旋转机械的制作方法

1.本发明涉及一种旋转机械。


背景技术：

2.已知有将向引擎的吸入空气进行压缩并供给到引擎的增压器。增压器由转子轴(旋转轴)及配置在转子轴的两端的涡轮和压缩机构成。其结构为，将来自引擎的排气供给到涡轮，通过驱动涡轮而使与涡轮连接的转子轴旋转以使压缩机旋转，由此将压缩空气供给到引擎。然而，由于在增压器的驱动中需要来自引擎的排气，因此当引擎启动时或低速时，有时来自增压器的压缩空气的供给量不足。
3.因此，正在开发一种电动辅助增压器，其具备与有无来自引擎的排气无关地可以使增压器的转子轴旋转的马达(电动机)(例如，专利文献1)。在具备电动辅助增压器的引擎中，当驱动增压器的排气不足的引擎低负载运行时，由马达驱动增压器，弥补由排气不足引起的增压器的旋转不足。
4.这种电动辅助增压器有时在压缩机与涡轮之间配置马达，但存在一次弯曲模式的响应倍率增加、因从涡轮向马达传递排热而马达的效率降低等问题。作为其对策，有时采用在延长了转子轴的压缩机侧的端部的轴延长部安装有马达的马达悬伸结构。
5.以往技术文献
6.专利文献
7.专利文献1：国际公开第2018/202668号


技术实现要素：

8.发明要解决的技术课题
9.然而，在转子轴的轴延长部上配置马达的结构中，可能因悬伸部的重量增加和悬伸部的长度增加而振动特性变差。
10.本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种可以抑制转子轴的振动的旋转机械。
11.用于解决技术课题的手段
12.为了解决上述问题并实现目的，本发明所涉及的旋转机械具备：转子轴；压缩机部，与所述转子轴连接；转子部，在比所述压缩机部更靠近流过所述压缩机部的空气流的上游侧，与所述转子轴连接；定子部，隔开间隔地设置于所述转子部的外周部；及罩部，覆盖所述定子部与所述转子部之间的间隔的所述空气流的上游侧，并形成将所述间隔与比所述间隔更靠近所述空气流的上游侧的部位连通的开口部。
13.发明效果
14.根据本发明，能够抑制转子轴的振动。
附图说明
15.图1是表示本发明所涉及的电动辅助增压器的概略图。
16.图2是表示本发明所涉及的振动衰减结构的第一实施方式的概略图。
17.图3是表示本发明所涉及的振动衰减结构的第二实施方式的概略图。
18.图4是在本发明所涉及的振动衰减结构中使用的凹部形成部的示意图。
19.图5是表示在本发明所涉及的凹部形成部中形成的凹部的形状的第一实施例的示意图。
20.图6是表示在本发明所涉及的凹部形成部中形成的凹部的形状的第二实施例的示意图。
21.图7是表示在本发明所涉及的凹部形成部中形成的凹部的形状的第三实施例的示意图。
具体实施方式
22.(第1实施方式)
23.(电动辅助增压器)
24.图1是表示本发明所涉及的电动辅助增压器的概略图。如图1所示，作为旋转机械的电动辅助增压器1具备压缩机壳体10、涡轮壳体12、压缩机部20、涡轮部30、转子轴40及马达部50。
25.(壳体)
26.压缩机壳体10是将压缩机部20、转子轴40及马达部50收纳于内部空间sp1中的框体。在压缩机壳体10上设置与空间sp1连通的吸入空气导入通路60和压缩空气排出通路62。吸入空气导入通路60设置于空间sp1内的空气a的流动方向的上游侧，压缩空气排出通路62设置于空间sp1内的空气a的流动方向的下游侧。另外，压缩机壳体10并不限定于由一个部件构成，也可以由多个壳体构成。
27.涡轮壳体12是在内部空间sp2中收纳涡轮部30的框体。涡轮壳体12与压缩机壳体10连接。在涡轮壳体12上设置与空间sp2连通的排气导入通路70和排气排出通路72。排气导入通路70设置于空间sp2内的排气a1的流动方向的上游侧，排气排出通路72设置于空间sp2内的排气a1的流动方向的下游侧。
