WO2024079950A1 - 遠心圧縮機 - Google Patents

Abstract

第２挿通孔（２６）の内側には、第１隙間（８１）と、第２隙間（８２）と、第３隙間（８３）と、第４隙間（８４）と、が設けられている。空気は、第１隙間（８１）から第４隙間（８４）に向かって流れるにつれて次々と減圧されていく。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（９０）から第２挿通孔（２６）に流れ込んだ空気の圧力が効率良く減圧される。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）を介してモータ室内に侵入してしまうことが抑制されている。シムプレート（７７）を利用するだけで、第２挿通孔（２６）の内側に第３隙間（８３）及び第４隙間（８４）を設けることができるため、第２挿通孔（２６）の内側に第３隙間（８３）及び第４隙間（８４）を設けるために、回転軸（４１）に対して追加加工を施す必要が無い。

Description

遠心圧縮機

　本発明は、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、遠心圧縮機は、回転軸、及びインペラを含む回転体を備えている。インペラは、回転軸と一体的に回転する。インペラは、空気を圧縮する。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、回転軸を回転させる。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。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。

　また、遠心圧縮機は、環状のシムプレートを備えている場合がある。シムプレートは、例えば、回転軸の軸方向で回転軸とインペラとの間に介在されている。シムプレートは、回転軸の軸方向で回転軸とインペラとの間に介在されることにより、インペラにおける回転軸の軸方向での位置を調整する。これにより、インペラとハウジングとの間のクリアランスが調整されるため、空気の圧縮効率が向上する。

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洩れてしまう虞がある。その結果、遠心圧縮機において、空気の無駄な圧縮が増えることになるため、運転効率が低下する要因となる。そこで、回転軸に対して追加加工を施すことなく、遠心圧縮機の運転効率の低下を抑制することが望まれている。

　上記課題を解決する遠心圧縮機は、回転軸、及び前記回転軸と一体的に回転することで空気を圧縮するインペラを含む回転体と、前記回転軸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吐出室を有するハウジングと、前記回転軸の軸方向で前記回転軸と前記インペラとの間に介在される環状のシムプレートと、を備えた遠心圧縮機であって、前記回転軸は、前記挿通孔の内側に配置される軸部を有し、前記軸部は、大径軸部と、前記大径軸部よりも小径であるとともに前記大径軸部から前記インペラ室に向けて延びる小径軸部と、を有し、前記インペラは、前記インペラの背面から突出するとともに前記挿通孔の内側に配置されるボス部を有し、前記ボス部は、大径ボス部と、前記大径ボス部よりも小径であるとともに前記大径ボス部から前記モータ室に向けて延びる小径ボス部と、を有し、前記シムプレートは、前記小径軸部の端面と前記小径ボス部の端面との間に介在されるとともに前記小径軸部及び前記小径ボス部よりも前記回転軸の径方向外側へ突出しており、前記仕切壁は、前記挿通孔の内周面から前記小径ボス部の外周面に向けて突出する環状の突起部を有し、前記挿通孔の内側には、前記挿通孔の内周面と前記大径ボス部の外周面との間に形成される第１隙間と、前記突起部と前記小径ボス部の外周面との間に形成される第２隙間と、前記シムプレートと前記挿通孔の内周面との間に形成される第３隙間と、前記挿通孔の内周面と前記大径軸部の外周面との間に形成される第４隙間と、がこの順で、前記インペラ室から前記モータ室に向けて設けられており、前記第１隙間、前記第２隙間、前記第３隙間、及び前記第４隙間は、前記挿通孔と前記回転体との間をシールするラビリンスシールを構成する。

　これによれば、第１隙間、第２隙間、第３隙間、及び第４隙間が、挿通孔と回転体との間をシールするラビリンスシールを構成している。具体的には、例えば、インペラの背面と仕切壁との間の空隙から挿通孔に空気が流れ込んだ場合に、第１隙間を通過することにより空気が絞られる。そして、第１隙間を通過した空気は、第２隙間に至るまでに膨張するとともに第２隙間を通過することにより再度絞られる。さらに、第２隙間を通過した空気は、第３隙間に至るまでに再度膨張するとともに第３隙間を通過することにより再度絞られる。そして、第３隙間を通過した空気は、第４隙間に至るまでに再度膨張するとともに第４隙間を通過することにより再度絞られる。このように、インペラの背面と仕切壁との間の空隙から挿通孔に空気が流れ込んだとしても、空気は、第１隙間から第２隙間及び第３隙間を介した第４隙間までの間で空気が絞られる部分と膨張する部分とを順次通過することになる。したがって、空気が第１隙間から第４隙間に向かって流れるにつれて次々と減圧されていく。よって、インペラの背面と仕切壁との間の空隙から挿通孔に流れ込んだ空気の圧力を効率良く減圧させることができる。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洩れてしまうことが抑制されている。その結果、遠心圧縮機において、空気の無駄な圧縮が抑制されるため、遠心圧縮機の運転効率の低下が抑制される。

