WO2021166920A1 - 圧縮機 - Google Patents

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WO2021166920A1
WO2021166920A1 PCT/JP2021/005782 JP2021005782W WO2021166920A1 WO 2021166920 A1 WO2021166920 A1 WO 2021166920A1 JP 2021005782 W JP2021005782 W JP 2021005782W WO 2021166920 A1 WO2021166920 A1 WO 2021166920A1
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stator
rotor
axial direction
rotating shaft
coil
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PCT/JP2021/005782
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French (fr)
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平野　正樹
山際　昭雄
尚宏 木戸
寛 日比野
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ダイキン工業株式会社
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Publication date
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Priority to US17/904,241 priority patent/US20230246492A1/en
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Definitions

  • This disclosure relates to compressors.
  • a compressor having a bearing is known (see, for example, Patent Document 1).
  • the coil end (coil end) in the axial direction of the rotor protrudes axially from the stator core. Therefore, the rotating shaft must be further projected in the axial direction from the coil end so that the bearing can support the rotating shaft, and it is difficult to shorten the rotating shaft.
  • the present disclosure provides a compressor capable of shortening the rotation axis.
  • the compressor of the present disclosure is A motor in which a stator is placed around the rotor shaft, The rotating shaft fixed to the rotor and Bearings that support the rotating shaft and An impeller connected to the rotating shaft and compressing the fluid, A casing for accommodating the motor is provided.
  • the stator is A coil that orbits around the rotor axis in an annular shape, It has an outer peripheral surface of the rotor and a stator core having magnetic poles facing each other in the radial direction of the rotor via a gap.
  • the rotation axis can be shortened.
  • the compressor of the present disclosure is
  • the bearing is a radial bearing and
  • the rotating shaft has a shaft portion supported by the radial bearing and has a shaft portion.
  • the shaft diameter of the shaft portion is larger than the outer diameter of the rotor.
  • the rotating shaft can be shortened.
  • the compressor of the present disclosure is The shaft diameter of the shaft portion is larger than the inner diameter of the stator.
  • the shaft diameter of the shaft portion is larger than the inner diameter of the stator, so that the rotating shaft can be further shortened.
  • the compressor of the present disclosure is
  • the radial bearing is a gas bearing.
  • the radial bearing is a gas bearing, the shaft diameter of the shaft portion can be easily increased.
  • the compressor of the present disclosure is
  • the stator core has a plate having a thickness in the axial direction of the rotor. At least a part of the plate portion in which the coil is projected onto the plate in the axial direction comes into contact with the casing.
  • the compressor of the present disclosure since at least a part of the plate portion comes into contact with the casing, the heat dissipation effect of releasing the heat of the coil and the stator core to the casing is improved.
  • the compressor of the present disclosure is
  • the stator includes a plurality of stator units having the same structure and aligned in the axial direction of the rotor around the axis of the rotor.
  • the plurality of stator units each have a pair of the stator cores facing each other with the coil in the axial direction.
  • the magnetic poles of the pair of stator cores are displaced from each other in the circumferential direction of the rotor when viewed from the axial direction.
  • the compressor of the present disclosure since the plurality of stator units have the same structure as each other, it is possible to reduce the cost by reducing the size of the mold for manufacturing the stator core.
  • the compressor of the present disclosure is A non-magnetic material is provided between adjacent stator units among the plurality of stator units.
  • the compressor of the present disclosure is The number of the plurality of stator units is 2.
  • the rotation axis can be shortened as compared with the form in which the number is 3 or more.
  • the compressor of the present disclosure is
  • the rotor is an SPM (Surface Permanent Magnet) type rotor in which at least one permanent magnet is arranged on the outer peripheral surface of the rotor.
  • SPM Surface Permanent Magnet
  • the rotor is an SPM type rotor
  • a protective sleeve is provided on the outer peripheral side of the permanent magnet as compared with an IPM (Interior Permanent Magnet) type rotor in which at least one permanent magnet is embedded in the rotor.
  • IPM Interior Permanent Magnet
  • the centrifugal strength can be increased by arranging the holding ring.
  • the compressor of the present disclosure is The number of poles of each of the plurality of stator units is 2.
  • the drive frequency can be reduced as compared with the form in which the number of poles is 4 or more, which is suitable for high speed.
  • FIG. 1 is a vertical sectional view showing a configuration example of a turbo compressor according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view showing a configuration example of the motor.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view showing a configuration example of the motor.
  • FIG. 4 is a diagram showing a form in which a non-magnetic material layer is provided between adjacent stator units.
  • FIG. 5 is a vertical cross-sectional view showing a configuration example of the turbo compressor according to the second embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the presence / absence of the coil end.
  • FIG. 7 is a vertical cross-sectional view showing a configuration example of one stator unit.
  • FIG. 1 is a vertical sectional view showing a configuration example of a turbo compressor according to the first embodiment.
  • the turbo compressor 12 is an example of a compressor.
  • the turbo compressor 12 is a device provided in a refrigerant circuit of an air conditioner (not shown), and the refrigerant is compressed by the impeller 21.
  • the turbo compressor 12 includes a casing 20, a rotating shaft 31, an impeller 21, a first radial bearing 71, a second radial bearing 72, a first thrust bearing 74a, a second thrust bearing 74b, and a motor 40.
  • the "axial direction” is the direction of the rotation axis
  • the direction of the axis of the rotation axis 31 is the direction of the axis of the rotation axis 31. It is the direction perpendicular to each other.
  • the "outer peripheral side” is a side farther from the axis of the rotating shaft 31
  • the “inner peripheral side” is a side closer to the axis of the rotating shaft 31.
  • the casing 20 is formed in a cylindrical shape with both ends closed, and is arranged so that the cylindrical axis is oriented horizontally.
  • the space inside the casing 20 is partitioned by the wall portion 20a.
  • the space on the right side (first axial direction side) of the wall portion 20a forms the impeller chamber S1 for accommodating the impeller 21.
  • the space on the left side of the wall portion 20a (on the side in the second axial direction opposite to the side in the first axial direction) forms the motor chamber S2 for accommodating the motor 40.
  • the motor 40, the first radial bearing 71, the second radial bearing 72, the first thrust bearing 74a, and the second thrust bearing 74b are housed in the motor chamber S2.
  • the stator 44, the first radial bearing 71, the second radial bearing 72, the first thrust bearing 74a, and the second thrust bearing 74b of the motor 40 are fixed to the inner peripheral wall of the motor chamber S2.
  • the rotating shaft 31 is a shaft provided for rotationally driving the impeller 21, which is an example of a load.
  • the rotating shaft 31 extends axially in the casing 20 to connect the impeller 21 and the rotor 41 of the motor 40.
  • the rotating shaft 31 is fixed to the rotor 41 so that its axis is coaxial with the axis of the rotor 41 of the motor 40.
  • the impeller 21 is fixed to one end of the rotating shaft 31, and the motor 40 is arranged in the middle of the rotating shaft 31.
  • a disk-shaped portion (hereinafter, also referred to as a disk portion 31e) is provided at the other end of the rotating shaft 31 (that is, the end on the side opposite to the one end to which the impeller 21 is fixed).
  • the disk portion 31e is made of a magnetic material (for example, iron) when the first thrust bearing 74a and the second thrust bearing 74b are magnetic bearings.
  • the impeller 21 is formed by a plurality of blades so as to have a substantially conical shape, and is housed in the impeller chamber S1 in a state of being fixed to one end of the rotating shaft 31.
  • a suction pipe P1 and a discharge pipe P2 are connected to the impeller chamber S1.
  • the suction pipe P1 is provided to guide the refrigerant (an example of a fluid) from the outside to the impeller chamber S1.
  • the discharge pipe P2 is provided to return the high-pressure refrigerant (an example of a fluid) compressed in the impeller chamber S1 to the outside. That is, in this example, the compression mechanism is formed by the impeller 21 and the impeller chamber S1.
  • the first radial bearing 71 is provided near one end of the rotating shaft 31 (the left end in FIG. 1), receives a radial load from the rotating shaft 31, and rotatably supports the rotating shaft 31.
  • the second radial bearing 72 is provided near the other end of the rotating shaft 31, receives a radial load from the rotating shaft 31, and rotatably supports the rotating shaft 31.
  • the first radial bearing 71 is located on one axial side (opposite the impeller 21 side) with respect to the motor 40, and the second radial bearing 72 is located on the other axial side (impeller 21) with respect to the motor 40. Located on the side).
