(57)【要約】【課題】  扁平磁石モータを用いて回転軸の軸受間距離を短く構成することで軸の変形を抑制することで，負荷部とモータ間の軸受部を廃止して回転機械の軸短による小形化を実現すると共に，負荷部とモータ間に併設していた吸込部の空間を拡張することで軸短かつ低い吸込圧損の回転機械を実現する。【解決手段】  モータにアキシャルギャップ回転子を有するモータ１３を用いることで軸方向長さを短縮する。さらに，ロータ側回転軸９ｂを短軸にできるため軸変形が緩和されて，圧縮部１内に配設した雄ロータ５と駆動部２内に配設したアキシャルギャップ回転子を有するモータ１３の間に軸受を配設する必要が無くなり，さらに軸短化する。また，軸受を廃止することができるため，作動室へ気体を吸込む際の流路に吸込口拡張部６aを構成することが可能となる。【選択図】  図１
2016176450.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷部と，前記負荷部を駆動するモータと，前記負荷部と前記モータを系合する軸とを有する回転機械であって，前記負荷部と前記モータの間の前記軸部に軸支持部を設けずに前記負荷部の前記モータ反対側の軸と前記モータの前記負荷反対側の軸に軸支持部を設け，前記モータに扁平磁石モータを用いることを特徴する回転機械
【請求項２】
請求項１記載の回転機械であって，前記負荷部は，互いに噛合いながら回転する雄ロータ及び雌ロータを有するスクリューロータと，前記雄ロータ及び前記雌ロータを収納するケーシングとから構成する複数の作動室からなり，前記モータは，前記雄ロータあるいは前記雌ロータのいずれか一方を駆動し，前記スクリューロータからなる負荷部と前記モータの間には軸支持部を設けずに前記スクリューロータからなる負荷部の前記モータ反対側の軸と前記モータの前記スクリューロータからなる負荷部反対側の軸に軸支持部を設け，前記モータに扁平磁石モータを用いることを特徴とする回転機械
【請求項３】
請求項２記載の回転機械であって，前記スクリューロータからなる負荷部と前記モータの間で軸支持部を設けない側を，作動室の吸込拡張空間として構成することを特徴とする回転機械
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の回転機械であって，前記扁平磁石モータに，軸方向にギャップを構成するアキシャルギャップ回転子を有するモータを用いることを特徴とする回転機械
【請求項５】
請求項４記載の回転機械であって，前記アキシャルギャップ回転子を有するモータに系合する軸の軸径を，前記モータに駆動される雄雌スクリューロータの何れかの歯底円直径以下にすることを特徴とする回転機械
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，負荷部と，負荷部を駆動するモータと，負荷部とモータを系合する軸とを有する回転機械に関し，特に負荷部とモータの間に軸支持部を設けずに負荷部の反モータ側とモータの反負荷側に軸支持部を設ける２軸受配置と，モータに扁平磁石モータを用いることで，軸短で高エネルギー効率な回転機械を実現するに好適なものである。特に本発明は，負荷部をスクリューロータにて構成する作動室とするスクリュー流体機械において，空気，二酸化炭素，アンモニア等の自然系冷媒や，ＨＦＣ系，ＨＦＯ系等の冷媒及びその他の圧縮性ガスを扱う軸短で高エネルギー効率なスクリュー流体機械を実現するに好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
近年，モータの小形化・扁平化・高エネルギー効率化技術の進展がめざましく，回転機械への適用が精力的に進められている。モータ駆動される回転機械の内の１つであるスクリュー流体機械は，空気圧縮機や冷凍空調用圧縮機として広く普及しているが，省エネ化を図ることが強く求められるために高エネルギー効率，高風量(能力)であることが益々重要になっている。ロータリ圧縮機やスクロール圧縮機等への扁平磁石モータの１種であるアキシャルギャップモータ適用も報告されており，この種の従来技術としては，特許文献１に記載のものなどがある。また，スクリュー流体機械の小形高効率に関する報告もあり，この種の従来技術としては，特許文献２に記載のものなどがある。
【０００３】
上記特許文献１のものには，ロータリ圧縮機あるいはスクロール圧縮機あるいは他の構成の圧縮機において，モータにアキシャルギャップ型のモータを採用して，ステータ外周通路を確保し，冷媒がモータを通過する際の圧力損失を低減させるとした記載がある。
