特開 2022-67667 電動圧縮機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022067667

(43)【公開日】2022-05-09

(54)【発明の名称】電動圧縮機

(51)【国際特許分類】

   F04D 29/42 20060101AFI20220426BHJP

   F02B 33/40 20060101ALI20220426BHJP

【ＦＩ】

F04D29/42 H

F02B33/40

F04D29/42 M

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2019053106

(22)【出願日】2019-03-20

(71)【出願人】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100170818

【弁理士】

【氏名又は名称】小松 秀輝

(74)【代理人】

【識別番号】100122781

【弁理士】

【氏名又は名称】近藤 寛

(72)【発明者】

【氏名】飯嶋 海

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 裕司

(72)【発明者】

【氏名】猪俣 達身

(72)【発明者】

【氏名】福井 達哉

(72)【発明者】

【氏名】飯塚 国彰

(72)【発明者】

【氏名】杉浦 光

(72)【発明者】

【氏名】湯本 良介

(72)【発明者】

【氏名】勝 義仁

【テーマコード（参考）】

3G005

3H130

【Ｆターム（参考）】

3G005EA04

3G005EA20

3G005FA41

3H130AA13

3H130AB07

3H130AB27

3H130AB47

3H130AC13

3H130BA24A

3H130BA24C

3H130BA24E

3H130BA53A

3H130BA53C

3H130CA21

3H130CB05

3H130DA02Z

3H130DB01Z

3H130DB08Z

3H130DC12X

3H130DD01Z

3H130EA07A

3H130EA07C

3H130EA07E

3H130EA07F

3H130EB01C

3H130EB02A

3H130EC17C

(57)【要約】

【課題】電動圧縮機において、連通孔の孔径を抑えながらも軸受を通過するガスの気流を低減する。
【解決手段】電動圧縮機１は、仕切壁１１で仕切られたコンプレッサ室７とモータ室９とを有するハウジング２と、コンプレッサ室７に収容されるインペラ３と、インペラ３が設けられ、仕切壁１１を貫通してコンプレッサ室７とモータ室９とに亘って延びるシャフト１３と、モータ室９に収容されシャフト１３を回転させるモータ部５と、シャフト１３と仕切壁１１との間に介在する軸受３３と、インペラ背面３１に対面する位置で仕切壁１１を貫通し、コンプレッサ室７とモータ室９とを連通させる連通孔３９と、を備えている。インペラ背面３１と仕切壁１１との間に設けられ、連通孔３９と軸受３３との間をシールするラビリンスシール部４１が形成されている。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

仕切壁で仕切られたコンプレッサ室とモータ室とを有するハウジングと、
前記コンプレッサ室に収容されるインペラと、
前記インペラが設けられ、前記仕切壁を貫通して前記コンプレッサ室と前記モータ室とに亘って延びるシャフトと、
前記モータ室に収容され前記シャフトを回転させるモータ部と、
前記シャフトと前記仕切壁との間に介在する軸受と、
前記インペラの背面に対面する位置で前記仕切壁を貫通し、前記コンプレッサ室と前記モータ室とを連通させる連通孔と、を備え、
前記インペラの背面と前記仕切壁との間に設けられ、前記連通孔と前記軸受との間をシールするラビリンスシール部が形成されている、電動圧縮機。

