(57)【要約】      （修正有）【課題】簡単且つコンパクトな構成で、回転時に発生する熱を効率的に除去することができ、高速回転を良好に行うことを可能にする。【解決手段】電動遠心圧縮機１０を構成するジャーナルエア軸受５２ａは、停止状態のベアリングシャフト２２を拘束する一方、回転状態の前記ベアリングシャフト２２との間に空気層６１を形成するトップフォイル６０及びバンプフォイル５８を備える。トップフォイル６０及びバンプフォイル５８は、リング部材５６Ａの内周面５６ａに固定されると共に、前記リング部材５６Ａは、第１静止保持部材５７Ａの内周面に固定される。第１静止保持部材５７Ａは、内部に冷却水流通路７４が形成されるとともに、法線方向に沿って、ベアリングシャフト２２、空気層６１、トップフォイル６０、バンプフォイル５８及び前記冷却水流通路７４の順に配置される。【選択図】図３
2011214523.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの駆動により空気を圧縮して供給する電動遠心圧縮機であって、
停止状態の回転部材を拘束する一方、回転状態の前記回転部材との間に空気層を形成し、気体軸受を構成する金属製弾性部材と、
前記回転部材に対向して配置され、前記金属製弾性部材が固定される静止保持部材と、
を備え、
前記静止保持部材は、内部に冷媒流通路が形成されるとともに、
前記回転部材の前記空気層に接する接線方向又は面方向に直交する法線方向に沿って、前記回転部材、前記空気層、前記金属製弾性部材及び前記冷媒流通路の順に配置されることを特徴とする電動遠心圧縮機。
【請求項２】
請求項１記載の電動遠心圧縮機において、前記気体軸受は、ジャーナル方向に前記回転部材である回転軸を支持するジャーナル気体軸受であるとともに、
前記モータは、軸方向の端部に前記回転軸を中心に円錐形状の渡り部を備え、
前記ジャーナル気体軸受は、少なくとも一部が前記渡り部の内方に進入し且つ前記静止保持部材は、前記ジャーナル気体軸受の周面全面を囲繞する内周面を有することを特徴とする電動遠心圧縮機。
【請求項３】
請求項２記載の電動遠心圧縮機において、前記冷媒流通路は、前記静止保持部材の中心軸方向に向かって、軸線方向の開口幅寸法が漸次大きくなることを特徴とする電動遠心圧縮機。
【請求項４】
請求項２又は３記載の電動遠心圧縮機において、前記気体軸受は、前記ジャーナル気体軸受に隣接して設けられるスラスト気体軸受を備え、
前記冷媒流通路を形成する内壁面は、軸方向断面視で前記軸方向に交差するスラスト方向に延在し、前記スラスト気体軸受に対向する第１の内壁面と、
前記軸方向に延在し、前記ジャーナル気体軸受に対向する第２の内壁面と、
を有することを特徴とする電動遠心圧縮機。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の電動遠心圧縮機において、前記モータを構成するロータの軸方向一端にインペラが設けられるとともに、
前記気体軸受は、前記ロータの前記軸方向一端と前記インペラとの間に配置される第１ジャーナル気体軸受と、
前記ロータの軸方向他端に配置される第２ジャーナル気体軸受と、
を備え、
前記静止保持部材は、前記第１ジャーナル気体軸受を保持する第１静止保持部材と、
前記第２ジャーナル気体軸受を保持する第２静止保持部材と、
を備えるとともに、
冷媒は、前記第２静止保持部材に設けられた前記冷媒流通路、前記モータの外周に設けられた冷媒流路、及び前記第１静止保持部材に設けられた前記冷媒流通路の順に流通することを特徴とする電動遠心圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータの駆動により空気を圧縮して供給する電動遠心圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、圧縮空気を効率的に供給する過給機として、電動遠心圧縮機が採用されている。例えば、エンジンに圧縮空気を供給する補機として、あるいは、燃料電池に酸化剤ガスである圧縮空気を供給する補機として、利用されている。
【０００３】
この種の電動遠心圧縮機では、例えば、特許文献１に開示されている燃料電池用過給機が知られている。この過給機は、図１０に示すように、ケーシング１内に設けられた圧縮機２と、前記圧縮機２の回転軸３を支持する軸受装置４とを備えている。