【０００４】
上記特許文献２のものには，オイルフリースクリュー圧縮機において，雄ロータ側の吸込側軸受及び軸封装置，高速モータ側の負荷側軸受及び軸封装置，高速モータの動力を伝達するギアが不要となり，圧縮機本体を含めた駆動系装置の小形化および低コスト化が可能になるとした記載がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２９９６６３号公報
【特許文献２】特開２００７−１１３５８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
モータの小形・扁平・高エネルギー効率化が進み，その中には軸短な特長を有する扁平磁石モータがある。従来では，負荷部とモータの間には，モータの軸方向長さが長いことにより，軸の変形対策のために軸受部が配設されることがほとんどであった。負荷部とモータ間に軸受部が配設されると，小形化を阻害するだけではなく，負荷部とモータ間に吸込部を併設するタイプの回転機械では，吸込圧損が大きくなって高エネルギー効率化の妨げになっていた。
【０００７】
上記特許文献１のものは，アキシャルギャップモータのステータ外周部通路を確保し，冷媒がモータを通過する際の圧力損失低減に関して記載しているが，アキシャルギャップモータを活かした軸短化に対応するための軸受配置の変更等には配慮していない。
【０００８】
上記特許文献２のものは，雄ロータ側の吸込側軸受，高速モータ側の負荷側軸受が不要とし，小形化に関して記載しているが，モータに関しては，高速モータである以外の説明はなく，説明図も扁平磁石モータでは無いことから，軸の長さが長くなることでの軸変形に対する配慮がない。
【０００９】
本発明の目的は，軸短な特長を有する扁平磁石モータを用いてモータの軸方向長さを軸短化し回転軸の軸受間距離を短く構成することで軸の変形を抑制できるので，負荷部とモータ間の軸受部を廃止して，回転機械の軸短による小形化を実現すると共に，負荷部とモータ間に併設していた吸込部の空間を拡張することで，軸短で低い吸込圧損の回転機械を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため，本発明の特徴は，負荷部と，負荷部を駆動するモータと，負荷部とモータを系合する軸とを有する回転機械であって，負荷部とモータの間の軸部に軸支持部を設けずに負荷部のモータ反対側の軸とモータの負荷反対側の軸に軸支持部を設け，モータに扁平磁石モータを用いるものである。
【００１１】
本発明の他の特徴は，スクリュー流体機械であって，負荷部は，互いに噛合いながら回転する雄ロータ及び雌ロータを有するスクリューロータと，雄ロータ及び雌ロータを収納するケーシングとから構成する複数の作動室からなり，モータは，雄ロータあるいは雌ロータのいずれか一方を駆動し，スクリューロータからなる負荷部とモータの間には軸支持部を設けずにスクリューロータからなる負荷部のモータ反対側の軸とモータのスクリューロータからなる負荷部反対側の軸に軸支持部を設け，モータに扁平磁石モータを用いるものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば，軸短な特長を有する扁平磁石モータを用いてモータの軸方向長さを軸短化し回転軸の軸受間距離を短く構成することで軸の変形を抑制できるので，負荷部とモータ間の軸受部を廃止して，回転機械の軸短による小形化を実現できると共に，負荷部とモータ間に併設していた吸込部の空間を拡張することで，軸短かつ低い吸込圧損の回転機械を実現できる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例１に係るスクリュー流体機械の断面図。
【図２】従来のスクリュー流体機械の断面図。
【図３】本発明の実施例２に係るスクリュー流体機械の断面図。
【図４】本発明の実施例３に係るスクリュー流体機械の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下，本発明の回転機械の一例としてスクリュー流体機械の実施例を図面に基づいて説明する。なお，各図において，同一符号を付した部分は同一或いは相当する部分を示している。
【実施例１】
【００１５】
図１と図２を用いて，本発明のスクリュー流体機械の実施例１を説明する。図１は，本実施例１のスクリュー流体機械の断面図であり，図２は，従来のスクリュー流体機械の断面図である。
