(57)【要約】電気モータカートリッジは、第１のカートリッジハウジング部分（２）と第２のカートリッジハウジング部分（３）とを有する。カートリッジハウジング部分（２、３）は、その間にステータ（４）を半径方向及び軸方向で位置決めすることにより電気モータカートリッジ（１）を組立てるように結合される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気モータカートリッジ（１）であって、
第１のカートリッジハウジング部分（２）と；
第２のカートリッジハウジング部分（３）と；を有し、
カートリッジハウジング部分（２、３）は、これらの間においてステータ（４）を半径方向及び軸方向で位置決めすることにより、電気モータカートリッジ（１）を組立てるように一緒に結合されることを特徴とする電気モータカートリッジ。
【請求項２】
各カートリッジハウジング部分（２、３）は底部分（５、６）及び円筒状壁部分（７、８）により実質上構成される半シェル形状を有することを特徴とする請求項１の電気モータカートリッジ（１）。
【請求項３】
カートリッジハウジング部分（２、３）の少なくとも一方が、ステータ（４）の突起（１１）を受け入れるために円筒状壁部分（７、８）の円周方向に少なくとも部分的に延びる円筒状壁部分（７、８）の軸方向端部分の内側において形成された少なくとも１つのくぼみ部分（９、１０）を具備することを特徴とする請求項２の電気モータカートリッジ（１）。
【請求項４】
各カートリッジハウジング部分（２、３）が、少なくとも１つのくぼみ部分（９、１０）を具備し、くぼみ部分（９、１０）が、円筒状壁端部分の当接先端部により画定される面について対称的であることを特徴とする請求項３の電気モータカートリッジ（１）。
【請求項５】
各カートリッジハウジング部分（２、３）が、その底部分（５、６）の中心においてボア（１２、１３）を提供することを特徴とする請求項４の電気モータカートリッジ（１）。
【請求項６】
底部分（５、６）の少なくとも一方が、少なくとも部分的に内方に凹状に形成されることを特徴とする請求項５の電気モータカートリッジ（１）。
【請求項７】
少なくとも１つの接触領域（１４、１５）が、その間にカートリッジ（１）を取り付けできる２つのハウジング（１８、１９）の対応する対向接触領域に接触するように、カートリッジハウジング部分（２、３）の各々に形成されることを特徴とする請求項６の電気モータカートリッジ（１）。
【請求項８】
カートリッジハウジング部分（２、３）の少なくとも一方において、カートリッジハウジング（２、３）と、その間にカートリッジ（１）を取り付けできる２つのハウジング（１８、１９）のうちの一方との間でシールを行うＯ−リング（１７）を受け入れるように、円周方向に延びる溝（１６）が位置されることを特徴とする請求項７の電気モータカートリッジ（１）。
【請求項９】
冷却溝穴及びモータ冷却のための任意の一体化したパイプがカートリッジハウジング部分（２、３）の少なくとも一方において一体化されることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかの電気モータカートリッジ（１）。
【請求項１０】
カートリッジハウジング（２、３）がパンチ加工された金属、任意のポリマー陶工材料、任意のダイカスト材料又は任意のサンドキャスト材料で作られることを特徴とする請求項１ないし９のいずれかの電気モータカートリッジ（１）。
【請求項１１】
カートリッジハウジング（２、３）の材料の特性が熱排出及び熱保護に役立つことを特徴とする請求項１０の電気モータカートリッジ（１）。
【請求項１２】
カートリッジハウジングの材料特性が電磁干渉保護に貢献することを特徴とする請求項１ないし１１のいずれかの電気モータカートリッジ（１）。
【請求項１３】
カートリッジハウジング（２、３）の少なくとも一方が位相及びコンプレッサモータのセンサ接続部のためのコネクタ部分（２０）を有することを特徴とする請求項１ないし１２のいずれかの電気モータカートリッジ（１）。
【請求項１４】
電気モータであって、
請求項１ないし１２のいずれかの電気モータカートリッジ（１）と、ステータ（４）により取り囲まれたロータ（２１）とを有することを特徴とする電気モータ。
