特許 6786823 遠心流体機械及び遠心送風機及び遠心圧縮機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6786823

(24)【登録日】2020年11月2日

(45)【発行日】2020年11月18日

(54)【発明の名称】遠心流体機械及び遠心送風機及び遠心圧縮機

(51)【国際特許分類】

   F04D 29/58 20060101AFI20201109BHJP

   H02K 9/06 20060101ALI20201109BHJP

【ＦＩ】

   F04D29/58 P

   F04D29/58 M

   H02K9/06 G

   H02K9/06 F

【請求項の数】8

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2016-49641(P2016-49641)

(22)【出願日】2016年3月14日

(65)【公開番号】特開2017-166330(P2017-166330A)

(43)【公開日】2017年9月21日

【審査請求日】2019年1月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】100083563

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 祥二

(72)【発明者】

【氏名】山田 健太郎

(72)【発明者】

【氏名】桑田 厳

【審査官】 岸 智章

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５８−１３８２９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−２０７１９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−２７７８００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００１−５１５９９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５８−１０６５９９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平０９−０９８９１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０２９１００４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 実開昭５１−０６８００３（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０４Ｄ ２９／４２

Ｆ０４Ｄ ２９／５８

Ｈ０２Ｋ ９／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転軸に軸着され、背面方向に突出するボス部が形成されたインペラと、前記回転軸に軸着され、前記ボス部を介して前記インペラの背面側に密着し流体を外径方向に排気する冷却ファンと、前記回転軸を介し前記インペラ及び前記冷却ファンを一体に回転させる回転駆動部と、前記インペラを収納するインペラハウジングと、該インペラハウジングに連結され、前記回転駆動部を収納するモータハウジングとを具備し、該モータハウジングに吸気口と排気口が形成され、前記インペラハウジングと前記モータハウジングとの間には、前記排気口と連通した流路が形成され、該流路には前記冷却ファンが設けられており、該冷却ファンにより外気を前記吸気口より吸入し、前記外気が前記モータハウジング内を流通し、前記排気口より排気される様冷却流路が形成された遠心流体機械。

【請求項2】

前記回転駆動部は、電磁コイルを備え、該電磁コイルは、前記モータハウジングとの間に隙間をもって配置されている請求項１に記載の遠心流体機械。

【請求項3】

前記モータハウジングの一端部に前記回転軸との間に前記排気口を形成する流路形成板が設けられた請求項１に記載の遠心流体機械。

【請求項4】

前記流路形成板と前記インペラハウジングとの間に排気流路が形成され、前記モータハウジング内の外気は前記流路形成板に偏向され、前記排気口より前記冷却ファンに吸入され、前記排気流路を通って外部に排気される請求項３に記載の遠心流体機械。

【請求項5】

請求項１〜請求項４のうちいずれか１項に記載の遠心流体機械が適用される遠心送風機。

【請求項6】

請求項１〜請求項４のうちいずれか１項に記載の遠心流体機械が適用される遠心圧縮機。

【請求項7】

回転軸と、該回転軸に取付けられ、背面方向に突出するボス部が形成されたインペラと、前記回転軸を回転駆動するモータと、該モータを収容するモータハウジングと、該モータハウジングに形成された吸気口と、該吸気口から前記モータを介し冷媒ガスを下流まで流通する冷却流路と、該冷却流路の下流側に前記冷媒ガスを送出す冷却ファンとを備え、該冷却ファンは、前記ボス部を介して前記インペラの背面側に密着する様前記回転軸に取付けられている遠心流体機械。

【請求項8】

前記冷却ファンの下流側に連結し、前記冷却流路と連通し、外径方向に延伸し、外周縁部で基端側に向って傾斜する傾斜部を備える排気流路を備える請求項７に記載の遠心流体機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内部の発熱部品を冷却可能とした遠心流体機械及び遠心送風機及び遠心圧縮機に関するものである。

