JPH0774612B2 - 回転電機付きターボチャージャ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、回転電機付きターボチャージャに関する。

〔従来の技術〕

自動車等のエンジンに適用されるターボチャージャは、
その駆動源としてエンジンの排気ガスエネルギーなどが
利用されている。また、ターボチャージャの中には、タ
ービンインペラとコンプレッサインペラとを結ぶ回転軸
に回転電機（例えば発電／電動機兼用の同期機）の回転
子を設け、エンジンの状態に応じて、排気ガスエネルギ
ーを電力として取り出したり、或いはバッテリ等の電源
により電動機として駆動して過給動作を助勢するなど使
い分けるものが提案されている。

回転電機付きターボチャージャの構造に関しては、種々
のものがある。このうち、例えば、特開昭51−106816
号、特開昭63−248920号公報等に開示されるものは、タ
ービンとコンプレッサの各インペラを直結する回転軸を
少なくとも２つの軸受で支持し、回転軸上の回転電機の
回転子は、軸受間に位置させている。

しかし、この方式は、回転電機を収容するハウジング
（回転電機室）の両端が軸受部となるために、ハウジン
グ両端の内径を絞ってある。そのため、このハウジング
両端内径が回転子の外径より小さくなり、回転子をハウ
ジング内に一端からそのまま入れることができず、組み
込むのにハウジングを分割するなどの工夫を要し、組立
作業が複雑になり、生産性の点で問題があった。

従って、通常は、特開昭62−254649号、特開昭63−3021
36号、特開昭64−45922号公報や米国特許4253031号等に
開示されるように、タービンとコンプレッサとの間に、
タービンインペラ，コンプレッサインペラの回転軸を支
持する軸受部と回転電機室とを隣接状態で配置し、この
軸受部及び回転電機室に回転軸を挿通させて、回転軸の
軸受部より出た部分に回転電機の回転子をオーバハング
の状態で取付ける方式のものが採用されている。

このオーバハング方式は、回転電機室となるハウジング
の一端を絞る必要性がなくなるため、タービンインペラ
付きの回転軸をハウジングに貫通後に、コンプレッサ寄
りのハウジング一端開口から、回転電機の回転子，その
付属部品及びコンプレッサインペラを順に回転軸に差し
込めるので、組立の簡便化を図り得る。ただし次のよう
な改善すべき点があった。

〔発明が解決しようとする課題〕

ターボチャージャの回転軸を支持する軸受部には、軸受
の焼き付き防止のため潤滑油が供給される。従来のオー
バハング方式では、この潤滑油が、軸受部に隣接する回
転電機室やその隣のコンプレッサ室に侵入するのを防止
するため、軸受部と回転電機室との間を軸シールしてい
た。

このような軸シール配置構造によれば、軸シールが存在
する分だけ、回転電機の回転子と軸受部間の距離が長く
なり、オーバハング量を小さくすることができない。こ
の結果、軸受部の負担が大きくなる。しかもオーバハン
グが大きくなるほど、回転軸の振れ、曲がりが大きくな
って、回転軸一端のコンプレッサインペラの変位が大き
くなる。そのため、コンプレッサインペラとそのケース
間のクリアランスを大きくしなければならず、コンプレ
ッサ効率のマイナス要因となる。

また、この種の回転電機は、エンジンルームやタービン
の熱的影響を受け、マグネットが熱により減磁して出力
低下をきたし易いので、冷却することが望まれる。従来
の冷却構造としては、米国特許4253031号のようにコン
プレッサインペラに、回転電機室側へ冷却風を導くため
の孔を設けたりしているが、このようにすれば、コンプ
レッサインペラの強度低下及びコンプレッサ効率が低下
するおそれがある。

本発明は以上の点に鑑みてなされたもので、その目的と
するところは、組立性の簡便化を図りつつ、回転電機の
オーバハング量を小さくするか或いはオーバハングを解
消し、しかも軸受部に供給される潤滑油を回転電機の冷
却にも用いることのできる合理的な回転電機付きターボ
チャージャを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記目的を達成するために、基本的には次のよ
うな課題解決手段を提案する。

