JP2007270648A - Compressor for fuel cell - Google Patents

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裕豊 宮川
Hirotomo Kamiyama
拓知 上山
Manabu Taniguchi
学 谷口
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a compressor for fuel cells capable of eliminating degradation of supply capacity of compressed air when an input voltage fluctuates without increase in size and cost. <P>SOLUTION: A driving device 15 to drive a motor 20 comprises a motor driver 16 to control the motor 20 by the PWM control, a battery 17 to supply power to the motor driver 16, and a voltage detecting means 18 to detect the voltage which is input into the motor driver 16. The motor driver 16 has a pulse-width modulation means which extends the pulse-width of the PWM when the input voltage descends. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

この発明は、水素および酸素からエネルギーを生成する燃料電池装置の酸素供給側に設置されて圧縮空気を燃料電池に供給する燃料電池用圧縮機に関し、特に、燃料電池車への搭載に適した燃料電池用圧縮機に関する。   The present invention relates to a compressor for a fuel cell that is installed on an oxygen supply side of a fuel cell device that generates energy from hydrogen and oxygen and supplies compressed air to the fuel cell, and more particularly, a fuel suitable for mounting in a fuel cell vehicle. The present invention relates to a battery compressor.

燃料電池を搭載して走行する燃料電池車は、そのプロトタイプが既に製造されており、特許文献1には、燃料電池車の燃料電池に圧縮空気を供給するための圧縮機に適するものとして、スクロール型圧縮機を備えたものが提案されている。   A prototype of a fuel cell vehicle that travels with a fuel cell has already been manufactured. Patent Document 1 discloses a scroll that is suitable for a compressor for supplying compressed air to a fuel cell of a fuel cell vehicle. One with a mold compressor has been proposed.

また、圧縮機として、スクロール型以外に、一端にインペラを有しケーシングの内側で回転する回転軸を備え、インペラの回転によって空気をケーシングの気体流通部内の空間で圧縮するタービンコンプレッサなどと称される遠心圧縮機も知られている(特許文献2)。
特開2002−70762号公報 特開平7−91760号公報
In addition to the scroll type, the compressor is referred to as a turbine compressor having an impeller at one end and a rotating shaft that rotates inside the casing, and compresses air in the space in the gas circulation portion of the casing by the rotation of the impeller. A centrifugal compressor is also known (Patent Document 2).
JP 2002-70762 A Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-91760

燃料電池車で使用される燃料電池装置においては、その小型化、コスト低減および軽量化などが重要な課題となっており、圧縮機に対しても、より一層の小型化が求められている。そこで、容積形圧縮機の1種である上記特許文献1のスクロール型圧縮機に代えて、圧縮変動がなくかつ小型化が可能な非容積形の遠心圧縮機を使用することが望まれている。   In a fuel cell device used in a fuel cell vehicle, downsizing, cost reduction, and weight reduction are important issues, and further downsizing of the compressor is required. Therefore, it is desired to use a non-displacement centrifugal compressor that is free from compression fluctuations and can be reduced in size, instead of the scroll compressor of Patent Document 1, which is a type of positive displacement compressor. .

遠心圧縮機では、モータドライバによってモータをPWM制御することが一般的なものとなっているが、この場合、モータドライバの入力電圧(通常はバッテリー電圧)が変動すると、PWM制御しているモータドライバ出力もそれに応じて変動するため、圧縮機による圧縮空気供給能力を一定に保てないという問題が生じる。この問題を解決するには、例えば、電源入力に定電圧を供給するコンバータを設ければよいが、この構成は、大型化およびコスト増となるという問題がある。   In a centrifugal compressor, it is common to perform PWM control of a motor by a motor driver. In this case, if the input voltage (usually battery voltage) of the motor driver fluctuates, the motor driver that performs PWM control Since the output fluctuates accordingly, there arises a problem that the compressed air supply capability of the compressor cannot be kept constant. In order to solve this problem, for example, a converter that supplies a constant voltage to the power supply input may be provided. However, this configuration has a problem of increasing the size and cost.

この発明の目的は、大型化およびコスト増を伴わずに、入力電圧が変動した場合の圧縮空気供給能力の低下を解消した燃料電池用圧縮機を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a compressor for a fuel cell that eliminates a decrease in compressed air supply capability when an input voltage fluctuates without increasing the size and cost.

