(57)【要約】【課題】コンプレッサ部に接続されたロータ軸のサイレンサ側端部にモータが取り付けられた構造を採用している過給機において、冷却媒体に過給機吸込空気を用いて効率よくモータを冷却できる過給機及び過給機のモータ冷却方法を提供する。【解決手段】コンプレッサ部に接続されたロータ軸１５のサイレンサ２６側端部にモータ３０が取り付けられた電動アシスト過給機が、サイレンサ２６の径方向からサイレンサ２６とコンプレッサ部との接続部に向けて吸込空気主流が流れ込むようにサイレンサ２６に形成された吸入空気導入路２４と、サイレンサ２６において少なくとも出口がロータ軸１５の軸中心線上に設けられた冷却空気取入流路４０と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンプレッサ部に接続されたロータ軸のサイレンサ側端部にモータが取り付けられた過給機であって、
前記サイレンサの径方向から前記サイレンサと前記コンプレッサ部との接続部に向けて吸込空気主流が流れ込むように前記サイレンサに形成された吸入空気導入路と、
前記サイレンサにおいて少なくとも出口がロータ軸の軸中心線上に設けられた冷却空気取入流路と、を備えることを特徴とする過給機。
【請求項２】
前記吸入空気導入路は、前記吸込空気主流を前記モータの軸中心方向へ導くように傾斜壁を備えることを特徴とする請求項１に記載の過給機。
【請求項３】
前記モータの前記サイレンサ側端部に、前記吸込空気主流を前記モータの軸中心方向へ導くよう縮径した冷却空気導入路を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の過給機。
【請求項４】
前記モータが、円筒形状のハウジングと、該ハウジングの内部に収納されているステータと、前記ロータ軸の端部に接続されて前記ステータの内部で回転する永久磁石を備えたモータロータとを具備し、
前記ハウジングの内周面に１または複数の凹溝部を設けるとともに、前記内周面及び前記凹溝部に放熱グリースを塗布されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の過給機。
【請求項５】
前記ハウジングの外壁面に放熱フィンが設けられていることを特徴とする請求項４に記載の過給機。
【請求項６】
タービン部及びコンプレッサ部を備えたロータ軸のサイレンサ側端部にモータが取り付けられた過給機のモータ冷却方法であって、
前記サイレンサの空気取入口から導入されて吸入空気導入路を通る吸込空気主流と、前記サイレンサにおいて少なくとも流路の出口部が前記ロータ軸の軸中心線上に設けられた冷却空気取入流路を通る冷却用吸込空気と、によって前記モータを冷却することを特徴とする過給機のモータ冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過給機及びモータ冷却方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の燃焼用空気を圧縮し、密度の高い空気を燃焼室内へ送り込む過給機が知られており、たとえば舶用ディーゼル機関や発電用ディーゼル機関のような２ストローク低速機関等においても広く使用されている。このような過給機は、燃焼用空気を圧縮する圧縮機及び圧縮機の駆動源になるタービンがロータ軸に接続され、ケーシング内に収納されて一体に回転する。なお、タービンは、内燃機関の排気ガスが保有するエネルギにより駆動される。
【０００３】
上述した過給機には、ロータ軸に高速の電動発電機を接続したハイブリッド過給機が知られている。このハイブリッド過給機は、通常の過給機と同様に加圧した燃焼用空気を内燃機関に供給するとともに、余剰の排ガスエネルギを使って発電し、電力を供給することもできる。なお、ハイブリッド過給機の電動発電機を圧縮機側のサイレンサ内部に設置する場合、一般的にサイレンサを貫通する程度の大きさを有している。
【０００４】
