JP5174069B2 - Centrifugal compressor - Google Patents

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Description

本発明は、空気を圧縮するためのインペラ、永久磁石を設けるロータ及び気体軸受を構成するベアリングシャフトを備える遠心型圧縮機に関する。   The present invention relates to an impeller for compressing air, a rotor provided with a permanent magnet, and a centrifugal compressor including a bearing shaft constituting a gas bearing.

一般的に、圧縮空気を効率的に供給する過給機として、遠心型圧縮機が採用されている。例えば、エンジンに圧縮空気を供給する補機として、あるいは、燃料電池に酸化剤ガスである圧縮空気を供給する補機として、利用されている。   In general, a centrifugal compressor is employed as a supercharger that efficiently supplies compressed air. For example, it is used as an auxiliary machine that supplies compressed air to an engine or as an auxiliary machine that supplies compressed air that is an oxidant gas to a fuel cell.

この種の遠心圧縮機では、円環状に配置されたステータの内周側に、永久磁石を有するロータが設けられており、前記ステータに巻回された巻線に通電することにより、前記ロータが回転されるように構成されている。   In this type of centrifugal compressor, a rotor having a permanent magnet is provided on the inner peripheral side of an annularly arranged stator, and the rotor is energized by energizing the winding wound around the stator. It is configured to be rotated.

近年、ロータを高速回転させることが望まれている。その際、高速回転するロータを支持する軸受として、比較的簡単な構成で回転精度が得られるとともに、非接触で摩耗が抑制されることから、気体軸受や磁気軸受が採用されている。   In recent years, it has been desired to rotate the rotor at a high speed. At that time, gas bearings and magnetic bearings are employed as bearings for supporting a rotor that rotates at high speed, because rotational accuracy is obtained with a relatively simple configuration and wear is suppressed in a non-contact manner.

例えば、特許文献1に開示されている圧縮機では、図7に示すように、軸1がジャーナル軸受2a、2b及びスラスト軸受3により支持されている。ジャーナル軸受2a、2bは、空気潤滑式のティルティングパッドジャーナル軸受からなっている。   For example, in the compressor disclosed in Patent Document 1, the shaft 1 is supported by journal bearings 2a and 2b and a thrust bearing 3 as shown in FIG. The journal bearings 2a and 2b are air lubricated tilting pad journal bearings.

軸1には、一端側に第1段のインペラロータ4aが装着されるとともに、他端側に第2及び第3段のインペラロータ4b、4cが装着されている。インペラロータ4a、4b間には、軸1に取り付けられた永久磁石からなるロータ5とハウジング内に取り付けられたステータ6とを有するモータが配置されている。インペラロータ4a、軸1及びインペラロータ4b、4cは、軸方向に延在するタイシャフト7により、一体的に締め付け保持されている。   A first stage impeller rotor 4a is mounted on one end side of the shaft 1, and second and third stage impeller rotors 4b and 4c are mounted on the other end side. Between the impeller rotors 4a and 4b, a motor having a rotor 5 made of a permanent magnet attached to the shaft 1 and a stator 6 attached in the housing is disposed. The impeller rotor 4a, the shaft 1, and the impeller rotors 4b and 4c are integrally clamped and held by a tie shaft 7 extending in the axial direction.

特表平9−509999号公報Japanese National Patent Publication No. 9-509999

しかしながら、上記の特許文献1では、インペラロータ4a、軸1及びインペラロータ4b、4cを同軸的に一体に締め付け保持するタイシャフト7は、軸長が相当に長尺化している。このため、タイシャフト7の加工作業が煩雑化するとともに、材料費が高騰するという問題がある。しかも、長尺なタイシャフト7では、共振周波数が低くなり、共振強度が著しく低下するという問題がある。   However, in Patent Document 1 described above, the shaft length of the tie shaft 7 that holds the impeller rotor 4a, the shaft 1, and the impeller rotors 4b and 4c coaxially and integrally is considerably increased. For this reason, there is a problem that the processing of the tie shaft 7 becomes complicated and the material cost increases. In addition, the long tie shaft 7 has a problem that the resonance frequency is lowered and the resonance strength is significantly reduced.

本発明はこの種の課題を解決するものであり、タイシャフトを良好に短尺化するとともに、共振強度の向上を図ることが可能な遠心型圧縮機を提供することを目的とする。   The present invention solves this type of problem, and an object of the present invention is to provide a centrifugal compressor that can shorten the tie shaft well and improve the resonance strength.

本発明は、空気を圧縮するためのインペラ、永久磁石を設けるロータ及び気体軸受を構成するベアリングシャフトを備え、少なくとも前記インペラ、前記ロータ及び前記ベアリングシャフトは、軸方向に挿入されるタイシャフトにより同軸上に一体に保持される遠心型圧縮機に関するものである。   The present invention includes an impeller for compressing air, a rotor provided with a permanent magnet, and a bearing shaft constituting a gas bearing. At least the impeller, the rotor, and the bearing shaft are coaxial with a tie shaft inserted in an axial direction. The present invention relates to a centrifugal compressor integrally held on top.

