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Technischer Bereich
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Turbolader einer Brennkraftmaschine,
bei dem eine elektrische Rotationsmaschine an einer Turbinenwelle
eingebaut ist.
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Technologischer Hintergrund
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Als
Turbolader für
eine Brennkraftmaschine ist ein Turbolader bekannt, der eine elektrische
Rotationsmaschine hat, wobei die elektrische Rotationsmaschine an
der Turbinenwelle montiert ist, wobei die Turbinenwelle elektrisch
angetrieben wird, um die Ladewirkung zu vergrößern, oder Elektrizität unter Einsatz
der Drehung der Turbinenwelle erzeugt wird, um Elektrizität aus Abgasenergie
zurück
zu gewinnen. Bei dem Turbolader dieser Art wird ein Rotor durch
einen Wirbelstrom erhitzt, wenn die elektrische Rotationsmaschine
betrieben wird, wobei die Turbinenseite der Abgaswärme ausgesetzt
ist, so dass eine thermische Belastung schwerwiegend wird. Somit
wird vorgeschlagen, eine Gegenmaßnahme gegen die Erhitzung
der elektrischen Rotationsmaschine zu ergreifen. Als ein Beispiel
davon wird ein Turbolader vorgeschlagen, bei dem ein Temperaturanstieg
an der Seite des Stators erfasst wird, und wenn die Temperatur einen
vorbestimmten Wert übersteigt, wird Ölnebel zu
dem Rotor eingespritzt, um diesen zu kühlen (siehe
Japanische Patentanmeldungsoffenlegung Nummer
5-256155) .
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Wenn
der Rotor einer hohen Temperatur ausgesetzt wird, besteht die sich
als Nachteil auswirkende Möglichkeit,
dass der Magnet, der in dem Rotor eingebaut ist, entmagnetisiert
wird und der Wirkungsgrad der elektrischen Rotationsmaschine verschlechtert
wird. Da ferner der Magnet aus einem relativ spröden Material besteht, ist es
notwendig, den Magnet vor einer Zentrifugalkraft zu schützen, die verursacht
wird, wenn die Turbinenwelle insbesondere bei einer hohen Temperatur
mit einer hohen Drehzahl gedreht wird. Zum Drehen der Turbinenwelle
bei einer hohen Drehzahl ist es notwendig, die Wellensteifigkeit
der Turbinenwelle und der daran vorzusehenden Rotationsteile zu
erhöhen
und die Durchbiegung der Turbinenwelle zu unterdrücken, wenn
die Rotationsteile an der Turbinenwelle montiert sind. Derartige
Anforderungen können
auch dann nicht ignoriert werden, wenn Gegenmaßnahmen gegen die Erhitzung
des Rotors ergriffen werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die vorstehend beschriebenen
Umstände
gemacht, und es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Turbolader
bereitzustellen, der eine elektrische Rotationsmaschine mit einer
starken Kühlwirkung
für einen
Rotor und einer starken Schutzwirkung für einen Magneten an dem Rotor
hat, und die vorteilhaft ist, die Turbinenwelle bei einer hohen
Drehzahl drehen zu lassen.
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Zum
Lösen der
vorstehend genannten Aufgabe ist in einem Gesichtspunkt der vorliegenden
Erfindung ein Turbolader vorgesehen, der eine elektrische Rotationsmaschine
hat, bei der ein Magnet an einer Turbinenwelle zwischen einer Turbine
und einem Verdichterlaufrad angeordnet ist, so dass ein Rotor der
elektrischen Rotationsmaschine an der Turbinenwelle gebildet wird,
wobei ein zylindrisches Element, an dem ein Magnethalter, der den
Magnet von einer äußeren Umfangsseite
abdeckt, und ein Manschettenabschnitt, der an einem inneren Umfang eines
Lagers der Turbinenwelle angeordnet ist, miteinander integriert
sind, an der Turbinenwelle vorgesehen ist.
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Gemäß dem vorstehend
beschriebenen Turbolader kann, da der Magnet durch dem Magnethalter
abgedeckt ist, auch wenn die Zentrifugalkraft aufgebracht wird,
wenn sich die Turbinenwelle mit einer hohen Drehzahl dreht, der
Magnet an der Turbinenwelle gehalten werden und kann der Magnet
somit geschützt
werden. Da der Magnethalter und der Manschettenabschnitt miteinander
integriert sind, ist der Widerstand gegenüber einer thermischen Leitung zwischen
dem Magnethalter und dem Manschettenabschnitt gering, so dass Wärme des
Rotors effizient von dem Magnethalter zu dem Manschettenabschnitt abgeführt wird,
und kann diese Wärme,
die auf den Manschettenabschnitt übertragen wird, unter Verwendung
eines Kühlsystems
eines Lagers abgeführt werden.
