JP2004316463A

JP2004316463A - Supercharger

Info

Publication number: JP2004316463A
Application number: JP2003108081A
Authority: JP
Inventors: Yukiteru Sekida; 幸照関田
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2003-04-11
Filing date: 2003-04-11
Publication date: 2004-11-11
Anticipated expiration: 2023-04-11
Also published as: JP4285054B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a supercharger of easy bearing maintenance, a long lifetime, high compression efficiency and improved mechanical efficiency. <P>SOLUTION: The supercharger provided with a compression housing sucking, compressing and discharging gas, a compression impeller rotatably housed in the compression housing, a pair of radial bearings supporting a rotating shaft combined to the compression impeller with aligning rotation centers and an outer circumference surface of the rotating shaft by attracting the same in a radial direction by magnetic force, a thrust bearing supporting the rotating shaft in a thrust direction, and a bearing housing supporting an outer circumference side of the radial bearing and an outer circumference side of the thrust bearing is used instead of a conventional supercharger supercharging gas. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、過給機の軸受構造とその付属構造とに係る。特に軸受の形式とその軸受の周辺の構造に特徴の有る過給機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
過給機がエンジンの出力向上や効率向上の目的で用いられる。
過給機は、エンジンの出力や排ガスの回収動力により回転軸を回転させ、その回転軸に連結した圧縮機を作動させて気体を圧縮し、高圧になった気体をエンジンに供給する。
【０００３】
過給機の軸受には、潤滑油を循環される滑り軸受が使用されている。エンジン（例えば、ディーゼルエンジン）のシステム油が潤滑油に用いられる。
システム油には、ディーゼルエンジン（特に、Ｃ重油仕様のもの）の燃料残渣物、摩耗粉等の異物が多量に混入している。
潤滑油を過給機に使用するに際して、清浄器、フィルタ等でこれらの異物を除去している。しかし、潤滑油に残った異物が軸受に損傷が与える恐れがあるので、軸受の潤滑油の管理が煩雑であった。
一方、磁気軸受は、所定の温度以上の環境で使用すると磁力が低下するという特性をもっている。そのため、過給機は、構成機械要素の温度が上昇しやすいので、磁気軸受を使用するのは難しかった。
【０００４】
また、過給機の過給効率を向上させるには、圧縮翼車の翼と圧縮ハウジングとの隙間を小さくすることが効果的である。
しかし、磁気軸受等の非接触型の軸受を回転軸の支持に使用しようとすると、ラジアル軸受と回転軸の表面との間に所定の軸受隙間が生ずる。外部から大きな力が圧縮翼車に作用した際に、回転軸がその軸受隙間の中で傾く。特に、圧縮機がサージング現象をおこすと、一時的に大きな力が圧縮翼車に作用し、回転軸を傾けようとする力が発生する。その際に、圧縮翼車と圧縮ハウジングとが機械的に干渉をさせないために、圧縮翼車の翼と圧縮ハウジングの内面との間には予め所定のハウジング隙間を設ける必要がある。軸受隙間とハウジング隙間には機械的構造から定まる相関関係がある。一般に、軸受隙間を大きくするとハウジング隙間を大きくしなければならない。従って、圧縮効率を向上させるには、軸受隙間を小さくしたいという設計的要請があった。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−３４９２７７号公報
【特許文献２】
実開昭６１−５７１３９号公報
【特許文献３】
実開昭６１−５７１４０号公報
【特許文献４】
実開昭６０−９２７３５号公報
【特許文献５】
実開平０６−８８１９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上の点から、軸受の管理が容易な過給器が欲しいという要請があった。また、より圧縮効率の向上した過給機が欲しいという要請があった。また、さらに機械ロスがすくなく機械効率の向上した過給機が欲しいという要請があった。
【０００７】
本発明は以上に述べた問題点に鑑み案出されたもので、軸受の構造とその軸受回りの構造を工夫して、軸受の管理が容易で、軸受の寿命が長く、圧縮効率が高く、また機械効率の向上した過給機を提供しようとする。
【０００８】
【課題を解決するための機構】
上記目的を達成するため、本発明に係る気体を過給する過給機を、気体を吸引し圧縮して吐出する圧縮ハウジングと、前記圧縮ハウジングに回転自在に収納された圧縮翼車と、前記圧縮翼車に回転中心を一致させて結合された回転軸と前記回転軸の外周面を磁力で吸引しラジアル方向に支持する一対のラジアル軸受と、前記回転軸をスラスト方向に支持するスラスト軸受と、前記ラジアル軸受の外周側と前記スラスト軸受の外周側とを支持する軸受ハウジングと、を備えるものとした。
【０００９】
上記本発明の構成により、圧縮ハウジングが気体を吸引し圧縮して吐出し、圧縮翼車が前記圧縮ハウジングに回転自在に収納され、回転軸が前記圧縮翼車に回転中心を一致させて結合され、一対のラジアル軸受が前記回転軸の外周面を磁力で吸引しラジアル方向に支持し、スラスト軸受が回転軸をスラスト方向に支持し、軸受ハウジングが前記ラジアル軸受の外周側と前記スラスト軸受の外周側とを支持する。従って、ラジアル軸受が回転軸を吸引して支持する際に、ラジアル軸受の磁力によるスラスト力が発生せず、ラジアル軸受とスラスト軸受とが回転軸と圧縮翼車とを安定して支持できる。
【００１０】
さらに、本発明に係る過給機は、前記スラスト軸受が前記回転軸に固定されたスラスト軸受回転子と前記軸受ハウジングに固定されたスラスト軸受固定子とを有し、前記スラスト軸受回転子と前記スラスト軸受固定子との一方が前記回転中心の回りに異なる半径を持った環状のＮ極とＳ極とを生ずる様に磁化された永久磁石製である、のが好ましい。
