JP2024039922A - 遠心圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】モータの冷却性能を向上させること。【解決手段】各ティース３８は、仮想直線ＳＬに対して、回転軸４３の回転方向Ｒ１側へ傾いた状態でヨーク３７の内周面３７ａから延びている。各径路８０は、吸入口から軸路に吸入された空気を各ティース３８の端面とコイルエンド３６との間の空隙９０に向けて流す。各径路８０からモータ室１８内に導入される空気は、回転軸４３の回転に伴って、回転軸４３の外周面の接線方向であって、且つ、回転軸４３の回転方向Ｒ１とは反対方向側へ流出する。各径路８０からモータ室１８内に導入される空気が、各ティース３８の端面とコイルエンド３６との間の空隙９０に向けて流れ易くなる。各ティース３８の端面とコイルエンド３６との間の空隙９０を通過する空気が、コイルエンド３６から発生する熱を吸熱することにより、コイルエンド３６が冷却される。【選択図】図６

Description

本発明は、遠心圧縮機に関する。

遠心圧縮機は、回転軸と、モータと、インペラと、ハウジングと、を備えている。モータは、回転軸を回転させる。インペラは、回転軸と一体的に回転することで空気を圧縮する。ハウジングは、インペラ室、モータ室、及び吸入口を有している。インペラ室は、インペラを収容する。モータ室は、モータを収容する。吸入口は、インペラ室に空気を吸入する。モータは、ステータを備えている。ステータは、ステータコアと、コイルと、を備えている。ステータコアは、円筒状のヨーク、及び複数のティースを有している。複数のティースは、ヨークの内周面から延びている。コイルは、例えば、各ティースに集中巻きで巻回されている。コイルは、ティースの端面から突出するコイルエンドを含む。

ところで、このような遠心圧縮機においては、モータを冷却することが望まれている。そこで、例えば特許文献１のように、遠心圧縮機は、軸路と、径路と、を備えている場合がある。軸路は、回転軸の内部を回転軸の軸方向に延びている。軸路は、吸入口に向かって開口している。径路は、軸路に連通している。径路は、軸路から回転軸の径方向に向けて延びている。径路は、モータ室内に連通している。吸入口からの空気の一部は、軸路に導入されて軸路及び径路を流れる。径路を流れる空気は、回転軸の回転に伴う遠心力によって加速されるとともに径路からモータ室内に導入される。このように、吸入口から軸路及び径路を介してモータ室内に導入される空気によって、例えば、コイルエンドが冷却される。これにより、コイルが冷却されるため、モータを冷却することができる。

特許第６９６８２５３号公報

しかしながら、このような遠心圧縮機においては、モータの冷却性能を向上させるために、モータ室内に導入された空気によって、コイルを効率良く冷却することが望まれている。

上記課題を解決する遠心圧縮機は、回転軸と、前記回転軸を回転させるモータと、前記回転軸と一体的に回転することで空気を圧縮するインペラと、前記インペラを収容するインペラ室、前記モータを収容するモータ室、及び前記インペラ室に空気を吸入する吸入口を有するハウジングと、前記吸入口に向かって開口し、前記回転軸の内部を前記回転軸の軸方向に延びる軸路と、前記軸路に連通するとともに前記軸路から前記回転軸の径方向に向けて延び、前記モータ室内に連通する径路と、を備え、前記モータは、ステータを備え、前記ステータは、円筒状のヨーク、及び前記ヨークの内周面から延びる複数のティースを有するステータコアと、前記各ティースに集中巻きで巻回されるコイルと、を備え、前記コイルは、前記ティースの端面から突出するコイルエンドを含み、前記吸入口から前記軸路及び前記径路を介して前記モータ室内に導入される空気によって前記コイルエンドが冷却される遠心圧縮機であって、前記ヨークの外周面の接線方向に延びる接線をヨーク接線とし、前記ヨーク接線と直交し、且つ、前記回転軸の軸線と交差する直線を仮想直線とすると、前記各ティースは、前記仮想直線に対して、前記回転軸の回転方向側へ傾いた状態で前記ヨークの内周面から延びており、前記径路は、前記吸入口から前記軸路に吸入された空気を前記各ティースの端面と前記コイルエンドとの間の空隙に向けて流す。

径路からモータ室内に導入される空気は、回転軸の回転に伴って、回転軸の外周面の接線方向であって、且つ、回転軸の回転方向とは反対方向側へ流出する。このとき、各ティースは、仮想直線に対して、回転軸の回転方向側へ傾いた状態でヨークの内周面から延びている。ここで、例えば、各ティースが、仮想直線に対して傾いておらず、仮想直線上で仮想直線に沿って延びている場合を考える。この場合に比べると、吸入口から軸路に吸入されて径路からモータ室内に導入される空気が、各ティースの端面とコイルエンドとの間の空隙に向けて流れ易くなる。したがって、径路からモータ室内に導入された空気が、コイルエンドに衝突せずに、各ティースの端面とコイルエンドとの間の空隙を通過し易くなる。そして、各ティースの端面とコイルエンドとの間の空隙を通過する空気が、コイルエンドから発生する熱を吸熱することにより、コイルエンドが冷却される。このとき、径路からモータ室内に導入された空気が、コイルエンドに衝突してしまうことが抑制されているため、空気がコイルエンドに衝突することにより、空気の温度が上昇してしまうといったことが回避され易くなっている。したがって、コイルエンドを空気によって効率良く冷却することができる。このようにして、コイルが効率良く冷却されるため、モータの冷却性能を向上させることができる。

上記遠心圧縮機において、前記仮想直線と前記ヨーク接線との交点を通過するとともに、前記回転軸の外周面のうち、前記径路が開口する部分の接線方向に延び、且つ、前記回転方向側へ延びる接線を回転軸接線とすると、前記各ティースは、前記仮想直線と前記回転軸接線とのなす角度の範囲内で、前記仮想直線に対して、前記回転方向側へ傾いた状態で、前記ヨークの内周面から前記回転軸に向けて延びている。

