JP2005120927A - 軸受間に延在する筒部材を有する回転電機付き過給機 - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機にて発生する熱を適切に除去しまた比較的脆い材料を含む回転電機ロータの磁石を遠心力による破損と飛散から保護する。
【解決手段】一端および他端にてタ−ビンロータおよび圧縮機インペラをまた中間部にて回転電機のロータを担持する軸が該一端と中間部の間および該他端と中間部の間にて内外輪を有する軸受により支持された回転子を備えた回転電機付き過給機に、中央部にて回転電機ロータを包み両端部にて前記二つの軸受の内輪に当接する筒部材を組み込む。
【選択図】図１

Description

本発明は内燃機関の過給機に係り、特にタ−ビンと圧縮機の組合せに電動機または電動発電機の如き回転電機が組み込まれた回転電機付き過給機に係る。

回転電機付き過給機は、一般に、一端および他端にてタ−ビンロータおよび圧縮機インペラをまた中間部にて回転電機のロータを担持する軸が前記一端と前記中間部の間および前記他端と前記中間部の間にて内外輪を有する軸受により支持された回転子を備えた構造に造られる。かかる構造の回転電機付き過給機に於いて、回転電機のロータを構成する磁石が過給機回転子の高速回転により生ずる強い遠心力により崩壊して飛散することを防止すべく、回転電機ロータの周りを補強スリーブにて包んで補強することが下記の特許文献１に記載されている。また、同特許文献には、過給機回転子に於ける回転電機ロータの軸線方向位置を保持するため、回転電機ロータの両端とそれに隣り合った２つの軸受のそれぞれの間に管状のスペーサを設けることが記載されている。
特開２０００−１４５４６９号公報

一方、回転電機のロータには渦電流による発熱が生じるので、ロータにこれを軸線方向に貫通する螺旋孔を設け、そこに空気または冷媒を流通させることが下記の特許文献２に記載されている。
特開２００１−２５２０９号公報

回転電機付き過給機の安定した作動のためには、回転電機にて発生する熱が適切に除去されること、比較的脆い材料を含む回転電機ロータの磁石を遠心力による破損と飛散から保護すること、過給機回転子上に於ける回転電機ロータの軸線方向位置を安定に保持すること等が重要である。本発明は、これらの要請をまとめて達成することのできる手段を可及的に簡単な構成により過給機内に組み込むことを課題としている。

上記の課題を解決するものとして、本発明は、一端および他端にてタ−ビンロータおよび圧縮機インペラをまた中間部にて回転電機のロータを担持する軸が前記一端と前記中間部の間および前記他端と前記中間部の間にて内外輪を有する軸受により支持された回転子を備えた回転電機付き過給機にして、中央部にて前記回転電機のロータを包み両端部にて前記二つの軸受の内輪に当接する筒部材を有することを特徴とする過給機を提案するものである。

前記筒部材は前記回転電機ロータを包む前記中央部より前記両端部の少なくとも一方へ向かう途中に縮径部を有していてよい。

前記縮径部は過給機回転子の回転によりその外面に付着した油が遠心投擲されたとき投擲された油滴が前記回転電機のステータに当る位置に配置されていてよく、またその位置は、特に縮径部の外面より投擲された油滴が回転電機ステータのコイルに当る位置とされていてよい。

前記回転電機のステータの内周面には螺旋溝が切られていてよい。

上記の如く、一端および他端にてタ−ビンロータおよび圧縮機インペラをまた中間部にて回転電機のロータを担持する軸が前記一端と前記中間部の間および前記他端と前記中間部の間にて内外輪を有する軸受により支持された回転子を備えた回転電機付き過給機に於いて、過給機が中央部にて前記回転電機のロータを包み両端部にて前記二つの軸受の内輪に当接する筒部材を有するように構成されれば、かかる筒部材は、その中央部にて回転電機のロータを周りから包み込むことにより、回転電機ロータの磁石を遠心力による破損と飛散から保護する作用と、回転電機にて発生する熱を集める作用とを行ない、また、その中央部にて回転電機のロータを周りから包み込みつつ両端部にて二つの軸受の内輪に当接することにより、過給機回転子に於ける回転電機ロータの軸線方向位置を安定して保持する作用と、中央部にて回転電機ロータより集めた熱を二つの軸受まで移送し、潤滑油による冷却系に排熱する作用とを、同時に達成することができる。また、上記の筒部材は、回転電機のロータを周りから包み込む中央部とそれに続いて両側の軸受まで延びる部分とを一体に有しているので、中央部に回転電機ロータの遠心張出しによる放射方向の力が作用するとき、これを抑える筒部材中央部の強度と耐久性は、回転電機ロータの部分のみを包むスリーブ等に比して大きく増大する。