この発明による燃料電池用圧縮機は、一端にインペラを有しケーシングの内側で回転する回転軸と、回転軸を支持する軸受装置と、回転軸を回転させるモータと、モータを駆動する駆動装置とを備え、インペラの回転によって空気をケーシングの気体流通部内の空間で圧縮して燃料電池に供給する燃料電池用圧縮機において、駆動装置は、モータをPWM制御によって制御するモータドライバと、モータドライバに電力を供給する電源と、モータドライバに入力される電圧を検出する電圧検出手段とを有しており、モータドライバは、入力電圧が低下した際にPWMのパルス幅を長くするパルス幅変更手段を有していることを特徴とするものである。   A compressor for a fuel cell according to the present invention includes a rotating shaft that has an impeller at one end and rotates inside the casing, a bearing device that supports the rotating shaft, a motor that rotates the rotating shaft, and a drive device that drives the motor. A compressor for a fuel cell that supplies air to a fuel cell by compressing air in a space in a gas circulation portion of the casing by rotation of an impeller, and a driving device includes a motor driver that controls the motor by PWM control, and a motor driver A power supply for supplying power; and a voltage detection means for detecting a voltage input to the motor driver. The motor driver includes a pulse width changing means for increasing the PWM pulse width when the input voltage decreases. It is characterized by having.

軸受装置は、回転軸に同心状に設けられて回転軸を径方向から支持する1対のラジアルフォイル軸受と、回転軸にアキシアル方向から対向させられて回転軸をアキシアル方向から支持する制御型アキシアル磁気軸受とを備えていることが好ましい。   The bearing device includes a pair of radial foil bearings that are concentrically provided on the rotating shaft and support the rotating shaft from the radial direction, and a control type axial that is opposed to the rotating shaft from the axial direction and supports the rotating shaft from the axial direction. It is preferable to provide a magnetic bearing.

ラジアルフォイル軸受は、例えば、回転軸に径方向から対向する軸受面を持つ可撓性の軸受フォイルと、軸受フォイルを支持する弾性体と、軸受フォイルおよび弾性体を回転軸との間に保持する軸受ハウジングとを備えているものとされる。   The radial foil bearing is, for example, a flexible bearing foil having a bearing surface that is radially opposed to the rotating shaft, an elastic body that supports the bearing foil, and the bearing foil and the elastic body are held between the rotating shaft. And a bearing housing.

制御型アキシアル磁気軸受は、5軸制御型の磁気軸受装置で使用されている種々のタイプのものを使用することができ、例えば、永久磁石およびアキシアル電磁石からなるものとされることがあり、1対のアキシアル電磁石からなるものとされることがある。   As the control type axial magnetic bearing, various types used in the 5-axis control type magnetic bearing device can be used. For example, the control type axial magnetic bearing may be composed of a permanent magnet and an axial electromagnet. It may be composed of a pair of axial electromagnets.

上記軸受装置によると、ラジアル方向の支持はラジアルフォイル軸受が受け持ち、回転軸の回転時に周囲の空気が軸受フォイルと回転軸との間に引き込まれて圧力(動圧)を発生することにより、非接触で回転軸が保持される。また、アキシアル方向の支持はアキシアル磁気軸受が受け持ち、アキシアル電磁石に流される電流が制御されることにより、非接触で回転軸が保持される。   According to the bearing device described above, the radial foil bearing is supported by the radial foil bearing, and the surrounding air is drawn between the bearing foil and the rotating shaft during the rotation of the rotating shaft to generate pressure (dynamic pressure). The rotating shaft is held by contact. Further, the axial magnetic bearing is responsible for supporting in the axial direction, and the current flowing through the axial electromagnet is controlled to hold the rotating shaft in a non-contact manner.

遠心圧縮機は、回転軸をモータで高速回転させることにより、回転軸の一端に設けられたインペラにアキシアル方向から空気を流入させ、圧縮空気を径方向に流出させるものであることから、回転軸には、アキシアル方向の大きな力が作用する。したがって、アキシアル方向の支持をアキシアルフォイル軸受で行った場合には、軸受の剛性が不足する可能性がある。これに対し、アキシアル方向の支持をアキシアル磁気軸受で行うことにより、負荷容量が増大するとともに、アキシアル方向の力の変動に応じて制御電流を変化させることにより、回転負荷変動に対してもアキシアル方向の非接触支持が確保される。   Since the centrifugal compressor rotates the rotating shaft at a high speed with a motor, air is introduced into the impeller provided at one end of the rotating shaft from the axial direction, and compressed air is discharged in the radial direction. A large force in the axial direction acts on. Therefore, when the axial direction support is performed by the axial foil bearing, the rigidity of the bearing may be insufficient. On the other hand, by supporting the axial direction with the axial magnetic bearing, the load capacity is increased, and the control current is changed according to the fluctuation of the axial force, so that the axial direction is also applied to the rotational load fluctuation. Non-contact support is ensured.

