KR20070029551A - 전동 과급기의 베어링 구조 - Google Patents

전동 과급기의 베어링 구조 Download PDF

Info

Publication number
KR20070029551A
KR20070029551A KR1020060073323A KR20060073323A KR20070029551A KR 20070029551 A KR20070029551 A KR 20070029551A KR 1020060073323 A KR1020060073323 A KR 1020060073323A KR 20060073323 A KR20060073323 A KR 20060073323A KR 20070029551 A KR20070029551 A KR 20070029551A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
bearing
turbine
compressor
housing
turbine shaft
Prior art date
Application number
KR1020060073323A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100923187B1 (ko
Inventor
야스유키 시부이
마사오 코바야시
마사루 미즈하시
Original Assignee
이시카와지마-하리마 주고교 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 이시카와지마-하리마 주고교 가부시키가이샤 filed Critical 이시카와지마-하리마 주고교 가부시키가이샤
Publication of KR20070029551A publication Critical patent/KR20070029551A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100923187B1 publication Critical patent/KR100923187B1/ko

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/16Arrangement of bearings; Supporting or mounting bearings in casings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B39/00Component parts, details, or accessories relating to, driven charging or scavenging pumps, not provided for in groups F02B33/00 - F02B37/00
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/18Lubricating arrangements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B39/00Component parts, details, or accessories relating to, driven charging or scavenging pumps, not provided for in groups F02B33/00 - F02B37/00
    • F02B39/02Drives of pumps; Varying pump drive gear ratio
    • F02B39/08Non-mechanical drives, e.g. fluid drives having variable gear ratio
    • F02B39/10Non-mechanical drives, e.g. fluid drives having variable gear ratio electric
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B39/00Component parts, details, or accessories relating to, driven charging or scavenging pumps, not provided for in groups F02B33/00 - F02B37/00
    • F02B39/14Lubrication of pumps; Safety measures therefor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C17/00Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement
    • F16C17/02Sliding-contact bearings for exclusively rotary movement for radial load only
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C27/00Elastic or yielding bearings or bearing supports, for exclusively rotary movement
    • F16C27/02Sliding-contact bearings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/02Parts of sliding-contact bearings
    • F16C33/04Brasses; Bushes; Linings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00Application
    • F05D2220/40Application in turbochargers
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00Application
    • F05D2220/70Application in combination with
    • F05D2220/76Application in combination with an electrical generator
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00Geometry
    • F05D2250/60Structure; Surface texture
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2250/00Geometry
    • F05D2250/70Shape
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2226/00Joining parts; Fastening; Assembling or mounting parts
    • F16C2226/50Positive connections
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2360/00Engines or pumps
    • F16C2360/23Gas turbine engines
    • F16C2360/24Turbochargers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Supercharger (AREA)
  • Sliding-Contact Bearings (AREA)
  • Mounting Of Bearings Or Others (AREA)

Abstract

외주면이 베어링 하우징(16)의 베어링 홀(16a)에 틈을 가지고 끼워지고 내주면에서 터빈 축(12)을 회전가능하게 지지하는 중공 원통형의 터빈 측 베어링 메탈(30a) 및 컴프레서 측 베어링 메탈(30b)과, 터빈 측 베어링 메탈 및 컴프레서 측 베어링 메탈을 터빈 축의 반경 방향으로 이동가능하게 유지하고 축 방향 및 회전 방향의 이동을 저지하는 베어링 계지 부재(32)를 구비한다. 베어링 메탈(30a)(또는 30b)의 내주면 및/또는 외주면이 비진원(非眞圓) 베어링으로 구성되어 있다.

