DE102022134428A1

DE102022134428A1 - Zentrifugalkompressor

Info

Publication number: DE102022134428A1
Application number: DE102022134428.2A
Authority: DE
Inventors: Hidefumi Mori; Junya Suzuki
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2021-12-27
Filing date: 2022-12-21
Publication date: 2023-06-29
Also published as: JP2023096981A; US20230204037A1; CN116398451A

Abstract

Ein Zentrifugalkompressor (10) weist ein Kompressorlaufrad (49), das Luft komprimiert, einen Motor (31), der das Kompressorlaufrad (49) dreht, und ein Gehäuse (11) mit einer Laufradkammer (23), einer Motorkammer (18) und einem Einlass (22), von dem die Luft in die Laufradkammer (23) gesaugt wird, auf. Der Motor (31) weist einen Stator (32) und einen Rotor (33) mit einem rohrförmigen Element (41), einem Magnetkörper (42) und einem ersten Wellenelement (44) und einem zweiten Wellenelement (45), auf. Der Rotor (33) weist einen axialen Kanal (65), einen radialen Kanal (69) und eine Verbindungsstange (90), die das erste Wellenelement (44) mit dem zweiten Wellenelement (45) verbindet und einen Spalt bildet, der als Teil des axialen Kanals (65) dient, auf. Das Gehäuse (11) enthält eine Auslassöffnung (80), aus der die Luft nach außerhalb des Gehäuses (11) abgeleitet wird. Die Luft außerhalb des Gehäuses (11) wird vom Einlass (22) durch den axialen Kanal (65) und den radialen Kanal (69) in die Motorkammer (18) eingeführt, um den Magnetkörper (42) zu kühlen.

Description

Hintergrund
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zentrifugalkompressor.
Ein Zentrifugalkompressor weist ein Kompressorlaufrad, einen Motor und ein Gehäuse auf. Das Kompressorlaufrad komprimiert Luft. Der Motor treibt das Kompressorlaufrad an. Das Gehäuse hat eine röhrenförmige Form. Das Gehäuse enthält eine Laufradkammer, eine Motorkammer und einen Einlass. Die Laufradkammer nimmt das Kompressorlaufrad auf. In der Motorkammer ist der Motor untergebracht. Luft wird vom Einlass in die Laufradkammer gesaugt.
Der Motor enthält einen Stator und einen Rotor. Der Stator ist an dem Gehäuse befestigt. Der Rotor ist im Inneren des Stators angeordnet. Der Rotor kann ein rohrförmiges Element, einen Magnetkörper, ein erstes Wellenelement und ein zweites Wellenelement aufweisen. Der Magnetkörper ist im Inneren des rohrförmigen Elements befestigt. Das erste Wellenelement und das zweite Wellenelement sind an gegenüberliegenden Enden des Magnetkörpers in axialer Richtung des rohrförmigen Elements angeordnet. Das Kompressorlaufrad ist beispielsweise mit dem ersten Wellenelement verbunden.
Bei dieser Art von Zentrifugalkompressor wird im Magnetkörper aufgrund des im Magnetkörper erzeugten Wirbelstroms Wärme erzeugt. Ein Teil der vom Kompressorlaufrad komprimierten Luft kann in die Motorkammer eingeleitet werden, wie zum Beispiel in der japanischen Patentanmeldung Nr. 2011-202588 beschrieben. Wie oben beschrieben, wird die komprimierte Luft in die Motorkammer eingeleitet, so dass der Magnetkörper durch die komprimierte Luft gekühlt wird.
Die Temperatur der vom Kompressorlaufrad komprimierten Luft ist jedoch höher als die der Luft vor der Kompression, so dass der Magnetkörper möglicherweise nicht ausreichend gekühlt wird. Daher ist es bei dieser Art von Zentrifugalkompressor wünschenswert, den Magnetkörper effizient zu kühlen. Es ist auch wünschenswert, die Leistung des Motors im Zentrifugalkompressor zu verbessern.
Zusammenfassung der Erfindung
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Zentrifugalkompressor bereitgestellt, der Folgendes aufweist: ein Kompressorlaufrad, das Luft komprimiert; einen Motor, der das Kompressorlaufrad dreht; und ein Gehäuse mit einer Laufradkammer, die das Kompressorlaufrad aufnimmt, einer Motorkammer, die den Motor aufnimmt, und einem Einlass, von dem die Luft in die Laufradkammer gesaugt wird. Der Motor weist einen am Gehäuse befestigten Stator und einen im Inneren des Stators angeordneten Rotor auf. Der Rotor weist ein röhrenförmiges Element, einen magnetischen Körper, der an der Innenseite des röhrenförmigen Elements befestigt ist, und ein erstes Wellenelement und ein zweites Wellenelement, die auf gegenüberliegenden Seiten des magnetischen Körpers in einer axialen Richtung des röhrenförmigen Elements vorgesehen sind, auf. Das Kompressorlaufrad ist mit dem ersten Wellenelement verbunden. Der Rotor weist auf: einen axialen Kanal, der sich innerhalb des Rotors in einer axialen Richtung des Rotors erstreckt und an einem Ende des ersten Wellenelements nahe dem Kompressorlaufrad geöffnet ist, um mit dem Einlass in Verbindung zu stehen; einen radialen Kanal, der mit dem axialen Kanal in Verbindung steht und sich in einer radialen Richtung des zweiten Wellenelements erstreckt, um mit der Motorkammer in Verbindung zu stehen; und eine Verbindungsstange, die aus einem magnetischen Material hergestellt ist, wobei die Verbindungsstange das erste Wellenelement mit dem zweiten Wellenelement verbindet und einen Spalt bildet, der als ein Teil des axialen Kanals zwischen einer inneren Oberfläche des Magnetkörpers und der Verbindungsstange dient. Das Gehäuse enthält eine Auslassöffnung, aus der die in die Motorkammer eingeleitete Luft nach außerhalb des Gehäuses abgeleitet wird. Die Luft außerhalb des Gehäuses wird vom Einlass durch den axialen Kanal und den radialen Kanal in die Motorkammer eingeleitet, um den Magnetkörper zu kühlen. Die in die Motorkammer eingeleitete Luft wird über die Auslassöffnung abgeführt.
Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung ersichtlich, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, die beispielhaft die Prinzipien der Erfindung veranschaulichen.
Figurenliste
Die Erfindung sowie ihre Gegenstände und Vorteile werden am besten durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung der Ausführungsformen in Verbindung mit den beigefügten Figuren verstanden, in denen:

1 eine Querschnittsansicht eines Zentrifugalkompressors gemäß einer Ausführungsform ist;
2 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Teils des Zentrifugalkompressors ist;
3 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Teils des Zentrifugalkompressors ist;
4 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Teils des Zentrifugalkompressors ist;
5 eine Querschnittsansicht eines rohrförmigen Elements, eines Permanentmagneten und einer Verbindungsstange ist;
6 eine Querschnittsansicht eines ersten Wellenelements und der Verbindungsstange ist;
7 eine Querschnittsansicht eines Zentrifugalkompressors gemäß einer anderen Ausführungsform ist;
8 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Teils des Zentrifugalkompressors ist; und
9 eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Teils des Zentrifugalkompressors ist.

