JP7185152B2 - ステータコアの固定構造、遠心式圧縮機、及び固定方法 - Google Patents
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Description
図1に示すように、遠心式圧縮機(10)は、電動機(20)と、インペラ(30)と、ラジアル磁気軸受(40)と、スラスト磁気軸受(50)と、タッチダウン軸受(81)と、ハウジング(60)とを備える。ラジアル磁気軸受(40)、及びスラスト磁気軸受(50)の各々は、本発明の磁気軸受の一例である。
図1及び図2を参照して、ステータコア(70)の固定構造の第1実施形態であるステータコア(70)の固定構造(100)について説明する。図2は、ステータコア(70)の固定構造(100)の切断端面図である。
以上のように、ステータコア(70)の複数の外周面部の各々は、ハウジング(60)の複数の内周面部のうち対応する内周面部と接触する。これにより、ハウジング(60)内へのステータコア(70)の挿入時において、ステータコア(70)をハウジング(60)内で移動させている初期段階(図7(a)に示すように、軸方向(D)の位置において、ステータコア(70)の第1ステータコア端部(71A)が、ハウジング(60)の第1内周面部(61)まで到達しておらず、第2ハウジング端部(62A)と第1ハウジング端部(61A)との間に位置する段階)ではステータコア(70)の第1外周面部(71)とハウジング(60)の第2内周面部(62)との間に隙間ができるので、ステータコア(70)の外周面とハウジング(60)の内周面とをより確実に非接触の状態にできる。さらに、ステータコア(70)をハウジング(60)内に挿入する際、ステータコア(70)とハウジング(60)との対向時間を低減できる。対向時間は、ハウジング(60)が冷却されてステータコア(70)が固定されている状態のときに接触するハウジング(60)の内周面とステータコア(70)の外周面とが、ハウジング(60)内へのステータコア(70)の挿入時において、対向している時間を示す。第1実施形態では、ハウジング(60)の内周面及びステータコア(70)の外周面の各々に段差構造を設けることで、初期段階では、固定時に接触する第1内周面部(61)と第1外周面部(71)の一部(71a)とが対向しない状態(具体的には、第1外周面部(71)の一部(71a)が第2内周面部(62)と対向する状態)となり、初期段階以降の段階から対向するようになるので、第1内周面部(61)と第1外周面部(71)の一部(71a)との対向時間を低減できる。これによると、ステータコア(70)をハウジング(60)に焼き嵌めにより固定する際、ステータコア(70)をハウジング(60)内に移動させている初期段階(対向時間よりも前の段階)ではハウジング(60)を熱膨張させておく必要がないので、ハウジング(60)を熱膨張させておかなければならない時間を短くすることできる。その結果、ステータコア(70)をハウジング(60)に挿入する作業の途中で、熱膨張させていたハウジングが時間の経過による温度低下等により元の形状に収縮して、ステータコア(70)がハウジング(60)の内周面つかえることを抑制できる。その結果、ステータコア(70)をハウジング(60)に固定する固定作業の作業性を向上させることができる。
図3を参照して、ステータコア(70)の固定構造の第2実施形態であるステータコア(70)の固定構造(200)について説明する。図3は、ステータコア(70)の固定構造(200)の切断端面図である。
以上のように、ハウジング(60)の内周面には突出部(6A)が形成される。これにより、ステータコア(70)をハウジング(60)内に挿入する際、ステータコア(70)が突出部(6A)に接触することで、作業者は挿入作業が完了したことを容易に確認できる。その結果、ステータコア(70)をハウジング(60)に固定する固定作業の作業性を向上させることができる。
図4(a)を参照して、ステータコア(70)の固定構造の第3実施形態であるステータコア(70)の固定構造(300)について説明する。図4(a)は、ステータコア(70)の固定構造(300)の切断端面図である。
