WO2015125910A1 - 過給機及びモータ冷却方法 - Google Patents

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silencer
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supercharger
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辻　剛志
白石　啓一
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三菱重工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a supercharger and a motor cooling method.
  • a turbocharger that compresses combustion air of an internal combustion engine and sends high-density air into a combustion chamber is widely known, for example, in a two-stroke low-speed engine such as a marine diesel engine or a power generation diesel engine. in use.
  • a compressor that compresses combustion air and a turbine that is a driving source of the compressor are connected to a rotor shaft, and are housed in a casing and integrally rotate.
  • the turbine is driven by energy held by the exhaust gas of the internal combustion engine.
  • a hybrid supercharger in which a high-speed motor generator is connected to the rotor shaft is known.
  • This hybrid supercharger can supply pressurized combustion air to the internal combustion engine in the same manner as a normal supercharger, and can also generate electric power using surplus exhaust gas energy and supply electric power.
  • the motor generator of a hybrid supercharger when installing the motor generator of a hybrid supercharger inside the silencer by the side of a compressor, it has the magnitude
  • an electric assist supercharger that employs a miniaturized motor instead of the above-described hybrid supercharger motor generator and incorporates this motor in the supercharger.
  • a miniaturized motor is attached to a shaft extension portion obtained by extending the rotor shaft toward the intake air introduction path.
  • the weight of the motor rotor can be sufficiently supported by the existing supercharger bearing, so that a dedicated motor bearing is not required. That is, a motor overhang structure without a dedicated motor bearing is common.
  • Such an electric assist supercharger for example, when there is not enough exhaust gas when the main engine is under low load, runs out of scavenging pressure to the main engine. Then, the driving force of the motor is applied to energize the compressor.
  • Patent Document 1 discloses a control technology for cooling the motor by circulating oil in the cooling medium in order to prevent overheating of the motor used in the electric supercharger.
  • some of the motors of the electric assist supercharger described above adopt a motor overhang structure that does not have a dedicated motor bearing.
  • the motor rotor of the miniaturized motor is attached to the extension portion of the rotor shaft of the supercharger. For this reason, it is not necessary to provide a dedicated bearing for the motor rotor, and the motor rotor is supported by a bearing (rotor shaft bearing) that supports the turbocharger body.
  • a cooling medium for the motor is used. It is desired to cool efficiently using the supercharger intake air.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to employ a structure in which a motor is attached to the silencer side end portion of the rotor shaft connected to the compressor portion.
  • An object of the present invention is to provide a supercharger capable of efficiently cooling a motor by using supercharger suction air as a cooling medium, and a supercooler motor cooling method.
  • a supercharger is a supercharger in which a motor is attached to a silencer side end portion of a rotor shaft connected to a compressor portion, and the silencer and the An intake air introduction passage formed in the silencer so that a main flow of intake air flows toward a connection portion with the compressor portion, and a cooling air intake passage provided at least on the shaft center line of the rotor shaft in the silencer; .
  • An introduction path and a cooling air intake flow path having at least an outlet on the axial center line of the rotor shaft in the silencer are provided. For this reason, the entire amount of the cooling intake air passing through the cooling air intake passage is supplied to the motor on the same axis, and a part of the supercharger intake air is supplied to the motor interior and the peripheral portion. For this reason, it becomes possible to perform cooling efficiently.
  • the intake air introduction path includes an inclined wall so as to guide the main flow of the intake air toward the axial center of the motor. As a result, it is possible to increase the supply amount of the intake air main flow supplied toward the motor and improve the cooling efficiency of the motor.
  • the silencer side end portion of the motor is provided with a cooling air introduction path having a reduced diameter so as to guide the main suction air flow toward the axial center of the motor.
  • the supercharger intake air can be reliably guided toward the inside of the motor.
  • the motor includes a cylindrical housing, a stator housed in the housing, and a permanent magnet connected to an end of the rotor shaft and rotating inside the stator.
  • the motor rotor is provided, and one or a plurality of concave grooves are provided on the inner peripheral surface of the housing, and heat dissipation from the housing is improved by applying heat dissipation grease to the inner peripheral surface and the concave grooves. be able to.
  • the heat dissipation from the housing can be further improved by providing heat dissipation fins on the outer wall surface of the housing.
  • the supercooler motor cooling method is a supercooler motor cooling method in which a motor is attached to a silencer side end portion of a rotor shaft including a turbine portion and a compressor portion, Intake air main flow introduced from the air intake of the silencer and passing through the intake air introduction path, and cooling through the cooling air intake flow path in which at least the outlet of the flow path in the silencer is provided on the axial center line of the rotor shaft The motor is cooled by the intake air for use.
  • a main flow of intake air introduced from an air intake port of the silencer and passing through an intake air introduction path, and at least a flow path in the silencer The motor is cooled by cooling air passing through a cooling air intake passage provided on the axial center line of the rotor shaft. Therefore, the entire amount of cooling intake air passing through the cooling air intake flow path is supplied to the motor on the same axis, and a part of the supercharger intake air is supplied to the inside and the periphery of the motor to cool it. Can be performed efficiently.
