WO2017183544A1

WO2017183544A1 - インペラ組立体、過給機及びインペラ組立体の組立方法

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Publication number: WO2017183544A1
Application number: PCT/JP2017/015052
Authority: WO
Inventors: 辻　剛志; 平川　一朗
Original assignee: 三菱重工業株式会社
Priority date: 2016-04-21
Filing date: 2017-04-13
Publication date: 2017-10-26
Also published as: KR101914425B1; US20170306980A1; CN108884755B; US10077785B2; CN108884755A; KR20180090375A; JPWO2017183544A1; JP6333485B2

Abstract

コンプレッサインペラと、シャフトが挿通されたフランジ部材であって、ハブのうち軸線方向における上流側の端面に当接する当接部と、当接部よりも軸線方向における上流側に設けられ、径方向における外側に突出するインペラ側フランジ部と、含むフランジ部材と、ハブの端面との間にフランジ部材を挟持するようにシャフトの先端部に螺合されたナットと、発電機又は電動機のロータであって、インペラ側フランジ部におけるハブと反対側に隣接するロータ側フランジ部を含むロータと、インペラ側フランジ部とロータ側フランジ部とを締結する締結部材と、を備えるインペラ組立体。

Description

インペラ組立体、過給機及びインペラ組立体の組立方法

　本発明は、インペラ組立体、過給機及びインペラ組立体の組立方法に関する。

　内燃機関で高い燃焼エネルギーを得るための補助装置として、過給機が広く用いられている。例えば排気タービン式過給機は、内燃機関の排ガスでタービンロータを回転させ、その駆動力でコンプレッサインペラを回転させることにより、内燃機関に供給する空気を圧縮するように構成されている。

　過給機の一態様として、発電機を備えたハイブリッド過給機が知られている。ハイブリッド過給機では、コンプレッサインペラに連結部材を介して発電機のロータが連結されており、これらがインペラ組立体を構成している。かかる過給機では、余剰の排ガスエネルギーから得られるタービンロータの駆動力で発電機を回転させることで、電力を得られるようになっている。

　また、過給機の他の態様として、電動機を内蔵した電動アシスト過給機が知られている。電動アシスト過給機では、コンプレッサインペラに連結部材を介して電動機のロータが連結されており、これらがインペラ組立体を構成している。かかる過給機では、内燃機関の低負荷時等、タービンを駆動する排気ガスの量が少ない場合に、電動機の駆動力を補助的に利用してコンプレッサが駆動される。

　特許文献１には、コンプレッサインペラに挿通されたシャフトの先端部に電動機のロータが片持ち支持されてなるロータオーバーハング構造の電動アシスト過給機が開示されている。

　特許文献１に記載の電動アシスト過給機では、電動機は、モータロータ、ステータ及びケーシングを主な構成要素とする。このうち、モータロータは、外周側に磁石部を備える円柱形状の部材であり、その一端部がコンプレッサインペラに挿通されたシャフトの先端部とフランジ結合により接続されている。すなわち、シャフトの先端部に取り付けたフランジ部材と、モータロータの一端部に設けたフランジ部とが、複数のボルト及びナットを用いて連結されている。

特開２０１５‐１５８１６１号公報

　特許文献１では、シャフトの先端部にフランジ部材を取り付けるための取付部品について具体的な言及はなされていないが、特許文献１の図５に示されるフランジ部材の取付部品は部品点数が多く複雑であり、インペラ組立体の構成も複雑である。

　本発明は、上述したような従来の課題に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、電動機又は発電機のロータとコンプレッサインペラとが簡素な構成で連結されてなるインペラ組立体及びこれを備える過給機並びにインペラ組立体の組立方法を提供することである。

　（１）本発明の少なくとも一実施形態に係るインペラ組立体は、シャフトと、前記シャフトが挿通されたハブと、前記ハブの外周面に周方向に間隔を空けて設けられた複数の動翼と、を含むコンプレッサインペラと、前記シャフトが挿通されたフランジ部材であって、前記ハブのうち軸線方向における上流側の端面に当接する当接部と、前記当接部よりも前記軸線方向における上流側に設けられ、径方向における外側に突出するインペラ側フランジ部と、含むフランジ部材と、前記フランジ部材を前記ハブの前記端面に押し付けるように前記シャフトの先端部に螺合されたナットと、発電機又は電動機のロータであって、前記インペラ側フランジ部における前記ハブと反対側に隣接するロータ側フランジ部を含むロータと、前記インペラ側フランジ部と前記ロータ側フランジ部とを締結する締結部材と、を備える。