Beschreibung der Ausführungsformen
Im Folgenden wird eine Ausführungsform eines Zentrifugalkompressors unter Bezugnahme auf die 1 bis 6 beschrieben. Der Zentrifugalkompressor der vorliegenden Ausführungsform ist in einem Brennstoffzellenfahrzeug eingebaut. Der Zentrifugalkompressor komprimiert Luft.
Gesamtkonfiguration des Zentrifugalkompressors 10 Wie in 1 gezeigt, weist ein Zentrifugalkompressor 10 ein Gehäuse 11 auf. Das Gehäuse 11 besteht aus einem metallischen Werkstoff, wie z. B. Aluminium. Das Gehäuse 11 hat eine rohrförmige Form. Das Gehäuse 11 weist ein Motorgehäuse 12, ein Kompressorgehäuse 13, ein Turbinengehäuse 14, eine erste Platte 15, eine zweite Platte 16 und eine Dichtungsplatte 17, auf.
Das Motorgehäuse 12 hat eine röhrenförmige Form. Das Motorgehäuse 12 hat eine Stirnwand 12a, die eine plattenartige Form hat, und eine Umfangswand 12b. Die Umfangswand 12b erstreckt sich in der Rohrform von einem Außenumfang der Endwand 12a. Die erste Platte 15 ist mit einem offenen Ende der Umfangswand 12b des Motorgehäuses 12 verbunden und verschließt dieses. Die Endwand 12a und die Umfangswand 12b des Motorgehäuses 12 und die erste Platte 15 bilden eine Motorkammer 18. Somit weist das Gehäuse 11 die Motorkammer 18 auf.
Wie in 2 gezeigt, sind eine erste Aussparung 15c und eine zweite Aussparung 15d in einer Endfläche 15a der ersten Platte 15 ausgebildet, die dem Motorgehäuse 12 gegenüber liegt. Die erste Aussparung 15c und die zweite Aussparung 15d haben jeweils eine kreisförmige Lochform. Ein Innendurchmesser der ersten Aussparung 15c ist größer als der der zweiten Aussparung 15d. Die zweite Ausnehmung 15d ist in einer Bodenfläche 15f der ersten Ausnehmung 15c ausgebildet. Die erste Aussparung 15c ist koaxial mit der zweiten Aussparung 15d ausgebildet.
Die Dichtungsplatte 17 wird in die erste Ausnehmung 15c eingesetzt. Die Dichtungsplatte 17 wird z. B. mit einer Schraube (nicht gezeigt) an der ersten Platte 15 befestigt. Die Dichtungsplatte 17 verschließt eine Öffnung der zweiten Ausnehmung 15d. Die Dichtungsplatte 17 und die zweite Ausnehmung 15d begrenzen eine Axiallageraufnahmekammer 19. Daher weist das Gehäuse 11 den Axiallageraufnahmeraum 19 auf. Die Dichtungsplatte 17 hat ein Welleneinführungsloch 17h. Das Welleneinführungsloch 17h ist in einem zentralen Bereich der Dichtungsplatte 17 ausgebildet. Das Welleneinführungsloch 17h ist an der Axiallageraufnahmekammer 19 geöffnet.
Die erste Platte 15 enthält einen ersten Radiallager-Halteabschnitt 21. Der erste Radiallager-Halteabschnitt 21 hat eine zylindrische Form. Der erste Radiallager-Halteabschnitt 21 ragt von einem zentralen Abschnitt einer Endfläche 15b der ersten Platte 15, die sich in der Nähe des Motorgehäuses 12 befindet, in die Motorkammer 18. Der erste Radiallager-Halteabschnitt 21 steht mit der Motorkammer 18 in Verbindung. Der erste Radiallager-Halteabschnitt 21 erstreckt sich durch die erste Platte 15 und ist an einer Bodenfläche 15h der zweiten Ausnehmung 15d geöffnet. Somit steht der erste Radiallager-Halteabschnitt 21 mit der Axiallageraufnahmekammer 19 in Verbindung. Daher steht die Axiallageraufnahmekammer 19 mit dem ersten Radiallager-Halteabschnitt 21 in Verbindung. Der erste Radiallager-Halteabschnitt 21 ist koaxial mit der ersten Ausnehmung 15c und der zweiten Ausnehmung 15d ausgebildet.
Das Kompressorgehäuse 13 hat eine rohrförmige Form. Das Kompressorgehäuse 13 hat einen Einlass 22, der die Form eines kreisförmigen Lochs hat. Das Kompressorgehäuse 13 ist mit der Endfläche 15a der ersten Platte 15 in einem Zustand verbunden, in dem eine Achse des Einlasses 22 mit einer Achse des Welleneinführungslochs 17h der Dichtungsplatte 17 zusammenfällt. Der Einlass 22 ist an einer Endfläche des Kompressorgehäuses 13 geöffnet, die der ersten Platte 15 gegenüber liegt.
Zwischen dem Kompressorgehäuse 13 und der Dichtungsplatte 17 sind eine Laufradkammer 23, eine Auslasskammer 24 und ein Kompressor-Diffusor-Durchgang 25 ausgebildet. Das Gehäuse 11 enthält also die Laufradkammer 23. Die Dichtungsplatte 17 trennt die Laufradkammer 23 von der Axiallageraufnahmekammer 19. Die Laufradkammer 23 steht mit dem Einlass 22 in Verbindung. Die Laufradkammer 23 hat eine im Wesentlichen kegelstumpfförmige Öffnung, deren Durchmesser vom Einlass 22 zur Dichtungsplatte 17 hin allmählich zunimmt. Die Auslasskammer 24 erstreckt sich um die Achse des Einlasses 22 herum um die Laufradkammer 23. Die Laufradkammer 23 steht mit der Auslasskammer 24 über den Kompressor-Diffusor-Durchgang 25 in Verbindung. Die Laufradkammer 23 steht mit dem Welleneinführungsloch 17h der Dichtungsplatte 17 in Verbindung.
Wie in 3 gezeigt, hat die Stirnwand 12a des Motorgehäuses 12 einen zweiten Radiallager-Halteabschnitt 26. Der zweite Radiallager-Halteabschnitt 26 hat eine zylindrische Form. Der zweite Radiallager-Halteabschnitt 26 ragt von einem zentralen Abschnitt einer Innenfläche der Stirnwand 12a des Motorgehäuses 12 in die Motorkammer 18 hinein. Der zweite Radiallager-Halteabschnitt 26 steht mit der Motorkammer 18 in Verbindung. Der zweite Radiallager-Halteabschnitt 26 erstreckt sich durch die Endwand 12a des Motorgehäuses 12 und ist an einer Außenfläche der Endwand 12a geöffnet. Der erste Radiallager-Halteabschnitt 21 ist koaxial mit dem zweiten Radiallager-Halteabschnitt 26 ausgebildet.
Die zweite Platte 16 ist mit der Außenfläche der Stirnwand 12a des Motorgehäuses 12 verbunden. Die zweite Platte 16 hat ein Welleneinführungsloch 16h. Das Welleneinführungsloch 16h ist in einem zentralen Abschnitt der zweiten Platte 16 ausgebildet.
Das Turbinengehäuse 14 hat eine röhrenförmige Form. Das Turbinengehäuse 14 hat einen Auslass 27, der die Form eines kreisförmigen Lochs hat. Das Turbinengehäuse 14 ist mit einer Endfläche 16a der zweiten Platte 16 gegenüber dem Motorgehäuse 12 in einem Zustand verbunden, in dem der Auslass 27 koaxial mit dem Welleneinführungsloch 16h der zweiten Platte 16 ausgebildet ist. Der Auslass 27 ist an einer der zweiten Platte 16 gegenüberliegenden Endfläche des Turbinengehäuses 14 geöffnet.
Zwischen dem Turbinengehäuse 14 und der Endfläche 16a der zweiten Platte 16 sind eine Turbinenkammer 28, eine Ansaugkammer 29 und ein Verbindungskanal 30 ausgebildet. Die Turbinenkammer 28 steht mit dem Auslass 27 in Verbindung. Die Ansaugkammer 29 erstreckt sich um eine Achse des Auslasses 27 um die Turbinenkammer 28. Die Turbinenkammer 28 steht über den Verbindungskanal 30 mit der Ansaugkammer 29 in Verbindung. Die Turbinenkammer 28 steht mit dem Welleneinführungsloch 16h der zweiten Platte 16 in Verbindung.
Aufbau des Motors 31
Wie in 1 gezeigt, weist der Zentrifugalkompressor 10 einen Motor 31 auf. Die Motorkammer 18 nimmt den Motor 31 auf. Somit nimmt das Gehäuse 11 den Motor 31 auf.
Der Motor 31 weist einen Stator 32 und einen Rotor 33 auf. Der Stator 32 weist einen rohrförmigen Statorkern 34 und eine Spule 35 auf. Die Spule 35 ist um den Statorkern 34 gewickelt. Der Statorkern 34 ist an einer inneren Umfangsfläche der Umfangswand 12b des Motorgehäuses 12 befestigt. Die Spulenenden 36 der Spule 35 stehen an gegenüberliegenden Endflächen des Statorkerns 34 vor. In der folgenden Beschreibung bezieht sich ein „erstes Spulenende 36a“ auf eines der Spulenenden 36 an einer der gegenüberliegenden Endflächen des Statorkerns 34, die sich in der Nähe der ersten Platte 15 befindet. Ein „zweites Spulenende 36b“ bezieht sich auf das andere der Spulenenden 36 an der anderen der gegenüberliegenden Endflächen des Statorkerns 34, die sich in der Nähe der Stirnwand 12a des Motorgehäuses 12 befindet.
Konfiguration des Harzanteils 37
Wie in 4 gezeigt, weist der Stator 32 einen Harzabschnitt 37 auf. Der Harzteil 37 bedeckt den Statorkern 34 und die Spulenenden 36. Der Harzabschnitt 37 hat einen ersten Harzabschnitt 38, einen zweiten Harzabschnitt 39 und einen dritten Harzabschnitt 40. Somit weist der Stator 32 den ersten Harzteil 38, den zweiten Harzteil 39 und den dritten Harzteil 40 auf. Der erste Harzabschnitt 38 mit einer röhrenförmigen Form bedeckt das erste Spulenende 36a mit einem Harz. Der zweite röhrenförmige Harzabschnitt 39 bedeckt das zweite Spulenende 36b mit dem Harz. Der dritte röhrenförmige Harzabschnitt 40 bedeckt die innere Umfangsfläche des Statorkerns 34 mit dem Harz. Der dritte Harzabschnitt 40 erstreckt sich in einer axialen Richtung des Statorkerns 34 innerhalb des Statorkerns 34. Der dritte Harzabschnitt 40 verbindet den ersten Harzabschnitt 38 und den zweiten Harzabschnitt 39. Eine innere Umfangsfläche des dritten Harzabschnitts 40 ist ein konisches Loch, das in einem Innendurchmesser des dritten Harzabschnitts 40 vom zweiten Harzabschnitt 39 in Richtung des ersten Harzabschnitts 38 zunimmt.
Konfiguration des Rotors 33
Der Rotor 33 ist im Inneren des Stators 32 angeordnet. Der Rotor 33 weist ein rohrförmiges Element 41, einen Permanentmagneten 42, der als Magnetkörper dient, ein erstes Wellenelement 44 und ein zweites Wellenelement 45 auf. In der vorliegenden Ausführungsform besteht das rohrförmige Element 41 beispielsweise aus einer Titanlegierung. Das rohrförmige Element 41 hat eine rohrförmige Form, in der sich eine Achse des rohrförmigen Elements 41 linear erstreckt. Eine axiale Richtung des rohrförmigen Elements 41 fällt mit der des Rotors 33 zusammen. Ein Außendurchmesser des rohrförmigen Elements 41 ist auf eine konstante Größe festgelegt. Der Dauermagnet 42 hat eine zylindrische Form. Der Dauermagnet 42 ist im Inneren des rohrförmigen Elements 41 angeordnet. Eine Achse des Dauermagneten 42 fällt mit der des rohrförmigen Elements 41 zusammen. Der Dauermagnet 42 ist in eine innere Umfangsfläche des rohrförmigen Elements 41 eingepresst. Der Dauermagnet 42 ist somit innerhalb des rohrförmigen Elements 41 befestigt.
Der Dauermagnet 42 hat in seiner axialen Richtung gegenüberliegende Endflächen an Positionen, die den Positionen der gegenüberliegenden Endflächen des Statorkerns 34 in seiner radialen Richtung entsprechen. Eine Länge des Dauermagneten 42, die sich in dessen axialer Richtung erstreckt, ist kürzer als eine Länge des rohrförmigen Elements 41, die sich in dessen axialer Richtung erstreckt. Die gegenüberliegenden Endflächen des Dauermagneten 42 sind im Inneren des rohrförmigen Elements 41 angeordnet. Das rohrförmige Element 41 hat gegenüberliegende Enden in seiner axialen Richtung, die über die gegenüberliegenden Endflächen des Permanentmagneten 42 in seiner axialen Richtung hinausragen. Die gegenüberliegenden Enden des rohrförmigen Elements 41 ragen über die gegenüberliegenden Endflächen des Statorkerns 34 in dessen axialer Richtung hinaus.
Wie in 5 gezeigt, ist der Dauermagnet 42 in einer radialen Richtung des Dauermagneten 42 magnetisiert. Insbesondere ist der Dauermagnet 42 mit der zylindrischen Form in der radialen Richtung des Dauermagneten 42 magnetisiert, um einen Nordpol auf einer Seite des Dauermagneten 42 und einen Südpol auf der anderen Seite des Dauermagneten 42 in dessen radialer Richtung zu haben. In 5 ist der Südpol des Dauermagneten 42 schraffiert dargestellt.
Wie in 1 gezeigt, sind das erste Wellenelement 44 und das zweite Wellenelement 45 auf gegenüberliegenden Seiten des Dauermagneten 42 in axialer Richtung des rohrförmigen Elements 41 angeordnet. Das erste Wellenelement 44 und das zweite Wellenelement 45 sind z. B. aus Eisen gefertigt.
Das erste Wellenelement 44 hat eine zylindrische Form. Ein erstes Ende des ersten Wellenelements 44 ist in ein erstes Ende des rohrförmigen Elements 41 eingeführt. Ein zweites Ende des ersten Wellenelements 44 erstreckt sich durch die Motorkammer 18, eine Innenseite des ersten Radiallager-Halteabschnitts 21, die Axiallageraufnahmekammer 19 und das Welleneinführungsloch 17h und ragt in die Laufradkammer 23.
Das erste Wellenelement 44 weist einen ersten Flanschabschnitt 44a auf. Der erste Flanschabschnitt 44a steht ringförmig von einer äußeren Umfangsfläche des ersten Wellenelements 44 vor. Der erste Flanschabschnitt 44a ist dem ersten Ende des rohrförmigen Elements 41 in der axialen Richtung des rohrförmigen Elements 41 zugewandt.
Das zweite Wellenelement 45 hat eine zylindrische Form. Ein erstes Ende des zweiten Wellenelements 45 ist in ein zweites Ende des rohrförmigen Elements 41 eingesetzt. Ein zweites Ende des zweiten Wellenelements 45 erstreckt sich durch die Motorkammer 18, eine Innenseite des zweiten Radiallager-Halteabschnitts 26 und das Welleneinführungsloch 16h und ragt in die Turbinenkammer 28.
Das zweite Wellenelement 45 weist einen zweiten Flanschabschnitt 45a auf. Der zweite Flanschabschnitt 45a steht ringförmig von einer äußeren Umfangsfläche des zweiten Wellenelements 45 vor. Der zweite Flanschabschnitt 45a ist dem zweiten Ende des rohrförmigen Elements 41 in der axialen Richtung des rohrförmigen Elements 41 zugewandt.
Ein erstes Dichtungselement 46 ist zwischen dem Welleneinführungsloch 17h der Dichtungsplatte 17 und dem ersten Wellenelement 44 vorgesehen. Das erste Dichtungselement 46 unterdrückt die Leckage von Luft, die aus der Laufradkammer 23 in die Motorkammer 18 strömt. Ein zweites Dichtungselement 47 ist zwischen der Welleneinführungsöffnung 16h der zweiten Platte 16 und dem zweiten Wellenelement 45 vorgesehen. Das zweite Dichtungselement 47 unterdrückt die Leckage von Luft, die aus der Turbinenkammer 28 in Richtung der Motorkammer 18 strömt. Bei dem ersten Dichtungselement 46 und dem zweiten Dichtungselement 47 handelt es sich zum Beispiel um einen Dichtungsring.
Stützender Teil 48
Der Zentrifugalkompressor 10 weist einen Stützabschnitt 48 auf. Der Stützabschnitt 48 steht ringförmig von der äußeren Umfangsfläche des ersten Wellenelements 44 ab. Daher ist der Stützabschnitt 48, der eine Ringform aufweist, an der äußeren Umfangsfläche des ersten Wellenelements 44 vorgesehen. Der Stützabschnitt 48 hat die Form einer Scheibe. Der Stützabschnitt 48 ist an der Außenumfangsfläche des ersten Wellenelements 44 in einem Zustand befestigt, in dem der Stützabschnitt 48 ringförmig von der Außenumfangsfläche des ersten Wellenelements 44 in dessen radialer Richtung nach außen ragt. Daher ist der Stützabschnitt 48 ein von dem ersten Wellenelement 44 unabhängiges Element. Der Stützabschnitt 48 ist innerhalb der Axiallageraufnahmekammer 19 angeordnet. Der Stützabschnitt 48 dreht sich zusammen mit dem ersten Wellenelement 44.
Kompressorlaufrad 49
