WO2024062715A1 - 遠心圧縮機 - Google Patents

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WO2024062715A1
WO2024062715A1 PCT/JP2023/024055 JP2023024055W WO2024062715A1 WO 2024062715 A1 WO2024062715 A1 WO 2024062715A1 JP 2023024055 W JP2023024055 W JP 2023024055W WO 2024062715 A1 WO2024062715 A1 WO 2024062715A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
impeller
chamber
air
motor
introduction
Prior art date
Application number
PCT/JP2023/024055
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
森英文
鈴木潤也
Original Assignee
株式会社豊田自動織機
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社豊田自動織機 filed Critical 株式会社豊田自動織機
Publication of WO2024062715A1 publication Critical patent/WO2024062715A1/ja

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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
    • F04D29/58—Cooling; Heating; Diminishing heat transfer

Definitions

  • the present invention relates to a centrifugal compressor that compresses air supplied to a fuel cell stack.
  • the impeller compresses the air supplied to the fuel cell stack.
  • the centrifugal compressor includes a motor and a housing.
  • the motor rotates the rotating body.
  • the housing has an impeller chamber, a motor chamber, a partition wall, and a discharge chamber.
  • the impeller chamber houses the impeller.
  • the motor chamber houses the motor.
  • the partition wall partitions the impeller room and the motor room. Air compressed by the impeller is discharged into the discharge chamber.
  • a supply flow path that supplies air to the fuel cell stack is connected to the discharge chamber.
  • An insertion hole through which the rotating body is inserted is formed in the partition wall.
  • the centrifugal compressor may include an introduction passage that introduces a portion of the air compressed by the impeller into the motor chamber at a temperature lower than the temperature of the air discharged into the discharge chamber. A portion of the air compressed by the impeller is introduced from the introduction passage into the motor chamber at a temperature lower than the temperature of the air discharged into the discharge chamber, whereby the motor is cooled by the air.
  • a centrifugal compressor that solves the above problems includes a rotating body including an impeller that compresses air supplied to a fuel cell stack, a motor that rotates the rotating body, an impeller chamber that accommodates the impeller, and an impeller chamber that accommodates the motor. a motor chamber, a partition wall that partitions the impeller chamber and the motor chamber and is formed with an insertion hole through which the rotating body is inserted; A housing having a discharge chamber to which a supply flow path for supplying air is connected, and a part of the air compressed by the impeller is supplied to the motor at a temperature lower than the temperature of the air discharged into the discharge chamber.
  • an introduction space formed between the insertion hole and the rotary body and into which air from the introduction passage is introduced; a constriction portion formed near the motor chamber and restricting air flowing from the introduction space toward the motor chamber; A part of the air compressed by the impeller and made higher than the pressure of the air in the gap between the partition wall and the partition wall is introduced into the motor chamber from the introduction passage via the introduction space and the constriction part.
  • the air that is introduced from the introduction passage into the introduction space and flows from the introduction space toward the motor chamber is throttled by the throttle portion.
  • the pressure in the introduction space becomes higher than the pressure in the motor chamber.
  • the pressure of the air introduced into the introduction space from the introduction passage becomes higher than the pressure of the air in the gap between the back surface of the impeller and the partition wall. Therefore, it becomes difficult for air to flow into the introduction space from the gap between the back surface of the impeller and the partition wall.
  • a portion of the air compressed by the impeller and discharged into the discharge chamber is prevented from entering the motor chamber through the insertion hole.
  • the rotating body preferably includes a partition wall between the introduction space and the gap, and the partition gap formed by the insertion hole and the partition wall functions as a throttle. According to this, since the partition wall gap functions as a throttle, it becomes even more difficult for air to flow into the introduction space from the gap between the back surface of the impeller and the partition wall. As a result, it is possible to further prevent part of the air compressed by the impeller and discharged into the discharge chamber from entering the motor chamber through the insertion hole.
  • the flow passage cross-sectional area of the throttle portion be smaller than the flow passage cross-sectional area of the partition wall gap. According to this, for example, compared to the case where the flow passage cross-sectional area of the throttle part is greater than or equal to the flow passage cross-sectional area of the partition wall gap, the pressure of the air introduced from the introduction passage into the introduction space can be reduced by partitioning the back surface of the impeller. It is easier to increase the pressure higher than the air pressure in the gap between the wall and the wall. Therefore, it becomes even more difficult for air to flow into the introduction space from the gap between the back surface of the impeller and the partition wall. Therefore, it is possible to further prevent part of the air compressed by the impeller and discharged into the discharge chamber from entering the motor chamber through the insertion hole.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a portion of the centrifugal compressor.
  • centrifugal compressor An embodiment of a centrifugal compressor will be described below with reference to FIGS. 1 and 2. Note that the centrifugal compressor of the embodiment described below is installed in a fuel cell vehicle. A centrifugal compressor compresses the air supplied to the fuel cell stack.
  • the centrifugal compressor 10 includes a housing 11. As shown in FIG.
  • the housing 11 is made of a metal material, for example, aluminum.
  • the housing 11 includes a motor housing 12 , a first compressor housing 13 , a second compressor housing 14 , a first plate 15 , a second plate 16 , and a third plate 17 .
  • the motor housing 12 extends in a cylindrical shape.
  • the first plate 15 is connected to one end of the motor housing 12 on the opening side.
  • the first plate 15 closes one opening of the motor housing 12.
  • the second plate 16 is connected to the other open end of the motor housing 12 .
  • the second plate 16 closes the other opening of the motor housing 12.
  • a motor chamber 18 is defined by the motor housing 12, the first plate 15, and the second plate 16. Therefore, the housing 11 has a motor chamber 18.
  • the centrifugal compressor 10 includes a motor 20.
  • the motor 20 is housed in the motor chamber 18. Therefore, motor chamber 18 accommodates motor 20.
  • Motor housing 12 surrounds motor 20.
  • the centrifugal compressor 10 includes a first bearing holding section 21.
  • the first bearing holding portion 21 projects into the motor chamber 18 from the center of the first plate 15 . Therefore, the first plate 15 has the first bearing holding portion 21 .
  • the first bearing holding portion 21 has a cylindrical shape.
  • a chamber-forming recess 22 is formed on the end surface of the first plate 15 on the side opposite to the motor housing 12.
  • the chamber forming recess 22 has a circular hole shape.
  • the inside of the first bearing holding portion 21 penetrates the first plate 15 and opens to the bottom surface of the chamber forming recess 22 .
  • the axis of the chamber forming recess 22 and the axis of the first bearing holding part 21 are aligned.
  • the third plate 17 is connected to the end surface of the first plate 15 on the side opposite to the motor housing 12.
  • a first insertion hole 23 is formed in the center of the third plate 17 .
  • the axis of the first insertion hole 23 coincides with the axis of the chamber forming recess 22 and the axis of the first bearing holding part 21 .
  • a thrust bearing housing chamber 24 is defined by the chamber forming recess 22 and the third plate 17.
  • the thrust bearing housing chamber 24 communicates with the inside of the first bearing holding section 21 . Further, the thrust bearing housing chamber 24 communicates with the first insertion hole 23 .
  • the centrifugal compressor 10 includes a second bearing holding section 25.
  • the second bearing holding portion 25 projects into the motor chamber 18 from the center of the second plate 16 . Therefore, the second plate 16 has a second bearing holding portion 25 .
  • the second bearing holding portion 25 has a cylindrical shape.
  • a second insertion hole 26 is formed in the center of the second plate 16.
  • the second insertion hole 26 communicates with the inside of the second bearing holding portion 25 .
  • the axis of the second insertion hole 26 coincides with the axis of the second bearing holding part 25.
  • the first compressor housing 13 is cylindrical and has a circular first intake port 27 through which air is sucked.
  • the first compressor housing 13 is connected to the end surface of the third plate 17 opposite to the first plate 15 with the axis of the first suction port 27 aligned with the axis of the first insertion hole 23. .
  • the first suction port 27 opens at an end surface of the first compressor housing 13 on the opposite side from the third plate 17 . Air purified by an air cleaner (not shown) flows through the first intake port 27 .
  • the centrifugal compressor 10 has a first impeller chamber 28, a first discharge chamber 29, and a first diffuser passage 30.
  • the first impeller chamber 28, the first discharge chamber 29, and the first diffuser passage 30 are formed between the first compressor housing 13 and the third plate 17. Therefore, the housing 11 has the first impeller chamber 28.
  • the first plate 15 and the third plate 17 form a partition wall that separates the first impeller chamber 28 and the motor chamber 18.
  • the first impeller chamber 28 is connected to the first intake port 27.
