CN108884837B - 密封结构以及增压器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供密封结构以及增压器。本公开的一个方式的密封结构具备：旋转轴，其设置在外壳内；外壳的金属制的包围部，其在旋转轴的径向上包围旋转轴；以及树脂制的密封部件，其与包围部的内周面对置，并与旋转轴一起旋转。

Description

密封结构以及增压器
技术领域
本公开涉及密封结构以及增压器。
背景技术
如专利文献1所记载的那样，公知有具备电动的驱动装置的增压器(电动增压器)。驱动装置具有马达，使轴与压缩机叶轮一起旋转。轴由轴承组件支承。在压缩机叶轮的背面侧设置有迷宫式密封件。迷宫式密封件具备三重隆起的同心环。该同心环与在压缩机叶轮的背面部形成的环啮合。它们不相互接触而是形成弯弯曲曲的通路(迷宫)。
专利文献1：日本特表2015-537162号公报
在专利文献1记载的密封结构中，由于与迷宫式密封件啮合的部分形成于压缩机叶轮的背面部，因此存在应设置密封结构的范围变宽的趋势。这样复杂的密封结构在加工性方面效率不高。另外，不考虑上述那样的迷宫式密封件，而是可以考虑在旋转轴与外壳之间设置有密封圈的结构。密封圈通常嵌入环状的安装槽。但是在密封圈与安装槽之间，在旋转轴的轴向或者径向上存在间隙(缝隙)或者存在接缝部。气体能够通过这些部分而泄漏。因此在使用密封圈时，难以获得良好的密封性。
发明内容
本公开说明能够以简单的结构来提高旋转轴周围的密封性的密封结构以及增压器。
本公开的一个方式的密封结构具备：旋转轴，其设置在外壳内；外壳的金属制的包围部，其在旋转轴的径向上包围旋转轴；以及树脂制的密封部件，其与包围部的内周面对置并与旋转轴一起旋转。
根据本公开的一个方式，能够以对金属制的包围部应用树脂制的密封部件这一简单的结构，提高旋转轴周围的密封性。
附图说明
图1是表示本公开的一个实施方式的增压器的剖视图。
图2是表示图1中的压缩机叶轮的背面侧附近的密封结构的剖视图。
图3中的(a)是表示图2的密封结构的密封部件的剖视图，图3中的(b)是表示变形例的密封部件的剖视图。
图4是表示本公开的其他实施方式的增压器的压缩机叶轮的背面侧附近的密封结构的剖视图。
具体实施方式
本公开的一个方式的密封结构具备：旋转轴，其设置在外壳内；外壳的金属制的包围部，其在旋转轴的径向上包围旋转轴；以及树脂制的密封部件，其与包围部的内周面对置并与旋转轴一起旋转。
根据该密封结构，在外壳的包围部与旋转轴之间设置有密封部件。该密封部件与包围部的内周面对置。若旋转轴旋转，则密封部件和旋转轴一起旋转。在旋转轴产生偏心等的情况下，因其影响，密封部件的外周部与外壳的包围部能够接触。由于包围部为金属制，且密封部件为树脂制，因此此时密封部件容易被刮擦。其结果，在密封部件与包围部之间能够形成所需最小限度的间隙。因此能够以对金属制的包围部应用树脂制的密封部件这一简单的结构，提高旋转轴周围的密封性。
在某些方式中，密封部件包括朝向包围部突出的多个圆环部，在圆环部之间设置有槽部。根据该结构，若旋转轴旋转，则因偏心等的影响，圆环部的前端与外壳的包围部能够接触。树脂制的圆环部的前端容易被刮擦，从而能够在圆环部与包围部之间形成所需最小限度的间隙。由此能够提高密封性。而且，由于借助圆环部和槽部而形成迷宫式结构，因此密封性进一步提高。
本公开的其他方式的增压器具备：外壳，其包括包围部；压缩机叶轮，其安装于旋转轴；以及上述任一密封结构，其在外壳内设置在压缩机叶轮的背面侧。根据具备上述密封结构的增压器，能够抑制压缩机叶轮的背面侧的沿着旋转轴的气体的泄漏。
