JP6702149B2 - 電動過給機 - Google Patents

Description

本発明は、電動過給機に関するものである。

従来の電動過給機として、たとえば、特開２０１３−２４０５９号公報（特許文献１）に開示されているものが知られている。

特開２０１３−２４０５９号公報

特許文献１には、円筒状の大径スリーブでボールベアリングを保持する構造が開示されている。

過給機のシャフトを支持する一対のベアリングのうち、予圧が付与される側のベアリングはベアリングのアウターレースが隙間ばめで保持部材に保持されており、アウターレースと保持部材との間にはわずかなクリアランスが設けられている。保持部材に対してアウターレースは相対回転可能である。

ベアリングの外輪を円筒状のスリーブで保持する従来の構造では、アウターレースとスリーブとの間に、摩耗により発生した粉が入り込むことがある。

この粉によりアウターレースが固着して回転軸方向に動かなくなり、適切な予圧を付与できないという問題があった。

そこでこの発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、適切な予圧を付与することでベアリングの性能および耐久性を向上させることが可能な電動過給機を提供することを目的とするものである。

この発明に従った電動過給機は、コンプレッサホイールが設けられるシャフトと、シャフトを回転駆動するモーターと、シャフトを回転可能に保持するベアリングと、ベアリングに接触してベアリングを保持する保持部材と、を備えた電動過給機であって、ベアリングはシャフトとともに回転するインナーレースと、インナーレースに対向するアウターレースとを有し、アウターレースと保持部材との嵌め合いはすきまばめとされており、電動過給機は、さらに、ベアリングのアウターレースをシャフトの回転軸方向に付勢する付勢手段を有し、アウターレースの外周面の一部分が保持部材に接触し、かつ、アウターレースの外周面の他の部分が保持部材から離隔した状態で、ベアリングは保持部材に保持されている。

このように構成された電動過給機では、アウターレースの外周面の一部分は保持部材に接触して保持されており、アウターレースの外周面の他の部分は保持部材から離隔しているため、外周面と保持部材との間に粉が入り込んでも、この粉は外周部のうち保持部材から離隔している部分に移動するため、外周面が保持部材に固着することを防止できる。その結果、適切な予圧を付与することができる。

好ましくは、保持部は、アウターレースの外周面に接触してアウターレースを保持する第一保持部、第二保持部および第三保持部をさらに備え、第一保持部、第二保持部および第三保持部は互いに距離を隔てて設けられる。この場合、第一から第三保持部で安定して外周面を保持することができる。

好ましくは、第一から第三保持部はベアリングの外周面に線接触する。この場合、線接触であるため面接触と比較して接触面積を小さくすることができる。その結果、外周面が保持部材に固着することをさらに防止することができる。

好ましくは、第一から第三保持部は円筒または円柱形状であり、円筒または円柱の外周面とアウターレースの外周面とが接触する。この場合、第一から第三保持部とアウターレースとの接触面積が小さくなるため、アウターレースが第一から第三保持部に対して摺動しやすくなる。

好ましくは、保持部材は、筒状をなす筒部を有しており、筒部は、内周面に、アウターレースの外周面と接触する接触領域を備える。

好ましくは、筒部は、内周面に、アウターレースの外周面から離隔する非接触領域を更に備え、筒部の接触領域は、少なくもと、アウターレースに線接触する第一保持領域、第二保持領域および第三保持領域を有し、第一保持領域と第二保持領域と第三保持領域とは、それぞれ互いにアウターレースの周方向に沿って離間して設けられる。

好ましくは、筒部は、円筒形状であり、筒部には、筒部の厚み方向に貫通する複数の開口が設けられている。

この発明に従えば、アウターレースが保持部材に固着することを防止してアウターレースに適切な予圧を付与することができる。

実施の形態１に従った電動過給機の断面図である。 実施の形態１に従った電動過給機で用いられる保持部材の斜視図である。 実施の形態１に従った保持部材および保持部材に保持されるベアリングの斜視図である。 実施の形態１に従った保持部材ならびに保持部材に保持されるベアリングおよびシャフトの斜視図である。 実施の形態２に従った、第一から第四保持部を有する保持部材の正面図である。 実施の形態３に従った、筒状の保持部を有する保持部材の正面図である。 実施の形態４に従った、筒状の保持部を有する保持部材の正面図である。 実施の形態５に従った、筒状の保持部を有する保持部材の斜視図である。 図８中のＩＸ−ＩＸ線に沿った断面図である。

