JP2021173162A - Fuel cell vehicle pump - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃料電池車用ポンプに関する。 The present invention relates to a fuel cell vehicle pump.
燃料電池を電力源として走行する燃料電池車には、ポンプとしての遠心圧縮機が搭載され、遠心圧縮機は燃料電池に対して空気を供給する。遠心圧縮機は、低速側シャフトと、高速側シャフトと一体回転して気体を圧縮するインペラ及びディフューザと、低速側シャフトの動力を高速側シャフトに伝達する増速機と、を備えている。遠心圧縮機のハウジング内には、インペラを収容するインペラ室と、増速機を収容する増速機室とが形成されている。インペラ室と増速機室とは仕切壁によって仕切られている。 A fuel cell vehicle that runs on a fuel cell as a power source is equipped with a centrifugal compressor as a pump, and the centrifugal compressor supplies air to the fuel cell. The centrifugal compressor includes a low-speed side shaft, an impeller and a diffuser that rotate integrally with the high-speed side shaft to compress gas, and a speed-increasing machine that transmits the power of the low-speed side shaft to the high-speed side shaft. In the housing of the centrifugal compressor, an impeller chamber for accommodating the impeller and a speed increaser chamber for accommodating the speed increaser are formed. The impeller room and the speed increaser room are separated by a partition wall.
また、遠心圧縮機は、インペラによって送られた空気が流入するディフューザ流路と、ディフューザ流路を通過した空気が流入する吐出室と、高速側シャフトの軸線方向に沿うインペラ背面と仕切壁との間に区画される背面空隙と、を備えている。また、仕切壁には、シャフト挿通孔が形成されている。高速側シャフトは、増速機室内からシャフト挿通孔を通過してインペラ室内に突出している。インペラ背面に形成された背面空隙は、シャフト挿通孔に連通している。 Further, the centrifugal compressor has a diffuser flow path into which the air sent by the impeller flows in, a discharge chamber in which the air passing through the diffuser flow path flows in, and an impeller back surface and a partition wall along the axial direction of the high-speed shaft. It has a back gap partitioned between them. Further, a shaft insertion hole is formed in the partition wall. The high-speed side shaft passes through the shaft insertion hole from the speed increaser chamber and protrudes into the impeller chamber. The back gap formed on the back of the impeller communicates with the shaft insertion hole.
このような遠心圧縮機においては、高速側シャフトと増速機との摺動部分の摩擦や焼き付きを抑制するために、例えば特許文献1のように、増速機にオイルが供給されている。特許文献1の遠心圧縮機は、増速機室に供給されるオイルが貯留されるオイルパンと、オイルパンに貯留されたオイルを増速機室に供給するオイル供給通路と、増速機室内のオイルをオイルパンに還流するオイル還流通路と、を備えている。 In such a centrifugal compressor, oil is supplied to the speed increaser as in Patent Document 1, for example, in order to suppress friction and seizure of the sliding portion between the high speed side shaft and the speed increaser. The centrifugal compressor of Patent Document 1 includes an oil pan in which oil supplied to the speed increaser room is stored, an oil supply passage for supplying the oil stored in the oil pan to the speed increaser room, and a speed increaser room. It is equipped with an oil recirculation passage for recirculating the oil of the above to the oil pan.
そして、オイルパンからオイル供給通路を介して増速機室に供給されたオイルは、増速機に供給された後、増速機室内に貯留され、オイル還流通路を介してオイルパンに還流される。高速側シャフトの周面とシャフト挿通孔の内周面との間には、シール部材が設けられている。シール部材は、増速機室内に貯留されるオイルが、シャフト挿通孔を介してインペラ室内へ洩れ出すことを抑制する。 Then, the oil supplied from the oil pan to the speed increaser room through the oil supply passage is supplied to the speed increaser, stored in the speed increaser room, and returned to the oil pan through the oil return passage. NS. A sealing member is provided between the peripheral surface of the high-speed shaft and the inner peripheral surface of the shaft insertion hole. The seal member suppresses the oil stored in the speed increaser chamber from leaking into the impeller chamber through the shaft insertion hole.
遠心圧縮機の運転中、インペラによって送られた気体の一部は、ディフューザ流路から背面空隙に流れ込む。すると、背面空隙の圧力が上昇する。そして、背面空隙に流れ込んだ気体は、シャフト挿通孔に流れ込み、インペラを回転させる駆動源が収容された駆動室へ漏れ出る。その結果、遠心圧縮機の効率が低下してしまう。 During the operation of the centrifugal compressor, a part of the gas sent by the impeller flows from the diffuser flow path into the back gap. Then, the pressure in the back gap increases. Then, the gas that has flowed into the back gap flows into the shaft insertion hole and leaks into the drive chamber in which the drive source that rotates the impeller is housed. As a result, the efficiency of the centrifugal compressor is reduced.
本発明の目的は、背面空隙の圧力が上昇することを抑制できる燃料電池車用ポンプを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a fuel cell vehicle pump capable of suppressing an increase in pressure in a back gap.
上記問題点を解決するための燃料電池車用ポンプは、シャフトの一端に固定された羽根車と、前記羽根車を収容する羽根車室、前記シャフトを回転させる駆動源を収容する駆動室を備え、前記羽根車室と前記駆動室を仕切るとともに前記シャフトが挿通されるシャフト挿通孔を有する仕切壁が設けられるハウジングと、を有する燃料電池車用ポンプであって、前記シャフト挿通孔と前記シャフトとの間には、前記シャフトに固定されるとともに前記シャフトと一体回転する回転体が介在され、前記回転体は、外周部で前記羽根車の背面に対向し、かつ前記羽根車の前記背面に当接しない非当接面と、前記外周部より内周側で前記羽根車の前記背面に当接する当接面と、を有し、前記羽根車の前記背面と前記仕切壁の壁面とは第1の背面空隙を介して互いに対向し、前記羽根車の前記背面と前記非当接面とは第2の背面空隙を介して互いに対向し、前記回転体と前記仕切壁との間には絞り通路が形成され、前記絞り通路は前記第1の背面空隙に開口していることを要旨とする。 A fuel cell vehicle pump for solving the above problems includes an impeller fixed to one end of a shaft, an impeller chamber for accommodating the impeller, and a drive chamber for accommodating a drive source for rotating the shaft. A fuel cell vehicle pump having a housing provided with a partition wall for partitioning the impeller chamber and the drive chamber and having a shaft insertion hole through which the shaft is inserted, wherein the shaft insertion hole and the shaft are provided. A rotating body fixed to the shaft and rotating integrally with the shaft is interposed between the rotating bodies, and the rotating body faces the back surface of the impeller at the outer peripheral portion and hits the back surface of the impeller. It has a non-contact surface that does not contact and a contact surface that abuts on the back surface of the impeller on the inner peripheral side of the outer peripheral portion, and the back surface of the impeller and the wall surface of the partition wall are first. The back surface of the impeller and the non-contact surface face each other through a second back surface gap, and a drawing passage is provided between the rotating body and the partition wall. Is formed, and the squeezing passage is open to the first back gap.
これによれば、羽根車の回転数が増加するほど、羽根車室から第1の背面空隙を介して第2の背面空隙へ流れ込む気体の量が増える。第2の背面空隙に流れ込んだ気体は、回転体の非当接面に衝突することにより、第2の背面空隙で滞留しやすく、非当接面が無い場合と比べると、第2の背面空隙からシャフト挿通孔に気体が流れ込みにくくなる。また、絞り通路により、第2の背面空隙からシャフト挿通孔へ流れ込む気体の量を抑え、駆動室に流れ込む気体の量を抑えることができ、燃料電池車用ポンプの効率の低下を抑制できる。 According to this, as the rotation speed of the impeller increases, the amount of gas flowing from the impeller chamber into the second back gap through the first back gap increases. The gas that has flowed into the second back gap easily stays in the second back gap by colliding with the non-contact surface of the rotating body, and is more likely to stay in the second back gap than when there is no non-contact surface. It becomes difficult for gas to flow into the shaft insertion hole. Further, the throttle passage can suppress the amount of gas flowing from the second back gap into the shaft insertion hole, suppress the amount of gas flowing into the drive chamber, and suppress a decrease in the efficiency of the fuel cell vehicle pump.
