特許 7435216 モータ及び回転流体機械

(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】2024-02-13

(45)【発行日】2024-02-21

(54)【発明の名称】モータ及び回転流体機械

(51)【国際特許分類】

   H02K 9/10 20060101AFI20240214BHJP

   H02K 7/14 20060101ALI20240214BHJP

   H02K 5/20 20060101ALI20240214BHJP

   F04D 29/58 20060101ALI20240214BHJP

【ＦＩ】

H02K9/10

H02K7/14 B

H02K7/14 A

H02K5/20

F04D29/58 P

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020079395

(22)【出願日】2020-04-28

(65)【公開番号】P2021175320

(43)【公開日】2021-11-01

【審査請求日】2022-12-09

(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】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100170818

【弁理士】

【氏名又は名称】小松 秀輝

(74)【代理人】

【氏名又は名称】秋枝 真実

(72)【発明者】

【氏名】山田 達郎

(72)【発明者】

【氏名】山口 浩二

(72)【発明者】

【氏名】軸丸 武弘

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 史典

【審査官】服部 俊樹

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－０９６６１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１５９４０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５３－０５５６２１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開平０１－２５５４５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６２－１７８８００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－０１８３３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０９３２５５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｋ ９／１０

Ｈ０２Ｋ ７／１４

Ｈ０２Ｋ ５／２０

Ｆ０４Ｄ ２９／５８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転軸線まわりに回転するシャフトと、
前記シャフトに設けられ、前記回転軸線に沿って延在する冷媒流路と、
前記冷媒流路に設けられたスクリュー機構と、
前記冷媒流路から、冷媒が流入又は流出可能な連通部と、を備え、
前記冷媒流路は、
前記回転軸線に沿う軸方向における前記シャフトの一端部の外周面に設けられ、前記冷媒流路に連通する第１の開口と、
前記軸方向における前記シャフトの他端部の端面に設けられ、前記冷媒流路に連通する第２の開口と、を含み、
前記スクリュー機構は、
前記第１の開口と前記連通部との間に設けられ、第１の巻方向に巻かれた第１のスクリュー部と、
前記第２の開口と前記連通部との間に設けられ、前記第１の巻方向と反対の第２の巻方向に巻かれた第２のスクリュー部と、を含み、
前記連通部は、前記第１のスクリュー部と前記第２のスクリュー部との間に設けられ、
前記第１のスクリュー部は、前記第２のスクリュー部よりも大きい強制対流を発生可能である、
モータ。

【請求項2】

前記シャフトの外周面に固定され、前記シャフトとともに前記回転軸線まわりに回転するロータと、
前記ロータの外周面と隙間をもって向かい合う内周面を有し、前記ロータを囲むステータと、を更に備え、
前記連通部は、前記ロータの外周面から前記冷媒流路に向けて延在し、前記隙間と前記冷媒流路とを連通している、
請求項１に記載のモータ。

【請求項3】

前記第１のスクリュー部及び前記第２のスクリュー部の少なくとも一方は、前記シャフトに設けられたネジ山である、
請求項１又は２に記載のモータ。

【請求項4】

前記第１のスクリュー部及び前記第２のスクリュー部の少なくとも一方は、前記シャフトとは別体であるスクリュー部品によって構成されている、
請求項１～３のいずれか一項に記載のモータ。

【請求項5】

前記シャフトのスラスト荷重を受ける軸受を更に備える、
請求項１～４のいずれか一項に記載のモータ。

【請求項6】

前記シャフトの外周面に固定され、前記シャフトとともに前記回転軸線まわりに回転するロータと、
前記ロータの外周面と隙間をもって向かい合う内周面を有し、前記ロータを囲むステータと、
前記ロータ及び前記ステータを収容するモータハウジングと、を更に備え、
前記モータハウジングは、前記隙間と外部空間とを連通し、前記連通部である第１の連通部とは別の第２の連通部を有し、
前記隙間の雰囲気圧力は、前記外部空間の雰囲気圧力と同じ大きさである、
請求項１～５のいずれか一項に記載のモータ。

【請求項7】

請求項１～６のいずれか一項に記載のモータと、
前記シャフトにおいて前記一端部及び前記他端部のうちの少なくとも一方に設けられたインペラと、
前記インペラによって移送される流体を流通させる第１の流路と前記第１の開口に連通する第２の流路とを仕切る仕切部材と、を備える、
回転流体機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、モータ及び回転流体機械に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、回転軸と、回転軸に設けられたロータと、ロータの外周に配置されたステータと、ステータ及びロータを収容するケーシングと、を備える回転電機が記載されている。ケーシングは、金属部材から形成された略円筒状の本体ハウジングを有する。本体ハウジングの外周部には多数の放熱用フィンが形成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１４－７７８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

回転電機の動作は、熱を発生させる。この熱によって回転電機を構成する各部品の温度が上昇すると、所望の性能を発揮できなくなることが生じ得る。そこで、上記特許文献１に開示された放熱用フィン等の冷却機構が適用される。一方で、回転電機のトルク密度を増加させるためには冷却性能の更なる向上が求められる。