　上記（１）に記載のインペラ組立体によれば、ナットの締付力（軸力）によってフランジ部材がハブの端面に押し付けられる。このため、ナットの締付力を適切に設定することにより、フランジ部材を、ボルト留めではなく摩擦留めによってハブの端面に固定することができる。すなわち、フランジ部材の当接部とハブの端面との摩擦力、及びフランジ部材のロータ側の面とナットの端面との摩擦力によって、フランジ部材、コンプレッサインペラ及びナットを、互いに対して相対回転しないように一体的に組み付けることができる。したがって、特許文献１に記載のインペラ組立体と比較して、フランジ部材をハブの端面に取付けるための取付部品の部品点数を削減することができ、インペラ組立体の構成を簡素化することができる。

　また、特許文献１に記載のインペラ組立体と比較して、フランジ部材とハブの端面との間に取付部品が不要である分、発電機又は電動機のロータとハブとの距離を短くすることができる。このため、インペラ組立体がロータオーバーハング構造を有する場合には、ロータのオーバーハング量を小さくしてシャフトの振動を抑制できるため、ローターダイナミクスの点で有利である。

　また、特許文献１に記載のインペラ組立体では、フランジ部材をハブの端面に取り付けるためにハブの端面にボルト穴が形成されているが、上記（１）に記載のインペラ組立体では上記のようにフランジ部材をボルト留めではなく摩擦留めによってハブの端面に固定することができるため、ハブの端面にボルト穴が不要である。したがって、発電機又は電動機のロータをコンプレッサインペラに追設するレトロフィットが容易である。

　（２）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載のインペラ組立体において、前記ロータと前記フランジ部材とは、インローで組み付けられている。

　上記（２）に記載のインペラ組立体によれば、ロータの軸心とフランジ部材の軸心とを簡素な構成で一致させることができる。すなわちロータの軸心とシャフトの軸心とを簡素な構成で一致させることができる。

　（３）幾つかの実施形態では、上記（１）又は（２）に記載のインペラ組立体において、前記締結部材は、前記インペラ側フランジ部と前記ロータ側フランジ部とを締結するためのフランジ締結ボルトを含み、前記ロータ側フランジ部の外周面は、前記軸線方向における下流側に向かうにつれて前記軸線との距離が大きくなるように傾斜した傾斜面を含み、前記傾斜面には、前記フランジ締結ボルトの頭部を収容する座繰り部が設けられている。

　上記（３）に記載のインペラ組立体によれば、発電機又は電動機のロータとステータとの間を上記軸線方向に通過した空気流れを、上記傾斜面によってコンプレッサインペラの動翼にスムーズに導くことができる。また、フランジ締結ボルトの頭部を収容する座繰り部を傾斜面に設けたことにより、フランジ締結ボルトの頭部に起因する風損を低減するとともに、ロータ側フランジ部の外径の増大を抑制することができる。

　（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れか１項に記載のインペラ組立体において、前記ハブの前記端面には、ハブ凹部が形成されており、前記当接部は、前記端面のうち前記ハブ凹部の底面に当接し、前記ナットは、前記ハブ凹部の前記底面との間に前記フランジ部材を挟持するように前記先端部に螺合されている。

　上記（４）に記載のインペラ組立体によれば、フランジ部材の当接部がハブ凹部に収容されている分、インペラ組立体を軸線方向に小型化することができる。また、インペラ側フランジ部及びロータ側フランジ部を、ハブの端面に近い位置に設けることができるため、上述のロータオーバーハング構造が採用される場合には、ロータの重心をハブの端面に近づけることができるため、シャフトの振動を抑制することができる。

　（５）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（４）の何れか１項に記載のインペラ組立体において、上記前記フランジ部材は、前記ロータ側の面にフランジ部材凹部を有し、前記ロータは、前記フランジ部材側の面にロータ凹部を有し、前記ナットは、前記フランジ部材凹部の底面に押圧力を付与するように前記シャフトに螺合するとともに、前記フランジ部材凹部と前記ロータ凹部によって形成されたナット収容空間内に収容される。

　上記（５）に記載のインペラ組立体によれば、フランジ部材をハブの端面に取り付けるための取付部品の部品点数を削減するとともに、インペラ組立体を軸線方向に小型化することができる。

　（６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（５）の何れか１項に記載のインペラ組立体において、前記ロータは、磁石部を含むロータ本体部と、前記ロータ本体部と前記フランジ部材とを連結するフレキシブルカップリングを含み、前記ロータ側フランジ部は、前記フレキシブルカップリングの一端側に設けられている。

