专利名称：电动增压器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种内置有电动机的电动增压器。
背景技术：
将利用压缩机提高了密度的空气提供给发动机(engine)的情况 称为增压(supercharging)，在进行这样的增压时，将通过发动机的
排气能量来提供压缩机的驱动功的装置称为排气涡轮增压器 (exhaust—gas turbocharger )。
排气涡轮增压器一般由隔着轴承单元配置的压缩机(compressor )
和涡轮构成，压缩机内置有压缩机叶轮，涡轮内置有涡轮叶轮。压缩 机叶轮和渴轮叶轮通过被轴承单元支承的连接轴(轴)相互连结，由 发动机的排气旋转驱动涡轮叶轮，经由连接轴将该旋转力传递给压缩 机叶轮，利用压缩机叶轮压缩空气，而对发动机进行增压。
在上述的排气渴轮增压器中，已经提出了一种为了辅助低速旋转 时的加速而内置有电动机的方案(例如专利文献l、 2)。下面，将这 种内置了电动机的排气涡轮增压器简单称为"电动增压器"。 此外，作为电动增压器的空冷系统，提出了专利文献3。 专利文献1的涡轮增压器(turbo charger )如图1所示，具备旋 转驱动转子的电动机(定子51和转子52)。转子由涡轮叶轮53、压 缩机叶轮54、连结二者的轴55及安装有电动机的转子52的间隔轴环 56构成。轴55被单一的半浮式轴承57支承。该半浮式轴承57具有与 涡轮53的轮毂53a抵接的推力面57a、和与间隔轴环56抵接的推力面 57b。
根据该构成，借助分别与涡轮的轮毂53a和间隔轴环56卡合的半 浮式轴承57的推力面57a、 57b，由壳体50支承对转子作用的推力。
专利文献2的电机辅助增压器如图2所示，具有由压缩机叶轮 61的轴向延长部61a支承的转子62、和与该转子62向半径方向外方 隔开间隔，地被壳体63支承的定子64。
专利文献3的空冷系统如图3所示，具有下述电动机，所述电动机中与内燃机71连结的涡轮增压器72被收容在电机壳体73内，电机 壳体73具有出入口 73a、 73b。涡轮增压器72还具有压缩机74和压缩 机的出入口 74a、 74b。并且，第一冷却软管75借助中间冷却器76将 压缩机出口 74a与电机壳体入口 73b连结，第二冷却软管77将电机壳 体出口 73a与压缩才几入口 74b连结，对电动机进行冷却，4吏加热后的 空气再次循环到压缩机74中。
专利文献1:美国专利第6， 449， 950号说明书"ROTOR AND BEARING SYSTEM FOR ELECTRICALLY ASSISTED TURBOCHARGER"
专利文献2:美国专利第6, 032， 466号说明书"MOTOR-ASSISTED T腦OCHARGERS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES"
专利文献3:美国专利第6, 009,375号说明书"AIR COOLING SYSTEM FOR ELECTRIC ASSISTED TURBOCHARGER"
在电动增压器中，由于内置的电动机的定子(电机定子)及转子 (电机转子)因涡电流等而发热，所以，需要对它们高效率地进行冷 却。
但是，在如专利文献1那样，从轴向两侧用两个电动机用壳体58a、 58b把持定子51的情况下，定子51的冷却只是借助壳体58a、 58b的 自然散热，存在着冷却性能低的问题。