上記本発明の構成により、前記スラスト軸受回転子と前記スラスト軸受固定子との一方が前記回転中心の回りに半径の異なる環状のＮ極とＳ極とを生ずる様に磁化された永久磁石製であるので、環状のＮ極とＳ極の磁力が合算した力で回転軸をスラスト方向に支持できる。
【００１１】
さらに、本発明に係る過給機は、前記スラスト軸受回転子と前記スラスト軸受固定子との他方が、前記スラスト軸受回転子と前記スラスト軸受固定子との一方の前記Ｎ極とＳ極とに前記回転軸の長手方向に沿って対向する面にＮ極またはＳ極を生ずる様にされた、が好ましい。
上記本発明の構成により、前記スラスト軸受回転子と前記スラスト軸受固定子の他方が、前記スラスト軸受回転子と前記スラスト軸受固定子の一方のＮ極とＳ極とに対向する面にＮ極またはＳ極を生ずる様にされたので、前記スラスト軸受回転子と前記スラスト軸受固定子との吸引または反発の磁力により回転軸をスラスト方向に支持できる。
【００１２】
さらに、本発明に係る過給機は、前記スラスト軸受回転子と前記スラスト軸受固定子の一方が前記回転軸を貫通させて長手方向に並んだ一対の環状部材であり、前記スラスト軸受回転子と前記スラスト軸受固定子との他方が前記一対の環状部材に挟まれている、のが好ましい。
上記本発明の構成により、前記スラスト軸受回転子と前記スラスト軸受固定子との他方が、前記一対の環状部材に挟まれているので、前記スラスト軸受回転子と前記スラスト軸受固定子との他方と前記環状部材との隙間を管理して、好ましいスラスト方向の支持特性を得られる。
【００１３】
さらに、本発明に係る過給機は、前記軸受ハウジングが、前記ラジアル軸受の外周側と前記スラスト軸受の外周側を冷却するためのウォータジャケットを有する、のが好ましい。
上記本発明の構成により、前記軸受ハウジングのウォータジャケットが、前記ラジアル軸受の外周側と前記スラスト軸受の外周側を冷却するので、ラジアル軸受とスラスト軸受の温度が上昇しにく、ラジアル軸受とスラスト軸受の磁気特性が劣化しない。
【００１４】
さらに、本発明に係る過給機は、前記軸受ハウジングの前記ウォータジャケットを囲う前記圧縮翼車の側の壁が前記圧縮ハウジングの壁を兼ねるのが好ましい。
上記本発明の構成により、軸受ハウジングの圧縮翼車側が圧縮ハウジングの回転軸側の壁を兼ねるので、圧縮ハウジングの回転軸側の壁の熱を軸受ハウジング側へ移動させて、圧縮ハウジングの温度を下げることが可能になる。
【００１５】
さらに、本発明に係る過給機は、前記回転軸が、前記ラジアル軸受に吸引される表面に長手方向に沿って積層した複数の鋼板の層を有する、のが好ましい。
上記本発明の構成により、長手方向に複数の鋼板が積層した層が前記回転軸の前記ラジアル軸受に吸引される表面に設けられるので、ラジアル軸受の磁力線が前記回転軸を通過する際の渦損失を減らすことが出来る。
【００１６】
さらに、本発明に係る過給機は、前記回転軸が、前記ラジアル軸受に吸引される表面に粉末磁性体が溶射された層を有する、のが好ましい。
上記本発明の構成により、粉末磁性体が溶射された層が回転軸の前記ラジアル軸受に吸引される表面に設けられるので、ラジアル軸受の磁力線が回転軸を通過する際の渦損失を減らすことが出来る。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を、図面を参照して説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００１８】
本発明の実施形態に係る気体を過給する過給機を説明する。図１は、本発明の第一の実施形態に係る過給機の断面図である。図２は、本発明の第二の実施形態に係る過給機の断面図である。図３は、本発明の第三の実施形態に係る過給機の断面図である。
最初に、第一の実施形態に係る過給機１を説明する。
過給機１は、気体を過給する機器であって、圧縮ハウジング１０と圧縮翼車２０と回転軸３０と一対のラジアル軸受４０とスラスト軸受５０と軸受ハウジング６０とタービンハウジング７０とタービン翼車８０と冷却配管系９０とで構成される。
圧縮翼車２０と回転軸３０とタービン翼車８０とが同一の回転中心の回りに回転する。
圧縮ハウジング１０と軸受ハウジング６０とタービンハウジング７０とが、その回転中心に沿って順に配置される。
【００１９】
圧縮ハウジング１０は、気体２（例えば、空気）を吸引して吐出するハウジングである。圧縮ハウジング１０は、気体２が通過する渦巻き状の部屋をもつ。渦巻き状の部屋は、中心軸から中心軸の周りを回転しつつ外側へ移動する空間を持つ。圧縮翼車２０の収まった空間の通路面積は、中心から外周に向かうにしたがい、小さくなる。気体は、吸引口１１から渦巻きの中心部に吸引されて、圧縮されながら渦巻きの外周へ移動し、吐出口１２から吐出される。
【００２０】
圧縮翼車２０は、圧縮ハウジング１０に回転自在に収納された翼車である。圧縮翼車２０は、複数の翼を備える。圧縮翼車２０は、圧縮ハウジング１０の真ん中に位置し、回転中心の回りに回転する。
【００２１】
回転軸３０は、一端を圧縮翼車２０に回転中心を一致させて結合され、他端をタービン翼車８０に回転中心を一致させて結合される。回転軸３０は、一対のラジアル軸受４０にラジアル方向を支持され、一端の側をスラスト軸受５０にスラスト方向を支持される。
【００２２】
図５は、本発明に係るラジアル軸受４０の側面図と正面図である。
図５において、ラジアル軸受４０は、回転軸３０の外周面を磁力で吸引しラジアル方向に支持する軸受であり、Ｎ個のステータコア４６と２×Ｎ個の電磁コイル４３とラジアル軸受ケーシング４４とギャップセンサ４５とで構成される。
ラジアル軸受ケーシング４４は、ラジアル軸受の支持構造体であり、回転軸３０に貫通される穴を持った環状部材である。
Ｎ個（例えば、４個）のステータコア４６が、ラジアル軸受ケーシング４４の内周面に円周等間隔に固定される。１つのステータコア４６は、２つのヨーク４１と基部４２とで構成される。２つのヨーク４１は、磁束を長手方向に透過可能な柱状体であり、一端を回転軸の表面に対向して、軸受の長手方向に沿って並べられる。２つのヨークは、回転軸の表面に対向する一端の面を磁極面とし、他端を基部４２で繋がれる。
電磁コイル４３が、ヨーク４１の回りに巻いている。
ギャップセンサ４５は、回転軸の表面と磁局面との隙間の寸法を検知するセンサである。
【００２３】
電流が電磁コイル４３に流れると、ステータコア４６の２つのヨーク４１の磁極面にＮ極またはＳ極が生じる。回転軸３０の磁極面に対向する表面に、磁極面の極性と反対の極性が生じて、ステータコア４６の磁極面が回転軸３０の表面を吸引する。
磁極面と回転軸３０の表面との隙間を所定の寸法の幅に収まる様に、ギャップセンサ４５の出力を基にＮ個のステータコア４６の吸引力を制御すると、磁極面と回転軸の表面との間に隙間が維持され、ラジアル軸受４０は回転軸３０を支持する。
回転軸３０は、ラジアル軸受４０に吸引される表面に長手方向に複数の鋼板が積層した層を有するのが好ましい。
また、回転軸３０は、ラジアル軸受に吸引される表面に粉末磁性体が溶射された層を有するのが好ましい。
【００２４】
図６の（Ａ）乃至（Ｃ）は、スラスト軸受の第一乃至第三の実施の形態の側面図である。
スラスト軸受５０は、回転軸３０をスラスト方向に支持する軸受である。
スラスト軸受５０は、スラスト軸受回転子５１とスラスト軸受固定子５２とで構成される。スラスト軸受回転子５１は、回転軸３０に固定される。スラスト軸受固定子５２は、軸受ハウジング６０に固定される。
