JP2011214405A - Centrifugal compressor with thrust canceling mechanism - Google Patents

Centrifugal compressor with thrust canceling mechanism Download PDF

Info

Publication number
JP2011214405A
JP2011214405A JP2010080182A JP2010080182A JP2011214405A JP 2011214405 A JP2011214405 A JP 2011214405A JP 2010080182 A JP2010080182 A JP 2010080182A JP 2010080182 A JP2010080182 A JP 2010080182A JP 2011214405 A JP2011214405 A JP 2011214405A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thrust
impeller
pressure
disk
bearing
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Granted
Application number
JP2010080182A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5108911B2 (en
Inventor
Tetsuya Takezawa
哲也 竹澤
Junji Takado
純治 高堂
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
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 Honda Motor Co Ltd filed Critical Honda Motor Co Ltd
Priority to JP2010080182A priority Critical patent/JP5108911B2/en
Publication of JP2011214405A publication Critical patent/JP2011214405A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5108911B2 publication Critical patent/JP5108911B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • 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
    • F04D29/05—Shafts or bearings, or assemblies thereof, specially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/051—Axial thrust balancing
    • F04D29/0516—Axial thrust balancing balancing pistons

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Control Of Positive-Displacement Air Blowers (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a centrifugal compressor with a thrust canceling mechanism capable of controlling a tip clearance by using the thrust canceling mechanism.SOLUTION: This centrifugal compressor 1 includes: a thrust bearing 51 including a thrust disc 52 provided in a rotary shaft 20; and the thrust canceling mechanism 60 which generates the cancel thrust force Fb for reducing the thrust force Fa to be caused by the rotation of impellers 10 and to be applied to the rotary shaft 20. The thrust canceling mechanism 60 includes: a canceling disc 61 provided in the rotary shaft 20; pressure control valves 73 and 74 for controlling the pressure of a high-pressure chamber 62a; and a control device 80 for controlling the pressure control valves 73 and 74. The control device 80 includes a position detecting means 82 for detecting an axial position of the thrust disc 52, and controls a tip clearance by controlling the pressure control means 73 and 74 in response to the axial position of the thrust disc 52.

Description

本発明は、気体を圧縮するインペラと、インペラの回転に起因して回転軸に作用するスラスト力を減少させるスラストキャンセラ機構とを備える遠心式圧縮機に関する。そして、該遠心式圧縮機は、例えば、燃料電池システムに備えられて、カソード側電極に供給される酸化剤ガスとしての空気を圧縮するために使用される。   The present invention relates to a centrifugal compressor including an impeller that compresses gas and a thrust canceller mechanism that reduces a thrust force acting on a rotating shaft due to the rotation of the impeller. And this centrifugal compressor is equipped in a fuel cell system, for example, and is used in order to compress the air as oxidant gas supplied to a cathode side electrode.

回転軸と一体に回転するインペラと、回転軸を回転可能に支持すると共にインペラを収納するハウジングと、インペラの回転に起因して回転軸に作用するスラスト力を受けるスラスト軸受と、該スラスト力を減少させるキャンセルスラスト力を発生するスラストキャンセラ機構とを備える遠心式圧縮機は知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、一般に、回転軸の軸受装置として、回転軸との間に空気膜を形成するフォイル軸受もよく知られている（例えば、特許文献２，３参照）。 An impeller that rotates integrally with the rotating shaft, a housing that rotatably supports the rotating shaft and that stores the impeller, a thrust bearing that receives a thrust force acting on the rotating shaft due to the rotation of the impeller, and the thrust force A centrifugal compressor including a thrust canceller mechanism that generates a canceling thrust force to be reduced is known (for example, see Patent Document 1).
In general, a foil bearing in which an air film is formed between the rotating shaft and the rotating shaft is well known as a rotating shaft bearing device (see, for example, Patent Documents 2 and 3).

特開平４−８６３９５号公報JP-A-4-86395 特表平１１−５０３８１１号公報Japanese National Patent Publication No. 11-503811 特開２００１−２９５８３６号公報JP 2001-295836 A

遠心式圧縮機において、インペラを収納するハウジングとインペラの先端部との間に形成されるチップクリアランスは、圧縮機の圧縮効率に影響を与えるため、圧縮効率を高めるためには、該チップクリアランスを最適な値に設定することが望ましい。
一方、インペラの回転に起因して回転軸に作用するスラスト力を減少させるキャンセルスラスト力を発生するスラストキャンセラ機構を備える遠心式圧縮機においては、該スラストキャンセラ機構により、回転軸を軸方向に移動させることができる。 In a centrifugal compressor, the tip clearance formed between the housing that houses the impeller and the tip of the impeller affects the compression efficiency of the compressor. Therefore, in order to increase the compression efficiency, the tip clearance must be reduced. It is desirable to set the optimal value.
On the other hand, in a centrifugal compressor equipped with a thrust canceller mechanism that generates a canceling thrust force that reduces the thrust force acting on the rotating shaft due to the rotation of the impeller, the rotating shaft is moved in the axial direction by the thrust canceller mechanism. Can be made.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、スラストキャンセラ機構を備える遠心式圧縮機において、該スラストキャンセラ機構を利用することにより、チップクリアランスを制御することを目的とする。
そして、本発明は、さらに、チップクリアランスの制御精度の向上を図ることを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to control a tip clearance by utilizing the thrust canceller mechanism in a centrifugal compressor including the thrust canceller mechanism.
Another object of the present invention is to improve the control accuracy of the tip clearance.

請求項１記載の発明は、回転軸（２０）と一体に回転するインペラ（１０）と、前記回転軸（２０）を回転可能に支持すると共に前記インペラ（１０）を収納するハウジング（２）と、前記インペラ（１０）の回転に起因して前記回転軸（２０）に作用するスラスト力（Ｆａ）を受けるスラスト軸受（５１）と、前記スラスト力（Ｆａ）を減少させるキャンセルスラスト力（Ｆｂ）を発生するスラストキャンセラ機構（６０）とを備える遠心式圧縮機において、前記スラスト軸受（５１）は、前記回転軸（２０）に設けられたスラストディスク（５２）を備え、前記スラストキャンセラ機構（６０）は、前記回転軸（２０）に設けられたキャンセラディスク（６１）と、前記キャンセラディスク（６１）を可動室壁として形成される圧力室（６２）の圧力を制御する圧力制御弁（７３，７４）と、前記圧力制御弁（７３，７４）を制御する制御装置（８０）とを備え、前記制御装置（８０）は、前記スラストディスク（５２）の軸方向位置を検出する位置検出手段（８２）を備え、前記軸方向位置に応じて前記圧力制御弁（７３，７４）を制御することにより、前記ハウジング（２）と前記インペラ（１０）の羽根（１０ａ）の先端部との間のチップクリアランスを制御する遠心式圧縮機である。   The invention according to claim 1 includes an impeller (10) that rotates integrally with the rotating shaft (20), a housing (2) that rotatably supports the rotating shaft (20) and houses the impeller (10). A thrust bearing (51) for receiving a thrust force (Fa) acting on the rotating shaft (20) due to the rotation of the impeller (10), and a canceling thrust force (Fb) for reducing the thrust force (Fa). The thrust bearing (51) includes a thrust disk (52) provided on the rotating shaft (20), and the thrust canceller mechanism (60). ) Is a canceller disk (61) provided on the rotating shaft (20), and a pressure chamber ( 2) a pressure control valve (73, 74) for controlling the pressure and a control device (80) for controlling the pressure control valve (73, 74), the control device (80) comprising the thrust disc ( 52) position detecting means (82) for detecting the axial position, and controlling the pressure control valve (73, 74) in accordance with the axial position, the housing (2) and the impeller (10) ) Is a centrifugal compressor that controls the tip clearance with the tip of the blade (10a).

これによれば、スラストキャンセラ機構の圧力室の圧力を圧力制御弁により制御することで、スラストキャンセラ機構を利用してチップクリアランスを制御できる。
また、インペラの軸方向位置の指標部材として、スラストディスクは大きな部材であることから、インペラの軸方向位置に対応する軸方向位置を検出する位置検出手段の配置の自由度が大きい。この結果、位置検出手段を、その周辺部材の配置を制約することなく、配置することができる。 According to this, the tip clearance can be controlled by using the thrust canceller mechanism by controlling the pressure of the pressure chamber of the thrust canceller mechanism by the pressure control valve.
Further, since the thrust disk is a large member as an index member for the impeller axial position, the degree of freedom of arrangement of the position detecting means for detecting the axial position corresponding to the impeller axial position is great. As a result, the position detection means can be arranged without restricting the arrangement of the peripheral members.