また、上述したハイブリッド過給機の電動発電機に替えて小型化したモータを採用し、このモータを過給機に内蔵した電動アシスト過給機が知られている。この電動アシスト過給機は、ロータ軸を吸入空気導入路側へ延長した軸延長部に小型化したモータが取り付けられる。この場合、モータが小型であるため、モータロータの重量を既存の過給機軸受により充分支えることが可能であるため、モータ専用の軸受を不要とする、すなわち、モータ専用の軸受を持たないモータオーバハング構造が一般的である。このような電動アシスト過給機は、例えば主機関低負荷時に十分な排気ガス量を得られない場合、主機への掃気圧力が足りなくなるため、従来の補助ブロアの使用に替えてモータに通電し、モータの駆動力を加えて圧縮機の駆動を加勢する。
【０００５】
また、下記の特許文献１には、電動過給機で使用されるモータの過熱を防ぐため、冷却媒体のオイルを循環させてモータを冷却する制御技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４９５９７５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上述した電動アシスト過給機のモータには、モータ専用の軸受を持たないモータオーバハング構造を採用しているものがある。このようなモータオーバハング構造の場合、小型化されたモータのモータロータが過給機のロータ軸の延長部に取り付けられているので、モータロータに専用の軸受を設ける必要がなく、過給機本体を支持する軸受（ロータ軸の軸受）により支持された構造となっている。
【０００８】
また、特許文献１においては、モータの過熱を防ぐために、軸受に供給するオイル（潤滑油）を循環させてモータを冷却しているが、モータオーバハング構造の電動アシスト過給機においては、モータ専用の軸受を有していないため、モータの冷却媒体として潤滑油を使用することができず、従って、例えば、過給機吸込空気を用いて冷却する方法が採用されている。
なお、上述したハイブリッド過給機等のように、モータ専用の軸受を有するモータを採用した構造にすることも可能ではあるが、このような構造にする場合は、潤滑油配管と油切のための圧縮空気配管の新設が必要となる。さらに、過給機とモータが各々軸受を持つことにより、過給機モータ間の軸方向変位、芯ズレを吸収するためにダイアフラムカップリング等が必要となるため、コストが上がりレトロフィットが難しくなる。
【０００９】
このような背景から、例えばモータオーバハング構造のように、コンプレッサ部に接続されたロータ軸のサイレンサ側端部にモータが取り付けられた構造を採用している過給機においては、モータの冷却媒体に過給機吸込空気を用いて効率よく冷却することが望まれる。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、コンプレッサ部に接続されたロータ軸のサイレンサ側端部にモータが取り付けられた構造を採用している過給機において、冷却媒体に過給機吸込空気を用いて効率よくモータを冷却できる過給機及び過給機のモータ冷却方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係る過給機は、コンプレッサ部に接続されたロータ軸のサイレンサ側端部にモータが取り付けられた過給機であって、前記サイレンサの径方向から前記サイレンサと前記コンプレッサ部との接続部に向けて吸込空気主流が流れ込むように前記サイレンサに形成された吸入空気導入路と、前記サイレンサにおいて少なくとも出口がロータ軸の軸中心線上に設けられた冷却空気取入流路と、を備えることを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の過給機によれば、前記サイレンサの径方向から前記サイレンサと前記コンプレッサ部との接続部に向けて吸込空気主流が流れ込むように前記サイレンサに形成された吸入空気導入路と、前記サイレンサにおいて少なくとも出口がロータ軸の軸中心線上に設けられた冷却空気取入流路と、を備えている。このため、冷却空気取入流路を通る冷却用吸込空気は、全量が同軸上にあるモータへ向けて供給され、過給機吸込空気の一部がモータ内部や周辺部に供給されるため、効率よく冷却を行うことが可能になる。
【００１２】