在某些方式中，压缩机叶轮为树脂制，包括向压缩机叶轮的背面侧延伸并抵接于密封部件的凸起部。根据该结构，由于压缩机叶轮也为树脂制，因此即便在密封部件从压缩机叶轮的凸起部受到轴向的压力的情况下，也能缓和密封部件的变形。
在某些方式中，压缩机叶轮为树脂制，包括向压缩机叶轮的背面侧延伸并且供密封部件一体化的凸起部。
在某些方式中，增压器具备润滑脂润滑式的轴承，该轴承设置在密封部件的位于压缩机叶轮的背面侧。
本公开的其他方式的密封结构具备：旋转轴，其设置在外壳内；外壳的包围部，其在旋转轴的径向上包围旋转轴；以及树脂制的密封部件，其安装在包围部的内周面，与旋转轴或者圆筒状部对置，该圆筒状部与旋转轴一起旋转。
根据该密封结构，在外壳的包围部与旋转轴之间设置有密封部件。该密封部件与旋转轴或者圆筒状部对置。若旋转轴旋转，则密封部件的内周部能够与旋转轴或者圆筒状部接触。在旋转轴产生偏心等的情况下，因其影响，密封部件的内周部被刮擦。其结果，在密封部件与旋转轴或者圆筒状部之间能够形成所需最小限度的间隙。因此，能够以对包围部安装树脂制的密封部件这一简单的结构，提高旋转轴周围的密封性。
以下，一边参照附图一边说明本公开的实施方式。另外，在附图的说明中，对相同要素标注相同的附图标记并省略重复的说明。
参照图1对一个实施方式的密封结构以及应用了该密封结构的增压器进行说明。在该实施方式中对密封结构应用于电动增压器的情况进行说明。如图1所示，电动增压器1例如应用于车辆、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的相互作用而使压缩机叶轮8旋转，对空气等流体进行压缩而产生压缩空气。
电动增压器1具备：旋转轴12，其在外壳2内被支承为能够旋转；以及压缩机叶轮8，其安装于旋转轴12的前端部12a。外壳2具备：马达外壳3，其收纳转子部13以及定子部14；基部外壳4，其将马达外壳3的另一端侧(图示右侧)的开口封闭。在马达外壳3的一端侧(图示左侧)设置有收纳压缩机叶轮8的压缩机外壳6。压缩机外壳6包括吸入口9、涡旋部10以及排出口11。
转子部13固定于旋转轴12的轴向的中央部，包括安装于旋转轴12的1个或者多个永久磁铁(未图示)。定子部14以包围转子部13的方式固定于马达外壳3的内表面，并包括导线14a卷绕而成的线圈部(未图示)。若交流电流通过导线14a而在定子部14的线圈部流动，则旋转轴12与压缩机叶轮8因转子部13以及定子部14的相互作用而一体地旋转。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，通过涡旋部10压缩空气，并将该空气从排出口11排出。从排出口11排出的压缩空气向上述内燃机供给。
压缩机叶轮8包括：圆筒状的凸起部31，其绕旋转轴12的旋转轴线A配置，供旋转轴12贯通；轮毂部32，其与凸起部31连接并沿旋转轴12(旋转轴线A)的径向延伸；以及叶片部33，其从凸起部31以及轮毂部32向径向以及旋转轴线A方向的一端侧(图示左侧)突出。压缩机叶轮8例如为树脂制。压缩机叶轮8例如可以由聚苯硫醚(PPS)树脂构成，也可以由聚醚醚酮(PEEK)树脂构成。另外，压缩机叶轮8也可以由碳纤维强化树脂(CFRP：Carbon FiberReinforced Plastic)制成。
电动增压器1具备两个轴承20，它们被压入旋转轴12，将旋转轴12以能够旋转的方式支承于外壳2。轴承20分别设置于旋转轴12的前端部12a附近和基端部附近，以双支承的方式支承旋转轴12。轴承20例如是润滑脂润滑式的径向球轴承。轴承20可以是深沟球轴承，也可以是止推球轴承。如图2所示，轴承20包括：压入旋转轴12的内圈20a、和经由多个滚珠20c而相对于内圈20a能够相对旋转的外圈20b。
