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(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】P2024096598
(43)【公開日】2024-07-17
(54)【発明の名称】電動ターボ機械および燃料電池システム
(51)【国際特許分類】
F04D 25/08 20060101AFI20240709BHJP
F04D 29/34 20060101ALI20240709BHJP
F04D 17/10 20060101ALI20240709BHJP
【ＦＩ】
F04D25/08 301
F04D29/34 J
F04D17/10
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023000181
(22)【出願日】2023-01-04
(71)【出願人】
【識別番号】000006208
【氏名又は名称】三菱重工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000785
【氏名又は名称】ＳＳＩＰ弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】▲高▼田 亮
(72)【発明者】
【氏名】飯田 耕一郎
(72)【発明者】
【氏名】佐々木 幹人
(72)【発明者】
【氏名】四條 利久磨
(72)【発明者】
【氏名】今井 俊爾
【テーマコード（参考）】
3H130
【Ｆターム（参考）】
3H130AA12
3H130AA13
3H130AB12
3H130AB47
3H130AB62
3H130AB65
3H130AC03
3H130BA66G
3H130DA02X
3H130DB01Z
3H130DB08Z
3H130DB13X
3H130DD02X
3H130EA07G
(57)【要約】
【課題】電動モータとターボ機械の性能向上を同時に実現できる電動ターボ機械、および該電動ターボ機械を備える燃料電池システムを提供する。
【解決手段】電動ターボ機械は、回転シャフトと、回転シャフトに取り付けられるインペラと、回転シャフトのインペラよりも一方側に片持ち支持される第１支持部、第１支持部に外周側から支持される第１永久磁石、および、第１永久磁石の内周側に隙間を有して対向するように配置された第１静止コイル部を有する第１ステータ、を含む第１電動モータと、回転シャフトのインペラよりも他方側に片持ち支持される第２支持部、第２支持部に外周側から支持される第２永久磁石、および、第２永久磁石の内周側に隙間を有して対向するように配置された第２静止コイル部を有する第２ステータ、を含む第２電動モータと、を備える。
【選択図】 図２
【解決手段】電動ターボ機械は、回転シャフトと、回転シャフトに取り付けられるインペラと、回転シャフトのインペラよりも一方側に片持ち支持される第１支持部、第１支持部に外周側から支持される第１永久磁石、および、第１永久磁石の内周側に隙間を有して対向するように配置された第１静止コイル部を有する第１ステータ、を含む第１電動モータと、回転シャフトのインペラよりも他方側に片持ち支持される第２支持部、第２支持部に外周側から支持される第２永久磁石、および、第２永久磁石の内周側に隙間を有して対向するように配置された第２静止コイル部を有する第２ステータ、を含む第２電動モータと、を備える。
【選択図】 図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
回転シャフトと、
前記回転シャフトに取り付けられるインペラと、
前記回転シャフトの前記インペラよりも一方側に設けられる第１電動モータであって、
前記回転シャフトの前記インペラよりも前記一方側に片持ち支持される第１支持部、
前記第１支持部に外周側から支持される第１永久磁石、および、
前記第１永久磁石の内周側に隙間を有して対向するように配置された第１静止コイル部を有する第１ステータ、を含む第１電動モータと、
前記回転シャフトの前記インペラよりも他方側に設けられる第２電動モータであって、
前記回転シャフトの前記インペラよりも前記他方側に片持ち支持される第２支持部、
前記第２支持部に外周側から支持される第２永久磁石、および、
前記第２永久磁石の内周側に隙間を有して対向するように配置された第２静止コイル部を有する第２ステータ、を含む第２電動モータと、を備える、
電動ターボ機械。
前記回転シャフトに取り付けられるインペラと、
前記回転シャフトの前記インペラよりも一方側に設けられる第１電動モータであって、
前記回転シャフトの前記インペラよりも前記一方側に片持ち支持される第１支持部、
前記第１支持部に外周側から支持される第１永久磁石、および、
前記第１永久磁石の内周側に隙間を有して対向するように配置された第１静止コイル部を有する第１ステータ、を含む第１電動モータと、
前記回転シャフトの前記インペラよりも他方側に設けられる第２電動モータであって、
前記回転シャフトの前記インペラよりも前記他方側に片持ち支持される第２支持部、
前記第２支持部に外周側から支持される第２永久磁石、および、
前記第２永久磁石の内周側に隙間を有して対向するように配置された第２静止コイル部を有する第２ステータ、を含む第２電動モータと、を備える、
電動ターボ機械。
【請求項2】
前記インペラは、
前記回転シャフトに取り付けられる第１ハブ部であって、前記回転シャフトの軸線方向における前記一方側から前記他方側に向かうにつれて前記回転シャフトの軸線からの距離が大きくなる外周面を有する第１ハブ部と、
前記第１ハブ部の前記外周面に取り付けられた少なくとも１つのコンプレッサ翼と、
前記回転シャフトに取り付けられる第２ハブ部であって、前記軸線方向における前記他方側から前記一方側に向かうにつれて前記回転シャフトの前記軸線からの距離が大きくなる外周面を有するとともに、前記第１ハブ部に対して背面同士が対向するように配置された第２ハブ部と、
前記第２ハブ部の前記外周面に取り付けられた少なくとも１つのタービン翼と、を含む、
請求項１に記載の電動ターボ機械。
前記回転シャフトに取り付けられる第１ハブ部であって、前記回転シャフトの軸線方向における前記一方側から前記他方側に向かうにつれて前記回転シャフトの軸線からの距離が大きくなる外周面を有する第１ハブ部と、
前記第１ハブ部の前記外周面に取り付けられた少なくとも１つのコンプレッサ翼と、
前記回転シャフトに取り付けられる第２ハブ部であって、前記軸線方向における前記他方側から前記一方側に向かうにつれて前記回転シャフトの前記軸線からの距離が大きくなる外周面を有するとともに、前記第１ハブ部に対して背面同士が対向するように配置された第２ハブ部と、
前記第２ハブ部の前記外周面に取り付けられた少なくとも１つのタービン翼と、を含む、
請求項１に記載の電動ターボ機械。
【請求項3】
前記回転シャフトおよび前記インペラを収容するように構成されたケーシングをさらに備え、
前記ケーシングは、
前記少なくとも１つのコンプレッサ翼を通過する気体を前記ケーシングの外部から内部に導入するためのコンプレッサ側導入口であって、前記回転シャフトの前記軸線に対して交差する方向に向かって開口するコンプレッサ側導入口と、
前記少なくとも１つのタービン翼を通過する気体を前記ケーシングの外部から内部に導入するためのタービン側導入口であって、前記軸線に対して交差する方向に向かって開口するタービン側導入口と、を有する、
請求項２に記載の電動ターボ機械。
前記ケーシングは、
前記少なくとも１つのコンプレッサ翼を通過する気体を前記ケーシングの外部から内部に導入するためのコンプレッサ側導入口であって、前記回転シャフトの前記軸線に対して交差する方向に向かって開口するコンプレッサ側導入口と、
前記少なくとも１つのタービン翼を通過する気体を前記ケーシングの外部から内部に導入するためのタービン側導入口であって、前記軸線に対して交差する方向に向かって開口するタービン側導入口と、を有する、
請求項２に記載の電動ターボ機械。
【請求項4】
前記インペラは、
前記回転シャフトに取り付けられるハブ部であって、前記回転シャフトの軸線方向における前記一方側から前記他方側に向かうにつれて前記回転シャフトの軸線からの距離が大きくなる外周面を有するハブ部と、
前記ハブ部の前記外周面に取り付けられた少なくとも１つのタービン翼と、
前記少なくとも１つのタービン翼の先端に取り付けられた環状のディスク部であって、前記軸線方向における前記一方側から前記他方側に向かうにつれて前記軸線からの距離が大きくなる外周面を有する環状のディスク部と、
前記環状のディスク部の外周面に取り付けられた少なくとも１つのコンプレッサ翼と、を含む、
請求項１に記載の電動ターボ機械。
前記回転シャフトに取り付けられるハブ部であって、前記回転シャフトの軸線方向における前記一方側から前記他方側に向かうにつれて前記回転シャフトの軸線からの距離が大きくなる外周面を有するハブ部と、
前記ハブ部の前記外周面に取り付けられた少なくとも１つのタービン翼と、
前記少なくとも１つのタービン翼の先端に取り付けられた環状のディスク部であって、前記軸線方向における前記一方側から前記他方側に向かうにつれて前記軸線からの距離が大きくなる外周面を有する環状のディスク部と、
前記環状のディスク部の外周面に取り付けられた少なくとも１つのコンプレッサ翼と、を含む、
請求項１に記載の電動ターボ機械。
【請求項5】
前記回転シャフトおよび前記インペラを収容するように構成されたケーシングをさらに備え、
前記ケーシングは、
前記回転シャフトの前記軸線方向における前記一方側から前記他方側に前記少なくとも１つのコンプレッサ翼に導入される気体を導くためのコンプレッサ側供給流路と、
前記回転シャフトの前記軸線方向における前記他方側から前記一方側に前記少なくとも１つのタービン翼を通過した気体を排出するためのタービン側排出流路と、が内部に形成された、
請求項４に記載の電動ターボ機械。
前記ケーシングは、
前記回転シャフトの前記軸線方向における前記一方側から前記他方側に前記少なくとも１つのコンプレッサ翼に導入される気体を導くためのコンプレッサ側供給流路と、
前記回転シャフトの前記軸線方向における前記他方側から前記一方側に前記少なくとも１つのタービン翼を通過した気体を排出するためのタービン側排出流路と、が内部に形成された、
請求項４に記載の電動ターボ機械。
【請求項6】
前記タービン側排出流路に設けられて、前記回転シャフトの前記インペラと前記第１支持部との間を回転可能に支持するように構成された一方側軸受と、
前記ケーシングの前記タービン側排出流路を形成する内壁面から前記回転シャフトの径方向における内側に向かって突出して前記一方側軸受を支持するように構成された複数の一方側軸受支持部であって、前記回転シャフトの周方向に互いに間隔をあけて配置される複数の一方側軸受支持部と、をさらに備える、
