DE102019126052A1

DE102019126052A1 - Radialverdichter

Info

Publication number: DE102019126052A1
Application number: DE102019126052.3A
Authority: DE
Inventors: Yoshiyuki Nakane; Takahito Kunieda; Kaho TAKEUCHI; Ryo Umeyama; Satoru Mitsuda; Ryosuke FUKUYAMA
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2018-09-28
Filing date: 2019-09-26
Publication date: 2020-04-02
Also published as: KR102334032B1; KR20210098403A; JP2020056320A; US11221013B2; US20200102964A1; CN110966228A; KR20200036769A

Abstract

Ein Radialverdichter (10) beinhaltet eine langsam laufende Welle (16), ein Laufrad (24), einen Drehzahlerhöher (30), ein Gehäuse (11), eine Trennwand (14), eine Welleneinführbohrung (14h), ein Dichtelement (23), eine Ölwanne (55), einen Ölzuführkanal (56), einen Ölrückführkanal (58) und einen Druckreduktionskanal (60). Das Laufrad (24) rotiert integral mit einer schnell laufenden Welle (31). Das Gehäuse (11) hat im Inneren eine das Laufrad (24) aufnehmende Laufradkammer (15b) und eine den Drehzahlerhöher (30) aufnehmende Drehzahlerhöherkammer (13c). Der Radialverdichter (10) beinhaltet einen Bypasskanal (61) mit einem ersten Endabschnitt, der mit der Drehzahlerhöherkammer (13c) in Verbindung steht, und einem zweiten Endabschnitt, der mit der Ölwanne (55) in Verbindung steht.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Radialverdichter.
Ein Radialverdichter beinhaltet eine langsam laufende Welle, ein integral mit einer schnell laufenden Welle rotierendes Laufrad, um Gas zu verdichten, und einen Drehzahlerhöher, der Leistung von der langsam laufenden Welle auf die schnell laufende Welle überträgt. Ein Gehäuse des Radialverdichters hat im Inneren eine das Laufrad aufnehmende Laufradkammer und eine den Drehzahlerhöher aufnehmende Drehzahlerhöherkammer. Die Laufradkammer wird durch eine Trennwand von der Drehzahlerhöherkammer abgetrennt. Die Trennwand hat eine durchgängige Welleneinführbohrung. Die schnell laufende Welle erstreckt sich von der Drehzahlerhöherkammer durch die Welleneinführbohrung in die Laufradkammer.
JP 2016-186238 A offenbart den vorstehend beschriebenen Radialverdichter, in welchem dem Drehzahlerhöher Öl zugeführt wird, um Reibung und Ergreifen eines Gleitbereichs zwischen der schnell laufenden Welle und dem Drehzahlerhöher zu verhindern. Der Radialverdichter beinhaltet eine Ölwanne, um darin Öl, welches der Drehzahlerhöherkammer zugeführt werden soll, zu lagern, einen Ölzuführkanal, durch welchen das in der Ölwanne lagernde Öl der Drehzahlerhöherkammer zugeführt wird, und einen Ölrückführkanal, durch welchen das Öl in der Drehzahlerhöherkammer zu der Ölwanne zurückgeführt wird. Das Öl wird von der Ölwanne durch den Ölzuführkanal dem Drehzahlerhöher in der Drehzahlerhöherkammer zugeführt, in der Drehzahlerhöherkammer gelagert und durch den Ölrückführkanal zu der Ölwanne zurückgeführt. Ein Dichtelement ist zwischen der Außenumfangsfläche der schnell laufenden Welle und der Innenumfangsfläche der Welleneinführbohrung angeordnet. Das Dichtelement verhindert Auslaufen des in der Drehzahlerhöherkammer lagernden Öls durch die Welleneinführbohrung in die Laufradkammer.
Jedoch steigt der Druck in der Laufradkammer, wenn Gas bei Rotation des Laufrads verdichtet wird, so dass Gas von der Laufradkammer durch einen Spalt zwischen der Außenumfangsfläche der schnell laufenden Welle und der Innenumfangsfläche der Welleneinführbohrung in die Drehzahlerhöherkammer austreten kann. Dieses Austreten erhöht den Druck in der Drehzahlerhöherkammer. Unter diesen Umständen, wenn der Druck in der Laufradkammer niedriger als der in der Drehzahlerhöherkammer ist, beispielsweise wenn das Laufrad bei einer niedrigen Drehzahl rotiert oder der Betrieb des Radialverdichters stoppt, kann das Öl in der Drehzahlerhöherkammer durch den Spalt zwischen der Außenumfangsfläche der schnell laufenden Welle und der Innenumfangsfläche der Welleneinführbohrung in die Laufradkammer austreten.
Ein Ansatz, um einen Druckanstieg in der Drehzahlerhöherkammer zu beschränken, ist es, einen Druckreduktionskanal, welcher mit der Ölwanne und der Außenseite des Radialverdichters in Verbindung steht, auszubilden. Wenn beispielsweise der Ölzuführkanal und der Ölrückführkanal während einer Unterbrechung des Betriebs des Radialverdichters mit Öl gefüllt sind, wird die Drehzahlerhöherkammer ein abgeschlossener Raum. Wenn dann die Temperatur in der Drehzahlerhöherkammer steigt, wird das Öl in der Drehzahlerhöherkammer durch sich in der Drehzahlerhöherkammer ausdehnendes Gas herausgedrückt und strömt aus zu dem Ölrückführkanal. Das Öl strömt durch den Ölrückführkanal in die Ölwanne und erhöht das Ölniveau in der Ölwanne. Wenn das Ölniveau in der Ölwanne steigt, kann das Öl durch den Druckreduktionskanal auf die Außenseite austreten, wobei eine dem Drehzahlerhöher zugeführte Ölmenge reduziert wird.
Die vorliegende Offenbarung wurde im Hinblick auf die vorstehenden Umstände gemacht und ist ausgerichtet, um einen Radialverdichter vorzusehen, der zusätzlich zu der Beschränkung eines Druckanstiegs in der Drehzahlerhöherkammer die Reduktion einer einem Drehzahlerhöher zugeführten Ölmenge beschränkt.
