(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を圧縮または膨張させる流体機械ユニットと、
前記流体機械ユニットに接続される駆動軸と、前記駆動軸と一体に回転するロータと、前記ロータに回転力を付与するステータと、前記ロータおよび前記ステータを収容するモータケーシングとを有するモータユニットと、
前記駆動軸の前記流体機械ユニットと反対側に接続され、前記モータユニット側から冷却風を吸込み、前記モータユニットと前記流体機械ユニットとを冷却する冷却ファンと、
前記冷却ファンの径方向外側の一部と前記モータユニットと反対側とを覆うファンカバーとを備え、
前記冷却ファンは、径方向外側に冷却風を吐き出し、
前記モータユニットと前記冷却ファンの間で、前記モータケーシング側面と当該モータケーシング側面に向かい合うファンカバーとの間に形成され、径方向外側から前記駆動軸へ向かう冷却風通路の最小断面積が、前記モータユニット側から前記冷却ファンへ向かう冷却風通路の最小断面積よりも大であることを特徴とするモータ一体型流体機械。
【請求項２】
前記ファンカバーと前記流体機械ユニットとを接続する導風ダクトを設けることを特徴とする請求項１に記載のモータ一体型流体機械。
【請求項３】
前記導風ダクトと前記流体機械ユニットとの間は前記冷却ファンから前記流体機械ユニットに向かって冷却風が流れることを特徴とする請求項２に記載のモータ一体型流体機械。
【請求項４】
前記流体機械ユニットは鏡板とラップ部とを有し、前記モータユニットに接続され旋回運動する旋回スクロールと、前記旋回スクロールのラップ部に対向して配置されたラップ部を有する固定スクロールとを備えることを特徴とする請求項１に記載のモータ一体型流体機械。
【請求項５】
導風ダクトから供給される冷却風で、前記固定スクロールの鏡板の前記ラップ部が形成された面と反対側の面と、前記旋回スクロールの鏡板の前記ラップ部が形成された面と反対側の面とを冷却することを特徴とする請求項４に記載のモータ一体型流体機械。
【請求項６】
前記モータケーシングの外周面に、前記流体機械ユニットから前記冷却ファンに向かう方向を長手方向とする冷却フィンを設けることを特徴とする請求項１に記載のモータ一体型流体機械。
【請求項７】
前記ファンカバーの径方向寸法を前記モータケーシングの径方向寸法よりも大きくすることを特徴とする請求項１に記載のモータ一体型流体機械。
【請求項８】
流体を圧縮または膨張させる流体機械ユニットと、
前記流体機械ユニットに接続される駆動軸と、前記駆動軸と一体に回転するロータと、前記ロータに回転力を付与するステータと、前記ロータおよび前記ステータを収容するモータケーシングとを有するモータユニットと、
前記駆動軸の前記流体機械ユニットと反対側に接続され、前記モータユニット側から冷却風を吸込み、前記モータユニットと前記流体機械ユニットとを冷却する冷却ファンと、
前記冷却ファンの径方向外側の一部と前記モータユニットと反対側とを覆うファンカバーとを備え、
前記冷却ファンは、径方向外側に冷却風を吐き出し、
前記モータユニットと前記冷却ファンの間で、前記モータケーシング側面と当該モータケーシング側面に向かい合うファンカバーとの間に形成され、径方向外側から前記駆動軸へ向かう冷却風通路の最小断面積が、前記モータユニット側から前記冷却ファンへ向かう冷却風通路の最小断面積よりも大であり、
前記モータケーシングの外周面の一部は前記流体機械ユニット側から前記冷却ファンに向かう冷却風で冷却され、他の一部は前記冷却ファンから前記流体機械ユニット側に向かう冷却風で冷却されることを特徴とするモータ一体型流体機械。
【請求項９】
流体を圧縮または膨張させる流体機械ユニットと、
前記流体機械ユニットに接続される駆動軸と、前記駆動軸と一体に回転するロータと、
前記ロータに回転力を付与するステータと、前記ロータおよび前記ステータを収容するモータケーシングとを有するモータユニットと、
前記駆動軸の前記流体機械ユニットと反対側に接続され、前記モータユニット側から冷却風を吸込み、前記流体機械ユニットと前記モータユニットを冷却する冷却ファンと、
