JP5535992B2 - 電動過給圧縮機、その組立方法及び内燃機関 - Google Patents

電動過給圧縮機、その組立方法及び内燃機関 Download PDF

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Description

本発明は、例えば車両に搭載され、電動モータで駆動される電動過給圧縮機、その組立方法及び該電動過給圧縮機が組み込まれた内燃機関に関する。
車両には、内燃機関の熱効率を向上させるため、吸気通路に設けられたコンプレッサ及び排気通路に設けられたタービンを備えたターボ過給機が設けられている。最近では、ターボ過給機のターボラグや応答性を改善する手段のひとつとして、電動モータ駆動による電動過給圧縮機が注目されている。しかし、電動過給圧縮機には、耐久性、組立容易性及び車両搭載時の据付け容易性等において、多くの課題がある。
電動過給圧縮機は、軸振動を低減させる観点から、重量が大きいモータ回転子の部分を両端で支持する方式が一般的である。特許文献１には、かかる両端支持方式の電動過給圧縮機が開示されている。以下、この方式を図８により説明する。電動過給圧縮機１００Ａのハウジングは、コンプレッサハウジング１０２と、モータハウジング１０４と、モータハウジング１０４の両側に設けられたベアリングハウジング１０６ａ及び１０６ｂとから構成されている。コンプレッサハウジング１０２の内部に、コンプレッサホィール１０８が収容され、コンプレッサホィール１０８の中心部からモータハウジング１０４側に回転軸１１０が延設されている。
回転軸１１０にモータロータ１１２が取り付けられ、モータハウジング１０４の内部にステータ（図示省略）が設けられ、該ステータは、モータロータ１１２に対面した位置に配置されている。ベアリングハウジング１０６ａ及び１０６ｂの内側に、モータハウジング１０４の両側で回転軸１１０を支承する軸受１１４が設けられている。コンプレッサハウジング１０２の入口１０２ａは、内燃機関の吸気通路に接続され、コンプレッサホィール１０８が回転することで、給気ａが取り込まれ、圧縮されて、吸気通路の出口側に排出される。
図９に、回転軸１１０を片持ちで支承する電動過給圧縮機１００Ｂを示す。電動過給圧縮機１００Ｂでは、コンプレッサハウジング１０２とモータハウジング１０４との間にベアリングハウジング１０６が設けられている。ベアリングハウジング１０６の内側に複数の軸受１１４が設けられ、これらの軸受１１４で回転軸１１０を支承している。
特開平２００２−３６９４７４号公報
電動モータを両側から支持する両端支持方式の電動過給圧縮機は、電動モータの安定支持が可能になり、振動低減には有効であるが、電動モータの両側に軸受を設けるため、組立が面倒になる。一方、片持ち式では、両端支持方式と比べて組立は容易であるが、振動低減の観点からは有利ではない。
また、特許文献１の電動過給圧縮機は、電動モータの回転数を制御するモータインバータをモータハウジングから離れた位置に設けている。かかる分離された配置では、組立容易性及び車両への搭載容易性の観点から有利であるが、電動モータとモータインバータとの距離が離れるほど、電動モータとモータインバータ間を流れる電流抵抗が大きくなる。そのため、電動モータとモータインバータ間を流れる電流の損失が大きくなり、モータ出力が低下する。特に、車両に搭載される発電装置の限られた発電能力では、モータ出力の低下は性能面で不利となる。
また、電動モータの回転数が大きくなるほど、回転軸に加わる負荷のアンバランスと電動モータの磁気吸引力の影響が大きくなる。そのため、回転軸に発生する振動が大きくなると共に、回転軸の出力低下が生じ、また、騒音も大きくなるという問題がある。
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、構成を簡素化し、組立が容易で、振動及び騒音を低減でき、かつモータインバータを設けた場合に、モータ出力及び回転軸出力の損失を抑制可能な電動過給圧縮機及びその組立方法を実現することを目的とする。
かかる目的を達成するため、本発明の電動過給圧縮機は、コンプレッサハウジングに内蔵されたコンプレッサホィールと、該コンプレッサホィールの回転軸を駆動する電動モータと、該回転軸の回転数を制御するモータインバータと、該電動モータの両側に設けられ前記回転軸を回転自在に支承する転がり軸受とを備えた電動過給圧縮機において、前記電動モータが前記回転軸上に配置され、前記転がり軸受の外側に、該転がり軸受との間に隙間を形成して設けられたスリーブと、前記転がり軸受の外輪又は内輪の側面を両側から挟持して転がり軸受を支持する支持部材と、前記スリーブの外側に配設され、該スリーブを弾性的に支持するダンパー機構と、を備え、さらに、前記モータインバータ側に配置された転がり軸受及び該転がり軸受の外側に設けられた前記スリーブが、両端に内側へ突出した内側係止部を有する大径スリーブと、大径スリーブの内側に配置され一端に外側へ突出した外側係止部を有する円筒状のバネガイドと、大径スリーブの内側に配置され、大径スリーブとの間に前記隙間を形成しながら大径スリーブの一方の内側係止部とバネガイドの外側係止部とで挟持される転がり軸受と、大径スリーブ及びバネガイド間に形成された円筒状空間に配置され、該外側係止部を介して転がり軸受に弾性挟持力を付与するバネ部材と、からなるダンパースリーブ構成体で構成されているものである。
