CN101310100B - 用于平衡电辅助涡轮增压器转子的方法和装置 - Google Patents

用于平衡电辅助涡轮增压器转子的方法和装置 Download PDF

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Abstract

通过在拆卸掉涡轮壳体(4)和压缩机壳体(8)的状态下由电动机(18)旋转地驱动增压器转子(涡轮叶轮(2)、压缩机叶轮(6)和转轴(12))，并检测为校正电机驱动增压器(10)的旋转平衡所需的数据来校正旋转。此外，使用专用电机驱动器(27)来驱动电动机(18)，所述专用电机驱动器提供的电力大于加速辅助电机驱动器的电力供应。

Description

用于平衡电辅助涡轮增压器转子的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种设有电动机的电机驱动增压器的旋转平衡校正方法，所述电动机辅助对增压器转子进行旋转驱动；并涉及一种所述电机驱动增压器的旋转平衡测试装置。
背景技术
为了改进内燃机的性能，已经广泛使用由内燃机的废气驱动的增压器(也称作“涡轮增压器”)，从而压缩吸入空气并对其增压。此外，已经知道一种增压器，其中，通过在与增压器转轴相同的轴线上引入电动机并加速及辅助压缩机的旋转驱动来改进加速度响应等。具有由电动机提供的电机驱动辅助功能的增压器被称作电机驱动增压器(或电动增压器)。
图4是示出一般性电机驱动增压器10结构的横截面视图，。
在电机驱动增压器10的供气通道侧内设置有压缩机叶轮6和围绕压缩机叶轮的压缩机壳体8。
在电机驱动增压器10的排气通道侧内设置有涡轮叶轮2和围绕涡轮叶轮的涡轮壳体4。
通过焊接等使涡轮叶轮2与转轴12结合成整体，并且转轴12被安装到压缩机叶轮6的中央位置。压缩机叶轮6被螺母7紧固。
转轴12由内装于中央壳体14的轴颈轴承16和推力轴承17旋转地支撑。
在这个结构的基础上，涡轮叶轮2、压缩机叶轮6和转轴12被整体地旋转。在下文中，由涡轮叶轮2、压缩机叶轮6和转轴12构成的旋转体被称作“增压器转子”。
此外，中央壳体14具有电动机18，电动机18具有同轴地连接于转轴12的转子18A，以及设置在内装转子18A周围的定子18B。
在呈上述构造的电机驱动增压器10内，来自内燃机(发动机)的废气使涡轮叶轮2旋转，与内燃机连接的压缩机叶轮6被旋转地驱动，而且通过电动机18来辅助该旋转驱动，吸入空气被增压以供给到内燃机。
另一方面，在电机驱动增压器10内，在装运产品之前对每件产品实施旋转平衡测试以测量不平衡量，并且实施旋转平衡校正。特别地，与没有安装电动机的增压器相比，在电机驱动增压器10内连接电动机18的转轴12在一定程度上变得更长，并且需要高级别的平衡校正。
例如，在下文给出的专利文件1中公开了传统的旋转平衡校正方法。图1是说明专利文件1的旋转平衡校正方法的视图，这个方法由以下步骤(A)至(E)构成。
(A)在仅仅拆卸掉压缩机壳体的状态下将增压器50的涡轮壳体51连接到振动台52的涡轮壳体安装板53。
(B)将加速度传感器54连接到涡轮壳体安装板53的平面53a。
(C)在压缩机叶轮56的附近设置旋转检测器55。
(D)将压缩空气供给到涡轮叶轮57并以高速旋转涡轮叶轮57。