以下、本発明を内容の理解を容易にするため、第１の基
本的課題解決手段を第１図の実施例の符号を引用して、
第２の基本的課題解決手段を第８図の実施例の符号を引
用して説明する。

第１の課題解決手段は、組立性の簡便、回転電機のオー
バハング量の低減及び冷却機能を主眼とし、その内容
は、 エンジンの排気ガスエネルギーを駆動源とするタービン
及び過給用コンプレッサの各インペラ2,3を回転軸７に
より結合し、前記タービン・コンプレッサ間に潤滑油導
入のオイル通路18付き軸受部４及び回転電機室６を並設
し、この軸受部4,回転電機室６を貫通する回転軸７のう
ち軸受部４より回転電機室６に出た部分に回転電機の回
転子10をオーバハングの状態で取付けたターボチャージ
ャにおいて、 前記回転電機室６・コンプレッサ間にバックプレート14
を取り付け、このバックプレート14に回転軸７を貫通さ
せつつ軸シール部12を回転子10・コンプレッサ間に位置
させて設け、一方、回転電機室６とその回転子10をオー
バハング状態で支持する軸受部４との間には軸シール部
を設けない構造としてなる。

第２の課題解決手段は、組合性の簡便、回転電機のオー
バハングの解消及び冷却機能を主眼とし、その内容は、 エンジンの排気ガスエネルギーを駆動源とするタービン
及び過給用コンプレッサの各インペラ2,3を回転軸７に
より結合し、前記タービン・コンプレッサ間に回転電機
室６を配置して、回転電機室内の回転子10を回転軸７に
設けてなるターボチャージャにおいて、 前記タービン・回転電機室６間に潤滑油導入のオイル通
路18を備えた第１の軸受部４を設け、 一方、前記回転電機室６・コンプレッサ間にバックプレ
ート14を取り付け、このバックプレート14に第２の軸受
部５を設け、第1,第２の軸受部4,5間に回転電機の回転
子10を位置させつつ、これらの軸受部4,5により回転軸
７を支持し、且つ第１の軸受部４・回転電機室６間には
軸シール部を設けないで、第１の軸受部４側から潤滑油
の一部が回転電機室６内に侵入する構造とし、他方、バ
ックプレート14には、前記回転電機室６・コンプレッサ
間をシールする軸シール部12−１を設けてなる。

〔作用〕

このような構成よりなれば、オーバハング方式の回転電
機付きターボチャージャにおいて、回転電機室６と、そ
の回転子10をオーバハングで支持する軸受部４との間に
軸シール部が存在しないので、回転軸７に取付けた回転
子10のオーバハング量が少なくなる。

また、回転電機室６・軸受部４間に軸シール部を存在さ
せなくとも、回転電機室６・コンプレッサ間に介在させ
たバックプレート14及びこれに取付けた軸シール部12に
よりシール性を損なうことはない。

そして、本課題解決手段によれば、軸受部４に供給され
る潤滑油の一部が回転電機室６側に積極的に侵入する
が、回転電機室６に侵入した潤滑油は、バックプレート
14及び軸シール部12が存在することで、コンプレッサ側
に侵入するのを防止する。回転電機室６に侵入した潤滑
油は、回転子などの回転電機要素を冷却する手段として
有効に利用される。

また、ターボチャージャの組立において、軸受部４から
回転電機室６に出た回転軸７に回転子10やその付属部品
を取る付ける場合には、予めバックプレート14を外して
同期室６（ハウジング1B）の一端開口より順次組み込む
ことができ、その後バックプレートを取付ければ良いの
で、組立作業の簡便化を保ち得る。

第２の課題解決手段の作用…本課題解決手段において
は、回転電機の回転子10の両側で第１軸受部４及び第２
の軸受部５が回転軸７を支持するので、回転子10のオー
バハングを解消できる。

