JP5081268B2 - 電動圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、電動機により駆動されるインペラを備える電動圧縮機に関する。そして、該電動圧縮機は、例えば、燃料電池システムに備えられて、カソード側電極に供給される酸化剤ガスとしての空気を圧縮するために使用される。

電動機のロータにより回転駆動される回転軸と、回転軸を回転可能に支持するハウジングと、回転軸と一体に回転するインペラとを備える電動圧縮機において、ハウジングに回転可能に支持されるベアリング軸と前記ロータとから構成される前記回転軸が、インペラと共にテンション軸により一体に結合されるものは知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−２５７１６５号公報

電動圧縮機の回転軸が、ベアリング軸と電動機のロータとから構成され、該ベアリング軸および該ロータが、インペラと共に、それら部材に挿通されるテンション軸により一体に結合される場合、軽量化の観点からテンション軸の外径を小さくすることが好ましい。しかしながら、該外径がほぼ一様なテンション軸は、製造時に曲がりや撓みが発生し易くなって、その扱いに手間がかかり、生産性を低下させる原因になる。そこで、テンション軸を、その外径が軸方向で異なる軸とすることにより、その剛性が高められるので、製造時でのテンション軸の直線性の維持が容易になる。

一方、外径が異なる軸部を有するテンション軸において、大径部が回転軸のロータに挿入されている部分であると、回転軸の回転速度の制御応答性を高めるためにその慣性モーメントの増加を抑制することが望ましいロータにおいては、外径が大きくなっている分、ロータを構成する界磁または電機子の径方向幅が制限されて、電動機の発生トルクの減少を招来する。

また、テンション軸において、軸方向でロータよりもインペラ寄りに挿入されている部分の外径が小さいと、テンション軸によるインペラの支持剛性も小さくなるので、高速で回転するインペラの振れまたは振動を抑制する効果が低下する。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、電動圧縮機においてインペラおよび回転軸を締結するテンション軸の生産性の向上を図ること、電動機のロータの慣性モーメントの増加を防止しながら該ロータの径方向幅の増加を図ること、およびテンション軸によるインペラの振れまたは振動の抑制効果の向上を図ることを目的とする。
そして、本発明は、さらに、ロータとステータとの間の径方向クリアランスの維持効果の向上を図ることを目的とする。

請求項１記載の発明は、電動機（７）のロータ（８）により回転駆動される回転軸（２０）と、前記回転軸（２０）を回転可能に支持するハウジング（２）と、前記回転軸（２０）と一体に回転するインペラ（１０）と、前記インペラ（１０）と前記回転軸（２０）とを一体に締結する締結部材（３０）とを備える電動圧縮機において、前記回転軸（２０）は、前記ロータ（８）と、前記ハウジング（２）に軸受（４１，４６，５１）を介して支持される前側ベアリング軸（２１）および後側ベアリング軸（２２）とを備え、前記締結部材（３０）は、前方から順次配列された前記インペラ（１０）、前記前側ベアリング軸（２１）、前記ロータ（８）および前記後側ベアリング軸（２２）を挿通しているテンション軸（３１）と、いずれも前記テンション軸（３１，１３１）に一体に設けられて前記インペラ（１０）、前記前側ベアリング軸（２１）、前記ロータ（８）および前記後側ベアリング軸（２２）を前方から締め付ける前側締付部（３２）および後方から締め付ける後側締付部（３３）とを備え、前記テンション軸（３１，１３１）において、前記前側ベアリング軸（２１）に挿入されている前側ベアリング軸挿入部（３１ｂ，１３１ｂ）の外径は、前記ロータ（８）に挿入されているロータ挿入部（３１ｃ，１３１ｃ）の外径よりも大きい電動圧縮機である。

