CN1928334B - 涡轮增压器 - Google Patents

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Abstract

一种涡轮增压器,包括连接压缩机叶轮(12)和涡轮机叶轮(14)的连接轴(16)。所述连接轴(16)包括大直径部分(16a)和小直径部分(16b),所述涡轮机叶轮(14)固定在所述大直径部分的一端,所述小直径部分的直径小于大直径部分(16a)的直径。所述压缩机叶轮(12)由小螺母(42)相对于平坦部分(16c)固定在所述小直径部分(16b)上。由大螺母(34)将转子(32)相对于连接轴(16)的该涡轮机叶轮(14)侧的末端部分(凸缘部分(16d))而固定在所述大直径部分(16a)上。

Description

涡轮增压器
技术领域
本发明涉及一种涡轮增压器,尤其是具有电动机的涡轮增压器,其中压缩机叶轮由所述电动机驱动。
背景技术
例如在公开号为JP-U-H3-13431的日本实用新型申请中公开了一种具有电动机的涡轮增压器,其中该涡轮增压器的压缩机叶轮由所述电动机驱动。该涡轮增压器包括连接所述压缩机叶轮与涡轮增压器的涡轮机叶轮的连接轴。该涡轮机叶轮固定在所述连接轴的一端。在装配这种涡轮增压器时,首先将所述电动机的转子、线膨胀系数大于所述连接轴的轴环和所述压缩机叶轮从所述涡轮机叶轮侧以此顺序在所述连接轴上设置就位。然后,从压缩机叶轮侧紧固螺母,以便夹紧设置在连接轴上的部件并通过该螺母产生的轴向拉力而彼此固定。根据所述涡轮增压器的结构,在所述涡轮增压器被加热到高温时,能防止所述螺母松脱。
在涡轮增压器中,中间部件,例如电动机的转子,设置在连接轴上所述压缩机叶轮和涡轮机叶轮之间。例如,在所述电动机的转子设置在这样的位置上时,因为在电流施加到所述电动机时转动力矩作用在所述转子上,必须用诸如螺母等的固定件以足够高的轴向力牢固地夹紧所述转子。但是,如果以不适宜的方式,或过分地增加用于紧固所述螺母等的扭矩,则所述连接轴在增大扭矩的作用下可能发生弯曲,从而在连接轴高速转动时使振动加剧。
就实现所述涡轮增压器的良好响应而言,所述连接轴制造得尽可能细以使得重量轻。因此,如果为了使所述连接轴能经受住更大的轴向拉力,并因此允许所述中间部件更牢固地固定在所述连接轴上而增加整个连接轴的直径,这会导致涡轮增压器转动部件的重量增加。因而,不能获得所希望的响应。
发明内容
本发明的目的在于提供一种涡轮增压器,该涡轮增压器减小了连接轴弯曲的可能性并且在使涡轮增压器的转动部件的重量增加最小的同时可靠地防止固定件的松脱。
本发明的一个方面涉及一种涡轮增压器,其包括连接压缩机叶轮和涡轮机叶轮的连接轴,其中,中间部件设置在所述连接轴上所述压缩机叶轮与涡轮机叶轮之间。所述连接轴包括大直径部分和小直径部分,所述压缩机叶轮和所述涡轮机的其中一个固定在大直径部分的一端,所述小直径部分的直径小于大直径部分的直径。所述涡轮增压器可包括第一固定件,该第一固定件将压缩机叶轮和涡轮机叶轮中的另一个固定在连接轴的小直径部分上、所述大直径部分的另一端与第一固定件之间。所述涡轮增压器也可包括第二固定件,该第二固定件将中间部件的至少其中一个固定在连接轴的大直径部分上、压缩机叶轮和涡轮机叶轮的所述其中一个与第二固定件之间。所述涡轮机叶轮可固定在所述连接轴的大直径部分的一端,并且所述压缩机叶轮可固定在所述连接轴的小直径部分上。