【背景技術】

【0002】

遠心式の送風機や圧縮機は、モータによりインペラを高速回転させ、インペラの回転により主流を吸入し、外部へと排気するものである。送風機や圧縮機の運転中、モータは発熱する。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と共に、部品の材質も制限される為、モータを冷却する必要がある。

【0003】

モータを冷却する手段としては、従来、例えば主流又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、主流又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。

【0004】

尚、特許文献１には、ファンケースの導風口から空気が取入れられ、空気はファンの羽根部に案内されつつ、ディフューザからモータケースの内部に送り込まれ、モータの回転子鉄心の絶縁スロットの周囲等を通り抜け冷却した後、モータケースの外部へと排気される構成が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０００−２３６６３９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

然し乍ら、主流や主流の一部を冷却空気として用いる場合、主流自体が外気等モータを冷却可能な温度である必要があり、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。

【0007】

本発明は、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遠心流体機械及び遠心送風機及び遠心圧縮機を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、回転軸に軸着されたインペラと、前記回転軸に軸着され、前記インペラの背面側に設けられた冷却ファンと、前記回転軸を介し前記インペラ及び前記冷却ファンを一体に回転させる回転駆動部と、前記インペラを収納するインペラハウジングと、該インペラハウジングに連結され、前記回転駆動部を収納するモータハウジングとを具備し、該モータハウジングに吸気口と排気口が形成され、前記冷却ファンにより外気を前記吸気口より吸入し、前記外気が前記モータハウジング内を流通し、前記排気口より排気される様冷却流路が形成された遠心流体機械に係るものである。

【0009】

又本発明は、前記モータハウジングの一端部に前記回転軸との間に前記排気口を形成する流路形成板が設けられ、前記排気口に前記冷却ファンが設けられた遠心流体機械に係るものである。

【0010】

更に又本発明は、前記流路形成板と前記インペラハウジングとの間に排気流路が形成され、前記モータハウジング内の外気は前記流路形成板に偏向され、前記排気口より前記冷却ファンに吸入され、前記排気流路を通って外部に排気される遠心流体機械に係るものである。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、使用される主流が高温であった場合でも、前記回転駆動部を冷却することができるので、該回転駆動部の回転効率の低下が抑制され、運用効率の向上が図れると共に、部品の材質の自由度を高めることができるという優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の実施例に係る送風機を示す立断面図である。

【図2】（Ａ）は本発明の実施例に係る流路形成板を示す正面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＡ−Ａ矢視図を示し、（Ｃ）は（Ｂ）の要部拡大図を示している。

【図3】（Ａ）は本発明の実施例に係る冷却ファンを示す正面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ矢視図を示している。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

【0014】

先ず、図１〜図３に於いて、本発明の実施例に係る遠心流体機械について説明する。尚、図１中、紙面に対して左側を先端側、紙面に対して右側を基端側とする。又、本実施例では、遠心送風機を例に取って説明する。

【0015】

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、前記インペラ２を回転させる回転駆動部である電磁コイル４が収納されたモータハウジング５を有している。

【0016】

該モータハウジング５は円筒状のモータハウジング本体部６を有し、該モータハウジング本体部６の周面には放熱フィン７が形成されている。又、前記モータハウジング本体部６には、例えばステンレス製の回転軸８が前記モータハウジング５と同心に挿通されている。

【0017】

前記回転軸８にはロータ８ａが形成され、該ロータ８ａの周囲を僅かな間隙をもって囲繞する様に前記電磁コイル４が設けられている。図示しない配線を介して前記電磁コイル４に通電させることで、該電磁コイル４と前記ロータ８ａとの間に回転磁界を生じさせ、前記ロータ８ａを回転させる様になっている。

【0018】

前記電磁コイル４と前記ロータ８ａとの間、及び前記電磁コイル４と前記モータハウジング本体部６の内周面との間には、回転に支障のない程度の隙間が形成されている。又、該モータハウジング本体部６の内周面には、軸心方向全長に亘って形成された溝９が、所定角度ピッチ、例えば６０°ピッチで全周に亘って形成されている。

