JP2019534976A - ターボチャージャーの組立方法 - Google Patents

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Abstract

シャフト上にロータアセンブリを組み立てるステップ；シャフトとロータアセンブリをバランス調整するステップ；ロータアセンブリに隣接したシャフト上に少なくとも１つの軸受を取り付けるステップ；ステータアセンブリを第１ハウジング構成要素に挿入するステップ；シャフト、ロータアセンブリおよび少なくとも１つの軸受を第１ハウジング構成要素内に軸方向に挿入するステップ；第２ハウジング構成要素を第１ハウジング構成要素に取り付けるステップ；圧縮機ホイールをシャフトの第１端部に取り付けてタービンホイールをシャフトの第２端部に取り付けるステップ；および電動ターボチャージャーをバランス調整するステップを含む電動ターボチャージャーの組立方法。【選択図】図２

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１６年１０月５日付で出願された米国特許出願第１５／２８５，７６１号の利益を主張する。
本開示が一般的に係わる分野は、ターボチャージャーを含む。
エンジンブリージングシステムは、ターボチャージャーを含み得る。
例示的な変形例の要約
いくつかの変形例は、シャフト上にロータアセンブリを組み立てるステップ；ロータアセンブリの回転バランスを試験するステップ；ロータアセンブリに隣接したシャフト上に少なくとも１つの軸受を取り付けるステップ；ステータアセンブリを第１ハウジング構成要素に挿入するステップ；シャフト、上記ロータアセンブリおよび少なくとも１つの軸受を第１ハウジング構成要素内に軸方向に挿入するステップ；第２ハウジング構成要素を第１ハウジング構成要素に取り付けるステップ；圧縮機ホイールをシャフトの第１端部に取り付けてタービンホイールをシャフトの第２端部に取り付けるステップ；および電動ターボチャージャー(ｅｌｅｃｔｒｉｆｉｅｄ ｔｕｒｂｏｃｈａｒｇｅｒ)の回転バランスを試験するステップを含む電動ターボチャージャーの組立方法を含むことができる。
いくつかの変形例は、ロータアセンブリをシャフト上に組み立てることを含むターボチャージャーコアを組み立てるステップ；ロータアセンブリに隣接したシャフト上に少なくとも１つの軸受を取り付けるステップ；ステータアセンブリを第１ハウジング構成要素に挿入するステップ；シャフト、ロータアセンブリおよび上記少なくとも１つの軸受を第１ハウジング構成要素内に軸方向に挿入するステップ；第２ハウジング構成要素を上記第１ハウジング構成要素に取り付けるステップ；およびタービンホイールおよび圧縮機ホイールをターボチャージャーコアのシャフトに取り付けてターボチャージャーアセンブリを形成するステップを含む組立方法を含むことができる。
本発明の範囲内の他の例示的な変形例が以下に提供された詳細な説明から明らかになるであろう。本発明の範囲内にて変形例を開示するにおいて、詳細な説明および特定の実施例は、単に例示の用途のために意図されており、本発明の範囲を限定することが意図されていないということが理解されるべきである。
本発明の範囲内の変形例の選択的な実施例は、詳細な説明および添付の図面からより完全に理解されるであろう。
いくつかの変形例によるエンジンブリージングシステムの概路図を示す。 いくつかの変形例による電動ターボチャージャーを示す。 いくつかの変形例による電動ターボチャージャーの組立方法のフローチャートを示す。
後続の変形例の説明は、本来例示的にすぎないもので、本発明の範囲、その適用、または使用を限定することは一切目的としていない。
図１を参照すると、いくつかの変形例において、エンジンブリージングシステム２０は電動ターボチャージャーを含むがこれに限定されないターボチャージャー２２を含むことができる。いくつかの変形例において、電動ターボチャージャー２２はシャフト４２を介して圧縮機ホイール３４（その変形例は図１に示す）を有する圧縮機３２に動作可能に取り付けられ得るタービンホイール２６（その変形例は図２に示す）を有するタービン２４を含むことができる。いくつかの変形例において、シャフト４２は１つ以上の軸受８８、８９によって支持され得る。タービンホイール２６はシャフト４２を回転させることのできる排気ガス流体流れによって駆動することができ、次いでこれは圧縮機ホイール３４を駆動させることができる。次いで圧縮機ホイール３４は内燃機関５０に入る可能性のある空気を加圧することができる。いくつかの変形例において、電気モータ５２はシャフト４２に動作可能に取り付けることができ、シャフト４２を選択的に駆動することができる。分割中心ハウジングアセンブリ６２（その変形例は図２に示す）は電動ターボチャージャー２２の少なくとも一部を囲むことができる。分割中心ハウジングアセンブリ６２は第１軸受ハウジング構成要素６４および第２軸受ハウジング構成要素７４を含むことができる。
