JP5929157B2 - Centrifugal compressor - Google Patents
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Description
本発明は、遠心圧縮機に関する。 The present invention relates to a centrifugal compressor.
従来、インペラの回転による遠心力を利用して流体を圧縮する遠心式の圧縮機が存在している。この種の圧縮機には、インペラが連結される回転軸に取り付けられるロータと、ロータの外周側に設けられるステータとを有するモータが設けられており、回転軸に作用する軸方向の荷重を受けるためにさらにスラスト軸受が設けられているものがある。尚、近年では、モータのロータを高速回転することが望まれている。このため、回転精度を向上し磨耗を抑制するなどの意味から、スラスト軸受として、磁気軸受が設けられることがある。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is a centrifugal compressor that compresses a fluid using centrifugal force generated by rotation of an impeller. This type of compressor is provided with a motor having a rotor attached to a rotating shaft to which an impeller is connected and a stator provided on the outer peripheral side of the rotor, and receives an axial load acting on the rotating shaft. For this purpose, there are some which are further provided with a thrust bearing. In recent years, it has been desired to rotate the rotor of the motor at high speed. For this reason, a magnetic bearing may be provided as a thrust bearing from the meaning of improving rotational accuracy and suppressing wear.
ここで、スラスト磁気軸受として磁気軸受を用いる場合、スラスト磁気軸受の磁力を受ける部材として、軸方向に直交する径方向に広がる平面を有する平面部材を設ける必要がある。例えば、特許文献1(特開2001−263291号公報)では、2つのインペラをそれぞれの平面部分が対向するように配置し、これらの平面部分がスラスト磁気軸受の磁力を受けるように、圧縮機を構成している。 Here, when a magnetic bearing is used as the thrust magnetic bearing, it is necessary to provide a planar member having a plane extending in the radial direction perpendicular to the axial direction as a member that receives the magnetic force of the thrust magnetic bearing. For example, in Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-263291), two compressors are arranged such that their planar portions face each other, and the planar portions receive the magnetic force of a thrust magnetic bearing. It is composed.
上記特許文献1に開示の技術では、2つのインペラのそれぞれの平面部分がスラスト磁気軸受の磁力を受けることになるので、平面部材を別途設ける必要がなく圧縮機の小型化に貢献している。しかし、特許文献1に開示のインペラは、スラスト磁気軸受の磁力を受ける平面部分から軸方向に向かって突出する翼を有しているため、軸方向の一端面しかスラスト磁気軸受の磁力を受ける平面部分として機能させることができない。このため、特許文献1に開示の技術では、複数のインペラの平面部分を対向するように配置する必要があり、1つのインペラを有する単段圧縮式の圧縮機への適用が困難である。
In the technique disclosed in
そこで、本発明の課題は、簡易な構造で小型化が可能な遠心圧縮機を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a centrifugal compressor that can be reduced in size with a simple structure.
本発明の第1観点に係る遠心圧縮機は、回転によって冷媒を吸入するインペラと、インペラに連結されインペラを回転させる回転軸と、インペラを回転軸の軸方向に拘束するスラスト磁気軸受と、を備える。そして、スラスト磁気軸受は、インペラの軸方向の両側に配置される電磁石を有しており、インペラは、円盤形状を有する磁性体であり、軸方向の両側の面でスラスト磁気軸受の磁力を受ける。 A centrifugal compressor according to a first aspect of the present invention includes an impeller that sucks refrigerant by rotation, a rotating shaft that is connected to the impeller and rotates the impeller, and a thrust magnetic bearing that restrains the impeller in the axial direction of the rotating shaft. Prepare. The thrust magnetic bearing has electromagnets disposed on both sides in the axial direction of the impeller, and the impeller is a magnetic body having a disk shape, and receives the magnetic force of the thrust magnetic bearing on both sides in the axial direction. .
本発明では、インペラがスラスト磁気軸受の磁力を受ける平面部材として機能している。これにより、別途の平面部材を設けなくてもよいので小型化を達成できる。また、本発明に係る遠心圧縮機が単段圧縮式構造の圧縮機であっても、平面部材としてインペラを用いることにより、スラスト磁気軸受の磁力を受けることができる。以上のように、本発明では、簡易な構造で小型化が可能である。 In the present invention, the impeller functions as a planar member that receives the magnetic force of the thrust magnetic bearing. Thereby, since it is not necessary to provide a separate planar member, size reduction can be achieved. Even if the centrifugal compressor according to the present invention is a compressor having a single-stage compression structure, the magnetic force of the thrust magnetic bearing can be received by using the impeller as the planar member. As described above, the present invention can be downsized with a simple structure.
