大容量冷蔵コンプレッサ
高能率、低保守性の大容量冷却用の単段又は多段遠心コンプレッサアセンブリに関する。アセンブリは永久磁石モータを駆動し、コンプレッサの付加とコンプレッサの速度を適合させる可変周波数ドライブ（ＶＦＤ）と、ギヤによる損失を無くした直接駆動インペラと、摩擦による損失を低減した磁気軸受けとにより能率性に優れる。モータにより生じる起電力により電力が減少した場合に磁気軸受けに給電する中間部の電源が得られる。冷却システムは気体冷媒を使用して回転子を直接冷却し、液体冷媒を使用して固定子を直接冷却する。モジュール構造によりコンプレッサは性能を高めるための装置を組み込むことができる。入口ガイドベーンシステムはオイルによる潤滑剤無しで動作する。軽量金属の鋳造物を使用し、ギヤを取り除くことにより、重量が給電される公知のユニットと比較して３分の１以下に減少する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はコンプレッサに関する。より詳細には本発明は冷蔵庫及びエアコンシステムの大容量冷蔵コンプレッサに関する。
【背景技術】
【０００２】
工業用の冷蔵システムやオフィス用のエアコンシステム等の大型の冷蔵設備は４００以上の冷蔵トン（１４００ｋＷ）の大容量冷却システムを使用する。このレベルの容量の放出には非常に大型の単段コンプレッサシステムや多段コンプレッサシステムの使用が要求される。既存のコンプレッサシステムは通常ハーメチック（密閉）タイプ、セミハーメチックタイプや、オープン駆動タイプの誘導型モータにより駆動される。駆動モータは２５０ｋＷを越えるレベルの圧力、且つ３６００ｒｐｍ付近の回転速度により動作する。上記コンプレッサシステムは通常潤滑流体軸受け又は回転要素軸受けによって支持される回転要素を備える。
【０００３】
所定の冷蔵システムの容量は所定の入出力の状況に応じて変化する。従って、暖房、換気、及び空調（ＨＶＡＣ）産業により、冷蔵システムの容量が決定される標準仕様が開発されてきた。標準的な水冷式冷却器システムの仕様は、コンデンサの水の入力が２９．４℃（８４°Ｆ）にてキロワット当たり０．０５４リットル毎秒（トン当たり３．０ｇｐｍ（ガロン毎分））、水側のコンデンサの汚れ係数許容量がキロワット当たり０．０４４ｍ２−℃（イギリス熱単位（ＢＴＵ）当たり０．０００２５時−ｆｔ２−°Ｆ）、気化水出力が６．７℃（４４．０°Ｆ）にてキロワット当たり０．０４３リットル毎秒（トン当たり２．４ｇｐｍ（ガロン毎分））、及び水川のエバポレータの汚れ係数許容量がキロワット当たり０．０１８ｍ２−℃（イギリス熱単位（ＢＴＵ）当たり０．０００１ｈｒ−ｆｔ２−°Ｆ）である。
【０００４】
これらの条件はＡｉｒ−Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ａｎｄ Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ（ＡＲＩ）によって設定され、非特許文献１に開示され、その全体が、特別に定義される用語の定義を除きここで開示されたものとする。これらの条件下にて決定される冷蔵システムのトン数は以下「標準冷蔵トン」と呼ぶ。
【０００５】
冷却器システムにおいて、コンプレッサは上記ポンプとして稼動し、蒸気圧からより高い凝縮圧力まで冷媒を圧搾する。回転コンプレッサ、スクリューコンプレッサ、スクロールコンプレッサ、往復コンプレッサ、及び遠心コンプレッサを含む様々なコンプレッサがこの工程を実施することに使用されてきた。各コンプレッサは異なる冷却性能の範囲における様々な用途に利点を有する。大きな冷却性能のために、遠心コンプレッサが最も高い等エントロピ効率を有し、これにより冷却器の冷蔵サイクルにおいて最も高い全体的な熱効率を有することが周知である。Ｓｃａｒｉｎｇｅ等による特許文献１を参照のこと。
【０００６】
通常コンプレッサは空力部と、駆動系と、制御システムとを備える。使用される空力部は冷媒、必要な圧力比、及び容量範囲を含む複数の要因によって大別される。空力部は１つのインペラ（単段）又は複数のインペラ（多段）を有する。単段コンプレッサは圧力比が通常３未満であり、且つ設備に要するコストが重要である場合における冷却の応用に非常に好適である。単段コンプレッサは通常多段コンプレッサと比較して、広い動作範囲にわたってサイクルの能率が一貫していることを特徴とする。
【０００７】
多段コンプレッサにおいて、各段は前の段の出口からの圧縮された気体の圧力を上昇させる。多段コンプレッサはエコノマイザ（別名「インタークーラー」）が装着され、これにより狭小な動作範囲にわたって単段コンプレッサと比較してより高いサイクルの能率を得られるが、費用がかかるものとなり、複雑性を増す。非特許文献２，３を参照のこと。これらは特別に定義された用語の定義を除き、その全体がここで開示されたものとする。必要な圧力比が大きくなると、多段コンプレッサによる能率が大きくなる。大型化、大量の精密部品（例、多数のインペラや巻きほどき用のベーン）に対する要求、並びにエコノマイザ用の付加的なパイプ及び要素に伴いコストが上昇する。
【０００８】
コンプレッサのインペラはモータによって直接駆動されても増速ギヤセットにより駆動されてもよい。ＨＦＣ−１３４ａ等の高圧冷媒において、インペラの回転速度は３６００回転毎秒（ｒｐｍ）を越える。６０Ｈｚ回線周波数において標準的な誘導電動機は最大３６００ｒｐｍにて回転するため、ギヤによる増速装置が３６００ｒｐｍを越える回転速度に到達するために要求される。ギヤによる増速装置は動力伝達においてギヤにより生じるエネルギーロス、及びオイルへの粘性損失を含む非能率による損失を引き起こす。
【０００９】
これに代えて、誘導電動機は可変周波数ドライブ（ＶＦＤ）により３６００ｒｐｍの同期速度を超えて駆動されてもよい。しかしながら、誘導に伴う熱の損失と、これにより生じる非能率は、Ｒ−１３４ａ等の冷媒に必要とされる高速にて回転された場合に過剰となる。
【００１０】
コンプレッサドライブシステムの優れた能率のために磁気軸受けを使用することが周知である。例えばＣｏｎｒｙによる特許文献２は遠心コンプレッサにおいて径方向動的磁気軸受け及び軸方向動的磁気軸受けを使用することを開示している。公知のコンプレッサシステムは流体軸受けや回転要素軸受けを使用し、シャフトジャーナルは回転要素や潤滑剤と接触する。磁気軸受けにより、回転要素への接触や潤滑剤による剪断力が不要となり、これにより潤滑剤ベースの軸受けと比較して障害が特徴的に少なくなる。
【００１１】
しかしながら、磁気軸受けは軸受けが動力を失うと常に接触損傷に晒される。このような動力の損失は例えばコンプレッサの非稼働時における所定の動作となる（従って、これに応じて設計される）。しかし、動力の損失には予測できないものもあり、例えば電力の供給停止や電力供給におけるその他の障害等による。いずれの場合においても、不所望の接触が生じ、磁気軸受けの浮揚により得られる近接許容範囲に敏感な軸受けやその他の要素の損傷を引き起こし得る。
【００１２】
磁気軸受け、直接駆動遠心冷蔵コンプレッサの設計における公知技術において、１つのコンプレッサによってより大きな容量を開発することは、シャフトのより大きな質量、径（即ち、より高い極慣性モーメント）、及び出力密度のため実現不能である。
【００１３】
磁気軸受けの実装における別の課題は軸受け制御装置自体を欠くことにある。通常軸受け制御装置を欠くことにより、運動が制御されないため回転要素に損傷を生じる。
多くの大容量冷却器システムは一定の動作回転速度にて動作するモータを特徴とする。動作速度は全負荷において、或いは全負荷に近い状態における最適な性能に基づき選択される。しかしながら、より進化した制御方法は通常全負荷未満にて冷却器を頻繁に操作する。全負荷に満たない固定速度のコンプレッサの操作は非効率である。
【００１４】
遠心コンプレッサにおいて冷媒はインペラにより冷却システムを通じて誘導される。現行の生産による既存のインペラは通常インペラを高速シャフトに取り付ける手段として漸減する穴を使用する。この取付態様は低コストであり、長年にわたって好適に使用されてきた。しかしながら漸減する穴による取付は固有の問題点を有する。例：（１）インペラ及びシャフトの配置は困難であり、時間を要する。（２）インペラの軸方向の取付箇所は再現不能であり、インペラを取り付けるときに応じて僅かに変化する。（３）シャフト及びインペラの組み合わせは各組立後に再びバランスを取ることが要求される。
【００１５】
通常コンプレッサを駆動するモータは、特に複数の高出力モータを使用して動的に冷却される。冷却器システムにおいて、モータに冷媒剤を近接させることにより通常モータを冷却する手段となる。多くのシステムはバイパス回路に特徴を有する。バイパス回路は、コンプレッサが全出力にて、且つバイパス回路によりこれに伴う圧力の急落にて稼動する場合にモータを十分に冷却するように設計される。Ｃｏｎｒｙによる特許文献２に開示されるようなその他のコンプレッサは、バイパス回路を通じて、コンプレッサ内に流入する冷媒を規制する整流器装置に流れる冷媒に関する。更に、Ｌａｒｍｉｎａｔによる特許文献３は気化した（非圧縮の）冷媒を冷媒として使用することを開示している。しかしながらバイパス回路は固有の問題点を有する。
【００１６】
システムには連続して複数の要素を冷却するものもあるが、これらはコンプレッサの動作範囲を制限する。各要素の冷却負荷要件はコンプレッサ冷却性能、コンプレッサの吸引力、使用可能な温度、及び周囲の気温により変化する。従って冷媒の流れは連続した要素のうち１つのみと好適に適合し、所定の条件下においてのみその他の要素が過冷却されるか冷却不足になる状況となる。流れの制御を付加しても冷媒の流れは最も冷却を要する装置によって決定されるため、問題点を軽減することにならない。連続したその他の要素は冷却不足となるか過冷却となる。過冷却された要素は大気に暴露された場合に凝結する。冷却不足の装置は稼働の限界を越えるため要素の故障やユニットの障害を生じる。
【００１７】
大型の冷却器システムは通常オイルを使用したシステムに対する所定の保守要求を有する。回転要素や流体軸受けが使用される場合に、軸受けは潤滑性を備える必要がある。同様にドライブシャフトの速度を漸増又は漸減させるギヤも潤滑性を備える必要がある。オイルを使用したシステムはこれらの要素に潤滑性をもたらすが、石油貯蔵槽、ポンプ、再循環ループ、オイルヒータ（冬季においてオイルの粘性を低く保持するため）、オイルクーラー（夏季においてオイルの過熱を防止するため）等の付属の要素を要する。これらの要素は通常フィルタ交換、シール交換、オイル品質標本採取、オイル交換、及びポンプ、ヒータ、クーラーの修理等の定期的な保守を要する。オイルを使用したシステムは冷媒要素と共通の雰囲気を共有する。雰囲気は通常オイルを冷媒内に案内し、熱遷移に対して悪影響を有する。更に、ポンプ、ヒーター、クーラー、及び往復ループ等の要素は周囲の雰囲気から隔離される必要があり、これは冷媒システム全体において冷媒が漏出する虞がある。
【００１８】
内部のコンプレッサ要素を交換するために、既存のコンプレッサ設計は通常機能する予定のないその他のコンプレッサや機能を要しないその他のコンプレッサ要素を取り外すか解体する必要がある。再組立は通常時間を要し、不正確になされるとユニットの性能を変えてしまう正確な配置工程を要する。付加的に、空力部ハウジング及びモータハウジングは通常１つの鋳造構造体に収容され、寸法が既存の鋳造物の寸法に限定されるため空力要素を変えるか性能向上させる能力を減少させる。
【００１９】
既存の大容量の遠心コンプレッサ設計の別の特徴はアセンブリの重量である。例えば通常の誘導電動機の回転子は数百ポンドであり、１０００ポンド（約４５３．６ｋｇ）を超える。更に、既存の馬力及び冷蔵トン数の性能を越えるシステムが開発されると、これらのユニットの重量は輸送、設置、及び保守において課題となる。ユニットが地上に設けられた場合に重量は、課題というレベルを超え付加的な支持構造体に要する費用のため無理となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２０】
【特許文献１】米国特許第５９２４８４７号明細書
【特許文献２】米国特許第５８５７３４８号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００５／０２８４１７３号明細書
【非特許文献】
【００２１】
【非特許文献１】ＡＲＩ Ｓｔａｎｄａｒｄ ５５０／５９０「２００３ Ｓｔａｎｄａｒｄ ｆｏｒ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｒａｔｉｎｇ ｏｆ Ｗａｔｅｒ−Ｃｈｉｌｌｉｎｇ Ｐａｃｋａｇｅｓ Ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ Ｖａｐｏｒ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｃｙｃｌｅ」
【非特許文献２】１９９６年、ＡＳＨＲＡＥ Ｈａｎｄｂｏｏｋ（インチ−ポンド版）、「Ｈｅａｔｉｎｇ， Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｎｇ ａｎｄ Ａｉｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ」
【非特許文献３】２００５年、ＡＳＨＲＡＥ Ｈａｎｄｂｏｏｋ（インチ−ポンド版）「Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
ＨＶＡＣ産業において冷却器システムの性能を向上させることが長く要求されている。この要求の兆候は大容量冷却器の販売が連続して上昇していることにより強調されている。２００６年に例えば２００標準冷蔵トンより大きな容量のコンプレッサを備えた冷却器システムが２０００以上販売されている。従って、既存のシステムや以前に販売されたシステムより大きな冷蔵性能を有し、既存の設計の問題点を克服するコンプレッサシステムの開発が要求されている。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明の各実施例による大容量冷却用に設計された単段又は多段遠心コンプレッサアセンブリが開示される。この設計により出力及び能率が高まり、信頼性が向上し、保守管理に必要な項目が低減される。
【００２４】
大容量冷却器コンプレッサの設計における変数は回転子アセンブリ及び固定子アセンブリ並びに構造物の材料の径及び長さを含む。回転子アセンブリの径に対して設計トレードオフが存在する。回転子アセンブリはトルク要件を満たすために十分な大きさの径を有する必要がある。反対に径は、高い回転速度、即ち本発明の実施例において１１０００ｒｐｍを越え、場合により２１０００ｒｐｍ付近にて動作する場合に通常の材料の応力を越える表面応力を生じるほど大きくしてはならない。更に、回転子アセンブリの径及び長さをより大きくすると、回転子アセンブリの長さに比例し、且つ径の２乗に比例した空力的吸引力（別名ウィンデージ（ｗｉｎｄａｇｅ））が生じ、大きな損失となる。径及び長さが大きくなると、構造体の標準的な材料が使用されている場合に、回転子アセンブリの質量及び慣性モーメントが上昇する傾向にある。
【００２５】
応力及び吸引力の減少により回転子アセンブリに小さな径を使用することが推奨される傾向にある。より小さな径の回転子アセンブリという限定の範囲内においてより高い出力容量を得るために、本発明の実施例において、永久磁石（ＰＭ）モータが使用される。永久磁石モータは３６００ｒｐｍを越える動作に好適であり、コンプレッサの広い速度範囲及びトルク範囲にわたって証明されたもっとも優れた能率を示す。永久磁石モータは通常公知の誘導モータと比較して単位体積当たりより大きな出力を生じ、ＶＦＤと好適に組み合わせて使用される。付加的に、ＰＭモータの力率は通常同等の出力の誘導モータと比較してより高く、発熱は通常より低い。従って、ＰＭモータは誘導モータと比較して高いエネルギー効率を得られる。
【００２６】
しかしながらより小さな径の回転子アセンブリという限定の範囲内において電力容量を更に高めることにより、電気的損失により生じた熱を転移させるための外側表面積が少なくなり、電力密度がより高くなる。従って、ＰＭモータを使用する産業冷蔵システムやエアコンシステム等の大型の冷蔵設備は通常２００標準冷蔵トン（７００ｋｗ）以下に限定される。
【００２７】
出力密度に対処するために、本発明の各実施例において、エバポレータからの冷媒気体が回転子アセンブリ及び固定子アセンブリを冷却することに使用される。更なる別例において、モータシャフトの内側の冷却により、熱遷移面積が増し、冷媒気体及び回転子アセンブリ間の熱伝達率の対流結合が増す。
【００２８】
本発明の各実施例において、ドライブシステムの要素は全体的なエネルギー効率を向上させるべく設計されている。上記エネルギー損失のメカニズムのいくつか又は全て（例、空気力学的効率、モータ効率、ギヤによる損失、及び軸受けの摩擦による損失）はより高いコンプレッサの能率を得るべく対処される。更に、開示されたコンプレッサの設計により、８００標準冷蔵トンを越える冷却容量を得られる。これは、磁気軸受けを使用する直接駆動コンプレッサによる現時点において２００標準冷蔵トン以下である既存のシステムに対して容量が顕著に増大している。従って、本発明の各実施例において、大型（２００標準冷蔵トン以上）の冷却設備に要するコンプレッサの数は減少する。
【００２９】
可変周波数ドライブ（ＶＦＤ、別名可変速ドライブ、即ちＶＳＤ）はコンプレッサ速度を負荷要件に適合させるように変化させることに使用され、これにより負荷要件の一部にてエネルギー効率を高める。
【００３０】
実施例においてインペラはモータにより直接駆動され、ギヤ並びにこれに伴うエネルギーの損失及び保守の要件を不要とする。インペラは冷媒気体と組み合わせて最適に又は略最適に使用できるように設計され、略一定の能率を維持し、広い動作範囲を有する。
【００３１】
更に、各実施例において、オイルフリーなモータシャフトを支持する磁気軸受けが開示され、これにより、摩擦による損失を低減するか、流体軸受けや回転要素軸受けの使用が開示される。中間部の直流電源システムにより磁気軸受けに対する再生力が得られる。出力は回転子が停止するとモータにより得られる起電力によって生じ、これにより出力のロスや障害が発生した場合に軸受けを制御する。バックアップ用軸受けシステムは磁気軸受けへの十分な給電が途絶えた場合に回転アセンブリを支持するために設けられてもよい。
【００３２】
ＰＭモータは単位当たりの能率の点において更なる効果を有する。ＶＦＤに適合された場合に、ＰＭモータは３６００ｒｐｍ以上の速度にて回転可能であり、これにより回転速度を増すためのギヤが不要となり、これに伴うギヤの遷移による損失をなくすことができる。ＶＦＤ及び永久磁石モータは更に適合されて、コンプレッサに要求される速度及びトルクに対して優れた能率を得られる。
【００３３】
コンプレッサはモータシャフト及び回転子と、固定子アセンブリとを個別に冷却する冷却システムを備え、これらの要素を連続して冷却することに起因する不都合を回避する。各回路は冷却容量及び動作圧力比を変えるように調整可能であり、これらはモータを過冷却したり冷却不足にしたりすることなく速度の範囲にわたって各要素を温度制限の範囲内に保持する。実施例において、冷却回路やバイパス回路は冷媒気体にモータシャフトの他回転子アセンブリの外周を通過させ、これにより冷媒気体をシャフトに対して直接案内し、外周に沿って対流させることにより、回転子アセンブリを冷却する。
【００３４】
コンプレッサアセンブリはユニットを容易に保守できるように、且つ大きな空力学的可撓性を得られるようにモジュール構造により構成される。空力部はモータハウジングとは完全に別体として分離可能であり、これにより寸法及び段数の変更可能な多様な空力部を備えた駆動系を使用することができる。上述したように、２つの構造体により共有される駆動系やその他の要素を交換することなくユニットを修理したり、アップグレードできる。コンプレッサ要素は冷却器の性能要件が変化した場合に、且つ／又は要素がより能率に優れたものに再設計される場合に交換可能である。例えば、モータアセンブリは負荷に対してインペラや渦巻きの形状が最もよく適合するように、空力学的アセンブリに適合させることができる。更にモジュール構造により、冷却器製造業者によって製造されて、保持される部品の在庫が単純化される。
【００３５】
本発明の一実施例において、入口ガイドベーンシステムはコンプレッサへの入口の流れを制御する。ガイドベーンはステッピングモータにより駆動され、フィードバック制御のために回転配向センサを備える。駆動ギヤは自己潤滑性を備えたポリマー材料から形成可能であるため、オイルによる潤滑剤を必要としない。
【００３６】
オイルフリーな磁気軸受けに連結された入口ガイドベーンにおけるオイルフリーなギヤを備え、コンプレッサの回転速度を高めるためにドライブシャフトのギヤを取り除くことにより、オイルを使用したシステム及びこれに伴う保守が不要となる。
【００３７】
各実施例において、鋳造物は容易に再構成できるように設計される。排出ノズルは冷却器の設計において可撓性を得るべく回動されてもよい。時間節約の態様において本発明によるアセンブリは、排出ノズルを取り除くことなく取り除き又は交換が可能なインペラと、インペラハウジングに対して容易に並べることができるインペラ中央部シールと、排出ノズルを取り除くことなく取り除き、及び交換が可能な入口ガイドベーンシステムと、インペラ及びモータシャフト又はその他のドライブシャフトの間に容易に、且つ繰り返して配置が可能となるインペラマウントとを備える。所定の実施例において、動的なＯリングのシールは使用されないため、保守が減少し、補修における摩耗及び損傷の虞れが減少する。
【００３８】
コンプレッサは軽量の要素及び鋳造物から形成され、これにより、より高い電力対重量比が得られる。単段設計における軽量の要素により、公知のユニットの重量のおおよそ３分の１にて同じトン数が可能となる。重量減少の差異はアルミニウム又はアルミニウム合金の要素や鋳造物の使用、ギヤの取り外し、及び小型モータの採用により生じる。
【００３９】
各実施例において、単巻変圧器の使用を通じて広い範囲の電圧入力レベルに調整可能な電源が開示される。電源は電力網に送られる高調波を減衰させるために設けられてもよい。
【００４０】
コンプレッサの制御システムは冷却器制御、コンプレッサ制御、軸受け制御、及びデータ、警告、セットポイント（ｓｅｔ ｐｏｉｎｔｓ）、制御アルゴリズムを統合するネットワーク上におけるＶＦＤの通信を実現するように設計されている。ネットワークはイーサネット等の有線システム、無線システム、或いは両者の組み合わせであってもよい。
【００４１】
実施例において冷却器システムは冷媒気体を圧縮し、モータハウジング内に収容される永久磁石モータを含む遠心コンプレッサアセンブリを備える。モータハウジングは内側チャンバを形成する。本実施例における永久磁石モータは回転軸を中心として回動するモータシャフトと、モータシャフトの一部に操作自在に連結される回転子アセンブリと、モータシャフトに操作自在に連結される少なくとも２つの磁気軸受けとを備える。モータシャフトは少なくとも１つの吸引通路と連通する少なくとも１つの長尺状通路を備え、この少なくとも１つの長尺状通路はモータシャフトの少なくとも一部を通過して、回転軸と略平行に延びる。
【００４２】
本実施例において、エバポレータはモータシャフトと回転子アセンブリとを冷却する冷媒気体を供給するために少なくとも１つの長尺状通路と連通する。冷却器システムは更にモータシャフトと操作自在に連結される空力部を更に備え、操作自在な連結は直接結合によるものである。更に、永久磁石モータは１４０ｋＷの出力を越え、１１０００ｒｐｍを越える速度を生じ、標準産業評価要件にて２００冷蔵トンを越える。
【００４３】
本発明の別例による態様において、大容量且つ優れた能率を得られるように調整される。本実施例において、摩擦による損失の少なくするために磁気軸受けによって支持されるモータシャフトを有する永久磁石モータと、中間部のギヤ及びこれに伴う機械的変位の損失を取り除くためにモータシャフトに直接連結される少なくとも１つのインペラを含む空力部と、インペラの所定の回転速度を冷却器システムの冷蔵負荷に合わせるために永久磁石モータと操作自在に連結される可変周波数ドライブとが開示される。
【００４４】
更なる別例において大容量のオイルフリーな冷却器システムが開示される。本実施例において、オイルフリーな磁気軸受けによって支持されるモータシャフトを有する永久磁石モータと、中間部のギヤを取り除くためにモータシャフトに直接連結される少なくとも１つのインペラを含む空力部と、自己潤滑性を備えた材料からなるギヤ部を含む入口ガイドベーンアセンブリとが開示される。
【００４５】
別例において冷却器システムは永久磁石モータ及び空力部を含むコンプレッサアセンブリを備える。永久磁石モータはモータシャフト、回転子アセンブリ、及び固定子アセンブリを含む。モータシャフトは少なくとも２つの磁気軸受けに操作自在に連結されている。コンデンサはコンプレッサアセンブリと連通し、エバポレータはコンデンサ及びコンプレッサアセンブリと連通する。
【００４６】
コンプレッサアセンブリは気体冷媒を有する回転子アセンブリから熱を取り除くための回転子冷却回路を更に含む。回転子冷却回路はエバポレータと操作自在に連結される気体冷却入口、及びエバポレータと操作自在に連結される気体冷却出口を有する。コンプレッサアセンブリはコンデンサと操作自在に連結される液体冷却入口ポート、及びエバポレータと操作自在に連結される液体冷却出口ポートを有する液体冷却回路を更に含む。液体冷却回路は液体冷媒を使用して固定子アセンブリを冷却するように構成される。整流子装置には、気体冷却回路を通じて冷媒気体の流動速度を規制するための回転子冷却回路が操作自在に連結される。
【００４７】
更なる別例において、冷却器システムは液体バイパス回路及び気体バイパス回路の両者を備える。液体バイパス回路はコンデンサにより供給され、エバポレータに帰還する液体冷媒を使用して固定子アセンブリを冷却する。液体冷媒は液体バイパス回路を通じてコンデンサのエバポレータに対するより高い動作圧力により誘導される。気体冷媒を使用して回転子アセンブリを冷却する気体バイパス回路を備える。気体冷媒はモータシャフトの回転により生じる差圧によってエバポレータから吸引され、エバポレータに帰還する。
【００４８】
本発明の別例による構造体は冷却器システム用のモジュールによる空力部を備える。本実施例において、排出ハウジングは渦巻きをなすべく渦巻きインサートと協動する。少なくとも１つのインペラは渦巻きと操作自在に連結され、この少なくとも１つのインペラはドライブシャフトに操作自在に連結される。排出ノズルは排出ハウジングに操作自在に連結され、渦巻きと連通する。排出ノズルはドライブシャフトの回転軸に対して選択的に配置され、下流導管に操作自在に連結される。少なくとも１つのインペラ及び渦巻インサートは空力部から取り外し可能であるが、排出ハウジングは排出ノズルに操作自在に連結された状態を保持し、排出ノズルは下流導管に操作自在に連結された状態を保持する。排出ハウジングはモータハウジングに操作自在に連結される。インペラ及び渦巻きインサートはアルミニウム及びアルミニウム合金材料からなる。
【００４９】
別例においてモジュールの概念は総じてコンプレッサアセンブリに拡張される。本実施例において、コンプレッサアセンブリはモータを収容するモータハウジングと、回転軸を中心として回動自在であり、モータに操作自在に連結されるモータシャフトと、モータハウジング及びモータシャフトに操作自在に連結される空力部とを備える。空力部は入口導管に取り外し自在に連結される入口遷移部を備える。空力部はモータシャフトの回転軸と略並べられる中心軸を形成する。本実施例において、少なくとも１つのインペラ、入口遷移部、及び渦巻インサートは空力部から取り外し可能であるが、排出ハウジング、入口導管、モータハウジング、及び排出ノズルは固定された状態を保持する。更に、本実施例において、空力部はコンプレッサアセンブリから取り外し可能であるが、入口導管、モータハウジング、及び排出ノズルは固定された状態を保持する。排出ノズルは中心軸に対して選択的に配置される。
【００５０】
実施例において、冷却器コンプレッサアセンブリ用の入口ガイドベーンアセンブリが開示される。この構造体において、冷媒気体を含む雰囲気中にて操作される複数のガイドベーンサブアセンブリは、入口遷移部に操作自在に連結されている。各ガイドベーンサブアセンブリはそれぞれの回転軸を形成し、ガイドベーンサブアセンブリをそれぞれの回転軸を中心として回転させるためのギヤ部を含む。リング状フェースギヤは複数のガイドベーンサブアセンブリの各ギヤ部と操作自在に連結される。駆動モータが操作自在に連結され、各ガイドベーンサブアセンブリをそれぞれの回転軸を中心として回動させるためにリング状フェースギヤを回動させる。ギヤ部は冷媒気体に抵抗する自己潤滑性を備えた材料からなる。
【００５１】
別例においてコンプレッサアセンブリは、駆動系が回動される場合に後方の起電力を出力する第１の組の三相コイル及び第２の組の三相コイルを有する六相永久磁石モータを備える。コンプレッサアセンブリは少なくとも２つの磁気軸受けを更に備える。磁気軸受けは磁気軸受け制御装置により制御され、操作自在に連結され、磁気軸受けに閾値の電圧より大きな供給電圧が作用された場合にモータシャフトを浮揚させる。少なくとも２つのバックアップ用回転要素軸受けは供給電圧が閾値の電圧より小さかった場合にモータシャフトを係合させるように配置される。第１の可変周波数ドライブ及び第２の可変周波数ドライブはそれぞれ第１の組の三相コイル及び第２の組の三相コイルに操作自在に連結される。
【００５２】