  • the first discharge chamber 29 extends around the axis of the first intake port 27 around the periphery of the first impeller chamber 28.
  • the first diffuser passage 30 connects the first impeller chamber 28 and the first discharge chamber 29.
  • the first impeller chamber 28 is connected to the first insertion hole 23.
  • the centrifugal compressor 10 has a first discharge passage 31.
  • a first end of the first discharge passage 31 communicates with the first discharge chamber 29 .
  • the second end of the first discharge passage 31 is open to the outer peripheral surface of the first compressor housing 13 .
  • the second compressor housing 14 is cylindrical and has a circular second intake port 32 through which air is sucked.
  • the second compressor housing 14 is connected to the end surface of the second plate 16 opposite to the motor housing 12 with the axis of the second suction port 32 aligned with the axis of the second insertion hole 26 .
  • the second suction port 32 opens at an end surface of the second compressor housing 14 on the opposite side to the second plate 16 .
  • the centrifugal compressor 10 includes a second impeller chamber 33, a second discharge chamber 34, and a second diffuser flow path 35.
  • the second impeller chamber 33 , the second discharge chamber 34 , and the second diffuser flow path 35 are formed between the second compressor housing 14 and the second plate 16 . Therefore, the housing 11 has a second impeller chamber 33.
  • the second plate 16 constitutes a partition wall that partitions the second impeller chamber 33 and the motor chamber 18.
  • the second impeller chamber 33 communicates with the second suction port 32 .
  • the second discharge chamber 34 extends around the second impeller chamber 33 and around the axis of the second suction port 32 .
  • the second diffuser flow path 35 communicates the second impeller chamber 33 and the second discharge chamber 34.
  • the second impeller chamber 33 communicates with the second insertion hole 26 .
  • the centrifugal compressor 10 has a second discharge passage 36.
  • a first end of the second discharge passage 36 communicates with the second discharge chamber 34 .
  • a second end of the second discharge passage 36 opens to the outer peripheral surface of the second compressor housing 14 .
  • a supply pipe 37 is connected to the second discharge passage 36 .
  • Supply piping 37 is connected to fuel cell stack 38 .
  • a first end of the supply pipe 37 is connected to the second discharge passage 36 .
  • a second end of the supply pipe 37 is connected to a fuel cell stack 38.
  • the second discharge chamber 34 is connected to a fuel cell stack 38 via a second discharge passage 36 and a supply pipe 37.
  • the centrifugal compressor 10 is equipped with a connection pipe 39.
  • a first end of the connecting pipe 39 communicates with the first discharge passage 31 .
  • a second end of the connecting pipe 39 communicates with the second suction port 32 .
  • Air discharged from the first discharge chamber 29 to the first discharge passage 31 flows within the connection pipe 39 .
  • the air that has passed through the connection pipe 39 is then sucked into the second impeller chamber 33 via the second suction port 32.
  • the centrifugal compressor 10 includes a rotating body 40.
  • the rotating body 40 includes a rotating shaft 41 , a first impeller 42 , a second impeller 43 , and a support section 44 .
  • the rotating shaft 41 is housed within the housing 11.
  • the rotating shaft 41 extends along the axis of the motor housing 12 and crosses the motor chamber 18.
  • the axial direction of the rotating shaft 41 coincides with the axial direction of the motor housing 12.
  • the first end of the rotating shaft 41 projects from the motor chamber 18 into the first impeller chamber 28 by passing through the inside of the first bearing holding section 21, the thrust bearing housing chamber 24, and the first insertion hole 23. . Therefore, the first insertion hole 23 is an insertion hole through which the rotating body 40 is inserted.
  • the housing 11 has a partition wall that partitions the first impeller chamber 28 and the motor chamber 18 and is formed with the first insertion hole 23 through which the rotating body 40 is inserted.
  • the second insertion hole 26 is an insertion hole through which the rotating body 40 is inserted.
  • the housing 11 has a partition wall that partitions the second impeller chamber 33 and the motor chamber 18 and is formed with the second insertion hole 26 through which the rotating body 40 is inserted.
  • the first impeller 42 is connected to the first end of the rotating shaft 41.
  • the first impeller 42 is housed in the first impeller chamber 28 . Therefore, the first impeller chamber 28 accommodates the first impeller 42 .
  • the first impeller 42 compresses the air sucked into the first impeller chamber 28 by rotating integrally with the rotating shaft 41. Therefore, the first impeller 42 is an impeller that compresses air. Therefore, the first impeller chamber 28 is an impeller chamber that accommodates an impeller.
  • the second impeller 43 is connected to the second end of the rotating shaft 41.
  • the second impeller 43 is housed in the second impeller chamber 33. Therefore, the second impeller chamber 33 accommodates the second impeller 43.
  • the second impeller 43 compresses the air sucked into the second impeller chamber 33 by rotating integrally with the rotating shaft 41. Therefore, the second impeller 43 is an impeller that compresses air. Therefore, the second impeller chamber 33 is an impeller chamber that accommodates an impeller. Therefore, the housing 11 has an impeller chamber that accommodates the impeller.
  • the second impeller 43 compresses the air compressed by the first impeller 42.
  • the support portion 44 protrudes in an annular shape from the outer peripheral surface of the rotating shaft 41.
  • the support portion 44 has a disk shape.
  • the support portion 44 is fixed to the outer circumferential surface of the rotating shaft 41 in a state in which it annularly protrudes radially outward from the outer circumferential surface of the rotating shaft 41 . Therefore, the support portion 44 is separate from the rotating shaft 41.
  • the support portion 44 is arranged within the thrust bearing housing chamber 24 .
  • the support portion 44 rotates integrally with the rotating shaft 41.
  • the centrifugal compressor 10 is equipped with a seal member 45.
  • the seal member 45 is provided between the first insertion hole 23 and the rotating shaft 41.
  • the seal member 45 suppresses air leakage from the first impeller chamber 28 toward the motor chamber 18.
  • the seal member 45 is, for example, a seal ring.
  • the motor 20 includes a cylindrical rotor 47 and a cylindrical stator 48.
  • the rotor 47 is fixed to the rotating shaft 41.
  • Stator 48 is fixed to housing 11.
  • the rotor 47 is arranged radially inside the stator 48.
  • the rotor 47 rotates integrally with the rotating shaft 41.
  • the rotor 47 includes a cylindrical rotor core 49 fixed to the rotating shaft 41 and a plurality of permanent magnets (not shown) provided in the rotor core 49.
  • Stator 48 surrounds rotor 47.
  • the stator 48 has a cylindrical stator core 50 and a coil 51.
  • Stator core 50 is fixed to the inner peripheral surface of motor housing 12. Coil 51 is wound around stator core 50 .
  • the rotating shaft 41 rotates integrally with the rotor 47 when current flows through the coil 51 from a battery (not shown). Therefore, the motor 20 rotates the rotating body 40.
  • the motor 20 is arranged between the first impeller 42 and the second impeller 43 in the axial direction of the rotating shaft 41.
  • the centrifugal compressor 10 includes a first radial bearing 52.
  • the first radial bearing 52 has a cylindrical shape.
  • the first radial bearing 52 is held by the first bearing holding part 21.
  • the first radial bearing 52 rotatably supports a portion of the rotating shaft 41 that is located closer to the first end of the rotating shaft 41 than the motor 20 is.
  • the centrifugal compressor 10 includes a second radial bearing 53.
  • the second radial bearing 53 has a cylindrical shape.
  • the second radial bearing 53 is held by the second bearing holding part 25.
  • the second radial bearing 53 rotatably supports a portion of the rotating shaft 41 that is located closer to the second end of the rotating shaft 41 than the motor 20 is.
  • the first radial bearing 52 and the second radial bearing 53 rotatably support the rotating shaft 41 in the radial direction at positions on both sides of the rotating shaft 41 with the motor 20 interposed therebetween in the axial direction.
  • the "radial direction” is a direction perpendicular to the axial direction of the rotating shaft 41.
  • the centrifugal compressor 10 includes a thrust bearing 54.
  • the thrust bearing 54 is housed in the thrust bearing housing chamber 24. Therefore, the thrust bearing accommodation chamber 24 accommodates the thrust bearing 54.
  • the thrust bearing 54 rotatably supports the support portion 44 in the thrust direction. Therefore, the thrust bearing 54 rotatably supports the rotating shaft 41 via the support portion 44.
  • the "thrust direction" is a direction parallel to the axial direction of the rotating shaft 41.
  • the air sucked into the first impeller chamber 28 through the first intake port 27 is accelerated by the rotation of the first impeller 42 and is sent into the first diffuser flow path 30 and passes through the first diffuser flow path 30.
