JP2020112161A - 少なくとも１つの駆動軸または従動軸に一体化されたねじりカップリングを有するターボエンジン - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮面の機能中に生成される軸方向の力の支持を簡易なレイアウトで可能にする。【解決手段】電動圧縮機Ｇは、駆動軸３と、駆動軸３によって作動され、ねじりカップリングを用いてこの駆動軸３に連結されている従動軸８とを備える。ねじりカップリングは、領域１１を備え、ねじりカップリングを構成するように回転に柔軟な従動軸８および駆動軸３のうちの１つに少なくとも一体化されている。ねじりカップリングが一体化されている軸３，８が、ロータ４によって実行される機能の支持手段９を構成する外周領域をさらに備える。【選択図】図１

Description

本発明は、ターボエンジン、たとえば一体型電動圧縮機に関する。しかし、当然のことながら、単にターボエンジンの別の種類、すなわちターボ交流発電機に関するという理由で本発明の枠組みの範囲外になることはない。

一体型電動圧縮機群は、エンジン、たとえば電気モータを含む漏れ防止ハウジングと、圧縮機群、たとえば従動軸に設けられ、モータのロータからなる駆動軸によって作動されるかまたはモータによって作動される圧縮用ブレードを有する１つまたは複数のホイールを備える多段ユニットとを備える。

駆動軸と従動軸の１つの連結方法は、リジッドカップリングを用いた従動軸と駆動軸の連結であり、軸受がその中央部分と同じく電動圧縮機群の軸線の端部を支持するために設けられている。

この方法には、製造上の問題およびロータの動力に関連する問題についていくつかの事例がある。

したがって、アライメントに関連する問題を回避するために、フレキシブルカップリングを用いて駆動軸と従動軸を連結することが提案されている。この点において、このようなレイアウトを記載する文献の国際公開第２００４／０８３６４４号を参照することができる。

現在使用されている一般にメンブレンタイプのフレキシブルカップリングは、フランジタイプのリジッドカップリングと比較して、電動圧縮機群の軸方向寸法を通常３５〜４０ｃｍ程度増加させる。加えて、それらは、たとえば軸方向に制限されている引張力または圧縮力のみを受け得るので、脆弱な領域を示す。

しかし、文献の国際公開第２００４／０８３６４４号に記載されているレイアウトの機能中、圧縮機に燃料を供給するガスは、圧縮工程の後に完全にまたは部分的に抽出され、モータを冷却するために使用される。モータにおける冷却ガスの流れは、圧縮機の方向に生じる。

電動圧縮機は、カップリングの反対側で圧縮機のロータ上に１つのアバットメントを有する。この事実のために、軸方向の推力がモータで生成され、軸方向アバットメントに運ばれる前にカップリングによって吸収される。

したがって、これらの不都合を軽減するために、圧縮機の中空軸に配置されるねじりカップリングを使用することが提案されている。このようなレイアウトは、文献の仏国特許第２９６９７２２号明細書に記載されている。これは駆動軸と従動軸との間のフレキシブルカップリングの使用に関連する不都合を軽減するのに効果的であるが、このようなレイアウトは、軸アセンブリの構造を複雑にする。

仏国 特許第２９６９７２２号明細書

上記の課題に鑑み、本発明の目的は、従来技術に係るレイアウトに関連する不具合を軽減することであり、特に、圧縮面の機能中に生成される軸方向の力の支持を簡易なレイアウトで可能にすることである。

したがって、本発明の目的は、駆動軸と、駆動軸によって作動され、ねじりカップリングを用いてこの駆動軸に連結されている従動軸とを備えるターボエンジンである。

さらに、ねじりカップリングは、前記ねじりカップリングを形成するようにねじりに柔軟な領域を備える従動軸および駆動軸のうちの一方に少なくとも一体化されている。

これは、たとえば、圧縮機を駆動するモータと、従動軸に取り付けられている圧縮用ブレードを有する１組のホイールとを備える電動圧縮機群とすることができる。

このセットは、電動圧縮機群によって生成されるガスに不透過性の共通のハウジング内に取り付けられている。

ねじりカップリングが駆動軸および／または従動軸に一体化されているので、上記引用文献の仏国特許第２９６９７２２号に記載されているような駆動軸または従動軸に組み付けられているねじりカップリングの場合に存在するアセンブリにおける問題、すなわち設計および製造の観点における問題が解決される。

