(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトの両端にタービンインペラ及びコンプレッサインペラが連結されこれらが一体的に回転する過給機ロータの回転を内蔵された電動機により加速補助するように構成された電動機付過給機の回転バランスを修正する方法であって、
前記電動機により前記過給機ロータを回転駆動して、前記電動機付過給機の回転バランス修正に必要なデータを検出し、回転バランスを修正する、
ことを特徴とする電動機付過給機の回転バランス修正方法。
【請求項２】
加速補助時に前記電動機に電力を供給する加速補助用モータドライバとは別の専用モータドライバであって前記加速補助用モータドライバの供給電力より大きい電力を前記電動機に供給する専用モータドライバを用い、前記電動機を駆動させる、ことを特徴とする請求項１に記載の電動機付過給機の回転バランス修正方法。
【請求項３】
電動機付過給機のタービンハウジング及びコンプレッサハウジングを取り外した状態で、前記電動機により前記過給機ロータを回転駆動する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電動機付過給機の回転バランス修正方法。
【請求項４】
内部が減圧された減圧チャンバ内に前記電動機付過給機を設置して、前記過給機ロータを回転駆動する、ことを特徴とする請求項３に記載の電動機付過給機の回転バランス修正方法。
【請求項５】
シャフトの両端にタービンインペラ及びコンプレッサインペラが連結されこれらが一体的に回転する過給機ロータの回転を内蔵された電動機により加速補助するように構成された電動機付過給機に対し回転バランス修正のための試験を行う、電動機付過給機の回転バランス試験装置であって、
前記電動機付過給機のシャフトを回転自在に支持するセンターハウジングを設置・固定可能な過給機設置台と、
加速補助時に前記電動機に電力を供給する加速補助用モータドライバとは別の専用モータドライバであって前記加速補助用モータドライバの供給電力より大きい電力を前記電動機に供給する専用モータドライバと、
前記電動機過給機の回転バランス修正に必要なデータを検出するデータ検出手段と、を備える、
ことを特徴とする電動機付過給機の回転バランス試験装置。
【請求項６】
前記電動機付過給機を収容可能であり、且つ、内部を減圧可能な減圧チャンバをさらに備える、ことを特徴とする請求項５に記載の電動機付過給機の回転バランス試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過給機ロータの回転駆動を補助する電動機を備えた電動機付過給機の回転バランス修正方法および回転バランス試験装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の性能向上のために、内燃機関の排気ガスで駆動し吸気を圧縮して過給する過給機（「ターボチャージャ」とも称される。）が広く用いられている。また、過給機のシャフトと同軸上に電動機を組み込み、コンプレッサの回転駆動を加速補助することにより、加速応答性等を改善した過給機も用いられている。このような電動機による電動アシスト機能をもつ過給機を電動機付過給機という。
【０００３】
図３は、一般的な電動機付過給機１０の構成を示す断面図である。
電動機付過給機１０の給気通路側にはコンプレッサインペラ６とこれを囲むコンプレッサハウジング８が配設されている。
電動機付過給機１０の排気通路側にはタービンインペラ２とこれを囲むタービンハウジング４が配設されている。
タービンインペラ２はシャフト１２と溶接等により一体化され、コンプレッサインペラ６は中心部にシャフト１２が嵌入されてナット７により締結されている。
シャフト１２はセンターハウジング１４に内蔵されたジャーナル軸受１６及びスラスト軸受１７によって回転自在に支持されている。
この構造により、タービンインペラ２、コンプレッサインペラ６及びシャフト１２が一体的に回転するようになっている。以下、タービンインペラ２、コンプレッサインペラ６及びシャフト１２からなる回転体を「過給機ロータ」と呼ぶ。
またセンターハウジング１４には、シャフト１２と同軸上に連結された回転子１８Ａと、回転子１８Ａの周囲に配設された固定子１８Ｂとを有する電動機１８が内蔵されている。
【０００４】