【0019】

前記回転軸８の前記ロータ８ａより基端側に突出する部位には、基端側軸受部１１が設けられ、該基端側軸受部１１により前記回転軸８が回転自在に支持されている。該基端側軸受部１１は径方向に突出するフランジ部１１ａを有し、該フランジ部１１ａを介して後述する基端側軸受板１２とボルト等により固着されることで、前記基端側軸受部１１の軸方向、径方向の変位が拘束される様になっている。

【0020】

前記基端側軸受板１２は、前記モータハウジング本体部６の基端部にボルト等で固着される。又、前記基端側軸受板１２には、所定の角度ピッチで複数の吸気口１４が形成されている。該吸気口１４を介して、外部と前記モータハウジング本体部６の内部とが連通される。尚、前記吸気口１４には、外部から前記モータハウジング本体部６の内部に異物が侵入しない様、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。

【0021】

前記回転軸８の前記ロータ８ａより先端側に突出する部位には、先端側軸受部１８が設けられ、該先端側軸受部１８により前記回転軸８が回転自在に支持されている。前記先端側軸受部１８は径方向に突出するフランジ部１８ａを有し、該フランジ部１８ａを介して後述する先端側軸受板１９とボルト等により固着されることで、前記先端側軸受部１８の軸方向、径方向の変位が拘束される様になっている。

【0022】

前記先端側軸受板１９は、前記モータハウジング本体部６の先端部に、ボルト等により固着される。又、前記モータハウジング本体部６の先端部の前記先端側軸受板１９よりも更に先端側には、図２（Ａ）に示される様な、第１のプレートである流路形成板２３がボルト等により固着される。前記先端側軸受板１９と前記流路形成板２３との間には所定の間隔の空間２４が形成される。

【0023】

尚、前記モータハウジング本体部６、前記基端側軸受板１２、前記先端側軸受板１９、前記流路形成板２３等により、前記モータハウジング５が構成される。

【0024】

前記先端側軸受部１８と前記基端側軸受部１１とにより、前記回転軸８が回転自在に支持されると共に、軸方向、径方向の変位が拘束される。

【0025】

前記先端側軸受板１９の周囲には、所定の角度ピッチで複数の流通口２０が形成されている。該流通口２０を介して、前記モータハウジング本体部６の内部と前記空間２４とが連通される。

【0026】

図２（Ｂ）、図２（Ｃ）に示す様に、前記流路形成板２３は、中心部に孔が穿設された円板状となっている。該孔の径は前記回転軸８の径よりも大きくなっており、前記流路形成板２３を前記モータハウジング本体部６に取付けた際には、前記流路形成板２３と前記回転軸８との間にリング状の排気口２５が形成される。前記溝９、前記空間２４等により、前記モータハウジング５内に前記吸気口１４から前記排気口２５に至る冷却流路が形成される。

【0027】

前記インペラハウジング３は、インペラハウジング本体部２６と、第２のプレートであり中心部に孔が穿設された略円板状の閉塞板２７とを有している。

【0028】

前記インペラハウジング本体部２６と前記閉塞板２７とは、Ｏリング等の気密部材２８を挾んでボルト等により固着される。前記閉塞板２７と固着されることで、前記インペラハウジング本体部２６は基端面が閉塞され、内部にディフューザ２９やスクロール３１等、前記インペラ２により吸入され、排気される主流３２の流路が形成される。又、前記回転軸８が、前記閉塞板２７の孔を貫通して前記インペラハウジング３に延出している。

