电动机支承机构、压缩机及增压器
技术领域
本发明涉及一种支承电动机的电动机支承机构、压缩机及增压器。
背景技术
以往,已知有对空气进行压缩并作为内燃机的燃烧用空气而向燃烧室内供给的增压器。增压器例如在如船用柴油机及发电用柴油机那样的二冲程低速机等中广泛使用。这种增压器中,压缩燃烧用空气的压缩机与成为压缩机的驱动源的涡轮经由转子轴连结且容纳于外壳内而一体旋转。涡轮例如将从内燃机排放的排气作为驱动源而被驱动。
作为增压器的一种,已知有在转子轴上连接有电动机的混合式增压器(例如,参考专利文献1)。该混合式增压器为与常规的增压器同样地对空气进行压缩并作为燃烧用空气而向内燃机的燃烧室内供给以外,还通过从内燃机排放的剩余的排气来驱动转子轴而进行基于电动机的发电的装置。
并且,作为增压器的一种,已知有在转子轴上连接有马达的电动辅助增压器(例如,参考专利文献2)。该电动辅助增压器为通过省略混合式增压器中所使用的电动发电机的发电功能而仅保留电动功能以实现小型化的装置。
以往技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利第4247217号公报
专利文献2:日本专利公开2015-158161号公报
发明内容
发明要解决的技术课题
在专利文献1中所公开的增压器中,在配置于压缩机部的上游侧的消音器(silencer)中所设置的密封壳体内容纳有电动机。电动机容纳于密封壳体内,因此电动机中所产生的热量容易积蓄于密封壳体的内部。因此,若要充分地冷却电动机,则需要另设冷却水循环机构等冷却机构。
并且,在专利文献2中所公开的增压器中,马达的壳体经由4个支承部件支承于空气引导外壳。然而,支承部件没有朝向马达转子的旋转中心延伸,且4个支承部件分别单独支承马达壳体的4个部位。因此,专利文献2中所公开的基于支承部件的马达的支承结构还存在改善的余地。
本发明是鉴于这种情况而完成的,其目的在于提供一种在沿压缩部的旋转轴延伸的轴线上可靠地支承电动机并且无需设置冷却机构而能够充分地冷却电动机的电动机支承机构、具备该电动机支承机构的压缩机及增压器。
用于解决技术课题的手段
为了实现上述目的,本发明采用以下方法。
本发明的一方式所涉及的电动机支承机构为压缩机的电动机支承机构,所述压缩机具备压缩从进入口流入的流体的压缩部、容纳该压缩部的外壳部及具有与所述压缩部的旋转轴连结的驱动轴的电动机,所述电动机支承机构具备:圆筒状部件,安装于所述外壳部的所述进入口侧的端部并且围绕沿所述旋转轴延伸的轴线形成为圆筒状;多个支承部件,与所述圆筒状部件的内周面的多个部位连结,且从该内周面朝向所述轴线而沿径向延伸;及连结部件,连结沿围绕所述轴线的圆周方向相邻配置的一对所述支承部件,所述多个支承部件通过将所述径向的所述轴线侧的端部与所述电动机的外周面的多个部位连结而在所述轴线上支承所述电动机。
根据本发明的一方式所涉及的电动机支承机构,在容纳压缩部的外壳部的进入口侧的端部安装有圆筒状部件。该圆筒状部件围绕沿压缩部的旋转轴延伸的轴线形成为圆筒状,因此圆筒状部件的内周面配置于离轴线等距的位置。并且,在圆筒状部件的内周面的多个部位连结有沿径向延伸的多个支承部件,多个支承部件的轴线侧的端部与电动机的外周面的多个部位连结。因此,电动机通过在与该外周面正交的径向上抵接的多个支承部件而可靠地支承于轴线上。
并且,圆筒状部件安装于外壳部的进入口侧的端部,且电动机以在其周围的空间能够流通流体的方式被多个支承部件支承。流向压缩部的进入口的流体在进入口的上游侧沿电动机的外周面流动,因此电动机的外周面通过流体的流通而被冷却。
并且,沿围绕轴线的圆周方向相邻配置的一对支承部件通过连结部件连结,因此能够更可靠地进行基于相邻配置的一对支承部件的电动机的支承。
