特許 7510268 スラスト荷重抑制部を備えた単段コンプレッサ

(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】

(24)【登録日】2024-06-25

(45)【発行日】2024-07-03

(54)【発明の名称】スラスト荷重抑制部を備えた単段コンプレッサ

(51)【国際特許分類】

   F04D 29/051 20060101AFI20240626BHJP

   F04D 29/08 20060101ALI20240626BHJP

   F04D 29/62 20060101ALI20240626BHJP

   F04D 29/44 20060101ALI20240626BHJP

   F04D 29/057 20060101ALI20240626BHJP

【ＦＩ】

F04D29/051

F04D29/08 D

F04D29/62 D

F04D29/44 P

F04D29/44 R

F04D29/057 A

【請求項の数】 12

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2020068786

(22)【出願日】2020-04-07

(65)【公開番号】P2020183752

(43)【公開日】2020-11-12

【審査請求日】2023-04-07

(31)【優先権主張番号】16/400,469

(32)【優先日】2019-05-01

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】518264217

【氏名又は名称】ギャレット・トランスポーテーション・ワン・インコーポレーテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100118902

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 修

(74)【代理人】

【識別番号】100106208

【弁理士】

【氏名又は名称】宮前 徹

(74)【代理人】

【氏名又は名称】中西 基晴

(74)【代理人】

【氏名又は名称】竹内 茂雄

(72)【発明者】

【氏名】ミラン・ネジェドリー

(72)【発明者】

【氏名】松▲崎▼ 良建

(72)【発明者】

【氏名】ジェフリー・ロッターマン

【審査官】大瀬 円

(56)【参考文献】

【文献】特開平０４－０８６３９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－２５７１６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０３３５９７３１（ＵＳ，Ａ）

【文献】特開昭５７－０７９２９５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０４Ｄ ２９／０５１

Ｆ０４Ｄ ２９／０８

Ｆ０４Ｄ ２９／６２

Ｆ０４Ｄ ２９／４４

Ｆ０４Ｄ ２９／０５７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ハウジングと、
前記ハウジング内で回転するように支持されるシャフトと、
前記シャフトと共に回転するように前記シャフトへ固定されているコンプレッサホイールを有するコンプレッサ部と、
チャンバ及び前記チャンバ内に配置されたスラスト釣合体を有するスラスト抑制部であって、前記スラスト釣合体は前記シャフトと共に回転するように前記シャフトへ固定されている、スラスト抑制部と、
前記シャフト、前記コンプレッサホイール、及び前記スラスト釣合体を駆動回転させるように構成されているモータと、
前記チャンバを第１サブチャンバと第２サブチャンバへ分けている前記スラスト釣合体と、
前記コンプレッサ部と前記スラスト抑制部を流体接続している抽気システムであって、前記コンプレッサ部から前記第１サブチャンバを通して前記第２サブチャンバへ空気をブリードして、前記第１サブチャンバを加圧し、前記シャフトへのコンプレッサスラスト荷重を相殺する相殺性スラスト荷重を生成するように構成された抽気システムと、
を備えるコンプレッサデバイスであって、
前記抽気システムは、前記スラスト抑制部の前記第２サブチャンバを前記コンプレッサ部へ流体接続する戻りラインを含んでおり、
前記コンプレッサデバイスは、前記第２サブチャンバからの、前記コンプレッサ部へ戻る前記ブリード空気の流れを調整する弁、を更に備え、
前記弁は、閉位置に向けて付勢される一方向弁であり、
前記一方向弁は、前記第２サブチャンバが既定レベルへ加圧されると、前記閉位置から開位置へ向けて動くように構成されており、
前記スラスト抑制部は、前記スラスト釣合体を収納するスラスト抑制ハウジングを含んでおり、
前記コンプレッサデバイスは、前記スラスト釣合体の外側表面と前記スラスト抑制ハウジングの内側表面の間のラビリンスシールを更に備え、
前記スラスト釣合体は、前記第１サブチャンバを部分的に画定する第１面及び前記第２サブチャンバを部分的に画定する第２面を有する釣り合いディスクを含んでおり、
前記ラビリンスシールは、前記釣り合いディスクの前記第２面に対して封止し、
前記一方向弁および前記ラビリンスシールは、前記第２サブチャンバ上に設置されているコンプレッサデバイス。

【請求項2】

前記モータは前記コンプレッサデバイスのモータ部に含まれており、前記モータ部は前記コンプレッサ部と前記スラスト抑制部の間に配置されている、請求項１に記載のコンプレッサデバイス。

【請求項3】

前記抽気システムは、前記コンプレッサ部を前記スラスト抑制部の前記第１サブチャンバへ流体接続するように前記モータ部を通って延びる送りラインを含んでいる、請求項２に記載のコンプレッサデバイス。

【請求項4】

前記送りラインは、第１の長手方向区分、第２の長手方向区分、及び前記第１の長手方向区分と前記第２の長手方向区分を流体接続する半径方向区分を含んでいる、請求項３に記載のコンプレッサデバイス。

【請求項5】

前記戻りラインは、前記コンプレッサ部の吸込口へ流体接続される吸込マニホールドへ接続されており、
前記吸込口は、前記吸込マニホールドからの戻り空気流れを前記コンプレッサ部の前記吸込口へ方向決めするように構成された複数のノズルを含んでいる、請求項１に記載のコンプレッサデバイス。

