特許 7381976 スラスト磁気軸受のロータ、スラスト磁気軸受、および回転式流体機械

(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】

(24)【登録日】2023-11-08

(45)【発行日】2023-11-16

(54)【発明の名称】スラスト磁気軸受のロータ、スラスト磁気軸受、および回転式流体機械

(51)【国際特許分類】

   H02K 7/09 20060101AFI20231109BHJP

   F04D 29/58 20060101ALI20231109BHJP

   F04D 29/058 20060101ALI20231109BHJP

   F16C 32/04 20060101ALI20231109BHJP

   F16C 19/06 20060101ALI20231109BHJP

   H02K 7/14 20060101ALI20231109BHJP

【ＦＩ】

H02K7/09

F04D29/58 P

F04D29/058

F16C32/04 A

F16C19/06

H02K7/14 B

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2023048422

(22)【出願日】2023-03-24

(65)【公開番号】P2023145393

(43)【公開日】2023-10-11

【審査請求日】2023-03-24

(31)【優先権主張番号】P 2022052185

(32)【優先日】2022-03-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000002853

【氏名又は名称】ダイキン工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】藤原 秀規

(72)【発明者】

【氏名】矢竹 悟

【審査官】佐藤 彰洋

(56)【参考文献】

【文献】特開平０１－１９０２３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－０７１５３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６２－０８５２１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０２－１５７７１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－１７６１３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２８２６０２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｋ ７／０９

Ｆ０４Ｄ ２９／５８

Ｆ０４Ｄ ２９／０５８

Ｆ１６Ｃ ３２／０４

Ｆ１６Ｃ １９／０６

Ｈ０２Ｋ ７／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

モータ（20）により回転駆動される回転軸（30）を軸方向に支持するスラスト磁気軸受（50）のロータ（51）であって、
前記ロータ（51）は、前記回転軸（30）へ嵌め合わされ、前記回転軸（30）とは別体の部品であり、
前記ロータ（51）を貫通し、前記モータ（20）へ冷媒を送るための冷媒通路（Z）の一部であるロータ通路（93）が設けられ、
前記ロータ通路（93）は、前記軸方向の一方向側に設けられる開口部（93b）と、前記軸方向の他方向側に設けられる開口部（93a）とを含み、
前記一方向側の開口部（93b）の方が前記他方向側の開口部（93a）よりも径方向の外側（Q2）に位置し、
前記ロータ（51）は、前記モータ（20）に対し前記軸方向の他方向側に位置する、スラスト磁気軸受のロータ。

【請求項2】

請求項１において、
前記ロータ通路（93）は、互いに垂直な方向に延びる第１ロータ通路部分（93A）と第２ロータ通路部分（93B）とを含む、スラスト磁気軸受のロータ。

【請求項3】

請求項１に記載のロータ（51）と、
前記ロータ（51）と対向配置されるステータ（52）と
を備える、スラスト磁気軸受。

【請求項4】

請求項３において、
前記冷媒通路（Z）は、前記ステータ（52）に設けられるステータ通路（94）を含む、
スラスト磁気軸受。

【請求項5】

請求項４において、
前記冷媒通路（Z）は、前記ロータ（51）の外周に沿って環状に形成されるロータ溝（93c）を含む、スラスト磁気軸受。

【請求項6】

請求項３に記載のスラスト磁気軸受（50）と、
前記モータ（20）と、
前記回転軸（30）と
を備える、回転式流体機械。

【請求項7】

請求項６において、
前記回転軸（30）を回転可能に支持するベアリング（81a）を備え、
前記冷媒通路（Z）上に前記ベアリング（81a）が配置される、回転式流体機械。

【請求項8】

請求項６において、
前記回転軸（30）のアース用のアース部材（83）を備え、
前記アース部材（83）は、前記回転軸（30）の軸芯寄り部（30a）と対向する、回転式流体機械。

【請求項9】

請求項６において、
前記モータ（20）は、前記スラスト磁気軸受（50）に対して前記軸方向の一方向側に位置し、
前記スラスト磁気軸受（50）に対して前記軸方向の他方向側には、第１空間（S1）が存在し、
前記スラスト磁気軸受（50）に対して前記軸方向の一方向側には、第２空間（S2）が存在し、
前記ロータ通路（93）を通じて前記第２空間（S2）へ冷媒が送られることで、前記第２空間（S2）が前記第１空間（S1）よりも高圧になる、回転式流体機械。

【請求項10】

請求項９において、
前記スラスト磁気軸受（50）を収容するケーシング（10）を備え、
前記スラスト磁気軸受（50）によって前記ケーシング（10）内の空間を前記第１空間（S1）と前記第２空間（S2）とに仕切る、回転式流体機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、スラスト磁気軸受のロータ、スラスト磁気軸受、および回転式流体機械に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、遠心型圧縮機が開示されている。特許文献１に記載の遠心型圧縮機は、回転軸の軸心を通るように回転軸に冷媒通路を形成し、回転軸を回転させて遠心力を生じさせることで、冷媒通路を通じてケーシング内へ冷媒を供給し、当該冷媒によりケーシング内に設けられるモータを冷却する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０２０―１６７９２４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