本発明の電動過給圧縮機では、電動モータを両端支持することによる振動低減効果に加えて、転がり軸受と転がり軸受の外側に配置されるスリーブとの間に、隙間を形成しているので、この隙間によって、転がり軸受の熱膨張を吸収しかつ回転軸の振動を遮断でき、回転軸から電動モータ及びインバータに振動が伝達するのを抑制できる。加えて、該隙間を形成したことで、回転軸や転がり軸受に発生する偏荷重を抑制できるので、装置構成を簡素化かつ低コスト化できると共に、回転軸の出力低下を抑制できる。
さらに、スリーブの外側にダンパー機構を設けているので、電動モータやインバータへの振動伝達をさらに抑制できる。なお、支持部材により転がり軸受の外輪又は内輪を両側側面から挟持しているので、転がり軸受を安定して固定できる。そのため、コンプレッサホィール等から回転軸に加わるスラスト力を転がり軸受で安定して受け止めることができ、このことが振動及び騒音の低減に寄与すると共に、装置構成を簡素化かつ低コスト化できる。
本発明装置において、前記電動モータ及び前記モータインバータが前記回転軸上に直列に隣接配置されとよい。これによって、電動モータ及びモータインバータが回転軸上に直列に隣接配置されているので、電動モータとモータインバータ間の電流損失を最小限に抑えることができる。
また、本発明装置において、転がり軸受をグリース封入型転がり軸受で構成するとよい。これによって、転がり軸受がグリース封入型転がり軸受で構成されているので、転がり軸受に潤滑油を供給するための潤滑油配管等の装置が不要となり、装置構成を簡素化かつ低コスト化できる。
本発明装置において、ダンパー機構が、スリーブと該スリーブに対面するハウジングの内側面との間に隙間が形成され、該隙間に弾性をもつダンパー部材が介装されているものであるとよい。これによって、簡単かつ低コストなダンパー機構を実現できる。
本発明装置において、ダンパー機構が、スリーブと該スリーブに対面するハウジングの内側面との間に隙間が形成され、該隙間に潤滑油の油膜が形成されているものであるとよい。このように、潤滑油の油膜を形成することで、ダンパー部材の経年劣化のおそれがない長寿命のダンパー機構を実現できる。
本発明装置では、モータインバータ側に配置された転がり軸受及び該転がり軸受の外側に設けられたスリーブが、両端に内側へ突出した内側係止部を有する大径スリーブと、大径スリーブの内側に配置され一端に外側へ突出した外側係止部を有する円筒状のバネガイドと、大径スリーブの内側に配置され、大径スリーブとの間に、転がり軸受の熱膨張を吸収しかつ回転軸の振動を遮断する隙間を形成しながら大径スリーブの一方の内側係止部とバネガイドの外側係止部とで挟持される転がり軸受と、大径スリーブ及びバネガイド間に形成された円筒状空間に配置され、該外側係止部を介して転がり軸受に弾性挟持力を付与するバネ部材と、からなるダンパースリーブ構成体で構成されている。
前記ダンパースリーブ構成体は、バネ部材により転がり軸受に弾性挟持力を付加しているので、転がり軸受の位置変動に対しても、常に転がり軸受に対する挟持力を保持できる。そのため、転がり軸受の寸法公差や回転軸に固定された各部材（モータロータ、スリーブ等）の取付け誤差を許容しながら、転がり軸受に対する挟持力を保持できる。従って、各部材の許容寸法公差を緩和できるので、各部材の製作費を節減できる。また、予め一体に組み立てられたダンパースリーブ構成体を用いることで、軸受機構の組立が容易になる。
本発明装置において、コンプレッサ側に配置された転がり軸受とスペーサとの間に、バネ部材を設けるようにしてもよい。コンプレッサホィールの背面側に給気が回り込むと、該背面側に給気圧が加わる。これによって、回転軸の軸線方向に、コンプレッサ側に作用する引張り力が発生する。そこで、コンプレッサ側に配置された転がり軸受とスペーサとの間に、バネ部材を設けることで、前記引張り力を弾性的に受けることができる。そのため、転がり軸受とスペーサとの間に、過大な荷重が発生するのを防止でき、転がり軸受やスペーサの損傷を防止できる。
本発明装置において、コンプレッサハウジングに吸気通路が接続され、コンプレッサホィールに対して吸気をバイパスさせる吸気バイパス通路及び該吸気バイパス通路に設けられたバイパス弁が、コンプレッサハウジングに一体形成されているとよい。これによって、吸気バイパス通路を別に設ける必要がなくなり、電動過給圧縮機をコンパクト化できる。そのため、車両への搭載が容易になる。
本発明の内燃機関は、本発明の電動過給圧縮機が吸気通路に設けられているものである。本発明の電動過給圧縮機を内燃機関に組み込むことによって、内燃機関をコンパクト化できるので、車両への搭載が容易になる。また、内燃機関をコンパクト化できることで、燃費を向上できる。また、電動過給圧縮機の振動及び騒音を低減できる。