前記冷却ファンを収容するファンカバーとを備え、
前記冷却ファンは、径方向外側に冷却風を吐き出し、
前記ファンカバーは、前記冷却ファンの径方向外側の一部と前記モータユニットと反対側とを覆い、
前記ファンカバーの前記モータケーシング側の開口部の最大直径をＤとし、前記開口部の開口面積をＳとし、前記モータケーシング壁面と当該モータケーシング壁面に向かい合うファンカバー前記開口部と前記モータケーシングとの離間距離をｈとしたとき、
ｈ＞Ｓ／（πＤ）
を満たすことを特徴とするモータ一体型流体機械。
【請求項１０】
前記ファンカバーと前記流体機械ユニットとを接続する導風ダクトを設けることを特徴とする請求項９に記載のモータ一体型流体機械。
【請求項１１】
前記導風ダクトと前記流体機械ユニットとの間は前記冷却ファンから前記流体機械ユニットに向かって冷却風が流れることを特徴とする請求項１０に記載のモータ一体型流体機械。
【請求項１２】
前記流体機械ユニットは鏡板とラップ部とを有し、前記モータユニットに接続され旋回運動する旋回スクロールと、前記旋回スクロールのラップ部に対向して配置されたラップ部を有する固定スクロールとを備えることを特徴とする請求項９に記載のモータ一体型流体機械。
【請求項１３】
導風ダクトから供給される冷却風で、前記固定スクロールの鏡板の前記ラップ部が形成された面と反対側の面と、前記旋回スクロールの鏡板の前記ラップ部が形成された面と反対側の面とを冷却することを特徴とする請求項１２に記載のモータ一体型流体機械。
【請求項１４】
前記モータケーシングの外周面に、前記流体機械ユニットから前記冷却ファンに向かう方向を長手方向とする冷却フィンを設けることを特徴とする請求項９に記載のモータ一体型流体機械。
【請求項１５】
前記ファンカバーの径方向寸法を、前記モータケーシングの径方向寸法よりも大きくすることを特徴とする請求項９に記載のモータ一体型流体機械。
【請求項１６】
流体を圧縮または膨張させる流体機械ユニットと、
前記流体機械ユニットに接続される駆動軸と、前記駆動軸と一体に回転するロータと、
前記ロータに回転力を付与するステータと、前記ロータおよび前記ステータを収容するモータケーシングとを有するモータユニットと、
前記駆動軸の前記流体機械ユニットと反対側に接続され、前記モータユニット側から冷却風を吸込み、前記流体機械ユニットと前記モータユニットを冷却する冷却ファンと、
前記冷却ファンを収容するファンカバーとを備え、
前記冷却ファンは、径方向外側に冷却風を吐き出し、
前記ファンカバーは、前記冷却ファンの径方向外側の一部と前記モータユニットと反対側とを覆い、
前記ファンカバーの前記モータケーシング側の開口部の最大直径をＤとし、前記開口部の開口面積をＳとし、前記モータケーシング壁面と当該モータケーシング壁面に向かい合うファンカバー前記開口部と前記モータケーシングとの離間距離をｈとしたとき、
ｈ＞Ｓ／（πＤ）
を満たし、
前記モータケーシングの外周面の一部は前記流体機械ユニット側から前記冷却ファンに向かう冷却風で冷却され、他の一部は前記冷却ファンから前記流体機械ユニット側に向かう冷却風で冷却されることを特徴とするモータ一体型流体機械。
【請求項１７】
前記モータユニットはアキシャルギャップモータであることを特徴とする請求項１、８、９、１６の何れか１つに記載のモータ一体型流体機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ一体型流体機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、冷却ファンから吐き出された冷却風を流体機械本体へと導通する冷却風ガイドでモータを覆うことによって、モータと流体機械本体を冷却する流体機械が記載されている。【０００３】
特許文献２には、冷却ファンから吐き出された冷却風を冷却風ガイドで流体機械本体に導通することによって、流体機械本体を冷却する流体機械が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４６２５１９３号公報