また、オーバハング方式を採用しない場合でも、第１の
課題解決手段と同様にバックプレート14を外した状態で
ハウジング1Bの開口一端から回転子10等の部品を順次組
み込め、組立の簡便化を図ると共に、第１の課題解決手
段同様に回転電機を潤滑油を用いて冷却する。

〔実施例〕

本発明の実施例を図面により説明する。

第１図は、本発明の第１実施例を示す縦断面図で、１は
ターボチャージャの本体で、タービンインペラ２を収容
するタービンケース（図示省略）、コンプレッサインペ
ラ３を収容するコンプレッサケース（図示省略）、軸受
部４（ここでの軸受部４はラジアル軸受4A,4B,スラスト
軸受4Cよりなる）を備えたハウジング1A、回転電機（本
実施例では発電／電動機兼用の同期機）の室６を有する
センタハウジング1B等で構成される。

タービンケース及びコンプレッサケースの間には、ター
ビン側から順にハウジング1A（軸受部）及びセンタハウ
ジング1B（回転電機室６）が配置され、このハウジング
1A及びセンタハウジング1Bの中心に回転軸７が貫通す
る。

回転軸７の一端にはタービンインペラ２が、他端にはコ
ンプレッサインペラ３が取り付けられる。

タービンインペラ２は、タービンケース内に導かれるエ
ンジ排気ガスによって駆動され、コンプレッサインペラ
３の過給吸気はエンジンの吸気系を介してエンジンに供
給される。

ハウジング1Aの中央部には、軸貫通穴８が形成され、軸
貫通穴８の両端に２個のラジアル軸受4A,4Bが配設さ
れ、この軸貫通穴８を貫く回転軸７がラジアル軸受4A,4
Bにより支持され、さらにラジアル軸受4Bの隣に設けた
スラスト軸受4Cを介して支持される。

本実施例におけるラジアル軸受4A,4B及びスラスト軸受4
Cは、メタル軸受よりなる。

回転軸７のうち、軸受部４（ラジアル軸受4A,4B、スラ
スト軸受4C）から出た部分には、軸受部４からコンプレ
ッサ側に向けて順に回転電機の回転子10、シートリング
15、スペーサ11が配置され、さらにコンプレッサインペ
ラ３が取付けられる。

シートリング15には、次に述べる軸シール部12が接す
る。

ここで、軸シール部12の取り付け構造について説明す
る。

センタハウジング1Bは、内部を回転電機室６とし、中空
筒状で、その内壁に回転電機のステータ13が固定配置さ
れ、回転軸７側にマグネット10A及びカバー10Bよりなる
回転子（界磁ロータ）10が取付けられる。また、回転電
機室６の一端がハウジング1Aの側壁により閉ざされ、他
端には、円板状のバックプレート14がねじ止めで取付け
られ、バックプレート14により回転電機室６とコンプレ
ッサケース内部（コンプレッサインペラ３収容部）とが
仕切られる。

バックプレート14の中央には、回転軸７の貫通穴が形成
され、この貫通部にスペーサ11が位置する。また、スペ
ーサ11を囲むようにして、バックプレート14中央に軸シ
ール部12が圧入される。

本実施例では、軸シール部12としてメカニカルシールを
用い、その詳細を第４図に示す。

第４図に示すようにメカニカルシール12は、ばね12aに
よりパッキング12bがシートリング15に圧接して、回転
電機６とコンプレッサ間を軸シールしている。

16はタービン側軸シール部で、ラジアル軸受4Aとタービ
ンインペラ２との間に位置するようにして、ハウジング
1Aの内部と回転軸７外周間に介在される。

ハウジング1Aには、エンジン冷却水の一部を導入する通
路17と、エンジンオイルの一部を潤滑油としてラジアル
軸受4A,4B及びスラスト軸受4Cに供給するためのオイル
通路18が配設され、さらにオイル通路18の下流側（軸受
部４を基準にして下流側）と回転電機室６の下部とを連
通させるオイルドレーン穴19が設けてある。

