WO2023042441A1

WO2023042441A1 - 電動ターボ式圧縮機

Info

Publication number: WO2023042441A1
Application number: PCT/JP2022/011619
Authority: WO
Inventors: 齋藤博; 岡野祐樹; 遠藤佑樹; 井沖新
Original assignee: 株式会社豊田自動織機
Priority date: 2021-09-16
Filing date: 2022-03-15
Publication date: 2023-03-23
Also published as: KR20240038797A; JP2023043409A; CN117881898A

Abstract

第１インペラ５１は、回転軸４０に固定される第１ハブ５１Ｈと、第１ハブ５１Ｈに配列された複数の第１翼５１Ｂとを有している。第２インペラ５２は、回転軸４０に固定される第２ハブ５２Ｈと、第２ハブ５２Ｈに配列された複数の第２翼５２Ｂとを有している。ハウジング１０は、第１翼５１Ｂに対向するとともに第１インペラ５１を収容する第１インペラ室２８を形成する第１シュラウド５３ａと、第２翼５２Ｂに対向するとともに第２インペラ５２を収容する第２インペラ室３３を形成する第２シュラウド５３ｂと、を備えている。第１翼５１Ｂの後端５１Ｂａと第１シュラウド５３ａとの間隙である第１後端間隙６１ｂは、第２翼５２Ｂの後端５２Ｂａと第２シュラウド５３ｂとの間隙である第２後端間隙６２ｂよりも小さい。

Description

電動ターボ式圧縮機

本開示は、電動ターボ式圧縮機に関する。

従来の電動ターボ式圧縮機は、たとえば、特開２０１５－１９４１５１号公報（特許文献１）に開示されている。電動ターボ式圧縮機は、回転駆動される回転軸と、回転軸に設けられた第１インペラおよび第２インペラとを備えている。

特開２０１５－１９４１５１号公報

本開示では、効率の良い２段圧縮ができる電動ターボ式圧縮機が提案される。

従来の知見では、インペラの出口翼高さとチップクリアランスとの関係で圧縮機の効率が決まり、出口翼高さが小さいとチップクリアランスも小さくしないと効率が悪くなるとされている。本発明者らは、２段圧縮をするターボ式圧縮機の効率向上について鋭意検討した結果、チップクリアランスの影響が上記従来の知見と異なることを見出し、以下の構成を案出した。

すなわち、本開示に従うと、ハウジングと、ハウジング内に収容された電動モータと、ハウジング内に収容され、電動モータによって回転駆動される回転軸と、回転軸と一体的に回転する第１インペラおよび第２インペラと、を備える、電動ターボ式圧縮機が提案される。電動モータ、第１インペラおよび第２インペラは、この順で回転軸の軸方向に配置されている。第１インペラは、回転軸に固定される第１ハブと、第１ハブに配列された複数の第１翼とを有している。第２インペラは、回転軸に固定される第２ハブと、第２ハブに配列された複数の第２翼とを有している。第１インペラは、回転により第１翼の前端から後端へとガスを移送する。第２インペラは、第１インペラにより移送されたガスを、回転により第２翼の前端から後端へと移送する。ハウジングは、第１翼に対向するとともに第１インペラを収容する第１インペラ室を形成する第１シュラウドと、第２翼に対向するとともに第２インペラを収容する第２インペラ室を形成する第２シュラウドと、を備えている。第１翼の後端と第１シュラウドとの間隙を第１翼と第１シュラウドとの最短距離とする第１後端間隙とし、第２翼の後端と第２シュラウドとの間隙を第２翼と第２シュラウドとの最短距離とする第２後端間隙とすると、第１後端間隙は第２後端間隙よりも小さい。

このように間隙を設定することで、第１インペラでの冷媒の流れの乱れを抑制でき、電動ターボ式圧縮機は効率の良い２段圧縮をすることができる。また、第２インペラのハウジングとの接触を抑制できるので、電動ターボ式圧縮機の信頼性を向上することができる。

上記の電動ターボ式圧縮機において、第１後端間隙に向かった第１翼の後端の高さを第１出口高さとし、第２後端間隙に向かった第２翼の後端の高さを第２出口高さとすると、第１出口高さは第２出口高さより高くてもよい。第１インペラの圧縮効率を向上させ、第１インペラから吐出される冷媒の圧力をより大きくすることで、第２インペラに流入する冷媒の流速を小さくできる。これにより、第１後端間隙を第２後端間隙よりも小さくして効率の良い２段圧縮を可能にする効果を、より確実に得ることができる。

上記の電動ターボ式圧縮機において、第１インペラの外径が、第２インペラの外径よりも大きくてもよい。第１インペラの圧縮効率を向上させ、第１インペラから吐出される冷媒の圧力をより大きくすることで、第２インペラに流入する冷媒の流速を小さくできる。これにより、第１後端間隙を第２後端間隙よりも小さくして効率の良い２段圧縮を可能にする効果を、より確実に得ることができる。

上記の電動ターボ式圧縮機において、第１翼の前端と第１シュラウドとの間隙を第１翼と第１シュラウドとの最短距離とする第１前端間隙とし、第２翼の前端と第２シュラウドとの間隙を第２翼と第２シュラウドとの最短距離とする第２前端間隙とすると、第１前端間隙は第２前端間隙よりも小さくてもよい。このように間隙を設定することで、冷媒の流れの乱れを抑制でき、効率の良い２段圧縮をすることができる。また、第２インペラのハウジングとの接触を抑制できるので、信頼性を向上することができる。

上記の電動ターボ式圧縮機は、冷凍サイクルを循環する冷媒を圧縮するものであってもよい。これにより、第１後端間隙を第２後端間隙よりも小さくして、効率が良く信頼性の高い２段圧縮を実現することが可能になる。

本開示に従った電動ターボ式圧縮機によると、効率の良い２段圧縮をすることができる。

実施形態におけるターボ式圧縮機を示す側断面図である。インペラの周辺を拡大して示す断面図である。第１翼の後端の周辺を拡大して示す断面図である。第２翼の後端の周辺を拡大して示す断面図である。第１翼の前端の周辺を拡大して示す断面図である。第２翼の前端の周辺を拡大して示す断面図である。インペラの配置の変形例を概略的に示す模式図である。

