JP2016020650A

JP2016020650A - 電動過給機

Info

Publication number: JP2016020650A
Application number: JP2014144161A
Authority: JP
Inventors: 真貴夫大下; Makio Oshita; 智裕山道; Tomohiro Yamamichi; 豊藤木; Yutaka Fujiki
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2014-07-14
Filing date: 2014-07-14
Publication date: 2016-02-04
Anticipated expiration: 2034-07-14
Also published as: JP6344102B2; US20170204868A1; EP3170999A1; WO2016009771A1; EP3170999A4

Abstract

【課題】ハウジングと軸受スリーブとの間に簡単に弾性部材を組み付けることができるとともに、軸受スリーブに支持される一対の軸受に掛かる偏荷重を防止することができる回転電機を提供する。【解決手段】回転することにより流体を過給するインペラ４０を有する電動過給機１０１は、ハウジング１０と、ハウジング１０に対して第一軸受２３及び第二軸受２４を介して回転可能に支持されるシャフト２２と、ハウジング１０に固定されるとともに、第一軸受２３及び第二軸受２４を支持する第一軸受スリーブ２５及び第二軸受スリーブ２６と、軸方向Ｘにおいてハウジング１０と第一軸受スリーブ２５及び第二軸受スリーブ２６との間に設けられる第一ゴムシート２１及び第二ゴムシート２９とを備える。【選択図】図１

Description

この発明は、電動過給機に関する。

過給機には、特許文献１に示すように、インペラを電動モータ等の回転電機で回転駆動して流体を過給する電動過給機がある。特許文献１の図１に記載されるような電動過給機において、回転軸は、ハウジングに組み付けられた一対の略円筒形状の軸受スリーブに軸受を介して回転可能に支持されている。この一対の軸受及び軸受スリーブは、回転軸に取り付けられた電動モータを挟むように配置される。そして、特許文献１の図３及び４に記載されているように、回転軸の径方向において、軸受スリーブの外周とハウジングとの間には電動過給機の振動低減のために弾性Ｏリング又は弾性ダンパーが設けられている。

特開２０１３−２４０５９号公報

しかしながら、軸受スリーブの外周に弾性Ｏリングや弾性ダンパー等の弾性部材が設けられている場合、一対の軸受の径方向における位置合わせの精度が低下する。すなわち、一対の軸受におけるそれぞれの中心軸の位置がずれるおそれがある。そして、軸受の中心軸の位置がずれると、回転軸を支持する際に軸受に偏荷重がかかってしまう。
また、軸受スリーブの外周に弾性部材を設ける場合、軸受スリーブの外周面に対向するハウジングの内周面側に、弾性部材を取り付けるための溝を形成しなければならない。そのため、弾性部材を組み付けるために行うハウジングの加工が複雑となる。

この発明はこのような問題を解決するためになされ、ハウジングと軸受スリーブとの間に簡単に弾性部材を組み付けることができるとともに、軸受スリーブに支持される一対の軸受に掛かる偏荷重を防止することができる回転電機を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、この発明に係る電動過給機は、回転することにより流体を過給するインペラを有し、ハウジングと、インペラに接続される回転軸と、ハウジングに対して回転軸を回転可能に支持する一対の軸受と、ハウジングに固定されるとともに、一対の軸受をそれぞれ支持する一対の軸受スリーブと、回転軸の軸方向において、ハウジングと少なくとも１つの軸受スリーブとの間に設けられる弾性部材とを備える。

また、この発明に係る電動過給機の弾性部材はゴムシートであり、ゴムシートは軸方向における軸受スリーブとハウジングとの接触を遮断してもよい。
さらに、ゴムシートの、軸受スリーブとの接触面には凹凸が形成されてもよい。

また、電動過給機の弾性部材はＯリングであってもよい。

この発明に係る電動過給機によれば、ハウジングと軸受スリーブとの間に簡単に弾性部材を組み付けることができるとともに、軸受スリーブに支持される一対の軸受に掛かる偏荷重を防止することができる。

この発明の実施の形態１に係る電動過給機の構成を示す断面図である。この発明の実施の形態２に係る電動過給機の第一軸受スリーブ付近を拡大した部分断面図である。この発明の実施の形態３に係る電動過給機の第三軸受スリーブ付近を拡大した部分断面図である。

以下、この発明の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
まず、この発明の実施の形態１に係る電動過給機１０１の構成を説明する。
図１を参照すると、吸入した流体を過給するための過給部１と、過給部１を回転電機である電動モータ３０を用いて駆動するための駆動部２とによって構成されている。なお、電動過給機１０１が過給する流体は、本実施の形態では空気とする。