本発明の過給機において、前記吸入空気導入路は、前記吸込空気主流を前記モータの軸中心方向へ導くように傾斜壁を備えることが好ましく、これにより、モータに向けて供給される吸込空気主流の供給量を増し、モータの冷却効率を向上させることが可能になる。
【００１３】
本発明の過給機においては、前記モータの前記サイレンサ側端部に、前記吸込空気主流を前記モータの軸中心方向へ導くよう縮径した冷却空気導入路を備えることが好ましく、これにより、モータ内部に向けて過給機吸込空気を確実に導くことが可能になる。
【００１４】
本発明の過給機において、前記モータが、円筒形状のハウジングと、該ハウジングの内部に収納されているステータと、前記ロータ軸の端部に接続されて前記ステータの内部で回転する永久磁石を備えたモータロータとを具備し、前記ハウジングの内周面に１または複数の凹溝部を設けるとともに、前記内周面及び前記凹溝部に放熱グリースを塗布することにより、ハウジングからの放熱性を向上させることができる。
この場合、前記ハウジングの外壁面に放熱フィンを設けることにより、ハウジングからの放熱性をより一層向上させることができる。
【００１５】
本発明の過給機のモータ冷却方法は、タービン部及びコンプレッサ部を備えたロータ軸のサイレンサ側端部にモータが取り付けられた過給機のモータ冷却方法であって、前記サイレンサの空気取入口から導入されて吸入空気導入路を通る吸込空気主流と、前記サイレンサにおいて少なくとも流路の出口部が前記ロータ軸の軸中心線上に設けられた冷却空気取入流路を通る冷却用吸込空気と、によって前記モータを冷却することを特徴とするものである。
【００１６】
このような本発明の過給機のモータ冷却方法によれば、前記サイレンサの空気取入口から導入されて吸入空気導入路を通る吸込空気主流と、前記サイレンサにおいて少なくとも流路の出口部が前記ロータ軸の軸中心線上に設けられた冷却空気取入流路を通る冷却用吸込空気と、によって前記モータを冷却するので、冷却空気取入流路を通る冷却用吸込空気の全量が同軸上にあるモータへ向けて供給され、過給機吸込空気の一部がモータ内部や周辺部に対し供給されるため、冷却を効率よく行うことが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
上述した本発明によれば、コンプレッサ部に接続されたロータ軸のサイレンサ側端部にモータが取り付けられた構造の過給機において、モータの冷却媒体として過給機吸込空気の一部を用い、モータを効率よく確実に冷却することが可能になる。この結果、モータを備えた過給機は、その信頼性や耐久性が向上するという顕著な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る過給機及びモータ冷却方法の一実施形態を示す要部断面図である。
【図２】所定位置に取り付けられたモータをサイレンサ方向から見た図１の左側面図である。
【図３】（ａ）はモータを構成するハウジングの左側面図、（ｂ）はモータを構成するハウジングの縦断面図である。
【図４】本発明に係る過給機の概略構成例を示す縦断面図である。
【図５】図４に示す過給機のモータ周辺部を拡大した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明に係る過給機及びモータ冷却方法について、その一実施形態を図面に基づいて説明する。
図４は、本発明に係る過給機の一例として、電動アシスト過給機の概略構成例を示す縦断面図である。図示の電動アシスト過給機（以下、「過給機」と呼ぶ）１０は、例えば、図示しない舶用ディーゼル機関（例えば、低速２サイクルディーゼル機関）に備えられて、舶用ディーゼル機関を構成するシリンダライナ（図示せず）の内部と連通する給気マニホールド（図示せず）に、圧縮された空気を供給する装置である。
【００２０】
図４に示すように、本実施形態の過給機１０は、ガス入口ケーシング１１、ガス出口ケーシング１２、軸受台１３及びコンプレッサ側の空気案内ケーシング１４がボルト（図示せず）によって一体に締結されることにより構成されている。ロータ軸１５は、軸受台１３内に設けたスラスト軸受１６及びラジアル軸受１７、１８により回転自在に支持されており、一端部にタービン部を構成するタービン１９を有し、他端部にコンプレッサ部を構成するコンプレッサ羽根車（羽根車）２０を有している。
