JP2011220264A - Centrifugal compressor - Google Patents

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Takaharu Sato
隆治 佐藤
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To set a high resonance frequency of a rotary shaft by reducing a separation distance between an impeller and a bearing along an axial direction of a rotary shaft.SOLUTION: A centrifugal compressor includes: a bearing 30 including a bearing inner race 32 and a bearing outer race 34 and axially supporting a rotary shaft 18 rotatably; a collar member 40 attached to the rotary shaft 18 and fixing the bearing inner race 32; and a bolt member 42 attached to a housing 14 and fixing the bearing outer race 34. An outer circumferential surface of the collar member 40 and an inner circumferential surface of the bolt member 42 are disposed opposite each other in a separated state in a radial direction. A labyrinth seal 48 is formed between an annular groove 46 formed on the outer circumferential surface of the collar member 40 and the inner circumferential surface of the bolt member 42.

Description

本発明は、モータの回転駆動力でインペラを回転させて気体を圧縮する遠心型圧縮機に関する。   The present invention relates to a centrifugal compressor that compresses gas by rotating an impeller with a rotational driving force of a motor.

従来から、遠心型圧縮機や軸流圧縮機からなるターボ圧縮機が、工場等のエア供給源として用いられている。この種の遠心型圧縮機として、例えば、特許文献1には、ハウジング内で両端に貫通したロータ軸と、前記ロータ軸の端部に取り付けられたインペラとを備え、インペラの背後であってロータ軸とハウジングの貫通孔との間にラビリンスシールが設けられた高速回転電動機が開示されている。   Conventionally, a centrifugal compressor including a centrifugal compressor and an axial compressor has been used as an air supply source in factories and the like. As this type of centrifugal compressor, for example, Patent Document 1 includes a rotor shaft penetrating both ends in a housing, and an impeller attached to an end portion of the rotor shaft. A high-speed rotating electric motor in which a labyrinth seal is provided between a shaft and a through-hole of a housing is disclosed.

なお、特許文献1に開示された高速回転電動機では、ロータ軸と共に回転する回転子の近傍部位に、前記ロータ軸を回転自在に軸支するベアリング(軸受)が配設されている。   In the high-speed rotary electric motor disclosed in Patent Document 1, a bearing (bearing) that rotatably supports the rotor shaft is disposed in the vicinity of the rotor that rotates together with the rotor shaft.

特開2002−64956号公報JP 2002-64956 A

ところで、回転軸の軸方向に沿ったベアリングとインペラの重心との間の離間距離が大きいと、回転軸の共振周波数が低くなり、インペラを高速回転させることが困難となる。この点に関し、特許文献1に開示された高速回転電動機では、ベアリングとインペラの重心との間の離間距離の関係について、何ら具体的に開示されておらず、不明である。   By the way, when the separation distance between the bearing along the axial direction of the rotating shaft and the center of gravity of the impeller is large, the resonance frequency of the rotating shaft is lowered, and it is difficult to rotate the impeller at high speed. In this regard, in the high-speed rotary electric motor disclosed in Patent Document 1, the relationship of the separation distance between the bearing and the center of gravity of the impeller is not specifically disclosed and is unknown.

また、特許文献1に開示された高速回転電動機では、ベアリングを回転軸に対して固定するために、仮に、ベアリング内輪用固定部材及びベアリング外輪用固定部材をラビリンスシールとベアリングとの間に回転軸の軸方向に沿って配設すると、ベアリングとインペラの重心との間の離間距離が前記ベアリング内輪用固定部材及びベアリング外輪用固定部材の幅寸法分だけ大きくなり、インペラを高速回転させることがより一層困難となる。   Further, in the high-speed rotary electric motor disclosed in Patent Document 1, in order to fix the bearing to the rotating shaft, the bearing inner ring fixing member and the bearing outer ring fixing member are temporarily arranged between the labyrinth seal and the bearing. If it is arranged along the axial direction, the distance between the bearing and the center of gravity of the impeller is increased by the width dimension of the bearing inner ring fixing member and the bearing outer ring fixing member, and the impeller can be rotated at high speed. It becomes even more difficult.

本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、回転軸の軸方向に沿ったベアリングとインペラと離間距離を従来よりも短くして、前記回転軸の共振周波数を高く設定することが可能な遠心型圧縮機を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above points, and it is possible to set the resonance frequency of the rotating shaft high by shortening the separation distance between the bearing and the impeller along the axial direction of the rotating shaft as compared with the conventional one. An object is to provide a possible centrifugal compressor.