請求項５に記載の電動ターボ機械。
前記ケーシングの前記タービン側排出流路を形成する内壁面から前記回転シャフトの径方向における内側に向かって突出して前記一方側軸受を支持するように構成された複数の一方側軸受支持部であって、前記回転シャフトの周方向に互いに間隔をあけて配置される複数の一方側軸受支持部と、をさらに備える、
請求項５に記載の電動ターボ機械。
【請求項7】
前記ハブ部の前記軸線方向における前記他方側の端部に、前記第２電動モータの少なくとも一部を収容するハブ部側凹部が形成された
請求項４乃至６の何れか１項に記載の電動ターボ機械。
請求項４乃至６の何れか１項に記載の電動ターボ機械。
【請求項8】
前記第２ステータの前記軸線方向における一端部に、前記回転シャフトの前記他方側を収容するステータ側凹部が形成され、
前記電動ターボ機械は、前記ステータ側凹部に収容された前記回転シャフトを回転可能に支持するように構成された他方側軸受をさらに備える、
請求項７に記載の電動ターボ機械。
前記電動ターボ機械は、前記ステータ側凹部に収容された前記回転シャフトを回転可能に支持するように構成された他方側軸受をさらに備える、
請求項７に記載の電動ターボ機械。
【請求項9】
請求項１乃至６の何れか１項に記載の電動ターボ機械と、
燃料電池と、を備え、
前記インペラは、前記燃料電池に供給される酸化ガスを圧縮するように構成された少なくとも１つのコンプレッサ翼を含む、
燃料電池システム。
燃料電池と、を備え、
前記インペラは、前記燃料電池に供給される酸化ガスを圧縮するように構成された少なくとも１つのコンプレッサ翼を含む、
燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、電動モータと該電動モータにより駆動するターボ機械とを備える電動ターボ機械、および、該電動ターボ機械を備える燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【0002】
燃料電池は、燃料電池に供給された燃料ガス（水素）と酸化ガス（酸素）との化学反応により発電する。燃料電池に供給される酸化ガスの過給に電動ターボ機械が用いられることがある。電動ターボ機械は、電動モータと、電動モータにより駆動する圧縮機などのターボ機械と、を備える。例えば、特許文献１には、電気モータにより駆動される圧縮機によって、燃料電池に供給される酸化ガスを過給することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２００５－１３５９１０号公報
【特許文献2】特開２０２０－０９４５８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
燃料電池向けに使われる電動ターボ機械は、小流量高圧力比の過給が求められる。この要求に応えるには、燃料電池に供給される酸化ガスの過給を行う圧縮機（ターボ機械）の高周速化が必要となる。しかしながら、上記圧縮機の羽根車の直径を大きくすることにより圧縮機の高周速化を図ると、羽根車の翼高さが小さくなり圧縮機の性能低下を招く虞がある。このため、圧縮機の高周速化を図るためには、電動モータの高速回転化が必要となるが、電動モータの高速回転化を図ると、電動モータの性能低下を招く虞がある。つまり、電動ターボ機械には、圧縮機と電動モータの性能向上を同時に実現できないという問題がある。
【0005】
電動ターボ機械の高性能化を目的として幾つかの方策が提案されている。特許文献２には、電動モータにより駆動する駆動シャフトの両端の夫々に圧縮機を設け、これらの圧縮機により燃料電池に供給される酸化ガスを段階的に過給することが開示されている。特許文献２に記載の発明によれば、圧縮機を２段にすることで１段当たりの圧力比を下げることができるが、電動モータの性能を向上させるものではない。
【0006】
電動モータには、回転磁石をロータ（回転子）にして内周側に収容し、静止コイル（巻線）をステータ（固定子）にして上記ロータの外周側に配置するインナーロータ型の電動モータと、静止コイルをステータにして内周側に収容し、回転磁石をロータにして上記ステータの外周側に配置するアウターロータ型の電動モータとがある。アウターロータ型の電動モータは、回転磁石と静止コイルとの間に保持材を設けなくてもよく、回転磁石の外周側の支持を厚くすることがインナーロータ型に比べて容易であるため、インナーロータ型の電動モータを採用した場合に比べて、電動モータの高周速化が可能である。しかしながら、アウターロータ型の電動モータは、静止コイルの保持構造や冷却構造を電動モータの内周側に設ける必要があり、特許文献２に記載の発明のような駆動シャフトの両端の夫々にターボ機械を設ける構造にすることは、電動モータにおける各機器の複雑化や信頼性の低下を招く虞があるので現実的には難しい。電動モータの片側のスペースを上記保持構造などに費やす必要があるため、電動モータの性能が向上できても、ターボ機械の性能を向上させることができない。
【0007】
上述した事情に鑑みて、本開示の少なくとも一実施形態の目的は、電動モータとターボ機械の性能向上を同時に実現できる電動ターボ機械、および該電動ターボ機械を備える燃料電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本開示の一実施形態にかかる電動ターボ機械は、
回転シャフトと、
前記回転シャフトに取り付けられるインペラと、
前記回転シャフトの前記インペラよりも一方側に設けられる第１電動モータであって、
前記回転シャフトの前記インペラよりも前記一方側に片持ち支持される第１支持部、
前記第１支持部に外周側から支持される第１永久磁石、および、
前記第１永久磁石の内周側に隙間を有して対向するように配置された第１静止コイル部を有する第１ステータ、を含む第１電動モータと、
前記回転シャフトの前記インペラよりも他方側に設けられる第２電動モータであって、
前記回転シャフトの前記インペラよりも前記他方側に片持ち支持される第２支持部、
前記第２支持部に外周側から支持される第２永久磁石、および、
前記第２永久磁石の内周側に隙間を有して対向するように配置された第２静止コイル部を有する第２ステータ、を含む第２電動モータと、を備える。
回転シャフトと、
前記回転シャフトに取り付けられるインペラと、
前記回転シャフトの前記インペラよりも一方側に設けられる第１電動モータであって、
前記回転シャフトの前記インペラよりも前記一方側に片持ち支持される第１支持部、
前記第１支持部に外周側から支持される第１永久磁石、および、
前記第１永久磁石の内周側に隙間を有して対向するように配置された第１静止コイル部を有する第１ステータ、を含む第１電動モータと、
前記回転シャフトの前記インペラよりも他方側に設けられる第２電動モータであって、
前記回転シャフトの前記インペラよりも前記他方側に片持ち支持される第２支持部、
前記第２支持部に外周側から支持される第２永久磁石、および、
前記第２永久磁石の内周側に隙間を有して対向するように配置された第２静止コイル部を有する第２ステータ、を含む第２電動モータと、を備える。
【0009】
本開示の一実施形態にかかる燃料電池システムは、
前記電動ターボ機械と、
燃料電池と、を備え、
前記インペラは、前記燃料電池に供給される酸化ガスを圧縮するように構成された少なくとも１つのコンプレッサ翼を含む。
前記電動ターボ機械と、
燃料電池と、を備え、
前記インペラは、前記燃料電池に供給される酸化ガスを圧縮するように構成された少なくとも１つのコンプレッサ翼を含む。
【発明の効果】
【0010】
本開示の少なくとも一実施形態によれば、電動モータとターボ機械の性能向上を同時に実現できる電動ターボ機械、および該電動ターボ機械を備える燃料電池システムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本開示の一実施形態にかかる電動ターボ機械を備える燃料電池システムの構成を概略的に示す概略構成図である。
【図2】本開示の一実施形態にかかる電動ターボ機械の軸線方向に沿った断面を概略的に示す概略断面図である。
【図3】本開示の一実施形態にかかる電動ターボ機械の軸線方向に沿った断面を概略的に示す概略断面図である。
【図4】本開示の一実施形態にかかる電動ターボ機械の軸線方向に沿った断面を概略的に示す概略断面図である。
【図8】本開示の一実施形態にかかる電動ターボ機械におけるインペラ近傍の軸線方向に沿った断面を概略的に示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、添付図面を参照して本開示の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本開示の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
なお、同様の構成については同じ符号を付し説明を省略することがある。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
なお、同様の構成については同じ符号を付し説明を省略することがある。
【0013】
（燃料電池システム、燃料電池）
図１は、本開示の一実施形態にかかる電動ターボ機械を備える燃料電池システムの構成を概略的に示す概略構成図である。幾つかの実施形態にかかる電動ターボ機械１０は、図１に示されるように、燃料電池（ＦＣ：Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）２０向けに使われるものであり、燃料電池システム１に搭載される。燃料電池システム１は、電動ターボ機械１０と、燃料電池２０と、を少なくとも備える。
図１は、本開示の一実施形態にかかる電動ターボ機械を備える燃料電池システムの構成を概略的に示す概略構成図である。幾つかの実施形態にかかる電動ターボ機械１０は、図１に示されるように、燃料電池（ＦＣ：Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）２０向けに使われるものであり、燃料電池システム１に搭載される。燃料電池システム１は、電動ターボ機械１０と、燃料電池２０と、を少なくとも備える。
【0014】
燃料電池２０は、正極活物質となる酸化ガスと、負極活物質となる燃料ガスと、が常温または高温環境で供給（補充）されるようになっている。燃料電池２０は、燃料電池２０に供給された燃料ガスと酸化ガスとの電気化学反応により発電可能に構成されている。図示される実施形態では、燃料電池２０に供給される酸化ガスは、空気中の酸素からなり、燃料電池２０に供給される燃料ガスは、水素ガスからなる。
【0015】