  • the pressure is increased by The air that has passed through the first diffuser flow path 30 is then discharged into the first discharge chamber 29.
  • the air discharged into the first discharge chamber 29 is discharged into the first discharge passage 31 .
  • the air discharged into the first discharge passage 31 is sucked into the second impeller chamber 33 via the connecting pipe 39 and the second suction port 32 .
  • the air sucked into the second impeller chamber 33 is accelerated by the rotation of the second impeller 43, and is sent into the second diffuser flow path 35, and is increased in pressure by passing through the second diffuser flow path 35.
  • the air that has passed through the second diffuser flow path 35 is then discharged into the second discharge chamber 34.
  • the air discharged into the second discharge chamber 34 is discharged into the second discharge passage 36.
  • the air discharged into the second discharge passage 36 is supplied to the fuel cell stack 38 via the supply pipe 37. Therefore, centrifugal compressor 10 supplies air to fuel cell stack 38 . Oxygen contained in the air supplied to the fuel cell stack 38 contributes to power generation by the fuel cell stack 38.
  • the rotating body 40 includes a first impeller 42 and a second impeller 43 that compress air supplied to the fuel cell stack 38. Therefore, the rotating body 40 includes an impeller.
  • the second discharge passage 36 and the supply pipe 37 constitute a supply passage 55 that supplies air to the fuel cell stack 38.
  • the second discharge chamber 34 is a discharge chamber to which air compressed by the second impeller 43 is discharged and to which the supply flow path 55 is connected. Therefore, the housing 11 has a discharge chamber to which the supply channel 55 is connected.
  • the centrifugal compressor 10 includes an introduction passage 56.
  • the introduction passage 56 is formed in the second plate 16.
  • a first end of the introduction passage 56 is open to the outer circumferential surface of the second plate 16.
  • a second end of the introduction passage 56 communicates with the second insertion hole 26 .
  • a branch pipe 57 is connected to a first end of the introduction passage 56.
  • the branch pipe 57 branches off from the middle of the supply pipe 37.
  • a first end of the branch pipe 57 is connected to the supply pipe 37.
  • a second end of the branch pipe 57 is connected to the first end of the introduction passage 56.
  • An intercooler 58 is provided in the middle of the branch pipe 57. The intercooler 58 cools the air flowing through the branch pipe 57.
  • Air flowing through branch pipe 57 is cooled by intercooler 58 .
  • the air cooled by the intercooler 58 passes through the introduction passage 56, the second insertion hole 26, and the inside of the second bearing holding part 25, and is introduced into the motor chamber 18. Therefore, the introduction passage 56 introduces a portion of the air compressed by the second impeller 43 into the motor chamber 18 at a temperature lower than the temperature of the air discharged into the second discharge chamber 34 .
  • the centrifugal compressor 10 includes a discharge passage 59.
  • a discharge passage 59 is formed in the first plate 15.
  • a first end of the discharge passage 59 communicates with the thrust bearing housing chamber 24 .
  • the second end of the discharge passage 59 is open to the outer peripheral surface of the first plate 15 . Therefore, the discharge passage 59 communicates with the outside of the housing 11. The air in the thrust bearing housing chamber 24 is then discharged to the outside of the housing 11 via the discharge passage 59.
  • the second impeller 43 has a cylindrical shape whose diameter gradually decreases from the back surface 43a toward the tip.
  • a back surface 43a of the second impeller 43 faces the second plate 16.
  • the second impeller 43 has a through hole 43h. The axis of the through hole 43h coincides with the rotation axis of the second impeller 43.
  • the second impeller 43 has a cylindrical boss portion 60.
  • the boss portion 60 protrudes from the center of the back surface 43a of the second impeller 43.
  • the inside of the boss portion 60 communicates with the through hole 43h.
  • the rotating shaft 41 passes through the inside of the boss portion 60 and the through hole 43h.
  • the boss portion 60 enters the second insertion hole 26. Therefore, the boss portion 60 is located inside the second insertion hole 26.
  • the boss portion 60 is a portion of the rotating body 40 located inside the second insertion hole 26 .
  • the centrifugal compressor 10 includes an introduction space 61, a throttle section 62, and a partition wall 63.
  • An annular recess 64 is formed in the outer peripheral surface of the boss portion 60 .
  • the outer circumferential surface of the boss portion 60 has a first outer circumferential surface 65 and a second outer circumferential surface 66.
  • the first outer circumferential surface 65 is one of the portions on both sides of the outer circumferential surface of the boss portion 60 that sandwich the recess 64 , and is a portion closer to the motor chamber 18 than the recess 64 .
  • the second outer circumferential surface 66 is the other of the portions on both sides of the outer circumferential surface of the boss portion 60 that sandwich the recess 64 , and is a portion closer to the second impeller chamber 33 than the recess 64 .
  • the first outer circumferential surface 65 is continuous with the inner surface of the recess 64.
  • the second outer peripheral surface 66 is continuous with the inner surface of the recess 64.
  • the inner diameter of the portion of the inner circumferential surface of the second insertion hole 26 that faces the outer circumferential surface of the boss portion 60 is constant.
  • the introduction space 61 is a space defined by the inner peripheral surface of the second insertion hole 26 and the inner surface of the recess 64. Therefore, the introduction space 61 is formed between the second insertion hole 26 and the rotating body 40. A second end of the introduction passage 56 communicates with the introduction space 61. Air is introduced into the introduction space 61 from the introduction passage 56 .
  • the constricted portion 62 is a gap formed between the inner peripheral surface of the second insertion hole 26 and the first outer peripheral surface 65. Therefore, the throttle portion 62 is formed between the second insertion hole 26 and the rotating body 40 and closer to the motor chamber 18 than the introduction space 61 . Then, the throttle section 62 throttles the air flowing from the introduction space 61 toward the inside of the motor chamber 18 .
  • the partition wall 63 is a wall of the boss portion 60 that forms the second outer peripheral surface 66.
  • the partition wall 63 is a portion of the rotating body 40 located inside the second insertion hole 26 and is provided in a portion closer to the second impeller chamber 33 than the introduction space 61 is.
  • the partition wall 63 is arranged closer to the second impeller chamber 33 than the introduction space 61 is.
  • the partition wall 63 is arranged between the introduction space 61 and the gap 67 between the back surface 43a of the second impeller 43 and the second plate 16. Therefore, the rotating body 40 includes a partition wall 63 between the introduction space 61 and the cavity 67.
  • the partition wall 63 protrudes from the bottom surface 64a of the recess 64 toward the inner circumferential surface of the second insertion hole 26.
  • the gap formed between the inner peripheral surface of the second insertion hole 26 and the second outer peripheral surface 66 is a partition gap 68 formed by the second insertion hole 26 and the partition wall 63.
  • the partition gap 68 functions as a diaphragm.
  • the outer diameter of the first outer peripheral surface 65 is larger than the outer diameter of the second outer peripheral surface 66. Therefore, the flow passage cross-sectional area of the throttle portion 62 is smaller than the flow passage cross-sectional area of the partition gap 68.
  • the throttle part 62 makes the pressure of the air introduced into the introduction space 61 from the introduction passage 56 higher than the pressure of the air in the gap 67 between the back surface 43a of the second impeller 43 and the second plate 16.
  • Air introduced into the introduction space 61 from the introduction passage 56 passes through the second insertion hole 26 and the inside of the second bearing holding part 25 via the constriction part 62 and is introduced into the motor chamber 18 . Therefore, a part of the air compressed by the second impeller 43 is introduced into the motor chamber 18 from the introduction passage 56 via the introduction space 61 and the throttle section 62.
  • the second radial bearing 53 is cooled by air passing inside the second bearing holding section 25 .
  • Motor 20 is cooled by air introduced into motor chamber 18 . Therefore, in the centrifugal compressor 10, the motor 20 is cooled by the air introduced into the motor chamber 18 from the introduction passage 56.
  • the air introduced into the motor chamber 18 passes inside the first bearing holding part 21.
  • the first radial bearing 52 is cooled by air passing inside the first bearing holding part 21 .
  • the air that has passed through the inside of the first bearing holding part 21 is introduced into the thrust bearing housing chamber 24.
  • the thrust bearing 54 is cooled by air introduced into the thrust bearing housing chamber 24 .
  • the air in the thrust bearing housing chamber 24 is then discharged to the outside of the housing 11 via the discharge passage 59.
  • the air introduced from the introduction passage 56 into the introduction space 61 and flowing from the introduction space 61 toward the motor chamber 18 is throttled by the throttle section 62.
  • the pressure in the introduction space 61 becomes higher than the pressure in the motor chamber 18.