【請求項6】

前記抽気システムは、前記コンプレッサ部のディフューザー区域を前記第１サブチャンバへ流体接続する送りラインを含んでいる、請求項１に記載のコンプレッサデバイス。

【請求項7】

前記抽気システムは、前記コンプレッサ部を前記スラスト抑制部の前記第１サブチャンバへ流体接続する複数の送りラインを含んでおり、
前記複数の送りラインは、前記シャフトの回転軸の周りに周方向に間隔を空けて配置されている、請求項１に記載のコンプレッサデバイス。

【請求項8】

前記ハウジング内の前記シャフトの回転を支持する空気ベアリング、を更に備えている請求項１に記載のコンプレッサデバイス。

【請求項9】

前記コンプレッサ部は、前記コンプレッサデバイスの唯一のコンプレッサ部である、請求項８に記載のコンプレッサデバイス。

【請求項10】

ハウジングと、
シャフト、前記シャフトへ固定されたコンプレッサホイール、及び前記シャフトへ固定されたスラスト釣合体、を含む回転群と、
前記ハウジング内の前記回転群の回転を支持する空気ベアリングと、
前記ハウジング内の前記回転群の回転を駆動するモータと、
抽気システムと、
を備える単段電動式コンプレッサデバイスであって、
前記ハウジングと前記コンプレッサホイールは、協働的に前記コンプレッサデバイスのコンプレッサ部を画定しており、
前記ハウジングと前記スラスト釣合体は、協働的に前記コンプレッサデバイスのスラスト抑制部を画定し、協働的に前記スラスト抑制部内のチャンバを画定しており、
前記抽気システムは、前記コンプレッサ部と前記スラスト抑制部の前記チャンバを流体接続し、前記抽気システムは、前記コンプレッサ部から空気をブリードし、前記チャンバを加圧し、前記スラスト釣合体へ相殺性スラスト荷重を加えるように構成されており、前記相殺性スラスト荷重は、前記回転群へのコンプレッサスラスト荷重を相殺し、
前記スラスト釣合体は前記チャンバを第１サブチャンバと第２サブチャンバへ分けており、
前記抽気システムは、前記コンプレッサ部と前記スラスト抑制部の前記第１サブチャンバを流体接続し、前記抽気システムは、前記コンプレッサ部から空気をブリードし、前記第１サブチャンバを加圧し、前記スラスト釣合体へ前記相殺性スラスト荷重を加えるように構成されており、前記第２サブチャンバは前記第１サブチャンバからのブリードされた空気を受け入れるように構成されており、
前記抽気システムは、前記スラスト抑制部の前記第２サブチャンバを前記コンプレッサ部へ流体接続する戻りラインを含んでおり、
前記コンプレッサデバイスは、前記第２サブチャンバからの、前記コンプレッサ部へ戻る前記ブリード空気の流れを調整する弁、を更に備え、
前記弁は、閉位置に向けて付勢される一方向弁であり、
前記一方向弁は、前記第２サブチャンバが既定レベルへ加圧されると、前記閉位置から開位置へ向けて動くように構成されており、
前記スラスト抑制部は、前記スラスト釣合体を収納するスラスト抑制ハウジングを含んでおり、
前記コンプレッサデバイスは、前記スラスト釣合体の外側表面と前記スラスト抑制ハウジングの内側表面の間のラビリンスシールを更に備え、
前記スラスト釣合体は、前記第１サブチャンバを部分的に画定する第１面及び前記第２サブチャンバを部分的に画定する第２面を有する釣り合いディスクを含んでおり、
前記ラビリンスシールは、前記釣り合いディスクの前記第２面に対して封止し、
前記ラビリンスシールは前記第１サブチャンバと前記第２サブチャンバの間の境界に配置されており、前記一方向弁は前記第２サブチャンバ上に設置されている、単段電動式コンプレッサデバイス。

【請求項11】

前記モータは前記コンプレッサデバイスのモータ部に含まれ、前記モータ部は前記コンプレッサ部と前記スラスト抑制部の間に配置されており、
前記抽気システムは、前記コンプレッサ部を前記スラスト抑制部の前記第１サブチャンバへ流体接続するように前記モータ部を通って延びる送りラインを含んでいる、請求項１０に記載のコンプレッサデバイス。

【請求項12】

前記送りラインは、第１の長手方向区分、第２の長手方向区分、及び前記第１の長手方向区分と前記第２の長手方向区分を流体接続する半径方向区分を含んでいる、請求項１１に記載のコンプレッサデバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

[0001]本開示は、概括的には、単段コンプレッサに関するものであり、より厳密には、スラスト荷重補償部を備えた単段コンプレッサに関する。

【背景技術】

【0002】

[0002]様々なシステムが、圧縮流体を供給するためのコンプレッサを含んでいる。例えば、燃料電池システムは、空気を燃料電池スタックへ送られる前に圧縮するための燃料電池コンプレッサを含んでいることが多い。これは、燃料電池システムの運転効率を高めることができる。

【0003】

[0003]しかしながら、従来のコンプレッサは様々な不備に悩まされることがある。例えば、一部のコンプレッサは、幾つかの用途について嵩高すぎる、重すぎる、又は複雑すぎることもある。更に、一部の従来のコンプレッサで使用されているベアリングは、汚染源となる可能性もある。また、一部のコンプレッサは、その有用性及び／又は運転効率を制限する荷重支承容量を有していることもある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

