旋转机械的制作方法

本发明涉及具备对叶轮的旋转轴进行支承的轴承的旋转机械。

背景技术：

公知有一种具备阻止轴承的外圈转动的止转机构的轴承装置。例如，在日本专利文献1中公开了设置有贯通对外圈进行支承的壳体并到达外圈的径向的中途的长孔且在该长孔中插入销的止转机构。另外，在日本专利文献2、日本专利文献3中公开了具备沿旋转轴线方向插入键(key)部件的止转机构的轴承装置。

日本专利文献1：日本特开2014-152923号公报

日本专利文献2：日本特开2010-48301号公报

日本专利文献3：日本特开2006-194418号公报

例如，在将日本专利文献1记载的轴承装置应用于旋转机械的情况下，因使用时的温度条件不同，旋转轴的热膨胀作用于轴承装置的力变大，其结果是，经由外圈对销施加超负荷而存在引起不良情况的可能性。另一方面，在日本专利文献2或者3所述的轴承装置中，键部件的端部被开放，存在止转功能因使用方式而不稳定的可能性，具有改善的课题。

技术实现要素：

本发明提供一种能够稳定地防止外圈随着轴承的内圈的旋转而旋转并且还能排除旋转轴的热膨胀引起的影响的旋转机械。

本发明的一个实施方式的旋转机械具备：支承叶轮的旋转轴的轴承、支承轴承的外周的轴承支承部、形成于轴承和轴承支承部并沿旋转轴的旋转轴线方向延伸的键槽、以及插入于键槽的键部件，轴承具备安装于旋转轴的内圈、被轴承支承部支承的外圈、以及夹装在内圈与外圈之间的滚动体，轴承支承部具备能够与插入于键槽内的键部件的旋转轴线方向的一个端部抵接的外侧限制部，外圈具备能够与插入于键槽内的键部件的另一个端部抵接的内侧限制部，外侧限制部与内侧限制部的距离比键部件的旋转轴线方向的长度长。

根据本发明的一些方式，能够稳定地防止外圈随着轴承的内圈的旋转而旋转并且可排除因旋转轴的热膨胀产生的影响。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式涉及的电动压缩机的剖视图。

图2是放大表示图1的轴承的剖视图。

图3表示键部件与键槽的关系，(a)图是沿图2的iii(a)-iii(a)线的剖视图，(b)图是沿图2的iii(b)-iii(b)线的剖视图。

图4是表示轴承与轴承支承部的组装状态的分解立体图。

图5是表示被外装于轴承的外圈的套筒的立体图。

图6是表示在套筒内安装有轴承按压件和螺旋弹簧的状态的立体图。

图7是表示变形例涉及的键部件与键槽的关系的剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图来说明本发明的实施方式。其中，在附图的说明中，对同一机构标注同一附图标记，省略重复的说明。

本发明的一个实施方式的旋转机械具备：支承叶轮的旋转轴的轴承、支承轴承的外周的轴承支承部、形成于轴承和轴承支承部并沿旋转轴的旋转轴线方向延伸的键槽、以及插入于键槽的键部件，轴承具备安装于旋转轴的内圈、被轴承支承部支承的外圈、以及夹装在内圈与外圈之间的滚动体，轴承支承部具备能够与插入于键槽内的键部件的旋转轴线方向的一个端部抵接的外侧限制部，外圈具备能够与插入于键槽内的键部件的另一个端部抵接的内侧限制部，外侧限制部与内侧限制部的距离比键部件的旋转轴线方向的长度长。

在该旋转机械中，能够利用插入于键槽的键部件来防止外圈的旋转。特别是插入于键槽的键部件被轴承支承部的外侧限制部和外圈的内侧限制部限制了向旋转轴线方向的移动。因此，在该旋转机械中，可防止使用状态下的键部件的脱落等，能够稳定地防止外圈的旋转。并且，外侧限制部与内侧限制部的距离比键部件的旋转轴线方向的长度长。因此，在外侧限制部和内侧限制部的至少一方与键部件之间形成间隙，能够吸收因旋转轴的热膨胀而产生的伸长。其结果是，在该旋转机械中，能够稳定地防止外圈随着轴承的内圈的旋转而旋转并且也能排除因旋转轴的热膨胀产生的影响。

在一些方式中，旋转机械可以形成为：键槽具备设置于外圈的外周的内槽、和设置于轴承支承部的内周的外槽，在键部件的两个端部中的至少一方设置有对相互对置配置的内槽和外槽的周向(旋转方向)的偏移进行调整的插入引导部。在内槽和外槽中的一方预先设置键部件，然后在要将另一方插入于键部件时，可利用插入引导部来调整内槽和外槽的周向的偏移。其结果是，在该实施方式中，组装时的作业性提高。