  • the pressure of the air introduced into the introduction space 61 from the introduction passage 56 becomes higher than the pressure of the air in the gap 67 between the back surface 43a of the second impeller 43 and the second plate 16. Therefore, it becomes difficult for air to flow into the introduction space 61 from the gap 67 between the back surface 43a of the second impeller 43 and the second plate 16.
  • a portion of the air compressed by the second impeller 43 and discharged into the second discharge chamber 34 is prevented from entering the motor chamber 18 through the second insertion hole 26.
  • the partition gap 68 formed by the second insertion hole 26 and the partition wall 63 functions as a diaphragm. According to this, it becomes even more difficult for air to flow into the introduction space 61 from the gap 67 between the back surface 43a of the second impeller 43 and the second plate 16. As a result, it is easier to prevent a part of the air compressed by the second impeller 43 and discharged into the second discharge chamber 34 from entering the motor chamber 18 through the second insertion hole 26. be able to.
  • the cross-sectional area of the flow path of the throttle portion 62 is smaller than the cross-sectional area of the flow path of the partition gap 68. According to this, for example, compared to the case where the flow passage cross-sectional area of the throttle part 62 is greater than or equal to the flow passage cross-sectional area of the partition wall gap 68, the pressure of the air introduced from the introduction passage 56 into the introduction space 61 can be reduced. It is easier to raise the pressure higher than the air pressure in 67. Therefore, it becomes even more difficult for air to flow into the introduction space 61 from the gap 67 between the back surface 43a of the second impeller 43 and the second plate 16. Therefore, it is easier to prevent part of the air compressed by the second impeller 43 and discharged into the second discharge chamber 34 from entering the motor chamber 18 through the second insertion hole 26. Can be done.
  • the recess 64 may not be formed on the outer peripheral surface of the boss portion 60, but an annular recess may be formed on the inner peripheral surface of the second insertion hole 26.
  • the introduction space 61 may be a space defined by a recess formed in the inner peripheral surface of the second insertion hole 26 and the outer peripheral surface of the boss portion 60. Therefore, the introduction space 61 is formed between the second insertion hole 26 and the rotating body 40.
  • the partition wall 63 is a wall of the second plate 16 that forms a portion of the inner peripheral surface of the second insertion hole 26 that is closer to the second impeller chamber 33 than the introduction space 61 . Therefore, the partition wall 63 is arranged closer to the second impeller chamber 33 than the introduction space 61 is.
  • an annular recess may be formed on the inner peripheral surface of the second insertion hole 26.
  • the introduction space 61 may be a space defined by a recess 64 formed in the outer peripheral surface of the boss portion 60 and a recess formed in the inner peripheral surface of the second insertion hole 26. Therefore, the introduction space 61 is formed between the second insertion hole 26 and the rotating body 40.
  • the partition wall 63 includes a wall of the second plate 16 that forms a portion of the inner peripheral surface of the second insertion hole 26 that is closer to the second impeller chamber 33 than the introduction space 61, and a boss that forms the second outer peripheral surface 66.
  • the wall of the section 60 is included. Therefore, the partition wall 63 is arranged closer to the second impeller chamber 33 than the introduction space 61 is.
  • the recessed portion 64 is formed on the outer peripheral surface of the boss portion 60, but the present invention is not limited thereto.
  • a recess 64 may be formed on the outer peripheral surface of the rotating shaft 41.
  • the recess 64 may be formed in the outer circumferential surface of a cylindrical member that is fixed to the outer circumferential surface of the rotating shaft 41 and rotates integrally with the rotating shaft 41.
  • the cross-sectional area of the flow path of the throttle portion 62 may be greater than or equal to the cross-sectional area of the flow path of the partition gap 68.
  • the partition wall gap 68 does not need to function as a diaphragm. In short, the pressure of the air introduced into the introduction space 61 from the introduction passage 56 only needs to be higher than the pressure of the air in the gap 67 between the back surface 43a of the second impeller 43 and the second plate 16.