作業者は、ステータコア(70)をハウジング(60)に挿入する際、軸方向(D)の位置において、ステータコア(70)の端面(7B)と、ハウジング(60)の端面(6B)とが同じであることを目視で確認すると、ステータコア(70)の挿入作業が完了したと判断できる。その結果、作業者は、ステータコア(70)の挿入作業が完了したか否かを容易に判断できる。
図4(b)を参照して、ステータコア(70)の固定構造の第3実施形態の変形例であるステータコア(70)の固定構造(310)について説明する。図4(b)は、ステータコア(70)の固定構造(310)の切断端面図である。
作業者は、ステータコア(70)をハウジング(60)に挿入する際、ステータコア(70)の端面(7B)がハウジング(60)の端面(6B)よりもハウジング(60)の奥側に位置していることを目視で確認すると、ステータコア(70)の挿入作業が完了したと判断できる。その結果、作業者は、ステータコア(70)の挿入作業が完了したか否かを容易に判断できる。
図5を参照して、ステータコア(70)の固定構造の第4実施形態であるステータコア(70)の固定構造(400)について説明する。図5は、ステータコア(70)の固定構造(400)の切断端面図である。
以上のように、ステータコア段差部(70a)とハウジング段差部(60a)とが接触する。これにより、ステータコア(70)とハウジング(60)との接触面積を増大させて、ステータコア(70)をハウジング(60)により効果的に保持することができる。
図6~図7(b)を参照して、ステータコア(70)の固定構造の第5実施形態であるステータコア(70)の固定構造(500)について説明する。図6は、ステータコア(70)の固定構造(500)の切断端面図である。図7(a)及び図7(b)は、ハウジング(60)内にステータコア(70)を挿入する手順を示す図である。
図6に示すように、ステータコア(70)の固定構造(500)において、C1>H2が成り立つ。これにより、図7(a)及び図7(b)に示すように、ハウジング(60)に対するステータコア(70)の固定時において、ステータコア(70)を軸方向(D)の一方向側(D1)に移動させて、ハウジング(60)内にステータコア(70)を挿入する際に、まず、第1ステータコア端部(71A)が第1ハウジング端部(61A)に接触し、次に、第2ステータコア端部(72A)が第2ハウジング端部(62A)に接触する。これにより、ステータコア(70)をハウジング(60)内に挿入する際、第1ステータコア端部(71A)を第1ハウジング端部(61A)に接触させて、ハウジング(60)に対するステータコア(70)の傾きを抑制させた状態にして、ステータコア(70)をハウジング(60)内に安定的に挿入できる。
図8を参照して、ステータコア(70)の固定構造の第6実施形態であるステータコア(70)の固定構造(600)について説明する。図8は、ステータコア(70)の固定構造(600)の切断端面図である。
以上のように構成することで、ハウジング(60)内にステータコア(70)を移動させている初期段階では、ハウジング(60)とステータコア(70)とを効果的に非接触の状態にでき、さらに、ステータコア(70)をハウジング(60)内に挿入する際、固定時に接触するステータコア(70)の外周面とハウジング(60)の内周面との対向時間を効果的に低減できるので、ハウジング(60)を熱膨張させる時間を短縮できる。
図9を参照して、ステータコア(70)の固定構造の第7実施形態であるステータコア(70)の固定構造(700)について説明する。図9は、ステータコア(70)の固定構造(700)の切断端面図である。
以上のように、ステータコア(70)の固定構造(700)は、ハウジング(60)の内周面に形成され、ステータコア(70)の外周面と非接触の凹部(6C)を含む。これにより、ステータコア(70)とハウジング(60)との接触面積を低減させることができる。さらに、ステータコア(70)をハウジング(60)内に挿入する際、固定時に接触するステータコア(70)の外周面とハウジング(60)の内周面との対向時間を低減させることができるので、ハウジング(60)を熱膨張させる時間を短縮できる。
