JP2019210899A

JP2019210899A - 遠心圧縮機

Info

Publication number: JP2019210899A
Application number: JP2018109452A
Authority: JP
Inventors: 和貴岡崎; Kazuki Okazaki; 潤也鈴木; Junya Suzuki; 英文森; Hidefumi Mori
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2018-06-07
Filing date: 2018-06-07
Publication date: 2019-12-12
Also published as: CN110645191A; DE102019115088A1; US20190376521A1

Abstract

【課題】回転軸の振れを抑制すること。【解決手段】第２ラジアル支持部１４ｂの半径を、レゾルバロータ３１の回転半径よりも大きくした。よって、回転軸１４をハウジング１３に組み付ける前に、モータロータ１７及びレゾルバロータ３１を回転軸１４に固定したとしても、回転軸１４をハウジング１３に組み付ける際に、レゾルバロータ３１が第２ラジアルベアリング２２の内側を通過できる。したがって、回転軸１４をハウジング１３に組み付ける前に、モータロータ１７及びレゾルバロータ３１を回転軸１４に固定し、モータロータ１７又はレゾルバロータ３１の周方向での重量分布を調整することで回転軸１４の回転バランスの調整が行える。【選択図】図１

Description

本発明は、遠心圧縮機に関する。

近年、燃料ガスである水素と酸化剤ガスである空気に含まれる酸素とを化学反応させて発電を行う燃料電池スタックを備える燃料電池システムを搭載した車両が実用化されている。燃料電池システムは、例えば特許文献１に開示されているように、燃料電池スタックに供給される空気を圧縮する遠心圧縮機を備えている。遠心圧縮機は、ハウジングと、ハウジング内に収容される回転軸と、ハウジング内に収容されるとともに回転軸を回転させる電動モータと、回転軸の一端部に連結されるとともに回転軸が回転することにより駆動して空気を圧縮するインペラと、回転軸をハウジングに対して回転軸の径方向で回転可能に支持するラジアルベアリングと、を有している。電動モータは、回転軸に固定されたモータロータと、ハウジングに固定されるモータステータと、を有している。また、電動モータのモータロータの回転角を検出するためには、例えば特許文献２に記載されているようなレゾルバが用いられる。レゾルバは、回転軸に固定されたレゾルバロータと、ハウジングに固定されるレゾルバステータと、を有している。

特開２０１０−１４４５３７号公報特開２０１７−１５８３９５号公報

ところで、遠心圧縮機の回転軸は、例えば、８万ｒｐｍ以上で高速回転するため、遠心圧縮機の回転軸にレゾルバを設けると、回転軸の回転バランスが崩れ易く、振れが生じ易くなる。

遠心圧縮機においては、レゾルバステータのコイルから引き出されるレゾルバ配線におけるハウジング内での取り回しの都合上、レゾルバは、ハウジング内において、回転軸の軸心方向におけるインペラとは反対側の端部に配置されることがある。この場合、レゾルバロータは、回転軸におけるインペラとは反対側の他端部に固定される。ここで、回転軸をハウジングに組み付ける前に、レゾルバロータを回転軸に固定しておくと、回転軸をハウジングに組み付ける際に、レゾルバロータがラジアルベアリングに干渉してしまい、回転軸をハウジングに組み付けることができなくなってしまう場合がある。よって、レゾルバロータは、回転軸がハウジングに組み付けられた後に、回転軸におけるインペラとは反対側の他端部に固定される。

例えば、回転軸をハウジングに組み付ける前に、モータロータが回転軸に固定された状態で、モータロータの周方向での重量分布のバラツキを調整して、回転軸の回転バランスの調整を予め行うことが考えられる。しかし、回転軸がハウジングに組み付けられた後に、レゾルバロータが回転軸に固定されると、回転軸をハウジングに組み付ける前に、モータロータの周方向での重量分布を調整することで回転軸の回転バランスの調整を行ったとしても、回転軸の回転バランスがレゾルバロータによって崩れてしまい、回転軸の振れが生じ易くなってしまう。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、回転軸の振れ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、ハウジングと、前記ハウジング内に収容される回転軸と、前記回転軸に固定されたモータロータ、及び前記ハウジングに固定されるモータステータを有するとともに前記回転軸を回転させる電動モータと、前記回転軸の一端部に連結されるとともに前記回転軸が回転することにより駆動して流体を圧縮するインペラと、前記回転軸を前記ハウジングに対して前記回転軸の径方向で回転可能に支持するラジアルベアリングと、前記回転軸に固定されたレゾルバロータ、及び前記ハウジングに固定されるレゾルバステータを有するとともに前記モータロータの回転角を検出するレゾルバと、を備え、前記レゾルバロータは、前記回転軸における前記インペラとは反対側の他端部に固定されている遠心圧縮機であって、前記回転軸は、前記ラジアルベアリングに回転可能に支持されるラジアル支持部を有し、前記ラジアル支持部の半径は、前記レゾルバロータの回転半径よりも大きい。