請求項２記載の発明は、請求項１記載の遠心式圧縮機において、前記スラストディスク（５２）は、軸方向で前記キャンセラディスク（６１）よりも前記インペラ（１０）に近い位置に配置されるものである。
これによれば、位置検出手段によりは、キャンセラディスクよりもインペラに近い位置にあるスラストディスクの位置を検出するので、インペラに対してスラストディスクよりも遠方に位置するキャンセラディスクの位置を検出する場合に比べて、インペラとスラストディスクとの軸方向距離が小さいので、熱膨張などによる回転軸の伸縮の影響を小さくでき、チップクリアランスの制御精度が向上する。 According to a second aspect of the present invention, in the centrifugal compressor according to the first aspect, the thrust disk (52) is disposed closer to the impeller (10) than the canceller disk (61) in the axial direction. Is.
According to this, since the position detection means detects the position of the thrust disk located closer to the impeller than the canceller disk, the position of the canceller disk located farther than the thrust disk relative to the impeller is detected. Compared to the above, since the axial distance between the impeller and the thrust disk is small, the influence of expansion and contraction of the rotating shaft due to thermal expansion can be reduced, and the control accuracy of the tip clearance is improved.

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の遠心式圧縮機において、前記スラスト軸受（５１）は、前記スラストディスク（５２）と軸方向で対向すると共に、軸方向で前記スラストディスク（５２）に対して前記インペラ（１０）側に配置される前側フォイル軸受（５５）を備え、前記位置検出手段（８２）は、軸方向で、前記スラストディスク（５２）に対して前記インペラ（１０）とは反対側に配置されるものである。
これによれば、インペラの回転に起因して発生するスラスト力を受ける前側フォイル軸受の配置や厚みなど、前側フォイル軸受の構造が位置検出手段により制約されないので、スラスト軸受に所要の軸受機能を発揮させることができる。 The invention according to claim 3 is the centrifugal compressor according to claim 1 or 2, wherein the thrust bearing (51) is opposed to the thrust disk (52) in the axial direction, and the thrust disk ( 52) is provided with a front foil bearing (55) disposed on the impeller (10) side, and the position detecting means (82) is axially arranged with respect to the impeller (10) with respect to the thrust disk (52). ) Is arranged on the opposite side.
According to this, since the structure of the front foil bearing, such as the arrangement and thickness of the front foil bearing that receives the thrust force generated by the rotation of the impeller, is not restricted by the position detection means, the required bearing function is demonstrated for the thrust bearing. Can be made.

請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれか１項記載の遠心式圧縮機において、前記スラスト軸受（５１）は、前記スラストディスク（５２）と軸方向で対向すると共に、軸方向で前記スラストディスク（５２）に対して前記インペラ（１０）とは反対側に配置される後側フォイル軸受（５６）を備え、前記制御装置（８０）は、前記後側フォイル軸受（５６）と前記スラストディスク（５２）との軸方向間隔（Ａ）を検出する間隔検出手段（８３）を備え、前記軸方向間隔（Ａ）が所定値以下になるとき、前記圧力室（６２）の圧力が低下するように前記圧力制御弁（７３，７４）を制御するものである。
これによれば、軸方向間隔が所定値以下となって、スラストディスクと後側フォイル軸受との間に形成される空気膜の膜圧が薄くなったとき、スラストディスクが後側フォイル軸受に接近することが防止されるので、スラストディスクと後側フォイル軸受との接触による後側フォイル軸受の損傷を防止できて、スラスト軸受の耐久性、ひいては遠心式圧縮機の耐久性の向上が可能になる。 The invention according to claim 4 is the centrifugal compressor according to any one of claims 1 to 3, wherein the thrust bearing (51) is opposed to the thrust disk (52) in the axial direction and is axially And a rear foil bearing (56) disposed on the opposite side of the impeller (10) with respect to the thrust disk (52), and the control device (80) includes the rear foil bearing (56) A distance detecting means (83) for detecting an axial distance (A) with the thrust disk (52) is provided, and when the axial distance (A) becomes a predetermined value or less, the pressure in the pressure chamber (62) is reduced. The pressure control valves (73, 74) are controlled so as to decrease.
According to this, when the axial distance becomes a predetermined value or less and the film pressure of the air film formed between the thrust disk and the rear foil bearing becomes thin, the thrust disk approaches the rear foil bearing. Therefore, it is possible to prevent damage to the rear foil bearing due to contact between the thrust disk and the rear foil bearing, and it is possible to improve the durability of the thrust bearing and hence the centrifugal compressor. .

請求項５記載の発明は、請求項４記載の遠心式圧縮機において、前記圧力制御弁（７３，７４）は、前記インペラ（１０）により圧縮された加圧気体が流通するスクロール流路（１５）の圧力を前記圧力室（６２）に導く高圧通路（７１）に設けられる高圧制御弁（７３）と、前記インペラ（１０）により圧縮される気体が吸入される入口流路（１２）の負圧を前記圧力室（６２）に導く負圧通路（７２）に設けられる負圧制御弁（７４）とであり、前記制御装置（８０）は、前記軸方向間隔（Ａ）が前記所定値以下になるとき、前記負圧制御弁（７４）を制御して前記負圧通路（７２）の負圧を前記圧力室（６２）に導くものである。
これによれば、負圧通路を通じて圧力室に導入される負圧により、圧力室の圧力が速やかに低下するので、スラストディスクと後側フォイル軸受との接触防止の確実性が向上する。 According to a fifth aspect of the present invention, in the centrifugal compressor according to the fourth aspect, the pressure control valve (73, 74) is a scroll channel (15) through which the pressurized gas compressed by the impeller (10) flows. ) In the high pressure passage (71) for guiding the pressure of the pressure chamber (62) to the pressure chamber (62), and the negative passage of the inlet passage (12) through which the gas compressed by the impeller (10) is sucked. A negative pressure control valve (74) provided in a negative pressure passage (72) for introducing pressure to the pressure chamber (62), and the control device (80) has the axial interval (A) equal to or less than the predetermined value. In this case, the negative pressure control valve (74) is controlled to guide the negative pressure in the negative pressure passage (72) to the pressure chamber (62).
According to this, because the negative pressure introduced into the pressure chamber through the negative pressure passage quickly decreases the pressure in the pressure chamber, the certainty of preventing contact between the thrust disk and the rear foil bearing is improved.

本発明によれば、スラストキャンセラ機構を備える遠心式圧縮機において、該スラストキャンセラ機構を利用することにより、チップクリアランスを制御することができる。さらに、本発明によれば、チップクリアランスの制御精度の向上が可能になる。   According to the present invention, in a centrifugal compressor provided with a thrust canceller mechanism, the tip clearance can be controlled by using the thrust canceller mechanism. Furthermore, according to the present invention, it is possible to improve the control accuracy of the tip clearance.

本発明の実施形態である遠心式圧縮機の全体を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the whole centrifugal compressor which is embodiment of this invention. 図１の要部拡大図である。It is a principal part enlarged view of FIG. 図１の遠心式圧縮機のスラスト軸受付近を模式的に示す、周方向での断面図である。It is sectional drawing in the circumferential direction which shows typically the thrust bearing vicinity of the centrifugal compressor of FIG.

以下、本発明の実施形態を図１〜図３を参照して説明する。
図１に示される本発明の実施形態である遠心式圧縮機１は、機械としての車両に搭載される燃料電池システムに備えられて、酸化剤ガスとしての空気を供給する電動圧縮機である。
圧縮機１は、ハウジング２と、ハウジング２に収納される電動機７と、電動機７により回転駆動される回転軸２０と、回転軸２０をハウジング２に回転可能に支持するための軸受装置４０と、回転軸２０と一体に回転するインペラ１０と、回転軸２０とインペラ１０とを一体に結合する締結部材３０と、インペラ１０の回転に起因して回転軸２０に前方に向かって作用するスラスト力Ｆａを減少させるキャンセルスラスト力Ｆｂが後方に向かって作用するスラストキャンセラ機構６０とを備える。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS.
A centrifugal compressor 1 according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 1 is an electric compressor that is provided in a fuel cell system mounted on a vehicle as a machine and supplies air as an oxidant gas.
The compressor 1 includes a housing 2, an electric motor 7 housed in the housing 2, a rotating shaft 20 that is rotationally driven by the electric motor 7, and a bearing device 40 that rotatably supports the rotating shaft 20 on the housing 2, An impeller 10 that rotates integrally with the rotating shaft 20, a fastening member 30 that integrally couples the rotating shaft 20 and the impeller 10, and a thrust force Fa that acts forward on the rotating shaft 20 due to the rotation of the impeller 10. And a thrust canceller mechanism 60 in which a cancel thrust force Fb for reducing the pressure acts backward.