　例えば、シムプレートを利用せずに、挿通孔の内側に第３隙間及び第４隙間を設けようとすると、軸部の外周面に環状の凹部を形成する必要がある。したがって、軸部の外周面に凹部を形成するための加工が必要となるため、回転軸に対して追加加工を施す必要がある。そこで、シムプレートを小径軸部及び小径ボス部よりも回転軸の径方向外側へ突出させることにより、第３隙間を形成した。これによれば、既存の構成であるシムプレートを利用するだけで、挿通孔の内側に第３隙間及び第４隙間を設けることができる。以上により、回転軸に対して追加加工を施すことなく、遠心圧縮機の運転効率の低下を抑制することができる。

　上記遠心圧縮機において、前記仕切壁は、前記インペラ室を区画するとともに前記挿通孔の一部を形成する第１孔を有する第１壁構成体と、前記モータ室を区画するとともに前記挿通孔の一部を形成する第２孔を有する第２壁構成体と、を有し、前記突起部は、前記第１孔の内周面から前記小径ボス部の外周面に向けて突出する第１突起部であり、前記第２壁構成体は、前記第２孔の内周面から前記小径軸部の外周面に向けて突出する環状の第２突起部を有し、前記挿通孔の内側には、前記第２突起部と前記小径軸部の外周面との間に形成される第５隙間が設けられ、前記第５隙間は、前記第３隙間と前記第４隙間との間に位置し、前記第１隙間、前記第２隙間、前記第３隙間、前記第４隙間、及び前記第５隙間は、前記挿通孔と前記回転体との間をシールするラビリンスシールを構成するとよい。

　これによれば、第２突起部が、第１突起部が形成されている第１壁構成体とは別部材である第２壁構成体に形成されている。したがって、遠心圧縮機の組み立ての際に、小径軸部の端面と小径ボス部の端面との間に介在されているシムプレートを、回転軸の軸方向で第１突起部と第２突起部との間に配置することができる。そして、挿通孔の内側に第５隙間が設けられている。したがって、第５隙間を通過することにより空気が絞られる。よって、第１隙間から第４隙間に向かって流れる空気がさらに減圧され易くなる。したがって、インペラの背面と仕切壁との間の空隙から挿通孔に流れ込んだ空気の圧力をさらに効率良く減圧させることができる。

　上記遠心圧縮機において、前記シムプレートの線膨張係数は、前記仕切壁の線膨張係数よりも小さいとよい。
　これによれば、例えば、シムプレートの線膨張係数が、仕切壁の線膨張係数以上である場合に比べると、インペラからシムプレートに熱が伝わって、シムプレートが熱膨張したとしても、シムプレートが仕切壁に接触してしまうことが回避され易くなる。

　この発明によれば、回転軸に対して追加加工を施すことなく、遠心圧縮機の運転効率の低下を抑制することができる。

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。 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～図３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、金属材料製である。ハウジング１１は、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、端壁１２ａと、周壁１２ｂと、を有している。端壁１２ａは、板状である。周壁１２ｂは、端壁１２ａの外周部から筒状に延びている。第１プレート１５は、モータハウジング１２の周壁１２ｂ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の周壁１２ｂの開口を閉塞している。そして、モータハウジング１２及び第１プレート１５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。

　第２プレート１６は、モータハウジング１２の端壁１２ａの外面に連結されている。第２プレート１６は、第２プレート１６の厚み方向がモータハウジング１２の端壁１２ａの厚み方向に一致した状態で、モータハウジング１２の端壁１２ａに取り付けられている。

