JP2016102481A - ターボ式圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】スラスト軸受の大型化を抑制できるターボ式圧縮機を提供すること。【解決手段】ターボ式圧縮機１０は、回転軸１２の先端部１２ｂに連結されたインペラ１４，１５と、回転軸１２を回転させる電動モータ１３とを備え、インペラ１４，１５の回転によって流体を圧縮して吐出室３２，４２に吐出するものである。ターボ式圧縮機１０は、インペラ１４，１５の回転によって生じるスラスト力Ｆを受けるスラスト軸受８１，８２を備え、更に吐出室３２，４２、スラスト軸受８１，８２が収容されたスラスト室９０、及び電動モータ１３が収容されたモータ室５０が区画されたハウジング１１を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、ターボ式圧縮機に関する。

従来から、ターボ式圧縮機は、回転軸及び回転軸に連結されたインペラを備え、インペラの回転によって流体を圧縮して吐出室に吐出するものが知られている（例えば特許文献１参照）。この場合、インペラが回転するとスラスト力が発生する。これに対して、例えば特許文献１には、ターボ式圧縮機は、スラスト力を受けるスラスト軸受を備えている。

特開２００９−２５７１６５号公報

ここで、例えばスラスト力が大きくなると、その大きなスラスト力を受けるためにスラスト軸受が大型なものとなり易い。すると、ターボ式圧縮機の大型化が懸念される。特に、スラスト力はインペラの回転数が高くなるに従って大きくなるため、インペラの回転数を高くしようとすると上記問題が発生し易い。

本発明は、上述した事情を鑑みてなされたものであり、その目的はスラスト軸受の大型化を抑制できるターボ式圧縮機を提供することである。

上記目的を達成するターボ式圧縮機は、一端と他端とを有する回転軸の前記一端側に連結されたインペラの回転によって流体を圧縮して吐出室に吐出するものであって、前記インペラの回転によって生じる前記回転軸の前記一端側から前記他端側に向かうスラスト力を受けるスラスト軸受と、前記回転軸を回転させる電動モータと、前記吐出室と、前記スラスト軸受及び前記回転軸に固定された板状の支持プレートの双方が収容されたスラスト室と、前記電動モータが収容されたモータ室と、が区画されたハウジングと、を備え、前記ハウジングは、前記モータ室と前記スラスト室とを仕切る仕切壁を有し、前記スラスト室は、前記支持プレート及び前記スラスト軸受によって区画された第１区画室及び第２区画室を有し、前記第１区画室は、前記支持プレートに対して前記インペラとは反対側に配置されており、前記第２区画室は、前記支持プレートに対して前記第１区画室とは反対側に配置されており、前記第１区画室の圧力は前記モータ室の圧力よりも高くなるように構成されており、前記仕切壁には、前記第２区画室と前記モータ室とを連通させる連通孔が形成されていることを特徴とする。

かかる構成によれば、連通孔を介して第２区画室とモータ室とが連通しているため、第２区画室の圧力は、モータ室と同等となる。当該モータ室の圧力は、第１区画室の圧力よりも低い。これにより、両区画室にて圧力差が生じることによって、スラスト力に対する抗力が発生するため、スラスト軸受で受けるスラスト力を軽減することができる。これにより、スラスト軸受の大型化を抑制できる。

上記ターボ式圧縮機について、前記ハウジングは、低圧流体を前記モータ室に吸入させるための低圧流体吸入口を有し、前記インペラは、第１インペラ及び第２インペラを有し、前記ハウジングには、前記第１インペラが収容された第１インペラ室と、前記第２インペラが収容されたものであって、前記モータ室の前記低圧流体が流入されるように前記モータ室と連通している第２インペラ室と、が区画されており、前記吐出室として、前記ハウジングに設けられた第１ディフューザ流路を介して前記第１インペラ室と連通している第１吐出室と、前記ハウジングに設けられた第２ディフューザ流路を介して前記第２インペラ室と連通している第２吐出室と、を有し、前記第１インペラにおける前記第１ディフューザ流路側の端面と、前記第２インペラにおける前記第２ディフューザ流路側の端面とが、互いに対向配置され、前記低圧流体が前記第２ディフューザ流路を通過することによって得られる前記第２吐出室の中間圧流体が前記第１インペラ室に供給され、前記中間圧流体が前記第１ディフューザ流路を通過することによって得られる前記第１吐出室の高圧流体の一部が、前記ハウジングに設けられたバイパス吸入口を介して前記第１区画室に供給されるとよい。かかる構成によれば、第１区画室には高圧流体が充填され、連通孔を介してモータ室と連通している第２区画室には低圧流体が充填される。これにより、両区画室間にて圧力差が生じ、スラスト力に対する抗力が発生する。特に、中間圧流体ではなく、高圧流体と低圧流体とを用いることにより、両区画室間の圧力差を大きくすることができる。

上記ターボ式圧縮機について、前記低圧流体吸入口は、前記電動モータよりも前記仕切壁側に配置されているとよい。かかる構成によれば、低圧流体吸入口と連通孔との距離を短くすることができるため、第２区画室の圧力を、安定して低圧にすることができる。

上記ターボ式圧縮機について、前記連通孔は、前記回転軸よりも前記低圧流体吸入口側に配置されているとよい。かかる構成によれば、低圧流体吸入口と連通孔との距離を短くすることができるため、第２区画室の圧力を、安定して低圧にすることができる。