また、前記筒部材が回転電機ロータを包む中央部より両端部の少なくとも一方へ向かう途中に縮径部を有していれば、縮径部が放射方向に延在する構造を含むことにより、中央部の遠心荷重に対する強度はこれによっても増大し、またそれによって中央部の耐久性も増す。

また、上記の縮径部は、その外面に付着した油に対し回転電機ロータの回転に伴って遠心力が作用するとき、外面からの油の切れをよくし、付着油の遠心投擲作用を高め、遠心投擲される油による回転電機ロータの冷却効果を高めることができる。更に、前記縮径部の外面から遠心投擲された油滴が回転電機のステータに当る位置に縮径部が配置されていれば、これによって回転電機のステータに対しても冷却作用を与えることができる。この場合、特に遠心投擲された油滴が回転電機ステータのコイルに当るようになっていれば、コイル表面が凹凸に富んでいることにより遠心投擲された油滴によるステータ冷却効果は増大する。

更に、回転電機のステータの内周面に螺旋溝が切られていれば、過給機回転子の回転に伴う縮径部に於ける油の遠心投擲により回転電機のロータとステータの間の環状空隙内に誘発される空気流が螺旋溝の側壁面によって案内されて螺旋溝に沿う螺旋流となり、ロータの風損を抑え、かかる誘発空気流によりロータおよびステータに与えられる冷却効果が増大する。

添付の図１は本発明に従って軸受間に延在する筒部材を有する回転電機付き過給機の一つの実施の形態を示す幾分解図的縦断面図である。図に於いて、１０はタ−ビン部であり、１２は圧縮機部であり、１４は回転電機部である。タ−ビンロ−タ１６と圧縮機インペラ１８と回転電機ロータ２０とを担持する軸２２は、タ−ビンロ−タと回転電機ロータの間の軸部２４にて軸受２６により回転式に支持され、また圧縮機インペラと回転電機ロータの間の軸部２８にて軸受３０により回転式に支持されている。回転電機１４は回転電機ロータ２０の周りに設けられたステータ３２を有している。ステータ３２はコア３４とコイル３６（代表的な２つのみを解図的に示す）とを含んでいる。

軸受２６は、油路３８より供給され油路４０を経て排出される潤滑油により潤滑されまた冷却され、また軸受３０は、油路４２より供給され油路４４を経て排出される潤滑油により潤滑されまた冷却されるようになっている。

４６が本発明により設けられた筒部材であり、中央部４６aにて回転電機ロータ２０を包み、両端部４６b、４６cにて二つの軸受２６および３０の内輪に当接している。筒部材４６は、回転電機ロータ２０を包む中央部４６aより両端部４６b、４６cへ向かう途中に径が縮小された縮径部４６d、４６eを形成されている。これらの縮径部４６d、４６eは、特に図示の実施の形態では、縦断面で見た輪郭がほぼ４５°をなすよう径が徐々に漸減されて漏斗状の環斜面部として形成されているが、縮径部は他の角度にて縮径されてもよく、またステップ状に縮径されてもよい。かかる縮径部は、放射方向に延在する構造を含むことにより、過給機回転子の回転中それ自身に作用する遠心力に対する強度を高めるだけでなく、中央部４６aに対しても求心方向の支持を高め、中央部４６aの回転電機ロータ２０を包む強度を高め、またその耐久性を高める。

かかる筒部材４６が設けられることにより、筒部材４６はその中央部４６aにて回転電機ロータ２０を周りから包み込みつつ両端部４６b、４６cにてそれぞれ軸受２６、３０の内輪に当接し、回転電機ロータ２０の軸線方向位置を安定して保持と共に、中央部４６aにて回転電機ロータ２０より集めた熱を軸受２６、３０まで移送し、ここで、その熱を、油路３８、４２より供給され、それぞれ軸受２６、３０を横切り、油路４０、４４より排出される潤滑油による潤滑冷却系に移転して排熱する作用を行なう。