  • the first radial bearing 71 rotatably supports the shaft portion 31a of the rotating shaft 31, and the second radial bearing 72 rotatably supports the shaft portion 31b of the rotating shaft 31.
  • the shaft portion 31a has a shaft diameter ⁇ A
  • the shaft portion 31b has a shaft diameter ⁇ B.
  • the shaft diameter ⁇ A is smaller than the outer diameter ⁇ C of the rotor 41 of the motor 40 and smaller than the inner diameter ⁇ D of the stator 44 of the motor 40.
  • the shaft diameter ⁇ B is also thinner than the outer diameter ⁇ C and thinner than the inner diameter ⁇ D.
  • the shaft diameter ⁇ A may be the same as the outer diameter ⁇ C
  • the shaft diameter ⁇ B may be the same as the outer diameter ⁇ C.
  • the first radial bearing 71 and the second radial bearing 72 are non-contact type bearings (for example, gas bearings that float with gas such as foil bearings, magnetic bearings that float with magnetism, etc.) so as to be able to cope with high-speed rotation of the rotating shaft 31. ), But a contact type bearing (for example, a rolling bearing) may be used.
  • the first thrust bearing 74a and the second thrust bearing 74b receive an axial load and support the disk portion 31e of the rotating shaft 31 from both sides in the axial direction.
  • the first thrust bearing 74a is located on one side in the axial direction with respect to the disk portion 31e (the side opposite to the impeller 21 side), and the second thrust bearing 74b is located on the other side in the axial direction with respect to the disk portion 31e. It is located on the side (impeller 21 side).
  • the first thrust bearing 74a and the second thrust bearing 74b are each formed in an annular shape, and face each other with the disk portion 31e interposed therebetween.
  • the first thrust bearing 74a and the second thrust bearing 74b are non-contact type bearings (for example, gas bearings that float with gas such as foil bearings, magnetic bearings that float with magnetism, etc.) so as to be able to cope with high-speed rotation of the rotating shaft 31. ), But a contact type bearing (for example, a rolling bearing) may be used.
  • first thrust bearing 74a and the second thrust bearing 74b are gas bearings
  • the space between the disk portion 31e and the first thrust bearing 74a and the disk portion 31e Dynamic pressure is generated between the second thrust bearing 74b and the second thrust bearing 74b.
  • the first thrust bearing 74a and the second thrust bearing 74b utilize this dynamic pressure to non-contactly support the disk portion 31e.
  • the disk portion 31e When the first thrust bearing 74a and the second thrust bearing 74b are magnetic bearings, the disk portion 31e includes a first thrust electromagnet provided on the first thrust bearing 74a and a second thrust electromagnet provided on the second thrust bearing 74b. It is supported non-contact by the combined electromagnetic force of.
  • the motor 40 is a permanent magnet synchronous motor that has a rotor 41 and a stator 44 and rotationally drives the rotating shaft 31.
  • the motor 40 is an inner rotor type motor in which the stator 44 is arranged around the axis of the rotor 41.
  • the rotor 41 is fixed to the rotating shaft 31, and the stator 44 is fixed to the inner peripheral wall of the casing 20.
  • the stator 44 is arranged outside the rotor 41 in the radial direction.
  • the rotor 41 and the stator 44 are arranged on an axis coaxial with the rotating shaft 31, and face each other in the radial direction of the rotating shaft 31.
  • FIG. 2 is a perspective view showing an example of a configuration of a motor.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of the motor shown in FIG.
  • the motor 40 shown in FIGS. 2 and 3 is a claw pole type motor.
  • the rotor 41 has a rotor core 42 and at least one permanent magnet 43 arranged on the outer peripheral portion of the rotor core 42.
  • the rotor core 42 is formed in a cylindrical shape by a magnetic material (for example, laminated steel plate, cast iron, or dust core).
  • a shaft hole for inserting the rotating shaft 31 is formed in the central portion of the rotor core 42.
  • the rotor core 42 has substantially the same length as the stator 44 in the axial direction of the rotor 41.
  • the rotor core 42 is composed of one member in the axial direction. Further, the rotor core 42 may be composed of a plurality of members (for example, a number corresponding to the number of stator units described later) stacked in the axial direction.
  • the plurality of permanent magnets 43 are arranged at equal intervals in the circumferential direction on the outer peripheral surface of the rotor core 42. Further, the plurality of permanent magnets 43 are formed so as to exist between substantially one end and substantially the other end of the rotor core 42 in the axial direction.
  • the permanent magnet 43 is, for example, a neodymium sintered magnet or a ferrite magnet.
  • Each of the plurality of permanent magnets 43 has different magnetic poles magnetized at both ends in the radial direction. Further, the two permanent magnets 43 adjacent to each other in the circumferential direction among the plurality of permanent magnets 43 have different magnetic poles magnetized on the outer side in the radial direction facing the stator 44. Therefore, inside the stator 44 in the radial direction, there are a permanent magnet 43 in which the N pole is magnetized on the outside in the radial direction and a permanent magnet 43 in which the S pole is magnetized on the outside in the radial direction. They are placed next to each other.
  • Each of the plurality of permanent magnets 43 may be composed of one magnet member in the axial direction, or may be divided in the axial direction (for example, a number corresponding to the number of members of the rotor core 42 to be stacked). It may be composed of the magnet member of. In this case, the same magnetic poles are magnetized on the outer sides of the plurality of magnet members constituting the permanent magnet 43 divided in the axial direction in the radial direction facing the stator 44.
  • the plurality of permanent magnets 43 arranged in the circumferential direction are composed of one member in the circumferential direction, for example, an annular ring magnet or a plastic magnet in which different magnetic poles are alternately magnetized in the circumferential direction. It may be replaced with a permanent magnet.
  • the permanent magnet composed of one member in the circumferential direction may be composed of one member in the axial direction as well, and may be composed of one member as a whole.
  • the permanent magnet composed of one member in the circumferential direction may be divided into a plurality of members in the axial direction as in the case of the plurality of permanent magnets 43.
  • the rotor core 42 may be omitted.
  • the rotor 41 is an SPM type rotor in which the permanent magnet 43 is arranged on the outer peripheral surface (outer peripheral surface) of the rotor core 42.
  • the permanent magnet 43 is exposed on the outer peripheral surface of the rotor core 42.
  • a protective sleeve or a holding ring for holding the permanent magnet 43 on the rotor core 42 may be arranged on the outer peripheral side of the permanent magnet 43.
  • the protective sleeve or holding ring is made of a non-magnetic material (for example, CFRP (carbon fiber reinforced plastic), GFRP (glass fiber reinforced plastic), SUS (stainless steel), titanium, inconel, etc.).
  • the number of poles (the number of magnetic poles) of the stator units 51 and 52 included in the stator 44 is 2.
  • at least one permanent magnet 43 is formed on the outer circumference of the rotor core 42 so that the angular region of about 180 ° in the circumferential direction is the north pole and the angular region of about 180 ° in the circumferential direction is the south pole. It is placed in the department.
  • the stator 44 includes a plurality of stator units having the same structure as each other arranged in the axial direction of the rotor 41 around the axis of the rotor 41.
  • the stator 44 is a two-phase stator structure including two stator units 51 and 52.
  • the stator unit 51 has a pair of stator cores 45 and 46 facing in the axial direction and a coil 49 sandwiched between the pair of stator cores 45 and 46 in the axial direction.
  • the stator unit 52 has a pair of stator cores 47 and 48 facing in the axial direction and a coil 50 sandwiched between the pair of stator cores 47 and 48 in the axial direction.
  • the pair of stator cores 45 and 46 are provided so as to surround the coil 49.
  • the pair of stator cores 47 and 48 are provided so as to surround the coil 50.
  • the stator cores 45, 46, 47, 48 are formed of, for example, a dust core. By being formed of a dust core, iron loss at high frequencies can be reduced.
  • the stator core 45 has an annular plate 58 facing in the axial direction and a claw magnetic pole 54 protruding from the inner peripheral surface of the plate 58.
  • the stator core 46 has an annular plate 59 facing in the axial direction and a claw magnetic pole 55 protruding from the inner peripheral surface of the plate 59.
  • the plate 58 has a plate inner surface 58a and a plate outer surface 58b that face opposite to each other in the axial direction.
  • the plate 59 has a plate inner surface 59a and a plate outer surface 59b that face opposite to each other in the axial direction.