[0004]ゆえに、従来のコンプレッサよりもコンパクトで複雑性の低いコンプレッサを提供するのが望ましい。更に、コンプレッサを汚染しにくいコンプレッサベアリングを提供するのが望ましい。また、従来のコンプレッサよりも高い荷重支承容量を備えたコンプレッサを提供するのが望ましい。本開示の他の望ましい特徴及び特性は、後続の詳細な説明と付随の特許請求の範囲が添付図面及びこの背景技術の論考と併せて考察されることにより明らかになるであろう。

【課題を解決するための手段】

【0005】

[0005]１つの実施形態では、ハウジングと、ハウジング内で回転するように支持されるシャフトと、を含むコンプレッサデバイスが開示されている。コンプレッサデバイスは、更に、シャフトと共に回転するようにシャフトへ固定されたコンプレッサホイールを有するコンプレッサ部を含んでいる。また、コンプレッサデバイスは、チャンバ及びチャンバ内に配置されたスラスト釣合体を有するスラスト抑制部を含んでいる。スラスト釣合体は、シャフトと共に回転するようにシャフトへ固定されている。加えて、コンプレッサデバイスは、シャフト、コンプレッサホイール、及びスラスト釣合体を駆動回転させるように構成されたモータを含んでいる。スラスト釣合体は、チャンバを第１サブチャンバと第２サブチャンバへ分ける。また、コンプレッサデバイスは、コンプレッサ部とスラスト抑制部を流体接続している抽気システムであって、コンプレッサ部から第１サブチャンバを通して第２サブチャンバへ空気をブリードして、第１サブチャンバを加圧し、シャフトへのコンプレッサスラスト荷重を相殺する相殺性スラスト荷重（balancing thrust load）を生成するように構成された抽気システムを含んでいる。

【0006】

[0006]別の実施形態では、ハウジングと、シャフト、シャフトへ固定されたコンプレッサホイールス、及びシャフトへ固定されたスラスト釣合体、を含んでいる回転群と、を有する単段電動式コンプレッサデバイスが開示されている。コンプレッサデバイスは、更に、ハウジング内の回転群の回転を支持する空気ベアリングを含んでいる。また、コンプレッサデバイスは、ハウジング内の回転群の回転を駆動するモータと、抽気システムと、を含んでいる。ハウジングとコンプレッサホイールは、協働的にコンプレッサデバイスのコンプレッサ部を画定している。ハウジングとスラスト釣合体は、協働的にコンプレッサデバイスのスラスト抑制部を画定し、協働的にスラスト抑制部内のチャンバを画定している。抽気システムは、コンプレッサ部とスラスト抑制部のチャンバを流体接続している。抽気システムは、コンプレッサ部から空気をブリードし、チャンバを加圧し、スラスト釣合体へ相殺性スラスト荷重を加えるように構成されている。相殺性スラスト荷重は、回転群へのコンプレッサスラスト荷重を相殺する。

【0007】

[0007]本開示は、これ以降、以下の図面と関連付けて説明されるものであり、図面中、同様の符号は同様の要素を表す。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】[0008]本開示の例示としての実施形態による充電デバイスを有する燃料電池システムの概略図である。

【図2】[0009]図１の２－２線に沿って取られた充電デバイスの端面断面図である。

【図3】[0010]図２の３－３線に沿って取られた充電デバイスの軸方向断面図である。

【図4】[0011]図１の充電デバイスの細部断面図である。

【図5】[0012]図１の充電デバイスの細部断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

[0013]以下の詳細な説明は、本質的に例示にすぎず、本開示又は本開示の適用及び使用を限定しようとするものではない。また、先述の背景技術又は以下の詳細な説明に提示されている何れかの理論によって拘束される意図はない。

【0010】

[0014]広範には、本明細書に開示されている例示としての実施形態は、スラスト荷重補償配設を備えたコンプレッサを含んでいる。スラスト補償配設は、コンプレッサ空気流れ経路からブリード空気を受け入れるように構成された空気ブリード通路を含んでいてもよい。ブリード空気は、回転群へのコンプレッサホイールのスラスト荷重を補償するためにスラスト荷重補償配設を通って方向決めされることができる。言い換えれば、スラスト補償配設は、これらの荷重を軽減し又は相殺することができる。その結果、コンプレッサは、空気ベアリングの様な比較的単純なベアリングを含むことができる。これは、性能に悪影響を及ぼすことなく、コスト節減と効率性をもたらすことができる。また、コンプレッサは、コンパクトで設計及び組立が複雑ではない単段コンプレッサとして構成されることができる。

【0011】

[0015]図１は、本開示の例示としての充電デバイス１０２を備えた燃料電池システム１００の概略図である。幾つかの実施形態では、燃料電池システム１００は、乗用車、トラック、スポーツ用多目的車、バン、オートバイなどの様な車両に含まれることができる。しかしながら、燃料電池システム１００は、本開示の範囲から逸脱することなく異なる用途向けに構成され得ることが理解されるであろう。

【0012】

[0016]燃料電池システム１００は、複数の燃料電池を内包する燃料電池スタック１０４を含んでいてもよい。既知の化学反応によって電気を生成するために、水素が充電デバイス１０から燃料電池スタック１０４へタンク１０６から供給され、酸素が燃料電池スタック１０４へ供給されることになる。燃料電池スタック１０４は、電気モータ１０５の様な電気デバイスのための電気を生成することができる。述べられている様に、燃料電池システム１００は車両に含まれることができるとされ、ゆえに幾つかの実施形態では、電気モータ１０５は電気パワーを、車両の車軸（ひいては１つ又はそれ以上の車輪）を駆動し回転させるための機械的パワーへ変換することができる。