【００２１】
タービン１９は、外周部に多数のブレード１９ａを有している。このブレード１９ａは、ガス入口ケーシング１１に設けられた排気ガス導入路２２と、ガス出口ケーシング１２に設けられた排気ガス排出路２３との間に配置されている。
一方、コンプレッサ羽根車２０は、外周部に多数のブレード２０ａを有している。このブレード２０ａは、過給機ケーシングの一部である空気案内ケーシング１４に設けられた吸入空気導入路（吸気流路）２４の下流側に配置されている。吸入空気導入路２４は、コンプレッサ羽根車２０を介して渦室２５に接続され、さらに、渦室２５は図示しない吸入空気導入路を介してエンジンの燃焼室に接続されている。
【００２２】
また、上述した過給機１０は、吸入空気導入路２４の上流側にサイレンサ２６を備えている。このサイレンサ２６は、コンプレッサ部で圧縮する吸入空気が吸入空気導入路２４に吸入される前段（上流側）に、すなわち吸入空気導入路２４の入口部上流側に設置され、吸入空気を通過させることで空気流を整流するフィルタ機能と、空気吸入によって発生する騒音を吸収する消音機能とを有している。このサイレンサ２６は、中間ピース２７を介して空気案内ケーシング１４に支持されている。
【００２３】
そして、本実施形態の過給機１０は、ロータ軸１５に接続したモータ３０を備えている。このモータ３０は、ハイブリッド過給機に用いられていた電動発電機の発電機能を省略し、電動機能に絞ることで小型化したものである。このため、モータ３０は、ロータ軸１５を吸入空気導入路２４側へ延長して取り付ける構造、すなわち、モータ３０が専用の軸受を持たないモータオーバハング構造となる。従って、モータ３０及び後述するモータ３０のモータロータ３１は、ロータ軸１５を支持するスラスト軸受１６及びラジアル軸受１７、１８により支持された構造となる。
【００２４】
図５は、上述したモータ３０の周辺部を拡大した図である。
モータ３０は、モータロータ３１、ステータ３２及びハウジング３３を主な構成要素とする。このうち、モータロータ３１は、外周面に永久磁石を備える円柱形状の部材であり、その一端部がロータ軸１５の端部とフランジ結合により接続されている。このフランジ結合は、ロータ軸１５の吸入空気導入路２４側（同図において左側）となる端部に設けたフランジ１５ａと、モータロータ３１のコンプレッサ羽根車２０側（同図において右側）となる端部に設けたフランジ３１ａとを接合し、複数のボルト・ナット３４を用いて連結したものである。
【００２５】
ステータ３２は、円筒形状のハウジング３３内に収納設置されている。このハウジング３３は、図４に示すように、サポート部材３５を介して空気案内ケーシング１４に支持されている。なお、サポート部材３５と空気案内ケーシング１４との間及びサポート部材３５とハウジング３３との間は、各々六角ボルト３６によって連結されている。
【００２６】
ステータ３２の中空部には、軸中心部を通るモータロータ３１がステータ３２に対して非接触の状態で配設されている。
また、ハウジング３３の吸入空気導入路２４側となる先端部には、キャップ３７が六角穴付ボルト３８により固定して取り付けられている。このキャップ３７は、サイレンサ２６側よりコンプレッサ羽根車２０側に向かって位置し、軸中心部には円形の開口部３７ａが設けられている。すなわち、モータ３０は、ロータ軸１５の軸延長部がサイレンサ２６に到達しない大きさまで小型化されている。
【００２７】
さて、上述した構成の過給機１０は、運転時に温度上昇するモータ３０を冷却することが必要になる。このため、本実施形態では、過給機吸込空気の一部を用いてモータ３０を冷却する。
モータ３０の冷却に使用する過給機吸込空気は、図１に示すように、サイレンサ２６の空気取入口２６ａから導入されて吸入空気導入路２４を通る吸込空気主流と、サイレンサ２６の軸方向中心部を貫通してロータ軸１５の軸中心線上に設けられた冷却空気取入流路４０を通る冷却用吸込空気と、を備えている。すなわち、過給機吸込空気には、吸入空気導入路２４を通って吸入された吸込空気主流と、冷却空気取入流路４０を通って吸入された冷却用吸込空気とがあり、異なる経路を通った空気（吸込空気主流及び冷却用吸込空気）が合流して空気案内ケーシング１４内に流入する。なお、ここでの冷却用吸込空気は、吸込空気主流と区別するための名称であり、用途を冷却のみに限定するものではない。