如此,根据本发明的一方式所涉及的电动机支承机构,能够提供一种在沿压缩部的旋转轴延伸的轴线上可靠地支承电动机并且无需设置冷却机构而能够充分地冷却电动机的电动机支承机构。
在本发明的一方式所涉及的电动机支承机构中,可以是如下结构:所述连结部件形成为沿所述圆周方向延伸的板状并且所述圆周方向的一端与所述一对支承部件的一方连结且所述圆周方向的另一端与所述一对支承部件的另一方连结。
根据本结构的电动机支承机构,沿围绕轴线的圆周方向相邻配置的一对支承部件被形成为沿圆周方向延伸的板状的连结部件支承。因此,能够沿圆周方向可靠地进行基于相邻配置的一对支承部件的电动机的支承。
在上述结构所涉及的电动机支承机构中,可以是如下方式:在相邻的所述一对支承部件的所述圆周方向的间隔成为最长的第1区域不配置所述连结部件,而在相邻的所述一对支承部件的所述圆周方向的间隔成为短于所述第1区域的其他区域配置有所述连结部件。
由此,操作人员轻松地经由相邻的一对支承部件的所述圆周方向的间隔成为最长的第1区域,从进入口的上游侧朝向进入口伸手。因此,操作人员能够轻松地进行连结配置于比电动机支承机构更靠进入口侧的电动机的驱动轴及压缩部的旋转轴的连结部分的作业。
在上述方式所涉及的电动机支承机构中,形成所述第1区域的所述一对支承部件可以配置成围绕所述轴线相隔120°以上且180°以下的角度间隔(θ1)。
由此,成为形成第1区域的一对支承部件配置成沿圆周方向相隔充分的间隔的状态,从而能够使基于操作人员的连结部分的作业更加轻松。
在本发明的一方式所涉及的电动机支承机构中,可以是如下方式:所述连结部件形成为沿所述圆周方向延伸的板状,所述连结部件在所述径向上配置于比所述圆筒状部件的所述内周面更靠近所述电动机的外周面的位置。
由此,沿圆周方向延伸的连结部件在与相邻的一对支承部件的表面正交的方向上抵接,因此一对支承部件被连结部件更可靠地支承。并且,连结部件在与电动机的外周面接近的位置支承一对支承部件,因此能够更可靠地支承电动机。
在本发明的一方式所涉及的电动机支承机构中,可以是如下方式:在所述压缩机的所述进入口侧配置将从外部吸入的流体引向所述进入口并且降低所述压缩机中所产生的噪音水准的消音器,所述圆筒状部件具有安装于所述外壳部的所述进入口侧的端部的第1凸缘部及安装于所述消音器的所述进入口侧的端部的第2凸缘部。
由此,圆筒状部件的轴线方向的两端部分别支承于外壳部及消音器,因此能够可靠地固定圆筒状部件的轴线方向的位置。
在本发明的一方式所涉及的电动机支承机构中,可以是如下方式:所述多个支承部件以所述电动机配置于沿所述轴线方向比所述圆筒状部件更远离所述进入口的位置的方式支承所述电动机。
由此,电动机配置于远离流入被压缩的流体的进入口的位置,因此能够防止流向进入口的流体的流动受到电动机的阻碍的不良情况。
本发明的一方式所涉及的压缩机具备压缩部、所述外壳部、所述电动机及上述中任一个所述的电动机支承机构。
根据本发明的一方式所涉及的压缩机,在沿压缩部的旋转轴延伸的轴线上可靠地支承电动机并且无需设置冷却机构而能够充分地冷却电动机。
本发明的一方式所涉及的增压器具备上述压缩机及绕所述轴线旋转并且与所述压缩部的所述旋转轴连结的涡轮。
根据本发明的一方式所涉及的增压器,在沿压缩部的旋转轴延伸的轴线上可靠地支承电动机并且无需设置冷却机构而能够充分地冷却电动机。
发明效果
根据本发明,能够提供一种在沿压缩部的旋转轴延伸的轴线上可靠地支承电动机并且无需设置冷却机构而能够充分地冷却电动机的电动机支承机构、具备该电动机支承机构的压缩机及增压器。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式的增压器的纵剖视图。
