JP4285054B2

JP4285054B2 - 過給機

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Publication number: JP4285054B2
Application number: JP2003108081A
Authority: JP
Inventors: 幸照関田
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2003-04-11
Filing date: 2003-04-11
Publication date: 2009-06-24
Anticipated expiration: 2023-04-11
Also published as: JP2004316463A

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

Claims

気体を過給する過給機であって、
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、
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極とを生じる様に磁化された１対の永久磁石製の環状部材であり、
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電磁コイルにより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１対の環状部材に前記回転中心の長手方向に沿って挟まれ、
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に生じたＮ極とＳ極と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他方に生じたＮ極とＳ極とに前記回転中心の長手方向に沿って各々に対向する、
ことを特徴とする過給機。
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に対向する側面に環状の溝を設けられて前記溝を挟んだ内側と外側とに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、
ことを特徴とする請求項１に記載の過給機。
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Ｍ個の柱状部材と環状部材と電磁コイルとを持ち中央部に前記回転軸が貫通する円形孔を設けられ、Ｍ個の前記柱状部材が前記円形孔から周囲に放射状に延び、前記環状部材がＭ個の前記柱状部材の外周部を繋ぎ、前記電磁コイルが前記柱状部材に巻き付き、前記電磁コイルに通電すると前記柱状部材の前記電磁コイルを挟んだ内周部と外周部の位置にＮ極またはＳ極を生じる、
ことを特徴とする請求項１または請求項２のうちのひとつに記載の過給機。
前記軸受ハウジングが前記スラスト軸受け固定子を前記軸受ハウジングに固定する脱着可能な押さえフランジを有し、
前記押さえフランジの一方の側面が前記スラスト軸受固定子を押さえ、
前記押さえフランジの他方の側面が前記圧縮ハウジングの気体が通過する渦巻き状の部屋の壁の一部を形成する、
ことを特徴とする請求項３に記載の過給機。
気体を過給する過給機であって、
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、
前記ラジアル軸受がＮ個のステータコアと２×Ｎ個の電磁コイルとラジアル軸ケーシングとギャップセンサとを有し、
Ｎ個の前記ステータコアが前記ラジアル軸受ケーシングの内周面に円周等間隔に固定され、
前記ステータコアの２つの磁極面が前記回転軸の表面に各々に対面し、
前記磁極面と前記回転軸の表面との隙間を所定の寸法の幅に納まる様に前記ギャップセンサの出力を基に前記電磁コイルに電流を流してＮ個の前記ステータコアの吸引力を制御する、
ことを特徴とする過給機。
１個の前記ステータコアは２個のヨークと基部とを持ち、
２個の前記ヨークは磁束を長手方向に透過可能な柱状体であり一端を前記回転軸の表面に対向して前記回転軸の長手方向に沿って並べられ他端を基部で繋がれ、
２個のヨークの前記回転軸の表面に対向する一端の面を磁極面とし、
２個の前記電磁コイルが２個の前記ヨークの回りに各々に巻いている、
ことを特徴とする請求項５に記載の過給機。
前記圧縮ハウジングでサージングが発生して大きな変動荷重が前記回転軸に作用したときに、前記電磁コイルに流す電流を制御して前記ラジアル軸受の支持特性を最適化する、
ことを特徴とする請求項６に記載の過給機。
気体を過給する過給機であって、
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、
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、
ことを特徴とする過給機。