根据上述结构,由于连接轴位于热源(涡轮机)侧的部分的直径大,在防止所述连接轴弯曲的同时,设置在大直径部分上的所述中间部件可被足够大的轴向力固定。此外,由于所述压缩机叶轮相对于远离所述热源的大直径部分的另一端固定在与热源相对的小直径部分上,热对压缩机叶轮产生的影响小,因此,固定所述压缩机叶轮仅仅需要较小的轴向拉力。从而,即使固定有压缩机叶轮的连接轴的部分的直径小,连接轴也不易弯曲。因此,根据上述结构,能够减小连接轴弯曲的可能性并防止固定件的松脱,同时使得涡轮增压器转动部件的重量增加最小化。
由所述第二固定件固定的中间部件的至少其中之一可以是转子。
在这种情况下,所述转子被不同于用于压缩机叶轮的第一固定件的第二固定件固定。该转子被固定到所述连接轴的这样一部分:当电流施加到该电动机时其所发出的热将连接轴的该部分加热到高温。因此,能消除来自所述电动机的热量的作用,并且能可靠地防止所述固定件的松脱。
所述转子可包括磁铁保持件,该磁铁保持件设置在压缩机叶轮和所述涡轮机叶轮的其中一个与所述第二固定件之间,从而包覆转子磁铁,并且所述磁铁保持件具有比所述连接轴更大的线膨胀系数。
在这种情况下,在高温下所述磁铁保持件比所述连接轴伸展得长,因此能有效地防止由第二固定件产生的轴向力的减小。
附图说明
通过参考附图对优选实施例进行的以下描述,本发明的前述和其它目的、特征和优点会变得清晰,其中使用相同的数字表示相同的元件,并且其中:
图1示出了根据本发明实施例的涡轮增压器的结构的横截面视图。
具体实施方式
如图1所示,根据一个实施例的涡轮增压器10包括连接压缩机叶轮12和涡轮机叶轮14的连接轴16。该连接轴16由轴承20和22可转动地支撑在位于所述涡轮增压器10的中心处的中心壳体18中。
所述压缩机叶轮12设置在邻近所述中心壳体18的一侧的压缩机壳体24中,并且所述涡轮机叶轮14设置在邻近所述中心壳体18的另一侧的涡轮机壳体26中。根据所述实施例的涡轮增压器10包括设置在所述中心壳体18中的电动机28。该电动机28能强制地驱动所述压缩机叶轮12。
连接轴16包括大直径部分16a和小直径部分16b,该小直径部分16b的直径小于该大直径部分16a的直径。涡轮机叶轮14通过焊接之类的方法固定在大直径部分16a的一端。更具体地说,连接轴16的位于涡轮机叶轮14侧的部分构成该大直径部分16a,并且位于压缩机叶轮12侧的部分构成该小直径部分16b。在大直径部分16a与小直径部分16b的交界处形成有台阶,在该台阶处该连接轴16的直径发生变化,形成平坦部分16c。该平坦部分16c垂直于该连接轴16的轴线延伸。
凸缘16d在所述涡轮机叶轮14一侧的连接轴16的末端处自该大直径部分16a向外突出。在该大直径部分16a上,自所述涡轮机叶轮14一侧依次设置有轴套30和所述电动机28的转子32。在该大直径部分16a上靠近平坦部分16c形成有螺纹16e。该轴套30和该转子32由大螺母34夹紧,该大螺母34朝着所述转子32拧紧在该螺纹部分16e,并且轴套30抵靠在凸缘部分16d上。从而,该轴套30和所述转子32的位置相对于所述连接轴16得以固定。
轴套30夹在所述轴承20和连接轴16之间。轴套30的表面通过例如感应淬火进行了热处理。所述转子32由磁铁32a和包覆该磁铁32a的磁铁保持管32b组成。所述磁铁保持管32b由线膨胀系数大于所述连接轴16的材料制成。该磁铁保持管32b设置在轴套30和该大螺母34之间,并与其接触。从而该磁铁保持管32b的位置得以固定。