以下、実施形態について図に基づいて説明する。以下の説明では、同一部品には、同一の符号を付している。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。

実施形態の電動ターボ式圧縮機は、たとえば、空調装置に用いられる。電動ターボ式圧縮機が圧縮する被圧縮流体は、冷凍サイクルを循環する冷媒である。図１は、実施形態における電動ターボ式圧縮機１を示す側断面図である。

図１に示すように、電動ターボ式圧縮機１は、筒状のハウジング１０を備えている。ハウジング１０は、リアハウジング１１、モータハウジング１２、第１コンプレッサハウジング１３、第２コンプレッサハウジング１４、仕切壁１５、第１中間ハウジング１６、および第２中間ハウジング１７を有している。リアハウジング１１、モータハウジング１２、第１コンプレッサハウジング１３、第２コンプレッサハウジング１４、仕切壁１５、第１中間ハウジング１６、および第２中間ハウジング１７は、それぞれ金属材料製であり、例えば、アルミニウム製である。

モータハウジング１２は、板状の端壁部１２ａと、端壁部１２ａの外周部から筒状に延びる周壁部１２ｂと、を有する有底筒状である。第２中間ハウジング１７は、周壁部１２ｂにおける端壁部１２ａとは反対側の開口を閉塞した状態で、モータハウジング１２に連結されている。モータハウジング１２の端壁部１２ａ、周壁部１２ｂ、および第２中間ハウジング１７によって、モータ室１８が区画されている。モータハウジング１２には、冷媒を吸入する図示しない吸入孔が形成されている。吸入孔は、モータ室１８に連通している。したがって、モータ室１８には、吸入孔を介して冷媒が吸入される。

第２中間ハウジング１７の中央部には、円孔状のシャフト挿通孔１７ａが形成されている。第２中間ハウジング１７は、円筒状の第１軸受保持部１９を有している。第１軸受保持部１９は、第２中間ハウジング１７の内周面に形成されている。第１軸受保持部１９の内側は、シャフト挿通孔１７ａに連通している。第１軸受保持部１９の中心軸線とシャフト挿通孔１７ａの中心軸線とは互いに一致している。第１軸受保持部１９には、第１ラジアル軸受２０が保持されている。

モータハウジング１２の端壁部１２ａは、円筒状の第２軸受保持部２１を有している。第２軸受保持部２１は、モータハウジング１２の端壁部１２ａの中央部に形成されている。第１軸受保持部１９の中心軸線と第２軸受保持部２１の中心軸線とは一致している。第２軸受保持部２１には、第２ラジアル軸受２２が保持されている。第１ラジアル軸受２０および第２ラジアル軸受２２は、ハウジング１０内に配置されている。

第２中間ハウジング１７におけるモータ室１８とは反対側の外面には、第１室形成凹部１７ｂが形成されている。第１室形成凹部１７ｂは、シャフト挿通孔１７ａに連通している。第２中間ハウジング１７は、連通孔２３を複数有している。各連通孔２３は、第２中間ハウジング１７の外周寄りの部位に位置している。各連通孔２３は、第２中間ハウジング１７を貫通している。連通孔２３は、モータ室１８と第１室形成凹部１７ｂとを連通している。

第１中間ハウジング１６は、第２中間ハウジング１７に連結されている。第１中間ハウジング１６は、第１室形成凹部１７ｂの開口を閉塞するように第２中間ハウジング１７に連結されている。第１中間ハウジング１６と第２中間ハウジング１７の第１室形成凹部１７ｂとによって、スラスト軸受収容室２５が区画されている。第１中間ハウジング１６の中央部には、円孔状のシャフト挿通孔１６ａが形成されている。

第１中間ハウジング１６は、連通孔１６ｂを複数有している。各連通孔１６ｂは、第１中間ハウジング１６の外周寄りの部位に位置している。各連通孔１６ｂは、第１中間ハウジング１６を貫通している。第１中間ハウジング１６におけるスラスト軸受収容室２５とは反対側の外面には、第２室形成凹部１６ｃが形成されている。第２室形成凹部１６ｃは、シャフト挿通孔１６ａに連通している。各連通孔１６ｂは、スラスト軸受収容室２５と第２室形成凹部１６ｃとを連通している。

第１コンプレッサハウジング１３は、円孔状の第１吸入口２４を有する筒状である。第１コンプレッサハウジング１３は、第１吸入口２４の中心軸線が、シャフト挿通孔１６ａの中心軸線に一致した状態で、第１中間ハウジング１６に連結されている。第１吸入口２４は、第２室形成凹部１６ｃに連通している。

仕切壁１５は、第１コンプレッサハウジング１３における第１中間ハウジング１６とは反対側の端面に連結されている。仕切壁１５は、板状である。仕切壁１５の中央部には、円孔状の貫通孔２７（図２）が形成されている。貫通孔２７は、仕切壁１５を仕切壁１５の厚み方向に貫通している。仕切壁１５は、貫通孔２７の中心軸線が、第１吸入口２４の中心軸線に一致した状態で、第１コンプレッサハウジング１３に連結されている。

図２は、インペラの周辺を拡大して示す断面図である。図１，２に示されるように、仕切壁１５と第１コンプレッサハウジング１３との間には、第１吸入口２４に連通する第１インペラ室２８と、第１インペラ室２８の周囲で第１吸入口２４の中心軸線周りに延びる第１吐出室２９と、第１インペラ室２８と第１吐出室２９とを連通する第１ディフューザ流路３０と、が形成されている。

第２コンプレッサハウジング１４は、仕切壁１５における第１コンプレッサハウジング１３とは反対側の端面に連結されている。第１コンプレッサハウジング１３、仕切壁１５、第２コンプレッサハウジング１４に亘って、中間圧室３１が形成されている。中間圧室３１は、図示しない通路を介して第１吐出室２９に連通している。第２コンプレッサハウジング１４には、中間圧室３１に連通する円孔状の第２吸入口３２が形成されている。第１吐出室２９と第２吸入口３２とは、中間圧室３１を介して連通している。

