CN101506490B - 电动增压器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电动增压器，具备：插装于轴承箱(16)的定子组件(29)、与定子组件(29)的压缩机侧紧贴且将压缩机壳体(20)和马达定子(24)之间分隔的密封板(28)。定子组件(29)具有马达定子(24)和外套筒(26)，该外套筒(26)以内周面与马达定子(24)的外周面紧贴并且限制马达定子(24)的旋转的方式支承马达定子(24)，马达定子(24)和外套筒(26)成为一体的部件而构成定子组件(29)，在外套筒(26)与轴承箱之间构成液密的水冷套。外套筒(26)和密封板(28)被沿轴向共紧固在轴承箱(16)和压缩机壳体(20)之间。

Description

电动增压器
技术领域
本发明涉及内置有电动机的电动增压器。
背景技术
将利用压缩机提高密度后的空气供给到发动机的过程称为增压(supercharging)，其中，利用排气能量维持压缩机的驱动作功的装置称为排气涡轮增压器。
排气涡轮增压器一般而言由隔着轴承单元配置的压缩机和涡轮构成，压缩机内置压缩机叶轮，涡轮内置涡轮叶轮。压缩机叶轮和涡轮叶轮利用被轴承单元支承的连结轴(轴)相互连结，利用发动机的排出气体来旋转驱动涡轮叶轮，并经由连结轴将该驱动力传递到压缩机叶轮，利用压缩机叶轮压缩空气而对发动机进行增压。
在上述排气涡轮增压器中，为了辅助低速转动时的加速，已经提出有内置电动机的技术(例如，专利文献1、2、3)。以下，将这种内置电动机的排气涡轮增压器简称为“电动增压器”。
专利文献1的电动增压器如图1所示，具有对转子进行旋转驱动的电动机(定子51和转子52)。转子由涡轮叶轮53、压缩机叶轮54、将它们连结的轴55以及安装了电动机的转子52的隔离轴环56构成。轴55被单一的半浮动轴承57支承。该半浮动轴承57具有与涡轮53的轮毂53a和隔离轴环56卡合的推力面57a、57b。
根据该结构，作用于转子的推压力被半浮动轴承57的与涡轮的轮毂53a和隔离轴环56卡合的推力面57a、57b支承。
专利文献2的电动增压器如图2所示，具有：支承于压缩机轮61的轴向延长部的转子62；从该转子62向径向外侧隔开间隔地被壳体63支承的定子64。
专利文献3的电动增压器如图3所示，具有以下所述的结构。在中央壳体71的内部，一端连结有压缩机轮75的轴74被可旋转地支承。在中央壳体71的两侧，压缩机壳体72和涡轮壳体73利用螺栓82、83连结。在中央壳体71的内部固定有电气马达盒76。电气马达盒76由第一盒壳体部分78、第二盒壳体部分79、转子79和定子80构成。该电气马达盒76能够与向电动增压器安装的工序分开进行生产。电气马达盒76利用盒螺钉81固定于中央壳体71。另外，在中央壳体71的内部，在包围电气马达盒76的部分形成有水冷套71a。
专利文献1：美国专利第6449950号说明书
专利文献2：美国专利第6032466号说明书
专利文献3：日本特表2006-514526号公报
在电动增压器中，为了利用内置的电动机驱动由轴连结的压缩机叶轮和涡轮叶轮旋转，需要将承受其反作用力的电动机的定子(马达定子)牢固地固定于箱体。
但是，如果如专利文献1的电动增压器那样从轴向两侧利用两个电动机用箱体58a、58b把持定子51，则与未内置电动机的现有增压器相比较，不仅需要追加的箱体58a、58b，而且由于压缩机叶轮和电动机的定子接近，故存在难以对压缩机叶轮和电动机这两者进行冷却的问题。
同样地，在专利文献2的电动增压器中，为了内置电动机的定子64，需要用于固定追加的箱体63和定子64的固定件65这样的专用固定部件。另外，在该例子中，在箱体63的壁部内设有水冷套66，因此导致箱体63的结构变复杂。