なお、本発明および実施形態において、軸方向は、回転軸２０の回転中心線Ｌに平行な方向であるとし、径方向および周方向は、それぞれ回転中心線Ｌを中心とする径方向および周方向であるとする。また、便宜上、前後方向は軸方向に平行な方向であるとし、前方は、回転軸２０または電動機７のロータ８に対して軸方向でインペラ１０が位置する方向であるとする。   In the present invention and the embodiment, the axial direction is a direction parallel to the rotation center line L of the rotary shaft 20, and the radial direction and the circumferential direction are a radial direction and a circumferential direction around the rotation center line L, respectively. Suppose that For convenience, the front-rear direction is a direction parallel to the axial direction, and the front is a direction in which the impeller 10 is positioned in the axial direction with respect to the rotary shaft 20 or the rotor 8 of the electric motor 7.

ハウジング２は、複数の羽根１０ａを有するインペラ１０を収納すると共にインペラ１０に吸入されて圧縮される気体としての空気が流れる給気流路１１を形成するインペラハウジング３と、電動機７のロータ８およびステータ９を収納すると共にインペラハウジング３に結合されるモータハウジング４と、モータハウジング４に結合される端部ハウジング５とを備える。モータハウジング４は、軸方向で、インペラハウジング３と端部ハウジング５との間に配置される。
そして、インペラハウジング３、モータハウジング４および端部ハウジング５により、圧縮機１の内部空間６が形成される。 The housing 2 houses an impeller 10 having a plurality of blades 10a and forms an air supply passage 11 through which air as a gas sucked and compressed by the impeller 10 flows, and a rotor 8 and a stator of an electric motor 7. 9 and a motor housing 4 coupled to the impeller housing 3 and an end housing 5 coupled to the motor housing 4. The motor housing 4 is disposed between the impeller housing 3 and the end housing 5 in the axial direction.
The impeller housing 3, the motor housing 4 and the end housing 5 form an internal space 6 of the compressor 1.

燃料電池システムの酸化剤ガス供給系統に連通する気体供給流路としての給気流路１１は、インペラ１０よりも上流に位置して空気を吸入する入口流路１２と、入口流路１２からの空気がインペラ１０により圧縮される圧縮流路１３と、インペラ１０よりも下流に位置してインペラ１０により圧縮された加圧気体としての加圧空気が流通する出口流路とを有する。該出口流路は、圧縮流路１３の下流に連なるディフューザ流路１４と、ディフューザ流路１４の下流に連なるスクロール流路１５とから構成される。   An air supply passage 11 serving as a gas supply passage communicating with the oxidant gas supply system of the fuel cell system is located upstream of the impeller 10 and sucks air, and the air from the inlet passage 12 Has a compression flow path 13 that is compressed by the impeller 10 and an outlet flow path that is located downstream of the impeller 10 and through which pressurized air as compressed gas compressed by the impeller 10 flows. The outlet flow path includes a diffuser flow path 14 that continues downstream of the compression flow path 13 and a scroll flow path 15 that continues downstream of the diffuser flow path 14.

インペラハウジング３は、入口流路１２および圧縮流路１３を形成する前部ハウジング３ａと、該前部ハウジング３ａにボルトＢ１により結合される後部ハウジング３ｂとを有する。ディフューザ流路１４およびスクロール流路１５の一部は、前部ハウジング３ａおよび後部ハウジング３ｂの協働により形成される。   The impeller housing 3 includes a front housing 3a that forms an inlet channel 12 and a compression channel 13, and a rear housing 3b that is coupled to the front housing 3a by a bolt B1. A part of the diffuser flow path 14 and the scroll flow path 15 is formed by cooperation of the front housing 3a and the rear housing 3b.

モータハウジング４は、円筒状の内側ハウジング４ｂと該内側ハウジング４ｂを囲む外側ハウジング４ａとを有する。ロータ８およびステータ９は、内側ハウジング４ｂの径方向内方において主内部空間６ａに収納される。この主内部空間６ａは、モータハウジング４と後記仕切壁１８と後記主端部壁５ａとにより形成される。
内側ハウジング４ｂの外周面に形成された溝と外側ハウジング４ａの内周面との間には、ステータ９を冷却する冷却流体としての冷却水が流通する螺旋状の冷却通路７ａが形成される。 The motor housing 4 has a cylindrical inner housing 4b and an outer housing 4a surrounding the inner housing 4b. The rotor 8 and the stator 9 are accommodated in the main internal space 6a on the inner side in the radial direction of the inner housing 4b. The main internal space 6a is formed by the motor housing 4, a partition wall 18 which will be described later, and a main end wall 5a which will be described later.
Between the groove formed on the outer peripheral surface of the inner housing 4b and the inner peripheral surface of the outer housing 4a, a spiral cooling passage 7a through which cooling water as a cooling fluid for cooling the stator 9 flows is formed.

端部ハウジング５は、外側ハウジング４ａに結合される主端部壁５ａと、主端部壁５ａの後方に配置されて該主端部壁５ａに結合される副端部壁５ｂとを有する。主端部壁５ａと副端部壁５ｂとは、回転軸２０の回転位置を検出する回転位置センサ３９および後記後側締付部３３が収納される副内部空間６ｂを形成する。そして、主内部空間６ａと副内部空間６ｂにより内部空間６が構成される。主端部壁５ａは、主内部空間６ａと副内部空間６ｂとを仕切る仕切壁である。主端部壁５ａには、ステータ９を冷却する冷却空気を主内部空間６ａに導入する導入口５ｃが設けられる。   The end housing 5 has a main end wall 5a coupled to the outer housing 4a, and a sub-end wall 5b disposed behind the main end wall 5a and coupled to the main end wall 5a. The main end wall 5a and the sub end wall 5b form a sub internal space 6b in which a rotational position sensor 39 for detecting the rotational position of the rotary shaft 20 and a rear tightening portion 33 described later are accommodated. The main internal space 6a and the sub internal space 6b constitute an internal space 6. The main end wall 5a is a partition wall that partitions the main internal space 6a and the sub internal space 6b. The main end wall 5a is provided with an introduction port 5c for introducing cooling air for cooling the stator 9 into the main internal space 6a.

３相交流式のブラシレスモータである電動機７は、回転軸２０の一部を構成する円筒状のロータ８と、ロータ８の径方向外方に所定の径方向クリアランスを形成して配置されるステータ９とを備える。ロータ８は、界磁としての永久磁石からなる磁石８ａと、磁石８ａを囲んで配置されて該磁石８ａを収納する円筒状のモータ軸８ｂとから構成される。ロータ８を全周に渡って囲むステータ９は、電機子としての鉄心を有する円筒状に形成された３相の巻線により構成され、３相の巻線の端子７ｂが外側ハウジング４ａに配置される。   An electric motor 7 that is a three-phase AC brushless motor includes a cylindrical rotor 8 that constitutes a part of a rotating shaft 20 and a stator that is disposed with a predetermined radial clearance formed radially outward of the rotor 8. 9. The rotor 8 includes a magnet 8a made of a permanent magnet as a field, and a cylindrical motor shaft 8b that is disposed so as to surround the magnet 8a and accommodates the magnet 8a. The stator 9 surrounding the rotor 8 over the entire circumference is constituted by a three-phase winding formed in a cylindrical shape having an iron core as an armature, and a terminal 7b of the three-phase winding is disposed in the outer housing 4a. The

図２を併せて参照すると、回転軸２０は、ロータ８と、軸方向でロータ８を挟んで配置される１対のベアリング軸２１，２２とから構成される。前方から順次配列されたインペラ１０と、ロータ８の前方に配置される前側軸としての前側ベアリング軸２１と、ロータ８と、ロータ８の後方に配置される後側軸としての後側ベアリング軸２２と、後記キャンセラディスク６１とは、この順番で、インペラ１０、両ベアリング軸２１，２２、ロータ８およびキャンセラディスク６１の中心部を軸方向に平行に挿通するテンション軸３１を備える締結部材３０により、軸方向および周方向に相対移動不能に結合されて、該締結部材３０と共に１つの圧縮機回転ユニットを構成する。   Referring also to FIG. 2, the rotating shaft 20 includes a rotor 8 and a pair of bearing shafts 21 and 22 arranged with the rotor 8 interposed therebetween in the axial direction. Impellers 10 arranged sequentially from the front, a front bearing shaft 21 as a front shaft disposed in front of the rotor 8, a rotor 8, and a rear bearing shaft 22 as a rear shaft disposed behind the rotor 8. And the later-described canceller disk 61 is in this order by the fastening member 30 including the impeller 10, both bearing shafts 21 and 22, the rotor 8, and the tension shaft 31 that passes through the center of the canceller disk 61 in parallel in the axial direction. The compressor member is combined with the fastening member 30 so as not to move relative to each other in the axial direction and the circumferential direction.

