CN111448373A - 增压器 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供一种即使为联轴器构造的增压器也可以将流体高效地向叶轮引导，并可以实现马达或发电机的冷却性能的提高的增压器。具备：吸入部(10b)，该吸入部吸入流体；叶轮(12)，该叶轮对从吸入部(10b)供给的流体进行压缩；驱动轴(18)，在该驱动轴的一端安装有叶轮(12)；中间轴(16)，该中间轴以使驱动轴(18)沿轴线方向从叶轮(12)的下游侧向上游侧延长的方式设于驱动轴(18)的一端；马达(14)或发电机，该马达或发电机具有借助接头(20a)安装在中间轴(16)的顶端的转子(14a)、与转子(14a)对应地设置的定子(14c)，和保持定子(14c)的主体部(14b)；以及罩(30)，该罩为包围中间轴(16)及接头(20a)的筒状。

Description

增压器
技术领域
本发明涉及例如适合船舶具备的柴油发动机等采用的增压器。
背景技术
以往，已知将空气压缩而作为内燃机的燃烧用空气向燃烧室内供给的增压器。增压器，例如在船舶用柴油发动机、发电用柴油发动机那样的二冲程低速发动机等中也被广泛使用。这样的增压器，对燃烧用空气进行压缩的压缩机和成为压缩机的驱动源的涡轮借助转子轴连结，收纳在壳体内而一体地旋转。涡轮例如被从内燃机排出的废气作为驱动源而驱动。
作为增压器的一种，已知将电动发动机借助接头与转子轴连接的混合动力增压器(例如，参照专利文献1)。此混合动力增压器不仅可以与通常的增压器一样地对空气进行压缩而作为燃烧用空气向内燃机的燃烧室内供给，还可以通过从内燃机排出的剩余的废气进行发电。
此外，作为增压器的一种，已知将电动机与转子轴连接的电动辅助增压器(例如，参照专利文献2)。此电动辅助增压器省略了混合动力增压器中使用的电动发电机的发电机能，而缩小为电动机能(辅助机能)，从而使马达小型化。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利第4648347号公报
专利文献2:日本特开2015-158161号公报
发明要解决的课题
在如专利文献2那样，在马达转子自身不设置轴承，在增压器的转子轴的延长部分连接马达转子而通过增压器的转子轴支承马达转子的悬垂结构的增压器的情况下，马达与叶轮入口必然接近，因此，可以将向叶轮流入的空气用于马达的冷却。但是，在将马达经由中间轴、接头与连接于涡轮的驱动轴连接的联轴器构造的增压器的情况下，由于马达与叶轮入口离开，因此难以将向叶轮流入的空气用于马达的冷却，为了对马达进行充分冷却，需要如专利文献1那样，追加设置冷却水循环机构等冷却机构。
发明内容
本发明鉴于这样的情况而提出，目的是提供一种增压器，该增压器即使为联轴器构造的增压器也可以将流体高效地向叶轮引导，此外，该增压器可以实现马达或发电机的冷却性能的提高。
用于解决课题的技术手段
为了解决上述课题，增压器采用以下的技术手段。
即，本发明的一个模式涉及的增压器具备：吸入部，该吸入部吸入流体；叶轮，该叶轮对从所述吸入部供给的流体进行压缩；驱动轴，在该驱动轴的一端安装有所述叶轮；中间轴，该中间轴在所述驱动轴的所述一端以使该驱动轴沿轴线方向从所述叶轮的下游侧向上游侧延长的方式设置；马达或发电机，该马达或发电机具有借助接头安装在所述中间轴的顶端的转子、与该转子对应地设置的定子，和保持该定子的主体部；以及罩，该罩为包围所述中间轴及所述接头的筒状。
本模式涉及的增压器为将转子借助接头安装在中间轴的顶端的联轴器构造。并且，具备包围中间轴和接头的筒状的罩。根据此构造，可以通过罩，使向叶轮流入的液流在罩的外侧和内侧分离，抑制液流彼此的干涉。此外，可以使罩周围的流路面积沿流体的流动方向均匀地减少。由此，可以一边降低向叶轮流入的流体的压力损失一边进行整流，从而防止流体减速。此外，可以确保向叶轮流入的流体的流量充分。即，可以将流体高效地向叶轮引导。同时，也可以将流体确实地引导到马达内或发电机内(转子与定子之间)，因此实现了流体对马达或发电机的冷却性能的提高。
此外，筒状的罩不需要将中间轴的长尺寸方向的整体包围，只要包围一部分即可。
