JP5615231B2 - 電動機内蔵過給装置のバランス調整構造とその方法 - Google Patents
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Description
そのターボチャージャの回転軸に電動機を組み込んで、コンプレッサインペラの回転を加速補助することにより、加速応答性を改善すると共に、排ガスエネルギを電気エネルギーに変換してエネルギーを回収する電動発電機内蔵ターボチャージャが用いられている。尚、排ガスエネルギを利用せずタービンが省略される場合には、電動機のみでコンプレッサインペラを回転させる電動スーパーチャージャとなる。
そして、図7に示すようにモータロータ05は電動発電機内蔵ターボチャージャ03のハウジング(図示省略)に設けられた一対の軸受支持部に軸受049を介して回転可能に支軸されている。
06はエンジンコントロールユニット(ECU)で、エンジン01の運転をコントロールすると共に、エンジン01の運転状況によりステータ033に電流を流し、電動発電機内蔵ターボチャージャ03の運転も制御している。07はバッテリィで制御装置の電源である。
モータロータ05は、タービンホイール042を一端に取付けた軸041のスラスト方向中間部にコンプレッサインペラ043側が細い軸部となった段部044を有している。段部044は細い軸部に嵌合(外嵌)したスラストブッシュ056、ロータ051、オイルシール部品054及び、コンプレッサインペラ043を介して細い軸部の端部に形成されたネジ部に螺合するナット046によってこれらの構成部材は段部044に押圧及び、位置決めされる。
この場合、ロータ051に配置された磁石には、磁石の破損及び飛散を防止するため外周部にスリーブ057が外嵌されることが必須となっている。
また、ロータ051に対向した電動発電機内蔵ターボチャージャ03のハウジング側には、ロータ051の磁石の磁気を利用して、軸041を回転駆動するためのステータ033が配設されている。
このような電動発電機内蔵ターボチャージャに関する技術として、特開2000−145468号公報(特許文献2)が知られている。
その対応策として、磁石を使用しないモータのひとつに、磁気誘導子形モータがある。
磁気誘導子形モータは積層電磁鋼板及び鉄材、または、積層電磁鋼板からなるロータをロータの周囲に配置したステータによって駆動するものである。
前記回転子鉄心は、前記シャフトに外嵌されたスリーブと、前記スリーブの軸方向に積層外嵌して配置され外周が円形状の複数の電磁鋼板と、前記スリーブの両端部に固着され前記複数の電磁鋼板を挟着し、且つ、前記電磁鋼板の板厚より厚い回転バランス調整部材と、によって構成され、前記回転バランス調整部材を加工して回転バランスを調整することを特徴とする。
また、回転バランス調整部材を磁性体、例えば鉄製としたので、磁気誘導の磁力が強化され、電動機としての性能向上に伴いターボチャージャとしての性能向上に寄与することができる。
なお、前記電磁鋼板の積層方向中間部に階層された回転バランス調整部材をセンタリングと称す。
回転翼である例えばタービンホイールもしくはコンプレッサインペラ単品での回転バランス調整を行うステップと、前記タービンホイール、前記コンプレッサインペラ及び、磁性体からなる回転バランス調整部材を有した回転子鉄心を備えたロータを組立てるステップと、前記ロータを回転させてバランス量を計測するステップと、計測結果に基づいて、コンプレッサ締付けナット、または回転子鉄心の回転バランス調整部材、または両方で回転バランスの調整加工を行うステップとを備えたことを特徴とする。
このように、さらに回転子鉄心の単品での回転バランス調整を行うステップを追加したので、さらに精度の高い回転バランスのロータを得ることができる。
また、回転バランス調整部材を磁性体から構成し、例えば鉄製としたので、磁気誘導の磁力が強化され、電動機としての性能向上に伴いターボチャージャとしての性能向上に寄与することができる。
但し、この実施形態では、回転翼の具体的な名称としてタービンホイール、及び、コンプレッサインペラを用いて説明する。また、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
図1に基づいて、本発明の基本構成にかかるタービンロータについて説明する。
タービンロータ1は、シャフト4と、シャフト4の一端側に配設されたタービンホイール2と、他端側に配設されたコンプレッサインペラ3と、タービンホイール2とコンプレッサインペラ3との間に間隔を有して配設された2個の軸受7と、該2個の軸受7の間に電動回転体となる回転子鉄心5とを備え、前記回転子鉄心5はスリーブ53を介して前記シャフト4に装着されている。
尚、軸受7の位置は上述のとおり回転子鉄心5の両外端に夫々配置する場合と、タービンホイール2と回転子鉄心5との間に間隔を有して2個(一対)配置する場合があるが、どちらの場合も本願の発明を適用することが可能である。
回転子鉄心5のコンプレッサインペラ3側には、シャフト4の細い部分42に外嵌したスリーブ45が当接し、第2シールリング46を介してシャフト4の他端側にコンプレッサインペラ3が緊締用のナット31で固定されている。