设置在外壳2内的旋转轴12由两个轴承20支承，能够以直线状的旋转轴线A为中心旋转。该旋转轴12例如存在因偏心等而以相对于旋转轴线A弯曲的状态旋转的情况。该偏心状态在各个电动增压器1中可能不同。根据电动增压器1，该旋转轴12也可能几乎没有偏心。即便在有偏心的情况下，旋转轴12在周向上偏心的方向、大小在各个电动增压器1中也可能多种多样。本实施方式的密封结构被设计成无论电动增压器1的偏心状态如何，均能提高旋转轴12周围的密封性。
以下，对本实施方式的密封结构进行详细的说明。一方的轴承20安装于压缩机叶轮8的背面侧(图示右侧)。外壳2的马达外壳3为金属制，例如为铝制。马达外壳3包括壁部23，该壁部23在压缩机叶轮8的背面侧朝向轴承20即旋转轴12突出。在形成于圆板状的壁部23的中央的开口插通有旋转轴12，并且配置有轴承20。壁部23的内周部包围轴承20的外圈20b。外圈20b嵌合于壁部23的内周部。外圈20b的外周部与壁部23的内周部的嵌合关系可以是间隙嵌合，可以是中间嵌合，也可以是紧固嵌合，任意的均可。
如图2所示，马达外壳3包括比轴承20向压缩机叶轮8侧突出的环状的包围部23a。包围部23a形成于壁部23的压缩机叶轮8侧。包围部23a在旋转轴12的径向上面对旋转轴12。包围部23a的内周面23b形成以旋转轴线A为中心的圆筒面。换言之，包围部23a的内周面23b与旋转轴线A之间的距离(半径)恒定。
如上述那样，包围部23a面对旋转轴12。包围部23a包围旋转轴12的一部分(与内圈20a相邻的部分)。包围部23a比轴承20的外圈20b向旋转轴线A侧(径向内侧)突出。例如，借助设置于基部外壳4侧的轴承20的外侧的按压部件(在图1中为螺旋弹簧)的按压力，从旋转轴线A方向的一侧将外圈20b的端面压接于该突出的部分。但不限定于此，外圈20b的端面也可以不与包围部23a的突出部分抵接或者压接，而是被保持在外壳内。包围部23a在径向上在外圈20b与内圈20a之间的区域形成终端，并且未到达内圈20a的位置。
如图1以及图2所示，压缩机叶轮8包括向压缩机叶轮8的背面侧延伸的凸起部31。在轴承20与凸起部31的转子部13侧的端部亦即基端部8a之间设置有圆筒状的密封部件25。以旋转轴线A为中心呈环状的密封部件25安装于旋转轴12。密封部件25能够与旋转轴12一起旋转。密封部件25与旋转轴12对置，在径向上具有规定的厚度。密封部件25也可以紧贴于旋转轴12。密封部件25与包围部23a的内周面23b对置。密封部件25相对于包围部23a几乎没有间隙(缝隙)或者以具有非常小的缝隙的状态面对包围部23a的内周面23b。本实施方式的密封结构具备旋转轴12、马达外壳3的包围部23a以及密封部件25。
对密封部件25进行更详细地说明。密封部件25为树脂制。密封部件25例如可以由PPS树脂构成，也可以由PEEK树脂构成。密封部件25由比形成马达外壳3的金属(例如铝)硬度低的材料构成。如图2以及图3中的(a)所示，密封部件25包括：与旋转轴12对置的圆筒部25a、和从圆筒部25a朝向包围部23a突出的多个圆环部25b。圆环部25b的个数能够根据包围部23a的大小等适当地确定。在多个圆环部25b之间设置有多个槽部25c。这样，密封部件25具有迷宫式结构(迷宫形状)。
圆筒部25a在旋转轴线A方向上的长度比设置有圆环部25b的范围长。换言之，密封部件25在面对包围部23a的范围包括圆环部25b，但比包围部23a向压缩机叶轮8侧突出。在圆筒部25a的比包围部23a向压缩机叶轮8侧突出的部分不形成圆环部25b。
