JP6453682B2

JP6453682B2 - 圧縮機駆動用モータおよびその冷却方法

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Publication number: JP6453682B2
Application number: JP2015055552A
Authority: JP
Inventors: 小林　直樹; 小林　　直樹; 上田　憲治; 憲治上田; 長谷川　泰士; 泰士長谷川; 紀行松倉; 真太郎大村
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Thermal Systems Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Thermal Systems Ltd
Priority date: 2015-03-19
Filing date: 2015-03-19
Publication date: 2019-01-16
Anticipated expiration: 2035-03-19
Also published as: US20180073521A1; JP2016176359A; CN107407269A; CN107407269B; WO2016147585A1

Description

本発明は、圧縮機駆動用モータおよびその冷却方法に関する。

冷凍機の圧縮機を駆動するモータを、冷媒回路を流れる冷媒の一部を供給することで冷却する方法がある（例えば、特許文献１）。特許文献１では、ロータとステータとの間のギャップ（間隙）に冷媒を導入して冷却している。

特開２００２−１３８９６２号公報

モータの熱損失が大きくなると冷却に必要な冷媒量が増える。そこで、液冷媒を用いると潜熱を利用できるため効率的に冷却することが可能になるが、液冷媒は摩擦抵抗が大きいためギャップに供給する液冷媒量は少ない方が望ましい。
そこで、本発明は、ロータとステータとの間のギャップに液冷媒を必要最低限の量だけ供給することで冷却可能な圧縮機駆動用モータの冷却方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の圧縮機を駆動するモータは、ロータと、ロータの外周部を包囲するステータと、ロータおよびステータを収容するケースと、圧縮機を含む冷媒回路からケース内へと液冷媒を導入する液導入部と、冷媒回路からケース内へとガス冷媒を導入するガス導入部と、を備える。
ケース内には、ロータおよびステータの軸方向の一端側でかつ、圧縮機が配置される側に位置する下流室と、軸方向の他端側に位置し、ロータの外周部とステータの内周部との間のギャップを介して下流室に連通する上流室と、がある。
そして、本発明は、ガス導入部が、上流室内で液冷媒が溜まる液溜まりへとガス冷媒を導入し、それぞれ導入される液冷媒とガス冷媒とが、上流室内で混合され、液冷媒およびガス冷媒が混合した湿り蒸気が、少なくともギャップに供給されることを特徴とする。

本発明では、液導入部とガス導入部とによりそれぞれ導入される液冷媒とガス冷媒とが上流室内で混合され、冷凍サイクルの流れに従って、冷媒の湿り蒸気がステータとロータとの間のギャップへと導入される。そのため、導入されるガス冷媒と液冷媒との各々の流量を適切に設定しておき、風損を抑制するのに適合する湿り度の冷媒を必要量だけ供給することで十分にモータを冷却できる。

本発明の圧縮機駆動用モータにおいて、ガス導入部は、上流室内で液冷媒が溜まる液溜まりへとガス冷媒を導入する。
そうすると、上流室内に溜まる液冷媒にガス冷媒が吹き込まれるので、液冷媒とガス冷媒とが効率よく混合される。

本発明の第２の圧縮機を駆動するモータは、ロータと、ロータの外周部を包囲するステータと、ロータおよびステータを収容するケースと、圧縮機を含む冷媒回路からケース内へと液冷媒を導入する液導入部と、冷媒回路からケース内へとガス冷媒を導入するガス導入部と、を備える。
ケース内には、ロータおよびステータの軸方向の一端側でかつ、圧縮機が配置される側に位置する下流室と、軸方向の他端側に位置し、ロータの外周部とステータの内周部との間のギャップを介して下流室に連通する上流室と、がある。
そして、本発明は、液導入部が、軸周りにロータが結合されるシャフトの内部に形成された流路を経由しないで上流室内へと液冷媒を導入する第１液導入部と、流路を含み、流路を流れる液冷媒に働く遠心力によるポンプ効果により液冷媒を吸い込んで噴射する噴射口から上流室内へと液冷媒を導入する第２液導入部と、を備え、液冷媒とガス冷媒とが、上流室内で混合され、液冷媒およびガス冷媒が混合した湿り蒸気が、少なくともギャップに供給されることを特徴とする。
本発明の圧縮機駆動用モータにおいて、液導入部は、軸周りにロータが結合されるシャフトの内部に形成された流路を含み、流路を流れる液冷媒に働く遠心力によるポンプ効果により液冷媒を吸い込んで噴射する。

そうすると、遠心ポンプ効果によって液冷媒が液導入部を安定して流れ、噴射口から噴射される。噴射された液冷媒は、ステータコアから上流室内へと突出したコイルエンドを十分に冷却するとともに、ガス冷媒により巻き上げられてギャップへと流入する。

