(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンインペラを一端に有するタービン軸と、タービン軸で回転駆動されるコンプレッサインペラと、タービンインペラ、タービン軸及びコンプレッサインペラを囲むハウジングと、該ハウジング内に固定されたモータステータと、該モータステータで回転駆動されるモータロータとを備えた電動過給機であって、
前記モータロータは、コンプレッサインペラの内径側に嵌め合いにより固定されている、ことを特徴とする電動過給機。
【請求項２】
前記モータロータは、タービン軸を囲む貫通孔のある中空円筒形のスリーブを有し、
前記コンプレッサインペラは、前記スリーブの軸方向端部を嵌め合いにより固定する中空円筒孔を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の電動過給機。
【請求項３】
前記モータロータは、タービン軸とコンプレッサインペラの間に位置し、これらを同心に連結する円筒形のスリーブを有する、ことを特徴とする請求項１に記載の電動過給機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機を内蔵した電動過給機に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮機により密度を高めた空気を機関（エンジン）に供給することを過給（ｓｕｐｅｒｃｈａｒｇｉｎｇ）といい、このうち排気エネルギにより圧縮機の駆動仕事をまかなうものを排気タービン過給機（ｅｘｈａｕｓｔ‐ｇａｓ  ｔｕｒｂｏｃｈａｒｇｅｒ）と呼ぶ。
【０００３】
排気タービン過給機は、一般的に、軸受ユニットを挟んで配置された圧縮機（コンプレッサ）とタービンからなり、圧縮機はコンプレッサインペラを、タービンはタービンインペラをそれぞれ内蔵する。コンプレッサインペラとタービンインペラは、軸受ユニットで支持された連結軸（シャフト）で互いに連結されており、エンジンの排ガスでタービンインペラを回転駆動し、この回転力を連結軸を介してコンプレッサインペラに伝達し、コンプレッサインペラで空気を圧縮してエンジンに過給するようになっている。
【０００４】
上述した排気タービン過給機において、低速回転時の加速を補助するために電動機を内蔵したものが既に提案されている（例えば特許文献１、２）。以下、このような電動機を内蔵した排気タービン過給機を単に「電動過給機」と呼ぶ。
【０００５】
特許文献１のターボチャージャは、図４に示すように、タービン５１とコンプレッサ５２を連結するシャフト５３上に取り付けられた発電・電動用の回転子５４と、ハウジング５５内に取り付けられた固定子５６とから構成される発電機と、固定子を冷却するため固定子を取り囲むハウジングの内部に形成された冷却用の水ジャケット５７とを備えたものである。
【０００６】
特許文献２のモータアシストスーパーチャージャは、図５に示すように、コンプレッサホイール６１の軸方向延長部に支持された複数の磁石６２と、この磁石６２から半径方向外方に間隔を隔てハウジング６３で支持された複数のステータ巻き線６４を有するものである。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−１３０１７６号公報、「発電・電動機を備えたターボチャージャ」
【特許文献２】米国特許第５，８７０，８９４号明細書、「ＭＯＴＯＲ−ＡＳＳＩＳＴＥＤ  ＳＵＰＥＲＣＨＡＲＧＩＮＧ  ＤＥＶＩＣＥＳ  ＦＯＲ  ＩＮＴＥＲＮＡＬＣＯＭＢＵＳＴＩＯＮＥＮＧＩＮＥＳ」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
電動過給機では、内蔵した電動機によりシャフトで連結されたコンプレッサインペラとタービンインペラを回転駆動するため、電動機の回転子（モータロータ）をこれらに対してアンバランスが小さくなるよう、偏芯を小さく固定する必要がある。
【０００９】
しかし、特許文献１のようにシャフト５３に回転子５４（モータロータ）を直接固定する場合、以下の問題点があった。
（１）モータロータとシャフトとの隙間を大きくすると、モータロータが偏った状態で組み立てられることがあるために、アンバランスが大きくなる傾向がある。
しかし、逆に同心を得ようとして締まり嵌めとすると、組立時、シャフトに応力が生じ、軸曲がりによるアンバランスが生じるおそれがある。
【００１０】
また、特許文献２のようにコンプレッサホイール６１の延長部のまわりに磁石６２（モータロータ）を固定する場合には、以下の問題点があった。
（２）モータロータの内周側に位置する材料が一般的に非磁性体部材（コンプレッサインペラの部材；アルミ合金等）であり、モータの磁気回路形成に寄与しないため、十分な体積の磁気回路を確保することが難しく、モータ性能が低下する。
（３）モータロータ外周の固定位置の直径が大きくなるため、モータロータにかかる遠心応力が大きくなり、高速回転が困難である。
【００１１】