しかも、本発明では、インペラがスラスト磁気軸受の電磁石による磁力を受けることによって、インペラのスラスト方向(軸方向)の位置を保持できる。また、これにより、インペラに連結される回転軸のスラスト方向(軸方向)の位置も保持できる。Moreover, in the present invention, the impeller receives the magnetic force generated by the electromagnet of the thrust magnetic bearing, so that the position of the impeller in the thrust direction (axial direction) can be maintained. In addition, this makes it possible to maintain the position in the thrust direction (axial direction) of the rotating shaft connected to the impeller.
本発明の第2観点に係る遠心圧縮機は、本発明の第1観点に係る遠心圧縮機であって、インペラは、環形状を有するハブと、ハブの吸入側の面から軸方向に突出する複数の羽根とを有する。そして、インペラは、羽根の径方向内側部分の軸方向の高さをH1とし、羽根の径方向外側部分の軸方向の高さをH2とし、ハブの半径をDとした場合、
の関係が成り立つ円盤形状を有する。
A centrifugal compressor according to a second aspect of the present invention is the centrifugal compressor according to the first aspect of the present invention, wherein the impeller protrudes in an axial direction from a ring-shaped hub and a suction side surface of the hub. A plurality of blades. The impeller has a height in the axial direction of the radially inner portion of the blade as H1, a height in the axial direction of the radially outer portion of the blade as H2, and a radius of the hub as D.
It has a disk shape that satisfies the following relationship.
上記のような式が成り立つインペラを用いることにより、小型化を達成できる。また、本発明に係る遠心圧縮機が単段圧縮式構造の圧縮機であっても、上記のような式が成り立つインペラを用いることにより、このインペラを、スラスト磁気軸受の磁力を受ける平面部材として機能させることができる。 Miniaturization can be achieved by using an impeller that satisfies the above equation. Further, even if the centrifugal compressor according to the present invention is a compressor having a single-stage compression structure, by using the impeller that satisfies the above formula, the impeller is used as a planar member that receives the magnetic force of the thrust magnetic bearing. Can function.
本発明の第3観点に係る遠心圧縮機は、本発明の第1又は第2観点に係る遠心圧縮機であって、インペラと電磁石との間に設けられ、インペラと電磁石との間の軸方向の隙間を検知する隙間センサ、をさらに備える。 The centrifugal compressor which concerns on the 3rd viewpoint of this invention is a centrifugal compressor which concerns on the 1st or 2nd viewpoint of this invention, Comprising: It is provided between the impeller and the electromagnet, The axial direction between an impeller and an electromagnet A gap sensor for detecting the gap.
本発明では、インペラと電磁石との間の隙間管理を容易に行うことができる。 In the present invention, it is possible to easily manage the gap between the impeller and the electromagnet.
本発明の第1観点及び第2観点に係る遠心圧縮機では、平面部材としてのインペラを用いることにより、単段圧縮式構造を採ることができる。また、簡易な構造で小型化が可能である。また、インペラ及び回転軸の軸方向の位置を保持できる。 The centrifugal compressor according to the first and second aspects of the present invention can adopt a single-stage compression structure by using an impeller as a planar member. Further, it is possible to reduce the size with a simple structure. Further, the position of the impeller and the rotation shaft in the axial direction can be maintained.
本発明の第3観点に係る遠心圧縮機では、インペラと電磁石との間の隙間管理を容易に行うことができる。 In the centrifugal compressor according to the third aspect of the present invention, the gap between the impeller and the electromagnet can be easily managed.