これによれば、テンション軸が、ロータ挿入部よりも大径の前側ベアリング軸挿入部とを有するので、前側ベアリング軸挿入部の剛性が増大し、前側ベアリング軸挿入部の外径がロータ挿入部の外径と同じ場合に比べて、製造時でのテンション軸の直線性の維持が容易になり、テンション軸の生産性が向上する。
しかも、ロータ挿入部の外径が前側ベアリング軸挿入部の外径よりも小さい分、電動機のロータの慣性モーメントの増加を防止しながら該ロータの径方向幅を増加させることができ、ロータが界磁である場合に磁束密度を増加できる。
また、軸方向で前側ベアリング軸に隣接するインペラに対する、テンション軸による支持剛性の寄与分が増加するので、インペラの振れまたは振動の抑制効果を向上させることができ、圧縮効率の向上が可能になる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の電動圧縮機において、前記電動機（７）は、前記ロータ（８）の径方向外方に配置されるステータ（９）を備え、前記前側ベアリング軸（２１）および前記後側ベアリング軸（２２）は、径方向で前記テンション軸（３１）との間に筒状空間を形成する筒状部（２１ａ，２２ａ）と、前記筒状部（２１ａ，２２ａ）から径方向内方に延びている内向きフランジ部（２１ｂ，２２ｂ）とを有し、前記各内向きフランジ部（２１ｂ，２２ｂ）の内周面は、前記テンション軸（３１，１３１）を支持する支持面（２１ｂ１，２２ｂ１）であるものである。
これによれば、テンション軸は、前側ベアリング軸および後側ベアリング軸により、軸方向でロータを挟む位置で支持されるので、テンション軸の振れまたは振動が抑制されて、ロータとステータとの間の径方向クリアランスの維持効果が向上し、電動機が発生するトルクの変動を抑制できる。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の電動圧縮機において、前記支持面（２１ｂ１，２２ｂ１）は、前記前側ベアリング軸（２１）および前記後側ベアリング軸（２２）のそれぞれにおいて、軸方向で前記ロータ（８）寄りに位置するものである。
これによれば、各内向きフランジ部の支持面が軸方向でロータに近い位置でテンション軸を支持するので、テンション軸の振れまたは振動の抑制効果が向上し、ロータとステータとの間の径方向クリアランスの維持効果が向上する。

請求項４記載の発明は、請求項２または３記載の電動圧縮機において、前記前側ベアリング軸挿入部（３１ｂ）は、大径部（３１ｂ２）と、前記大径部（３１ｂ２）の外径よりも小さく、かつ前記ロータ挿入部（３１ｃ）の外径よりも大きい外径の小径部（３１ｂ１）とを有し、前記前側ベアリング軸挿入部（３１ｂ）は、前記小径部（３１ｂ１）において前記支持面（２１ｂ１）に支持されるものである。
これによれば、テンション軸と、インペラ、前側ベアリング軸、ロータおよび後側ベアリング軸とが互いに組み付けられる場合に、大径であることで剛性が高い前側ベアリング軸挿入部寄りでテンション軸を保持することにより、テンション軸の直線性が維持された状態で、インペラ、前側ベアリング軸、ロータおよび後側ベアリング軸を順次容易に挿入できる。

本発明によれば、テンション軸の生産性の向上、電動機のロータの慣性モーメントの増加を防止しながら該ロータの径方向幅の増加、およびテンション軸によるインペラの振れまたは振動の抑制効果の向上が可能になる。
さらに、本発明によれば、ロータとステータとの間の径方向クリアランスの維持効果の向上が可能になる。

本発明の第１実施形態である電動圧縮機の全体を示す断面図である。 図１の要部拡大図である。 本発明の第２実施形態を示し、図２に相当する図である。

以下、本発明の実施形態を図１〜図３を参照して説明する。
図１，図２は、本発明の第１実施形態を説明する図である。
図１に示される本発明の実施形態である電動圧縮機１は、機械としての車両に搭載される燃料電池システムに備えられて、酸化剤ガスとしての空気を供給する遠心式圧縮機である。
電動圧縮機１は、ハウジング２と、ハウジング２に収納される電動機７と、電動機７により回転駆動される回転軸２０と、回転軸２０をハウジング２に回転可能に支持するための軸受装置４０と、回転軸２０と一体に回転するインペラ１０と、回転軸２０とインペラ１０とを一体に結合する締結部材３０と、インペラ１０の回転に起因して回転軸２０に前方に向かって作用するスラスト力Ｆａを減少させるキャンセルスラスト力Ｆｂが後方に向かって作用するスラストキャンセラ機構６０とを備える。

