特許 6927096 遠心圧縮機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6927096

(24)【登録日】2021年8月10日

(45)【発行日】2021年8月25日

(54)【発明の名称】遠心圧縮機

(51)【国際特許分類】

   F04D 29/063 20060101AFI20210812BHJP

   F04D 17/10 20060101ALI20210812BHJP

   F04B 39/02 20060101ALI20210812BHJP

   F04D 29/70 20060101ALI20210812BHJP

   F04B 39/16 20060101ALI20210812BHJP

【ＦＩ】

   F04D29/063

   F04D17/10

   F04B39/02 D

   F04D29/70 N

   F04B39/16 F

【請求項の数】4

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2018-43245(P2018-43245)

(22)【出願日】2018年3月9日

(65)【公開番号】特開2019-157707(P2019-157707A)

(43)【公開日】2019年9月19日

【審査請求日】2020年6月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(72)【発明者】

【氏名】福山 了介

(72)【発明者】

【氏名】國枝 享仁

(72)【発明者】

【氏名】光田 聡

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 將弘

(72)【発明者】

【氏名】楳山 亮

(72)【発明者】

【氏名】中根 芳之

【審査官】 谿花 正由輝

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−１８６２３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１９３９７５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０４Ｄ ２９／０６３

Ｆ０４Ｄ １７／１０

Ｆ０４Ｂ ３９／０２

Ｆ０４Ｄ ２９／７０

Ｆ０４Ｂ ３９／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

低速側シャフトと、
高速側シャフトと一体回転して気体を圧縮するインペラと、
前記低速側シャフトの動力を前記高速側シャフトに伝達する増速機と、
前記インペラを収容するインペラ室、及び前記増速機を収容する増速機室が形成されたハウジングと、
前記インペラ室と前記増速機室とを仕切る仕切壁と、
前記仕切壁に形成されるとともに前記高速側シャフトが挿通されるシャフト挿通孔と、
前記高速側シャフトの外周面と前記シャフト挿通孔の内周面との間に設けられるシール部材と、
前記増速機及び前記シール部材に供給されるオイルが貯留されるオイルパンと、
前記オイルパンに貯留されたオイルを前記増速機及び前記シール部材に供給し、前記オイルパンに戻すオイル通路と、を備えた遠心圧縮機であって、
前記オイル通路は、
前記オイルパンと前記増速機室とに連通するとともに前記増速機及び前記シール部材にオイルを供給する第１オイル通路と、
前記増速機室に連通するとともに前記増速機室内に貯留されるオイルが流入する第２オイル通路と、
前記第２オイル通路における前記増速機室とは反対側の端部から重力方向上側に延びる第３オイル通路と、
前記第３オイル通路における前記第２オイル通路とは反対側の端部と前記オイルパンとを連通するとともに水平方向に延びる第４オイル通路と、を有し、
前記オイルが前記第３オイル通路を通過する際に、前記オイルを含む流体が気体層とオイル層とに分離され、
前記第４オイル通路における前記気体層が通過する部位、及び前記オイルパンにおける前記気体層が貯められる部位の少なくとも一方には、外部と連通する圧抜き通路が設けられ、
前記オイル通路を流れるオイルを冷却するオイルクーラを備え、
前記オイルクーラは、前記オイル通路の一部を形成する冷却配管を有し、
前記冷却配管は、前記第２オイル通路、前記第３オイル通路、及び前記第４オイル通路それぞれの少なくとも一部を形成し、
前記冷却配管は、前記冷却配管における前記増速機側の一端から前記冷却配管における前記オイルパン側の他端に向けて重力方向上側及び水平方向にのみ延びることを特徴とする遠心圧縮機。

【請求項2】

前記圧抜き通路は、前記オイルパンにおける前記気体層が貯められる部位に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の遠心圧縮機。

【請求項3】

前記圧抜き通路には、気体は通過し、液体は通過させない換気膜が配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の遠心圧縮機。

【請求項4】

前記第１オイル通路は、互いに分岐するシール部材側供給通路と増速機側供給通路とを有することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の遠心圧縮機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、遠心圧縮機に関する。

【背景技術】

【0002】

遠心圧縮機は、低速側シャフトと、高速側シャフトと一体回転して気体を圧縮するインペラと、低速側シャフトの動力を高速側シャフトに伝達する増速機と、を備えている。遠心圧縮機のハウジング内には、インペラを収容するインペラ室と、増速機を収容する増速機室とが形成されている。インペラ室と増速機室とは仕切壁によって仕切られている。仕切壁には、シャフト挿通孔が形成されている。高速側シャフトは、増速機室内からシャフト挿通孔を通過してインペラ室内に突出している。

【0003】

このような遠心圧縮機においては、高速側シャフトと増速機との摺動部分の摩擦や焼き付きを抑制するために、例えば特許文献１のように、増速機にオイルが供給されている。増速機に供給されたオイルは、増速機室内に貯留されるため、増速機室内に貯留されるオイルが、シャフト挿通孔を介してインペラ室内へ洩れ出すことを抑制するために、高速側シャフトの外周面とシャフト挿通孔の内周面との間にはシール部材が設けられている。この場合、高速側シャフトとシール部材との摺動部分の摩擦や焼き付きを抑制する必要があるため、シール部材にはオイルが供給されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１６−１８６２３８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、インペラの回転に伴って気体が圧縮されて、インペラ室の圧力が高くなると、高速側シャフトの外周面とシャフト挿通孔の内周面との間を介したインペラ室から増速機室への気体の洩れが生じ、増速機室内の圧力が上昇する場合がある。そして、例えば、インペラが低速で回転している場合や、遠心圧縮機の運転が停止している場合のように、インペラ室の圧力が増速機室の圧力よりも低くなる条件となると、増速機室内のオイルが高速側シャフトの外周面とシャフト挿通孔の内周面との間を介してインペラ室に洩れ出してしまう虞がある。