前側ベアリング軸２１および後側ベアリング軸２２は、径方向でテンション軸３１との間に円筒状の筒状空間を形成する円筒状の筒状部２１ａ，２２ａと、筒状部２１ａ，２２ａから径方向内方に延びている内向きフランジ部２１ｂ，２２ｂとを有する。各内向きフランジ部２１ｂ，２２ｂは、その内周面でテンション軸３１の被支持部３１ａ，３１ｂを支持する。   The front bearing shaft 21 and the rear bearing shaft 22 have a cylindrical cylindrical portion 21a, 22a that forms a cylindrical cylindrical space with the tension shaft 31 in the radial direction, and a diameter from the cylindrical portions 21a, 22a. And inward flange portions 21b and 22b extending inward in the direction. Each inward flange portion 21b, 22b supports the supported portions 31a, 31b of the tension shaft 31 on its inner peripheral surface.

前側ベアリング軸２１の筒状部２１ａは、前端部でインペラ１０の嵌合部１０ｂの外周にインロー嵌合し、後端部でロータ軸８ｂの内周にインロー嵌合する。後側ベアリング軸２２の筒状部２２ａは、前端部でロータ軸８ｂの内周にインロー嵌合し、後端部でキャンセラディスク６１の嵌合部６１ａの外周にインロー嵌合する。
また、前側ベアリング軸２１の外周面には、インペラ１０の後方に形成される背後空間１７とスラストディスク５２が収納される収納室５０とを仕切る仕切壁１８との間にラビリンスシール２３が設けられ、後側ベアリング軸２２の外周面には、主端部壁５ａとの間にラビリンスシール２４が設けられる。
ここで、インロー嵌合とは、互いに嵌合する２つの部材の嵌合部において、一方の嵌合部の外径と他方の嵌合部の内径とがほぼ等しい嵌合を意味する。 The cylindrical portion 21a of the front bearing shaft 21 is inlay-fitted on the outer periphery of the fitting portion 10b of the impeller 10 at the front end portion, and is inlay-fitted on the inner periphery of the rotor shaft 8b at the rear end portion. The cylindrical portion 22a of the rear bearing shaft 22 is inlay-fitted to the inner periphery of the rotor shaft 8b at the front end portion, and is inlay-fitted to the outer periphery of the fitting portion 61a of the canceller disk 61 at the rear end portion.
A labyrinth seal 23 is provided on the outer peripheral surface of the front bearing shaft 21 between the rear space 17 formed behind the impeller 10 and the partition wall 18 that partitions the storage chamber 50 in which the thrust disk 52 is stored. A labyrinth seal 24 is provided on the outer peripheral surface of the rear bearing shaft 22 between the main end wall 5a.
Here, the inlay fitting means a fitting in which the outer diameter of one fitting portion and the inner diameter of the other fitting portion are substantially equal in the fitting portion of two members that are fitted to each other.

締結部材３０は、テンション軸３１と、いずれもテンション軸３１に設けられてインペラ１０、前側ベアリング軸２１、ロータ８、後側ベアリング軸２２およびキャンセラディスク６１を軸方向で締め付ける前側締付部３２および後側締付部３３とを備える。締結部材３０の前端部を構成すると共にインペラ１０に当接して後方に押圧する前側締付部３２は、テンション軸３１と一体成形される。それゆえ、テンション軸３１と前側締付部３２とは、前側締付部３２を頭部とし、テンション軸３１を軸部とするボルトを構成する。後側締付部３３は、テンション軸３１に設けられたネジ部３１ｎに螺合することでテンション軸３１と一体に設けられたネジ部材であるナットにより構成される。それゆえ、後側締付部３３は、テンション軸３１に対して着脱可能である。
締結部材３０は、インペラ１０とロータ８と両ベアリング軸２１，２２とキャンセラディスク６１とを軸方向に締め付けて一体化する。そして、前側締付部３２はインペラ１０を後方に押圧し、後側締付部３３は後側ベアリング軸２２を前方に押圧する。 The fastening member 30 includes a tension shaft 31, a front tightening portion 32 that is provided on the tension shaft 31, and fastens the impeller 10, the front bearing shaft 21, the rotor 8, the rear bearing shaft 22, and the canceller disk 61 in the axial direction. And a rear tightening portion 33. A front tightening portion 32 that constitutes the front end portion of the fastening member 30 and presses backward against the impeller 10 is integrally formed with the tension shaft 31. Therefore, the tension shaft 31 and the front tightening portion 32 constitute a bolt having the front tightening portion 32 as a head and the tension shaft 31 as a shaft portion. The rear tightening portion 33 is configured by a nut that is a screw member provided integrally with the tension shaft 31 by being screwed into a screw portion 31 n provided on the tension shaft 31. Therefore, the rear tightening portion 33 can be attached to and detached from the tension shaft 31.
The fastening member 30 integrates the impeller 10, the rotor 8, both bearing shafts 21 and 22, and the canceller disk 61 by fastening them in the axial direction. The front tightening portion 32 presses the impeller 10 backward, and the rear tightening portion 33 presses the rear bearing shaft 22 forward.

主内部空間６ａ内に配置される軸受装置４０は、いずれも軸受である前側ベアリング軸２１を回転可能に支持する前側ラジアル軸受４１およびスラスト軸受５１と、後側ベアリング軸２２を回転可能に支持する軸受である後側ラジアル軸受４６とを備える。各ラジアル軸受４１，４６は、主内部空間６ａ内に収納される軸受保持部材である環状の軸受保持プレート４２，４７と、軸受保持プレート４２，４７の内周面にベアリング軸２１，２２と径方向で対向して配置されるフォイル軸受４３，４８とから構成される。   The bearing device 40 disposed in the main internal space 6a supports the front radial bearing 41 and the thrust bearing 51 that rotatably support the front bearing shaft 21 that is a bearing, and the rear bearing shaft 22 to be rotatable. And a rear radial bearing 46 which is a bearing. The radial bearings 41 and 46 are annular bearing holding plates 42 and 47, which are bearing holding members housed in the main internal space 6a, and bearing shafts 21 and 22 and a diameter on the inner peripheral surface of the bearing holding plates 42 and 47, respectively. It is comprised from the foil bearings 43 and 48 arrange | positioned facing in a direction.

前側軸受保持プレート４２は、後記軸受保持プレート５４と共に、ボルトＢ２により仕切壁１８に結合されて設けられる。仕切壁１８は、ボルトＢ３により外側ハウジング４ａの前端壁４ａ１に結合されて設けられる。また、後側軸受保持プレート４７は、ボルトＢ４により主端部壁５ａに結合されて設けられる。   The front bearing holding plate 42 is coupled to the partition wall 18 by a bolt B2 together with a bearing holding plate 54 which will be described later. The partition wall 18 is provided by being coupled to the front end wall 4a1 of the outer housing 4a by a bolt B3. The rear bearing holding plate 47 is provided by being coupled to the main end wall 5a by a bolt B4.

また、スラスト軸受５１は、前側ベアリング軸２１において軸方向でインペラ１０とロータ８との間に設けられたスラストディスク５２と、仕切壁１８の一部により構成される軸受保持部材である前側軸受保持プレート５３と、軸受保持部材である後側軸受保持プレート５４と、スラストディスク５２と軸方向で対向して前側軸受保持プレート５３に設けられた前側フォイル軸受５５と、スラストディスク５２と軸方向で対向して後側軸受保持プレート５４に設けられた後側フォイル軸受５６とから構成される。   Further, the thrust bearing 51 is a front bearing holding member that is a bearing holding member constituted by a thrust disk 52 provided between the impeller 10 and the rotor 8 in the axial direction of the front bearing shaft 21 and a part of the partition wall 18. The plate 53, the rear bearing holding plate 54 as a bearing holding member, the front foil bearing 55 provided on the front bearing holding plate 53 so as to face the thrust disk 52 in the axial direction, and the thrust disk 52 opposed in the axial direction. The rear foil bearing 56 is provided on the rear bearing holding plate 54.