以下、図面に基づいて、本発明に係る遠心圧縮機2が採用された冷凍装置の一例としての空気調和装置1の実施形態について説明する。
Hereinafter, an embodiment of an
(1)空気調和装置1の構成
図1は、本発明に係る遠心圧縮機2が採用された冷凍装置の一例としての空気調和装置1の概略構成図である。
(1) Configuration of
空気調和装置1は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルによって、対象空間の空調を行う冷凍装置である。空気調和装置1は、冷房運転を実行可能であり、主として、遠心圧縮機2と、熱源側熱交換器3と、第1膨張機構4と、利用側熱交換器5とを有している。尚、本実施形態では、冷媒として、超臨界域で作動する二酸化炭素冷媒が使用されている。
The
(1−1)遠心圧縮機2
遠心圧縮機2は、単一の圧縮部が組み込まれた単段式の圧縮機である。遠心圧縮機2は、吸入管6を流れる低圧の冷媒を、吸入口21を介して吸入し、吸入口21を介して吸入した冷媒を圧縮して高圧の冷媒とした後に、吐出口22を介して吐出管7へと吐出する。尚、吸入管6は、利用側熱交換器5から出た冷媒を遠心圧縮機2の吸入側(吸入口21)へと導く冷媒管であり、吐出管7は、遠心圧縮機2から吐出口22を介して吐出された冷媒を熱源側熱交換器3の入口へと導く冷媒管である。遠心圧縮機2の構成については、後に詳述する。
(1-1)
The
(1−2)熱源側熱交換器3
熱源側熱交換器3は、冷却源としての水又は空気と熱交換させることにより遠心圧縮機2から吐出された冷媒の放熱を行う冷媒の放熱器として機能する。熱源側熱交換器3は、一端が、吐出管7を介して遠心圧縮機2の吐出口22に接続されており、他端が、第1膨張機構4に接続されるように構成されている。
(1-2) Heat source side heat exchanger 3
The heat source side heat exchanger 3 functions as a refrigerant radiator that radiates heat of the refrigerant discharged from the
(1−3)第1膨張機構4
第1膨張機構4は、熱源側熱交換器3で放熱された冷媒の減圧を行う機構であり、電動膨張弁が使用されている。第1膨張機構4は、一端が、熱源側熱交換器3に接続され、他端が、利用側熱交換器5に接続されるように構成されている。
(1-3) First expansion mechanism 4
The first expansion mechanism 4 is a mechanism that depressurizes the refrigerant radiated by the heat source side heat exchanger 3, and an electric expansion valve is used. The first expansion mechanism 4 is configured such that one end is connected to the heat source side heat exchanger 3 and the other end is connected to the use side heat exchanger 5.
(1−4)利用側熱交換器5
利用側熱交換器5は、加熱源としての水又は空気と熱交換させることにより第1膨張機構4で減圧された冷媒の加熱を行う冷媒の加熱器として機能する。利用側熱交換器5は、一端が、第1膨張機構4に接続され、他端が、吸入管6を介して遠心圧縮機2の吸入口21に接続されるように構成されている。
(1-4) Use side heat exchanger 5
The use side heat exchanger 5 functions as a refrigerant heater that heats the refrigerant decompressed by the first expansion mechanism 4 by exchanging heat with water or air as a heating source. The use side heat exchanger 5 is configured such that one end is connected to the first expansion mechanism 4 and the other end is connected to the
以上に説明した、遠心圧縮機2、熱源側熱交換器3、第1膨張機構4、及び、利用側熱交換器5は、吸入管6及び吐出管7を含む冷媒配管によって順次接続されることにより、冷媒が循環するメイン経路11を構成している。
The
また、本実施形態での空気調和装置1は、モータ25(後述する)を冷却するために、モータケーシング32(後述する)内に低圧の冷媒を流している。よって、本実施形態での空気調和装置1は、さらに、第1バイパス配管17と、戻し配管18とを有している。
In the
(1−5)第1バイパス配管17
第1バイパス配管17は、熱源側熱交換器3で放熱された冷媒を、モータケーシング32の導入口35(後述する)へと導く第1バイパス経路12を構成する冷媒管であり、一端が熱源側熱交換器3の出口に接続され、他端がモータケーシング32の導入口35に接続されるように構成されている。第1バイパス配管17には、減圧機構としての第2膨張機構12aが設けられている。第2膨張機構12aは、開度調整が可能な電動膨張弁である。この第2膨張機構12aによって、熱源側熱交換器3で放熱された後の高圧の冷媒が冷凍サイクルにおける低圧まで減圧されている。