【0005】

本開示は、冷却性能の向上が可能なモータ及び回転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】

【0006】

本開示の一形態であるモータは、回転軸線まわりに回転するシャフトと、シャフトに設けられ、回転軸線に沿って延在する冷媒流路と、冷媒流路に設けられたスクリュー機構と、冷媒流路から、冷媒が流入又は流出可能な連通部と、を備え、冷媒流路は、回転軸線に沿う軸方向におけるシャフトの一端部に設けられ、冷媒流路に連通する第１の開口と、軸方向におけるシャフトの他端部に設けられ、冷媒流路に連通する第２の開口と、を含み、スクリュー機構は、第１の開口と連通部との間に設けられ、第１の巻方向に巻かれた第１のスクリュー部と、第２の開口と連通部との間に設けられ、第１の巻方向と反対の第２の巻方向に巻かれた第２のスクリュー部と、を含み、連通部は、第１のスクリュー部と第２のスクリュー部との間に設けられている。

【0007】

このモータにおいては、シャフトに設けられた冷媒流路と、冷媒流路に設けられたスクリュー機構とを有する。このスクリュー機構により、モータの動作時の回転を利用して、冷媒流路に強制対流を発生させることができる。また、スクリュー機構は、互いに反対の巻方向に巻かれた第１のスクリュー部及び第２のスクリュー部を含む。このため、モータの一方向の回転によって、冷媒流路には互いに対称となる２つの強制対流が発生する。この２つの強制対流による冷媒が連通部を介して流通することにより、シャフト及びロータの冷却が可能となる。したがって、冷却性能を向上させることが可能となる。

【0008】

一形態のモータは、シャフトの外周面に固定され、シャフトとともに回転軸線まわりに回転するロータと、ロータの外周面と隙間をもって向かい合う内周面を有し、ロータを囲むステータと、を更に備え、連通部は、ロータの外周面から冷媒流路に向けて延在し、隙間と冷媒流路とを連通していてもよい。この場合、冷媒流路から導入された冷媒が、連通部を介してロータとステータとの隙間を流通するので、ロータ及びステータが効率よく冷却される。したがって、冷却性能を向上させることが可能となる。

【0009】

一形態のモータにおいて、第１のスクリュー部及び第２のスクリュー部の少なくとも一方は、シャフトに設けられたネジ山であってもよい。この場合、冷媒流路を構成するシャフトの内周面の表面積がネジ山に対応して増加するので、冷媒流路における熱交換効率が上昇する。したがって、冷却性能を更に向上できる。

【0010】

一形態のモータにおいて、第１のスクリュー部及び第２のスクリュー部の少なくとも一方は、シャフトとは別体であるスクリュー部品によって構成されていてもよい。この場合、スクリュー機構を構成する各部品の汎用性を高めることができる。

【0011】

一形態のモータは、シャフトのスラスト荷重を受ける軸受を更に備えていてもよい。上述したように、このモータによれば、モータの一方向の回転によって、冷媒流路には互いに対称となる２つの強制対流が発生する。このため、第１のスクリュー部からの強制対流によるスラスト方向の外力と第２のスクリュー部からの強制対流によるスラスト方向の外力とが互いに打ち消し合うので、スラスト荷重が発生しにくい。したがって、軸受への負荷を低減できる。

【0012】

一形態のモータは、シャフトの外周面に固定され、シャフトとともに回転軸線まわりに回転するロータと、ロータの外周面と隙間をもって向かい合う内周面を有し、ロータを囲むステータと、ロータ及びステータを収容するモータハウジングと、を更に備え、モータハウジングは、隙間と外部空間とを連通し、上記連通部である第１の連通部とは別の第２の連通部を有し、隙間の雰囲気圧力は、外部空間の雰囲気圧力と同じ大きさであってもよい。このモータによれば、モータの動作時の回転を利用して強制対流を発生できるので、ロータとステータとの隙間の雰囲気圧力が外部空間の雰囲気圧力と同じ大きさである構成においても、当該隙間に冷媒を流通させ得る。したがって、例えば冷却用のファン等の装置の省略が可能となるので、モータを小型化できる。

【0013】

本開示の別の形態である回転流体機械は、上記のいずれかのモータと、シャフトにおいて一端部及び他端部のうちの一端部のみに設けられたインペラと、を備え、第１のスクリュー部は、第２のスクリュー部よりも大きい強制対流を発生可能であってもよい。この場合、インペラの動作によって、一端部には他端部よりも大きい熱が生じやすい。一方で、第１のスクリュー部が第２のスクリュー部よりも大きい強制対流を発生可能なので、一端部における冷却の程度が他端部における冷却の程度よりも大きくなる。したがって、インペラの動作による熱の偏りの程度を低減できる。

【0014】

本開示の別の形態である回転流体機械は、上記のいずれかのモータと、シャフトにおいて一端部及び他端部のうちの少なくとも一方に設けられたインペラと、インペラによって移送される流体を流通させる第１の流路と第１の開口に連通する第２の流路とを仕切る仕切部材と、を備えてもよい。この場合、インペラによって移送される流体と冷媒とが相互に影響し合うことを回避できる。

【発明の効果】

【0015】

本開示によれば、冷却性能の向上が可能なモータ及び回転流体機械を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】図１は、実施形態に係る回転流体機械の断面を概略的に示す図である。

【図2】図２は、図１の冷却機構を説明するための断面図である。

【図3】図３は、変形例に係る冷却機構を示す断面図である。

【図4】図４は、図３のリング部材を示す斜視図である。

【図5】図５は、別の変形例に係る冷却機構を示す断面図である。

【図6】図６は、図５のスクリュー部を説明するための斜視図である。

【図7】図７は、更に別の変形例に係る冷却機構を示す断面図である。

【図8】図８は、図７のシャフトを説明するための斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、図面を参照して一実施形態について説明する。なお、図面の説明においては、同一の要素同士、或いは、相当する要素同士には、互いに同一の符号を付し、重複する説明を省略する場合がある。

