CN108138796B - 涡轮以及增压器 - Google Patents

Abstract

压缩机涡轮(22)、即涡轮具备从旋转轴的一侧向另一侧扩径的主体部(26)、形成于主体部(26)中的面向旋转轴方向的另一侧的背面(26c)且向旋转轴方向的一侧凹陷的减轻重量部(26e)、设置于面向旋转轴方向的一侧的主体部(26)的外周面(26b)的多个长叶片(28)、设置于外周面(26b)且旋转轴方向的一侧的端部(29a)位于比长叶片(28)靠旋转轴方向的另一侧的多个短叶片(29)。

Description

涡轮以及增压器

技术领域

本发明涉及在主体部的外周面上设置有多个叶片的涡轮以及增压器。

背景技术

所熟知转子设置于轴上、在壳体侧设置定子的电动增压器。在电动增压器中，通过转子与定子之间的磁力旋转驱动轴。电动增压器是增压器的一种。在电动增压器的轴上设置涡轮。若轴通过电动机旋转，则涡轮与轴一起旋转。电动增压器伴随涡轮的旋转压缩空气并向发动机输送。

增压器的涡轮具备主体部。主体部从旋转轴方向的一侧向另一侧扩径。在主体部的外周面上设置多个叶片。在专利文献1中所记载的涡轮中，在主体部的背面上设置向旋转轴方向的一侧凹陷的减轻重量部。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平2-132820号公报

发明内容

发明所要解决的课题

如上述专利文献1中所记载，通过在涡轮的主体部的背面设置减轻重量部，涡轮实现轻量化。如此，能降低涡轮的惯性。实现涡轮的响应性能的提升。可是，仅仅设置减轻重量部会降低涡轮的强度。因此，在专利文献1中的涡轮的减轻重量部为了提高强度而设置肋。肋在径向上延伸。可是，若设置这样的肋，则肋就会承受空气阻力。其结果，效率降低。

本发明的目的在于提供一种既能抑制效率降低又能确保轻量化与强度的涡轮以及增压器。

用于解决课题的方法

为了解决上述课题，本发明一方案的涡轮具备：从旋转轴方向的一侧向另一侧扩径的主体部；形成于主体部中的面向旋转轴方向的另一侧的背面，且向旋转轴方向的一侧凹陷的减轻重量部；设置于面向旋转轴方向的一侧的主体部的外周面上的多个长叶片；设置于外周面且旋转轴方向的一侧的端部位于比长叶片靠旋转轴方向的另一侧的多个短叶片。

减轻重量部的最深部可以到达与短叶片的端部相同的位置、或到达比端部深的位置。

还可以具备：形成于主体部的背面侧，从减轻重量部的最深部向旋转轴方向的另一侧突出，成为供轴插通的贯通孔的外壁的圆筒部；以从圆筒部在轴的径向上隔离的方式配置，从主体部背面向旋转轴方向的另一侧突出，并在轴的圆周方向上延伸的肋。

为了解决上述课题，本发明一方案的另一涡轮具备：从旋转轴方向的一侧向另一侧扩径的主体部；设置于面向旋转轴方向的一侧的主体部外周面的多个叶片；形成于主体部中的面向旋转轴方向的另一侧的背面并向旋转轴方向的一侧凹陷的减轻重量部；形成于主体部的背面侧并从减轻重量部的最深部向旋转轴方向的另一侧突出，成为供轴***的贯通孔的外壁的圆筒部；以从圆筒部在轴的径向上隔离的方式配置，并从主体部的背面向旋转轴方向的另一侧突出且在轴的圆周方向上延伸的肋。