而且，在专利文献2的例子中，虽然在壳体63上设置了与定子64 的外周面相接的水冷套66，但由于来自被同样加热的压缩机叶轮61或 转子62的热量输入大，所以，无法高效率地对定子整体进行冷却。
并且，在专利文献3的例子中，由于将被中间冷却器76冷却了的 压缩空气供给到电机壳体73内，所以，能够对电机壳体内进行高效冷 却，但由于循环使用压缩空气的一部分用于冷却，所以，向发动机供 给的压缩空气量减少，导致表观上压缩机的效率降低。
发明内容
本发明是为了解决这样的问题点而提出的方案。即，本发明的目 的在于，提供一种不使用压缩空气的一部分用于冷却，能够对电动机 的定子整体高效率地进行冷却的电动增压器。
根据本发明，提供一种电动增压器，具备在一端具有涡轮叶轮 的涡轮轴、被涡轮轴旋转驱动的压缩机叶轮、将涡轮轴支承为能旋转的轴承壳体、被固定在轴承壳体内的电机定子、和由该电机定子旋转 驱动的电机转子，其特征在于，
前述电机定子由定子铁心及定子绕组和将二者埋设在内部的导热 系数高的模制部件构成，
并且具备外部套筒，所述外部套筒与模制部件的外周面及轴承壳 体的内面紧贴，与轴承壳体之间构成液密式的水冷套。
而且，根据本发明，提供一种电动增压器，具备在一端具有涡 轮叶轮的涡轮轴、被涡轮轴旋转驱动的压缩机叶轮、将涡轮轴支承为 能旋转的轴承壳体、被固定在轴承壳体内的电机定子、和由该电机定 子旋转驱动的电机转子，其特征在于，
前述电机定子由定子铁心及定子绕组和将二者埋设在内部的导热 系数高的模制部件构成，
前述模制部件具有与包围电机转子的内面(朝向半径方向内侧的 面)和轴向外面(朝向轴向的面)紧贴的隔热层。
并且，前述模制部件由下述部件构成，即内部埋设了定子铁心 的由热传导性树脂构成的中空圆筒部；和与该中空圆筒部的轴向两端 相接，在内部埋设有定子绕组的由热传导性树脂构成的朝外法兰部。
另外，前述外部套筒具有与中空圆筒部及朝外法兰部的外面相 接的内面(朝向半径方向内侧的面)和与朝外法兰部的轴向内面相接 的内面(朝向轴向的面)。
此外，根据本发明，前述模制部件可以不由树脂构成，设置于成 为水冷套的外部套筒的冷却水空间(即冷却水流经的空间)可以按照 不露出到外部套筒的外部的方式，形成在外部套筒的内部。该情况下， 根据本发明，提供一种电动增压器，具备在一端具有涡轮叶轮的涡 轮轴、被涡轮轴旋转驱动的压缩机叶轮、将涡轮轴支承为能旋转的轴 承壳体、被固定在轴承壳体内的电机定子、和由该电机定子旋转驱动 的电机转子，其特征在于，
前述电机定子由定子铁心及定子绕组和将二者埋设在内部的导热 系数高的模制部件构成，
并且具备外部套筒，所述外部套筒与模制部件的外周面及轴承壳 体的内面紧贴，且构成液密式水冷套，
前述模制部件由内部埋设了定子铁心的中空圆筒部；和与该中空
6圆筒部的轴向两端相接，在内部埋设有定子绕组的朝外法兰部构成；
前述外部套筒具有与中空圆筒部及朝外法兰部的外面相接的内 面和与朝外法兰部的轴向内面相接的内面。
根据上述本发明的构成，由于前述电机定子的模制部件在内部埋 设有定子铁心及定子绕组，外部套筒与模制部件的外周面及轴承壳体 的内面紧贴，与轴承壳体之间构成液密式的水冷套，所以，能够不将 压缩空气的一部分用于冷却，能够通过水冷套将模制部件的外周面直 接冷却，从而借助导热系数高的模制部件对定子铁心及定子绕组高效 率地进行冷却。
而且，由于模制部件具有与包围电机转子的内面(朝向半径方向 内侧的面)和轴向外面(朝向轴向的面)紧贴的隔热层，所以，可降 低来自压缩机叶轮或电机转子的热量输入。