これによれば、回転軸をハウジングに組み付ける前に、モータロータを回転軸に固定するとともに、レゾルバロータを回転軸におけるインペラとは反対側の他端部に固定したとしても、回転軸をハウジングに組み付ける際に、レゾルバロータがラジアルベアリングの内側を通過できる。よって、回転軸をハウジングに組み付ける前に、モータロータを回転軸に固定するとともに、レゾルバロータを回転軸に固定し、モータロータ又はレゾルバロータの周方向での重量分布を調整することで回転軸の回転バランスの調整を行うことができる。したがって、レゾルバロータが回転軸に固定された状態で回転軸の回転バランスの調整を行った後に、回転軸をハウジングに組み付けることができるため、回転軸の振れを抑制することができる。

上記遠心圧縮機において、前記回転軸を前記ハウジングに対して前記回転軸の軸心方向で回転可能に支持するスラストベアリングを備え、前記回転軸は、前記スラストベアリングに回転可能に支持されるスラスト支持部を有し、前記スラスト支持部は、前記回転軸の軸心方向で前記レゾルバロータ、前記モータロータ、及び前記ラジアル支持部よりも前記インペラ寄りに位置しており、前記ラジアル支持部の外径は、前記モータロータのモータロータコアの外径よりも大きく、且つ前記モータステータのモータステータコアの内径よりも小さいとよい。

これによれば、回転軸をハウジングに組み付ける前に、モータロータを回転軸に固定するとともに、レゾルバロータを回転軸に固定したとしても、回転軸をハウジングに組み付ける際に、ラジアル支持部がモータステータコアの内側を通過でき、モータロータコアがラジアルベアリングの内側を通過できる。よって、回転軸をハウジングに組み付ける際に、回転軸を、レゾルバロータ側の端部からラジアルベアリングの内側及びモータステータコアの内側を通過させることができる。そして、スラスト支持部が、回転軸の軸心方向でレゾルバロータ、モータロータ、及びラジアル支持部よりもインペラ寄りに位置しているため、回転軸をハウジングに組み付ける前に、回転軸がスラスト支持部を有していても、回転軸をハウジングに組み付けることができる。よって、回転軸をハウジングに組み付ける前に、モータロータ及びレゾルバロータを回転軸に固定するとともに、回転軸がスラスト支持部を有している状態で、モータロータ又はレゾルバロータの周方向での重量分布を調整することで回転軸の回転バランスの調整を行うことができる。

上記遠心圧縮機において、前記レゾルバロータの軸倍角が１倍角又は２倍角であるとよい。
レゾルバロータの軸倍角を１倍角（１Ｘ）又は２倍角（２Ｘ）にすれば、電動モータのモータロータの回転角を精度良く検出することができる。レゾルバロータは、レゾルバロータの軸倍角が小さくなる程、レゾルバロータの周方向での重量分布がアンバランスな形状となるため、軸倍角が１倍角（１Ｘ）又は２倍角（２Ｘ）のレゾルバロータが固定された回転軸では、回転バランスが崩れ易い。しかしながら、本発明を適用することによって、レゾルバロータの軸倍角が１倍角（１Ｘ）又は２倍角（２Ｘ）であっても回転軸の振れを抑制することができる。

この発明によれば、回転軸の振れを抑制することができる。

（ａ）は第１の実施形態における燃料電池システムの概略構成図、（ｂ）はレゾルバロータの正面図。（ａ）は回転軸をハウジングに組み付ける前の状態を模式的に示す図、（ｂ）は回転軸がハウジングに組み付けられた状態を模式的に示す図。第２の実施形態における燃料電池システムの概略構成図。（ａ）は回転軸をハウジングに組み付ける前の状態を模式的に示す図、（ｂ）は回転軸がハウジングに組み付けられた状態を模式的に示す図。

（第１の実施形態）
以下、遠心圧縮機を具体化した第１の実施形態を図１及び図２にしたがって説明する。遠心圧縮機は、燃料電池システムの燃料電池スタックに供給される流体である酸化剤ガスとしての空気を圧縮する。本実施形態の燃料電池システムは、例えば、燃料電池車などの車両に搭載されている。

