WO2017057480A1 - 遠心圧縮機 - Google Patents

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WO2017057480A1
WO2017057480A1 PCT/JP2016/078659 JP2016078659W WO2017057480A1 WO 2017057480 A1 WO2017057480 A1 WO 2017057480A1 JP 2016078659 W JP2016078659 W JP 2016078659W WO 2017057480 A1 WO2017057480 A1 WO 2017057480A1
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WO
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magnet
shaft
bearing
impeller
centrifugal compressor
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PCT/JP2016/078659
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English (en)
French (fr)
Inventor
国彰 飯塚
吉田　隆
達身 猪俣
拓也 小篠
光太 来海
Original Assignee
株式会社Ihi
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/42—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/70—Suction grids; Strainers; Dust separation; Cleaning

Definitions

  • This disclosure relates to a centrifugal compressor in which a shaft is supported by a bearing.
  • an electric supercharger with a built-in electric motor includes a centrifugal compressor.
  • the rotor is provided on the shaft, and the stator is provided on the housing side.
  • the shaft is rotationally driven by the mutual force between the rotor and the stator.
  • An impeller is provided on the shaft. When the shaft is rotated by the electric motor, the impeller rotates together with the shaft.
  • the electric supercharger compresses air and sends it to the engine as the impeller rotates.
  • the shaft of a centrifugal compressor such as the above-described electric supercharger is supported by a bearing.
  • the bearing is disposed on the back side of the impeller.
  • a gap between the rear surface of the impeller and the wall portion of the housing communicates with the diffuser flow path. Part of the air may leak from the diffuser flow path toward the gap on the back side of the impeller.
  • An object of the present disclosure is to provide a centrifugal compressor capable of suppressing a decrease in bearing performance due to a metal foreign object such as metal powder reaching the bearing.
  • a centrifugal compressor includes an impeller provided on a shaft, a wall portion that is spaced apart from the back surface of the impeller, and is provided on the wall portion, and the shaft is inserted therethrough.
  • An insertion hole that is provided, a bearing that is provided in the insertion hole and supports the shaft, and a magnet that is provided on the wall portion.
  • the magnet may be provided on the impeller side of the wall portion relative to the bearing.
  • Grease may be interposed as a lubricant in the bearing.
  • the housing portion may be opened on a facing surface of the wall portion that faces the back surface of the impeller.
  • the magnet may be provided at a position recessed from the facing surface.
  • the housing portion may be formed with a protruding portion that protrudes toward the radially outer side of the shaft toward the opposing surface side, closer to the opposing surface side than the magnet, on the inner wall surface on the radially inner side of the shaft.
  • the bearing may be composed of a ball bearing in which the ball is a non-magnetic material.
  • the magnet may be disposed such that the position of the shaft in the radial direction is outside the inner ring of the bearing.
  • FIG.2 (a) is a 1st figure for demonstrating collection of a metal powder.
  • FIG. 2B is a second diagram for explaining the collection of the metal powder.
  • FIG. 3A is a diagram corresponding to FIG. 2A in the modified example.
  • FIG. 3B is a diagram corresponding to FIG. 2B in the modified example.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view of an electric supercharger C (centrifugal compressor).
  • the direction of the arrow L shown in FIG. 1 will be described as the left side of the electric supercharger C.
  • An arrow R direction shown in FIG. 1 will be described as the right side of the electric supercharger C.
  • the electric supercharger C includes a supercharger main body 1.
  • the supercharger main body 1 includes a motor housing 2.
  • a compressor housing 4 is connected to the left side of the motor housing 2 by fastening bolts 3.
  • a plate member 6 is connected to the right side of the motor housing 2 by a fastening bolt 5.
  • a cord housing 8 is connected to the right side of the plate member 6 by a fastening bolt 7.
  • the motor housing 2, the compressor housing 4, the plate member 6, and the cord housing 8 are integrated.
  • the electric motor 9 is accommodated in the motor hole 2a.
  • the electric motor 9 includes a stator 10 and a rotor 11.
  • the stator 10 is formed by winding a coil 13 around a stator core 12.
  • the stator core 12 has a cylindrical shape.
  • a plurality of coils 13 are arranged in the circumferential direction of the stator core 12.
  • the phase of the supplied AC power is arranged in the order of the U phase, the V phase, and the W phase.
  • the conducting wire 14 is provided for each of the U phase, the V phase, and the W phase.
  • One end of the conducting wire 14 is connected to the U-phase, V-phase, and W-phase coils 13.
  • the conducting wire 14 supplies AC power to the coil 13.
  • the stator core 12 is inserted into the motor hole 2a from the opening side of the motor hole 2a.
  • the stator core 12 is attached inside the motor hole 2a.
  • the opening on the right side of the motor hole 2 a is blocked by the plate member 6.
  • the cord housing 8 connected to the plate member 6 has a cord hole 8a.
  • the cord hole 8a penetrates in the left-right direction in FIG. One end of the cord hole 8 a is blocked by the plate member 6.
  • the plate member 6 is provided with a plate hole 6a.
  • the motor hole 2a and the cord hole 8a communicate with each other through the plate hole 6a.
  • the conducting wire 14 extends from the coil 13 to the cord hole 8a through the plate hole 6a.
  • the lead wire 14 is accommodated in the cord hole 8a.
  • the other end of the conducting wire 14 opposite to the coil 13 is connected to the connector 15.
  • the connector 15 has a flange portion 15a.
  • the flange portion 15 a closes the other end of the cord hole 8 a of the cord housing 8.
  • the flange portion 15 a is attached to the cord housing 8 by fastening bolts 16.
  • AC power is supplied to the coil 13 of the stator 10 via the connector 15 and the conductive wire 14.
  • the stator 10 functions as an electromagnet.
  • the rotor 11 is attached to the shaft 17.
  • the rotor 11 is inserted through the stator core 12.
  • the rotor 11 has a gap in the radial direction of the shaft 17 with respect to the stator core 12.