28.从吸入空气导入通路60导入的空气a导入到压缩机壳体10的空间sp1内被压缩机部20压缩，并经由压缩空气排出通路62供给到引擎。来自引擎的排气a1经由排气导入通路70导入到涡轮壳体12的空间sp2内，并通过涡轮部30的旋转来驱动涡轮。驱动涡轮后排气a1经由排气排出通路72排出。
29.(转子轴、压缩机部)
30.转子轴40是圆柱形状的部件，设置在压缩机壳体10与涡轮壳体12的内部，并沿着轴向ax延伸。转子轴40区分为基部42和轴延长部44。基部42在两端形成嵌合压缩机部20与涡轮部30的部分。在基部42的连接压缩机部20的部位和连接涡轮部30的部位的中间部分设置径向轴承46、48。使转子轴40的基部42的嵌合压缩机部20的部位的一侧的端部沿着转子轴40延长的部分相当于轴延长部44。压缩机部20设置于压缩机壳体10的内部。压缩机部20安装于转子轴40的基部42的轴延长部44侧的端部。压缩机部20具备相当于与转子轴40的外
周部的接合部分的压缩机叶轮。关于压缩机叶轮，在压缩机叶轮的外周部上具备多个压缩机叶片。
31.(马达部)
32.图2是表示本发明所涉及的振动衰减结构的第一实施方式的概略图。如图1所示，马达部50在压缩机壳体10的空间sp1内，设置于转子轴40的比设置压缩机部20的部位更靠近空气a流的上游侧。具体而言，马达部50设置于轴延长部44，该轴延长部44将转子轴40从压缩机部20的连接部位进一步延长到空气a的上游侧。如图2所示，马达部50具备作为定子的定子部52和作为转子的转子部54。转子部54与轴延长部44连接。转子部54可以是在转子轴40的轴延长部44的外周面上具备永久磁铁的圆柱形状的部件。定子部52在与转子部54的外周部隔开间隔56的基础上，以包围转子部54的外周部的方式设置。定子部52具备将导线缠绕在铁芯上的线圈522和覆盖线圈522的定子壳体524。作为导线材料，能够使用铜、铝等。具备定子部52和转子部54的马达部50由控制装置驱动。控制装置可以是逆变器。控制装置通过对定子部52施加交流电压而使磁场产生，通过磁场和转子部54的磁力进行作用，在转子部54上产生转子轴40的周向的力，连接有转子部54的转子轴40旋转。
33.通过马达部50旋转，与转子轴40连接的压缩机部20被驱动，即使在引擎低旋转的情况下，也能够从电动辅助增压器1向引擎供给充分的压缩空气。
34.(涡轮部)
35.涡轮部30连接于转子轴40的基部42的与压缩机部20的连接部分相反的一侧的端部。涡轮部30具备相当于与转子轴40的外周部的接合部分的涡轮叶轮。关于涡轮叶轮，在涡轮叶轮的外周部上具备多个涡轮叶片。
36.(第一实施方式的振动衰减结构)
37.如图2所示，本发明所涉及的电动辅助增压器1在流过定子部52的压缩机部20的空气a的上游侧具备罩部80。罩部80在罩部80的空气的上游侧的端部形成有开口部82。开口部82在空间sp1内，将定子部52与转子部54之间的间隔56和空间sp1中的开口部82的空气a的上游侧的部位连通。
38.对罩部80的具体的形状进行说明。如图2所示，本实施方式所涉及的罩部80具有头部802和底面部804。定子壳体524是形成定子部52的外周面的筒状部件。即，定子壳体524覆盖定子部52的线圈522的外周部。头部802相对于定子部52与转子部54之间的间隔56设置在空气a流的上游侧。头部802覆盖定子部52与转子部54之间的间隔56的空气a流的上游侧。头部802可以形成为顶点朝向空气a的上游侧的圆锥状的形状。关于头部802的圆锥高度，考虑到空气阻力的减小，期望增大圆锥高度，但考虑与因圆锥高度增大而重量增加等弊端的平衡来决定。另外，罩部80的形状并不限定于圆锥形状，也可以是水滴形状、火箭的鼻锥形状等包括在旋转体中的任意的流线型形状。作为头部802的底面侧的端部的底面部804与覆盖定子部52的线圈522的定子壳体524的空气的上游侧的端部连接。接合方法可以利用焊接、钎焊等熔融接合，也可以利用使用螺栓、铆钉等的机械接合。并且，也可以设为与覆盖定子部52内的线圈522的定子壳体524为一体的结构。