Somit ist es möglich,
die Kühlwirkung
an dem Rotor zu verbessern und die Wärmeerzeugung des Rotors zu
verhindern. Da der Magnethalter und der Manschettenabschnitt miteinander
integriert sind, kann die Wellensteifigkeit des zylindrischen Elements
verbessert werden. Die Anzahl der Rotationsteile, die an der Turbinenwelle
zu montieren sind, kann verringert werden. Wenn die Rotationsteile
an der Turbinenwelle montiert werden, ist es daher möglich, den
Fall zu vermeiden, dass die Welle aufgrund verschiedenartiger Fehler,
wie z. B. eines Gestaltungsfehlers der Rotationsteile oder eines
Montagefehlers durchgebogen wird. Demgemäß ist es möglich, Faktoren zu verringern,
die eine hohe Drehzahl der Turbine behindern, um dadurch einen Turbolader mit
einer Struktur zu verwirklichen, die zum Erhöhen der Drehzahl vorteilhaft
ist.
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In
einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung kann der Turbolader so konfiguriert werden,
dass eine Schmierflüssigkeit
zwischen dem Manschettenabschnitt und dem Magnethalter anhaften
kann. Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
ist es möglich,
das zylindrische Element durch die Schmierflüssigkeit an einer mittleren
Lage zu kühlen, bevor
Wärme von
dem Magnethalter auf den Manschettenabschnitt übertragen wird. Somit kann
die Kühlwirkung
an dem Rotor weitergehend verbessert werden. In diesem Ausführungsbeispiel
kann die Schmierflüssigkeit,
die dem Lager zuzuführen
ist, als Schmierflüssigkeit
verwendet werden, die zwischen dem Manschettenabschnitt und dem
Magnethalter anzuhaften ist. Wenn die Schmierflüssigkeit für das Lager verwendet wird,
ist es möglich,
die Schmierflüssigkeit
zwischen den Manschettenabschnitt und den Magnethalter relativ einfach
einzuführen,
um die Kühlung
des zylindrischen Elements zu nutzen.
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Bei
dem vorstehend beschriebenen Turbolader kann das zylindrische Element
an seinem äußeren Umfang
mit einem Schmierflüssigkeitsverteilungsabschnitt
zum Verteilen der Schmierflüssigkeit zu
einem Stator der elektrischen Rotationsmaschine durch die Rotation
des Rotors versehen sein. Gemäß einem
solchen Ausführungsbeispiel
ist es möglich, nicht
nur den Rotor zu kühlen,
sondern ebenso auch den Stator, um die Wärmeerzeugung der elektrischen
Rotationsmaschine zu unterdrücken.
In diesem Fall kann ein Endflächenabdeckabschnitt
zum Abdecken des Magneten von der Seite seiner Endfläche zwischen
dem Magnethalter und dem Manschettenabschnitt vorgesehen werden,
und kann der Endflächenabdeckabschnitt
mit dem Schmierflüssigkeitsverteilungsabschnitt
versehen werden. Da der Magnethalter zwischen den Rotor und den
Magneten des Rotors zwischen gesetzt ist, ist es vorzuziehen, dass die
elektrische Rotationsmaschine bezüglich des Wirkungsgrads der
elektrischen Rotationsmaschine so dünn wie möglich eingerichtet ist. Da
die Zentrifugalkraft, die auf den Magnethalter aufgebracht wird, wiederholt
gemäß der Veränderung
der Umlaufzahl der Turbinenwelle vergrößert und verringert wird, ist es
andererseits notwendig, eine Bruchfestigkeit gegenüber der
wiederholten Spannung ausreichend sicherzustellen. Demgemäß ist es
beim Auslegen des Magnethalters vorzuziehen, dass die Dicke des
Magnethalters so dünn
wie möglich
ist und die Gestalt vereinfacht ist, so dass eine Spannungskonzentration
kaum erzeugt wird. Dagegen wird der Endflächenabdeckabschnitt an der
Seite der Endfläche
des Magneten angeordnet. Daher ist es einfach, die Dicke des Endflächenabdeckabschnitts
im Vergleich mit dem Magnethalter sicherzustellen, und somit ist es
möglich,
die Festigkeit gegenüber
einer wiederholten Spannung ausreichend zu erhalten, die durch die
Zentrifugalkraft verursacht wird. Wenn demgemäß der Endflächenabdeckabschnitt mit einem Schmierflüssigkeitsverteilungsabschnitt
versehen wird, ist es möglich,
die Gestalt, Abmessung oder Position des Schmierflüssigkeitsverteilungsabschnitts zweckmäßig ohne
Verschlechtern der Festigkeit des zylindrischen Elements geeignet
einzurichten, so dass die Schmierflüssigkeit wirksam zu dem Rotor verteilt
werden kann. Ferner ist es durch Entfernen eines Abschnitts des
Endflächenabdeckabschnitts möglich, das
Rotationsgleichgewicht (Massengleichgewicht um die Achse) einer
Rotationskörperbaugruppe
einfach einzustellen, die durch die Turbinenwelle und die Rotationsteile
an der Welle gebildet wird.