また、油路３８、４２より軸受２６,３０へ供給される潤滑油の一部が環状空隙４８、５０を経て漏出して縮径部４６d、４６eの外面に付着するときには、過給機回転子の回転により遠心投擲作用を及ぼされて周りに飛翔することにより、筒部材４６がその中央部４６aにて回転電機ロータ２０より集めた熱の一部が油滴に担持されて、回転電機ロータ２０より逃がされる。更に、図示の実施の形態では、この飛翔油滴はステータ３２、特にそのコイル３６の部分に浴びせられ、凹凸に富んだコイル３６の部分にてステータ３２に対しよりよい冷却作用を与える。

図２は、筒部材の縮径部４６d、４６eの外面に付着した油を過給機回転子の回転により遠心投擲する作用を高めるよう、縮径部４６d、４６eの外周端部を油滴が離脱しやすいエッジ状に形成する実施の形態を示す図であり、図１に示す過給機の回転子のみを取り出してその回転電機部を図１より幾分拡大して示す断面図である。図２に於いて、図１に示す部分に対応する部分は、図１に於けると同じ符号により示されている。このように縮径部４６d、４６eの外周端部がエッジ４６f、４６gを呈するように形成されることにより、縮径部４６d、４６e上に付着した状態で過給機回転子の回転により遠心付勢された油は、縮径部４６d、４６eの外周端部から切れよく遠心方向に離脱し、ステータ（図示の実施の形態ではそのコイル部）へ向けて投擲される。

図３は、回転電機のステータ（より詳細には、そのコア部）の内周面に螺旋溝が切られた実施の形態を示す図であり、図１に示す過給機の回転電機のステータのみを取り出して図１より幾分拡大して示す断面図である。図３に於いても、図１に示す部分に対応する部分は、図１に於けると同じ符号により示されている。このように回転電機ステータの内周面に螺旋溝５２が切られていれば、回転電機ロータ２０の回転時に、該ロータの回転に連られて回転する空気が螺旋溝５２の側壁面によって案内されて回転電機ロータ２０の軸方向に移動する。このため回転電機ロータとステータの間の環状空隙内の空気に流れを生じ、回転電機ロータとステータに与えられる冷却効果が増大する。

以上に於いては本発明をいくつかの実施の形態について詳細に説明したが、これらの実施の形態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。

本発明に従って軸受間に延在する筒部材を有する過給機の一つの実施の形態を示す幾分解図的縦断面図。 図１に於ける回転電機１４の縮径部４６d、４６eの外周端部をエッジ状に形成する実施の形態を示すため回転電機１４のみを取り出し、幾分拡大して示す縦断面図。 図１に於ける回転電機１４のステータの内周面に螺旋溝が切られる実施の形態を示すためステータのみを取り出し、幾分拡大して示す縦断面図。

符号の説明

１０…タ−ビン部、１２…圧縮機部、１４…回転電機部、１６…タ−ビンロ−タ、１８…圧縮機インペラ、２０…回転電機ロータ、２２…軸、２４…軸部、２６…軸受、２８…軸部、３０…軸受、３２…ステータ、３４…コア、３６…コイル、３８，４０，４２，４４…油路、４６…筒部材、４６a…中央部、４６b，４６c…両端部、４６d，４６e…縮径部、４６ｆ，４６ｇ…エッジ部、４８，５０…環状空隙、５２…螺旋溝

Claims (5)

1. 一端および他端にてタ−ビンロータおよび圧縮機インペラをまた中間部にて回転電機のロータを担持する軸が前記一端と前記中間部の間および前記他端と前記中間部の間にて内外輪を有する軸受により支持された回転子を備えた回転電機付き過給機にして、中央部にて前記回転電機のロータを包み両端部にて前記二つの軸受の内輪に当接する筒部材を有することを特徴とする過給機。
2. 前記筒部材は前記回転電機ロータを包む前記中央部より前記両端部の少なくとも一方へ向かう途中に縮径部を有することを特徴とする請求項１に記載の過給機。
3. 前記縮径部は過給機回転子の回転によりその外面に付着した油が遠心投擲されたとき投擲された油滴が前記回転電機のステータに当る位置に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の過給機。
4. 前記縮径部の位置はその外面より投擲された油滴が前記回転電機ステータのコイルに当る位置とされていることを特徴とする請求項３に記載の過給機。
5. 前記回転電機のステータの内周面には螺旋溝が切られていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の過給機。
   

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