JP2015143474A - ターボ機械 - Google Patents

Abstract

【課題】回転体の共振周波数を上昇させることにより、容積型が用いられるような領域で利用可能な小型、小流量、圧縮の場合にはより高い圧力比にも対応した高回転のターボ機械を提供する。【解決手段】このコンプレッサ装置（ターボ機械）１００は、半径流型の回転翼車１と、回転翼車１と互いに一体回転するように接続された回転子２０を含むロータ部２と、回転子２０と半径方向に対向するステータコア４１と、ステータコア４１の軸方向端部から軸方向に突出する軸方向突出部分４２ｂを有する固定子巻線４２とを含むステータ部４とを備える。回転翼車１は、ステータ部４の固定子巻線４２の半径方向内側で、かつ、固定子巻線４２の軸方向突出部分４２ｂと半径方向にオーバーラップする位置に配置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、ターボ機械に関する。

ターボ機械の一例として、従来、半径流型の回転翼車とモータとを備えた電動コンプレッサが知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１の電動コンプレッサは、遠心式（半径流型）の回転翼車と回転翼車を駆動するモータとが互いに軸方向に離間した状態で回転軸（シャフト）により接続されており、これらの回転翼車とモータとの間に回転軸の軸受が設けられている。

この種の圧縮機械には、遠心翼車や軸流翼車を用い、気体が連続して流れる状態で気体が加圧される「ターボ式」の圧縮方式と、気体を密閉空間内に封入して空間の容積を小さくすることにより圧縮する「容積式」の圧縮方式とがある。ターボ式は圧縮前から圧縮後までの間の気体流路がつながっているため、流量が大きく圧力比が低い圧縮の領域（圧縮用途）に対して適しており、容積式は逆に流量が小さく圧力比が高い領域に適しているとされている。小流量には適さないという点は、コンプレッサ（圧縮機）に限らず、気体を膨張させて動力を発生させるタービンの場合でも同様である。このため、ターボ式（ターボ機械）は、小流量のものに適用される例は少なく、特定用途に限定されている。また、圧縮する場合には、１段当たりの圧力比が高い場合もターボ式が使用される例が少ない。

特開２００９−１７４４９１号公報

このようなターボ機械を従来から扱われている流量よりも小流量の領域（容積型が一般に用いられている領域）で利用するためには、従来のターボ機械よりも小径の回転翼車を用い、従来のターボ機械と同じ水準の周速を得るため、従来のものよりも高回転数で回転させる必要がある。さらに、従来より高い圧力比の圧縮にも対応させるには、より高い回転数での回転が必要になる。これにより、小流量でも所定の圧力比を維持したり、従来以上の圧力比で圧縮することや、小流量での翼車を用いた膨張が可能になる。しかし、容積型が用いられるような領域で利用可能な小流量での圧縮や膨張、あるいは高圧力比の圧縮で小型のターボ機械を実現するためには、次の課題が存在する。

すなわち、従来よりも回転数を上昇させてターボ機械を運転するため、比較的高い共振周波数を持つ部位でも、回転数が上昇すると共振を引き起こしてしまう。特に、固定的に保持されない回転体（回転翼車やモータ回転子）では、それ自身が変形するモードでの共振が発生すると回転体の振動が著しく増幅され、回転部分が固定部分に接触する等によって運転が困難になる。この共振を防止するためには、回転体の共振周波数を高めた構造を採用する必要がある。しかしながら、上記特許文献１のように回転翼車とモータとが互いに軸方向に離間して配置される構成では、回転体（回転翼車、回転軸およびモータの回転子）の全長が大きく重くなるとともに、回転軸の端部に配置された重量物である回転翼車の質点と、これを形作っている部位の剛性不足によって、回転に起因する回転体に曲げ変形やねじり変形が生じることから、共振周波数の大幅な上昇を実現することは困難である。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、回転体の共振周波数を上昇させることにより、容積型が用いられるような領域で利用可能な小型、小流量あるいは圧縮の場合には高圧力比を実現する高回転のターボ機械を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の一の局面におけるターボ機械は、半径流型の回転翼車と、回転翼車と互いに一体回転するように接続された回転子を含むロータ部と、回転子と半径方向に対向するステータコアと、ステータコアの軸方向端部から軸方向に突出する軸方向突出部分を有する固定子巻線とを含むステータ部とを備え、回転翼車は、ステータ部の固定子巻線の半径方向内側で、かつ、固定子巻線の軸方向突出部分と半径方向にオーバーラップする位置に配置されている。

この発明の一の局面によるターボ機械では、上記のように、ステータ部の固定子巻線の半径方向内側で、かつ、巻線をターンさせたりリード部と接続するための軸方向突出部分と半径方向にオーバーラップする位置に回転翼車を配置することによって、回転翼車の軸方向位置を回転子に極力接近させることができるので、従来の回転翼車とモータとが互いに軸方向に離間して配置される構成と比較して、回転体（回転翼車およびロータ部）の軸方向寸法（全長）を小さくして小型化を図ることができる。これにより、回転体を軽くすることができるとともに、回転体の剛性を向上させて回転体自身の曲げ変形やねじり変形を抑制することができるので、回転体の共振周波数を大幅に上昇させることができる。すなわち、より高回転で動作させても共振が発生することを防ぐことができる。この結果、従来よりも小径（すなわち小流量）の回転翼車を高回転数で回転させ、所定の圧力比を維持することが可能な小型のターボ機械を実現することができる。すなわち、容積型が用いられるような領域で利用可能な小型、小流量、圧縮の場合にはより高い圧力比にも対応した高回転のターボ機械を実現することができる。

上記一の局面によるターボ機械において、好ましくは、回転翼車の半径方向外側に配置される外周側流路部をさらに備え、固定子巻線の軸方向突出部分は、外周側流路部の一部を軸方向に貫通するように配置されている。このように構成すれば、固定子巻線の軸方向突出部分を避けて外周側流路部を設ける必要がないので、回転翼車と固定子巻線の軸方向突出部分とを半径方向にオーバーラップさせて、外周側流路部を容易に形成することができる。また、外周側流路部において固定子巻線の周囲近傍を気体が通過することにより固定子巻線と気体との熱交換が促進するので、特に巻線抵抗によって生じる発熱（銅損分）を積極的に放熱する効果も期待される。この結果、回転翼車を高回転数で回転させ、固定子巻線に大きな電流が流れる場合でも、固定子巻線を効率よく冷却することも可能になる。

この場合、好ましくは、固定子巻線の軸方向突出部分のうち、外周側流路部を貫通する流路内部分は、外周側流路部における半径方向および回転方向に速度成分を有した気体の流れを実現するように配置されている。このように構成すれば、固定子巻線の軸方向突出部分（流路内部分）が外周側流路部内を流れる気体の流れの妨げになることを抑制することができる。

上記固定子巻線の流路内部分が外周側流路部における半径方向および回転方向に速度成分を有した気体の流れを実現するように配置される構成において、好ましくは、ステータコアは、固定子巻線が装着される円周方向に傾いた形状のスロット部を有し、固定子巻線の流路内部分は、スロット部の形状に対応して円周方向に傾いた状態で外周側流路部内に配置されている。このように構成すれば、スロット部を円周方向に傾けることによって、固定子巻線の流路内部分を円周方向に傾けることができるので、固定子巻線の流路内部分を半径方向および回転方向に速度成分を有した気体の流れに沿うように円周方向に傾けることができる。この結果、容易かつ効果的に、固定子巻線の軸方向突出部分（流路内部分）が外周側流路部内を流れる気体の流れの妨げになることを抑制することができる。

