WO2019049202A1

WO2019049202A1 - 流体機械

Info

Publication number: WO2019049202A1
Application number: PCT/JP2017/031929
Authority: WO
Inventors: 陽介赤松; 厳桑田; 山田　健太郎
Original assignee: 株式会社Ihi
Priority date: 2017-09-05
Filing date: 2017-09-05
Publication date: 2019-03-14
Also published as: US11261879B2; EP3680490A1; US20200200188A1; EP3680490A4; CA3074822A1

Abstract

流体機械は、モータハウジングと、モータハウジングに挿通された回転軸と、回転軸の突出部に取り付けられたインペラと、軸方向の第１端側でモータハウジングに対面する対面部と、モータハウジングの第１端側に設けられた第１開口と、モータハウジングの第２端側に設けられた第２開口と、第１開口と第２開口とを連通するハウジング内流路と、モータハウジングと対面部との間に形成され、第１開口と外気とを連通する排気流路と、第１開口と排気流路との間に配置され、回転軸に取り付けられて回転軸とともに回転可能である旋回羽根と、を備える。

Description

流体機械

　本開示は、流体機械に関する。

　遠心式の送風機や圧縮機等の流体機械は、モータを含み得る。モータは、ロータとロータを囲むコイルとを含む。モータのロータは、コイルが生じる回転磁界により回転する。ロータにはインペラが取り付けられており、そのインペラが回転することで、流体機械は空気を吸入する。コイルから回転磁界が生じロータが回転すると、コイルやロータが発熱し、モータの温度が上昇し得る。モータの温度が上昇すると、モータの回転効率が低下し、送風機や圧縮機の運用効率が低下する。また、部品の材質が制限されるため、モータを冷却する必要がある。

　モータを冷却する手段としては、従来、たとえば主流または主流の一部を冷却空気として用いるものがあった。従来の手段では、インペラの回転により主流を吸入し、外部へと排気する過程で、主流または主流の一部をモータの周囲に流通させ、モータの冷却を行っていた。

　たとえば特許文献１に記載の構成では、ファンケースの導風口から空気が取り入れられ、その空気がファンの羽根部に案内される。その空気は、ディフューザからモータケースの内部に送り込まれ、モータの回転子の鉄心に形成された絶縁スロットの周囲等を通り抜ける。その空気は、モータを冷却した後、モータケースの外部へと排気される。

特開２０００－２３６６３９号公報

　従来の構成では、主流や主流の一部が冷却空気として用いられる場合、主流自体が、外気等のようにモータを冷却可能な温度である必要があった。たとえば、主流の温度が高い場合には、主流や主流の一部を冷却空気として用いることができなかった。

　本開示は、主流とは別に冷却空気として外気を吸入する構造を備えた流体機械を説明する。

　本開示の一態様に係る流体機械は、軸方向における第１端と第２端とを含むモータハウジングと、モータハウジングに挿通され、モータハウジングの第１端または第２端から突出する突出部を含む回転軸と、回転軸の突出部に取り付けられたインペラと、軸方向の第１端側でモータハウジングに対面する対面部と、モータハウジングの第１端側に設けられた第１開口と、モータハウジングの第２端側に設けられ、外気と連通する第２開口と、モータハウジング内に形成され、第１開口と第２開口とを連通するハウジング内流路と、モータハウジングと対面部との間に形成され、第１開口と外気とを連通する排気流路と、第１開口と排気流路との間に配置され、回転軸に取り付けられて回転軸とともに回転可能である旋回羽根と、を備える。

　本開示の一態様によれば、主流とは別に、外気が冷却空気としてモータハウジング内に吸入される。

図１は、本開示の実施形態に係る流体機械を示す断面図である。図２は、図１中のモータハウンジグを軸方向の第２端側から見て示す図である。図３（Ａ）は図１中の流路形成板を示す正面図であり、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のIIIB－IIIB線に沿う断面図であり、図３（Ｃ）は図３（Ｂ）の要部拡大図である。図４（Ａ）は図１中の冷却ファンを示す正面図であり、図４（Ｂ）は図４（Ａ）のIVB－IVB線に沿う断面図である。図５は、図１中のインペラのボス部の周りに形成されたシール部を示す断面図である。

　この流体機械によれば、第２開口と、ハウジング内流路と、第１開口と、排気流路とが互いに連通する。回転軸とともに旋回羽根が回転すると、外気は、第２開口から吸入され、上記した複数の空間を流れる。外気がモータハウジング内を流れることにより、モータが冷却され得る。これにより、主流とは別に、外気が冷却空気としてモータハウジング内に吸入される。

　いくつかの態様において、インペラは、モータハウジングの第１端から突出する突出部に取り付けられ、対面部は、モータハウジングの第１端とインペラとの間に配置され、インペラの背面の一部が対面部のモータハウジング側に位置している。この場合、対面部が、インペラによって生じる主流の流路と、モータハウジング内を流れる冷却空気の流路とを画成する。インペラの背面の一部が対面部のモータハウジング側に位置するので、軸方向のコンパクト化が図られる。

　いくつかの態様において、モータハウジングの内周面にはコイルが固定されており、モータハウジングは、内周面に形成され、軸方向においてコイルが設けられた領域にわたって延伸する溝を含む。この場合、溝を通じて、モータハウジング内を冷却空気が流れやすい。冷却空気は、コイルを冷却しやすい。

