KR20100029084A - 전동기 부착 과급기 - Google Patents

전동기 부착 과급기

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KR20100029084A
KR20100029084A KR1020097025411A KR20097025411A KR20100029084A KR 20100029084 A KR20100029084 A KR 20100029084A KR 1020097025411 A KR1020097025411 A KR 1020097025411A KR 20097025411 A KR20097025411 A KR 20097025411A KR 20100029084 A KR20100029084 A KR 20100029084A
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motor
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motor stator
flow path
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KR1020097025411A
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마사히로 시미즈
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가부시키가이샤 아이에이치아이
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Abstract

모터 스테이터(9b)와 플랜지부(41)가 일체화되어 스테이터 어셈블리가 구성된다. 플랜지부(41)는 모터 스테이터(9b)의 권선 배치부로부터 반경 방향 바깥쪽으로 연장되어 플랜지부(41)의 반경 방향 외면(41a)의 적어도 일부가 하우징(7)의 외부에 노출된다. 스테이터 어셈블리(12)는 하우징(7)에 대해, 회전축(11)의 축심을 중심으로 하는 원에 따른 원주 방향에 관한 위치를 조절할 수 있도록 구성되어 있다. 플랜지부(41)에는 케이블을 통과시키기 위한 배선공(41b)이 형성되고, 배선공(41b)은 플랜지부(41)의 반경 방향 외면(41a)에서 개구한다.

Description

전동기 부착 과급기{TURBOCHARGER WITH ELECTRIC MOTOR}
본 발명은 전동기 부착 과급기에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 본 발명은 전동기와, 전동기를 내부에 수납하는 하우징을 구비하고, 전동기의 모터 스테이터로부터 하우징 외부로 연장되는 케이블 등에 의한 전류 공급 경로가 마련되는 전동기 부착 과급기에 관한 것이다.
과급기(터보차저)는 엔진으로부터의 배기 가스에 의해 구동되고, 흡입 공기를 압축하여 엔진에 공급하는 장치이다.
과급기는, 예를 들면 특허 문헌 1에 기재되어 있다. 도 1은 특허 문헌 1의 과급기의 구성도이다. 과급기는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 기본 구성으로 엔진으로부터의 배기 가스에 의해 회전 구동되는 터빈 임펠러(71)와, 터빈 임펠러(71)가 일단에 고정된 회전축(75)과, 회전축(75)의 타단에 고정되고 터빈 임펠러(71)와 일체적으로 회전하는 컴프레서 임펠러(77)를 구비한다. 이 구성에 의해 엔진으로부터의 배기 가스에 의해 터빈 임펠러(71)와 컴프레서 임펠러(77)가 일체적으로 회전 구동됨으로써, 컴프레서 임펠러(77)가 흡입 공기를 압축하여 엔진에 공급한다.
과급기 가운데, 전동기가 내장된 것을 전동기 부착 과급기라고 한다. 도 1의 과급기는 전동기 부착 과급기이기도 하다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 전동기(79) 는 회전축(75)의 가속을 보조하여 컴프레서 임펠러(77)로부터 엔진으로의 압축 공기를 증대시킨다. 또한, 전동기(79)는 회전축(75)에 고정되는 모터 로터(79a)와, 모터 로터(79a)의 반경 방향 외측에서 하우징(81)에 고정되고 모터 로터(79a)를 회전 구동하는 모터 스테이터(79b)를 갖는다.
상기와 같은 모터 스테이터는, 모터 로터를 회전 구동시키기 위한 자계를 발생시키는 권선(코일)을 포함하고, 이 권선이 회전축의 축심을 중심으로 하는 원에 따른 원주 방향으로 복수 개 배치된다. 이들 권선에 전류를 공급하기 위해, 케이블을 권선에 접속하여 과급기의 외부로 연장되도록 배선한다. 이와 같은 배선 구조는, 예를 들면 특허 문헌 1 내지 3에 기재되어 있다.
특허 문헌 1에서는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 모터 스테이터(79b)에 커넥터(85)를 장작하고, 커넥터(85)에 접속되는 케이블을 과급기 외부까지 배선하기 위한 배선공(87)이 하우징(81)에 형성된다.
특허 문헌 2에서는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 모터 스테이터(91)에 전류·전력을 공급하기 위한 배선공(93)이 축 방향으로 연장되어 컴프레서 하우징(94)에 개구하고 있다.
특허 문헌 3에서는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 모터 스테이터(95)에 전류를 공급하기 위한 케이블(97)을 통과시키는 배선공(98)이 하우징(99)에 형성된다.
특허 문헌 1: 일본 특허공표 2006-514526호 공보
특허 문헌 2: 국제 특허공개 WO 2005/024202 A1호 공보
특허 문헌 3: 국제 특허공개 WO 98/02652호 공보
그러나, 특허 문헌 1 내지 3에서 배선공은 원주 방향에서 한 부분에 위치가 결정되어 있으므로, 과급기를 탑재하는 엔진측의 구조에 따라 하우징에서의 배선공 개구의 위치를 원주 방향으로 조절할 수 없다.