此外，在本发明的一个模式涉及的增压器中，所述吸入部设于所述马达或所述发电机的上游侧，所述罩的内径大于所述转子的外径。
在本模式涉及的增压器中，吸入部位于马达或发电机的上游，罩的内径大于转子的外径。由此，可以将流体也可靠地引导到马达内或发电机内，因此可以实现由流体对马达或发电机的冷却性能的提高。因此，不改变马达或发电机的样式就可以提高输出功率。此外，不需要追加设置用来对马达或发电机进行冷却的冷却机构，可以实现低成本化。
此外，在本发明的一个模式涉及的增压器中，所述罩的外径与所述叶轮的轴毂的所述罩侧的端部的外径相同。
在本模式涉及的增压器中，罩的外径与轴毂的罩侧的端部的外径相同。由此，可以确保向叶轮流入的流体的流路面积，使流体的流动顺畅化。
此外，在本发明的一个模式涉及的增压器中，所述罩能够沿长尺寸方向分割。
在本模式涉及的增压器中，罩能够沿长尺寸方向分割。由于安装罩的部位密集地具有马达(或发电机)、中间轴、接头等，因此，作业空间收到限制。通过使罩能够分割，可以谋求提高组装性。
此外，在本发明的一个模式涉及的增压器中，所述罩沿长尺寸方向设有肋。
在本模式涉及的增压器中，罩沿长尺寸方向设有肋。由此，即使在罩为薄壁构造的情况下也可以确保强度。即，可以实现罩的轻量化并确保强度。
此外，在本发明的一个模式涉及的增压器中，所述罩安装在所述马达侧或所述发电机侧。
本模式涉及的增压器，将罩安装在马达侧或发电机侧。由此，不需要追加设置用来设置罩的支承构造物，可以实现低成本化。
发明效果
根据本发明涉及的增压器，即使在联轴器构造的增压器中，也可以将流体高效地向叶轮引导，此外，可以实现马达或发电机的冷却性能的提高。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式的增压器的纵截面图。
图2是沿图1所示的马达的切断线A-A的截面图。
图3是图1所示的上部罩的右侧视图。
图4是图3所示的上部罩的仰视图。
图5是图1所示的下部罩的右侧视图。
图6是图5所示的下部罩的俯视图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的一个实施方式的增压器进行说明。
首先，对本实施方式的增压器10的结构进行说明。
增压器10，例如，是在把供给到用于船舶的柴油发动机(内燃机)的空气(气体)提高到固定压力(例如，大气压)以上而提高柴油发动机的燃烧效率时使用的、混合动力增压器和电动辅助增压器等增压器。
如图1所示，增压器10具备驱动轴18、压缩部10a、中间轴16、马达14、吸入部10b、罩30。
在压缩部10a设有叶轮12。叶轮12具备轴毂12d和设于轴毂12d的多个叶片12c。叶轮12安装在驱动轴18的一端侧，驱动轴18通过轴承(未图示)绕轴线X旋转自如地被支承。此外，在驱动轴18的另一端侧设有通过从柴油发动机排出的废气进行旋转驱动的涡轮(未图示)。即，设于压缩部10a的叶轮12借助驱动轴18与涡轮(未图示)连结。
在驱动轴18的安装有叶轮12的一端侧，沿着使驱动轴18从叶轮12向空气流上游侧(从图1的右侧向左侧)沿轴线X延长的方向设有与驱动轴18同轴的中间轴16。驱动轴18和中间轴16借助第二接头20b连结。此外，也可以不设置第二接头20b，而是沿轴线方向使驱动轴18延长，将驱动轴18的延长的部分作为与中间轴16相当的轴。
另一方面，在中间轴16的未与驱动轴18连结的端部侧(图1左侧)设置马达14。马达14具备转子14a、沿转子14a的半径方向空开间隙设置的定子14c，以及保持定子14c的主体部14b。主体部14b具备沿半径方向延伸的多个支撑件14d。通过具备这些支撑件14d的主体部14b，将定子14c支承于增压器10的壳体10c。
转子14a的两端通过主体部14b具备的轴承14e绕轴线X旋转自如地支承。此外，转子14a的中间轴16侧(图1右侧)的端部与中间轴16借助第一接头20a连结。
本实施方式的增压器10，如上述那样，采用将转子14a借助第一接头20a安装在中间轴16的端部的、所谓的联轴器构造。
在马达14的未连结中间轴16的一侧设有增压器10的吸入部10b，从此吸入部10b吸入外部的流体。在吸入部10b的上游侧例如设有消声器。
