JP4662155B2 - 電動機付過給機の回転バランス修正方法および回転バランス試験装置 - Google Patents
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Description
電動機付過給機10の給気通路側にはコンプレッサインペラ6とこれを囲むコンプレッサハウジング8が配設されている。
電動機付過給機10の排気通路側にはタービンインペラ2とこれを囲むタービンハウジング4が配設されている。
タービンインペラ2はシャフト12と溶接等により一体化され、コンプレッサインペラ6は中心部にシャフト12が嵌入されてナット7により締結されている。
シャフト12はセンターハウジング14に内蔵されたジャーナル軸受16及びスラスト軸受17によって回転自在に支持されている。
この構造により、タービンインペラ2、コンプレッサインペラ6及びシャフト12が一体的に回転するようになっている。以下、タービンインペラ2、コンプレッサインペラ6及びシャフト12からなる回転体を「過給機ロータ」と呼ぶ。
またセンターハウジング14には、シャフト12と同軸上に連結された回転子18Aと、回転子18Aの周囲に配設された固定子18Bとを有する電動機18が内蔵されている。
従来の過給機の回転バランス修正方法は、例えば下記特許文献1に開示されている。図4は、特許文献1の回転バランス修正方法を説明する図であり、この方法は、以下の(A)〜(E)の手順からなる。
(A)コンプレッサハウジングだけを取り外した状態の過給機50のタービンハウジング51を振動台52のタービンハウジング取付板53に取り付ける。
(B)加速度ピックアップ54をタービンハウジング取付板53の平坦面53aに取り付ける。
(C)回転検出器55をコンプレッサインペラ56の近傍に配置する。
(D)タービンインペラ57に圧縮空気を供給し、タービンインペラ57を高速回転させる。
(E)所定の高速回転速度に達したら、加速度ピックアップ54で過給機50の加速度(振動)を検出するとともに、回転検出器55でコンプレッサホイール56の回転角度を検出し、これらの検出された入力信号を演算器58での演算結果に基づき、過給機ロータの高速アンバランス量を修正する。
また、一般的に過給機は、エンジンに搭載された場合に、過給機内部の圧力バランスが適正となるように設計されているが、上記の従来技術では、コンプレッサハウジングだけを取り外した状態で、回転バランス試験を実施するため、通常の圧力バランスとならない。すなわち、図3を参照して説明すれば、コンプレッサハウジング8だけを取り外し、タービンインペラ2に圧縮空気を供給すると、その周辺の圧力バランスによりタービンインペラ2には図3で左方向の力が作用する。このため、シャフト12を介してスラスト軸受17にタービン側への過大な軸方向荷重(反スラスト力)が作用していまい、スラスト軸受17に悪影響を与える。
さらに、タービンインペラ2はタービンハウジング4に覆われているため、タービンインペラ2側でバランス修正が必要な場合、タービンハウジング4やこれに接続された配管を取り外す必要があり、バランス修正作業が煩雑となる。
すなわち、本発明にかかる電動機付過給機の回転バランス修正方法は、シャフトの両端にタービンインペラ及びコンプレッサインペラが連結されこれらが一体的に回転する過給機ロータの回転を内蔵された電動機により加速補助するように構成された電動機付過給機の回転バランスを修正する方法であって、前記電動機により前記過給機ロータを回転駆動して、前記電動機付過給機の回転バランス修正に必要なデータを検出し、回転バランスを修正する、ことを特徴とする。
このため、圧縮空気源が不要となり、回転バランス試験装置の簡素化・小型化が可能となる。
本発明の方法では、加速補助用モータドライバとは別の専用モータドライバであって加速補助用モータドライバの供給電力より大きい電力を供給する専用モータドライバを用い、電動機を駆動させるので、回転バランス試験に要求される高速回転まで電動機の回転数を上げることができる。
また、電動機を駆動しているときのアンバランス量を計測することにより、電磁気的なアンバランスも修正することが可能であり、回転体の振動による騒音を低減することができる。
したがって、従来の方法のように、過給機内部の圧力バランスが崩れることがなく、スラスト軸受に過大なスラスト力又は反スラスト力が作用することがない。
また、従来の方法では、タービンインペラ側のバランス調整が必要な場合は、タービンハウジングやこれに接続された配管を取り外す必要があったが、本発明の方法によれば、そのような作業が不要であるため、バランス修正作業を迅速に行うことができ、修正作業時間を大幅に短縮することができる。
