CN110578696A - 气体压缩装置、气体压缩装置的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种气体压缩装置、气体压缩装置的制造方法，在该气体压缩装置中抑制旋转体的旋转时的不平衡。气体压缩装置具备第1叶轮、安装有第1叶轮的旋转轴、以及插通有旋转轴并与旋转轴一同旋转的多个旋转部件。旋转轴具备凸缘，该凸缘具有与轴向垂直的第1面且沿旋转轴的径向突出，第1叶轮的背面与第1面接触，多个旋转部件以隔着凸缘的方式位于与第1叶轮相反的一侧。

Description

气体压缩装置、气体压缩装置的制造方法

技术领域

本公开涉及气体压缩装置、气体压缩装置的制造方法。

背景技术

作为对气体进行压缩的气体压缩装置，在专利文献1中记载了具备转子轴、以及与转子轴的端部连结的叶轮的装置。

专利文献1：日本特开2013-50090号公报

在气体压缩装置中，存在因安装于转子轴的各部件的公差等而使得叶轮相对于转子轴的安装角度产生偏差的情况。若叶轮在产生了该角度偏差的状态下旋转，则存在气体压缩装置中的压缩效率降低的情况。

发明内容

本公开能够作为以下的方式来实现。

(1)根据本公开的第1方式，提供一种气体压缩装置。该气体压缩装置具备：第1叶轮；旋转轴，安装有上述第1叶轮；以及多个旋转部件，上述旋转轴插通于多个旋转部件中，多个旋转部件与上述旋转轴一同旋转，上述旋转轴具备凸缘，该凸缘具有与上述旋转轴的轴向垂直的第1面，并且沿上述旋转轴的径向突出，上述第1叶轮的背面与上述第1面接触，上述多个旋转部件以隔着上述凸缘的方式位于与上述第1叶轮相反的一侧。

根据该方式，第1叶轮的背面与旋转轴中的凸缘的第1面接触，因此第1叶轮与旋转轴所成的角度不受到多个旋转部件与旋转轴所成的角度的影响。因此，能够抑制第1叶轮的旋转时的不平衡。因此，能够抑制气体压缩装置的压缩效率降低。

(2)在上述方式中，也可以构成为上述凸缘与上述旋转轴一体成型。根据该方式，第1叶轮的背面与和旋转轴一体成型的凸缘的第1面接触。因此，第1叶轮与旋转轴所成的角度不受到多个旋转部件与旋转轴所成的角度的影响。因此，能够抑制第1叶轮的旋转时的不平衡。

(3)在上述方式中，也可以构成为上述多个旋转部件中的一个是对上述第1叶轮进行驱动的马达所具有的转子，上述凸缘具有与上述轴向垂直的第2面，上述气体压缩装置还具备：马达收容部，不收容上述第1叶轮而收容马达；以及机械密封件，具有固定于上述马达收容部的固定环、以及与上述固定环接触且是上述多个旋转部件中的一个的旋转环，并且抑制从上述马达收容部朝向上述第1叶轮侧的流体的移动，上述旋转环以与上述凸缘的上述第2面接触的方式被固定。

根据该方式，机械密封件的旋转环与第2面接触而被固定，因此旋转环中的与凸缘的第2面接触的面和固定环中的与旋转环接触的面以高精度平行地配置。因此，和旋转环未以与第2面接触的方式被固定的情况相比，能够抑制流体从马达收容部向第1叶轮侧移动。

(4)在上述方式中，也可以构成为上述多个旋转部件中的一个是借助外部装置的排气而旋转的第2叶轮，上述旋转轴具有第1端部和第2端部，上述第1叶轮固定于上述第1端部，上述第2叶轮固定于上述第2端部。

根据该方式，在包含利用排气而旋转的第2叶轮的气体压缩装置中，能够抑制第1叶轮的旋转时的不平衡。

根据本公开的第2方式，提供一种气体压缩装置的制造方法。该制造方法具备：准备第1叶轮、旋转轴、以及多个旋转部件的工序，其中上述旋转轴具备设有与上述旋转轴的轴向垂直的第1面且沿上述旋转轴的径向突出的凸缘，上述多个旋转部件与上述旋转轴一同旋转；以使上述第1叶轮的背面与上述第1面接触的方式将上述第1叶轮安装于上述旋转轴的工序；以及以使上述多个旋转部件隔着上述凸缘而位于与上述第1叶轮所安装的一侧相反的一侧的方式，将上述多个旋转部件安装于上述旋转轴的工序。