前記の目的を達成するために、本発明は、モータの回転駆動力でインペラを回転させて気体を圧縮する遠心型圧縮機において、ベアリング内輪及びベアリング外輪を有し、回転軸を回転自在に軸支するベアリングと、前記インペラと前記ベアリングとの間に設けられると共に、前記回転軸に装着されて前記ベアリング内輪を固定する第1固定部材と、前記インペラと前記ベアリングとの間に設けられると共に、ハウジングに装着されて前記ベアリング外輪を固定する第2固定部材とを備え、前記第1固定部材の外周面と前記第2固定部材の内周面とは、径方向に離間した状態で対向配置され、前記外周面又は前記内周面のいずれか一方には、周方向に沿って延在する溝部が設けられることを特徴とする。なお、この場合、ベアリングは、グリスシール式ベアリングによって構成されるとよい。   In order to achieve the above object, the present invention provides a centrifugal compressor that compresses gas by rotating an impeller with a rotational driving force of a motor. The centrifugal compressor has a bearing inner ring and a bearing outer ring, and the rotation shaft is rotatable. A supporting bearing, provided between the impeller and the bearing, and provided between the impeller and the bearing, a first fixing member mounted on the rotating shaft and fixing the bearing inner ring, A second fixing member that is mounted on the housing and fixes the bearing outer ring, and an outer peripheral surface of the first fixing member and an inner peripheral surface of the second fixing member are opposed to each other in a state of being radially separated from each other. In any one of the outer peripheral surface and the inner peripheral surface, a groove portion extending in the circumferential direction is provided. In this case, the bearing may be constituted by a grease seal type bearing.

本発明では、第1固定部材の外周面と第2固定部材の内周面とが、径方向に離間した状態で対向配置されるため、いずれか一方に溝部が形成された第1固定部材の外周面と第2固定部材の内周面との間でラビリンスシールを構成し、一方、第2固定部材でベアリング外輪が固定される。   In the present invention, since the outer peripheral surface of the first fixing member and the inner peripheral surface of the second fixing member are opposed to each other in a state of being radially separated from each other, the first fixing member in which the groove portion is formed in either one of them. A labyrinth seal is formed between the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the second fixing member, while the bearing outer ring is fixed by the second fixing member.

従って、本発明によれば、第2固定部材が、シール機能と固定機能とを併有させて多機能化を図ることにより、シール機能を有する部材と固定機能を有する部材とをそれぞれ個別に設けることが不要となって部品点数が削減され、ベアリングの中心からインペラの重心までの離間距離を従来と比較して短縮することができる。この結果、回転軸の共振周波数を従来と比較して高く設定することが可能となり、回転軸をより一層高速で回転駆動することができると共に、装置全体の小型化を達成することができる。   Therefore, according to the present invention, the second fixing member is provided with a member having a sealing function and a member having a fixing function individually by combining the sealing function and the fixing function to achieve multi-function. Thus, the number of parts is reduced, and the distance from the center of the bearing to the center of gravity of the impeller can be shortened as compared with the prior art. As a result, it is possible to set the resonance frequency of the rotating shaft to be higher than that in the prior art, the rotating shaft can be driven to rotate at a higher speed, and the overall size of the apparatus can be reduced.

また、本発明によれば、第2固定部材には、第1固定部材の外周面と第2固定部材の内周面との間隙から流出する気体の逃げ通路を径方向に沿って延在するように設けることにより、第1固定部材の外周面と第2固定部材の内周面との間隙から流出した気体を、前記逃げ通路を介して円滑に流出させることができる。   Further, according to the present invention, the second fixing member extends along the radial direction the escape passage for the gas flowing out from the gap between the outer peripheral surface of the first fixing member and the inner peripheral surface of the second fixing member. By providing in this way, the gas flowing out from the gap between the outer peripheral surface of the first fixing member and the inner peripheral surface of the second fixing member can be smoothly discharged through the escape passage.

さらに、本発明によれば、回転軸が、テンションシャフトにより軸方向に締結され、第1固定部材がインペラとベアリング内輪との間で挟持されることにより、ベアリングの中心からインペラの重心までの離間距離を従来と比較して短縮することができる。   Further, according to the present invention, the rotary shaft is fastened in the axial direction by the tension shaft, and the first fixing member is sandwiched between the impeller and the bearing inner ring, thereby separating the bearing from the center of the impeller to the center of gravity of the impeller. The distance can be shortened compared to the conventional case.

さらにまた、本発明によれば、第2固定部材に前記第2固定部材の内周面からベアリング外輪側の一面に向かって傾斜する傾斜面が設けられることにより、気体(エア)を傾斜面に沿って円滑に流出させることができる。   Furthermore, according to the present invention, the second fixing member is provided with an inclined surface that is inclined from the inner peripheral surface of the second fixing member toward one surface on the bearing outer ring side, so that gas (air) is made into the inclined surface. Can flow smoothly along.

またさらに、本発明によれば、第2固定部材は、インロー構造によって前記ハウジングに固定されることにより、第1固定部材の外周面と第2固定部材の内周面との間隙を精度良く設定することができる。   Still further, according to the present invention, the second fixing member is fixed to the housing by an inlay structure, so that the gap between the outer peripheral surface of the first fixing member and the inner peripheral surface of the second fixing member is accurately set. can do.

本発明によれば、回転軸の軸方向に沿ったベアリングとインペラと離間距離を従来よりも短くして、前記回転軸の共振周波数を高く設定することが可能な遠心型圧縮機を得ることができる。   According to the present invention, it is possible to obtain a centrifugal compressor capable of setting the resonance frequency of the rotating shaft higher by reducing the distance between the bearing and the impeller along the axial direction of the rotating shaft than the conventional one. it can.