Zusammenfassung
In Übereinstimmung mit einem Ziel der vorliegenden Offenbarung wird ein Radialverdichter vorgesehen, der eine langsam laufende Welle, ein Laufrad, einen Drehzahlerhöher, ein Gehäuse, eine Trennwand, eine Welleneinführbohrung, ein Dichtelement, eine Ölwanne, einen Ölzuführkanal, einen Ölrückführkanal und einen Druckreduktionskanal beinhaltet. Das Laufrad rotiert integral mit einer schnell laufenden Welle, um Gas zu verdichten. Der Drehzahlerhöher überträgt Leistung von der langsam laufenden Welle auf die schnell laufende Welle. Das Gehäuse hat im Inneren eine das Laufrad aufnehmende Laufradkammer und eine den Drehzahlerhöher aufnehmende Drehzahlerhöherkammer. Die Trennwand trennt die Laufradkammer von der Drehzahlerhöherkammer. Die Welleneinführbohrung, durch welche die schnell laufende Welle eingeführt wird, ist in der Trennwand ausgebildet. Das Dichtelement ist zwischen einer Außenumfangsfläche der schnell laufenden Welle und einer Innenumfangsfläche der Welleneinführbohrung angeordnet. Die Ölwanne lagert dem Drehzahlerhöher zugeführtes Öl. Das in der Ölwanne lagernde Öl wird der Drehzahlerhöherkammer durch den Ölzuführkanal zugeführt. Das Öl in der Drehzahlerhöherkammer wird durch den Ölrückführkanal zu der Ölwanne zurückgeführt. Der Druckreduktionskanal steht mit der Ölwanne und der Außenseite in Verbindung. Der Radialverdichter beinhaltet einen Bypasskanal mit einem ersten Endabschnitt, welcher in Verbindung mit der Drehzahlerhöherkammer steht, und einem zweiten Endabschnitt, welcher in Verbindung mit der Ölwanne steht.
Andere Ziele und Vorteile der Offenbarung werden deutlich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen, welche exemplarisch die Prinzipien der Offenbarung veranschaulichen.
Figurenliste
Die Offenbarung, zusammen mit ihren Zielen und Vorteilen, kann bestmöglich mit Bezug auf die nachfolgende Beschreibung der Ausführungsbeispiele zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen verstanden werden, wobei:

1 eine Längsquerschnittsansicht ist, welche einen Radialverdichter gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung zeigt; und
2 eine Querschnittsansicht entlang der Linie II-II in 1 ist.

Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Nachfolgend wird mit Bezug zu 1 und 2 ein Ausführungsbeispiel eines Radialverdichters beschrieben. Der Radialverdichter gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist an einem Brennstoffzellenfahrzeug (FCV), welches unter Verwendung einer Brennstoffzelle als Antriebsquelle fährt, montiert und führt einer Brennstoffzelle Luft zu.
Mit Bezug zu 1 beinhaltet ein Gehäuse 11 eines Radialverdichters 10 ein Motorgehäuse 12, ein mit dem Motorgehäuse 12 verbundenes Drehzahlerhöhergehäuse 13, eine mit dem Drehzahlerhöhergehäuse 13 verbundene Platte 14 und ein mit der Platte 14 verbundenes Verdichtergehäuse 15. Das Motorgehäuse 12, das Drehzahlerhöhergehäuse 13, die Platte 14 und das Verdichtergehäuse 15 sind aus metallischen Materialien, wie z.B. Aluminium, gefertigt. Das Gehäuse 11 hat eine im Wesentlichen zylindrische Form. Das Motorgehäuse 12, das Drehzahlerhöhergehäuse 13, die Platte 14 und das Verdichtergehäuse 15 sind in dieser Reihenfolge in einer Axialrichtung des Gehäuses 11 angeordnet.
Das Motorgehäuse 12 ist in einer unteren zylindrischen Form ausgebildet und hat eine scheibenartige Bodenwand 12a und eine Umfangswand 12b, welche sich von der Außenumfangskante der Bodenwand 12a zylindrisch erstreckt. Das Drehzahlerhöhergehäuse 13 ist in einer unteren zylindrischen Form ausgebildet und hat eine scheibenartige Bodenwand 13a und eine Umfangswand 13b, welche sich von der Außenumfangskante der Bodenwand 13a zylindrisch erstreckt.
Ein Endabschnitt der Umfangswand 12b, welcher auf der gegenüberliegenden Seite der Bodenwand 12a in dem Motorgehäuse 12 liegt, ist mit der Bodenwand 13a des Drehzahlerhöhergehäuses 13 verbunden. Zusätzlich wird eine Öffnung, welche durch die Umfangswand 12b ausgebildet ist und auf der gegenüberliegenden Seite der Bodenwand 12a in dem Motorgehäuse 12 liegt, durch die Bodenwand 13a des Drehzahlerhöhergehäuses 13 geschlossen. Die Bodenwand 13a hat an ihrem Mittelabschnitt eine Bohrung 13h.
Ein Endabschnitt der Umfangswand 13b, welcher auf der gegenüberliegenden Seite der Bodenwand 13a in dem Drehzahlerhöhergehäuse 13 liegt, ist mit der Platte 14 verbunden. Zusätzlich wird eine Öffnung, welche durch die Umfangswand 13b ausgebildet ist und auf der gegenüberliegenden Seite der Bodenwand 13a in dem Drehzahlerhöhergehäuse 13 liegt, durch die Platte 14 geschlossen. Die Platte 14 hat an ihrem Mittelabschnitt eine Welleneinführbohrung 14h.
Das Verdichtergehäuse 15 ist mit der dem Drehzahlerhöhergehäuse 13 gegenüberliegenden Fläche der Platte 14 verbunden. Das Verdichtergehäuse 14 hat eine Einlassöffnung 15a, durch welche gasförmige Luft angesaugt wird. Die Einlassöffnung 15a ist eine Öffnung, welche bei einem Mittelabschnitt einer Endfläche des Verdichtergehäuses 15 auf der der Platte 14 gegenüberliegenden Seite liegt, und erstreckt sich von diesem Mittelabschnitt in der Axialrichtung des Gehäuses 11.