そして、ベアリングシャフトは、ロータに隣接する軸方向一端に径方向内方に突出する第1底部を有し且つ軸方向他端に開放される第1円筒形状部を設けるとともに、前記ベアリングシャフトに隣接して受け部材が同軸的に配設されている。   The bearing shaft has a first bottom portion protruding radially inward at one axial end adjacent to the rotor and a first cylindrical portion opened at the other axial end, and adjacent to the bearing shaft. Thus, the receiving member is arranged coaxially.

受け部材は、第1円筒形状部の内径よりも小径な外径に設定され、軸方向一端に径方向内方に突出し且つ第1底部に当接する第2底部を有するとともに、軸方向他端に開放される第2円筒形状部を設けている。   The receiving member is set to have an outer diameter smaller than the inner diameter of the first cylindrical portion, and has a second bottom portion protruding radially inward at one end in the axial direction and abutting against the first bottom portion, and at the other end in the axial direction. A second cylindrical portion to be opened is provided.

タイシャフトは、受け部材の第2底部の中央、ベアリングシャフトの第1底部の中央、ロータの軸芯及びインペラの軸芯に形成された貫通孔に一体に挿入され、前記インペラ側の端部から締め付け具により固定される軸部と、前記締め付け具が固定される前記端部とは反対側の端部に設けられ、少なくとも前記受け部材の前記第2底部の中央に設けられた前記貫通孔よりも大径に構成されて前記受け部材の前記第2底部に係止される頭部とを設けている。   The tie shaft is integrally inserted into the center of the second bottom portion of the receiving member, the center of the first bottom portion of the bearing shaft, the shaft core of the rotor and the shaft core of the impeller, and from the end portion on the impeller side. A shaft portion fixed by a tightening tool and an end portion opposite to the end portion to which the tightening tool is fixed, and at least from the through hole provided at the center of the second bottom portion of the receiving member And a head that is configured to have a large diameter and that is locked to the second bottom portion of the receiving member.

また、この遠心型圧縮機は、回転時にタイシャフトの軸方向の移動を抑制するためのスラストシャフトを備え、前記スラストシャフトは、ベアリングシャフトの第1円筒形状部の内径寸法よりも小径な外径に設定される円環部を有する一方、受け部材は、前記スラストシャフトの内径よりも大径に設定される押圧部を設け、前記スラストシャフトは、前記ベアリングシャフトの開放側端面と前記押圧部との間に介装されることが好ましい。   The centrifugal compressor includes a thrust shaft for suppressing the axial movement of the tie shaft during rotation, and the thrust shaft has an outer diameter smaller than the inner diameter of the first cylindrical portion of the bearing shaft. The receiving member is provided with a pressing portion that is set to have a larger diameter than the inner diameter of the thrust shaft, and the thrust shaft includes an opening-side end surface of the bearing shaft, the pressing portion, and the like. It is preferable to interpose between.

さらに、この遠心型圧縮機は、インペラとロータとの間には、スラストエア軸受及びジャーナルエア軸受を構成するベアリングシャフトが同軸的に配設されることが好ましい。   Further, in this centrifugal compressor, it is preferable that a bearing shaft constituting a thrust air bearing and a journal air bearing be coaxially disposed between the impeller and the rotor.

さらにまた、この遠心型圧縮機は、スラストシャフトと押圧部との間には、レゾルバロータが介装されることが好ましい。   Furthermore, in this centrifugal compressor, it is preferable that a resolver rotor is interposed between the thrust shaft and the pressing portion.

また、この遠心型圧縮機は、押圧部に対向してギャップセンサが配設されることが好ましい。   Moreover, it is preferable that this centrifugal compressor is provided with a gap sensor so as to face the pressing portion.

本発明では、受け部材の第2円筒形状部が、ベアリングシャフトの第1円筒形状部内に挿入されて、前記第1円筒形状部の第1底部に、前記第2円筒形状部の第2底部が当接している。すなわち、受け部材の第2底部は、ベアリングシャフトの内部に挿入されてロータ側に可及的に近接して配置されている。   In the present invention, the second cylindrical part of the receiving member is inserted into the first cylindrical part of the bearing shaft, and the second bottom part of the second cylindrical part is located at the first bottom part of the first cylindrical part. It is in contact. That is, the second bottom portion of the receiving member is inserted into the bearing shaft and arranged as close as possible to the rotor side.

この状態で、タイシャフトは、受け部材の第2底部の中央、ベアリングシャフトの第1底部の中央、ロータの軸芯及びインペラの軸芯に形成された貫通孔に一体に挿入され、前記インペラ側の端部から締め付け具により固定されている。   In this state, the tie shaft is integrally inserted into a through hole formed in the center of the second bottom portion of the receiving member, the center of the first bottom portion of the bearing shaft, the shaft core of the rotor, and the shaft core of the impeller. It is fixed with a fastening tool from the end.

従って、タイシャフトは、軸長が大幅に短尺化され、製作性の向上及びコストの削減が容易に図られるとともに、共振周波数を高くすることができる。これにより、タイシャフトの共振強度の向上を図ることが可能になり、簡単な軸設計で、高速回転を効率的に行うことができる。   Accordingly, the shaft length of the tie shaft can be greatly shortened, the manufacturability can be improved and the cost can be easily reduced, and the resonance frequency can be increased. As a result, the resonance strength of the tie shaft can be improved, and high-speed rotation can be efficiently performed with a simple shaft design.