これによれば、吸入口から軸路に吸入されて径路からモータ室内に導入される空気が、各ティースの端面とコイルエンドとの間の空隙に向けてさらに流れ易くなる。したがって、コイルエンドを空気によってさらに効率良く冷却することができる。

上記遠心圧縮機において、前記各ティースは、前記回転軸接線上で前記回転軸接線に沿って延びているとよい。
例えば、回転軸が高速回転している場合、径路からモータ室内に導入される空気は、回転軸接線上であって、且つ、回転軸の回転方向とは反対方向側へ流出し易い。そこで、各ティースが、回転軸接線上で回転軸接線に沿って延びている。これによれば、径路からモータ室内に導入された空気が、コイルエンドに衝突せずに、各ティースの端面とコイルエンドとの間の空隙を通過し易くなる。したがって、回転軸が高速回転しているようなコイルからの発熱量が多い場合であっても、各ティースの端面とコイルエンドとの間の空隙を通過する空気によって、コイルエンドを効率良く冷却することができる。

この発明によれば、モータの冷却性能を向上させることができる。

実施形態における遠心圧縮機の断面図である。 遠心圧縮機の一部分を拡大して示す断面図である。 モータの断面図である。 ティースとコイルとの関係を示す部分斜視図である。 ティースとコイルとの関係を示す部分平面図である。 回転軸とステータとの関係を示す部分断面図である。

以下、遠心圧縮機を具体化した一実施形態を図１～図６にしたがって説明する。本実施形態の遠心圧縮機は、燃料電池車に搭載されている。遠心圧縮機は、空気を圧縮する。
＜遠心圧縮機１０の基本構成＞
図１に示すように、遠心圧縮機１０は、ハウジング１１を備えている。ハウジング１１は、金属材料製である。ハウジング１１は、例えば、アルミニウム製である。ハウジング１１は、筒状である。ハウジング１１は、モータハウジング１２、コンプレッサハウジング１３、タービンハウジング１４、第１プレート１５、第２プレート１６、及びシールプレート１７を有している。

モータハウジング１２は、筒状である。モータハウジング１２は、板状の端壁１２ａと、周壁１２ｂと、を有している。周壁１２ｂは、端壁１２ａの外周部から筒状に延びている。第１プレート１５は、モータハウジング１２の周壁１２ｂの開口側の端部に連結されている。第１プレート１５は、モータハウジング１２の周壁１２ｂの開口を閉塞している。そして、モータハウジング１２の端壁１２ａ及び周壁１２ｂと第１プレート１５とによって、モータ室１８が区画されている。したがって、ハウジング１１は、モータ室１８を有している。

ハウジング１１は、排出口１２ｈを有している。排出口１２ｈは、モータハウジング１２の周壁１２ｂに形成されている。排出口１２ｈの第１端は、モータ室１８内に連通している。排出口１２ｈの第２端は、ハウジング１１外に連通している。

シールプレート１７は、第１プレート１５におけるモータハウジング１２とは反対側の端面に取り付けられている。ハウジング１１は、スラスト軸受収容室１９を有している。スラスト軸受収容室１９は、第１プレート１５とシールプレート１７とによって区画されている。シールプレート１７は、シャフト挿通孔１７ｈを有している。シャフト挿通孔１７ｈは、シールプレート１７の中央部に形成されている。シャフト挿通孔１７ｈは、スラスト軸受収容室１９に開口している。

第１プレート１５は、第１ラジアル軸受保持部２１を有している。第１ラジアル軸受保持部２１は、円筒状である。第１ラジアル軸受保持部２１は、第１プレート１５におけるモータハウジング１２側の端面の中央部からモータ室１８内に突出している。第１ラジアル軸受保持部２１は、スラスト軸受収容室１９に連通している。第１ラジアル軸受保持部２１の軸線は、シャフト挿通孔１７ｈの軸線と一致している。

コンプレッサハウジング１３は、筒状である。コンプレッサハウジング１３は、円孔状の吸入口２２を有している。したがって、ハウジング１１は、吸入口２２を有している。コンプレッサハウジング１３は、吸入口２２の軸線が、シールプレート１７のシャフト挿通孔１７ｈの軸線と一致した状態で、第１プレート１５におけるモータハウジング１２とは反対側の端面に連結されている。吸入口２２は、コンプレッサハウジング１３における第１プレート１５とは反対側の端面に開口している。

遠心圧縮機１０は、インペラ室２３、吐出室２４、及びコンプレッサディフューザ流路２５を備えている。インペラ室２３、吐出室２４、及びコンプレッサディフューザ流路２５は、コンプレッサハウジング１３とシールプレート１７との間に形成されている。したがって、ハウジング１１は、インペラ室２３を有している。シールプレート１７は、インペラ室２３とスラスト軸受収容室１９とを隔てている。インペラ室２３は、吸入口２２に連通している。インペラ室２３は、吸入口２２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。吐出室２４は、インペラ室２３の周囲で吸入口２２の軸線周りに延びている。コンプレッサディフューザ流路２５は、インペラ室２３と吐出室２４とを連通している。インペラ室２３は、シールプレート１７のシャフト挿通孔１７ｈに連通している。

モータハウジング１２は、第２ラジアル軸受保持部２６を有している。第２ラジアル軸受保持部２６は、円筒状である。第２ラジアル軸受保持部２６は、モータハウジング１２の端壁１２ａの内面の中央部からモータ室１８内に突出している。第２ラジアル軸受保持部２６の内側は、モータハウジング１２の端壁１２ａを貫通して端壁１２ａの外面に開口している。第１ラジアル軸受保持部２１の軸線と第２ラジアル軸受保持部２６の軸線とは一致している。

第２プレート１６は、モータハウジング１２の端壁１２ａの外面に連結されている。第２プレート１６は、シャフト挿通孔１６ｈを有している。シャフト挿通孔１６ｈは、第２プレート１６の中央部に形成されている。

タービンハウジング１４は、筒状である。タービンハウジング１４は、円孔状の吐出口２７を有している。タービンハウジング１４は、吐出口２７の軸線が、第２プレート１６のシャフト挿通孔１６ｈの軸線と一致した状態で、第２プレート１６におけるモータハウジング１２とは反対側の端面に連結されている。吐出口２７は、タービンハウジング１４における第２プレート１６とは反対側の端面に開口している。