(E)如果达到预定的高速转速，通过加速度传感器54检测增压器50的加速度(振动)，通过旋转检测器55检测压缩机叶轮56的旋转角，并根据在计算元件58内对检测到的输入信号的计算结果校正增压器转子的高速不平衡量。
此外，在下文给出的专利文件2中公开了通过设置在增压器壳体内的振动传感器检测振动时，通过具有等于或大于400℃高温的压缩空气驱动涡轮转子(涡轮叶轮)而以整个增压器转子达到旋转平衡。
专利文件1：未审结的日本专利公开第2002-39904号。
专利文件2：未审结的日本专利公开第2004-116317号。
在上述专利文件1和2公开的现有技术中，通过压缩空气驱动涡轮叶轮、高速旋转增压器转子、并检测为校正旋转平衡所需的数据来实施旋转平衡校正。如上所述，因为需要压缩空气源以高速旋转增压器转子，从而扩大了旋转平衡测试装置的尺寸。
此外，增压器一般被设计成，使得在增压器安装在发动机上的情况中，增压器内部的压力平衡是合适的，然而在上述现有技术中，由于是在仅压缩机壳体被拆卸的状态下实施旋转平衡测试，所以普通的压力平衡是不可靠的。换句话说，参考图4进行说明，如果只有压缩机壳体8被拆卸，并且压缩空气被供给到涡轮叶轮2，根据涡轮叶轮2的外围上的压力平衡，在图4中沿向左方向的力被施加到涡轮叶轮2上。因此，在涡轮侧的过度轴向荷载(反推力)经由转轴12施加到推力轴承17上，并且不利地影响推力轴承17。
此外，由于涡轮叶轮2被涡轮壳体4覆盖，因此在需要对涡轮叶轮2一侧进行平衡校正的情况下，必须拆卸掉涡轮壳体4和连接于涡轮壳体的管道系统，这样就使得平衡校正操作变得复杂。
发明内容
作出本发明时考虑到了上文所述的情况，本发明的一个目的是要提供一种电机驱动增压器的旋转平衡校正方法，所述方法可使旋转平衡测试装置简单紧凑，并可以容易地在涡轮叶轮侧进行平衡调整，且没有过度的反推力施加到推力轴承上；以及是要提供一种旋转平衡测试装置。
为了达到上述目的，根据本发明的电机驱动增压器的旋转平衡校正方法采用以下手段。
也就是说，根据本发明，提供了一种电机驱动增压器的旋转平衡校正方法，所述电机驱动增压器被构造成通过内装电动机加速并辅助一增压器转子的旋转，在所述增压器转子中，涡轮叶轮和压缩机叶轮连接于转轴的两端并整体地旋转，所述方法包括以下步骤：
由电动机旋转地驱动增压器；
检测为校正电机驱动增压器的旋转平衡所需的数据；和
校正旋转平衡。
根据以上所述的本发明，因为通过使用内装在电机驱动增压器中的电动机、旋转地驱动增压器转子并检测为校正电机驱动增压器的旋转平衡所需的数据来校正旋转平衡，所以不必向涡轮叶轮供给那些用于使增压器转子高速旋转的压缩空气。
因此，不再需要压缩空气源，从而有可能使旋转平衡测试装置简单紧凑。
此外，在根据本发明的电机驱动增压器的旋转平衡校正方法中，使用专用电机驱动器来驱动电动机，所述专用电机驱动器不同于在辅助加速时向电动机提供电力的加速辅助电机驱动器，并且向电动机提供的电力大于加速辅助电机驱动器的电力供应。
在对应于成品(最终产品)的电机驱动增压器中，电动机被电机驱动器驱动，所述电机驱动器用于在辅助加速时向电动机提供电力，上述加速辅助电机驱动器一般被设计成向电动机提供电力，通过所述电力可获得用于辅助加速的充足输出量。因此，在加速辅助电机驱动器中，会存在难以将电动机转速增大到旋转平衡测试所需的高速旋转的情况。
根据本发明的方法，因为使用了专用电机驱动器来驱动电动机，而且所述专用电机驱动器不同于加速辅助电机驱动器，并且提供的电力大于加速辅助电机驱动器的电力供应，因此能够将电动机的转速增大到旋转平衡测试所需的高速旋转。