第１の可変周波数ドライブ及び第２の可変周波数ドライブに操作自在に連結された単巻変圧器は、第１の可変周波数ドライブ及び第２の可変周波数ドライブの間にて３０°位相シフトを生じる。３０°位相シフトにより第１の可変周波数ドライブ及び第２の可変周波数ドライブに対して１２パルス入力が可能となる。単巻変圧器は幹線に操作自在に連結される。中間部の電源は磁気軸受け及び磁気軸受け制御装置に供給電圧を供給する。中間部の電源は幹線から電力が供給可能な場合に幹線から電力の供給を受ける。中間部の電源は六相永久磁石モータが回転し、幹線が遮断された場合に後方への起電力によって電力の供給を受ける。第１の可変周波数ドライブ及び第２の可変周波数ドライブは直流電源タイプの可変周波数ドライブである。
【００５３】
別例において、コンプレッサアセンブリの組立方法が開示される。コンプレッサアセンブリはモータに操作自在に連結されるドライブシャフトを備え、モータはモータハウジング内に収容され、ドライブシャフトはモータハウジングの外側に延びる駆動端を有する。方法は、モータシャフトの駆動端が排出ハウジング内に延び、モータ排出ハウジングが入口遷移部及び出口遷移部を有し、モータハウジングが固定された状態を保持するように、モータハウジングに排出ハウジングを取り付ける工程を含む。その他の工程は、モータシャフトの駆動端にインペラを取り付ける工程と、渦巻きを形成すべく排出ハウジング内に渦巻インサートを設置する工程と、入口ハウジングを入口遷移部に連結させる工程と、出口遷移部を下流拡散システムに連結させる工程とを含む。渦巻インサートはインペラに操作自在に連結される。下流拡散システムは固定された状態を保持する。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の一実施例における冷却器システムを示す概略図。
【図２】本発明の一実施例におけるコンプレッサアセンブリを示す斜視図。
【図３】図２のコンプレッサアセンブリを示す立面図。
【図４】図２のコンプレッサアセンブリの入口側端部を示す端面図。
【図５】図２のコンプレッサアセンブリを示す上面図。
【図６】図２のコンプレッサアセンブリを示す部分分解図。
【図７】本発明の一実施例における単段コンプレッサアセンブリの空力部を示す斜視断面図。
【図８】図７の空力部を示す斜視断面図。
【図９】本発明の一実施例においてドライブシャフトに取り付けられるインペラを示す断面図。
【図１０】本発明の一実施例における２段コンプレッサアセンブリを示す斜視断面図。
【図１１】本発明の一実施例における多角形タイプのマウントを有するモータシャフトを示す斜視図。
【図１２】本発明の一実施例における入口ガイドベーンアセンブリを示す斜視断面図。
【図１３】図１２に示す入口ガイドベーンアセンブリ用のウォームアセンブリを示す分解図。
【図１４】図１２に示す入口ガイドベーンアセンブリに搭載される磁気位置センサを示す斜視図。
【図１５】本発明の一実施例におけるコンプレッサ駆動系アセンブリを示す斜視断面図。
【図１６】本発明の一実施例におけるターミナルバスプレートアセンブリを示す斜視図。
【図１７】本発明の一実施例におけるターミナルバスプレートアセンブリを示す斜視図。
【図１８】図１５に示す駆動系アセンブリの回転子アセンブリ及び固定子アセンブリを示す断面図。
【図１９】図１８に示す回転子アセンブリ用の気体バイパス回路を強調した図１５の駆動系アセンブリを示す断面図。
【図１９Ａ】図１９のモータシャフトを示す断面図。
【図１９Ｂ】本発明の一実施例におけるモータシャフトを示す概略図。
【図１９Ｃ】図１９のモータシャフトを示す部分拡大断面図。
【図２０】図１５の駆動系アセンブリの固定子アセンブリ用の液体バイパス回路を強調したコンプレッサアセンブリを示す断面図。
【図２０Ａ】図２０の液体バイパス回路において使用可能な螺旋状通路を示す部分拡大図。
【図２０Ｂ】図２０の液体バイパス回路において使用可能な螺旋状通路を示す部分拡大図。
【図２１】本発明の一実施例において６出力相を備えるＶＦＤと、位相シフト単巻変圧器入力電源とを示す電気回路図。
【図２２】本発明の一実施例において予備の中間部の電源を有する電力供給システムを示す電気回路図。
【図２３】本発明の一実施例における永久磁石モータの回転速度の関数としてＤＣ電圧を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００５５】
図１は本発明の実施例において、コンデンサ３０と、膨張装置３２と、エバポレータ３４と、遠心コンプレッサアセンブリ３６とを有する冷却システム２８を示す。冷却システム２８は遠心コンプレッサアセンブリ３６の様々な要素を冷却するための気体バイパス回路３８と、液体バイパス回路４０とを更に備えることを特徴とする。
【００５６】
図１に示す動作において冷却システム２８内の冷媒は駆動されて矢印４１にて示すように遠心コンプレッサアセンブリ３６からコンデンサ３０に移動し、時計方向の流れを設定する。遠心コンプレッサアセンブリ３６によりコンデンサ２０の動作圧力が引き上げられる。膨張装置３２によりエバポレータ３４の動作圧力が下落する。従って、冷却システム２８の動作において圧力に差異が生じ、コンデンサ３０の動作圧力はエバポレータ３４の動作圧力より高くなる。
【００５７】
図２乃至９は本発明の実施例における遠心コンプレッサアセンブリ３６を示す。遠心コンプレッサアセンブリ３６は中心軸４４を有する空力部４２と、モータハウジング４６と、電子機器区画４８と、入力電力端子包囲部５０とを備える。モータハウジング４６は通常コンプレッサアセンブリ３６の様々な要素を収容するための内部のチャンバ４９を形成する。モータハウジング４６と空力部４２とはフランジを設けたインターフェイス５１により連結される。
空力部
特に図７乃至９に示すように、実施例において単段コンプレッサ４３の空力部４２は、渦巻インサート５６及びインペラハウジング５７内のインペラ８０を備える遠心コンプレッサ段部５２を含む。遠心コンプレッサ段部５２は排出ハウジング５４内に収容され、入口ハウジング５８と連通する。
【００５８】
入口ハウジング５８はコンプレッサ段部５２に対して入口遷移部６０を入口導管５９及び入口６２の間に設ける。入口導管５９はフランジ５９ａにより入口遷移部５０に取り付けられるように構成される。入口ハウジング５８は入口ガイドベーンアセンブリ６４を支持するように構成されてもよく、渦巻インサート５６を排出ハウジング５４に対して支持するように機能する。
【００５９】
実施例において、渦巻インサート５６及び排出ハウジング５４は協動し、ディフューザ６６及び渦巻部６８をなす。排出ハウジング５４は更に渦巻部６８と連通する出口遷移部７０を備える。出口遷移部７０は、図３乃至５に示すように排出ハウジング５４、及びコンデンサ３０に案内する下流導管７３の間を遷移する排出ノズル７２に接合されてもよい。下流拡散システム７４は操作自在にインペラ８０に対して連結され、ディフューザ６６と、渦巻部６８と、遷移部７０と、排出ノズル７２とを備える。空力部４２はシャフトシール７６及びインペラ中央部シール７７を更に備えてもよい。シャフトシール７６は波形バネ７８と保持リング７９により所定の位置に保持される。
【００６０】
排出ノズル７２はＡＳＴＭ Ａ２１６ グレードＷＣＢ等の溶接可能な鋳鋼により形成される。様々なハウジング５４，５６，５７，５８が鋼により、或いはコンプレッサアセンブリ３６の重量を減少させるべく高力アルミニウム合金や軽量合金により形成される。
【００６１】
機能的に、フランジを備えたインターフェイス５１により排出ハウジング５４は、中心軸４４に対して選択的に配置された排出ノズル７２によりモータハウジング４６に取り付けられる。実施例において、排出ノズル７２を選択的に配置することにより、空力部４２は下流導管７３を延長することなく、或いは下流導管７３を屈曲を重ねることなくコンデンサ３０に対して連結できる。下流導管７３の長さ及び屈曲の数を減少させることにより、冷却システム２８において付随する損失水頭を減少させることができ、これにより、エネルギー効率に優れる動作を促進する。本発明の所定の実施例において選択的配置により、独特な排出の角度に対して好適な様々な蒸発器及びコンデンサの設計が可能となる。
インペラ
図７，８に示すように様々な実施例においてインペラ８０はインペラハウジング５７内の入口６２及びディフューザ６６の間に設けられる。インペラ８０はインペラ８０がモータシャフト８２等のドライブシャフトに取り付けられるように貫通孔８１を備える。モータシャフト８２は回転軸８９を備えることを特徴とする。締め付けボルト８４はインペラ８０をモータシャフト８２に連結させることに使用される。図９に示すように締め付けボルト８４はネジタップ８３と、前方カウンタボア８５内にてインペラ８０の鼻部に着座する締め付けボルト８４のキャップに係合される。ネジタップ８３及び締め付けボルト８４は左ネジ又は右ネジのいずれであってもよい。インペラ８０はモータシャフト８２の肩部８７から延びる突起部８６と連結するように形成されてもよい。平坦なワッシャ９０、及び１つ又は複数のスプリングワッシャ９２が前方カウンタボア８５内にて締め付けボルト８４及びインペラ８０の間に組み込まれる。鼻部円錐部８８は締め付けボルト８４及び前方カウンタボア８５の上方に設けられる。
【００６２】
図１乃至９に示す実施例において、インペラ８０はモータシャフト８２に直接連結され、これにより別体のドライブシャフト及びこれに付随するギヤ及び構造体が不要となるように構成される。本実施例において、モータシャフト８２の回転軸８９は空力部４２の中心軸４４を形成する。当業者は本実施例の態様がモータシャフト８２とは別体のドライブシャフトを含む構造体に応用可能であることを認識するだろう。
【００６３】
図１１にモータシャフト８２は本発明の実施例において多角形タイプのマウント９６からなる突起部８６を有すると示される。多角形タイプのマウント９６は多角形の断面によりそのように名称を付けられている。湾曲したマウントやスプライン／Ｖ字状歯形マウントを含む別例によるインペラを搭載した構造体が使用可能であるがこれらに限定されるものではない。
【００６４】
図９乃至１１に実施例においてモータシャフト８２の突起部８６がインペラ８０と中心軸４４とを並べるべく機能することを示す。スプリングワッシャ９２は稼働中に締め付けボルト８４を張引された状態に保持することを補助する。更に、ネジタップ８３及び締め付けボルト８４の左ネジ又は右ネジを選択することにより、更にモータシャフト８２の回転方向に応じて締め付けボルト８４がタップ８３のネジ山に固く締め付けられることが補助される。
【００６５】
鼻部円錐部８８は気体冷媒９４がインペラ８０に進入すると空力抵抗が減少する外形表面に形成される。多段コンプレッサにおいて、図１０に示すように鼻部円錐部８８は第１の又は入口の段にて使用されるのみである。
【００６６】
渦巻インサート５６を排出ハウジング５４と協動させることによってディフューザ６６及び渦巻部６８を形成することにより、空力学的可撓性を高めつつ要素の数を減少させることができる。構造体により渦巻インサート５６のみを変更することにより空力学的要素の変更が可能になる（例、ディフューザ６６を羽根無しの構成から羽根有りの構成に、或いは渦巻部６８の通路の特性を変更することにより）。構造体は更に、多段空力部における第１の段及び第２の段の間の往復通路を形成することに好適である。従って、排出ノズル７２及び排出ハウジング７０は空力学的要素の補修中に冷却器に取り付けられた状態を保持できる。
【００６７】
多角形タイプのマウント９６は取り外し、軸方向位置、回転方向における配置（例、「軸外れ」）、及びインペラ８０及び中央部シール７７の間の均衡に関する課題を解決する。多角形タイプのマウント９６は縮径される必要はなく、これによりインペラはモータシャフト８２の肩部８７に載置可能である。多角形タイプの形状により、鍵となる構造体と比較して材料の応力を減少させつつモータシャフト８２からインペラ８０にトルクを伝達することができる。
【００６８】
図７に示すように操作において、空力部４２はインペラ８０から気体冷媒９４に角運動量を伝える。気体冷媒９４はエバポレータ３４から進入する。インペラ８０によって気体冷媒９４に付与された運動エネルギーは下流拡散システム７４においてより高い静圧に変換される。システムにおける総圧力の上昇は通常インペラ８０にて生じる。おおよそ三分の二の静圧の上昇は通常インペラ８０自体において生じ、残りの三分の一の静圧の上昇は下流拡散システム７４において生じる。
【００６９】
排出ノズル７２により、コンデンサ３０に進入するに先だって、気体冷媒９４はより多く拡散させることができ、これによりコンデンサ内の総圧力を減少させ、更にコンプレッサ部から放出される音圧レベルを減少させる。通常、排出ノズル７２の全長及び出口の径を延ばすことにより、より多く拡散させることができる（例、圧力の復帰や静圧の上昇）。溶接可能な鋳込材料を使用することにより、下流導管７３は、所望に応じて逆流を防止する逆止め弁（図示しない）を設置するために、排出ノズル７２に溶接可能である。この目的のためにその他の溶接に適合する材料が使用されてもよい。これに代えて、排出ノズル７２及び下流導管７３の間の連結はフランジを備えたインターフェイス（図示しない）であってもよい。
多段構造体
図１０に本発明の実施例における多段コンプレッサにおいて使用される多段空力部４２ａを示す。多段コンプレッサは図１０に第１のインペラ８０ａ及び第２のインペラ８０ｂとして示すように、１つ以上のインペラを有することを特徴とする。図示の実施例において、第１のインペラ８０ａはスペーサインサート９８によって支持される第１のインペラハウジング５７ａ内に収容され、これら全体により第１の段５２ａを形成する。図１０に示す第２の段５２ｂは図示の実施例において、第２のインペラ８０ｂ、第２のインペラハウジング５７ｂ、及び渦巻インサート５６によって形成される。第１の段５２ａ及び第２の段５２ｂは交差チャネル９９によって分離される。交差チャネル１００には巻きほどき用のベーン（図示しない）が設けられる。
【００７０】
第１の段５２ａ及び第２の段５２ｂ、並びに交差チャネル９９は排出ハウジング５４内に収容される。入口ハウジング５８は第１の段５２ａの上流に位置される。スプール、即ち延長部５５は、例えば第１の段５２ａ及び第２の段５２ｂの両者を収容すべくフランジの構造体により排出ハウジング５４に取り付けられる。別例において、排出ハウジング５４及び延長部５５はフランジを備えず、第１の段５２ａ及び第２の段５２ｂの両者を収容するために十分長い共通のハウジング（図示しない）であってもよい。
【００７１】
第１のインペラ８０ａ及び第２のインペラ８０ｂは共通シャフト１００によって駆動される。共通シャフト１００はモータシャフト８２に様々な方法により連結される。例えば、共通シャフト１００は中空にして、厚みを有する壁を備えた構造体であってもよく、締め付けボルト８４が第１のインペラ８０ａ及び第２のインペラ８０ｂ、並びに共通シャフト１００の両者を通過すべく延長されてもよい。
【００７２】
別例において、締め付けボルト８４は図９に示す単一の段による構造体と同じ長さであってもよいが、第２のインペラは共通シャフト１００の下流の端部１００ｂとネジにより係合するように調整される。後者の実施例は、多段空力部４２ａが延長した締め付けボルト８４を規制するように長い場合に有利である（例、段の数が２を越える場合）。別例（図示しない）において、下流のインペラ（例えば８０ｂ）はトルクをインペラに作用させるためにキー突条を備えるように構成される。共通シャフト１００は締め付けボルト８４に連結可能な上流のインペラ（例えば８０ａ）に延びる。インペラ間の空隙は共通シャフト１００上を摺動する中空の円筒管により保持される。
【００７３】
更なる別例（図示しない）において、多数のインペラ（例、８０ａ及び８０ｂ）を支持し、分離するために十分な長さの１つの多角形タイプのマウント構造体が使用可能である。インペラは再び中空の円筒状のスペーサにより分離され、多角形タイプの形状の上方を伝って摺動する。本発明においては、２以上の段から構成されてもよい。中間部の段はスペーサインサート９８と同種のスペーサインサートと、第２のインペラ８０ｂと同種のインペラからなる。実施例において多段コンプレッサの第１の段のみを渦巻インサート５６に嵌合させる必要がある。
【００７４】
機能的に遠心コンプレッサアセンブリ３６のモジュール構造により、単段コンプレッサ４３（図８）の空力部４２は必要に応じて多段空力部４２ａに代えられる。モジュール構造により操作者は駆動系（後述する）や２つの構造体に共通のその他の要素（例えば、入口ハウジング５８、入口ガイドベーンアセンブリ（後述する）、渦巻インサート５６、及び排出ノズル７２）を代えることなく、ユニットの性能を高めることができる。更にモジュール構造により、冷却器製造業者によって製造され、流通業者によって保持される部品の在庫が単純化される。図１０に示す延長部５５等の多数のスプールにより、図８に示す単一段構造体に使用される排出ハウジング５４を代えることなく、要求されるいかなる長さの排出ハウジング５４も構成することができる。
【００７５】
操作において、第１のインペラ８０ａは気体冷媒９４が交差チャネル９９に進入すると、通常気体冷媒９４に対して接線速度成分を付与する。巻きほどきベーン（図示しない）は気体冷媒９４が交差チャネル９９を通過すると、接線速度成分を取り除き、これにより気体冷媒９４が第２の段５２ｂに進入する場合に流れを直線状にするように設計されている。
入口ガイドベーン
図１２に本発明の実施例における入口ガイドベーンアセンブリ６４及び入口ガイドベーンアセンブリ６４を駆動するための駆動システム１０１を示す。入口ガイドベーンアセンブリ６４は複数のガイドベーンサブアセンブリ１０２を備え、それぞれ入口遷移部６０に取り付けられる（構成を明瞭に示すために図１２において入口遷移部６０は図示しない）。各ガイドベーンサブアセンブリ１０２はベーン１０２ａと、入口遷移部６０と操作自在に連結される台座部１０２ｂと、ギヤ部１０４とを備える。ギヤ部１０４及びベーン１０２ｂはキースロット１０３構造体を介して連結される。ガイドベーンサブアセンブリ１０２は中心軸４４と略直交する回転軸１０６を中心にして回動するように構成される。実施例においてベーン１０２ｂはクリップリング１０５を備えたギヤ部１０４に対して所定の角度をなした位置に保持される。
【００７６】
図１２に示す実施例において、複数のガイドベーンサブアセンブリ１０２及びギヤ部１０４が設けられ、これらはそれぞれ回転軸１０６を有する。多数の回転軸１０６は制御面１０８上に略設けられる。ガイドベーンサブアセンブリ１０２は中心軸４４に至らないような寸法に形成され、これにより、入口ガイドベーンアセンブリ６４の中心部に開口、即ち空隙による径部１０７を形成する。空隙による径部１０７により軽負荷時や初期動作時においてエンストを防止するために最小限の流れや閾値の流れを可能とする。更に空隙による径部１０７により、締め付けボルト８４へのアクセスが可能となる。
【００７７】
ギヤ部１０４はポリマーから形成可能である。ポリアセタール（ｐｏｌｙａｃｅｔａｌ）、アセタール樹脂、ポリホルムアルデヒド、及びポリトリオクサン（ｐｏｌｙｔｒｉｏｘａｎｅ）としても周知のポリオキシメチレン（ＰＯＭ）（例、デラウェア州Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎに所在するデュポン社により販売されているＤＥＬＲＩＮ（登録商標））等の所定のポリマーを使用することにより、ギヤ部１０４は射出成形により形成することができる。ガイドベーンサブアセンブリ１０２はシリコン−真鍮合金やアルミ合金から鋳造により、又は機械加工により形成される。
【００７８】
図１２に示す実施例において、ガイドベーンサブアセンブリ１０２の全米航空諮問委員会（ＮＡＣＡ）による０００９シリーズの対称的なベーン形状を示す。具体的な適用に応じて好適なその他の材料及びガイドベーンの構造体が使用可能である。
【００７９】
実施例において、制御面１０８の下流側に下流側と略平行に設けられる１つのリング状フェースギヤ１１０はギヤ部１０４とかみ合って係合する。リング状フェースギヤ１１０はＤＥＬＲＩＮ（登録商標）やその他のクラス５の材料等の高強力ポリマー材料から形成されてもよく、この場合においてリング状フェースギヤは射出成形される。
【００８０】
ギヤ部１０４は使用に耐えうる寿命を有し、冷却アセンブリ２８と組み合わせて使用される１つの冷媒又は複数の冷媒に抵抗するために十分な耐久性を有する自己潤滑性を備えた材料から形成可能である。上記材料は（ＰＯＭ等の）アセタール、ポリブチレンテレフタレート樹脂（ＰＢＴ）、ナイロン、ポリフェニレン・サルファイド樹脂（ＰＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、及びポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等を含むがこれらに限定されるものではない。これに代えて、外側表面やギヤ接触面が自己潤滑性を備えた材料により部分的に、又は全体的にコーティングされた金属製コアが使用されてもよい。
【００８１】
アセタールは寸法安定性、疲労抵抗、及び広範囲の温度にわたって多くの化学薬品に耐久する特性を有する。アセタールは高い潤滑性を備え、金属及び樹脂の両者を円滑に摺動可能である。ＰＢＴは別の樹脂及び金属から形成されるギヤを有する混合されたギヤの組に好適なポリエステルであり、円滑な表面を成型することに注目される。ナイロンは通常靱性、耐摩耗性、その他の樹脂及び金属に対する低い摩擦抵抗が注目される。ＰＰＳは通常堅固であり、高い疲労抵抗及び耐薬品性を備え、寸法安定性を備える。ＬＣＰは２２０℃まで寸法安定性を備え、殆どの薬品に対して耐性を備えることが注目される。
【００８２】
ファイバ及び充填材がギヤ樹脂特性を高めるために使用される。例えば２５％の短い２ｍｍのグラスファイバにより補強されたアセタール共重合体は主剤の引張強度を倍にし、曲げ弾性率を三倍にする。１０ｍｍ以上の長さのグラスファイバを付加することにより、更にポリマー強度、剛性、耐クリープ性、耐衝撃性、寸法安定性、及び靱性を高めることができる。
【００８３】
本発明の実施例において、扇形の面１３を有するガイドベーン係止リング１１２はギヤ部１０４の上流側に設けられ、扇形の面１１３はギヤ部１０４に配向される。図１２，１４参照。ガイドベーン係止リング１１２は射出成形による形成を可能とするポリオキシメチレンやその他の高力ポリマー材料から形成されてもよい。制御面１０８に対するリング状フェースギヤ１１０及びガイドベーン係止リング１１２の位置（例えば、上流又は下流）は任意であり、限定されるものではない。
【００８４】
図示の実施例において、リング状フェースギヤ１１０は外側の周縁部１１４を有し、その一部は加工されてウォーム１１８と結合するウォームギヤ１１６となる。ウォーム１１８は、ドライブギヤ１２１及び減速ギヤ１２３からなる基準ドライブギヤ／減速ギヤ連結体１２２を介して駆動モータ１２０によって駆動される。
【００８５】
機能的に入口ガイドベーンアセンブリ６４はインペラ８０の回転方向に対して、又は回転方向の反対側に対して入口巻きほどき角度を設定することに使用可能である。入口ガイドベーンの角度を変化させることにより、コンプレッサステージを通過する冷媒の稼働、圧力上昇、及び質量流量を制御可能である。従って入口ガイドベーンアセンブリ６４は部分的な冷却負荷にて操作される場合に、遠心コンプレッサアセンブリ３６を通過する気体冷媒９４の流れの制御や調整が可能である（後述するが、遠心コンプレッサアセンブリ３６を制御するために入口ガイドベーンアセンブリ６４と組み合わせて使用可能な別例による方法は、コンプレッサの速度を変化させる工程を含む）。
【００８６】
ギヤ部１０４に自己潤滑性を備えた材料を使用することにより、入口ガイドベーンアセンブリ６４も潤滑油を要することなく冷媒雰囲気において稼働するように設計可能である。
【００８７】
図１３は実施例におけるウォームギヤ１１６を駆動するためのウォームギヤアセンブリ１２６を示す分解図である。本実施例においてウォームアセンブリ１２６はシャフト１２８と、ウォーム１１８と、長尺状スペーサ１２９と、長尺状スペーサ１２９と比較して短いスペーサ１３０と、シャフト１２８の両端の近傍に設けられる２つの軸受け１３１，１３２とを備え、これらは全てウォーム支持ブラケット１３３内に設けられる。ウォーム支持ブラケット１３３は略Ｕ字状であり、略軸方向に並べられる第１のポート１３４と第２のポート１３５を備える。第１のポート１３４はスプリングワッシャ１３６を受承するように構成され、第２のポート１３５は保持クリップ１３７を受承するように構成される。シャフト１２８は一端にて保持クリップ１２７と、ウォーム１１８と連結されるギヤキー１３８，１３９と、減速ギヤ１２３とをそれぞれ受承するように構成される。
【００８８】
スペーサ１２９，１３０はウォーム１１８を図１３に示す実施例におけるウォーム支持ブラケット１３３内にて好適にな配向させるために使用される。軸受け１３１，１３２は、公知の接触軸受けやローラー軸受けの設計と比較して摩擦及び必要なトルクを減少させて、シャフト１２８を自由に回動させる。ウォームアセンブリ１２６は、スプリングワッシャ１３６及び保持クリップ１３７が対向して支持することにより、ウォーム支持ブラケット１３３内に保持される。保持クリップ１２７は減速ギヤ１２３をシャフト１２８の端部及びウォーム支持ブラケット１３３の間に固定する。ギヤキー１３８，１３９はウォーム１１８及び減速ギヤ１２３をそれぞれ回動自在に固定するように機能する。
【００８９】
図１４に本発明の実施例における入口ガイドベーンサブアセンブリ１０２の角度位置を検知するための位置センサ１４０を示す。好適な位置センサはニューハンプシャー州コンコルドに所在するＭｅｌｅｘｉｓ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｓｙｓｔｅｍｓによって製造され、市場にて販売されているＭＬＸ９０３１６等である。実施例において、位置センサ１４０は磁気によるホール効果原理にて機能し、磁石１４２はガイドベーンサブアセンブリ１０２のベース部に組み込まれるか、連結される。ホール効果センサ１４４は回路基板１４６上に磁石１４２に非常に近接して設けられ、回転軸１０６の周囲にて磁石１４２の位置を検知する。ガイドベーンサブアセンブリ１０２の角度位置は磁石１４２の検知した位置から算出される。回路基板１４６は入口ハウジング５８に設けられたブラケット１４８によって支持される。ＭＬＸ９０３１６の動作は２００５年１０月４日の「ＭＬＸ９０３１６回転位置センサＩＣ」３９０１０９０３Ｊ．６の改訂版００１データシートに開示され、データシートにて定義された用語の表現の定義を除き、その全体がここで開示されたものとする。
【００９０】
操作において、遠心コンプレッサアセンブリ３６は入口ガイドベーンサブアセンブリ１０２を回転方向に位置決めし、様々な角度への流れを防止及び／又は案内することにより制御可能である。駆動モータ１２０はドライブギヤ／減速ギヤ連結体１２２を介してウォーム１１８を回転させ、これによりウォームギヤ１１６を駆動し、フェースギヤ１１０を中心軸４４を中心として回動させる。本実施例において、フェースギヤ１１０の回転により、各ギヤ部１０４はそれぞれの回転軸１０６を中心として回動し、これによりガイドベーンサブアセンブリ１０２を回動させる。ウォームアセンブリ１２６に対して、軸受け１３４，１３６は摩擦及び必要なトルクを低減させて、シャフト１２８を自由に回動させる。図１２に示すガイドベーン係止リング１１２の扇形の面１１３は開閉いずれの方向における各ギヤ部１０４の回動も機械的に係止し、これによりガイドベーンサブアセンブリ１０２間において損傷を引き起こす衝突を防止する。別例による機械的係止手段として入口ハウジング５８から延びるピンや突起部等が使用可能である。
【００９１】
駆動モータ１２０は内部にフィードバックのループを備えた双方向気密ステッピングモータであってもよい。フィードバックループから、ガイドベーンサブアセンブリ１０２の角度位置が適切な調整及び較正により検知可能である。駆動モータ１２０は十分に閉じた位置から十分に開いた位置までガイドベーンサブアセンブリ１０２を駆動するために必要なトルクを伝達可能な寸法に形成される。駆動モータ１２０は稼働中にガイドベーンサブアセンブリ１０２に対して冷媒気体１２４の空気力によって作用される負荷に対処できるような寸法に形成されてもよい。更に、駆動モータ１２０はガイドベーンサブアセンブリ１０２が稼働中に一定の回転位置に保持され、移動が防止されるように構成されてもよい。
【００９２】
別例において、位置センサアセンブリ１４０がガイドベーンサブアセンブリ１０２の角度配向を検知する。ホール効果センサ１４４の出力信号は入口ガイドベーンサブアセンブリ１０２の端部に取り付けられる磁石１４２の角度位置により変化する。回路基板１４６は信号線（図示しない）を連結する連結点となり、ホール効果センサ１４４を搭載する構造体となる。
駆動系
図１５に実施例において固定子アセンブリ１５４を有する永久磁石モータ１５２を備える駆動系１５０と、モータシャフト８２に取り付けられる回転子アセンブリ１５６と、稼働中にモータシャフト８２を一時停止するオイルフリーの磁気軸受け１５８，１６０とを収容するモータハウジング４６を示す。永久磁石モータ１５２はターミナルバスプレートアセンブリ１６３を介して固定子アセンブリ１５４に連結される６本のリード線を通じて駆動される。シャフトの位置を検知するエンコーダや電位差計等の回転位置フィードバック装置はモータシャフト８２に連結されてもよい。
【００９３】
モータハウジング４６及び駆動系１５０は更にエンドハウジング１６１と、一対の軸受け搬送サブアセンブリ１４９ａ，１４９ｂと、スラスト軸受けアセンブリ１５１を更に備えてもよい。スラスト軸受けアセンブリはモータシャフト８２から径方向外側に延びるランナ１５１ａ、及びランナ１５１ａをまたがる２つのコイル１５１ｂ，１５１ｃを備えてもよい。