図１（ａ）に示すように、燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１１と、空気を圧縮する遠心圧縮機１２と、を備えている。燃料電池スタック１１には、遠心圧縮機１２によって圧縮された空気が供給される。燃料電池スタック１１は、例えば、複数のセルを有している。各セルは、酸素極と、水素極と、両極の間に配置された電解質膜とが積層されて構成されている。そして、燃料電池スタック１１は、燃料ガスである水素と空気に含まれる酸素とを化学反応させて発電を行う。なお、酸化剤ガスとしては、酸素を含むガスであれば任意である。

燃料電池スタック１１は、図示しない走行用モータに電気的に接続されている。走行用モータは、燃料電池スタック１１により発電された電力を電力源として駆動する。走行用モータの動力は、図示しない動力伝達機構を介して車軸に伝達され、車両は、アクセルペダルのアクセル開度に応じた車速で走行する。

燃料電池スタック１１の発電に寄与する酸素は、空気中に２割程度しか存在しないことから、燃料電池スタック１１に供給された空気の８割程度は、燃料電池スタック１１の発電に寄与されることなく燃料電池スタック１１から排出ガスとして排出される。

燃料電池スタック１１は、空気が供給される供給口１１ａと、空気が排出ガスとして排出される排出口１１ｂと、供給口１１ａと排出口１１ｂとを繋ぐ空気流路１１ｃと、を有している。空気流路１１ｃでは、供給口１１ａから供給された空気が排出口１１ｂに向けて流れる。

遠心圧縮機１２は、ハウジング１３と、ハウジング１３内に収容される回転軸１４と、ハウジング１３内に収容されるとともに回転軸１４を回転させる電動モータ１５と、ハウジング１３内に収容されるとともに回転軸１４に連結され、回転軸１４が回転することにより駆動して空気を圧縮するインペラ１６と、を有している。インペラ１６は、回転軸１４の一端部に連結され、回転軸１４と一体的に回転する。遠心圧縮機１２の回転軸１４は、例えば、８万ｒｐｍ以上で高速回転する。

電動モータ１５は、回転軸１４に固定された筒状のモータロータ１７、及びハウジング１３に固定される筒状のモータステータ１８を有している。モータロータ１７は、モータステータ１８の内側に配置されるとともに回転軸１４と一体的に回転する。モータロータ１７は、回転軸１４に止着された円筒状のモータロータコア１７ａと、モータロータコア１７ａに設けられた複数の永久磁石（図示せず）と、を有している。モータステータ１８は、モータロータ１７を取り囲んでいる。モータステータ１８は、ハウジング１３に固定された円筒状のモータステータコア１８ａと、モータステータコア１８ａに巻回されたコイル１８ｂと、を有している。そして、図示しないバッテリからコイル１８ｂに電流が流れることによって、モータロータ１７と回転軸１４とが一体的に回転する。これにより、インペラ１６が回転軸１４と一体的に回転し、インペラ１６によって空気が圧縮される。

ハウジング１３は、空気が吸入される吸入口１３ａと、空気が吐出される吐出口１３ｂと、を有している。また、燃料電池システム１０は、圧縮機用流路２０ａを備えている。圧縮機用流路２０ａは、例えば、配管等で構成されている。圧縮機用流路２０ａの一端は大気に開放されており、圧縮機用流路２０ａの他端は吸入口１３ａに接続されている。そして、外部からの空気が圧縮機用流路２０ａを流れて吸入口１３ａに吸入される。インペラ１６は、吸入口１３ａから吸入された空気を圧縮する。そして、インペラ１６で圧縮された空気は吐出口１３ｂから吐出される。

燃料電池システム１０は、遠心圧縮機１２と燃料電池スタック１１とを接続する供給流路２０ｂを備えている。供給流路２０ｂは、例えば、配管等で構成されている。供給流路２０ｂの一端は吐出口１３ｂに接続されるとともに、供給流路２０ｂの他端は供給口１１ａに接続されている。そして、吐出口１３ｂから吐出された空気は、供給流路２０ｂを流れて供給口１１ａに供給される。

燃料電池システム１０は、排出流路２０ｃを備えている。排出流路２０ｃは、例えば、配管等で構成されている。排出流路２０ｃの一端は排出口１１ｂに接続されるとともに、排出流路２０ｃの他端は大気に開放されている。そして、排出口１１ｂから排出された排出ガスは、排出流路２０ｃを流れて大気に排出される。