【0013】

[0017]酸素は、少なくとも一部には充電デバイス１０２によって、燃料電池スタック１０４へ提供されることができる。充電デバイス１０２は、幾つかの実施形態では単段コンプレッサを備えた電気コンプレッサデバイス（すなわち、電気スーパーチャージャー）として構成されることができる。

【0014】

[0018]図１に示されている様に、充電デバイス１０２は概して回転群１１８とハウジング１１９を含むものとすることができる。回転群１１８は、シャフト１５０と、ハウジング１１９内で回転するように１つ又はそれ以上のベアリング１２１によってシャフト１５０上に固定的に支持される様々な他の構成要素と、を含んでいてもよい。幾つかの実施形態では、（単数又は複数の）ベアリング１２１は、プレーンベアリング、空気ベアリング、及び／又はオイルレスベアリングとして構成されることができる。

【0015】

[0019]充電デバイス１０２は、モータ部１１２を画定していてもよい。モータ部１１２、ステータ１４６とロータ１４８を含む電気モータ１９９を含んでいてもよい。ロータ１４８はシャフト１５０へ固定されていてもよい。ステータ１４６はハウジング１１９内に支持、収容されていて、ロータ１４８及び回転群１１８の他の要素を軸１２０周りに駆動回転させるようになっていてもよい。

【0016】

[0020]充電デバイス１０２は、更に、コンプレッサ部１１０を含むことができる。幾つかの実施形態では、コンプレッサ部１１０は充電デバイス１０２のたった１つの（唯一の）コンプレッサ部となり得る。そうすると充電デバイス１０２は比較的コンパクトになり得る。コンプレッサ部１１０は、シャフト１５０の長手方向端へ固定されるコンプレッサホイール１３０を含んでいてもよい。論じられる様に、コンプレッサホイール１３０とハウジング１１９の諸部分は、協働してコンプレッサ部１１０を画定する。モータ１９９は、コンプレッサホイール１３０をコンプレッサ部１１０のハウジング１１９内で軸１２０周りに駆動回転させるようになっていてもよい。その結果、吸込空気流（矢印１２２によって表現）がコンプレッサ部１１０によって圧縮され、圧縮空気流（矢印１２４によって表現）がインタークーラー１２８へ方向決めされ、次いで燃料電池システム１００の運転効率を高めるように燃料電池スタック１０４へ方向決めされることになる。

【0017】

[0021]また、燃料電池スタック１０４からの排気ガス流（矢印１３２で表現）は、図１に表現されているように大気へ排気されてもよい。別の言い方をするなら、排気ガス流１３２は充電デバイス１０２から離れるように方向決めされることになる。ゆえに、充電デバイス１０２は、幾つかの実施形態では、電気モータ１９９だけで駆動されるタービンレスコンプレッサデバイスとなり得る。他の実施形態では、排気ガス流１３２は充電デバイス１０２へ向かって戻るように方向決めされて、例えばシャフト１５０へ固定されるタービンホイールの回転を駆動するようになっていてもよい。これが今度はコンプレッサホイール１３０の回転を駆動して、例えば電気モータ１９９を支援するようになっていてもよい。

【0018】

[0022]燃料電池システム１００の様々な構成要素は制御システム１３４によって制御されてもよい。制御システム１３４は、プロセッサと、各種センサと、燃料電池スタック１０４、モータ１９９、及び／又はシステム１００の他の機構の動作を電気的に制御するための他の構成要素と、を有するコンピュータ化されたシステムであってもよい。幾つかの実施形態では、制御システム１３４は、車両の電気制御ユニット（ＥＣＵ）の一部を画定しているか又は一部であってもよい。

【0019】

[0023]運転中は、コンプレッサ部１００にて空気力学的荷重が生成され得ることが理解されるだろう。例えば、コンプレッサホイール１３０によって生成されるスラスト荷重は、回転群１１８を軸１２０に沿って軸方向に（図１の紙面の右側へ）シフトさせる傾向があるだろう。しかし、（単数又は複数の）ベアリング１２１は、回転群１１８を支持し、スラスト荷重に起因する軸方向シフトに抵抗し、軸方向シフトを制限することができる。

【0020】

[0024]また、充電デバイス１０２は、幾つかの実施形態では、荷重抑制部１６０を含んでいてもよい。モータ部１１２は、幾つかの実施形態では、軸方向に、荷重抑制部１６０とコンプレッサ部１１０の間に配置されることができる。荷重抑制部１６０は、コンプレッサ部１１０にて生成されるシャフト１５０へのスラスト荷重を補償するように構成されることができる。例えば、詳細に論じられる様に、荷重抑制部１６０は、コンプレッサ部１１０でのシャフト１５０へのスラスト荷重を相殺する相殺性スラスト力を生成することができるだろう。荷重抑制部１６０の諸特徴は、論じられる様にコンプレッサ部１１０にて生成されるラジアル荷重を補償することもできるだろう。ゆえに、荷重抑制部１６０は、充電デバイス１０２が、高速で動作することを可能にし、充電デバイス１０２の高効率動作をもたらすことができるだろう。更に、含まれる（単数又は複数の）ベアリング１２１は、荷重抑制部１６０によって提供される荷重補償に因り、充電デバイス１０２の性能に悪影響を及ぼすことなく、軽量、安価、且つ複雑性の低いベアリングとすることができる。