上記固定子巻線の流路内部分が外周側流路部における半径方向および回転方向に速度成分を有した気体の流れを実現するように配置される構成において、好ましくは、固定子巻線のうちの少なくとも流路内部分には、固定子巻線を覆うカバー部材が装着され、カバー部材の外形形状は、外周側流路部を通過する気体の流れに沿う形状を有する。このように構成すれば、固定子巻線の流路内部分を覆うカバー部材を、外周側流路部における静翼（ディフューザまたはノズル）として機能させることができる。言い換えれば、外周側流路部における静翼内に固定子巻線の流路内部分を収納することができる。これにより、カバー部材によって固定子巻線を保護することができるとともに、外周側流路部を固定子巻線が貫通する構造でも、カバー部材の外形形状を調整することにより、外周側流路部において望ましい翼構造を実現することができる。

上記一の局面によるターボ機械において、好ましくは、回転翼車と対向する対向面を有するハウジング部をさらに備え、回転翼車は、半径方向に延びる翼部と、翼部を覆うシュラウド部とを有するシュラウド付き回転翼車であり、シュラウド部の外表面とハウジング部の対向面とは、回転翼車の回転に伴って外表面と対向面との隙間空間に発生する圧力により、回転翼車およびロータ部を回転保持する動圧軸受部を構成している。ここで、翼部が開放された回転翼車を用いる場合には、回転翼車と翼車の羽根先端に沿ったハウジング内面との間に製造上の公差に起因する隙間が不可避的に発生して、隙間からの気体の逆流が生じて損失となる。この隙間は、翼径に関わらず略一定となることから、小径の回転翼車を採用する場合に隙間量が相対的に大きくなり、圧縮効率への影響が大きくなってしまう。そこで、本発明によれば、翼部とシュラウド部との間に隙間が形成されることがないシュラウド付き回転翼車によって、隙間からの気体の逆流を防止して圧縮効率の低下を抑制することができる。また、本発明では、シュラウド部の外表面とハウジング部の対向面（内面）に不可避的に隙間が発生することになるが、この隙間空間を利用して動圧軸受部を構成することができる。この結果、回転翼車とモータとの間に軸受が設けられる従来の構成と異なり、回転体（回転翼車およびロータ部）の端部近傍で回転支持することができるので、回転体自身の曲げ変形やねじり変形をさらに抑制して、回転体の共振周波数をより一層上昇させることができる。

この場合、好ましくは、動圧軸受部を構成するシュラウド部の外表面は、回転翼車の翼部を覆うシュラウド部の内表面形状とは異なる形状で、かつ、シュラウド部の内表面形状よりも動圧軸受部を構成しやすい形状を有する。ここで、動圧軸受部を構成しやすい形状とは、シュラウド部の外表面とハウジング部の対向面とを一対の平行面として形成しやすい面形状であって、たとえば軸方向または半径方向の位置や曲率半径などの変数を管理するだけで面形成が可能な形状である。動圧軸受部を構成しやすい形状は、たとえば、円筒表面、円錐表面、球体表面、回転楕円体（楕円の長軸又は短軸を軸に回転させた形状）表面、平面等を含む。このように構成すれば、シュラウド部の外表面とハウジング部の対向面とに容易に一対の平行面（一定の隙間量が維持される曲面の組合せを含む）を形成することができるので、動圧軸受部を容易に構成することができる。

上記シュラウド部の外表面とハウジング部の対向面とが動圧軸受部を構成する場合において、好ましくは、動圧軸受部は、シュラウド部の外表面およびハウジング部の対向面との少なくともいずれかに周状に配置された所定パターンの溝部を含み、溝部によって回転翼車の回転に伴う圧力を発生させるように構成されている。このように構成すれば、別途軸受用の部材を設けることなく、溝部を形成するだけで容易かつ効果的に軸受圧力を発生させることができる。

上記シュラウド部の外表面とハウジング部の対向面とが動圧軸受部を構成する場合において、好ましくは、動圧軸受部は、ハウジング部の対向面においてシュラウド部の外表面に相対するように周状に配置されたフォイル状軸受部材を含み、回転翼車の回転に伴ってシュラウド部の外表面とフォイル状軸受部材との間で動圧を発生させるように構成されている。このように構成すれば、ハウジング部にフォイル状軸受部材を設けることによって、シュラウド部の外表面とハウジング部との対向面との間にいわゆるフォイル軸受を構成することができるので、効果的に軸受圧力を発生させることができる。

上記シュラウド部の外表面とハウジング部の対向面とが動圧軸受部を構成する場合において、好ましくは、シュラウド部の外表面およびハウジング部の対向面の少なくとも一方は、外表面と対向面とが向かい合う方向の凹状または凸状に形成されたシール部をさらに有する。このように構成すれば、シール部によって、動圧軸受部が構成される外表面と対向面との隙間空間に発生する圧力が低下することを抑制することができるだけでなく、翼車の入口と出口の間の圧力差に起因する流れを抑制することができる。

上記一の局面によるターボ機械において、好ましくは、ロータ部の回転子と回転翼車とは、回転軸を介さずに互いに一体的に形成されるか、または、軸方向端部同士が互いに一体的に接合されている。このように構成すれば、ロータ部の回転子と回転翼車とが回転軸（シャフト）を介さずに直結されるので、回転体に相対的に外径が小さくなる部位が形成されずに済む。この結果、回転体自身の剛性を高めて共振周波数をさらに上昇させることができるので、より一層小型、小流量、圧縮の場合にはより高い圧力比にも対応した高回転のターボ機械を構成することができるようになる。

本発明によれば、上記のように、回転体の共振周波数を上昇させることにより、容積型が用いられるような領域で利用可能な小型、小流量、圧縮の場合にはより高い圧力比にも対応した高回転のターボ機械を提供することができる。

本発明の第１実施形態によるコンプレッサ装置の全体構成を示した模式図である。 図１に示したコンプレッサ装置の回転翼車および固定子巻線の軸方向突出部分近傍を拡大して示した模式図である。 図１に示したコンプレッサ装置の回転翼車および空気配管・軸受部の構成を説明するための模式的な斜視図（部分断面図）である。 空気配管・軸受部およびステータ部の構造を説明するための模式的な分解斜視図である。 本発明の第１実施形態によるコンプレッサ装置の回転翼車およびディフューザ部（外周側流路部）を軸方向から見た場合の各部の配置を示した模式図である。 本発明の第１実施形態によるコンプレッサ装置のステータ部を示した模式的な斜視図である。 本発明の第２実施形態によるコンプレッサ装置の回転翼車および空気配管・軸受部の構成を説明するための模式的な斜視図（部分断面図）である。 本発明の第１実施形態のコンプレッサ装置の第１変形例による外側配管（外周側流路部）を示した模式的な斜視図である。 本発明の第１実施形態のコンプレッサ装置の第２変形例による外周側流路部およびディフューザ翼を示した模式的な軸方向矢視図である。 本発明の第１実施形態のコンプレッサ装置の第３変形例による回転翼車のシュラウド部の外表面を説明するための模式的な断面図である。 本発明の第１実施形態のコンプレッサ装置の第４変形例による回転翼車のシュラウド部の外表面を説明するための模式的な断面図である。 本発明の第１実施形態のコンプレッサ装置の第５変形例による回転翼車およびロータ部の構造を説明するための模式的な断面図である。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
まず、図１〜図６を参照して、本発明の第１実施形態によるコンプレッサ装置１００について説明する。第１実施形態では、本発明を、ターボ機械の一例である遠心式のコンプレッサ装置１００に適用した例について説明する。圧縮される気体は、空気や冷媒ガスなどどのようなものでもよいが、この例では、圧縮される気体は空気である。