【0006】

そこで、例えば、増速機室内の圧力が所定の圧力に達すると開弁して、増速機室内の気体を外部へ排出することで、増速機室内の圧力の上昇を抑える圧抜き弁を設けることが考えられるが、この場合、気体と共にオイルも外部へ排出される虞があり、増速機及びシール部材に供給されるオイルの量が少なくなってしまう。

【0007】

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、増速機及びシール部材に供給されるオイルの量が少なくなってしまうことを抑制しつつも、増速機室内の圧力の上昇を抑えることができる遠心圧縮機を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決する遠心圧縮機は、低速側シャフトと、高速側シャフトと一体回転して気体を圧縮するインペラと、前記低速側シャフトの動力を前記高速側シャフトに伝達する増速機と、前記インペラを収容するインペラ室、及び前記増速機を収容する増速機室が形成されたハウジングと、前記インペラ室と前記増速機室とを仕切る仕切壁と、前記仕切壁に形成されるとともに前記高速側シャフトが挿通されるシャフト挿通孔と、前記高速側シャフトの外周面と前記シャフト挿通孔の内周面との間に設けられるシール部材と、前記増速機及び前記シール部材に供給されるオイルが貯留されるオイルパンと、前記オイルパンに貯留されたオイルを前記増速機及び前記シール部材に供給し、前記オイルパンに戻すオイル通路と、を備えた遠心圧縮機であって、前記オイル通路は、前記オイルパンと前記増速機室とに連通するとともに前記増速機及び前記シール部材にオイルを供給する第１オイル通路と、前記増速機室に連通するとともに前記増速機室内に貯留されるオイルが流入する第２オイル通路と、前記第２オイル通路における前記増速機室とは反対側の端部から重力方向上側に延びる第３オイル通路と、前記第３オイル通路における前記第２オイル通路とは反対側の端部と前記オイルパンとを連通するとともに水平方向に延びる第４オイル通路と、を有し、前記オイルが前記第３オイル通路を通過する際に、前記オイルを含む流体が気体層とオイル層とに分離され、前記第４オイル通路における前記気体層が通過する部位、及び前記オイルパンにおける前記気体層が貯められる部位の少なくとも一方には、外部と連通する圧抜き通路が設けられている。

【0009】

これによれば、増速機室内の圧力が上昇しても、圧抜き通路から圧力を抜くことができるため、増速機室内の圧力の上昇を抑えることができる。増速機室から第２オイル通路に流入するオイルには、気体が混合している。第３オイル通路は重力方向上側に延びており、第４オイル通路は水平方向に延びている。これによれば、オイルが第３オイル通路を通過する際に、オイルを含む流体が気体層とオイル層とに分離され、第４オイル通路内では、オイルと気体との比重差によって、オイル層が重力方向下側を通過し、気体層が重力方向上側を通過する。そして、オイルパンには、第４オイル通路内で気体層とオイル層とに分離された気体及びオイルが流入されるため、オイルパン内では、重力方向上側に気体層が貯められ、重力方向下側にオイル層が貯められる。圧抜き通路は、第４オイル通路における気体層が通過する部位、及びオイルパンにおける気体層が貯められる部位の少なくとも一方に設けられているため、気体層を形成する気体が圧抜き通路から外部へ排出される。したがって、気体と共にオイルも外部へ排出されてしまうことを抑制することができ、増速機及びシール部材に供給されるオイルの量が少なくなってしまうことを抑制しつつも、増速機室内の圧力の上昇を抑えることができる。

【0010】

上記遠心圧縮機において、前記圧抜き通路は、前記オイルパンにおける前記気体層が貯められる部位に設けられているとよい。
これによれば、オイルパン内は、比較的広い空間であるため、オイルパン内において、気体層とオイル層とに分離し易く、気体層を形成する気体を圧抜き通路から外部へ排出し易くすることができる。

【0011】

上記遠心圧縮機において、前記圧抜き通路には、気体は通過し、液体は通過させない換気膜が配置されているとよい。これによれば、圧抜き通路を介して外部から遠心圧縮機内に異物や水分が侵入してしまうことを換気膜によって抑制することができる。

【0012】

上記遠心圧縮機において、前記オイル通路を流れるオイルを冷却するオイルクーラを備え、前記オイルクーラは、前記オイル通路の一部を形成する冷却配管を有し、前記冷却配管は、前記第２オイル通路、前記第３オイル通路、及び前記第４オイル通路それぞれの少なくとも一部を形成しているとよい。

【0013】

これによれば、既存の構成であるオイルクーラの冷却配管を用いて、第２オイル通路、第３オイル通路、及び第４オイル通路それぞれの少なくとも一部を形成することができるため、第２オイル通路、第３オイル通路、及び第４オイル通路を形成するための別の構成を新たに追加する必要が無く、遠心圧縮機の構成を簡素化することができる。

【発明の効果】

【0014】

この発明によれば、増速機及びシール部材に供給されるオイルの量が少なくなってしまうことを抑制しつつも、増速機室内の圧力の上昇を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】実施形態における遠心圧縮機を示す側断面図。

【図2】図１における２−２線断面図。

【図3】オイルクーラ及びオイルパン周辺を拡大して示す断面図。

【図4】別の実施形態における第３供給通路を模式的に示す断面図。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、遠心圧縮機を具体化した一実施形態を図１〜図３にしたがって説明する。本実施形態の遠心圧縮機は、燃料電池を電力源として走行する燃料電池車両（ＦＣＶ）に搭載され、燃料電池に対して空気を供給する。

【0017】

図１に示すように、遠心圧縮機１０のハウジング１１は、モータハウジング１２と、モータハウジング１２に連結される増速機ハウジング１３と、増速機ハウジング１３に連結されるプレート１４と、プレート１４に連結されるコンプレッサハウジング１５と、を備えている。モータハウジング１２、増速機ハウジング１３、プレート１４、及びコンプレッサハウジング１５は、例えばアルミニウムにより形成された金属材料製である。ハウジング１１は略筒状である。モータハウジング１２、増速機ハウジング１３、プレート１４、及びコンプレッサハウジング１５は、ハウジング１１の軸線方向にこの順序で配列されている。