즉, 하우징에서의 케이블의 취출 위치가, 원주 방향으로 한 부분으로 한정되기 때문에, 과급기를 탑재하는 엔진에 따라서는 케이블의 취출 위치를 원주 방향으로 변경할 필요가 있다. 예를 들면, 과급기를 탑재하는 엔진측의 구조가 케이블의 취출 위치를 덮어 버리는 등에 의해, 그 취출 위치로부터는 케이블을 취출할 수 없게 되는 경우가 있다. 이 경우, 케이블의 취출 위치를 원주 방향으로 변경할 필요가 있는데, 그때마다 취출 위치가 되는 배선공 개구가 다른 원주 방향 위치에 형성된 다른 과급기 부품을 준비할 필요가 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 별도의 부품을 준비하지 않고 전동기의 모터 스테이터에 전류를 공급하기 위한 배선공 개구의 원주 방향 위치를 조절할 수 있는 전동기 부착 과급기를 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 의하면 일단에 터빈 임펠러가 연결되고 타단에 컴프레서 임펠러가 연결된 회전축이 하우징에 의해 회전 가능하게 지지되고, 상기 하우징 내에 설치된 전동기에 의해 상기 회전축을 회전 구동하도록 구성되며, 상기 전동기가 상기 회전축에 고정된 모터 로터와, 모터 로터를 둘러싸고 그 모터 로터를 회전 구동하는 모터 스테이터로 이루어지는 전동기 부착 과급기로서, 상기 모터 스테이터와 이 모터 스테이터에 일체적으로 마련된 플랜지부에 의해 구성된 스테이터 어셈블리를 구비하고, 상기 스테이터 어셈블리는 상기 하우징에 대해 상기 회전축의 축심을 중심으로 하는 원에 따른 원주 방향에 관한 위치를 조절할 수 있도록 구성되고, 상기 플랜지부는 상기 모터 스테이터의 권선 배치부로부터 반경 방향 바깥쪽으로 연장되어 반경 방향의 외면에서 적어도 일부가 상기 하우징의 외부로 노출됨과 함께, 모터 스테이터의 권선에 접속되는 케이블을 통과시키기 위한 배선공을 갖고, 그 배선공은 상기 플랜지부의 반경 방향 외면에서 개구하는 것을 특징으로 하는 전동기 부착 과급기가 제공된다.
상기 구성에서 모터 스테이터에 일체적으로 마련된 플랜지부는, 모터 스테이터의 권선 배치부로부터 반경 방향 바깥쪽으로 연장되어 플랜지부의 반경 방향 외면의 적어도 일부가 하우징의 외부에 노출되고, 스테이터 어셈블리는 하우징에 대한 둘레 방향의 상대 위치를 조절할 수 있도록 구성되고, 플랜지부의 반경 방향 외면에는 배선공의 개구가 형성된다. 이 구성에 의해, 스테이터 어셈블리의 원주 방향 위치를 하우징에 대해 조절함으로써, 배선공 개구의 원주 방향 위치를 조절할 수 있다. 따라서, 별도의 부품을 준비하지 않고 배선공 개구의 원주 방향 위치를 조절할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 형태에 의하면, 상기 하우징은 서로 연결되는 제1 및 제2 하우징 부재를 갖고, 상기 플랜지부는 제1 및 제2 하우징 부재에 대해 상기 원주 방향에 관한 위치를 조절 가능하게 제1 및 제2 하우징 부재의 사이에 끼워져 고정된다.
상기 구성에서 상기 플랜지부는, 제1 및 제2 하우징 부재에 대해 상기 원주 방향 위치를 조절 가능하게 제1 및 제2 하우징 부재의 사이에 끼워져 고정되므로, 상기 플랜지부를 제1 및 제2 하우징 부재의 사이에 협지 고정할 때에 그 원주 방향 위치를 조절하여 플랜지부의 반경 방향 외면에 형성되는 배선공의 개구의 원주 방향 위치를 조절할 수 있다.
또한, 제1 및 제2 하우징 부재를 축 방향으로 연결하는 경우에 플랜지부를 제1 및 제2 하우징 부재의 사이에 끼워 고정함으로써, 제1 및 제2 하우징 부재를 연결하는 부분 이외에서는 플랜지부의 반경 방향 외면을 하우징으로 가리지 않도록 할 수 있다. 이에 따라, 제1 및 제2 하우징 부재를 연결하는 부분 이외의 원주 방향 범위 내에서 상기 플랜지부의 반경 방향 외면을 하우징의 외부에 노출할 수 있어, 이 범위 내에서 배선공의 개구의 원주 방향 위치를 조절할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 형태에 의하면, 상기 하우징은 상기 플랜지부의 상기 반경 방향 외면의 상기 반경 방향 외측에 위치하는 부분을 갖고, 그 부분에는 상기 회전축의 축심을 중심으로 하는 원에 따른 원주 방향으로 길게 연장되는 절개부가 형성된다.
상기 구성에서 상기 하우징은, 상기 플랜지부의 상기 반경 방향 외면의 상기 반경 방향 외측에 위치하는 부분을 갖는 경우에, 그 부분에는 원주 방향으로 연장되는 절개부가 형성되므로, 플랜지부의 상기 반경 방향 외면에 형성된 배선공의 개구를 절개부를 통해 하우징 외부에 노출시킬 수 있다. 게다가, 절개부는 원주 방향으로 연장되므로, 절개부가 연장되어 있는 원주 방향 범위 내에서 상기 배선공의 개구의 원주 방향 위치를 조절할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 형태에 의하면, 상기 하우징 내에는 상기 모터 스테이터를 냉각하는 냉각액이 흐르는 냉각 공간이 형성되고, 상기 플랜지부는 상기 냉각액에 접촉하거나 또는 상기 냉각 공간의 내면의 적어도 일부를 형성하는 냉각 공간 형성 부재에 접촉하도록 배치된다.