図２を参照すると、いくつかの変形例において、電気モータ５２は、ステータアセンブリ５８によって駆動され得るロータアセンブリ５４を含むことができる。ロータアセンブリ５４はシャフト４２に作動可能に連結することができ、シャフト４２を選択的に駆動することができる。いくつかの変形例において、ステータアセンブリ５８は、界磁巻線（ｆｉｅｌｄ ｗｉｎｄｉｎｇ）６０によって通電され得る電磁石として動作することができる。ロータアセンブリ５４は、シャフト４２の回転軸８４に対するトルクを生成することができる界磁巻線６０とロータアセンブリ５４内の磁場との間の相互作用によってステータアセンブリ５８によって回転され得る。いくつかの変形例において、１つ以上の永久磁石５６がロータアセンブリ５４に磁場を提供するのに使用され得る。
図２〜図３を参照すると、いくつかの変形例において、ターボチャージャー２２をともに組み立てることができ、したがってタービンホイール２６および圧縮機ホイール３４はロータアセンブリ５４および／または軸受８８、８９をシャフト４２の両端に嵌合されることを可能とする組立の最終段階１１０として取り付けられ得る。ターボチャージャー２２の組立の最終段階１１０でタービンホイール２６を取り付けると、シャフト４２の直径をロータアセンブリ５４に隣接して増加することを可能となり、これはシャフト４２の剛性を増加させることができ、電気的補助の有無にかかわらず、これはロータアセンブリ５４の固有振動数を改善することができる。タービンホイール２６および圧縮機ホイール３４とは別にターボチャージャーコア８６を事前組み立てることは、タービンホイール２６および圧縮機ホイール３４の幾何学的な構造とは無関係であり得る事前組み立てられたターボチャージャーコア８６を使用して製造の柔軟性を許容することができる。上記組立方法はまた製造および組立の容易性を改善することができる。
いくつかの変形例において、組立の第１段階９４はロータアセンブリ５４をシャフト４２上に組み立てることを含むことができる。いくつかの変形例において、シャフト４２は第１端部４４、第２端部４６およびその間で延びる第３中間部４８を含むことができる。第１端部４４は第１直径を有することができ、圧縮機ホイール３４に取り付けられるように構成および配列され得るし、第２端部４６は第２直径を有することができ、タービンホイール２６に取り付けられるように構成および配列され得る。第３中間部４８は第３直径を有することができ、第１軸受８８および第２軸受８９、ならびにロータアセンブリ５４を収容するように構成および配列され得る。第３中間部４８の第３直径は第１端部４４および第２端部の各々よりも大きい場合があり、そうしてロータアセンブリ５４に隣接したシャフト４２に増加された剛性を提供し、ロータアセンブリ５４の固有振動数を向上させることができる。いくつかの変形例において、スリーブ（図示せず）を使用してロータアセンブリ５４に隣接したシャフト４２の厚さを増加させることもできる。次いで、ロータアセンブリ５４はシャフト４２上に軸方向に加圧され得る。以下で使用される用語「軸方向（ａｘｉａｌ）」は、シャフト４２の回転軸８４に沿うか、回転軸８４に平行な方向を指し、以下で使用される用語「半径方向（ｒａｄｉａｌ）」は、シャフト４２の回転軸８４から延びるか、回転軸８４に垂直な方向を指す。
いくつかの変形例において、組立の第２段階９６はロータアセンブリ５４の回転バランスを試験することを含むことができる。回転バランス試験中に、ロータアセンブリ５４のバランスは、ロータアセンブリ５４の一部分を半径方向にカッティングすること、もしくはロータアセンブリ５４に材料を追加することによって調整され得る。いくつかの変形例において、タービンホイール２６および圧縮機ホイール３４をターボチャージャー２２上に組み立てる前にロータアセンブリ５４をバランス調整すればバランスの緩和を改善することができる。
いくつかの変形例において、組立の第３段階９８は第１軸受８８をロータアセンブリ５４の第１側面に隣接してシャフト４２上に取り付けて第２軸受８９をロータアセンブリ５４の第２側面に隣接してシャフト４２に取り付けることを含むことができる。ローラ要素軸受を含むがこれに限定されない、任意の数の軸受８８、８９を使用することができる。
