增壓器及電動機冷卻方法
【專利摘要】本發明的增壓器是在與壓縮機部連接的轉子軸(15)的消聲器(26)側的端部安裝有電動機(30)的電動輔助增壓器，具備：吸入空氣導入路(24)，該吸入空氣導入路(24)形成于消聲器(26)，以使吸入空氣主流從消聲器(26)的徑向朝向消聲器(26)與壓縮機部的連接部流入；及冷卻空氣取入流路(40)，該冷卻空氣取入流路(40)在消聲器(26)中至少出口設于轉子軸(15)的軸中心線上。
【專利說明】
増壓器及電動機冷卻方法
技術領域
[0001 ]本發明涉及增壓器及電動機冷卻方法。
【背景技術】
[0002]以往，已知對內燃機的燃燒用空氣進行壓縮而將密度較高的空氣向燃燒室內送入的增壓器，例如在船舶用柴油機、發電用柴油機那樣的2沖程低速發動機中也廣泛使用。這樣的增壓器中，對燃燒用空氣進行壓縮的壓縮機及成為壓縮機的驅動源的葉輪機與轉子軸連接，并收納于殼體內而一體地旋轉。此外，葉輪機被內燃機的排氣擁有的能量驅動。
[0003]作為上述增壓器，已知在轉子軸上連接有高速的電動發電機的混合動力增壓器。該混合動力增壓器能夠將與通常的增壓器相同地加壓后的燃燒用空氣供給至內燃機，并且使用剩余的廢氣能量進行發電而供給電力。此外，在將混合動力增壓器的電動發電機設置于壓縮機側的消聲器內部的情況下，一般具有貫通消聲器程度的大小。
[0004]另外，已知代替上述混合動力增壓器的電動發電機而采用小型化的電動機，并將該電動機內置于增壓器的電動輔助增壓器。該電動輔助增壓器在使轉子軸向吸入空氣導入路側延長的軸延長部上安裝小型化的電動機。在該情況下，電動機是小型的，因此能夠通過現有的增壓器軸承充分支承電動機轉子的重量，因此不需要電動機專用的軸承。即，一般是不具有電動機專用的軸承的電動機懸空構造。這樣的電動輔助增壓器例如在主發動機低負荷時得不到充分的排氣量的情況下，向主機的掃氣壓力變得不足，因此代替以往的輔助鼓風機的使用而對電動機進行通電，增加電動機的驅動力而加強壓縮機的驅動。
[0005]另外，在下述專利文獻I中，公開了為了防止在電動增壓器中使用的電動機的過熱，使冷卻介質的機油循環而對電動機進行冷卻的控制技術。
[0006]現有技術文獻
[0007]專利文獻
[0008]專利文獻I:日本專利第4959753號公報
[0009]發明要解決的課題
[0010]然而，在上述電動輔助增壓器的電動機中，采用了不具有電動機專用的軸承的電動機懸空構造。在這樣的電動機懸空構造的情況下，小型化后的電動機的電動機轉子安裝于增壓器的轉子軸的延長部。因此，不需要對電動機轉子設置專用的軸承，而成為通過支承增壓器主體的軸承(轉子軸的軸承)進行支承的構造。
[0011]另外，在專利文獻I中，為了防止電動機的過熱，使向軸承供給的機油(潤滑油)循環而對電動機進行冷卻。但是，在電動機懸空構造的電動輔助增壓器中，不具有電動機專用的軸承。因此，作為電動機的冷卻介質無法使用潤滑油，因此，例如采用使用增壓器吸入空氣進行冷卻的方法。
[0012]此外，能夠如上述混合動力增壓器等那樣，設為采用了具有電動機專用的軸承的電動機的構造，但是在設為這樣的構造的情況下，需要新設置用于潤滑油配管和擋油的壓縮空氣配管。此外，增壓器和電動機由于分別具有軸承，所以為了吸收增壓器與電動機之間的軸向位移、芯偏移而需要膜片連接器等。因此，成本上升難以進行改造(retrof it)。
