WO2013011839A1 - 電動過給圧縮機、その組立方法及び内燃機関 - Google Patents

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秉一 安
幹 惠比寿
鈴木　浩
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三菱重工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to, for example, an electric supercharged compressor mounted on a vehicle and driven by an electric motor, an assembling method thereof, and an internal combustion engine incorporating the electric supercharged compressor.
  • a vehicle In order to improve the thermal efficiency of an internal combustion engine, a vehicle is provided with a turbocharger including a compressor provided in an intake passage and a turbine provided in an exhaust passage. Recently, an electric supercharged compressor driven by an electric motor has attracted attention as one of means for improving turbo lag and responsiveness of the turbocharger. However, the electric supercharged compressor has many problems in terms of durability, ease of assembly, and ease of installation when mounted on a vehicle.
  • An electric supercharged compressor generally has a method of supporting a heavy motor rotor portion at both ends from the viewpoint of reducing shaft vibration.
  • Patent Document 1 discloses such an electric supercharged compressor that supports both ends.
  • the housing of the electric supercharged compressor 100 ⁇ / b> A includes a compressor housing 102, a motor housing 104, and bearing housings 106 a and 106 b provided on both sides of the motor housing 104.
  • a compressor wheel 108 is accommodated in the compressor housing 102, and a rotating shaft 110 extends from the center of the compressor wheel 108 to the motor housing 104 side.
  • a motor rotor 112 is attached to the rotating shaft 110, a stator (not shown) is provided inside the motor housing 104, and the stator is disposed at a position facing the motor rotor 112.
  • Bearings 114 that support the rotating shaft 110 on both sides of the motor housing 104 are provided inside the bearing housings 106a and 106b.
  • An inlet 102a of the compressor housing 102 is connected to an intake passage of the internal combustion engine. When the compressor wheel 108 rotates, the supply air a is taken in, compressed, and discharged to the outlet side of the intake passage.
  • FIG. 9 shows an electric supercharged compressor 100B that supports the rotating shaft 110 in a cantilever manner.
  • a bearing housing 106 is provided between the compressor housing 102 and the motor housing 104.
  • a plurality of bearings 114 are provided inside the bearing housing 106, and the rotating shaft 110 is supported by these bearings 114.
  • An electric supercharged compressor that supports the electric motor from both sides enables stable support of the electric motor and is effective in reducing vibrations.
  • assembly is troublesome because bearings are provided on both sides of the electric motor. become.
  • the cantilever type is easier to assemble than the both-end support type, but is not advantageous from the viewpoint of vibration reduction.
  • the electric supercharged compressor of Patent Document 1 is provided with a motor inverter that controls the rotational speed of the electric motor at a position away from the motor housing.
  • a motor inverter that controls the rotational speed of the electric motor at a position away from the motor housing.
  • the present invention simplifies the configuration, is easy to assemble, can reduce vibration and noise, and can suppress loss of motor output and rotary shaft output when a motor inverter is provided.
  • An object is to realize an electric supercharged compressor and an assembling method thereof.
  • an electric supercharged compressor of the present invention includes a compressor wheel built in a compressor housing, an electric motor that drives a rotating shaft of the compressor wheel, and a motor inverter that controls the rotational speed of the rotating shaft.
  • An electric supercharged compressor provided on both sides of the electric motor and having a rolling bearing that rotatably supports the rotating shaft, wherein the electric motor and the motor inverter are arranged adjacent to each other in series on the rotating shaft, and the outer side of the rolling bearing Further, a sleeve provided with a gap between the rolling bearing, a support member that supports the rolling bearing by sandwiching the outer ring or inner ring side surface of the rolling bearing from both sides, and disposed outside the sleeve. And a damper mechanism that elastically supports the sleeve.