後記キャンセラディスク６１よりもインペラ１０に近い位置に配置されるスラストディスク５２は、軸方向で、インペラ１０とロータ８との間に、またはインペラ１０と、ロータ８の前方に位置する後側軸受保持プレート５４との間に配置される。そして、スラストディスク５２は、軸方向で前側ベアリング軸２１を前部および後部に二等分したときの前記前部に設けられる。
フォイル軸受４３，４８，５５，５６は周知のものであり、トップフォイルとバンプフォイルとを有する。図３には、後側フォイル軸受５６のトップフォイル５６ａとバンプフォイル５６ｂが示されている。 A thrust disc 52 arranged at a position closer to the impeller 10 than the later-described canceller disc 61 is a rear bearing holding located in the axial direction between the impeller 10 and the rotor 8 or in front of the impeller 10 and the rotor 8. It arrange | positions between the plates 54. FIG. And the thrust disk 52 is provided in the said front part when the front side bearing shaft 21 is divided into the front part and the rear part in the axial direction.
The foil bearings 43, 48, 55, 56 are well known and have a top foil and a bump foil. FIG. 3 shows the top foil 56 a and the bump foil 56 b of the rear foil bearing 56.

各ラジアル軸受４１，４６においては、フォイル軸受４３，４８により、回転軸２０の回転によりベアリング軸２１，２２とフォイル軸受４３，４８との間に各ベアリング軸２１，２２を囲んで円環状の空気膜が形成され、該空気膜により各ベアリング軸２１，２２が浮動状体で回転する。また、スラスト軸受５１においては、各フォイル軸受５５，５６により、回転軸２０の回転によりスラストディスク５２とフォイル軸受５５，５６との間に円板状の空気膜が形成され、該空気膜によりスラストディスク５２（したがって前側ベアリング軸２１）が浮動状体で回転する。   In each of the radial bearings 41 and 46, the ring bearings 43 and 48 enclose the bearing shafts 21 and 22 between the bearing shafts 21 and 22 and the foil bearings 43 and 48 by the rotation of the rotary shaft 20, respectively. A film is formed, and the bearing shafts 21 and 22 are rotated by the air film in a floating shape. In the thrust bearing 51, a disk-like air film is formed between the thrust disk 52 and the foil bearings 55 and 56 by the rotation of the rotary shaft 20 by the foil bearings 55 and 56, and the thrust film is used for the thrust film. The disk 52 (and hence the front bearing shaft 21) rotates in a floating manner.

図１，図２を参照すると、スラストキャンセラ機構６０は、後側ベアリング軸２２に嵌合すると共に後側締付部３３により後側ベアリング軸２２に押し付けられて、回転軸２０と一体に回転すると共に軸方向に移動するキャンセラディスク６１と、可動室壁としてのキャンセラディスク６１が収納される円環状の圧力室６２を後側ベアリング軸２２と協働して形成する圧力室壁６３と、キャンセラディスク６１にキャンセルスラスト力Ｆｂを作用させるための制御圧力を圧力室６２に導く圧力通路７１，７２の圧力を制御する圧力制御弁７３，７４と、圧力制御弁７３，７４を制御する制御装置８０とを備える。圧力室壁６３は主端部壁５ａを含む端部ハウジング５により形成される。   Referring to FIGS. 1 and 2, the thrust canceller mechanism 60 is fitted to the rear bearing shaft 22 and is pressed against the rear bearing shaft 22 by the rear tightening portion 33 to rotate integrally with the rotary shaft 20. And a canceller disk 61 that moves in the axial direction, a pressure chamber wall 63 that forms an annular pressure chamber 62 in which the canceller disk 61 as a movable chamber wall is accommodated in cooperation with the rear bearing shaft 22, and a canceller disk. Pressure control valves 73 and 74 for controlling the pressure in the pressure passages 71 and 72 for guiding the control pressure for applying the cancel thrust force Fb to the pressure chamber 62, and the control device 80 for controlling the pressure control valves 73 and 74. Is provided. The pressure chamber wall 63 is formed by the end housing 5 including the main end wall 5a.

円形外周部を有するフランジ部として後側ベアリング軸２２に一体成形により形成されたキャンセラディスク６１は、圧力室６２を、キャンセラディスク６１に対して、インペラ１０側に位置する制御圧力室としての高圧室６２ａと、インペラ１０とは反対側に位置する低圧室としての副内部空間６ｂとに、軸方向で区画する。キャンセラディスク６１と圧力室壁６３との間からの高圧室６２ａの空気の漏れを抑制するためのシール部としてのラビリンスシール６９が、キャンセラディスク６１の外周面に設けられている。
高圧室６２ａ内には、インペラ１０により圧縮された加圧空気が圧力通路７１，７２を通じて導かれる。そして、キャンセルスラスト力Ｆｂは、高圧室６２ａの圧力と副内部空間６ｂの圧力との差圧により発生する。 A canceller disk 61 formed integrally with the rear bearing shaft 22 as a flange portion having a circular outer peripheral portion has a pressure chamber 62 as a control pressure chamber located on the impeller 10 side with respect to the canceller disk 61. It is partitioned in the axial direction into 62a and a sub internal space 6b as a low pressure chamber located on the opposite side to the impeller 10. A labyrinth seal 69 is provided on the outer peripheral surface of the canceller disc 61 as a seal portion for suppressing leakage of air in the high-pressure chamber 62 a from between the canceller disc 61 and the pressure chamber wall 63.
The pressurized air compressed by the impeller 10 is guided into the high pressure chamber 62 a through the pressure passages 71 and 72. The cancel thrust force Fb is generated by a differential pressure between the pressure in the high pressure chamber 62a and the pressure in the sub internal space 6b.

圧力通路７１，７２は、正圧である高圧圧力を第１制御圧力として高圧室６２ａに導く第１圧力通路としての高圧通路７１と、前記高圧圧力よりも低い圧力の低圧圧力としての負圧を第２制御圧力として高圧室６２ａに導く第２圧力通路としての低圧通路である負圧通路７２とから構成される。
高圧通路７１は、スクロール流路１５と高圧室６２ａとを接続して、加圧空気を高圧室６２ａに導く。また、負圧通路７２は、空気を吸入する入口流路１２と高圧室６２ａとを接続して、高圧室６２ａの空気を低圧状態としての負圧が発生している入口流路１２に導く。
圧力制御弁７３，７４は、高圧通路７１に配置される第１圧力制御弁としての高圧制御弁７３と、負圧通路７２に配置される第２圧力制御弁としての低圧制御弁である負圧制御弁７４とから構成される。 The pressure passages 71 and 72 have a high pressure passage 71 serving as a first pressure passage for guiding a high pressure, which is a positive pressure, to the high pressure chamber 62a as a first control pressure, and a negative pressure as a low pressure lower than the high pressure. A negative pressure passage 72 which is a low pressure passage serving as a second pressure passage leading to the high pressure chamber 62a as the second control pressure.
The high-pressure passage 71 connects the scroll flow path 15 and the high-pressure chamber 62a, and guides pressurized air to the high-pressure chamber 62a. The negative pressure passage 72 connects the inlet passage 12 for sucking air and the high pressure chamber 62a, and guides the air in the high pressure chamber 62a to the inlet passage 12 where a negative pressure is generated as a low pressure state.
The pressure control valves 73 and 74 are a high pressure control valve 73 as a first pressure control valve disposed in the high pressure passage 71 and a low pressure control valve as a second pressure control valve disposed in the negative pressure passage 72. And a control valve 74.

キャンセルスラスト力Ｆｂは、高圧室６２ａの圧力と副内部空間６ｂの圧力との差圧により発生する。このキャンセルスラスト力Ｆｂは、圧縮機１の作動中に、スラスト力Ｆａを減少させて、スラスト軸受５１が受ける荷重を軽減する。
そして、回転軸は、スラスト力Ｆａおよびキャンセルスラスト力Ｆｂの大きさに応じて、スラスト軸受５１により規制される範囲において、軸方向に移動可能である。 The cancel thrust force Fb is generated by a differential pressure between the pressure in the high pressure chamber 62a and the pressure in the sub internal space 6b. This cancel thrust force Fb reduces the thrust force Fa during operation of the compressor 1 to reduce the load received by the thrust bearing 51.
The rotating shaft is movable in the axial direction within a range regulated by the thrust bearing 51 according to the magnitudes of the thrust force Fa and the cancel thrust force Fb.