为了解决上述课题，本发明一方案的增压器具备上述涡轮。

发明效果

根据本发明的涡轮以及增压器，能不会降低效率地兼具轻量化与确保强度。

附图说明

图1是电动增压器(增压器)的概略剖视图。

图2(a)是压缩机涡轮的外观立体图。图2(b)是图2(a)中IIb向视图。

图3是由含有增压器涡轮的旋转轴的面产生的剖视图。

图4是图3中的双点划线部分的抽出图。

具体实施方式

以下，参照附图关于本发明的实施方式详细地说明。实施方式中表示的尺寸、材料、其他具体数值等只是为了容易理解，除了特殊不允许的情况以外，并不限定本发明。并且，在本说明书以及附图中，具有实质性相同的功能、结构的元件通过标注相同的符号省略重复说明。另外，与本发明没有直接关系的元件省略图示。

图1是电动增压器C(增压器)的概略剖视图。以下，将图1所示的箭头L方向作为电动增压器C的左侧进行说明。将图1所示的箭头R方向作为电动增压器C的右侧进行说明。如图1所示，电动增压器C具备增压器主体1。该增压器主体1具备电机壳体2。在电机壳体2的左侧通过连结螺栓3连结压缩机壳体4。在电机壳体2的右侧通过连结螺栓5连结板部件6。在板部件6的右侧通过连结螺栓7连结防护壳体8。电机壳体2、压缩机壳体4、板部件6、防护壳体8被一体化。

在电机壳体2的内部形成图1中向右侧开口的电机孔2a。在电机孔2a的内部收纳电动机9。电动机9包括定子10与转子11而构成。定子10在定子铁芯12上缠绕线圈13而形成。定子铁芯12为圆筒形状。

线圈13在定子铁芯12的圆周方向上配置多个。线圈13以被供给的交流电力的相位为U相、V相、W相的顺序配置。导线14分别设置为U相、V相、W相。导线14的一端接线于U相、V相、W相各自的线圈13。导线14向线圈13供给交流电力。

另外，定子铁芯12从电机孔2a的开口侧***电机孔2a。定子铁芯12安装于电机孔2a的内部。该电机孔2a的右侧开口通过板部件6封堵。连结于板部件6的防护壳体8具有线孔8a。线孔8a在图1中左右方向贯通。线孔8a的一端通过板部件6封堵。在板部件6上设置板孔6a。通过板孔6a连通电机孔2a与线孔8a。导线14通过板孔6a从线圈13延伸至线孔8a。

在线孔8a中收纳导线14。导线14中、与线圈13相反侧的另一端接线于连接器15。连接器15具备凸缘部15a。凸缘部15a封堵防护壳体8的线孔8a的另一端。凸缘部15a通过连结螺栓16安装于防护壳体8。通过连接器15、导线14向定子10的线圈13供给交流电力。定子10作为电磁铁而发挥功能。

另外，转子11安装于轴17。转子11插通定子铁芯12。转子11相对于定子铁芯12在轴17的径向上具有间隙。详细地说，转子11包括转子铁芯18而构成。转子铁芯18是圆筒部件。在转子铁芯18上形成在轴17的轴向贯通的孔。在该转子铁芯18的孔的内部收纳磁铁19(永久磁铁)。电动机9通过在转子11与定子10之间产生的相互作用力而在轴17上产生旋转方向的驱动力。

轴17插通电机壳体2的壳体孔2b。壳体孔2b在轴17的轴向上贯通构成电机孔2a的底面的壁部2c。在壳体孔2b上配置球轴承20。通过球轴承20轴支撑轴17。

轴17中、相比于转子11向板部件6侧突出的一端插通轮毂孔6b。轮毂孔6b形成于板部件6。在板部件6上设置环状突起6c。环状突起6c向电机孔2a的内部突出。环状突起6c构成形成轮毂孔6b的外壁的一部分。在轮毂孔6b的内部配置球轴承21。通过球轴承21轴支撑轴17。

轴17的另一端侧从壳体孔2b向压缩机壳体4的内部突出。在轴17中、向压缩机壳体4的内部突出的部位上设置压缩机涡轮22(涡轮)。压缩机涡轮22在压缩机壳体4的内部可自由旋转地被收纳。

