CN107532608A - 旋转机械 - Google Patents
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Abstract
一种旋转机械,其具备:叶轮,其安装于旋转轴的轴向的一端部,能够与旋转轴一体地旋转;和轴承,其在叶轮的背面侧安装于旋转轴,将旋转轴支承为能够相对于壳体旋转。叶轮包括:圆筒状的突起部,其供旋转轴贯通;轮毂部,其与突起部连接并沿旋转轴的径向延伸;以及叶片部,其从突起部以及轮毂部向径向以及轴向的一端侧突出。在轮毂部的背面设置有凹部,该凹部相比轴向上的轮毂部的背面侧的端缘向一端侧凹陷。突起部的轴向的另一端配置于凹部内,轴承的一端侧的端面配置于凹部内。
Description
技术领域
本公开涉及一种旋转轴由轴承支承、安装于旋转轴的叶轮能够旋转的旋转机械。
背景技术
作为这样的技术,如专利文献1所记载那样,公知有压缩机轮(叶轮)安装于旋转轴并通过马达使固定于旋转轴的马达转子旋转的电动增压器。在该电动增压器中,在压缩机轮与马达转子之间设置有轴承。该轴承支承马达转子的单侧。
专利文献1:日本特开2012-102700号公报
在上述现有的旋转机械中,在叶轮的背面侧与马达转子之间配置有轴承。因此,从轴承至旋转轴的前端为止的长度包括叶轮的轴向的整个长度。若从轴承至旋转轴的前端为止的长度较长,则难以使轴系的临界速度增大。本公开对能够使轴系的临界速度增大的旋转机械进行说明。
发明内容
本公开的一个形态所涉及的旋转机械是一种具备在壳体内被支承为能够旋转的旋转轴的旋转机械,具备:叶轮,其安装于旋转轴的轴向的一端部,能够与旋转轴一体地旋转;和轴承,其在叶轮的背面侧安装于旋转轴,将旋转轴支承为能够相对于壳体旋转,叶轮包括:圆筒状的突起部,其供旋转轴贯通;轮毂部,其与突起部连接并沿旋转轴的径向延伸;以及叶片部,其从突起部以及轮毂部向径向以及轴向的一端侧突出,在轮毂部的背面设置有凹部,该凹部相比轴向上的轮毂部的背面侧的端缘向一端侧凹陷,突起部的轴向的另一端配置于凹部内,轴承的一端侧的端面配置于凹部内。
根据本公开的一个形态,能够使轴系的临界速度增大。
附图说明
图1是本公开的第一实施方式所涉及的旋转机械的剖视图。
图2是放大表示图1中的A部的剖视图。
图3是用于对叶轮与轴承的位置关系进行说明的图。
图4是表示本公开的第二实施方式所涉及的旋转机械的旋转部的剖视图。
具体实施方式
本公开的一个形态所涉及的旋转机械是一种具备在壳体内被支承为能够旋转的旋转轴的旋转机械,具备:叶轮,其安装于旋转轴的轴向的一端部,能够与旋转轴一体地旋转;和轴承,其在叶轮的背面侧安装于旋转轴,将旋转轴支承为能够相对于壳体旋转,叶轮包括:圆筒状的突起部,其供旋转轴贯通;轮毂部,其与突起部连接并沿旋转轴的径向延伸;叶片部,其从突起部以及轮毂部向径向以及轴向的一端侧突出,在轮毂部的背面设置有凹部,该凹部相比轴向上的轮毂部的背面侧的端缘向一端侧凹陷,突起部的轴向的另一端配置于凹部内,轴承的一端侧的端面配置于凹部内。
根据该旋转机械,在叶轮,在轮毂部的背面设置有凹部。在该凹部内配置有轴承的端面,因而能够缩小从轴承至旋转轴的前端为止的长度。由此,也能够使轴系的临界速度增大。