制御型アキシアル磁気軸受は、例えば、回転軸のフランジ部を介して対向するインペラ側の永久磁石および反インペラ側のアキシアル電磁石からなるものとされる。これにより、アキシアル電磁石は、その吸引力が回転によって生じるアキシアル方向の力の向きと逆になるように配置される。このようにすると、通常1対のアキシアル電磁石を有しているアキシアル磁気軸受に比べて、アキシアル方向の長さを短くすることができ、これにより、回転軸の固有振動数が増大して高速回転が可能となるとともに、より小型化および軽量化することができる。そして、アキシアル電磁石の電磁石コイルに制御電流を流すことで、回転軸が反インペラ側に吸引される。   The control type axial magnetic bearing is composed of, for example, an impeller-side permanent magnet and an anti-impeller-side axial electromagnet that are opposed to each other via a flange portion of a rotating shaft. Thereby, the axial electromagnet is arranged so that its attractive force is opposite to the direction of the axial force generated by the rotation. In this way, the axial length can be shortened compared to an axial magnetic bearing that normally has a pair of axial electromagnets, thereby increasing the natural frequency of the rotating shaft and rotating at high speed. As well as being smaller and lighter. Then, by passing a control current through the electromagnet coil of the axial electromagnet, the rotating shaft is attracted to the anti-impeller side.

アキシアル磁気軸受が永久磁石およびアキシアル電磁石からなる場合、永久磁石と対をなすアキシアル電磁石は、電磁石ヨークおよび電磁石コイルからなり、ラジアルフォイル軸受とは別体とされてももちろんよいが、アキシアル電磁石をいずれか一方のラジアルフォイル軸受に一体化してもよい。   When the axial magnetic bearing is composed of a permanent magnet and an axial electromagnet, the axial electromagnet paired with the permanent magnet is composed of an electromagnet yoke and an electromagnet coil, and of course it may be separated from the radial foil bearing. It may be integrated into one of the radial foil bearings.

この発明の燃料電池用圧縮機によると、モータドライバのパルス幅変更手段によって、入力電圧が低下した際にPWMのパルス幅が長くされるので、平均電流が低下することが防止され、これにより、圧縮空気の流量および吐出圧を一定に保つことができる。また、パルス幅の変更は、簡単な制御回路を設けることで可能であるため、電源入力に定電圧を供給するコンバータを設ける場合に比べて、圧縮機を安価でコンパクトなものとすることができる。   According to the fuel cell compressor of the present invention, the PWM pulse width is lengthened when the input voltage is lowered by the pulse width changing means of the motor driver, so that the average current is prevented from being lowered. The flow rate and discharge pressure of the compressed air can be kept constant. Further, since the pulse width can be changed by providing a simple control circuit, the compressor can be made cheaper and more compact than when a converter that supplies a constant voltage to the power input is provided. .

この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

圧縮機(1)は、図1に示すように、一端にインペラ(12)を有しケーシング(11)の内側で回転する回転軸(13)と、回転軸(13)を支持する軸受装置(14)と、回転軸(13)を回転させるモータ(20)と、モータ(20)を駆動する駆動装置(15)とを備えており、燃料電池スタック(19)に圧縮空気を供給する。   As shown in FIG. 1, the compressor (1) has an impeller (12) at one end and a rotating shaft (13) that rotates inside the casing (11), and a bearing device that supports the rotating shaft (13). 14), a motor (20) that rotates the rotating shaft (13), and a drive device (15) that drives the motor (20), and supplies compressed air to the fuel cell stack (19).

駆動装置(15)は、モータをPWM制御によって制御するモータドライバ(16)と、モータドライバ(16)に電力を供給する電源としてのバッテリー(17)と、モータドライバ(16)に入力される電圧を検出する電圧検出手段(18)とを有している。   The drive device (15) includes a motor driver (16) for controlling the motor by PWM control, a battery (17) as a power source for supplying power to the motor driver (16), and a voltage input to the motor driver (16). Voltage detecting means (18) for detecting.