図１に示すように、コンプレッサ装置１００は、回転翼車１と、回転子２０を含むロータ部２と、空気配管・軸受部３と、固定子巻線４２を含むステータ部４とを備えている。コンプレッサ装置１００は、ロータ部２およびステータ部４により構成される回転電機をモータとして駆動させ、ロータ部２と接続（連結）された回転翼車１を回転させる。これにより、コンプレッサ装置１００は、空気配管・軸受部３の気体入口３１から回転翼車１内に導入した気体を圧縮して、空気配管・軸受部３の外周側流路部３３に高圧気体を送出する機能を有する。なお、以下では、回転翼車１の回転軸線Ａの延びる方向を軸方向、回転軸線Ａを中心として回転軸線Ａと直交する方向を半径方向という。

回転翼車１および空気配管・軸受部３は、ロータ部２およびステータ部４を挟んで軸方向の両側に一対設けられており、両側の回転翼車１がロータ部２と一体で動作するように構成されている。なお、図１および図２では、回転翼車１およびロータ部２の部分断面図を示しており、図において回転軸線Ａから下側が内部部分断面、上側が外部側面を示している。

図２および図３に示すように、回転翼車１は、相対的に小径の円筒状の入口側部分１０ａと、相対的に大径の円筒状の出口側部分１０ｂとを軸方向に積み重ねたような外形形状を有し、側面視では凸形状を有する。第１実施形態では、回転翼車１は、図２に示すように、ステータ部４の固定子巻線４２の半径方向内側で、かつ、固定子巻線４２の軸方向突出部分４２ｂと半径方向にオーバーラップする位置に配置されている。つまり、回転翼車１と固定子巻線４２の軸方向突出部分４２ｂとは、軸方向位置が重なっており、軸方向突出部分４２ｂの内周側（半径方向内側）に回転翼車１が配置されている。

図２に示すように、回転翼車１は、半径流型（半径方向に流れを形成する）の遠心圧縮翼車であり、翼部１１と、シュラウド部１２と、ディスク部１３とを一体的に含んだシュラウド付き回転翼車である。翼部１１は、入口側からディスク部１３側まで半径方向に（放射状に）延びる（図５参照）ように形成されている。シュラウド部１２は、翼部１１を入口側から覆うように形成されている。すなわち、翼部１１は、シュラウド部１２によって蓋をされている形態になっており、回転翼車１（シュラウド部１２）の内部に気体の圧縮流路が形成されている。シュラウド部１２の内表面は、翼部１１の外側端縁に沿うように形成されて翼部１１と接続されている。

一方、図３に示すように、シュラウド部１２の外表面１２ａには、ジャーナル面１２ｂ、スラスト面１２ｃおよびシール部１２ｄが形成されている。シュラウド部１２の外表面１２ａは、回転翼車１の翼部１１を覆うシュラウド部１２の内表面形状とは異なる形状で、かつ、シュラウド部１２の内表面形状よりも、後述する動圧軸受部（ジャーナル面１２ｂおよび対向面３２ａ、スラスト面１２ｃおよび対向面３２ｂ）を構成しやすい形状を有する。第１実施形態では、シュラウド部１２の外表面１２ａは、入口側部分１０ａおよび出口側部分１０ｂの外周側面を構成する各円筒形状表面と、出口側部分１０ｂと入口側部分１０ａとの間の段差部分の軸方向端面（入口側端面）を構成する平面と、入口側部分１０ａの軸方向端面（入口側端面）を構成する平面とから構成されている。

ジャーナル面１２ｂは、シュラウド部１２の外表面１２ａのうち、入口側部分１０ａの側面を構成する円筒形状表面に配置されている。また、スラスト面１２ｃは、シュラウド部１２の外表面１２ａのうち、出口側部分１０ｂと入口側部分１０ａとの間の段差部分の軸方向端面を構成する平面に配置されている。また、シール部１２ｄは、ジャーナル面１２ｂおよびスラスト面１２ｃとは異なる部位に形成されている。具体的には、シール部１２ｄは、入口側部分１０ａの軸方向端面（入口側端面）を構成する平面部分に設けられている。これらのジャーナル面１２ｂ、スラスト面１２ｃおよびシール部１２ｄの詳細な構造については後述する。

ここで、小流量の気体圧縮に対応するためには、回転翼車１（回転翼車１）は小径（たとえば、外径が数ｍｍ〜数ｃｍ程度）になる。このような回転翼車１の形状を実現するための手法としては、各種のものを採用することが可能である。具体的には、回転翼車１は、たとえば、型の中の金属粉を加圧充填し押し固めた上、炉中で金属粉を昇温・固化させて形状を実現する「ＭＩＭ法」や「圧粉成型法」などの「粉末冶金」により形成する。また、回転翼車１は、たとえば、蝋等の物体型の回りに砂を固めて焼成させて精密な鋳型を作る「ロストワックス法」、発泡樹脂の物体型の回りに砂を固めて精密な鋳型を作る「フルモールド法」、石膏を用い精度の高い鋳型とする「プラスターモールド法」等により形成した鋳型に、溶融金属を流し込んて３次元形状を実現する「精密鋳造法」により形成する。

この他、回転翼車１は、金属粉を層状もしくは必要位置に供給し、押し固め、特定箇所にレーザ光または電子ビームを照射して金属粉を昇温・固化させることによって３次元形状を実現する、いわゆる「３次元プリンター」技術を用いて形成することができる。また、シュラウド部１２を除く回転翼車１と、シュラウド部１２とを個別に作製した後に、拡散接合、真空ろう付け、フラックス浸漬ろう付等によって一体化する「接合」によって形成してもよい。また、上記手法の複数方法の組合せによるプロセスを採用してもよい。

図１および図２に示すように、ロータ部２は、回転翼車１と互いに一体回転するように接続された回転子２０を含む。回転子２０は、円柱状の磁性体の芯材（コア）２１と、芯材２１の表面に周状に貼り付けられた永久磁石２２と、永久磁石２２の外周表面を覆う保護管２３とから構成され、円柱形状に形成されている。なお、永久磁石２２の配置箇所には、部分的に図示しないスペーサ等を配置して磁場の短絡を防止している。また、保護管２３は、非磁性のＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）によって永久磁石２２を固めた形態になっている。ＣＦＲＰの保護管２３は、フィラメントワインディング法で炭素繊維に接着剤を塗布しながら巻きつける方法や、炭素繊維を含む帯状のプリプレグを撒きつける方法等により形成することができる。ロータ部２では、ステータ部４で発生する磁束と、永久磁石２２による磁束との相互作用で得られるマグネットトルクによって、回転翼車１での圧縮動力分を得つつ、その回転が維持される。小径の回転翼車１を回転させて所望の圧力比を得るため、ロータ部２は、たとえば数万、あるいは１０万〜２０万回転（ｒｐｍ）、あるいはそれ以上の回転数で動作させる。

