JP2020186724A - スラスト荷重軽減化のためのブリードシステムを備えた単段コンプレッサ - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクトで複雑性の低いコンプレッサを提供し、更に、汚染しにくいコンプレッサベアリングを提供する。【解決手段】単段コンプレッサデバイス１１０が、ハウジング１３６と、シャフト１５０及びコンプレッサホイール１３０を有する回転群１４８と、を含んでいる。また、コンプレッサデバイス１１０は、コンプレッサ流れ経路へ流体接続されコンプレッサ流れ経路からブリード流体を受け入れるように構成されたブリードシステム１６２を含んでいる。ブリードシステム１６２はブリード通路を含んでいる。ブリード通路の少なくとも一部分は、コンプレッサホイール１３０の後面１６８とハウジング１３６の対向表面とによって協働的に画定されている。ブリードシステム１６２は、ブリード通路からのブリード空気を送り渡し、それにより回転群１４８へのコンプレッサホイール１３０のスラスト荷重を軽減するように構成されている。【選択図】図１

Description

[0001]本開示は、概括的には、単段コンプレッサに関するものであり、より厳密には、スラスト荷重軽減化のための抽気システムを備えた単段コンプレッサに関する。

[0002]様々なシステムが、圧縮流体を供給するためのコンプレッサを含んでいる。例えば、燃料電池システムは、空気を燃料電池スタックへ送られる前に圧縮するための燃料電池コンプレッサを含んでいることが多い。これは、燃料電池システムの運転効率を高めることができる。

[0003]しかしながら、従来のコンプレッサは様々な不備に悩まされることがある。例えば、一部のコンプレッサは、幾つかの用途について嵩高すぎる、重すぎる、又は複雑すぎることもある。更に、一部の従来のコンプレッサで使用されているベアリングは、汚染源となる可能性もある。また、一部のコンプレッサは、その有用性及び／又は運転効率を制限する荷重支承容量を有していることもある。

[0004]ゆえに、従来のコンプレッサよりもコンパクトで複雑性の低いコンプレッサを提供するのが望ましい。更に、コンプレッサを汚染しにくいコンプレッサベアリングを提供するのが望ましい。また、従来のコンプレッサよりも高い荷重支承容量を備えたコンプレッサを提供するのが望ましい。本開示の他の望ましい特徴及び特性は、後続の詳細な説明と付随の特許請求の範囲が添付図面及びこの背景技術の論考と併せて考察されることにより明らかになるであろう。

[0005]１つの実施形態では、ハウジングを含む単段コンプレッサデバイスが開示されている。コンプレッサデバイスは、更に、シャフト及びシャフトへ固定されたコンプレッサホイールを含む回転群を含んでいる。コンプレッサホイールは前面及び後面を含んでいる。前面はハウジングと協働してコンプレッサ流れ経路を画定している。コンプレッサデバイスは、更に、ハウジング内の回転群の回転を支持するベアリングを含んでいる。また、コンプレッサデバイスは、ハウジング内の回転群の回転を駆動するモータを含んでいる。更に、コンプレッサデバイスは、コンプレッサ流れ経路へ流体接続されコンプレッサ流れ経路からブリード流体を受け入れるように構成されたブリードシステムを含んでいる。ブリードシステムはブリード通路を含んでいる。ブリード通路の少なくとも一部分は、コンプレッサホイールの後面とハウジングの対向表面とによって協働的に画定されている。ブリードシステムは、ブリード通路からのブリード空気を送り渡し、それにより回転群へのコンプレッサホイールのスラスト荷重を軽減するように構成されている。

[0006]別の実施形態では、ハウジング及びハウジング内に収納された電気モータを含む単段電動式コンプレッサデバイスが開示されている。コンプレッサデバイスは、更に、シャフト及びシャフトへ固定されたコンプレッサホイールを含む回転群を含んでいる。回転群は、タービンレスであり、モータによって回転軸周りに回転を駆動されるように構成されている。コンプレッサホイールは前面と後面を含んでいる。前面は、ハウジングと協働してコンプレッサ流れ経路を画定している。また、コンプレッサデバイスは、ハウジング内の回転群の回転を支持する空気ベアリングを含んでいる。加えて、コンプレッサデバイスは、ブリード通路及び戻りチャネルを含むブリードシステムを含んでいる。ブリード通路は、コンプレッサ流れ経路からブリード空気を受け入れるように構成されている。戻りチャネルは、ブリード空気をコンプレッサ流れ経路に向けて戻すように構成されている。ブリード通路の少なくとも一部分は、コンプレッサホイールの後面とハウジングの対向表面とによって協働的に画定されている。

[0007]本開示は、これ以降、以下の図面と関連付けて説明されるものであり、図面中、同様の符号は同様の要素を表す。

[0008]本開示の例示としての実施形態による充電デバイスを有する燃料電池システムの概略図である。 [0009]図１の充電デバイスの細部断面図である。 [0010]図２の充電デバイスのコンプレッサホイールの後面斜視図である。 [0011]図３のコンプレッサホイールの前面前方斜視図である。

[0012]以下の詳細な説明は、本質的に例示にすぎず、本開示又は本開示の適用及び使用を限定しようとするものではない。また、先述の背景技術又は以下の詳細な説明に提示されている何れかの理論によって拘束される意図はない。