  • the rotor 11 includes a rotor core 18.
  • the rotor core 18 is a cylindrical member.
  • the rotor core 18 is formed with a hole penetrating in the axial direction of the shaft 17.
  • a magnet 19 (permanent magnet) is accommodated in the hole.
  • the electric motor 9 generates a driving force in the rotational direction on the shaft 17 by a mutual force generated between the rotor 11 and the stator 10.
  • the shaft 17 is inserted into the insertion hole 2b of the motor housing 2.
  • the insertion hole 2 b passes through the wall portion 2 c constituting the bottom surface of the motor hole 2 a in the axial direction of the shaft 17.
  • a ball bearing 20 (bearing) is disposed in the insertion hole 2b.
  • the shaft 17 is pivotally supported by the ball bearing 20.
  • the plate member 6 is formed with a boss hole 6b.
  • One end of the shaft 17 that protrudes closer to the plate member 6 than the rotor 11 is inserted into the boss hole 6b.
  • the plate member 6 is provided with an annular protrusion 6c.
  • the annular protrusion 6c protrudes into the motor hole 2a.
  • the annular protrusion 6c forms a part of the outer wall that forms the boss hole 6b.
  • a ball bearing 21 is disposed inside the boss hole 6b.
  • the shaft 17 is pivotally supported by the ball bearing 21.
  • a compressor impeller 22 (impeller) is provided on the other end side of the shaft 17 that protrudes into the compressor housing 4 from the insertion hole 2b.
  • the compressor impeller 22 is rotatably accommodated in the compressor housing 4.
  • the compressor housing 4 has an air inlet 23 formed therein.
  • the intake port 23 opens on the left side of the electric supercharger C.
  • the air inlet 23 is connected to an air cleaner (not shown).
  • a diffuser flow path 24 is formed.
  • the diffuser flow path 24 is formed by facing surfaces of the motor housing 2 and the compressor housing 4.
  • the diffuser flow path 24 pressurizes air.
  • the diffuser flow path 24 is formed in an annular shape from the radially inner side to the outer side of the shaft 17.
  • the diffuser flow path 24 communicates with the intake port 23 via the compressor impeller 22 on the radially inner side.
  • the compressor housing 4 is provided with a compressor scroll passage 25.
  • the compressor scroll channel 25 is annular.
  • the compressor scroll passage 25 is located on the radially outer side of the shaft 17 with respect to the diffuser passage 24.
  • the compressor scroll passage 25 communicates with an intake port of an engine (not shown).
  • the compressor scroll channel 25 also communicates with the diffuser channel 24.
  • the rotation of the compressor impeller 22 causes air to enter the compressor housing 4 from the intake port 23 on the front side of the compressor impeller 22 in the axial direction of the shaft 17. Sucked.
  • the sucked air is accelerated by the action of centrifugal force in the process of flowing between the blades of the compressor impeller 22.
  • the increased air is sent to the diffuser flow path 24 and the compressor scroll flow path 25 to be pressurized (compressed).
  • the pressurized air is guided to the intake port of the engine.
  • FIG. 2 (a) is a first diagram for explaining the collection of metal powder.
  • FIG. 2B is a second diagram for explaining the collection of the metal powder.
  • 2 (a) and 2 (b) show a broken line portion of FIG.
  • the back surface 22 a is a surface of the compressor impeller 22 on the side opposite to the intake port 23. As shown in FIG. 2A, the back surface 22 a of the compressor impeller 22 faces the space B.
  • the facing surface 2 d is a surface of the wall 2 c of the motor housing 2 that faces the back surface 22 a of the compressor impeller 22.
  • the facing surface 2d of the wall 2c is separated from the back surface 22a of the compressor impeller 22 in the axial direction of the shaft 17.
  • the space B is formed with the back surface 22a of the compressor impeller 22 and the facing surface 2d of the wall 2c of the motor housing 2 as inner wall surfaces. That is, the space B is formed between the back surface 22a of the compressor impeller 22 and the facing surface 2d.
  • the downstream end 22 b is the radially outer end of the compressor impeller 22.
  • the space B communicates with the diffuser flow path 24 in the vicinity of the downstream end 22b.
  • an insertion hole 2b is opened. As described above, the shaft 17 is inserted through the insertion hole 2b.
  • the shaft 17 is pivotally supported by a ball bearing 20 disposed in the insertion hole 2b.
  • An enlarged diameter portion 2e is formed on the inner peripheral surface of the insertion hole 2b.
  • the enlarged diameter portion 2e is formed on the motor hole 2a side in the inner peripheral surface of the insertion hole 2b.
  • the enlarged diameter portion 2e has a larger inner diameter than the compressor impeller 22 side.
  • a first spacer 26 is inserted into the enlarged diameter portion 2e.
  • the first spacer 26 is a cylindrical member.
  • the ball bearing 20 is inserted on the inner peripheral side of the first spacer 26. That is, the ball bearing 20 is accommodated in the enlarged diameter portion 2e with the first spacer 26 interposed therebetween.
  • the ball bearing 20 includes an outer ring 20a, an inner ring 20b, and a plurality of rolling elements 20c (balls).
  • the rolling element 20c is disposed between the outer ring 20a and the inner ring 20b.
  • the ball bearing 20 is a grease-filled bearing. Grease is interposed as a lubricant in the ball bearing 20 (between the rolling element 20c and the outer ring 20a and the inner ring 20b).
  • the outer ring 20a is fitted into the first spacer 26.
  • the outer ring 20a has a slight radial gap between the outer ring 20a and the first spacer 26, for example.
  • the inner ring 20b is attached to the shaft 17 by, for example, compressive stress (axial force) acting in the axial direction of the shaft 17.
  • the shaft 17 is formed with a large diameter portion 17a.
  • the large diameter portion 17a protrudes in the radial direction.
  • the inner ring 20b is in contact with the large diameter portion 17a in the axial direction.
  • a second spacer 27 is disposed between the compressor impeller 22 and the inner ring 20b.