  • the electric motor and the motor inverter are arranged adjacently in series on the rotating shaft, the current loss between the electric motor and the motor inverter can be minimized. Further, in addition to the vibration reduction effect by supporting the electric motor at both ends, a gap is formed between the rolling bearing and the sleeve arranged outside the rolling bearing. The expansion can be absorbed and the vibration of the rotating shaft can be blocked, and the transmission of vibration from the rotating shaft to the electric motor and the inverter can be suppressed. In addition, since the gap is formed, the uneven load generated in the rotating shaft and the rolling bearing can be suppressed, so that the configuration of the apparatus can be simplified and the cost can be reduced, and the output reduction of the rotating shaft can be suppressed.
  • the damper mechanism is provided outside the sleeve, vibration transmission to the electric motor and inverter can be further suppressed.
  • wheel of a rolling bearing is clamped from the both sides
  • the rolling bearing may be a grease-filled rolling bearing. Accordingly, since the rolling bearing is constituted by a grease-filled rolling bearing, a device such as a lubricating oil pipe for supplying lubricating oil to the rolling bearing becomes unnecessary, and the device configuration can be simplified and reduced in cost.
  • the damper mechanism may be such that a gap is formed between the sleeve and the inner side surface of the housing facing the sleeve, and an elastic damper member is interposed in the gap.
  • the damper mechanism may be one in which a gap is formed between the sleeve and the inner side surface of the housing facing the sleeve, and an oil film of lubricating oil is formed in the gap.
  • a gap is formed between the sleeve and the inner side surface of the housing facing the sleeve, and an oil film of lubricating oil is formed in the gap.
  • a rolling bearing disposed on the motor inverter side and a sleeve provided outside the rolling bearing are provided with a large diameter sleeve having inner locking portions projecting inward at both ends, and inside the large diameter sleeve.
  • a cylindrical spring guide having an outer locking portion disposed at one end and projecting outward at one end and a large-diameter sleeve arranged between the large-diameter sleeve, absorbs the thermal expansion of the rolling bearing and vibrates the rotating shaft.
  • a rolling bearing that is sandwiched between one inner locking portion of the large-diameter sleeve and an outer locking portion of the spring guide while forming a gap that blocks the gap, and a cylindrical space formed between the large-diameter sleeve and the spring guide.
  • a damper sleeve structure comprising a spring member that imparts an elastic clamping force to the rolling bearing via the outer locking portion.
  • the damper sleeve structure adds an elastic clamping force to the rolling bearing by the spring member, it can always maintain the clamping force against the rolling bearing even if the position of the rolling bearing changes. Therefore, it is possible to maintain the clamping force with respect to the rolling bearing while allowing the dimensional tolerance of the rolling bearing and the mounting error of each member (motor rotor, sleeve, etc.) fixed to the rotating shaft. Therefore, since the allowable dimensional tolerance of each member can be relaxed, the manufacturing cost of each member can be reduced. Moreover, the assembly of the bearing mechanism is facilitated by using the damper sleeve structure that has been assembled together in advance.
  • a spring member may be provided between the rolling bearing arranged on the compressor side and the spacer.
  • the supply air pressure is applied to the back side.
  • a tensile force acting on the compressor side is generated in the axial direction of the rotating shaft.
  • the said tensile force can be received elastically by providing a spring member between the rolling bearing arrange
  • an intake passage is connected to the compressor housing, and an intake bypass passage for bypassing intake air to the compressor wheel and a bypass valve provided in the intake bypass passage may be formed integrally with the compressor housing.
  • the electric supercharged compressor of the present invention is provided in the intake passage.
  • the internal combustion engine can be made compact, so that it can be easily mounted on a vehicle.
  • fuel efficiency can be improved because the internal combustion engine can be made compact.
  • vibration and noise of the electric supercharged compressor can be reduced.
  • the electric supercharged compressor of the present invention is provided in the intake passage, the compressor provided in the intake passage upstream or downstream of the electric supercharged compressor, and the turbine provided in the exhaust passage And an exhaust gas recirculation mechanism that returns part of the exhaust gas from the exhaust passage to the intake passage.