本発明の実施形態に係る遠心型圧縮機の一部省略縦断面図である。It is a partially omitted vertical sectional view of a centrifugal compressor according to an embodiment of the present invention. 図1の要部拡大縦断面図である。It is a principal part expanded longitudinal cross-sectional view of FIG. (a)は、本実施形態において、回転軸にベアリングが固定された状態の拡大縦断面図、(b)は、ベアリングを固定する部材の別案例を示す拡大縦断面図である。(A) is an enlarged vertical sectional view of a state in which the bearing is fixed to the rotating shaft in the present embodiment, and (b) is an enlarged vertical sectional view showing another example of a member for fixing the bearing. (a)は、ベアリングを固定するカラー部材及びボルト部材の分解斜視図、(b)は、前記カラー部材及びボルト部材が組み付けられた状態を示す斜視図である。(A) is a disassembled perspective view of the collar member and bolt member which fix a bearing, (b) is a perspective view which shows the state in which the said collar member and bolt member were assembled | attached. ラビリンスシール部から流出したエアの流通路を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the flow path of the air which flowed out from the labyrinth seal part. (a)は、本実施形態におけるベアリング中心からインペラの重心までの離間距離を示す一部省略縦断面図、(b)は、比較例におけるベアリング中心からインペラの重心までの離間距離を示す一部省略縦断面図である。(A) is a partially omitted vertical sectional view showing a separation distance from the bearing center to the impeller center of gravity in the present embodiment, and (b) is a part showing a separation distance from the bearing center to the impeller center of gravity in the comparative example. FIG.

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図1は、本発明の実施形態に係る遠心型圧縮機の一部省略縦断面図、図2は、図1の要部拡大縦断面図である。   Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. FIG. 1 is a partially omitted longitudinal sectional view of a centrifugal compressor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an enlarged longitudinal sectional view of a main part of FIG.

本発明の実施形態に係る遠心型圧縮機10は、例えば、燃料電池システムに組み込まれ、図示しない燃料電池(スタック)に対して圧縮エアを供給するものである。
図1に示されるように、遠心圧縮機10は、エアが導入されるインレットポート12a及び圧縮エアが導出されるアウトレットポート12bを有する第1ハウジング14aと、後記するモータ26が収納される第2ハウジング14bとを含むハウジング14を備える。
The centrifugal compressor 10 according to the embodiment of the present invention is incorporated in, for example, a fuel cell system and supplies compressed air to a fuel cell (stack) (not shown).
As shown in FIG. 1, the centrifugal compressor 10 includes a first housing 14a having an inlet port 12a through which air is introduced and an outlet port 12b through which compressed air is led out, and a second motor 26 in which a motor 26 to be described later is housed. A housing 14 including a housing 14b is provided.

前記ハウジング14には、貫通孔を介して回転自在に軸支される回転軸18を有し、前記回転軸18の軸方向に沿った一端部にはインペラ20が固定される。また、ハウジング14の内部には、回転軸18と一体的に回転するマグネットカラーロータ22やハウジング14側に固定されたステータ24を有するモータ26が収容される。   The housing 14 has a rotating shaft 18 that is rotatably supported through a through hole, and an impeller 20 is fixed to one end portion along the axial direction of the rotating shaft 18. The housing 14 houses a motor 26 having a magnet color rotor 22 that rotates integrally with the rotary shaft 18 and a stator 24 that is fixed to the housing 14 side.

図2に示されるように、回転軸18の内部には、インペラ20に係着される頭部28aを有し図示しないテンションシャフトナット締結部まで延在するテンションシャフト28が内嵌される。テンションシャフト28の軸方向に沿ってそれぞれ装着されるインペラ20、回転軸18、マグネットカラーロータ22等は、テンションシャフト28の軸方向に沿った一端部に拡径して設けられた頭部28aと、テンションシャフト28の軸方向に沿った他端部側にねじ締結される図示しないテンションシャフトナット締結部との間で挟持されると共に、その軸力(引張力)によってテンションシャフト28に一体的に保持される。従って、回転軸18は、テンションシャフト28の軸方向で締結されている。   As shown in FIG. 2, a tension shaft 28 having a head portion 28 a engaged with the impeller 20 and extending to a tension shaft nut fastening portion (not shown) is fitted inside the rotary shaft 18. The impeller 20, the rotary shaft 18, the magnet color rotor 22, and the like that are respectively mounted along the axial direction of the tension shaft 28, and The tension shaft 28 is clamped between a tension shaft nut fastening portion (not shown) that is screwed to the other end side along the axial direction of the tension shaft 28, and is integrated with the tension shaft 28 by the axial force (tensile force). Retained. Therefore, the rotating shaft 18 is fastened in the axial direction of the tension shaft 28.