Der Zentrifugalkompressor 10 weist das Kompressorlaufrad 49 auf. Das Kompressorlaufrad 49 ist am zweiten Ende des ersten Wellenelements 44 befestigt. Somit ist das Kompressorlaufrad 49 mit dem ersten Wellenelement 44 verbunden. Das Kompressorlaufrad 49 ist in dem ersten Wellenelement 44 näher am zweiten Ende des ersten Wellenelements 44 angeordnet als der Stützabschnitt 48. Das Kompressorlaufrad 49 hat eine röhrenförmige Form, deren Durchmesser von einer hinteren Fläche zu einer distalen Endfläche des Kompressorlaufrads 49 allmählich abnimmt. Das Kompressorlaufrad 49 ist in der Laufradkammer 23 untergebracht. Eine Außenkante des Kompressorlaufrads 49 erstreckt sich entlang der inneren Umfangsfläche der Laufradkammer 23. Das Kompressorlaufrad 49 dreht sich zusammen mit dem ersten Wellenelement 44, um Luft zu komprimieren.
Turbinenrad 50
Der Zentrifugalkompressor 10 weist ein Turbinenrad 50 auf. Das Turbinenrad 50 ist am zweiten Ende des zweiten Wellenelements 45 befestigt. Das Turbinenrad 50 ist in der Turbinenkammer 28 untergebracht. Das Turbinenrad 50 dreht sich zusammen mit dem zweiten Wellenelement 45.
Erstes Radiallager 51 und zweites Radiallager 52
Der Zentrifugalkompressor 10 weist ein erstes Radiallager 51 und ein zweites Radiallager 52 auf. Das erste Radiallager 51 hat eine zylindrische Form. Das erste Radiallager 51 wird von dem ersten Radiallager-Halteabschnitt 21 gehalten. Das zweite Radiallager 52 hat eine zylindrische Form. Das zweite Radiallager 52 wird von dem zweiten Radiallager-Halteabschnitt 26 gehalten.
Das erste Radiallager 51 stützt das erste Wellenelement 44 in einer radialen Richtung drehbar ab. Das zweite Radiallager 52 stützt das zweite Wellenelement 45 in radialer Richtung drehbar ab. Das erste Radiallager 51 und das zweite Radiallager 52 stützen den Rotor 33 an entgegengesetzten Positionen des rohrförmigen Elements 41 in dessen axialer Richtung drehbar ab. Die „radiale Richtung“ ist eine Richtung orthogonal zur axialen Richtung des rohrförmigen Elements 41.
Axiallager 53
Wie in 2 gezeigt, enthält der Zentrifugalkompressor 10 ein Axiallager 53. Das Axiallager 53 ist in der Axiallageraufnahmekammer 19 untergebracht. Das Axiallager 53 hat einen ersten Axiallagerabschnitt 53a und einen zweiten Axiallagerabschnitt 53b. Der erste Axiallagerabschnitt 53a und der zweite Axiallagerabschnitt 53b umschließen den Stützabschnitt 48. Der erste Axiallagerabschnitt 53a ist in der Nähe des Kompressorlaufrads 49 relativ zum Stützabschnitt 48 angeordnet. Der zweite Axiallagerabschnitt 53b ist in der Nähe des ersten Radiallagers 51 in Bezug auf den Stützabschnitt 48 angeordnet. Der erste Axiallagerabschnitt 53a und der zweite Axiallagerabschnitt 53b stützen den Stützabschnitt 48 in der Axialrichtung drehbar ab. Somit ist das Axiallager 53 zwischen dem Kompressorlaufrad 49 und dem ersten Radiallager 51 vorgesehen und stützt den Rotor 33 über den Stützabschnitt 48 in der Schubrichtung drehbar ab. Die „Schubrichtung“ ist eine Richtung parallel zur axialen Richtung des rohrförmigen Elements 41. Somit ist der Rotor 33 drehbar im Gehäuse 11 gelagert.
Brennstoffzellensystem 55
Wie in 1 gezeigt, ist der Zentrifugalkompressor 10 mit der oben beschriebenen Konfiguration ein Teil eines Brennstoffzellensystems 55, das in einem Brennstoffzellenfahrzeug eingebaut ist. Das Brennstoffzellensystem 55 weist neben dem Zentrifugalkompressor 10 einen Brennstoffzellenstapel 56, einen Zufuhrkanal 57 und einen Auslasskanal 58, auf. Der Brennstoffzellenstapel 56 wird durch eine Vielzahl von Brennstoffzellen gebildet. Die einzelnen Brennstoffzellen sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht abgebildet. Die Entladungskammer 24 und der Brennstoffzellenstapel 56 sind durch den Zufuhrkanal 57 miteinander verbunden. Der Brennstoffzellenstapel 56 und die Ansaugkammer 29 sind durch den Auslasskanal 58 miteinander verbunden.
Wenn sich der Rotor 33 dreht, werden das Kompressorlaufrad 49 und das Turbinenrad 50 zusammen mit dem Rotor 33 in Drehung versetzt. Der Motor 31 treibt also das Kompressorlaufrad 49 an. Wenn sich das Kompressorlaufrad 49 dreht, wird Luft aus dem Einlass 22 in die Laufradkammer 23 gesaugt. Die in den Einlass 22 strömende Luft wird durch einen Luftfilter (nicht gezeigt) gereinigt.
Die aus dem Einlass 22 angesaugte Luft wird durch das Kompressorlaufrad 49 in der Laufradkammer 23 verdichtet, strömt durch den Kompressor-Diffusor-Durchgang 25 und tritt in die Auslasskammer 24 ein. Die komprimierte Luft wird aus der Auslasskammer 24 in den Zufuhrkanal 57 abgeleitet. Anschließend wird die aus der Auslasskammer 24 in den Zufuhrkanal 57 abgegebene Luft durch den Zufuhrkanal 57 dem Brennstoffzellenstapel 56 zugeführt. Die dem Brennstoffzellenstapel 56 zugeführte Luft wird für die Stromerzeugung des Brennstoffzellenstapels 56 verwendet. Danach wird die Luft, die durch den Brennstoffzellenstapel 56 strömt, als Abluft aus dem Brennstoffzellenstapel 56 in den Abluftkanal 58 abgeleitet.
Die Abluft aus dem Brennstoffzellenstapel 56 wird durch den Auslasskanal 58 in die Ansaugkammer 29 gesaugt. Die in die Ansaugkammer 29 angesaugte Abluft des Brennstoffzellenstapels 56 wird durch den Verbindungskanal 30 in die Turbinenkammer 28 eingeleitet. Das Turbinenrad 50 wird durch die in die Turbinenkammer 28 eingeleitete Abluft aus dem Brennstoffzellenstapel 56 in Drehung versetzt. Der Rotor 33 wird zusätzlich zu einem Antrieb durch den Motor 31 durch die Abluft des Brennstoffzellenstapels 56 in Drehung versetzt, wodurch das Turbinenrad 50 gedreht wird. Die Drehung des Rotors 33 wird durch das Turbinenrad 50 unterstützt, das durch die Abluft aus dem Brennstoffzellenstapel 56 in Drehung versetzt wird. Nachdem die Abluft die Turbinenkammer 28 durchströmt hat, wird sie über den Auslass 27 nach außen abgeleitet.
Drucklufteinlassanschluss 60
Wie in 3 gezeigt, enthält das Gehäuse 11 einen Drucklufteinlassanschluss 60. Der Drucklufteinlassanschluss 60 ist in der zweiten Platte 16 und der Stirnwand 12a des Motorgehäuses 12 in der Nähe der Turbinenkammer 28 gegenüber der Motorkammer 18 ausgebildet. Der Drucklufteinlassanschluss 60 weist einen ersten Einlasskanal 61 und einen zweiten Einlasskanal 62 auf. In dem Drucklufteinlassanschluss 60 erstreckt sich der erste Einlasskanal 61 durch die zweite Platte 16 in radialer Richtung des rohrförmigen Elements 41. Ein erstes Ende des ersten Einlasskanals 61 ist an einem Teil einer äußeren Umfangsfläche der zweiten Platte 16 geöffnet. Ein zweites Ende des ersten Einlasskanals 61 befindet sich im Inneren der zweiten Platte 16. In dem Drucklufteinlassanschluss 60 erstreckt sich der zweite Einlasskanal 62 durch die zweite Platte 16 und die Stirnwand 12a des Motorgehäuses 12 in einer Richtung, die die radiale Richtung des rohrförmigen Elements 41 kreuzt. Ein erstes Ende des zweiten Einlasskanals 62 ist mit dem zweiten Ende des ersten Einlasskanals 61 verbunden. Ein zweites Ende des zweiten Einlasskanals 62 ist an einem distalen Ende des zweiten Radiallager-Halteabschnitts 26 geöffnet.
Wie in 1 gezeigt, weist das Brennstoffzellensystem 55 einen Abzweigkanal 59 auf. Ein erstes Ende des Abzweigkanals 59 ist mit dem Versorgungskanal 57 verbunden. Der Abzweigkanal 59 ist also von dem Versorgungskanal 57 abgezweigt. Ein zweites Ende des Abzweigkanals 59 ist mit dem ersten Ende des ersten Einlasskanals 61 verbunden. Somit ist der Abzweigkanal 59 mit dem Drucklufteinlassanschluss 60 verbunden. In der Mitte des Abzweigkanals 59 ist ein Zwischenkühler 59a angeordnet. Der Zwischenkühler 59a kühlt die durch den Abzweigkanal 59 strömende Luft. Ein Teil der durch den Zufuhrkanal 57 strömenden Luft strömt in den Abzweigkanal 59 und wird durch den Zwischenkühler 59a gekühlt. Anschließend wird die gekühlte Luft durch den Abzweigkanal 59 in den Drucklufteinlassanschluss 60 eingeleitet. Die über den Abzweigkanal 59 in den Drucklufteinlassanschluss 60 eingeleitete gekühlte Luft wird in die Motorkammer 18 eingeleitet. Somit wird ein Teil der vom Kompressorlaufrad 49 komprimierten Luft vom Drucklufteinlassanschluss 60 in die Motorkammer 18 eingeleitet.
Düse 63
Wie in 3 gezeigt, enthält der Zentrifugalkompressor 10 eine Düse 63. Die Düse 63 ist ein Teil des zweiten Endes des zweiten Einlasskanals 62. Somit ist die Düse 63 im zweiten Radiallager-Halteabschnitt 26 vorgesehen. Die Düse 63 bläst die von dem Drucklufteinlassanschluss 60 in die Motorkammer 18 eingeleitete Luft in einem Zustand ein, in dem der Druck dieser Luft niedriger als der atmosphärische Druck ist. Die Düse 63 bläst die von dem Drucklufteinlassanschluss 60 eingeleitete Luft in einen Innenraum der Motorkammer 18 ein, der weiter innen liegt als der zweite Harzabschnitt 39, und zwar in einem Zustand, in dem der Luftdruck niedriger als der Atmosphärendruck ist.
Axialer Kanal 65
Wie in 1 gezeigt, weist der Zentrifugalkompressor 10 einen axialen Kanal 65 auf. Der axiale Kanal 65 weist einen ersten axialen Kanal 66, einen Magnetkörper-Innenkanal 67 und einen zweiten axialen Kanal 68, auf. Der erste axiale Kanal 66 erstreckt sich durch das Innere des ersten Wellenelements 44 in dessen axialer Richtung. Der erste axiale Kanal 66 hat die Form eines kreisförmigen Lochs. Ein erstes Ende des ersten axialen Kanals 66 ist am zweiten Ende des ersten Wellenelements 44 geöffnet und steht mit dem Einlass 22 in Verbindung.
Der Innenkanal 67 des Magnetkörpers erstreckt sich durch das Innere des Permanentmagneten 42 in dessen axialer Richtung. Somit erstreckt sich der axiale Kanal 65 durch das Innere des Dauermagneten 42. Der Innenkanal des Magnetkörpers 67 hat die Form eines kreisförmigen Lochs. Ein Innendurchmesser des Innenkanals des Magnetkörpers 67 ist etwas größer als der des ersten axialen Kanals 66. Ein erstes Ende des Innenkanals des Magnetkörpers 67 steht in Verbindung mit einem zweiten Ende des ersten axialen Kanals 66.
Der zweite axiale Kanal 68 erstreckt sich innerhalb des zweiten Wellenelements 45 in dessen axialer Richtung. Der zweite axiale Kanal 68 hat die Form eines kreisförmigen Lochs. Ein Innendurchmesser des zweiten axialen Kanals 68 ist etwas größer als der des ersten axialen Kanals 66. Der Innendurchmesser des zweiten axialen Kanals 68 ist zum Beispiel derselbe wie der des Innenkanals des Magnetkörpers 67. Ein erstes Ende des zweiten axialen Kanals 68 steht in Verbindung mit einem zweiten Ende des Innenkanals des Magnetkörpers 67. Ein zweites Ende des zweiten axialen Kanals 68 ist im Inneren des zweiten Wellenelements 45 angeordnet. Insbesondere ist das zweite Ende des zweiten axialen Kanals 68 innerhalb der Welleneinführungsöffnung 16h angeordnet. Das zweite Ende des zweiten axialen Kanals 68 ist eine Innengewindebohrung 68h.
Wie vorstehend beschrieben, erstreckt sich der axiale Kanal 65 innerhalb des ersten Wellenelements 44, innerhalb des Permanentmagneten 42 und innerhalb des zweiten Wellenelements 45 in der axialen Richtung des rohrförmigen Elements 41. Somit erstreckt sich der axiale Kanal 65 innerhalb des Rotors 33 in dessen axialer Richtung. Der axiale Kanal 65 ist an einem Ende des ersten Wellenelements 44 in der Nähe des Kompressorlaufrads 49 geöffnet und steht mit dem Einlass 22 in Verbindung.
Radialer Kanal 69
Der Zentrifugalkompressor 10 weist eine Vielzahl von radialen Kanälen 69 auf. Die Mehrzahl der radialen Kanäle 69 steht mit dem zweiten Ende des zweiten axialen Kanals 68 in Verbindung. Somit steht jeder der radialen Kanäle 69 mit dem axialen Kanal 65 in Verbindung. Jeder der radialen Kanäle 69 erstreckt sich von dem zweiten axialen Kanal 68 in der radialen Richtung des zweiten Wellenelements 45. Ein erstes Ende jedes der radialen Kanäle 69 steht mit dem zweiten axialen Kanal 68 in Verbindung. Insbesondere steht das erste Ende jedes der radialen Kanäle 69 mit einem Teil des zweiten axialen Kanals 68 in Verbindung, der näher am ersten Ende des zweiten axialen Kanals 68 liegt als die Innengewindebohrung 68h. Ein zweites Ende jedes der radialen Kanäle 69 ist an einem Teil einer äußeren Umfangsfläche des zweiten Wellenelements 45 geöffnet und steht mit einer Innenseite der Welleneinführöffnung 16h im Gehäuse 11 in Verbindung. Insbesondere steht das zweite Ende jedes der radialen Kanäle 69 mit einem Teil der Innenseite des Welleneinführungslochs 16h in Verbindung, der näher an dem zweiten Radiallager-Halteabschnitt 26 liegt als das zweite Dichtungselement 47. Jeder der radialen Kanäle 69 steht mit dem Inneren der Motorkammer 18 durch die Welleneinführungsöffnung 16h und den zweiten Radiallager-Halteabschnitt 26 in Verbindung.
Verbindungsstange 90
Der Zentrifugalkompressor 10 weist eine Verbindungsstange 90 auf. Die Verbindungsstange 90 ist aus einem magnetischen Material hergestellt. Die Verbindungsstange 90 erstreckt sich durch den zweiten axialen Kanal 68 und den Innenkanal des Magnetkörpers 67 und ragt in den ersten axialen Kanal 66. Somit erstreckt sich die Verbindungsstange 90 durch das Innere des Permanentmagneten 42. Ein Ende der Verbindungsstange 90 in der Nähe des zweiten axialen Kanals 68 ist ein Außengewindeabschnitt 91. Der Außengewindeabschnitt 91 wird in die Innengewindebohrung 68h des zweiten axialen Kanals 68 geschraubt. Somit ist der Außengewindeabschnitt 91 der Verbindungsstange 90 innerhalb des zweiten axialen Kanals 68 in Bezug auf den Rotor 33 positioniert.
Wie in 5 und 6 gezeigt, weist die äußere Umfangsfläche der Verbindungsstange 90 ein Paar flacher Flächen 92 und ein Paar gekrümmter Flächen 93, auf. Jede der gekrümmten Flächen 93 verbindet das Paar der ebenen Flächen 92 miteinander. Ein Teil der äußeren Umfangsfläche der Verbindungsstange 90 mit Ausnahme des Außengewindeabschnitts 91 wird durch das Paar ebener Flächen 92 und das Paar gekrümmter Flächen 93 gebildet. Das Paar der ebenen Flächen 92 erstreckt sich parallel zueinander. Das Paar der gekrümmten Flächen 93 ist bogenförmig gekrümmt und erstreckt sich entlang einer inneren Umfangsfläche des ersten axialen Kanals 66, einer inneren Umfangsfläche des Innenkanals des Magnetkörpers 67 und einer inneren Umfangsfläche des zweiten axialen Kanals 68.
Das Paar flacher Oberflächen 92 und das Paar gekrümmter Oberflächen 93 erstrecken sich innerhalb des zweiten axialen Kanals 68 und des Innenkanals des Magnetkörpers 67. Somit erstreckt sich das Paar ebener Flächen 92 zumindest in einem Teil des Inneren des Permanentmagneten 42 parallel zueinander. Wie in 5 gezeigt, befindet sich das Paar flacher Oberflächen 92 in einer Richtung, in der sich eine Grenzlinie L10 zwischen dem Nordpol und dem Südpol des Permanentmagneten 42 erstreckt. Wie in 6 gezeigt, ist das Paar gekrümmter Flächen 93 in die innere Umfangsfläche des ersten axialen Kanals 66 eingepresst.