图2是图1所示的增压器的主要部分放大图。
图3是图2所示的电动机的纵剖视图。
图4是图2所示的增压器的A-A向视剖视图。
具体实施方式
以下,参考附图对本发明的一实施方式的增压器进行说明。
本实施方式的增压器100为将向船舶中所使用的船用柴油机(内燃机)供给的气体(例如,空气)提高到一定压力(例如,大气压)以上,以提高船用柴油机的燃烧效率的装置。
如图1所示,本实施方式的增压器100具备离心压缩机10、涡轮20及消音器30。离心压缩机10与涡轮20分别经由转子轴40连结。
离心压缩机10为压缩从增压器100的外部流入的气体且向与构成船用柴油机的气缸套(省略图示)的内部连通的扫气总管(省略图示)供给已压缩的气体(以下,称为压缩气体。)的装置。
涡轮20具备涡轮壳体21、涡轮叶片22、涡轮盘23及涡轮喷嘴24。涡轮壳体21为围绕轴线X配置的中空的筒状部件,在其内部容纳有涡轮叶片22、涡轮盘23及涡轮喷嘴24。在涡轮壳体21中,沿在图1的下方以箭头表示的方向流入从船用柴油机排放的排气。
引导至涡轮壳体21的排气通过涡轮喷嘴24且被引导至涡轮叶片22。涡轮叶片22在固定于转子轴40的圆板状的涡轮盘23的外周面安装成围绕轴线相隔一定间隔。在涡轮盘23中,已静压膨胀的排气通过涡轮叶片22从而施加绕轴线X的旋转力。该旋转力成为使转子轴40旋转的动力,且使与转子轴40连结的叶轮11绕轴线X旋转。通过了涡轮叶片22的排气沿在图1的上方以箭头表示的方向被排放。
消音器30配置于离心压缩机10的进入口11a侧,且为将从外部吸入的气体引向进入口11a并且降低离心压缩机10内所产生的噪音水准的装置。如图1所示,消音器30形成将从与轴线X正交的方向流入的气体引向离心压缩机10的流路。在该流路的周围配置有消音材料31。通过该消音材料31吸收离心压缩机10内所产生的一部分噪音,从而噪音水准下降。
接着,对本实施方式的离心压缩机10更详细地进行说明。
如图1及图2所示,离心压缩机10具备叶轮(压缩部)11、空气引导外壳(外壳部)12、扩压部13、电动马达(电动机)14、电动马达支承机构(电动机支承机构)15及涡旋部16。
如图1所示,叶轮11安装于沿轴线X延伸的转子轴40,且伴随转子轴40绕轴线X旋转而绕轴线X旋转。叶轮11通过绕轴线X旋转而压缩从进入口11a流入的气体并从排出口11b排出。
叶轮11具备轮毂11c、安装于轮毂11c的外周面上的叶片11d及配置于轮毂11c的中心而安装于转子轴40上的旋转轴11e。在叶轮11中设置有由轮毂11c的外周面及空气引导外壳12的内周面形成的空间,该空间被多片叶片11d分隔成多个空间。而且,叶轮11对沿轴线X方向从进入口11a流入的气体施加径向的离心力而向与轴线X方向正交的方向(叶轮11的径向)排出,使向排出口11b排出的压缩气体流入到扩压部13。
空气引导外壳12容纳叶轮11并且沿转子轴40的轴线X方向延伸。空气引导外壳12与叶轮11一同形成将沿轴线X从进入口11a流入的气体向与轴线X正交的径向引导而引向排出口11b的流路。
扩压部13为将从排出口11b排出的压缩气体引向涡旋部16的部件。扩压部13通过使从叶轮11的排出口11b排出的压缩气体的流速减速,将施加于压缩气体的动能(动压)转换为压能(静压)。通过扩压部13时流速被减速的压缩气体流入到与扩压部13连通的涡旋部16。流入到涡旋部16的压缩气体向排出配管(省略图示)排出。
涡旋部16为流入从排出口11b排出的压缩气体并且将施加于压缩气体的动能(动压)转换为压能(静压)的装置。涡旋部16配置于比空气引导外壳12更靠与轴线X方向正交的径向的外周侧。
接着,对电动马达14进行说明。