　いくつかの態様において、コイルは、軸方向において、モータハウジングの第１端および第２端から離隔している。この場合、外気がモータハウジング内の溝に導入されやすい。その結果として、コイルの冷却効率が向上する。

　いくつかの態様において、流体機械は、旋回羽根が形成された冷却ファンを更に備え、冷却ファンは、回転軸が挿通されるボス部を含み、インペラは、モータハウジングの第１端から突出する突出部に取り付けられ、回転軸は、インペラの背面に対向する段差部を含み、冷却ファンは、ボス部がインペラと回転軸の段差部とにより挟持されることで、回転軸に取り付けられている。この場合、インペラと、回転軸に設けられた段差部とを利用して、冷却ファンを回転軸に取り付けることができる。構成が簡易であり、軸方向の省スペース化が可能である。

　いくつかの態様において、インペラは、モータハウジングの第１端から突出する突出部に螺合され、インペラの背面で冷却ファンのボス部を押圧している。この場合、回転軸に対するインペラの螺合により、冷却ファンを確実かつ容易に回転軸に取り付けることができる。

　いくつかの態様において、旋回羽根は、回転軸に近い方の端部である内端と、回転軸から遠い方の端部である外端とを含み、内端と外端との間で延伸しており、外端は、内端よりも回転軸の回転方向の上流側に位置する。この場合、旋回羽根の回転は、ハウジング内流路から排気流路への良好な流れを生み出すことができる。

　いくつかの態様において、第１開口は、旋回羽根の回転軸から遠い方の端部である外端より内側に位置する。この場合、旋回羽根によるモータハウジング内からの冷却空気の吸入効率が向上する。

　いくつかの態様において、流体機械は、対面部の内径側に形成され、モータハウジングとインペラとをシールするシール部を備える。

　以下、図面を参照しつつ本開示の実施形態を説明する。

　図１を参照して、本開示の実施形態に係る流体機械について説明する。図１において、紙面に対して左側を先端（第１端）側、紙面に対して右側を基端（第２端）側とする。以下の説明において、「先端側」および「基端側」との語は、軸方向を基準として用いられる。

　本実施形態では、流体機械の一例として、遠心送風機１について説明する。遠心送風機１は、空気を吸い込み所定の圧力で送り出す、たとえば空冷式の電動ブロアである。遠心送風機１は、先端側に空気の吸入口を備える。遠心送風機１は、インペラ２が収納されたインペラハウジング３と、インペラ２を回転させるための回転駆動部であるコイル４が収納されたモータハウジング５とを備えている。

　モータハウジング５は、円筒状のモータハウジング本体部６を含む。モータハウジング本体部６の外周面には、放熱フィン７が形成されている。モータハウジング本体部６は、軸方向における先端側の第１端５ａと基端側の第２端５ｂとを含む。モータハウジング本体部６は、第１端５ａと第２端５ｂの間で軸方向に延びる挿通穴６ａを備える。モータハウジング本体部６には、たとえばステンレス製の回転軸８が挿通されている。

　回転軸８は、モータハウジング本体部６内であって第１端５ａの近くに設けられた第１軸受部１８と、モータハウジング本体部６内であって第２端５ｂの近くに設けられた第２軸受部１１とによって支持されている。回転軸８は、その回転軸線Ｘを中心に回転可能である。

　回転軸８は、モータハウジング本体部６の第１端５ａから軸方向に突出する第１端部８ｂと、モータハウジング本体部６の第２端５ｂから軸方向に突出する第２端部８ｃとを含む。回転軸８の突出部である第１端部８ｂに、たとえばアルミニウム製のインペラ２が取り付けられている。より詳細には、インペラ２には回転軸線Ｘに沿って貫通孔が形成されており、この貫通孔に、回転軸８の第１端部８ｂが挿通されている。第１端部８ｂの周面には、たとえば雄ねじが形成されている。インペラ２の基端側の中心部には、背面方向に突出するボス部２ａが形成されている。

　モータハウジング本体部６は、挿通穴６ａの先端側に形成された第１開口部と、挿通穴６ａの基端側に形成された第２開口部とを含む。挿通穴６ａは、第１開口部から基端側に延伸する第１円筒部６ｂと、第１円筒部６ｂから縮径する円環状の第１段差部６ｃと、第１段差部６ｃから基端側に延伸する第２円筒部６ｄと、第２円筒部６ｄから縮径する円環状の第２段差部６ｅと、第２段差部６ｅから基端側に延伸する第３円筒部６ｆと、第３円筒部６ｆから拡径する円環状の第３段差部６ｇと、第３段差部６ｇから第２開口部まで延伸する第４円筒部６ｈとを含む。換言すれば、第１円筒部６ｂの直径は第２円筒部６ｄの直径より大きい。第２円筒部６ｄの直径と第４円筒部６ｈの直径は、それぞれ、第３円筒部６ｆの直径より大きい。第３円筒部６ｆは、たとえば、モータハウジング本体部６の挿通穴６ａにおけるもっとも小さい直径を有する部分である。