在所述连接轴16的另一侧,在所述小直径部分16b上自平坦部分16c一侧依次设置有轴套36、止推环38、密封圈卡环40和该压缩机叶轮12。在小直径部分16b的末端附近形成有螺纹16f。在该螺纹16f上,朝向压缩机叶轮12拧紧有小螺母42,并且轴套36抵靠在该平坦部分16c上,由此夹紧该轴套36、止推环38、密封圈卡环40和压缩机叶轮12,使得它们的位置相对于所述连接轴16得以固定。该轴套36夹在所述轴承22和所述连接轴16之间。以类似于轴套30热处理的方式对该轴套36的表面进行热处理。
所述止推环38与止推轴承44接合,该止推轴承阻止所述连接轴16沿其轴向的运动。所述密封圈卡环40保持密封圈46。该密封圈46用于防止润滑轴承22的油从中心壳体18侧向所述压缩机壳体24侧的泄漏。另一密封圈46设置在连接轴16位于涡轮机叶轮14侧的末端部分。在所述中心壳体18中设置有定子48以包覆所述转子32。该定子48由定子铁心50和线圈52构成。在所述中心壳体18中,形成有水通道54使得其包围并因此冷却在向所述电动机28施加电流时发热的定子48。此外,在中心壳体18中设置有将油分别供给到所述轴承20和22的供油通道56和从所述中心壳体18将所供油排出的排油通道58。
如上所述,在根据该实施例的所述涡轮增压器10的连接轴16上,所述压缩机叶轮12和所述转子32由相应的螺母独立地进行夹紧。因为当向所述电动机28施加电流时,转动力矩作用在该转子32上,所以希望增加由该螺母产生的轴向力。在实施例的上述结构中,由于所述转子32设置在直径大于小直径部分16b的大直径部分16a上,并且由大螺母34夹紧,因此能用大的轴向力将该转子32固定在该连接轴16上,而防止该连接轴16的弯曲。此外,大螺母34的使用具有这样的优点:即在该连接轴16由于受到来自该涡轮机侧的热的作用而膨胀时,由于其相对高的轴向力,该大螺母34与小直径螺母相比,将松脱减小到了更小的程度。
在上述结构中,由于压缩机叶轮12相对于位于远离热源(涡轮机)的平坦部分16c定位,使对压缩机的热作用得以变小,并且因此使由于热膨胀引起的所述小直径部分16b的伸长度也得以变小。此外,需要以高轴向力夹紧的转子32设置在大直径部分16a上,而可用小轴向力夹紧的压缩机叶轮12设置在所述小直径部分16b上。这种设置可减小所述小螺母42的紧固扭矩。
因此,能减少所述连接轴16弯曲的可能性,并且能抑制该连接轴16转动期间的振动。此外,这能够使其上固定压缩机叶轮12的连接轴16的部分,即小直径部分16b,比其上固定转子32的部分,即大直径部分16a细。因此,根据该实施例,能够减小所述连接轴16弯曲的可能性并且可靠地防止所述螺母34和42的松脱,同时使得所述涡轮增压器10的转动部分的重量增加最小。
连接轴16靠近转子32的部分由于其位置靠近所述涡轮机,即热源,并且由于在给电动机28施加电流时所述定子48的发热,其温度往往是高的。在本实施例的结构中,位于连接轴16的所述部分并且因此经常受热的转子32由与压缩机叶轮12的固定件不同的固定件固定。由此,能消除由所述电动机28所产生的热的作用,并且能可靠地防止所述螺母34和42的松脱。
另外,在上述结构中,转子32的磁铁保持管32b由线膨胀系数大于所述连接轴16的材料制成。所述磁铁保持管32b定位成更靠近所述涡轮机,即热源,并且也更靠近在向所述电动机28施加电流时发热的定子48。因此,所述磁铁保持管32b的温度往往是高的。换句话说,根据上述结构,设置在所述连接轴16上并易于被加热到高温的部件的线膨胀系数高于所述连接轴16的线膨胀系数。从而,在高温下所述磁铁保持管32b比连接轴16延伸得更长,并且因此能够有效地防止由所述大螺母34产生的轴向力在高温时减小。