[0013]広範には、本明細書に開示されている例示としての実施形態は、コンプレッサデバイスの運転を改善するように構成された流体ブリードシステムを備えた、ｅ−チャージャー又は電気コンプレッサの様なコンプレッサデバイスを含んでいる。ブリードシステムは、回転群が釣合いのとれた効率的なやり方で回転するのに役立つ抽気システムとして構成されていてもよい。抽気システムは、コンプレッサ空気流れ経路からブリード空気を受け入れるように構成された１つ又はそれ以上の流体通路を含んでいてもよい。抽気システムは、回転群へのコンプレッサホイールのスラスト荷重を軽減するためにブリード空気を送り渡すように構成されていてもよい。その結果、コンプレッサは、空気ベアリングの様な比較的単純なベアリングを含むことができる。これは、性能に悪影響を及ぼすことなく、コスト節減及び他の効率性をもたらすことができる。また、コンプレッサは、コンパクトで設計及び組立が複雑ではない単段コンプレッサとして構成されることができる。

[0014]図１は、本開示の例示としての充電デバイス１０２を備えた燃料電池システム１００の概略図である。幾つかの実施形態では、燃料電池システム１００は、乗用車、トラック、スポーツ用多目的車、バン、オートバイなどの様な車両に含まれることができる。しかしながら、燃料電池システム１００は、本開示の範囲から逸脱することなく異なる用途向けに構成され得ることが理解されるであろう。

[0015]燃料電池システム１００は、複数の燃料電池を内包する燃料電池スタック１０４を含んでいてもよい。既知の化学反応によって電気を生成するために、水素が燃料電池スタック１０４へタンク１０６から供給され、酸素が燃料電池スタック１０４へ供給されることになる。燃料電池スタック１０４は、電気モータ１０５の様な電気デバイスのための電気を生成することができる。述べられている様に、燃料電池システム１００は車両に含まれることができるとされ、ゆえに幾つかの実施形態では、電気モータ１０５は電気パワーを、車両の車軸（ひいては１つ又はそれ以上の車輪）を駆動し回転させるための機械的パワーへ変換することができる。

[0016]酸素は、少なくとも一部には充電デバイス１０２によって、燃料電池スタック１０４へ提供されることができる。ゆえに、充電デバイス１０２は、幾つかの実施形態では単段コンプレッサを備えた電気コンプレッサデバイス（すなわち、電気スーパーチャージャー）として構成されることができる。

[0017]図１に示されている様に、充電デバイス１０２は概して回転群１１８とハウジング１１９（即ち、コンプレッサハウジング）を含むものとすることができる。回転群１１８は、シャフト１５０と、ハウジング１１９内で回転するように１つ又はそれ以上のベアリング１２１によってシャフト１５０上に固定的に支持される様々な他の構成要素と、を含んでいてもよい。幾つかの実施形態では、（単数又は複数の）ベアリング１２１は、プレーンベアリング、空気ベアリング、及び／又はオイルレスベアリングとして構成されることができる。

[0018]充電デバイス１０２は、モータ部１１２を画定していてもよい。モータ部１１２、ステータ１４６とロータ１４８を含む電気モータ１９９を含んでいてもよい。ロータ１４８はシャフト１５０へ固定されていてもよい。ステータ１４６はハウジング１１９内に支持、収容されていて、ロータ１４８及び回転群１１８の他の要素を軸１２０周りに駆動回転させるようになっていてもよい。

[0019]充電デバイス１０２は、更に、コンプレッサ部１１０を含むことができる。幾つかの実施形態では、コンプレッサ部１１０は充電デバイス１０２のたった１つの（唯一の）コンプレッサ部となり得る。そうすると充電デバイス１０２は比較的コンパクトになり得る。コンプレッサ部１１０は、シャフト１５０の長手方向端へ固定されるコンプレッサホイール１３０を含んでいてもよい。したがって、モータ１９９は、コンプレッサホイール１３０をコンプレッサ部１１０のハウジング１１９内で軸１２０周りに駆動回転させるようになっていてもよい。

[0020]それに応じて、吸込空気流（矢印１２２によって表現）がコンプレッサ部１１０によって圧縮され、圧縮空気流（矢印１２４によって表現）がインタークーラー１２８へ方向決めされ、次いで燃料電池システム１００の運転効率を高めるよう燃料電池スタック１０４へ方向決めされることになる。

[0021]また、燃料電池スタック１０４からの排気ガス流（矢印１３２で表現）は、図１に表現されているように大気へ排気されてもよい。別の言い方をするなら、排気ガス流１３２は充電デバイス１０２から離れるように方向決めされることになる。したがって、回転群１１８はタービンの必要性なしに回転を駆動されることができる。換言すれば、回転群１１８は、タービンレスとなり得、幾つかの実施形態では電気モータ１９９だけで駆動されることができる。他の実施形態では、排気ガス流１３２は充電デバイス１０２へ向かって戻るように方向決めされて、例えばシャフト１５０へ固定されるタービンホイールの回転を駆動するようになっていてもよい。これが今度はコンプレッサホイール１３０の回転を駆動して、例えば電気モータ１９９を支援するようになっていてもよい。

[0022]燃料電池システム１００の様々な構成要素は制御システム１３４によって制御されてもよい。制御システム１３４は、プロセッサと、各種センサと、燃料電池スタック１０４、モータ１９９、及び／又はシステム１００の他の機構の動作を電気的に制御するための他の構成要素と、を有するコンピュータ化されたシステムであってもよい。幾つかの実施形態では、制御システム１３４は、車両の電気制御ユニット（ＥＣＵ）の一部を画定しているか又は一部であってもよい。