このように構成された電動機付過給機１０では、内燃機関（エンジン）からの排気ガスによりタービンインペラ２を回転して、これに連結されたコンプレッサインペラ６を回転駆動すると共に電動機１８によりその回転駆動を補助し、吸気を過給して内燃機関に供給する。
【０００５】
一方、電動機付過給機１０は、製品出荷前に、各製品ごとに回転バランス試験を行ってアンバランス量等を測定し、回転バランス修正が実施される。特に、電動機付過給機１０は、電動機の搭載されていない過給機に比べ、電動機１８を取り付けた分、シャフト１２が長くなり、高度なバランス修正が要求される。
従来の過給機の回転バランス修正方法は、例えば下記特許文献１に開示されている。図４は、特許文献１の回転バランス修正方法を説明する図であり、この方法は、以下の（Ａ）〜（Ｅ）の手順からなる。
（Ａ）コンプレッサハウジングだけを取り外した状態の過給機５０のタービンハウジング５１を振動台５２のタービンハウジング取付板５３に取り付ける。
（Ｂ）加速度ピックアップ５４をタービンハウジング取付板５３の平坦面５３ａに取り付ける。
（Ｃ）回転検出器５５をコンプレッサインペラ５６の近傍に配置する。
（Ｄ）タービンインペラ５７に圧縮空気を供給し、タービンインペラ５７を高速回転させる。
（Ｅ）所定の高速回転速度に達したら、加速度ピックアップ５４で過給機５０の加速度（振動）を検出するとともに、回転検出器５５でコンプレッサホイール５６の回転角度を検出し、これらの検出された入力信号を演算器５８での演算結果に基づき、過給機ロータの高速アンバランス量を修正する。
【０００６】
また、下記特許文献２には、４００℃以上の高温の圧縮空気にてタービンロータ（タービンインペラ）を駆動し、過給機ハウジングに設けられた振動ピックアップにて振動を検出しつつ、過給機ロータ全体として回転バランスをとること、が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−３９９０４号公報（［００１６］段落、図１）
【特許文献２】特開２００４−１１６３１７号公報（［００１３］段落）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記の特許文献１，２に開示された従来技術では、圧縮空気でタービンインペラを駆動し、過給機ロータを高速回転させ、回転バランス修正に必要なデータを検出し、回転バランス修正を行っている。このように、過給機ロータを高速回転させるために圧縮空気源が必要となるため、回転バランス試験装置が大型化する。
また、一般的に過給機は、エンジンに搭載された場合に、過給機内部の圧力バランスが適正となるように設計されているが、上記の従来技術では、コンプレッサハウジングだけを取り外した状態で、回転バランス試験を実施するため、通常の圧力バランスとならない。すなわち、図３を参照して説明すれば、コンプレッサハウジング８だけを取り外し、タービンインペラ２に圧縮空気を供給すると、その周辺の圧力バランスによりタービンインペラ２には図３で左方向の力が作用する。このため、シャフト１２を介してスラスト軸受１７にタービン側への過大な軸方向荷重（反スラスト力）が作用していまい、スラスト軸受１７に悪影響を与える。
さらに、タービンインペラ２はタービンハウジング４に覆われているため、タービンインペラ２側でバランス修正が必要な場合、タービンハウジング４やこれに接続された配管を取り外す必要があり、バランス修正作業が煩雑となる。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、回転バランス試験装置を簡素化・小型化でき、スラスト軸受に過大な反スラスト力が作用することがなく、タービンインペラ側のバランス調整を容易に行うことができる電動機付過給機の回転バランス修正方法および回転バランス試験装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の電動機付過給機の回転バランス修正方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる電動機付過給機の回転バランス修正方法は、シャフトの両端にタービンインペラ及びコンプレッサインペラが連結されこれらが一体的に回転する過給機ロータの回転を内蔵された電動機により加速補助するように構成された電動機付過給機の回転バランスを修正する方法であって、前記電動機により前記過給機ロータを回転駆動して、前記電動機付過給機の回転バランス修正に必要なデータを検出し、回転バランスを修正する、ことを特徴とする。