在几个形态中,在壳体设置有轴承包围部,该轴承包围部从外周侧以及一端侧包围轴承并且向凹部内突出,轴承包围部的相对于轮毂部的对置面沿凹部的表面弯曲。在该情况下,不仅轴承,作为壳体的一部分的轴承包围部也以向叶轮的凹部内突出的方式配置于凹部内,因而容易使叶轮接近轴承。其结果是,轴前端部与叶轮重心从轴承的外伸量(Overhang amount)变少,因而进一步适当地起到上述作用·效果。
在几个形态中,在壳体设置有轴承包围部,该轴承包围部从外周侧以及一端侧包围轴承并且向凹部内突出,轴承包围部的一部分与轴承的一端侧对置。
在几个形态中,轴承为包括被压入至旋转轴的内圈和能够借助多个滚珠而相对于内圈相对旋转的外圈的向心球轴承,内圈抵接于叶轮的突起部。在该情况下,叶轮尽可能接近轴承,因而容易使旋转轴的前端接近轴承,进一步适当地起到上述作用·效果。
在几个形态中,在旋转轴设置有转子部,在壳体设置有定子部,上述旋转机械是通过转子部以及定子部的相互作用而使旋转轴以及叶轮旋转的电动增压器。
以下,参照附图对本公开的实施方式进行说明。此外,在附图的说明中,对同一要素标注同一附图标记,并省略重复的说明。
参照图1对第一实施方式的电动增压器(旋转机械)1进行说明。如图1所示,电动增压器1例如能够应用于车辆、船舶的内燃机。电动增压器1具备压缩机7。电动增压器1通过转子部13以及定子部14的相互作用使压缩机叶轮8旋转,对空气等流体进行压缩,产生压缩空气。
电动增压器1具备在壳体2内被支承为能够旋转的旋转轴12和固定于旋转轴12的前端部(一端部)12a的压缩机叶轮8。壳体2具备收纳转子部13以及定子部14的马达壳体3和封闭马达壳体3的另一端侧(图示右侧)的开口的端壁4。在马达壳体3的一端侧(图示左侧)设置有收纳压缩机叶轮8的压缩机壳体6。压缩机壳体6包括吸入口9、滚动部10以及排出口11。
压缩机叶轮8例如为树脂制或碳纤维强化树脂(以下称为“CFRP”。CFRP:CarbonFiber Reinforced Plastic)制,由此实现轻型化。
转子部13固定于旋转轴12的轴向D1的中央部,包括安装于旋转轴12的一个或多个永久磁铁(未图示)。定子部14以包围转子部13的方式固定于马达壳体3的内表面,包括卷绕导线14a而构成的线圈部(未图示)。若交流电流通过导线14a并在定子部14的线圈部流动,则通过转子部13以及定子部14的相互作用,旋转轴12与压缩机叶轮8一体旋转。若压缩机叶轮8旋转,则压缩机叶轮8通过吸入口9吸入外部的空气,通过滚动部10将空气压缩,并从排出口11排出。从排出口11排出的压缩空气被供给至上述内燃机。
电动增压器1具备被压入至旋转轴12并将旋转轴12支承为能够相对于壳体2旋转的两个球轴承(轴承)20。球轴承20分别设置于旋转轴12的前端部12a附近与基端部12b附近,在两端支承旋转轴12。球轴承20例如是润滑脂润滑式的向心球轴承。更详细地说,球轴承20可以是深沟球轴承,也可以是角接触球轴承。如图2所示,球轴承20包括被压入至旋转轴12的内圈20a和能够借助多个滚珠20c相对于内圈20a相对旋转的外圈20b。
一个球轴承20安装于压缩机叶轮8的背面侧(图示右侧)。在一个球轴承20的外周侧安装有圆筒状的轴承套筒(圆筒部)21。如图1所示,上述球轴承20以及轴承套筒21通过设置于旋转轴12的前端部12a的轴端螺母16固定于旋转轴12。在一个球轴承20的外周侧配置有圆筒状的轴承套筒21。轴承套筒21被压入至形成于马达壳体3的轴向D1的一端侧的轴承包围部23内。