いくつかの変形例において、組立の第４段階１００はスリンガアセンブリ９０を第１軸受ハウジング構成要素６４に挿入することを含むことができる。第１軸受ハウジング構成要素６４は端面６６、および端面６６から軸方向外側に延び得る壁６８を含むことができる。端面６６の内面７２によって形成された貫通ボア７０は端面６６を通って延び得るし、シャフト４２およびスリンガアセンブリ９０の一部を収容するように構成および配列され得る。スリンガアセンブリ９０はまた第１軸受ハウジング構成要素６４の壁６８内に嵌合され得る。当業界に知られている任意の数のスリンガアセンブリ９０を使用することができる。
いくつかの変形例において、組立の第５段階１０２はステータアセンブリ５８を第１軸受ハウジング構成要素６４内に挿入することを含むことができる。当業界に知られている任意の数のステータアセンブリ５８を使用することができる。
いくつかの変形例において、組立の第６段階１０４はシャフト４２、ロータアセンブリ５４、ならびに第１および第２軸受８８、８９を第１軸受ハウジング構成要素６４に軸方向に挿入し、したがってシャフト４２の第１端部４４が第１軸受ハウジング構成要素６４の端面６６で貫通ボア７０を通って延び得るようにすることを含むことができる。
いくつかの変形例において、組立の第７段階１０６は第２軸受ハウジング構成要素７４を第１軸受ハウジング構成要素６４に取り付けてターボチャージャーコアアセンブリ８６を形成することを含むことができる。第２軸受ハウジング構成要素７４は端面７６、およびこの端面７６から軸方向外側に延び得る壁７８を含むことができる。端面７６の内面８２によって定義された貫通ボア８０は端面７６を通って延び得るし、シャフト４２およびスリンガアセンブリ９０の一部を収容するように構成および配列され得る。いくつかの変形例において、スリンガアセンブリ９０はまた第２軸受ハウジング構成要素７４の壁７８内に嵌合され得る。いくつかの変形例において、１つ以上の機械的ファスナー８３を使用して第１軸受ハウジング構成要素６４を第２軸受ハウジング構成要素７４に取り付けることができる。
いくつかの変形例において、組立の第８段階１０８はターボチャージャーコア８６のシャフト４２の対向端部に圧縮機ホイール３４およびタービンホイール２６を取り付けることを含むことができる。いくつかの変形例において、圧縮機ホイール３４はシャフト４２の第１端部４４を収容するように構成および配列された圧縮機ホイール３４の内面３８によって形成された貫通ボア３６を含むことができる。圧縮機ホイール３４はシャフト４２の第１端部４４上に軸方向に加圧され、圧縮機ホイール３４の一部が第１軸受ハウジング構成要素６４の端面６６の貫通ボア７０内に延び得る。次いで、圧縮機ホイール３４は圧縮機ナット４０でシャフト４２上に軸方向にクランプされ得る。いくつかの変形例において、タービンホイール２６はシャフト４２の第２端部４６を収容するように構成および配列されたタービンホイール２６の内面３０によって形成された貫通ボア２８を含むことができる。タービンホイール２６はシャフト４２の第２端部４６上に軸方向に加圧され、タービンホイール２６の一部が第２軸受ハウジング構成要素７４の端面７６の貫通ボア８０内に延び得る。次いで、タービンホイール２６はシャフト４２の第２端部４６に取り付けることができる。タービンホイール２６はタービンホイール２６の滑りが防止できる溶接部９２を含むがこれに限定されない、任意の数の変形例においてシャフト４２の第２端部４６に取り付けることができる。電子ビーム溶接または摩擦攪拌溶接を含むがこれに限らない、任意の数の溶接工程が使用され得る。
いくつかの変形例において、組立の第９段階１１０は全体ターボチャージャーアセンブリ２２の試験／バランス調整を含むことができる。回転バランス試験中に、ターボチャージャーアセンブリ２２のバランスを調整するために材料をシャフト４２に追加するか、またはそれから除去することができる。
後続の変形例の説明はただ本発明の範囲内にあると見なされる構成要素、要素、動作、製品および方法の例示であり、具体的に開示または明示的に記載されていないものによってこのような範囲を制限しようとするのでは断じてない。本明細書で説明された構成要素、要素、動作、製品および方法は本明細書で明示的に説明されたもの以外のものと組み合わされかつ再配置されることができ、そうしても本発明の範囲内にあると見なされる。
