of the partition wall 25 is σ = 2000 kg / cm 2. When the thickness is calculated, t = 0.005 cm = 0.05 mm.
That is, if a commercially available stainless steel thin plate having a standard thickness of 0.1 mm is used, the mechanical material strength is sufficient.

尚、流体が高温・高圧、例えば、圧力pが2MPa程度でかつ温度が300°Cの加熱流体である場合には、隔壁25のステンレス鋼材料の0.2%耐力をσ=1500kg/cmとして、隔壁25の厚さを計算すると、t=0.0067cm=0.067mmとなる。
すなわち、高温・高圧の加熱流体であっても、市販の標準厚み0.1mmのステンレス鋼薄板を用いれば、機械材料強度として十分となる。
When the fluid is a high temperature / high pressure, for example, a heated fluid having a pressure p of about 2 MPa and a temperature of 300 ° C., the 0.2% proof stress of the stainless steel material of the partition wall 25 is σ = 1500 kg / cm 2. As a result, when the thickness of the partition wall 25 is calculated, t = 0.0067 cm = 0.067 mm.
That is, even a high-temperature / high-pressure heating fluid has sufficient mechanical material strength if a commercially available stainless steel thin plate having a standard thickness of 0.1 mm is used.

(2.3.2)圧力pが隔壁25の耐力を超える場合
隔壁25が内面から耐力以上の圧力pを受けて、ステータ50の内周面に形成された開口部Gと対向する領域を塑性変形させて固定した場合の近似値は下記式(2)で表される。
p=E・[m/4(m−1)]・[8t/D]・・・(2)
但し、(2)式において、
Dは開口部Gの開口幅(cm)、tは隔壁25の厚さ(cm)、mはポアソン比、Eはヤング率である。
(2.3.2) When the pressure p exceeds the yield strength of the partition wall 25 The partition wall 25 is subjected to a pressure p higher than the yield strength from the inner surface, and the region facing the opening G formed on the inner peripheral surface of the stator 50 is plasticized. The approximate value when it is deformed and fixed is expressed by the following equation (2).
p = E · [m 2/ 4 (m 2 -1)] · [8t 3 / D 3] ··· (2)
However, in equation (2):
D is the opening width (cm) of the opening G, t is the thickness (cm) of the partition wall 25, m is the Poisson's ratio, and E is the Young's modulus.

(2)式において、開口部Gの開口幅D=1.0cm、隔壁25の厚さt=0.01cm=0.1mmとして、圧力pを計算すると、p=40MPaとなり、相当の高圧でも塑性変形はしにくい結果となる。
一方、開口部Gの開口幅D=2.0cmとして、ステータ50の隣り合う歯部54の開口部Gの開口幅Dを広くした場合、p=5MPaとなり、コイル53の巻回作業を容易化しつつ、高温・高圧の加熱流体であっても、市販の標準厚み0.1mmのステンレス鋼薄板を用いて、十分な機械材料強度を得ることができる。
In the equation (2), when the opening width G of the opening G = 1.0 cm and the thickness t of the partition wall 25 = 0.01 cm = 0.1 mm and the pressure p is calculated, p = 40 MPa. The result is difficult to deform.
On the other hand, when the opening width D of the opening G is set to 2.0 cm and the opening width D of the opening G of the adjacent tooth portion 54 of the stator 50 is widened, p = 5 MPa, and the winding work of the coil 53 is facilitated. On the other hand, even with a high-temperature / high-pressure heating fluid, a sufficient mechanical material strength can be obtained by using a commercially available stainless steel thin plate having a standard thickness of 0.1 mm.

(2.4)ハウジング
ハウジング24は、内部に隔壁25が内周面に密着したステータ50を支持して内部空間R内の高温・高圧の流体を保持するとともに、ロータ22の両側で回転軸21を回転自在に支持するそれぞれの軸受23を保持する。
また、ハウジング24の外周面の一端からは、ステータ50に巻回されたコイル53に電力を供給するケーブルが外部へ引き出される。
(2.4) Housing The housing 24 supports the stator 50 in which the partition wall 25 is in close contact with the inner peripheral surface to hold the high-temperature and high-pressure fluid in the inner space R, and on both sides of the rotor 22 the rotating shaft 21. Each of the bearings 23 is supported so as to be rotatably supported.
Further, a cable for supplying electric power to the coil 53 wound around the stator 50 is drawn out from one end of the outer peripheral surface of the housing 24.