[0023]充電デバイス１０２は、回転群１１８の釣合いの取れた効率的回転のために空気力学的荷重を管理するブリードシステム１６２（抽気システム１６２）を含んでいてもよい。抽気システム１６２は、運転中にコンプレッサホイール１３０によって生成されるスラスト荷重を軽減及び／又は低減することができる。そうでなければスラスト荷重は回転群１１８を軸１２０に沿ってハウジング１１９に対して軸方向にシフトさせようとするはずである。しかし、ブリードシステム１６２が、回転群１１８を軸１２０に沿った実質的に固定された位置（固定軸方向位置）に維持する手助けをする。抽気システム１６２は、（単数又は複数の）ベアリング１２１が単純化されることを可能にする。例えば、１つ又はそれ以上のベアリング１２１は、幾つかの実施形態では、空気ベアリングであってもよい。そうすると、充電デバイス１０２は強力運転を長い運転寿命に亘って維持することができるだろう。更に、充電デバイス１０２は、本開示の諸特徴に因り、安価に且つ時間効率の良いやり方で製造及び補修されることができる。

[0024]これより図２−図４を参照して、回転群１１８のコンプレッサホイール１３０が、例示としての実施形態に従ってよりいっそう詳細に論じられる。コンプレッサホイール１３０は、実質的に、軸１２０に中心合わせされ、シャフト１５０の一端へ固定されることができる。コンプレッサホイール１３０は、前面１６７（図４）と後面１６８（図３）を含むものとすることができる。コンプレッサホイール１３０の嵩は支持体構造１８２によって画定されることができる。支持体構造１８２は、円錐形状をしているか又はそれ以外に前面１６６から後面１６８に向けて軸１２０に沿ってテーパ状をしていて、後面１６８は実質的に軸１２０に垂直に配置されていてもよい。後面１６８と前面１６７はホイール１３０の外側半径方向縁２３０にて交わっていてもよい。前面１６７は、複数のブレード１８４を含んでいてもよい。ブレード１８４は、前面１６７から突出する比較的薄い部材であってもよい。ブレード１８４は、軸１２０から半径方向に離れるように突出していてもよい。ブレード１８４は、更に、軸１２０の周りに螺旋状に延びていてもよい。

[0025]コンプレッサホイール１３０は、軸１２０に中心合わせされるハブ１７０を含んでいてもよい。ハブ１７０は、後面１６８（図３）の周辺区域から軸方向に突出し、前面１６７（図４）の周辺区域から軸方向に突出していてもよい。内腔１６９が、ハブ１７０を貫きホイール１３０を貫いて後面１６８から前面１６７へ軸方向に延びている。内腔１６９は、全体を２０６で示されている内側表面によって画定されていてもよい。図４に示されている様に、内側表面２０６は、第１半径方向係合表面２０８ａ、第２半径方向係合表面２０８ｂ、第３半径方向係合表面２０８ｃ、及び第４半径方向係合表面２０８ｄの様な、２つ又はそれ以上の半径方向係合表面によって画定され、及びその様な半径方向係合表面を含んでいてもよい。内側表面２０６は、更に、第１溝２１０ａ、第２溝２１０ｂ、第３溝２１０ｃ、及び第４溝２１０ｄの様な、２つ又はそれ以上の溝によって画定され、及びその様な溝を含んでいてもよい。溝２１０ａ−２１０ｄが、係合表面２０８ａ−２０８ｄの個々の対を、軸１２０の周りに周方向に分離していてもよい。溝２１０ａ−２１０ｄは、軸１２０に平行に延び、軸１２０の周りに均等に間隔を空けて（例えば９０度ごとに）配置されていてもよい。溝２１０ａ−２１０ｄは、半径方向にハブ１７０の中へ凹んでいて、係合表面２０８ａ−２０８ｄから半径方向に凹んでいてもよい。別の言い方をすれば、係合表面２０８ａ−２０８ｄは、介在する溝２１０ａ−２１０ｄから半径方向に突出しているということになる。幾つかの実施形態では、係合表面２０８ａ−２０８ｄは実質的には軸１２０に対して共通の半径内にある。係合表面２０８ａ−２０８ｄは刻み付きであるか又はシャフト１５０を把持するようにそれ以外の肌理を有していてもよい。溝２１０ａ−２１０ｄは、丸い（例えば半円形の）断面外形を有していてもよい。この断面外形は、後面１６８から前面１６７まで軸１２０に沿って実質的に一定のままであってもよい。