  • the combination of the electric supercharged compressor and the turbocharger according to the present invention can improve the output of the internal combustion engine and improve the responsiveness during excessive operation. Further, by providing the exhaust gas recirculation mechanism, it is possible to suppress the generation of the NO X in the exhaust gas.
  • the motor rotor is inserted into the rotating shaft from the motor inverter side end of the rotating shaft, and the motor rotor is fixed to the enlarged diameter portion formed on the rotating shaft.
  • the first step is to insert a rolling bearing from the compressor side end of the rotating shaft to the rotating shaft and fix it in a state where it is locked to the enlarged diameter portion, and the damper sleeve configuration from the motor inverter side end of the rotating shaft to the rotating shaft
  • a second step of inserting the body and fixing it at a position adjacent to the motor rotor, a sleeve on the inner surface of the bearing housing and a first damper mechanism on the outer side of the sleeve, and bearing from the compressor side end of the rotating shaft to the rotating shaft The housing and the compressor wheel are fitted, the compressor wheel is fixed to the rotating shaft, and the sleeve rolls outside the rolling bearing.
  • a second step is provided on the inner surface of the integrated housing that also serves as a housing for the electric motor and the motor inverter, and a third step that is arranged to form a gap that absorbs the thermal expansion of the receiver and blocks the vibration of the rotating shaft.
  • the rotating shaft assembly structure provided in the assembly process from the first process to the third process is covered with the compressor housing and the integral housing from both sides, and the bearing housing is sandwiched between the compressor housing and the integral housing
  • the second damper mechanism is composed of a fourth step arranged outside the large-diameter sleeve.
  • the motor rotor and the rolling bearing can be easily positioned by locking the motor rotor and the rolling bearing from both sides to the enlarged diameter portion formed on the rotating shaft.
  • the damper sleeve structure is manufactured in advance and the damper sleeve structure is disposed adjacent to the motor rotor, the motor inverter side bearing mechanism can be easily mounted.
  • an integrated housing that also serves as the housing for the electric motor and the motor inverter has been manufactured, and the compressor housing and the integrated housing are coupled so that the bearing housing is sandwiched between these housings. Installation of the compressor housing is completed in one step.
  • the assembly process of the electric supercharged compressor of the present invention having vibration reduction and other advantages can be shortened, and the assembly can be facilitated.
  • the compressor wheel built in the compressor housing, the electric motor that drives the rotating shaft of the compressor wheel, the motor inverter that controls the rotational speed of the rotating shaft, and both sides of the electric motor
  • the electric motor and the motor inverter are arranged adjacent to each other in series on the rotating shaft, and the rolling bearing and the outer side of the rolling bearing
  • a sleeve provided with a gap therebetween, a support member for supporting the rolling bearing by sandwiching the outer ring or inner ring side surface of the rolling bearing from both sides, and the sleeve elastically Since the supporting damper mechanism is provided, vibrations of the electric motor and the motor inverter can be greatly reduced.
  • the configuration of the apparatus can be simplified and the cost can be reduced, and the output reduction of the rotating shaft can be suppressed.
  • the rolling bearing can be stably fixed against the thrust force applied to the rotating shaft.
  • the internal combustion engine of the present invention since the electric supercharged compressor of the present invention is provided in the intake passage, the internal combustion engine can be made compact. Therefore, the fuel consumption can be improved, the mounting on the vehicle becomes easy, and the fuel consumption can be improved. Further, vibration and noise of the electric supercharged compressor can be reduced.
  • the assembly process from the first step to the fourth step is comprised, so that the assembling process of the electric supercharged compressor of the present invention can be shortened and the assembly is facilitated. Become.
  • 1 is a system diagram according to a first embodiment of an internal combustion engine of the present invention. It is an assembly process figure concerning a 1st embodiment of the method of the present invention. It is front view sectional drawing of the electric supercharging compressor of the conventional both-ends support system. It is a front view sectional view of the conventional cantilever type electric supercharged compressor.
  • the electric supercharged compressor 10 of the present embodiment is provided in an intake passage (not shown) of an internal combustion engine mounted on a vehicle.