上記ターボ式圧縮機について、前記スラスト軸受として、前記ハウジングの内面と、前記支持プレートにおける当該内面と対向する第１対向面との間に配置された第１スラスト軸受と、前記仕切壁の壁面と、前記支持プレートにおける前記仕切壁の壁面と対向する第２対向面との間に配置された第２スラスト軸受と、を備え、前記スラスト室は、前記第１スラスト軸受を介して前記第１区画室と連通するとともに前記第２スラスト軸受を介して前記第２区画室と連通する第３区画室を有しているとよい。かかる構成によれば、第１区画室の高圧流体の第２区画室への流入が、両スラスト軸受によって規制されており、第３区画室が第１区画室及び第２区画室のバッファ層として機能する。これにより、両区画室の圧力差が小さくなることを抑制できる。

この発明によれば、スラスト軸受の大型化を抑制できる。

ターボ式圧縮機及び車両空調装置の概要を示す模式図。 スラスト室の周辺を模式的に示す断面図。 別例のターボ式圧縮機及び車両空調装置の概要を示す模式図。

以下、ターボ式圧縮機の一実施形態について図面を用いて説明する。本実施形態では、ターボ式圧縮機は車両に搭載されている。ターボ式圧縮機は、例えば流体装置としての車両空調装置に用いられる。なお、図１等においては、図示の都合上、回転軸１２については側面図で示し、図２においては、ドットハッチで圧力差を示す。

図１に示すように、ターボ式圧縮機１０は、その外郭を構成するハウジング１１を備えている。ハウジング１１は、全体として例えば円筒形状である。
ターボ式圧縮機１０は、回転軸１２と、回転軸１２を回転させる電動モータ１３と、回転軸１２に連結された２つのインペラ１４，１５とを備えている。回転軸１２は、本体部１２ａと、本体部１２ａよりも縮径され、且つ、両インペラ１４，１５が連結された先端部１２ｂと、本体部１２ａよりも先端部１２ｂとは反対側に配置された基端部１２ｃとを有している。基端部１２ｃは、本体部１２ａより縮径されており、且つ、先端部１２ｂより拡径されている。

なお、回転軸１２の先端部１２ｂ側（すなわち回転軸１２の先端側）を単に前側ともいい、回転軸１２の基端部１２ｃ側（すなわち回転軸１２の基端側）を単に後側とも言う。回転軸１２の先端部１２ｂ側とは、回転軸１２においてインペラ１４，１５が設けられている側とも言え、回転軸１２の基端部１２ｃ側とは、回転軸１２においてインペラ１４，１５とは反対側とも言える。本実施形態では、先端部１２ｂが「回転軸の一端」に対応し、回転軸１２の先端側が「一端側」に対応する。また、基端部１２ｃが「回転軸の他端」に対応し、回転軸１２の基端側が「他端側」に対応する。

ハウジング１１は、インペラ１４，１５が収容されたインペラ室２１，２２等が区画されたフロントハウジング２０を備えている。フロントハウジング２０は、３つのパーツ２０ａ〜２０ｃで構成されており、各パーツ２０ａ〜２０ｃは、中間パーツ２０ｃを第１パーツ２０ａ及び第２パーツ２０ｂで挟持した状態でユニット化されている。この場合、第１インペラ室２１は、第１パーツ２０ａ及び中間パーツ２０ｃによって区画されており、第２インペラ室２２は、第２パーツ２０ｂ及び中間パーツ２０ｃによって区画されている。両インペラ室２１，２２は、中間パーツ２０ｃを介して回転軸１２の軸線方向Ｚに対向配置されている。

なお、中間パーツ２０ｃには、回転軸１２の先端部１２ｂが挿通可能な挿通孔２０ｃｃが形成されており、回転軸１２の先端部１２ｂは、挿通孔２０ｃｃを貫通した状態で配置されている。このため、回転軸１２の先端部１２ｂは、両インペラ室２１，２２に跨って配置されている。

フロントハウジング２０（詳細には第１パーツ２０ａ）には、流体（例えば冷媒）が吸入される第１吸入口３０が形成されている。第１吸入口３０は、回転軸１２の軸線方向Ｚの両端面１２ｄ，１２ｅのうち両インペラ１４，１５が連結されている側の端面１２ｄ（以降単に回転軸１２の先端面１２ｄという）と対向する位置に配置されている。そして、第１吸入口３０と、第１インペラ１４が収容されている第１インペラ室２１とは、回転軸１２の軸線方向Ｚに連通している。

図１に示すように、第１インペラ１４は、その基端面１４ａから先端面１４ｂに向けて徐々に縮径した略円錐台形状である。第１インペラ１４は、その先端面１４ｂが基端面１４ａよりも第１吸入口３０側に配置された状態で回転軸１２の先端部１２ｂに連結されている。第１インペラ室２１は、第１インペラ１４の形状に対応させて形成されており、詳細には第１インペラ１４よりも一回り大きい円錐台形状である。

フロントハウジング２０には、第１インペラ室２１の外周側に配置された第１ディフューザ流路３１と、第１ディフューザ流路３１と連通している第１吐出室３２とが区画されている。第１ディフューザ流路３１は、第１インペラ１４を囲む環状（詳細には円環状）である。第１吐出室３２は、第１ディフューザ流路３１の外周側に配置されている。第１インペラ室２１と第１吐出室３２とは、第１ディフューザ流路３１を介して連通している。第１吐出室３２は、フロントハウジング２０に形成された第１吐出口（図示略）と連通している。第１インペラ１４の基端面１４ａは、第１インペラ１４における第１ディフューザ流路３１側の端面である。

