JP5420736B2 - ターボ機械 - Google Patents

Description

本発明はターボ機械に関する。

ターボ機械の回路組立体は電流リップルを平滑するためのインダクタを含むことができる。

多くの場合、インダクタの物理的寸法は比較的大きく、ターボ機械の全体寸法に影響を与えてしまう。

第１の態様において、本発明はロータ組立体、ステータ組立体、及びトロイダルインダクタを備えるターボ機械を提供し、ロータ組立体はインペラを備え、インダクタは、ロータ組立体を取り囲み、インペラとステータ組立体との間に配置され、更にインペラが発生する又はインペラ上に作用する空気流に晒されるようになっている。

ロータ組立体を取り囲みステータ組立体とインペラとの間に配置されるトロイダルインダクタを採用することで、比較的コンパクトなターボ機械を得ることができる。更に、インダクタはインペラが発生する又はインペラ上に作用する空気流に晒されるので、銅損を低減できる。

ロータ組立体は、ロータコア、ベアリング組立体、及びインペラが取り付くシャフトを備えることができる。ベアリング組立体は、ロータコアとインペラとの間に配置され、インダクタは、ベアリング組立体を取り囲む。インペラ及びロータコアをベアリング組立体の反対側に取り付けることで、比較的コンパクトなロータ組立体が得られる。ベアリング組立体を取り囲むトロイダルインダクタを採用することで、ベアリング組立体の周りの利用可能な空間を有効利用できる。

ターボ機械はインダクタが電気的に接続される回路基板を備えることができ、ステータ組立体は回路基板とインダクタとの間に配置できる。このように回路基板を配置することで、所望であれば回路基板は空気流から隔離できる。もしくは、回路基板は、空気流に晒されることができるが、その位置のおかげで、空気流を妨げる又は制限することはない。

ターボ機械は、インペラを覆うシュラウドを備えることができ、インダクタはシュラウドを取り囲むことができる。シュラウドを取り囲むことで、インダクタはシュラウドの周りの利用可能な空間を有効利用できる。インダクタの内径は、インペラの外径よりも小さくすることができる。その結果、インダクタは、半径方向にコンパクトなままでシュラウドを取り囲む。

第２の態様において、本発明は、インペラ、インペラを覆うシュラウド、及びシュラウドを取り囲むトロイダルインダクタを備えるターボ機械を提供する。

本発明を容易に理解できるように、本発明の実施形態を例示的に添付の図面を参照して以下に説明する。

本発明によるターボ機械の断面図である。 ターボ機械の分解組立図である。

図１及び２のターボ機械は、ハウジング２、ロータ組立体３、ステータ組立体４、及び回路組立体５を備える。
ハウジング２は、本体６、上部カバー７、及び下部カバー８を備える。本体６は、ロータ組立体３、ステータ組立体４、及び回路組立体５を支持する内部フレームを備える。上部カバー７は、本体６の第１の端部に固定され、作動空気流が入る吸気口９を備える。下部カバー８は、本体６の第２の端部に固定され、ディフューザ羽根１０及び作動流体が排出される排気口１１を備える。

ロータ組立体３は、シャフト１２、ロータコア１３、ベアリング組立体１４、インペラ１５、及びシュラウド１６を備える。ロータコア１３、ベアリング組立体１４、及びインペラ１５の各々はシャフト１２に取り付けられる。シュラウド１６は、インペラ１５を覆うようにベアリング組立体１４に取り付けられる。ロータ組立体３は、ベアリング組立体１４及びシュラウド１６においてハウジング２の本体６に取り付けられる。詳細には、ロータ組立体３は、Ｏ−リングによって各箇所においてソフトマウントされる。

ステータ組立体４は、ロータコア１３の対向側に配置された一対のステータコア１８を備える。導線１９はステータコア１８の周りに巻かれ、一緒になって相巻線を形成する。相巻線は、回路組立体５に電気的に結合される。

回路組立体５は回路基板２０及び複数の電気構成部品２１を備える。回路基板２０はインペラ１５より遠位のステータ組立体４の一方側に配置される。つまり、ステータ組立体４は、回路基板２０とインペラ１５との間に配置される。回路基板２０は、ロータ組立体３の回転軸に直交する平面に横たわるので、軸方向にコンパクトな構造がもたらされる。電気構成部品２１のうちの１つはトロイダルインダクタ２２である。インダクタ２２はロータ組立体３を取り囲み、ステータ組立体４とインペラ１５との間に配置される。インダクタ２２の巻線は、ステータ組立体４を通り越して回路基板２０に電気的に結合する。

ターボ機械１の作動時、インペラ１５は、ハウジング２の内部を通って吸気口９から排気口１１へ空気を引き出す。インペラ１５が発生する空気流はステータ組立体４を通過して冷却する。ハウジング２の内部は、ステータ組立体４を通過した後の空気流がシュラウド１６の入口に案内されるように形作られる。このために、ハウジング２の本体６は、外壁から内向きの延びる半径方向フランジ２３を備える。インダクタ２２は、このフランジ２３の下に配置されるので、比較的少ない空気流がインダクタ２２を通過する。それにも関わらず、インダクタ２２は空気流に晒されるので（つまり、インダクタ２２は空気流から隔離されないので）、空気流によってある程度冷却される。インダクタ２２の更なる冷却が必要な場合、インダクタ２２の位置及び／又はハウジング２の内部の形状は、インダクタ２２がより多くの空気流に晒されるようすることができる。例えば、半径方向フランジ２３は短くすること又は完全に取り除くことができる。ステータ組立体４及びインダクタ２２は空気流に晒されるので、銅損が低減して効率の高いターボ機械１が得られる。