  • the housing of the electric supercharged compressor 10 includes a compressor housing 12, an integrated housing 14 that also serves as a housing for an electric motor and a motor inverter, and a bearing housing 16.
  • a compressor wheel 18 is accommodated in the compressor housing 12.
  • a through-hole is provided on the central axis of the compressor wheel 18, and an end portion of the rotary shaft 20 is fitted into the through-hole, and a nut 26 is screwed into a screw portion 20 a formed at the end portion.
  • Twenty compressor side ends are coupled to the compressor wheel 18.
  • the rotating shaft 20 is disposed on the central axis of the housing.
  • a plurality of impellers 28 project radially from the outer peripheral surface of the compressor wheel 18.
  • the compressor housing 12 and the integrated housing 14 are formed with flange portions 12a and 14a having flat flange surfaces that are in contact with each other.
  • a disk-shaped enlarged diameter portion 20b is formed in the center of the rotating shaft 20.
  • a ball bearing 24, which is a kind of rolling bearing, is press-fitted into the rotary shaft 20 at a position in contact with the enlarged diameter portion 20b.
  • the ball bearing 24 is filled with grease G and includes a seal member 248 that prevents grease leakage (see FIG. 2).
  • One side surface of the inner ring 240 of the ball bearing 24 is in contact with the enlarged diameter portion 20b.
  • a sleeve 40 is interposed between the ball bearing 24 and the compressor wheel 18, and the other side surface of the inner ring 240 is in contact with the end surface of the sleeve 40.
  • both side surfaces of the inner ring 240 of the ball bearing 24 are sandwiched between the enlarged diameter portion 20 b and the sleeve 40.
  • a spacer 30 is coupled to the bearing housing 16 with bolts 32, the spacer 30 is interposed between the compressor wheel 18 and the ball bearing 24, and the protruding end of the spacer 30 hits the side surface of the outer ring 242 of the ball bearing 24. I support it.
  • a sleeve 34 is provided outside the ball bearing 24.
  • a gap s ⁇ b> 1 is formed between the outer peripheral surface of the ball bearing 24 and the inner peripheral surface of the sleeve 34.
  • the clearance s ⁇ b> 1 is set to a necessary minimum amount capable of absorbing thermal expansion at the maximum temperature (for example, 100 ° C.) of the ball bearing 24 and vibration of the rotary shaft 20.
  • a gap s ⁇ b> 2 is also formed between the sleeve 34 and the inner surface of the bearing housing 16.
  • the clearance s2 is calculated by calculating the strain amount of the elastic O-ring 38 with respect to the magnetic attraction force acting on the rotary shaft 20 and the load applied to the ball bearings 24, 60 due to the vibration of the rotary shaft 20, Considering the safety factor, the minimum amount required for elastic support is set.
  • the inner surface of the bearing housing 16 is provided with two grooves 36 having a square cross section, and an elastic O-ring 38 made of a rubber material is fitted therein.
  • the elastic O-ring 38 is disposed so as to fill the gap s ⁇ b> 2, and has an elastic support function in which the sleeve 34 elastically contacts the inner surface of the bearing housing 16.
  • the ball bearing 24 includes a spherical rolling element 244 interposed between an inner ring 240 and an outer ring 242, a cage 246 that holds the rolling element 244, and a seal member 248 that is fixed to the outer ring 242 and encloses grease G.
  • the motor rotor 22 is press-fitted into the rotary shaft 20 in a state where the motor rotor 22 is in contact with the other side surface of the enlarged diameter portion 20b.
  • a motor coil 42 is disposed outside the motor rotor 22 with a space from the motor rotor 22.
  • a motor stator 44 is disposed outside the motor coil 42.
  • the motor rotor 22, the motor coil 42, and the motor stator 44 constitute an electric motor 46, and the motor coil 42 and the motor stator 44 are built in the integrated housing 14 that also serves as a housing for the electric motor 46 and the motor inverter 48.