【0021】

[0025]充電デバイス１０２は、追加的に、抽気システム１６２を含んでいてもよい。抽気システム１６２は、コンプレッサ部１１０と荷重抑制部１６０を流体接続していてもよい。幾つかの実施形態では、抽気システム１６２は、コンプレッサ部１１０を荷重抑制部１６０へ流体接続する１つ又はそれ以上の送りライン１６４（図３）を含んでいてもよい。したがって、コンプレッサ部１１０からのブリード空気は、論じられる様に、荷重抑制部１６０へ流れ、荷重抑制部１６０を加圧して、釣合せ荷重を生成させることができる。また、幾つかの実施形態では、抽気システム１６２は、荷重抑制部１６０をコンプレッサ部１１０へ流体接続する戻りライン１６６（図１）を含んでいてもよい。したがって、幾つかの実施形態では、抽気システム１６２は、コンプレッサ部１１０から荷重抑制部１６０へ空気をブリードし、ブリード空気をコンプレッサ部１１０へ戻すことができる。こうして、抽気システム１６２は、幾つかの実施形態では、閉システムであってもよい。また一方、他の実施形態では、抽気システム１６２は、荷重抑制部１６０からのブリード空気を大気又は別の目的地へ排気する開システムであってもよい。加えて、幾つかの実施形態では、抽気システム１６２は、回転群１１８でのスラスト荷重を自動的に釣り合わせるように動作する受動システムであってもよい。

【0022】

[0026]荷重抑制部１６０と抽気システム１６２は、集合的に、いわゆるスラスト荷重補償配設を画定していることが理解されるであろう。これらの特徴は、本開示の範囲から逸脱することなしに図示された実施形態とは異なっていてもよい。更に、これらの特徴は、（単数又は複数の）ベアリング１２１が単純化されることを可能にする。例えば、１つ又はそれ以上のベアリング１２１は、幾つかの実施形態では、空気ベアリングであってもよい。そうすると、充電デバイス１０２は強力運転を長い運転寿命に亘って維持することができるだろう。更に、充電デバイス１０２は、本開示の諸特徴に因り、安価に且つ時間効率の良いやり方で製造及び補修されることができる。

【0023】

[0027]これより図１－図３を参照して、回転群１１８のコンプレッサホイール１３０が、例示としての実施形態に従ってよりいっそう詳細に論じられる。コンプレッサホイール１３０は、実質的に、軸１２０に中心合わせされ、シャフト１５０の一端へ固定されることができる。コンプレッサホイール１３０は、前面１６７と後面１６８を含むものとすることができる。コンプレッサホイール１３０の嵩は支持体構造１８２によって画定されることができる。支持体構造１８２は、円錐形状をしているか又はそれ以外に前面１６６から後面１６８に向けて軸１２０に沿ってテーパ状をしていて、後面１６８は実質的に軸１２０に垂直に配置されていてもよい。前面１６７は、複数のブレード１８４（図２）を含んでいてもよい。ブレード１８４は、前面１６７から突出する比較的薄い部材であってもよい。ブレード１８４は、軸１２０から半径方向に離れるように突出していてもよい。ブレード１８４は、更に、軸１２０の周りに螺旋状に延びていてもよい。コンプレッサホイール１３０は、シャフト１５０の一方の終端へ固定されるようにシャフト１５０を受け入れる内腔１６９を含んでいてもよい。前面１６７は、モータ部１１２から見て外方を向いていてもよい。支持体構造１８２は、軸１２０周りに滑らかに回転するように寸法設定され釣り合わされていてもよい。

【0024】

[0028]回転群１１８は、更に、スラスト釣合体１７０を含んでいてもよい。スラスト釣合体１７０は、実質的に軸１２０に中心合わせされていて、コンプレッサホイール１３０とは反対側になるシャフト１５０の端へ固定されることができる。スラスト釣合体１７０は、丸くて平らな釣り合いディスク１６５を含んでいてもよい。釣り合いディスク１６５は、前面１７２と半径区域１７３と後面１７４を有する外側表面１７１を含んでいてもよい。釣り合いディスク１６５は、荷重抑制部１６０内で前面１７２をモータ部１１２の方に向けてシャフト１５０を受け入れ固定させる内腔１７５を含んでいてもよい。釣り合いディスク１６５をシャフト１５０上に固定するナット２０５が含まれていてもよい。釣り合いディスク１６５は、軸１２０周りに滑らかに回転するように寸法設定され釣り合わされている。更に、釣り合いディスク１６５は、シャフト１５０及びコンプレッサホイール１３０と共に一体として回転するように支持されていてもよい。論じられる様に、釣り合いディスク１６５とコンプレッサホイール１３０は、その様な回転の間、互いに釣り合って、充電デバイス１０２の全体としてのスラスト荷重及び／又はラジアル荷重を軽減させることができる。

【0025】

[0029]充電デバイス１０２のハウジング１１９の例示としての実施形態が、これより図１－図３を参照して、いっそう詳細に論じられる。図示されている様に、ハウジング１１９は、中空円筒状のモータケーシング１４４を含んでいてもよい。モータケーシング１４４は、コンプレッサ段１１０と荷重抑制部１６０の間を軸１２０に沿って長さ方向に延びていてもよい。モータケーシング１４４はステータ１４６を収納することができる。こうして、ステータ１４６はモータケーシング１４４の内部に固定されるのに対し、ロータ１４８は回転群１１８のシャフト１５０上に固定され、ステータ１４６内に受け入れられることができる。