另一个球轴承20安装于旋转轴12与端壁4之间。在另一个球轴承20的外周侧安装有圆筒状的轴承套筒(圆筒部)22。轴承套筒22被压入至以在端壁4的中央向马达壳体3内突出的方式形成的圆筒部。在另一个球轴承20与端壁4之间设置有圆环状的弹簧支架26。弹簧支架26通过配置于端壁4中央的圆筒部内的弹簧27朝向轴向D1的一方被施力。
马达壳体3例如为铝制。与此相对,球轴承20的内圈20a以及外圈20b为铁制。因此,在球轴承20与马达壳体3之间设置有碳钢等铁制且具有与球轴承20相同程度的硬度的轴承套筒21、22。轴承套筒21、22从外周侧包围球轴承20。由此,相对于由比较柔软的材料构成的马达壳体3,能够实现保护而远离磨损。
旋转轴12、固定于旋转轴12的压缩机叶轮8、转子部13、球轴承20以及弹簧支架26在壳体2内成为一体而构成旋转部,并向上述轴向D1的一方被施力。作为轴承包围部23的一部分的圆环部23b与球轴承20的一端侧对置,由此,完成轴向D1上的旋转部的定位。
接着,参照图2以及图3,对电动增压器1的轴承构造详细地进行说明。如图2以及图3所示,压缩机叶轮8包括:圆筒状的突起部51,其供旋转轴12贯通;轮毂部52,其与突起部51连接并沿旋转轴12的径向D2延伸;以及叶片部53,其从突起部51以及轮毂部52向径向D2以及轴向D1的一端侧(图示左侧)突出。
突起部51抵接于球轴承20的内圈20a。轮毂部52具有弯曲的表面。叶片部53根据压缩机叶轮8所要求的性能具有三维形状。
在轮毂部52的背面设置有向轴向D1的一端侧(图示左侧)凹陷的凹部8a。凹部8a相比轴向D1上的轮毂部52的背面侧的端缘52b向轴向D1的一端侧凹陷。除了将压缩机叶轮8形成为CFRP制之外,压缩机叶轮8的背面形成为切口形状,从而能够实现压缩机叶轮8的轻型化。
并且,突起部51的轴向D1的另一端51a配置于凹部8a内。球轴承20的轴向D1的一端面20d配置于凹部8a内。如图3所示,球轴承20的一端面20d进入至凹部8a内的进入长度L可以为球轴承20的轴向D1的长度(厚度)的一半以下,也可以为四分之一以下。进入长度L也可以为球轴承20的轴向D1的长度(厚度)的一半以上。在采用薄型的球轴承20的情况下,可以构成为球轴承20整体配置于凹部8a内。
球轴承20的内圈20a的一端面20d在凹部8a内抵接于突起部51的另一端51a。
如图2所示,在马达壳体3设置有从外周侧以及一端侧包围球轴承20的上述轴承包围部23。截锥状的轴承包围部23向凹部8a内突出。即,轴承包围部23的圆环部23b的全部或一部分配置于凹部8a内。轴承包围部23的相对于轮毂部52的对置面23a沿凹部8a的表面52a弯曲。由此,在凹部8a的表面52a与轴承包围部23的对置面23a之间设置有窄且弯曲地延伸的间隙。
根据以上说明过的本实施方式的电动增压器1,在压缩机叶轮8,在轮毂部52的背面设置有凹部8a。在该凹部8a内配置有球轴承20的一端面20d,因而从球轴承20至旋转轴12的前端12d(参照图3)为止的长度缩小。由此,能够减少电动增压器1的旋转轴12的前端12d的弯曲量,轴系的临界速度增大。临界速度增大,从而能够使旋转轴12的转速提高。另外,能够与从球轴承20至旋转轴12的前端12d为止的长度缩小的量相应地使压缩机叶轮8轻型化,其次,有助于过渡性能的提高。
在电动增压器1中,不仅球轴承20,作为壳体2的一部分的轴承包围部23也向压缩机叶轮8的凹部8a内突出,并配置于凹部8a内。圆环部23b的至少一部分配置于凹部8a内。因此,容易使旋转轴12的前端12d接近球轴承20,进一步适当地起到上述作用·效果。