(1-5) First bypass piping 17
The
(1−6)戻し配管18
戻し配管18は、モータケーシング32内を流れる低圧の冷媒を利用側熱交換器5に導く戻し経路13を構成するための冷媒管であり、一端がモータケーシング32の排出口36(後述する)に接続され、他端が利用側熱交換器5の入口に接続されるように構成されている。
(1-6) Return pipe 18
The return pipe 18 is a refrigerant pipe for constituting the return path 13 that guides the low-pressure refrigerant flowing in the
以上のように、本実施形態の空気調和装置1では、メイン経路11と、第1バイパス経路12と、戻し経路13と、によって、冷媒が流れる冷媒回路10が形成されている。
As described above, in the
(2)遠心圧縮機2の詳細構成
図2は、遠心圧縮機2の概略断面図である。尚、以下では、回転軸26の中心軸線をO−Oとし、回転軸26の回転中心をOとする。また、中心軸線O−Oに沿って延びる方向を軸方向又は前後方向(尚、遠心圧縮機2の吸入側を前とする)とし、軸方向に対して直交する方向を径方向とし、軸方向周りの方向を周方向とする。
(2) Detailed Configuration of
遠心圧縮機2は、潤滑油を必要としない、いわゆるオイルレスの圧縮機である。遠心圧縮機2は、図2に示すように、主として、圧縮機ケーシング23と、圧縮部24と、モータ25と、回転軸26と、ラジアル磁気軸受27と、複数の入口ガイドベーン30と、スラスト磁気軸受28と、を有している。遠心圧縮機2は、密閉式の圧縮機ケーシング23に、圧縮部24、モータ25、回転軸26と、ラジアル磁気軸受27と、スラスト磁気軸受28と、複数の入口ガイドベーン30とが収容されるように構成されている。
The
(2−1)圧縮機ケーシング23
圧縮機ケーシング23は、軸方向に延びる略円筒形状の密閉式容器であり、圧縮部ケーシング31と、モータケーシング32とを有している。
(2-1)
The
(2−1−1)圧縮部ケーシング31
圧縮部ケーシング31は、圧縮機ケーシング23の軸方向前側部分(吸入側部分)を構成し、その内面によって、圧縮部24を収容する圧縮空間S1と、圧縮部24の吸入側に位置し吸入口21から圧縮部24に向かって吸入冷媒が流れる吸入空間S3と、磁気軸受配置空間S4とを形成している。尚、磁気軸受空間S4は、インペラ41の軸方向後側に位置している。
(2-1-1)
The
また、圧縮部ケーシング31には、主として、冷媒を吸入するための吸入口21と、冷媒を吐出するための吐出口22とが形成されている。吸入口21は、圧縮機ケーシング23の軸方向一端(前端)に向かって開口しており、吸入管6に接続されている。吐出口22は、圧縮機ケーシング23の径方向外端に向かって開口しており、吐出管7に接続されている。
The
(2−1−2)モータケーシング32
モータケーシング32は、圧縮機ケーシング23の軸方向後側部分を構成し、軸方向に延びる略円筒状の容器であり、軸方向の両端が開口した略円筒形状の筒状部32aと、筒状部32aの開口を軸方向両側から閉じる閉塞部32b,32cとを有している。モータケーシング32は、その内部に、モータ25を収容するモータ収容空間S2を形成している。
(2-1-2)
The
また、モータケーシング32には、主として、導入口35と、排出口36とが形成されている。導入口35は、第1バイパス配管17において第2膨張機構12aによって減圧された後の低圧の液冷媒を、モータケーシング32内(すなわち、モータ収容空間S2)に導入するための開口であり、第1バイパス配管17に接続されている。排出口36は、モータケーシング32内(モータ収容空間S2)を流れた冷媒を、モータ収容空間S2の外(戻し配管18)へと排出するための開口であり、戻し配管18に接続されている。
The
尚、圧縮部ケーシング31の軸方向後端面とモータケーシング32の軸方向前端面(閉塞部32bの軸方向前端面)とは、圧縮空間S1とモータ収容空間S2とを区画する区画部として機能している。
The axial rear end surface of the
(2−2)圧縮部24
圧縮部24は、吸入口21を介して吸入空間S3に流入する吸入冷媒を圧縮する部分であり、圧縮空間S1に配置されている。圧縮部24は、主として、回転軸26の軸方向一端部分(具体的には、前端部分)に連結され回転可能なインペラ41を有している。インペラ41は、磁性体である。ここで、本実施形態では、インペラ41が配置されるインペラ配置空間S1aと、インペラ配置空間S1aの径方向外側に位置するデフューザ空間S1bと、デフューザ空間S1bの径方向外側に位置するスクロール空間S1cとを総称して、圧縮空間S1と呼んでいる。ここで、デフューザ空間S1bとは、インペラ41の回転によって流速を増した冷媒の運動エネルギを圧力エネルギに変換し、高圧の冷媒とするための空間である。また、スクロール空間S1cとは、流速を減速して整流するための空間である。
(2-2)
The
遠心圧縮機2では、回転軸26の回転によって圧縮部24のインペラ41が回転する。そして、回転軸26が圧縮部24のインペラ41を回転させることにより、軸方向前側から冷媒を吸入し、その吸入した吸入冷媒を、圧縮しながら遠心力を作用させて径方向外側へと流出させている。尚、インペラ41の詳細構成については、後述する。