また、燃料電池車用ポンプについて、前記回転体は、前記シャフトの軸線方向への前記羽根車の移動を規制するカラー部材であり、前記カラー部材は、前記シャフトの前記軸線方向に沿って前記羽根車側から前記駆動室側に向かって段階的に外径が小さくなる第1の大径部及び第1の小径部を有する筒状であり、前記第1の大径部は前記当接面及び前記非当接面を備え、前記シャフト挿通孔は、前記第1の大径部に対向する第2の大径部、及び前記第1の小径部に対向する第2の小径部を有し、前記絞り通路は、前記第1の大径部と前記第2の大径部とが対向する隙間、及び前記第1の小径部と前記第2の小径部とが対向する隙間を備え、前記シャフトの前記軸線方向に沿って前記羽根車側から前記駆動室側に向かって段階的に縮径していてもよい。 Further, regarding the fuel cell vehicle pump, the rotating body is a collar member that regulates the movement of the impeller in the axial direction of the shaft, and the collar member is the blade along the axial direction of the shaft. It has a tubular shape having a first large diameter portion and a first small diameter portion whose outer diameter gradually decreases from the vehicle side toward the drive chamber side, and the first large diameter portion is the contact surface and the contact surface. The shaft insertion hole includes the non-contact surface, and has a second large-diameter portion facing the first large-diameter portion and a second small-diameter portion facing the first small-diameter portion. The throttle passage includes a gap in which the first large-diameter portion and the second large-diameter portion face each other, and a gap in which the first small-diameter portion and the second small-diameter portion face each other, and the shaft. The diameter may be gradually reduced from the impeller side to the drive chamber side along the axial direction of the above.
これによれば、絞り通路が段階的に縮径することにより、絞り通路には気体の流れを妨げる抵抗が複数形成され、絞り通路を気体が流れにくくなる。このため、絞り通路により、第2の背面空隙からシャフト挿通孔へ流れ込む気体の量を抑えることができる。 According to this, as the diameter of the throttle passage is gradually reduced, a plurality of resistors that obstruct the flow of gas are formed in the throttle passage, and it becomes difficult for gas to flow through the throttle passage. Therefore, the throttle passage can suppress the amount of gas flowing from the second back gap into the shaft insertion hole.
また、燃料電池車用ポンプについて、前記シャフト挿通孔には、前記第2の小径部に隣接するメカニカルシールが配置され、前記メカニカルシールは、前記シャフトと一体的に回転する回転環と、前記シャフト挿通孔に固定される固定環と、前記固定環を覆い前記シャフト挿通孔に固定される筒状のカートリッジと、を有し、前記カートリッジは、前記シャフトの周面から離間して対向する第1の内周壁と、前記第1の内周壁よりも前記シャフトの周面に接近する第2の内周壁と、を備え、前記カラー部材は、前記シャフトの周面から前記第1の内周壁に向かって延びる筒状のシール内筒部をさらに有し、前記絞り通路は、前記第2の内周壁と前記シャフトの周面とが対向する隙間、前記第1の内周壁と前記シール内筒部とが対向する隙間、前記第1の小径部と前記第2の小径部とが対向する隙間、及び前記第1の大径部と前記第2の大径部とが対向する隙間を備え、前記絞り通路は、前記シャフトの前記軸線方向に沿って前記羽根車側から前記駆動室側に向かって段階的に縮径していてもよい。 Further, regarding the fuel cell vehicle pump, a mechanical seal adjacent to the second small diameter portion is arranged in the shaft insertion hole, and the mechanical seal includes a rotating ring that rotates integrally with the shaft and the shaft. A first fixed ring fixed to the insertion hole and a tubular cartridge covering the fixing ring and fixed to the shaft insertion hole, the cartridge being separated from the peripheral surface of the shaft and facing the first. A second inner peripheral wall that is closer to the peripheral surface of the shaft than the first inner peripheral wall, and the collar member faces the first inner peripheral wall from the peripheral surface of the shaft. Further having a tubular seal inner cylinder portion extending by the water, the drawing passage includes a gap in which the second inner peripheral wall and the peripheral surface of the shaft face each other, the first inner peripheral wall and the seal inner cylinder portion. The throttle is provided with a gap in which the first small diameter portion and the second small diameter portion face each other, and a gap in which the first large diameter portion and the second large diameter portion face each other. The passage may be gradually reduced in diameter from the impeller side to the drive chamber side along the axial direction of the shaft.
これによれば、メカニカルシールの内側にも絞り通路を形成でき、軸線方向への絞り通路の長さを長くして、第2の背面空隙からシャフト挿通孔へ流れ込む気体の量をより一層抑えることができる。 According to this, a throttle passage can be formed inside the mechanical seal, the length of the throttle passage in the axial direction is lengthened, and the amount of gas flowing from the second back gap into the shaft insertion hole is further suppressed. Can be done.
また、燃料電池車用ポンプについて前記シャフトは低速側シャフトと高速側シャフトとを有し、前記ハウジングは、前記シャフトの軸線方向における前記駆動室と前記羽根車室との間において前記低速側シャフトの動力を増速して前記高速側シャフトに伝達する前記駆動源としての増速機を収容する前記駆動室としての増速機室と、前記増速機室に連通するオイル供給通路と、前記増速機に供給するオイルを貯蔵するオイルパンと、前記オイルパンの圧を抜く圧抜き通路と、を備えていてもよい。 Further, regarding the fuel cell vehicle pump, the shaft has a low-speed side shaft and a high-speed side shaft, and the housing has the low-speed side shaft between the drive chamber and the impeller chamber in the axial direction of the shaft. The speed-up machine room as the drive chamber for accommodating the speed-up gear as the drive source that accelerates the power and transmits the power to the high-speed side shaft, the oil supply passage communicating with the speed-up machine room, and the speed-up. An oil pan for storing the oil supplied to the speed machine and a depressurization passage for releasing the pressure of the oil pan may be provided.
これによれば、第2の背面空隙からシャフト挿通孔へ流れ込む気体の量を抑え、増速機室に流れ込む気体の量を抑えることができる。このため、増速機室からオイル供給通路に流れる気体の量が抑えられ、圧抜き通路から燃料電池車用ポンプの外へ圧力を開放したとき、燃料電池車用ポンプの外部に排出される気体の量が抑えられる結果、気体とともに排出されるオイルの量が抑えられる。 According to this, the amount of gas flowing from the second back gap into the shaft insertion hole can be suppressed, and the amount of gas flowing into the speed increaser chamber can be suppressed. Therefore, the amount of gas flowing from the speed increaser room to the oil supply passage is suppressed, and when the pressure is released from the pressure relief passage to the outside of the fuel cell vehicle pump, the gas discharged to the outside of the fuel cell vehicle pump. As a result, the amount of oil discharged with the gas is suppressed.
本発明によれば、背面空隙の圧力が上昇することを抑制できる。 According to the present invention, it is possible to suppress an increase in the pressure in the back gap.
以下、燃料電池車用ポンプを具体化した一実施形態を図1〜図3にしたがって説明する。本実施形態の燃料電池車用ポンプは、燃料電池を動力源として走行する燃料電池車に搭載され、燃料電池に対して空気を供給するエアーポンプである。なお、以下の説明において、燃料電池車用ポンプを単に「ポンプ」と記載する。 Hereinafter, an embodiment in which the fuel cell vehicle pump is embodied will be described with reference to FIGS. 1 to 3. The fuel cell vehicle pump of the present embodiment is an air pump mounted on a fuel cell vehicle traveling by using a fuel cell as a power source and supplying air to the fuel cell. In the following description, the fuel cell vehicle pump is simply referred to as a "pump".