変形例１は、シャフト上にロータアセンブリを組み立てるステップ；シャフトとロータアセンブリの回転バランスを試験するステップ；ロータアセンブリに隣接したシャフト上に少なくとも１つの軸受を取り付けるステップ；ステータアセンブリを第１ハウジング構成要素に挿入するステップ；シャフト、ロータアセンブリおよび少なくとも１つの軸受を第１ハウジング構成要素内に軸方向に挿入するステップ；第２ハウジング構成要素を第１ハウジング構成要素に取り付けるステップ；圧縮機ホイールをシャフトの第１端部に取り付けてタービンホイールをシャフトの第２端部に取り付けるステップ；および電動ターボチャージャーの回転バランスを試験するステップを含む電動ターボチャージャーの組立方法を含むことができる。
変形例２は、ステータアセンブリを第１ハウジング構成要素に挿入する前に第１ハウジング構成要素にスリンガアセンブリを挿入するステップをさらに含む変形例１に記載された方法を含むことができる。
変形例３は、ロータアセンブリの一部を半径方向にカッティングすること、またはロータアセンブリに材料を追加することのうち少なくとも１つによってロータアセンブリの回転バランスを試験した後にロータアセンブリの回転バランスを調整するステップをさらに含む変形例１〜２のいずれかに記載された方法を含むことができる。
変形例４は、シャフトに材料を追加または除去することのうち少なくとも１つによってターボチャージャーアセンブリの回転バランスを試験した後にターボチャージャーアセンブリの回転バランスを調整するステップをさらに含む変形例３に記載された方法を含むことができる。
変形例５は、上記タービンホイールが溶接するステップを経てシャフトに取り付けられる変形例１〜４のいずれかに記載された方法を含むことができる。
変形例６は、上記溶接するステップが電子ビーム溶接を含む変形例５に記載された方法を含むことができる。
変形例７は、上記溶接するステップが摩擦攪拌溶接を含む変形例５に記載された方法を含むことができる。
変形例８は、ロータアセンブリをシャフト上に組み立てることを含むターボチャージャーコアを組み立てるステップ；ロータアセンブリに隣接したシャフト上に少なくとも１つの軸受を取り付けるステップ；ステータアセンブリを第１ハウジング構成要素に挿入するステップ；シャフト、ロータアセンブリおよび少なくとも１つの軸受を第１ハウジング構成要素内に軸方向に挿入するステップ；第２ハウジング構成要素を第１ハウジング構成要素に取り付けるステップ；ならびにタービンホイールおよび圧縮機ホイールをターボチャージャーコアのシャフトに取り付けてターボチャージャーアセンブリを形成するステップを含む組立方法を含むことができる。
変形例９は、第２ハウジング構成要素を第１ハウジング構成要素に取り付ける前にシャフトとロータアセンブリのバランスを調整するステップをさらに含む変形例８に記載された方法を含むことができる。
変形例１０は、タービンホイールおよび圧縮機ホイールをターボチャージャーコアに取り付けた後にターボチャージャーアセンブリのバランスを調整するステップをさらに含む変形例８〜９のいずれかに記載された方法を含むことができる。
変形例１１は、タービンホイールをターボチャージャーコアに取り付けるステップがタービンホイールをシャフトに溶接するステップを含む変形例８〜１０のいずれかに記載された方法を含むことができる。
変形例１２は、上記溶接するステップが電子ビーム溶接を含む変形例１１に記載された方法を含むことができる。
変形例１３は、上記溶接するステップが摩擦攪拌溶接を含む変形例１１に記載された方法を含むことができる。
変形例１４は、ターボチャージャーコアを組み立てるステップがステータアセンブリを第１ハウジング構成要素に挿入する前に第１ハウジング構成要素にスリンガアセンブリを挿入するステップをさらに含む変形例８〜１３のいずれかに記載された方法を含むことができる。
変形例１５は、第１ハウジング構成要素が少なくとも１つの機械的ファスナーを介して第２ハウジング構成要素に取り付けられる変形例８〜１４のいずれかに記載された方法を含むことができる。
変形例１６は、シャフトの上記第１端部が第１直径を有し、シャフトの第２端部が第２直径を有し、シャフトの中間部分は第３直径を有し、上記第３直径は第１直径および第２直径より大きな変形例８〜１５のいずれかに記載された方法を含むことができる。
本発明の範囲内の選択的な変形例に対する前記説明は、本質的に単に例示するものであり、したがって、その変形または変形例は、本発明の思想及び範囲から逸脱するものと見なされるべきではない。

Claims (16)

  1. 電動ターボチャージャーの組立方法であって：