　上記（６）に記載のインペラ組立体のように、ロータ本体部の回転軸とフランジ部材の回転軸との偏心、偏角及び振れを許容するフレキシブルカップリングを含む構成においても、上記（１）に記載のように、フランジ部材をハブの端面に取付けるための取付部品の部品点数を削減することができるため、インペラ組立体の構成を簡素化することができる。
　上記（１）に記載のようにフランジ部材をボルト留めではなく摩擦留めによってハブの端面に固定することができるため、ハブの端面にボルト穴が不要である。したがって、発電機又は電動機のロータをコンプレッサインペラに追設するレトロフィットが容易である。

　（７）本発明の少なくとも一実施形態にかかる過給機は、上記（１）乃至（６）の何れか１項に記載のインペラ組立体を備える。

　上記（７）に記載の過給機によれば、上記（１）乃至（６）の何れか１項に記載のインペラ組立体を備えることによりインペラ組立体の構成を簡素化することができるため、過給機の構成を簡素化することができる。また、電動機又は発電機を過給機に追設するレトロフィットが容易である。

　（８）本発明の少なくとも一実施形態にかかるコンプレッサインペラ組立体の組立方法は、シャフトと、ハブと、前記ハブの外周面に周方向に間隔を空けて設けられた複数の動翼と、を含むコンプレッサと、前記ハブのうち軸線方向における上流側の端面に当接する当接部と、前記当接部よりも前記軸線方向における上流側に設けられ、径方向における外側に突出するインペラ側フランジ部と、含むフランジ部材と、前記シャフトの先端部に螺合されるナットと、発電機又は電動機のロータと、を備えるインペラ組立体の製造方法であって、前記コンプレッサインペラに前記シャフトを挿通するインペラ挿通工程と、前記フランジ部材に前記シャフトを挿通し、前記ハブの前記端面に前記当接部を当接させるフランジ部材挿通工程と、前記ナットと前記ハブの前記端面との間に前記フランジ部材を挟持するように前記前記シャフトの先端部に前記ナットを螺合するナット螺合工程と、前記インペラ側フランジ部と前記ロータ側フランジ部とを締結部材によって締結する締結工程と、を備える。

　上記（８）に記載のコンプレッサインペラ組立体の組立方法によれば、ナット螺合工程におけるナットの締付力（軸力）によってフランジ部材がハブの端面に押し付けられる。このため、ナットの締付力を適切に設定することにより、フランジ部材を、ボルト留めではなく摩擦留めによってハブの端面に固定することができる。すなわち、フランジ部材の当接部とハブの端面との摩擦力、及びフランジ部材のロータ側の面とナットの端面との摩擦力によって、フランジ部材、コンプレッサインペラ及びナットを、互いに対して相対回転しないように一体的に組み付けることができる。したがって、特許文献１に記載のインペラ組立体の組立方法と比較して、フランジ部材をハブの端面に取付けるための取付部品が不要である分、インペラ組立体の組立工数を削減することができる。

　（９）幾つかの実施形態では、上記（８）に記載のインペラ組立体の組立方法において、前記ナット螺合工程は、前記ナットの仮締めを行うナット仮締め工程と、前記シャフトのうち前記ナット仮締め工程で仮締めされた前記ナットよりも先端側の部分を前記軸線方向に引っ張りながら、前記ナットの本締めを行うナット本締め工程と、を含む。

　上記（９）に記載のインペラ組立体の生産方法によれば、ナット本締め工程において、シャフトのうちナット仮締め工程で仮締めされたナットよりも先端側の部分を軸線方向に引っ張りながらナットの本締めを行うため、シャフトが細く伸びた状態でナットの本締めを行うことができる。このため、本締め後にシャフトを解放することで（シャフトの引張りを止めることで）、フランジ部材をハブの端面に強く押し付けつつナットをシャフトに強固に固定することができる。このため、フランジ部材、コンプレッサインペラ及びナットを互いに対して相対回転しないようにする効果を高めることができる。

　本発明の少なくとも一実施形態によれば、電動機又は発電機のロータとコンプレッサインペラとが簡素な構成で連結されてなるインペラ組立体及びこれを備える過給機並びにインペラ組立体の組立方法が提供される。

一実施形態に係る過給機１００におけるコンプレッサ２近傍の概略構成を示す断面図である。図１に示したモータロータ４０とコンプレッサインペラ１０との連結部分の拡大図である。図２に示したモータロータ４０とコンプレッサインペラ１０との連結部分の拡大図である。インペラ組立体２００及びステータ４２の構成を示す概略断面図である。比較形態に係るインペラ組立体３００及びステータ０４２の構成を示す概略断面図である。フレキシブルカップリング１０４を採用したモータロータ４０とコンプレッサインペラ１０との連結部分の拡大図である。モータロータ４０とコンプレッサインペラ１０との連結部分の変形例である。