根据该方式，第1叶轮的背面与旋转轴中的凸缘的第1面接触，因此第1叶轮与旋转轴所成的角度不受到多个旋转部件与旋转轴所成的角度的影响。因此，能够抑制第1叶轮的旋转时的不平衡。因此，能够抑制气体压缩装置的压缩效率降低。

在上述方式的制造方法中，也可以构成为将上述多个旋转部件安装于上述旋转轴的工序具备如下工序：通过将固定夹具紧固于上述旋转轴，从而对安装于上述旋转轴的上述多个旋转部件的上述轴向上的位置进行固定，上述方法还具备如下工序：在将上述多个旋转部件安装于上述旋转轴的工序之后且在将上述第1叶轮安装于上述旋转轴的工序之前，对上述轴向上的位置被固定了的上述多个旋转部件进行平衡调整。

根据该方式，在抑制了多个旋转部件的不平衡的状态下，将第1叶轮安装于旋转轴，因此能够抑制旋转体的不平衡。

本公开也能够以上述的处理装置以外的各种方式来实现。例如，能够以基于气体压缩装置的气体压缩方法等方式来实现。

附图说明

图1是第1实施方式中的气体压缩装置的概略剖视图。

图2是表示气体压缩装置的制造方法的工序图。

图3是表示第2实施方式中的气体压缩装置的制造方法的工序图。

图4是第3实施方式中的气体压缩装置的概略剖视图。

附图标记的说明

10...第1叶轮；11...背面；12...第2叶轮；20...旋转轴；22...凸缘；23...第1面；24...第2面；30...马达；32...转子；33...线圈；34...定子；40、42...轴承；41、43...轴承箱；51、52、53、54、55...隔离件；70、73...机械密封件；71、74...旋转环；72、75...固定环；81、82...螺母；90、90a...壳体；91、91a...马达收容部；92...第2叶轮收容部；93、94...贯通孔；95...第1叶轮收容部；97...工作油供给流路；98...工作油排出流路；100、100a...旋转部件；110...气体供给流路；120...燃料电池组；140...气体排出流路；200、200a...气体压缩装置；e1...第1端部；e2...第2端部。

具体实施方式

A.第1实施方式：

图1是本公开的一个方式中的气体压缩装置200的概略剖视图。气体压缩装置200是所谓的离心式电动压缩机。在本实施方式中，气体压缩装置200设置于向燃料电池组120供给气体的气体供给流路110，对气体进行压缩后向燃料电池组120供给。在本实施方式中，作为气体而使用空气，但也可以使用氧、其他气体。

气体压缩装置200具备第1叶轮10和旋转轴20。气体压缩装置200还具备轴承40、42和轴承箱41、43、隔离件51、52、53、54、具有旋转环71和固定环72的机械密封件70、螺母81、82、以及壳体90。壳体90是具有收容马达30的马达收容部91、和收容第1叶轮10的第1叶轮收容部95的壳体。在图1中，为了便于说明，图示出了相互正交的XYZ轴。X轴方向也是旋转轴20的轴向。Z轴方向是铅直方向，在图1中也是旋转轴20的径向。图1是为了容易理解气体压缩装置200的技术特征而示出的图，并没有准确地示出各部的尺寸。

旋转轴20具有与旋转轴20一体成型并沿旋转轴20的径向突出的凸缘22。凸缘22具有与轴向垂直的第1面23和第2面24。“与轴向垂直”是指相对于轴向在90°±0.3°的范围。在本说明书中，与轴向垂直地配置的结构优选为相对于轴向配置在90°±0.1°的范围内。第1面23位于旋转轴20的第1端部e1侧，第2面24位于旋转轴20的第2端部e2侧。在另一实施方式中，凸缘22也可以不具有第2面24。例如，凸缘22的第2端部e2侧也可以相对于轴向倾斜。在另一实施方式中，凸缘22也可以相对于旋转轴20独立地成型。在该情况下，凸缘22固定于旋转轴20，并与旋转轴20一体化形成。