6B 端面
7A 端部
7B 端面
10 遠心式圧縮機
20 電動機
40 ラジアル磁気軸受
50 スラスト磁気軸受
60 ハウジング
60a ハウジング段差部
61 第1内周面部
62 第2内周面部
70 ステータコア
70a ステータコア段差部
71 第1外周面部
72 第2外周面部
D 軸方向
D1 一方向側
D2 他方向側
100、200、300、400、500、600、700 ステータコアの固定構造
310 ステータコアの固定構造の変形例
Claims (20)
- ハウジング(60)に固定されるステータコア(70)の固定構造であって、
前記ステータコア(70)の外周面に含まれ、互いに異なる外径を有する複数の外周面部と、
前記ハウジング(60)の内周面に含まれ、互いに異なる内径を有する複数の内周面部と、
前記ステータコア(70)の外周面に形成されるステータコア段差部(70a)と、
前記ハウジング(60)の内周面に形成されるハウジング段差部(60a)と
を備え、
前記複数の外周面部は、それぞれ、前記複数の内周面部と対応し、
前記複数の外周面部の各々は、前記複数の内周面部のうち対応する内周面部と接触し、
前記複数の外周面部のうち隣り合う外周面部の間には、前記ステータコア段差部(70a)が位置し、
前記複数の内周面部のうち隣り合う内周面部の間には、前記ハウジング段差部(60a)が位置し、
前記ハウジング(60)の前記複数の内周面部は、第1内周面部(61)と、前記第1内周面部(61)と前記ステータコア(70)の軸方向(D)に並ぶ第2内周面部(62)とを含み、第1内周面部(61)の内径は、第2内周面部(62)の内径よりも小さく、
前記ステータコア(70)の前記複数の外周面部は、第1外周面部(71)と、前記第1外周面部(71)と前記軸方向(D)に並ぶ第2外周面部(72)とを含み、第1外周面部(71)の外径は、第2外周面部(72)の外径よりも小さく、
前記第1外周面部(71)のうちの一部(71a)は前記第1内周面部(61)と接触し、
前記第1外周面部(71)のうちの他の一部(71b)は空所(S)と対向し、
前記第2内周面部(62)のうちの一部(62a)は前記第2外周面部(72)と接触し、
前記第2内周面部(62)のうちの他の一部(62b)は前記空所(S)と対向することを特徴とするステータコアの固定構造。 - 請求項1において、
前記複数の外周面部は、前記ステータコア(70)の軸方向(D)の一方向側(D1)及び他方向側(D2)のうちの一方の側に向かって外径が順番に小さくなるように並んでおり、
前記複数の内周面部は、前記一方の側に向かって内径が順番に小さくなるように並んでいることを特徴とするステータコアの固定構造。 - 請求項2において、
前記ステータコア(70)の軸方向(D)において、前記ステータコア段差部(70a)の位置と前記ハウジング段差部(60a)の位置とが異なることを特徴とするステータコアの固定構造。 - 請求項1から請求項3のいずれか1項において、
前記ハウジング(60)の内周面に形成され、前記ハウジング(60)の内側に突出する突出部(6A)をさらに備え、
前記突出部(6A)が、前記ステータコア(70)の軸方向(D)の端部(7A)と前記軸方向(D)に対向することを特徴とするステータコアの固定構造。 - 請求項1から請求項4のいずれか1項において、
前記ステータコア(70)の軸方向(D)において、前記ステータコア(70)の端面(7B)の位置と前記ハウジング(60)の端面(6B)の位置とが同じであり、又は、前記ステータコア(70)の端面(7B)が前記ハウジング(60)の端面(6B)よりも前記ハウジング(60)の奥側に位置し、
前記ハウジング(60)内に前記ステータコア(70)を前記軸方向(D)に沿って挿入する際の挿入方向に対する反対の方向を反対方向とすると、
前記ステータコア(70)の端面(7B)は、前記ステータコア(70)のうち前記反対方向側に形成される端面であり、
前記ハウジング(60)の端面(6B)は、前記ステータコア(70)の端面(7B)の外周部に位置し、前記反対方向側を向く面であることを特徴とするステータコアの固定構造。 - 請求項1から請求項5のいずれか1項において、