【0018】

図１を参照し、本実施形態に係る回転流体機械の構成について説明する。図１に示される回転流体機械１は、いわゆる高速回転機械であって、例えばモータ２を動力源として動作する電動コンプレッサである。ただし、回転流体機械１は、ブロア又は電動ターボチャージャ等であってもよく、高速回転機械以外の回転流体機械であってもよい。本実施形態において、回転流体機械１は、モータ２と、コンプレッサ３と、を備える。

【0019】

モータ２は、シャフト４と、ロータ５と、ステータ６と、モータハウジング７と、冷却機構１０（後述）と、を備える。シャフト４は、回転軸線Ａｘまわりに回転する。シャフト４は、例えば円筒状を呈しており、回転軸線Ａｘに沿って延びる内周面４１及び外周面４２を有する。言い換えると、本実施形態において、シャフト４には、回転軸線Ａｘに沿う軸方向Ａ１に沿って貫通する貫通孔が設けられている。

【0020】

ロータ５は、円筒状を呈する。ロータ５の内周面５１は、シャフト４の外周面４２に固定されている。ステータ６は、ロータ５を囲んでいる。ステータ６は、回転軸線Ａｘに沿って延びる円筒状のステータコア６１と、ステータコイル６２とを有する。ステータコア６１の内周面６３は、ロータ５の外周面５２と隙間Ｓ１を介して向かい合っている。ステータコイル６２は、ステータコア６１に巻き回された導線によって構成されている。ステータコイル６２において、ステータコア６１から軸方向Ａ１に突出した部分は、いわゆるコイルエンド６２ａ，６２ｂである。なお、軸方向Ａ１は、回転軸線Ａｘに沿った方向である。ステータ６は、ロータ５を回転させるための回転磁界を発生する。具体的には、モータ２において、ステータ６に交流電流が提供されると、ステータ６による回転磁界によってロータ５にトルクが発生する。その結果、ロータ５は、シャフト４とともに回転軸線Ａｘまわりに回転する。

【0021】

モータハウジング７は、ロータ５及びステータ６等を収容する。モータハウジング７は、例えば円筒状を呈している。モータハウジング７は、回転軸線Ａｘまわりにロータ５及びステータ６を囲む周壁７１と、軸方向Ａ１における周壁７１の一端に設けられた端壁７２と、軸方向Ａ１における周壁７１の他端に設けられた端壁７３とを有する。周壁７１には、ステータ６の外周面６４が固定されている。端壁７２，７３には、シャフト４のラジアル荷重を受けるラジアル軸受７４，７５がそれぞれ設けられている。ラジアル軸受７４は、軸方向Ａ１におけるシャフト４の一端部４３を回転可能に保持している。ラジアル軸受７５は、軸方向Ａ１におけるシャフト４の他端部４４を回転可能に保持している。ラジアル軸受７４，７５は、シャフト４の径方向Ａ２においてシャフト４を支持する。

【0022】

モータハウジング７は、シャフト４のスラスト荷重を受けるスラスト軸受７６（軸受）を更に有する。スラスト軸受７６は、例えば、端壁７２，７３のうちの一方のみに設けられている。本実施形態において、スラスト軸受７６は、端壁７２に設けられている。つまり、スラスト軸受７６は、シャフト４の一端部４３に設けられている。一例として、スラスト軸受７６は、ガス軸受等の非接触軸受である。スラスト軸受７６は、軸方向Ａ１においてシャフト４を非接触に支持する。

【0023】

また、モータハウジング７は、隙間Ｓ１と外部空間Ｓ２とを連通する少なくとも１つの連通部７７（第２の連通部）を有している。本実施形態において、モータハウジング７は、複数の連通部７７を有する。複数の連通部７７は、例えば端壁７３にそれぞれ設けられた連通孔である。ただし、周壁７１に連通部７７が設けられていてもよく、端壁７２に連通部７７が設けられていてもよい。また、連通部７７には、例えばファン等の送風機は設けられていない。本実施形態において、隙間Ｓ１の雰囲気圧力は、外部空間Ｓ２の雰囲気圧力と同じ大きさである。なお、本明細書において「同じ」とは、完全に一致している場合だけでなく、完全に一致している場合と同様な効果が奏され得る程度に僅かな差がある場合を含む。後述する冷却機構１０は、複数の連通部７７を介して冷媒を流通させ、ロータ５及びステータ６を冷却する。

【0024】

コンプレッサ３は、インペラ８と、インペラハウジング９と、を備える。本実施形態において、コンプレッサ３は、軸方向Ａ１におけるモータ２の片側のみに設けられている。インペラ８は、シャフト４において一端部４３及び他端部４４のうちの一方のみに設けられている。本実施形態において、インペラ８は、シャフト４の一端部４３に設けられている。言い換えると、インペラ８は、シャフト４の他端部４４には設けられていない。インペラ８は、シャフト４の回転に伴う回転軸線Ａｘまわりの回転によって流体をインペラハウジング９の流路９１（第１の流路）に移送（圧送）する。