【０００４】
ケーシング１内には、回転軸３を高速回転させる電動機５、前記回転軸３を径方向から支持する前後一対のラジアルフォイル軸受６、前記回転軸３をアキシアル方向（前後方向）から支持する前後一対のアキシアルフォイル軸受７、並びに該回転軸３を径方向及びアキシアル方向の両方から補助的に支持する補助軸受手段８が設けられている。
【０００５】
軸受装置４は、ラジアルフォイル軸受６、アキシアルフォイル軸受７及び補助軸受手段８によって構成されている。回転軸３は、段付形状を有し、大径部側に電動機５のロータ５ａが設けられるとともに、小径部一方には、インペラ９が取り付けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−９２６４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この種の過給機では、回転軸３を高速回転させることが望まれている。しかしながら、回転軸３を高速回転させると、ロータ５ａの鉄損が増加してしまい、磁石の耐熱温度以下での運転が困難になるという問題がある。
【０００８】
しかも、ラジアルフォイル軸受６及びアキシアルフォイル軸受７では、回転軸３の回転により空気層が形成されるとともに、空気の粘性によって前記回転軸３との間に空気の流速差が惹起され易い。従って、空気間の摩擦による発熱により、ラジアルフォイル軸受６及びアキシアルフォイル軸受７が高温になるおそれがある。
【０００９】
その際、ラジアルフォイル軸受６及びアキシアルフォイル軸受７を冷却するために、軸受部に冷却構造を設ける場合がある。しかしながら、ラジアルフォイル軸受６及びアキシアルフォイル軸受７のような気体軸受は、一般的にメカベアリングに比べて軸長が長い。このため、冷却構造を採用することにより、過給機全体が大型化するという問題がある。
【００１０】
しかも、冷却構造では、冷却効率を考慮すると、比較的大きな表面積を有する冷媒流路を設ける必要がある。従って、冷却構造が相当に大型化するおそれがある。その上、高速回転するモータは、運転周波数が軸の共振周波数を超えて共振が発生するという問題がある。
【００１１】
本発明はこの種の問題を解決するものであり、簡単且つコンパクトな構成で、回転時に発生する熱を効率的に除去することができ、良好に高速回転を行うことが可能な電動遠心圧縮機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、モータの駆動により空気を圧縮して供給する電動遠心圧縮機に関するものである。この電動遠心圧縮機は、停止状態の回転部材を拘束する一方、回転状態の前記回転部材との間に空気層を形成し、気体軸受を構成する金属製弾性部材と、前記回転部材に対向して配置され、前記金属製弾性部材が固定される静止保持部材とを備えている。
【００１３】
そして、静止保持部材は、内部に冷媒流通路が形成されるとともに、回転部材の空気層に接する接線方向又は面方向に直交する法線方向に沿って、前記回転部材、前記空気層、金属製弾性部材及び前記冷媒流通路の順に配置されている。
【００１４】
さらに、気体軸受は、ジャーナル方向に回転部材である回転軸を支持するジャーナル気体軸受であるとともに、モータは、軸方向の端部に前記回転軸を中心に円錐形状の渡り部を備え、前記ジャーナル気体軸受は、少なくとも一部が前記渡り部の内方に進入し且つ静止保持部材は、前記ジャーナル気体軸受の周面全面を囲繞する内周面を有することが好ましい。
【００１５】
さらにまた、冷媒流通路は、静止保持部材の中心軸方向に向かって、軸線方向の開口幅寸法が漸次大きくなることが好ましい。
【００１６】
また、気体軸受は、ジャーナル気体軸受に隣接して設けられるスラスト気体軸受を備え、冷媒流通路を形成する内壁面は、軸方向断面視で軸方向に交差するスラスト方向に延在し、前記スラスト気体軸受に対向する第１の内壁面と、前記軸方向に延在し、前記ジャーナル気体軸受に対向する第２の内壁面とを有することが好ましい。
【００１７】