  • the second spacer 27 is a cylindrical member.
  • the second spacer 27 has the shaft 17 inserted on the inner diameter side.
  • a fastening bolt is fastened to the end portion of the shaft 17 on the compressor impeller 22 side.
  • the inner ring 20b, the second spacer 27, and the compressor impeller 22 are sandwiched between the large diameter portion 17a and the fastening bolt.
  • the space B communicates with the diffuser flow path 24. Therefore, a part of the compressed air may leak from the diffuser flow path 24 to the space B side.
  • the second spacer 27 and the insertion hole 2 b are separated from each other in the radial direction of the shaft 17.
  • a gap S is formed between the second spacer 27 and the insertion hole 2b. Therefore, if the air leaked to the space B side contains metal powder, for example, as a metal foreign object, the metal powder may pass through the gap S.
  • the metal powder that has passed through the gap S may enter the ball bearing 20.
  • scratches or wear may occur on the sliding surfaces between the rolling element 20c and the outer ring 20a and the inner ring 20b. Depending on the degree of scratches and wear on the sliding surface and the operating conditions of the engine, the bearing performance may deteriorate.
  • a magnet 28 is provided on the wall 2c.
  • the magnet 28 is provided on the compressor impeller 22 side (space B side) with respect to the ball bearing 20 in the wall portion 2c.
  • the magnet 28 causes a magnetic force to act on the air flow path leaking from the diffuser flow path 24 to the ball bearing 20 side.
  • the wall 2c is provided with an accommodation hole 2f (accommodating portion) that opens to the compressor impeller 22 side (opposing surface 2d).
  • the housing hole 2 f is formed between the ball bearing 20 and the compressor impeller 22.
  • the magnet 28 is accommodated inside the accommodation hole 2f.
  • a plurality of the housing holes 2 f are formed apart from each other in the circumferential direction of the shaft 17.
  • the magnet 28 is accommodated in each accommodation hole 2f.
  • the receiving hole 2f is longer in the axial direction of the shaft 17 than the magnet 28.
  • the magnet 28 is pushed into the bottom surface side of the accommodation hole 2f.
  • the magnet 28 is disposed at a position recessed from the facing surface 2d.
  • a recess 22 a 1 is formed on the back surface 22 a of the compressor impeller 22. Recess 22a 1 is recessed in a direction away from the opposing surface 2d. Flow rate of air flowing through the recess 22a 1 is slower because the flow channel area is widened.
  • the magnet 28 when the magnet 28 is provided at a position facing the hollow portion 22a 1 in the axial direction, the flow rate of the air flowing through the hollow portion 22a 1 becomes slow, so that the metal powder contained in the air is easily attracted to the magnet. As a result, the metal powder is easily collected. Moreover, the collected metal powder is accommodated in the accommodation hole 2f. Even if the collected metal powder is separated from the magnet 28 by the air flow, it is difficult to escape from the inside of the accommodation hole 2f. The collected metal powder is prevented from joining the flow toward the ball bearing 20 again.
  • a protruding portion 2g is formed in the accommodation hole 2f.
  • the protrusion 2g is formed on the inner wall surface of the housing hole 2f on the radially inner side of the shaft 17 (the lower side in FIGS. 2A and 2B).
  • the housing hole 2f is formed on the opposite surface 2d side (opening side of the housing hole 2f) from the magnet 28.
  • the protruding portion 2g protrudes toward the radially outer side of the shaft 17 toward the facing surface 2d side.
  • the metal powder collected by the magnet 28 is blocked by the protruding portion 2g even if it is affected by the flow of air toward the space B toward the ball bearing 20 (in the radial direction). Therefore, compared with the case where there is no protrusion 2g, it is difficult for the metal powder to escape from the inside of the accommodation hole 2f.
  • the rolling element 20c and the inner ring 20b are magnetized, there is a possibility that resistance to the movement of the rolling element 20c and the inner ring 20b is generated by the magnetic force between the rolling element 20c and the inner ring 20b. Therefore, in the ball bearing 20, the rolling element 20c is made of a nonmagnetic material. Therefore, the rolling element 20c is not magnetized. Further, the magnet 28 is disposed such that the radial position of the shaft 17 is spaced outward from the inner ring 20b. Therefore, the inner ring 20b is less likely to be magnetized than, for example, when the magnets 28 are arranged to face each other in the axial direction. The movement of the inner ring 20 b is not easily affected by the magnetic force of the magnet 28. An increase in the mechanical loss of the ball bearing 20 is suppressed.
  • the outer ring 20a is arranged closer to the magnet 28 than the inner ring 20b.
  • the outer ring 20a is easily magnetized.
  • the outer ring 20 a is fitted into the first spacer 26 with a gap. In this case, a gap is provided between the outer ring 20a and the first spacer 26 in the radial direction. Therefore, the outer ring 20 a is not completely fixed to the first spacer 26.
  • an attractive force is generated between the outer ring 20 a and the magnet 28. Due to the attractive force between the outer ring 20 a and the magnet 28, it can be expected that the rotation (co-rotation) of the outer ring 20 a due to the rotation of the shaft 17 is suppressed.
  • FIG. 3A is a diagram corresponding to FIG. 2A in the modified example.
  • FIG. 3B is a diagram corresponding to FIG. 2B in the modified example.
  • the case where the magnet 28 is accommodated in the accommodation hole 2f has been described.
  • the accommodating part of the magnet 28 differs.
  • the magnet 28 is accommodated in the accommodation hole 30a (accommodating portion).
  • a plurality of the accommodation holes 30 a are provided apart from each other in the circumferential direction of the shaft 17.
  • the magnet 28 is accommodated in each of the plurality of accommodating portions 30a.
  • the accommodation hole 30a is a hole that penetrates the wall 2c.
  • the accommodation hole 30 a is formed between the ball bearing 20 and the compressor impeller 22. That is, the magnet 28 is provided closer to the compressor impeller 22 than the ball bearing 20 in the wall 2c.