【００９４】
図１５に示す実施例における動作において、スラスト軸受けアセンブリ１５０のコイル１５１ｂ，１５１ｃは磁気によりランナ１５１ａと相互に作用し、駆動系１５０をモータハウジング４６内の軸方向の位置に固定し、これにより駆動系１５０に作用する正の推力及び負の推力に摩擦の伴わない反力を提供する。軸受け搬送サブアセンブリ１４９ａ，１４９ｂはモータが設置された後にモータの中心線上に軸受けを配置する構造体となる。位置フィードバック装置は所定の瞬間における回転位置の他、モータシャフト８２の回転速度を検出することに使用される。これらの両者は可変周波数装置の適切な操作及び制御に必要である（可変周波数装置の操作は後述する）。
【００９５】
図１６は本発明の実施例におけるターミナルバスプレートアセンブリ１６３を示す斜視図である。本実施例において、６つの矩形の端子１５９はガラスエポキシ材料等の誘電性を備えた埋め込み材料１６５を通過する。端子１５９は３つずつ２組にグループ化され、各組は共通の誘電性を備えた埋め込み材料を通過する。埋め込み材料１６５は端子１５９及び取付板１６３ａの間を絶縁する。
【００９６】
図１７は本発明の別例におけるターミナルバスプレートアセンブリ１６３を示し、各端子１５９は誘電性を備えたフィードスルー１６７内に個別に埋め込まれる。フィードスルー１６７はフィードスルー１６７をシールするＯリングや圧縮シール等の手段に装着され、モータハウジング４６内の気体冷媒９４が誘電性を備えたフィードスルー１６７及び取付板１６３ａの間から漏出することを防止する。各端子１５９及び対応するフィードスルー１６７は別体として取り外すことのできるアセンブリをなし、図１７に示すようにスナップリング１５７によって保持されるか、ネジによる連結体やロックナット等の当業者が使用可能な別の構造体によって保持される。
【００９７】
図１６，１７に示す構造体における端子１５９は通常銅から形成され、電源線を端子に容易に取り付けられるように任意の高さとすることができる。取付板１６３ａはアルミニウム、アルミニウム合金や、その他の好適な構造体材料から形成される。
【００９８】
図１８は本発明の実施例における回転子アセンブリ１５６を示す。モータシャフト８２はインペラ８０が取り付けられる駆動端１６４と、モータハウジング４６に延びる非駆動端１６６を備える。回転子アセンブリ１５６は内側の空隙による径部１６８と、永久磁石材料１７４が全体に沈着された有効長部１７２を含む全長部１７０とを特徴とする。
【００９９】
図１８は本発明の実施例における６位相固定子アセンブリ１５４を更に示す。図１８に最もよく示すように、本実施例における固定子アセンブリ１５４は通常中空の円筒部１７６として示される。円筒部の壁部は重合スタック１７８と、高温エポキシ樹脂等の誘電性を備えた鋳造部１８３内に包囲される巻き端部１８１，１８２を有する６つの螺旋状部１８０からなる。６本のリード線１６２（うち４本を図１８に示す）全ては、６本の螺旋状部１８０のそれぞれに１本割り当てられ、本構造体において中空の円筒部１７６の端部１８６から延びる。中空の円筒部１７６の外側表面にわたって延び、重合スタック１７８及び誘電性を備えた鋳造部１８３の両者の径方向外側周縁部に密接するスリーブ１８８が含まれてもよい。スリーブ１８８は高い導電性を備えたアルミニウムやステンレス鋼等の非磁性材料から形成される。熱電対やサーミスタ等の複数の温度センサ１９０が中空の円筒部１７６の端部１８６から延びる終端部により固定子アセンブリ１５４の温度を検知するために設けられる。
【０１００】
図１９，１９Ａに本発明の実施例における回転子冷却回路１９２を示す。回転子冷却回路１９２は図１に示す気体バイパス回路４０の下位区分又は枝部である。エバポレータ３４からの冷媒気体９４は、エンドハウジング１６１に形成された入口通路１９４を通じて回転子冷却回路１９２に進入し、モータハウジング４６に形成された出口通路１９５から退出する。従って、回転子冷却回路１９２は入口通路１９４及び出口通路１９５の間にて気体バイパス回路４０の区分として形成される。入口通路１９４はモータシャフト８２の回転軸８９に対して略同心上にある中央部通路である長尺状通路１９６と連通する。長尺状通路１９６はモータシャフト８２の非駆動端１６６に開放端１９８が設けられる。長尺状通路１９６は回転子アセンブリ１５６が載置されるモータシャフト８２を通過して、モータシャフト８２を越えて延び、閉鎖端２００にて終端する。
【０１０１】
図１９はモータシャフト８２の非駆動端１６６及びエンドハウジング１６１の間の空隙２０１を示す。本構造体において、冷媒気体９４は内側チャンバ９４から長尺状通路１９６の開放端１９８を通じて引き込まれる。これに代えて、シャフトが動的シール等のエンドハウジング１６１の協動構造体に接触し、これにより冷媒気体９４が長尺状通路１９６内に直接ダクトにより送られてもよい。
【０１０２】
実施例において、複数の径方向の吸引通路２０２は閉鎖端２００の近傍にて長尺状通路１９６と連通する。吸引通路２０２はモータシャフト８２を通じて径方向外側に向かって延びる。吸引通路２０２は、気体冷媒９４が固定子アセンブリ１５４及びモ―タシャフト８２の間の死水領域２０３内に退出するように構成される。環状間隙部２０４が冷媒気体９４を移動させるべく固定子アセンブリ１５４及び回転子アセンブリ１５６の間に形成される。通常気体バイパス回路４０の回転子冷却回路１９２は冷媒気体が回転子アセンブリ１５６及びエンドハウジング１６１の間に収容される様々な要素（例、磁気軸受け１５８）を回るように構成される。出口通路１９５を退出する気体冷媒９４はエバポレータ３４に戻る。この構造体により、駆動系１５０の要素は気相（気体冷媒９４）における冷媒に接触し、所定の条件下において、液相の冷媒に接触する。
【０１０３】
図１９Ｂに本発明の別例においてモータシャフト８２の回転軸８９と略平行であるが、同心上には設けられてはいない複数の流路２０６を示す。流路２０６は図１９Ａに示す単一の長尺状通路１９６に代わるか、或いは長尺状通路１９６を補完する。複数の通路は吸引通路２０２と連通する。
【０１０４】
流路２０６は流路２０６の部分に沿って延び、流路２０６内に突出する長尺状フィン２０６ａ等の伝熱促進構造体を更に含む。当業者は別例による伝熱促進構造体を使用可能であり、これらは螺旋状フィン、流路２０６の壁部に形成される長尺状溝や螺旋状（線条を施した）溝や、捻れ型構造体を含むがこれらに限定されるものではない。これらの伝熱促進構造体は図１９，１９Ａに示す構造体内に組み込まれてもよい。
【０１０５】
機能的に複数の通路を使用することにより伝熱領域を拡大することによって気体冷媒９４及び回転子アセンブリ１５６の間の熱伝達速度を促進することができる。伝熱促進構造体は伝熱領域を拡大し、所定の態様において、更に伝熱を促進すべく流れを妨害するように作用する。流路２０６及びモータシャフト８２の外側表面の間の導電性連結体は伝動路の径方向の有効な厚みが短縮されるため、減少されてもよい。多数の通路により設計者は別例による組のパラメータを得られる。このパラメータは、気体冷媒９４及び流路２０６の壁部間の対流的な伝熱速度を促進する好適なレイノルズ数型を得られるように操作され、最適化される。
【０１０６】
絞り装置２０７は図１９に示すように気体バイパス回路４０の回転子冷却回路１９２の入口側、又は出口側に設けられる。絞り装置２０７は事実上受動的であるか、自動的であってもよい。受動装置は通常全く動的フィードバック制御を有さないものであり、例えば開ループ制御を使用する固定オリフィス装置や可変オリフィス装置が挙げられる。自動装置は閉ループ制御においてフィードバック要素を使用するものであり、例えばオン／オフ制御装置や比例／積分／派生制御機構を使用する制御装置が挙げられる。
【０１０７】
回転子冷却回路１９２を退出する気体冷媒９４の温度は温度検知プローブ２０５等のフィードバック要素を使用して監視される。フィードバック要素は絞り装置２０７の閉ループ制御を使用可能である。これに代えて、流量メータ、熱流速計や、圧力センサ等のその他のフィードバック要素が使用されてもよい。
【０１０８】
図２０，２０Ａは本発明の実施例における固定子アセンブリ１５４を冷却するための液体バイパス回路４０の固定子冷却部２０８を示す。固定子冷却部２０８はスリーブ１８８の外側に形成される螺旋状の通路２１０をなすチューブ２０９ａを備える。チューブ２０９ａに流れ込む冷媒２１６への伝熱はチューブ２０９ａ及びスリーブ１８８の間の熱伝導性間隙物質２１１により増大する。チューブ２０９ａは、溶接、ろう付け、挾持、或いは当業者に公知のその他の手段によりスリーブ１８８に固定される。
【０１０９】
図２０Ｂは螺旋状通路２１０がチャネル２０９ｂを有し、これにより液体冷媒２１６がチャネル２０９ｂ内に流入し、スリーブ１８８と直接接触できることを示す。チャネル２０９ｂは溶接、ろう付け、或いは気密な通路が得られる当業者に公知のその他の技術によりスリーブ１８８に固定される。
【０１１０】
本発明は固定子冷却部２０８の螺旋状の形状に限定されるものではない。ペンシルバニア州Ｌａｆａｙｅｔｔｅ Ｈｉｌｌに所在するＤｅａｎ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ， Ｉｎｃ．社により製造されている製品のＰＡＮＥＬＣＯＩＬ（登録商標）等の従来技術による円筒状冷却ジャケットがスリーブ１８８上に取り付けられるか、別体のスリーブに代わるものである。
【０１１１】
螺旋状通路２１０は液体冷却入口ポート２１２及び液体冷却出口ポート２１４と連通する。液体冷却入口ポート２１２を通じて冷媒液体２１６が供給され、液体冷却出口ポート２１４を通じて冷媒液体２１６が送り戻される。液体冷却入口ポート２１２は冷却回路のコンデンサ３０に連結され、液体冷却出口ポート２１４はエバポレータ３４に連結される。本実施例において冷媒液体２１６は、図１に示すエバポレータ３４に対するコンデンサのより高い動作圧力によりコンデンサ３０からエバポレータ３４に移動するように誘導される。
【０１１２】
絞り装置（図示しない）は固定子冷却部２０８の入口側又は出口側に設けられる。絞り装置は事実上受動的であるか自動的である。
駆動系１５０はモータシャフト８２の非駆動端１６６から組み立てられる。組立において非駆動端１６６（駆動端１６４ではない）を伝って回転子アセンブリ１５６を摺動させることにより、径方向吸引通路２０２に損傷を付与することを防止する。
【０１１３】
機能的に永久磁石モータ１５２は高速にて広い作業範囲にわたって高い能率を有し、同程度の寸法の誘導型モータと比較した場合における高出力及び高い力率を組み合わせて得られる。永久磁石モータ１５２は更に小さな体積や設置面積を占め、これにより高い出力密度及び高い力対重量比を得られる。
【０１１４】
更にモータシャフト８２は永久磁石モータ１５２と空力部４２のインペラ８０とを直接連結するように機能する。このタイプの構造体はここで「直接駆動」構造体と呼ぶ。モータシャフトとインペラ８０とを直接連結することにより、非効率な伝達を引き起こし、整備を要し、装置の重量が増加する中間部のギヤを排除することができる。本発明の所定の態様はモータシャフト８２とは個別に独立したドライブシャフトを含む構造体に応用可能である。
【０１１５】
動作において、モータシャフト８２内における径方向吸引通路２０２の回動により、遠心インペラが作用され、気体冷媒９４を気体バイパス回路４０を通じて吸引し、固定子アセンブリ１５４を冷却する。本実施例において、吸引通路２０２に位置される気体は径方向外側に向かって空洞部２０３内に吸引され、冷媒気体９４をエバポレータ３４から入口通路１９４を通じて吸引する閉鎖端２００にて低圧力または低吸引力をなす。気体を空洞部２０３内と置き換えることにより、空洞部２０３内に高圧がなされ、気体冷媒９４が環状間隙部２０４及び出口通路１９５を通じてエバポレータ３４に帰還される。この遠心動作によって生じる差圧により、冷媒気体９４はエバポレータ３４を往復する。
【０１１６】
回転子アセンブリ１５６の冷却は、既存の冷媒コンプレッサ設計に比較して、いくつかの点において高められる。回転子アセンブリ１５６は内側の空隙による径部１６８の部分に沿って、冷却されたモータシャフト８２への直接的な熱伝導により冷却される。通常回転子アセンブリ１５６の外側表面も環状間隙部２０４を通じて押圧される気体冷媒９４により生じる強制対流によって冷却される。
【０１１７】
絞り装置２０７は気体冷媒９４の流れと、付随する伝熱を制御することに使用される。温度検知プローブ２０５は冷媒気体９４の流動速度の制御におけるフィードバック要素として使用可能である。
【０１１８】
冷媒気体９４を使用することは、回転子の冷却に冷媒液体２１６を使用することに対し、有利である。気体は通常液体と比較してより低い粘性を有するため、可動面に対して付与される摩擦抵抗や空力抵抗が少なくて済む。空力抵抗は装置の能率を減少させる。本実施例において、空力抵抗は特に環状間隙部２０４を通過する流れに行き渡る。ここには回転子アセンブリ１５６の高速な回転により、軸方向の速度成分のみならず大きな正接の速度成分が存在する。
【０１１９】
実施例において示すように、固定子アセンブリ１５４は液体として螺旋状通路２１０に進入する液体冷媒２１６によって冷却される。しかしながら、液体冷媒２１６が固定子冷却部２０８を通過すると、冷媒の一部は気化し、二相又は核沸騰が想定され、非常に効率に優れた伝熱が可能となる。
【０１２０】
液体冷媒２１６はコンデンサ３０及びエバポレータ３４の間に存在する差圧により液体バイパス回路４０及び固定子冷却部２０８を強制的に通過させられる。絞り装置（図示しない）は能動的又は受動的に液体バイパス回路４０を通過する流れを減少させるか、規制する。温度センサ１９０は絞り手段と組み合わされてフィードバック制御ループにおいて使用可能である。
【０１２１】
スリーブ１８８は伝導性熱伝達を熱的に拡散し、重合スタック１７８及び誘電性鋳造部１８３の両者の外側周縁部の均一な冷却を促進する高い熱伝導性を備えた材料から形成される。螺旋状に巻かれたチャネル２０９ｂの構造体において、スリーブ１８８は液体冷媒２１６が重合スタック１７８を貫通することを防止する境界として更に機能する。
【０１２２】
誘電性鋳造部１８３内の固定子アセンブリ１５４の巻き端部１８１，１８２により包囲することにより、巻き端部１８１，１８２から固定子冷却部２０８に伝熱するように機能し、これにより気体バイパス回路４０の回転子冷却回路１９２に対する熱負荷の要求を減少させることができる。誘電性鋳造部１８３により回転子冷却回路１９２を通じて気体冷媒９４の流れに暴露される巻き端部１８１，１８２の漏出の可能性を減少させることができる。
磁気軸受け
本発明の様々な実施例において回転子アセンブリ１５６は通常の稼動下において摩擦のない磁気軸受け１５８，１６０によって支持される。軸受け１５８，１６０はコンプレッサ本体に設けられた、又は離間して設けられた電子機器格納装置２１７内に含まれるマイクロプロセッサ制御装置及び電力増幅器によって制御され、且つ浮上される。
【０１２３】
更に、バックアップ用回転要素軸受け２１８，２２０が設けられ、回転アセンブリを規制し、磁気軸受け１５８，１６０の制御の突発事故における損傷から保護する。本実施例において、バックアップ用軸受け２１８，２２０はモータシャフト８２の計より大きな内径を有する。磁気軸受け１５８，１６０、バックアップ用軸受け２１８，２２０、及びモータシャフト８２は、モータシャフト８２が稼動中に内径内の略中心部に位置され、モータシャフト８２及び各磁気軸受け１５８，１６０の間に環状間隙部を形成するように設けられる。間隙部によりモータシャフト８２はバックアップ用軸受け２１８，２２０と接触することなく自由に回転自在である。本構造体により、バックアップ用軸受け２１８，２２０は通常の稼動中に回転子アセンブリ１５６と接触しない。
可変周波数ドライブ
図２１は本発明の実施例において永久磁石モータ１５３を六相構造体において駆動する可変周波数ドライブシステム（ＶＦＤシステム）２４８を示す。本実施例において、全６本の電力線２５０が一対の三相コイル２５２ａ，２５２ｂに電力を伝達する。三相コイル２５２ａ，２５２ｂの各組は、幹線２２４に接続される単巻変圧器２５６を通じて供給を受ける別体の独立した可変周波数ドライブ（ＶＦＤ）電力部２５４ａ，２５４ｂによって駆動される。
【０１２４】
六相構造体において単巻変圧器２５６によりＶＦＤ電力部２５４ａ又はＶＦＤ電力部２５４ｂとの間にて３０°の位相シフトを得られる。単巻変圧器２５６はＶＦＤの要求に応じて必要に応じて入力電圧を上昇／下降させることに使用されてもよい。六相の実施例が開示されたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば単相電力部が一対の三相コイルを有する永久磁石モータに電力を供給してもよい。この別例において単巻変圧器２５６は位相シフトには使用されず、ＶＦＤ電力部２５４ａ，２５４ｂに要求される電圧となるように入力電圧を上昇／下降させることに使用される。
【０１２５】
図２１に示すようにＶＦＤ電力部２５４ａ，２５４ｂはそれぞれ入力整流器２５８と、フィルタ２６０と、電流チョッパ２５８と、ステアリング回路２６４とを備え、これら全てはＤＣバス２６６によって接続されている。整流器２５８は単巻変圧器２５６からのＡＣ電力をＤＣ電力に変換する。使用可能な整流器のタイプはダイオードブリッジ整流器、サイリスタ（ｔｈｙｒｉｓｔｅｒ）制御の整流器や、これらの組み合わせを含む。フィルタ２６０により整流されたＤＣ電力のリップルが減少する。電流チョッパ２６２及びステアリング回路２６４を組み合わせることによりインバータ２６８をなす。
【０１２６】
インバータ２６８は永久磁石モータ１５の所望の回転速度に応じた周波数にてＤＣ電力を三相ＡＣ電力に変換する。ＤＣバス２６６の電流のスィッチングはパルス幅変調器（ＰＷＭ）を使用する複数の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴｓ）により可能である。
【０１２７】
実施例においてインバータ２６８は「電流源」タイプと呼ばれ、永久磁石モータ１５３への出力は制御されたＡＣ電圧というよりはむしろ制御されたＡＣ電流である。電流源による駆動は、１９９７年に、Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓにより出版されたＩＳＢＮ０−７８０３−１０６１−６の、Ｂｉｍａｌ Ｋ． Ｂｏｓｅによる「Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｔｏ Ｐｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ａｎｄ Ｄｒｉｖｅｓ」第５版に開示され、特別な用語の定義を除きその全体がここで開示されたものとする。
【０１２８】
電力工学、制御方法、及びマイクロプロセッサ制御により使用者は短所の減少した電流源による駆動の恩恵を受けることができる。電流源インバータはインバータの低いスィッチング周波数及び電圧上昇時間（ｄＶ／ｄＴ）を使用し、これにより、モータ応力を減少させ、システム全体の能率を高めることができる。電流源インバータは固有の限流機能も有する。電流源インバータは通常ＤＣにおいて費用及び重量を要する大型インダクタを備える。電流制御方法は入力及び出力における高調波を制御するように精巧である。
【０１２９】
制御方法、能率、永久磁石モータと組み合わせた使用、及び高長波の軽減に関する設計に係るその他の文献を後述する。特定の用語の定義を除き、全ての文献はここで全体が開示されたものとする。
【０１３０】
１９９３年３月７乃至１１日に開催されたＡｐｐｌｉｅｄ Ｐｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｘｐｏｓｉｔｉｏｎの第８回年次定例会ＡＰＥＣ ’９３．の議事録におけるＥｓｐｉｎｏｚａ， Ｊ．Ｒ．、Ｊｏｏｓ Ｇ．、Ｚｉｏｇａｓ， Ｐ．Ｄ．による「Ａ ｇｅｎｅｒａｌ ｐｕｒｐｏｓｅ ｖｏｌｔａｇｅ ｒｅｇｕｌａｔｅｄ ｃｕｒｒｅｎｔ−ｓｏｕｒｃｅ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ」７７８頁乃至７８４頁。
【０１３１】
ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ３４巻のＩｎｄｕｓｔｒｙ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ刊の１９９８年１月乃至２月の１号、Ｙｕｅｘｉｎ Ｙｉｎ、Ｗｕ， Ａ．Ｙ．による「Ａ ｌｏｗ−ｈａｒｍｏｎｉｃ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｄｒｉｖｅ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｃｕｒｒｅｎｔ−ｓｏｕｒｃｅ ｉｎｖｅｒｔｅｒ」の２２７頁乃至２３５頁。
【０１３２】
ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓの２１巻、２００６年６月２号のＣｏｌｌｉ， Ｖ．Ｄ．、Ｃａｎｃｅｌｌｉｅｒｅ， Ｐ．、Ｍａｒｉｇｎｅｔｔｉ， Ｆ．、Ｄｉ Ｓｔｅｆａｎｏ， Ｒ．による「Ｖｏｌｔａｇｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｏｕｒｃｅ ｉｎｖｅｒｔｅｒｓ」の４５１頁乃至４５８頁。
【０１３３】
１９９８年７月乃至８月の４号、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ３４巻のＩｎｄｕｓｔｒｙ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ刊のＥｓｐｉｎｏｚａ， Ｊ．Ｒ．、Ｊｏｏｓ， Ｇ．による「Ａ ｃｕｒｒｅｎｔ−ｓｏｕｒｃｅ−ｉｎｖｅｒｔｅｒ−ｆｅｄ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｍｏｔｏｒ ｄｒｉｖｅ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ ｒｅｄｕｃｅｄ ｌｏｓｓｅｓ」の７９６頁乃至８０５頁。
【０１３４】
１９９１年７月乃至８月の４号、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ２７巻のＩｎｄｕｓｔｒｙ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ刊のＷｉｌｌｉａｍｓ， Ｓ．Ｍ．、Ｈｏｆｔ， Ｒ． Ｇ．による「Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｏｕｒｃｅ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｆｏｒ ｐｏｗｅｒ ｌｉｎｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ」の７７３頁乃至７７９頁。
【０１３５】
１９９３年６月１乃至３日にＢｕｄａｐｅｓｔ．にて開催されたＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍの議事録、ＩＳＩＥ‘９３のＩｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ刊のＥｓｐｉｎｏｚａ， Ｊ．、Ｊｏｏｓ， Ｇ．； Ｚｉｏｇａｓ， Ｐ．による「Ａｎ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｔｈｒｅｅ−ｐｈａｓｅ ｖｏｌｔａｇｅ ｒｅｇｕｌａｔｅｄ ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｏｕｒｃｅ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｔｏｐｏｌｏｇｙ」の６６３頁乃至６６８頁。
【０１３６】
１９９９年９月５号、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ１４巻のＰｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ刊のＴｏｌｉｙａｔ， Ｈ．Ａ．、Ｓｕｌｔａｎａ， Ｎ．、Ｓｈｅｔ， Ｄ． Ｓ．、Ｍｏｒｅｉｒａ， Ｊ． Ｃによる「Ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ （ＢＰＭ） ｍｏｔｏｒ ｄｒｉｖｅ ｓｙｓｔｅｍ ｕｓｉｎｇ ｌｏａｄ−ｃｏｍｍｕｔａｔｅｄ ｉｎｖｅｒｔｅｒ」の８３１頁乃至８３７頁。
【０１３７】
１９９３年１１月１５乃至１９日に開催された国際会議ＩＥＣＯＮ ’９３の議事録のＩｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ， Ｃｏｎｔｒｏｌ， ａｎｄ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ刊のＳｌｅｍｏｎ， Ｇ．Ｒ．による「Ｈｉｇｈ−ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｄｒｉｖｅｓ ｕｓｉｎｇ ｐｅｒｍａｎｅｎｔ−ｍａｇｎｅｔ ｍｏｔｏｒｓ」の７２５頁乃至７３０頁。
【０１３８】
様々な実施例における電流チョッパ２６２（別名ステップダウンコンバータ、バックコンバータや、多相バックコンバータ）の機能はＤＣバス電圧を永久磁石モータ１５３の起電力（ｂａｃｋ−ｅｍｆ）を越える所望のレベルに保持し、永久磁石モータ１５３の定電流源を保持することである。電流チョッパ２６２はダイオードのネットワーク、大型インダクタ、及びスィッチング装置を備える。スィッチング装置は平行に配置され、交互的パターンや多相パターンにて制御された複数の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴｓ）であってもよい。この制御パターンはＤＣにおけるリップルを減少させ、電流源をスムージングするときにおける異なる点においてＩＧＢＴｓを「ｏｎ」に切りかける。
【０１３９】
ステアリング回路２６４はＰＷＭ制御パターンを使用してＤＣ電力をパルス状の三相ＡＣ電力に変換するスィッチング装置のネットワークを備える。永久磁石モータ１５３の各三相コイル２５２ａ，２５２ｂへの電力は所望のモータ速度に応じた速度に切り換えられる。このタイプのインバータ出力部は電源ドライブと比較してずっと低いスィッチング周波数を使用する。
【０１４０】
本発明の別例において電圧インバータが使用される。このタイプのインバータにおいて、ＤＣ電圧は保持され、ＩＧＢＴｓスィッチは高い速度に切り換えられる。
機能的にＶＦＤシステム２４８は、遠心インペラ８０やインペラ８０ａ，８０ｂが冷却器の稼働要件を満たすために十分なトルク及び速度を得られるように整合される。ＶＦＤシステム２４８は従来技術による設計に対して電源高調波を減少させ、駆動系の能率を高める。モータ内の別体のコイルに電力を供給するために２つのＶＦＤ電力部２５４ａ，２５４ｂを使用することにより、従来技術による十二相ＶＦＤと組み合わせてインターフェイス変圧器を使用してＤＣバス電圧や電流を調整することが不要になる。構造体により、更にモータの加熱及びエネルギーの損失が減少する。
【０１４１】
ＶＦＤシステム２４８は本発明のモジュール設計において実行可能な所定の範囲の寸法のインペラ及び冷媒の組み合わせを収容するために高速稼動に設計可能である。２００００ｒｐｍを越える回転速度が得られる。
【０１４２】
実施例において、ＶＦＤシステム２４８は液体冷媒や気体冷媒を収容する冷却バイパス回路（図示しない）を有するヒートシンクを備える。冷却バイパス回路はヒートシンクを所望の温度に制御するための制御弁及びヒートシンクからのフィードバック温度要素を備える。ヒートシンクの濡れ要素が使用される冷媒との適合するように選択される（例、冷媒Ｒ−１３４ａ及びポリオールエステルオイル）。動的に冷却した要素に非常に近接した電子機器は凝縮体からの水分を回避するか収容するように設計される。様々な実施例において水が冷却流体として使用される。
【０１４３】
整流器２５８は、特に高出力装置において幹線２２４に給電する電力網を通じて工場施設のみならず隣接する設備にも様々な弊害をもたらす原因になる高調波を生じる。高調波により生じる可能性のある問題は、コンダクタの過熱、コンデンサの故障や破損、ブレーカの疑似遮断（ｓｐｕｒｉｏｕｓ ｔｒｉｐｐｉｎｇ）、変圧器コイルの過熱の他、設備や電力網における制御装置、コンピュータ、及び需給計器の障害を含む。
【０１４４】
単巻変圧器２５６により得られる３０°の位相シフトによりこれらの課題は付随する電源高調波を減少させ、インバータに対して１２パルス入力（例、図２１に示す２つのインバータ２６８のそれぞれに対して６パルス）を行うことにより軽減可能である。１２パルス入力により第５の高調波及び第７の高調波を取り除くことができる。付加的に、六相モータ構造体における位相シフトにより、モータの加熱を減少させ、能率を最大限にすることができる。これらの方法は高調波を減少させるが、ＩＥＥＥ−５１９の要件を満たす必要がある場合に付加的な高調波フィルタと組み合わせて使用することができる。
中間部の電源
図２２は本発明の実施例において、磁気軸受け１５８，１６０と、磁気軸受け制御装置２７０と、ＶＦＤ制御装置２７２とを駆動する中間部の電源２２２を備える電源及びＶＦＤシステム２２１を示す。通常の稼動下において中間部の電源２２２は各ＶＦＤ電力部２５４ａ，２５４ｂのＤＣバス２６６から対応するＤＣ電圧２７４ａ，２７４ｂによって給電される。中間部の電源２２２への付加的なＤＣ入力２７６が整流器２７８を通じて入力幹線２２４から得られてもよい。
【０１４５】