本発明の内燃機関において、本発明の電動過給圧縮機が吸気通路に設けられ、該電動過給圧縮機の上流側又は下流側の吸気通路に設けられたコンプレッサ及び排気通路に設けられたタービンを有するターボ過給機と、排気通路から排気の一部を吸気通路に戻す排気再循環機構とを備えているものである。前記作用効果に加えて、本発明の電動過給圧縮機とターボ過給機とを組み合わせることで、内燃機関の出力向上が可能になると共に、過度運転時の応答性を向上できる。また、排気再循環機構を設けたことで、排気中のＮＯＸの発生を抑制できる。
また、本発明の電動過給圧縮機の組立方法は、回転軸のモータインバータ側端から回転軸にモータロータを嵌入させ、回転軸に形成された拡径部にモータロータを係止させた状態で固定する第１工程と、回転軸のコンプレッサ側端から回転軸に転がり軸受を嵌入させ、拡径部に係止させた状態で固定すると共に、回転軸のモータインバータ側端から回転軸にダンパースリーブ構成体を嵌入させ、モータロータに隣接した位置で固定する第２工程と、ベアリングハウジングの内側面にスリーブ及び該スリーブの外側に第１ダンパー機構が設けられ、回転軸のコンプレッサ側端から回転軸にベアリングハウジング及びコンプレッサホィールを嵌入させ、コンプレッサホィールを回転軸に固定すると共に、スリーブが、転がり軸受の外側に転がり軸受の熱膨張を吸収しかつ回転軸の振動を遮断する隙間を形成して配置される第３工程と、電動モータ及びモータインバータのハウジングを兼用する一体型ハウジングの内側面に第２ダンパー機構が設けられ、第１工程から第３工程までの組立工程で組み立てられた回転軸組立構成体を両側からコンプレッサハウジングと一体型ハウジングとで覆い、ベアリングハウジングをコンプレッサハウジングと一体型ハウジングとで挟持した状態で、コンプレッサハウジングと一体型ハウジングとを結合すると共に、第２ダンパー機構が大径スリーブの外側に配置される第４工程とからなるものである。
本発明方法によれば、回転軸に形成された拡径部に、両側からモータロータ及び転がり軸受を係止させることで、モータロータ及び転がり軸受の位置決めが容易になる。また、ダンパースリーブ構成体を予め製作しておき、ダンパースリーブ構成体をモータロータに隣接配置することで、モータインバータ側軸受機構の装着が容易になる。また、電動モータ及びモータインバータのハウジングを兼用する一体型ハウジングを製作しておき、コンプレッサハウジングと一体型ハウジングとを、これらのハウジングでベアリングハウジングを挟むようにして結合するようにしているので、電動過給圧縮機のハウジングの取り付けが一工程で完結する。
このように、本発明方法によれば、振動低減及びその他の長所を有する本発明の電動過給圧縮機の組立工程を短縮でき、組立を容易にできる。
本発明の電動過給圧縮機によれば、コンプレッサハウジングに内蔵されたコンプレッサホィールと、コンプレッサホィールの回転軸を駆動する電動モータと、回転軸の回転数を制御するモータインバータと、電動モータの両側に設けられ回転軸を回転自在に支承する転がり軸受とを備えた電動過給圧縮機において、電動モータ及び前記モータインバータが回転軸上に直列に隣接配置され、転がり軸受の外側に、転がり軸受との間に隙間を形成して設けられたスリーブと、転がり軸受の外輪又は内輪の側面を両側から挟持して転がり軸受を支持する支持部材と、スリーブの外側に配設され、スリーブを弾性的に支持するダンパー機構と、を備え、さらに、前記モータインバータ側に配置された転がり軸受及び該転がり軸受の外側に設けられた前記スリーブが、両端に内側へ突出した内側係止部を有する大径スリーブと、大径スリーブの内側に配置され一端に外側へ突出した外側係止部を有する円筒状のバネガイドと、大径スリーブの内側に配置され、大径スリーブとの間に前記隙間を形成しながら大径スリーブの一方の内側係止部とバネガイドの外側係止部とで挟持される転がり軸受と、大径スリーブ及びバネガイド間に形成された円筒状空間に配置され、該外側係止部を介して転がり軸受に弾性挟持力を付与するバネ部材と、からなるダンパースリーブ構成体で構成されているので、電動モータ及びモータインバータの振動を大幅に低減できる。加えて、回転軸や転がり軸受に偏荷重が発生しないので、装置構成を簡素化かつ低コスト化できると共に、回転軸の出力低下を抑制できる。さらに、回転軸に加わるスラスト力に対して、転がり軸受を安定して固定できる。
本発明の内燃機関によれば、本発明の電動過給圧縮機が吸気通路に設けられているので、内燃機関のコンパクト化が可能になる。そのため、燃費を向上できると共に、車両への搭載が容易になり、かつ燃費を向上できる。また、電動過給圧縮機の振動及び騒音を低減できる。
本発明の電動過給圧縮機の組立方法によれば、前記第１工程から第４工程までの組立工程からなるので、本発明の電動過給圧縮機の組立工程を短縮でき、組立が容易になる。