なお、本発明および実施形態において、軸方向は、回転軸２０の回転中心線Ｌに平行な方向であるとし、径方向および周方向は、それぞれ回転中心線Ｌを中心とする径方向および周方向であるとする。また、便宜上、前後方向は軸方向に平行な方向であるとし、前方は、回転軸２０または電動機７のロータ８に対して軸方向でインペラ１０が位置する方向であるとする。

ハウジング２は、複数の羽根１０ａを有するインペラ１０を収納すると共にインペラ１０に吸入されて圧縮される気体としての空気が流れる給気流路１１を形成するインペラハウジング３と、電動機７のロータ８およびステータ９を収納すると共にインペラハウジング３に結合されるモータハウジング４と、モータハウジング４に結合される端部ハウジング５とを備える。モータハウジング４は、軸方向で、インペラハウジング３と端部ハウジング５との間に配置される。
そして、インペラハウジング３、モータハウジング４および端部ハウジング５により、電動圧縮機１の内部空間６が形成される。

燃料電池システムの酸化剤ガス供給系統に連通する気体供給流路としての給気流路１１は、インペラ１０よりも上流に位置して空気を取り入れる入口流路１２と、入口流路１２からの空気がインペラ１０により圧縮される圧縮流路１３と、インペラ１０よりも下流に位置してインペラ１０により圧縮された加圧気体としての加圧空気が流通する出口流路とを有する。該出口流路は、圧縮流路１３の下流に連なるディフューザ流路１４と、ディフューザ流路１４の下流に連なるスクロール流路１５とから構成される。

インペラハウジング３は、入口流路１２および圧縮流路１３を形成する前部ハウジング３ａと、該前部ハウジング３ａにボルトＢ１により結合される後部ハウジング３ｂとを有する。ディフューザ流路１４およびスクロール流路１５の一部は、前部ハウジング３ａおよび後部ハウジング３ｂの協働により形成される。

モータハウジング４は、円筒状の内側ハウジング４ｂと該内側ハウジング４ｂを囲む外側ハウジング４ａとを有する。ロータ８およびステータ９は、内側ハウジング４ｂの径方向内方において主内部空間６ａに収納される。この主内部空間６ａは、モータハウジング４と後記仕切壁１８と後記主端部壁５ａとにより形成される。
内側ハウジング４ｂの外周面に形成された溝と外側ハウジング４ａの内周面との間には、ステータ９を冷却する冷却流体としての冷却水が流通する螺旋状の冷却通路７ａが形成される。

端部ハウジング５は、外側ハウジング４ａに結合される主端部壁５ａと、主端部壁５ａの後方に配置されて該主端部壁５ａに結合される副端部壁５ｂとを有する。主端部壁５ａと副端部壁５ｂとは、回転軸２０の回転位置を検出する回転位置センサ７０および後記後側締付部３３が収納される副内部空間６ｂを形成する。そして、主内部空間６ａと副内部空間６ｂにより内部空間６が構成される。主端部壁５ａは、主内部空間６ａと副内部空間６ｂとを仕切る仕切壁である。主端部壁５ａには、ステータ９を冷却する冷却空気を主内部空間６ａに導入する導入口５ｃが設けられる。

３相交流式のブラシレスモータである電動機７は、回転軸２０の一部を構成する円筒状のロータ８と、ロータ８の径方向外方に所定の径方向クリアランスＣ（図２も参照）を形成して配置されるステータ９とを備える。ロータ８は、界磁としての永久磁石からなる磁石８ａと、磁石８ａを囲んで配置されて該磁石８ａを収納する円筒状のモータ軸８ｂとから構成される。ロータ８を全周に渡って囲むステータ９は、電機子としての鉄心を有する円筒状に形成された３相の巻線により構成され、該３相の巻線の端子７ｂが外側ハウジング４ａに配置される。