モータドライバ(16)は、入力電圧の変動に応じてPWM波の出力を制御するものとされており、バッテリー(17)から入力する電圧が低下した際にPWMのパルス幅を長くするパルス幅変更手段(16a)を有している。   The motor driver (16) is designed to control the output of the PWM wave according to the fluctuation of the input voltage, and when the voltage input from the battery (17) decreases, the pulse width is changed to increase the PWM pulse width. Means (16a) are provided.

図2において、(a)は、従来のPWM制御を示しており、パルス幅が一定の制御が行われることによって、入力電圧が低下した場合には、それに比例して、モータドライバに出力される平均電流も低下している。図2(b)は、パルス幅変更手段(16a)を有している上記のモータドライバ(16)によるPWM制御を示しており、入力電圧が低下した場合には、パルス幅が同図において黒く塗りつぶした分だけ増加させられることによって、パルス幅×電流によって求められる1パルス毎の出力電流が一定に保たれて、モータ(20)に出力されている。この結果、圧縮機(1)によって供給される圧縮空気の流量および吐出圧が一定に保たれている。   In FIG. 2, (a) shows the conventional PWM control, and when the input voltage is lowered due to the control with a constant pulse width, it is output to the motor driver in proportion thereto. The average current is also decreasing. FIG. 2 (b) shows the PWM control by the motor driver (16) having the pulse width changing means (16a). When the input voltage is lowered, the pulse width becomes black in the figure. By increasing the amount by filling, the output current for each pulse obtained by the pulse width × current is kept constant and output to the motor (20). As a result, the flow rate and discharge pressure of the compressed air supplied by the compressor (1) are kept constant.

上記において、圧縮機(1)の形式や軸受装置(14)の構成は、任意であるが、好ましい実施形態の一例を以下に示す。以下の説明において、図3の右を前、左を後というものとする。   In the above, the type of the compressor (1) and the configuration of the bearing device (14) are arbitrary, but an example of a preferred embodiment is shown below. In the following description, the right in FIG. 3 is the front and the left is the rear.

図3は、燃料電池用圧縮機の好ましい実施形態の概略構成を示すもので、燃料電池用圧縮機(1)は、非容積形の遠心圧縮機であって、前後方向の水平軸上に配置された略円筒状の密閉ケーシング(11)と、後端にインペラ(12)を有しケーシング(11)の内側で回転する水平軸状の回転軸(13)と、回転軸(13)を支持する軸受装置(14)とを備えている。   FIG. 3 shows a schematic configuration of a preferred embodiment of a fuel cell compressor. The fuel cell compressor (1) is a non-displacement centrifugal compressor and is disposed on a horizontal axis in the front-rear direction. A substantially cylindrical sealed casing (11), an impeller (12) at the rear end, a horizontal shaft-shaped rotating shaft (13) that rotates inside the casing (11), and a rotating shaft (13) And a bearing device (14).

ケーシング(11)は、回転軸(13)を支持する前側の回転軸支持部(11a)と、インペラ(12)が配置されている後側の気体流通部(11b)とから構成されている。   The casing (11) is composed of a front rotary shaft support portion (11a) that supports the rotary shaft (13) and a rear gas flow portion (11b) on which the impeller (12) is disposed.

回転軸(13)は、段付軸状をなし、回転軸支持部(11a)内の空間内に配置されている。   The rotating shaft (13) has a stepped shaft shape and is disposed in a space in the rotating shaft support (11a).

回転軸支持部(11a)の内周に、回転軸(13)を高速回転させるビルトイン型モータ(20)、回転軸(13)を径方向から支持する前後1対のラジアルフォイル軸受(21)(22)、および回転軸(13)をアキシアル方向(前後方向)から支持する1組の制御型アキシアル磁気軸受(23)が設けられている。   A built-in motor (20) that rotates the rotating shaft (13) at a high speed on the inner periphery of the rotating shaft support (11a), and a pair of front and rear radial foil bearings (21) that support the rotating shaft (13) from the radial direction. 22) and a set of control type axial magnetic bearings (23) for supporting the rotating shaft (13) from the axial direction (front-rear direction).

モータ(20)は、回転軸支持部(11a)側に設けられたステータ(20a)および回転軸(13)側に設けられたロータ(20b)から構成されている。   The motor (20) includes a stator (20a) provided on the rotary shaft support portion (11a) side and a rotor (20b) provided on the rotary shaft (13) side.

