JP5823358B2 - 電動圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、ステータの周りにロータが配置されたアウターロータ方式の電動機のロータが圧縮機本体の回転軸に結合された電動圧縮機に関する。

特許文献１，２に開示されているように、ステータ（固定子）の周りにロータ（回転子）が配置されたアウターロータ方式の電動機のロータが圧縮機本体の回転軸に結合された電動圧縮機が知られている。

また、特許文献３には、ロータの周りにステータが配置されたインナーロータ方式の電動機のロータが、圧縮機本体が備える雄雌一対のロータの何れかに一体化された油冷式スクリュー圧縮機が開示されている。

実開昭６０−３１１７２号公報 特開２００４−３０１０３８号公報 特開２０１１−１８５２７９号公報

ところで、アウターロータ方式の電動機を用いた電動圧縮機においては、電動機の中で最も発熱する部分であるステータ（特にコイル）が圧縮機本体とロータとで挟まれ、囲まれているために、コイルから抜熱するのが難しいという問題がある。そのため、発熱量が大きくなる大出力電動機を内蔵することが難しく、大出力の電動圧縮機を製作することが困難である。

一方、インナーロータ方式の電動機を用いた電動圧縮機は、大出力の電動圧縮機に採用される装置構成であるが、駆動中、ステータに磁気吸引加振力が働くことで、ステータの外周に接触している電動機ケーシングが超高速で微小振動し、騒音を放射するという問題がある。そのため、振動している電動機ケーシングを支持用部材で電動圧縮機の筐体などと結合すると、周囲に振動と騒音とを伝播させることになり、振動問題、騒音問題が生じる。

本発明の目的は、大出力化することが可能であるとともに、振動と騒音とを低減させることが可能な電動圧縮機を提供することである。

本発明における電動圧縮機は、ステータの周りにロータが配置されたアウターロータ方式の電動機の前記ロータが圧縮機本体の回転軸に結合された電動圧縮機において、前記ステータおよび前記ロータを収容するケーシングと、前記ケーシングの内面に結合されて、前記圧縮機本体とは反対側から前記ステータを支持するシャフト部材と、を有し、前記シャフト部材が、前記ロータよりも熱伝導率が高い材料からなり、前記電動圧縮機は筐体の内部に設けられており、前記ケーシングは、直接あるいは熱伝導部材を介して、前記筐体に接触していることを特徴とする。

上記の構成によれば、ロータよりも熱伝導率が高い材料からなるシャフト部材でステータを支持することで、ステータの熱はシャフト部材を経由してケーシングに伝導し、外部に放熱される。これにより、ステータの温度上昇を抑制することができるから、電動圧縮機を大出力化することができる。また、ステータの周りにロータが配置されたアウターロータ方式の電動機であれば、ステータに働く磁気吸引加振力は対向方向から均等にシャフト部材に加わるだけであって、ケーシングが加振されることがない。これにより、周囲への騒音の放射や振動の伝播が少なくなるので、振動と騒音とを低減させることができる。また、ステータからシャフト部材を経由してケーシングに伝導した熱は、直接あるいは熱伝導部材を介して筐体に伝導して、外部に放熱される。これにより、電動圧縮機の内部に熱がこもらないので、電動圧縮機を強制冷却する空冷ファンなどを設ける必要がない。よって、電動圧縮機をコンパクト化することができる。また、電動機の温度上昇を抑制することができるため、電動機の出力性能／効率性能が温度上昇により悪化するのを防止することができて、電動圧縮機を高効率化することができる。なお、熱伝導部材としては、鉄、銅、アルミ、あるいはこれらの合金が挙げられる。

また、本発明における電動圧縮機においては、前記ステータに内蔵されたコイルの端が前記ケーシングまたは前記シャフト部材に接触していてよい。上記の構成によれば、ステータに内蔵されたコイルの端を、ケーシングまたはシャフト部材に接触させることで、コイルの熱は直接、或いはシャフト部材を経由してケーシングに伝導し、外部に放熱される。これにより、ステータの温度上昇を一層抑制することができる。

本発明の電動圧縮機によると、ステータの温度上昇を抑制することができるから、電動圧縮機を大出力化することができる。また、周囲への騒音の放射や振動の伝播が少なくなるので、振動と騒音とを低減させることができる。

電動圧縮機を示す断面図である。 インナーロータ方式の電動機の断面図である。 電動機ケーシングの微小振動を示す図である。 アウターロータ方式の電動機の断面図である。 電動圧縮機を示す断面図である。 電動圧縮機を示す断面図である。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。

［第１実施形態］
（電動圧縮機の構成）
本発明の第１実施形態による電動圧縮機１は、図１に示すように、スクリュロータ１１を備えた圧縮機本体２と、スクリュロータ１１を回転させる電動機３とを備えた電動機直結構造のスクリュ圧縮機である。また、電動圧縮機１は、ステータ２１の周りにロータ２２が配置されたアウターロータ方式の電動機３のロータ２２が圧縮機本体２のスクリュロータ１１に結合された電動圧縮機１である。