図1に示すように、ポンプ10のハウジング11は、モータハウジング12と、モータハウジング12に連結される増速機ハウジング13と、増速機ハウジング13に連結されるプレート14と、プレート14に連結されるコンプレッサハウジング15と、を備えている。モータハウジング12、増速機ハウジング13、プレート14、及びコンプレッサハウジング15は、例えばアルミニウムにより形成された金属材料製である。ハウジング11は略筒状である。モータハウジング12、増速機ハウジング13、プレート14、及びコンプレッサハウジング15は、ハウジング11の軸線方向にこの順序で配列されている。
As shown in FIG. 1, the
モータハウジング12は、円板状の底壁12aと、底壁12aの外周縁から増速機ハウジング13に向けて円筒状に突出する周壁12bと、を有する。増速機ハウジング13は、円板状の底壁13aと、底壁13aの外周縁からプレート14に向けて円筒状に突出する周壁13bと、を有する。
The
モータハウジング12の周壁12bにおける開口は、増速機ハウジング13の底壁13aによって閉塞されている。底壁13aの中央部には、貫通孔13hが形成されている。増速機ハウジング13の周壁13bにおける開口は、プレート14によって閉塞されている。プレート14の中央部には、シャフト挿通孔14hが形成されている。
The opening in the
プレート14におけるコンプレッサハウジング15側には、シャフト挿通孔14hの開口縁に連続するテーパ面14jと、テーパ面14jの外周縁に連続する環状面14kと、環状面14kの外周縁に連続する端面14mと、が形成されている。テーパ面14j、環状面14k、及び端面14mは、プレート14の壁面を構成する。テーパ面14jは、シャフト挿通孔14hの開口縁から環状面14kの内周縁に向けて徐々に拡径する擂り鉢状に形成されている。環状面14kは、ハウジング11の軸線に直交する径方向に平坦な面である。端面14mは、ハウジング11の軸線に直交する径方向に平坦な面である。環状面14kは、端面14mよりもモータハウジング12寄りに凹む。
On the
コンプレッサハウジング15は、プレート14における増速機ハウジング13とは反対側の面に連結されている。コンプレッサハウジング15には、気体である空気が吸入される吸入口15aが形成されている。吸入口15aは、コンプレッサハウジング15におけるプレート14とは反対側の端面の中央部に開口するとともに、コンプレッサハウジング15におけるプレート14とは反対側の端面の中央部からハウジング11の軸線方向に延びている。
The
ポンプ10は、低速側シャフト16と、低速側シャフト16を回転させる電動モータ17と、を備えている。ハウジング11内には、電動モータ17を収容するモータ室12cが形成されている。モータ室12cは、モータハウジング12の底壁12aの内面、周壁12bの内周面、及び増速機ハウジング13の底壁13aの外面によって区画されている。低速側シャフト16は、低速側シャフト16の軸線方向がモータハウジング12の軸線方向に一致した状態でモータハウジング12内に収容されている。低速側シャフト16は、例えば鉄又は合金で形成された金属材料製である。
The
モータハウジング12の底壁12aの内面には、筒状のボス部12fが突出している。低速側シャフト16の第1端部は、ボス部12f内に挿入されている。低速側シャフト16の第1端部とボス部12fとの間には、第1軸受18が設けられている。そして、低速側シャフト16の第1端部は、第1軸受18を介してモータハウジング12の底壁12aに回転可能に支持されている。
A
低速側シャフト16の第2端部は、増速機ハウジング13の貫通孔13hに挿入されている。低速側シャフト16の第2端部と貫通孔13hとの間には、第2軸受19が設けられている。そして、低速側シャフト16の第2端部は、第2軸受19を介して増速機ハウジング13の底壁13aに回転可能に支持されている。よって、低速側シャフト16は、ハウジング11に回転可能に支持されている。低速側シャフト16の第2端部は、モータ室12cから貫通孔13hを通過して増速機ハウジング13内に突出している。
The second end portion of the low
低速側シャフト16の第2端部と貫通孔13hとの間には、シール部材20が設けられている。シール部材20は、低速側シャフト16の第2端部と貫通孔13hとの間において、第2軸受19よりもモータ室12c寄りに配置されている。シール部材20は、低速側シャフト16の周面と貫通孔13hの内周面との間をシールする。
A sealing
電動モータ17は、筒状のステータ21と、ステータ21の内側に配置されるロータ22とからなる。ロータ22は、低速側シャフト16に固定されるとともに低速側シャフト16と一体的に回転する。ステータ21は、ロータ22を取り囲んでいる。ロータ22は、低速側シャフト16に止着された円筒状のロータコア22aと、ロータコア22aに設けられた複数の永久磁石(図示せず)と、を有している。ステータ21は、モータハウジング12の周壁12bの内周面に固定された筒状のステータコア21aと、ステータコア21aに捲回されたコイル21bと、を有している。そして、コイル21bに電流が流れることによって、ロータ22と低速側シャフト16とが一体的に回転する。
The
ポンプ10は、高速側シャフト31と、低速側シャフト16の動力を高速側シャフト31に伝達する増速機30と、を備えている。高速側シャフト31は、プレート14のシャフト挿通孔14hに挿通されている。ハウジング11内には、増速機30を収容する増速機室13cが形成されている。増速機室13cは、増速機ハウジング13の底壁13aの内面、周壁13bの内周面、及びプレート14によって区画されている。増速機室13c内にはオイルが貯留されている。シール部材20は、増速機室13c内に貯留されているオイルが、低速側シャフト16の周面と貫通孔13hの内周面との間を介してモータ室12cに洩れ出すことを抑制している。
The
高速側シャフト31は、例えば鉄又は合金で形成された金属材料製である。高速側シャフト31は、高速側シャフト31の軸線方向が増速機ハウジング13の軸線方向に一致した状態で増速機室13cに収容されている。高速側シャフト31におけるモータハウジング12とは反対側の端部は、プレート14のシャフト挿通孔14hを通過してコンプレッサハウジング15内に突出している。高速側シャフト31の軸線は、低速側シャフト16の軸線と一致している。
The high
ポンプ10は、高速側シャフト31の第1端に固定された羽根車24を備えている。ハウジング11内には、羽根車24を収容する羽根車室15bが形成されている。プレート14は、羽根車室15bと、駆動室を構成する増速機室13cとを仕切る仕切壁である。そして、高速側シャフト31が挿通されるシャフト挿通孔14hは、仕切壁であるプレート14に形成されている。
The
ポンプ10は、シャフト挿通孔14hに配置されるメカニカルシール71を備えている。メカニカルシール71は、増速機室13c内に貯留されているオイルがシャフト挿通孔14h、テーパ面14j、環状面14kを介して羽根車室15bに洩れ出すことを抑制する。
The
羽根車室15bと吸入口15aとは連通している。羽根車室15bは、吸入口15aから離れるにつれて徐々に拡径していく略円錐台孔形状になっている。高速側シャフト31におけるコンプレッサハウジング15内に突出している突出端部は、羽根車室15bに突出している。
The
図1又は図3に示すように、羽根車24は、高速側シャフト31の軸線方向における増速機30寄りに環状の基端面24aを有している。また、羽根車24は、基端面24aの外周縁から徐々に拡径する基端側テーパ面24bと、基端側テーパ面24bの外周縁から径方向に平坦に延在する平坦面24cと、を有する。そして、基端面24aと、基端側テーパ面24bと、平坦面24cによって羽根車24の背面が構成されている。羽根車24は、外周縁24dから羽根車24の先端面24eに向かうに従って徐々に縮径するとともに、複数の図示しない羽根を有する。
As shown in FIG. 1 or 3, the
羽根車24は、羽根車24の軸線方向に延びる挿通孔24fを有している。羽根車24は、高速側シャフト31におけるコンプレッサハウジング15内に突出している突出端部が挿通孔24fに挿通された状態で、高速側シャフト31と一体に高速側シャフト31に固定されている。このため、羽根車24は高速側シャフト31と一体回転する。
The
羽根車24の基端面24aは、高速側シャフト31の軸線方向においてカラー部材100に対向する。なお、回転体としてのカラー部材100については後に詳述する。
羽根車24の基端側テーパ面24bと、プレート14のテーパ面14jとは第1の背面空隙K1を介して互いに対向し、羽根車24の平坦面24cと、プレート14の環状面14kとは第1の背面空隙K1を介して互いに対向している。つまり、羽根車24の背面とプレート14の壁面とは、第1の背面空隙K1を介して軸線方向に互いに対向している。また、カラー部材100の外周部と基端側テーパ面24bの一部は、第2の背面空隙K2を介して軸線方向に互いに対向している。
The
The base end side tapered
第1の背面空隙K1及び第2の背面空隙K2は、シャフト挿通孔14hと連通する。
高速側シャフト31が回転することによって羽根車24が回転して、吸入口15aから羽根車室15bに空気が吸入されるとともに、羽根車24の回転によって、羽根車室15bの空気がディフューザ流路25に送られる。