Wie in 1 gezeigt, wird das Paar gekrümmter Flächen 93 in die innere Umfangsfläche des ersten axialen Kanals 66 eingepresst und der Außengewindeabschnitt 91 in die Innengewindebohrung 68h geschraubt, so dass die Verbindungsstange 90 das erste Wellenelement 44 und das zweite Wellenelement 45 miteinander verbindet. Der Außengewindeabschnitt 91 wird in die Innengewindebohrung 68h geschraubt, so dass die Verbindungsstange 90 das erste Wellenelement 44 und das zweite Wellenelement 45 in einem Zustand verbindet, in dem eine Axialkraft auf das zweite Wellenelement 45 ausgeübt wird.
Die Axialkraft wird von der Verbindungsstange 90 auf das zweite Wellenelement 45 ausgeübt, und das rohrförmige Element 41 wird somit durch den ersten Flanschabschnitt 44a des ersten Wellenelements 44 und den zweiten Flanschabschnitt 45a des zweiten Wellenelements 45 eingeklemmt. Somit halten das erste Wellenelement 44 und das zweite Wellenelement 45 das rohrförmige Element 41 mit Hilfe der axialen Kraft, die von der Verbindungsstange 90 auf das zweite Wellenelement 45 ausgeübt wird. Infolgedessen werden das erste Wellenelement 44 und das zweite Wellenelement 45 zusammen mit dem rohrförmigen Element 41 gedreht.
Das Paar flacher Oberflächen 92 ist berührungslos zu der inneren Umfangsfläche des ersten axialen Kanals 66, der inneren Umfangsfläche des Innenkanals 67 des Magnetkörpers und der inneren Umfangsfläche des zweiten axialen Kanals 68. Das Paar gekrümmter Flächen 93 ist berührungslos zu der inneren Umfangsfläche des zweiten axialen Kanals 68 und der inneren Umfangsfläche des Innenkanals des Magnetkörpers 67. Wie in 5 gezeigt, ist die gesamte äußere Umfangsfläche der Verbindungsstange 90 berührungslos zu dem Permanentmagneten 42.
Ein Teil der Verbindungsstange 90, der sich durch das Innere des Permanentmagneten 42 erstreckt, ist ein einen magnetischen Kanal bildender Abschnitt 94, der einen magnetischen Kanal zwischen dem Nordpol und dem Südpol des Permanentmagneten 42 bildet. Ein Spalt zwischen jeder der flachen Oberflächen 92 und dem Dauermagneten 42 dient als Teil des axialen Kanals 65. Der axiale Kanal 65 erstreckt sich innerhalb des Dauermagneten 42 und außerhalb des den magnetischen Kanal bildenden Abschnitts 94 in der radialen Richtung des rohrförmigen Elements 41. Ein Spalt zwischen jeder der gekrümmten Flächen 93 und dem Dauermagneten 42 dient ebenfalls als Teil des axialen Kanals 65. Die Querschnittsfläche eines Teils des axialen Kanals 65 zwischen jeder der ebenen Flächen 92 und dem Permanentmagneten 42 ist größer als die eines Teils des axialen Kanals 65 zwischen jeder der gekrümmten Flächen 93 und dem Permanentmagneten 42. Daher strömt die Luft, die durch den Innenkanal des Magnetkörpers 67 fließt, leicht durch den Spalt zwischen jeder der flachen Oberflächen 92 und dem Dauermagneten 42 im Vergleich zu dem Spalt zwischen jeder der gekrümmten Oberflächen 93 und dem Dauermagneten 42. Wie vorstehend beschrieben, wird der Spalt zwischen der Verbindungsstange 90 und einer Innenfläche des Dauermagneten 42 gebildet, um als Teil des axialen Kanals 65 zu dienen.
Luftstrom
Wie in 1 gezeigt, wird die vom Einlass 22 angesaugte Luft in das erste Ende des ersten axialen Kanals 66 eingeleitet. Anschließend strömt die vom Einlass 22 in den ersten axialen Kanal 66 eingeleitete Luft durch den ersten axialen Kanal 66, den Innenkanal 67 des Magnetkörpers, den zweiten axialen Kanal 68 und jeden der radialen Kanäle 69 und wird in die Welleneinführungsöffnung 16h eingeleitet. Die in die Welleneinführungsbohrung 16h eingeführte Luft strömt durch das Innere des zweiten Radiallager-Halteabschnitts 26 und wird in die Motorkammer 18 eingeleitet.
Mischungsraum 71
Wie in 4 gezeigt, enthält der Zentrifugalkompressor 10 einen Mischraum 71. Der Mischraum 71 ist der Innenraum der Motorkammer 18, weiter innen als der zweite Harzabschnitt 39. Daher befindet sich der Mischraum 71 an einer Stelle, an der die Düse 63 die Luft einbläst. Im Mischraum 71 wird die Luft, die durch das Welleneinführungsloch 16h und den zweiten Radiallager-Halteabschnitt 26 in die Motorkammer 18 geströmt ist, mit der von der Düse 63 eingeblasenen Luft vermischt. Infolgedessen wird in dem Mischraum 71 die durch die radialen Durchgänge 69 in die Motorkammer 18 eingeleitete Luft mit der von der Düse 63 eingeblasenen Druckluft vermischt. Wie oben beschrieben, befindet sich der Mischraum 71 in einem Teil der Motorkammer 18 zwischen dem Motor 31 und dem zweiten Radiallager-Halteabschnitt 26. Dann strömt die von jedem der radialen Durchgänge 69 in die Motorkammer 18 eingeführte Luft durch das Innere des zweiten Radiallager-Halteabschnitts 26 von einer Seite des zweiten Radiallager-Halteabschnitts 26, die dem Motor 31 in axialer Richtung des Rotors 33 gegenüberliegt, und wird mit der von der Düse 63 eingeblasenen Druckluft im Mischraum 71 vermischt.
Diffusorkanal 72
Der Zentrifugalkompressor 10 verfügt über einen Diffusorkanal 72. Der Diffusorkanal 72 ist ein Raum, der zwischen der inneren Umfangsfläche des dritten Harzteils 40 und einer äußeren Umfangsfläche des rohrförmigen Elements 41 gebildet wird. Der Diffusorkanal 72 befindet sich also zwischen dem Stator 32 und dem Rotor 33. Der Mischraum 71, bei dem es sich um den Innenraum der Motorkammer 18 handelt, der weiter innen liegt als der zweite Harzabschnitt 39, steht über den Diffusorkanal 72 mit einem Auslassraum 73 in Verbindung, der ein Innenraum der Motorkammer 18 ist, der weiter innen liegt als der erste Harzabschnitt 38. Der Diffusorkanal 72 ist so verengt, dass die Querschnittsfläche eines Teils des Diffusorkanals 72, der dem Mischraum 71 am nächsten liegt, minimiert wird. Die Querschnittsfläche eines Teils des Diffusorkanals 72, der dem Auslassraum 73 am nächsten liegt, wird maximiert. Daher nimmt die Querschnittsfläche des Diffusorkanals 72 vom Mischraum 71 in Richtung des Auslassraums 73 allmählich zu. Im Diffusorkanal 72 steigt dann der Druck der aus dem Mischraum 71 eingeleiteten Luft.
Auslassöffnung 80
Wie in 2 gezeigt, enthält das Gehäuse 11 eine Auslassöffnung 80. Die Auslassöffnung 80 ist in der ersten Platte 15 ausgebildet und liegt näher an der Laufradkammer 23 als an der Motorkammer 18. Die Auslassöffnung 80 erstreckt sich innerhalb der ersten Platte 15 in radialer Richtung des rohrförmigen Elements 41. Ein erstes Ende der Auslassöffnung 80 ist an einer äußeren Umfangsfläche der ersten Platte 15 geöffnet. Ein zweites Ende der Auslassöffnung 80 befindet sich innerhalb der ersten Platte 15. Nachdem die Luft den Einlass 22, den axialen Kanal 65 und jeden der radialen Kanäle 69 passiert hat, wird sie in die Motorkammer 18 eingeleitet und dann aus der Auslassöffnung 80 zur Außenseite des Gehäuses 11 ausgestoßen.
Erster Auslasskanal 81, zweiter Auslasskanal 82 und dritter Auslasskanal 83
Das Gehäuse 11 weist einen ersten Auslasskanal 81, einen zweiten Auslasskanal 82 und einen dritten Auslasskanal 83 auf. Der erste Auslasskanal 81 erstreckt sich durch eine Innenseite der ersten Platte 15. Der erste Auslasskanal 81 verbindet die Innenseite des ersten Radiallager-Halteabschnitts 21 und die Auslassöffnung 80. Ein erstes Ende des ersten Auslasskanals 81 steht in Verbindung mit der Innenseite des ersten Radiallager-Halteabschnitts 21. Ein zweites Ende des ersten Auslasskanals 81 steht mit der Auslassöffnung 80 in Verbindung. Die Luft im Inneren des ersten Radiallager-Halteabschnitts 21 strömt durch den ersten Auslasskanal 81 zur Auslassöffnung 80.
Der zweite Auslasskanal 82 erstreckt sich durch die Innenseite der ersten Platte 15. Der zweite Auslasskanal 82 verbindet die Motorkammer 18 und die Axiallageraufnahmekammer 19. Ein erstes Ende des zweiten Auslasskanals 82 steht mit einem Raum innerhalb der Motorkammer 18 in Verbindung, der näher an der ersten Platte 15 liegt als der Stator 32. Ein zweites Ende des zweiten Auslasskanals 82 ist an einer inneren Umfangsfläche der zweiten Ausnehmung 15d geöffnet. Das zweite Ende des zweiten Auslasskanals 82 steht dann mit der Axiallageraufnahmekammer 19 in Verbindung. Die Luft in der Motorkammer 18 strömt durch den zweiten Auslasskanal 82 in Richtung der Axiallageraufnahmekammer 19.
Der dritte Auslasskanal 83 erstreckt sich durch eine Innenseite der Dichtungsplatte 17 und die Innenseite der ersten Platte 15. Der dritte Auslasskanal 83 verbindet das Welleneinführungsloch 17h und die Auslassöffnung 80. Ein erstes Ende des dritten Auslasskanals 83 steht mit der Innenseite des Welleneinführungslochs 17h in Verbindung. Ein zweites Ende des dritten Auslasskanals 83 steht mit der Auslassöffnung 80 in Verbindung. Somit ist der dritte Auslasskanal 83 durch die Welleneinführungsöffnung 17h mit der Axiallageraufnahmekammer 19 verbunden. Die Luft in der Axiallageraufnahmekammer 19 strömt von einem Wandabschnitt der Axiallageraufnahmekammer 19 nahe dem ersten Axiallagerabschnitt 53a durch den dritten Auslasskanal 83 zur Auslassöffnung 80.
Arbeitsweise
Im Folgenden wird die Funktionsweise der vorliegenden Ausführungsform erläutert.
Ein Teil der vom Kompressorlaufrad 49 komprimierten und in den Zufuhrkanal 57 ausgestoßenen Luft wird durch den Abzweigkanal 59 in den Drucklufteinlassanschluss 60 eingeleitet. Die in den Drucklufteinlassanschluss 60 eingeleitete Luft wird von der Düse 63 in den Mischraum 71 eingeblasen. Der Druck der von der Düse 63 in den Mischraum 71 eingeblasenen Luft ist niedriger als der atmosphärische Druck. Daher wird im Mischraum 71 an der Stelle, an der die Düse 63 die Luft einbläst, ein Unterdruck erzeugt.
Andererseits wird ein Teil der vom Einlass 22 angesaugten Luft in den axialen Kanal 65 eingeleitet und strömt durch den axialen Kanal 65 und jeden der radialen Kanäle 69. Aufgrund der Zentrifugalkraft in Verbindung mit der Drehung des zweiten Wellenelements 45 strömt die Luft, die durch jeden der radialen Kanäle 69 strömt, in eine radial nach außen gerichtete Richtung des zweiten Wellenelements 45 und wird von jedem der radialen Kanäle 69 in das Welleneinführungsloch 16h eingeführt. Zu diesem Zeitpunkt strömt die durch den axialen Kanal 65 strömende Luft durch jeden der radialen Kanäle 69 in die radial äußere Richtung des zweiten Wellenelements 45 aufgrund einer Zentrifugalkraft zusammen mit der Rotation des zweiten Wellenelements 45, so dass der Unterdruck in einem Teil des axialen Kanals 65 erzeugt wird, durch den die Luft durch das Innere des zweiten Wellenelements 45 strömt. Infolgedessen wird ein Teil der Luft aus dem Einlass 22 leicht in Richtung des axialen Kanals 65 gezogen. Somit strömt die Luft leicht durch den axialen Kanal 65. Daher kühlt die Luft, die durch den axialen Kanal 65 strömt, den Permanentmagneten 42 effizient.
Außerdem strömt die in das Welleneinführungsloch 16h eingeführte Luft durch das Innere des zweiten Radiallager-Halteabschnitts 26. Daher kühlt die Luft, die durch das Innere des zweiten Radiallager-Halteabschnitts 26 strömt, das zweite Radiallager 52.
Dann wird die Luft, die durch das Innere des zweiten Radiallager-Halteabschnitts 26 gelangt ist, in den Mischraum 71 eingeführt. Zu diesem Zeitpunkt wird der Unterdruck im Mischraum 71 erzeugt. So wird die von jedem der radialen Durchgänge 69 eingeführte Luft leicht in den Mischraum 71 gezogen. Im Mischraum 71 wird die von der Düse 63 eingeblasene Druckluft mit der Luft vermischt, die durch das Innere des zweiten Radiallager-Halteabschnitts 26 strömt und in den Mischraum 71 eingeleitet wird. Im Diffusorkanal 72 erhöht sich der Druck der aus dem Mischraum 71 eingeleiteten Luft, und diese Luft strömt in Richtung des Auslassraums 73.
Ein Teil der Luft, die aus dem Diffusorkanal 72 in den Auslassraum 73 strömt, geht durch das Innere des ersten Radiallager-Halteabschnitts 21. Somit kühlt die Luft, die durch das Innere des ersten Radiallager-Halteabschnitts 21 strömt, das erste Radiallager 51. Die Luft, die durch den ersten Radiallager-Halteabschnitt 21 hindurchgetreten ist, wird von der Auslassöffnung 80 durch den ersten Auslasskanal 81 nach außen aus der Motorkammer 18 abgeleitet. Wie vorstehend beschrieben, strömt die Luft, die den Diffusorkanal 72 in der Motorkammer 18 passiert hat, durch das Innere des ersten Radiallager-Halteabschnitts 21 und wird dann von der Auslassöffnung 80 durch den ersten Auslasskanal 81 zur Außenseite der Motorkammer 18 ausgestoßen.
Ein Teil der aus dem Diffusorkanal 72 in den Auslassraum 73 ausgestoßenen Luft strömt aus dem Raum innerhalb der Motorkammer 18, der näher an der ersten Platte 15 liegt als der Stator 32, durch den zweiten Auslasskanal 82 und strömt in die Axiallageraufnahmekammer 19. Dann wird die Luft, die in die Axiallageraufnahmekammer 19 geströmt ist, in Luft, die zum ersten Axiallagerabschnitt 53a strömt, und Luft, die zum zweiten Axiallagerabschnitt 53b strömt, aufgeteilt.
Die Luft, die zum ersten Axiallagerabschnitt 53a geströmt ist, wird von der Auslassöffnung 80 durch den dritten Auslasskanal 83 zur Außenseite der Motorkammer 18 ausgestoßen. Somit kühlt die zum ersten Axiallagerabschnitt 53a innerhalb der Axiallageraufnahmekammer 19 strömende Luft den ersten Axiallagerabschnitt 53a. Außerdem steht die Axiallageraufnahmekammer 19 mit dem ersten Radiallager-Halteabschnitt 21 in Verbindung. Somit strömt die Luft, die zum zweiten Axiallagerabschnitt 53b strömt, in den ersten Radiallager-Halteabschnitt 21 und wird von der Auslassöffnung 80 durch den ersten Auslasskanal 81 nach außen aus der Motorkammer 18 abgeleitet. Daher kühlt die Luft, die zum zweiten Axiallagerabschnitt 53b innerhalb der Axiallageraufnahmekammer 19 geströmt ist, den zweiten Axiallagerabschnitt 53b. Infolgedessen wird das Axiallager 53 effizient durch die Luft gekühlt.
Wie vorstehend beschrieben, wird die Luft außerhalb des Gehäuses 11 vom Einlass 22 durch die axialen Durchgänge 65 und die radialen Durchgänge 69 in die Motorkammer 18 eingeleitet, um den Magnetkörper zu kühlen, und die in die Motorkammer 18 eingeleitete Luft wird durch die Auslassöffnung 80 abgeleitet.
Die Verbindungsstange 90 ist aus dem magnetischen Material hergestellt, um den magnetischen Kanal zwischen dem Permanentmagneten 42 und der Verbindungsstange 90 zu bilden. Der Spalt wird zwischen der Verbindungsstange 90 und der Innenfläche des Permanentmagneten 42 gebildet und dient als Teil des axialen Kanals 65. Somit bildet die Verbindungsstange 90 den magnetischen Kanal zwischen dem Dauermagneten 42 und der Verbindungsstange 90 und dient als Teil des axialen Kanals 65. Daher kühlt die durch den axialen Kanal 65 strömende Luft den Dauermagneten 42, und die Verbindungsstange 90 bildet den magnetischen Kanal zwischen dem Dauermagneten 42 und der Verbindungsstange 90, was die Leistung des Motors 31 verbessert.
Auswirkungen
Die oben beschriebene Ausführungsform bietet die folgenden vorteilhaften Effekte.