図３を併せて参照すると、制御装置８０は、インペラ１０の軸方向位置としてのスラストディスク５２の軸方向位置を検出する位置検出手段８２を備える検出部８１と、検出部８１から入力される検出信号に基づいて高圧制御弁７３および負圧制御弁７４の作動を制御する制御部８７とを備える。制御部８７は、コンピュータを備える電子制御ユニットより構成される。   Referring also to FIG. 3, the control device 80 includes a detection unit 81 that includes a position detection unit 82 that detects an axial position of the thrust disk 52 as an axial position of the impeller 10, and a detection input from the detection unit 81. And a control unit 87 that controls the operation of the high pressure control valve 73 and the negative pressure control valve 74 based on the signal. The control part 87 is comprised from the electronic control unit provided with a computer.

検出部８１は、位置検出手段８２のほかに、軸方向でのスラストディスク５２と後側フォイル軸受５６のトップフォイル５６ａとの間隔である空気膜の膜厚として軸方向間隔Ａを検出する間隔検出手段８４とを備える。
位置検出手段８２は、所定の基準軸方向位置からの指標部材としてのスラストディスク５２の軸方向位置を軸方向変位として検出する変位センサまたはギャップセンサにより構成される。
また、間隔検出手段８４は、予め定められる基準軸方向位置からの後側フォイル軸受５６のトップフォイル５６ａの軸方向位置を軸方向変位として検出する変位センサまたはギャップセンサにより構成される位置検出手段８３と、前記位置検出手段８２とにより構成され、両位置検出手段８２，８３により検出されたスラストディスク５２の軸方向位置およびトップフォイルの軸方向位置に基づいて軸方向間隔Ａを検出する。
両位置検出手段８２，８３は、軸方向で、スラストディスク５２に対してインペラ１０とは反対側に配置され、ここでは後側軸受保持プレート５４に取り付けられる。 In addition to the position detection means 82, the detection unit 81 detects the axial interval A as the film thickness of the air film that is the interval between the thrust disk 52 and the top foil 56 a of the rear foil bearing 56 in the axial direction. Means 84.
The position detection means 82 is configured by a displacement sensor or a gap sensor that detects an axial position of the thrust disk 52 as an index member from a predetermined reference axial position as an axial displacement.
Further, the distance detecting means 84 is a position detecting means 83 constituted by a displacement sensor or a gap sensor that detects the axial position of the top foil 56a of the rear foil bearing 56 from a predetermined reference axial position as an axial displacement. The position detector 82 detects the axial interval A based on the axial position of the thrust disk 52 and the axial position of the top foil detected by the position detectors 82 and 83.
Both position detection means 82 and 83 are disposed on the opposite side of the impeller 10 with respect to the thrust disk 52 in the axial direction, and are attached to the rear bearing holding plate 54 here.

制御部８７は、インペラハウジング３とインペラ１０の羽根１０ａの先端部との間のチップクリアランスを制御するために、圧縮機１の回転速度および加圧空気の流量に応じて最適なチップクリアランスが形成されるときのスラストディスク５２の軸方向位置が最適設定位置として設定されたマップを有する。そして、制御部８７は、位置検出手段８２により検出された軸方向位置に基づいて、スラストディスク５２が前記最適設定位置になるように、両制御弁７３，７４を制御して、高圧室６２ａ内の圧力を制御する。このように、制御部８７が高圧制御弁７３および負圧制御弁，７４を制御することより、キャンセルラディスク６１に作用するキャンセルスラスト力Ｆｂの大きさが制御され、したがってキャンセラディスク６１と一体の回転軸２０およびインペラ１０の軸方向位置が制御されて、チップクリアランスが制御される。   In order to control the tip clearance between the impeller housing 3 and the tip of the blade 10a of the impeller 10, the controller 87 forms an optimum tip clearance according to the rotational speed of the compressor 1 and the flow rate of pressurized air. A map in which the axial position of the thrust disk 52 is set as the optimum setting position. Based on the axial position detected by the position detector 82, the control unit 87 controls both control valves 73 and 74 so that the thrust disk 52 is at the optimum setting position, and the inside of the high pressure chamber 62a. To control the pressure. As described above, the control unit 87 controls the high pressure control valve 73 and the negative pressure control valve 74, whereby the magnitude of the cancel thrust force Fb acting on the canceller disk 61 is controlled. The axial direction positions of the rotary shaft 20 and the impeller 10 are controlled to control the tip clearance.

また、制御部８７は、間隔検出手段８４により検出された軸方向間隔Ａが所定値以下になるとき、スラストディスク５２と後側フォイル軸受５６との接触を防止するために、高圧室６２ａの圧力が低下するように、高圧制御弁７３を閉弁方向に制御し、負圧制御弁７４を開弁方向に制御して、負圧通路７２の負圧を高圧室６２ａに導く。これにより、キャンセルスラスト力Ｆｂが減少して、後側フォイル軸受５６に対して接近する方向へのスラストディスク５２の移動が防止され、例えば軸方向間隔が大きくなる方向に、スラストディスク５２が移動する。   Further, when the axial distance A detected by the distance detecting means 84 becomes equal to or less than a predetermined value, the control unit 87 prevents the thrust disk 52 and the rear foil bearing 56 from coming into contact with each other. The high pressure control valve 73 is controlled in the valve closing direction and the negative pressure control valve 74 is controlled in the valve opening direction so that the negative pressure in the negative pressure passage 72 is guided to the high pressure chamber 62a. As a result, the cancel thrust force Fb is reduced, and the thrust disk 52 is prevented from moving in a direction approaching the rear foil bearing 56. For example, the thrust disk 52 moves in a direction in which the axial interval increases. .

次に、前述のように構成された実施形態の作用および効果について説明する。
インペラ１０の回転に起因して回転軸２０に作用するスラスト力Ｆａを減少させるキャンセルスラスト力Ｆｂを発生するスラストキャンセラ機構６０を備える遠心式圧縮機１において、スラスト軸受５１は、回転軸２０に設けられたスラストディスク５２を備え、スラストキャンセラ機構６０は、回転軸２０に設けられたキャンセラディスク６１と、高圧室６２ａの圧力を制御する圧力制御弁７３，７４と、圧力制御弁７３，７４を制御する制御装置８０とを備え、制御装置８０は、スラストディスク５２の軸方向位置を検出する位置検出手段８２を備え、軸方向位置に応じて圧力制御弁７３，７４を制御することによりチップクリアランスを制御する。
この構造により、スラストキャンセラ機構６０の高圧室６２ａの圧力を圧力制御弁７３，７４により制御することで、スラストキャンセラ機構６０を利用してチップクリアランスを制御できる。
また、インペラ１０の軸方向位置の指標部材として、スラストディスク５２は大きな部材であることから、インペラ１０の軸方向位置に対応する軸方向位置を検出する位置検出手段８２，８３の配置の自由度が大きい。この結果、位置検出手段８２を、その周辺部材の配置を制約することなく、配置することができる。 Next, operations and effects of the embodiment configured as described above will be described.
In the centrifugal compressor 1 including the thrust canceller mechanism 60 that generates the cancel thrust force Fb that reduces the thrust force Fa acting on the rotation shaft 20 due to the rotation of the impeller 10, the thrust bearing 51 is provided on the rotation shaft 20. The thrust canceller mechanism 60 controls the canceller disk 61 provided on the rotating shaft 20, the pressure control valves 73 and 74 for controlling the pressure in the high pressure chamber 62a, and the pressure control valves 73 and 74. The control device 80 includes position detecting means 82 for detecting the axial position of the thrust disk 52, and controls the pressure control valves 73 and 74 in accordance with the axial position to control the chip clearance. Control.
With this structure, the tip clearance can be controlled using the thrust canceller mechanism 60 by controlling the pressure in the high pressure chamber 62a of the thrust canceller mechanism 60 by the pressure control valves 73 and 74.
Further, since the thrust disk 52 is a large member as an index member for the axial position of the impeller 10, the degree of freedom of arrangement of the position detection means 82 and 83 for detecting the axial position corresponding to the axial position of the impeller 10. Is big. As a result, the position detecting means 82 can be arranged without restricting the arrangement of the peripheral members.