此外，在驱动电动机的时候通过测量不平衡量能够校正电磁不平衡，并且能够减少由旋转体的振动引起的噪声。
此外，在根据本发明的电机驱动增压器的旋转平衡校正方法中，在拆卸掉涡轮壳体和压缩机壳体的状态下由电动机旋转地驱动增压器转子。
如上所述，根据本发明的方法，由于增压器转子被电动机旋转地驱动，所以不必在旋转平衡测试的时候向涡轮叶轮供给压缩空气。因此，能够在不仅拆卸掉压缩机壳体而且拆卸掉涡轮壳体的状态下实施旋转平衡测试。
因此，不同于传统方法，增压器的内部压力平衡不会被破坏，并且过度的推力或反推力不会被施加到推力轴承上。
此外，在传统方法中，在必须调整涡轮叶轮侧的平衡的情况下，必须拆卸掉涡轮壳体和连接于涡轮壳体的管道系统，然而，根据本发明的方法，因为不需要这样的操作，所以能够迅速地实施平衡校正操作，并且能够很大地缩短校正操作的时间。
此外，在根据本发明的电机驱动增压器的旋转平衡校正方法中，电机驱动增压器安装在降压室内，在所述降压室中其内部被降压，并且增压器转子在其中被旋转地驱动。
如上所述，因为电机驱动增压器安装在降压室内，并且增压器转子被旋转地驱动，所以在旋转涡轮叶轮和压缩机叶轮的时候能够减少施加到所述涡轮叶轮和压缩机叶轮的空气阻力。因此，能够可靠地将电动机的转速增大到旋转平衡测试所需的高速旋转。
此外，为了解决以上所述的问题，根据本发明的电机驱动增压器的旋转平衡测试装置采用以下手段。
也就是说，根据本发明，提供了一种电机驱动增压器的旋转平衡测试装置，所述旋转平衡测试装置对所述电机驱动增压器实施用于校正旋转平衡的测试，所述电机驱动增压器被构造成通过内装的电动机来加速并辅助增压器转子的旋转，在所述增压器转子中，涡轮叶轮和压缩机叶轮连接于转轴的两端并被整体地旋转，所述装置包括：
增压器安装台，能够安装并固定一中央壳体，所述中央壳体旋转地支撑所述电机驱动增压器的转轴；
专用电机驱动器，其不同于在辅助加速的时候向电动机提供电力的加速辅助电机驱动器，并且其向电动机提供的电力大于加速辅助电机驱动器提供的电力；和
数据检测器件，用于检测为校正电机驱动增压器的旋转平衡所需的数据。
此外，在根据本发明的电机驱动增压器的旋转平衡测试装置中，旋转平衡测试装置还设有降压室，降压室能够容纳电机驱动增压器并且内部能够被降压。
根据上述电机驱动增压器的旋转平衡测试装置，能够根据上述的本发明实施电机驱动增压器的旋转平衡校正方法。
根据本发明，可以获得极好的效果：能够使旋转平衡测试装置简单紧凑，并能够容易在涡轮叶轮侧实施平衡校正而没有过度的反推力施加到推力轴承上。
参考附图，本发明的其他目的和优点从以下说明将变得显而易见。
附图说明
图1是说明现有技术电机驱动增压器的旋转平衡校正方法的视图；
图2是骨架结构的视图，示出了根据本发明的第一实施例；
图3是骨架结构的视图，示出了根据本发明的第二实施例；和
图4是示出一般性电机驱动增压器的结构的视图。
具体实施方式
在附图的基础上，将在下文对本发明的优选实施例进行详细描述。在这种情况下，附图中相同的附图标记标示相同的部分，并且将省略重复的说明。
第一实施例
下面将给出根据本发明的第一实施例的说明。
图2是示出本发明第一实施例旋转平衡测试装置20的骨架结构的视图，旋转平衡测试装置20用于实施电机驱动增压器的旋转平衡校正方法。