さらに、この電動遠心圧縮機は、モータを構成するロータの軸方向一端にインペラが設けられるとともに、気体軸受は、前記ロータの前記軸方向一端と前記インペラとの間に配置される第１ジャーナル気体軸受と、前記ロータの軸方向他端に配置される第２ジャーナル気体軸受とを備え、静止保持部材は、前記第１ジャーナル気体軸受を保持する第１静止保持部材と、前記第２ジャーナル気体軸受を保持する第２静止保持部材とを備えるとともに、冷媒は、前記第２静止保持部材に設けられた冷媒流通路、前記モータの外周に設けられた冷媒流路、及び前記第１静止保持部材に設けられた前記冷媒流通路の順に流通することが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明では、回転部材が回転することにより、前記回転部材と静止保持部材との間に形成される空気層において、内径側の空気層と外径側の空気層の間に流速の差が発生しており、該流速の差により回転部材と静止保持部材の間で良好な熱伝達が行われている。このため、回転部材に発生する熱は、法線方向に沿って順次配置されている前記回転部材、空気層、金属製弾性部材及び冷媒流通路に円滑に伝達される。従って、簡単且つコンパクトな構成で、回転時に発生する熱を効率的に除去することができ、良好に高速回転を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係る電動遠心圧縮機の断面説明図である。
【図２】前記電動遠心圧縮機の要部断面説明図である。
【図３】前記電動遠心圧縮機の、図２中、ＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】前記電動遠心圧縮機を構成するスラストエア軸受の斜視説明図である。
【図５】前記スラストエア軸受の、図４中、Ｖ−Ｖ線断面説明図である。
【図６】前記電動遠心圧縮機の、図１とは異なる部位からの断面説明図である。
【図７】空気の流速差による伝熱を説明するジャーナルエア軸受の側面説明図である。
【図８】空気の流速差による伝熱を説明する前記ジャーナルエア軸受の正面説明図である。
【図９】冷却水流通路の斜視説明図である。
【図１０】特許文献１に開示されている燃料電池用過給機の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１に示すように、本発明の実施形態に係る電動遠心圧縮機１０は、ケーシング１２を備える。このケーシング１２内には、回転軸ユニット１４が回転自在に装着される。
【００２１】
回転軸ユニット１４は、図１及び図２に示すように、円環状の永久磁石１６と、前記永久磁石１６の外周に設けられ、該永久磁石１６を収納（例えば、焼き嵌め）する円筒状の保護環１８とにより構成されるロータ２０、前記ロータ２０の軸方向両方に設けられる回転部材、特に回転軸であるベアリングシャフト２２、２４、前記ベアリングシャフト２２の前記ロータ２０側と反対の軸方向端部に設けられるインペラ２６とを備える。
【００２２】
インペラ２６は、遠心圧縮部２８を構成するとともに、テンションシャフト３０の大径部３０ａに端面が当接する。テンションシャフト３０には、インペラ２６側からベアリングシャフト２２、ロータ２０及びベアリングシャフト２４の順に配置され、これらが、前記テンションシャフト３０に螺合する固定部材３２により一体的に保持される。
【００２３】
固定部材３２には、回転軸ユニット１４の回転時に矢印Ａ１方向に発生するスラスト力を緩和する機能を有するキャンセラ機構３４が設けられる。図１に示すように、キャンセラ機構３４は、加圧室３６内を矢印Ａ方向に摺動自在なキャンセラディスク３８を備える。この加圧室３６には、通路４０を介してインペラ２６の回転により発生する空気が流入される。
【００２４】
ケーシング１２内には、ロータ２０の外周に位置して円環状のステータ４２が装着される。このステータ４２及びロータ２０によりモータ部４６が構成される。モータ部４６は、軸方向の端部に回転軸（ロータ２０、ベアリングシャフト２２、２４等）を中心に円錐形状（具体的には、湾曲するラッパ形状）の渡り部４６ａ、４６ｂを備える。
【００２５】
ロータ２０を構成する保護環１８は、高剛性が要求されており、ニッケル系超合金、例えば、インコネル（スペシャルメタル社の商品名）により構成される。ステータ４２の外周側には、複数の冷却水流路（冷媒流路）４８が周回形成される。
【００２６】
図２に示すように、保護環１８は、ベアリングシャフト２２、２４が設けられる端面に、永久磁石１６の端面１６ａ、１６ｂよりも軸方向外方に突出する円筒状突起部１８ａ、１８ｂを設ける。
【００２７】