    シャフト上にロータアセンブリを組み立てるステップ；
    シャフトとロータアセンブリの回転バランスを試験するステップ；
    前記ロータアセンブリに隣接したシャフト上に少なくとも１つの軸受を取り付けるステップ；
    ステータアセンブリを第１ハウジング構成要素に挿入するステップ；
    前記シャフト、前記ロータアセンブリおよび前記少なくとも１つの軸受を前記第１ハウジング構成要素内に軸方向に挿入するステップ；
    第２ハウジング構成要素を前記第１ハウジング構成要素に取り付けるステップ；
    圧縮機ホイールをシャフトの第１端部に取り付けてタービンホイールをシャフトの第２端部に取り付けるステップ；および
    電動ターボチャージャーの回転バランスを試験するステップを含む、電動ターボチャージャーの組立方法。
  2. ステータアセンブリを第１ハウジング構成要素に挿入する前に第１ハウジング構成要素にスリンガアセンブリを挿入するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  3. 前記ロータアセンブリの一部を半径方向にカッティングすること、または前記ロータアセンブリに材料を追加することのうち少なくとも１つによって前記ロータアセンブリの回転バランスを試験した後にロータアセンブリの回転バランスを調整するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  4. 前記シャフトに材料を追加または除去することのうち少なくとも１つによってターボチャージャーアセンブリの回転バランスを試験した後にターボチャージャーアセンブリの回転バランスを調整するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
  5. 前記タービンホイールが溶接するステップを経てシャフトに取り付けられる、請求項１に記載の方法。
  6. 前記溶接するステップが電子ビーム溶接を含む、請求項５に記載の方法。
  7. 前記溶接するステップが摩擦攪拌溶接を含む、請求項５に記載の方法。
  8. 組立方法であって：
    ロータアセンブリをシャフト上に組み立てることを含むターボチャージャーコアを組み立てるステップ；前記ロータアセンブリに隣接したシャフト上に少なくとも１つの軸受を取り付けるステップ；ステータアセンブリを第１ハウジング構成要素に挿入するステップ；前記シャフト、前記ロータアセンブリおよび前記少なくとも１つの軸受を前記第１ハウジング構成要素内に軸方向に挿入するステップ；第２ハウジング構成要素を前記第１ハウジング構成要素に取り付けるステップ；および
    タービンホイールおよび圧縮機ホイールをターボチャージャーコアのシャフトに取り付けてターボチャージャーアセンブリを形成するステップを含む、組立方法。
  9. 前記第２ハウジング構成要素を第１ハウジング構成要素に取り付ける前にシャフトとロータアセンブリのバランスを調整するステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
  10. 前記タービンホイールおよび圧縮機ホイールをターボチャージャーコアに取り付けた後にターボチャージャーアセンブリのバランスを調整するステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
  11. 前記タービンホイールをターボチャージャーコアに取り付けるステップがタービンホイールをシャフトに溶接するステップを含む、請求項８に記載の方法。
  12. 前記溶接するステップが電子ビーム溶接を含む、請求項１１に記載の方法。
  13. 前記溶接するステップが摩擦攪拌溶接を含む、請求項１１に記載の方法。
  14. 前記ターボチャージャーコアを組み立てるステップがステータアセンブリを第１ハウジング構成要素に挿入する前に第１ハウジング構成要素にスリンガアセンブリを挿入するステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
  15. 前記第１ハウジング構成要素が少なくとも１つの機械的ファスナーを介して第２ハウジング構成要素に取り付けられる、請求項８に記載の方法。
  16. シャフトの第１端部が第１直径を有し、シャフトの第２端部が第２直径を有し、シャフトの中間部分は第３直径を有し、第３直径は第１直径および第２直径よりも大きい、請求項８に記載の方法。
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