根据所述结构,预先热处理的轴套30和36分别夹持在连接轴16和轴承20和22之间。同时,通常通过例如感应淬火来对该连接轴的由轴承支撑的部分进行热处理,以便提高其耐磨性。在这样的热处理过程中,连接轴被加热到高温,因此连接轴易于弯曲。如果引起了连接轴的这种弯曲,那么增加了所述连接轴与固定在其上的涡轮机叶轮一起转动的不平衡量。由此,降低了产品的成品率。但是,根据该实施例的结构,由于在热处理所述轴套30和36之后装配该产品,所以能消除连接轴16弯曲的风险。
在上述结构中,轴套30、转子32、轴套36、止推环38、密封圈卡环40和压缩机叶轮12可被认为是本发明中的“中间部件”。所述涡轮机叶轮14和所述压缩机叶轮12可分别被看作“压缩机叶轮和涡轮机叶轮的其中之一”和“压缩机叶轮和涡轮机叶轮中的另一个”。此外,小螺母42可被认为是“第一固定件”、所述转子32可被认为是“中间部件的至少其中一个”,并且大螺母34可被认为是本发明中的“第二固定件”。类似地,所述磁铁保持管32b可被认为是本发明的“磁铁保持件”。
尽管已参考其示例性实施例对本发明进行了描述,但是应理解为本发明并不限于该示例性实施例或结构。相反,本发明试图包括各种改进和等同结构。此外,虽然以各种组合和结构示出了示例性实施例的各种元件,但是它们是示例性的,包括更多、更少或者仅仅单个元件的其它组合和结构也包含在本发明的构思和范围中。

Claims (5)

1.一种涡轮增压器,包括连接压缩机叶轮(12)和涡轮机叶轮(14)的连接轴(16),其中在所述连接轴(16)上,在所述压缩机叶轮(12)与所述涡轮机叶轮(14)之间设置有中间部件,其中:
所述连接轴(16)包括大直径部分(16a)和小直径部分(16b),在所述大直径部分的一端固定有所述压缩机叶轮(12)和所述涡轮机叶轮(14)的其中之一;所述小直径部分(16b)的直径小于所述大直径部分(16a)的直径;其特征在于:
所述涡轮增压器包括第一固定件(42)和第二固定件(34),所述第一固定件将所述压缩机叶轮(12)和所述涡轮机叶轮(14)中的另一个固定在所述连接轴(16)的所述小直径部分(16b)上、所述大直径部分(16a)的另一端与该第一固定件(42)之间;所述第二固定件将所述中间部件的至少其中之一固定在所述连接轴(16)的大直径部分(16a)上、压缩机叶轮(12)和涡轮机叶轮(14)的所述其中之一与该第二固定件(34)之间。
2.根据权利要求1所述的涡轮增压器,其中由所述第二固定件(34)固定的所述中间部件的所述至少其中之一是转子(32)。
3.根据权利要求2所述的涡轮增压器,其中所述转子(32)包括磁铁保持件(32b),所述磁铁保持件包覆该转子(32)的磁铁(32a)并且具有比所述连接轴(16)的线膨胀系数大的线膨胀系数,所述磁铁保持件(32b)设置在该压缩机叶轮(12)和该涡轮机叶轮(14)的所述其中之一与所述第二固定件(34)之间。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的涡轮增压器,其中:所述涡轮机叶轮(14)固定在所述连接轴(16)的大直径部分(16a)的所述一端,且所述压缩机叶轮(12)固定在所述连接轴(16)的小直径部分(16b)上。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的涡轮增压器,其中:所述第二固定件(34)的尺寸大于所述第一固定件(42)的尺寸。
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