在一些方式中，插入引导部可以为锥形部。利用锥形部容易进行向内槽或者外槽的插入，周向的偏移调整变得容易。

在一些方式中，旋转机械可以形成为：插入引导部设置于内侧限制部侧的端部。作为将轴承支承部组装于轴承的顺序，例如可以在设置于轴承支承部的外槽内临时固定键部件，在该状态下将轴承支承部组装于轴承。这里，若在键部件的两个端部中的内侧限制部侧的端部设置插入引导部，则在组装时能够有效地调整内槽和外槽的周向的偏移。

在一些方式中，旋转机械可以形成为：外槽与内槽相比，收纳键部件的区域大。若使内槽比外槽大，则从确保轴承强度的观点考虑，容易导致外圈的大型化。与此相对，若使外槽比内槽大，则容易抑制轴承的外圈的大型化，有利于小型化。

在一些方式中，旋转机械可以形成为：轴承支承部具备外装于外圈的筒部、在筒部内与外圈抵接的环状的按压部、以及在旋转轴线方向弹性支承按压部的弹性部，按压部具备在筒部内避开键部件的退避部，由筒部的内周和退避部形成的退避区域相对于键部件在旋转轴的周向具有间隙。通过设置相对于键部件在旋转轴的周向具有间隙的退避区域，使得在将按压部安装于筒部内时键部件难以成为阻碍，安装性提高。

在一些方式中，退避区域可以为弓形状。若形成为弓形状，则加工变得容易，加工性提高。

在一些方式中，旋转机械可以形成为：键槽具备设置于外圈的外周的内槽、和设置于轴承支承部的内周的外槽，外槽的径向的里侧的宽度大，键部件具备脱落防止部，该脱落防止部收纳于外槽内并且沿与外槽的长边方向正交的宽度方向伸出。例如，在设置于轴承支承部的外槽内临时固定键部件并在该状态下将轴承支承部组装于轴承的情况下，由于可防止键部件的脱落，所以组装的作业性提高。其中，外槽的径向的里侧是指相对于旋转轴靠离心方向侧。

参照图1，说明一个实施方式涉及的电动压缩机(旋转机械的一个例子)1。如图1所示，电动压缩机1例如被应用于车辆、船舶的内燃机。电动压缩机1具备压缩机部7。电动压缩机1通过转子部13和定子部14的相互作用使压缩机叶轮(叶轮的一个例子)8旋转，压缩空气等流体，来产生压缩空气。由转子部13和定子部14形成马达5。

电动压缩机1具备被支承为在壳体2内能够旋转的旋转轴12、和固定于旋转轴12的前端部(一端部)12a的压缩机叶轮8。壳体2具备收纳马达5(转子部13和定子部14)的马达壳体3、和封闭马达壳体3的另一端侧(图示右侧)的开口的逆变器壳体4。在马达壳体3的一端侧(图示左侧)设置有收纳压缩机叶轮8的压缩机壳体6。压缩机壳体6包含吸入口9、涡旋(scroll)部10、喷出口11。其中，为了有利于轻型化，优选马达壳体3、逆变器壳体4为铝，但也可采用例如不锈钢或碳钢。

转子部13被固定于旋转轴12的旋转轴线x方向的中央部，包含安装于旋转轴12的1个或者多个永磁铁(未图示)。定子部14以包围转子部13的方式被固定于马达壳体3的内表面，包含卷绕导线而成的线圈部(未图示)。若交流电流通过导线流向定子部14的线圈部，则由于转子部13和定子部14的相互作用，旋转轴12与压缩机叶轮8一体地旋转。若压缩机叶轮8旋转，则压缩机叶轮8通过吸入口9吸入外部的空气，并通过涡旋部10压缩空气而从喷出口11喷出。从喷出口11喷出的压缩空气向上述的内燃机供给。

电动压缩机1具备相对于壳体2将旋转轴12支承为能够旋转的2个轴承20a、20b。轴承20a、20b以隔着马达5的方式配置，在两侧支承旋转轴12。一方的轴承20a设置于马达壳体3的压缩机叶轮8侧的端部。另一方的轴承20b安装于逆变器壳体4侧的支承壁部23。支承壁部23从逆变器壳体4向内部侧突出。