상기 구성에서는, 플랜지부를 냉각 공간 내의 냉각액에 의해 냉각할 수 있고, 이 플랜지부 내를 모터 스테이터에 전류를 공급하기 위한 케이블을 통과시킬 수 있기 때문에, 케이블을 효과적으로 냉각시킬 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 형태에 의하면, 상기 플랜지부는 컴프레서 임펠러로부터의 압축 공기를 안내하는 압축 공기 유로의 유로면의 적어도 일부를 형성한다.
상기 구성에서 상기 플랜지부는, 컴프레서 임펠러로부터의 압축 공기를 안내하는 압축 공기 유로의 유로면의 적어도 일부를 형성하므로, 케이블을 저온으로 유지할 수 있다.
즉, 컴프레서 임펠러로부터의 압축 공기는 터빈 임펠러로 이송되는 배기 가스보다 저온이며, 이와 같은 저온의 압축 공기가 흐르는 압축 공기 유로를 형성하는 상기 플랜지부 내에 케이블을 통과시키므로, 케이블을 저온 환경에 두는 것이 가능하다. 이에 따라, 케이블을 저온으로 유지할 수 있다.
전술한 본 발명에 따르면, 전동기 부착 과급기에 있어서 별도의 부품을 준비하지 않고 전동기의 모터 스테이터에 전류를 공급하기 위한 배선공 개구의 원주 방향 위치를 조절할 수 있다.
도 1은 특허 문헌 1의 전동기 부착 과급기의 구성도이다.
도 2는 특허 문헌 2의 전동기 부착 과급기의 구성도이다.
도 3은 특허 문헌 3의 전동기 부착 과급기의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 의한 전동기 부착 과급기의 구성도이다.
도 5는 도 4의 모터 스테이터 부근의 부분 확대도이다.
도 6은 도 4의 화살표 Ⅵ-Ⅵ선을 따라 본 도면이다.
도 7은 도 4의 화살표 Ⅶ-Ⅶ선을 따라 본 도면이다.
도 8은 도 5의 화살표 Ⅷ-Ⅷ선을 따라 본 도면이다.
도 9는 도 5의 화살표 Ⅸ-Ⅸ선을 따라 본 도면이다.
본 발명을 실시하기 위한 최선의 실시 형태를 도면에 기초하여 설명한다. 한편, 각 도면에서 공통되는 부분에는 동일한 부호를 부여하고 중복되는 설명은 생략한다.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 의한 전동기 부착 과급기의 구성도이다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 전동기 부착 과급기(10)는 터빈 임펠러(3), 컴프레서 임펠러(5), 하우징(7) 및 전동기(9)를 갖는다.
터빈 임펠러(3)는 회전축(11)의 일단부(도 4에서 좌단부에)에 고정되고, 엔진으로부터의 배기 가스에 의해 회전 구동되는 날개이다. 이 예에서 터빈 임펠러(3)는 회전축(11)과 일체적으로 형성되고 있지만, 터빈 임펠러(3)를 회전축(11) 과 별개의 부품으로 제작하여 회전축(11)에 장착해도 된다.
컴프레서 임펠러(5)는 회전축(11)의 타단부(도 4에서 우단부에)에 고정되고, 흡입 공기를 압축하여 엔진에 송출하는 날개이다. 즉, 컴프레서 임펠러(5)는 터빈 임펠러(3)가 상기 배기 가스에 의해 회전 구동됨으로써 터빈 임펠러(3) 및 회전축(11)과 일체적으로 회전 구동되어 흡입 공기를 압축하고, 이 압축 공기를 엔진에 연소용 가스로서 송출한다.
하우징(7)은 터빈 임펠러(3), 회전축(11) 및 컴프레서 임펠러(5)를 내부에 수납하고, 베어링(예를 들면, 후술하는 베어링메탈(21))을 통해 회전축(11)을 회전 가능하게 지지한다. 하우징(7)은 터빈 하우징(7a), 베어링 하우징(7b) 및 컴프레서 하우징(7c)으로 구성된다.
터빈 하우징(7a)은 내부에 터빈 임펠러(3)를 수납한다. 또한, 터빈 하우징(7a)의 내부에는 스크롤실(13), 환상의 유로(15) 및 배기구(17)가 형성되어 있다. 스크롤실(13)에는 엔진으로부터의 배기 가스가 도입된다. 환상의 유로(15)는 회전축(11)의 축 방향(본 명세서에서 축 방향은 회전축(11)의 축 방향을 의미한다)에서 본 형상이 환상이며, 스크롤실(13)에 도입된 배기 가스를 터빈 임펠러(3)까지 회전축(11)의 반경 방향(본 명세서에서 반경 방향은 회전축(11)의 반경 방향을 의미한다) 안쪽으로 안내한다. 배기구(17)는 터빈 임펠러(3)를 회전 구동한 배기 가스를 과급기(10)의 외부에 배출한다.
또한, 유로(15)에는 복수의 노즐 날개(19)가 원주 방향으로 일정한 간격으로 배치된다. 도 1의 예에서 노즐 날개(19)는 가변 노즐 날개로서, 가변 노즐 날개의 사이에 형성되는 유로 면적을 변화시킬 수 있지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않고 고정 노즐 날개나 노즐 날개가 없는 형태라도 무방하다. 한편, 본 명세서에 있어서 원주 방향이란, 회전축(11)의 축 방향과 수직인 평면 내의 방향으로서, 회전축(11)의 축심을 중심으로 하는 원에 따른 방향이다.