本实施方式的电动马达14是如下电动机:当船用柴油机(主发动机)低负荷运行而从船用柴油机排放的排气向增压器未提供充分的增压能力时,为了通过电力使离心压缩机10的旋转轴11e旋转而加大(辅助)增压能力而使用。
并且,本实施方式的电动马达14是如下装置,当从船用柴油机(主发动机)排放剩余的排气时,也能够经由与通过排气旋转的涡轮20连结的转子轴40使转子旋转而进行发电以将排气的能量作为电力来回收。
另外,在以上说明中,本实施方式的电动马达14设成具备加大增压能力的辅助功能及利用排气的能量进行发电的发电功能这两者的电动马达,但也可以是其他方式。例如,电动马达14也可以是不具备发电功能而仅具备辅助功能的方式。
如图3的纵剖视图所示,电动马达14具备转子14a、定子14b、容纳转子14a及定子14b的壳体14c、在壳体14c内保持转子14a的末端及后端的一对轴承部14d、14e以及与转子14a连结的驱动轴14f。
另外,图3的纵剖视图成为后述的图4所示的增压器的B-B向视剖视图。
转子14a为沿轴线X延伸并且在外周面具备永久磁铁的形成为圆柱状的部件。沿转子14a的轴线X的两端通过一对轴承部14d、14e分别被支承于壳体14c。
定子14b容纳于圆筒形状的壳体14c内。在定子14b的中空部,配置于轴线X上的转子14a相对定子14b以非接触的状态配置。
壳体14c是形成为沿轴线X延伸的圆筒状的部件。在壳体14c的内周面固定有定子14b。壳体14c的外周面14g的多个部位形成有紧固孔14h。壳体14c通过在形成于电动马达支承机构15的支承件15b中的贯穿孔插入紧固螺栓14i而紧固于紧固孔14h,从而成为支承于电动马达支承机构15的状态。
驱动轴14f为安装于转子14a的进入口11a侧的端部的部件。驱动轴14f通过紧固螺栓14j与叶轮11的旋转轴11e连结。
当船用柴油机(主发动机)低负荷运行时,为了加大(辅助)增压能力而使用电动马达14的情况下,控制装置(省略图示)向定子14b供给电力而使转子14a绕轴线X旋转。由此,转子14a的旋转经由驱动轴14f传递到叶轮11的旋转轴11e,从而基于离心压缩机10的增压能力增加。
接着,对支承电动马达14的电动马达支承机构15进行说明。
如图2所示,电动马达支承机构15具备围绕沿叶轮11的旋转轴11e延伸的轴线X形成为圆筒状的圆筒状部件15a及与圆筒状部件15a的内周面15d的多个部位连结的多个支承件15b。
并且,如图4所示,电动马达支承机构15具备沿围绕轴线X的圆周方向连结相邻的一对支承件15b的连结部件15c。
如图2所示,圆筒状部件15a具备安装于空气引导外壳12的进入口11a侧的端部的第1凸缘部15e及安装于消音器30的进入口11a侧的端部的第2凸缘部15f。
第1凸缘部15e及空气引导外壳12在围绕轴线X的多个部位通过紧固螺栓15g紧固。并且,第2凸缘部15f及消音器30在围绕轴线X的多个部位通过紧固螺栓15h紧固。
如图4(图2所示的增压器的A-A向视剖视图)所示,支承件15b以从圆筒状部件15a的内周面15d朝向轴线X而沿径向延伸的方式与内周面15d连结。
图4所示的支承件15b为通过焊接安装于圆筒状部件15a的内周面15d的部件,但也可以将圆筒状部件15a及支承件15b通过铸造来一体地成型。
另外,在图4中省略了电动马达14的内部结构的图示。
如图4所示,通过紧固螺栓14i将多个支承件15b的与围绕轴线X的圆周方向正交的径向的轴线X侧的端部紧固于电动马达14的外周面14g的多个部位,从而将电动马达14支承于轴线X上。
如图2所示,多个支承件15b以电动马达14配置于沿轴线X方向比圆筒状部件15a更远离进入口11a的位置方式支承电动马达14。