In the
(2−3)モータ25
モータ25は、圧縮部24の軸方向後側に配置され、主として、ロータ52と、ロータ52に対向するステータ53とを有している。モータ25(ロータ52及びステータ53)は、ラジアル磁気軸受27と共に、モータケーシング32内(すなわち、モータ収容空間S2)に収容されている。
(2-3)
The
尚、本実施形態では、モータケーシング32内(モータ収容空間S2)には、上述したように、第1バイパス配管17を流れ第2膨張機構12aによって減圧された低圧の液冷媒が導入口35を介して供給されている。そして、この液冷媒は、回転軸26の内部に流入している。尚、回転軸26内を流れる冷媒は、モータ25からの熱によって加熱されて蒸発することにより、モータケーシング32内から排出口36を介してモータケーシング32外へ出るときには、ガス冷媒となっている。
In the present embodiment, as described above, the low-pressure liquid refrigerant that flows through the
(2−3−1)ロータ52
ロータ52は、圧縮部24のインペラ41が連結された回転軸26に嵌め込まれることにより回転軸26に取り付けられている。ロータ52が回転することによって、回転軸26が回転し、回転軸26が回転することによって、回転軸26に連結される圧縮部24のインペラ41が駆動(回転)する。これにより、圧縮部24のインペラ41が冷媒を圧縮するようになっている。
(2-3-1)
The
ロータ52は、主として、ロータコア52aと、複数の磁石(図示せず)とを有している。ロータコア52aは、中央の孔部に回転軸が嵌め込まれる略円筒形状の部材であり、電磁鋼板が軸方向に積層されることによって形成されている。複数の磁石は、例えば、希土類磁石からなり、各々が周方向に所定の間隔を空けて、ロータコア52aに嵌め込まれている。
The
(2−3−2)ステータ53
ステータ53は、ロータ52の外周側に配置され、圧縮機ケーシング23(モータケーシング32)の筒状部32aの内周面に焼き嵌めによって固定されている。ステータ53は、主として、ステータコア53aと、ステータコア53aに装着される巻線(図示せず)とを有している。ステータ53は、各巻線に通電されることによって回転磁界が発生されるように、構成されている。尚、ステータ53は、その内周面と、ロータ52(ロータ52の外周面)との間に、隙間としてのエアギャップtが形成されるように、構成されている。
(2-3-2)
The
(2−4)ラジアル磁気軸受27
ラジアル磁気軸受27は、スラスト磁気軸受28と共に、回転軸26を非接触で回転自在に支持する軸受である。ラジアル磁気軸受27は、回転軸26の径方向(ラジアル方向)の荷重を支持する。本実施形態では、ラジアル磁気軸受27は、モータ25を軸方向において両側から挟むように、モータ25の軸方向両側に1つずつ配置されている。すなわち、本実施形態では、ラジアル磁気軸受27は、2つ存在する。
(2-4) Radial
The radial
ラジアル磁気軸受27は、具体的には、主として、コイル(図示せず)を含む複数(本実施形態では、4極)の電磁石61を有している。複数の電磁石61は、回転軸26の径方向外側において、周方向に所定の間隔を空けて配置されている。すなわち、4極の電磁石61は、2極ずつが回転軸26を径方向に挟んで互いに対向するように配置されている。ラジアル磁気軸受27は、コイルに電流が流されることにより複数の電磁石61と回転軸26との間に磁界を発生させ、回転軸26を、径方向に発生する磁力(磁気吸引力)により磁気浮上させることにより、非接触で回転軸26を支持している。すなわち、ラジアル磁気軸受27は、電磁石61によって発生する径方向の磁力によって、回転軸26の径方向の位置を保持している、すなわち、回転軸26を径方向に拘束している。このように、ラジアル磁気軸受27は、回転軸26を非接触で支持するため、回転軸と軸受との間の摩擦や摩擦によるこれらの磨耗を抑制できる。
Specifically, the radial
尚、本実施形態では、回転軸26とラジアル磁気軸受27(複数の電磁石61)との間には、回転軸26とラジアル磁気軸受27との間の径方向の隙間の径方向隙間寸法を検知する径方向隙間センサ93(図5を参照)が設けられており、この径方向隙間センサ93によって、回転軸26の径方向の位置が検知されるようになっている。そして、この径方向隙間センサ93によって検知される径方向隙間寸法により、ラジアル磁気軸受27のコイルに流される電流量、ひいては、磁力が変更されるように制御されて、回転軸26の径方向の位置が決定されている。尚、ラジアル磁気軸受27のコイルに流される電流量は、後述する制御部9によって制御されている。
In the present embodiment, the radial gap dimension of the radial gap between the
(2−5)入口ガイドベーン30
複数の入口ガイドベーン30は、圧縮部24のインペラ41の回転によって吸入される吸入冷媒の流量や流れ方向を調整するために、吸入空間S3(すなわち、圧縮部24の吸入側)に配置される回動可能な羽根部材である。複数の入口ガイドベーン30は、各々が周方向に並んで配置されており、駆動装置30a(図5を参照、例えば、モータ)によって駆動されている。尚、駆動装置30aの駆動軸は、径方向に延びるように配置されており、入口ガイドベーン30は、径方向に延びる軸線回りに回動する。そして、この回動によって入口ガイドベーン30の径方向に広がる径方向水平面に対する傾斜が変更される。これにより、上述した吸入冷媒の流量や流れ方向を調整している。