スラストディスク５２は、軸方向でキャンセラディスク６１よりもインペラ１０に近い位置に配置されることにより、位置検出手段８２は、キャンセラディスク６１よりもインペラ１０に近い位置にあるスラストディスク５２の位置を検出する。この結果、インペラ１０に対してスラストディスク５２よりも遠方に位置するキャンセラディスク６１の位置を検出する場合に比べて、インペラ１０とスラストディスク５２との軸方向距離が小さいので、熱膨張などによる回転軸２０の伸縮の影響を小さくでき、チップクリアランスの制御精度が向上する。   The thrust disc 52 is disposed closer to the impeller 10 than the canceller disc 61 in the axial direction, so that the position detecting means 82 detects the position of the thrust disc 52 located closer to the impeller 10 than the canceller disc 61. To do. As a result, since the axial distance between the impeller 10 and the thrust disk 52 is smaller than when detecting the position of the canceller disk 61 located farther than the thrust disk 52 with respect to the impeller 10, rotation due to thermal expansion or the like. The influence of expansion and contraction of the shaft 20 can be reduced, and the control accuracy of the tip clearance is improved.

スラスト軸受５１は、軸方向でスラストディスク５２に対してインペラ１０側に配置される前側フォイル軸受５５を備え、位置検出手段８２は、軸方向でスラストディスク５２に対してインペラ１０とは反対側に配置される。
この構造により、インペラ１０の回転に起因して発生するスラスト力Ｆａを受ける前側フォイル軸受５５の配置や厚みなど、前側フォイル軸受５５の構造が位置検出手段８２により制約されないので、スラスト軸受５１に所要の軸受機能を発揮させることができる。 The thrust bearing 51 includes a front foil bearing 55 disposed on the impeller 10 side with respect to the thrust disk 52 in the axial direction, and the position detecting means 82 is on the opposite side of the impeller 10 with respect to the thrust disk 52 in the axial direction. Be placed.
With this structure, the structure of the front foil bearing 55, such as the arrangement and thickness of the front foil bearing 55 that receives the thrust force Fa generated due to the rotation of the impeller 10, is not restricted by the position detecting means 82. The bearing function can be exhibited.

スラスト軸受５１は、軸方向でスラストディスク５２に対してインペラ１０とは反対側に配置される後側フォイル軸受５６を備え、制御装置８０は、後側フォイル軸受５６とスラストディスク５２との軸方向間隔Ａを検出する間隔検出手段８４を備え、軸方向間隔Ａが所定値以下になるとき、高圧室６２ａの圧力が低下するように高圧制御弁７４を制御する。
この構造により、軸方向間隔Ａが所定値以下となって、スラストディスク５２と後側フォイル軸受との間に形成される空気膜の膜圧が薄くなったとき、スラストディスク５２が後側フォイル軸受５６に接近することが防止されるので、スラストディスク５２と後側フォイル軸受５６との接触による後側フォイル軸受５６の損傷を防止できて、スラスト軸受５１の耐久性、ひいては圧縮機１の耐久性の向上が可能になる。 The thrust bearing 51 includes a rear foil bearing 56 disposed on the opposite side of the impeller 10 with respect to the thrust disk 52 in the axial direction, and the control device 80 includes the axial direction of the rear foil bearing 56 and the thrust disk 52. An interval detecting means 84 for detecting the interval A is provided, and when the axial interval A becomes a predetermined value or less, the high pressure control valve 74 is controlled so that the pressure in the high pressure chamber 62a is lowered.
With this structure, when the axial distance A becomes a predetermined value or less and the film pressure of the air film formed between the thrust disk 52 and the rear foil bearing becomes thin, the thrust disk 52 becomes the rear foil bearing. 56 is prevented from coming into contact with the thrust disk 52 and the rear foil bearing 56, so that the rear foil bearing 56 can be prevented from being damaged, and the durability of the thrust bearing 51 and thus the durability of the compressor 1 can be prevented. Can be improved.

制御装置８０は、軸方向間隔Ａが所定値以下になるとき、負圧制御弁７４を制御して、インペラ１０により圧縮される空気が吸入される入口流路１２の負圧を圧力室６２に導くことから、負圧通路７２を通じて高圧室６２ａに導入される負圧により、高圧室６２ａの圧力が速やかに低下するので、スラストディスク５２と後側フォイル軸受５６との接触防止の確実性が向上する。   When the axial distance A becomes equal to or less than a predetermined value, the control device 80 controls the negative pressure control valve 74 so that the negative pressure of the inlet passage 12 through which the air compressed by the impeller 10 is sucked into the pressure chamber 62. As a result, the negative pressure introduced into the high pressure chamber 62a through the negative pressure passage 72 quickly reduces the pressure in the high pressure chamber 62a, thereby improving the reliability of preventing contact between the thrust disk 52 and the rear foil bearing 56. To do.

以下、前述した実施形態の一部の構成を変更した実施形態について、変更した構成に関して説明する。
低圧通路は、負圧通路７２の代わりに、大気に開放する大気連通路であってもよい。
圧力室６２の低圧室が密閉室とされて、キャンセルスラスト力Ｆｂを減少させるために、第２圧力制御弁により正圧が該低圧室に導入されてもよい。
燃料電池システムは、車両以外の機械に使用されてもよく、例えば汎用のものであってもよい。圧縮機１は、燃料電池システム以外の装置に使用されてもよく、また空気以外の気体を圧縮するものであってもよい。 Hereinafter, an embodiment in which a part of the configuration of the above-described embodiment is changed will be described with respect to the changed configuration.
Instead of the negative pressure passage 72, the low pressure passage may be an atmospheric communication passage that opens to the atmosphere.
The low pressure chamber of the pressure chamber 62 may be a sealed chamber, and a positive pressure may be introduced into the low pressure chamber by the second pressure control valve in order to reduce the cancel thrust force Fb.
The fuel cell system may be used in a machine other than a vehicle, and may be a general-purpose one, for example. The compressor 1 may be used for apparatuses other than a fuel cell system, and may compress gas other than air.

１ 遠心式圧縮機
２ ハウジング
７ 電動機
１０ インペラ
２０ 回転軸
３１ テンション軸
５１ スラスト軸受
５２ スラストディスク
５５，５６ フォイル軸受
６０ スラストキャンセラ機構
６１ キャンセラディスク
６２ 圧力室
７１ 高圧通路
７２ 負圧通路
７３ 高圧制御弁
７４ 負圧制御弁
８０ 制御装置
８２，８３ 位置検出手段
８４ 間隔検出手段
Ａ 軸方向間隔 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Centrifugal compressor 2 Housing 7 Electric motor 10 Impeller 20 Rotating shaft 31 Tension shaft 51 Thrust bearing 52 Thrust disk 55, 56 Foil bearing 60 Thrust canceller mechanism 61 Canceller disk 62 Pressure chamber 71 High pressure path 72 Negative pressure path 73 High pressure control valve 74 Negative pressure control valve 80 Control device 82, 83 Position detection means 84 Distance detection means A Axial distance

Claims (5)