【００２８】
吸込空気主流は、サイレンサ２６の外周部に設けた空気取入口２６ａから吸入空気導入路２４に流入し、ロータ軸１５の軸方向へ向けて空気案内ケーシング１４内に流入する。この吸込空気主流は、一部が冷却用吸入空気とともにモータ３０の冷却に使用される。なお、吸込空気主流及び冷却用吸込空気は、モータ３０の冷却に使用されたものも含めて空気案内ケーシング１４内で合流した後、コンプレッサ羽根車２０によって圧縮される。
【００２９】
一方、冷却用吸入空気は、冷却空気取入流路４０を通って流入するが、この冷却空気取入流路４０は、少なくとも冷却空気取入流路４０の出口部分がロータ軸１５の軸中心線上にあるようにサイレンサ２６を貫通し、設けられている。この冷却空気取入流路４０は、全体がロータ軸１５の軸中心線上でサイレンサ２６を直線状に貫通していてもよい。このため、冷却空気取入流路４０の出口４１は、ロータ軸１５の軸中心線上に取り付けられたモータ３０のキャップ３７と対向して開口する。すなわち、冷却空気取入流路４０の出口４１は、ロータ軸１５の軸中心線上において、キャップ３７の開口部３７ａと対向している。
なお、冷却空気取入流路４０の入口４２は、サイレンサ２６の軸方向端面に取り付けた端子台５０の内部に開口し、端子台５０の外壁面適所に設けた空気取入口（不図示）から冷却用吸込空気を導入する。冷却空気取入流路４０の入口４２は、冷却空気取入流路４０の設置方法により、ロータ軸１５の軸中心線と合致せずに、軸中心から外れた位置に入口４２を開口させてもよい。
【００３０】
このため、冷却空気取入流路４０から流入する冷却用吸込空気は、その全量が同軸上にあるモータ３０へ向けて供給される。具体的に説明すると、冷却空気取入流路４０の出口４１と、モータ３０の先端部に取り付けられたキャップ３７の開口部３７ａとが同軸上にあるので、直線状の冷却空気取入流路４０から流出する冷却用吸込空気は、そのまま直進して全量が開口部３７ａからモータ３０内に流入する。また、吸込空気主流の一部も冷却用吸込空気と合流し、開口部３７ａから流入する。
こうしてモータ３０の内部に流入した冷却用吸込空気及び吸込空気主流の一部は、モータロータ３１とステータ３２との間に形成されている隙間を通過するなどして、モータ３０のキャップ３７と反対側からコンプレッサ羽根車２０側へ流出する。
【００３１】
この結果、モータ３０の内部を通過して流れる冷却用吸込空気及び吸込空気主流の一部は、モータ３０から吸熱して冷却に利用することができる。また、吸込空気主流の多くがモータ３０の外周側を通過して流れるので、この吸込空気主流もモータ３０から吸熱して冷却に利用することができる。従って、過給機吸込空気の一部を用いるモータ３０の冷却は、モータ３０の内部や周辺部を通過する十分な空冷用空気量を確実に確保でき、特に、モータ３０の内部を通過する空冷用空気として、主に冷却用吸込空気を確実に導入して効率よく冷却することができる。
【００３２】
また、上述した実施形態（図１参照）の過給機１０には、吸入空気導入路２４のロータ軸側出口を延長し、吸込空気主流をモータ３０の軸中心方向へ導くように傾斜壁６０を設けてある。すなわち、この傾斜壁６０は、吸入空気導入路２４を形成する壁面のうち、ロータ軸１５側となる流路内側壁面２４ａの傾斜面を冷却空気取入流路４０の出口４１まで延長したものである。なお、傾斜壁６０が冷却空気取入流路４０の出口４１よりロータ軸側（図１において右側）に突出すると、冷却用吸込空気の流れを妨げることになり、冷却用吸込空気が適切にモータ３０内部へ導かれなくなるため好ましくない。
【００３３】
さらに、この傾斜壁６０は、その延長線が、キャップ３７の開口部３７ａ内またはその近傍で、ロータ軸１５の軸中心線上で交差するような角度設定にするとよい。