燃料電池２０は、図１に示されるように、電子受容側電極（カソード）である空気極２１と、電子放出側電極（アノード）である燃料極２２と、空気極２１と燃料極２２とを隔てるように空気極２１と燃料極２２との間に挟まれた電解質膜２３と、を含む少なくとも１つの発電セル２０Ａを有する。なお、燃料電池２０は、複数の発電セル２０Ａと、複数の発電セル２０Ａの夫々の間に挟まれたセパレータと、が積層された構成にしてもよい。図示される実施形態では、電解質膜２３は、固体高分子電解質膜からなる。
【0016】
図示される実施形態では、燃料電池システム１は、燃料電池２０に酸化ガスを供給するための酸化ガス供給ライン２と、燃料電池２０に燃料ガスを供給するための燃料ガス供給ライン３と、燃料電池２０から排出される排ガスを導くための排ガス排出ライン４と、をさらに備える。燃料電池２０は、酸化ガス供給ライン２を通じて、複数の発電セル２０Ａの夫々の空気極２１側の触媒層に酸素を含む空気が供給されるようになっている。また、燃料電池２０は、燃料ガス供給ライン３を通じて、複数の発電セル２０Ａの夫々の燃料極２２側の触媒層に水素ガスが供給されるようになっている。
【0017】
燃料電池２０は、空気極２１に酸素を含む空気が供給され、且つ燃料極２２に水素ガスが供給されることで、下記に示すような化学反応が生じるため、電極間（空気極２１と燃料極２２との間）に発生する起電力として電気エネルギーを取り出すことが可能となる。
空気極２１（カソード）：１／２Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ－→Ｈ２Ｏ
燃料極２２（アノード）：Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ－
空気極２１（カソード）：１／２Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ－→Ｈ２Ｏ
燃料極２２（アノード）：Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ－
【0018】
（電動ターボ機械）
図２は、本開示の一実施形態にかかる電動ターボ機械の軸線方向に沿った断面を概略的に示す概略断面図である。電動ターボ機械１０は、図２に示されるように、回転シャフト１１と、回転シャフト１１に取り付けられるインペラ３０（ターボ機械）と、回転シャフト１１のインペラ３０よりも一方側（図中左側）に設けられる第１電動モータ４０と、回転シャフト１１のインペラ３０よりも他方側（図中右側）に設けられる第２電動モータ５０と、を備える。
図２は、本開示の一実施形態にかかる電動ターボ機械の軸線方向に沿った断面を概略的に示す概略断面図である。電動ターボ機械１０は、図２に示されるように、回転シャフト１１と、回転シャフト１１に取り付けられるインペラ３０（ターボ機械）と、回転シャフト１１のインペラ３０よりも一方側（図中左側）に設けられる第１電動モータ４０と、回転シャフト１１のインペラ３０よりも他方側（図中右側）に設けられる第２電動モータ５０と、を備える。
【0019】
図示される実施形態では、電動ターボ機械１０は、図２に示されるように、回転シャフト１１およびインペラ３０を収容するように構成されたケーシング６０と、回転シャフト１１の上記一方側を回転可能に支持するように構成された一方側軸受１２と、回転シャフト１１の上記他方側を回転可能に支持するように構成された他方側軸受１３と、をさらに備える。
【0020】
電動ターボ機械１０は、複数の電動モータ４０、５０が発生させる動力（回転力）により、インペラ３０を駆動（回転）させるように構成されている。図２に示される実施形態では、インペラ３０は、燃料電池２０に供給される酸化ガスを圧縮するように構成された少なくとも１つのコンプレッサ翼３２を含む。少なくとも１つのコンプレッサ翼３２は、上述した酸化ガス供給ライン２（図１参照）に設けられる。複数の電動モータ４０、５０に電力を供給し、複数の電動モータ４０、５０を駆動させることで、インペラ３０が回転し、インペラ３０の上記少なくとも１つのコンプレッサ翼３２を通過して燃料電池２０に供給される酸化ガスが圧縮される。
【0021】
図２に示される実施形態では、インペラ３０は、少なくとも１つのコンプレッサ翼３２の他に、少なくとも１つのタービン翼３４をさらに含む。少なくとも１つのタービン翼３４は、燃料電池２０から排出された排ガスのエネルギーにより、駆動（回転）するように構成されている。少なくとも１つのタービン翼３４は、上述した排ガス排出ライン４（図１参照）に設けられる。なお、後述するように、インペラ３０は、少なくとも１つのコンプレッサ翼３２と、少なくとも１つのコンプレッサ翼３２とは異なる少なくとも１つの第２のコンプレッサ翼３４Ａと、含んでいてもよい。
【0022】
回転シャフト１１は、回転シャフト１１の軸線方向Ｘ、すなわち、回転シャフト１１の軸線ＬＡが延在する方向（図２中左右方向）に沿って長手方向を有する。以下、回転シャフト１１の軸線方向Ｘのうち、第２電動モータ５０に対して第１電動モータ４０が位置する側を一方側Ｘ１と定義し、軸線方向Ｘのうち一方側Ｘ１とは反対側を他方側Ｘ２と定義する。また、回転シャフト１１の軸線ＬＡに直交する方向を径方向Ｙとする。本開示において、径方向Ｙにおける外側を単に外周側と云うことがあり、径方向Ｙにおける内側を単に内周側と云うことがある。なお、本開示における「或る方向に沿って」とは、或る方向だけでなく、或る方向に対して±１５°以内の範囲において傾斜する方向をも含むものである。
【0023】
（第１電動モータ）
第１電動モータ４０は、アウターロータ型の電動モータである。第１電動モータ４０は、図２に示されるように、第１支持部４１と、第１永久磁石４２と、第１ステータ４３と、を含む。第１支持部４１は、回転シャフト１１のインペラ３０よりも一方側Ｘ１に片持ち支持される。第１永久磁石４２は、第１支持部４１に外周側（径方向Ｙにおける外側）から支持される。第１ステータ４３は、第１永久磁石４２の内周側（径方向Ｙにおける内側）に隙間を有して対向するように配置された第１静止コイル部４４を有する。
第１電動モータ４０は、アウターロータ型の電動モータである。第１電動モータ４０は、図２に示されるように、第１支持部４１と、第１永久磁石４２と、第１ステータ４３と、を含む。第１支持部４１は、回転シャフト１１のインペラ３０よりも一方側Ｘ１に片持ち支持される。第１永久磁石４２は、第１支持部４１に外周側（径方向Ｙにおける外側）から支持される。第１ステータ４３は、第１永久磁石４２の内周側（径方向Ｙにおける内側）に隙間を有して対向するように配置された第１静止コイル部４４を有する。
【0024】
図示される実施形態では、第１支持部４１は、回転シャフト１１の一方側Ｘ１に内側端部が嵌合などにより機械的に接続されるとともに径方向Ｙに沿って延在する径方向延在部４５と、径方向延在部４５の外側端部から軸線方向Ｘに沿って一方側Ｘ１に向かって延在する軸線方向延在部４６と、を含む。第１ステータ４３は、回転シャフト１１の一方端１１１よりも軸線方向Ｘにおける一方側Ｘ１に配置されている。この第１ステータ４３は、回転シャフト１１の回転に対して不動に設けられている。第１静止コイル部４４は、第１ステータ４３の外周側（径方向Ｙにおける外側）に設けられている。
【0025】
図示される実施形態では、電動ターボ機械１０は、第１ステータ支持部１４をさらに備える。第１ステータ支持部１４は、ケーシング６０に径方向Ｙにおける外側の端部が機械的に接続され、径方向Ｙに沿って延在している。第１ステータ支持部１４は、第１ステータ４３を軸線方向における一方側Ｘ１から支持するように構成されている。
【0026】
第１永久磁石４２は、第１静止コイル部４４に対して径方向Ｙにおける外側に、第１静止コイル部４４に対して隙間を有して対向するように配置されている。第１永久磁石４２は、第１永久磁石４２に対して径方向Ｙにおける外側に配置された軸線方向延在部４６に外周側から支持されている。軸線方向延在部４６は、回転シャフト１１の一方端１１１よりも軸線方向Ｘにおける一方側Ｘ１において、その内周側（径方向Ｙにおける内側）に第１永久磁石４２を収容するようになっている。
【0027】
第１永久磁石４２は、軸線方向Ｘに沿って延在する棒状に形成されたものが、回転シャフト１１の周方向に互いに間隔をおいて複数配置されていてもよい。第１支持部４１の軸線方向延在部４６は、回転シャフト１１の周方向に互いに間隔をおいて配置された複数の第１永久磁石４２の夫々を個別に支持する複数の支持部により構成されていてもよい。なお、第１永久磁石４２や第１支持部４１の形状や配置構成は、この例に限定されない。例えば、第１支持部４１の軸線方向延在部４６は、回転シャフト１１の周方向に互いに間隔をおいて配置された複数の第１永久磁石４２をまとめて支持するように、回転シャフト１１の周方向に沿って延在する環状に形成されていてもよい。
【0028】
（第２電動モータ）
第２電動モータ５０は、アウターロータ型の電動モータである。第２電動モータ５０は、図２に示されるように、第２支持部５１と、第２永久磁石５２と、第２ステータ５３と、を含む。第２支持部５１は、回転シャフト１１のインペラ３０よりも他方側Ｘ２に片持ち支持される。第２永久磁石５２は、第２支持部５１に外周側（径方向Ｙにおける外側）から支持される。第２ステータ５３は、第２永久磁石５２の内周側（径方向Ｙにおける内側）に隙間を有して対向するように配置された第２静止コイル部５４を有する。
第２電動モータ５０は、アウターロータ型の電動モータである。第２電動モータ５０は、図２に示されるように、第２支持部５１と、第２永久磁石５２と、第２ステータ５３と、を含む。第２支持部５１は、回転シャフト１１のインペラ３０よりも他方側Ｘ２に片持ち支持される。第２永久磁石５２は、第２支持部５１に外周側（径方向Ｙにおける外側）から支持される。第２ステータ５３は、第２永久磁石５２の内周側（径方向Ｙにおける内側）に隙間を有して対向するように配置された第２静止コイル部５４を有する。
【0029】
図示される実施形態では、第２支持部５１は、回転シャフト１１の他方側Ｘ２に内側端部が嵌合などにより機械的に接続されるとともに径方向Ｙに沿って延在する径方向延在部５５と、径方向延在部５５の外側端部から軸線方向Ｘに沿って他方側Ｘ２に向かって延在する軸線方向延在部５６と、を含む。第２ステータ５３は、回転シャフト１１の他方端１１２よりも軸線方向Ｘにおける他方側Ｘ２に配置されている。この第２ステータ５３は、回転シャフト１１の回転に対して不動に設けられている。第２静止コイル部５４は、第２ステータ５３の外周側（径方向Ｙにおける外側）に設けられている。
【0030】
図示される実施形態では、電動ターボ機械１０は、第２ステータ支持部１５をさらに備える。第２ステータ支持部１５は、ケーシング６０に径方向Ｙにおける外側の端部が機械的に接続され、径方向Ｙに沿って延在している。第２ステータ支持部１５は、第２ステータ５３を軸線方向における他方側Ｘ２から支持するように構成されている。