如图2所示，旋转平衡测试装置20相当于对电机驱动增压器10实施用于校正旋转平衡的测试的装置，并且设有增压器安装台22、专用电机驱动器27和数据检测器件31和32。
本实施例中相当于待校正物的电机驱动增压器10类似于图4所示的电机驱动增压器10，并具有电动机18，用于旋转地驱动转轴12并辅助内装转轴的加速。
此外，为了实施旋转平衡测试，在涡轮壳体4和压缩机壳体8被拆卸且涡轮叶轮2和压缩机叶轮6暴露于外部的状态下，电机驱动增压器10被安装并固定到旋转平衡测试装置20。在这个情况下，在图2所示的电机驱动增压器10内，同样的附图标记标示图4中那些相同的部分。
在这个情况下，本实施例中相当于待校正物的电机驱动增压器10的类型是：转轴12的轴承设置在涡轮侧，而电动机18设置在压缩机侧，然而本发明的应用范围并不局限于此，本发明可应用于其他类型的电机驱动增压器。
因此，本发明可适合应用于电动机设置在中央位置且轴承设置在中央位置两侧这种类型的电机驱动增压器，例如，未审结的日本专利公开第2003-293785号中所述的类型。
在本实施例中，增压器安装台22相当于安装并固定电机驱动增压器10的中央壳体14的工作台，并且设有：安装部23，中央壳体14连接所述安装部23；顶板24，安装部23固定在所述顶板24上；支撑顶板24的多条腿部25；以及支撑着腿部25且被安装在地板表面35上的底板26。
安装部23由上构件23a、下构件23b和紧固件23c(例如螺栓)构成，并且被构造成将中央壳体14保持在上构件23a和下构件23b之间以便牢固地进行固定。
在这个情况下，增压器安装台22的方案不限于本实施例所示的方案，而是可以采用能够安装并固定电机驱动增压器10的中央壳体14的范围内的各种方案。
专用电机驱动器27由独立于加速辅助电机驱动器的电机驱动器构成，其中加速辅助电机驱动器用于在辅助加速时向电动机18提供电力。
在相当于成品(最终产品)的电机驱动增压器10中，用于在辅助加速时向电动机18提供电力的电机驱动器对电动机18进行驱动，加速辅助电机驱动器一般被设计成始终提供电力，所述电力能够获得用于辅助加速的必要且充足的输出量(例如，约1kW的输出量)。
然而，即使在拆卸掉电机驱动增压器10的涡轮壳体4和压缩机壳体8的状态下，旋转地将增压器转子驱动到旋转平衡测试所需的高速旋转需要大约5-6kW的输出量。因此，在加速辅助电机驱动器内，会有难以将电动机18的转速增大到旋转平衡测试所需的高速旋转的情况。
因此，专用电机驱动器27向电动机18提供的电力大于加速辅助电机驱动器的电力供应。电力供应被设定成能够将增压器转子旋转地驱动到旋转平衡测试所需的高速旋转。
此外，专用电机驱动器27被构造成通过电力电缆28电连接于电动机18。在本实施例中，能够通过把设置在电力电缆28前端的插头29插到设置在中央壳体14中的插座30中来实现连接。
在这个情况下，插头29或插座30可设置在电力电缆28的专用电机驱动器27一侧的端部上。
数据检测器件相当于检测为校正电机驱动增压器10的旋转平衡所需数据的装置，并且在本实施例中具有旋转检测器31和加速度传感器32。
在本实施例中，旋转检测器31设置在压缩机叶轮6的附近，并且在增压器转子以高速旋转时检测增压器转子的旋转角。在这个情况下，旋转检测器31可设置在涡轮叶轮2的附近，而不是设置在压缩机叶轮6的附近。