  • a part of the supercharger intake air is used as a cooling medium for the motor. It becomes possible to cool the motor efficiently and reliably. As a result, a supercharger equipped with a motor has a remarkable effect that its reliability and durability are improved.
  • FIG. 1 It is principal part sectional drawing which shows one Embodiment of the supercharger and motor cooling method which concern on this invention. It is the left view of FIG. 1 which looked at the motor attached to the predetermined position from the silencer direction.
  • A is the left view of the housing which comprises a motor
  • (b) is a longitudinal cross-sectional view of the housing which comprises a motor.
  • FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing a schematic configuration example of an electric assist supercharger as an example of the supercharger according to the present invention.
  • the illustrated electric assist supercharger (hereinafter referred to as “supercharger”) 10 is provided in, for example, a marine diesel engine (for example, a low-speed two-cycle diesel engine) (not illustrated) and constitutes a marine diesel engine. It is a device that supplies compressed air to an air supply manifold (not shown) that communicates with the interior of the air (not shown).
  • a gas inlet casing 11, a gas outlet casing 12, a bearing base 13, and an air guide casing 14 on the compressor side are integrally fastened by bolts (not shown). It is constituted by.
  • the rotor shaft 15 is rotatably supported by a thrust bearing 16 and radial bearings 17 and 18 provided in the bearing base 13, and has a turbine 19 constituting a turbine portion at one end portion, and a compressor portion at the other end portion.
  • Compressor impeller (impeller) 20 is included.
  • the turbine 19 has a large number of blades 19a on the outer periphery.
  • the blade 19 a is disposed between an exhaust gas introduction path 22 provided in the gas inlet casing 11 and an exhaust gas discharge path 23 provided in the gas outlet casing 12.
  • the compressor impeller 20 has a large number of blades 20a on the outer periphery.
  • the blade 20a is disposed on the downstream side of the intake air introduction path (intake flow path) 24 provided in the air guide casing 14 which is a part of the supercharger casing.
  • the intake air introduction path 24 is connected to the vortex chamber 25 via the compressor impeller 20, and the vortex chamber 25 is connected to the combustion chamber of the engine via an intake air introduction path (not shown).
  • the supercharger 10 described above includes a silencer 26 on the upstream side of the intake air introduction path 24.
  • the silencer 26 is installed at the upstream side (upstream side) where the intake air compressed by the compressor section is sucked into the intake air introduction path 24, that is, upstream of the inlet section of the intake air introduction path 24.
  • the silencer 26 has a filter function that rectifies the air flow by allowing the intake air to pass therethrough, and a silencing function that absorbs noise generated by air suction.
  • the silencer 26 is supported by the air guide casing 14 via an intermediate piece 27.
  • the supercharger 10 of this embodiment includes a motor 30 connected to the rotor shaft 15.
  • the motor 30 is reduced in size by omitting the power generation function of the motor generator used in the hybrid supercharger and focusing on the electric function.
  • the motor 30 has a structure in which the rotor shaft 15 is attached to the intake air introduction path 24 side, that is, a motor overhang structure in which the motor 30 does not have a dedicated bearing. Therefore, the motor 30 and the motor rotor 31 of the motor 30 described later have a structure supported by the thrust bearing 16 and the radial bearings 17 and 18 that support the rotor shaft 15.
  • FIG. 5 is an enlarged view of the peripheral portion of the motor 30 described above.
  • the motor 30 includes a motor rotor 31, a stator 32, and a housing 33 as main components.
  • the motor rotor 31 is a cylindrical member having a permanent magnet on the outer peripheral surface, and one end thereof is connected to the end of the rotor shaft 15 by flange coupling.
  • the flange coupling is performed by the flange 15a provided at the end of the rotor shaft 15 on the intake air introduction path 24 side (left side in the figure) and the end of the motor rotor 31 on the compressor impeller 20 side (right side in the figure).
  • the stator 32 is housed and installed in a cylindrical housing 33. As shown in FIG. 4, the housing 33 is supported by the air guide casing 14 via a support member 35. The support member 35 and the air guide casing 14 and the support member 35 and the housing 33 are connected by hexagonal bolts 36, respectively.
  • a motor rotor 31 passing through the shaft center portion is disposed in a non-contact state with respect to the stator 32.
  • a cap 37 is fixedly attached to the front end portion of the housing 33 on the intake air introduction path 24 side by a hexagon socket head bolt 38.
  • the cap 37 is positioned from the silencer 26 side toward the compressor impeller 20 side, and a circular opening 37a is provided at the center of the shaft. That is, the motor 30 is downsized to such a size that the shaft extension of the rotor shaft 15 does not reach the silencer 26.
  • the supercharger 10 having the above-described configuration needs to cool the motor 30 that rises in temperature during operation. For this reason, in this embodiment, the motor 30 is cooled using a part of supercharger intake air.
  • the supercharger intake air used for cooling the motor 30 is introduced from the air intake 26 a of the silencer 26 and passes through the intake air introduction path 24, and the axial center of the silencer 26. Cooling air passing through the part and passing through the cooling air intake passage 40 provided on the axial center line of the rotor shaft 15. That is, the supercharger intake air includes the main intake air sucked through the intake air introduction passage 24 and the cooling intake air sucked through the cooling air intake passage 40 and passes through different paths.