本発明の電動過給圧縮機の第１実施形態に係る正面視断面図である。 前記電動過給圧縮機の軸受機構の一部拡大断面図である。 前記電動過給圧縮機のコンプレッサホィールの一部拡大断面図である。 本発明の電動過給圧縮機の第２実施形態に係る軸受機構の一部拡大断面図である。 本発明の電動過給圧縮機の第３実施形態に係るコンプレッサハウジングの一部断面図である。 本発明の内燃機関の第１実施形態に係る系統図である。 本発明方法の第１実施形態に係る組立工程図である。 有来の両端支持方式の電動過給圧縮機の正面視断面図である。 従来の片持ち式の電動過給圧縮機の正面視断面図である。
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではない。
（実施形態１）
本発明の電動過給圧縮機の第１実施形態を図１〜図３に基づいて説明する。本実施形態の電動過給圧縮機１０は、車両に搭載された内燃機関の吸気通路（図示省略）に設けられている。電動過給圧縮機１０のハウジングは、コンプレッサハウジング１２、電動モータ及びモータインバータのハウジングを兼ねる一体型ハウジング１４、及びベアリングハウジング１６で構成されている。コンプレッサハウジング１２の内部に、コンプレッサホィール１８が収容されている。コンプレッサホィール１８の中心軸線上に貫通孔が設けられ、該貫通孔に回転軸２０の端部が嵌入し、該端部に形成されたネジ部２０ａにナット２６が螺着することで、回転軸２０のコンプレッサ側端部がコンプレッサホィール１８に結合されている。回転軸２０はハウジングの中心軸線上に配置されている。
コンプレッサホィール１８の外周面に複数のインペラ２８が放射状に突設されている。コンプレッサホィール１８が回転することで、給気ａが吸気通路から吸入されかつ圧縮されて、内燃機関のインレットマニホールド（図示省略）に供給される。コンプレッサハウジング１２及び一体型ハウジング１４には、互いに当接される平坦なフランジ面を有するフランジ部１２ａ及び１４ａが形成されている。フランジ部１２ａ及び１４ａでベアリングハウジング１６のフランジ部１６ａを挟み、ボルト５０でフランジ部１２ａ及び１４ａを結合することで、電動過給圧縮機１０の全ハウジングを一工程で組立できる。
回転軸２０の中央に円板状の拡径部２０ｂが形成されている。ベアリングハウジング１６の内部に、転がり軸受の一種である玉軸受２４が、拡径部２０ｂに接した位置で回転軸２０に圧入されている。玉軸受２４は、内部にグリースＧが封入されており、グリース漏れを防ぐシール部材２４８を備えている（図２参照）。玉軸受２４の内輪２４０の一方の側面は拡径部２０ｂに当接している。玉軸受２４とコンプレッサホィール１８間にスリーブ４０が介設され、内輪２４０の他方の側面は、スリーブ４０の端面に接している。こうして、玉軸受２４の内輪２４０の両側面は、拡径部２０ｂとスリーブ４０とで挟持されている。
スペーサ３０がボルト３２でベアリングハウジング１６に結合されており、スペーサ３０がコンプレッサホィール１８と玉軸受２４間に介在し、スペーサ３０の突端が玉軸受２４の外輪２４２の側面に当り、玉軸受２４を支持している。
図２に示すように、玉軸受２４の外側にはスリーブ３４が設けられている。玉軸受２４の外周面とスリーブ３４の内周面との間に隙間ｓ１が形成されている。隙間ｓ１は、玉軸受２４の最高温度（例えば１００℃）における熱膨張と、回転軸２０の振動とを吸収できる必要最小量の大きさに設定されている。スリーブ３４とベアリングハウジング１６の内面との間にも隙間ｓ２が形成されている。隙間ｓ２は、回転軸２０に作用する磁気吸引力や、回転軸２０の振動により玉軸受２４，６０に加わる荷重を考慮し、該荷重に対する弾性Ｏリング３８のひずみ量を算出し、該ひずみ量から安全率を考慮し、弾性支持に必要な最小量に設定されている。
ベアリングハウジング１６の内面には、２条の四角断面の凹溝３６が刻設され、ゴム材からなる弾性Ｏリング３８が嵌入されている。弾性Ｏリング３８は隙間ｓ２を埋めるように配置され、スリーブ３４が弾性的にベアリングハウジング１６の内面に接触させる弾性支持作用をもっている。
玉軸受２４は、内輪２４０と外輪２４２との間に球状の転動体２４４が介在し、転動体２４４を保持する保持器２４６と、外輪２４２に固定され、グリースＧを封入するシール部材２４８とを備えている。モータロータ２２が、拡径部２０ｂの他方の側面に接した状態で、回転軸２０に圧入されている。モータロータ２２の外側には、モータロータ２２と間隔を置いてモータコイル４２が配置されている。モータコイル４２の外側には、モータステータ４４が配置されている。
モータロータ２２、モータコイル４２及びモータステータ４４で、電動モータ４６を構成し、モータコイル４２及びモータステータ４４は、電動モータ４６及びモータインバータ４８のハウジングを兼用する一体型ハウジング１４に内蔵されている。
モータロータ２２に対して、四角断面のリング状スペーサ５２を介し、ダンパースリーブ構成体５４が隣接配置されている。図７に示すように、ダンパースリーブ構成体５４は、円筒状の大径スリーブ５６と、円筒状のバネガイド５８と、玉軸受２４と同一構成のグリース封入型玉軸受６０と、コイルバネ６２とで構成されている。大径スリーブ５６の一端内周面には、リング状の内側係止部５６ａが内方へ突設され、他端内周面には、内方へ突出した複数の固定ピン６４が周方向に取り付けられている。バネガイド５８の一端外周面にリング状の外側係止部５８ａが外方へ突設している。
