专利名称：电动增压机的轴承结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种排气涡轮增压机，更详细地讲，涉及一种内设有电动机的电动增压机的轴承结构。
背景技术：
向引擎(发动机)供给利用压缩机提高了密度的空气称为增压(supercharging)，其中把利用排气能量来维持压缩机的驱动工作的机器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(compresser)和涡轮构成，压缩机和涡轮分别内置有压缩机叶轮和涡轮叶轮。压缩机叶轮和涡轮叶轮由支承在轴承组件上的连结轴相互连结，由发动机的排气来驱动涡轮叶轮旋转，并经由连结轴将该旋转力传递至压缩机叶轮，由压缩机叶轮压缩空气然后将增压空气供给发动机。
在上述的排气涡轮增压机中，为了改善低速旋转时的响应性，已经提出了内置电动机的增压机(例如专利文献1-3)。以下，把这样的内置有电动机的排气涡轮增压机简称为“电动增压机”。
如图1所示，专利文献1的涡轮增压机具备由在连结涡轮51和压缩机52的轴53上安装的发电·电动用的转子54、和安装在壳体55内的定子56构成的发电机；用于冷却定子且形成在包围定子的壳体内部的冷却用的水套57。
如图2所示，专利文献2的马达辅助涡轮增压机具备安装在旋转轴61两端的压缩机轮62和涡轮63、接近旋转轴的压缩机侧的第1轴承64、接近旋转轴的涡轮侧的第2轴承65、位于第1轴承和第2轴承之间的推力轴承66、保持第1轴承、第2轴承和旋转轴的壳体67、位于旋转轴的压缩机侧的辅助电动机68、将排气从内燃机直接引导至涡轮的排气漩涡部69、和从压缩机轮接受压缩空气的压缩机箱体70。
如图3A和图3B所示，专利文献3的浮动套筒轴承包括旋转轴71、与该旋转轴71滑动接触的圆筒形状的浮动套筒72、和在该浮动套筒72的外周侧与浮动套筒72滑动接触的轴承73，在浮动套筒72的内周面或外周面上设置有轴向延伸的槽78，由旋转中的离心力将浮动套筒72变形为多圆弧轴承。
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5,857,332号说明书、”BEARING SYSTEMS FORMOTOR-ASSISTED TURBOCHARGERS FOR INTERNAL COMBUTION ENGINES”[专利文献3]特开2002-213450号公报、“浮动套筒轴承、和具备该浮动套筒轴承的涡轮增压机”在内置有电动机的电动增压机中，希望实现在支承旋转轴的两个轴承外侧配置电动机的结构的整体小型化。但是，在该情况下，由于在一个轴承的外侧配有电动机，所以悬伸量增大，作用于轴承的负荷增大。
因此，在使用现有正圆的全浮轴承作为轴承的情况下，油膜产生的减振效果不足，出现称为润滑油起泡或油漩涡的自激振动，该结果为，存在轴的振动和噪音增大，轴承烧结的问题。
所谓的润滑油起泡(oil whip)是轴承油膜引起的自激振动，是由于轴的旋转速度达到转子的一次临界速度的二倍时产生的振幅较为激烈的振动。再者，油漩涡(oil whirl)是轴的旋转速度达到转子的一次临界速度的二倍之前很久产生的振幅小的振动，在达到一次临界速度的二倍时成长为大振幅的润滑油起泡。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而提出的方案。即，本发明的目的在于提供一种电动增压机的轴承结构，在轴承外侧配有电动机从而悬伸量增大的情况下，也可以抑制润滑油起泡或油漩涡的自激振动，可以降低轴的振动和噪音。