Description

전동 과급기의 베어링 구조{BEARING STRUCTURE OF ELECTROMOTIVE SUPERCHARGER}
도 1은 특허문헌 1의 터보 챠저의 구성도이다.
도 2는 특허문헌 2의 모터 어시스트 터보 차져의 구성도이다.
도 3의 (a)와 (b)는 특허문헌 3의 부동(浮動) 부쉬 베어링의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 베어링 구조를 구비한 전동 과급기의 전체 구성도이다.
도 5는 도 4의 A-A선을 따라 본 도면이다.
도 6은 도 5의 부분 확대도이다.
[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제 2000 - 130176호 공보, 「발전·전동기를 구비한 터보 챠저」
[특허문헌 2] 미국 특허 제 5,857,332호 명세서, 「BEARING SYSTEMS FOR MOTOR-ASSISTED TURBOCHARGERS FOR INTERNAL COMBUTION ENGINES」
[특허문헌 3] 일본 특허 공개 제 2002 - 213450호 공보, 「부동 부쉬 베어링, 및 이를 구비한 터보 과급기」
본 발명은 배기 터빈 과급기(過給機)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전동기를 내장한 전동 과급기의 베어링 구조에 관한 것이다.
압축기로 밀도를 높인 공기를 기관(엔진)에 공급하는 것을 과급(supercharging)이라 하고, 이 중 배기 에너지로 압축기를 구동하는 것을 배기 터빈 과급기(exhaust-gas turbocharger)라 한다.
배기 터빈 과급기는 일반적으로, 베어링 유닛을 사이에 두고 배치된 압축기(컴프레서)와 터빈으로 이루어지고, 압축기는 컴프레서 임펠러를, 터빈은 터빈 임펠러를 각각 내장한다. 컴프레서 임펠러와 터빈 임펠러는 베어링 유닛으로 지지된 연결축으로 서로 연결되어 있고, 엔진의 배기가스로 터빈 임펠러를 회전구동시키며, 이 회전력을 연결축을 개재하여 컴프레서 임펠러에 전달하고 컴프레서 임펠러로 공기를 압축하여 엔진에 과급하도록 구성되어 있다.
상술한 배기 터빈 과급기에 있어서, 저속 회전시의 응답을 개선하기 위해 전동기를 내장한 것이 이미 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1 ~ 3). 이하, 이와 같은 전동기를 내장한 배기 터빈 과급기를 간단히 ‘전동 과급기’라 한다.
특허문헌 1의 터보 과급기는 도 1에 나타내는 바와 같이, 터빈(51)과 컴프레서(52)를 연결하는 샤프트(53)상에 부착된 발전·전동용 회전자(54)와, 하우징(55)의 내부에 부착된 고정자(56)로 구성되는 발전기와, 고정자를 냉각하기 위해 고정자를 둘러싸는 하우징의 내부에 형성된 냉각용 물 쟈켓(57)을 구비한 것이다.
특허문헌 2의 모터 어시스트 터보 챠저는 도 2에 나타내는 바와 같이, 회전 축(61)의 양단에 부착된 컴프레서 휠(62)과 터빈 휠(63), 회전축의 컴프레서 측에 근접한 제 1 베어링(64), 회전축의 터빈 측에 근접한 제 2 베어링(65), 제 1 베어링과 제 2 베어링 사이에 위치하는 스러스트 베어링(thrust bearing)(66), 제 1 베어링, 제 2 베어링 및 회전축을 유지하는 하우징(67), 회전축의 컴프레서 측에 위치하는 어시스트 전동 모터(68), 내연기관으로부터 터빈 휠까지 배기가스를 직접 유도하는 배기가스 소용돌이부(69), 및 컴프레서 휠로부터 압축 공기를 받는 컴프레서 케이싱(70)을 구비한 것이다.
특허문헌 3의 부동 부쉬 베어링은 도 3의 (a)와 (b)에 나타내는 바와 같이, 회전축(71)과, 이 회전축(71)과 슬라이딩접촉하는 원통 형상의 부동 부쉬(72)와, 이 부동 부쉬(72)의 외주측에서 부동 부쉬(72)와 슬라이딩접촉하는 베어링(73)으로 이루어지며, 부동 부쉬(72)의 내주면 또는 외주면에 축 방향으로 연장되는 홈(78)을 마련하여 부동 부쉬(72)를 회전 중의 원심력으로 다원호 베어링으로 변형시키는 것이다.
전동기를 내장한 전동 과급기에서는 회전축을 지지하는 2개의 베어링의 외측에 전동기를 배치하는 구조가 전체의 소형화를 도모하는 데 있어 바람직하다. 그러나 이 경우, 일방의 베어링의 외측에 전동기를 배치하기 때문에 오버행(overhang)량이 커져 베어링에 작용하는 하중이 커진다.