ベアリングシャフト２２は、軸方向一端に開放される円筒形状部２２ａを有し且つ軸方向他端に径方向内方に突出する底部２２ｂを形成する。ベアリングシャフト２４は、同様に軸方向一端に開放される円筒形状部２４ａを有し且つ軸方向他端に径方向内方に突出する底部２４ｂを有する。
【００２８】
ベアリングシャフト２２の底部２２ｂは、保護環１８の一方の円筒状突起部１８ａに接触し、ベアリングシャフト２４の底部２４ｂは、前記保護環１８の他方の円筒状突起部１８ｂに接触する。底部２２ｂ、２４ｂと永久磁石１６の端面１６ａ、１６ｂとは、それぞれ距離Ｓ１、Ｓ２だけ離間する。
【００２９】
ベアリングシャフト２２、２４の外周面に対向し、前記ベアリングシャフト２２、２４を保持するフォイル式気体軸受５０が設けられる。フォイル式気体軸受５０は、ベアリングシャフト２２、２４の径方向の位置を保持するジャーナルエア軸受（ジャーナル気体軸受）５２ａ、５２ｂと、前記ベアリングシャフト２２の軸方向の位置を保持するスラストエア軸受（スラスト気体軸受）５４とを備える。
【００３０】
ベアリングシャフト２２、２４は、ジャーナルエア軸受５２ａ、５２ｂを構成するとともに、例えば、保護環１８と同一材料であるニッケル系超合金により構成される。各ジャーナルエア軸受５２ａ、５２ｂは、ベアリングシャフト２２、２４の外周に所定の隙間を設けて配置されるリング部材５６Ａ、５６Ｂを備える。
【００３１】
リング部材５６Ａ、５６Ｂは、ベアリングシャフト２２、２４を回転自在に支持するとともに、第１及び第２静止保持部材５７Ａ、５７Ｂに回転不能に固定される。リング部材５６Ａ、５６Ｂは、ジャーナルエア軸受５２ａ、５２ｂを構成する。
【００３２】
図３に示すように、リング部材５６Ａの内周面５６ａには、波板形状のバンプフォイル５８と平板形状のトップフォイル６０との順に配置される。バンプフォイル５８は、一枚又は複数枚で構成される金属製弾性部材（鉄やアルミニウム材等、より好ましくはインコネル）であり、その一端５８ａがリング部材５６Ａの内周面５６ａに溶接等により固定されるとともに、その他端が自由端を構成する。
【００３３】
トップフォイル６０は、金属製弾性部材（鉄やアルミニウム材等、より好ましくはインコネル）であり、平板を環状に湾曲させ、その一端６０ａがリング部材５６Ａの内周面５６ａに溶接等により固定される一方、その他端が自由端となっている。トップフォイル６０は、停止状態のベアリングシャフト２２を拘束する一方、回転状態の前記ベアリングシャフト２２との間に空気層６１を形成する。なお、リング部材５６Ｂは、上記のリング部材５６Ａと同様に構成される。
【００３４】
図１及び図２に示すように、ベアリングシャフト２２の外周部には、スラストエア軸受５４を構成する大径フランジ部６２が設けられる。大径フランジ部６２を挟んで軸方向両側には、リング部材６４ａ、６４ｂが配置される。
【００３５】
図４に示すように、リング部材６４ａ、６４ｂには、互いに大径フランジ部６２に対向する面に、波板形状のバンプフォイル６６と平板形状のトップフォイル６８とが設けられる。バンプフォイル６６及びトップフォイル６８は、金属製弾性部材（鉄やアルミニウム材等、より好ましくはインコネル）であり、リング部材６４ａ、６４ｂの内周面を周回して、それぞれ円環状に複数配置される。
【００３６】
図５に示すように、各バンプフォイル６６は、一端６６ａがリング部材６４ａ、６４ｂに溶接等により固定されるとともに、他端６６ｂが自由端を構成する。各トップフォイル６８は、一端６８ａがリング部材６４ａ、６４ｂに溶接等により固定される一方、他端６８ｂが自由端となっている。トップフォイル６８は、停止状態の大径フランジ部６２を拘束する一方、回転状態の前記大径フランジ部６２との間に空気層６９を形成する。リング部材６４ａ、６４ｂは、第１静止保持部材５７Ａに固定される。
【００３７】
図２に示すように、インペラ２６の軸方向端部２６ａは、ベアリングシャフト２２の円筒形状部２２ａに同軸的に嵌合する（インロー構造）。ベアリングシャフト２２、２４は、それぞれの底部２２ｂ、２４ｂが保護環１８の円筒状突起部１８ａ、１８ｂに同軸的に嵌合する（インロー構造）。
【００３８】
ケーシング１２内には、図１に示すように、モータ部４６を構成する保護環１８とステータ４２との間に、冷媒用流通路７０が形成される。この流通路７０の入口側及びキャンセラ機構３４の通路４０は、遠心圧縮部２８のコンプレッサ出口７２に連通している。インペラ２６が回転することにより圧縮された空気は、コンプレッサ出口７２から流通路７０の入口側及びキャンセラ機構３４の通路４０に送風される。