(3)送風装置の作用・効果
本実施形態に係る送風装置1の作用・効果について説明する前に、比較例の送風装置100、200の問題点について説明する。
(3) Action / Effect of Blower Device Before describing the action / effect of the blower device 1 according to the present embodiment, problems of the blower devices 100 and 200 of the comparative example will be described.

(3.1)送風装置100の構成及び動作
図6は、比較例の送風装置100の縦断面図である。
送風装置100は、送風部110、モータ部120、連結部130及び制御部140を備えて構成されている。
回転軸121の一端には羽根車112が固定され、他端側にはロータ122が固定されている。回転軸121は、ロータ122の両側でそれぞれの軸受123を介して回転自在にハウジング124に支持されている。
(3.1) Configuration and Operation of Blower Device 100 FIG. 6 is a longitudinal sectional view of a blower device 100 of a comparative example.
The blower device 100 includes a blower unit 110, a motor unit 120, a connecting unit 130, and a control unit 140.
An impeller 112 is fixed to one end of the rotating shaft 121, and a rotor 122 is fixed to the other end side. The rotating shaft 121 is rotatably supported by the housing 124 via bearings 123 on both sides of the rotor 122.

回転軸121の連結部130とそれぞれの軸受123との間には軸封部材として、グランドパッキン、オイルシール、Oリング等から選択されたシール部材Sが設けられている。
一方、送風装置100によって送り出される流体が高温・高圧である場合には、ゴム、又は合成樹脂を主材料としたグランドパッキン、オイルシール、Oリング等では、材料が劣化して軸封部材としての寿命が短いという問題があった。
A seal member S selected from a gland packing, an oil seal, an O-ring, or the like is provided as a shaft seal member between the connecting portion 130 of the rotating shaft 121 and each bearing 123.
On the other hand, when the fluid sent out by the blower 100 is at a high temperature and high pressure, the material deteriorates in the gland packing, oil seal, O-ring, etc. mainly made of rubber or synthetic resin. There was a problem of short life.

特に、例えば、タイヤ加硫装置において使用される加熱流体は、圧力pが2MPa程度でかつ温度が300°Cに達するために、シール部材Sは短時間で劣化して、シール部材Sを通過した高温・高圧の加熱流体がモータ部120のステータ150内部に入り込み(図6中 矢印参照)、コイルが損傷を受ける虞があった。   In particular, for example, the heating fluid used in the tire vulcanizer has the pressure p of about 2 MPa and the temperature reaches 300 ° C., so that the seal member S deteriorates in a short time and passes through the seal member S. High temperature and high pressure heating fluid may enter the stator 150 of the motor unit 120 (see the arrow in FIG. 6), and the coil may be damaged.

(3.2)送風装置200、300の構成及び動作
図7(a)は比較例の送風装置200の縦断面図、図7(b)比較例の送風装置300の縦断面図である。
送風装置200は、送風部210、モータ部220、制御部240を備えて構成されている。
回転軸221の一端には羽根車212、他端側にはロータ222が固定され、ロータ222の両側がそれぞれの軸受223を介して回転自在にハウジング224に支持されている。
ロータ222とステータ250との間には、有底の樹脂製の隔壁225を非接触で配置している。
(3.2) Configuration and Operation of the Blowers 200 and 300 FIG. 7A is a longitudinal sectional view of the blower 200 of the comparative example, and FIG. 7B is a longitudinal sectional view of the blower 300 of the comparative example.
The blower device 200 includes a blower unit 210, a motor unit 220, and a control unit 240.
An impeller 212 is fixed to one end of the rotating shaft 221, and a rotor 222 is fixed to the other end, and both sides of the rotor 222 are rotatably supported by a housing 224 via respective bearings 223.
Between the rotor 222 and the stator 250, a bottomed resin partition 225 is disposed in a non-contact manner.