このような傾斜壁６０を設けることにより、モータ３０に向けて供給される吸込空気主流の供給量が増加するので、モータ３０の内部や外周の冷却に利用する空冷用空気量を増し、モータ３０の冷却効率を向上させることができる。
【００３４】
また、上述した実施形態の過給機１０には、モータ３０のサイレンサ２６側となる先端部に、過給機吸込空気の一部及び冷却用吸込空気をモータ３０の軸中心方向へ導くようコンプレッサ羽根車２０側へ縮径したコーン形状の冷却空気導入路３９を設けることが望ましい。図示の構成例では、図１及び図５に示すように、キャップ３７の開口部３７ａを形成する内周面３７ｂ及びステータ３２の内周面端部３２ａにより、互いに連続するコーン形状の冷却空気導入路３９を形成しているが、キャップ３７の開口部３７ａ側だけに部分的に冷却空気導入路３９を形成してもよい。
【００３５】
このような冷却空気導入路３９を設けることにより、過給機吸込空気の一部及び冷却用吸込空気をモータ３０の内部に向けて確実に導くことができる。このため、モータ３０の内部では、モータロータ３１とステータ３２との間に形成された隙間を十分な量の空気が流れ、効率のよい冷却を行うことができる。
なお、ステータ３２の内周面端部３２ａが冷却空気導入路３９の一部を形成することにより、モータロータ３１とステータ３２との間に形成された隙間に対して空気をより確実に導くことができる。
【００３６】
さらに、上述した実施形態の過給機１０は、例えば図３（ｂ）に示すように、ハウジング３３の内周面３３ａに全周にわたる１または複数の凹溝部３３ｂを設け、内周面３３ａ及び凹溝部３３ｂに放熱グリースを塗布することが望ましい。
具体的に説明すると、ハウジング３３の内周面３３ａには、全周にわたる凹溝部３３ｂが軸方向に複数（本実施形態では７列）設けられている。そして、内周面３３ａ及び凹溝部３３ｂに放熱グリースを薄く塗布しておくことで、運転時におけるハウジング３３からの放熱性が向上する。また、ハウジング３３からの放熱性を向上させるため、ハウジング３３の外周面には複数の放熱フィン３３ｃが設けられている。
【００３７】
上述したように、本実施形態の過給機１０は、過給機吸込空気として、サイレンサ２６の空気取入口２６ａから導入されて吸入空気導入路２４を通る吸込空気主流と、吸入空気導入路２４の少なくとも出口はサイレンサ２６の軸方向中心部を貫通してロータ軸１５の軸中心線上に設けられた冷却空気取入流路４０を通る冷却用吸込空気とを用い、その一部を空冷用空気にしてモータ３０を冷却するモータ冷却方法を実施している。
このため、特に、冷却空気取入流路４０を通る冷却用吸込空気の全量が同軸上にあるモータ３０へ向けて供給されるようになる。このため過給機吸込空気の一部がモータ３０の内部や周辺部に供給されるため、効率よく冷却を行うことが可能となる。
【００３８】
上述した本実施形態により、モータオーバハング構造を採用している過給機１０は、モータ３０の冷却媒体として、冷却空気取入流路４０を通る冷却用吸込空気と過給機吸込空気の一部を用いることで、モータ３０を効率よく確実に冷却できるため、過給機１０の信頼性や耐久性が向上する。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１０    電動アシスト過給機（過給機）
１１    ガス入口ケーシング
１２    ガス出口ケーシング
１３    軸受台
１４    空気案内ケーシング
１５    ロータ軸
１９    タービン
２０    コンプレッサ羽根車
２２    排気ガス導入路
２３    排気ガス排出路
２４    吸入空気導入路
２５    渦室
２６    サイレンサ
３０    モータ
３１    モータロータ
３２    ステータ
３３    ハウジング
３３ａ    内周面
３３ｂ    凹溝部
３３ｃ    放熱フィン
３５    サポート部材
３６    六角ボルト
３７    キャップ
３９    冷却空気導入路
４０    冷却空気取入流路
６０    傾斜壁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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