在逆变器壳体4设有用于向定子部14供给驱动电流的机构。逆变器壳体4包含将马达壳体3的另一端侧的开口封闭的圆板状的端壁部21、和将端壁部21的外周部与马达壳体3连接的周壁部22。在周壁部22内收纳有与定子部14连接的导线。端壁部21例如为铝制。

如图2所示，上述的支承壁部(轴承支承部的一个例子)23具备从端壁部21的中央向旋转轴线x方向的内部侧、即向马达5侧(图1所示的端壁部21的左侧)突出的台座部41、从台座部41进一步向内侧突出的筒状的套筒座42、以及外装于套筒座42的套筒(筒部的一个例子)43。这里，套筒43例如通过压入或螺纹紧固等与套筒座42一体化。轴承20b的外圈51与套筒43相互嵌合并接触。另外，支承壁部23具备在套筒43内与轴承20b的外圈51抵接的环状的按压板(按压部的一个例子)44、和在套筒座42内配置于台座部41与按压板44之间并将按压板44向外圈51按压的螺旋弹簧(弹性部的一个例子)45。其中，在本实施方式中，套筒43与套筒座42形成为独立的部件，但也可以形成为一体。

轴承20b例如是具备通过压入或具有间隙的相互嵌合而安装于旋转轴12的内圈52、上述的外圈51、以及夹装在内圈52与外圈51之间的滚动体53的球轴承。轴承20b经由套筒43被支承于支承壁部23。内圈52随着旋转轴12的旋转而旋转。这里，需要阻止外圈51随着内圈52的旋转而旋转。另外，旋转轴12为scm材料等金属制，根据温度条件而热膨胀，沿旋转轴线x方向延伸。于是，由于随着旋转轴12的伸长，轴承20b也移动(偏移)，所以也需要能够吸收该偏移的游隙。以下，详细说明能够限制外圈51的旋转并且吸收因旋转轴12的热膨胀引起的伸长量的偏移的构造。

如图2和图5所示，外圈51和套筒43通过插入于键槽60的键部件70而被限制相对的旋转。键槽60沿旋转轴12的旋转轴线x延伸，键部件70是被插入于键槽60的近似矩形的块体。插入于键槽60内的键部件70被限制旋转方向的移动并且允许向旋转轴线x方向的稍微移动。

如图3和图4所示，键槽60具备设置于外圈51的外周的内槽61、和设置于套筒43的内周的外槽62。这里，外圈51的沿旋转轴线x方向的两端部中的、一个端部是收纳于套筒43内的一侧的端部，另一个端部是沿旋转轴线x方向的相反侧的端部。即，外圈51的一个端部是相对于压缩机叶轮8位于相反侧的端部(图1的右侧的端部)，另一方的端部是压缩机叶轮8侧的端部(图1的左侧的端部)。该情况下，内槽61以将外圈51的一个端部的一部分切去的方式形成。内槽61的宽度、即与旋转轴线x正交的方向的尺寸与键部件70的宽度对应。即，内槽61的宽度是收纳键部件70且能够限制键部件70的旋转方向的移动的宽度。另外，内槽61的长度、即沿旋转轴线x的方向的尺寸只要是收纳键部件70的长边方向(旋转轴线x方向)的一部分的程度的长度即可。

外槽62设置于套筒43的内周，沿旋转轴线x延伸。另外，外槽62以从套筒43的内周中的供轴承20b插入一侧的端部呈直线状连接到相反侧的端部的方式，将套筒43的内周纵向切断。外槽62的宽度与键部件70的宽度对应，是收纳键部件70且能够限制键部件70的旋转方向的移动的宽度。外槽62的长度实际上与套筒43的沿旋转轴线x的长度一致。另外，例如外槽62的深度比内槽61的深度深。

内槽61与外槽62相互重叠，相互组合而形成一条键槽60。插入于键槽60的键部件70具备靠近旋转轴12的内侧干涉部71和相反侧的外侧干涉部72(参照图3的(a))。外侧干涉部72沿旋转轴线x的方向(长边方向)的整体收纳于外槽62。另一方面，内侧干涉部71只有长边方向的一部分收纳于内槽61。即，对于键部件70收纳于键槽60的区域而言，外槽62的区域比内槽61的区域大。另外，在本实施方式中，外槽62的深度比内槽61的深度深。即，即使是延长内槽61的长边方向的长度来将键部件70的内侧干涉部71的整体收纳于内槽61的状态，对于收纳于键槽60的键部件70的区域而言，外槽62的区域也比内槽61的区域大。

