DE102022103990A1

DE102022103990A1 - Fluidmaschine

Info

Publication number: DE102022103990A1
Application number: DE102022103990.0A
Authority: DE
Inventors: Fumiya Shinoda; Fumihiro Suzuki
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2021-02-26
Filing date: 2022-02-21
Publication date: 2022-09-01
Also published as: JP2022131915A; CN114962290B; US20220275834A1; CN114962290A; US11598371B2

Abstract

Eine Fluidmaschine (10) weist einen rotierenden Körper (24), einen Arbeitskörper (25, 26), der einstückig mit dem rotierenden Körper (24) gedreht wird, ein Gehäuse (11), hydrodynamische Gleitlager (B1), die den rotierenden Körper (24) drehbar bezüglich des Gehäuses (11) abstützen, und einen Kühldurchlass (50), der in dem Gehäuse (11) angeordnet ist, auf. Die hydrodynamischen Gleitlager (B1) weisen jeweils an einem Abschnitt, der dem rotierenden Körper (24) gegenüberliegt, eine Harzüberzugsschicht (C1) auf. Die hydrodynamischen Gleitlager (B1) umfassen mindestens eine Kombination von hydrodynamischen Gleitlagern (B1), wobei jede Kombination ein stromaufwärtiges hydrodynamisches Gleitlager (B1) und ein stromabwärtiges hydrodynamisches Gleitlager (B1) umfasst, die in einer Richtung, in der das Fluid durch den Kühldurchlass (50) strömt, an verschiedenen Stellen liegen. Die Überzugsschicht (C1) des stromaufwärtigen hydrodynamischen Gleitlagers (B1) hat eine geringere Härte als die Überzugsschicht (C1) des stromabwärtigen hydrodynamischen Gleitlagers (B1).

Description

HINTERGRUND
1. Gebiet
Die folgende Beschreibung betrifft eine Fluidmaschine.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Eine Fluidmaschine weist einen rotierenden Körper und einen Arbeitskörper auf, der sich einstückig mit dem rotierenden Körper dreht. Die Fluidmaschine weist auch ein Gehäuse auf, das den rotierenden Körper und den Arbeitskörper beherbergt. Des Weiteren weist die Fluidmaschine zum Beispiel hydrodynamische Gleitlager auf. Die hydrodynamischen Gleitlager stützen jeweils drehbar den rotierenden Körper bezüglich des Gehäuses ab.
Jedes hydrodynamische Gleitlager, das den rotierenden Körper abstützt, befindet sich mit dem rotierenden Körper in Kontakt, bis die Drehzahl des rotierenden Körpers eine Schwebedrehzahl erreicht, bei der der rotierende Körper von dem hydrodynamischen Gleitlager losschwebt. Wenn die Drehzahl des rotierenden Körpers die Schwebedrehzahl erreicht, hebt der hydrodynamische Druck, der zwischen dem hydrodynamischen Gleitlager und dem rotierenden Körper erzeugt wird, den rotierenden Körper vom hydrodynamischen Gleitlager an. Folglich wird der rotierende Körper von dem hydrodynamischen Gleitlager drehbar auf eine kontaktfreie Weise abgestützt.
Wenn die Drehzahl des rotierenden Körpers kleiner als die Schwebedrehzahl ist, befindet sich das hydrodynamische Gleitlager, das den rotierenden Körper abstützt, mit dem rotierenden Körper in Kontakt. Falls der rotierende Körper in diesem Fall zum Beispiel eine übermäßige Last auf das hydrodynamische Gleitlager aufbringt, kann es bei dem hydrodynamischen Gleitlager und dem rotierenden Körper zu einem Festfressen kommen. Die JP 2019 - 82 195 A offenbart ein hydrodynamisches Gleitlager, das eine Harzüberzugsschicht aufweist, die auf einem Abschnitt aufgebracht ist, der dem rotierenden Körper gegenüberliegt.
Wenn sich ein rotierender Körper dreht, während er sich mit einem hydrodynamischen Gleitlager in Kontakt befindet, erwärmt die Reibung, die zwischen dem hydrodynamischen Gleitlager und dem rotierenden Körper erzeugt wird, das hydrodynamische Gleitlager. Dementsprechend kann eine Fluidmaschine in ihrem Gehäuse einen Kühldurchlass aufweisen, durch den ein Fluid strömt, um das hydrodynamische Gleitlager zu kühlen.
Wenn sich der rotierende Körper dreht, während er sich mit der Überzugsschicht des hydrodynamischen Gleitlagers in Kontakt befindet, wird der rotierende Körper jedoch die Überzugsschicht abreiben und Abriebpartikel ausbilden. Wenn die Überzugsschicht des hydrodynamischen Gleitlagers im Kühldurchlass verschleißt, können die Abriebpartikel zusammen mit dem Fluid aus dem hydrodynamischen Gleitlager hinausströmen und in den Spalt zwischen dem stromabwärtigen hydrodynamischen Gleitlager und dem rotierenden Körper eindringen. Die Abriebpartikel können den Verschleiß in der Überzugsschicht des stromabwärtigen hydrodynamischen Gleitlagers beschleunigen. Dies verkürzt die Lebensdauer des stromabwärtigen hydrodynamischen Gleitlagers und verringert die Haltbarkeit.
KURZDARSTELLUNG
Diese Kurzdarstellung dient dazu, in vereinfachter Form eine Auswahl an Konzepten vorzustellen, die unten in der ausführlichen Beschreibung weiter beschrieben werden. Diese Kurzdarstellung ist nicht dazu gedacht, Schlüsselmerkmale oder wesentliche Merkmale des Anspruchsgegenstands zu identifizieren, noch ist sie dazu gedacht, als eine Hilfe bei der Bestimmung des Schutzumfangs des Anspruchsgegenstands verwendet zu werden.
In einer allgemeinen Ausgestaltung weist eine Fluidmaschine einen rotierenden Körper, einen Arbeitskörper, der einstückig mit dem rotierenden Körper gedreht wird, ein Gehäuse, das den rotierenden Körper und den Arbeitskörper beherbergt, hydrodynamische Gleitlager, die den rotierenden Körper drehbar bezüglich des Gehäuses abstützen, und einen Kühldurchlass, der in dem Gehäuse angeordnet ist, auf. Durch den Kühldurchlass strömt ein Fluid, das die hydrodynamischen Gleitlager direkt kühlt. Die hydrodynamischen Gleitlager weisen jeweils an einem Abschnitt, der dem rotierenden Körper gegenüberliegt, eine Harzüberzugsschicht auf. Die hydrodynamischen Gleitlager umfassen mindestens eine Kombination von hydrodynamischen Gleitlagern. Jede Kombination umfasst ein stromaufwärtiges hydrodynamisches Gleitlager und ein stromabwärtiges hydrodynamisches Gleitlager, die in einer Richtung, in der das Fluid durch den Kühldurchlass strömt, an verschiedenen Stellen liegen. Die Überzugsschicht des stromaufwärtigen hydrodynamischen Gleitlagers hat eine geringere Härte als die Überzugsschicht des stromabwärtigen hydrodynamischen Gleitlagers.
Weitere Merkmale und Ausgestaltungen ergeben sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen.
Figurenliste

1 ist eine seitliche Schnittansicht, die einen motorgetriebenen Verdichter gemäß einem Ausführungsbeispiel zeigt.
2 ist eine vergrößerte seitliche Schnittansicht, die einen Teil des in 1 gezeigten motorgetriebenen Verdichters darstellt.
3 ist eine vergrößerte seitliche Schnittansicht, die einen Teil des in 1 gezeigten motorgetriebenen Verdichters zeigt.
4 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die einen rotierenden Körper und eine Überzugsschicht eines hydrodynamischen Gleitlagers zeigt.