大径スリーブ５６及びバネガイド５８で形成された円筒状空間にコイルバネ６２が収容され、固定ピン６４と外側係止部５８ａとの間に、玉軸受６０の外輪２４２が嵌入されている。こうして、玉軸受２４の外輪２４２は両側から固定ピン６４と外側係止部５８ａとで挟持されている。玉軸受６０の外輪２４２には、外側係止部５８ａを介してコイルバネ６２のバネ力が付加されている。
玉軸受２４の外輪２４２の外周面と大径スリーブ５６の内面との間には隙間ｓ１が形成されている。隙間ｓ１は、玉軸受６０の最高温度（例えば１００℃）における熱膨張と、回転軸２０の振動を吸収できる必要最小量に設定されている。大径スリーブ５６の外周面と一体型ハウジング１４の内周面との間に隙間ｓ２が形成されている。一体型ハウジング１４の内面には、図２に示すように、２条の四角断面の凹溝３６が刻設され、ゴム材からなる弾性Ｏリング３８が嵌入されている。弾性Ｏリング３８は隙間ｓ２を埋めるように配置され、スリーブ３４が弾性的に一体型ハウジング１４の内面に接触させる弾性支持作用をもっている。
ダンパースリーブ構成体５４に隣接して、スリーブ６６が回転軸２０に圧入されている。スリーブ６６の一端は、玉軸受６０の内輪２４０の側面に当接し、玉軸受６０を固定している。スリーブ６６の他端には、センサーターゲット６８が外方へ突設されている。回転軸２０のインバータ側端には、ネジ部２０ｃが形成され、ネジ部２０ｃにナット７０が螺着している。一体型ハウジング１４の内部には、電動モータ４６に隣接してモータインバータ４８が配置されている。一体型ハウジング１４の内面には、センサーターゲット６８に対面する位置に、回転軸２０の回転数を検出する回転センサー７２が取り付けられている。
本実施形態によれば、グリース封入型玉軸受２４及び６０で回転軸２０を支承したことにより、潤滑油を玉軸受に供給するための潤滑油供給配管等の潤滑油供給手段を必要としない。そのため、電動過給圧縮機１０の構成を簡素化かつ低コスト化できる。
また、重量が大きい電動モータ４６を、その両側に配置された玉軸受２４及び６０で支持することで、回転軸２０の振動を低減できる。これに加えて、玉軸受２４及び６０の内輪又は外輪をこれらの両側に配置された部材で挟持し、玉軸受２４，６０の外側に配置されたスリーブ３４、大径スリーブ５６との間に、玉軸受の熱膨張及び回転軸２０の振動を吸収できる隙間ｓ１を形成したので、回転軸２０の振動が電動モータ４６及びモータインバータ４８に伝達するのを効果的に防止できる。また、隙間ｓ１を形成することで、回転軸２０や玉軸受２４及び６０に発生する偏荷重を抑制できるので、回転軸２０の出力低下を抑制できる。
さらに、回転軸２０に作用する磁気吸引力や、回転軸２０の振動により玉軸受２４，６０に加わる荷重を考慮し、スリーブ３４又は大径スリーブ５６と、ベアリングハウジング１６又は一体型ハウジング１４の内面との間に隙間ｓ２を形成し、スリーブ３４又は大径スリーブ５６の外周面を弾性Ｏリング３８で弾性的に支持しているので、電動モータ４６及びモータインバータ４８の振動を大幅に低減できる。また、玉軸受２４、６０の内輪又は外輪をこれらの両側に配置された部材で挟持しているので、コンプレッサホィール１８等から回転軸２０に加わるスラスト力を玉軸受２４、６０で安定して受け止めることができ、このことが振動低減にも寄与する。こうして、電動過給圧縮機１０の振動を大幅に低減できるので、電動過給圧縮機１０から発生する騒音も大幅に低減できる。
また、一体型ハウジング１４の内部に電動モータ４６及びモータインバータ４８を内蔵し、これらを隣接配置したので、電動モータ４６とモータインバータ４８間での電流損失を最小限に抑えることができる。これによって、モータ出力の低下を最小限に抑えることができる。
さらに、一体型ハウジング１４の内部でダンパースリーブ構成体５４を設けることで、各部材の回転軸２０の軸方向の寸法公差及び取付け誤差を吸収しながら、コイルバネ６２の弾性力によって、玉軸受６０の内輪２４０及び外輪２４２を両側から挟持できる。これによって、各部材に寸法公差や取付け誤差が発生したときでも、玉軸受６０を安定して固定できる。なお、弾性Ｏリング３８の硬度は、ＪＩＳ規格で７０以上のものを用いるとよい。また、玉軸受６０に付加するコイルバネ６２によるバネ力は、７０〜９０Ｎ（ニュートン）とすることで、玉軸受６０を安定して固定できる。
なお、コンプレッサホィール１８の材質や形状を変えることで、慣性モーメントを低減させ、過度運転時の応答性を向上させ、回転軸２０の振動を低減できる。例えば、通常使用されているアルミ合金でなく、マグネシウム、樹脂等を使用することで、慣性モーメントを低減できる。また、図３に示すように、コンプレッサホィール１８の背面１８ａを回転軸２０に対し直角方向の平面とすることで、コンプレッサホィール１８の全長を短縮できる。また、背面１８ａに断面が半月又は半円形状の円形又は楕円形状の凹溝１８ｂを刻設することで、コンプレッサホィール１８の重量を低減できる。
