JP2017192290A - 固定子を高速電気モータに固定する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】固定子がモータハウジング内にすきまばめを有する、電気補助式ターボチャージャーまたはスーパーチャージャーでの使用に適した電気モータを提供する。
【解決手段】停止部３２を備えた内部開放部３０を有するハウジング２０と、回転子１０を回転可能に装着する第１軸受１６を支持するための第１軸受マウント１８と、第２軸受４６を支持する第２軸受マウント４２を提供する内部を有するボス４０を有するカバー３８と、固定子５０であって、固定子５０は、停止部３２によって第１軸受マウント１８に向かう方向に軸方向に制限され、ボス４０に向かう方向に軸方向の隙間を有する固定子５０と、ボス４０の極端部上に連結され、固定子５０とボス４０との間の軸方向の隙間を忠実に埋めて固定子５０を軸方向に位置させ固定子５０の動きを内部開放部３０内において各方向に拘束するエラストマースペーサを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気モータに関するものである。より詳細には、本発明は、電気のターボチャージャーで使用される電気モータに関する。

内燃機関の熱効率を向上させるために、通常のエンジンの吸入圧力を高めることが好ましい。従来の解決方法は、エンジンのクランクトレインによって機械的に駆動（過給法）されるか、または、エンジンの排気流によって熱的及び動力学的に駆動（ターボチャージャー過給法）されるコンプレッサを用いた。二つのアプローチ方式の主な限界は、これらのアプローチ方式は、エンジンの出力のみに依存するため、エンジンの出力が低いときは吸入ブーストを使用することができないことである。このような問題に対する１つの解決策は、スタンドアローン電動式（ｓｔａｎｄａｌｏｎｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ−ｄｒｉｖｅｎ）コンプレッサを使用すること、またはターボチャージャーと統合された既存のコンプレッサを電気的に補助することのいずれかである。コンプレッサに要求される熱力学的挙動のために、電気機械は高い回転速度が必要である。電気機械は、同様に、高速でなければならず、これは、このような応用のための高速、低トルクの電気モータ／発電機を指す。

ほとんどの電気補助式（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ−ａｓｓｉｓｔｅｄ）コンプレッサは、電気モータによって駆動されるコンプレッサホイールを使用する。電気モータは、典型的に電気固定子に囲まれた電磁回転子を有する。固定子がハウジング内部で回転することを防止するために、固定子は典型的に固定子と固定子ハウジングの間に接着剤、機械的締結具、または締まりばめ（ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｆｉｔ）を用いて維持される。モータの固定子がモータハウジング内にすきまばめ（ｃｌｅａｒａｎｃｅ ｆｉｔ）を有することができ、固定子をモータハウジングに挿入しやすく、組み立てコストを下げることができ、固定子をモータハウジング内で回転しないようにする締まりばめ、接着剤、締結具、または付加的な部品をなくすことができ、かつ、固定子とモータハウジングとの間に導電性熱伝達を促進させるのに十分に詰まった嵌合部を有する、電気補助式ターボチャージャーまたはスーパーチャージャーでの使用に適した電気モータを提供することが好ましい。

前述した要望を明示するために、本発明の開示が提示される。好ましい実施形態において、本発明は、電気機械の自由度を提供し、電気機械は、電磁回転子と、停止部を備えた内部開放部を有するハウジングと、回転子をハウジング内に回転可能に装着する第１軸受を支持するための第１軸受マウントと、ハウジングに連結され、回転子をハウジング内に回転可能に装着する第２軸受を支持する第２軸受マウントを提供する内部を有するボスを有するカバーと、ハウジングの内部開放部内のすきまばめを有する固定子であって、前記固定子は、ハウジング停止部によって第１軸受マウントに向かう方向に軸方向に制限され、カバーボスに向かう方向に軸方向の隙間を有する固定子と、ボスの極端部上に連結され、固定子とボスとの間の軸方向の隙間を忠実に埋めて固定子を軸方向に位置させ、固定子の動きをハウジングの開放部内の各方向に拘束するエラストマースペーサと、を含む。