【００２５】
スラスト軸受回転子５１とスラスト軸受固定子５２の一方が回転軸３０の回転中心の回りに異なる半径を持った環状のＮ極とＳ極とが生ずる様に磁化された永久磁石製であるのが好ましい。
また、スラスト軸受回転子５１とスラスト軸受固定子５２の他方が、電磁コイルによりスラスト軸受回転子５１とスラスト軸受固定子５２の一方の前記Ｎ極とＳ極とに長手方向に対向する位置に極が発生する様にされるのが好ましい。
また、スラスト軸受回転子５１ａ、５１ｂが回転軸３０を貫通させて長手方向に並んだ一対の環状部材であり、スラスト軸受固定子５２ａ、５２ｂが一対の環状部材に挟まれている、のが好ましい。
【００２６】
図６の（Ａ）または（Ｂ）は、スラスト軸受回転子５１ａ、５１ｂが回転軸３０の回転中心の回りに異なる半径を持った環状のＮ極とＳ極とを生ずる様に磁化された一対の永久磁石製の環状部材である。さらに、スラスト軸受固定子５２ａ、５２ｂが、ぞの環状部材に挟まれ、電磁コイルによりスラスト軸受回転子５１ａ、５１ｂの前記Ｎ極とＳ極とに回転軸の長手方向に沿って対向する位置にＮ極またはＳ極を生ずる様にされている、のを示している。
図６の（Ａ）は、スラスト軸受固定子５２ａが、電磁コイルに印加する電圧の向きによりスラスト軸受回転子５１ａのＮ極とＳ極とに回転軸３０の長手方向に沿って対向する位置に同極が発生する様にされる、のを示す。従って、スラスト軸受回転子５１ａとスラスト軸受固定子５２ａとは、反発しあう。
図６の（Ｂ）は、スラスト軸受固定子５２ｂが、電磁コイルに印加する電圧の向きによりスラスト軸受回転子５１ｂのＮ極とＳ極とに回転軸３０の長手方向に沿って対向する位置に異極が発生する様にされる、のを示す。従って、スラスト軸受回転子５１ｂとスラスト軸受固定子５２ｂとは、吸引しあう。
【００２７】
図７の（Ａ）と（Ｂ）は、第一と第二の実施形態に係るスラスト軸受固定子を示している。
スラスト軸受固定子５２ａ、５２ｂは、柱状部材５３ａ、５３ｂと環状部材５５ａ、５５ｂとで構成される。
スラスト軸受固定子５２ａ、５２ｂは、中央部に回転軸３０が貫通する円形孔を持っている。Ｍ個の磁束を透過可能な柱状部材５３ａ、５３ｂが、その円形孔から周囲に放射状に伸びる。環状部材５５ａ、５５ｂが、そのＮ個の柱状部材５３ａ、５３ｂの外周部を繋いでいる。
電磁コイル５４ａ、５４ｂが柱状部材５３ａ、５３ｂに巻き付いている。
電磁コイル５４ａ、５４ｂに通電すると、柱状部材５３ａ、５３ｂの電磁コイル５４ａ、５４ｂを挟んだ内周側と外周側の位置にＮ極またはＳ極を生じる。
電子コイル５４ａ、５４ｂに印加する電圧の向きにより、Ｎ極とＳ極の生ずる位置が異なる。
【００２８】
図８は、第一と第二の実施形態に係る一個のスラスト軸受回転子５１を示している。一個のスラスト軸受回転子５１は、中心に回転軸３０が貫通する孔をもった永久磁石製の環状部材である。環状の溝が、その円形部材の一方の側面に設けられる。環状部材は、その溝を挟んだ内側と外側とがＮ極またはＳ極を生ずる様に磁化されている。
【００２９】
軸受ハウジング６０は、ラジアル軸受４０の外周側とスラスト軸受５０の外周側とを支持するハウジングである。
軸受ハウジング６０が、ラジアル軸受４０の外周側とスラスト軸受５０の外周側を冷却するためのウォータジャケットＨを有するのが好ましい。
また、軸受ハウジング６０のウォータジャケットＨを囲う圧縮翼車２０の側の壁が圧縮ハウジング１０の壁を兼ねるのが好ましい。
図１は、ウォータジャケットＨの圧縮翼車２０の側の内壁と圧縮ハウジング１０のウォータジャケットＨの側の内壁の間が狭く（例えば、５〜６ｍｍ）なっている、のを示す。
【００３０】
タービンハウジング７０は、エンジンの排ガスを吸気し、膨張して排出するハウジングである。タービンハウジング７０は、排ガス３が通過する渦巻き状の部屋を持つ。渦巻き状の部屋は、外周から中心軸周りに回転しながら中心部へ移動する空間をもつ。タービン翼車８０の収まるその空間の通路面積は、外周から中心に移動するに従い、大きくなる。排ガス３は、ガス吸引口７１から渦巻きの外周へ吸引されて、膨張しながら中心へ移動し、ガス吐出口７２から吐出される。
【００３１】
タービン翼車８０は、タービンハウジング７０に回転自在に収納された翼車である。タービン翼車８０は、複数の翼を備える。タービン翼車８０は、タービンハウジング７０の真ん中に位置し、回転中心の回りに回転する。
排ガス３は、タービンハウジングのガス吸入口から吸引され、膨張する過程で、タービン翼車８０を回転させる。タービン翼車８０は、回転軸３０を介して、圧縮翼車２０を回転させる。
【００３２】
図４は、冷却配管系９０の第一乃至第三の実施の形態を示す系統図である。
冷却配管系９０は、軸受ハウジング６０のウォータジャケットＨに冷却媒体を循環させる系統である。
冷却配管系９０の第一の実施の形態は、熱交換機９１ａと静水循環ポンプ９２ａと海水循環ポンプ９３ａとそれぞれを連通させる冷却配管とで構成される。
海水循環ポンプ９３ａは、海水を熱交換機９１ａと海との間で循環させるポンプである。
静水循環ポンプ９２ａは、静水を熱交換機９１ａとウォータジャケットＨとの間で循環させるポンプである。
熱交換機９１ａは、静水と海水との間で非接触に熱交換する装置である。
静水がウオータジャケットＨから熱を運び、熱交換器９１ａで熱を海水にうつして冷却される。暖められた海水が海へ戻る。
【００３３】
第二の実施の形態にかかる冷却配管系９０ｂは、熱交換機９１ｂと静水循環ポンプ９２ｂとそれぞれを連通させる冷却配管とで構成される。
静水循環ポンプ９２ｂは、静水を熱交換機９１ｂとウォータジャケットＨとの間で循環させるポンプである。
熱交換機９１ｂは、静水を図示しない熱冷媒により冷却する装置である。
静水は、ウオータジャケットＨから熱を運び、熱交換器９１ｂで冷却される。
【００３４】
第三の実施の形態にかかる冷却配管系９０ｃは、海水循環ポンプ９３ｃと、それぞれを連通させる冷却配管とで構成される。
海水循環ポンプ９３ｃは、海水をウォータジャケットＨと海との間で循環させるポンプである。
海水は、ウオータジャケットＨから熱を運び、海に戻される。
【００３５】
次に、第二の実施形態に係る過給機１を説明する。
第二の実施形態に係る過給機１の構造は、第一の実施形態に係る過給機１の構造とほぼ同じであり、圧縮ハウジング１０と軸受ハイジング６０のウォータジャケットの周囲の構造が異なる。
大径の押さえフランジが、スラスト軸受５０のスラスト軸受固定子５２ａ、５２ｂを軸受ハウジング６０に固定している。
【００３６】
次に、第三の実施形態に係る過給機１を説明する。
第三の実施形態に係る過給機１の構造は、第一の実施形態に係る過給機１の構造とほぼ同じであり、スラスト軸受５０の構造が異なる。
図６の（Ｃ）は、第三の実施形態に係るスラスト軸受５０ｃを示す。
スラスト軸受固定子５２ｃが、回転軸３０の回転中心の回りに異なる半径を持った環状のＮ極とＳ極とを生ずる様に磁化された一対の永久磁石製の環状部材である。スラスト軸受回転子５１ｃが、その環状部材に挟まれて、電磁コイルによりスラスト軸受固定子５２ｃのＮ極とＳ極とに回転軸３０の長手方向に沿って対面する位置に極が生ずる様にされる。
スラスト軸受回転子５１ｃが、電磁コイルによりスラスト軸受固定子５２ｃのＮ極とＳ極とに回転軸の長手方向に沿って対向する位置に同極が生ずる様にされると、スラスト軸受回転子５１ｃとスラスト軸受固定子５２ｃとは、反発しあう。