The first back gap K1 and the second back gap K2 communicate with the
The
また、図1に示すように、ディフューザ流路25は、プレート14における環状面14kより径方向外側の端面14mと、この端面14mに対向するコンプレッサハウジング15の面との間に区画されている。ディフューザ流路25は、羽根車室15bよりも高速側シャフト31の径方向外側に位置するとともに羽根車室15bに連通している。ディフューザ流路25は、羽根車24及び羽根車室15bを囲む環状に形成されている。
Further, as shown in FIG. 1, the
また、ディフューザ流路25は、第1の背面空隙K1よりも高速側シャフト31の径方向外側に位置するとともに第1の背面空隙K1に連通している。このため、ディフューザ流路25は、第1の背面空隙K1及び第2の背面空隙K2を介してシャフト挿通孔14hに連通している。
Further, the
吐出室26は、ディフューザ流路25よりも高速側シャフト31の径方向外側に位置するとともにディフューザ流路25に連通している。吐出室26は環状である。羽根車室15bと吐出室26とはディフューザ流路25を介して連通している。羽根車24によって送られた空気は、ディフューザ流路25を通ることによって、更に圧縮されて吐出室26に流れ、吐出室26から吐出される。また、ディフューザ流路25と第1の背面空隙K1及び第2の背面空隙K2は連続しているため、羽根車24によって圧縮された空気は、ディフューザ流路25から第1の背面空隙K1及び第2の背面空隙K2に流れ込む。
The
図1に示すように、増速機30は、電動モータ17の回転に伴う低速側シャフト16の回転を増速させて高速側シャフト31に伝達する。したがって、低速側シャフト16と高速側シャフト31は、電動モータ17によって回転するシャフトを構成している。そして、シャフトの一端としての高速側シャフト31の一端に羽根車24が固定されている。
As shown in FIG. 1, the
また、電動モータ17と増速機30は、シャフトを回転させる駆動源を構成している。したがって、駆動源を構成する増速機30を収容する増速機室13cと、同じく駆動源を構成する電動モータ17を収容するモータ室12cと、から駆動源を収容する駆動室が構成されている。この態様において、プレート14は、駆動室としての増速機室13cと羽根車室15bとを仕切る仕切壁を構成している。このため、増速機室13cは、低速側シャフト16の軸線方向におけるモータ室12cとプレート14との間に配置されている。そして、プレート14のシャフト挿通孔14hには、シャフトを構成する高速側シャフト31が挿通されている。
Further, the
増速機30は、低速側シャフト16の回転を増速させて高速側シャフト31に伝達する。増速機30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30は、低速側シャフト16の第2端部に連結されたリング部材32を備えている。リング部材32は金属製である。リング部材32は、低速側シャフト16の回転に伴って回転する。リング部材32は、低速側シャフト16の第2端部に連結された円板状のベース33と、ベース33の外縁部から円筒状に延設された筒部34と、を有する有底円筒状である。ベース33は、低速側シャフト16に対して低速側シャフト16の径方向に延びている。筒部34の軸線は、低速側シャフト16の軸線と一致している。
The
図1又は図2に示すように、高速側シャフト31の一部は、筒部34の内側に配置されている。また、増速機30は、筒部34と高速側シャフト31との間に設けられる3つのローラ35を備えている。3つのローラ35は、例えば金属製であり、高速側シャフト31と同一金属、例えば鉄又は鉄の合金で構成されている。3つのローラ35は、高速側シャフト31の周方向に互いに所定の間隔(例えば120度ずつ)をあけて配置されている。3つのローラ35は同一形状である。3つのローラ35は、筒部34の内周面及び高速側シャフト31の周面の双方と当接する。
As shown in FIG. 1 or 2, a part of the high-
増速機30は、プレート14と協働して各ローラ35を回転可能に支持する支持部材39を備えている。支持部材39は、筒部34の内側に配置されている。支持部材39は、円板状の支持ベース40と、支持ベース40から立設された柱状の3つの立設壁41と、を有している。支持ベース40は、プレート14に対して各ローラ35の回転軸線方向に対向配置されている。3つの立設壁41は、支持ベース40におけるプレート14側の面40aからプレート14に向けてそれぞれ延びている。そして、3つの立設壁41は、筒部34の内周面と、隣り合う2つのローラの周面とによって区画された3つの空間を埋めるようにそれぞれ配置されている。支持部材39は、ボルト挿通孔45に挿通されたボルト44がプレート14に螺合されることによってプレート14に取り付けられている。
The
各ローラ35の軸線方向の第1端部は、ローラ軸受52を介してプレート14に回転可能に支持され、各ローラ35の軸線方向の第2端部は、ローラ軸受54を介して支持部材39に回転可能に支持されている。
The axial first end of each
高速側シャフト31には、高速側シャフト31の軸線方向に離間して対向配置された一対のフランジ部31fが設けられている。3つのローラ35は、一対のフランジ部31fによって挟持されている。これにより、高速側シャフト31の軸線方向における高速側シャフト31と3つのローラ35との位置ずれが抑制されている。
The high-
3つのローラ35、リング部材32、及び高速側シャフト31は、3つのローラ35と高速側シャフト31及び筒部34とが互いに押し付けあっている状態でユニット化されている。そして、高速側シャフト31は、3つのローラ35によって回転可能に支持されている。
The three
そして、電動モータ17が駆動して、低速側シャフト16及びリング部材32が回転すると、リング部材32の回転力が、3つのローラ35に伝達されて3つのローラ35が回転し、3つのローラ35の回転力が高速側シャフト31に伝達される。その結果、高速側シャフト31が回転する。このとき、リング部材32は、低速側シャフト16と同一速度で回転し、3つのローラ35は低速側シャフト16よりも高速で回転する。そして、3つのローラ35の外径よりも外径が小さい高速側シャフト31は、3つのローラ35よりも高速で回転する。これにより、増速機30によって、高速側シャフト31が低速側シャフト16よりも高速で回転する。
Then, when the
図1に示すように、ポンプ10は、増速機30にオイルを供給するオイル供給通路60を備えている。また、オイル供給通路60は、メカニカルシール71にもオイルを供給する。さらに、ポンプ10は、オイル供給通路60を流れるオイルを冷却するオイルクーラ55と、オイル供給通路60を流れるオイルが貯留されるオイルパン56と、オイルパン56に貯留されたオイルを吸い上げて吐出するオイルポンプ57と、オイルパン56の圧を抜くための圧抜き通路77と、を備えている。
As shown in FIG. 1, the
オイルクーラ55は、モータハウジング12の周壁12bの外周面に取り付けられる有底筒状のカバー部材55aを有している。そして、カバー部材55aの内面とモータハウジング12の周壁12bの外周面とによって空間55bが区画されている。また、オイルクーラ55は、空間55b内に配置される冷却配管55cを有している。冷却配管55cの両端部は、モータハウジング12に支持されている。冷却配管55cは、オイル供給通路60の一部を形成する。
The
また、カバー部材55aには、導入配管55d及び排出配管55eが設けられている。空間55bには、導入配管55dから低温流体が導入される。空間55bに導入された低温流体は、排出配管55eから排出されて図示しない冷却装置によって冷却された後、再び導入配管55dを介して空間55bに導入される。低温流体は、例えば、水である。
Further, the
オイルパン56は、増速機30に供給するオイルを貯蔵する。オイルパン56は、モータハウジング12の底壁12aに設置されている。オイルパン56は、モータハウジング12の底壁12aにおける外周側の部位に位置している。また、オイルポンプ57は、モータハウジング12の底壁12aに設置されている。オイルポンプ57は、例えば、トロコイドポンプである。オイルポンプ57は、低速側シャフト16の第1端部に連結されている。そして、オイルポンプ57は、低速側シャフト16の回転に伴って駆動する。
The
オイル供給通路60は、増速機室13cとオイルクーラ55とを接続する第1接続通路61を有している。第1接続通路61は、増速機ハウジング13を貫通してモータハウジング12の周壁12bの内部まで延びている。第1接続通路61の第1端は、増速機室13c内に開口している。第1接続通路61の第2端は、冷却配管55cの第1端に接続されている。
The
ポンプ10は、第1接続通路61における増速機室13c内に開口する部分が重力方向下側に位置するように燃料電池車に搭載されている。よって、増速機室13c内のオイルは、第1接続通路61に流入する。
The