베어링 하우징(7b)의 내부에는 베어링메탈(21), 스러스트 베어링(23) 등이 마련된다. 베어링메탈(21)은 베어링 하우징(7b) 내에 마련되어 회전축(11)으로부터 반경 방향 하중을 받아 회전축(11)을 회전 가능하게 지지한다. 스러스트 베어링(23)은 베어링 하우징(7b)에 고정되어, 회전축(11)에 마련된 스러스트 칼라(thrust collar)(25)로부터 축 방향 하중을 받아 회전축(11)의 축 방향 이동을 규제한다. 한편, 참조 부호 27은 베어링메탈(21), 스러스트 베어링(23), 스러스트 칼라(25)에 윤활유를 공급하기 위한 윤활유 유로를 나타내고, 참조 부호 29는 상기 윤활유를 배출하기 위한 기름 배출구를 나타낸다.
컴프레서 하우징(7c)은 내부에 컴프레서 임펠러(5)를 수납한다. 또한, 컴프레서 하우징(7c)의 내부에는, 흡입구(31), 압축 공기 유로(33) 및 스크롤실(35)이 형성되어 있다. 흡입구(31)는 과급기(10)의 외부 공기를 흡입한다. 압축 공기 유로(33)는 흡입구(31)로부터 흡입되고 컴프레서 임펠러(5)에 의해 압축된 공기를 반경 방향 바깥쪽으로 안내한다. 압축 공기 유로(33)에 의해 안내되어 온 압축 공기는 스크롤실(35)을 지나 도시하지 않은 토출구로부터 과급기(10)의 외부로 토출되어 엔진에 공급된다. 한편, 도 4의 예에서 압축 공기 유로(33)는, 축 방향에서 보아 환상인 디퓨저 유로이다. 또한, 디퓨저 유로(33)에는 원주 방향으로 복수 개의 베인(vane)을 간격을 두고 배치해도 무방하다.
전동기(9)는 모터 로터(9a)와 모터 스테이터(9b)를 갖는다. 전동기(9)로는, 예를 들면 모터 로터(9a)와 모터 스테이터(9b)에 의해 구성되는 브러시리스의 교류 전동기를 적용할 수 있다. 또한, 이 교류 전동기는 회전축(11)의 고속 회전(예를 들면, 적어도 10 내지 20만 rpm)에 대응 가능하고, 또한 가속시에는 회전 구동하고, 감속시에는 회생 운전할 수 있는 것이 바람직하다. 과급기(10)가 차량에 탑재되는 경우에는, 상기 교류 전동기의 구동 전압은 차량에 탑재된 배터리의 직류 전압(예를 들면 12V)과 동일하거나 혹은 그것보다 높은 것이 바람직하다.
모터 로터(9a)는 회전축(11)에 고정된다. 모터 로터(9a)는 자성 재료로 구성되어도 되고, 영구자석으로 구성되어도 된다. 모터 스테이터(9b)는 모터 로터(9a)의 반경 방향 외측에서 하우징(7)에 고정되어 모터 로터(9a)를 회전 구동한다. 모터 스테이터(9b)는 원주 방향으로 간격을 두고 복수 개 배치되어도 무방하다.
도 5는 도 4의 모터 스테이터(9b) 부근의 부분 확대도이다. 도 5에 도시하는 바와 같이, 각 모터 스테이터(9b)는 적층 강판으로 구성되는 코어(36)와, 코어(36)의 주위에 감기는 권선(코일)(38)을 갖는다. 이들 코어(36)와 권선(38)은 열전도성 몰딩재(37)에 매립되어 일체적으로 구성된다.
전동기 부착 과급기(10)는 모터 스테이터(9b)의 권선(38)에 접속되는 케이블(39)을 취출하기 위한 구성을 갖는다. 이 때문에, 본 실시 형태에 의하면 모터 스테이터(9b)에는 플랜지부(41)가 일체적으로 마련된다. 플랜지부(41)는 모터 스테이터(9b)의 권선 배치부로부터 반경 방향 바깥쪽으로 연장되어, 플랜지부(41)의 반 경 방향 외면(41a)의 적어도 일부가 하우징(7)의 외부에 노출된다. 이하, 모터 스테이터(9b)와 플랜지부(41)로 이루어지는 구성 부품을 "스테이터 어셈블리(12)"라고 한다.
플랜지부(41)에는 모터 스테이터(9b)의 권선(38)으로의 전류 공급 경로가 되는 배선공(41b)이 형성된다. 플랜지부(41)의 반경 방향 외면(41a)에는 배선공(41b)의 개구(41c)가 형성되어 있다. 도 4, 도 5의 예에서는, 배선공(41b) 내에 전류 공급선인 케이블(39)이 통과하고 있다. 케이블(39)은 그 선단에서 권선(38)에 접속되고, 배선공(41b)를 통해 개구(41c)로부터 하우징(7)의 외부로 인출된다.
하우징(7)과 스테이터 어셈블리(12)는 서로의 원주 방향의 상대 위치가 조절 가능한 형상을 갖고 있다. 도 4, 도 5의 예에서, 플랜지부(41)는 모터 스테이터(9b)로부터 반경 방향 외측으로 연장되도록 형성되고, 모터 스테이터(9b)의 반경 방향 중심부에는 회전축(11) 및 모터 로터(9a)가 통과하는 관통공이 형성되고, 하우징(7) 내에는 모터 스테이터(9b) 및 플랜지부(41)를 임의의 원주 방향 위치에 배치할 수 있는 내부 공간이 형성된다. 이와 같은 형상에 의해, 플랜지부(41)와 모터 스테이터(9b)로 이루어지는 스테이터 어셈블리(12)를 하우징(7)에 대해 임의의 원주 방향 위치에 조절해 배치할 수 있다.