以下、本発明の各実施形態に係る電動過給機について図を参照して説明する。以下の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。

（実施の形態１）
（構成）
図１は、実施の形態１に従った電動過給機の断面図である。図２は、実施の形態１に従った電動過給機で用いられる保持部材の斜視図である。図１および図２で示すように、電動過給機１はモーター１５をその内部に収容するハウジング１１を有する。電動過給機は、たとえば、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関の吸気経路に配置されて吸気を過給する。内燃機関として、レシプロエンジン、ロータリーエンジン、ガスタービンエンジン、ジェットエンジンがある。

モーター１５は、シャフト１２に固定されたロータ１３と、ロータ１３に対向して配置されるステータ１４とを有する。モーター１５に不図示の電源及びインバータを介して電力が供給されると、モーター１５は電力を回転力に変換してシャフト１２に回転力を付与する。すなわち、モーター１５はシャフト１２を回転駆動させる。

シャフト１２は一端から他端へ延びている。シャフト１２の一端側は第一ベアリング２０により回転可能に保持されている。他端側は第二ベアリング１２０により回転可能に保持されている。シャフト１２は段形状であり、場所において外径が異なる。シャフト１２は外径が異なる複数本の円柱を接続した形状とされている。シャフト１２の外径が一定であってもよい。第一ベアリング２０は、本願発明の電動過給機１を構成するベアリングである。

シャフト１２の最も太い部分にロータ１３が固定されている。モーター１５が三相交流モーターである場合には、ロータ１３は、コアと、そのコア内に埋設される永久磁石とを有する。

ロータ１３の両側においてシャフト１２を保持する第一ベアリング２０および第二ベアリング１２０が設けられている。第一ベアリング２０および第二ベアリング１２０は玉軸受やころ軸受などの転がり軸受が使用される。本実施形態ではボールベアリングである。第一ベアリング２０および第二ベアリング１２０は、シャフト１２に圧入やしまりばめなどにより取付られるインナーレース２１，１２１と、インナーレース２１，１２１と対向するアウターレース２３，１２３と、インナーレース２１，１２１とアウターレース２３，１２３との間に介在する転動体（本実施形態ではボール）２２，１２２と、転動体を保持する保持器とを有する。

シャフト１２の他端にはコンプレッサホイール３１がシャフト１２と一体回転可能に設けられている。コンプレッサホイール３１は吸気（吸入した気体）を圧縮するためのホイールである。コンプレッサホイール３１の軸心側から吸い込まれた吸気はコンプレッサホイール３１の回転に伴って圧縮され、その圧縮された吸気がコンプレッサホイール３１の外周方向に放出される。

コンプレッサホイール３１とハウジング１１との間にはコンプレッサホイール３１から放出される吸気をスクロール通路へ導くためのディフューザ通路を構成するプレート３４が設けられている。プレート３４はコンプレッサホイール３１の背面側に位置している。プレート３４に形成された孔を貫通するようにシャフト１２が設けられている。

第１ハウジング３０はコンプレッサホイール３１を覆うように設けられている。第１ハウジング３０は吸気導入口３９とスクロール通路３５とを有する。吸気導入口３９から導入された空気またはＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ガスは、コンプレッサホイール３１で圧縮されてスクロール通路３５へ送られる。第１ハウジング３０とプレート３４によりコンプレッサホイール３１を収容するコンプレッサハウジングが構成されている。

エンドプレート１５１がハウジング１１に固定されている。エンドプレート１５１のモーター１５と対向する側の面には、第一保持部５２ａと第二保持部５２ｂと第三保持部５２ｃとからなる保持部材５１が互いに所定の間隔をあけて取付け固定されている。第一ベアリング２０は、アウターレース２３の外周面に接触する第一保持部５２ａ、第二保持部５２ｂおよび第三保持部５２ｃにより保持されている。第一ベアリング２０のアウターレース２３のスラスト面にはリング部材２４が接触している。エンドプレート１５１には蓋部材２８がボルト２８ａで固定されている。蓋部材２８とリング部材２４との間にはコイルバネ２５が圧縮された状態で配置されている。