　以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
　例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
　例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
　例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
　一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

　図１は、一実施形態に係る過給機１００におけるコンプレッサ２近傍の概略構成を示す断面図である。
　過給機１００は、モータ６を内蔵した電動アシスト過給機であり、コンプレッサ２、サイレンサ４、及びモータ６を備える。

　コンプレッサ２は、不図示のタービンロータにシャフト８を介して連結されたコンプレッサインペラ１０と、コンプレッサインペラ１０を収容するコンプレッサケーシング１２と、を含む。なお、以下では、シャフト８の軸線方向（コンプレッサインペラ１０の軸線方向）を単に「軸線方向」といい、シャフト８の径方向（コンプレッサインペラ１０の径方向）を単に「径方向」といい、シャフト８の周方向（コンプレッサインペラ１０の周方向）を単に「周方向」ということとする。

　コンプレッサインペラ１０は、シャフト８が挿通された貫通穴１５を有するハブ１４と、ハブ１４の外周面１６に周方向に間隔を空けて設けられた複数の動翼１８と、を含む。軸線方向におけるコンプレッサインペラ１０の位置決めは、ハブ１４の背面１９がシャフト８の段差部９に突き当たることにより行われる。

　コンプレッサケーシング１２は、コンプレッサインペラ１０を覆う空気案内筒２０と、スクロール流路２２を形成するスクロールケーシング２４と、空気案内筒２０の内側の流路２６とスクロール流路２２とを接続するディフューザ流路２８を形成するディフューザ部材３０とを含む。

　サイレンサ４は、コンプレッサ２の空気吸込み側に連結されており、サイレンサケーシング３２と、コンプレッサ２の騒音を低減するようにサイレンサケーシング３２の内側に設けられたサイレンサエレメント３４とを含む。サイレンサ４は、取り込んだ外気をコンプレッサ２における空気案内筒２０の内側の流路２６へ向けてシャフト８の軸線方向に導くよう構成されている。空気案内筒２０とサイレンサケーシング３２とは、筒状の連結用ケーシング３６によって連結されている。

　モータ６は、コンプレッサインペラ１０にフランジ部材３８を介して連結されたモータロータ４０と、モータロータ４０の周りに設けられたステータ４２（巻線部）と、ステータ４２を覆う筒状のモータケーシング４４と、モータケーシング４４を支持する支持部材４６とを含む。モータロータ４０は、円筒形状のロータコア４８と、ロータコア４８の外周面に固定された磁石部５０とを有し、全体として円筒形状に構成されている。なお、図示する形態では、過給機１００は、シャフト８の先端部６４にモータロータ４０が片持ち支持されたロータオーバーハング構造を有している。また、モータ６の一部は、連結用ケーシング３６に収容されており、モータ６の残部は空気案内筒２０に収容されている。

　かかる過給機１００では、不図示の内燃機関（例えば舶用ディーゼルエンジン）の排ガスのエネルギーを不図示のタービンロータの回転エネルギーに変換し、該タービンロータにシャフト８を介して連結されたコンプレッサインペラ１０を回転させることにより、サイレンサ４から取り込んだ外気が圧縮されて上記内燃機関に供給される。また、過給機１００では、内燃機関の低負荷時等、タービンロータを回転駆動する排気ガスの量が少ない場合に、モータ６の駆動力を補助的に利用してコンプレッサインペラ１０が回転駆動される。

　図２は、図１に示したモータロータ４０とコンプレッサインペラ１０との連結部分の拡大図である。図３は、図２に示したモータロータ４０とコンプレッサインペラ１０との連結部分の拡大図である。

　例えば図２に示すように、過給機１００は、コンプレッサインペラ１０とモータロータ４０とを連結するためのフランジ部材３８と、コンプレッサインペラ１０とフランジ部材３８とをシャフト８に固定するためのナット５４と、フランジ部材３８とモータロータ４０とを締結するための締結部材５６とを含む。過給機１００では、シャフト８、コンプレッサインペラ１０、フランジ部材３８、モータロータ４０、ナット５４、及び締結部材５６が組み立てられてインペラ組立体２００を構成する。

　フランジ部材３８は、シャフト８が挿通された貫通孔５３を有する筒状の部材である。フランジ部材３８は、ハブ１４のうち軸線方向における上流側の端面５８に当接する当接部６０と、当接部６０よりも軸線方向における上流側に設けられ、径方向における外側に突出するインペラ側フランジ部６２と、含む。