도 5의 예에서 베어링 하우징(7b) 및 컴프레서 하우징(7c)은, 각각, 축 방향에서 본 형상이 환상 또는 대략 환상이며 서로 대향하도록 축 방향을 향하는 대략 환상면(43, 45)을 갖는다. 이에 대해, 플랜지부(41)는 베어링 하우징(7b)의 대략 환상면(43)과 접촉하고 축 방향을 향하는 제1 대략 환상면(47)과, 컴프레서 하우 징(7c)의 대략 환상면(45)과 접촉하고 축 방향을 향하는 제2 대략 환상면(49)을 갖는다.
제1 및 제2 대략 환상면(47, 49)은 축 방향에서 본 형상이 환상 또는 대략 환상이며 서로 반대의 축 방향을 향한다. 이와 같은 형상에 의해, 플랜지부(41)를 임의의 원주 방향 위치에 조절한 다음, 제1 대략 환상면(47)이 제1 하우징 부재인 베어링 하우징(7b)의 대략 환상면(43)에 접촉하고, 제2 대략 환상면(49)이 제2 하우징 부재인 컴프레서 하우징(7c)의 대략 환상면(45)에 접촉한 상태에서, 플랜지부(41)를 베어링 하우징(7b)의 환상면(43)과 컴프레서 하우징(7c)의 환상면(45) 사이에 고정 볼트(53)에 의해 협지할 수 있다. 이에 따라, 플랜지부(41)와 모터 스테이터(9b)로 이루어지는 스테이터 어셈블리(12)를 하우징(7)에 대해 임의의 원주 방향 위치에서 확실히 고정할 수 있어, 모터 스테이터(9b)가 모터 로터(9a)의 회전 구동에 의해 받는 반력을 하우징(7)에서 확실히 지지할 수 있다.
하우징(7)(도 4, 도 5의 예에서는 컴프레서 하우징(7c))이 플랜지부(41)의 반경 방향 외면(41a)의 반경 방향 외측에 위치하는 부분을 갖는 경우, 이 부분에 절개부(51)가 형성된다. 도 6은 도 4의 화살표 Ⅵ-Ⅵ선을 따라 본 도면이다. 도 6에 도시하는 바와 같이, 절개부(51)는 원주 방향으로 길게 연장된다. 이에 따라, 컴프레서 하우징(7c)이 플랜지부(41)의 반경 방향 외면(41a)을 덮는 위치까지 연장되어 있는 경우에도, 컴프레서 하우징(7c)의 절개부(51)에 의해 배선공(41b)의 개구(41c)를 하우징(7)의 외부에 노출시킬 수 있다.
도 7은 도 4의 화살표 Ⅶ-Ⅶ선을 따라 본 도면이다. 베어링 하우징(7b)과 컴 프레서 하우징(7c)은 이들의 외주부에서, 둘레 방향으로 간격을 두고 설치된 고정 볼트(53)에 의해 연결된다. 도 7에 도시하는 바와 같이, A로 나타내는 범위에서 복수 개의 절개부(51)가 형성된다. 즉, 복수 개의 절개부(51)는 컴프레서 하우징(7c)에서의 복수 개의 고정 볼트(53) 사이의 각각의 부위에서 둘레 방향으로 연장된다. 이 예에서는, 절개부(51)는 5개 형성되어 있다.
도 5에서 하우징(7) 내에는 모터 스테이터(9b)를 냉각하는 냉각액이 흐르는 냉각 공간(55a)이 형성되어 있다. 플랜지부(41)는 후술하는 바와 같이, 냉각액에 접촉하도록 배치된다. 냉각 공간(55a)은 냉각 공간 형성 부재(55)에 의해 형성된다.
냉각 공간 형성 부재(55)는 하우징(7)(도 4, 도 5의 예에서는, 베어링 하우징(7b)) 내에 마련되고, 모터 스테이터(9b)의 반경 방향 바깥쪽에 위치하여 냉각 공간(55a) 내면의 적어도 일부를 형성한다. 도 4의 예에서 냉각 공간 형성 부재(55)는 반경 방향 내부에 원통형 공간을 갖는 슬리브이며, 베어링 하우징(7b)의 내면과의 사이에 냉각 공간(55a)을 형성하고 있다.
한편, 냉각 공간(55a)의 형태는 도 5의 구성예로 한정되지 않고, 냉각 공간 형성 부재(55)가 냉각 공간(55a) 내면의 적어도 일부를 형성하고 있으면 된다. 예를 들면, 냉각 공간 형성 부재(55)의 내부에 냉각 공간(55a)을 형성함으로써 냉각 공간 형성 부재(55)가 냉각 공간(55a)의 내면 전부를 형성해도 무방하다.