[0013]根據這樣的背景，在采用了例如像電動機懸空構造那樣在與壓縮機部連接的轉子軸的消聲器側的端部安裝有電動機的構造的增壓器中，希望電動機的冷卻介質采用增壓器吸入空氣而高效率地進行冷卻。
【發明內容】
[0014]本發明為了解決上述課題而作出，其目的在于提供在采用了與壓縮機部連接的轉子軸的消聲器側的端部安裝有電動機構造的增壓器中，冷卻介質能夠采用增壓器吸入空氣而高效率地對電動機進行冷卻的增壓器及增壓器的電動機冷卻方法。
[0015]用于解決課題的手段
[0016]本發明為了解決上述課題而采用了下述的手段。
[0017]本發明的第I技術方案的增壓器中，在與壓縮機部連接的轉子軸的消聲器側的端部，安裝有電動機，所述增壓器具備:吸入空氣導入路，所述吸入空氣導入路形成于所述消聲器，以使吸入空氣主流從所述消聲器的徑向朝向所述消聲器與所述壓縮機部的連接部流入;及冷卻空氣取入流路，所述冷卻空氣取入流路在所述消聲器中至少出口設于轉子軸的軸中心線上。
[0018]根據本發明的第I技術方案的增壓器，具備:吸入空氣導入路，所述吸入空氣導入路形成于所述消聲器，以使吸入空氣主流從所述消聲器的徑向朝向所述消聲器與所述壓縮機部的連接部流入;及冷卻空氣取入流路，所述冷卻空氣取入流路在所述消聲器中至少出口設于轉子軸的軸中心線上。因此，通過冷卻空氣取入流路的冷卻用吸入空氣的全部量朝向處于同軸上的電動機供給，增壓器吸入空氣的一部分向電動機內部、周邊部供給。因此，能夠尚效率地進彳丁冷卻。
[0019]在上述技術方案的增壓器的基礎上，優選的是，所述吸入空氣導入路具備傾斜壁，以將所述吸入空氣主流向所述電動機的軸中心方向引導。由此，增加向電動機供給的吸入空氣主流的供給量，能夠提高電動機的冷卻效率。
[0020]在上述技術方案的增壓器的基礎上，優選的是，在所述電動機的所述消聲器側的端部具備縮徑的冷卻空氣導入路，以將所述吸入空氣主流向所述電動機的軸中心方向引導。由此，能夠可靠地向電動機內部引導增壓器吸入空氣。
[0021 ]在上述技術方案的增壓器的基礎上，所述電動機具備:圓筒形狀的外殼;收納于該外殼內部的定子;及具備永久磁鐵的電動機轉子，所述電動機轉子與所述轉子軸的端部連接并在所述定子的內部旋轉，在所述外殼的內周面設有一個或多個凹槽部，并且在所述內周面及所述凹槽部上涂布有散熱潤滑脂，由此能夠提高外殼的散熱性。
[0022]在該情況下，在所述外殼的外壁面設有散熱翅片，由此能夠進一步提高外殼的散熱性。
[0023]本發明的第2技術方案的增壓器的電動機冷卻方法是在具備葉輪機部及壓縮機部的轉子軸的消聲器側的端部安裝有電動機的增壓器的電動機冷卻方法，通過吸入空氣主流和冷卻用吸入空氣來對所述電動機進行冷卻，所述吸入空氣主流從所述消聲器的空氣取入口被導入并通過吸入空氣導入路，所述冷卻用吸入空氣通過冷卻空氣取入流路，所述冷卻空氣取入流路在所述消聲器中至少流路的出口部設于所述轉子軸的軸中心線上。
[0024]根據這樣的本發明的第2技術方案的增壓器的電動機冷卻方法，通過吸入空氣主流和冷卻用吸入空氣來對所述電動機進行冷卻，所述吸入空氣主流從所述消聲器的空氣取入口被導入并通過吸入空氣導入路，所述冷卻用吸入空氣通過冷卻空氣取入流路，所述冷卻空氣取入流路在所述消聲器中至少流路的出口部設于所述轉子軸的軸中心線上。因此，通過冷卻空氣取入流路的冷卻用吸入空氣的全部量朝向處于同軸上電動機的供給，另外，增壓器吸入空氣的一部分向電動機內部、周邊部供給，能夠高效率地進行冷卻。
[0025]發明效果