Der Radialverdichter 10 beinhaltet eine langsam laufende Welle 16 und einen Elektromotor 17, welcher die langsam laufende Welle 16 dreht. Das Gehäuse 11 hat im Inneren eine den Elektromotor 17 aufnehmende Motorkammer 12c. Die Motorkammer 12c ist durch die Innenfläche der Bodenwand 12a, die Innenumfangsfläche der Umfangswand 12b des Motorgehäuses 12 und die Außenfläche der Bodenwand 13a des Drehzahlerhöhergehäuses 13 definiert. Das Motorgehäuse 12 nimmt die langsam laufende Welle 16 auf, welche koaxial mit dem Motorgehäuse 12 ist. Die langsam laufende Welle 16 ist aus metallischen Materialien, wie z.B. Eisen und Legierungen, gefertigt.
Ein zylindrischer Nabenabschnitt 12f ragt von der Innenfläche der Bodenwand 12a des Motorgehäuses 12 vor. Ein erster Endabschnitt der langsam laufenden Welle 16 nahe des Nabenabschnitts 12f wird in den Nabenabschnitt 12f eingeführt. Ein erstes Lager 18 ist zwischen dem ersten Endabschnitt der langsam laufenden Welle 16 und dem Nabenabschnitt 12f angeordnet. Somit wird der erste Endabschnitt der langsam laufenden Welle 16 über das erste Lager 18 durch die Bodenwand 12a des Motorgehäuses 12 drehbar abgestützt.
Ein zweiter Endabschnitt der langsam laufenden Welle 16 nahe des Drehzahlerhöhergehäuses 13 wird in die Bohrung 13h eingeführt. Ein zweites Lager 19 ist zwischen dem zweiten Endabschnitt der langsam laufenden Welle 16 und der Bohrung 13h angeordnet. Somit wird der zweite Endabschnitt der langsam laufenden Welle 16 über das zweite Lager 19 durch die Bodenwand 13a des Drehzahlerhöhergehäuses 13 drehbar abgestützt. Demzufolge wird die langsam laufende Welle 16 drehbar in dem Gehäuse 11 abgestützt. Der zweite Endabschnitt der langsam laufenden Welle 16 erstreckt sich von der Motorkammer 12c durch die Bohrung 13h in das Drehzahlerhöhergehäuse 13.
Ein Dichtelement 20 ist zwischen dem zweiten Endabschnitt der langsam laufenden Welle 16 und der Bohrung 13h angeordnet. Das Dichtelement 20 liegt näher bei der Motorkammer 12c als das zweite Lager 19 und ist zwischen dem zweiten Endabschnitt der langsam laufenden Welle 16 und der Bohrung 13h angeordnet. Das Dichtelement 20 dichtet einen Spalt zwischen der Außenumfangsfläche der langsam laufenden Welle 16 und der Innenumfangsfläche der Bohrung 13h ab.
Der Elektromotor 17 ist durch einen zylindrischen Stator 21 und einen innerhalb des Stators 21 angeordneten Rotor 22 eingerichtet. Der Rotor 22 ist an der langsam laufenden Welle 16 befestigt und rotiert integral mit der langsam laufenden Welle 16. Der Stator 21 ist angeordnet, um den Rotor 22 zu umgeben. Der Rotor 22 hat einen zylindrischen Rotorkern 22a, welcher fest an der langsam laufenden Welle 16 angebracht ist, und eine in dem Rotorkern 22a angeordnete Vielzahl an Permanentmagneten (nicht dargestellt). Der Stator 21 hat einen zylindrischen Statorkern 21a, welcher an der Innenumfangsfläche der Umfangswand 12b des Motorgehäuses 12 befestigt ist, und eine um den Statorkern 21a gewickelte Spule 21b. Wenn elektrischer Strom durch die Spule 21 b fließt, rotiert der Rotor 22 integral mit der langsam laufenden Welle 16.
Der Radialverdichter 10 beinhaltet eine schnell laufende Welle 31 und einen Drehzahlerhöher 30, welcher Leistung von der langsam laufenden Welle 16 auf die schnell laufende Welle 31 überträgt. Das Gehäuse 11 hat im Inneren eine den Drehzahlerhöher 30 aufnehmende Drehzahlerhöherkammer 13c. Die Drehzahlerhöherkammer 13c ist durch die Innenfläche der Bodenwand 13a, die Innenumfangsfläche der Umfangswand 13b des Drehzahlerhöhergehäuses 13 und die Platte 14 definiert. Öl lagert in der Drehzahlerhöherkammer 13c. Das Dichtelement 20 verhindert Austreten des in der Drehzahlerhöherkammer 13c lagernden Öls durch den Spalt zwischen der Außenumfangsfläche der langsam laufenden Welle 16 und der Innenumfangsfläche der Bohrung 13h in die Motorkammer 12c.
Die schnell laufende Welle 31 ist aus metallischen Materialien, wie z.B. Eisen oder Legierungen, gefertigt. Die Drehzahlerhöherkammer 13c nimmt die schnell laufende Welle 31 auf, welche koaxial mit dem Drehzahlerhöhergehäuse 13 ist. Ein Endabschnitt der schnell laufenden Welle 31 auf der gegenüberliegenden Seite des Motorgehäuses 12 erstreckt sich durch die Welleneinführbohrung 14h der Platte 14 in das Verdichtergehäuse 15. Die schnell laufende Welle 31 ist koaxial mit der langsam laufenden Welle 16.
Der Radialverdichter 10 beinhaltet ein an der schnell laufenden Welle 31 angebrachtes Laufrad 24. Das Gehäuse 11 hat im Inneren eine das Laufrad 24 aufnehmende Laufradkammer 15b. Die Laufradkammer 15b ist durch das Verdichtergehäuse 15 und die Platte 14 definiert. Die der Trennwand der vorliegenden Offenbarung entsprechende Platte 14 trennt die Laufradkammer 15b von der Drehzahlerhöherkammer 13c ab. Die Welleneinführbohrung 14h, durch welche die schnell laufende Welle 31 eingeführt wird, ist in der der Trennwand entsprechenden Platte 14 ausgebildet.
Ein Dichtelement 23 ist zwischen der Außenumfangsfläche der schnell laufenden Welle 31 und der Innenumfangsfläche der Welleneinführbohrung 14h angeordnet. Das Dichtelement 23 ist beispielsweise eine mechanische Dichtung. Das Dichtelement 23 dichtet den Spalt zwischen der Außenumfangsfläche der schnell laufenden Welle 31 und der Innenumfangsfläche der Welleneinführbohrung 14h ab. Das Dichtelement 23 verhindert Austreten des in der Drehzahlerhöherkammer 13c lagernden Öls durch den Spalt zwischen der Außenumfangsfläche der schnell laufenden Welle 31 und der Innenumfangsfläche der Welleneinführbohrung 14h in die Laufradkammer 15b.