第２インペラ１５は、第１インペラ１４と同様に、その基端面１５ａから先端面１５ｂに向けて徐々に縮径した略円錐台形状である。本実施形態では、第２インペラ１５は、第１インペラ１４よりも一回り小さく形成されており、詳細には、第２インペラ１５の基端面１５ａの径は、第１インペラ１４の基端面１４ａの径よりも短く設定されている。第２インペラ１５は、その基端面１５ａが第１インペラ１４の基端面１４ａと対向するように配置された状態で回転軸１２の先端部１２ｂに連結されている。すなわち、両インペラ１４，１５は、互いに基端面１４ａ，１５ａ同士が対向するように配置されている。

第２インペラ室２２は、第２インペラ１５に対応させて形成されており、詳細には第２インペラ１５よりも一回り大きい円錐台形状である。
フロントハウジング２０には、第２インペラ室２２の外周側に配置された環状の第２ディフューザ流路４１と、第２ディフューザ流路４１よりも外周側に設けられているものであって第２ディフューザ流路４１と連通している第２吐出室４２とが区画されている。第２インペラ室２２と第２吐出室４２とは、第２ディフューザ流路４１を介して連通している。第２吐出室４２は、フロントハウジング２０に形成された第２吐出口（図示略）と連通している。第２インペラ１５の基端面１５ａは、第２インペラ１５における第２ディフューザ流路４１側の端面である。

図１に示すように、ハウジング１１は、フロントハウジング２０と協働して電動モータ１３が収容されるモータ室５０を区画するモータハウジング５１及びエンドプレート５２を備えている。モータハウジング５１は略円筒形状であって、その軸線方向の両端は開口している。エンドプレート５２は、モータハウジング５１の外径と同一径の円板状のプレート本体部５３を有している。モータハウジング５１の軸線方向の一方の開口端はフロントハウジング２０の第２パーツ２０ｂに突き合わさり、他方の開口端はプレート本体部５３に突き合わさっている。モータ室５０は、モータハウジング５１、第２パーツ２０ｂ及びプレート本体部５３によって区画されている。モータ室５０は、第２インペラ室２２に対して後側に配置されており、モータ室５０と第２インペラ室２２とは連通している。

電動モータ１３は、回転軸１２（詳細には回転軸１２の本体部１２ａ）に固定されたロータ６１と、ロータ６１の外側に配置されるものであってモータハウジング５１に固定されたステータ６２とを備えている。ロータ６１とステータ６２とは回転軸１２と同一軸線上に配置されており、回転軸１２の径方向に対向している。

ステータ６２は、円筒形状のステータコア６３と、ステータコア６３に捲回されたコイル６４とを備えている。コイル６４に電流が流れることによって、ロータ６１と回転軸１２とが一体的に回転する。

図１に示すように、モータハウジング５１内には、回転軸１２の本体部１２ａが挿通可能な第１挿通孔７１ａが形成された第１ボス７１が設けられている。また、エンドプレート５２は、プレート本体部５３から前側（換言すれば回転軸１２の先端側）に突出した第２ボス７２を有している。プレート本体部５３及び第２ボス７２には、回転軸１２の本体部１２ａが挿通可能な第２挿通孔７２ａが形成されている。ボス７１，７２は、ロータ６１に対して回転軸１２の軸線方向Ｚの両側に配置されている。回転軸１２の本体部１２ａは、両挿通孔７１ａ，７２ａに挿通されている。

ここで、ボス７１，７２は、回転軸１２の本体部１２ａの径よりも若干長い内径を有する円筒形状である。そして、ボス７１，７２の内周面と回転軸１２の本体部１２ａとの間には、回転軸１２を回転可能な状態で支持するラジアル軸受７３が設けられている。なお、ラジアル軸受７３の具体的な構成は任意であるが、例えば回転軸１２の回転に伴って発生する動圧によって非接触で回転軸１２を支持する動圧軸受等が考えられる。

ちなみに、図２に示すように、エンドプレート５２は、プレート本体部５３におけるモータ室５０側の第１プレート板面５３ａと、第２ボス７２の外周面７２ｂとの双方に連続する湾曲面７４を備えている。これにより、プレート本体部５３において湾曲面７４に対応する部分を含む第２ボス７２との接続部分７５は、プレート本体部５３及び第２ボス７２よりも肉厚となっている。

また、モータハウジング５１には、第２吸入口７６が形成されている。第２吸入口７６は、モータハウジング５１における電動モータ１３よりもエンドプレート５２側の位置に配置されている。

ここで、本実施形態では、図１の二点鎖線に示すように、両インペラ１４，１５が回転した場合に、回転軸１２の先端側から基端側に向かうスラスト力Ｆが発生する。これに対して、ターボ式圧縮機１０は、スラスト力Ｆを受けるための構成を備えている。当該構成について以下に詳細に説明する。

図１及び図２に示すように、ターボ式圧縮機１０は、回転軸１２に固定された板状の支持プレート（スラストライナ）８０を支持することによりスラスト力Ｆを受けるスラスト軸受８１，８２を備えている。

支持プレート８０は例えば円板状であって、その中央部には、基端部１２ｃが嵌合可能な貫通孔８０ａが形成されている。支持プレート８０は、その貫通孔８０ａに基端部１２ｃが嵌合した状態で回転軸１２に固定されている。この場合、回転軸１２と支持プレート８０とは一体回転する。