  • the air suction air main flow and cooling suction air
  • the suction air for cooling is a name for distinguishing from the suction air main flow, and the application is not limited to only cooling.
  • the main suction air flows into the intake air introduction path 24 from the air intake 26 a provided in the outer peripheral portion of the silencer 26, and flows into the air guide casing 14 in the axial direction of the rotor shaft 15. A part of this main flow of intake air is used for cooling the motor 30 together with the intake air for cooling.
  • the suction air main flow and the cooling suction air, including those used for cooling the motor 30, are merged in the air guide casing 14 and then compressed by the compressor impeller 20.
  • the cooling intake air flows through the cooling air intake passage 40, and at least the outlet portion of the cooling air intake passage 40 is on the axial center line of the rotor shaft 15.
  • the silencer 26 is provided so as to penetrate.
  • the cooling air intake passage 40 may pass through the silencer 26 linearly so that the entire cooling air intake passage 40 exists on the axial center line of the rotor shaft 15.
  • the outlet 41 of the cooling air intake passage 40 opens facing the cap 37 of the motor 30 attached on the axial center line of the rotor shaft 15. That is, the outlet 41 of the cooling air intake passage 40 faces the opening 37 a of the cap 37 on the axial center line of the rotor shaft 15.
  • the inlet 42 of the cooling air intake passage 40 opens into the terminal block 50 attached to the end surface of the silencer 26 in the axial direction, and cools from an air intake (not shown) provided at a suitable location on the outer wall surface of the terminal block 50. Intake air for use.
  • the inlet 42 of the cooling air intake passage 40 may be opened at a position off the axis center without matching the axial center line of the rotor shaft 15 depending on the installation method of the cooling air intake passage 40. .
  • the entire amount of the cooling intake air flowing from the cooling air intake passage 40 is supplied toward the motor 30 that is coaxial. If it demonstrates concretely, the exit 41 of the cooling air intake flow path 40 and the opening part 37a of the cap 37 attached to the front-end
  • the cooling intake air that flows through the inside of the motor 30 and a part of the suction air main flow can absorb heat from the motor 30 and be used for cooling. Further, since most of the suction air main flow flows through the outer peripheral side of the motor 30, this suction air main flow can also absorb heat from the motor 30 and be used for cooling. Therefore, the cooling of the motor 30 using a part of the supercharger intake air can surely secure a sufficient amount of air cooling air that passes through the inside of the motor 30 and the peripheral portion, and in particular, the air cooling that passes through the inside of the motor 30. As the working air, it is possible to cool efficiently by mainly introducing cooling intake air.
  • the inclined wall 60 is extended so that the rotor shaft side outlet of the intake air introduction path 24 is extended and the main intake air flow is guided toward the axial center of the motor 30.
  • the inclined wall 60 is obtained by extending the inclined surface of the flow channel inner wall surface 24 a on the rotor shaft 15 side to the outlet 41 of the cooling air intake flow channel 40 among the wall surfaces forming the intake air introduction path 24. . If the inclined wall 60 protrudes from the outlet 41 of the cooling air intake passage 40 to the rotor shaft side (right side in FIG. 1), the flow of the cooling intake air will be hindered, and the cooling intake air will be appropriately supplied to the motor 30. It is not preferable because it is not guided to the inside.
  • the inclined wall 60 may be set to an angle such that the extended line intersects the axial center line of the rotor shaft 15 in or near the opening 37 a of the cap 37.
  • a compressor that guides a part of the supercharger intake air and the cooling intake air toward the axial center of the motor 30 at the tip portion on the silencer 26 side of the motor 30. It is desirable to provide a cone-shaped cooling air introduction passage 39 having a reduced diameter toward the impeller 20 side.
  • the inner peripheral surface 37 b forming the opening 37 a of the cap 37 and the inner peripheral surface end 32 a of the stator 32 are continuous with each other, and the cone-shaped cooling air introduction is performed.
  • the passage 39 is formed, the cooling air introduction passage 39 may be partially formed only on the opening 37 a side of the cap 37.
  • cooling air introduction path 39 By providing such a cooling air introduction path 39, a part of the supercharger intake air and the cooling intake air can be reliably guided toward the inside of the motor 30. For this reason, a sufficient amount of air flows through the gap formed between the motor rotor 31 and the stator 32 inside the motor 30, and efficient cooling can be performed.
  • the inner peripheral surface end 32 a of the stator 32 forms a part of the cooling air introduction path 39, so that air can be more reliably guided to the gap formed between the motor rotor 31 and the stator 32. it can.
  • one or a plurality of concave groove portions 33b are provided on the inner peripheral surface 33a of the housing 33, and the inner peripheral surface 33a and the inner peripheral surface 33a It is desirable to apply heat radiation grease to the concave groove portion 33b.
  • the inner circumferential surface 33a of the housing 33 is provided with a plurality of concave groove portions 33b (seven rows in the present embodiment) extending in the axial direction.
