JP2018173028A - 遠心圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】効率の低下を抑制すること。【解決手段】遠心圧縮機１０は、本体部２５を備える。本体部２５の底部２４は、低速側シャフト１１が挿通されるシャフト挿通孔２７を備える。遠心圧縮機１０は、シャフト挿通孔２７内に配置された第２軸受３２と、シャフト挿通孔２７内に配置されたシール部材３４とを備える。シャフト挿通孔２７の内面２８、低速側シャフト１１の第２端部１１ｂの外周面、第２軸受３２、及び、シール部材３４に囲まれる領域には、貯油領域Ａとなる空間が区画されている。低速側シャフト１１は、貯油領域Ａと、増速機室Ｓ２とを繋ぐシャフト油路１２０を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、遠心圧縮機に関する。

増速機を備える遠心圧縮機としては、例えば、特許文献１に記載されている。遠心圧縮機は、インペラが収容されたインペラ室と、増速機構が収容された増速機室と、オイルが貯留されたオイル室と、電動モータが収容されたモータ収容室とを備える。

増速機構は、低速側シャフトの回転に伴って回転するリング部材と、リング部材の内側に配置された高速側シャフトと、リング部材と高速側シャフトとの間に設けられ、リング部材及び高速側シャフトの双方に当接した複数のローラを備える。低速側シャフトは、電動モータによって回転する。低速側シャフトの回転によりリング部材が回転すると、ローラを介して高速側シャフトが回転する。

また、遠心圧縮機は、オイル室に貯留されたオイルを汲み上げて吐出するポンプを備える。ポンプは、低速側シャフトの回転により駆動する容積型のポンプである。ポンプから吐出されたオイルは、増速機構に供給される。

特開２０１６−１８６２３８号公報

ところで、図５に線Ｌ１１で示すように、容積型のポンプのオイルの吐出量は、低速側シャフト（電動モータ）の回転数の増加に伴い比例的に多くなる。一方で、遠心圧縮機の場合、回転数の３乗で負荷（仕事）が増し、それに伴い摺動発熱も増えるため、図５に線Ｌ１２で示すように、増速機構に必要とされるオイル量は、低速側シャフトの回転数の増加に伴い指数的に多くなる。ポンプを選定する際には、低速側シャフトの最高回転数時に増速機構が必要とするオイル量に合わせてポンプを選定するが、この場合、増速機構に過剰に供給されたオイルによって撹拌抵抗が増加し、増速機構の効率、ひいては、遠心圧縮機の効率が低下してしまう。

本発明の目的は、効率の低下を抑制することができる遠心圧縮機を提供することにある。

上記課題を解決する遠心圧縮機は、低速側シャフトの回転に伴って回転するものであって環状部を有するリング部材と、前記環状部の内側に配置された高速側シャフトと、前記環状部と前記高速側シャフトとの間に設けられ、前記環状部及び前記高速側シャフトの双方に接触する複数のローラと、前記高速側シャフトと一体回転するインペラと、前記低速側シャフトを回転させる電動モータと、前記リング部材、前記ローラ、及び、前記高速側シャフトの一部が収容された増速機室と、前記電動モータが収容されたモータ収容室と、前記増速機室と前記モータ収容室とを仕切る仕切壁とを備えるハウジングと、前記仕切壁に設けられ、前記低速側シャフトが挿通されたシャフト挿通孔と、前記シャフト挿通孔の内面と前記低速側シャフトの外周面との間に設けられたシール部材と、前記シャフト挿通孔の内面と前記低速側シャフトの外周面との間に設けられ、前記低速側シャフトを支持するシャフト軸受と、前記シャフト挿通孔の内面、前記低速側シャフトの外周面、前記シール部材、及び、前記シャフト軸受に囲まれる領域に区画された貯油領域と、前記低速側シャフトの回転により駆動し、オイルを吐出する容積型のポンプと、前記ポンプから吐出される前記オイルを前記ローラに供給するローラ供給油路と、前記ポンプから吐出される前記オイルを前記貯油領域に供給する貯油領域供給油路と、前記ポンプから吐出される前記オイルを前記ローラ供給油路と前記貯油領域供給油路に分配する分配油路と、前記低速側シャフトに設けられ、前記貯油領域と前記増速機室とを繋ぐシャフト油路と、を備える。

低速側シャフトが回転することで、ポンプが駆動されると、ポンプから吐出されたオイルは、分配油路によってローラ供給油路と、貯油領域供給油路に分配される。ローラ供給油路に分配されたオイルは、ローラに供給され、貯油領域供給油路に分配されたオイルは貯油領域に供給される。遠心圧縮機において、撹拌抵抗に大きく影響するのは、ローラに供給されるオイルであり、ローラに供給されるオイルが多いほど撹拌抵抗は大きくなる。