　ナット５４は、ハブ１４の端面５８との間にフランジ部材３８を挟持するように、シャフト８の先端部６４に形成された螺子部６６に螺合されている。

　モータロータ４０のロータコア４８は、インペラ側フランジ部６２におけるハブ１４と反対側に隣接するロータ側フランジ部６８を含む。締結部材５６は、インペラ側フランジ部６２とロータ側フランジ部６８とを締結するよう構成されている。

　上記構成によれば、ナット５４の締付力（軸力）によってフランジ部材３８がハブ１４の端面５８に押し付けられる。このため、ナット５４の締付力を適切に設定することにより、フランジ部材３８を、ボルト留めではなく摩擦留めによってハブ１４の端面５８に固定することができる。すなわち、フランジ部材３８の当接部６０とハブ１４の端面５８との摩擦力、及びフランジ部材３８のうちモータロータ４０側の面７０とナット５４の端面７１との摩擦力によって、フランジ部材３８、コンプレッサインペラ１０及びナット５４を、互いに対して相対回転しないように一体的に組み付けることができる。したがって、特許文献１に記載のインペラ組立体と比較して、フランジ部材３８をハブ１４の端面５８に取り付けるための取付部品の部品点数を削減することができ、インペラ組立体の構成を簡素化することができる。

　また、特許文献１に記載のインペラ組立体と比較して、フランジ部材３８とハブ１４の端面５８との間に取付部品が不要である分、モータロータ４０とハブ１４との距離を短くすることができる。これにより、後述するように、モータロータ４０のオーバーハング量を小さくしてシャフト８の振動を抑制できるため、軸系の動的応答及び安定性を向上することができる。また、モータロータ４０のオーバハング量を小さくできるため、設計の自由度が上がり、モータ６自体の大きさや重さの制限を増やすことができる。したがって、モータ６として出力の大きなモータを使用することが可能となる。

　また、特許文献１に記載のインペラ組立体では、フランジ部材をハブの端面に取り付けるためにハブの端面にボルト穴が形成されているが、インペラ組立体２００では上記のようにフランジ部材３８をボルト留めではなく摩擦留めによってハブ１４の端面５８に固定することができるため、ハブ１４の端面５８にボルト穴が不要である。したがって、モータロータ４０をコンプレッサインペラ１０に追設するレトロフィットが容易である。

　一実施形態では、例えば図２に示すように、モータロータ４０とフランジ部材３８とは、インローで組み付けられている。図示する形態では、フランジ部材３８は、インペラ側フランジ部６２よりも軸線方向において上流側（モータロータ４０側）に突出する円環状のインロー凸部７４を有し、モータロータ４０は、インロー凸部７４に嵌合するインロー凹部７６を有する。インロー凸部７４は、ナット５４の外周側に隣接して設けられており、インロー凹部７６とともにインロー構造７２を構成する。一実施形態では、図７に示すように、モータロータ４０は、ロータ側フランジ部６８よりも軸線方向において下流側（コンプレッサインペラ１０側）に突出する円環状のインロー凸部７５を有していてもよい。この場合、フランジ部材３８は、インロー凸部７５に嵌合するインロー凹部７７を有し、インロー凸部７５は、ナット５４の外周側に隣接して設けられており、インロー凹部７７とともにインロー構造７３を構成する。

　かかる構成によれば、モータロータ４０とフランジ部材３８とがインローで組み付けられているため、モータロータ４０の軸心とフランジ部材３８の軸心とを簡素な構成で一致させることができる。すなわちモータロータ４０の軸心とシャフト８の軸心とを簡素な構成で一致させることができる。なお、図７に示す形態では、インロー凸部７５の基端部７９に曲げモーメントによる応力がかかりやすいが、モータロータ４０の自重に起因するロータ側フランジ部６８の倒れをインロー凸部７５によって抑制することができる。一方、図２に示す形態では、モータロータ４０に上記インロー凸部７５がないため、モータロータ４０におけるロータ側フランジ部６８近傍への応力集中を抑制することができる。

　一実施形態では、例えば図２に示すように、締結部材５６は、インペラ側フランジ部６２とロータ側フランジ部６８とを締結するためのフランジ締結ボルト７８と、フランジ締結ボルト７８に螺合するフランジ締結ナット８０とを含む。また、ロータ側フランジ部６８の外周面８２は、軸線方向における下流側に向かうにつれて軸線Ｃとの距離ｄが大きくなるように傾斜した傾斜面８４を含み、傾斜面８４には、フランジ締結ボルト７８の頭部８６を収容する座繰り部８８が設けられている。なお、フランジ締結ボルト７８には、取付精度の観点でリーマボルトを用いてもよい。

