JP2008240574A - 遠心圧縮機 - Google Patents
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Abstract
【課題】振動及び騒音が発生することを抑制することができる遠心圧縮機を提供する。
【解決手段】遠心圧縮機1は、モータ部10とコンプレッサ部20を備える。モータ部10には、シャフト12を有するロータ11と、ロータ11の外周に配設されるステータ13と、ステータ13の外周を覆うハウジング14とが設けられ、コンプレッサ部20には、シャフト12と一体に回転して空気を遠心方向へ送風するインペラ21と、インペラ21によって送風された空気を圧送するための流路22aを形成するボリュート22とが設けられている。そして、ステータ13とハウジング14の間に防振材15が介在するとともに、インペラ21及びボリュート22は樹脂により形成されている。
【選択図】図1
【解決手段】遠心圧縮機1は、モータ部10とコンプレッサ部20を備える。モータ部10には、シャフト12を有するロータ11と、ロータ11の外周に配設されるステータ13と、ステータ13の外周を覆うハウジング14とが設けられ、コンプレッサ部20には、シャフト12と一体に回転して空気を遠心方向へ送風するインペラ21と、インペラ21によって送風された空気を圧送するための流路22aを形成するボリュート22とが設けられている。そして、ステータ13とハウジング14の間に防振材15が介在するとともに、インペラ21及びボリュート22は樹脂により形成されている。
【選択図】図1
Description
本発明は、遠心圧縮機に関し、特に、燃料電池へ空気を圧縮して送る遠心圧縮機に関する。
一般に、モータを動力源とする自動車において、化学反応により得られた電力をモータへ供給する、燃料電池を搭載した燃料電池自動車が知られている。また、このような燃料電池自動車が、燃料電池における化学反応を促すことを目的として、燃料電池へ空気を圧縮して送る(即ち、燃料電池へ空気中の酸素を圧送する)遠心圧縮機を備えることが知られている。燃料電池へ空気を圧縮して送る遠心圧縮機は、特許文献1に記載されるように、モータ部(電気モータ)とコンプレッサ部(コンプレッサー)とを備えている。モータ部にはシャフト(出力シャフト)を有するロータが設けられ、コンプレッサ部にはシャフトと一体に回転するインペラ(インペラー)が設けられる。このような構成により、回転するモータ部のロータが、シャフトを介して、インペラを回転させる。
また、遠心圧縮機のコンプレッサ部は、一般に、高温環境下での耐熱性を考慮して、金属により形成されている。例えば、遠心圧縮機のインペラ(羽根車)をアルミニウム合金により形成することが、特許文献2に記載されている。
特開2005−248963号公報
特開平10−26002号公報
ところで、上述のモータ部とコンプレッサ部とを備えた遠心圧縮機が、種々の要因によって、振動及び騒音を発生させる可能性がある。特に、燃料電池へ空気を圧縮して送る遠心圧縮機は、モータ部に設けられたロータが高速で回転する必要があり、回転するロータが加速及び減速を繰り返すことによってモータ部が振動し、この振動に基づいて、遠心圧縮機の振動及び騒音が発生する可能性があるという問題があった。
また、遠心圧縮機のコンプレッサ部が、比較的軽い金属であるアルミニウムにより形成されている場合であっても、コンプレッサ部の形状により遠心圧縮機が重量化する可能性がある。コンプレッサ部の質量が大きい場合、回転するインペラの加速及び減速の繰り返しによってコンプレッサ部が振動した際に、その振動を抑えることが困難となり、遠心圧縮機の振動及び騒音が発生する可能性があるという問題があった。
上述の遠心圧縮機の振動は、特に、遠心圧縮機が燃料電池自動車に搭載されている場合において、振動する遠心圧縮機がその自動車に搭載されている他の機構と共振することで、自動車の搭乗者にとって不快となる振動及び騒音の要因となる可能性がある。
そこで、本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、振動及び騒音が発生することを抑制することができる遠心圧縮機を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、シャフトを有するロータと、ロータの外周に配設されるステータと、ステータの外周を覆うハウジングとが設けられたモータ部と、シャフトと一体に回転して空気を遠心方向へ送風するインペラと、インペラによって送風された空気を圧送するための流路を形成するボリュートとが設けられたコンプレッサ部とを備え、ステータとハウジングの間に防振材が介在するとともに、インペラ及びボリュートは樹脂により形成されていることを特徴とする。