ここで、低速側シャフトの回転数の増加に伴い、ポンプから吐出されるオイル量は比例的に増加するが、低速側シャフトの回転数の増加に伴い、低速側シャフトに作用する遠心力も大きくなる。すると、シャフト油路にオイルが入り込みにくく、シャフト油路を介して、貯油領域から増速機室にオイルが流れにくく、ポンプから吐出されたオイルが貯油領域に供給されにくくなる。ポンプから吐出されるオイル量に対して、貯油領域に供給されるオイルの割合は、低速側シャフトの回転数の増加に伴い少なくなっていく。一方で、ポンプから吐出されるオイル量に対して、ローラに供給されるオイルの割合は低速側シャフトの回転数の増加に伴い大きくなっていく。結果として、ローラに供給されるオイル量を、低速側シャフトの回転数の増加に伴い、比例的ではなく指数的に増加させることができる。このため、回転数が高いときにはローラに充分なオイルが供給される一方で、回転数が低いときにはローラに過剰にオイルが供給されることが抑制され、撹拌抵抗の増加によって遠心圧縮機の効率が低下することを抑制することができる。

上記遠心圧縮機について、前記シャフト軸受は、シール性を備えていてもよい。
これによれば、貯油領域から増速機室に漏れ出すオイル量を減らすことができる。貯油領域から増速機室にオイルが漏れだすと、貯油領域内のオイルが減ることで、その分、分配油路から貯油領域に供給されるオイル量が増加する。すると、ローラ供給油路からローラに供給されるオイルが減るおそれがあるが、貯油領域から増速機室に漏れ出すオイル量を減らすことで、ローラに供給されるオイル量が減ることを抑制することができる。

上記遠心圧縮機について、前記高速側シャフトは、前記ローラの回転軸線方向の両端面のうち前記インペラ側の面である第１端面に向かい合う第１フランジ部と、前記高速側シャフトの回転軸線方向において、前記第１フランジ部よりも前記インペラから離れて設けられ、前記両端面のうち前記第１端面とは異なる第２端面に向かい合う第２フランジ部と、を備え、前記シャフト油路に供給されたオイルを前記第２フランジ部に供給するフランジ部油路を備えていてもよい。

遠心圧縮機においては、インペラの回転に伴い発生するスラスト力により、第２フランジ部がローラの第２端面に押し付けられる。よって、第２フランジ部は、第１フランジ部に比べて、発熱しやすい。第２フランジ部にオイルが供給されるようにすることで、第２フランジ部を冷却しやすくし、摩擦抵抗を減らすことができる。したがって、遠心圧縮機の効率が低下することを抑制することができる。

本発明によれば、効率の低下を抑制することができる。

遠心圧縮機の概略断面図。 貯油領域を拡大して示す図。 貯油領域を示す断面図。 ポンプから吐出されるオイル量、貯油領域に供給されるオイル量、及び、ローラ及びメカニカルシールに供給されるオイル量と、低速側シャフトの回転数との関係を示す図。 ポンプから吐出されるオイル量、及び、増速機構に必要とされるオイル量と、低速側シャフトの回転数との関係を示す図。

以下、遠心圧縮機の一実施形態について説明する。遠心圧縮機は燃料電池を電力源として走行する燃料電池車両（ＦＣＶ）に搭載され、燃料電池に対して空気を供給する。
図１に示すように、遠心圧縮機１０は、低速側シャフト１１及び高速側シャフト１２と、低速側シャフト１１を回転させる電動モータ１３と、低速側シャフト１１の回転を増速させて高速側シャフト１２に伝達する増速機６０と、高速側シャフト１２の回転によって流体（本実施形態では空気）を圧縮するインペラ５２とを備える。

高速側シャフト１２は、円柱状のシャフト本体１４と、シャフト本体１４から径方向に突出した円環状の第１フランジ部１５と、シャフト本体１４から径方向に突出した円環状の第２フランジ部１６とを備える。第１フランジ部１５と、第２フランジ部１６とは、高速側シャフト１２の回転軸線方向に離間して配置されている。シャフト本体１４は、第１フランジ部１５と第２フランジ部１６との間の部分である支持部１７と、第１フランジ部１５から回転軸線方向に支持部１７とは反対に延びる突出部１８とを備える。第２フランジ部１６は、高速側シャフト１２の回転軸線方向の両端のうち、インペラ５２側の端部とは反対の端部に設けられている。第１フランジ部１５は、高速側シャフト１２の回転軸線方向において、第２フランジ部１６よりインペラ５２寄りに設けられている。両シャフト１１，１２は、例えば金属で構成されており、詳細には鉄又は鉄の合金で構成されている。

遠心圧縮機１０は、当該遠心圧縮機１０の外郭を構成するものであって、両シャフト１１，１２、電動モータ１３、及び、増速機６０の一部を構成する増速機構６１が収容されるハウジング２０を備える。ハウジング２０は、例えば全体として略筒状（詳細には円筒状）となっている。