オイル供給通路60は、オイルクーラ55とオイルパン56とを接続する第2接続通路62を有している。第2接続通路62は、モータハウジング12の内部に形成されている。第2接続通路62の第1端は、冷却配管55cの第2端に接続されている。第2接続通路62の第2端は、オイルパン56内に開口している。
The
増速機室13c内に貯留されているオイルは、第1接続通路61に流入して、第1接続通路61、冷却配管55c、及び第2接続通路62を通過する。ここで、冷却配管55cを通過するオイルは、オイルクーラ55の空間55bに導入される低温流体との熱交換が行われることにより冷却される。そして、オイルクーラ55によって冷却されたオイルが、オイルパン56に貯留される。
The oil stored in the
オイル供給通路60は、オイルパン56とオイルポンプ57とを接続する第3接続通路63を有している。第3接続通路63は、モータハウジング12の内部に形成されている。第3接続通路63の第1端は、オイルパン56内に突出している。第3接続通路63の第2端はオイルポンプ57の吸入口57aに接続されている。
The
オイル供給通路60は、オイルポンプ57の吐出口57bに接続される第4接続通路64を有している。第4接続通路64は、モータハウジング12の底壁12a及び周壁12bを貫通して増速機ハウジング13の周壁13bの内部まで延びている。第4接続通路64の第1端は、オイルポンプ57の吐出口57bに接続されている。第4接続通路64の第2端は、増速機ハウジング13の周壁13bの内部に位置している。
The
オイル供給通路60は、第4接続通路64の第2端から分岐する第1分岐通路65及び第2分岐通路66を有している。第1分岐通路65は、第4接続通路64の第2端からモータハウジング12に向けて延びており、増速機ハウジング13の周壁13b及び増速機ハウジング13の底壁13aを貫通している。第1分岐通路65の第1端は、第4接続通路64の第2端に連通している。第1分岐通路65の第2端は、貫通孔13hに開口している。
The
第2分岐通路66は、第4接続通路64の第2端からプレート14に向けて延びており、増速機ハウジング13の周壁13bを貫通してプレート14の内部まで延びている。第2分岐通路66の第1端は、第4接続通路64の第2端に連通している。第2分岐通路66の第2端は、プレート14の内部に位置している。
The
オイル供給通路60は、第2分岐通路66の他端に連通する共通通路67を有している。共通通路67は、第2分岐通路66に対して直交する方向であって、且つ第2分岐通路66の第2端から重力方向下側へ直線状に延びている。また、オイル供給通路60は、共通通路67から分岐するシール部材側供給通路69及び増速機側供給通路70を有している。シール部材側供給通路69の第1端は、共通通路67に連通している。シール部材側供給通路69の第2端は、シャフト挿通孔14hに開口している。増速機側供給通路70は、共通通路67からコンプレッサハウジング15とは反対側に向けて直線状に延びてプレート14を貫通し、立設壁41を貫通して立設壁41におけるローラ35の外周面と向かい合う位置に開口している。よって、増速機側供給通路70は、増速機室13cに連通している。
The
電動モータ17が駆動されると、低速側シャフト16の回転によりオイルポンプ57が駆動されて、オイルパン56内に貯留されているオイルが第3接続通路63及び吸入口57aを介してオイルポンプ57内に吸入され、吐出口57bを介して第4接続通路64に吐出される。オイルポンプ57は、低速側シャフト16の回転数の増加に伴い、吐出口57bから吐出されるオイルの量が比例的に増加するように駆動される。そして、第4接続通路64に吐出されたオイルは、第4接続通路64を流れて第1分岐通路65及び第2分岐通路66にそれぞれ分配される。
When the
第4接続通路64から第1分岐通路65に分配されたオイルは、第1分岐通路65を流れて貫通孔13h内に流入し、シール部材20及び第2軸受19に供給される。これにより、シール部材20と低速側シャフト16との摺動部分、及び第2軸受19と低速側シャフト16との摺動部分の潤滑が良好なものとなる。
The oil distributed from the fourth connecting
第4接続通路64から第2分岐通路66に分配されたオイルは、第2分岐通路66を介して共通通路67に流入する。共通通路67を流れるオイルは、その一部がシール部材側供給通路69に分配され、その他のオイルが増速機側供給通路70を流れる。共通通路67からシール部材側供給通路69に分配されたオイルは、シール部材側供給通路69を流れてシャフト挿通孔14hに流入し、メカニカルシール71に供給される。また、増速機側供給通路70を流れるオイルは、ローラ35の外周面に供給される。これにより、ローラ35と高速側シャフト31との摺動部分の潤滑が良好なものとなる。メカニカルシール71及びローラ35の外周面に供給されたオイルは、増速機室13c内に戻される。
The oil distributed from the fourth connecting
ポンプ10は、オイルパン56の圧を抜く圧抜き通路77を備えている。圧抜き通路77の第1端はオイルパン56に連通し、圧抜き通路77の第2端は、モータハウジング12の底壁12aの外面に開口して外部に連通している。圧抜き通路77の第2端には、換気膜77aが取り付けられている。換気膜77aは、外部から圧抜き通路77への異物の侵入を抑制する。また、圧抜き通路77には、図示しない逆止弁が設けられている。逆止弁は、圧抜き通路77の圧力、つまりオイル供給通路60の圧力が既定値に達すると、圧抜き通路77を開放し、既定値未満では圧抜き通路77を閉鎖している。
The
メカニカルシール71は、高速側シャフト31と一体的に回転する回転環81と、シャフト挿通孔14hに固定される固定環91と、を備えている。回転環81は、高速側シャフト31に一体形成されている。回転環81は、円環状である。固定環91は、回転環81に対して高速側シャフト31の軸線方向で対向配置されるとともに高速側シャフト31を取り囲んだ状態でシャフト挿通孔14hの内周面に固定されている。よって、固定環91は、回転環81よりも羽根車室15b寄りに配置されている。
The
図3に示すように、メカニカルシール71は、固定環91を回転環81に向けて押圧するスプリング72と、スプリング72を保持するスプリング保持部73と、スプリング72及びスプリング保持部73ごと固定環91を覆った状態でシャフト挿通孔14hに固定される筒状のカートリッジ74とを備えている。
As shown in FIG. 3, the
カートリッジ74は、高速側シャフト31の径方向に延在する環状の底壁74aと、底壁74aの内周縁から回転環81に向けて起立する筒状の第1の内周壁74bと、を有している。また、カートリッジ74は、第1の内周壁74bから高速側シャフト31の径方向に延出する環状の段差壁74cと、段差壁74cの内周縁から回転環81に向けて起立する筒状の第2の内周壁74dと、を有している。第2の内周壁74dは、第1の内周壁74bよりも高速側シャフト31の径方向に沿って当該高速側シャフト31の周面に接近した位置に設けられている。カートリッジ74の内周側に設けられる第1の内周壁74b、段差壁74c及び第2の内周壁74dは、高速側シャフト31の周面から径方向に離間して対向している。なお、第1の内周壁74bは、第2の内周壁74dよりも高速側シャフト31の周面から離間している。高速側シャフト31は、底壁74a、第1の内周壁74b、段差壁74c、及び第2の内周壁74dの内側を通過している。
The
また、カートリッジ74は、底壁74aの外周縁から回転環81に向けて起立する円筒状の外周壁74eを有している。外周壁74eは、シャフト挿通孔14hの内周面に沿って延びている。カートリッジ74は、外周壁74eがシャフト挿通孔14hの内周面に嵌合されることにより、シャフト挿通孔14hに固定されている。
Further, the
カートリッジ74における第2の内周壁74dの内周面と、この内周面に対向する高速側シャフト31の周面との間には、シール内隙間76が形成されている。このシール内隙間76は、回転環81に向けて開口している。
A seal
固定環91、スプリング72、及びスプリング保持部73は、底壁74a、第1の内周壁74bの内周面、第2の内周壁74dの内周面及び外周壁74eの内周面によって区画される空間内に配置されている。また、固定環91、スプリング72、及びスプリング保持部73はカートリッジ74によって覆われている。カートリッジ74は、高速側シャフト31の軸線方向に移動可能な状態で、固定環91を高速側シャフト31と一体回転しないように保持している。このため、固定環91は、高速側シャフト31の軸線方向への移動が許容されている一方、高速側シャフト31の周方向への移動が規制されている。
The fixed
スプリング72及びスプリング保持部73は、カートリッジ74の底壁74aと固定環91との間に配置されている。スプリング保持部73は、固定環91と当接しており、スプリング72は、スプリング保持部73と底壁74aとを連結している。これにより、スプリング72の付勢力がスプリング保持部73を介して固定環91に伝達され、固定環91が回転環81に向けて押圧されている。
The
回転環81における固定環91側の端面81aは、固定環91と摺動する平坦面状の回転側摺動面82を有している。固定環91における回転環81側の端面91aは、回転側摺動面82と摺動する平坦面状の固定側摺動面92を有している。固定側摺動面92は、回転側摺動面82とのシール面92sを有している。