圆筒部25a抵接于轴承20的内圈20a，并且抵接于压缩机叶轮8的基端部8a。如图1所示，上述压缩机叶轮8以及密封部件25借助设置于旋转轴12的前端部12a的轴端螺母16而固定于旋转轴12。压缩机叶轮8的凸起部31以及密封部件25通过轴端螺母16而在旋转轴线A方向受到紧固力。凸起部31以及密封部件25设置为在旋转轴线A方向连续。凸起部31的基端部8a的直径以及圆筒部25a的直径也可以大致相同。由此，在基端部8a与圆筒部25a之间形成有与上述直径相当的圆环状的接合面B(参照图2)。
在电动增压器1的运转过程中，密封部件25能够变形。更详细而言，构成密封部件25的外周部的圆环部25b与包围部23a的内周面23b之间的缝隙，以在部件的加工尺寸公差的最小值成为0(零)的方式设置。若使间隙为0，则在旋转轴12旋转时，密封部件25因偏心等而一边与包围部23a摩擦、一边接触。如上述那样，包围部23a为金属制。因该接触，密封部件25的圆环部25b容易被刮擦。其结果，圆环部25b仅周向的一部分被刮擦，密封部件25整体变形。“周向的一部分”例如是因偏心而接近于包围部23a的一侧的外周部。由密封部件25刮擦产生的变形量，根据各个电动增压器1(的偏心状态)而不同，但每个电动增压器1，密封部件25变形为最适合的形状(被调整)。
因此，密封部件25的圆环部25b包括：外径最大的部分(未被刮擦的部分)和外径比该最大部分小的部分。密封部件25的圆环部25b的最大外径(即，运转开始前的初始外径)与包围部23a的内周面23b的直径大致相同。换言之，在密封部件25的最大外径的部分中，由圆筒部25a以及圆环部25b合起来的径向的厚度(高度)，和旋转轴12与包围部23a的内周面23b之间的缝隙大致相等。
根据本实施方式的密封结构，在马达外壳3的包围部23a与旋转轴12之间设置有圆筒状的密封部件25。该密封部件25固定于旋转轴12，并且与包围部23a对置。若旋转轴12旋转，则密封部件25与旋转轴12一体地旋转。在旋转轴12产生了偏心等的情况下，因该影响，密封部件25的外周部与包围部23a能够接触。包围部23a为金属制，密封部件25为树脂制，因此此时密封部件25容易被刮擦。其结果，在密封部件25与包围部23a之间形成有所需最小限度的间隙。这样，以对金属制的包围部23a应用树脂制的密封部件25这一简单的结构，来提高旋转轴12周围的密封性。另外，通过使电动增压器1运转一定期间，由此能够形成适度的缝隙。因此在初始的时刻，无需不必要地预先空出缝隙。另外，无需如专利文献1记载的迷宫式密封件结构那样，在压缩机叶轮8的背面部的较宽范围设置密封结构。仅在旋转轴12的一部分与马达外壳3的一部分(包围部23a)之间的有限范围设置密封部件25即可，在加工上也高效。
例如，在使用现有的密封圈的密封结构中，若安装于安装槽的密封圈因旋转时的偏心等而与外壳接触，则密封圈可能会磨损。若为了提高密封性而减小缝隙，则接触以及磨损的可能性升高。
在本实施方式的密封结构以及电动增压器1中，反而利用了密封部件25与包围部23a的接触，但由于密封部件25为树脂制，包围部23a为金属制，由此能防止那样的事态。在组装电动增压器1时，包围部23a的内周面23b的直径与圆筒部25a的外径(上述最大外径)之间的缝隙几乎为0，成为尽量没有缝隙的状态。由此能够实现气体等的泄漏较少的密封结构。另外与使用现有的密封圈的密封结构相比，能够泄漏气体等的间隙较小，因此密封容易。
根据密封部件25，若旋转轴12旋转，则因偏心等的影响，圆环部25b的前端能够与包围部23a接触。树脂制的圆环部25b的前端(周向的一部分)容易被刮擦，在圆环部25b与包围部23a之间形成有所需最小限度的间隙。由此密封性提高。另外，在由圆环部25b和槽部25c形成迷宫式结构时，密封性进一步提高。