旋转轴20的第1面23侧经由形成于马达收容部91的贯通孔93而向第1叶轮收容部95突出。在旋转轴20的第1面23侧，安装有第1叶轮10。在旋转轴20的第2面24侧，从第2面24侧起依次安装有旋转环71、隔离件51、轴承40、隔离件52、转子32、隔离件53、轴承42、以及隔离件54。在位于第2面24侧的上述各部件插通有旋转轴20，上述各部件与旋转轴20一同旋转。将隔着凸缘22地位于与第1叶轮10相反的一侧且插通有旋转轴20的上述各部件亦称为“旋转部件100”。各旋转部件100与在轴向上邻接的旋转部件100接触。隔离件54的端部与螺母82接触。螺母82将旋转部件100的轴向上的位置固定。

第1叶轮10通过旋转而将从气体供给流路110供给的气体在第1叶轮收容部95内压缩，并向燃料电池组120送出。也将第1叶轮10称为压缩机叶轮。如图1所示，第1叶轮10的背面11与凸缘22的第1面23接触。第1叶轮10通过螺母81而安装于旋转轴20的第1端部e1。螺母81将第1叶轮10的轴向上的位置固定。也将螺母81、82称为“固定夹具”。

马达30是对第1叶轮10进行驱动的电动机。马达30具有插通有旋转轴20的转子32、和对置地配置于转子32的外周并具备线圈33的定子34。转子32位于凸缘22的第2面24侧。在转子32的表面设置有磁铁，转子32与旋转轴20一体旋转。定子34被供给电力而使转子32旋转。马达30通过未图示的控制装置而被通电。控制装置根据针对燃料电池组120的发电请求而控制马达30的转速，从而使气体压缩装置200产生与燃料电池组120的发电量对应的压力。另外，控制装置控制未图示的油泵而向马达收容部91内供给工作油。

轴承40、42将旋转轴20支承为能够旋转。如图1所示，轴承40相对于转子32配置于第1叶轮10侧。轴承42相对于转子32配置于与轴承40相反的一侧。在本实施方式中，轴承40、42是具备多个滚珠的滚珠轴承，但也可以是滚针轴承等其他种类的轴承。

轴承箱41、43形成为环状，分别在环状的内部收容轴承40、42。

马达收容部91是收容马达30的壳体。在马达收容部91，形成有工作油供给流路97与工作油排出流路98。工作油供给流路97位于马达30的铅直上方。工作油供给流路97从未图示的工作油冷却器向马达收容部91内供给工作油。从工作油供给流路97向马达收容部91内流出的工作油将马达30冷却。在马达收容部91与轴承箱41、43之间，形成有缝隙，该缝隙由从工作油供给流路97供给的工作油填满，由此在马达收容部91与轴承箱41、43之间形成油阻尼器。工作油排出流路98位于马达30的铅直下方。工作油排出流路98将马达收容部91内的工作油向马达收容部91外排出。

机械密封件70是具备固定环72与旋转环71的密封部。固定环72位于轴承40与第1叶轮10之间，固定于马达收容部91。旋转环71与固定环72接触。在旋转轴20旋转时，旋转环71旋转，但固定环72不旋转。因此，在旋转轴20旋转时，在固定环72与旋转环71之间保持微米单位的缝隙，同时固定环72与旋转环71相互滑动。这样，实现旋转轴20的高速旋转，同时抑制马达收容部91内的工作油从固定环72与旋转环71之间向第1叶轮10侧渗出。并且，在本实施方式中，旋转环71与凸缘22的第2面24接触而被固定。因此，旋转环71中的与凸缘22的第2面24接触的面、和固定环72中的与旋转环71接触的面以高精度平行地配置。因此，在本实施方式中，进一步抑制马达收容部91内的工作油从固定环72与旋转环71之间向第1叶轮10侧渗出。