[0026]図３に示されている様に、ハブ１７０は後面１６８から突出している。ハブ１７０は、第１係合表面２０２ａ、第２係合表面２０２ｂ、第３係合表面２０２ｃ、及び第４係合表面２０２ｄの様な、２つ又はそれ以上の係合表面によって画定され、及びその様な係合表面を含んでいてもよい。ハブ１７０は、更に、第１開口２０４ａ、第２開口２０４ｂ、第３開口２０４ｃ、及び第４開口２０４ｄの様な、２つ又はそれ以上の開口によって画定され、及びその様な開口を含んでいてもよい。開口２０４ａ−２０４ｄは、係合表面２０２ａ−２０２ｄの個々の対を、軸１２０の周りに周方向に分離することができる。開口２０４ａ−２０４ｄは軸１２０の周りに均等に間隔を空けて（例えば９０度ごとに）配置されていてもよい。開口２０４ａ−２０４ｄは、軸方向にハブ１７０の中へ凹んでいて、係合表面２０２ａ−２０２ｄから軸方向に凹んでいてもよい。別の言い方をすれば、係合表面２０２ａ−２０２ｄは、介在する開口２０４ａ−２０４ｄから軸方向に突出しているということになる。幾つかの実施形態では、係合表面２０２ａ−２０２ｄは実質的には共通の平面内にある（即ち、係合表面２０２ａ−２０２ｄは共面である）。また、係合表面２０２ａ−２０２ｄは楔形状をしていてもよい。同じく、開口２０４ａ−２０４ｄは係合表面２０２ａ−２０２ｄの個々の対間に配置された楔形状のノッチであってもよい。

[0027]更に、溝２１０ａ−２１０ｄは、図３に示されている様に後面１６８にて開口２０４ａ−２０４ｄの各々に交わっていてもよい。図２は、例えば開口２０４ａと溝２１０ａの間の、この交わりを描いている。（図２の軸１２０より上の区域は、図３の半径方向参照線２２０と軸１２０とによって画定される第１の平面に沿って取られた断面を表現していることが理解されるだろう。図２の軸１２０より下の区域は、図３の半径方向参照線２２２と軸１２０とによって画定される第２の平面に沿って取られた断面を表現している。）
[0028]充電デバイス１０２のハウジング１１９の例示としての実施形態が、これより図１及び図２を参照して、いっそう詳細に論じられる。図示されている様に、ハウジング１１９は、中空円筒状のモータケーシング１４４を含んでいてもよい。モータケーシング１４４は長さ方向に軸１２０に沿ってコンプレッサ部１１０の一方の軸方向端から延びていてもよい。モータケーシング１４４はステータ１４６を収納することができる。こうして、ステータ１４６はモータケーシング１４４の内部に固定されるのに対し、ロータ１４８は回転群１１８のシャフト１５０上に固定され、ステータ１４６内に受け入れられることができる。

[0029]また、ハウジング１１９は、軸方向吸込口１３８とシュラウド部材１３９とボリュート部材１４０を画定するコンプレッサハウジング部材１３６を含んでいてもよい。軸方向吸込口１３８とシュラウド部材１３９とボリュート部材１４０は、一体型単体コンプレッサハウジング部材１３６として一体に付着されていてもよい。ボリュート部材１４０は、モータケーシング１４４の一方の端に及び／又はモータ部１１２の他の部分へ固定的に取り付けられていてもよい。軸方向吸込口１３８は、管状、直線状であって、軸１２０に中心合わせされていてもよい。シュラウド部材１３９は、コンプレッサホイール１３０のブレードをなぞって逆の形状をしていてもよい。シュラウド部材１３９は、コンプレッサ部１１０のディフューザー区域１７９を集合的に画定するようにコンプレッサホイール１３０のブレード１８４に対向していてもよい。ボリュート部材１４０は、軸１２０の周りに延びるボリュート通路１４２を画定していてもよい。ボリュート通路１４２は、以上に解説されている様に圧縮空気流１２４をインタークーラー１２８へ、そして次いで燃料電池スタック１０４へ提供する吐出口１４２（図１）を含んでいるディフューザー区域１７９へ流体接続されていてもよい。

[0030]図１及び図２に表現されている様に、充電デバイス１０２の（単数又は複数の）ベアリング１２１は空気ベアリングを含んでいてもよい。したがって、ベアリング１２１は、モータ部１１２の、コンプレッサ部１１０に近接している端に配置された、第１ベアリングハウジング１８６を含んでいてもよい。ベアリング１２１は、更に、モータ部１１の反対側の端に第２ベアリングハウジング１９６を含んでいてもよい。第１ベアリングハウジング１８６は、キャップ形状をしていて、回転群１１８のハウジング１１９に対する回転を支持する第１ジャーナルベアリング１８８、スラストベアリング１８７、及びスラストディスク１８９を支持するようになっていてもよい。図１に示されている様に、第１ベアリングハウジング１８６は、ステータ１４６の端を上から覆っていてもよい。第１ベアリングハウジング１８６は、更に、モータケーシング１４４へ固定される外側半径方向縁１８３を含んでいてもよい。外側半径方向縁１８３は、コンプレッサハウジング部材１３６へ取り付けられていてもよい（例えば封止されていてもよい）。図２に示されている様に、第１ベアリングハウジング１８６は、ディフューザー区域１７９を部分的に画定する流れ表面１８５を含んでいてもよい。言い換えれば、第１ベアリングハウジング１８６の流れ表面１８５とホイール１３０の前面１６７とシュラウド部材１２９の内側表面１４１は協働的にディフューザー区域１７９を画定していてもよいということだ。こうして、ディフューザー区域１７９は吸込口１３８及びボリュート通路１４２と共に、吸込空気流１２２を圧縮空気流１２４へ変換させるためのコンプレッサ流れ経路を集合的に画定していてもよい。図示されている様に、吸込空気流１２２は、コンプレッサ流れ経路に沿って軸方向に吸込口１３８の中へ流入し、デュフューザー区域１７９を通って半径方向外方へ方向転換し、ボリュート通路１４２の中へ流入する。結果として得られた空気流１２４は、以上に解説されている様にインタークーラー１２８へ流れ、次いで燃料電池スタック１０４へ流れてゆく。