  • the accommodation hole 30a opens to the enlarged diameter portion 2e and the facing surface 2d. That is, the accommodation hole 30a opens to the back surface 22a side of the compressor impeller 22 and the ball bearing 20 side.
  • the protrusion part 30b is formed in the accommodation hole 30a similarly to the protrusion part 2g of embodiment mentioned above.
  • the protrusion 30b is formed on the inner wall surface of the housing hole 30a on the radially inner side of the shaft 17.
  • the protrusion 30b is formed on the facing surface 2d side with respect to the magnet 28.
  • the protruding portion 30b protrudes toward the radially outer side of the shaft 17 toward the opposing surface 2d side.
  • the metal powder (indicated by a black circle in the figure) is attracted to the magnet 28 as shown in FIG. Metal powder is collected. A decrease in the bearing performance of the ball bearing 20 is suppressed.
  • the opening 30 c on the rear surface 22 a side of the compressor impeller 22 has a radial width of the shaft 17 smaller than that of the magnet 28. Therefore, the magnet 28 is prevented from falling off from the back surface 22a side of the compressor impeller 22. That is, contact between the back surface 22a of the compressor impeller 22 and the magnet 28 can be avoided.
  • a known attachment structure such as press fitting is appropriately selected.
  • the ball bearing 20 may be lubricated with oil instead of grease.
  • the case where the magnet 28 is accommodated in the accommodation hole 2f has been described.
  • the case where the magnet 28 is accommodated in the accommodation hole 30a has been described.
  • the accommodation part which accommodates the magnet 28 does not need to be provided in the wall part 2c.
  • the magnet 28 may be bonded to the facing surface 2d of the wall 2c. If the magnet 28 is provided in the wall part 2c, an installation position and an attachment structure will not ask
  • the accommodation hole 30a is opened on the rear surface 22a side of the compressor impeller 22 .
  • the accommodation hole 30 a may not be opened on the back surface 22 a side of the compressor impeller 22.
  • the magnet 28 causes a magnetic force to act on the air flow path with a part of the wall 2c interposed therebetween.
  • the accommodation hole 30a is opened to the back surface 22a side of the compressor impeller 22, the following effects are obtained. That is, the collected metal powder fits in the accommodation hole 30a. Therefore, even if the metal powder is separated from the magnet 28 by the air flow, it is difficult for the metal powder to escape from the inside of the accommodation hole 2f. The metal powder is prevented from joining again with the flow toward the ball bearing 20.
  • the magnet 28 is provided closer to the compressor impeller 22 than the ball bearing 20 in the wall 2c.
  • the magnet 28 may be provided on the side of the wall 2c that is farther from the compressor impeller 22 than the ball bearing 20 is.