本発明はかかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、シャフトで連結されたコンプレッサインペラとタービンインペラに対してアンバランスの増加がなく、シャフトの軸曲がりが生じるおそれがなく、モータ性能の低下がなく、容易に高速回転できる電動過給機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によれば、タービンインペラを一端に有するタービン軸と、タービン軸で回転駆動されるコンプレッサインペラと、タービンインペラ、タービン軸及びコンプレッサインペラを囲むハウジングと、該ハウジング内に固定されたモータステータと、該モータステータで回転駆動されるモータロータとを備えた電動過給機であって、
前記モータロータは、コンプレッサインペラの内径側に嵌め合いにより固定されている、ことを特徴とする電動過給機が提供される。
【００１３】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記モータロータは、タービン軸を囲む貫通孔のある中空円筒形のスリーブを有し、
前記コンプレッサインペラは、前記スリーブの軸方向端部を嵌め合いにより固定する中空円筒孔を有する。
【発明の効果】
【００１４】
上記本発明の構成によれば、モータロータが、コンプレッサインペラの内径側に嵌め合いにより固定されているので、モータロータはコンプレッサインペラに対して軸のずれを最小とすることができる。
【００１５】
また、モータロータとコンプレッサインペラを嵌め合いにより一体化することにより、組立時の部品点数を１点減らすことができ、組立が容易となる。
さらにこの嵌め合いを強くしても、シャフトはコンプレッサインペラを介して回転駆動されるので、シャフトの曲がりによるアンバランスは生じる恐れがない。
【００１６】
また、本発明の構成によれば、モータロータが、コンプレッサインペラの内径側に嵌め合いにより固定されているので、インナースリーブに十分な体積を持たせることが可能となり、十分な磁気回路を確保できる。また、モータロータをタービン軸の回り、又は近接して配置できるために、一般的に磁性体であるタービン軸を磁気回路の一部として用いることが可能となるため、高いモータ性能を保持することができる。
【００１７】
さらに、モータロータをタービン軸の回り、又は近接して配置できるので、モータロータの外周の直径を小さくでき、容易に高速回転が可能である。
【００１８】
従って、本発明によれば、シャフト（タービン軸）で連結されたコンプレッサインペラとタービンインペラを空転することなく確実に回転駆動することができ、シャフトの軸曲がりが生じるおそれがなく、モータ性能の低下がなく、容易に高速回転できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の好ましい実施例を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００２０】
図１は、本発明の電動過給機の全体構成図である。この図において、本発明の電動過給機１０は、タービン軸１２、コンプレッサインペラ１４、およびハウジングを備える。ハウジングは、この例では、ベアリングハウジング１６、タービンハウジング１８、及びコンプレッサハウジング２０からなる。
【００２１】
タービン軸１２は、タービンインペラ１１を一端（図で左端）に有する。この例において、タービンインペラ１１はタービン軸１２に一体的に形成されているが、本発明はこれに限定されず、タービンインペラ１１を別に取り付ける構成であってもよい。
【００２２】
コンプレッサインペラ１４は、タービン軸１２の他端（図で右端）に軸端ナット１５により一体で回転するように連結されている。
【００２３】
ベアリングハウジング１６は、タービン軸１２を軸受メタル１７ａで回転可能に支持する。また、タービン軸１２は、スラストカラー１７ｂ及びスラストベアリング１７ｃ，１７ｄにより軸方向に移動しないように支持されている。さらに、ベアリングハウジング１６は、軸受メタル１７ａ、スラストカラー１７ｂ及びスラストベアリング１７ｃ，１７ｄを潤滑するための図示しない潤滑油流路を有している。
【００２４】
タービンハウジング１８は、タービンインペラ１１を回転可能に囲み、かつベアリングハウジング１６に連結されている。このタービンハウジング１８は、内部に外部から排ガスが導入されるスクロール室１８ａと、スクロール室１８ａからタービンインペラ１１まで排ガスを案内する環状に形成された流路１８ｂを有する。
さらに、流路１８ｂには、複数のノズル翼１９が周方向に一定の間隔で配置されている。このノズル翼１９は、可変ノズル翼であり、その間に形成される流路面積を変化できることが好ましいが、本発明はこれに限定されず固定ノズル翼やノズルのない形式であってもよい。
【００２５】
コンプレッサハウジング２０は、コンプレッサインペラ１４を回転可能に囲み、かつベアリングハウジング１６に連結されている。このコンプレッサハウジング２０は、内部に圧縮空気が導入されるスクロール室２０ａと、コンプレッサインペラ１４からスクロール室２０ａまで圧縮空気を案内する環状に形成された流路２０ｂを有する。
【００２６】