The
また、固定環91の内周面の一部は、高速側シャフト31の径方向外側に凹んでいる。固定環91の内周面における高速側シャフト31の径方向外側へ凹んだ部分と、段差壁74cの内面と、第2の内周壁74dの内周面との間には、円環状のシール部材75が設けられている。
Further, a part of the inner peripheral surface of the fixed
シール部材側供給通路69の第2端は、シャフト挿通孔14hの内周面に開口している。よって、シール部材側供給通路69の第2端は、高速側シャフト31の径方向において回転側摺動面82と固定側摺動面92との摺動部分に対向している。そして、シール部材側供給通路69の第2端からは、シャフト挿通孔14h内に向けてオイルが噴射される。
The second end of the seal member
高速側シャフト31の回転に伴って回転環81が回転すると、回転側摺動面82と固定側摺動面92との間に正圧が発生し、回転側摺動面82と固定側摺動面92との間隔が広がって回転側摺動面82と固定側摺動面92との間にオイルによる油膜が形成され、回転側摺動面82と固定側摺動面92のシール面92sとの間の摺動性が向上する。
When the
また、高速側シャフト31の回転に伴って回転環81が回転すると、回転側摺動面82と固定側摺動面92との間に介在するオイルは、回転環81の回転に追従して移動して、図示しない負圧発生溝内が負圧になって、増速機室13c内からシャフト挿通孔14hを介して羽根車室15b内へ洩れ出そうとするオイルが負圧発生溝内に吸い込まれ易くなる。
Further, when the
そして、負圧発生溝内に吸い込まれたオイルは、固定環91の外周面よりも高速側シャフト31の径方向外側に排出される。これにより、増速機室13c内に貯留されるオイルが、回転側摺動面82と固定側摺動面92のシール面92sとの間を介して羽根車室15b内へ洩れ出すことが抑制される。
Then, the oil sucked into the negative pressure generating groove is discharged to the outside in the radial direction of the high-
図3に示すように、シャフト挿通孔14hは、テーパ面14jの内周縁に繋がる第2の大径部141hと、第2の大径部141hより小径の第2の小径部142hと、を有している。なお、メカニカルシール71は、第2の小径部142hに対し軸線方向に隣接している。また、シャフト挿通孔14hは、第2の大径部141h及び第2の小径部142hより大径の保持部143hと、保持部143hより大径の連通部144hと、を有している。また、シャフト挿通孔14hは、第2の大径部141hと第2の小径部142hとを接続するように高速側シャフト31の径方向に延びる環状の第1段差面151と、第2の小径部142hと保持部143hとを接続するように高速側シャフト31の径方向に延びる環状の第2段差面152とを有している。さらに、シャフト挿通孔14hは、保持部143hと連通部144hとを接続するように高速側シャフト31の径方向に延びる環状の第3段差面153を有している。
As shown in FIG. 3, the
第2の大径部141hは、テーパ面14jに連通している。連通部144hは、増速機室13cに向けて開口している。第2の大径部141hの軸心と、第2の小径部142hの軸心と、保持部143hの軸心と、連通部144hの軸心は、高速側シャフト31の回転軸線に一致している。
The second
一対のフランジ部31fの一方は、連通部144h内に配置されている。
高速側シャフト31は、高速側シャフト31の軸線方向におけるフランジ部31fよりも羽根車24寄りに、高速側シャフト31の直径を変化させることで形成されたシャフト段差31gを備える。高速側シャフト31には、シャフト段差31gに接触させることで軸線方向への移動が規制された状態にカラー部材100が一体化されている。
One of the pair of
The high-
カラー部材100は、高速側シャフト31に隙間嵌めされ、高速側シャフト31に固定されている。このため、カラー部材100は高速側シャフト31と一体回転する。カラー部材100は、シャフト挿通孔14h内に配置されている。したがって、シャフト挿通孔14hと高速側シャフト31との間には、高速側シャフト31と一体回転する回転体としてのカラー部材100が介在されている。
The
カラー部材100は、第2の大径部141hの内側に位置する第1の大径部101と、第2の小径部142hの内側に位置する第1の小径部102と、カートリッジ74の第1の内周壁74bの内側に位置するシール内筒部103と、を一体に有している。つまり、シャフト挿通孔14hは、第1の大径部101に対向する第2の大径部141hと、第1の小径部102に対向する第2の小径部142hと、を有していると言える。
The
第1の大径部101の外径は、基端面24aの外径より大きい。このため、第1の大径部101の外周部は、羽根車24の基端面24aよりも、高速側シャフト31の径方向にはみ出している。そして、カラー部材100は、第1の大径部101の外周部に非当接面H1を有する。非当接面H1は、第1の大径部101において、羽根車24の背面としての基端側テーパ面24bの一部に対向し、かつ基端側テーパ面24bに当接しない部位である。また、カラー部材100は、第1の大径部101の外周部より内周側に当接面H2を有する。当接面H2は、羽根車24の背面としての基端面24aに当接する部位である。つまり、カラー部材100は、第1の大径部101に非当接面H1と当接面H2を備えている。
The outer diameter of the first
そして、羽根車24の基端側テーパ面24bの一部と非当接面H1とは第2の背面空隙K2を介して高速側シャフト31の軸線方向に互いに対向している。なお、高速側シャフト31の径方向において、第1の背面空隙K1と第2の背面空隙K2との境界Tは、図3の2点鎖線に示すように、第1の大径部101の外周面に沿って形成されている。
A part of the base end side tapered
カラー部材100は、高速側シャフト31の軸線方向に沿って羽根車24側から駆動室としての増速機室13cに向かって段階的に外径が小さくなる第1の大径部101と第1の小径部102とシール内筒部103とを有する筒状であるといえる。なお、シール内筒部103は、高速側シャフト31の周面から径方向に沿って第1の内周壁74bに向かって延びる筒状である。
The
また、カラー部材100は、第1の大径部101の外周面と第1の小径部102の外周面とを接続する第1接続面104と、第1の小径部102の外周面とシール内筒部103の外周面とを接続する第2接続面105と、を有している。
Further, the
カラー部材100は、シャフト段差31gに接触することで高速側シャフト31の軸線方向への移動が規制されている。移動規制されたカラー部材100の当接面H2に羽根車24の基端面24aが接触することで羽根車24は高速側シャフト31の軸線方向への移動が規制されている。
The
カラー部材100の第1の大径部101の外周面と、第2の大径部141hの内周面との間には第1環状隙間S1が形成され、カラー部材100の第1の小径部102の外周面と、第2の小径部142hの内周面との間には第2環状隙間S2が形成されている。また、カラー部材100のシール内筒部103の外周面とカートリッジ74の第1の内周壁74bとの間には第3環状隙間S3が形成されている。
A first annular gap S1 is formed between the outer peripheral surface of the first
また、カラー部材100の第1接続面104と、シャフト挿通孔14hの第1段差面151との間には、第1連通隙間M1が形成されている。第1連通隙間M1は、第1環状隙間S1と第2環状隙間S2とを連通する。カラー部材100の第2接続面105と、カートリッジ74の底壁74aとの間には第2連通隙間M2が形成されている。第2連通隙間M2は、第2環状隙間S2と第3環状隙間S3とを連通する。
Further, a first communication gap M1 is formed between the
高速側シャフト31の径方向に沿った第1環状隙間S1の寸法、第2環状隙間S2の寸法、及び第3環状隙間S3の寸法はいずれも等しい又は略等しく、高速側シャフト31の軸線方向に沿った第1連通隙間M1の寸法、及び第2連通隙間M2の寸法はいずれも等しい又は略等しい。そして、高速側シャフト31の径方向に沿った第1〜第3環状隙間S1〜S3と、高速側シャフト31の軸線方向に沿った第1及び第2連通隙間M1,M2の寸法とは等しい又は略等しい。
The dimensions of the first annular gap S1 along the radial direction of the high-
径方向におけるカラー部材100とプレート14との間には絞り通路110が形成されている。具体的には、絞り通路110は、カラー部材100の外周面と、シャフト挿通孔14hを形成するプレート14の内周面及びカートリッジ74の内周面の一部との間に形成されている。絞り通路110は、カラー部材100よりも径方向外側に形成されている。
A
