JP6647906B2 - 回転機本体を回転させる電動機 - Google Patents

Description

本発明は、回転機本体に連結されて当該回転機本体を回転させる電動機の冷却構造に関するものである。

電動機の冷却構造に関する従来技術として、例えば特許文献１，２に記載されたものがある。その従来技術は、次のように構成されている。

特許文献１，２に記載のいずれの電動機においても、そのロータ軸（回転軸）に孔をあけて、この孔を冷却媒体を流す流路として用いている。ロータ軸（回転軸）にあけられた孔に冷却媒体を流すことでロータ等を冷却している。

特許第５４４５６７５号公報 特開２０１４−６０８５７号公報

電動機の種類としてＰＭモータがある。ＰＭモータとは、ロータ（回転子）に永久磁石を使用したモータのことである。高速駆動のＰＭモータは、高周波にて駆動される。そのため、高速駆動のＰＭモータでは、そのロータ部分で発生する渦電流損が大きくなり、磁石の減磁が課題となる。電動機のロータを冷却するために、特許文献１，２に記載されたようなロータの冷却方法（冷却構造）がある。しかしながら、ＰＭモータは、一般的な電動機と比べると、そのロータ軸に冷却媒体用の孔をあけるのに、制作上、追加の作業が必要となる。また、強度確保のためにロータ軸の径を大きくする必要が生じることもある。このように、特許文献１，２に記載されたようのロータの冷却方法（冷却構造）には、作業工数の削減、強度確保、電動機の小型化といった解決すべき課題がある。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、電動機に対して追加の加工を行うことなく、且つ強度確保のために軸径を大きくすることなく、電動機のロータを効率よく冷却することができる電動機の冷却構造を提供することである。

本発明は、出力軸に固定されたロータと、前記ロータの外側で前記ロータに対向配置されたステータと、前記ロータおよび前記ステータを収容するケースと、前記ロータの軸方向両側に配置され、前記出力軸を支持する軸受と、を備える回転機本体に接続されて当該回転機本体を回転させる電動機において、前記軸受は、前記回転機本体側の第一軸受と、前記回転機本体とは反対側の第二軸受とで構成されており、前記ケースは、前記第一軸受を収容する負荷側室と、前記第二軸受を収容する反負荷側室とを有し、前記負荷側室と前記反負荷側室とは、前記ロータと前記ステータとの間の隙間で連通している。前記負荷側室および前記反負荷側室に冷却媒体を供給する冷却装置を備え、前記負荷側室および前記反負荷側室のうちのいずれか一方のみの前記冷却媒体の排出口が少なくとも電動機運転中に開状態にされることを特徴とする。

この構成によると、負荷側室または反負荷側室の中に供給された冷却媒体は、ロータとステータとの間の隙間を強制的に通って、反負荷側室または負荷側室へ向かって流れる。ロータとステータとの間の隙間を強制的に通る冷却媒体により、電動機を構成するロータは効率よく冷却される。上記構成では、電動機に対して追加の加工を行う必要がなく、且つ強度確保のために軸径を大きくする必要もない。

また本発明において、前記反負荷側室に設けられた前記排出口が少なくとも電動機運転中に開状態にされることが好ましい。

負荷側室と反負荷側室とでは、一般的に負荷側室の方が温度が高くなりやすいので、ロータに関しても反負荷側よりも負荷側に近い部分の方が温度が高くなりやすい。反負荷側室に設けられた冷却媒体の排出口を電動機運転中に開状態にすると、ロータとステータとの間の隙間を負荷側室から反負荷側室へ向けて冷却媒体が流れるので、その反対の場合よりも、ロータのうちの負荷側に近い部分に温度の低い冷却媒体が流れる。これにより、ロータのうちの温度が高くなりやすい部分を優先的に冷却することができる。