【請求項１５】
ロータ（２１）がステータにより取り囲まれたロータ（２１）の中間部分の直径に比べてより小さな直径を各々有する２つの周辺部分（２２、２３）を備え、各周辺部分（２２、２３）がカートリッジ（１）の内部と外部との間でシールを行うピストンリング（２５、２７）を具備する円周方向の溝（２４、２６）を有することを特徴とする請求項１４の電気モータ。
【請求項１６】
ロータ（２１）上に、ロータの単一回転質量分布を提供する材料除去領域を更に有することを特徴とする請求項１４又は１５の電気モータ。
【請求項１７】
ロータ（２１）の速度を検出するためのセンサ部材（２８）を更に有することを特徴とする請求項１４、１５又は１６の電気モータ。
【請求項１８】
位相及びセンサ接続部が、コンプレッサモータを組立てたときに配線端コネクタに直接プラグ接続するように、コネクタ部分（２０）内に配置されることを特徴とする請求項１４ないし１７のいずれかの電気モータ。
【請求項１９】
請求項１４ないし１８のいずれかの電気モータを有するターボチャージャであって、
排気ガスにより駆動されるタービンホイール（２９）を収容するためのタービンハウジング（１８）と；
電気モータのロータ（２１）として作用し、かつ、タービンホイール（２９）からジャーナル軸受（３５）及び電気モータを通ってコンプレッサホイール（３２）へ延びるシャフト（３４）及び電気モータを収容するための中央のハウジング（３１）と；
コンプレッサホイール（３２）を収容するためのコンプレッサハウジング（１９）と；
を更に有し、
コンプレッサホイール（３２）がシャフト（３４）を介してタービンホイール（２９）により駆動され、電気モータにより付加的に駆動されることが可能であり、
中央のハウジング（３１）をコンプレッサハウジング（１９）に接続することによりコンプレッサモータが強固に固定されるように、電気モータは中央のハウジング（３１）内に収容されることを特徴とするターボチャージャ。
【請求項２０】
カートリッジハウジング部分の一方（２）がジャーナル軸受（３５）側でシール板として作用し、他方のカートリッジハウジング部分（３）がコンプレッサホイール（３２）側でバックプレートとして作用することを特徴とする請求項１９のターボチャージャ。
【請求項２１】
請求項１４ないし１８のいずれかの電気モータを有するコンプレッサであって、
電気モータのロータとして作用し、かつ、コンプレッサホイールを担持するシャフト及び電気モータを収容するためのモータハウジングと；
コンプレッサホイールを収容するためのコンプレッサハウジングと；
を更に有し、
モータハウジングをコンプレッサハウジングに接続することによりコンプレッサモータが強固に固定されるように、電気モータはモータハウジング内に収容されることを特徴とするコンプレッサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電機モータカートリッジ（electric motor cartridge）、電気モータカートリッジ内に収容できる電気モータ、電気モータにより電気的にアシスト（assist;補助）されるターボチャージャ及び電気モータにより駆動されるコンプレッサに関する。
【背景技術】
【０００２】
ターボチャージャは周知であり、燃焼エンジンに幅広く使用されている。そこでは、エンジンから来る排気ガスは、それぞれのシリンダの燃焼室へ充填される空気を圧縮するコンプレッサホイールを駆動するタービンホイールへ供給される。このようにして圧縮された空気は、燃焼室へより多くの酸素を供給して、燃焼を向上させ、従ってより大きなパワーを発生させる。
【０００３】
しかし、エンジンの回転速度が低い場合に、より小さな圧力を有する排気ガスがタービンホイールに供給されるときには、燃焼室に供給される空気はあまり圧縮されず、低速範囲に対していわゆる「ターボラグ（turbo-lag;ターボ遅延）」を生じさせる。このターボラグを克服する既知の解決策は、燃焼室に供給される空気の圧力を保証するために、エンジンの回転速度が低い場合にコンプレッサホイールを更に回転させる、ターボチャージャのための電気モータを提供することである。
【０００４】