実施例において、中間部の電源２２２はスィッチングコンバータ２８０及び絶縁電源変圧器２８２を備え、ＤＣ入力２７６や中間部のＤＣ電圧２７４を所定の補助供給電圧に変換する。磁気軸受け１５８，１６０と、磁気軸受け制御装置２７０と、ＶＦＤ制御装置２７２とは好適な絶縁電源変圧器２８２に連結されてもよい。
【０１４６】
本発明の様々な実施例において、中間部の電源２２２を電源とし、永久磁石モータ１５３の三相コイル２５２ａ，２５２ｂのそれぞれの回転により得られる起電力電圧２８４ａ，２８４ｂを得る。永久磁石電気モータ１５３が回転している場合に、起電力電圧２８４ａ，２８４ｂは幹線２２４からの電力の障害時においてＤＣバス２６６における唯一の電源となる。起電力電圧２８４ａ，２８４ｂは通常永久磁石電気モータ１５３の回転速度に比例する。
【０１４７】
機能的に中間部の電源２２２の余剰分により既存のＤＣ電圧２７４ａ，２７４ｂを使用することなくコンプレッサアセンブリに機能的に給電することができる。例えば、最初のシステム起動時やシステムの補修時においてＶＦＤが十分に給電されていない場合や、起電力電圧がない場合に、中間部の電源は整流器２７８を通じて電源となる。ＰＭモータ１５３が回転している場合に起電力電圧２８４ａ，２８４ｂは中間部の電源２２２の代わりの電源となる。この剰余分によりＶＦＤ２５４ａ，２５４ｂの障害によりＤＣ電圧２７４ａ，２７４ｂに損失が生じた場合に磁気軸受け１５８，１６０のみならず磁気軸受け制御装置２７０に対しても給電の付加的な保全性を得られる。
【０１４８】
通常の動作において、インバータ２６８により出力されるＡＣ電圧は永久磁石モータ１５３により生じる起電力電圧２８４ａ，２８４ｂを丁度越えるように制御される。インバータ２６８内のＩＧＢＴｓを切り換える位相のタイミングは回転位置フィードバック装置により得られる。
【０１４９】
幹線の入力供給電圧２２４が失われた場合に、ＤＣ電圧２７４ａ，２７４ｂは起電力電圧２８４ａ，２８４ｂによって保持される。起電力はＩＧＢＴスィッチング装置と平行に配置される「フリーホイール（ｆｒｅｅｗｈｅｅｌ）」構造体に配置されるダイオードを通過する。本構造体において、フリーホイールダイオードはＤＣバスを給電すべく整流器として機能する。これにより磁気軸受け１５８，１６０及び磁気軸受け制御装置２７０への電力は、磁気軸受け１５８，１６０への損傷を防止するために幹線２２４によって経験される過渡電流及び電線浸漬（ｌｉｎｅ ｄｉｐｓ）において保持される。
【０１５０】
ＶＦＤ２５４ａ，２５４ｂは様々な標準的な幹線電圧（即ち、３８０，４００，４１５，４４０，４６０，４８０，及び５７５Ｖ）に所望の変動量（例、プラスマイナス１０％）を加算して、５０Ｈｚ回線周波数又は６０Ｈｚ回線周波数にて稼動するように構成される。様々な入力電圧による調整により、広い範囲のＤＣ電圧２７４ａ，２７４ｂが生じる。減少された電圧及び周波数にて稼動する機能により、中間部の電源２２２に送られるＤＣ電圧２７４に対して更に変動量が付与される。従って、所定のレベルの規制が軸受け１５８，１６０及び制御装置２７０，２７２の給電に対して行われる。
【０１５１】
本構造体においてＶＦＤ制御装置２７２により、ＶＦＤシステム２４８は永久磁石モータ１５２を回転させ、ＶＦＤシステム２４８の状態を冷却システムのその他の要素に伝達することができる。
【０１５２】
ＶＦＤシステム２４８は冷却器設備のローカルのイーサネットのネットワークを介してセットアップのデータ及び動作のデータを送受信するように構成されてもよい。更に、ＶＦＤシステム２４８はイーサネットのネットワーク越しにソフトウェアのアップデートを転送するためのＦＴＰサーバと、ドライブを監視しセットアップするためのＨＴＴＰサーバを有してもよい。
【０１５３】
図２３は中間部の電源２２２が更にＤＣ電圧２７４ａ，２７４ｂに「再生ブースト」２８６を設けて構成されることを示す。再生ブースト２８６はＶＦＤ２６４の出力インバータにおけるＩＧＢＴｓの切り換え体制を変形することにより得られる。ＤＣ電圧２７４ａ，２７４ｂを保持することにより、更に中間部の電源２２２からの出力電圧を保持する。
【０１５４】
ブーストは「ブースト」コンバータをシミュレートするインバータスィッチングパターンを調整することにより得られる。このタイプの直流対直流のコンバータにおいて出力電圧は、ＤＣインダクタ（エネルギー蓄積装置）、ダイオード、及びＩＧＢＴｓを含む回路構成により入力電圧を超える。
【０１５５】
図２３に再生ブースト２８６の効果の例をＤＣ電圧２７４、及び永久磁石電気モータ１５３の回転速度２９０の規格化したグラフとして示す。破線は再生ブースト２８６を伴わずに生じるＤＣ電圧２７４の非ブースト電圧２８８を示す。非ブースト電圧２８８は速度に比例して下降する。従って、中間部の電源２２２の出力は永久磁石モータ１５３の回転速度２９０がおおよそ５％となるまで下降を保持する。
【０１５６】
再生ブースト構造体のＤＣ電圧２７４は実線２８６によって示される。再生ブーストの降下はおおよそ４０％の速度以下の回転速度２９０にて得られ、ＤＣ電圧２７４は回転速度２９０がおおよそ２％以下の速度に下降するまで一定に保持される。２％以下の回転速度２９０においてＤＣ電圧２７４は急激に減少し、おおよそ１％の回転速度にて出力ゼロに至る。
【０１５７】
従って、再生ブーストは制御装置２７０，２７２をゼロ近傍の回転速度２９０に保持する閾値を十分に越えるＤＣ電圧２７４を得られるように構成される。再生ブーストは定格ＤＣ電圧に応じて磁気軸受け１５８，１６０を同じ回転速度２９０に保持する閾値を十分に越えるＤＣ電圧２７４が得られるようにも構成される。
【０１５８】
エネルギーロスは非理想的な電気的要素によって生じる。従って、バックアップ用軸受け２１８，２２０は軸受け制御の異常な損失の後に残余の回転速度が存在する場合に回転アセンブリを支持可能である。通常の停止状態下において軸受け制御装置はモータシャフト８２をバックアップ用軸受け２１８，２２０に下降させるに先立って、モータシャフト８２を完全に停止させる。
【０１５９】
ブーストコンバータ、バックコンバータ、及び多段コンバータ等の電源及び変形例を切り換える装置及び方法は以下に列挙した文献に開示されている。これらは全て特別な用語の定義を除き、その全体がここで開示されたものとする。
【０１６０】
２００３年出版、ＩＳＢＮ０−４７１−４３９０８−２、Ｈｏｂｏｋｅｎに所在するＪｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ＆ Ｓｏｎｓ， Ｉｎｃ．刊のＭｏｈａｎ， Ｎｅｄ、Ｕｎｄｅｌａｎｄ， Ｔｏｒｅ Ｍ．、Ｒｏｂｂｉｎｓ， Ｗｉｌｌｉａｍ Ｐ．によるＰｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ。
【０１６１】
Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓ出版、ＩＳＢＮ ０−４７１−５８４０８−８、Ｎ．Ｍｏｈａｎ、Ｔ．Ｍ．Ｕｎｄｅｌａｎｄ、及びＷ．Ｐ． Ｒｏｂｂｉｎｓ．によるＰｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ．Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ， Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ。
【０１６２】
Ｐｒｅｎｔｉｃｅ Ｈａｌｌ出版、ＩＳＢＮ ０−１３−６８６６１９−０、Ｍ．Ｈ．ＲａｓｈｉｄによるＰｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ．Ｃｉｒｃｕｉｔｓ， Ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ。
【０１６３】
Ａｄｄｉｓｏｎ−Ｗｅｓｌｅｙ出版、ＩＳＢＮ ０−２０１−０９６８９−７、Ｊ．Ｇ．Ｋａｓｓａｋｉａｎ、Ｍ．Ｆ．Ｓｃｈｌｅｃｈｔ、及びＧ．Ｃ． ＶｅｒｇｈｅｓｅによるＰｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ Ｐｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ。
組立工程
以下の工程がコンプレッサアセンブリの様々な要素の組立に使用可能である。工程は任意であり、所望のアセンブリを得るために必要不可欠なものではない。また、工程の順序は変更可能であり、従って非限定的である。
【０１６４】
本発明の実施例におけるモータ／軸受けアセンブリの組み立て工程は以下の通りです。
−モータハウジング４６の温度を上昇させる。
−固定子アセンブリ１５４をモータハウジング４６内に挿入する。
−ハウジングを冷却し、固定子をモータハウジングに固定する。
−トルク保持のためにモータハウジング４６及び固定子アセンブリ１５４の間に付加的な剪断抵抗を設ける回転防止ピンを設置する。
−モータターミナルブロック５０をモータハウジング４６に取り付ける。
−ボルト及びナットを使用してモータのリード線を端子に固定する。
−前方径方向磁気軸受け１５８及びバックアップ用軸受け２２０を前方軸受けキャリヤに挿入する。
−軸受け電源及びセンサのリード線を電気端子に接続する。
−キャリヤアセンブリをハウジング内に挿入し、ネジを使用して固定する。
−必要な固定具を使用して、モータ回転子／シャフトアセンブリ１５０，１５６を前方軸受けカートリッジ内に挿入する。
−引き裂き（ｔｅａｒ）径方向磁気軸受け１６０と、前方スラスト軸受けアクチュエータ１５１ｂと、バックアップ用軸受け２１８，２２０とを後方軸受けキャリヤ１４９ｂ内に挿入する。
−軸受け電源及びセンサのリード線を電気端子に接続する。
−キャリヤアセンブリをモータハウジング４６内に挿入し、固定する。
−スラストランナ１５１ａをモータシャフトに挿入する。
−スラスト軸受けアクチュエータ１５１ｃを後方軸受けキャリヤ内に挿入し、固定する。
−Ｏリングをモータハウジング端部カバー１６１内に挿入する。
−モータハウジング端部カバーをハウジングに取り付ける。
【０１６５】
空力部４２はモータハウジング４６に取り付けられた排出ハウジング５４を使用して補修されるが、空力部４２の補修中に排出ノズル７２を所定の位置に保持し、これにより補修による休止時間を減少させるように設計されていることに留意する必要がある。付加的に排出ハウジング５４は中心軸４４を中心として回動し、遠心コンプレッサアセンブリ３６の組立において可撓性を付与する。図６を参照すること。
【０１６６】
図９に示す構造体に従って、インペラ８０をモータシャフト８２に設置する工程は以下の通りである。
−インペラ８０の設置に先立って、シャフトシール７６が設置されていることを確認する。
−モータシャフト８２をインペラ８０に並べ、インペラをモータシャフト８２上に押圧する。インペラは肩部８７に対して載置される必要がある。
−平坦なワッシャ９０及び２つのスプリングワッシャ９２をインペラ８０の前方カウンタボア８５内に設置する。
−インペラ孔８１を通じて締め付けボルト８４を挿入し、締め付けボルト８４をモータシャフト８２の突起部８６に設けられたネジ山と係合させる。所定のトルク力により締め付けボルトを締め付ける。
−鼻部円錐部８８を前方カウンタボア８５内に挿入し、所定のトルク力により締め付ける。鼻部円錐部は径方向開口部を通じてピンを設けることによりネジにより固定可能である。鼻部円錐部は左ネジを使用することに留意する必要がある。
遠心コンプレッサアセンブリ３６の組立は以下の工程により可能である。
−波形バネ７８及び保持リング７９を使用してシャフトシール７６を排出ハウジング５４内に挿入する。
−排出ハウジング５４をモータハウジング４６に固定する。
−インペラ８０をモータシャフト８２に取り付ける（上記インペラ設置工程参照）。
−渦巻インサート５６を排出ハウジング５４内に挿入し、固定具を使用して所定の位置に固定する。
−インペラ中央部シール７７及び波形バネ７８をインペラハウジング５７の入口端部の上方に挿入する。
−入口ガイドベーンアセンブリ６４を入口ハウジング５８内に挿入する。
−入口ハウジング５８を排出ハウジング５４に並べ、挿入し、固定する。
−インペラ８０を回動することによりインペラ中央部シール７７の適合を確認する。
【０１６７】
多段空力部の組立は類似の方法による。この組立はシャフト長及び軸受けの負荷を変形した以外は略同一の駆動系に応用可能である。
ウォームアセンブリ１２６の組立工程は以下の通りである（図１３を参照すること）。
−ウォーム１１８をウォーム支持ブラケット１３３の切り欠き内に配置する。
−図１３に示すようにシャフト１２８をウォーム支持ブラケット１３３のポート１３４，１３５を通じてハウジング内に挿入し、ウォームギヤを係合させる。ウォームギヤキー部をシャフトキー部に並べ、ウォームギヤキー１３９を挿入し、ウォームギヤをシャフトに係止させる。
−長尺状スペーサ１２９と、軸受け１３１と、スプリングワッシャ１３６とをウォーム支持ブラケット１３３の第１のポート１３４内に挿入する。スプリングワッシャ１３６を第１のポート１３４内に固定する。
−軸受け１３２をシャフト１２８を伝わらせ、第２のポート１３５内に摺動させ、保持クリップ１３７を第２のポート１３５内に設置する。
−短いスペーサ１３０をシャフト１２８に配置する。
−減速ギヤ１２３をシャフト１２８に配置する。ギヤキー部をシャフトキー部に並べ、ギヤキー１３９を取り付けて、減速ギヤ１２３をシャフト１２８に対して回動自在に固定する。
−保持クリップ１２７をシャフト１２８に取り付ける。
【０１６８】
入口ガイドベーンアセンブリ64の組立工程は以下の通りである（図１２を参照すること）。
−フェースギヤ１１０を入口ハウジング５８に載置する。入口ハウジング５８はハウジングから見て外方に配向された歯を備える。
−ガイドベーンサブアセンブリ１０２をガイドベーンサブアセンブリ１０２の好適な配向にて入口ハウジング５８内に挿入する。ガイドベーンサブアセンブリ１０２を挿入した後にベーンを閉鎖位置まで回動する。
−ギヤ部１０４を各ガイドベーンサブアセンブリ１０２に載置し、キ―スロット１０３をギヤ部１０４及びガイドベーンサブアセンブリ１０２内に並べる。
−キー（図示しない）を各ベーン／平歯車アセンブリのスロット内に位置させる。
−クリップリング１０５を各ガイドベーンサブアセンブリ１０２に取り付ける。
−平歯車１０４に面する扇形の面１１３を使用してガイドベーン係止リング１１２を入口ハウジング５８に取り付ける。
−ウォームアセンブリ１２６を入口ハウジング５８に固定し、ウォーム１１８とフェースギヤ１１０のウォームギヤ１１６が適切に係合しているか確認する。
−駆動ギヤ１２１を駆動モータ１２０に取り付ける。
−駆動モータ１２０をウォームアセンブリ１２６に固定し、ドライブモータギヤ１２１を減速ギヤ１２３と係合させる。
【０１６９】
本発明はここに開示されていない別例においても実施可能である。上方、下方、前方、後方、左、右等の相対的な用語は簡潔な記載のために意図されたものであり、本発明や要素を特定の配向に限定するものではない。図面に示した全ての寸法は本発明の範囲を逸脱することなく本発明の所定の実施例の潜在的な設計及び意図した利用に応じて代えてもよい。
【０１７０】
ここで開示される付加的な図面及び方法のそれぞれは個別に、或いはその他の特徴及び方法と組み合わせて使用可能であり、これにより同じものを製造及び使用するための改良した装置、システム、及び方法を得られる。従って、ここで開示される特徴及び方法の組み合わせはもっとも広い意味における本発明を実施するものではなく、単に本発明の代表的な実施例のみを具体的に示したに過ぎない。
【技術分野】
【０００１】
本発明はコンプレッサに関する。より詳細には本発明は冷蔵庫及びエアコンシステムの大容量冷蔵コンプレッサに関する。
【背景技術】
【０００２】
工業用の冷蔵システムやオフィス用のエアコンシステム等の大型の冷蔵設備は４００以上の冷蔵トン（１４００ｋＷ）の大容量冷却システムを使用する。このレベルの容量の放出には非常に大型の単段コンプレッサシステムや多段コンプレッサシステムの使用が要求される。既存のコンプレッサシステムは通常ハーメチック（密閉）タイプ、セミハーメチックタイプや、オープン駆動タイプの誘導型モータにより駆動される。駆動モータは２５０ｋＷを越えるレベルの圧力、且つ３６００ｒｐｍ付近の回転速度により動作する。上記コンプレッサシステムは通常潤滑流体軸受け又は回転要素軸受けによって支持される回転要素を備える。
【０００３】
所定の冷蔵システムの容量は所定の入出力の状況に応じて変化する。従って、暖房、換気、及び空調（ＨＶＡＣ）産業により、冷蔵システムの容量が決定される標準仕様が開発されてきた。標準的な水冷式冷却器システムの仕様は、コンデンサの水の入力が２９．４℃（８４°Ｆ）にてキロワット当たり０．０５４リットル毎秒（トン当たり３．０ｇｐｍ（ガロン毎分））、水側のコンデンサの汚れ係数許容量がキロワット当たり０．０４４ｍ２−℃（イギリス熱単位（ＢＴＵ）当たり０．０００２５時−ｆｔ２−°Ｆ）、気化水出力が６．７℃（４４．０°Ｆ）にてキロワット当たり０．０４３リットル毎秒（トン当たり２．４ｇｐｍ（ガロン毎分））、及び水川のエバポレータの汚れ係数許容量がキロワット当たり０．０１８ｍ２−℃（イギリス熱単位（ＢＴＵ）当たり０．０００１ｈｒ−ｆｔ２−°Ｆ）である。
【０００４】
これらの条件はＡｉｒ−Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ ａｎｄ Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ（ＡＲＩ）によって設定され、非特許文献１に開示され、その全体が、特別に定義される用語の定義を除きここで開示されたものとする。これらの条件下にて決定される冷蔵システムのトン数は以下「標準冷蔵トン」と呼ぶ。
【０００５】
冷却器システムにおいて、コンプレッサは上記ポンプとして稼動し、蒸気圧からより高い凝縮圧力まで冷媒を圧搾する。回転コンプレッサ、スクリューコンプレッサ、スクロールコンプレッサ、往復コンプレッサ、及び遠心コンプレッサを含む様々なコンプレッサがこの工程を実施することに使用されてきた。各コンプレッサは異なる冷却性能の範囲における様々な用途に利点を有する。大きな冷却性能のために、遠心コンプレッサが最も高い等エントロピ効率を有し、これにより冷却器の冷蔵サイクルにおいて最も高い全体的な熱効率を有することが周知である。Ｓｃａｒｉｎｇｅ等による特許文献１を参照のこと。
【０００６】
通常コンプレッサは空力部と、駆動系と、制御システムとを備える。使用される空力部は冷媒、必要な圧力比、及び容量範囲を含む複数の要因によって大別される。空力部は１つのインペラ（単段）又は複数のインペラ（多段）を有する。単段コンプレッサは圧力比が通常３未満であり、且つ設備に要するコストが重要である場合における冷却の応用に非常に好適である。単段コンプレッサは通常多段コンプレッサと比較して、広い動作範囲にわたってサイクルの能率が一貫していることを特徴とする。
【０００７】
多段コンプレッサにおいて、各段は前の段の出口からの圧縮された気体の圧力を上昇させる。多段コンプレッサはエコノマイザ（別名「インタークーラー」）が装着され、これにより狭小な動作範囲にわたって単段コンプレッサと比較してより高いサイクルの能率を得られるが、費用がかかるものとなり、複雑性を増す。非特許文献２，３を参照のこと。これらは特別に定義された用語の定義を除き、その全体がここで開示されたものとする。必要な圧力比が大きくなると、多段コンプレッサによる能率が大きくなる。大型化、大量の精密部品（例、多数のインペラや巻きほどき用のベーン）に対する要求、並びにエコノマイザ用の付加的なパイプ及び要素に伴いコストが上昇する。
【０００８】
コンプレッサのインペラはモータによって直接駆動されても増速ギヤセットにより駆動されてもよい。ＨＦＣ−１３４ａ等の高圧冷媒において、インペラの回転速度は３６００回転毎秒（ｒｐｍ）を越える。６０Ｈｚ回線周波数において標準的な誘導電動機は最大３６００ｒｐｍにて回転するため、ギヤによる増速装置が３６００ｒｐｍを越える回転速度に到達するために要求される。ギヤによる増速装置は動力伝達においてギヤにより生じるエネルギーロス、及びオイルへの粘性損失を含む非能率による損失を引き起こす。
【０００９】
これに代えて、誘導電動機は可変周波数ドライブ（ＶＦＤ）により３６００ｒｐｍの同期速度を超えて駆動されてもよい。しかしながら、誘導に伴う熱の損失と、これにより生じる非能率は、Ｒ−１３４ａ等の冷媒に必要とされる高速にて回転された場合に過剰となる。
【００１０】
コンプレッサドライブシステムの優れた能率のために磁気軸受けを使用することが周知である。例えばＣｏｎｒｙによる特許文献２は遠心コンプレッサにおいて径方向動的磁気軸受け及び軸方向動的磁気軸受けを使用することを開示している。公知のコンプレッサシステムは流体軸受けや回転要素軸受けを使用し、シャフトジャーナルは回転要素や潤滑剤と接触する。磁気軸受けにより、回転要素への接触や潤滑剤による剪断力が不要となり、これにより潤滑剤ベースの軸受けと比較して障害が特徴的に少なくなる。
【００１１】
しかしながら、磁気軸受けは軸受けが動力を失うと常に接触損傷に晒される。このような動力の損失は例えばコンプレッサの非稼働時における所定の動作となる（従って、これに応じて設計される）。しかし、動力の損失には予測できないものもあり、例えば電力の供給停止や電力供給におけるその他の障害等による。いずれの場合においても、不所望の接触が生じ、磁気軸受けの浮揚により得られる近接許容範囲に敏感な軸受けやその他の要素の損傷を引き起こし得る。
【００１２】
磁気軸受け、直接駆動遠心冷蔵コンプレッサの設計における公知技術において、１つのコンプレッサによってより大きな容量を開発することは、シャフトのより大きな質量、径（即ち、より高い極慣性モーメント）、及び出力密度のため実現不能である。
【００１３】
磁気軸受けの実装における別の課題は軸受け制御装置自体を欠くことにある。通常軸受け制御装置を欠くことにより、運動が制御されないため回転要素に損傷を生じる。
多くの大容量冷却器システムは一定の動作回転速度にて動作するモータを特徴とする。動作速度は全負荷において、或いは全負荷に近い状態における最適な性能に基づき選択される。しかしながら、より進化した制御方法は通常全負荷未満にて冷却器を頻繁に操作する。全負荷に満たない固定速度のコンプレッサの操作は非効率である。
【００１４】
遠心コンプレッサにおいて冷媒はインペラにより冷却システムを通じて誘導される。現行の生産による既存のインペラは通常インペラを高速シャフトに取り付ける手段として漸減する穴を使用する。この取付態様は低コストであり、長年にわたって好適に使用されてきた。しかしながら漸減する穴による取付は固有の問題点を有する。例：（１）インペラ及びシャフトの配置は困難であり、時間を要する。（２）インペラの軸方向の取付箇所は再現不能であり、インペラを取り付けるときに応じて僅かに変化する。（３）シャフト及びインペラの組み合わせは各組立後に再びバランスを取ることが要求される。
【００１５】
通常コンプレッサを駆動するモータは、特に複数の高出力モータを使用して動的に冷却される。冷却器システムにおいて、モータに冷媒剤を近接させることにより通常モータを冷却する手段となる。多くのシステムはバイパス回路に特徴を有する。バイパス回路は、コンプレッサが全出力にて、且つバイパス回路によりこれに伴う圧力の急落にて稼動する場合にモータを十分に冷却するように設計される。Ｃｏｎｒｙによる特許文献２に開示されるようなその他のコンプレッサは、バイパス回路を通じて、コンプレッサ内に流入する冷媒を規制する整流器装置に流れる冷媒に関する。更に、Ｌａｒｍｉｎａｔによる特許文献３は気化した（非圧縮の）冷媒を冷媒として使用することを開示している。しかしながらバイパス回路は固有の問題点を有する。
【００１６】
システムには連続して複数の要素を冷却するものもあるが、これらはコンプレッサの動作範囲を制限する。各要素の冷却負荷要件はコンプレッサ冷却性能、コンプレッサの吸引力、使用可能な温度、及び周囲の気温により変化する。従って冷媒の流れは連続した要素のうち１つのみと好適に適合し、所定の条件下においてのみその他の要素が過冷却されるか冷却不足になる状況となる。流れの制御を付加しても冷媒の流れは最も冷却を要する装置によって決定されるため、問題点を軽減することにならない。連続したその他の要素は冷却不足となるか過冷却となる。過冷却された要素は大気に暴露された場合に凝結する。冷却不足の装置は稼働の限界を越えるため要素の故障やユニットの障害を生じる。
【００１７】
大型の冷却器システムは通常オイルを使用したシステムに対する所定の保守要求を有する。回転要素や流体軸受けが使用される場合に、軸受けは潤滑性を備える必要がある。同様にドライブシャフトの速度を漸増又は漸減させるギヤも潤滑性を備える必要がある。オイルを使用したシステムはこれらの要素に潤滑性をもたらすが、石油貯蔵槽、ポンプ、再循環ループ、オイルヒータ（冬季においてオイルの粘性を低く保持するため）、オイルクーラー（夏季においてオイルの過熱を防止するため）等の付属の要素を要する。これらの要素は通常フィルタ交換、シール交換、オイル品質標本採取、オイル交換、及びポンプ、ヒータ、クーラーの修理等の定期的な保守を要する。オイルを使用したシステムは冷媒要素と共通の雰囲気を共有する。雰囲気は通常オイルを冷媒内に案内し、熱遷移に対して悪影響を有する。更に、ポンプ、ヒーター、クーラー、及び往復ループ等の要素は周囲の雰囲気から隔離される必要があり、これは冷媒システム全体において冷媒が漏出する虞がある。
【００１８】
内部のコンプレッサ要素を交換するために、既存のコンプレッサ設計は通常機能する予定のないその他のコンプレッサや機能を要しないその他のコンプレッサ要素を取り外すか解体する必要がある。再組立は通常時間を要し、不正確になされるとユニットの性能を変えてしまう正確な配置工程を要する。付加的に、空力部ハウジング及びモータハウジングは通常１つの鋳造構造体に収容され、寸法が既存の鋳造物の寸法に限定されるため空力要素を変えるか性能向上させる能力を減少させる。
【００１９】
既存の大容量の遠心コンプレッサ設計の別の特徴はアセンブリの重量である。例えば通常の誘導電動機の回転子は数百ポンドであり、１０００ポンド（約４５３．６ｋｇ）を超える。更に、既存の馬力及び冷蔵トン数の性能を越えるシステムが開発されると、これらのユニットの重量は輸送、設置、及び保守において課題となる。ユニットが地上に設けられた場合に重量は、課題というレベルを超え付加的な支持構造体に要する費用のため無理となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２０】
【特許文献１】米国特許第５９２４８４７号明細書
【特許文献２】米国特許第５８５７３４８号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２００５／０２８４１７３号明細書
【非特許文献】
【００２１】
【非特許文献１】ＡＲＩ Ｓｔａｎｄａｒｄ ５５０／５９０「２００３ Ｓｔａｎｄａｒｄ ｆｏｒ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ Ｒａｔｉｎｇ ｏｆ Ｗａｔｅｒ−Ｃｈｉｌｌｉｎｇ Ｐａｃｋａｇｅｓ Ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ Ｖａｐｏｒ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｃｙｃｌｅ」
【非特許文献２】１９９６年、ＡＳＨＲＡＥ Ｈａｎｄｂｏｏｋ（インチ−ポンド版）、「Ｈｅａｔｉｎｇ， Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｎｇ ａｎｄ Ａｉｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍｓ ａｎｄ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ」
【非特許文献３】２００５年、ＡＳＨＲＡＥ Ｈａｎｄｂｏｏｋ（インチ−ポンド版）「Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
ＨＶＡＣ産業において冷却器システムの性能を向上させることが長く要求されている。この要求の兆候は大容量冷却器の販売が連続して上昇していることにより強調されている。２００６年に例えば２００標準冷蔵トンより大きな容量のコンプレッサを備えた冷却器システムが２０００以上販売されている。従って、既存のシステムや以前に販売されたシステムより大きな冷蔵性能を有し、既存の設計の問題点を克服するコンプレッサシステムの開発が要求されている。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明の各実施例による大容量冷却用に設計された単段又は多段遠心コンプレッサアセンブリが開示される。この設計により出力及び能率が高まり、信頼性が向上し、保守管理に必要な項目が低減される。
【００２４】
大容量冷却器コンプレッサの設計における変数は回転子アセンブリ及び固定子アセンブリ並びに構造物の材料の径及び長さを含む。回転子アセンブリの径に対して設計トレードオフが存在する。回転子アセンブリはトルク要件を満たすために十分な大きさの径を有する必要がある。反対に径は、高い回転速度、即ち本発明の実施例において１１０００ｒｐｍを越え、場合により２１０００ｒｐｍ付近にて動作する場合に通常の材料の応力を越える表面応力を生じるほど大きくしてはならない。更に、回転子アセンブリの径及び長さをより大きくすると、回転子アセンブリの長さに比例し、且つ径の２乗に比例した空力的吸引力（別名ウィンデージ（ｗｉｎｄａｇｅ））が生じ、大きな損失となる。径及び長さが大きくなると、構造体の標準的な材料が使用されている場合に、回転子アセンブリの質量及び慣性モーメントが上昇する傾向にある。