따라서, 베어링으로서 종래의 진원(眞圓)의 완전 부동 베어링을 이용할 경우, 유막에 의한 제진(制振) 효과가 부족하여 오일 휩(oil whip)이나 오일 훨(oil whirl)이라 불리는 자려진동(自勵振動)이 발생하고, 이 결과 축 진동과 소음이 커 지고 베어링이 눌러붙는 경우도 발생하는 문제점이 있었다.
오일 휩(oil whip)이란, 베어링 유막이 원인으로 생기는 자려진동으로, 축 회전 속도가 로터의 1차 위험 속도의 2배에 달한 근방부터 발생하는 진폭이 큰 격한 진동이다. 그리고 오일 훨(oil whirl)은, 축 회전 속도가 로터의 1차 위험 속도의 2배에 달하기 상당히 전부터 발생하는 진폭이 작은 진동으로, 1차 위험 속도의 2배에 달한 근방에서 대 진폭의 오일 휩으로 성장하는 것이다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것이다. 즉, 본 발명의 목적은 베어링의 외측에 전동기를 배치하여 오버행량이 증대된 경우에도 오일 휩이나 오일 훨의 자려진동을 억제함으로써 축 진동과 소음을 저감할 수 있는 전동 과급기의 베어링 구조를 제공하는 데 있다.
본 발명에 따르면, 터빈 임펠러를 일단에 가지는 터빈 축과, 터빈 축의 타단에 연결된 컴프레서 임펠러와, 터빈 축이 관통하는 원통형 베어링 홀을 가지는 베어링 하우징과, 터빈 임펠러를 둘러싸고 베어링 하우징에 연결된 터빈 하우징과, 컴프레서 임펠러를 둘러싸고 베어링 하우징에 연결된 컴프레서 하우징과, 터빈 축에 고정되고 터빈 축과 함께 회전하는 모터 로터와, 모터 로터를 둘러싸고 베어링 하우징 내부에 고정된 모터 스테이터를 구비한 전동 과급기의 베어링 구조로서,
외주면이 상기 베어링 하우징의 베어링 홀에 틈을 가지고 끼워지고 내주면에서 터빈 축을 회전가능하게 지지하는 중공 원통형 터빈 측 베어링 메탈 및 컴프레 서 측 베어링 메탈과,
이 터빈 측 베어링 메탈 및 컴프레서 측 베어링 메탈을 터빈 축의 반경 방향으로 이동가능하게 유지하고 축 방향 및 회전 방향의 이동을 저지하는 베어링 계지 부재를 구비하고,
상기 컴프레서 측 베어링 메탈의 내주면 및/또는 외주면은 비진원(非眞圓) 베어링으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전동 과급기의 베어링 구조가 제공된다.
또한 본 발명에 따르면, 터빈 임펠러를 일단에 가지는 터빈 축과, 터빈 축의 타단에 연결된 컴프레서 임펠러와, 터빈 축이 관통하는 원통형 베어링 홀을 가지는 베어링 하우징과, 터빈 임펠러를 둘러싸고 베어링 하우징에 연결된 터빈 하우징과, 컴프레서 임펠러를 둘러싸고 베어링 하우징에 연결된 컴프레서 하우징과, 터빈 축에 고정되고 터빈 축과 함께 회전하는 모터 로터와, 모터 로터를 둘러싸고 베어링 하우징 내부에 고정된 모터 스테이터를 구비한 전동 과급기의 베어링 구조로서,
외주면이 상기 베어링 하우징의 베어링 홀에 틈을 가지고 끼워지고 내주면에서 터빈 축을 회전가능하게 지지하는 중공 원통형의 터빈 측 베어링 메탈 및 컴프레서 측 베어링 메탈과,
이 터빈 측 베어링 메탈 및 컴프레서 측 베어링 메탈을 터빈 축의 반경 방향으로 이동가능하게 유지하고 축 방향 및 회전 방향의 이동을 저지하는 베어링 계지 부재를 구비하고,
상기 터빈 측 베어링 메탈의 내주면 및/또는 외주면은 비진원(非眞圓) 베어 링으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전동 과급기의 베어링 구조가 제공된다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 비진원 베어링은 복수의 원호면으로 이루어지는 다원호(多圓弧) 베어링이다.
또한, 상기 터빈 측 베어링 메탈 및 컴프레서 측 베어링 메탈은 일체 또는 별체로 구성되어 있는 것이 바람직하다.
상기 본 발명의 구성에 따르면, 중공 원통형의 베어링 메탈의 외주면이 베어링 하우징의 베어링 홀에 틈을 가지고 끼워지고 그 내주면에서 터빈 축을 회전가능하게 지지하고, 베어링 계지 부재가 베어링 메탈을 반경 방향으로 이동가능하게 유지하며 축 방향의 이동을 저지하므로, 베어링 메탈은 회전하지 않고 반경 방향으로만 유동하는 소위 ‘반 부동(semi-floating) 메탈’로서 기능하고, 터빈 축과 베어링 홀 사이에 위치하여 터빈 축의 고속 회전을 지지하면서 그 사이에 형성되는 유막의 스프링 특성과 감쇠 특성에 의해 터빈 축의 진동을 억제할 수 있다.