根据本发明，提供一种电动增压机的轴承结构，具备在一端具有涡轮叶轮的涡轮轴；连结于涡轮轴的另一端的压缩机叶轮；具有涡轮轴所贯通的圆筒形轴承孔的轴承壳体；包围涡轮叶轮并连结于轴承壳体的涡轮壳体；包围压缩机叶轮并连结于轴承壳体的压缩机壳体；固定在涡轮轴上且和涡轮轴一起旋转的马达转子；和包围马达转子且固定在轴承壳体内的马达定子，其特征在于，具备中空圆筒形的涡轮侧轴承金属件和压缩机侧轴承金属件，外周面具有间隙地嵌合在上述轴承壳体的轴承孔中，利用内周面可旋转地支承涡轮轴；和轴承卡止部件，保持该涡轮侧轴承金属件和压缩机侧轴承金属件而使其可以在涡轮轴的半径方向上移动，且阻止其在轴向和旋转方向上的移动，上述压缩机侧轴承金属件的内周面和/或外周面构成为非正圆轴承。
再者，根据本发明，提供一种电动增压机的轴承结构，具备在一端具有涡轮叶轮的涡轮轴；连结于涡轮轴的另一端的压缩机叶轮；具有涡轮轴所贯通的圆筒形轴承孔的轴承壳体；包围涡轮叶轮并连结于轴承壳体的涡轮壳体；包围压缩机叶轮并连结于轴承壳体的压缩机壳体；固定在涡轮轴上且和涡轮轴一起旋转的马达转子；和包围马达转子且固定在轴承壳体内的马达定子，其特征在于，具备中空圆筒形的涡轮侧轴承金属件和压缩机侧轴承金属件，外周面具有间隙地嵌合在上述轴承壳体的轴承孔中，利用内周面可旋转地支承涡轮轴；和轴承卡止部件，保持该涡轮侧轴承金属件和压缩机侧轴承金属件而使其可以在涡轮轴的半径方向上移动，且阻止其在轴向和旋转方向上的移动，上述涡轮侧轴承金属件的内周面和/或外周面构成为非正圆轴承。
根据本发明的优选实施方式，上述非正圆轴承是由多个圆弧面构成的多圆弧轴承。
再者，上述涡轮侧轴承金属件和压缩机侧金属最好一体或分体构成。
根据上述本发明的构成，由于中空圆筒形的轴承金属件的外周面具有间隙地嵌合在轴承壳体的轴承孔中，且由其内周面可旋转地支承涡轮轴，轴承卡止部件保持轴承金属件并使其可以在半径方向上移动并阻止其轴向的移动，所以轴承金属件不旋转而只在半径方向微动，从而作为所谓的“半浮式金属”发挥作用，利用在支承涡轮轴的高速旋转的同时形成在涡轮轴和轴承孔之间的油膜的弹簧特性和减衰特性，可以抑制涡轮轴的振动。
再者，在本发明的构成中，由于具有在轴向隔开间隔的涡轮侧轴承金属件和压缩机侧轴承金属件，并且轴承金属件的内周面和/或外周面构成为非正圆轴承(由多个圆弧面构成的多圆弧轴承)，所以内周面与涡轮轴之间的间隙、和/或外周面与轴承孔之间的间隙不保持一定而根据半径方向的朝向有所不同，因此形成在它们之间的油膜的弹簧特性和减衰特性也根据半径方向的朝向而发生变化，从而可以实现不易发生润滑油起泡或油漩涡的自激振动的旋转轴系统。其结果为，可以减少发生在轴承上的动态负荷，可以防止在内置有电动机的增压机中常见的轴承烧结。
本发明的其他目的和有利特征，从参照附图的以下说明中变得更清楚。
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的马达辅助增压机的构成图。
图3A和图3B是专利文献3的浮动套筒轴承的构成图。
图4是具备本发明的轴承结构的电动增压机的整体构成图。
图5是图4的A-A向视图。
图6是图5的局部放大图。
具体实施例方式
以下参照附图来说明本发明的优选实施例。此外，在各图中，共用部分使用同一标记，省略重复的说明。
图4是具备本发明的轴承结构的电动增压机的整体构成图。在该图中，电动增压机10具备涡轮轴12、压缩机叶轮14、轴承壳体16、涡轮壳体18、和压缩机壳体20。
涡轮轴12是细长圆筒形的实心轴，在一端(图中的左端)具有涡轮叶轮11。虽然在该例中，涡轮叶轮11一体形成在涡轮轴12上，但是本发明不限于此，也可以是另外安装涡轮叶轮11的构成。
压缩机叶轮14借助轴端螺母15连结在涡轮轴12的另一端(图中的右端)且与其一体旋转。
轴承壳体16具有涡轮轴12所贯通的圆筒形轴承孔16a。该圆筒形轴承孔16a经由中空圆筒形的轴承金属件30可旋转地支承涡轮轴12。