絞り通路110は、第1の大径部101と第2の大径部141hとが対向する第1環状隙間S1、及び第1の小径部102と第2の小径部142hとが対向する第2環状隙間S2を備える。さらに、本実施形態では、絞り通路110は、第1の内周壁74bとシール内筒部103とが対向する第3環状隙間S3及び第2の内周壁74dと、高速側シャフト31の周面とが対向するシール内隙間76を備える。つまり、絞り通路110は、第1環状隙間S1と、第2環状隙間S2と、第3環状隙間S3と、シール内隙間76とが連通して形成されている。絞り通路110を構成する第1環状隙間S1は、第1の背面空隙K1に開口している。
The
絞り通路110は、シール内隙間76と第1の背面空隙K1とを連通している。シール内隙間76は、メカニカルシール71の回転環81と固定環91の間を介して連通部144hに連通している。このため、シール内隙間76と連通部144hは連通している。そして、連通部144hと増速機室13cとは連通しているため、第1の背面空隙K1と増速機室13cとは、絞り通路110、及び連通部144hを介して連通している。
The
絞り通路110は、増速機室13cと第1の背面空隙K1とを連通させる一方で、高速側シャフト31の軸線方向に沿って羽根車24側から増速機室13c側に向かって段階的に縮径している。また、絞り通路110は、連通部144hと第1の背面空隙K1とを繋ぐいずれの位置でも一定の通路幅を有する。
The
なお、絞り通路110の通路幅である第1〜第3環状隙間S1〜S3の寸法と、第1及び第2連通隙間M1,M2の寸法は、第1の背面空隙K1における最も狭い通路幅よりも狭い。第1の背面空隙K1の最も狭い通路幅は、環状面14kと平坦面24cとの間の寸法である。したがって、第1の背面空隙K1から増速機30に向けて流れる空気は、絞り通路110によって絞られることになる。絞り通路110は、シャフト挿通孔14hにおける空気の流量を第1の背面空隙K1における空気の流量より少なくする。
The dimensions of the first to third annular gaps S1 to S3, which are the passage widths of the
次に、本実施形態の作用について説明する。
さて、電動モータ17が駆動されると、低速側シャフト16の回転によりオイルポンプ57が駆動されて、オイル供給通路60をオイルが循環し、オイルが、シール部材20と低速側シャフト16との摺動部分、及び第2軸受19と低速側シャフト16との摺動部分に供給され、各摺動部分の潤滑が良好なものとなる。また、オイルは、メカニカルシール71及びローラ35に供給される。これにより、ローラ35と高速側シャフト31との摺動部分の潤滑が良好なものとなる。メカニカルシール71及びローラ35の外周面に供給されたオイルは、増速機室13c内に戻される。
Next, the operation of this embodiment will be described.
When the
ポンプ10の運転中において、羽根車24の回転に伴って空気が送られる。羽根車24によって送られた空気は、ディフューザ流路25で圧縮され、吐出室26に送られる。ディフューザ流路25を通る空気が、第1の背面空隙K1に流れ込み、第2の背面空隙K2に流れ込む。このとき、第2の背面空隙K2では、第2の背面空隙K2に流れ込んだ空気がカラー部材100の非当接面H1に衝突して第2の背面空隙K2付近で滞留する。また、第2の背面空隙K2に空気が流れ込んでも、第1の背面空隙K1に連通する絞り通路110により、シャフト挿通孔14hへの空気の流れ込みが抑制される。
During the operation of the
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
(1)第2の背面空隙K2に流れ込んだ空気をカラー部材100の非当接面H1に衝突させることで、第2の背面空隙K2に空気を滞留させることができ、第1の背面空隙K1からシャフト挿通孔14hに空気を流れ込みにくくできる。また、絞り通路110により、第1の背面空隙K1からシャフト挿通孔14hへ流れ込む空気の量を抑えることができ、ポンプ10の効率の低下を抑制できる。また、メカニカルシール71によってシャフト挿通孔14hの空気が増速機室13cに洩れる構成であっても、増速機室13cに向かう空気の量を絞り通路110によって抑えることで、第1の背面空隙K1から増速機室13cへ洩れる気体の量を抑えることができる。その結果、増速機室13cからオイル供給通路60に流れる気体の量が抑えられ、圧抜き通路77からポンプ10の外へ圧力を開放したとき、ポンプ10の外部に排出される空気の量が抑えられる結果、空気とともに排出されるオイルの量が抑えられる。したがって、オイル供給通路60を循環するオイルの量が減少することを抑制できる。また、換気膜77aがオイルミストによって目詰まりすることを抑制できる。
According to the above embodiment, the following effects can be obtained.
(1) By colliding the air flowing into the second back gap K2 with the non-contact surface H1 of the
(2)絞り通路110は、羽根車24側から増速機室13c側に向かって段階的に外径が小さくなる段付形状である。このため、絞り通路110を複数段形状にでき、空気が絞り通路110を流れ難くできる。
(2) The
(3)絞り通路110は、カラー部材100を段付形状とするとともに、カラー部材100の外周面に対向するように、シャフト挿通孔14h及びメカニカルシール71のカートリッジ74を段付形状にすることで形成されている。カラー部材100は、羽根車24の移動を規制するための部材である。既存のカラー部材100を利用することで、部品点数を増やすことなく、圧抜き通路77からポンプ10の外へ圧力を開放したときのポンプ10外部へのオイルの排出量を抑えることができる。
(3) In the
(4)カラー部材100は、メカニカルシール71のカートリッジ74内に入り込むシール内筒部103を備え、このシール内筒部103とカートリッジ74の第1の内周壁74bとの間にも絞り通路110の一部が形成されている。したがって、メカニカルシール71の内側にも絞り通路110を形成でき、軸線方向への絞り通路110の長さを長くして、第1の背面空隙K1からシャフト挿通孔14hへ流れ込む空気の量をより一層抑えることができる。
(4) The
(5)絞り通路110は、第1の背面空隙K1と直接連通している。このため、第1の背面空隙K1に流れ込んだ空気は、カラー部材100の非当接面H1に衝突することにより、第2の背面空隙K2で滞留するが、滞留する空気は、第1の背面空隙K1からシャフト挿通孔14hに流れ込みにくくなる。このため、カラー部材100と絞り通路110との併用により、第1の背面空隙K1からシャフト挿通孔14hへ流れ込む空気の量をより一層抑えることができる。
(5) The
(6)絞り通路110の通路幅は、第1の背面空隙K1の幅より狭い。このため、絞り通路110によって、第1の背面空隙K1からシャフト挿通孔14hへ空気を流れ込み難くできる。
(6) The passage width of the
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本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。
○ 絞り通路110は、メカニカルシール71の内側になくてもよい。カラー部材100のシール内筒部103を削除し、絞り通路110を、第1環状隙間S1と、第2環状隙間S2とから構成してもよい。
This embodiment can be modified and implemented as follows. The present embodiment and the following modified examples can be implemented in combination with each other within a technically consistent range.
○ The
○ カラー部材100を第1の大径部101だけの構成とし、絞り通路110を、第1環状隙間S1だけで構成してもよい。
○ 高速側シャフト31そのものを段付形状として回転体とし、カラー部材100を削除してもよい。この場合、高速側シャフト31に設けた段差を利用して絞り通路110を形成する。
The
○ The high-
○ ポンプ10は、増速機30を備えず、シャフトを電動モータ17によって直接回転させる構成であってもよい。この場合、ハウジング11の増速機ハウジング13は省略され、増速機室13cも省略される。そして、駆動源は電動モータ17のみで構成され、駆動室はモータ室12cのみで構成される。
○ The
次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
(1)前記駆動源は電動モータを含む。
Next, the technical idea that can be grasped from the above embodiment and another example will be added below.
(1) The drive source includes an electric motor.