回転軸の軸心に対して冷媒通路が偏心するように形成された場合、回転軸の回転時に冷媒が回転軸の軸心から離れた位置に偏って流れるために冷媒がアンバランスに供給される。よって、回転軸に冷媒通路を形成する際、回転軸と冷媒通路との高度な同心度を要求される。しかしながら、通常は冷媒通路の径に対して冷媒通路の深さが長いため、冷媒通路の径に対する冷媒通路の深さの比が大きい。これにより、冷媒通路を形成する際、冷媒通路の先端が振れやすくなるので、回転軸と冷媒通路との同心度を確保するためには回転軸の高精度な加工が必要となり煩雑であった。

【0005】

本開示の目的は、冷媒通路を簡素に構成することができるようにすることである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

第１の態様はスラスト磁気軸受のロータを対象とする。スラスト磁気軸受のロータは、モータ（20）により回転駆動される回転軸（30）を軸方向に支持するスラスト磁気軸受（50）のロータ（51）であって、前記ロータ（51）は、前記回転軸（30）へ嵌め合わされ、前記回転軸（30）とは別体の部品であり、前記ロータ（51）を貫通し、前記モータ（20）へ冷媒を送るための冷媒通路（Z）の一部であるロータ通路（93）が設けられる。

【0007】

第１の態様では、冷媒通路（Z）を簡素に構成することができる。

【0008】

第２の態様は、第１の態様において、前記ロータ通路（93）は、前記軸方向の一方向側に設けられる開口部（93b）と、前記軸方向の他方向側に設けられる開口部（93a）とを含み、前記一方向側の開口部（93b）の方が前記他方向側の開口部（93a）よりも径方向の外側（Q2）に位置する、スラスト磁気軸受のロータ。

【0009】

第２の態様では、回転軸（30）の回転による遠心力により、ロータ通路（93）において第１ロータ開口部（93a）から第２ロータ開口部（93b）に向かって冷媒を効果的に送ることができる。

【0010】

第３の態様は、第１または第２の態様において、前記ロータ通路（93）は、互いに垂直な方向に延びる第１ロータ通路部分（93A）と第２ロータ通路部分（93B）とを含む。

【0011】

第３の態様では、ロータ通路（93）のポンプ機能により冷媒を効果的に圧送することができる。

【0012】

第４の態様は、スラスト磁気軸受を対象とする。スラスト磁気軸受は、第１～第３の態様のいずれか１つの上記ロータ（51）と、前記ロータ（51）と対向配置されるステータ（52）とを備える。

【0013】

第４の態様では、冷媒通路（Z）を簡素に構成することができる。

【0014】

第５の態様は、第４の態様において、前記冷媒通路（Z）は、前記ステータ（52）に設けられるステータ通路（94）を含む。

【0015】

第５の態様では、ステータ通路（94）を流れる冷媒によりステータ（52）を冷却することができる。

【0016】

第６の態様は、第５の態様において、前記冷媒通路（Z）は、前記ロータ（51）の外周に沿って環状に形成されるロータ溝（93c）を含む。

【0017】

第６の態様では、冷媒通路（Z）を通じて冷媒を安定的に流すことができる。

【0018】

第７の態様は、回転式流体機械を対象とする。回転式流体機械は、第４～第６の態様のいずれか１つの上記スラスト磁気軸受（50）と、前記モータ（20）と、前記回転軸（30）とを備える。

【0019】

第７の態様では、冷媒通路（Z）を簡素に構成することができる。

【0020】

第８の態様は、第７の態様において、前記回転軸（30）を回転可能に支持するベアリング（81a）を備え、前記冷媒通路（Z）上に前記ベアリング（81a）が配置される。

【0021】

第８の態様では、冷媒通路（Z）を流れる冷媒によりベアリング（81a）を冷却することができる。

【0022】

第９の態様は、第７または第８の態様において、前記回転軸（30）のアース用のアース部材（83）を備え、前記アース部材（83）は、前記回転軸（30）の軸芯寄り部（30a）と対向する。

【0023】

第９の態様では、回転軸（30）の回転に伴いアース部材（83）が回転軸（30）を摺動して摩耗することを抑制できる。

【0024】

第１０の態様は、第７～第９の態様のいずれか１つにおいて、前記モータ（20）は、前記スラスト磁気軸受（50）に対して前記軸方向の一方向側に位置し、前記スラスト磁気軸受（50）に対して前記軸方向の他方向側には、第１空間（S1）が存在し、前記スラスト磁気軸受（50）に対して前記軸方向の一方向側には、第２空間（S2）が存在し、前記ロータ通路（93）を通じて前記第２空間（S2）へ冷媒が送られることで、前記第２空間（S2）が前記第１空間（S1）よりも高圧になる。

【0025】

第１０の態様では、第１スラスト磁気軸受（50）をサイズダウンすることができ、および／または、第１スラスト磁気軸受（50）の消費電力を低減できる。

【0026】

第１１の態様は、第１０の態様において、前記スラスト磁気軸受（50）を収容するケーシング（10）を備え、前記スラスト磁気軸受（50）によって前記ケーシング（10）内の空間を前記第１空間（S1）と前記第２空間（S2）とに仕切る。