図3(a)は、本実施形態において、回転軸にベアリングが固定された状態の拡大縦断面図、図3(b)は、ベアリングを固定する部材の別案例を示す拡大縦断面図、図4(a)は、ベアリングを固定するカラー部材及びボルト部材の分解斜視図、図4(b)は、前記カラー部材及びボルト部材が組み付けられた状態を示す斜視図である。   FIG. 3A is an enlarged longitudinal sectional view showing a state in which the bearing is fixed to the rotating shaft in the present embodiment, and FIG. 3B is an enlarged longitudinal sectional view showing another example of a member for fixing the bearing. 4 (a) is an exploded perspective view of the collar member and the bolt member for fixing the bearing, and FIG. 4 (b) is a perspective view showing a state in which the collar member and the bolt member are assembled.

回転軸18の軸方向に沿った中央部外周面には、複数段からなる環状段部29が形成される。環状段部29の大径部には、回転軸18を回転自在に軸支するベアリング30が配設される。このベアリング30は、アンギュラコンタクトベアリングからなり、且つ、グリスシール式ベアリングによって構成される。前記ベアリング30は、回転軸18側に当接するベアリング内輪32と、ハウジング14側に当接するベアリング外輪34と、前記ベアリング内輪32とベアリング外輪34との間に転動自在に介装されるボール36とを有する。なお、ベアリング30の軸方向に沿った後部側には、ハウジング14の鍔部に突き当たる位置にスラストワッシャ38が装着される。   An annular step portion 29 having a plurality of steps is formed on the outer peripheral surface of the central portion along the axial direction of the rotating shaft 18. A bearing 30 that rotatably supports the rotary shaft 18 is disposed on the large diameter portion of the annular step portion 29. The bearing 30 is an angular contact bearing and is constituted by a grease seal type bearing. The bearing 30 includes a bearing inner ring 32 that is in contact with the rotating shaft 18 side, a bearing outer ring 34 that is in contact with the housing 14 side, and a ball 36 that is interposed between the bearing inner ring 32 and the bearing outer ring 34 in a freely rolling manner. And have. A thrust washer 38 is mounted on the rear side along the axial direction of the bearing 30 at a position where it abuts against the flange of the housing 14.

テンションシャフト28の軸方向において、インペラ20とベアリング30との間には、回転軸18(環状段部29の小径部)に圧入されて前記ベアリング内輪32を固定するリング状のカラー部材(第1固定部材)40が設けられる。前記カラー部材40は、インペラ20とベアリング内輪32との間で軸方向に沿って挟持される。なお、前記カラー部材40は、テンションシャフト28の軸方向に沿った軸力によって固定されてもよい。また、インペラ20とベアリング30との間には、ハウジング14の孔部41内に装着されて前記ベアリング外輪34を固定するリング状のボルト部材(第2固定部材)42が設けられる。前記ボルト部材42の外周面には、ハウジング14の孔部41内のねじ溝に締結されるねじ部42aが設けられる。   In the axial direction of the tension shaft 28, between the impeller 20 and the bearing 30, a ring-shaped collar member (first shaft) that is press-fitted into the rotary shaft 18 (small diameter portion of the annular step portion 29) and fixes the bearing inner ring 32. (Fixing member) 40 is provided. The collar member 40 is sandwiched between the impeller 20 and the bearing inner ring 32 along the axial direction. The collar member 40 may be fixed by an axial force along the axial direction of the tension shaft 28. Further, between the impeller 20 and the bearing 30, a ring-shaped bolt member (second fixing member) 42 that is mounted in the hole 41 of the housing 14 and fixes the bearing outer ring 34 is provided. On the outer peripheral surface of the bolt member 42, a screw portion 42 a that is fastened to a screw groove in the hole portion 41 of the housing 14 is provided.

このリング状のカラー部材40とボルト部材42とは、軸方向でオーバーラップするように配置されると共に、径方向において間隙44を介して離間した状態で対向配置される。   The ring-shaped collar member 40 and the bolt member 42 are disposed so as to overlap in the axial direction, and are opposed to each other in a state of being separated by a gap 44 in the radial direction.

カラー部材40の外周面には、周方向に沿って延在する複数の環状溝部(溝部)46が形成される。この複数の環状溝部46は、周方向と略直交する厚さ方向に沿って略同一の溝深さで並設される。一方、ボルト部材42の内周面は、帯状で一定の曲率半径を有する曲面によって形成される。従って、離間した状態で径方向に対向配置され、カラー部材40の外周面に形成された環状溝部46と、ボルト部材42の内周面とによって非接触のラビリンスシール部48が構成される。   A plurality of annular grooves (grooves) 46 extending along the circumferential direction are formed on the outer peripheral surface of the collar member 40. The plurality of annular groove portions 46 are arranged side by side with substantially the same groove depth along the thickness direction substantially orthogonal to the circumferential direction. On the other hand, the inner peripheral surface of the bolt member 42 is formed by a curved surface having a band shape and a constant radius of curvature. Therefore, a non-contact labyrinth seal portion 48 is configured by the annular groove portion 46 formed on the outer peripheral surface of the collar member 40 and the inner peripheral surface of the bolt member 42 that are opposed to each other in the radial direction in a separated state.