遠心圧縮機１０は、タービン室２８、タービンスクロール流路２９、及び連通通路３０を備えている。タービン室２８、タービンスクロール流路２９、及び連通通路３０は、タービンハウジング１４と第２プレート１６との間に形成されている。タービン室２８は、吐出口２７に連通している。タービンスクロール流路２９は、タービン室２８の周囲で吐出口２７の軸線周りに延びている。連通通路３０は、タービン室２８とタービンスクロール流路２９とを連通している。タービン室２８は、第２プレート１６のシャフト挿通孔１６ｈに連通している。

遠心圧縮機１０は、モータ３１を備えている。モータ３１は、モータ室１８に収容されている。したがって、モータ室１８は、モータ３１を収容する。そして、モータ３１は、ハウジング１１内に収容されている。

モータ３１は、ステータ３２と、ロータ３３と、を備えている。ステータ３２は、筒状のステータコア３４と、コイル３５と、を備えている。コイル３５は、ステータコア３４に巻回されている。ステータコア３４は、モータハウジング１２の周壁１２ｂの内周面に固定されている。したがって、ステータコア３４は、ハウジング１１に固定されている。ステータコア３４の両端面には、コイル３５の一部であるコイルエンド３６がそれぞれ突出している。したがって、コイル３５は、コイルエンド３６を含んでいる。なお、以下の説明では、ステータコア３４における第１プレート１５側に位置する端面である第１端面３４ａから突出するコイルエンド３６を、「第１コイルエンド３６ａ」と記載する。また、ステータコア３４におけるモータハウジング１２の端壁１２ａ側に位置する端面である第２端面３４ｂから突出するコイルエンド３６を、「第２コイルエンド３６ｂ」と記載する。したがって、コイル３５は、第１コイルエンド３６ａと、第２コイルエンド３６ｂと、を含む。

ロータ３３は、ステータ３２の内側に配置されている。ロータ３３は、筒部材４１と、永久磁石４２と、を有している。永久磁石４２は、磁性体である。筒部材４１は、例えば、チタン合金製である。筒部材４１は、筒部材４１の軸線が直線状に延びる筒状である。筒部材４１の外径は一定である。

永久磁石４２は、円筒状である。永久磁石４２は、筒部材４１の内側に配置されている。永久磁石４２の軸線は、筒部材４１の軸線と一致している。永久磁石４２は、筒部材４１の内周面に圧入されている。したがって、永久磁石４２は、筒部材４１の内側に固定されている。永久磁石４２は、永久磁石４２の径方向に着磁されている。具体的には、永久磁石４２は、永久磁石４２の径方向で着磁されることにより永久磁石４２の径方向の両側の部位にＮ極とＳ極とを有する円筒状である。

永久磁石４２における軸線が延びる方向の長さは、筒部材４１における軸線が延びる方向の長さよりも短い。永久磁石４２の両端面は、筒部材４１の内側に位置している。よって、筒部材４１の軸方向に位置する両端部それぞれは、永久磁石４２の両端面それぞれに対して軸方向へ突出している。そして、筒部材４１の両端部は、ステータコア３４の第１端面３４ａ及び第２端面３４ｂそれぞれに対して軸方向へ突出している。

遠心圧縮機１０は、回転軸４３を備えている。回転軸４３は、第１軸部材４４及び第２軸部材４５を含む。第１軸部材４４及び第２軸部材４５は、筒部材４１の軸方向で永久磁石４２を挟んだ両側に設けられている。第１軸部材４４及び第２軸部材４５は、例えば、鉄製である。

第１軸部材４４は、筒部材４１の第１端部に固定されている。第１軸部材４４は、モータ室１８から第１ラジアル軸受保持部２１の内側、スラスト軸受収容室１９、及びシャフト挿通孔１７ｈを通過して、インペラ室２３内に突出している。第２軸部材４５の第１端部は、筒部材４１の第２端部の内側に挿入されている。第２軸部材４５の第１端部は、筒部材４１の第２端部の内周面に圧入されている。したがって、第２軸部材４５は、筒部材４１に固定されている。第２軸部材４５の第２端部は、モータ室１８から第２ラジアル軸受保持部２６の内側、及びシャフト挿通孔１６ｈを通過して、タービン室２８内に突出している。

遠心圧縮機１０は、第１シール部材４６を備えている。第１シール部材４６は、シールプレート１７のシャフト挿通孔１７ｈと第１軸部材４４との間に設けられている。第１シール部材４６は、インペラ室２３からモータ室１８に向かう空気の洩れを抑制する。遠心圧縮機１０は、第２シール部材４７を備えている。第２シール部材４７は、第２プレート１６のシャフト挿通孔１６ｈと第２軸部材４５との間に設けられている。第２シール部材４７は、タービン室２８からモータ室１８に向かう空気の洩れを抑制する。第１シール部材４６及び第２シール部材４７は、例えば、シールリングである。

遠心圧縮機１０は、支持部４８を備えている。支持部４８は、第１軸部材４４の外周面から環状に突出している。支持部４８は、円板状である。支持部４８は、第１軸部材４４の外周面から径方向外側へ環状に突出した状態で、第１軸部材４４の外周面に固定されている。したがって、支持部４８は、第１軸部材４４とは別体である。支持部４８は、スラスト軸受収容室１９内に配置されている。支持部４８は、第１軸部材４４と一体的に回転する。

遠心圧縮機１０は、インペラ４９を備えている。インペラ４９は、第１軸部材４４に連結されている。インペラ４９は、背面から先端面に向かうに従って徐々に縮径した筒状である。インペラ４９は、インペラ室２３に収容されている。したがって、インペラ室２３は、インペラ４９を収容する。インペラ４９の外縁は、インペラ室２３の内周面に沿って延びている。インペラ４９は、回転軸４３と一体的に回転することで空気を圧縮する。なお、ステータコア３４の第１端面３４ａは、ステータコア３４におけるインペラ４９側に位置する端面である。また、ステータコア３４の第２端面３４ｂは、ステータコア３４におけるインペラ４９とは反対側に位置する端面である。