Die Laufradkammer 15b steht in Verbindung mit der Einlassöffnung 15a. Die Laufradkammer 15b ist im Wesentlichen ein Kegelstumpfhohlraum, dessen Durchmesser in der axialen Richtung des Gehäuses 11 mit steigendem Abstand zu der Einlassöffnung 15a schrittweise ansteigt. Ein vorstehender Endabschnitt der schnell laufenden Welle 31 ragt in das Verdichtergehäuse 15, insbesondere in die Laufradkammer 15b, vor.
Das Laufrad 24 hat im Wesentlichen eine Kegelstumpfform, deren Durchmesser bei Erstrecken von einer Rückfläche 24a des Laufrads 24 hin zu einer distalen Endfläche 24b des Laufrads 24 schrittweise abnimmt. Das Laufrad 24 hat eine Bohrung 24c, durch welche die schnell laufende Welle 31 eingeführt wird. Die Bohrung 24c erstreckt sich in einer Richtung der Rotationsachse des Laufrads 24. In dem Laufrad 24 ragt der vorstehende Endabschnitt der schnell laufenden Welle 31 durch die Bohrung 24c in das Verdichtergehäuse 15 vor. Das Laufrad 24 ist an der schnell laufenden Welle 31 angebracht, um integral mit der schnell laufenden Welle 31 rotieren zu können. Mit dieser Konfiguration wird das Laufrad 24 bei Rotation der schnell laufenden Welle 31 rotiert, so dass von der Einlassöffnung 15a angesaugte Luft verdichtet wird. Daher rotiert das Laufrad 24 integral mit der schnell laufenden Welle 31, um Luft zu verdichten.
Der Radialverdichter 10 beinhaltet einen Diffusorkanal 25, in welchen die durch das Laufrad 24 verdichtete Luft strömt, und eine Entladekammer 26, in welche die durch den Diffusorkanal 25 strömende Luft strömt.
Der Diffusorkanal 25 ist durch die Platte 14 und die der Platte 14 zugewandte Fläche des Verdichtergehäuses 15 definiert. Der Diffusorkanal 25 liegt relativ zu der schnell laufenden Welle 31 radial außerhalb der Laufradkammer 15b und steht in Verbindung mit der Laufradkammer 15b. Der Diffusorkanal 25 ist ringförmig ausgebildet, um das Laufrad 24 und die Laufradkammer 15b zu umgeben.
Die Entladekammer 26 liegt relativ zu der schnell laufenden Welle 31 radial außerhalb des Diffusorkanals 25 und steht in Verbindung mit dem Diffusorkanal 25. Die Entladekammer 26 hat eine Ringform. Die Laufradkammer 15b steht über den Diffusorkanal 25 mit der Entladekammer 26 in Verbindung. Die durch das Laufrad 24 verdichtete Luft wird beim Durchströmen des Diffusorkanals 25 weiter verdichtet. Dann strömt die Luft in die Entladekammer 26 und wird anschließend von der Entladekammer 26 entladen.
Der Drehzahlerhöher 30 überträgt die Rotation der langsam laufenden Welle 16 auf die schnell laufende Welle 31, so dass die schnell laufende Welle 31 mit einer höheren Drehzahl als die langsam laufende Welle 16 rotiert. Der Drehzahlerhöher 30 ist vom Traktionsantriebstyp (Reibrollentyp). Der Drehzahlerhöher 30 beinhaltet ein mit dem zweiten Endabschnitt der langsam laufenden Welle 16 verbundenes Ringelement 32. Das Ringelement 32 ist aus Metall gefertigt. Das Ringelement 32 rotiert mit der Rotation der langsam laufenden Welle 16. Das Ringelement 32 ist in einer unteren zylindrischen Form ausgebildet und hat eine mit dem zweiten Endabschnitt der langsam laufenden Welle verbundene scheibenartige Grundplatte 33 und einen sich zylindrisch von dem Außenkantenabschnitt der Grundplatte 33 erstreckenden Zylinderabschnitt 34. Die Grundplatte 33 erstreckt sich in der Radialrichtung der langsam laufenden Welle 16 relativ zu der langsam laufenden Welle 16. Der Zylinderabschnitt 34 ist koaxial mit der langsam laufenden Welle 16.
Mit Bezug zu 2 ist ein Teil der schnell laufenden Welle 31 in dem Zylinderabschnitt 34 angeordnet. Der Drehzahlerhöher 30 beinhaltet drei zwischen dem Zylinderabschnitt 34 und der schnell laufenden Welle 31 angeordnete Rollen 35. Die drei Rollen 35 sind aus metallischen Materialien, wie z.B. Eisen oder Legierungen, welche dieselben metallischen Materialien als jene der schnell laufenden Welle 31 sind, gefertigt. Die drei Rollen 35 sind in der Umfangsrichtung der schnell laufenden Welle 31 bei bestimmten Intervallen (z.B. bei Intervallen von 120°) angeordnet. Alle drei Rollen 35 haben dieselbe Form. Die drei Rollen 35 stehen mit der Innenumfangsfläche des Zylinderabschnitts 34 und der Außenumfangsfläche der schnell laufenden Welle 31 in Kontakt.
Mit Bezug zu 1 hat jede Rolle 35 einen zylindrischen Rollenabschnitt 35a, einen ersten Vorsprung 35c, welcher sich von einer ersten Endfläche 35b in einer Axialrichtung des Rollenabschnitts 35a erstreckt, und einen zweiten Vorsprung 35e, welcher sich von einer zweiten Endfläche 35d in der Axialrichtung des Rollenabschnitts 35a erstreckt. Der Rollenabschnitt 35a, der erste Vorsprung 35c und der zweite Vorsprung 35e sind koaxial zueinander. Die Richtung, in welcher sich die Mittelachse des Rollenabschnitts 35a jeder Rolle 35 erstreckt, stimmt mit der Richtung der Mittelachse der schnell laufenden Welle 31 überein. Der Außendurchmesser der Rollenabschnitte 35a ist größer als der der schnell laufenden Welle 31.