作为其它实施方式，例如也可以是与本实施方式相反、即对收纳于键槽60的键部件70的区域而言，内槽61的区域比外槽62的区域大的方式。然而，若要使内槽61比外槽62大，则从确保轴承20b的强度的观点考虑，容易导致外圈51的大型化。与此相对，在如本实施方式那样，外槽62比内槽61大的情况下，容易抑制轴承20b的外圈51的大型化，有利于轴承20b整体的小型化。

如图2、图4以及图6所示，在外装于外圈51的套筒43内配置有与外圈51抵接的按压板44、和将按压板44向外圈51按压的螺旋弹簧45。按压板44为环状，形成有供旋转轴12的端部插通的中心孔44d。在按压板44形成有接收螺旋弹簧45的弹簧承接面44a，在相对于弹簧承接面44a相反侧的面、即在与外圈51对置的面设置有沿外缘突出的肋44b。肋44b的前端与外圈51抵接。

按压板44具备在套筒43内避开键部件70的退避部44c。退避部44c与键部件70抵接，并与内槽61配合来防止键部件70的脱落。退避部44c例如是针对圆形的按压板44将由圆弧和弦形成的区域切除那样的形状。其结果是，在按压板44的退避部44c与套筒43的内周之间形成弓形状的退避区域ar。即，“弓形状”是指在从沿旋转轴线x的方向观察的情况下由具备凸曲线(圆弧)部分和将凸曲线部分的两端部连结的直线部分的外形线围起的部分。退避区域ar的横剖面至少大于键部件70的截面积，特别是相对于键部件70在旋转轴12的周向形成间隙。通过设置退避区域ar，在将按压板44安装于套筒43内时键部件70不会成为阻碍，安装性提高。另外，按压板44的退避区域ar以外的部分、即按压板44的外周中的除了退避部44c以外的部分延伸到比键部件70靠径向外侧。具体而言，从旋转轴线x到除了退避部44c以外的部分的距离比从旋转轴线x到与键部件70抵接的退避部44c的距离长。其结果是，若按压板44要旋转，则按压板44受到键部件70的干涉而被限制旋转。即，通过设置退避区域ar，使得按压板44相对于键部件70的相对旋转被限制。其中，退避区域ar只要是具有防止安装键部件70时的干涉和防止按压板44的相对旋转的任一个功能的形状即可，不限定于弓形状。然而，通过形成弓形状，与形成为复杂形状的情况相比加工性提高。其结果是，能够容易地形成具有在安装按压板44时防止与键部件70干涉的功能、和防止按压板44相对于键部件70相对旋转的功能这两种功能的退避区域ar。

如上所述，支承壁部23具备供套筒43外装的套筒座42。套筒座42的前端面通过与矩形块状的键部件70的长边方向(沿旋转轴线x的方向)的一个端部70a对置而能够与其抵接。即，该前端面是对键部件70向沿旋转轴线x的方向移动进行限制的外侧限制部42a(参照图3的(b))。另外，外圈51具备在内槽61中将旋转轴线x方向的里侧封闭的壁面，该壁面通过与键部件70的另一个端部70b对置而能够与其抵接。即，该壁面是限制键部件70的沿旋转轴线x的方向的内侧限制部61a。其中，能够抵接是指在键部件70沿键槽60的长边方向(沿旋转轴线x的方向)移动的情况下能够与其接触而限制移动。

外侧限制部42a与内侧限制部61a的距离d比键部件70的长边方向的长度l长。因此，在外侧限制部42a和内侧限制部61a的至少一方与键部件70之间形成间隙。利用该间隙，能够吸收旋转轴12的因热膨胀引起的伸长量。例如，旋转轴12的因热膨胀产生的伸长量δh用下式(1)表示。

δh＝h×α×t···(1)

h：轴承间距离(参照图1)

α：旋转轴的线膨胀系数

t：运转前后的规定代表部(旋转轴、轴承等)的温度上升量

在本实施方式中，外侧限制部42a和内侧限制部61a的距离d与键部件70的长边方向的长度l之差d-l被设计为大于通过上式计算的因热膨胀产生的伸长量δh。即，只要以满足(距离d-长度l)＞δh＝h×α×t的方式，适当地设定长度l和距离d即可。

如图3和图4所示，键部件70是近似矩形的块状，以长边方向沿着键槽60的长边方向的方式插入于键槽60内。键部件70的长边方向两个端部中的一侧为外侧限制部42a侧的端部70a，另一侧为内侧限制部61a侧的端部70b。在本实施方式中，在外侧限制部42a侧的端部70a和内侧限制部61a侧的端部70b双方形成有锥形(taper)部70c、70d。锥形部70c、70d是对相互对置配置的内槽61和外槽62的周向的偏移进行调整的插入引导部的一个例子。此外，由于插入引导部只要能够调整内槽61和外槽62的周向的偏移即可，所以也可以例如代替锥形部70c、70d而形成具有倾斜面的倾斜部。