ハウジング１１は、支持プレート８０及びスラスト軸受８１，８２の双方が収容されるスラスト室９０を区画するリアハウジング９１を備えている。リアハウジング９１は、一方向に開口した有底円柱形状であり、リアハウジング９１の開口部分とエンドプレート５２とが突き合わさることによってスラスト室９０が区画されている。スラスト室９０は、リアハウジング９１の内面９１ａと、エンドプレート５２のプレート本体部５３における第１プレート板面５３ａとは反対側の第２プレート板面５３ｂとにより区画されている。

この場合、スラスト室９０とモータ室５０とは、エンドプレート５２のプレート本体部５３によって仕切られている。すなわち、エンドプレート５２（詳細にはプレート本体部５３）が、スラスト室９０とモータ室５０とを仕切る「仕切壁」に対応する。

図２に示すように、支持プレート８０は、リアハウジング９１の内面９１ａ（詳細には有底円柱形状のリアハウジング９１の底面）に対して回転軸１２の軸線方向Ｚに対向する第１対向面８０ｂと、プレート本体部５３の第２プレート板面５３ｂに対して回転軸１２の軸線方向Ｚに対向する第２対向面８０ｃとを備えている。両対向面８０ｂ，８０ｃは、回転軸１２の軸線方向Ｚと直交する方向の平面であって、回転軸１２の軸線方向Ｚから見て円環状となっている。

第１スラスト軸受８１は、支持プレート８０に対して回転軸１２の軸線方向Ｚの一方側（すなわち支持プレート８０に対して後側）、詳細にはリアハウジング９１の内面９１ａと第１対向面８０ｂとの間に設けられている。第１スラスト軸受８１は、円環板状であり、その内径は第１対向面８０ｂの内径よりも長く設定されており、その外径は第１対向面８０ｂの外径以下に設定されている。第１スラスト軸受８１は、回転軸１２の回転に伴って回転しないようにリアハウジング９１の内面９１ａに固定されている。第１スラスト軸受８１は、第１対向面８０ｂと対向する第１スラスト軸支面８１ａを有している。

第２スラスト軸受８２は、支持プレート８０に対して回転軸１２の軸線方向Ｚの他方側（すなわち支持プレート８０に対して前側）、詳細には第２プレート板面５３ｂと第２対向面８０ｃとの間に設けられている。第２プレート板面５３ｂが「仕切壁の壁面」に対応する。第２スラスト軸受８２は、プレート本体部５３の第２プレート板面５３ｂに固定されており、第２対向面８０ｃと対向する第２スラスト軸支面８２ａを有している。

本実施形態では、第２スラスト軸受８２は、第１スラスト軸受８１と同一形状であり、詳細には第２スラスト軸受８２の内径は第２対向面８０ｃの内径よりも長く、第２スラスト軸受８２の外径は第２対向面８０ｃの外径以下に設定されている。

かかる構成によれば、回転軸１２の回転に伴って支持プレート８０が回転すると、第１対向面８０ｂと第１スラスト軸支面８１ａとの間、及び、第２対向面８０ｃと第２スラスト軸支面８２ａとの間に動圧が発生する。これにより、両スラスト軸受８１，８２によって、支持プレート８０が両スラスト軸支面８１ａ，８２ａに対して非接触の状態で支持される。この場合、両スラスト軸支面８１ａ，８２ａと支持プレート８０との間には隙間がある。

図２に示すように、スラスト室９０は、支持プレート８０及びスラスト軸受８１，８２によって区画された複数の区画室１０１〜１０３を有している。詳細には、スラスト室９０は、支持プレート８０に対してインペラ１４，１５とは反対側に配置された第１区画室１０１と、支持プレート８０の第２対向面８０ｃと第２プレート板面５３ｂとの間に配置された第２区画室１０２とを有している。第１区画室１０１は、円環状の第１スラスト軸受８１の内側に配置されており、第２区画室１０２は、円環状の第２スラスト軸受８２の内側に配置されている。第３区画室１０３は、両スラスト軸受８１，８２の外側に配置されている。なお、本実施形態では、第１区画室１０１の一部は、回転軸１２の基端面１２ｅに対してインペラ１４，１５とは反対側に配置されている。基端面１２ｅは、回転軸１２の軸線方向の両端面１２ｄ，１２ｅのうち先端面１２ｄとは反対側の端面である。回転軸１２の先端側を一端側とすると、基端面１２ｅは回転軸１２の他端側の端面と言える。

第１区画室１０１は、回転軸１２の基端面１２ｅとハウジング１１（詳細にはリアハウジング９１において基端面１２ｅに対して回転軸１２の軸線方向Ｚに対向する部位）との間に配置されている。第１区画室１０１は、回転軸１２の基端面１２ｅ、リアハウジング９１の内面９１ａ、支持プレート８０及び第１スラスト軸受８１によって区画されている。すなわち、第１スラスト軸受８１は、第１区画室１０１を区画するのに用いられている。第１区画室１０１は、ハウジング１１（詳細にはリアハウジング９１）に形成された第３吸入口１０４と連通している。第３吸入口１０４は、リアハウジング９１における回転軸１２の基端面１２ｅと対向する位置に設けられている。