[0031]図１に示されている様に、第２ベアリングハウジング１９７は、モータケーシング１４４から半径方向内方に延びていて、回転群１１８のハウジング１１９に対する回転を更に支持する第２ジャーナルベアリング１９７を支持するようになっていてもよい。第２ベアリングハウジング１９６はステータ１４６の端を上から覆っていてもよい。

[0032]加えて、充電デバイス１０２は、更に、第１エンドプレート１９１を含んでいてもよい。第１エンドプレート１９１は、モータケーシング１４４のエンドフランジ１５６内に受け入れられる薄肉壁部材であってもよい。第１エンドプレート１９１は、更に、ステータ１４６の軸方向端、モータケーシング１４４、及び／又は第２ベアリングハウジング１９６を上から覆っていてもよい。

[0033]また、充電デバイス１０２は、第２エンドプレート１９８を含んでいてもよい。第２エンドプレート１９８は、モータケーシング１４４のエンドフランジ１５６内に受け入れられる薄肉壁部材であってもよい。第２エンドプレート１９８は、第１エンドプレート１９１を上から覆っていてもよい。

[0034]充電デバイス１０２は、更に、コンプレッサ部１１０に近接して第１シールプレート１５２を含んでいてもよい。第１シールプレート１５２は、シャフト１５０を受け入れる内腔を含んでいてもよい。第１シールプレート１５２は、更に、スラストベアリング１８７の内腔内に受け入れられていてもよい。第１シールプレート１５２は、更に、軸方向に、コンプレッサホイール１３０の後面１６８とスラストディスク１８９の間に配置されていてもよい。充電デバイス１０２は、シャフト１５０の反対側の端に、第２シールプレート１５４（図１）を含んでいてもよい。第２シールプレート１５４は、シャフト１５０を受け入れる内腔を含んでいてもよい。第２シールプレート１５４は、更に、第２エンドプレート１９８の内腔内に受け入れられていてもよい。

[0035]更に、充電デバイス１０２は、外側エンドプレート２００を含んでいてもよい。外側エンドプレート２００は、シャフト１５０、第２シールプレート１５４、及び第２エンドプレート１９８を上から覆う薄肉壁部材であってもよい。更に、外側エンドプレート２００は、モータケーシング１４４のフランジ１５６へ固定されていてもよい。

[0036]ハウジング１１９、ベアリング１２１、及び／又は回転群１１８は詳細に説明されていないが多数の追加の構成要素を含んでいてもよい、ということが理解されるだろう。例えば、ハウジング１１９は、多数の締結具、流体シール、熱遮蔽材、及び／又は充電デバイス１０２の効率的効果的運転を維持するための他の構成要素を含んでいてもよい。

[0037]コンプレッサホイール１３０の内径１６９はシャフト１５０を受け入れる。コンプレッサホイール１３０は、コンプレッサ部１１０内で、後面１６８がモータ部１１２の方を向いた状態で、シャフト１５０の一方の終端へ固定されていてもよい。係合表面２０８ａ−２０８ｄはシャフトに当接し、シャフトに摩擦係合（固着）していてもよい。更に、係合表面２０２ａ−２０２ｄは、第１シールプレート１５２に当接し、第１シールプレート１５２に摩擦係合（固着）していてもよい。その結果、第１シールプレート１５２は、コンプレッサホイール１３０を図２に示されている様にシャフト１５０上の固定位置に支持する支持体部材となり得る。

[0038]図１及び図２に示されている様に、ナット２２４又は他の保持具がシャフト１５０へ固定的に（例えば、螺合式に）取り付けられ、それによりコンプレッサホイール１３０をシャフト１５０上に保持するようになっていてもよい。幾つかの実施形態では、ナット２２４は、図３に描かれている様にコンプレッサホイール１３０のハブ１７０に実質的に対応する端２２５を含むものとすることができる。ゆえに、ナット２２４は、介在するノッチ２２８又は他の開口によって分離される２つ又はそれ以上の楔形状係合表面２２６を含んでいてもよい。こうして、ナット２２２４がシャフト１５０へ固定されたとき、係合表面２２６はハブ１７０の前面１６７に当接、係合し、それによりコンプレッサホイール１３０をナット２２４と第１シール平面１５２の間に圧縮することができる。また、ナット２２４が取り付けられると、ノッチ２２６は溝２１０ａのそれぞれに交わって流体接続されることができる。シャフト１５０は、ハウジング１１９に対して軸１２０周りに回転するようにベアリング１２１によって支持されることができる。

[0039]これより図２−図４を参照して、抽気システム１２が例示としての実施形態に従がって詳細に論じられる。抽気システム１６２は、実質的に、充電デバイス１０２のコンプレッサ部１１０内に画定されることができる。

[0040]抽気システム１６２は、ブリード進入口２３２を含んでいてもよい。ブリード進入口２３２は、コンプレッサホイール１３０の外側半径方向縁２３０とハウジング１１９の半径方向対向表面２３４とによって協働的に画定されていてもよい。具体的には、図２の実施形態に示されている様に、対向表面２３４は第１ベアリングハウジング１８６側に含まれ得る。したがって、ブリード進入口２３２は、抽気システム１６２をコンプレッサ流れ経路のディフューザー区域１７９へ流体接続するための、外側半径方向縁２３０と第１ベアリングハウジング１８６の間の円形ギャップということになる。