文献ＵＳ６，４４９，９５０Ｂ１によれば、タービンハウジングに収容されたタービンホイール及びコンプレッサハウジングに収容されたコンプレッサホイールを担持するシャフトを使用するロータの回転を補助するための電気モータを有するターボチャージャが提供される。シャフトは中央のハウジングに収容された軸受により支持され、電気モータはコンプレッサハウジング及びモータハウジング鋳造物の双方により収容される。中央のハウジングはモータハウジング鋳造物とタービンハウジングとの間に位置する。
【特許文献１】ＵＳ６，４４９，９５０Ｂ１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、向上した電気モータカートリッジ、電気モータカートリッジ内に収容できる電気モータ、電気モータにより電気的に補助できるターボチャージャ及び電気モータにより駆動されるコンプレッサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の１つの態様によれば、上述の目的は特許請求の範囲の請求項１に規定される電気モータカートリッジにより達成される。電気モータカートリッジの好ましい実施の形態は従属の請求項２ないし１３に記載されている。本発明の別の態様によれば、上述の目的は請求項１４に規定された電気モータにより達成される。電気モータの好ましい実施の形態は従属の請求項１５ないし１７に記載されている。
【０００７】
本発明の更に別の態様によれば、上述の目的は請求項１９に規定されたターボチャージャにより達成される。電気モータカートリッジの好ましい実施の形態は従属の請求項２０に記載されている。本発明の更に他の態様によれば、上述の目的は請求項２１に規定されたコンプレッサにより達成される。
【０００８】
請求項１に規定された技術的解決策によれば、電気モータカートリッジは第１のカートリッジハウジング部分及び第２のカートリッジハウジング部分を有し、カートリッジハウジング部分は、その間においてステータを半径方向及び軸方向で位置決めすることにより電気モータカートリッジを組立てるように、一緒に結合される。従って、カートリッジを組立てたときには、ステータは付加的な整合手段を使用することなく自動的に整合することができる。
【０００９】
本発明の実施の形態によれば、電気モータカートリッジの各カートリッジハウジング部分は底部分及び円筒状壁部分により実質上構成された半シェル形状を有する。カートリッジハウジング部分の少なくとも一方はステータの突起を受け入れるために円筒状の壁の円周方向に少なくとも部分的に延びる円筒状壁部分の軸方向端部分の内側において形成された少なくとも１つのくぼみ部分を具備することができる。このようにして、カートリッジの２つのハウジング部分間でステータを係合させ、それによって、ステータを半径方向及び軸方向で位置決めするための極めて簡単で有効な手段が提供される。
【００１０】
くぼみ部分が円筒状壁端部分の当接先端部により画定される面について対称的であるような、１つのくぼみ部分を備えた各カートリッジハウジング部分を設けることにより、偏心によるモーメントのような望まない力の点から見て確実な効果を達成できる。
【００１１】
更に、各カートリッジハウジング部分はその底部分の中心においてボアを提供することができ、底部分の少なくとも一方は少なくとも部分的に内方に凹状に形成することができる。中央のボアはモータのロータ部材のためのガイドとして作用することができ、中央のボアの中心位置のため、ロータ部材は最適に位置決めすることができる。底部分を凹状に形成することにより、カートリッジは、軸方向においてロータに比べてより大きいことがあるステータのための空間を消費することなく、コンプレッサホイール又はワッシャ板のようなターボチャージャの他の素子の形状に適合することができる。
【００１２】
更に、少なくとも１つの接触領域を、その間にカートリッジを取り付けできる２つのハウジングの対応する対向接触領域に接触するように、カートリッジハウジング部分の各々において形成することができる。従って、カートリッジを固定する更なる手段を必要とせずに、２つのハウジング部分間でのカートリッジの適切な係合が保証される。
【００１３】
カートリッジハウジングと、その間にカートリッジを取り付けできる２つのハウジングのうちの一方との間のシールに対しては、カートリッジハウジング部分の少なくとも一方において、円周方向に延びる溝がＯ−リングを受け入れるように位置することができる。