Mit Bezug zu 1 und 2 beinhaltet der Drehzahlerhöher 30 ein Stützelement 39, das mit der Platte 14 zusammenwirkt, um die Rollen 35 drehbar abzustützen. Das Stützelement 39 ist innerhalb des Zylinderabschnitts 34 angeordnet. Das Stützelement 39 hat eine scheibenartige Stützgrundplatte 40 und drei zylindrische Standwände 41, welche sich gerade von der Stützgrundplatte 40 erstrecken. Die Stützgrundplatte 40 ist so angeordnet, um der Platte 14 in der Richtung der Rotationsachse der Rollen 35 gegenüberzustehen. Die drei Standwände 41 erstrecken sich von einer Oberfläche 40a der der Platte 14 gegenüberstehenden Stützgrundplatte 40. Die drei Standwände 41 sind in den entsprechenden drei Freiräumen, welche jeweils durch die Innenumfangsfläche des Zylinderabschnitts 34 und die Außenumfangsflächen zweier benachbarter Rollenabschnitte 35a definiert sind, angeordnet, um diese Freiräume auszufüllen.
Das Stützelement 39 hat drei Schraubeneinführbohrungen 45, durch welche Schrauben 44 eingeführt werden. Die Schraubeneinführbohrungen 45 sind ausgebildet, um in einer Richtung der Rotationsachse der Rollen 35 durch die entsprechenden drei Standwände 41 zu gehen. Mit Bezug zu 1 hat die Platte 14 in einer dem Stützelement 39 gegenüberstehenden Fläche 14a der Platte 14 Innengewindebohrungen 46, welche in Verbindung mit den Schraubeneinführbohrungen 45 stehen. Das Stützelement 39 ist durch Einschrauben der Schrauben 44 in die Innengewindebohrungen 46 durch die entsprechenden Schraubeneinführbohrungen 45 an der Platte 14 befestigt.
Die dem Stützelement 39 gegenüberstehende Fläche 14a der Platte 14 hat drei erste Aussparungen 51 (nur eine Aussparung 51 ist in 1 gezeigt). Die drei ersten Aussparungen 51 sind in der Umfangsrichtung der schnell laufenden Welle 31 bei bestimmten Intervallen (z.B. bei Intervallen von 120°) angeordnet. Die Anordnung der drei ersten Aussparungen 51 entspricht der Anordnung der drei Rollen 35. Die drei ersten Aussparungen 51 haben jeweils innerhalb ein ringförmiges erstes Rollenlager 52.
Die der Platte 14 gegenüberstehende Fläche 40a der Stützgrundplatte 40 hat drei zweite Aussparungen 53 (nur eine Aussparung 53 ist in 1 gezeigt). Die drei zweiten Aussparungen 52 sind in der Umfangsrichtung der schnell laufenden Welle 31 bei bestimmten Intervallen (z.B. bei Intervallen von 120°) angeordnet. Die Anordnung der drei zweiten Aussparungen 53 entspricht der Anordnung der drei Rollen 35. Die drei zweiten Aussparungen 53 haben jeweils innerhalb ein ringförmiges zweites Rollenlager 54.
Die ersten Vorsprünge 35c der Rollen 35 werden in die ersten Rollenlager 52 in den ersten Aussparungen 51 eingeführt und über die ersten Rollenlager 52 drehbar durch die Platte 14 abgestützt. Die zweiten Vorsprünge 35e der Rollen 35 werden in die zweiten Rollenlager 54 in den zweiten Aussparungen 53 eingeführt und über die zweiten Rollenlager 54 drehbar durch das Stützelement 39 abgestützt.
Die schnell laufende Welle 31 hat ein Paar Flanschabschnitte 31f, die sich gegenüberstehen und in der Axialrichtung der schnell laufenden Welle 31 beabstandet sind. Die Rollenabschnitte 35a der drei Rollen 35 werden zwischen dem Paar Flanschabschnitte 31f gehalten. Das beschränkt eine Fehlausrichtung zwischen der schnell laufenden Welle 31 und den Rollenabschnitten 35a der drei Rollen 35 in der Axialrichtung der schnell laufenden Welle 31.
Mit Bezug zu 2 werden die drei Rollen 35, das Ringelement 32 und die schnell laufende Welle 31 in einem Zustand, bei welchem die drei Rollen 35, die schnell laufende Welle 31 und der Zylinderabschnitt 34 gegeneinanderdrücken, vereinheitlicht. Die schnell laufende Welle 31 wird drehbar durch die drei Rollen 35 abgestützt.
Druckkräfte werden auf ringseitige Kontaktbereiche Pa, wo die Außenumfangsflächen der Rollenabschnitte 35a der drei Rollen 35 in Kontakt mit der Innenumfangsfläche des Zylinderabschnitts 34 stehen, aufgebracht. Zusätzlich dazu werden Druckkräfte auf wellenseitige Kontaktbereiche Pb, wo die Außenumfangsflächen der Rollenabschnitte 35a der drei Rollen 35 in Kontakt mit der Außenumfangsfläche der schnell laufenden Welle 31 stehen, aufgebracht. Die ringseitigen Kontaktbereiche Pa und die wellenseitigen Kontaktbereiche Pb erstrecken sich in der Axialrichtung der schnell laufenden Welle 31.
Wenn der Elektromotor 17 angetrieben wird und die langsam laufende Welle 16 und das Ringelement 32 rotieren, wird das Drehmoment des Ringelements 32 durch die ringseitigen Kontaktbereiche Pa auf die drei Rollen 35 übertragen, damit die drei Rollen 35 rotieren. Eine Summe des Drehmoments der drei Rollen 35 wird durch die wellenseitigen Kontaktbereiche Pb auf die schnell laufende Welle 31 übertragen. Als Folge daraus rotiert die schnell laufende Welle 31. Zu diesem Zeitpunkt rotiert das Ringelement 32 mit derselben Drehzahl als die langsam laufende Welle 16 und die drei Rollen 35 rotieren bei einer höheren Drehzahl als die langsam laufende Welle 16. Die schnell laufende Welle 31 rotiert bei einer höheren Drehzahl als die drei Rollen 35, da der Außendurchmesser der schnell laufenden Welle 31 kleiner als der der drei Rollen 35 ist. Demzufolge lässt der Drehzahlerhöher 30 die schnell laufende Welle 31 bei einer höheren Drehzahl als die langsam laufende Welle 16 rotieren.