　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は、室形成凹部２２を有している。室形成凹部２２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は、第３プレート１７の厚み方向が第１プレート１５の厚み方向に一致した状態で、第１プレート１５に取り付けられている。第３プレート１７は、第１挿通孔２３を有している。第１挿通孔２３は、第３プレート１７の中央部に形成されている。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、モータハウジング１２の端壁１２ａの中央部からモータ室１８内に突出している。したがって、モータハウジング１２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。

　ハウジング１１は、第２挿通孔２６を有している。第２挿通孔２６は、モータハウジング１２の端壁１２ａの中央部、及び第２プレート１６の中央部を貫通している。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。モータハウジング１２の端壁１２ａ、及び第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、第１インペラ４２、第２インペラ４３、及び支持部４４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、回転軸４１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、回転軸４１、及び回転軸４１と一体的に回転することで燃料電池スタック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１プレート１５に形成されている。導入通路５６の第１端は、第１プレート１５の外周面に開口している。導入通路５６の第２端は、スラスト軸受収容室２４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、スラスト軸受収容室２４、及び第１軸受保持部２１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、排出路５９を備えている。排出路５９は、モータハウジング１２の端壁１２ａに形成されている。排出路５９の第１端は、第２挿通孔２６に連通している。排出路５９の第２端は、モータハウジング１２の端壁１２ａの外周面に開口している。したがって、排出路５９は、ハウジング１１の外部に連通している。そして、モータ室１８内から第２軸受保持部２５の内側を通過して第２挿通孔２６内に流れ込んだ空気は、排出路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。よって、第２プレート１６は、第２インペラ４３の背面４３ａに対向する対向面１６ａを有している。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。なお、第２インペラ４３の回転軸線は、回転軸４１の軸線でもある。

　＜第１孔６１及び第２孔６４＞
　第２プレート１６は、第２挿通孔２６の一部を形成する第１孔６１を有している。第１孔６１は、第２プレート１６の中央部を貫通している。第１孔６１は、第１大径孔６２及び第１小径孔６３を有している。第１大径孔６２は、対向面１６ａに連続している。第１小径孔６３は、第１小径孔６３の孔径が第１大径孔６２の孔径よりも小さい。第１小径孔６３は、第１大径孔６２における対向面１６ａとは反対側の端部に連続している。第２プレート１６は、第２インペラ室３３を区画する第１壁構成体である。

　モータハウジング１２の端壁１２ａは、第２挿通孔２６の一部を形成する第２孔６４を有している。第２孔６４は、モータハウジング１２の端壁１２ａの中央部を貫通している。第２孔６４は、第２大径孔６５及び第２小径孔６６を有している。第２大径孔６５は、第２軸受保持部２５の内側に連続している。第２小径孔６６は、第２小径孔６６の孔径が第２大径孔６５の孔径よりも小さい。第２小径孔６６は、第２大径孔６５における第２軸受保持部２５とは反対側の端部に連続している。第２小径孔６６の孔径は、第１小径孔６３の孔径と同じである。モータハウジング１２の端壁１２ａは、モータ室１８を区画する第２壁構成体である。したがって、仕切壁は、第１壁構成体と、第２壁構成体と、を有している。

　＜軸部７１＞
　回転軸４１は、軸部７１を有している。軸部７１は、回転軸４１のうち、第２挿通孔２６の内側に配置されている部分である。軸部７１は、大径軸部７２と、小径軸部７３と、を有している。大径軸部７２は、モータ室１８から第２軸受保持部２５の内側、及び第２孔６４の第２大径孔６５を通過して、第２孔６４の第２小径孔６６の内側に至るまで延びている。

　図３に示すように、大径軸部７２の端面７２ａは、第２小径孔６６の内側に位置している。小径軸部７３は、大径軸部７２よりも小径である。図２及び図３に示すように、小径軸部７３は、大径軸部７２の端面７２ａから第２インペラ室３３に向けて延びている。大径軸部７２の軸心と小径軸部７３の軸心とは一致している。図３に示すように、小径軸部７３は、大径軸部７２の端面７２ａから第２孔６４の第２小径孔６６を通過して、第１孔６１の第１小径孔６３の内側に至るまで延びている。小径軸部７３の端面７３ａは、第１孔６１の第１小径孔６３の内側に位置している。なお、回転軸４１は、貫通部４１ｅを有している。貫通部４１ｅは、小径軸部７３の端面７３ａから延びて第２インペラ４３の貫通孔４３ｈ内を貫通している。