在专利文献3的电动增压器中，不存在与追加的箱体相当的部件，而是将电气马达盒76作为一体的部件而安装于中央壳体71。但是，为了将电气马达盒76相对于中央壳体71进行固定，需要使用盒螺钉81这样的专用固定部件。另外，由于在中央壳体71的壁部内设有水冷套71a，因此需要用铸件等形成中央壳体71的水冷套71a，导致其结构变复杂。并且，由于不是直接利用水冷套71a来冷却电气马达盒76，而是经由中央壳体71的壁部来冷却电气马达盒76，因此冷却效率差。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而作出的。即，本发明的目的在于提供一种电动增压器，该电动增压器与未内置电动机的现有增压器相比较，不需要增加箱体或专用的固定部件，便可以将电动机的定子(马达定子)牢固地固定于箱体，并且可以对压缩机叶轮和电动机这两者进行有效冷却。
根据本发明，提供一种电动增压器，具备：在一端具有涡轮叶轮的涡轮轴、被涡轮轴旋转驱动的压缩机叶轮、以涡轮轴能够旋转的方式支承涡轮轴的轴承箱、以压缩机叶轮能够旋转的方式包围压缩机叶轮且与轴承箱连结的压缩机壳体、固定于轴承箱内的马达定子、被该马达定子旋转驱动的马达转子，其特征在于，还具有插装于轴承箱的定子组件和与该定子组件的压缩机侧紧贴且将压缩机壳体和马达定子之间分隔开的密封板，所述定子组件具有所述马达定子和外套筒，该外套筒以内周面与马达定子的外周面紧贴并且限制马达定子的旋转的方式支承该马达定子，所述马达定子和所述外套筒成为一体的部件而构成所述定子组件，在所述外套筒与轴承箱之间构成液密的水冷套，所述外套筒和所述密封板被沿轴向共紧固在所述轴承箱和所述压缩机壳体之间。
根据本发明的优选实施方式，所述外套筒具有向径向外侧延伸的凸缘部，该凸缘部与密封板被共紧固在轴承箱和压缩机壳体之间。
另外，根据本发明，提供一种电动增压器，具备：在一端具有涡轮叶轮的涡轮轴、被涡轮轴旋转驱动的压缩机叶轮、以涡轮轴能够旋转的方式支承涡轮轴的轴承箱、以压缩机叶轮能够旋转的方式包围压缩机叶轮且与轴承箱连结的压缩机壳体、固定于轴承箱内的马达定子、被该马达定子旋转驱动的马达转子，其特征在于，还具有插装于轴承箱的定子组件，该定子组件具有所述马达定子和外套筒，该外套筒以内周面与马达定子的外周面紧贴并且限制马达定子的旋转的方式支承该马达定子，所述马达定子和所述外套筒成为一体的部件而构成所述定子组件，并且，所述压缩机侧的壁面形成压缩机喷出空气的通路，所述外套筒被沿轴向共紧固在所述轴承箱与所述压缩机壳体之间，而且，在所述外套筒与轴承箱之间构成液密的水冷套。
根据本发明的优选实施方式，所述外套筒具有向径向外侧延伸的凸缘部，该凸缘部被共紧固在轴承箱和压缩机壳体之间。
另外，优选地，具有将轴承箱和外套筒之间液密地密封并且在轴向上隔开间隔地配置的密封部件。
根据上述本发明的结构，外套筒和马达定子作为一体的部件而构成定子组件，该定子组件的外套筒和密封板被沿轴向共紧固在轴承箱和压缩机壳体之间，因此，通过将压缩机壳体相对于轴承箱进行固定，与此同时可以将马达定子相对于轴承箱进行固定。因此，不需要用于将马达定子24固定于轴承箱16的追加箱体或组装时的专用固定部件(螺栓等紧固件)，可以减少组装时的部件数量，故容易进行组装/分解。
另外，由于外套筒以与马达定子的外周面紧贴并限制马达定子的旋转的方式支承马达定子，故可以将电动机的定子(马达定子)牢固地固定于箱体。
另外，由于在定子组件与轴承箱之间构成液密的水冷套，因此，定子组件的外壁部(外套筒)被直接冷却，由此，可以有效冷却与外套筒紧贴的马达定子。
并且，由于密封板对压缩机壳体和马达定子之间进行分隔，并且与外套筒的压缩机侧紧贴，因此，可以十分宽广地设定它们之间的接触面积，利用从密封板向水冷套的传热，也可以有效冷却被压缩空气加热的密封板。