此外，本实施方式的增压器10具备成为将中间轴16及第一接头20a包围的筒状的罩30。罩30做成大致圆筒形状，成为能够沿长尺寸方向对开分割的结构。即，罩30由图3及4所示的上部罩30a，和图5及6所示的下部罩30b构成。此外，在上部罩30a及下部罩30b，在由薄板形成的圆筒面的外周侧分别沿长尺寸方向竖直设置了多根肋30c。此时，如图1所示，罩30的内径大于转子14a的外径，并且罩30的内径为定子14c的内径的同等程度以上。此外，罩30的外径与叶轮12的轴毂径相同。轴毂径是轴毂12d的罩30侧的端部的外径。罩30的一端固定在被配置于中间轴16的马达14侧的支撑件14d上。此外，罩30也可以从空气引导筒10d受到支承进行固定。此外，筒状的罩30不需要将中间轴16的长尺寸方向的整体包围而是包围一部分即可。此外，筒状的罩30不仅可以做成圆筒形状也可以做成多边形的筒状。
接着，对本实施方式的增压器10进行更详细的说明。
如图1所示，压缩部10a具备的叶轮12安装在沿轴线X延伸的驱动轴18的一端侧，随着驱动轴18绕轴线X旋转而绕轴线X旋转。在驱动轴18的未安装叶轮12的另一端侧安装有涡轮(未图示)。驱动轴18随着涡轮绕轴线X旋转而绕轴线X旋转。即，叶轮12、驱动轴18及涡轮呈一体地绕轴线X旋转。
在增压器10中，从柴油发动机排出的废气使涡轮绕轴线X旋转。随着涡轮的旋转，叶轮12借助驱动轴18绕轴线X旋转。通过叶轮12绕轴线X旋转，将从吸入口12a流入的流体压缩后从排出口12b排出。当叶轮12开始绕轴线X旋转时(压缩开始时)，在吸入口12a附近产生负压。通过此负压，从吸入部10b吸入外部的流体。即，从吸入部10b向压缩部10a形成流体的流动。
流体从吸入部10b向压缩部10a的流动，大致区分为在转子14a和定子14c之间的间隙内流通的冷却空气流Fb，和冷却空气流Fb以外的吸入空气流Fa。此外，这些流体的流动的名称分别是用来进行区别的名称，例如，并非仅冷却空气流Fb对马达14的冷却发挥作用。
吸入空气流Fa从吸入部10b在支撑件14d彼此间(参照图2)通过后被引导到叶轮12的吸入口12a。
另一方面，冷却空气流Fb在转子14a与定子14c之间的间隙内通过。在间隙内通过的冷却空气流Fb夺取发热的马达14的热量，因此结果为，对马达14的冷却发挥作用。此外，吸入空气流Fa从主体部14b的外部对马达14的冷却发挥作用。
从转子14a与定子14c之间的间隙流出的冷却空气流Fb，被引导到将第一接头20a和中间轴16包围的罩30内。此外，在罩30内，吸入空气流Fa与冷却空气流Fb彼此不会干涉。此外，通过罩30，使罩30周围的流路面积沿流体的流动方向均匀地减少。
引导到罩30内的冷却空气流Fb，从产生负压的吸入口12a附近的罩开口30d流出。流出的冷却空气流Fb与吸入空气流Fa合流而向吸入口12a引导。
此外，上述马达14可以是在柴油发动机以低输出功率运转、排出的废气不足以供给增压器10足够的增压能力的情况下通过电力使叶轮12旋转而对增压能力进行辅助的马达14，也可以是在从柴油发动机排出剩余的废气的情况下借助与涡轮连结的驱动轴18、接头及中间轴16使转子14a旋转进行发电的发电机。发电机也可以使马达14作为发电机发挥机能。
根据本实施方式的增压器10可发挥以下的效果。
通过罩30，可以在罩30的外侧和内侧对吸入空气流Fa和冷却空气流Fb彼此的流动的干涉加以抑制。此外，可以使罩30周围的流路面积沿流体的流动方向均匀地减少。由此，通过一边降低被引导到叶轮12的吸入口12a的吸入空气流Fa的压力损失一边进行整流，可以防止吸入空气流Fa减速。此外，可以充分确保引导到叶轮12的吸入口12a的吸入空气流Fa的流量。即，可以高效地将吸入空气流Fa向叶轮12引导。