（圧縮機本体）
圧縮機本体２は、スクリュロータ１１と、スクリュロータ１１を収容するスクリュケーシング１２とを有する。スクリュロータ１１は、スクリュ歯部１１ａと、スクリュ歯部１１ａと同軸でスクリュ歯部１１ａに対して一体構造にされたスクリュ軸（回転軸）１１ｂとを有する。スクリュ軸１１ｂは、軸受１３および軸受１４で両持ち支持されている。また、スクリュケーシング１２には、圧縮対象の流体が流入する流入口１５と、圧縮された流体が流出する流出口１６とが設けられている。

（電動機）
電動機３は、電動機軸３ａを回転させるための駆動源であって、後述するシャフト部材２６のシャフト２６ａで支持されたステータ２１と、ステータ２１の周りに配置されて回転可能な円筒状のロータ２２と、ステータ２１およびロータ２２を収容する電動機ケーシング（ケーシング）２３と、を有する。ロータ２２は、その右部（圧縮機本体２側端部）に設けられた支持部材２２ａを介して電動機軸３ａに連結されている。また、ロータ２２の内周面には複数の磁石２４が固定されている。ステータ２１にはコイル２５が内蔵されている。

電動機軸３ａは、スクリュロータ１１（スクリュ軸１１ｂ）と同軸でスクリュロータ１１（スクリュ軸１１ｂ）に対して一体構造にされるとともに、スクリュロータ１１側で片持ち支持されている。具体的には、電動機軸３ａはスクリュロータ１１側の軸受１３（および軸受１４）で片持ち支持されている。これにより、電動機３のロータ２２は支持部材２２ａおよび電動機軸３ａを介して圧縮機本体２のスクリュ軸１１ｂに結合されている。

電動機ケーシング２３における電動機軸３ａの軸方向に面した内面には、シャフト部材２６が結合されている。このシャフト部材２６は、ロータ２２よりも熱伝導率が高い材料からなる。具体的には、シャフト部材２６は、銅合金やアルミニウム合金等の熱伝導率が高く剛性が高い材料からなる。また、シャフト部材２６は、電動機軸３ａと同軸であって圧縮機本体２とは反対側からステータ２１の中心を貫通するシャフト２６ａを備えている。このシャフト２６ａにより、シャフト部材２６は圧縮機本体２とは反対側からステータ２１を支持している。このように、ステータ２１は、圧縮機本体２側から支持されるのではなく、電動機軸３ａと同軸のシャフト２６ａにより、圧縮機本体２とは反対側であるシャフト部材２６側から支持されている。また、ステータ２１が内蔵するコイル２５の左端は、シャフト部材２６に接触している。

ここで、アウターロータ方式の電動機３を用いた電動圧縮機１においては、駆動中に最も発熱する部分であるステータ２１（特にコイル２５）から抜熱するのが難しい。そこで、ロータ２２よりも熱伝導率が高い材料からなるシャフト部材２６でステータ２１を支持することで、ステータ２１の熱はシャフト部材２６を経由して電動機ケーシング２３に伝導し、外部に放熱される。また、ステータ２１に内蔵されたコイル２５の左端をシャフト部材２６に接触させることで、コイル２５の熱はシャフト部材２６を経由して電動機ケーシング２３に伝導し、外部に放熱される。これにより、ステータ２１の温度上昇を抑制することができる。

なお、コイル２５の左端が電動機ケーシング２３に直接接触した構成であってもよい。この場合、コイル２５の熱は直接、電動機ケーシング２３に伝導し、外部に放熱されることとなる。

また、インナーロータ方式の電動機の断面図である図２に示すように、ロータ５２の周りにステータ５１が配置され、ステータ５１の外周に接触する電動機ケーシング５３にステータ５１およびロータ５２が収容されている場合、駆動中、ステータ５１および電動機ケーシング５３に矢印で示す磁気吸引加振力Ｆが働く。そのため、図３に示すように、ステータ５１の外周に接触している電動機ケーシング５３が超高速で微小振動し、騒音を放射する。

しかし、ステータ２１の周りにロータ２２が配置されたアウターロータ方式の電動機３であれば、図４に示すように、ステータ２１に働く磁気吸引加振力Ｆは対向方向から均等にシャフト２６ａに加わるだけであって、電動機ケーシング２３が加振されることがない。これにより、周囲への騒音の放射や振動の伝播が少なくなる。

（効果）
以上に述べたように、本実施形態に係る電動圧縮機１によると、ロータ２２よりも熱伝導率が高い材料からなるシャフト部材２６でステータ２１を支持することで、ステータ２１の熱はシャフト部材２６を経由して電動機ケーシング２３に伝導し、外部に放熱される。これにより、ステータ２１の温度上昇を抑制することができるから、電動圧縮機１を大出力化することができる。また、ステータ２１の周りにロータ２２が配置されたアウターロータ方式の電動機３であれば、ステータ２１に働く磁気吸引加振力Ｆは対向方向から均等にシャフト部材２６に加わるだけであって、電動機ケーシング２３が加振されることがない。これにより、周囲への騒音の放射や振動の伝播が少なくなるので、振動と騒音とを低減させることができる。

