专利名称：电动增压机的制作方法
技术领域：
本发明关于一种排气涡轮增压机，进一步详细而言，涉及内藏电动机的电动增压机。
背景技术：
将借助压缩机升高密度后的空气供给到发动机(引擎)称之为增压(supercharging)，其中，借助排气能量而维持压缩机的驱动工作的装置称为排气涡轮增压机(exhaust-gas turbocharger)。
排气涡轮增压机一般由夹着轴承组件而配置的压缩机(compressor)和涡轮构成，分别在压缩机内藏压缩机叶轮，在涡轮内藏涡轮叶轮。压缩机叶轮和涡轮叶轮通过以轴承组件支承的连结轴相连结，以发动机的排气驱动涡轮叶轮旋转，此旋转力经由连结轴传递到压缩机叶轮，通过压缩机叶轮压缩空气而对发动机增压。
已经提出下述方案，即在上述排气涡轮增压机中，为了辅助低速旋转时的加速而内藏电动机(例如专利文献1、2)。以下，称这种内藏电动机的排气涡轮增压机为“电动增压机”。
专利文献1的涡轮增压机如图1所示，具有发电机，由安装在连结涡轮51和压缩机52的旋转轴53上的发电/电动用的转子54、安装在壳体55内的定子56构成；冷却用水套57，用于冷却定子且形成在包围定子的壳体内部。
专利文献2关于电动压缩机，如图2所示，具有压缩机壳体61、电动机62、离心涡轮机轮63，压缩机壳体61形成有位于外周的压缩空气出口，压缩机壳体的外周壳体61a和内侧马达支座61b形成有从其之间导入外部气体的流路。
特开2000-130176号公报《具备发电/电动机的涡轮增压机》[专利文献2]美国专利第5,904,471号说明书，《COOLING MEANSFOR A MOTOR-DRIVEN CENTRIFUGAL AIR COMPRESSOR》排气涡轮增压机的旋转速度为高速，达到例如至少10～20万rpm。因此，内藏于上述电动增压机中的电动机期望能对应此高速旋转而高速地旋转驱动和再生运转。
为了满足此期望，在作为电动机使用无刷交流电动机的情况下，不可缺少将搭载于车辆的蓄电池的直流电转换为任意频率的交流电的变换器。
但是，由于通过变换器变换后的电力是交流电，所以存在下述问题，即基于连结变换器和电动增压机的电源供给电缆的电阻和电感，电力损失较大。因此，特别是在频率较高的情况下，有必要由变换器供给比电动机原本消耗的电力更大的电力，不仅损失大，也存在导致变换器自身大型化的问题。
发明内容
本发明是用于解决上述问题点的提案。即，本发明的目的在于提供一种电动增压机，可大幅地降低基于连结变换器和电动增压机的电源供给电缆的电力损失。
根据本发明，提供一种电动增压机，包括一端具有涡轮叶轮的涡轮轴；连结在涡轮轴的另一端上的压缩机叶轮；可旋转地支承涡轮轴的轴承壳体；包围涡轮叶轮且连结在轴承壳体上的涡轮壳体；包围压缩机叶轮且连结在轴承壳体上的压缩机壳体，其中包括固定在涡轮轴上且与涡轮轴一起旋转的马达转子；包围马达转子且固定在轴承壳体内的马达定子；将直流电变换为交流电并输入到马达定子的变换器；接受外部指令而借助变换器控制交流电的频率和电压的变换器控制器。
根据本发明的优选实施方式，包括收容上述变换器和变换器控制器的驱动器容器；将该驱动器容器连结在压缩机壳体上的绝热连结部材，上述驱动器容器形成为环形或者U形，上述绝热连结部材具有对其中间绝热的空冷或者水冷绝热层，以便压缩机排出的空气的高温不会传热到驱动器容器。
上述变换器优选是控制频率和电压双方的脉宽调制(PWM)方式的变换器。
根据上述本发明的构成，由于电动增压机具有马达定子、变换器以及变换器控制器，所以可大幅度缩短连结变换器和电动增压机的电源供给电缆的长度。因此，由于电动机和变换器的距离变为最小，所以电源供给电缆的电阻和电感可减低到可忽略的程度。
此外，由于变换器与电动增压机一体化，所以无需变换器的设置场所。
本发明的其他目的以及有利的特征由参照附图的以下说明可知。
图1是专利文献1的涡轮增压机的构成图。
图2是专利文献2的电动压缩机的构成图。
图3是本发明的电动增压机的整体构成图。
具体实施例方式
以下，参照
本发明的优选实施方式。另外，在各图中相同部分标注同一附图标记，省略重复说明。
图3是本发明的电动增压机的整体构成图。此图中，本发明的电动增压机10包括涡轮轴12、压缩机叶轮14、轴承壳体16、涡轮壳体18、以及压缩机壳体20。
涡轮轴12一端(图中左端)具有涡轮叶轮11。在此例中，涡轮叶轮11是与涡轮轴12一体地形成的，但本发明不限定于此，也可是另外安装涡轮叶轮11的结构。
压缩机叶轮14借助轴端螺母15以一体地旋转的方式连结在涡轮轴12的另一端上(图中右端)。
轴承壳体16通过轴瓦17a可旋转地支承涡轮轴12。此外，涡轮轴12借助推力环17b以及推力轴承17c、17d而轴向不移动地被支承。进而，轴承壳体16具有用于润滑轴瓦17a、推力环17b以及推力轴承17c、17d的未图示的润滑油流路。
涡轮壳体18可旋转地包围涡轮叶轮11，并且连结在轴承壳体16上。此涡轮壳体18具有从外部向内部导入排气的涡旋室18a、和引导排气从涡旋室18a到涡轮叶轮11的形成为环状的流路18b。