H1…非当接面、H2…当接面、K1…第1の背面空隙、K2…第2の背面空隙、S1…第1環状隙間、S2…第2環状隙間、S3…第3環状隙間、10…燃料電池車用ポンプ、11…ハウジング、12c…駆動室を構成するモータ室、13c…駆動室を構成する増速機室、14…仕切壁としてのプレート、14h…シャフト挿通孔、15b…羽根車室、16…シャフトを構成する低速側シャフト、17…駆動源を構成する電動モータ、24…羽根車、24a…背面を構成する基端面、24b…背面を構成する基端側テーパ面、24c…背面を構成する平坦面、30…駆動源を構成する増速機、31…シャフトを構成する高速側シャフト、56…オイルパン、60…オイル供給通路、71…メカニカルシール、74…カートリッジ、74b…第1の内周壁、74d…第2の内周壁、76…シール内隙間、77…圧抜き通路、81…回転環、91…固定環、100…回転体としてのカラー部材、101…第1の大径部、102…第1の小径部、103…シール内筒部、110…絞り通路、141h…第2の大径部、142h…第2の小径部。 H1 ... non-contact surface, H2 ... contact surface, K1 ... first back gap, K2 ... second back gap, S1 ... first annular gap, S2 ... second annular gap, S3 ... third annular gap, 10 ... Fuel cell vehicle pump, 11 ... Housing, 12c ... Motor chamber constituting the drive chamber, 13c ... Accelerator chamber constituting the drive chamber, 14 ... Plate as a partition wall, 14h ... Shaft insertion hole, 15b ... Impeller chamber, 16 ... Low-speed shaft constituting the shaft, 17 ... Electric motor constituting the drive source, 24 ... Impeller, 24a ... Base end surface forming the back surface, 24b ... Base end side tapered surface forming the back surface, 24c ... Flat surface constituting the back surface, 30 ... Speed increasing machine constituting the drive source, 31 ... High-speed side shaft constituting the shaft, 56 ... Oil pan, 60 ... Oil supply passage, 71 ... Mechanical seal, 74 ... Cartridge, 74b ... 1st inner peripheral wall, 74d ... 2nd inner peripheral wall, 76 ... Seal inner gap, 77 ... Pressure release passage, 81 ... Rotating ring, 91 ... Fixed ring, 100 ... Color member as a rotating body, 101 ... First 1 large diameter portion, 102 ... first small diameter portion, 103 ... seal inner cylinder portion, 110 ... throttle passage, 141h ... second large diameter portion, 142h ... second small diameter portion.
Claims (4)
前記羽根車を収容する羽根車室、前記シャフトを回転させる駆動源を収容する駆動室を備え、前記羽根車室と前記駆動室を仕切るとともに前記シャフトが挿通されるシャフト挿通孔を有する仕切壁が設けられるハウジングと、を有する燃料電池車用ポンプであって、
前記シャフト挿通孔と前記シャフトとの間には、前記シャフトに固定されるとともに前記シャフトと一体回転する回転体が介在され、
前記回転体は、外周部で前記羽根車の背面に対向し、かつ前記羽根車の前記背面に当接しない非当接面と、前記外周部より内周側で前記羽根車の前記背面に当接する当接面と、を有し、
前記羽根車の前記背面と前記仕切壁の壁面とは第1の背面空隙を介して互いに対向し、
前記羽根車の前記背面と前記非当接面とは第2の背面空隙を介して互いに対向し、
前記回転体と前記仕切壁との間には絞り通路が形成され、前記絞り通路は前記第1の背面空隙に開口していることを特徴とする燃料電池車用ポンプ。 An impeller fixed to one end of the shaft and
A partition wall including an impeller chamber for accommodating the impeller and a drive chamber for accommodating a drive source for rotating the shaft, and having a shaft insertion hole for partitioning the impeller chamber and the drive chamber and for inserting the shaft. A fuel cell vehicle pump having a housing provided.
A rotating body that is fixed to the shaft and rotates integrally with the shaft is interposed between the shaft insertion hole and the shaft.
The rotating body hits the non-contact surface that faces the back surface of the impeller on the outer peripheral portion and does not abut on the back surface of the impeller, and the back surface of the impeller on the inner peripheral side of the outer peripheral portion. Has a contact surface that comes into contact with
The back surface of the impeller and the wall surface of the partition wall face each other through the first back surface gap, and are opposed to each other.
The back surface of the impeller and the non-contact surface face each other through a second back surface gap, and are opposed to each other.
A pump for a fuel cell vehicle, characterized in that a throttle passage is formed between the rotating body and the partition wall, and the throttle passage is open to the first back gap.
前記カラー部材は、前記シャフトの前記軸線方向に沿って前記羽根車側から前記駆動室側に向かって段階的に外径が小さくなる第1の大径部及び第1の小径部を有する筒状であり、
前記第1の大径部は前記当接面及び前記非当接面を備え、
前記シャフト挿通孔は、前記第1の大径部に対向する第2の大径部、及び前記第1の小径部に対向する第2の小径部を有し、
前記絞り通路は、前記第1の大径部と前記第2の大径部とが対向する隙間、及び前記第1の小径部と前記第2の小径部とが対向する隙間を備え、前記シャフトの前記軸線方向に沿って前記羽根車側から前記駆動室側に向かって段階的に縮径している請求項1に記載の燃料電池車用ポンプ。 The rotating body is a collar member that regulates the movement of the impeller in the axial direction of the shaft.
The collar member has a tubular shape having a first large diameter portion and a first small diameter portion whose outer diameter gradually decreases from the impeller side to the drive chamber side along the axial direction of the shaft. And
The first large diameter portion includes the contact surface and the non-contact surface.
The shaft insertion hole has a second large diameter portion facing the first large diameter portion and a second small diameter portion facing the first small diameter portion.
The throttle passage includes a gap in which the first large-diameter portion and the second large-diameter portion face each other, and a gap in which the first small-diameter portion and the second small-diameter portion face each other, and the shaft. The fuel cell vehicle pump according to claim 1, wherein the diameter is gradually reduced from the impeller side to the drive chamber side along the axial direction of the above.
前記メカニカルシールは、前記シャフトと一体的に回転する回転環と、前記シャフト挿通孔に固定される固定環と、前記固定環を覆い前記シャフト挿通孔に固定される筒状のカートリッジと、を有し、前記カートリッジは、前記シャフトの周面から離間して対向する第1の内周壁と、前記第1の内周壁よりも前記シャフトの周面に接近する第2の内周壁と、を備え、
前記カラー部材は、前記シャフトの周面から前記第1の内周壁に向かって延びる筒状のシール内筒部をさらに有し、
前記絞り通路は、前記第2の内周壁と前記シャフトの周面とが対向する隙間、前記第1の内周壁と前記シール内筒部とが対向する隙間、前記第1の小径部と前記第2の小径部とが対向する隙間、及び前記第1の大径部と前記第2の大径部とが対向する隙間を備え、
前記絞り通路は、前記シャフトの前記軸線方向に沿って前記羽根車側から前記駆動室側に向かって段階的に縮径している請求項2に記載の燃料電池車用ポンプ。 A mechanical seal adjacent to the second small diameter portion is arranged in the shaft insertion hole.
The mechanical seal includes a rotating ring that rotates integrally with the shaft, a fixed ring that is fixed to the shaft insertion hole, and a cylindrical cartridge that covers the fixed ring and is fixed to the shaft insertion hole. However, the cartridge includes a first inner peripheral wall that faces away from the peripheral surface of the shaft, and a second inner peripheral wall that is closer to the peripheral surface of the shaft than the first inner peripheral wall.
The collar member further has a tubular seal inner cylinder portion extending from the peripheral surface of the shaft toward the first inner peripheral wall.
The throttle passage has a gap in which the second inner peripheral wall and the peripheral surface of the shaft face each other, a gap in which the first inner peripheral wall and the seal inner cylinder portion face each other, the first small diameter portion and the first small diameter portion. It is provided with a gap in which the second small diameter portion faces each other and a gap in which the first large diameter portion and the second large diameter portion face each other.
The fuel cell vehicle pump according to claim 2, wherein the throttle passage is gradually reduced in diameter from the impeller side to the drive chamber side along the axial direction of the shaft.
前記ハウジングは、前記シャフトの軸線方向における前記駆動室と前記羽根車室との間において前記低速側シャフトの動力を増速して前記高速側シャフトに伝達する前記駆動源としての増速機を収容する前記駆動室としての増速機室と、前記増速機室に連通するオイル供給通路と、前記増速機に供給するオイルを貯蔵するオイルパンと、前記オイルパンの圧を抜く圧抜き通路と、を備える請求項1〜請求項3のうちいずれか一項に記載の燃料電池車用ポンプ。 The shaft has a low-speed side shaft and a high-speed side shaft.
The housing accommodates a speed increaser as a drive source that accelerates the power of the low speed side shaft and transmits it to the high speed side shaft between the drive chamber and the impeller chamber in the axial direction of the shaft. A speed increaser room as the drive chamber, an oil supply passage communicating with the speed increaser room, an oil pan for storing oil to be supplied to the speed increaser, and a pressure release passage for releasing the pressure of the oil pan. The fuel cell vehicle pump according to any one of claims 1 to 3.
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