コイルバネ２５がリング部材２４を軸方向へ付勢する。このため、リング部材２４はアウターレース２３を軸方向に付勢する。即ち、コイルバネ２５は、リング部材２４を介して、第一ベアリング２０のアウターレース２３をコンプレッサホイール３１側へ付勢する。これにより、第一ベアリング２０に予圧が付与される。

エンドプレート１５１に取付けられる第一保持部５２ａ、第二保持部５２ｂおよび第三保持部５２ｃは円柱形状の部材である。第一保持部５２ａ、第二保持部５２ｂおよび第三保持部５２ｃは、貫通孔５９の周りに互いに等しい間隔を隔てて設けられている。なお、第一保持部５２ａ、第二保持部５２ｂおよび第三保持部５２ｃの間の距離が不均等であってもよい。第一保持部５２ａ、第二保持部５２ｂおよび第三保持部５２ｃは円筒形状の部材であってもよい。

図３は、実施の形態１に従った保持部材および保持部材に保持されるベアリングの斜視図である。図４は、実施の形態１に従った保持部材ならびに保持部材に保持されるベアリングおよびシャフトの斜視図である。図３および図４で示すように、第一ベアリング２０の円筒形状のアウターレース２３の外周面２３ａが第一保持部５２ａ、第二保持部５２ｂおよび第三保持部５２ｃに線接触している。接触領域１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃでは、第一保持部５２ａ、第二保持部５２ｂおよび第三保持部５２ｃと外周面２３ａとの接触線がシャフト１２と平行に延びている。第一ベアリング２０の円筒形状のアウターレース２３の外周面２３ａが第一保持部５２ａ、第二保持部５２ｂおよび第三保持部５２ｃに面接触していてもよい。接触領域１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃの間では、外周面２３ａが第一保持部５２ａ、第二保持部５２ｂおよび第三保持部５２ｃから露出している。すなわち、アウターレース２３の外周面２３ａの一部分は保持部材５１の一部分である第一保持部５２ａ，第二保持部５２ｂ，第三保持部５２ｃに接触して保持されており、アウターレース２３の外周面２３ａの他の部分は保持部材５１から離隔している。

電動過給機１は、コンプレッサホイール３１が設けられるシャフト１２と、シャフト１２を回転駆動するモーター１５と、シャフト１２を回転可能に保持する第一ベアリング２０と、第一ベアリング２０に接触して第一ベアリング２０を保持する保持部材５１と、を備える。第一ベアリング２０はシャフト１２とともに回転するインナーレース２１と、インナーレース２１に対向するアウターレース２３とを有し、アウターレース２３と保持部材５１との嵌め合いはすきまばめとされており、電動過給機１は、さらに、第一ベアリング２０のアウターレースをシャフト１２の回転軸方向に付勢する付勢手段としてのコイルバネ２５を有し、アウターレース２３の外周面２３ａの一部分が保持部材５１に接触し、かつ、アウターレース２３の外周面２３ａの他の部分が保持部材５１から離隔した状態で、第一ベアリング２０は保持部材５１に保持されている。保持部材５１は、アウターレース２３の外周面２３ａに接触してアウターレース２３を保持する第一保持部５２ａ、第二保持部５２ｂおよび第三保持部５２ｃをさらに備え、第一保持部５２ａ、第二保持部５２ｂおよび第三保持部５２ｃは互いに距離を隔てて設けられる。第一保持部５２ａ、第二保持部５２ｂ、第三保持部５２ｃはアウターレース２３の外周面２３ａに線接触する。第一保持部５２ａ、第二保持部５２ｂ、第三保持部５２ｃは円筒または円柱形状であり、円筒または円柱の外周面とアウターレース２３の外周面２３ａとが接触する。

（動作および効果）
過給が必要な状態では、モーター１５に電力が供給される。ロータ１３がシャフト１２を回転させることでコンプレッサホイール３１が回転する。吸気導入口３９から導入されたガスがコンプレッサホイール３１で過給されてスクロール通路３５へ送られる。