  • the magnet 28 is provided closer to the compressor impeller 22 than the ball bearing 20 in the wall 2c, the following effects are obtained. That is, the magnet 28 is disposed closer to the space B than the ball bearing 20. Therefore, the magnetic force of the magnet 28 tends to act on the space B.
  • the magnet 28 is arranged at a position recessed with respect to the facing surface 2d has been described.
  • the magnet 28 may protrude from the facing surface 2d.
  • the rolling element 20c is formed of a nonmagnetic material.
  • the rolling element 20c may not be a nonmagnetic material.
  • a roller bearing may be provided.
  • the magnet 28 has been described with respect to the case where the radial position of the shaft 17 is disposed outside the inner ring 20b of the ball bearing 20.
  • the magnet 28 may have the same radial position of the shaft 17 as the inner ring 20b.
  • the magnet 28 may be disposed such that the radial position of the shaft 17 is located on the inner side of the inner ring 20b.
  • the present disclosure can be used for a centrifugal compressor in which a shaft is supported by a bearing.

Abstract

遠心圧縮機は、シャフト１７に設けられたコンプレッサインペラ２２（インペラ）と、コンプレッサインペラ２２の背面２２ａと離隔して対向する壁部２ｃと、壁部２ｃに設けられ、シャフト１７が挿通される挿通孔２ｂと、挿通孔２ｂ内に設けられ、シャフト１７を軸支するボールベアリング２０（軸受）と、壁部２ｃに設けられた磁石２８と、を備える。

Description

遠心圧縮機
　本開示は、軸受によってシャフトが軸支された遠心圧縮機に関する。
　従来、電動機が内蔵された電動過給機が知られている。電動過給機は、遠心圧縮機を備える。電動過給機では、ロータがシャフトに設けられ、ステータがハウジング側に設けられる。ロータと、ステータとの間の相互力によってシャフトが回転駆動する。シャフトにはインペラが設けられている。電動機によってシャフトが回転すると、シャフトと共にインペラが回転する。こうして、電動過給機は、インペラの回転に伴い、空気を圧縮してエンジンに送出する。
　例えば、特許文献１に記載されているように、電動過給機では、ハウジングの吸気口からハウジング内のインペラの正面側に向かって空気が吸引される。そして、インペラの径方向外側に形成されたディフューザ流路を流通する過程で、空気が圧縮される。
特開２０１３－２４０４１号公報
　ところで、上記の電動過給機などの遠心圧縮機のシャフトは、軸受によって軸支される。軸受は、インペラの背面側に配される。インペラの背面とハウジングの壁部との間隙は、上記のディフューザ流路と連通している。ディフューザ流路からインペラの背面側の間隙に向かって空気の一部が漏れることがある。この空気とともに金属粉などの金属異物が軸受に流されると、軸受性能の低下を招くおそれがある。
　本開示の目的は、金属粉などの金属異物が軸受に到達することによる軸受性能の低下を抑制することが可能な遠心圧縮機を提供することである。
　上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る遠心圧縮機は、シャフトに設けられたインペラと、インペラの背面と離隔して対向する壁部と、壁部に設けられ、シャフトが挿通される挿通孔と、挿通孔内に設けられ、シャフトを軸支する軸受と、壁部に設けられた磁石と、を備える。
　磁石は、壁部のうち、軸受よりもインペラ側に設けられてもよい。
　軸受内に潤滑剤としてグリースが介在してもよい。
　壁部に設けられ、磁石を内部に収容する収容部をさらに備えてもよい。
　収容部は、壁部のうちインペラの背面と対向する対向面に開口してもよい。
　磁石は、対向面から窪んだ位置に設けられてもよい。
　収容部には、シャフトの径方向内側の内壁面において、磁石よりも対向面側に、対向面側に向かうほどシャフトの径方向外側に向かって突出する突出部が形成されてもよい。
　軸受は、ボールが非磁性体であるボールベアリングで構成されてもよい。
　磁石は、シャフトの径方向の位置が、軸受の内輪よりも外側に配されてもよい。
　本開示によれば、金属粉などの金属異物が軸受に到達することによる軸受性能の低下を抑制することが可能となる。
電動過給機（遠心圧縮機）の概略断面図である。 図２（ａ）は、金属粉の捕集を説明するための第１の図である。図２（ｂ）は、金属粉の捕集を説明するための第２の図である。 図３（ａ）は、変形例における図２（ａ）に対応する図である。図３（ｂ）は、変形例における図２（ｂ）に対応する図である。
　以下に添付図面を参照しながら、本開示の実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。
　図１は、電動過給機Ｃ（遠心圧縮機）の概略断面図である。以下では、図１に示す矢印Ｌ方向を電動過給機Ｃの左側として説明する。図１に示す矢印Ｒ方向を電動過給機Ｃの右側として説明する。図１に示すように、電動過給機Ｃは、過給機本体１を備える。この過給機本体１は、モータハウジング２を備える。モータハウジング２の左側に締結ボルト３によってコンプレッサハウジング４が連結される。モータハウジング２の右側に締結ボルト５によってプレート部材６が連結される。プレート部材６の右側に締結ボルト７によってコードハウジング８が連結される。モータハウジング２、コンプレッサハウジング４、プレート部材６、コードハウジング８は、一体化されている。