Mit Bezug zu 1 beinhaltet der Radialverdichter 10 eine Ölwanne 55 zur Lagerung von Öl, welches dem Drehzahlerhöher 30 zugeführt wird. Die Ölwanne 55 ist in der Bodenwand 12a des Motorgehäuses 12 ausgebildet. Die Ölwanne 55 liegt in einem Teil der Bodenwand 12a neben der Außenumfangsfläche der Bodenwand 12a des Motorgehäuses 12.
Der Radialverdichter 10 beinhaltet eine Ölpumpe 57 und einen Ölzuführkanal 56, durch welchen das in der Ölwanne 55 lagernde Öl der Drehzahlerhöherkammer 13c zugeführt wird. Die Ölpumpe 57, die das in der Ölwanne 55 lagernde Öl hochpumpt und entlädt, ist in dem Ölzuführkanal 56 angeordnet. Die Ölpumpe 57 ist in der Bodenwand 12a des Motorgehäuses 12 ausgebildet. Die Ölpumpe 57 ist beispielsweise eine Kreiselpumpe. Die Ölpumpe 57 ist mit dem ersten Endabschnitt der langsam laufenden Welle 16 verbunden. Die Ölpumpe 57 wird bei Rotation der langsam laufenden Welle 16 angetrieben.
Der Ölzuführkanal 56 hat einen ersten Verbindungskanal 56a, welcher die Ölwanne 55 mit der Ölpumpe 57 verbindet, und einen zweiten Verbindungskanal 56b, welcher die Ölpumpe 57 mit der Drehzahlerhöherkammer 13c verbindet. Der erste Verbindungskanal 56a ist in dem Motorgehäuse 12 ausgebildet. Ein erster Endabschnitt des ersten Verbindungskanals 56a erstreckt sich in die Ölwanne 55. Ein zweiter Endabschnitt des ersten Verbindungskanals 56a ist mit einer Öleinlassöffnung 57a der Ölpumpe 57 verbunden. Der zweite Verbindungskanal 56b geht durch das Motorgehäuse 12 und das Drehzahlerhöhergehäuse 13. Ein erster Endabschnitt des zweiten Verbindungskanals 56b ist mit einer Ölauslassöffnung 57b der Ölpumpe 57 verbunden. Ein zweiter Endabschnitt des zweiten Verbindungskanals 56b öffnet sich an einem in der Schwerkraftrichtung oberen Abschnitt der Drehzahlerhöherkammer 13c.
Der Radialverdichter 10 beinhaltet einen Ölrückführkanal 58, durch welchen das Öl in der Drehzahlerhöherkammer 13c zu der Ölwanne 55 zurückgeführt wird, und einen Ölkühler 59, welcher das durch den Ölrückführkanal 58 strömende Öl kühlt. Der Ölkühler 59 hat ein unteres zylindrisches Abdeckelement 59a, welches an der Außenumfangsfläche der Umfangswand 12b des Motorgehäuses 12 angebracht ist. Die Innenfläche des Abdeckelements 59a und die Außenumfangsfläche der Umfangswand 12b des Motorgehäuses 12 wirken zusammen, um einen Hohlraum 59b zu definieren. Der Ölkühler 59 hat ebenso eine in dem Hohlraum 59b angeordnete Kühlleitung 59c. Die sich gegenüberliegenden Endabschnitte der Kühlleitung 59c werden durch das Motorgehäuse 12 abgestützt. Die Kühlleitung 59c bildet einen Teil des Ölrückführkanals 58.
Das Abdeckelement 59a hat eine Einführleitung 59d und eine Entladeleitung 59e. Niedertemperaturfluid wird von der Einführleitung 59d in den Hohlraum 59b eingeführt. Das in den Hohlraum 59b eingeführte Niedertemperaturfluid wird durch die Entladeleitung 59e entladen und dann durch eine Kühlvorrichtung (nicht gezeigt) abgekühlt. Danach wird das Niedertemperaturfluid wieder durch die Einführleitung 59d in den Hohlraum 59b eingeführt. In einem Beispiel ist das Niedertemperaturfluid Wasser.
Der Ölrückführkanal 58 hat einen dritten Verbindungskanal 58a, welcher die Drehzahlerhöherkammer 13c mit dem Ölkühler 59 verbindet, und einen vierten Verbindungskanal 58b, welcher den Ölkühler 59 mit der Ölwanne 5 verbindet. Der dritte Verbindungskanal 58a geht durch das Drehzahlerhöhergehäuse 13 und erstreckt sich in die Umfangswand 12b des Motorgehäuses 12. Ein erster Endabschnitt des dritten Verbindungskanals 58a öffnet sich an einem in der Schwerkraftrichtung unteren Abschnitt der Drehzahlerhöherkammer 13c. Ein zweiter Endabschnitt des dritten Verbindungskanals 58a ist mit einem ersten Endabschnitt der Kühlleitung 59c verbunden. Der vierte Verbindungskanal 58b ist in dem Motorgehäuse 12 ausgebildet. Ein erster Endabschnitt des vierten Verbindungskanals 58b ist mit einem zweiten Endabschnitt der Kühlleitung 59c verbunden. Ein zweiter Endabschnitt des vierten Verbindungskanals 58b öffnet sich an der Ölwanne 55.
Wenn der Elektromotor 17 angetrieben wird, rotiert die langsam laufende Welle 16, um die Ölpumpe 57 anzutreiben. Das in der Ölwanne 55 lagernde Öl wird durch den ersten Verbindungskanal 56a und die Öleinlassöffnung 57a in die Ölpumpe 57 hochgepumpt und dann über die Ölauslassöffnung 57b in den zweiten Verbindungskanal 56b entladen. Die Ölpumpe 57 wird so angetrieben, dass eine Menge von über die Ölauslassöffnung 57b entladenen Öls linear ansteigt, wenn die Drehzahl der langsam laufenden Welle 16 ansteigt. Das in den zweiten Verbindungskanal 56b entladene Öl strömt durch diesen in die Drehzahlerhöherkammer 13c und wird den Außenumfangsflächen der Rollenabschnitte 35a und dergleichen zugeführt. Das den Außenumfangsflächen der Rollenabschnitte 35a zugeführte Öl verbessert die Schmierung von Gleitflächen zwischen den Rollenabschnitten 35a und der schnell laufenden Welle 31.
