帶電動機的增壓機的製作方法
2023-04-28 04:45:41
專利名稱：帶電動機的增壓機的製作方法
技術領域：
本發明涉及在藉助內燃機的排氣驅動並壓縮吸氣而增壓的增壓機中，具備輔助壓縮機的旋轉驅動的電動機的帶電動機的增壓機。
背景技術：
為了提高內燃機的性能，廣泛使用由內燃機的排氣驅動並壓縮使吸氣增壓的增壓機(也稱為「渦輪增壓機」。)。再者，也使用下述帶電動機的增壓機通過在增壓機的軸的同軸上組裝電動機，來加速輔助壓縮機的旋轉驅動，從而改善加速響應性等。
在下述專利文獻1中，公開了涉及帶電動機的增壓機的現有技術。圖1是表示專利文獻1中公開的帶電動機的增壓機50的構成的剖視圖。在增壓機50的殼體51內部，在排氣通路側配設渦輪葉輪52，在吸氣通路側配設壓縮機葉輪53，渦輪葉輪52和壓縮機葉輪53通過軸54來連結。軸54藉助內設於殼體51中的軸承55旋轉自如地支承。再者在殼體51中，內設有電動機58，其具有連結在軸54的同軸上的轉子56；和配設在轉子56周圍的定子57。在這樣構成的增壓機50中，利用來自內燃機(引擎)的排氣使渦輪葉輪52旋轉，驅動與其連結的壓縮機葉輪53旋轉，並且利用電動機58輔助其旋轉驅動，將吸氣增壓並供給至內燃機。
在這樣的帶電動機的增壓機中，在增壓機運轉中，電動機58高速旋轉，由於渦流損失或渦電流損耗而自身發熱。再者，由於在渦輪中流過高溫排氣，所以由於從渦輪葉輪52向軸54、從軸54向電動機58的轉子56的熱傳導，使電動機58成為高溫。如果電動機58成為高溫，則存在內部的永久磁鐵退磁，或電動機58的效率下降的問題。因此，在專利文獻1的增壓機中，如圖1所示，構成為，在殼體51的內部，形成冷卻液流路60以包圍電動機58，在該冷卻液流路60中流過冷卻液61來冷卻電動機58。
再者，關於帶電動機的增壓機中的電動機的冷卻的其他現有技術，在下述專利文獻2中也公開。該專利文獻2中公開的帶電動機的增壓機，如圖2所示，具備冷氣導入路72，向增壓機70的殼體73內部導入增壓中冷器71出口的空氣的一部分，並利用導入殼體73內部的冷卻空氣來冷卻電動機70。
特開2003-293785號公報[專利文獻2]特開2005-69178號公報在上述專利文獻1的冷卻結構中，可以冷卻電動機58的定子57側，但是由於轉子56從定子57隔開既定間隔來配設，所以不能充分向定子57側進行熱傳導。因此，不能充分冷卻電動機的轉子，永久磁鐵退磁或電動機的效率下降的問題依然存在。再者，為了解決該問題，考慮像上述專利文獻2中所示的冷卻結構那樣，把來自增壓中冷器71出口的冷卻空氣引導至電動機70。但是，如果根據該方法，則需要附加像冷卻導入路72那樣的外部配管，所以存在導致增壓機自身重量和成本上升的問題。
發明內容
本發明鑑於上述問題而提出，目的在於提供一種帶電動機的增壓機，不附加外部配管就可以有效地冷卻電動機的定子和轉子，由此抑制電動機的高溫化並防止永久磁鐵的退磁，並可以防止電動機的效率降低。
為了達成上述目的，第1發明的帶電動機的增壓機，具備渦輪葉輪，由內燃機的排氣驅動旋轉；渦輪殼體，包圍該渦輪葉輪；壓縮機葉輪，通過軸與上述渦輪葉輪連結並旋轉而壓縮吸氣；壓縮機殼體，包圍該壓縮機葉輪；電動機，位於上述渦輪葉輪和上述壓縮機葉輪之間並能夠驅動上述軸旋轉；中心殼體，旋轉自如地支承上述軸並內設有上述電動機，其特徵在於，在上述中心殼體內，具有空氣導入路，將上述壓縮機殼體內的壓縮空氣的一部分導入上述電動機；和冷卻結構部，冷卻流過該空氣導入路的空氣。