同構成によれば、ステータとハウジングの間に防振材が介在しているため、ロータの回転によって発生するモータ部の振動が、ステータとハウジングの間に介在する防振材によって吸収される。従って、遠心圧縮機の振動及び騒音を抑制することができる。また、インペラ及びボリュートが樹脂により形成されているため、インペラ及びボリュートが金属により形成されている場合と比し、コンプレッサ部の質量が小さい。従って、遠心圧縮機の振動及び騒音を効果的に抑制することができる。特に、遠心圧縮機が燃料電池自動車に搭載されている場合において、遠心圧縮機がその自動車に搭載されている他の機構と共振することを抑制することができる。
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の遠心圧縮機において、樹脂は、吸音性物質からなることを特徴とする。
同構成によれば、インペラ及びボリュートが、吸音性物質からなる樹脂により形成されているため、コンプレッサ部において発生した騒音(例えば、風切り音)が、樹脂に吸音される。従って、遠心圧縮機のコンプレッサ部において発生した騒音を抑制することができる。
また、請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記載の遠心圧縮機において、防振材は、熱伝導性物質からなることを特徴とする。
同構成によれば、ステータとハウジングの間に、熱伝導性物質からなる防振材が介在しているため、モータ部のステータにおいて発生した熱が、防振材を経由し、ハウジングへ伝導する。従って、遠心圧縮機のモータ部において発生した熱を放熱することができる。
また、請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の遠心圧縮機において、ハウジングと防振材との接触部分の面積は、ステータと防振材との接触部分の面積と比し、大きいことを特徴とする。
同構成によれば、ハウジングと熱伝導性物質からなる防振材との接触部分の面積が、ステータと熱伝導性物質からなる防振材との接触部分の面積よりも大きいため、防振材は、ステータから伝導した熱を、ハウジングへ効果的に伝導することができる。従って、遠心圧縮機のモータ部において発生した熱を効果的に放熱することができる。
本発明によれば、振動及び騒音の発生を効果的に抑制することができる遠心圧縮機を提供することができる。
以下、本発明を燃料電池(不図示)へ空気を圧縮して送る遠心圧縮機として具体化した、実施形態を図1に基づいて説明する。図1は、本発明の実施形態に係る遠心圧縮機を示す一部断面図であり、図2は本発明の実施形態に係る遠心圧縮機のモータ部を示す分解斜視図である。本発明の遠心圧縮機1は、例えば、燃料電池自動車に搭載され、燃料電池へ空気を圧縮して送るものである。遠心圧縮機1は、図1に示すように、モータ部10とコンプレッサ部20とを備えている。
(モータ部の構成)
モータ部10には、図1及び図2に示すように、シャフト12を有するロータ11と、ステータ13と、ハウジング14と、円筒状に形成された防振材15と、モータカバー16,17と、軸受18,19とが設けられている。
モータ部10には、図1及び図2に示すように、シャフト12を有するロータ11と、ステータ13と、ハウジング14と、円筒状に形成された防振材15と、モータカバー16,17と、軸受18,19とが設けられている。
ロータ11には、シャフト12が貫設されて固定されており、ロータ11の外周面には、磁極が周方向において交互に着磁されている円筒状の永久磁石11aが固定されている。ロータ11に貫設されているシャフト12は、図1に示すように、ロータ11の軸方向(即ち、図中の矢印Aの方向)における両端部において、ロータ11の端部よりも軸方向へ突出して延びている。
また、ステータ13は、図1及び図2に示すように、外周面13cを有する略円筒状のステータコア13aと、ステータコア13aに巻かれた導線からなるコイル13bとから構成されるとともに、永久磁石11aと接触しないように、ロータ11の外周に配設されている。このように構成されたロータ11及びステータ13は、通電されたコイル13bによって生じる回転磁界により、永久磁石11a、永久磁石11aに固定されているロータ11、及びロータ11に固定されているシャフト12が回転する。
また、ハウジング14は、図2に示すように、略円筒状に形成されるとともに、防振材15と当接する当接面14aを有している。前述のステータ13はハウジング14に対して固定されており、ハウジング14は、図1に示すように、ステータ13の外周を覆っている。
ここで、本実施形態においては、防振材15が、図1に示すように、ステータ13とハウジング14の間に介在している点に特徴がある。このような構成により、ロータ11の回転によって発生するモータ部10の振動が、ステータ13とハウジング14の間に介在する防振材15によって吸収される。