在压缩机壳体4上形成吸气孔23。吸气孔23向电动增压器C的左侧开口。吸气孔23连接于未图示的空气过滤器。另外，以通过连结螺栓3连结电机壳体2与压缩机壳体4的状态形成扩散流路24。扩散流路24由电机壳体2与压缩机壳体4的对置面形成。扩散流路24使空气增压。扩散流路24从轴17的径向内侧向外侧环状地形成。在上述径向内侧通过压缩机涡轮22与吸气口23连通。

另外，在压缩机壳体4上设置环状的压缩机涡旋流路25。压缩机涡旋流路25相比于扩散流路24位于轴17的径向外侧。压缩机涡旋流路25与未图示的发动机的吸气口连通。压缩机涡旋流路25也与扩散流路24连通。

通过由电动机9产生的驱动力，压缩机涡轮22旋转。通过压缩机涡轮22的旋转向压缩机壳体4内吸入空气。空气从吸气口23向轴17的轴向被吸引。该被吸入的空气在流通于压缩机涡轮22的翼间(后述的多个叶片27之间)的过程中，通过离心力的作用而增速。被增速的空气向扩散流路24以及压缩机涡旋流路25输送并被增压(压缩)。增压的空气被引导至发动机的吸气口。

图2(a)是压缩机涡轮22的外观立体图。图2(b)是图2(a)的IIb向视图。

压缩机涡轮22例如由CFRP(碳纤维增强复合材料)构成。压缩机涡轮22如图2(a)所示具备主体部26、多个叶片27。主体部26从旋转轴方向的一侧(图2(a)中，用左侧虚线箭头表示)向另一侧(图2(a)中，用右侧的单点划线箭头表示)扩径。在主体部26上形成贯通孔26a。贯通孔26a在压缩机涡轮22旋转的旋转轴的轴向(以下，称为旋转轴向)贯通主体部26。即，贯通孔26a在轴17的轴向上贯通主体部26。轴17插通贯通孔26(参照图1)。

主体部26在旋转轴方向的一侧面向(具备)外周面26b。主体部26在旋转轴方向的另一侧面向(具备)背面26c。外周面26b以及背面26c在旋转轴方向上观察时的外形是圆形。主体部26的外周面26b的外径向旋转轴方向的另一侧逐渐变大。

在外周面26b上设置多个叶片27。多个叶片27在外周面26b的圆周方向上隔离。多个叶片27从外周面26b向径向突出。多个叶片27相对于压缩机涡轮22的旋转轴方向，向沿外周面26b的圆周方向倾斜的方向延伸。

在主体部26的背面26c形成减轻重量部26e。减轻重量部26e是向前端面26d侧凹陷的部位。前端面26d形成于主体部26中、旋转轴方向的一侧的前端。背面26c为减轻重量部26e的内壁的一部分。例如以形成背面26c的部位的壁厚为大致一定的方式形成减轻重量部26e。

在减轻重量部26e上形成圆筒部26f。圆筒部26f从减轻重量部26e的内周面向压缩机涡轮22的旋转轴方向的背面26c侧(旋转轴的另一侧)突出。在圆筒部26f的内周侧形成贯通孔26a。即，圆筒部26f为贯通孔26a中、背面26c侧的部位的外壁。

在减轻重量部26e上，在相比于圆筒部26f靠主体部26的径向外侧上设置肋26g。如图2(a)、图2(b)所示，肋26g环状地形成。肋26g从圆筒部26f向主体部26的径向隔离配置。