【００３９】
第１静止保持部材５７Ａの内部には、冷却水流通路（冷媒流通路）７４が形成されるとともに、第２静止保持部材５７Ｂの内部には、冷却水流通路（冷媒流通路）７６が形成される。図３に示すように、ベアリングシャフト２２の空気層６１に接する接線方向に直交する法線方向に沿って、前記ベアリングシャフト２２、前記空気層６１、トップフォイル６０、バンプフォイル５８及び冷却水流通路７４の順に配置される。
【００４０】
なお、冷却水流通路７６側も同様に、法線方向に沿ってベアリングシャフト２４、空気層６１、トップフォイル６０、バンプフォイル５８及び前記冷却水流通路７６の順に配置される。
【００４１】
図５に示すように、スラストエア軸受５４では、大径フランジ部６２の空気層６９に接する面方向に直交する法線方向に沿って、前記大径フランジ部６２、前記空気層６９、トップフォイル６８、バンプフォイル６６及び冷却水流通路７４の順に配置される。
【００４２】
図１及び図２に示すように、冷却水流通路７４、７６は、第１及び第２静止保持部材５７Ａ、５７Ｂの中心軸方向に向かって軸線方向の開口幅寸法が漸次大きくなるように設定される。冷却水流通路７４を形成する内壁面は、軸方向断面視で軸方向（矢印Ａ方向）に交差するスラスト方向（矢印Ｂ方向）に延在し、スラストエア軸受５４に対向する第１の内壁面７４ａと、前記軸方向に延在し、ジャーナルエア軸受５２ａに対向する第２の内壁面７４ｂとを有する。
【００４３】
図６に示すように、ケーシング１２には、キャンセラ機構３４側に冷却水入口７８が設けられる一方、インペラ２６側に冷却水出口８０が設けられる。冷却水入口７８は、図６及び図７に示すように、通路８２を介して冷却水流通路７６に連通しており、この冷却水流通路７６は、ジャーナルエア軸受５２ｂの外周を周回するリング形状を有する。
【００４４】
冷却水流通路７６の下端側には、通路８４の一端が連通するとともに、この通路８４の他端は、ステータ４２の外周側に設けられている冷却水流路４８に連通する。冷却水流路４８は、モータ部４６の外周側を周回するとともに、冷却水を矢印Ａ方向に流通させる。冷却水流路４８の出口側（インペラ２６側）には、通路８６を介して冷却水流通路７４が連通する。この冷却水流通路７４は、ジャーナルエア軸受５２ａ及びスラストエア軸受５４を周回するとともに、通路８８から冷却水出口８０に連通する。
【００４５】
図１及び図２に示すように、ジャーナルエア軸受５２ａ、５２ｂの少なくとも一部は、モータ部４６の渡り部４６ａ、４６ｂの内方にそれぞれ距離Ｌ１、Ｌ２だけ進入する。第１及び第２静止保持部材５７Ａ、５７Ｂは、ジャーナルエア軸受５２ａ、５２ｂの周面全周を囲繞する内周面５７ａ、５７ｂを有する。第１及び第２静止保持部材５７Ａ、５７Ｂには、空気の閉塞を防止するために、空気抜き孔９０ａ、９０ｂが形成される。
【００４６】
このように構成される電動遠心圧縮機１０の動作について、以下に説明する。
【００４７】
先ず、モータ部４６を構成するステータ４２に通電することにより、ロータ２０を構成する永久磁石１６及び保護環１８は、テンションシャフト３０と一体に回転する。このため、テンションシャフト３０に保持されているインペラ２６は、比較的高速で回転し、遠心圧縮部２８を介して大気から空気の吸引が行われる。
【００４８】
インペラ２６により吸引された空気は、遠心圧縮部２８により圧送され、例えば、図示しない燃料電池の酸化剤ガス供給系に送られる。燃料電池には、図示しない燃料ガス供給系から燃料ガス（水素ガス）が供給される。従って、カソード側に供給される空気とアノード側に供給される水素との反応により、発電が行われる。
【００４９】
遠心圧縮部２８により吸引される空気の一部は、圧縮されてコンプレッサ出口７２からケーシング１２内の流通路７０に供給される。この流通路７０を通過してモータ部４６を冷却した冷却風は、外部に排出される。
【００５０】
また、遠心圧縮部２８により吸引される空気の一部は、圧縮されてコンプレッサ出口７２からキャンセラ機構３４を構成する通路４０を通って加圧室３６に供給される。従って、加圧室３６に配設されるキャンセラディスク３８には、インペラ２６から離間する方向（矢印Ａ２方向）に押圧力が付与される。これにより、インペラ２６の回転によって、矢印Ａ１方向に作用するスラスト力は、キャンセラ機構３４により緩和される。