図２を併せて参照すると、回転軸２０は、ロータ８と、軸方向でロータ８を挟んで配置される１対のベアリング軸２１，２２とから構成される。前方から順次配列されたインペラ１０と、ロータ８の前方に配置される前側軸としての前側ベアリング軸２１と、ロータ８と、ロータ８の後方に配置される後側軸としての後側ベアリング軸２２と、後記キャンセラディスク６１とは、この順番で、インペラ１０、両ベアリング軸２１，２２、ロータ８およびキャンセラディスク６１の中心部を軸方向に平行に挿通するテンション軸３１を備える締結部材３０により、軸方向および周方向に相対移動不能に結合されて、該締結部材３０と共に１つの圧縮機回転ユニットを構成する。

前側ベアリング軸２１および後側ベアリング軸２２は、径方向でテンション軸３１との間に円筒状の筒状空間を形成する円筒状の筒状部２１ａ，２２ａと、筒状部２１ａ，２２ａから径方向内方に延びている内向きフランジ部２１ｂ，２２ｂとを有する。各内向きフランジ部２１ｂ，２２ｂの内周面は、テンション軸３１の被支持部としての小径部３１ｂ１および大径部３１ｄ１をそれぞれ支持する支持面２１ｂ１，２２ｂ１である。

前側ベアリング軸２１の筒状部２１ａは、前端部でインペラ１０の嵌合部１０ｂの外周にインロー嵌合し、後端部でロータ軸８ｂの内周にインロー嵌合する。後側ベアリング軸２２の筒状部２２ａは、前端部でロータ軸８ｂの内周にインロー嵌合し、後端部でキャンセラディスク６１の嵌合部６１ａの外周にインロー嵌合する。
また、前側ベアリング軸２１の外周面には、インペラ１０の後方に形成される背後空間１７と後記スラストディスク５２が収納される収納室５０とを仕切る仕切壁１８との間にラビリンスシール２３が設けられ、後側ベアリング軸２２の外周面には、主端部壁５ａとの間にラビリンスシール２４が設けられる。
ここで、インロー嵌合とは、互いに嵌合する２つの部材の嵌合部において、一方の嵌合部の外径と他方の嵌合部の内径とがほぼ等しい嵌合を意味する。

締結部材３０は、テンション軸３１と、いずれもテンション軸３１に設けられてインペラ１０、前側ベアリング軸２１、ロータ８、後側ベアリング軸２２およびキャンセラディスク６１を軸方向で締め付ける前側締付部３２および後側締付部３３とを備える。締結部材３０の前端部を構成すると共にインペラ１０に当接して後方に押圧する前側締付部３２は、テンション軸３１と一体成形される。それゆえ、テンション軸３１と前側締付部３２とは、前側締付部３２を頭部とし、テンション軸３１を軸部とするボルトを構成する。後側締付部３３は、テンション軸３１に設けられたネジ部３１ｎに螺合することでテンション軸３１と一体に設けられたネジ部材であるナットにより構成される。それゆえ、後側締付部３３は、テンション軸３１に対して着脱可能である。
締結部材３０は、インペラ１０とロータ８と両ベアリング軸２１，２２とキャンセラディスク６１とを軸方向に締め付けて一体化する。そして、前側締付部３２はインペラ１０を後方に押圧し、後側締付部３３は後側ベアリング軸２２を前方に押圧する。

テンション軸３１は、後方に向かって、インペラ１０に挿入されているインペラ挿入部３１ａと、前側ベアリング軸２１に挿入されている前側ベアリング軸挿入部３１ｂと、ロータ８に挿入されているロータ挿入部３１ｃと、後側ベアリング軸２２に挿入されている後側ベアリング軸挿入部３１ｄと、ネジ部３１ｎが設けられた後軸端部３１ｅとを有する。

インペラ挿入部３１ａおよび前側ベアリング軸挿入部３１ｂの外径は、ロータ挿入部３１ｃおよび後側ベアリング軸挿入部３１ｄおよび後軸端部３１ｅの外径よりも大きい。そして、テンション軸３１は、前側締付部３２から後方に向かうにつれて、その外径が大径にならない形状、すなわち外径が小径になるかまたは等しい径となる形状になっている。