【0018】

モータハウジング１２は、円板状の底壁１２ａと、底壁１２ａの外周縁から円筒状に延設された周壁１２ｂと、を有する有底円筒状である。増速機ハウジング１３は、円板状の底壁１３ａと、底壁１３ａの外周縁から円筒状に延設された周壁１３ｂと、を有する有底円筒状である。

【0019】

モータハウジング１２の周壁１２ｂにおける底壁１２ａとは反対側の端部は、増速機ハウジング１３の底壁１３ａに連結されている。そして、モータハウジング１２の周壁１２ｂにおける底壁１２ａとは反対側の開口は、増速機ハウジング１３の底壁１３ａによって閉塞されている。底壁１３ａの中央部には、貫通孔１３ｈが形成されている。

【0020】

増速機ハウジング１３の周壁１３ｂにおける底壁１３ａとは反対側の端部は、プレート１４に連結されている。そして、増速機ハウジング１３の周壁１３ｂにおける底壁１３ａとは反対側の開口は、プレート１４によって閉塞されている。プレート１４の中央部には、シャフト挿通孔１４ｈが形成されている。

【0021】

コンプレッサハウジング１５は、プレート１４における増速機ハウジング１３とは反対側の面に連結されている。コンプレッサハウジング１５には、気体である空気が吸入される吸入口１５ａが形成されている。吸入口１５ａは、コンプレッサハウジング１５におけるプレート１４とは反対側の端面の中央部に開口するとともに、コンプレッサハウジング１５におけるプレート１４とは反対側の端面の中央部からハウジング１１の軸線方向に延びている。

【0022】

遠心圧縮機１０は、低速側シャフト１６と、低速側シャフト１６を回転させる電動モータ１７と、を備えている。ハウジング１１内には、電動モータ１７を収容するモータ室１２ｃが形成されている。モータ室１２ｃは、モータハウジング１２の底壁１２ａの内面、周壁１２ｂの内周面、及び増速機ハウジング１３の底壁１３ａの外面によって区画されている。低速側シャフト１６は、低速側シャフト１６の軸線方向がモータハウジング１２の軸線方向に一致した状態でモータハウジング１２内に収容されている。低速側シャフト１６は、例えば鉄又は合金で形成された金属材料製である。

【0023】

モータハウジング１２の底壁１２ａの内面には、筒状のボス部１２ｆが突出している。低速側シャフト１６の一端部は、ボス部１２ｆ内に挿入されている。低速側シャフト１６の一端部とボス部１２ｆとの間には、第１軸受１８が設けられている。そして、低速側シャフト１６の一端部は、第１軸受１８を介してモータハウジング１２の底壁１２ａに回転可能に支持されている。

【0024】

低速側シャフト１６の他端部は、貫通孔１３ｈに挿入されている。低速側シャフト１６の他端部と貫通孔１３ｈとの間には、第２軸受１９が設けられている。そして、低速側シャフト１６の他端部は、第２軸受１９を介して増速機ハウジング１３の底壁１３ａに回転可能に支持されている。よって、低速側シャフト１６は、ハウジング１１に回転可能に支持されている。低速側シャフト１６の他端は、モータ室１２ｃから貫通孔１３ｈを通過して増速機ハウジング１３内に突出している。

【0025】

低速側シャフト１６の他端部と貫通孔１３ｈとの間には、シール部材２０が設けられている。シール部材２０は、低速側シャフト１６の他端部と貫通孔１３ｈとの間において、第２軸受１９よりもモータ室１２ｃ寄りに配置されている。シール部材２０は、低速側シャフト１６の外周面と貫通孔１３ｈの内周面との間をシールする。

【0026】

電動モータ１７は、筒状のステータ２１と、ステータ２１の内側に配置されるロータ２２とからなる。ロータ２２は、低速側シャフト１６に固定されるとともに低速側シャフト１６と一体的に回転する。ステータ２１は、ロータ２２を取り囲んでいる。ロータ２２は、低速側シャフト１６に止着された円筒状のロータコア２２ａと、ロータコア２２ａに設けられた複数の永久磁石（図示せず）と、を有している。ステータ２１は、モータハウジング１２の周壁１２ｂの内周面に固定された筒状のステータコア２１ａと、ステータコア２１ａに捲回されたコイル２１ｂと、を有している。そして、コイル２１ｂに電流が流れることによって、ロータ２２と低速側シャフト１６とが一体的に回転する。

【0027】

遠心圧縮機１０は、高速側シャフト３１と、低速側シャフト１６の動力を高速側シャフト３１に伝達する増速機３０と、を備えている。ハウジング１１内には、増速機３０を収容する増速機室１３ｃが形成されている。増速機室１３ｃは、増速機ハウジング１３の底壁１３ａの内面、周壁１３ｂの内周面、及びプレート１４によって区画されている。増速機室１３ｃ内にはオイルが貯留されている。シール部材２０は、増速機室１３ｃ内に貯留されているオイルが、低速側シャフト１６の外周面と貫通孔１３ｈの内周面との間を介してモータ室１２ｃに洩れ出すことを抑制している。

【0028】

高速側シャフト３１は、例えば鉄又は合金で形成された金属材料製である。高速側シャフト３１は、高速側シャフト３１の軸線方向が増速機ハウジング１３の軸線方向に一致した状態で増速機室１３ｃに収容されている。高速側シャフト３１におけるモータハウジング１２とは反対側の端部は、プレート１４のシャフト挿通孔１４ｈを通過してコンプレッサハウジング１５内に突出している。高速側シャフト３１の軸線は、低速側シャフト１６の軸線と一致している。