图3是由含有压缩机涡轮22的旋转轴的面产生的剖视图。在图3中，表示在压缩机涡轮22的旋转方向上投影叶片27的形状(子午面形状)。

如图3所示，圆筒部26f沿旋转轴方向从减轻重量部26e的最深部26h向背面26c侧突出。

多个叶片27包括长叶片28(图3中，用单点划线表示)与短叶片29(图3中，用虚线表示)而构成。长叶片28以及短叶片29随着从旋转轴方向的一侧(前端面26d侧)向另一侧(背面26c侧)，向外周面26b的径向外侧突出。短叶片29中、旋转轴方向的一侧的端部29a相比于长叶片28中、旋转轴方向的一侧的端部28a，位于旋转轴方向的另一侧。短叶片29旋转轴方向的长度比长叶片28短。长叶片28与短叶片29在外周面26b的圆周方向(旋转方向)上交替配置。

长叶片28中、主体部26中的外周面26b的径向外侧的端部28b以及短叶片29中、主体部26中的外周面26b的径向外侧的端部29b在径向以及旋转轴方向上大致延伸至相同的位置。

在此，关于流经压缩机涡轮22周围的空气流简单地进行说明。从吸气口23流入的空气从长叶片28的端部28a侧在相邻的多个长叶片28之间流动。流经相邻的多个长叶片28之间的空气从短叶片29的端部29a侧在相邻的多个叶片27(长叶片28以及短叶片29)之间流动。流经相邻的多个叶片27之间的空气沿主体部26的外周面26b以及多个叶片27，一边向背面26c侧一边向径向外侧输送。

即，长叶片28的端部28a在长叶片28上为空气流动方向的上游端。短叶片29的端部29a在短叶片29上为空气流动方向的上游端。长叶片28的端部28b在长叶片28上为空气流动方向的下游端。短叶片29的端部29b在短叶片29上为空气流动方向的下游端。

在长叶片28的上游端(端部28a)上，由于短叶片29未在长叶片28之间延伸，因此流路不会被短叶片29切断。因此，大量空气流入叶片27之间。

另外，如上述，压缩机涡轮22具备短叶片29以及减轻重量部26e。通过减轻重量部26e而实现轻量化。短叶片29作为肋而发挥作用。因此，能以不使减轻重量部26e内部的空气阻力提升的方式提高强度。

图4是图3中双点划线部分的抽出图。在图4中表示短叶片29的端部29a中、从最径向内侧的部位29c向相对于压缩机涡轮22的旋转轴垂直的方向延伸的引出线a。如图4所示，短叶片29的端部29a相对于压缩机涡轮22旋转轴的垂直面方向稍微倾斜。短叶片29的最径向内侧的部位29c在短叶片29中位于最前端面26d侧(图4中，左侧)。

若比较引出线a与减轻重量部26e，则减轻重量部26e的最深部26h到达比短叶片29的前端面26d侧的端部29a更深的位置。减轻重量部26e的最深部26h的旋转轴方向的位置为短叶片29的端部29a以及长叶片28的端部28a之间。即，减轻重量部26e在旋转轴方向上延伸至短叶片29的端部29a以及长叶片28的端部28a之间。在此，例举减轻重量部26e的最深部26h到达比短叶片29的前端面26d侧的端部29a更深的位置的情况。可是，减轻重量部26e的最深部26h可以延伸至与短叶片29的前端面26d侧的端部29a相同的位置。

如上述，压缩机涡轮22通过短叶片29、肋26g提高强度。因此，能够使减轻重量部26e的最深部26h延伸至比短叶片29的前端面26d侧的端部29a更深的位置。或者，能够使减轻重量部26e的最深部26h延伸至与短叶片29的前端面26d侧的端部29a相同的位置。如此，可以实现进一步的轻量化。

以上，参照附图关于实施方式进行说明，但本发明并不限于上述实施方式。只要是本领域技术人员，当然能知晓在技术方案所记载的范围内，想到多种的变形例或修正例，关于那些内容当然也属于技术性范畴内。

例如，在上述实施方式中，关于设置肋26g的情况进行说明。可是，如果至少设置长叶片28与短叶片29，肋26g就可以省略。与设置肋26g的情况、例如，肋向径向延伸的情况相比，在压缩机涡轮22旋转时能抑制减轻重量部26e的内部的空气阻力。即，可提高强度且抑制效率降低。