このような防振材15としては、例えば、JIS K6386に規定される材料を用いて形成された円筒状のゴム部材が使用できる。また、熱伝導性を向上させるとの観点から、防振材15が熱伝導性物質からなることが好ましい。なお、熱伝導性物質とは、熱伝導性に優れた金属を含有することで熱伝導性を有するもの、または熱伝導性に優れた金属により形成されたものをいい、本実施形態においては、熱伝導性物質として、上述のゴム部材が熱伝導性に優れた金属を含有することで熱伝導性を有したものを使用する。この熱伝導性物質に含有される金属としては、アルミ粉末、アルミナ粉末、銅粉末、ニッケル粉末等の熱伝導性に優れた金属粉末が使用できる。
また、ステータ13は、防振材15を介して、ハウジング14に圧入固定されており、ロータ11の回転によって、ステータ13及び防振材15が、ハウジング14に対して回転移動できないようにキー溝等の回転移動防止手段(不図示)が設けられている。また、防振材15に対して固定されたステータ13が振動した場合であっても、ロータ11とステータ13が接触しないように、ロータ11から所定間隔を空けてステータ13が設けられている。
また、ステータ13の外周面であるステータコア13aの外周面13cの全面が、防振材15と接触し、防振材15の外周の全面が、ハウジング14の当接面14aと接触している。即ち、図2に示すように、ハウジング14と防振材15との接触部分(即ち、当接面14a)の面積が、ステータ13と防振材15との接触部分(即ち、外周面13c)の面積よりも大きい。
また、モータカバー16,17は、図1に示すように、ロータ11とステータ13の軸方向端部を覆うようにハウジング14に固定されている。モータカバー16,17には、軸受収容部16a,17aがそれぞれ設けられている。さらに、コンプレッサ部20側の、ロータ11とステータ13の軸方向端部を覆うモータカバー17には、シャフト12が挿通されるための貫通孔17bが設けられている。また、軸受18,19は、図1に示すように、モータカバー16,17の軸受収容部16a,17aにそれぞれ収容され固定されており、シャフト12を回転可能に支持している。
(コンプレッサ部の構成)
コンプレッサ部20には、図1に示すように、空気を遠心方向(即ち、図中の矢印Cの方向)へ送風するインペラ21と、空気を圧送するための流路22aを形成するボリュート22とが設けられている。
コンプレッサ部20には、図1に示すように、空気を遠心方向(即ち、図中の矢印Cの方向)へ送風するインペラ21と、空気を圧送するための流路22aを形成するボリュート22とが設けられている。
インペラ21は、図1に示すように、ねじ等の固定具(不図示)を用いてシャフト12に固定されるハブ21aと、ハブ21aの全周に亘って形成されたプレート21bと、プレート21b上に形成され羽根21cとから構成されている。このような構成により、ハブ21aの全周に亘って形成されたプレート21bがシャフト12と一体に回転することによって、プレート21b上に形成された羽根21cが軸方向から流入した空気に遠心力を与える。即ち、インペラ21はシャフト12と一体に回転して空気を遠心方向へ送風する。
また、ボリュート22は、図1に示すように、インペラ21によって送風された空気を燃料電池へ圧送するための、流路22aを形成している。また、ボリュート22には、軸方向からインペラ21へ空気が流入するように、吸入口22bが一体的に形成されている。ボリュート22は、ねじ等の固定具(不図示)によって、モータカバー17に固定されている。
また、本実施形態においては、インペラ21及びボリュート22が樹脂により形成されている点に特徴がある。燃料電池へ空気を圧縮して送る遠心圧縮機1のコンプレッサ部20としては、インペラ21及びボリュート22が金属により形成されていない場合であっても、耐熱性等の十分な性能を有する場合がある。インペラ21及びボリュート22が樹脂により形成されることにより、インペラ21及びボリュート22が金属により形成されている場合と比し、コンプレッサ部20の質量が小さくなる。
インペラ21及びボリュート22を形成する樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等が使用でき、コンプレッサ部20を軽量化するとの観点から、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等を使用することが好ましい。また、これらの樹脂中に炭素繊維を入れて、炭素繊維強化プラスチック(CFRP)としてもよい。また、吸音性を向上させるとの観点から、樹脂が吸音性物質からなることがより好ましく、本実施形態においては、樹脂は、ウレタン樹脂等からなることが好ましい。
以上に説明した本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