加速度传感器32例如由磁体连接于中央壳体14，并且在增压器转子以高速旋转时检测增压器转子的加速度(振动)。
此外，旋转平衡测试装置20设有计算元件34，其根据从旋转检测器31和加速度传感器32检测到的数据判断产生了多大的角度和加速度(振动)，并执行为校正平衡所需的计算。由计算元件34产生的计算结果通过显示器或打印机(未示出)输出。
接下来，将描述使用旋转平衡测试装置20进行的电机驱动增压器旋转平衡校正方法。
首先，在拆卸掉涡轮壳体4和压缩机壳体8的状态下，将电机驱动增压器10安装并固定到上述的增压器安装台22上。
然后，将加速度传感器32连接到电机驱动增压器10的中央壳体14的附近，并且旋转检测器31设置在压缩机叶轮6(或涡轮叶轮2)的附近。
然后，将电力电缆28的插头29插到插座30内，从而设定了可将电力从专用电机驱动器27供给到电动机18的状态。
然后，通过从专用电机驱动器27提供电力来驱动电动机18，从而使电机驱动增压器10的增压器转子(涡轮叶轮2、压缩机叶轮6和转轴12)以高速旋转。
如果增压器转子达到对不平衡量实施测量的预定转速，那么就通过加速度传感器32检测振动和相位，并且通过旋转检测器31检测增压器转子的旋转角。此外，由计算元件根据检测到的数据来执行为校正平衡所需的计算，并且通过显示器或打印机(未示出)输出计算结果。
此外，根据计算结果实施旋转平衡的校正。此时，通过除去涡轮叶轮2、压缩机叶轮6或螺母7的一部分来进行旋转平衡校正。
接下来，将对本发明的方法及装置的操作和效果进行描述。
根据以本实施例为基础的方法和装置，由于是通过使用内装在电机驱动增压器10内的电动机18，旋转地驱动由涡轮叶轮2、压缩机叶轮6和转轴12构成的增压器转子以及检测用于校正电机驱动增压器10的旋转平衡所需的数据来校正旋转平衡，所以不必向涡轮叶轮2供给用于使增压器转子高速旋转的压缩空气。
因此，不需要压缩空气源，并且能够使旋转平衡测试装置20简单紧凑。
此外，能够在驱动电动机18时通过测量不平衡量来校正电磁不平衡，并且能够减少由旋转体的振动产生的噪声。
此外，在加速辅助电机驱动器内，会存在难以将电动机的转速增大到进行旋转平衡测试所需的高速旋转的情况，然而在本发明中，因为使用专用电机驱动器27来驱动电动机18，而所述专用电机驱动器27提供的电力大于加速辅助电机驱动器的电力供应，所以能够将增压器转子的转速增大到旋转平衡测试所需的高速旋转。
此外，根据本发明，因为增压器转子被电动机18驱动，所以不必在实施旋转平衡测试时向涡轮叶轮2供给压缩空气。因此，能够在拆卸掉压缩机壳体8并且还拆卸掉涡轮壳体4的状态下实施旋转平衡测试。
因此，不同于传统方法，增压器的内部压力平衡不会被破坏，并且没有过度的推力或反推力被施加到推力轴承上。
此外，在传统方法中，在必须调整涡轮叶轮2一侧的平衡的情况下，必须拆卸掉涡轮壳体4和连接于涡轮壳体的管道系统，然而，根据本发明的方法，由于不需要这样的操作，所以能够迅速地实施平衡校正操作，并且能够很大地缩短校正操作的时间。
第二实施例
下面将给出根据本发明的第二实施例的描述。
图3是示出了根据本发明第二实施例的旋转平衡测试装置20的骨架结构的视图，旋转平衡测试装置20用于实施电机驱动增压器的旋转平衡校正方法。
如图3所示，根据本实施例的旋转平衡测试装置20在第一实施例的装置内进一步设有降压室36。