ねじりカップリングが一体化されている軸は好ましくはさらに、ロータによって実行される機能の支持手段を構成する外周領域を備える。

駆動軸および従動軸のうちの一方に少なくとも存在するこのねじり領域は、たとえば、ねじりカップリングが一体化されている軸の残りの部分より小さい直径を有する円筒形部によって形成されている。

それは、有利には、ねじり能力をカップリングに付与するように直径に対して選択される長さを有する。この直径の縮小があることにより、軸アセンブリは、それを介して駆動軸と従動軸が連結される縮小寸法を有する内部軸を備え、ねじりによる軸アセンブリの局所的な変形を可能とする。

他の実施形態では、ねじり円筒形部が、従動軸または駆動軸のいずれか、または駆動軸と従動軸の２つ両方に取り付けることができる。

ねじり円筒形部は、カップリングが一体化されている軸から完全に突出させてもよいし、中空軸の形態で中空部の内部に部分的にまたは全体的にあってもよく、これにより中空軸にロータによって実行される１つまたは複数の機能を支持させることを可能にする。ねじり円筒形部が中空軸の内側に位置している場合、これはしたがってねじり部の周りの片持ち梁となる。この方法は、スロートを用いて、またはアセンブリの直径を縮小することによって最終的に実現することができる。

部分的にまたは完全に中空部の内側にあるねじり部の実現により、軸アセンブリの長さを制限できるようになり、したがってターボエンジンの寸法、重量およびコストを制限することができる。

これはまた、ロータの動力に有益な効果を有し得る。

円筒形部は、様々な技術を用いて得ることができることに留意されたい。

一実施形態は、前記軸内で他方の駆動軸または従動軸に連結されている一方の内部軸および他方の外部軸を区切る軸方向円筒形スロートを備える。たとえば、軸方向円筒形スロートは、電食によって形成されている。

あるいは、このねじりカップリングは、製造段階で従動軸および／または駆動軸の直径を縮小（たとえば鍛造および機械加工によって）することによって得られる。

この場合、従動軸および駆動軸のうちの少なくとも一方は、そのねじりカップリング領域に、内部軸および内部軸の周りに組み付けられた１つの外部軸によって区切られた１つの軸方向円筒形スロートを備える。

一実施形態では、外部軸は、駆動軸および従動軸の接続領域まで延在している。

別の実施形態によると、ねじりカップリングがその中央部の直径よりも大きい直径で一体化されている軸の自由端部は、前記内部軸と他方の駆動軸または従動軸との連結領域を形成する。

あるいは、ねじりカップリングが一体化されている軸の自由端部が、一方が連結される他方の駆動軸または従動軸に対応する連結領域の直径よりも小さい直径を有することを確実とすることも可能であり、前記駆動軸または従動軸の連結を確実とするフランジを形成することができる。

本発明の他の目的、特徴および利点は、限定することなく例としてのみ提供されており、添付の図面を参照する以下の説明を読むことにより明らかとなろう。

本発明に係る電動圧縮機群の全体構造を示す概略図である。 図１に係る電動圧縮機群の第１の実施形態を示す図である。 本発明に係る電動圧縮機群の別の実施形態を示す図である。 本発明に係る圧縮機群の別の例を示す図である。 ねじり領域の別の実装態様を示す図である。

まず図１を参照すると、全体を符号Ｇで示されている本発明に係る電動圧縮機はモータ１、たとえば６，０００〜１６，０００回転／分の高回転速度を有し、周波数変換器によって電力を供給され、電動圧縮機群の駆動軸３を形成するステータ２とロータとを備えるたとえば電気モータと、従動軸８に取り付けられているブレード５、６および７（ここでは３つ）を有する１組のホイールを備える圧縮機群４とを主に備える。図に見られるように、従動軸８は、ラジアル軸受９に支持されている。