【００１１】
このように、電動機付過給機に内蔵された電動機を使用して、過給機ロータを回転駆動して、電動機過給機の回転バランス修正に必要なデータを検出し、回転バランスを修正するので、過給機ロータを高速回転させるための圧縮空気をタービンインペラに供給する必要が無い。
このため、圧縮空気源が不要となり、回転バランス試験装置の簡素化・小型化が可能となる。
【００１２】
また、本発明にかかる電動機付過給機の回転バランス修正方法では、加速補助時に前記電動機に電力を供給する加速補助用モータドライバとは別の専用モータドライバであって前記加速補助用モータドライバの供給電力より大きい電力を前記電動機に供給する専用モータドライバを用い、前記電動機を駆動させる、ことを特徴とする。
【００１３】
完成品（最終製品）としての電動機付過給機は、加速補助時に電動機に電力を供給するためのモータドライバにより、電動機が駆動されるが、通常、そのような加速補助用モータドライバは、あくまで加速補助に必要十分な出力が得られる電力を電動機に供給するように設計されている。このため、加速補助用モータドライバでは、回転バランス試験に要求される高速回転まで電動機の回転数を上げることが困難な場合がある。
本発明の方法では、加速補助用モータドライバとは別の専用モータドライバであって加速補助用モータドライバの供給電力より大きい電力を供給する専用モータドライバを用い、電動機を駆動させるので、回転バランス試験に要求される高速回転まで電動機の回転数を上げることができる。
また、電動機を駆動しているときのアンバランス量を計測することにより、電磁気的なアンバランスも修正することが可能であり、回転体の振動による騒音を低減することができる。
【００１４】
また、本発明にかかる電動機付過給機の回転バランス修正方法では、前記タービンハウジング及びコンプレッサハウジングを取り外した状態で、前記電動機により前記過給機ロータを回転駆動する、ことを特徴とする。
【００１５】
上述したように、本発明の方法では、電動機により過給機ロータを回転駆動するので、回転バランス試験に際してタービンインペラに圧縮空気を供給する必要が無い。このため、コンプレッサハウジングのみならず、タービンハウジングも取り外した状態で、回転バランス試験を実施することが可能である。
したがって、従来の方法のように、過給機内部の圧力バランスが崩れることがなく、スラスト軸受に過大なスラスト力又は反スラスト力が作用することがない。
また、従来の方法では、タービンインペラ側のバランス調整が必要な場合は、タービンハウジングやこれに接続された配管を取り外す必要があったが、本発明の方法によれば、そのような作業が不要であるため、バランス修正作業を迅速に行うことができ、修正作業時間を大幅に短縮することができる。
【００１６】
また、本発明にかかる電動機付過給機の回転バランス修正方法では、内部が減圧された減圧チャンバ内に前記電動機付過給機を設置して、前記過給機ロータを回転駆動する、ことを特徴とする。
【００１７】
このように、減圧チャンバ内に電動機付過給機を設置して、過給機ロータを回転駆動するので、タービンインペラ及びコンプレッサインペラの回転時にこれらに作用する空気抵抗が低減される。このため、回転バランス試験に要求される高速回転まで確実に電動機の回転数を上げることができる。
【００１８】
また、上記課題を解決するために、本発明の電動機付過給機の回転バランス試験装置は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる電動機付過給機の回転バランス試験装置は、シャフトの両端にタービンインペラ及びコンプレッサインペラが連結されこれらが一体的に回転する過給機ロータの回転を内蔵された電動機により加速補助するように構成された電動機付過給機に対し回転バランス修正のための試験を行う、電動機付過給機の回転バランス試験装置であって、前記電動機付過給機のシャフトを回転自在に支持するセンターハウジングを設置・固定可能な過給機設置台と、加速補助時に前記電動機に電力を供給する加速補助用モータドライバとは別の専用モータドライバであって前記加速補助用モータドライバの供給電力より大きい電力を前記電動機に供給する専用モータドライバと、前記電動機過給機の回転バランス修正に必要なデータを検出するデータ検出手段と、を備える、ことを特徴とする。