なお、本実施形態では、図3(a)に示されるように、カラー部材40の外周面に複数の環状溝部46を形成し、ボルト部材42の内周面との間で非接触のラビリンスシール部48を形成しているが、これに限定されるものではなく、図3(b)の別案例に示されるように、ボルト部材42の内周面に複数の環状溝部46を形成し、カラー部材40の外周面との間で非接触のラビリングシール部48を形成するようにしてもよい。また、本実施形態では、環状溝部46の段数を4段に設定しているが、これに限定されるものではなく、複数段であればよい。   In the present embodiment, as shown in FIG. 3A, a plurality of annular grooves 46 are formed on the outer peripheral surface of the collar member 40, and a non-contact labyrinth seal is formed between the inner peripheral surface of the bolt member 42. Although the portion 48 is formed, the present invention is not limited to this, and a plurality of annular groove portions 46 are formed on the inner peripheral surface of the bolt member 42 as shown in another example of FIG. You may make it form the non-contact rabbling seal part 48 between the outer peripheral surfaces of the member 40. FIG. In the present embodiment, the number of stages of the annular groove 46 is set to four, but the present invention is not limited to this and may be a plurality of stages.

図4に示されるように、リング状からなるボルト部材42の内径と外径との間の一側面には、ベアリング30側に向かって膨出する環状膨出部49が形成される。この環状膨出部49には、所定角度だけ離間して形成された切り欠き部からなり、ボルト部材42の径方向に沿って延在する逃げ通路50が設けられる。   As shown in FIG. 4, an annular bulging portion 49 that bulges toward the bearing 30 is formed on one side surface between the inner diameter and the outer diameter of the ring-shaped bolt member 42. The annular bulging portion 49 is provided with a relief passage 50 that is formed by a notch portion that is formed apart by a predetermined angle and extends along the radial direction of the bolt member 42.

この逃げ通路50は、カラー部材40の外周面とボルト部材42の内周面との間隙44から流出(漏出)するエア(気体)をハウジング14側に向かって円滑に逃がすためのものである。なお、本実施形態では、周方向に沿って90度の離間角度で4つの逃げ通路50が形成されているが、これに限定されるものではなく、単数又は複数の逃げ通路50が形成されるとよい。   The escape passage 50 is for smoothly letting out air (gas) flowing out (leaking) from the gap 44 between the outer peripheral surface of the collar member 40 and the inner peripheral surface of the bolt member 42 toward the housing 14 side. In the present embodiment, four escape passages 50 are formed at a separation angle of 90 degrees along the circumferential direction. However, the present invention is not limited to this, and one or more escape passages 50 are formed. Good.

また、ボルト部材42の環状膨出部49には、前記ボルト部材42の内周面から延在しベアリング外輪34側の一面34aに向かって傾斜する傾斜面52が設けられる。このような傾斜面52を形成することにより、ラビリングシール部48を通過したエアの流れを良くして、ハウジング14側へ容易に流出させることができる。   Further, the annular bulging portion 49 of the bolt member 42 is provided with an inclined surface 52 that extends from the inner peripheral surface of the bolt member 42 and inclines toward the one surface 34a on the bearing outer ring 34 side. By forming such an inclined surface 52, it is possible to improve the flow of air that has passed through the labyrinth seal portion 48 and to easily flow out to the housing 14 side.

さらに、ボルト部材42には、前記ボルト部材42がハウジング14に固定されるときに、カラー部材40との間で同芯度(センタリング)をだすためのインロー構造54が設けられる(図3(a)参照)。このインロー構造54は、ボルト部材42の外周面に形成され、ねじ部42aから縮径した幅狭の小径な外径面を含む環状段差面56からなり、ハウジング14の孔部41には、前記ボルト部材42側の環状段差面56に対応する環状段差面が形状される。   Further, the bolt member 42 is provided with an inlay structure 54 for providing concentricity (centering) with the collar member 40 when the bolt member 42 is fixed to the housing 14 (FIG. 3A). )reference). The inlay structure 54 is formed on the outer peripheral surface of the bolt member 42, and includes an annular step surface 56 including a small-diameter outer diameter surface that is reduced in diameter from the screw portion 42a. An annular step surface corresponding to the annular step surface 56 on the bolt member 42 side is formed.

この場合、ハウジング14の孔部41側に形成された環状段差面に対して、ボルト部材42の外周面に形成された環状段差面56を嵌め込むことにより、環状溝部46が設けられたカラー部材40の外周面と、ボルト部材42の内周面との間の間隙44の寸法を精度良く設定することができる。   In this case, the collar member provided with the annular groove portion 46 by fitting the annular step surface 56 formed on the outer peripheral surface of the bolt member 42 into the annular step surface formed on the hole 41 side of the housing 14. The dimension of the gap 44 between the outer peripheral surface of 40 and the inner peripheral surface of the bolt member 42 can be set with high accuracy.