前側ベアリング軸挿入部３１ｂは、大径部３１ｂ２と、大径部３１ｂ２の外径よりも小さく、かつロータ挿入部３１ｃの外径よりも大きい被支持部としての小径部３１ｂ１とを有し、小径部３１ｂ１において内向きフランジ部２１ｂの支持面２１ｂ１に支持される。
一方、後側ベアリング軸挿入部３１ｄは、被支持部としての大径部３１ｄ１と、大径部３１ｄ１の外径よりも小さく、かつロータ挿入部３１ｃの外径に等しいかやや小径の小径部３１ｄ２とを有し、大径部３１ｄ１において支持面２２ｂ２に支持される。

主内部空間６ａ内に配置される軸受装置４０は、いずれも軸受である前側ベアリング軸２１を回転可能に支持する前側ラジアル軸受４１およびスラスト軸受５１と、後側ベアリング軸２２を回転可能に支持する軸受である後側ラジアル軸受４６とを備える。各ラジアル軸受４１，４６は、主内部空間６ａ内に収納される軸受保持部材である環状の軸受保持プレート４２，４７と、軸受保持プレート４２，４７の内周面にベアリング軸２１，２２と径方向で対向して配置されるフォイル軸受４３，４８とから構成される。

前側軸受保持プレート４２は、後記軸受保持プレート５４と共に、ボルトＢ２により仕切壁１８に結合されて設けられる。仕切壁１８は、ボルトＢ３により外側ハウジング４ａの前端壁４ａ１に結合されて設けられる。また、後側軸受保持プレート４７は、ボルトＢ４により主端部壁５ａに結合されて設けられる。

また、スラスト軸受５１は、前側ベアリング軸２１において軸方向でインペラ１０とロータ８との間に設けられたスラストディスク５２と、仕切壁１８の一部により構成される軸受保持部材である前側軸受保持プレート５３と、軸受保持部材である後側軸受保持プレート５４と、スラストディスク５２と軸方向で対向して前側軸受保持プレート５３に設けられた前側フォイル軸受５５と、スラストディスク５２と軸方向で対向して軸受保持プレート５４に設けられた後側フォイル軸受５６とから構成される。

フォイル軸受４３，４８，５５，５６は周知のものである。そして、各ラジアル軸受４１，４６においては、フォイル軸受４３，４８により、回転軸２０の回転によりベアリング軸２１，２２とフォイル軸受４３，４８との間に各ベアリング軸２１，２２を囲んで円環状の空気膜が形成され、該空気膜により各ベアリング軸２１，２２が浮動状体で回転する。また、スラスト軸受５１においては、各フォイル軸受５５，５６により、回転軸２０の回転によりスラストディスク５２とフォイル軸受５５，５６との間に円板状の空気膜が形成され、該空気膜によりスラストディスク５２（したがって前側ベアリング軸２１）が浮動状体で回転する。

スラストキャンセラ機構６０は、後側ベアリング軸２２の後端部にインロー嵌合すると共に後側締付部３３により後側ベアリング軸２２に押し付けられて、回転軸２０と一体に回転すると共に軸方向に移動するキャンセラディスク６１と、スクロール流路１５の圧力を導く圧力通路６４が接続される円環状の圧力室６２を後側ベアリング軸２２と協働して形成する圧力室壁６３とを備える。該圧力室壁６３は主端部壁５ａを含む端部ハウジング５により形成され、圧力室６２には可動室壁としてのキャンセラディスク６１が収納される。

円形外周部を有するフランジ部として後側ベアリング軸２２に一体成形により形成されたキャンセラディスク６１は、圧力室６２を、キャンセラディスク６１に対して、インペラ１０側に位置する高圧室６２ａと、インペラ１０とは反対側に位置する低圧室としての副内部空間６ｂとに、軸方向で区画する。キャンセラディスク６１と圧力室壁６３との間からの高圧室６２ａの空気の漏れを抑制するためのシール部としてのラビリンスシール６９が、キャンセラディスク６１の外周面に設けられている。
高圧室６２ａ内には、インペラ１０により圧縮された加圧空気が圧力通路６４を通じて導かれる。