再者，涡轮轴12被推力环17b和推力轴承17c、17d支承为不在轴向移动。进而，轴承壳体16具有未图示的润滑油流路，用于润滑轴承金属件30、推力环17b和推力轴承17c、17d。
涡轮壳体18可旋转地包围涡轮叶轮11，且连结于轴承壳体16。该涡轮壳体18具有将排气从外部导入内部的涡旋室18a；和将排气从涡旋室18a引导至涡轮叶轮11的一定间隔的环状流路18b。
进而，在环状流路18b上，在圆周方向以一定间隔配置有多个喷嘴翼19。该喷嘴翼19最好是可变喷嘴翼，且可以改变形成在它们之间的流路面积，但是本发明不限于此，也可以是固定喷嘴翼。
压缩机壳体20可旋转地包围压缩机叶轮14，且连结于轴承壳体16。该压缩机壳体20具有将压缩空气导入内部的涡旋室20a；和将压缩空气从压缩机壳体14引导至涡旋室20a的一定间隔的环状流路20b。
根据上述构成，可以由发动机的排气来驱动涡轮叶轮11旋转，并将该旋转力经由涡轮轴12传递至压缩机叶轮14，然后由压缩机叶轮14来压缩空气而对发动机增压。
图4的电动增压机10还具备马达转子22和马达定子24。
马达转子22是固定在涡轮轴12上且和涡轮轴一起旋转的电动机的转子。再者，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。由马达转子22和马达定子24构成无电刷的交流电动机。
该交流电动机最好可以应对涡轮轴12的高速旋转(例如至少10-20万rpm)，并且可以进行加速时的旋转驱动和减速时的再生运转。再者，该交流电动机的驱动电压最好与搭载在车辆上的电池的直流电压(例如12V)相同或比它高(例如24-36V)。通过提高驱动电压，可以使交流电动机小型化。
在图4中，本发明的轴承结构包括轴承金属件30和轴承卡止部件32。
轴承金属件30是中空圆筒形的部件，其外周面具有些许间隙地嵌合在轴承壳体16的轴承孔16a中，且由内周面可旋转地支承涡轮轴12。
该轴承金属件30具有在轴向隔开的涡轮侧轴承金属件30a和压缩机侧轴承金属件30b。
此外，虽然涡轮侧轴承金属件30a和压缩机侧轴承金属件30b在该例中是一体，但是也可以分体构成。在该情况下，轴承卡止部件32分别设在涡轮侧轴承金属件30a和压缩机侧轴承金属件30b上。
再者，轴承卡止部件32由螺纹件等固定在轴承壳体16的一部分上，其一部分在半径方向上嵌合于轴承金属件30，并保持轴承金属件30使其可以在涡轮轴12的半径方向上移动，并且阻止轴承金属件30在轴向和圆周方向上移动。
根据该构成，由于轴承金属件不旋转而只在半径方向上运动，所以是所谓的半浮式金属，利用在支承涡轮轴的高速旋转的同时形成在涡轮轴12和轴承孔16a之间的油膜的弹簧特性和减衰特性，可以抑制涡轮轴的振动。
图5是图4的A-A向视图。在该图中，轴承壳体16的轴承孔16a和涡轮轴12的外周面12a形成为正圆，压缩机侧轴承金属件30b的内周面形成为非正圆轴承、即后述的多圆弧轴承。
此外，可以将压缩机侧轴承金属件30b的内周面和外周面都构成为非正圆轴承，或者只将内周面和外周面中的一个形成为非正圆轴承。
再者，也可以代替压缩机侧轴承金属件30b，而将涡轮侧轴承金属件30a的内周面和/或外周面构成为非正圆轴承，或者使两个周面都是非正圆轴承。
图6是图5的局部放大图，只表示了压缩机侧轴承金属件30b。在令与压缩机侧轴承金属件30b的内周面相接的正圆的直径为d时，由稍微大于d/2的半径r的多个(在该例中是4个)圆弧面构成该内周面。半径r可以设定为比d/2大1-2％左右。
进而，在该例中，具有在半径方向贯通压缩机侧轴承金属件30b的内周面和外周面的多条润滑油通路31。该润滑油通路31可以设定在轴承孔16a和涡轮轴12之间的间隙较大的位置。