另外，由于模制部件由下述部件构成，即内部埋设了定子铁心 的由热传导性树脂构成的中空圆筒部；和与该中空圓筒部的轴向两端 相接，在内部埋设有定子绕组的由热传导性树脂构成的朝外法兰部； 且前述外部套筒具有与中空圆筒部及朝外法兰部的外面相接的内面
向轴 向的面)，所以，能够通过水冷套从模制部件的前述内面对电动 机的定子整体高效率地进行冷却。
即，模制部件与外部套筒的接触面积增大了相当于模制部件的朝 外法兰部的轴向内面、和与之相接的外部套筒的内面(朝向轴向的面) 的接触面积的量。通过该接触面积的增加，能够大幅提高构成电机定 子的模制部件与构成水冷套的外部套筒之间的传热。另外，即使模制 部件不由树脂构成也能得到该效果。
因此，能够在不降低压缩机效率的情况下，提高电机定子的冷却 性能。
另外，在如上所述增加了模制部件与外部套筒的接触面积的情况 下，由于朝外法兰部具有比中空圆筒部位于半径方向外侧的部分，所 以，在该部分也能配置定子绕组(例如参照图5)，相应地可增加定子 绕组的绕数。
图l是专利文献l的涡轮增压器的构成图。
图2是专利文献2的电机辅助增压器的构成图。 图3是专利文献3的空冷系统的构成图。 图4是本发明的电动增压器的整体构成图。 图5是图4的局部放大图。
具体实施例方式
下面，参照附图对本发明的优选实施例进行说明。其中，对各附 图中公共的部分赋予相同的附图标记，并省略重复的说明。
图4是本发明的电动增压器的整体构成图。在该图中，本发明的 电动增压器10具备涡轮轴12、压缩机叶轮14及壳体。在该实例中， 壳体由轴承壳体16、涡轮壳体18及压缩机壳体20构成。
涡轮轴12在一端(图中左端)具有涡轮叶轮ll。在该实例中，涡 轮叶轮11与涡轮轴12—体形成，但本发明不限定于此，也可以是独 立安装涡轮叶轮11的构成。
压缩机叶轮14按照与涡轮轴12 —体旋转的方式通过轴端螺母15 与涡轮轴12的另一端(图中右端)连结。
轴承壳体16通过轴衬17a可旋转地支承涡轮轴12。而且，涡轮轴 12被推力轴环17b及推力轴承17c、 17d支承为在轴向不移动。并且， 轴承壳体16具有用于润滑轴衬17a、推力轴环17b及推力轴承17c、 17d的未图示的润滑油流路。
涡轮壳体18将涡轮叶轮11包围成可旋转，且与轴承壳体16连结。 该涡轮壳体18具有从外部向内部导入排气的涡旋室18a、和将排气 从涡旋室18a引导至涡轮叶轮11的形成为环状的流路18b。
并且，在流路18b中，沿周方向以一定的间隔配置有多个喷嘴翼 19。优选该喷嘴翼19是可变喷嘴翼，可以改变在其间形成的流路面积，
但本发明不限定于此，也可以是固定喷嘴翼或没有喷嘴的方式。
压缩机壳体20将压缩机叶轮14包围成可旋转，且与轴承壳体16 连结。该压缩机壳体20具有向内部导入压缩空气的涡旋室20a、和 将压缩空气从压缩机叶轮14引导至涡旋室20a的形成为环状的流路 20b。
根据上述的构成，可利用发动机的排气旋转驱动涡轮叶轮ll，借助涡轮轴12将该旋转力传递给压缩机叶轮14，通过压缩机叶轮14压 缩空气，而对发动机进行增压。
在图4中，本发明的电动增压器IO还具备电机转子22及电机定 子24。
电机转子22是电动机的转子，电机定子24是电动机的定子。由 电机转子22和电机定子24构成不带电刷的交流电动机。
优选该交流电动机可以对应涡轮轴12的高速旋转(例如至少10 ~ 20万rpm)，且可实现加速时的旋转驱动和减速时的再生运转。另外， 优选该交流电动机的驱动电压与搭栽于车辆的电池的直流电压(例如 12V)相同或比其高。
图5是图4的局部放大图。如图4、 5所示，电机转子22通过相 互嵌合被固定在涡轮轴12或压缩机叶轮14的侧面。