第１実施形態では、回転子２０と回転翼車１（ディスク部１３）とは、軸方向端部同士が互いに一体的に接合されている。接合は、真空ろう付け等により端面同士を接合する方法や、電子ビーム溶接等により外周縁部を周状に接合する方法がある。あるいは、回転子２０の端面に直接回転翼車１を形成させる方法でもよい。これにより、第１実施形態では、ロータ部２（回転子２０）と回転翼車１とは、回転軸（シャフト）を介さずに直接連結されている。第１実施形態では、図１に示すように、軸方向の一方側の回転翼車１の出口側部分１０ｂから、ロータ部２を介して他方側の回転翼車１の出口側部分１０ｂに至るまでが、外径の略等しい円柱状の外形形状を構成するように、回転翼車１およびロータ部２が形成されている。

空気配管・軸受部３は、図１および図２に示すように、回転翼車１を内部に収容するように形成され、回転翼車１への気体の導入と、回転翼車１からの高圧気体の受け入れを行う機能を有する。空気配管・軸受部３は、気体入口３１と、ハウジング部３２と、外周側流路部３３とから主として構成されている。この空気配管・軸受部３は、装置構成（構造）上は、後述するインデューサキャップ５０（図４参照）と、外側配管６０（図４参照）とによって構成されている。

気体入口３１は、ハウジング部３２の開口部（入口）に接続された円筒状の空気配管であり、回転翼車１の回転翼車１に圧縮前（低圧）の空気を導入する。

ハウジング部３２は、回転翼車１に対応する凹形状に形成され、回転翼車１の周囲を覆うように構成されている。図３に示すように、ハウジング部３２は、回転翼車１のシュラウド部１２の外表面１２ａと対向する対向面３２ａおよび対向面３２ｂと、シール部ハウジング３２ｃとを含んでいる。なお、シール部ハウジング３２ｃは、本発明の「シール部」の一例である。

対向面３２ａは、ジャーナル面１２ｂと半径方向に対向し、対向面３２ｂは、スラスト面１２ｃと軸方向に対向している。対向面３２ａは、ジャーナル面１２ｂが配置されたシュラウド部１２の円筒形状表面（外表面１２ａ）と平行に（等間隔で）対向する円筒内面からなる。対向面３２ｂは、スラスト面１２ｃが配置されたシュラウド部１２の平面（外表面１２ａ）と平行に（等間隔で）対向する環状（周状）の平面からなる。

第１実施形態では、一対のジャーナル面１２ｂと対向面３２ａと、一対のスラスト面１２ｃと対向面３２ｂとは、それぞれ、回転翼車１の回転に伴ってシュラウド部１２の外表面１２ａ（ジャーナル面１２ｂおよびスラスト面１２ｃ）と対向面（３２ａおよび３２ｂ）とのすき間空間に発生する圧力（動圧）により、回転翼車１およびロータ部２を回転保持する動圧軸受部を構成している。すなわち、ジャーナル面１２ｂと対向面３２ａとにより、ジャーナル軸受３４が構成されている。また、スラスト面１２ｃと対向面３２ｂとにより、スラスト軸受３５が構成されている。ジャーナル軸受３４およびスラスト軸受３５は、共に、本発明の「動圧軸受部」の一例である。

図３に示すように、シュラウド部１２のジャーナル面１２ｂおよびスラスト面１２ｃには、周状に配置された所定パターンの溝部１４が形成されている。第１実施形態では、溝部１４は、ヘリンボーン（Ｖ字を連続させた模様）型の浅い溝からなる。なお、図３では溝部１４にハッチングを付して図示している。回転翼車１の高速回転に伴って、この周状の溝部１４に沿って動圧が発生する。この結果、ジャーナル面１２ｂと対向面３２ａとの間の隙間空間（ジャーナル軸受３４）において半径方向の動圧が全周にわたって発生することにより、回転翼車１が半径方向に非接触で支持される。また、スラスト面１２ｃと対向面３２ｂとの間の隙間空間（スラスト軸受３５）において軸方向の動圧が全周にわたって発生することにより、回転翼車１が軸方向に非接触で支持される。スラスト軸受３５については、軸方向の両側の回転翼車１でそれぞれ動圧が発生することによって、回転体全体の軸方向の支持がなされる。なお、図３に示した溝部１４の形状は一例であり、ヘリンボーン型以外の、例えばスパイラル型やくさび型の浅い溝部を形成してもよい。

このように、第１実施形態のコンプレッサ装置１００は、一対の回転翼車１とロータ部２とから構成される回転体全体を、各一対のジャーナル軸受３４およびスラスト軸受３５が軸方向の両端近傍の位置で回転支持する構造となっている。

図３に示すように、シール部ハウジング３２ｃは、シュラウド部１２のシール部１２ｄと対向する対向面に設けられている。シール部１２ｄとシール部ハウジング３２ｃとは、互いに向かい合う軸方向に、凹状または凸状に形成されている。つまり、シール部１２ｄとシール部ハウジング３２ｃとのうち一方が凹状、他方が対応する凸状に形成されることにより、シール部１２ｄとシール部ハウジング３２ｃとは、いわゆるラビリンスシールを構成している。図３では、シール部１２ｄが軸方向に延びる刃状の凸部を有し、シール部ハウジング３２ｃがシール部１２ｄに対応する溝状の凹部を有する例である。シール部ハウジング３２ｃおよびシール部１２ｄは、半径方向に複数（３つ）の凸部および凹部が並べて設けられることにより、シール性を向上させている。

図１および図２に示すように、外周側流路部３３は、回転翼車１の半径方向外側に配置されており、ディフューザ部３６と、圧縮側スクロール管３７とを含んでいる。回転翼車１を通過した気体は、ディフューザ部３６を通過して圧縮側スクロール管３７へと送られる。ディフューザ部３６では、回転翼車１によって加速された気体が減速するとともに圧力回復する。そして、高圧となった気体が圧縮側スクロール管３７に供給される。

図１に示すように、ステータ部４は、ロータ部２の外周側に、ロータ部２から所定の空隙を有してロータ部２を取り囲むように環状に形成されている。ステータ部４は、ステータコア４１、固定子巻線４２、ドライバ回路４３、リード線４４およびステータハウジング４５を含む。

ステータコア４１は、ロータ部２（回転子２０）と半径方向に対向するように環状に形成されている。ステータコア４１は、図４に示すように、電磁鋼板の薄板を積層させて成形されており、ロータ部２（回転子２０）に対しての磁極となる歯（ティース）と、固定子巻線４２が通過する溝（スロット部４１ａ）とが形成されている。なお、ステータコア４１は、電磁鋼板を積層させるほか、圧粉磁心の成型によっても形成することができる。

図１に示すように、固定子巻線４２は、スロット部４１ａ内に配置されるコア内部分４２ａと、ステータコア４１の軸方向端部から軸方向に突出する軸方向突出部分（両端部）４２ｂとを有し、規定の巻数となるループが構成されている。第１実施形態では、固定子巻線４２の軸方向突出部分４２ｂは、外周側流路部３３の一部（ディフューザ部３６）を軸方向に貫通するように配置されている。この軸方向突出部分４２ｂのうちディフューザ部３６を貫通する部分を、流路内部分４２ｃ（図２参照）とする。