　＜ボス部７４＞
　第２インペラ４３は、円筒状のボス部７４を有している。ボス部７４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７４の内側は、貫通孔４３ｈに連通している。回転軸４１は、ボス部７４の内側及び貫通孔４３ｈを通過している。ボス部７４は、第２挿通孔２６に入り込んでいる。したがって、ボス部７４は、第２挿通孔２６の内側に配置されている。ボス部７４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。

　ボス部７４は、大径ボス部７５と、小径ボス部７６と、を有している。大径ボス部７５は、第２インペラ４３の背面４３ａに連続している。大径ボス部７５の外径は、大径軸部７２の外径と同じである。大径ボス部７５は、第２インペラ４３の背面４３ａから第１孔６１の第１大径孔６２の内側を通過して、第１孔６１の第１小径孔６３の内側に至るまで延びている。大径ボス部７５の端面７５ａは、第１小径孔６３の内側に位置している。

　小径ボス部７６は、大径ボス部７５よりも小径である。小径ボス部７６は、大径ボス部７５の端面７５ａからモータ室１８に向けて延びている。大径ボス部７５の軸心と小径ボス部７６の軸心とは一致している。小径ボス部７６の端面７６ａは、第１小径孔６３の内側に位置している。小径ボス部７６の外径は、小径軸部７３の外径と同じである。小径ボス部７６の端面７６ａは、小径軸部７３の端面７３ａと回転軸４１の軸方向で向かい合っている。

　＜シムプレート７７＞
　遠心圧縮機１０は、シムプレート７７を備えている。シムプレート７７は、円環状である。シムプレート７７は、小径軸部７３の端面７３ａと、小径ボス部７６の端面７６ａとの間に介在されている。したがって、シムプレート７７は、回転軸４１の軸方向で回転軸４１と第２インペラ４３との間に介在されている。回転軸４１の軸線からシムプレート７７の外周縁までの距離は、大径ボス部７５の外径、及び大径軸部７２の外径と同じになっている。よって、シムプレート７７は、小径軸部７３及び小径ボス部７６よりも回転軸４１の径方向外側へ突出している。

　シムプレート７７は、金属材料製である。シムプレート７７は、例えば、ステンレス鋼製である。シムプレート７７の線膨張係数は、第２プレート１６の線膨張係数よりも小さい。したがって、シムプレート７７の線膨張係数は、仕切壁の線膨張係数よりも小さい。

　シムプレート７７は、回転軸４１の軸方向で回転軸４１と第２インペラ４３との間に介在されることにより、第２インペラ４３における回転軸４１の軸方向での位置を調整する。これにより、第２インペラ４３と第２コンプレッサハウジング１４との間のクリアランスが調整されるため、空気の圧縮効率が向上する。

　＜第１突起部７８及び第２突起部７９＞
　第２プレート１６は、突起部としての第１突起部７８を有している。したがって、仕切壁は、突起部を有している。第１突起部７８は、第１小径孔６３の内周面から小径ボス部７６の外周面に向けて突出する円環状である。したがって、突起部は、第１孔６１の内周面から小径ボス部７６の外周面に向けて突出する第１突起部７８である。よって、第１突起部７８は、第２挿通孔２６の内周面から小径ボス部７６の外周面に向けて突出している。第１突起部７８の内径は、大径ボス部７５の外径よりも小さい。

　モータハウジング１２の端壁１２ａは、第２突起部７９を有している。したがって、第２壁構成体は、第２突起部７９を有している。第２突起部７９は、第２小径孔６６の内周面から小径軸部７３の外周面に向けて突出する円環状である。したがって、第２突起部７９は、第２孔６４の内周面から小径軸部７３の外周面に向けて突出している。第２突起部７９の内径は、大径軸部７２の外径よりも小さい。第２突起部７９の内径は、第１突起部７８の内径と同じである。

　＜第１隙間８１、第２隙間８２、第３隙間８３、第４隙間８４、及び第５隙間８５＞
　第２挿通孔２６の内側には、第１隙間８１と、第２隙間８２と、第３隙間８３と、第４隙間８４と、第５隙間８５と、が設けられている。第１隙間８１は、第１小径孔６３の内周面と大径ボス部７５の外周面との間に形成されている。したがって、第１隙間８１は、第２挿通孔２６の内周面と大径ボス部７５の外周面との間に形成されている。