또한, 본 발명의 구성에서는 축 방향으로 간격을 이격시킨 터빈 측 베어링 메탈과 컴프레서 측 베어링 메탈을 가지고, 베어링 메탈의 내주면 및/또는 외주면이 비진원 베어링(복수의 원호면으로 이루어지는 다원호 베어링)으로 구성되어 있기 때문에 내주면과 터빈 축의 틈, 및/또는 외주면과 베어링 홀의 틈이 일정치 않고 반경 방향의 방향에 따라 다르므로, 그 사이에 형성되는 유막의 스프링 특성과 감쇠 특성도 반경 방향의 방향에 따라 변화되어 오일 휩이나 오일 훨의 자려진동이 발생하기 어려운 회전축계를 실현할 수 있다. 그 결과, 베어링에 발생하는 동적인 하중을 줄여 전동기를 내장한 과급기에서 많이 발생하고 있는 베어링이 눌러붙는 현상을 방지할 수 있다.
본 발명의 그 밖의 목적 및 유리한 특징은 첨부 도면을 참조하면서 이하에 설명한다.
[바람직한 실시예의 설명]
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하면서 설명한다. 한편, 각 도면에서 공통되는 부분에는 동일한 부호를 붙여 중복된 설명을 생략한다.
도 4는 본 발명의 베어링 구조를 구비한 전동 과급기의 전체 구성도이다. 이 도면에 있어서, 전동 과급기(10)는 터빈 축(12), 컴프레서 임펠러(14), 베어링 하우징(16), 터빈 하우징(18), 및 컴프레서 하우징(20)을 구비한다.
터빈 축(12)은 가늘고 긴 원통형 중실(中實)축이며 터빈 임펠러(11)를 일단(도면에서 좌단)에 가진다. 이 예에 있어서, 터빈 임펠러(11)는 터빈 축(12)에 일체로 형성되어 있으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며 터빈 임펠러(11)를 별도로 부착하는 구성이라도 된다.
컴프레서 임펠러(14)는 터빈 축(12)의 타단(도면에서 우단)에 축단(軸端) 너트(15)에 의해 일체로 회전하도록 연결되어 있다.
베어링 하우징(16)은 터빈 축(12)이 관통하는 원통형 베어링 홀(16a)을 가진다. 이 원통형 베어링 홀(16a)은 중공 원통형의 베어링 메탈(30)을 개재하여 터빈 축(12)을 회전가능하게 지지한다.
또한, 터빈 축(12)은 스러스트 칼라(thrust collar) (17b) 및 스러스트 베어링(17c, 17d)에 의해 축 방향으로 이동하지 않도록 지지되고 있다. 또한, 베어링 하우징(16)은 베어링 메탈(30), 스러스트 칼라(17b) 및 스러스트 베어링(17c, 17d)을 윤활하기 위한 도시하지 않은 윤활유 유로를 가지고 있다.
터빈 하우징(18)은 터빈 임펠러(11)를 회전가능하게 둘러싸고 또한 베어링 하우징(16)에 연결되어 있다. 이 터빈 하우징(18)은 내부에 외부로부터 배기가스가 도입되는 스크롤실(18a)과, 스크롤실(18a)로부터 터빈 임펠러(11)까지 배기가스를 안내하는 일정 간격의 환상 유로(18b)를 가진다.
또한, 환상 유로(18b)에는 복수의 노즐 날개(19)가 둘레 방향으로 일정 간격으로 배치되어 있다. 이 노즐 날개(19)는 가변 노즐 날개이며, 그 사이에 형성되는 유로 면적을 변화시킬 수 있는 것이 바람직하나 본 발명은 이에 한정되지 않으며 고정 노즐 날개라도 무방하다.
컴프레서 하우징(20)은 컴프레서 임펠러(14)를 회전가능하게 둘러싸고 또한 베어링 하우징(16)에 연결되어 있다. 이 컴프레서 하우징(20)은 내부에 압축 공기가 도입되는 스크롤실(20a)과, 컴프레서 임펠러(14)로부터 스크롤실(20a)까지 압축 공기를 안내하는 일정 간격의 환상 유로(20b)를 가진다.
상술한 구성에 의해, 엔진의 배기가스로 터빈 임펠러(11)를 회전구동하고, 이 회전력을 터빈 축(12)을 개재하여 컴프레서 임펠러(14)에 전달하여 컴프레서 임펠러(14)로 공기를 압축해 엔진에 과급할 수 있다.
도 4의 전동 과급기(10)는 모터 로터(22) 및 모터 스테이터(24)를 더 구비한다.
모터 로터(22)는 터빈 축(12)에 고정되고 터빈 축과 함께 회전하는 전동기의 회전자이다. 또한, 모터 스테이터(24)는 모터 로터(22)를 둘러싸고 베어링 하우징(16) 내부에 고정된 전동기의 고정자이다. 모터 로터(22)와 모터 스테이터(24)에 의해 브러시리스(brushless) 교류 전동기가 구성된다.
이 교류 전동기는 터빈 축(12)의 고속 회전(예를 들어, 적어도 10 ~ 20만 rpm)에 대응할 수 있고 또한 가속 시의 회전 구동과 감속 시의 회생 운전이 가능한 것이 바람직하다. 또한, 이 교류 전동기의 구동 전압은 차량에 탑재된 배터리의 직류 전압(예를 들어, 12V)과 동일 혹은 이보다 높은(예를 들어, 24 ~ 36V) 것이 바람직하다. 구동 전압을 높임으로써 교류 전동기를 소형화할 수 있다.
도 4에 있어서, 본 발명의 베어링 구조는 베어링 메탈(30)과 베어링 계지 부재(32)로 이루어진다.