ハウジング２０は、電動モータ１３が収容されたモータハウジング２１と、増速機構６１が収容された増速機ハウジング２３と、流体が吸入される吸入口５０ａが形成されたコンプレッサハウジング５０とを備える。吸入口５０ａは、ハウジング２０の軸線方向の一端面２０ａに設けられている。吸入口５０ａから見てハウジング２０の軸線方向に、コンプレッサハウジング５０、増速機ハウジング２３及びモータハウジング２１の順に配列されている。本実施形態では、増速機構６１と、増速機ハウジング２３によって増速機６０が構成されている。

モータハウジング２１は、全体として底部２２を有する筒状（詳細には円筒状）である。モータハウジング２１の底部２２の外面が、ハウジング２０の軸線方向の両端面２０ａ，２０ｂのうち、吸入口５０ａがある一端面２０ａとは反対側の他端面２０ｂを構成している。増速機ハウジング２３は、底部２４を有する筒状（詳細には円筒状）である本体部２５と、本体部２５の軸線方向において底部２４とは反対側に設けられた閉塞部２６と、を備える。

モータハウジング２１と増速機ハウジング２３とは、モータハウジング２１の開口端が本体部２５の底部２４に突き合わさった状態で連結されている。モータハウジング２１の内面と、本体部２５の底部２４におけるモータハウジング２１側の底面２４ａとによって、電動モータ１３が収容されたモータ収容室Ｓ１が形成されている。当該モータ収容室Ｓ１には、低速側シャフト１１の回転軸線方向とハウジング２０の軸線方向とが一致する状態で、低速側シャフト１１が収容されている。

低速側シャフト１１は、回転可能な状態でハウジング２０に支持されている。遠心圧縮機１０は、第１軸受３１を備える。第１軸受３１は、モータハウジング２１の底部２２に設けられており、低速側シャフト１１の第１端部１１ａは、第１軸受３１に支持されている。第１端部１１ａの一部は、第１軸受３１を挿通して、モータハウジング２１の底部２２に挿入されている。

図１及び図２に示すように、本体部２５の底部２４は、低速側シャフト１１の第１端部１１ａとは反対側の第２端部１１ｂよりも直径の大きいシャフト挿通孔２７を備える。遠心圧縮機１０は、シャフト挿通孔２７内に配置された第２軸受３２と、第２軸受３２の軸線方向両側に装着されたカバー３３とを備える。また、遠心圧縮機１０は、シャフト挿通孔２７内に配置されたシール部材３４を備える。カバー３３は、第２軸受３２を覆うことで、第２軸受３２の軸線方向両端を液密にシールするシール性を付与するものである。よって、カバー３３が装着されることで、第２軸受３２は、シール性を備える。

第２軸受３２と、シール部材３４とは、低速側シャフト１１の回転軸線方向に離間して配置されている。シール部材３４は、第２軸受３２よりもモータ収容室Ｓ１側に配置されている。低速側シャフト１１の第２端部１１ｂはシャフト軸受としての第２軸受３２に支持されている。シャフト挿通孔２７の内面２８、第２端部１１ｂの外周面、第２軸受３２、及び、シール部材３４に囲まれる領域には、内面２８の全周に亘って、貯油領域Ａとなる空間が区画されている。

低速側シャフト１１の第２端部１１ｂは、本体部２５のシャフト挿通孔２７に挿通されており、低速側シャフト１１の一部は、増速機ハウジング２３内に配置されている。
電動モータ１３は、低速側シャフト１１に固定されたロータ４１と、ロータ４１の外側に配置されるものであってモータハウジング２１の内面に固定されたステータ４２とを備える。ステータ４２は、円筒形状のステータコア４３と、ステータコア４３に捲回されたコイル４４とを備える。コイル４４に電流が流れることによって、ロータ４１と低速側シャフト１１とが一体的に回転する。

増速機ハウジング２３を構成する閉塞部２６は、例えば、増速機ハウジング２３と同一径の円板状である。増速機ハウジング２３は、本体部２５の開口端と閉塞部２６の軸線方向の両板面２６ａ，２６ｂのうち第１板面２６ａとが突き合わさった状態で組み付けられている。これにより、閉塞部２６の第１板面２６ａと増速機ハウジング２３の内面とによって、増速機構６１が収容された増速機室Ｓ２が形成されている。増速機室Ｓ２と、モータ収容室Ｓ１との間に配置され、両者を仕切っている本体部２５の底部２４は、仕切壁として機能している。

閉塞部２６は、増速機構６１の一部を構成する高速側シャフト１２を挿通可能な挿通孔２９を備える。高速側シャフト１２の突出部１８は、挿通孔２９を挿通して、増速機室Ｓ２からコンプレッサハウジング５０内に突出している。第１フランジ部１５、第２フランジ部１６、及び、支持部１７は、増速機室Ｓ２内に配置されている。

遠心圧縮機１０は、挿通孔２９の内面と高速側シャフト１２との間に、増速機ハウジング２３内に存在するオイルＯがコンプレッサハウジング５０内に流出するのを規制するメカニカルシール３５を備える。