Ein Teil der vom Einlass 22 angesaugten Luft wird in den axialen Kanal 65 eingeführt und strömt durch den axialen Kanal 65 und jeden der radialen Kanäle 69. Aufgrund der Zentrifugalkraft, die mit der Drehung des zweiten Wellenelements 45 einhergeht, strömt die durch jeden der radialen Kanäle 69 strömende Luft in die radial äußere Richtung des zweiten Wellenelements 45 und wird von jedem der radialen Kanäle 69 in die Motorkammer 18 eingeleitet. Die in die Motorkammer 18 eingeleitete Luft wird über die Auslassöffnung 80 abgeleitet. Die durch den axialen Kanal 65 strömende Luft kühlt den Permanentmagneten 42. So wird der Dauermagnet 42 durch Luft mit einer Temperatur gekühlt, die niedriger ist als die Temperatur der komprimierten Luft. Zu diesem Zeitpunkt strömt die durch den axialen Kanal 65 strömende Luft aufgrund der Zentrifugalkraft zusammen mit der Drehung des zweiten Wellenelements 45 durch jeden der radialen Kanäle 69 in der radial äußeren Richtung des zweiten Wellenelements 45, so dass der Unterdruck in einem Teil des axialen Kanals 65 erzeugt wird, durch den die Luft innerhalb des zweiten Wellenelements 45 strömt. Infolgedessen wird ein Teil der Luft aus dem Einlass 22 leicht in Richtung des axialen Kanals 65 gezogen. Somit strömt die Luft leicht durch den axialen Kanal 65. Daher wird der Permanentmagnet 42 effizient gekühlt.

