JPS63266126A - タ−ボチヤ−ジヤのシヤフト構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、自動車のエンジンに適用されているターボ
チャージャのシャフト構造に関する。

〔従来の技術〕

従来、内燃機関の排気ガスエネルギーによって駆動され
るタービンのシャフトに電動−発電機を設けて排気ガス
エネルギーの有効活用を計る超高速電動−発電機につい
ては、本出願人が既に先願として出願した特願昭６０−
１９００９５号に開示されている。この超高速電動−発
電機について、第２図を参照して概説する。この超高速
電動−発電機３０は、内燃機関の排気ガスエネルギーに
より駆動されるタービン３２に連結したものであり、三
対以上の対磁極を有する永久磁石の回転子３４と、フェ
ライトコアから成る固定子コア３５とを有するものであ
る。この回転子３４は、リング状の構造であり、タービ
ンブレード３６とコンプレッサインペラ３７との間のシ
ャフト３１に設けられている。即ち、シャフト３１の両
端にタービンインペラ３６とインペラ３７とが取付けら
れており、このシャフト３１は、タービンインペラ３６
と強力な永久磁石の回転子３４との間で軸受４０゜４１
によってセンタケーシング３９に支持されている。また
、この回転子３４の外周部に対して固定子コア３５が配
設されている。更に、回転子３４の外周には、チタン合
金、或いは部分安定化ジルご１ニア、又はステンレスス
チールより成る高抗張力薄肉パイプ３８を圧入して補強
し、永久磁石が超高速回転による遠心力や振動を受けて
も、十分に強固な永久磁石の回転子３４として耐久力を
有している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

一般に、ターボチャージャの耐久性、（３頼性で重要な
こととして、高速回転するターボチャージャのシャフト
と該シャフトを支持する軸受との間のバランス、即らア
ンバランスによって発生ずる振動、騒音等が挙げられる
。七ころで、上記特願昭６０−１９００９５号に開示さ
れている超高速電動−発電機３０では、シャフト３１は
タービンインペラ３６と回転子３４との間で一対の軸受
４０．４１を介してセンタケーシング３９に支持され、
更に、タービンインペラ３６とインペラ３３との中間に
永久磁石の回転子３４が配設されているが、このような
配置のタイプのターボチャージャに関しては、強力な永
久磁石から成る回転子３４は工１ｆｔＩ′ｔが重く、軸
受４１とコンプレッサブレード即ちインペラ３７との間
の片持ち重量が太き（なり、ターボチャージャ自体の重
心がシャット３１の片側に寄り過ぎ、軸受４０，４１で
支持するには、バランスが取れず、アンバランスになり
、振動、騒音等が発生する等不具合が生じる。そこで、
インペラ３７側の重量を軽（するため、シャツ！・３１
を細く形成することが考えられるが、シャフト３１を細
く構成すると、シャフト３１の強度が弱くなり問題が生
しる。更に、タービン３２は排気ガスエネルギーから熱
エネルギーを得て高温になるが、このタービン３２が高
温になることによって、タービン３２とコンプレッサ３
３とを駆動連結するシャフト３１はその温度の影！即ち
輻射、伝導によっＣ伝わる熱の影響を受け、高温になる
。そのため耐熱性に関しても問題が生しることになる。

また、シャフト３１が、例えば、１０万ｒｐｍ以上の超
高速回転する場合に、シャフト３］の曲がり現象が生じ
るという問題点を有している。

この発明の目的は、上記の問題点を解消することであり
、排気ガスの熱を受けて高温状態になるタービンから伝
導、輻射によって伝えられる熱を受けて前記タービンと
コンプレッサとを駆動連結するシャフトが高温になって
も十分なシャフト構造を提供し、また１ｉ？１記シヤフ
トが超高速回転になっても前記シャフトが曲がるような
現象が生しるのを防止し、しかもターボチャージャ自体
のバランスがとれた構造を提供し、振動、騒音等の発生
を防止するターボチャージャのシャフト構造を提供する
ことである。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、上記の問題点を解消し、上記の目的を達成
するために、次のように構成されている。

Ｉ４１１ら、この発明は、一端にタービンブレードを他
端にインペラを固定したシャフトに永久磁石等の回転子
を配設し、前記タービンブレード側に位置−ダる軸受と
前記回転子との間の前記シャフトの外ＪＡ］にセラミッ
クス等の高剛性スリーブを嵌合し、更に前記回転子と前
記インペラとの間の前記シャフトの外周にプラスチック
材等のスリーブを嵌合したことを特徴とするターボチャ
ージャのシャフト構造に関し、更に具体的に詳述すると
、前記インペラを耐熱性プラスチック材で構成したこと
を特徴とするターボチャージャのシャフト構造に関する
。