【0029】

尚、前記閉塞板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）と、外周縁部で基端側に向って傾斜する傾斜部２７ａが形成されている。前記ネジ座部を介して前記閉塞板２７と前記モータハウジング本体部６とがボルト等で固着され、或は前記流路形成板２３を前記ネジ座部と前記モータハウジング本体部６で挾んだ状態で、前記閉塞板２７と前記モータハウジング本体部６とがボルト等で固着される。前記インペラハウジング３と前記モータハウジング５とは、前記閉塞板２７を介在した状態で連結される。

【0030】

この時、前記流路形成板２３と前記閉塞板２７との間には排気流路３３が形成される。該排気流路３３は、前記排気口２５を介して前記モータハウジング５内と連通すると共に、前記送風機１の外部と連通している。

【0031】

前記回転軸８の前記流路形成板２３よりも先端側には先端側中径部８ｄが形成され、該先端側中径部８ｄには例えばアルミニウム製の冷却ファン３４が嵌入され軸着されている。又、前記先端側中径部８ｄの先端側には先端側小径部８ｅが形成され、該先端側小径部８ｅには例えばアルミニウム製の前記インペラ２が嵌入され軸着されている。

【0032】

該インペラ２の中心部には、基端側に、即ち背面方向に突出するボス部２ａが形成され、該ボス部２ａは前記閉塞板２７を貫通している。前記ボス部２ａの軸心方向の長さは前記閉塞板２７の孔の軸心方向の長さと略一致するか、僅かに長くなっている。

【0033】

前記冷却ファン３４は前記排気流路３３内、即ち前記排気口２５に対向して設けられ、前記冷却ファン３４の径は、前記排気口２５の径よりも大きくなっている。

【0034】

又、前記冷却ファン３４は、図３（Ａ）、図３（Ｂ）に示される様に、底板３５の表面（図１中基端側面）に所定の角度ピッチで複数枚、例えば１０枚の羽根３６が設けられた羽根車であり、中心部から吸入した流体を外径方向へと排気する様になっている。又、前記底板３５の中心部には、流体を吸入する側、即ち基端側に突出する円柱状のボス部３５ａが形成され、該ボス部３５ａが前記先端側中径部８ｄと嵌合する。従って、前記冷却ファン３４及び前記インペラ２と前記回転軸８とが一体に回転する。

【0035】

この時、前記冷却ファン３４が前記インペラ２の背面に密着するが、前記ボス部２ａにより前記インペラ２と前記冷却ファン３４との間には隙間が形成され、該隙間に前記閉塞板２７が位置し、前記インペラ２と前記冷却ファン３４との間が前記閉塞板２７により仕切られる様になっている。

【0036】

次に、前記送風機１の作動について説明する。

【0037】

図示しない配線より前記電磁コイル４に電力が供給されると、該電磁コイル４と前記回転軸８の前記ロータ８ａとの間に回転磁界が生じ、前記回転軸８が高速で回転する。

【0038】

該回転軸８の回転により前記インペラ２が一体に回転し、該インペラ２の回転により前記インペラハウジング３内に前記主流３２が吸入される。該主流３２は例えば９０℃程度であり、前記インペラハウジング３内に吸入された前記主流３２は、前記ディフューザ２９、前記スクロール３１を経て所定の送風対象物に対して送風される。

【0039】

又、前記回転軸８の回転により前記冷却ファン３４が一体に回転する。該冷却ファン３４の回転により、前記排気口２５より前記モータハウジング５内が吸引される。前記モータハウジング５内が負圧となり、前記吸気口１４を介して前記モータハウジング５内に外気が冷却空気３８として吸入される。

【0040】

前記吸気口１４より吸入された前記冷却空気３８は、前記モータハウジング本体部６の内周面に形成された前記溝９を流通し、一部が前記電磁コイル４と前記ロータ８ａとの間を流通する。

【0041】

前記モータハウジング本体部６内を流通した前記冷却空気３８は、前記流通口２０を経て前記空間２４に到達すると、前記流路形成板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前記冷却空気３８は、前記排気口２５より前記モータハウジング５の外部へと排気される。