仕切壁１５と第２コンプレッサハウジング１４との間には、第２吸入口３２に連通する第２インペラ室３３と、第２インペラ室３３の周囲で第２吸入口３２の中心軸線周りに延びる第２吐出室３４と、第２インペラ室３３と第２吐出室３４とを連通する第２ディフューザ流路３５と、が形成されている。

ハウジング１０は、第１インペラ室２８および第２インペラ室３３を有している。仕切壁１５は、第１インペラ室２８と第２インペラ室３３とを仕切っている。

リアハウジング１１は、第２コンプレッサハウジング１４に連結されている。リアハウジング１１は、中間圧室３１を区画している。リアハウジング１１は、板状である。

電動ターボ式圧縮機１は、回転軸４０を備えている。回転軸４０は、第２軸受保持部２１の内側からモータ室１８、第１軸受保持部１９の内側、シャフト挿通孔１７ａ、スラスト軸受収容室２５、シャフト挿通孔１６ａ、第１吸入口２４、第１インペラ室２８、貫通孔２７、第２インペラ室３３、および第２吸入口３２の順に通過しながら、ハウジング１０の軸方向に延びている。回転軸４０は、貫通孔２７に挿通された状態で、第１インペラ室２８および第２インペラ室３３に跨って配置されている。

回転軸４０は、一方の端部である第１端部４０ａと、他方の端部である第２端部４０ｂとを有している。第１端部４０ａは、第２コンプレッサハウジング１４内に配置されている。第２端部４０ｂは、モータハウジング１２の端壁部１２ａ内に配置されている。回転軸４０は、ハウジング１０内に収容されている。

回転軸４０の軸線Ｌは、第１軸受保持部１９、第２軸受保持部２１、シャフト挿通孔１７ａ、シャフト挿通孔１６ａ、第１吸入口２４、貫通孔２７、および第２吸入口３２それぞれの中心軸線に一致している。以下の説明では、回転軸４０の軸線Ｌが延びる方向である「回転軸４０の軸方向」を「スラスト方向」と記載し、「回転軸４０の径方向」を「ラジアル方向」と記載することもある。

第１ラジアル軸受２０および第２ラジアル軸受２２は、回転軸４０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２０および第２ラジアル軸受２２は、空気動圧軸受であってもよい。

電動ターボ式圧縮機１は、回転軸４０に設けられた円板状の支持プレート７５を備えている。支持プレート７５は、回転軸４０の外周面から径方向外側へ突出している。支持プレート７５は、回転軸４０と一体的に回転する。支持プレート７５は、スラスト軸受収容室２５に配置されている。

第１中間ハウジング１６と支持プレート７５との間、および第２中間ハウジング１７と支持プレート７５との間には、スラスト軸受８０がそれぞれ配置されている。両スラスト軸受８０は、回転軸４０をスラスト方向で回転可能に支持する。両スラスト軸受８０は、空気動圧軸受であってもよい。

電動ターボ式圧縮機１は、電動モータ４１を備えている。電動モータ４１は、モータ室１８に収容されている。電動モータ４１は、ハウジング１０内に収容されている。電動モータ４１は、回転軸４０を回転駆動する駆動源の一例である。電動モータ４１は、ステータ４２およびロータ４３を備えている。

ステータ４２は、円筒状のステータコア４４と、ステータコア４４に巻回されるコイル４５と、を有している。ステータコア４４は、モータハウジング１２の周壁部１２ｂの内周面に固定されている。

ロータ４３は、モータ室１８において、ステータコア４４の径方向内側に配置されている。ロータ４３は、回転軸４０と一体的に回転する。ロータ４３は、回転軸４０に固定されたロータコア４３ａと、ロータコア４３ａに設けられた図示しない複数の永久磁石と、を有している。図示しないインバータ装置によって制御された電力がコイル４５に供給されることにより、電動モータ４１のロータ４３が回転する。回転軸４０は、ロータ４３と一体的に回転する。

電動ターボ式圧縮機１は、第１インペラ５１および第２インペラ５２を備えている。第１インペラ５１および第２インペラ５２は、例えば、アルミニウム製である。第１インペラ５１および第２インペラ５２は、回転軸４０に連結されている。第１インペラ５１および第２インペラ５２は、回転軸４０と一体的に回転する。

第２インペラ５２は、第１インペラ５１よりも回転軸４０の第１端部４０ａ側に配置されている。第１インペラ５１および第２インペラ５２は、第１ラジアル軸受２０よりも回転軸４０の第１端部４０ａ寄りに配置されている。第１インペラ５１は、第２インペラ５２よりも電動モータ４１に近く配置されている。電動モータ４１、第１インペラ５１および第２インペラ５２は、回転軸４０の軸方向において、この順で配置されている。図２に示すように、第１インペラ５１は、第１インペラ室２８に収容されている。第２インペラ５２は、第２インペラ室３３に収容されている。

第１インペラ５１は、第１ハブ５１Ｈを有している。第１ハブ５１Ｈは、回転軸４０に固定されている。第１ハブ５１Ｈは、背面５１ａと、先端面５１ｂと、外周面５１ｃと、径方向外縁部５１ｄとを有している。背面５１ａ、先端面５１ｂ、外周面５１ｃおよび径方向外縁部５１ｄは、第１ハブ５１Ｈの外表面の一部を構成している。第１ハブ５１Ｈは、第１吸入口２４側に位置する先端面５１ｂから背面５１ａに向かうにつれて外径が拡径する、略円錐台状の形状を有している。

背面５１ａは、第１ハブ５１Ｈの後端をなす。背面５１ａは、冷媒の流路を形成しない第１ハブ５１Ｈの外表面である。第１インペラ５１が回転軸４０に連結されて電動ターボ式圧縮機１が組み立てられた状態において、背面５１ａは、回転軸４０の軸方向で仕切壁１５に対向する。仕切壁１５は、第１ハブ５１Ｈの背面５１ａと回転軸４０の軸方向で対向する第１対向面１５ａを有している。

先端面５１ｂは、第１ハブ５１Ｈの前端をなす。先端面５１ｂは、回転軸４０の軸方向における第１インペラ５１の一端を構成している。先端面５１ｂは、第１インペラ５１に冷媒が流入する側の、第１ハブ５１Ｈの端部である。