并且,压缩机叶轮8的突起部51通过抵接于球轴承20而尽可能接近球轴承20。因此,容易使旋转轴12的前端12d接近球轴承20,进一步适当地起到上述作用·效果。
以上,对本公开的实施方式进行了说明,但本发明并不限定于上述实施方式。例如,也能够代替电动增压器1,而应用于通过涡轮的驱动力来使旋转轴以及叶轮旋转的公知的增压器。并且,例如也可以如图4所示,在同一轴上设置两个压缩机叶轮。在图4所示的例子中,在旋转轴12A的一端部12a固定有压缩机叶轮8,在旋转轴12A的另一端部12b固定有第二压缩机叶轮60。第二压缩机叶轮60包括突起部61、轮毂部62以及叶片部63,在轮毂部62的背面侧设置有凹部60a。在该凹部60a内配置有球轴承20的端面20d,该端面20d从端缘62b进入了进入长度L。通过这样的构造也能够增大轴系的临界速度。
另外,轴承包围部23可以不向凹部8a内突出。轴承包围部23的对置面23a可以不沿着凹部8a的表面52a,而大幅度远离凹部8a的表面52a,也可以为与凹部8a的表面52a不同的形状。
在球轴承20与压缩机叶轮8、第二压缩机叶轮60的突起部51、61之间可以夹装有其他部件。
轴承并不限于润滑脂润滑式的球轴承。例如也可以是采用其他润滑方式(油润滑等)的球轴承。轴承并不局限于球轴承,也可以为滑动轴承。
叶轮的材质并不限于CFRP。也可以为铝制或由含有铝的材料构成的叶轮,也可以为镁制或由含有镁的材料构成的叶轮。叶轮的凹部的形状以及大小(切口的程度)能够适当地变更。
本发明的构造能够应用于轴承被压入至旋转轴的所有旋转机械。例如也能够将本发明应用于通过具备涡轮的马达来辅助旋转的类型的电动增压器。另外,并不局限于具备压缩机的旋转机械,也能够将本发明应用于通过涡轮进行发电的发电机。
工业上的利用可行性
根据本公开的几个形态,能够使轴系的临界速度增大。
附图标记说明:
1...电动增压器(旋转机械);2...壳体;7...压缩机;8...压缩机叶轮(叶轮);8a...凹部;12...旋转轴;12A...旋转轴;20...球轴承(轴承);20a...内圈;20b...外圈;20c...滚珠;20d...一端面(端面);23...轴承包围部;23a...对置面;23b...圆环部(一部分);51...突起部;52...轮毂部;52a...表面;52b...端缘;53...叶片部;60...第二压缩机叶轮(叶轮);60a...凹部;61...突起部;62...轮毂部;62b...端缘;63...叶片部;D1...轴向;D2...径向。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.(修改后)一种旋转机械,其具备在壳体内被支承为能够旋转的旋转轴,其中,具备:
叶轮,其安装于所述旋转轴的轴向的一端部,能够与所述旋转轴一体地旋转;和
轴承,其在所述叶轮的背面侧安装于所述旋转轴,将所述旋转轴支承为能够相对于所述壳体旋转,
所述叶轮包括:圆筒状的突起部,其供所述旋转轴贯通;轮毂部,其与所述突起部连接并沿所述旋转轴的径向延伸;以及叶片部,其从所述突起部以及所述轮毂部向所述径向以及所述轴向的一端侧突出,
在所述轮毂部的背面设置有凹部,该凹部相比所述轴向上的所述轮毂部的背面侧的端缘向所述一端侧凹陷,