　回転軸８の軸方向の中央部には、ロータ８ａが固定されている。ロータ８ａの外径は、回転軸８の他の部分の直径よりも大きい。ロータ８ａは、永久磁石等の磁界の発生源を含む。ロータ８ａは、モータハウジング本体部６に収容されている。すなわち、ロータ８ａの軸方向の両端は、モータハウジング本体部６の第１端５ａおよび第２端５ｂの間に位置する。

　モータハウジング本体部６の内部には、コイル４が設けられている。コイル４は、たとえば電磁コイルである。コイル４は、モータハウジング本体部６の第３円筒部６ｆ（内周面）に固定されている。コイル４は、たとえば、導線と、導線が巻かれた鉄芯であるステータコアとを含んでもよい（いずれも図示せず）。コイル４は、ロータ８ａの周囲に配置されており、ロータ８ａに対し、隙間をもって対面している。コイル４を含むステータと、ロータ８ａとによって、本実施形態のモータ１０が構成されている。コイル４は、図示しない配線を介して通電可能となっている。コイル４に通電することで、コイル４とロータ８ａとの間に回転磁界が生じ、ロータ８ａが回転する。

　コイル４の配置に関してより詳細に説明すると、コイル４は、軸方向において、モータハウジング５の第１端５ａおよび第２端５ｂから離隔している。言い換えれば、コイル４は、軸方向において、第１端５ａと第２端５ｂとの間の長さより短い。コイル４は、軸方向において、たとえば第３円筒部６ｆの長さより短い。コイル４は、第３円筒部６ｆに収納されている。

　モータハウジング本体部６内には、１本または複数の溝９が設けられている。溝９が延びる方向を軸方向の成分と周方向の成分とに分けた場合、溝９が延びる方向は、少なくとも軸方向の成分を含む。溝９は、たとえば、第３円筒部６ｆに形成されており、第２段差部６ｅと第３段差部６ｇとに接続される。溝９の底部（回転軸線Ｘからもっとも離れている部分）は、第３円筒部に設けられたコイル４に対して径方向に離隔している。溝９は、コイル４の外周側で軸方向に延びる空間を画成している。

　本実施形態では、たとえば複数の溝９が形成されている。複数の溝９は、たとえば所定の角度ピッチをもって形成されている。たとえば、６０°の角度ピッチをもって、６本の溝９が形成されている。複数の溝９は、軸方向に延びており、互いに平行であってもよい。１本または複数の溝９は、回転軸線Ｘを中心にらせん状に延びてもよい。

　溝９は、軸方向において、コイル４が設けられた領域にわたって延伸している。言い換えれば、溝９は、軸方向において、コイル４の長さより長い。

　回転軸８のロータ８ａより先端側に位置する部位は、第１軸受部１８に支持される。回転軸８のロータ８ａより基端側に位置する部位は、第２軸受部１１に支持される。すなわち、第１軸受部１８と第２軸受部１１とにより、回転軸８が回転自在に支持される。第１軸受部１８は、回転軸８に対面して回転軸８を支持する円筒状の支持部１８ｂと、支持部１８ｂの軸方向における基端部に設けられて径方向外方に張り出すフランジ部１８ａとを備える。第２軸受部１１は、回転軸８に対面して回転軸８を支持する円筒状の支持部１１ｂと、支持部１１ｂの軸方向における先端部に設けられて径方向外方に張り出すフランジ部１１ａとを備える。

　モータハウジング本体部６の第２円筒部６ｄには、第１軸受板１９が嵌合されている。第１軸受板１９は、モータハウジング本体部６の第１端５ａ側に嵌合されて、第１軸受部１８を保持する円環状の部材である。モータハウジング本体部６の第４円筒部６ｈには、第２軸受板１２が嵌合されている。第２軸受板１２は、モータハウジング本体部６の第２端５ｂ側に嵌合されて、第２軸受部１１を保持する円環状の部材である。

　図１および図２を参照して、第２軸受板１２について説明する。なお、第１軸受板１９は、第２軸受板１２と同様の構造を有してもよい。第１軸受板１９および第１軸受部１８は、たとえば、回転軸線Ｘに垂直な平面に関して、第２軸受板１２および第２軸受部１１と面対称の構造を有する。以下では、第２軸受板１２のみが説明され、第１軸受板１９についての詳細な説明は省略される。

　図２に示されるように、第２軸受板１２は、モータハウジング本体部６の第４円筒部６ｈに嵌合する円環状のリム部１２ａと、第２軸受部１１が固着される円筒状のハブ部１２ｃと、リム部１２ａとハブ部１２ｃとを接続する複数のスポーク部１２ｂとを含む。ハブ部１２ｃには、軸方向に貫通する挿通孔１２ｄが設けられている。この挿通孔１２ｄに、支持部１１ｂおよび支持部１１ｂに支持された回転軸８が挿通される。

　第２軸受板１２のリム部１２ａは、モータハウジング本体部６の第４円筒部６ｈに嵌め込まれ、第３段差部６ｇに対してボルト等により固定されている。第２軸受板１２のハブ部１２ｃには、第２軸受部１１のフランジ部１１ａがボルト等により固定されている。これにより、ハブ部１２ｃに第２軸受部１１が固着されている。第２軸受板１２は、第２軸受部１１の軸方向および径方向の変位を拘束する。