軸受装置(14)は、前後ラジアルフォイル軸受(21)(22)およびアキシアル磁気軸受(23)を有している。   The bearing device (14) includes front and rear radial foil bearings (21) and (22) and an axial magnetic bearing (23).

気体流通部(11b)内の空間の後端に気体流入路(11c)が設けられている。回転軸(13)が回転することにより、インペラ(12)が回転し、インペラ(12)の回転により、空気が、気体流入路(11c)から気体流通部(11b)内の空間(11d)に流入し、同空間(11d)内で圧縮され、同空間(11d)に通じる気体流出路(図示略)を通って排出される。気体流通部(11b)の内面とインペラ(12)との間には、圧縮性能を確保するための所定の大きさの隙間が形成されている。   A gas inflow passage (11c) is provided at the rear end of the space in the gas circulation part (11b). When the rotating shaft (13) rotates, the impeller (12) rotates.By the rotation of the impeller (12), air is transferred from the gas inflow path (11c) to the space (11d) in the gas circulation part (11b). It flows in, is compressed in the space (11d), and is discharged through a gas outflow path (not shown) that leads to the space (11d). A gap of a predetermined size is formed between the inner surface of the gas flow part (11b) and the impeller (12) to ensure compression performance.

段付き状の回転軸(13)は、モータ(20)のロータ(20b)がアキシアル方向中間部分に設けられている大径部(31)と、大径部(31)の前後方向外側に連なる前側および後側の小径部(32)(33)と、前側小径部(32)のアキシアル方向中間部分に設けられたフランジ部(34)とからなる。インペラ(12)は、後側小径部(33)の後端部に取り付けられており、各ラジアルフォイル軸受(21)(22)は、大径部(31)の両端部分に設けられている。   The stepped rotary shaft (13) is connected to the large-diameter portion (31) where the rotor (20b) of the motor (20) is provided at the intermediate portion in the axial direction and to the outside in the front-back direction of the large-diameter portion (31) It consists of front and rear small diameter portions (32), (33) and a flange portion (34) provided in the axially intermediate portion of the front small diameter portion (32). The impeller (12) is attached to the rear end portion of the rear small diameter portion (33), and the radial foil bearings (21) and (22) are provided at both end portions of the large diameter portion (31).

図4に示すように、各ラジアルフォイル軸受(21)(22)は、回転軸大径部(31)の径方向外側に軸受隙間(44)を隔てて配置される可撓性を有するトップフォイル(軸受フォイル)(41)と、このトップフォイル(41)の径方向外側に配置されるバンプフォイル(弾性体)(42)と、このバンプフォイル(42)の径方向外側に配置される外輪(軸受ハウジング)(43)とからなる。   As shown in FIG. 4, each radial foil bearing (21) (22) is a flexible top foil having a bearing gap (44) arranged radially outside the rotary shaft large diameter portion (31). (Bearing foil) (41), a bump foil (elastic body) (42) disposed on the radially outer side of the top foil (41), and an outer ring disposed on the radially outer side of the bump foil (42) ( Bearing housing) (43).

トップフォイル(41)は、帯状ステンレス鋼板製で、帯状ステンレス鋼板をその長手方向の両端が隣接するようにロール加工で周方向の重なりがない円筒形に成形した後、この円筒形に成形された鋼板の一端部のアキシアル方向の両端部を径方向に切り起こして先端を屈曲させて形成されている。切り起こされた部分以外の円筒部(41a)がトップフォイルの主部になっており、切り起こされた部分(41b)がトップフォイル(41)の係合部になっている。   The top foil (41) is made of a strip-shaped stainless steel plate, and the strip-shaped stainless steel plate is formed into a cylindrical shape without overlapping in the circumferential direction by roll processing so that both ends in the longitudinal direction are adjacent to each other. It is formed by cutting both ends in the axial direction of one end of the steel plate in the radial direction and bending the tip. The cylindrical portion (41a) other than the cut and raised portion is a main portion of the top foil, and the cut and raised portion (41b) is an engaging portion of the top foil (41).

バンプフォイル(42)は、ステンレス鋼製の波形板材を円筒形に成形した円筒部(42a)と、円筒部(42a)の一端に連なり円筒部(42a)の径方向外側に位置する係合部(42b)とからなる。   The bump foil (42) includes a cylindrical portion (42a) formed of a corrugated plate made of stainless steel into a cylindrical shape, and an engaging portion that is connected to one end of the cylindrical portion (42a) and located on the radially outer side of the cylindrical portion (42a). (42b).