第２区画室１０２は、第１区画室１０１よりもエンドプレート５２側の位置であって、支持プレート８０に対して第１区画室１０１とは反対側の位置に配置されている。第２区画室１０２は、支持プレート８０、第２プレート板面５３ｂ、回転軸１２及び第２スラスト軸受８２によって区画されている。すなわち、第２スラスト軸受８２は、第２区画室１０２を区画するのに用いられている。

第１区画室１０１と第２区画室１０２とは、支持プレート８０を介して対向配置されている。換言すれば、両区画室１０１，１０２は、回転軸１２の軸線方向Ｚから見て少なくとも一部が重なっている。

また、第３区画室１０３は、スラスト軸受８１，８２を介して区画室１０１，１０２と連通している。第３区画室１０３は、支持プレート８０の側面と、リアハウジング９１の内面９１ａと、両スラスト軸受８１，８２とによって区画されている。

ここで、第１区画室１０１と第３区画室１０３との間の流体の移動は第１スラスト軸受８１によって規制され、第２区画室１０２と第３区画室１０３との間の流体の移動は第２スラスト軸受８２によって規制されている。しかしながら、既に説明した通り、支持プレート８０が支持されている状況においては、スラスト軸支面８１ａ，８２ａと対向面８０ｂ，８０ｃとの間には隙間が存在するため、当該隙間を介して、流体の一部がスラスト軸受８１，８２を通過し得る。

図２に示すように、スラスト室９０とモータ室５０とを仕切る仕切壁としてのエンドプレート５２には、スラスト室９０とモータ室５０とを連通させる連通孔１１０が形成されている。連通孔１１０は、プレート本体部５３において比較的肉厚となっている接続部分７５に形成されている。

ここで、円筒形状の第２ボス７２に対応させて、接続部分７５は、回転軸１２の軸線方向Ｚから見て回転軸１２を囲むような円環状となっている。かかる構成において、連通孔１１０は、接続部分７５における第２吸入口７６に対して比較的近い側の部位、詳細には回転軸１２よりも第２吸入口７６側の部位に形成されている。モータ室５０と第２区画室１０２とは、連通孔１１０を介して連通しているため、第２区画室１０２の圧力はモータ室５０の圧力と同様となる。なお、連通孔１１０の具体的な形状は任意であり、例えば円柱形状であっても角柱形状であってもよい。

本実施形態のターボ式圧縮機１０は、スラスト力Ｆに対する抗力Ｎが発生するように、第１区画室１０１と第２区画室１０２とで圧力差が生じるように構成されている。詳細には、第１区画室１０１の圧力が第２区画室１０２の圧力よりも高く設定される。

上記圧力差を発生させる構成について以下に説明する。
図１に示すように、ターボ式圧縮機１０は、車両空調装置２００の一部を構成している。車両空調装置２００は、ターボ式圧縮機１０の他に、凝縮器２０１、気液分離器２０２、膨張弁２０３及び蒸発器２０４を備えている。これら凝縮器２０１、気液分離器２０２、膨張弁２０３及び蒸発器２０４は、配管を介して接続されている。また、凝縮器２０１は、第１吐出口を介して第１吐出室３２に接続されており、蒸発器２０４は、第２吸入口７６に接続されている。

また、ターボ式圧縮機１０は、第２吐出口を介して第２吐出室４２と第１吸入口３０とを接続する配管１１１を備えている。更に、車両空調装置２００は、気液分離器２０２と膨張弁２０３とを接続している配管とは別に、気液分離器２０２と第３吸入口１０４とを接続するバイパス配管２０５を有している。

なお、本実施形態では、第２吸入口７６が「低圧流体吸入口」に対応し、第３吸入口１０４が「バイパス吸入口」に対応し、バイパス配管２０５が「圧力調整部」に対応する。
次に本実施形態の作用について説明する。

まず流体の流れについて説明すると、回転軸１２の回転に伴い両インペラ１４，１５が回転すると、図１の矢印Ａ１に示すように、蒸発器２０４から吐出された比較的低圧の流体（以降低圧流体という）が第２吸入口７６から吸入される。この場合、モータ室５０は低圧空間となる。モータ室５０に吸入された流体は、ロータ６１及びステータ６２間の隙間等を介して第２インペラ室２２に向かう（図１の矢印Ａ２参照）。そして、低圧流体は、第２インペラ１５の遠心作用によって第２インペラ室２２から第２ディフューザ流路４１に送り込まれ、当該第２ディフューザ流路４１にて圧縮されて第２吐出室４２に吐出される。なお、第２吐出室４２に導かれた流体の圧力は低圧流体の圧力よりも高い。なお、第２吐出室４２に導かれた流体を中間圧流体という。

図１の矢印Ａ３に示すように、中間圧流体は、第２吐出室４２から吐出され、配管１１１を介して、第１吸入口３０に吸入される。中間圧流体は、第１インペラ１４の遠心作用によって第１インペラ室２１から第１ディフューザ流路３１に送り込まれ、当該第１ディフューザ流路３１にて圧縮されて第１吐出室３２に吐出される。第１吐出室３２に導かれた流体の圧力は、中間圧流体の圧力よりも高い。なお、第１吐出室３２に導かれた流体を高圧流体という。

高圧流体は、第２吐出室４２から凝縮器２０１に供給される。そして、高圧流体の一部は、バイパス配管２０５を介して第３吸入口１０４に供給される。これにより、第１区画室１０１には、高圧流体が充填される。一方、第２区画室１０２とモータ室５０とが連通孔１１０を介して連通しているため、第２区画室１０２には低圧流体が充填される。したがって、第１区画室１０１の圧力が、モータ室５０及び第２区画室１０２の圧力よりも高くなる。これにより、スラスト力Ｆに対する抗力Ｎが回転軸１２に付与される。詳細には、両区画室１０１，１０２の圧力差によって、回転軸１２の基端面１２ｅに対して押圧力が付与される。