第2發明，在上述第1發明中，其特徵在於，上述中心殼體具有冷卻液流路，所述冷卻液流路形成為包圍上述電動機，並使用於冷卻電動機的冷卻液在內部流通，上述冷卻結構部構成為，能夠在上述冷卻液和流過上述空氣導入路的空氣之間進行熱交換。
第3發明，在上述第1發明中，其特徵在於，上述冷卻結構部構成為，能夠在流過上述中心殼體內的潤滑油和流過上述空氣導入路的空氣之間進行熱交換。
根據上述第1發明，由於將壓縮機殼體出口側的空氣的一部分向上述電動機的轉子引導，並在其導入過程中利用冷卻結構部冷卻空氣，所以可以有效地冷卻電動機的定子和轉子雙方。因此，可以冷卻電動機的永久磁鐵並抑制其高溫化。再者，導入冷卻空氣的空氣導入路，由於形成在中心殼體內，所以不附加外部配管也可以將冷卻空氣引導至電動機。
根據上述第2發明，由於構成為，具有用於從電動機周圍將其冷卻的冷卻液流路，在流過空氣導入路的空氣和流過冷卻液流路的冷卻液之間進行熱交換來冷卻空氣，所以可以不設置用於冷卻空氣的專用的冷卻系統而以簡單的結構來構成冷卻機構。
根據上述第3發明，由於構成為，在流過中心殼體內的潤滑油和流過空氣導入路的空氣之間進行熱交換來冷卻空氣，所以可以不設置用於冷卻空氣的專用的冷卻系統而以簡單的結構來構成冷卻機構。
因此，根據上述本發明，不附加外部配管，而可以有效地冷卻電動機的定子和轉子，由此可以獲得以下優異效果抑制電動機的高溫化並防止永久磁鐵的退磁，並可以防止電動機的效率降低。
圖1是說明現有技術的圖。
圖2是說明另一現有技術的圖。
圖3表示本發明的實施方式的剖視圖。
圖4是圖3的局部放大圖。
具體實施例方式
以下基於附圖詳細說明本發明的優選實施方式。此外，在各圖中共通的部分使用同一標記，省略重複說明。
圖3是本發明的實施方式的帶電動機的增壓機的剖視圖。如圖3所示，該帶電動機的增壓機10，包括渦輪葉輪2、渦輪殼體4、軸12、壓縮機葉輪6、壓縮機殼體8、電動機20、中心殼體14等構成要素。
在排氣通路側配設有被內燃機的排氣G驅動旋轉的渦輪葉輪2；和包圍該渦輪葉輪2的渦輪殼體4。在吸氣通路側配設有壓縮吸氣的壓縮機葉輪6；和包圍該壓縮機葉輪6的壓縮機殼體8。渦輪葉輪2和壓縮機葉輪6通過軸12連結，軸12被內設於中心殼體14中的軸承16旋轉自如地支承。渦輪殼體4和中心殼體14通過連接器3連結，壓縮機殼體8和中心殼體通過螺栓5連結。
電動機20，內設在中心殼體14中，構成為包括永久磁鐵製成的轉子20A(rotor)，與軸12同軸地連結，並和軸12一起旋轉；和線圈製成的定子20B(stator)，配設在轉子20A周圍。
在中心殼體14中，形成有油供給路22，用於向軸承16供給潤滑油42；和油排出路24，用於排出通過軸承16內部並潤滑·冷卻了軸承16的潤滑油42。利用外部設置的潤滑油泵(未圖示)將例如80℃左右的潤滑油42供給油供給路22。
在中心殼體14的渦輪葉輪2側，夾裝有渦輪側密封環26，用於防止潤滑油42從中心殼體14和軸12的間隙漏出。
圖4是圖3的局部放大圖。如圖4所示，在密封板28和軸12之間，夾裝有壓縮機側密封環30，防止潤滑油從其間隙漏出，其中密封板28設在中心殼體14內的電動機20和軸承部之間的位置，由此構成油封部32。