上述した構成により、エンジンの排ガスでタービンインペラ１１を回転駆動し、この回転力をタービン軸１２を介してコンプレッサインペラ１４に伝達し、コンプレッサインペラ１４で空気を圧縮してエンジンに過給することができる。
【００２７】
図１において、本発明の電動過給機１０は、さらに、モータロータ２２およびモータステータ２４を備える。
モータロータ２２とモータステータ２４によりブラシレスの交流電動機が構成される。
この交流電動機は、タービン軸１２の高速回転（例えば少なくとも１０〜２０万ｒｐｍ）に対応でき、かつ加速時の回転駆動と減速時の回生運転ができることが好ましい。また、電動過給機の最高回転数（たとえば２０万ｒｐｍ以上）までの機械的な安定性を確保されている。
【００２８】
図２は、図１の部分拡大図である。この図に示すように、本発明において、モータロータ２２は、コンプレッサインペラ１４の回転軸を含む側面に嵌め合いにより固定されている。
すなわち、この例では、モータロータ２２は、タービン軸１２を囲む貫通孔のある中空円筒形のスリーブ２２ａを有する。
またコンプレッサインペラ１４は、スリーブ２２ａの軸方向端部（図で右端）を嵌め合いにより固定する中空円筒孔１４ａを有する。
【００２９】
モータロータ２２のスリーブ２２ａとコンプレッサインペラ１４の中空円筒孔１４ａとの嵌め合いは、運転時においても隙間が発生することのないような締まり嵌め（例えば直径締め代、０．０１ｍｍ以上）にするのがよい。
また、スリーブ２２ａの内面とタービン軸１２の外面との間は、わずかな隙間を有するのがよい。
【００３０】
図３は、図２と同様の、本発明の別の実施形態図である。
この図において、モータロータ２２は、タービン軸１２とコンプレッサインペラ１４の間に位置し、これらを同心に連結する円筒形のスリーブ２２ｂを有する。
タービン軸１２とスリーブ２２ｂとの連結は、この例では軸端部の嵌め合いとネジの螺合である。しかし本発明はこれに限定されず、同心かつ強固に連結できる限りで他の手段でもよい。
モータロータ２２のスリーブ２２ｂとコンプレッサインペラ１４の中空円筒孔１４ｂとの嵌め合いは、図２と同様に運転時においても隙間が発生することのないような、十分強い締まり嵌め（例えば直径締め代、０．０１ｍｍ以上）にするのがよい。
その他の構成は図２と同様である。
【００３１】
上述した本発明の構成によれば、モータロータ２２のスリーブ２２ａ、２２ｂが、コンプレッサインペラ１４の内径側に嵌め合いにより固定されているので、この嵌め合いによって、コンプレッサインペラとモータロータの重心のずれを最小にすることができる。コンプレッサインペラは一般的にタービン軸と軽い締め代を持って締結してあるため、タービン軸との重心のずれも最小となる。
【００３２】
また、モータロータ２２のスリーブ２２ａ、２２ｂとコンプレッサインペラ１４を嵌め合いにより一体化することにより、組立時の部品点数を１点減らすことができ、組立が容易となる。
【００３３】
また、本発明の構成によれば、モータロータ２２が、コンプレッサインペラ１４の内径側に嵌め合いにより固定されているので、インナースリーブに十分な体積を持たせることが可能となり、十分な磁気回路を確保できる。また、モータロータ２２をタービン軸１２の回り、又は近接して配置できるために、一般的に磁性体であるタービン軸を磁気回路の一部として用いることが可能となるため、高いモータ性能を保持することができる。
さらに、モータロータ２２をタービン軸１２の回り、又は近接して配置できるので、モータロータの固定位置の直径を小さくでき、容易に高速回転が可能である。
【００３４】
従って、本発明によれば、シャフト（タービン軸１２）で連結されたコンプレッサインペラ１４とタービンインペラ１１を空転することなく確実に回転駆動することができ、シャフトの軸曲がりが生じるおそれがなく、モータ性能の低下がなく、容易に高速回転できる。
【００３５】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の電動過給機の全体構成図である。
【図２】図１の部分拡大図である。
【図３】本発明の別の実施形態図である。
【図４】特許文献１のタービチャージャの構成図である。
【図５】特許文献２のモータアシストスーパーチャージャの構成図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０  電動過給機、１１  タービンインペラ、１２  タービン軸、
１４  コンプレッサインペラ、１４ａ  中空円筒孔、１５  軸端ナット、
１６  ベアリングハウジング、１７ａ  軸受メタル、１７ｂ  スラストカラー、
１７ｃ，１７ｄ  スラストベアリング、
１８  タービンハウジング、１８ａ  スクロール室、１８ｂ  流路、
１９  ノズル翼、２０  コンプレッサハウジング、２０ａ  スクロール室、
２０ｂ  流路、２２  モータロータ、
２２ａ、２２ｂ  スリーブ、２４  モータステータ
【図１】
0004671177.tif 000002
【図２】
0004671177.tif 000003
【図３】
0004671177.tif 000004
【図４】
0004671177.tif 000005
【図５】
0004671177.tif 000006