なお、コンプレッサホィール１８の背面１８ａに給気ａが入り込むと、背面１８ａに給気圧が加わり、回転軸２０に軸線方向に、コンプレッサ側に作用する引張り力が発生する。この引張り力によってスペーサ３０と玉軸受２４との間に過大な荷重が発生するおそれがある。そこで、前記第１実施形態において、スペーサ３０と玉軸受２４との間にコイルバネ等のバネ部材を介装するようにしてもよい。これによって、スペーサ３０と玉軸受２４間に過大な荷重が発生するのを防止でき、スペーサ３０や玉軸受２４の損傷を防止できる。
（実施形態２）
次に、本発明の電動過給圧縮機の第２実施形態を図４に基づいて説明する。本実施形態は、ベアリングハウジング１６の内面に、凹溝３６より広い幅をもつ四角断面の凹溝７４を刻設し、該凹溝７４に四角断面をもつ幅広の平板状ゴム製ダンパー７６を嵌合させたものである。弾性ダンパー７６はスリーブ３４に接触しており、スリーブ３４の両側面に夫々隙間ｓ１及びｓ２を形成すること、及びその他の構成は、第１実施形態と同一である。
本実施形態によれば、第１実施形態で得られる作用効果に加えて、１個の幅広の凹溝７４を形成することで、凹溝の加工が容易になると共に、幅広の弾性ダンパー７６を設けることで、回転軸２０の弾性支持機能を高め、電動モータ４６及びモータインバータ４８の振動を一層低減できる。なお、弾性ダンパー７６を波板形状としてもよい。あるいは弾性Ｏリング３８又は弾性ダンパー７６を樹脂製又は凹凸をもつ金属材（例えばトレランスリング）としてもよい。
ダンパー機構の別な代替手段として、隙間ｓ２に潤滑油を供給する構成とし、隙間ｓ２に油膜を形成して弾性支持作用をもたせるようにしてもよい。油膜形成方式とすれば、弾性ダンパーの劣化を考慮する必要がなくなり、弾性支持作用を長期間保持できる。
（実施形態３）
次に、本発明の電動過給圧縮機の第３実施形態を図５に基づいて説明する。本実施形態は、内燃機関の吸気通路にコンプレッサホィール１８をバイパスするバイパス通路を備えている例である。コンプレッサハウジング１２は給気ａの吐出口１２ｂを備えている。また、コンプレッサハウジング１２には、バイパス通路７８が一体に形成され、バイパス通路７８にバイパス弁７９が設けられている。
本実施形態によれば、車両に搭載されたエンジンに電動過給圧縮機を組み付けるとき、給気ａのバイパス管を取り付ける必要がなくなる。そのため、電動過給圧縮機をコンパクト化でき、車両への搭載が容易になる。
（実施形態４）
次に、本発明の内燃機関の第１実施形態を図６に基づいて説明する。図６において、車両に搭載されたエンジン８０に、吸気通路８２及び排気通路８４が設けられている。吸気通路８２には本発明の電動過給圧縮機１０が介設されている。吸気通路８２及び排気通路８４に跨って、ターボ過給機８６が設けられている。ターボ過給機８６は、電動過給圧縮機１０の上流側で吸気通路８２に設けられたコンプレッサ８６２と、排気通路８４に設けられたタービン８６４と、コンプレッサ８６２及びタービン８６４間を接続した回転軸８６０とで構成されている。
吸気通路８２には、電動過給圧縮機１０のコンプレッサホィール１８をバイパスするバイパス通路８２０と、バイパス通路８２０に設けられたバイパス弁８２２と、コンプレッサホィール１８の下流側に設けられたインタークーラ８２４とが設けられている。排気通路８４には、タービン８６４をバイパスするバイパス通路８４０と、バイパス通路８４０に設けられたバイパス弁８４２とが設けられている。
また、タービン８６４の下流側排気通路８４とコンプレッサ８６２の上流側吸気通路８２とに接続された低圧排気再循環路８８を備えている。低圧排気再循環路８８には、流量調整弁８８０と、インタークーラ８８２とが設けられている。また、タービン８６４の上流側排気通路８４とコンプレッサ８６２の下流側でコンプレッサホィール１８の上流側吸気通路８２とに接続された高圧排気再循環路９０を備えている。高圧排気再循環路９０には、流量調整弁９００とインタークーラ９０２とが設けられている。
また、バイパス弁８２２、８６４及び流量調整弁８８０、９００の開度を制御すると共に、エンジン８０の運転を制御するＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニット）９２が設けられている。バイパス弁８２２又は８６４の開度を制御することで、吸気通路８２又は排気通路８４の流量を制御できる。また、流量調整弁８８０又は９００の開度を制御することで、排気再循環量を制御できる。吸気通路８２は、コンプレッサ８６２の上流側で分岐している。分岐通路８２ａは、電動過給圧縮機１０の電動モータ４６及びモータインバータ４８の内部に導設され、電動モータ４６及びモータインバータ４８を冷却する。分岐通路８２ａは、電動モータ４６及びモータインバータ４８の下流側で吸気通路８２に合流する。
かかる構成において、吸気通路８２に吸入される給気ａは、ターボ過給機８６及び電動過給圧縮機１０によって２段階に加圧された後、エンジン８０に供給される。排気中のＮＯＸ量を低減するため、低圧排気再循環路８８又は高圧排気再循環路９０から排気の一部が吸気通路８２に戻される。運転状況に応じて、ＥＣＵ９２が前記バイパス弁及び流量調整弁の開度を制御する。例えば、低負荷運転時には、排気通路８４に排出される排気の圧力が低いため、低圧排気再循環路８８を通して排気を吸気通路８２に戻している。高負荷運転時には、排気通路８４に排出される排気の圧力が高いため、高圧排気再循環路９０を通して排気を吸気通路８２に戻している。