従って、カートリッジを中央のハウジング内へ挿入したときに、シールが自動的に提供され、シール手段は、その中へカートリッジを挿入する中央のハウジングの空洞内へ装着する代わりに、カートリッジの外表面に装着することができる。
【００１４】
更に、冷却溝穴及びモータ冷却のための任意の一体化したパイプがカートリッジハウジング部分の少なくとも一方において位置することができ、部品の数を減少させる補助を行う。電気モータカートリッジの材料として、パンチ加工された金属、任意のポリマー陶工材料、任意のダイカスト材料又は任意のサンドキャスト材料を使用することができ、それによって、向上したバースト封じ込めが達成される。更に、カートリッジハウジングの材料の特性は熱排出及び熱保護に貢献することができる。
【００１５】
更に、カートリッジハウジングの材料特性は電磁干渉保護に貢献することができる。位相及びセンサ接続部を接続するために、電気モータカートリッジは電気モータカートリッジ部分の少なくとも一方においてコネクタ部分を有することができる。接続部分は、組み立て工程を容易にするために、組立て中に配線端部分に直接プラグ接続することができる。
【００１６】
請求項１４に規定された技術的解決策によれば、電気モータが提供され、この電気モータは上述の態様の１つに係る電気モータカートリッジと、ステータにより取り囲まれたロータとを有する。従って、電気モータは必要なら別個の機能として受け入れられる。カートリッジによる包囲は取り扱い中及び組立て中にいかなる電気的及び電子的な素子をも保護する。更に、電気モータは組立て工程中にステータ及びロータを位置決めする自動センタリングモジュールとして作用する。
【００１７】
更に、ロータはステータにより取り囲まれたロータの中間部分の直径に比べてより小さな直径を各々有する２つの周辺部分を有することができ、この場合、各周辺部分はカートリッジの内部と外部との間でシールを行うピストンリングを具備する円周方向の溝を有する。これは更に、自動センタリング機能に貢献し、素子の数の最小化を補助する。
【００１８】
好ましくは、ロータの機械的な平衡はロータの単一回転質量分布を提供する、ロータ上に位置する材料除去領域により達成することができる。材料除去領域は好ましくは第１及び（又は）第２の小径の周辺部分の円周上又はロータの大径部分の側上に設けられる。ロータの速度を検出するために、電気モータはセンサ部材を有することができる。更に、位相及びセンサ接続部は、組立て工程を容易にするために、コンプレッサモータを組立てたときに配線端コネクタに直接プラグ接続するように、コネクタ部分内に配置することができる。
【００１９】
請求項１９に規定された技術的解決策によれば、ターボチャージャは上述のような電気モータを有し、更に、排気ガスにより駆動されるタービンホイールを収容するためのタービンハウジングと、電気モータのロータとして作用し、かつ、タービンホイールからジャーナル軸受及び電気モータを通ってコンプレッサホイールへ延びるシャフト及び電気モータを収容するための中央のハウジングと、コンプレッサホイールを収容するためのコンプレッサハウジングとを有し、コンプレッサホイールはシャフトを介してタービンホイールにより駆動され、電気モータにより付加的に駆動でき、電気モータは、コンプレッサモータが中央のハウジングをコンプレッサハウジングに接続することにより強固に固定されるように、中央のハウジング内に収容される。従って、更なるハウジング部品を必要とせずに、カートリッジを備えた電気モータを中央のハウジング内に直接挿入できるので、ハウジング部品の数が最小となる。
【００２０】
更に、カートリッジハウジング部分の一方はジャーナル軸受側でシール板として作用し、他方のカートリッジハウジング部分はコンプレッサホイール側でバックプレートとして作用する。従って、素子の数が更に最小化される。
【００２１】