[0026]根據上述本發明，在與壓縮機部連接的轉子軸的消聲器側的端部安裝有電動機的構造的增壓器中，作為電動機的冷卻介質而采用增壓器吸入空氣的一部分，能夠高效率且可靠地對電動機進行冷卻。其結果是，具備電動機的增壓器可獲得提高了其可靠性、耐久性這一顯著的效果。
【附圖說明】
[0027]圖1是表示本發明的增壓器及電動機冷卻方法的一實施方式的主要部分剖視圖。
[0028]圖2是從消聲器方向觀察安裝于規定位置的電動機的圖1的左側視圖。
[0029]圖3(a)是構成電動機的外殼的左側視圖，圖3(b)是構成電動機的外殼的縱剖視圖。
[0030]圖4是表示本發明的增壓器的概略結構例的縱剖視圖。
[0031]圖5是放大了圖4所示的增壓器的電動機周邊部的圖。
【具體實施方式】
[0032]以下，關于本發明的增壓器及電動機冷卻方法，基于附圖對其一實施方式進行說明。
[0033]圖4是作為本發明的增壓器的一例而表示電動輔助增壓器的概略結構例的縱剖視圖。圖示的電動輔助增壓器(以下稱為“增壓器” HO是設于例如未圖示的船舶用柴油機(例如低速2沖程柴油機)，且對與構成船舶用柴油機的氣缸套(未圖示)的內部連通的供氣歧管(未圖示)供給壓縮的空氣的裝置。
[0034]如圖4所示，本實施方式的增壓器10由氣體入口殼體11、氣體出口殼體12、軸承臺13及壓縮機側的空氣引導殼體14通過螺栓(未圖示)緊固為一體而構成。轉子軸15被設于軸承臺13內的推力軸承16及徑向軸承17、18支承為旋轉自如，在一端部具有構成葉輪機部的葉輪機19，在另一端部具有構成壓縮機部的壓縮機葉輪(葉輪)20。
[0035]葉輪機19在外周部具有多個板19a。該板19a配置在設于氣體入口殼體11的排氣導入路22與設于氣體出口殼體12的排氣排出路23之間。
[0036]另一方面，壓縮機葉輪20在外周部具有多個板20a。該板20a配置在設于增壓器殼體的一部分即空氣引導殼體14的吸入空氣導入路(吸氣流路)24的下游側。吸入空氣導入路24經由壓縮機葉輪20而與渦流室25連接，此外渦流室25經由未圖示的吸入空氣導入路而與發動機的燃燒室連接。
[0037]另外，上述增壓器10在吸入空氣導入路24的上游側具備消聲器26。該消聲器26設置于通過壓縮機部壓縮的吸入空氣被吸入到吸入空氣導入路24的前段(上游側)，即設置于吸入空氣導入路24的入口部上游側。該消聲器26具有:通過使吸入空氣通過而對空氣流進行整流的過濾功能，吸收由于空氣吸入而產生的噪音的消音功能。該消聲器26經由中間片27而支承于空氣引導殼體14。
[0038]并且，本實施方式的增壓器10具備與轉子軸15連接的電動機30。該電動機30省略用于混合動力增壓器的電動發電機的發電功能，并限定于電動功能而小型化。因此，電動機30成為使轉子軸15向吸入空氣導入路24側延長而進行安裝的構造，即成為電動機30不具有專用的軸承的電動機懸空構造。因此，成為電動機30及后述電動機30的電動機轉子31被支承轉子軸15的推力軸承16及徑向軸承17、18支承的構造。
[0039]圖5是放大了上述電動機30的周邊部的圖。
[0040]電動機30以電動機轉子31、定子32及外殼33為主要的構成要素。其中，電動機轉子31是在外周面具備永久磁鐵的圓柱形狀的部件，其一端部與轉子軸15的端部通過凸緣結合而連接。該凸緣結合對設于成為轉子軸15的吸入空氣導入路24側(在該圖中為左側)的端部的凸緣15a與設于成為電動機轉子31的壓縮機葉輪20側(在該途中為右側)的端部的凸緣31a進行接合，并采用多個螺栓、螺母34進行連結。