さらに本発明において、前記冷却装置は、前記第一軸受および前記第二軸受に向けて前記冷却媒体を供給するように構成されていることが好ましい。

この構成によると、出力軸を支持する軸受を冷却媒体で冷却することで、出力軸を経由してロータへ伝わる熱を少なくすることができる。すなわち、ロータをより低い温度に保ち易い。

本発明によると、電動機に対して追加の加工を行うことなく、且つ強度確保のために軸径を大きくすることなく、電動機のロータを効率よく冷却することができる電動機の冷却構造を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る電動機を備えるスクリュ圧縮機の平面図である。 図１に示すスクリュ圧縮機の側面図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。以下の説明では、本発明の一実施形態に係る電動機をスクリュ圧縮機の駆動源として用いる例を示している。

（スクリュ圧縮機の構成）
図１，２に示すように、スクリュ圧縮機１００は、空気を圧縮する雌雄一対のスクリュロータ１３ａ，１３ｂ（１３（回転機本体））が内部に配置された圧縮部５１と、スクリュロータ１３ａ，１３ｂの駆動源である電動機５２（モータ部）とを具備してなる電動機直結構造のスクリュ圧縮機である。

圧縮部５１は、雌雄一対のスクリュロータ１３ａ，１３ｂと、当該スクリュロータ１３ａ，１３ｂを収容するスクリュケース１４とを有する。スクリュロータ１３ａ，１３ｂは、それぞれ、軸受１５で両持ち支持されている。雄スクリュロータ１３ａおよび雌スクリュロータ１３ｂは、例えば、それぞれ、１本の鋼材からの削り出し加工などで製作される。雄スクリュロータ１３ａの軸部と、後述する電動機５２の出力軸１とは直結構造とされている。直結構造（一体構造化）の方法としては、雄スクリュロータ１３ａの軸部と電動機５２の出力軸１とを１本の鋼材から削り出し加工で製作する方法、フランジ連結、ギアカップリング連結、キー（およびキー溝）を用いた連結、および焼きばめなどの様々な方法がある。

電動機５２は、例えばＰＭモータである。ＰＭモータとは、ロータ（回転子）に永久磁石を使用したモータのことであり、永久磁石モータと呼ばれることもある。電動機５２は、出力軸１に同軸で固定されたロータ２（回転子）と、ロータ２の外側でロータ２に対向配置された筒状のステータ３（固定子）とを備える。このロータ２およびステータ３は、モータケース４の中に収容される。ステータ３は、モータケース４の内面に固定される。ロータ２の軸方向両側には、出力軸１を支持する軸受５ａ，５ｂが配置されており、この軸受５ａ，５ｂでロータ２は両持ち支持されている。

ここで、モータケース４は、スクリュロータ１３に近い側の第一軸受５ａを収容する負荷側室Ｓ１と、スクリュロータ１３から遠い側の第二軸受５ｂを収容する反負荷側室Ｓ２とを有する。ロータ２およびステータ３は、負荷側室Ｓ１と反負荷側室Ｓ２との間に位置する。

電動機５２は、軸受５ａ，５ｂなどを冷却するための軸受冷却装置を備えている。負荷側室Ｓ１の中には、冷却媒体としての油（冷却油）が流れる給油管７が配置されている。給油管７の先端部分には給油ノズル７ａが設けられている。この給油ノズル７ａは、モータケース４に取り付けられた間座６に固定されている。給油ノズル７ａから噴射された冷却油は、第一軸受５ａに当たるようにされている。すなわち、給油ノズル７ａの噴射方向は、第一軸受５ａに向けられている。反負荷側室Ｓ２に関しても同様であり、反負荷側室Ｓ２の中には、冷却媒体としての油が流れる給油管９が配置されており、その先端部分には給油ノズル９ａが設けられている。この給油ノズル９ａは、モータケース４に取り付けられた間座８に固定されている。給油ノズル９ａから噴射された冷却油は、第二軸受５ｂに当たるようにされている。すなわち、給油ノズル９ａの噴射方向は、第二軸受５ｂに向けられている。給油管７、給油ノズル７ａ、および間座６は、負荷側室Ｓ１の中に冷却媒体を供給する冷却装置を構成し、給油管９、給油ノズル９ａ、および間座８は、反負荷側室Ｓ２の中に冷却媒体を供給する冷却装置を構成する。