Überall in den Zeichnungen und der ausführlichen Beschreibung bezeichnen gleiche Bezugszahlen die gleichen Elemente. Die Zeichnungen müssen nicht maßstabsgetreu sein, und die relative Größe, die Proportionen und die Darstellung von Elementen in den Zeichnungen können aus Klarheits-, Darstellungs- und Bequemlichkeitsgründen übertrieben sein.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende ausführliche Beschreibung vermittelt ein umfassendes Verständnis der beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und/oder Systeme. Abwandlungen und Äquivalente der beschriebenen Verfahren, Vorrichtungen und/oder Systeme sind für den Fachmann ersichtlich. Die Abfolgen von Vorgängen sind exemplarisch und sie können, wie dem Fachmann ersichtlich sein wird, mit Ausnahme von Vorgängen, die in einer bestimmten Reihenfolge ablaufen müssen, geändert werden. Beschreibungen von Funktionen und Konstruktionen, die dem Fachmann gut bekannt sind, können weggelassen werden.
Exemplarische Ausführungsbeispiele können verschiedene Formen haben und sie sind nicht auf die beschriebenen Beispiele beschränkt. Allerdings sind die beschriebenen Beispiele gründlich und vollständig und vermitteln dem Fachmann den vollen Umfang der Offenbarung.
In dieser Beschreibung ist „mindestens eines von A und B“ so zu verstehen, dass es „nur A, nur B oder sowohl A als auch B“ bedeutet.
Unter Bezugnahme auf die 1 bis 4 wird nun eine Fluidmaschine beschrieben, die als ein motorgetriebener Verdichter 10 ausgeführt ist. Der motorgetriebene Verdichter dieses Ausführungsbeispiels ist in einem Brennstoffzellen-Elektrofahrzeug eingebaut. Das Brennstoffzellen-Elektrofahrzeug enthält ein Brennstoffzellensystem, das einer Fahrzeugbrennstoffzelle Sauerstoff und Wasserstoff zuführt, um Strom zu erzeugen. Der motorgetriebene Verdichter verdichtet sauerstoffhaltige Luft, die der Fahrzeugbrennstoffzelle zugeführt wird.
Wie in 1 gezeigt ist, weist der motorgetriebene Verdichter 10, der eine Fluidmaschine ist, ein Gehäuse 11 auf. Das Gehäuse 11 besteht aus einem Metallwerkstoff (z. B. Aluminium). Das Gehäuse 11 umfasst ein Motorgehäuseelement 12, ein Verdichtergehäuseelement 13, ein Turbinengehäuseelement 14, eine erste Platte 15, eine zweite Platte 16 und eine dritte Platte 17.
Das Motorgehäuseelement 12 weist eine flache Endwand 12a und eine Umfangswand 12b auf. Die Umfangswand 12b ist rohrförmig und erstreckt sich vom Außenumfangsabschnitt der Endwand 12a. Die erste Platte 15 ist mit einem offenen Ende der Umfangswand 12b des Motorgehäuseelements 12 verbunden und verschließt das offene Ende. Die erste Platte 15 weist eine dem Motorgehäuseelement 12 zugewandte Endfläche 15a und eine Endfläche 15b auf der gegenüberliegenden Seite der Endfläche 15a auf.
Durch eine Innenfläche 121a der Endwand 12a, eine Umfangsfläche 121b der Umfangswand 12b und die Endfläche 15a der ersten Platte 15 wird ein Motorraum S1 definiert. Der Motorraum S1 beherbergt einen Elektromotor 18.
Die erste Platte 15 weist einen ersten Lagersitz 20 auf. Der erste Lagersitz 20 steht vom mittleren Abschnitt der Endfläche 15a in Richtung des Elektromotors 18 vor. Der erste Lagersitz 20 weist ein kreisförmiges Durchgangsloch auf.
Die Endfläche 15b der ersten Platte 15 weist eine Vertiefung 15c auf. Die Vertiefung 15c weist eine Umfangsfläche 15e auf. Das Durchgangsloch des ersten Lagersitzes 20 erstreckt sich durch die erste Platte 15 hindurch und öffnet sich in einer Bodenfläche 15d der Vertiefung 15c. Die Achse der Vertiefung 15c entspricht der Achse des ersten Lagersitzes 20. Die Umfangsfläche 15e der Vertiefung 15c erstreckt sich zwischen der Endfläche 15b und der Bodenfläche 15d.
Das Motorgehäuseelement 12 weist einen zweiten Lagersitz 22 auf. Der zweite Lagersitz 22 steht vom mittleren Abschnitt der Innenfläche 121a in Richtung des Elektromotors 18 vor. Der zweite Lagersitz 22 weist ein kreisförmiges Durchgangsloch auf. Das Durchgangsloch des zweiten Lagersitzes 22 erstreckt sich durch die Endwand 12a und öffnet sich in einer Außenfläche 122a der Endwand 12a. Die Achse des ersten Lagersitzes 20 entspricht der Achse des zweiten Lagersitzes 22.
Wie in 2 gezeigt ist, ist die zweite Platte 16 mit der Endfläche 15b der ersten Platte 15 verbunden. Durch den mittleren Abschnitt der zweiten Platte 16 erstreckt sich ein Welleneinführloch 16a. Das Welleneinführloch 16a ist mit der Vertiefung 15c verbunden. Die Achse des Welleneinführlochs 16a entspricht der Achse der Vertiefung 15c und der Achse des ersten Lagersitzes 20. Die zweite Platte 16 weist eine sich mit der ersten Platte 15 in Kontakt befindliche Endfläche 16c und eine Endfläche 16b auf der gegenüberliegenden Seite der Endfläche 16c auf. Durch die Endfläche 16c der zweiten Platte 16 und die Vertiefung 15c der ersten Platte 15 wird eine Axiallagerunterbringungskammer S2 definiert.
Das Verdichtergehäuseelement 13, das rohrförmig ist, weist eine Saugöffnung 13a auf, die ein kreisförmiges Loch ist, durch das Luft angesaugt wird. Das Verdichtergehäuseelement 13 ist so mit der Endfläche 16b der zweiten Platte 16 verbunden, dass die Achse der Saugöffnung 13a der Achse des Welleneinführlochs 16a der zweiten Platte 16 und der Achse des ersten Lagersitzes 20 entspricht. Die Saugöffnung 13a öffnet sich in einer Endfläche des Verdichtergehäuseelements 13 auf der Seite gegenüber der zweiten Platte 16. Zwischen dem Verdichtergehäuseelement 13 und der Endfläche 16b der zweiten Platte 16 sind eine erste Schaufelradkammer 13b, eine Abgabekammer 13c und ein erster Diffusordurchlass 13d angeordnet. Die erste Schaufelradkammer 13b ist mit der Saugöffnung 13a verbunden. Die Abgabekammer 13c erstreckt sich um die Achse der Saugöffnung 13a herum nahe an der ersten Schaufelradkammer 13b. Der erste Diffusordurchlass 13d verbindet die erste Schaufelradkammer 13b mit der Abgabekammer 13c. Die erste Schaufelradkammer 13b ist mit dem Welleneinführloch 16a der zweiten Platte 16 verbunden.
Wie in 3 gezeigt ist, ist die dritte Platte 17 mit der Außenfläche 122a der Endwand 12a verbunden. Die dritte Platte 17 weist ein Welleneinführloch 17a auf, das sich durch den mittleren Abschnitt der dritten Platte 17 erstreckt. Die dritte Platte 17 weist ferner eine sich mit dem Turbinengehäuseelement 14 in Kontakt befindliche Endfläche 17b auf. Das Welleneinführloch 17a ist mit dem Durchgangsloch des zweiten Lagersitzes 22 verbunden. Die Achse des Welleneinführlochs 17a entspricht der Achse des zweiten Lagersitzes 22.
Das Turbinengehäuseelement 14, das rohrförmig ist, weist eine Abgabeöffnung 14a auf, die ein kreisförmiges Loch ist, durch das Luft abgegeben wird. Das Turbinengehäuseelement 14 ist so mit der Endfläche 17b der dritten Platte 17 verbunden, dass die Achse der Abgabeöffnung 14a der Achse des Welleneinführlochs 17a der dritten Platte 17 und der Achse des zweiten Lagersitzes 22 entspricht. Die Abgabeöffnung 14a öffnet sich in einer Endfläche des Turbinengehäuseelements 14 auf der Seite gegenüber der dritten Platte 17. Zwischen dem Turbinengehäuseelement 14 und der Endfläche 17b der dritten Platte 17 sind eine Schaufelradkammer 14b, eine Einlasskammer 14c und ein zweiter Diffusordurchlass 14d angeordnet. Die zweite Schaufelradkammer 14b ist mit der Abgabeöffnung 14a verbunden. Die Einlasskammer 14c erstreckt sich um die Achse der Abgabeöffnung 14a herum nahe an der zweiten Schaufelradkammer 14b. Der zweite Diffusordurchlass 14d verbindet die zweite Schaufelradkammer 14b mit der Einlasskammer 14c. Die zweite Schaufelradkammer 14b ist mit dem Welleneinführloch 17a verbunden.