本発明の圧縮機駆動用モータにおいて、液導入部は、シャフトの内部の流路を経由しないで上流室内へと液冷媒を導入する第１液導入部と、シャフトの内部の流路を含み、噴射口から上流室内へと液冷媒を導入する第２液導入部と、を備える。
そうすると、後述するように、冷媒回路の圧力条件等に基づいて、第１液導入部および第２液導入部を併用したり、いずれか一方を用いたりするといった制御が可能となる。

本発明の第３の圧縮機を駆動するモータは、ロータと、ロータの外周部を包囲するステータと、ロータおよびステータを収容するケースと、圧縮機を含む冷媒回路からケース内へと液冷媒を導入する液導入部と、冷媒回路からケース内へとガス冷媒を導入するガス導入部と、を備える。
ケース内には、ロータおよびステータの軸方向の一端側でかつ、圧縮機が配置される側に位置する下流室と、軸方向の他端側に位置し、ロータの外周部とステータの内周部との間のギャップを介して下流室に連通する上流室と、がある。
そして、本発明は、液導入部が、軸周りにロータが結合されるシャフトの内部に形成された流路を含み、流路を流れる液冷媒に働く遠心力によるポンプ効果により液冷媒を吸い込んで噴射し、ケース内には、流路からステータのコイルエンドに向けて噴射された液冷媒を一旦受けるガード部が備えられ、液冷媒は、ガード部を通過してコイルエンドへと到達し、液冷媒とガス冷媒とが、上流室内で混合され、液冷媒およびガス冷媒が混合した湿り蒸気が、少なくともギャップに供給されることを特徴とする。
本発明の圧縮機駆動用モータにおいて、ケース内には、シャフト内部の流路からステータのコイルエンドに向けて噴射された液冷媒を一旦受けるガード部が備えられ、液冷媒は、ガード部を通過してコイルエンドへと到達する。
本発明の圧縮機駆動用モータにおいて、液導入部は、軸周りにロータが結合されるシャフトの内部に形成された流路を含み、流路を流れる液冷媒に働く遠心力によるポンプ効果により液冷媒を吸い込んで噴射する。
そうすると、遠心ポンプ効果によって液冷媒が液導入部を安定して流れ、噴射口から噴射される。噴射された液冷媒は、ステータコアから上流室内へと突出したコイルエンドを十分に冷却するとともに、ガス冷媒により巻き上げられてギャップへと流入する。

本発明の圧縮機駆動用モータにおいて、下流室内には、ギャップから流出した湿り蒸気をステータのコイルエンドに向けて案内する案内部が備えられていることが好ましい。
また、本発明の圧縮機駆動用モータにおいて、液導入部は、液冷媒を上流室へ導入する第一経路と、液冷媒をケースとステータとの間の隙間へ導入する第二経路と、に分岐することが好ましい。

本発明の圧縮機駆動用モータは、羽根車を備えた遠心式圧縮機を駆動するものとして好適である。

本発明の冷媒回路は、上述の圧縮機駆動用モータと、圧縮機と、凝縮器と、蒸発器と、減圧部と、を備えることを特徴とする。
ここで、冷媒回路上の圧縮機の吐出側からガス導入部へとガス冷媒を分配し、冷媒回路上の凝縮器の下流側から液導入部へと液冷媒を分配することができる。それにより、ポンプ等の外部動力を用いることなく、ガス冷媒および液冷媒をそれぞれモータへと搬送する圧力差を得ることができる。

また、本発明は、ロータと、ロータの径方向の外周部を包囲するステータと、ロータおよびステータを収容するケースと、を備え、圧縮機を駆動するモータを冷却する方法であって、ケース内には、ロータおよびステータの軸方向の一端側でかつ、圧縮機が配置される側に位置する下流室と、軸方向の他端側に位置し、ロータの外周部とステータの内周部との間のギャップを介して下流室に連通する上流室と、があり、圧縮機を含む冷媒回路から導入される液冷媒と、冷媒回路から上流室内で液冷媒が溜まる液溜まりへと導入されるガス冷媒とを上流室内で混合するステップと、液冷媒およびガス冷媒が混合した湿り蒸気を、少なくともギャップに供給するステップと、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、液冷媒がガス冷媒に同搬された状態でギャップを流れるので、風損を低減しつつ、必要量の冷媒により圧縮機駆動用モータを確実に冷却することができる。