　第２隙間８２は、第１突起部７８と小径ボス部７６の外周面との間に形成されている。第３隙間８３は、シムプレート７７と第１小径孔６３の内周面との間に形成されている。したがって、第３隙間８３は、シムプレート７７と第２挿通孔２６の内周面との間に形成されている。

　第４隙間８４は、第２小径孔６６の内周面と大径軸部７２の外周面との間に形成されている。したがって、第４隙間８４は、第２挿通孔２６の内周面と大径軸部７２の外周面との間に形成されている。第５隙間８５は、第２突起部７９と小径軸部７３の外周面との間に形成されている。第１隙間８１、第２隙間８２、第３隙間８３、第４隙間８４、及び第５隙間８５それぞれの流路断面積は同じである。

　第２挿通孔２６の内側には、第１径路８６、第２径路８７、第３径路８８、及び第４径路８９が設けられている。第１径路８６は、第１隙間８１と第２隙間８２とを繋ぐ。第２径路８７は、第２隙間８２と第３隙間８３とを繋ぐ。第３径路８８は、第３隙間８３と第５隙間８５とを繋ぐ。第４径路８９は、第５隙間８５と第４隙間８４とを繋ぐ。そして、第２挿通孔２６の内側には、第１隙間８１、第１径路８６、第２隙間８２、第２径路８７、第３隙間８３、第３径路８８、第５隙間８５、第４径路８９、及び第４隙間８４によってラビリンスシールが形成されている。

　したがって、第２挿通孔２６の内側には、第１隙間８１と、第２隙間８２と、第３隙間８３と、第４隙間８４と、がこの順で、第２インペラ室３３からモータ室１８に向けて設けられている。そして、第１隙間８１、第２隙間８２、第３隙間８３、及び第４隙間８４は、第２挿通孔２６と回転体４０との間をシールするラビリンスシールを構成する。本実施形態では、第５隙間８５は、第３隙間８３と第４隙間８４との間に位置している。そして、第１隙間８１、第２隙間８２、第３隙間８３、第４隙間８４、及び第５隙間８５は、第２挿通孔２６と回転体４０との間をシールするラビリンスシールを構成する。

　［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。
　スラスト軸受５４は、導入通路５６から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。スラスト軸受収容室２４内の空気は、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、モータ室１８内へ導入される。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、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内へ導入することにより、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２軸受保持部２５の内側を通過する。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。第２軸受保持部２５の内側を通過した空気は、排出路５９を介してハウジング１１の外部へ排出される。

　ところで、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インペラ４３の背面４３ａと第２プレート１６との間の空隙９０に流れ込む場合がある。そして、空隙９０に流れ込んだ空気は、空隙９０から第２挿通孔２６に流れ込む。このように、例えば、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９０から第２挿通孔２６に空気が流れ込んだ場合に、第１隙間８１を通過することにより空気が絞られる。そして、第１隙間８１を通過した空気は、第１径路８６を介して第２隙間８２に至るまでに膨張するとともに第２隙間８２を通過することにより再度絞られる。さらに、第２隙間８２を通過した空気は、第２径路８７を介して第３隙間８３に至るまでに再度膨張するとともに第３隙間８３を通過することにより再度絞られる。そして、第３隙間８３を通過した空気は、第３径路８８を介して第５隙間８５に至るまでに再膨張するとともに第５隙間８５を通過することにより再度絞られる。さらに、第５隙間８５を通過した空気は、第４径路８９を介して第４隙間８４に至るまでに再膨張するとともに第４隙間８４を通過することにより再度絞られる。このように、空気は、第１隙間８１から第２隙間８２、第３隙間８３、及び第５隙間８５を介した第４隙間８４までの間で空気が絞られる部分と膨張する部分とを順次通過することになる。したがって、空気が第１隙間８１から第４隙間８４に向かって流れるにつれて次々と減圧されていく。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９０から第２挿通孔２６に流れ込んだ空気の圧力が効率良く減圧される。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）第２挿通孔２６の内側には、第１隙間８１と、第２隙間８２と、第３隙間８３と、第４隙間８４と、が設けられている。第１隙間８１、第２隙間８２、第３隙間８３、及び第４隙間８４は、第２挿通孔２６と回転体４０との間をシールするラビリンスシールを構成している。これによれば、例えば、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９０から第２挿通孔２６に空気が流れ込んだ場合に、第１隙間８１を通過することにより空気が絞られる。そして、第１隙間８１を通過した空気は、第２隙間８２に至るまでに膨張するとともに第２隙間８２を通過することにより再度絞られる。さらに、第２隙間８２を通過した空気は、第３隙間８３に至るまでに再度膨張するとともに第３隙間８３を通過することにより再度絞られる。そして、第３隙間８３を通過した空気は、第４隙間８４に至るまでに再度膨張するとともに第４隙間８４を通過することにより再度絞られる。このように、空気は、第１隙間８１から第２隙間８２及び第３隙間８３を介した第４隙間８４までの間で空気が絞られる部分と膨張する部分とを順次通過することになる。したがって、空気が第１隙間８１から第４隙間８４に向かって流れるにつれて次々と減圧されていく。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９０から第２挿通孔２６に流れ込んだ空気の圧力を効率良く減圧させることができる。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内に洩れてしまうことが抑制されている。その結果、遠心圧縮機１０において、空気の無駄な圧縮が抑制されるため、遠心圧縮機１０の運転効率の低下が抑制される。