遠心圧縮機１２は、回転軸１４をハウジング１３に対して回転軸１４の径方向で回転可能に支持する円筒状のラジアルベアリングとしての第１ラジアルベアリング２１及び第２ラジアルベアリング２２を備えている。本実施形態において、第１ラジアルベアリング２１及び第２ラジアルベアリング２２は、回転軸１４の軸心方向において、電動モータ１５を挟んだ両側にそれぞれ配置されている。第１ラジアルベアリング２１は、電動モータ１５よりもインペラ１６側に位置している。第２ラジアルベアリング２２は、電動モータ１５よりもインペラ１６とは反対側に位置している。

回転軸１４は、第１ラジアルベアリング２１に回転可能に支持される円柱状のラジアル支持部としての第１ラジアル支持部１４ａを有している。また、回転軸１４は、第２ラジアルベアリング２２に回転可能に支持される円柱状のラジアル支持部としての第２ラジアル支持部１４ｂを有している。第１ラジアル支持部１４ａ及び第２ラジアル支持部１４ｂは、回転軸１４における電動モータ１５を挟んだ両側にそれぞれ設けられている。第１ラジアル支持部１４ａ及び第２ラジアル支持部１４ｂは、回転軸１４の一部であり、回転軸１４と一体的に回転する。第１ラジアルベアリング２１は、第１ラジアル支持部１４ａを取り囲んだ状態でハウジング１３に固定されるとともに、第２ラジアルベアリング２２は、第２ラジアル支持部１４ｂを取り囲んだ状態でハウジング１３に固定されている。第１ラジアル支持部１４ａの外径Ｒ１と第２ラジアル支持部１４ｂの外径Ｒ２とは同じである。よって、第１ラジアル支持部１４ａの半径と第２ラジアル支持部１４ｂの半径とは同じである。

第１ラジアルベアリング２１は、電動モータ１５（回転軸１４）の回転数が所定値に達するまでは、第１ラジアル支持部１４ａと接触した状態で回転軸１４を支持するとともに、第２ラジアルベアリング２２は、電動モータ１５の回転数が所定値に達するまでは、第２ラジアル支持部１４ｂと接触した状態で回転軸１４を支持する。そして、電動モータ１５の回転数が所定値に達すると、第１ラジアル支持部１４ａと第１ラジアルベアリング２１との間に生じる動圧によって、第１ラジアル支持部１４ａが第１ラジアルベアリング２１に対して浮上し、第１ラジアルベアリング２１は、第１ラジアル支持部１４ａと非接触の状態で回転軸１４を支持する。また、電動モータ１５の回転数が所定値に達すると、第２ラジアル支持部１４ｂと第２ラジアルベアリング２２との間に生じる動圧によって、第２ラジアル支持部１４ｂが第２ラジアルベアリング２２に対して浮上し、第２ラジアルベアリング２２は、第２ラジアル支持部１４ｂと非接触の状態で回転軸１４を支持する。

また、遠心圧縮機１２は、回転軸１４をハウジング１３に対して回転軸１４の軸心方向で回転可能に支持する平板リング状のスラストベアリング２３を備えている。スラストベアリング２３は、回転軸１４の軸心方向において、電動モータ１５よりもインペラ１６側であって、且つ第１ラジアルベアリング２１とインペラ１６との間に二つ配置されている。二つのスラストベアリング２３は、ハウジング１３に支持されている。

回転軸１４は、二つのスラストベアリング２３に回転可能に支持される平板リング状のスラスト支持部２４を有している。スラスト支持部２４は、回転軸１４におけるインペラ１６と第１ラジアル支持部１４ａとの間に設けられている。スラスト支持部２４は、回転軸１４の軸心方向で二つのスラストベアリング２３に挟まれている。よって、二つのスラストベアリング２３は、スラスト支持部２４を回転軸１４の軸心方向で挟んだ状態で互いに配置されている。本実施形態において、スラスト支持部２４は、回転軸１４とは別部材であるリング部材である。そして、スラスト支持部２４は、例えば、回転軸１４に圧入されることにより固定されており、回転軸１４と一体的に回転する。

各スラストベアリング２３は、電動モータ１５（回転軸１４）の回転数が所定値に達するまでは、スラスト支持部２４と接触した状態で回転軸１４を支持する。そして、電動モータ１５の回転数が所定値に達すると、スラスト支持部２４と各スラストベアリング２３との間に生じる各々の動圧によって、スラスト支持部２４が各スラストベアリング２３に対して浮上し、各スラストベアリング２３は、スラスト支持部２４と非接触の状態で回転軸１４を支持する。