【0029】

遠心圧縮機１０は、高速側シャフト３１に取り付けられたインペラ２４を備えている。ハウジング１１内には、インペラ２４を収容するインペラ室１５ｂが形成されている。インペラ室１５ｂは、コンプレッサハウジング１５とプレート１４とによって区画されている。プレート１４は、インペラ室１５ｂと増速機室１３ｃとを仕切る仕切壁である。そして、高速側シャフト３１が挿通されるシャフト挿通孔１４ｈは、仕切壁であるプレート１４に形成されている。

【0030】

高速側シャフト３１の外周面とシャフト挿通孔１４ｈの内周面との間には、シール部材２３が設けられている。シール部材２３は、例えば、メカニカルシールである。シール部材２３は、高速側シャフト３１の外周面とシャフト挿通孔１４ｈの内周面との間をシールする。そして、シール部材２３によって、増速機室１３ｃ内に貯留されているオイルが高速側シャフト３１の外周面とシャフト挿通孔１４ｈの内周面との間を介してインペラ室１５ｂに洩れ出すことが抑制されている。

【0031】

インペラ室１５ｂと吸入口１５ａとは連通している。インペラ室１５ｂは、吸入口１５ａから離れるにつれて徐々に拡径していく略円錐台孔形状になっている。高速側シャフト３１におけるコンプレッサハウジング１５内に突出している突出端部は、インペラ室１５ｂに突出している。

【0032】

インペラ２４は、基端面２４ａから先端面２４ｂに向かうに従って徐々に縮径した筒状である。インペラ２４は、インペラ２４の回転軸線方向に延び、且つ、高速側シャフト３１が挿通可能な挿通孔２４ｃを有している。インペラ２４は、高速側シャフト３１におけるコンプレッサハウジング１５内に突出している突出端部が挿通孔２４ｃに挿通された状態で、高速側シャフト３１と一体的に回転可能に高速側シャフト３１に取り付けられている。これにより、高速側シャフト３１が回転することによってインペラ２４が回転して、吸入口１５ａから吸入された空気が圧縮される。よって、インペラ２４は、高速側シャフト３１と一体回転して空気を圧縮する。

【0033】

また、遠心圧縮機１０は、インペラ２４によって圧縮された空気が流入するディフューザ流路２５と、ディフューザ流路２５を通過した空気が流入する吐出室２６と、を備えている。

【0034】

ディフューザ流路２５は、コンプレッサハウジング１５におけるプレート１４と対向する面と、プレート１４とによって区画されている。ディフューザ流路２５は、インペラ室１５ｂよりも高速側シャフト３１の径方向外側に位置するとともにインペラ室１５ｂに連通している。ディフューザ流路２５は、インペラ２４及びインペラ室１５ｂを囲む環状に形成されている。

【0035】

吐出室２６は、ディフューザ流路２５よりも高速側シャフト３１の径方向外側に位置するとともにディフューザ流路２５に連通している。吐出室２６は環状である。インペラ室１５ｂと吐出室２６とはディフューザ流路２５を介して連通している。インペラ２４によって圧縮された空気は、ディフューザ流路２５を通ることによって、更に圧縮されて吐出室２６に流れ、吐出室２６から吐出される。

【0036】

増速機３０は、低速側シャフト１６の回転を増速させて高速側シャフト３１に伝達する。増速機３０は、所謂トラクションドライブ式（摩擦ローラ式）である。増速機３０は、低速側シャフト１６の他端に連結されたリング部材３２を備えている。リング部材３２は金属製である。リング部材３２は、低速側シャフト１６の回転に伴って回転する。リング部材３２は、低速側シャフト１６の他端に連結された円板状のベース３３と、ベース３３の外縁部から円筒状に延設された筒部３４と、を有する有底円筒状である。ベース３３は、低速側シャフト１６に対して低速側シャフト１６の径方向に延びている。筒部３４の軸線は、低速側シャフト１６の軸線と一致している。

【0037】

図２に示すように、高速側シャフト３１の一部は、筒部３４の内側に配置されている。また、増速機３０は、筒部３４と高速側シャフト３１との間に設けられる３つのローラ３５を備えている。３つのローラ３５は、例えば金属製であり、高速側シャフト３１と同一金属、例えば鉄又は鉄の合金で構成されている。３つのローラ３５は、高速側シャフト３１の周方向に互いに所定の間隔（例えば１２０度ずつ）をあけて配置されている。３つのローラ３５は同一形状である。３つのローラ３５は、筒部３４の内周面及び高速側シャフト３１の外周面の双方と当接する。

【0038】

図１に示すように、各ローラ３５は、円柱状のローラ部３５ａと、ローラ部３５ａの軸線方向の第１端面３５ｂから突出する円柱状の第１突起３５ｃと、ローラ部３５ａの軸線方向の第２端面３５ｄから突出する円柱状の第２突起３５ｅと、を有している。ローラ部３５ａの軸心、第１突起３５ｃの軸心、及び第２突起３５ｅの軸心は一致している。各ローラ３５のローラ部３５ａの軸心が延びる方向（回転軸線方向）と高速側シャフト３１の軸線方向とは一致している。ローラ部３５ａの外径は、高速側シャフト３１の外径よりも大きい。

【0039】

図１及び図２に示すように、増速機３０は、プレート１４と協働して各ローラ３５を回転可能に支持する支持部材３９を備えている。支持部材３９は、筒部３４の内側に配置されている。支持部材３９は、円板状の支持ベース４０と、支持ベース４０から立設された柱状の３つの立設壁４１と、を有している。支持ベース４０は、プレート１４に対して各ローラ３５の回転軸線方向に対向配置されている。３つの立設壁４１は、支持ベース４０におけるプレート１４側の面４０ａからプレート１４に向けてそれぞれ延びている。そして、３つの立設壁４１は、筒部３４の内周面と、隣り合う２つのローラ部３５ａの外周面とによって区画された３つの空間を埋めるようにそれぞれ配置されている。