Wie in 1 gezeigt ist, beherbergt das Gehäuse 11 einen rotierenden Körper 24. Der rotierende Körper 24 weist eine rotierende Welle 24a, die ein Wellenabschnitt ist, einen ersten Stützabschnitt 24b, einen zweiten Stützabschnitt 24c und einen dritten Stützabschnitt 24d auf, der ein Abschnitt erhöhten Durchmessers ist. Der erste Stützabschnitt 24b liegt in Richtung eines ersten Endes 24e der rotierenden Welle 24a und ist entlang einer Umfangsfläche 240a der rotierenden Welle 24 angeordnet. Der erste Stützabschnitt 24b ist innerhalb des Durchgangslochs des ersten Lagersitzes 20 angeordnet. Der erste Stützabschnitt 24b ist einstückig mit der rotierenden Welle 24a ausgebildet, sodass er von der Umfangsfläche 240a vorsteht.
Der zweite Stützabschnitt 24c liegt in Richtung eines zweiten Endes 24f der rotierenden Welle 24a und ist entlang der Umfangsfläche 240a angeordnet. Der zweite Stützabschnitt 24c ist innerhalb des Durchgangslochs des zweiten Lagersitzes 22 angeordnet. Der zweite Stützabschnitt 24c ist ringförmig und an der Umfangsfläche 240a befestigt, sodass er von der Umfangsfläche 240a vorsteht. Der zweite Stützabschnitt 24c ist einstückig mit der rotierenden Welle 24a drehbar.
Der dritte Stützabschnitt 24d ist in der Axiallagerunterbringungskammer S2 angeordnet. Der dritte Stützabschnitt 24d ist ringförmig und an der Umfangsfläche 240a befestigt, sodass er von der Umfangsfläche 240a vorsteht. Der dritte Stützabschnitt 24d ist von der rotierenden Welle 24a getrennt. Der dritte Stützabschnitt 24d ist einstückig mit der rotierenden Welle 24a drehbar. Der dritte Stützabschnitt 24d liegt in der axialen Richtung des rotierenden Körpers 24 an einer Stelle fern vom Elektromotor 18.
Das erste Ende 24e des rotierenden Körpers 24 ist mit einem ersten Schaufelrad 25 verbunden, das als ein Arbeitskörper dient. Das auf der rotierenden Welle 24a angeordnete erste Schaufelrad 25 liegt vom dritten
Stützabschnitt 24d aus in Richtung des ersten Endes 24e. Das erste Schaufelrad 25 ist in der ersten Schaufelradkammer 13b untergebracht. Das zweite Ende 24f des rotierenden Körpers 24 ist mit einem zweiten Schaufelrad 26 verbunden, das als ein Arbeitskörper dient. Das auf der rotierenden Welle 24a angeordnete zweite Schaufelrad 26 liegt vom zweiten Stützabschnitt 24c aus in Richtung des zweiten Endes 24f. Das zweite Schaufelrad 26 ist in der zweiten Schaufelradkammer 14b untergebracht. Somit beherbergt das Gehäuse 11 das erste Schaufelrad 25, das zweite Schaufelrad 26 und den rotierenden Körper 24. Der Elektromotor 28 ist in der axialen Richtung des rotierenden Körpers 24 zwischen dem ersten Schaufelrad 25 und dem zweiten Schaufelrad 26 angeordnet.
In dem Welleneinführloch 16a der zweiten Platte 16 ist ein ringförmiges erstes Dichtungsbauteil 27 angeordnet, das sich um den rotierenden Körper 24 erstreckt. Das erste Dichtungsbauteil 27 verhindert einen Luftaustritt aus der ersten Schaufelradkammer 13b zum Motorraum S1. In dem Welleneinführloch 17a der dritten Platte 17 ist ein ringförmiges zweites Dichtungsbauteil 28 angeordnet, das sich um den rotierenden Körper 24 erstreckt. Das zweite Dichtungsbauteil 28 verhindert einen Luftaustritt von der zweiten Schaufelradkammer 14b zum Motorraum S1. Das erste Dichtungsbauteil 27 und das zweite Dichtungsbauteil 28 sind zum Beispiel Dichtungsringe.
Der Elektromotor 18 weist einen rohrförmigen Rotor 31 und einen rohrförmigen Stator 32 auf. Der Rotor 31 ist an der rotierenden Welle 24a befestigt. Der Stator 32 ist am Gehäuse 11 befestigt. Der Rotor 31 liegt in der radialen Richtung einwärts vom Stator 32 und dreht sich einstückig mit dem rotierenden Körper 24. Der Rotor 31 weist einen zylindrischen Rotorkern 31a, der an der Rotorwelle 24a befestigt ist, und (nicht gezeigte) Permanentmagnete auf, die in dem Rotorkern 31a angeordnet sind. Der Stator 32 umgibt den Rotor 31. Der Stator 32 weist einen zylindrischen Statorkern 33, der an der Umfangsfläche 121b befestigt ist, und eine um den Statorkern 33 gewickelte Wicklung 34 auf. Der rotierende Körper 24 dreht sich einstückig mit dem Rotor 31, wenn Strom von einer (nicht gezeigten) Batterie durch die Wicklung 34 fließt. Somit dreht der Elektromotor 18 den rotierende Körper 24. Der Elektromotor 18 ist eine Antriebsquelle zum Drehen des rotierenden Körpers 24.
Ein Brennstoffzellensystem 1 weist einen Brennstoffzellenstapel 100, der als eine Fahrzeugbrennstoffzelle dient, den motorgetriebenen Verdichter 10, einen Zufuhrdurchlass L1, einen Abgabedurchlass L2 und einen Abzweigungsdurchlass L3 auf. Der Brennstoffzellenstapel 100 enthält Brennstoffzellen. Der Zufuhrdurchlass L1 verbindet die Abgabekammer 13c mit dem Brennstoffzellenstapel 100. Der Abgabedurchlass L2 verbindet den Brennstoffzellenstapel 100 mit der Einlasskammer 14c.
Wenn sich der rotierende Körper 24 einstückig mit dem Rotor 21 dreht, drehen sich das erste Schaufelrad 25 und das zweite Schaufelrad 26 einstückig mit dem rotierenden Körper 24. Dann wird Luft, die durch die Saugöffnung 13a angesaugt wird, durch das erste Schaufelrad 25 innerhalb der ersten Schaufelradkammer 13b verdichtet. Die verdichtete Luft geht durch den ersten Diffusordurchlass 13d und wird aus der Abgabekammer 13c abgegeben. Die aus der Abgabekammer 13c abgegebene Luft wird durch den Zufuhrdurchlass L1 dem Brennstoffzellenstapel 100 zugeführt. Die dem Brennstoffzellenstapel 100 zugeführte Luft wird zur Stromerzeugung im Brennstoffzellenstapel 100 verwendet. Emissionen vom Brennstoffzellenstapel 100 werden durch den Abgabedurchlass L2 in die Einlasskammer 14c gesaugt. Die in die Einlasskammer 14c gesaugten Emissionen werden durch den zweiten Diffusordurchlass 14d in die zweite Schaufelradkammer 14b abgeben. Die in die zweite Schaufelradkammer 14b abgegebenen Emissionen drehen das zweite Schaufelrad 26. Der rotierende Körper 24 wird durch den Elektromotor 18 angetrieben und durch das zweite Schaufelrad 26 gedreht, das durch die Emissionen vom Brennstoffzellenstapel 100 gedreht wird. Somit sind das erste Schaufelrad 25 und das zweite Schaufelrad 26 Arbeitskörper, die sich einstückig mit dem rotierenden Körper 24 drehen. Die Arbeitskörper umfassen das erste Schaufelrad 25 und das zweite Schaufelrad 26. Das zweite Schaufelrad 26, das durch die Emissionen vom Brennstoffzellenstapel 100 gedreht wird, unterstützt die Drehung des rotierenden Körpers 24. Emissionen, die vom Brennstoffzellenstapel 100 in die Einlasskammer 14c abgegeben werden, werden aus der Abgabeöffnung 14a abgeführt.