遠心圧縮機１２は、モータロータ１７の回転角を検出するレゾルバ３０を備えている。レゾルバ３０は、回転軸１４に固定された筒状のレゾルバロータ３１、及びハウジング１３に固定される筒状のレゾルバステータ３２を有している。

レゾルバロータ３１は、回転軸１４におけるインペラ１６とは反対側の他端部に固定されている。そして、本実施形態では、回転軸１４の一端部から他端部にかけて、インペラ１６、スラスト支持部２４、第１ラジアル支持部１４ａ、モータロータコア１７ａ、第２ラジアル支持部１４ｂ、及びレゾルバロータ３１の順に配列されている。したがって、スラスト支持部２４は、回転軸１４の軸心方向でレゾルバロータ３１、モータロータ１７、第１ラジアル支持部１４ａ、及び第２ラジアル支持部１４ｂよりもインペラ１６寄りに位置している。

レゾルバロータ３１は、レゾルバステータ３２の内側に配置されるとともに回転軸１４と一体的に回転する。レゾルバステータ３２は、レゾルバロータ３１を取り囲んでいる。レゾルバステータ３２は、ハウジング１３に固定された円筒状のレゾルバステータコア３２ａと、レゾルバステータコア３２ａに巻回されたコイル３２ｂと、を有している。レゾルバステータ３２のコイル３２ｂからは、レゾルバ配線３２ｃが引き出されている。レゾルバ配線３２ｃは、図示しない制御装置に電気的に接続されている。そして、レゾルバロータ３１の回転によって、レゾルバロータ３１の回転を検出した２相出力からなるレゾルバ信号がコイル３２ｂからレゾルバ配線３２ｃを介して制御装置に送られる。

制御装置は、レゾルバ信号に基づいて、電動モータ１５の回転数が目標回転数となるための目標電流値を演算する。目標回転数とは、アクセルペダルの操作態様等に基づいて燃料電池スタック１１に要求される要求発電量から決定され、燃料電池システム１０から制御装置に送信される指令回転数である。そして、制御装置は、電動モータ１５の回転数が目標回転数となるように電動モータ１５の駆動を制御する。

図１（ｂ）に示すように、レゾルバロータ３１は、回転軸１４が挿通される挿通孔３１ａを有している。挿通孔３１ａは、真円形状である。挿通孔３１ａの軸心は、回転軸１４の軸心Ｌ１に一致している。よって、挿通孔３１ａは、回転軸１４の軸心Ｌ１を中心とした円孔状である。

レゾルバロータ３１の外周面は、回転軸１４の軸心Ｌ１から回転軸１４の径方向へ最も離間した離間部３１ｂと、回転軸１４の軸心Ｌ１から回転軸１４の径方向で最も接近した接近部３１ｃと、を有している。離間部３１ｂ及び接近部３１ｃは、互いに周方向で１８０度離れている。そして、レゾルバロータ３１の外周面は、離間部３１ｂから接近部３１ｃに向かうにつれて回転軸１４の軸心Ｌ１からの半径が徐々に小さくなっていく非真円形状に形成されている。したがって、離間部３１ｂは、レゾルバロータ３１の外周面において回転軸１４の軸心Ｌ１からの半径が最も大きい部位であり、接近部３１ｃは、レゾルバロータ３１の外周面において回転軸１４の軸心Ｌ１からの半径が最も小さい部位である。そして、レゾルバロータ３１は、離間部３１ｂから接近部３１ｃに向かうにつれて、薄肉になっている。上記構成のレゾルバロータ３１の軸倍角は、１倍角（１Ｘ）である。

第１ラジアル支持部１４ａの外径Ｒ１及び第２ラジアル支持部１４ｂの外径Ｒ２は、離間部３１ｂを通過するとともに回転軸１４の軸心Ｌ１を中心とする仮想円Ｃ１の外径Ｒ３よりも大きい。仮想円Ｃ１の半径は、レゾルバロータ３１の回転半径である。よって、第１ラジアル支持部１４ａの半径及び第２ラジアル支持部１４ｂの半径は、レゾルバロータ３１の回転半径よりも大きい。また、仮想円Ｃ１の外径Ｒ３は、モータロータコア１７ａの外径Ｒ４よりも小さい。さらに、第１ラジアル支持部１４ａの外径Ｒ１及び第２ラジアル支持部１４ｂの外径Ｒ２は、モータロータコア１７ａの外径Ｒ４よりも小さい。