냉각 공간(55a)은 전동기(9)(즉, 모터 스테이터(9b))의 반경 방향 바깥쪽에 위치하고, 냉각 공간(55a) 및 모터 스테이터(9b)는 플랜지부(41)(또는 후술하는 공 기 유로 형성 부재(57))에 대해 압축 공기 유로(33)의 반대측에 위치한다. 냉각 공간(55a)에는, 전동기(9)(즉, 모터 스테이터(9b))를 냉각하는 냉각액이 흐른다. 이 냉각액은 과급기(10)의 외부로부터 냉각 공간(55a)에 공급되어 냉각 공간(55a)을 흐른 다음, 과급기(10)의 외부로 배출된다. 한편, 냉각액은 냉각수인 것이 바람직하지만, 냉각유 등 다른 냉각액이라도 무방하다.
냉각 공간 형성 부재(55)는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 플랜지부(41)(즉, 공기 유로 형성 부재(57))에 대해 압축 공기 유로(33)의 반대측에 위치하고 플랜지부(41)에 접촉하는 제1 접촉면(55b)과, 모터 스테이터(9b)의 반경 방향 바깥쪽에 위치하고 모터 스테이터(9b)에 접촉하는 제2 접촉면(55c)을 갖는다.
또한, 냉각 공간 형성 부재(55)에는 냉각 공간(55a)의 일부를 구성하는 관통공(55d)이 제1 접촉면(55b)에 개구하도록 형성된다. 즉, 관통공(55d)은 냉각 공간(55a)으로부터 냉각 공간 형성 부재(55)를 관통하도록 형성됨으로써, 관통공(55d)이 냉각 공간(55a)의 일부를 구성하여 관통공(55d)을 통과한 냉각액이 플랜지부(41)에 접촉한다.
한편, 참조 부호 56은 O링 등의 씰 부재를 나타내며, 씰 부재(56)에 의해 냉각 공간(55a) 내의 냉각액의 누설을 방지한다. 또한, 냉각 공간 형성 부재(55)와 플랜지부(41)의 접촉면은, 예를 들면 액체 개스킷 또는 고체 개스킷 등에 의해 씰링한다.
또한, 플랜지부(41)는 컴프레서 임펠러(5)로부터의 압축 공기를 안내하는 압축 공기 유로(33)의 유로면의 적어도 일부를 형성한다.
도 4, 도 5의 예에서 플랜지부(41)는, 압축 공기 유로(33)의 유로면의 적어도 일부를 형성하는 공기 유로 형성 부재(57)의 일부이다.
공기 유로 형성 부재(57)는 하우징(7) 내에 마련되고, 도 4, 도 5의 예에서는 그 일부인 플랜지부(41)가 베어링 하우징(7b)과 컴프레서 하우징(7c)의 사이에 끼워져 고정된다. 공기 유로 형성 부재(57)는 컴프레서 임펠러(5)로부터의 압축 공기를 회전축(11)의 반경 방향 바깥쪽으로 안내하는 상기 압축 공기 유로(33)의 유로면의 적어도 일부를 형성한다.
도 4, 도 5의 예에서 공기 유로 형성 부재(57)는, 축 방향에서 본 경우, 중심부에 회전축(11)이 통과하는 구멍이 뚫린 대략 환상이며, 공기 유로 형성 부재(57)는 압축 공기 유로(33)의 터빈 임펠러(3)측의 유로면을 형성하고, 압축 공기 유로(33)의 컴프레서 임펠러(5)측의 유로면은 컴프레서 하우징(7c)에 의해 형성된다. 그러나, 본 발명은 이것으로 한정되지 않고, 공기 유로 형성 부재(57)가 압축 공기 유로(33)의 유로면의 적어도 일부를 형성하고 있으면 되고, 경우에 따라서는 공기 유로 형성 부재(57)가 압축 공기 유로(33)의 유로면 전부를 형성해도 무방하다.
또한, 공기 유로 형성 부재(57)는 냉각 공간 형성 부재(55)에 접촉하도록 배치된다. 냉각 공간 형성 부재(55)에 접촉하는 플랜지부(41)(즉, 공기 유로 형성 부재(57))의 면에는, 관통공(55d)으로부터의 냉각액을 받는 함몰부(57a)가 형성되어 있다. 이에 따라, 관통공(55d)으로부터의 냉각액이 함몰부(57a)에 받아진다.
공기 유로 형성 부재(57)는, 도 5에 도시하는 바와 같이, 플랜지부(41)와, 플랜지부(41)로부터 회전축(11)의 반경 방향 안쪽으로 연장되어 모터 스테이터(9b)와 압축 공기 유로(33) 또는 컴프레서 임펠러(5)의 사이에 위치하는 내측 연장부(59)와, 그 내측 연장부(59)의 반경 방향 안쪽에 결합되어 회전축(11)측과의 사이의 래버린스 씰(labyrinth seal)을 구성하는 래버린스 씰부(61)를 갖는다.
도 5의 예에서 래버린스 씰부(61)는, 회전축(11)에 고정된 모터 로터(9a)의 일부와의 사이를 씰링하도록 되어 있고, 축 방향으로 간격을 두고 반경 방향 안쪽으로 돌출하는 2개의 돌기부를 갖는다.
도 5의 구성예에서 플랜지부(41)(즉, 공기 유로 형성 부재(57))는 상기 몰딩재(37)에 의해 모터 스테이터(9b)와 일체적으로 몰딩 성형된다. 예를 들면, 소정의 틀에 대해(틀의 내부에) 코어(36), 권선(38) 및 공기 유로 형성 부재(57)를 배치하고, 틀에 몰딩재(37)를 충전함으로써 모터 스테이터(9b)와 공기 유로 형성 부재(57)가 일체화한다. 이에 따라, 스테이터 어셈플리(12)를 제작할 수 있다.