【0031】
第２永久磁石５２は、第２静止コイル部５４に対して径方向Ｙにおける外側に、第２静止コイル部５４に対して隙間を有して対向するように配置されている。第２永久磁石５２は、第２永久磁石５２に対して径方向Ｙにおける外側に配置された軸線方向延在部５６に外周側から支持されている。軸線方向延在部５６は、回転シャフト１１の他方端１１２よりも軸線方向Ｘにおける他方側Ｘ２において、その内周側（径方向Ｙにおける内側）に第２永久磁石５２を収容するようになっている。
【0032】
第２永久磁石５２は、軸線方向Ｘに沿って延在する棒状に形成されたものが、回転シャフト１１の周方向に互いに間隔をおいて複数配置されていてもよい。第２支持部５１の軸線方向延在部５６は、回転シャフト１１の周方向に互いに間隔をおいて配置された複数の第２永久磁石５２の夫々を個別に支持する複数の支持部により構成されていてもよい。なお、第２永久磁石５２や第２支持部５１の形状や配置構成は、この例に限定されない。例えば、第２支持部５１の軸線方向延在部５６は、回転シャフト１１の周方向に互いに間隔をおいて配置された複数の第２永久磁石５２をまとめて支持するように、回転シャフト１１の周方向に沿って延在する環状に形成されていてもよい。
【0033】
第１静止コイル部４４および第２静止コイル部５４は、不図示の電力源から供給された電力により、第１電動モータ４０の回転子（第１支持部４１、第１永久磁石４２）や第２電動モータ５０の回転子（第２支持部５１、第２永久磁石５２）を回転させる磁界を発生させる。第１静止コイル部４４や第２静止コイル部５４が発生させた磁界により、回転シャフト１１およびインペラ３０が回転する。
【0034】
幾つかの実施形態にかかる電動ターボ機械１０は、図２に示されるように、上述した回転シャフト１１と、上述したインペラ３０と、上述した第１支持部４１、第１永久磁石４２および第１ステータ４３を含む第１電動モータ４０と、上述した第２支持部５１、第２永久磁石５２および第２ステータ５３を含む第２電動モータ５０と、を少なくとも備える。
【0035】
上記の構成によれば、電動ターボ機械１０は、第１電動モータ４０および第２電動モータ５０の夫々をアウターロータ型にすることで、各電動モータ４０、５０における永久磁石４２、５２と静止コイル部４４、５４との間に保持材を設けなくてもよく、各永久磁石４２、５２に対する外周側からの支持を厚くできるため、インナーロータ型の電動モータを採用した場合に比べて、複数の翼を含むインペラ３０の高周速化が可能である。これにより、電動ターボ機械１０における全体としての電動モータの性能向上が図れる。
【0036】
電動ターボ機械１０は、２つの電動モータ４０、５０を備えるので、仮に１つの電動モータを備える場合に比べて、各電動モータ４０、５０の軸長を短くできる。また、各電動モータ４０、５０をアウターロータ式にすることで、インナーロータ式の電動モータに比べて、各電動モータ４０、５０の軸長を短くできる。各電動モータ４０、５０の軸長を短くすることで、各電動モータ４０、５０の小型軽量化が可能である。また、各電動モータ４０、５０の軸長を短くすることで、各電動モータ４０、５０の回転子（永久磁石および支持部）を回転シャフト１１に片持ち支持させることができるため、回転シャフト１１の両端の夫々に電動モータ４０、５０を配置できる。上記の構成によれば、電動モータ４０、５０間に複数の翼を含むインペラ３０を設けることができるため、電動ターボ機械１０における全体としてのターボ機械の性能向上が図れる。
【0037】
（第１の実施形態）
幾つかの実施形態では、図２に示されるように、上述したインペラ３０（３０Ａ）は、第１ハブ部３１および少なくとも１つのコンプレッサ翼３２を含む遠心式のコンプレッサインペラ３０Ｂと、第２ハブ部３３および少なくとも１つのタービン翼３４を含む遠心式のタービンインペラ３０Ｃと、を含む。
幾つかの実施形態では、図２に示されるように、上述したインペラ３０（３０Ａ）は、第１ハブ部３１および少なくとも１つのコンプレッサ翼３２を含む遠心式のコンプレッサインペラ３０Ｂと、第２ハブ部３３および少なくとも１つのタービン翼３４を含む遠心式のタービンインペラ３０Ｃと、を含む。
【0038】
具体的には、インペラ３０Ａは、回転シャフト１１に取り付けられる第１ハブ部３１と、第１ハブ部３１の外周面３１１に取り付けられた少なくとも１つのコンプレッサ翼３２と、回転シャフト１１に取り付けられる第２ハブ部３３と、第２ハブ部３３の外周面３３１に取り付けられた少なくとも１つのタービン翼３４と、を含む。第２ハブ部３３は、第１ハブ部３１に対して背面３１２、３３２同士が対向するように配置されている。
【0039】
第１ハブ部３１は、軸線方向における一方側Ｘ１から他方側Ｘ２に向かうにつれて回転シャフト１１の軸線ＬＡからの距離が大きくなる外周面３１１を有する。第２ハブ部３３は、軸線方向における他方側Ｘ２から一方側Ｘ１に向かうにつれて回転シャフト１１の軸線ＬＡからの距離が大きくなる外周面３３１を有する。図示される実施形態では、外周面３１１および外周面３３１の夫々は、径方向Ｙにおける内側に向かって凹む凹湾曲形状を有する。
【0040】
第１ハブ部３１および第２ハブ部３３の夫々は、回転シャフト１１を軸線方向Ｘに沿って挿通させる貫通孔を形成する内周面３１３、３３３を有する。第１ハブ部３１および第２ハブ部３３の夫々は、回転シャフト１１に機械的に固定されているため、第１ハブ部３１、少なくとも１つのコンプレッサ翼３２、第２ハブ部３３および少なくとも１つのタービン翼３４は、回転シャフト１１と一体的に回転可能である。
【0041】
図示される実施形態では、少なくとも１つのコンプレッサ翼３２は、回転シャフト１１の周方向に沿って互いに間隔をあけて配置された複数のコンプレッサ翼３２を含む。複数のコンプレッサ翼３２の夫々の先端３２１（チップ端）は、ケーシング６０の凸状に湾曲するシュラウド面６０１との間に隙間（クリアランス）が形成されている。コンプレッサインペラ３０Ｂは、オープンインペラからなる。すなわち、複数のコンプレッサ翼３２の夫々の先端３２１には、環状のディスク部が取り付けられていない。
【0042】
図示される実施形態では、少なくとも１つのタービン翼３４は、回転シャフト１１の周方向に沿って互いに間隔をあけて配置された複数のタービン翼３４を含む。複数のタービン翼３４の夫々の先端３４１（チップ端）は、ケーシング６０の凸状に湾曲するシュラウド面６０２との間に隙間（クリアランス）が形成されている。タービンインペラ３０Ｃは、オープンインペラからなる。すなわち、複数のタービン翼３４の夫々の先端３４１には、環状のディスク部が取り付けられていない。
【0043】
コンプレッサインペラ３０Ｂは、酸化ガス供給ライン２に設けられて、軸線方向における一方側Ｘ１から導入される気体（酸化ガス）を径方向Ｙにおける外側に導くように構成されている。タービンインペラ３０Ｃは、排ガス排出ライン４に設けられて、径方向Ｙにおける外側から導入される気体（排ガス）を軸線方向における他方側Ｘ２に導くように構成されている。
【0044】
上記の構成によれば、少なくとも１つのタービン翼３４により、排ガスのエネルギーを回転エネルギーに変換することで、少なくとも１つのコンプレッサ翼３２を回転させることができる。これにより、電動ターボ機械１０における全体としてのターボ機械（インペラ３０）の性能向上が図れる。また、上記の構成によれば、第１ハブ部３１と第２ハブ部３３とを背面３１２、３３２同士が対向するように配置することで、電動ターボ機械１０におけるターボ機械（インペラ３０）の軸長を短くできるため、電動ターボ機械１０の小型化や軽量化が図れる。
【0045】
幾つかの実施形態では、図２に示されるように、上述した電動ターボ機械１０は、回転シャフト１１およびインペラ３０（３０Ａ）を収容するように構成されたケーシング６０（６０Ａ）を備える。ケーシング６０（６０Ａ）は、少なくとも１つのコンプレッサ翼３２を通過する気体をケーシング６０の外部から内部に導入するためのコンプレッサ側導入口６１１と、少なくとも１つのタービン翼３４を通過する気体をケーシング６０の外部から内部に導入するためのタービン側導入口６２１と、を有する。コンプレッサ側導入口６１１およびタービン側導入口６２１の夫々は、回転シャフト１１の軸線ＬＡに対して交差する方向に向かって開口している。
【0046】
図示される実施形態では、上述したケーシング６０（６０Ａ）は、ケーシング６０の内部に導入された気体を少なくとも１つのコンプレッサ翼３２に供給するためのコンプレッサ側供給流路６１を形成するコンプレッサ側供給流路壁面６１２と、ケーシング６０の内部に導入された気体を少なくとも１つのタービン翼３４に供給するためのタービン側供給流路６２を形成するタービン側供給流路壁面６２２と、を有する。
【0047】
コンプレッサ側導入口６１１は、コンプレッサ側供給流路壁面６１２の上流端に形成された開口面である。コンプレッサ側導入口６１１は、少なくとも１つのコンプレッサ翼３２よりも軸線方向における一方側Ｘ１に形成されている。タービン側導入口６２１は、タービン側供給流路壁面６２２の上流端に形成された開口面である。タービン側導入口６２１は、少なくとも１つのタービン翼３４よりも軸線方向における他方側Ｘ２に形成されている。コンプレッサ側導入口６１１の垂直中心軸線６１３およびタービン側導入口６２１の垂直中心軸線６２３の夫々は、図２に示されるような電動ターボ機械１０の軸線方向に沿った断面において、軸線ＬＡに直交する方向に沿って延在している。
【0048】
上記の構成によれば、コンプレッサ側導入口６１１およびタービン側導入口６２１の夫々を回転シャフト１１の軸線ＬＡに対して交差する方向に向かって開口させることで、ターボ機械（インペラ３０）を流れる気体の流路の軸線方向における長さを短くできるため、電動ターボ機械１０の小型化や軽量化が図れる。
【0049】
幾つかの実施形態では、図２に示されるように、上述したケーシング６０（６０Ａ）は、少なくとも１つのコンプレッサ翼３２を通過した気体をケーシング６０の外部に排出するためのコンプレッサ側排出口６３１と、少なくとも１つのタービン翼３４を通過した気体をケーシング６０の外部に排出するためのタービン側排出口６４１と、を有する。コンプレッサ側排出口６３１およびタービン側排出口６４１の夫々は、回転シャフト１１の軸線ＬＡに対して交差する方向に向かって開口している。
【0050】
図示される実施形態では、上述したケーシング６０（６０Ａ）は、少なくとも１つのコンプレッサ翼３２を通過した気体をケーシング６０の外部に排出するためのコンプレッサ側排出流路６３を形成するコンプレッサ側排出流路壁面６３２と、少なくとも１つのタービン翼３４を通過した気体をケーシング６０の外部に排出するためのタービン側排出流路６４を形成するタービン側排出流路壁面６４２と、を有する。
【0051】