【００１６】
本実施例１の構造について説明する。図１において，スクリュー流体機械は，負荷部となる圧縮部１と駆動部２から構成される。圧縮部１は，メインケーシング３内に，ケーシングボア４，雄ロータ５，雌ロータ(図示せず)で作動室を構成し，雄ロータ５が駆動部２により回転駆動されると雌ロータと噛み合って圧縮動作を行う。スクリュー流体機械に吸込まれる気体は，吸込口６や吸込口拡張部６aを通過して作動室へ吸込まれ，圧縮された後は，吐出口７を経由して吐出する。圧縮部１の吐出口側には，Ｄケーシング８を配置している。Ｄケーシング８内には，雄雌ロータの回転軸が突出し，この回転軸を回転自在に支持する吐出側軸受部が配設されている。図１では，雄ロータ５の吐出側回転軸９ａが，Ｄケーシング８内に突出して，吐出側軸受部１０にて回転自在に係合している状態を表わしている。
【００１７】
駆動部２は，モータケーシング１１とケーシングフタ１２からなる空間内に，軸方向にギャップを構成するアキシャルギャップ回転子を有するモータ１３と雄ロータ５のモータ側回転軸９ｂとモータ側回転軸９ｂを回転自在に支持するモータ側軸受１７とを配設する。アキシャルギャップ回転子を有するモータ１３は，アキシャルギャップ回転子１５ａ，１５ｂとステータ１４からなり，アキシャルギャップ回転子１５ａ，１５ｂは，磁石１６ａ，１６ｂが配設され，また，ステータ１４を挟むようにモータ側回転軸９ｂへ系合されている。なお，アキシャルギャップ回転子１５ａ，１５ｂは，片側だけで構成しても良い。モータ側軸受１７は，ケーシングフタ１２に配設され，モータ側回転軸９ｂを回転自在に係合する。本実施例１では，モータ側回転軸９ｂを介して軸封装置１８をメインケーシング３とモータケーシング１１の間に設け，圧縮部１側の油が駆動部２側へ漏洩しない構造である。
【００１８】
ここで，図２を用いて，従来構造と比較する。異なるのは駆動部２０である。従来構造の駆動部２０に配設されているモータ２２は，扁平磁石モータではなく，ロータ２３とステータ２４からなる周方向にギャップを構成するラジアルギャップモータである。ラジアルギャップモータは，従来，一般的に用いられるモータであるが軸方向に長くなる。本実施例１で搭載するアキシャルギャップ回転子を有するモータ１３は，軸方向に短く構成できる特長があるが，ステータ１４の巻鉄心にＦｅ基アモルファス金属を用いる等の近年の技術開発により小形で高出力，高エネルギー効率を実現できるため，スクリュー流体機械への適用が可能になっている。従来用いられるモータ２２は，軸方向に長いため，ロータ２３と回転自在に係合するモータ側の回転軸９ｃの全長が長くなり，また，ロータ２２の外径に制約があるため，回転軸９ｃを太くするには限界がある。ここで示した従来例では，雄ロータと吐出側回転軸９ａとモータ側回転軸９ｃは一体であり，スクリュー流体機械が稼働する際は，圧縮荷重を受けて変形する。従来例では，吐出側回転軸９ａとモータ側回転軸９ｃを吐出側軸受部１０とモータ側回転軸２７で回転自在に支持する他に，モータ側回転軸９ｃが長く，かつ，細いことで変形が大きくなってしまうことから，これを支持することが必要となって，図２に示すように負荷部である圧縮部１と駆動部２に配設されたモータ２２の間に軸受２１の配設が必要になる。軸受２１が，配設されないと，おおよその場合，圧縮時の荷重により回転軸が変形して信頼性上の問題を発生したり，変形による作動室隙間の増大により著しくエネルギー効率が低下することになる。さらに，ロータの吸込側端面には軸受２１を配設するため，吸込口６から作動室へ気体を吸込む際の流路面積を十分に確保できずに，吸込圧損の増大を招くと言った問題もある。
【００１９】
本実施例１の効果について説明する。本実施例１であれば，モータにアキシャルギャップ回転子を有するモータ１３を用いることで軸方向長さを短縮できるので，スクリュー流体機械の扁平小形化を実現できる。さらに，ロータ側回転軸９ｂを短軸にできるため軸変形が緩和されて，圧縮部１内に配設した雄ロータ５と駆動部２内に配設したアキシャルギャップ回転子を有するモータ１３の間に軸受を配設する必要が無くなり，さらに軸短化することができる。軸受を廃止することができるため，作動室へ気体を吸込む際の流路に吸込口拡張部６aを追加することが可能となるため，吸込圧損の増大を抑制することが可能になる。スクリュー流体機械の小形化による高速化が進めば，小体格で大風量となって吸込圧損は益々問題として顕在化してくるため，本実施例１では，小形高速化に対しても高エネルギー効率を実現できる効果がある。なお，本実施例１においては，モータにアキシャルギャップ回転子を有するモータ１３を用いた例を示したが，軸短な扁平磁石モータであればアキシャルギャップ型でなくとも同様の効果を得ることができる。また，本実施例１は，図１にて縦置構造で説明したが，横置構造でも構わない。