　かかる構成によれば、図４に示すように、モータロータ４０とステータ４２との間を上記軸線方向に通過した空気流れ（図中の破線矢印）を、上記傾斜面８４によってコンプレッサインペラ１０の動翼１８にスムーズに導くことができる。また、フランジ締結ボルト７８の頭部８６を収容する座繰り部８８を傾斜面８４に設けたことにより、フランジ締結ボルト７８の頭部８６に起因する風損を低減するとともに、ロータ側フランジ部６８の外径の増大を抑制することができる。

　一実施形態では、例えば図３に示すように、ハブ１４の端面５８には、ハブ凹部９０が形成されており、当接部６０は、端面５８のうちハブ凹部９０の底面９２に当接する。また、フランジ部材３８は、ハブ凹部９０の内周面９１に嵌合する嵌合部５５を有する。ナット５４は、ハブ凹部９０の底面９２との間にフランジ部材３８を挟持するようにシャフト８の先端部６４に螺合されている。

　かかる構成によれば、フランジ部材３８の当接部６０がハブ凹部９０に収容されている分、インペラ組立体２００を軸線方向に小型化することができる。また、インペラ側フランジ部６２及びロータ側フランジ部６８を、ハブ１４の端面５８に近い位置に設けることができるため、モータロータ４０の重心をコンプレッサインペラ１０に近づけることができる。これにより、シャフト８の振動を抑制することができ、軸系の動的応答及び安定性を向上することができる。

　一実施形態では、例えば図３に示すように、フランジ部材３８は、モータロータ４０側の面７０にフランジ部材凹部９６を有し、モータロータ４０のロータコア４８は、フランジ部材側の面９８にロータ凹部１０２を有し、ナット５４は、フランジ部材凹部９６の底面１１０に押圧力を付与するようにシャフト８に螺合するとともに、フランジ部材凹部９６とロータ凹部１０２によって形成されたナット収容空間１１２内に収容される。

　かかる構成によれば、フランジ部材３８をハブ１４の端面５８に取り付けるための取付部品の部品点数を削減するとともに、インペラ組立体２００を軸線方向に小型化することができる。

　なお、インペラ組立体の組立においてナット５４を螺子部６６に螺合する際には、ナット５４がフランジ部材３８に突き当たるまでナット５４を仮締めし、その後、シャフト８の先端部６４のうち仮締めされたナット５４よりも先端側の部分を軸線方向に油圧チャック等で引っ張りながら、ナット５４の側面（外周面）１０７に設けられた治具差し込み孔１０８に差し込んだ治具でナット５４の本締めを行ってもよい。これにより、シャフト８が細く伸びた状態でナット５４の本締めを行うことができるため、本締め後にシャフト８の先端部６４を解放することで（引張りを止めることで）、フランジ部材３８をハブ１４の端面５８に強く押し付けつつナット５４をシャフト８に強固に固定することができる。

　ここで、図４及び図５を用いて、上述したインペラ組立体２００と比較形態のインペラ組立体３００との比較を行う。

　図４は、上述したインペラ組立体２００及びステータ４２の構成を示す概略断面図である。図５は、比較形態に係るインペラ組立体３００及びステータ０４２の構成を示す概略断面図である。

　比較形態に係るインペラ組立体３００では、シャフト００８に挿通された座金０１３がコンプレッサインペラ０１０のハブ０１４の端面０５８に座金固定ボルト０１７で固定されている。また、シャフト００８に螺合するナット０２１の締付力（軸力）によって座金０１３はハブ０１４の端面０５８に押し付けられており、座金０１３はナット０２１とハブ０１４とに挟持されている。座金０１３にはクロー０２３を介してフランジ部材０３８が取り付けられており、フランジ部材０３８は、シャフト００８に螺合するナット０２５の締付力（軸力）によって座金０１３に押し付けられている。そして、フランジ部材０３８が備えるインペラ側フランジ０６２とモータロータ０４０が備えるロータ側フランジ０６８とがフランジ締結ボルト０７８及びフランジ締結ナット０８０によって締結されている。

　本願発明者によれば、上述した実施形態に係るインペラ組立体２００は、比較形態に係るインペラ組立体３００と比較して、以下の利点がある。

　まず、インペラ組立体２００では、インペラ組立体３００の座金０１３及びナット０２１が不要であるため、ロータ側フランジ６８とコンプレッサインペラ１０との距離Ａを、インペラ組立体３００における距離Ａよりも短くすることができる。