【0042】

前記排気口２５より排気され前記冷却ファン３４に吸入された前記冷却空気３８は、外径方向に排気され、前記排気流路３３を流通し、前記傾斜部２７ａにガイドされて前記送風機１の外部へと排気される。

【0043】

該送風機１の運用中、前記電磁コイル４が発熱するが、該電磁コイル４は前記モータハウジング本体部６内を流通する前記冷却空気３８により冷却され、更に外気と熱交換する前記放熱フィン７により冷却され、例えば１５０℃から１００℃迄冷却することができる。

【0044】

又、前記インペラハウジング３内に吸入された前記主流３２は、前記閉塞板２７と前記インペラ２の間から僅かに前記排気流路３３内に流入するが、該排気流路３３内に流入した前記主流３２は前記冷却ファン３４により前記冷却空気３８と共に前記送風機１の外部へと排気されるので、前記主流３２により前記電磁コイル４の冷却が妨げられることはない。

【0045】

上述の様に、本実施例では、前記モータハウジング５に前記吸気口１４と前記排気口２５を設け、前記回転軸８により回転される前記冷却ファン３４により、前記主流３２とは別に、外気を前記冷却空気３８として前記モータハウジング５内に吸入し、流通させ、排気している。

【0046】

従って、前記送風機１で使用される前記主流３２が高温である場合であっても、前記電磁コイル４を冷却することができるので、該電磁コイル４の回転効率の低下が抑制され、前記送風機１の運用効率の向上が図れる。又、前記モータハウジング５等に用いられるさび止め等の高温による劣化を防止でき、部品の材質の自由度を高めることができる。

【0047】

又、前記冷却ファン３４は前記回転軸８に設けられ、前記インペラ２と一体に回転する様になっているので、前記冷却ファン３４を回転させる為のモータを別途設ける必要がなく、前記送風機１の製作コストの低減、装置の小型化を図ることができる。

【0048】

又、前記インペラハウジング３と前記モータハウジング５の間に第１のプレートである前記流路形成板２３を設け、該流路形成板２３と前記回転軸８との間に排気口２５を設け、該排気口２５に対向して前記冷却ファン３４を設けているので、前記冷却ファン３４を大型化することなく確実に前記冷却空気３８を前記モータハウジング５外へと排気することができる。

【0049】

又、前記流路形成板２３と前記インペラハウジング３の前記閉塞板２７との間に前記排気流路３３が形成され、前記流路形成板２３により前記冷却ファン３４で吸排される前記冷却空気３８の流路が分離される。従って、前記冷却ファン３４で吸入される前記冷却空気３８と排気される該冷却空気３８とが干渉することがないので、該冷却空気３８の排気効率を向上させることができ、前記電磁コイル４の冷却効率を向上させることができる。

【0050】

又、前記排気流路３３を形成したことで、前記インペラハウジング３から高温の前記主流３２が流入した場合でも、前記冷却ファン３４により前記冷却空気３８と共に前記送風機１の外部へと排気されるので、前記主流３２が前記モータハウジング５内に流入するのを防止することができる。

【0051】

尚、本実施例では、前記冷却ファン３４が前記冷却空気３８を中心部から吸入し、外径方向に排気する遠心ファンとしているが、前記冷却ファン３４を前記排気口２５内に設けられた軸流ファンとしてもよいし、他の形式のファンを用いてもよい。

【0052】

又、本実施例では、前記送風機１を例として前記電磁コイル４の冷却構造を説明したが、該冷却構造は遠心圧縮機に対しても適用可能であるのは言う迄もない。

【符号の説明】

【0053】

１ 送風機 ２ インペラ
３ インペラハウジング ４ 電磁コイル
５ モータハウジング ８ 回転軸
１４ 吸気口 ２３ 流路形成板
２４ 空間 ２５ 排気口
３２ 主流 ３３ 排気流路
３４ 冷却ファン ３８ 冷却空気

【図1】

【図2】

【図3】