前記ステータコア段差部(70a)と前記ハウジング段差部(60a)とが接触することを特徴とするステータコアの固定構造。 - 請求項1から請求項6のいずれか1項において、
複数の外周面部は、第1外周面部(71)~第M外周面部(Mは、2以上の整数)を含み、
第n外周面部(nは、1以上M以下の整数)は、前記ステータコア(70)の軸方向(D)にHnの長さを有し、
第(n+1)外周面部の外径が、第n外周面部の外径よりも大きく、
複数の内周面部は、第1内周面部(61)~第M内周面部を含み、
第n内周面部は、第n外周面部に接触し、
第n内周面部は、前記ステータコア(70)の軸方向(D)にCnの長さを有し、
第(n+1)内周面部の内径が、第n内周面部の内径よりも大きく、
C1>H2、C1+C2>H2+H3、及び、Σ(i=1、2、・・・・、n)Ci>Σ(i=2、・・・・、n+1)Hi、が成り立つことを特徴とするステータコアの固定構造。 - 請求項1から請求項7のいずれか1項において、
前記ハウジング(60)の内周面に形成され、前記ステータコア(70)の外周面と非接触の凹部(6C)をさらに備えることを特徴とするステータコアの固定構造。 - 請求項1から請求項8のいずれか1項において、
前記ステータコア(70)は、第1磁気軸受に備えられるステータコアを含み、
前記ハウジング(60)には、前記第1磁気軸受と、第2磁気軸受とが固定され、
前記ハウジング(60)の複数の内周面部は、前記ハウジング(60)内への前記ステータコアの挿入方向に向かって内径が順番に小さくなるように並んでおり、
前記ステータコアに対して前記挿入方向側には、前記第2磁気軸受のアクチュエータ及び前記第2磁気軸受のセンサのうちの少なくとも1つが設けられることを特徴とするステータコアの固定構造。 - 請求項1から請求項8のいずれか1項において、
前記ステータコア(70)は、電動機(20)に備えられるステータコア(23)を含み、
前記ハウジング(60)には、前記電動機(20)と、磁気軸受が固定され、
前記ハウジング(60)の複数の内周面部は、前記ハウジング(60)内への前記ステータコア(23)の挿入方向に向かって内径が順番に小さくなるように並んでおり、
前記ステータコア(23)に対して前記挿入方向側には、前記磁気軸受のアクチュエータ及び前記磁気軸受のセンサのうちの少なくとも1つが設けられることを特徴とするステータコアの固定構造。 - 請求項1から請求項8のいずれか1項において、
前記ステータコア(70)は、ベアリングレスモータに備えられるステータコアを含み、
前記ハウジング(60)には、前記ベアリングレスモータと、磁気軸受とが固定され、
前記ハウジング(60)の複数の内周面部は、前記ハウジング(60)内への前記ステータコアの挿入方向に向かって内径が順番に小さくなるように並んでおり、
前記ステータコアに対して前記挿入方向側には、前記磁気軸受のアクチュエータ及び前記磁気軸受のセンサのうちの少なくとも1つが設けられることを特徴とするステータコアの固定構造。 - 請求項1から請求項8のいずれか1項において、
前記ステータコア(70)は、第1ベアリングレスモータに備えられるステータコアを含み、
前記ハウジング(60)には、前記第1ベアリングレスモータと、第2ベアリングレスモータとが固定され、
前記ハウジング(60)の複数の内周面部は、前記ハウジング(60)内への前記第1ベアリングレスモータのステータコアの挿入方向に向かって内径が順番に小さくなるように並んでおり、
前記ステータコアに対して前記挿入方向側には、前記第2ベアリングレスモータが設けられることを特徴とするステータコアの固定構造。 - 請求項1から請求項8のいずれか1項において、
前記ステータコア(70)が磁気軸受に備えられることを特徴とするステータコアの固定構造。 - 請求項1から請求項8のいずれか1項において、
前記ステータコア(70)が電動機に備えられることを特徴とするステータコアの固定構造。 - 請求項1から請求項8のいずれか1項において、
前記ステータコア(70)がベアリングレスモータに備えられることを特徴とするステータコアの固定構造。 - 請求項1から請求項10のいずれか1項に記載のステータコアの固定構造を備えることを特徴とする遠心式圧縮機。