另外，利用定子组件和密封板一体构成的结构，也可以得到与上述同样的效果。
附图说明
图1是专利文献1的电动增压器的结构图。
图2是专利文献2的电动增压器的结构图。
图3是专利文献3的电动增压器的结构图。
图4是本发明的第一实施方式的电动增压器的整体结构图。
图5是图4的局部放大图。
图6是表示定子组件的结构的剖视图。
图7是表示本发明第二实施方式的电动增压器的特征部分的图。
图8是表示本发明第三实施方式的电动增压器的特征部分的图。
具体实施方式
以下，基于附图详细说明本发明的优选实施方式。另外，在各图中，对于共同的部分标注相同的附图标记，省略重复说明。
图4是本发明第一实施方式的电动增压器的整体结构图。在该图中，本发明的电动增压器10具有涡轮轴12、压缩机叶轮14以及壳体。在该实施例中，壳体由轴承箱16、涡轮壳体18以及压缩机壳体20构成。
涡轮轴12在一端(在图中为左端)具有涡轮叶轮11。在该例中，涡轮叶轮11一体地形成于涡轮轴12，但本发明并不限于此，也可以构成为另外安装涡轮叶轮11。
压缩机叶轮14在涡轮轴12的另一端(在图中为右端)利用轴端螺母15以一体旋转的方式连结。
轴承箱16利用轴承衬瓦17a可旋转地支承涡轮轴12。另外，涡轮轴12由推力轴环17b以及推力轴承17c、17d以在轴向上不移动的方式支承。并且，轴承箱16具有用于对轴承衬瓦17a、推力轴环17b以及推力轴承17c、17d进行润滑的未图示的润滑油流路。
涡轮壳体18以涡轮叶轮11能够旋转的方式包围涡轮叶轮11且与轴承箱16连结。该涡轮壳体18具有：从外部向内部导入排出气体的涡旋室18a、从涡旋室18a将排出气体一直引导到涡轮叶轮11且形成为环状的流路18b。
并且，在流路18b中，在圆周方向上以一定的间隔配置有多个喷嘴翼19。该喷嘴翼19为可变喷嘴翼，优选可以改变在它们之间形成的流路面积，但本发明并不限于此，也可为固定翼。
另外，也可以是在流路18b中没有喷嘴翼19的形态。
压缩机壳体20可旋转地包围压缩机叶轮14，并且与轴承箱16连结。该压缩机壳体20具有：压缩空气被导入到内部的涡旋室20a、从压缩机叶轮14将压缩空气一直引导到涡旋室20a且形成为环状的流路20b。
根据上述结构，利用发动机的排出气体旋转驱动涡轮叶轮11，并经由涡轮轴12将该旋转力传递到压缩机叶轮14，从而可以利用压缩机叶轮14压缩空气并对发动机进行增压。
在图4中，本发明的电动增压器10进一步具有马达转子22、定子组件29、密封板28。
马达转子22是电动机的转子。在马达转子22中设有中空部，涡轮轴12插过该中空部，马达转子22和涡轮轴12构成一体而旋转。
定子组件29是插装到轴承箱16的部件，其具有马达定子24和外套筒26，该外套筒26以内周面与马达定子24的外周面紧贴并且限制马达定子24的旋转的方式支承马达定子24。马达定子24和外套筒26成为一体的部件而构成定子组件29。
马达定子24为电动机的定子。利用马达转子22和马达定子24构成无刷的交流电动机。
该交流电动机优选可以应对涡轮轴12的高速旋转(例如至少为10～20万rmp)，且可以进行加速时的旋转驱动和减速时的再生运转。另外，该交流电动机的驱动电压优选与搭载于车辆的电池的直流电压(例如为12V)相同或比其高。
密封板28是在中央具有开口部的圆盘状部件，与定子组件29的压缩机侧紧贴且将压缩机壳体20和马达定子24之间分隔开。在密封板28表面侧的壁部分和与该壁部分相对的压缩机壳体20的壁部分之间，形成有上述流路20b。
图5是图4的局部放大图。如图4、图5所示，马达转子22通过嵌合而固定于涡轮轴12或压缩机叶轮14的侧面。
外套筒26在压缩机侧的端部具有向径向外侧延伸的凸缘部26a。