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In
dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel mit dem Endflächenabdeckabschnitt kann
ein Vorsprung, der zu einem äußeren Umfang des
Endflächenabdeckabschnitts
vorsteht, als Schmierflüssigkeitsverteilungsabschnitt
vorgesehen werden. Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
wird die Schmierflüssigkeit,
die an der Fläche
des zylindrischen Elements anhaftet, zu dem Vorsprung durch die
Zentrifugalkraft eingeführt
und kann die Schmierflüssigkeit
zu einem Abschnitt um den Rotor (vorzugsweise zu dem Stator) von
dem Vorsprung verteilt werden. Durch teilweises Entfernen des Vorsprungs kann
das Rotationsgleichgewicht der Rotationskörperbaugruppe eingestellt werden.
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In
einem Ausführungsbeispiel
des Turboladers gemäß der vorliegenden
Erfindung kann der Turbolader ferner einen Schmierflüssigkeitspfad
zum Einführen
einer Schmierflüssigkeit,
die zu dem Lager zuzuführen
ist, in Richtung auf die Turbine aufweisen, der die Turbinenwelle
durchdringt. Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
kann von der Turbine auf den Rotor übertragene Wärme mit
der Schmierflüssigkeit
gekühlt
werden und kann die Erhitzung des Rotors effektiver unterdrückt werden.
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Wie
vorstehend erklärt
ist, ist es gemäß der vorliegenden
Erfindung, da das zylindrische Element, bei dem der Magnethalter,
der den Magnet des Rotors abdeckt, und der Manschettenabschnitt
des Lagers miteinander integriert sind, an der Turbinenwelle vorgesehen
ist, möglich,
den Magnet vor der Zentrifugalkraft zuverlässig zu schützen, um Wärme des Rotors zu dem Manschettenabschnitt
effizient abzuführen,
um dadurch die Wärme
zu dem Kühlsystem des
Lagers abzuführen,
um die Anzahl der Rotationsteile zu verringern, die an der Turbinenwelle
zu notieren sind, um die Wellensteifigkeit der Rotationskörperbaugruppe
zu verbessern, um zu verhindern, dass die Welle durchgebogen wird,
um dadurch den Turbolader mit einer Struktur zu verwirklichen, die vorteilhaft
für eine
hohe Drehzahl ist.
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Kurzbeschreiung der Zeichnungen
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1 ist
eine Schnittansicht eines Turboladers in seiner Axialrichtung gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
eine Schnittansicht eines zylindrischen Elements, das an einer Turbinenwelle
montiert ist, und dessen Lagerabschnitten;
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3 ist
eine perspektivische Ansicht, die ein Ende des zylindrischen Elements
zeigt;
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4 ist
eine Schnittansicht, die ein Ausführungsbeispiel zeigt, bei dem
beide Seiten des Magnethalters des zylindrischen Elements mit Vorsprüngen als
Schmierflüssigkeitsverteilungsabschnitte
versehen sind; und
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5 ist
eine Ansicht, die ein Ausführungsbeispiel
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt, das ferner einen Schmierflüssigkeitspfad zum Einführen der
Schmierflüssigkeit,
die zu dem Lager zugeführt wird,
zu der Seite der Turbine aufweist.