  • operation improves by apply
  • a plurality of heat radiation fins 33 c are provided on the outer peripheral surface of the housing 33.
  • the supercharger 10 of the present embodiment has the intake air main flow that is introduced from the air intake 26a of the silencer 26 as the supercharger intake air and passes through the intake air introduction path 24, and the intake air introduction path 24.
  • At least the outlet of the cooling air uses cooling intake air that passes through the central portion of the silencer 26 in the axial direction and passes through the cooling air intake passage 40 provided on the axial center line of the rotor shaft 15, and a part thereof is used as air cooling air.
  • a motor cooling method for cooling the motor 30 is implemented. For this reason, in particular, the entire amount of the cooling intake air passing through the cooling air intake passage 40 is supplied toward the motor 30 on the same axis. For this reason, since a part of supercharger intake air is supplied to the inside of motor 30 or a peripheral part, it becomes possible to cool efficiently.
  • the supercharger 10 adopting the motor overhang structure uses the cooling intake air passing through the cooling air intake passage 40 and a part of the supercharger intake air as the cooling medium of the motor 30. By using it, the motor 30 can be cooled efficiently and reliably, so that the reliability and durability of the supercharger 10 are improved.
  • this invention is not limited to embodiment mentioned above, In the range which does not deviate from the summary, it can change suitably.

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Abstract

　この過給機は、コンプレッサ部に接続されたロータ軸（１５）のサイレンサ（２６）側端部にモータ（３０）が取り付けられた電動アシスト過給機であり、サイレンサ（２６）の径方向からサイレンサ（２６）とコンプレッサ部との接続部に向けて吸込空気主流が流れ込むようにサイレンサ（２６）に形成された吸入空気導入路（２４）と、サイレンサ（２６）において少なくとも出口がロータ軸（１５）の軸中心線上に設けられた冷却空気取入流路（４０）と、を備えている。

Description

過給機及びモータ冷却方法
　本発明は、過給機及びモータ冷却方法に関する。
　従来、内燃機関の燃焼用空気を圧縮し、密度の高い空気を燃焼室内へ送り込む過給機が知られており、たとえば舶用ディーゼル機関や発電用ディーゼル機関のような２ストローク低速機関等においても広く使用されている。このような過給機は、燃焼用空気を圧縮する圧縮機及び圧縮機の駆動源になるタービンがロータ軸に接続され、ケーシング内に収納されて一体に回転する。なお、タービンは、内燃機関の排気ガスが保有するエネルギにより駆動される。
　上述した過給機として、ロータ軸に高速の電動発電機を接続したハイブリッド過給機が知られている。このハイブリッド過給機は、通常の過給機と同様に加圧した燃焼用空気を内燃機関に供給するとともに、余剰の排ガスエネルギを使って発電して電力を供給することもできる。なお、ハイブリッド過給機の電動発電機を圧縮機側のサイレンサ内部に設置する場合、一般的にサイレンサを貫通する程度の大きさを有している。