ここで、第１区画室１０１にある高圧流体は、第１スラスト軸受８１によって第３区画室１０３への流入が規制されている。但し、既に説明した通り、非接触で支持プレート８０を支持する関係上、高圧流体の一部は、第１スラスト軸受８１を通過して第３区画室１０３に流入する。しかしながら、第２スラスト軸受８２によって、第３区画室１０３の流体の第２区画室１０２への流入が規制されている。すなわち、第１区画室１０１に充填された高圧流体の第２区画室１０２への流入は、両スラスト軸受８１，８２の双方によって規制されている。また、第３区画室１０３は、圧力が異なる第１区画室１０１と第２区画室１０２とのバッファ層（緩衝層）として機能している。

以上詳述した本実施形態によれば以下の効果を奏する。
（１）ターボ式圧縮機１０は、回転軸１２の先端側の部位である先端部１２ｂに連結されたインペラ１４，１５と、回転軸１２を回転させる電動モータ１３とを備え、インペラ１４，１５の回転によって流体を圧縮して吐出室３２，４２に吐出するものである。ターボ式圧縮機１０は、インペラ１４，１５の回転によって生じるスラスト力Ｆを受けるスラスト軸受８１，８２とハウジング１１とを備えている。ハウジング１１には、吐出室３２，４２、支持プレート８０とスラスト軸受８１，８２との双方が収容されたスラスト室９０、及び電動モータ１３が収容されたモータ室５０が区画されている。

かかる構成において、スラスト室９０は、支持プレート８０及びスラスト軸受８１，８２によって区画された第１区画室１０１及び第２区画室１０２を有している。第１区画室１０１は、支持プレート８０に対してインペラ１４，１５とは反対側に配置されている。第２区画室１０２は、支持プレート８０に対して第１区画室１０１とは反対側に配置されている。そして、第１区画室１０１の圧力は、モータ室５０の圧力よりも高くなるように構成されており、エンドプレート５２には、第２区画室１０２とモータ室５０とを連通させる連通孔１１０が形成されている。これにより、両区画室１０１，１０２の圧力差によって、インペラ１４，１５で発生するスラスト力Ｆに対する抗力Ｎが発生するため、スラスト軸受８１，８２で受けるスラスト力Ｆを軽減することができる。よって、スラスト軸受８１，８２及び支持プレート８０の大型化を抑制できる。また、インペラ１４，１５の高速回転化に伴ってスラスト力Ｆが大きくなったとしても、スラスト軸受８１，８２及び支持プレート８０の大型化を抑制しつつ、好適に対応できる。

（２）ハウジング１１は、低圧流体をモータ室５０に吸入させるための低圧流体吸入口としての第２吸入口７６を有している。また、両インペラ１４，１５は、互いに基端面１４ａ，１５ａ同士が対向配置されている。そして、ハウジング１１には、インペラ１４，１５が収容されたインペラ室２１，２２と、当該ハウジング１１に設けられたディフューザ流路３１，４１を介してインペラ室２１，２２と連通している吐出室３２，４２とが区画されている。モータ室５０と第２インペラ室２２とは連通している。

かかる構成において、ターボ式圧縮機１０は、低圧流体が第２ディフューザ流路４１を通過することによって得られる第２吐出室４２の中間圧流体が、第１インペラ室２１に供給されるように構成されている。そして、ターボ式圧縮機１０は、中間圧流体が第１ディフューザ流路３１を通過することによって得られる高圧流体の一部が、ハウジング１１に設けられたバイパス吸入口としての第３吸入口１０４を介して第１区画室１０１に供給されるように構成されている。これにより、第１区画室１０１には高圧流体が充填され、第２区画室１０２には低圧流体が充填されるため、両区画室１０１，１０２間で圧力差が生じ、スラスト力Ｆの抗力Ｎが生じる。

特に、本実施形態では、両区画室１０１，１０２のいずれか一方に中間圧流体が充填される構成と比較して、両区画室１０１，１０２間の圧力差が大きくなっているため、その分だけ上記抗力Ｎを大きくすることができる。

（３）第２吸入口７６は、モータハウジング５１における電動モータ１３よりもエンドプレート５２側の位置に設けられている。これにより、第２吸入口７６と連通孔１１０との距離を短くすることができるため、第２区画室１０２を、安定して低圧にできる。

詳述すると、仮に、第２吸入口７６がモータハウジング５１における電動モータ１３よりも第２インペラ１５側の位置に設けられている場合、第２吸入口７６と連通孔１１０との距離が長くなり、且つ、低圧流体は第２インペラ室２２に向けて流れる関係上、連通孔１１０周辺の流体が滞留し得る。すると、第２区画室１０２の圧力が低圧にならない場合があり得る。これに対して、本実施形態では、第２吸入口７６は、モータハウジング５１における電動モータ１３よりもエンドプレート５２側の位置に設けられているため、上記流体の滞留を抑制でき、それを通じて第２区画室１０２を安定して低圧にできる。

また、電動モータ１３と熱交換を行う前の比較的低温の低圧流体が第２区画室１０２に供給されることとなるため、スラスト室９０を好適に冷却することができる。よって、スラスト軸受８１，８２を好適に冷却することができる。