【0027】

第１１の態様では、スラスト磁気軸受（50）を用いてケーシング（10）内の空間を第１空間（S1）と第２空間（S2）とに仕切ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】図１は、実施形態に係る冷凍装置の概略の全体構成図である。

【図2】図２は、圧縮機の断面図である。

【図3】図３は、圧縮機の模式図である。

【図4】図４は、図２に示す圧縮機の一部拡大図である。

【図5】図５は、冷媒通路を示す図である。

【図6】図６は、圧縮機の第２実施形態を示す図である。

【図7】図７は、圧縮機の第３実施形態を示す図である。

【図8】図８は、圧縮機の第４実施形態を示す図である。

【図9】図９は、第１スラスト磁気軸受のロータの外周の構造を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0029】

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本開示は、以下に示される実施形態に限定されるものではなく、本開示の技術的思想を逸脱しない範囲内で各種の変更が可能である。各図面は、本開示を概念的に説明するためのものであるから、理解容易のために必要に応じて寸法、比または数を誇張または簡略化して表す場合がある。

【0030】

以下、例示的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

【0031】

＜全体構成＞
図１から図３を参照して、圧縮機（100）について説明する。圧縮機（100）は、本発明の回転式流体機械の一例である。圧縮機（100）は、例えば、遠心型圧縮機である。圧縮機（100）は、冷媒を吸入し、吸入した冷媒を圧縮して吐出する。冷媒は、例えばＨＦＣ冷媒のＲ３２である。なお、Ｒ３２は冷媒の種類の例示に過ぎず、圧縮機（100）は、Ｒ３２以外の冷媒を圧縮して吐出してもよい。

【0032】

図１に示すように、圧縮機（100）は、冷凍装置（200）に搭載される。冷凍装置（200）は、冷媒が充填される冷媒回路（210）を備える。冷媒回路（210）は、圧縮機（100）、凝縮器（201）、膨張弁（202）、蒸発器（203）、圧縮機（100）と蒸発器（203）の間に設けられる冷媒路（206）、および、圧縮機（100）と凝縮器（201）の間に設けられる冷媒路（207）を有する。

【0033】

冷媒回路（210）には、第１分岐路（204）と第２分岐路（205）とが接続される。第１分岐路（204）の一端は、蒸発器（203）に接続する。第１分岐路（204）の他端は、圧縮機（100）の冷媒流路（Z）（図５参照）の流入端に接続する。第２分岐路（205）の一端は、冷媒流路（Z）の流出端に接続する。第２分岐路（205）の他端は、蒸発器（203）に接続する。

【0034】

圧縮機（100）は、インペラ（40）（図２および図３参照）が回転することにより、インペラ（40）が収容されるインペラ室に流入した冷媒を圧縮する。圧縮機（100）で圧縮された冷媒は、冷媒路（207）を通じて凝縮器（201）へ供給され、凝縮器（201）において空気に放熱して凝縮する。凝縮器（201）で凝縮した冷媒は、膨張弁（202）で減圧される。膨張弁（202）で減圧された冷媒は、蒸発器（203）において空気から吸熱して蒸発する。蒸発器（203）で蒸発した冷媒は、冷媒路（206）を通じて圧縮機（100）へ送られて、圧縮機（100）で再び圧縮される。

【0035】

蒸発器（203）へ送られた冷媒の一部は、第１分岐路（204）を通じて圧縮機（100）へ供給される。圧縮機（100）へ供給された冷媒は、圧縮機（100）内を通過した後、第２分岐路（205）へ供給され、第２分岐路（205）を経由して蒸発器（203）へ供給される。

【0036】

図２および図３に示すように、圧縮機（100）は、ケーシング（10）と、モータ（20）と、回転軸（30）と、インペラ（40）と、第１スラスト磁気軸受（50）と、第２スラスト磁気軸受（60）と、第１ラジアル磁気軸受（71）と、第２ラジアル磁気軸受（72）と、第１タッチダウン軸受（81）と、第２タッチダウン軸受（82）とを備える。

【0037】

ケーシング（10）は、中空の部材である。ケーシング（10）は、第１ケーシング部（11）と、第２ケーシング部（12）と、第３ケーシング部（13）と、第４ケーシング部（14）とを含む。第１ケーシング部（11）～第４ケーシング部（14）は、軸方向の一方向側に向かって、第１ケーシング部（11）、第２ケーシング部（12）、第３ケーシング部（13）、および第４ケーシング部（14）の順番に配置される。軸方向は、回転軸（30）の延びる方向に対して平行な方向である。

【0038】

第１ケーシング部（11）は、ケーシング（10）における軸方向の一方向側の端部を閉塞するように設けられる。第１ケーシング部（11）には、第２ケーシング部（12）が連結される。第２ケーシング部（12）内には、第１スラスト磁気軸受（50）と第１タッチダウン軸受（81）とが設けられる。第２ケーシング部（12）には、第３ケーシング部（13）が連結される。第３ケーシング部（13）内には、モータ（20）と第２スラスト磁気軸受（60）と第１ラジアル磁気軸受（71）と、第２ラジアル磁気軸受（72）とが設けられる。第３ケーシング部（13）には、第４ケーシング部（14）が連結される。第４ケーシング部（14）内には、インペラ（40）と、第２タッチダウン軸受（82）とが設けられる。