外輪(43)の内周面には、略径方向に延びる係合溝(43a)が形成されている。そして、バンプフォイル(42)の円筒部(42a)が外輪(43)の内周面に沿うように配置されて、その係合部(42b)が外輪(43)の係合溝(43a)に係合させられることにより、バンプフォイル(42)が外輪(43)に取り付けられ、このバンプフォイル(42)と回転軸大径部(31)との間にトップフォイル(41)の円筒部(41a)が介在させられるとともに、その係合部(41b)が外輪(43)の係合溝(43a)に係合させられることにより、トップフォイル(41)が外輪(43)に取り付けられている。   On the inner peripheral surface of the outer ring (43), an engagement groove (43a) extending in a substantially radial direction is formed. Then, the cylindrical portion (42a) of the bump foil (42) is arranged along the inner peripheral surface of the outer ring (43), and the engaging portion (42b) is formed in the engaging groove (43a) of the outer ring (43). By being engaged, the bump foil (42) is attached to the outer ring (43), and the cylindrical portion (41a) of the top foil (41) is provided between the bump foil (42) and the rotary shaft large diameter portion (31). ) And the engaging portion (41b) is engaged with the engaging groove (43a) of the outer ring (43), so that the top foil (41) is attached to the outer ring (43).

アキシアル磁気軸受(23)は、回転軸(13)のフランジ部(34)を介して対向するようにケーシング(11)の回転軸支持部(11a)に設けられたアキシアル電磁石(24)および永久磁石(25)を有している。アキシアル電磁石(24)は、ヨーク(24a)およびコイル(24b)からなる。回転によりインペラ(12)に作用する力の方向は、後向き(図3の左向き)であり、これに対応して、永久磁石(25)は、フランジ部(34)の後側に配置され、アキシアル電磁石(24)は、その吸引力が回転によって生じるアキシアル方向の力の向きと逆になるようにフランジ部(34)の前側に配置されている。   The axial magnetic bearing (23) includes an axial electromagnet (24) and a permanent magnet provided on the rotating shaft support (11a) of the casing (11) so as to face each other via the flange (34) of the rotating shaft (13). (25). The axial electromagnet (24) includes a yoke (24a) and a coil (24b). The direction of the force acting on the impeller (12) by the rotation is backward (leftward in FIG. 3). Correspondingly, the permanent magnet (25) is arranged on the rear side of the flange portion (34) and is axial. The electromagnet (24) is disposed on the front side of the flange portion (34) so that its attractive force is opposite to the direction of the axial force generated by the rotation.

ケーシング(11)の回転軸支持部(11a)の前壁後面には、回転軸(13)の小径部(32)の前端部に同心状に設けられた軟磁性ステンレス鋼製のターゲット部(35)の後端面中心部に臨まされて回転軸(13)のアキシアル方向の位置を検出するアキシアル位置センサ(26)が設けられている。ケーシング(11)の回転軸支持部(11a)の前壁後面には、さらに、ターゲット部(35)の後端面外周に設けられた凹部(37)に臨まされて回転軸(13)の回転速度を検出する回転センサ(36)が設けられている。   On the rear surface of the front wall of the rotating shaft support portion (11a) of the casing (11), a target portion made of soft magnetic stainless steel (35) concentrically provided at the front end of the small diameter portion (32) of the rotating shaft (13). An axial position sensor (26) is provided to detect the position of the rotary shaft (13) in the axial direction facing the center of the rear end surface. On the rear surface of the front wall of the rotating shaft support portion (11a) of the casing (11), further facing the recess (37) provided on the outer periphery of the rear end surface of the target portion (35), the rotational speed of the rotating shaft (13) A rotation sensor (36) is provided for detecting.