インペラ20の背面に位置するボルト部材42の他側面には、周方向に沿って複数(図4(a)中では、4個を例示)の取付用孔部58が形成される。この取付用孔部58に挿入される複数のピンが設けられた図示しない取付治具を用いることにより、規定(所定)の締付トルクでボルト部材42をハウジング14の孔部41に確実に締結することができ、ボルト部材42の内周面の変形量を抑制することができる。   On the other side surface of the bolt member 42 located on the back surface of the impeller 20, a plurality of mounting hole portions 58 (four are illustrated in FIG. 4A) are formed along the circumferential direction. By using a mounting jig (not shown) provided with a plurality of pins inserted into the mounting hole 58, the bolt member 42 is securely fastened to the hole 41 of the housing 14 with a prescribed (predetermined) tightening torque. The deformation amount of the inner peripheral surface of the bolt member 42 can be suppressed.

図1及び図2に戻って、ベアリング30側に近接するインペラ20の背面には、ボルト部材42の内周面とカラー部材40の外周面との間に形成された間隙44に連通する背面空間部60が設けられ、この背面空間部60を介してインペラ20で圧縮された圧縮エアが流出する。   Referring back to FIGS. 1 and 2, a back space communicating with a gap 44 formed between the inner peripheral surface of the bolt member 42 and the outer peripheral surface of the collar member 40 is provided on the rear surface of the impeller 20 adjacent to the bearing 30 side. A portion 60 is provided, and compressed air compressed by the impeller 20 flows out through the back space portion 60.

また、ハウジング14の内部には、図1及び図2に示されるように、冷却水を循環させてベアリング外輪34を冷却するための冷却用通路62が周回して設けられる。さらに、ハウジング14には、図5に示されるように、ラビリングシール部48から流出(漏出)して逃げ通路50を経由したエアを外部に導出するためのエア導出通路64が設けられている。このエア導出通路64は、前記冷却用通路62と干渉しないように配置構成され、ベアリング外輪34に臨む開口部が形成されたインレット部64aと、径方向に沿って延在するラジアル通路部64bと、回転軸18の軸方向と略平行に延在するスラスト通路部64cとによって構成される。   Further, as shown in FIGS. 1 and 2, a cooling passage 62 is provided around the housing 14 so as to circulate cooling water and cool the bearing outer ring 34. Further, as shown in FIG. 5, the housing 14 is provided with an air outlet passage 64 for leading out the air that flows out (leaks out) from the labyrinth seal portion 48 and passes through the escape passage 50 to the outside. . The air outlet passage 64 is arranged and configured so as not to interfere with the cooling passage 62, and has an inlet portion 64a in which an opening facing the bearing outer ring 34 is formed, and a radial passage portion 64b extending along the radial direction. The thrust passage portion 64c extends substantially parallel to the axial direction of the rotary shaft 18.

換言すると、エア導出通路64が形成されている部位では、冷却用通路62の内径が絞られてハウジング14の内径側に偏位(オフセット)して形成され、エア導出通路64が形成されていない部位では、冷却用通路62が前記と比較して拡径して形成され、相互に不干渉な配置構造となっている(図2と図5とを対比参照)。   In other words, in the portion where the air outlet passage 64 is formed, the inner diameter of the cooling passage 62 is narrowed to be offset (offset) toward the inner diameter side of the housing 14, and the air outlet passage 64 is not formed. In the part, the cooling passage 62 is formed with an enlarged diameter as compared with the above, and has an arrangement structure that does not interfere with each other (see FIG. 2 and FIG. 5 in comparison).

本実施形態に係る遠心型圧縮機10は、基本的に以上のように構成されるものであり、次にその作用効果について説明する。   The centrifugal compressor 10 according to the present embodiment is basically configured as described above. Next, the function and effect will be described.

図示しない電源部がオン状態となってモータ26が回転駆動されると、回転軸18及びテンションシャフト28と、前記テンションシャフト28の先端部に取り付けられているインペラ20と、前記テンションシャフト28の軸方向に沿った後部側に取り付けられている図示しないテンションシャフトナットが一体的に回転する。前記インペラ20が回転し、その回転速度に応じてインレットポート12aから導入されたエアが圧縮され、アウトレットポート12bから導出された圧縮エアが図示しない燃料電池に送給される。   When a power supply (not shown) is turned on and the motor 26 is driven to rotate, the rotary shaft 18 and the tension shaft 28, the impeller 20 attached to the tip of the tension shaft 28, and the axis of the tension shaft 28 A tension shaft nut (not shown) attached to the rear side along the direction rotates integrally. The impeller 20 rotates, the air introduced from the inlet port 12a is compressed according to the rotational speed, and the compressed air led out from the outlet port 12b is supplied to a fuel cell (not shown).