〔作用〕

この発明によるターボチャージャのシャフト構造は、以
上のように構成されており、次のように作用する。即ち
、このターボチャージャのシャフト構造は、シャフトの
両端に取付けたタービンブレードとインペラとの間に永
久磁石等から成る回転子を配設し、前記タービンブレー
ドと前記回転子との間で前記シャフトを一月の軸受を介
して支持し、一方の前記軸受と前記回転子の間の前記シ
ャフトにセラミックス等の高剛性スリーブを嵌合し、更
に前記回転子と前記インペラの間の前記シャフトにプラ
スチック材等のスリーブを嵌合したので、前記軸受と重
量の重い永久磁石等の前記回転子との間の前記シャフト
の部位を窒化珪素系、炭化珪素等の剛性の高いセラミッ
クス製スリーブによって補強できると共に、軽量化を実
現することができ、また前記回転子と前記インペラとの
間の前記シャフトを比重の小さいプラスチック製スリー
ブによって軽量化を計ることができ、しかもその部位を
補強でき、しかも前記シャフトのこれらの部位の断熱効
果も期待でき、更にシャフト自体のバランスが崩れるよ
うなこともない、更に、前記インペラを耐熱性プラスチ
ック材で構成したので、一層軽量化が計れると共に、断
熱効果も期待できる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して、この発明によるターボチャージ
ャのシャフト構造の一実施例を詳述する。

第１図において、この発明によるターボチャージャのシ
ャフト構造が符号ｌＯによって示されている。このター
ボチャージャのシャフト構造ＩＯが適用された内燃機関
のターボチャージャは、エンジンの排気ガスによって駆
動されるタービン、前記タービンの駆動によって過給す
るコンプレッサ、及び前記タービンによって駆動される
超高速電動−発電機を有する。前記タービンについては
、タービンケーシング内に排気ブレード即ちタービンブ
レード４が配置されたものである。また、前記コンプレ
ッサについては、コンプレッサケーシング内にインペラ
２が配置されたものである。更に、タービンブレード４
とインペラ２とは、シャフト１によって伝動連結されて
いる。即ち、ターボチャージャのシャフト１の一端には
インペラ２がシャフトｌと一体のコンプレッサ軸部１１
を介して固定され、またターボチャージャのシャフト１
の他端にはタービンブレード４がタービン軸１２を　　
介して固定されている。また、タービンブレード４とイ
ンペラ２とを連結するシャフト１の中間部に配設されて
いる超高速電動−発電機については、ここでは上記特願
昭６０−１９００９５号に開示されている内燃機関のタ
ーボチャージ中における超高速電動−発電機と同様の構
成及び機能を有するものであり、電動機又は発電機とし
て機能する。

この超高速電動−発電機は、センタケーシング内を貫通
するシャフト１に取付けられた軸方向に伸長する永久磁
石から成る回転子３、薄肉パイプ、固定子コア、固定子
巻線等（図示省略）から成る。

ターボチャージャのシャフト１は、センタケーシングに
固定されたベアリング即ち軸受６，７を介して回転自在
に支持されている（図示省略）、タービンブレード４は
、タービンスクロールにエンジンの排気マニホルドを通
じて送込まれる排気ガスの流れ即ち排気ガスエネルギー
を受けて回転し、排気ガスを軸線方向に排気する（図示
省略）。また、コンプレッサのインペラ２は、吸気口か
らコンプレッサスクロールに導入された空気をディフュ
ーザによって圧力変換してエンジンの吸気マニホルドに
送込む作用を果たす（図示省略）、この超高速電動−発
電機は、タービンによって駆動され、ステータコイルに
電圧を誘起し、この電圧を電源側に戻す機能を果たすも
ので、即ち回生電圧をバッテリに充電したり又は負荷と
して利用できるように機能するものである。

以上の構成において、この発明によるターボチャージャ
のシャフト構１ｉａｉｏについては、シャフトｌの一端
にタービン軸１２を介してタービンブレード４を固定し
且つ他端にインペラ２を固定しているが、軸受７と回転
子３との間のシャフト１の径は一対の軸受６．７によっ
て支持されているシャフトｌの径よりも小さく形成され
、しかも回転子３とインペラ２との間のシャフト１の径
は軸受７と回転子３との間のシャフト１の径よりも小さ
く形成されている０図中、符号９及び１６は段部を示す
、更に、回転子３側の一方の軸受７と重量の重い回転子
３との間のシャフト１の部位の外周には、炭化珪素系、
窒化珪素系等の剛性の高いセラミックス製、サーメット
製等から作られた高剛性スリーブ５を嵌合し、上記部位
のシャフト１の強度を補強してい”る、また、回転子３
とインペラ２との間のシャフト１の部位の外周には、比
重の小さい且つ耐熱性に優れたプラスチック製のスリー
ブ８を嵌合し、上記部位のシャフトｌの強度を補強する
と共に軽量化を向上させている。更に、エンジンに過給
するコンプレッサのインペラ２を、耐熱性に優れたプラ
スチック材で構成し、インペラ２自体の重量を軽くし、
軽量化を図っている。