[0041]定子32收納設置于圓筒形狀的外殼33內。如圖4所示，該外殼33經由支承部件35而支承于空氣引導殼體14。另外，支承部件35與空氣引導殼體14之間及支承部件35與外殼33之間分別由六角螺栓36連結。
[0042]在定子32的中空部，通過軸中心部的電動機轉子31相對于定子32以非接觸的狀態配置。
[0043]另外，在成為外殼33的吸入空氣導入路24側的頂端部通過六角帶孔螺栓38而固定并安裝有蓋37。該蓋37從消聲器26側朝向壓縮機葉輪20側，并在軸中心部設有圓形的開口部37a。即，電動機30小型化至轉子軸15的軸延長部不到達消聲器26的大小。
[0044]另外，上述結構的增壓器10需要對在運行時溫度上升的電動機30進行冷卻。因此，在本實施方式中，采用增壓器吸入空氣的一部分對電動機30進行冷卻。
[0045]如圖1所示，用于電動機30的冷卻的增壓器吸入空氣具備:從消聲器26的空氣取入口 26a導入并通過吸入空氣導入路24的吸入空氣主流，通過貫通消聲器26的軸向中心部且設于轉子軸15的軸中心線上的冷卻空氣取入流路40的冷卻用吸入空氣。即，增壓器吸入空氣中有通過吸入空氣導入路24而吸入的吸入空氣主流和通過冷卻空氣取入流路40而吸入的冷卻用吸入空氣，通過了不同的路徑的空氣(吸入空氣主流及冷卻用吸入空氣)合流而流入空氣引導殼體14內。另外，此處的冷卻用吸入空氣是用于區別于吸入空氣主流的名稱，不將用途僅限定于冷卻。
[0046]吸入空氣主流從設于消聲器26的外周部的空氣取入口 26a流入到吸入空氣導入路24，并朝著轉子軸15的軸向而流入到空氣引導殼體14內。該吸入空氣主流的一部分與冷卻用吸入空氣一起用于電動機30的冷卻。另外，吸入空氣主流及冷卻用吸入空氣包含用于電動機30的冷卻的空氣在內地在空氣引導殼體14內合流后，通過壓縮機葉輪20進行壓縮。
[0047]另一方面，冷卻用吸入空氣通過冷卻空氣取入流路40而流入，但是該冷卻空氣取入流路40以至少冷卻空氣取入流路40的出口部分位于轉子軸15的軸中心線上的方式設為貫通消聲器26。該冷卻空氣取入流路40也可以以其整體存在于轉子軸15的軸中心線上的方式設為直線狀地貫通消聲器26。因此，冷卻空氣取入流路40的出口 41與在轉子軸15的軸中心線上安裝的電動機30的蓋37相向地開口。即，冷卻空氣取入流路40的出口41在轉子軸15的軸中心線上與蓋37的開口部37a相向。
[0048]另外，冷卻空氣取入流路40的入口42向安裝于消聲器26的軸向端面的端子臺50的內部開口，從適當地設于端子臺50的外壁面的空氣取入口(未圖示)導入冷卻用吸入空氣。根據冷卻空氣取入流路40的設置方法的不同，冷卻空氣取入流路40的入口42也可以與轉子軸15的軸中心線不一致，而使入口 42開口于偏離了軸中心的位置。
[0049]因此，從冷卻空氣取入流路40流入的冷卻用吸入空氣的全部量朝向處于同軸上的電動機30供給。具體地進行說明，冷卻空氣取入流路40的出口 41與安裝于電動機30的頂端部的蓋37的開口部37a處于同軸上。因此，從直線狀的冷卻空氣取入流路40流出的冷卻用吸入空氣保持原樣地直線前進而全部量從開口部37a流入電動機30內。另外，吸入空氣主流的一部分也與冷卻用吸入空氣合流，并從開口部37a流入。
[0050]這樣流入電動機30內部的冷卻用吸入空氣及吸入空氣主流的一部分通過形成于電動機轉子31與定子32之間的間隙等，從電動機30的蓋37的相反側向壓縮機葉輪20側流出。