【請求項2】

前記ラビリンスシール部は、前記インペラの背面に形成された部位を有する、請求項１に記載の電動圧縮機。

【請求項3】

前記インペラは樹脂製である、請求項１又は２に記載の電動圧縮機。

【請求項4】

前記ラビリンスシール部は、
前記インペラの回転軸線を中心とする同心円をなし、前記仕切壁に向けて前記回転軸線方向に延びるように前記インペラの背面に形成された複数のリブを有する、請求項１～３の何れか１項に記載の電動圧縮機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電動圧縮機に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、下記特許文献１に記載の遠心圧縮機が知られている。この遠心圧縮機は、コンプレッサ室に収容されたインペラをモータ室に収容されたモータで回転させるものである。インペラが取付けられるシャフトは、コンプレッサ室とモータ室とを仕切る仕切壁を貫通して延びており、仕切壁に設置された軸受によって軸支されている。ここで、コンプレッサ室とモータ室との圧力差が発生すると、コンプレッサ室とモータ室との間でガスの気流が発生する。このガスの気流は、軸受を通過し軸受のグリースを流出させて当該軸受の性能を劣化させる虞がある。従って、上記のようなコンプレッサ室とモータ室との圧力を平衡化するために、仕切壁には、インペラの背面の位置において、コンプレッサ室とモータ室とを連通させる連通孔が形成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開WO2017/057482号公報

【特許文献2】国際公開WO2014/096786号公報

【特許文献3】実開平05-012693号公報

【特許文献4】特開2014-169699号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、コンプレッサ室からモータ室への水の侵入のリスクがあるので、連通孔の孔径を極端に大きくすることは好ましくない。このため、連通孔によるコンプレッサ室とモータ室との圧力平衡化の速さには限界があった。従って、インペラの加速時などコンプレッサ室の急な圧力変動が発生するときには、連通孔による圧力の平衡化が間に合わず、その結果、軸受を通過するガスの気流を十分に抑えられない虞がある。

【0005】

本開示は、連通孔の孔径を抑えながらも軸受を通過するガスの気流を低減する電動圧縮機を説明する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一態様に係る電動圧縮機は、仕切壁で仕切られたコンプレッサ室とモータ室とを有するハウジングと、コンプレッサ室に収容されるインペラと、インペラが設けられ、仕切壁を貫通してコンプレッサ室とモータ室とに亘って延びるシャフトと、モータ室に収容されシャフトを回転させるモータ部と、シャフトと仕切壁との間に介在する軸受と、インペラの背面に対面する位置で仕切壁を貫通し、コンプレッサ室とモータ室とを連通させる連通孔と、を備え、インペラの背面と仕切壁との間に設けられ、連通孔と軸受との間をシールするラビリンスシール部が形成されている、電動圧縮機である。

【0007】

ラビリンスシール部は、インペラの背面に形成された部位を有することとしてもよい。インペラは樹脂製であることとしてもよい。ラビリンスシール部は、インペラの回転軸線を中心とする同心円をなし、仕切壁に向けて回転軸線方向に延びるようにインペラの背面に形成された複数のリブを有することとしてもよい。

【発明の効果】

【0008】

本開示の電動圧縮機によれば、連通孔の孔径を抑えながらも軸受を通過するガスの気流を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施形態の電動圧縮機の断面図である。

【図2】実施形態の電動圧縮機の軸受近傍を拡大して示す断面図である。

【図3】実施形態の電動圧縮機のインペラを背面側から見た図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

図１を参照しながら、実施形態に係る電動圧縮機１について説明する。電動圧縮機１は、回転軸線Ｘ周りに回転するインペラ３と動力源のモータ部５とを備え、たとえば車両や船舶の内燃機関に圧縮空気を供給する遠心圧縮機である。以下の説明で単に「軸方向」、「径方向」、「周方向」と言うときには、インペラ３の回転の軸方向、径方向、周方向を意味するものとする。

【0011】

電動圧縮機１のハウジング２は、インペラ３が収容されるコンプレッサ室７と、モータ部５が収容されるモータ室９とを有している。ハウジング２は、コンプレッサ室７とモータ室９とを軸方向に分割して仕切る仕切壁１１を有している。なお、図１の例では、主に軸方向に連結された３つの部品でハウジング２が構成されているが、この形態には限定されず、ハウジング２を構成する部品や組み合わせ方は自由に設計可能である。なお、ハウジング２の材料は、軽量化に有利であるためアルミニウムが好適であるが、たとえばステンレスや炭素鋼を採用することもできる。