本発明の第1の実施形態に係る遠心型圧縮機の断面説明図である。It is a section explanatory view of the centrifugal compressor concerning a 1st embodiment of the present invention. 前記遠心型圧縮機の要部断面説明図である。It is principal part sectional explanatory drawing of the said centrifugal compressor. 前記遠心型圧縮機の、図2中、III−III線断面図である。It is the III-III sectional view taken on the line of the centrifugal compressor in FIG. 前記遠心型圧縮機を構成するスラストエア軸受の斜視説明図である。It is a perspective explanatory view of a thrust air bearing constituting the centrifugal compressor. 前記スラストエア軸受の、図4中、V−V線断面説明図である。FIG. 5 is a sectional view of the thrust air bearing taken along line VV in FIG. 4. 本発明の第2の実施形態に係る遠心型圧縮機の要部断面説明図である。It is principal part sectional explanatory drawing of the centrifugal compressor which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 特許文献1に開示されている圧縮機の説明図である。It is explanatory drawing of the compressor currently disclosed by patent document 1. FIG.

図1に示すように、本発明の第1の実施形態に係る遠心型圧縮機(過給機)10は、ケーシング12を備える。このケーシング12内には、回転軸ユニット14が回転自在に装着される。   As shown in FIG. 1, the centrifugal compressor (supercharger) 10 according to the first embodiment of the present invention includes a casing 12. A rotating shaft unit 14 is rotatably mounted in the casing 12.

回転軸ユニット14は、図1及び図2に示すように、円環状の永久磁石16と、前記永久磁石16の外周に設けられ、該永久磁石16を収納(例えば、焼き嵌め)する円筒状の保護環18とにより構成されるロータ20、前記ロータ20の軸方向端部の少なくとも一方、第1の本実施形態では、両方に設けられるベアリングシャフト22、24、前記ベアリングシャフト22の前記ロータ20側と反対の軸方向端部に設けられるインペラ26とを備える。   As shown in FIGS. 1 and 2, the rotary shaft unit 14 is provided with an annular permanent magnet 16 and a cylindrical shape that is provided on the outer periphery of the permanent magnet 16 and accommodates (for example, shrink fit) the permanent magnet 16. The rotor 20 constituted by the protective ring 18, at least one of axial end portions of the rotor 20, in the first embodiment, bearing shafts 22, 24 provided on both, the rotor shaft 20 side of the bearing shaft 22 And an impeller 26 provided at the opposite axial end.

インペラ26は、遠心圧縮部28を構成するとともに、タイシャフト30には、前記インペラ26側からベアリングシャフト22、ロータ20、ベアリングシャフト24及び受け部材32の順に配置される。受け部材32側には、回転軸ユニット14の回転時に矢印A1方向に発生するスラスト力を緩和する機能を有するキャンセラー機構34が設けられる。   The impeller 26 constitutes a centrifugal compression unit 28, and the bearing shaft 22, the rotor 20, the bearing shaft 24, and the receiving member 32 are arranged on the tie shaft 30 in this order from the impeller 26 side. On the receiving member 32 side, a canceller mechanism 34 having a function of relieving a thrust force generated in the arrow A1 direction when the rotary shaft unit 14 rotates is provided.

ケーシング12内には、ロータ20の外周に位置して円環状のステータ42が装着される。このステータ42及びロータ20によりモータ部46が構成される。ロータ20を構成する保護環18は、高剛性が要求されており、ニッケル系超合金、例えば、インコネル(スペシャルメタル社の商品名)により構成される。ステータ42の外周側には、複数の冷却水流路48が周回形成される。   An annular stator 42 is mounted in the casing 12 so as to be positioned on the outer periphery of the rotor 20. The stator 42 and the rotor 20 constitute a motor unit 46. The protection ring 18 constituting the rotor 20 is required to have high rigidity and is made of a nickel-based superalloy, for example, Inconel (trade name of Special Metal). A plurality of cooling water flow paths 48 are formed around the outer periphery of the stator 42.

図2に示すように、保護環18は、ベアリングシャフト22、24が設けられる端面に、永久磁石16の端面16a、16bよりも軸方向外方に突出する円筒状突起部18a、18bを設ける。   As shown in FIG. 2, the protection ring 18 is provided with cylindrical protrusions 18 a and 18 b protruding outward in the axial direction from the end surfaces 16 a and 16 b of the permanent magnet 16 on the end surfaces where the bearing shafts 22 and 24 are provided.

ベアリングシャフト22は、ロータ20に隣接する軸方向一端に径方向内方に突出する第1底部22bを有し且つ軸方向他端に開放される第1円筒形状部22aを設ける。ベアリングシャフト24は、同様にロータ20に隣接する軸方向一端に径方向内方に突出する第1底部24bを有し且つ軸方向他端に開放される第1円筒形状部24aを設ける。   The bearing shaft 22 is provided with a first cylindrical portion 22a having a first bottom portion 22b protruding radially inward at one axial end adjacent to the rotor 20 and opened at the other axial end. Similarly, the bearing shaft 24 has a first cylindrical portion 24a having a first bottom portion 24b protruding radially inward at one axial end adjacent to the rotor 20 and opened at the other axial end.