遠心圧縮機１０は、タービンホイール５０を備えている。タービンホイール５０は、第２軸部材４５の第２端部に取り付けられている。タービンホイール５０は、タービン室２８に収容されている。タービンホイール５０は、第２軸部材４５と一体的に回転する。

遠心圧縮機１０は、第１ラジアル軸受５１と、第２ラジアル軸受５２と、を備えている。第１ラジアル軸受５１は、円筒状である。第１ラジアル軸受５１は、第１ラジアル軸受保持部２１に保持されている。したがって、第１ラジアル軸受保持部２１は、第１ラジアル軸受５１を保持する。第２ラジアル軸受５２は、円筒状である。第２ラジアル軸受５２は、第２ラジアル軸受保持部２６に保持されている。したがって、第２ラジアル軸受保持部２６は、第２ラジアル軸受５２を保持する。

第１ラジアル軸受５１は、第１軸部材４４をラジアル方向で回転可能に支持する。第２ラジアル軸受５２は、第２軸部材４５をラジアル方向で回転可能に支持する。第１ラジアル軸受５１及び第２ラジアル軸受５２は、筒部材４１を筒部材４１の軸方向で挟んだ両側の位置で、回転軸４３をラジアル方向で回転可能に支持する。なお、「ラジアル方向」とは、回転軸４３の軸方向に対して直交する方向である。

遠心圧縮機１０は、スラスト軸受５３を備えている。スラスト軸受５３は、スラスト軸受収容室１９に収容されている。したがって、スラスト軸受収容室１９は、スラスト軸受５３を収容する。スラスト軸受５３は、支持部４８をスラスト方向で回転可能に支持する。したがって、スラスト軸受５３は、支持部４８を介して回転軸４３をスラスト方向で回転可能に支持する。なお、「スラスト方向」とは、回転軸４３の軸方向に対して平行な方向である。このように、回転軸４３は、ハウジング１１に回転可能に支持されている。

＜燃料電池システム５５＞
上記構成の遠心圧縮機１０は、燃料電池車に搭載された燃料電池システム５５の一部を構成している。燃料電池システム５５は、遠心圧縮機１０の他に、燃料電池スタック５６と、供給流路５７と、排出流路５８と、を備えている。燃料電池スタック５６は、図示しない複数の電池セルから構成されている。供給流路５７は、吐出室２４と燃料電池スタック５６とを接続する。排出流路５８は、燃料電池スタック５６とタービンスクロール流路２９とを接続する。

ロータ３３が回転すると、第１軸部材４４及び第２軸部材４５がロータ３３と一体的に回転する。よって、ロータ３３は、回転軸４３と一体的に回転する。したがって、モータ３１は、回転軸４３を回転させる。そして、第１軸部材４４及び第２軸部材４５の回転に伴って、インペラ４９及びタービンホイール５０が回転する。インペラ４９が回転すると、吸入口２２からインペラ室２３に空気が吸入される。したがって、吸入口２２は、インペラ室２３に空気を吸入する。なお、吸入口２２を流れる空気は、図示しないエアクリーナによって清浄化されている。

吸入口２２からインペラ室２３内に吸入された空気は、インペラ４９の回転に伴って圧縮されながらコンプレッサディフューザ流路２５を通過して、吐出室２４から供給流路５７へ吐出される。そして、吐出室２４から供給流路５７へ吐出された空気は、供給流路５７を介して燃料電池スタック５６に供給される。燃料電池スタック５６に供給された空気は、燃料電池スタック５６を発電するために使用される。その後、燃料電池スタック５６を通過する空気は、燃料電池スタック５６の排気として排出流路５８へ排出される。

燃料電池スタック５６の排気は、排出流路５８を介してタービンスクロール流路２９に吸入される。タービンスクロール流路２９に吸入される燃料電池スタック５６の排気は、連通通路３０を通じてタービン室２８に導入される。タービンホイール５０は、タービン室２８に導入された燃料電池スタック５６の排気により回転する。ロータ３３は、モータ３１の駆動による回転に加え、燃料電池スタック５６の排気により回転するタービンホイール５０の回転によっても回転する。そして、燃料電池スタック５６の排気によるタービンホイール５０の回転によりロータ３３の回転が補助される。タービン室２８を通過した排気は、吐出口２７から外部へ吐出される。

＜第１パイプ部６０及び第２パイプ部６１＞
第１軸部材４４は、第１パイプ部６０及び第２パイプ部６１を有している。したがって、回転軸４３は、第１パイプ部６０と、第２パイプ部６１と、を備えている。

第１パイプ部６０は、インペラ４９を貫通している。第１パイプ部６０の第１端は、インペラ４９の先端面から突出している。第１パイプ部６０は、挿通孔６２を有している。挿通孔６２は、回転軸４３の軸方向に延びている。挿通孔６２の軸線は、第１パイプ部６０の軸線に一致している。挿通孔６２の第１端は、第１パイプ部６０の第１端面に開口している。そして、挿通孔６２は、吸入口２２に向かって開口している。挿通孔６２は、吸入口２２に連通している。

図２に示すように、第１パイプ部６０は、第１段差面６３を有している。第１段差面６３は、挿通孔６２の第２端に連続している。したがって、第１段差面６３は、挿通孔６２における吸入口２２とは反対側の端部に連続している。第１段差面６３は、第１パイプ部６０の径方向に延びる環状の面である。

第１パイプ部６０は、取付孔６４を有している。取付孔６４は、回転軸４３の軸方向に延びている。取付孔６４の軸線は、第１パイプ部６０の軸線に一致している。取付孔６４の第１端は、第１段差面６３の外周縁に連続している。第１段差面６３は、挿通孔６２の内周面と取付孔６４の内周面とを接続している。取付孔６４の孔径は、挿通孔６２の孔径よりも大きい。取付孔６４の第２端は、第１パイプ部６０の第２端面に開口している。