  • a recess may be formed in the first outer peripheral surface 65.
  • a labyrinth seal may be formed by the inner circumferential surface of the second insertion hole 26 and the recessed portion of the first outer circumferential surface 65.
  • a recess may be formed on the second outer peripheral surface 66.
  • a labyrinth seal may be formed by the inner peripheral surface of the second insertion hole 26 and the recess on the second outer peripheral surface 66.
  • the introduction passage 56 may introduce a portion of the air compressed by the first impeller 42 into the motor chamber 18.
  • the temperature of the air compressed by the first impeller 42 is lower than the temperature of the air compressed by the second impeller 43 and discharged into the second discharge chamber 34 .
  • the introduction passage 56 only needs to introduce air into the motor chamber 18 at a temperature lower than the temperature of the air discharged into the second discharge chamber 34 .
  • the centrifugal compressor 10 may be configured without the second impeller 43.
  • the introduction passage 56 is formed in the third plate 17.
  • the introduction space 61 is formed between the first insertion hole 23 and the rotating body 40 .
  • the throttle portion 62 is formed between the first insertion hole 23 and the rotating body 40 and closer to the motor chamber 18 than the introduction space 61 is.
  • the pressure of the air introduced into the introduction space 61 from the introduction passage 56 is higher than the pressure of the air in the gap between the back surface of the first impeller 42 and the third plate 17.
  • the centrifugal compressor 10 may be configured to include a turbine wheel instead of the second impeller 43 .
  • the centrifugal compressor 10 does not have to be mounted on a fuel cell vehicle. In other words, the centrifugal compressor 10 is not limited to being mounted on a vehicle.
  • Centrifugal compressor 11 Housing 15 First plate (partition wall) 16 Second plate (partition wall) 17 Third plate (partition wall) 18 Motor chamber 20 Motor 23 First insertion hole (insertion hole) 26 Second insertion hole (insertion hole) 28 1st impeller room (impeller room) 33 Second impeller room (impeller room) 34 Second discharge chamber which is a discharge chamber 38 Fuel cell stack 40 Rotating body 42 First impeller (impeller) 43 Second impeller (impeller) 43a Rear surface 55 Supply channel 56 Introduction passage 61 Introduction space 62 Throttle section 63 Partition wall 67 Space 68 Partition gap

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Abstract

遠心圧縮機（１０）において、導入通路（５６）から導入空間（６１）に導入されて、導入空間（６１）からモータ室（１８）内に向かって流れる空気が、絞り部（６２）によって絞られる。よって、導入空間（６１）の圧力がモータ室（１８）内の圧力よりも高くなる。さらに、導入通路（５６）から導入空間（６１）に導入される空気の圧力が、第２インペラ（４３）の背面（４３ａ）と第２プレート（１６）との間の空隙（６７）の空気の圧力よりも高くなる。その結果、第２インペラ（４３）によって圧縮されて第２吐出室（３４）に吐出される空気の一部が、第２挿通孔（２６）を介してモータ室（１８）内に侵入してしまうことが抑制される。第２インペラ（４３）によって圧縮された空気の一部は、第２吐出室（３４）に吐出された空気の温度よりも低い温度の状態で、導入通路（５６）から導入空間（６１）及び絞り部（６２）を経由してモータ室（１８）内へ導入される。よって、モータ（２０）が効率良く冷却される。

Description

遠心圧縮機
　本発明は、燃料電池スタックに供給される空気を圧縮する遠心圧縮機に関する。
　例えば特許文献１に開示されているように、燃料電池スタックに供給される空気を圧縮する遠心圧縮機は、インペラを含む回転体を備えている。インペラは、燃料電池スタックに供給される空気を圧縮する。また、遠心圧縮機は、モータと、ハウジングと、を備えている。モータは、回転体を回転させる。ハウジングは、インペラ室、モータ室、仕切壁、及び吐出室を有している。インペラ室は、インペラを収容する。モータ室は、モータを収容する。仕切壁は、インペラ室とモータ室とを仕切る。吐出室には、インペラによって圧縮された空気が吐出される。吐出室には、燃料電池スタックに空気を供給する供給流路が接続されている。仕切壁には、回転体が挿通される挿通孔が形成されている。
　ところで、このような遠心圧縮機においては、遠心圧縮機の耐久性の向上を図るために、モータを冷却することが望まれている。そこで、遠心圧縮機は、インペラによって圧縮された空気の一部を、吐出室に吐出された空気の温度よりも低い温度の状態でモータ室内へ導入する導入通路を備えている場合がある。そして、インペラによって圧縮された空気の一部が、吐出室に吐出された空気の温度よりも低い温度の状態で、導入通路からモータ室内へ導入されることにより、モータが空気によって冷却される。
特開２０１５－１５５６９６号公報
　このような遠心圧縮機においては、インペラによって圧縮されて吐出室に吐出される空気の一部が、インペラの背面と仕切壁との間の空隙に流れ込む場合がある。すると、インペラの背面と仕切壁との間の空隙に流れ込んだ空気が、挿通孔を介してモータ室内に侵入してしまう虞がある。インペラによって圧縮されて吐出室に吐出される空気の温度は高い。したがって、インペラによって圧縮されて吐出室に吐出される空気の一部が、挿通孔を介してモータ室内に侵入してしまうと、モータ室内に侵入した空気によってモータが暖められてしまう。その結果、モータを冷却することが困難となる虞がある。すると、遠心圧縮機の耐久性が低下する。
　上記課題を解決する遠心圧縮機は、燃料電池スタックに供給される空気を圧縮するインペラを含む回転体と、前記回転体を回転させるモータと、前記インペラを収容するインペラ室、前記モータを収容するモータ室、前記インペラ室と前記モータ室とを仕切るとともに前記回転体が挿通される挿通孔が形成されている仕切壁、及び前記インペラによって圧縮された空気が吐出されるとともに前記燃料電池スタックに前記空気を供給する供給流路が接続されている吐出室を有するハウジングと、前記インペラによって圧縮された空気の一部を、前記吐出室に吐出された空気の温度よりも低い温度の状態で前記モータ室内へ導入する導入通路と、を備え、前記導入通路から前記モータ室内へ導入される空気により、前記モータを冷却する遠心圧縮機であって、前記導入通路は、前記仕切壁に形成されており、前記挿通孔と前記回転体との間に形成されるとともに前記導入通路からの空気が導入される導入空間と、前記挿通孔と前記回転体との間であって、前記導入空間よりも前記モータ室寄りに形成されるとともに前記導入空間から前記モータ室内に向かって流れる空気を絞る絞り部と、を備え、前記導入通路から前記導入空間に導入される空気の圧力を、前記インペラの背面と前記仕切壁との間の空隙の空気の圧力よりも高くし、前記インペラによって圧縮された空気の一部が、前記導入通路から前記導入空間及び前記絞り部を経由して前記モータ室内へ導入される。