【0025】

インペラハウジング９は、インペラ８を収容する。また、インペラハウジング９は、インペラ８によって移送される流体を流通させる流路９１を構成している。インペラハウジング９は、軸方向Ａ１に沿ってモータハウジング７と隣接している。インペラハウジング９は、モータハウジング７の端壁７２と向かい合う端壁９２（仕切部材）を有する。端壁９２には、外部空間Ｓ２に連通する流路９３（第２の流路）が設けられている。図１に示されるように、流路９３は、端壁９２によって流路９１とは仕切られている。

【0026】

次に、図２を参照し、冷却機構１０について説明する。冷却機構１０は、冷媒を用いてロータ５及びステータ６を冷却する。本実施形態において、冷媒は、例えば空気等の気体である。ただし、冷媒は、オイル等の液体であってもよい。冷却機構１０は、モータ２を構成する各部品によって構成されている。冷却機構１０は、冷媒を流通させる冷媒流路１１及び連通部１２（第１の連通部）と、スクリュー機構１３と、を有する。冷媒流路１１は、一部品としてのシャフト４に設けられた貫通孔によって構成されている。冷媒流路１１は、を回転軸線Ａｘに沿って延在する。冷媒流路１１は、シャフト４の一端部４３に設けられた開口１１ａ（第１の開口）と、シャフト４の他端部４４に設けられた開口１１ｂ（第２の開口）と、を有する。開口１１ａは、インペラハウジング９の端壁９２に設けられた流路９３（図１参照）に連通している。開口１１ａは、流路９３を介して外部空間Ｓ２に連通している。開口１１ｂは、例えば、外部空間Ｓ２に直接連通している。

【0027】

連通部１２は、冷媒流路１１から、冷媒が流入又は流出可能に構成されている。具体的には、連通部１２は、ロータ５の外周面５２から冷媒流路１１に向けて延在し、隙間Ｓ１と冷媒流路１１とを連通している。本実施形態において、冷却機構１０は、シャフト４の周方向に沿って並ぶ複数の連通部１２を有している。複数の連通部１２は、開口１１ａ，１１ｂの間において冷媒流路１１にそれぞれ連通している。例えば、軸方向Ａ１における冷媒流路１１の中央部に、複数の連通部１２がそれぞれ連通している。言い換えると、連通部１２と開口１１ａとの距離は、連通部１２と開口１１ｂとの距離と同じである。本実施形態における各連通部１２は、シャフト４及びロータ５に設けられ、軸方向Ａ１に交差する方向に沿って延在する連通孔によって構成されている。具体的には、ロータ５は、シャフト４の外周面４２上にこの順で重ねられた１つのロータコア５３、１つの磁石５４、及び１つのアーマリング５５によって構成されている。連通部１２は、径方向Ａ２に沿ってアーマリング５５、磁石５４、ロータコア５３、及びシャフト４をそれぞれ貫通して冷媒流路１１に至る連通孔によって構成されている。

【0028】

ただし、連通部１２は、軸方向Ａ１における冷媒流路１１の中央部以外に連通していてもよい。例えば、連通部１２と開口１１ａとの距離は、連通部１２と開口１１ｂとの距離よりも大きくてもよい。あるいは、連通部１２と開口１１ａとの距離は、連通部１２と開口１１ｂとの距離よりも小さくてもよい。連通部１２は、シャフト４のうち、ロータ５が固定されていない領域に設けられていてもよい。また、連通部１２は、軸方向Ａ１及び径方向Ａ２の両方に交差する方向に沿って延在していてもよい。冷却機構１０は、１つの連通部１２のみを有していてもよい。冷却機構１０は、軸方向Ａ１における互いに異なる位置にて冷媒流路１１に連通する複数の連通部１２を有していてもよい。冷却機構１０は、互いに異なる向きに延在する複数の連通部１２を有していてもよい。

【0029】

スクリュー機構１３は、冷媒流路１１に設けられている。スクリュー機構１３は、モータ２の動作時の回転によって冷媒流路１１に強制対流を発生させる。スクリュー機構１３は、スクリュー部１３ａ（第１のスクリュー部）とスクリュー部１３ｂ（第２のスクリュー部）とを有する。スクリュー部１３ａは、開口１１ａと連通部１２との間における冷媒流路１１の一部の領域に設けられている。シャフト４の一端部４３側におけるスクリュー部１３ａの端部（スクリュー部１３ａの始端）は、開口１１ａに近接している。スクリュー部１３ｂは、開口１１ｂと連通部１２との間における冷媒流路１１の一部の領域に設けられている。シャフト４の他端部４４側におけるスクリュー部１３ｂの端部（スクリュー部１３ｂの始端）は、開口１１ｂに近接している。スクリュー部１３ａ，１３ｂは、軸方向Ａ１において連通部１２を介して隣り合っている。本実施形態において、スクリュー部１３ａ，１３ｂの間におけるシャフト４の内周面は、滑らかな曲面である。

【0030】

ただし、スクリュー部１３ａは、開口１１ａと連通部１２との間における冷媒流路１１の全部の領域に設けられていてもよく、スクリュー部１３ｂは、開口１１ｂと連通部１２との間における冷媒流路１１の全部の領域に設けられていてもよい。スクリュー部１３ａ，１３ｂは、互いに接していてもよい。スクリュー部１３ａの始端は、開口１１ａから離間した位置であってもよく、スクリュー部１３ｂの始端は、開口１１ｂから離間した位置であってもよい。