低負荷運転から高負荷運転へ移行する過度運転時には、主として低圧排気再循環路８８から大量の排気を吸気通路８２に戻すようにすると共に、電動過給圧縮機１０で高圧過給を行なうことで、燃費の悪化を抑制しつつ、排気中のＮＯＸ量を低減できる。
本実施形態によれば、低圧排気再循環路８８及び高圧排気再循環路９０から排気を吸気通路８２に戻すことで、排気中のＮＯＸ量を低減できる。また、吸気通路８２にターボ過給機８６と電動過給圧縮機１０とを２段に配置したことで、エンジン８０の出力を増大できる。そのため、エンジン８０を小型化できるため、燃費を向上できると共に、過度運転時の応答性を向上できる。
なお、本実施形態において、低圧排気再循環路８８又は高圧排気再循環路９０のどちらか一方のみを設けるようにしてもよい。
（実施形態５）
次に、本発明方法の第１実施形態を図７に基づいて説明する。回転軸２０の中央に拡径部２０ｂが形成されており、モータロータ２２の中央に軸方向に貫通孔２２ａが穿設されている。まず、モータロータ２２を回転軸２０のインバータ側端から挿入し、小径側端面を拡径部２０ｂに当てた状態で、冷しばめ又は圧入等の方法で回転軸２０に固定する。次に、玉軸受２４を回転軸２０のコンプレッサ側端から挿入し、拡径部２０ｂに当てた状態で、冷しばめ又は圧入等の方法で回転軸２０に固定する。
四角断面をもつスペーサ５２及びダンパースリーブ構成体５４を回転軸２０のインバータ側端から挿入する。ダンパースリーブ構成体５４は、大径スリーブ５６、小径スプリングガイド５８、玉軸受６０及びコイルバネ６２が固定ピン６４によって一体化されている。モータロータ２２及びダンパースリーブ構成体５４間にスペーサ５２が介在し、これら三者が接触した状態で、玉軸受２４を冷しばめ又は圧入等の方法で回転軸２０に固定する。次に、センサーターゲット６８を有するスリーブ６６を回転軸２０に装着し、ナット７０をネジ部２０ｃに螺着させる。
次に、ベアリングハウジング１６及びコンプレッサホィール１８をこの順で回転軸２０の装着し、ナット２６をネジ部２０ｃに螺着する。ベアリングハウジング１６には、予め弾性Ｏリング３８、スリーブ３４及びスペーサ３０がボルト３２で結合されている。弾性Ｏリング３８及びスリーブ３４は、玉軸受２４の外周側に隙間ｓ１を形成して配置される。また、ベアリングハウジング１６の内面とスリーブ３４間にも隙間ｓ２が形成されている。玉軸受２４の内輪の両側面は、スペーサ５２及びスリーブ６６で挟持される。
次に、前記工程で組立てられた回転軸組立構成体に対し、両側からコンプレッサハウジング１２及び一体型ハウジング１４を装着する。コンプレッサハウジング１２及び一体型ハウジング１４の互いに対面したフランジ１２ａ及び１４ａでベアリングハウジング１６のフランジ部１６ａを挟み、フランジ部１２ａとフランジ部１４ａとをボルト５０で結合する。
本実施形態によれば、回転軸２０に形成された拡径部２０ｂに、両側からモータロータ２２及び玉軸受２４を係止させることで、モータロータ２２及び玉軸受２４の位置決めが容易になる。また、ダンパースリーブ構成体５４を予め製作しておき、ダンパースリーブ構成体５４をモータロータ２２に隣接配置することで、モータインバータ側軸受機構の装着が容易になる。また、電動モータ４６及びモータインバータ４８のハウジングを兼用する一体型ハウジング１４を製作しておき、コンプレッサハウジング１２と一体型ハウジング１４とを、これらハウジングのフランジ部でベアリングハウジング１６のフランジ部を挟み、ボルト５０で結合するようにしているので、電動過給圧縮機１０のハウジングの組立が一工程で完結する。
このように、本実施形態によれば、振動低減及びその他の長所を有する電動過給圧縮機１０の組立工程を短縮でき、組立を容易にできる。
本発明によれば、コンパクトで組立が容易で、振動及び騒音を低減できる電動過給圧縮機を実現できる。また、該電動過給圧縮機を内燃機関に組み込むことで、内燃機関をコンパクト化でき、車両への等差を容易にできる。
１０、１００Ａ、１１０Ｂ 電動過給圧縮機
１２，１０２ コンプレッサハウジング
１２ａ、１４ａ、１６ａ フランジ部
１４ 一体型ハウジング
１６，１０６，１０６ａ、１０６ｂ ベアリングハウジング
１８，１０８ コンプレッサホィール
２０，１１０ 回転軸
２０ｂ 拡径部
２２，１１２ モータロータ
２４，６０ 玉軸受
２４０ 内輪
２４２ 外輪
２４４ 転動体
２４６ 保持器
２４８ シール部材
２６，７０ ナット
２８ インペラ
３０，５２ スペーサ
３２，５０ ボルト
３４，４０，６６ スリーブ
３６，７４ 凹溝
３８ 弾性Ｏリング
４２ モータコイル
４４ モータステータ
４６ 電動モータ
４８ モータインバータ
５４ ダンパースリーブ構成体
５６ 大径スリーブ
５６ａ 内側係止部
５８ バネガイド
５８ａ 外側係止部