  • a damper sleeve constituting body 54 is disposed adjacent to the motor rotor 22 via a ring-shaped spacer 52 having a square cross section.
  • the damper sleeve structure 54 includes a cylindrical large-diameter sleeve 56, a cylindrical spring guide 58, a grease-filled ball bearing 60 having the same configuration as the ball bearing 24, and a coil spring 62.
  • a ring-shaped inner locking portion 56a projects inwardly on the inner peripheral surface of one end of the large-diameter sleeve 56, and a plurality of fixing pins 64 projecting inward are provided in the circumferential direction on the inner peripheral surface of the other end. It is attached.
  • a ring-shaped outer locking portion 58a protrudes outward from the outer peripheral surface of one end of the spring guide 58.
  • the coil spring 62 is accommodated in a cylindrical space formed by the large diameter sleeve 56 and the spring guide 58, and the outer ring 242 of the ball bearing 60 is fitted between the fixing pin 64 and the outer locking portion 58a.
  • the outer ring 242 of the ball bearing 24 is sandwiched between the fixing pin 64 and the outer locking portion 58a from both sides.
  • a spring force of a coil spring 62 is applied to the outer ring 242 of the ball bearing 60 via an outer locking portion 58a.
  • a gap s 1 is formed between the outer peripheral surface of the outer ring 242 of the ball bearing 24 and the inner surface of the large-diameter sleeve 56.
  • the clearance s ⁇ b> 1 is set to a minimum amount that can absorb thermal expansion at the maximum temperature (for example, 100 ° C.) of the ball bearing 60 and vibration of the rotary shaft 20.
  • a gap s ⁇ b> 2 is formed between the outer peripheral surface of the large diameter sleeve 56 and the inner peripheral surface of the integrated housing 14.
  • the inner surface of the integrated housing 14 is provided with two grooves 36 having a square cross section, and an elastic O-ring 38 made of a rubber material is fitted therein.
  • the elastic O-ring 38 is disposed so as to fill the gap s ⁇ b> 2, and has an elastic supporting action that allows the sleeve 34 to elastically contact the inner surface of the integrated housing 14.
  • a sleeve 66 is press-fitted into the rotary shaft 20 adjacent to the damper sleeve structure 54. One end of the sleeve 66 is in contact with the side surface of the inner ring 240 of the ball bearing 60 to fix the ball bearing 60.
  • a sensor target 68 protrudes outward from the other end of the sleeve 66.
  • a screw part 20c is formed at the inverter side end of the rotary shaft 20, and a nut 70 is screwed to the screw part 20c.
  • a motor inverter 48 is disposed adjacent to the electric motor 46.
  • a rotation sensor 72 that detects the number of rotations of the rotary shaft 20 is attached to the inner surface of the integrated housing 14 at a position facing the sensor target 68.
  • the rotary shaft 20 is supported by the grease-filled ball bearings 24 and 60, no lubricating oil supply means such as a lubricating oil supply pipe for supplying the lubricating oil to the ball bearing is required. Therefore, the configuration of the electric supercharged compressor 10 can be simplified and reduced in cost.
  • the vibration of the rotary shaft 20 can be reduced by supporting the heavy electric motor 46 with the ball bearings 24 and 60 arranged on both sides thereof.
  • the inner ring or the outer ring of the ball bearings 24 and 60 are sandwiched between members disposed on both sides thereof, and between the sleeve 34 and the large-diameter sleeve 56 disposed outside the ball bearings 24 and 60, Since the gap s1 that can absorb the thermal expansion of the ball bearing and the vibration of the rotating shaft 20 is formed, the vibration of the rotating shaft 20 can be effectively prevented from being transmitted to the electric motor 46 and the motor inverter 48. Moreover, since the offset load which generate
  • the sleeve 34 or the large diameter sleeve 56 and the inner surface of the bearing housing 16 or the integrated housing 14 are used. Since the clearance s2 is formed between them and the outer peripheral surface of the sleeve 34 or the large diameter sleeve 56 is elastically supported by the elastic O-ring 38, vibrations of the electric motor 46 and the motor inverter 48 can be greatly reduced.