【0031】

スクリュー部１３ａは、第１の巻方向に巻かれた螺旋状のスクリュー部分である。第１の巻方向は、例えば、インペラ８の回転方向が左回転である場合の右巻方向である。なお、インペラ８の回転方向は、シャフト４の一端部４３から軸方向Ａ１に沿って見たときのシャフト４の回転方向である。スクリュー部１３ａの巻方向についても、シャフト４の一端部４３から他端部４４に沿ってみた基準での巻方向である。これにより、モータ２の動作時にシャフト４が回転すると、スクリュー部１３ａは、開口１１ａから連通部１２に向かう強制対流を発生させる。

【0032】

スクリュー部１３ｂは、第２の巻方向に巻かれた螺旋状のスクリュー部分である。第２の巻方向は、第１の巻方向と反対の巻方向である。つまり、インペラ８の回転方向が左回転である場合の左巻方向である。これにより、モータ２の動作時にシャフト４が回転すると、スクリュー部１３ｂは、開口１１ｂから連通部１２に向かう強制対流と発生させる。言い換えると、スクリュー部１３ａ，１３ｂは、軸方向Ａ１に沿って互いに反対向きの強制対流を発生させる。

【0033】

本実施形態において、スクリュー部１３ａ，１３ｂは、冷媒流路１１に設けられたネジ山によって構成されている。具体的には、スクリュー部１３ａは、シャフト４の内周面４１に沿って右巻に延在するネジ山であり、スクリュー部１３ｂは、シャフト４の内周面４１に沿って左巻に延在するネジ山である。スクリュー部１３ａ，１３ｂとしてのネジ山は、シャフト４の内周面４１を溝掘り加工することによって形成されている。本実施形態においては、スクリュー部１３ａを構成するネジ山の高さとスクリュー部１３ｂを構成するネジ山の高さとは互いに同じである。また、スクリュー部１３ａを構成するネジ山のネジピッチとスクリュー部１３ｂを構成するネジ山のネジピッチとは互いに同じである。

【0034】

スクリュー部１３ａは、スクリュー部１３ｂよりも大きい強制対流を発生可能である。具体的には、スクリュー部１３ａとしてのネジ山の軸方向Ａ１に沿った長さＬ１は、スクリュー部１３ｂとしてのネジ山の軸方向Ａ１に沿った長さＬ２よりも大きい。長さＬ１，Ｌ２は、それぞれ、モータ２の回転速度に応じて所望の強制対流を発生可能な長さである。この構成により、本実施形態におけるスクリュー部１３ａがスクリュー部１３ｂよりも大きい強制対流を発生可能である。

【0035】

ただし、スクリュー部１３ａとしてのネジ山の高さがスクリュー部１３ｂとしてのネジ山の高さよりも大きいことにより、スクリュー部１３ａがスクリュー部１３ｂよりも大きい強制対流を発生可能であってもよい。あるいは、スクリュー部１３ａとしてのネジ山のネジピッチがスクリュー部１３ｂとしてのネジ山のネジピッチよりも小さいことにより、スクリュー部１３ａがスクリュー部１３ｂよりも大きい強制対流を発生可能であってもよい。

【0036】

次に、図１及び図２を併せて参照し、冷媒の流れについて説明する。モータ２の動作時の回転によってシャフト４が回転軸線Ａｘまわりに回転すると、スクリュー機構１３によって冷媒流路に強制対流が発生する。具体的には、スクリュー部１３ａ，１３ｂによって互いに対称となる２つの強制対流が発生する。例えば、スクリュー部１３ａによって開口１１ａから連通部１２に向かう強制対流が発生し、スクリュー部１３ｂによって開口１１ａ，１１ｂｂから連通部１２に向かう強制対流が発生する。これらの強制対流により、外部空間Ｓ２から冷媒流路１１に冷媒が流れ込む。また、冷媒流路１１においては、冷媒は連通部１２に向けて流れるとともに、当該連通部１２を介してロータ５とステータ６との隙間Ｓ１まで流れ込む。隙間Ｓ１を通過した冷媒は、モータハウジング７内のエアギャップを通り、連通部７７を介して外部空間Ｓ２に排出される。冷媒は、以上のような流れによってモータ２における各部品との熱交換を行う。具体的には、冷媒は、冷媒流路１１においてシャフト４と熱交換を行い、連通部１２においてシャフト４及びロータ５と熱交換を行い、隙間Ｓ１においてロータ５及びステータ６と熱交換を行う。冷却機構１０は、このように冷媒を用いてロータ５及びステータ６を冷却する。

【0037】

以上説明したモータ２及び回転流体機械１の作用効果について説明する。本実施形態に係るモータ２においては、冷却機構１０が、シャフト４に設けられた冷媒流路１１と、冷媒流路１１に設けられたスクリュー機構１３とを有する。このスクリュー機構１３により、モータ２の動作時の回転を利用して、冷媒流路１１に強制対流を発生できる。また、スクリュー機構１３は、互いに反対の巻方向に巻かれたスクリュー部１３ａ，１３ｂを含む。このため、モータ２の一方向の回転によって、冷媒流路１１には互いに対称となる２つの強制対流が発生し、この２つの強制対流による冷媒が連通部１２を介して流通する。この２つの強制対流による冷媒の流れにより、シャフト４及びロータ５の冷却が可能となる。したがって、冷却性能を向上させることが可能となる。