再者，在中心殼體14中，以包圍電動機20的方式形成冷卻液流路34。該冷卻液流路34，在中心殼體14內沿圓周方向延伸並環狀形成，在內部流通用於冷卻電動機20的冷卻液。冷卻液流路34，可以形成為完全繞電動機20外周一周，也可以形成為從軸12的軸向觀看呈C字狀。在冷卻液流路34的徑向內側形成翅片形狀部34a，來提高熱傳導效率。冷卻液，經由冷卻液供給口(未圖示)藉助設置在外部的冷卻液泵(未圖示)供給到冷卻液流路34，然後從冷卻液排出口(未圖示)排出到外部。此外，可以將例如水作為冷卻液應用。再者，也可以使用內燃機的燃料(汽油等)作為冷卻液。
進而，在中心殼體14內部，設置空氣導入路38，連通壓縮機殼體8的內部和中心殼體14內設有電動機20的空間36，並將壓縮機殼體8內的壓縮空氣A的一部分向電動機20引導；和冷卻結構部40，冷卻流過該空氣導入路38的空氣A。
在本實施方式中，冷卻結構部40構成為，在流過冷卻液流路34的冷卻液和流過空氣導入路38的空氣A之間進行熱交換。即，空氣導入路38，形成為通過冷卻液流路34的附近，將流過空氣導入路38的空氣A的熱傳遞至冷卻液流路34的冷卻液。空氣導入路38中對應於冷卻結構部40的部分，為了確保在流過其內部的空氣A和冷卻液流路34的冷卻液之間充分進行熱交換的傳熱面積，優選為沿冷卻液流路34在圓周方向上延伸一定程度的形狀。再者，在冷卻液流路34中空氣導入路38側的內表面，形成翅片形狀部34b，來提高熱傳導的效率。
在這樣構成的帶電動機的增壓機10中，利用來自內燃機(引擎)的排氣G使渦輪葉輪2旋轉，旋轉驅動經由軸12連結的壓縮機葉輪6，並且藉助電動機20輔助其旋轉驅動。另外，利用壓縮機葉輪6將吸氣壓縮·加壓並供給內燃機。利用壓縮機葉輪6吸入的空氣(P點)是例如20℃、常壓，這在葉輪(impeller)出口(Q點)升溫·升壓至例如180℃、1.5氣壓，在壓縮機殼體出口(R點)升壓至例如180℃、2.0氣壓。
再者，將冷卻液供給到冷卻液流路34，由此從電動機20的周圍將其冷卻。再者，壓縮機殼體8內的壓縮空氣A的一部分，藉助空氣導入路38向電動機20側的空間36引導。這時，從壓縮機殼體8內導入空氣導入路38的空氣A，由於被壓縮機葉輪6壓縮·加壓，所以成為高溫(例如180℃)，但是在設在中心殼體14內的冷卻結構部40中，由於與冷卻液流路34內的冷卻液之間進行熱交換而冷卻到低溫(例如50℃)。該結果為，向電動機20側的空間36供給冷卻了的空氣A。由此，電動機20的轉子20A被從空氣導入路38導入的空氣A直接冷卻。此外，冷卻了電動機20的空氣A，從空氣排出路(未圖示)排出。或者，如果不設置空氣排出路，使冷卻了電動機20的空氣A通過壓縮機葉輪6背面返回Q點，則可以將壓縮機的性能降低抑制至最小限度。
這樣，根據上述本發明的帶電動機的增壓機10，將壓縮機殼體8內的壓縮空氣A的一部分向電動機20的轉子20A引導，並在其導入過程中利用冷卻結構部40冷卻空氣，所以可以利用導入的空氣A有效地冷卻電動機20的定子20B和轉子20A雙方。因此，可以冷卻電動機20的永久磁鐵並抑制其溫度上升。再者，導入冷卻空氣A的空氣導入路38，由於形成在中心殼體14內，所以不附加外部配管也可以將冷卻空氣A引導至電動機。