  • the inner ring or the outer ring of the ball bearings 24, 60 are sandwiched between members arranged on both sides thereof, the thrust force applied to the rotary shaft 20 from the compressor wheel 18 or the like is stably received by the ball bearings 24, 60. This contributes to vibration reduction.
  • the vibration of the electric supercharged compressor 10 can be greatly reduced, so that the noise generated from the electric supercharged compressor 10 can also be greatly reduced.
  • the electric motor 46 and the motor inverter 48 are built in the integrated housing 14 and these are arranged adjacent to each other, current loss between the electric motor 46 and the motor inverter 48 can be minimized. As a result, a decrease in motor output can be minimized.
  • the ball bearing 60 can be absorbed by the elastic force of the coil spring 62 while absorbing the dimensional tolerance and the mounting error of the rotating shaft 20 of each member.
  • the inner ring 240 and the outer ring 242 can be clamped from both sides.
  • the ball bearing 60 can be stably fixed even when a dimensional tolerance or an installation error occurs in each member.
  • the hardness of the elastic O-ring 38 may be 70 or more according to JIS standards.
  • the ball bearing 60 can be stably fixed by setting the spring force of the coil spring 62 added to the ball bearing 60 to 70 to 90 N (Newton).
  • the moment of inertia can be reduced, the responsiveness during excessive operation can be improved, and the vibration of the rotary shaft 20 can be reduced.
  • the moment of inertia can be reduced by using magnesium, resin or the like instead of the commonly used aluminum alloy.
  • the entire length of the compressor wheel 18 can be shortened by making the back surface 18 a of the compressor wheel 18 a plane perpendicular to the rotary shaft 20.
  • the weight of the compressor wheel 18 can be reduced by engraving the circular or elliptical concave groove 18b having a half-moon or semi-circular cross section on the back surface 18a.
  • a spring member such as a coil spring may be interposed between the spacer 30 and the ball bearing 24.
  • a concave groove 74 having a square section wider than the concave groove 36 is formed on the inner surface of the bearing housing 16, and a wide flat rubber damper 76 having a square section is fitted into the concave groove 74. It is a combination.
  • the elastic damper 76 is in contact with the sleeve 34, and the gaps s1 and s2 are formed on both side surfaces of the sleeve 34, respectively, and other configurations are the same as in the first embodiment.
  • the processing of the concave groove is facilitated, and the wide elastic damper 76 is provided.
  • the elastic damper 76 may be corrugated.
  • the elastic O-ring 38 or the elastic damper 76 may be made of resin or a metal material having unevenness (for example, a tolerance ring).
  • a configuration may be adopted in which lubricating oil is supplied to the gap s2, and an oil film is formed in the gap s2 to provide an elastic support function. If the oil film formation method is adopted, it is not necessary to consider the deterioration of the elastic damper, and the elastic support function can be maintained for a long time.
  • the present embodiment is an example in which a bypass passage that bypasses the compressor wheel 18 is provided in an intake passage of an internal combustion engine.
  • the compressor housing 12 includes a discharge port 12b for supplying air a.
  • a bypass passage 78 is integrally formed in the compressor housing 12, and a bypass valve 79 is provided in the bypass passage 78.
  • the electric supercharged compressor when the electric supercharged compressor is assembled to the engine mounted on the vehicle, there is no need to attach a bypass pipe for the supply air a. As a result, the electric supercharged compressor can be made compact and can be easily mounted on a vehicle.
  • FIG. 6 an intake passage 82 and an exhaust passage 84 are provided in an engine 80 mounted on the vehicle.
  • the electric supercharged compressor 10 of the present invention is interposed.
  • a turbocharger 86 is provided across the intake passage 82 and the exhaust passage 84.