【００２５】
応力及び吸引力の減少により回転子アセンブリに小さな径を使用することが推奨される傾向にある。より小さな径の回転子アセンブリという限定の範囲内においてより高い出力容量を得るために、本発明の実施例において、永久磁石（ＰＭ）モータが使用される。永久磁石モータは３６００ｒｐｍを越える動作に好適であり、コンプレッサの広い速度範囲及びトルク範囲にわたって証明されたもっとも優れた能率を示す。永久磁石モータは通常公知の誘導モータと比較して単位体積当たりより大きな出力を生じ、ＶＦＤと好適に組み合わせて使用される。付加的に、ＰＭモータの力率は通常同等の出力の誘導モータと比較してより高く、発熱は通常より低い。従って、ＰＭモータは誘導モータと比較して高いエネルギー効率を得られる。
【００２６】
しかしながらより小さな径の回転子アセンブリという限定の範囲内において電力容量を更に高めることにより、電気的損失により生じた熱を転移させるための外側表面積が少なくなり、電力密度がより高くなる。従って、ＰＭモータを使用する産業冷蔵システムやエアコンシステム等の大型の冷蔵設備は通常２００標準冷蔵トン（７００ｋｗ）以下に限定される。
【００２７】
出力密度に対処するために、本発明の各実施例において、エバポレータからの冷媒気体が回転子アセンブリ及び固定子アセンブリを冷却することに使用される。更なる別例において、モータシャフトの内側の冷却により、熱遷移面積が増し、冷媒気体及び回転子アセンブリ間の熱伝達率の対流結合が増す。
【００２８】
本発明の各実施例において、ドライブシステムの要素は全体的なエネルギー効率を向上させるべく設計されている。上記エネルギー損失のメカニズムのいくつか又は全て（例、空気力学的効率、モータ効率、ギヤによる損失、及び軸受けの摩擦による損失）はより高いコンプレッサの能率を得るべく対処される。更に、開示されたコンプレッサの設計により、８００標準冷蔵トンを越える冷却容量を得られる。これは、磁気軸受けを使用する直接駆動コンプレッサによる現時点において２００標準冷蔵トン以下である既存のシステムに対して容量が顕著に増大している。従って、本発明の各実施例において、大型（２００標準冷蔵トン以上）の冷却設備に要するコンプレッサの数は減少する。
【００２９】
可変周波数ドライブ（ＶＦＤ、別名可変速ドライブ、即ちＶＳＤ）はコンプレッサ速度を負荷要件に適合させるように変化させることに使用され、これにより負荷要件の一部にてエネルギー効率を高める。
【００３０】
実施例においてインペラはモータにより直接駆動され、ギヤ並びにこれに伴うエネルギーの損失及び保守の要件を不要とする。インペラは冷媒気体と組み合わせて最適に又は略最適に使用できるように設計され、略一定の能率を維持し、広い動作範囲を有する。
【００３１】
更に、各実施例において、オイルフリーなモータシャフトを支持する磁気軸受けが開示され、これにより、摩擦による損失を低減するか、流体軸受けや回転要素軸受けの使用が開示される。中間部の直流電源システムにより磁気軸受けに対する再生力が得られる。出力は回転子が停止するとモータにより得られる起電力によって生じ、これにより出力のロスや障害が発生した場合に軸受けを制御する。バックアップ用軸受けシステムは磁気軸受けへの十分な給電が途絶えた場合に回転アセンブリを支持するために設けられてもよい。
【００３２】
ＰＭモータは単位当たりの能率の点において更なる効果を有する。ＶＦＤに適合された場合に、ＰＭモータは３６００ｒｐｍ以上の速度にて回転可能であり、これにより回転速度を増すためのギヤが不要となり、これに伴うギヤの遷移による損失をなくすことができる。ＶＦＤ及び永久磁石モータは更に適合されて、コンプレッサに要求される速度及びトルクに対して優れた能率を得られる。
【００３３】
コンプレッサはモータシャフト及び回転子と、固定子アセンブリとを個別に冷却する冷却システムを備え、これらの要素を連続して冷却することに起因する不都合を回避する。各回路は冷却容量及び動作圧力比を変えるように調整可能であり、これらはモータを過冷却したり冷却不足にしたりすることなく速度の範囲にわたって各要素を温度制限の範囲内に保持する。実施例において、冷却回路やバイパス回路は冷媒気体にモータシャフトの他回転子アセンブリの外周を通過させ、これにより冷媒気体をシャフトに対して直接案内し、外周に沿って対流させることにより、回転子アセンブリを冷却する。
【００３４】
コンプレッサアセンブリはユニットを容易に保守できるように、且つ大きな空力学的可撓性を得られるようにモジュール構造により構成される。空力部はモータハウジングとは完全に別体として分離可能であり、これにより寸法及び段数の変更可能な多様な空力部を備えた駆動系を使用することができる。上述したように、２つの構造体により共有される駆動系やその他の要素を交換することなくユニットを修理したり、アップグレードできる。コンプレッサ要素は冷却器の性能要件が変化した場合に、且つ／又は要素がより能率に優れたものに再設計される場合に交換可能である。例えば、モータアセンブリは負荷に対してインペラや渦巻きの形状が最もよく適合するように、空力学的アセンブリに適合させることができる。更にモジュール構造により、冷却器製造業者によって製造されて、保持される部品の在庫が単純化される。
【００３５】
本発明の一実施例において、入口ガイドベーンシステムはコンプレッサへの入口の流れを制御する。ガイドベーンはステッピングモータにより駆動され、フィードバック制御のために回転配向センサを備える。駆動ギヤは自己潤滑性を備えたポリマー材料から形成可能であるため、オイルによる潤滑剤を必要としない。
【００３６】
オイルフリーな磁気軸受けに連結された入口ガイドベーンにおけるオイルフリーなギヤを備え、コンプレッサの回転速度を高めるためにドライブシャフトのギヤを取り除くことにより、オイルを使用したシステム及びこれに伴う保守が不要となる。
【００３７】
各実施例において、鋳造物は容易に再構成できるように設計される。排出ノズルは冷却器の設計において可撓性を得るべく回動されてもよい。時間節約の態様において本発明によるアセンブリは、排出ノズルを取り除くことなく取り除き又は交換が可能なインペラと、インペラハウジングに対して容易に並べることができるインペラ中央部シールと、排出ノズルを取り除くことなく取り除き、及び交換が可能な入口ガイドベーンシステムと、インペラ及びモータシャフト又はその他のドライブシャフトの間に容易に、且つ繰り返して配置が可能となるインペラマウントとを備える。所定の実施例において、動的なＯリングのシールは使用されないため、保守が減少し、補修における摩耗及び損傷の虞れが減少する。
【００３８】
コンプレッサは軽量の要素及び鋳造物から形成され、これにより、より高い電力対重量比が得られる。単段設計における軽量の要素により、公知のユニットの重量のおおよそ３分の１にて同じトン数が可能となる。重量減少の差異はアルミニウム又はアルミニウム合金の要素や鋳造物の使用、ギヤの取り外し、及び小型モータの採用により生じる。
【００３９】
各実施例において、単巻変圧器の使用を通じて広い範囲の電圧入力レベルに調整可能な電源が開示される。電源は電力網に送られる高調波を減衰させるために設けられてもよい。
【００４０】
コンプレッサの制御システムは冷却器制御、コンプレッサ制御、軸受け制御、及びデータ、警告、セットポイント（ｓｅｔ ｐｏｉｎｔｓ）、制御アルゴリズムを統合するネットワーク上におけるＶＦＤの通信を実現するように設計されている。ネットワークはイーサネット等の有線システム、無線システム、或いは両者の組み合わせであってもよい。
【００４１】
実施例において冷却器システムは冷媒気体を圧縮し、モータハウジング内に収容される永久磁石モータを含む遠心コンプレッサアセンブリを備える。モータハウジングは内側チャンバを形成する。本実施例における永久磁石モータは回転軸を中心として回動するモータシャフトと、モータシャフトの一部に操作自在に連結される回転子アセンブリと、モータシャフトに操作自在に連結される少なくとも２つの磁気軸受けとを備える。モータシャフトは少なくとも１つの吸引通路と連通する少なくとも１つの長尺状通路を備え、この少なくとも１つの長尺状通路はモータシャフトの少なくとも一部を通過して、回転軸と略平行に延びる。
【００４２】
本実施例において、エバポレータはモータシャフトと回転子アセンブリとを冷却する冷媒気体を供給するために少なくとも１つの長尺状通路と連通する。冷却器システムは更にモータシャフトと操作自在に連結される空力部を更に備え、操作自在な連結は直接結合によるものである。更に、永久磁石モータは１４０ｋＷの出力を越え、１１０００ｒｐｍを越える速度を生じ、標準産業評価要件にて２００冷蔵トンを越える。
【００４３】
本発明の別例による態様において、大容量且つ優れた能率を得られるように調整される。本実施例において、摩擦による損失の少なくするために磁気軸受けによって支持されるモータシャフトを有する永久磁石モータと、中間部のギヤ及びこれに伴う機械的変位の損失を取り除くためにモータシャフトに直接連結される少なくとも１つのインペラを含む空力部と、インペラの所定の回転速度を冷却器システムの冷蔵負荷に合わせるために永久磁石モータと操作自在に連結される可変周波数ドライブとが開示される。
【００４４】
更なる別例において大容量のオイルフリーな冷却器システムが開示される。本実施例において、オイルフリーな磁気軸受けによって支持されるモータシャフトを有する永久磁石モータと、中間部のギヤを取り除くためにモータシャフトに直接連結される少なくとも１つのインペラを含む空力部と、自己潤滑性を備えた材料からなるギヤ部を含む入口ガイドベーンアセンブリとが開示される。
【００４５】
別例において冷却器システムは永久磁石モータ及び空力部を含むコンプレッサアセンブリを備える。永久磁石モータはモータシャフト、回転子アセンブリ、及び固定子アセンブリを含む。モータシャフトは少なくとも２つの磁気軸受けに操作自在に連結されている。コンデンサはコンプレッサアセンブリと連通し、エバポレータはコンデンサ及びコンプレッサアセンブリと連通する。
【００４６】
コンプレッサアセンブリは気体冷媒を有する回転子アセンブリから熱を取り除くための回転子冷却回路を更に含む。回転子冷却回路はエバポレータと操作自在に連結される気体冷却入口、及びエバポレータと操作自在に連結される気体冷却出口を有する。コンプレッサアセンブリはコンデンサと操作自在に連結される液体冷却入口ポート、及びエバポレータと操作自在に連結される液体冷却出口ポートを有する液体冷却回路を更に含む。液体冷却回路は液体冷媒を使用して固定子アセンブリを冷却するように構成される。整流子装置には、気体冷却回路を通じて冷媒気体の流動速度を規制するための回転子冷却回路が操作自在に連結される。
【００４７】
更なる別例において、冷却器システムは液体バイパス回路及び気体バイパス回路の両者を備える。液体バイパス回路はコンデンサにより供給され、エバポレータに帰還する液体冷媒を使用して固定子アセンブリを冷却する。液体冷媒は液体バイパス回路を通じてコンデンサのエバポレータに対するより高い動作圧力により誘導される。気体冷媒を使用して回転子アセンブリを冷却する気体バイパス回路を備える。気体冷媒はモータシャフトの回転により生じる差圧によってエバポレータから吸引され、エバポレータに帰還する。
【００４８】
本発明の別例による構造体は冷却器システム用のモジュールによる空力部を備える。本実施例において、排出ハウジングは渦巻きをなすべく渦巻きインサートと協動する。少なくとも１つのインペラは渦巻きと操作自在に連結され、この少なくとも１つのインペラはドライブシャフトに操作自在に連結される。排出ノズルは排出ハウジングに操作自在に連結され、渦巻きと連通する。排出ノズルはドライブシャフトの回転軸に対して選択的に配置され、下流導管に操作自在に連結される。少なくとも１つのインペラ及び渦巻インサートは空力部から取り外し可能であるが、排出ハウジングは排出ノズルに操作自在に連結された状態を保持し、排出ノズルは下流導管に操作自在に連結された状態を保持する。排出ハウジングはモータハウジングに操作自在に連結される。インペラ及び渦巻きインサートはアルミニウム及びアルミニウム合金材料からなる。
【００４９】
別例においてモジュールの概念は総じてコンプレッサアセンブリに拡張される。本実施例において、コンプレッサアセンブリはモータを収容するモータハウジングと、回転軸を中心として回動自在であり、モータに操作自在に連結されるモータシャフトと、モータハウジング及びモータシャフトに操作自在に連結される空力部とを備える。空力部は入口導管に取り外し自在に連結される入口遷移部を備える。空力部はモータシャフトの回転軸と略並べられる中心軸を形成する。本実施例において、少なくとも１つのインペラ、入口遷移部、及び渦巻インサートは空力部から取り外し可能であるが、排出ハウジング、入口導管、モータハウジング、及び排出ノズルは固定された状態を保持する。更に、本実施例において、空力部はコンプレッサアセンブリから取り外し可能であるが、入口導管、モータハウジング、及び排出ノズルは固定された状態を保持する。排出ノズルは中心軸に対して選択的に配置される。
【００５０】
実施例において、冷却器コンプレッサアセンブリ用の入口ガイドベーンアセンブリが開示される。この構造体において、冷媒気体を含む雰囲気中にて操作される複数のガイドベーンサブアセンブリは、入口遷移部に操作自在に連結されている。各ガイドベーンサブアセンブリはそれぞれの回転軸を形成し、ガイドベーンサブアセンブリをそれぞれの回転軸を中心として回転させるためのギヤ部を含む。リング状フェースギヤは複数のガイドベーンサブアセンブリの各ギヤ部と操作自在に連結される。駆動モータが操作自在に連結され、各ガイドベーンサブアセンブリをそれぞれの回転軸を中心として回動させるためにリング状フェースギヤを回動させる。ギヤ部は冷媒気体に抵抗する自己潤滑性を備えた材料からなる。
【００５１】
別例においてコンプレッサアセンブリは、駆動系が回動される場合に後方の起電力を出力する第１の組の三相コイル及び第２の組の三相コイルを有する六相永久磁石モータを備える。コンプレッサアセンブリは少なくとも２つの磁気軸受けを更に備える。磁気軸受けは磁気軸受け制御装置により制御され、操作自在に連結され、磁気軸受けに閾値の電圧より大きな供給電圧が作用された場合にモータシャフトを浮揚させる。少なくとも２つのバックアップ用回転要素軸受けは供給電圧が閾値の電圧より小さかった場合にモータシャフトを係合させるように配置される。第１の可変周波数ドライブ及び第２の可変周波数ドライブはそれぞれ第１の組の三相コイル及び第２の組の三相コイルに操作自在に連結される。
【００５２】
第１の可変周波数ドライブ及び第２の可変周波数ドライブに操作自在に連結された単巻変圧器は、第１の可変周波数ドライブ及び第２の可変周波数ドライブの間にて３０°位相シフトを生じる。３０°位相シフトにより第１の可変周波数ドライブ及び第２の可変周波数ドライブに対して１２パルス入力が可能となる。単巻変圧器は幹線に操作自在に連結される。中間部の電源は磁気軸受け及び磁気軸受け制御装置に供給電圧を供給する。中間部の電源は幹線から電力が供給可能な場合に幹線から電力の供給を受ける。中間部の電源は六相永久磁石モータが回転し、幹線が遮断された場合に後方への起電力によって電力の供給を受ける。第１の可変周波数ドライブ及び第２の可変周波数ドライブは直流電源タイプの可変周波数ドライブである。
【００５３】
別例において、コンプレッサアセンブリの組立方法が開示される。コンプレッサアセンブリはモータに操作自在に連結されるドライブシャフトを備え、モータはモータハウジング内に収容され、ドライブシャフトはモータハウジングの外側に延びる駆動端を有する。方法は、モータシャフトの駆動端が排出ハウジング内に延び、モータ排出ハウジングが入口遷移部及び出口遷移部を有し、モータハウジングが固定された状態を保持するように、モータハウジングに排出ハウジングを取り付ける工程を含む。その他の工程は、モータシャフトの駆動端にインペラを取り付ける工程と、渦巻きを形成すべく排出ハウジング内に渦巻インサートを設置する工程と、入口ハウジングを入口遷移部に連結させる工程と、出口遷移部を下流拡散システムに連結させる工程とを含む。渦巻インサートはインペラに操作自在に連結される。下流拡散システムは固定された状態を保持する。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の一実施例における冷却器システムを示す概略図。
【図２】本発明の一実施例におけるコンプレッサアセンブリを示す斜視図。
【図３】図２のコンプレッサアセンブリを示す立面図。
【図４】図２のコンプレッサアセンブリの入口側端部を示す端面図。
【図５】図２のコンプレッサアセンブリを示す上面図。
【図６】図２のコンプレッサアセンブリを示す部分分解図。
【図７】本発明の一実施例における単段コンプレッサアセンブリの空力部を示す斜視断面図。
【図８】図７の空力部を示す斜視断面図。
【図９】本発明の一実施例においてドライブシャフトに取り付けられるインペラを示す断面図。
【図１０】本発明の一実施例における２段コンプレッサアセンブリを示す斜視断面図。
【図１１】本発明の一実施例における多角形タイプのマウントを有するモータシャフトを示す斜視図。
【図１２】本発明の一実施例における入口ガイドベーンアセンブリを示す斜視断面図。
【図１３】図１２に示す入口ガイドベーンアセンブリ用のウォームアセンブリを示す分解図。
【図１４】図１２に示す入口ガイドベーンアセンブリに搭載される磁気位置センサを示す斜視図。
【図１５】本発明の一実施例におけるコンプレッサ駆動系アセンブリを示す斜視断面図。
【図１６】本発明の一実施例におけるターミナルバスプレートアセンブリを示す斜視図。
【図１７】本発明の一実施例におけるターミナルバスプレートアセンブリを示す斜視図。
【図１８】図１５に示す駆動系アセンブリの回転子アセンブリ及び固定子アセンブリを示す断面図。
【図１９】図１８に示す回転子アセンブリ用の気体バイパス回路を強調した図１５の駆動系アセンブリを示す断面図。
【図１９Ａ】図１９のモータシャフトを示す断面図。
【図１９Ｂ】本発明の一実施例におけるモータシャフトを示す概略図。
【図１９Ｃ】図１９のモータシャフトを示す部分拡大断面図。
【図２０】図１５の駆動系アセンブリの固定子アセンブリ用の液体バイパス回路を強調したコンプレッサアセンブリを示す断面図。
【図２０Ａ】図２０の液体バイパス回路において使用可能な螺旋状通路を示す部分拡大図。
【図２０Ｂ】図２０の液体バイパス回路において使用可能な螺旋状通路を示す部分拡大図。
【図２１】本発明の一実施例において６出力相を備えるＶＦＤと、位相シフト単巻変圧器入力電源とを示す電気回路図。
【図２２】本発明の一実施例において予備の中間部の電源を有する電力供給システムを示す電気回路図。
【図２３】本発明の一実施例における永久磁石モータの回転速度の関数としてＤＣ電圧を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００５５】
図１は本発明の実施例において、コンデンサ３０と、膨張装置３２と、エバポレータ３４と、遠心コンプレッサアセンブリ３６とを有する冷却システム２８を示す。冷却システム２８は遠心コンプレッサアセンブリ３６の様々な要素を冷却するための気体バイパス回路３８と、液体バイパス回路４０とを更に備えることを特徴とする。
【００５６】
図１に示す動作において冷却システム２８内の冷媒は駆動されて矢印４１にて示すように遠心コンプレッサアセンブリ３６からコンデンサ３０に移動し、時計方向の流れを設定する。遠心コンプレッサアセンブリ３６によりコンデンサ２０の動作圧力が引き上げられる。膨張装置３２によりエバポレータ３４の動作圧力が下落する。従って、冷却システム２８の動作において圧力に差異が生じ、コンデンサ３０の動作圧力はエバポレータ３４の動作圧力より高くなる。
【００５７】
図２乃至９は本発明の実施例における遠心コンプレッサアセンブリ３６を示す。遠心コンプレッサアセンブリ３６は中心軸４４を有する空力部４２と、モータハウジング４６と、電子機器区画４８と、入力電力端子包囲部５０とを備える。モータハウジング４６は通常コンプレッサアセンブリ３６の様々な要素を収容するための内部のチャンバ４９を形成する。モータハウジング４６と空力部４２とはフランジを設けたインターフェイス５１により連結される。
空力部
特に図７乃至９に示すように、実施例において単段コンプレッサ４３の空力部４２は、渦巻インサート５６及びインペラハウジング５７内のインペラ８０を備える遠心コンプレッサ段部５２を含む。遠心コンプレッサ段部５２は排出ハウジング５４内に収容され、入口ハウジング５８と連通する。
【００５８】
入口ハウジング５８はコンプレッサ段部５２に対して入口遷移部６０を入口導管５９及び入口６２の間に設ける。入口導管５９はフランジ５９ａにより入口遷移部５０に取り付けられるように構成される。入口ハウジング５８は入口ガイドベーンアセンブリ６４を支持するように構成されてもよく、渦巻インサート５６を排出ハウジング５４に対して支持するように機能する。
【００５９】
実施例において、渦巻インサート５６及び排出ハウジング５４は協動し、ディフューザ６６及び渦巻部６８をなす。排出ハウジング５４は更に渦巻部６８と連通する出口遷移部７０を備える。出口遷移部７０は、図３乃至５に示すように排出ハウジング５４、及びコンデンサ３０に案内する下流導管７３の間を遷移する排出ノズル７２に接合されてもよい。下流拡散システム７４は操作自在にインペラ８０に対して連結され、ディフューザ６６と、渦巻部６８と、遷移部７０と、排出ノズル７２とを備える。空力部４２はシャフトシール７６及びインペラ中央部シール７７を更に備えてもよい。シャフトシール７６は波形バネ７８と保持リング７９により所定の位置に保持される。
【００６０】
排出ノズル７２はＡＳＴＭ Ａ２１６ グレードＷＣＢ等の溶接可能な鋳鋼により形成される。様々なハウジング５４，５６，５７，５８が鋼により、或いはコンプレッサアセンブリ３６の重量を減少させるべく高力アルミニウム合金や軽量合金により形成される。
【００６１】
機能的に、フランジを備えたインターフェイス５１により排出ハウジング５４は、中心軸４４に対して選択的に配置された排出ノズル７２によりモータハウジング４６に取り付けられる。実施例において、排出ノズル７２を選択的に配置することにより、空力部４２は下流導管７３を延長することなく、或いは下流導管７３を屈曲を重ねることなくコンデンサ３０に対して連結できる。下流導管７３の長さ及び屈曲の数を減少させることにより、冷却システム２８において付随する損失水頭を減少させることができ、これにより、エネルギー効率に優れる動作を促進する。本発明の所定の実施例において選択的配置により、独特な排出の角度に対して好適な様々な蒸発器及びコンデンサの設計が可能となる。
インペラ
図７，８に示すように様々な実施例においてインペラ８０はインペラハウジング５７内の入口６２及びディフューザ６６の間に設けられる。インペラ８０はインペラ８０がモータシャフト８２等のドライブシャフトに取り付けられるように貫通孔８１を備える。モータシャフト８２は回転軸８９を備えることを特徴とする。締め付けボルト８４はインペラ８０をモータシャフト８２に連結させることに使用される。図９に示すように締め付けボルト８４はネジタップ８３と、前方カウンタボア８５内にてインペラ８０の鼻部に着座する締め付けボルト８４のキャップに係合される。ネジタップ８３及び締め付けボルト８４は左ネジ又は右ネジのいずれであってもよい。インペラ８０はモータシャフト８２の肩部８７から延びる突起部８６と連結するように形成されてもよい。平坦なワッシャ９０、及び１つ又は複数のスプリングワッシャ９２が前方カウンタボア８５内にて締め付けボルト８４及びインペラ８０の間に組み込まれる。鼻部円錐部８８は締め付けボルト８４及び前方カウンタボア８５の上方に設けられる。
【００６２】
図１乃至９に示す実施例において、インペラ８０はモータシャフト８２に直接連結され、これにより別体のドライブシャフト及びこれに付随するギヤ及び構造体が不要となるように構成される。本実施例において、モータシャフト８２の回転軸８９は空力部４２の中心軸４４を形成する。当業者は本実施例の態様がモータシャフト８２とは別体のドライブシャフトを含む構造体に応用可能であることを認識するだろう。
【００６３】
図１１にモータシャフト８２は本発明の実施例において多角形タイプのマウント９６からなる突起部８６を有すると示される。多角形タイプのマウント９６は多角形の断面によりそのように名称を付けられている。湾曲したマウントやスプライン／Ｖ字状歯形マウントを含む別例によるインペラを搭載した構造体が使用可能であるがこれらに限定されるものではない。
【００６４】
図９乃至１１に実施例においてモータシャフト８２の突起部８６がインペラ８０と中心軸４４とを並べるべく機能することを示す。スプリングワッシャ９２は稼働中に締め付けボルト８４を張引された状態に保持することを補助する。更に、ネジタップ８３及び締め付けボルト８４の左ネジ又は右ネジを選択することにより、更にモータシャフト８２の回転方向に応じて締め付けボルト８４がタップ８３のネジ山に固く締め付けられることが補助される。
【００６５】
鼻部円錐部８８は気体冷媒９４がインペラ８０に進入すると空力抵抗が減少する外形表面に形成される。多段コンプレッサにおいて、図１０に示すように鼻部円錐部８８は第１の又は入口の段にて使用されるのみである。
【００６６】
渦巻インサート５６を排出ハウジング５４と協動させることによってディフューザ６６及び渦巻部６８を形成することにより、空力学的可撓性を高めつつ要素の数を減少させることができる。構造体により渦巻インサート５６のみを変更することにより空力学的要素の変更が可能になる（例、ディフューザ６６を羽根無しの構成から羽根有りの構成に、或いは渦巻部６８の通路の特性を変更することにより）。構造体は更に、多段空力部における第１の段及び第２の段の間の往復通路を形成することに好適である。従って、排出ノズル７２及び排出ハウジング７０は空力学的要素の補修中に冷却器に取り付けられた状態を保持できる。
【００６７】
多角形タイプのマウント９６は取り外し、軸方向位置、回転方向における配置（例、「軸外れ」）、及びインペラ８０及び中央部シール７７の間の均衡に関する課題を解決する。多角形タイプのマウント９６は縮径される必要はなく、これによりインペラはモータシャフト８２の肩部８７に載置可能である。多角形タイプの形状により、鍵となる構造体と比較して材料の応力を減少させつつモータシャフト８２からインペラ８０にトルクを伝達することができる。
【００６８】
図７に示すように操作において、空力部４２はインペラ８０から気体冷媒９４に角運動量を伝える。気体冷媒９４はエバポレータ３４から進入する。インペラ８０によって気体冷媒９４に付与された運動エネルギーは下流拡散システム７４においてより高い静圧に変換される。システムにおける総圧力の上昇は通常インペラ８０にて生じる。おおよそ三分の二の静圧の上昇は通常インペラ８０自体において生じ、残りの三分の一の静圧の上昇は下流拡散システム７４において生じる。
【００６９】
排出ノズル７２により、コンデンサ３０に進入するに先だって、気体冷媒９４はより多く拡散させることができ、これによりコンデンサ内の総圧力を減少させ、更にコンプレッサ部から放出される音圧レベルを減少させる。通常、排出ノズル７２の全長及び出口の径を延ばすことにより、より多く拡散させることができる（例、圧力の復帰や静圧の上昇）。溶接可能な鋳込材料を使用することにより、下流導管７３は、所望に応じて逆流を防止する逆止め弁（図示しない）を設置するために、排出ノズル７２に溶接可能である。この目的のためにその他の溶接に適合する材料が使用されてもよい。これに代えて、排出ノズル７２及び下流導管７３の間の連結はフランジを備えたインターフェイス（図示しない）であってもよい。
多段構造体
図１０に本発明の実施例における多段コンプレッサにおいて使用される多段空力部４２ａを示す。多段コンプレッサは図１０に第１のインペラ８０ａ及び第２のインペラ８０ｂとして示すように、１つ以上のインペラを有することを特徴とする。図示の実施例において、第１のインペラ８０ａはスペーサインサート９８によって支持される第１のインペラハウジング５７ａ内に収容され、これら全体により第１の段５２ａを形成する。図１０に示す第２の段５２ｂは図示の実施例において、第２のインペラ８０ｂ、第２のインペラハウジング５７ｂ、及び渦巻インサート５６によって形成される。第１の段５２ａ及び第２の段５２ｂは交差チャネル９９によって分離される。交差チャネル１００には巻きほどき用のベーン（図示しない）が設けられる。
【００７０】
第１の段５２ａ及び第２の段５２ｂ、並びに交差チャネル９９は排出ハウジング５４内に収容される。入口ハウジング５８は第１の段５２ａの上流に位置される。スプール、即ち延長部５５は、例えば第１の段５２ａ及び第２の段５２ｂの両者を収容すべくフランジの構造体により排出ハウジング５４に取り付けられる。別例において、排出ハウジング５４及び延長部５５はフランジを備えず、第１の段５２ａ及び第２の段５２ｂの両者を収容するために十分長い共通のハウジング（図示しない）であってもよい。
【００７１】
第１のインペラ８０ａ及び第２のインペラ８０ｂは共通シャフト１００によって駆動される。共通シャフト１００はモータシャフト８２に様々な方法により連結される。例えば、共通シャフト１００は中空にして、厚みを有する壁を備えた構造体であってもよく、締め付けボルト８４が第１のインペラ８０ａ及び第２のインペラ８０ｂ、並びに共通シャフト１００の両者を通過すべく延長されてもよい。
【００７２】