[0041]抽気システム１６２は、更に、ブリード通路２３６を含んでいてもよい。ブリード通路２３６は、コンプレッサホイール１３０の後面１６８とハウジング１１９及び／又はベアリング１１２の１つ又はそれ以上の対向表面とによって協働的に画定されている。図２に示されている様に、対向表面は、第１ベアリングハウジング１８６とスラストベアリング１８７と第１シールプレート１５２とによって集合的に画定される。したがって、ブリード通路２３６は、ブリード進入口２３２へ流体接続され、後面１６８に沿って半径方向に延びることができる。進入口２３２を通して受け入れられるブリード空気はブリード通路２３６に受け入れられることができる。

[0042]また、抽気システム１６２は、更に、１つ又はそれ以上の戻りチャネル２４０を含んでいてもよい。（単数又は複数の）戻りチャネル２４０は、第１流体ジャンクション２４２にてブリード通路２３６へ流体接続されていてもよい。図２に示されている様に、ジャンクション２４２は、開口２０４ａと第１シールプレート１５２と溝２１０ａとシャフト１５０の外側表面とによって協働的に画定されていてもよい。同様のジャンクション２４２が他の開口２０４ｂ−２０４ｄ及び溝２１０ｂ−２１０ｄに形成され得ることが理解されるであろう。戻りチャネル２４０は、コンプレッサホイール１３０を通って後面１６８から前面１６７へ軸方向に延びていてもよい。幾つかの実施形態では、複数の戻り経路２４０が設けられていて、それぞれがコンプレッサホイール１３０の溝２１０−２１０ｄとシャフト１５０の外側直径表面とによって協働的に画定されていてもよい。各戻りチャネル２４０が、各溝２１０ａ−２１０ｄの内側表面２０６とシャフト１５０の外側表面の間に画定されていてもよい。こうして、戻りチャネル２４０は、内腔１６９の（溝２１０ａ−２１０ｄの間の）内側表面２０６及びシャフト１５０に沿って軸方向に延びていてもよい。

[0043]戻りチャネル２４０は、コンプレッサ流れ経路へ、１つ又はそれ以上の戻り進入口２４２を介して流体接続されていてもよい。幾つかの実施形態では、戻り進入口２４２は、ナット２２４とシャフト１５０の端とコンプレッサホイール１３０のハブ７０とによって協働的に画定されていてもよい。図２に示されている様に、戻りチャネル２４０は、戻りチャネル２４０から半径方向外方に延び、ナット２２４のノッチ２２８を通って半径方向に方向転換し、コンプレッサホイール１３０の上流の位置にてコンプレッサ流れ経路へ接続していてもよい。

[0044]したがって、抽気システム１６２はブリード空気を受け入れ、コンプレッサ流れ経路からの流体を循環させ、ブリード通路２３６及び戻りチャネル２４０を通してコンプレッサ流れ経路へ戻り進入口２４２を介して戻すことができる。したがって、幾つかの実施形態では、抽気システム１６２は、コンプレッサ流れ経路からのブリード空気を循環させてコンプレッサ流れ経路へ戻す受動的閉システムであり得ることが理解されるであろう。

[0045]こうして、デバイス１０２の運転中、モータ１９９は吸込空気流れ１２２を圧縮するためコンプレッサホイール１３０を回転させることになる。コンプレッサ部１１０のブリード空気はブリード進入口２３２の中へ流入し、コンプレッサホイール１３０の後面に沿って、ブリード通路２３６を通って流れてゆく。ブリード通路２３６内のブリード空気は、戻りチャネル２４０の中へ渡ってゆき、コンプレッサ流れ経路の吸込口１３８へ戻ることができる。このブリード空気は、回転群１１８へのスラスト荷重（軸１２０に沿って方向決めされる荷重）を軽減し、抑制し、又はそれ以外に低減することができる。例えば、ブリード空気は、ブリード通路２３６からコンプレッサホイール１３０の後面に沿って脱出し、それによりコンプレッサホイール１３０の背後に蓄積される圧力を制限することができるだろう。言い換えれば、抽気システム１６２は、コンプレッサホイール１３０の前面１６７と後面１６８の間の圧力勾配を制限することができるのである。したがって、回転群１１８は、顕著な全体スラスト荷重なしに釣り合いのとれた回転を維持することができる。そういうわけで、（単数又は複数の）ベアリング１２１を、充電デバイス１０２の運転を危うくすることなく空気ベアリングの様な比較的軽量のベアリングとすることができるのである。

[0046]以上の詳細な説明では少なくとも１つの例示的な実施形態が提示されたが、膨大な数の変形型が存在するものと理解されたい。更に、単数又は複数の例示的な実施形態は一例にすぎず、本開示の範囲、適用可能性、又は構成を如何様にも限定する意図のないことを理解されたい。むしろ、以上の詳細な説明は、当業者に本開示の例示的な実施形態を実施するのに都合の良いロードマップを提供しようとしているのである。例示的実施形態に説明されている諸要素の機能及び配置には、付随の特許請求の範囲に示される本開示の範囲から逸脱することなく様々な変更がなされ得るものと理解される。