ロータ組立体３を取り囲みステータ組立体４とインペラ１５との間に配置されるトロイダルインダクタ２２を採用することで、比較的コンパクトなターボ機械１が得られる。対照的に、従来のターボ機械の回路組立体は、回路基板に直接実装されるインダクタ（例えば、Ｅ−コアインダクタ）を含む場合がある。インダクタの物理的寸法により、ターボ機械の全体寸法は大きくなる。実際に、インダクタの寸法により、回路組立体は、ターボ機械の残余部から離れて配置することが必要となる場合もある。一方で、本発明のターボ機械１は、トロイダルインダクタ２２を配置するために、ステータ組立体４とインペラ１５との間の利用可能な空間を有効利用できる。その結果、更にコンパクトなターボ機械１が得られる。更に、回路組立体５は、ターボ機械１のハウジング２内に取り付けることができる。これにより、製品内にターボ機械１を取り付けることが簡単になる。特に、ターボ機械及び回路組立体を別々に製品内に取り付けること、及び両者を電気的に結合する必要がない。

ベアリング組立体１４はロータコア１３とインペラ１５との間に配置される。その結果、ロータ組立体３は軸方向に比較的コンパクトになる。この配置の別の利点は、ロータ組立体３は、ハウジング２内に取り付ける前に完成品一式として動的にバランスをとることができる点にある。インダクタ２２は、ベアリング組立体１４の周りの利用可能な空間を占めることができる。ステータ組立体４及びインペラ１５は、ベアリング組立体１４よりも半径方向に大きいので、インダクタ２２の導入により、ターボ機械１の全体寸法（つまり、軸長又は最大外径）は増大しない。

インダクタ２２は、ベアリング組立体１４だけでなくシュラウド１６を取り囲む。インペラ１５の外径は、入口から出口に向かって大きくなる。同様に、シュラウド１６の外径は、入口から出口に向かって大きくなる。シュラウド１６を取り囲むことで、インダクタ２２はシュラウド１６の周りの利用可能な空間を有効利用できる。更に、インダクタ２２の内径はインペラ１５の外径よりも小さい。その結果、インダクタ２２は、半径方向にコンパクトなままでシュラウド１６を取り囲む。

回路基板２０は、インペラ１５及びインダクタ２２より遠位のステータ組立体４の一方側に配置される。つまり、ステータ組立体４は、回路基板２０とインペラ１５（インダクタ２２）との間に配置される。このように回路基板２０を配置することで、回路基板２０は、ハウジング２を通る空気流を妨げない。回路基板２０は空気流を妨げないが、それでも回路組立体５は空気流に晒されるので、回路基板２０に実装される電気構成部品２１を冷却することができる。所望であれば、回路基板２０は、空気流から隔離することができる。このことは、例えば、空気流が回路基板２０上の電気構成部品２１を短絡させる又はそうでなければ損傷を与える液体を運ぶ場合に必要となるであろう。回路基板２０の位置により、回路基板２０は、ステータ組立体４及びインダクタ２２が空気流に引き続き晒される状態で隔離できる。

前述の実施形態において、インペラ１５は空気流を発生するのでターボ機械１は圧縮機として作用する。もしくは、空気流はターボ機械１がタービンとして作用するようにインペラ１５上に作用することができる。

１ ターボ機械
３ ロータ組立体
４ ステータ組立体
１５ インペラ
２２ トロイダルインダクタ

Claims (7)

1. ロータ組立体、ステータ組立体、及びトロイダルインダクタを備えるターボ機械であって、前記ロータ組立体はインペラを備え、前記インダクタは、前記ロータ組立体を取り囲むと共に前記インペラと前記ステータ組立体との間に配置され、前記インペラが発生する又は前記インペラに作用する空気流に晒されるようになった、ターボ機械。
2. 前記ロータ組立体は、ロータコア、ベアリング組立体、及びインペラが取り付けられるシャフトを備え、前記ベアリング組立体は、前記ロータコアと前記インペラとの間に配置され、前記インダクタは、前記ベアリング組立体を取り囲む、請求項１に記載のターボ機械。
3. 前記ターボ機械は回路基板を備え、前記インダクタは前記回路基板に電気的に接続され、前記ステータ組立体は前記回路基板と前記インダクタとの間に配置される、請求項１又は２に記載のターボ機械。
4. 前記ターボ機械は前記インペラを覆うシュラウドを備え、前記インダクタは前記シュラウドを取り囲む、請求項１から３のいずれかに記載のターボ機械。
5. 前記インダクタの内径は、前記インペラの外径よりも小さい、請求項４に記載のターボ機械。
6. インペラ、該インペラを覆うシュラウド、及び該シュラウドを取り囲むトロイダルインダクタを備えるターボ機械。
7. 前記インダクタの内径は、前記インペラの外径よりも小さい、請求項６に記載のターボ機械。

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