Das Öl, welches zur Schmierung der Gleitflächen zwischen den Rollenabschnitten 35a und der schnell laufenden Welle 31 beigetragen hat, wird in der Drehzahlerhöherkammer 13c gelagert. Das in der Drehzahlerhöherkammer 13c gelagerte Öl strömt in den dritten Verbindungskanal 58a und durchströmt dann den dritten Verbindungskanal 58a, die Kühlleitung 59c und den vierten Verbindungskanal 58b. Beim Durchströmen der Kühlleitung 59c wird das Öl durch Wärmeaustausch mit dem in den Hohlraum 59b des Ölkühlers 59 eingeführten Niedertemperaturfluid abgekühlt. Dann wird das durch den Ölkühler 59 gekühlte Öl in der Ölwanne 55 gelagert.
Der Radialverdichter 10 beinhaltet einen Druckreduktionskanal 60, welcher mit der Ölwanne 55 und der Außenseite in Verbindung steht. Der Druckreduktionskanal 60 hat einen Verbindungskanal 60a, eine Ausgleichskammer 60b und eine Entladebohrung 60c. Die Ausgleichskammer 60b ist in der Bodenwand 12a des Motorgehäuses 12 ausgebildet. Der Verbindungskanal 60a steht in Verbindung mit der Ölwanne 55 und der Ausgleichskammer 60b. Ein erster Endabschnitt des Verbindungskanals 60a öffnet sich an einem in der Schwerkraftrichtung oberen Abschnitt der Ölwanne 55. Ein zweiter Endabschnitt des Verbindungskanals 60a öffnet sich an einem in der Schwerkraftrichtung unteren Abschnitt der Ausgleichskammer 60b. Die Entladebohrung 60c ist in der Bodenwand 12a des Motorgehäuses 12 ausgebildet. Ein erster Endabschnitt der Entladebohrung 60c öffnet sich an einem in der Schwerkraftrichtung unteren Abschnitt der Ausgleichskammer 60b. Ein zweiter Endabschnitt der Entladebohrung 60c öffnet sich an der Außenfläche der Bodenwand 12a des Motorgehäuses 12 und steht mit der Außenseite in Verbindung.
Der Radialverdichter 10 beinhaltet einen Bypasskanal 61. Der Bypasskanal 61 geht durch das Drehzahlerhöhergehäuse 13 und das Motorgehäuse 12. Ein erster Endabschnitt des Bypasskanals 61 öffnet sich an einem in der Schwerkraftrichtung oberen Abschnitt der Drehzahlerhöherkammer 13c. Ein zweiter Endabschnitt des Bypasskanals 61 öffnet sich an einem in der Schwerkraftrichtung oberen Abschnitt der Ölwanne 55. Somit stehen die Drehzahlerhöherkammer 13c und die Ölwanne 55 über den Bypasskanal 61 miteinander in Verbindung. Insbesondere hat der Bypasskanal 61 den mit der Drehzahlerhöherkammer 13c in Verbindung stehenden ersten Endabschnitt und den mit der Ölwanne 55 in Verbindung stehenden zweiten Endabschnitt.
Nachfolgend werden Funktionen gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beschrieben.
Während der Radialverdichter 10 betrieben wird, wird sogar, wenn Luft von der Laufradkammer 15b durch den Spalt zwischen der Außenumfangsfläche der schnell laufenden Welle 31 und der Innenumfangsfläche der Welleneinführbohrung 14h in die Drehzahlerhöherkammer 13c austritt, Luft in der Drehzahlerhöherkammer 13c durch den Ölrückführkanal 58, die Ölwanne 55 und den Druckreduktionskanal 60 auf die Außenseite entladen. Das beschränkt einen Druckanstieg in der Drehzahlerhöherkammer 13c. Sogar unter Umständen, wenn der Druck der Laufradkammer 15b niedriger als der in der Drehzahlerhöherkammer 13c ist, z.B. wenn das Laufrad 24 bei einer niedrigen Drehzahl rotiert oder der Betrieb des Radialverdichters stoppt, wird somit die Differenz zwischen dem Druck der Drehzahlerhöherkammer 13c und dem Druck der Laufradkammer 15b kleiner. Das bedeutet, dass das Öl in der Drehzahlerhöherkammer 13c am Austreten in die Laufradkammer 15b durch den Spalt zwischen der Außenumfangsfläche der schnell laufenden Welle 31 und der Innenumfangsfläche der Welleneinführbohrung 14h gehindert wird.
Die Drehzahlerhöherkammer 13c steht über den Bypasskanal 61 mit der Ölwanne 55 in Verbindung. Mit dieser Konfiguration wird die Drehzahlerhöherkammer 13c kein abgeschlossener Raum, sogar wenn der Ölzuführkanal 56 und der Ölrückführkanal 58, beispielsweise während eines Betriebsstopps des Radialverdichters 10, mit Öl gefüllt sind. Infolgedessen wird Luft in der Drehzahlerhöherkammer 13c durch den Bypasskanal 61, die Ölwanne 55 und den Druckreduktionskanal 60 auf die Außenseite entladen, sogar wenn sich die Luft in der Drehzahlerhöherkammer 13c bei einem Anstieg der Temperatur in der Drehzahlerhöherkammer 13c ausdehnt. Zusätzlich kann das Öl, welches während des Betriebs des Radialverdichters 10 durch den Drehzahlerhöher 30 in der Drehzahlerhöherkammer 13c umgewälzt wird, in den Bypasskanal 61 strömen. Sogar in diesem Fall strömt das Öl zusammen mit dem in der Ölwanne 55 lagernden Öl durch den Bypasskanal 61, mit dem Ergebnis, dass das Öl kaum durch den Druckreduktionskanal 60 auf die Außenseite austritt.
Das vorstehende Ausführungsbeispiel bietet die nachfolgenden Effekte.