別例において、締め付けボルト８４は図９に示す単一の段による構造体と同じ長さであってもよいが、第２のインペラは共通シャフト１００の下流の端部１００ｂとネジにより係合するように調整される。後者の実施例は、多段空力部４２ａが延長した締め付けボルト８４を規制するように長い場合に有利である（例、段の数が２を越える場合）。別例（図示しない）において、下流のインペラ（例えば８０ｂ）はトルクをインペラに作用させるためにキー突条を備えるように構成される。共通シャフト１００は締め付けボルト８４に連結可能な上流のインペラ（例えば８０ａ）に延びる。インペラ間の空隙は共通シャフト１００上を摺動する中空の円筒管により保持される。
【００７３】
更なる別例（図示しない）において、多数のインペラ（例、８０ａ及び８０ｂ）を支持し、分離するために十分な長さの１つの多角形タイプのマウント構造体が使用可能である。インペラは再び中空の円筒状のスペーサにより分離され、多角形タイプの形状の上方を伝って摺動する。本発明においては、２以上の段から構成されてもよい。中間部の段はスペーサインサート９８と同種のスペーサインサートと、第２のインペラ８０ｂと同種のインペラからなる。実施例において多段コンプレッサの第１の段のみを渦巻インサート５６に嵌合させる必要がある。
【００７４】
機能的に遠心コンプレッサアセンブリ３６のモジュール構造により、単段コンプレッサ４３（図８）の空力部４２は必要に応じて多段空力部４２ａに代えられる。モジュール構造により操作者は駆動系（後述する）や２つの構造体に共通のその他の要素（例えば、入口ハウジング５８、入口ガイドベーンアセンブリ（後述する）、渦巻インサート５６、及び排出ノズル７２）を代えることなく、ユニットの性能を高めることができる。更にモジュール構造により、冷却器製造業者によって製造され、流通業者によって保持される部品の在庫が単純化される。図１０に示す延長部５５等の多数のスプールにより、図８に示す単一段構造体に使用される排出ハウジング５４を代えることなく、要求されるいかなる長さの排出ハウジング５４も構成することができる。
【００７５】
操作において、第１のインペラ８０ａは気体冷媒９４が交差チャネル９９に進入すると、通常気体冷媒９４に対して接線速度成分を付与する。巻きほどきベーン（図示しない）は気体冷媒９４が交差チャネル９９を通過すると、接線速度成分を取り除き、これにより気体冷媒９４が第２の段５２ｂに進入する場合に流れを直線状にするように設計されている。
入口ガイドベーン
図１２に本発明の実施例における入口ガイドベーンアセンブリ６４及び入口ガイドベーンアセンブリ６４を駆動するための駆動システム１０１を示す。入口ガイドベーンアセンブリ６４は複数のガイドベーンサブアセンブリ１０２を備え、それぞれ入口遷移部６０に取り付けられる（構成を明瞭に示すために図１２において入口遷移部６０は図示しない）。各ガイドベーンサブアセンブリ１０２はベーン１０２ａと、入口遷移部６０と操作自在に連結される台座部１０２ｂと、ギヤ部１０４とを備える。ギヤ部１０４及びベーン１０２ｂはキースロット１０３構造体を介して連結される。ガイドベーンサブアセンブリ１０２は中心軸４４と略直交する回転軸１０６を中心にして回動するように構成される。実施例においてベーン１０２ｂはクリップリング１０５を備えたギヤ部１０４に対して所定の角度をなした位置に保持される。
【００７６】
図１２に示す実施例において、複数のガイドベーンサブアセンブリ１０２及びギヤ部１０４が設けられ、これらはそれぞれ回転軸１０６を有する。多数の回転軸１０６は制御面１０８上に略設けられる。ガイドベーンサブアセンブリ１０２は中心軸４４に至らないような寸法に形成され、これにより、入口ガイドベーンアセンブリ６４の中心部に開口、即ち空隙による径部１０７を形成する。空隙による径部１０７により軽負荷時や初期動作時においてエンストを防止するために最小限の流れや閾値の流れを可能とする。更に空隙による径部１０７により、締め付けボルト８４へのアクセスが可能となる。
【００７７】
ギヤ部１０４はポリマーから形成可能である。ポリアセタール（ｐｏｌｙａｃｅｔａｌ）、アセタール樹脂、ポリホルムアルデヒド、及びポリトリオクサン（ｐｏｌｙｔｒｉｏｘａｎｅ）としても周知のポリオキシメチレン（ＰＯＭ）（例、デラウェア州Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎに所在するデュポン社により販売されているＤＥＬＲＩＮ（登録商標））等の所定のポリマーを使用することにより、ギヤ部１０４は射出成形により形成することができる。ガイドベーンサブアセンブリ１０２はシリコン−真鍮合金やアルミ合金から鋳造により、又は機械加工により形成される。
【００７８】
図１２に示す実施例において、ガイドベーンサブアセンブリ１０２の全米航空諮問委員会（ＮＡＣＡ）による０００９シリーズの対称的なベーン形状を示す。具体的な適用に応じて好適なその他の材料及びガイドベーンの構造体が使用可能である。
【００７９】
実施例において、制御面１０８の下流側に下流側と略平行に設けられる１つのリング状フェースギヤ１１０はギヤ部１０４とかみ合って係合する。リング状フェースギヤ１１０はＤＥＬＲＩＮ（登録商標）やその他のクラス５の材料等の高強力ポリマー材料から形成されてもよく、この場合においてリング状フェースギヤは射出成形される。
【００８０】
ギヤ部１０４は使用に耐えうる寿命を有し、冷却アセンブリ２８と組み合わせて使用される１つの冷媒又は複数の冷媒に抵抗するために十分な耐久性を有する自己潤滑性を備えた材料から形成可能である。上記材料は（ＰＯＭ等の）アセタール、ポリブチレンテレフタレート樹脂（ＰＢＴ）、ナイロン、ポリフェニレン・サルファイド樹脂（ＰＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、及びポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等を含むがこれらに限定されるものではない。これに代えて、外側表面やギヤ接触面が自己潤滑性を備えた材料により部分的に、又は全体的にコーティングされた金属製コアが使用されてもよい。
【００８１】
アセタールは寸法安定性、疲労抵抗、及び広範囲の温度にわたって多くの化学薬品に耐久する特性を有する。アセタールは高い潤滑性を備え、金属及び樹脂の両者を円滑に摺動可能である。ＰＢＴは別の樹脂及び金属から形成されるギヤを有する混合されたギヤの組に好適なポリエステルであり、円滑な表面を成型することに注目される。ナイロンは通常靱性、耐摩耗性、その他の樹脂及び金属に対する低い摩擦抵抗が注目される。ＰＰＳは通常堅固であり、高い疲労抵抗及び耐薬品性を備え、寸法安定性を備える。ＬＣＰは２２０℃まで寸法安定性を備え、殆どの薬品に対して耐性を備えることが注目される。
【００８２】
ファイバ及び充填材がギヤ樹脂特性を高めるために使用される。例えば２５％の短い２ｍｍのグラスファイバにより補強されたアセタール共重合体は主剤の引張強度を倍にし、曲げ弾性率を三倍にする。１０ｍｍ以上の長さのグラスファイバを付加することにより、更にポリマー強度、剛性、耐クリープ性、耐衝撃性、寸法安定性、及び靱性を高めることができる。
【００８３】
本発明の実施例において、扇形の面１３を有するガイドベーン係止リング１１２はギヤ部１０４の上流側に設けられ、扇形の面１１３はギヤ部１０４に配向される。図１２，１４参照。ガイドベーン係止リング１１２は射出成形による形成を可能とするポリオキシメチレンやその他の高力ポリマー材料から形成されてもよい。制御面１０８に対するリング状フェースギヤ１１０及びガイドベーン係止リング１１２の位置（例えば、上流又は下流）は任意であり、限定されるものではない。
【００８４】
図示の実施例において、リング状フェースギヤ１１０は外側の周縁部１１４を有し、その一部は加工されてウォーム１１８と結合するウォームギヤ１１６となる。ウォーム１１８は、ドライブギヤ１２１及び減速ギヤ１２３からなる基準ドライブギヤ／減速ギヤ連結体１２２を介して駆動モータ１２０によって駆動される。
【００８５】
機能的に入口ガイドベーンアセンブリ６４はインペラ８０の回転方向に対して、又は回転方向の反対側に対して入口巻きほどき角度を設定することに使用可能である。入口ガイドベーンの角度を変化させることにより、コンプレッサステージを通過する冷媒の稼働、圧力上昇、及び質量流量を制御可能である。従って入口ガイドベーンアセンブリ６４は部分的な冷却負荷にて操作される場合に、遠心コンプレッサアセンブリ３６を通過する気体冷媒９４の流れの制御や調整が可能である（後述するが、遠心コンプレッサアセンブリ３６を制御するために入口ガイドベーンアセンブリ６４と組み合わせて使用可能な別例による方法は、コンプレッサの速度を変化させる工程を含む）。
【００８６】
ギヤ部１０４に自己潤滑性を備えた材料を使用することにより、入口ガイドベーンアセンブリ６４も潤滑油を要することなく冷媒雰囲気において稼働するように設計可能である。
【００８７】
図１３は実施例におけるウォームギヤ１１６を駆動するためのウォームギヤアセンブリ１２６を示す分解図である。本実施例においてウォームアセンブリ１２６はシャフト１２８と、ウォーム１１８と、長尺状スペーサ１２９と、長尺状スペーサ１２９と比較して短いスペーサ１３０と、シャフト１２８の両端の近傍に設けられる２つの軸受け１３１，１３２とを備え、これらは全てウォーム支持ブラケット１３３内に設けられる。ウォーム支持ブラケット１３３は略Ｕ字状であり、略軸方向に並べられる第１のポート１３４と第２のポート１３５を備える。第１のポート１３４はスプリングワッシャ１３６を受承するように構成され、第２のポート１３５は保持クリップ１３７を受承するように構成される。シャフト１２８は一端にて保持クリップ１２７と、ウォーム１１８と連結されるギヤキー１３８，１３９と、減速ギヤ１２３とをそれぞれ受承するように構成される。
【００８８】
スペーサ１２９，１３０はウォーム１１８を図１３に示す実施例におけるウォーム支持ブラケット１３３内にて好適にな配向させるために使用される。軸受け１３１，１３２は、公知の接触軸受けやローラー軸受けの設計と比較して摩擦及び必要なトルクを減少させて、シャフト１２８を自由に回動させる。ウォームアセンブリ１２６は、スプリングワッシャ１３６及び保持クリップ１３７が対向して支持することにより、ウォーム支持ブラケット１３３内に保持される。保持クリップ１２７は減速ギヤ１２３をシャフト１２８の端部及びウォーム支持ブラケット１３３の間に固定する。ギヤキー１３８，１３９はウォーム１１８及び減速ギヤ１２３をそれぞれ回動自在に固定するように機能する。
【００８９】
図１４に本発明の実施例における入口ガイドベーンサブアセンブリ１０２の角度位置を検知するための位置センサ１４０を示す。好適な位置センサはニューハンプシャー州コンコルドに所在するＭｅｌｅｘｉｓ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｓｙｓｔｅｍｓによって製造され、市場にて販売されているＭＬＸ９０３１６等である。実施例において、位置センサ１４０は磁気によるホール効果原理にて機能し、磁石１４２はガイドベーンサブアセンブリ１０２のベース部に組み込まれるか、連結される。ホール効果センサ１４４は回路基板１４６上に磁石１４２に非常に近接して設けられ、回転軸１０６の周囲にて磁石１４２の位置を検知する。ガイドベーンサブアセンブリ１０２の角度位置は磁石１４２の検知した位置から算出される。回路基板１４６は入口ハウジング５８に設けられたブラケット１４８によって支持される。ＭＬＸ９０３１６の動作は２００５年１０月４日の「ＭＬＸ９０３１６回転位置センサＩＣ」３９０１０９０３Ｊ．６の改訂版００１データシートに開示され、データシートにて定義された用語の表現の定義を除き、その全体がここで開示されたものとする。
【００９０】
操作において、遠心コンプレッサアセンブリ３６は入口ガイドベーンサブアセンブリ１０２を回転方向に位置決めし、様々な角度への流れを防止及び／又は案内することにより制御可能である。駆動モータ１２０はドライブギヤ／減速ギヤ連結体１２２を介してウォーム１１８を回転させ、これによりウォームギヤ１１６を駆動し、フェースギヤ１１０を中心軸４４を中心として回動させる。本実施例において、フェースギヤ１１０の回転により、各ギヤ部１０４はそれぞれの回転軸１０６を中心として回動し、これによりガイドベーンサブアセンブリ１０２を回動させる。ウォームアセンブリ１２６に対して、軸受け１３４，１３６は摩擦及び必要なトルクを低減させて、シャフト１２８を自由に回動させる。図１２に示すガイドベーン係止リング１１２の扇形の面１１３は開閉いずれの方向における各ギヤ部１０４の回動も機械的に係止し、これによりガイドベーンサブアセンブリ１０２間において損傷を引き起こす衝突を防止する。別例による機械的係止手段として入口ハウジング５８から延びるピンや突起部等が使用可能である。
【００９１】
駆動モータ１２０は内部にフィードバックのループを備えた双方向気密ステッピングモータであってもよい。フィードバックループから、ガイドベーンサブアセンブリ１０２の角度位置が適切な調整及び較正により検知可能である。駆動モータ１２０は十分に閉じた位置から十分に開いた位置までガイドベーンサブアセンブリ１０２を駆動するために必要なトルクを伝達可能な寸法に形成される。駆動モータ１２０は稼働中にガイドベーンサブアセンブリ１０２に対して冷媒気体１２４の空気力によって作用される負荷に対処できるような寸法に形成されてもよい。更に、駆動モータ１２０はガイドベーンサブアセンブリ１０２が稼働中に一定の回転位置に保持され、移動が防止されるように構成されてもよい。
【００９２】
別例において、位置センサアセンブリ１４０がガイドベーンサブアセンブリ１０２の角度配向を検知する。ホール効果センサ１４４の出力信号は入口ガイドベーンサブアセンブリ１０２の端部に取り付けられる磁石１４２の角度位置により変化する。回路基板１４６は信号線（図示しない）を連結する連結点となり、ホール効果センサ１４４を搭載する構造体となる。
駆動系
図１５に実施例において固定子アセンブリ１５４を有する永久磁石モータ１５２を備える駆動系１５０と、モータシャフト８２に取り付けられる回転子アセンブリ１５６と、稼働中にモータシャフト８２を一時停止するオイルフリーの磁気軸受け１５８，１６０とを収容するモータハウジング４６を示す。永久磁石モータ１５２はターミナルバスプレートアセンブリ１６３を介して固定子アセンブリ１５４に連結される６本のリード線を通じて駆動される。シャフトの位置を検知するエンコーダや電位差計等の回転位置フィードバック装置はモータシャフト８２に連結されてもよい。
【００９３】
モータハウジング４６及び駆動系１５０は更にエンドハウジング１６１と、一対の軸受け搬送サブアセンブリ１４９ａ，１４９ｂと、スラスト軸受けアセンブリ１５１を更に備えてもよい。スラスト軸受けアセンブリはモータシャフト８２から径方向外側に延びるランナ１５１ａ、及びランナ１５１ａをまたがる２つのコイル１５１ｂ，１５１ｃを備えてもよい。
【００９４】
図１５に示す実施例における動作において、スラスト軸受けアセンブリ１５０のコイル１５１ｂ，１５１ｃは磁気によりランナ１５１ａと相互に作用し、駆動系１５０をモータハウジング４６内の軸方向の位置に固定し、これにより駆動系１５０に作用する正の推力及び負の推力に摩擦の伴わない反力を提供する。軸受け搬送サブアセンブリ１４９ａ，１４９ｂはモータが設置された後にモータの中心線上に軸受けを配置する構造体となる。位置フィードバック装置は所定の瞬間における回転位置の他、モータシャフト８２の回転速度を検出することに使用される。これらの両者は可変周波数装置の適切な操作及び制御に必要である（可変周波数装置の操作は後述する）。
【００９５】
図１６は本発明の実施例におけるターミナルバスプレートアセンブリ１６３を示す斜視図である。本実施例において、６つの矩形の端子１５９はガラスエポキシ材料等の誘電性を備えた埋め込み材料１６５を通過する。端子１５９は３つずつ２組にグループ化され、各組は共通の誘電性を備えた埋め込み材料を通過する。埋め込み材料１６５は端子１５９及び取付板１６３ａの間を絶縁する。
【００９６】
図１７は本発明の別例におけるターミナルバスプレートアセンブリ１６３を示し、各端子１５９は誘電性を備えたフィードスルー１６７内に個別に埋め込まれる。フィードスルー１６７はフィードスルー１６７をシールするＯリングや圧縮シール等の手段に装着され、モータハウジング４６内の気体冷媒９４が誘電性を備えたフィードスルー１６７及び取付板１６３ａの間から漏出することを防止する。各端子１５９及び対応するフィードスルー１６７は別体として取り外すことのできるアセンブリをなし、図１７に示すようにスナップリング１５７によって保持されるか、ネジによる連結体やロックナット等の当業者が使用可能な別の構造体によって保持される。
【００９７】
図１６，１７に示す構造体における端子１５９は通常銅から形成され、電源線を端子に容易に取り付けられるように任意の高さとすることができる。取付板１６３ａはアルミニウム、アルミニウム合金や、その他の好適な構造体材料から形成される。
【００９８】
図１８は本発明の実施例における回転子アセンブリ１５６を示す。モータシャフト８２はインペラ８０が取り付けられる駆動端１６４と、モータハウジング４６に延びる非駆動端１６６を備える。回転子アセンブリ１５６は内側の空隙による径部１６８と、永久磁石材料１７４が全体に沈着された有効長部１７２を含む全長部１７０とを特徴とする。
【００９９】
図１８は本発明の実施例における６位相固定子アセンブリ１５４を更に示す。図１８に最もよく示すように、本実施例における固定子アセンブリ１５４は通常中空の円筒部１７６として示される。円筒部の壁部は重合スタック１７８と、高温エポキシ樹脂等の誘電性を備えた鋳造部１８３内に包囲される巻き端部１８１，１８２を有する６つの螺旋状部１８０からなる。６本のリード線１６２（うち４本を図１８に示す）全ては、６本の螺旋状部１８０のそれぞれに１本割り当てられ、本構造体において中空の円筒部１７６の端部１８６から延びる。中空の円筒部１７６の外側表面にわたって延び、重合スタック１７８及び誘電性を備えた鋳造部１８３の両者の径方向外側周縁部に密接するスリーブ１８８が含まれてもよい。スリーブ１８８は高い導電性を備えたアルミニウムやステンレス鋼等の非磁性材料から形成される。熱電対やサーミスタ等の複数の温度センサ１９０が中空の円筒部１７６の端部１８６から延びる終端部により固定子アセンブリ１５４の温度を検知するために設けられる。
【０１００】
図１９，１９Ａに本発明の実施例における回転子冷却回路１９２を示す。回転子冷却回路１９２は図１に示す気体バイパス回路４０の下位区分又は枝部である。エバポレータ３４からの冷媒気体９４は、エンドハウジング１６１に形成された入口通路１９４を通じて回転子冷却回路１９２に進入し、モータハウジング４６に形成された出口通路１９５から退出する。従って、回転子冷却回路１９２は入口通路１９４及び出口通路１９５の間にて気体バイパス回路４０の区分として形成される。入口通路１９４はモータシャフト８２の回転軸８９に対して略同心上にある中央部通路である長尺状通路１９６と連通する。長尺状通路１９６はモータシャフト８２の非駆動端１６６に開放端１９８が設けられる。長尺状通路１９６は回転子アセンブリ１５６が載置されるモータシャフト８２を通過して、モータシャフト８２を越えて延び、閉鎖端２００にて終端する。
【０１０１】
図１９はモータシャフト８２の非駆動端１６６及びエンドハウジング１６１の間の空隙２０１を示す。本構造体において、冷媒気体９４は内側チャンバ９４から長尺状通路１９６の開放端１９８を通じて引き込まれる。これに代えて、シャフトが動的シール等のエンドハウジング１６１の協動構造体に接触し、これにより冷媒気体９４が長尺状通路１９６内に直接ダクトにより送られてもよい。
【０１０２】
実施例において、複数の径方向の吸引通路２０２は閉鎖端２００の近傍にて長尺状通路１９６と連通する。吸引通路２０２はモータシャフト８２を通じて径方向外側に向かって延びる。吸引通路２０２は、気体冷媒９４が固定子アセンブリ１５４及びモ―タシャフト８２の間の死水領域２０３内に退出するように構成される。環状間隙部２０４が冷媒気体９４を移動させるべく固定子アセンブリ１５４及び回転子アセンブリ１５６の間に形成される。通常気体バイパス回路４０の回転子冷却回路１９２は冷媒気体が回転子アセンブリ１５６及びエンドハウジング１６１の間に収容される様々な要素（例、磁気軸受け１５８）を回るように構成される。出口通路１９５を退出する気体冷媒９４はエバポレータ３４に戻る。この構造体により、駆動系１５０の要素は気相（気体冷媒９４）における冷媒に接触し、所定の条件下において、液相の冷媒に接触する。
【０１０３】
図１９Ｂに本発明の別例においてモータシャフト８２の回転軸８９と略平行であるが、同心上には設けられてはいない複数の流路２０６を示す。流路２０６は図１９Ａに示す単一の長尺状通路１９６に代わるか、或いは長尺状通路１９６を補完する。複数の通路は吸引通路２０２と連通する。
【０１０４】
流路２０６は流路２０６の部分に沿って延び、流路２０６内に突出する長尺状フィン２０６ａ等の伝熱促進構造体を更に含む。当業者は別例による伝熱促進構造体を使用可能であり、これらは螺旋状フィン、流路２０６の壁部に形成される長尺状溝や螺旋状（線条を施した）溝や、捻れ型構造体を含むがこれらに限定されるものではない。これらの伝熱促進構造体は図１９，１９Ａに示す構造体内に組み込まれてもよい。
【０１０５】
機能的に複数の通路を使用することにより伝熱領域を拡大することによって気体冷媒９４及び回転子アセンブリ１５６の間の熱伝達速度を促進することができる。伝熱促進構造体は伝熱領域を拡大し、所定の態様において、更に伝熱を促進すべく流れを妨害するように作用する。流路２０６及びモータシャフト８２の外側表面の間の導電性連結体は伝動路の径方向の有効な厚みが短縮されるため、減少されてもよい。多数の通路により設計者は別例による組のパラメータを得られる。このパラメータは、気体冷媒９４及び流路２０６の壁部間の対流的な伝熱速度を促進する好適なレイノルズ数型を得られるように操作され、最適化される。
【０１０６】
絞り装置２０７は図１９に示すように気体バイパス回路４０の回転子冷却回路１９２の入口側、又は出口側に設けられる。絞り装置２０７は事実上受動的であるか、自動的であってもよい。受動装置は通常全く動的フィードバック制御を有さないものであり、例えば開ループ制御を使用する固定オリフィス装置や可変オリフィス装置が挙げられる。自動装置は閉ループ制御においてフィードバック要素を使用するものであり、例えばオン／オフ制御装置や比例／積分／派生制御機構を使用する制御装置が挙げられる。
【０１０７】
回転子冷却回路１９２を退出する気体冷媒９４の温度は温度検知プローブ２０５等のフィードバック要素を使用して監視される。フィードバック要素は絞り装置２０７の閉ループ制御を使用可能である。これに代えて、流量メータ、熱流速計や、圧力センサ等のその他のフィードバック要素が使用されてもよい。
【０１０８】
図２０，２０Ａは本発明の実施例における固定子アセンブリ１５４を冷却するための液体バイパス回路４０の固定子冷却部２０８を示す。固定子冷却部２０８はスリーブ１８８の外側に形成される螺旋状の通路２１０をなすチューブ２０９ａを備える。チューブ２０９ａに流れ込む冷媒２１６への伝熱はチューブ２０９ａ及びスリーブ１８８の間の熱伝導性間隙物質２１１により増大する。チューブ２０９ａは、溶接、ろう付け、挾持、或いは当業者に公知のその他の手段によりスリーブ１８８に固定される。
【０１０９】
図２０Ｂは螺旋状通路２１０がチャネル２０９ｂを有し、これにより液体冷媒２１６がチャネル２０９ｂ内に流入し、スリーブ１８８と直接接触できることを示す。チャネル２０９ｂは溶接、ろう付け、或いは気密な通路が得られる当業者に公知のその他の技術によりスリーブ１８８に固定される。
【０１１０】
本発明は固定子冷却部２０８の螺旋状の形状に限定されるものではない。ペンシルバニア州Ｌａｆａｙｅｔｔｅ Ｈｉｌｌに所在するＤｅａｎ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ， Ｉｎｃ．社により製造されている製品のＰＡＮＥＬＣＯＩＬ（登録商標）等の従来技術による円筒状冷却ジャケットがスリーブ１８８上に取り付けられるか、別体のスリーブに代わるものである。
【０１１１】
螺旋状通路２１０は液体冷却入口ポート２１２及び液体冷却出口ポート２１４と連通する。液体冷却入口ポート２１２を通じて冷媒液体２１６が供給され、液体冷却出口ポート２１４を通じて冷媒液体２１６が送り戻される。液体冷却入口ポート２１２は冷却回路のコンデンサ３０に連結され、液体冷却出口ポート２１４はエバポレータ３４に連結される。本実施例において冷媒液体２１６は、図１に示すエバポレータ３４に対するコンデンサのより高い動作圧力によりコンデンサ３０からエバポレータ３４に移動するように誘導される。
【０１１２】
絞り装置（図示しない）は固定子冷却部２０８の入口側又は出口側に設けられる。絞り装置は事実上受動的であるか自動的である。
駆動系１５０はモータシャフト８２の非駆動端１６６から組み立てられる。組立において非駆動端１６６（駆動端１６４ではない）を伝って回転子アセンブリ１５６を摺動させることにより、径方向吸引通路２０２に損傷を付与することを防止する。
【０１１３】
機能的に永久磁石モータ１５２は高速にて広い作業範囲にわたって高い能率を有し、同程度の寸法の誘導型モータと比較した場合における高出力及び高い力率を組み合わせて得られる。永久磁石モータ１５２は更に小さな体積や設置面積を占め、これにより高い出力密度及び高い力対重量比を得られる。
【０１１４】
更にモータシャフト８２は永久磁石モータ１５２と空力部４２のインペラ８０とを直接連結するように機能する。このタイプの構造体はここで「直接駆動」構造体と呼ぶ。モータシャフトとインペラ８０とを直接連結することにより、非効率な伝達を引き起こし、整備を要し、装置の重量が増加する中間部のギヤを排除することができる。本発明の所定の態様はモータシャフト８２とは個別に独立したドライブシャフトを含む構造体に応用可能である。
【０１１５】
動作において、モータシャフト８２内における径方向吸引通路２０２の回動により、遠心インペラが作用され、気体冷媒９４を気体バイパス回路４０を通じて吸引し、固定子アセンブリ１５４を冷却する。本実施例において、吸引通路２０２に位置される気体は径方向外側に向かって空洞部２０３内に吸引され、冷媒気体９４をエバポレータ３４から入口通路１９４を通じて吸引する閉鎖端２００にて低圧力または低吸引力をなす。気体を空洞部２０３内と置き換えることにより、空洞部２０３内に高圧がなされ、気体冷媒９４が環状間隙部２０４及び出口通路１９５を通じてエバポレータ３４に帰還される。この遠心動作によって生じる差圧により、冷媒気体９４はエバポレータ３４を往復する。
【０１１６】
回転子アセンブリ１５６の冷却は、既存の冷媒コンプレッサ設計に比較して、いくつかの点において高められる。回転子アセンブリ１５６は内側の空隙による径部１６８の部分に沿って、冷却されたモータシャフト８２への直接的な熱伝導により冷却される。通常回転子アセンブリ１５６の外側表面も環状間隙部２０４を通じて押圧される気体冷媒９４により生じる強制対流によって冷却される。
【０１１７】
絞り装置２０７は気体冷媒９４の流れと、付随する伝熱を制御することに使用される。温度検知プローブ２０５は冷媒気体９４の流動速度の制御におけるフィードバック要素として使用可能である。
【０１１８】
冷媒気体９４を使用することは、回転子の冷却に冷媒液体２１６を使用することに対し、有利である。気体は通常液体と比較してより低い粘性を有するため、可動面に対して付与される摩擦抵抗や空力抵抗が少なくて済む。空力抵抗は装置の能率を減少させる。本実施例において、空力抵抗は特に環状間隙部２０４を通過する流れに行き渡る。ここには回転子アセンブリ１５６の高速な回転により、軸方向の速度成分のみならず大きな正接の速度成分が存在する。
【０１１９】
実施例において示すように、固定子アセンブリ１５４は液体として螺旋状通路２１０に進入する液体冷媒２１６によって冷却される。しかしながら、液体冷媒２１６が固定子冷却部２０８を通過すると、冷媒の一部は気化し、二相又は核沸騰が想定され、非常に効率に優れた伝熱が可能となる。
【０１２０】
液体冷媒２１６はコンデンサ３０及びエバポレータ３４の間に存在する差圧により液体バイパス回路４０及び固定子冷却部２０８を強制的に通過させられる。絞り装置（図示しない）は能動的又は受動的に液体バイパス回路４０を通過する流れを減少させるか、規制する。温度センサ１９０は絞り手段と組み合わされてフィードバック制御ループにおいて使用可能である。
【０１２１】
スリーブ１８８は伝導性熱伝達を熱的に拡散し、重合スタック１７８及び誘電性鋳造部１８３の両者の外側周縁部の均一な冷却を促進する高い熱伝導性を備えた材料から形成される。螺旋状に巻かれたチャネル２０９ｂの構造体において、スリーブ１８８は液体冷媒２１６が重合スタック１７８を貫通することを防止する境界として更に機能する。
【０１２２】
誘電性鋳造部１８３内の固定子アセンブリ１５４の巻き端部１８１，１８２により包囲することにより、巻き端部１８１，１８２から固定子冷却部２０８に伝熱するように機能し、これにより気体バイパス回路４０の回転子冷却回路１９２に対する熱負荷の要求を減少させることができる。誘電性鋳造部１８３により回転子冷却回路１９２を通じて気体冷媒９４の流れに暴露される巻き端部１８１，１８２の漏出の可能性を減少させることができる。
磁気軸受け
本発明の様々な実施例において回転子アセンブリ１５６は通常の稼動下において摩擦のない磁気軸受け１５８，１６０によって支持される。軸受け１５８，１６０はコンプレッサ本体に設けられた、又は離間して設けられた電子機器格納装置２１７内に含まれるマイクロプロセッサ制御装置及び電力増幅器によって制御され、且つ浮上される。
【０１２３】