한편, 몰딩재(37)는 높은 열전도성을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 몰딩재(37)는 낮은 열팽창계수를 갖는 것이 바람직하다. 이와 같은 몰딩재(37)로는, 예를 들면 열전도도가 10-4 cal/㎝·sec·℃이고 열팽창계수가 10-6 ㎝/㎝/℃인 STYCAST 2850FT(일본 에이블스틱 주식회사 에머슨 앤드 커밍 컴퍼니의 제품)를 사용할 수 있다.
도 8은 도 5의 화살표 Ⅷ-Ⅷ선을 따라 본 도면이며, 도 9는 도 5의 화살표 Ⅸ-Ⅸ선을 따라 본 도면이다. 도 8에 도시하는 바와 같이, 관통공(55d)을 축 방향 에서 본 형상은, 원주 방향으로 연장된 원호상이 되어 있다.
도 9에 도시하는 바와 같이, 제1 접촉면(55b)에 접촉하는 플랜지부(41)(즉, 공기 유로 형성 부재(57))의 면에 형성된 함몰부(57a)의 축 방향에서 본 형상도, 원주 방향으로 연장된 원호상이 되어 있다. 즉, 관통공(55d)과 함몰부(57a)는 축 방향에서 본 경우에 서로 중첩되어 있고, 함몰부(57a)는 관통공(55d)으로부터 축 방향으로 연속하도록 형성된다.
도 8에서, 볼트(63)에 의해 냉각 공간 형성 부재(55)가 공기 유로 형성 부재(57)에 고정되고, 관통공(55d) 및 함몰부(57a)는 볼트(63)가 존재하지 않는 영역에서 원호상으로 연장되고 있다. 한편, 볼트(63)의 반경 방향 위치를 관통공(55d) 및 함몰부(57a)의 반경 방향 위치로부터 비켜 놓는 경우나, 볼트(63) 이외의 수단으로 냉각 공간 형성 부재(55)를 공기 유로 형성 부재(57)에 고정하는 경우에는, 관통공(55d) 및 함몰부(57a)가 연속적으로 일주하여 환상으로 형성되어도 된다.
한편, 이해를 쉽게 하기 위해, 도 8, 도 9에서의 볼트(63)의 원주 방향 위치와, 도 5에서의 볼트(63)의 원주 방향 위치를 다르게 하였다.
이와 같이, 관통공(55d)을 원주 방향으로 연장하여 형성하였기 때문에, 냉각액과 플랜지부(41)의 접촉 면적을 크게 할 수 있고, 게다가 함몰부(57a)도 원주 방향으로 연장해 형성하였으므로, 냉각액과 플랜지부(41)의 접촉 면적을 한층 크게 할 수 있다. 이에 따라, 플랜지부(41)를 효과적으로 냉각할 수 있다.
전술한 본 발명의 실시 형태에 의한 전동기 부착 과급기(10)에서는, 모터 스테이터(9b)에 일체적으로 마련된 플랜지부(41)는 모터 스테이터(9b)의 권선 배치부 로부터 반경 방향 바깥쪽으로 연장되어, 플랜지부(41)의 반경 방향 외면(41a)이 적어도 일부가 하우징(7)의 외부에 노출되고, 스테이터 어셈블리(12)는 하우징(7)에 대한 둘레 방향의 상대 위치를 조절할 수 있도록 구성되고, 플랜지부(41)의 반경 방향 외면(41a)에는 배선공(41b)의 개구(41c)가 형성된다. 이 구성에 의해, 스테이터 어셈블리(12)의 원주 방향 위치를 하우징(7)에 대해 조절함으로써, 배선공 개구(41c)의 원주 방향 위치를 조절할 수 있다. 따라서, 별도의 부품을 준비하지 않고, 배선공 개구(41c)의 원주 방향 위치를 조절할 수 있다.
플랜지부(41)는 베어링 하우징(7b) 및 컴프레서 하우징(7c)에 대해 원주 방향 위치를 조절 가능하게 베어링 하우징(7b)과 컴프레서 하우징(7c)의 사이에 끼워져 고정되므로, 플랜지부(41)를 제1 및 제2 하우징 부재와의 사이에 협지 고정할 때에, 그 원주 방향 위치를 조절하여 플랜지부(41)의 반경 방향 외면(41a)에 형성되는 배선공(41b)의 개구(41c)의 원주 방향 위치를 조절할 수 있다.
또한, 베어링 하우징(7b)과 컴프레서 하우징(7c)을 축 방향으로 연결할 때에, 플랜지부(41)를 베어링 하우징(7b)과 컴프레서 하우징(7c)의 사이에 끼워 고정하므로, 베어링 하우징(7b)과 컴프레서 하우징(7c)을 연결하는 부분 이외에서는 플랜지부(41)의 반경 방향 외면(41a)을 하우징(7)으로 덮지 않도록 할 수 있다. 이에 따라, 베어링 하우징(7b)과 컴프레서 하우징(7c)을 연결하는 부분 이외의 원주 방향 범위 내에서, 플랜지부(41)의 반경 방향 외면(41a)을 하우징(7)의 외부에 노출할 수 있어, 이 범위 내에서 배선공(41b)의 개구(41c)의 원주 방향 위치를 조절할 수 있다.