　モータハウジング２の内部には、図１中、右側に開口するモータ穴２ａが形成される。モータ穴２ａの内部に電動機９が収容されている。電動機９は、ステータ１０とロータ１１を含んで構成される。ステータ１０は、ステータコア１２にコイル１３が巻回されて形成される。ステータコア１２は円筒形状である。
　コイル１３は、ステータコア１２の周方向に複数配される。コイル１３は、供給される交流電力の位相がＵ相、Ｖ相、Ｗ相の順に配される。導線１４は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相それぞれに設けられる。導線１４の一端が、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相それぞれのコイル１３に結線する。導線１４は、コイル１３に交流電力を供給する。
　また、ステータコア１２は、モータ穴２ａの開口側からモータ穴２ａに挿通される。ステータコア１２は、モータ穴２ａの内部に取り付けられている。モータ穴２ａの右側の開口は、プレート部材６によって塞がれている。プレート部材６に連結されるコードハウジング８は、コード孔８ａを有する。コード孔８ａは、図１中、左右方向に貫通する。コード孔８ａの一端がプレート部材６によって塞がれる。プレート部材６には、プレート孔６ａが設けられている。プレート孔６ａによってモータ穴２ａとコード孔８ａが連通している。導線１４は、プレート孔６ａを通ってコイル１３からコード孔８ａまで延在する。
　コード孔８ａには、導線１４が収容されている。導線１４のうち、コイル１３と反対側の他端がコネクタ１５に結線される。コネクタ１５は、フランジ部１５ａを有する。フランジ部１５ａは、コードハウジング８のコード孔８ａの他端を塞ぐ。フランジ部１５ａは、締結ボルト１６によってコードハウジング８に取り付けられる。コネクタ１５、導線１４を介してステータ１０のコイル１３に交流電力が供給される。ステータ１０が電磁石として機能する。
　また、ロータ１１は、シャフト１７に取り付けられる。ロータ１１は、ステータコア１２に挿通される。ロータ１１は、ステータコア１２に対してシャフト１７の径方向に間隙を有する。詳細には、ロータ１１は、ロータコア１８を含んで構成される。ロータコア１８は、円筒部材である。ロータコア１８には、シャフト１７の軸方向に貫通する孔が形成されている。この孔の内部に磁石１９（永久磁石）が収容されている。電動機９は、ロータ１１とステータ１０との間に生じる相互力によって、シャフト１７に回転方向の駆動力を発生させる。
　シャフト１７は、モータハウジング２の挿通孔２ｂに挿通される。挿通孔２ｂは、モータ穴２ａの底面を構成する壁部２ｃをシャフト１７の軸方向に貫通する。挿通孔２ｂにはボールベアリング２０（軸受）が配される。ボールベアリング２０によってシャフト１７が軸支される。
　また、プレート部材６には、ボス穴６ｂが形成される。シャフト１７のうち、ロータ１１よりもプレート部材６側に突出した一端は、ボス穴６ｂに挿通される。プレート部材６には、環状突起６ｃが設けられる。環状突起６ｃは、モータ穴２ａの内部に突出する。環状突起６ｃは、ボス穴６ｂを形成する外壁の一部を成している。ボス穴６ｂの内部には、ボールベアリング２１が配される。ボールベアリング２１によってシャフト１７が軸支される。
　シャフト１７のうち、挿通孔２ｂからコンプレッサハウジング４の内部に突出した他端側には、コンプレッサインペラ２２（インペラ）が設けられている。コンプレッサインペラ２２は、コンプレッサハウジング４の内部に回転自在に収容されている。
　コンプレッサハウジング４には、吸気口２３が形成されている。吸気口２３は、電動過給機Ｃの左側に開口する。吸気口２３は、不図示のエアクリーナに接続される。また、締結ボルト３によってモータハウジング２とコンプレッサハウジング４が連結された状態では、ディフューザ流路２４が形成される。ディフューザ流路２４は、モータハウジング２とコンプレッサハウジング４の対向面によって形成される。ディフューザ流路２４は、空気を昇圧する。ディフューザ流路２４は、シャフト１７の径方向内側から外側に向けて環状に形成されている。ディフューザ流路２４は、上記の径方向内側において、コンプレッサインペラ２２を介して吸気口２３に連通している。
　また、コンプレッサハウジング４には、コンプレッサスクロール流路２５が設けられている。コンプレッサスクロール流路２５は、環状である。コンプレッサスクロール流路２５は、ディフューザ流路２４よりもシャフト１７の径方向外側に位置する。コンプレッサスクロール流路２５は、不図示のエンジンの吸気口と連通する。コンプレッサスクロール流路２５は、ディフューザ流路２４にも連通している。
　したがって、電動機９から伝達された駆動力によりコンプレッサインペラ２２が回転すると、コンプレッサインペラ２２の回転によって、コンプレッサインペラ２２の正面側の吸気口２３からシャフト１７の軸方向に、コンプレッサハウジング４内に空気が吸引される。当該吸気された空気は、コンプレッサインペラ２２の翼間を流通する過程において遠心力の作用により増速される。増速された空気は、ディフューザ流路２４およびコンプレッサスクロール流路２５に送出されて昇圧（圧縮）される。昇圧された空気は、エンジンの吸気口に導かれる。
　図２（ａ）は、金属粉の捕集を説明するための第１の図である。図２（ｂ）は、金属粉の捕集を説明するための第２の図である。図２（ａ）、図２（ｂ）には、図１の破線部分が示される。背面２２ａは、コンプレッサインペラ２２のうち、上記の吸気口２３に対して反対側の面である。図２（ａ）に示すように、コンプレッサインペラ２２の背面２２ａは、空間Ｂに面している。
　対向面２ｄは、モータハウジング２の壁部２ｃのうち、コンプレッサインペラ２２の背面２２ａと対向する面である。壁部２ｃの対向面２ｄは、コンプレッサインペラ２２の背面２２ａとシャフト１７の軸方向に離隔する。空間Ｂは、コンプレッサインペラ２２の背面２２ａと、モータハウジング２の壁部２ｃの対向面２ｄを内壁面として形成される。すなわち、空間Ｂは、コンプレッサインペラ２２の背面２２ａおよび対向面２ｄの間に形成される。下流端２２ｂは、コンプレッサインペラ２２における径方向外側の端部である。空間Ｂは、下流端２２ｂの近傍において、ディフューザ流路２４と連通している。
　モータハウジング２の対向面２ｄには、挿通孔２ｂが開口している。上記のように、シャフト１７は、挿通孔２ｂに挿通される。シャフト１７は、挿通孔２ｂ内に配設されたボールベアリング２０によって軸支されている。