【0012】

電動圧縮機１は、回転軸線Ｘ上に延在するシャフト１３を備えている。シャフト１３は、仕切壁１１を貫通しコンプレッサ室７とモータ室９とに亘って延在している。シャフト１３の一端には上記インペラ３が取付けられている。シャフト１３の他端には、上記モータ部５のロータ１５が取付けられている。モータ部５は、上記ロータ１５と、当該ロータ１５の周囲に配置されたステータ１７とを有する。ステータ１７はモータ室９においてハウジング２の内壁面に固定される。モータ部５は、ほぼ閉じた空間であるモータ室９内に収容されている。

【0013】

コンプレッサ室７は、インペラ３の外周側に設けられたディフューザ１９と、ディフューザ１９の外周側に設けられたスクロール２１とを有している。また、コンプレッサ室７は、回転軸線Ｘ上に設けられた吸気口２３と、スクロール２１の出口である吐出口２７とを通じて、外部に開口されている。

【0014】

モータ部５に電力が供給されると、ステータ１７に対してロータ１５及びシャフト１３が回転軸線Ｘ周りに回転する。これにより、コンプレッサ室７内のインペラ３が回転すると、外部のガスが吸気口２３を通じて軸方向にインペラ３に吸引されインペラ３から径方向に排出される。その後ガスは、ディフューザ１９及びスクロール２１を通じて圧縮され、吐出口２７を通じて、圧縮空気として外部に排出される。この圧縮空気が、前述のとおり内燃機関に供給される。

【0015】

電動圧縮機１は、ハウジング２に対してシャフト１３を回転可能に支持する軸受３３，３５を備える。軸受３３，３５は、モータ部５を軸方向に挟むように配置され、シャフト１３を両持ちで支持している。インペラ３に近い側の一方の軸受３３は、仕切壁１１に埋込まれるように設置され、シャフト１３と仕切壁１１との間に介在している。他方の軸受３５は、モータ室９の内壁面から張出した支持部３６に固定されている。

【0016】

軸受３３は、グリース封入型の玉軸受である。軸受３３においては、外輪と内輪との間に周方向に配列される複数のボールが介在している。外輪と内輪との間のスペースには、上記ボールを浸漬するようにグリースが封入される。グリースが封入されたスペースの両端面に、グリースの漏出や異物の侵入を防止するためのシールが設けられる。上記シールは、接触型シールであっても非接触型シールであってもよい。図１及び図２は軸受３３等の各要素を模式的に示すものであり、上記シール及びグリースの図示は省略されている。なお、この種の玉軸受の構成は公知であるので、更なる詳細な説明は省略する。軸受３３の外輪が仕切壁１１に固定され、軸受３３の内輪がシャフト１３に固定されるので、シャフト１３が仕切壁１１に対して円滑に回転する。

【0017】

続いて、図２を参照しながら、コンプレッサ室７及び軸受３３の近傍の構造について更に説明する。コンプレッサ室７は、ハウジング２内部空間のうち仕切壁１１よりも吸気口２３側の空間であり、吸気口２３から吐出口２７までの空間を指すものとする。コンプレッサ室７には、インペラ３と仕切壁１１との間に軸方向に挟まれた狭小な空間が含まれる。以下では、インペラ３と仕切壁１１との間に軸方向に挟まれた上記空間を背面空間３７と呼ぶ。また、仕切壁１１に対して軸方向に対向するインペラ３の面をインペラ背面３１と呼ぶ。

【0018】

仕切壁１１には、コンプレッサ室７とモータ室９との圧力を平衡化するための連通孔３９が設けられている。連通孔３９は、仕切壁１１を軸方向に貫通するように形成され、コンプレッサ室７とモータ室９とを連通している。連通孔３９は、インペラ背面３１に対して、軸方向に対面する位置に設けられている。連通孔３９は、仕切壁１１に複数形成されてもよい。連通孔３９を通じてコンプレッサ室７とモータ室９との間でガスが行き来することにより、コンプレッサ室７とモータ室９との圧力が平衡化される。