その際、圧縮エアの一部は、インペラ20の背面に形成された背面空間部60を介して、カラー部材40の外周面に形成された複数の環状溝部46とボルト部材42の内周面との間で構成される非接触のラビリングシール部48に流出(漏出)する。このラビリンスシール部48では、流出した圧縮エアが複数の環状溝部46の溝部ごとに徐々に漏れ圧が減圧される。さらに、ラビリンスシール部48から漏れたエアは、ハウジング14に形成されたエア導出通路64のインレット部64a、ラジアル通路部64b及びスラスト通路部64cを経由して、外部に排出される。この結果、本実施形態では、ラビリンスシール部48から流出(漏出)したエアを円滑に排出することができる。   At that time, a part of the compressed air passes through a back space 60 formed on the back surface of the impeller 20 and a plurality of annular grooves 46 formed on the outer peripheral surface of the collar member 40 and an inner peripheral surface of the bolt member 42. It flows out (leaks) to the non-contact labyrinth seal part 48 comprised between. In the labyrinth seal portion 48, the leaked pressure of the compressed air that has flowed out is gradually reduced for each groove portion of the plurality of annular groove portions 46. Further, the air leaking from the labyrinth seal portion 48 is discharged to the outside via the inlet portion 64a, the radial passage portion 64b, and the thrust passage portion 64c of the air outlet passage 64 formed in the housing 14. As a result, in this embodiment, the air that has flowed out (leaked out) from the labyrinth seal portion 48 can be discharged smoothly.

本実施形態では、ボルト部材42の内周面がカラー部材40の環状溝部46との間で所定の間隙44を形成してラビリンスシール部48を構成し、一方、ボルト部材42の環状の側部でベアリング外輪34を固定している。   In this embodiment, the inner peripheral surface of the bolt member 42 forms a predetermined gap 44 with the annular groove portion 46 of the collar member 40 to form the labyrinth seal portion 48, while the annular side portion of the bolt member 42 is formed. The bearing outer ring 34 is fixed.

従って、本実施形態では、ボルト部材42が、シール機能と固定機能とを併有させて多機能化を図ることにより、シール機能を有する部材と固定機能を有する部材とをそれぞれ個別に設けることが不要となって部品点数が削減され、ベアリング30の中心からインペラ20の重心までの離間距離D1を従来と比較して短縮することができる(図6(a)参照)。この結果、回転軸18の共振周波数を低下させて、より高速で回転駆動することができると共に、装置全体の小型化を達成することができる。   Therefore, in the present embodiment, the bolt member 42 can be provided with a member having a sealing function and a member having a fixing function individually by combining the sealing function and the fixing function to achieve multiple functions. This eliminates the need for the number of parts, and the distance D1 from the center of the bearing 30 to the center of gravity of the impeller 20 can be shortened as compared with the prior art (see FIG. 6A). As a result, the resonance frequency of the rotating shaft 18 can be lowered and driven to rotate at a higher speed, and downsizing of the entire apparatus can be achieved.

例えば、図6(b)に示される比較例では、環状溝部との間でラビリンスシール部を構成するための部材Aと、ベアリング外輪を固定するための部材Bとがそれぞれ別個に必要となり、ベアリングの中心からインペラの重心までの離間距離D2が本実施形態の前記離間距離D1より長くなる(D1<D2)。   For example, in the comparative example shown in FIG. 6B, a member A for forming a labyrinth seal portion between the annular groove portion and a member B for fixing the bearing outer ring are separately required. The distance D2 from the center of the impeller to the center of gravity of the impeller is longer than the distance D1 of the present embodiment (D1 <D2).

この場合、比較例における共振周波数は、ハンマリングによる実測値において、約1300Hz(78000rpm)であるのに対し、本実施形態における共振周波数は、ハンマリングによる実測値において、約1700Hz(102000rpm)とすることができた。   In this case, the resonance frequency in the comparative example is about 1300 Hz (78000 rpm) in the actually measured value by hammering, whereas the resonance frequency in this embodiment is about 1700 Hz (102000 rpm) in the actually measured value by hammering. I was able to.

このように、本実施形態では、回転軸18の共振周波数を従来技術と比較して高く設定することができるため、回転軸18(インペラ20)の回転速度をより一層高速で且つ安定して(異常振動を抑制して)回転させることができる。   Thus, in this embodiment, since the resonance frequency of the rotating shaft 18 can be set higher than in the prior art, the rotating speed of the rotating shaft 18 (impeller 20) can be made even faster and more stable ( It can be rotated (suppressing abnormal vibration).

また、本実施形態では、ボルト部材42の外周面に環状段差面56を形成しハウジング14の孔部41との間でインロー構造54とすることにより、ハウジング14の中心線に対してボルト部材42の軸線を一致させて良好な同軸度(同芯度)とすることができる。この結果、ボルト部材42の内周面とカラー部材40の外周面との間の間隙44の寸法を高精度に設定することができる。   Further, in the present embodiment, the annular step surface 56 is formed on the outer peripheral surface of the bolt member 42, and the inlay structure 54 is formed between the hole portion 41 of the housing 14, so that the bolt member 42 with respect to the center line of the housing 14. These axes can be made to coincide with each other so that a good coaxiality (concentricity) can be obtained. As a result, the dimension of the gap 44 between the inner peripheral surface of the bolt member 42 and the outer peripheral surface of the collar member 40 can be set with high accuracy.