  • the coil 49 is sandwiched between the plate inner surface 58a and the plate inner surface 59a in a state of being in contact with the plate inner surface 58a and the plate inner surface 59a.
  • the plate 58 has an annular outer peripheral portion 58c that is thicker in the axial direction than the portion in which the coil 49 contacts in the axial direction on the outer side in the radial direction of the portion where the coil 49 contacts in the axial direction.
  • the plate 59 has an annular outer peripheral portion 59c that is thicker in the axial direction than the portion in which the coil 49 contacts in the axial direction, on the outer side in the radial direction of the portion where the coil 49 contacts in the axial direction.
  • the stator core 47 has an annular plate 60 facing in the axial direction and a claw magnetic pole 56 protruding from the inner peripheral surface of the plate 58.
  • the stator core 48 has an annular plate 61 facing in the axial direction and a claw pole 57 protruding from the inner peripheral surface of the plate 61.
  • the plate 60 has a plate inner surface 60a and a plate outer surface 60b that face each other in the axial direction.
  • the plate 61 has a plate inner surface 61a and a plate outer surface 61b that face each other in the axial direction.
  • the coil 50 is fixed between the plate inner surface 60a and the plate inner surface 61a in a state where the coil 50 is in contact with and sandwiched between the plate inner surface 60a and the plate inner surface 61a.
  • the plate 60 has an annular outer peripheral portion 60c that is thicker in the axial direction than the portion in which the coil 50 contacts in the axial direction on the outer side in the radial direction of the portion where the coil 50 contacts in the axial direction.
  • the plate 61 has an annular outer peripheral portion 61c that is thicker in the axial direction than the portion in which the coil 50 contacts in the axial direction, on the outer side in the radial direction of the portion where the coil 50 contacts in the axial direction.
  • the plate 58 is a back yoke portion having an annular shape in the axial direction and having a predetermined thickness in the axial direction of the rotor 41.
  • the claw magnetic pole 54 is arranged on the inner peripheral surface of the plate 58 over an angle range of less than 180 ° in the circumferential direction, and protrudes inward in the radial direction from the inner peripheral surface of the plate 58.
  • the claw pole 54 faces the outer peripheral surface of the rotor 41 in the radial direction of the rotor 41 via a gap.
  • the claw magnetic pole 54 includes a claw magnetic pole portion 54a.
  • the claw magnetic pole portion 54a (an example of the first claw magnetic pole portion) has a predetermined width and projects inward in the radial direction so as to extend from the inner peripheral surface of the plate 58 by a predetermined length.
  • the claw magnetic pole 54 further includes a claw magnetic pole portion 54b.
  • a claw magnetic pole portion 54b As a result, it is possible to secure a relatively wide facing area between the magnetic pole surface of the claw magnetic pole 54 magnetized by the armature current of the coil 49 and the rotor 41. Therefore, the torque of the motor 40 can be relatively increased and the output of the motor 40 can be improved.
  • the claw magnetic pole portion 54b projects from the inner tip in the radial direction of the claw magnetic pole portion 54a in a curved shape extending in the axial direction by a predetermined length toward the stator core 46.
  • the claw magnetic pole portion 54b projects with a constant bending width (more specifically, the arc length) regardless of the distance from the claw magnetic pole portion 54a.
  • the claw magnetic pole portion 54b may protrude in a tapered shape in which the bending width (more specifically, the arc length) becomes narrower as the distance from the claw magnetic pole portion 54a in the axial direction increases.
  • stator cores 45, 46, 47 have the same shape as the stator core 48
  • the description of the stator cores 45, 46, 47 will be simplified by referring to the above description of the stator core 48.
  • the plates 59, 60, 61 have the same shape as the plate 58
  • the claw poles 55, 56, 57 have the same shape as the claw pole 54.
  • the claw poles 54, 55, 56, and 57 face each other in the radial direction of the rotor 41 via a gap with the outer peripheral surface of the rotor 41, respectively.
  • the claw magnetic pole 55 includes the claw magnetic pole portions 55a and 55b
  • the claw magnetic pole 56 includes the claw magnetic pole portions 56a and 56b
  • the claw magnetic pole 57 includes the claw magnetic pole portions 57a and 57b.
  • the claw magnetic pole portions 54b, 55b, 56b, 57b may be omitted.
  • the coils 49 and 50 are conducting wires that circulate in an annular shape around the axis of the rotor 41. Both ends of the coil 49 are electrically connected to the external terminals of the motor 40.
  • the external terminals of the motor 40 are electrically connected to a drive device (for example, an inverter or the like) that drives the motor 40 with electric power supplied from a power source. The same applies to the coil 50.
  • the coil 49 is arranged between the pair of stator cores 45 and 46 in the axial direction.
  • the coil 49 has an outer peripheral portion of the coil located inside the outer circumferences 58c and 59c of the pair of stator cores 45 and 46 in the radial direction and an inner circumference of the coil located outside the outer peripheral portions of the claw poles 54 and 55 in the radial direction. It is wound so as to have a portion.
  • the coil 50 is arranged between the pair of stator cores 47, 48 in the axial direction.
  • the coil 50 includes a coil outer peripheral portion located inside the outer peripheral portions 60c and 61c of the pair of stator cores 47 and 48 in the radial direction, and a coil inner circumference located radially outward from the outer peripheral portions of the claw poles 56 and 57. It is wound so as to have a portion.
  • the pair of stator cores 45 and 46 are combined so that the claw magnetic pole 54 of one stator core 45 and the claw magnetic pole 55 of the other stator core 46 are arranged adjacent to each other in the circumferential direction. Further, when an armature current flows through the annular coil 49, the claw magnetic pole 54 of one of the pair of stator cores 45 and 46 and the claw magnetic pole 55 of the other stator core 46 are magnetized and are different from each other. Has. As a result, in the pair of stator cores 45 and 46, the one claw magnetic pole 54 protruding from one stator core 45 has a magnetic pole that is adjacent in the circumferential direction and is different from the one claw magnetic pole 55 protruding from the other stator core 46. Therefore, the combination of the N-pole claw pole 54 and the S-pole claw pole 55 and the combination of the N-pole claw pole 55 and the S-pole claw pole 54 are alternately generated by the armature current flowing through the coil 49. ..
  • stator units 51 and 52 are laminated in the axial direction.
  • the stator 44 includes stator units 51 and 52 for a plurality of phases (two phases in FIGS. 2 and 3). Specifically, the stator 44 includes a stator unit 51 corresponding to the U phase and a stator unit 52 corresponding to the V phase. The two stator units 51 and 52 having different phases are arranged so that their positions in the circumferential direction differ by 90 ° in terms of electrical angle.
  • the number of phases of the motor 40 is not limited to two, and may be three or more.
  • FIG. 4 is a diagram showing a form in which a non-magnetic material layer is provided between adjacent stator units.
  • the stator 44 includes two-phase stator units 51 and 52 having the same structure as each other.
  • the two-phase motor 40 may have a non-magnetic material layer 62 between the stator units 51 and 52 adjacent to each other in the axial direction.
  • the non-magnetic layer 62 can suppress magnetic flux leakage between two adjacent stator units 51 and 52 in different phases.
  • the stator 44 includes three-phase stator units 51, 52, and 53 having the same structure as each other.
  • the three-phase motor 40 has a non-magnetic material layer 62 between the stator units 51 and 52 adjacent to each other in the axial direction, and a non-magnetic material layer 63 between the stator units 52 and 53 adjacent to each other in the axial direction.
  • the non-magnetic layer 62 can suppress magnetic flux leakage between two adjacent stator units 51 and 52 in different phases.
  • the non-magnetic layer 63 can suppress magnetic flux leakage between two adjacent stator units 52 and 53 in different phases.
  • the non-magnetic material layer 62 is a UV interphase member provided between the U-phase stator unit 51 and the V-phase stator unit 52, which are adjacent in the axial direction.
  • the non-magnetic material layer 62 has, for example, a substantially cylindrical shape (substantially disk shape) having a predetermined thickness, and an insertion hole through which the rotation shaft 31 is inserted is formed in the central portion. The same may be applied to the non-magnetic material layer 63.
  • the non-magnetic material layer 63 is a VW interphase member provided between the V-phase stator unit 52 and the W-phase stator unit 53, which are adjacent to each other in the axial direction.
  • FIG. 5 is a vertical cross-sectional view showing a configuration example of the turbo compressor according to the second embodiment.