【００５１】
ジャーナルエア軸受５２ａ、５２ｂでは、ロータ２０の回転が停止されている際には、トップフォイル６０の周面によりベアリングシャフト２２、２４が拘束されている。そして、モータ部４６の作用下にロータ２０と一体にベアリングシャフト２２、２４が回転すると、作動ガスである空気の粘性により、バンプフォイル５８がリング部材５６Ａ、５６Ｂの内周面５６ａ、５６ｂ側に変形する。このため、トップフォイル６０とベアリングシャフト２２、２４の外周面との間は、空気層６１が形成される。
【００５２】
その際、高速回転しているベアリングシャフト２２、２４の外周面と停止されているトップフォイル６０の内周面との間には、空気の流速に差が生じ、この速度差によって良好な熱伝達が可能となる。具体的には、図７及び図８に示すように、ベアリングシャフト２２の外周面とトップフォイル６０との間に空気層６１が形成されるとともに、空気の粘性により高速回転する前記ベアリングシャフト２２の近傍での流速が大きくなる一方、トップフォイル６０近傍での流速が小さくなっている。従って、ベアリングシャフト２２、２４から空気層６１を介してトップフォイル６０側に熱伝導が良好に行われる。
【００５３】
この場合、本実施形態では、図３に示すように、ベアリングシャフト２２の法線方向に沿って、前記ベアリングシャフト２２、空気層６１、トップフォイル６０、バンプフォイル５８及び冷却水流通路７４が順次配置されている。これにより、高速回転するベアリングシャフト２２に発生した熱は、空気層６１、トップフォイル６０、バンプフォイル５８及び冷却水流通路７４に良好かつ円滑に伝達される。
【００５４】
従って、簡単且つコンパクトな構成で、回転時にベアリングシャフト２２に発生する熱を効率的に除去することができ、良好な高速回転を行うことが可能になるという効果が得られる。なお、ベアリングシャフト２４では、上記のベアリングシャフト２２と同様の効果が得られる。
【００５５】
また、スラストエア軸受５４では、図５に示すように、ベアリングシャフト２２と一体に大径フランジ部６２が高速回転することにより、この大径フランジ部６２とトップフォイル６８との間には、空気層６９が形成されている。
【００５６】
その際、大径フランジ部６２の空気層６９に接する面方向に直交する法線方向に沿って、前記大径フランジ部６２、前記空気層６９、トップフォイル６８、バンプフォイル６６及び冷却水流通路７４の順に配置されている。このため、大径フランジ部６２に発生した熱は、空気層６９、トップフォイル６８、バンプフォイル６６及び冷却水流通路７４に円滑且つ確実に伝達され、前記大径フランジ部６２に発生する熱を効率的に除去することができる。
【００５７】
しかも、ジャーナルエア軸受５２ａ、５２ｂは、バンプフォイル５８及びトップフォイル６０をインコネルで構成している。これにより、ジャーナルエア軸受５２ａ、５２ｂの熱伝導が一層良好に行われ、熱伝達が促進されるという利点がある。同様に、スラストエア軸受５４では、バンプフォイル６６及びトップフォイル６８がインコネルで構成されており、大径フランジ部６２の熱を一層効率的に伝達することが可能になる。
【００５８】
また、モータ部４６の軸方向端部には、円錐形状の渡り部４６ａ、４６ｂが設けられるとともに、ジャーナルエア軸受５２ａ、５２ｂの少なくとも一部が、前記渡り部４６ａ、４６ｂの内方に進入している。そして、第１及び第２静止保持部材５７Ａ、５７Ｂの、内周面５７ａ、５７ｂは、ジャーナルエア軸受５２ａ、５２ｂの周面全面を囲繞している。従って、ジャーナルエア軸受５２ａ、５２ｂをステータ４２側に可及的に近接させることができ、回転軸ユニット１４全体の軸長を短尺化することが可能になる。
【００５９】
これにより、回転軸ユニット１４の小型化が図られるとともに、前記回転軸ユニット１４の共振周波数を高回転側に移動させることができ、回転中の共振を良好に抑制することが可能になる。
【００６０】
しかも、第１及び第２静止保持部材５７Ａ、５７Ｂに設けられている冷却水流通路７４、７６は、前記第１及び第２静止保持部材５７Ａ、５７Ｂの中心軸方向に向かって軸線方向の開口幅寸法が漸次大きく設定されている。このため、冷却水流通路７４、７６の表面積を大きくすることができ、ベアリングシャフト２２、２４を効果的且つ軸方向に均一に冷却することが可能になる。