【0026】

[0030]また、ハウジング１１９は、軸方向吸込口１３８とシュラウド部材１３９とボリュート部材１４０を画定するコンプレッサハウジング部材１３６を含んでいてもよい。軸方向吸込口１３８とシュラウド部材１３９とボリュート部材１４０は、一体型単体コンプレッサハウジング部材１３６として一体に付着されていてもよい。ボリュート部材１４０は、モータケーシング１４４の一方の端に又はモータ部１１２の他の部分へ固定的に取り付けられていてもよい。軸方向吸込口１３８は、管状、直線状であって、軸１２０に中心合わせされていてもよい。シュラウド部材１３９は、コンプレッサホイール１３０とコンプレッサハウジング部材１３６が協働してコンプレッサ部１１０を画定するように、コンプレッサホイール１３０の前面１６７をなぞって逆の形状をしていてもよい。シュラウド部材１３９は、コンプレッサ部１１０のディフューザー区域１７９を集合的に画定するようにコンプレッサホイール１３０のブレード１８４に対向していてもよい。ディフューザー区域１７９は、吸込空気流１２２を半径方向外方へボリュート通路１４２の中へと方向転換させることができる。ボリュート部材１４０は、その中に軸１２０周りに延びるボリュート通路１４２を画定していてもよい。論じられる様に、充電デバイス１０２の運転中、吸込空気流１２２は、吸込口１３８の中へ流入し、ディフューザー区域１７９を通って流れ、ボリュート通路１４２の中へ流入することになる。ボリュート部材１４０は吐出口１４３（図１）を画定していてもよい。ボリュート通路１４２の吐出口１４３から、空気流１２４はインタークーラー１２８へ流れ、次いで燃料電池スタック１０４へ流れてゆく。

【0027】

[0031]ハウジング１１９は、更に、スラスト抑制ハウジング１８０を含んでいてもよい。スラスト抑制ハウジング１８０は、内側表面１８１と外側表面１８３を有する薄肉壁で剛性のある一体型単体部材とすることができる。釣り合いディスク１６５とスラスト抑制ハウジング１８０が協働して荷重抑制部１６０を画定するように、スラスト抑制ハウジング１８０の諸部分は釣り合いディスク１６５の半径区域１７３及び後面１７４とは実質的に逆になっていてもよい。スラスト抑制ハウジング１８０は、モータケーシング１４４のエンドフランジ１５６を覆って固定的に取り付けられることができる。こうして、スラスト抑制ハウジング１８０は、軸方向に、コンプレッサ部１１０とは反対側に配置されることになる。スラスト抑制ハウジング１８０とモータケーシング１４４（ならびに充電デバイス１０２の１つ又はそれ以上の内部構成要素）は、集合的に、荷重抑制部１６０内に１つ又はそれ以上のチャンバ１９０を画定していてもよい。チャンバ１９０は、論じられる様に抽気システム１６２の一部を画定していてもよい。

【0028】

[0032]上述の通り、図１－図３に示されている様に、充電デバイス１０２の（単数又は複数の）ベアリング１２１は空気ベアリングを含んでいてもよい。したがって、ベアリング１２１は、コンプレッサ部１１０に近接して第１ベアリングハウジング１８６を含んでいてもよい。ベアリング１２１は、更に、荷重抑制部１６０に近接して第２ベアリングハウジング１９６を含んでいてもよい。第１ベアリングハウジング１８６は、キャップ形状をしていて、回転群１１８のハウジング１１９に対する回転を支持する第１ジャーナルベアリング１８８、スラストベアリング１８７、スラストディスク１８９を支持するようになっていてもよい。第２ベアリングハウジング１９７は、モータケーシング１４４から半径方向内方に延びていて、回転群１１８のハウジング１１９に対する回転を更に支持する第２ジャーナルベアリング１９７を支持するようになっていてもよい。

【0029】

[0033]加えて、充電デバイス１０２は、更に、第１エンドプレート１９１を含んでいてもよい。第１エンドプレート１９１は、モータケーシング１４４のエンドフランジ１５６内に受け入れられる薄肉壁部材であってもよい。第１エンドプレート１９１は、更に、ステータ１４６の軸方向端、モータケーシング１４４、及び／又は第２ベアリングハウジング１９６を上から覆っていてもよい。

【0030】

[0034]また、充電デバイス１０２は、第２エンドプレート１９８を含んでいてもよい。第２エンドプレート１９８は、モータケーシング１４４のエンドフランジ１５６内に受け入れられる薄肉壁部材であってもよい。第２エンドプレート１９８は、第１エンドプレート１９１を上から覆っていてもよい。

【0031】

[0035]充電デバイス１０２は、更に、コンプレッサ部１１０に近接して第１シールプレート１５２を含んでいてもよい。第１シールプレート１５２は、シャフト１５０を受け入れる内腔を含んでいてもよい。第１シールプレート１５２は、更に、スラストベアリング１８７の内腔内に受け入れられていてもよい。第１シールプレート１５２は、更に、軸方向に、コンプレッサホイール１３０の後面１６８とスラストディスク１８９の間に配置されていてもよい。また、充電デバイス１０２は、荷重抑制部１６０に近接して第２シールプレート１５４を含んでいてもよい。第２シールプレート１５４は、シャフト１５０を受け入れる内腔を含んでいてもよい。第２シールプレート１５４は、更に、第２エンドプレート１９８の内腔内に受け入れられていてもよい。