39.在圆锥状形状的头部802的情况下，开口部82形成于顶点的位置，并将定子部52与转子部54之间的间隔56和空间sp1中的开口部82的空气a的上游侧的部位连通。开口部82的形状可以是多边形等任意的形状，例如，圆孔，但也可以是三角形、四边形、五边形等。开口
部82的大小是能够向定子部52与转子部54之间的间隔56导入足够的空气的大小，并且考虑与供给到引擎的压缩空气的平衡来决定大小。并且，形成开口部82的位置也并不限定于头部802的顶点。
40.如上所述构成的罩部80和定子壳体524不覆盖间隔56的空气a流中的下游侧部位而开放。因此，能够用压缩机压缩通过了间隔56的空气并供给到引擎。
41.支承部100形成于定子部52的外周部。支承部100与定子部52的外周部和作为吸入空气导入通路60的内周部的吸入空气导入通路内周部602连接，并支承定子部52。支承部100在定子部52的外周部设置多个。支承部100优选在定子部52的外周部上沿转子轴40的周向等间隔地设置。支承部100的截面形状形成优选为抑制压力损失的流线型形状。
42.(盖部)
43.盖部90设置于压缩机壳体10的内部且转子部54的吸入空气导入通路60侧的端部。盖部90覆盖转子部54的吸入空气导入通路60侧的端部的整个表面。盖部90优选与罩部80的头部802平行地形成。即，在罩部80的头部802形成为圆锥形状的情况下，盖部90也形成为圆锥形状。通过将与头部802平行地形成的盖部90设置在与转子轴40的轴延长部44连接的转子部54的吸入空气导入通路60侧的端部，在抑制了从开口部82流入的空气的压力损失的基础上，能够导入到定子部52与转子部54之间的间隔56。从而，与不设置盖部90的情况相比，能够提高间隔56的空气压力，因此能够提高转子部54的刚性。因此，能够抑制与转子轴40连接的转子部54的振动。
44.然而，盖部90并不限定于圆锥形状。作为盖部90的形状的另一例，可以举出如下方案：通过使盖部90相对于轴向ax的角度θ2比罩部80的头部802相对于轴向ax的角度θ1小，将从形成于罩部80上的开口部82流入的空气所通过的流路设为随着趋向定子部52与转子部54之间的间隔56而前端变宽的形状。从而，能够将从开口部82流入的空气容易导入到定子部52与转子部54之间的间隔56。
45.(罩部的作用及效果)
46.经由吸入空气导入通路60导入到电动辅助增压器1的内部的空气a在吸入空气导入通路60的与转子轴40水平的部分中，与转子轴40水平地流动。该空气a的一部分通过形成于罩部80上的开口部82。从上游侧与转子轴40水平地流动的空气a若通过开口部82，则流入定子部52与转子部54之间的间隔56中。导入到间隔56中的空气a对转子部54的外周部施加与转子轴40垂直方向的流体力。因此，以覆盖转子部54的外周部的方式形成空气a流，因此可以说在转子部54的外周部形成有将空气作为润滑流体的气体轴承。
47.从而，对与转子轴40的轴延长部44连接的转子部54的外周部施加垂直方向的力，因此成为对与转子轴40连接的转子部54附加了刚性的状态，能够抑制转子轴40的位移，即转子轴40的振动。此外，由于导入到间隔56中的空气具有粘性，因此若定子部52相对于转子轴40沿垂直方向振动，则通过具有粘性的空气a向与转子轴40水平的方向流动和垂直于转子轴40的方向压缩而消耗振动能量，发挥使振动衰减的效果。