従って、回転子鉄心5はナット31との間に介装されている第2シールリング46によって適度の押圧を受けて、シャフト4との回転方向への相対移動を規制した構造となっている。
また、回転子鉄心5とコンプレッサインペラ3との間に配設されている軸受7はスリーブ45に外嵌している。
また、センタリング52は径がナット31よりも大きいので、同じ切削量でもバランス調整の効果が大きく、高精度の調整が広い範囲で可能となる。さらに、微調整も可能になる。
さらに、電磁鋼板または鉄からなる回転バランス調整部材を、積層した電磁鋼板51の中間部に配設したので、回転バランス調整部材の両側部における磁気誘導量が均一化され、モータとしての出力が向上する効果を有している。
尚、本基本構成では、回転バランス調整部材であるセンタリング52を積層された電磁鋼板51の積層方向中間部に配設したが、該積層方向どの部分に配設しても、回転バランス調整部材としての作用効果を得ることができる。
タービンホイール2をバランス計測装置にセットして、回転バランス量を計測し、計測結果に基づいて、タービンホイール2の単品のバランス調整を行うステップS1。
次にコンプレッサインペラ3をバランス計測装置にセットして、コンプレッサインペラ3の単品のバランス調整をステップS1と同様に行うステップS2。
尚、タービンホイール2及び、コンプレッサインペラ3の回転バランス調整はタービンホイール2の裏側〔X部(図1参照)〕及び、コンプレッサインペラ3の裏側〔Y部(図1参照)〕にて実施(切削)する。
次に、シャフト4にタービンホイール2、コンプレッサインペラ3、回転鉄心5、軸受7、及びスリーブ45等でタービンロータ1を組立てるステップS3。
次に、計測結果に基づいて、コンプレッサインペラを緊締しているナット31のバランス調整部A又は、センタリング52外周部のバランス調整部Bの切削加工によってバランス調整を行うステップS5。
次に再度、タービンロータ1をバランス計測装置にセットして、タービンロータ1のバランスを確認するステップS6によってバランス調整を終了する。
次に、ステップS6の計測結果が任意のバランス量以下にならない場合は、ステップS5、ステップS6を繰返し実施する。
尚、バランス計測装置についての説明は、種々の装置が特許文献等(例えば特開2008−58008号公報、特開2008−8219号等)で開示されているので、本基本構成では省略する。
さらに、センタリング52は径がナット31よりも大きいので、同じ切削量でもバランス調整の効果が大きいので、センタリング52の調整切削を先に行うことにより、ナット31の切削加工を省略できる場合があり、工数低減が期待できる。
タービンホイール2をバランス計測装置にセットして、回転バランス量を計測し、計測結果に基づいて、タービンホイール2の単品のバランス調整を行うステップS10。
次にコンプレッサインペラ3をバランス計測装置にセットして、コンプレッサインペラの単品のバランス調整をステップS10と同様に行うステップS11。
次に回転子鉄心5をバランス計測装置にセットして、回転子鉄心5の単品のバランス調整をステップS10と同様に行うステップS12。
尚タービンホイール2及び、コンプレッサインペラ3の回転バランス調整はタービンホイール2の裏側(X部)及び、コンプレッサインペラ3の裏側(Y部)にて実施する。
次に、シャフト4にタービンホイール2、コンプレッサインペラ3、回転鉄心5、軸受7、及びスリーブ45等でタービンロータ1を組立てるステップS13。
次に、計測結果に基づいて、コンプレッサインペラを緊締しているナット43のバランス調整部A又は、センタリング52外周部のバランス調整部Bの切削加工によってバランス調整を行うステップS15。
次に再度、タービンロータ1をバランス計測装置にセットして、タービンロータ1のバランスを確認するステップS16によってバランス調整手順を実施する。
更に、ステップS16の計測結果が任意のバランス量以上の場合には、ステップS15、ステップS16を繰返し実施する。
本第1実施形態において、基本構成と同じものは同符号を付して、説明を省略する。
図2に示すように、回転子鉄心8は、シャフト4の細い部分42に外嵌するスリーブ81に複数の電磁鋼板51が配設されている。
スリーブ81は一端側の開口端縁からラジアル方向にフランジ部82が形成されている。
スリーブ81の外周部には電磁鋼板51がスリーブ81に外嵌して、スリーブ81のスラスト方向に積層された状態で配設されている。
スリーブ81の他端側には押圧リング83がスリーブ81の外周部に外嵌し、電磁鋼板51をスラスト方向に押圧した状態でスリーブ81にカシメ固定されている。
また、電磁鋼板51とフランジ部82との間には電磁鋼板51の外径と略同じで、厚さが電磁鋼板51より厚いセンサターゲット55が介装されている。センサターゲット55はタービンロータ1の回転数を制御する場合の回転数検出手段の一部であり、回転数を検知する必要がない場合には、センサターゲット55は不要となる。