ベアリングシャフト22の第1底部22bは、保護環18の一方の円筒状突起部18aに接触し、ベアリングシャフト24の第1底部24bは、前記保護環18の他方の円筒状突起部18bに接触する。第1底部22b、24bと永久磁石16の端面16a、16bとは、それぞれ距離S1、S2だけ離間する。   The first bottom portion 22b of the bearing shaft 22 is in contact with one cylindrical protrusion 18a of the protective ring 18, and the first bottom portion 24b of the bearing shaft 24 is in contact with the other cylindrical protrusion 18b of the protective ring 18. . The first bottom portions 22b and 24b and the end surfaces 16a and 16b of the permanent magnet 16 are separated by distances S1 and S2, respectively.

ベアリングシャフト22、24の外周面に対向し、前記ベアリングシャフト22、24を保持するフォイル式気体軸受50が設けられる。フォイル式気体軸受50は、ベアリングシャフト22、24の径方向の位置を保持するジャーナルエア軸受52a、52bと、前記ベアリングシャフト22の軸方向の位置を保持するスラストエア軸受54とを備える。   A foil type gas bearing 50 is provided which faces the outer peripheral surfaces of the bearing shafts 22 and 24 and holds the bearing shafts 22 and 24. The foil type gas bearing 50 includes journal air bearings 52 a and 52 b that hold the radial positions of the bearing shafts 22 and 24, and a thrust air bearing 54 that holds the axial position of the bearing shaft 22.

ベアリングシャフト22、24は、ジャーナルエア軸受52a、52bを構成するとともに、例えば、保護環18と同一材料であるニッケル系超合金により構成される。各ジャーナルエア軸受52a、52bは、ベアリングシャフト22、24の外周に所定の隙間を設けて配置されるリング部材56A、56Bを備える。リング部材56A、56Bは、ベアリングシャフト22、24を回転自在に支持するとともに、回転不能に固定される。   The bearing shafts 22 and 24 constitute journal air bearings 52a and 52b, and are made of, for example, a nickel-based superalloy that is the same material as the protective ring 18. Each of the journal air bearings 52a and 52b includes ring members 56A and 56B that are arranged with a predetermined gap around the outer periphery of the bearing shafts 22 and 24. The ring members 56A and 56B rotatably support the bearing shafts 22 and 24 and are fixed so as not to rotate.

図3に示すように、リング部材56Aの内周面56aには、波板形状のバンプフォイル58と平板形状のトップフォイル60との順に配置される。バンプフォイル58は、一枚又は複数枚で構成され、その一端58aがリング部材56Aの内周面56aに溶接されるとともに、その他端が自由端を構成する。トップフォイル60は、平板を環状に湾曲させており、その一端60aがリング部材56Aの内周面56aに溶接される一方、その他端が自由端となっている。なお、リング部材56Bは、上記のリング部材56Aと同様に構成される。   As shown in FIG. 3, a corrugated bump foil 58 and a flat top foil 60 are arranged in this order on the inner peripheral surface 56a of the ring member 56A. The bump foil 58 is composed of one sheet or a plurality of sheets. One end 58a of the bump foil 58 is welded to the inner peripheral surface 56a of the ring member 56A, and the other end forms a free end. The top foil 60 has a flat plate curved in an annular shape, and one end 60a is welded to the inner peripheral surface 56a of the ring member 56A, while the other end is a free end. The ring member 56B is configured similarly to the ring member 56A described above.

図1及び図2に示すように、ベアリングシャフト22の外周部には、スラストエア軸受54を構成する大径フランジ部62が設けられる。大径フランジ部62を挟んで軸方向両側には、リング部材64a、64bが配置される。   As shown in FIGS. 1 and 2, a large-diameter flange portion 62 constituting a thrust air bearing 54 is provided on the outer peripheral portion of the bearing shaft 22. Ring members 64a and 64b are arranged on both sides in the axial direction across the large-diameter flange portion 62.

図4に示すように、リング部材64a、64bには、互いに大径フランジ部62に対向する面に、波板形状のバンプフォイル66と平板形状のトップフォイル68とが設けられる。バンプフォイル66及びトップフォイル68は、リング部材64a、64bの内周面を周回して、それぞれ円環状に複数配置される。   As shown in FIG. 4, the ring members 64 a and 64 b are provided with a corrugated bump foil 66 and a flat top foil 68 on the surfaces facing the large-diameter flange portion 62. A plurality of the bump foil 66 and the top foil 68 are arranged in an annular shape around the inner peripheral surfaces of the ring members 64a and 64b.

図5に示すように、各バンプフォイル66は、一端66aがリング部材64a、64bに溶接されるとともに、他端66bが自由端を構成する。各トップフォイル68は、一端68aがリング部材64a、64bに溶接される一方、他端68bが自由端となっている。   As shown in FIG. 5, each bump foil 66 has one end 66a welded to the ring members 64a and 64b and the other end 66b constituting a free end. Each top foil 68 has one end 68a welded to the ring members 64a and 64b, while the other end 68b is a free end.

図2に示すように、インペラ26の軸方向端部26aは、ベアリングシャフト22の円筒形状部22aに同軸的に嵌合する(インロー構造)。ベアリングシャフト22、24は、それぞれの底部22b、24bが保護環18の円筒状突起部18a、18bに同軸的に嵌合する(インロー構造)。   As shown in FIG. 2, the axial end portion 26 a of the impeller 26 is fitted coaxially to the cylindrical portion 22 a of the bearing shaft 22 (inlay structure). As for the bearing shafts 22 and 24, each bottom part 22b and 24b fits coaxially to the cylindrical projection parts 18a and 18b of the protection ring 18 (inlay structure).