48.从而，通过具备具有开口部82的罩部80，能够向转子部54与定子部52之间的间隔56导入空气a，因此即使在转子轴40的端部具备马达部50的情况下，也能够通过导入到间隔56中的空气而抑制振动。此外，导入到间隔56中的空气能够冷却定子部52，因此能够提高马达的效率。
49.(第二实施方式的振动衰减结构)
50.图3是表示本发明所涉及的振动衰减结构的第二实施方式的概略图。
51.第二实施方式除了对第一实施方式添加凹部形成部110以外，与第一实施方式相同。第二实施方式的与第一实施方式相同的部分省略说明。
52.如图3所示，关于第二实施方式所涉及的振动衰减结构，在定子壳体524的内周部的压缩机部20侧的端部设置凹部形成部110。即，凹部形成部110设置于比设置在定子壳体524的内周部上的线圈522更靠近空气a流的下游侧。凹部形成部110以包围转子部54的外周部的方式隔开与间隔56相同大小的间隔地设置。凹部形成部110形成多个凹部。以下，对凹部形成部110详细地进行说明。
53.(凹部形成部)
54.图4是表示在本发明所涉及的振动衰减结构中使用的凹部形成部的示意图。如图4所示，本实施方式所涉及的凹部形成部110设置于定子壳体524的内周部内且压缩机部20侧的端部。凹部形成部110以包围转子部54的外周部的方式形成。在凹部形成部110的内周部形成多个凹部112。凹部112未贯穿至设置在凹部形成部110的外周面上的定子壳体524。换言之，凹部112从凹部形成部110的内周面遍及在径向上位于内周面与外周面之间的中间部分而形成。凹部112优选形成足以覆盖凹部形成部110的内周部的整个表面的数量。
55.从定子部52的内周部与转子部54的外周部之间的间隔56的吸入空气导入通路60侧的端部导入到间隔56中的空气在间隔56中沿与转子轴40水平的方向流动。导入到间隔56中的空气若到达设置在定子部52的内周部的压缩机部20侧的端部上的凹部形成部110，则因空气的一部分流入形成于凹部形成部110中的凹部112而产生压力损失。
56.因此，能够抑制导入到定子部52与转子部54之间的间隔56中的空气从间隔56的压缩机部20侧的端部流出。其结果，与不设置凹部形成部110的情况相比，间隔56的内部空气的压力上升，由此气体轴承部的负载容量增加，轴承刚性增加。从而，能够抑制与转子轴40连接的转子部54的振动。
57.(蜂窝形状)
58.图5是表示在本发明所涉及的凹部形成部中形成的凹部的形状的第一实施例的示意图。
59.如图5所示，形成于凹部形成部110中的多个凹部112的形状的第一实施例形成为蜂窝形状。蜂窝形状是将正六边形或正六棱柱无间隙地排列的结构。正六边形在平面可填充图形中周长最短，因此可以减少使用部件的量。另外，凹部112的蜂窝形状并不限定于正六边形或正六棱柱，例如，也可以是从三角形、四边形、五边形等多边形中选择一种并排列的结构。并且，也可以是从包括三角形、四边形、五边形、六边形等多边形中选择多种，并将它们组合排列的结构。
60.通过将凹部的形状设为蜂窝形状，能够紧密地集成凹部。从而，能够使导入到定子部52的内周部与转子部54的外周部之间的间隔56中的空气容易流入紧密地集成的蜂窝形状的凹部112中。因形成于凹部形成部110中的多个凹部112而产生压力损失，能够抑制空气从定子部52的压缩机部20侧的端部流出。因此，间隔56的内部空气的压力上升，由此气体轴承部的负载容量增加，轴承刚性增加。能够抑制与转子轴40连接的转子部54的振动。
61.(槽形状)
62.图6是表示在本发明所涉及的凹部形成部中形成的凹部的形状的第二实施例的示意图。