【0032】

[0036]図４に示されている様に、釣り合いディスク１６５は、実質的にチャンバ１９０を第１サブチャンバ１９２と第２サブチャンバ１９４へ分けていてもよい。具体的には、図４に示されている様に、ディスク１６５の半径区域１７３と後面１７４は、直接隣接していて、スラスト抑制ハウジング１８０の内側表面１８１の一部分に対向していてもよい。また、充電デバイス１０２は、第１サブチャンバ１９２と第２サブチャンバ１９４の間の境界を実質的に封止する少なくとも１つのシーリング部材２００を含んでいてもよい。シーリング部材２００は、幾つかの実施形態では内側表面１８１とディスク１６５の外側表面１７１の間のラビリンスシールを含んでいてもよい。シーリング部材２００はリッジ２０２を含み、釣り合いディスク１６５の後面１７４は対応するリッジ２０４を含んでいてもよい。シーリング部材２００は、後面１７４に対して封止し、リッジ２０２とリッジ２０４が相互作用して、論じられる様に第１サブチャンバ１９２から第２サブチャンバ１９４へのブリード空気流れのための蛇行経路を画定するようになっていてもよい。したがって、ディスク１６５の前面１７２と第２エンドプレート１９８とスラスト抑制ハウジング１８０の内側表面１８１は、集合的に、第１サブチャンバ１９２を画定することができる。ディスク１６５の後面１７４とシーリング部材２００とスラスト抑制ハウジング１８０の内側表面１８１とナット２０５は、集合的に、第２サブチャンバ１９４を画定することができる。

【0033】

[0037]ハウジング１１９及び／又は充電デバイス１０２の他の部分は詳細に説明されていないが多数の追加の構成要素を含んでいてもよい、ということが理解されるだろう。例えば、ハウジング１１９は、多数の締結具、流体シール、熱遮蔽材、及び／又は充電デバイス１０２の効率的効果的運転を維持するための他の構成要素を含んでいてもよい。

【0034】

[0038]これより図２及び図３を参照して、抽気システム１６２の送りライン１６４が例示としての実施形態に従って論じられる。図２に表現されている様に、軸１２０の周りに周方向に均等に間隔を空けて複数（例えば８つ）の送りライン１６４が配置されていてもよい。送りライン１６４は、第１ベアリングハウジング１８６（図２及び図３）の厚さを貫いて延びる貫通穴２１０又は他の開口によって個々に画定されていてもよい。送りライン１６４は、更に、貫通穴２１０の１つと整列されていてモータケーシング１４４を通って軸方向に延びている長手方向通路２１２（図３）によって個々に画定されていてもよい。また、送りライン１６４は、第２ベアリングハウジング１９６と第１エンドプレート１９１の間に画定される細い半径方向ギャップ２１４によって画定されていてもよい。加えて、送りライン１６４は、第１エンドプレート１９１を貫く第１エンド通路２１６及び第２エンドプレート１９８を貫く整列された第２エンド通路２１８によって個々に画定されていてもよい。したがって、図３に表現されている様に、送りライン１６４の少なくとも１つは、流体的に連続していて、コンプレッサ部１１０のディフューザー区域１７９から、長手方向に孔２１０及び長手方向通路２１２を通り、半径方向にギャップ２１４を通り、長手方向に第１エンド通路２１６及び第２エンド通路２１８を通って、荷重抑制部１６０の第１サブチャンバ１９２まで延びていてもよい。言い換えるなら、送りライン１６４は、第１の長手方向区分（孔２１０及び長手方向通路２１２）、半径方向区分（ギャップ２１４）、及び第２の長手方向区分（整列された第１エンド通路２１６と第２エンド通路２１８）を含むこととなり、半径方向区分は第１の長手方向区分と第２の長手方向区分を流体接続する。

【0035】

[0039]これより図１を参照して、抽気システム１６２の戻りライン１６６が例示としての実施形態に従って論じられる。図示されている様に、戻りライン１６６は、モータケーシング１４４とコンプレッサハウジング部材１３６の外部に沿って曲がり延びている管２２１を含んでいてもよい。戻りライン１６６は、更に、第２サブチャンバ１９４からコンプッサ部１１０へ戻るブリード空気の流れを調整する弁部材２２０を含んでいてもよい。図５に示されている様に、弁部材２２０は、軸１２０に中心合わせされスラスト抑制ハウジング１８０へ取り付けられている一方向弁であってもよい。したがって、弁部材２２０は、第２サブチャンバ１９４へ流体接続されていてもよい。弁部材２２０は、付勢部材２１９によって閉位置（図５に仮想線で図示）へ向けて付勢されていてもよい。弁部材２２０は、第２サブチャンバ１９４内の圧力の力を受けて、付勢部材２１９からの付勢力に逆らって閉位置から開位置（図５に実線で図示）へ動くことができる。論じられる様に、弁部材２２０は、第２サブチャンバ１９４が既定レベルへ加圧されると、閉位置から開位置に向かって動くことができる。

【0036】

[0040]管２２１は、コンプレッサ部吸込口１３８に近接してコンプレッサ部１１０の吸込口取付具２２３（図１）へ固定されていてもよい。吸込口取付具２２３は、コンプレッサハウジング部材１３６の吸込口１３８を包囲していて吸込口１３８へ流体接続されている環状チャンバである吸込マニホールド２２５へ接続されていてもよい。加えて、吸込口１３８は、戻りブリード空気流れを吸込マニホールド２２５からコンプレッサ部１１０の吸込口１３８の中へ戻るよう方向決めする１つ又はそれ以上のノズル２２７を含んでいてもよい。