　これによれば、導入通路から導入空間に導入されて、導入空間からモータ室内に向かって流れる空気が、絞り部によって絞られる。これにより、導入空間の圧力がモータ室内の圧力よりも高くなる。さらに、導入通路から導入空間に導入される空気の圧力が、インペラの背面と仕切壁との間の空隙の空気の圧力よりも高くなる。よって、インペラの背面と仕切壁との間の空隙から導入空間に空気が流れ込み難くなる。その結果、インペラによって圧縮されて吐出室に吐出される空気の一部が、挿通孔を介してモータ室内に侵入してしまうことが抑制されている。したがって、インペラによって圧縮されて吐出室に吐出される空気の一部が、挿通孔を介してモータ室内に侵入することで、モータ室内に侵入した空気によってモータが暖められてしまうといった問題が生じ難くなる。そして、インペラによって圧縮された空気の一部が、吐出室に吐出された空気の温度よりも低い温度の状態で、導入通路から導入空間及び絞り部を経由してモータ室内へ導入される。これにより、モータを効率良く冷却することができる。その結果、遠心圧縮機の耐久性の向上を図ることができる。
　上記遠心圧縮機において、前記回転体は、前記導入空間と前記空隙との間に隔壁を備え、前記挿通孔と前記隔壁とによって形成される隔壁隙間は、絞りとして機能するとよい。　これによれば、隔壁隙間が絞りとして機能しているため、インペラの背面と仕切壁との間の空隙から導入空間に空気がさらに流れ込み難くなる。その結果、インペラによって圧縮されて吐出室に吐出される空気の一部が、挿通孔を介してモータ室内に侵入してしまうことをさらに抑制し易くすることができる。
　上記遠心圧縮機において、前記絞り部の流路断面積は、前記隔壁隙間の流路断面積よりも小さいとよい。　これによれば、例えば、絞り部の流路断面積が、隔壁隙間の流路断面積以上である場合に比べると、導入通路から導入空間に導入される空気の圧力を、インペラの背面と仕切壁との間の空隙の空気の圧力よりも高くし易い。よって、インペラの背面と仕切壁との間の空隙から導入空間に空気がさらに流れ込み難くなる。したがって、インペラによって圧縮されて吐出室に吐出される空気の一部が、挿通孔を介してモータ室内に侵入してしまうことをさらに抑制し易くすることができる。
　この発明によれば、遠心圧縮機の耐久性の向上を図ることができる。
実施形態における遠心圧縮機の断面図である。 遠心圧縮機の一部分を拡大して示す断面図である。
　以下、遠心圧縮機を具体化した一実施形態を図１及び図２にしたがって説明する。なお、以下に説明する実施形態の遠心圧縮機は、燃料電池車に搭載されている。遠心圧縮機は、燃料電池スタックに供給される空気を圧縮する。
　＜遠心圧縮機１０の基本構成＞
　図１に示すように、遠心圧縮機１０は、ハウジング１１を備えている。ハウジング１１は、金属材料製であり、例えば、アルミニウム製である。ハウジング１１は、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、第１プレート１５、第２プレート１６、及び第３プレート１７を有している。
　モータハウジング１２は、筒状に延びている。第１プレート１５は、モータハウジング１２の一方の開口側の端部に連結されている。第１プレート１５は、モータハウジング１２の一方の開口を閉塞している。第２プレート１６は、モータハウジング１２の他方の開口側の端部に連結されている。第２プレート１６は、モータハウジング１２の他方の開口を閉塞している。そして、モータハウジング１２、第１プレート１５、及び第２プレート１６によってモータ室１８が区画されている。したがって、ハウジング１１は、モータ室１８を有している。
　遠心圧縮機１０は、モータ２０を備えている。モータ２０は、モータ室１８に収容されている。したがって、モータ室１８は、モータ２０を収容する。モータハウジング１２は、モータ２０を取り囲んでいる。
　遠心圧縮機１０は、第１軸受保持部２１を備えている。第１軸受保持部２１は、第１プレート１５の中央部からモータ室１８内に突出している。したがって、第１プレート１５は、第１軸受保持部２１を有している。第１軸受保持部２１は、円筒状である。
　第１プレート１５におけるモータハウジング１２とは反対側の端面には、室形成凹部２２が形成されている。室形成凹部２２は、円孔状である。第１軸受保持部２１の内側は、第１プレート１５を貫通して室形成凹部２２の底面に開口している。室形成凹部２２の軸心と第１軸受保持部２１の軸心とは一致している。
　第３プレート１７は、第１プレート１５におけるモータハウジング１２とは反対側の端面に連結されている。第３プレート１７の中央部には、第１挿通孔２３が形成されている。第１挿通孔２３の軸心は、室形成凹部２２の軸心、及び第１軸受保持部２１の軸心と一致している。そして、室形成凹部２２と第３プレート１７とによって、スラスト軸受収容室２４が区画されている。スラスト軸受収容室２４は、第１軸受保持部２１の内側に連通している。また、スラスト軸受収容室２４は、第１挿通孔２３に連通している。
　遠心圧縮機１０は、第２軸受保持部２５を備えている。第２軸受保持部２５は、第２プレート１６の中央部からモータ室１８内に突出している。したがって、第２プレート１６は、第２軸受保持部２５を有している。第２軸受保持部２５は、円筒状である。
　第２プレート１６の中央部には、第２挿通孔２６が形成されている。第２挿通孔２６は、第２軸受保持部２５の内側に連通している。第２挿通孔２６の軸心は、第２軸受保持部２５の軸心と一致している。
　第１コンプレッサハウジング１３は、空気が吸入される円孔状の第１吸入口２７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２７の軸心が、第１挿通孔２３の軸心と一致した状態で第３プレート１７における第１プレート１５とは反対側の端面に連結されている。第１吸入口２７は、第１コンプレッサハウジング１３における第３プレート１７とは反対側の端面に開口している。第１吸入口２７には、図示しないエアクリーナによって清浄化された空気が流れる。
　遠心圧縮機１０は、第１インペラ室２８、第１吐出室２９、及び第１ディフューザ流路３０を備えている。第１インペラ室２８、第１吐出室２９、及び第１ディフューザ流路３０は、第１コンプレッサハウジング１３と第３プレート１７との間に形成されている。したがって、ハウジング１１は、第１インペラ室２８を有している。第１プレート１５及び第３プレート１７は、第１インペラ室２８とモータ室１８とを仕切る仕切壁を構成している。第１インペラ室２８は、第１吸入口２７に連通している。第１吐出室２９は、第１インペラ室２８の周囲で第１吸入口２７の軸心周りに延びている。第１ディフューザ流路３０は、第１インペラ室２８と第１吐出室２９とを連通している。第１インペラ室２８は、第１挿通孔２３に連通している。
　遠心圧縮機１０は、第１吐出通路３１を有している。第１吐出通路３１の第１端は、第１吐出室２９に連通している。第１吐出通路３１の第２端は、第１コンプレッサハウジング１３の外周面に開口している。
　第２コンプレッサハウジング１４は、空気が吸入される円孔状の第２吸入口３２を有する筒状である。第２コンプレッサハウジング１４は、第２吸入口３２の軸心が、第２挿通孔２６の軸心と一致した状態で第２プレート１６におけるモータハウジング１２とは反対側の端面に連結されている。第２吸入口３２は、第２コンプレッサハウジング１４における第２プレート１６とは反対側の端面に開口している。
　遠心圧縮機１０は、第２インペラ室３３、第２吐出室３４、及び第２ディフューザ流路３５を備えている。第２インペラ室３３、第２吐出室３４、及び第２ディフューザ流路３５は、第２コンプレッサハウジング１４と第２プレート１６との間に形成されている。したがって、ハウジング１１は、第２インペラ室３３を有している。第２プレート１６は、第２インペラ室３３とモータ室１８とを仕切る仕切壁を構成している。第２インペラ室３３は、第２吸入口３２に連通している。第２吐出室３４は、第２インペラ室３３の周囲で第２吸入口３２の軸心周りに延びている。第２ディフューザ流路３５は、第２インペラ室３３と第２吐出室３４とを連通している。第２インペラ室３３は、第２挿通孔２６に連通している。
　遠心圧縮機１０は、第２吐出通路３６を有している。第２吐出通路３６の第１端は、第２吐出室３４に連通している。第２吐出通路３６の第２端は、第２コンプレッサハウジング１４の外周面に開口している。第２吐出通路３６には、供給配管３７が接続されている。供給配管３７は、燃料電池スタック３８に接続されている。供給配管３７の第１端は、第２吐出通路３６に接続されている。供給配管３７の第２端は、燃料電池スタック３８に接続されている。第２吐出室３４は、第２吐出通路３６及び供給配管３７を介して燃料電池スタック３８に接続されている。
　遠心圧縮機１０は、接続配管３９を備えている。接続配管３９の第１端は、第１吐出通路３１に連通している。接続配管３９の第２端は、第２吸入口３２に連通している。接続配管３９内には、第１吐出室２９から第１吐出通路３１に吐出された空気が流れる。そして、接続配管３９内を通過した空気は、第２吸入口３２を介して第２インペラ室３３に吸入される。
　遠心圧縮機１０は、回転体４０を備えている。回転体４０は、回転軸４１と、第１インペラ４２と、第２インペラ４３と、支持部４４と、を含む。回転軸４１は、ハウジング１１内に収容されている。
　回転軸４１は、モータハウジング１２の軸線に沿って延びた状態で、モータ室１８を横切っている。回転軸４１の軸方向は、モータハウジング１２の軸方向に一致している。回転軸４１の第１端部は、モータ室１８から第１軸受保持部２１の内側、スラスト軸受収容室２４、及び第１挿通孔２３を通過して、第１インペラ室２８内に突出している。したがって、第１挿通孔２３は、回転体４０が挿通される挿通孔である。このように、ハウジング１１は、第１インペラ室２８とモータ室１８とを仕切るとともに回転体４０が挿通される第１挿通孔２３が形成されている仕切壁を有している。
　回転軸４１の第２端部は、モータ室１８から第２軸受保持部２５の内側、及び第２挿通孔２６を通過して、第２インペラ室３３内に突出している。したがって、第２挿通孔２６は、回転体４０が挿通される挿通孔である。このように、ハウジング１１は、第２インペラ室３３とモータ室１８とを仕切るとともに回転体４０が挿通される第２挿通孔２６が形成されている仕切壁を有している。
　第１インペラ４２は、回転軸４１の第１端に連結されている。第１インペラ４２は、第１インペラ室２８に収容されている。したがって、第１インペラ室２８は、第１インペラ４２を収容する。第１インペラ４２は、回転軸４１と一体的に回転することで第１インペラ室２８に吸入された空気を圧縮する。したがって、第１インペラ４２は、空気を圧縮するインペラである。よって、第１インペラ室２８は、インペラを収容するインペラ室である。