６２ コイルバネ
６４ 固定ピン
６８ センサーターゲット
７２ 回転センサー
７６ 弾性ダンパー
７８ バイパス通路
７９ バイパス弁
８０ エンジン
８２ 吸気通路
８４ 排気通路
８６ ターボ過給機
８８ 低圧排気再循環路
９０ 高圧排気再循環路
９２ ＥＣＵ
１０４ モータハウジング
１１４ 軸受
Ｇ グリース
ａ 給気
ｓ１、ｓ２ 隙間

Claims (10)

  1. コンプレッサハウジングに内蔵されたコンプレッサホィールと、該コンプレッサホィールの回転軸を駆動する電動モータと、該回転軸の回転数を制御するモータインバータと、該電動モータの両側に設けられ前記回転軸を回転自在に支承する転がり軸受とを備えた電動過給圧縮機において、
    前記電動モータが前記回転軸上に配置され、前記転がり軸受の外側に、該転がり軸受との間に隙間を形成して設けられたスリーブと、
    前記転がり軸受の外輪又は内輪の側面を両側から挟持して転がり軸受を支持する支持部材と、
    前記スリーブの外側に配設され、該スリーブを弾性的に支持するダンパー機構と、を備え、
    さらに、前記モータインバータ側に配置された転がり軸受及び該転がり軸受の外側に設けられた前記スリーブが、
    両端に内側へ突出した内側係止部を有する大径スリーブと、大径スリーブの内側に配置され一端に外側へ突出した外側係止部を有する円筒状のバネガイドと、大径スリーブの内側に配置され、大径スリーブとの間に前記隙間を形成しながら大径スリーブの一方の内側係止部とバネガイドの外側係止部とで挟持される転がり軸受と、大径スリーブ及びバネガイド間に形成された円筒状空間に配置され、該外側係止部を介して転がり軸受に弾性挟持
    力を付与するバネ部材と、からなるダンパースリーブ構成体で構成されていることを特徴とする電動過給圧縮機。
  2. 前記電動モータ及び前記モータインバータが前記回転軸上に直列に隣接配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電動過給圧縮機。
  3. 前記転がり軸受をグリース封入型転がり軸受で構成したことを特徴とする請求項１に記載の電動過給圧縮機。
  4. 前記ダンパー機構が、前記スリーブと該スリーブに対面するハウジングの内側面との間に隙間が形成され、該隙間に弾性をもつダンパー部材が介装されているものであることを特徴とする請求項１に記載の電動過給圧縮機。
  5. 前記ダンパー機構が、前記スリーブと該スリーブに対面するハウジングの内側面との間に隙間が形成され、該隙間に潤滑油の油膜が形成されているものであることを特徴とする請求項１に記載の電動過給圧縮機。
  6. 前記コンプレッサ側に配置された転がり軸受とスペーサとの間に、バネ部材を設けたことを特徴とする請求項１に記載の電動過給圧縮機。
  7. 前記コンプレッサハウジングに吸気通路が接続され、前記コンプレッサホィールに対して吸気をバイパスさせる吸気バイパス通路及び該吸気バイパス通路に設けられたバイパス弁が、コンプレッサハウジングに一体形成されてなることを特徴とする請求項１に記載の電動過給圧縮機。
  8. 請求項１に記載の電動過給圧縮機が吸気通路に設けられていることを特徴とする内燃機関。
  9. 前記電動過給圧縮機の上流側又は下流側の吸気通路に設けられたコンプレッサ及び排気通路に設けられたタービンを備えたターボ過給機と、前記排気通路から排気の一部を前記吸気通路に戻す排気再循環機構と、を備えていることを特徴とする請求項８に記載の内燃機関。
  10. 請求項１に記載の電動過給圧縮機の組立方法において、
    回転軸のモータインバータ側端から回転軸にモータロータを嵌入させ、回転軸に形成された拡径部にモータロータを係止させた状態で固定する第１工程と、
    回転軸のコンプレッサ側端から回転軸に転がり軸受を嵌入させ、前記拡径部に係止させた状態で固定すると共に、回転軸のモータインバータ側端から回転軸に前記ダンパースリーブ構成体を嵌入させ、前記モータロータに隣接した位置で固定する第２工程と、
    ベアリングハウジングの内側面にスリーブ及び該スリーブの外側に第１ダンパー機構が設けられ、回転軸のコンプレッサ側端から回転軸にベアリングハウジング及びコンプレッサホィールを嵌入させ、コンプレッサホィールを回転軸に固定すると共に、前記スリーブが、前記転がり軸受の外側に前記隙間を形成して配置される第３工程と、
    電動モータ及びモータインバータのハウジングを兼用する一体型ハウジングの内側面に第２ダンパー機構が設けられ、第１工程から第３工程までの組立工程で組み立てられた回転軸組立構成体を両側からコンプレッサハウジングと一体型ハウジングとで覆い、ベアリングハウジングをコンプレッサハウジングと一体型ハウジングとで挟持した状態で、コンプレッサハウジングと一体型ハウジングとを結合すると共に、第２ダンパー機構が前記大径スリーブの外側に配置される第４工程と、からなることを特徴とする電動過給圧縮機の組立方法。
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