　第２軸受板１２のハブ部１２ｃの外周側には、軸方向に貫通する複数の吸気口（第２開口）１４が設けられている。これらの吸気口１４は、モータハウジング本体部６の第２端５ｂ側の空間と、第３円筒部６ｆの基端側の開口とに連通している。リム部１２ａとハブ部１２ｃの間における、スポーク部１２ｂに遮られない領域が吸気口１４となっている。

　吸気口１４は、モータハウジング５の第２端５ｂ側に設けられて外気と連通すると共に、モータハウジング本体部６の挿通穴６ａと連通している。第２軸受板１２には、たとえば所定の角度ピッチで複数の吸気口１４が形成されている。なお、吸気口１４には、防塵フィルタ等のフィルタ（図示せず）が設けられてもよい。

　一方、第１軸受板１９もリム部、ハブ部、および複数のスポーク部を含む。第１軸受板１９のリム部はモータハウジング本体部６の第２円筒部６ｄに嵌め込まれ、第２段差部６ｅに対して固定されている。第１軸受板１９のハブ部には、第１軸受部１８のフランジ部１８ａが固定されている。第１軸受板１９は、第１軸受部１８の軸方向および径方向の変位を拘束する。ハブ部の外周側には、たとえば所定の角度ピッチで、複数の開口２０が形成されている。開口２０は、第３円筒部６ｆの先端側の開口と連通している。すなわち、開口２０は、モータハウジング本体部６の挿通穴６ａと連通している。

　続いて、図１および図３（Ａ）～図３（Ｃ）を参照して、モータハウジング５の第１端５ａに設けられた流路形成板２３について説明する。図１および図３（Ａ）に示されるように、モータハウジング本体部６の第１円筒部６ｂには、円環状の流路形成板２３が嵌合されている。流路形成板２３は、第１円筒部６ｂに嵌合する円環状の外周板部２３ａと、外周板部２３ａの内側に連続する内周板部２３ｂとを含む。内周板部２３ｂの中央には、軸方向に貫通する円形の流路形成孔２３ｃが形成されている。

　図１および図３（Ｂ）に示されるように、内周板部２３ｂは、軸方向において、外周板部２３ａの厚みよりも薄い。より詳細には、外周板部２３ａは、一定の厚みを有する。内周板部２３ｂは、外周板部２３ａの内周端から流路形成孔２３ｃに向けて傾斜しており、流路形成孔２３ｃに向かって薄くなっている。流路形成板２３の挿通穴６ａに面する（コイル４に面する）裏面は平坦であるが、その反対側である流路形成板２３の表面は、中央に窪み部２３ｄ（図３（Ａ）および図３（Ｃ）参照）を含む。なお、流路形成板２３は、モータハウジング本体部６の先端側の第１開口部から突出してもよい。すなわち、流路形成板２３の厚み方向（軸方向）の一部が第１円筒部６ｂに嵌合してもよい。

　流路形成板２３は、第１軸受板１９に対して軸方向に離間している。流路形成板２３は、第１軸受板１９に取り付けられた第１軸受部１８に対しても離隔している。すなわち、流路形成板２３と第１軸受板１９との間には、径方向に延伸する空間２４が形成されている。上記した第１軸受板１９の開口２０は、モータハウジング本体部６の挿通穴６ａと空間２４とを連通する。

　流路形成板２３に設けられた流路形成孔２３ｃは、たとえば、回転軸線Ｘを中心として形成されている。流路形成孔２３ｃは、モータハウジング５の第１端５ａ側に設けられた排気口（第１開口）２５を形成する。この流路形成孔２３ｃすなわち排気口２５は、挿通穴６ａ、開口２０、および空間２４に連通している。流路形成孔２３ｃには、回転軸８が挿通されている。本実施形態において、排気口２５は、吸気口１４よりも小さい。なお、排気口２５の大きさは、適宜に変更されてもよい。

　上述のモータハウジング本体部６、第２軸受板１２、第１軸受板１９、流路形成板２３等により、モータハウジング５が構成される。そして、モータハウジング５には、吸気口１４と排気口２５とを連通するハウジング内流路５０が形成されている。ハウジング内流路５０は、モータハウジング本体部６の内壁面と、コイル４、回転軸８、第２軸受板１２、第２軸受部１１、第１軸受板１９、および第１軸受部１８との間の隙間に形成される。

　図１に示されるように、回転軸８の第１端部８ｂに取り付けられたインペラ２は、インペラハウジング３に収納されている。インペラハウジング３は、軸方向の先端側に設けられた吸入口である開口３０ａと、この開口３０ａから基端側に延伸する吸入流路３０と、吸入流路３０に連通してインペラ２を包囲するように形成されたディフューザ（環状流路）２９と、ディフューザ２９の外周に設けられてディフューザ２９に連通するスクロール３１と、スクロール３１の下流に設けられた空気の出口とを含む。インペラハウジング３は、たとえば、インペラハウジング本体部２６と、インペラハウジング本体部２６の基端側に取り付けられた円板状の閉塞板２７とを含む。

　インペラハウジング本体部２６には、上記のスクロール３１が形成されている。インペラハウジング本体部２６は、先端側に形成された吸入流路３０の円形の開口３０ａと、開口３０ａと軸方向に対向すると共に吸入流路３０と連通し、基端側に形成された円形の開口３９とを含む。