第１実施形態に係る圧縮機駆動用モータと、モータにより駆動される圧縮機を含む冷媒回路とを示す模式図である。冷媒湿り度に対する必要冷媒量、モータの風損、およびモータの合計損失をそれぞれ示す図である。冷媒湿り度は、液の比率を示しており、「１」は全体が液相の状態を意味する。第２実施形態に係る圧縮機駆動用モータと、モータにより駆動される圧縮機を含む冷媒回路とを示す模式図である。第３実施形態に係る圧縮機駆動用モータと、モータにより駆動される圧縮機を含む冷媒回路とを示す模式図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
〔第１実施形態〕
図１に示す圧縮機１は、凝縮器２、膨張弁３、蒸発器４、およびそれらを接続する流路（図１に細い実線で示す）と共に、冷媒回路５を構成している。冷媒回路５は、大規模なビルや施設等に設置される大型冷凍機に用いられる。
本実施形態の圧縮機１は、図示しない羽根車を備えた遠心式圧縮機（ターボ圧縮機）であり、冷媒を圧縮する。

圧縮機駆動用モータ１０（以下、モータ１０）は、シャフト１１の回転駆動力を伝達することで圧縮機１を駆動する。
モータ１０は、シャフト１１と、シャフト１１の軸周りに結合されるロータ１２と、ロータ１２の径方向の外周部を包囲するステータ１３と、ロータ１２、ステータ１３、および圧縮機１を収容するケース１４とを備えている。モータ１０は、シャフト１１が水平に延びた姿勢で設置される。ステータ１３のコア１３１から軸方向の両側にコイルのエンド（コイルエンド１３２）が突出している。
ケース１４は、モータ１０と圧縮機１との共通のハウジングである。ケース１４内に導入された冷媒は、圧縮機１により吸入されて圧縮された後、冷媒回路５の流路へと吐出される。
圧縮機１から吐出された圧縮冷媒は、凝縮器２、膨張弁３、および蒸発器４を経て再び圧縮機１へと吸入される。

ステータ１３に備えられたコイルへと通電すると、ステータ１３に対してロータ１２がシャフト１１と共に回転されることで、圧縮機１の羽根車が回転する。羽根車の回転により、ケース１４内の冷媒が羽根車へと吸入される。
ケース１４の内部は、ロータ１２およびステータ１３を間に挟んで上流室Ｒ１と、下流室Ｒ２とに区分されている。
本実施形態では、冷凍サイクルの冷媒の流れに従って、上流室Ｒ１から、圧縮機１が配置される下流室Ｒ２に向けて冷媒が流れる。

上流室Ｒ１は、シャフト１１の後端１１Ａ側に位置し、ロータ１２の外周部とステータ１３の内周部との間のギャップＧ（間隙）を介して下流室Ｒ２に連通している。ギャップＧは、ロータ１２およびステータ１３の全周に亘り形成されている。
下流室Ｒ２は、シャフト１１の先端１１Ｂ側に位置し、圧縮機１が配置されている。

モータ１０は作動中に発熱する。モータ１０の動作を保証するとともに、発熱によるモータ１０の損失（熱損失）を低減するため、モータ１０を十分に冷却する必要がある。
そのため、冷媒回路５を流れる冷媒の一部をモータ冷却用冷媒としてケース１４内へと供給している。ケース１４内に供給された冷媒は、冷媒回路５の冷媒の流れに従ってロータ１２およびステータ１３の間のギャップＧを流れる過程で、ロータ１２およびステータ１３を冷却する。本実施形態のようにケース１４の内周部とステータ１３の外周部との間に隙間Ｓが形成されていれば、その隙間Ｓも冷媒の流路となり、ステータ１３の外周部が冷却される。

ここで、冷却効率には、冷媒の湿り度（液の比率）が影響する。一定重量の冷媒の湿り度が高いほど、液相から気相への相転移に伴う潜熱により吸熱される熱量が大きい。そのため、図２（ａ）に示すように、モータ１０を十分に冷却するために必要な冷媒量（重量基準）は、冷媒の湿り度が高いほど少ない。つまり、冷媒の湿り度が高いほど、モータ１０を冷却するために冷媒回路５から抜き取られる冷媒が少量で足りる。
一方、冷媒の湿り度は、モータ１０の風損に影響する。ギャップＧを流れる冷媒の湿り度（液の比率）が高いほど摩擦抵抗が増加するため、図２（ｂ）に示すように、風損が大きい。風損が大きいと、その分、必要な冷媒量が増えてしまう。