回転子鉄心8はナット43によりコンプレッサインペラ3及びスリーブ45を解して段差部44に押圧されて、シャフト4との回転方向の滑りを防止している。
フランジ部82及び押圧リング83は共に電磁鋼板51の外径と略同じになっており回転バランス調整部材としての作用を有したものである。
尚、回転バランス調整方法手順については基本構成と同じなので省略する。
更に、回転バランス調整個所として、ナット43のバランス調整部Aに加え、フランジ部82のバランス調整部C及び押圧リング83のバランス調整部Dが増加するのでバランス調整量が増大するとともに、微調整が可能になる。
本第2実施形態において、基本構成及び第1実施形態と同じものは同符号を付して、説明を省略する。
図3に示すように回転子鉄心9は、シャフト4の細い部分42に外嵌するスリーブ81に複数の電磁鋼板51と、回転バランス調整部材であるセンタリング52が配設されている。
スリーブ81は一端側の開口端縁からラジアル方向にフランジ部82が形成されている。
スリーブ81の外周部には電磁鋼板51がスリーブ81に外嵌して、スリーブ81のスラスト方向に積層された状態で配設されている。積層された電磁鋼板51のスリーブ81のスラスト方向中間部には回転バランス調整部材であるセンタリング52が介装されている。スリーブ81の他端側には押圧リング83がスリーブ81の外周部に外嵌し、電磁鋼板51をスラスト方向に押圧した状態で、スリーブ81にカシメられている。
尚、回転バランス調整方法手順については基本構成と同じなので省略する。
更に、回転バランス調整個所は、ナット43のバランス調整部Aに加え、フランジ部82のバランス調整部C、押圧リング83のバランス調整部D及び、センタリング52のバランス調整部Bが増加するのでバランス調整量が更に増大するとともに、微調整が可能になる。
2 タービンホイール
3 コンプレッサインペラ
4 シャフト
5,8,9 回転子鉄心
7 軸受
43 ナット
45、81 スリーブ
51 電磁鋼板
52 センタリング(回転バランス調整部材)
82 フランジ部
83 押圧リング
A,B,C,D バランス調整部
Claims (6)
- ハウジング内に配設された少なくとも1個の回転翼と、前記回転翼を連結するシャフトと、前記ハウジングに形成され、前記シャフトを回転可能に支軸する軸受と、前記シャフトに挿入された回転子鉄心と、前記ハウジングの前記回転子鉄心と対向した位置に配設され、前記回転子鉄心を磁界により前記シャフトと共に回転駆動させるステータと、を備えた電動機内蔵過給装置のバランス調整構造において、
前記回転子鉄心は、前記シャフトに外嵌されたスリーブと、
前記スリーブの軸方向に積層外嵌して配置され外周が円形状の複数の電磁鋼板と、
前記スリーブの両端部に固着され前記複数の電磁鋼板を挟着し、且つ、前記電磁鋼板の板厚より厚い回転バランス調整部材と、
によって構成され、前記回転バランス調整部材を加工して回転バランスを調整することを特徴とする電動機内蔵過給装置のバランス調整構造。 - 前記回転子鉄心は、積層された前記電磁鋼板の中間部に、さらに回転バランス調整部材が配設されたことを特徴とする請求項1記載の電動機内蔵過給装置のバランス調整構造。
- 前記スリーブ両端部に設けられた回転バランス調整部材及び前記積層された電磁鋼板の中間部に設けられた回転バランス調整部材のうち、少なくとも一つの回転バランス調整部材は前記回転子鉄心の電磁鋼板と同じ磁性材料の積層組付けによって構成されていることを特徴とする請求項2記載の電動機内蔵過給装置のバランス調整構造。
- 前記電動機内蔵過給装置は、前記回転子鉄心と前記軸受とが挿入された前記シャフトの一端に排気ガスエネルギを活用するための回転翼であるタービンホイール、他端に吸入空気を圧縮するための回転翼であるコンプレッサインペラが装着された電動発電機内蔵ターボチャージャ、若しくは、前記タービンホイールを有さず前記シャフトの一端のみに吸入空気を圧縮するためのコンプレッサインペラが装着された電動スーパーチャージャ、の何れか一方であることを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項記載の電動機内蔵過給装置のバランス調整構造。
- 前記請求項1乃至4のいずれか1項に記載の電動機内蔵過給装置のバランス調整構造を備える電動機内臓過給装置のロータの回転バランス調整方法において、
回転翼の単品での回転バランス調整を行うステップと、
前記回転翼及び、磁性体からなる回転バランス調整部材を有した回転子鉄心を備えたロータを組立てるステップと、
前記ロータを回転させてバランス量を計測するステップと、
計測結果に基づいて、回転翼締付けナット、または回転子鉄心の回転バランス調整部材、または両方で回転バランスの調整加工を行うステップと、
を備えたことを特徴とする電動機内蔵過給装置のバランス調整方法。 - 前記ロータを組立てるステップ前に、さらに前記回転子鉄心の単品での回転バランス調整を行うステップを追加することを特徴とする請求項5記載の電動機内蔵過給装置のバランス調整方法。
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