(2-5)
The plurality of
(2−6)スラスト磁気軸受28
スラスト磁気軸受28は、圧縮機ケーシング31内に配置されており、主として、コイル(図示せず)を含む複数の電磁石71を有している。複数の電磁石71は、インペラ41を挟んで軸方向に対向するように、インペラ41の軸方向の両側に1極ずつ配置されている。尚、インペラ41の軸方向一端側(前側)に配置される電磁石71は、吸入空間S3に配置されている。また、インペラ41の軸方向他端側(後側)に配置される電磁石71は、磁気軸受配置空間S4に配置されている。
(2-6) Thrust
The thrust
スラスト磁気軸受28は、コイルに電流が流されることにより複数の電磁石71と磁性体であるインペラ41との間に磁界を発生させ、回転軸26に連結(固定)されたインペラ41を、軸方向に発生する磁力(磁気吸引力)によって磁気浮上させている。そして、これにより、非接触で回転軸26を支持している。すなわち、スラスト磁気軸受28は、電磁石71によって発生する軸方向の磁力によって、回転軸26及びインペラ41の軸方向の位置を保持している、すなわち、回転軸26及びインペラ41を軸方向に拘束している。
The thrust
このように、スラスト磁気軸受28は、回転軸26を非接触で支持するため、回転軸と軸受との間の摩擦や摩擦による磨耗を抑制できる。
Thus, since the thrust
尚、本実施形態では、スラスト磁気軸受28(電磁石71)とインペラ41との間には、スラスト磁気軸受28(電磁石71)とインペラ41との間の軸方向の隙間の軸方向隙間寸法を検知する軸方向隙間センサ94(図5を参照)が設けられており、この軸方向隙間センサ94によって、インペラ41、ひいては、回転軸26の軸方向の位置が検知されるようになっている。そして、この軸方向隙間センサ94によって検知される軸方向隙間寸法により、スラスト軸気軸受28のコイルに流される電流量、ひいては、磁力が変更されるように制御されて、インペラ41及び回転軸26の軸方向の位置が決定されている。尚、スラスト磁気軸受28のコイルに流される電流量は、制御部9によって制御されている。
In the present embodiment, the axial gap dimension of the axial gap between the thrust magnetic bearing 28 (electromagnet 71) and the
(3)インペラ41の詳細構成
図3は、インペラ41を軸方向前側から視た図である。図4は、インペラ41を回転中心Oを通って軸方向に切断した場合の断面図である。
(3) Detailed Configuration of
インペラ41は、略円盤形状を有しており、回転軸26の軸方向前端部にボルトによって連結(固定)されている。インペラ41は、主として、図3及び図4に示すように、ハブ42と、複数の羽根43とを有している。インペラ41は、ハブ42の前後方向に延びる回転軸26からモータ25の駆動力が伝達されて回転軸26を軸心として回転する。具体的には、インペラ41は、モータ25が駆動することで、図3において矢印で示す回転方向に向かって回転する。
The
(3−1)ハブ42
ハブ42は、その中央部に回転軸26を通すための孔42aが形成されている環形状の円板部材である。ハブ42は、回転軸26と一体回転するように回転軸26に軸支されている。ハブ42は、径方向に広がった円形状平面であるハブ前面44及びハブ後面45が、それぞれ、前後方向(軸方向)を向くように配置されている。
(3-1)
The
(3−2)羽根43
複数の羽根43は、ハブ42のハブ前面44の径方向外端部分に、各々が周方向に略等間隔に並ぶように配置されている。複数の羽根43は、それぞれ、略同じ大きさに形成されている。羽根43は、ハブ42の吸入側の面であるハブ前面44から軸方向前側に略垂直に突出するように形成されている。
(3-2)
The plurality of
また、複数の羽根43は、それぞれ、径方向内側部分が径方向外側部分よりも短い形状を有しており、主として、短面43aと、短面43aよりも径方向外側に形成され、短面43aよりも長い長面43bと、短面43aの回転方向下流側部分と長面43bの回転方向下流側部分とを回転方向上流側から回転方向下流側に突出するようになだらかに繋ぐ小湾曲面43cと、短面43aの回転方向上流側部分と長面43bの回転方向上流側部分とを回転方向上流側から回転方向下流側に突出するようになだらかに繋ぐ大湾曲面43dとを有している。複数の羽根43のそれぞれの短面43a及び長面43bは、回転中心Oを中心として放射状に並ぶように形成されている。そして、羽根43は、小湾曲面43cと大湾曲面43dとが所定の間隔を空けて対向するように配置されている。
In addition, each of the plurality of
また、羽根43の径方向内側部分(具体的には、短面43a)の軸方向の高さをH1とし、羽根43の径方向外側部分(具体的には、長面43b)の軸方向の高さをH2とした場合、羽根43は、下記の(式1)が成り立つように、形成されている。
In addition, the axial height of the radially inner portion (specifically, the
すなわち、羽根43の前面43eは、ハブ42のハブ前面44及びハブ後面45と略平行の関係にあり、複数の羽根43は、いわゆる略2次元翼型に形成されている。