Der motorgetriebene Verdichter 10 weist hydrodynamische Gleitlager B1 auf. Die hydrodynamischen Gleitlager B1 stützen den rotierenden Körper 24 drehbar bezüglich des Gehäuses 11 ab. Die hydrodynamischen Gleitlager B1 umfassen ein erstes hydrodynamisches Radiallager 21, ein zweites hydrodynamisches Radiallager 23 und ein hydrodynamisches Axiallager 40. Das erste hydrodynamische Radiallager 21 und das zweite hydrodynamische Radiallager 23 stützen den rotierenden Körper 24 drehbar in der radialen Richtung ab. Die radiale Richtung ist senkrecht zur axialen Richtung des rotierenden Körpers 24.
Wie in 2 gezeigt ist, ist das erste hydrodynamische Radiallager 21 zylinderförmig. Das erste hydrodynamische Radiallager 21 wird vom ersten Lagersitz 20 gehalten. Somit liegt das erste hydrodynamische Radiallager 21 vom Elektromotor 18 aus in Richtung des ersten Endes 24e des rotierenden Körpers 24. Das erste hydrodynamische Radiallager 21 stützt den ersten Stützabschnitt 24b des rotierenden Körpers 24 ab.
Das erste hydrodynamische Radiallager 21 befindet sich mit dem ersten Stützabschnitt 24b in Kontakt, um den rotierenden Körper 24 abzustützen, bis die Drehzahl des rotierenden Körpers 24 eine Schwebedrehzahl erreicht, bei der der rotierende Körper 24 vom ersten hydrodynamischen Radiallager 21 losschwebt. Wenn die Drehzahl des rotierenden Körpers 24 die Schwebedrehzahl erreicht, hebt der hydrodynamische Druck eines Luftfilms, der zwischen dem ersten Stützabschnitt 24b und dem ersten hydrodynamischen Radiallager 21 erzeugt wird, den ersten Stützabschnitt 24b vom ersten hydrodynamischen Radiallager 21 an. Das erste hydrodynamische Radiallager 21 stützt den rotierenden Körper 24 ab, ohne den ersten Stützabschnitt 24b zu berühren. Das erste hydrodynamische Radiallager 21 ist somit ein Gaslager.
Wie in 2 gezeigt ist, ist das zweite hydrodynamische Radiallager 23 zylinderförmig. Das zweite hydrodynamische Radiallager 23 wird vom zweiten Lagersitz 22 gehalten. Somit liegt das zweite hydrodynamische Radiallager 23 vom Elektromotor 18 aus in Richtung des zweiten Endes 24f des rotierenden Körpers 24. Das zweite hydrodynamische Radiallager 23 stützt den zweiten Stützabschnitt 24c des rotierenden Körpers 24 ab.
Das zweite hydrodynamische Radiallager 23 befindet sich mit dem zweiten Stützabschnitt 24c in Kontakt, um den rotierenden Körper 24 abzustützen, bis die Drehzahl des rotierenden Körpers 24 die Schwebedrehzahl erreicht, bei der der rotierende Körper 24 vom zweiten hydrodynamischen Radiallager 23 losschwebt. Wenn die Drehzahl des rotierenden Körpers 24 die Schwebedrehzahl erreicht, hebt der hydrodynamische Druck eines Luftfilms, der zwischen dem zweiten Stützabschnitt 24c und dem zweiten hydrodynamischen Radiallager 23 erzeugt wird, den zweiten Stützabschnitt 24c vom zweiten hydrodynamischen Radiallager 23 an. Das zweite hydrodynamische Radiallager 23 stützt den rotierenden Körper 24 ab, ohne den zweiten Stützabschnitt 24c zu berühren. Somit ist das zweite hydrodynamische Radiallager 23 ein Gaslager.
Wie in 2 gezeigt ist, stützt das hydrodynamische Axiallager 40 den rotierenden Körper 24 drehbar in der Schubrichtung ab. Die Schubrichtung ist die axiale Richtung des rotierenden Körpers 24.
Das hydrodynamische Axiallager 40 umfasst ein erstes hydrodynamisches Axiallager 41 und ein zweites hydrodynamisches Axiallager 42. Das erste hydrodynamische Axiallager 41 und das zweite hydrodynamische Axiallager 42 sind in der Axiallagerunterbringungskammer S2 angeordnet. Zwischen dem ersten hydrodynamischen Axiallager 41 und dem zweiten hydrodynamischen Axiallager 42 ist der dritte Stützabschnitt 24d angeordnet. Das erste hydrodynamische Axiallager 41 und das zweite hydrodynamische Axiallager 42 liegen dem dritten Stützabschnitt 24d in der axialen Richtung des rotierenden Körpers 24 gegenüber.
Das erste hydrodynamische Axiallager 41 befindet sich mit dem dritten Stützabschnitt 24d in Kontakt, um den rotierenden Körper 24 abzustützen, bis die Drehzahl des rotierenden Körpers 24 die Schwebedrehzahl erreicht, bei der der rotierende Körper 24 vom ersten hydrodynamischen Axiallager 41 losschwebt. Wenn die Drehzahl des rotierenden Körpers 24 die Schwebedrehzahl erreicht, hebt der hydrodynamische Druck eines Luftfilms, der zwischen dem dritten Stützabschnitt 24d und dem ersten hydrodynamischen Axiallager 41 erzeugt wird, den dritten Stützabschnitt 24d vom ersten hydrodynamischen Axiallager 41 an. Das erste hydrodynamische Axiallager 41 stützt den rotierenden Körper 24 ab, ohne den dritten Stützabschnitt 24d zu berühren. Somit ist das erste hydrodynamische Axiallager 41 ein Gaslager. Das erste hydrodynamische Axiallager 41 stützt drehbar die Seite des ersten Stützabschnitts 24d ab, die in der axialen Richtung des rotierenden Körpers 24 in Richtung des Elektromotors 18 liegt.
Das zweite hydrodynamische Axiallager 42 befindet sich mit dem dritten Stützabschnitt 24d in Kontakt, um den rotierenden Körper 24 abzustützen, bis die Drehzahl des rotierenden Körpers 24 die Schwebedrehzahl erreicht, bei der der rotierende Körper 24 von dem zweiten hydrodynamischen Axiallager 42 losschwebt. Wenn die Drehzahl des rotierenden Körpers 24 die Schwebedrehzahl erreicht, hebt der hydrodynamische Druck eines Luftfilms, der zwischen dem dritten Stützabschnitt 24d und dem zweiten hydrodynamischen Axiallager 42 erzeugt wird, den Stützabschnitt 24d vom zweiten hydrodynamischen Axiallager 42 an. Das zweite hydrodynamische Axiallager 42 stützt den rotierenden Körper 24 ab, ohne den dritten Stützabschnitt 24d zu berühren. Das zweite hydrodynamische Axiallager 42 ist somit ein Gaslager. Das zweite hydrodynamische Axiallager 42 stützt drehbar die Seite des dritten Stützabschnitts 24d ab, die dem Elektromotor 18 in der axialen Richtung des rotierenden Körpers 24 gegenüberliegt.
Das erste hydrodynamische Axiallager 41 stützt den rotierenden Körper 24 drehbar in der Schubrichtung ab. Das zweite hydrodynamische Axiallager 42 stützt den rotierenden Körper 24 drehbar in der Schubrichtung ab. Somit nimmt das hydrodynamische Axiallager 40 den Differenzdruck des ersten Schaufelrads 25 und des zweiten Schaufelrads 26 auf.
Die hydrodynamischen Gleitlager B1 weisen an den Abschnitten, die dem rotierenden Körper 24 gegenüberliegen, Harzüberzugsschichten C1 auf. Die Überzugsschichten C1 sind aus einem Grundmaterial und pulverförmigem Festschmierstoff (nicht gezeigt) ausgebildet. Das Grundmaterial enthält ein Bindemittelharz und ein Verstärkungsmaterial. Das Bindemittelharz ist zum Beispiel Polyamid-Imid-Harz. Das Verstärkungsmaterial ist zum Beispiel Titandioxid. Der Festschmierstoff ist zum Beispiel Molybdändisulfid.