  • the description of the configuration similar to the above-described embodiment will be omitted or simplified by referring to the above-mentioned description.
  • the shaft diameter ⁇ A of the shaft portion 31a of the rotating shaft 31 is different from that of the turbo compressor 12 of the first embodiment.
  • the shaft diameter ⁇ A is thicker than the outer diameter ⁇ C of the rotor 41 of the motor 40 and larger than the inner diameter ⁇ D of the stator 44 of the motor 40.
  • the shaft diameter ⁇ A may be thicker than the outer diameter ⁇ C and may be the same as the inner diameter ⁇ D or smaller than the inner diameter ⁇ D.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the presence / absence of the coil end.
  • the ends of the coils 149 and 150 (coil ends 149a, 149b, 150a, 150b) in the axial direction of the rotor 41 protrude in the axial direction from the stator core 145.
  • the coils 149 and 150 orbit around the teeth 145a and 145b (the central axis in the radial direction) of the stator core 145 in an annular shape. Therefore, the rotating shaft 31 must be further projected in the axial direction from each coil end so that the bearing can support the rotating shaft 31, and it is difficult to shorten the rotating shaft 31.
  • the coils 49 and 50 orbit around the axis of the rotor 41 in an annular shape, they do not protrude in the axial direction from the stator cores 45, 46, 47 and 48 (coil endless). Therefore, a space for arranging the first radial bearing 71 and the second radial bearing 72 that support the rotating shaft 31 can be secured on both sides of the motor 40 in the axial direction, so that the first radial bearing 71 and the second radial bearing 72 can be used in the motor 40. Can be brought closer to the side of the axis.
  • the shaft portion supported by the first radial bearing 71 and the second radial bearing 72 can be brought closer to the motor 40, and the rotating shaft 31 can be shortened.
  • the resonance of the rotating shaft 31 can be suppressed, and the speed of the rotating shaft 31 can be increased.
  • the shaft diameter ⁇ A of the shaft portion 31a may be larger than the outer diameter ⁇ C of the rotor 41.
  • the shaft diameter ⁇ A can be increased.
  • the surface area of the shaft portion 31a supported by the first radial bearing 71 increases. If the weight of the support supported by the bearing does not change, the rotating shaft 31 can be shortened by increasing the surface area of the shaft portion 31a.
  • the shaft diameter ⁇ A of the shaft portion 31a may be larger than the inner diameter ⁇ D of the stator 44. As a result, the surface area of the shaft portion 31a is further increased, so that the rotating shaft 31 can be further shortened.
  • first radial bearing 71 and the second radial bearing 72 may be gas bearings. Since the gas bearing has a simpler structure than the magnetic bearing, the shaft diameter of the rotating shaft 31 can be easily increased. Therefore, it is advantageous for shortening the rotation shaft 31.
  • FIG. 7 is a vertical cross-sectional view showing a configuration example of the stator unit 51. At least a part of the plate portion 58bb in which the coil 49 is projected onto the plate 58 in the axial direction comes into contact with the casing 20 at the plate outer surface 58b as shown in FIGS. Specifically, at least a part of the plate portion 58bb comes into contact with the inside of the casing 20 at the plate outer surface 58b located on one stator end surface 44a of the stator 44.
  • the heat dissipation effect of releasing the heat of the coil 49 and the stator cores 45 and 46 to the casing 20 is improved as compared with the form in which only the stator outer peripheral surface 44c of the stator 44 contacts the casing 20.
  • the outer stator core 48 in the axial direction has a plate 61 facing the rotor 41 in the axial direction. At least a part of the plate portion in which the coil 50 is projected onto the plate 61 in the axial direction comes into contact with the casing 20 at the plate outer surface 61b as shown in FIGS. 1 and 5. Specifically, at least a part of the plate portion comes into contact with the inside of the casing 20 at the plate outer surface 61b located on the other stator end surface 44b of the stator 44.