外周面（ハブ面）５１ｃは、第１インペラ室２８の内壁面の一部を構成している。外周面５１ｃは、回転軸４０の軸線Ｌに向けて凹む湾曲面である。外周面５１ｃは、その少なくとも一部分が、回転軸４０の径方向における外側を向いている。外周面５１ｃは、回転軸４０の軸方向に沿って、先端面５１ｂから背面５１ａへ向かって徐々に径が大きくなるように形成されている。外周面５１ｃは、先端面５１ｂから背面５１ａに向かうに従って、径方向外側に向けて漸次傾斜している。

径方向外縁部５１ｄは、第１インペラ５１における外径が最大の部位である。径方向外縁部５１ｄは、短軸の円筒形状を有している。第１インペラ５１は、外径Ｒ１を有している。第１インペラ５１の外径Ｒ１は、回転軸４０の径方向における回転軸４０の軸線Ｌと第１インペラ５１の径方向外縁部５１ｄとの距離である。

第１インペラ５１は、複数の第１翼５１Ｂを有している。複数の第１翼５１Ｂは、第１ハブ５１Ｈの外周面５１ｃに設けられている。複数の第１翼５１Ｂは、第１ハブ５１Ｈの周方向に配列されている。複数の第１翼５１Ｂは、第１インペラ室２８を周方向に区画して、周方向に隣り合う一対の第１翼５１Ｂの間に冷媒の流路を形成している。複数の第１翼５１Ｂは、第１ハブ５１Ｈの外周面５１ｃから径方向外側に突出している。複数の第１翼５１Ｂは、第１ハブ５１Ｈの外周面５１ｃに、周方向に等間隔置きで配置されている。第１ハブ５１Ｈの周方向に隣り合う第１翼５１Ｂ同士の間隔は、第１ハブ５１Ｈの前端から後端に向かうにつれて、徐々に広くなる。

第１翼５１Ｂは、後端５１Ｂａと、前端５１Ｂｂと、先端面５１Ｂｃとを有している。後端５１Ｂａ、前端５１Ｂｂおよび先端面５１Ｂｃは、第１翼５１Ｂの縁部の一部を構成している。第１翼５１Ｂの前端５１Ｂｂは、第１吸入口２４に向いている。第１翼５１Ｂの後端５１Ｂａは、第１ディフューザ流路３０に向いている。第１翼５１Ｂの先端面５１Ｂｃは、第１コンプレッサハウジング１３に対向している。前端５１Ｂｂは、回転軸４０の径方向に延びている。後端５１Ｂａは、回転軸４０の軸方向に延びている。

先端面５１Ｂｃは、湾曲している。先端面５１Ｂｃは、回転軸４０の軸方向に沿って、前端５１Ｂｂから後端５１Ｂａへ向かって徐々に径が大きくなるように形成されている。先端面５１Ｂｃは、前端５１Ｂｂから後端５１Ｂａに向かうに従って、径方向外側に向けて漸次傾斜している。第１翼５１Ｂの先端面５１Ｂｃの曲率は、第１ハブ５１Ｈの外周面５１ｃの曲率よりも大きくなっている。

前端５１Ｂｂは、冷媒の流れ方向における上流側の、第１翼５１Ｂの縁部である。第１吸入口２４から、前端５１Ｂｂの間を経由して、周方向に隣り合う一対の第１翼５１Ｂの間に冷媒が流入する。後端５１Ｂａは、冷媒の流れ方向における下流側の、第１翼５１Ｂの縁部である。冷媒は、周方向に隣り合う一対の後端５１Ｂａの間を経由して、径方向外側へ向けて流れる。

第２インペラ５２は、第２ハブ５２Ｈを有している。第２ハブ５２Ｈは、回転軸４０に固定されている。第２ハブ５２Ｈは、背面５２ａと、先端面５２ｂと、外周面５２ｃと、径方向外縁部５２ｄとを有している。背面５２ａ、先端面５２ｂ、外周面５２ｃおよび径方向外縁部５２ｄは、第２ハブ５２Ｈの外表面の一部を構成している。第２ハブ５２Ｈは、第２吸入口３２側に位置する先端面５２ｂから背面５２ａに向かうにつれて外径が拡径する、略円錐台状の形状を有している。

背面５２ａは、第２ハブ５２Ｈの後端をなす。背面５２ａは、冷媒の流路を形成しない第２ハブ５２Ｈの外表面である。第２インペラ５２が回転軸４０に連結されて電動ターボ式圧縮機１が組み立てられた状態において、背面５２ａは、回転軸４０の軸方向で仕切壁１５に対向する。仕切壁１５は、第２ハブ５２Ｈの背面５２ａと回転軸４０の軸方向で対向する第２対向面１５ｂを有している。

先端面５２ｂは、第２ハブ５２Ｈの前端をなす。先端面５２ｂは、回転軸４０の軸方向における第２インペラ５２の一端を構成している。先端面５２ｂは、第２インペラ５２に冷媒が流入する側の、第２ハブ５２Ｈの端部である。

外周面（ハブ面）５２ｃは、第２インペラ室３３の内壁面の一部を構成している。外周面５２ｃは、回転軸４０の軸線Ｌに向けて凹む湾曲面である。外周面５２ｃは、その少なくとも一部分が、回転軸４０の径方向における外側を向いている。外周面５２ｃは、回転軸４０の軸方向に沿って、先端面５２ｂから背面５２ａへ向かって徐々に径が大きくなるように形成されている。外周面５２ｃは、先端面５２ｂから背面５２ａに向かうに従って、径方向外側に向けて漸次傾斜している。

径方向外縁部５２ｄは、第２インペラ５２における外径が最大の部位である。径方向外縁部５２ｄは、短軸の円筒形状を有している。第２インペラ５２は、外径Ｒ２を有している。第２インペラ５２の外径Ｒ２は、回転軸４０の径方向における回転軸４０の軸線Ｌと第２インペラの径方向外縁部５２ｄとの距離である。図２に示されるように、第１インペラ５１の外径Ｒ１が、第２インペラ５２の外径Ｒ２よりも大きい。