Der Rotor 33 weist die Verbindungsstange 90 auf. Die Verbindungsstange 90 ist aus dem magnetischen Material hergestellt, um den magnetischen Kanal zwischen dem Permanentmagneten 42 und der Verbindungsstange 90 zu bilden. Die Verbindungsstange 90 verbindet das erste Wellenelement 44 und das zweite Wellenelement 45, um den Spalt zu bilden, der als ein Teil des axialen Kanals 65 zwischen der Verbindungsstange 90 und der Innenfläche des Permanentmagneten 42 dient. Somit bildet die Verbindungsstange 90 den magnetischen Kanal zwischen dem Permanentmagneten 42 und der Verbindungsstange 90 und dient als ein Teil des axialen Kanals 65. Daher bildet die Verbindungsstange 90 den magnetischen Kanal zwischen dem Dauermagneten 42 und der Verbindungsstange 90, während die durch den axialen Kanal 65 strömende Luft den Dauermagneten 42 kühlt. Wie vorstehend beschrieben, wird der Dauermagnet 42 effizient gekühlt und gleichzeitig die Leistung des Motors 31 verbessert.

Das erste Wellenelement 44 und das zweite Wellenelement 45 halten das rohrförmige Element 41 durch eine axiale Kraft, die von der Verbindungsstange 90 auf das zweite Wellenelement 45 ausgeübt wird, so dass das erste Wellenelement 44 und das zweite Wellenelement 45 zusammen mit dem rohrförmigen Element 41 gedreht werden. Eine solche Konfiguration für die Verbindungsstange 90 ist insofern bevorzugt, als die Verbindungsstange 90 das erste Wellenelement 44 und das zweite Wellenelement 45 verbindet und den Spalt bildet, der als Teil des axialen Kanals 65 zwischen der Verbindungsstange 90 und der Innenfläche des Permanentmagneten 42 dient.
Der Spalt zwischen jeder der flachen Oberflächen 92 und dem Dauermagneten 42 dient als Teil des axialen Kanals 65. Infolgedessen ist die Querschnittsfläche eines Teils des axialen Kanals 65, der sich durch die Innenseite des Permanentmagneten 42 erstreckt, so weit wie möglich gesichert, während die Querschnittsfläche der Verbindungsstange 90 so weit wie möglich gesichert ist. Daher ist der magnetische Kanal, der in der Verbindungsstange 90 zwischen dem Nordpol und dem Südpol gebildet wird, so weit wie möglich gesichert, während ein Druckabfall der durch den axialen Kanal 65 strömenden Luft unterdrückt wird.
Die gesamte äußere Umfangsfläche der Verbindungsstange 90 ist berührungslos zu dem Permanentmagneten 42. Somit dient der Spalt zwischen der gesamten äußeren Umfangsfläche der Verbindungsstange 90 und dem Permanentmagneten 42 als der axiale Kanal 65. Daher vergrößert sich die Kontaktfläche des Permanentmagneten 42, die mit der durch den axialen Kanal 65 strömenden Luft in Kontakt ist, so dass der Permanentmagnet 42 weiter effizient gekühlt wird.
Der Druck der aus der Düse 63 in die Motorkammer 18 eingeblasenen Luft ist niedriger als der atmosphärische Druck. Somit wird der Unterdruck im Mischraum 71 an einer Stelle erzeugt, an der die Düse 63 die Luft einbläst, so dass die von jedem der radialen Durchgänge 69 in die Motorkammer 18 eingeleitete Luft leicht in den Mischraum 71 gezogen wird. Im Diffusorkanal 72 steigt der Druck der Luft aus dem Mischraum 71, und diese Luft strömt zur Auslassöffnung 80 und wird aus der Auslassöffnung 80 ausgestoßen. Daher wird die von jedem der radialen Kanäle 69 in die Motorkammer 18 eingeführte Luft leicht in den Mischraum 71 gesaugt, und die Luft in der Motorkammer 18 wird leicht aus der Auslassöffnung 80 ausgestoßen. Infolgedessen wird ein Teil der Luft aus dem Einlass 22 leicht in Richtung des axialen Kanals 65 gezogen. Daher strömt die Luft weiter leicht durch den axialen Kanal 65, was den Permanentmagneten 42 weiter effizient kühlt.
Die von jedem der radialen Kanäle 69 in das Gehäuse 11 eingeführte Luft strömt durch das Innere des zweiten Radiallager-Halteabschnitts 26 von einer Seite des zweiten Radiallager-Halteabschnitts 26 gegenüber dem Motor 31 in der axialen Richtung des rohrförmigen Elements 41 und wird mit der von der Düse 63 in den Mischraum 71 eingeblasenen Druckluft vermischt. Dadurch kühlt die Luft den Permanentmagneten 42 und das zweite Radiallager 52 weiter ab. Somit kühlt die Luft mit einer Temperatur, die niedriger ist als die Temperatur der Druckluft, das zweite Radiallager 52 zusätzlich zum Permanentmagneten 42 effizient.
Das Gehäuse 11 weist den ersten Auslasskanal 81, den zweiten Auslasskanal 82 und den dritten Auslasskanal 83 auf. Bei dieser Anordnung strömt die Luft, die durch den Diffusorkanal 72 in der Motorkammer 18 hindurchgetreten ist, durch das Innere des ersten Radiallager-Halteabschnitts 21 und wird dann von der Auslassöffnung 80 durch den ersten Auslasskanal 81 ausgestoßen. Somit kühlt die Luft, die durch das Innere des ersten Radiallager-Halteabschnitts 21 strömt, das erste Radiallager 51. Die Luft, die durch den Diffusorkanal 72 in der Motorkammer 18 gelangt ist, strömt durch den zweiten Auslasskanal 82 in die Axiallageraufnahmekammer 19.