風損の他にも、モータ１０を冷却するために冷媒回路５から冷媒が抜き取られた分だけ冷媒回路５の冷媒循環量が減少することの損失（抽気損失）を考慮に入れる必要がある。
図２（ｃ）における合計損失は、風損と、抽気損失と、モータ１０に固有の損失（銅損および鉄損）との合計を示している。モータ１０に固有の損失は、冷媒の湿り度に依存しないが、風損は、冷媒の湿り度が高いほど大きく、逆に、抽気損失は、冷媒の湿り度が高いほど小さい。なお、図２（ｃ）に示す合計損失は、あくまで一例である。
いずれも冷媒の湿り度に依存する風損および抽気損失が反映された合計損失が小さくなるように、適切な湿り度の冷媒を必要な量だけロータ１２およびステータ１３に供給することが好ましい。

本実施形態のモータ１０は、モータ１０を十分に冷却するために、圧縮機１の下流から上流室Ｒ１内へとガス冷媒を導入するガス導入路２０と、凝縮器２の下流からケース１４内へと液冷媒を導入する液導入路２１と、下流室Ｒ２内から冷媒回路５へと液冷媒を排出する液排出路２３とを備えている。
図１において、ガス導入路２０を太い破線で示し、液導入路２１を太い実線で示し、液排出路２３を太い一点鎖線で示している。

ガス導入路２０の始端部２０Ａは、圧縮機１により吐出された気相の冷媒が凝縮器２に向けて流れる冷媒回路５の流路の途中に接続されている。それにより、圧縮機１により吐出されたガス冷媒の一部がガス導入路２０へと分配され、ガス導入路２０を通じてケース１４内へと導入される。
ガス導入路２０の終端部２０Ｂは、上流室Ｒ１の底部１４１（ケース１４）から上流室Ｒ１内へと連通している。

ガス導入路２０には、バルブ２０Ｖが設けられている。バルブ２０Ｖにより、ガス導入路２０の終端部２０Ｂから上流室Ｒ１内へと導入されるガス冷媒の流量が所定の値に設定されている。バルブ２０Ｖとして、開閉バルブや流量調整バルブを用いることができる。バルブ２０Ｖと固定絞りとを併用することも可能である。
なお、バルブ２０Ｖを設けずに、ガス導入路２０の径の設定などにより、上流室Ｒ１内へと導入されるガス冷媒の流量が所定の値に設定されていてもよい。
冷媒回路５の圧力条件等に応じてバルブ２０Ｖの開度を調整することができる。
バルブ２０Ｖに関する上記の説明は、後述するバルブ２１Ｖやバルブ２２Ｖ（第２実施形態）にも該当する。

液導入路２１は、凝縮器２からモータ１０へと取り回されており、凝縮器２から流れ出た液冷媒の一部が冷媒回路５の主流から分配される。
液導入路２１は、上流室Ｒ１内へと液冷媒を導入する経路２１１と、ケース１４とステータ１３との間の隙間Ｓへと液冷媒を導入する経路２１２とに、モータ１０よりも上流で分岐している。
経路２１１および経路２１２はいずれも、底部１４１に対向するケース１４の頂部１４２からケース１４内へと連通している。
経路２１１および経路２１２よりケース１４内に導入された液冷媒は、自重により下り、ケース１４の底部１４１に液溜まり２５を形成する。液溜まり２５は、ケース１４内の少なくとも上流室Ｒ１で形成される。上述のガス導入路２０から噴出するガス冷媒は、液溜まり２５へと導入される。

液導入路２１には、経路２１１，２１２の各々の終端部からケース１４内へと導入される液冷媒の流量を設定するバルブ２１Ｖが設けられている。
バルブ２１Ｖに代えて、経路２１１，２１２の各々にバルブを設けることもできる。

液排出路２３は、下流室Ｒ２の底部から蒸発器４へと取り回されている。

さて、本実施形態の主要な特徴は、ガス導入路２０を通じてケース１４内へと導入されるガス冷媒と、液導入路２１を通じてケース１４内へと導入される液冷媒とを上流室Ｒ１内で混合し、その湿り蒸気をモータ１０の少なくともギャップＧに供給することにある。それによって、風損を抑えつつ、必要量の冷媒によりモータ１０を十分に冷却する。
上流室Ｒ１内へと底部１４１から導入されたガス冷媒の噴流は、液溜まり２５の液冷媒へと吹き込まれるとともに、冷媒回路５の冷媒の流れに従って液冷媒を巻き上げる。そうすると、ガス冷媒は液冷媒と混合する。また、ガス冷媒は、上流室Ｒ１の頂部１４２から導入され滴下する、あるいは上流室Ｒ１の内壁を伝わる液冷媒とも混合する（以上、混合ステップ）。
そして、ガス冷媒と液冷媒とが混合した二相冷媒（湿り蒸気）が、冷媒回路５の冷媒の流れに従ってギャップＧへと供給される（供給ステップ）。湿り蒸気がギャップＧをスムーズに十分に流れることで、ロータ１２およびステータ１３が冷却される。
冷媒湿り蒸気は、上流室Ｒ１および下流室Ｒ２の各々に位置するコイルエンド１３２や、シャフト１１にも接触してそれらを冷却する。