【００１９】
また、本発明にかかる電動機付過給機の回転バランス試験装置では、前記電動機付過給機を収容可能であり、且つ、内部を減圧可能な減圧チャンバをさらに備える、ことを特徴とする。
【００２０】
上記の電動機付過給機の回転バランス試験装置により、上記本発明にかかる電動機付過給機の回転バランス修正方法を実施することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、回転バランス試験装置を簡素化・小型化でき、スラスト軸受に過大な反スラスト力が作用することがなく、タービンインペラ側のバランス修正を容易に行うことができる、という優れた効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。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。
【００２３】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１実施形態にかかる電動機付過給機の回転バランス修正方法を実施するための回転バランス試験装置２０の概略構成を示す図である。
この回転バランス試験装置２０は、電動機付過給機１０に対し回転バランス修正のための試験を行う装置であり、図１に示すように、過給機設置台２２、専用モータドライバ２７及びデータ検出手段（３１，３２）、を備えている。
【００２４】
本実施形態において修正対象としている電動機付過給機１０は、図３に示した電動機付過給機１０と同様のものであり、シャフト１２を回転駆動しその加速を補助するための電動機１８を内蔵している。
そして、この電動機付過給機１０は、回転バランス試験を行うために、タービンハウジング４とコンプレッサハウジング８が取り外され、タービンインペラ２とコンプレッサインペラ６が外部に露出した状態で、回転バランス試験装置２０に設置・固定されている。なお、図１に示す電動機付過給機１０において、図３と共通する部分には、同一の符号を付している。
【００２５】
なお、本実施形態において修正対象としている電動機付過給機１０は、タービン側にシャフト１２の軸受が配設され、コンプレッサ側に電動機１８が配設された形式のものであるが、本発明の適用範囲はこれに限られず、他の形式の電動機付過給機にも適用できる。
したがって、例えば特開２００３−２９３７８５号公報に開示されている、中央部に電動機が配設されその両側に軸受を配設した形式の電動機付過給機にも当然に適用可能である。
【００２６】
本実施形態において、過給機設置台２２は、電動機付過給機１０のセンターハウジング１４を設置・固定するための台であり、センターハウジング１４が取り付けられる取付部２３と、取付部２３が固定される上板２４と、上板２４を支持する複数の脚部２５と、脚部２５を支持し床面３５上に設置された底板２６と、を備えている。
取付部２３は、上部材２３ａ、下部材２３ｂ及び締結部品２３ｃ（例えばボルト）からなり、上部材２３ａと下部材２３ｂとの間でセンターハウジング１４を挟持し、堅固に固定できるようになっている。
なお、過給機設置台２２の形態は、本実施形態に示すものに限られず、電動機付過給機１０のセンターハウジング１４を設置・固定できる範囲で種々の形態を採用できる。
【００２７】
専用モータドライバ２７は、加速補助時に電動機１８に電力を供給するための加速補助用モータドライバとは別のモータドライバである。
完成品（最終製品）としての電動機付過給機１０は、加速補助時に電動機１８に電力を供給するためのモータドライバにより、電動機１８が駆動されるが、通常、そのような加速補助用モータドライバは、あくまで加速補助に必要十分な出力が得られる電力を電動機１８に供給するように設計されている（例えば出力１ｋＷ程度）。
ところが、電動機付過給機１０のタービンハウジング４とコンプレッサハウジング８を取り外した状態であっても、回転バランス試験に必要な高速回転まで過給機ロータを回転駆動させるためには５〜６ｋＷ程度の出力が必要となる。このため、加速補助用モータドライバでは、回転バランス試験に要求される高速回転まで電動機１８の回転数を上げることが困難な場合がある。