【0040】

支持部材３９には、ボルト４４が挿通可能なボルト挿通孔４５が３つ形成されている。各ボルト挿通孔４５は、３つの立設壁４１それぞれをローラ３５の回転軸線方向に貫通している。図１に示すように、プレート１４における支持部材３９側の面１４ａには、各ボルト挿通孔４５に連通する雌ねじ孔４６がそれぞれ形成されている。そして、支持部材３９は、各ボルト挿通孔４５に挿通された各ボルト４４が各雌ねじ孔４６に螺合されることによってプレート１４に取り付けられている。

【0041】

プレート１４における支持部材３９側の面１４ａは、３つの凹部５１（図１では一つの凹部５１のみ図示）を有している。３つの凹部５１は、高速側シャフト３１の周方向に互いに所定の間隔（例えば１２０度ずつ）をあけて配置されている。３つの凹部５１それぞれの配置位置は、３つのローラ３５それぞれの配置位置に対応している。３つの凹部５１内には、円環状のローラ軸受５２がそれぞれ配置されている。

【0042】

支持ベース４０におけるプレート１４側の面４０ａは、３つの凹部５３（図１では一つの凹部５３のみ図示）を有している。３つの凹部５３は、高速側シャフト３１の周方向に互いに所定の間隔（例えば１２０度ずつ）をあけて配置されている。３つの凹部５３それぞれの配置位置は、３つのローラ３５それぞれの配置位置に対応している。３つの凹部５３内には、円環状のローラ軸受５４が配置されている。

【0043】

各ローラ３５の第１突起３５ｃは、各凹部５１内のローラ軸受５２内に挿入され、ローラ軸受５２を介してプレート１４に回転可能に支持されている。各ローラ３５の第２突起３５ｅは、各凹部５３内のローラ軸受５４内に挿入され、ローラ軸受５４を介して支持部材３９に回転可能に支持されている。

【0044】

高速側シャフト３１には、高速側シャフト３１の軸線方向に離間して対向配置された一対のフランジ部３１ｆが設けられている。３つのローラ３５のローラ部３５ａは、一対のフランジ部３１ｆによって挟持されている。これにより、高速側シャフト３１の軸線方向における高速側シャフト３１と３つのローラ３５のローラ部３５ａとの位置ずれが抑制されている。

【0045】

図２に示すように、３つのローラ３５、リング部材３２、及び高速側シャフト３１は、３つのローラ３５と高速側シャフト３１及び筒部３４とが互いに押し付けあっている状態でユニット化されている。そして、高速側シャフト３１は、３つのローラ３５によって回転可能に支持されている。

【0046】

３つのローラ３５のローラ部３５ａの外周面と筒部３４の内周面との当接箇所であるリング側当接箇所Ｐａには押し付け荷重が付与されている。また、３つのローラ３５の外周面と高速側シャフト３１の外周面との当接箇所であるシャフト側当接箇所Ｐｂには、押し付け荷重が付与されている。リング側当接箇所Ｐａ及びシャフト側当接箇所Ｐｂは、高速側シャフト３１の軸線方向に延びている。

【0047】

そして、電動モータ１７が駆動して、低速側シャフト１６及びリング部材３２が回転すると、リング部材３２の回転力が、各リング側当接箇所Ｐａを介して３つのローラ３５に伝達されて３つのローラ３５が回転し、３つのローラ３５の回転力が、各シャフト側当接箇所Ｐｂを介して高速側シャフト３１に伝達される。その結果、高速側シャフト３１が回転する。このとき、リング部材３２は、低速側シャフト１６と同一速度で回転し、３つのローラ３５は低速側シャフト１６よりも高速で回転する。そして、３つのローラ３５の外径よりも外径が小さい高速側シャフト３１は、３つのローラ３５よりも高速で回転する。これにより、増速機３０によって、高速側シャフト３１が低速側シャフト１６よりも高速で回転する。

【0048】

図１に示すように、遠心圧縮機１０は、増速機３０及びシール部材２３にオイルを供給するオイル通路６０を備えている。また、遠心圧縮機１０は、オイル通路６０を流れるオイルを冷却するオイルクーラ５５と、増速機３０及びシール部材２３に供給されるオイルが貯留されるオイルパン５６と、オイルパン５６に貯留されたオイルを吸い上げて吐出するオイルポンプ５７と、を備えている。オイル通路６０は、オイルパン５６に貯留されたオイルを増速機３０及びシール部材２３に供給する。

【0049】

オイルクーラ５５は、モータハウジング１２の周壁１２ｂの外周面に取り付けられる有底筒状のカバー部材５５ａを有している。そして、カバー部材５５ａの内面とモータハウジング１２の周壁１２ｂの外周面とによって空間５５ｂが区画されている。また、オイルクーラ５５は、空間５５ｂ内に配置される冷却配管５８を有している。冷却配管５８の両端部は、モータハウジング１２に支持されている。冷却配管５８は、オイル通路６０の一部を形成する。

【0050】

図３に示すように、冷却配管５８は、第１直線部５８ａ、第１屈曲部５８ｂ、第２直線部５８ｃ、第２屈曲部５８ｄ、及び第３直線部５８ｅを有している。第１直線部５８ａの一端は、冷却配管５８の入口を形成している。第１直線部５８ａの他端は、第１屈曲部５８ｂの一端に連通している。第１屈曲部５８ｂは、第１直線部５８ａの他端から半円弧状に屈曲している。第１屈曲部５８ｂの他端は、第２直線部５８ｃの一端に連通している。第２直線部５８ｃの他端は、第２屈曲部５８ｄの一端に連通している。第２屈曲部５８ｄは、第２直線部５８ｃの他端から第１直線部５８ａに対して離間する方向へ半円弧状に屈曲している。第２屈曲部５８ｄの他端は、第３直線部５８ｅの一端に連通している。第３直線部５８ｅの他端は、冷却配管５８の出口を形成している。第１直線部５８ａ、第２直線部５８ｃ、及び第３直線部５８ｅは、それぞれ平行に延びている。