しかも、内燃機関の排気ガスエネルギーの熱を受けて高
温状態になるタービンから伝導、輻射によって伝えられ
る熱は、タービンとコンプレッサとを伝動連結するシャ
フト１に伝導されて高温となるが、その高温の熱に対し
てもセラミックス製の高剛性スリーブ５によって耐える
ことができ、しかも軽量化のため径が順次に小さく形成
されたシャフト１を十分に補強することができる。また
、コンプレッサのインペラ２を、場合によっては、チタ
ン酸カリウムウィスカー等から成る断熱材を介してシャ
フト１に固定することもできる。詳しくは、シャフト１
と一体に形成されたコンプレッサ軸部１１即ちシャツ）
１の一端部にインペラ２を嵌合し、コンプレッサ軸部１
１の端部に形成されたボルト１４にナツト１３を螺入し
、インペラ２をシャフトｌに固定している。しかも、イ
ンペラ２自体を耐熱性に優れたプラスチック材料で構成
しているので、シャツ）１からの熱伝導を抑え、インペ
ラ２１体の温度上昇を阻止し、インペラ２によって過給
空気の温度上昇を防止することができる。

〔発明の効果〕 この発明によるターボチャージャのシャフト構造は、以
上のように構成されているので、次のような特有の効果
を奏する。即ち、この発明は、シャフトの両端に取付け
たタービンブレードとインペラとの間に回転子を配設し
、前記タービンブレードと前記回転子との間で前記シャ
フトを一対の軸受を介して支持し、一方の前記軸受と前
記回転子の間の前記シャフトにセラミックス等の高剛性
スリーブを嵌合し、更に前記回転子と前記インペラの間
の前記シャフトにプラスチック材等のスリーブを嵌合し
たので、前記軸受と重量の重い永久磁石等の前記回転子
との間の前記シャフトの部位を窒化珪素系、炭化珪素系
等の剛性の高いセラミックス製スリーブによって補強で
きると共に、軽量化を計ることができ、また、前記回転
子と前記インペラとの間の前記シャフトの部位を比重の
小さいプラスチック製スリーブによって軽量化を計ると
共に、補強することができ、しかもシャフト自体のバラ
ンスが崩れるようなことがない。更に、前記軸受から遠
ざかる部位の前記シャフトの径を小さく構成することが
でき、前記シャフトの強度を低減することなく、一層の
軽量化を計ることができる。また、前記インペラを耐熱
性プラスチック材で構成したので、一層軽鼠化が計れる
。それ故に、重量の重い前記回転子及び前記インペラを
支持した片持ちタイプのシャフト構造であるが、前記シ
ャフト自体の強度が極めて強いので、前記シャフトを高
速回転してもバランスが崩れることがなく、アンバラン
スになって振動、騒音等が発生するようなことがない、
即ち、前記高剛性パイプ部材及び前記プラスチック製ス
リーブによって所定の部位を補強した前記シャフトを、
例えば、前記シャフトを１０万ｒｐｍ以上の超高速で回
転するターボチャージャのシャフトとして使用した場合
に、超高速回転に耐える強度を十分に備え、超高速回転
によって生じる前記シャフトの撓み、曲がり等の発生を
防止し、しかも耐摩耗性を向上させ、しかも前記シャフ
トに伝わる熱を断熱するのにも極めて有効なものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明によるターボチャージャのシャフト構
造の一実施例を示す断面図、及び第２図は従来の超高速
電動−発電機を示す断面図である。 ！−・−シャフト、２・・・・−・インペラ、３・・・
−・回転子、４−・・・・・タービンブレード、５・−
・・−・・高剛性スリーブ、６，７−・・・・・−軸受
、８−−−−プラスチック製スリーブ、１０−・−ター
ボチャージャのシャフト構造、ｌｌ−・−コンプレッサ
軸部、１２−−−一タービン軸。 特許出願人　　　いずソ°自動車株式会社代理人　弁理
士　　　　尾　仲　−宗 第　　１　　図 第　　２　　図 カ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）一端にタービンブレードを他端にインペラを固定
   したシャフトに永久磁石等の回転子を配設し、前記ター
   ビンブレード側に位置する軸受と前記回転子との間の前
   記シャフトの外周にセラミックス等の高剛性スリーブを
   嵌合し、更に前記回転子と前記インペラとの間の前記シ
   ャフトの外周にプラスチック材等のスリーブを嵌合した
   ことを特徴とするターボチャージャのシャフト構造。
2. （２）前記インペラを耐熱性プラスチック材で構成した
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のターボ
   チャージャのシャフト構造。