受け部材32は、ベアリングシャフト24を構成する第1円筒形状部24aの内径よりも小径な外径に設定される第2円筒形状部32aを設ける。第2円筒形状部32aのロータ20側の軸方向一端には、径方向内方に突出し、ベアリングシャフト24の第1底部24bに当接する第2底部32bが設けられる。第2円筒形状部32aは、軸方向他端が開放されるとともに、前記軸方向他端側には、前記第2円筒形状部32aの外径よりも大径な押圧部32cが一体に設けられる。   The receiving member 32 is provided with a second cylindrical portion 32 a set to an outer diameter smaller than the inner diameter of the first cylindrical portion 24 a constituting the bearing shaft 24. A second bottom portion 32 b that protrudes inward in the radial direction and contacts the first bottom portion 24 b of the bearing shaft 24 is provided at one axial end of the second cylindrical portion 32 a on the rotor 20 side. The second cylindrical portion 32a is opened at the other end in the axial direction, and a pressing portion 32c having a larger diameter than the outer diameter of the second cylindrical portion 32a is integrally provided at the other end in the axial direction. .

タイシャフト30は、受け部材32の第2底部32bの中央、ベアリングシャフト24の第1底部24bの中央、永久磁石16(ロータ20)の軸芯、ベアリングシャフト22の第1底部22bの中央及びインペラ26の軸芯にそれぞれ形成された貫通孔70a、70b、70c、70d及び70eに、前記受け部材32側から一体に挿入される軸部30aを有する。軸部30aの矢印A1方向先端側、すなわち、インペラ26側の端部には、ねじ部30bが形成され、このねじ部30bには、ナット部材(締め付け具)72が固定される。   The tie shaft 30 includes a center of the second bottom 32b of the receiving member 32, a center of the first bottom 24b of the bearing shaft 24, an axis of the permanent magnet 16 (rotor 20), a center of the first bottom 22b of the bearing shaft 22, and an impeller. The through holes 70a, 70b, 70c, 70d, and 70e respectively formed in the 26 shaft cores have shaft portions 30a that are integrally inserted from the receiving member 32 side. A screw portion 30b is formed at the tip end side of the shaft portion 30a in the direction of arrow A1, that is, the end portion on the impeller 26 side, and a nut member (fastening tool) 72 is fixed to the screw portion 30b.

軸部30aの矢印A2方向の端部には、少なくとも受け部材32の第2底部32bの中央に設けられた貫通孔70aよりも大径に構成されて、前記第2底部32bに係止される頭部30cが一体に形成される。   An end portion of the shaft portion 30a in the arrow A2 direction is configured to have a diameter larger than at least the through hole 70a provided at the center of the second bottom portion 32b of the receiving member 32 and is locked to the second bottom portion 32b. The head 30c is integrally formed.

図1に示すように、キャンセラー機構34は、加圧室74内を矢印A方向に摺動自在なスラストシャフト76を備える。この加圧室74には、通路78を介して、インペラ26の回転により発生する空気が流入される。   As shown in FIG. 1, the canceller mechanism 34 includes a thrust shaft 76 that can slide in the direction of arrow A in the pressurizing chamber 74. Air generated by the rotation of the impeller 26 flows into the pressurizing chamber 74 through the passage 78.

図2に示すように、スラストシャフト76は、ベアリングシャフト24の第1円筒形状部24aの内径寸法よりも小径な外径に設定される円環部76aを有する一方、受け部材32の押圧部32cは、前記スラストシャフト76の内径よりも大径に設定される。スラストシャフト76は、ベアリングシャフト24の開放側端面と押圧部32cとの間に介装される。   As shown in FIG. 2, the thrust shaft 76 has an annular portion 76 a set to an outer diameter smaller than the inner diameter of the first cylindrical portion 24 a of the bearing shaft 24, while the pressing portion 32 c of the receiving member 32. Is set larger than the inner diameter of the thrust shaft 76. The thrust shaft 76 is interposed between the open end surface of the bearing shaft 24 and the pressing portion 32c.

受け部材32の外周には、スラストシャフト76と押圧部32cとの間にレゾルバロータ80が改装されるとともに、前記押圧部32cに対向してギャップセンサ82が配設される。   On the outer periphery of the receiving member 32, a resolver rotor 80 is refurbished between the thrust shaft 76 and the pressing portion 32c, and a gap sensor 82 is disposed facing the pressing portion 32c.

ケーシング12内には、図1に示すように、モータ部46を構成する保護環18とステータ42との間に、冷媒用流通路84が形成される。この流通路84の入口側及びキャンセラー機構34の通路78は、遠心圧縮部28のコンプレッサ出口86に連通している。インペラ26が回転することにより圧縮された空気は、コンプレッサ出口86から流通路84の入口側及びキャンセラー機構34の通路78に送風される。   In the casing 12, as shown in FIG. 1, a refrigerant flow passage 84 is formed between the protective ring 18 constituting the motor unit 46 and the stator 42. The inlet side of the flow passage 84 and the passage 78 of the canceller mechanism 34 communicate with the compressor outlet 86 of the centrifugal compressor 28. The air compressed by the rotation of the impeller 26 is sent from the compressor outlet 86 to the inlet side of the flow passage 84 and the passage 78 of the canceller mechanism 34.