　第２インペラ４３は、回転軸４１の第２端に連結されている。第２インペラ４３は、第２インペラ室３３に収容されている。したがって、第２インペラ室３３は、第２インペラ４３を収容する。第２インペラ４３は、回転軸４１と一体的に回転することで第２インペラ室３３に吸入された空気を圧縮する。したがって、第２インペラ４３は、空気を圧縮するインペラである。よって、第２インペラ室３３は、インペラを収容するインペラ室である。したがって、ハウジング１１は、インペラを収容するインペラ室を有している。第２インペラ４３は、第１インペラ４２によって圧縮された後の空気を圧縮する。
　支持部４４は、回転軸４１の外周面から環状に突出している。支持部４４は、円板状である。支持部４４は、回転軸４１の外周面から径方向外側へ環状に突出した状態で、回転軸４１の外周面に固定されている。したがって、支持部４４は、回転軸４１とは別体である。支持部４４は、スラスト軸受収容室２４内に配置されている。支持部４４は、回転軸４１と一体的に回転する。
　遠心圧縮機１０は、シール部材４５を備えている。シール部材４５は、第１挿通孔２３と回転軸４１との間に設けられている。シール部材４５は、第１インペラ室２８からモータ室１８に向かう空気の洩れを抑制する。シール部材４５は、例えば、シールリングである。
　モータ２０は、筒状のロータ４７と、筒状のステータ４８と、を備えている。ロータ４７は、回転軸４１に固定されている。ステータ４８は、ハウジング１１に固定されている。ロータ４７は、ステータ４８の径方向内側に配置されている。ロータ４７は、回転軸４１と一体的に回転する。ロータ４７は、回転軸４１に固定された円筒状のロータコア４９と、ロータコア４９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。ステータ４８は、ロータ４７を取り囲んでいる。ステータ４８は、円筒状のステータコア５０と、コイル５１と、を有している。ステータコア５０は、モータハウジング１２の内周面に固定されている。コイル５１は、ステータコア５０に巻回されている。
　回転軸４１は、図示しないバッテリからコイル５１に電流が流れることによって、ロータ４７と一体的に回転する。したがって、モータ２０は、回転体４０を回転させる。モータ２０は、回転軸４１の軸方向において、第１インペラ４２と第２インペラ４３との間に配置されている。
　遠心圧縮機１０は、第１ラジアル軸受５２を備えている。第１ラジアル軸受５２は円筒状である。第１ラジアル軸受５２は、第１軸受保持部２１に保持されている。第１ラジアル軸受５２は、回転軸４１におけるモータ２０よりも回転軸４１の第１端部寄りに位置する部位を回転可能に支持する。
　遠心圧縮機１０は、第２ラジアル軸受５３を備えている。第２ラジアル軸受５３は円筒状である。第２ラジアル軸受５３は、第２軸受保持部２５に保持されている。第２ラジアル軸受５３は、回転軸４１におけるモータ２０よりも回転軸４１の第２端部寄りに位置する部位を回転可能に支持する。
　第１ラジアル軸受５２及び第２ラジアル軸受５３は、モータ２０を回転軸４１の軸方向で挟んだ両側の位置で回転軸４１をラジアル方向で回転可能に支持する。なお、「ラジアル方向」とは、回転軸４１の軸方向に対して直交する方向である。
　遠心圧縮機１０は、スラスト軸受５４を備えている。スラスト軸受５４は、スラスト軸受収容室２４に収容されている。したがって、スラスト軸受収容室２４は、スラスト軸受５４を収容する。スラスト軸受５４は、支持部４４をスラスト方向で回転可能に支持する。したがって、スラスト軸受５４は、支持部４４を介して回転軸４１を回転可能に支持する。なお、「スラスト方向」とは、回転軸４１の軸線方向に対して平行な方向である。
　第１吸入口２７を介して第１インペラ室２８に吸入された空気は、第１インペラ４２の回転によって加速されながら、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を通過することにより昇圧される。そして、第１ディフューザ流路３０を通過した空気は、第１吐出室２９に吐出される。第１吐出室２９に吐出された空気は、第１吐出通路３１に吐出される。第１吐出通路３１に吐出された空気は、接続配管３９及び第２吸入口３２を介して第２インペラ室３３に吸入される。第２インペラ室３３に吸入された空気は、第２インペラ４３の回転によって加速されながら、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を通過することにより昇圧される。そして、第２ディフューザ流路３５を通過した空気は、第２吐出室３４に吐出される。第２吐出室３４に吐出された空気は、第２吐出通路３６に吐出される。第２吐出通路３６に吐出された空気は、供給配管３７を介して燃料電池スタック３８に供給される。したがって、遠心圧縮機１０は、燃料電池スタック３８に対して空気を供給する。燃料電池スタック３８に供給された空気に含まれる酸素は、燃料電池スタック３８の発電に寄与する。
　回転体４０は、燃料電池スタック３８に供給される空気を圧縮する第１インペラ４２及び第２インペラ４３を含む。したがって、回転体４０は、インペラを含む。第２吐出通路３６及び供給配管３７は、燃料電池スタック３８に空気を供給する供給流路５５を構成している。そして、第２吐出室３４は、第２インペラ４３によって圧縮された空気が吐出されるとともに供給流路５５が接続されている吐出室である。したがって、ハウジング１１は、供給流路５５が接続されている吐出室を有している。
　遠心圧縮機１０は、導入通路５６を備えている。導入通路５６は、第２プレート１６に形成されている。導入通路５６の第１端は、第２プレート１６の外周面に開口している。導入通路５６の第２端は、第２挿通孔２６に連通している。
　導入通路５６の第１端には、分岐配管５７が接続されている。分岐配管５７は、供給配管３７の途中から分岐されている。分岐配管５７の第１端は、供給配管３７に接続されている。分岐配管５７の第２端は、導入通路５６の第１端に接続されている。分岐配管５７の途中には、インタークーラ５８が設けられている。インタークーラ５８は、分岐配管５７内を流れる空気を冷却する。
　供給配管３７を流れる空気の一部は、分岐配管５７に流れ込む。分岐配管５７を流れる空気は、インタークーラ５８によって冷却される。これにより、インタークーラ５８を通過した空気は、第２吐出室３４に吐出された空気の温度よりも低い温度となる。そして、インタークーラ５８によって冷却された空気は、導入通路５６、第２挿通孔２６、及び第２軸受保持部２５の内側を通過してモータ室１８内へ導入される。したがって、導入通路５６は、第２インペラ４３によって圧縮された空気の一部を、第２吐出室３４に吐出された空気の温度よりも低い温度の状態でモータ室１８内へ導入する。
　遠心圧縮機１０は、排出通路５９を備えている。排出通路５９は、第１プレート１５に形成されている。排出通路５９の第１端は、スラスト軸受収容室２４に連通している。排出通路５９の第２端は、第１プレート１５の外周面に開口している。したがって、排出通路５９は、ハウジング１１の外部に連通している。そして、スラスト軸受収容室２４内の空気は、排出通路５９を介してハウジング１１の外部へ排出される。
　図２に示すように、第２インペラ４３は、背面４３ａから先端に向かうに従って徐々に縮径した筒状である。第２インペラ４３の背面４３ａは、第２プレート１６に対向している。第２インペラ４３は、貫通孔４３ｈを有している。貫通孔４３ｈの軸線は、第２インペラ４３の回転軸線に一致している。
　第２インペラ４３は、円筒状のボス部６０を有している。ボス部６０は、第２インペラ４３の背面４３ａの中央部から突出している。ボス部６０の内側は、貫通孔４３ｈに連通している。回転軸４１は、ボス部６０の内側及び貫通孔４３ｈを通過している。ボス部６０は、第２挿通孔２６に入り込んでいる。したがって、ボス部６０は、第２挿通孔２６の内側に位置している。ボス部６０は、回転体４０における第２挿通孔２６の内側に位置する部分である。
　＜導入空間６１、絞り部６２、隔壁６３＞
　遠心圧縮機１０は、導入空間６１と、絞り部６２と、隔壁６３と、を備えている。ボス部６０の外周面には、環状の凹部６４が形成されている。また、ボス部６０の外周面は、第１外周面６５と、第２外周面６６と、を有している。第１外周面６５は、ボス部６０の外周面において、凹部６４を挟む両側の部分の一方であって、且つ、凹部６４よりもモータ室１８寄りの部分である。第２外周面６６は、ボス部６０の外周面において、凹部６４を挟む両側の部分の他方であって、且つ、凹部６４よりも第２インペラ室３３寄りの部分である。第１外周面６５は、凹部６４の内面に連続している。第２外周面６６は、凹部６４の内面に連続している。第２挿通孔２６の内周面において、ボス部６０の外周面と対向する部分の内径は、一定である。
　導入空間６１は、第２挿通孔２６の内周面と凹部６４の内面とで画定される空間である。したがって、導入空間６１は、第２挿通孔２６と回転体４０との間に形成されている。導入通路５６の第２端は、導入空間６１に連通している。そして、導入空間６１には、導入通路５６からの空気が導入される。
　絞り部６２は、第２挿通孔２６の内周面と第１外周面６５との間に形成される隙間である。したがって、絞り部６２は、第２挿通孔２６と回転体４０との間であって、導入空間６１よりもモータ室１８寄りに形成されている。そして、絞り部６２は、導入空間６１からモータ室１８内に向かって流れる空気を絞る。
　隔壁６３は、第２外周面６６を形成するボス部６０の壁である。隔壁６３は、回転体４０における第２挿通孔２６の内側に位置する部分であって、且つ、導入空間６１よりも第２インペラ室３３寄りの部分に設けられている。隔壁６３は、導入空間６１よりも第２インペラ室３３寄りに配置されている。隔壁６３は、導入空間６１と、第２インペラ４３の背面４３ａと第２プレート１６との間の空隙６７と、の間に配置されている。したがって、回転体４０は、導入空間６１と空隙６７との間に隔壁６３を備えている。隔壁６３は、凹部６４の底面６４ａよりも第２挿通孔２６の内周面に突出している。
　第２挿通孔２６の内周面と第２外周面６６との間に形成される隙間は、第２挿通孔２６と隔壁６３とによって形成される隔壁隙間６８である。隔壁隙間６８は、絞りとして機能する。第１外周面６５の外径は、第２外周面６６の外径よりも大きい。したがって、絞り部６２の流路断面積は、隔壁隙間６８の流路断面積よりも小さい。絞り部６２は、導入通路５６から導入空間６１に導入される空気の圧力を、第２インペラ４３の背面４３ａと第２プレート１６との間の空隙６７の空気の圧力よりも高くする。
　［実施形態の作用］
　次に、本実施形態の作用について説明する。