　これにより、図４に破線矢印で示すように、モータロータ４０とステータ４２との間を通る空気をコンプレッサインペラ１０の動翼１８に導く通路を確保しやすくなる。このため、ロータ側フランジ部６８の肉厚を確保してロータ側フランジ部６８の高強度化を図っても、モータロータ４０とステータ４２との間を通る空気流れをスムーズにコンプレッサインペラ１０の動翼１８に導くことができる。

　また、ステータ４２とコンプレッサインペラ１０との距離Ｂを、インペラ組立体３００における距離Ｂより短くすることができる。これにより、インペラ組立体２００では、ステータ４２の位置に対応して磁石部５０をコンプレッサインペラ１０に近い位置に配置することができるため、コンプレッサインペラ１０に対するモータロータ４０のオーバーハング量Ｄをインペラ組立体３００におけるオーバーハング量Ｄより小さくすることができる。ここで、オーバーハング量Ｄが小さいほど、シャフト８の振動を抑制することができるため、ローターダイナミクスの観点で有利であり、設計性が向上する。

　また、インペラ組立体２００では、軸線方向におけるステータ４２の長さＣをインペラ組立体におけるステータ部０４２の軸線方向長さＣより長くすることができる。ステータ部４２の長さが長いほど、モータロータ４０とステータ４２との間に流れる冷却空気（図中の破線矢印）とステータ４２との接触距離が長くなるため、ステータ４２（巻線部）の冷却効率を高めることができる。

　また、インペラ組立体３００では、ハブ０１４の端面０５８に座金０１３を座金固定ボルト０１７で固定するために、ハブ０１４の端面０５８にボルト穴０５９を設ける必要がある。これに対し、インペラ組立体２００では、上述したように、ナット５４の締付力を適切に設定することにより、フランジ部材３８の当接部６０とハブ１４の端面５８との摩擦力、及びフランジ部材３８のうちモータロータ４０側の面７０とナット５４の端面７１との摩擦力によって、フランジ部材３８、コンプレッサインペラ１０及びナット５４を、互いに対して相対回転しないように一体的に組み付けることができる。したがって、ハブ１４の端面５８に座金等を取り付けるためのボルト穴を設ける必要がないため、モータロータ４０をハブ１４に追設するレトロフィットが容易である。

　本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

　例えば、一実施形態では、図６に示すように、モータロータ４０は、フレキシブルカップリング１０４を含んでいてもよい。この場合、モータロータ４０は、磁石部５０を含むロータ本体部１０６と、ロータ本体部１０６とフランジ部材３８とを連結するフレキシブルカップリング１０４とを含み、ロータ側フランジ部６８は、フレキシブルカップリング１０４の一端側に設けられ、フランジ部材３８のインペラ側フランジ部６２と締結される。これにより、ロータ本体部１０６の回転軸とフランジ部材３８の回転軸との偏心、偏角及び振れを許容することができる。

　また、図示した実施形態では、モータを内蔵した電動アシスト過給機を例示したが、本発明は、前述した発電機を備えたハイブリッド過給機にも適用できる。この場合、上述したモータロータ４０を発電機のロータとして機能させればよく、基本的な構成は同様である。かかる過給機では、余剰の排ガスエネルギーから得られるタービンロータの駆動力でコンプレッサインペラ及び発電機のロータを回転させることで、電力を得ることができる。

　また、本発明は、上述した排気タービン式過給機（ターボチャージャ）に限らず、内燃機関の出力軸からベルト等を介して取り出した動力によって圧縮機を駆動する機械式の過給機（スーパーチャージャ）にも適用することができる。

２　コンプレッサ
４　サイレンサ
６　モータ
８　シャフト
９　段差部
１０　コンプレッサインペラ
１２　コンプレッサケーシング
１４　ハブ
１５　貫通穴
１６　外周面
１８　動翼
１９　背面
２０　空気案内筒
２２　スクロール流路
２４　スクロールケーシング
２６　流路
２８　ディフューザ流路
３０　ディフューザ部材
３２　サイレンサケーシング
３４　サイレンサエレメント
３６　連結用ケーシング
３８　フランジ部材
４０　モータロータ
４２　ステータ
４４　モータケーシング
４６　支持部材
４８　ロータコア
５０　磁石部
５３　貫通孔
５４　ナット
５５　嵌合部
５６　締結部材
５８　端面
６０　当接部
６２　インペラ側フランジ部
６４　先端部
６６　螺子部
６８　ロータ側フランジ部
７０　面
７１　端面
７２　インロー構造
７３　インロー構造
７４　インロー凸部
７５　インロー凸部
７６　インロー凹部
７７　インロー凹部
７８　ボルト
７９　基端部
８０　ナット
８２　外周面
８４　傾斜面
８６　頭部
８８　部
９０　ハブ凹部
９１　内周面
９２　底面
９６　フランジ部材凹部
９８　面
１００　過給機
１０２　ロータ凹部
１０４　フレキシブルカップリング
１０６　ロータ本体部
１０７　側面
１０８　差し込み孔
２００，３００　インペラ組立体
Ａ　距離
Ｂ　距離
Ｃ　軸線
Ｄ　オーバーハング量
ｄ　距離