第１パイプ部６０は、複数の径孔６５を有している。各径孔６５は、第１パイプ部６０の径方向に延びている。各径孔６５は、四角孔状である。各径孔６５の第１端は、取付孔６４の内周面に開口している。各径孔６５の第１端の開口縁の一部は、第１段差面６３の外周縁に連続している。各径孔６５の第２端は、第１パイプ部６０の外周面に開口している。そして、各径孔６５の第２端は、モータ室１８内に連通している。具体的には、各径孔６５の第２端は、モータ室１８内における第１コイルエンド３６ａよりも内側の空間に連通している。各径孔６５は、取付孔６４の内周面から第１パイプ部６０の外周面に向けて延び、モータ室１８内に連通している。

図１に示すように、第２パイプ部６１は、挿通部６６と、取付部６７と、を有している。挿通部６６は、円筒状である。挿通部６６の外径は、挿通孔６２の孔径よりも小さい。挿通部６６は、挿通孔６２に挿通されている。挿通部６６の長さは、挿通孔６２の長さと同じである。挿通部６６の軸方向端面は、第１パイプ部６０の第１端面と同一平面上に位置している。挿通部６６の軸方向端面は、第２パイプ部６１の第１端面である。取付部６７は、円筒状である。

図２に示すように、取付部６７の外径は、挿通部６６の外径よりも大きい。取付部６７は、取付孔６４に挿入されている。取付部６７は、第２パイプ部６１の第２端部を構成している。取付部６７の一部は、取付孔６４から突出している。取付部６７の軸方向端面は、第２パイプ部６１の第２端面である。

第２パイプ部６１は、第２段差面６８を有している。第２段差面６８は、挿通部６６の外周面と取付部６７の外周面とを接続している。第２段差面６８は、第１段差面６３に沿って延びている。第２段差面６８は、挿通部６６の外周面から第２パイプ部６１の径方向へ延びている。

第２パイプ部６１は、複数の介在壁６９を有している。各介在壁６９は、第２段差面６８から起立している。各介在壁６９は、第２段差面６８から第１段差面６３に向けて延びている。各介在壁６９における第１段差面６３側の縁は、第１段差面６３に沿って延びている。各介在壁６９における第１段差面６３側の縁は、第１段差面６３に接触している。第１段差面６３と第２段差面６８との間の空間であって、且つ、第２パイプ部６１の周方向で隣り合う介在壁６９同士の間の空間は、各径孔６５に連通している。

＜軸路７０＞
図１に示すように、遠心圧縮機１０は、軸路７０を備えている。軸路７０は、第１軸路７１と、第２軸路７２と、を含む。第１軸路７１は、挿通孔６２の内周面と挿通部６６の外周面との間に形成されている。第１軸路７１は、第１軸部材４４の内部を回転軸４３の軸方向に延びている。第１軸路７１の第１端は、吸入口２２に向かって開口している。したがって、第１軸路７１は、吸入口２２に向かって開口し、回転軸４３の内部を回転軸４３に軸方向に延びている。第１軸路７１は、吸入口２２に連通している。

第２軸路７２は、第１孔７３、第２孔７４、及び第３孔７５により形成されている。第１孔７３は、第２パイプ部６１に形成されている。第１孔７３は、第２パイプ部６１を回転軸４３の軸方向に延びている。第１孔７３の軸線は、第２パイプ部６１の軸線に一致している。第１孔７３の第１端は、挿通部６６の軸方向端面に開口している。第１孔７３の第２端は、取付部６７の軸方向端面に開口している。したがって、第１孔７３は、第２パイプ部６１の第１端面から第２端面にかけて第２パイプ部６１の内部を貫通している。第１孔７３は、吸入口２２に向かって開口している。第１孔７３は、吸入口２２に連通している。

第２孔７４は、永久磁石４２に形成されている。第２孔７４は、永久磁石４２を永久磁石４２の軸方向に貫通している。第２孔７４は、永久磁石４２の内部を貫通している。第２孔７４の軸線は、永久磁石４２の軸線に一致している。第２孔７４の第１端は、第１孔７３の第２端に連通している。

第３孔７５は、第２軸部材４５に形成されている。第３孔７５は、第２軸部材４５の内部を第２軸部材４５の軸方向に延びている。第３孔７５の第１端は、第２軸部材４５の第１端面に開口している。第３孔７５の軸線は、第２軸部材４５の軸線と一致している。第３孔７５の第１端は、第２孔７４の第２端に連通している。第３孔７５の第２端は、第２軸部材４５の内部に位置している。したがって、第２軸路７２は、吸入口２２に向かって開口し、回転軸４３の内部を回転軸４３に軸方向に延びている。このように、軸路７０は、吸入口２２に向かって開口し、回転軸４３の内部を回転軸４３の軸方向に延びている。

＜径路８０＞
図２に示すように、遠心圧縮機１０は、径路８０を備えている。径路８０は、複数の第１径路８１と、複数の第２径路８２と、を含む。各第１径路８１は、第１段差面６３と第２段差面６８との間の空間であって、且つ、第２パイプ部６１の周方向で隣り合う介在壁６９同士の間の空間と、各径孔６５と、によって形成されている。各第１径路８１の第１端は、第１軸路７１の第２端に連通している。各第１径路８１は、第１軸路７１から第１軸部材４４の外周面に向けて延びている。各第１径路８１の第２端は、第１パイプ部６０の外周面に開口して、モータ室１８内に連通している。各第１径路８１の第２端は、モータ室１８内における第１コイルエンド３６ａよりも内側の空間に連通している。そして、複数の第１径路８１は、吸入口２２から第１軸路７１に導入された空気を第１コイルエンド３６ａに向けて流す。各第１径路８１は、第１軸路７１に連通するとともに第１軸路７１から回転軸４３の径方向に向けて延び、モータ室１８内に連通する。