また、液導入路２１の経路２１１により導入された液冷媒が、コイルエンド１３２やシャフト１１に降り掛かることによってもそれらが冷却される。
さらに、液導入路２１の経路２１２により導入された液冷媒が、ステータ１３の外周部とケース１４との間の隙間Ｓを伝うことにより、ステータ１３が冷却される。

上記のようにモータ１０の冷却に使われた液冷媒の一部はガス化し、圧縮機１へと吸入される。前部室Ｒ１においてモータ１０と圧縮機１の羽根車との間には図示しない仕切りがあるため、ガス化しない残りの液冷媒のすべてが、羽根車には吸入されることなく液排出路２３を通じて排出され、蒸発器４へと流入する。

本実施形態によれば、上流室Ｒ１内の底部１４１に溜まる液冷媒に対して、底部１４１へと導入されたガス冷媒を吹き込み、液冷媒をガス冷媒により巻き上げることで、上流室Ｒ１内で液冷媒とガス冷媒とを混合する。そして、冷媒湿り蒸気をギャップＧへと導入するので、導入されるガス冷媒と液冷媒との各々の流量を例えばバルブ２０Ｖおよびバルブ２１Ｖの開度を調整することで適切に設定しておき、風損を抑制するのに適合する湿り度の冷媒を必要量だけ供給することでモータ１０を十分に冷却することが可能となる。導入されるガス冷媒と液冷媒との各々の流量は、図２（ｃ）に示すように、風損および抽気損失を含めたモータ１０の合計の損失が最も小さい範囲に対応する最適な湿り度域Ａを実現するように定めることが好ましい。

〔第２実施形態〕
次に、図３を参照し、本発明の第２実施形態について説明する。
以下、第１実施形態と相違する事項を中心に説明する。第１実施形態と同様の構成には同じ符号を付している。
第２実施形態に係るモータ１０は、第１実施形態の液導入路２１に加えて、第２の液導入路２２を備えている。ケース１４内に液冷媒を導入するこれらの液導入路のことをそれぞれ、第１液導入路２１、第２液導入路２２と称する。

本実施形態では、バルブ２１Ｖよりも上流で第１液導入路２１に第２液導入路２２が接続されている。
凝縮器２を流れ出て第１液導入路２１へと分配された液冷媒は、さらに第２液導入路２２にも分配される。
第２液導入路２２にも、バルブ２２Ｖが設けられている。バルブ２２Ｖにより、第２液導入路２２の終端部から上流室Ｒ１内へと導入される液冷媒の流量が所定の値に設定されている。
なお、第２液導入路２２が第１液導入路２１の途中ではなく凝縮器２の下流に直接接続されていてもよい。

シャフト１１の内部には、第２液導入路２２の一部を構成する流路２４が形成されている。
流路２４は、シャフト１１の軸心を軸線方向に沿って延びる軸方向流路２４１と、軸方向流路２４１に連続し、シャフト１１の径方向に沿って延びる径方向流路２４２とを備えている。
軸方向流路２４１は、シャフト１１の軸方向に沿って液冷媒を受け入れる受入口２４３をシャフト１１の上流室Ｒ１側の端面に有している。この受入口２４３に第２液導入路２２を構成する管路が接続される。
径方向流路２４２は、上流室Ｒ１内の空間へと開放された一対の噴射口２４４をシャフト１１の外周部に有している。一対の噴射口２４４は、ステータ１３のコイルエンド１３２に向けて開放されている。噴射口２４４が第２液導入路２２の終端である。
本実施形態の径方向流路２４２は、軸方向流路２４１の終端でシャフト１１を直径方向に貫通している。

凝縮器２の下流より第２液導入路２２へと分配されてシャフト１１内部の流路２４を流れる液冷媒には、シャフト１１の回転により遠心力が働いており、シャフト１１の軸心を通る軸方向流路２４１を流れる液冷媒に働く遠心力よりも、シャフト１１の軸心と交差する径方向流路２４２を流れる液冷媒に働く遠心力の方が大きい。それによって軸方向流路２４１から径方向流路２４２に向けて液冷媒が汲み上げられる遠心ポンプ効果が得られる。
この遠心ポンプ効果により、凝縮器２の下流から第２液導入路２２へと液冷媒が吸い込まれるので、液冷媒がシャフト１１内部の流路２４を安定して流れ、噴射口２４４から上流室Ｒ１内のコイルエンド１３２に向けて、一点鎖線の矢印Ｆ１で示すように噴射される。その液冷媒によってコイルエンド１３２が十分に冷却される。シャフト１１の回転により、噴射口２４４の位置も回転するので、コイルエンド１３２が全周に亘って冷却される。