次に、第１の実施形態の作用について説明する。
図２（ａ）に示すように、上記構成の遠心圧縮機１２においては、回転軸１４をハウジング１３に組み付ける前に、モータロータ１７を回転軸１４に固定するとともに、レゾルバロータ３１を回転軸１４の他端部に固定した状態で、回転軸１４の回転バランスの調整が行われる。回転軸１４の回転バランスの調整は、モータロータ１７の周方向での重量分布のバラツキを調整したり、レゾルバロータ３１の周方向での重量分布のバラツキを調整したりすることにより行われる。そして、回転軸１４の回転バランスの調整を行った後、回転軸１４をハウジング１３に組み付ける。

なお、第１ラジアルベアリング２１は、ハウジング１３の一部を構成する第１ハウジング構成体４１の内部に予め固定されており、モータステータ１８及び第２ラジアルベアリング２２は、ハウジング１３の一部を構成するとともに第１ハウジング構成体４１に連結される第２ハウジング構成体４２の内部に予め固定されている。

図２（ｂ）に示すように、回転軸１４をハウジング１３に組み付ける際には、回転軸１４におけるレゾルバロータ３１とは反対側の端部が、第１ハウジング構成体４１の内部に挿入される。このとき、回転軸１４におけるレゾルバロータ３１とは反対側の端部が第１ラジアルベアリング２１の内側を通過する。そして、回転軸１４は、第１ラジアル支持部１４ａが第１ラジアルベアリング２１に取り囲まれた状態で第１ハウジング構成体４１に組み付けられる。

さらに、回転軸１４におけるレゾルバロータ３１側の端部が、第２ハウジング構成体４２の内部に挿入される。このとき、離間部３１ｂを通過するとともに回転軸１４の軸心Ｌ１を中心とする仮想円Ｃ１の外径Ｒ３が、モータロータコア１７ａの外径Ｒ４よりも小さいため、レゾルバロータ３１がモータステータコア１８ａの内側を通過する。また、第２ラジアル支持部１４ｂの外径Ｒ２が、モータロータコア１７ａの外径Ｒ４よりも小さいため、第２ラジアル支持部１４ｂがモータステータコア１８ａの内側を通過する。さらに、第２ラジアル支持部１４ｂの外径Ｒ２が、離間部３１ｂを通過するとともに回転軸１４の軸心Ｌ１を中心とする仮想円Ｃ１の外径Ｒ３よりも大きい、すなわち、第２ラジアル支持部１４ｂの半径が、レゾルバロータ３１の回転半径よりも大きいため、レゾルバロータ３１が第２ラジアルベアリング２２の内側を通過する。そして、回転軸１４は、モータロータ１７がモータステータ１８に取り囲まれるとともに、第２ラジアル支持部１４ｂが第２ラジアルベアリング２２に取り囲まれた状態で第２ハウジング構成体４２に組み付けられる。このようにして、回転軸１４がハウジング１３に組み付けられる。

なお、本実施形態では、回転軸１４がハウジング１３に組み付けられた後、インペラ１６及びスラスト支持部２４が回転軸１４に固定される。そして、ハウジング１３の一部を構成するとともにレゾルバステータ３２が予め固定された図示しないハウジング構成体が、レゾルバロータ３１がレゾルバステータ３２に取り囲まれた状態で第２ハウジング構成体４２における第１ハウジング構成体４１とは反対側の端部に連結される。

第１の実施形態では以下の効果を得ることができる。
（１−１）遠心圧縮機１２の回転軸１４は、８万ｒｐｍ以上で高速回転するため、モータロータ１７の回転角を精度良く検出するために、本実施形態のレゾルバ３０においては、レゾルバロータ３１の軸倍角を１倍角としている。レゾルバロータ３１は、レゾルバロータ３１の軸倍角が小さくなるほど、レゾルバロータ３１の周方向での重量分布がアンバランスな形状になるため、軸倍角の小さいレゾルバロータ３１が固定された回転軸１４では、回転バランスが崩れ易く、振れが生じ易くなる。

そこで、第２ラジアル支持部１４ｂの半径を、レゾルバロータ３１の回転半径よりも大きくした。これによれば、回転軸１４をハウジング１３に組み付ける前に、モータロータ１７を回転軸１４に固定するとともに、レゾルバロータ３１を回転軸１４におけるインペラ１６とは反対側の他端部に固定したとしても、回転軸１４をハウジング１３に組み付ける際に、レゾルバロータ３１が第２ラジアルベアリング２２の内側を通過できる。よって、回転軸１４をハウジング１３に組み付ける前に、モータロータ１７を回転軸１４に固定するとともに、レゾルバロータ３１を回転軸１４に固定し、モータロータ１７又はレゾルバロータ３１の周方向での重量分布を調整することで回転軸１４の回転バランスの調整を行うことができる。したがって、レゾルバロータ３１が回転軸１４に固定された状態で回転軸１４の回転バランスの調整を行った後に、回転軸１４をハウジング１３に組み付けることができるため、回転軸１４の振れを抑制することができる。