도 4 및 도 5의 구성예에서는 컴프레서 하우징(7c)이 플랜지부(41)의 반경 방향 외면(41a)의 반경 방향 외측에 위치하는 부분을 갖지만, 이와 같은 부분에는 절개부(51)가 형성되므로, 플랜지부(41)의 반경 방향 외면(41a)에 형성된 배선공(41b)의 개구(41c)를 절개부(51)를 통해 하우징(7) 외부에 노출할 수 있다. 게다가, 절개부(51)는 원주 방향으로 길게 연장되므로, 절개부(51)가 연장되어 있는 원주 방향 범위 내에서 배선공(41b)의 개구(41c)의 원주 방향 위치를 조절할 수 있다.
플랜지부(41)를 냉각 공간(55a) 내의 냉각액에 의해 냉각 가능하고, 이 플랜지부(41) 내를 케이블(39)이 통과할 수 있으므로, 케이블(39)을 효과적으로 냉각할 수 있다.
또한, 플랜지부(41)는 컴프레서 임펠러(5)로부터의 압축 공기를 안내하는 압축 공기 유로(33)의 유로면의 적어도 일부를 형성하므로, 케이블(39)을 저온으로 유지할 수 있다.
즉, 컴프레서 임펠러(5)로부터의 압축 공기는 터빈 임펠러(3)에 이송되는 배기 가스보다 저온이며, 이와 같은 저온의 압축 공기가 흐르는 압축 공기 유로(33)를 형성하는 플랜지부(41) 내에 케이블(39)을 통과시키므로, 케이블(39)을 저온 환경에 둘 수 있다. 이에 따라, 케이블(39)을 저온으로 유지할 수 있다.
전술한 실시 형태에서 환상면은 그 법선이 축 방향을 향하는 평면이지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않고, 환상면은 그 법선이 축 방향으로부터 기울어져 있어도 무방하다.
전술한 실시 형태에서의 베어링 하우징(7b) 및 컴프레서 하우징(7c)은, 특허 청구의 범위의 제1 및 제2 하우징 부재에 상당한다. 단, 제1 및 제2 하우징 부재는 하우징(7)을 구성하는 부재이면 되고, 제1 및 제2 하우징 부재는 반드시 베어링 하우징(7b) 및 컴프레서 하우징(7c)이 아니라도 무방하다.
또한, 전술한 실시 형태에서는, 절개부(51)는 컴프레서 하우징(7c)에 형성되어 있었지만, 본 발명은 이것으로 한정되지 않고, 과급기의 하우징(7) 중 컴프레서 하우징(7c) 이외의 부위(베어링 하우징(7b) 또는 터빈 하우징(7a))에 형성되어 있어도 무방하다.
전술한 관통공(55d) 및 함몰부(57a)는 없어도 무방하다. 이 경우, 플랜지부(41)는 냉각 공간 형성 부재(55)를 통해 냉각액에 의해 냉각된다.
그 외, 본 발명은 전술한 실시의 형태로 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지 변경을 가할 수 있는 것은 물론이다.

Claims (5)

  1. 일단에 터빈 임펠러가 연결되고 타단에 컴프레서 임펠러가 연결된 회전축이 하우징에 의해 회전 가능하게 지지되고, 상기 하우징 내에 마련된 전동기에 의해 상기 회전축을 회전 구동하도록 구성되며, 상기 전동기가 상기 회전축에 고정된 모터 로터와, 모터 로터를 둘러싸고 그 모터 로터를 회전 구동하는 모터 스테이터로 이루어지는 전동기 부착 과급기로서,
    상기 모터 스테이터와, 모터 스테이터에 일체적으로 마련된 플랜지부에 의해 구성된 스테이터 어셈블리를 구비하고,
    상기 스테이터 어셈블리는, 상기 하우징에 대해 상기 회전축의 축심을 중심으로 하는 원에 따른 원주 방향에 관한 위치를 조절할 수 있도록 구성되고,
    상기 플랜지부는, 상기 모터 스테이터의 권선 배치부로부터 반경 방향 바깥쪽으로 연장되어, 반경 방향의 외면에서 적어도 일부가 상기 하우징의 외부에 노출함과 함께, 모터 스테이터의 권선에 접속되는 케이블을 통과시키기 위한 배선공을 갖고, 상기 배선공은 상기 플랜지부의 반경 방향 외면에서 개구하는 것을 특징으로 하는 전동기 부착 과급기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하우징은, 서로 연결되는 제1 및 제2 하우징 부재를 갖고,
    상기 플랜지부는, 제1 및 제2 하우징 부재에 대해 상기 원주 방향에 관한 위 치를 조절 가능하게, 제1 및 제2 하우징 부재의 사이에 끼워져 고정되는 것을 특징으로 하는 전동기 부착 과급기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 하우징은, 상기 플랜지부의 상기 반경 방향 외면의 상기 반경 방향 외측에 위치하는 부분을 갖고,
    상기 부분에는, 상기 회전축의 축심을 중심으로 하는 원에 따른 원주 방향으로 연장되는 절개부가 형성되는 것을 특징으로 하는 전동기 부착 과급기.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하우징 내에는, 상기 모터 스테이터를 냉각하는 냉각액이 흐르는 냉각 공간이 형성되고,
    상기 플랜지부는, 상기 냉각액에 접촉하거나 또는 상기 냉각 공간의 내면의 적어도 일부를 형성하는 냉각 공간 형성 부재에 접촉하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 전동기 부착 과급기.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 플랜지부는, 컴프레서 임펠러로부터의 압축 공기를 안내하는 압축 공기 유로의 유로면의 적어도 일부를 형성하는 것을 특징으로 하는 전동기 부착 과급기.
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