隔离件51、52、53、54是用于调整轴承40、42、旋转环71、转子32的轴向上的位置的部件。隔离件51配置在旋转环71与轴承40之间，与旋转环71和轴承40接触。隔离件52配置在轴承40与转子32之间，与轴承40和转子32接触。隔离件53配置在转子32与轴承42之间，与转子32和轴承42接触。隔离件54配置在轴承42与螺母82之间，与轴承42和螺母82接触。隔离件的数量、隔离件的形状可以根据旋转轴20、除了隔离件51、52、53、54之外的多个旋转部件100的轴向上的长度等而适当地变更。

图2是表示气体压缩装置200的制造方法的工序图。在气体压缩装置200的制造中，准备旋转轴20、第1叶轮10、以及多个旋转部件100(步骤S10)。

接下来，多个旋转部件100以隔着凸缘22位于与第1叶轮10所安装的一侧相反的一侧的方式，安装于旋转轴20(步骤S20)。在本实施方式中，首先以使旋转环71与凸缘22的第2面24接触的方式，在旋转轴20安装旋转环71。在安装了旋转环71后，将隔离件51、轴承40、隔离件52、转子32、隔离件53、轴承42、隔离件54依次安装于旋转轴20。接下来，以使邻接的旋转部件100接触且将轴向上的各旋转部件100的位置固定的方式，将螺母82紧固于旋转轴20。安装有多个旋转部件100的旋转轴20以使第1面23向第1叶轮收容部95内露出的方式，配置在壳体90内。

接下来，以使第1叶轮10的背面11与第1面23接触的方式，将第1叶轮10安装于旋转轴20(步骤S30)。在步骤S30中，以使第1叶轮10的背面11与第1面23接触而被固定的方式，使螺母81与第1叶轮10接触而紧固于旋转轴20。

在旋转轴20组装了第1叶轮10以及多个旋转部件100后，进行由第1叶轮10以及多个旋转部件100构成的旋转体的平衡调整(步骤S40)。平衡调整是为了修正相对于旋转体的旋转中心、即旋转轴20的旋转中心的旋转体的径向上的质量分布的不均衡而进行的。平衡调整例如是利用砂轮等将旋转体的径向上的质量过多的部位切削来进行的。此外，也可以省略步骤S40。通过以上的过程，制造气体压缩装置200。

根据该方式，第1叶轮10的背面11与旋转轴20中的凸缘22的第1面23接触，因此即便因旋转部件100的制造时的公差等而使得多个旋转部件100与旋转轴20所成的角度从垂直偏离，第1叶轮10与旋转轴20所成的角度也不会受到多个旋转部件100与旋转轴20所成的角度的影响。因此，能够抑制第1叶轮10的旋转时的不平衡。因此，能够抑制因旋转体在产生了不平衡的状态下旋转而使得气体压缩装置200的压缩效率降低的情况。

根据该方式，机械密封件70的旋转环71与第2面24接触而被固定，因此旋转环71中的与凸缘22的第2面24接触的面、和固定环72中的与旋转环71接触的面以高精度平行地配置。因此，和旋转环71未以与第2面24接触的方式被固定的情况相比，能够抑制流体从马达收容部91向第1叶轮10侧移动。

根据该方式，能够抑制第1叶轮10的旋转时的不平衡，因此与产生了不平衡的情况相比，能够减小第1叶轮10与第1叶轮收容部95之间的隙。因此，能够提高气体压缩装置200的压缩效率。另外，能够构成为缩小气体压缩装置200。

B.第2实施方式

以下，对于与第1实施方式相同的结构以及相同的工序，标注相同的附图标记，并省略它们的详细的说明。第2实施方式中的气体压缩装置200的结构与第1实施方式相同，制造方法与第1实施方式不同。图3是表示第2实施方式中的气体压缩装置200的制造方法的工序图。图3的制造方法在图2的步骤S20与步骤S30之间追加了步骤S25，并用步骤S45置换了图2的步骤S40。