并且，本发明的电动增压器10具有对轴承箱16和外套筒26之间液密地进行密封的密封部件25a、25b，密封部件25a、25b在轴向上隔开间隔地配置。密封部件25a在本例中是对轴承箱16的外周面进行密封的O形环，密封部件25b在本例中是对凸缘部26的轴向内侧面进行密封的O形环。另外，既可以将密封部件25a、25b这两者设为外周用或表面用的O形环，也可以使用其它密封件。
根据该结构，在轴承箱16和外套筒26之间构成液密的水冷套26b。在该水冷套26b中，从未图示的冷却水供给口供给用于冷却马达定子24的冷却水，并从未图示的冷却水排出口将冷却水排出。
外套筒26和密封板28被沿轴向共紧固在轴承箱16和压缩机壳体20之间。在本实施方式中，外套筒26和密封板28被夹持在轴承箱16的压缩机侧的端面和形成于压缩机壳体20的台阶20c之间，利用螺栓27将轴承箱16和压缩机壳体20连结固定，从而轴承箱16、外套筒26、密封板28以及压缩机壳体20被一体且牢固地固定。
如上所述，定子组件29是外套筒26和马达定子24一体构成的部件，即便在安装于轴承箱16之前，也可以作为单一的部件进行处理。在本实施方式中，即便在安装于轴承箱16之前，外套筒26和马达定子24也牢固地固定，马达定子24相对于外套筒26的轴向移动及旋转被限制。因此，在将外套筒26与密封板28一并沿轴向共紧固在轴承箱16和压缩机壳体20之间的同时，马达定子24相对于轴承箱16的轴向移动及旋转被限制。
另外，如果当成为在轴承箱16和压缩机壳体20之间沿轴向共紧固的状态时，马达定子24的轴向移动和旋转被限制，则在安装于轴承箱16之前，也可在外套筒26和马达定子24之间具有微小的游隙。
接着，参照图6详细说明本实施方式的定子组件29的结构。图6表示定子组件29的剖视图。
外套筒26由热传导率高的金属(例如铝等)构成即可。当外套筒26由这样的金属构成时，可以通过切削加工或铸造进行成形。在外套筒26的轴向中间部，形成有向径向内侧凹陷的环状凹部26c。
马达定子24由中空圆筒形的铁心30、卷绕在铁心30上的导线31以及覆盖导线31并与外套筒26紧贴的保持体32构成。在铁心30的内周部，在圆周方向上隔开间隔地设有多个向内侧突出并且向轴向延伸的翼。导线31卷绕于该翼30a。保持体32由合成树脂构成。
这种结构的定子组件29可以利用以下方法制作。
在外套筒26的形成有环状凹部26c的部分的内周部热压配合铁心30。接着，将导线31卷绕在铁心30的翼30a上。接着，例如使用压力装置等将从铁心30伸出的导线31的两端部向径向外侧弯曲而形成截面大致U字形。接着，将溶融的模制树脂浇入到模具中并使其凝固，从而成形出图6所示的截面U字形的保持体32。
在具有上述结构的定子组件29中，由于通过模制成形来成形保持体32，因此马达定子24和外套筒26之间的密合性很高。因此，可以将马达定子24和外套筒26间的边界部处的热阻力尽量减小，故利用在水冷套26b中流动的冷却水可以有效冷却马达定子24。
根据上述本发明的结构，外套筒26和马达定子24作为一体的部件而构成定子组件29，该定子组件29的外套筒26和密封板28被沿轴向共紧固在轴承箱16和压缩机壳体20之间，因此，通过将压缩机壳体20相对于轴承箱16固定，能够同时将马达定子24相对于轴承箱16固定。因此，不需要用于将马达定子24固定于轴承箱16的追加箱体或组装时的专用固定部件(螺栓等紧固件)，可以减少组装时的部件数量，故容易进行组装/分解。
另外，由于外套筒26以与马达定子24的外周面紧贴并且限制马达定子24的旋转的方式支承马达定子24，因此，可以将电动机的定子(马达定子24)牢固地固定于轴承箱16。
另外，由于定子组件29在其与轴承箱16之间构成液密的水冷套26b，因此，定子组件29的外壁部(外套筒26)被直接冷却，由此，可以有效冷却与外套筒26紧贴的马达定子24。