【0039】

モータ（20）は、回転軸（30）を回転駆動する。回転軸（30）が回転駆動することで、インペラ（40）（図２および図３参照）が回転してインペラ室に流入した冷媒が圧縮される。ケーシング（10）の内周壁には、モータ（20）のステータ（21）が固定される。ステータ（21）に対して径方向の内側には、ロータ（22）が配置される。径方向は、回転軸（30）の軸芯（P）を通りつつ軸方向に対して垂直な方向である。径方向の内側（Q1）は、径方向のうち回転軸（30）の軸芯（P）側へ向かう方向である。径方向の外側（Q2）は、径方向のうち回転軸（30）の軸芯（P）から離間する方向である。ロータ（51）は、回転軸（30）へ嵌め合わされる。ロータ（51）は、回転軸（30）とは別体の部品である。

【0040】

ロータ（22）における径方向の内側（Q1）には、回転軸（30）が固定される。回転軸（30）は、軸方向に延びる。回転軸（30）における軸方向の一方側には、インペラ（40）が固定される。

【0041】

モータ（20）に対して軸方向の他方側には、第１ラジアル磁気軸受（71）が位置する。モータ（20）に対して軸方向の一方側には、第２ラジアル磁気軸受（72）が位置する。第１ラジアル磁気軸受（71）および第２ラジアル磁気軸受（72）は、磁気浮上によって、回転軸（30）をケーシング（10）に対して回転可能に支持する。

【0042】

第１スラスト磁気軸受（50）および第２スラスト磁気軸受（60）は、回転軸（30）を軸方向に支持する。回転軸（30）を軸方向に支持することは、回転軸（30）の軸方向の位置が所定の範囲内に収まるように回転軸（30）を支持することを示す。第１ラジアル磁気軸受（71）に対して軸方向の他方側には、第１スラスト磁気軸受（50）が位置する。第１スラスト磁気軸受（50）は、磁力により、回転軸（30）を軸方向の他方側に引っ張る。第２ラジアル磁気軸受（72）に対して軸方向の一方側には、第２スラスト磁気軸受（60）が位置する。第２スラスト磁気軸受（60）は、磁力により、回転軸（30）を軸方向の一方側に引っ張る。

【0043】

インペラ（40）が回転することで回転軸（30）に対して軸方向の一方向側へ圧力が作用するが、第１スラスト磁気軸受（50）により回転軸（30））を軸方向の他方側に引っ張ることでインペラ（40）に作用する軸方向のパワーバランスが整えられる。第１スラスト磁気軸受（50）による引っ張り力（回転軸（30）を軸方向の他方側に引っ張る力）が強すぎる場合は、第２スラスト磁気軸受（60）により回転軸（30）が軸方向の一方側に引っ張られる。

【0044】

第１スラスト磁気軸受（50）に対して軸方向の他方側には、第１タッチダウン軸受（81）が位置する。第２スラスト磁気軸受（60）に対して軸方向の一方側には、第２タッチダウン軸受（82）が位置する。第１タッチダウン軸受（81）および第２タッチダウン軸受（82）は、圧縮機（100）が何等かのトラブルで制御不能になった場合（例えば、停電等により第１ラジアル磁気軸受（71）等への電力供給が停止されることで、回転軸（30）を磁気浮上させることが不能な状態となった場合）に、軸受として機能する。これにより、第１スラスト磁気軸受（50）、第２スラスト磁気軸受（60）、第１ラジアル磁気軸受（71）、および第２ラジアル磁気軸受（72）を保護することができる。

【0045】

回転軸（30）には、アース部材（83）が設けられる。アース部材（83）は、回転軸（30）のアース用の部材である。アース部材（83）は、ロータ（22）等に帯電した電気をパスすることで圧縮機（100）に設けられるセンサ類を保護する。アース部材（83）は、例えば、カーボンロッドを含む。アース部材（83）は、回転軸（30）に対して軸方向の一方向側に設けられる。アース部材（83）は、軸芯寄り部（30a）と対向する。軸芯寄り部（30a）は、回転軸（30）における軸方向の他方側の端部のうち軸芯（P）寄りの箇所である。アース部材（83）は、バネ等の弾性部材により回転軸（30）側へ押し付けられる。

【0046】

＜第１実施形態＞
図２から図４に示すように、第１タッチダウン軸受（81）は、ベアリング（81a）を含む。ベアリング（81a）は、回転軸（30）を回転可能に支持する。ベアリング（81a）に対して軸方向の一方向側には、第１スラスト磁気軸受（50）が設けられる。

【0047】

第１スラスト磁気軸受（50）は、ロータ（51）と、ロータ（51）と対向配置されるステータ（52）と、ステータ（52）に巻回されるコイル（53）とを含む。

【0048】

ロータ（51）は、回転軸（30）に固定され、回転軸（30）とともに回転する。

【0049】

ステータ（52）は、ロータ（51）に対して径方向の外側（Q2）に設けられる。ステータ（52）は、第１ステータ部（52a）と、第２ステータ部（53b）とを含む。第１ステータ部（52a）と第２ステータ部（53b）とは、互いに固定される。第１ステータ部（52a）は、第２ステータ部（53b）に対して軸方向の他方向側に配置される。第１ステータ部（52a）は、ロータ（51）に対して軸方向の他方向側から対向する。第２ステータ部（53b）は、ロータ（51）に対して径方向の外側（Q2）から対向する。本実施形態では、ステータ（52）が複数の部材（第１ステータ部（52a）および第２ステータ部（53b））で構成されるが、本発明はこれに限定されない。ステータ（52）を構成する部材の個数は特に限定されず、例えば、ステータ（52）は一つの部材で構成されてもよい。

【0050】

＜ケーシング内の空間＞
ケーシング（10）内は、第１空間（S1）と、第２空間（S2）とが設けられる。

【0051】

第１空間（S1）は、第１スラスト磁気軸受（50）に対して軸方向の一方向側に位置する空間である。第１空間（S1）には、第１タッチダウン軸受（81）のベアリング（81a）が設けられる。第２空間（S2）は、第１スラスト磁気軸受（50）に対して軸方向の他方向側に位置する空間である。第２空間（S2）には、第１ラジアル磁気軸受（71）、モータ（20）等が設けられる。

【0052】

ケーシング（10）には、第１連通孔（91）と第２連通孔（92）とが設けられる。第１連通孔（91）は、第１空間（S1）とケーシング（10）の外部とを連通する。第１連通孔（91）は、第１ケーシング部（11）に設けられる。第１連通孔（91）には、第１分岐路（204）（図１参照）が連通する。第２連通孔（92）は、第２空間（S2）とケーシング（10）の外部とを連通する。第２連通孔（92）は、第３ケーシング部（13）に設けられる。第２連通孔（92）には、第２分岐路（205）（図１参照）が連通する。

【0053】

ロータ（51）には、ロータ通路（93）が設けられる。ロータ通路（93）は、ロータ（51）を貫通する孔である。ロータ通路（93）は、第１ロータ開口部（93a）と、第２ロータ開口部（93b）とを含む。第１ロータ開口部（93a）および第２ロータ開口部（93b）の各々は、ロータ通路（93）の内部と外部とを連通する。第２ロータ開口部（93b）の方が第１ロータ開口部（93a）よりも径方向の外側（Q2）に位置する。第２ロータ開口部（93b）の方が第１ロータ開口部（93a）よりも軸方向の一方向側に位置する。第１実施形態では、ロータ通路（93）は、第１ロータ開口部（93a）から第２ロータ開口部（93b）に向かって一直線状に延びる形状を有する。ロータ通路（93）は、第１ロータ開口部（93a）を通じて第１空間（S1）と連通し、第２ロータ開口部（93b）を通じて第２空間（S2）と連通する。

【0054】

＜ケーシング内の空間を仕切るための構成＞
ケーシング（10）内は、第１スラスト磁気軸受（50）によって、第１空間（S1）と、第２空間（S2）とに仕切られる。

【0055】

ケーシング（10）内を第１空間（S1）と第２空間（S2）とに仕切ることは、第１空間（S1）と第２空間（S2）との間で流体の流通ができないように第１空間（S1）と第２空間（S2）との連通が完全に遮断されている場合のみならず、第１空間（S1）と第２空間（S2）との間に差圧が生じるように第１空間（S1）の気圧と第２空間（S2）と気圧とが調整された際に、当該差圧の生じている状態が確保される程度に第１空間（S1）と第２空間（S2）とが僅かに連通している場合も含まれる。

【0056】

以下では、第１スラスト磁気軸受（50）によって、ケーシング（10）内を第１空間（S1）と第２空間（S2）とに仕切るための構成について説明する。

【0057】

第１空間（S1）と第２空間（S2）とは、第１スラスト磁気軸受（50）のステータ（52）とケーシング（10）の内壁（10a）とを密着させる密着構成と、第１スラスト磁気軸受（50）の特性とを採用することで仕切られる。

【0058】

＜密着構成＞
第１スラスト磁気軸受（50）のステータ（52）は、例えば、焼き嵌めによりケーシング（10）の内壁（10a）に密着される。ステータ（52）がケーシング（10）の内壁（10a）と密着することは、ステータ（52）とケーシング（10）の内壁（10a）との間に隙間が完全にない状態になることのみならず、ケーシング（10）内が第１空間（S1）と第２空間（S2）とに仕切られた状態を確保できる程度（第１空間（S1）と第２空間（S2）とに差圧の生じている状態が確保できる程度）にステータ（52）とケーシング（10）の内壁（10a）との間に僅かな隙間が存在する場合も含まれる。

【0059】

＜第１スラスト磁気軸受の特性＞
第１スラスト磁気軸受（50）は、電磁力によって回転体であるロータ（51）を非接触で支持する構造を有し、ロータ（51）とステータ（52）との隙間の大きさに応じてロータ（51）を支持するための力の大きさが決定されるので、ロータ（51）を安定的に支持するためには、当該隙間を精度よく形成しなければならない。さらに、第１スラスト磁気軸受（50）においては、回転部材であるロータ（51）と固定部材であるステータ（52）との隙間が、他のものに比べて狭く設定される。例えば、第１スラスト磁気軸受（50）では、ロータ（51）とステータ（52）との隙間は０．５ｍｍ～１ｍｍ程度に設定される。これに対し、モータ（20）では、ステータ（21）とロータ（22）との隙間が、例えば、３ｍｍ程度に設定される。本願発明者は、第１スラスト磁気軸受（50）においては、ロータ（51）とステータ（52）との隙間が小さくなるように形成されるとともに精度良く形成されることで、ロータ（51）とステータ（52）との間を効果的にシールできるので、回転部材であるロータ（51）と固定部材であるステータ（52）との隙間を流体が流れることを効果的に抑制できるという第１スラスト磁気軸受（50）の特性に気付き、当該特性を利用するために、第１空間（S1）と第２空間（S2）とを仕切る部材として第１スラスト磁気軸受（50）を採用した。