进而，在流路18b中，在周方向以一定的间隔配置多个喷嘴翼19。此喷嘴翼19优选为可变喷嘴翼，其中间形成的流路面积可变化，但本发明不限定于此，也可是固定喷嘴翼。
压缩机壳体20可旋转地包围压缩机叶轮14，并且连结在轴承壳体16上。此压缩机壳体20具有内部导入压缩空气的涡旋室20a、和引导压缩空气从压缩机叶轮14到涡旋室20a的形成为环状的流路20b。
根据上述构成，可通过发动机的排气驱动涡轮叶轮11旋转，此旋转力经由涡轮轴12传递到压缩机叶轮14，通过压缩机叶轮14压缩空气而对发动机增压。
在图3中，本发明的电动增压机10进而还具有马达转子22、马达定子24、变换器26、以及变换器控制器28。
马达转子22是固定于涡轮轴12上且与涡轮轴一起旋转的电动机的转子。此外，马达定子24是包围马达转子22且固定在轴承壳体16内的电动机的定子。借助马达转子22和马达定子24构成无刷交流电动机。
此交流电动机优选可对应涡轮轴12的高速旋转(例如至少10～20万rpm)，并且可进行加速时的旋转驱动和减速时的再生运转。此外，此交流电动机的驱动电压优选为与车辆搭载的蓄电池的直流电压(例如12V)相同或者比其高(例如24～36V)。借助提高驱动电压，可将交流电动机小型化。
变换器26具有将车辆搭载的蓄电池的直流电变换为任意频率的交流电的功能。此变换器26优选是控制频率和电压双方的脉宽调制(PWM)方式的变换器。但是，本发明不限定于此，也可采用配合使用的电动机的任意的变换器，例如易于再生运转的电流型变换器。
变换器26的输入端子经由未图示的电力电缆与车辆搭载的蓄电池的直流电压(例如12V)相连接。变换器的输入电压也可与蓄电池的直流电压(例如12V)相同或比其高或低。另外，此电压优选与车辆整体的控制系的电压一致。
变换器26的输出端子经由电源供给电缆27与马达定子24相连接。此电源供给电缆27设定为尽量短且电阻和电感尽量小，以抑制电力损失为最小限。
变换器控制器28控制基于变换器26的交流电的的频率和电压。此变换器控制器28通过未图示的控制线与车辆整体的控制装置或者发动机控制装置相连接，接受指令，控制频率和电压。
本发明的电动增压机10进而具有收容变换器26和变换器控制28的驱动器容器29、和将此驱动器容器29连结到压缩机壳体20上的绝热连结部材30。
驱动器容器29，以在压缩机壳体20的圆筒形的外部气体吸入部20c的周围，不突出到外部而安装的方式整体形成为环形或者U字形。
此外，绝热连结部材30具有对其中间绝热的空冷或者水冷的绝热层，以便令压缩机排出的空气的高温不会传热到驱动器容器29。绝热连结部材30进而具有防止压缩机壳体20的振动不会传递到驱动器29的防振功能。
根据上述构成，驱动器容器29连结到导入比较低温的外部气体的压缩机壳体20上，并且通过具有空冷或者水冷的绝热层的绝热连结部材30而对驱动器容器29绝热，所以可防止驱动器容器29以及其内部的变换器26和变换器控制器28的过热。
此外，借助将驱动器容器29设置在压缩机壳体的吸入侧，可将压缩机吸入的比较低温的外部气体的一部分直接导入驱动器内部，具有可积极地冷却的优异效果。
另外，本发明不限定于上述实施方式，当然可在未脱离本发明的宗旨的范围内进行各种变更。
权利要求
1.一种电动增压机，包括一端具有涡轮叶轮的涡轮轴；连结在涡轮轴的另一端上的压缩机叶轮；可旋转地支承涡轮轴的轴承壳体；包围涡轮叶轮且连结在轴承壳体上的涡轮壳体；包围压缩机叶轮且连结在轴承壳体上的压缩机壳体，其特征在于，进而包括固定在涡轮轴上且与涡轮轴一起旋转的马达转子；包围马达转子且固定在轴承壳体内的马达定子；将直流电变换为交流电并输入到马达定子的变换器；接受外部指令而借助变换器控制交流电的频率和电压的变换器控制器。
2.如权利要求1所述的电动增压机，其特征在于，包括收容上述变换器和变换器控制器的驱动器容器；将该驱动器容器连结在压缩机壳体上的绝热连结部材，上述驱动器容器形成为环形或者U形，上述绝热连结部材具有对其中间绝热的空冷或者水冷绝热层，以便压缩机排出的空气的高温不会传热到驱动器容器。
3.如权利要求1所述的电动增压机，其特征在于，上述变换器优选是控制频率和电压双方的脉宽调制方式的变换器。
全文摘要
本发明的电动增压机包括固定在涡轮轴(12)上且与涡轮轴一起旋转的马达转子(22)；包围马达转子且固定在轴承壳体(16)内的马达定子(24)；将直流电变换为交流电的变换器(26)；借助变换器控制交流电的频率和电压的变换器控制器(28)。变换器和变换器控制器收容在驱动器容器(29)中，借助绝热连结材料(30)连结在压缩机壳体(20)上。
文档编号H02P27/00GK1912364SQ20061011483
公开日2007年2月14日 申请日期2006年8月8日 优先权日2005年8月8日
发明者涩井康行, 高桥幸雄, 远岛成文 申请人:石川岛播磨重工业株式会社