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Bester Weg zum Ausführen der
Erfindung
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1 zeigt
ein Ausführungsbeispiel,
bei dem die vorliegende Erfindung auf einem Turbolader einer Brennkraftmaschine
für ein
Automobil angewendet wird. Der Turbolader 1 weist einen
Abgasturbinenabschnitt 2, einen Verdichterabschnitt 3 und eine
elektrische Rotationsmaschine 4 auf, die dazwischen angeordnet
ist. Der Abgasturbinenabschnitt 2 weist ein Turbinengehäuse 5,
das so vorgesehen ist, dass es einen Abschnitt des Abgasdurchgangs
der Brennkraftmaschine bildet, und eine Turbine 6 auf, die
in dem Turbinengehäuse 5 vorgesehen
ist. Auf der anderen Seite weist der Verdichterabschnitt 3 ein Verdichtergehäuse 7,
das so vorgesehen ist, dass es einen Abschnitt eines Einlassdurchgangs
der Brennkraftmaschine bildet, und ein Laufrad (Verdichterlaufrad) 8 auf,
das in dem Verdichtergehäuse 7 vorgesehen
ist. Ein Lagergehäuse 9 ist
zwischen dem Turbinengehäuse 5 und
dem Verdichtergehäuse 7 vorgesehen.
Die Turbine 6 ist an einem Ende mit einer Turbinenwelle 10 versehen,
so dass die Turbinenwelle 10 sich einheitlich drehen kann
und in die axiale Richtung nicht getrennt werden kann. Die Turbinenwelle 10 durchdringt
das Lagergehäuse 9,
erreicht das Innere des Verdichtergehäuses 7, und das Laufrad 8 ist an
einem Spitzenende der Turbinenwelle 10 so montiert, dass
das Laufrad 8 sich einheitlich drehen kann. Die Verbindungsstrukturen
der Turbine 6, des Laufrads 8 und der Turbinenwelle 10 sind
nicht auf diejenigen beschränkt,
die in der Zeichnung gezeigt sind, und die Strukturen können abgewandelt
werden. Das Turbinengehäuse 5,
das Verdichtergehäuse 7 und das
Lagergehäuse 9 sind
als unabhängige
Teile aufgebaut, und sie können
miteinander kombiniert werden, um das Turboladergehäuse 11 zu
bilden. In 1 sind die Verbindungspositionen
der Gehäuse 5, 7 und 9 nicht
klar gezeigt, können
aber geeignet eingerichtet werden.
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Die
elektrische Rotationsmaschine 4 weist einen Rotor 12,
der an der Turbinenwelle 10 vorgesehen ist, und einen Stator 13 auf,
der in dem Lagergehäuse 9 vorgesehen
ist. Der Rotor 12 ist durch Montieren eines Magneten 14 an
einem äußeren Umfang der
Turbinenwelle 10 ausgebildet, so dass der Magnet 14 sich
einheitlich mit der Turbinenwelle 10 drehen kann. Der Stator 13 weist
einen Statorkern 15 und Spulenwicklungen 16 auf,
die an entgegengesetzten Enden des Statorkerns 15 angeordnet
sind. Der Statorkern 15 ist so angeordnet, dass er den
Magnet 14 von außen
umgibt, und jede der Spulenwicklungen 16 weicht zu dem
Abgasturbinenabschnitt 2 oder dem Verdichterabschnitt 3 von
dem Magnet 14 ab. Das Lagergehäuse 9 ist mit einem
Wasserdurchgang 17 versehen, der näher an dem äußeren Umfang als der Statorkern 15 vorgesehen
ist, und Kühlwasser
zum Kühlen
des Turboladers 1 wird in den Wasserdurchgang 17 eingeführt.
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Ein
zylindrisches Element 20 ist über einen äußeren Umfang der Turbinenwelle 10 gepasst.
Wie in 2 im Einzelnen gezeigt ist, weist das zylindrische
Element 20 ein zylindrisches Magnethalterohr (Magnethalter) 21,
das den Magnet 14 abdeckt, und ein paar Wellenendrohre 22 auf,
die einstückig
mit dem Magnethalterohr 21 verbunden sind, um die beiden
Enden des Magnethalterohrs 21 zu verschließen. Jedes
Wellenendrohr 22 weist einen Endflächenabdeckabschnitt 23,
der das Ende des Magnethalterohrs 21 verschließt und den
Magnet 14 von der Seite der Endfläche abdeckt, und einen Manschettenabschnitt 24 mit
einem kleinen Durchmesser auf, der einstückig von dem Endflächenabdeckabschnitt 23 nach
axial außen
weisend verbunden ist. Der Außendurchmesser
des Endflächenabdeckabschnitts 23 verringert
sich graduell in Richtung auf den Manschettenabschnitt 24.
Anders gesagt ist die äußere Umfangsfläche des
Endflächenabdeckabschnitts 23 in
einer abgeschrägten
Fläche
ausgebildet, deren Durchmesser graduell in Richtung auf den Manschettenabschnitt 24 verringert
wird, und ist der Manschettenabschnitt 24 in einer zylindrischen
Gestalt mit einem konstanten Außendurchmesser
ausgebildet.
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Das
Magnethalterohr 21 ist einstückig mit dem äußeren Umfang
des Endflächenabdeckabschnitts 23 verbunden.
Es ist notwendig, dass das Magnethalterohr 21 der Wärmeerzeugung
des Magneten 14 widerstehen kann, und das Magnethalterohr 21 hat
eine derartig hohe Steifigkeit, dass der Magnet 14 gegenüber der
Zentrifugalkraft gehalten werden kann, die durch die hohe Drehzahl
der Turbinenwelle 10 verursacht wird. Demgemäß besteht
das Magnethalterohr 21 vorzugsweise aus einem hitzebeständigen Material,
wie z. B. Edelstahl, Titan oder Ähnlichem.
Obwohl das Wellenendrohr 22 aus verschiedenartigen Rohrmaterialien,
wie z. B. einem Stahlrohr bestehen kann, ist es vorzuziehen, dass das
Wellenendrohr 22 aus dem Material besteht, das eine hervorragende
thermische Leitfähigkeit
und ein geringes Gewicht hat. Zum einstückigen Ausbilden (Verbinden)
des Magnethalterohrs 21 und des Wellenendrohrs 22 können verschiedenartige
Verbindungsverfahren, wie z. B. Schweißen, Löten oder Presspassen verwendet
werden. Der Endflächenabdeckabschnitt 23 und
der Manschettenabschnitt 24 können einstückig aus dem gleichen Material
geformt werden oder sie können
einstückig
durch das Verbindungsverfahren, wie Z. B. Schweißen, Löten oder Presspassen ausgebildet
werden. In jedem Fall kann in einem Zustand, in welchem das zylindrische
Element 20 in der Turbinenwelle 10 eingebaut ist,
das zylindrische Element 20 als einziges zylindrisches Bauteil
existieren, das einstückig
mit dem Magnethalterohr 21 und zumindest einem der Manschettenabschnitte 24 vorgesehen
ist, so dass sie nicht auseinander genommen werden können.
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Wie
in 1 gezeigt ist, stößt ein Ende des zylindrischen
Elements 20 an der Seite der Turbine 6 gegen einen
vergrößerten Abschnitt 10a der
Turbinenwelle 10. Ein Druckbund 25 stößt gegen
das Ende des zylindrischen Elements 20 an der Seite des Laufrads 8,
ein Dichtringbund 26 und das Laufrad 8 sind in
der Reihenfolge an der entgegengesetzten Seite des Druckbunds 25 montiert,
das Laufrad 8 wird durch eine Mutter 27 in die
axiale Richtung festgezogen, und diese Rotationsteile, insbesondere
der Magnet 14, das zylindrische Element 20, der
Druckbund 25, der Dichtringbund 26 und das Laufrad 8 werden
an der Turbinenwelle 10 so montiert, dass sie sich einheitlich
drehen können,
aber sie sich in die axiale Richtung nicht bewegen können. Diese
Rotationsteile, die Turbine 6 und die Turbinenwelle 10 bilden
die Rotationskörperbaugruppe 28 des
Turboladers 1. Die Dichtringe 30 und 31 sind
an den äußeren Umfängen des
vergrößerten Abschnitts 10a der
Turbinenwelle 10 und dem Dichtringbund 26 montiert. Die
Dichtringe 30 und 31 gelangen in Kontakt mit dem
Turboladergehäuse 11 über den
gesamten Umfang. Damit wird ein Raum zwischen dem Inneren von jeweils
dem Turbinengehäuse 5 und
dem Verdichtergehäuse 7 und
einem Inneren des Lagergehäuses 9 abgedichtet.
Ein scheibenförmiges
Drucklager 23 wird an dem Turboladergehäuse 11 montiert. Das
Drucklager 32 greift mit dem äußeren Umfang des Druckbunds 25 ein,
um dadurch zu beschränken,
dass die Rotationskörperbaugruppe 28 sich
in die axiale Richtung mit Bezug auf das Turboladergehäuse 11 bewegt.
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Ringförmige Lager 35 sind
in dem Lagergehäuse 9 so
vorgesehen, dass sie die Manschettenabschnitte 24 des zylindrischen
Elements 20 umgeben. Das Lager 35 an der Seite
der Turbine 6 ist zwischen einem Paar Halteringen 36 eingefasst,
um dadurch das Lager 35 an einer festliegenden Position
in die axiale Richtung mit Bezug auf das Lagergehäuse 9 zu
beschränken,
das Lager 35 an der Seite des Verdichters ist zwischen
dem Haltering 36 und dem Druckbund 25 eingefasst,
um dadurch das Lager 35 an einer festliegenden Position
in die axiale Richtung mit Bezug auf das Lagergehäuse 9 zu
beschränken. Der
Innendurchmesser jedes Lagers 35 ist geringfügig größer als
der Außendurchmesser
des jeweiligen Manschettenabschnitts 24. Daher ergeben
sich geringfügige
radiale Spalte zwischen den Lagern 35 und den Manschettenabschnitten 24.
Die radialen Spalte sind in Richtung auf den äußeren Umfang jedes Endflächenabdeckabschnitts 23 geöffnet.
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Das
Lagergehäuse 9 ist
mit Schmierflüssigkeitsströmungspfaden 40 zum
Einführen
von Schmierflüssigkeit
in Richtung auf den äußeren Umfang
des jeweiligen Lagers 35 von der Fläche des Lagergehäuses 9 versehen.
Jedes Lager 35 ist mit einem radialen Durchgangsloch 35a (siehe 2) ausgebildet,
das in Verbindung mit dem Schmierflüssigkeitsströmungspfad 40 steht.
Daher wird Schmierflüssigkeit,
die zu den Schmierflüssigkeitsströmungspfaden 40 eingeführt wird,
zu den Spalten zwischen den Lagern 35 und den Manschettenabschnitten 24 durch
die Durchgangslöcher 35a zugeführt, bildet
die Schmierflüssigkeit
einen Film und werden somit die Manschettenabschnitte 24 in
die radiale Richtung gestützt.
Das Turboladergehäuse 11 ist
ferner mit Ablaufpfaden 41 und 42 zum Ausstoßen der
Schmierflüssigkeit
ausgebildet, die zu den Lagern 35 zugeführt wird.
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Gemäß dem Turbolader 1,
der die vorstehend beschriebene Struktur hat, wird, da der Magnet 14 mit
dem Magnethalterohr 21 des zylindrischen Elements 20 von
dem äußeren Umfang
des Magneten 14 abgedeckt wird, der Magnet 14 durch
die Zentrifugalkraft nicht von der Turbinenwelle 10 getrennt, auch
wenn die Turbinenwelle 10 sich mit einer hohen Drehzahl
dreht, und somit kann der Magnet 14 zuverlässig an
der Turbinenwelle 10 gehalten werden. Wärme, die in dem Rotor 12 erzeugt
wird, wird zu den Manschettenabschnitten 24 von dem Magnethalterohr 21 durch
die Endflächenabdeckabschnitte 23 freigesetzt,
und die Wärme,
die zu den Manschettenabschnitten 24 eingeführt wird,
wird sukzessive durch die Schmierflüssigkeit der Lager 35 entfernt. Da
das Magnethalterohr 21, die Endflächenabdeckabschnitte 23 und
die Manschettenabschnitte 24 miteinander integriert sind,
ist die Wärmeleitfähigkeit dazwischen
hoch. Demgemäß ist es
weniger wahrscheinlich, dass die Wärme sich in dem Rotor 12 ansammelt,
und kann die Kühleffizienz
an dem Rotor 12 verbessert werden. Die Spalte zwischen
dem Lager 35 und den Manschettenabschnitten 24 werden
in Richtung auf den äußeren Umfang
der Endflächenabdeckabschnitte 23 geöffnet. Daher
wird Schmierflüssigkeit,
die zu den Lagern 35 zugeführt wird, zu den Endflächenabdeckabschnitten 23 freigesetzt
und haftet an deren Flächen
an, so dass das zylindrische Element 20 weitergehend durch
die angehaftete Schmierflüssigkeit
gekühlt
werden kann und die Kühleffizienz
an dem Rotor 12 weitergehend verbessert werden kann. Die
an den Rückflächen der Endflächenabdeckabschnitte 23 anhaftende Schmierflüssigkeit
bewegt sich zu den Eckabschnitten 23a (siehe 2)
des äußeren Umfangs
der Endflächenabdeckabschnitte 23 durch
die Zentrifugalkraft, die durch die Drehung der Turbinenwelle 10 verursacht
wird, und verteilt sich zu den Spulenwicklungen 16 des
Stators 13 von diesem. Bei dem Turbolader 1 dienen
nämlich
die Eckabschnitte 23a des äußeren Umfangs der Endflächenabdeckabschnitte 23 als
Schmierflüssigkeitsverteilungsabschnitt.
Demgemäß werden
die Spulenwicklungen 16 ebenso durch die Schmierflüssigkeit
gekühlt
und wird die Wärme
der elektrischen Rotationsmaschine 4 weitergehend effektiv
unterdrückt.
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Da
ferner das zylindrische Element 20 eine integrierte Struktur
von dem Magnethalterohr 21 zu den Manschettenabschnitten 24 hat,
ist die Steifigkeit des zylindrischen Elements 20 selbst
hoch. Im Vergleich mit einem Fall, bei dem die Manschettenabschnitte 24 und
das zylindrische Element 20 als separate Teile ausgebildet
sind und sie an der Turbinenwelle 10 zusammengebaut werden,
wird die Anzahl der Rotationsteile, die die Rotationskörperbaugruppe 28 bilden,
verringert. Da die Anzahl der Rotationsteile verringert wird, ist
es möglich,
eine Wellendurchbiegung aufgrund eines Gestaltungsfehlers der Rotationsteile
(beispielsweise einer Abweichung der senkrechten Ausrichtung der
Rotationsteilendfläche
mit Bezug auf eine Rotationsachse der Turbinenwelle 10)
oder von Montagefehlern der Rotationsteile zu beschränken. Demgemäß kann die
Anpassungsfähigkeit
des Turboladers 1 an die hohe Drehzahl der Turbinenwelle 10 verbessert
werden.
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Ferner
wird eine ausreichende Dicke für
die Endflächenabdeckabschnitte 23 im
Vergleich mit dem Magnethalterohr 21 sichergestellt, und
wenn somit Abschnitte der äußeren Umfangseckabschnitte 23a der
Endflächenabdeckabschnitte 23 mit
Nuten 23b versehen werden, die in den 2 und 3 gezeigt
sind, kann das Rotationsgleichgewicht der Rotationskörperbaugruppe 28 ohne
Verschlechtern der Festigkeit des zylindrischen Elements 20 korrigiert
werden. Demgemäß kann die
Anpassungsfähigkeit
des Turboladers 1 mit Bezug auf die hohe Drehzahl der Turbinenwelle 10 weitergehend
verbessert werden. Die Dicke des Magnethalterohrs 21 ist beschränkt, so
dass ein Spalt zwischen dem Magnet 14 und dem Statorkern 15 mehr
als notwendig vergrößert wird.
Die wiederholte Spannung wird auf das Magnethalterohr 21 aufgebracht,
da die Zentrifugalkraft gemäß der Veränderung
der Drehzahl der Turbinenwelle 10 vergrößert oder verringert wird,
wobei es notwendig ist, dass die Gestalt des Magnethalterohrs 21 vereinfacht
wird, um die Erzeugung einer Spannungskonzentration zu verhindern.
Von derartigen Umständen
ausgehend ist eine Beschränkung
viel geringer, wenn die Endflächenabdeckabschnitte 23 mit
den Nuten 23b versehen werden, im Vergleich mit einem Fall,
dass das Magnethalterohr 21 mit den Nuten 23b versehen
wird, und kann das Rotationsgleichgewicht entsprechend einfach korrigiert
werden. Die Nuten 23b sind nicht auf die Eckabschnitte 23a beschränkt, und
sie können
an einer geeigneten Position der Endflächenabdeckabschnitte 23 vorgesehen
werden, wie durch die gestrichelte Linie in 3 gezeigt
ist.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene
Ausführungsbeispiel
beschränkt
und kann mit verschiedenartigen Ausführungsformen ausgeführt werden.
