(57)【要約】【課題】振動及び騒音が発生することを抑制することができる遠心圧縮機を提供する。【解決手段】遠心圧縮機１は、モータ部１０とコンプレッサ部２０を備える。モータ部１０には、シャフト１２を有するロータ１１と、ロータ１１の外周に配設されるステータ１３と、ステータ１３の外周を覆うハウジング１４とが設けられ、コンプレッサ部２０には、シャフト１２と一体に回転して空気を遠心方向へ送風するインペラ２１と、インペラ２１によって送風された空気を圧送するための流路２２ａを形成するボリュート２２とが設けられている。そして、ステータ１３とハウジング１４の間に防振材１５が介在するとともに、インペラ２１及びボリュート２２は樹脂により形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトを有するロータと、前記ロータの外周に配設されるステータと、前記ステータの外周を覆うハウジングとが設けられたモータ部と、
前記シャフトと一体に回転して空気を遠心方向へ送風するインペラと、前記インペラによって送風された空気を圧送するための流路を形成するボリュートとが設けられたコンプレッサ部と
を備え、
前記ステータと前記ハウジングの間に防振材が介在するとともに、前記インペラ及びボリュートは樹脂により形成されている
ことを特徴とする遠心圧縮機。
【請求項２】
前記樹脂は、吸音性物質からなることを特徴とする請求項１に記載の遠心圧縮機。
【請求項３】
前記防振材は、熱伝導性物質からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の遠心圧縮機。
【請求項４】
前記ハウジングと前記防振材との接触部分の面積は、前記ステータと前記防振材との接触部分の面積と比し、大きいことを特徴とする請求項３に記載の遠心圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠心圧縮機に関し、特に、燃料電池へ空気を圧縮して送る遠心圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、モータを動力源とする自動車において、化学反応により得られた電力をモータへ供給する、燃料電池を搭載した燃料電池自動車が知られている。また、このような燃料電池自動車が、燃料電池における化学反応を促すことを目的として、燃料電池へ空気を圧縮して送る（即ち、燃料電池へ空気中の酸素を圧送する）遠心圧縮機を備えることが知られている。燃料電池へ空気を圧縮して送る遠心圧縮機は、特許文献１に記載されるように、モータ部（電気モータ）とコンプレッサ部（コンプレッサー）とを備えている。モータ部にはシャフト（出力シャフト）を有するロータが設けられ、コンプレッサ部にはシャフトと一体に回転するインペラ（インペラー）が設けられる。このような構成により、回転するモータ部のロータが、シャフトを介して、インペラを回転させる。
【０００３】
また、遠心圧縮機のコンプレッサ部は、一般に、高温環境下での耐熱性を考慮して、金属により形成されている。例えば、遠心圧縮機のインペラ（羽根車）をアルミニウム合金により形成することが、特許文献２に記載されている。
【特許文献１】特開２００５−２４８９６３号公報
【特許文献２】特開平１０−２６００２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述のモータ部とコンプレッサ部とを備えた遠心圧縮機が、種々の要因によって、振動及び騒音を発生させる可能性がある。特に、燃料電池へ空気を圧縮して送る遠心圧縮機は、モータ部に設けられたロータが高速で回転する必要があり、回転するロータが加速及び減速を繰り返すことによってモータ部が振動し、この振動に基づいて、遠心圧縮機の振動及び騒音が発生する可能性があるという問題があった。
【０００５】
また、遠心圧縮機のコンプレッサ部が、比較的軽い金属であるアルミニウムにより形成されている場合であっても、コンプレッサ部の形状により遠心圧縮機が重量化する可能性がある。コンプレッサ部の質量が大きい場合、回転するインペラの加速及び減速の繰り返しによってコンプレッサ部が振動した際に、その振動を抑えることが困難となり、遠心圧縮機の振動及び騒音が発生する可能性があるという問題があった。
【０００６】
上述の遠心圧縮機の振動は、特に、遠心圧縮機が燃料電池自動車に搭載されている場合において、振動する遠心圧縮機がその自動車に搭載されている他の機構と共振することで、自動車の搭乗者にとって不快となる振動及び騒音の要因となる可能性がある。
【０００７】