【0060】

上記した密着構成により、ステータ（52）とケーシング（10）の内壁（10a）との間を流体が流れることを抑制でき、さらに、上記した第１スラスト磁気軸受（50）の特性により、回転部材であるロータ（51）と固定部材であるステータ（52）との間を流体が流れることを抑制できる。その結果、上記した密着構成と上記した第１スラスト磁気軸受（50）の特性とを採用することで、第１空間（S1）と第２空間（S2）とを仕切ることができ、第１空間（S1）と第２空間（S2）との間に差圧が生じている状態を効果的に確保できる。第１実施形態では、第１空間（S1）の圧力（気圧）は蒸発器（203）による処理直後の冷媒の圧力よりも低圧であり、第２空間（S2）の圧力は蒸発器（203）による処理直後の冷媒の圧力と同程度である。

【0061】

＜冷媒通路＞
図５に示すように、ケーシング（10）内には、冷媒通路（Z）が設けられる。冷媒通路（Z）は、モータ（20）へ冷媒を送るための通路である。冷媒通路（Z）を流れる冷媒は、気体であってもよく、または、ミスト等の液体が含まれていてもよい。冷媒通路（Z）は、第１通路（Z1）と、中間通路（Z2）と、第２通路（Z3）とを含む。

【0062】

第１通路（Z1）は、第１空間（S1）に設けられる冷媒の通路である。第１通路（Z1）は、第１分岐路（204）（図１参照）と、中間通路（Z2）とに連通される。第１通路（Z1）は、第１連通孔（91）から第１空間（S1）内へ通じ、第１空間（S1）内においてベアリング（81a）を通過して中間通路（Z2）と連通する。

【0063】

中間通路（Z2）は、第１スラスト磁気軸受（50）に設けられる冷媒の通路であり、第１空間（S1）と第２空間（S2）との間に位置する。中間通路（Z2）は、第１通路（Z1）と第２通路（Z3）とに連通する。第１実施形態では、中間通路（Z2）は、ロータ通路（93）で構成される。第１実施形態では、ロータ通路（93）の第１ロータ開口部（93a）が第１通路（Z1）と連通し、ロータ通路（93）の第２ロータ開口部（93b）が第２通路（Z3）と連通する。

【0064】

第２通路（Z3）は、第２空間（S2）に設けられる冷媒の通路である。第２通路（Z3）は、中間通路（Z2）と、第２分岐路（205）（図１参照）とに連通される。第２通路（Z3）は、中間通路（Z2）から第１ラジアル磁気軸受（71）およびモータ（20）を通過して、第２連通孔（92）と連通する。

【0065】

＜モータの冷却動作＞
図５に示すように、モータ（20）が回転軸（30）を回転駆動することで、第１スラスト磁気軸受（50）のロータ（51）が回転軸（30）とともに回転する。上記のようにロータ通路（93）において第２ロータ開口部（93b）の方が第１ロータ開口部（93a）よりも径方向の外側（Q2）に位置するので、ロータ（51）が回転するとロータ通路（93）内の冷媒に対して第１ロータ開口部（93a）側から第２ロータ開口部（93b）側へ送られるように遠心力が作用する。これにより、回転軸（30）とともに回転するロータ通路（93）が、冷媒を送るポンプとして機能する。その結果、ロータ通路（93）のポンプ機能により、第１分岐路（204）（図１参照）を流れる冷媒を、第１通路（Z1）、中間通路（Z2）および第２通路（Z3）の順番に効果的に送ることができる。

【0066】

第２通路（Z3）において冷媒がモータ（20）のステータ（21）とロータ（22）との間を流れる際に、モータ（20）のロータ（22）が当該冷媒により冷却される。第２通路（Z3）を流れた冷媒は、第２連通孔（92）を通じて第２分岐路（205）へ送られる。

【0067】

上記のようにロータ（51）にロータ通路（93）を設け、ロータ通路（93）のポンプ機能により冷媒を送る構造は、本発明のポンプ構造の第１例である。

【0068】

＜効果＞
以上のように、第１スラスト磁気軸受（50）のロータ（51）には、ロータ（51）を貫通し、モータ（20）へ冷媒を送るための冷媒通路（Z）の一部であるロータ通路（93）が設けられる。これによると、モータ（20）により回転軸（30）を回転させることで、回転軸（30）とともにロータ（51）を回転させてロータ通路（93）内の冷媒に対して遠心力を作用させて、当該遠心力により冷媒通路（Z）に冷媒を効果的に流すことができる。これによると、回転軸（30）の軸芯（P）を通るような高精度な冷媒通路（Z）を形成しなくても、冷媒通路（Z）内に冷媒を効果的に流すことができる。その結果、簡素な構造で、回転軸（30）の回転による遠心力を利用して冷媒通路（Z）内に冷媒を流すことができる。