さらに、本実施形態では、ボルト部材42の内周面とカラー部材40の環状溝部46との間で非接触のラビリンスシール部48が構成される。この結果、図示しない公知の接触型シールにより圧縮エアをシールする機構において、前記接触型シールとその接触摺動部から発生するであろう磨耗粉等の発生が防止され、且つ、規定量(所定量)以上の磨耗を起こした図示しない接触型シールの交換が不要となることにより、メンテナンス作業が不要となって耐久性を向上させることができる。   Further, in the present embodiment, a non-contact labyrinth seal portion 48 is configured between the inner peripheral surface of the bolt member 42 and the annular groove portion 46 of the collar member 40. As a result, in a mechanism that seals compressed air with a known contact seal (not shown), the generation of wear powder and the like that would occur from the contact seal and its contact sliding portion is prevented, and a specified amount (place) (Quantitative determination) Since it becomes unnecessary to replace a contact seal (not shown) that has caused the above wear, maintenance work becomes unnecessary and durability can be improved.

10 遠心圧縮機
14 ハウジング
16 モータ
18 回転軸
20 インペラ
28 テンションシャフト
30 ベアリング
32 ベアリング内輪
34 ベアリング外輪
40 カラー部材(第1固定部材)
42 ボルト部材(第2固定部材)
46 環状溝部(溝部)
48 ラビリンスシール部
50 逃げ通路
52 傾斜面
54 インロー構造
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Centrifugal compressor 14 Housing 16 Motor 18 Rotating shaft 20 Impeller 28 Tension shaft 30 Bearing 32 Bearing inner ring 34 Bearing outer ring 40 Collar member (first fixed member)
42 Bolt member (second fixing member)
46 Annular groove (groove)
48 Labyrinth seal 50 Relief passage 52 Inclined surface 54 Inner structure

Claims (6)

モータの回転駆動力でインペラを回転させて気体を圧縮する遠心型圧縮機において、
ベアリング内輪及びベアリング外輪を有し、回転軸を回転自在に軸支するベアリングと、
前記インペラと前記ベアリングとの間に設けられると共に、前記回転軸に装着されて前記ベアリング内輪を固定する第1固定部材と、
前記インペラと前記ベアリングとの間に設けられると共に、ハウジングに装着されて前記ベアリング外輪を固定する第2固定部材と、
を備え、
前記第1固定部材の外周面と前記第2固定部材の内周面とは、径方向に離間した状態で対向配置され、前記外周面又は前記内周面のいずれか一方には、周方向に沿って延在する溝部が設けられることを特徴とする遠心型圧縮機。
In the centrifugal compressor that compresses gas by rotating the impeller with the rotational driving force of the motor,
A bearing having a bearing inner ring and a bearing outer ring and rotatably supporting a rotating shaft;
A first fixing member that is provided between the impeller and the bearing and that is mounted on the rotating shaft and fixes the bearing inner ring;
A second fixing member provided between the impeller and the bearing and mounted on a housing to fix the bearing outer ring;
With
The outer peripheral surface of the first fixing member and the inner peripheral surface of the second fixing member are disposed to face each other in a radially separated state, and either the outer peripheral surface or the inner peripheral surface is disposed in the circumferential direction. A centrifugal compressor characterized in that a groove extending along the groove is provided.
請求項1記載の遠心型圧縮機において、
前記ベアリングは、グリスシール式ベアリングからなることを特徴とする遠心型圧縮機。
The centrifugal compressor according to claim 1, wherein
The centrifugal compressor is characterized in that the bearing comprises a grease seal type bearing.
請求項1又は2記載の遠心型圧縮機において、
前記第2固定部材には、前記第1固定部材の外周面と前記第2固定部材の内周面との間隙から流出する気体の逃げ通路が径方向に沿って延在するように設けられていることを特徴とする遠心型圧縮機。
The centrifugal compressor according to claim 1 or 2,
The second fixing member is provided with an escape passage for gas flowing out from a gap between the outer peripheral surface of the first fixing member and the inner peripheral surface of the second fixing member so as to extend along the radial direction. A centrifugal compressor characterized by having
請求項1乃至3のいずれか1項記載の遠心型圧縮機において、
前記回転軸は、テンションシャフトにより軸方向に締結され、前記第1固定部材は、前記インペラと前記ベアリング内輪との間で挟持されることを特徴とする遠心型圧縮機。
The centrifugal compressor according to any one of claims 1 to 3,
The centrifugal compressor is characterized in that the rotating shaft is fastened in an axial direction by a tension shaft, and the first fixing member is sandwiched between the impeller and the bearing inner ring.
請求項1乃至4のいずれか1項記載の遠心型圧縮機において、
前記第2固定部材には、前記第2固定部材の内周面から前記ベアリング外輪側の一面に向かって傾斜する傾斜面が設けられることを特徴とする遠心型圧縮機。
The centrifugal compressor according to any one of claims 1 to 4,
The centrifugal compressor, wherein the second fixing member is provided with an inclined surface that is inclined from an inner peripheral surface of the second fixing member toward one surface on the bearing outer ring side.
請求項1乃至5のいずれか1項記載の遠心型圧縮機において、
前記第2固定部材は、インロー構造によって前記ハウジングに固定されることを特徴とする遠心型圧縮機。
The centrifugal compressor according to any one of claims 1 to 5,
The centrifugal compressor is characterized in that the second fixing member is fixed to the housing by an inlay structure.
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