回転軸と一体に回転するインペラと、前記回転軸を回転可能に支持すると共に前記インペラを収納するハウジングと、前記インペラの回転に起因して前記回転軸に作用するスラスト力を受けるスラスト軸受と、前記スラスト力を減少させるキャンセルスラスト力を発生するスラストキャンセラ機構とを備える遠心式圧縮機において、
前記スラスト軸受は、前記回転軸に設けられたスラストディスクを備え、
前記スラストキャンセラ機構は、前記回転軸に設けられたキャンセラディスクと、前記キャンセラディスクを可動室壁として形成される圧力室の圧力を制御する圧力制御弁と、前記圧力制御弁を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記スラストディスクの軸方向位置を検出する位置検出手段を備え、前記軸方向位置に応じて前記圧力制御弁を制御することにより、前記ハウジングと前記インペラの羽根の先端部との間のチップクリアランスを制御することを特徴とする遠心式圧縮機。 An impeller that rotates integrally with the rotating shaft; a housing that rotatably supports the rotating shaft and that houses the impeller; and a thrust bearing that receives a thrust force acting on the rotating shaft due to the rotation of the impeller; In a centrifugal compressor comprising a thrust canceller mechanism that generates a cancel thrust force that reduces the thrust force,
The thrust bearing includes a thrust disk provided on the rotating shaft,
The thrust canceller mechanism includes a canceller disk provided on the rotating shaft, a pressure control valve that controls the pressure of a pressure chamber formed using the canceller disk as a movable chamber wall, and a control device that controls the pressure control valve; With
The control device includes a position detection unit that detects an axial position of the thrust disk, and controls the pressure control valve according to the axial position, whereby the housing and the tip of the impeller blades Centrifugal compressor characterized by controlling the tip clearance between them. 前記スラストディスクは、軸方向で前記キャンセラディスクよりも前記インペラに近い位置に配置されることを特徴とする請求項１記載の遠心式圧縮機。   The centrifugal compressor according to claim 1, wherein the thrust disk is disposed at a position closer to the impeller than the canceller disk in the axial direction. 前記スラスト軸受は、前記スラストディスクと軸方向で対向すると共に、軸方向で前記スラストディスクに対して前記インペラ側に配置される前側フォイル軸受を備え、
前記位置検出手段は、軸方向で、前記スラストディスクに対して前記インペラとは反対側に配置されることを特徴とする請求項１または２記載の遠心式圧縮機。 The thrust bearing includes a front foil bearing that is opposed to the thrust disk in the axial direction and is disposed on the impeller side with respect to the thrust disk in the axial direction.
3. The centrifugal compressor according to claim 1, wherein the position detection unit is disposed on an opposite side of the impeller with respect to the thrust disk in an axial direction. 前記スラスト軸受は、前記スラストディスクと軸方向で対向すると共に、軸方向で前記スラストディスクに対して前記インペラとは反対側に配置される後側フォイル軸受を備え、
前記制御装置は、前記後側フォイル軸受と前記スラストディスクとの軸方向間隔を検出する間隔検出手段を備え、前記軸方向間隔が所定値以下になるとき、前記圧力室の圧力が低下するように前記圧力制御弁を制御することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の遠心式圧縮機。 The thrust bearing includes a rear foil bearing that is opposed to the thrust disk in the axial direction and is disposed on the opposite side of the impeller with respect to the thrust disk in the axial direction.
The control device includes a distance detecting means for detecting an axial distance between the rear foil bearing and the thrust disk so that the pressure in the pressure chamber decreases when the axial distance is equal to or less than a predetermined value. The centrifugal compressor according to any one of claims 1 to 3, wherein the pressure control valve is controlled. 前記圧力制御弁は、前記インペラにより圧縮された加圧気体が流通するスクロール流路の圧力を前記圧力室に導く高圧通路に設けられる高圧制御弁と、前記インペラにより圧縮される気体が吸入される入口流路の負圧を前記圧力室に導く負圧通路に設けられる負圧制御弁とであり、
前記制御装置は、前記軸方向間隔が前記所定値以下になるとき、前記負圧制御弁を制御して前記負圧通路の負圧を前記圧力室に導くことを特徴とする請求項４記載の遠心式圧縮機。 The pressure control valve includes a high-pressure control valve provided in a high-pressure passage that guides the pressure of a scroll passage through which pressurized gas compressed by the impeller flows to the pressure chamber, and gas compressed by the impeller is sucked A negative pressure control valve provided in a negative pressure passage for guiding the negative pressure of the inlet channel to the pressure chamber;
5. The control device according to claim 4, wherein when the axial interval is equal to or less than the predetermined value, the control device controls the negative pressure control valve to guide the negative pressure of the negative pressure passage to the pressure chamber. Centrifugal compressor.
JP2010080182A 2010-03-31 2010-03-31 Centrifugal compressor with thrust canceller mechanism Expired - Fee Related JP5108911B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010080182A JP5108911B2 (en) 2010-03-31 2010-03-31 Centrifugal compressor with thrust canceller mechanism

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010080182A JP5108911B2 (en) 2010-03-31 2010-03-31 Centrifugal compressor with thrust canceller mechanism

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2011214405A true JP2011214405A (en) 2011-10-27
JP5108911B2 JP5108911B2 (en) 2012-12-26

Family

ID=44944414

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010080182A Expired - Fee Related JP5108911B2 (en) 2010-03-31 2010-03-31 Centrifugal compressor with thrust canceller mechanism

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5108911B2 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016089479A (en) * 2014-11-05 2016-05-23 有限会社吉田構造デザイン Shock absorber
JP2018028387A (en) * 2016-08-16 2018-02-22 ハミルトン・サンドストランド・コーポレイションＨａｍｉｌｔｏｎ Ｓｕｎｄｓｔｒａｎｄ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ Bearing and rotary machine
DE102022114525A1 (en) 2022-06-09 2023-12-14 Zf Cv Systems Global Gmbh Compressor for a fuel cell system, and fuel cell system with the same
WO2023243264A1 (en) * 2022-06-14 2023-12-21 株式会社豊田自動織機 Centrifugal compressor
DE102022116933A1 (en) 2022-07-07 2024-01-18 Zf Cv Systems Global Gmbh Compressor for a fuel cell system, and fuel cell system with the same

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11560900B2 (en) 2020-06-09 2023-01-24 Emerson Climate Technologies, Inc. Compressor driveshaft assembly and compressor including same

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5779295A (en) * 1980-11-05 1982-05-18 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd Pressure balance structure for compressor equipped with balance piston
JPH0486395A (en) * 1990-07-27 1992-03-18 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Thrust force regulating device
JP2009191638A (en) * 2008-02-12 2009-08-27 Jtekt Corp Turbomachine
JP2009257165A (en) * 2008-04-15 2009-11-05 Honda Motor Co Ltd Electric compressor

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5779295A (en) * 1980-11-05 1982-05-18 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd Pressure balance structure for compressor equipped with balance piston
JPH0486395A (en) * 1990-07-27 1992-03-18 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Thrust force regulating device
JP2009191638A (en) * 2008-02-12 2009-08-27 Jtekt Corp Turbomachine
JP2009257165A (en) * 2008-04-15 2009-11-05 Honda Motor Co Ltd Electric compressor

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016089479A (en) * 2014-11-05 2016-05-23 有限会社吉田構造デザイン Shock absorber
JP2018028387A (en) * 2016-08-16 2018-02-22 ハミルトン・サンドストランド・コーポレイションＨａｍｉｌｔｏｎ Ｓｕｎｄｓｔｒａｎｄ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ Bearing and rotary machine
JP7000058B2 (en) 2016-08-16 2022-02-10 ハミルトン・サンドストランド・コーポレイション Bearings and rotating machines
DE102022114525A1 (en) 2022-06-09 2023-12-14 Zf Cv Systems Global Gmbh Compressor for a fuel cell system, and fuel cell system with the same
WO2023243264A1 (en) * 2022-06-14 2023-12-21 株式会社豊田自動織機 Centrifugal compressor
DE102022116933A1 (en) 2022-07-07 2024-01-18 Zf Cv Systems Global Gmbh Compressor for a fuel cell system, and fuel cell system with the same

Also Published As

Publication number Publication date
JP5108911B2 (en) 2012-12-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5108911B2 (en) Centrifugal compressor with thrust canceller mechanism
US10927759B2 (en) Bearing structure for turbocharger and turbocharger
CN111279086B (en) Centrifugal compressor
KR101117943B1 (en) Electric supercharger
JP6579649B2 (en) Electric motor driven compressor with a heat shield that forms the wall of the diffuser
US7871254B2 (en) Magnetic bearing and coupling device
JP5178294B2 (en) Electric compressor
EP2514945B2 (en) Turbocharger
KR20100109720A (en) Permanent magnetic motor and fluid charger comprising the same
US20220397124A1 (en) Vacuum pump
JPWO2012032863A1 (en) Turbo molecular pump
JP5056432B2 (en) Rotating shaft device and fuel cell system
US20210115930A1 (en) Turbo-compressor and method of operating a turbo-compressor
US5380171A (en) Turbo vacuum pump
JP7204524B2 (en) compressor
JP2011202641A (en) Electric compressor
JP2008031949A (en) Supercharger
JPWO2015121945A1 (en) Multistage electric centrifugal compressor
JP5081268B2 (en) Electric compressor
US20240093695A1 (en) Turbomachine, method for operating a turbomachine
US11078916B2 (en) Vacuum pump
CN110645191A (en) Centrifugal compressor
JP2001003890A (en) Magnetic bearing type turbo-molecular pump
US20230296048A1 (en) Electric turbocharger
EP3372842A1 (en) Casing assembly and rotary electric machine

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20120913

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120925

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20121005

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20151012

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees