JP2004116317A - 回転電機付き過給機のロータ回転バランス調整方法 - Google Patents

回転電機付き過給機のロータ回転バランス調整方法 Download PDF

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Abstract

【課題】過給機に回転電機が組み込まれることにより過給機ロータに一次共振だけでなく二次共振が生ずる恐れがあることを考慮し、一次および二次共振を回避するよう過給機ロータの回転バランスを図る。
【解決手段】一次共振に対する回転バランスを図るに当たって軸受手段に対し回転電機とは同じ側にないタービンロータまたは圧縮機インペラの側にて材料の一部を削除する量を軸受手段に対し回転電機と同じ側にある圧縮機インペラまたはタービンロータの側にて材料の一部を削除する量に比して多くすることにより一次共振に対する回転バランスを図ると同時に二次共振に対する回転バランスを図る。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の過給機に係り、特に過給機ロータの回転バランスをとる方法に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
特開２００２−４７９４４号公報
【特許文献２】
特開２００２−３９９０４号公報
過給機はタービンロータと圧縮機インペラとが軸体により連結されてなる過給機ロータが軸受により回転式に支持された構造を有している。かかる過給機ロータはかなり剛固な構造であり、曲げ振動を起こすとしてもその固有振動数はかなり高いところにあるが、かかる過給機ロータは通常毎分十万回転を越える高速にて回転されるので、固有振動数が回転数と重なるおそれがあり、そのため過給機ロータは従来一般に共振による破損を回避するよう、各製品毎に予め回転バランスをとる処置が施されている。
【０００３】
回転バランスとりは、過給機ロータを試験装置上に設置し、それを回転させつつ過給機ロータの一部を少しずつ削除することにより行われている。上記の特開２００２−４７９４４は、かかる回転バランスとりに当って、それを圧縮機インペラにて行う場合に、圧縮機インペラをどのような形状にし、また削り取る部分をどの部分にするのが好ましいかについて一つの発明を提案している。また上記の特開２００２−３９９０４は、回転バランスとりに当って、振動を感知する加速度ピックアップをどの位置に取り付けるのが好ましいかについて一つの発明を提案している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
過給機のロータは、本来タービンロータにより圧縮機インペラを駆動すべく両者を軸体により連結したものであったが、近年特に車輌運行制御の分野に於いて電子制御が発展するにつれて、内燃機関や車輌の運転状態に合わせて過給機をより好ましく作動させるべく、過給機に電動機または電動発電機（ここでは両者を総称して回転電機という）を組み込むことが行われるようになってきている。ところが、かかる回転電機が組み込まれと、過給機ロータはそれだけ細長くなり、また回転質量も増大するので、従来全く考慮されていなかった過給機ロータの二次の固有振動数が過給機ロータの作動回転数と抵触する領域まで降りて来て二次共振を生ずる恐れが出てきた。
【０００５】
本発明は、上記の二次共振の問題に着目し、かかる二次共振の発生を未然に回避するよう予め過給機ロータに施すべき処置を提供することを課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するものとして、本発明は、タービンロータと圧縮機インペラと回転電機の回転子とを含み、軸受手段により回転式に支持された過給機ロータの回転バランスをとる方法にして、一次共振に対する回転バランスと二次共振に対する回転バランスとを互いに調和させつつ同時にとることを特徴とする過給機ロータ回転バランス調整方法を提案するものである。
【０００７】
上記の如く一次共振に対する回転バランスと二次共振に対する回転バランスとを互いに調和させつつ同時にとる場合にも、回転バランスとりは過給機ロータの一部を削除することにより行われてよい。この場合、特に過給機ロータの一部削除が、一次共振と二次共振に対する回転バランスについて都合よく１箇所にて達成されれば勿論それでよいが、そうでない場合には少なくとも互いに異なる２箇所に於いて行なわれてよく、またその場合、少なくとも２箇所は１つがタービンロータの部分であり、他の１つが圧縮機インペラの部分であるようにされてよい。
【０００８】
【発明の作用及び効果】
上記の如くタービンロータと圧縮機インペラと回転電機の回転子とを含み、軸受手段により回転式に支持された過給機ロータの回転バランスをとるに当って、一次共振に対する回転バランスと二次共振に対する回転バランスとを互いに調和させつつ同時にとるようにすれば、過給機ロータの軸方向長さと回転質量の増大により二次共振を生ずる過給機ロータの二次固有振動数が過給機ロータの作動回転数領域に降りてきても、予めそれに対処した回転バランスとりが行われているので、二次共振により過給機ロータの運転に支障が生ずることを回避することができる。
【０００９】
上記の如く一次共振と二次共振に対する回転バランスを相互間の調和を図りつつ同時にとる場合にも、過給機ロータの一部を削除することによりそれが行われれば、過給機ロータの任意の箇所に於ける材料の一部削除するという簡単な手段により一次共振と二次共振を共に抑制する効果を上げることができる。この場合、過給機ロータの一部削除が一次共振と二次共振に対し偶々共通の１箇所でよい場合は別として、一般的には少なくとも互いに異なる２箇所に於いて行なわれれば、一次共振と二次共振の抑制のためのそれぞれの調整を可及的に互いに他方を乱すことのないように行うことができる。そしてさらに前記の少なくとも２箇所が１つはタービンロータの部分であり、他の１つは圧縮機インペラの部分であるようにされれば、両者は互いに大きく隔たった箇所とされるので、それぞれの箇所に於ける材料の一部削除が互いに他方を乱す影響を最小限度に抑えて一次共振と二次共振の抑制を共に最大限に達成することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
添付の図１は、回転電機付き過給機のロータの一例として、タービンロータＴと圧縮機インペラＣとを両端部に装着された軸体Ｓが、その中間部にて軸受手段Ｂ−Ｂにより回転式に支持され、回転電機の回転子Ｍが圧縮機インペラと軸受手段との間に装着された例を解図的に示す図である。かかる過給機ロータは、回転バランスがよくとれていないと図２に示すような一次曲げモードが強調される一次共振を起こす恐れがあり、これに対処する回転バランスとりが施されていた。しかし、過給機ロータがタービンロータＴと圧縮機インペラＣに加えてさらに回転電機の回転子Ｍを含むことにより長くなると、過給機ロータはその作動回転数の範囲内にて図３に示すような二次曲げモードが強調される二次共振を起こす可能性が出てくる。但し、図２および図３は図解の目的で過給機ロータの一次曲げモードと二次曲げモードに於ける変形を過大に強調して示している。尚、曲がり部が２箇所またはそれ以上生ずる二次曲げモードの湾曲は、タービンロータと圧縮機インペラと回転電機回転子と軸受の相互配列に応じてそれぞれに固有の態様にて生ずる。
【００１１】
図４は図１〜図３に示した過給機ロータをより詳細に示す側面図である。軸体１０の一端にタービンロータ１２が装着され、その一対の軸受部１４を挟んで反対側の他端に圧縮機インペラ１６が装着され、軸受部１４と圧縮機インペラ１６の間に回転電機の回転子１８が取り付けられている。タービンロータ１２は軸体１０の一端部にハブ部２０の部分にて溶接により固定されている。圧縮機インペラ１６は軸体１０の他端にナット２２により締結されている。
【００１２】
タービンロータ１２と軸体１０との結合体および圧縮機インペラ１６はそれぞれ互いに組み合わされる前の仕上がり状態にてそれぞれ回転バランスがとられ、その際、回転バランスをとるための材料の一部削除は、通常符号２４，２６，２８，３０を付した部分に於いて行われる。
【００１３】
次いで、圧縮機インペラ１６は回転電機の回転子１８と共に軸体１０とタービンロータの結合体に装着され、一体に組み付けられた後、軸体が一対の軸受部１４−１４にて図には示されていない軸受手段により回転式に支持され、４００℃以上の高温の圧縮空気にてタービンロータが駆動され、過給機ハウジングに設けられた振動ピックアップにて振動を検出しつつ、過給機ロータ全体として回転バランスをとることが行なわれる。このとき、回転バランスとりのための材料の一部削除として適した箇所は、タービンロータ側ではハブ部２１の部分とされ、圧縮機インペラ側ではナット２２の部分とされるのがよい。ナットに於いて材料の一部削除が行われれば、削除の位置が適切でなかった時、ナットを取り換えるだけでやり直すことができるという利点がある。
【００１４】
一次共振に対する回転バランスと二次共振に対する回転バランスとを互いに調和させつつ同時にとる要領は、個々の製品毎に、一次共振に対する回転バランスとりのために削除するのが好ましいと思われる箇所と、二次共振に対する回転バランスとりのために削除するのが好ましいと思われる箇所の相互関係により異なる。両者が偶々一致すればそれは当然１箇所でよいが、そうでないときには、それぞれをなるべく過給機ロータの異なる場所に於いて選択するよう、即ち、例えば一次共振に対する回転バランスとりのための材料削除部をタービンロータの部分にて選択するときには、二次共振に対する回転バランスとりを圧縮機インペラの部分にて選択するよう、両者をできるだけ互いに隔たった位置にて選択することにより両調整の干渉を避けるのがよい。
【００１５】
また、一次共振に対する回転バランスとりと二次共振に対する回転バランスとりとを互いに調和させつつ行なうのは、上記の軸線方向位置についての選択の他に軸線の周りの角度位置についてもなされてよいものである。即ち、例えば、一次共振に対する回転バランスをとるための材料削除には或る角度位置が最適であるが、それが二次共振に対する回転バランスのためにはあまり好ましくないときには、二次共振に対する回転バランスとの調和のために、一次共振に対する回転バランスとりの材料削除位置を前記最適角度位置より幾分変位させるような調整がなされてよい。かかる調和の手法により一次共振に対する回転バランスと二次共振に対する回転バランスの両方を達成することができる。
【００１６】
以上に於いては本発明を一つの実施例について詳細に説明したが、かかる実施例について本発明の範囲内にて種々の変更が可能であることは当業者にとって明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による回転バランス調整方法の適用の対象となる回転電機付き過給機ロータの一例を示す概略図。
【図２】図１に示す過給機ロータの一次振動モードを示す概略図。
【図３】図１に示す過給機ロータの二次振動モードを示す概略図。
【図４】図１に示す過給機ロータをより詳細に示す側面図。
【符号の説明】
Ｓ，１０…軸体
Ｔ，１２…タービンロータ
Ｂ，１４…軸受部
Ｃ，１６…圧縮機インペラ
Ｍ，１８…回転電機
２０，２１…ハブ部
２２…ナット
２４，２６，２８，３０…削除部

Claims (4)

  1. タービンロータと圧縮機インペラと回転電機の回転子とを含み、軸受手段により回転式に支持された過給機ロータの回転バランスをとる方法にして、一次共振に対する回転バランスと二次共振に対する回転バランスとを互いに調和させつつ同時にとることを特徴とする過給機ロータ回転バランス調整方法。
  2. 前記の回転バランスとりは過給機ロータの一部を削除することにより行なわれることを特徴とする請求項１に記載の過給機ロータ回転バランス調整方法。
  3. 前記の過給機ロータの一部削除は少なくとも互いに異なる２箇所に於いて行なわれることを特徴とする請求項２に記載の過給機ロータ回転バランス調整方法。
  4. 前記の少なくとも２箇所は１つがタービンロータの部分であり、他の１つが圧縮機インペラの部分であることを特徴とする請求項３に記載の過給機ロータ回転バランス調整方法。
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