図１に示すように、ドライバ回路４３は、リード線４４を介して固定子巻線４２に電気的に接続されており、ロータ部２の回転に合わせて固定子巻線４２への通電をコントロールする。固定子巻線４２への通電の制御には、ロータ部２の回転時の位相を検知し、回転子２０内の磁場変動を低減するような電流波形や、消費電力を低減する進角を維持する制御を用いることが好ましい。

次に、図４〜図６を参照して、固定子巻線４２（流路内部分４２ｃ）が外周側流路部３３を軸方向に貫通する部分の構造について、詳細に説明する。

図４に示すように、ステータ部４のステータハウジング４５の内周面には、ステータコア４１が固定される。ステータハウジング４５の軸方向端面には、圧縮側スクロール管３７が形成された外側配管６０の軸方向端面が固定される。

空気配管・軸受部３を構成する外側配管６０とインデューサキャップ５０とには、それぞれ、ディフューザ部３６の外側部分（ディフューザ外周部６１）と内側部分（ディフューザ内周部５１）とが分割された状態で形成されている。つまり、外側配管６０とインデューサキャップ５０とを接続することによって、外側部分と内側部分とが接続されてディフューザ部３６が構成される。

より具体的には、外側配管６０の内径側には、ディフューザ部３６を内側と外側に分割したうちのディフューザ外周部６１が一体的に形成されている。ディフューザ外周部６１には、後述する外側ディフューザ翼７３および固定子巻線４２を取り付けるための切欠溝６２が周方向に等角度間隔で並ぶように形成されている。

一方、インデューサキャップ５０には、ディフューザ内周部５１が一体的に形成されているほか、気体入口３１やハウジング部３２も一体形成されている。なお、図４では、シール部ハウジング３２ｃのシール溝の図示を省略している。このインデューサキャップ５０のディフューザ内周部５１には、内側ディフューザ翼５２が形成されている。

ステータコア４１のスロット部４１ａには、ポリイミド等の耐熱絶縁材料で製作されたカバー部材７０が挿入される。カバー部材７０は、内部に固定子巻線４２のコア内部分４２ａ（図２参照）が収納されるように片側開放の凹状に形成されている。カバー部材７０のうち、軸方向の中央部分７１は、ステータコア４１のスロット部４１ａの溝形状に対応させて矩形凹状に形成されており、スロット部４１ａ内に嵌め込まれる。カバー部材７０のうち、軸方向の端部７２は、ステータコア４１（スロット部４１ａ）から軸方向に突出するように形成されているとともに、外側ディフューザ翼７３が形成されている。外側ディフューザ翼７３は、外側配管６０の切欠溝６２に対応させて略三角形状の凹状に形成されているとともに、切欠溝６２に嵌め込まれる。

組付の際には、カバー部材７０の外側ディフューザ翼７３が固定子巻線４２とともに外側配管６０の切欠溝６２に嵌め込まれた状態で、外側配管６０の内周側にインデューサキャップ５０が取り付けられる。これにより、図５に示すように、カバー部材７０の外側ディフューザ翼７３と、インデューサキャップ５０の内側ディフューザ翼５２とが半径方向に連結されて、個々のディフューザ翼が構成される。したがって、第１実施形態では、外側ディフューザ翼７３と内側ディフューザ翼５２とによって構成されるディフューザ翼は中空となっており、内部に固定子巻線４２の流路内部分４２ｃがディフューザ翼を軸方向に貫通するように配置される。ディフューザ部３６を軸方向に貫通した固定子巻線４２の軸方向突出部分４２ｂは、図１および図２に示すように、ディフューザ部３６の軸方向外側で、かつ、半径方向にはハウジング部３２と圧縮側スクロール管３７との間のスペース（外側配管６０とインデューサキャップ５０との間のスペース）に配置される。

なお、図４では図示を簡素化するため、外側配管６０とインデューサキャップ５０との間の、気密確保用のガスケット等のシール部材や、固定用のステー等の記述を省略している。実際の部品ではこれらの部位が存在していることはいうまでもない。

図６は、ステータコア４１を拡大して示したものである。回転翼車１から出てディフューザ部３６を通過する気体（図５参照）は、回転翼車１によって押し出される結果、半径方向のみならず回転方向（周方向）にも速度を有する。そこで、ステータコア４１のスロット部４１ａは、ディフューザ部３６を通過する気体の速度ベクトル（気体の流れ）に沿うように、（放射状のスロット形状と比較して）円周方向θに向けて傾いた形状に形成されている。これにより、スロット部４１ａ内に挿入されるカバー部材７０および固定子巻線４２は、スロット部４１ａの形状に対応して円周方向に傾いた状態で外周側流路部３３（ディフューザ部３６）内に配置される。

この結果、図５に示すように、ディフューザ部３６に構成されるディフューザ翼（外側ディフューザ翼７３および内側ディフューザ翼５２）の内部に固定子巻線４２の流路内部分４２ｃを配置しながら、ディフューザ翼の翼形状を気体の速度ベクトル（気体の流れ）に沿う形状とすることが実現されている。このような構成により、固定子巻線４２の軸方向突出部分４２ｂのうち、外周側流路部３３（ディフューザ部３６）を貫通する流路内部分４２ｃは、ディフューザ部３６における半径方向および回転方向に速度成分を有した気体の流れを実現するように配置されている。また、カバー部材７０の内側ディフューザ翼５２およびインデューサキャップ５０の外側ディフューザ翼７３の外形形状は、外周側流路部３３（ディフューザ部３６）を通過する気体の流れに沿う形状となっている。

第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第１実施形態では、上記のように、ステータ部４の固定子巻線４２の半径方向内側で、かつ、固定子巻線４２の軸方向突出部分４２ｂと半径方向にオーバーラップする位置に回転翼車１を配置することによって、回転翼車１の軸方向位置を回転子２０に極力接近させることができる。このため、従来の回転翼車とモータとが互いに軸方向に離間して配置される構成と比較して、回転体（回転翼車１およびロータ部２）の軸方向寸法（全長）を小さくして小型化を図ることができる。これにより、回転体を軽くすることができるとともに、回転体の剛性を向上させて回転体自身の曲げ変形やねじり変形を抑制することができるので、回転体の共振周波数を大幅に上昇させることがでる。すなわち、より高回転で動作させても共振が発生することを防ぐことができる。この結果、従来よりも小径（すなわち小流量）の回転翼車１を高回転数で回転させ、所定の圧力比を維持することが可能な小型のコンプレッサ装置１００を実現することができる。すなわち、容積型が用いられるような領域で利用可能な小型、小流量、従来より高い圧力比にも対応できる高回転の遠心型コンプレッサ装置１００を実現することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、回転翼車１の半径方向外側に配置される外周側流路部３３を設け、この外周側流路部３３の一部（ディフューザ部３６）を軸方向に貫通するように、固定子巻線４２の軸方向突出部分４２ｂを配置する。これにより、固定子巻線４２の軸方向突出部分４２ｂを避けて外周側流路部３３を設ける必要がないので、回転翼車１と固定子巻線４２の軸方向突出部分４２ｂとを半径方向にオーバーラップさせて、外周側流路部３３を容易に形成することができる。また、外周側流路部３３において固定子巻線４２の周囲近傍を気体が通過することにより固定子巻線４２と気体との熱交換が促進するので、特に巻線抵抗によって生じる発熱（銅損分）を積極的に放熱する効果も期待される。この結果、回転翼車１を高回転数で回転させ、固定子巻線４２に大きな電流が流れる場合でも、固定子巻線４２を効率よく冷却することも可能になる。