スラスト軸受固定子５１ｃが、電磁コイルによりスラスト軸受固定子５２ｃのＮ極とＳ極とに回転軸の長手方向に沿って対向する位置に異極が生ずる様にされると、スラスト軸受回転子５１ｃとスラスト軸受固定子５２ｃとは、吸引しあう。
【００３７】
上述の実施形態の過給機を用いれば、以下の作用と効果を発揮できる。
エンジンの排ガス３がタービンハウジング７０のガス吸気口から入り、タービン翼車８０を回転させて、ガス吐出口７２から吐出する。
タービン翼車８０が回転軸３０を介して圧縮翼車を回転し、気体が圧縮ハウジング１０の気体吸引口１１から吸気し、圧縮翼車により圧縮されて、気体吐出口１２から吐出される。
また、ギャップセンサの出力を基にラジアル軸受４０のＮ個のステータコア４６が回転軸３０を引っ張る力をそれぞれ調整し、ヨーク４１の磁極面と回転軸３０の隙間が所定の範囲内に収まるようにする。特に、圧縮ハウジング１０でサージングが発生した、大きな変動荷重が回転軸３０に作用した際に、電磁コイルに流れる電流を制御して、ラジアル軸受の支持特性を最適化することができる。
また、反発型ラジアル軸受では、回転軸を支持する反発力の大きさに応じてスラスト力が発生する。しかし、ラジアル軸受４０が吸引型であるので、そのようなスラスト力が発生しない。従って、ラジアル軸受の吸引力を大きくして、回転軸の傾きを抑制することが容易にできる。そのため、圧縮ハウジング１０と圧縮翼車２０との隙間を小さくすることができる。
また、スラスト軸受５０が、回転軸３０を中心とする半径の異なるＮ極とＳ極とをもっているので、Ｎ極とＳ極に生じた磁力の合算したスラスト力を発生することができる。そのため、スラスト力を大きくしてスラスト軸受の支持特性を改善することが容易にできる。
従って、ラジアル軸受とスラスト軸受の回転軸とが回転軸を容易に安定して支持でき、圧縮ハウジング１０と圧縮翼車２０との隙間を小さくすることができ、圧縮効率を向上させることができる。
また、磁気軸受を採用したので、軸受での機械摩擦が発生せす、機械ロスを小さくすることができる。
また、回転軸のラジアル軸受に支持される表面に、積層鋼板が回転軸の長手方向に沿って積層された層を設けたので、ラジアル軸受の磁束が回転軸の表面を透過した際に、回転軸の表面に生ずる渦電流が小さく、電気抵抗損失がすくない。また、回転軸のラジアル軸受に支持される表面に、粉末磁性体が回転軸の長手方向に沿って溶射された層を設けたので、ラジアル軸受の磁束が回転軸の表面を透過した際に、回転軸の表面に生ずる渦電流が小さく、電気抵抗損失がすくない。
【００３８】
本発明は以上に述べた実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で各種の変更が可能である。
スラスト軸受回転子またはスラスト軸受固定子に電磁コイルが巻かれた例で説明したが、これに限定されず、例えば永久磁石を用いてもよい。
スラスト軸受回転子またはスラスト軸受固定子に環状のＮ極とＳ極とがそれぞれ一箇所に生ずる例で説明したが、これに限定されず、さらに多くの環状のＮ極とＳ極を生じさせてもよい。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の気体を過給する過給機は、その構成により、以下の効果を有する。
過給機のラジアル軸受に吸引式の磁気軸受を採用したので、ラジアル軸受が回転軸を吸引して支持する際に、磁力によるスラスト力が発生せず、ラジアル軸受が回転軸と圧縮翼車とを安定して支持できる。
また、過給機のスラスト軸受に半径の異なる環状のＮ極とＳ極とを生ずる永久磁石を用いたので、環状のＮ極とＳ極の磁力が合算した力で回転軸をスラスト方向に支持できる。
また、スラスト軸受回転子とスラスト軸受回転子固定子の他方が、一方のＮ極とＳ極に対向する面にＮ極またはＳ極を生ずる様にしたので、前記スラスト軸受回転子と前記スラスト軸受固定子との吸引または反発の磁力により回転軸をスラスト方向に支持できる。
また、スラスト軸受の前記スラスト軸受回転子と前記スラスト軸受固定子の他方が、一方の環状部材に挟まれているので、その他方と前記環状部材との隙間を管理して、好ましいスラスト方向の支持特性を得られる。
また、ウォータジャケットが、前記ラジアル軸受の外周側と前記スラスト軸受の外周側を冷却するので、ラジアル軸受とスラスト軸受の温度が上昇しにく、ラジアル軸受とスラスト軸受の磁気特性が劣化しない。
また、軸受ハウジングの圧縮翼車側の壁が圧縮ハウジングの回転軸側の壁を兼ねるので、圧縮ハウジングの回転軸側の壁の熱を軸受ハウジング側へ移動させて、圧縮ハウジングの温度を下げることが可能になる。
また、長手方向に複数の鋼板が積層した層が前記回転軸の前記ラジアル軸受に吸引される表面に設けられるので、ラジアル軸受の磁力線が前記回転軸を通過する際の渦損失を減らすことが出来る。
また、粉末磁性体が溶射された層が回転軸の前記ラジアル軸受に吸引される表面に設けられるので、ラジアル軸受の磁力線が回転軸を通過する際の渦損失を減らすことが出来る。
従って、軸受の構造とその軸受回りの構造を工夫して、軸受の管理が容易で、軸受の寿命が長く、圧縮効率が高く、また機械効率の向上した過給機を提供できる。
【００４０】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態に係る過給機の断面図である。
【図２】本発明の第二の実施形態に係る過給機の断面図である。
【図３】本発明の第三の実施形態に係る過給機の断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る冷却配管系統の系統図である。
【図５】本発明の実施形態に係るラジアル軸受の断面図である。
【図６】本発明の実施形態に係るスラスト軸受の断面図である。
【図７】本発明の実施形態に係るスラスト軸受固定子の断面図である。
【図８】本発明の実施形態に係るスラスト軸受回転子の断面図である。
【符号の説明】
１過給機
２気体
３ガス
１０圧縮ハウジング
１１気体吸引口
１２気体吐出口
２０圧縮翼車
３０回転軸
４０ラジアル軸受
４１ヨーク
４２基部
４３電磁コイル
４４ラジアル軸受ケーシング
４５ギャップセンサ
４６ステータコア
５０スラスト軸受
５０ａスラスト軸受
５０ｂスラスト軸受
５０ｃスラスト軸受
５１ａスラスト軸受回転子
５１ｂスラスト軸受回転子
５１ｃスラスト軸受回転子
５２ａスラスト軸受固定子
５２ｂスラスト軸受固定子
５２ｃスラスト軸受固定子
５３ａスラスト軸受固定子の柱状部材
５３ｂスラスト軸受固定子の柱状部材
５４ａスラスト軸受固定子の電気コイル
５４ｂスラスト軸受固定子の電気コイル
５５ａスラスト軸受固定子の環状部材
５５ｂスラスト軸受固定子の環状部材
６０軸受ハウジング
７０タービンハウジング
７１ガス吸引口
７２ガス吐出口
８０タービン翼車
９０冷却配管系
９０ａ冷却配管系
９０ｂ冷却配管系
９０ｃ冷却配管系
９１ａ熱交換器
９１ｂ熱交換器
９２ａ静水ポンプ
９２ｂ静水ポンプ
９３ａ海水ポンプ
９３ｃ海水ポンプ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a bearing structure of a turbocharger and an attached structure thereof. In particular, the present invention relates to a supercharger characterized by a bearing type and a structure around the bearing.