【0019】

仮に連通孔３９が無い場合、コンプレッサ室７とモータ室９との圧力差が発生したときに、軸受３３内を貫通する回転軸線Ｘ方向の気流（以下「貫通気流」と呼ぶ）が発生し得る。そして、このような貫通気流によって軸受３３のグリースが流出し軸受３３の軸受機能が劣化する虞がある。上記の連通孔３９によれば、このような軸受３３の貫通気流が低減され、軸受３３の劣化が抑制される。

【0020】

しかしながら、コンプレッサ室７からモータ室９への水の侵入のリスクがあるので、連通孔３９の孔径を極端に大きくすることは好ましくない。このため、連通孔３９によるコンプレッサ室７とモータ室９との圧力平衡化の速さには限界があった。従って、インペラ３の加速時などコンプレッサ室７の急な圧力変動が発生するときには、軸受３３の貫通気流を十分に抑えられない虞がある。

【0021】

そこで、この対策として、背面空間３７内にはラビリンスシール部４１が設けられている。ラビリンスシール部４１は、連通孔３９と軸受３３との間の領域に環状に設けられている。図３は、インペラ３をインペラ背面３１側から見た図である。図２及び図３に示されるように、ラビリンスシール部４１は、複数（本実施形態の場合は５つ）のリブ４３を有している。リブ４３は、インペラ背面３１に回転軸線Ｘを中心として同心円状に設けられている。各リブ４３は、インペラ背面３１に形成され、回転軸線Ｘを筒軸とする円筒状をなし、仕切壁１１側に向けて軸方向に延びている。各リブ４３は、仕切壁１１の直近まで延びており、背面空間３７の軸方向の幅を狭窄している。

【0022】

また、背面空間３７のうちラビリンスシール部４１よりも内周側の空間３７ａは、比較的容積が大きい空間に形成されている。以下では、背面空間３７のうちラビリンスシール部４１よりも内周側の空間を内周背面空間３７ａと呼び、背面空間３７のうちラビリンスシール部４１よりも外周側の空間を外周背面空間３７ｂと呼ぶ。なお、インペラ３は樹脂製であり射出成形によって製作される。上記のリブ４３も、射出成形時にインペラ３の一部位として一体的に形成される。

【0023】

このようなラビリンスシール部４１によって、連通孔３９と軸受３３との間がシールされ、連通孔３９と軸受３３との間のガスの流れが阻害され低減される。すなわち、内周背面空間３７ａと外周背面空間３７ｂとの間のガスの流れが阻害され低減される。

【0024】

上記のようなラビリンスシール部４１による作用効果について説明する。仮にラビリンスシール部４１が存在しない場合に、コンプレッサ室７の急な圧力上昇が発生した場合を考える。この場合、背面空間３７の圧力上昇によって、連通孔３９を通じてガスがモータ室９に移動する。連通孔３９の孔径が十分でない場合には、前述のとおり、モータ室９の圧力上昇にある程度の時間がかかる。そうすると、コンプレッサ室７の圧力上昇の直後には、モータ室９よりも背面空間３７の方が高圧になり、背面空間３７からモータ室９に向けて軸受３３の貫通気流が発生し得る。

【0025】

これに対して、ラビリンスシール部４１が存在する場合には、外周背面空間３７ｂから内周背面空間３７ａへのガスの流れがラビリンスシール部４１によって阻害されるので、内周背面空間３７ａの圧力上昇にもある程度の時間がかかる。また、前述したように、内周背面空間３７ａの容積が比較的大きいことも、内周背面空間３７ａの圧力上昇に時間がかかる要因となる。その一方で、ラビリンスシール部４１は、連通孔３９よりも内周側に位置するので、外周背面空間３７ｂから連通孔３９へのガスの流れは阻害しない。