すなわち、本発明にかかる電動機付過給機の回転バランス試験装置は、シャフトの両端にタービンインペラ及びコンプレッサインペラが連結されこれらが一体的に回転する過給機ロータの回転を内蔵された電動機により加速補助するように構成された電動機付過給機に対し回転バランス修正のための試験を行う、電動機付過給機の回転バランス試験装置であって、前記電動機付過給機のシャフトを回転自在に支持するセンターハウジングを設置・固定可能な過給機設置台と、加速補助時に前記電動機に電力を供給する加速補助用モータドライバとは別の専用モータドライバであって前記加速補助用モータドライバの供給電力より大きい電力を前記電動機に供給する専用モータドライバと、前記電動機過給機の回転バランス修正に必要なデータを検出するデータ検出手段と、を備える、ことを特徴とする。
以下、本発明の第1実施形態について説明する。
図1は、本発明の第1実施形態にかかる電動機付過給機の回転バランス修正方法を実施するための回転バランス試験装置20の概略構成を示す図である。
この回転バランス試験装置20は、電動機付過給機10に対し回転バランス修正のための試験を行う装置であり、図1に示すように、過給機設置台22、専用モータドライバ27及びデータ検出手段(31,32)、を備えている。
そして、この電動機付過給機10は、回転バランス試験を行うために、タービンハウジング4とコンプレッサハウジング8が取り外され、タービンインペラ2とコンプレッサインペラ6が外部に露出した状態で、回転バランス試験装置20に設置・固定されている。なお、図1に示す電動機付過給機10において、図3と共通する部分には、同一の符号を付している。
したがって、例えば特開2003−293785号公報に開示されている、中央部に電動機が配設されその両側に軸受を配設した形式の電動機付過給機にも当然に適用可能である。
取付部23は、上部材23a、下部材23b及び締結部品23c(例えばボルト)からなり、上部材23aと下部材23bとの間でセンターハウジング14を挟持し、堅固に固定できるようになっている。
なお、過給機設置台22の形態は、本実施形態に示すものに限られず、電動機付過給機10のセンターハウジング14を設置・固定できる範囲で種々の形態を採用できる。
完成品(最終製品)としての電動機付過給機10は、加速補助時に電動機18に電力を供給するためのモータドライバにより、電動機18が駆動されるが、通常、そのような加速補助用モータドライバは、あくまで加速補助に必要十分な出力が得られる電力を電動機18に供給するように設計されている(例えば出力1kW程度)。
ところが、電動機付過給機10のタービンハウジング4とコンプレッサハウジング8を取り外した状態であっても、回転バランス試験に必要な高速回転まで過給機ロータを回転駆動させるためには5〜6kW程度の出力が必要となる。このため、加速補助用モータドライバでは、回転バランス試験に要求される高速回転まで電動機18の回転数を上げることが困難な場合がある。
そこで、この専用モータドライバ27は、加速補助用モータドライバの供給電力より大きい電力を電動機18に供給する。この供給電力は、回転バランス試験に必要な高速回転まで過給機ロータを回転駆動させることができるように設定する。
なお、プラグ29またはソケット30は、電力ケーブル28の専用モータドライバ27側の端部に設けられていてもよい。
回転検出器31は、本実施形態ではコンプレッサインペラ6の近傍に配置されており、過給機ロータの高速回転時にその回転角度を検出する。なお、回転検出器31は、コンプレッサインペラ6の近傍に配置される代わりに、タービンインペラ2の近傍に配置されてもよい。
加速度ピックアップ32は、例えばマグネットによりセンターハウジング14に取り付けられ、過給機ロータの高速回転時にその加速度(振動)を検出する。
まず、タービンハウジング4及びコンプレッサハウジング8を取り外した状態で、電動機付過給機10を、上記の過給機設置台22に設置・固定する。
次に、加速度ピックアップ32を電動機付過給機10のセンターハウジング14に取り付け、回転検出器31をコンプレッサインペラ6(またはタービンインペラ2)の近傍に配置する。
次に、電力ケーブル28のプラグ29をソケット30に差し込み、専用モータドライバ27から電動機18へ電力供給が可能な状態とする。
過給機ロータがアンバランス量の計測を行う所定の回転速度まで到達したら、加速度ピックアップ32により振動及び位相を検出するとともに、回転検出器31により過給機ロータの回転角度を検出し、この検出データに基づいて、演算器34によりバランス修正に必要な演算を実行し、図示しないディスプレー又はプリンターにより演算結果が出力される。
そして、この演算結果に基づいて、回転バランスの修正を行う。このとき、回転バランス修正は、タービンインペラ2、コンプレッサインペラ6またはナット7の一部を削除することにより行う。
本実施形態にかかる方法および装置によれば、電動機付過給機10に内蔵された電動機18を使用して、タービンインペラ2、コンプレッサインペラ6およびシャフト12からなる過給機ロータを回転駆動して、電動機過給機10の回転バランス修正に必要なデータを検出し、回転バランスを修正するので、過給機ロータを高速回転させるための圧縮空気をタービンインペラ2に供給する必要が無い。