また、第１実施形態では、上記のように、固定子巻線４２の軸方向突出部分４２ｂのうちの流路内部分４２ｃを、外周側流路部３３における半径方向および回転方向に速度成分を有した気体の流れを実現するように配置する。これにより、固定子巻線４２（軸方向突出部分４２ｂ）の流路内部分４２ｃが外周側流路部３３内を流れる気体の流れの妨げになることを抑制することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、円周方向に傾いた形状のスロット部４１ａをステータコア４１に設け、固定子巻線４２の流路内部分４２ｃを、スロット部４１ａの形状に対応して円周方向に傾いた状態で外周側流路部３３内に配置する。これにより、スロット部４１ａを円周方向に傾けることによって、固定子巻線４２の流路内部分４２ｃを円周方向に傾けることができるので、固定子巻線４２の流路内部分４２ｃを半径方向および回転方向に速度成分を有した気体の流れに沿うように円周方向に傾けることができる。この結果、容易かつ効果的に、固定子巻線４２の軸方向突出部分４２ｂ（流路内部分４２ｃ）が外周側流路部３３内を流れる気体の流れの妨げになることを抑制することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、固定子巻線４２のうちの少なくとも流路内部分４２ｃに、固定子巻線４２を覆うカバー部材７０を装着する。そして、カバー部材７０の外形形状を、外周側流路部３３を通過する気体の流れに沿う形状となるように形成する。これにより、固定子巻線４２の流路内部分４２ｃを覆うカバー部材７０を、外周側流路部３３におけるディフューザ翼（外側ディフューザ翼７３）として機能させることができる。言い換えれば、外周側流路部３３におけるディフューザ翼内に固定子巻線４２の流路内部分４２ｃを収納することができる。この結果、カバー部材７０によって固定子巻線４２を保護することができるとともに、外周側流路部３３を固定子巻線４２（流路内部分４２ｃ）が貫通する構造でも、カバー部材７０の外形形状（外側ディフューザ翼７３の翼形状）を調整することにより、外周側流路部３３において望ましい翼構造を実現することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、回転翼車１と対向する対向面（３２ａ、３２ｂ）を有するハウジング部３２を設けるとともに、回転翼車１を、翼部１１とシュラウド部１２とを有するシュラウド付き回転翼車により構成する。これにより、翼部１１とシュラウド部１２との間に隙間が形成されることがないシュラウド付き回転翼車１によって、隙間からの気体の逆流を防止して圧縮効率の低下を抑制することができる。この場合には、シュラウド部１２の外表面とハウジング部３２の対向面（内面）に不可避的に隙間が発生することになる。これに対して、第１実施形態では、シュラウド部１２の外表面１２ａ（ジャーナル面１２ｂ、スラスト面１２ｃ）とハウジング部３２の対向面（３２ａ、３２ｂ）とにより、回転翼車１の回転に伴って外表面と対向面との隙間空間に発生する圧力により、回転翼車１およびロータ部２を回転保持する動圧軸受部（ジャーナル軸受３４、スラスト軸受３５）を構成する。これにより、この隙間空間を利用して動圧軸受部を構成することができる。この結果、回転翼車とモータとの間に軸受が設けられる従来の構成と異なり、回転体（回転翼車１およびロータ部２）の端部近傍で回転支持することができるので、回転体自身の曲げ変形やねじり変形をさらに抑制して、回転体の共振周波数をより一層上昇させることができる。

また、第１実施形態では、上記のように、動圧軸受部（ジャーナル軸受３４、スラスト軸受３５）を構成するシュラウド部１２の外表面１２ａ（ジャーナル面１２ｂ、スラスト面１２ｃ）を、シュラウド部１２の内表面形状とは異なる形状で、かつ、動圧軸受部（ジャーナル軸受３４、スラスト軸受３５）を構成しやすい形状に形成する。すなわち、ジャーナル軸受３４を構成するシュラウド部１２のジャーナル面１２ｂを、シュラウド部１２の外表面１２ａのうち、入口側部分１０ａの側面を構成する円筒形状表面に設ける。また、スラスト軸受３５を構成するシュラウド部１２のスラスト面１２ｃを、シュラウド部１２の外表面１２ａのうち、出口側部分１０ｂと入口側部分１０ａとの間の段差部分の軸方向端面を構成する平面に設ける。これにより、シュラウド部１２の外表面（ジャーナル面１２ｂ、スラスト面１２ｃ）とハウジング部３２の対向面（３２ａ、３２ｂ）とに容易に一対の平行面を形成することができるので、動圧軸受部（ジャーナル軸受３４、スラスト軸受３５）を容易に構成することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、動圧軸受部（ジャーナル軸受３４、スラスト軸受３５）を構成するシュラウド部１２のジャーナル面１２ｂおよびスラスト面１２ｃに、周状に配置されたヘリンボーンパターンの溝部１４を設け、溝部１４によって回転翼車１の回転に伴う圧力を発生させるように各軸受を構成する。これにより、別途軸受用の部材を設けることなく、溝部１４を形成するだけで容易かつ効果的に軸受圧力を発生させることができる。

また、第１実施形態では、上記のように、シュラウド部１２の外表面１２ａに凸状に形成されたシール部１２ｄを設け、シール部１２ｄに対応するハウジング部３２の対向面に、外表面（シール部１２ｄ）と向かい合う方向の凹状のシール部ハウジング３２ｃを設ける。これにより、シール部１２ｄおよびシール部ハウジング３２ｃによってラビリンスシールを構成することができ、シュラウド部１２の外表面１２ａと対向面（３２ａ、３２ｂ）との隙間空間に発生する圧力が低下することを抑制することができるだけでなく、翼車の入口と出口の間の圧力差に起因する流れを抑制することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、ロータ部２の回転子２０と回転翼車１との軸方向端部同士を、互いに一体的に接合する。これにより、ロータ部２の回転子２０と回転翼車１とが回転軸（シャフト）を介さずに直結されるので、回転体に相対的に外径が小さくなる部位が形成されずに済む。この結果、回転体自身の剛性を高めて共振周波数をさらに上昇させることができるので、より一層小型、小流量、高圧力比にも対応した高回転のコンプレッサ装置１００を構成することができるようになる。

（第２実施形態）
次に、図７を参照して、本発明の第２実施形態によるコンプレッサ装置について説明する。第２実施形態では、動圧軸受部（ジャーナル軸受３４、スラスト軸受３５）を構成するジャーナル面１２ｂおよびスラスト面１２ｃに溝部１４を形成した上記第１実施形態とは異なり、溝部を形成する代わりにフォイル状部材を設けた例について説明する。なお、コンプレッサ装置の動圧軸受部以外の装置構成は上記第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。

第２実施形態によるコンプレッサ装置２００では、シュラウド部１２の外表面１２ａがジャーナル面１２１およびスラスト面１２２を含んでいる。ジャーナル面１２１は、シュラウド部１２の外表面１２ａのうち、出口側部分１０ｂの側面を構成する円筒形状表面に配置されている。スラスト面１２２の位置は上記第１実施形態（スラスト面１２ｃ）と同様である。なお、コンプレッサ装置２００は、本発明の「ターボ機械」の一例である。