なお、モータケース４は、全体として円筒形状であり、モータケース４のうちの負荷側室Ｓ１および反負荷側室Ｓ２の最下部部分には、油（冷却油）を抜くための排出口１０および排出口１１（ドレイン）がそれぞれ設けられている。

本実施形態では、排出口１１から出た油（冷却油）は、ポンプ１８にて循環配管１６、およびオイルタンク１７を経由して、給油管７，９に再度供給されるように構成されている。なお、循環配管１６、ポンプ１８、およびオイルタンク１７の図示は、図１では省略している。

負荷側室Ｓ１と反負荷側室Ｓ２との間は、ロータ２とステータ３との間の隙間で連通しており、この隙間を除いて連通している箇所は無い。また、負荷側室Ｓ１と、スクリュケース１４との境界部分は、回転する雄スクリュロータ１３ａの軸部が貫通しているが、負荷側室Ｓ１内の油がスクリュケース１４内に漏れたり、その逆に、スクリュケース１４内の油が負荷側室Ｓ１内に漏れたりしないように、雄スクリュロータ１３ａの軸部の上記境界部分は密封されている。

（ロータ（回転子）の冷却について）
ここで、負荷側室Ｓ１の最下部部分に設けられた前記排出口１０、および反負荷側室Ｓ２の最下部部分に設けられた前記排出口１１のうちの負荷側室Ｓ１側の排出口１０はプラグ１０などで閉止され、反負荷側室Ｓ２側の排出口１１は開状態にされている。以下、ロータ２の冷却について説明する。

スクリュロータ１３を電動機５２が駆動中、負荷側室Ｓ１側の給油管７を流れる冷却油は、給油ノズル７ａから第一軸受５ａに向けて噴射される。噴射された冷却油は、第一軸受５ａ、出力軸１などに当たった後、負荷側室Ｓ１の底に溜まっていく。冷却油が溜まっていきその冷却油の油面が、ロータ２とステータ３との間の隙間部分まで上昇すると、ロータ２とステータ３との間の隙間を、負荷側室Ｓ１から反負荷側室Ｓ２へ向けて冷却油は流れる。ロータ２とステータ３との間の隙間を冷却油が流れることにより、ロータ２を冷却することができる。ロータ２の冷却効果に加えて、ステータ３の冷却効果も期待できる。

反負荷側室Ｓ２に流れ込んだ冷却油は、排出口１１から排出される。一方、反負荷側室Ｓ２側の給油管９からその先端部分の給油ノズル９ａを介して第二軸受５ｂに向けて噴射された冷却油は、第二軸受５ｂ、出力軸１などに当たった後、排出口１１から排出される。

排出口１１から排出された冷却油は、循環配管１６中をポンプ１８にて送られオイルタンク１７にて冷却された後に、給油管７，９に供給される。このように、冷却油は循環使用される。

（変形例）
上記した実施形態では、排出口１０，１１のうちの排出口１０を閉、排出口１１を開にして、ロータ２とステータ３との間の隙間を負荷側室Ｓ１から反負荷側室Ｓ２へ向けて冷却油を流しているが、これとは逆に、排出口１０を開、排出口１１を閉にして、ロータ２とステータ３との間の隙間を反負荷側室Ｓ２から負荷側室Ｓ１へ向けて冷却油を流すように構成してもよい。なお、この場合、循環配管１６の吸込口は、閉にした排出口１１ではなく、開にした排出口１０に接続する。
なお、より好ましいのは、上記した実施形態のように、排出口１０を閉、排出口１１を開にして、ロータ２とステータ３との間の隙間を負荷側室Ｓ１から反負荷側室Ｓ２へ向けて冷却油を流すことである。スクリュロータ１３を収容する部屋は、圧縮工程により空気が発熱して高温になるので、負荷側室Ｓ１と反負荷側室Ｓ２とでは、負荷側室Ｓ１の方が温度が高くなりやすい。そのため、ロータ２に関しても反負荷側よりも負荷側に近い部分の方が温度が高くなりやすい。ロータ２とステータ３との間の隙間を負荷側室Ｓ１から反負荷側室Ｓ２へ向けて冷却油を流すことで、その逆方向に冷却油を流す場合よりも、ロータ２のうちの負荷側に近い部分に温度の低い冷却媒体が流れるので、ロータ２のうちの温度が高くなりやすい部分を優先的に冷却することができる。