各第２径路８２は、第３孔７５の第２端に連通している。各第２径路８２は、第３孔７５から第２軸部材４５の外周面に向けて延びている。各第２径路８２の第１端は、第３孔７５に連通している。各第２径路８２の第２端は、第２軸部材４５の外周面に開口して、モータ室１８内に連通している。各第２径路８２の第２端は、モータ室１８内における第２コイルエンド３６ｂよりも内側の空間に連通している。複数の第２径路８２は、吸入口２２から第２軸路７２に導入された空気を第２コイルエンド３６ｂに向けて流す。各第２径路８２は、第２軸路７２に連通するとともに第２軸路７２から回転軸４３の径方向に向けて延び、モータ室１８内に連通する。このように、径路８０は、軸路７０に連通するとともに軸路７０から回転軸４３の径方向に向けて延び、モータ室１８内に連通する。

＜ステータ３２＞
図３に示すように、ステータ３２は、円筒状のヨーク３７、及び複数のティース３８を有している。複数のティース３８は、ヨーク３７の内周面３７ａから延びている。複数のティース３８は、ヨーク３７の周方向に間隔を置いて配置されている。詳細には、複数のティース３８は、ヨーク３７の周方向に等間隔置きに配置されている。各ティース３８におけるヨーク３７とは反対側の面である先端面は、筒部材４１の外周面に沿って延びる弧状に湾曲する円弧面である。

図４及び図５に示すように、各ティース３８は、ヨーク３７の軸方向に延びている。各ティース３８におけるヨーク３７の軸方向の一方に位置する端面である第１端面３８ａは、ヨーク３７の第１端面と同一平面上に位置している。各ティース３８におけるヨーク３７の軸方向の他方に位置する端面である第２端面３８ｂは、ヨーク３７の第２端面と同一平面上に位置している。各ティース３８の第１端面３８ａ及びヨーク３７の第１端面は、ステータコア３４の第１端面３４ａを形成している。各ティース３８の第２端面３８ｂ及びヨーク３７の第２端面は、ステータコア３４の第２端面３４ｂを形成している。ステータコア３４の第１端面３４ａは、平坦面状である。ステータコア３４の第２端面３４ｂは、平坦面状である。

コイル３５は、各ティース３８に集中巻きで巻回されている。したがって、各ティース３８の第１端面３８ａから第１コイルエンド３６ａがそれぞれ突出している。また、各ティース３８の第２端面３８ｂから第２コイルエンド３６ｂがそれぞれ突出している。したがって、各第１コイルエンド３６ａは、各ティース３８の第１端面３８ａから突出するコイルエンド３６である。また、各第２コイルエンド３６ｂは、各ティース３８の第２端面３８ｂから突出するコイルエンド３６である。

図５に示すように、各ティース３８の第１端面３８ａと各第１コイルエンド３６ａとの間には、第１空隙９１がそれぞれ形成されている。各ティース３８の第２端面３８ｂと各第２コイルエンド３６ｂとの間には、第２空隙９２がそれぞれ形成されている。各第１空隙９１及び各第２空隙９２は、各ティース３８の端面とコイルエンド３６との間の空隙９０である。したがって、空隙９０は、第１空隙９１及び第２空隙９２を含む。

図２に示すように、各第１空隙９１は、回転軸４３の回転に伴い、各第１径路８１における第１軸部材４４の外周面に対する開口が移動する軌跡上に対して、回転軸４３の径方向で重なる位置に配置されている。各第１空隙９１は、モータ室１８内における各第１コイルエンド３６ａよりも内側の空間とモータ室１８内における各第１コイルエンド３６ａよりも外側の空間とを連通している。

各第２空隙９２は、回転軸４３の回転に伴い、各第２径路８２における第２軸部材４５の外周面に対する開口が移動する軌跡上に対して、回転軸４３の径方向で重なる位置に配置されている。各第２空隙９２は、モータ室１８内における各第２コイルエンド３６ｂよりも内側の空間とモータ室１８内における各第２コイルエンド３６ｂよりも外側の空間とを連通している。

図６に示すように、ヨーク３７の外周面３７ｂの接線方向に延びる接線をヨーク接線Ｌ１とする。また、ヨーク接線Ｌ１と直交し、且つ、回転軸４３の軸線Ｌと交差する直線を仮想直線ＳＬとする。さらに、仮想直線ＳＬとヨーク接線Ｌ１との交点Ｐ１を通過するとともに、回転軸４３の外周面のうち、径路８０が開口する部分の接線方向に延び、且つ、回転軸４３の回転方向Ｒ１側へ延びる接線を回転軸接線Ｌ２とする。すると、各ティース３８は、仮想直線ＳＬと回転軸接線Ｌ２とのなす角度θ１の範囲内で、仮想直線ＳＬに対して、回転軸４３の回転方向Ｒ１側へ傾いた状態でヨーク３７の内周面３７ａから回転軸４３に向けて延びている。本実施形態では、各ティース３８は、回転軸接線Ｌ２上で回転軸接線Ｌ２に沿って延びている。このように、各ティース３８は、仮想直線ＳＬに対して、回転軸４３の回転方向Ｒ１側へ傾いた状態でヨーク３７の内周面３７ａから延びている。

各ティース３８の幅は一定である。詳細には、各ティース３８における先端部を除く部分の幅は一定である。したがって、各ティース３８におけるコイル３５が巻回されている部分の幅は一定である。各ティース３８は、ティース３８の幅の中央部が回転軸接線Ｌ２上を通過するように、ヨーク３７の内周面３７ａから延びている。なお、ティース３８の幅方向は、ヨーク３７の軸方向とは異なる方向であって、且つ、ティース３８におけるヨーク３７の内周面３７ａからの延在方向とも異なる方向である。よって、ティース３８の幅とは、ヨーク３７の周方向でのティースの厚みである。

各第１空隙９１及び各第２空隙９２は、各ティース３８におけるヨーク３７の内周面３７ａからの延在方向に延びている。したがって、空隙９０は、各ティース３８におけるヨーク３７の内周面３７ａからの延在方向に延びている。

［実施形態の作用］
次に、本実施形態の作用について説明する。
吸入口２２からの空気の一部は、第１軸路７１及び第２軸路７２それぞれに導入される。吸入口２２から第１軸路７１に導入された空気は、第１軸路７１及び各第１径路８１を流れてモータ室１８内に導入される。各第１径路８１は、第１コイルエンド３６ａに向けて空気を流す。各第１径路８１から各第１コイルエンド３６ａに向けて流れた空気は、各第１コイルエンド３６ａを冷却する。したがって、吸入口２２から第１軸路７１及び各第１径路８１を介してモータ室１８内に導入される空気によって各第１コイルエンド３６ａが冷却される。