請求項２１に規定された技術的解決策によれば、コンプレッサは上述のような電気モータを有し、更に、電気モータのロータとして作用し、かつ、コンプレッサホイールを担持するシャフト及び電気モータを収容するためのモータハウジングを有し、コンプレッサホイールを収容するためのコンプレッサハウジングを有し、電気モータは、コンプレッサモータがモータハウジングをコンプレッサハウジングに接続することにより強固に固定されるように、モータハウジング内に収容される。従って、電気的に駆動されるコンプレッサ（ＥＤＣ）は上述のようにカートリッジで実施されている電気モータの使用により改善することができる。
【００２２】
従って、本発明によれば、ターボチャージャ又はＥＤＣ形式のコンプレッサに組立てられるべき電気モータのためのカートリッジを有する概念は、電気モータを油及び水から保護し、炎の伝播の制限に貢献する電気モータの包囲を提供する。更に、カートリッジはノイズ及び振動の減衰を達成し、任意のモータの幾何学的な輪郭、ロータ軸受寸法及びターボチャージャ寸法に適合することができる。更に、カートリッジの概念は、ターボチャージャに電気モータを組立てる前に、電気モータの事前のテストを許容する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明の目的の更なる技術的な解決策を、添付図面を参照しながら以下に詳細に説明する。図１に示す実施の形態に係る電気的にアシストされるターボチャージャは、実質上、タービンホイール２９を収容するタービンハウジング１８と、電気モータカートリッジ１を収容する中央のハウジング３１と、コンプレッサホイール３２を収容するコンプレッサハウジング１９とを有する。シャフト３４は、コンプレッサホイール３２をタービンホイール２９に接続するように、中央のハウジング３１及びそこに収容された電気モータカートリッジ１を通って延び、この場合、シャフト３４は、カートリッジ１内に位置する電気モータのロータとして作用可能である。
【００２４】
電気モータは、実質上、第１のカートリッジハウジング部分２内に組み込まれたロータ２１、ステータ４及びセンサ２８、並びに第２のカートリッジハウジング部分３により構成され、第２のカートリッジハウジング部分３は、電気的なエネルギ及び制御信号を電気モータに供給するためのコネクタ２０も提供する。ロータ２１は、ロータ２１を通してシャフト３４を挿入させるための軸方向に延びる貫通穴を備えた円筒形状を有する。その中間部分に比べてより小さな直径を各々有するロータ２１の第１の周辺部分２２及び第２の周辺部分２３が、ピストンリング２５、２７をそれぞれ収容するための円周方向の溝２４、２６を具備する。
【００２５】
ステータ４、はリング形状をしており、ロータ２１を同軸に包囲するように設計される。これは、ステータ４の内径がロータ２１の外径よりも僅かに大きいことを意味する。さらに、ステータ４は円周方向における中間部分においてロータ２１の周辺表面にわたって少なくとも部分的に延びる突起１１を有する。
【００２６】
第１のカートリッジハウジング部分２及び第２のカートリッジハウジング部分３は、ほぼカップ形状を呈し、第２のカートリッジハウジング部分３の底部分６はコンプレッサホイール３２に対して当接しないように内方へ凹状に湾曲する。更に、底部分６はコンプレッサハウジング１９に当接するためのスラスト軸受面１５を提供し、ロータ２１の第２の周辺部分２３を受け入れるための中央の開口１３を有する。円周方向のくぼみ９が、カップ形状の第１のカートリッジハウジング部分３の円筒状壁部分８の軸方向端部分の内側に形成される。
【００２７】
また、第１のカートリッジハウジング２の底部分５が、ワッシャ板４６に適合するように内方へ凹状に湾曲し、その内側での円筒状のカートリッジ壁部分７の第１のカートリッジハウジング２の軸方向端部分において形成された円周方向のくぼみ１０を有する。更に、Ｏ−リング１７は第１のカートリッジハウジング２の底部分５と壁部分７との間の遷移部の外周辺位置に位置する。
【００２８】
従って、電気モータカートリッジは、ステータ４の突起１１がくぼみ１０内に受け入れられ、従ってステータ４とハウジング３との間にギャップが維持されるように、最初にステータ４を第２のカートリッジハウジング３内に配置することにより、容易に組立てることができる。次に、センサ２８の開口が第２のカートリッジハウジングの開口に整合するように、リング形状を有するセンサ２８をリング形状のステータ４内に配置することができ、次いで、リング形状のセンサ２８の開口及び第２のカートリッジハウジング部分３の底部分６の中央開口１３を通して小さな直径の部分２３を挿入することにより、リング形状のステータ４の内部へロータ２１を挿入することができる。