在图5中，电机定子24由定子铁心24a及定子绕组24b和将它们 埋设到内部的导热系数高的模制部件30构成。另外，模制部件30具 有与包围电机转子22的内面(即朝向半径方向内侧的面)和轴向外面 (即朝向轴向的面)紧贴的隔热层32。换言之，隔热层32被设置成与 模制部件30的该内面和该轴向外面紧贴。
模制部件30可以由导热系数高的材料，例如石墨、硅、塑料等构 成。而隔热层32可以是不使电机定子24的磁场减弱的薄层状，且由 导热系数低的材料，例如泡沫塑料、石英棉等构成。这里，导热系数 高的材料是指导热系数为1W/ (m K)以上的材料。
另外，隔热层32的模制部件30的安装，可以采用粘接，也可以 一体模制。
而且，在该实例中，模制部件30由下述部件构成在内部埋设了 定子铁心24a的由热传导性树脂构成的中空圆筒部30a;和与中空圓筒 部30a的轴向两端相接，在内部埋设有定子绕组24b的由热传导性树 脂构成的朝外法兰部30b。
并且，本发明的电动增压器IO还具备外部套筒(outer sleeve) 26和密封板28。
外部套筒26与模制部件30的外周面及轴承壳体16的内面紧贴， 与轴承壳体16之间构成液密式的水冷套26b。
并且，本发明的电动增压器IO具有对轴承壳体16和外部套筒26
9之间进行液密式密封并在轴向隔开间隔的密封部件25a、 25b。密封部 件25a在该实例中是对轴承壳体16的内周面进行密封的0形环，密封 部件25b在该实例中是对凸缘部26a的轴向内面进行密封的O形环。 另外，也可以将密封部件25a、 25b双方设成对朝向半径方向的面(例 如轴承壳体16的上述内周面)进行密封，或者对朝向轴向的面(例如 凸缘部26a的上述轴向内面)进行密封的0形环，或者还可以使用其 他的密封件。
根据该构成，在轴承壳体16与外部套筒26之间构成液密式的水 冷套26b。从未图示的冷却水供给口和冷却水排出口向该水冷套26b 供给、排出冷却水。
密封板28与外部套筒26的凸缘部26a —同沿轴向被紧固在轴承 壳体16与压缩机壳体20之间。
该密封板28将压缩机壳体20与电机定子24之间隔开，且紧贴在 外部套筒26的压缩机侧。
根据上述本发明的构成，由于电机定子24的模制部件30在内部 埋设有定子铁心24a及定子绕组24b，外部套筒26与模制部件24的外 周面及轴承壳体16的内面紧贴，与轴承壳体之间构成液密性的水冷套 26b，所以，可以不将压缩空气的一部分用于冷却，通过水冷套26b将 模制部件30的外周面直接冷却，借助导热系数高的模制部件30对定 子铁心24a及定子绕组24b高效率地进行冷却。
而且，由于模制部件30具有与包围电机转子22的内面(即朝向 半径方向内侧的面)和轴向外面(即朝向轴向的面)紧贴的隔热层32， 所以，能够降低来自压缩机叶轮14或电机转子22的热量输入。
并且，由于模制部件30由在内部埋设了定子铁心24a并由热传导 性树脂构成的中空圆筒部30a;和与中空圓筒部30a的轴向两端相接， 在内部埋设有定子绕组24b并由热传导性树脂构成的朝外法兰部30b 构成，外部套筒26具有与中空圆筒部30a及朝外法兰部30b的外面相 接的内面(即朝向半径方向内侧的面)和与朝外法兰部30b的轴向内 面相接的内面(即朝向轴向的面)，所以，能够通过水冷套26b从模 制部件30的该内面对电动机的定子整体高效率地进行冷却。
即，模制部件30与外部套筒26的接触面积增大了相当于模制部 件30的朝外法兰部30b的轴向内面、和与之相接的外部套筒26的内面(朝向轴向的面)的接触面积的量。通过该接触面积的增加，能够