降压室36可容纳电机驱动增压器10，并被构造成使内部可被降压。排气管路38和减压泵37(真空泵)连接于减压室36，由此减压室36的内部被设定为预定的减压状态。
根据本实施例的旋转平衡测试装置20的其他部分的结构与上文描述的第一实施例的那些结构相同。
在根据本实施例的使用旋转平衡测试装置20对电机驱动增压器进行旋转平衡校正的方法中，通过在降压室36内安装电机驱动增压器10并使增压器转子旋转来实施旋转平衡测试。其他步骤与上述第一实施例中的那些步骤相同。
因为通过在减压室36内安装电机驱动增压器10来旋转地驱动增压器转子，所以能够减少在涡轮叶轮2和压缩机叶轮6旋转时施加到所述涡轮叶轮2和压缩机叶轮6的空气阻力。
因此，能够可靠地将增压器转子的转速增大到旋转平衡测试所需的高速旋转。
在这个情况下，优选地，在降压室36内的减压度(真空度)越高，施加到涡轮叶轮2和压缩机叶轮6的空气阻力就越低。然而，通过设定降压度低于大气压力(0.1Mpa)至少可以获得减小空气阻力的效果。
根据上述每个实施例的描述显而易见，根据本发明可以获得极好的效果，即能够使旋转平衡测试装置简单紧凑，并且能够容易地在涡轮叶轮侧实施平衡校正而没有过度的反推力施加到推力轴承上。
在这个情况下，显然，本发明不限于以上所述的实施例，而是可在本发明的范围内以各种方式修改。

Claims (6)

1.一种电机驱动增压器的旋转平衡校正方法，其特征在于，所述电机驱动增压器被构造成通过内装的电动机来加速并辅助一增压器转子的旋转，在所述增压器转子中，涡轮叶轮和压缩机叶轮连接于转轴的两端并整体地旋转，所述方法包括以下步骤：
通过所述电动机旋转地驱动所述增压器；
检测为校正所述电机驱动增压器的旋转平衡所需的数据；和
对旋转平衡进行校正。
2.根据权利要求1所述的电机驱动增压器的旋转平衡校正方法，其特征在于：使用专用电机驱动器来驱动所述电动机，所述专用电机驱动器不同于在辅助加速时向所述电动机提供电力的加速辅助电机驱动器，并且其向所述电动机提供的电力大于所述加速辅助电机驱动器的电力供应。
3.根据权利要求1或2所述的电机驱动增压器的旋转平衡校正方法，其特征在于：在拆卸掉所述涡轮壳体和所述压缩机壳体的状态下由所述电动机旋转地驱动所述增压器转子。
4.根据权利要求3所述的电机驱动增压器的旋转平衡校正方法，其特征在于：所述电机驱动增压器被安装在降压室内，所述降压室的内部被降压，并且所述增压器转子在所述降压室中被旋转地驱动。
5.一种电机驱动增压器的旋转平衡测试装置，所述旋转平衡测试装置对所述电机驱动增压器实施用于校正旋转平衡的测试，其特征在于，所述电机驱动增压器被构造成通过内装的电动机来加速并辅助增压器转子的旋转，在所述增压器转子中，涡轮叶轮和压缩机叶轮连接于转轴的两端并被整体地旋转，所述装置包括：
增压器安装台，能够安装并固定一中央壳体，所述中央壳体旋转地支撑所述电机驱动增压器的转轴；
专用电机驱动器，其不同于在辅助加速时向所述电动机提供电力的加速辅助电机驱动器，并且其向所述电动机提供的电力大于所述加速辅助电机驱动器提供的电力；和
数据检测器件，用于检测为校正所述电机驱动增压器的旋转平衡而需要的数据。
6.根据权利要求5所述的电机驱动增压器的旋转平衡测试装置，其特征在于：所述旋转平衡测试装置还设有降压室，所述降压室能够容纳所述电机驱动增压器并且内部能够被降压。
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