Dann wird die Luft, die in die Axiallageraufnahmekammer 19 geströmt ist, in die Luft, die zum ersten Axiallagerabschnitt 53a strömt, und die Luft, die zum zweiten Axiallagerabschnitt 53b strömt, verzweigt. Die in Richtung des ersten Axiallagerabschnitts 53a strömende Luft wird von der Auslassöffnung 80 durch den dritten Auslasskanal 83 ausgestoßen. Somit kühlt die zum ersten Axiallagerabschnitt 53a innerhalb der Axiallageraufnahmekammer 19 strömende Luft den ersten Axiallagerabschnitt 53a. Da die Axiallageraufnahmekammer 19 mit dem ersten Radiallager-Halteabschnitt 21 in Verbindung steht, strömt die Luft, die in Richtung des zweiten Axiallagerabschnitts 53b geströmt ist, in den ersten Radiallager-Halteabschnitt 21 und wird von der Auslassöffnung 80 durch den ersten Auslasskanal 81 nach außerhalb der Motorkammer 18 abgeleitet. Somit kühlt die zum zweiten Axiallagerabschnitt 53b innerhalb der Axiallageraufnahmekammer 19 strömende Luft den zweiten Axiallagerabschnitt 53b. Daher kühlt die Luft das Axiallager 53 effizient. Wie vorstehend beschrieben, werden der Permanentmagnet 42, das erste Radiallager 51, das zweite Radiallager 52 und das Axiallager 53 effizient gekühlt.
(8) Ein Teil der durch das Kompressorlaufrad 49 komprimierten Luft wird von dem Drucklufteinlassanschluss 60 in die Motorkammer 18 eingeleitet, um die Luft mit einer niedrigeren Temperatur als die Temperatur der Druckluft in die Motorkammer 18 effizient einzuführen. Daher ist die Durchflussmenge der von dem Drucklufteinlassanschluss 60 in die Motorkammer 18 eingeleiteten Luft relativ geringer als die Durchflussmenge der zur Kühlung des Permanentmagneten 42 erforderlichen Luft. Daher wird die vom Kompressorlaufrad 49 komprimierte Luft dem Brennstoffzellenstapel 56 effizient zugeführt. Dadurch wird der Verdichtungswirkungsgrad des Zentrifugalkompressors 10 verbessert.
Modifikationen
Die vorstehend beschriebene Ausführungsform kann wie folgt modifiziert werden. Die Ausführungsform kann mit den folgenden Modifikationen im technisch konsistenten Bereich kombiniert werden.
Wie in 7, 8 und 9 gezeigt, kann die Verbindungsstange 90 das erste Wellenelement 44 und das zweite Wellenelement 45 in einem Zustand verbinden, in dem die Axialkraft auf das erste Wellenelement 44 ausgeübt wird. Das heißt, die Verbindungsstange 90 ist lediglich erforderlich, um das erste Wellenelement 44 und das zweite Wellenelement 45 in einem Zustand zu verbinden, in dem die Axialkraft auf das erste Wellenelement 44 oder das zweite Wellenelement 45 einwirkt.
Wie in 8 gezeigt, ist eine Innengewindebohrung 66h in einer inneren Umfangsfläche des ersten axialen Kanals 66 ausgebildet. Ein Endabschnitt der Verbindungsstange 90 in der Nähe des ersten axialen Kanals 66 ist ein Außengewindeabschnitt 95. Der Außengewindeabschnitt 95 kann in die Innengewindebohrung 66h des ersten axialen Kanals 66 geschraubt werden.
Die Verbindungsstange 90 weist einen Stangeninnenkanal 96 auf. Der Stangeninnenkanal 96 steht in Verbindung mit einem Teil des ersten axialen Kanals 66, der näher an einem ersten Ende des ersten axialen Kanals 66 liegt als die Innengewindebohrung 66h, und einem Teil des ersten axialen Kanals 66, der näher an einem zweiten Ende des ersten axialen Kanals 66 liegt als die Innengewindebohrung 66h. Der Stangeninnenkanal 96 weist einen axialen Stangeninnenkanal 96a und einen radialen Stangeninnenkanal 96b auf. Der axiale Stangeninnenkanal 96a erstreckt sich durch das Innere der Verbindungsstange 90 in deren axialer Richtung. Ein erstes Ende des axialen Stangeninnenkanals 96a steht mit einem Teil des ersten axialen Kanals 66 in Verbindung, der näher am ersten Ende des ersten axialen Kanals 66 liegt als die Innengewindebohrung 66h. Der radiale Stangeninnenkanal 96b steht mit einem zweiten Ende des axialen Stangeninnenkanals 96a in Verbindung. Der radiale Stangeninnenkanal 96b steht mit einem Teil des ersten axialen Kanals 66 in Verbindung, der näher am zweiten Ende des ersten axialen Kanals 66 liegt als die Innengewindebohrung 66h. Das zweite Ende des axialen Stangeninnenkanals 96a steht über den radialen Stangeninnenkanal 96b mit einem Teil des ersten axialen Kanals 66 in Verbindung, der näher am zweiten Ende des ersten axialen Kanals 66 liegt als die Innengewindebohrung 66h.
Die Luft, die durch einen Teil des ersten axialen Kanals 66 strömt, der näher am ersten Ende des ersten axialen Kanals 66 liegt als die Innengewindebohrung 66h, wird in den axialen Stangeninnenkanal 96a eingeführt und strömt durch den axialen Stangeninnenkanal 96a und radialen Stangeninnenkanal 96b. Die durch den radialen Stangeninnenkanal 96b strömende Luft strömt aufgrund der Zentrifugalkraft zusammen mit der Drehung des ersten Wellenelements 44 in die radial äußere Richtung des rohrförmigen Elements 41. Die Luft, die in der radial nach außen gerichteten Richtung des rohrförmigen Elements 41 strömt, wird von dem radialen Stangeninnenkanal 96b in einen Teil des ersten axialen Kanals 66 eingeleitet, der näher am zweiten Ende des ersten axialen Kanals 66 liegt als die Innengewindebohrung 66h.
Wie in 9 gezeigt, ist ein Endabschnitt der Verbindungsstange 90 in der Nähe des zweiten axialen Kanals 68 ein Presspassungsabschnitt 97. Der Presspassungsabschnitt 97 ist in die innere Umfangsfläche des zweiten axialen Kanals 68 eingepresst. Der Presspassungsabschnitt 97 ist in die innere Umfangsfläche des zweiten axialen Kanals 68 näher am zweiten Ende des zweiten axialen Kanals 68 eingepresst als jeder der radialen Kanäle 69 ist.
Die Verbindungsstange 90 verbindet das erste Wellenelement 44 und das zweite Wellenelement 45, indem der Außengewindeabschnitt 95 in die Innengewindebohrung 66h geschraubt wird und der Presspassungsabschnitt 97 in die Innenumfangsfläche des zweiten axialen Kanals 68 eingepresst wird. Die Verbindungsstange 90 verbindet das erste Wellenelement 44 und das zweite Wellenelement 45 in einem Zustand, in dem die axiale Kraft auf das erste Wellenelement 44 ausgeübt wird, indem der Außengewindeabschnitt 95 in die Innengewindebohrung 66h eingeschraubt wird.
Das rohrförmige Element 41 wird zwischen dem ersten Flanschabschnitt 44a des ersten Wellenelements 44 und dem zweiten Flanschabschnitt 45a des zweiten Wellenelements 45 zusammen mit der durch die Verbindungsstange 90 auf das erste Wellenelement 44 ausgeübten Axialkraft eingeklemmt. Daher halten das erste Wellenelement 44 und das zweite Wellenelement 45 das rohrförmige Element 41 mit Hilfe der axialen Kraft, die von der Verbindungsstange 90 auf das erste Wellenelement 44 ausgeübt wird. Infolgedessen werden das erste Wellenelement 44 und das zweite Wellenelement 45 zusammen mit dem rohrförmigen Element 41 gedreht. Wie oben beschrieben, halten das erste Wellenelement 44 und das zweite Wellenelement 45 das rohrförmige Element 41 mit Hilfe der axialen Kraft, die von der Verbindungsstange 90 auf das erste Wellenelement 44 ausgeübt wird. Das heißt, das erste Wellenelement 44 und das zweite Wellenelement 45 müssen lediglich das rohrförmige Element 41 mit Hilfe der axialen Kraft halten, die von der Verbindungsstange 90 auf das erste Wellenelement 44 oder das zweite Wellenelement 45 ausgeübt wird.
In den Ausführungsformen können im Rotor 33 das rohrförmige Element 41 und das erste Wellenelement 44 aneinander befestigt werden, und das rohrförmige Element 41 und das zweite Wellenelement 45 können aneinander befestigt werden.
In den Ausführungsformen kann anstelle des Paares von ebenen Flächen 92 beispielsweise ein Paar von Aussparungen in der äußeren Umfangsfläche der Verbindungsstange 90 ausgebildet sein. Dann kann ein Spalt zwischen jedem der beiden Ausnehmungen und dem Permanentmagneten 42 als Teil des axialen Kanals 65 dienen.
In den Ausführungsformen kann das Paar von gekrümmten Oberflächen 93 in Kontakt mit dem Permanentmagneten 42 sein. Das heißt, die gesamte äußere Umfangsfläche der Verbindungsstange 90 muss nicht berührungslos zu dem Dauermagneten 42 sein.
Bei den Ausführungsformen muss nicht jeder der radialen Kanäle 69 mit dem Welleneinführungsloch 16h in Verbindung stehen. Jeder der radialen Kanäle 69 kann zum Beispiel mit dem Mischraum 71 in Verbindung stehen. So muss der axiale Kanal 65 nicht mit dem Welleneinführungsloch 16h in Verbindung stehen, sondern kann beispielsweise mit dem Mischraum 71 in Verbindung stehen. Wie vorstehend beschrieben, muss die Luft, die von jedem der radialen Kanäle 69 in das Gehäuse 11 eingeleitet wird, nicht durch das Innere des zweiten Radiallager-Halteabschnitts 26 von einer dem Motor 31 gegenüberliegenden Seite desselben gelangen.
In den Ausführungsformen kann die Auslassöffnung 80 z. B. in der Umfangswand 12b des Motorgehäuses 12 ausgebildet sein. Die Auslassöffnung 80 kann mit dem Raum innerhalb der Motorkammer 18 kommunizieren, der näher an der ersten Platte 15 liegt als der Stator 32. In diesem Fall braucht das Gehäuse 11 den ersten Auslasskanal 81, den zweiten Auslasskanal 82 und den dritten Auslasskanal 83 nicht zu enthalten.
In den Ausführungsformen muss die innere Umfangsfläche des Statorkerns 34 nicht mit einem Harz bedeckt sein. Die innere Umfangsfläche des Statorkerns 34 kann ein konisches Loch sein, das in einem Innendurchmesser des Statorkerns 34 von dem zweiten Spulenende 36b in Richtung des ersten Spulenendes 36a zunimmt. Wie vorstehend beschrieben, kann der Diffusorkanal 72 zwischen der inneren Umfangsfläche des Statorkerns 34 und der äußeren Umfangsfläche des rohrförmigen Elements 41 gebildet werden.
In den Ausführungsformen kann der Innendurchmesser der inneren Umfangsfläche des dritten Harzteils 40 auf eine bestimmte Größe festgelegt werden. Die äußere Umfangsfläche des rohrförmigen Elements 41 kann eine konische Oberfläche sein, die in einem Außendurchmesser des rohrförmigen Elements 41 von dem zweiten Wellenelement 45 in Richtung des ersten Wellenelements 44 zunimmt. Der Diffusorkanal 72 kann zwischen der inneren Umfangsfläche des dritten Harzteils 40 und der äußeren Umfangsfläche des rohrförmigen Elements 41 ausgebildet sein. Das heißt, der Diffusorkanal 72 muss lediglich zwischen dem Stator 32 und dem Rotor 33 ausgebildet werden.
In den Ausführungsformen muss das Gehäuse 11 nicht den Drucklufteinlassanschluss 60 enthalten. In diesem Fall muss der Zentrifugalkompressor 10 die Düse 63, den Mischraum 71 und den Diffusorkanal 72 nicht enthalten.
In den Ausführungsformen kann der Stützabschnitt 48 zusammen mit dem ersten Wellenelement 44 ausgebildet sein.
In den Ausführungsformen muss der Permanentmagnet 42 nicht in die innere Umfangsfläche des rohrförmigen Elements 41 eingepresst werden und kann beispielsweise mit einem Klebstoff an die innere Umfangsfläche des rohrförmigen Elements 41 geklebt werden. Das heißt, der Permanentmagnet 42 muss lediglich im Inneren des rohrförmigen Elements 41 befestigt werden.
In den Ausführungsformen muss der Zentrifugalkompressor 10 das Turbinenrad 50 nicht enthalten.
In den Ausführungsformen kann der Zentrifugalkompressor 10 anstelle des Turbinenrads 50 Kompressorlaufräder aufweisen. Das heißt, in dem Zentrifugalkompressor 10 können die Kompressorlaufräder an dem ersten Wellenelement 44 bzw. dem zweiten Wellenelement 45 befestigt sein, und die von einem der Kompressorlaufräder komprimierte Luft kann von dem anderen der Kompressorlaufräder wieder komprimiert werden.
In den Ausführungsformen ist der Magnetkörper nicht auf den Permanentmagneten 42 beschränkt und kann z. B. ein laminierter Kern, ein amorpher Kern oder ein Staubkern sein.
In den Ausführungsformen kann das rohrförmige Element 41 beispielsweise aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff hergestellt sein. Das heißt, das rohrförmige Element 41 kann aus jedem beliebigen Material hergestellt werden.
In den Ausführungsformen muss der Zentrifugalkompressor 10 nicht in das Brennstoffzellenfahrzeug eingebaut werden. Der Zentrifugalkompressor 10 kann für eine Fahrzeugklimaanlage verwendet werden und kann so eingerichtet sein, dass er beispielsweise Kältemittel als Luft komprimiert. Der Zentrifugalkompressor 10 kann auch in etwas anderes als dem Fahrzeug eingebaut werden.