【実施例２】
【００２０】
図３を用いて，本発明のスクリュー流体機械の実施例２を説明する。本実施例２の説明に当たっては，上述した実施例１と異なる点を中心に説明し，同一部分については説明を省略する。
【００２１】
実施例１との相違は，雄ロータ５の回転軸である吐出側回転軸９ｄとモータ側回転軸９ｅの径を太く構成した点である。吐出側回転軸９ｄとモータ側回転軸９ｅは，雄ロータ５の回転軸であるので，吐出側回転軸９ｄとモータ側回転軸９ｅの径を雄ロータ５の歯底円直径５ａと同じにした場合を本実施例２では示している。回転軸の径は，雄ロータ５の歯底円直径５ａ以下であれば良いが，できるだけ太く構成した方が回転軸の変形を抑制することができて好ましく，また，吐出側とモータ側の回転軸径は同一である必要はなく，他の設計要件により決定すれば良い。なお，回転軸が雌ロータの回転軸である場合，回転軸直径は，雌ロータの歯底円直径以下であれば良い。
【００２２】
本実施例２では，モータにアキシャルギャップ回転子を有するモータ３３を用いる。アキシャルギャップ回転子を有するモータ３３の特長の１つであるが，ラジアルギャップモータに比べてステータ３４の内径を大きく構成することができる。このため，吐出側回転軸９ｄは，雄ロータの歯底円直径５ａまで太く構成することが可能になる。
【００２３】
本実施例２の特有の効果について説明する。本実施例２であれば，モータにアキシャルギャップ回転子を有するモータ３３を用いることで軸方向長さを短縮できると共に，吐出側回転軸９ｅの径を雄ロータの歯底円直径まで太く構成することが可能になるので，雄ロータ５の回転軸９ｄ，９ｅの剛性を上げて回転軸の変形を抑制することができる。これにより，軸短で小形なスクリュー流体機械が実現できることは勿論のこと，軸変形を抑えることができることからより信頼性が高く，作動室での隙間を縮小できることからよりエネルギー効率の高いスクリュー流体機械を実現することが可能になる。
【実施例３】
【００２４】
図４を用いて，本発明のスクリュー流体機械の実施例３を説明する。本実施例３の説明に当たっては，上述した実施例１，２と異なる点を中心に説明し，同一部分については説明を省略する。
【００２５】
実施例１，２との相違は，メインケーシング３とモータケーシング１１，３８の間に設けた軸封装置１８，３４を具備せず構成した点である。本実施例３のように軸封装置１８，３４を具備しなければ，吐出側軸受３２とモータ側軸受４７の軸受間距離をより一層短縮することができて，回転軸９ｄ，９ｆの変形を抑制することができる。なお，モータケーシング４８とケーシングフタ４９からなる空間内を密閉する必要がある場合は，フタカバー４９ａ等を配設すれば良い。
【００２６】
本実施例３の特有の効果としては，軸短で小形なスクリュー流体機械が実現できることは勿論のこと，より軸変形を抑えることができることからより信頼性が高く，作動室での隙間増大をより抑制できることからよりエネルギー効率の高いスクリュー流体機械を実現することが可能になる。
【符号の説明】
【００２７】
１，３１：負荷部，圧縮部，２，２０，３０，４０：駆動部，
３：メインケーシング，４：ケーシングボア，
５：雄ロータ，５ａ：雄ロータの歯底円直径，６：吸込口，６ａ：吸込口拡張部，
７：吐出口，８：Ｄケーシング，
９ａ，９ｄ：吐出側回転軸，９ｂ，９ｃ，９ｅ，９ｆ：モータ側回転軸，
１０：吐出側軸受部，１１，３８，４８：モータケーシング，
１２，４９：ケーシングフタ，４９ａ：フタカバー
１３，３３：アキシャルギャップ回転子を有するモータ，
１４，３４：ステータ，１５ａ，１５ｂ：アキシャルギャップ回転子，
１６ａ，１６ｂ：磁石，１７，２７：モータ側軸受，
１８，３４：軸封装置，２１：軸受，
２２：ラジアルギャップモータ，２３：ロータ，２４：ステータ
【図１】
2016176450.tif 000003
【図２】
2016176450.tif 000004
【図３】
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【図４】
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