そこで、本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、振動及び騒音が発生することを抑制することができる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】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、シャフトを有するロータと、ロータの外周に配設されるステータと、ステータの外周を覆うハウジングとが設けられたモータ部と、シャフトと一体に回転して空気を遠心方向へ送風するインペラと、インペラによって送風された空気を圧送するための流路を形成するボリュートとが設けられたコンプレッサ部とを備え、ステータとハウジングの間に防振材が介在するとともに、インペラ及びボリュートは樹脂により形成されていることを特徴とする。
【０００９】
同構成によれば、ステータとハウジングの間に防振材が介在しているため、ロータの回転によって発生するモータ部の振動が、ステータとハウジングの間に介在する防振材によって吸収される。従って、遠心圧縮機の振動及び騒音を抑制することができる。また、インペラ及びボリュートが樹脂により形成されているため、インペラ及びボリュートが金属により形成されている場合と比し、コンプレッサ部の質量が小さい。従って、遠心圧縮機の振動及び騒音を効果的に抑制することができる。特に、遠心圧縮機が燃料電池自動車に搭載されている場合において、遠心圧縮機がその自動車に搭載されている他の機構と共振することを抑制することができる。
【００１０】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の遠心圧縮機において、樹脂は、吸音性物質からなることを特徴とする。
【００１１】
同構成によれば、インペラ及びボリュートが、吸音性物質からなる樹脂により形成されているため、コンプレッサ部において発生した騒音（例えば、風切り音）が、樹脂に吸音される。従って、遠心圧縮機のコンプレッサ部において発生した騒音を抑制することができる。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の遠心圧縮機において、防振材は、熱伝導性物質からなることを特徴とする。
【００１３】
同構成によれば、ステータとハウジングの間に、熱伝導性物質からなる防振材が介在しているため、モータ部のステータにおいて発生した熱が、防振材を経由し、ハウジングへ伝導する。従って、遠心圧縮機のモータ部において発生した熱を放熱することができる。
【００１４】
また、請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の遠心圧縮機において、ハウジングと防振材との接触部分の面積は、ステータと防振材との接触部分の面積と比し、大きいことを特徴とする。
【００１５】
同構成によれば、ハウジングと熱伝導性物質からなる防振材との接触部分の面積が、ステータと熱伝導性物質からなる防振材との接触部分の面積よりも大きいため、防振材は、ステータから伝導した熱を、ハウジングへ効果的に伝導することができる。従って、遠心圧縮機のモータ部において発生した熱を効果的に放熱することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、振動及び騒音の発生を効果的に抑制することができる遠心圧縮機を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を燃料電池（不図示）へ空気を圧縮して送る遠心圧縮機として具体化した、実施形態を図１に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態に係る遠心圧縮機を示す一部断面図であり、図２は本発明の実施形態に係る遠心圧縮機のモータ部を示す分解斜視図である。本発明の遠心圧縮機１は、例えば、燃料電池自動車に搭載され、燃料電池へ空気を圧縮して送るものである。遠心圧縮機１は、図１に示すように、モータ部１０とコンプレッサ部２０とを備えている。
【００１８】
（モータ部の構成）
モータ部１０には、図１及び図２に示すように、シャフト１２を有するロータ１１と、ステータ１３と、ハウジング１４と、円筒状に形成された防振材１５と、モータカバー１６，１７と、軸受１８，１９とが設けられている。
【００１９】
ロータ１１には、シャフト１２が貫設されて固定されており、ロータ１１の外周面には、磁極が周方向において交互に着磁されている円筒状の永久磁石１１ａが固定されている。ロータ１１に貫設されているシャフト１２は、図１に示すように、ロータ１１の軸方向（即ち、図中の矢印Ａの方向）における両端部において、ロータ１１の端部よりも軸方向へ突出して延びている。
【００２０】
また、ステータ１３は、図１及び図２に示すように、外周面１３ｃを有する略円筒状のステータコア１３ａと、ステータコア１３ａに巻かれた導線からなるコイル１３ｂとから構成されるとともに、永久磁石１１ａと接触しないように、ロータ１１の外周に配設されている。このように構成されたロータ１１及びステータ１３は、通電されたコイル１３ｂによって生じる回転磁界により、永久磁石１１ａ、永久磁石１１ａに固定されているロータ１１、及びロータ１１に固定されているシャフト１２が回転する。