베어링 메탈(30)은 중공 원통형 부재이며, 그 외주면이 베어링 하우징(16)의 베어링 홀(16a)에 미소한 틈을 가지고 끼워지고 내주면에서 터빈 축(12)을 회전가능하게 지지한다.
이 베어링 메탈(30)은 축 방향으로 간격을 이격시킨 터빈 측 베어링 메탈(30a)과 컴프레서 측 베어링 메탈(30b)을 가진다.
한편, 터빈 측 베어링 메탈(30a)과 컴프레서 측 베어링 메탈(30b)은 이 예에서는 일체이나 별체로 구성해도 된다. 이 경우, 베어링 계지 부재(32)는 터빈 측 베어링 메탈(30a)과 컴프레서 측 베어링 메탈(30b)의 각각에 마련한다.
또한, 베어링 계지 부재(32)는 베어링 하우징(16)의 일부에 나사 등으로 고정되고, 그 일부가 베어링 메탈(30)에 반경 방향으로 끼워져 베어링 메탈(30)을 터 빈 축(12)의 반경 방향으로 이동가능하게 유지하며, 또한 축 방향 및 둘레 방향의 이동을 저지하도록 형성되어 있다.
이 구성에 의해 베어링 메탈은 회전하지 않고 반경 방향으로만 유동하므로 소위 반 부동 메탈이며, 터빈 축(12)과 베어링 홀(16a) 사이에 위치하여 터빈 축의 고속 회전을 지지하면서 그 사이에 형성되는 유막의 스프링 특성과 감쇠 특성에 의해 터빈 축의 진동을 억제할 수 있다.
도 5는 도 4의 A-A선 단면도이다. 이 도면에 있어서, 베어링 하우징(16)의 베어링 홀(16a)과 터빈 축(12)의 외주면(12a)은 진원으로 형성되어 있고, 컴프레서 측 베어링 메탈(30b)의 내주면은 비진원 베어링, 즉 후술하는 다원호 베어링으로 형성되어 있다.
한편, 컴프레서 측 베어링 메탈(30b)의 내주면과 외주면 양쪽 모두를 비진원 베어링으로 구성해도 되고, 혹은 내주면과 외주면의 일방만을 비진원 베어링으로 형성해도 된다.
또한, 컴프레서 측 베어링 메탈(30b) 대신 터빈 측 베어링 메탈(30a)의 내주면 및/또는 외주면을 비진원 베어링으로 구성해도 되고, 혹은 양쪽 모두를 비진원 베어링으로 해도 된다.
도 6은 도 5의 부분 확대도이며, 컴프레서 측 베어링 메탈(30b)만을 나타내고 있다. 컴프레서 측 베어링 메탈(30b)의 내주면에 접하는 진원의 직경을 d로 할 때, 이 내주면을 d/2 보다 약간 큰 반경 r의 복수 개(이 예에서는 4개)의 원호면으로 구성한다. 반경 r은 d/2 보다 1 ~ 2% 정도 크게 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 이 예에서는, 컴프레서 측 베어링 메탈(30b)의 내주면과 외주면을 반경 방향으로 관통하는 복수의 윤활유 통로(31)를 가진다. 이 윤활유 통로(31)는 베어링 홀(16a)과 터빈 축(12)의 틈이 큰 위치에 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 외주면을 비진원 베어링으로 구성하는 경우에는 컴프레서 측 베어링 메탈(30b)의 외주면에 접하는 진원의 직경을 D로 할 때, 이 외주면을 D/2 보다 약간 큰 반경 R의 복수 개 (이 예에서는 4개)의 원호면으로 구성한다. 반경 R은 D/2 보다 1 ~ 2% 정도 크게 설정하는 것이 바람직하다.
한편, 원호면의 수는 4개로 한정되지 않으며, 2원호, 3원호, 혹은 5원호 이상이라도 상관없다. 또한, 엇갈림형의 베어링이라도 무방하다.
상술한 구성에 의해, 베어링 메탈(30a)(또는 베어링 메탈(30b))의 내주면과 터빈 축(12)의 틈, 및/또는, 베어링 메탈(30a)(또는 베어링 메탈(30b))의 외주면과 베어링 홀(16a)의 틈이 일정치 않고 반경 방향의 방향에 따라 다르므로, 그 사이에 형성되는 유막의 스프링 특성과 감쇠 특성도 반경 방향의 방향에 따라 변화되기 때문에 오일 휩이나 오일 훨의 자려진동이 생기기 어려운 회전축계를 실현할 수 있다.
그 결과, 베어링에 발생하는 동적인 하중을 줄임으로써 전동기를 내장한 과급기에서 많이 발생하고 있는 베어링이 눌러붙는 현상을 방지할 수 있다. 즉, 베어링면의 형상을 축 중심으로부터 편심시킨 복수의 원호(다원호)로 형성한 다원호 베어링을 이용함으로써 자려진동의 발생을 막아 안정된 베어링을 구현할 수 있다.
한편, 본 발명은 상술한 실시형태로 한정되지 않으며 본 발명의 요지를 일탈 하지 않는 범위에서 다양한 변경을 할 수 있음은 물론이다.
본 발명에 따르면 베어링의 외측에 전동기를 배치하여 오버행량이 증대된 경우에도 오일 휩이나 오일 훨의 자려진동을 억제함으로써 축 진동과 소음을 저감할 수 있는 전동 과급기의 베어링 구조를 얻을 수 있다.