更に、バックアップ用回転要素軸受け２１８，２２０が設けられ、回転アセンブリを規制し、磁気軸受け１５８，１６０の制御の突発事故における損傷から保護する。本実施例において、バックアップ用軸受け２１８，２２０はモータシャフト８２の計より大きな内径を有する。磁気軸受け１５８，１６０、バックアップ用軸受け２１８，２２０、及びモータシャフト８２は、モータシャフト８２が稼動中に内径内の略中心部に位置され、モータシャフト８２及び各磁気軸受け１５８，１６０の間に環状間隙部を形成するように設けられる。間隙部によりモータシャフト８２はバックアップ用軸受け２１８，２２０と接触することなく自由に回転自在である。本構造体により、バックアップ用軸受け２１８，２２０は通常の稼動中に回転子アセンブリ１５６と接触しない。
可変周波数ドライブ
図２１は本発明の実施例において永久磁石モータ１５３を六相構造体において駆動する可変周波数ドライブシステム（ＶＦＤシステム）２４８を示す。本実施例において、全６本の電力線２５０が一対の三相コイル２５２ａ，２５２ｂに電力を伝達する。三相コイル２５２ａ，２５２ｂの各組は、幹線２２４に接続される単巻変圧器２５６を通じて供給を受ける別体の独立した可変周波数ドライブ（ＶＦＤ）電力部２５４ａ，２５４ｂによって駆動される。
【０１２４】
六相構造体において単巻変圧器２５６によりＶＦＤ電力部２５４ａ又はＶＦＤ電力部２５４ｂとの間にて３０°の位相シフトを得られる。単巻変圧器２５６はＶＦＤの要求に応じて必要に応じて入力電圧を上昇／下降させることに使用されてもよい。六相の実施例が開示されたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば単相電力部が一対の三相コイルを有する永久磁石モータに電力を供給してもよい。この別例において単巻変圧器２５６は位相シフトには使用されず、ＶＦＤ電力部２５４ａ，２５４ｂに要求される電圧となるように入力電圧を上昇／下降させることに使用される。
【０１２５】
図２１に示すようにＶＦＤ電力部２５４ａ，２５４ｂはそれぞれ入力整流器２５８と、フィルタ２６０と、電流チョッパ２５８と、ステアリング回路２６４とを備え、これら全てはＤＣバス２６６によって接続されている。整流器２５８は単巻変圧器２５６からのＡＣ電力をＤＣ電力に変換する。使用可能な整流器のタイプはダイオードブリッジ整流器、サイリスタ（ｔｈｙｒｉｓｔｅｒ）制御の整流器や、これらの組み合わせを含む。フィルタ２６０により整流されたＤＣ電力のリップルが減少する。電流チョッパ２６２及びステアリング回路２６４を組み合わせることによりインバータ２６８をなす。
【０１２６】
インバータ２６８は永久磁石モータ１５の所望の回転速度に応じた周波数にてＤＣ電力を三相ＡＣ電力に変換する。ＤＣバス２６６の電流のスィッチングはパルス幅変調器（ＰＷＭ）を使用する複数の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴｓ）により可能である。
【０１２７】
実施例においてインバータ２６８は「電流源」タイプと呼ばれ、永久磁石モータ１５３への出力は制御されたＡＣ電圧というよりはむしろ制御されたＡＣ電流である。電流源による駆動は、１９９７年に、Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓにより出版されたＩＳＢＮ０−７８０３−１０６１−６の、Ｂｉｍａｌ Ｋ． Ｂｏｓｅによる「Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｔｏ Ｐｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ａｎｄ Ｄｒｉｖｅｓ」第５版に開示され、特別な用語の定義を除きその全体がここで開示されたものとする。
【０１２８】
電力工学、制御方法、及びマイクロプロセッサ制御により使用者は短所の減少した電流源による駆動の恩恵を受けることができる。電流源インバータはインバータの低いスィッチング周波数及び電圧上昇時間（ｄＶ／ｄＴ）を使用し、これにより、モータ応力を減少させ、システム全体の能率を高めることができる。電流源インバータは固有の限流機能も有する。電流源インバータは通常ＤＣにおいて費用及び重量を要する大型インダクタを備える。電流制御方法は入力及び出力における高調波を制御するように精巧である。
【０１２９】
制御方法、能率、永久磁石モータと組み合わせた使用、及び高長波の軽減に関する設計に係るその他の文献を後述する。特定の用語の定義を除き、全ての文献はここで全体が開示されたものとする。
【０１３０】
１９９３年３月７乃至１１日に開催されたＡｐｐｌｉｅｄ Ｐｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｘｐｏｓｉｔｉｏｎの第８回年次定例会ＡＰＥＣ ’９３．の議事録におけるＥｓｐｉｎｏｚａ， Ｊ．Ｒ．、Ｊｏｏｓ Ｇ．、Ｚｉｏｇａｓ， Ｐ．Ｄ．による「Ａ ｇｅｎｅｒａｌ ｐｕｒｐｏｓｅ ｖｏｌｔａｇｅ ｒｅｇｕｌａｔｅｄ ｃｕｒｒｅｎｔ−ｓｏｕｒｃｅ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ」７７８頁乃至７８４頁。
【０１３１】
ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ３４巻のＩｎｄｕｓｔｒｙ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ刊の１９９８年１月乃至２月の１号、Ｙｕｅｘｉｎ Ｙｉｎ、Ｗｕ， Ａ．Ｙ．による「Ａ ｌｏｗ−ｈａｒｍｏｎｉｃ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｄｒｉｖｅ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｃｕｒｒｅｎｔ−ｓｏｕｒｃｅ ｉｎｖｅｒｔｅｒ」の２２７頁乃至２３５頁。
【０１３２】
ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓの２１巻、２００６年６月２号のＣｏｌｌｉ， Ｖ．Ｄ．、Ｃａｎｃｅｌｌｉｅｒｅ， Ｐ．、Ｍａｒｉｇｎｅｔｔｉ， Ｆ．、Ｄｉ Ｓｔｅｆａｎｏ， Ｒ．による「Ｖｏｌｔａｇｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｏｕｒｃｅ ｉｎｖｅｒｔｅｒｓ」の４５１頁乃至４５８頁。
【０１３３】
１９９８年７月乃至８月の４号、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ３４巻のＩｎｄｕｓｔｒｙ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ刊のＥｓｐｉｎｏｚａ， Ｊ．Ｒ．、Ｊｏｏｓ， Ｇ．による「Ａ ｃｕｒｒｅｎｔ−ｓｏｕｒｃｅ−ｉｎｖｅｒｔｅｒ−ｆｅｄ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｍｏｔｏｒ ｄｒｉｖｅ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ ｒｅｄｕｃｅｄ ｌｏｓｓｅｓ」の７９６頁乃至８０５頁。
【０１３４】
１９９１年７月乃至８月の４号、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ２７巻のＩｎｄｕｓｔｒｙ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ刊のＷｉｌｌｉａｍｓ， Ｓ．Ｍ．、Ｈｏｆｔ， Ｒ． Ｇ．による「Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｏｕｒｃｅ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｆｏｒ ｐｏｗｅｒ ｌｉｎｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ」の７７３頁乃至７７９頁。
【０１３５】
１９９３年６月１乃至３日にＢｕｄａｐｅｓｔ．にて開催されたＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍの議事録、ＩＳＩＥ‘９３のＩｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ刊のＥｓｐｉｎｏｚａ， Ｊ．、Ｊｏｏｓ， Ｇ．； Ｚｉｏｇａｓ， Ｐ．による「Ａｎ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｔｈｒｅｅ−ｐｈａｓｅ ｖｏｌｔａｇｅ ｒｅｇｕｌａｔｅｄ ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｏｕｒｃｅ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｔｏｐｏｌｏｇｙ」の６６３頁乃至６６８頁。
【０１３６】
１９９９年９月５号、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ１４巻のＰｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ刊のＴｏｌｉｙａｔ， Ｈ．Ａ．、Ｓｕｌｔａｎａ， Ｎ．、Ｓｈｅｔ， Ｄ． Ｓ．、Ｍｏｒｅｉｒａ， Ｊ． Ｃによる「Ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｍａｇｎｅｔ （ＢＰＭ） ｍｏｔｏｒ ｄｒｉｖｅ ｓｙｓｔｅｍ ｕｓｉｎｇ ｌｏａｄ−ｃｏｍｍｕｔａｔｅｄ ｉｎｖｅｒｔｅｒ」の８３１頁乃至８３７頁。
【０１３７】
１９９３年１１月１５乃至１９日に開催された国際会議ＩＥＣＯＮ ’９３の議事録のＩｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ， Ｃｏｎｔｒｏｌ， ａｎｄ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎ刊のＳｌｅｍｏｎ， Ｇ．Ｒ．による「Ｈｉｇｈ−ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｄｒｉｖｅｓ ｕｓｉｎｇ ｐｅｒｍａｎｅｎｔ−ｍａｇｎｅｔ ｍｏｔｏｒｓ」の７２５頁乃至７３０頁。
【０１３８】
様々な実施例における電流チョッパ２６２（別名ステップダウンコンバータ、バックコンバータや、多相バックコンバータ）の機能はＤＣバス電圧を永久磁石モータ１５３の起電力（ｂａｃｋ−ｅｍｆ）を越える所望のレベルに保持し、永久磁石モータ１５３の定電流源を保持することである。電流チョッパ２６２はダイオードのネットワーク、大型インダクタ、及びスィッチング装置を備える。スィッチング装置は平行に配置され、交互的パターンや多相パターンにて制御された複数の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴｓ）であってもよい。この制御パターンはＤＣにおけるリップルを減少させ、電流源をスムージングするときにおける異なる点においてＩＧＢＴｓを「ｏｎ」に切りかける。
【０１３９】
ステアリング回路２６４はＰＷＭ制御パターンを使用してＤＣ電力をパルス状の三相ＡＣ電力に変換するスィッチング装置のネットワークを備える。永久磁石モータ１５３の各三相コイル２５２ａ，２５２ｂへの電力は所望のモータ速度に応じた速度に切り換えられる。このタイプのインバータ出力部は電源ドライブと比較してずっと低いスィッチング周波数を使用する。
【０１４０】
本発明の別例において電圧インバータが使用される。このタイプのインバータにおいて、ＤＣ電圧は保持され、ＩＧＢＴｓスィッチは高い速度に切り換えられる。
機能的にＶＦＤシステム２４８は、遠心インペラ８０やインペラ８０ａ，８０ｂが冷却器の稼働要件を満たすために十分なトルク及び速度を得られるように整合される。ＶＦＤシステム２４８は従来技術による設計に対して電源高調波を減少させ、駆動系の能率を高める。モータ内の別体のコイルに電力を供給するために２つのＶＦＤ電力部２５４ａ，２５４ｂを使用することにより、従来技術による十二相ＶＦＤと組み合わせてインターフェイス変圧器を使用してＤＣバス電圧や電流を調整することが不要になる。構造体により、更にモータの加熱及びエネルギーの損失が減少する。
【０１４１】
ＶＦＤシステム２４８は本発明のモジュール設計において実行可能な所定の範囲の寸法のインペラ及び冷媒の組み合わせを収容するために高速稼動に設計可能である。２００００ｒｐｍを越える回転速度が得られる。
【０１４２】
実施例において、ＶＦＤシステム２４８は液体冷媒や気体冷媒を収容する冷却バイパス回路（図示しない）を有するヒートシンクを備える。冷却バイパス回路はヒートシンクを所望の温度に制御するための制御弁及びヒートシンクからのフィードバック温度要素を備える。ヒートシンクの濡れ要素が使用される冷媒との適合するように選択される（例、冷媒Ｒ−１３４ａ及びポリオールエステルオイル）。動的に冷却した要素に非常に近接した電子機器は凝縮体からの水分を回避するか収容するように設計される。様々な実施例において水が冷却流体として使用される。
【０１４３】
整流器２５８は、特に高出力装置において幹線２２４に給電する電力網を通じて工場施設のみならず隣接する設備にも様々な弊害をもたらす原因になる高調波を生じる。高調波により生じる可能性のある問題は、コンダクタの過熱、コンデンサの故障や破損、ブレーカの疑似遮断（ｓｐｕｒｉｏｕｓ ｔｒｉｐｐｉｎｇ）、変圧器コイルの過熱の他、設備や電力網における制御装置、コンピュータ、及び需給計器の障害を含む。
【０１４４】
単巻変圧器２５６により得られる３０°の位相シフトによりこれらの課題は付随する電源高調波を減少させ、インバータに対して１２パルス入力（例、図２１に示す２つのインバータ２６８のそれぞれに対して６パルス）を行うことにより軽減可能である。１２パルス入力により第５の高調波及び第７の高調波を取り除くことができる。付加的に、六相モータ構造体における位相シフトにより、モータの加熱を減少させ、能率を最大限にすることができる。これらの方法は高調波を減少させるが、ＩＥＥＥ−５１９の要件を満たす必要がある場合に付加的な高調波フィルタと組み合わせて使用することができる。
中間部の電源
図２２は本発明の実施例において、磁気軸受け１５８，１６０と、磁気軸受け制御装置２７０と、ＶＦＤ制御装置２７２とを駆動する中間部の電源２２２を備える電源及びＶＦＤシステム２２１を示す。通常の稼動下において中間部の電源２２２は各ＶＦＤ電力部２５４ａ，２５４ｂのＤＣバス２６６から対応するＤＣ電圧２７４ａ，２７４ｂによって給電される。中間部の電源２２２への付加的なＤＣ入力２７６が整流器２７８を通じて入力幹線２２４から得られてもよい。
【０１４５】
実施例において、中間部の電源２２２はスィッチングコンバータ２８０及び絶縁電源変圧器２８２を備え、ＤＣ入力２７６や中間部のＤＣ電圧２７４を所定の補助供給電圧に変換する。磁気軸受け１５８，１６０と、磁気軸受け制御装置２７０と、ＶＦＤ制御装置２７２とは好適な絶縁電源変圧器２８２に連結されてもよい。
【０１４６】
本発明の様々な実施例において、中間部の電源２２２を電源とし、永久磁石モータ１５３の三相コイル２５２ａ，２５２ｂのそれぞれの回転により得られる起電力電圧２８４ａ，２８４ｂを得る。永久磁石電気モータ１５３が回転している場合に、起電力電圧２８４ａ，２８４ｂは幹線２２４からの電力の障害時においてＤＣバス２６６における唯一の電源となる。起電力電圧２８４ａ，２８４ｂは通常永久磁石電気モータ１５３の回転速度に比例する。
【０１４７】
機能的に中間部の電源２２２の余剰分により既存のＤＣ電圧２７４ａ，２７４ｂを使用することなくコンプレッサアセンブリに機能的に給電することができる。例えば、最初のシステム起動時やシステムの補修時においてＶＦＤが十分に給電されていない場合や、起電力電圧がない場合に、中間部の電源は整流器２７８を通じて電源となる。ＰＭモータ１５３が回転している場合に起電力電圧２８４ａ，２８４ｂは中間部の電源２２２の代わりの電源となる。この剰余分によりＶＦＤ２５４ａ，２５４ｂの障害によりＤＣ電圧２７４ａ，２７４ｂに損失が生じた場合に磁気軸受け１５８，１６０のみならず磁気軸受け制御装置２７０に対しても給電の付加的な保全性を得られる。
【０１４８】
通常の動作において、インバータ２６８により出力されるＡＣ電圧は永久磁石モータ１５３により生じる起電力電圧２８４ａ，２８４ｂを丁度越えるように制御される。インバータ２６８内のＩＧＢＴｓを切り換える位相のタイミングは回転位置フィードバック装置により得られる。
【０１４９】
幹線の入力供給電圧２２４が失われた場合に、ＤＣ電圧２７４ａ，２７４ｂは起電力電圧２８４ａ，２８４ｂによって保持される。起電力はＩＧＢＴスィッチング装置と平行に配置される「フリーホイール（ｆｒｅｅｗｈｅｅｌ）」構造体に配置されるダイオードを通過する。本構造体において、フリーホイールダイオードはＤＣバスを給電すべく整流器として機能する。これにより磁気軸受け１５８，１６０及び磁気軸受け制御装置２７０への電力は、磁気軸受け１５８，１６０への損傷を防止するために幹線２２４によって経験される過渡電流及び電線浸漬（ｌｉｎｅ ｄｉｐｓ）において保持される。
【０１５０】
ＶＦＤ２５４ａ，２５４ｂは様々な標準的な幹線電圧（即ち、３８０，４００，４１５，４４０，４６０，４８０，及び５７５Ｖ）に所望の変動量（例、プラスマイナス１０％）を加算して、５０Ｈｚ回線周波数又は６０Ｈｚ回線周波数にて稼動するように構成される。様々な入力電圧による調整により、広い範囲のＤＣ電圧２７４ａ，２７４ｂが生じる。減少された電圧及び周波数にて稼動する機能により、中間部の電源２２２に送られるＤＣ電圧２７４に対して更に変動量が付与される。従って、所定のレベルの規制が軸受け１５８，１６０及び制御装置２７０，２７２の給電に対して行われる。
【０１５１】
本構造体においてＶＦＤ制御装置２７２により、ＶＦＤシステム２４８は永久磁石モータ１５２を回転させ、ＶＦＤシステム２４８の状態を冷却システムのその他の要素に伝達することができる。
【０１５２】
ＶＦＤシステム２４８は冷却器設備のローカルのイーサネットのネットワークを介してセットアップのデータ及び動作のデータを送受信するように構成されてもよい。更に、ＶＦＤシステム２４８はイーサネットのネットワーク越しにソフトウェアのアップデートを転送するためのＦＴＰサーバと、ドライブを監視しセットアップするためのＨＴＴＰサーバを有してもよい。
【０１５３】
図２３は中間部の電源２２２が更にＤＣ電圧２７４ａ，２７４ｂに「再生ブースト」２８６を設けて構成されることを示す。再生ブースト２８６はＶＦＤ２６４の出力インバータにおけるＩＧＢＴｓの切り換え体制を変形することにより得られる。ＤＣ電圧２７４ａ，２７４ｂを保持することにより、更に中間部の電源２２２からの出力電圧を保持する。
【０１５４】
ブーストは「ブースト」コンバータをシミュレートするインバータスィッチングパターンを調整することにより得られる。このタイプの直流対直流のコンバータにおいて出力電圧は、ＤＣインダクタ（エネルギー蓄積装置）、ダイオード、及びＩＧＢＴｓを含む回路構成により入力電圧を超える。
【０１５５】
図２３に再生ブースト２８６の効果の例をＤＣ電圧２７４、及び永久磁石電気モータ１５３の回転速度２９０の規格化したグラフとして示す。破線は再生ブースト２８６を伴わずに生じるＤＣ電圧２７４の非ブースト電圧２８８を示す。非ブースト電圧２８８は速度に比例して下降する。従って、中間部の電源２２２の出力は永久磁石モータ１５３の回転速度２９０がおおよそ５％となるまで下降を保持する。
【０１５６】
再生ブースト構造体のＤＣ電圧２７４は実線２８６によって示される。再生ブーストの降下はおおよそ４０％の速度以下の回転速度２９０にて得られ、ＤＣ電圧２７４は回転速度２９０がおおよそ２％以下の速度に下降するまで一定に保持される。２％以下の回転速度２９０においてＤＣ電圧２７４は急激に減少し、おおよそ１％の回転速度にて出力ゼロに至る。
【０１５７】
従って、再生ブーストは制御装置２７０，２７２をゼロ近傍の回転速度２９０に保持する閾値を十分に越えるＤＣ電圧２７４を得られるように構成される。再生ブーストは定格ＤＣ電圧に応じて磁気軸受け１５８，１６０を同じ回転速度２９０に保持する閾値を十分に越えるＤＣ電圧２７４が得られるようにも構成される。
【０１５８】
エネルギーロスは非理想的な電気的要素によって生じる。従って、バックアップ用軸受け２１８，２２０は軸受け制御の異常な損失の後に残余の回転速度が存在する場合に回転アセンブリを支持可能である。通常の停止状態下において軸受け制御装置はモータシャフト８２をバックアップ用軸受け２１８，２２０に下降させるに先立って、モータシャフト８２を完全に停止させる。
【０１５９】
ブーストコンバータ、バックコンバータ、及び多段コンバータ等の電源及び変形例を切り換える装置及び方法は以下に列挙した文献に開示されている。これらは全て特別な用語の定義を除き、その全体がここで開示されたものとする。
【０１６０】
２００３年出版、ＩＳＢＮ０−４７１−４３９０８−２、Ｈｏｂｏｋｅｎに所在するＪｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ ＆ Ｓｏｎｓ， Ｉｎｃ．刊のＭｏｈａｎ， Ｎｅｄ、Ｕｎｄｅｌａｎｄ， Ｔｏｒｅ Ｍ．、Ｒｏｂｂｉｎｓ， Ｗｉｌｌｉａｍ Ｐ．によるＰｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ。
【０１６１】
Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓ出版、ＩＳＢＮ ０−４７１−５８４０８−８、Ｎ．Ｍｏｈａｎ、Ｔ．Ｍ．Ｕｎｄｅｌａｎｄ、及びＷ．Ｐ． Ｒｏｂｂｉｎｓ．によるＰｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ．Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ， Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ。
【０１６２】
Ｐｒｅｎｔｉｃｅ Ｈａｌｌ出版、ＩＳＢＮ ０−１３−６８６６１９−０、Ｍ．Ｈ．ＲａｓｈｉｄによるＰｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ．Ｃｉｒｃｕｉｔｓ， Ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ。
【０１６３】
Ａｄｄｉｓｏｎ−Ｗｅｓｌｅｙ出版、ＩＳＢＮ ０−２０１−０９６８９−７、Ｊ．Ｇ．Ｋａｓｓａｋｉａｎ、Ｍ．Ｆ．Ｓｃｈｌｅｃｈｔ、及びＧ．Ｃ． ＶｅｒｇｈｅｓｅによるＰｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ Ｐｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ。
組立工程
以下の工程がコンプレッサアセンブリの様々な要素の組立に使用可能である。工程は任意であり、所望のアセンブリを得るために必要不可欠なものではない。また、工程の順序は変更可能であり、従って非限定的である。
【０１６４】
本発明の実施例におけるモータ／軸受けアセンブリの組み立て工程は以下の通りです。
−モータハウジング４６の温度を上昇させる。
−固定子アセンブリ１５４をモータハウジング４６内に挿入する。
−ハウジングを冷却し、固定子をモータハウジングに固定する。
−トルク保持のためにモータハウジング４６及び固定子アセンブリ１５４の間に付加的な剪断抵抗を設ける回転防止ピンを設置する。
−モータターミナルブロック５０をモータハウジング４６に取り付ける。
−ボルト及びナットを使用してモータのリード線を端子に固定する。
−前方径方向磁気軸受け１５８及びバックアップ用軸受け２２０を前方軸受けキャリヤに挿入する。
−軸受け電源及びセンサのリード線を電気端子に接続する。
−キャリヤアセンブリをハウジング内に挿入し、ネジを使用して固定する。
−必要な固定具を使用して、モータ回転子／シャフトアセンブリ１５０，１５６を前方軸受けカートリッジ内に挿入する。
−引き裂き（ｔｅａｒ）径方向磁気軸受け１６０と、前方スラスト軸受けアクチュエータ１５１ｂと、バックアップ用軸受け２１８，２２０とを後方軸受けキャリヤ１４９ｂ内に挿入する。
−軸受け電源及びセンサのリード線を電気端子に接続する。
−キャリヤアセンブリをモータハウジング４６内に挿入し、固定する。
−スラストランナ１５１ａをモータシャフトに挿入する。
−スラスト軸受けアクチュエータ１５１ｃを後方軸受けキャリヤ内に挿入し、固定する。
−Ｏリングをモータハウジング端部カバー１６１内に挿入する。
−モータハウジング端部カバーをハウジングに取り付ける。
【０１６５】
空力部４２はモータハウジング４６に取り付けられた排出ハウジング５４を使用して補修されるが、空力部４２の補修中に排出ノズル７２を所定の位置に保持し、これにより補修による休止時間を減少させるように設計されていることに留意する必要がある。付加的に排出ハウジング５４は中心軸４４を中心として回動し、遠心コンプレッサアセンブリ３６の組立において可撓性を付与する。図６を参照すること。
【０１６６】
図９に示す構造体に従って、インペラ８０をモータシャフト８２に設置する工程は以下の通りである。
−インペラ８０の設置に先立って、シャフトシール７６が設置されていることを確認する。
−モータシャフト８２をインペラ８０に並べ、インペラをモータシャフト８２上に押圧する。インペラは肩部８７に対して載置される必要がある。
−平坦なワッシャ９０及び２つのスプリングワッシャ９２をインペラ８０の前方カウンタボア８５内に設置する。
−インペラ孔８１を通じて締め付けボルト８４を挿入し、締め付けボルト８４をモータシャフト８２の突起部８６に設けられたネジ山と係合させる。所定のトルク力により締め付けボルトを締め付ける。
−鼻部円錐部８８を前方カウンタボア８５内に挿入し、所定のトルク力により締め付ける。鼻部円錐部は径方向開口部を通じてピンを設けることによりネジにより固定可能である。鼻部円錐部は左ネジを使用することに留意する必要がある。
遠心コンプレッサアセンブリ３６の組立は以下の工程により可能である。
−波形バネ７８及び保持リング７９を使用してシャフトシール７６を排出ハウジング５４内に挿入する。
−排出ハウジング５４をモータハウジング４６に固定する。
−インペラ８０をモータシャフト８２に取り付ける（上記インペラ設置工程参照）。
−渦巻インサート５６を排出ハウジング５４内に挿入し、固定具を使用して所定の位置に固定する。
−インペラ中央部シール７７及び波形バネ７８をインペラハウジング５７の入口端部の上方に挿入する。
−入口ガイドベーンアセンブリ６４を入口ハウジング５８内に挿入する。
−入口ハウジング５８を排出ハウジング５４に並べ、挿入し、固定する。
−インペラ８０を回動することによりインペラ中央部シール７７の適合を確認する。
【０１６７】
多段空力部の組立は類似の方法による。この組立はシャフト長及び軸受けの負荷を変形した以外は略同一の駆動系に応用可能である。
ウォームアセンブリ１２６の組立工程は以下の通りである（図１３を参照すること）。
−ウォーム１１８をウォーム支持ブラケット１３３の切り欠き内に配置する。
−図１３に示すようにシャフト１２８をウォーム支持ブラケット１３３のポート１３４，１３５を通じてハウジング内に挿入し、ウォームギヤを係合させる。ウォームギヤキー部をシャフトキー部に並べ、ウォームギヤキー１３９を挿入し、ウォームギヤをシャフトに係止させる。
−長尺状スペーサ１２９と、軸受け１３１と、スプリングワッシャ１３６とをウォーム支持ブラケット１３３の第１のポート１３４内に挿入する。スプリングワッシャ１３６を第１のポート１３４内に固定する。
−軸受け１３２をシャフト１２８を伝わらせ、第２のポート１３５内に摺動させ、保持クリップ１３７を第２のポート１３５内に設置する。
−短いスペーサ１３０をシャフト１２８に配置する。
−減速ギヤ１２３をシャフト１２８に配置する。ギヤキー部をシャフトキー部に並べ、ギヤキー１３９を取り付けて、減速ギヤ１２３をシャフト１２８に対して回動自在に固定する。
−保持クリップ１２７をシャフト１２８に取り付ける。
【０１６８】
入口ガイドベーンアセンブリ64の組立工程は以下の通りである（図１２を参照すること）。
−フェースギヤ１１０を入口ハウジング５８に載置する。入口ハウジング５８はハウジングから見て外方に配向された歯を備える。
−ガイドベーンサブアセンブリ１０２をガイドベーンサブアセンブリ１０２の好適な配向にて入口ハウジング５８内に挿入する。ガイドベーンサブアセンブリ１０２を挿入した後にベーンを閉鎖位置まで回動する。
−ギヤ部１０４を各ガイドベーンサブアセンブリ１０２に載置し、キ―スロット１０３をギヤ部１０４及びガイドベーンサブアセンブリ１０２内に並べる。
−キー（図示しない）を各ベーン／平歯車アセンブリのスロット内に位置させる。
−クリップリング１０５を各ガイドベーンサブアセンブリ１０２に取り付ける。
−平歯車１０４に面する扇形の面１１３を使用してガイドベーン係止リング１１２を入口ハウジング５８に取り付ける。
−ウォームアセンブリ１２６を入口ハウジング５８に固定し、ウォーム１１８とフェースギヤ１１０のウォームギヤ１１６が適切に係合しているか確認する。
−駆動ギヤ１２１を駆動モータ１２０に取り付ける。
−駆動モータ１２０をウォームアセンブリ１２６に固定し、ドライブモータギヤ１２１を減速ギヤ１２３と係合させる。
【０１６９】
本発明はここに開示されていない別例においても実施可能である。上方、下方、前方、後方、左、右等の相対的な用語は簡潔な記載のために意図されたものであり、本発明や要素を特定の配向に限定するものではない。図面に示した全ての寸法は本発明の範囲を逸脱することなく本発明の所定の実施例の潜在的な設計及び意図した利用に応じて代えてもよい。