吸入口２２から第２軸路７２に導入された空気は、第２軸路７２及び各第２径路８２を流れてモータ室１８内に導入される。各第２径路８２は、第２コイルエンド３６ｂに向けて空気を流す。各第２径路８２から各第２コイルエンド３６ｂに向けて流れた空気は、各第２コイルエンド３６ｂを冷却する。したがって、吸入口２２から第２軸路７２及び各第２径路８２を介してモータ室１８内に導入される空気によって各第２コイルエンド３６ｂが冷却される。このように、吸入口２２から軸路７０及び各径路８０を介してモータ室１８内に導入される空気によってコイルエンド３６が冷却される。

以下、第１コイルエンド３６ａの冷却について、図６を用いて詳細に説明する。なお、第２コイルエンド３６ｂの冷却についても、第１コイルエンド３６ａの冷却と同様であるため、その詳細な説明を省略する。

各第１径路８１からモータ室１８内に導入される空気は、図６において矢印Ａ１で示すように、回転軸４３の回転に伴って、第１軸部材４４の外周面の接線方向であって、且つ、回転軸４３の回転方向Ｒ１とは反対方向側へ流出する。このとき、各ティース３８は、仮想直線ＳＬと回転軸接線Ｌ２とのなす角度θ１の範囲内で、仮想直線ＳＬに対して、回転軸４３の回転方向Ｒ１側へ傾いた状態でヨーク３７の内周面３７ａから回転軸４３に向けて延びている。ここで、例えば、各ティース３８が、仮想直線ＳＬに対して傾いておらず、仮想直線ＳＬ上で仮想直線ＳＬに沿って延びている場合を考える。この場合に比べると、吸入口２２から第１軸路７１に吸入されて各第１径路８１からモータ室１８内に導入される空気が、各ティース３８の第１端面３８ａと各第１コイルエンド３６ａとの間の各第１空隙９１に向けて流れ易くなる。このように、各径路８０は、吸入口２２から軸路７０に吸入された空気を各ティース３８の端面とコイルエンド３６との間の空隙９０に向けて流す。

各第１径路８１からモータ室１８内に導入された空気は、各第１コイルエンド３６ａに衝突せずに、各ティース３８の第１端面３８ａと各第１コイルエンド３６ａとの間の各第１空隙９１を通過し易くなる。そして、各第１空隙９１を通過する空気が、各第１コイルエンド３６ａから発生する熱を吸熱することにより、各第１コイルエンド３６ａが冷却される。このとき、各第１径路８１からモータ室１８内に導入された空気が、各第１コイルエンド３６ａに衝突してしまうことが抑制されている。このため、空気が各第１コイルエンド３６ａに衝突することにより、空気の温度が上昇してしまうといったことが回避され易くなっている。したがって、各第１コイルエンド３６ａが空気によって効率良く冷却される。このようにして、コイル３５が効率良く冷却される。各第１空隙９１を通過した空気は、排出口１２ｈを介してハウジング１１外へ排出される。

［実施形態の効果］
上記実施形態では以下の効果を得ることができる。
（１）各径路８０からモータ室１８内に導入される空気は、回転軸４３の回転に伴って、回転軸４３の外周面の接線方向であって、且つ、回転軸４３の回転方向Ｒ１とは反対方向側へ流出する。このとき、各ティース３８は、仮想直線ＳＬに対して、回転軸４３の回転方向Ｒ１側へ傾いた状態でヨーク３７の内周面３７ａから延びている。ここで、例えば、各ティース３８が、仮想直線ＳＬに対して傾いておらず、仮想直線ＳＬ上で仮想直線ＳＬに沿って延びている場合を考える。この場合に比べると、吸入口２２から軸路７０に吸入されて各径路８０からモータ室１８内に導入される空気が、各ティース３８の端面とコイルエンド３６との間の空隙９０に向けて流れ易くなる。したがって、各径路８０からモータ室１８内に導入された空気が、コイルエンド３６に衝突せずに、各ティース３８の端面とコイルエンド３６との間の空隙９０を通過し易くなる。そして、各ティース３８の端面とコイルエンド３６との間の空隙９０を通過する空気が、コイルエンド３６から発生する熱を吸熱することにより、コイルエンド３６が冷却される。このとき、各径路８０からモータ室１８内に導入された空気が、コイルエンド３６に衝突してしまうことが抑制されているため、空気がコイルエンド３６に衝突することにより、空気の温度が上昇してしまうといったことが回避され易くなっている。したがって、コイルエンド３６を空気によって効率良く冷却することができる。このようにして、コイル３５が効率良く冷却されるため、モータ３１の冷却性能を向上させることができる。

（２）各ティース３８は、仮想直線ＳＬと回転軸接線Ｌ２とのなす角度θ１の範囲内で、仮想直線ＳＬに対して、回転軸４３の回転方向Ｒ１側へ傾いた状態でヨーク３７の内周面３７ａから回転軸４３に向けて延びている。これによれば、吸入口２２から軸路７０に吸入されて各径路８０からモータ室１８内に導入される空気が、各ティース３８の端面とコイルエンド３６との間の空隙９０に向けてさらに流れ易くなる。したがって、コイルエンド３６を空気によってさらに効率良く冷却することができる。

（３）例えば、回転軸４３が高速回転している場合、各径路８０からモータ室１８内に導入される空気は、回転軸接線上であって、且つ、回転軸４３の回転方向Ｒ１とは反対方向側へ流出し易い。そこで、各ティース３８が、回転軸接線Ｌ２上で回転軸接線Ｌ２に沿って延びている。これによれば、各径路８０からモータ室１８内に導入された空気が、コイルエンド３６に衝突せずに、各ティース３８の端面とコイルエンド３６との間の空隙９０を通過し易くなる。したがって、回転軸４３が高速回転しているようなコイル３５からの発熱量が多い場合であっても、各ティース３８の端面とコイルエンド３６との間の空隙９０を通過する空気によって、コイルエンド３６を効率良く冷却することができる。