[0002]
[Prior art]
A supercharger is used for the purpose of improving the output and efficiency of the engine.
The supercharger rotates the rotating shaft by the output of the engine and the power for collecting exhaust gas, operates the compressor connected to the rotating shaft to compress the gas, and supplies the gas at a high pressure to the engine.
[0003]
A sliding bearing in which lubricating oil is circulated is used for a bearing of a supercharger. Engine oil (for example, diesel engine) is used for lubricating oil.
The system oil contains a large amount of foreign substances such as fuel residues and abrasion powder of a diesel engine (particularly, fuel oil of C type).
When lubricating oil is used for a supercharger, these foreign substances are removed by a purifier, a filter, or the like. However, since there is a possibility that foreign matters remaining in the lubricating oil may damage the bearing, the management of the lubricating oil for the bearing is complicated.
On the other hand, the magnetic bearing has a characteristic that the magnetic force is reduced when the magnetic bearing is used in an environment at a predetermined temperature or higher. For this reason, it is difficult for the turbocharger to use magnetic bearings because the temperature of the constituent mechanical elements tends to increase.
[0004]
In order to improve the supercharging efficiency of the supercharger, it is effective to reduce the gap between the blades of the compression wheel and the compression housing.
However, when a non-contact type bearing such as a magnetic bearing is used for supporting the rotating shaft, a predetermined bearing gap is generated between the radial bearing and the surface of the rotating shaft. When a large force acts on the compression wheel from outside, the rotating shaft tilts in the bearing gap. In particular, when the compressor causes a surging phenomenon, a large force temporarily acts on the compression impeller, and a force for tilting the rotating shaft is generated. At this time, in order to prevent mechanical interference between the compression wheel and the compression housing, it is necessary to provide a predetermined housing gap between the blade of the compression wheel and the inner surface of the compression housing in advance. There is a correlation between the bearing clearance and the housing clearance determined by the mechanical structure. Generally, when the bearing clearance is increased, the housing clearance must be increased. Therefore, in order to improve the compression efficiency, there has been a design demand to reduce the bearing clearance.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-349277
[Patent Document 2]
JP-A-61-57139
[Patent Document 3]
JP-A-61-57140
[Patent Document 4]
Japanese Utility Model Publication No. 60-92735
[Patent Document 5]
Japanese Utility Model Publication No. 06-8819
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In view of the above, there has been a demand for a supercharger that allows easy management of the bearing. There was also a demand for a turbocharger with higher compression efficiency. In addition, there was a demand for a turbocharger with further reduced mechanical loss and improved mechanical efficiency.
[0007]
The present invention has been devised in view of the above-described problems.By devising the structure of the bearing and the structure around the bearing, the management of the bearing is easy, the life of the bearing is long, the compression efficiency is high, Further, it is intended to provide a supercharger with improved mechanical efficiency.
[0008]
[Mechanism to solve the problem]
In order to achieve the above object, a supercharger for supercharging gas according to the present invention, a compression housing for sucking and compressing and discharging gas, a compression impeller rotatably housed in the compression housing, A rotary shaft coupled to the compression impeller with the rotation center coincident therewith, a pair of radial bearings for attracting the outer peripheral surface of the rotary shaft by magnetic force and supporting in the radial direction, and a thrust bearing for supporting the rotary shaft in the thrust direction. And a bearing housing for supporting the outer peripheral side of the radial bearing and the outer peripheral side of the thrust bearing.
[0009]
According to the configuration of the present invention, the compression housing sucks, compresses, and discharges the gas, the compression impeller is rotatably housed in the compression housing, and the rotation shaft is coupled to the compression impeller with the rotation center coincident with the rotation center. A pair of radial bearings attract the outer peripheral surface of the rotary shaft by magnetic force and support the radial direction, a thrust bearing supports the rotary shaft in the thrust direction, and a bearing housing has an outer peripheral side of the radial bearing and an outer peripheral of the thrust bearing. Side and support. Therefore, when the radial bearing attracts and supports the rotating shaft, no thrust force is generated by the magnetic force of the radial bearing, and the radial bearing and the thrust bearing can stably support the rotating shaft and the compression wheel.
[0010]
Further, the supercharger according to the present invention has a thrust bearing rotor in which the thrust bearing is fixed to the rotating shaft and a thrust bearing stator fixed to the bearing housing, and the thrust bearing rotor and the thrust bearing Preferably, one of the thrust bearing stators is made of a permanent magnet magnetized to produce annular north and south poles having different radii about the center of rotation.
According to the configuration of the present invention, one of the thrust bearing rotor and the thrust bearing stator is made of a permanent magnet magnetized so as to generate annular N and S poles having different radii around the rotation center. Therefore, the rotating shaft can be supported in the thrust direction by the sum of the magnetic forces of the annular north and south poles.
[0011]
Further, in the supercharger according to the present invention, the other one of the thrust bearing rotor and the thrust bearing stator is connected to the N pole and the S pole of one of the thrust bearing rotor and the thrust bearing stator. It is preferable that an N-pole or an S-pole is formed on a surface facing along the longitudinal direction of the rotation shaft.
According to the configuration of the present invention, the other of the thrust bearing rotor and the thrust bearing stator has an N pole or a N pole on a surface facing one of the N pole and the S pole of the thrust bearing rotor and the thrust bearing stator. Since the S pole is generated, the rotating shaft can be supported in the thrust direction by the magnetic force of attraction or repulsion between the thrust bearing rotor and the thrust bearing stator.
[0012]
Furthermore, the turbocharger according to the present invention is a pair of annular members in which one of the thrust bearing rotor and the thrust bearing stator penetrates the rotating shaft and is arranged in a longitudinal direction, and the thrust bearing rotor and It is preferable that the other of the thrust bearing stator is sandwiched between the pair of annular members.
According to the configuration of the present invention, the other of the thrust bearing rotor and the thrust bearing stator is sandwiched between the pair of annular members, and thus the other of the thrust bearing rotor and the thrust bearing stator is provided. By controlling the gap with the annular member, it is possible to obtain preferable support characteristics in the thrust direction.
[0013]
Further, in the turbocharger according to the present invention, it is preferable that the bearing housing has a water jacket for cooling an outer peripheral side of the radial bearing and an outer peripheral side of the thrust bearing.
According to the configuration of the present invention, since the water jacket of the bearing housing cools the outer peripheral side of the radial bearing and the outer peripheral side of the thrust bearing, the temperatures of the radial bearing and the thrust bearing are hardly increased. The magnetic properties of the bearing do not deteriorate.
[0014]
Further, in the turbocharger according to the present invention, it is preferable that a wall of the bearing housing on the side of the compression impeller surrounding the water jacket also serves as a wall of the compression housing.
According to the configuration of the present invention, since the compression impeller side of the bearing housing also serves as the rotation shaft side wall of the compression housing, heat of the rotation shaft side wall of the compression housing is moved to the bearing housing side, and the temperature of the compression housing is reduced. It becomes possible to lower.