【0038】

また、モータ２は、シャフト４の外周面４２に固定され、シャフト４とともに回転軸線Ａｘまわりに回転するロータ５と、ロータ５の外周面５２と隙間Ｓ１をもって向かい合う内周面６３を有し、ロータ５を囲むステータ６と、を更に備え、連通部１２は、ロータ５の外周面５２から冷媒流路１１に向けて延在し、隙間Ｓ１と冷媒流路１１とを連通している。この構成によれば、冷媒流路１１から導入された冷媒が、連通部１２を介してロータ５とステータ６との隙間Ｓ１を流通するのでロータ５及びステータ６が効率よく冷却される。ここで、ロータ５の外周面５２及びステータ６の内周面６３は、特に損失が大きくなりやすい部分である。このモータ２においては、この隙間Ｓ１に冷媒を流通させるので、特に損失が大きくなりやすい部分を重点的に冷却できる。したがって、冷却性能を向上させることが可能となる。その結果、モータ２のトルク密度を増加できる。

【0039】

ところで、比較例に係るモータとして、冷却のためのファンが外付けされたモータが挙げられる。しかしながら、このようなモータにおいては、ファンによる大型化、及び、ファンの設置に伴うコストの上昇等の問題があった。これに対し、上記実施形態に係るモータ２によれば、モータ２の動作時の回転を利用してロータ５及びステータ６を冷却できる。これにより、冷却のためのファン等の送風機が省略されるので、モータ２の大型化が抑制されるとともに、ファンの設置に要するコストの上昇を回避できる。ただし、本開示は追加の冷却機構を設けることを排除するものではない。例えば、更なる冷却性能の向上などの要求から、外付ファンを設けてもよい。

【0040】

別の比較例に係るモータとして、シャフトの内部又はロータの内部に軸方向Ａ１に沿って延在する冷媒流路のみが設けられたモータが挙げられる。このモータにおいては、冷媒が冷媒流路を一方向に流通するので、冷媒が流通する一方向からの外力が特に大きくなりやすい。これにより、シャフトに大きいスラスト荷重が発生し、軸受へ負荷が増大し得る。これに対し、上記実施形態に係るモータ２においては、互いに反対の巻方向に巻かれたスクリュー部１３ａ，１３ｂによって冷媒流路１１に互いに対称となる２つの強制対流が発生するので、軸方向Ａ１に沿った二方向からの負荷が互いに相殺し合う。したがって、スラスト荷重を発生しにくくできる。なお、２つの強制対流が対称とならなくても、二方向からの負荷の一部が相殺し合い、スラスト荷重を低減することができる。

【0041】

モータ２において、スクリュー部１３ａ，１３ｂは、シャフト４に設けられたネジ山である。この構成により、冷媒流路１１を構成するシャフト４の内周面４１の表面積がネジ山に対応して増加するので、スクリュー部１３ａ，１３ｂがヒートシンクとしても機能し、冷媒流路１１における熱交換効率が上昇する。したがって、冷却性能を更に向上できる。さらに、シャフト４の内周面４１を溝掘り加工するだけでスクリュー部１３ａ，１３ｂを設けることができるので、スクリュー部１３ａ，１３ｂを形成しやすい。

【0042】

モータ２は、シャフト４のスラスト荷重を受けるスラスト軸受７６を更に備えている。上述したように、モータ２によれば、モータ２の一方向の回転によって、冷媒流路１１には互いに対称となる２つの強制対流が発生する。このため、スクリュー部１３ａからの強制対流によるスラスト方向の外力とスクリュー部１３ｂからの強制対流によるスラスト方向の外力とが互いに打ち消し合うので、スラスト荷重が発生しにくい。したがって、スラスト軸受７６への負荷を十分に低減できる。

【0043】

モータ２は、ロータ５及びステータ６を収容するモータハウジング７を更に備え、モータハウジング７は、隙間Ｓ１と外部空間Ｓ２とを連通する連通部７７を有し、隙間Ｓ１の雰囲気圧力は、外部空間Ｓ２の雰囲気圧力と同じ大きさである。このモータ２によれば、モータ２の動作時の回転を利用して強制対流を発生できるので、ロータ５とステータ６との隙間Ｓ１の雰囲気圧力が外部空間Ｓ２の雰囲気圧力と同じ大きさである構成においても、当該隙間Ｓ１に冷媒を流通させ得る。したがって、冷却用のファン等の装置の省略が可能となるので、モータ２を小型化できる。ただし、本開示は追加の冷却機構を設けることを排除するものではない。例えば、更なる冷却性能の向上などの要求から、冷却用のファンを設けてもよい。

【0044】

モータ２において、冷却機構１０は、空気等の気体を冷媒として用いてロータ５及びステータ６を冷却する。この構成によれば、例えば、オイル等の液体を冷媒として用いる場合と比較してメンテナンスの手間を省略できる。ただし、本開示はオイル等の液体を冷媒として用いることを排除するものではない。

【0045】

上記実施形態に係る回転流体機械１は、上記のモータ２と、シャフト４において一端部４３及び他端部４４のうちの一端部４３のみに設けられたインペラ８と、を備え、スクリュー部１３ａは、スクリュー部１３ｂよりも大きい強制対流を発生可能である。この構成においては、インペラ８の動作によって、一端部４３には他端部４４よりも大きい熱が生じやすい。一方で、スクリュー部１３ａがスクリュー部１３ｂよりも大きい強制対流を発生可能なので、一端部４３における冷却の程度が他端部４４における冷却の程度よりも大きくなる。したがって、インペラ８の動作による熱の偏りの程度を低減できる。