第２インペラ５２は、複数の第２翼５２Ｂを有している。複数の第２翼５２Ｂは、第２ハブ５２Ｈの外周面５２ｃに設けられている。複数の第２翼５２Ｂは、第２ハブ５２Ｈの周方向に配列されている。複数の第２翼５２Ｂは、第２インペラ室３３を周方向に区画して、周方向に隣り合う一対の第２翼５２Ｂの間に冷媒の流路を形成している。複数の第２翼５２Ｂは、第２ハブ５２Ｈの外周面５２ｃから径方向外側に突出している。複数の第２翼５２Ｂは、第２ハブ５２Ｈの外周面５２ｃに、周方向に等間隔置きで配置されている。第２ハブ５２Ｈの周方向に隣り合う第２翼５２Ｂ同士の間隔は、第２ハブ５２Ｈの前端から後端に向かうにつれて、徐々に広くなる。

第２翼５２Ｂは、後端５２Ｂａと、前端５２Ｂｂと、先端面５２Ｂｃとを有している。後端５２Ｂａ、前端５２Ｂｂおよび先端面５２Ｂｃは、第２翼５２Ｂの縁部の一部を構成している。第２翼５２Ｂの前端５２Ｂｂは、第２吸入口３２に向いている。第２翼５２Ｂの後端５２Ｂａは、第２ディフューザ流路３５に向いている。第２翼５２Ｂの先端面５２Ｂｃは、第２コンプレッサハウジング１４に対向している。前端５２Ｂｂは、回転軸４０の径方向に延びている。後端５２Ｂａは、回転軸４０の軸方向に延びている。

先端面５２Ｂｃは、湾曲している。先端面５２Ｂｃは、回転軸４０の軸方向に沿って、前端５２Ｂｂから後端５２Ｂａへ向かって徐々に径が大きくなるように形成されている。先端面５２Ｂｃは、前端５２Ｂｂから後端５２Ｂａに向かうに従って、径方向外側に向けて漸次傾斜している。第２翼５２Ｂの先端面５２Ｂｃの曲率は、第２ハブ５２Ｈの外周面５２ｃの曲率よりも大きくなっている。

前端５２Ｂｂは、冷媒の流れ方向における上流側の、第２翼５２Ｂの縁部である。第２吸入口３２から、前端５２Ｂｂの間を経由して、周方向に隣り合う一対の第２翼５２Ｂの間に冷媒が流入する。後端５２Ｂａは、冷媒の流れ方向における下流側の、第２翼５２Ｂの縁部である。冷媒は、周方向に隣り合う一対の後端５２Ｂａの間を経由して、径方向外側へ向けて流れる。

電動モータ４１は、回転軸４０、第１インペラ５１および第２インペラ５２を含む回転体を回転駆動し、回転体を軸線Ｌまわりに一体的に回転させる。第１インペラ５１は、回転軸４０と一体的に回転することによって、第１翼５１Ｂの前端５１Ｂｂから後端５１Ｂａへとガス状の冷媒を移送し、冷媒を圧縮する。第２インペラ５２は、回転軸４０と一体的に回転することによって、第１インペラ５１により移送され第１インペラ５１によって圧縮された後のガス状の冷媒を、第２翼５２Ｂの前端５２Ｂｂから後端５２Ｂａへと移送し、冷媒を圧縮する。冷媒の流れ方向における上流側に第１インペラ５１が配置され、下流側に第２インペラ５２が配置されている。

第１インペラ５１および第２インペラ５２は、仕切壁１５を介して、第１ハブ５１Ｈの背面５１ａと第２ハブ５２Ｈの背面５２ａとが互いに向かい合うように、回転軸４０に設けられている。第１インペラ５１と第２インペラ５２との間に、中空円筒状のスペーサ５４が配置されている。スペーサ５４は、第１ハブ５１Ｈの背面５１ａに対向する第１端と、第２ハブ５２Ｈの背面５２ａに対向する第２端とを有している。回転軸４０の軸方向におけるスペーサ５４の寸法は、仕切壁１５の第１対向面１５ａと第２対向面１５ｂとの間隔よりもわずかに大きい。スペーサ５４は、回転軸４０の外周面と貫通孔２７の内周面との間の隙間をシールする機能を有している。

回転軸４０の第１端部４０ａにおける回転軸４０の外周面に、嵌合部材５５が取り付けられている。嵌合部材５５は、中空筒状の形状を有している。嵌合部材５５は、たとえばネジ作用で回転軸４０に取り付けられている。嵌合部材５５は、第２ハブ５２Ｈの先端面５２ｂに当接している。嵌合部材５５は、第２インペラ５２を回転軸４０の軸方向に支持している。

第１コンプレッサハウジング１３は、仕切壁１５と協働して第１インペラ室２８を区画する第１シュラウド５３ａを有している。第１シュラウド５３ａは、第１インペラ５１を径方向外側から覆う円錐台形状である。第１シュラウド５３ａは、第１ハブ５１Ｈの外周面５１ｃに対向している。第１シュラウド５３ａは、第１ハブ５１Ｈの背面５１ａから先端面５１ｂにかけて、第１ハブ５１Ｈの外周面５１ｃに沿って延びている。第１シュラウド５３ａは、複数の第１翼５１Ｂを取り囲んでいる。第１シュラウド５３ａは、第１翼５１Ｂの先端面５１Ｂｃに対向し、第１インペラ室２８の内壁面の一部を形成している。第１ハブ５１Ｈの周方向に隣り合う一対の第１翼５１Ｂ、第１ハブ５１Ｈおよび第１シュラウド５３ａによって、冷媒の流路が放射状に形成されている。

第１インペラ５１と第１シュラウド５３ａとの間に、第１チップクリアランス６１が形成されている。この第１チップクリアランス６１は、第１翼５１Ｂの先端面５１Ｂｃと第１コンプレッサハウジング１３の第１シュラウド５３ａとの間において、第１翼５１Ｂの前端５１Ｂｂから後端５１Ｂａにかけて延びる隙間である。