キャンセルスラスト力Ｆｂは、高圧室６２ａの圧力と副内部空間６ｂの圧力との差圧により発生する。このキャンセルスラスト力Ｆｂは、電動圧縮機１の作動中に、前記スラスト力Ｆａを減少させて、スラスト軸受５１が受ける荷重を軽減する。
そして、回転軸２０は、スラスト力Ｆａおよびキャンセルスラスト力Ｆｂの大きさに応じて、スラスト軸受５１により規制される範囲において、軸方向に移動可能である。

インペラ１０、両ベアリング軸２１，２２、ロータ８、仕切壁１８、ラジアル軸受４１およびスラスト軸受５１は、ハウジング２に組み付けられる前に、テンション軸３１を含む締結部材３０により互いに予め組み付けられて一体化されたモジュールＭを構成する。そして、１つの部材としてのモジュールＭは、インペラハウジング３および端部ハウジング５が組み付けられる前のモータハウジング４に前方から挿入されて、仕切壁１８が外側ハウジング４ａの前端壁４ａ１にボルトＢ３により結合されて、ハウジング２の所定位置に取り付けられる。

その後、後側ラジアル軸受４６が結合された主端部壁５ａが、後方から後側ベアリング軸２２に挿入されて、モータハウジング４にボルトＢ５により結合され、次いで、キャンセラディスク６１が後方から後軸端部３ｅに挿入されて、後軸端部３ｅに後側締付部３３がねじ込まれることによりキャンセラディスク６１が後側ラジアル軸受４６に結合される。その後、回転位置センサ７０の被検出部７２が、固定具としてのナット７４により後側締付部３３に結合されることで、該後側締付部３３を介して回転軸３０に取り付けられ、回転位置センサ７０の検出部７１が主端部壁５ａに取り付けられる。
その後、副端部壁５ｂが主端部壁５ａにボルトＢ６により結合されて、最後にインペラハウジング３がボルトＢ１により前端壁４ａ１に結合されて、電動圧縮機１が組み立てられる。

次に、電動圧縮機１の作動について説明する。
電動機用制御装置（図示されず）により制御された相電流が各巻線に供給されて、電動機７が回転し、該電動機７により回転駆動されるインペラ１０が入口流路１２から吸入した空気を圧縮する。インペラ１０により圧縮された加圧空気は、燃料電池システムの酸化剤ガス供給系統を経てカソード側電極に供給される。
そして、スラストキャンセラ機構６０においては、スクロール流路１５を流れる加圧空気の一部が圧力通路６４を通じて高圧室６２ａに供給される。これにより、スラストディスク６１には、スラスト力Ｆａを減少させるキャンセルスラスト力Ｆｂが作用する。

次に、前述のように構成された第１実施形態の作用および効果について説明する。
電動圧縮機１において、回転軸２０は、ロータ８と、ハウジング２に軸受装置４０を介して支持される前側ベアリング軸２１および後側ベアリング軸２２とを備え、締結部材３０は、前方から順次配列されたインペラ１０、前側ベアリング軸２１、ロータ８および後側ベアリング軸２２を挿通しているテンション軸３１と、いずれもテンション軸３１に一体に設けられてインペラ１０、前側ベアリング軸２１、ロータ８および後側ベアリング軸２２を前方から締め付ける前側締付部３２および後方から締め付ける後側締付部３３とを備え、テンション軸３１において、前側ベアリング軸２１に挿入されている前側ベアリング軸挿入部３１ｂの外径は、ロータ８に挿入されているロータ挿入部３１ｃの外径よりも大きい。
この構造により、テンション軸３１が、ロータ挿入部３１ｃよりも大径の前側ベアリング軸挿入部３１ｂを有するので、前側ベアリング軸挿入部３１ｂの剛性が増大し、前側ベアリング軸挿入部３１ｂの外径がロータ挿入部３１ｃの外径と同じ場合に比べて、製造時でのテンション軸３１の直線性の維持が容易になり、テンション軸３１の生産性が向上する。
しかも、ロータ挿入部３１ｃの外径が前側ベアリング軸挿入部３１ｂの外径よりも小さい分、ロータ８の慣性モーメントの増加を防止しながら該ロータ８の径方向幅を増加させることができて、ロータ８を構成する磁石８ａを大きくできるので、磁束密度を増加できる。
また、軸方向で前側ベアリング軸２１に隣接するインペラ１０に対する、テンション軸３１による支持剛性の寄与分が増加するので、インペラ１０の振れまたは振動の抑制効果を向上させることができ、圧縮効率の向上が可能になる。