Claims

　シャフトと、
　前記シャフトが挿通されたハブを含むコンプレッサインペラと、
　前記シャフトが挿通されたフランジ部材であって、軸線方向の一端部に前記ハブの端面に当接する当接部と、軸線方向の他端部に径方向における外側に突出するインペラ側フランジ部と、含むフランジ部材と、
　前記ハブの前記端面との間に前記フランジ部材を挟持するように前記シャフトの先端部に螺合されたナットと、
　発電機又は電動機のロータであって、前記インペラ側フランジ部における前記ハブと反対側に隣接するロータ側フランジ部を含むロータと、
　前記インペラ側フランジ部と前記ロータ側フランジ部とを締結する締結部材と、
　を備えるインペラ組立体。
　前記ロータと前記フランジ部材とは、インローで組み付けられている、請求項１に記載のインペラ組立体。
　前記締結部材は、前記インペラ側フランジ部と前記ロータ側フランジ部とを締結するためのフランジ締結ボルトを含み、
　前記ロータ側フランジ部の外周面は、前記軸線方向において前記ハブ側に向かうにつれて前記軸線との距離が大きくなるように傾斜した傾斜面を含み、
　前記傾斜面には、前記フランジ締結ボルトを収容する座繰り部が設けられている、請求項１又は２に記載のインペラ組立体。
　前記ハブの前記端面には、ハブ凹部が形成されており、
　前記当接部は、前記端面のうち前記ハブ凹部の底面に当接し、
　前記ナットは、前記ハブ凹部の前記底面との間に前記フランジ部材を挟持するように前記シャフトの先端部に螺合された、請求項１乃至３の何れか１項に記載のインペラ組立体。
　前記フランジ部材は、前記ロータ側の面にフランジ部材凹部を有し、
　前記ロータは、前記フランジ部材側の面にロータ凹部を有し、
　前記ナットは、前記フランジ部材凹部の底面に押圧力を付与するように前記シャフトに螺合するとともに、前記フランジ部材凹部と前記ロータ凹部によって形成されたナット収容空間内に収容された、請求項１乃至４の何れか１項に記載のインペラ組立体。
　前記ロータは、磁石部を含むロータ本体部と、前記ロータ本体部と前記フランジ部材とを連結するフレキシブルカップリングを含み、
　前記ロータ側フランジ部は、前記フレキシブルカップリングの一端側に設けられた、請求項１乃至５の何れか１項に記載のインペラ組立体。
　請求項１乃至６の何れか１項に記載のインペラ組立体を備える過給機。
　シャフトと、
　ハブと、前記ハブの外周面に周方向に間隔を空けて設けられた複数の動翼と、を含むコンプレッサと、
　前記ハブのうち軸線方向における上流側の端面に当接する当接部と、前記当接部よりも前記軸線方向における上流側に設けられ、径方向における外側に突出するインペラ側フランジ部と、含むフランジ部材と、
　前記シャフトの先端部に螺合されるナットと、
　発電機又は電動機のロータと、
　を備えるインペラ組立体の製造方法であって、
　前記コンプレッサインペラに前記シャフトを挿通するインペラ挿通工程と、
　前記フランジ部材に前記シャフトを挿通し、前記ハブの前記端面に前記当接部を当接させるフランジ部材挿通工程と、
　前記ナットと前記ハブの前記端面との間に前記フランジ部材を挟持するように前記前記シャフトの先端部に前記ナットを螺合するナット螺合工程と、
　前記インペラ側フランジ部と前記ロータ側フランジ部とを締結部材によって締結する締結工程と、を備える、インペラ組立体の組立方法。
　前記ナット螺合工程は、
　　前記ナットの仮締めを行うナット仮締め工程と、
　　前記シャフトの先端部のうち前記仮締め工程で仮締めされた前記ナットよりも先端側の部分を前記軸線方向に引っ張りながら、前記ナットの本締めを行うナット本締め工程と、
　を含む、請求項８に記載のインペラ組立体の組立方法。