係る送風装置200において、送り出される流体が高温・高圧である場合、特に、例えば、圧力pが2MPa程度でかつ温度が300°Cの加熱流体である場合には、樹脂製の隔壁225の肉厚を厚くする必要がある。そのために、ロータ222とステータ250との間のギャップは大きくなり、モータ性能の低下を招くという問題があった。   In such a blower device 200, when the fluid to be delivered is at a high temperature and a high pressure, in particular, for example, when the pressure p is about 2 MPa and the temperature is 300 ° C., the thickness of the resin partition 225 is increased. It is necessary to thicken. Therefore, there is a problem that the gap between the rotor 222 and the stator 250 becomes large, resulting in a decrease in motor performance.

特に、樹脂製の隔壁225をロータ222とステータ250との間に非接触で配置し、ロータ222が固定された回転軸221の軸受223を支持するためには、樹脂製の隔壁225にハウジングとしての機械的強度を確保するために、さらに大きな肉厚が必要とされた。   In particular, in order to support the bearing 223 of the rotating shaft 221 to which the rotor 222 is fixed by disposing the resin partition 225 between the rotor 222 and the stator 250, the resin partition 225 serves as a housing. In order to ensure the mechanical strength, a larger wall thickness was required.

また、図7(b)に示すように、送風装置300は、軸受223をモータ部220のハウジング224で支持する。そのために、ロータ222と羽根車212との間にそれぞれの軸受223を配置する必要があり、モータ部220と送風部210との連結部230が長くなり、送風装置300が大型化するという問題があった。   In addition, as shown in FIG. 7B, the blower 300 supports the bearing 223 with a housing 224 of the motor unit 220. Therefore, it is necessary to dispose the respective bearings 223 between the rotor 222 and the impeller 212, and the connection part 230 between the motor part 220 and the air blowing part 210 becomes long, resulting in a problem that the air blowing device 300 is enlarged. there were.

(3.3)送風装置1の作用
図5は送風装置1内における流体の移動を説明するための断面模式図である。
本実施形態に係る送風装置1は、モータ部20が送風部10の側方に配置され、回転軸21、ロータ22、ステータ50を備えたブラシレスモータを構成する。
回転軸21の一端には羽根車12が固定され、他端側にはロータ22が固定されている。回転軸21は、ロータ22の両側で、それぞれの軸受23を介して回転自在にハウジング24に支持されている。
(3.3) Action of the Blower 1 FIG. 5 is a schematic cross-sectional view for explaining the movement of fluid in the blower 1.
The blower device 1 according to the present embodiment constitutes a brushless motor in which the motor unit 20 is disposed on the side of the blower unit 10 and includes a rotating shaft 21, a rotor 22, and a stator 50.
The impeller 12 is fixed to one end of the rotating shaft 21, and the rotor 22 is fixed to the other end side. The rotating shaft 21 is rotatably supported on the housing 24 via bearings 23 on both sides of the rotor 22.

ロータ22とステータ50との間隙には、ステータ50の内周部に密着して隔壁25が固定されている。隔壁25は円筒形の非磁性の薄板部材で、ステータコア51の隣り合う歯部54の間に等間隔で形成されている開口部Gを内周面から塞いだ状態で配置されている。   In the gap between the rotor 22 and the stator 50, a partition wall 25 is fixed in close contact with the inner peripheral portion of the stator 50. The partition wall 25 is a cylindrical non-magnetic thin plate member, and is arranged in a state in which openings G formed at equal intervals between adjacent tooth portions 54 of the stator core 51 are closed from the inner peripheral surface.

このように構成された送風装置1においては、一端にロータ22が固定された回転軸21が羽根車12を伴って回転し、羽根車12の回転によって吸入口13からケーシング11内に高温・高圧の流体を吸入するとともに、吸入した流体をさらに圧縮・昇圧して吐出口14から排出する。
圧縮・昇圧された高温・高圧の流体は、吐出口14から排出されるが、一部はケーシング11と回転軸21の挿通部から連結部30を通過する。そして、高温・高圧の流体がハウジング24に保持されて回転軸21を支持する軸受23から、ロータ22が支持されているハウジング24の内部空間Rへ流入する(図5中 矢印参照)。
In the air blower 1 configured as described above, the rotating shaft 21 having the rotor 22 fixed at one end rotates with the impeller 12, and the rotation of the impeller 12 causes the high temperature / high pressure from the suction port 13 to the casing 11. And the compressed fluid is further compressed and pressurized and discharged from the discharge port 14.
The compressed / pressurized high-temperature / high-pressure fluid is discharged from the discharge port 14, but part of the fluid passes through the connecting portion 30 from the insertion portion of the casing 11 and the rotating shaft 21. Then, the high-temperature and high-pressure fluid flows from the bearing 23 supported by the housing 24 to support the rotating shaft 21 to the internal space R of the housing 24 where the rotor 22 is supported (see the arrow in FIG. 5).