上述密封结构设置于压缩机叶轮的背面侧。根据具备上述密封结构的电动增压器1，能够抑制压缩机叶轮8的背面侧的沿旋转轴12的气体的泄漏。作为其结果，例如在使用润滑脂润滑式的轴承20的情况下，抑制带走润滑脂。
由于压缩机叶轮8为树脂制，因此即便在密封部件25从压缩机叶轮8的凸起部31受到轴向的压力的情况下，也能够缓和密封部件25的变形。
以上，对本公开的一个实施方式进行了，但本公开不限定于上述实施方式。例如，在压缩机叶轮8为树脂制的情况下，也可以通过粘接等将压缩机叶轮8的凸起部31与密封部件25一体化。在压缩机叶轮8与密封部件25由相同材料形成的情况下，也可以使它们为一体的成型品。即，压缩机叶轮8也可以包括向压缩机叶轮8的背面侧延伸并且供密封部件一体化的凸起部31。在该情况下，凸起部31的转子部13侧的端部成为密封部件并被包围部23a包围。即，凸起部31的转子部13侧的端部与包围部23a的内周面23b对置。由此能够减少部件个数，另外组装也容易。
另外，密封部件25的形状能够采用各种方式。例如，如图3中的(b)所示，也可以是在压缩机叶轮8(基端部8a)侧与轴承20(内圈20a)侧的双方或者任一方设置有凸缘部25d的密封部件25A。凸缘部25d伸出得比圆筒部25a的直径大。另外，凸缘部25d的旋转轴线A方向的厚度大于各圆环部25b的厚度。凸缘部25d具有比各圆环部25b高的强度。
另外，也可以使用不具有圆环部25b(非迷宫式结构)的密封部件。在该情况下，圆筒状的外周面与包围部23a的内周面23b之间的缝隙为0，伴随旋转轴12的旋转，该外周面的一部分被刮擦。
在上述实施方式中，对压缩机叶轮8为树脂制的情况进行了说明，但压缩机叶轮8也可以为铝等金属制。在该情况下，通过使密封部件25的圆筒部25a向凸起部31侧突出，由此能够实现作为旋转体整体的轻型化。
在上述实施方式中，对马达外壳3的整体为铝制的情况进行了说明，但在包围部23a和除此以外的部分，材质也可以不同。虽然包围部23a为金属制，但除此以外的部分也可以由其他材质形成。
参照图4对本公开的其他实施方式进行说明。图4所示的密封结构与图1以及图2所示的上述实施方式的不同点在于，取代与旋转轴12一起旋转的密封部件25，而具备安装于包围部23a的内周面的密封部件35。在上述实施方式中，密封部件25安装于旋转体侧，与此相对，在本实施方式中，密封部件35安装于静止部侧。
密封部件35例如与设置在包围部23a的内周面的阶梯部23c嵌合。阶梯部23c例如形成在：与轴承20的外圈20b抵接的部分、和在该部分的压缩机叶轮8侧形成并具有比该部分的内径大的内径(即，位于径向外侧)的部分之间。压缩机叶轮8的圆筒状的基端部8a(凸起部31的基端部8a)例如延伸至轴承20，并抵接于轴承20的内圈20a。基端部8a的端面8c抵接于轴承20的内圈20a。
密封部件35与压缩机叶轮8的圆筒状的基端部8a(圆筒状部)对置。密封部件35相对于压缩机叶轮8的基端部8a几乎没有间隙(缝隙)、或者以具有非常小的缝隙的状态面对基端部8a的外周面。本实施方式的密封结构具备：旋转轴12、压缩机叶轮8的基端部8a、马达外壳3的包围部23a以及密封部件35。
密封部件35为树脂制。密封部件35例如可以由PPS树脂构成，也可以由PEEK树脂构成。密封部件35由硬度比形成压缩机叶轮8(凸起部31)的材料低的材料构成。密封部件35包括：安装在包围部23a的内周面的筒部35a、和从筒部35a朝向凸起部31的基端部8a突出的多个圆环部35b。筒部35a具有与包围部23a的阶梯部23c对应的带阶梯的外形。多个圆环部35b的结构(形状、个数、圆环部35b之间的槽部等)也可以与上述实施方式的密封部件25的结构相同。在该情况下，密封部件35具有迷宫式结构(迷宫形状)。