第２コンプレッサハウジング１４は、仕切壁１５と協働して第２インペラ室３３を区画する第２シュラウド５３ｂを有している。第２シュラウド５３ｂは、第２インペラ５２を径方向外側から覆う円錐台形状である。第２シュラウド５３ｂは、第２ハブ５２Ｈの外周面５２ｃに対向している。第２シュラウド５３ｂは、第２ハブ５２Ｈの背面５２ａから先端面５２ｂにかけて、第２ハブ５２Ｈの外周面５２ｃに沿って延びている。第２シュラウド５３ｂは、複数の第２翼５２Ｂを取り囲んでいる。第２シュラウド５３ｂは、第２翼５２Ｂの先端面５２Ｂｃに対向し、第２インペラ室３３の内壁面の一部を形成している。第２ハブ５２Ｈの周方向に隣り合う一対の第２翼５２Ｂ、第２ハブ５２Ｈおよび第２シュラウド５３ｂによって、冷媒の流路が放射状に形成されている。

第２インペラ５２と第２シュラウド５３ｂとの間に、第２チップクリアランス６２が形成されている。この第２チップクリアランス６２は、第２翼５２Ｂの先端面５２Ｂｃと第２コンプレッサハウジング１４の第２シュラウド５３ｂとの間において、第２翼５２Ｂの前端５２Ｂｂから後端５２Ｂａにかけて延びる隙間である。

図３は、第１翼５１Ｂの後端５１Ｂａの周辺を拡大して示す断面図である。第１チップクリアランス６１は、第１翼５１Ｂの後端５１Ｂａにおける先端面５１Ｂｃと第１シュラウド５３ａとの間のスラスト方向の隙間である第１後端間隙６１ｂを含む。第１後端間隙６１ｂは、第１翼５１Ｂの後端５１Ｂａと第１シュラウド５３ａとの間隙であって、第１翼５１Ｂと第１シュラウド５３ａとの最小値又は最短距離となる間隙である。第１後端間隙６１ｂは、第１翼５１Ｂの先端面５１Ｂｃと第１シュラウド５３ａとの間隙のうち、間隙の寸法が最も小さい間隙である。

図４は、第２翼５２Ｂの後端５２Ｂａの周辺を拡大して示す断面図である。第２チップクリアランス６２は、第２翼５２Ｂの後端５２Ｂａにおける先端面５２Ｂｃと第２シュラウド５３ｂとの間のスラスト方向の隙間である第２後端間隙６２ｂを含む。第２後端間隙６２ｂは、第２翼５２Ｂの後端５２Ｂａと第２シュラウド５３ｂとの間隙であって、第２翼５２Ｂと第２シュラウド５３ｂとの最小値又は最短距離となる間隙である。第２後端間隙６２ｂは、第２翼５２Ｂの先端面５２Ｂｃと第２シュラウド５３ｂとの間隙のうち、間隙の寸法が最も小さい間隙である。

図３，４に示されるように、第１後端間隙６１ｂのスラスト方向の隙間寸法である長さＨ１が、第２後端間隙６２ｂのスラスト方向の隙間寸法である長さＨ２よりも小さい。第１翼５１Ｂの後端５１Ｂａの位置における、第１翼５１Ｂの先端面５１Ｂｃと第１コンプレッサハウジング１３の第１シュラウド５３ａとの最短距離が、第２翼５２Ｂの後端５２Ｂａの位置における、第２翼５２Ｂの先端面５２Ｂｃと第２コンプレッサハウジング１４の第２シュラウド５３ｂとの最短距離よりも小さい。

図５は、第１翼５１Ｂの前端５１Ｂｂの周辺を拡大して示す断面図である。第１チップクリアランス６１は、第１翼５１Ｂの前端５１Ｂｂにおける先端面５１Ｂｃと第１シュラウド５３ａとの間のラジアル方向の隙間である第１前端間隙６１ａを含む。第１前端間隙６１ａは、第１翼５１Ｂの前端５１Ｂｂと第１シュラウド５３ａとの間隙であって、第１翼５１Ｂと第１シュラウド５３ａとの最小値又は最短距離となる間隙である。第１前端間隙６１ａは、第１翼５１Ｂの先端面５１Ｂｃと第１シュラウド５３ａとの間隙のうち、間隙の寸法が最も小さい間隙である。

図６は、第２翼５２Ｂの前端５２Ｂｂの周辺を拡大して示す断面図である。第２チップクリアランス６２は、第２翼５２Ｂの前端５２Ｂｂにおける先端面５２Ｂｃと第２シュラウド５３ｂとの間のラジアル方向の隙間である第２前端間隙６２ａを含む。第２前端間隙６２ａは、第２翼５２Ｂの前端５２Ｂｂと第２シュラウド５３ｂとの間隙であって、第２翼５２Ｂと第２シュラウド５３ａとの最小値又は最短距離となる間隙である。第２前端間隙６２ａは、第２翼５２Ｂの先端面５２Ｂｃと第２シュラウド５３ｂとの間隙のうち、間隙の寸法が最も小さい間隙である。

図５，６に示されるように、第１前端間隙６１ａのラジアル方向の隙間寸法である長さＨ３が、第２前端間隙６２ａのラジアル方向の隙間寸法である長さＨ４よりも小さい。第１翼５１Ｂの前端５１Ｂｂの位置における、第１翼５１Ｂの先端面５１Ｂｃと第１コンプレッサハウジング１３の第１シュラウド５３ａとの最短距離が、第２翼５２Ｂの前端５２Ｂｂの位置における、第２翼５２Ｂの先端面５２Ｂｃと第２コンプレッサハウジング１４の第２シュラウド５３ｂとの最短距離よりも小さい。

また、図３，４に示されるように、第１インペラ５１の第１翼５１Ｂの後端５１Ｂａにおける第１翼５１Ｂの軸方向の寸法である第１出口高さＴ１が、第２インペラ５２の第２翼５２Ｂの後端５２Ｂａにおける第２翼５２Ｂの軸方向の寸法である第２出口高さＴ２よりも大きい。第１インペラ５１の出口翼高さが、第２インペラ５２の出口翼高さよりも大きい。