（４）連通孔１１０は、回転軸１２よりも第２吸入口７６側に配置されている。これにより、連通孔１１０と第２吸入口７６との距離を、より短くすることができるため、より好適に（３）の効果を得ることができる。

（５）第１スラスト軸受８１は、リアハウジング９１の内面９１ａと、支持プレート８０における上記内面９１ａと対向する第１板面としての第１対向面８０ｂとの間に配置されている。第２スラスト軸受８２は、エンドプレート５２の第２プレート板面５３ｂと、支持プレート８０における第２プレート板面５３ｂと対向する第２板面としての第２対向面８０ｃとの間に配置されている。スラスト室９０は、スラスト軸受８１，８２を介して区画室１０１，１０２と連通している第３区画室１０３を有している。かかる構成によれば、第１区画室１０１の高圧流体の第２区画室１０２への流入が、両スラスト軸受８１，８２によって規制されており、第３区画室１０３が両区画室１０１，１０２のバッファ層として機能する。これにより、両区画室１０１，１０２の圧力差が小さくなることを抑制できる。

（６）両区画室１０１，１０２は、回転軸１２の軸線方向Ｚから見て少なくとも一部が重なっている。これにより、両者が回転軸１２の軸線方向Ｚから見てずれた位置に配置されている構成と比較して、より好適に抗力Ｎを発生させることができる。

（７）連通孔１１０は、プレート本体部５３における第２ボス７２との接続部分７５に設けられている。当該接続部分７５は、プレート本体部５３における肉厚部分である。これにより、連通孔１１０を設けることによって生じ得る強度の低下を抑制できる。

（８）回転軸１２の基端部１２ｃは、本体部１２ａよりも縮径されている。これにより、支持プレート８０及びスラスト軸受８１，８２においては、スラスト力Ｆを受ける面積を確保しつつ小型化を図ることができる。一方、基端部１２ｃは、先端部１２ｂよりは拡径されている。これにより、回転軸１２の基端面１２ｅの面積を、ある程度確保することができるため、両区画室１０１，１０２の圧力差によって生じるものであって回転軸１２に付与される抗力Ｎを大きくすることができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ ターボ式圧縮機１０は、配管等を介して、第２吐出室４２から吐出される中間圧流体が第１吸入口３０と第３吸入口１０４との双方に供給される構成であってもよい。この場合、第１区画室１０１が中間圧となり、第２区画室１０２が低圧となる。

○ 第１吸入口３０に低圧流体が供給される構成であってもよい。詳細には、図３に示すように、車両空調装置２００は、配管を介して、蒸発器２０４から吐出される低圧流体が第１吸入口３０に供給され、且つ、第２吐出室４２から吐出される流体の一部が凝縮器２０１及び気液分離器２０２を介して第３吸入口１０４に供給されるように構成されている。そして、ハウジング１１（詳細にはフロントハウジング２０）には、第１吐出室３２とモータ室５０とを連通する中間圧ポート１２０が形成されている。なお、本別例においては、第２吸入口７６は形成されていない。

かかる構成によれば、流体は、第１吸入口３０→第１インペラ室２１→第１ディフューザ流路３１→第１吐出室３２→中間圧ポート１２０→モータ室５０→第２インペラ室２２→第２ディフューザ流路４１→第２吐出室４２の順に流れる。この場合、モータ室５０には、低圧流体が第１ディフューザ流路３１を通過することによって得られた中間圧流体が充填される。このため、第２区画室１０２には中間圧流体が充填されることとなる。また、第２吐出室４２から吐出される流体は高圧流体であるため、第１区画室１０１には高圧流体が充填される。これにより、第１区画室１０１と第２区画室１０２とで圧力差が生じるため、スラスト力Ｆに対する抗力Ｎが生じる。

○ 連通孔１１０の位置及び形状等は任意である。同様に、第２吸入口７６の位置も実施形態のものに限られず任意である。
○ 両スラスト軸支面８１ａ，８２ａに、第１区画室１０１から第２区画室１０２へ向かう高圧流体の流入を規制するスパイラルグルーブ溝が形成されていてもよい。要は、スラスト力Ｆを受けるものとしてスパイラルグルーブ軸受を採用してもよい。

○ ２つのインペラ１４，１５のうちいずれか一方を省略してもよい。この場合、省略するインペラに対応するディフューザ流路及び吐出室を省略してもよい。
○ 回転軸１２は、基端部１２ｃと本体部１２ａとで径が異なっていたが、これに限られず、同一であってもよい。先端部１２ｂについても同様である。

○ 支持プレート８０及び両スラスト軸受８１，８２の外径は、第１インペラ１４の最大外径以下であってもよい。
○ ターボ式圧縮機１０の搭載対象は、車両に限られず、任意である。

○ 実施形態のターボ式圧縮機１０は、車両空調装置２００の一部に用いられていたが、これに限られず、他の用途に用いてもよい。例えば、車両が燃料電池を搭載した燃料電池車両（ＦＣＶ）である場合には、当該ターボ式圧縮機１０は、上記燃料電池に空気を供給する供給装置に用いられてもよい。要は、圧縮対象の流体は、冷媒であってもよいし空気などであってもよく、流体装置は、車両空調装置２００に限られず、任意である。