Die Überzugsschichten C1 umfassen eine erste Radialüberzugsschicht 21b, die an einem Abschnitt des ersten hydrodynamischen Radiallagers 21 angeordnet ist, der dem ersten Stützabschnitt 24b gegenüberliegt, und eine zweite Radialüberzugsschicht 23b, die an einem Abschnitt des zweiten hydrodynamischen Radiallagers 23 angeordnet ist, die dem zweiten Stützabschnitt 24c gegenüberliegt. Die Überzugsschichten C1 umfassen außerdem eine erste Schubüberzugsschicht 41b, die an einem Abschnitt des ersten hydrodynamischen Axiallagers 41 angeordnet ist, der dem dritten Stützabschnitt 24d gegenüberliegt, und eine zweite Schubüberzugsschicht 42b, die an einem Abschnitt des zweiten hydrodynamischen Axiallagers 42 angeordnet ist, die dem dritten Stützabschnitt 24d gegenüberliegt.
Wie in den 1 bis 3 gezeigt ist, weist das Gehäuse 11 einen Kühldurchlass 50 auf. Durch den Kühldurchlass 50 strömt Luft, die ein Fluid ist. Somit ist das durch den Kühldurchlass 50 strömende Fluid ein Gas. Der Kühldurchlass 50 erstreckt sich durch die zweite Platte 16, die erste Platte 15, das Motorgehäuseelement 12 und die dritte Platte 17. Der Kühldurchlass 50 umfasst einen ersten Durchlass 51 und einen zweiten Durchlass 52.
Der erste Durchlass 51 ist in der zweiten Platte 16 angeordnet. Der erste Durchlass 51 weist einen Einlass 51a auf, der sich in einer Umfangsfläche der zweiten Platte 16 öffnet. Der erste Durchlass 51 ist mit der Axiallagerunterbringungskammer S2 verbunden.
Der zweite Durchlass 52 ist in der dritten Platte 17 angeordnet. Der zweite Durchlass 52 weist eine Abgabeöffnung 52a auf, die sich in der Umfangsfläche der dritten Platte 17 öffnet. Der zweite Durchlass 52 ist über das zweite hydrodynamische Radiallager 23 und den zweiten Stützabschnitt 24c mit dem Motorraum S1 verbunden.
Der Abzweigungsdurchgang L3 zweigt vom Zufuhrdurchlass L1 ab. Der Abzweigungsdurchlass L3 verbindet den Zufuhrdurchlass L1 mit dem Einlass 51a des ersten Durchlasses 51. In dem Abzweigungsdurchlass L3 ist ein Zwischenkühler R1 angeordnet. Der Zwischenkühler R1 kühlt Luft, die durch den Abzweigungsdurchlass L3 strömt.
Ein Teil der Luft, die durch den Zufuhrdurchlass L1 in Richtung des Brennstoffzellenstapels 100 strömt, tritt über den Abzweigungsdurchlass L3 in den ersten Durchlass 51 ein. Die in den ersten Durchlass 51 eintretende Luft wird durch den Zwischenkühler R1 gekühlt, wenn sie durch den Abzweigungsdurchlass L3 strömt. Die in den ersten Durchlass 51 eintretende Luft strömt nacheinander durch den Spalt zwischen dem zweiten hydrodynamischen Axiallager 42 und der rotierenden Welle 24a, den Spalt zwischen dem zweiten hydrodynamischen Axiallager 42 und dem dritten Stützabschnitt 24d, den Spalt zwischen der Umfangsfläche 15e der Vertiefung 15c und dem dritten Stützabschnitt 24d, den Spalt zwischen dem ersten hydrodynamischen Axiallager 41 und dem dritten Stützabschnitt 24d und den Spalt zwischen dem ersten hydrodynamischen Axiallager 41 und der rotierenden Welle 24a. Dann strömt die Luft durch den Spalt zwischen dem ersten hydrodynamischen Radiallager 21 und dem ersten Stützabschnitt 24b und tritt in den Motorraum S1 ein. Die in den Motorraum S1 eintretende Luft strömt zum Beispiel durch den Spalt zwischen dem Rotor 31 und dem Stator 32 in den Spalt zwischen dem zweiten hydrodynamischen Radiallager 23 und dem zweiten Stützabschnitt 24c. Die Luft strömt dann von dem Spalt zwischen dem zweiten hydrodynamischen Radiallager 23 und dem zweiten Stützabschnitt 24c in den zweiten Durchlass 52 und wird aus der Abgabeöffnung 52a abgegeben. Der Kühldurchlass 50 wird somit durch den ersten Durchlass 51, den Spalt zwischen dem zweiten hydrodynamischen Axiallager 42 und der rotierenden Welle 24a, den Spalt zwischen dem zweiten hydrodynamischen Axiallager 42 und dem dritten Stützabschnitt 24d, den Spalt zwischen der Umfangsfläche 15e der Vertiefung 15c und dem dritten Stützabschnitt 24d, den Spalt zwischen dem ersten hydrodynamischen Axiallager 41 und dem dritten Stützabschnitt 24d, den Spalt zwischen dem ersten hydrodynamischen Axiallager 41 und der rotierenden Welle 24a, den Spalt zwischen dem ersten hydrodynamischen Radiallager 21 und dem ersten Stützabschnitt 24b, den Motorraum S1, den Spalt zwischen dem zweiten hydrodynamischen Radiallager 23 und dem zweiten Stützabschnitt 24c und den zweiten Durchlass 52 ausgebildet.
Auf diese Weise kühlt die durch den Kühldurchlass 50 strömende Luft direkt den Elektromotor 18, das erste hydrodynamische Radiallager 21, das zweite hydrodynamische Radiallager 23, das erste hydrodynamische Axiallager 41 und das zweite hydrodynamische Axiallager 42. Als Gas, das durch den Kühldurchlass 50 strömt, strömt ein Teil der Luft in den Kühldurchlass 50, die in Richtung des Brennstoffzellenstapels 100 strömt. Der Kühldurchlass 50 ist so in dem Gehäuse 11 angeordnet, dass die durch den Kühldurchlass 50 strömende Luft nacheinander in Reihe zu dem zweiten hydrodynamischen Axiallager 42, dem ersten hydrodynamischen Axiallager 41, dem ersten hydrodynamischen Radiallager 21 und dem zweiten hydrodynamischen Radiallager 23 strömt.
Die zweite Schubüberzugsschicht 42b hat eine geringere Härte als die erste Schubüberzugsschicht 41b. Die Härte der ersten Schubüberzugsschicht 41b ist geringer als die der ersten Radialüberzugsschicht 21b. Die Härte der ersten Radialüberzugsschicht 21b ist geringer als die der zweiten Radialüberzugsschicht 23b.
Die Härte der zweiten Schubüberzugsschicht 42b ist somit geringer als die Härte der ersten Schubüberzugsschicht 41b, die Härte der ersten Radialüberzugsschicht 21b und die Härte der zweiten Radialüberzugsschicht 23b. Die Härte der ersten Schubüberzugsschicht 41b ist geringer als die Härte der ersten Radialüberzugsschicht 21b und die Härte der zweiten Radialüberzugsschicht 23b. Die Härte der ersten Radialüberzugsschicht 21b ist geringer als die Härte der zweiten Radialüberzugsschicht 23b. Dies ermöglicht die Bildung von mindestens einer Zweierkombination der hydrodynamischen Gleitlager B1, zum Beispiel von sechs Zweierkombinationen. Jede Kombination umfasst ein stromaufwärtiges hydrodynamisches Gleitlager B1 und ein stromabwärtiges hydrodynamisches Gleitlager B1, die in der Richtung, in der die Luft durch den Kühldurchlass 50 strömt, an verschiedenen Stellen liegen. Die Härte der Überzugsschicht C1 des stromaufwärtigen hydrodynamischen Gleitlagers B1 ist geringer als die Härte der Überzugsschicht C1 des stromabwärtigen hydrodynamischen Gleitlagers B1. Die Härte der Überzugsschichten C1 wird durch die Härte des Grundmaterials, den Gehalt des Festschmierstoffs und die Partikelgröße des Festschmierstoffs eingestellt.