　挿通孔２ｂの内周面には、拡径部２ｅが形成されている。拡径部２ｅは、挿通孔２ｂの内周面のうち、モータ穴２ａ側に形成される。拡径部２ｅは、コンプレッサインペラ２２側よりも内径が大きい。拡径部２ｅには、第１スペーサ２６が挿入されている。第１スペーサ２６は円筒部材である。ボールベアリング２０は、第１スペーサ２６の内周側に挿入されている。すなわち、ボールベアリング２０は、第１スペーサ２６を間に介在させて拡径部２ｅに収容されている。
　ボールベアリング２０は、外輪２０ａ、内輪２０ｂ、複数の転動体２０ｃ（ボール）を含んで構成される。転動体２０ｃは、外輪２０ａと内輪２０ｂの間に配される。また、ボールベアリング２０は、グリース封入型の軸受である。ボールベアリング２０内（転動体２０ｃと、外輪２０ａおよび内輪２０ｂの間）に潤滑剤としてグリースが介在している。
　そして、外輪２０ａは、第１スペーサ２６に嵌め込まれている。外輪２０ａは、例えば、第１スペーサ２６との間に僅かに径方向の隙間を有する。内輪２０ｂは、例えば、シャフト１７の軸方向に作用する圧縮応力（軸力）によってシャフト１７に取り付けられる。
　シャフト１７には、大径部１７ａが形成されている。大径部１７ａは、径方向に突出する。内輪２０ｂが大径部１７ａに軸方向に当接している。コンプレッサインペラ２２と内輪２０ｂとの間には第２スペーサ２７が配される。第２スペーサ２７は、円筒部材である。第２スペーサ２７は、内径側にシャフト１７が挿通されている。シャフト１７のコンプレッサインペラ２２側の端部には締結ボルトが締結されている。内輪２０ｂ、第２スペーサ２７、および、コンプレッサインペラ２２が大径部１７ａと締結ボルトの間に挟まれる。これらの部材は、締結ボルトの締め付けから生じる軸力によってシャフト１７に取り付けられる。これらの部材は、シャフト１７と一体回転する。
　ところで、空間Ｂは、ディフューザ流路２４と連通している。そのため、圧縮された空気の一部が、ディフューザ流路２４から空間Ｂ側に漏れることがある。第２スペーサ２７と挿通孔２ｂは、シャフト１７の径方向に離隔している。第２スペーサ２７と挿通孔２ｂとの間に隙間Ｓが形成されている。そのため、空間Ｂ側に漏れた空気に、例えば金属異物として、金属粉が含まれていると、金属粉が隙間Ｓを通ってしまうおそれがある。隙間Ｓを通った金属粉は、ボールベアリング２０の内部に進入してしまうおそれがある。こうして、金属粉がボールベアリング２０の内部に進入すると、転動体２０ｃと外輪２０ａおよび内輪２０ｂとの間の摺動面に傷や摩耗などが発生してしまう場合がある。摺動面の傷や摩耗の程度やエンジンの運転状況によっては、軸受性能が低下してしまう場合がある。
　そこで、壁部２ｃには、磁石２８が設けられている。磁石２８は、壁部２ｃのうち、ボールベアリング２０よりもコンプレッサインペラ２２側（空間Ｂ側）に設けられる。磁石２８は、ディフューザ流路２４からボールベアリング２０側に漏れる空気の流路上に磁力を作用させる。壁部２ｃには、コンプレッサインペラ２２側（対向面２ｄ）に開口する収容穴２ｆ（収容部）が設けられている。収容穴２ｆは、ボールベアリング２０とコンプレッサインペラ２２の間に形成される。磁石２８は、収容穴２ｆの内部に収容されている。収容穴２ｆは、シャフト１７の周方向に離隔して複数形成されている。磁石２８は、各収容穴２ｆにそれぞれ収容されている。
　このように、磁石２８を設けることで、ディフューザ流路２４からボールベアリング２０に向かう空気に金属粉が巻き込まれていても、図２（ｂ）に示すように、金属粉（図中、黒丸で示す）を磁石２８が吸い寄せて捕集する。その結果、金属粉のボールベアリング２０への到達が低減される。ボールベアリング２０の軸受性能の低下が抑制される。
　また、収容穴２ｆは、シャフト１７の軸方向の長さが磁石２８よりも長い。磁石２８が収容穴２ｆの底面側に押し込まれている。磁石２８は、対向面２ｄから窪んだ位置に配される。
　そのため、磁石２８が対向面２ｄから突出している場合に比べ、コンプレッサインペラ２２の背面２２ａと磁石２８との接触を防止するために、空間Ｂを大きく確保する必要がない。空間Ｂに漏れる空気量が低減される。また、コンプレッサインペラ２２の背面２２ａには、窪み部２２ａ１が形成される。窪み部２２ａ１は、対向面２ｄから離隔する方向に窪んでいる。窪み部２２ａ１を流れる空気の流速は、流路面積が広くなるため遅くなる。例えば、窪み部２２ａ１に軸方向に対向する位置に磁石２８を設けると、窪み部２２ａ１を流れる空気の流速が遅くなるため、空気に含まれる金属粉が磁石に吸い寄せられ易くなる。その結果、金属粉が捕集され易くなる。また、捕集された金属粉は、収容穴２ｆ内に収まる。捕集された金属粉が空気の流れによって磁石２８から離れても、収容穴２ｆの内部から抜け出し難い。捕集された金属粉がボールベアリング２０へ向かう流れに再び合流することが抑制される。
　また、収容穴２ｆには、突出部２ｇが形成される。突出部２ｇは、収容穴２ｆのうち、シャフト１７の径方向内側（図２（ａ）、図２（ｂ）中、下側）の内壁面に形成される。収容穴２ｆは、磁石２８よりも対向面２ｄ側（収容穴２ｆの開口側）に形成される。突出部２ｇは、対向面２ｄ側に向かうほどシャフト１７の径方向外側に向かって突出している。磁石２８に捕集された金属粉は、空間Ｂをボールベアリング２０側（径方向内側）に向かう空気の流れの影響を受けても、突出部２ｇに阻まれる。そのため、突出部２ｇがない場合に比べて、収容穴２ｆの内部から金属粉が抜け出し難い。
　また、仮に、転動体２０ｃや内輪２０ｂが磁化されると、磁石２８との間の磁力によって、転動体２０ｃや内輪２０ｂの運動に抵抗が生じるおそれがある。そこで、ボールベアリング２０は、転動体２０ｃが非磁性体で構成されている。したがって、転動体２０ｃが磁化されることはない。また、磁石２８は、シャフト１７の径方向の位置が、内輪２０ｂよりも外側に離隔して配される。そのため、内輪２０ｂは、例えば磁石２８が軸方向に対向して配される場合に比べ、磁化され難い。内輪２０ｂの運動が磁石２８の磁力による影響を受け難い。ボールベアリング２０の機械損失の増加が抑制される。
　また、外輪２０ａは、内輪２０ｂよりも磁石２８の近くに配されている。外輪２０ａは、磁化され易い。外輪２０ａは第１スペーサ２６に対して隙間嵌めされている。この場合、外輪２０ａと第１スペーサ２６との径方向の間に隙間が設けられる。よって、外輪２０ａは、第１スペーサ２６に完全には固定されていない。例えば、外輪２０ａが磁化されると、外輪２０ａと磁石２８との間に引力が生じる。外輪２０ａと磁石２８との間の引力により、シャフト１７の回転による外輪２０ａの回転（共回り）を抑制することが期待できる。
　図３（ａ）は、変形例における図２（ａ）に対応する図である。図３（ｂ）は、変形例における図２（ｂ）に対応する図である。上述した実施形態では、磁石２８は、収容穴２ｆに収容される場合について説明した。変形例においては、磁石２８の収容部分が異なる。