この構成は、基部（図示せず）に取り付けられ、電動圧縮機群によって生成されるガスに不透過性の共通のケーシング１０内に位置している。ケーシング１０は、生成されるガスが吸引によってそれを介して圧縮機内に吸い込まれる入力「ＩＮＰＵＴ」と、圧縮ガスが圧縮機群４から出る際にそれを介して送達される出力「ＯＵＴＰＵＴ」とを備える。

示されている実施形態では、圧縮機群４は、従動軸８に取り付けられているブレードを有する３つのホイールを備える。明らかなように、圧縮機群４は、ブレードを有する任意の数のホイール、または異なるレイアウトのブレードを有するホイールを備えることができる。

図１および２に示す実施形態では、従動軸８は、その端部領域の面に肩部Ｅを備えており、これによりこの軸はモータ１の駆動軸３に対して一端部にボルト止めされている。

いずれの場合にも、従動軸と駆動軸との間の連結は、ねじりカップリングから構成されている。

ねじりカップリングは、すなわち回転に柔軟なねじり領域の従動軸および駆動軸のうちの少なくとも一方に実装することにより得ることができる。

図１〜４に示す実施形態では、このねじりカップリングは、従動軸８において軸方向円筒形スロート１１を機械加工することによって得られ、これにより従動軸８がそれを介して駆動軸３に連結される内部軸１２と、従動軸８がラジアル軸受９によってそれを介して案内される外部軸１３とを従動軸８に形成する。スロートの長さは、ねじり特性をカップリングに付与するように、それが取り付けられる軸の直径に対して選択される。

このようにして、円筒形スロートを従動軸８に取り付けることにより、作動力を伝達する軸８の有用な直径が局所的に縮小され、ねじれおよび半径方向の変形に対する抵抗を小さくすることができる一方で、重要な半径方向の剛性は保持している。従動軸、特に、内部軸１２は、とりわけ圧縮用ブレード５、６および７を有するホイールの動作中に生成される軸方向の力に耐えることができるままである。

ねじり部の存在は、軸アセンブリの有効部の局所的な縮小に起因して、従動軸８に、曲げおよび弾性ねじりによって変形することができ、それにより電動圧縮機の設置の間またはその動作中に、従動軸と駆動軸との間で一方では角度アライメントの欠陥、他方では横方向の欠陥を補償することができるという特性を付与することが可能となる。

この柔軟性はまた、駆動軸と従動軸との間の屈曲振動のフィルタリングを可能にする。

さらに、ねじり領域は、モータまたは圧縮機によって生成される抵抗トルクによって伝達されるトルクの急激な変化の間に伝達される力を徐々に変化させることが可能である。

加えて、軸アセンブリが軸の２つの部分、すなわち駆動軸および従動軸だけで構成されているので、取り付けが非常に簡単である。

図１および２に示す実施形態では、ねじり部は従動軸８に取り付けられていることに留意されたい。また、従動軸８は、端部が内部軸１２の自由端部に対して背後にあり、これによりこの軸１２が駆動軸３に固定されている外部軸１３を備える。他の点では、本実施形態では、内部軸１２は、肩部Ｅによって形成された端部の直径よりも小さい直径を有する。

さらに、ねじりカップリングは、図１および２に見られるように、製造段階で、たとえば従動軸８の鍛造および機械加工によって局所的な縮小を得て縮小直径を有する従動軸の端部領域を形成することで得られ、次いで円筒形スロートが実現されて外部軸１３を形成する。

スロートを駆動軸に配置することによって図１および２に示す実施形態で得られるねじりカップリングは、当然のことながら、このスロートを駆動軸、または駆動軸と従動軸の２つに配置することによって形成することができる。

図３で見られる別の実施形態では、外部軸１３は、ここでは端部の肩部を有さない内部軸１２の大部分に延在する。したがって、内部軸１２の駆動軸３の端部への取り付けは、駆動軸３の自由端部にボルト止めされ、内部軸１２に回転接続されることにより固定されているフランジ１４を使用する。軸方向スロートは、たとえば、内部軸１２の自由端部に取り付けられている対応するリブと係合することになるフランジ１４の内周面に設けることができる。