コンプレッサハウジング５０は、軸線方向に貫通したコンプ貫通孔５１を有する略筒状である。コンプレッサハウジング５０の軸線方向の一端面５０ｂがハウジング２０の軸線方向の一端面２０ａを構成しており、コンプ貫通孔５１における上記一端面５０ｂ側にある開口が吸入口５０ａとして機能する。

コンプレッサハウジング５０と閉塞部２６とは、コンプレッサハウジング５０の軸線方向の一端面５０ｂとは反対側の他端面５０ｃと、閉塞部２６における第１板面２６ａとは反対側の第２板面２６ｂとが突き合わさった状態で、組み付けられている。これにより、コンプ貫通孔５１の内面と閉塞部２６の第２板面２６ｂとによって、インペラ５２が収容されたインペラ室Ｓ３が形成されている。つまり、コンプ貫通孔５１は、吸入口５０ａとして機能するとともに、インペラ室Ｓ３を区画するものとして機能する。吸入口５０ａとインペラ室Ｓ３とは連通している。

ここで、コンプ貫通孔５１は、吸入口５０ａから軸線方向の途中位置までは一定の径であり、上記途中位置から閉塞部２６に向かうに従って徐々に拡径した略円錐台形状となっている。このため、コンプ貫通孔５１の内面によって区画されるインペラ室Ｓ３は、略円錐台形状となっている。

インペラ５２は、基端面５２ａから先端面５２ｂに向かうに従って徐々に縮径した筒状である。インペラ５２は、インペラ５２の回転軸線方向に延び、且つ、高速側シャフト１２を挿通可能な挿通孔５２ｃを備える。インペラ５２は、高速側シャフト１２における突出部１８が挿通孔５２ｃに挿通された状態で、高速側シャフト１２と一体回転するように高速側シャフト１２に取り付けられている。

インペラ５２の基端面５２ａと、閉塞部２６の第２板面２６ｂとの間には、背面領域Ｓ４が区画されている。高速側シャフト１２が回転することによってインペラ５２が回転して、吸入口５０ａから吸入された流体が圧縮される。

また、遠心圧縮機１０は、インペラ５２によって圧縮された流体が流入するディフューザ流路５３と、ディフューザ流路５３を通った流体が流入する吐出室５４とを備える。ディフューザ流路５３は、コンプレッサハウジング５０におけるコンプ貫通孔５１の第２板面２６ｂ側の開口端と連続し且つ当該第２板面２６ｂと対向する面と、閉塞部２６の第２板面２６ｂとによって区画された流路である。ディフューザ流路５３は、インペラ室Ｓ３よりも高速側シャフト１２の径方向外側に配置されており、インペラ５２（及びインペラ室Ｓ３）を囲むように環状（詳細には円環状）に形成されている。吐出室５４は、ディフューザ流路５３よりも高速側シャフト１２の径方向外側に配置された環状である。インペラ室Ｓ３と吐出室５４とはディフューザ流路５３を介して連通している。インペラ５２によって圧縮された流体は、ディフューザ流路５３を通ることによって、更に圧縮されて吐出室５４に流れ、当該吐出室５４から吐出される。

次に、増速機６０について説明する。本実施形態の増速機６０は、所謂トラクションドライブ式（摩擦ローラ式）である。
増速機６０の増速機構６１は、低速側シャフト１１の第２端部１１ｂに連結されたリング部材６２を備える。リング部材６２は、低速側シャフト１１の第２端部１１ｂに連結された円板状のベース６３と、当該ベース６３の縁部から起立した円環状の環状部６４とを備える。環状部６４の内径は、低速側シャフト１１の第２端部１１ｂの直径よりも長く設定されている。

高速側シャフト１２の第１フランジ部１５及び第２フランジ部１６は、環状部６４の内側に配置されている。増速機構６１は、高速側シャフト１２と環状部６４との間に設けられ、環状部６４及び高速側シャフト１２の双方に当接したローラ７１を備える。なお、図示は省略するが、ローラ７１は複数設けられている。

ローラ７１は、円柱状のローラ部７２と、ローラ部７２の回転軸線方向の両端面のうち第１端面７２ａから突出する第１突起７３と、ローラ部７２の回転軸線方向の両端面のうち第１端面７２ａとは反対の第２端面７２ｂから突出する第２突起７４とを備える。第１端面７２ａ及び第２端面７２ｂは、ローラ７１の回転軸線方向の両端面である。

ローラ部７２の直径（回転軸線方向と直交する方向の長さ）は高速側シャフト１２の直径よりも長く設定されている。複数のローラ７１は、高速側シャフト１２の周方向に間隔を隔てて並んで配置されている。ローラ７１は、ローラ部７２が第１フランジ部１５と第２フランジ部１６との間に入り込むように配置されている。ローラ部７２の外周面は、支持部１７の外周面に接触する。第１フランジ部１５は、第１端面７２ａに向かい合い、第２フランジ部１６は第２端面７２ｂに向かい合う。