コンプレッサ側排出口６３１は、コンプレッサ側排出流路壁面６３２の下流端に形成された開口面である。タービン側排出口６４１は、タービン側排出流路壁面６４２の下流端に形成された開口面である。コンプレッサ側排出口６３１の垂直中心軸線６３３およびタービン側排出口６４１の垂直中心軸線６４３の夫々は、図２に示されるような電動ターボ機械１０の軸線方向に沿った断面において、軸線ＬＡに直交する方向に沿って延在している。
【0052】
上記の構成によれば、コンプレッサ側排出口６３１およびタービン側排出口６４１の夫々を回転シャフト１１の軸線ＬＡに対して交差する方向に向かって開口させることで、ターボ機械（インペラ３０）を流れる気体の流路の軸線方向における長さを短くできるため、電動ターボ機械１０の小型化や軽量化が図れる。
【0053】
（第２の実施形態）
図３は、本開示の一実施形態にかかる電動ターボ機械の軸線方向に沿った断面を概略的に示す概略断面図である。幾つかの実施形態では、図３に示されるように、上述したインペラ３０（３０Ｄ）は、第１ハブ部３１および少なくとも１つのコンプレッサ翼３２を含む遠心式の第１のコンプレッサインペラ３０Ｂと、第２ハブ部３３および少なくとも１つのコンプレッサ翼３４Ａを含む遠心式の第２のコンプレッサインペラ３０Ｅと、を含む。
図３は、本開示の一実施形態にかかる電動ターボ機械の軸線方向に沿った断面を概略的に示す概略断面図である。幾つかの実施形態では、図３に示されるように、上述したインペラ３０（３０Ｄ）は、第１ハブ部３１および少なくとも１つのコンプレッサ翼３２を含む遠心式の第１のコンプレッサインペラ３０Ｂと、第２ハブ部３３および少なくとも１つのコンプレッサ翼３４Ａを含む遠心式の第２のコンプレッサインペラ３０Ｅと、を含む。
【0054】
具体的には、インペラ３０Ｄは、上述した第１ハブ部３１と、上述した少なくとも１つのコンプレッサ翼３２と、回転シャフト１１に取り付けられる第２ハブ部３３と、第２ハブ部３３の外周面３３１に取り付けられた少なくとも１つのコンプレッサ翼３４Ａと、を含む。第２ハブ部３３は、第１ハブ部３１に対して背面３１２、３３２同士が対向するように配置されている。
【0055】
第２ハブ部３３は、回転シャフト１１に機械的に固定されているため、第２ハブ部３３および少なくとも１つのコンプレッサ翼３４Ａは、回転シャフト１１と一体的に回転可能である。図示される実施形態では、少なくとも１つのコンプレッサ翼３４Ａは、回転シャフト１１の周方向に沿って互いに間隔をあけて配置された複数のコンプレッサ翼３４Ａを含む。複数のコンプレッサ翼３４Ａの夫々の先端３４１（チップ端）は、ケーシング６０の凸状に湾曲するシュラウド面６０２との間に隙間（クリアランス）が形成されている。コンプレッサインペラ３０Ｅは、オープンインペラからなる。すなわち、複数のコンプレッサ翼３４Ａの夫々の先端３４１には、環状のディスク部が取り付けられていない。
【0056】
コンプレッサインペラ３０Ｅは、酸化ガス供給ライン２（図１参照）のコンプレッサインペラ３０Ｂよりも下流側に設けられて、軸線方向における他方側Ｘ２から導入される気体（コンプレッサインペラ３０Ｂにより過給された酸化ガス）を径方向Ｙにおける外側に導くように構成されている。
【0057】
上記の構成によれば、複数の電動モータ４０、５０を駆動させることで、コンプレッサ翼３２やコンプレッサ翼３４Ａを回転させることができ、これらのコンプレッサ翼３２、３４Ａにより、燃料電池２０に供給される酸化ガスを過給できる。これにより、電動ターボ機械１０における全体としてのターボ機械（インペラ３０）の性能向上が図れる。
【0058】
幾つかの実施形態では、図３に示されるように、上述した電動ターボ機械１０は、回転シャフト１１およびインペラ３０（３０Ｄ）を収容するように構成されたケーシング６０（６０Ｂ）を備える。ケーシング６０（６０Ｂ）は、上述したコンプレッサ側導入口６１１と、少なくとも１つのコンプレッサ翼３４Ａを通過した気体をケーシング６０の外部に排出するためのコンプレッサ側排出口６４１Ａと、を有する。コンプレッサ側排出口６４１Ａは、回転シャフト１１の軸線ＬＡに対して交差する方向に向かって開口している。
【0059】
図示される実施形態では、上述したケーシング６０（６０Ｂ）は、上述したコンプレッサ側供給流路壁面６１２と、少なくとも１つのコンプレッサ翼３２を通過した気体を少なくとも１つのコンプレッサ翼３４Ａに供給するためのコンプレッサ側連絡流路６５を形成するコンプレッサ側連絡流路壁面６５１と、少なくとも１つのコンプレッサ翼３４Ａを通過した気体をケーシング６０の外部に排出するためのコンプレッサ側排出流路６４Ａを形成するコンプレッサ側排出流路壁面６４２Ａと、を有する。
【0060】
コンプレッサ側排出口６４１Ａは、コンプレッサ側排出流路壁面６４２Ａの下流端に形成された開口面である。コンプレッサ側排出口６４１Ａの垂直中心軸線６４３Ａは、図３に示されるような電動ターボ機械１０の軸線方向に沿った断面において、軸線ＬＡに直交する方向に沿って延在している。
【0061】
上記の構成によれば、コンプレッサ側導入口６１１およびコンプレッサ側排出口６４１Ａの夫々を回転シャフト１１の軸線ＬＡに対して交差する方向に向かって開口させることで、ターボ機械（インペラ３０）を流れる気体の流路の軸線方向における長さを短くできるため、電動ターボ機械１０の小型化や軽量化が図れる。
【0062】
（第３の実施形態）
図４は、本開示の一実施形態にかかる電動ターボ機械の軸線方向に沿った断面を概略的に示す概略断面図である。図５は、図４に示されるインペラを軸線方向における一方側から視認した状態を示す概略図である。図６は、図４に示されるインペラを径方向における外側から視認した状態を示す概略図である。図６における符号Ｒは、回転シャフト１１の回転方向を示している。
幾つかの実施形態では、図４に示されるように、上述したインペラ３０（３０Ｆ）は、回転シャフト１１に取り付けられるハブ部７１と、ハブ部７１の外周面７１１に取り付けられた少なくとも１つのタービン翼７２と、少なくとも１つのタービン翼７２の先端７２１（チップ端）に取り付けられた環状のディスク部７３と、環状のディスク部７３の外周面７３１に取り付けられた少なくとも１つのコンプレッサ翼７４と、を含む。
図４は、本開示の一実施形態にかかる電動ターボ機械の軸線方向に沿った断面を概略的に示す概略断面図である。図５は、図４に示されるインペラを軸線方向における一方側から視認した状態を示す概略図である。図６は、図４に示されるインペラを径方向における外側から視認した状態を示す概略図である。図６における符号Ｒは、回転シャフト１１の回転方向を示している。
幾つかの実施形態では、図４に示されるように、上述したインペラ３０（３０Ｆ）は、回転シャフト１１に取り付けられるハブ部７１と、ハブ部７１の外周面７１１に取り付けられた少なくとも１つのタービン翼７２と、少なくとも１つのタービン翼７２の先端７２１（チップ端）に取り付けられた環状のディスク部７３と、環状のディスク部７３の外周面７３１に取り付けられた少なくとも１つのコンプレッサ翼７４と、を含む。
【0063】
ハブ部７１は、軸線方向における一方側Ｘ１から他方側Ｘ２に向かうにつれて回転シャフト１１の軸線ＬＡからの距離が大きくなる外周面７１１と、回転シャフト１１を軸線方向Ｘに沿って挿通させる貫通孔を形成する内周面７１２と、を有する。ハブ部７１は、ハブ部７１は、回転シャフト１１に機械的に固定されているため、ハブ部７１、少なくとも１つのタービン翼７２、環状のディスク部７３および少なくとも１つのコンプレッサ翼７４は、回転シャフト１１と一体的に回転可能である。
【0064】
環状のディスク部７３は、軸線方向における一方側Ｘ１から他方側Ｘ２に向かうにつれて回転シャフト１１の軸線ＬＡからの距離が大きくなる外周面７３１を有する。図示される実施形態では、外周面７１１および外周面７３１の夫々は、径方向Ｙにおける内側に向かって凹む凹湾曲形状を有する。
【0065】
図示される実施形態では、図５に示されるように、少なくとも１つのタービン翼７２は、回転シャフト１１の周方向に沿って互いに間隔をあけて配置された複数のタービン翼７２を含む。複数のタービン翼７２の夫々の先端（チップ端）７２１は、環状のディスク部７３の内周面７３２に機械的に接続されている。少なくとも１つのコンプレッサ翼７４は、回転シャフト１１の周方向に沿って互いに間隔をあけて配置された複数のコンプレッサ翼７４を含む。複数のコンプレッサ翼７４の夫々の先端（チップ端）７４１は、ケーシング６０の凸状に湾曲するシュラウド面６０３（図４参照）との間に隙間（クリアランス）が形成されている。複数のコンプレッサ翼７４の夫々の先端（チップ端）７４１には、環状のディスク部が取り付けられていない。
【0066】
少なくとも１つのコンプレッサ翼７４は、上述した酸化ガス供給ライン２に設けられて、軸線方向における一方側Ｘ１から導入される気体（酸化ガス）を径方向Ｙにおける外側に導くように構成されている。少なくとも１つのタービン翼７２は、上述した排ガス排出ライン４に設けられて、径方向Ｙにおける外側から導入される気体（排ガス）を軸線方向における一方側Ｘ１に導くように構成されている。
【0067】
上記の構成によれば、少なくとも１つのタービン翼７２により、排ガスのエネルギーを回転エネルギーに変換することで、少なくとも１つのコンプレッサ翼７４を回転させることができる。これにより、電動ターボ機械１０における全体としてのターボ機械の性能向上が図れる。また、上記の構成によれば、少なくとも１つのタービン翼７２の外周側に少なくとも１つのコンプレッサ翼７４を設けることで、軸線方向において少なくとも１つのタービン翼と少なくとも１つのコンプレッサ翼とを隣接して配置させる場合に比べて、電動ターボ機械１０におけるターボ機械（インペラ３０）の軸長を短くできるため、電動ターボ機械１０の小型化や軽量化が図れる。
【0068】
幾つかの実施形態では、上述した電動ターボ機械１０は、図４、図６に示されるような、少なくとも１つのタービン翼７２よりも排ガス排出ライン４の上流側に設けられる少なくとも１つのタービン側静翼７５をさらに備えていてもよい。なお、電動ターボ機械１０は、不図示であるが、少なくとも１つのコンプレッサ翼よりも酸化ガス供給ライン２に設けられる少なくとも１つのコンプレッサ側静翼をさらに備えていてもよい。
【0069】
図示される実施形態では、少なくとも１つのタービン側静翼７５は、タービン側供給流路６２Ａに設けられている。少なくとも１つのタービン側静翼７５は、図６に示されるように、回転シャフト１１の周方向に互いに間隔をあけて配置された複数のタービン側静翼７５を含む。図６に示される実施形態では、複数のタービン側静翼７５の夫々は、径方向Ｙにおける外側から視たときに、複数のタービン側静翼７５を通過した気体が、回転シャフト１１の回転方向Ｒに沿った方向に向かって流れるように構成されている。複数のタービン翼７２の夫々は、径方向Ｙにおける外側から視たときに、複数のタービン翼７２を通過した気体が、回転シャフト１１の回転方向Ｒとは反対方向に沿った方向に向かって流れるように構成されている。また、複数のコンプレッサ翼７４の夫々は、径方向Ｙにおける外側から視たときに、複数のコンプレッサ翼７４を通過した気体が、回転シャフト１１の回転方向Ｒとは交差する方向（例えば、直交方向）に沿った方向に向かって流れるように構成されている。