Claims (4)

  1. 터빈 임펠러를 일단에 가지는 터빈 축과, 터빈 축의 타단에 연결된 컴프레서 임펠러와, 터빈 축이 관통하는 원통형 베어링 홀을 가지는 베어링 하우징과, 터빈 임펠러를 둘러싸고 베어링 하우징에 연결된 터빈 하우징과, 컴프레서 임펠러를 둘러싸고 베어링 하우징에 연결된 컴프레서 하우징과, 터빈 축에 고정되고 터빈 축과 함께 회전하는 모터 로터와, 모터 로터를 둘러싸고 베어링 하우징 내부에 고정된 모터 스테이터를 구비한 전동 과급기의 베어링 구조로서,
    외주면이 상기 베어링 하우징의 베어링 홀에 틈을 가지고 끼워지고 내주면에서 터빈 축을 회전가능하게 지지하는 중공 원통형 터빈 측 베어링 메탈 및 컴프레서 측 베어링 메탈과,
    이 터빈 측 베어링 메탈 및 컴프레서 측 베어링 메탈을 터빈 축의 반경 방향으로 이동가능하게 유지하고 축 방향 및 회전 방향의 이동을 저지하는 베어링 계지 부재를 구비하고,
    상기 컴프레서 측 베어링 메탈의 내주면 및/또는 외주면은 비진원 베어링으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전동 과급기의 베어링 구조.
  2. 터빈 임펠러를 일단에 가지는 터빈 축과, 터빈 축의 타단에 연결된 컴프레서 임펠러와, 터빈 축이 관통하는 원통형 베어링 홀을 가지는 베어링 하우징과, 터빈 임펠러를 둘러싸고 베어링 하우징에 연결된 터빈 하우징과, 컴프레서 임펠러를 둘 러싸고 베어링 하우징에 연결된 컴프레서 하우징과, 터빈 축에 고정되고 터빈 축과 함께 회전하는 모터 로터와, 모터 로터를 둘러싸고 베어링 하우징 내부에 고정된 모터 스테이터를 구비한 전동 과급기의 베어링 구조로서,
    외주면이 상기 베어링 하우징의 베어링 홀에 틈을 가지고 끼워지고 내주면에서 터빈 축을 회전가능하게 지지하는 중공 원통형의 터빈 측 베어링 메탈 및 컴프레서 측 베어링 메탈과,
    이 터빈 측 베어링 메탈 및 컴프레서 측 베어링 메탈을 터빈 축의 반경 방향으로 이동가능하게 유지하고 축 방향 및 회전 방향의 이동을 저지하는 베어링 계지 부재를 구비하고,
    상기 터빈 측 베어링 메탈의 내주면 및/또는 외주면은 비진원 베어링으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전동 과급기의 베어링 구조.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 비진원 베어링은, 복수의 원호면으로 이루어지는 다원호 베어링인 것을 특징으로 하는 전동 과급기의 베어링 구조.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 터빈 측 베어링 메탈 및 컴프레서 측 베어링 메탈은, 일체 또는 별체로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 전동 과급기의 베어링 구조.
KR1020060073323A 2005-09-09 2006-08-03 전동 과급기의 베어링 구조 KR100923187B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2005-00261456 2005-09-09
JP2005261456A JP2007071165A (ja) 2005-09-09 2005-09-09 電動過給機の軸受構造