【0051】

遠心圧縮機１０は、第１直線部５８ａが、第２直線部５８ｃ及び第３直線部５８ｅよりも重力方向下側に位置するとともに、第１直線部５８ａ、第２直線部５８ｃ、及び第３直線部５８ｅが水平に延びるように燃料電池車両に搭載されている。よって、冷却配管５８の入口は、冷却配管５８の出口よりも重力方向下側に位置している。第１屈曲部５８ｂは、第１直線部５８ａの他端から重力方向上側に屈曲している。第２屈曲部５８ｄは、第２直線部５８ｃの他端から重力方向上側に屈曲している。

【0052】

また、カバー部材５５ａには、導入配管５５ｄ及び排出配管５５ｅが設けられている。空間５５ｂには、導入配管５５ｄから低温流体が導入される。空間５５ｂに導入された低温流体は、排出配管５５ｅから排出されて図示しない冷却装置によって冷却された後、再び導入配管５５ｄを介して空間５５ｂに導入される。低温流体は、例えば、水である。

【0053】

図１に示すように、オイルパン５６は、モータハウジング１２の底壁１２ａの内部に形成されている。オイルパン５６は、モータハウジング１２の底壁１２ａにおける外周側の部位に位置している。また、オイルポンプ５７は、モータハウジング１２の底壁１２ａの内部に設けられている。オイルポンプ５７は、例えば、トロコイドポンプである。オイルポンプ５７は、低速側シャフト１６の一端部に連結されている。そして、オイルポンプ５７は、低速側シャフト１６の回転に伴って駆動する。

【0054】

オイル通路６０は、増速機室１３ｃとオイルクーラ５５とを接続する第１接続通路６１を有している。第１接続通路６１は、増速機ハウジング１３を貫通してモータハウジング１２の周壁１２ｂの内部まで延びている。第１接続通路６１の一端は、増速機室１３ｃ内に開口している。第１接続通路６１の他端は、冷却配管５８の第１直線部５８ａの一端に接続されている。

【0055】

遠心圧縮機１０は、第１接続通路６１における増速機室１３ｃ内に開口する部分が重力方向下側に位置するように燃料電池車両に搭載されている。よって、増速機室１３ｃ内のオイルは、第１接続通路６１に流入する。

【0056】

オイル通路６０は、オイルクーラ５５とオイルパン５６とを接続する第２接続通路６２を有している。第２接続通路６２は、モータハウジング１２の内部に形成されている。第２接続通路６２の一端は、冷却配管５８の第３直線部５８ｅの他端に接続されている。第２接続通路６２の他端は、オイルパン５６内における重力方向上側に開口している。第２接続通路６２は、水平方向に延びている。

【0057】

増速機室１３ｃ内に貯留されているオイルは、第１接続通路６１に流入して、第１接続通路６１、冷却配管５８、及び第２接続通路６２を通過する。ここで、冷却配管５８を通過するオイルは、オイルクーラ５５の空間５５ｂに導入される低温流体との熱交換が行われることにより冷却される。そして、オイルクーラ５５によって冷却されたオイルが、オイルパン５６に貯留される。

【0058】

オイル通路６０は、オイルパン５６とオイルポンプ５７とを接続する第３接続通路６３を有している。第３接続通路６３は、モータハウジング１２の内部に形成されている。第３接続通路６３の一端は、オイルパン５６内に突出している。第３接続通路６３の他端はオイルポンプ５７の吸入口５７ａに接続されている。

【0059】

オイル通路６０は、オイルポンプ５７の吐出口５７ｂに接続される第４接続通路６４を有している。第４接続通路６４は、モータハウジング１２の底壁１２ａ及び周壁１２ｂを貫通して増速機ハウジング１３の周壁１３ｂの内部まで延びている。第４接続通路６４の一端は、オイルポンプ５７の吐出口５７ｂに接続されている。第４接続通路６４の他端は、増速機ハウジング１３の周壁１３ｂの内部に位置している。

【0060】

オイル通路６０は、第４接続通路６４の他端から分岐する第１分岐通路６５及び第２分岐通路６６を有している。第１分岐通路６５は、第４接続通路６４の他端からモータハウジング１２に向けて延びており、増速機ハウジング１３の周壁１３ｂ及び増速機ハウジング１３の底壁１３ａを貫通している。第１分岐通路６５の一端は、第４接続通路６４の他端に連通している。第１分岐通路６５の他端は、貫通孔１３ｈに開口している。

【0061】

第２分岐通路６６は、第４接続通路６４の他端からプレート１４に向けて延びており、増速機ハウジング１３の周壁１３ｂを貫通してプレート１４の内部まで延びている。第２分岐通路６６の一端は、第４接続通路６４の他端に連通している。第２分岐通路６６の他端は、プレート１４の内部に位置している。

【0062】

オイル通路６０は、第２分岐通路６６の他端に連通する共通通路６７を有している。共通通路６７は、第２分岐通路６６に対して直交する方向であって、且つ第２分岐通路６６の他端から重力方向下側へ直線状に延びている。また、オイル通路６０は、共通通路６７から分岐するシール部材側供給通路６９及び増速機側供給通路７０を有している。シール部材側供給通路６９は、共通通路６７から重力方向下側へ直線状に延びてシャフト挿通孔１４ｈに開口している。シール部材側供給通路６９におけるシャフト挿通孔１４ｈに対する開口は、シール部材２３と対向している。増速機側供給通路７０は、共通通路６７からコンプレッサハウジング１５とは反対側に向けて直線状に延びてプレート１４を貫通し、立設壁４１を貫通して立設壁４１におけるローラ部３５ａの外周面と向かい合う位置に開口している。よって、増速機側供給通路７０は、増速機室１３ｃに連通している。

【0063】

第３接続通路６３、第４接続通路６４、第２分岐通路６６、共通通路６７、シール部材側供給通路６９、及び増速機側供給通路７０は、オイルパン５６と増速機室１３ｃとに連通するとともに増速機３０及びシール部材２３にオイルを供給する第１オイル通路７１を形成している。よって、オイル通路６０は、オイルパン５６と増速機室１３ｃとに連通するとともに増速機３０及びシール部材２３にオイルを供給する第１オイル通路７１を有している。