　図３（ａ）に示すように、磁石２８が、収容孔３０ａ（収容部）に収容される。収容孔３０ａは、シャフト１７の周方向に離隔して複数設けられる。磁石２８は、複数の収容部３０ａそれぞれに収容される。収容孔３０ａは、壁部２ｃを貫通する孔である。収容孔３０ａは、ボールベアリング２０とコンプレッサインペラ２２の間に形成される。すなわち、磁石２８は、壁部２ｃのうち、ボールベアリング２０よりもコンプレッサインペラ２２側に設けられる。収容孔３０ａは、拡径部２ｅおよび対向面２ｄに開口している。すなわち、収容孔３０ａは、コンプレッサインペラ２２の背面２２ａ側と、ボールベアリング２０側に開口している。
　また、収容孔３０ａには、上述した実施形態の突出部２ｇと同様、突出部３０ｂが形成されている。突出部３０ｂは、収容孔３０ａのうち、シャフト１７の径方向内側の内壁面に形成される。突出部３０ｂは、磁石２８よりも対向面２ｄ側に形成される。突出部３０ｂは、対向面２ｄ側に向かうほどシャフト１７の径方向外側に向かって突出する。
　変形例では、上述した実施形態同様、磁石２８を設けることで、図３（ｂ）に示すように、金属粉（図中、黒丸で示す）が磁石２８に吸い寄せられる。金属粉は、捕集される。ボールベアリング２０の軸受性能の低下が抑制される。
　また、収容孔３０ａのうち、コンプレッサインペラ２２の背面２２ａ側の開口部３０ｃは、シャフト１７の径方向の幅が磁石２８よりも小さい。そのため、磁石２８がコンプレッサインペラ２２の背面２２ａ側から脱落することが防止される。すなわち、コンプレッサインペラ２２の背面２２ａと磁石２８との接触回避が可能となる。また、収容孔３０ａに磁石２８を取り付ける構成は、例えば、圧入など、公知の取付構造が適宜選択される。
　以上、添付図面を参照しながら実施形態について説明したが、本開示はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に技術的範囲に属するものと了解される。
　例えば、上述した実施形態および変形例では、ボールベアリング２０内に潤滑剤としてグリースが介在する場合について説明した。ただし、ボールベアリング２０は、グリースの代わりにオイルで潤滑されてもよい。
　また、上述した実施形態では、収容穴２ｆに磁石２８が収容される場合について説明した。変形例では、収容孔３０ａに磁石２８が収容される場合について説明した。ただし、収容穴２ｆや収容孔３０ａのように、磁石２８を収容する収容部が壁部２ｃに設けられなくともよい。磁石２８は、例えば、壁部２ｃの対向面２ｄに接合してもよい。磁石２８は、壁部２ｃに設けられれば、設置位置や取付構造は問わない。
　また、上述した変形例では、収容孔３０ａがコンプレッサインペラ２２の背面２２ａ側に開口している場合について説明した。ただし、収容孔３０ａは、コンプレッサインペラ２２の背面２２ａ側に開口せずともよい。この場合、磁石２８は、壁部２ｃの一部を挟んで、空気の流路上に磁力を作用させることとなる。ただし、収容孔３０ａをコンプレッサインペラ２２の背面２２ａ側に開口させると、以下の効果がある。すなわち、捕集された金属粉は、収容孔３０ａ内に収まる。そのため、金属粉が空気の流れによって磁石２８から離れても、収容穴２ｆの内部から抜け出し難い。金属粉がボールベアリング２０へ向かう流れに再び合流することが抑制される。
　また、上述した実施形態および変形例では、磁石２８は、壁部２ｃのうち、ボールベアリング２０よりもコンプレッサインペラ２２側に設けられる場合について説明した。ただし、磁石２８は、壁部２ｃのうち、ボールベアリング２０よりもコンプレッサインペラ２２から離隔する側に設けられてもよい。磁石２８が、壁部２ｃのうち、ボールベアリング２０よりもコンプレッサインペラ２２側に設けられる場合、以下の効果がある。すなわち、ボールベアリング２０よりも空間Ｂの近くに磁石２８が配される。そのため、空間Ｂに磁石２８の磁力が作用し易い。
　また、上述した実施形態および変形例では、磁石２８は、対向面２ｄに対して窪んだ位置に配される場合について説明した。ただし、磁石２８が対向面２ｄから突出していてもよい。
　また、上述した実施形態および変形例では、突出部２ｇ、３０ｂが形成される場合について説明した。ただし、突出部２ｇ、３０ｂは必須の構成ではない。
　また、上述した実施形態および変形例では、転動体２０ｃが非磁性体で構成される場合について説明した。ただし、転動体２０ｃが非磁性体でなくてもよい。ボールベアリング２０の代わりに、ころ軸受が設けられてもよい。
　また、上述した実施形態および変形例では、磁石２８は、シャフト１７の径方向の位置が、ボールベアリング２０の内輪２０ｂよりも外側に配される場合について説明した。ただし、磁石２８は、シャフト１７の径方向の位置が、内輪２０ｂと同じでもよい。磁石２８は、シャフト１７の径方向の位置が、内輪２０ｂよりも内側に配されてもよい。
　本開示は、軸受によってシャフトが軸支された遠心圧縮機に利用することができる。
Ｃ　電動過給機（遠心圧縮機）
２ｂ　挿通孔
２ｃ　壁部
２ｄ　対向面
２ｆ　収容穴（収容部）
２ｇ　突出部
１７　シャフト
２０　ボールベアリング（軸受）
２０ｂ　内輪
２０ｃ　転動体（ボール）
２２　コンプレッサインペラ（インペラ）
２２ａ　背面
２８　磁石
３０ａ　収容孔（収容部）
３０ｂ　突出部

Claims (9)

  1. 　シャフトに設けられたインペラと、
    　前記インペラの背面と離隔して対向する壁部と、
    　前記壁部に設けられ、前記シャフトが挿通される挿通孔と、
    　前記挿通孔内に設けられ、前記シャフトを軸支する軸受と、
    　前記壁部に設けられた磁石と、
    を備える遠心圧縮機。
  2. 　前記磁石は、前記壁部のうち、前記軸受よりも前記インペラ側に設けられる請求項１に記載の遠心圧縮機。
  3. 　前記軸受内に潤滑剤としてグリースが介在する請求項１または２に記載の遠心圧縮機。
  4. 　前記壁部に設けられ、前記磁石を内部に収容する収容部をさらに備える請求項１から３のいずれか１項に記載の遠心圧縮機。
  5. 　前記収容部は、前記壁部のうち前記インペラの背面と対向する対向面に開口している請求項４に記載の遠心圧縮機。
  6. 　前記磁石は、前記対向面から窪んだ位置に設けられる請求項５に記載の遠心圧縮機。
  7. 　前記収容部には、前記シャフトの径方向内側の内壁面において、前記磁石よりも前記対向面側に、前記対向面側に向かうほど前記シャフトの径方向外側に向かって突出する突出部が形成される請求項６に記載の遠心圧縮機。
  8. 　前記軸受は、ボールが非磁性体であるボールベアリングで構成される請求項１から７のいずれか１項に記載の遠心圧縮機。
  9. 　前記磁石は、前記シャフトの径方向の位置が、前記軸受の内輪よりも外側に配される請求項８に記載の遠心圧縮機。
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