【0070】
幾つかの実施形態では、図４に示されるように、上述した電動ターボ機械１０は、回転シャフト１１およびインペラ３０（３０Ｆ）を収容するように構成されたケーシング６０（６０Ｃ）を備える。ケーシング６０（６０Ｃ）は、回転シャフト１１の軸線方向における一方側Ｘ１から他方側Ｘ２に少なくとも１つのコンプレッサ翼７４に導入される気体（酸化ガス）を導くためのコンプレッサ側供給流路６１Ａと、回転シャフト１１の軸線方向における他方側Ｘ２から一方側Ｘ１に少なくとも１つのタービン翼７２を通過した気体（排ガス）を排出するためのタービン側排出流路６４Ｂと、が内部に形成されている。
【0071】
タービン側排出流路６４Ｂは、コンプレッサ側供給流路６１Ａの内周側に（径方向Ｙにおける内側）に設けられている。図示される実施形態では、ケーシング６０（６０Ｃ）は、軸線方向に沿って延在してコンプレッサ側供給流路６１Ａとタービン側排出流路６４Ｂとを区画する筒状部１６を有する。タービン側排出流路６４Ｂは、筒状部１６の内壁面１６１により、筒状部１６の内周側に形成される。コンプレッサ側供給流路６１Ａは、筒状部１６の外壁面１６２と、シュラウド面６０３の一方側Ｘ１に連なるコンプレッサ側供給流路壁面６１１Ａにより、筒状部１６の外周側に形成される。
【0072】
上記の構成によれば、ケーシング６０（６０Ｃ）の内部にコンプレッサ側供給流路６１Ａとタービン側排出流路６４Ｂとを設けることで、一方側軸受１２から漏れ出た潤滑油が少なくとも１つのコンプレッサ翼７４を通過する気体に混入することを抑制できる。具体的には、一方側軸受１２から漏れ出た潤滑油を、タービン側排出流路６４Ｂを流れる気体により電動ターボ機械１０の外部に排出できる。この場合には、一方側軸受１２にオイルレス軸受を用いたり、電動ターボ機械１０に一方側軸受１２からの油漏れを抑制する抑制構造を別途設けたりしなくても良いので、電動ターボ機械１０の構造の複雑化や大型化、製造コストの高額化を抑制できる。
【0073】
幾つかの実施形態では、図４に示されるように、上述したケーシング６０（６０Ｃ）は、少なくとも１つのタービン翼７２を通過する気体をケーシング６０の外部から内部に導入するためのタービン側導入口６２１Ａと、少なくとも１つのコンプレッサ翼７４を通過した気体をケーシング６０の外部に排出するためのコンプレッサ側排出口６３１Ａと、を有する。コンプレッサ側排出口６３１Ａは、軸線方向におけるタービン側導入口６２１Ａよりも一方側Ｘ１に設けられる。タービン側導入口６２１Ａおよびコンプレッサ側排出口６３１Ａの夫々は、回転シャフト１１の軸線ＬＡに対して交差する方向に向かって開口している。
【0074】
図示される実施形態では、上述したケーシング６０（６０Ｃ）は、ケーシング６０の内部に導入された気体を少なくとも１つのタービン翼７２に供給するためのタービン側供給流路６２Ａを形成するタービン側供給流路壁面６２２Ａと、少なくとも１つのコンプレッサ翼７４を通過した気体をケーシング６０の外部に排出するためのコンプレッサ側排出流路６３Ａを形成するコンプレッサ側排出流路壁面６３２Ａと、を有する。
【0075】
タービン側導入口６２１Ａは、タービン側供給流路壁面６２２Ａの上流端に形成された開口面である。コンプレッサ側排出口６３１Ａは、コンプレッサ側排出流路壁面６３２Ａの下流端に形成された開口面である。タービン側導入口６２１Ａの垂直中心軸線６２３Ａおよびコンプレッサ側排出口６３１Ａの垂直中心軸線６３３Ａの夫々は、図４に示されるような電動ターボ機械１０の軸線方向に沿った断面において、軸線ＬＡに直交する方向に沿って延在している。
【0076】
上記の構成によれば、タービン側導入口６２１Ａおよびコンプレッサ側排出口６３１Ａの夫々を回転シャフト１１の軸線ＬＡに対して交差する方向に向かって開口させることで、ターボ機械（インペラ３０）を流れる気体の流路の軸線方向における長さを短くできるため、電動ターボ機械１０の小型化や軽量化が図れる。
【0077】
幾つかの実施形態では、上述した電動ターボ機械１０は、図４に示されるように、タービン側排出流路６４Ｂに設けられて、回転シャフト１１のインペラ３０（３０Ｆ）と第１支持部４１との間を回転可能に支持するように構成された一方側軸受１２と、ケーシング６０（６０Ｃ）のタービン側排出流路６４Ｂを形成する内壁面１６１から回転シャフト１１の径方向Ｙにおける内側に向かって突出して一方側軸受１２を支持するように構成された複数の一方側軸受支持部１７と、を備える。
【0078】
図７は、図４に示される一方側軸受および複数の一方側軸受支持部を軸線方向における一方側から視認した状態を示す概略図である。図７に示されるように、複数の一方側軸受支持部１７は、回転シャフト１１の周方向に互いに間隔をあけて配置されている。複数の一方側軸受支持部１７の夫々は、径方向Ｙにおける外側の端部が内壁面１６１に接続されるとともに、径方向Ｙにおける内側の端部が一方側軸受１２を外周側から支持している。
【0079】
図示される実施形態では、上述した筒状部１６は、一方側軸受１２および電動モータ４０を内部に収容している。ケーシング６０（６０Ｃ）は、コンプレッサ側供給流路６１Ａの外周側を形成するコンプレッサ側供給流路壁面６１１Ａから回転シャフト１１の径方向Ｙにおける内側に向かって突出して筒状部１６を支持するように構成された複数の筒状部支持部１８を備える。複数の筒状部支持部１８は、回転シャフト１１の周方向に互いに間隔をあけて配置されている。
【0080】
上記の構成によれば、一方側軸受１２をタービン側排出流路６４Ｂに設け、この一方側軸受１２を外周側から複数の一方側軸受支持部１７により支持させることで、電動ターボ機械１０における一方側軸受１２の支持構造の軸線方向における長さおよび径方向における長さを短くできるため、電動ターボ機械１０の大型化を抑制できる。また、一方側軸受１２をタービン側排出流路６４Ｂに設けることで、タービン側排出流路６４Ｂを回転シャフト１１の径方向における内側に位置させることができるため、ケーシング６０の径方向における長さを短くできる。これによっても、電動ターボ機械１０の大型化を抑制できる。
【0081】
（第４の実施形態）
図８は、本開示の一実施形態にかかる電動ターボ機械におけるインペラ近傍の軸線方向に沿った断面を概略的に示す概略断面図である。幾つかの実施形態では、図８に示されるように、上述した電動ターボ機械１０は、上述したインペラ３０（３０Ｆ）を備え、ハブ部７１の軸線方向における他方側Ｘ２の端部７１３に、第２電動モータ５０の少なくとも一部を収容するハブ部側凹部７１４が形成されている。
図８は、本開示の一実施形態にかかる電動ターボ機械におけるインペラ近傍の軸線方向に沿った断面を概略的に示す概略断面図である。幾つかの実施形態では、図８に示されるように、上述した電動ターボ機械１０は、上述したインペラ３０（３０Ｆ）を備え、ハブ部７１の軸線方向における他方側Ｘ２の端部７１３に、第２電動モータ５０の少なくとも一部を収容するハブ部側凹部７１４が形成されている。
【0082】
図示される実施形態では、ハブ部側凹部７１４は、端部７１３の他方側Ｘ２の端面から一方側Ｘ１に向かって凹んで形成されている。ハブ部側凹部７１４は、第２支持部５１の径方向延在部５５を少なくとも収容している。
【0083】
上記の構成によれば、第２電動モータ５０の少なくとも一部をハブ部側凹部７１４に収容させることで、電動ターボ機械１０におけるターボ機械（インペラ３０）の軸長を短くできるため、電動ターボ機械１０の小型化や軽量化が図れる。
【0084】
幾つかの実施形態では、図８に示されるように、上述した電動ターボ機械１０は、上述したインペラ３０（３０Ｆ）を備える。上述した第２ステータ５３の軸線方向における一方側Ｘ１の端部（一端部）５３１に、回転シャフト１１の他方側Ｘ２を収容するステータ側凹部５３２が形成されている。上述した他方側軸受１３は、ステータ側凹部５３２に収容された回転シャフト１１を回転可能に支持するように構成されている。
【0085】
図示される実施形態では、ステータ側凹部５３２は、端部５３１の一方側Ｘ１の端面から他方側Ｘ２に向かって凹んで形成されている。ステータ側凹部５３２は、他方側軸受１３および回転シャフト１１の他方端１１２を収容している。他方側軸受１３は、第２ステータ５３により外周側から支持されている。
【0086】
上記の構成によれば、回転シャフト１１の他方側Ｘ２をステータ側凹部５３２に収容させることで、電動ターボ機械１０におけるターボ機械（インペラ３０）の軸長を短くできるため、電動ターボ機械１０の小型化や軽量化が図れる。他方側軸受１３をステータ側凹部５３２に収容させることで、他方側軸受１３から漏れ出た潤滑油が少なくとも１つのコンプレッサ翼７４や少なくとも１つのタービン翼７２を通過する気体に混入することを抑制できる。具体的には、ハブ部７１や第２ステータ５３が他方側軸受１３から漏れ出た潤滑油の流れを遮断できる。この場合には、他方側軸受１３にオイルレス軸受を用いたり、電動ターボ機械１０に他方側軸受１３からの油漏れを抑制する抑制構造を別途設けたりしなくても良いので、電動ターボ機械１０の構造の複雑化や大型化、製造コストの高額化を抑制できる。
【0087】
幾つかの実施形態にかかる燃料電池システム１は、図１に示されるように、上述した電動ターボ機械１０と、上述した燃料電池２０と、を備え、上述したインペラ３０は、燃料電池２０に供給される酸化ガスを圧縮するように構成された少なくとも１つのコンプレッサ翼３２、３４Ａ又は７４を含む。
【0088】
上記の構成によれば、電動ターボ機械１０は、燃料電池システム１において、燃料電池２０に供給される酸化ガスの過給に使われる。この電動ターボ機械１０は、電動モータ４０、５０とターボ機械（インペラ３０）の性能向上を同時に実現できるため、電動ターボ機械１０を備える燃料電池システム１の効率を向上させることができる。
【0089】
本開示は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
【0090】
上述した幾つかの実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握されるものである。
【0091】
１）本開示の少なくとも一実施形態にかかる電動ターボ機械（１０）は、
回転シャフト（１１）と、
前記回転シャフト（１１）に取り付けられるインペラ（３０）と、