【0064】

図３に示すように、オイル通路６０は、増速機室１３ｃに連通するとともに増速機３０及びシール部材２３に供給されて増速機室１３ｃ内に貯留されるオイルが流入する第２オイル通路７２を有している。第２オイル通路７２は、第１接続通路６１、冷却配管５８の第１直線部５８ａ、第１屈曲部５８ｂ、及び第２直線部５８ｃにより構成されている。

【0065】

また、オイル通路６０は、第２オイル通路７２における増速機室１３ｃとは反対側の端部から重力方向上側に延びる第３オイル通路７３を有している。第２直線部５８ｃの他端部は、第２オイル通路７２における増速機室１３ｃとは反対側の端部である。そして、本実施形態において、第２直線部５８ｃの他端から重力方向上側に屈曲して延びる第２屈曲部５８ｄは、第３オイル通路７３を構成している。

【0066】

さらに、オイル通路６０は、第３オイル通路７３における第２オイル通路７２と反対側の端部とオイルパン５６とを連通するとともに水平方向に延びる第４オイル通路７４を有している。第２屈曲部５８ｄの他端部は、第３オイル通路７３における第２オイル通路７２とは反対側の端部である。そして、本実施形態において、第２屈曲部５８ｄの他端から水平方向に延びる第３直線部５８ｅ及び第２接続通路６２は、第４オイル通路７４を構成している。

【0067】

よって、冷却配管５８は、第１直線部５８ａ、第１屈曲部５８ｂ、及び第２直線部５８ｃが第２オイル通路７２の一部を形成し、第２屈曲部５８ｄが第３オイル通路７３を形成し、第３直線部５８ｅが第４オイル通路７４の一部を形成している。そして、第１オイル通路７１、第２オイル通路７２、第３オイル通路７３、及び第４オイル通路７４を有するオイル通路６０は、オイルパン５６に貯留されたオイルを増速機３０及びシール部材２３に供給し、オイルパン５６に戻す。

【0068】

オイルパン５６における重力方向上側の部位には、外部と連通する圧抜き通路７５が設けられている。圧抜き通路７５には、換気膜７６が配置されている。換気膜７６は、気体は通過し、液体は通過させない膜である。

【0069】

電動モータ１７が駆動されると、低速側シャフト１６の回転によりオイルポンプ５７が駆動されて、オイルパン５６内に貯留されているオイルが第３接続通路６３及び吸入口５７ａを介してオイルポンプ５７内に吸入され、吐出口５７ｂを介して第４接続通路６４に吐出される。オイルポンプ５７は、低速側シャフト１６の回転数の増加に伴い、吐出口５７ｂから吐出されるオイルの量が比例的に増加するように駆動される。そして、第４接続通路６４に吐出されたオイルは、第４接続通路６４を流れて第１分岐通路６５及び第２分岐通路６６にそれぞれ分配される。

【0070】

第４接続通路６４から第１分岐通路６５に分配されたオイルは、第１分岐通路６５を流れて貫通孔１３ｈ内に流入し、シール部材２０及び第２軸受１９に供給される。これにより、シール部材２０と低速側シャフト１６との摺動部分、及び第２軸受１９と低速側シャフト１６との摺動部分の潤滑が良好なものとなる。

【0071】

第４接続通路６４から第２分岐通路６６に分配されたオイルは、第２分岐通路６６を介して共通通路６７に流入する。共通通路６７を流れるオイルは、その一部がシール部材側供給通路６９に分配され、その他のオイルが増速機側供給通路７０を流れる。共通通路６７からシール部材側供給通路６９に分配されたオイルは、シール部材側供給通路６９を流れてシャフト挿通孔１４ｈに流入し、シール部材２３に供給される。これにより、シール部材２３と高速側シャフト３１との摺動部分の潤滑が良好なものとなる。また、増速機側供給通路７０を流れるオイルは、ローラ部３５ａの外周面に供給される。これにより、ローラ部３５ａと高速側シャフト３１との摺動部分の潤滑が良好なものとなる。シール部材２３と高速側シャフト３１との摺動部分、及びローラ部３５ａと高速側シャフト３１との摺動部分の潤滑に寄与したオイルは、増速機室１３ｃ内に戻される。

【0072】

次に、本実施形態の作用について説明する。
増速機室１３ｃから第２オイル通路７２に流入するオイルには、空気が混入している。第３オイル通路７３は重力方向上側に延びており、第４オイル通路７４は水平方向に延びている。このため、オイルが第３オイル通路７３を通過する際に、オイルを含む流体が気体層である空気層Ａ１とオイル層Ａ２とに分離され、図３において拡大して示すように、第４オイル通路７４内では、オイルと空気との比重差によって、オイル層Ａ２が重力方向下側を通過し、空気層Ａ１が重力方向上側を通過する。

【0073】

そして、オイルパン５６には、第４オイル通路７４内で空気層Ａ１とオイル層Ａ２とに分離された空気及びオイルが流入されるため、オイルパン５６内では、重力方向上側に空気層Ａ１が貯められ、重力方向下側にオイル層Ａ２が貯められる。

【0074】

圧抜き通路７５は、オイルパン５６における重力方向上側の部位、すなわち、オイルパン５６における空気層Ａ１が貯められる部位に設けられているため、空気層Ａ１を形成する空気が圧抜き通路７５から外部へ排出される。したがって、空気と共にオイルも外部へ排出されてしまうことが抑制される。そして、増速機室１３ｃ内の圧力の上昇が抑えられる。