　また、上述したハイブリッド過給機の電動発電機に替えて小型化したモータを採用し、このモータを過給機に内蔵した電動アシスト過給機が知られている。この電動アシスト過給機は、ロータ軸を吸入空気導入路側へ延長した軸延長部に小型化したモータが取り付けられる。この場合、モータが小型であるため、モータロータの重量を既存の過給機軸受により充分支えることが可能であるため、モータ専用の軸受を不要とする。すなわち、モータ専用の軸受を持たないモータオーバハング構造が一般的である。このような電動アシスト過給機は、例えば主機関低負荷時に十分な排気ガス量を得られない場合、主機への掃気圧力が足りなくなるため、従来の補助ブロアの使用に替えてモータに通電し、モータの駆動力を加えて圧縮機の駆動を加勢する。
　また、下記の特許文献１には、電動過給機で使用されるモータの過熱を防ぐため、冷却媒体のオイルを循環させてモータを冷却する制御技術が開示されている。
特許第４９５９７５３号公報
　ところで、上述した電動アシスト過給機のモータには、モータ専用の軸受を持たないモータオーバハング構造を採用しているものがある。このようなモータオーバハング構造の場合、小型化されたモータのモータロータが過給機のロータ軸の延長部に取り付けられている。このため、モータロータに専用の軸受を設ける必要がなく、過給機本体を支持する軸受（ロータ軸の軸受）により支持された構造となっている。
　また、特許文献１においては、モータの過熱を防ぐために、軸受に供給するオイル（潤滑油）を循環させてモータを冷却している。しかし、モータオーバハング構造の電動アシスト過給機においては、モータ専用の軸受を有していない。このため、モータの冷却媒体として潤滑油を使用することができず、従って、例えば、過給機吸込空気を用いて冷却する方法が採用されている。
　なお、上述したハイブリッド過給機等のように、モータ専用の軸受を有するモータを採用した構造にすることも可能ではあるが、このような構造にする場合は、潤滑油配管と油切のための圧縮空気配管の新設が必要となる。さらに、過給機とモータが各々軸受を持つことにより、過給機とモータとの間の軸方向変位、芯ズレを吸収するためにダイアフラムカップリング等が必要となる。このため、コストが上がりレトロフィット（retrofit）が難しくなる。
　このような背景から、例えばモータオーバハング構造のように、コンプレッサ部に接続されたロータ軸のサイレンサ側端部にモータが取り付けられた構造を採用している過給機においては、モータの冷却媒体に過給機吸込空気を用いて効率よく冷却することが望まれる。
　本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、コンプレッサ部に接続されたロータ軸のサイレンサ側端部にモータが取り付けられた構造を採用している過給機において、冷却媒体に過給機吸込空気を用いて効率よくモータを冷却できる過給機及び過給機のモータ冷却方法を提供することにある。
　本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
　本発明の第１の態様に係る過給機は、コンプレッサ部に接続されたロータ軸のサイレンサ側端部にモータが取り付けられた過給機であって、前記サイレンサの径方向から前記サイレンサと前記コンプレッサ部との接続部に向けて吸込空気主流が流れ込むように前記サイレンサに形成された吸入空気導入路と、前記サイレンサにおいて少なくとも出口がロータ軸の軸中心線上に設けられた冷却空気取入流路と、を備える。
　本発明の第１の態様に係る過給機によれば、前記サイレンサの径方向から前記サイレンサと前記コンプレッサ部との接続部に向けて吸込空気主流が流れ込むように前記サイレンサに形成された吸入空気導入路と、前記サイレンサにおいて少なくとも出口がロータ軸の軸中心線上に設けられた冷却空気取入流路と、を備えている。このため、冷却空気取入流路を通る冷却用吸込空気は、全量が同軸上にあるモータへ向けて供給され、過給機吸込空気の一部がモータ内部や周辺部に供給される。このため、効率よく冷却を行うことが可能になる。
　前記態様の過給機において、前記吸入空気導入路は、前記吸込空気主流を前記モータの軸中心方向へ導くように傾斜壁を備えることが好ましい。これにより、モータに向けて供給される吸込空気主流の供給量を増し、モータの冷却効率を向上させることが可能になる。
　前記態様の過給機において、前記モータの前記サイレンサ側端部に、前記吸込空気主流を前記モータの軸中心方向へ導くよう縮径した冷却空気導入路を備えることが好ましい。これにより、モータ内部に向けて過給機吸込空気を確実に導くことが可能になる。
　前記態様の過給機において、前記モータが、円筒形状のハウジングと、該ハウジングの内部に収納されているステータと、前記ロータ軸の端部に接続されて前記ステータの内部で回転する永久磁石を備えたモータロータとを具備し、前記ハウジングの内周面に１または複数の凹溝部を設けるとともに、前記内周面及び前記凹溝部に放熱グリースを塗布することにより、ハウジングからの放熱性を向上させることができる。
　この場合、前記ハウジングの外壁面に放熱フィンを設けることにより、ハウジングからの放熱性をより一層向上させることができる。
　本発明の第２の態様に係る過給機のモータ冷却方法は、タービン部及びコンプレッサ部を備えたロータ軸のサイレンサ側端部にモータが取り付けられた過給機のモータ冷却方法であって、前記サイレンサの空気取入口から導入されて吸入空気導入路を通る吸込空気主流と、前記サイレンサにおいて少なくとも流路の出口部が前記ロータ軸の軸中心線上に設けられた冷却空気取入流路を通る冷却用吸込空気と、によって前記モータを冷却するものである。