１００ 燃料電池システム
１０２ 充電デバイス
１０４ 燃料電池スタック
１０５ 電気モータ
１０６ タンク
１１０ コンプレッサ部
１１２ モータ部
１１８ 回転群
１１９ ハウジング
１２０ 軸
１２１ ベアリング
１２２ 吸込空気流
１２４ 圧縮空気流
１２８ インタークーラー
１３０ コンプレッサホイール
１３２ 排気ガス流
１３４ 制御システム
１３６ コンプレッサハウジング部材
１３８ 吸込口
１３９ シュラウド部材
１４０ ボリュート部材
１４２ ボリュート通路
１４３ 吐出口
１４４ モータケーシング
１４６ ステータ
１４８ ロータ
１５０ シャフト
１５２ 第１シールプレート
１５４ 第２シールプレート
１５６ エンドフランジ
１６２ ブリードシステム、抽気システム
１６７ コンプレッサホイールの前面
１６８ コンプレッサホイールの後面
１６９ コンプレッサホイールの内腔
１７０ ハブ
１７９ ディフューザー区域
１８２ 支持体構造
１８３ 外側半径方向縁
１８４ ブレード
１８５ 流れ表面
１８６ 第１ベアリングハウジング
１８７ スラストベアリング
１８８ 第１ジャーナルベアリング
１８９ スラストディスク
１９１ 第１エンドプレート
１９６ 第２ベアリングハウジング
１９７ 第２ジャーナルベアリング
１９８ 第２エンドプレート
１９９ 電気モータ
２００ 外側エンドプレート
２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ、２０２ｄ 係合表面
２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃ、２０４ｄ 開口
２０６ ハブの内腔の内側表面
２０８ａ、２０８ｂ、２０８ｃ、２０８ｄ 半径方向係合表面
２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、２１０ｄ 溝
２２０、２２２ 半径方向参照線
２２４ ナット
２２５ ナットの端
２２６ ナットの楔形状係合表面
２２８ ナットのノッチ
２３０ 外側半径方向縁
２３２ ブリード進入口
２３４ ハウジングの表面
２３６ ブリード通路
２４０ 戻りチャネル
２４２ 第１流体ジャンクション
２４２ 戻り進入口

Claims (20)