【0069】

また、回転軸（30）の軸芯（P）を通るような冷媒通路（Z）を形成する必要がなく、回転軸（30）の高精度な加工が不要となるので、圧縮機（100）の製造コストの増加を抑制できる。

【0070】

また、回転軸（30）の軸芯（P）を通るような冷媒通路（Z）を形成する必要がないので、回転軸（30）の軸芯寄り部（30a）と対向するようにアース部材（83）を配置できる。その結果、回転軸（30）の回転に伴いアース部材（83）が回転軸（30）を摺動して摩耗することを抑制できる。

【0071】

また、ロータ通路（93）において、第２ロータ開口部（93b）の方が第１ロータ開口部（93a）よりも径方向の外側（Q2）に位置する。これにより、回転軸（30）の回転による遠心力により、ロータ通路（93）において第１ロータ開口部（93a）から第２ロータ開口部（93b）に向かって冷媒を効果的に送ることができる。

【0072】

また、第１スラスト磁気軸受（50）によってケーシング（10）内の空間を第１空間（S1）と第２空間（S2）とに仕切ることで、ロータ通路（93）のポンプ機能によりロータ通路（93）を通じて第２空間（S2）へ送られる冷媒が、上記した密着構成によって第１スラスト磁気軸受（50）のステータ（52）とケーシング（10）の内壁（10a）との間から第１空間（S1）へ逆流することを抑制できるとともに、上記した第１スラスト磁気軸受（50）の特性によって第１スラスト磁気軸受（50）のロータ（51）とステータ（52）との隙間から第１空間（S1）へ逆流することを抑制できるので、第２空間（S2）を第１空間（S1）よりも高圧にすることができる。これにより、第１空間（S1）と第２空間（S2）との差圧による圧力（差圧力）によって、回転軸（30））を軸方向の他方側に引っ張ることができる。その結果、インペラ（40）が回転することで回転軸（30）が軸方向の一方向側へ引っ張られる際、第１スラスト磁気軸受（50）による引っ張り力のみならず、第１空間（S1）と第２空間（S2）との上記差圧力もさらに用いて、回転軸（30）を軸方向の他方向側へ引っ張ることができる。よって、第１空間（S1）と第２空間（S2）との上記差圧力を用いる分、第１スラスト磁気軸受（50）による引っ張り力を低減できるので、第１スラスト磁気軸受（50）をサイズダウンすることができる。また、第１スラスト磁気軸受（50）による引っ張り力を低減できるので、第１スラスト磁気軸受（50）の消費電力を低減できる。

【0073】

＜第２実施形態＞
図６を参照して、圧縮機（100）の第２実施形態について説明する。第２実施形態では、ロータ通路（93）の形状が第１実施形態と異なる。以下では、主に第１実施形態と異なる点を説明する。

【0074】

図６に示すように、中間通路（Z2）が、ロータ通路（93）で構成される。ロータ通路（93）は、第１ロータ通路部分（93A）と第２ロータ通路部分（93B）とを含む。第１ロータ通路部分（93A）と第２ロータ通路部分（93B）とは、互いに垂直な方向に延びる。第１ロータ通路部分（93A）は、軸方向に対して平行に延びる。第１ロータ通路部分（93A）のうち軸方向の他方向側には、第１空間（S1）と連通する第１ロータ開口部（93a）が設けられる。第２ロータ通路部分（93B）は、径方向に延びる。第２ロータ通路部分（93B）のうち径方向の内側（Q1）は、第１ロータ通路部分（93A）のうち軸方向の一方向側と連通する。第２ロータ通路部分（93B）のうち径方向の外側（Q2）には、第２空間（S2）と連通する第２ロータ開口部（93b）が設けられる。

【0075】

以上のように、ロータ通路（93）を、第１ロータ通路部分（93A）と第２ロータ通路部分（93B）とよって略Ｌ字状に形成することで、ロータ（51）のうち径方向の最も外側に位置する箇所に第２ロータ開口部（93b）を形成することができる。その結果、ロータ通路（93）のポンプ機能により冷媒を圧送する効率を向上させることができる。

【0076】

＜第３実施形態＞
図７を参照して、圧縮機（100）の第３実施形態について説明する。第３実施形態では、中間通路（Z2）の形状が第１実施形態と異なる。以下では、主に第１実施形態と異なる点を説明する。

【0077】

図７に示すように、中間通路（Z2）は、ロータ通路（93）と、ステータ通路（94）とを含む。ロータ通路（93）およびステータ通路（94）の各々は略Ｌ字形状を有する。ロータ通路（93）は、第１ロータ開口部（93a）を通じて第１空間（S1）と連通する。ステータ通路（94）は、第２ステータ開口部（94b）を通じて第２空間（S2）と連通する。