本実施形態においても、第１実施形態と同様に、第１液導入路２１を通じてケース１４内に液冷媒を導入するとともに、ガス導入路２０を通じて上流室Ｒ１内へとガス冷媒を導入する。上流室Ｒ１の液溜まり２５に吹き込まれるガス冷媒は、噴射口２４４から噴射された液冷媒を巻き上げることによっても液冷媒と混合される。冷媒の湿り蒸気は、冷媒回路５の冷媒の流れに従ってギャップＧへと流入し、ギャップＧから下流室Ｒ２内へと流出すると、下流室Ｒ２内に位置するコイルエンド１３２に接触し、冷却する。

本実施形態において、図３に二点鎖線で示すようにシャフト１１の流路２４を下流室Ｒ２にまで延長し、下流室Ｒ２に位置するコイルエンド１３２に向けて噴射口２４４から液冷媒を噴射するようにしてもよい。

本実施形態によれば、第２液導入路２２により、モータ１０の中でも顕著に発熱するコイルエンド１３２を液冷媒により直接的に冷却することができる。
それに加えて、遠心ポンプ効果により第２液導入路２２を液冷媒が十分に流れるので、冷媒回路５の圧力条件等により第１液導入路２１の液冷媒の流れを確保できない場合にも、液冷媒をケース１４内に導入し、ガス冷媒と混合させることができる。
第２液導入路２２の遠心ポンプ効果により、モータ１０を許容温度以下に維持するのに必要な液冷媒の流量を確保することができる。
したがって、液冷媒を搬送する圧力差が小さいため第１液導入路２１が流量不足に陥ったときに備えて、第１液導入路２１に電動ポンプを設けておく必要がない。電動ポンプが必要ないことで、冷凍機の効率向上に寄与できる。

冷媒を冷媒回路５に循環させるための圧力条件を監視し、圧力条件に応じてバルブを開閉あるいは開度調整することができる。例えば、第１液導入路２１を流れる液冷媒の圧力差を確保できない場合は、バルブ２１Ｖを閉じ、バルブ２２Ｖを開いた状態とし、第２液導入路２２だけを有効に機能させることができる。
一方、第１液導入路２１を流れる液冷媒の圧力差を確保できる場合には、バルブ２２Ｖを閉じ、バルブ２１Ｖを開いた状態とし、第１液導入路２１だけを有効に機能させることが好ましい。そうすると、遠心ポンプ効果により液冷媒を吸い上げる分のモータ１０入力を必要とすることなく、冷媒回路５の冷媒の循環に従って、液冷媒を導入することができる。

第２液導入路２２を備える第２実施形態は、漏洩の心配が少ないため管理が容易な低圧冷媒を用いる場合に特に有効である。低圧冷媒を用いると、冷媒循環に必要な作動圧力が不足しがちであるため、第２液導入路２２を備えている意義が大きい。
ここでいう「低圧冷媒」は、常用の温度（例えば２０℃）での圧力が０．３ＭＰａ未満（大気を基準とするゲージ圧力０．２ＭＰａ）である冷媒を意味する。

第１実施形態より明らかであるが、第２実施形態において、作動圧力が確保される場合には第２液導入路２２を使用せずに第１液導入路２１のみを使用することも可能である。その場合は、バルブ２２Ｖを閉め、バルブ２１Ｖが開いた状態とすればよい。そして、作動圧力が所定値を下回ったならば、バルブ２２Ｖを開き、第２液導入路２２のみ、あるいは第１、第２液導入路２１，２２の両方を使用することができる。

本実施形態において、第１液導入路２１を備えておらず第２液導入路２２のみを備えることも許容される。

〔第３実施形態〕
次に、図４を参照し、本発明の第３実施形態について説明する。
第３実施形態に係るモータ１０は、上流室Ｒ１に位置するコイルエンド１３２に向けて噴射された液冷媒を一旦受けるガード部２６と、ギャップＧから流出した冷媒の湿り蒸気を下流室Ｒ２に位置するコイルエンド１３２に向けて案内する案内部２７とをケース１４内に備えている。

ガード部２６は、シャフト１１の外周部を間隔をおいて取り囲むように環状に形成されている。ガード部２６は、液冷媒の噴射に対して十分な強度を有する。ガード部２６は、ケース１４の一部、あるいはシャフト１１を回転可能に支持する軸受の一部として構成することができる。
案内部２７は、ギャップＧの下流室Ｒ２側の開口の付近から、前方に向かうにつれて次第に拡径するように湾曲した案内面２７Ａを有している。案内面２７Ａは、シャフト１１の周方向の全体に亘り連続している。案内部２７は、ケース１４等の一部として構成することができる。