另外，在上述实施方式中，关于多个叶片27中包括长叶片28与短叶片29的情况进行说明。可是，如果至少设置肋26g就可以省略短叶片29。这种情况下，所有的叶片27为长叶片28。例如，为了确保流入的空气量，省略的短叶片29的量为叶片数的一半。可是，由于设置肋26g，如上述，可通过肋26g提高强度、抑制由肋26g的空气阻尼所导致的效率降低。

另外，在上述实施方式中，对以形成背面26c的部位的壁厚大致恒定的方式形成减轻重量部26e的情况进行说明。可是，形成背面26c的部位的壁厚可以不是大致恒定。在以形成背面26c部位的壁厚大致恒定的方式形成减轻重量部26e的情况存在以下的效果。即，例如在使用注塑成型等制作压缩机涡轮22的情况，提高成型时的流动性。

另外，在上述实施方式中，关于减轻重量部26e的最深部26h位于与短叶片29的前端面26d侧的端部29a相同的位置的情况进行说明。或者，关于减轻重量部26e的最深部26h到达比端部29a更深的位置的情况进行说明。可是，减轻重量部26e的最深部26h可以比短叶片29的前端面29d侧的端部29a浅。

另外，在上述实施方式中，举例说明电动增压器C。可是，在除了电动增压器C以外的增压器上也可以适用上述结构。另外，不限于增压器，例如也可以在离心压缩机等的叶轮中适用上述结构。在电动增压器C的压缩机涡轮22中适用上述结构的情况下，通过使减轻重量部26e变大可以谋求进一步的轻量化。原因是由于压缩机涡轮22的使用转数比较低而所要求的强度不高。

另外，在上述实施方式中，举例说明压缩机涡轮22，但也可以在压缩机的涡轮叶轮中适用上述结构。

另外，在上述实施方式中，关于压缩机涡轮22用CFRP构成的情况进行说明。可是，压缩机涡轮22也可以用铝合金等的其他材料构成。在用CFRP构成压缩机涡轮22的情况下，与上述结构合并，可谋求进一步的轻量化且相应地提高强度。原因是CFRP重量轻且强度高。

产业上利用的可能性

本发明能够利用于在主体部的外周面上设置多个叶片的涡轮以及增压器

符号说明

C—电动增压器(增压器)，17—轴，22—压缩机涡轮(涡轮)，26—主体部，26a—贯通孔，26b—外周面，26c—背面，26e—减轻重量部，26f—圆筒部，26g—肋，26h—最深部，27—叶片，28—长叶片，28a—端部，29—短叶片，29a—端部。

Claims (3)

1.一种涡轮，其特征在于，

具备：

从旋转轴方向的一侧向另一侧扩径的主体部；

多个长叶片，其设置于面向上述旋转轴方向的一侧的上述主体部的外周面；

多个短叶片，其设置于上述外周面，上述旋转轴方向的一侧的端部位于比上述长叶片靠上述旋转轴方向的另一侧；以及

减轻重量部，其形成于上述主体部中的面向上述旋转轴方向的另一侧的背面，并向上述旋转轴方向的一侧凹陷，最深部位于上述长叶片中的上述旋转轴方向的一侧的端部与上述短叶片中的上述旋转轴方向的一侧的端部之间。

2.根据权利要求1所述的涡轮，其特征在于，

还具备：

圆筒部，其形成于上述主体部的背面侧，从上述减轻重量部的最深部向上述旋转轴方向的另一侧突出，成为供轴插通的贯通孔的外壁；以及

肋，其以从上述圆筒部在上述轴的径向上隔离的方式配置，从上述主体部的背面向上述旋转轴方向的另一侧突出，并在上述轴的圆周方向上延伸。

3.一种增压器，其特征在于，

具备上述权利要求1或2所述的涡轮。

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