【００６１】
さらにまた、冷却水流通路７４は、スラスト方向（矢印Ｂ方向）に延在し、スラストエア軸受５４に対向する第１の内壁面７４ａと、軸方向（矢印Ａ方向）に延在し、ジャーナルエア軸受５２ａに対向する第２の内壁面７４ｂとを有している。従って、単一の冷却水流通路７４により、スラストエア軸受５４の冷却と、ジャーナルエア軸受５２ａの冷却とを行うことができ、構成の簡素化を図ることが可能になる。
【００６２】
さらに、図６及び図９に示すように、冷却水は、冷却水入口７８から通路８２を介して、先ず、ジャーナルエア軸受５２ｂ側の冷却水流通路７６に供給されている。冷却水は、冷却水流通路７６から通路８４を通ってステータ４２の外周側の冷却水流路４８に供給されている。そして、冷却水流路４８を流通した冷却水は、通路８６からジャーナルエア軸受５２ａ側の冷却水流通路７４に供給された後、通路８８から冷却水出口８０に排出されている。これにより、冷却水は、発熱量の比較的大きなジャーナルエア軸受５２ｂ側から、順次、冷却することができ、各ジャーナルエア軸受５２ａ、５２ｂの温度を均等化することが可能になる。
【００６３】
なお、本実施形態では、気体軸受として、フォイル式気体軸受５０を用いているが、これに限定されるものではない。例えば、金属材で構成されるティルティングパットを用いた空気軸受にも、適用することが可能である。
【００６４】
また、キャンセラ機構３４側に冷却水入口７８が設けられる一方、インペラ２６側に冷却水出口８０が設けられているが、これとは逆に、前記キャンセラ機構３４側に前記冷却水出口８０が設けられる一方、前記インペラ２６側に前記冷却水入口７８が設けられてもよい。その際、冷却水は、ジャーナルエア軸受５２ａ側から冷却水流路４８を介してジャーナルエア軸受５２ｂ側に流通する。
【符号の説明】
【００６５】
１０…電動遠心圧縮機                １２…ケーシング
１４…回転軸ユニット                １６…永久磁石
１６ａ、１６ｂ…端面                １８…保護環
１８ａ、１８ｂ…円筒状突起部        ２０…ロータ
２２、２４…ベアリングシャフト      ２２ａ、２４ａ…円筒形状部
２２ｂ、２４ｂ…底部                ２６…インペラ
３０…テンションシャフト            ３２…固定部材
３４…キャンセラ機構                ３６…加圧室
３８…キャンセラディスク            ４０…通路
４２…ステータ                      ４６…モータ部
４６ａ、４６ｂ…渡り部              ４８…冷却水流路
５０…フォイル式気体軸受            ５２ａ、５２ｂ…ジャーナルエア軸受
５４…スラストエア軸受
５６Ａ、５６Ｂ、６４ａ、６４ｂ…リング部材
５６ａ、５６ｂ…内周面              ５７Ａ、５７Ｂ…静止保持部材
５８、６６…バンプフォイル          ６０、６８…トップフォイル
６１、６９…空気層                  ６２…大径フランジ部
７０…流通路                        ７４、７６…冷却水流通路
【図１】
2011214523.tif 000003
【図２】
2011214523.tif 000004
【図３】
2011214523.tif 000005
【図４】
2011214523.tif 000006
【図５】
2011214523.tif 000007
【図６】
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【図７】
2011214523.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
2011214523.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成22年5月19日(2010.5.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