　例えば、シムプレート７７を利用せずに、第２挿通孔２６の内側に第３隙間８３及び第４隙間８４を設けようとすると、軸部７１の外周面に環状の凹部を形成する必要がある。したがって、軸部７１の外周面に凹部を形成するための加工が必要となるため、回転軸４１に対して追加加工を施す必要がある。そこで、シムプレート７７を小径軸部７３及び小径ボス部７６よりも回転軸４１の径方向外側へ突出させることにより、第３隙間８３を形成した。これによれば、既存の構成であるシムプレート７７を利用するだけで、第２挿通孔２６の内側に第３隙間８３及び第４隙間８４を設けることができる。以上により、回転軸４１に対して追加加工を施すことなく、遠心圧縮機１０の運転効率の低下を抑制することができる。

　（２）第２突起部７９が、第１突起部７８が形成されている第２プレート１６とは別部材であるモータハウジング１２の端壁１２ａに形成されている。したがって、遠心圧縮機１０の組み立ての際に、小径軸部７３の端面７３ａと小径ボス部７６の端面７６ａとの間に介在されているシムプレート７７を、回転軸４１の軸方向で第１突起部７８と第２突起部７９との間に配置することができる。そして、第２挿通孔２６の内側に第５隙間８５が設けられている。したがって、第５隙間８５を通過することにより空気が絞られる。よって、第１隙間８１から第４隙間８４に向かって流れる空気がさらに減圧され易くなる。したがって、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９０から第２挿通孔２６に流れ込んだ空気の圧力をさらに効率良く減圧させることができる。

　（３）シムプレート７７の線膨張係数は、第２プレート１６の線膨張係数よりも小さい。例えば、シムプレート７７の線膨張係数が、第２プレート１６の線膨張係数以上である場合を考える。この場合に比べると、第２インペラ４３からシムプレート７７に熱が伝わって、シムプレート７７が熱膨張したとしても、シムプレート７７が第２プレート１６に接触してしまうことが回避され易くなる。

　（４）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内に洩れ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。よって、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内へ導入することにより、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。

　［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、第２インペラ室３３とモータ室１８とを仕切る仕切壁が、例えば、第２プレート１６のみによって構成されていてもよい。この場合、モータハウジング１２は、例えば、筒状である。そして、モータハウジング１２の開口が第２プレート１６によって閉塞される。このように、第２インペラ室３３とモータ室１８とを仕切る仕切壁が、第２プレート１６のみによって構成されている場合、遠心圧縮機１０は、第２突起部７９が削除された構成となる。このように、遠心圧縮機１０は、第２突起部７９を備えておらず、第２挿通孔２６の内側に、第５隙間８５が設けられていない構成であってもよい。

　○　実施形態において、例えば、シムプレート７７の線膨張係数が、第２プレート１６の線膨張係数以上であってもよい。
　○　実施形態において、第１隙間８１、第２隙間８２、第３隙間８３、第４隙間８４、及び第５隙間８５それぞれの流路断面積が異なっていてもよい。

　○　実施形態において、シムプレート７７は、例えば、鉄製であってもよい。シムプレート７７は、シムプレート７７の線膨張係数が第２プレート１６の線膨張係数よりも小さい材質であるのが好ましい。