シャフト１２が回転することでインナーレース２１も回転する。インナーレース２１の回転とともにボール２２は自転しながら公転する。ボール２２と接触するアウターレース２３は、ボール２２の公転から力（回転力）を受ける。この回転力が、アウターレース２３の外周面２３ａと接触領域１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃとの摩擦力よりも大きくなると、アウターレース２３が第一保持部５２ａ，第二保持部５２ｂ，第三保持部５２ｃに対して回転する。回転による摩耗に伴い、アウターレース２３と第一保持部５２ａ，第二保持部５２ｂ，第三保持部５２ｃのいずれか一方が摩耗して摩耗粉が発生することがある。しかし、ある接触領域１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃと他の接触領域１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃとの間では外周面２３ａは第一保持部５２ａ，第二保持部５２ｂ，第三保持部５２ｃから露出しているため粉は容易に外部に排出される。その結果、アウターレース２３と保持部材５１の第一保持部５２ａ、第二保持部５２ｂおよび第三保持部５２ｃとの間に粉が入り込むことを防止できる。そのため、アウターレース２３は第一保持部５２ａ、第二保持部５２ｂおよび第三保持部５２ｃに固着することがなく、コイルバネ２５によりアウターレース２３に適切な予圧を付与し続けることができる。その結果、第一ベアリング２０の性能および耐久性を向上させることができる。さらに、アウターレース２３の外周面２３ａと第一保持部５２ａ，第二保持部５２ｂ，第三保持部５２ｃとは線接触するため、接触面積が少なくなり、摺動抵抗が低減する。

（実施の形態２）
図５は、実施の形態２に従った、第一から第四保持部を有する保持部材の正面図である。図５で示すように、保持部材５１は、第一保持部５２ａ、第二保持部５２ｂ、第三保持部５２ｃおよび第四保持部５２ｄとを有する。第一保持部５２ａ、第二保持部５２ｂ、第三保持部５２ｃおよび第四保持部５２ｄは、円周上に互いに等間隔に配置されている。なお、この実施の形態では保持部の数は４つであるが、さらに多い数の保持部を設けてもよい。第一保持部５２ａ、第二保持部５２ｂ、第三保持部５２ｃおよび第四保持部５２ｄとアウターレース２３の外周面２３ａとは、接触領域１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃ，１５２ｄにより線接触する。

このように構成された実施の形態２に従った電動過給機においても、実施の形態１の電動過給機と同じ効果がある。

（実施の形態３）
図６は、実施の形態３に従った、筒状の保持部を有する保持部材の正面図である。図６で示すように、角型の筒状の保持部材５３がエンドプレート１５１に取り付けられている。四角形状の保持部材５３は、ベアリングのアウターレース２３の外周面２３ａと４か所で接触する。接触領域１５３ａ，１５３ｂ，１５３ｃ，１５３ｄでは、直線状の保持部材５３と曲線状の外周面２３ａとが線接触している。保持部材５３は、筒状をなす筒部を有しており、筒部は、内周面に、アウターレース２３の外周面２３ａと接触する接触領域１５３ａ，１５３ｂ，１５３ｃ，１５３ｄを備える。筒部は、内周面に、アウターレース２３の外周面２３ａから離隔する非接触領域１５３ｅを更に備え、筒部の接触領域は、少なくもと、アウターレースに線接触する第一保持領域としての接触領域１５３ａ、第二保持領域としての接触領域１５３ｂおよび第三保持領域としての接触領域１５３ｃを有し、第一保持領域と第二保持領域と第三保持領域とは、それぞれ互いにアウターレース２３の周方向に沿って離間して設けられる。

アウターレース２３の回転による摩耗に伴い、アウターレース２３と保持部材５３のいずれか一方が摩耗して粉が発生することがある。しかし、ある接触領域１５３ａ，１５３ｂ，１５３ｃ，１５３ｄと他の接触領域１５３ａ，１５３ｂ，１５３ｃ，１５３ｄとの間の非接触領域１５３ｅでは外周面２３ａは保持部材５３と接触していないため、粉は保持部材５３の角部に溜まる。その結果、アウターレース２３と保持部材５３との接触部分に粉が入り込むことを防止できる。そのため、アウターレース２３は保持部材５３に固着することがない。