　導入通路５６から導入空間６１に導入された空気は、絞り部６２を経由して、第２挿通孔２６、及び第２軸受保持部２５の内側を通過してモータ室１８内へ導入される。したがって、第２インペラ４３によって圧縮された空気の一部が、導入通路５６から導入空間６１及び絞り部６２を経由してモータ室１８内へ導入される。第２ラジアル軸受５３は、第２軸受保持部２５の内側を通過する空気によって冷却される。モータ２０は、モータ室１８に導入された空気によって冷却される。したがって、遠心圧縮機１０においては、導入通路５６からモータ室１８内へ導入される空気により、モータ２０を冷却する。
　モータ室１８内に導入された空気は、第１軸受保持部２１の内側を通過する。第１ラジアル軸受５２は、第１軸受保持部２１の内側を通過する空気によって冷却される。第１軸受保持部２１の内側を通過した空気は、スラスト軸受収容室２４内に導入される。スラスト軸受５４は、スラスト軸受収容室２４内に導入された空気によって冷却される。そして、スラスト軸受収容室２４内の空気は、排出通路５９を介してハウジング１１の外部へ排出される。
　導入通路５６から導入空間６１に導入されて、導入空間６１からモータ室１８内に向かって流れる空気が、絞り部６２によって絞られる。これにより、導入空間６１の圧力がモータ室１８内の圧力よりも高くなる。さらに、導入通路５６から導入空間６１に導入される空気の圧力が、第２インペラ４３の背面４３ａと第２プレート１６との間の空隙６７の空気の圧力よりも高くなる。よって、第２インペラ４３の背面４３ａと第２プレート１６との間の空隙６７から導入空間６１に空気が流れ込み難くなる。その結果、第２インペラ４３によって圧縮されて第２吐出室３４に吐出される空気の一部が、第２挿通孔２６を介してモータ室１８内に侵入してしまうことが抑制されている。
　［実施形態の効果］
　上記実施形態では以下の効果を得ることができる。
　（１）導入通路５６から導入空間６１に導入されて、導入空間６１からモータ室１８内に向かって流れる空気が、絞り部６２によって絞られる。これにより、導入空間６１の圧力がモータ室１８内の圧力よりも高くなる。さらに、導入通路５６から導入空間６１に導入される空気の圧力が、第２インペラ４３の背面４３ａと第２プレート１６との間の空隙６７の空気の圧力よりも高くなる。よって、第２インペラ４３の背面４３ａと第２プレート１６との間の空隙６７から導入空間６１に空気が流れ込み難くなる。その結果、第２インペラ４３によって圧縮されて第２吐出室３４に吐出される空気の一部が、第２挿通孔２６を介してモータ室１８内に侵入してしまうことが抑制されている。したがって、第２インペラ４３によって圧縮されて第２吐出室３４に吐出される空気の一部が、第２挿通孔２６を介してモータ室１８内に侵入することで、モータ室１８内に侵入した空気によってモータ２０が暖められてしまうといった問題が生じ難くなる。そして、第２インペラ４３によって圧縮された空気の一部が、第２吐出室３４に吐出された空気の温度よりも低い温度の状態で、導入通路５６から導入空間６１及び絞り部６２を経由してモータ室１８内へ導入される。これにより、モータ２０を効率良く冷却することができる。その結果、遠心圧縮機１０の耐久性の向上を図ることができる。
　（２）第２挿通孔２６と隔壁６３とによって形成される隔壁隙間６８は、絞りとして機能する。これによれば、第２インペラ４３の背面４３ａと第２プレート１６との間の空隙６７から導入空間６１に空気がさらに流れ込み難くなる。その結果、第２インペラ４３によって圧縮されて第２吐出室３４に吐出される空気の一部が、第２挿通孔２６を介してモータ室１８内に侵入してしまうことをさらに抑制し易くすることができる。
　（３）絞り部６２の流路断面積は、隔壁隙間６８の流路断面積よりも小さい。これによれば、例えば、絞り部６２の流路断面積が、隔壁隙間６８の流路断面積以上である場合に比べると、導入通路５６から導入空間６１に導入される空気の圧力を、空隙６７の空気の圧力よりも高くし易い。よって、第２インペラ４３の背面４３ａと第２プレート１６との間の空隙６７から導入空間６１に空気がさらに流れ込み難くなる。したがって、第２インペラ４３によって圧縮されて第２吐出室３４に吐出される空気の一部が、第２挿通孔２６を介してモータ室１８内に侵入してしまうことをさらに抑制し易くすることができる。
　［変更例］
　なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
　○実施形態において、ボス部６０の外周面に凹部６４が形成されておらず、第２挿通孔２６の内周面に環状の凹部が形成されていてもよい。そして、導入空間６１は、第２挿通孔２６の内周面に形成された凹部とボス部６０の外周面とで画定される空間であってもよい。したがって、導入空間６１は、第２挿通孔２６と回転体４０との間に形成されている。そして、この場合、隔壁６３は、第２挿通孔２６の内周面における導入空間６１よりも第２インペラ室３３寄りの部分を形成する第２プレート１６の壁である。したがって、隔壁６３は、導入空間６１よりも第２インペラ室３３寄りに配置されている。
　○実施形態において、ボス部６０の外周面に形成される凹部６４に加えて、第２挿通孔２６の内周面にも環状の凹部が形成されていてもよい。そして、導入空間６１は、ボス部６０の外周面に形成された凹部６４と第２挿通孔２６の内周面に形成された凹部とで画定される空間であってもよい。したがって、導入空間６１は、第２挿通孔２６と回転体４０との間に形成されている。この場合、隔壁６３は、第２挿通孔２６の内周面における導入空間６１よりも第２インペラ室３３寄りの部分を形成する第２プレート１６の壁と、第２外周面６６を形成するボス部６０の壁と、を含む。したがって、隔壁６３は、導入空間６１よりも第２インペラ室３３寄りに配置されている。
　○実施形態において、凹部６４は、ボス部６０の外周面に形成されていたが、これに限らない。例えば、回転軸４１の外周面に凹部６４が形成されていてもよい。また、例えば、回転軸４１の外周面に固定されて回転軸４１と一体的に回転する筒状部材の外周面に凹部６４が形成されていてもよい。
　○実施形態において、絞り部６２の流路断面積が、隔壁隙間６８の流路断面積以上であってもよい。　○　実施形態において、隔壁隙間６８が絞りとして機能していなくてもよい。要は、導入通路５６から導入空間６１に導入される空気の圧力が、第２インペラ４３の背面４３ａと第２プレート１６との間の空隙６７の空気の圧力よりも高くなっていればよい。
　○実施形態において、第１外周面６５に凹部が形成されていてもよい。そして、第２挿通孔２６の内周面と第１外周面６５の凹部とによって、ラビリンスシールが形成されていてもよい。
　○実施形態において、第２外周面６６に凹部が形成されていてもよい。そして、第２挿通孔２６の内周面と第２外周面６６の凹部とによって、ラビリンスシールが形成されていてもよい。
　○実施形態において、導入通路５６は、第１インペラ４２によって圧縮された空気の一部をモータ室１８内へ導入してもよい。第１インペラ４２によって圧縮された空気の温度は、第２インペラ４３によって圧縮されて第２吐出室３４に吐出される空気の温度よりも低い。要は、導入通路５６は、第２吐出室３４に吐出された空気の温度よりも低い温度の状態でモータ室１８内へ空気を導入すればよい。
　○実施形態において、遠心圧縮機１０は、第２インペラ４３を備えていない構成であってもよい。この場合、導入通路５６は、第３プレート１７に形成されている。導入空間６１は、第１挿通孔２３と回転体４０との間に形成されている。絞り部６２は、第１挿通孔２３と回転体４０との間であって、導入空間６１よりもモータ室１８寄りに形成されている。導入通路５６から導入空間６１に導入される空気の圧力は、第１インペラ４２の背面と第３プレート１７との間の空隙の空気の圧力よりも高くなっている。
　○実施形態において、遠心圧縮機１０は、第２インペラ４３に代えて、タービンホイールを備えている構成であってもよい。
　○実施形態において、遠心圧縮機１０は、燃料電池車に搭載されていなくてもよい。要は、遠心圧縮機１０は、車両に搭載されるものに限定されるものではない。
　１０　遠心圧縮機
　１１　ハウジング
　１５　第１プレート（仕切壁）
　１６　第２プレート（仕切壁）
　１７　第３プレート（仕切壁）
　１８　モータ室
　２０　モータ
　２３　第１挿通孔（挿通孔）
　２６　第２挿通孔（挿通孔）
　２８　第１インペラ室（インペラ室）
　３３　第２インペラ室（インペラ室）
　３４　吐出室である第２吐出室
　３８　燃料電池スタック
　４０　回転体
　４２　第１インペラ（インペラ）
　４３　第２インペラ（インペラ）
　４３ａ　背面
　５５　供給流路
　５６　導入通路
　６１　導入空間
　６２　絞り部
　６３　隔壁
　６７　空隙
　６８　隔壁隙間

Claims (3)

  1. 　燃料電池スタックに供給される空気を圧縮するインペラを含む回転体と、
    　前記回転体を回転させるモータと、
    　前記インペラを収容するインペラ室、前記モータを収容するモータ室、前記インペラ室と前記モータ室とを仕切るとともに前記回転体が挿通される挿通孔が形成されている仕切壁、及び前記インペラによって圧縮された空気が吐出されるとともに前記燃料電池スタックに前記空気を供給する供給流路が接続されている吐出室を有するハウジングと、
    　前記インペラによって圧縮された空気の一部を、前記吐出室に吐出された空気の温度よりも低い温度の状態で前記モータ室内へ導入する導入通路と、を備え、
    　前記導入通路から前記モータ室内へ導入される空気により、前記モータを冷却する遠心圧縮機であって、
    　前記導入通路は、前記仕切壁に形成されており、
    　前記挿通孔と前記回転体との間に形成されるとともに前記導入通路からの空気が導入される導入空間と、
    　前記挿通孔と前記回転体との間であって、前記導入空間よりも前記モータ室寄りに形成されるとともに前記導入空間から前記モータ室内に向かって流れる空気を絞る絞り部と、を備え、
    　前記導入通路から前記導入空間に導入される空気の圧力を、前記インペラの背面と前記仕切壁との間の空隙の空気の圧力よりも高くし、
    　前記インペラによって圧縮された空気の一部が、前記導入通路から前記導入空間及び前記絞り部を経由して前記モータ室内へ導入されることを特徴とする遠心圧縮機。
  2. 　前記回転体は、前記導入空間と前記空隙との間に隔壁を備え、　前記挿通孔と前記隔壁とによって形成される隔壁隙間は、絞りとして機能することを特徴とする請求項１に記載の遠心圧縮機。
  3. 　前記絞り部の流路断面積は、前記隔壁隙間の流路断面積よりも小さいことを特徴とする請求項２に記載の遠心圧縮機。
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