そこで、この専用モータドライバ２７は、加速補助用モータドライバの供給電力より大きい電力を電動機１８に供給する。この供給電力は、回転バランス試験に必要な高速回転まで過給機ロータを回転駆動させることができるように設定する。
【００２８】
また、専用モータドライバ２７は、電力ケーブル２８により電動機１８と電気的に接続されるようになっている。本実施形態では、電力ケーブル２８の先端に設けられたプラグ２９を、センターハウジング１４に設けられたソケット３０に差し込むことにより接続できるようになっている。
なお、プラグ２９またはソケット３０は、電力ケーブル２８の専用モータドライバ２７側の端部に設けられていてもよい。
【００２９】
データ検出手段は、電動機付過給機１０の回転バランス修正に必要なデータを検出するための手段であり、本実施形態では、回転検出器３１と加速度ピックアップ３２を有している。
回転検出器３１は、本実施形態ではコンプレッサインペラ６の近傍に配置されており、過給機ロータの高速回転時にその回転角度を検出する。なお、回転検出器３１は、コンプレッサインペラ６の近傍に配置される代わりに、タービンインペラ２の近傍に配置されてもよい。
加速度ピックアップ３２は、例えばマグネットによりセンターハウジング１４に取り付けられ、過給機ロータの高速回転時にその加速度（振動）を検出する。
【００３０】
さらに、この回転バランス試験装置２０は、と回転検出器３１と加速度ピックアップ３２からの検出データに基づき、どの角度でどのような加速度（振動）が生じているかを判断し、バランス修正に必要な演算を行う演算器３４を備えている。演算器３４による演算結果は、図示しないディスプレーまたはプリンターにより出力されるようになっている。
【００３１】
次に、この回転バランス試験装置２０を用いた電動機付過給機の回転バランス修正方法を説明する。
まず、タービンハウジング４及びコンプレッサハウジング８を取り外した状態で、電動機付過給機１０を、上記の過給機設置台２２に設置・固定する。
次に、加速度ピックアップ３２を電動機付過給機１０のセンターハウジング１４に取り付け、回転検出器３１をコンプレッサインペラ６（またはタービンインペラ２）の近傍に配置する。
次に、電力ケーブル２８のプラグ２９をソケット３０に差し込み、専用モータドライバ２７から電動機１８へ電力供給が可能な状態とする。
【００３２】
次に、専用モータドライバ２７からの電力供給により、電動機１８を駆動させ、電動機付過給機１０の過給機ロータ（タービンインペラ２、コンプレッサインペラ６およびシャフト１２）を高速回転させる。
過給機ロータがアンバランス量の計測を行う所定の回転速度まで到達したら、加速度ピックアップ３２により振動及び位相を検出するとともに、回転検出器３１により過給機ロータの回転角度を検出し、この検出データに基づいて、演算器３４によりバランス修正に必要な演算を実行し、図示しないディスプレー又はプリンターにより演算結果が出力される。
そして、この演算結果に基づいて、回転バランスの修正を行う。このとき、回転バランス修正は、タービンインペラ２、コンプレッサインペラ６またはナット７の一部を削除することにより行う。
【００３３】
次に、本実施形態にかかる方法および装置の作用・効果について説明する。
本実施形態にかかる方法および装置によれば、電動機付過給機１０に内蔵された電動機１８を使用して、タービンインペラ２、コンプレッサインペラ６およびシャフト１２からなる過給機ロータを回転駆動して、電動機過給機１０の回転バランス修正に必要なデータを検出し、回転バランスを修正するので、過給機ロータを高速回転させるための圧縮空気をタービンインペラ２に供給する必要が無い。
このため、圧縮空気源が不要となり、回転バランス試験装置２０の簡素化・小型化が可能となる。
また、電動機１８を駆動しているときのアンバランス量を計測することにより、電磁気的なアンバランスも修正することが可能であり、回転体の振動による騒音を低減することができる。
【００３４】
また、加速補助用モータドライバでは、回転バランス試験に要求される高速回転まで電動機の回転数を上げることが困難な場合があるが、本発明では、加速補助用モータドライバの供給電力より大きい電力を供給する専用モータドライバ２７を用い、電動機１８を駆動させるので、回転バランス試験に要求される高速回転まで過給機ロータの回転数を上げることができる。
【００３５】