　このような本発明の第２の態様に係る過給機のモータ冷却方法によれば、前記サイレンサの空気取入口から導入されて吸入空気導入路を通る吸込空気主流と、前記サイレンサにおいて少なくとも流路の出口部が前記ロータ軸の軸中心線上に設けられた冷却空気取入流路を通る冷却用吸込空気と、によって前記モータを冷却する。このため、冷却空気取入流路を通る冷却用吸込空気の全量が同軸上にあるモータへ向けて供給され、また、過給機吸込空気の一部がモータ内部や周辺部に対し供給され、冷却を効率よく行うことが可能となる。
　上述した本発明によれば、コンプレッサ部に接続されたロータ軸のサイレンサ側端部にモータが取り付けられた構造の過給機において、モータの冷却媒体として過給機吸込空気の一部を用い、モータを効率よく確実に冷却することが可能になる。この結果、モータを備えた過給機は、その信頼性や耐久性が向上するという顕著な効果が得られる。
本発明に係る過給機及びモータ冷却方法の一実施形態を示す要部断面図である。 所定位置に取り付けられたモータをサイレンサ方向から見た図１の左側面図である。 （ａ）はモータを構成するハウジングの左側面図、（ｂ）はモータを構成するハウジングの縦断面図である。 本発明に係る過給機の概略構成例を示す縦断面図である。 図４に示す過給機のモータ周辺部を拡大した図である。
　以下、本発明に係る過給機及びモータ冷却方法について、その一実施形態を図面に基づいて説明する。
　図４は、本発明に係る過給機の一例として、電動アシスト過給機の概略構成例を示す縦断面図である。図示の電動アシスト過給機（以下、「過給機」と呼ぶ）１０は、例えば、図示しない舶用ディーゼル機関（例えば、低速２サイクルディーゼル機関）に備えられて、舶用ディーゼル機関を構成するシリンダライナ（図示せず）の内部と連通する給気マニホールド（図示せず）に圧縮された空気を供給する装置である。
　図４に示すように、本実施形態の過給機１０は、ガス入口ケーシング１１、ガス出口ケーシング１２、軸受台１３及びコンプレッサ側の空気案内ケーシング１４がボルト（図示せず）によって一体に締結されることにより構成されている。ロータ軸１５は、軸受台１３内に設けたスラスト軸受１６及びラジアル軸受１７、１８により回転自在に支持されており、一端部にタービン部を構成するタービン１９を有し、他端部にコンプレッサ部を構成するコンプレッサ羽根車（羽根車）２０を有している。
　タービン１９は、外周部に多数のブレード１９ａを有している。このブレード１９ａは、ガス入口ケーシング１１に設けられた排気ガス導入路２２と、ガス出口ケーシング１２に設けられた排気ガス排出路２３との間に配置されている。
　一方、コンプレッサ羽根車２０は、外周部に多数のブレード２０ａを有している。このブレード２０ａは、過給機ケーシングの一部である空気案内ケーシング１４に設けられた吸入空気導入路（吸気流路）２４の下流側に配置されている。吸入空気導入路２４は、コンプレッサ羽根車２０を介して渦室２５に接続され、さらに、渦室２５は図示しない吸入空気導入路を介してエンジンの燃焼室に接続されている。
　また、上述した過給機１０は、吸入空気導入路２４の上流側にサイレンサ２６を備えている。このサイレンサ２６は、コンプレッサ部で圧縮する吸入空気が吸入空気導入路２４に吸入される前段（上流側）に、すなわち吸入空気導入路２４の入口部上流側に設置されている。このサイレンサ２６は、吸入空気を通過させることで空気流を整流するフィルタ機能と、空気吸入によって発生する騒音を吸収する消音機能とを有している。このサイレンサ２６は、中間ピース２７を介して空気案内ケーシング１４に支持されている。
　そして、本実施形態の過給機１０は、ロータ軸１５に接続したモータ３０を備えている。このモータ３０は、ハイブリッド過給機に用いられていた電動発電機の発電機能を省略し、電動機能に絞ることで小型化したものである。このため、モータ３０は、ロータ軸１５を吸入空気導入路２４側へ延長して取り付ける構造、すなわち、モータ３０が専用の軸受を持たないモータオーバハング構造となる。従って、モータ３０及び後述するモータ３０のモータロータ３１は、ロータ軸１５を支持するスラスト軸受１６及びラジアル軸受１７、１８により支持された構造となる。
　図５は、上述したモータ３０の周辺部を拡大した図である。
　モータ３０は、モータロータ３１、ステータ３２及びハウジング３３を主な構成要素とする。このうち、モータロータ３１は、外周面に永久磁石を備える円柱形状の部材であり、その一端部がロータ軸１５の端部とフランジ結合により接続されている。このフランジ結合は、ロータ軸１５の吸入空気導入路２４側（同図において左側）となる端部に設けたフランジ１５ａと、モータロータ３１のコンプレッサ羽根車２０側（同図において右側）となる端部に設けたフランジ３１ａとを接合し、複数のボルト・ナット３４を用いて連結したものである。
　ステータ３２は、円筒形状のハウジング３３内に収納設置されている。このハウジング３３は、図４に示すように、サポート部材３５を介して空気案内ケーシング１４に支持されている。なお、サポート部材３５と空気案内ケーシング１４との間及びサポート部材３５とハウジング３３との間は、各々六角ボルト３６によって連結されている。
　ステータ３２の中空部には、軸中心部を通るモータロータ３１がステータ３２に対して非接触の状態で配設されている。