Wenn bezugnehmend auf 4 der rotierende Körper 24 gedreht wird, während er sich mit der ersten Radialüberzugsschicht 21b in Kontakt befindet, gleitet der erste Stützabschnitt 24b auf der ersten Radialüberzugsschicht 21b. In diesem Fall wird von dem ersten Stützabschnitt 24b ein Teil der ersten Radialüberzugsschicht 21b abgerieben, und der abgeriebene Teil der ersten Radialüberzugsschicht 21b kann sich auf einem Abschnitt des ersten Stützabschnitts 24b, der dem ersten hydrodynamischen Radiallager 21 gegenüberliegt, sammeln und eine Übertragungsschicht C2 ausbilden. Die Härte der auf diese Weise ausgebildeten Übertragungsschicht C2 wird die gleiche wie die Härte der ersten Radialüberzugsschicht 21b sein. Dies verringert den Verschleiß der ersten Radialüberzugsschicht 21b im Vergleich dazu, wenn der erste Stützabschnitt 24b, der nicht die Übertragungsschicht C2 aufweist, gedreht wird, während er sich in direktem Kontakt mit der ersten Radialüberzugsschicht 21b befindet.
Die Übertragungsschicht C2 kann auf die gleiche Weise auch auf dem Teil des zweiten Stützabschnitts 24c, der dem zweiten hydrodynamischen Radiallager 23 gegenüberliegt, dem Teil des dritten Stützabschnitts 24d, der dem ersten hydrodynamischen Axiallager 41 gegenüberliegt, und dem Teil des dritten Stützabschnitts 24d, der dem zweiten hydrodynamischen Axiallager 42 gegenüberliegt, ausgebildet werden.
Arbeitsweise
Es wird nun die Arbeitsweise dieses Ausführungsbeispiels beschrieben.
Wenn sich der rotierende Körper 24 dreht, während er sich mit der Überzugsschicht C1 des hydrodynamischen Gleitlagers B1 in Kontakt befindet, reibt der rotierende Körper 24 die Überzugsschicht C1 ab und er erzeugt aus der Überzugsschicht C1 Abriebpartikel. Wenn von der Überzugsschicht C1 des hydrodynamischen Gleitlagers B1, das in dem Durchlass angeordnet ist, in dem Luft strömt, Abriebpartikel erzeugt werden, können die Abriebpartikel durch die strömende Luft fortgetragen werden und in den Spalt zwischen dem stromabwärtigen hydrodynamischen Gleitlager B1 und dem rotierenden Körper 24 eindringen. Bei der Erfindung ist die Härte der Überzugsschicht C1 des stromaufwärtigen hydrodynamischen Gleitlagers B1 geringer als die Härte der Überzugsschicht C1 des stromabwärtigen hydrodynamischen Gleitlagers B1. Somit ist die Härte der Abriebpartikel, die von der Überzugsschicht C1 des stromaufwärtigen hydrodynamischen Gleitlagers B1 erzeugt werden, geringer als die Härte der Überzugsschicht C1 des stromabwärtigen hydrodynamischen Gleitlagers B1. Somit wird der Verschleiß in der Überzugsschicht C1 des stromabwärtigen hydrodynamischen Gleitlagers B1 auch dann begrenzt sein, wenn Abriebpartikel der Überzugsschicht C1 des stromaufwärtigen hydrodynamischen Gleitlagers B1, die durch die strömende Luft fortgetragen werden, in den Spalt zwischen dem rotierenden Körper 24 und dem stromabwärtigen hydrodynamischen Gleitlager B1 eindringen.
Vorteile
Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel hat die folgenden Vorteile.
(1) Die hydrodynamischen Gleitlager B1 umfassen mindestens eine Zweierkombination hydrodynamischer Gleitlager B1. Jede Kombination umfasst ein stromaufwärtiges hydrodynamisches Gleitlager B1 und ein stromabwärtiges hydrodynamisches Gleitlager B1, die in der Richtung, in der durch den Kühldurchlass 50 Luft strömt, an verschiedenen Stellen liegen. Die Härte der Überzugsschicht C1 des stromaufwärtigen hydrodynamischen Gleitlagers B1 ist geringer als die Härte der Überzugsschicht C1 des stromabwärtigen hydrodynamischen Gleitlagers B1. Somit ist die Härte der Abriebpartikel, die aus der Überzugsschicht C1 des stromaufwärtigen hydrodynamischen Gleitlagers B1 erzeugt werden, geringer als die Härte der Überzugsschicht C1 des stromabwärtigen hydrodynamischen Gleitlagers B1. Folglich wird der Verschleiß in der Überzugsschicht C1 des stromabwärtigen hydrodynamischen Gleitlagers B1 auch dann begrenzt sein, wenn Abriebpartikel von der Überzugsschicht C1 des stromaufwärtigen hydrodynamischen Gleitlagers B1, die durch den Luftstrom fortgetragen werden, in den Spalt zwischen dem rotierenden Körper 24 und dem stromabwärtigen hydrodynamischen Gleitlager B1 eindringen.
Das stromaufwärtige hydrodynamische Gleitlager B1 wird durch die Luft, die durch den Kühldurchlass 50 strömt, leichter als das stromabwärtige hydrodynamische Gleitlager B1 gekühlt. Somit sind die Abriebpartikel, die aus der Überzugsschicht C1 des stromaufwärtigen hydrodynamischen Gleitlagers B1 erzeugt werden, auch dann begrenzt, wenn die Härte der Überzugsschicht C1 des stromaufwärtigen hydrodynamischen Gleitlagers B1 geringer als die Härte der Überzugsschicht C1 des stromabwärtigen hydrodynamischen Gleitlagers B1 ist. Dies verbessert die Haltbarkeit des motorgetriebenen Verdichters 10.
(2) Der Elektromotor 18 wird durch die Luft gekühlt, die dazu genutzt wird, das erste hydrodynamische Radiallager 21, das zweite hydrodynamische Radiallager 23, das erste hydrodynamische Axiallager 41 und das zweite hydrodynamische Axiallager 42 zu kühlen. Dadurch entfällt die Notwendigkeit für einen getrennten Kühldurchlass, der dazu genutzt wird, den Elektromotor 18 mit Luft zu kühlen, und der Aufbau des motorgetriebenen Verdichters 10 wird vereinfacht.
(3) Die Härte der Überzugsschicht C1 des stromaufwärtigen hydrodynamischen Gleitlagers B1 ist geringer als die Härte der Überzugsschicht C1 des stromabwärtigen hydrodynamischen Gleitlagers B1, um den Verschleiß der Überzugsschicht C1 des stromabwärtigen hydrodynamischen Gleitlagers B1 zu begrenzen. Dadurch entfällt die Notwendigkeit für einen Filter, der Abriebpartikel einfängt, die aus zum Beispiel der Überzugsschicht C1 eines stromaufwärtigen hydrodynamischen Gleitlagers B1 erzeugt werden, bevor die Abriebpartikel in den Spalt zwischen dem rotierenden Körper 24 und einem stromabwärtigen hydrodynamischen Gleitlager B1 eindringen. Dies minimiert die Anzahl an Bauteilen.
(4) Der Kühldurchlass 50 ist so in dem Gehäuse 11 angeordnet, dass die durch den Kühldurchlass 50 strömende Luft nacheinander in Reihe zu dem zweiten hydrodynamischen Axiallager 42, dem ersten hydrodynamischen Axiallager 41, dem ersten hydrodynamischen Radiallager 21 und dem zweiten hydrodynamischen Radiallager 23 strömt. Dies vereinfacht den Weg des Kühldurchlasses 50 im Vergleich dazu, wenn der Kühldurchlass 50 so in dem Gehäuse 11 angeordnet ist, dass die durch den Kühldurchlass 50 strömende Luft parallel zu dem zweiten hydrodynamischen Axiallager 42, dem ersten hydrodynamischen Axiallager 41, dem ersten hydrodynamischen Radiallager 21 und dem zweiten hydrodynamischen Radiallager 23 strömt.