そして、位置センサ(26)で検出された回転軸(13)の位置および回転センサ(36)で検出された回転速度に基づいて、アキシアル磁気軸受(23)の電磁石コイル(24b)に流される電流が制御されている。コイル(24b)に流される電流は、回転によりインペラ(12)に作用する力および永久磁石(25)の吸引力に釣り合う吸引力がアキシアル電磁石(24)に生成されるように制御され、これにより、回転軸(13)は、アキシアル方向の所定位置に非接触支持される。   Based on the position of the rotating shaft (13) detected by the position sensor (26) and the rotational speed detected by the rotation sensor (36), the current flowing in the electromagnetic coil (24b) of the axial magnetic bearing (23) Is controlled. The current flowing in the coil (24b) is controlled so that an attractive force that is balanced with the force acting on the impeller (12) and the attractive force of the permanent magnet (25) by the rotation is generated in the axial electromagnet (24). The rotation shaft (13) is supported in a non-contact manner at a predetermined position in the axial direction.

この実施形態の燃料電池用圧縮機(1)によると、回転軸(13)のラジアル方向の支持は、ラジアルフォイル軸受(21)(22)が受け持っており、回転軸(13)は、回転時には、各フォイル軸受(21)(22)で発生する動圧によって非接触でラジアル方向に支持される。また、回転軸(13)のアキシアル方向の支持は、アキシアル磁気軸受(23)が受け持っており、インペラ(12)に作用するアキシアル方向の力が変動した場合には、これに見合った吸引力がアキシアル電磁石(24)に生成される。これにより、回転軸(13)は、回転負荷変動の影響を受けずに、安定的に非接触支持され、そのスムーズな回転が保証されるとともに、耐久性(寿命)も優れたものとなる。   According to the fuel cell compressor (1) of this embodiment, the radial support of the rotary shaft (13) is handled by the radial foil bearings (21) and (22), and the rotary shaft (13) is rotated during rotation. These are supported in the radial direction in a non-contact manner by the dynamic pressure generated in each of the foil bearings (21) and (22). Also, the axial support of the rotary shaft (13) is handled by the axial magnetic bearing (23) .If the axial force acting on the impeller (12) fluctuates, the corresponding attractive force will be applied. Generated in the axial electromagnet (24). As a result, the rotary shaft (13) is stably supported in a non-contact manner without being affected by fluctuations in the rotational load, and its smooth rotation is guaranteed and durability (life) is excellent.

図1は、この発明による燃料電池用圧縮機の1実施形態を模式的に示す図である。FIG. 1 is a view schematically showing one embodiment of a compressor for a fuel cell according to the present invention. 図2は、この発明による制御部分の特徴を従来と比較して示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the characteristics of the control portion according to the present invention in comparison with the conventional one. 図3は、燃料電池用圧縮機の詳細な実施形態を模式的に示す縦断面図である。FIG. 3 is a longitudinal sectional view schematically showing a detailed embodiment of a fuel cell compressor. 図4は、この燃料電池用圧縮機で使用されているラジアルフォイル軸受を示す横断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a radial foil bearing used in the fuel cell compressor.

符号の説明Explanation of symbols

(1) 燃料電池用圧縮機
(11) ケーシング
(12) インペラ
(13) 回転軸
(14) 軸受装置
(15) 駆動装置
(16) モータドライバ
(17) バッテリー(電源)
(18) 電圧検出手段
(20) モータ
(1) Fuel cell compressor
(11) Casing
(12) Impeller
(13) Rotating shaft
(14) Bearing device
(15) Drive unit
(16) Motor driver
(17) Battery (power supply)
(18) Voltage detection means
(20) Motor

Claims (1)

一端にインペラを有しケーシングの内側で回転する回転軸と、回転軸を支持する軸受装置と、回転軸を回転させるモータと、モータを駆動する駆動装置とを備え、インペラの回転によって空気をケーシングの気体流通部内の空間で圧縮して燃料電池に供給する燃料電池用圧縮機において、
駆動装置は、モータをPWM制御によって制御するモータドライバと、モータドライバに電力を供給する電源と、モータドライバに入力される電圧を検出する電圧検出手段とを有しており、モータドライバは、入力電圧が低下した際にPWMのパルス幅を長くするパルス幅変更手段を有していることを特徴とする燃料電池用圧縮機。
A rotating shaft that has an impeller at one end and rotates inside the casing, a bearing device that supports the rotating shaft, a motor that rotates the rotating shaft, and a drive device that drives the motor, and casing the air by rotating the impeller In the compressor for a fuel cell, which is compressed in the space in the gas flow part and supplied to the fuel cell,
The drive device includes a motor driver that controls the motor by PWM control, a power source that supplies power to the motor driver, and voltage detection means that detects a voltage input to the motor driver. A fuel cell compressor comprising pulse width changing means for increasing a PWM pulse width when the voltage drops.
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