本実施形態では、シャフト１１内部の流路２４へと吸い込まれて噴射口２４４から噴射される液冷媒が、一点鎖線の矢印Ｆ２で示すように、ガード部２６により受け止められた後、ガード部２６を通過してコイルエンド１３２へと到達する。そのため、液冷媒の噴射によりコイルエンド１３２に加えられる負荷を軽減し、コイルエンド１３２の損傷を避けることができる。
ガード部２６を通過した液冷媒は、ギャップＧの開口の付近を通る際にガス冷媒により巻き上げられてギャップＧへと導入される。

また、ギャップＧから下流室Ｒ２内に流出した湿り蒸気は、一点鎖線の矢印Ｆ３で示すように、案内部２７の案内面２７Ａによりコイルエンド１３２に向けて転向されるので、下流室Ｒ２のコイルエンド１３２をより十分に冷却することができる。

モータ１０が、ガード部２６および案内部２７のいずれか一方だけを備えることも許容される。
また、シャフト１１の流路２４が下流室Ｒ２にまで延びていて、その噴射口２４４から下流室Ｒ２内のコイルエンド１３２に向けて液冷媒が噴射される場合は、下流室Ｒ２にも、噴射された液冷媒を受けるガード部２６を設けることが好ましい。

上記以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
上記の各実施形態では、モータ１０と圧縮機１とが同じシャフト１１により同軸に構成されているが、モータ１０と圧縮機１とが個別に軸を有しており、それらの軸同士を結合することもできる。モータ１０の軸と圧縮機１の軸との間に変速装置等を介在させてもよい。
また、上記各実施形態では、モータ１０のロータ１２およびステータ１３と、圧縮機１とが同じケース１４内に収容されているが、ケース１４内には圧縮機１が収容されていなくてもよい。

本発明のモータのシャフト１１の向きは限定されず、例えば鉛直方向に沿ってシャフト１１が配置されていてもよい。
本発明のモータにより駆動される圧縮機は、遠心式圧縮機に限らず、例えば、スクロール圧縮機やロータリー圧縮機であってもよい。
上記各実施形態において、液導入部２１の経路２１１，２１２のうちのいずれか一方のみを残し、他方を廃止することも許容される。
また、シャフト１１の内部の流路２４は、必ずしも、軸方向流路２４１および径方向流路からなるものでなくてもよく、例えば、シャフト１１の軸線に対して斜めに孔あけされたものであってもよい。

本発明は、冷凍サイクルの冷媒の流れに従って、圧縮機１が配置される側に位置する区画（図１のＲ２）から、その反対側の区画（図１のＲ１）へと冷媒が流れることも許容する。その場合も、それぞれ導入したガス冷媒と液冷媒とが上流に位置する区画（図１のＲ２）で混合されるように構成すればよい。

１圧縮機
２凝縮器
３膨張弁（減圧部）
４蒸発器
５冷媒回路
１０圧縮機駆動用モータ
１１シャフト
１２ロータ
１３ステータ
１４ケース
２０ガス導入路（ガス導入部）
２０Ａ始端部
２０Ｂ終端部
２０Ｖバルブ
２１液導入路（液導入部、第１液導入部）
２１Ｖバルブ
２２第２液導入路（液導入部、第２液導入部）
２２Ｖバルブ
２３液排出路
２４流路
２５液溜まり
２６ガード部
２７案内部
２７Ａ案内面
１３１コア
１３２コイルエンド
１４１底部
１４２頂部
２１１，２１２経路
２４１軸方向流路
２４２径方向流路
２４３受入口
２４４噴射口
Ａ湿り度度域
Ｆ１矢印
Ｆ２矢印
Ｆ３矢印
Ｇギャップ
Ｒ１上流室
Ｒ２下流室
Ｓ隙間