That is, the
尚、インペラ41全体としては、ハブ42の半径(回転中心Oからハブ42の径方向外端面42bまでの距離)をDとした場合、下記の(式2)が成り立っている。
The
以上のように、インペラ41は、上述した(式1)及び(式2)が成り立つ円盤形状を有している。よって、本実施形態では、羽根43が形成されていないハブ後面45だけでなく、ハブ前面44に配置される羽根43の軸方向の一端面(すなわち、吸入側を向く前面43e)も、スラスト磁気軸受28の磁力を受ける平面として機能させることができる。
As described above, the
(4)制御部9の構成
図5は、遠心圧縮機2の制御ブロック図である。
(4) Configuration of Control Unit 9 FIG. 5 is a control block diagram of the
空気調和装置1は、上述したように、第1膨張機構4、第2膨張機構12a、モータ25、ラジアル磁気軸受27、スラスト磁気軸受28、入口ガイドベーン30の駆動装置30a等の空気調和装置1を構成する各要素の動作を制御する制御部9をさらに有している。制御部9は、CPU、RAM、ROM等から構成されており、上述の径方向隙間センサ93、軸方向隙間センサ94、吸入空間S3を流れる冷媒の流量を検知する流量センサ95等と接続されている。そして、これらのセンサからの検出結果を受けて、上述の各要素の動作を制御している。
As described above, the
(5)特徴
(5−1)
本実施形態では、インペラ41が、上記の(式1)及び(式2)が成り立つ円盤形状を有している。また、インペラ41は、磁性体である。
(5) Features (5-1)
In the present embodiment, the
これにより、インペラ41の両側の面(具体的には、ハブ後面45及び羽根43の前面43e)を、スラスト磁気軸受28の磁力を受ける平面部材として機能させることができる。よって、別途の平面部材を設けなくてもよいので、小型化及び軽量化を達成できる。また、特許文献1(特開2001−263291号公報)に開示のように、インペラを2つ以上設けることを必須にしなくてもよい。すなわち、本実施形態に記載のような単段式圧縮構造の圧縮機であっても、インペラ41をスラスト磁気軸受28の磁力を受ける平面部材として採用できる。以上のように、本実施形態の遠心圧縮機2では、簡易な構造で小型化が可能である。
Thereby, the surfaces on both sides of the impeller 41 (specifically, the hub
また、従来、インペラには、3次元翼型の羽根が形成されているが、本実施形態では、インペラ41の羽根43は、2次元翼型に形成されているので、従来に比べると加工が容易であり、遠心力や熱による変形に対する許容度が高くなる。
Conventionally, the impeller is formed with a three-dimensional airfoil blade. However, in this embodiment, the
(5−2)
本実施形態では、インペラ41を軸方向において挟むように、スラスト磁気軸受28(複数の電磁石71)が配置されている。すなわち、スラスト磁気軸受28(電磁石71)は、インペラ41のケーシングとしての機能も有していることになる。そして、本実施形態では、スラスト磁気軸受28(電磁石71)とインペラ41との間の軸方向隙間寸法を検知している。これにより、ケーシングの機能を有するスラスト磁気軸受28(電磁石71)とインペラ41との間の隙間管理を容易に行うことができる。これにより、冷媒の漏れを抑制でき、圧縮機効率を向上できる。
(5-2)
In the present embodiment, the thrust magnetic bearing 28 (a plurality of electromagnets 71) is arranged so as to sandwich the
(5−3)
従来、スラスト磁気軸受の磁力を受ける平面部材は、回転軸26に、焼き嵌め等によって固定されている。一方、本実施形態では、インペラ41は、ボルトによって回転軸26に固定されている。よって、本実施形態では、インペラ41の取り付け/取り外し効率が向上する。従って、本実施形態では、インペラ41以外の他の部品(例えば、非常用に設けられるタッチダウン軸受)へのアクセス性が向上する。
(5-3)
Conventionally, a planar member that receives the magnetic force of a thrust magnetic bearing is fixed to the
(6)変形例
以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、上記の実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で変更可能である。
(6) Modifications The embodiment of the present invention has been described above with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to the above-described embodiment, and can be changed without departing from the gist of the invention. .