【特許文献２】特開２０１４−１０５６９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
流体機械本体とモータが一体となったモータ一体型流体機械においては、流体の圧縮熱や軸受の発熱およびモータの発熱により、各部の温度上昇が起こる。圧縮室の温度上昇は圧縮効率の低下により性能を低下させ、モータや軸受の温度上昇は部品の劣化により信頼性を低下させるため、流体機械本体およびモータの効率的な冷却が重要となる。【０００６】
特許文献１の流体機械本体とモータが一体となった流体機械は、流体機械本体とモータを冷却するため、冷却ファンから吐き出された冷却風を流体機械本体へと導通する冷却風ガイドでモータを覆う。よって、冷却風は冷却ファンから吐き出され、冷却風ガイド内をモータに沿って流れることでモータを冷却し、その後、流体機械本体を冷却する。この構造ではモータと軸方向反対側に冷却ファンの冷却風吸い込み口を設けているために、流体機械の軸方向外側に吸気のスペースを確保しなければならず、設置に必要なスペースが増大する問題がある。また、モータの冷却は冷却風ガイドで覆った部分でのみ行い、それ以外の部分は冷却風が流れないため、モータの冷却が不足する問題がある。【０００７】
特許文献２の流体機械本体とモータが一体となった流体機械は、冷却ファンの冷却風吸い込み口は軸方向モータ側に設けられ、冷却ファンから吐出された冷却風を流体機械本体へと導通する冷却風ガイドの断面形状を工夫することで流体機械本体を効率的に冷却する。この構造では、モータと冷却風ガイドの隙間から冷却風を吸い込むため、この距離が小さいときに冷却風を十分に吸い込めず、流体機械本体の冷却が不足する問題がある。また、モータの冷却については考慮されていない。【０００８】
そこで、本発明は、設置スペースを増大することなく、流体機械本体とモータの冷却を効率的に行うことで性能と信頼性を向上させたモータ一体型流体機械を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の「モータ一体型流体機械」の一例を挙げるならば、
流体を圧縮または膨張させる流体機械ユニットと、
前記流体機械ユニットに接続される駆動軸と、前記駆動軸と一体に回転するロータと、前記ロータに回転力を付与するステータと、前記ロータおよび前記ステータを収容するモータケーシングとを有するモータユニットと、
前記駆動軸の前記流体機械ユニットと反対側に接続され、前記モータユニット側から冷却風を吸込み、前記モータユニットと前記流体機械ユニットとを冷却する冷却ファンとを備え、
前記モータユニットと前記冷却ファンの間で、径方向外側から前記駆動軸へ向かう冷却風通路の最小断面積が、前記モータユニット側から前記冷却ファンへ向かう冷却風通路の最小断面積よりも大であることを特徴とするものである。【００１０】
また、本発明の「モータ一体型流体機械」の他の一例を挙げるならば、
流体を圧縮または膨張させる流体機械ユニットと、
前記流体機械ユニットに接続される駆動軸と、前記駆動軸と一体に回転するロータと、前記ロータに回転力を付与するステータと、前記ロータおよび前記ステータを収容するモータケーシングとを有するモータユニットと、
前記駆動軸の前記流体機械ユニットと反対側に接続され、前記モータユニット側から冷却風を吸込み、前記流体機械ユニットと前記モータユニットを冷却する冷却ファンと、
前記冷却ファンを収容するファンカバーとを備え、
前記ファンカバーの前記モータケーシング側の開口部の最大直径をＤとし、前記開口部の開口面積をＳとし、前記開口部と前記モータケーシングとの離間距離をｈとしたとき、
ｈ＞Ｓ／（πＤ）
を満たすことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、冷却風の吸い込み損失を低減し冷却風を確保することにより、設置スペースを増大することなく流体機械本体とモータの冷却を効率的に行い、性能と信頼性を向上させたモータ一体型流体機械を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例１におけるモータ一体型流体機械の横断面図である。