当将电动马达14安装于电动马达支承机构15时,操作人员在电动马达14的外周面14g紧固紧固螺栓14i,以使电动马达14的驱动轴14f的中心配置于轴线X上。操作人员调整紧固螺栓14i向紧固孔14h的紧固状态,并且根据需要在支承件15b与电动马达14的外周面14g之间夹入紧固螺栓14i贯穿的间隔件(省略图示),由此调整电动马达14的位置。
如图4所示,圆筒状部件15a的内周侧的空间被多个支承件15b分隔成区域AR1、AR2、AR3、AR4这4个区域。
在图4所示的区域AR2、AR3、AR4中,沿圆周方向相邻的一对支承件15b通过连结部件15c连结。
如图2所示,连结部件15c形成为沿轴线X方向延伸的板状。并且,如图4所示,连结部件15c形成为沿围绕轴线X的圆周方向延伸的板状并且圆周方向的一端与一对支承件15b的一方连结且圆周方向的另一端与一对支承件15b的另一方连结。
如图4所示,在相邻的一对支承件15b的圆周方向的间隔为θ1且成为最长的区域AR1(第1区域)没有配置连结部件15c。另一方面,在与区域AR1中的一对支承件15b的圆周方向的间隔相比圆周方向的间隔短的其他区域(圆周方向的间隔成为θ2的区域AR2、圆周方向的间隔成为θ3的区域AR3、圆周方向的间隔成为θ4的区域AR4)配置有连结部件15c。
在相邻的一对支承件15b的圆周方向的间隔为θ1且成为最长的区域AR1没有配置连结部件15c是因为考虑到基于操作人员的操作性。
即,操作人员轻松地经由相邻的一对支承件15b的圆周方向的间隔成为最长的区域AR1,从进入口11a的上游侧向进入口11a伸手。因此,操作人员能够轻松地进行连结配置于比电动马达支承机构15更靠进入口11a侧的电动马达14的驱动轴14f及叶轮11的旋转轴11e的连结部分的作业。
相邻的一对支承件15b的圆周方向的间隔为θ1且成为最长的区域AR1中的θ1的值例如优选设为120°以上且180°以下的角度间隔。
如图4所示,连结部件15c形成为沿圆周方向延伸的板状。并且,连结部件15c在径向上配置于比圆筒状部件15a的内周面15d更靠近电动马达14的外周面14g的位置。使连结部件15c靠近外周面14g是因为,将连结部件15c的位置设成远离气体流动的主流的位置且缩短连结部件15c围绕轴线X的圆周方向的长度,以减小施加于通过内周面15d与外周面14g之间的气体的阻力。
另外,连结部件15c靠近配置于电动马达14的外周面14g,但配置成离外周面14g相隔一定距离。其理由在于,避免与形成于电动马达14的外周面14g的冷却片14k(参考图4)的接触。
冷却片14k为形成于电动马达14的外周面14g的多个部位的部件,且以沿轴线X延伸的方式形成。通过将冷却片14k形成于电动马达14的外周面14g而增大与流体的接触面积,能够提高基于流体的电动马达14的冷却效率。
接着,对本实施方式的电动马达支承机构15发挥的作用及效果进行说明。
根据本实施方式的电动马达支承机构15,在容纳叶轮11的空气引导外壳12的进入口11a侧的端部安装有圆筒状部件15a。该圆筒状部件15a围绕沿叶轮11的旋转轴11e延伸的轴线X形成为圆筒状,因此圆筒状部件15a的内周面15d配置于离轴线X等距的位置。
并且,在圆筒状部件15a的内周面15d的多个部位连结有沿径向延伸的多个支承件15b,多个支承件15b的轴线X侧的端部与电动马达14的外周面14g的多个部位连结。因此,电动马达14通过在与其外周面14g正交的径向上抵接的多个支承件15b而可靠地支承于轴线X上。
并且,圆筒状部件15a安装于空气引导外壳12的进入口11a侧的端部,且电动马达14以在其周围的空间能够流通气体的方式被多个支承件15b支承。流向叶轮11的进入口11a的气体在进入口11a的上游侧沿电动马达14的外周面14g流动,因此电动马达14的外周面14g通过气体的流通而被冷却。