(5) Der Kühldurchlass 50 ist so ausgebildet, dass er den Elektromotor 18 mit der Luft kühlt, die nacheinander in Reihe zu dem zweiten hydrodynamischen Axiallager 42, dem ersten hydrodynamischen Axiallager 41, dem ersten hydrodynamischen Radiallager 21 und dem zweiten hydrodynamischen Radiallager 23 strömt. Dies vereinfacht den Aufbau des Kühldurchlasses 50, der die Luft, die die Lager 21, 23, 41 und 42 kühlt, nutzt, um den Elektromotor 18 zu kühlen.
(6) Als Gas, das durch den Kühldurchlass 50 strömt, strömt ein Teil der Luft, die in Richtung des Brennstoffzellenstapels 100 strömt, in den Kühldurchlass 50. Somit wird Luft für den Brennstoffzellenstapel 100 genutzt, um die Lager 21, 23, 41 und 42 zu kühlen. Dies vereinfacht den Aufbau des Fahrzeugs, in dem der Brennstoffzellenstapel 100 eingebaut ist.
Abwandlungen
Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel kann wie folgt abgewandelt werden. Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel und die folgenden Abwandlungen können kombiniert werden, solange die kombinierten Abwandlungen technisch zueinander konsistent bleiben.
Das Fluid muss nicht Luft sein. Als Fluid kann Öl verwendet werden. Wenn die Drehzahl des rotierenden Körpers 24 die Schwebedrehzahl erreicht, hebt in diesem Fall der hydrodynamische Druck von zum Beispiel einem Ölfilm, der zwischen dem ersten Stützabschnitt 24b und dem ersten hydrodynamischen Radiallager 21 erzeugt wird, den ersten Stützabschnitt 24b vom ersten hydrodynamischen Radiallager 21 an.
Die Fluidmaschine muss nicht den Elektromotor 18 enthalten. In diesem Fall kann zum Beispiel als Antriebsquelle zum Drehen des rotierenden Körpers 24 eine Kraftmaschine verwendet werden.
Die erste Schubüberzugsschicht 41b, die erste Radialüberzugsschicht 21b und die zweite Radialüberzugsschicht 23b können zum Beispiel die gleiche Härte haben. Alternativ können die erste Schubüberzugsschicht 41b und die zweite Schubüberzugsschicht 42b die gleiche Härte haben und es können die erste Radialüberzugsschicht 21b und die zweite Radialüberzugsschicht 23b die gleiche Härte haben. In diesem Fall ist die Härte der Schubüberzugsschichten 41b, 42b geringer als die Härte der Radialüberzugsschichten 21b, 23b. Mit anderen Worten liegen bezüglich der Strömungsrichtung des Kühldurchlasses 50 mindestens zwei hydrodynamische Gleitlager B1 an verschiedenen Stellen, wobei die Härte von einem der zwei hydrodynamischen Gleitlager B1 geringer als die Härte des stromabwärtigen der hydrodynamischen Gleitlager B1 ist.
In dem Ausführungsbeispiel ist der Kühldurchlass 50 so in dem Gehäuse 11 angeordnet, dass die durch den Kühldurchlass 50 strömende Luft nacheinander in Reihe zu dem zweiten hydrodynamischen Axiallager 42, dem ersten hydrodynamischen Axiallager 41, dem ersten hydrodynamischen Radiallager 21 und dem zweiten hydrodynamischen Radiallager 23 strömt. Anstelle dessen kann der im Gehäuse 11 angeordnete Kühldurchlass 50 einen Durchlass, durch den die durch den Kühldurchlass 50 strömende Luft nacheinander in Reihe zu dem zweiten hydrodynamischen Axiallager 42 und dem ersten hydrodynamischen Axiallager 41 strömt, und einen Durchlass, durch den die durch den Kühldurchlass 50 strömende Luft nacheinander in Reihe zu dem ersten hydrodynamischen Radiallager 21 und dem zweiten hydrodynamischen Radiallager 23 strömt, umfassen.
Um den rotierenden Körper 24 in der Schubrichtung abzustützen, können andere Arten von Axiallagern, zum Beispiel ein hydrostatisches Axiallager, verwendet werden.
Um den rotierenden Körper 24 in der radialen Richtung abzustützen, können andere Arten von Radiallagern, zum Beispiel ein hydrostatisches Radiallager, verwendet werden.
Die hydrodynamischen Radiallager 21, 23 können in der Richtung, in der die Luft strömt, auf der stromaufwärtigen Seite der hydrodynamischen Axiallager 41, 42 angeordnet werden. Alternativ können die hydrodynamischen Radiallager 21, 23 in der Richtung, in der die Luft strömt, zwischen dem ersten hydrodynamischen Axiallager 41 und dem zweiten hydrodynamischen Axiallager 42 angeordnet werden. Mit anderen Worten können das erste hydrodynamische Radiallager 21, das zweite hydrodynamische Radiallager 23, das erste hydrodynamische Axiallager 41 und das zweite hydrodynamische Axiallager 42 an beliebiger Stelle liegen, solange die Haltbarkeit des motorgetriebenen Verdichters 10 verbessert werden kann.
Die Härte von einer der Schubüberzugsschichten 41b, 42b, die eine größere Schublast aufnimmt, wenn der rotierende Körper 24 gedreht wird, kann höher als die Härte der anderen von den Schubüberzugsschichten 41b, 42b sein, die eine kleinere Schublast aufnimmt, wenn der rotierende Körper 24 gedreht wird.
Wenn die Härte der Überzugsschicht C1 des hydrodynamischen Axiallagers 40, die eine größere Schublast aufnimmt, wenn der rotierende Körper 24 gedreht wird, zum Beispiel die gleiche wie die Härte der Überzugsschicht C1 des hydrodynamischen Axiallagers 40 ist, die eine kleinere Schublast aufnimmt, wenn der rotierende Körper 24 gedreht wird, nimmt die Last, die auf die Überzugsschicht C1 des hydrodynamischen Axiallagers 40 aufgebracht wird, mit Zunahme der Schublast, die aufgenommen wird, wenn der rotierende Körper 24 gedreht wird, zu. Somit ist die Haltbarkeit des hydrodynamischen Axiallagers 40, das eine größere Schublast aufnimmt, wenn der rotierende Körper 24 gedreht wird, wahrscheinlich geringer als die Haltbarkeit des hydrodynamischen Axiallagers 40, das eine geringere Schublast aufnimmt, wenn der rotierende Körper 24 gedreht wird. Deswegen ist die Härte der einen von der ersten Schubüberzugsschicht 41b und der zweiten Schubüberzugsschicht 42b, die eine größere Schublast aufnimmt, wenn der rotierende Körper 24 gedreht wird, höher als die Härte der anderen von der ersten Schubüberzugsschicht 41b und der zweiten Schubüberzugsschicht 42b, die eine kleinere Schublast aufnimmt, wenn der rotierende Körper 24 gedreht wird. Dies verringert den Abrieb von der einen der Schubüberzugsschichten 41b, 42b, die eine größere Schublast aufnimmt, wenn der rotierende Körper 24 gedreht wird, und es wird die Haltbarkeit des motorgetriebenen Verdichters 10 verbessert.
In diesem Fall kann das eine von den hydrodynamischen Axiallagern 41, 42, das eine größere Schublast aufnimmt, wenn der rotierende Körper 24 gedreht wird, in der Richtung, in der die Luft strömt, auf der stromaufwärtigen Seite des anderen von den hydrodynamischen Axiallagern 41, 42 angeordnet sein, das eine kleinere Schublast aufnimmt, wenn der rotierende Körper 24 gedreht wird.
Das Material der Überzugsschichten C1 kann geändert werden. Der Festschmierstoff kann Wolframdisulfid sein. In diesem Fall kann die Härte der Überzugsschichten C1 geändert werden, um die Haltbarkeit des motorgetriebenen Verdichters 10 zu verbessern.
In dem Ausführungsbeispiel ist der erste Stützabschnitt 24b einstückig mit der rotierenden Welle 24a ausgebildet. Anstelle dessen kann der erste Stützabschnitt 24b von der rotierenden Welle 24a getrennt sein.
Der dritte Stützabschnitt 24d kann einstückig mit der rotierenden Welle 24a ausgebildet werden.
Der motorgetriebene Verdichter 10 muss nicht das zweite Schaufelrad 26 enthalten.