  • the heat dissipation effect of releasing the heat of the coil 50 and the stator cores 47 and 48 to the casing 20 is improved as compared with the form in which only the stator outer peripheral surface 44c of the stator 44 contacts the casing 20.
  • the stator 44 includes a plurality of stator units having the same structure as each other, and the plurality of stator units have a stator core 45 having magnetic poles facing the outer peripheral surface of the rotor 41 in the radial direction through a gap. It has 46, 47, 48.
  • the positions of the claw poles 54, 55, 56, 57 of the plurality of stator units in the circumferential direction of the rotor 41 are deviated from each other when viewed from the axial direction.
  • the motor 40 includes a non-magnetic material layer 62 between adjacent stator units among a plurality of stator units. Since the non-magnetic material layer 62 is provided between the adjacent stator units, it is possible to suppress an increase in magnetic flux leakage between the adjacent stator units due to the shortening of the rotating shaft 31. The same effect can be obtained for the non-magnetic material layer 63.
  • the number of the plurality of stator units may be 2.
  • the rotation shaft 31 can be shortened as compared with the form in which the number is 3 or more.
  • the rotor 41 may be an SPM type rotor in which at least one permanent magnet 43 is arranged on the outer peripheral surface of the rotor 41.
  • the centrifugal strength is increased by arranging the protective sleeve or the holding ring on the outer peripheral side of the permanent magnets as compared with the IPM type rotor in which at least one permanent magnet is embedded in the rotor. can do.
  • the number of poles (specifically, the number of claw magnetic poles) of each of the plurality of stator units may be 2.
  • the number of poles of each of the stator units 51 and 52 is 2.
  • the drive frequency of the motor can be reduced as compared with the form in which the number of poles is 4 or more, which is suitable for high speed.

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Abstract

ロータ（４１）の軸周りにステータ（４４）が配置されるモータ（４０）と、前記ロータに固定される回転軸（３１）と、前記回転軸を支持する軸受（７１、７２）と、前記回転軸に連結され、流体を圧縮するインペラ（２１）と、前記モータを収容するケーシング（２０）とを備え、前記ステータは、前記ロータの軸周りに環状に周回するコイル（４９、５０）と、前記ロータの外周面と空隙を介して前記ロータの径方向に対向する磁極を有するステータコア（４５、４６、４７、４８）とを有する、圧縮機を構成することにより、回転軸を短くできる。

Description

圧縮機
　本開示は、圧縮機に関する。
　軸受により支持される回転軸と、回転軸に連結されたインペラと、回転軸に固定されたロータと、ロータの外側に配置されたステータとを備え、ステータは、円筒形状のステータコアに巻回されたコイルを有する、圧縮機が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０１６－１９２８７７号公報
　従来の圧縮機では、ロータの軸方向におけるコイルの端（コイルエンド）がステータコアから軸方向に突出している。そのため、軸受が回転軸を支持できるように、回転軸をコイルエンドから更に軸方向に突出させなければならず、回転軸を短くすることが難しい。
　本開示は、回転軸を短くできる、圧縮機を提供する。
　本開示の圧縮機は、
　ロータの軸周りにステータが配置されるモータと、
　前記ロータに固定される回転軸と、
　前記回転軸を支持する軸受と、
　前記回転軸に連結され、流体を圧縮するインペラと、
　前記モータを収容するケーシングとを備え、
　前記ステータは、
　前記ロータの軸周りに環状に周回するコイルと、
　前記ロータの外周面と空隙を介して前記ロータの径方向に対向する磁極を有するステータコアとを有する。
　本開示の圧縮機によれば、回転軸を短くできる。
　本開示の圧縮機は、
　前記軸受は、ラジアル軸受であり、
　前記回転軸は、前記ラジアル軸受に支持された軸部分を有し、
　前記軸部分の軸径は、前記ロータの外径よりも太い。
　本開示の圧縮機によれば、前記軸部分の軸径が前記ロータの外径よりも太いので、回転軸を短くできる。
　本開示の圧縮機は、
　前記軸部分の軸径は、前記ステータの内径よりも太い。
　本開示の圧縮機によれば、前記軸部分の軸径は、前記ステータの内径よりも太いので、回転軸を更に短くできる。
　本開示の圧縮機は、
　前記ラジアル軸受は、気体軸受である。
　本開示の圧縮機によれば、前記ラジアル軸受は、気体軸受であるので、前記軸部分の軸径を容易に太くできる。
　本開示の圧縮機は、
　前記ステータコアは、前記ロータの軸方向に厚みを有するプレートを有し、
　前記コイルを前記プレートに前記軸方向に投射したプレート部分の少なくとも一部は、前記ケーシングに接触する。
　本開示の圧縮機によれば、前記プレート部分の少なくとも一部は、前記ケーシングに接触するので、前記コイルと前記ステータコアの熱を前記ケーシングに逃がす放熱効果が向上する。
　本開示の圧縮機は、
　前記ステータは、前記ロータの軸周りに前記ロータの軸方向に並ぶ、互いに同一構造の複数のステータユニットを含み、
　前記複数のステータユニットは、前記軸方向に前記コイルを挟んで対向する一対の前記ステータコアをそれぞれ有し、
　一対の前記ステータコアのそれぞれの前記磁極は、前記ロータの周方向の位置が、前記軸方向から見て互いにずれている。
　本開示の圧縮機によれば、前記複数のステータユニットは互いに同一構造なので、ステータコアを製造するための金型を共通化による小型化でコストダウンできる。
　本開示の圧縮機は、
　前記複数のステータユニットのうち隣り合うステータユニットの間に非磁性体を備える。
　本開示の圧縮機によれば、隣り合うステータユニットの間に非磁性体を備えるので、隣り合うステータユニットの間の磁束漏れが増加することを抑制できる。
　本開示の圧縮機は、
　前記複数のステータユニットの個数は、２である。
　本開示の圧縮機によれば、前記複数のステータユニットの個数は、２であるので、当該個数が３以上の形態に比べて、回転軸を短くできる。
　本開示の圧縮機は、
　前記ロータは、前記ロータの外周面に少なくとも一つの永久磁石が配置されるＳＰＭ（Surface Permanent Magnet）型ロータである。
　本開示の圧縮機によれば、前記ロータは、ＳＰＭ型ロータであるので、ロータに少なくとも一つの永久磁石が埋め込まれるＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）型ロータに比べて、永久磁石の外周側に保護スリーブ又は保持リングを配置することで遠心耐力を大きくすることができる。
　本開示の圧縮機は、
　前記複数のステータユニットのそれぞれの極数は、２である。
　本開示の圧縮機によれば、前記複数のステータユニットのそれぞれの極数は、２であるので、当該極数が４以上の形態に比べて、駆動周波数を小さくでき、高速化に適する。