[0015]
Furthermore, in the turbocharger according to the present invention, it is preferable that the rotating shaft has a plurality of steel plate layers laminated along a longitudinal direction on a surface attracted by the radial bearing.
According to the configuration of the present invention, a layer in which a plurality of steel plates are stacked in the longitudinal direction is provided on the surface of the rotating shaft that is attracted to the radial bearing, so that eddy loss when the magnetic lines of force of the radial bearing pass through the rotating shaft is provided. Can be reduced.
[0016]
Further, in the turbocharger according to the present invention, it is preferable that the rotating shaft has a layer in which a magnetic powder is sprayed on a surface to be attracted to the radial bearing.
According to the configuration of the present invention, the layer on which the powder magnetic material is sprayed is provided on the surface of the rotary shaft that is attracted to the radial bearing, so that the vortex loss when the lines of magnetic force of the radial bearing pass through the rotary shaft can be reduced. I can do it.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each of the drawings, common portions are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
[0018]
A supercharger for supercharging gas according to an embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view of a supercharger according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a sectional view of a supercharger according to a second embodiment of the present invention. FIG. 3 is a sectional view of a supercharger according to a third embodiment of the present invention.
First, a supercharger 1 according to a first embodiment will be described.
The supercharger 1 is a device for supercharging gas, and includes a compression housing 10, a compression impeller 20, a rotary shaft 30, a pair of radial bearings 40, a thrust bearing 50, a bearing housing 60, a turbine housing 70, and a turbine impeller. 80 and a cooling piping system 90.
The compression wheel 20, the rotating shaft 30, and the turbine wheel 80 rotate around the same center of rotation.
The compression housing 10, the bearing housing 60, and the turbine housing 70 are sequentially arranged along the center of rotation.
[0019]
The compression housing 10 is a housing that sucks and discharges the gas 2 (for example, air). The compression housing 10 has a spiral chamber through which the gas 2 passes. The spiral room has a space that moves from the central axis to the outside while rotating around the central axis. The passage area of the space in which the compression impeller 20 is accommodated becomes smaller from the center toward the outer periphery. The gas is drawn into the center of the spiral from the suction port 11, moves to the outer periphery of the spiral while being compressed, and is discharged from the discharge port 12.
[0020]
The compression impeller 20 is an impeller rotatably housed in the compression housing 10. The compression impeller 20 includes a plurality of blades. The compression wheel 20 is located in the middle of the compression housing 10 and rotates around a rotation center.
[0021]
One end of the rotating shaft 30 is coupled to the compression wheel 20 with the rotation center coincident, and the other end is coupled to the turbine wheel 80 with the rotation center coincident. The rotating shaft 30 is supported in a radial direction by a pair of radial bearings 40, and one end is supported in a thrust direction by a thrust bearing 50.
[0022]
FIG. 5 is a side view and a front view of the radial bearing 40 according to the present invention.
In FIG. 5, a radial bearing 40 is a bearing that attracts the outer peripheral surface of the rotating shaft 30 by a magnetic force and supports the same in a radial direction. The radial bearing 40 has N stator cores 46, 2 × N electromagnetic coils 43, a radial bearing casing 44, and a gap. And a sensor 45.
The radial bearing casing 44 is a support structure of the radial bearing, and is an annular member having a hole penetrated by the rotating shaft 30.
N (for example, four) stator cores 46 are fixed to the inner peripheral surface of the radial bearing casing 44 at equal circumferential intervals. One stator core 46 includes two yokes 41 and a base 42. The two yokes 41 are columnar bodies capable of transmitting a magnetic flux in the longitudinal direction, and are arranged along the longitudinal direction of the bearing with one end facing the surface of the rotating shaft. The two yokes have one end face facing the surface of the rotating shaft as a magnetic pole face, and the other ends connected by a base 42.
An electromagnetic coil 43 is wound around the yoke 41.
The gap sensor 45 is a sensor that detects a dimension of a gap between the surface of the rotating shaft and the magnetic surface.
[0023]
When a current flows through the electromagnetic coil 43, an N pole or an S pole is generated on the magnetic pole surfaces of the two yokes 41 of the stator core 46. A polarity opposite to the polarity of the magnetic pole surface is generated on the surface of the rotating shaft 30 facing the magnetic pole surface, and the magnetic pole surface of the stator core 46 attracts the surface of the rotating shaft 30.
When the attraction force of the N stator cores 46 is controlled based on the output of the gap sensor 45 so that the gap between the magnetic pole surface and the surface of the rotary shaft 30 falls within a predetermined width, the magnetic pole surface and the surface of the rotary shaft are A gap is maintained therebetween, and the radial bearing 40 supports the rotating shaft 30.
The rotating shaft 30 preferably has a layer in which a plurality of steel plates are laminated in a longitudinal direction on a surface to be sucked by the radial bearing 40.
Further, it is preferable that the rotating shaft 30 has a layer on which a powder magnetic material is sprayed on a surface to be attracted to the radial bearing.
[0024]
FIGS. 6A to 6C are side views of the first to third embodiments of the thrust bearing.
The thrust bearing 50 is a bearing that supports the rotating shaft 30 in the thrust direction.
The thrust bearing 50 includes a thrust bearing rotor 51 and a thrust bearing stator 52. The thrust bearing rotor 51 is fixed to the rotating shaft 30. The thrust bearing stator 52 is fixed to the bearing housing 60.
[0025]
One of the thrust bearing rotor 51 and the thrust bearing stator 52 is made of a permanent magnet which is magnetized so as to generate annular north and south poles having different radii around the rotation center of the rotating shaft 30. preferable.
Further, the other of the thrust bearing rotor 51 and the thrust bearing stator 52 is positioned at a position in the longitudinal direction opposite to one of the N pole and the S pole of the thrust bearing rotor 51 and one of the thrust bearing stator 52 by an electromagnetic coil. Is preferably generated.
Further, it is preferable that the thrust bearing rotors 51a and 51b are a pair of annular members arranged in the longitudinal direction so as to penetrate the rotating shaft 30, and the thrust bearing stators 52a and 52b be sandwiched between the pair of annular members. .
[0026]
6A or 6B shows a pair of thrust bearing rotors 51a and 51b magnetized so as to produce annular north and south poles having different radii around the rotation center of the rotating shaft 30. Is an annular member made of a permanent magnet. Further, the thrust bearing stators 52a and 52b are sandwiched between the respective annular members, and are located at positions opposed to the N and S poles of the thrust bearing rotors 51a and 51b along the longitudinal direction of the rotating shaft by the electromagnetic coils. It is shown that a north pole or a south pole is generated.
FIG. 6A shows a state in which the thrust bearing stator 52a faces the N and S poles of the thrust bearing rotor 51a along the longitudinal direction of the rotating shaft 30 depending on the direction of the voltage applied to the electromagnetic coil. It shows that homopolarity is caused to occur. Therefore, the thrust bearing rotor 51a and the thrust bearing stator 52a repel each other.
FIG. 6B shows a position where the thrust bearing stator 52b faces the N and S poles of the thrust bearing rotor 51b along the longitudinal direction of the rotating shaft 30 depending on the direction of the voltage applied to the electromagnetic coil. It shows that a different polarity is caused to occur. Therefore, the thrust bearing rotor 51b and the thrust bearing stator 52b attract each other.
[0027]
FIGS. 7A and 7B show a thrust bearing stator according to the first and second embodiments.