前記回転シャフト（１１）の前記インペラ（３０）よりも一方側（Ｘ１）に設けられる第１電動モータ（４０）であって、
前記回転シャフト（１１）の前記インペラ（３０）よりも前記一方側（Ｘ１）に片持ち支持される第１支持部（４１）、
前記第１支持部（４１）に外周側から支持される第１永久磁石（４２）、および、
前記第１永久磁石（４２）の内周側に隙間を有して対向するように配置された第１静止コイル部（４４）を有する第１ステータ（４３）、を含む第１電動モータ（４０）と、
前記回転シャフト（１１）の前記インペラ（３０）よりも他方側（Ｘ２）に設けられる第２電動モータ（５０）であって、
前記回転シャフト（１１）の前記インペラ（３０）よりも前記他方側（Ｘ２）に片持ち支持される第２支持部（５１）、
前記第２支持部（５１）に外周側から支持される第２永久磁石（５２）、および、
前記第２永久磁石（５２）の内周側に隙間を有して対向するように配置された第２静止コイル部（５４）を有する第２ステータ（５３）、を含む第２電動モータ（５０）と、を備える。
回転シャフト（１１）と、
前記回転シャフト（１１）に取り付けられるインペラ（３０）と、
前記回転シャフト（１１）の前記インペラ（３０）よりも一方側（Ｘ１）に設けられる第１電動モータ（４０）であって、
前記回転シャフト（１１）の前記インペラ（３０）よりも前記一方側（Ｘ１）に片持ち支持される第１支持部（４１）、
前記第１支持部（４１）に外周側から支持される第１永久磁石（４２）、および、
前記第１永久磁石（４２）の内周側に隙間を有して対向するように配置された第１静止コイル部（４４）を有する第１ステータ（４３）、を含む第１電動モータ（４０）と、
前記回転シャフト（１１）の前記インペラ（３０）よりも他方側（Ｘ２）に設けられる第２電動モータ（５０）であって、
前記回転シャフト（１１）の前記インペラ（３０）よりも前記他方側（Ｘ２）に片持ち支持される第２支持部（５１）、
前記第２支持部（５１）に外周側から支持される第２永久磁石（５２）、および、
前記第２永久磁石（５２）の内周側に隙間を有して対向するように配置された第２静止コイル部（５４）を有する第２ステータ（５３）、を含む第２電動モータ（５０）と、を備える。
【0092】
上記１）の構成によれば、電動ターボ機械（１０）は、第１電動モータ（４０）および第２電動モータ（５０）の夫々をアウターロータ型にすることで、各電動モータ（４０、５０）における永久磁石（４２、５２）と静止コイル部（４４、５４）との間に保持材を設けなくてもよく、各永久磁石（４２、５２）に対する外周側からの支持を厚くできるため、インナーロータ型の電動モータを採用した場合に比べて、複数の翼を含むインペラ３０の高周速化が可能である。これにより、電動ターボ機械（１０）における全体としての電動モータの性能向上が図れる。
【0093】
電動ターボ機械（１０）は、２つの電動モータ（４０、５０）を備えるので、仮に１つの電動モータを備える場合に比べて、各電動モータ（４０、５０）の軸長を短くできる。また、各電動モータ（４０、５０）をアウターロータ式にすることで、インナーロータ式の電動モータに比べて、各電動モータ（４０、５０）の軸長を短くできる。各電動モータ（４０、５０）の軸長を短くすることで、各電動モータ（４０、５０）の小型軽量化が可能である。また、各電動モータ（４０、５０）の軸長を短くすることで、各電動モータ（４０、５０）の回転子（永久磁石および支持部）を回転シャフト（１１）に片持ち支持させることができるため、回転シャフト（１１）の両端の夫々に電動モータ（４０、５０）を配置できる。上記１）の構成によれば、電動モータ（４０、５０）間に複数の翼を含むインペラ３０を設けることができるため、電動ターボ機械（１０）における全体としてのターボ機械の性能向上が図れる。
【0094】
２）幾つかの実施形態では、上記１）に記載の電動ターボ機械（１０）であって、
前記インペラ（３０（３０Ａ））は、
前記回転シャフト（１１）に取り付けられる第１ハブ部（３１）であって、前記回転シャフト（１１）の軸線方向における前記一方側（Ｘ１）から前記他方側（Ｘ２）に向かうにつれて前記回転シャフト（１１）の軸線（ＬＡ）からの距離が大きくなる外周面（３１１）を有する第１ハブ部（３１）と、
前記第１ハブ部（３１）の前記外周面（３１１）に取り付けられた少なくとも１つのコンプレッサ翼（３２）と、
前記回転シャフト（１１）に取り付けられる第２ハブ部（３３）であって、前記軸線方向における前記他方側（Ｘ２）から前記一方側（Ｘ１）に向かうにつれて前記回転シャフト（１１）の前記軸線（ＬＡ）からの距離が大きくなる外周面（３３１）を有するとともに、前記第１ハブ部（３１）に対して背面同士が対向するように配置された第２ハブ部（３３）と、
前記第２ハブ部（３３）の前記外周面（３３１）に取り付けられた少なくとも１つのタービン翼（３４）と、を含む。
前記インペラ（３０（３０Ａ））は、
前記回転シャフト（１１）に取り付けられる第１ハブ部（３１）であって、前記回転シャフト（１１）の軸線方向における前記一方側（Ｘ１）から前記他方側（Ｘ２）に向かうにつれて前記回転シャフト（１１）の軸線（ＬＡ）からの距離が大きくなる外周面（３１１）を有する第１ハブ部（３１）と、
前記第１ハブ部（３１）の前記外周面（３１１）に取り付けられた少なくとも１つのコンプレッサ翼（３２）と、
前記回転シャフト（１１）に取り付けられる第２ハブ部（３３）であって、前記軸線方向における前記他方側（Ｘ２）から前記一方側（Ｘ１）に向かうにつれて前記回転シャフト（１１）の前記軸線（ＬＡ）からの距離が大きくなる外周面（３３１）を有するとともに、前記第１ハブ部（３１）に対して背面同士が対向するように配置された第２ハブ部（３３）と、
前記第２ハブ部（３３）の前記外周面（３３１）に取り付けられた少なくとも１つのタービン翼（３４）と、を含む。
【0095】
上記２）の構成によれば、少なくとも１つのタービン翼（３４）により、排ガスのエネルギーを回転エネルギーに変換することで、少なくとも１つのコンプレッサ翼（３２）を回転させることができる。これにより、電動ターボ機械（１０）における全体としてのターボ機械（インペラ３０）の性能向上が図れる。また、上記２）の構成によれば、第１ハブ部（３１）と第２ハブ部（３３）とを背面同士が対向するように配置することで、電動ターボ機械（１０）におけるターボ機械（インペラ３０）の軸長を短くできるため、電動ターボ機械（１０）の小型化や軽量化が図れる。
【0096】
３）幾つかの実施形態では、上記２）に記載の電動ターボ機械（１０）であって、
前記回転シャフト（１１）および前記インペラ（３０（３０Ａ））を収容するように構成されたケーシング（６０（６０Ａ））をさらに備え、
前記ケーシング（６０）は、
前記少なくとも１つのコンプレッサ翼（３２）を通過する気体を前記ケーシング（６０）の外部から内部に導入するためのコンプレッサ側導入口（６１１）であって、前記回転シャフト（１１）の前記軸線（ＬＡ）に対して交差する方向に向かって開口するコンプレッサ側導入口（６１１）と、
前記少なくとも１つのタービン翼（３４）を通過する気体を前記ケーシング（６０）の外部から内部に導入するためのタービン側導入口（６２１）であって、前記軸線（ＬＡ）に対して交差する方向に向かって開口するタービン側導入口（６２１）と、を有する。
前記回転シャフト（１１）および前記インペラ（３０（３０Ａ））を収容するように構成されたケーシング（６０（６０Ａ））をさらに備え、
前記ケーシング（６０）は、
前記少なくとも１つのコンプレッサ翼（３２）を通過する気体を前記ケーシング（６０）の外部から内部に導入するためのコンプレッサ側導入口（６１１）であって、前記回転シャフト（１１）の前記軸線（ＬＡ）に対して交差する方向に向かって開口するコンプレッサ側導入口（６１１）と、
前記少なくとも１つのタービン翼（３４）を通過する気体を前記ケーシング（６０）の外部から内部に導入するためのタービン側導入口（６２１）であって、前記軸線（ＬＡ）に対して交差する方向に向かって開口するタービン側導入口（６２１）と、を有する。
【0097】
上記３）の構成によれば、コンプレッサ側導入口（６１１）およびタービン側導入口（６２１）の夫々を回転シャフト（１１）の軸線（ＬＡ）に対して交差する方向に向かって開口させることで、ターボ機械（インペラ３０）を流れる気体の流路の軸線方向における長さを短くできるため、電動ターボ機械（１０）の小型化や軽量化が図れる。
【0098】
４）幾つかの実施形態では、上記１）に記載の電動ターボ機械（１０）であって、
前記インペラ（３０（３０Ｆ））は、
前記回転シャフト（１１）に取り付けられるハブ部（７１）であって、前記回転シャフト（１１）の軸線方向における前記一方側（Ｘ１）から前記他方側（Ｘ２）に向かうにつれて前記回転シャフト（１１）の軸線（ＬＡ）からの距離が大きくなる外周面（７１１）を有するハブ部（７１）と、
前記ハブ部（７１）の前記外周面（７１１）に取り付けられた少なくとも１つのタービン翼（７２）と、
前記少なくとも１つのタービン翼（７２）の先端（７２１）に取り付けられた環状のディスク部（７３）であって、前記軸線方向における前記一方側（Ｘ１）から前記他方側（Ｘ２）に向かうにつれて前記軸線（ＬＡ）からの距離が大きくなる外周面（７３１）を有する環状のディスク部（７３）と、
前記環状のディスク部（７３）の外周面（７３１）に取り付けられた少なくとも１つのコンプレッサ翼（７４）と、を含む。
前記インペラ（３０（３０Ｆ））は、
前記回転シャフト（１１）に取り付けられるハブ部（７１）であって、前記回転シャフト（１１）の軸線方向における前記一方側（Ｘ１）から前記他方側（Ｘ２）に向かうにつれて前記回転シャフト（１１）の軸線（ＬＡ）からの距離が大きくなる外周面（７１１）を有するハブ部（７１）と、
前記ハブ部（７１）の前記外周面（７１１）に取り付けられた少なくとも１つのタービン翼（７２）と、
前記少なくとも１つのタービン翼（７２）の先端（７２１）に取り付けられた環状のディスク部（７３）であって、前記軸線方向における前記一方側（Ｘ１）から前記他方側（Ｘ２）に向かうにつれて前記軸線（ＬＡ）からの距離が大きくなる外周面（７３１）を有する環状のディスク部（７３）と、
前記環状のディスク部（７３）の外周面（７３１）に取り付けられた少なくとも１つのコンプレッサ翼（７４）と、を含む。
【0099】
上記４）の構成によれば、少なくとも１つのタービン翼（７２）により、排ガスのエネルギーを回転エネルギーに変換することで、少なくとも１つのコンプレッサ翼（７４）を回転させることができる。これにより、電動ターボ機械（１０）における全体としてのターボ機械の性能向上が図れる。また、上記４）の構成によれば、少なくとも１つのタービン翼（７２）の外周側に少なくとも１つのコンプレッサ翼（７４）を設けることで、軸線方向において少なくとも１つのタービン翼と少なくとも１つのコンプレッサ翼とを隣接して配置させる場合に比べて、電動ターボ機械（１０）におけるターボ機械（インペラ３０）の軸長を短くできるため、電動ターボ機械（１０）の小型化や軽量化が図れる。