【0075】

上記実施形態では以下の効果を得ることができる。
（１）オイルパン５６における空気層Ａ１が貯められる部位には、圧抜き通路７５が設けられている。これによれば、インペラ２４の回転に伴って空気が圧縮されて、インペラ室１５ｂの圧力が高くなり、高速側シャフト３１の外周面とシャフト挿通孔１４ｈの内周面との間を介したインペラ室１５ｂから増速機室１３ｃへの空気の洩れが生じて、増速機室１３ｃ内の圧力が上昇したとしても、圧抜き通路７５から圧力を抜くことができる。これにより、増速機室１３ｃ内の圧力の上昇を抑えることができる。また、オイルが第３オイル通路７３を通過する際に、オイルを含む流体が空気層Ａ１とオイル層Ａ２とに分離され、オイルパン５６には、重力方向上側に空気層Ａ１が貯められ、重力方向下側にオイル層Ａ２が貯められる。圧抜き通路７５は、オイルパン５６における空気層Ａ１が貯められる部位に設けられているため、空気層Ａ１を形成する空気が圧抜き通路７５から外部へ排出される。したがって、空気と共にオイルも外部へ排出されてしまうことを抑制することができ、増速機３０及びシール部材２３に供給されるオイルの量が少なくなってしまうことを抑制しつつも、増速機室１３ｃ内の圧力の上昇を抑えることができる。

【0076】

（２）圧抜き通路７５は、オイルパン５６における空気層Ａ１が貯められる部位に設けられている。これによれば、オイルパン５６内は、比較的広い空間であるため、オイルパン５６内において、空気によって重力方向上側に形成される空気層Ａ１と、オイルによって重力方向下側に形成されるオイル層Ａ２とに分離し易く、空気層Ａ１を形成する空気を圧抜き通路７５から外部へ排出し易くすることができる。

【0077】

（３）圧抜き通路７５には、気体は通過し、液体は通過させない換気膜７６が配置されている。これによれば、圧抜き通路７５を介して外部から遠心圧縮機１０内に異物や水分が侵入してしまうことを換気膜７６によって抑制することができる。

【0078】

（４）オイルクーラ５５の冷却配管５８は、第２オイル通路７２、第３オイル通路７３、及び第４オイル通路７４それぞれの一部を形成している。これによれば、既存の構成であるオイルクーラ５５の冷却配管５８を用いて、第２オイル通路７２、第３オイル通路７３、及び第４オイル通路７４の一部を形成することができるため、第２オイル通路７２、第３オイル通路７３、及び第４オイル通路７４を形成するための別の構成を新たに追加する必要が無く、遠心圧縮機１０の構成を簡素化することができる。

【0079】

（５）増速機室１３ｃ内の圧力の上昇を抑えることができるため、例えば、インペラ２４が低速で回転している場合や、遠心圧縮機１０の運転が停止している場合のように、インペラ室１５ｂの圧力が増速機室１３ｃの圧力よりも低くなる条件となっても、増速機室１３ｃ内の圧力とインペラ室１５ｂ内の圧力との差を小さくすることができる。よって、増速機室１３ｃ内のオイルが高速側シャフト３１の外周面とシャフト挿通孔１４ｈの内周面との間を介してインペラ室１５ｂに洩れ出してしまうことを抑制することができる。

【0080】

（６）増速機室１３ｃ内からインペラ室１５ｂ内へのオイルの洩れが抑制されるため、遠心圧縮機１０によって圧縮された空気と共にオイルが燃料電池に供給されてしまうことが抑制され、燃料電池の発電効率が低下してしまうことを回避することができる。

【0081】

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 図４に示すように、第４オイル通路７４における重力方向上側の部位、すなわち、第４オイル通路７４における空気層Ａ１が通過する部位に、外部と連通する圧抜き通路７５が設けられていてもよい。これによれば、空気層Ａ１を形成する空気が圧抜き通路７５から外部へ排出される。したがって、空気と共にオイルも外部へ排出されてしまうことを抑制することができる。また、この場合、圧抜き通路７５が、オイルパン５６における空気層Ａ１が貯められる部位にも設けられていてもよいし、オイルパン５６における空気層Ａ１が貯められる部位に圧抜き通路７５が設けられていなくてもよい。要は、圧抜き通路７５は、第４オイル通路７４における空気層Ａ１が通過する部位、及びオイルパン５６における空気層Ａ１が貯められる部位の少なくとも一方に設けられていればよい。

【0082】

○ 実施形態において、第２オイル通路７２、第３オイル通路７３、及び第４オイル通路７４が、オイルクーラ５５の冷却配管５８のみによって形成されていてもよい。要は、冷却配管５８は、第２オイル通路７２、第３オイル通路７３、及び第４オイル通路７４それぞれの少なくとも一部を形成していればよい。

【0083】

○ 実施形態において、オイルクーラ５５の冷却配管５８を用いて、第２オイル通路７２、第３オイル通路７３、及び第４オイル通路７４の一部を形成しなくてもよく、例えば、ハウジング１１の内部に、第２オイル通路７２、第３オイル通路７３、及び第４オイル通路７４を形成してもよい。

【0084】

○ 実施形態において、圧抜き通路７５に、増速機室１３ｃ内の圧力が所定の圧力に達すると開弁する圧抜き弁を設けてもよい。また、圧抜き弁は、電気信号により開閉するとともに遠心圧縮機１０の運転中のみに開弁する電磁弁であってもよい。

【0085】

○ 実施形態において、遠心圧縮機１０の適用対象及び圧縮対象の気体は任意である。例えば、遠心圧縮機１０は空調装置に用いられていてもよく、圧縮対象の気体は冷媒ガスであってもよい。また、遠心圧縮機１０の搭載対象は、車両に限られず任意である。

【符号の説明】

【0086】

Ａ１…気体層としての空気層、Ａ２…オイル層、１０…遠心圧縮機、１１…ハウジング、１３ｃ…増速機室、１４…仕切壁であるプレート、１４ｈ…シャフト挿通孔、１５ｂ…インペラ室、１６…低速側シャフト、２３…シール部材、２４…インペラ、３０…増速機、３１…高速側シャフト、５５…オイルクーラ、５６…オイルパン、５８…冷却配管、６０…オイル通路、７１…第１オイル通路、７２…第２オイル通路、７３…第３オイル通路、７４…第４オイル通路、７５…圧抜き通路、７６…換気膜。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】