  • the turbocharger 86 includes a compressor 862 provided in the intake passage 82 on the upstream side of the electric supercharged compressor 10, a turbine 864 provided in the exhaust passage 84, and a rotating shaft connecting between the compressor 862 and the turbine 864. 860.
  • a bypass passage 820 that bypasses the compressor wheel 18 of the electric supercharged compressor 10
  • a bypass valve 822 provided in the bypass passage 820
  • an intercooler 824 provided downstream of the compressor wheel 18, Is provided.
  • the exhaust passage 84 is provided with a bypass passage 840 that bypasses the turbine 864 and a bypass valve 842 provided in the bypass passage 840.
  • a low-pressure exhaust gas recirculation path 88 connected to the downstream exhaust passage 84 of the turbine 864 and the upstream intake passage 82 of the compressor 862 is provided.
  • the low-pressure exhaust gas recirculation path 88 is provided with a flow rate adjustment valve 880 and an intercooler 882.
  • a high-pressure exhaust gas recirculation passage 90 connected to the upstream exhaust passage 84 of the turbine 864 and the upstream intake passage 82 of the compressor wheel 18 on the downstream side of the compressor 862 is provided.
  • the high-pressure exhaust gas recirculation path 90 is provided with a flow rate adjustment valve 900 and an intercooler 902.
  • an ECU (engine control unit) 92 for controlling the opening degree of the bypass valves 822 and 864 and the flow rate adjusting valves 880 and 900 and controlling the operation of the engine 80 is provided.
  • the opening degree of the bypass valve 822 or 864 the flow rate of the intake passage 82 or the exhaust passage 84 can be controlled.
  • the exhaust gas recirculation amount can be controlled by controlling the opening degree of the flow rate adjusting valve 880 or 900.
  • the intake passage 82 is branched on the upstream side of the compressor 862.
  • the branch passage 82 a is led inside the electric motor 46 and the motor inverter 48 of the electric supercharged compressor 10, and cools the electric motor 46 and the motor inverter 48.
  • the branch passage 82 a joins the intake passage 82 on the downstream side of the electric motor 46 and the motor inverter 48.
  • the supply air a sucked into the intake passage 82 is pressurized in two stages by the turbocharger 86 and the electric supercharged compressor 10 and then supplied to the engine 80.
  • a part of the exhaust is returned to the intake passage 82 from the low pressure exhaust recirculation path 88 or the high pressure exhaust recirculation path 90.
  • the ECU 92 controls the opening degree of the bypass valve and the flow rate adjusting valve in accordance with the operating condition. For example, during low-load operation, the exhaust pressure discharged to the exhaust passage 84 is low, so the exhaust is returned to the intake passage 82 through the low-pressure exhaust recirculation passage 88. During high load operation, the exhaust pressure discharged to the exhaust passage 84 is high, so that the exhaust is returned to the intake passage 82 through the high-pressure exhaust recirculation passage 90.
  • a low-pressure exhaust gas recirculation passage 88 and the high-pressure exhaust gas recirculation passage 90 to return the exhaust to the intake passage 82 it can be reduced the amount of NO X in the exhaust gas.
  • the turbocharger 86 and the electric supercharged compressor 10 are arranged in two stages in the intake passage 82, the output of the engine 80 can be increased. Therefore, since the engine 80 can be reduced in size, fuel efficiency can be improved and responsiveness during excessive driving can be improved.
  • only one of the low pressure exhaust gas recirculation path 88 and the high pressure exhaust gas recirculation path 90 may be provided.
  • An enlarged diameter portion 20 b is formed at the center of the rotating shaft 20, and a through hole 22 a is formed in the center of the motor rotor 22 in the axial direction.
  • the motor rotor 22 is inserted from the inverter-side end of the rotating shaft 20 and fixed to the rotating shaft 20 by a method such as cold fitting or press-fitting in a state where the small-diameter end surface is in contact with the enlarged-diameter portion 20b.
  • the ball bearing 24 is inserted from the compressor side end of the rotating shaft 20 and fixed to the rotating shaft 20 by a method such as cold fitting or press fitting in a state where the ball bearing 24 is applied to the enlarged diameter portion 20b.