ここで、本実施例のターボチャージャの組立について説
明する。

ハウジング1Aの軸挿通部８には、予めラジアル軸受4A,4
B及びスラスト軸受4Cが装着され、ハウジング1Aとセン
ターハウジング1Bとが結合される。この後、回転軸７の
一端にタービンインペラ２を取付けた状態で、回転軸７
他端をタービン側からハウジング1A及びセンタハウジン
グ1Bの内部（回転電機室６）を挿通させて、コンプレッ
サ側に至らせる。

次いで、回転軸７のうちスラスト軸受4Cから回転電機室
６に出た部分に、スラスト軸受4C側から順番に回転子1
0,シートリング15が嵌装される。この場合、回転軸７は
予め多段形状として、その段部の一つ7aによりスラスト
軸受4Cが位置決めされ、これを基準に回転子10及びシー
トリング15、スペーサ11等が自ずと位置決めされる。回
転子10、シートリング15等の嵌装後に軸シール部12付き
のバックプレート14がセンタハウジング1Bの一端開口を
塞ぐようにして取付けられ、次いで、回転軸７のシート
リング15に隣接してスペーサ11及びコンプレッサインペ
ラ３が取付けられる。その後、タービンケース及びコン
プレッサケースが取り付けられる。

このような構成よりなれば、軸シール部12を回転電機の
回転子10を基準にしてコンプレッサ側に位置することに
なり、回転電機室６と軸受部４との間には軸シール部が
存在しないので、回転子10をスラスト軸受4Cのすぐ隣に
設けることができ、回転子10のオーバハング量が従来よ
りも少なくなる。第３図（ａ）は、本実施例の回転子10
のオーバハング量と、第３図（ｂ）は、従来の回転子10
のオーバハング量を示す。第３図（ｂ）に示す従来例の
ように回転子10とスラスト軸受4Cとの間に軸シール部1
2′を位置させた場合に較べ、本実施例は従来よりも回
転子10のオーバハング量を少なくする。その分、回転軸
７のコンプレッサインペラ側の振れ，曲がり等を抑える
ことができる。その結果、コンプレッサインペラ３とコ
ンプレッサケース内周とのクリアランスも小さくでき、
コンプレッサ効率の向上を図れる。

また、軸受部４への荷重負担を少なくして、軸受部の信
頼性を向上させることができる。

ラジアル軸受4A,4B及びスラスト軸受4Cには、オイル通
路18を介してエンジンオイルの一部が循環供給される。

第２図に潤滑油の流れを示す。第２図の矢印に示すよう
に、ラジアル軸受4A,4B及びスラスト軸受4Cに供給され
る潤滑油は、その一部が回転電機室６に入り、回転軸７
の遠心力により飛散される。この潤滑油により回転電機
の回転子10が直接冷却され、回転子10のマグネット10A
が熱により減磁されるのを妨げる。回転電機室６内に侵
入した潤滑油は、回転子10を冷却した後に、回転電機室
６の底部に流下し、ドレーン穴19を介してオイル通路18
に合流する。コンプレッサ側へは、軸シール部12の存在
により潤滑油の流出が防止される。

以上のように本実施例によれば、ターボチャージャの組
立性の簡便さを保ちつつ、回転電機の回転子10のオーバ
ハング量を少なくして、ターボチャージャの効率向上及
び軸受の信頼性の向上させ、しかも潤滑油を利用して回
転電機を合理的に冷却できる効果を奏する。

さらに、ハウジング1Aに形成したオイル通路18は、従来
と同様の構造のものを使用でき新規のものをあえて設計
する手間を要しない。

また従来は、第３図（ｂ）に示すように、スラスト軸受
4Cのすぐ隣に軸シール部12′を設けていたが、このスラ
スト軸受4C近辺はオイル通路18の油圧の影響を受けて回
転電機室６より圧力が高い。そのため、潤滑油がセンタ
ハウジング1Bひいてはコンプレッサ側に漏れやすい。こ
のような不具合を解消するためには、軸シール部12′の
ほかに回転電機室６とコンプレッサ３との間にも補助の
軸シール部を設ける必要があった。