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20070029551A true KR20070029551A (ko) 2007-03-14
KR100923187B1 KR100923187B1 (ko) 2009-10-22

Family

ID=37533004

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020060073323A KR100923187B1 (ko) 2005-09-09 2006-08-03 전동 과급기의 베어링 구조

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP1762713A3 (ko)
JP (1) JP2007071165A (ko)
KR (1) KR100923187B1 (ko)
CN (1) CN1928335A (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105917095A (zh) * 2014-02-25 2016-08-31 三菱重工业株式会社 密封结构以及具有该密封结构的增压器

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101153309B1 (ko) * 2006-03-23 2012-06-05 가부시키가이샤 아이에이치아이 과급기의 고속 회전축
DE102009053237B4 (de) 2009-11-13 2016-01-14 Continental Automotive Gmbh Turbolader mit einer Lagerbockeinrichtung für ein in Längsrichtung geteiltes Turboladergehäuse
CN102859122B (zh) * 2010-05-14 2015-07-01 博格华纳公司 排气涡轮增压器
JP5529714B2 (ja) * 2010-11-12 2014-06-25 三菱重工業株式会社 電動過給機の回転軸支持構造
CN102003269A (zh) * 2010-12-08 2011-04-06 无锡明珠增压器制造有限公司 连体轴承式涡轮增压器结构
JP5595346B2 (ja) 2011-06-30 2014-09-24 三菱重工業株式会社 ターボチャージャの軸受装置
US20130078090A1 (en) * 2011-09-22 2013-03-28 Craig A. Beers Air cycle machine shaft support assembly
CN102312723A (zh) * 2011-09-23 2012-01-11 优华劳斯汽车系统(上海)有限公司 涡轮增压机
US9470234B2 (en) * 2012-04-26 2016-10-18 Hamilton Sundstrand Corporation Compressor housing bearing and seal
CN103742201B (zh) * 2013-01-10 2016-08-24 摩尔动力(北京)技术股份有限公司 立式高速轴承叶轮机构
US9494189B2 (en) * 2014-04-04 2016-11-15 GM Global Technology Operations LLC Turbocharger bearing housing oil groove
WO2017010450A1 (ja) 2015-07-16 2017-01-19 株式会社Ihi 多円弧軸受および過給機
JP6439873B2 (ja) 2015-07-22 2018-12-19 株式会社Ihi オイルシール構造、および、過給機
CN106481671A (zh) * 2015-08-27 2017-03-08 长城汽车股份有限公司 用于增压器的轴承座、增压器和汽车
DE102016103115B4 (de) * 2016-02-23 2024-10-24 Ihi Charging Systems International Gmbh Laufzeug für einen Abgasturbolader
JP6921135B2 (ja) * 2018-03-23 2021-08-18 ジョンソンコントロールズビルディングエフィシェンシージャパン合同会社 ターボ圧縮機及びこれを用いた冷凍機
KR102252548B1 (ko) * 2018-05-17 2021-05-14 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤 모터에 의해 구동 가능한 과급기의 진동 억제 방법 및 진동 억제 장치
CN115066564B (zh) 2020-04-06 2024-05-14 株式会社Ihi 多圆弧轴承