本発明の応用可能な他の領域は、以下に提供される詳細な説明から自明になるだろう。詳細な説明及び特定の例は、本発明の好ましい実施例を示しているが、単に例示のために意図されたのみであって、本発明の範疇を限定しようとするものではないことを理解すべきである。

本発明は、詳細な説明及び添付の図面からさらに十分に理解されるだろう:
コンプレッサとして用いられる本発明の電気機械の好ましい実施形態の断面斜視図である; 図１の一部分の拡大図である; カバーを外した図１の電気機械の斜視図である; タービンとして用いられる本発明の電気機械の好ましい実施形態の断面斜視図である; 図４の一部分の拡大図である; ターボチャージャーとして用いられる本発明の電気機械の好ましい実施形態の断面斜視図である。

好ましい実施例に関する次の説明は、本質的にただ例示に過ぎず、決して本発明、本発明の応用、または用途を制限しようとするものではない。

図１〜図３を参照すると、本発明の電気補助式ターボチャージャー７及び電気モータが提供される。ターボチャージャー７は、回転子シャフト１２を含む電磁回転子アセンブリ１０を有する。回転子シャフト１２は、一端部に連結されたターボチャージャーコンプレッサホイール１４を有する。回転子シャフト１２は、第１軸受１６によって第１端部上に回転可能に装着される。第１軸受１６は、ローラー軸受、流体膜軸受、磁気軸受、または空気ホイル軸受でありうる。第１軸受１６は、第１軸受マウント１８内に配置されて支持される。第１軸受マウント１８は、ハウジング２０に対して固定され、ハウジングと一体に形成される。ハウジングは、典型的にアルミニウム、ステンレス鋼、鋳鉄、またはポリマーで製造される。第１軸受１６の前方には、シール２２がある。回転子シャフト１２は、シール２２と接するショルダー２４を有する。回転子シャフト１２はまた、第１軸受１６と接する外部ラジアルショルダー２６を有する。ハウジング２０は、内部開放部３０を有する。内部開放部はショルダー３２によって提供される軸方向停止部を有する。

カバー３８が提供される。カバーは典型的にはアルミニウム、ステンレス鋼、鋳鉄、またはポリマーで製造される。カバー３８は、第１軸受マウント１８を有するハウジング側とほぼ反対側の極端表面（ｅｘｔｒｅｍｅ ｓｕｒｆａｃｅ）３４を有する。カバーは、固定連結されたボス４０を有する。ボス４０は管状であり、コンプレッサホイール１４とほぼ対向する端部に隣接する回転子シャフト１２を回転可能に装着する第２軸受４６に第２軸受マウント４２を提供する。第２軸受４６は、第１軸受１６と同様の様々な種類の軸受でありうる。軸受４６は、回転子シャフト１２のショルダー４８と接する。

電気固定子５０が提供される。図１及び図２に示すように、固定子は概略的に図示されるが、固定子は、一連の積層体から製造される強磁性体またはコアを有する。積層体は、コイル巻線５１により囲まれている。固定子は、ハウジング開放部３０内のすべりばめ（ｓｌｉｐ ｆｉｔ）を有する。本明細書で使用されるようなすべりばめという用語は、しっかり締められているが、固定子をハウジング開放部内に手で容易に挿入することができるか、またはハウジングの開放部に挿入された後、固定子が回転できるようにする程度に十分に緩やかな隙間をいう。特定の応用で、固定子外側直径はまた、固定子とハウジングとの間で熱伝導に役立つサーマルグリースで被覆されてもよい。固定子の前方端部に沿っている積層体５２は、ハウジング開放部ショルダー３２と接触してその軸の位置をコンプレッサホイール１４に向かう方向に制限する。

カバー３８は、ショルダー５６を有する。ショルダー５６は、ハウジングの表面５８と接触して、固定子の前方端部がハウジングショルダー３２と接するとき固定子の積層体６０と管状ボス４０の極端の軸端部面６２との間で若干の隙間があるようにする。管状ボスの軸端部面６２は、エラストマースペーサを収容する幾何学的構造体を有する。幾何学的構造体は、これに限定されるものではないが、リッジまたは他の構成のように、エラストマースペーサを収容／並べる、図示されたような溝または任意の他のパターンであってもよい。エラストマースペーサは、図示されたように、Ｏリング（Ｏ−ｒｉｎｇ）のような形状を有してもよいが、長方形、多角形、及び曲線形状のような他の断面形状を有する他の環状部材であってもよい。エラストマースペーサは、幾何学的構造体６４と接触する。エラストマースペーサ７０は、固定子とボス４０との間の軸方向の隙間を忠実に埋めることにより、固定子５０を軸方向に位置させ、固定子／エラストマースペーサ／キャップ（ボス）界面において静的な摩擦による固定子の動きをハウジング内で各方向に拘束する。

本発明の付加的な利点は、エラストマースペーサの軸方向の圧縮により、固定子とキャップとの間に比較的大きな軸方向の加工クリアランス及び公差が可能となることである。前記のように、エラストマー界面が圧縮されるため、この圧縮により、固定子と固定子ハウジングショルダーとの間に軸方向の力が作用するようになり、固定子をさらに固定しなくても、軸方向に積極的に拘束することができる。

図４及び図５は、タービン発電機１０７という現在発明の電気機械の本発明の実施形態を示す。ハウジング１２０及びカバー１３８内に装着された回転子１００には、タービンホイール１１４が連結される。エンジン排気ガスは、タービンに動力を供給する。Ｏリング形状のエラストマースペーサ１７０は、ボス１４０の軸面１６２に提供される。エラストマースペーサ１７０は、固定子１５０の各運動を拘束する。固定子１５０はまた、ハウジングの開放部停止部１３２によって軸方向に拘束される。

図６は、ターボチャージャー２０７という現在発明の電子機械の本発明の実施形態を示す。ハウジング２２０及びカバー２３８内に装着された回転子２２０には、タービンホイール２１４及びコンプレッサホイール２１５が連結される。Ｏリング形状のエラストマースペーサ２７０は、同様に固定子２５０の各運動を拘束するために提供されるボス２４０の軸面２６２に提供される。固定子２５０はまた、ハウジングの開放部停止部２３２によって軸方向に拘束される。

本発明の説明は、本質的に単に例示のためのものであり、したがって、本発明の要旨から逸脱しない変形は、本発明の範囲内に属するものと意図される。そのような変形は、本発明の思想及び範疇から外れるものとみなされてはならない。

Claims (15)