再者，在将外周面构成为非正圆轴承的情况下，在令与压缩机侧轴承金属件30b的外周面相接的正圆的直径为D时，由稍微大于D/2的半径R的多个(在该例中是4个)圆弧面构成该外周面。半径R可以设定为比D/2大1-2％左右。
此外，圆弧面的个数不限于4个，可以是2个、3个或5个圆弧以上。再者也可以是交错型轴承。
根据上述构成，由于轴承金属件30b(或30b)的内周面与涡轮轴12之间的间隙、和/或轴承金属件30b(或30b)的外周面与轴承孔16a之间的间隙不保持一定而根据半径方向的朝向有所不同，因此形成在它们之间的油膜的弹簧特性和减衰特性也根据半径方向的朝向而发生变化，从而可以实现不易发生润滑油起泡或油漩涡的自激振动的旋转轴系统。
其结果为，可以减少发生在轴承上的动态负荷，可以防止在内置有电动机的增压机中多见的轴承烧结。即，通过使用由中心偏离轴中心的多个圆弧(多圆弧)来形成轴承面的形状的多圆弧轴承，可以防止自激振动的发生，并获得稳定的轴承。
此外，本发明不限于上述实施方式，当然可以在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种变更。
权利要求
1.一种电动增压机的轴承结构，具备在一端具有涡轮叶轮的涡轮轴；连结于涡轮轴的另一端的压缩机叶轮；具有涡轮轴所贯通的圆筒形轴承孔的轴承壳体；包围涡轮叶轮并连结于轴承壳体的涡轮壳体；包围压缩机叶轮并连结于轴承壳体的压缩机壳体；固定在涡轮轴上且和涡轮轴一起旋转的马达转子；和包围马达转子且固定在轴承壳体内的马达定子，其特征在于，具备中空圆筒形的涡轮侧轴承金属件和压缩机侧轴承金属件，外周面具有间隙地嵌合在上述轴承壳体的轴承孔中，利用内周面可旋转地支承涡轮轴；和轴承卡止部件，保持该涡轮侧轴承金属件和压缩机侧轴承金属件而使其可以在涡轮轴的半径方向上移动，且阻止其在轴向和旋转方向上的移动；上述压缩机侧轴承金属件的内周面和/或外周面构成为非正圆轴承。
2.一种电动增压机的轴承结构，具备在一端具有涡轮叶轮的涡轮轴；连结于涡轮轴的另一端的压缩机叶轮；具有涡轮轴所贯通的圆筒形轴承孔的轴承壳体；包围涡轮叶轮并连结于轴承壳体的涡轮壳体；包围压缩机叶轮并连结于轴承壳体的压缩机壳体；固定在涡轮轴上且和涡轮轴一起旋转的马达转子；和包围马达转子且固定在轴承壳体内的马达定子，其特征在于，具备中空圆筒形的涡轮侧轴承金属件和压缩机侧轴承金属件，外周面具有间隙地嵌合在上述轴承壳体的轴承孔中，利用内周面可旋转地支承涡轮轴；和轴承卡止部件，保持该涡轮侧轴承金属件和压缩机侧轴承金属件而使其可以在涡轮轴的半径方向上移动，且阻止其在轴向和旋转方向上的移动；上述涡轮侧轴承金属件的内周面和/或外周面构成为非正圆轴承。
3.如权利要求1或2所述的电动增压机的轴承结构，其特征在于，上述非正圆轴承是由多个圆弧面构成的多圆弧轴承。
4.如权利要求1所述的电动增压机的轴承结构，其特征在于，上述涡轮侧轴承金属件和压缩机侧金属一体或分体构成。
全文摘要
本发明提供一种电动增压机的轴承结构，具备中空圆筒形的涡轮侧轴承金属件(30a)和压缩机侧轴承金属件(30b)，外周面具有间隙地嵌合在轴承壳体(16)的轴承孔(16a)中，且由内周面可旋转地支承有涡轮轴(12)；和轴承卡止部件(32)，保持涡轮侧轴承金属件和压缩机侧轴承金属件并使它们在涡轮轴的半径方向上可以移动，且阻止它们在轴向和旋转方向上移动。轴承金属件(30a(或30b))的内周面和/或外周面构成为非正圆轴承。
文档编号F02B39/00GK1928335SQ200610151389
公开日2007年3月14日 申请日期2006年9月8日 优先权日2005年9月9日
发明者涩井康行, 小林正生, 水桥将 申请人:石川岛播磨重工业株式会社