如此,根据本实施方式的电动马达支承机构15,能够提供一种在沿叶轮11的旋转轴11e延伸的轴线X上可靠地支承电动马达并且无需设置冷却机构而能够充分地冷却电动马达14的电动马达支承机构15。
本实施方式的电动马达支承机构15具备连结沿围绕轴线X的圆周方向相邻配置的一对支承件15b的连结部件15c,连结部件15c形成为沿轴线X方向延伸的板状并且圆周方向的一端与一对支承件15b的一方连结且圆周方向的另一端与一对支承件15b的另一方连结。
根据这种电动马达支承机构15,沿围绕轴线X的圆周方向相邻配置的一对支承件15b沿圆周方向被连结部件15c支承。因此,相邻配置的一对支承件15b的刚性提高而电动马达14的振动及偏心得到防止,从而能够更可靠地进行基于多个支承件15b的电动马达14的支承。
并且,本实施方式的电动马达支承机构15在相邻的一对支承件15b的圆周方向的间隔成为最长的区域AR1不配置连结部件15c,而在相邻的一对支承件15b的圆周方向的间隔成为短于区域AR1的其他区域配置了连结部件15c。
由此,操作人员轻松地经由相邻的一对支承件15b的圆周方向的间隔成为最长的区域AR1,从进入口11a的上游侧向进入口11a伸手。因此,操作人员能够轻松地进行连结配置于比电动马达支承机构15更靠进入口11a侧的电动马达14的驱动轴14f及叶轮11的旋转轴11e的连结部分的作业。
并且,在本实施方式的电动马达支承机构15中,形成区域AR1的一对支承件15b优选配置成围绕轴线X相隔120°以上且180°以下的角度间隔θ1。
由此,成为形成区域AR1的一对支承件配置成沿圆周方向相隔充分的角度间隔的状态,从而能够更轻松地进行基于操作人员的连结部分的作业。
并且,在本实施方式的电动马达支承机构15中,连结部件15c形成为沿圆周方向延伸的板状,连结部件15c在径向上配置于比圆筒状部件15a的内周面15d更靠近电动马达14的外周面14g的位置。
由此,沿圆周方向延伸的连结部件15c在与相邻的一对支承件15b的表面正交的方向上抵接,因此一对支承件15b通过连结部件15c更可靠地被支承。并且,连结部件15c在靠近电动马达14的外周面14g的位置支承一对支承件15b,因此能够更可靠地支承电动马达14。
并且,在本实施方式的电动马达支承机构15中,在叶轮11的进入口11a侧配置有将从外部吸入的气体引向进入口11a并且降低叶轮11中所产生的噪音水准的消音器30,圆筒状部件15a具有安装于空气引导外壳12的进入口11a侧的端部的第1凸缘部15e及安装于消音器30的进入口11a侧的端部的第2凸缘部15f。
由此,圆筒状部件15a的轴线X方向的两端部分别支承于空气引导外壳12及消音器30,因此能够可靠地固定圆筒状部件15a的轴线X方向的位置。
并且,在本实施方式的电动马达支承机构15中,多个支承件15b以电动马达14配置于沿轴线X方向比圆筒状部件15a更远离进入口11a的位置的方式支承电动马达14。
由此,电动马达14配置于远离流入被压缩的气体的进入口11a的位置,因此能够抑制流向进入口11a的气体的流动受到电动马达14的阻碍的不良情况。
符号说明
10-离心压缩机,11-叶轮(压缩部),11a-进入口,11e-旋转轴,12-空气引导外壳(外壳部),14-电动马达(电动机),14a-转子,14f-驱动轴,14g-外周面,15-电动马达支承机构(电动机支承机构),15a-圆筒状部件,15b-支承件(支承部件),15c-连结部件,15d-内周面,15e-第1凸缘部,15f-第2凸缘部,20-涡轮,30-消音器,40-转子轴,100-增压器,AR1、AR2、AR3、AR4-区域,X-轴线。