このように構成される遠心型圧縮機10の動作について、以下に説明する。   The operation of the centrifugal compressor 10 configured as described above will be described below.

先ず、電動機を構成するステータ42に通電することにより、ロータ20を構成する永久磁石16及び保護環18は、タイシャフト30と一体に回転する。このため、タイシャフト30に保持されているインペラ26は、比較的高速で回転し、遠心圧縮部28を介して大気から空気の吸引が行われる。   First, by energizing the stator 42 constituting the electric motor, the permanent magnet 16 and the protective ring 18 constituting the rotor 20 rotate integrally with the tie shaft 30. For this reason, the impeller 26 held by the tie shaft 30 rotates at a relatively high speed, and air is sucked from the atmosphere via the centrifugal compression unit 28.

インペラ26により吸引された空気は、遠心圧縮部28により圧送され、例えば、図示しない燃料電池の酸化剤ガス供給系に送られる。燃料電池には、図示しない燃料ガス供給系から燃料ガス(水素ガス)が供給される。従って、カソード側に供給される空気とアノード側に供給される水素との反応により、発電が行われる。   The air sucked by the impeller 26 is pumped by the centrifugal compressor 28 and is sent to, for example, an oxidant gas supply system of a fuel cell (not shown). Fuel gas (hydrogen gas) is supplied to the fuel cell from a fuel gas supply system (not shown). Therefore, power generation is performed by a reaction between air supplied to the cathode side and hydrogen supplied to the anode side.

遠心圧縮部28により吸引される空気の一部は、圧縮されてコンプレッサ出口86からケーシング12内の流通路84に供給される。この流通路84を通過してモータ部46を冷却した冷却風は、外部に排出される。   A part of the air sucked by the centrifugal compression unit 28 is compressed and supplied from the compressor outlet 86 to the flow passage 84 in the casing 12. The cooling air that has passed through the flow passage 84 and has cooled the motor unit 46 is discharged to the outside.

また、遠心圧縮部28により吸引される空気の一部は、圧縮されてコンプレッサ出口86からキャンセラー機構34を構成する通路78を通って加圧室74に供給される。従って、加圧室74に配設されるスラストシャフト76には、インペラ26から離間する方向(矢印A2方向)に押圧力が付与される。これにより、インペラ26の回転によって、矢印A1方向に作用するスラスト力は、キャンセラー機構34により緩和される。   A part of the air sucked by the centrifugal compressor 28 is compressed and supplied from the compressor outlet 86 to the pressurizing chamber 74 through a passage 78 constituting the canceller mechanism 34. Accordingly, a thrust force is applied to the thrust shaft 76 disposed in the pressurizing chamber 74 in a direction away from the impeller 26 (arrow A2 direction). Thereby, the thrust force acting in the direction of the arrow A <b> 1 by the rotation of the impeller 26 is alleviated by the canceller mechanism 34.

一方、タイシャフト30に保持されている受け部材32が回転すると、この受け部材32の外周に対してスラストシャフト76と押圧部32cとの間で挟持されているレゾルバロータ80が回転する。このため、回転軸ユニット14の回転角度位置が検出される。また、受け部材32の押圧部32cに対向して配置されているギャップセンサ82により、回転軸ユニット14の回転ブレ等が検出される。   On the other hand, when the receiving member 32 held by the tie shaft 30 rotates, the resolver rotor 80 sandwiched between the thrust shaft 76 and the pressing portion 32c rotates with respect to the outer periphery of the receiving member 32. For this reason, the rotation angle position of the rotating shaft unit 14 is detected. Further, the rotation blur or the like of the rotary shaft unit 14 is detected by the gap sensor 82 arranged to face the pressing portion 32c of the receiving member 32.

この場合、第1の実施形態では、ベアリングシャフト24は、ロータ20に隣接する第1底部24bを有する円筒形状に構成されるとともに、受け部材32の第2円筒形状部32aは、前記ベアリングシャフト24内に、すなわち、第1円筒形状部24a内に挿入されている。そして、ベアリングシャフト24の第1底部24bに受け部材32の第2底部32bが当接している。すなわち、受け部材32の第2底部32bは、ベアリングシャフト24の内部に挿入されてロータ20に可及的に近接して配置することができる。   In this case, in the first embodiment, the bearing shaft 24 is configured in a cylindrical shape having a first bottom portion 24 b adjacent to the rotor 20, and the second cylindrical shape portion 32 a of the receiving member 32 is configured as the bearing shaft 24. In other words, it is inserted into the first cylindrical portion 24a. The second bottom portion 32 b of the receiving member 32 is in contact with the first bottom portion 24 b of the bearing shaft 24. That is, the second bottom portion 32 b of the receiving member 32 can be inserted into the bearing shaft 24 and disposed as close as possible to the rotor 20.