  • the spacer 52 and the damper sleeve structure 54 having a square cross section are inserted from the inverter side end of the rotary shaft 20.
  • a large diameter sleeve 56, a small diameter spring guide 58, a ball bearing 60 and a coil spring 62 are integrated by a fixing pin 64.
  • a spacer 52 is interposed between the motor rotor 22 and the damper sleeve structure 54, and the ball bearing 24 is fixed to the rotary shaft 20 by a method such as cold fitting or press fitting in a state where these three members are in contact with each other.
  • the sleeve 66 having the sensor target 68 is mounted on the rotary shaft 20 and the nut 70 is screwed onto the screw portion 20c.
  • the bearing housing 16 and the compressor wheel 18 are mounted on the rotary shaft 20 in this order, and the nut 26 is screwed onto the screw portion 20c.
  • An elastic O-ring 38, a sleeve 34, and a spacer 30 are connected to the bearing housing 16 with bolts 32 in advance.
  • the elastic O-ring 38 and the sleeve 34 are arranged with a gap s 1 formed on the outer peripheral side of the ball bearing 24.
  • a gap s2 is also formed between the inner surface of the bearing housing 16 and the sleeve 34. Both side surfaces of the inner ring of the ball bearing 24 are sandwiched between the spacer 52 and the sleeve 66.
  • the compressor housing 12 and the integrated housing 14 are mounted on both sides of the rotating shaft assembly structure assembled in the above process.
  • the flange portion 16 a of the bearing housing 16 is sandwiched between the flanges 12 a and 14 a facing each other of the compressor housing 12 and the integrated housing 14, and the flange portion 12 a and the flange portion 14 a are coupled by a bolt 50.
  • the motor rotor 22 and the ball bearing 24 are easily positioned by engaging the motor rotor 22 and the ball bearing 24 from both sides with the enlarged diameter portion 20b formed on the rotary shaft 20.
  • the damper sleeve constituting body 54 is manufactured in advance and the damper sleeve constituting body 54 is disposed adjacent to the motor rotor 22, it is easy to mount the motor inverter side bearing mechanism.
  • an integrated housing 14 that also serves as a housing for the electric motor 46 and the motor inverter 48 is manufactured, and the compressor housing 12 and the integrated housing 14 are sandwiched between the flange portions of these housings, Since the bolts 50 are connected, the assembly of the housing of the electric supercharged compressor 10 is completed in one step.
  • the assembly process of the electric supercharged compressor 10 having vibration reduction and other advantages can be shortened, and the assembly can be facilitated.
  • an electric supercharged compressor that is compact and easy to assemble and can reduce vibration and noise can be realized. Further, by incorporating the electric supercharged compressor into the internal combustion engine, the internal combustion engine can be made compact, and the equality to the vehicle can be facilitated.

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Abstract

構成を簡素化し、組立が容易で、振動、騒音を低減でき、かつモータインバータ付きで、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を実現することを目的とし、電動モータ４６及びモータインバータ４８を内蔵した一体型ハウジング１４と、電動モータ４６の両側に配置された玉軸受２４及びダンパースリーブ構成体５４とを備え、ダンパースリーブ構成体５４は、大径スリーブ５６、バネガイド５８とコイルバネ６２と玉軸受６０とから構成されている。玉軸受２４，６０とスリーブ３４、大径スリーブ５６との間に隙間ｓ１が形成され、玉軸受２４、６０の内輪２４０又は外輪２４２を両側に配置された各種支持部材で支持している。スリーブ３４及び大径スリーブ５６の外側に、これらを弾性的に支持する弾性Ｏリング３８を設けている。

Description

電動過給圧縮機、その組立方法及び内燃機関
　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、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、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、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。
　本発明装置において、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とよい。
　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、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、を備えていることを特徴とする電動過給圧縮機。
  2. 　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。
  3. 　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。
  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。
  5. 　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５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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