【0100】
５）幾つかの実施形態では、上記４）に記載の電動ターボ機械（１０）であって、
前記回転シャフト（１１）および前記インペラ（３０（３０Ｆ））を収容するように構成されたケーシング（６０（６０Ｃ））をさらに備え、
前記ケーシング（６０）は、
前記回転シャフト（１１）の前記軸線方向における前記一方側（Ｘ１）から前記他方側（Ｘ２）に前記少なくとも１つのコンプレッサ翼（７４）に導入される気体を導くためのコンプレッサ側供給流路（６１Ａ）と、
前記回転シャフト（１１）の前記軸線方向における前記他方側（Ｘ２）から前記一方側（Ｘ１）に前記少なくとも１つのタービン翼（７２）を通過した気体を排出するためのタービン側排出流路（６４Ｂ）と、が内部に形成された。
前記回転シャフト（１１）および前記インペラ（３０（３０Ｆ））を収容するように構成されたケーシング（６０（６０Ｃ））をさらに備え、
前記ケーシング（６０）は、
前記回転シャフト（１１）の前記軸線方向における前記一方側（Ｘ１）から前記他方側（Ｘ２）に前記少なくとも１つのコンプレッサ翼（７４）に導入される気体を導くためのコンプレッサ側供給流路（６１Ａ）と、
前記回転シャフト（１１）の前記軸線方向における前記他方側（Ｘ２）から前記一方側（Ｘ１）に前記少なくとも１つのタービン翼（７２）を通過した気体を排出するためのタービン側排出流路（６４Ｂ）と、が内部に形成された。
【0101】
上記５）の構成によれば、ケーシング（６０）の内部に上記コンプレッサ側供給流路（６１Ａ）と上記タービン側排出流路（６４Ｂ）とを設けることで、一方側軸受（１２）から漏れ出た潤滑油が上記少なくとも１つのコンプレッサ翼（７４）を通過する気体に混入することを抑制できる。具体的には、一方側軸受（１２）から漏れ出た潤滑油を、タービン側排出流路（６４Ｂ）を流れる気体により電動ターボ機械（１０）の外部に排出できる。この場合には、一方側軸受（１２）にオイルレス軸受を用いたり、電動ターボ機械（１０）に一方側軸受（１２）からの油漏れを抑制する抑制構造を別途設けたりしなくても良いので、電動ターボ機械（１０）の構造の複雑化や大型化、製造コストの高額化を抑制できる。
【0102】
６）幾つかの実施形態では、上記５）に記載の電動ターボ機械（１０）であって、
前記タービン側排出流路（６４Ｂ）に設けられて、前記回転シャフト（１１）の前記インペラ（３０）と前記第１支持部（４１）との間を回転可能に支持するように構成された一方側軸受（１２）と、
前記ケーシング（６０）の前記タービン側排出流路（６４Ｂ）を形成する内壁面（１６１）から前記回転シャフト（１１）の径方向における内側に向かって突出して前記一方側軸受（１２）を支持するように構成された複数の一方側軸受支持部（１７）であって、前記回転シャフト（１１）の周方向に互いに間隔をあけて配置される複数の一方側軸受支持部（１７）と、をさらに備える。
前記タービン側排出流路（６４Ｂ）に設けられて、前記回転シャフト（１１）の前記インペラ（３０）と前記第１支持部（４１）との間を回転可能に支持するように構成された一方側軸受（１２）と、
前記ケーシング（６０）の前記タービン側排出流路（６４Ｂ）を形成する内壁面（１６１）から前記回転シャフト（１１）の径方向における内側に向かって突出して前記一方側軸受（１２）を支持するように構成された複数の一方側軸受支持部（１７）であって、前記回転シャフト（１１）の周方向に互いに間隔をあけて配置される複数の一方側軸受支持部（１７）と、をさらに備える。
【0103】
上記６）の構成によれば、一方側軸受（１２）をタービン側排出流路（６４Ｂ）に設け、この一方側軸受（１２）を外周側から複数の一方側軸受支持部（１７）により支持させることで、電動ターボ機械（１０）における一方側軸受（１２）の支持構造の軸線方向における長さおよび径方向における長さを短くできるため、電動ターボ機械（１０）の大型化を抑制できる。また、一方側軸受（１２）をタービン側排出流路（６４Ｂ）に設けることで、タービン側排出流路（６４Ｂ）を回転シャフト（１１）の径方向における内側に位置させることができるため、ケーシング（６０）の径方向における長さを短くできる。これによっても、電動ターボ機械（１０）の大型化を抑制できる。
【0104】
７）幾つかの実施形態では、上記４）から上記６）までの何れかに記載の電動ターボ機械（１０）であって、
前記ハブ部（７１）の前記軸線方向における前記他方側の端部（７１３）に、前記第２電動モータ（５０）の少なくとも一部を収容するハブ部側凹部（７１４）が形成された。
前記ハブ部（７１）の前記軸線方向における前記他方側の端部（７１３）に、前記第２電動モータ（５０）の少なくとも一部を収容するハブ部側凹部（７１４）が形成された。
【0105】
上記７）の構成によれば、第２電動モータ（５０）の少なくとも一部をハブ部側凹部（７１４）に収容させることで、電動ターボ機械（１０）におけるターボ機械（インペラ３０）の軸長を短くできるため、電動ターボ機械（１０）の小型化や軽量化が図れる。
【0106】
８）幾つかの実施形態では、上記７）に記載の電動ターボ機械（１０）であって、
前記第２ステータ（５３）の前記軸線方向における一端部（５３１）に、前記回転シャフト（１１）の前記他方側を収容するステータ側凹部（５３２）が形成され、
前記電動ターボ機械（１０）は、前記ステータ側凹部（５３２）に収容された前記回転シャフト（１１）を回転可能に支持するように構成された他方側軸受（１３）をさらに備える。
前記第２ステータ（５３）の前記軸線方向における一端部（５３１）に、前記回転シャフト（１１）の前記他方側を収容するステータ側凹部（５３２）が形成され、
前記電動ターボ機械（１０）は、前記ステータ側凹部（５３２）に収容された前記回転シャフト（１１）を回転可能に支持するように構成された他方側軸受（１３）をさらに備える。
【0107】
上記８）の構成によれば、回転シャフト（１１）の上記他方側をステータ側凹部（５３２）に収容させることで、電動ターボ機械（１０）におけるターボ機械（インペラ３０）の軸長を短くできるため、電動ターボ機械（１０）の小型化や軽量化が図れる。他方側軸受（１３）をステータ側凹部（５３２）に収容させることで、他方側軸受（１３）から漏れ出た潤滑油が上記少なくとも１つのコンプレッサ翼（７４）や上記少なくとも１つのタービン翼（７２）を通過する気体に混入することを抑制できる。具体的には、上記ハブ部（７１）や第２ステータ（５３）が他方側軸受（１３）から漏れ出た潤滑油の流れを遮断できる。この場合には、他方側軸受（１３）にオイルレス軸受を用いたり、電動ターボ機械（１０）に他方側軸受（１３）からの油漏れを抑制する抑制構造を別途設けたりしなくても良いので、電動ターボ機械（１０）の構造の複雑化や大型化、製造コストの高額化を抑制できる。
【0108】
９）本開示の少なくとも一実施形態にかかる燃料電池システム（１）は、
上記１）から上記８）までの何れかに記載の電動ターボ機械（１０）と、
燃料電池（２０）と、を備え、
前記インペラ（３０）は、前記燃料電池（２０）に供給される酸化ガスを圧縮するように構成された少なくとも１つのコンプレッサ翼（３２、３４Ａ又は７４）を含む。
上記１）から上記８）までの何れかに記載の電動ターボ機械（１０）と、
燃料電池（２０）と、を備え、
前記インペラ（３０）は、前記燃料電池（２０）に供給される酸化ガスを圧縮するように構成された少なくとも１つのコンプレッサ翼（３２、３４Ａ又は７４）を含む。
【0109】
上記９）の構成によれば、電動ターボ機械（１０）は、燃料電池システム（１）において、燃料電池（２０）に供給される酸化ガスの過給に使われる。この電動ターボ機械（１０）は、電動モータ（４０、５０）とターボ機械（３０）の性能向上を同時に実現できるため、電動ターボ機械（１０）を備える燃料電池システム（１）の効率を向上させることができる。
【符号の説明】
【0110】
１ 燃料電池システム
２ 酸化ガス供給ライン
３ 燃料ガス供給ライン
４ 排ガス排出ライン
１０ 電動ターボ機械
１１ 回転シャフト
１２ 一方側軸受
１３ 他方側軸受
１４ 第１ステータ支持部
１５ 第２ステータ支持部
１６ 筒状部
１７ 一方側軸受支持部
１８ 筒状部支持部
２０ 燃料電池
２０Ａ 発電セル
２１ 空気極
２２ 燃料極
２３ 電解質膜
３０，３０Ａ，３０Ｄ，３０Ｆ インペラ
３０Ｂ，３０Ｅ コンプレッサインペラ
３０Ｃ タービンインペラ
３１ 第１ハブ部
３２ コンプレッサ翼
３３ 第２ハブ部
３４ タービン翼
３４Ａ コンプレッサ翼
４０ 第１電動モータ
４１ 第１支持部
４２ 第１永久磁石
４３ 第１ステータ
４４ 第１静止コイル部
４５，５５ 径方向延在部
４６，５６ 軸線方向延在部
５０ 第２電動モータ
５１ 第２支持部
５２ 第２永久磁石
５３ 第２ステータ
５４ 第２静止コイル部
６０ ケーシング
６１，６１Ａ コンプレッサ側供給流路
６２，６２Ａ タービン側供給流路
６３，６３Ａ コンプレッサ側排出流路
６４，６４Ａ，６４Ｂ タービン側排出流路
６５ コンプレッサ側連絡流路
７１ ハブ部
７２ タービン翼
７３ 環状のディスク部
７４ コンプレッサ翼
７５ タービン側静翼
ＬＡ 軸線
Ｘ 軸線方向
Ｘ１ 一方側
Ｘ２ 他方側
Ｙ 径方向
２ 酸化ガス供給ライン
３ 燃料ガス供給ライン
４ 排ガス排出ライン
１０ 電動ターボ機械
１１ 回転シャフト
１２ 一方側軸受
１３ 他方側軸受
１４ 第１ステータ支持部
１５ 第２ステータ支持部
１６ 筒状部
１７ 一方側軸受支持部
１８ 筒状部支持部
２０ 燃料電池
２０Ａ 発電セル
２１ 空気極
２２ 燃料極
２３ 電解質膜
３０，３０Ａ，３０Ｄ，３０Ｆ インペラ
３０Ｂ，３０Ｅ コンプレッサインペラ
３０Ｃ タービンインペラ
３１ 第１ハブ部
３２ コンプレッサ翼
３３ 第２ハブ部
３４ タービン翼
３４Ａ コンプレッサ翼
４０ 第１電動モータ
４１ 第１支持部
４２ 第１永久磁石
４３ 第１ステータ
４４ 第１静止コイル部
４５，５５ 径方向延在部
４６，５６ 軸線方向延在部
５０ 第２電動モータ
５１ 第２支持部
５２ 第２永久磁石
５３ 第２ステータ
５４ 第２静止コイル部
６０ ケーシング
６１，６１Ａ コンプレッサ側供給流路
６２，６２Ａ タービン側供給流路
６３，６３Ａ コンプレッサ側排出流路
６４，６４Ａ，６４Ｂ タービン側排出流路
６５ コンプレッサ側連絡流路
７１ ハブ部
７２ タービン翼
７３ 環状のディスク部
７４ コンプレッサ翼
７５ タービン側静翼
ＬＡ 軸線
Ｘ 軸線方向
Ｘ１ 一方側
Ｘ２ 他方側
Ｙ 径方向
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】