　閉塞板２７は、インペラ２の背面側（ロータ８ａ側）に配置されている。閉塞板２７は、たとえば、インペラハウジング本体部２６の基端側の開口３９に嵌合されている。閉塞板２７とインペラハウジング本体部２６とは、たとえばボルト等によって互いに固着されている。閉塞板２７は、インペラ２側に設けられた第１面２７ｆと、モータハウジング５側に設けられた第２面２７ｇとを含む。第１面２７ｆは、インペラハウジング３と共に、ディフューザ２９を画成する。インペラハウジング本体部２６の開口Ｂの外周には、Ｏリング２８が配されている。インペラハウジング本体部２６と閉塞板２７とがＯリング２８を挟持することで、主流３２の流路がシールされる。

　第２面２７ｇには、インペラ２側に向けて窪む窪み面（対面部）２７ａが形成されている。すなわち、は、モータハウジング５とインペラ２との間に配置されている。軸方向において、モータハウジング本体部６の第１端５ａは、閉塞板２７の第２面２７ｇよりもインペラ２側に位置する。モータハウジング本体部６の第１端５ａは、窪み面２７ａが形成する窪みに入り込んでいる。言い換えれば、窪み面２７ａは、モータハウジング本体部６の第１端５ａを受け入れている。窪み面２７ａは、軸方向の第１端５ａ側でモータハウジング５に対面する。

　モータハウジング本体部６の第１端５ａと窪み面２７ａとは、軸方向において、離間している。モータハウジング本体部６の第１端５ａと窪み面２７ａとの間には、排気口２５と外気とを連通する排気流路３３が形成されている。

　閉塞板２７の形状についてより詳細に説明する。閉塞板２７の中央には、軸方向に貫通する円形の貫通孔２７ｈが形成されている。この貫通孔２７ｈに、インペラ２の背面に設けられたボス部２ａが挿通されている。すなわち、ボス部２ａは、閉塞板２７を貫通している。ボス部２ａの軸心方向の長さは、閉塞板２７の貫通孔２７ｈの軸心方向の長さに略一致している。このようにして、インペラ２の背面の一部が窪み面２７ａのモータハウジング５側に位置している。

　図５を参照して、インペラ２の周りにおける閉塞板２７の構造についてより詳細に説明する。図５に示されるように、閉塞板２７は、内径側においてインペラ２のボス部２ａと対向するシール部２７ｋを備える。シール部２７ｋは、上記した貫通孔２７ｈの周縁部に形成されている。シール部２７ｋは、モータハウジング本体部６（モータハウジング５）とインペラ２とをシールする。シール部２７ｋは、ボス部２ａから径方向外側に向かって離隔する環状の凹部２７ｎと、凹部２７ｎの軸方向両側に形成され、凹部２７ｎの底よりインペラ２のボス部２ａに向かい突出した環状の凸部２７ｍとを備える。つまり、シール部２７ｋの内周面には、周方向にわたり溝が形成されている。本実施形態のシール部２７ｋの溝は、軸方向断面において矩形状となっている。インペラ２のボス部２ａとシール部２７ｋの凸部２７ｍとは、径方向に離隔している。シール部２７ｋは、インペラ２のボス部２ａとの間に、非接触のシール構造を形成する。

　図１に示されるように、閉塞板２７の窪み面２７ａは、複数の傾斜部を含む。窪み面２７ａは、外周側から、第１傾斜部２７ｂ、第２傾斜部２７ｃ、第３傾斜部２７ｄ、および第４傾斜部２７ｅを含む。これらの傾斜部の間には、円環状の平坦部が形成されている。第１傾斜部２７ｂおよび第２傾斜部２７ｃは、モータハウジング本体部６の第１円筒部６ｂより外周側に位置する。第１傾斜部２７ｂは、軸方向において、モータハウジング本体部６の第１端５ａより先端側（インペラ２側）から基端側（コイル４側）まで延伸している。第４傾斜部２７ｅの段差は、第１傾斜部２７ｂの段差、第２傾斜部２７ｃの段差、および第３傾斜部２７ｄの段差のいずれよりも小さい。

　これらの傾斜部および平坦部からなる窪み面２７ａが、モータハウジング５の第１端５ａに設けられた流路形成板２３に対面しており、窪み面２７ａと流路形成板２３との間に、径方向に延びる排気流路３３が形成されている。排気流路３３は、中央において排気口２５に連通し、外周端において外気に連通する。

　なお、閉塞板２７には、所定の角度ピッチで基端側に突出するネジ座部（図示せず）が形成されている。ネジ座部を介して閉塞板２７とモータハウジング本体部６とがボルト等で締結される。あるいは、流路形成板２３をネジ座部とモータハウジング本体部６で挟んだ状態で、閉塞板２７とモータハウジング本体部６とがボルト等で締結される。インペラハウジング３とモータハウジング５とは、閉塞板２７を介在した状態で連結される。そして、流路形成板２３と閉塞板２７との間に排気流路３３が形成される。

　回転軸８の流路形成板２３よりも先端側には、先端側中径部８ｄが形成されている。先端側中径部８ｄには、たとえばアルミニウム製の冷却ファン３４が嵌挿されている。冷却ファン３４は、排気口２５に対面するようにして、排気流路３３内に設けられている。