過給部１は、回転することによって吸入空気を過給するインペラ４０と、一端においてインペラ４０と一体回転可能に接続するシャフト２２とを有する。また、インペラ４０は金属製のコンプレッサカバー１１によって被覆される。さらに、コンプレッサカバー１１には略円盤形状の金属製のシールプレート１２が取り付けられる。そして、コンプレッサカバー１１とシールプレート１２との間にはインペラ室１５が形成され、インペラ４０はインペラ室１５に回転可能に収納されている。また、インペラ４０に接続されるシャフト２２は、コンプレッサカバー１１の内部からシールプレート１２を貫通して駆動部２に延長している。ここで、以下の説明において、シャフト２２が延長する方向を軸方向Ｘとする。また、シャフト２２がインペラ４０と接続する側をＸ軸正方向ｘ１とし、シャフト２２が駆動部２に向かって延長する側をＸ軸負方向ｘ２とする。
なお、シャフト２２は回転軸を構成している。

また、コンプレッサカバー１１には、インペラ室１５からシャフト２２の軸方向Ｘに延在して外部に開口する吸入路１６と、インペラ室１５に連通し且つインペラ４０の周りを囲むように延在して外部に開口する環状の排出路１７とが形成される。

駆動部２は、Ｘ軸負方向ｘ２の一端が開口した金属製の略円筒形状のモータケース１３と、モータケース１３の開口を閉鎖する略ドーナツ盤形状のエンドプレート１４と、エンドプレート１４の中央の開口に嵌合される後端部材３５とを備える。そして、モータケース１３、エンドプレート１４及び後端部材３５によって囲まれた空間はモータ室１８を構成し、モータ室１８には電動モータ３０が収容されている。さらに、モータケース１３の外周面には、周囲の空気によるモータケース１３の冷却効率を向上させるために複数の放熱フィン１３ａが突出して形成されている。
ここで、コンプレッサカバー１１、シールプレート１２、モータケース１３、エンドプレート１４及び後端部材３５は、電動過給機１０１のハウジング１０を構成する。また、エンドプレート１４及び後端部材３５は蓋体５０を構成する。

モータ室１８内において、シャフト２２の外周面には略円筒形状のロータコア３１がシャフト２２と一体に回転するように設けられている。ロータコア３１内には、その外周面に沿って永久磁石３２が埋め込まれている。さらに、モータ室１８に面するモータケース１３の内周面には、ロータコア３１の外周を囲むようにして略円筒形状のステータコア３３が固定して設けられている。さらに、ステータコア３３の両端にはコイル３４が突出している。
このようなシャフト２２、ロータコア３１、永久磁石３２、ステータコア３３及びコイル３４は、電動モータ３０を構成している。そして、シャフト２２は、インペラ４０及び電動モータ３０の回転軸を兼ねている。

シャフト２２は、モータ室１８内に設けられた一対の軸受である第一軸受２３及び第二軸受２４によって、ハウジング１０に対して回転可能に支持されている。第一軸受２３は、電動モータ３０に対してＸ軸正方向ｘ１寄りの位置でシャフト２２を支持している。また、第二軸受２４は、電動モータ３０に対してＸ軸負方向ｘ２寄りの位置でシャフト２２を支持している。第一軸受２３及び第二軸受２４は、いずれも、外輪及び内輪を備えており、外輪及び内輪は互いに回転可能である。なお、第一軸受２３及び第二軸受２４はボールベアリングである。

モータ室１８のＸ軸正方向ｘ１側に面するモータケース１３の内壁１３ｂには、第一軸受２３を支持する第一軸受スリーブ２５が固定されて取り付けられている。第一軸受スリーブ２５は、軸方向Ｘに延びる円筒部２５ａと、円筒部２５ａのＸ軸正方向ｘ１側の端部に一体的に形成されるフランジ部２５ｂとを有する。第一軸受２３は第一軸受スリーブ２５の円筒部２５ａの内周面に支持されている。また、第一軸受スリーブ２５のフランジ部２５ｂにおけるＸ軸正方向ｘ１側の底面２５ｃとモータケース１３の内壁１３ｂとの間には、断面が矩形の薄板状であって略円環形状をなす第一ゴムシート２１が設けられている。すなわち、第一ゴムシート２１は、軸方向Ｘにおいてモータケース１３と第一軸受スリーブ２５との間に設けられている。そして、第一軸受スリーブ２５及び第一ゴムシート２１は、ボルト（図示せず）によってモータケース１３に固定される。なお、第一軸受スリーブ２５のフランジ部２５ｂの底面２５ｃとモータケース１３の内壁１３ｂとは、間に第一ゴムシート２１が挟み込まれていることにより、互いに乖離している。すなわち、第一ゴムシート２１は、軸方向Ｘにおける第一軸受スリーブ２５とモータケース１３との接触を遮断している。
ここで、第一ゴムシート２１は弾性部材を構成し、振動の減衰機能を有するダンパーとして機能する。

一方、モータ室１８のＸ軸負方向ｘ２側に面する蓋体５０の内壁５０ａには、第二軸受２４を支持する第二軸受スリーブ２６が固定されて取り付けられている。第二軸受スリーブ２６は、軸方向Ｘに延びる円筒部２６ａと、円筒部２６ａのＸ軸負方向側の端部に一体的に形成されるフランジ部２６ｂとを有する。第二軸受２４は第二軸受スリーブ２６の円筒部２６ａの内周面に支持されている。また、第二軸受スリーブ２６のフランジ部２６ｂにおけるＸ軸負方向ｘ２側の底面２６ｃと蓋体５０の内壁５０ａとの間には、断面が矩形の薄板状であって略円環形状をなす第二ゴムシート２９が設けられている。すなわち、第二ゴムシート２９は、軸方向Ｘにおいて蓋体５０と第二軸受スリーブ２６との間に設けられている。そして、第二軸受スリーブ２６及び第二ゴムシート２９は、ボルト（図示せず）によって蓋体５０に固定される。また、第二ゴムシート２９は、第一ゴムシート２１と同様に、軸方向Ｘにおける第二軸受スリーブ２６と蓋体５０との接触を遮断する。
ここで、第二ゴムシート２９は弾性部材を構成し、第一ゴムシート２１と同様にダンパーとして機能する。

次に、この発明の実施の形態１に係る電動過給機１０１の動作を説明する。
図１を参照すると、電動過給機１０１において、図示しない電源によって電動モータ３０のコイル３４に電力が印加されると、コイル３４に発生する回転磁界によってロータコア３１が回転駆動される。これにより、シャフト２２及びインペラ４０は中心軸ＣＡを中心に高速で回転駆動される。そして、これに伴い、インペラ４０は、吸入路１６から吸入する空気を圧縮つまり過給して排出路１７へと圧送する。

以上より、この実施の形態１に係る電動過給機１０１では、モータケース１３と第一軸受スリーブ２５との間には第一ゴムシート２１が設けられている。また、蓋体５０と第二軸受スリーブ２６との間にも第二ゴムシート２９が設けられている。第一ゴムシート２１及び第二ゴムシート２９は弾性部材として振動を減衰する機能を有するため、電動モータ３０によってシャフト２２が回転駆動される際の振動が低減される。
さらに、第一ゴムシート２１又は第二ゴムシート２９は、軸方向Ｘにおいて、ハウジング１０と第一軸受スリーブ２５又は第二軸受スリーブ２６との間に設けられる。ここで、従来の電動過給機では、弾性部材は軸受スリーブの径方向外側に設けられるため、軸受スリーブの外周面に対向するハウジングの内周面側に弾性部材を取り付けるための溝を形成しなければならなかった。一方、この実施の形態１に係る電動過給機１０１では、ハウジング１０と第一軸受スリーブ２５又は第二軸受スリーブ２６との間に第一ゴムシート２１又は第二ゴムシート２９を挟み込み、ボルトで締結すればよい。従って、ハウジング１０と第一軸受スリーブ２５又は第二軸受スリーブ２６との間により簡単に第一ゴムシート２１又は第二ゴムシート２９を組み付けることができる。
また、もし第一軸受スリーブ２５又は第二軸受スリーブ２６の径方向外側にＯリング等のダンパーが設けられる場合、第一軸受２３の中心軸の位置と第二軸受２４の中心軸の位置とが互いにずれ、第一軸受２３及び第二軸受２４に偏荷重が掛かるおそれがある。一方、この実施の形態１に係る電動過給機１０１では、第一軸受スリーブ２５又は第二軸受スリーブ２６の径方向外側にダンパーが入らない時と同様の精度で、第一軸受２３の中心軸の位置と第二軸受２４の中心軸の位置とを互いに合わせることができる。すなわち、第一軸受２３の中心軸の位置及び第二軸受２４の中心軸の位置は、シャフト２２の中心軸ＣＡの位置と一致する。従って、第一軸受２３及び第二軸受２４に係る偏荷重が防止される。

また、第一ゴムシート２１は、第一ゴムシート２１は、軸方向Ｘにおける第一軸受スリーブ２５とハウジング１０のモータケース１３との接触を遮断している。さらに、第二ゴムシート２９は、第一ゴムシート２１と同様に、軸方向Ｘにおける第二軸受スリーブ２６とハウジング１０の蓋体５０との接触を遮断している。従って、シャフト２２の振動が第一軸受スリーブ２５及び第二軸受スリーブ２６を介してハウジング１０に伝達する事態が防止され、電動過給機１０１全体の振動が低減される。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る電動過給機１０２の構成を図２に示す。電動過給機１０２は、実施の形態１の電動過給機１０１の第一ゴムシート２１を図２に示す第三ゴムシート６１に置き換えたものである。なお、図１の参照符号と同一の符号は同一又は同様の構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
第一軸受スリーブ２５のフランジ部２５ｂの底面２５ｃとモータケース１３の内壁１３ｂとの間に設けられる第三ゴムシート６１は、電動過給機１０１の第一ゴムシート２１と同様に、薄板状の略円環形状をなしている。また、第三ゴムシート６１のＸ軸負方向側の面６１ｃ、すなわち第一軸受スリーブ２５の底面２５ｃとの接触面６１ｃには、中心軸ＣＡを中心として同心円状に配置される４本の環状溝６１ａが形成されている。また、第三ゴムシート６１のＸ軸負方向側の面６１ｃにおいて、環状溝６１ａが形成されていない部分は５本の凸部６１ｂを構成する。凸部６１ｂは環状溝６１ａと交互に配置されている。すなわち、第三ゴムシート６１における第一軸受スリーブ２５との接触面６１ｃには凹凸が形成される。
第三ゴムシート６１は弾性部材を構成する。

以上より、この実施の形態２に係る電動過給機１０２では、モータケース１３と第一軸受スリーブ２５との間に第三ゴムシート６１が設けられている。従って、実施の形態１の電動過給機１０１と同様に、電動モータ３０によってシャフト２２が回転駆動される際の振動が低減される。また、軸方向Ｘにおいてハウジング１０と第一軸受スリーブ２５との間に第三ゴムシート６１を挟み込むことにより、簡単に第三ゴムシート６１を組み付けることができる。さらに、第一軸受スリーブ２５の径方向外側にダンパーを設けなくて良いため、第一軸受２３及び第二軸受２４に掛かる偏荷重が防止される。また、第三ゴムシート６１は、軸方向Ｘにおける第一軸受スリーブ２５とモータケース１３との接触を遮断しているため、ハウジング１０へのシャフト２２の振動の伝達が防止され、電動過給機１０２全体の振動が低減される。
また、第三ゴムシート６１において、第一軸受スリーブ２５との接触面６１ｃには凹凸が形成されている。従って、シャフト２２が回転駆動する際、第一軸受スリーブ２５の振動に伴って、第三ゴムシート６１の凸部６１ｂが矢印で示すように径方向に変形する。従って、第三ゴムシート６１は軸方向Ｘの振動を減衰するのみならず、シャフト２２の径方向の振動も低減することができる。
また、凸部６１ｂが変形することにより振動が減衰されるので、第三ゴムシート６１自体に硬いゴム素材を用いても十分に電動過給機１０２の振動を減衰することができる。

なお、この実施の形態２において、第二軸受スリーブ２６と蓋体５０との間に設けられている第二ゴムシート２９にも、第三ゴムシート６１と同様に、第二軸受スリーブ２６との接触面において凹凸が形成されてもよい。
また、第三ゴムシート６１に形成される凹凸は、第一軸受スリーブ２５との接触面６１ｃに半球形状の凸部が複数設けられているものであってもよい。

実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係る電動過給機１０３の構成を図３に示す。電動過給機１０３は、実施の形態１の電動過給機１０１の第一軸受スリーブ２５及び第一ゴムシート２１を図３に示す第三軸受スリーブ１２５及びＯリング７１に置き換えたものである。なお、図１の参照符号と同一の符号は同一又は同様の構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
電動過給機１０３において、モータケース１３の内壁１３ｂには、第一軸受２３を支持する第三軸受スリーブ１２５がボルト（図示せず）によって固定されて取り付けられている。第三軸受スリーブ１２５は、軸方向Ｘに延びる円筒部１２５ａと、円筒部１２５ａのＸ軸正方向ｘ１側の端部に一体的に形成されるフランジ部１２５ｂとを有する。第一軸受２３は第三軸受スリーブ１２５の円筒部１２５ａの内周面に支持されている。また、第三軸受スリーブ１２５のフランジ部１２５ｂにおけるＸ軸正方向ｘ１側の底面１２５ｃには、中心軸ＣＡを中心とした円環状の溝１２５ｄが形成されている。溝１２５ｄにはＯリング７１が嵌合するとともに、Ｏリング７１はモータケース１３の内壁１３ｂに接触している。すなわち、Ｏリング７１は、軸方向Ｘにおいてモータケース１３と第三軸受スリーブ１２５との間に設けられている。また、モータケース１３の内壁１３ｂと第三軸受スリーブ１２５の底面１２５ｃとは、間にＯリング７１を挟んで互いに乖離している。すなわち、シャフト２２が回転駆動していない状態において、モータケース１３の内壁１３ｂと第三軸受スリーブ１２５の底面１２５ｃとは互いに接触しておらず、両者の間には隙間が存在している。
ここで、Ｏリング７１は弾性部材を構成する。

以上より、この実施の形態３に係る電動過給機１０３では、軸方向Ｘにおいてモータケース１３と第三軸受スリーブ１２５との間にＯリング７１が設けられているため、シャフト２２の振動が低減される。また、第三軸受スリーブ１２５の径方向外側にダンパーを設けなくて良いため、第一軸受２３及び第二軸受２４に掛かる偏荷重が防止される。
また、電動過給機１０３では、第三軸受スリーブ１２５の底面１２５ｃに形成される溝１２５ｄにＯリング７１を嵌合させることにより、軸方向ＸにおいてＯリング７１をモータケース１３と第三軸受スリーブ１２５との間に組み付けている。従って、軸受スリーブの外周面に対向するハウジングの内周面側に溝を形成する従来の加工方法に比べて、より簡単な加工方法でＯリング７１を組み付けることができる。
また、Ｏリング７１が挟み込まれることにより、モータケース１３の内壁１３ｂと第三軸受スリーブ１２５の底面１２５ｃとの間には隙間が存在している。そのため、シャフト２２の振動を減衰するＯリング７１の機能が向上する。また、シャフト２２の振動がハウジング１０に伝わりづらくなり、電動過給機１０３の振動がより低減される。

なお、この実施の形態３において、第二軸受スリーブ２６と蓋体５０との間にも、第二ゴムシート２９の替わりにＯリングが設けられていてもよい。
さらに、モータケース１３の内壁１３ｂに、中心軸ＣＡを中心とした円環状の溝が形成され、この溝にＯリング７１が取り付けられてもよい。

また、実施の形態１〜３において、弾性部材は、電動モータ３０を挟んでＸ軸正方向ｘ１側及びＸ軸負方向ｘ２側に一対設けられるものに限定されず、どちらか一カ所のみに設けられてもよい。

１０ハウジング、２１第一ゴムシート（弾性部材、ゴムシート）、２２シャフト（回転軸）、２３第一軸受（軸受）、２４第二軸受（軸受）、２５第一軸受スリーブ（軸受スリーブ）、２６第二軸受スリーブ（軸受スリーブ）、２９第二ゴムシート（弾性部材、ゴムシート）、４０インペラ、６１第三ゴムシート（弾性部材、ゴムシート）、７１Ｏリング（弾性部材）、１０１，１０２，１０３電動過給機、１２５第三軸受スリーブ（軸受スリーブ）、Ｘ軸方向。

Claims

回転することにより流体を過給するインペラを有する電動過給機であって、
ハウジングと、
前記インペラに接続される回転軸と、
前記ハウジングに対して前記回転軸を回転可能に支持する一対の軸受と、
前記ハウジングに固定されるとともに、前記一対の軸受をそれぞれ支持する一対の軸受スリーブと、
前記回転軸の軸方向において、前記ハウジングと少なくとも１つの前記軸受スリーブとの間に設けられる弾性部材とを備える電動過給機。
前記弾性部材はゴムシートであり、前記ゴムシートは前記軸方向における前記軸受スリーブと前記ハウジングとの接触を遮断する請求項１に記載の電動過給機。
前記ゴムシートの、前記軸受スリーブとの接触面には、凹凸が形成される請求項２に記載の電動過給機。
前記弾性部材はＯリングである請求項１に記載の電動過給機。