(1)ステータ13とハウジング14の間に防振材15が介在しているため、ロータ11の回転によって発生するモータ部10の振動が、ステータ13とハウジング14の間に介在する防振材15によって吸収される。従って、遠心圧縮機1の振動及び騒音を抑制することができる。特に、遠心圧縮機1が燃料電池自動車に搭載されている場合において、遠心圧縮機1がその自動車に搭載されている他の機構と共振することを抑制することができる。
(1)ステータ13とハウジング14の間に防振材15が介在しているため、ロータ11の回転によって発生するモータ部10の振動が、ステータ13とハウジング14の間に介在する防振材15によって吸収される。従って、遠心圧縮機1の振動及び騒音を抑制することができる。特に、遠心圧縮機1が燃料電池自動車に搭載されている場合において、遠心圧縮機1がその自動車に搭載されている他の機構と共振することを抑制することができる。
(2)インペラ21及びボリュート22は樹脂により形成されているため、インペラ21及びボリュート22が金属により形成されている場合と比し、コンプレッサ部20の質量が小さい。従って、遠心圧縮機1の振動及び騒音を効果的に抑制することができる。
(3)インペラ21及びボリュート22は、吸音性物質からなる樹脂により形成されているため、コンプレッサ部20において発生した騒音(例えば、風切り音)が、樹脂に吸音される。従って、遠心圧縮機1のコンプレッサ部20において発生した騒音を抑制することができる。
(4)ステータ13とハウジング14の間に介在している防振材15は、熱伝導性物質からなるため、モータ部10のステータ13において発生した熱が、防振材15を経由し、ハウジング14へ伝導する。従って、遠心圧縮機1のモータ部10において発生した熱を放熱することができる。
(5)ハウジング14と熱伝導性物質からなる防振材15との接触部分(即ち、当接面14a)の面積が、ステータ13と熱伝導性物質からなる防振材15との接触部分(即ち、外周面13c)の面積よりも大きいため、防振材15は、ステータ13から伝導した熱を、ハウジング14へ効果的に伝導することができる。従って、遠心圧縮機1のモータ部10において発生した熱を効果的に放熱することができる。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の設計変更をすることが可能であり、それらを本発明の範囲から除外するものではない。例えば、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記実施形態において、熱伝導性物質として、ゴム部材が熱伝導性に優れた金属を含有することで熱伝導性を有するものを使用したが、熱伝導性物質として、熱伝導性に優れた金属により形成されたものを使用してもよい。即ち、防振材15が、上記実施形態において使用された熱伝導性に優れた金属により形成され、図3に示すような、径方向に対する弾性を有する円筒状の金属部材であってもよい。防振材15がこのような金属部材であっても上記(1),(4)の効果を得ることができる。
・コイルばね等(不図示)を用いて、軸受18に定圧予圧を付与する構造としても良い。このようにすれば、シャフト12が熱膨張により軸方向へ延びた場合であっても、略一定量の予圧を軸受18に付与することができる。
・インペラ21によって送風された空気が、インペラ21とモータカバー17との隙間からモータ部10へ流れないように、プレート21bのモータカバー17と対向する面であって、プレート21bの外周端部21dに、インペラ21と一体に回転して空気を遠心方向へ送風する羽根(不図示)を設けてもよい。このようにすれば、モータ部10へ進入しようとする空気を抑制することができる。
1…遠心圧縮機、10…モータ部、11…ロータ、12…シャフト、13…ステータ、13c…外周面、14…ハウジング、14a…当接面、15…防振材、20…コンプレッサ部、21…インペラ、22…ボリュート。
Claims (4)
- シャフトを有するロータと、前記ロータの外周に配設されるステータと、前記ステータの外周を覆うハウジングとが設けられたモータ部と、
前記シャフトと一体に回転して空気を遠心方向へ送風するインペラと、前記インペラによって送風された空気を圧送するための流路を形成するボリュートとが設けられたコンプレッサ部と
を備え、
前記ステータと前記ハウジングの間に防振材が介在するとともに、前記インペラ及びボリュートは樹脂により形成されている
ことを特徴とする遠心圧縮機。 - 前記樹脂は、吸音性物質からなることを特徴とする請求項1に記載の遠心圧縮機。
- 前記防振材は、熱伝導性物質からなることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の遠心圧縮機。
- 前記ハウジングと前記防振材との接触部分の面積は、前記ステータと前記防振材との接触部分の面積と比し、大きいことを特徴とする請求項3に記載の遠心圧縮機。
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