　図１、図４（Ａ）および図４（Ｂ）に示されるように、冷却ファン３４は、回転軸８の先端側中径部８ｄが挿通されるボス部３５ａを含む。ボス部３５ａには、挿通孔３４ａが形成されており、この挿通孔３４ａに先端側中径部８ｄが挿通されている。一方、回転軸８には、先端側中径部８ｄに連続して先端側中径部８ｄよりも拡径された円環状の段差部８ｆが形成されている。この段差部８ｆは、モータハウジング本体部６とインペラ２の間の位置しており、インペラ２のボス部２ａに対面する。

　また、先端側中径部８ｄの先端側には、先端側小径部８ｅが形成されている。先端側小径部８ｅは、上述した第１端部８ｂに相当する。この先端側小径部８ｅには、インペラ２が嵌挿されている。インペラ２の先端側には、締結ナットが螺合されている。この締結ナットが締め込まれることにより、軸力が発生して、インペラ２および冷却ファン３４が回転軸８に取り付けられている。言い換えれば、この締結ナットから、インペラ２のボス部２ａと、冷却ファン３４に対する押圧力が発生する。すなわち、冷却ファン３４のボス部３５ａとインペラ２とが、回転軸８の段差部８ｆと締結ナットとによって挟持されている。

　インペラ２は、背面の一部であるボス部２ａで冷却ファン３４のボス部３５ａを押圧している。インペラ２のハブ部と冷却ファン３４との間には隙間が形成され、この隙間に、上述した閉塞板２７が位置している。

　図４（Ａ）および図４（Ｂ）に示されるように、冷却ファン３４は、ボス部３５ａと、ボス部３５ａに形成された挿通孔３４ａと、ボス部３５ａの先端側の端面から径方向外方に延伸するディスク部３５と、ディスク部３５に立設されて基端側に突出する複数の羽根部（旋回羽根）３６とを備える。すなわち、羽根部３６は、ディスク部３５を介して回転軸８の第１端部８ｂに取り付けられている。

　羽根部３６は、排気口２５と排気流路３３との間に配置されて、回転軸８とともに回転可能である。ボス部３５ａと羽根部３６は、径方向に離隔している。複数の羽根部３６は、周方向に互いに離隔し、たとえば等間隔に配置されている。各羽根部３６は、回転軸８に近い方の端部である内端３６ｂと、回転軸８から遠い方の端部である外端３６ａとを含み、内端３６ｂと外端３６ａとの間で延伸している。外端３６ａは、内端３６ｂよりも回転軸８の回転方向Ｒの上流側に位置している。各羽根部３６は、内端３６ｂから外端３６ａに向けて、回転方向Ｒとは逆方向に延伸している。羽根部３６は、たとえば、ディスク部３５の外周端の近傍まで形成されている。

　図１に示されるように、冷却ファン３４のボス部３５ａは、流路形成板２３より内周側に位置する。冷却ファン３４の直径は、流路形成板２３の排気口２５の直径より大きい。より詳細には、羽根部３６は、流路形成板２３の流路形成孔２３ｃ（図３（Ｂ）参照）より外周側まで延伸している。言い換えれば、排気口２５は、羽根部３６の外端３６ａより内側に位置している。羽根部３６の外端３６ａは、径方向において、流路形成板２３の窪み部２３ｄの範囲内に設けられる。羽根部３６の一部（軸方向においてディスク部３５からもっとも離れた先端部）は、流路形成板２３の窪み部２３ｄに入り込んでもよい。言い換えれば、流路形成板２３の窪み部２３ｄは、その羽根部３６の一部を受け入れてもよい。

　次に、遠心送風機１の動作について説明する。遠心送風機１は、たとえば、空気の送風または吸引のために用いられ得る。遠心送風機１が送風のために用いられる場合、主流３２の出口の先（すなわち下流側）に、送風対象物が設けられる。遠心送風機１が吸引のために用いられる場合、主流３２の吸入口（開口３０ａ）の手前（すなわち上流側）に、吸引対象物が設けられる。

　図示しない配線よりコイル４に電力が供給されると、コイル４と回転軸８のロータ８ａとの間に回転磁界が生じ、回転軸８が回転する。

　回転軸８の回転に伴いインペラ２が回転し、インペラ２の回転によりインペラハウジング３内に主流３２が吸入される。遠心送風機１が吸引のために用いられる場合には、所定の吸引対象物から、空気が吸引される。遠心送風機１が送風のために用いられる場合には、インペラハウジング３内に吸入された主流３２は、ディフューザ２９およびスクロール３１を経て所定の送風対象物に対して送風される。

　また、回転軸８の回転に伴い、冷却ファン３４が回転する。冷却ファン３４の回転により、排気口２５よりモータハウジング５内が吸引される。モータハウジング５内が負圧となり、吸気口１４を介してモータハウジング５内に外気が冷却空気３８として吸入される。

　吸気口１４より吸入された冷却空気３８は、モータハウジング本体部６内に形成されたハウジング内流路５０と、コイル４とロータ８ａとの間を流通する。冷却空気３８がハウジング内流路５０を流通する際、冷却空気３８は、モータハウジング本体部６の内周面に形成された溝９にも流通し得る。