【図２】本発明の実施例１におけるモータ一体型流体機械の、吸い込み側冷却風流れの模式図である。
【図３】本発明の実施例２におけるモータ一体型流体機械の横断面図である。
【図４】本発明の実施例３におけるモータ一体型流体機械の横断面図である。
【図５】本発明の実施例４におけるモータ一体型流体機械の横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態による流体機械として、モータ一体型スクロール式空気圧縮機を例に挙げて、添付図面に従って説明する。なお、実施例を説明するための各図において、同一の構成要素には同一の名称、符号を付して、その繰り返しの説明を省略する。
【実施例１】
【００１４】
図１は、本実施例１におけるモータ一体型流体機械の横断面図を示す。符号１は全体として圧縮機ユニットを示す。符号２は圧縮機ユニット１の外殻を構成する圧縮機ケーシング、符号３は圧縮機ケーシング２に設けられ渦巻状のラップ部３ａが立設された固定スクロール、符号４は渦巻状のラップ部４aが立設された旋回スクロールを示す。旋回スクロール４は、モータの回転軸である駆動軸５および駆動軸５の圧縮機ユニット１側の端部に設けられた偏芯部（図示せず）を介して駆動される。そして、旋回スクロール４のラップ部４ａは、前記固定スクロール３のラップ部３ａとの間に複数の圧縮室６を形成する。【００１５】
よって、旋回スクロール４は、駆動軸５および圧縮機ケーシング２と旋回スクロール４の間に設けられた自転防止機構（図示せず）により旋回運動を行い、固定スクロール３との間に構成される圧縮室６を中心に向かうに従い縮小させることで圧縮を行う。【００１６】
圧縮機ユニット１を駆動するモータユニット１１は、モータケーシング１２と、これに収められたステータ１３ａとロータ１３ｂで構成され、ロータ１３ｂに貫通して取り付けられた駆動軸５と連結している。【００１７】
冷却ファン２１は、駆動軸５の圧縮機ユニット１と反対側に取り付けられたファンカバー２２の中に収められ、冷却風吸い込み口２３は軸方向でモータユニット１１側に開口している。導風ダクト２５は、冷却ファン２１と圧縮機ユニット１を連通する。【００１８】
本実施例における冷却風の流れについて説明する。冷却ファン２１は、モータユニット１１が駆動されることにより回転し、軸方向に開口した冷却風吸い込み口２３より吸い込み側冷却風３１を吸い込み、ファンカバー２２内に吐き出し側冷却風３２を吐き出す。【００１９】
吸い込み側冷却風３１は流体機械の外部から、モータケーシング１２端面とファンカバー２２の間に形成される径方向冷却風通路３３を通過し、軸方向冷却風通路３４を経て冷却ファン吸い込み口２３へ到達する。この際、径方向冷却風通路３３へ流入する冷却風の一部は、モータケーシング１２の径方向側面から吸い込まれるモータケーシング側面冷却風３１ａであり、モータユニット１１の冷却を行う。【００２０】
吐き出し側冷却風３２は、ファンカバー２２から導風ダクト２５内へ流入し、圧縮機ユニット１へ流れ込んで、固定スクロールラップ部３ａの背面を流れることで固定スクロール３を冷却し、旋回スクロールラップ部４ａの背面を流れることで旋回スクロール４を冷却する。【００２１】
ここで、本実施例における径方向冷却風通路３３と軸方向冷却風通路３４の関係について、冷却風通路の模式図である図２を用いて説明する。吸い込み側冷却風３１は径方向冷却風通路３３を径方向外周側から内周側に向かって流れ、その後、軸方向冷却風通路３４をモータユニット１１側から冷却ファン２１側へ流れる。ここで、径方向冷却風通路３３における冷却風通過断面積Ｓ１は、図２の概円柱形状の側面（曲面部）面積となり、モータケーシング１２端面とファンカバー２２の間の距離と、軸中心からの距離（半径）とに比例する。一方で、軸方向冷却風通路３４の冷却風通過断面積Ｓ２は、図２の概円柱形状の断面（平面部）面積となり、冷却風吸い込み口２３へと冷却風を導くファンカバー２２の軸方向断面積から駆動軸５の断面積を引いた面積となる。本実施例の特徴は、径方向外側から駆動軸へ向かう径方向冷却風通路３３における冷却風通過断面積Ｓ１の最小値（最小断面積）Ｓ１ｍｉｎと、モータユニット側から冷却ファンへ向かう軸方向冷却風通路３４の冷却風通過断面積Ｓ２の最小値（最小断面積）Ｓ２ｍｉｎの関係を