（第２の実施形態）
以下、遠心圧縮機を具体化した第２の実施形態を図３及び図４にしたがって説明する。なお、以下に説明する実施形態では、既に説明した第１の実施形態と同一構成について同一符号を付すなどして、その重複する説明を省略又は簡略する。

図３に示すように、第１ラジアル支持部１４ａの外径Ｒ１及び第２ラジアル支持部１４ｂの外径Ｒ２は、モータロータコア１７ａの外径Ｒ４よりも大きく、且つモータステータコア１８ａの内径Ｒ５よりも小さい。

次に、第２の実施形態の作用について説明する。
図４（ａ）に示すように、上記構成の遠心圧縮機１２においては、回転軸１４をハウジング１３に組み付ける前に、モータロータ１７及びレゾルバロータ３１を回転軸１４に固定するとともに、さらには、スラスト支持部２４を回転軸１４に固定した状態で、回転軸１４の回転バランスの調整が行われる。なお、二つのスラストベアリング２３は、スラスト支持部２４に支持されている。そして、回転軸１４の回転バランスの調整を行った後、回転軸１４をハウジング１３に組み付ける。第１ラジアルベアリング２１、モータステータ１８、及び第２ラジアルベアリング２２は、ハウジング１３の一部を構成するハウジング構成体４３の内部に予め固定されている。

図４（ｂ）に示すように、回転軸１４をハウジング１３に組み付ける際には、回転軸１４におけるレゾルバロータ３１側の端部が、ハウジング構成体４３の内部に挿入される。このとき、第１ラジアル支持部１４ａの外径Ｒ１が、離間部３１ｂを通過するとともに回転軸１４の軸心Ｌ１を中心とする仮想円Ｃ１の外径Ｒ３よりも大きい、すなわち、第１ラジアル支持部１４ａの半径が、レゾルバロータ３１の回転半径よりも大きいため、レゾルバロータ３１が第１ラジアルベアリング２１の内側を通過する。また、仮想円Ｃ１の外径Ｒ３が、モータロータコア１７ａの外径Ｒ４よりも小さいため、レゾルバロータ３１がモータステータコア１８ａの内側を通過する。さらには、第２ラジアル支持部１４ｂの外径Ｒ２が、仮想円Ｃ１の外径Ｒ３よりも大きい、すなわち、第２ラジアル支持部１４ｂの半径が、レゾルバロータ３１の回転半径よりも大きいため、レゾルバロータ３１が第２ラジアルベアリング２２の内側を通過する。

また、第２ラジアル支持部１４ｂは、第１ラジアルベアリング２１の内側を通過する。さらに、第２ラジアル支持部１４ｂの外径Ｒ２が、モータロータコア１７ａの外径Ｒ４よりも大きく、且つモータステータコア１８ａの内径Ｒ５よりも小さいため、第２ラジアル支持部１４ｂがモータステータコア１８ａの内側を通過する。また、第１ラジアル支持部１４ａの外径Ｒ１が、モータロータコア１７ａの外径Ｒ４よりも大きいため、モータロータコア１７ａは、第１ラジアルベアリング２１の内側を通過する。そして、回転軸１４は、第１ラジアル支持部１４ａが第１ラジアルベアリング２１に取り囲まれるとともに、モータロータ１７がモータステータ１８に取り囲まれ、さらには、第２ラジアル支持部１４ｂが第２ラジアルベアリング２２に取り囲まれた状態でハウジング構成体４３に組み付けられる。このようにして、回転軸１４がハウジング１３に組み付けられる。

なお、本実施形態では、回転軸１４がハウジング１３に組み付けられた後、インペラ１６が回転軸１４に固定される。そして、ハウジング１３の一部を構成するとともにレゾルバステータ３２が予め固定された図示しないハウジング構成体が、レゾルバロータ３１がレゾルバステータ３２に取り囲まれた状態でハウジング構成体４３におけるインペラ１６とは反対側の端部に連結される。