軸方向でロータ８を挟んで配置される前側ベアリング軸２１および後側ベアリング軸２２において、内向きフランジ部２１ｂ，２２ｂの内周面は、テンション軸３１の前側ベアリング軸挿入部３１ｂの小径部３１ｂ１および後側ベアリング軸挿入部３１ｄの大径部３１ｄ１を支持する支持面２１ｂ１，２２ｂ１である。
この構造により、テンション軸３１は、前側ベアリング軸２１および後側ベアリング軸２２により、軸方向でロータ８を挟む位置で支持されるので、テンション軸３１の振れまたは振動が抑制されて、ロータ８とステータ９との間の径方向クリアランスＣの維持効果が向上し、電動機７が発生するトルクの変動を抑制できる。

各内向きフランジ部２１ｂ，２２ｂの支持面２１ｂ１，２２ｂ１は、前側ベアリング軸２１および後側ベアリング軸２２のそれぞれにおいて、軸方向でロータ８寄りに位置することにより、支持面２１ｂ１，２２ｂ１が軸方向でロータ８に近い位置でテンション軸３１を支持するので、テンション軸３１の振れまたは振動の抑制効果が向上し、ロータ８とステータ９との間の径方向クリアランスＣの維持効果が向上する。

前側ベアリング軸挿入部３１ｂは、大径部３１ｂ２と、大径部３１ｂ２の外径よりも小さく、かつロータ挿入部３１ｃの外径よりも大きい外径の小径部３１ｂ１とを有し、前側ベアリング軸挿入部３１ｂは、小径部３１ｂ１において支持面２１ｂ１に支持される。
この構造により、テンション軸３１と、インペラ１０、前側ベアリング軸２１、ロータ８および後側ベアリング軸２２とが互いに組み付けられる場合に、大径であることで剛性が高い前側ベアリング軸挿入部３１ｂ寄りでテンション軸３１を保持することにより、テンション軸３１の直線性が維持された状態で、インペラ１０、前側ベアリング軸２１、ロータ８および後側ベアリング軸２２を順次容易に挿入できる。
このため、例えば、前側締付部３２およびテンション軸３１に対して、インペラ１０、スラスト軸受５１、前側ベアリング軸２１、ロータ８および後側ベアリング軸２２が挿入された仮組ユニットを、インペラ１０側を下方にして、テンション軸３１が上下方向に平行にされた状態で、モータハウジング４に組み込むことが容易になり、前記仮組ユニットの組付性が向上する。

次に、図３を参照して、本発明の第２実施形態を説明する。この第２実施形態は、第１実施形態とは、テンション軸および前側ベアリング軸が主に相違し、その他は基本的に同一の構成を有するものである。そのため、同一の部分についての説明は省略または簡略にし、異なる点を中心に説明する。なお、第１実施形態の部材と同一の部材または対応する部材については、必要に応じて同一の符号を使用した。

締結部材３０のテンション軸１３１は、テンション軸１３１において最大の外径を有するインペラ挿入部１３１ａと、テンション軸１３１において最小の外径を有する後軸端部１３１ｅと、インペラ挿入部１３１ａの外径と等しい外径の前側ベアリング軸挿入部１３１ｂと、前側ベアリング軸挿入部１３１ｂの外径よりも小さいと共に後側ベアリング軸挿入部１３１ｄの外径よりも大きい外径を有するロータ挿入部１３１ｃとを有する。
後側ベアリング軸挿入部１３１ｄは、後側ベアリング軸２２のフランジ部２２ｂの支持面２２ｂ１に支持される被支持部としての大径部１３１ｄ１と、該大径部１３１ｄ１よりも小さい外径の小径部１３１ｄ２とを有する。大径部１３１ｄ１の外径は、ロータ挿入部１３１ｃの外径に等しく、小径部１３１ｄ２の外径は、後軸端部１３１ｅの外径に等しい。