在电动增压器1的运转过程中，密封部件35能够变形。更详细而言，构成密封部件35的内周部的圆环部35b与压缩机叶轮8的基端部8a之间的缝隙设定为：在部件的加工尺寸公差的最小值成为0(零)。若将缝隙设为0，则在旋转轴12旋转时，因偏心等密封部件35一边与基端部8a摩擦、一边接触。
通过具备密封部件35的密封结构，也能发挥与上述实施方式同等的效果。例如若旋转轴12旋转，则因偏心等的影响，密封部件35的圆环部35b的前端能够与压缩机叶轮8的基端部8a接触。树脂制的圆环部35b的前端被刮擦，在圆环部35b与基端部8a之间形成所需最小限度的缝隙。由此密封性提高。
在具备上述密封部件35的密封结构中，密封部件35也可以与其他圆筒状部对置。例如，压缩机叶轮8的圆筒状的基端部8a(凸起部31的基端部8a)也可以不延伸至轴承20，而是在基端部8a与轴承20之间配置其他圆筒状部。在该情况下，密封部件35也可以与其他圆筒状部对置地接触。另外，密封部件35也可以与旋转轴12对置地接触。
本发明也可以应用于具备涡轮并且通过马达辅助旋转的类型的电动增压器。本发明也可以应用于除电动增压器以外的一般的增压器。另外，如果是对低温的气体使用涡轮的情况，也能够将本发明应用于涡轮叶轮。
工业上的可利用性
根据本公开的某些方式，能够以对金属制的包围部应用树脂制的密封部件这一简单的结构，来提高旋转轴周围的密封性。另外，能够以对包围部安装树脂制的密封部件这一简单的结构，提高旋转轴周围的密封性。
附图标记说明：1…电动增压器(增压器)；2…外壳；3…马达外壳；8…压缩机叶轮；8a…基端部(圆筒状部)；12…旋转轴；20…轴承；23a…包围部；23b…内周面；25、25A…密封部件；25a…圆筒部；25b…圆环部；25c…槽部；31…凸起部；B…接合面。

Claims (9)

1.一种密封结构，其中，具备：
旋转轴，其设置在外壳内；
所述外壳的金属制的包围部，其在所述旋转轴的径向上包围所述旋转轴；以及
密封部件，其是与所述包围部的内周面对置并与所述旋转轴一起旋转的树脂制的密封部件，包括朝向所述包围部突出的圆环部，
所述密封部件的所述圆环部构成为：因所述旋转轴的旋转而与所述包围部接触且仅周向的一部分被刮擦，由此在所述圆环部的外周面与所述包围部的内周面之间形成有间隙，
所述间隙以部件的加工尺寸公差的最小值成为0的方式设定。
2.根据权利要求1所述的密封结构，其中，
所述密封部件包括多个所述圆环部，在所述圆环部之间设置有槽部。
3.一种增压器，其中，具备：
外壳，其包括包围部；
压缩机叶轮，其安装于旋转轴；以及
权利要求1所述的密封结构，其在所述外壳内设置于所述压缩机叶轮的背面侧。
4.根据权利要求3所述的增压器，其中，
所述压缩机叶轮为树脂制，包括向所述压缩机叶轮的背面侧延伸并抵接于所述密封部件的凸起部。
5.根据权利要求3所述的增压器，其中，
所述压缩机叶轮为树脂制，包括向所述压缩机叶轮的背面侧延伸并且供所述密封部件一体化的凸起部。
6.一种增压器，其中，具备：
外壳，其包括包围部；
压缩机叶轮，其安装于旋转轴；以及
权利要求2所述的密封结构，其在所述外壳内设置于所述压缩机叶轮的背面侧。
7.根据权利要求6所述的增压器，其中，
所述压缩机叶轮为树脂制，包括向所述压缩机叶轮的背面侧延伸并抵接于所述密封部件的凸起部。
8.根据权利要求6所述的增压器，其中，
所述压缩机叶轮为树脂制，包括向所述压缩机叶轮的背面侧延伸并且供所述密封部件一体化的凸起部。
9.根据权利要求3~8中的任一项所述的增压器，其中，
所述增压器具备润滑脂润滑式的轴承，该轴承设置在所述密封部件的所述压缩机叶轮的背面侧。
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