The thrust bearing stators 52a, 52b are composed of columnar members 53a, 53b and annular members 55a, 55b.
Each of the thrust bearing stators 52a and 52b has a circular hole at the center thereof through which the rotating shaft 30 passes. Column members 53a and 53b that can transmit M magnetic fluxes extend radially from the circular hole to the periphery. The annular members 55a and 55b connect the outer peripheral portions of the N columnar members 53a and 53b.
Electromagnetic coils 54a and 54b are wound around the columnar members 53a and 53b.
When the electromagnetic coils 54a, 54b are energized, N poles or S poles are generated at positions on the inner peripheral side and the outer peripheral side of the columnar members 53a, 53b across the electromagnetic coils 54a, 54b.
The positions where the N pole and the S pole occur differ depending on the direction of the voltage applied to the electronic coils 54a and 54b.
[0028]
FIG. 8 shows one thrust bearing rotor 51 according to the first and second embodiments. One thrust bearing rotor 51 is an annular member made of a permanent magnet and having a hole through which the rotating shaft 30 passes. An annular groove is provided on one side of the circular member. The annular member is magnetized so that the inner and outer sides of the groove sandwich an N-pole or an S-pole.
[0029]
The bearing housing 60 is a housing that supports the outer peripheral side of the radial bearing 40 and the outer peripheral side of the thrust bearing 50.
The bearing housing 60 preferably has a water jacket H for cooling the outer peripheral side of the radial bearing 40 and the outer peripheral side of the thrust bearing 50.
Further, it is preferable that the wall of the bearing housing 60 on the side of the compression wheel 20 surrounding the water jacket H also serves as the wall of the compression housing 10.
FIG. 1 shows that the space between the inner wall of the water jacket H on the side of the compression wheel 20 and the inner wall of the compression housing 10 on the side of the water jacket H is narrow (for example, 5 to 6 mm).
[0030]
The turbine housing 70 is a housing that takes in exhaust gas from the engine, expands and discharges the exhaust gas. The turbine housing 70 has a spiral room through which the exhaust gas 3 passes. The spiral room has a space that moves from the outer periphery to the center while rotating around the central axis. The passage area of the space in which the turbine wheel 80 fits becomes larger as moving from the outer periphery to the center. The exhaust gas 3 is sucked from the gas suction port 71 to the outer periphery of the spiral, moves to the center while expanding, and is discharged from the gas discharge port 72.
[0031]
The turbine wheel 80 is a wheel that is rotatably housed in the turbine housing 70. The turbine wheel 80 includes a plurality of blades. The turbine wheel 80 is located in the middle of the turbine housing 70 and rotates around a rotation center.
The exhaust gas 3 is sucked from the gas inlet of the turbine housing and rotates the turbine wheel 80 in the process of expansion. The turbine wheel 80 rotates the compression wheel 20 via the rotation shaft 30.
[0032]
FIG. 4 is a system diagram showing first to third embodiments of the cooling piping system 90.
The cooling piping system 90 is a system for circulating a cooling medium through the water jacket H of the bearing housing 60.
The first embodiment of the cooling pipe system 90 is configured by a cooling pipe that connects the heat exchanger 91a, the hydrostatic circulation pump 92a, and the seawater circulation pump 93a to each other.
The seawater circulation pump 93a is a pump that circulates seawater between the heat exchanger 91a and the sea.
The still water circulation pump 92a is a pump that circulates still water between the heat exchanger 91a and the water jacket H.
The heat exchanger 91a is a device that performs non-contact heat exchange between still water and seawater.
Still water carries heat from the water jacket H and is transferred to the seawater by the heat exchanger 91a to be cooled. Warm seawater returns to the sea.
[0033]
The cooling pipe system 90b according to the second embodiment includes a heat exchanger 91b, a hydrostatic circulation pump 92b, and a cooling pipe that communicates with each other.
The still water circulation pump 92b is a pump that circulates still water between the heat exchanger 91b and the water jacket H.
The heat exchanger 91b is a device that cools still water with a heat refrigerant (not shown).
The still water carries heat from the water jacket H and is cooled by the heat exchanger 91b.
[0034]
The cooling pipe system 90c according to the third embodiment includes a seawater circulation pump 93c and cooling pipes that communicate with each other.
The seawater circulation pump 93c is a pump that circulates seawater between the water jacket H and the sea.
Seawater carries heat from the water jacket H and is returned to the sea.
[0035]
Next, a supercharger 1 according to a second embodiment will be described.
The structure of the supercharger 1 according to the second embodiment is substantially the same as the structure of the supercharger 1 according to the first embodiment, and the structure around the water jacket of the compression housing 10 and the bearing hising 60 is different. .
A large-diameter holding flange fixes the thrust bearing stators 52 a and 52 b of the thrust bearing 50 to the bearing housing 60.
[0036]
Next, a supercharger 1 according to a third embodiment will be described.
The structure of the supercharger 1 according to the third embodiment is substantially the same as the structure of the supercharger 1 according to the first embodiment, and the structure of the thrust bearing 50 is different.
FIG. 6C shows a thrust bearing 50c according to the third embodiment.
The thrust bearing stator 52c is a pair of permanent magnet annular members magnetized so as to generate annular north and south poles having different radii around the rotation center of the rotating shaft 30. The thrust bearing rotor 51c is sandwiched between its annular members so that the electromagnetic coil generates poles at positions facing the N and S poles of the thrust bearing stator 52c along the longitudinal direction of the rotating shaft 30. You.
When the thrust bearing rotor 51c is caused to have the same pole at a position facing the N and S poles of the thrust bearing stator 52c along the longitudinal direction of the rotating shaft by the electromagnetic coil, the thrust bearing rotor 51c And the thrust bearing stator 52c repel each other.
When the thrust bearing stator 51c is caused to have different poles at positions opposed to the N and S poles of the thrust bearing stator 52c along the longitudinal direction of the rotating shaft by the electromagnetic coil, the thrust bearing rotor 51c The thrust bearing stator 52c sucks each other.
[0037]
Using the supercharger of the above-described embodiment, the following actions and effects can be exhibited.
Exhaust gas 3 of the engine enters through a gas inlet of the turbine housing 70, rotates a turbine wheel 80, and is discharged from a gas discharge port 72.
The turbine wheel 80 rotates the compression wheel via the rotating shaft 30, and gas is taken in from the gas suction port 11 of the compression housing 10, compressed by the compression wheel, and discharged from the gas discharge port 12.
Further, based on the output of the gap sensor, the N stator cores 46 of the radial bearing 40 adjust the pulling force of the rotating shaft 30, respectively, so that the gap between the magnetic pole surface of the yoke 41 and the rotating shaft 30 falls within a predetermined range. I do. In particular, when a large fluctuating load in which surging has occurred in the compression housing 10 acts on the rotating shaft 30, the current flowing through the electromagnetic coil can be controlled to optimize the support characteristics of the radial bearing.
Further, in the repulsion type radial bearing, a thrust force is generated according to the magnitude of the repulsion force for supporting the rotating shaft. However, since the radial bearing 40 is of the suction type, no such thrust force is generated. Therefore, it is possible to easily increase the suction force of the radial bearing and suppress the inclination of the rotating shaft. Therefore, the gap between the compression housing 10 and the compression wheel 20 can be reduced.