この点において、一般的な円錐形状を有する、または図３に見られるような端部の肩部を付与されているフランジを用いることができる。

本実施形態は、軸の端部の間の距離を短くする、すなわち外部軸１３の自由端部と駆動軸３に対する自由端部との間の距離を短くすることができる限り有効であり、この距離はフランジ１４の長さによって固定されている。

図４に示す第３の実施形態によれば、駆動軸３と従動軸８の両方は、軸方向円筒形スロート１１および１１ａを有する。スロート１１は、図３の実施形態で用いたスロートと同様である。

上述した実施形態と同様に、従動軸に関しては、軸方向円筒形スロート１１が内部軸１２および内部軸１２の大部分を沿って延在する外部軸１３を形成し、この内部軸１２は、フランジ１５の取り付けに十分な長さに沿って外部軸１３から突出して延在している。

駆動軸３に関しては、軸方向円筒形スロート１１ａが、内部軸１６および内部軸１６の大部分を沿って延在する外部軸１７をこの軸３内に形成し、内部軸１６は、フランジ１５の取り付けに十分な長さに沿って外部軸１７の自由端部を越えて突出して延在している。

したがって、本実施形態では、軸アセンブリのねじり領域は、駆動軸３および従動軸８内に形成されている。

他の点では、前述した実施形態に対して、軸アセンブリは長さが増加したねじり領域を備える。

従動軸と駆動軸の取り付けが嵌合フランジを用いて行われる図３および４に示す実施形態は、製造段階で、すなわち鍛造およびその後の機械加工によってねじり領域の形成を可能とすることに留意されたい。

ねじり領域の実装は、特に、従動軸８がそれを介して駆動軸３に連結される従動軸８内の内部軸、および次いで従動軸８に組み付けられ、内部軸および外部軸の２つの間に円筒形スロートを形成するように従動軸８がラジアル軸受９によってそれを介して案内される外部軸１３の実現からなる。他の点では、および図中に点線で示されているように、外部軸は縮小直径を有する軸の領域の周りに組み付けられている。

このようなアセンブリは、様々な手段で得ることができる。中空部は、たとえばねじり領域に近接したロータ上に、たとえばボルト止めによっておよび／またはアバットメントの直径を介しておよび／またはハース歯によっておよび／または多くの他のアセンブリモードを用いて組み付けることができる。

従動軸が内部軸１２と外部軸１３とを備える図３および４に示す実施形態はまた、外部軸が次いでロータによって実行される機能を実装するために使用することができるため有効である。

特に、軸受支持体および／またはブレードを有する１つまたは複数のホイールの支持体を実現することができる（図３）。

明らかなように、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。また、一変形では、軸方向円筒形スロートを駆動軸および従動軸に配置して、駆動軸と従動軸の両方に関して、軸の端部の間の距離、すなわち２つの外部軸１３および１７の端部の間の距離をねじり長さの半分と等しくすることを確実とすること、または他の点では、図２を参照して説明されている実施形態と同様に、駆動軸と従動軸の両方に関して、外部軸の外側に延在する内部軸の長さを外部軸の長さと等しくすることを確実することを可能にする。

したがって図５に示す実施形態では、ねじり領域は、従動軸の製造の間においてねじり特性をカップリングに付与するように縮小された直径を有する領域１８の実現によって形成することができる。前述した実施形態のように、駆動軸との連結は、示すように肩部Ｅを端部に設けることによって、または嵌合フランジを用いることによっての両方で実現することができる。

縮小直径領域もまた、従動軸の残りとは独立して実現することができ、図２〜４を参照してすでに示したように、従動軸に組み付けることができる。

明らかなように、縮小直径領域はすでに示されたように代替例として、駆動軸、または従動軸および駆動軸の２つに形成することができる。図１〜４に示す実施形態と同様に、縮小直径領域の長さは、ねじり特性を軸に付与するようにこの領域の直径に対して選択されることに留意されたい。

たとえば、５０ｍｍ程度の軸直径に対して、ねじり領域は、６００ｍｍ〜７００ｍｍの長さで実現することができる。

最後に、異なる実施形態において従動軸および／または駆動軸に形成される軸方向円筒形スロートは、電食またはＥＤＭ（「Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ Ｍａｃｈｉｎｉｎｇ（放電加工）」）によって形成することができ、これは放電を用いて一体的に材料を除去する加工手順であることに留意されたい。