図２では、排出口１１にバルブなどを取り付けていないので、電動機５２運転中も、電動機５２停止中も排出口１１は開状態となっている。これに代えて、排出口１１にバルブなどを取付け、電動機５２停止中はバルブを閉にして排出口１１を閉じ、電動機５２運転中のみにバルブを開にして排出口１１を開けてもよい。

上記した実施形態では、軸受５ａ，５ｂに向けて冷却油を噴射することとしているが、これに代えて、軸受５ａ，５ｂに向けて冷却油（冷却油と空気が混合したもの）を噴霧してもよい。さらには、噴射、噴霧などにより軸受５ａ，５ｂに向けて冷却油を供給することに代えて、負荷側室Ｓ１内および反負荷側室Ｓ２内に単に冷却油を供給するように構成するだけでもよい。軸受５ａ，５ｂに向けて冷却油を供給する必要は必ずしもない。

上記した実施形態では、冷却油（冷却媒体）を循環使用しているが、冷却油（冷却媒体）を循環使用する必要は必ずしもない。

その他に、当業者が想定できる範囲で種々の変更を行えることは勿論である。

１：出力軸
２：ロータ（回転子）
３：ステータ（固定子）
４：モータケース（ケース）
５ａ：第一軸受
５ｂ：第二軸受
１３ａ：雄スクリュロータ
１３ｂ：雌スクリュロータ
１３：雌雄一対のスクリュロータ（回転機本体）
５２：電動機
１００：スクリュ圧縮機
Ｓ１：負荷側室
Ｓ２：反負荷側室
１０、１１：排出口

Claims (3)

1. 出力軸に固定されたロータと、
   前記ロータの外側で、前記ロータに対向配置されたステータと、
   前記ロータおよび前記ステータを収容するケースと、
   前記ロータの軸方向両側に配置され、前記出力軸を支持する軸受と、
   を備える、回転機本体に接続されて当該回転機本体を回転させる電動機において、
   前記軸受は、前記回転機本体側の第一軸受と、前記回転機本体とは反対側の第二軸受とで構成されており、
   前記ケースは、前記第一軸受を収容する負荷側室と、前記第二軸受を収容する反負荷側室とを有し、
   前記負荷側室と前記反負荷側室とは、前記ロータと前記ステータとの間の隙間で連通しており、
   前記負荷側室および前記反負荷側室に冷却媒体を供給する冷却装置を備え、
   前記負荷側室および前記反負荷側室のうちのいずれか一方のみの前記冷却媒体の排出口が少なくとも電動機運転中に開状態にされ、
   前記ロータと前記ステータとの間の隙間を、前記負荷側室から前記反負荷側室へ向けて、または前記反負荷側室から前記負荷側室へ向けて前記冷却媒体が流れることを特徴とする、電動機。
2. 請求項１に記載の電動機において、
   前記反負荷側室に設けられた前記排出口が少なくとも電動機運転中に開状態にされることを特徴とする、電動機。
3. 請求項１または２に記載の電動機において、
   前記冷却装置は、前記第一軸受および前記第二軸受に向けて前記冷却媒体を供給するように構成されていることを特徴とする、電動機。

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