[0051]其結果是，通過電動機30的內部流動的冷卻用吸入空氣及吸入空氣主流的一部分能夠從電動機30吸熱而用于冷卻。另外，吸入空氣主流的大部分在電動機30的外周側通過地流動，因此該吸入空氣主流也能夠從電動機30吸熱而用于冷卻。因此，采用增壓器吸入空氣的一部分的電動機30的冷卻能夠可靠地確保通過電動機30的內部、周邊部的充分的空氣冷卻用空氣量，尤其是，作為通過電動機30的內部的空氣冷卻用空氣，能夠主要可靠地導入冷卻用吸入空氣而高效率地進行冷卻。
[0052]另外，在上述實施方式(參照圖1)的增壓器10中設有傾斜壁60，以使吸入空氣導入路24的轉子軸側出口延長，而將吸入空氣主流向電動機30的軸中心方向引導。即，該傾斜壁60將形成吸入空氣導入路24的壁面中的、成為轉子軸15側的流路內側壁面24a的傾斜面延長至冷卻空氣取入流路40的出口 41。此外，當傾斜壁60與冷卻空氣取入流路40的出口 41相比向轉子軸側(在圖1為右側)突出時，會妨礙冷卻用吸入空氣的流動，無法將冷卻用吸入空氣適當地向電動機30內部導入，因此不是優選。
[0053]此外，該傾斜壁60的延長線可以將角度設定為在蓋37的開口部37a內或其附近，在轉子軸15的軸中心線上交叉。
[0054]通過設置這樣的傾斜壁60，而向電動機30供給的吸入空氣主流的供給量增加，因此用于電動機30的內部、外周的冷卻的空氣冷卻用空氣量增加，能夠提高電動機30的冷卻效率。
[0055]另外，在上述實施方式的增壓器10中，優選的是在成為電動機30的消聲器26側的頂端部設置向壓縮機葉輪20側縮徑的錐形的冷卻空氣導入路39，以將增壓器吸入空氣的一部分及冷卻用吸入空氣向電動機30的軸中心方向引導。如圖1及圖5所示，在圖示的結構例中，形成蓋37的開口部37a的內周面37b及定子32的內周面端部32a彼此連續，而形成錐形的冷卻空氣導入路39，但也可以僅在蓋37的開口部37a側局部地形成冷卻空氣導入路39。
[0056]通過設置這樣的冷卻空氣導入路39，能夠將增壓器吸入空氣的一部分及冷卻用吸入空氣可靠地向電動機30的內部引導。因此，在電動機30的內部，充分的量的空氣在形成于電動機轉子31與定子32之間的間隙中流過，能夠進行高效率的冷卻。
[0057]另外，定子32的內周面端部32a形成冷卻空氣導入路39的一部分，由此能夠更可靠地將空氣向形成于電動機轉子31與定子32之間的間隙引導。
[0058]此外，例如如圖3(b)所示，優選的是上述實施方式的增壓器10在外殼33的內周面33a設有遍及全周的一個或多個凹槽部33b，并在內周面33a及凹槽部33b涂布散熱潤滑脂。
[0059]具體地進行說明，在外殼33的內周面33a沿軸向設有多個(在本實施方式中為7列)遍及全周的凹槽部33b。并且，預先在內周面33a及凹槽部33b上較薄地涂布有散熱潤滑脂，由此提高了運行時的外殼33的散熱性。另外，為了提高外殼33的散熱性，在外殼33的外周面設有多個散熱翅片33c。
[0060]如上所述，本實施方式的增壓器10實施了如下的電動機冷卻方法:作為增壓器吸入空氣，采用從消聲器26的空氣取入口 26a被導入而通過吸入空氣導入路24的吸入空氣主流，和通過吸入空氣導入路24的至少出口貫通消聲器26的軸向中心部且設于轉子軸15的軸中心線上的冷卻空氣取入流路40的冷卻用吸入空氣，并將其一部分作為空氣冷卻用空氣來對電動機30進行冷卻。