ハウジング部３２には、シュラウド部１２のジャーナル面１２１と半径方向に対向する対向面１３１と、シュラウド部１２のスラスト面１２２と軸方向に対向する対向面１３２とが形成されている。対向面１３１と対向面１３２とには、それぞれ凹状の取付凹部１３３が形成されている。第２実施形態では、この取付凹部１３３内に、シュラウド部１２の外表面（ジャーナル面１２１またはスラスト面１２２）に相対するように、フォイル状軸受部材１３４が周状に設けられている。

フォイル状軸受部材１３４は、対向する回転面（ジャーナル面１２１またはスラスト面１２２）との間で動圧を発生するアッパフォイル１３４ａと、アッパフォイル１３４ａの下側（回転面とは反対側）に設けられ、動圧が発生しやすい形状を支える波板状のアンダフォイル１３４ｂとから構成されている。

このような構成により、第２実施形態では、シュラウド部１２のジャーナル面１２１とハウジング部３２（対向面１３１）のフォイル状軸受部材１３４とにより、ジャーナル軸受１４１が構成されている。そして、シュラウド部１２のスラスト面１２２とハウジング部３２（対向面１３２）のフォイル状軸受部材１３４とにより、スラスト軸受１４２が構成されている。これらの動圧軸受部（ジャーナル軸受１４１およびスラスト軸受１４２）は、回転翼車１の回転に伴ってシュラウド部１２の外表面とフォイル状軸受部材１３４との間で動圧を発生させることにより、回転体（回転翼車１およびロータ部２）を回転支持するように構成されている。ジャーナル軸受１４１およびスラスト軸受１４２は、共に、本発明の「動圧軸受部」の一例である。

第２実施形態のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。

第２実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第２実施形態では、上記のように、動圧軸受部（ジャーナル軸受１４１およびスラスト軸受１４２）に、ハウジング部３２の対向面（１３１、１３２）においてシュラウド部１２の外表面（ジャーナル面１２１、スラスト面１２２）に相対するように周状に配置されたフォイル状軸受部材１３４を設け、回転翼車１の回転に伴ってシュラウド部１２の外表面とフォイル状軸受部材１３４との間で動圧を発生させるように動圧軸受部を構成する。これにより、ハウジング部１３にフォイル状軸受部材１３４を設けることによって、シュラウド部１２の外表面（１２１、１２２）とハウジング部３２との対向面（１３１、１３２）との間にいわゆるフォイル軸受を構成することができるので、効果的に軸受圧力を発生させることができる。

第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記第１および第２実施形態では、本発明のターボ機械の一例として、コンプレッサ装置に本発明を適用した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、気体の膨張エネルギにより発電を行うタービン発電機に本発明を適用してもよい。この場合、回転翼車１はラジアルタービンとして機能し、ロータ部２およびステータ部４により構成される回転電機は、回転翼車１の回転に伴って発電する発電機として機能する。したがって、気体の流れは逆向きになり、回転翼車１（ラジアルタービン）に対して外周側流路部３３側から気体が導入され、気体の膨張に伴って回転翼車１を回転させ、気体入口３１から気体が排出される。この回転翼車１の回転に付随するロータ部２の回転によって、ステータ部４で発電が行われる。なお、この場合、固定子巻線４２の流路内部分４２ｃが配置される、圧縮機に場合にはディフューザ部３６となる部位は、圧力を速度エネルギに変換して送り込むためのノズル部として作用する。

なお、「コンプレッサ」という用語は、例えば大気圧を基準にして圧縮時の圧力比が２以上の装置に用いられるのが通例であるが、本発明は圧力比が２以上のものに限定する必要はなく、２よりも低い圧力比で使用される装置へ適用してもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、ロータ部２の軸方向の両側に回転翼車１がそれぞれ設けられた構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、片翼車の形態であってもよい。すなわち、片側の回転翼車１には、シュラウド部１２の内部に気体圧縮流路（翼部１１）を設けずに、動圧軸受部（ジャーナル軸受３４およびスラスト軸受３５）のみを設ける構成であってもよい。

この他、両側に回転翼車１を設けた構成では、一方の回転翼車１を遠心圧縮翼車とし、他方の回転翼車１をラジアルタービンとしてもよい。この場合、一方側の圧縮エネルギ＞他方側の膨張エネルギとなる場合には、ロータ部２およびステータ部４はモータとして機能する。一方、一方側の圧縮エネルギ＜他方側の膨張エネルギとなる場合は、ロータ部２およびステータ部４は発電機として機能する。つまり、この場合、ロータ部２およびステータ部４は、モータモードと発電機モードとの２通りの作動モードを有した回転電機となる。

また、上記第１および第２実施形態では、外側配管６０に切欠溝６２を設けて、固定子巻線４２をカバー部材７０とともに切欠溝６２に嵌め込むことによって、ディフューザ部３６内に固定子巻線４２の流路内部分４２ｃが配置される構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、図８に示す第１変形例の外側配管２６０のように、切欠溝を設ける代わりに、外側配管２６０のディフューザ部３６の部分に挿通孔２６２を設けてもよい。この場合、挿通孔２６２の内部に固定子巻線４２を軸方向に通過させることにより、流路内部分４２ｃがディフューザ部３６内に配置される。

また、上記第１および第２実施形態では、固定子巻線４２の流路内部分４２ｃが、カバー部材７０の外側ディフューザ翼７３とインデューサキャップ５０の内側ディフューザ翼５２とにより構成されるディフューザ翼の内部を通過する構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、ディフューザ翼を設けずに固定子巻線４２の流路内部分４２ｃがディフューザ部３６内に露出していてもよい。この場合、カバー部材７０を設けなくともよい。固定子巻線４２を構成する電線は、円形断面の電線でなくてもよく、例えば矩形断面や三角形断面（エッジには適切なＲがついている方が、安定した絶縁皮膜が構成されるので好ましい）を有した電線で構成されていてもよい。このような断面形状を採用することで、ディフューザ部３６内の線積率を高められ、冷却効果も大きくできる。

なお、ディフューザ翼（外側ディフューザ翼７３および内側ディフューザ翼５２）を設ける場合、翼の形状は、図５に図示したものに限られない。たとえば、図９に示す第２変形例のディフューザ翼３７０のように、ディフューザ部３６内に流路を区画するような形状のディフューザ翼が採用されてもよい。ディフューザ翼３７０は、半径方向外側に向けて翼の厚みが大きくなるように形成された概略三角形状の断面形状を有している。ディフューザ翼の形状は、装置の要求性能等に応じて適切なものを採用すればよい。なお、回転翼車１はラジアルタービンとして機能させる場合、ディフューザ翼は、逆向き（中心側先端が反時計方向を向く）となる。

また、上記第１および第２実施形態では、小径の入口側部分１０ａと大径の出口側部分１０ｂとを軸方向に積み重ねた外形形状に回転翼車１を構成し、シュラウド部１２の外表面１２ａのうち、円筒形状表面にジャーナル面１２ｂを配置し、軸方向端面を構成する平面にスラスト面１２ｃを配置した例を示したが、本発明はこれに限られない。シュラウド部１２の外形は、図１０（第３変形例）に示す球面状の外表面４１２、回転楕円体表面（図示せず）、図１１（第４変形例）に示す円錐表面状の外表面４１３、またはこれらの曲面が組み合わされたものであってもよい。なお、回転楕円体とは、楕円の長軸又は短軸を軸に回転させた形状である。このような曲面に軸受面を配置する場合は、ジャーナル軸受とスラスト軸受とが区別なく、これらの軸受を一体構造にすることができる。これらの外形形状の場合でも、半径方向の位置や曲率半径などの変数を管理するだけで面形成が可能であるので、動圧軸受部を構成するシュラウド部の外表面と、ハウジング部の対向面とを容易に形成することができる。