1. 電磁回転子と；
   停止部を備えた内部開放部を有するハウジングと；
   前記ハウジングに対して固定され、前記回転子を前記ハウジング内に回転可能に装着する第１軸受を支持するための第１軸受マウントと；
   前記ハウジングと固定連結されたカバーであって、前記カバーは、前記ハウジング内に前記回転子を回転可能に装着する第２軸受を支持する第２軸受マウントを提供する内部を有する固定連結されたボスを有するカバーと；
   前記ハウジングの内部開放部内のすきまばめ（ｃｌｅａｒａｎｃｅ ｆｉｔ）を有する固定子であって、前記固定子は、前記ハウジング停止部によって装着された前記第１軸受マウントに向かう方向に軸方向に制限され、前記カバーボスに向かう方向に軸方向の隙間を有する固定子と；
   前記ボスの極端部上に連結され、前記固定子と前記ボスとの間の前記軸方向の隙間を忠実に埋めて前記固定子を軸方向に位置させ、前記固定子の動きを前記ハウジングの開放部内において各方向に拘束するエラストマースペーサと、を含む、電気機械。
2. 前記ボス極端部は、前記エラストマースペーサの配置のために設けられたエラストマースペーサの幾何学的構造体の軸面を有する、請求項１に記載の電気機械。
3. 前記停止部は、前記ハウジングの内部開放部内のショルダーである、請求項１に記載の電気機械。
4. 前記幾何学的構造体は二つの側壁を有する、請求項１に記載の電気機械。
5. 前記固定子は積層体を有し、前記積層体の一つは、前記ハウジング内の前記停止部と接触する、請求項１に記載の電気機械。
6. 前記固定子は積層体を有し、前記積層体の一つは、前記エラストマースペースと接触する、請求項１に記載の電気機械。
7. 前記第１軸受は、ローラー軸受、流体膜軸受、磁気軸受、または空気ホイル軸受を含む群から選択される、請求項１に記載の電気機械。
8. 前記第２軸受は、ローラー軸受、流体膜軸受、磁気軸受、または空気ホイル軸受を含む群から選択される、請求項１に記載の電気機械。
9. 前記回転子はタービンホイール及びコンプレッサホイールを含む群から選択されるコンポーネントと連結される、請求項１に記載の電気機械。
10. 前記回転子はタービンホイール及びコンプレッサホイールと連結される、請求項１に記載の電気機械。
11. 前記回転子はタービンホイールと連結され、前記固定子は発電機の一部である、請求項１に記載の電気機械。
12. 前記電気モータは、２００，０００ＲＰＭまでの速度に達することができる、請求項１に記載の電気機械。
13. 前記カバーは、前記ハウジングに対して前記カバーの軸方向の位置を制限するショルダーを有する、請求項１に記載の電気機械。
14. タービンホイール及びコンプレッサホイールを含むホイール群のうち少なくとも１つに連結される電気回転子と；
    ショルダー停止部を備えた内部開放部を有するハウジングと；
    前記ハウジングに対して固定され、前記回転子を前記ハウジング内に回転可能に装着する軸受を支持するための第１軸受マウントと；
    前記ハウジングと固定連結されたカバーであって、前記カバーは、前記ハウジング内に前記回転子を回転可能に装着する第２軸受を支持する第２軸受マウントを提供する内部を有する固定連結されたボスを有し、前記ハウジングに対して前記カバーの軸方向の制限を設定するためのショルダー停止部を有するカバーと；
    コイル巻線に囲まれた積層体を有する電気固定子であって、前記電気固定子は、ハウジング内のすきまばめを有し、前記積層体と接触する前記ハウジングショルダー停止部によって前記第１軸受マウントに向かう方向に軸方向に制限され、前記カバーボスに向かう方向に軸方向の隙間を有する電気固定子と；
    前記ボスの極端軸端部面内の幾何学的構造体に連結され、前記固定子と前記ボスとの間の前記軸方向の隙間を忠実に埋めて前記固定子を軸方向に位置させ、前記固定子の動きを前記ハウジング内で各方向に拘束する、エラストマースペーサと、を含む、電気機械ターボチャージャー。
15. タービンホイール及びコンプレッサホイールと連結された電気回転子と；
    ショルダー停止部を備えた内部開放部を有するハウジングと；
    前記ハウジングに対して固定され、前記回転子を前記ハウジング内に回転可能に装着する軸受を支持するための第１軸受マウントと；
    前記ハウジングと固定連結されたカバーであって、前記カバーは、前記ハウジング内に前記回転子を回転可能に装着する第２軸受を支持する第２軸受マウントを提供する内部を有する固定連結されたボスを有し、前記ハウジングに対して前記カバーの軸方向の制限を設定するためのショルダー停止部を有するカバーと；
    コイル巻線に囲まれた積層体を有する電気固定子であって、前記電気固定子は、前記ハウジング内のすきまばめを有し、前記積層体と接触する前記ハウジングショルダー停止部によって前記第１軸受マウントに向かう方向に軸方向に制限され、前記カバーボスに向かう方向に軸方向の隙間を有する電気固定子と；
    前記ボスの極端軸端部面内の幾何学的構造体に連結され、前記固定子と前記ボスとの間の前記軸方向の隙間を忠実に埋めて前記固定子を軸方向に位置させ、前記固定子の動きを前記ハウジング内で各方向に拘束する、エラストマースペーサと、を含む、電気機械ターボチャージャー。