　モータハウジング本体部６内を流通した冷却空気３８は、開口２０を経て空間２４に到達する。空間２４に到達した冷却空気３８は流路形成板２３により中心方向へと偏向される。中心方向へと偏向された冷却空気３８は、排気口２５よりモータハウジング５の外部へと排気される。

　排気口２５より排気され冷却ファン３４に吸入された冷却空気３８は、径方向外方に排気され、排気流路３３を流通し、複数の傾斜部を含む窪み面２７ａにガイドされて遠心送風機１の外部へと排気される。

　遠心送風機１の運用中には、導線およびステータコアを含むコイル４等の発熱源が発熱するが、コイル４はモータハウジング本体部６内を流通する冷却空気３８により冷却され、更に、外気と熱交換する放熱フィン７により冷却される。コイル４以外の発熱源としては、たとえば、永久磁石を含むロータ８ａ、第１軸受部１８および第２軸受部１１、エアギャップ等が挙げられる。エアギャップとは、ロータ８ａとコイル４の間に発生し得るロータ８ａの回転方向（回転方向Ｒ）の空気の流れである。エアギャップは、風損の原因となる。本実施形態では、上記の発熱源のすべてが、直接または間接的に冷却される。

　以上説明した本実施形態の遠心送風機１によれば、吸気口１４と、ハウジング内流路５０と、排気口２５と、排気流路３３とが互いに連通する。回転軸８とともに羽根部３６が回転すると、外気は、吸気口１４から吸入され、上記した複数の空間を流れる。外気がモータハウジング５内を流れることにより、コイル４やロータ８ａを含むモータ１０等が冷却され得る。これにより、主流３２とは別に、外気が冷却空気３８としてモータハウジング５内に吸入される。

　窪み面２７ａが、インペラ２によって生じる主流３２の流路と、モータハウジング５内を流れる冷却空気３８の流路とを画成する。インペラ２の背面のボス部２ａが窪み面２７ａのモータハウジング５側に位置するので、軸方向のコンパクト化が図られる。

　モータハウジング５の内周面に形成された溝９を通じて、モータハウジング５内を冷却空気３８が流れやすい。冷却空気３８は、コイル４等の発熱源を冷却しやすい。たとえば、溝９に流れる冷却空気３８は、コイル４とロータ８ａのステータコアとを直接冷却し得る。冷却空気３８は、コイル４およびステータコア以外の発熱源をも、間接的に冷却し得る。

　コイル４が軸方向においてモータハウジング５の第１端５ａおよび第２端５ｂから離隔しているので、外気がモータハウジング５内の溝９に導入されやすい。その結果として、コイル４の冷却効率が向上する。

　インペラ２と、回転軸８に設けられた段差部８ｆとを利用して、冷却ファン３４を回転軸８に取り付けることができる。構成が簡易であり、軸方向の省スペース化が可能である。

　羽根部３６が径方向に対して回転方向Ｒと逆方向に傾斜しているので、羽根部３６の回転は、ハウジング内流路５０から排気流路３３への良好な流れを生み出すことができる。

　排気口２５が羽根部３６の外端３６ａより内側に位置するので、羽根部３６によるモータハウジング５内からの冷却空気３８の吸入効率が向上する。

　また、冷却ファン３４は回転軸８に設けられ、インペラ２とともに回転する。そのため、冷却ファン３４を回転させるためのモータを別途設ける必要がない。冷却空気として外気を吸入するためのモータを別途設ける場合と比べ、遠心送風機１の製作コストの低減、および、装置の小型化を図ることができる。

　また、インペラハウジング３とモータハウジング５の間に流路形成板２３を設け、流路形成板２３と回転軸８との間に排気口２５を設け、排気口２５に対向して冷却ファン３４を設けているので、冷却ファン３４を大型化することなく冷却空気３８をモータハウジング５外へと排気することができる。

　また、流路形成板２３とインペラハウジング３の閉塞板２７との間に排気流路３３が形成され、流路形成板２３によって、冷却ファン３４で吸排される冷却空気３８の流路が分離される。したがって、冷却ファン３４で吸入される冷却空気３８と排気される冷却空気３８との干渉が抑制され、冷却空気３８の排気効率を向上させることができる。

　また、冷却ファン３４と排気流路３３により、冷却空気３８が遠心送風機１の外部へと排気される。インペラハウジング３から高温の主流３２が流入した場合でも、主流３２のモータハウジング５内への流入を抑制できる。

　以上、本開示の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られない。

　たとえば、インペラ２の貫通孔の周面に雌ねじが形成されてもよい。そして、インペラ２が、回転軸８の第１端部８ｂに螺合され、インペラ２の背面の一部であるボス部２ａによって冷却ファン３４のボス部３５ａを押圧してもよい。この構成によれば、冷却ファン３４を確実かつ容易に回転軸８に取り付けることができる。

　軸方向の第１端５ａ側でモータハウジング５に対面する対面部は、単独の部材である閉塞板２７によって形成される場合に限られない。対面部は、インペラハウジング３に一体形成された部分によって形成されてもよいし、モータハウジング５に一体成形された部分によって形成されてもよい。閉塞板２７のような部材がモータハウジング５に取り付けられてもよい。窪み面が形成されず、平坦な対面部が設けられてもよい。閉塞板２７に形成されるシール部は、上記実施形態のような非接触式のシール部２７ｋに限られない。たとえば、インペラ２の回転数が低い場合に、閉塞板２７のシール部は、インペラ２のボス部２ａに接触してインペラ２をシールする接触式のシール構造を形成してもよい。閉塞板２７のシール部が省略されてもよい。

　上記施形態では、冷却ファン３４が冷却空気３８を中心部から吸入し、外径方向に排気する遠心ファンである例について説明したが、これに限られない。冷却ファン３４は、排気口２５内に設けられた軸流ファンであってもよいし、他の形式のファンであってもよい。旋回羽根が、回転軸８に直接取り付けられてもよい。

　上記実施形態では、回転軸８の第１端部８ｂにインペラ２が取り付けられる例について説明したが、インペラ２は、回転軸８の第２端部８ｃに取り付けられてもよい。この場合、モータハウジング５の第１端５ａ側に第１開口、排気流路、および旋回羽根が設けられるが、それらとは反対の第２端５ｂ側に、インペラ２が設けられる。たとえば、インペラハウジング本体部２６と閉塞板２７とは別体とされる。たとえば、閉塞板２７はモータハウジング５の第１端５ａ側に設けられ、インペラハウジング本体部２６およびインペラ２はモータハウジング５の第２端５ｂ側に設けられる。

　上記実施形態では、遠心送風機１を例とした冷却構造を説明したが、本発明は、遠心圧縮機に対しても適用可能である。本発明が適用される流体機械は、軸流タイプの送風機または圧縮機であってもよい。

　本開示のいくつかの態様によれば、主流とは別に、外気が冷却空気としてモータハウジング５内に吸入される。

１　遠心送風機（流体機械）
２　インペラ
３　インペラハウジング
４　コイル
５　モータハウジング
５ａ　第１端
５ｂ　第２端
８　回転軸
８ａ　ロータ
９　溝
８ｂ　第１端部（端部）
８ｆ　段差部
１０　モータ
１４　吸気口（第２開口）
２０　開口
２３　流路形成板
２４　空間
２５　排気口（第１開口）
２７　閉塞板
２７ａ　窪み面（対面部）
２７ｋ　シール部
３２　主流
３３　排気流路
３４　冷却ファン
３５ａ　ボス部
３６　羽根部（旋回羽根）
３６ａ　外端
３６ｂ　内端
３８　冷却空気
５０　ハウジング内流路
Ｒ　回転方向

Claims

　軸方向における第１端と第２端とを含むモータハウジングと、
　前記モータハウジングに挿通され、前記モータハウジングの前記第１端または前記第２端から突出する突出部を含む回転軸と、
　前記回転軸の前記突出部に取り付けられたインペラと、
　前記軸方向の前記第１端側で前記モータハウジングに対面する対面部と、
　前記モータハウジングの前記第１端側に設けられた第１開口と、
　前記モータハウジングの前記第２端側に設けられ、外気と連通する第２開口と、
　前記モータハウジング内に形成され、前記第１開口と前記第２開口とを連通するハウジング内流路と、
　前記モータハウジングと前記対面部との間に形成され、前記第１開口と外気とを連通する排気流路と、
　前記第１開口と前記排気流路との間に配置され、前記回転軸に取り付けられて回転軸とともに回転可能である旋回羽根と、を備える、流体機械。
　前記インペラは、前記モータハウジングの前記第１端から突出する前記突出部に取り付けられ、
　前記対面部は、前記モータハウジングと前記インペラとの間に配置されており、
　前記インペラの背面の一部が前記対面部の前記モータハウジング側に位置している、請求項１に記載の流体機械。
　前記モータハウジングの内周面にはコイルが固定されており、
　前記モータハウジングは、前記内周面に形成され、前記軸方向において前記コイルが設けられた領域にわたって延伸する溝を含む、請求項１または２に記載の流体機械。
　前記コイルは、前記軸方向において、前記モータハウジングの前記第１端および前記第２端から離隔している、請求項３に記載の流体機械。
　前記旋回羽根が形成された冷却ファンを更に備え、
　前記冷却ファンは、前記回転軸が挿通されるボス部を含み、
　前記インペラは、前記モータハウジングの前記第１端から突出する前記突出部に取り付けられ、
　前記回転軸は、前記インペラの背面に対向する段差部を含み、
　前記冷却ファンは、前記ボス部が前記インペラと前記回転軸の前記段差部とにより挟持されることで、前記回転軸に取り付けられている、請求項１～４のいずれか一項に記載の流体機械。
　前記インペラは、前記モータハウジングの前記第１端から突出する前記突出部に螺合され、前記インペラの前記背面で前記冷却ファンの前記ボス部を押圧している、請求項５に記載の流体機械。
　前記旋回羽根は、前記回転軸に近い方の端部である内端と、前記回転軸から遠い方の端部である外端とを含み、前記内端と前記外端との間で延伸しており、
　前記外端は、前記内端よりも前記回転軸の回転方向の上流側に位置する、請求項１～６のいずれか一項に記載の流体機械。
　前記第１開口は、前記旋回羽根の前記回転軸から遠い方の端部である外端より内側に位置する、請求項１～７のいずれか一項に記載の流体機械。
　前記対面部の内径側に形成され、前記モータハウジングと前記インペラとをシールするシール部を備える、請求項２に記載の流体機械。