【0046】

回転流体機械１は、上記のモータ２と、シャフト４の一端部４３に設けられたインペラ８と、インペラ８によって移送される流体を流通させる流路９１と開口１１ａに連通する流路９３とを仕切る端壁９２と、を備えている。この構成により、インペラ８によって移送される流体と冷媒とが相互に影響し合うことを回避できる。

【0047】

本開示は、上記実施形態に限定されず、本開示の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

【0048】

例えば、上記実施形態において、スクリュー部１３ａ，１３ｂの巻方向を相互に入れ替えてもよい。例えば、スクリュー部１３ａが左巻方向に巻かれており、スクリュー部１３ｂが右巻方向に巻かれていてもよい。また、インペラ８の回転方向と第１の巻方向及び第２の巻方向との関係も任意である。例えば、インペラ８の回転方向が右回転である場合に、第１の巻方向が右巻方向であって第２の巻方向が左巻方向であってもよい。この場合、モータ２の動作時にシャフト４が回転すると、スクリュー部１３ａが連通部１２から開口１１ａに向かう強制対流を発生させ、スクリュー部１３ｂが連通部１２から開口１１ａに向かう強制対流を発生させる。

【0049】

また、上記実施形態においては、冷却機構１０がシャフト４及びロータ５によって構成されていたが、この構成に限定されない。図３～図８は、変形例に係る冷却機構を説明するための図である。例えば、図３に示される冷却機構１０Ａにおいては、シャフト４に代えてシャフト４Ａが適用され、ロータ５に代えてロータ５Ａが適用されている。シャフト４Ａは、円筒状の２つのシャフト部材４５Ａ，４６Ａと、リング部材４７Ａ，４８Ａと、を備える。図４に示されるように、リング部材４７Ａ，４８Ａには、径方向Ａ２に沿って貫通する複数の孔４９Ａが設けられている。

【0050】

図３に示されるシャフト４Ａは、軸方向Ａ１に沿って、シャフト部材４５Ａ、リング部材４７Ａ、シャフト部材４６Ａ、及びリング部材４８Ａをこの順で固定することによって、上記実施形態に係るシャフト４と同じ寸法及び形状に構成されている。シャフト部材４５Ａ、リング部材４７Ａ、シャフト部材４５Ａ、及びリング部材４８Ａは、例えば溶接等によって互いに固定され、一体化されている。ロータ５Ａは、軸方向Ａ１に沿って並ぶ２つのロータ部材５６Ａを備える。各ロータ部材５６Ａは、軸方向Ａ１における長さがロータ５よりも小さい。軸方向Ａ１における各ロータ部材５６Ａの長さは、例えば軸方向Ａ１におけるロータ５の長さの約半分である。２つのロータ部材５６Ａは、それぞれ、シャフト４Ａの外周面４２上にこの順で重ねられたロータコア５３Ａ、磁石５４Ａ、及びアーマリング５５Ａによって構成されている。２つのロータ部材５６Ａは、外周面４２上においてリング部材４７Ａを挟むように配置される。

【0051】

冷却機構１０Ａにおいて、冷媒流路１１は、シャフト部材４５Ａ、リング部材４７Ａ、シャフト部材４６Ａ、及びリング部材４８Ａを含む複数の部品に亘って貫通する貫通孔によって構成されている。また、冷却機構１０Ａにおいて、連通部１２は、２つのロータ部材５６Ａによって画成される空間及びリング部材４７Ａの孔４９Ａによって構成されている。この構成によっても、冷媒流路１１において発生した２つの強制対流による冷媒が、連通部１２を介してロータ５Ａとステータ６との隙間Ｓ１を流通するので、ロータ５Ａ及びステータ６が効率よく冷却される。したがって、冷却性能を向上させることが可能となる。

【0052】

図５に示される冷却機構１０Ｂは、スクリュー機構１３に代えてスクリュー機構１３Ｂを備えている。スクリュー機構１３Ｂは、スクリュー部１３ａに代えてスクリュー部１３ｃを有するとともに、スクリュー部１３ｂに代えてスクリュー部１３ｄを有する。冷却機構１０Ｂにおいては、シャフト４に代えて平坦な内周面４１を有するシャフト４Ｂが適用されている。スクリュー部１３ｃ，１３ｄは、シャフト４Ｂとは別体であるスクリュー部品によって構成されている。スクリュー部１３ｃ，１３ｄは、例えば溶接等によってシャフト４Ｂの内周面４１に固定されている。スクリュー部１３ｃ，１３ｄとしてのスクリュー部品は、例えば図６（ａ）に示される金属製の平板１４をひねり曲げ加工することによって形成されている。図６（ｂ）は、ひねり曲げ加工後のスクリュー部１３ｃを示している。

【0053】

図７に示される冷却機構１０Ｃは、スクリュー機構１３に代えてスクリュー機構１３Ｃを備えている。スクリュー機構１３Ｃは、スクリュー部１３ａに代えてスクリュー部１３ｅを有するとともに、スクリュー部１３ｂに代えてスクリュー部１３ｆを有する。冷却機構１０Ｃにおいては、シャフト４に代えてシャフト４Ｃが適用されている。スクリュー部１３ｄ，１３ｆは、シャフト４Ｃとは別体のスクリュー部品であって、例えばコイルバネである。