Ｓ１ｍｉｎ＞Ｓ２ｍｉｎ
としたことにある。【００２２】
例えば、図１における流体機械において、モータケーシング１２端面とファンカバー２２との距離は場所によらず一定値ｈとする。そして、軸方向冷却風通路３４で最も直径が小さい部分として冷却風吸い込み口２３の直径をＤ、冷却風吸い込み口２３部での駆動軸５の直径をｄとする。このとき径方向冷却風通路３３の冷却風通過断面積Ｓ１の最小値Ｓ１ｍｉｎは、冷却風吸い込み口２３の直径Ｄにおける通過断面積となり、
Ｓ１ｍｉｎ＝πＤｈ
となる。一方で、軸方向冷却風通路３４の冷却風通過断面積Ｓ２の最小値Ｓ２ｍｉｎは、
Ｓ２ｍｉｎ＝π（Ｄ２−ｄ２）／４
となる。ここで、各冷却風通路が前述の関係となる条件は、
ｈ＞（Ｄ２−ｄ２）／（４Ｄ）
であり、モータケーシング１２壁面とファンカバー２２の距離ｈが、冷却風吸い込み口２３の直径Ｄ、冷却風吸い込み口２３部での駆動軸５の直径ｄから定まる一定値より大きいことを意味する。【００２３】
また、軸方向冷却風通路３４の開口部の最大径をＤ、開口部の開口面積をＳとした時、径方向冷却風通路の最小値は  πＤｈ  となるから、駆動軸の直径ｄが小さいとすると、  ｈ＞Ｓ／（πＤ）  の関係を満たせばよい。【００２４】
以上のように、径方向冷却風通路３３の流れ方向（径方向）断面積Ｓ１の最小値を、軸方向冷却風通路３４の流れ方向（軸方向）断面積Ｓ２の最小値より大きくすることで、同一断面積の流れに対して抵抗が大きい隙間流れである径方向冷却風通路３３での損失による冷却風量の減少を防止し、圧縮機ユニット１を効率的に冷却することで、性能と信頼性を向上することができる。また、冷却風吸い込み口２３が軸方向でモータユニット１１側に開口していることで、軸方向で圧縮機外部に吸気スペースを設ける必要がないため設置スペースを低減し、さらにモータケーシング１２の全周に渡ってモータケーシング側面冷却風３１ａが流れるため、モータユニット１１を効率的に冷却し信頼性を向上することができる。【００２５】
本実施例では、モータケーシング１２の壁面とファンカバー２２の距離を一定とした例を用いて、径方向冷却風通路３３における冷却風通過断面積Ｓ１を、図２に示すような概円柱形状の側面（曲面部）としたが、周方向の位置に応じて概円柱形状の軸方向高さが変わるような形状でも、側面部の面積として冷却風通過断面積Ｓ１を定義可能である。また、同様に、軸方向冷却風通路３４が円形でない場合も、軸と垂直な方向の断面積として、冷却風通過断面積Ｓ２を定義可能である。【００２６】
なお、冷却ファン２１においては、吐き出し側冷却風３２を軸方向で冷却風吸い込み口２３と反対側に吐き出す軸流ファンを用いることも可能であるが、吐き出し側冷却風３２を径方向外側に吐き出す遠心ファンを用いることで、流体機械の軸方向寸法の増加を抑制し、また、吐き出し側冷却風３２を圧縮機ユニット１方向へ誘導することが容易となり、構造を簡素とすることができる。【００２７】
また、特開２０１４−１０５６９３号公報（特許文献２）に、駆動軸を介して圧縮機本体とモータが接続され、冷却ファンが駆動軸の圧縮機本体と反対側に取り付けられ、冷却風吸い込み口が軸方向モータ側に開口する構成が開示されている。しかし、特許文献２においては、径方向冷却風通路と軸方向冷却風通路の関係については考慮されておらず、また、吸い込み側の冷却風によるモータの冷却についても検討がなされておらず、特許文献２から本実施例が容易に想到できるものではない。
【実施例２】
【００２８】