　また、ハウジング３３の吸入空気導入路２４側となる先端部には、キャップ３７が六角穴付ボルト３８により固定して取り付けられている。このキャップ３７は、サイレンサ２６側よりコンプレッサ羽根車２０側に向かって位置し、軸中心部には円形の開口部３７ａが設けられている。すなわち、モータ３０は、ロータ軸１５の軸延長部がサイレンサ２６に到達しない大きさまで小型化されている。
　さて、上述した構成の過給機１０は、運転時に温度上昇するモータ３０を冷却することが必要になる。このため、本実施形態では、過給機吸込空気の一部を用いてモータ３０を冷却する。
　モータ３０の冷却に使用する過給機吸込空気は、図１に示すように、サイレンサ２６の空気取入口２６ａから導入されて吸入空気導入路２４を通る吸込空気主流と、サイレンサ２６の軸方向中心部を貫通してロータ軸１５の軸中心線上に設けられた冷却空気取入流路４０を通る冷却用吸込空気と、を備えている。すなわち、過給機吸込空気には、吸入空気導入路２４を通って吸入された吸込空気主流と、冷却空気取入流路４０を通って吸入された冷却用吸込空気とがあり、異なる経路を通った空気（吸込空気主流及び冷却用吸込空気）が合流して空気案内ケーシング１４内に流入する。なお、ここでの冷却用吸込空気は、吸込空気主流と区別するための名称であり、用途を冷却のみに限定するものではない。
　吸込空気主流は、サイレンサ２６の外周部に設けた空気取入口２６ａから吸入空気導入路２４に流入し、ロータ軸１５の軸方向へ向けて空気案内ケーシング１４内に流入する。この吸込空気主流は、一部が冷却用吸入空気とともにモータ３０の冷却に使用される。なお、吸込空気主流及び冷却用吸込空気は、モータ３０の冷却に使用されたものも含めて空気案内ケーシング１４内で合流した後、コンプレッサ羽根車２０によって圧縮される。
　一方、冷却用吸入空気は、冷却空気取入流路４０を通って流入するが、この冷却空気取入流路４０は、少なくとも冷却空気取入流路４０の出口部分がロータ軸１５の軸中心線上にあるように、サイレンサ２６を貫通するように設けられている。この冷却空気取入流路４０は、その全体がロータ軸１５の軸中心線上に存在するようにサイレンサ２６を直線状に貫通していてもよい。このため、冷却空気取入流路４０の出口４１は、ロータ軸１５の軸中心線上に取り付けられたモータ３０のキャップ３７と対向して開口する。すなわち、冷却空気取入流路４０の出口４１は、ロータ軸１５の軸中心線上において、キャップ３７の開口部３７ａと対向している。
　なお、冷却空気取入流路４０の入口４２は、サイレンサ２６の軸方向端面に取り付けた端子台５０の内部に開口し、端子台５０の外壁面適所に設けた空気取入口（不図示）から冷却用吸込空気を導入する。冷却空気取入流路４０の入口４２は、冷却空気取入流路４０の設置方法により、ロータ軸１５の軸中心線と合致せずに、軸中心から外れた位置に入口４２を開口させてもよい。
　このため、冷却空気取入流路４０から流入する冷却用吸込空気は、その全量が同軸上にあるモータ３０へ向けて供給される。具体的に説明すると、冷却空気取入流路４０の出口４１と、モータ３０の先端部に取り付けられたキャップ３７の開口部３７ａとが同軸上にある。このため、直線状の冷却空気取入流路４０から流出する冷却用吸込空気は、そのまま直進して全量が開口部３７ａからモータ３０内に流入する。また、吸込空気主流の一部も冷却用吸込空気と合流し、開口部３７ａから流入する。
　こうしてモータ３０の内部に流入した冷却用吸込空気及び吸込空気主流の一部は、モータロータ３１とステータ３２との間に形成されている隙間を通過するなどして、モータ３０のキャップ３７と反対側からコンプレッサ羽根車２０側へ流出する。
　この結果、モータ３０の内部を通過して流れる冷却用吸込空気及び吸込空気主流の一部は、モータ３０から吸熱して冷却に利用することができる。また、吸込空気主流の多くがモータ３０の外周側を通過して流れるので、この吸込空気主流もモータ３０から吸熱して冷却に利用することができる。従って、過給機吸込空気の一部を用いるモータ３０の冷却は、モータ３０の内部や周辺部を通過する十分な空冷用空気量を確実に確保でき、特に、モータ３０の内部を通過する空冷用空気として、主に冷却用吸込空気を確実に導入して効率よく冷却することができる。
　また、上述した実施形態（図１参照）の過給機１０には、吸入空気導入路２４のロータ軸側出口を延長し、吸込空気主流をモータ３０の軸中心方向へ導くように傾斜壁６０を設けてある。すなわち、この傾斜壁６０は、吸入空気導入路２４を形成する壁面のうち、ロータ軸１５側となる流路内側壁面２４ａの傾斜面を冷却空気取入流路４０の出口４１まで延長したものである。なお、傾斜壁６０が冷却空気取入流路４０の出口４１よりロータ軸側（図１において右側）に突出すると、冷却用吸込空気の流れを妨げることになり、冷却用吸込空気が適切にモータ３０内部へ導かれなくなるため好ましくない。
　さらに、この傾斜壁６０は、その延長線が、キャップ３７の開口部３７ａ内またはその近傍で、ロータ軸１５の軸中心線上で交差するような角度設定にするとよい。
　このような傾斜壁６０を設けることにより、モータ３０に向けて供給される吸込空気主流の供給量が増加するので、モータ３０の内部や外周の冷却に利用する空冷用空気量を増し、モータ３０の冷却効率を向上させることができる。