増速機構６１は、閉塞部２６と協働して各ローラ７１を回転可能に支持する支持部材８０を備える。支持部材８０は環状部６４内に配置されている。支持部材８０は、環状部６４よりも一回り小さく形成された円板状の支持ベース８１と、支持ベース８１から起立した柱状の柱状部材８２とを備える。支持ベース８１は、閉塞部２６に対して高速側シャフト１２の回転軸線方向に対向配置されている。柱状部材８２は、支持ベース８１における閉塞部２６の第１板面２６ａと対向する対向板面８１ａから閉塞部２６に向けて起立しており、環状部６４の内周面と、隣り合うローラ部７２の外周面とによって区画された空間を埋めるように形成されている。

各柱状部材８２は、ボルト８３が螺合可能なネジ孔８４を備える。閉塞部２６は、ネジ孔８４に対応させて、ネジ孔８４と連通するネジ穴８５を備える。各柱状部材８２は、ネジ孔８４とネジ穴８５とが連通し、且つ、当該各柱状部材８２の先端面が第１板面２６ａに突き合わさった位置に配置されており、その状態でネジ孔８４とネジ穴８５とに跨るようにボルト８３が螺合されることによって閉塞部２６に固定されている。

増速機６０は、ローラ７１を回転可能な状態で支持する第１ローラ軸受７６と第２ローラ軸受７７とを備える。第１ローラ軸受７６は、閉塞部２６に配置されている。第２ローラ軸受７７は、支持ベース８１に配置されている。第１ローラ軸受７６には、ローラ７１の第１突起７３が挿入されている。第２ローラ軸受７７には、ローラ７１の第２突起７４が挿入されている。ローラ７１は、第１ローラ軸受７６と第２ローラ軸受７７に支持されることで、閉塞部２６と支持ベース８１との間に配置されている。

遠心圧縮機１０は、オイルＯを循環させるオイル循環機構１００を備える。オイル循環機構１００は、ポンプ１０１と、オイル流路１０２とを備え、ポンプ１０１の駆動によりオイル流路１０２を通じて増速機室Ｓ２にオイルＯを循環させるものである。

ポンプ１０１は、モータハウジング２１の底部２２に設けられている。ポンプ１０１は、容積型であり、本実施形態ではトコロイド型である。ポンプ１０１は、底部２２に設けられた収容部１０３と、回転体１０４とを備える。回転体１０４には、低速側シャフト１１の第１端部１１ａが連結されている。そして、低速側シャフトの回転に伴う容積の変化により、ポンプ１０１はオイルを吐出する。

遠心圧縮機１０は、オイル流路１０２の一部となる分配油路１０５と、分配油路１０５から分岐し、貯油領域ＡにオイルＯを供給する貯油領域供給油路１０７と、分配油路１０５から分岐し、増速機構６１にオイルＯを供給する増速機構供給油路１０８とを備える。分配油路１０５の一端は、収容部１０３に連通している。貯油領域供給油路１０７、及び、増速機構供給油路１０８は、分配油路１０５の他端から分岐している。貯油領域供給油路１０７は、分配油路１０５に直角に交わっている。増速機構供給油路１０８は、分配油路１０５に直角に交わっている。貯油領域供給油路１０７の一端は分配油路１０５に連通しており、貯油領域供給油路１０７の他端は貯油領域Ａに開口している。貯油領域供給油路１０７は、本体部２５の壁部内に区画されている。

増速機構供給油路１０８は、分配油路１０５に一端が連通する共通油路１０９と、共通油路１０９の他端から分岐したローラ供給油路１１０及びシール供給油路１１１とを備える。共通油路１０９は、本体部２５及び閉塞部２６の壁部内に区画されている。ローラ供給油路１１０は、一端が共通油路１０９に連通しており、他端が柱状部材８２の外周面のうちローラ部７２の外周面に向かい合う位置に開口している。ローラ供給油路１１０は、閉塞部２６の壁部内、及び、柱状部材８２内に区画されている。シール供給油路１１１は、一端が共通油路１０９に連通しており、他端が挿通孔２９に開口している。シール供給油路１１１は、閉塞部２６の壁部内に区画されている。

本実施形態において、貯油領域供給油路１０７の流路断面積と、増速機構供給油路１０８の流路断面積は、同一である。
図２及び図３に示すように、低速側シャフト１１は、オイル流路１０２の一部となるシャフト油路１２０を備える。シャフト油路１２０は、第２端部１１ｂを径方向に貫通する２つの流入油路１２１を備える。２つの流入油路１２１は、直交している。シャフト油路１２０は、低速側シャフト１１の回転軸線方向に延びる排出油路１２２を備える。排出油路１２２は、一端が流入油路１２１に連通しており、他端がリング部材６２のベース６３に開口している。