Das durch den Kühldurchlass 50 strömende Gas muss nicht Luft sein. Es kann zum Beispiel ein Kältemittelgas verwendet werden.
In dem Ausführungsbeispiel strömt als Gas, das durch den Kühldurchlass 50 strömt, ein Teil der Luft in den Kühldurchlass 50, die in Richtung des Brennstoffzellenstapels 100 strömt. Allerdings kann die durch den Kühldurchlass 50 strömende Luft getrennt von der Luft sein, die in Richtung des Brennstoffzellenstapels 100 strömt.
Das erste Dichtungsbauteil 27 und das zweite Dichtungsbauteil 28 müssen keine Dichtungsringe sein. Anstelle dessen können das erste Dichtungsbauteil 27 und das zweite Dichtungsbauteil 28 Labyrinthdichtungen sein.
In dem motorgetriebenen Verdichter 10 kann das Fluid, das durch das erste Schaufelrad 25 verdichtet wird, durch das zweite Schaufelrad 26 weiter verdichtet werden.
Das Fluid, das durch das erste Schaufelrad 25 und das zweite Schaufelrad 26 verdichtet wird, muss nicht Luft sein. Deswegen kann der motorgetriebene Verdichter 10 bei einer beliebigen Vorrichtung Anwendung finden und ein beliebiges Fluid verdichten. Zum Beispiel kann der motorgetriebene Verdichter 10 für eine Klimaanlage verwendet werden und als Fluid Kältemittel verdichten. Der motorgetriebene Verdichter 10 kann in einem beliebigen anderen Aufbau als einem Fahrzeug eingebaut werden.
Die Fluidmaschine kann ein Scrollverdichter sein, der einen Spiralmechanismus hat, bei dem ein Arbeitskörper in Übereinstimmung mit einer Drehung des rotierenden Körpers 24 arbeitet. Die Fluidmaschine kann eine Roots-Pumpe sein, die zwei Rotoren als Arbeitskörper enthält.
An den obigen Beispielen können verschiedene Änderungen an der Form und den Einzelheiten vorgenommen werden, ohne vom Sinn und Umfang der Ansprüche und ihrer Äquivalente abzuweichen. Die Beispiele dienen nur der Beschreibung und nicht Beschränkungszwecken. Die Beschreibungen der Merkmale in jedem Beispiel gelten als auf ähnliche Merkmale oder Ausgestaltungen in anderen Beispielen anwendbar. Geeignete Ergebnisse können auch erzielt werden, wenn Abläufe in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden und/oder wenn Bauteile in einem beschriebenen System, einer Architektur, einer Vorrichtung oder einer Schaltung anders kombiniert und/oder durch andere Bauteile oder ihre Äquivalente ersetzt oder ergänzt werden. Der Umfang der Offenbarung wird nicht durch die detaillierte Beschreibung, sondern durch die Ansprüche und ihre Äquivalente definiert. Alle Variationen innerhalb des Umfangs der Ansprüche und ihrer Äquivalente sind von der Erfindung mitumfasst.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2019 [0004]
JP 57000195 A [0004]

Claims

Fluidmaschine (10) mit: einem rotierenden Körper (24); einem Arbeitskörper (25, 26), der einstückig mit dem rotierenden Körper (24) gedreht wird; einem Gehäuse (11), das den rotierenden Körper (24) und den Arbeitskörper (25, 26) beherbergt; hydrodynamischen Gleitlagern (B1), die den rotierenden Körper (24) drehbar bezüglich des Gehäuses (11) abstützen; und einem Kühldurchlass (50), der in dem Gehäuse (11) angeordnet ist, wobei durch den Kühldurchlass (50) ein Fluid strömt, das die hydrodynamischen Gleitlager (B1) direkt kühlt, wobei die hydrodynamischen Gleitlager (B1) jeweils an einem Abschnitt, der dem rotierenden Körper (24) gegenüberliegt, eine Harzüberzugsschicht (C1) aufweisen, die hydrodynamischen Gleitlager (B1) mindestens eine Kombination von hydrodynamischen Gleitlagern (B1) umfassen, wobei jede Kombination ein stromaufwärtiges hydrodynamisches Gleitlager (B1) und ein stromabwärtiges hydrodynamisches Gleitlager (B1) umfasst, die in einer Richtung, in der das Fluid durch den Kühldurchlass (50) strömt, an verschiedenen Stellen liegen, und die Überzugsschicht (C1) des stromaufwärtigen hydrodynamischen Gleitlagers (B1) eine geringere Härte als die Überzugsschicht (C1) des stromabwärtigen hydrodynamischen Gleitlagers (B1) hat.
Fluidmaschine (10) nach Anspruch 1, wobei das durch den Kühldurchlass strömende Fluid (50) ein Gas ist und die hydrodynamischen Gleitlager (B1) jeweils ein Gaslager sind.
Fluidmaschine (10) nach Anspruch 2, wobei der Arbeitskörper (25, 26) Folgendes umfasst: ein erstes Schaufelrad (25), das in einer axialen Richtung des rotierenden Körpers (24) an einem ersten Ende des rotierenden Körpers (24) angeordnet ist; und ein zweites Schaufelrad (26), das in der axialen Richtung des rotierenden Körpers (24) an einem zweiten Ende des rotierenden Körpers (24) angeordnet ist, die Fluidmaschine (10) außerdem einen Elektromotor (18) umfasst, der in der axialen Richtung zwischen dem ersten Schaufelrad (25) und dem zweiten Schaufelrad (26) angeordnet ist, wobei der Elektromotor (18) so konfiguriert ist, dass er den rotierenden Körper (24) dreht, die Gaslager (B1) Folgendes umfassen: ein erstes hydrodynamisches Radiallager (21), das vom Elektromotor (18) aus in Richtung des ersten Endes des rotierenden Körpers (24) liegt; ein zweites hydrodynamisches Radiallager (23), das vom Elektromotor (18) aus in Richtung des zweiten Endes des rotierenden Körpers (24) liegt; und ein oder mehr hydrodynamische Axiallager (40), die eine Differenzdruckdifferenz des ersten Schaufelrads (25) und des zweiten Schaufelrads (26) aufnehmen, und das Gas das erste hydrodynamische Radiallager (21), das zweite hydrodynamische Radiallager (23), das eine oder die mehreren hydrodynamischen Axiallager (40) und den Elektromotor (18) kühlt.
Fluidmaschine (10) nach Anspruch 3, wobei der rotierende Körper (24) Folgendes aufweist: einen Wellenabschnitt (24a); und einen ringförmigen Abschnitt erhöhten Durchmessers (24b), der von einer Umfangsfläche des Wellenabschnitts (24a) vorsteht und sich einstückig mit dem Wellenabschnitt (24a) dreht, der Abschnitt erhöhten Durchmessers (24d) an einer Stelle angeordnet ist, die in der axialen Richtung vom Elektromotor (18) beabstandet ist, das eine oder die mehreren hydrodynamischen Axiallager (40) Folgendes umfassen: ein erstes hydrodynamisches Axiallager (41), das drehbar einen Teil des Abschnitts erhöhten Durchmessers (24a) abstützt, der in der axialen Richtung in Richtung des Elektromotors (18) liegt; und ein zweites hydrodynamisches Axiallager (42), das drehbar einen Teil des Abschnitts erhöhten Durchmessers (24a) abstützt, der auf einer dem Elektromotor (18) in der axialen Richtung gegenüberliegenden Seite liegt, und eine von der Überzugsschicht (41b) des ersten hydrodynamischen Axiallagers (41) und der Überzugsschicht (42b) des zweiten hydrodynamischen Axiallagers (42), die eine größere Schublast aufnimmt, wenn der rotierende Körper (24) gedreht wird, eine höhere Härte als eine andere von der Überzugsschicht (41b) des ersten hydrodynamischen Axiallagers (41) und der Überzugsschicht (42b) des zweiten hydrodynamischen Axiallagers (42) hat, die eine kleinere Schublast aufnimmt, wenn der rotierende Körper (24) gedreht wird.
Fluidmaschine (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei als Gas ein Teil von Luft, die zu einer Fahrzeugbrennstoffzelle (100) strömt, in den Kühldurchlass (50) strömt.