この状態で、タイシャフト30は、受け部材32の第2底部32bの中央、ベアリングシャフト24の第1底部24bの中央、ロータ20の軸芯、ベアリングシャフト22の第1底部22bの中央及びインペラ26の軸芯に形成された各貫通孔70a〜70eに一体に挿入され、前記インペラ26側の端部に設けられているねじ部30bに、ナット部材72が固定されている。   In this state, the tie shaft 30 includes the center of the second bottom 32b of the receiving member 32, the center of the first bottom 24b of the bearing shaft 24, the axis of the rotor 20, the center of the first bottom 22b of the bearing shaft 22, and the impeller 26. A nut member 72 is fixed to a threaded portion 30b that is integrally inserted into each of the through holes 70a to 70e formed in the shaft core and provided at the end portion on the impeller 26 side.

従って、タイシャフト30は、軸長が大幅に短尺化され、共振周波数を高くすることができる。これにより、タイシャフト30の共振強度の向上を図ることが可能になり、高速回転が効率的に遂行されるという効果が得られる。   Therefore, the shaft length of the tie shaft 30 is greatly shortened, and the resonance frequency can be increased. As a result, the resonance strength of the tie shaft 30 can be improved, and an effect that high-speed rotation is efficiently performed can be obtained.

さらに、第1の実施形態では、受け部材32の外周部に、押圧部32cとスラストシャフト76とで挟んでレゾルバロータ80が配置されるとともに、前記押圧部32cに対向してギャップセンサ82が配置されている。このため、ギャップセンサ82の計測領域(計測対象面)を十分に確保することができ、良好な計測性能を維持することが可能になるという利点がある。   Further, in the first embodiment, the resolver rotor 80 is disposed on the outer peripheral portion of the receiving member 32 between the pressing portion 32c and the thrust shaft 76, and the gap sensor 82 is disposed to face the pressing portion 32c. Has been. For this reason, there is an advantage that a sufficient measurement area (surface to be measured) of the gap sensor 82 can be secured, and good measurement performance can be maintained.

図6は、本発明の第2の実施形態に係る遠心型圧縮機90の要部断面説明図である。   FIG. 6 is a cross-sectional explanatory view of a main part of a centrifugal compressor 90 according to the second embodiment of the present invention.

なお、第1の実施形態に係る遠心型圧縮機10と同一の構成要素には、同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。   In addition, the same referential mark is attached | subjected to the component same as the centrifugal compressor 10 which concerns on 1st Embodiment, and the detailed description is abbreviate | omitted.

遠心型圧縮機90を構成する回転軸ユニット92は、上述したタイシャフト30に代えてタイシャフト94を備えるとともに、上述したインペラ26に代えてインペラ96を用いている。インペラ96は、軸芯に貫通孔70eに対応する孔部98aを設けるとともに、前記孔部98aには、段部を介して大径孔部98bが連通する。   The rotary shaft unit 92 constituting the centrifugal compressor 90 includes a tie shaft 94 instead of the tie shaft 30 described above, and uses an impeller 96 instead of the impeller 26 described above. The impeller 96 is provided with a hole 98a corresponding to the through hole 70e in the shaft core, and a large-diameter hole 98b communicates with the hole 98a through a stepped portion.

タイシャフト94は、軸部30aの端部位置がインペラ96の先端部で終端するとともに、大径孔部98bにねじ部30bが配置される。このねじ部30bには、ナット部材(締め付け具)100が螺合することにより、タイシャフト94には、受け部材32、ベアリングシャフト24、ロータ20、ベアリングシャフト22及びインペラ96が同軸的且つ一体的に保持される。   In the tie shaft 94, the end portion of the shaft portion 30a terminates at the tip portion of the impeller 96, and the screw portion 30b is disposed in the large-diameter hole portion 98b. When the nut member (clamping tool) 100 is screwed into the screw portion 30b, the receiving member 32, the bearing shaft 24, the rotor 20, the bearing shaft 22 and the impeller 96 are coaxially and integrally formed with the tie shaft 94. Retained.

このように構成される第2の実施形態では、インペラ96に形成された大径孔部98bにナット部材100が収容されるため、このインペラ96の先端からタイシャフト94の端部が露出することがない。これにより、タイシャフト94の軸長が一層短尺化され、共振周波数をより高くすることができるという効果が得られる。   In the second embodiment configured as described above, the nut member 100 is accommodated in the large-diameter hole portion 98b formed in the impeller 96, so that the end portion of the tie shaft 94 is exposed from the tip end of the impeller 96. There is no. Thereby, the axial length of the tie shaft 94 is further shortened, and an effect that the resonance frequency can be further increased is obtained.

10…遠心型圧縮機 12…ケーシング
14…回転軸ユニット 16…永久磁石
16a、16b…端面 18…保護環
18a、18b…円筒状突起部 20…ロータ
22、24…ベアリングシャフト 22a、24a、32a…円筒形状部
22b、24b、32b…底部 26…インペラ
30…タイシャフト 32…受け部材
32c…押圧部 34…キャンセラー機構
42…ステータ 46…モータ部
50…フォイル式気体軸受 52a、52b…ジャーナルエア軸受
54…スラストエア軸受 56A、56B…リング部材
70a〜70e…貫通孔 72…ナット部材
74…加圧室 76…スラストシャフト
76a…円環部 80…レゾルバロータ
82…ギャップセンサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Centrifugal compressor 12 ... Casing 14 ... Rotary shaft unit 16 ... Permanent magnet 16a, 16b ... End surface 18 ... Protection ring 18a, 18b ... Cylindrical protrusion 20 ... Rotor 22, 24 ... Bearing shaft 22a, 24a, 32a ... Cylindrical portions 22b, 24b, 32b ... bottom 26 ... impeller 30 ... tie shaft 32 ... receiving member 32c ... pressing part 34 ... canceller mechanism 42 ... stator 46 ... motor part 50 ... foil type gas bearings 52a, 52b ... journal air bearing 54 ... Thrust air bearings 56A, 56B ... Ring members 70a to 70e ... Through holes 72 ... Nut member 74 ... Pressurizing chamber 76 ... Thrust shaft 76a ... Ring portion 80 ... Resolver rotor 82 ... Gap sensor