Claims

圧縮機を駆動するモータであって、
ロータと、
前記ロータの外周部を包囲するステータと、
前記ロータおよび前記ステータを収容するケースと、
前記圧縮機を含む冷媒回路から前記ケース内へと液冷媒を導入する液導入部と、
前記冷媒回路から前記ケース内へとガス冷媒を導入するガス導入部と、を備え、
前記ケース内には、
前記ロータおよび前記ステータの軸方向の一端側に位置する下流室と、
前記軸方向の他端側に位置し、前記ロータの外周部と前記ステータの内周部との間のギャップを介して前記下流室に連通する上流室と、があり、
前記ガス導入部は、
前記上流室内で前記液冷媒が溜まる液溜まりへと前記ガス冷媒を導入し、
前記液冷媒と前記ガス冷媒とが、前記上流室内で混合され、
前記液冷媒および前記ガス冷媒が混合した湿り蒸気が、少なくとも前記ギャップに供給される、
ことを特徴とする圧縮機駆動用モータ。
圧縮機を駆動するモータであって、
ロータと、
前記ロータの外周部を包囲するステータと、
前記ロータおよび前記ステータを収容するケースと、
前記圧縮機を含む冷媒回路から前記ケース内へと液冷媒を導入する液導入部と、
前記冷媒回路から前記ケース内へとガス冷媒を導入するガス導入部と、を備え、
前記ケース内には、
前記ロータおよび前記ステータの軸方向の一端側に位置する下流室と、
前記軸方向の他端側に位置し、前記ロータの外周部と前記ステータの内周部との間のギャップを介して前記下流室に連通する上流室と、があり、
前記液導入部は、
軸周りに前記ロータが結合されるシャフトの内部に形成された流路を経由しないで前記上流室内へと前記液冷媒を導入する第１液導入部と、
前記流路を含み、前記流路を流れる前記液冷媒に働く遠心力によるポンプ効果により前記液冷媒を吸い込んで噴射する噴射口から前記上流室内へと前記液冷媒を導入する第２液導入部と、を備え、
前記液冷媒と前記ガス冷媒とが、前記上流室内で混合され、
前記液冷媒および前記ガス冷媒が混合した湿り蒸気が、少なくとも前記ギャップに供給される、
ことを特徴とする圧縮機駆動用モータ。
圧縮機を駆動するモータであって、
ロータと、
前記ロータの外周部を包囲するステータと、
前記ロータおよび前記ステータを収容するケースと、
前記圧縮機を含む冷媒回路から前記ケース内へと液冷媒を導入する液導入部と、
前記冷媒回路から前記ケース内へとガス冷媒を導入するガス導入部と、を備え、
前記ケース内には、
前記ロータおよび前記ステータの軸方向の一端側に位置する下流室と、
前記軸方向の他端側に位置し、前記ロータの外周部と前記ステータの内周部との間のギャップを介して前記下流室に連通する上流室と、があり、
前記液導入部は、
軸周りに前記ロータが結合されるシャフトの内部に形成された流路を含み、
前記流路を流れる前記液冷媒に働く遠心力によるポンプ効果により前記液冷媒を吸い込んで噴射し、
前記ケース内には、
前記流路から前記ステータのコイルエンドに向けて噴射された前記液冷媒を一旦受けるガード部が備えられ、
前記液冷媒は、前記ガード部を通過して前記コイルエンドへと到達し、
前記液冷媒と前記ガス冷媒とが、前記上流室内で混合され、
前記液冷媒および前記ガス冷媒が混合した湿り蒸気が、少なくとも前記ギャップに供給される、
ことを特徴とする圧縮機駆動用モータ。
前記下流室内には、
前記ギャップから流出した前記湿り蒸気を前記ステータのコイルエンドに向けて案内する案内部が備えられている、
ことを特徴とする請求項２または３に記載の圧縮機駆動用モータ。
前記液導入部は、
前記液冷媒を前記上流室へ導入する第一経路と、
前記液冷媒を前記ケースと前記ステータとの間の隙間へ導入する第二経路と、に分岐する、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の圧縮機駆動用モータ。
前記圧縮機は、
羽根車を備えた遠心式圧縮機である、
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の圧縮機駆動用モータ。
請求項１から６のいずれか一項に記載の圧縮機駆動用モータと、
前記圧縮機と、凝縮器と、蒸発器と、減圧部と、を備える、
ことを特徴とする冷媒回路。
ロータと、前記ロータの径方向の外周部を包囲するステータと、前記ロータおよび前記ステータを収容するケースと、を備え、圧縮機を駆動するモータを冷却する方法であって、
前記ケース内には、
前記ロータおよび前記ステータの軸方向の一端側でかつ、前記圧縮機が配置される側に位置する下流室と、
前記軸方向の他端側に位置し、前記ロータの外周部と前記ステータの内周部との間のギャップを介して前記下流室に連通する上流室と、があり、
前記圧縮機を含む冷媒回路から導入される液冷媒と、前記冷媒回路から前記上流室内で前記液冷媒が溜まる液溜まりへと導入されるガス冷媒とを前記上流室内で混合するステップと、
前記液冷媒および前記ガス冷媒が混合した湿り蒸気を、少なくとも前記ギャップに供給するステップと、を含む、
ことを特徴とする圧縮機駆動用モータの冷却方法。