　○　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、第１挿通孔２３の内側に、第１隙間８１と、第２隙間８２と、第３隙間８３と、第４隙間８４と、第５隙間８５と、が設けられている。

　○　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。

　○　実施形態において、遠心圧縮機１０は、燃料電池スタック３８に供給される空気を圧縮するために用いられるものに限らない。要は、遠心圧縮機１０は、空気を圧縮するものであればよい。

　１０　　遠心圧縮機
　１１　　ハウジング
　１２ａ　　第２壁構成体である端壁（仕切壁）
　１５　　第１プレート（仕切壁）
　１６　　第１壁構成体である第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
　４０　　回転体
　４１　　回転軸
　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
　６１　　第１孔
　６４　　第２孔
　７１　　軸部
　７２　　大径軸部
　７３　　小径軸部
　７３ａ　　端面
　７４　　ボス部
　７５　　大径ボス部
　７６　　小径ボス部
　７６ａ　　端面
　７７　　シムプレート
　７８　　第１突起部（突起部）
　７９　　第２突起部
　８１　　第１隙間
　８２　　第２隙間
　８３　　第３隙間
　８４　　第４隙間
　８５　　第５隙間

Claims (3)

1. 　回転軸、及び前記回転軸と一体的に回転することで空気を圧縮するインペラを含む回転体と、
   　前記回転軸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吐出室を有するハウジングと、
   　前記回転軸の軸方向で前記回転軸と前記インペラとの間に介在される環状のシムプレートと、を備えた遠心圧縮機であって、
   　前記回転軸は、前記挿通孔の内側に配置される軸部を有し、
   　前記軸部は、大径軸部と、前記大径軸部よりも小径であるとともに前記大径軸部から前記インペラ室に向けて延びる小径軸部と、を有し、
   　前記インペラは、前記インペラの背面から突出するとともに前記挿通孔の内側に配置されるボス部を有し、
   　前記ボス部は、大径ボス部と、前記大径ボス部よりも小径であるとともに前記大径ボス部から前記モータ室に向けて延びる小径ボス部と、を有し、
   　前記シムプレートは、前記小径軸部の端面と前記小径ボス部の端面との間に介在されるとともに前記小径軸部及び前記小径ボス部よりも前記回転軸の径方向外側へ突出しており、
   　前記仕切壁は、前記挿通孔の内周面から前記小径ボス部の外周面に向けて突出する環状の突起部を有し、
   　前記挿通孔の内側には、
   　前記挿通孔の内周面と前記大径ボス部の外周面との間に形成される第１隙間と、
   　前記突起部と前記小径ボス部の外周面との間に形成される第２隙間と、
   　前記シムプレートと前記挿通孔の内周面との間に形成される第３隙間と、
   　前記挿通孔の内周面と前記大径軸部の外周面との間に形成される第４隙間と、がこの順で、前記インペラ室から前記モータ室に向けて設けられており、
   　前記第１隙間、前記第２隙間、前記第３隙間、及び前記第４隙間は、前記挿通孔と前記回転体との間をシールするラビリンスシールを構成することを特徴とする遠心圧縮機。
2. 　前記仕切壁は、
   　前記インペラ室を区画するとともに前記挿通孔の一部を形成する第１孔を有する第１壁構成体と、
   　前記モータ室を区画するとともに前記挿通孔の一部を形成する第２孔を有する第２壁構成体と、を有し、
   　前記突起部は、前記第１孔の内周面から前記小径ボス部の外周面に向けて突出する第１突起部であり、
   　前記第２壁構成体は、前記第２孔の内周面から前記小径軸部の外周面に向けて突出する環状の第２突起部を有し、
   　前記挿通孔の内側には、前記第２突起部と前記小径軸部の外周面との間に形成される第５隙間が設けられ、
   　前記第５隙間は、前記第３隙間と前記第４隙間との間に位置し、前記第１隙間、前記第２隙間、前記第３隙間、前記第４隙間、及び前記第５隙間は、前記挿通孔と前記回転体との間をシールするラビリンスシールを構成することを特徴とする請求項１に記載の遠心圧縮機。
3. 　前記シムプレートの線膨張係数は、前記仕切壁の線膨張係数よりも小さいことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の遠心圧縮機。

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