【００２１】
また、ハウジング１４は、図２に示すように、略円筒状に形成されるとともに、防振材１５と当接する当接面１４ａを有している。前述のステータ１３はハウジング１４に対して固定されており、ハウジング１４は、図１に示すように、ステータ１３の外周を覆っている。
【００２２】
ここで、本実施形態においては、防振材１５が、図１に示すように、ステータ１３とハウジング１４の間に介在している点に特徴がある。このような構成により、ロータ１１の回転によって発生するモータ部１０の振動が、ステータ１３とハウジング１４の間に介在する防振材１５によって吸収される。
【００２３】
このような防振材１５としては、例えば、ＪＩＳ  Ｋ６３８６に規定される材料を用いて形成された円筒状のゴム部材が使用できる。また、熱伝導性を向上させるとの観点から、防振材１５が熱伝導性物質からなることが好ましい。なお、熱伝導性物質とは、熱伝導性に優れた金属を含有することで熱伝導性を有するもの、または熱伝導性に優れた金属により形成されたものをいい、本実施形態においては、熱伝導性物質として、上述のゴム部材が熱伝導性に優れた金属を含有することで熱伝導性を有したものを使用する。この熱伝導性物質に含有される金属としては、アルミ粉末、アルミナ粉末、銅粉末、ニッケル粉末等の熱伝導性に優れた金属粉末が使用できる。
【００２４】
また、ステータ１３は、防振材１５を介して、ハウジング１４に圧入固定されており、ロータ１１の回転によって、ステータ１３及び防振材１５が、ハウジング１４に対して回転移動できないようにキー溝等の回転移動防止手段（不図示）が設けられている。また、防振材１５に対して固定されたステータ１３が振動した場合であっても、ロータ１１とステータ１３が接触しないように、ロータ１１から所定間隔を空けてステータ１３が設けられている。
【００２５】
また、ステータ１３の外周面であるステータコア１３ａの外周面１３ｃの全面が、防振材１５と接触し、防振材１５の外周の全面が、ハウジング１４の当接面１４ａと接触している。即ち、図２に示すように、ハウジング１４と防振材１５との接触部分（即ち、当接面１４ａ）の面積が、ステータ１３と防振材１５との接触部分（即ち、外周面１３ｃ）の面積よりも大きい。
【００２６】
また、モータカバー１６，１７は、図１に示すように、ロータ１１とステータ１３の軸方向端部を覆うようにハウジング１４に固定されている。モータカバー１６，１７には、軸受収容部１６ａ，１７ａがそれぞれ設けられている。さらに、コンプレッサ部２０側の、ロータ１１とステータ１３の軸方向端部を覆うモータカバー１７には、シャフト１２が挿通されるための貫通孔１７ｂが設けられている。また、軸受１８，１９は、図１に示すように、モータカバー１６，１７の軸受収容部１６ａ，１７ａにそれぞれ収容され固定されており、シャフト１２を回転可能に支持している。
【００２７】
（コンプレッサ部の構成）
コンプレッサ部２０には、図１に示すように、空気を遠心方向（即ち、図中の矢印Ｃの方向）へ送風するインペラ２１と、空気を圧送するための流路２２ａを形成するボリュート２２とが設けられている。
【００２８】
インペラ２１は、図１に示すように、ねじ等の固定具（不図示）を用いてシャフト１２に固定されるハブ２１ａと、ハブ２１ａの全周に亘って形成されたプレート２１ｂと、プレート２１ｂ上に形成され羽根２１ｃとから構成されている。このような構成により、ハブ２１ａの全周に亘って形成されたプレート２１ｂがシャフト１２と一体に回転することによって、プレート２１ｂ上に形成された羽根２１ｃが軸方向から流入した空気に遠心力を与える。即ち、インペラ２１はシャフト１２と一体に回転して空気を遠心方向へ送風する。
【００２９】
また、ボリュート２２は、図１に示すように、インペラ２１によって送風された空気を燃料電池へ圧送するための、流路２２ａを形成している。また、ボリュート２２には、軸方向からインペラ２１へ空気が流入するように、吸入口２２ｂが一体的に形成されている。ボリュート２２は、ねじ等の固定具（不図示）によって、モータカバー１７に固定されている。
【００３０】
また、本実施形態においては、インペラ２１及びボリュート２２が樹脂により形成されている点に特徴がある。燃料電池へ空気を圧縮して送る遠心圧縮機１のコンプレッサ部２０としては、インペラ２１及びボリュート２２が金属により形成されていない場合であっても、耐熱性等の十分な性能を有する場合がある。インペラ２１及びボリュート２２が樹脂により形成されることにより、インペラ２１及びボリュート２２が金属により形成されている場合と比し、コンプレッサ部２０の質量が小さくなる。
【００３１】