これに対して、本実施例の軸シール構造によれば、スラ
スト軸受4Cから回転電機室６内への潤滑油の侵入を冷却
のために積極的に容認して、コンプレッサ側でシールす
る。

このようにすれば、潤滑油は回転電機室６内で一旦油圧
が下げられ、しかも回転子10の回転により潤滑油を遠心
方向に飛散させるために、軸シール部12を１カ所で満足
させることができる利点がある。

第５図及び第６図に本発明の第２実施例を示す。第１実
施例と同一符号は、同一或いは共通する要素である。

本実施例は、バックプレート14に軸シール部としてシー
ルリング12−１を用いたものである。シールリング12−
１は、スペーサ11外周とバックプレート14内周との間に
介在する。

なお、軸シール部は上記以外にも、例えば第７図に示す
ようなラビリンスシール12−２を用いてもよく、その種
類を限定するものではない。

第８図に本発明の第３実施例を示す。

本実施例は、前述の各実施例と同様に配置されたラジア
ル軸受4A,4Bを第１の軸受部４とする。且つ、ハウジン
グ1B・コンプレッサ間に配置したバックプレート14にス
ラスト軸受５を取り付け、これを第２の軸受部とする。
スラスト軸受５を上記配置構造とするため、オイル通路
18の一部を分岐し、その分岐通路20をハウジング1Aから
センタハウジング1Bに形成し、スラスト軸受５に直接潤
滑油が供給されるように配慮してある。

このような構造によれば、第１の軸受部４及び第２の軸
受部５が回転子10の両端に位置するので、回転子10のオ
ーバハングを解消する。また、回転子10等の組み込み及
び潤滑油の冷却も第１実施例とほゞ同様になされる。第
２の軸受部５は、ラジアル軸受であってもよい。

第９図に本発明の第４実施例を示す。

本実施例は、軸シール部12の配置構造については、第１
実施例と同様にしてあり、異なる点は、回転軸７の軸受
として２個のボール軸受21,22を使用して、このボール
軸受21,22により、ラジアル軸受とスラスト軸受とを兼
用させている。

第10図に本発明の第５実施例を示す。

本実施例は、軸シール部12の配置構造について、第１実
施例と同様にしてあり、異なる点は、オイル通路18を分
岐して、分岐通路23により潤滑油の一部を積極的に回転
電機室６内に導き、且つ分割通路23の出口側を絞るオリ
フィス24を設けている。

このような組成によれば、分岐通路23を介して導かれる
潤滑油は、オリフィス24を介してセンタハウジング1B内
に吹き出す。従って、前述した各実施例以上の回転電機
に対する冷却を可能とする利点がある。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、第１の課題解決手段で
は、組立性に優れたオーバハング方式を採用した場合
に、（イ）その組立の簡便性を保ちつつ、（ロ）軸シー
ル部を回転電機室とコンプレッサとの間に配置すること
で、回転電機のオーバハング量を少なくし、ひいては軸
受部の信頼性の向上及びコンプレッサ効率の向上を図る
ことができ、（ハ）さらに軸受の潤滑油を利用して回転
電機の冷却を有効に行い、回転電機の出力低下を防止で
きる。

第２の課題解決手段では、上記（イ）（ハ）のほかにオ
ーバハングを解消する効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１実施例を示す縦断面図、第２図
は、その潤滑油の流れ状態を示す説明図、第３図
（ａ），（ｂ）は、上記第１実施例と従来例の回転子の
オーバハング量を比較した説明図、第４図は、第１実施
例の一部を示す要部断面図、第５図は、本発明の第２実
施例を示す縦断面図、第６図は、その一部を示す要部断
面図、第７図は、本発明に用いる軸シール部の他の態様
を示す断面図、第８図〜第10図は、本発明の第３実施例
〜第５実施例のそれぞれを示す縦断面図である。 １（1A,1B）……ターボチャージャ本体、1A……ハウジ
ング、1B……センタハウジング、２……タービンインペ
ラ、３……コンプレッサインペラ、４……軸受部（第１
の軸受部）、4A,4B……ラジアル軸受、4C……スラスト
軸受、５……第２の軸受部、６……回転電機室、７……
回転軸、10……回転子（界磁ロータ）、12,12−1,12−
２……軸シール部、14……バックプレート、15……シー
トリング、18……オイル通路、19……オイルドレーン、
21A,21B……ボール軸受、23……分岐通路、24……オリ
フィス。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンの排気ガスエネルギーを駆動源と
   するタービン及び過給用コンプレッサの各インペラを回
   転軸により結合し、前記タービン・コンプレッサ間に潤
   滑油導入のオイル通路付き軸受部及び回転電機室を並設
   し、この軸受部，回転電機室を貫通する前記回転軸のう
   ち軸受部より回転電機室に出た部分に回転電機の回転子
   をオーバハングの状態で取付けたターボチャージャにお
   いて、 前記回転電機室・コンプレッサ間にバックプレートを取
   り付け、このバックプレートに前記回転軸を貫通させつ
   つ軸シール部を前記回転子・コンプレッサ間に位置させ
   て設け、一方、前記回転電機室と前記回転子をオーバハ
   ング状態で支持する軸受部との間には軸シール部を設け
   ない構造としてなることを特徴とする回転電機付きター
   ボチャージャ。
2. 【請求項２】第１請求項において、前記軸受部は、２個
   のラジアル軸受と１個のスラスト軸受よりなる回転電機
   付きターボチャージャ。
3. 【請求項３】第１請求項において、前記軸受部は、２個
   のボール軸受よりなる回転電機付きターボチャージャ。
4. 【請求項４】エンジンの排気ガスエネルギーを駆動源と
   するタービン及び過給用コンプレッサの各インペラを回
   転軸により結合し、前記タービン・コンプレッサ間に回
   転電機室を配置して、回転電機室内の回転子を前記回転
   軸に設けてなるターボチャージャにおいて、 前記タービン・回転電機室間に潤滑油導入のオイル通路
   を備えた第１の軸受部を設け、一方、前記回転電機室・
   コンプレッサ間にバックプレートを取り付け、このバッ
   クプレートに第２の軸受部を設け、前記第1,第２の軸受
   部間に前記回転電機の回転子を位置させつつ、これらの
   軸受部により前記回転軸を支持し、且つ前記第１の軸受
   部・回転電機室間には軸シール部を設けないで、第１の
   軸受部側から潤滑油の一部が前記回転電機室内に侵入す
   る構造とし、他方、前記バックプレートには、前記回転
   電機室・コンプレッサ間をシールする軸シール部を設け
   てなることを特徴とする回転電機付きターボチャージ
   ャ。
5. 【請求項５】第４請求項において、前記第１の軸受部は
   ラジアル軸受部、前記第２の軸受部はスラスト軸受部よ
   りなり、この第２のスラスト軸受部には前記第１の軸受
   部のオイル通路が分岐して潤滑油を供給するようにして
   ある回転電機付きターボチャージャ。
6. 【請求項６】第１請求項ないし第５請求項のいずれか１
   項において、前記回転電機室の下部には、前記オイル通
   路に連通するオイルドレーン穴が配設される回転電機付
   きターボチャージャ。
7. 【請求項７】第１請求項ないし第６請求項のいずれか１
   項において、前記オイル通路は、その一部が前記軸受部
   に至る前に分岐して潤滑油の一部を冷却油として前記回
   転電機室に導く通路が設けてある回転電機付きターボチ
   ャージャ。
8. 【請求項８】第７請求項において、前記回転電機室に冷
   却油を導く通路は、回転電機室内に冷却油を吹き出すよ
   う絞り形成したオリフィスをその通路出口に設けてある
   回転電機付きターボチャージャ。
9. 【請求項９】第１請求項ないし第８請求項のいずれか１
   項において、前記軸シール部は、メカニカルシール，シ
   ールリング，ラビリンスシールのいずれかにより構成さ
   れる回転電機付きターボチャージャ。