对设置作为插入引导部的锥形部70c、70d的意义进行说明。在将轴承20b组装于支承壁部23时，例如能够将键部件70临时固定于套筒43的外槽62内等来预先设置。接下来，为了将支承壁部23的套筒43安装于轴承20b，需要将外槽62与内槽61对位，调整周向的偏移来形成一根键槽60。这里，若要将临时固定于套筒43的键部件70插入到外圈51的内槽61内，则使键部件70的锥形部70d与外圈51接触并使外圈51旋转，调整内槽61相对于外槽62的周向的偏移。其结果是，组装时的作业性提高。

另外，本实施方式涉及的键部件70在外侧限制部42a侧的端部70a也设置有锥形部70c。因此，在预先将键部件70设置于外圈51的内槽61内，并实施与上述相反顺序的组装作业的情况下也能获得组装时作业性提高的益处。此外，在本实施方式中，在键部件70的两个端部70a、70b设置有锥形部70c、70d，但也可以根据实际的组装作业工序，在任意一方设置锥形部70c、70d等插入引导部。

接下来，参照图7，说明上述键部件70和键槽60的变形例。此外，在本变形例中，对与上述键部件70、键槽60相同的机构、构造标注相同的符号并省略说明，以不同点为中心来进行说明。

键槽60a具备设置于外圈51的外周的内槽61、和设置于套筒43的内周的外槽62a。外槽62a在径向的里侧的宽度很大。这里，径向的里侧是指径向的外侧。更具体而言，径向的里侧是指远离旋转轴12侧、即相对于旋转轴12靠离心方向侧。键部件70a具备收纳于内槽61的内侧干涉部71和收纳于外槽62的外侧干涉部72a。在外侧干涉部72a设置有向与外槽62的长边方向正交的宽度方向伸出的脱落防止部72a。例如，在外槽62a内临时固定键部件70a并在该状态下将支承壁部23组装于轴承20b的情况下，由于脱落防止部72a钩挂于套筒43而防止键部件70的脱落，所以组装的作业性提高。

以上，在本实施方式中，利用插入于键槽60、60a的键部件70、70a能够防止外圈51的旋转。特别是插入于键槽60、60a的键部件70、70a利用支承壁部23的外侧限制部42a和外圈51的内侧限制部61a来限制向旋转轴线x方向的移动。因此，在这些实施方式中，能够防止使用状态下的脱落等，能够稳定地防止外圈51的旋转。而且，外侧限制部42a与内侧限制部61a的距离比键部件70的旋转轴线x方向上的长度长。因此，在外侧限制部42a和内侧限制部61a的至少一方与键部件70之间形成间隙，能够吸收旋转轴12的因热膨胀产生的伸长。其结果是，在本实施方式中，能够稳定地防止外圈51随着轴承20b的内圈52的旋转而旋转并且也可排除旋转轴12的因热膨胀产生的影响。

本发明以上述的实施方式为代表，能够通过根据本领域技术人员的知识实施了各种改变、改进的各种方式来实施。另外，也可以利用上述的实施方式所记载的技术事项来构成各实施例的变形例。可以适当地组合各实施方式的结构来使用。

另外，本发明能够应用于具备轴承支承旋转轴的轴承的所有旋转机械。例如，可以在具备涡轮并利用马达辅助旋转的类型的电动增压机中应用本发明，也可以在电动增压机以外的一般增压机中应用。另外，不限于具备压缩机的旋转机械，也可以在利用涡轮进行发电的发电机中应用本发明。另外，不限定于逆变器壳体在轴向与马达壳体连接的方式，也可以是在径向外侧连接的方式。例如，逆变器壳体也可以设置于马达壳体的上部。

附图标记说明

1-电动压缩机(旋转机械)；8-压缩机叶轮(叶轮)；12-旋转轴；20b-轴承；23-支承壁部(轴承支承部)；42a-外侧限制部；43-套筒(筒部)；44-按压板(按压部)；44c-退避部；51-外圈；52-内圈；53-滚动体；60-键槽；61a-内侧限制部；61-内槽；62-外槽；70-键部件；70c、70d-锥形部(插入引导部)；72a-脱落防止部；ar-退避区域；l-键部件的长度。