図１は、第１実施形態におけるターボ圧縮機の一構成例を示す縦断面図である。 図２は、モータの一構成例を示す斜視図である。 図３は、モータの一構成例を示す分解斜視図である。 図４は、隣り合うステータユニット間に非磁性体層を備える形態を示す図である。 図５は、第２実施形態におけるターボ圧縮機の一構成例を示す縦断面図である。 図６は、コイルエンドの有無を説明するための図である。 図７は、一のステータユニットの一構成例を示す縦断面図である。
　以下、実施形態を説明する。
　［第１実施形態］
　図１は、第１実施形態におけるターボ圧縮機の一構成例を示す縦断面図である。ターボ圧縮機１２は、圧縮機の一例である。ターボ圧縮機１２は、不図示の空気調和機の冷媒回路に設けられる機器であり、インペラ２１によって冷媒を圧縮する。この例では、ターボ圧縮機１２は、ケーシング２０、回転軸３１、インペラ２１、第１ラジアル軸受７１、第２ラジアル軸受７２、第１スラスト軸受７４ａ、第２スラスト軸受７４ｂ及びモータ４０を備える。
　なお、以下の説明において、「軸方向」とは、回転軸方向のことであって、回転軸３１の軸心の方向のことであり、「径方向」とは、回転軸３１の軸方向と直交する方向のことである。また、「外周側」とは、回転軸３１の軸心からより遠い側のことであり、「内周側」とは、回転軸３１の軸心により近い側のことである。
　ケーシング２０は、両端が閉塞された円筒状に形成され、円筒軸線が水平向きとなるように配置されている。ケーシング２０内の空間は、壁部２０ａによって区画されている。壁部２０ａよりも右側（第１軸方向側）の空間は、インペラ２１を収容するインペラ室Ｓ１を形成している。壁部２０ａよりも左側（第１軸方向側とは反対側の第２軸方向側）の空間は、モータ４０を収容する電動機室Ｓ２を形成している。電動機室Ｓ２には、モータ４０、第１ラジアル軸受７１、第２ラジアル軸受７２、第１スラスト軸受７４ａ及び第２スラスト軸受７４ｂが収容されている。モータ４０のステータ４４、第１ラジアル軸受７１、第２ラジアル軸受７２、第１スラスト軸受７４ａ及び第２スラスト軸受７４ｂは、電動機室Ｓ２の内周壁に固定されている。
　回転軸３１は、負荷の一例であるインペラ２１を回転駆動するために設けられたシャフトである。この例では、回転軸３１は、ケーシング２０内を軸方向に延びてインペラ２１とモータ４０のロータ４１とを連結している。回転軸３１は、その軸心がモータ４０のロータ４１の軸心と同軸となるようにロータ４１に固定されている。具体的には、回転軸３１の一端部にインペラ２１が固定され、回転軸３１の中間部にモータ４０が配置されている。また、回転軸３１の他端部（すなわち、インペラ２１が固定された一端部とは反対側の端部）には、円盤状の部分（以下、円盤部３１ｅとも言う）が設けられている。なお、円盤部３１ｅは、第１スラスト軸受７４ａ及び第２スラスト軸受７４ｂが磁気軸受の場合、磁性材料（例えば、鉄）で形成されている。
　インペラ２１は、複数の羽根によって外形が略円錐形状となるように形成され、回転軸３１の一端部に固定された状態で、インペラ室Ｓ１に収容されている。インペラ室Ｓ１には、吸入管Ｐ１および吐出管Ｐ２が接続されている。吸入管Ｐ１は、冷媒（流体の一例）を外部からインペラ室Ｓ１に導くために設けられている。吐出管Ｐ２は、インペラ室Ｓ１内で圧縮された高圧の冷媒（流体の一例）を外部へ戻すために設けられている。すなわち、この例では、インペラ２１とインペラ室Ｓ１とによって圧縮機構が形成されている。
　第１ラジアル軸受７１は、回転軸３１の一端部（図１における左端部）の近傍に設けられ、回転軸３１から径方向の荷重を受け、回転軸３１を回転可能に支持する。第２ラジアル軸受７２は、回転軸３１の他端部の近傍に設けられ、回転軸３１から径方向の荷重を受け、回転軸３１を回転可能に支持する。第１ラジアル軸受７１は、モータ４０に対して一方の軸方向側（インペラ２１側とは反対側）に位置し、第２ラジアル軸受７２は、モータ４０に対して他方の軸方向側（インペラ２１側）に位置する。
　第１ラジアル軸受７１は、回転軸３１の軸部分３１ａを回転可能に支持し、第２ラジアル軸受７２は、回転軸３１の軸部分３１ｂを回転可能に支持する。軸部分３１ａは、軸径φＡを有し、軸部分３１ｂは、軸径φＢを有する。第１実施形態では、軸径φＡは、モータ４０のロータ４１の外径φＣよりも細く、モータ４０のステータ４４の内径φＤよりも細い。軸径φＢも、外径φＣよりも細く、内径φＤよりも細い。なお、軸径φＡは、外径φＣと同じでもよく、軸径φＢは、外径φＣと同じでもよい。
　第１ラジアル軸受７１及び第２ラジアル軸受７２は、回転軸３１の高速回転化に対応できるように、非接触型の軸受（例えば、フォイル軸受などの気体で浮かせる気体軸受、磁気で浮かせる磁気軸受など）であるが、接触型の軸受（例えば、転がり軸受など）でもよい。
　第１スラスト軸受７４ａ及び第２スラスト軸受７４ｂは、軸方向の荷重を受け、回転軸３１の円盤部３１ｅを軸方向の両側から支持する。第１スラスト軸受７４ａは、円盤部３１ｅに対して軸方向の一方の側（インペラ２１側とは反対側）に位置し、第２スラスト軸受７４ｂは、円盤部３１ｅに対して軸方向の他方の側（インペラ２１側）に位置する。第１スラスト軸受７４ａ及び第２スラスト軸受７４ｂは、それぞれが円環状に形成され、円盤部３１ｅを挟んで互いに対向する。
　第１スラスト軸受７４ａ及び第２スラスト軸受７４ｂは、回転軸３１の高速回転化に対応できるように、非接触型の軸受（例えば、フォイル軸受などの気体で浮かせる気体軸受、磁気で浮かせる磁気軸受など）であるが、接触型の軸受（例えば、転がり軸受など）でもよい。
　第１スラスト軸受７４ａ及び第２スラスト軸受７４ｂが気体軸受の場合、回転軸３１の回転に伴って円盤部３１ｅが回転すると、円盤部３１ｅと第１スラスト軸受７４ａとの間、及び、円盤部３１ｅと第２スラスト軸受７４ｂとの間に、動圧が発生する。第１スラスト軸受７４ａ及び第２スラスト軸受７４ｂは、この動圧を利用して、円盤部３１ｅを非接触に支持する。円盤部３１ｅが非接触に支持された状態では、円盤部３１ｅと第１スラスト軸受７４ａとの間、及び、円盤部３１ｅと第２スラスト軸受７４ｂとの間には、隙間がある。
　第１スラスト軸受７４ａ及び第２スラスト軸受７４ｂが磁気軸受の場合、円盤部３１ｅは、第１スラスト軸受７４ａに設けられた第１スラスト電磁石と第２スラスト軸受７４ｂに設けられた第２スラスト電磁石とによる合成電磁力により、非接触に支持される。
　モータ４０は、ロータ４１とステータ４４とを有し、回転軸３１を回転駆動する永久磁石同期モータである。モータ４０は、ロータ４１の軸周りにステータ４４が配置されるインナーロータ型のモータである。ロータ４１は、回転軸３１に固定され、ステータ４４は、ケーシング２０の内周壁に固定されている。ステータ４４は、ロータ４１の径方向の外側に配置されている。ロータ４１とステータ４４とは、回転軸３１と同軸の軸線上に配置されており、回転軸３１の径方向に対向している。
　図２は、モータの一構成例を示す斜視図である。図３は、図２に示すモータの分解斜視図である。図２，３に示すモータ４０は、クローポール型のモータである。
　ロータ４１は、ロータコア４２と、ロータコア４２の外周部に配置される少なくとも一つの永久磁石４３とを有する。
　ロータコア４２は、磁性材料（例えば、積層鋼板、鋳鉄、又は圧粉磁心など）により円筒状に形成されている。ロータコア４２の中央部には、回転軸３１を挿通するためのシャフト孔が形成されている。ロータコア４２は、ロータ４１の軸方向において、ステータ４４と略同等の長さを有する。ロータコア４２は、軸方向において、一の部材で構成される。また、ロータコア４２は、軸方向に積層される複数（例えば、後述するステータユニットの数に対応する数）の部材で構成されてもよい。
　複数の永久磁石４３は、ロータコア４２の外周面において、周方向に等間隔で並べられる。また、複数の永久磁石４３は、それぞれ、ロータコア４２の軸方向の略一端から略他端までの間に存在するように形成されている。永久磁石４３は、例えば、ネオジム焼結磁石やフェライト磁石である。
　複数の永久磁石４３は、それぞれ、径方向の両端に異なる磁極が着磁されている。また、複数の永久磁石４３のうちの周方向で隣接する二つの永久磁石４３は、ステータ４４に面する径方向の外側に互いに異なる磁極が着磁されている。そのため、ステータ４４の径方向の内側には、周方向で、径方向の外側にＮ極が着磁された永久磁石４３と、径方向の外側にＳ極が着磁された永久磁石４３とが隣り合って配置される。
　複数の永久磁石４３は、それぞれ、軸方向において、一の磁石部材で構成されていてもよいし、軸方向に分割される複数（例えば、積層されるロータコア４２の部材の数に対応する数）の磁石部材で構成されていてもよい。この場合、軸方向に分割される永久磁石４３を構成する複数の磁石部材は、ステータ４４に面する径方向の外側に全て同じ磁極が着磁される。
　なお、周方向に配置される複数の永久磁石４３は、例えば、周方向で異なる磁極が交互に着磁される円環状のリング磁石やプラスチック磁石等、周方向において、一の部材で構成される永久磁石に置換されてもよい。この場合、周方向において、一の部材で構成される永久磁石は、軸方向においても、一の部材で構成され、全体として、一の部材で構成されてもよい。また、周方向において、一の部材で構成される永久磁石は、複数の永久磁石４３の場合と同様、軸方向において、複数の部材に分割されていてもよい。また、周方向において、一の部材で構成されるプラスチック磁石が採用される場合、ロータコア４２は、省略されてもよい。
　例えば、ロータ４１は、永久磁石４３がロータコア４２の外周部の表面（外周面）に配置されるＳＰＭ型ロータである。この場合、永久磁石４３は、ロータコア４２の外周面に露出する。また、ロータ４１の回転に伴う遠心力による永久磁石４３の飛散防止のため、永久磁石４３の外周側に永久磁石４３をロータコア４２に保持する保護スリーブ又は保持リングが配置されてもよい。保護スリーブ又は保持リングは、非磁性材料（例えば、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）、ＧＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチック）、ＳＵＳ（ステンレス鋼）、チタン、インコネル等）によって形成されている。