- ステータコアを含む第1磁気軸受と、第2磁気軸受とを、ハウジング(60)に固定する方法であって、
前記ステータコアの軸方向(D)の一方向側(D1)及び他方向側(D2)のうちの一方の側から前記ハウジング(60)内に前記第1磁気軸受の前記ステータコアを挿入する工程と、
前記軸方向(D)の一方向側(D1)及び他方向側(D2)のうちの他方の側から前記ハウジング(60)内に前記第2磁気軸受のアクチュエータ及び前記第2磁気軸受のセンサのうちの少なくとも1つを挿入する工程と
を含み、
前記第1磁気軸受の前記ステータコアの外周面は、互いに異なる外径を有する複数の外周面部を含み、
前記ハウジング(60)の内周面は、互いに異なる内径を有する複数の内周面部を含み、
前記複数の外周面部は、それぞれ、前記複数の内周面部と対応し、
前記第1磁気軸受が前記ハウジング(60)に固定されると、前記複数の外周面部の各々は、前記複数の内周面部のうち対応する内周面部と接触し、
前記第1磁気軸受の前記ステータコアの外周面には、ステータコア段差部が形成され、
前記ハウジング(60)の内周面には、ハウジング段差部(60a)が形成され、
前記複数の外周面部のうち隣り合う外周面部の間には、前記ステータコア段差部が位置し、
前記複数の内周面部のうち隣り合う内周面部の間には、前記ハウジング段差部(60a)が位置し、
前記複数の内周面部は、第1内周面部と、前記第1内周面部と前記軸方向(D)に並ぶ第2内周面部とを含み、第1内周面部の内径は、第2内周面部の内径よりも小さく、
前記複数の外周面部は、第1外周面部と、前記第1外周面部と前記軸方向(D)に並ぶ第2外周面部とを含み、第1外周面部の外径は、第2外周面部の外径よりも小さく、
前記第1磁気軸受が前記ハウジング(60)に固定された状態で、
前記第1外周面部のうちの一部は前記第1内周面部と接触し、
前記第1外周面部のうちの他の一部は空所と対向し、
前記第2内周面部のうちの一部は前記第2外周面部と接触し、
前記第2内周面部のうちの他の一部は前記空所と対向することを特徴とする固定方法。 - ステータコア(23)を含む電動機(20)と磁気軸受とを、ハウジング(60)に固定する方法であって、
前記ステータコア(23)の軸方向(D)の一方向側(D1)及び他方向側(D2)のうちの一方の側から前記ハウジング(60)内に前記電動機(20)の前記ステータコア(23)を挿入する工程と、
前記軸方向(D)の一方向側(D1)及び他方向側(D2)のうちの他方の側から前記ハウジング(60)内に前記磁気軸受のアクチュエータ及び前記磁気軸受のセンサのうちの少なくとも1つを挿入する工程と
を含み、
前記ステータコア(23)の外周面は、互いに異なる外径を有する複数の外周面部を含み、
前記ハウジング(60)の内周面は、互いに異なる内径を有する複数の内周面部を含み、
前記複数の外周面部は、それぞれ、前記複数の内周面部と対応し、
前記電動機(20)が前記ハウジング(60)に固定されると、前記複数の外周面部の各々は、前記複数の内周面部のうち対応する内周面部と接触し、
前記ステータコア(23)の外周面には、ステータコア段差部が形成され、
前記ハウジング(60)の内周面には、ハウジング段差部(60a)が形成され、
前記複数の外周面部のうち隣り合う外周面部の間には、前記ステータコア段差部が位置し、
前記複数の内周面部のうち隣り合う内周面部の間には、前記ハウジング段差部(60a)
が位置し、
前記複数の内周面部は、第1内周面部と、前記第1内周面部と前記軸方向(D)に並ぶ第2内周面部とを含み、第1内周面部の内径は、第2内周面部の内径よりも小さく、
前記複数の外周面部は、第1外周面部と、前記第1外周面部と前記軸方向(D)に並ぶ第2外周面部とを含み、第1外周面部の外径は、第2外周面部の外径よりも小さく、
前記電動機(20)が前記ハウジング(60)に固定された状態で、
前記第1外周面部のうちの一部は前記第1内周面部と接触し、
前記第1外周面部のうちの他の一部は空所と対向し、
前記第2内周面部のうちの一部は前記第2外周面部と接触し、