【0026】

そうすると、内周背面空間３７ａの圧力上昇とモータ室９の圧力上昇の速度が近くなる。その結果、コンプレッサ室７の圧力上昇の直後における、モータ室９と内周背面空間３７ａとの圧力差が緩和されるので、内周背面空間３７ａからモータ室９に向けた軸受３３の貫通気流が低減される。従って、電動圧縮機１によれば、連通孔３９の孔径を極端に大きくすることなく、軸受３３の貫通気流を低減することができる。

【0027】

また、ラビリンスシール部４１がインペラ背面３１と仕切壁１１との間の位置に設けられるので、内周背面空間３７ａの容積を確保し易く、内周背面空間３７ａの圧力上昇を適切に遅らせることができる。これに対し、例えば、ラビリンスシール部４１に代えて、軸受３３とインペラ３との間の位置で、シャフト１３と仕切壁１１との間をシールリング等によってシールすることも考えられる。しかしながらこの場合、シールと軸受３３との間の空間に、大きい容積を確保することが難しく、その結果、当該空間の圧力上昇を適切に遅らせることが難しい。

【0028】

また、仮に、上記のようなシールリングを採用した場合、シールリングの封止性の高さゆえに、当該シールリングを通過するガスの流れは極端に阻害される。従って、コンプレッサ室７の圧力上昇の直後においては、シールリングと軸受３３との間の空間よりもモータ室９の方が速く圧力上昇することになる。そうすると、モータ室９からシールリングに向けて逆流するように、軸受３３の貫通気流が発生することも考えられる。従って、本実施形態のようなラビリンスシール部４１を設ける構成は、シャフト１３と仕切壁１１との間にシールリングを設ける構成よりも好ましい。

【0029】

また、射出成形によって複数のリブ４３をインペラ３に一体的に形成することでラビリンスシール部４１が形成されるので、電動圧縮機１の部品点数の増加、及びインペラ３の製作の手間の増加も回避することができる。また、ラビリンスシール部４１は、外周背面空間３７ｂと内周背面空間３７ａとの間のガスの流れをある程度阻害するものであればよく、高いシール性を求められるものではない。従って、リブ４３の厳しい寸法精度は不要であり、射出成形による寸法精度でインペラ３が製作可能である。

【0030】

また、射出成形による樹脂製のインペラ３にあっては、射出成形の欠陥の抑制のために、インペラ３の肉厚を可能な限り抑え、均一にすることが好ましい。その一方、インペラ３の機械的強度を確保することも必要である。本実施形態のインペラ３によれば、インペラ背面３１に複数の同心円状のリブ４３が設けられるので、インペラ３の肉厚低減と機械的強度とを両立し易い。また、各リブ４３は軸方向に延びる円筒状をなすので、射出成形時には、インペラ背面３１側の金型を軸方向に離型することが可能であり、射出成形による製作が比較的容易である。

【0031】

本開示は、上述した実施形態を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した様々な形態で実施することができる。また、実施形態に記載されている技術的事項を利用して、変形例を構成することも可能である。各実施形態の構成を適宜組み合わせて使用してもよい。

【0032】

上述の実施形態では、背面空間３７を狭窄するリブ４３がインペラ背面３１に設けられているが、このような背面空間３７を狭窄するための凹凸形状部は仕切壁１１に設けられてもよい。また、このような凹凸形状部は、インペラ３と一体に形成されることは必須ではなく、凹凸形状部を有する別体の部品をインペラ背面３１に接合するようにしてもよい。同様に、上記のような凹凸形状部を有する別体の部品を仕切壁１１に接合するようにしてもよい。また、上述の実施形態ではインペラ３が樹脂製であり射出成形で製作されるが、これには限定されず、インペラ３の材料や製作方法は適宜変更可能である。

【符号の説明】

【0033】

１ 電動圧縮機
２ ハウジング
３ インペラ
５ モータ部
７ コンプレッサ室
９ モータ室
１１ 仕切壁
１３ シャフト
３１ インペラ背面
３３ 軸受
３９ 連通孔
４１ ラビリンスシール部
４３ リブ
Ｘ 回転軸線

【図1】

【図2】

【図3】