　図２，３に示す形態では、ステータ４４に含まれるステータユニット５１，５２のそれぞれの極数（磁極の数）は、２である。ロータコア４２の外周面のうち、周方向において約１８０°の角度領域がＮ極に、周方向において約１８０°の角度領域がＳ極になるように、少なくとも一つの永久磁石４３がロータコア４２の外周部に配置される。
　ステータ４４は、ロータ４１の軸周りにロータ４１の軸方向に並ぶ、互いに同一構造の複数のステータユニットを含む。この例では、ステータ４４は、２つのステータユニット５１，５２を含む２相のステータ構造である。
　ステータユニット５１は、軸方向に対向する一対のステータコア４５，４６と、一対のステータコア４５，４６に軸方向に挟まれるコイル４９とを有する。ステータユニット５２は、軸方向に対向する一対のステータコア４７，４８と、一対のステータコア４７，４８に軸方向に挟まれるコイル５０とを有する。
　一対のステータコア４５，４６は、コイル４９の周囲を取り囲むように設けられる。一対のステータコア４７，４８は、コイル５０の周囲を取り囲むように設けられる。ステータコア４５，４６，４７，４８は、例えば、圧粉磁心で形成される。圧粉磁心で形成されることで、高周波での鉄損を低減できる。
　ステータコア４５は、軸方向に面する環状のプレート５８と、プレート５８の内周面から突出する爪磁極５４とを有する。ステータコア４６は、軸方向に面する環状のプレート５９と、プレート５９の内周面から突出する爪磁極５５とを有する。プレート５８は、軸方向で互いに反対向きに面する、プレート内面５８ａ及びプレート外面５８ｂを有する。プレート５９は、軸方向で互いに反対向きに面する、プレート内面５９ａ及びプレート外面５９ｂを有する。コイル４９は、プレート内面５８ａとプレート内面５９ａとに接触した状態で、プレート内面５８ａとプレート内面５９ａとの間に挟まれる。
　プレート５８は、コイル４９が軸方向に接触する部分の径方向の外側に、コイル４９が軸方向に接触する部分よりも軸方向に厚い環状の外周部５８ｃを有する。プレート５９は、コイル４９が軸方向に接触する部分の径方向の外側に、コイル４９が軸方向に接触する部分よりも軸方向に厚い環状の外周部５９ｃを有する。外周部５８ｃと外周部５９ｃとが互いに接触することで、プレート内面５８ａとプレート内面５９ａとは、軸方向に互いに接触する。
　ステータコア４７は、軸方向に面する環状のプレート６０と、プレート５８の内周面から突出する爪磁極５６とを有する。ステータコア４８は、軸方向に面する環状のプレート６１と、プレート６１の内周面から突出する爪磁極５７とを有する。プレート６０は、軸方向で互いに反対向きに面する、プレート内面６０ａ及びプレート外面６０ｂを有する。プレート６１は、軸方向で互いに反対向きに面する、プレート内面６１ａ及びプレート外面６１ｂを有する。コイル５０は、プレート内面６０ａとプレート内面６１ａとに接触して挟まれた状態で、プレート内面６０ａとプレート内面６１ａとの間に固定される。
　プレート６０は、コイル５０が軸方向に接触する部分の径方向の外側に、コイル５０が軸方向に接触する部分よりも軸方向に厚い環状の外周部６０ｃを有する。プレート６１は、コイル５０が軸方向に接触する部分の径方向の外側に、コイル５０が軸方向に接触する部分よりも軸方向に厚い環状の外周部６１ｃを有する。外周部６０ｃと外周部６１ｃとが互いに接触することで、プレート内面６０ａとプレート内面６１ａとは、軸方向に互いに接触する。
　プレート５８は、軸方向視で円環形状を有すると共に、ロータ４１の軸方向に所定の厚みを有するバックヨーク部である。
　爪磁極５４は、プレート５８の内周面において、周方向に１８０°未満の角度範囲にわたって配置され、プレート５８の内周面から径方向の内側に向かって突出する。爪磁極５４は、ロータ４１の外周面と空隙を介してロータ４１の径方向に対向する。爪磁極５４は、爪磁極部５４ａを含む。
　爪磁極部５４ａ（第１爪磁極部の一例）は、所定の幅を有し、プレート５８の内周面から所定の長さだけ延び出す形で径方向の内側に向かって突出する。
　また、爪磁極５４は、更に、爪磁極部５４ｂを含む。これにより、コイル４９の電機子電流により磁化される爪磁極５４の磁極面とロータ４１との対向面積を相対的に広く確保することができる。そのため、モータ４０のトルクを相対的に増加させ、モータ４０の出力を向上させることができる。
　爪磁極部５４ｂ（第２爪磁極部の一例）は、爪磁極部５４ａの径方向の内側先端から、ステータコア４６に向かって軸方向に所定の長さだけ湾曲状に延び出す形で突出する。例えば、図２，３に示すように、爪磁極部５４ｂは、爪磁極部５４ａからの距離に依らず、一定の湾曲幅（より具体的には、円弧長）で突出する。あるいは、爪磁極部５４ｂは、爪磁極部５４ａから軸方向で離れるにつれて湾曲幅（より具体的には、円弧長）が狭くなるテーパ形状で突出してもよい。
　ステータコア４５，４６，４７は、ステータコア４８と同じ形状を有するので、ステータコア４５，４６，４７の説明は、ステータコア４８の上述の説明を援用することで、簡略する。簡略して説明すると、プレート５９，６０，６１は、プレート５８と同じ形状を有し、爪磁極５５，５６，５７は、爪磁極５４と同じ形状を有する。爪磁極５４，５５，５６，５７は、それぞれ、ロータ４１の外周面と空隙を介してロータ４１の径方向に対向する。爪磁極５５は、爪磁極部５５ａ，５５ｂを含み、爪磁極５６は、爪磁極部５６ａ，５６ｂを含み、爪磁極５７は、爪磁極部５７ａ，５７ｂを含む。なお、爪磁極部５４ｂ，５５ｂ，５６ｂ，５７ｂは、省略されてもよい。
　コイル４９，５０は、ロータ４１の軸周りに円環状に周回する導線である。コイル４９の両端は、モータ４０の外部端子に電気的に繋がっている。モータ４０の外部端子は、電源から供給される電力でモータ４０を駆動する駆動装置（例えば、インバータ等）と電気的に接続される。コイル５０についても同様である。
　コイル４９は、軸方向において、一対のステータコア４５，４６の間に配置される。コイル４９は、一対のステータコア４５，４６の外周部５８ｃ，５９ｃよりも径方向で内側に位置するコイル外周部と、爪磁極５４，５５の外周部よりも径方向で外側に位置するコイル内周部とを有するように、巻き回されている。同様に、コイル５０は、軸方向において、一対のステータコア４７，４８の間に配置される。コイル５０は、一対のステータコア４７，４８の外周部６０ｃ，６１ｃよりも径方向で内側に位置するコイル外周部と、爪磁極５６，５７の外周部よりも径方向で外側に位置するコイル内周部とを有するように、巻き回されている。
　図３に示すように、一対のステータコア４５，４６は、一方のステータコア４５の爪磁極５４と他方のステータコア４６の爪磁極５５とが周方向で隣り合って配置されるように組み合わせられる。また、円環状のコイル４９に電機子電流が流れると、一対のステータコア４５，４６のうちの一方のステータコア４５の爪磁極５４と他方のステータコア４６の爪磁極５５とは、磁化され、互いに異なる磁極を有する。これにより、一対のステータコア４５，４６において、一方のステータコア４５から突出する一の爪磁極５４は、周方向で隣接し、他方のステータコア４６から突出する一の爪磁極５５と異なる磁極を有する。そのため、コイル４９に流れる電機子電流により、Ｎ極の爪磁極５４及びＳ極の爪磁極５５の組み合わせと、Ｎ極の爪磁極５５及びＳ極の爪磁極５４の組み合わせとが、交互に発生する。
　図２，３に示すように、複数のステータユニット５１，５２は、軸方向に積層される。
　ステータ４４には、複数相（図２，３では、二相）分のステータユニット５１，５２が含まれる。具体的には、ステータ４４には、Ｕ相に対応するステータユニット５１と、Ｖ相に対応するステータユニット５２とが含まれる。異なる相の二つのステータユニット５１，５２同士は、周方向の位置が電気角で９０°異なるように配置される。
　なお、モータ４０の相数は、二相に限らず、三相以上であってもよい。
　図４は、隣り合うステータユニット間に非磁性体層を備える形態を示す図である。二相のモータ４０の場合、ステータ４４は、互いに同一構造の二相分のステータユニット５１，５２を含む。二相のモータ４０は、軸方向に隣り合うステータユニット５１，５２の間に非磁性体層６２を有してもよい。非磁性体層６２により、異なる相の２つの隣り合うステータユニット５１，５２の間での磁束漏れを抑制できる。
　三相のモータ４０の場合、ステータ４４は、互いに同一構造の三相分のステータユニット５１，５２，５３を含む。三相のモータ４０は、軸方向に隣り合うステータユニット５１，５２の間に非磁性体層６２を有し、軸方向に隣り合うステータユニット５２，５３の間に非磁性体層６３を有する。非磁性体層６２により、異なる相の２つの隣り合うステータユニット５１，５２の間での磁束漏れを抑制できる。非磁性体層６３により、異なる相の２つの隣り合うステータユニット５２，５３の間での磁束漏れを抑制できる。
　非磁性体層６２は、軸方向で隣接する、Ｕ相のステータユニット５１とＶ相のステータユニット５２との間に設けられるＵＶ相間部材である。非磁性体層６２は、例えば、所定の厚みを有する略円柱形状（略円板形状）を有し、中心部分に回転軸３１が挿通される挿通孔が形成される。非磁性体層６３についても同様であってよい。非磁性体層６３は、軸方向で隣接する、Ｖ相のステータユニット５２とＷ相のステータユニット５３との間に設けられるＶＷ相間部材である。
　［第２実施形態］
　図５は、第２実施形態におけるターボ圧縮機の一構成例を示す縦断面図である。上述の実施形態と同様の構成についての説明は、上述の説明を援用することで、省略又は簡略する。第２実施形態におけるターボ圧縮機１３では、回転軸３１の軸部分３１ａの軸径φＡが、第１実施形態におけるターボ圧縮機１２と異なる。