【0054】

シャフト４Ｃは、円筒状の２つの外筒部材４５Ｃ，４６Ｃと、円筒状の１つの内筒部材４７Ｃと、を備える。外筒部材４５Ｃの一方の端部には、回転軸線Ａｘに向けて突出するフランジ部４５ｆが設けられている。同様に、外筒部材４６Ｃの一方の端部には、回転軸線Ａｘに向けて突出するフランジ部４６ｆが設けられている。外筒部材４５Ｃ，４６Ｃの他方の端部には、フランジ部４５ｆ，４６ｆが設けられていない。外筒部材４５Ｃ、４６Ｃの他方の端部同士は、間隔をおいて向かい合っている。

【0055】

内筒部材４７Ｃは、外筒部材４５Ｃ，４６Ｃの内径と同じ外径を有する。内筒部材４７Ｃの一部は外筒部材４５Ｃの内部に配置され、内筒部材４７Ｃの別の一部は外筒部材４６Ｃの内部に配置されている。軸方向Ａ１における内筒部材４７Ｃの中間部には、外筒部材４５Ｃ，４６Ｃの間を介してロータ５の連通孔に連通する孔４８Ｃが設けられている。また、一方の外筒部材４６Ｃには、コンプレッサ３の流路９３（図１参照）に連通する孔４９Ｃが設けられている。

【0056】

シャフト４Ｃは、外筒部材４５Ｃ、４６Ｃの内部に内筒部材４７Ｃを固定することによって構成されている。スクリュー部１３ｄ，１３ｆは、外筒部材４５Ｃ，４６Ｃのフランジ部４５ｆ，４６ｆと内筒部材４７Ｃとの間に画成された空間にそれぞれ配置されることにより、シャフト４Ｃに固定されている。

【0057】

図８に示されるように、外筒部材４５Ｃ，４６Ｃの内周面にはネジ部５０ａ（例えばネジ溝）が設けられ、内筒部材４７Ｃの外周面にはネジ部５０ｂ（例えばネジ山）が設けられている。このネジ部５０ａ，５０ｂ同士の締結によって外筒部材４５Ｃ，４６Ｃと内筒部材４７Ｃとが互いに固定され、一体化されている。外筒部材４５Ｃ，４６Ｃ、及び内筒部材４７Ｃは、例えば配管継手部品である。

【0058】

冷却機構１０Ｂ，１０Ｃによっても、冷媒流路１１において発生した２つの強制対流による冷媒が、連通部１２を介してロータ５とステータ６との隙間Ｓ１を流通するので、ロータ５及びステータ６が効率よく冷却される。したがって、冷却性能を向上させることが可能となる。さらに、冷却機構１０Ｂ，１０Ｃによれば、スクリュー機構１３Ｂ，１３Ｃ及びシャフト４Ｂ，４Ｃを構成する各部品の汎用性を高めることができる。

【0059】

上記実施形態において、コンプレッサ３は、軸方向Ａ１におけるモータ２の片側のみに設けられていたが、軸方向Ａ１におけるモータ２の両側にコンプレッサ３が設けられていてもよい。スクリュー部１３ａ，１３ｂ、スクリュー部１３ｃ，１３ｄ、及びスクリュー部１３ｅ，１３ｆは、それぞれ互いに同じ大きさの強制対流を発生可能であってもよい。上記実施形態及び変形例の各構成が相互に組み合わされて適用されてもよい。例えば、スクリュー機構は、ネジ山によって構成されたスクリュー部とシャフトとは別体であるスクリュー部品によって構成されたスクリュー部との両方を有していてもよい。

【0060】

また、上記実施形態においては、スラスト軸受７６を、ガス軸受等の非接触軸受としていたが、接触して支持するタイプのスラスト軸受を用いてもよい。

【符号の説明】

【0061】

１ 回転流体機械
２ モータ
３ コンプレッサ
４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ シャフト
５，５Ａ ロータ
６ ステータ
７ モータハウジング
８ インペラ
９ インペラハウジング（仕切部材）
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ 冷却機構
１１ 冷媒流路
１１ａ 開口（第１の開口）
１１ｂ 開口（第２の開口）
１２ 連通部（第１の連通部）
１３，１３Ｂ，１３Ｃ スクリュー機構
１３ａ，１３ｃ，１３ｅ スクリュー部（第１のスクリュー部）
１３ｂ，１３ｄ，１３ｆ スクリュー部（第２のスクリュー部）
１４ 平板
４１ 内周面
４２ 外周面
４３ 一端部
４４ 他端部
４５Ａ，４６Ａ シャフト部材
４５Ｃ，４６Ｃ 外筒部材
４５ｆ フランジ部
４５ｓ，４６ｓ ネジ部
４７Ｃ 内筒部材
４７Ａ，４８Ａ リング部材
４８Ｃ，４９Ａ，４９Ｃ 孔
５０ａ，５０ｂ…ネジ部
５１ 内周面
５２ 外周面
５３，５３Ａ ロータコア
５４，５４Ａ 磁石
５５ アーマリング
５６Ａ ロータ部材
６１ ステータコア
６２ ステータコイル
６２ａ，６２ｂ コイルエンド
６３ 内周面
６４ 外周面
７１ 周壁
７２，７３ 端壁
７４，７５ ラジアル軸受
７６ スラスト軸受（軸受）
７７ 連通部（第２の連通部）
９１ 流路（第１の流路）
９２ 端壁（仕切部材）
９３ 流路（第２の流路）
Ａｘ…回転軸線
Ａ１ 軸方向
Ａ２ 径方向
Ｌ１，Ｌ２ 長さ
Ｓ１ 隙間
Ｓ２ 外部空間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】