また、前側ベアリング軸挿入部１３１ｂは、前側ベアリング軸２１の筒状部２１ａのロータ８寄りの端部２１ａ１からインペラ１０寄りに位置する内向きフランジ部２１ｂの支持面２１ｂ１に支持される被支持部１３１ｂ１を有する。そして、前側ベアリング軸挿入部１３１ｂを支持する前側ベアリング軸２１は、支持面２１ｂ１にてテンション軸１３１における最大外径を有する被支持部１３１ｂ１を支持する。
この第２実施形態においても、各支持面２１ｂ１，２２ｂ１は、軸方向で前記ロータ８寄りに位置する。

第２実施形態においては、インペラ挿入部１３１ａおよび前側ベアリング軸挿入部１３１ｂの外径が、テンション軸１３１における最大外径を有し、しかも支持面２１ｂ１が端部２１ａ１よりもインペラ１０寄りに位置するので、第１実施形態に比べて、前側ベアリング軸挿入部１３１ｂの剛性が増大し、インペラ１０に対する、テンション軸１３１による支持剛性の寄与分が増加するので、インペラ１０の振れまたは振動の抑制効果を向上させることができる。

以下、前述した実施形態の一部の構成を変更した実施形態について、変更した構成に関して説明する。
燃料電池システムは、車両以外の機械に使用されてもよく、例えば汎用のものであってもよい。電動圧縮機は、燃料電池システム以外の装置に使用されてもよく、また空気以外の気体を圧縮するものであってもよい。
電動圧縮機は、軸流式のインペラを備える軸流式圧縮機であってもよい。

１ 電動圧縮機
２ ハウジング
７ 電動機
８ ロータ
１０ インペラ
２０ 回転軸
２１，２２ ベアリング軸
２１ｂ１，２２ｂ１ 支持面
３０ 締結部材
３１，１３１ テンション軸
３１ｂ，１３１ｂ 前側ベアリング軸挿入部
３１ｃ，１３１ｃ ロータ挿入部

Claims (4)

1. 電動機のロータにより回転駆動される回転軸と、前記回転軸を回転可能に支持するハウジングと、前記回転軸と一体に回転するインペラと、前記インペラと前記回転軸とを一体に締結する締結部材とを備える電動圧縮機において、
   前記回転軸は、前記ロータと、前記ハウジングに軸受を介して支持される前側ベアリング軸および後側ベアリング軸とを備え、
   前記締結部材は、前方から順次配列された前記インペラ、前記前側ベアリング軸、前記ロータおよび前記後側ベアリング軸を挿通しているテンション軸と、いずれも前記テンション軸に一体に設けられて前記インペラ、前記前側ベアリング軸、前記ロータおよび前記後側ベアリング軸を前方から締め付ける前側締付部および後方から締め付ける後側締付部とを備え、
   前記テンション軸において、前記前側ベアリング軸に挿入されている前側ベアリング軸挿入部の外径は、前記ロータに挿入されているロータ挿入部の外径よりも大きいことを特徴とする電動圧縮機。
2. 前記電動機は、前記ロータの径方向外方に配置されるステータを備え、
   前記前側ベアリング軸および前記後側ベアリング軸は、径方向で前記テンション軸との間に筒状空間を形成する筒状部と、前記筒状部から径方向内方に延びている内向きフランジ部とを有し、
   前記各内向きフランジ部の内周面は、前記テンション軸を支持する支持面であることを特徴とする請求項１記載の電動圧縮機。
3. 前記各支持面は、前記前側ベアリング軸および前記後側ベアリング軸のそれぞれにおいて、軸方向で前記ロータ寄りに位置することを特徴とする請求項２記載の電動圧縮機。
4. 前記前側ベアリング軸挿入部は、大径部と、前記大径部の外径よりも小さく、かつ前記ロータ挿入部の外径よりも大きい外径の小径部とを有し、
   前記前側ベアリング軸挿入部は、前記小径部において前記支持面に支持されることを特徴とする請求項２または３記載の電動圧縮機。

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