１ モータ
２ ステータ
３ 駆動軸
４ 圧縮機群
５ ブレード
６ ブレード
７ ブレード
８ 従動軸
９ ラジアル軸受
１０ ケーシング
１１ 軸方向円筒形スロート、円筒形部
１１ａ 軸方向円筒形スロート
１２ 内部軸
１３ 外部軸
１４ フランジ
１５ フランジ
１６ 内部軸
１７ 外部軸
１８ 領域

Claims (15)

1. 駆動軸（３）と、前記駆動軸（３）によって作動され、ねじりカップリングを用いてこの駆動軸（３）に連結されている従動軸（８）とを備え、前記ねじりカップリングは、前記ねじりカップリングを構成するように回転に柔軟な領域（１１；１７）を備える前記従動軸（８）および駆動軸（３）のうちの少なくとも一方に一体化されていることを特徴とするターボエンジン。
2. 前記ねじりカップリングが一体化されている前記軸（３，８）が、ロータによって実行される機能の支持手段を構成する外周領域をさらに備える請求項１に記載のターボエンジン。
3. 前記柔軟な領域が、前記ねじりカップリングが一体化されている軸（３，８）の残りの部分より小さい直径を有する円筒形部（１１）を備える請求項１および２のいずれかに記載のターボエンジン。
4. 前記円筒形部（１１）の長さが、ねじり特性を前記カップリングに付与するように前記直径に対して選択される請求項３に記載のターボエンジン。
5. 前記円筒形部（１１）が、前記従動軸（８）または前記駆動軸（３）に取り付けられている請求項３および４のいずれか１項に記載のターボエンジン。
6. 前記円筒形部（１１）が、前記従動軸（８）および前記駆動軸（３）に取り付けられている請求項２および４のいずれかに記載のターボエンジン。
7. 前記ねじり円筒形部（１１）が、前記カップリングが一体化されている前記軸（３，８）から完全に突出している請求項３乃至６のいずれか１項に記載のターボエンジン。
8. 前記ねじり円筒形部（１１）が、中空部の内側に部分的にまたは完全に位置している請求項３乃至６のいずれか１項に記載のターボエンジン。
9. 前記従動軸（８）および駆動軸（３）のうちの少なくとも一方が、そのねじりカップリング領域に、前記軸（３，８）内で他方の駆動軸（３）または従動軸（８）に連結されている内部軸（１２）および外部軸（１３）を区切る軸方向円筒形スロート（１１，１１ａ）を備える請求項１から８のいずれか１項に記載のターボエンジン。
10. 前記軸方向円筒形スロート（１１，１１ａ）が、電食によって形成されている請求項９に記載のターボエンジン。
11. 前記従動軸（８）および駆動軸（３）のうちの少なくとも一方が、そのねじりカップリング領域に、内部軸（１２）および前記内部軸（１２）の周りに組み付けられた外部軸（１３）によって区切られた軸方向円筒形スロート（１１，１１ａ）を備える請求項１乃至８のいずれか１項に記載のターボエンジン。
12. 前記外部軸（１３）が、前記ロータによって実行される機能の前記支持手段を構成する請求項２に従う請求項９、１０および１１のいずれか１項に記載のターボエンジン。
13. 前記外部軸（１３）が、前記駆動軸（３）および従動軸（８）の接続領域まで延在する請求項９、１０および１１のいずれか１項に記載のターボエンジン。
14. 前記ねじりカップリングが一体化されている前記軸（１２）の自由端部が、その中央部の直径よりも大きい直径を有し、前記内部軸（１２）と他方の駆動軸（３）または従動軸（８）との結合領域を形成する請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のターボエンジン。
15. 前記ねじりカップリングが一体化されている前記軸（１２）の自由端部が、一方が連結される他方の駆動軸（３）または従動軸（８）に対応する前記連結領域の直径よりも小さい直径を有し、フランジ（１４）が前記軸（３，８）の連結を確実とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のターボエンジン。