Claims

Zentrifugalkompressor (10) mit: einem Kompressorlaufrad (49), das Luft komprimiert; einem Motor (31), der das Kompressorlaufrad (49) in Drehung versetzt; und einem Gehäuse (11) mit einer Laufradkammer (23), in der das Kompressorlaufrad (49) untergebracht ist, einer Motorkammer (18), in der der Motor (31) untergebracht ist, und einem Einlass (22), von dem die Luft in die Laufradkammer (23) gesaugt wird, wobei der Motor (31) einen am Gehäuse (11) befestigten Stator (32) und einen im Inneren des Stators (32) angeordneten Rotor (33) aufweist, der Rotor (33) ein röhrenförmiges Element (41), einen Magnetkörper (42), der an einer Innenseite des röhrenförmigen Elements (41) befestigt ist, und ein erstes Wellenelement (44) und ein zweites Wellenelement (45) aufweist, die auf gegenüberliegenden Seiten des Magnetkörpers (42) in einer axialen Richtung des röhrenförmigen Elements (41) vorgesehen sind, das Kompressorlaufrad (49) mit dem ersten Wellenelement (44) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (33) aufweist: einen axialen Kanal (65), der sich innerhalb des Rotors (33) in einer axialen Richtung des Rotors (33) erstreckt und an einem Ende des ersten Wellenelements (44) in der Nähe des Kompressorlaufrads (49) geöffnet ist, um mit dem Einlass (22) in Verbindung zu stehen; einen radialen Kanal (69), der mit dem axialen Kanal (65) in Verbindung steht und sich in einer radialen Richtung des zweiten Wellenelements (45) erstreckt, um mit der Motorkammer (18) in Verbindung zu stehen; und eine Verbindungsstange (90), die aus einem magnetischen Material hergestellt ist, wobei die Verbindungsstange (90) das erste Wellenelement (44) und das zweite Wellenelement (45) verbindet und einen Spalt bildet, der als ein Teil des axialen Kanals (65) zwischen einer Innenfläche des Magnetkörpers (42) und der Verbindungsstange (90) dient, das Gehäuse (11) eine Auslassöffnung (80) aufweist, aus der die in die Motorkammer (18) eingeleitete Luft zu einer Außenseite des Gehäuses (11) abgeleitet wird, die Luft außerhalb des Gehäuses (11) von dem Einlass (22) in die Motorkammer (18) durch den axialen Kanal (65) und den radialen Kanal (69) eingeleitet wird, um den Magnetkörper (42) zu kühlen, und die in die Motorkammer (18) eingeleitete Luft wird aus der Auslassöffnung (80) abgeleitet.
Zentrifugalkompressor (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungsstange (90) das erste Wellenelement (44) und das zweite Wellenelement (45) in einem Zustand verbindet, in dem eine axiale Kraft auf das erste Wellenelement (44) oder das zweite Wellenelement (45) ausgeübt wird, und das erste Wellenelement (44) und das zweite Wellenelement (45) das rohrförmige Element (41) unter Verwendung der von der Verbindungsstange (90) auf das erste Wellenelement (44) oder das zweite Wellenelement (45) ausgeübten Axialkraft halten.
Zentrifugalkompressor (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine äußere Umfangsfläche der Verbindungsstange (90) ein Paar flacher Flächen (92) aufweist, die sich parallel zueinander erstrecken und zumindest in einem Teil des Inneren des Magnetkörpers (42) angeordnet sind, der Magnetkörper (42), der eine zylindrische Form hat, in einer radialen Richtung des Magnetkörpers (42) magnetisiert ist, um einen Nordpol und einen Südpol auf gegenüberliegenden Seiten des Magnetkörpers (42) in der radialen Richtung des Magnetkörpers (42) zu haben, das Paar von flachen Oberflächen (92) in einer Richtung angeordnet ist, in der sich eine Grenzlinie (L10) zwischen dem Nordpol und dem Südpol des Magnetkörpers (42) erstreckt, und ein Spalt zwischen jeder der flachen Oberflächen (92) und dem Magnetkörper (42) als ein Teil des axialen Kanals (65) dient.
Zentrifugalkompressor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine gesamte äußere Umfangsfläche der Verbindungsstange (90) berührungslos zu dem Magnetkörper (42) ist.
Zentrifugalkompressor (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner mit: einer Drucklufteinlassanschluss (60), die im Gehäuse (11) ausgebildet ist und aus der ein Teil der durch das Kompressorlaufrad (49) komprimierten Luft in die Motorkammer (18) eingeleitet wird; einer Düse (63), die die von der Drucklufteinlassanschluss (60) eingeleitete Luft in die Motorkammer (18) in einem Zustand einbläst, in dem ein Luftdruck von dem Drucklufteinlassanschluss (60) niedriger als ein atmosphärischer Druck ist; einem Mischraum (71), der sich an einer Position befindet, an der die Düse (63) die Luft einbläst, und in dem die von dem radialen Kanal (69) in die Motorkammer (18) eingeführte Luft mit der von der Düse (63) eingeblasenen Luft gemischt wird; und einem Diffusorkanal (72), der zwischen dem Stator (32) und dem Rotor (33) vorgesehen ist und durch den die aus dem Mischraum (71) eingeleitete Luft zu der Auslassöffnung (80) strömt, während ein Druck der Luft aus dem Mischraum (71) erhöht wird.
Zentrifugalkompressor (10) nach Anspruch 5 ferner mit: einem ersten Radiallager (51), das das erste Wellenelement (44) in der radialen Richtung drehbar lagert; und einem zweiten Radiallager (52), das das zweite Wellenelement (45) in der radialen Richtung drehbar lagert, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (11) aufweist: einen ersten Radiallager-Halteabschnitt (21), der das erste Radiallager (51) hält und mit der Motorkammer (18) in Verbindung steht; und einen zweiten Radiallager-Halteabschnitt (26), der das zweite Radiallager (52) hält und mit der Motorkammer (18) in Verbindung steht, die Düse (63) in dem zweiten Radiallager-Halteabschnitt (26) vorgesehen ist, der Mischraum (71) sich zwischen dem Motor (31) in der Motorkammer (18) und dem zweiten Radiallager-Halteabschnitt (26) befindet, und die von dem radialen Kanal (69) in das Gehäuse (11) eingeführte Luft durch eine Innenseite des zweiten Radiallager-Halteabschnitts (26) von einer dem Motor (31) gegenüberliegenden Seite des zweiten Radiallager-Halteabschnitts (26) in einer axialen Richtung des Rotors (33) strömt und mit der von der Düse (63) in den Mischraum (71) eingeblasenen Luft gemischt wird.
Zentrifugalkompressor (10) nach Anspruch 6, ferner mit: einem Axiallager (53), das zwischen dem Kompressorlaufrad (49) und dem ersten Radiallager (51) vorgesehen ist und den Rotor (33) in einer Axialrichtung drehbar lagert, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (11) eine Axiallageraufnahmekammer (19) aufweist, die mit dem ersten Radiallager-Halteabschnitt (21) in Verbindung steht und das Axiallager (53) aufnimmt, ein Stützabschnitt (48) eine ringförmige Form aufweist, an einer äußeren Umfangsfläche des ersten Wellenelements (44) innerhalb der Axiallageraufnahmekammer (19) vorgesehen ist und sich zusammen mit dem ersten Wellenelement (44) dreht, das Axiallager (53) aufweist: einen ersten Axiallagerabschnitt (53a), der näher an dem Kompressorlaufrad (49) angeordnet ist als der Stützabschnitt (48); und einen zweiten Axiallagerabschnitt (53b), der näher an dem ersten Radiallager (51) angeordnet ist als der Stützabschnitt (48), und das Gehäuse (11) aufweist: einen ersten Auslasskanal (81), durch den Luft innerhalb des ersten Radiallager-Halteabschnitts (21) zur Auslassöffnung (80) strömt; einen zweiten Auslasskanal (82), durch den Luft innerhalb der Motorkammer (18) in Richtung der Axiallageraufnahmekammer (19) strömt; und einen dritten Auslasskanal (83), durch den Luft innerhalb der Axiallageraufnahmekammer (19) von einem Wandabschnitt der Axiallageraufnahmekammer (19) nahe dem ersten Axiallagerabschnitt (53a) zu der Auslassöffnung (80) strömt.