Claims (5)

空気を圧縮するためのインペラ、永久磁石を設けるロータ及び気体軸受を構成するベアリングシャフトを備え、少なくとも前記インペラ、前記ロータ及び前記ベアリングシャフトは、軸方向に挿入されるタイシャフトにより同軸上に一体に保持される遠心型圧縮機であって、
前記ベアリングシャフトは、前記ロータに隣接する軸方向一端に径方向内方に突出する第1底部を有し且つ軸方向他端に開放される第1円筒形状部を設けるとともに、
前記ベアリングシャフトに隣接して受け部材が同軸的に配設され、
前記受け部材は、前記第1円筒形状部の内径よりも小径な外径に設定され、軸方向一端に径方向内方に突出し且つ前記第1底部に当接する第2底部を有するとともに、軸方向他端に開放される第2円筒形状部を設け、
前記タイシャフトは、前記受け部材の前記第2底部の中央、前記ベアリングシャフトの前記第1底部の中央、前記ロータの軸芯及び前記インペラの軸芯に形成された貫通孔に一体に挿入され、前記インペラ側の端部から締め付け具により固定される軸部と、
前記締め付け具が固定される前記端部とは反対側の端部に設けられ、少なくとも前記受け部材の前記第2底部の中央に設けられた前記貫通孔よりも大径に構成されて前記受け部材の前記第2底部に係止される頭部と、
を設けることを特徴とする遠心型圧縮機。
An impeller for compressing air, a rotor provided with a permanent magnet, and a bearing shaft constituting a gas bearing are provided. At least the impeller, the rotor, and the bearing shaft are coaxially and integrally formed by a tie shaft inserted in an axial direction. A centrifugal compressor to be held,
The bearing shaft has a first bottom portion projecting radially inward at one axial end adjacent to the rotor and a first cylindrical portion that is opened at the other axial end, and
A receiving member is coaxially disposed adjacent to the bearing shaft,
The receiving member is set to an outer diameter smaller than the inner diameter of the first cylindrical portion, and has a second bottom portion protruding radially inward at one end in the axial direction and abutting against the first bottom portion. A second cylindrical portion is provided at the other end;
The tie shaft is integrally inserted into a through hole formed in the center of the second bottom portion of the receiving member, the center of the first bottom portion of the bearing shaft, the shaft core of the rotor and the shaft core of the impeller, A shaft portion fixed by a fastening tool from an end portion on the impeller side;
The receiving member is provided at an end opposite to the end to which the fastening tool is fixed and has a diameter larger than at least the through hole provided at the center of the second bottom of the receiving member. A head locked to the second bottom of
A centrifugal compressor characterized by comprising:
請求項1記載の遠心型圧縮機において、回転時に前記タイシャフトの軸方向の移動を抑制するためのスラストシャフトを備え、
前記スラストシャフトは、前記ベアリングシャフトの前記第1円筒形状部の内径寸法よりも小径な外径に設定される円環部を有する一方、
前記受け部材は、前記スラストシャフトの内径よりも大径に設定される押圧部を設け、
前記スラストシャフトは、前記ベアリングシャフトの開放側端面と前記押圧部との間に介装されることを特徴とする遠心型圧縮機。
The centrifugal compressor according to claim 1, further comprising a thrust shaft for suppressing axial movement of the tie shaft during rotation,
While the thrust shaft has an annular portion set to an outer diameter smaller than the inner diameter dimension of the first cylindrical portion of the bearing shaft,
The receiving member is provided with a pressing portion that is set to have a larger diameter than the inner diameter of the thrust shaft,
The centrifugal compressor, wherein the thrust shaft is interposed between an open side end surface of the bearing shaft and the pressing portion.
請求項1又は2記載の遠心型圧縮機において、前記インペラと前記ロータとの間には、スラストエア軸受及びジャーナルエア軸受を構成するベアリングシャフトが同軸的に配設されることを特徴とする遠心型圧縮機。   3. The centrifugal compressor according to claim 1, wherein a bearing shaft constituting a thrust air bearing and a journal air bearing is coaxially disposed between the impeller and the rotor. Mold compressor. 請求項2又は3記載の遠心型圧縮機において、前記スラストシャフトと前記押圧部との間には、レゾルバロータが介装されることを特徴とする遠心型圧縮機。   4. The centrifugal compressor according to claim 2, wherein a resolver rotor is interposed between the thrust shaft and the pressing portion. 請求項2〜4のいずれか1項に記載の遠心型圧縮機において、前記押圧部に対向してギャップセンサが配設されることを特徴とする遠心型圧縮機。   The centrifugal compressor according to any one of claims 2 to 4, wherein a gap sensor is disposed to face the pressing portion.
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