第２の実施形態では、第１の実施形態の効果（１−１）と同様の効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
（２−１）第１ラジアル支持部１４ａの外径Ｒ１及び第２ラジアル支持部１４ｂの外径Ｒ２は、モータロータコア１７ａの外径Ｒ４よりも大きく、且つモータステータコア１８ａの内径Ｒ５よりも小さい。これによれば、回転軸１４をハウジング１３に組み付ける前に、モータロータ１７及びレゾルバロータ３１を回転軸１４に固定したとしても、回転軸１４をハウジング１３に組み付ける際に、第２ラジアル支持部１４ｂがモータステータコア１８ａの内側を通過でき、モータロータコア１７ａが第１ラジアルベアリング２１の内側を通過できる。よって、回転軸１４をハウジング１３に組み付ける際に、回転軸１４を、レゾルバロータ３１側の端部から第１ラジアルベアリング２１の内側、モータステータコア１８ａの内側、及び第２ラジアルベアリング２２の内側を通過させることができる。そして、スラスト支持部２４が、回転軸１４の軸心方向でレゾルバロータ３１、モータロータ１７、第１ラジアル支持部１４ａ、及び第２ラジアル支持部１４ｂよりもインペラ１６寄りに位置している。このため、回転軸１４をハウジング１３に組み付ける前に、回転軸１４がスラスト支持部２４を有していても、回転軸１４をハウジング１３に組み付けることができる。よって、回転軸１４をハウジング１３に組み付ける前に、モータロータ１７及びレゾルバロータ３１を回転軸１４に固定するとともに、回転軸１４がスラスト支持部２４を有している状態で、モータロータ１７又はレゾルバロータ３１の周方向での重量分布を調整することで回転軸１４の回転バランスの調整を行うことができる。

なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記各実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

○ 上記各実施形態において、レゾルバロータ３１の軸倍角が、２倍角（２Ｘ）であってもよく、３倍角（３Ｘ）以上であってもよい。
○ 上記各実施形態において、第１ラジアルベアリング２１及び第２ラジアルベアリング２２は、滑り軸受や転がり軸受であってもよい。

○ 上記各実施形態において、遠心圧縮機１２は、燃料電池システム１０の燃料電池スタック１１に供給される酸化剤ガスを圧縮するものでなくてもよく、例えば、空調装置に用いられ、流体としての冷媒を圧縮するものであってもよい。

○ 上記各実施形態において、燃料電池システム１０は、車両以外に搭載されていてもよい。

１２…遠心圧縮機、１３…ハウジング、１４…回転軸、１４ａ…ラジアル支持部としての第１ラジアル支持部、１４ｂ…ラジアル支持部としての第２ラジアル支持部、１５…電動モータ、１６…インペラ、１７…モータロータ、１７ａ…モータロータコア、１８…モータステータ、１８ａ…モータステータコア、２１…ラジアルベアリングとしての第１ラジアルベアリング、２２…ラジアルベアリングとしての第２ラジアルベアリング、２３…スラストベアリング、２４…スラスト支持部、３０…レゾルバ、３１…レゾルバロータ、３２…レゾルバステータ。

Claims

ハウジングと、
前記ハウジング内に収容される回転軸と、
前記回転軸に固定されたモータロータ、及び前記ハウジングに固定されるモータステータを有するとともに前記回転軸を回転させる電動モータと、
前記回転軸の一端部に連結されるとともに前記回転軸が回転することにより駆動して流体を圧縮するインペラと、
前記回転軸を前記ハウジングに対して前記回転軸の径方向で回転可能に支持するラジアルベアリングと、
前記回転軸に固定されたレゾルバロータ、及び前記ハウジングに固定されるレゾルバステータを有するとともに前記モータロータの回転角を検出するレゾルバと、を備え、
前記レゾルバロータは、前記回転軸における前記インペラとは反対側の他端部に固定されている遠心圧縮機であって、
前記回転軸は、前記ラジアルベアリングに回転可能に支持されるラジアル支持部を有し、前記ラジアル支持部の半径は、前記レゾルバロータの回転半径よりも大きいことを特徴とする遠心圧縮機。
前記回転軸を前記ハウジングに対して前記回転軸の軸心方向で回転可能に支持するスラストベアリングを備え、
前記回転軸は、前記スラストベアリングに回転可能に支持されるスラスト支持部を有し、前記スラスト支持部は、前記回転軸の軸心方向で前記レゾルバロータ、前記モータロータ、及び前記ラジアル支持部よりも前記インペラ寄りに位置しており、
前記ラジアル支持部の外径は、前記モータロータのモータロータコアの外径よりも大きく、且つ前記モータステータのモータステータコアの内径よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の遠心圧縮機。
前記レゾルバロータの軸倍角が１倍角又は２倍角であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の遠心圧縮機。