　また、上述した実施形態の過給機１０には、モータ３０のサイレンサ２６側となる先端部に、過給機吸込空気の一部及び冷却用吸込空気をモータ３０の軸中心方向へ導くようコンプレッサ羽根車２０側へ縮径したコーン形状の冷却空気導入路３９を設けることが望ましい。図示の構成例では、図１及び図５に示すように、キャップ３７の開口部３７ａを形成する内周面３７ｂ及びステータ３２の内周面端部３２ａが互いに連続し、コーン形状の冷却空気導入路３９を形成しているが、キャップ３７の開口部３７ａ側だけに部分的に冷却空気導入路３９を形成してもよい。
　このような冷却空気導入路３９を設けることにより、過給機吸込空気の一部及び冷却用吸込空気をモータ３０の内部に向けて確実に導くことができる。このため、モータ３０の内部では、モータロータ３１とステータ３２との間に形成された隙間を十分な量の空気が流れ、効率のよい冷却を行うことができる。
　なお、ステータ３２の内周面端部３２ａが冷却空気導入路３９の一部を形成することにより、モータロータ３１とステータ３２との間に形成された隙間に対して空気をより確実に導くことができる。
　さらに、上述した実施形態の過給機１０は、例えば図３（ｂ）に示すように、ハウジング３３の内周面３３ａに全周にわたる１または複数の凹溝部３３ｂを設け、内周面３３ａ及び凹溝部３３ｂに放熱グリースを塗布することが望ましい。
　具体的に説明すると、ハウジング３３の内周面３３ａには、全周にわたる凹溝部３３ｂが軸方向に複数（本実施形態では７列）設けられている。そして、内周面３３ａ及び凹溝部３３ｂに放熱グリースを薄く塗布しておくことで、運転時におけるハウジング３３からの放熱性が向上する。また、ハウジング３３からの放熱性を向上させるため、ハウジング３３の外周面には複数の放熱フィン３３ｃが設けられている。
　上述したように、本実施形態の過給機１０は、過給機吸込空気として、サイレンサ２６の空気取入口２６ａから導入されて吸入空気導入路２４を通る吸込空気主流と、吸入空気導入路２４の少なくとも出口はサイレンサ２６の軸方向中心部を貫通してロータ軸１５の軸中心線上に設けられた冷却空気取入流路４０を通る冷却用吸込空気とを用い、その一部を空冷用空気にしてモータ３０を冷却するモータ冷却方法を実施している。
　このため、特に、冷却空気取入流路４０を通る冷却用吸込空気の全量が同軸上にあるモータ３０へ向けて供給されるようになる。このため過給機吸込空気の一部がモータ３０の内部や周辺部に供給されるため、効率よく冷却を行うことが可能となる。
　上述した本実施形態により、モータオーバハング構造を採用している過給機１０は、モータ３０の冷却媒体として、冷却空気取入流路４０を通る冷却用吸込空気と過給機吸込空気の一部を用いることで、モータ３０を効率よく確実に冷却できるため、過給機１０の信頼性や耐久性が向上する。
　なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
　１０　　電動アシスト過給機（過給機）
　１１　　ガス入口ケーシング
　１２　　ガス出口ケーシング
　１３　　軸受台
　１４　　空気案内ケーシング
　１５　　ロータ軸
　１９　　タービン
　２０　　コンプレッサ羽根車
　２２　　排気ガス導入路
　２３　　排気ガス排出路
　２４　　吸入空気導入路
　２５　　渦室
　２６　　サイレンサ
　３０　　モータ
　３１　　モータロータ
　３２　　ステータ
　３３　　ハウジング
　３３ａ　　内周面
　３３ｂ　　凹溝部
　３３ｃ　　放熱フィン
　３５　　サポート部材
　３６　　六角ボルト
　３７　　キャップ
　３９　　冷却空気導入路
　４０　　冷却空気取入流路
　６０　　傾斜壁

Claims (6)

  1. 　コンプレッサ部に接続されたロータ軸のサイレンサ側端部にモータが取り付けられた過給機であって、
    　前記サイレンサの径方向から前記サイレンサと前記コンプレッサ部との接続部に向けて吸込空気主流が流れ込むように前記サイレンサに形成された吸入空気導入路と、
    　前記サイレンサにおいて少なくとも出口がロータ軸の軸中心線上に設けられた冷却空気取入流路と、を備える過給機。
  2. 　前記吸入空気導入路は、前記吸込空気主流を前記モータの軸中心方向へ導くように傾斜壁を備える請求項１に記載の過給機。
  3. 　前記モータの前記サイレンサ側端部に、前記吸込空気主流を前記モータの軸中心方向へ導くよう縮径した冷却空気導入路を備える請求項１または２に記載の過給機。
  4. 　前記モータが、円筒形状のハウジングと、該ハウジングの内部に収納されているステータと、前記ロータ軸の端部に接続されて前記ステータの内部で回転する、永久磁石を備えたモータロータとを具備し、
    　前記ハウジングの内周面に１または複数の凹溝部を設けるとともに、前記内周面及び前記凹溝部に放熱グリースが塗布されている請求項１から３のいずれか１項に記載の過給機。
  5. 　前記ハウジングの外壁面に放熱フィンが設けられている請求項４に記載の過給機。
  6. 　タービン部及びコンプレッサ部を備えたロータ軸のサイレンサ側端部にモータが取り付けられた過給機のモータ冷却方法であって、
    　前記サイレンサの空気取入口から導入されて吸入空気導入路を通る吸込空気主流と、前記サイレンサにおいて少なくとも流路の出口部が前記ロータ軸の軸中心線上に設けられた冷却空気取入流路を通る冷却用吸込空気と、によって前記モータを冷却する過給機のモータ冷却方法。
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