并且，由于密封板28对压缩机壳体20和马达定子24之间进行分隔，并且与外套筒26的压缩机侧紧贴，因此，可以十分宽广地设定它们之间的接触面积，利用从密封板28向水冷套26b的传热，可以有效冷却被压缩空气加热的密封板28。
图7是表示本发明第二实施方式的电动增压器的特征部分的图。在以下的本实施方式的说明中，对于没有特别言及的部分，与第一实施方式的结构相同。
本实施方式的外套筒26将第一实施方式的外套筒26和密封板28一体成形而构成。
因此，外套筒26沿轴向被共紧固在轴承箱16和压缩机壳体20之间。另外，外套筒26的压缩机侧的壁面形成压缩机喷出空气的通路(流路20b)。
根据本实施方式，由于省略了密封板28，相应地可以减少部件数量，因此，组装/分解变得更容易。此外，可得到与第一实施方式相同的效果。
图8是表示本发明第三实施方式的电动增压器的特征部分的图。在以下的本实施方式的说明中，对于没有特别言及的部分，与第一实施方式的结构相同。
本实施方式的外套筒26为将第一实施方式的外套筒26和密封板28(仅与外套筒26对应的部分)一体成形，并将马达定子24和密封板28(仅与马达定子24对应的部分)一体成形的部件。
因此，外套筒26沿轴向被共紧固在轴承箱16和压缩机壳体20之间。另外，外套筒26的压缩机侧的壁面和马达定子24的压缩机侧的壁面形成压缩机喷出空气的通路(流路20b)。
根据本实施方式，由于省略了密封板28，相应地可以减少部件数量，因此，组装/分解变得更容易。此外，可得到与第一实施方式相同的效果。
另外，本发明并不限于上述实施方式，不言而喻在不脱离本发明要旨的范围内可以进行各种变形。

Claims (5)

1.一种电动增压器，具备：在一端具有涡轮叶轮的涡轮轴、被涡轮轴旋转驱动的压缩机叶轮、以涡轮轴能够旋转的方式支承涡轮轴的轴承箱、以压缩机叶轮能够旋转的方式包围压缩机叶轮且与轴承箱连结的压缩机壳体、固定于轴承箱内的马达定子、被该马达定子旋转驱动的马达转子，其特征在于，
还具有插装于轴承箱的定子组件和与该定子组件的压缩机侧紧贴且将压缩机壳体和马达定子之间分隔开的密封板，
所述定子组件具有所述马达定子和外套筒，该外套筒以内周面与马达定子的外周面紧贴并且限制马达定子的旋转的方式支承该马达定子，所述马达定子和所述外套筒成为一体的部件而构成所述定子组件，在所述外套筒与轴承箱之间构成液密的水冷套，
所述外套筒和所述密封板被沿轴向一起紧固在所述轴承箱和所述压缩机壳体之间。
2.如权利要求1所述的电动增压器，其特征在于，所述外套筒具有向径向外侧延伸的凸缘部，该凸缘部与密封板被一起紧固在轴承箱和压缩机壳体之间。
3.一种电动增压器，具备：在一端具有涡轮叶轮的涡轮轴、被涡轮轴旋转驱动的压缩机叶轮、以涡轮轴能够旋转的方式支承涡轮轴的轴承箱、以压缩机叶轮能够旋转的方式包围压缩机叶轮且与轴承箱连结的压缩机壳体、固定于轴承箱内的马达定子、被该马达定子旋转驱动的马达转子，其特征在于，
还具有插装于轴承箱的定子组件，
该定子组件具有所述马达定子和外套筒，该外套筒以内周面与马达定子的外周面紧贴并且限制马达定子的旋转的方式支承该马达定子，所述马达定子和所述外套筒成为一体的部件而构成所述定子组件，并且，压缩机侧的壁面形成压缩机喷出空气的通路，
所述外套筒被沿轴向紧固在所述轴承箱与所述压缩机壳体之间，而且，在所述外套筒与轴承箱之间构成液密的水冷套。
4.如权利要求3所述的电动增压器，其特征在于，所述外套筒具有向径向外侧延伸的凸缘部，该凸缘部被紧固在轴承箱和压缩机壳体之间。
5.如权利要求1或3所述的电动增压器，其特征在于，具有将轴承箱和外套筒之间液密地密封并且在轴向上隔开间隔地配置的密封部件。
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