1. ハウジングと、
   シャフト及び前記シャフトへ固定されたコンプレッサホイールを含む回転群であって、前記コンプレッサホイールは前面及び後面を含み、前記前面は前記ハウジングと協働してコンプレッサ流れ経路を画定している、回転群と、
   前記ハウジング内の前記回転群の回転を支持するベアリングと、
   前記ハウジング内の前記回転群の回転を駆動するモータと、
   前記コンプレッサ流れ経路へ流体接続され前記コンプレッサ流れ経路からブリード流体を受け入れるように構成されたブリードシステムであって、当該ブリードシステムはブリード通路を含み、前記ブリード通路の少なくとも一部分は、前記コンプレッサホイールの前記後面と前記ハウジングの対向表面とによって協働的に画定されており、当該ブリードシステムは、前記ブリード通路からのブリード空気を送り渡し、それにより前記回転群への前記コンプレッサホイールのスラスト荷重を軽減するように構成されている、ブリードシステムと、
   を備えている単段コンプレッサデバイス。
2. 前記ブリードシステムは、前記コンプレッサ流れ経路からの流体を、ブリード通路を通して戻り進入口へ循環させるように構成されており、
   前記戻り進入口は前記コンプレッサ流れ経路へ流体接続されている、請求項１に記載のコンプレッサデバイス。
3. 前記ブリードシステムは、前記ブリード流体を前記戻り進入口へ戻す戻りチャネルを含んでいる、請求項２に記載のコンプレッサデバイス。
4. 前記コンプレッサホイールは、内側表面を有する内腔を含み、前記内腔は前記シャフトを受け入れており、
   前記戻りチャネルは、前記内腔の前記内側表面と前記シャフトの間に画定されていて、前記内腔の前記内側表面に沿って前記ブリード通路から前記戻り進入口へ延びている、請求項３に記載のコンプレッサデバイス。
5. 前記ブリード通路は、前記コンプレッサホイールの前記後面と前記ハウジングの前記対向表面の間を半径方向に延びており、
   前記戻りチャネルは前記コンプレッサホイールを通って前記後面から前記前面へ軸方向に延びている、請求項３に記載のコンプレッサデバイス。
6. 前記コンプレッサホイールは、第１の半径方向係合表面、第２の半径方向係合表面、及び前記第１の半径方向係合表面を前記第２の半径方向係合表面から分けている溝、を含む内側表面を有する内腔を含んでおり、
   前記コンプレッサホイールは、前記第１及び前記第２の半径方向係合表面が前記シャフトに係合した状態で前記シャフトへ固定的に取り付けられており、
   前記戻りチャネルは、前記コンプレッサホイールの前記溝と前記シャフトとによって協働的に画定されている、請求項３に記載のコンプレッサデバイス。
7. 前記溝は、前記回転群の回転軸の周りに実質的に均等に間隔を空けて配置された複数の溝の１つである、請求項６に記載のコンプレッサデバイス。
8. 前記回転群は支持体部材を更に含んでおり、
   前記コンプレッサホイールの前記後面は、第１の係合表面、第２の係合表面、及び前記第１の係合表面を前記第２の係合表面から分けている開口、を有するハブを含んでおり、
   前記コンプレッサホイールは、前記第１及び前記第２の係合表面が前記支持体部材に係合した状態で前記支持体部材へ固定的に取り付けられており、
   前記ブリードシステムは、前記開口と前記支持体部材とによって協働的に画定された第１流体ジャンクションを含んでおり、前記第１流体ジャンクションは前記ブリード通路を前記戻りチャネルへ流体接続している、請求項３に記載のコンプレッサデバイス。
9. 前記開口は、前記回転群の回転軸の周りに実質的に均等に間隔を空けて配置された複数の開口の１つである、請求項８に記載のコンプレッサデバイス。
10. 前記コンプレッサデバイスは、前記シャフトへ固定的に取り付けられる保持具を更に備えており、
    前記コンプレッサホイールは前記保持具と前記支持体部材の間で前記シャフトへ固定的に取り付けられており、
    前記保持具は前記戻り進入口を少なくとも部分的に画定している、請求項８に記載のコンプレッサデバイス。
11. 前記コンプレッサホイールは外側半径方向縁を含んでおり、
    前記ブリードシステムは、前記外側半径方向縁と前記ハウジングの半径方向対向表面とによって協働的に画定されたブリード進入口を含んでおり、
    前記ブリード進入口は、前記コンプレッサ流れ経路のディフューザー区域を前記ブリード通路へ流体接続している、請求項１に記載のコンプレッサデバイス。
12. 前記ベアリングは空気ベアリングである、請求項１に記載のコンプレッサデバイス。
13. 前記回転群は、タービンレスであり、前記モータによって回転を駆動されるように構成されており、
    前記ブリードシステムは、前記コンプレッサ経路からの前記ブリード流体を循環させて前記コンプレッサ流れ経路へ戻す受動的閉システムである、請求項１に記載のコンプレッサデバイス。
14. ハウジングと、
    前記ハウジング内に収納された電気モータと、
    シャフト及び前記シャフトへ固定されたコンプレッサホイールを含む回転群であって、当該回転群は、タービンレスであり、前記モータによって回転軸周りに回転を駆動されるように構成されており、前記コンプレッサホイールは前面及び後面を含み、前記前面は、前記ハウジングと協働してコンプレッサ流れ経路を画定している、回転群と、
    前記ハウジング内の前記回転群の回転を支持する空気ベアリングと、
    ブリード通路及び戻りチャネルを含んでいるブリードシステムであって、前記ブリード通路は、前記コンプレッサ流れ経路からブリード空気を受け入れるように構成されており、前記戻りチャネルは、ブリード空気を前記コンプレッサ流れ経路に向けて戻すように構成されており、前記ブリード通路の少なくとも一部分は、前記コンプレッサホイールの前記後面と前記ハウジングの対向表面とによって協働的に画定されている、ブリードシステムと、
    を備えている単段電動式コンプレッサデバイス。
15. 前記コンプレッサホイールは内側表面を有する内腔を含み、前記内腔は前記シャフトを受け入れており、
    前記戻りチャネルは、前記内腔の前記内側表面と前記シャフトの間に画定されていて、前記内腔の前記内側表面に沿って前記ブリード通路から戻り進入口へ延びており、前記戻り進入口は前記コンプレッサ流れ経路へ流体接続されている、請求項１４に記載のコンプレッサデバイス。
16. 前記ブリード通路は、前記コンプレッサホイールの前記後面と前記ハウジングの前記対向表面の間を半径方向に延びており、
    前記戻りチャネルは前記コンプレッサホイールを通って前記後面から前記前面へ軸方向に延びている、請求項１４に記載のコンプレッサデバイス。
17. 前記コンプレッサホイールは、第１の半径方向係合表面、第２の半径方向係合表面、及び前記第１の半径方向係合表面を前記第２の半径方向係合表面から分けている溝、を含む内側表面を有する内腔を含んでおり、
    前記コンプレッサホイールは、前記第１及び前記第２の半径方向係合表面が前記シャフトに係合した状態で前記シャフトへ固定的に取り付けられており、
    前記戻りチャネルは、前記コンプレッサホイールの前記溝と前記シャフトとによって協働的に画定されている、請求項１４に記載のコンプレッサデバイス。
18. 前記回転群は支持体部材を更に含んでおり、
    前記コンプレッサホイールの前記後面は、第１の係合表面、第２の係合表面、及び前記第１の係合表面を前記第２の係合表面から分けている開口、を有するハブを含んでおり、
    前記コンプレッサホイールは、前記第１及び前記第２の係合表面が前記支持体部材に係合した状態で前記支持体部材へ固定的に取り付けられており、
    前記ブリードシステムは、前記開口と前記支持体部材とによって協働的に画定された第１流体ジャンクションを含んでおり、前記第１流体ジャンクションは前記ブリード通路を前記戻りチャネルへ流体接続している、請求項１４に記載のコンプレッサデバイス。
19. 前記コンプレッサデバイスは、前記シャフトへ固定的に取り付けられる保持具を更に備えており、
    前記コンプレッサホイールは、前記保持具と前記支持体部材の間で前記シャフトへ固定的に取り付けられており、
    前記保持具は、前記コンプレッサ流れ経路へ流体接続される戻り進入口を少なくとも部分的に画定している、請求項１８に記載のコンプレッサデバイス。
20. 前記コンプレッサホイールは外側半径方向縁を含んでおり、
    前記ブリードシステムは、前記外側半径方向縁と前記ハウジングの半径方向対向表面とによって協働的に画定されたブリード進入口を含んでおり、
    前記ブリード進入口は前記コンプレッサ流れ経路のディフューザー区域を前記ブリード通路へ流体接続している、請求項１４に記載のコンプレッサデバイス。

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