再者，根據本發明的帶電動機的增壓機10，由於構成為，具有用於從電動機20周圍將其冷卻的冷卻液流路34，在流過空氣導入路38的空氣和流過冷卻液流路34的冷卻液之間進行熱交換來冷卻空氣A，所以可以不設置用於冷卻導入電動機的空氣的專用冷卻系統而以簡單的結構來構成冷卻結構部。
因此，根據本發明的帶電動機的增壓機，可以不附加外部配管，而有效地冷卻電動機的定子和轉子，由此可以獲得以下優異效果抑制電動機的溫度上升並防止永久磁鐵的退磁，並可以防止電動機的效率降低。
再者，在上述實施方式中，由於將壓縮機殼體8內的加壓空氣A(例如2.0氣壓)導入電動機20側，所以電動機20側的壓力升高。因此，也可以獲得以下效果從潤滑油流過的軸承16側的流入，被電動機20側的高壓抑制，油封部32的密封性提高。
此外，在上述實施方式中，以在渦輪側配設軸12的軸承16，在壓縮機側配設電動機20的帶電動機的增壓機作為對象，但是本發明的適用範圍不限於此，當然也可以適用於如圖1所示的、在中央部配設電動機並在其兩側配設軸承的形式的帶電動機的增壓機。
再者，在上述實施方式中，構成為在流過冷卻液流路34的冷卻液和流過空氣導入路38的空氣A之間進行熱交換，但是也可以是能夠在流過中心殼體14內的潤滑油42和流過空氣導入路38的空氣A之間進行熱交換的結構，由此來冷卻導入電動機20的空氣。再者，也可以是能夠在外部空氣和流過空氣導入路38的空氣之間進行熱交換的結構，由此來冷卻導入電動機20的空氣。
另外，本發明不限於上述實施方式，當然可以在不脫離本發明主旨的範圍進行各種變更。
權利要求
1.一種帶電動機的增壓機，具備渦輪葉輪，由內燃機的排氣驅動旋轉；渦輪殼體，包圍該渦輪葉輪；壓縮機葉輪，通過軸與上述渦輪葉輪連結並旋轉而壓縮吸氣；壓縮機殼體，包圍該壓縮機葉輪；電動機，位於上述渦輪葉輪和上述壓縮機葉輪之間並能夠驅動上述軸旋轉；中心殼體，旋轉自如地支承上述軸並內設有上述電動機，其特徵在於，在上述中心殼體內，具有空氣導入路，將上述壓縮機殼體內的壓縮空氣的一部分導入上述電動機；和冷卻結構部，冷卻流過該空氣導入路的空氣。
2.如權利要求1所述的帶電動機的增壓機，其特徵在於，上述中心殼體具有冷卻液流路，所述冷卻液流路形成為包圍上述電動機，並使用於冷卻電動機的冷卻液在內部流通，上述冷卻結構部構成為，能夠在上述冷卻液和流過上述空氣導入路的空氣之間進行熱交換。
3.如權利要求1所述的帶電動機的增壓機，其特徵在於，上述冷卻結構部構成為，能夠在流過上述中心殼體內的潤滑油和流過上述空氣導入路的空氣之間進行熱交換。
全文摘要
本發明提供一種帶電動機的增壓機(10)，其中，電動機(20)配置在鄰接於壓縮機葉輪(6)的位置，中心殼體(14)具有冷卻液流路(34)，形成為包圍電動機(20)並鄰接於擴壓部(25)。在冷卻液流路(34)中電動機(20)側的部位形成第1冷卻結構部(38)，在擴壓部側(25)的部位形成第2冷卻結構部(39)，利用第1冷卻結構部(38)冷卻電動機(20)，利用第2冷卻結構部(39)冷卻擴壓部(25)。
文檔編號F02B39/16GK1908401SQ20061011015
公開日2007年2月7日 申請日期2006年8月7日 優先權日2005年8月5日
發明者澀井康行, 高橋幸雄 申請人:石川島播磨重工業株式會社