【0078】

ステータ通路（94）は、ステータ（52）に設けられ、ステータ（52）を貫通する孔である。第３実施形態では、ステータ通路（94）は、第２ステータ部（53b）に設けられる。ステータ通路（94）は、ロータ通路（93）に対して径方向の外側（Q2）に設けられる。ステータ通路（94）は、第１ステータ開口部（94a）と、第２ステータ開口部（94b）とを含む。第１ステータ開口部（94a）および第２ステータ開口部（94b）の各々は、ステータ通路（94）の内部と外部とを連通する。第２ステータ開口部（94b）の方が第１ステータ開口部（94a）よりも径方向の外側（Q2）に位置する。第２ステータ開口部（94b）の方が第１ステータ開口部（94a）よりも軸方向の一方向側に位置する。

【0079】

軸方向の位置において、第１ステータ開口部（94a）は、ロータ通路（93）の第２ロータ開口部（93b）と同じ場所に位置する。回転軸（30）の回転時において、第２ロータ開口部（93b）が回転軸（30）とともに回転し、第２ロータ開口部（93b）が第１ステータ開口部（94a）と対向することで、ロータ通路（93）がステータ通路（94）と連通する。ステータ通路（94）は、第２ステータ開口部（94b）を通じて第２空間（S2）と連通する。

【0080】

ロータ通路（93）とステータ通路（94）とが連通することで、第１通路（Z1）を通じて流れる冷媒が、ロータ通路（93）へ流入した後、ステータ通路（94）へ送られる。その結果、ステータ通路（94）を流れる冷媒によりステータ（52）を冷却することができる。

【0081】

＜第４実施形態＞
図８および図９を参照して、圧縮機（100）の第４実施形態について説明する。第４実施形態では、ロータ通路（93）とステータ通路（94）とを連通させるための構造が第３実施形態と異なる。以下では、主に第３実施形態と異なる点を説明する。

【0082】

図８および図９に示すように、中間通路（Z2）は、ロータ溝（93c）をさらに含む。ロータ溝（93c）は、ロータ（51）の外周に設けられる。ロータ溝（93c）は、回転軸（30）の軸芯（P）を中心に環状に形成される。ロータ溝（93c）には、第２ロータ開口部（93b）が形成される。ロータ溝（93c）は、第２ロータ開口部（93b）を通じてロータ通路（93）と連通する。

【0083】

ステータ（52）の内周には、ステータ溝（94c）が設けられる。ステータ溝（94c）は、回転軸（30）の軸芯（P）を中心に環状に形成される。ステータ溝（94c）には、第１ステータ開口部（94a）が形成される。ステータ溝（94c）は、第１ステータ開口部（94a）を通じてステータ通路（94）と連通する。ステータ溝（94c）に対して径方向の内側（Q1）にはロータ溝（93c）が配置される。

【0084】

第１通路（Z1）を通じて流れる冷媒は、ロータ通路（93）へ流入すると、ロータ溝（93c）およびステータ溝（94c）を通じてステータ通路（94）へ送られる。その結果、ステータ通路（94）を流れる冷媒によりステータ（52）を冷却することができる。また、ロータ溝（93c）およびステータ溝（94c）を設けることで、ロータ通路（93）とステータ通路（94）とが連通した状態を保持できるので、ロータ通路（93）かステータ通路（94）へ冷媒を安定的に流すことができる。その結果、冷媒を安定的に流すことができるので、回転軸（30）が振動することを効果的に抑制することができる。

【0085】

以上、実施形態および変形例を説明したが、特許請求の範囲の趣旨およ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（例えば、下記（１）、および（２））。また、以上の実施形態、変形例、その他の実施形態は、本開示の対象の機能を損なわない限り、適宜組み合わせたり、置換したりしてもよい。

【0086】

＜密着構成の変形例＞
（１）上記密着構成の変形例について説明する。第１実施形態～第４実施形態において、ケーシング（10）内の空間を第１空間（S1）と第２空間（S2）とに仕切るために、ステータ（52）とケーシング（10）の内壁（10a）とが密着される（図４参照）。しかし、本発明はこれに限定されない。ステータ（52）とケーシング（10）の内壁（10a）との間に例えば金属、樹脂等で形成される隙間埋め材を配置することで、当該隙間埋め材を介してステータ（52）とケーシング（10）の内壁（10a）とを密着させて、ケーシング（10）内の空間を第１空間（S1）と第２空間（S2）とに仕切るようにしてもよい。

【0087】

＜冷媒通路の第１通路の変形例＞
（２）冷媒通路（Z）の第１通路（Z1）の変形例について説明する。第１実施形態～第４実施形態において、第１通路（Z1）は、第１連通孔（91）から第１空間（S1）内へ通じ、第１空間（S1）内においてベアリング（81a）を通過して中間通路（Z2）と連通する。しかし、本発明はこれに限定されない。ケーシング（10）の第２ケーシング部（12）に対して第１空間（S1）とケーシング（10）の外部とを連通する連通孔を形成し、第１通路（Z1）が当該連通孔から第１空間（S1）内へ通じ、第１空間（S1）内において中間通路（Z2）と連通するように構成してもよい。

【産業上の利用可能性】

【0088】

以上に説明したように、本開示は、スラスト磁気軸受のロータ、スラスト磁気軸受、および回転式流体機械について有用である。

【符号の説明】

【0089】

２０ モータ
３０ 回転軸
５０ 第１スラスト磁気軸受（スラスト磁気軸受）
５１ ロータ
９３ ロータ通路
Ｚ 冷媒通路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】