ハウジング24の内部空間Rは、ロータ22と対向するステータ50の内周面に厚み0.1mmのステンレス鋼からなる隔壁25が密着して固定されているために、気密状態とされている。
その結果、内部空間Rへ流入した高温・高圧の流体は、内部空間R内で滞留し、送風部10のケーシング11内と略等しい加圧状態となる。
そのために、ロータ22とステータ50の間隙を広げることなく回転軸21とロータ22を密封構造として、モータ性能の低下を防止することができる。
The inner space R of the housing 24 is in an airtight state because the partition wall 25 made of stainless steel having a thickness of 0.1 mm is closely attached to the inner peripheral surface of the stator 50 facing the rotor 22.
As a result, the high-temperature / high-pressure fluid that has flowed into the internal space R stays in the internal space R, and is in a pressurized state that is substantially equal to that in the casing 11 of the blower unit 10.
Therefore, the rotation shaft 21 and the rotor 22 can be sealed to prevent the motor performance from being lowered without widening the gap between the rotor 22 and the stator 50.

隔壁25がステータ50の内周面に密着して気密状態とされたハウジング24の内部空間Rには、一旦流入した流体が滞留し、内部空間R内の流体は入れ替わることがないために、送風部10によって高温の加熱流体が継続して送り出されても、内部空間R内の温度上昇は抑制される。   Since the fluid that has once flown in the inner space R of the housing 24 in which the partition wall 25 is in close contact with the inner peripheral surface of the stator 50 and is in an airtight state, the fluid in the inner space R is not replaced. Even if the high-temperature heating fluid is continuously sent out by the part 10, the temperature rise in the internal space R is suppressed.

隔壁25が、ハウジング24の内部空間Rに隔壁25の耐力以上の圧力pをかけてステータ50の内周面に形成された開口部Gと対向する領域が開口部G側へ膨らんだ状態で塑性変形して固定された状態では、より高圧の流体が流入した場合でも、ロータ22とステータ50の間隙を広げることなく回転軸21とロータ22を密封構造として保持することができる。   The partition 25 is plastic in a state where a region facing the opening G formed on the inner peripheral surface of the stator 50 is bulged toward the opening G side by applying a pressure p higher than the proof strength of the partition 25 to the internal space R of the housing 24. In the deformed and fixed state, the rotating shaft 21 and the rotor 22 can be held as a sealed structure without widening the gap between the rotor 22 and the stator 50 even when a higher pressure fluid flows in.

すなわち、予め隔壁25の内面に最高使用圧力以上の圧力pをかけて塑性変形させ、そのままの状態で密封構造の隔壁25として使用することができ、通常予定されている高圧の流体に対しては充分な強度を有し、密封構造の内部空間Rを備えた送風装置1をより低コストで製造することができる。   That is, the inner surface of the partition wall 25 is preliminarily plastically deformed by applying a pressure p equal to or higher than the maximum working pressure, and can be used as it is as the partition wall 25 having a sealed structure. The blower 1 having sufficient strength and including the internal space R of the sealed structure can be manufactured at a lower cost.

回転軸21は、ロータ22の両側でそれぞれ軸受23によって回転自在に支持され、軸受23は、ハウジング24に保持されている。
その結果、一端側に羽根車12が固定されて回転する回転軸21の支持が安定し、モータ部20を含む送風装置1を小型化し、経済性を高くすることができる。
The rotary shaft 21 is rotatably supported by bearings 23 on both sides of the rotor 22, and the bearings 23 are held by a housing 24.
As a result, the support of the rotating shaft 21 with the impeller 12 fixed to the one end side and rotating is stabilized, and the blower device 1 including the motor unit 20 can be downsized and economically improved.