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1400440A1 (de) * 1961-09-28 1969-04-03 Thompson Ramo Wooldridge Inc Lager fuer schnellaufende Wellen
US3811741A (en) * 1972-12-26 1974-05-21 Garrett Corp Bearing
US4427309A (en) * 1980-03-24 1984-01-24 The Garrett Corporation Turbocharger shaft bearing
JPS61201917A (ja) * 1985-03-05 1986-09-06 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 浮動ブシユ軸受
DE3601082A1 (de) * 1986-01-16 1987-07-23 Kuehnle Kopp Kausch Ag Abgasturbolader
US4798523A (en) * 1986-12-19 1989-01-17 Allied-Signal Inc. Turbocharger bearing and lubrication system
JPH01193409A (ja) * 1988-01-26 1989-08-03 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd フローテイングメタルを備えた軸受
JPH0674809B2 (ja) 1989-04-13 1994-09-21 いすゞ自動車株式会社 高速回転軸用軸受装置
DE3936069A1 (de) * 1989-10-28 1991-05-02 Kuehnle Kopp Kausch Ag Lagerung eines abgasturboladers
US5587332A (en) 1992-09-01 1996-12-24 Vlsi Technology, Inc. Method of making flash memory cell
JP3365009B2 (ja) * 1993-11-18 2003-01-08 石川島播磨重工業株式会社 ターボチャージャの軸受構造
JP3228667B2 (ja) * 1996-01-18 2001-11-12 株式会社日立製作所 動圧軸受スピンドルモータ及びこれを用いた回転ディスク装置
US5857332A (en) * 1996-12-20 1999-01-12 Turbodyne Systems, Inc. Bearing systems for motor-assisted turbochargers for internal combustion engines
JP2000130176A (ja) 1998-10-30 2000-05-09 Isuzu Motors Ltd 発電・電動機を備えたターボチャージャ
JP2002070570A (ja) * 2000-08-31 2002-03-08 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd ターボチャージャの軸受構造
JP2002213450A (ja) 2001-01-23 2002-07-31 Hitachi Ltd 浮動ブッシュ軸受、およびそれを具備したターボチャージャ
JP2002349277A (ja) * 2001-05-24 2002-12-04 Isuzu Motors Ltd ターボチャージャの軸受部油膜剛性制御装置

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105917095A (zh) * 2014-02-25 2016-08-31 三菱重工业株式会社 密封结构以及具有该密封结构的增压器
CN105917095B (zh) * 2014-02-25 2018-11-30 三菱重工发动机和增压器株式会社 密封结构以及具有该密封结构的增压器
US10690141B2 (en) 2014-02-25 2020-06-23 Mitsubishi Heavy Industries Engine & Turbocharger, Ltd. Seal structure and supercharger provided with the seal structure

Also Published As

Publication number Publication date
EP1762713A3 (en) 2012-03-28
EP1762713A2 (en) 2007-03-14
KR100923187B1 (ko) 2009-10-22
CN1928335A (zh) 2007-03-14
JP2007071165A (ja) 2007-03-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100923187B1 (ko) 전동 과급기의 베어링 구조
JP4671177B2 (ja) 電動過給機
US8157543B2 (en) High-speed rotating shaft of supercharger
US4541786A (en) Ceramic turbocharger
EP1760272B1 (en) Sacrificial inner shroud liners for variable guide vanes of gas turbine engines
EP1972759B1 (en) Stepped outer diameter semi-floating bearing
US7371011B2 (en) Turbocharger shaft bearing system
US8186886B2 (en) Turbocharger shaft bearing system
US8001781B2 (en) Motor-driven supercharger
KR101052447B1 (ko) 배기 터빈 과급기
US20130205775A1 (en) Turbocharger bearing anti-rotation plate
WO2008011400A2 (en) Floating bearing cartridge for a turbocharger shaft
WO2007148390A1 (ja) 回転機械の軸受構造、回転機械、軸受構造の製造方法、並びに回転機械の製造方法
WO2002086293A1 (en) Improved turbocharger bearing system
EP3081769B1 (en) Turbocharger bearing assembly
JP2007046642A (ja) 過給機およびフルフロートベアリング
JP2006009685A (ja) 過給機
US10428691B2 (en) Bearing device for a turbocharger and turbocharger
JP5163150B2 (ja) 電動圧縮機
JP4736817B2 (ja) ターボチャージャ
CN218581692U (zh) 包括轴承组件的涡轮增压器
KR20150043656A (ko) 터보 차저
JP2001012460A (ja) ターボチャージャの軸受装置
US20190277159A1 (en) Turbocharger assembly
JP2000130177A (ja) 発電・電動機を備えたターボチャージャ

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120924

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130924

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20141001

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150918

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160921

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170919

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180918

Year of fee payment: 10