【0037】

[0041]こうして、充電デバイス１０２の運転中、吸込空気流１２２は吸込口１３８の中へ方向決めされることになる。コンプレッサ部１１０は、空気流１２２を圧縮し、圧縮空気流１２４をインタークーラー１２８へ、そして燃料電池スタック１０４へ送ることができる。その間に、ディフューザー領域１７９からのブリード空気は、貫通穴２１０及び長手方向通路２１２を通ってギャップ２１４の中へブリードされる。ギャップ２１４のブリード空気は、第１エンド通路２１６及び第２エンド通路２１８を通って荷重抑制部１６０の第１サブチャンバ１９２の中へ流入することになる。

【0038】

[0042]このブリード空気は、シーリング部材２００での封止に因り、第１サブチャンバ１９２（即ち、高圧チャンバ）を加圧することになる。ブリード空気は、ゆくゆくは、ラビリンスシーリング部材２００を通って第２サブチャンバ１９４（即ち、低圧チャンバ）へと流れてゆく。最終的に、第２サブチャンバ１９４内の圧力が弁部材２２０を開くのに十分に高く上昇し、弁が開くことによりブリード空気が管２２１を通ってコンプレッサ部１１０の吸込口１３８へ流れ戻れるようになる。

【0039】

[0043]第１サブチャンバ１９２と第２サブチャンバ１９４の間には圧力勾配が存在し得る、ということが理解されるだろう。第１サブチャンバ１９２は、第２サブチャンバ１９４よりも高く加圧されるように構成されることができる。また、第１サブチャンバ１９２の圧力は、釣り合いディスク１６５に荷重を加えモータ部１１２から離れる軸方向の向き（図１及び図３では左側）へ方向決めされるスラスト荷重を生成する傾向がある。このスラスト荷重は、コンプレッサホイール１３０にて生成されるスラスト荷重を相殺し、釣り合わせる。こうして、回転群１１８は、顕著な全体スラスト荷重なしに釣り合いのとれた回転を維持することができる。そういうわけで、（単数又は複数の）ベアリング１２１を、充電デバイス１０２の運転を危うくすることなく空気ベアリングの様な比較的軽量のベアリングとすることができるのである。

【0040】

[0044]以上の詳細な説明では少なくとも１つの例示的な実施形態が提示されたが、膨大な数の変形型が存在するものと理解されたい。更に、単数又は複数の例示的な実施形態は一例にすぎず、本開示の範囲、適用可能性、又は構成を如何様にも限定する意図のないことを理解されたい。むしろ、以上の詳細な説明は、当業者に本開示の例示的な実施形態を実施するのに都合の良いロードマップを提供しようとしているのである。例示的実施形態に説明されている諸要素の機能及び配置には、付随の特許請求の範囲に示される本開示の範囲から逸脱することなく様々な変更がなされ得るものと理解される。

【符号の説明】

【0041】

１００ 燃料電池システム
１０２ 充電デバイス
１０４ 燃料電池スタック
１０５ 電気モータ
１０６ タンク
１１０ コンプレッサ部
１１２ モータ部
１１８ 回転群
１１９ ハウジング
１２０ 軸
１２１ ベアリング
１２２ 吸込空気流
１２４ 圧縮空気流
１２８ インタークーラー
１３０ コンプレッサホイール
１３２ 排気ガス流
１３４ 制御システム
１３６ コンプレッサハウジング部材
１３８ 吸込口
１３９ シュラウド部材
１４０ ボリュート部材
１４２ ボリュート通路
１４３ 吐出口
１４４ モータケーシング
１４６ ステータ
１４８ ロータ
１５０ シャフト
１５２ 第１シールプレート
１５４ 第２シールプレート
１５６ エンドフランジ
１６０ 荷重抑制部
１６２ 抽気システム
１６４ 送りライン
１６５ 釣り合いディスク
１６６ 戻りライン
１６７ コンプレッサホイールの前面
１６８ コンプレッサホイールの後面
１６９ 内腔
１７０ スラスト釣合体
１７１ 外側表面
１７２ 前面
１７３ 半径区域
１７４ 後面
１７５ 内腔
１７９ ディフューザー区域
１８０ スラスト抑制ハウジング
１８１ 内側表面
１８２ 支持体構造
１８３ 外側表面
１８４ ブレード
１８６ 第１ベアリングハウジング
１８７ スラストベアリング
１８８ 第１ジャーナルベアリング
１８９ スラストディスク
１９０ チャンバ
１９１ 第１エンドプレート
１９２ 第１サブチャンバ
１９４ 第２サブチャンバ
１９６ 第２ベアリングハウジング
１９７ 第２ジャーナルベアリング
１９８ 第２エンドプレート
１９９ 電気モータ
２００ シーリング部材
２０２ シーリング部材のリッジ
２０４ 釣り合いディスクのリッジ
２０５ ナット
２１０ 貫通穴
２１２ 長手方向通路
２１４ 半径方向ギャップ
２１６ 第１エンド通路
２１８ 第２エンド通路
２１９ 付勢部材
２２０ 弁部材
２２１ 管
２２３ 吸込口取付具
２２５ 吸込マニホールド
２２７ ノズル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】