［変更例］
なお、上記実施形態は、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。

○ 実施形態において、各ティース３８が、回転軸接線Ｌ２上で回転軸接線Ｌ２に沿って延びていなくてもよい。要は、各ティース３８は、仮想直線ＳＬと回転軸接線Ｌ２とのなす角度θ１の範囲内で、仮想直線ＳＬに対して、回転軸４３の回転方向Ｒ１側へ傾いた状態でヨーク３７の内周面３７ａから延びていればよい。

○ 実施形態において、各ティース３８が、仮想直線ＳＬと回転軸接線Ｌ２とのなす角度θ１の範囲外で、仮想直線ＳＬに対して、回転軸４３の回転方向Ｒ１側へ傾いた状態でヨーク３７の内周面３７ａから延びていてもよい。要は、各ティース３８は、仮想直線ＳＬに対して、回転軸４３の回転方向Ｒ１側へ傾いた状態でヨーク３７の内周面３７ａから延びていればよい。

○ 実施形態において、遠心圧縮機１０は、例えば、第２軸路７２及び複数の第２径路８２を備えていない構成であってもよい。
○ 実施形態において、遠心圧縮機１０は、例えば、第１軸路７１及び複数の第１径路８１を備えていない構成であってもよい。

○ 実施形態において、ロータ３３の構成としては、例えば、電磁鋼板が複数積層されて構成される筒状のロータコアと、ロータコアに埋設される磁性体と、を備えたロータであってもよい。このような構成の場合、回転軸４３は、ロータコアの内側を貫通している。そして、遠心圧縮機１０は、吸入口２２に向かって開口し、回転軸４３の内部を回転軸４３の軸方向に延びる軸路７０と、軸路７０に連通するとともに軸路７０から回転軸４３の径方向に延び、モータ室１８内に連通する径路８０と、を備えていればよい。

○ 実施形態において、ティース３８の数は特に限定されるものではない。
○ 実施形態において、永久磁石４２が、例えば、筒部材４１の内周面に圧入されておらず、例えば、接着剤によって筒部材４１の内周面に接着されていてもよい。要は、永久磁石４２は、筒部材４１の内側に固定されていればよい。

○ 実施形態において、遠心圧縮機１０は、タービンホイール５０を備えていない構成であってもよい。
○ 実施形態において、遠心圧縮機１０は、タービンホイール５０に代えて、インペラを備えている構成であってもよい。つまり、遠心圧縮機１０は、第１軸部材４４及び第２軸部材４５それぞれにインペラが取り付けられており、一方のインペラによって圧縮された空気が、他方のインペラによって再び圧縮されるような構成であってもよい。

○ 実施形態において、磁性体としては、永久磁石４２に限らず、例えば、積層コア、アモルファスコア、又は、圧粉コア等であってもよい。
○ 実施形態において、筒部材４１が、例えば、炭素繊維強化プラスチックから構成されていてもよい。要は、筒部材４１の材質は、特に限定されるものではない。

○ 実施形態において、遠心圧縮機１０は、燃料電池車に搭載されていなくてもよい。要は、遠心圧縮機１０は、車両に搭載されるものに限定されるものではない。

１０…遠心圧縮機、１１…ハウジング、１８…モータ室、２２…吸入口、２３…インペラ室、３１…モータ、３２…ステータ、３４…ステータコア、３５…コイル、３６…コイルエンド、３７…ヨーク、３７ａ…内周面、３７ｂ…外周面、３８…ティース、４３…回転軸、４９…インペラ、７０…軸路、８０…径路、９０…空隙、Ｌ…軸線、Ｌ１…ヨーク接線、Ｌ２…回転軸接線、Ｐ１…交点、ＳＬ…仮想直線、θ１…角度。

Claims (3)

1. 回転軸と、
   前記回転軸を回転させるモータと、
   前記回転軸と一体的に回転することで空気を圧縮するインペラと、
   前記インペラを収容するインペラ室、前記モータを収容するモータ室、及び前記インペラ室に空気を吸入する吸入口を有するハウジングと、
   前記吸入口に向かって開口し、前記回転軸の内部を前記回転軸の軸方向に延びる軸路と、
   前記軸路に連通するとともに前記軸路から前記回転軸の径方向に向けて延び、前記モータ室内に連通する径路と、を備え、
   前記モータは、ステータを備え、
   前記ステータは、
   円筒状のヨーク、及び前記ヨークの内周面から延びる複数のティースを有するステータコアと、
   前記各ティースに集中巻きで巻回されるコイルと、を備え、
   前記コイルは、前記ティースの端面から突出するコイルエンドを含み、
   前記吸入口から前記軸路及び前記径路を介して前記モータ室内に導入される空気によって前記コイルエンドが冷却される遠心圧縮機であって、
   前記ヨークの外周面の接線方向に延びる接線をヨーク接線とし、
   前記ヨーク接線と直交し、且つ、前記回転軸の軸線と交差する直線を仮想直線とすると、
   前記各ティースは、前記仮想直線に対して、前記回転軸の回転方向側へ傾いた状態で前記ヨークの内周面から延びており、
   前記径路は、前記吸入口から前記軸路に吸入された空気を前記各ティースの端面と前記コイルエンドとの間の空隙に向けて流すことを特徴とする遠心圧縮機。
2. 前記仮想直線と前記ヨーク接線との交点を通過するとともに、前記回転軸の外周面のうち、前記径路が開口する部分の接線方向に延び、且つ、前記回転方向側へ延びる接線を回転軸接線とすると、
   前記各ティースは、前記仮想直線と前記回転軸接線とのなす角度の範囲内で、前記仮想直線に対して、前記回転方向側へ傾いた状態で、前記ヨークの内周面から前記回転軸に向けて延びていることを特徴とする請求項１に記載の遠心圧縮機。
3. 前記各ティースは、前記回転軸接線上で前記回転軸接線に沿って延びていることを特徴とする請求項２に記載の遠心圧縮機。

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