(1) Der Radialverdichter 10 beinhaltet den Bypasskanal 61, welcher den mit der Drehzahlerhöherkammer 13c in Verbindung stehenden ersten Endabschnitt und den mit der Ölwanne 55 in Verbindung stehenden zweiten Endabschnitt hat. Sogar wenn Luft sich in der Drehzahlerhöherkammer 13c bei einem Anstieg der Temperatur in der Drehzahlerhöherkammer 13c ausdehnt, wird mit dieser Konfiguration die Luft in der Drehzahlerhöherkammer 13c durch den Bypasskanal 61, die Ölwanne 55 und den Druckreduktionskanal 60 auf die Außenseite entladen. Der Bypasskanal 61 hindert das durch die expandierende Luft in der Drehzahlerhöherkammer 13c herausgedrückte Öl am Einströmen in die Ölwanne 55 durch den Ölrückführkanal 58. Das beschränkt einen Anstieg eines Ölniveaus in der Ölwanne 55, so dass das Austreten des Öls durch den Druckreduktionskanal 60 auf die Außenseite beschränkt wird. Daher wird die Reduktion einer dem Drehzahlerhöher 30 zugeführten Ölmenge beschränkt.
Während der Radialverdichter 10 betrieben wird, sogar wenn Luft von der Laufradkammer 15b durch den Spalt zwischen der Außenumfangsfläche der schnell laufenden Welle 31 und der Innenumfangsfläche der Welleneinführbohrung 14h in die Drehzahlerhöherkammer 13c austritt, wird Luft in der Drehzahlerhöherkammer 13c durch den Ölrückführkanal 58, die Ölwanne 55 und den Druckreduktionskanal 60 auf die Außenseite entladen. Das beschränkt einen Druckanstieg in der Drehzahlerhöherkammer 13c. Zusätzlich kann das Öl, welches während des Betriebs des Radialverdichters 10 durch den Drehzahlerhöher 30 in der Drehzahlerhöherkammer 13c umgewälzt wird, in den Bypasskanal 61 strömen. Sogar in diesem Fall strömt das Öl zusammen mit dem in der Ölwanne 55 lagernden Öl durch den Bypasskanal 61. Aus diesem Grund tritt das Öl kaum durch den Druckreduktionskanal 60 auf die Außenseite aus. Somit verhindert das Vorsehen des Bypasskanals 61 in dem Radialverdichter 10 auch die Reduktion einer dem Drehzahlerhöher 30 zugeführten Ölmenge. Daher beschränkt die vorstehende Offenbarung die Reduktion der dem Drehzahlerhöher 30 zugeführten Ölmenge, zusätzlich zu der Beschränkung eines Druckanstiegs in der Drehzahlerhöherkammer 13c.
(2) In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das Austreten von Öl von der Drehzahlerhöherkammer 13c in die Laufradkammer 15b beschränkt. Das hindert das Öl daran, einer Brennstoffzelle zusammen mit durch den Radialverdichter 10 verdichteten Luft zugeführt zu werden, wodurch eine Reduktion der Leistungserzeugungseffizienz der Brennstoffzelle vermieden wird.
Das vorstehende Ausführungsbeispiel kann wie nachstehend beschrieben modifiziert werden. Das vorstehende Ausführungsbeispiel und die nachfolgenden Modifikationen können dabei angemessen miteinander kombiniert werden, solange es keine technischen Widersprüche gibt.
In dem Ausführungsbeispiel kann die Ausgleichskammer 60b, welche einen Teil des Druckreduktionskanals 60 bildet, nicht in dem Motorgehäuse 12 ausgebildet sein.
Beispielsweise kann in dem Ausführungsbeispiel ein Druckreduktionsventil, welches sich öffnet, wenn der Druck in der Drehzahlerhöherkammer 13c einen vorbestimmten Druck erreicht, in der Entladebohrung 60c des Druckreduktionskanals 60 ausgebildet sein. Das Druckreduktionsventil kann ein Magnetventil sein, welches eingerichtet ist, sich durch elektrische Signale zu öffnen und zu schließen, nur während der Radialverdichter 10 betrieben wird.
In dem Ausführungsbeispiel kann der Radialverdichter 10 auf eine beliebige Einheit angewendet werden und ein beliebiges Gas verdichten. Beispielsweise kann der Radialverdichter 10 auf eine Klimaanlageneinheit angewendet werden und Kühlmittelgas verdichten. Darüber hinaus kann der Radialverdichter 10 an einer beliebigen anderen Einheit als einem Fahrzeug montiert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2016186238 A [0003]

Claims

Radialverdichter (10) mit einer langsam laufenden Welle (16); einem integral mit einer schnell laufenden Welle (31) rotierenden Laufrad (24), um Gas zu verdichten; einem Drehzahlerhöher (30), welcher Leistung von der langsam laufenden Welle (16) auf die schnell laufende Welle (31) überträgt; einem Gehäuse (11), welches im Inneren eine das Laufrad (24) aufnehmende Laufradkammer (15b) und eine den Drehzahlerhöher (30) aufnehmende Drehzahlerhöherkammer (13c) hat; einer die Laufradkammer (15b) von der Drehzahlerhöherkammer (13c) abtrennenden Trennwand (14); einer Welleneinführbohrung (14h), durch welche die schnell laufende Welle (31) eingeführt ist, wobei die Welleneinführbohrung (14) in der Trennwand (14) ausgebildet ist; einem zwischen einer Außenumfangsfläche der schnell laufenden Welle (31) und einer Innenumfangsfläche der Welleneinführbohrung (14h) angeordneten Dichtelement (23); einer Ölwanne (55), um darin dem Drehzahlerhöher (30) zugeführtes Öl zu lagern; einem Ölzuführkanal (56), durch welchen in der Ölwanne (55) lagerndes Öl der Drehzahlerhöherkammer (13c) zugeführt wird; einem Ölrückführkanal (58), durch welchen Öl in der Drehzahlerhöherkammer (13c) zu der Ölwanne (55) zurückgeführt wird; und einem Druckreduktionskanal (60), welcher mit der Ölwanne (55) und der Außenseite in Verbindung steht, wobei der Radialverdichter (10) einen Bypasskanal (61) mit einem ersten Endabschnitt, welcher mit der Drehzahlerhöherkammer (13c) in Verbindung steht, und einem zweiten Endabschnitt, welcher mit der Ölwanne (55) in Verbindung steht, beinhaltet.