所述突起部的所述轴向的另一端配置于所述凹部内,
所述轴承的所述一端侧的端面配置于所述凹部内,
所述轴承为包括被压入至所述旋转轴的内圈和能够借助多个滚珠而相对于所述内圈相对旋转的外圈的向心球轴承,
所述内圈抵接于所述叶轮的所述突起部。
2.根据权利要求1所述的旋转机械,其中,
在所述壳体设置有轴承包围部,该轴承包围部从外周侧以及所述一端侧包围所述轴承并且向所述凹部内突出,
所述轴承包围部的相对于所述轮毂部的对置面沿所述凹部的表面弯曲。
3.根据权利要求1所述的旋转机械,其中,
在所述壳体设置有轴承包围部,该轴承包围部从外周侧以及所述一端侧包围所述轴承并且向所述凹部内突出,
所述轴承包围部的一部分与所述轴承的一端侧对置。
4.(删除)
5.(修改后)根据权利要求1~3中任一项所述的旋转机械,其中,
在所述旋转轴设置有转子部,
在所述壳体设置有定子部,
所述旋转机械是通过所述转子部以及所述定子部的相互作用而使所述旋转轴以及所述叶轮旋转的电动增压器。
说明或声明(按照条约第19条的修改)
将修改前的权利要求4的全部附加技术特征加入权利要求1中,实质上构成为修改前的权利要求4的内容。修改前的权利要求4在国际调查机关的书面意见中被指出“具有新颖性”,因此修改后的权利要求1的发明、以及从属于权利要求1的修改后的权利要求2、3、5的发明至少具备新颖性。
删除了权利要求4。
权利要求5实质上并未改变内容,以从属于权利要求1~3的方式进行了修改。
Claims (5)
1.一种旋转机械,其具备在壳体内被支承为能够旋转的旋转轴,其中,具备:
叶轮,其安装于所述旋转轴的轴向的一端部,能够与所述旋转轴一体地旋转;和
轴承,其在所述叶轮的背面侧安装于所述旋转轴,将所述旋转轴支承为能够相对于所述壳体旋转,
所述叶轮包括:圆筒状的突起部,其供所述旋转轴贯通;轮毂部,其与所述突起部连接并沿所述旋转轴的径向延伸;以及叶片部,其从所述突起部以及所述轮毂部向所述径向以及所述轴向的一端侧突出,
在所述轮毂部的背面设置有凹部,该凹部相比所述轴向上的所述轮毂部的背面侧的端缘向所述一端侧凹陷,
所述突起部的所述轴向的另一端配置于所述凹部内,
所述轴承的所述一端侧的端面配置于所述凹部内。
2.根据权利要求1所述的旋转机械,其中,
在所述壳体设置有轴承包围部,该轴承包围部从外周侧以及所述一端侧包围所述轴承并且向所述凹部内突出,
所述轴承包围部的相对于所述轮毂部的对置面沿所述凹部的表面弯曲。
3.根据权利要求1所述的旋转机械,其中,
在所述壳体设置有轴承包围部,该轴承包围部从外周侧以及所述一端侧包围所述轴承并且向所述凹部内突出,
所述轴承包围部的一部分与所述轴承的一端侧对置。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的旋转机械,其中,
所述轴承为包括被压入至所述旋转轴的内圈和能够借助多个滚珠而相对于所述内圈相对旋转的外圈的向心球轴承,
所述内圈抵接于所述叶轮的所述突起部。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的旋转机械,其中,
在所述旋转轴设置有转子部,
在所述壳体设置有定子部,
所述旋转机械是通过所述转子部以及所述定子部的相互作用而使所述旋转轴以及所述叶轮旋转的电动增压器。
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