在第2实施方式中，若多个旋转部件100安装于旋转轴20，且螺母82紧固于旋转轴20(步骤S20)，则在第1叶轮10安装于旋转轴20的工序(步骤S30)前，进行多个旋转部件100的平衡调整(步骤S25)。在步骤S25中，在旋转轴20固定有多个旋转部件100的状态下，利用砂轮等对多个旋转部件100的径向上的质量过多的部位进行切削。

若进行多个旋转部件100的平衡调整，则在旋转轴20安装第1叶轮10(步骤S30)，之后进行第1叶轮10的平衡调整(步骤S45)。在步骤S45中，利用砂轮等将第1叶轮10的径向上的质量过多的部位切削。

根据该方式，在第1叶轮10安装于旋转轴20前，在多个旋转部件100固定于旋转轴20的状态下进行平衡调整。因此，在抑制了多个旋转部件100的不平衡的状态下，将第1叶轮10安装于旋转轴20，因此能够抑制第1叶轮10的旋转时的旋转体的不平衡。

根据该方式，在进行了多个旋转部件100的平衡调整后，在旋转轴20安装第1叶轮10，并进行第1叶轮10的平衡调整。因此，与将第1叶轮10和多个旋转部件100作为一体来进行平衡调整的情况相比，进行平衡调整的轴向上的范围较窄，能够容易地进行平衡调整。

C.第3实施方式

图4是第3实施方式中的气体压缩装置200a的概略剖视图。第3实施方式中的气体压缩装置200a主要在具备第2叶轮12的点和壳体90a具备收容第2叶轮12的第2叶轮收容部92的点上与第1实施方式中的气体压缩装置200不同。

第2叶轮12固定于旋转轴20的第2端部e2。第2叶轮12借助在气体排出流路140流动的来自燃料电池组120的排气而旋转。也将第2叶轮12称为涡轮机叶轮。

旋转轴20中的第2端部e2经由形成于马达收容部91a的贯通孔94而向第2叶轮收容部92突出。在旋转轴20的第2面24侧，从第2面24侧起依次配置有旋转环71、隔离件51、轴承40、隔离件52、转子32、隔离件53、轴承42、隔离件54、旋转环74、隔离件55、以及第2叶轮12。在隔着凸缘22位于与第1叶轮10相反的一侧的上述各旋转部件100a，插通有旋转轴20。各旋转部件100a与在轴向上邻接的旋转部件100a接触。第2叶轮12的端部与螺母82接触。螺母82将旋转部件100a的轴向上的位置固定。

机械密封件73隔着转子32配置于与机械密封件70相反的一侧。固定环75位于轴承42与第2叶轮12之间，固定于马达收容部91a。旋转环74与固定环75接触。在旋转轴20旋转时，旋转环74旋转，但固定环75不旋转。因此，在旋转轴20旋转时，在固定环75与旋转环74之间保持微米单位的缝隙，同时固定环75与旋转环74相互滑动。这样，实现旋转轴20的高速旋转，同时抑制马达收容部91a内的工作油从固定环75与旋转环74之间向第2叶轮12侧渗出。

第3实施方式的气体压缩装置200a也能够通过图2或者图3所示的制造方法来制造。在步骤S20中，多个旋转部件100a在使旋转环71与第2面24接触后，将隔离件51、轴承40、隔离件52、转子32、隔离件53、轴承42、隔离件54、旋转环74、隔离件55、以及第2叶轮12依次安装于旋转轴20。接下来，以使邻接的旋转部件100a接触且将轴向上的位置固定的方式，使螺母82紧固于旋转轴20。对于其他的工序，由于与第1实施方式或者第2实施方式相同，因此省略说明。

根据该方式，在包含利用排气而旋转的第2叶轮12的气体压缩装置200a中，能够抑制第1叶轮10的旋转时的不平衡。

D.其他实施方式：

(1)气体压缩装置200、200a也可以是不使用工作油的无油型的气体压缩装置。在该情况下，气体压缩装置200、200a也可以不具备机械密封件70、73，在第2面24，除了旋转环71之外，例如还可以接触有隔离件51。

(2)在上述的实施方式中，气体压缩装置200、200a设置于向燃料电池组120供给气体的气体供给流路110。与此相对地，气体压缩装置200、200a也可以设置于向发动机等其他种类的外部装置供给气体的气体供给流路，对气体进行压缩而将其向外部装置供给。气体压缩装置200a的第2叶轮12也可以借助在从外部装置排出气体的气体排出流路中流动的气体而被驱动。