次に、上記実施形態及び別例から把握できる好適な一例について以下に記載する。
（イ）一端と他端とを有する回転軸の前記一端側に連結されたインペラの回転によって流体を圧縮して吐出室に吐出するターボ式圧縮機を備えた流体装置において、前記ターボ式圧縮機は、前記インペラの回転によって生じる前記回転軸の前記一端側から前記他端側に向かうスラスト力を受けるスラスト軸受と、前記回転軸を回転させる電動モータと、前記吐出室と、前記スラスト軸受及び前記回転軸に固定された板状の支持プレートの双方が収容されたスラスト室と、前記電動モータが収容されたモータ室とが区画されたハウジングと、を備え、前記ハウジングは、前記モータ室と前記スラスト室とを仕切る仕切壁を有し、前記スラスト室は、前記支持プレート及び前記スラスト軸受によって区画された第１区画室及び第２区画室を有し、前記第１区画室は、前記支持プレートに対して前記インペラとは反対側に配置されており、前記第２区画室は、前記支持プレートに対して前記第１区画室とは反対側に配置されており、前記仕切壁には、前記第２区画室と前記モータ室とを連通させる連通孔が形成されており、前記流体装置は、前記第１区画室の圧力が前記モータ室の圧力よりも高くなるように圧力調整を行う圧力調整部を備えていることを特徴とする流体装置。

１０…ターボ式圧縮機、１１…ハウジング、１２…回転軸、１３…電動モータ、１４，１５…インペラ、１４ａ，１５ａ…インペラの基端面、２１…第１インペラ室、２２…第２インペラ室、３１，４１…ディフューザ流路、３２，４２…吐出室、５０…モータ室、５２…エンドプレート（仕切壁）、５３…プレート本体部、７６…第２吸入口、８０…支持プレート、８０ｂ…第１対向面、８０ｃ…第２対向面、８１，８２…スラスト軸受、９０…スラスト室、９１ａ…リアハウジングの内面、１０１…第１区画室、１０２…第２区画室、１０３…第３区画室、１０４…第３吸入口、１１０…連通孔、２００…車両空調装置、２０５…バイパス配管。

Claims (5)

1. 一端と他端とを有する回転軸の前記一端側に連結されたインペラの回転によって流体を圧縮して吐出室に吐出するターボ式圧縮機において、
   前記インペラの回転によって生じる前記回転軸の前記一端側から前記他端側に向かうスラスト力を受けるスラスト軸受と、
   前記回転軸を回転させる電動モータと、
   前記吐出室と、前記スラスト軸受及び前記回転軸に固定された板状の支持プレートの双方が収容されたスラスト室と、前記電動モータが収容されたモータ室と、が区画されたハウジングと、
   を備え、
   前記ハウジングは、前記モータ室と前記スラスト室とを仕切る仕切壁を有し、
   前記スラスト室は、前記支持プレート及び前記スラスト軸受によって区画された第１区画室及び第２区画室を有し、
   前記第１区画室は、前記支持プレートに対して前記インペラとは反対側に配置されており、
   前記第２区画室は、前記支持プレートに対して前記第１区画室とは反対側に配置されており、
   前記第１区画室の圧力は前記モータ室の圧力よりも高くなるように構成されており、
   前記仕切壁には、前記第２区画室と前記モータ室とを連通させる連通孔が形成されていることを特徴とするターボ式圧縮機。
2. 前記ハウジングは、低圧流体を前記モータ室に吸入させるための低圧流体吸入口を有し、
   前記インペラは、第１インペラ及び第２インペラを有し、
   前記ハウジングには、
   前記第１インペラが収容された第１インペラ室と、
   前記第２インペラが収容されたものであって、前記モータ室の前記低圧流体が流入されるように前記モータ室と連通している第２インペラ室と、
   が区画されており、
   前記吐出室として、
   前記ハウジングに設けられた第１ディフューザ流路を介して前記第１インペラ室と連通している第１吐出室と、
   前記ハウジングに設けられた第２ディフューザ流路を介して前記第２インペラ室と連通している第２吐出室と、
   を有し、
   前記第１インペラにおける前記第１ディフューザ流路側の端面と、前記第２インペラにおける前記第２ディフューザ流路側の端面とが、互いに対向配置され、
   前記低圧流体が前記第２ディフューザ流路を通過することによって得られる前記第２吐出室の中間圧流体が前記第１インペラ室に供給され、
   前記中間圧流体が前記第１ディフューザ流路を通過することによって得られる前記第１吐出室の高圧流体の一部が、前記ハウジングに設けられたバイパス吸入口を介して前記第１区画室に供給される請求項１に記載のターボ式圧縮機。
3. 前記低圧流体吸入口は、前記電動モータよりも前記仕切壁側に配置されている請求項２に記載のターボ式圧縮機。
4. 前記連通孔は、前記回転軸よりも前記低圧流体吸入口側に配置されている請求項２又は請求項３に記載のターボ式圧縮機。
5. 前記スラスト軸受として、
   前記ハウジングの内面と、前記支持プレートにおける当該内面と対向する第１対向面との間に配置された第１スラスト軸受と、
   前記仕切壁の壁面と、前記支持プレートにおける前記仕切壁の壁面と対向する第２対向面との間に配置された第２スラスト軸受と、
   を備え、
   前記スラスト室は、前記第１スラスト軸受を介して前記第１区画室と連通するとともに前記第２スラスト軸受を介して前記第２区画室と連通する第３区画室を有している請求項１〜４のうちいずれか一項に記載のターボ式圧縮機。