前記第2内周面部のうちの他の一部は前記空所と対向することを特徴とする固定方法。 - ステータコアを含むベアリングレスモータと磁気軸受とを、ハウジング(60)に固定する方法であって、
前記ステータコアの軸方向(D)の一方向側(D1)及び他方向側(D2)のうちの一方の側から前記ハウジング(60)内に前記ステータコアを挿入する工程と、
前記軸方向(D)の一方向側(D1)及び他方向側(D2)のうちの他方の側から前記ハウジング(60)内に前記磁気軸受のアクチュエータ及び前記磁気軸受のセンサのうちの少なくとも1つを挿入する工程と
を含み、
前記ステータコアの外周面は、互いに異なる外径を有する複数の外周面部を含み、
前記ハウジング(60)の内周面は、互いに異なる内径を有する複数の内周面部を含み、
前記複数の外周面部は、それぞれ、前記複数の内周面部と対応し、
前記ベアリングレスモータが前記ハウジング(60)に固定されると、前記複数の外周面部の各々は、前記複数の内周面部のうち対応する内周面部と接触し、
前記ステータコアの外周面には、ステータコア段差部が形成され、
前記ハウジング(60)の内周面には、ハウジング段差部(60a)が形成され、
前記複数の外周面部のうち隣り合う外周面部の間には、前記ステータコア段差部が位置
し、
前記複数の内周面部のうち隣り合う内周面部の間には、前記ハウジング段差部(60a)が位置し、
前記複数の内周面部は、第1内周面部と、前記第1内周面部と前記軸方向(D)に並ぶ第2内周面部とを含み、第1内周面部の内径は、第2内周面部の内径よりも小さく、
前記複数の外周面部は、第1外周面部と、前記第1外周面部と前記軸方向(D)に並ぶ第2外周面部とを含み、第1外周面部の外径は、第2外周面部の外径よりも小さく、
前記ベアリングレスモータが前記ハウジング(60)に固定された状態で、
前記第1外周面部のうちの一部は前記第1内周面部と接触し、
前記第1外周面部のうちの他の一部は空所と対向し、
前記第2内周面部のうちの一部は前記第2外周面部と接触し、
前記第2内周面部のうちの他の一部は前記空所と対向することを特徴とする固定方法。 - 第1ステータコアを含む第1ベアリングレスモータと、第2ステータコアを含む第2ベアリングレスモータとを、ハウジング(60)に固定する方法であって、
前記第1ステータコアの軸方向(D)の一方向側(D1)及び他方向側(D2)のうちの一方の側から前記ハウジング(60)内に前記第1ステータコアを挿入する工程と、
前記軸方向(D)の一方向側(D1)及び他方向側(D2)のうちの他方の側から前記ハウジング(60)内に前記第2ステータコアを挿入する工程と
を含み、
前記第1ステータコアの外周面は、互いに異なる外径を有する複数の外周面部を含み、
前記ハウジング(60)の内周面は、互いに異なる内径を有する複数の内周面部を含み、
前記複数の外周面部は、それぞれ、前記複数の内周面部と対応し、
前記第1ベアリングレスモータが前記ハウジング(60)に固定されると、前記複数の外周面部の各々は、前記複数の内周面部のうち対応する内周面部と接触し、
前記第1ステータコアの外周面には、ステータコア段差部が形成され、
前記ハウジング(60)の内周面には、ハウジング段差部(60a)が形成され、
前記複数の外周面部のうち隣り合う外周面部の間には、前記ステータコア段差部が位置し、
前記複数の内周面部のうち隣り合う内周面部の間には、前記ハウジング段差部(60a)
が位置し、
前記複数の内周面部は、第1内周面部と、前記第1内周面部と前記軸方向(D)に並ぶ第2内周面部とを含み、第1内周面部の内径は、第2内周面部の内径よりも小さく、
前記複数の外周面部は、第1外周面部と、前記第1外周面部と前記軸方向(D)に並ぶ第2外周面部とを含み、第1外周面部の外径は、第2外周面部の外径よりも小さく、
前記第1ベアリングレスモータが前記ハウジング(60)に固定された状態で、
前記第1外周面部のうちの一部は前記第1内周面部と接触し、
前記第1外周面部のうちの他の一部は空所と対向し、
前記第2内周面部のうちの一部は前記第2外周面部と接触し、
前記第2内周面部のうちの他の一部は前記空所と対向することを特徴とする固定方法。
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