また、本発明によれば、電動機１８により過給機ロータを回転駆動するので、回転バランス試験に際してタービンインペラ２に圧縮空気を供給する必要が無いため、コンプレッサハウジング８のみならず、タービンハウジング４も取り外した状態で、回転バランス試験を実施することが可能である。
したがって、従来の方法のように、過給機内部の圧力バランスが崩れることがなく、スラスト軸受に過大なスラスト力又は反スラスト力が作用することがない。
また、従来の方法では、タービンインペラ２側のバランス調整が必要な場合は、タービンハウジング１４やこれに接続された配管を取り外す必要があったが、本発明の方法によれば、そのような作業が不要であるため、バランス修正作業を迅速に行うことができ、修正作業時間を大幅に短縮することができる。
【００３６】
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態について説明する。
図２は、本発明の第２実施形態にかかる電動機付過給機の回転バランス修正方法を実施するための回転バランス試験装置２０の概略構成を示す図である。
図２に示すように、本実施形態にかかる回転バランス試験装置２０は、第１実施形態のものに、減圧チャンバ３６をさらに備えたものである。
減圧チャンバ３６は、電動機付過給機１０を収容可能であり、且つ、内部を減圧可能に構成されている。減圧チャンバ３６には、排気ライン３８及び減圧ポンプ３７（真空ポンプ）が接続されており、これにより減圧チャンバ３６内が所定の減圧状態とされる。
【００３７】
本実施形態にかかる回転バランス試験装置２０の他の部分の構成は、上述した第１実施形態と同様である。
【００３８】
本実施形態にかかる回転バランス試験装置２０を用いた電動機付過給機の回転バランス修正方法では、減圧チャンバ３６内に電動機付過給機１０を設置して、過給機ロータを回転させ、回転バランス試験を実施する。その他の手順については、上述した第１実施形態と同様である。
このように、減圧チャンバ３６内に電動機付過給機１０を設置して、過給機ロータを回転駆動するので、タービンインペラ２及びコンプレッサインペラ６の回転時にこれらに作用する空気抵抗が低減される。
このため、回転バランス試験に要求される高速回転まで確実に過給機ロータの回転数を上げることができる。
【００３９】
なお、減圧チャンバ３６内の減圧度（真空度）は、高いほどタービンインペラ２及びコンプレッサインペラ６に作用する空気抵抗が低くなるため好ましいが、少なくとも大気圧（０．１ＭＰａ）より低く設定すれば、空気抵抗低減効果が得られる。
【００４０】
上記各実施形態の説明から明らかなように、本発明によれば、回転バランス試験装置を簡素化・小型化でき、スラスト軸受に過大な反スラスト力が作用することがなく、タービンインペラ側のバランス修正を容易に行うことができる、という優れた効果が得られる。
【００４１】
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】
【００４２】
【図１】本発明の第１実施形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明の第２実施形態を示す概略構成図である。
【図３】一般的な電動機付過給機の構成を示す図である。
【図４】従来技術による電動機付過給機の回転バランス修正方法を説明する図である。
【符号の説明】
【００４３】
２  タービンインペラ
４  タービンハウジング
６  コンプレッサインペラ
７  ナット
８  コンプレッサハウジング
１０  電動機付過給機
１２  シャフト
１４  センターハウジング
１６  ジャーナル軸受
１７  スラスト軸受
１８  電動機
１８Ａ  回転子
１８Ｂ  固定子
２０  回転バランス試験装置
２２  過給機設置台
２３  取付部
２３ａ  上部材
２３ｂ  下部材
２３ｃ  締結部品
２４  上板
２５  脚部
２６  底板
２７  専用モータドライバ
２８  電力ケーブル
２９  プラグ
３０  ソケット
３１  回転検出器
３２  加速度ピックアップ
３４  演算器
３５  床面
３６  減圧チャンバ
３７  減圧ポンプ
３８  排気ライン
【図１】
0004662155.tif 000002
【図２】
0004662155.tif 000003
【図３】
0004662155.tif 000004
【図４】
0004662155.tif 000005