インペラ２１及びボリュート２２を形成する樹脂としては、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等が使用でき、コンプレッサ部２０を軽量化するとの観点から、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等を使用することが好ましい。また、これらの樹脂中に炭素繊維を入れて、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）としてもよい。また、吸音性を向上させるとの観点から、樹脂が吸音性物質からなることがより好ましく、本実施形態においては、樹脂は、ウレタン樹脂等からなることが好ましい。
【００３２】
以上に説明した本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）ステータ１３とハウジング１４の間に防振材１５が介在しているため、ロータ１１の回転によって発生するモータ部１０の振動が、ステータ１３とハウジング１４の間に介在する防振材１５によって吸収される。従って、遠心圧縮機１の振動及び騒音を抑制することができる。特に、遠心圧縮機１が燃料電池自動車に搭載されている場合において、遠心圧縮機１がその自動車に搭載されている他の機構と共振することを抑制することができる。
【００３３】
（２）インペラ２１及びボリュート２２は樹脂により形成されているため、インペラ２１及びボリュート２２が金属により形成されている場合と比し、コンプレッサ部２０の質量が小さい。従って、遠心圧縮機１の振動及び騒音を効果的に抑制することができる。
【００３４】
（３）インペラ２１及びボリュート２２は、吸音性物質からなる樹脂により形成されているため、コンプレッサ部２０において発生した騒音（例えば、風切り音）が、樹脂に吸音される。従って、遠心圧縮機１のコンプレッサ部２０において発生した騒音を抑制することができる。
【００３５】
（４）ステータ１３とハウジング１４の間に介在している防振材１５は、熱伝導性物質からなるため、モータ部１０のステータ１３において発生した熱が、防振材１５を経由し、ハウジング１４へ伝導する。従って、遠心圧縮機１のモータ部１０において発生した熱を放熱することができる。
【００３６】
（５）ハウジング１４と熱伝導性物質からなる防振材１５との接触部分（即ち、当接面１４ａ）の面積が、ステータ１３と熱伝導性物質からなる防振材１５との接触部分（即ち、外周面１３ｃ）の面積よりも大きいため、防振材１５は、ステータ１３から伝導した熱を、ハウジング１４へ効果的に伝導することができる。従って、遠心圧縮機１のモータ部１０において発生した熱を効果的に放熱することができる。
【００３７】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の設計変更をすることが可能であり、それらを本発明の範囲から除外するものではない。例えば、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
【００３８】
・上記実施形態において、熱伝導性物質として、ゴム部材が熱伝導性に優れた金属を含有することで熱伝導性を有するものを使用したが、熱伝導性物質として、熱伝導性に優れた金属により形成されたものを使用してもよい。即ち、防振材１５が、上記実施形態において使用された熱伝導性に優れた金属により形成され、図３に示すような、径方向に対する弾性を有する円筒状の金属部材であってもよい。防振材１５がこのような金属部材であっても上記（１），（４）の効果を得ることができる。
【００３９】
・コイルばね等（不図示）を用いて、軸受１８に定圧予圧を付与する構造としても良い。このようにすれば、シャフト１２が熱膨張により軸方向へ延びた場合であっても、略一定量の予圧を軸受１８に付与することができる。
【００４０】
・インペラ２１によって送風された空気が、インペラ２１とモータカバー１７との隙間からモータ部１０へ流れないように、プレート２１ｂのモータカバー１７と対向する面であって、プレート２１ｂの外周端部２１ｄに、インペラ２１と一体に回転して空気を遠心方向へ送風する羽根（不図示）を設けてもよい。このようにすれば、モータ部１０へ進入しようとする空気を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施形態に係る遠心圧縮機を示す一部断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る遠心圧縮機のモータ部を示す分解斜視図である。
【図３】（ａ）変形例に係る防振材を示す斜視図と、（ｂ）変形例に係る防振材を示す上面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１…遠心圧縮機、１０…モータ部、１１…ロータ、１２…シャフト、１３…ステータ、１３ｃ…外周面、１４…ハウジング、１４ａ…当接面、１５…防振材、２０…コンプレッサ部、２１…インペラ、２２…ボリュート。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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