Further, since the thrust bearing 50 has the N pole and the S pole having different radii around the rotation shaft 30, a thrust force obtained by adding the magnetic forces generated in the N pole and the S pole can be generated. Therefore, it is easy to improve the support characteristics of the thrust bearing by increasing the thrust force.
Therefore, the rotating shafts of the radial bearing and the thrust bearing can easily and stably support the rotating shaft, the clearance between the compression housing 10 and the compression impeller 20 can be reduced, and the compression efficiency can be improved.
In addition, since a magnetic bearing is employed, mechanical loss at the bearing and mechanical loss can be reduced.
In addition, since a layer in which laminated steel plates are laminated along the longitudinal direction of the rotating shaft is provided on the surface of the rotating shaft supported by the radial bearing, when the magnetic flux of the radial bearing passes through the surface of the rotating shaft, the rotating steel plate rotates. The eddy current generated on the shaft surface is small, and the electric resistance loss is small. In addition, since the powder magnetic material is provided with a layer sprayed along the longitudinal direction of the rotating shaft on the surface supported by the radial bearing of the rotating shaft, when the magnetic flux of the radial bearing passes through the surface of the rotating shaft, The eddy current generated on the surface of the rotating shaft is small, and the electric resistance loss is small.
[0038]
The present invention is not limited to the embodiments described above, and various changes can be made without departing from the gist of the invention.
Although the example in which the electromagnetic coil is wound on the thrust bearing rotor or the thrust bearing stator has been described, the present invention is not limited to this, and for example, a permanent magnet may be used.
Although an example in which the annular N-pole and the S-pole are generated at one place in the thrust bearing rotor or the thrust bearing stator is described above, the present invention is not limited to this, and more annular N-poles and S-poles are generated. Is also good.
[0039]
【The invention's effect】
As described above, the supercharger for supercharging gas according to the present invention has the following effects due to its configuration.
Since the magnetic bearing of the suction type is adopted as the radial bearing of the turbocharger, no thrust force is generated by the magnetic force when the radial bearing attracts and supports the rotating shaft, and the radial bearing is connected to the rotating shaft and the compression impeller. Can be stably supported.
In addition, since a permanent magnet that generates annular N and S poles having different radii is used for the thrust bearing of the turbocharger, the rotating shaft is supported in the thrust direction by the combined force of the magnetic forces of the annular N and S poles. it can.
Further, the other of the thrust bearing rotor and the thrust bearing rotor stator has an N-pole or an S-pole on a surface opposed to one of the N-pole and the S-pole. The rotating shaft can be supported in the thrust direction by the magnetic force of suction or repulsion with the stator.
In addition, since the other of the thrust bearing rotor and the thrust bearing stator of the thrust bearing is sandwiched by one annular member, a gap between the other member and the annular member is managed to support a preferred thrust direction. Characteristics can be obtained.
Further, since the water jacket cools the outer peripheral side of the radial bearing and the outer peripheral side of the thrust bearing, the temperatures of the radial bearing and the thrust bearing are not easily increased, and the magnetic characteristics of the radial bearing and the thrust bearing do not deteriorate.
Further, since the wall on the compression wheel side of the bearing housing also serves as the wall on the rotation shaft side of the compression housing, the heat of the wall on the rotation shaft side of the compression housing is transferred to the bearing housing side to lower the temperature of the compression housing. Becomes possible.
Further, since a layer in which a plurality of steel plates are laminated in the longitudinal direction is provided on the surface of the rotary shaft that is attracted to the radial bearing, vortex loss when magnetic lines of magnetic force of the radial bearing pass through the rotary shaft can be reduced. .
Further, since the layer on which the magnetic powder is sprayed is provided on the surface of the rotary shaft that is attracted to the radial bearing, vortex loss when the magnetic force lines of the radial bearing pass through the rotary shaft can be reduced.
Therefore, by devising the structure of the bearing and the structure around the bearing, it is possible to provide a supercharger in which the management of the bearing is easy, the life of the bearing is long, the compression efficiency is high, and the mechanical efficiency is improved.
[0040]
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of a supercharger according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view of a supercharger according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a sectional view of a supercharger according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a system diagram of a cooling pipe system according to the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a sectional view of the radial bearing according to the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a sectional view of a thrust bearing according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a sectional view of a thrust bearing stator according to the embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a sectional view of a thrust bearing rotor according to the embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Supercharger
2 gas
3 gas
10 Compression housing
11 Gas suction port
12 Gas outlet
20 Compression impeller
30 rotation axis
40 radial bearing
41 York
42 base
43 electromagnetic coil
44 Radial bearing casing
45 Gap sensor
46 Stator core
50 Thrust bearing
50a thrust bearing
50b thrust bearing
50c thrust bearing
51a Thrust bearing rotor
51b Thrust bearing rotor
51c Thrust bearing rotor
52a Thrust bearing stator
52b Thrust bearing stator
52c Thrust bearing stator
53a Column member of thrust bearing stator
53b Column member of thrust bearing stator
54a Electric coil of thrust bearing stator
54b Electric coil of thrust bearing stator
55a Annular member of thrust bearing stator
55b Thrust bearing stator annular member
60 Bearing housing
70 Turbine housing
71 Gas suction port
72 Gas outlet
80 Turbine impeller
90 Cooling piping system
90a cooling piping system
90b Cooling piping system
90c cooling piping system
91a heat exchanger
91b heat exchanger
92a hydrostatic pump
92b hydrostatic pump
93a seawater pump
93c seawater pump

Claims

A supercharger for supercharging gas,
A compression housing that sucks, compresses, and discharges gas;
A compression impeller rotatably housed in the compression housing;
A pair of radial bearings that attract the outer peripheral surface of the rotating shaft by magnetic force and support in the radial direction, with the rotating shaft coupled to the compression impeller with the center of rotation matched;
A thrust bearing for supporting the rotating shaft in a thrust direction,
A bearing housing that supports an outer peripheral side of the radial bearing and an outer peripheral side of the thrust bearing;
A supercharger comprising:

The thrust bearing has a thrust bearing rotor fixed to the rotating shaft and a thrust bearing stator fixed to the bearing housing,
One of the thrust bearing rotor and the thrust bearing stator is made of a permanent magnet magnetized to produce annular north and south poles having different radii around the rotation center.
The supercharger according to claim 1, wherein:

The other of the thrust bearing rotor and the thrust bearing stator faces the N pole and the S pole of one of the thrust bearing rotor and the thrust bearing stator along the longitudinal direction of the rotation center. Produced a north or south pole on the surface,
The supercharger according to claim 2, characterized in that:

One of the thrust bearing rotor and the thrust bearing stator is a pair of annular members penetrating the rotating shaft and arranged in the longitudinal direction, and the other of the thrust bearing rotor and the thrust bearing stator is the other. Sandwiched between a pair of annular members,
4. The supercharger according to claim 2, wherein the supercharger is a supercharger.

The bearing housing has a water jacket for cooling an outer peripheral side of the radial bearing and an outer peripheral side of the thrust bearing,
The supercharger according to claim 1, wherein:

The turbocharger according to claim 4, wherein a wall of the bearing housing on a side of the compression wheel surrounding the water jacket also serves as a wall of the compression housing.

The rotating shaft has a plurality of steel sheet layers stacked along a longitudinal direction on a surface to be sucked by the radial bearing,
The supercharger according to claim 1, wherein:

The rotating shaft has a layer in which a powder magnetic material is sprayed on a surface to be attracted to the radial bearing,
The supercharger according to claim 1, wherein: