(57)【要約】      （修正有）【課題】構造的な剛性、及び加速中に生じたねじり荷重及び応力に耐える複合圧縮機ホイールの能力を増加させる補強支持体を含む複合圧縮機ホイールを提供する。【解決手段】本体２１２、複数のブレード、及び１つ以上の支持体２２２を含む圧縮機ホイール２１０において、支持体は、圧縮機ホイールに強度を加え、例えば、リブとして構成され得る。本体は、ブレードを含むことができる第１の面（例えば、外部面または正面）、及び支持体を含むことができる第２の面２１６（例えば、内部面または背面）を有する。支持体は、圧縮機ホイールの回転方向に湾曲した円弧状の構成を含むことができる。【選択図】図２
2018135885.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機ホイールであって：
対向する第１の面及び第２の面と、回転軸を中心とした前記圧縮機ホイールの回転を容易にするためのシャフトへの機械的連結のために構成され、寸法合わせられたハブとを備える本体と；
前記本体の前記第１の面に含まれ、前記ハブから半径方向外側に延びる複数のブレードと；
前記本体の前記第２の面に含まれ、前記ハブに隣接するように位置される第１の端部及び前記第１の端部から半径方向に離隔された対向する第２の端部をそれぞれ含み、前記圧縮機ホイールの加速中に前記本体内の応力を減少させるために、トルクを前記本体にわたって半径方向外側に伝達するために構成され、寸法合わせられる複数の支持体と、を含む、圧縮機ホイール。
【請求項２】
前記本体、前記ブレード、及び前記支持体は、一体に形成される、請求項１に記載の圧縮機ホイール。
【請求項３】
前記圧縮機ホイールは、複合材料から形成される、請求項２に記載の圧縮機ホイール。
【請求項４】
前記圧縮機ホイールは、ガラス−充填ナイロンから形成される、請求項３に記載の圧縮機ホイール。
【請求項５】
前記支持体の各々は、円弧状の構成を含み、前記第１の端部から前記第２の端部まで湾曲される、請求項１に記載の圧縮機ホイール。
【請求項６】
前記支持体は、前記圧縮機ホイールの回転方向に対応して、前記第１の端部から前記第２の端部まで湾曲される、請求項５に記載の圧縮機ホイール。
【請求項７】
前記ブレードは、円弧状の構成を含み、前記支持体とは反対方向に湾曲される、請求項６に記載の圧縮機ホイール。
【請求項８】
前記支持体の各々は、前記回転軸に対して直角に延びる厚さを規定し、前記厚さは、前記第１の端部と第２の端部との間で一定である、請求項６に記載の圧縮機ホイール。
【請求項９】
前記支持体の各々は、前記回転軸に対して直角に延びる厚さを規定し、前記厚さは、前記第１の端部と第２の端部との間で変更される、請求項６に記載の圧縮機ホイール。
【請求項１０】
前記支持体の各々は、前記支持体の第１の端部に隣接する第１のセクション、前記支持体の第２の端部に隣接する第２のセクション、及び前記第１のセクションと前記第２のセクションとの間に位置される中間セクションを含み、前記第１のセクションは第１の厚さを規定し、前記第２のセクションは第２の厚さを規定し、第３のセクションは前記第１の厚さ及び前記第２の厚さよりも薄い第３の厚さを規定する、請求項９に記載の圧縮機ホイール。
【請求項１１】
前記支持体の各々は、前記回転軸に交差する中心線を規定する、請求項５に記載の圧縮機ホイール。
【請求項１２】
前記支持体の各々は、前記支持体が前記ハブに対して接線方向に延びるように、前記回転軸からオフセットされた中心線を規定する、請求項５に記載の圧縮機ホイール。
【請求項１３】
前記支持体の各々は、リーディングエッジ及びトレーリングエッジを含み、前記リーディングエッジは、前記回転軸から第１の半径方向距離だけ離隔され、前記トレーリングエッジは、前記回転軸から前記第１の半径方向距離よりも短い第２の半径方向距離だけ離隔され、各々の支持体の前記リーディングエッジは隣接する支持体の前記トレーリングエッジと交差する、請求項１２に記載の圧縮機ホイール。
【請求項１４】
圧縮機ホイールであって：
対向する第１の面及び第２の面と、回転軸を中心とした前記圧縮機ホイールの回転を容易にするためのシャフトへの機械的連結のために構成され、寸法合わせられたブとを備える本体と；
前記本体の前記第１の面に含まれ、前記ハブから半径方向外側に延び、第１の方向に湾曲される複数のブレードと；
前記本体の前記第２の面に含まれ、前記ハブから半径方向外側に延び、前記第１の方向に対向する第２の方向に湾曲され、前記回転軸に対して直角に延びる厚さをそれぞれ規定する複数の支持体と、を含む、圧縮機ホイール。
【請求項１５】
前記支持体は、前記圧縮機ホイールの回転方向に対応して湾曲される、請求項１４に記載の圧縮機ホイール。
【請求項１６】
各々の支持体の前記厚さは、一定である、請求項１４に記載の圧縮機ホイール。
【請求項１７】
前記支持体の各々は、第１の端部及び第２の端部を含み、前記各々の支持体の厚さは、その第１の端部と第２の端部との間で変更される、請求項１４に記載の圧縮機ホイール。
【請求項１８】
前記支持体の各々は、前記支持体の第１の端部に隣接する第１のセクション、前記支持体の対向する第２の端部に隣接する第２のセクション、及び前記第１のセクションと前記第２のセクションとの間に位置される中間セクションを含み、前記第１のセクションは第１の厚さを規定し、前記第２のセクションは第２の厚さを規定し、第３のセクションは前記第１の厚さ及び前記第２の厚さよりも薄い第３の厚さを規定する、請求項１７に記載の圧縮機ホイール。
【請求項１９】
圧縮機ホイールであって：
対向する第１の面及び第２の面と、回転軸を中心とした圧縮機ホイールの回転を容易にするためのシャフトへの機械的連結のために構成され、寸法合わせられたハブとを備える本体と；
前記本体の前記第１の面に含まれる複数のブレードと；
前記本体の前記第２の面に含まれ、前記ハブに対して接線方向に延びるように前記回転軸からオフセットされる中心線を各々規定する複数の支持体と、を含む、圧縮機ホイール。
【請求項２０】
前記支持体の各々は、リーディングエッジ及びトレーリングエッジを含み、前記リーディングエッジは、前記回転軸から第１の半径方向距離だけ離隔され、前記トレーリングエッジは前記回転軸から前記第１の半径方向距離よりも短い第２の半径方向距離だけ離隔され、各々の支持体の前記リーディングエッジは隣接する支持体の前記トレーリングエッジと交差する、請求項１９に記載の圧縮機ホイール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１７年２月２２日付けに出願された米国仮特許出願第６２／４６２，０７０号の利益及び優先権を主張し、その全文は、本明細書に参照として組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
強制誘導装置（例えば、内燃機関用のターボチャージャーまたは過給機）の圧縮機ホイールは、高速（例えば、毎秒最大２００，０００ｒｐｍまで）で加速し、正常状態で圧縮機ホイールが高い応力を受けることができる高い速度（例えば、最大３００，０００ｒｐｍまで）で回転する。例えば、加速中に、ホイールは高いねじり荷重を受けることができ、それによって高い応力（例えば、剪断応力）がトルクとして圧縮機ホイールを通って駆動シャフトから半径方向外側に伝達される。より特に、圧縮機ホイールの内部領域が外部領域より前方に移動することにより、トルクが半径方向外側に伝達されるにつれて、圧縮機を含む材料に応力（すなわち、剪断応力）が生成され、構築される。
【０００３】
従来の圧縮機ホイールは、典型的に、金属材料で製作され、金属材料が第１の面（例えば、外部面または正面）から第２の面（例えば、内部面または背面）まで軸方向に連続的に延びる中実体を有する。公知された圧縮機ホイールにおいて、第１の面（外部面）は、一般的に湾曲しており、複数のブレードを含む一方、第２の面（内部面）は、一般的に平面であり、及び／または第１の面から離れて軸方向に延びる。この構成（すなわち、材料及び構造）は、従来の圧縮機ホイールが加速中にねじり荷重及び応力を分散させ管理させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
複合材料を含む（例えば、複合材料で形成される）圧縮機ホイールは、金属性圧縮機ホイールに比べて、例えば、より迅速な応答を容易にするか、及び／または減少されたモーターサイズ（例えば、電気モーター−駆動式強制誘導装置において）を許容することができる減少された質量及び減少した慣性モーメントのような様々な利点を提供することができる。しかしながら、複合圧縮機ホイールは、強度考慮事項が異なることができる。本開示は、構造的な剛性、及び加速中に生じたねじり荷重及び応力に耐える複合圧縮機ホイールの能力を増加させる補強支持体を含む複合圧縮機ホイールを提供することによって、懸念を解決する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の一態様において、本体、複数のブレード、及び１つ以上の支持体を含む圧縮機ホイールが開示される。支持体は、圧縮機ホイールに強度を加え、例えば、リブ（ｒｉｂ）として構成され得る。本体ハブレードを含むことができる第１の面（例えば、外部面または正面）、及び支持体を含むことができる第２の面（例えば、内部面または背面）を有する。支持体は、圧縮機ホイールの回転方向前方に湾曲された円弧状の構成を含むことができる。
【０００６】
特定の実施形態において、本体、ブレード及び支持体は、一体に形成され得る。例えば、本体、ブレード、及び支持体は、複合材料（例えば、ガラス−充填ナイロン）から射出成形され得る。
【０００７】
特定の実施形態において、ブレードは、中間領域から、半径方向内側及び外側に離隔される内面領域及び外面領域まで増加する幅をそれぞれ有することができる。
【０００８】
特定の実施形態において、ブレードは、実質的に一定の幅（例えば、その半径方向の長さの大部分にわたって）を有することができる。
【０００９】
特定の実施形態において、支持体は、本体の背面の背面に向かって軸方向に移動する厚さが増加することができる。
【００１０】
特定の実施形態において、支持体は、その半径方向の長さの大部分にわたって半径が実質的に一定の本体の背面までのフィレットット状の転移部（ｆｉｌｌｅｔｅｄ  ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ）を有することができる。
【００１１】
特定の実施形態において、各々の支持体の半径方向内部端部は、軸に対してオフセットされ得る。
【００１２】
特定の実施形態において、圧縮機ホイールは、本体の背面から半径方向後方に突出するシャフトカップリングが備えられたハブを含むことができる。
【００１３】
特定の実施形態において、ハブ及びシャフトカップリングは、本体と一体に形成され得る。
【００１４】
特定の実施形態において、各々の支持体のトレーリングエッジは、ハブに対して接線方向に位置され得る。
【００１５】
特定の実施形態において、ハブの端部は、回転軸に対して垂直にハブにわたって延びる最小半径寸法を規定する直径を有することができる。
【００１６】
特定の実施形態において、各々の支持体のトレーリングエッジは、ハブの端部によって規定された直径に対して接線方向に位置することができる。
【００１７】
特定の実施形態において、各々の支持体のリーディングエッジは、隣接する支持体のトレーリングエッジと交差することができる。
【００１８】
特定の実施形態において、ハブの直径は、１つ以上の支持体のリーディングエッジと１つ以上の支持体のトレーリングエッジとを交差させることができる。
【００１９】
特定の実施形態において、リーディングエッジは、軸に対してオフセットされ得る。
【００２０】
特定の実施形態において、各々の支持体のリーディングエッジとトレーリングエッジは、ハブに対して接線方向であるが、反対方向に位置することができる。
【００２１】
特定の実施形態において、ブレードは、支持体の曲率方向とは反対方向に湾曲され得る。
【００２２】
特定の実施形態において、本体は、隣接する支持体の間に位置されたその背面に１つ以上の空胴を含むことができる。
【００２３】
特定の実施形態において、圧縮機ホイールは、排気駆動式ターボチャージャーのような強制誘導装置に組み込まれることができる。
【００２４】
本開示の他の態様において、対向する第１の面及び第２の面と、回転軸を中心とした圧縮機ホイールの回転を容易にするためのシャフトへの機械的連結のために構成され、寸法合わせられたハブとを備える本体を含む圧縮機ホイールが開示される。圧縮機ホイールはまた、本体の第１の面に含まれ、ハブから半径方向外側に延びる複数のブレード、及び本体の第２の面に含まれる複数の支持体を含む。
【００２５】
各々の支持体は、ハブに隣接して位置される第１の端部と、第１の端部から半径方向に離隔される対向する第２の端部とを含む（すなわち、特定の実施形態において、支持体は、ハブから半径方向外側に延びることができる）。支持体は、加速中に本体での応力を減少させるために、圧縮機ホイールの本体にわたって半径方向外側にトルクを伝達するために構成され、寸法合わせられる。
【００２６】
特定の実施形態において、本体、ブレード及び支持体は、一体に形成され得る。
【００２７】
特定の実施形態において、圧縮機ホイールは、複合材料、例えば、ガラス−充填ナイロンから形成され得る。
【００２８】
特定の実施形態において、各々の支持体は、ハブに隣接して位置される第１の端部と、第１の端部から半径方向に離隔される対向する第２の端部とを含み得る。このような実施形態において、各々の支持体は、円弧状の構成にすることができ、第１の端部から第２の端部まで湾曲され得る。例えば、支持体は、圧縮機ホイールの回転方向に対応して、第１の端部から第２の端部まで湾曲され得る。
【００２９】
特定の実施形態において、ブレードは、円弧状の構成を含むことができ、支持体とは反対方向に湾曲され得る。
【００３０】
特定の実施形態において、支持体は各々回転軸に対して直角に延びる厚さを規定することができる。厚さは、支持体の第１の端部と第２の端部との間で一定または可変的であり得る。例えば、支持体は各々支持体の第１の端部に隣接する第１のセクション、支持体の第２の端部に隣接する第２のセクション、及び第１のセクションと第２のセクションとの間に位置される中間セクションを含むことができ、ここで、第１のセクションは第１の厚さを規定し、第２のセクションは第２の厚さを規定し、第３のセクションは第１の厚さ及び第２の厚さよりも薄い第３の厚さを規定する。
【００３１】
特定の実施形態において、支持体は各々回転軸に交差する中心線を規定することができる。しかしながら、代替として、支持体は各々回転軸からオフセットされる中心線を規定することができ、これによって支持体はハブから接線方向に延びる。
【００３２】
特定の実施形態において、支持体は各々回転軸から第１の半径方向距離だけ離隔されたリーディングエッジ及び回転軸から第１の半径方向距離よりも短い第２の半径方向距離だけ離隔されたトレーリングエッジを含むことができる。
【００３３】
特定の実施形態において、支持体は各々の支持体のリーディングエッジが隣接する支持体のトレーリングエッジと交差するように構成され、寸法合わせられ、及び位置され得る。
【００３４】
本開示の他の態様において、対向する第１の面及び第２の面（例えば、外部面／正面及び内部面／背面）と、第１の面に含まれる複数のブレード、及び第２の面に含まれる複数の支持体を備える本体を含む圧縮機ホイールが開示される。
【００３５】
また、圧縮機ホイールの本体は、回転軸を中心とした圧縮機ホイールの回転を容易にするためにシャフトへの機械的連結のために構成され、寸法合わせられるハブを含む。
【００３６】
特定の実施形態において、ブレードは、ハブから半径方向外側に延びることができ（例えば、圧縮機ホイールの回転方向に対応して）、第１の方向に湾曲されることができ、ところが、支持体は、ハブから半径方向外側に延びることができ、第１の方向に対向する第２の方向に湾曲され得る。
【００３７】
各々の支持体は、回転軸に対して直角に延びる厚さを規定する。特定の実施形態において、各々の支持体の厚さは、その第１の端部と第２の端部との間で一定であり得る。しかしながら、代替として、各々の支持体の厚さは、変更されることができる。例えば、特定の実施形態において、支持体は各々支持体の第１の端部に隣接する第１のセクション、支持体の対向する第２の端部に隣接する第２のセクション、及び第１のセクションと第２のセクションとの間に位置される中間セクションを含むことができ、ここで、第１のセクションは第１の厚さを規定し、第２のセクションは第２の厚さを規定し、第３のセクションは第１の厚さ及び第２の厚さよりも薄い第３の厚さを規定する。
【００３８】
本開示の他の態様において、対向する第１の面及び第２の面（例えば、外部面／正面及び内部面／背面）と、第１の面に含まれる複数のブレード、及び第２の面に含まれる複数の支持体を備える本体を含む圧縮機ホイールが開示される。
【００３９】
また、圧縮機ホイールの本体は、回転軸を中心とした圧縮機ホイールの回転を容易にするためにシャフトへの機械的連結のために構成され、寸法合わせられたハブを含む。
【００４０】
特定の実施形態において、各々の支持体は、回転軸からオフセットされる中心線を規定することができ、これによって支持体がハブから接線方向に延びる。
【００４１】
特定の実施形態において、支持体は、各々回転軸から第１の半径方向距離だけ離隔されたリーディングエッジ及び回転軸から第１の半径方向距離よりも短い第２の半径方向距離だけ離隔されたトレーリングエッジを含むことができる。このような実施形態において、各々の支持体のリーディングエッジは、隣接する支持体のトレーリングエッジと交差することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
特許または特許出願ファイルは、少なくとも１つのカラーで実行された図面を含む。カラー図面（複数）があるこの特許または特許出願公報の写しは、要請すると必要な手数料を支払うと、特許庁によって提供されるであろう。本明細書の説明は、添付図面を参照しており、同様の参照番号は、いくつかの図面にわたって同様の部分を指す：
【００４３】
【図１】図１は、強制誘導装置の部分断面図である。
【図２】図２は、図１の強制誘導装置の圧縮機ホイールの実施形態の背面斜視図である。
【図３】図３は、図２の圧縮機ホイールの正面斜視図である。
【図４】図４は、図２に図示された圧縮機ホイールの概略的な背面平面図である。
【図５】図５は、図４の５−５線に沿って取った圧縮機ホイールの断面図である。
【図６】図６は、図４の６−６線に沿って取った圧縮機ホイールの断面図である。
【図７】図７は、図４の７−７線に沿って取った圧縮機ホイールの断面図である。
【図８】図８は、図２に示された圧縮機ホイールの代替実施形態の正面斜視図である。
【図９】図９は、図２に示された圧縮機ホイールの代替実施形態の背面斜視図である。
【図１０】図１０は、図２に示された圧縮機ホイールの他の実施形態の背面斜視図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、各々の加速条件において圧縮機ホイールにおける応力を示す、図３、図９、及び図１０に示された圧縮機ホイールの背面斜視図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、各々の加速条件において圧縮機ホイールにおける応力を示す、図３、図９、及び図１０に示された圧縮機ホイールの背面斜視図である。
【図１１Ｃ】図１１Ｃは、各々の加速条件において圧縮機ホイールにおける応力を示す、図３、図９、及び図１０に示された圧縮機ホイールの背面斜視図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、各々の正常状態条件において圧縮機ホイールにおける応力を示す、図３、図９、及び図１０に示された圧縮機ホイールの背面斜視図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、各々の正常状態条件において圧縮機ホイールにおける応力を示す、図３、図９、及び図１０に示された圧縮機ホイールの背面斜視図である。
【図１２Ｃ】図１２Ｃは、各々の正常状態条件において圧縮機ホイールにおける応力を示す、図３、図９、及び図１０に示された圧縮機ホイールの背面斜視図である。
【図１３Ａ】図１３Ａは、各々の正常状態条件において圧縮機ホイールの変位を示す、図３、図９、及び図１０に示された圧縮機ホイールの背面斜視図である。
【図１３Ｂ】図１３Ｂは、各々の正常状態条件において圧縮機ホイールの変位を示す、図３、図９、及び図１０に示された圧縮機ホイールの背面斜視図である。
【図１３Ｃ】図１３Ｃは、各々の正常状態条件において圧縮機ホイールの変位を示す、図３、図９、及び図１０に示された圧縮機ホイールの背面斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
本開示は、重合体及び／または複合材料のような非金属材料から形成され得るターボチャージャーまたは過給機のような強制誘導装置で使用するための圧縮機ホイールを説明する。現在開示されている圧縮機ホイールは、加速中に生成されたねじり荷重及び応力を分散及び／または他に管理するために構成され、寸法合わせられる。具体的に、圧縮機ホイールは、例えば、加速中に圧縮によって、圧縮機ホイールを通って半径方向にトルクを伝達して応力を減少させるために構成され、寸法合わせられる補強支持体を含む。補強支持体は、湾曲の構成及び／または線形の構成になることができ、圧縮機ホイールのその外部部分における半径方向成長の均一性を容易にすることができる。
【００４５】
図１〜図７を参照すると、ハウジング１４０と、ハウジング１４０内に位置された圧縮機ホイール２１０とを含む強制誘導装置１００が例示されている。使用時に、強制誘導装置１００は、車両のパワートレインの一部として構成されることができ、圧縮空気をパワートレインの内燃機関に供給するように配列され得る。圧縮機ホイール２１０は、任意の適切な駆動源に連結されるか、またはそれと連通して作動（すなわち、回転）され得る。例えば、圧縮機ホイール２１０は、電気モーターに対する連結のために構成され、寸法合わせられる。さらに、または代替として、圧縮機ホイール２１０は、エンジンからの排気ガスを介して（例えば、ターボチャージャーのコンテキストで）、またはエンジンからの機械的動力伝達を介して（例えば、過給機のコンテキストで）回転するために構成され、寸法合わせられ、及び位置され得ると予想される。
【００４６】
圧縮機ホイール２１０は、例えば、重合体（複数）、ガラス−充填ナイロンのような複合材料、及び／または他の非金属材料のように、任意の適切な材料から形成され得る。特定の実施形態において、圧縮機ホイール２１０は、一体型の構成であることができ、圧縮機ホイール２１０は、例えば、射出成形またはインサート成形のような成形プロセスを介して形成され得ると予想される。
【００４７】
圧縮機ホイール２１０は、第１の面（外部面／正面）２１４及び第２の面（内部面／背面）２１６を有する本体２１２（図２及び図３）を含む。本体２１２は、圧縮機ホイール２１０が前述の駆動源に連結されるか、または前述の駆動源と連通して回転軸２１２ａ（図２）の回りに回転可能であるように駆動シャフト１５２（図１）への連結を容易にするハブ２１７を含む。例示された実施形態において、例えば、ハブ２１７は、結合構造２１９を組み込んだ本体２１２と一体に形成されたシャフトカップリング２１８を含む。図２及び図３に示される実施形態において、例えば、結合構造２１９は、円形のボア２１９ａ、及び一般的に十字形の構成を集合的に規定する一連のリセス２１９ｂを含む。しかしながら、本開示の代替的な実施形態において、結合構造２１９の特定の構成及び構成要素は、本開示の代替的な実施形態において変更され得ることを理解すべきである。例えば、結合構造２１９は、六角形の断面構成を含むことができると予想される。さらに、または代替として、結合構造２１９は、例えば、リブ、戻り止めなどのように、本明細書に説明された方法で回転するために駆動シャフト１５２を圧縮機ホイール２１０に連結させる意図された目的に適した任意の構造を含むことができる。
【００４８】
ハブ２１７は、回転軸２１２ａに対して直角に延びる横断面寸法（例えば、直径）を有する内部面及び外部面２１７ａ、２１７ｂをそれぞれ規定するように、本体２１２の内部表面及び外部表面２１６ａ、２１６ｂに対して軸方向に延びる。例示された実施形態では一般的に円筒形の構成を含むものとして例示されているので、ハブ２１７が円形断面を規定しているが、ハブ２１７は代替幾何学的構成を取ることができると予想される。例えば、ハブ２１７は、一般的に円錐台形状の構成であり得ると予想される。
【００４９】
図１〜図７に例示された実施形態では、結合構造２１９がハブ２１７と一体に形成されたものとして図示され、説明されたが、代替実施形態では、結合構造２１９がハブ２１７による収容のために構成され、寸法合わせられた別のインサートに提供されることができる。例えば、図８を参照すると、ハブ２１７によって規定された開口２１７ｃ内に位置可能なインサート２１９ｃが開示される。インサート２１９ｃは、ハブ２１７によって画定された対応する突出部２１７ｄとの係合のために構成され、寸法合わせられた一連の突出部２１９ｄを含む。このような実施形態において、インサート２１９ｃ及びハブ２１７は、例えば、圧入係合、熔接などを介して任意の適切な方式で連結され得ると、ハブ２１７及びインサート２１９ｃは、任意の適切な断面形状、例えば、正方形、六角形、平らな部分などを含むことができると予想される。
【００５０】
インサート２１９ｃは、ハブ２１７及び圧縮機ホイール２１０と同じ材料から形成され得るか、またはハブ２１７及びインサート２１９ｃは、異なる材料から形成されることができるだろう。例えば、ハブ２１７は、ガラス−充填ナイロンのような非金属材料から形成され得る一方に、インサート２１９ｃは、アルミニウム、スチールなどのような金属材料から形成され得る。
【００５１】
インサート２１９ｃは、ハブ２１７上の荷重を減少または除去するために、圧縮リミッターとして作用することができるだろう。さらに、インサート２１９ｃは、ハブ２１７上のボア応力を減少させることによって達成可能な先端速度を増加させることができるだろう。
【００５２】
再び図１〜図７を参照すると、本体２１２の外部面２１４は、外部表面２１６ａ（図３）を含み（例えば、規定または形成し）、一般的に凸状である。外部面２１４は、外部表面２１４ａから外側に延びる複数のブレード２２０を含む。ブレード２２０は、吸気口（図示せず）から空気を吸引し、例えば、内燃機関への強制誘導のために排出口（図示せず）からより高い圧力で排出されるように該当空気を圧縮するように構成され、寸法合わせられる。複数のブレード２２０は、（例えば、成形プロセスの一部として）本体２１２と一体に形成されることができ、それによって、ブレード２２０及び本体２１２は、同じ材料から形成され得ると予想される。代替として、ブレード２２０は、本体２１２とは別に形成され、例えば、熔接を介して本体に取り付けられることができると予想される。このような実施形態では、本体２１２及びブレード２２０は、同じまたは異なる材料から形成され得る。
【００５３】
特定の実施形態において、ブレード２２０は、例えば、図３に図示されたように、湾曲された構成を含むことができる。具体的に、ブレード２２０の曲率は、矢印１で表示された圧縮機ホイール２１０の回転方向に対向し得る、またはハブレード２２０の曲率は、圧縮機ホイール２１０の回転方向に対応するように構成されることができると予想される。
【００５４】
本体２１２の内部面２１６は、内部表面２１６ｂを含み（例えば、画定または形成し）、本体２１２の外周部２１５に外部面２１４を接近／交差させる。内部面２１６は、一般的に凹状であり、１つ以上のリセス２２４だけでなく１つ以上の支持体２２２を含む。リセス（複数）２２４は、隣接する支持体２２２の間に延び、内部部面２１６ａ、ハブ２１７、及び支持体２２２によって集合的に規定される。特定の実施形態において、リセス２２４は、全体の壁の厚さ、及びそれによって本体２１２の全体の重量を減少させることができ、及び／またはリセス２２４は、本体２１２の壁の厚さの一貫性を増加させるように位置されることができ、これは、射出成形プロセスを用いて圧縮機ホイール２１０を形成するのに有利であり得ると予想される。従って、リセス２２４は、前述したように、多数の公知された従来の圧縮機ホイールに採用された中実デザインと対照的に、本体２１２が“中空”であることができる。
【００５５】
支持体２２２は、加速中に本体２１２における応力を減少させるために、圧縮機ホイール２１０の本体２１２にわたって半径方向外側にトルクを伝達するように構成され、寸法合わせられ、及び位置される。支持体２２２は、例示された実施形態では複数のリブとして構成されたが、例えばストラット、ブラケット、壁などのように、本明細書に説明された方式で半径方向外側にトルクを伝達しようとする意図された目的に適した任意の構成を取ることができる。
【００５６】
支持体２２２は、例えば、図２及び図３に例示されたように、（例えば、成形プロセスの一部として）本体２１２と一体に形成されることができ、それによって支持体２２２及び本体２１２は、同じ材料から形成され得ると予想される。代替として、支持体２２２は、本体２１２と別に形成されることができ、例えば、熔接を介して本体に取り付けられることができると予想される。このような実施形態では、本体２１２及び支持体２２２が同じまたは異なる材料から形成され得ると予想される。図２及び図３から示されたように、支持体２２２を本体２１２と一体に形成することは、ハブ２１７と支持体２２２との間の任意の物理的な分割を除去され、これにより、ハブ２１７の横断面寸法（例えば、直径）がハブ２１７を支持体２２２から分離させる仮想の境界線として作用する。
【００５７】
各々の支持体２２２は、それぞれ、ハブ２１７に隣接して位置される（例えば、カップリングされるか、または一体に形成される）第１の端部２２２ａと、第１の端部２２２ａから半径方向に離隔された第２の端部２２２ｂとを含む。支持体２２２の端部２２２ｂは、例えば、図２に示されたように、圧縮機ホイール２１０の外部／周辺領域内に延びることができるか、または代替として、端部２２２ｂは、本体２１２の外周部２１５まで延びることができると予想される。支持体２２２は、それぞれ、回転軸２１２ａから第１の半径方向距離Ｒ１（図４）だけ離隔された第１のエッジ２２２ｃ（例えば、内部またはリーディングエッジ）、回転軸２１２ａから第１の距離よりも大きい第２の半径方向距離Ｒ２だけ離隔された第２のエッジ２２２ｄ（例えば、外部またはリーディングエッジ）、及び第１のエッジ２２２ｃ及び第２のエッジ２２２ｄから等距離に位置された中心線２２２ｅを規定する。
【００５８】
図２に示されたように、例えば、支持体２２２は、内部面２１６にわたって均一に離隔され得ると予想される。例えば、圧縮機ホイール２１０は、９０度の間隔で離隔された４つの支持体２２２を含むことができる。しかしながら、代替実施形態においては、圧縮機ホイール２１０に含まれた支持体２２２の数は、変更されることができる。例えば、圧縮機ホイール２１０は、１２０度の間隔で離隔された３つの支持体２２２、７２度の間隔で離隔された５つの支持体２２２などを含むことができる。
【００５９】
一実施形態において、支持体２２２は、例えば、図２に図示されたように、湾曲された構成を含むことができる。より具体的に、支持体２２２は、図２の矢印１で表示された圧縮機ホイール２１０の回転方向に湾曲され得るか、または代替として、支持体２２２は、圧縮機ホイール２１０の回転方向と反対方向に湾曲されることができると予想される。支持体２２２の曲率は、支持体２２２に沿う圧縮荷重として圧縮機ホイール２１０の加速中に半径方向外側にトルクの伝達を容易にするように選択され得ると予想される。図２及び図３を参照して理解できるように、支持体２２２によって規定された曲率は、ブレード２２０によって規定された曲率と反対であり得ると予想される。
【００６０】
支持体２２２の構成、寸法、及び位置は、圧縮機ホイール２１０の代替実施形態において変更され得ると予想される。例えば、動作中に圧縮機ホイール２１０の所望の性能及び／または圧縮機ホイール２１０が経験する荷重／応力に基づいて、支持体２２２の曲率、断面形状及び／または位置が変更されることができる。特に、支持体２２２の曲率は、加速中に、支持体２２２が主に圧縮荷重されて任意の曲げ荷重またはモーメントを最小化するように変更されることができる。支持体２２２の曲率は、また、（例えば、第２の面２１６に小さな正圧を生成することによって）圧縮機ホイール２１０の内部面２１６に隣接して位置したベアリングから潤滑剤（例えば、オイルまたはグリース）を引き出すことを抑制または防止するように選択されることができる。
【００６１】
図２に図示されたように、支持体２２２は、端部２２２ａ、２２２ｂの間で変更される厚さＴを規定することができると予想される。例えば、支持体２２２は、それぞれ、第１の厚さＴａを規定する端部２２２ａに隣接した第１部分２２３ａ、第２の厚さＴｂを規定する端部２２２ｂに隣接した第２部分２２３ｂ、及び第３の厚さＴｃを規定する部分２２３ａ、２２３ｂの間に位置された１つ以上の中間部分２２３ｃを含むことができる。例えば、図２に図示された特定の実施形態において、支持体２２２は、厚さＴａが厚さＴｂよりも大きく、これによって支持体２２２がハブ２１７に隣接するフィレットを規定するように広げられるが、厚さＴｃよりも小さくなると構成され、寸法合わせられる。しかしながら、代替的な実施形態では、厚さＴａ、Ｔｂ、Ｔｃは、任意の所望の効果を達成するために、または必要に応じて圧縮機ホイール２１０に構造的支持を適用するために、変化または変更され得ることを理解すべきである。例えば、厚さＴａ、Ｔｂ、Ｔｃは、互いに同等することができるか、厚さＴａが厚さＴｃを超過することができるかなどである。端部２２２ｂに隣接した支持体２２２の厚さを増加させることは、（例えば、応力集中をさらに制限するために）ブレード２２０を構成するのに使用された材料の減少がオフセットされ得ると予想される。
【００６２】
図２では、第１部分、第２部分、及び第３部分を含むものとして図示されているが、本開示の代替的な実施形態では、該当する部分の数が増加または減少することができることを理解すべきである。
【００６３】
引き続き図２を参照すると、支持体２２２は、支持体２２２の長さの大部分（例えば、支持体２２２の全長の５０％以上）にわたって実質的に一定の半径（例えば、単純な曲線）で曲率を規定することができると予想される。代替として、支持体２２２の曲率は、端部２２２ａ、２２２ｂの間で変更され得ると予想される。例えば、一実施形態において、部分２２３ａ、２２３ｂ、２２３ｃの曲率は、等しいでしょうないこともある（例えば、部分２２３ａの曲率は、部分２２３ｃの曲率を超過することができる部分２２３ｂの曲率を超過することができる）。支持体２２２の曲率は、楕円形または指数関数曲率として、または任意の他の適切な形状として規定され得ると予想される。
【００６４】
図４〜図７を参照すると、支持体２２２は、端部２２２ａ、２２２ｂの間で変更され得る高さＨを規定する。例えば、例示された実施形態において、高さＨが端部２２２ａから端部２２２ｂまで減少することができると予想される。例えば、図５〜図７に例示されたように、支持体２２２が一般的に“テーパード（ｔａｐｅｒｅｄ）”構成を含むように、高さＨの変化が漸進的であり得るか、または高さＨが段階的に漸進的に減少することができると予想される。
【００６５】
支持体２２２によって提供される好ましい動作及び構造的な強化に依存して、支持体２２２の特定の位置及び／または配向が変更され得ると予想される。例えば、図４を参照すると、支持体２２２は、中心線２２２ｅが回転軸２１２ａから半径方向にオフセットまたは離隔されるように位置されることができ、これによって支持体２２２は、ハブ２１７から接線方向に延びる。代替として、支持体２２２は、中心線２２２ｅが回転軸２１２ａと交差するように位置されることができると予想される。図４から示されたように、特定の実施形態において、支持体２２２は、エッジ２２２ｄが隣接した支持体２２２のエッジ２２２ｃと交差するか、または異なりに接合されるように位置されることができる。
【００６６】
前述したように、支持体２２２は、このような支持体２２２なし同様に構成された圧縮機ホイールと比較するとき、加速中に本体２１２の応力を減少させ、これらの応力減少の効果は、支持体２２２の曲率によって増幅される。図１１Ａは、例えば、図２及び図３に例示された圧縮機ホイール２１０に対して実行されたコンピューターシミュレーションの例示を提供する一方、図１１Ｂは、支持体２２２がない同様の圧縮機ホイール３１０に対して実行されたコンピューターシミュレーションの例示を提供し、図１１Ｃは、線形支持体４２２を含む同様の圧縮機ホイール４１０に対して実行されたコンピューターシミュレーションの例示を提供する。
【００６７】
図１１Ａ〜図１１Ｃに反映されたシミュレーションは、応力集中を決定するために、圧縮機ホイール２１０、３１０、及び４１０に対する加速及び正常状態条件の両方において実行された。シミュレーション途中に、それぞれのハブ２１７、３１７、４１７にトルクが印加された状態では、圧縮機ホイール２１０、３１０、４１０のそれぞれの外周部２１５、３１５、４１５が適所に保持された。異なる陰影を有する領域は、異なるレベルの応力を示す（図１１Ａに関連する凡例を参照）。図１１Ｂに図示されたように、圧縮機ホイール３１０は、ハブ３１７を取り囲む区域だけでなく、ハブ３１７からの半径方向距離が増加されるにつれて漸進的に減少される本体３１２の内部領域において、２００ＭＰａ以上の大きな応力集中を経験する。ブレード３２０に関連する領域においては応力減少も見える。図１１Ｃに図示されたように、圧縮機ホイール４１０はまた、ハブ４１７を取り囲む区域だけでなく、本体４１２の内部領域及び支持体４２２と本体４１２との間の転移区域において、２００ＭＰａ以上の大きな応力集中を経験する。対照的に、図１１Ａに図示されたように、圧縮機ホイール２１０は、支持体２２２とハブ２１７との間の転移区域に局在化する、２００ＭＰａ以上の実質的により小さな応力集中を経験する。
【００６８】
図１２Ａ〜図１２Ｃは、ハブ２１７、３１７、４１７が拘束されており、空気力学的負荷を示す１バール（ｂａｒ）の荷重が７０，０００ＲＰＭの遠心荷重と共にブレード２２０、３２０、４２０に適用されている正常状態条件で実行されたコンピューターシミュレーションの例示を提供する。図１２Ｂに図示されたように、圧縮機ホイール３１０は、約７０，０００ＭＰａにピークを有する最も小さい大きさの応力集中を経験した。しかしながら、図１２Ｃに図示されたように、圧縮機ホイール４１０は、支持体４２２と本体４１２との間の転移区域において、（例えば、支持体４２２が本体４１２の半径方向の成長を抑制するため）約１００，０００ＭＰａのピーク応力集中を経験した。図１２Ａに示されたように、圧縮機ホイール２１０はまた、支持体２２２と本体２１２との間の転移区域において、（例えば、支持体２２２が直線化するための試みで半径方向外側に拡張されるため）最も高い応力集中が圧縮機ホイール２１０の外部領域に位置されている、約１００，０００ＭＰａのピーク応力集中を経験した。
【００６９】
図１３Ａ〜図１３Ｃは、圧縮機ホイール２１０、３１０、４１０が経験した半径方向変位（例えば、成長）を識別して測定するために、正常状態条件で実行されるコンピューターシミュレーションの例示を提供する。図１３Ａ〜図１３Ｃにおいて、異なる陰影を有する領域は、異なる量の半径方向成長を示す（図１３Ａに関連する凡例を参照）。金属性圧縮機ホイールと比較して、重合体または複合圧縮機ホイールの成長が最大２０倍であり得る。図１３Ｂに図示されたように、圧縮機ホイール２１０は、ほぼ均一な半径方向成長を経験する。例えば、ブレード２２０の空気力学的負荷は、圧縮機ホイール２１０を半径方向内測に圧縮して、遠心力を部分的にオフセットさせる傾向がある。図１３Ｃに図示されたように、圧縮機ホイール４１０は、９０度の間隔で配置された成長を抑制する支持体４２２によって不均一な半径方向成長を経験する。図１３Ａに図示されたように、圧縮機ホイール２１０は、ほぼ均一な半径方向成長であるが、圧縮機ホイール３１０よりも僅かに大きい大きさの成長を経験する。
【００７０】
図１１Ａ〜図１３Ｃに反映されたシミュレーションは、圧縮機ホイール２１０が加速中には圧縮機ホイール３１０、４１０と比較して応力の実質的な減少を経験したが、正常状態条件の間には、圧縮機ホイール３１０よりも高い応力を経験したことを例示する。さらに、シミュレーションは、正常状態回転中には、圧縮機ホイール２１０が圧縮機ホイール３１０よりも僅かに大きい半径方向成長を経験し、圧縮機ホイール４１０よりも半径方向成長が実質的により均一であることを例示する。結果的に、圧縮機ホイール２１０は、ほぼ均一な放射状成長を提供しながら、加速及び正常状態条件においてより良好な応力折衷を提供することができ、これは、圧縮機ホイール２１０のより良好な耐久性及び／または疲労寿命を提供するものであり得る。また、湾曲された支持体２２２を用いると、より大きい応力及び／または形状の歪みを引き起こし得る（例えば、電子または機械駆動式強制誘導装置と比較して）より高圧及び／または高温で圧縮機ホイール２１０を動作させる排気駆動式ターボチャージャーのような異なる応用において特に有利であり得る。
【００７１】
本開示は、開示された実施形態に限定されるものではないことが理解され、それとは逆に、添付の特許請求の範囲内に含まれる様々修正及び均等な配列を包括することと意図され、その範囲には、法律のもとで許す限り、すべての前記修正及び均等な構造を含むように最も広い解釈が与えられるべきであるだろう。例えば、一実施形態に関連して図示されまたは説明された要素及び特徴は、本開示の範囲から逸脱することなく、他の実施形態の要素及び特徴と組み合わせられることができる。
【００７２】
前述の説明では、添付図面に例示された様々な構造の間の空間的関係、及び構造の空間的配向に対する参照が成立され得る。しかしながら、本開示を完全に熟読した後に当業者に認識されるように、本明細書に説明された構造は、それらの意図された目的に適した任意の方法で位置及び配向され得る。従って、“上”、“下”、“上部”、“下部”、“内部”、“外部”などのような用語の使用は、構造の間の相対的な関係及び／または構造の空間的配向を説明することと理解されるべきである。
【００７３】
さらに、“約”及び“一般的に”のような用語は、関連する任意の数値範囲または概念の変形を許容することと理解されるべきである。例えば、“約”及び“一般的に”のような用語の使用は、２５％程度の変更を含むか、または製造上の許容誤差及び／または設計上の偏差を許容することと予想される。
【図１】
2018135885.tif 000003
【図２】
2018135885.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2018135885.tif 000007
【図６】
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【図７】
2018135885.tif 000009
【図８】
2018135885.tif 000010
【図９】
2018135885.tif 000011
【図１０】
2018135885.tif 000012
【図１１Ａ】
2018135885.tif 000013
【図１１Ｂ】
2018135885.tif 000014
【図１１Ｃ】
2018135885.tif 000015
【図１２Ａ】
2018135885.tif 000016
【図１２Ｂ】
2018135885.tif 000017
【図１２Ｃ】
2018135885.tif 000018
【図１３Ａ】
2018135885.tif 000019
【図１３Ｂ】
2018135885.tif 000020
【図１３Ｃ】
2018135885.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】平成30年5月15日(2018.5.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１１Ａ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１１Ａ】
2018135885.tif 000022
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１１Ｂ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１１Ｂ】
2018135885.tif 000023
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１１Ｃ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１１Ｃ】
2018135885.tif 000024
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１２Ａ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１２Ａ】
2018135885.tif 000025
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１２Ｂ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１２Ｂ】
2018135885.tif 000026
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１２Ｃ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１２Ｃ】
2018135885.tif 000027
【手続補正７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１３Ａ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１３Ａ】
2018135885.tif 000028
【手続補正８】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１３Ｂ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１３Ｂ】
2018135885.tif 000029
【手続補正９】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１３Ｃ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１３Ｃ】
2018135885.tif 000030
【外国語明細書】
2018135885000001.pdf