[0061]因此，尤其是，通過冷卻空氣取入流路40的冷卻用吸入空氣的全部量被向處于同軸上的電動機30供給。因此，增壓器吸入空氣的一部分被供給于電動機30的內部、周邊部，因此能夠高效率地進行冷卻。
[0062]通過上述本實施方式，采用了電動機懸空構造的增壓器10中，作為電動機30的冷卻介質，而采用通過冷卻空氣取入流路40的冷卻用吸入空氣和增壓器吸入空氣的一部分，由此能夠高效率且可靠地對電動機30進行冷卻，因此能夠提高增壓器10的可靠性、耐久性。
[0063]此外，本發明不限定于上述實施方式，能夠在不脫離其主題的范圍內進行適當變更。
[0064]符號說明
[0065]10 電動輔助增壓器(增壓器)
[0066]11 氣體入口殼體
[0067]12 氣體出口殼體
[0068]13 軸承臺
[0069]14 空氣引導殼體
[0070]15 轉子軸
[0071]19 葉輪機
[0072]20 壓縮機葉輪
[0073]22 排氣導入路
[0074]23 排氣排出路
[0075]24 吸入空氣導入路
[0076]25 渦流室
[0077]26 消聲器
[0078]30 電動機
[0079]31 電動機轉子
[0080]32 定子
[0081]33 外殼
[0082]33a內周面
[0083]33b凹槽部
[0084]33c散熱翅片
[0085]35支承部件
[0086]36六角螺栓
[0087]37蓋
[0088]39冷卻空氣導入路
[0089]40冷卻空氣取入流路
[0090]60傾斜壁
【主權項】
1.一種增壓器，在與壓縮機部連接的轉子軸的消聲器側的端部，安裝有電動機，所述增壓器的特征在于，具備: 吸入空氣導入路，所述吸入空氣導入路形成于所述消聲器，以使吸入空氣主流從所述消聲器的徑向朝向所述消聲器與所述壓縮機部的連接部流入;及 冷卻空氣取入流路，所述冷卻空氣取入流路在所述消聲器中至少出口設于轉子軸的軸中心線上。2.根據權利要求1所述的增壓器，其特征在于， 所述吸入空氣導入路具備傾斜壁，以將所述吸入空氣主流向所述電動機的軸中心方向引導。3.根據權利要求1或2所述的增壓器，其特征在于， 在所述電動機的所述消聲器側的端部具備縮徑的冷卻空氣導入路，以將所述吸入空氣主流向所述電動機的軸中心方向引導。4.根據權利要求1至3中任一項所述的增壓器，其特征在于， 所述電動機具備:圓筒形狀的外殼;收納于該外殼內部的定子;及具備永久磁鐵的電動機轉子，所述電動機轉子與所述轉子軸的端部連接并在所述定子的內部旋轉， 在所述外殼的內周面設有一個或多個凹槽部，并且在所述內周面及所述凹槽部上涂布有散熱潤滑脂。5.根據權利要求4所述的增壓器，其特征在于， 在所述外殼的外壁面設有散熱翅片。6.一種電動機冷卻方法，該電動機冷卻方法是在具備葉輪機部及壓縮機部的轉子軸的消聲器側的端部安裝有電動機的增壓器的電動機冷卻方法，所述電動機冷卻方法的特征在于， 通過吸入空氣主流和冷卻用吸入空氣來對所述電動機進行冷卻，所述吸入空氣主流從所述消聲器的空氣取入口被導入并通過吸入空氣導入路，所述冷卻用吸入空氣通過冷卻空氣取入流路，該冷卻空氣取入流路在所述消聲器中至少流路的出口部設于所述轉子軸的軸中心線上。
【文檔編號】F02B37/10GK105940201SQ201580003453
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2015年2月20日
【發明人】辻剛志, 白石啟, 白石啟一
【申請人】三菱重工業株式會社