本実施形態に係る送風装置1は、未加硫タイヤの内面にセットしたブラダーに高温・高圧の不活性ガスを供給して加硫を行うタイヤ加硫機における送風装置として好適に用いることができる。
又、据え置き型の固体酸化物型燃料電池の高温燃料ガス再循環用送風装置としても好適である。
The blower 1 according to this embodiment can be suitably used as a blower in a tire vulcanizer that performs vulcanization by supplying a high-temperature, high-pressure inert gas to a bladder set on the inner surface of an unvulcanized tire. .
Moreover, it is also suitable as a blower for high temperature fuel gas recirculation of a stationary solid oxide fuel cell.

1、100、200、300・・・送風装置
10、110、210・・・送風部
11・・・ケーシング
12、112、212・・・羽根車
13・・・吸入口
14・・・吐出口
20、120、220・・・モータ部
21、121、221・・・回転軸
22、122、222・・・ロータ
23、123、223・・・軸受
24、124、224・・・ハウジング
25、225・・・隔壁
30、130、230・・・連結部
31・・・断熱板
32・・・環状空間部
40、140、240・・・制御部
41・・・制御基板
50、150、250・・・ステータ
51・・・
ステータコア
52・・・インシュレータ
53・・・コイル
54・・・歯部
55・・・スロット部
G・・・開口部
R・・・内部空間
S・・・シール部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 100, 200, 300 ... Air blower 10, 110, 210 ... Air blower 11 ... Casing 12, 112, 212 ... Impeller 13 ... Inlet 14 ... Discharge 20 , 120, 220 ... motor part 21, 121, 221 ... rotating shaft 22, 122, 222 ... rotor 23, 123, 223 ... bearings 24, 124, 224 ... housing 25, 225, .., partition walls 30, 130, 230 ... connecting part 31 ... heat insulating plate 32 ... annular space part 40, 140, 240 ... control part 41 ... control board 50, 150, 250 ... Stator 51 ...
Stator core 52 ... Insulator 53 ... Coil 54 ... Teeth 55 ... Slot G ... Opening R ... Internal space S ... Sealing member

Claims (5)

回転軸と、
前記回転軸に固定されたロータと、
前記ロータに対向して円周上に配置されたステータと、
前記ロータの両側で前記回転軸を回転可能に支持する軸受と、
前記回転軸、前記ロータ、前記ステータを収容する内部空間を有し前記ステータ及び前記軸受を保持するハウジングと、
前記ハウジングの前記内部空間に圧力を受けて前記ステータの内周部に密着して配置された薄板部材と、からなる、
ことを特徴とするモータ。
A rotation axis;
A rotor fixed to the rotating shaft;
A stator disposed on the circumference facing the rotor;
A bearing rotatably supporting the rotating shaft on both sides of the rotor;
A housing having an internal space for housing the rotating shaft, the rotor, and the stator, and holding the stator and the bearing;
A thin plate member that receives pressure on the internal space of the housing and is placed in close contact with the inner peripheral portion of the stator.
A motor characterized by that.
前記圧力が前記薄板部材の0.2%耐力以下である、
ことを特徴とする請求項1に記載のモータ。
The pressure is 0.2% proof stress or less of the thin plate member,
The motor according to claim 1.
前記圧力が前記薄板部材の0.2%耐力を超え、前記薄板部材が前記薄板部材の前記ステータの内周部の周方向に配列された各歯部の隙間に対向した面が塑性変形して固定された、
ことを特徴とする請求項1に記載のモータ。
When the pressure exceeds the 0.2% proof stress of the thin plate member, the surface of the thin plate member facing the gap between the respective tooth portions arranged in the circumferential direction of the inner peripheral portion of the stator is plastically deformed. fixed,
The motor according to claim 1.
前記薄板部材が非磁性材料からなる、
ことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載のモータ。
The thin plate member is made of a nonmagnetic material,
The motor according to any one of claims 1 to 3, wherein the motor is provided.
請求項1ないし4のいずれか1項に記載のモータと、
前記モータによって駆動される羽根車と、
前記羽根車を回転可能に収容するケーシングと、を備えた、
ことを特徴とする送風装置。

A motor according to any one of claims 1 to 4,
An impeller driven by the motor;
A casing for rotatably housing the impeller,
A blower characterized by that.

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