本発明の実施例２を、図３に基づき説明する。実施例１と同一の構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。本実施例２では、実施例１と同様のモータ一体型流体機械において、ファンカバー２２の導風ダクト２５へと連通する部分を除いた一部が、モータケーシング１２よりも径方向外側に突出していることが特徴である。図に示すように、径方向冷却風通路３３へ流入する冷却風における、モータケーシング側面冷却風３１ａの割合が増加する。【００２９】
本実施例においては、実施例１の効果に加え、径方向冷却風通路３３へ流入する冷却風の流れ方向がファンカバー２２によって規制され、モータケーシング側面冷却風３１ａが増加することで、モータユニット１１をより効率的に冷却し信頼性を向上することができる。
【実施例３】
【００３０】
本発明の実施例３を、図４に基づき説明する。実施例１と同一の構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。本実施例３では、実施例１と同様のモータ一体型流体機械において、モータケーシング１２の外周面に軸方向を長手方向とするモータ冷却フィン１４を設けた点が特徴である。図に示すように、モータケーシング側面冷却風３１ａは、圧縮機ユニット１側から冷却ファン２１に向かってモータ冷却フィン１４に沿って流れる。【００３１】
本実施例においては、実施例１の効果に加え、モータケーシング側面冷却風３１ａがモータケーシング１２の周囲を流れる際、モータ冷却フィン１４に阻害されることなく流れることで、モータユニット１１をより効率的に冷却し信頼性を向上することができる。
【実施例４】
【００３２】
本発明の実施例４を、図５に基づき説明する。実施例１と同一の構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する。本実施例４では、実施例１と同様のモータ一体型流体機械において、導風ダクト２５の一部がモータケーシング１２へ開口し、モータケーシング１２の壁面を冷却ファン２１と圧縮機ユニット１を連通する通路の一部としたことが特徴である。図に示すように、冷却ファン２１から圧縮機ユニット１へ流れる冷却風は、モータケーシング１２の側面に沿って流れ、モータユニット１１を冷却する。【００３３】
本実施例においては、実施例１の効果に加え、モータケーシング側面冷却風３１ａと比較して流速の早い吐き出し側冷却風３２をモータケーシング１２の側面に流すことで、モータユニット１１をより効率的に冷却し信頼性を向上することができる。【００３４】
以上の実施例においては、流体機械としてスクロール式空気圧縮機を例に挙げて説明してきたが、本発明はこれに限らず、モータによって駆動される往復動圧縮機やスクリュー圧縮機にも適用することができる。また、圧縮機に限らずモータによって駆動される流体機械、例えば膨張機にも適用することができる。また、モータについてはラジアルギャップモータを例としたが、軸方向寸法を短縮可能であるアキシャルギャップモータを適用することができる。【００３５】
これまで説明してきた実施例は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されない。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１  圧縮機ユニット
２  圧縮機ケーシング
３  固定スクロール
３ａ  固定スクロールラップ部
４  旋回スクロール
４ａ  旋回スクロールラップ部
５  駆動軸
６  圧縮室
１１  モータユニット
１２  モータケーシング
１３ａ  ステータ
１３ｂ  ロータ
１４  モータ冷却フィン
２１  冷却ファン
２２  ファンカバー
２３  冷却風吸い込み口
２５  導風ダクト
３１  吸い込み側冷却風
３１ａ  モータケーシング側面冷却風
３２  吐き出し側冷却風
３３  径方向冷却風通路
３４  軸方向冷却風通路
【図１】
0006674545.tif 000002
【図２】
0006674545.tif 000003
【図３】
0006674545.tif 000004
【図４】
0006674545.tif 000005
【図５】
0006674545.tif 000006