【０１７０】
ここで開示される付加的な図面及び方法のそれぞれは個別に、或いはその他の特徴及び方法と組み合わせて使用可能であり、これにより同じものを製造及び使用するための改良した装置、システム、及び方法を得られる。従って、ここで開示される特徴及び方法の組み合わせはもっとも広い意味における本発明を実施するものではなく、単に本発明の代表的な実施例のみを具体的に示したに過ぎない。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石モータを含み、冷媒気体を圧縮する遠心コンプレッサアセンブリと、同永久磁石モータはモータハウジング内に収容されることと、同モータハウジングは内側チャンバを形成することと、該永久磁石モータは、
回転軸を中心として回転自在なモータシャフトと、
モータシャフトの一部に操作自在に連結された回転子アセンブリと、
該モータシャフトに操作自在に連結された２つの磁気軸受けとを含み、
該モータシャフトは少なくとも１つの長尺状通路と、少なくとも１つの吸引通路とを含むことと、該少なくとも１つの長尺状通路はモータシャフトの少なくとも一部を通じて回転軸に略平行に延びることと、該少なくとも１つの吸引通路は内側チャンバ及び少なくとも１つの長尺状通路と連通することと、
該モータシャフトと回転子アセンブリとを冷却する冷媒気体を供給するために少なくとも１つの長尺状通路と連通するエバポレータとを備えることを特徴とする冷却器システム。
【請求項２】
モータシャフトに操作自在に連結される空力部を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の冷却器システム。
【請求項３】
前記空力部及びモータシャフトは直接連結されていることを特徴とする請求項２に記載の冷却器システム。
【請求項４】
前記永久磁石モータは出力が１４０キロワットを越えることを特徴とする請求項１に記載の冷却器システム。
【請求項５】
前記永久磁石モータの回転速度は１１０００ｒｐｍを越えることを特徴とする請求項４に記載の冷却器システム。
【請求項６】
前記冷却器システムは２００標準冷蔵トンを越える冷却性能を有することを特徴とする請求項１に記載の冷却器システム。
【請求項７】
永久磁石モータを備え、標準産業評価要件にて２００冷蔵トンを越える冷却性能を有することを特徴とする冷却器システム。
【請求項８】
前記永久磁石モータは、磁気軸受けによって支持されるモータシャフトを備え、同モータシャフトは１１０００ｒｐｍを越える回転速度を有することを特徴とする請求項７に記載の冷却器システム。
【請求項９】
高性能且つ高能率な冷却器システムであって、
低摩擦損失のために磁気軸受けによって支持されるモータシャフトを有する永久磁石モータと、
中間部のギヤと同中間部のギヤに伴う機械的移動による損失とを取り除くためにモータシャフトに直接連結される少なくとも１つのインペラを備える空力部と、
該冷却器システムの冷蔵負荷に応じてインペラの所定の回転速度に適合するように永久磁石モータに操作自在に連結された可変周波数ドライブとを備え、
標準産業評価要件にて２００冷蔵トンを越える冷却性能を有することを特徴とする冷却器システム。
【請求項１０】
オイルフリーな磁気軸受けによって支持されるモータシャフトを有する永久磁石モータと、
中間部のギヤを取り除くためにモータシャフトに直接連結される少なくとも１つのインペラを備える空力部と、
自己潤滑材料からなるギヤ部を含む入口ガイドベーンアセンブリとを備えることを特徴とする高性能にして、且つオイルフリーな冷却器システム。
【請求項１１】
永久磁石モータ及び空力部を含むコンプレッサアセンブリと、同永久磁石モータはモータシャフト、回転子アセンブリ、及び固定子アセンブリを含み、同モータシャフトは少なくとも２つの磁気軸受けに操作自在に連結されていることと、
該コンプレッサアセンブリと連通するコンデンサと、
該コンデンサ及びコンプレッサアセンブリと連通するエバポレータとを備え、
該コンプレッサアセンブリは気体冷媒を有する回転子アセンブリから熱を取り除くための回転子冷却回路を含むことと、同回転子冷却回路はエバポレータと操作自在に連結される気体冷却入口、及びエバポレータと操作自在に連結される気体冷却出口を有することと、
該コンプレッサアセンブリはコンデンサと操作自在に連結される液体冷却入口ポート、及びエバポレータと操作自在に連結される液体冷却出口ポートを有する液体冷却回路を含み、同液体冷却回路は液体冷媒を使用して固定子アセンブリを冷却するように構成されることとを特徴とする冷却器システム。
【請求項１２】
前記モータシャフト及び空力部は空力部が直接駆動するように構成されることを特徴とする請求項１１に記載の冷却器システム。
【請求項１３】
前記気体冷却回路を通じて冷媒気体の流動速度を規制する回転子冷却回路に操作自在に連結された整流子装置を更に備えることを特徴とする請求項１１に記載の冷却器システム。
【請求項１４】
前記冷媒気体の流動速度を制御するためのフィードバック要素を更に備えることを特徴とする請求項１３に記載の冷却器システム。
【請求項１５】
前記フィードバック要素は温度探知プローブであることを特徴とする請求項１２に記載の冷却器システム。
【請求項１６】
永久磁石モータ及び空力部を含むコンプレッサと、同永久磁石モータはモータシャフトを回転させるべくモータシャフトに操作自在に連結された回転子アセンブリ及び固定子アセンブリを含むことと、該モータシャフトは少なくとも２つの磁気軸受けに操作自在に連結され、回転軸を中心として回転自在であることと、該モータシャフト及び空力部は空力部を直接駆動するように構成されていることと、
コンデンサ及びエバポレータと、同コンデンサ及びエバポレータはそれぞれ空力部に操作自在に連結されていることと、該コンデンサはエバポレータと比較してより高い動作圧力を有することと、
液体冷媒を含む固定子アセンブリを冷却する液体バイパス回路と、該液体冷媒はコンデンサによって供給され、エバポレータに帰還することと、該液体冷媒はエバポレータに対するコンデンサのより高い動作圧力によって液体バイパス回路を通じて誘導されることと、
気体冷媒を使用して回転子アセンブリを冷却する気体バイパス回路とを備え、該気体冷媒はモータシャフトの回転により生じる差圧によってエバポレータから吸引され、同エバポレータに帰還することを特徴とする冷却器システム。
【請求項１７】
前記モータシャフトは少なくとも１つの長尺状通路及び少なくとも１つの吸引通路を更に備え、同少なくとも１つの長尺状通路はモータシャフトの少なくとも一部を通じてモータシャフトの回転軸に略平行に延びることと、同少なくとも１つの吸引通路は少なくとも１つの長尺状通路と連通することと、該少なくとも１つの長尺状通路及び少なくとも１つの吸引通路は気体バイパス回路の一部をなすこととを特徴とする請求項１６に記載の冷却器システム。
【請求項１８】
前記気体冷媒の流動速度を規制する気体冷却回路に操作自在に連結された整流子装置を更に備えることを特徴とする請求項１６に記載の冷却器システム。
【請求項１９】
冷却器システム用の空力部であって、
回転軸を中心として回転自在なドライブシャフトと、
渦巻きをなすべく渦巻きインサートと協動する排出ハウジングと、
該渦巻きに操作自在に連結された少なくとも１つのインペラと、同少なくとも１つのインペラは該ドライブシャフトと操作自在に連結されていることと、
該排出ハウジングに操作自在に連結され、該渦巻きと連通する排出ノズルとを備え、同排出ノズルは回転軸に対して選択的に配置され、下流導管に操作自在に連結されていることと、
該少なくとも１つのインペラ及び渦巻インサートは空力部から取り外し可能であることと、該排出ハウジングは排出ノズルに操作自在に連結された状態を保持することと、同排出ノズルは下流導管に操作自在に連結された状態を保持することとを特徴とする冷却器システム用の空力部。
【請求項２０】
前記ドライブシャフトはモータシャフトであることを特徴とする請求項１９に記載の空力部。
【請求項２１】
前記排出ハウジングはモータハウジングに操作自在に連結されていることを特徴とする請求項１９に記載の空力部。
【請求項２２】
前記ドライブシャフトはモータシャフトであることを特徴とする請求項２１に記載の空力部。
【請求項２３】
前記排出ハウジング、少なくとも１つのインペラ、及び渦巻インサートはアルミニウム材料やアルミニウム合金材料からなることを特徴とする請求項１９に記載の空力部。
【請求項２４】
モータを含むモータハウジングと、
回転軸を中心として回転自在であり、該モータに操作自在に連結されたモータシャフトと、
該モータハウジング及びモータシャフトに操作自在に連結された空力部と、同空力部は入口導管に取り外し可能に連結される入口遷移部を含むことと、空力部はモータシャフトの回転軸と略並ぶ中心軸を形成することと、空力部は、
排出ハウジングと、
渦巻きをなすべく排出ハウジングと協動する渦巻インサートと、
該渦巻き及びモータシャフトと操作自在に連結される少なくとも１つのインペラとを含むことと、
該排出ハウジングと取り外し可能に連結され、渦巻きと連通する排出ノズルとを備え、同排出ノズルは下流導管と操作自在に連結されることと、
該少なくとも１つのインペラ、入口遷移部、及び渦巻インサートは空力部から取り外し可能であるが、該排出ハウジング、入口導管、モータハウジング、及び排出ノズルは固定された状態を保持することと、
該空力部はコンプレッサアセンブリから取り外し可能であるが、入口導管、モータハウジング、及び排出ノズルは固定された状態を保持することとを特徴とする冷却器システム用のコンプレッサアセンブリ。
【請求項２５】
前記排出ノズルは前記中心軸に対して選択的に位置されることを特徴とする請求項２４に記載のコンプレッサアセンブリ。
【請求項２６】
前記入口遷移部は複数のガイドベーンサブアセンブリに操作自在に連結されていることと、同複数のガイドベーンサブアセンブリはそれぞれベーンを備えることを特徴とする請求項２４に記載のコンプレッサアセンブリ。
【請求項２７】
前記ガイドベーンサブアセンブリはそれぞれ台座部及びギヤ部を備えることを特徴とする請求項２６に記載のコンプレッサアセンブリ。
【請求項２８】
前記モータシャフトは一対の磁気軸受けに操作自在に連結されていることを特徴とする請求項２４に記載のコンプレッサアセンブリ。
【請求項２９】
冷媒気体を含む雰囲気中にて操作される複数のガイドベーンサブアセンブリと、同複数のガイドベーンサブアセンブリは入口遷移部に操作自在に連結されていることと、各ガイドベーンサブアセンブリはそれぞれの回転軸を形成し、同ガイドベーンサブアセンブリをそれぞれの回転軸を中心として回転させるためのギヤ部を含むことと、
該複数のガイドベーンサブアセンブリの各ギヤ部と操作自在に連結されたリング状フェースギヤと、
各ガイドベーンサブアセンブリをそれぞれの回転軸を中心として回動させるためにリング状フェースギヤを回動させるべく操作自在に連結された駆動モータとを備えることを特徴とする冷却器コンプレッサアセンブリ用の入口ガイドベーンアセンブリ。
【請求項３０】
冷媒気体を含む雰囲気中にて操作される複数の入口ガイドベーンを備え、同複数の入口ガイドベーンは入口遷移部に操作自在に連結されていることと、各入口ガイドベーンはギヤ部によって回動自在に駆動されることと、該ギヤ部は冷媒気体に抵抗する自己潤滑材料からなることとを特徴とする冷却器コンプレッサアセンブリ用の入口ガイドベーンアセンブリ。
【請求項３１】
モータシャフト、六相永久磁石モータ、及び少なくとも２つの磁気軸受けを有する駆動系と、該磁気軸受けは磁気軸受け制御装置によって制御され、磁気軸受けに閾値の電圧より大きな供給電圧が作用された場合にモータシャフトを浮揚させるべく操作自在に連結されることと、該六相永久磁石モータは該駆動系が回動される場合に後方への起電力を出力する第１の組の三相コイル及び第２の組の三相コイルを含むことと、
該供給電圧が閾値の電圧より小さかった場合にモータシャフトを係合させるように配置される少なくとも２つのバックアップ用回転要素軸受けと、
該第１の組の三相コイルと操作自在に連結される第１の可変周波数ドライブと、
該第２の組の三相コイルと操作自在に連結される第２の可変周波数ドライブと、
第１の可変周波数ドライブ及び第２の可変周波数ドライブに操作自在に連結され、同第１の可変周波数ドライブ及び第２の可変周波数ドライブの間にて３０°位相シフトを生じる単巻変圧器と、該３０°位相シフトにより第１の可変周波数ドライブ及び第２の可変周波数ドライブに対して１２パルス入力が可能となることと、該単巻変圧器は幹線に操作自在に連結されることと、
該磁気軸受け及び磁気軸受け制御装置に供給電圧を供給する中間部の電源とを備え、同中間部の電源は幹線から電力が供給可能な場合に幹線から電力の供給を受けることと、中間部の電源は六相永久磁石モータが回転し、幹線が遮断された場合に後方への起電力によって電力の供給を受けることとを特徴とする冷却器システム用のコンプレッサアセンブリ。
【請求項３２】
前記第１の可変周波数ドライブ及び第２の可変周波数ドライブは電流源タイプの可変周波数ドライブであることを特徴とする請求項３１に記載のコンプレッサアセンブリ。
【請求項３３】
モータに操作自在に連結されるドライブシャフトを備え、モータはモータハウジング内に収容され、ドライブシャフトはモータハウジングの外側に延びる駆動端を有するコンプレッサアセンブリを組み立てる方法であって、
モータシャフトの駆動端が排出ハウジング内に延び、モータ排出ハウジングが入口遷移部及び出口遷移部を有し、モータハウジングが固定された状態を保持するように、モータハウジングに排出ハウジングを取り付ける工程と、
該モータシャフトの駆動端にインペラを取り付ける工程と、
渦巻きを形成すべく、インペラに操作自在に連結される渦巻インサートを排出ハウジングに設置する工程と、
入口ハウジングを入口遷移部に連結させる工程と、
該出口遷移部を、固定された状態を保持する下流拡散システムに連結させる工程とを含むことを特徴とするコンプレッサアセンブリの組立方法。
【請求項１】
永久磁石モータを含み、冷媒気体を圧縮する遠心コンプレッサアセンブリと、同永久磁石モータはモータハウジング内に収容されることと、同モータハウジングは内側チャンバを形成することと、該永久磁石モータは、
回転軸を中心として回転自在なモータシャフトと、
モータシャフトの一部に操作自在に連結された回転子アセンブリと、
該モータシャフトに操作自在に連結された２つの磁気軸受けとを含み、
該モータシャフトは少なくとも１つの長尺状通路と、少なくとも１つの吸引通路とを含むことと、該少なくとも１つの長尺状通路はモータシャフトの少なくとも一部を通じて回転軸に略平行に延びることと、該少なくとも１つの吸引通路は内側チャンバ及び少なくとも１つの長尺状通路と連通することと、
該モータシャフトと回転子アセンブリとを冷却する冷媒気体を供給するために少なくとも１つの長尺状通路と連通するエバポレータとを備えることを特徴とする冷却器システム。
【請求項２】
モータシャフトに操作自在に連結される空力部を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の冷却器システム。
【請求項３】
前記空力部及びモータシャフトは直接連結されていることを特徴とする請求項２に記載の冷却器システム。
【請求項４】
前記永久磁石モータは出力が１４０キロワットを越えることを特徴とする請求項１に記載の冷却器システム。
【請求項５】
前記永久磁石モータの回転速度は１１０００ｒｐｍを越えることを特徴とする請求項４に記載の冷却器システム。
【請求項６】
前記冷却器システムは２００標準冷蔵トンを越える冷却性能を有することを特徴とする請求項１に記載の冷却器システム。
【請求項７】
永久磁石モータを備え、標準産業評価要件にて２００冷蔵トンを越える冷却性能を有することを特徴とする冷却器システム。
【請求項８】
前記永久磁石モータは、磁気軸受けによって支持されるモータシャフトを備え、同モータシャフトは１１０００ｒｐｍを越える回転速度を有することを特徴とする請求項７に記載の冷却器システム。
【請求項９】
高性能且つ高能率な冷却器システムであって、
低摩擦損失のために磁気軸受けによって支持されるモータシャフトを有する永久磁石モータと、
中間部のギヤと同中間部のギヤに伴う機械的移動による損失とを取り除くためにモータシャフトに直接連結される少なくとも１つのインペラを備える空力部と、
該冷却器システムの冷蔵負荷に応じてインペラの所定の回転速度に適合するように永久磁石モータに操作自在に連結された可変周波数ドライブとを備え、
標準産業評価要件にて２００冷蔵トンを越える冷却性能を有することを特徴とする冷却器システム。
【請求項１０】
オイルフリーな磁気軸受けによって支持されるモータシャフトを有する永久磁石モータと、
中間部のギヤを取り除くためにモータシャフトに直接連結される少なくとも１つのインペラを備える空力部と、
自己潤滑材料からなるギヤ部を含む入口ガイドベーンアセンブリとを備えることを特徴とする高性能にして、且つオイルフリーな冷却器システム。
【請求項１１】
永久磁石モータ及び空力部を含むコンプレッサアセンブリと、同永久磁石モータはモータシャフト、回転子アセンブリ、及び固定子アセンブリを含み、同モータシャフトは少なくとも２つの磁気軸受けに操作自在に連結されていることと、
該コンプレッサアセンブリと連通するコンデンサと、
該コンデンサ及びコンプレッサアセンブリと連通するエバポレータとを備え、
該コンプレッサアセンブリは気体冷媒を有する回転子アセンブリから熱を取り除くための回転子冷却回路を含むことと、同回転子冷却回路はエバポレータと操作自在に連結される気体冷却入口、及びエバポレータと操作自在に連結される気体冷却出口を有することと、
該コンプレッサアセンブリはコンデンサと操作自在に連結される液体冷却入口ポート、及びエバポレータと操作自在に連結される液体冷却出口ポートを有する液体冷却回路を含み、同液体冷却回路は液体冷媒を使用して固定子アセンブリを冷却するように構成されることとを特徴とする冷却器システム。
【請求項１２】
前記モータシャフト及び空力部は空力部が直接駆動するように構成されることを特徴とする請求項１１に記載の冷却器システム。
【請求項１３】
前記気体冷却回路を通じて冷媒気体の流動速度を規制する回転子冷却回路に操作自在に連結された整流子装置を更に備えることを特徴とする請求項１１に記載の冷却器システム。
【請求項１４】
前記冷媒気体の流動速度を制御するためのフィードバック要素を更に備えることを特徴とする請求項１３に記載の冷却器システム。
【請求項１５】
前記フィードバック要素は温度探知プローブであることを特徴とする請求項１２に記載の冷却器システム。
【請求項１６】
永久磁石モータ及び空力部を含むコンプレッサと、同永久磁石モータはモータシャフトを回転させるべくモータシャフトに操作自在に連結された回転子アセンブリ及び固定子アセンブリを含むことと、該モータシャフトは少なくとも２つの磁気軸受けに操作自在に連結され、回転軸を中心として回転自在であることと、該モータシャフト及び空力部は空力部を直接駆動するように構成されていることと、
コンデンサ及びエバポレータと、同コンデンサ及びエバポレータはそれぞれ空力部に操作自在に連結されていることと、該コンデンサはエバポレータと比較してより高い動作圧力を有することと、
液体冷媒を含む固定子アセンブリを冷却する液体バイパス回路と、該液体冷媒はコンデンサによって供給され、エバポレータに帰還することと、該液体冷媒はエバポレータに対するコンデンサのより高い動作圧力によって液体バイパス回路を通じて誘導されることと、
気体冷媒を使用して回転子アセンブリを冷却する気体バイパス回路とを備え、該気体冷媒はモータシャフトの回転により生じる差圧によってエバポレータから吸引され、同エバポレータに帰還することを特徴とする冷却器システム。
【請求項１７】
前記モータシャフトは少なくとも１つの長尺状通路及び少なくとも１つの吸引通路を更に備え、同少なくとも１つの長尺状通路はモータシャフトの少なくとも一部を通じてモータシャフトの回転軸に略平行に延びることと、同少なくとも１つの吸引通路は少なくとも１つの長尺状通路と連通することと、該少なくとも１つの長尺状通路及び少なくとも１つの吸引通路は気体バイパス回路の一部をなすこととを特徴とする請求項１６に記載の冷却器システム。
【請求項１８】
前記気体冷媒の流動速度を規制する気体冷却回路に操作自在に連結された整流子装置を更に備えることを特徴とする請求項１６に記載の冷却器システム。
【請求項１９】
冷却器システム用の空力部であって、
回転軸を中心として回転自在なドライブシャフトと、
渦巻きをなすべく渦巻きインサートと協動する排出ハウジングと、
該渦巻きに操作自在に連結された少なくとも１つのインペラと、同少なくとも１つのインペラは該ドライブシャフトと操作自在に連結されていることと、
該排出ハウジングに操作自在に連結され、該渦巻きと連通する排出ノズルとを備え、同排出ノズルは回転軸に対して選択的に配置され、下流導管に操作自在に連結されていることと、
該少なくとも１つのインペラ及び渦巻インサートは空力部から取り外し可能であることと、該排出ハウジングは排出ノズルに操作自在に連結された状態を保持することと、同排出ノズルは下流導管に操作自在に連結された状態を保持することとを特徴とする冷却器システム用の空力部。
【請求項２０】
前記ドライブシャフトはモータシャフトであることを特徴とする請求項１９に記載の空力部。
【請求項２１】
前記排出ハウジングはモータハウジングに操作自在に連結されていることを特徴とする請求項１９に記載の空力部。
【請求項２２】
前記ドライブシャフトはモータシャフトであることを特徴とする請求項２１に記載の空力部。
【請求項２３】
前記排出ハウジング、少なくとも１つのインペラ、及び渦巻インサートはアルミニウム材料やアルミニウム合金材料からなることを特徴とする請求項１９に記載の空力部。
【請求項２４】
モータを含むモータハウジングと、
回転軸を中心として回転自在であり、該モータに操作自在に連結されたモータシャフトと、
該モータハウジング及びモータシャフトに操作自在に連結された空力部と、同空力部は入口導管に取り外し可能に連結される入口遷移部を含むことと、空力部はモータシャフトの回転軸と略並ぶ中心軸を形成することと、空力部は、
排出ハウジングと、
渦巻きをなすべく排出ハウジングと協動する渦巻インサートと、
該渦巻き及びモータシャフトと操作自在に連結される少なくとも１つのインペラとを含むことと、
該排出ハウジングと取り外し可能に連結され、渦巻きと連通する排出ノズルとを備え、同排出ノズルは下流導管と操作自在に連結されることと、
該少なくとも１つのインペラ、入口遷移部、及び渦巻インサートは空力部から取り外し可能であるが、該排出ハウジング、入口導管、モータハウジング、及び排出ノズルは固定された状態を保持することと、
該空力部はコンプレッサアセンブリから取り外し可能であるが、入口導管、モータハウジング、及び排出ノズルは固定された状態を保持することとを特徴とする冷却器システム用のコンプレッサアセンブリ。
【請求項２５】
前記排出ノズルは前記中心軸に対して選択的に位置されることを特徴とする請求項２４に記載のコンプレッサアセンブリ。
【請求項２６】
前記入口遷移部は複数のガイドベーンサブアセンブリに操作自在に連結されていることと、同複数のガイドベーンサブアセンブリはそれぞれベーンを備えることを特徴とする請求項２４に記載のコンプレッサアセンブリ。
【請求項２７】
前記ガイドベーンサブアセンブリはそれぞれ台座部及びギヤ部を備えることを特徴とする請求項２６に記載のコンプレッサアセンブリ。
【請求項２８】
前記モータシャフトは一対の磁気軸受けに操作自在に連結されていることを特徴とする請求項２４に記載のコンプレッサアセンブリ。
【請求項２９】
冷媒気体を含む雰囲気中にて操作される複数のガイドベーンサブアセンブリと、同複数のガイドベーンサブアセンブリは入口遷移部に操作自在に連結されていることと、各ガイドベーンサブアセンブリはそれぞれの回転軸を形成し、同ガイドベーンサブアセンブリをそれぞれの回転軸を中心として回転させるためのギヤ部を含むことと、
該複数のガイドベーンサブアセンブリの各ギヤ部と操作自在に連結されたリング状フェースギヤと、
各ガイドベーンサブアセンブリをそれぞれの回転軸を中心として回動させるためにリング状フェースギヤを回動させるべく操作自在に連結された駆動モータとを備えることを特徴とする冷却器コンプレッサアセンブリ用の入口ガイドベーンアセンブリ。
【請求項３０】
冷媒気体を含む雰囲気中にて操作される複数の入口ガイドベーンを備え、同複数の入口ガイドベーンは入口遷移部に操作自在に連結されていることと、各入口ガイドベーンはギヤ部によって回動自在に駆動されることと、該ギヤ部は冷媒気体に抵抗する自己潤滑材料からなることとを特徴とする冷却器コンプレッサアセンブリ用の入口ガイドベーンアセンブリ。
【請求項３１】
モータシャフト、六相永久磁石モータ、及び少なくとも２つの磁気軸受けを有する駆動系と、該磁気軸受けは磁気軸受け制御装置によって制御され、磁気軸受けに閾値の電圧より大きな供給電圧が作用された場合にモータシャフトを浮揚させるべく操作自在に連結されることと、該六相永久磁石モータは該駆動系が回動される場合に後方への起電力を出力する第１の組の三相コイル及び第２の組の三相コイルを含むことと、
該供給電圧が閾値の電圧より小さかった場合にモータシャフトを係合させるように配置される少なくとも２つのバックアップ用回転要素軸受けと、
該第１の組の三相コイルと操作自在に連結される第１の可変周波数ドライブと、
該第２の組の三相コイルと操作自在に連結される第２の可変周波数ドライブと、
第１の可変周波数ドライブ及び第２の可変周波数ドライブに操作自在に連結され、同第１の可変周波数ドライブ及び第２の可変周波数ドライブの間にて３０°位相シフトを生じる単巻変圧器と、該３０°位相シフトにより第１の可変周波数ドライブ及び第２の可変周波数ドライブに対して１２パルス入力が可能となることと、該単巻変圧器は幹線に操作自在に連結されることと、
該磁気軸受け及び磁気軸受け制御装置に供給電圧を供給する中間部の電源とを備え、同中間部の電源は幹線から電力が供給可能な場合に幹線から電力の供給を受けることと、中間部の電源は六相永久磁石モータが回転し、幹線が遮断された場合に後方への起電力によって電力の供給を受けることとを特徴とする冷却器システム用のコンプレッサアセンブリ。
【請求項３２】
前記第１の可変周波数ドライブ及び第２の可変周波数ドライブは電流源タイプの可変周波数ドライブであることを特徴とする請求項３１に記載のコンプレッサアセンブリ。
【請求項３３】
モータに操作自在に連結されるドライブシャフトを備え、モータはモータハウジング内に収容され、ドライブシャフトはモータハウジングの外側に延びる駆動端を有するコンプレッサアセンブリを組み立てる方法であって、
モータシャフトの駆動端が排出ハウジング内に延び、モータ排出ハウジングが入口遷移部及び出口遷移部を有し、モータハウジングが固定された状態を保持するように、モータハウジングに排出ハウジングを取り付ける工程と、
該モータシャフトの駆動端にインペラを取り付ける工程と、
渦巻きを形成すべく、インペラに操作自在に連結される渦巻インサートを排出ハウジングに設置する工程と、
入口ハウジングを入口遷移部に連結させる工程と、
該出口遷移部を、固定された状態を保持する下流拡散システムに連結させる工程とを含むことを特徴とするコンプレッサアセンブリの組立方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図１９Ａ】
【図１９Ｂ】
【図１９Ｃ】
【図２０】
【図２０Ａ】
【図２０Ｂ】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図１９Ａ】
【図１９Ｂ】
【図１９Ｃ】
【図２０】
【図２０Ａ】
【図２０Ｂ】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【公表番号】特表２０１０−５０６０８７（Ｐ２０１０−５０６０８７Ａ）
【公表日】平成２２年２月２５日（２０１０．２．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５３１４８９（Ｐ２００９−５３１４８９）
【出願日】平成１９年１０月９日（２００７．１０．９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０２１５３６
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０４５４１３
【国際公開日】平成２０年４月１７日（２００８．４．１７）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．イーサネット
【出願人】（５０５３８７０５９）エーエーエフ−マックウェイ インク． (3)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２２年２月２５日（２０１０．２．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月９日（２００７．１０．９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０２１５３６
【国際公開番号】ＷＯ２００８／０４５４１３
【国際公開日】平成２０年４月１７日（２００８．４．１７）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．イーサネット
【出願人】（５０５３８７０５９）エーエーエフ−マックウェイ インク． (3)
【Ｆターム（参考）】
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