図１に示すように、増速機６０は、オイル流路１０２の一部となるフランジ部油路１３１を備える。フランジ部油路１３１は、ベース６３及び支持ベース８１を貫通している。フランジ部油路１３１は、一端が排出油路１２２に連通しており、他端が、対向板面８１ａのうち、第２フランジ部１６に向かい合う位置に開口している。フランジ部油路１３１と排出油路１２２との間には隙間が設けられているが、その距離は僅かであり、排出油路１２２から排出されるオイルＯの殆どはフランジ部油路１３１へと流入される。

遠心圧縮機１０は、オイル流路１０２の一部となる循環路１４０を備える。循環路１４０は、収容部１０３と増速機室Ｓ２とを繋いでいる。遠心圧縮機１０は、増速機ハウジング２３における循環路１４０の連通する箇所が鉛直方向下方に位置する態様で使用される。これにより、増速機室Ｓ２内において、循環路１４０が開口する部分には、オイルＯが貯留される。本実施形態では、増速機室Ｓ２がオイル貯留室として兼用されている。また、遠心圧縮機１０は、貯油領域供給油路１０７、及び、増速機構供給油路１０８が、分配油路１０５から水平に延びるように配置される。

次に、本実施形態の遠心圧縮機１０の作用について説明する。
電動モータ１３が駆動されると、低速側シャフト１１の回転によりポンプ１０１が駆動されて、増速機室Ｓ２内のオイルＯがポンプ１０１から吐出される。ポンプ１０１から吐出されたオイルＯは、分配油路１０５に供給され、貯油領域供給油路１０７と増速機構供給油路１０８に分配される。貯油領域供給油路１０７に供給されたオイルＯは、貯油領域Ａに供給される。増速機構供給油路１０８に供給されたオイルＯは、ローラ供給油路１１０からローラ７１に供給され、シール供給油路１１１からメカニカルシール３５に供給される。

貯油領域Ａにある程度オイルＯが貯留されると、貯油領域Ａから排出油路１２２にオイルＯが溢れ出て、オイルＯはフランジ部油路１３１を介して第２フランジ部１６に供給される。

図４に線Ｌ１で示すように、容積型のポンプ１０１は、低速側シャフト１１の回転数の増加に伴い、オイルＯの吐出量が比例的に増えていく。低速側シャフト１１の回転数が増えると、低速側シャフト１１に作用する遠心力も増加する。すると、貯油領域Ａ内のオイルＯは、シャフト油路１２０内に流入しにくくなり、ポンプ１０１から吐出される全オイル量に対し、分配油路１０５から貯油領域Ａに流れるオイル量の割合は少なくなっていく。遠心力は、低速側シャフト１１の回転数の増加に伴い、指数的に大きくなる。このため、低速側シャフト１１の回転数の増加に伴い、貯油領域Ａに供給されるオイルＯの増加量は、徐々に低下していく。結果として、図４に線Ｌ２で示すように、貯油領域Ａに供給されるオイルＯの量は、低速側シャフト１１の回転数の増加に伴い、対数的に増加することになる。即ち、ポンプ１０１から吐出される全オイル量に対して、貯油領域Ａに供給されるオイルＯの割合は低速側シャフト１１の回転数の増加に伴い少なくなっていく。

一方で、低速側シャフト１１の回転数の増加に伴い、ポンプ１０１からのオイルＯの吐出量は比例的に増加していくことから、貯油領域供給油路１０７を介して貯油領域Ａに供給されなくなったオイルＯは、増速機構供給油路１０８を介してローラ７１、及び、メカニカルシール３５に供給されることになる。

図４に線Ｌ３で示すように、ローラ７１及びメカニカルシール３５に供給されるオイルＯの増加量は、比例的ではなく指数的に増加することになる。即ち、ポンプ１０１から吐出される全オイル量に対して、ローラ７１及びメカニカルシール３５に供給されるオイルＯの割合は低速側シャフト１１の回転数の増加に伴い大きくなっていく。

図４から把握できるように、低速側シャフト１１の回転数が低いときには、ポンプ１０１から吐出されるオイル量に対して、貯油領域Ａから第２フランジ部１６に供給されるオイルＯの割合が多い。

遠心圧縮機１０において、撹拌抵抗に大きく影響するのは、高速側シャフト１２の軸心から離れた位置にあるローラ７１の外周面に供給されるオイルＯであり、ローラ７１の外周面に供給されるオイルＯが多いほど撹拌抵抗は大きくなる。第２フランジ部１６にオイルＯを供給すると、オイルＯが触れる位置が高速側シャフト１２の軸心に近いため、ローラ７１にオイルＯを供給する場合に比べて、撹拌抵抗が小さくなる。したがって、低速側シャフト１１の回転数が低いときには、撹拌抵抗を低減することができ、電動モータ１３で消費される電力が減り、燃料電池車両の航続距離を延ばすことができる。特に、車両の運転中においては、低速側シャフト１１の回転数が低い状態で使用される時間帯が長いため、低速側シャフト１１の回転数が低いときの撹拌抵抗を少なくすることで、航続距離を著しく延ばすことができる。