(6−1)変形例A
上記実施形態では、遠心圧縮機2は、単一の圧縮部が組み込まれた単段式の圧縮機であると説明したが、これに限られるものではない。例えば、2つの圧縮部を有する一軸二段圧縮構造の遠心圧縮機であってもよいし、三段圧縮式等のような二段圧縮式よりも多段の遠心圧縮機であってもよいし、さらに、多段圧縮式の圧縮機を2系統以上並列に接続して構成された並列多段圧縮式の遠心圧縮機であってもよい。
(6-1) Modification A
In the above embodiment, the
(6−2)変形例B
上記実施形態では、冷凍装置として、冷房運転を実行可能な空気調和装置1を例に挙げて説明したが、これに限られるものではなく、本発明は、冷房と暖房とを切替可能な空気調和装置に適用してもよいし、ヒートポンプ式の給湯装置に適用してもよい。
(6-2) Modification B
In the above embodiment, the
(6−3)変形例C
上記実施形態では、スラスト磁気軸受28は、複数の電磁石71を有しており、複数の電磁石71は、インペラ41を挟んで軸方向に対向するように、インペラ41の軸方向の両側に1極ずつ配置されていると説明したが、これに限られるものではなく、電磁石71は、インペラ41の軸方向の両側のうち少なくとも一方に配置されていればよい。
(6-3) Modification C
In the above embodiment, the thrust
例えば、スラスト磁気軸受28は、1つの電磁石71を有しており、インペラ41の軸方向の一端側にのみ配置されていてもよい。従来では、軸方向の一端面しかスラスト磁気軸受の磁力を受ける平面部分として機能させることができないが、本発明では、インペラ41は円盤形状を有しているので、インペラ41の軸方向の両側のいずれにもスラスト磁気軸受28を配置することができる。
For example, the thrust
本発明では、スラスト磁気軸受を備えた遠心圧縮機に種々適用可能である。 The present invention can be applied to various centrifugal compressors equipped with thrust magnetic bearings.
2 遠心圧縮機
26 回転軸
28 スラスト磁気軸受
41 インペラ
42 ハブ
43 羽根
44 ハブ前面(ハブの吸入側の面)
71 電磁石
94 軸方向隙間センサ(隙間センサ)
2
71
Claims (3)
前記インペラに連結され前記インペラを回転させる回転軸(26)と、
前記インペラを前記回転軸の軸方向に拘束するスラスト磁気軸受(28)と、
を備え、
前記スラスト磁気軸受は、前記インペラの軸方向の両側に配置される電磁石(71)を有しており、
前記インペラは、円盤形状を有する磁性体であり、軸方向の両側の面で前記スラスト磁気軸受の磁力を受ける、
遠心圧縮機(2)。 An impeller (41) for sucking refrigerant by rotation;
A rotating shaft (26) connected to the impeller and rotating the impeller;
A thrust magnetic bearing (28) for restraining the impeller in the axial direction of the rotary shaft;
With
The thrust magnetic bearing has electromagnets (71) arranged on both sides in the axial direction of the impeller,
The impeller is a magnetic body having a disk shape, and receives the magnetic force of the thrust magnetic bearing on both sides in the axial direction .
Centrifugal compressor (2).
環形状を有するハブ(42)と、前記ハブの吸入側の面(44)から軸方向に突出する複数の羽根(43)と、を有し、
前記羽根の径方向内側部分の軸方向の高さをH1とし、前記羽根の径方向外側部分の軸方向の高さをH2とし、前記ハブの半径をDとした場合、
の関係が成り立つ円盤形状を有する、
請求項1に記載の遠心圧縮機。 The impeller is
A hub (42) having an annular shape, and a plurality of blades (43) protruding in the axial direction from the suction side surface (44) of the hub,
When the axial height of the radially inner portion of the blade is H1, the axial height of the radially outer portion of the blade is H2, and the radius of the hub is D,
It has a disk shape where the relationship of
The centrifugal compressor according to claim 1.
請求項1又は2に記載の遠心圧縮機。 A gap sensor (94) that is provided between the impeller and the electromagnet and detects an axial gap between the impeller and the electromagnet;
The centrifugal compressor according to claim 1 or 2 .
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