同时，也可以将冷却空气流Fb可靠地引导到马达14内(转子14a与定子14c之间的间隙)。这是由于，从转子14a与定子14c之间的间隙流出的冷却空气流Fb不被吸入空气流Fa干涉，因此，可以维持冷却空气流Fb的流动。此外，由于罩30的内径大于转子14a的外径，并且罩30的内径为与定子14c的内径同等程度以上，因此，从转子14a与定子14c之间的间隙流出的冷却空气流Fb不易被罩30干涉。进而，从间隙流出的冷却空气流Fb被引导到罩30内，从产生负压的吸入口12a附近的罩开口30d流出后与吸入空气流Fa合流。此时，罩30的外径与叶轮12的轴毂径相同。在罩30的外径大于轴毂径的情况下，罩30会与吸入空气流Fa发生干涉。此外，在罩30的外径小于轴毂径的情况下，罩开口30d过度缩小，冷却空气流Fb无法高效地引导到吸入口12a附近。只要罩30的外径与叶轮12的轴毂径相同，就可以避免这些现象。这样，通过使罩开口30d与产生负压的吸入口12a接近而高效率的将冷却空气流Fb引导到吸入口12a附近，从而可以维持罩30内的冷却空气流Fb的流速。结果是，可以维持在转子14a与定子14c之间的间隙中流通的冷却空气流Fb的流速。通过这些效果，可实现由冷却空气流Fb对马达14的冷却性能的提高。由此，不改变马达14的样式就可以提高输出功率。此外，不必追加设置用来对马达14进行冷却的冷却机构，可以实现低成本化。
在假设作为马达14与叶轮12的入口离开的联轴器构造而没有罩30的情况下，吸入空气流Fa与冷却空气流Fb相互干涉而使气流紊乱，由此有可能无法使吸入空气流Fa高效率的向叶轮12引导而降低增压器10的性能，或无法维持冷却空气流Fb的流动而降低马达14的冷却性能。此外，由于冷却空气流Fb在从产生负压的吸入口12a附近离开的位置与吸入空气流Fa合流，因此有可能使与吸入口12a附近的差压变小，而无法适当地形成冷却空气流Fb。进而，由于罩30周围的流路面积沿流体的流动方向急剧扩大，因此有可能因压力损失而降低增压器10的性能。
此外，通过使罩30为能够沿长尺寸方向分割的结构，可以提高罩30的组装性。设置罩30的空间，不仅必须从上方的支撑件14d彼此之间进出，而且马达14、中间轴16等部件密集。但是，在将罩30分割为上部罩30a和下部罩30b的情况下，由于可以使通过支撑件14d间的罩30的尺寸减半，因此进出容易。此外，例如，使预先成为将下部罩30b与下方的支撑件14d组装起来的状态，然后设置构成马达14的部件、中间轴16等部件。并且，最后通过将上部罩30a与预先固定了的下部罩30b进行安装，从而可以提高罩30的组装性。
此外，通过沿罩30的长尺寸方向设置肋30c，即使罩30为薄壁构造也可以通过肋30c确保罩30的强度，因此可以通过罩30的薄壁构造化而实现轻量化。
符号说明
10 增压器
10a 压缩部
10b 吸入部
10c 壳体
10d 空气引导筒
12 叶轮
12a 吸入口
12b 排出口
12c 叶片
12d 轴毂
14 马达
14a 转子
14b 主体部
14c 定子
14d 支撑件
14e 轴承
16 中间轴
18 驱动轴
20a 第一接头(接头)
20b 第二接头(接头)
30 罩
30a 上部罩
30b 下部罩
30c 肋
30d 罩开口
Fa 吸入空气流
Fb 冷却空气流

Claims (6)

1.一种增压器，其特征在于，具备：
吸入部，该吸入部吸入流体；
叶轮，该叶轮对从所述吸入部供给的流体进行压缩；
驱动轴，在该驱动轴的一端安装有所述叶轮；
中间轴，该中间轴在所述驱动轴的所述一端以使该驱动轴沿轴线方向从所述叶轮的下游侧向上游侧延长的方式设置；
马达或发电机，该马达或发电机具有借助接头安装在所述中间轴的顶端的转子、与该转子对应地设置的定子和保持该定子的主体部；以及
罩，该罩为包围所述中间轴及所述接头的筒状。
2.如权利要求1所述的增压器，其特征在于，
所述吸入部设于所述马达或所述发电机的上游侧，
所述罩的内径大于所述转子的外径。
3.如权利要求1所述的增压器，其特征在于，
所述罩的外径与所述叶轮的轴毂的所述罩侧的端部的外径相同。
4.如权利要求1所述的增压器，其特征在于，
所述罩能够沿长尺寸方向分割。
5.如权利要求1所述的增压器，其特征在于，
所述罩沿长尺寸方向设有肋。
6.如权利要求1所述的增压器，其特征在于，
所述罩安装在所述马达侧或所述发电机侧。
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