Beispielsweise ist der Endflächenabdeckabschnitt 23 nicht
auf die abgeschrägte
Gestalt beschränkt
und kann mit einer scheibenförmigen
Gestalt ausgebildet werden, die eine im Wesentlichen konstante Dicke
in die axiale Richtung hat, wie in 4 gezeigt
ist. Wie in 4 gezeigt ist, können Vorsprünge 23c an
einem äußeren Umfang
der Endflächenabdeckabschnitte 23 als Schmierflüssigkeitsverteilungsabschnitt
vorgesehen werden. Die Vorsprünge 23c können kontinuierlich über den
gesamten Umfang der Endflächenabdeckabschnitte 23 vorgesehen
werden oder eine Vielzahl von Vorsprüngen 23c kann separat
voneinander in die Umfangsrichtung bei geeigneten Abständen voneinander
vorgesehen werden. Wenn derartige Vorsprünge 23c vorgesehen
werden, kann die Schmierflüssigkeit,
die an einer Fläche
des zylindrischen Elements 20 anhaftet, an den Vorsprüngen 23c unter
Einsatz der Zentrifugalkraft gesammelt werden, wobei die Schmierflüssigkeit
effizient zu den Spulenwicklungen 16 des Stators 13 verteilt
werden kann, um den Kühlvorgang
zu vereinfachen. Wenn die Vorsprünge 23c teilweise
ausgeschnitten werden, ist es möglich,
das Rotationsgleichgewicht einfach zu korrigieren. Obwohl in dem
vorstehend genannten Ausführungsbeispiel
die Schmierflüssigkeit an
den Lagern 35 zu den Flächen
der Endflächenabdeckabschnitte 23 des
zylindrischen Elements 20 eingeführt wird, kann die Schmierflüssigkeit
zu den Flächen
der Endflächenabdeckabschnitte 23 von
einer anderen Position eingeführt
werden.
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5 zeigt
ein Beispiel, bei dem der Manschettenabschnitt 24 an der
Seite der Turbine 6 mit einem Durchgangsloch 24a ausgebildet
ist, das sich in die radiale Richtung erstreckt, und die Turbinenwelle 10 mit
einem Schmierflüssigkeitspfad
zum Einführen
einer Schmierflüssigkeit
versehen ist, der durch das Durchgangsloch 24a zu der Turbine 6 führt. Als
ein Beispiel weist der Schmierflüssigkeitspfad 45 eine
Flüssigkeitsreservoirvertiefung 45a,
die den Schaltkreis der Turbinenwelle 10 in die Umfangsrichtung
bildet, einen radialen Durchgang 45b, dessen beide Enden
zu der Flüssigkeitsreservoirvertiefung 45a geöffnet sind,
einen axialen Durchgang 45c, der an einer Achse der Turbinenwelle 10 vorgesehen ist
und von dem ein Ende in Verbindung mit dem Durchgangsloch 45b steht,
und einen zweiten radialen Durchgang 45d auf, der in Verbindung
mit dem axialen Durchgang 45c steht und dessen beide Enden
zu dem äußeren Umfang
des vergrößerten Abschnitts 10a geöffnet sind.
Durch Vorsehen eines derartigen Schmierflüssigkeitspfads 45 kann
die Schmierflüssigkeit
an dem Lager 35 das Ende der Turbinenwelle 10 an
der Seite der Turbine 6 kühlen, um dadurch zu unterdrücken, dass
Wärme von
der Turbine 6 auf den Rotor 12 übertragen
wird, und kann die Kühleffizienz
weitergehend verbessert werden.
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Die
Struktur der Rotationskörperbaugruppe 28,
die vorstehend beschrieben ist, ist nur ein Beispiel, wobei die
Struktur der Rotationskörperbaugruppe 28 geeignet
geändert
werden kann, solange die Rotationskörperbaugruppe 28 das zylindrische Element 20 hat,
das einstückig
aus dem Magnethalterohr 21 zu zumindest einem der Manschettenabschnitte 24 ausgebildet
ist. Der Verbindungsaufbau der Turbine 6 und des Laufrads 8 mit
Bezug auf die Turbinenwelle 10 kann ebenso geeignet geändert werden,
und die Struktur zum Positionieren der Turbinenwelle 10 in
die axiale Richtung kann ebenso geeignet geändert werden.
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Zusammenfassung
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Ein
Turbolader (1) ist vorgesehen, der eine elektrische Rotationsmaschine
(4) hat, bei der ein Magnet (14) an einer Turbinenwelle
(10) zwischen einer Turbine (6) und einem Verdichterlaufrad
(8) angeordnet ist, so dass ein Rotor (12) der
elektrischen Rotationsmaschine an der Turbinenwelle gebildet wird, wobei
ein zylindrisches Element (20), bei dem ein Magnethalter
(21), der den Magnet von einer äußeren Umfangsseite abdeckt,
und ein Manschettenabschnitt (24), der an einem inneren
Umfang eines Lagers (35) der Turbinenwelle anzuordnen ist,
miteinander integriert sind, an der Turbinenwelle vorgesehen ist.