第１出口高さＴ１は、第１後端間隙６１ｂに向かった第１翼５１Ｂの後端５１Ｂａの高さである。第１出口高さＴ１は、第１ハブ５１Ｈの外周面５１ｃから第１後端間隙６１ｂに向かって突き出る第１翼５１Ｂの後端５１Ｂａの高さであり、突き出る高さが第１翼５１Ｂにおいて最も高い高さとなる。第２出口高さＴ２は、第２後端間隙６２ｂに向かった第２翼５２Ｂの後端５２Ｂａの高さである。第２出口高さＴ２は、第２ハブ５２Ｈの外周面５２ｃから第２後端間隙６２ｂに向かって突き出る第２翼５２Ｂの後端５２Ｂａの高さであり、突き出る高さが第２翼５２Ｂにおいて最も高い高さとなる。

電動ターボ式圧縮機１において、冷媒は図示しない吸入孔からモータ室１８に吸入される。モータ室１８に吸入された冷媒は、各連通孔２３、スラスト軸受収容室２５、各連通孔１６ｂ、および第２室形成凹部１６ｃの内側を通過して、第１吸入口２４に吸入される。第１吸入口２４に吸入された冷媒は、第１インペラ５１の遠心作用によって昇圧され、第１インペラ室２８から第１ディフューザ流路３０に送り込まれて、第１ディフューザ流路３０にてさらに昇圧される。第１ディフューザ流路３０を通過した冷媒は、第１吐出室２９に吐出される。

第１吐出室２９に吐出された冷媒は、中間圧室３１を通過して、第２吸入口３２に吸入される。第２吸入口３２に吸入された冷媒は、第２インペラ５２の遠心作用によって昇圧され、第２インペラ室３３から第２ディフューザ流路３５に送り込まれて、第２ディフューザ流路３５にてさらに昇圧される。第２ディフューザ流路３５を通過した冷媒は、第２吐出室３４に吐出される。第２吐出室３４は、図示しない吐出口に連通している。電動ターボ式圧縮機１によって圧縮された冷媒は、その吐出口から、電動ターボ式圧縮機１の外部に吐出される。

以上説明した実施形態の電動ターボ式圧縮機１では、図３，４に示されるように、第１翼５１Ｂの後端５１Ｂａと第１シュラウド５３ａとの間隙であって第１翼５１Ｂと第１シュラウドとの最小の間隙である第１後端間隙６１ｂが、第２翼５２Ｂの後端５２Ｂａと第２シュラウド５３ｂとの間隙であって第２翼と第２シュラウドとの最小の間隙である第２後端間隙６２ｂよりも、小さく形成されている。

第２インペラ５２は、第１インペラ５１によって圧縮された後の冷媒を圧縮する。第２インペラ室３３を流れる冷媒の圧力は、第１インペラ室２８を流れる冷媒の圧力よりも高い。第１インペラ室２８を流れる冷媒の密度が、第２インペラ室３３を流れる冷媒の密度よりも小さいので、第１インペラ５１の方が、体積流量を多く流す必要がある。そのため、第１インペラ室２８を流れる冷媒の流速は、第２インペラ室３３を流れる冷媒の流速よりも大きい。なお、第１インペラ５１による冷媒の圧縮比は、第２インペラ５２による冷媒の圧縮比よりも大きい。

冷媒の流速が大きい方が、チップクリアランスの影響が大きくなる。冷媒の流速が大きい第１インペラ５１では、第１チップクリアランス６１が大きいと、冷媒の流れが乱される。冷媒の流速が小さい第２インペラ５２では、第２チップクリアランス６２が大きくても、性能への影響は小さい。第１インペラ５１のチップクリアランスを小さくし、第１後端間隙６１ｂを第２後端間隙６２ｂよりも小さく設定することで、冷媒の流れの乱れを抑制できる。したがって、実施形態の電動ターボ式圧縮機１は、効率の良い２段圧縮をすることができる。

第２インペラ５２は、第１インペラ５１よりも、回転軸４０の第１端部４０ａに近く配置されている。回転軸４０の先端側に配置された第２インペラ５２は、第１インペラ５１よりも、運転時の振れが大きくなる可能性がある。第２後端間隙６２ｂを第１後端間隙６１ｂよりも大きく設定することで、第２インペラ５２の第２コンプレッサハウジング１４との接触を抑制できる。したがって、電動ターボ式圧縮機１の信頼性を向上することができる。

図３，４に示されるように、第１翼５１Ｂの後端５１Ｂａが第１ハブ５１Ｈの外周面５１ｃから第１後端間隙６１ｂへ向かって突き出る高さである第１出口高さＴ１が、第２翼５２Ｂの後端５２Ｂａが第２ハブ５２Ｈの外周面５２ｃから第２後端間隙６２ｂへ向かって突き出る高さである第２出口高さＴ２よりも大きい。

第１インペラ５１と第２インペラ５２とはいずれも回転軸４０と一体的に回転することから、第１インペラ５１と第２インペラ５２との回転数は等しい。この場合、第１出口高さＴ１を第２出口高さＴ２よりも大きくすることで、第１インペラ５１の圧縮効率を向上できる。第１インペラ５１から吐出される冷媒の圧力をより大きくすることで、第２インペラ５２に流入する冷媒の流速をより小さくできる。これにより、第２チップクリアランス６２を大きくしても性能への影響を小さくできるので、第１後端間隙６１ｂを第２後端間隙６２ｂよりも小さくして効率の良い２段圧縮を可能にする効果をより確実に得ることができる。

図２に示されるように、第１インペラ５１の外径Ｒ１が、第２インペラ５２の外径Ｒ２よりも大きい。このようにすれば、第１インペラ５１の圧縮効率を向上でき、第１インペラ５１から吐出される冷媒の圧力をより大きくできるので、第２インペラ５２に流入する冷媒の流速をより小さくできる。これにより、第２チップクリアランス６２を大きくしても性能への影響を小さくできるので、第１後端間隙６１ｂを第２後端間隙６２ｂよりも小さくして効率の良い２段圧縮を可能にする効果をより確実に得ることができる。