63.如图6所示，形成于凹部形成部110中的多个凹部112的第二实施例形成为槽形状。形成为槽形状的凹部优选与垂直于转子轴40的方向平行地形成有多个。与蜂窝形状的凹部相比，槽形状的凹部能够降低制造成本。
64.通过将凹部112的形状设为槽形状，因流入到凹部112中的空气而在通过间隔56的空气中产生压力损失。因此，能够抑制导入到间隔56中的空气从定子部52的压缩机部20侧的端部流出。因此，间隔56的内部空气的压力上升，由此气体轴承部的负载容量增加，轴承刚性增加。能够抑制与转子轴40连接的转子部54的振动。
65.(圆孔形状)
66.图7是表示在本发明所涉及的凹部形成部中形成的凹部的形状的第三实施例的示意图。
67.如图7所示，形成于凹部形成部110中的多个凹部112的第三实施例形成为圆孔形状。形成为圆孔形状的凹部112优选在凹部形成部110的内周部的整个表面上形成多个。
68.通过将凹部112的形状设为圆孔形状，因流入到凹部112中的空气而在通过间隔56的空气中产生压力损失。因此，能够抑制导入到间隔56中的空气从定子部52与转子部54之间的间隔56的压缩机部20侧的端部流出。因此，间隔56的内部空气的压力上升，由此气体轴承部的负载容量增加，轴承刚性增加。能够抑制与转子轴40连接的转子部54的振动。
69.(旋转机械的结构和效果)
70.本发明所涉及的旋转机械具备：转子轴40；压缩机部20，与转子轴40连接；转子部54，在比压缩机部20更靠近流过压缩机部20的空气流的上游侧，与转子轴40连接；定子部52，隔开间隔56而设置于转子部54的外周部；及罩部80，覆盖定子部52与转子部54之间的间隔56的空气流的上游侧，并形成将间隔56与间隔56的空气流的上游侧的部位连通的开口部82。
71.根据该结构，由于从形成于罩部上的开口部流入的空气导入到定子部与转子部之间的间隔中，因此成为气体轴承设置于转子部的状态，能够抑制与转子轴连接的转子部的振动。
72.本发明所涉及的旋转机械还具备盖部90，该盖部90设置于转子部54的空气流的上游侧的端部，随着趋向空气流的上游侧，从空气流方向观察时的截面积变小。
73.根据该结构，针对从形成于罩部上的开口部流入的空气，能够抑制压力损失以使其导入到定子部与转子部之的间隔中。因此，能够使导入到定子部与转子部之间的间隔中的空气的压力上升，因此使转子部的刚性进一步增加，能够抑制与转子轴连接的转子部的振动。
74.本发明所涉及的旋转机械还具备在定子部52的空气流的下游侧的端部的下游侧以包围转子部54的外周部的方式隔开间隔地设置的凹部形成部110，凹部形成部110在内周面上形成有多个凹部112。
75.根据该结构，导入到定子部与转子部之间的间隔中的空气流入形成于凹部形成部中的凹部中，并产生压力损失。因此，能够抑制导入到定子部与转子部之间的间隔中的空气从定子部与转子部之间的间隔的压缩机部侧的端部流出，由此导入到定子部与转子部之间
的间隔中的空气的压力上升。其结果，使转子部的刚性进一步增加，能够抑制与转子轴连接的转子部的振动。
76.在本发明所涉及的旋转机械具备的凹部形成部110中设置的凹部呈蜂窝形状。
77.根据该结构，使定子部的刚性进一步增加，能够抑制与转子轴连接的转子部的振动。
78.在本发明所涉及的旋转机械具备的凹部形成部110中设置的凹部呈槽形状。
79.根据该结构，使定子部的刚性进一步增加，能够抑制与转子轴连接的转子部的振动。
80.在本发明所涉及的旋转机械具备的凹部形成部110中设置的凹部呈圆孔形状。
81.根据该结构，使定子部的刚性进一步增加，能够抑制与转子轴连接的转子部的振动。
82.符号说明
83.1-电动辅助增压器，20-压缩机部，30-涡轮部，40-转子轴，52-定子部，54-转子部，80-罩部，82-开口部，100-支承部。