図３に示すように、リング部材５６Ａの内周面５６ａには、波板形状のバンプフォイル５８と平板形状のトップフォイル６０との順に配置される。バンプフォイル５８は、一枚又は複数枚で構成される金属製弾性部材（鉄やアルミニウム材やインコネル等）であり、その一端５８ａがリング部材５６Ａの内周面５６ａに溶接等により固定されるとともに、その他端が自由端を構成する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
トップフォイル６０は、金属製弾性部材（鉄やアルミニウム材やインコネル等）であり、平板を環状に湾曲させ、その一端６０ａがリング部材５６Ａの内周面５６ａに溶接等により固定される一方、その他端が自由端となっている。トップフォイル６０は、停止状態のベアリングシャフト２２を拘束する一方、回転状態の前記ベアリングシャフト２２との間に空気層６１を形成する。なお、リング部材５６Ｂは、上記のリング部材５６Ａと同様に構成される。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
図４に示すように、リング部材６４ａ、６４ｂには、互いに大径フランジ部６２に対向する面に、波板形状のバンプフォイル６６と平板形状のトップフォイル６８とが設けられる。バンプフォイル６６及びトップフォイル６８は、金属製弾性部材（鉄やアルミニウム材やインコネル等）であり、リング部材６４ａ、６４ｂの内周面を周回して、それぞれ円環状に複数配置される。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
その際、高速回転しているベアリングシャフト２２、２４の外周面と停止されているトップフォイル６０の内周面との間には、空気の流速に差が生じ、この速度差によって良好な熱伝達が可能となる。具体的には、図７及び図８に示すように、ベアリングシャフト２２の外周面とトップフォイル６０との間に空気層６１が形成されるとともに、空気の粘性により高速回転する前記ベアリングシャフト２２の近傍での流速が大きくなる一方、トップフォイル６０近傍での流速が小さくなっている。従って、ベアリングシャフト２２、２４から空気層６１を介してトップフォイル６０側に熱伝達が良好に行われる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
この場合、本実施形態では、図３に示すように、ベアリングシャフト２２の法線方向に沿って、前記ベアリングシャフト２２、空気層６１、トップフォイル６０、バンプフォイル５８及び冷却水流通路７４が順次配置されている。これにより、高速回転するベアリングシャフト２２の熱は、空気層６１、トップフォイル６０、バンプフォイル５８及び冷却水流通路７４に良好かつ円滑に伝達される。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５４】
従って、簡単且つコンパクトな構成で、回転時にベアリングシャフト２２の熱を効率的に除去することができ、良好な高速回転を行うことが可能になるという効果が得られる。なお、ベアリングシャフト２４では、上記のベアリングシャフト２２と同様の効果が得られる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５６】
その際、大径フランジ部６２の空気層６９に接する面方向に直交する法線方向に沿って、前記大径フランジ部６２、前記空気層６９、トップフォイル６８、バンプフォイル６６及び冷却水流通路７４の順に配置されている。このため、大径フランジ部６２の熱は、空気層６９、トップフォイル６８、バンプフォイル６６及び冷却水流通路７４に円滑且つ確実に伝達され、前記大径フランジ部６２の熱を効率的に除去することができる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６２】
さらに、図６及び図９に示すように、冷却水は、冷却水入口７８から通路８２を介して、先ず、ジャーナルエア軸受５２ｂ側の冷却水流通路７６に供給されている。冷却水は、冷却水流通路７６から通路８４を通ってステータ４２の外周側の冷却水流路４８に供給されている。そして、冷却水流路４８を流通した冷却水は、通路８６からジャーナルエア軸受５２ａ側の冷却水流通路７４に供給された後、通路８８から冷却水出口８０に排出されている。これにより、冷却水は、放熱経路の少ないジャーナルエア軸受５２ｂ側から、順次、冷却することができ、各ジャーナルエア軸受５２ａ、５２ｂの温度を均等化することが可能になる。