また、上記第１および第２実施形態では、ロータ部２の回転子２０と回転翼車１（ディスク部１３）との軸方向端部同士が互いに一体的に接合されている構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、図１２に示す第５変形例のように、回転子２０（芯材２１の部分）と回転翼車１とを一体形成してもよい。図１２では、回転子２０（芯材２１の部分）と回転翼車１とを一体的に有する回転体５０１の例を示している。回転翼車１のシュラウド部１２の内部には翼部１１および気体流路が形成されるため、このような一体型の回転体５０１は、上述した３次元プリンター技術を用いて形成することが好ましい。この場合、たとえば芯材２１の内部に中空部５０２を形成してもよく、これにより、強度（剛性）を維持したまま軽量化して共振周波数を上昇させることが可能である。また、破線５０３で示す部分を境界として、回転体５０１のうち回転子２０の部分と、回転翼車１の部分とを別材料により形成することも可能である。これにより、回転翼車１の部分には非磁性体材料を用いて磁力線が通らないようにすることも可能である。

この他、回転翼車とロータ部とを別体で形成し、回転軸（シャフト）により連結してもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、永久磁石２２を保持する保護管２３に、ＣＦＲＰを用いた例を示したが、本発明はこれに限られない。保護管は、ＣＦＲＰに限らず、他の繊維強化部材または非磁性の高強度材を用いてもよい。たとえば、遠心応力に耐えることのできるＧＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチック）等を採用した場合には、絶縁物質となり、変動磁場が生じても渦電流損失の発生を防止することが可能であるため好ましい

また、上記第１および第２実施形態では、シュラウド部１２の、入口側部分１０ａの軸方向端面（入口側端面）を構成する平面部分にシール部１２ｄを設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、シール部を、入口側部分１０ａまたは出口側部分１０ｂの外周側面を構成する円筒形状表面に設けてもよい。なお、動圧軸受部（ジャーナル軸受３４およびスラスト軸受３５）において高い動圧が発生し、この動圧軸受部の圧力が障壁になって気体漏れを防ぐ効果（シール効果）が得られる場合には、シール部（およびシール部ハウジング）を省略してもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、ロータ部２の回転子２０に永久磁石２２を設け、マグネットトルクにより回転力を得るタイプの回転電機の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、ロータ部２側（回転子２０）に突極性を持たせ、ロータ部２での、ステータ部４で発生する磁束の通り易さの違いにより生じるリラクタンストルクによって回転力を得るタイプの回転電機を用いてもよい。また、マグネットトルクとリラクタンストルクの両方を利用する回転電機であってもよい。

１ 回転翼車
２ ロータ部
４ ステータ部
１１ 翼部
１２ シュラウド部
１２ａ、４１２、４１３ 外表面
１２ｂ、１２１ ジャーナル面
１２ｃ、１２２ スラスト面
１２ｄ シール部
１４ 溝部
２０ 回転子
３２ ハウジング部
３２ａ、３２ｂ、１３１、１３２ 対向面
３２ｃ シール部ハウジング（シール部）
３３ 外周側流路部
３４、１４１ ジャーナル軸受（動圧軸受部）
３５、１４２ スラスト軸受（動圧軸受部）
４１ ステータコア
４１ａ スロット部
４２ 固定子巻線
４２ｂ 軸方向突出部分
４２ｃ 流路内部分
７０ カバー部材
１００、２００ コンプレッサ装置（ターボ機械）
１３４ フォイル状軸受部材

Claims (11)

1. 半径流型の回転翼車と、
   前記回転翼車と互いに一体回転するように接続された回転子を含むロータ部と、
   前記回転子と半径方向に対向するステータコアと、前記ステータコアの軸方向端部から軸方向に突出する軸方向突出部分を有する固定子巻線とを含むステータ部とを備え、
   前記回転翼車は、前記ステータ部の前記固定子巻線の半径方向内側で、かつ、前記固定子巻線の前記軸方向突出部分と半径方向にオーバーラップする位置に配置されている、ターボ機械。
2. 前記回転翼車の半径方向外側に配置される外周側流路部をさらに備え、
   前記固定子巻線の前記軸方向突出部分は、前記外周側流路部の一部を軸方向に貫通するように配置されている、請求項１に記載のターボ機械。
3. 前記固定子巻線の前記軸方向突出部分のうち、前記外周側流路部を貫通する流路内部分は、前記外周側流路部における半径方向および回転方向に速度成分を有した気体の流れを実現するように配置されている、請求項２に記載のターボ機械。
4. 前記ステータコアは、前記固定子巻線が装着される円周方向に傾いた形状のスロット部を有し、
   前記固定子巻線の流路内部分は、前記スロット部の形状に対応して円周方向に傾いた状態で前記外周側流路部内に配置されている、請求項３に記載のターボ機械。
5. 前記固定子巻線のうちの少なくとも前記流路内部分には、前記固定子巻線を覆うカバー部材が装着され、
   前記カバー部材の外形形状は、前記外周側流路部を通過する気体の流れに沿う形状を有する、請求項３または４に記載のターボ機械。
6. 前記回転翼車と対向する対向面を有するハウジング部をさらに備え、
   前記回転翼車は、半径方向に延びる翼部と、前記翼部を覆うシュラウド部とを有するシュラウド付き回転翼車であり、
   前記シュラウド部の外表面と前記ハウジング部の前記対向面とは、前記回転翼車の回転に伴って前記外表面と前記対向面との隙間空間に発生する圧力により、前記回転翼車および前記ロータ部を回転保持する動圧軸受部を構成している、請求項１〜５に記載のターボ機械。
7. 前記動圧軸受部を構成する前記シュラウド部の外表面は、前記回転翼車の前記翼部を覆う前記シュラウド部の内表面形状とは異なる形状で、かつ、前記シュラウド部の内表面形状よりも前記動圧軸受部を構成しやすい形状を有する、請求項６に記載のターボ機械。
8. 前記動圧軸受部は、前記シュラウド部の外表面および前記ハウジング部の前記対向面との少なくともいずれかに周状に配置された所定パターンの溝部を含み、前記溝部によって前記回転翼車の回転に伴う圧力を発生させるように構成されている、請求項６または７に記載のターボ機械。
9. 前記動圧軸受部は、前記ハウジング部の前記対向面において前記シュラウド部の外表面に相対するように周状に配置されたフォイル状軸受部材を含み、前記回転翼車の回転に伴って前記シュラウド部の外表面と前記フォイル状軸受部材との間で動圧を発生させるように構成されている、請求項６または７に記載のターボ機械。
10. 前記シュラウド部の外表面および前記ハウジング部の前記対向面の少なくとも一方は、前記外表面と前記対向面とが向かい合う方向の凹状または凸状に形成されたシール部をさらに有する、請求項６〜９のいずれか１項に記載のターボ機械。
11. 前記ロータ部の前記回転子と前記回転翼車とは、回転軸を介さずに互いに一体的に形成されるか、または、軸方向端部同士が互いに一体的に接合されている、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のターボ機械。

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