また、ステータ２１に内蔵されたコイル２５の端を、電動機ケーシング２３またはシャフト部材２６に接触させることで、コイル２５の熱は直接、或いはシャフト部材２６を経由して電動機ケーシング２３に伝導し、外部に放熱される。これにより、ステータ２１の温度上昇を一層抑制することができる。

［第２実施形態］
（電動圧縮機の構成）
次に、第２実施形態による電動圧縮機２０１について説明する。第２実施形態による電動圧縮機２０１は、図５に示すように、電動圧縮機２０１が筐体４の内部に設けられており、電動機ケーシング２３が筐体４に直接接触している点で、第１実施形態の電動圧縮機１と異なっている。電動圧縮機２０１は、筐体４の内部に設けられた支持台５によって支持されている。

ここで、インナーロータ方式の電動機を用いた電動圧縮機においては、電動機を冷却するために別途空冷ファンを設置して強制空冷する場合が多く、装置が大きくなるという問題がある。また、空冷ファンを追加することで電動圧縮機全体としての消費動力が増え、省エネ性能が悪いという問題がある。

しかしながら、本実施形態の電動圧縮機２０１においては、ステータ２１からシャフト部材２６を経由して電動機ケーシング２３に伝導した熱は、直接、筐体４に伝導して、外部に放熱される。これにより、電動圧縮機２０１の内部に熱がこもらないので、電動圧縮機２０１を強制冷却する空冷ファンなどを設ける必要がない。よって、電動圧縮機２０１をコンパクト化することができる。また、電動機３の温度上昇を抑制することができるため、電動機３の出力性能／効率性能が温度上昇により悪化するのを防止することができて、電動圧縮機２０１を高効率化することができる。

その他の構成は第１実施形態と同じであるので、その説明を省略する。

（効果）
以上に述べたように、本実施形態に係る電動圧縮機２０１によると、ステータ２１からシャフト部材２６を経由して電動機ケーシング２３に伝導した熱は、直接筐体４に伝導して、外部に放熱される。これにより、電動圧縮機２０１の内部に熱がこもらないので、電動圧縮機２０１を強制冷却する空冷ファンなどを設ける必要がない。よって、電動圧縮機２０１をコンパクト化することができる。また、電動機３の温度上昇を抑制することができるため、電動機３の出力性能／効率性能が温度上昇により悪化するのを防止することができて、電動圧縮機２０１を高効率化することができる。

［第３実施形態］
（振動計測装置の構成）
次に、第３実施形態による電動圧縮機３０１について説明する。第３実施形態による電動圧縮機３０１は、図６に示すように、電動圧縮機３０１を内部に備えた筐体４内に設けられた板状部材（熱伝導部材）６を介して電動機ケーシング２３が筐体４に接触している点で、第２実施形態の電動圧縮機２０１と異なっている。

板状部材６は、熱伝導率が高い材料、例えば、鉄、銅、アルミ、あるいはこれらの合金からなる。ステータ２１からシャフト部材２６を経由して電動機ケーシング２３に伝導した熱は、板状部材６を介して筐体４に伝導して、外部に放熱される。これにより、電動圧縮機３０１の内部に熱がこもらないので、電動圧縮機３０１を強制冷却する空冷ファンなどを設ける必要がない。

その他の構成は第１実施形態および第２実施形態と同じであるので、その説明を省略する。

（本実施形態の変形例）
以上、本発明の実施形態を説明したが、具体例を例示したに過ぎず、特に本発明を限定するものではなく、具体的構成などは、適宜設計変更可能である。また、発明の実施の形態に記載された、作用及び効果は、本発明から生じる最も好適な作用及び効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用及び効果は、本発明の実施の形態に記載されたものに限定されるものではない。

１，２０１，３０１ 電動圧縮機
２ 圧縮機本体
３ 電動機
３ａ 電動機軸
４ 筐体
５ 支持台
６ 板状部材（熱伝導部材）
１１ スクリュロータ
１１ａ スクリュ歯部
１１ｂ スクリュ軸（回転軸）
１２ スクリュケーシング
１３，１４ 軸受
１５ 流入口
１６ 流出口
２１，５１ ステータ
２２，５２ ロータ
２２ａ 支持部材
２３，５３ 電動機ケーシング（ケーシング）
２４ 磁石
２５ コイル
２６ シャフト部材
２６ａ シャフト

Claims (2)

1. ステータの周りにロータが配置されたアウターロータ方式の電動機の前記ロータが圧縮機本体の回転軸に結合された電動圧縮機において、
   前記ステータおよび前記ロータを収容するケーシングと、
   前記ケーシングの内面に結合されて、前記圧縮機本体とは反対側から前記ステータを支持するシャフト部材と、
   を有し、
   前記シャフト部材が、前記ロータよりも熱伝導率が高い材料からなり、
   前記電動圧縮機は筐体の内部に設けられており、
   前記ケーシングは、直接あるいは熱伝導部材を介して、前記筐体に接触していることを特徴とする電動圧縮機。
2. 前記ステータに内蔵されたコイルの端が前記ケーシングまたは前記シャフト部材に接触していることを特徴とする請求項１に記載の電動圧縮機。