　第２実施形態では、軸径φＡは、モータ４０のロータ４１の外径φＣよりも太く、且つ、モータ４０のステータ４４の内径φＤよりも太い。軸径φＡは、外径φＣよりも太く、且つ、内径φＤと同じ又は内径φＤよりも細くてもよい。
　［各実施形態の作用及び効果］
　図６は、コイルエンドの有無を説明するための図である。従来のモータ１４０では、ロータ４１の軸方向におけるコイル１４９，１５０の端（コイルエンド１４９ａ，１４９ｂ，１５０ａ，１５０ｂ）がステータコア１４５から軸方向に突出している。コイル１４９，１５０は、ステータコア１４５のティース１４５ａ，１４５ｂ（径方向の中心軸）の周りを環状に周回するからである。そのため、軸受が回転軸３１を支持できるように、回転軸３１を各コイルエンドから更に軸方向に突出させなければならず、回転軸３１を短くすることが難しい。
　一方、各実施形態におけるモータ４０では、コイル４９，５０は、ロータ４１の軸周りに環状に周回するので、ステータコア４５，４６，４７，４８から軸方向に突出しない（コイルエンドレス化）。そのため、回転軸３１を支持する第１ラジアル軸受７１及び第２ラジアル軸受７２を配置するスペースをモータ４０の軸方向の両側に確保できるので、第１ラジアル軸受７１及び第２ラジアル軸受７２をモータ４０の軸方向の脇に近づけることができる。その結果、第１ラジアル軸受７１及び第２ラジアル軸受７２により支持される軸部分をモータ４０に近づけることができ、回転軸３１を短くできる。回転軸３１の短縮化によって、回転軸３１の共振を抑制でき、回転軸３１の高速化が可能となる。
　また、図５に示すように、軸部分３１ａの軸径φＡは、ロータ４１の外径φＣよりも太くてもよい。コイルエンドレス化によって、第１ラジアル軸受７１を配置するスペースを確保できるので、軸径φＡを太くできる。軸径φＡが太くなることによって、第１ラジアル軸受７１によって支持される軸部分３１ａの表面積が拡大する。軸受で支持される支持体の重量が変わらなければ、軸部分３１ａの表面積の拡大によって、回転軸３１を短くできる。
　また、図５に示すように、軸部分３１ａの軸径φＡは、ステータ４４の内径φＤよりも太くてもよい。これにより、軸部分３１ａの表面積が更に拡大するので、回転軸３１を更に短くできる。
　また、第１ラジアル軸受７１及び第２ラジアル軸受７２は、気体軸受でもよい。気体軸受は、磁気軸受に比較してシンプルな構造なので、回転軸３１の軸径を容易に太くできる。よって、回転軸３１の短縮化に有利である。
　また、図３に示すように、ステータユニット５１内の一対のステータコア４５，４６のうち軸方向の外側のステータコア４５は、ロータ４１の軸方向に面するプレート５８を有する。図７は、ステータユニット５１の一構成例を示す縦断面図である。コイル４９をプレート５８に軸方向に投射したプレート部分５８ｂｂの少なくとも一部は、図１，５に示すように、プレート外面５８ｂでケーシング２０に接触する。具体的には、プレート部分５８ｂｂの少なくとも一部は、ステータ４４の一方のステータ端面４４ａに位置するプレート外面５８ｂでケーシング２０の内部に接触する。これにより、ステータ４４のステータ外周面４４ｃのみがケーシング２０に接触する形態に比べて、コイル４９とステータコア４５，４６の熱をケーシング２０に逃がす放熱効果が向上する。
　同様に、図３に示すように、ステータユニット５２内の一対のステータコア４７，４８のうち軸方向の外側のステータコア４８は、ロータ４１の軸方向に面するプレート６１を有する。コイル５０をプレート６１に軸方向に投射したプレート部分の少なくとも一部は、図１，５に示すように、プレート外面６１ｂでケーシング２０に接触する。具体的には、当該プレート部分の少なくとも一部は、ステータ４４の他方のステータ端面４４ｂに位置するプレート外面６１ｂでケーシング２０の内部に接触する。これにより、ステータ４４のステータ外周面４４ｃのみがケーシング２０に接触する形態に比べて、コイル５０とステータコア４７，４８の熱をケーシング２０に逃がす放熱効果が向上する。
　各実施形態において、ステータ４４は、互いに同一構造の複数のステータユニットを含み、複数のステータユニットは、ロータ４１の外周面と空隙を介してロータ４１の径方向に対向する磁極を有するステータコア４５，４６，４７，４８を有する。複数のステータユニットのそれぞれの爪磁極５４，５５，５６，５７は、ロータ４１の周方向の位置が、軸方向から見て互いにずれている。複数のステータユニットを互いに同一構造にすることで、ステータコア４５，４６，４７，４８を製造するための金型を共通化による小型化でコストダウンできる。
　各実施形態において、図４に示すように、モータ４０は、複数のステータユニットのうち隣り合うステータユニットの間に非磁性体層６２を備える。隣り合うステータユニットの間に非磁性体層６２を備えるので、隣り合うステータユニットの間の磁束漏れが回転軸３１の短縮により増加することを抑制できる。非磁性体層６３についても同様の効果が得られる。
　各実施形態において、複数のステータユニットの個数は、２でもよい。これにより、個数が３以上の形態に比べて、回転軸３１を短くできる。
　各実施形態において、ロータ４１は、ロータ４１の外周面に少なくとも一つの永久磁石４３が配置されるＳＰＭ型ロータでもよい。ロータ４１の形式をＳＰＭ型ロータとすることにより、ロータに少なくとも一つの永久磁石が埋め込まれるＩＰＭ型ロータに比べて、永久磁石の外周側に保護スリーブ又は保持リングを配置することで遠心耐力を大きくすることができる。
　各実施形態において、複数のステータユニットのそれぞれの極数（具体的には、爪磁極の数）は、２でもよい。図３において、ステータユニット５１，５２は、それぞれ、２つの爪磁極を有するので、ステータユニット５１，５２のそれぞれの極数は、２である。極数を２にすることによって、極数が４以上の形態に比べて、モータの駆動周波数を小さくでき、高速化に適する。
　以上、実施形態を説明したが、特許請求の範囲の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。他の実施形態の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が可能である。
　本国際出願は、２０２０年２月１７日に出願した日本国特許出願第２０２０－０２４６３３号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願第２０２０－０２４６３３号の全内容を本国際出願に援用する。
１２，１３　ターボ圧縮機
２０　ケーシング
２０ａ　壁部
２１　インペラ
３１　回転軸
３１ａ，３１ｂ　軸部分
３１ｅ　円盤部
４０　モータ
４１　ロータ
４２　ロータコア
４３　永久磁石
４４　ステータ
４４ａ，４４ｂ　ステータ端面
４４ｃ　ステータ外周面
４５～４８　ステータコア
４９，５０　コイル
５１～５３　ステータユニット
５４～５７　爪磁極
５４ａ～５７ａ，５４ｂ～５７ｂ　爪磁極部
５８～６１　プレート
５８ａ～６１ａ　プレート内面
５８ｂ～６１ｂ　プレート外面
５８ｂｂ　プレート部分
５８ｃ～６１ｃ　外周部
６２，６３　非磁性体層
７１　第１ラジアル軸受
７２　第２ラジアル軸受
７４ａ　第１スラスト軸受
７４ｂ　第２スラスト軸受
１４０　モータ
１４５　ステータコア
１４５ａ，１４５ｂ　ティース
１４９，１５０　コイル
１４９ａ，１４９ｂ，１５０ａ，１５０ｂ　コイルエンド
Ｐ１　吸入管
Ｐ２　吐出管
Ｓ１　インペラ室
Ｓ２　電動機室

Claims (10)

  1. 　ロータの軸周りにステータが配置されるモータと、
    　前記ロータに固定される回転軸と、
    　前記回転軸を支持する軸受と、
    　前記回転軸に連結され、流体を圧縮するインペラと、
    　前記モータを収容するケーシングとを備え、
    　前記ステータは、
    　前記ロータの軸周りに環状に周回するコイルと、
    　前記ロータの外周面と空隙を介して前記ロータの径方向に対向する磁極を有するステータコアとを有する、圧縮機。
  2. 　前記軸受は、ラジアル軸受であり、
    　前記回転軸は、前記ラジアル軸受に支持された軸部分を有し、
    　前記軸部分の軸径は、前記ロータの外径よりも太い、請求項１に記載の圧縮機。
  3. 　前記軸部分の軸径は、前記ステータの内径よりも太い、請求項２に記載の圧縮機。
  4. 　前記ラジアル軸受は、気体軸受である、請求項２又は３に記載の圧縮機。
  5. 　前記ステータコアは、前記ロータの軸方向に厚みを有するプレートを有し、
    　前記コイルを前記プレートに前記軸方向に投射したプレート部分の少なくとも一部は、前記ケーシングに接触する、請求項１から４のいずれか一項に記載の圧縮機。
  6. 　前記ステータは、前記ロータの軸周りに前記ロータの軸方向に並ぶ、互いに同一構造の複数のステータユニットを含み、
    　前記複数のステータユニットは、前記軸方向に前記コイルを挟んで対向する一対の前記ステータコアをそれぞれ有し、
    　一対の前記ステータコアのそれぞれの前記磁極は、前記ロータの周方向の位置が、前記軸方向から見て互いにずれている、請求項１から５のいずれか一項に記載の圧縮機。
  7. 　前記モータは、前記複数のステータユニットのうち隣り合うステータユニットの間に非磁性体を有する、請求項６に記載の圧縮機。
  8. 　前記複数のステータユニットの個数は、２である、請求項６又は７に記載の圧縮機。
  9. 　前記複数のステータユニットのそれぞれの極数は、２である、請求項６から８のいずれか一項に記載の圧縮機。
  10. 　前記ロータは、少なくとも一つの永久磁石が前記ロータの外周面に配置されるＳＰＭ型ロータである、請求項１から９のいずれか一項に記載の圧縮機。
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