大幅提高构成电机定子24的模制部件30与构成水冷套26b的外部套 筒26之间的传热。另外，即使模制部件30不由树脂构成也能得到该 效果。即，根据本发明，模制部件30可以不由树脂构成。此外，该情 况下，设置于成为水冷套的外部套筒26的冷却水空间(即冷却水流经 的空间)可以按照不露出到外部套筒26的外部的方式，形成在外部套 筒26的内部。
因此，能够在不降低压缩机效率的情况下，提高电机定子24的冷 却性能。
另外，在如上所述增加了模制部件30与外部套筒26的接触面积 的情况下，由于朝外法兰部30b具有比中空圓筒部30a位于半径方向 外侧的部分，所以，在该部分也能配置定子绕组24b(例如参照图5)， 相应地可增加定子绕组24b的绕数。
另外，本发明不限定于上述的实施方式，在不脱离本发明的主旨 范围，当然可进行各种变更。
权利要求
1. 一种电动增压器，具备在一端具有涡轮叶轮的涡轮轴、被涡轮轴旋转驱动的压缩机叶轮、将涡轮轴支承为能旋转的轴承壳体、被固定在轴承壳体内的电机定子、和由该电机定子旋转驱动的电机转子，其特征在于，前述电机定子由定子铁心及定子绕组和将二者埋设在内部的导热系数高的模制部件构成，并且具备外部套筒，所述外部套筒与模制部件的外周面及轴承壳体的内面紧贴，与轴承壳体之间构成液密式的水冷套。
2、 一种电动增压器，具备在一端具有涡轮叶轮的涡轮轴、被涡 轮轴旋转驱动的压缩机叶轮、将涡轮轴支承为能旋转的轴承壳体、被 固定在轴承壳体内的电机定子、和由该电机定子旋转驱动的电机转子， 其特征在于，前述电机定子由定子铁心及定子绕组和将二者埋设在内部的导热 系数高的模制部件构成，前述模制部件具有与包围电机转子的内面和轴向外面紧贴的隔热层。
3、 根据权利要求1所述的电动增压器，其特征在于， 前述模制部件由下述部件构成，即内部埋设了定子铁心的由热传导性树脂构成的中空圆筒部；和与该中空圆筒部的轴向两端相接， 在内部埋设有定子绕组的由热传导性树脂构成的朝外法兰部。
4、 根据权利要求3所述的电动增压器，其特征在于， 前述外部套筒具有与中空圆筒部及朝外法兰部的外面相接的内面和与朝外法兰部的轴向内面相接的内面。
5、 一种电动增压器，具备在一端具有涡轮叶轮的涡轮轴、被涡 轮轴旋转驱动的压缩机叶轮、将涡轮轴支承为能旋转的轴承壳体、被 固定在轴承壳体内的电机定子、和由该电机定子旋转驱动的电机转子， 其特征在于，前述电机定子由定子铁心及定子绕组和将二者埋设在内部的导热 系数高的模制部件构成，并且具备外部套筒，所述外部套筒与模制部件的外周面及轴承壳 体的内面紧贴，且构成液密式水冷套，前述模制部件由内部埋设了定子铁心的中空圆筒部；和与该中空 圆筒部的轴向两端相接，在内部埋设有定子绕组的朝外法兰部构成；前述外部套筒具有与中空圆筒部及朝外法兰部的外面相接的内 面和与朝外法兰部的轴向内面相接的内面。
全文摘要
电机定子(24)由定子铁心(24a)及定子绕组(24b)和将二者埋设在内部的导热系数高的模制部件(30)构成。模制部件(30)具有与包围电机转子(22)的内面和轴向外面紧贴的隔热层(32)。并且具备与模制部件(30)的外周面及轴承壳体(16)的内面紧贴，与轴承壳体之间构成液密式的水冷套(26b)的外部套筒(26)。
文档编号H02K7/14GK101506489SQ20078003054
公开日2009年8月12日 申请日期2007年7月4日 优先权日2006年8月18日
发明者清水政宏, 渋井康行 申请人:株式会社Ihi