図５，６に示されるように、第１翼５１Ｂの前端５１Ｂｂと第１シュラウド５３ａとの間隙であって第１翼５１Ｂと第１シュラウドとの最小の間隙である第１前端間隙６１ａが、第２翼５２Ｂの前端５２Ｂｂと第２シュラウド５３ｂとの間隙であって第２翼と第２シュラウドとの最小の間隙である第２前端間隙６２ａよりも、小さく形成されている。第１インペラ５１のチップクリアランスを小さくし、第１前端間隙６１ａを第２前端間隙６２ａよりも小さく設定することで、冷媒の流れの乱れを抑制できる。したがって、効率の良い２段圧縮をすることができる。また、第２インペラ５２の第２コンプレッサハウジング１４との接触を抑制できるので、信頼性を向上することができる。

電動ターボ式圧縮機１が圧縮する被圧縮流体が、冷凍サイクルを循環する冷媒であることで、第２チップクリアランス６２を大きくしても、性能への影響を小さくできる。これにより、第１後端間隙６１ｂを第２後端間隙６２ｂよりも小さくして、効率が良く信頼性の高い２段圧縮を実現することが可能になる。

これまでの実施形態の説明では、第１インペラ５１の第１ハブ５１Ｈの背面５１ａと第２インペラ５２の第２ハブ５２Ｈの背面５２ａとが、仕切壁１５を介在させて互いに対向する配置の例について説明した。第１インペラ５１と第２インペラ５２との配置は、この例に限られるものではない。図７はインペラの配置の変形例を概略的に示す模式図である。図７に示されるように、第１インペラ５１と第２インペラ５２とを、先端面５１ｂ，５２ｂが回転軸４０の第２端部４０ｂに向き背面５１ａ，５２ａが回転軸４０の第１端部４０ａに向くように、配置してもよい。この場合においても、第２インペラ５２を回転軸４０の第１端部４０ａにより近く配置し、第１後端間隙６１ｂを第２後端間隙６２ｂよりも小さく設定することで、効率が良く信頼性の高い２段圧縮ができる。

実施形態で説明した電動ターボ式圧縮機１は、遠心圧縮機であるが、本開示の技術思想は、斜流式の圧縮機にも適用可能である。

以上のように実施形態について説明を行なったが、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

　１  電動ターボ式圧縮機
　１０  ハウジング
　１１  リアハウジング
　１３  第１コンプレッサハウジング
　１４  第２コンプレッサハウジング
　１５  仕切壁
　１５ａ  第１対向面
　１５ｂ  第２対向面
　２４  第１吸入口
　２７  貫通孔
　２８  第１インペラ室
　２９  第１吐出室
　３０  第１ディフューザ流路
　３１  中間圧室
　３２  第２吸入口
　３３  第２インペラ室
　３４  第２吐出室
　３５  第２ディフューザ流路
　４０  回転軸
　４０ａ  第１端部
　４０ｂ  第２端部
　４１  電動モータ
　５１  第１インペラ
　５１Ｂ  第１翼
　５１Ｂａ，５２Ｂａ  後端
　５１Ｂｂ，５２Ｂｂ  前端
　５１Ｂｃ，５１ｂ，５２Ｂｃ，５２ｂ  先端面
　５１Ｈ  第１ハブ
　５１ａ，５２ａ  背面
　５１ｃ，５２ｃ  外周面
　５１ｄ，５２ｄ  径方向外縁部
　５２  第２インペラ
　５２Ｂ  第２翼
　５２Ｈ  第２ハブ
　５３ａ  第１シュラウド
　５３ｂ  第２シュラウド
　５４  スペーサ
　５５  嵌合部材
　６１  第１チップクリアランス
　６１ａ  第１前端間隙
　６１ｂ  第１後端間隙
　６２  第２チップクリアランス
　６２ａ  第２前端間隙
　６２ｂ  第２後端間隙
　Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３，Ｈ４  長さ
　Ｌ  軸線
　Ｒ１，Ｒ２  外径

Claims

  ハウジングと、
  前記ハウジング内に収容された電動モータと、
  前記ハウジング内に収容され、前記電動モータによって回転駆動される回転軸と、
  前記回転軸と一体的に回転する第１インペラおよび第２インペラと、を備え、
  前記電動モータ、前記第１インペラおよび前記第２インペラは、この順で前記回転軸の軸方向に配置され、
  前記第１インペラは、前記回転軸に固定される第１ハブと前記第１ハブに配列された複数の第１翼とを有し、
  前記第２インペラは、前記回転軸に固定される第２ハブと前記第２ハブに配列された複数の第２翼とを有し、
  前記第１インペラは、回転により前記第１翼の前端から後端へとガスを移送し、
  前記第２インペラは、前記第１インペラにより移送されたガスを、回転により前記第２翼の前端から後端へと移送し、
  前記ハウジングは、
  前記第１翼に対向するとともに前記第１インペラを収容する第１インペラ室を形成する第１シュラウドと、
  前記第２翼に対向するとともに前記第２インペラを収容する第２インペラ室を形成する第２シュラウドと、を備え、
  前記第１翼の後端と前記第１シュラウドとの間隙を前記第１翼と前記第１シュラウドとの最短距離とする第１後端間隙とし、前記第２翼の後端と前記第２シュラウドとの間隙を前記第２翼と前記第２シュラウドとの最短距離とする第２後端間隙とすると、
  前記第１後端間隙は前記第２後端間隙よりも小さい、電動ターボ式圧縮機。
前記第１後端間隙に向かった前記第１翼の後端の高さを第１出口高さとし、前記第２後端間隙に向かった前記第２翼の後端の高さを第２出口高さとすると、
前記第１出口高さは前記第２出口高さより高い、請求項１に記載の電動ターボ式圧縮機。
前記第１インペラの外径が、前記第２インペラの外径よりも大きい、請求項１または請求項２に記載の電動ターボ式圧縮機。
前記第１翼の前端と前記第１シュラウドとの間隙を前記第１翼と前記第１シュラウドとの最短距離とする第１前端間隙とし、前記第２翼の前端と前記第２シュラウドとの間隙を前記第２翼と前記第２シュラウドとの最短距離とする第２前端間隙とすると、
前記第１前端間隙は前記第２前端間隙よりも小さい、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電動ターボ式圧縮機。
冷凍サイクルを循環する冷媒を圧縮する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電動ターボ式圧縮機。