また、低速側シャフト１１の回転数が増加すると、ローラ７１に供給されるオイルＯは指数的に増加するため、ローラ７１や、メカニカルシール３５に供給されるオイル量が不足しにくく、発熱や摩耗が抑制される。

また、遠心圧縮機１０においては、インペラ５２の基端面５２ａと閉塞部２６との接触を防ぐ必要がある関係上、インペラ５２の基端面５２ａと閉塞部２６との間に背面領域Ｓ４が区画される。この背面領域Ｓ４にはインペラ５２によって圧縮された流体が入り込む。すると、圧縮された流体によってインペラ５２が吸入口５０ａ側に向けて押され、高速側シャフト１２には、増速機室Ｓ２からインペラ５２室に向かう方向へのスラスト力が作用する。このスラスト力によって、第２フランジ部１６は各ローラ部７２の第２端面７２ｂに押し付けられるため、第２フランジ部１６は第１フランジ部１５に比べて発熱しやすい。この第２フランジ部１６にオイルＯを供給することで、第２フランジ部１６の摩擦抵抗を減らすことができる。

したがって、上記実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）増速機構６１のうちローラ７１、及び、メカニカルシール３５などの発熱部品は、必要とするオイル量が指数的に増加する。貯油領域Ａを設けて、低速側シャフト１１の遠心力を利用して、発熱部品に供給されるオイル量を指数的に増加させることで、必要とするオイル量に合わせてオイルＯが供給されるようにしている。増速機構６１において、撹拌抵抗に大きく影響するのは、ローラ７１に供給されるオイルＯであり、ローラ７１に供給されるオイルＯが多いほど撹拌抵抗は大きくなる。貯油領域Ａ及びシャフト油路１２０を設け、第２フランジ部１６にオイルＯを供給することで、ローラ７１の外周面にオイルＯが過剰に供給されることを抑制でき、撹拌抵抗を低減させることができる。したがって、増速機６０の効率の低下を抑制でき、ひいては、遠心圧縮機１０の効率の低下を抑制することができる。

（２）第２軸受３２にカバー３３を装着することで、第２軸受３２はシール性を備える。このため、第２軸受３２を介して、貯油領域Ａから増速機室Ｓ２に漏れ出すオイルＯの量が少ない。貯油領域Ａから増速機室Ｓ２にオイルＯが漏れ出すと、貯油領域Ａ内のオイルＯが減ることで、その分、分配油路１０５から貯油領域Ａに供給されるオイル量が増加する。すると、ローラ供給油路１１０からローラ７１に供給されるオイルＯが減るおそれがあり、結果として、低速側シャフト１１の回転数に合わせてローラ７１に供給されるオイルＯの供給量が指数的に増加しなくなるおそれがある。これに対し、第２軸受３２にシール性を持たせ、貯油領域Ａから増速機室Ｓ２に漏れ出すオイル量を減らすことで、ローラ７１に供給されるオイル量が減ることを抑制でき、低速側シャフト１１の回転数に合わせてローラ７１に供給されるオイル量を指数的に増加させることができる。

（３）第２フランジ部１６にオイルＯが供給されるようにすることで、第２フランジ部１６とローラ７１の界面に生じる摩擦抵抗を抑制できる。したがって、遠心圧縮機１０の効率が低下することを抑止することができる。

なお、実施形態は以下のように変更してもよい。
○シャフト油路１２０から供給されるオイルＯは、ローラ７１の外周面に供給されなければよい。フランジ部油路１３１を設けることなく、シャフト油路１２０から供給されたオイルＯが、支持部材８０とリング部材６２との隙間を介して増速機室Ｓ２内に供給されてもよい。

○第２軸受３２は、シール性を備えていなくてもよい。この場合、第２軸受３２を介して、貯油領域Ａから増速機室Ｓ２にオイルＯが漏れ出す。貯油領域Ａから漏れ出したオイルＯは、リング部材６２に直接触れることなく、増速機室Ｓ２内において、オイルＯが貯留されている部分に供給されるため、撹拌抵抗は増加しにくい。即ち、第２軸受３２がシール性を備えていない場合、第２軸受３２とシャフト挿通孔２７の内面２８との間の微細な隙間など、オイルＯが流通可能な箇所がシャフト油路１２０と同様の機能を果たすと捉えることもできる。この場合、第２軸受３２を介して貯油領域Ａから増速機室Ｓ２に漏れ出すオイル量も加味してポンプ１０１の吐出量などを定めてもよい。

○流入油路１２１は、１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。
○貯油領域供給油路１０７の流路断面積と、増速機構供給油路１０８の流路断面積は、異なっていてもよい。