【００２９】
ここで、ステータ４の部分２２を第１のカートリッジハウジング２の中央開口１２内へ挿入することにより、第１のカートリッジハウジング２を組立体の残りの部分に取り付けることができる。ピストンリング２５、２７はロータ２１の第１及び第２の部分２２、２３とそれぞれのカートリッジハウジング２、３の開口１２、１３の内周辺面との間のギャップをきつく閉じる。
【００３０】
従って、上述のように、電気モータカートリッジはターボチャージャに装着せずに組立てることができる。これは、電気モータカートリッジをターボチャージャに装着する工程とは別個に、電気モータカートリッジを生産できることを意味する。
【００３１】
次に、電気モータカートリッジを有するターボチャージャを説明する。ターボチャージャのシャフト３４はタービンハウジング１８に収容されたタービンホイール２９に接続される。排気ガスはボリュート３０を通してタービンハウジング１８へ進入し、タービンブレード３６を介してタービンホイール２９を駆動し、出口３７を通って出る。タービンはピストンリング４０を保持するために溝３９を組み込んだハブ部分３８を有する。
【００３２】
熱覆い４１が、タービンハウジング１８と中央のハウジング３１との間で係合して、熱空気力学制御を向上させる。シャフト３４は更に、ランド部４２を備えた軸受部分４３を有する。ジャーナル軸受３５は中央のハウジング３１の軸受ボア４４内に担持される。軸受は半浮遊式のもので、潤滑及びフィルムダンパリリーフ部分を備えた各端部においてジャーナルを有する。中央の肩部は軸受の回転を拘束するためにピン４５を受け入れる開口４３を備える。
【００３３】
ジャーナル軸受３５のタービン２９の反対側に、スラストワッシャ４６が位置される。電気モータカートリッジは、ロータ２１の第１の周辺部分２２の端面がスラストワッシャ４６に当接するように、シャフト３４上を摺動する。この状態においては、電気モータカートリッジは中央のハウジング３１内に全体的に位置し、カートリッジネジ４７によりそれに固定される。この状態においては、Ｏ−リング１７は中央のハウジング３１の内部とカートリッジとの間をシールする。
【００３４】
コンプレッサホイール３２がシャフト３４に取り付けられた後、コンプレッサハウジング２９を中央のハウジング３１に直接取り付けることができ、これにより、カートリッジの接触領域１４、１５を介して電気モータカートリッジをコンプレッサハウジング１９と中央のハウジング３１との間で係合させる。周辺部分２２、２３がそれぞれのカートリッジハウジング２、３の外部へ僅かに延びるので、第２のカートリッジハウジング３とコンプレッサホイール３２との間及び第１のカートリッジハウジング２とスラストワッシャ４６との間に間隙が確立される。更に、コンプレッサホイール３２をシャフト３４に固定するために止めナット４８が設けられる。最後に、コンプレッサハウジング１９及びタービンハウジング１８はボルト４９、５０を介して中央のハウジング３１に固定される。
【００３５】
本発明は上述の実施の形態に限定されず、種々の修正として変更することができる。例えば、ステータの突起１１は、全円周範囲にわたって続く必要はなく、任意の数の突起として分離することができる。従って、くぼみ９、１０は、連続的である必要はなく、対応する間隔で中断することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の１つの実施の形態に係る電気モータカートリッジを有するターボチャージャの断面図である。
【図２】本発明の１つの実施の形態に係る電気モータカートリッジの側面図である。
【図３】図２に示す電気モータカートリッジの断面図である。
【図１】
2006514526.tif 000003
【図２】
2006514526.tif 000004
【図３】
2006514526.tif 000005
【国際調査報告】
2006514526.tif 000006
2006514526.tif 000007
2006514526.tif 000008