このため、圧縮空気源が不要となり、回転バランス試験装置20の簡素化・小型化が可能となる。
また、電動機18を駆動しているときのアンバランス量を計測することにより、電磁気的なアンバランスも修正することが可能であり、回転体の振動による騒音を低減することができる。
したがって、従来の方法のように、過給機内部の圧力バランスが崩れることがなく、スラスト軸受に過大なスラスト力又は反スラスト力が作用することがない。
また、従来の方法では、タービンインペラ2側のバランス調整が必要な場合は、タービンハウジング14やこれに接続された配管を取り外す必要があったが、本発明の方法によれば、そのような作業が不要であるため、バランス修正作業を迅速に行うことができ、修正作業時間を大幅に短縮することができる。
以下、本発明の第2実施形態について説明する。
図2は、本発明の第2実施形態にかかる電動機付過給機の回転バランス修正方法を実施するための回転バランス試験装置20の概略構成を示す図である。
図2に示すように、本実施形態にかかる回転バランス試験装置20は、第1実施形態のものに、減圧チャンバ36をさらに備えたものである。
減圧チャンバ36は、電動機付過給機10を収容可能であり、且つ、内部を減圧可能に構成されている。減圧チャンバ36には、排気ライン38及び減圧ポンプ37(真空ポンプ)が接続されており、これにより減圧チャンバ36内が所定の減圧状態とされる。
このように、減圧チャンバ36内に電動機付過給機10を設置して、過給機ロータを回転駆動するので、タービンインペラ2及びコンプレッサインペラ6の回転時にこれらに作用する空気抵抗が低減される。
このため、回転バランス試験に要求される高速回転まで確実に過給機ロータの回転数を上げることができる。
4 タービンハウジング
6 コンプレッサインペラ
7 ナット
8 コンプレッサハウジング
10 電動機付過給機
12 シャフト
14 センターハウジング
16 ジャーナル軸受
17 スラスト軸受
18 電動機
18A 回転子
18B 固定子
20 回転バランス試験装置
22 過給機設置台
23 取付部
23a 上部材
23b 下部材
23c 締結部品
24 上板
25 脚部
26 底板
27 専用モータドライバ
28 電力ケーブル
29 プラグ
30 ソケット
31 回転検出器
32 加速度ピックアップ
34 演算器
35 床面
36 減圧チャンバ
37 減圧ポンプ
38 排気ライン
Claims (6)
- シャフトの両端にタービンインペラ及びコンプレッサインペラが連結されこれらが一体的に回転する過給機ロータの回転を内蔵された電動機により加速補助するように構成された電動機付過給機の回転バランスを修正する方法であって、
前記電動機により前記過給機ロータを回転駆動して、前記電動機付過給機の回転バランス修正に必要なデータを検出し、回転バランスを修正する、
ことを特徴とする電動機付過給機の回転バランス修正方法。 - 加速補助時に前記電動機に電力を供給する加速補助用モータドライバとは別の専用モータドライバであって前記加速補助用モータドライバの供給電力より大きい電力を前記電動機に供給する専用モータドライバを用い、前記電動機を駆動させる、ことを特徴とする請求項1に記載の電動機付過給機の回転バランス修正方法。
- 電動機付過給機のタービンハウジング及びコンプレッサハウジングを取り外した状態で、前記電動機により前記過給機ロータを回転駆動する、ことを特徴とする請求項1又は2に記載の電動機付過給機の回転バランス修正方法。
- 内部が減圧された減圧チャンバ内に前記電動機付過給機を設置して、前記過給機ロータを回転駆動する、ことを特徴とする請求項3に記載の電動機付過給機の回転バランス修正方法。
- シャフトの両端にタービンインペラ及びコンプレッサインペラが連結されこれらが一体的に回転する過給機ロータの回転を内蔵された電動機により加速補助するように構成された電動機付過給機に対し回転バランス修正のための試験を行う、電動機付過給機の回転バランス試験装置であって、
前記電動機付過給機のシャフトを回転自在に支持するセンターハウジングを設置・固定可能な過給機設置台と、
加速補助時に前記電動機に電力を供給する加速補助用モータドライバとは別の専用モータドライバであって前記加速補助用モータドライバの供給電力より大きい電力を前記電動機に供給する専用モータドライバと、
前記電動機過給機の回転バランス修正に必要なデータを検出するデータ検出手段と、を備える、
ことを特徴とする電動機付過給機の回転バランス試験装置。 - 前記電動機付過給機を収容可能であり、且つ、内部を減圧可能な減圧チャンバをさらに備える、ことを特徴とする請求項5に記載の電動機付過給機の回転バランス試験装置。
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