○ポンプ１０１としては、容積型のポンプ１０１であればどのようなポンプ１０１を用いてもよい。例えば、ギヤ式、ベーン式などのポンプ１０１を用いてもよい。
○シャフト油路１２０の形状は適宜変更してもよい。例えば、低速側シャフト１１の外周面に、低速側シャフト１１の軸線方向に延びる溝を設けて、この溝をシャフト油路としてもよい。溝は、低速側シャフト１１の軸線方向に直線状に延びる溝であってもよいし、螺旋状に延びるネジ溝であってもよい。溝を螺旋状とする場合、低速側シャフト１１の回転に伴い、オイルＯが螺旋状の溝に沿って貯油領域Ａに戻るように螺旋を設けてもよい。

また、低速側シャフト１１を中空のシャフトとし、内周面に螺旋状の溝を設けてもよい。この場合、低速側シャフト１１の回転数の増加に伴い、シャフト内にオイルＯが入り込みにくくなるように、シャフト内にオイルＯを導入する導入口の開口方向や、形状を設計してもよい。

○増速機６０として、くさび作用を利用したものを用いてもよい。この場合、ローラ７１のうち少なくとも１つは、リング部材６２の回転により移動する可動ローラが用いられる。

○増速機６０の搭載対象は、遠心圧縮機１０に限られず、任意である。また、増速機６０は燃料電池車両以外に搭載されていてもよい。
○遠心圧縮機１０の適用対象及び圧縮対象の流体は任意である。例えば、遠心圧縮機１０は空調装置に用いられていてもよく、圧縮対象の流体は冷媒であってもよい。また、遠心圧縮機１０の搭載対象は、車両に限られず任意である。

○メカニカルシール３５に代えて、リップシールなど、他の種類のシール部材を用いてもよい。
○遠心圧縮機１０は、増速機室Ｓ２とは別に、オイルＯが貯留される貯油室を備えていてもよい。

Ａ…貯油領域、Ｓ１…モータ収容室、Ｓ２…増速機室、１０…遠心圧縮機、１１…低速側シャフト、１２…高速側シャフト、１３…電動モータ、１５…第１フランジ部、１６…第２フランジ部、２０…ハウジング、２４…底部（仕切壁）、２７…シャフト挿通孔、２８…内面、３２…第２軸受（シャフト軸受）、３３…カバー、３４…シール部材、６２…リング部材、６４…環状部、７１…ローラ、１０１…ポンプ、１０５…分配油路、１０７…貯油領域供給油路、１１０…ローラ供給油路、１２０…シャフト油路、１３１…フランジ部油路。

Claims (3)

1. 低速側シャフトの回転に伴って回転するものであって環状部を有するリング部材と、
   前記環状部の内側に配置された高速側シャフトと、
   前記環状部と前記高速側シャフトとの間に設けられ、前記環状部及び前記高速側シャフトの双方に接触する複数のローラと、
   前記高速側シャフトと一体回転するインペラと、
   前記低速側シャフトを回転させる電動モータと、
   前記リング部材、前記ローラ、及び、前記高速側シャフトの一部が収容された増速機室と、前記電動モータが収容されたモータ収容室と、前記増速機室と前記モータ収容室とを仕切る仕切壁とを備えるハウジングと、
   前記仕切壁に設けられ、前記低速側シャフトが挿通されたシャフト挿通孔と、
   前記シャフト挿通孔の内面と前記低速側シャフトの外周面との間に設けられたシール部材と、
   前記シャフト挿通孔の内面と前記低速側シャフトの外周面との間に設けられ、前記低速側シャフトを支持するシャフト軸受と、
   前記シャフト挿通孔の内面、前記低速側シャフトの外周面、前記シール部材、及び、前記シャフト軸受に囲まれる領域に区画された貯油領域と、
   前記低速側シャフトの回転により駆動し、オイルを吐出する容積型のポンプと、
   前記ポンプから吐出される前記オイルを前記ローラに供給するローラ供給油路と、
   前記ポンプから吐出される前記オイルを前記貯油領域に供給する貯油領域供給油路と、
   前記ポンプから吐出される前記オイルを前記ローラ供給油路と前記貯油領域供給油路に分配する分配油路と、
   前記低速側シャフトに設けられ、前記貯油領域と前記増速機室とを繋ぐシャフト油路と、を備える遠心圧縮機。
2. 前記シャフト軸受は、シール性を備える請求項１に記載の遠心圧縮機。
3. 前記高速側シャフトは、
   前記ローラの回転軸線方向の両端面のうち前記インペラ側の面である第１端面に向かい合う第１フランジ部と、
   前記高速側シャフトの回転軸線方向において、前記第１フランジ部よりも前記インペラから離れて設けられ、前記両端面のうち前記第１端面とは異なる第２端面に向かい合う第２フランジ部と、を備え、
   前記シャフト油路に供給されたオイルを前記第２フランジ部に供給するフランジ部油路を備える請求項１又は請求項２に記載の遠心圧縮機。