(3)在上述的第1、第3实施方式中，也可以交换将第1叶轮10安装于旋转轴20的工序(图2，步骤S20)和将多个旋转部件100、100a安装于旋转轴20的工序(图2，步骤S30)的顺序。根据该方式，第1叶轮10的背面11与旋转轴20中的凸缘22的第1面23也接触，因此即便因旋转部件100、100a的制造时的公差等而使得多个旋转部件100、100a与旋转轴20所成的角度从垂直偏离，第1叶轮10与旋转轴20所成的角度也不受到多个旋转部件100、100a与旋转轴20所成的角度的影响。因此，能够抑制第1叶轮10的旋转时的不平衡。因此，能够抑制旋转体在产生了不平衡的状态下旋转而使得气体压缩装置200、200a的压缩效率降低的情况。

本公开并不限定于上述的实施方式，能够在不脱离其主旨的范围内以各种结构来实现。例如，为了解决上述课题的一部分或全部、或者为了实现上述效果的一部分或全部，实施方式中的技术特征能够适当地进行更换、组合。另外，上述实施方式以及各变形例的构成要素中的独立权利要求所记载的要素以外的要素是附加的要素，能够适当地省略。

Claims (6)

1.一种气体压缩装置，其中，具备：

第1叶轮；

旋转轴，安装有所述第1叶轮；以及

多个旋转部件，所述旋转轴插通于多个旋转部件中，多个旋转部件与所述旋转轴一同旋转，

所述旋转轴具备凸缘，该凸缘具有与所述旋转轴的轴向垂直的第1面，并且沿所述旋转轴的径向突出，

所述第1叶轮的背面与所述第1面接触，所述多个旋转部件隔着所述凸缘位于与所述第1叶轮相反的一侧。

2.根据权利要求1所述的气体压缩装置，其中，

所述凸缘与所述旋转轴一体成型。

3.根据权利要求1或2所述的气体压缩装置，其中，

所述多个旋转部件中的一个是对所述第1叶轮进行驱动的马达所具有的转子，

所述凸缘具有与所述轴向垂直的第2面，

所述气体压缩装置还具备：

马达收容部，不收容所述第1叶轮而收容马达；以及

机械密封件，具有固定于所述马达收容部的固定环、以及与所述固定环接触且是所述多个旋转部件中的一个的旋转环，所述机械密封件抑制从所述马达收容部朝向所述第1叶轮侧的流体的移动，

所述旋转环以与所述凸缘的所述第2面接触的方式被固定。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的气体压缩装置，其中，

所述多个旋转部件中的一个是借助外部装置的排气而旋转的第2叶轮，

所述旋转轴具有第1端部和第2端部，所述第1叶轮固定于所述第1端部，所述第2叶轮固定于所述第2端部。

5.一种气体压缩装置的制造方法，其中，具备：

准备第1叶轮、旋转轴、以及多个旋转部件的工序，所述旋转轴具备设有与所述旋转轴的轴向垂直的第1面且沿所述旋转轴的径向突出的凸缘，所述多个旋转部件与所述旋转轴一同旋转；

以使所述第1叶轮的背面与所述第1面接触的方式将所述第1叶轮安装于所述旋转轴的工序；以及

以使所述多个旋转部件隔着所述凸缘而位于与所述第1叶轮所安装的一侧相反的一侧的方式，将所述多个旋转部件安装于所述旋转轴的工序。

6.根据权利要求5所述的制造方法，其中，

将所述多个旋转部件安装于所述旋转轴的工序具备如下工序：通过将固定夹具紧固于所述旋转轴，从而对安装于所述旋转轴的所述多个旋转部件的所述轴向上的位置进行固定，

所述方法还具备如下工序：在将所述多个旋转部件安装于所述旋转轴的工序之后且在将所述第1叶轮安装于所述旋转轴的工序之前，对所述轴向上的位置被固定了的所述多个旋转部件进行平衡调整。