（実施の形態４）
図７は、実施の形態４に従った、筒状の保持部を有する保持部材の正面図である。図７で示すように、丸型の筒状の保持部材５４が設けられている。円形状の保持部材５４は第一保持部５５ａ、第二保持部５５ｂ、第三保持部５５ｃを有している。

接触領域１５５ａ，１５５ｂ，１５５ｃでは、ベアリングのアウターレース２３の外周面２３ａと第一保持部５５ａ、第二保持部５５ｂ、第三保持部５５ｃとが３か所で接触する。接触領域１５５ａ，１５５ｂ，１５５ｃでは、曲線状の第一保持部５５ａ、第二保持部５５ｂ、第三保持部５５ｃと曲線状の外周面２３ａとが線接触している。保持部材５４は筒状であり、筒の内周面がアウターレース２３の外周面２３ａを保持する。筒の内周面に、アウターレース２３に線接触する第一から第三保持部５５ａ，５５ｂ，５５ｃが設けられる。

アウターレース２３の回転による摩耗に伴い、アウターレース２３と第一保持部５５ａ，第二保持部５５ｂ，第三保持部５５ｃのいずれか一方が摩耗して粉が発生することがある。しかし、ある接触領域１５５ａ，１５５ｂ，１５５ｃと他の接触領域１５５ａ，１５５ｂ，１５５ｃとの間では外周面２３ａは第一保持部５５ａ、第二保持部５５ｂ、第三保持部５５ｃと接触していないため、粉は第一保持部５５ａ、第二保持部５５ｂ、第三保持部５５ｃの間に溜まる。その結果、アウターレース２３と保持部材５１の第一保持部５５ａ、第二保持部５５ｂ、第三保持部５５ｃとの接触部分に粉が入り込むことを防止できる。そのため、アウターレース２３は第一保持部５５ａ、第二保持部５５ｂ、第三保持部５５ｃに固着することがない。

（実施の形態５）
図８は、実施の形態５に従った、筒状の保持部を有する保持部材の斜視図である。図９は、図８中のＩＸ−ＩＸ線に沿った断面図である。図８および図９で示すように実施の形態５に従った保持部材５４は、円筒形状を有している。円筒形状の保持部材５４は、ベアリングのアウターレース２３の外周面２３ａと４か所で接触する。接触領域１５４ａ，１５４ｂ，１５４ｃ，１５４ｄでは、曲線状の第一保持部５４ａ、第二保持部５４ｂ、第三保持部５４ｃ、第四保持部５４ｄと曲線状の外周面２３ａとが面接触している。

筒状の保持部材５４の外周面には開口５６が設けられる。筒部を構成する円筒状の保持部材５４には、筒部の厚み方向に貫通する複数の開口５６が設けられている。開口５６の数は１以上であればよい。開口５６は保持部材５４を厚み方向に貫通している。そのため、外周面２３ａの付着した粉が開口５６から外部へ排出される。

アウターレース２３の回転に伴い、アウターレース２３と第一保持部５４ａ，第二保持部５４ｂ，第三保持部５４ｃ，第四保持部５４ｄのいずれか一方が摩耗して粉が発生することがある。しかし、ある接触領域１５４ａ，１５４ｂ，１５４ｃ，１５４ｄと他の接触領域１５４ａ，１５４ｂ，１５４ｃ，１５４ｄとの間では外周面２３ａは第一保持部５４ａ、第二保持部５４ｂ、第三保持部５４ｃ、第四保持部５４ｄと接触しておらず開口５６により露出しているため、粉は開口５６から排出される。その結果、アウターレース２３と保持部材５４との接触部分に粉が入り込むことを防止できる。そのため、アウターレース２３は保持部材５４に固着することがない。

以上、実施の形態について説明したが、上記の開示内容はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、たとえば車両に搭載される電動過給機の分野において用いることができる。

１ 電動過給機、１１ ハウジング、１２ シャフト、１３ ロータ、１４ ステータ、１５ モーター、２０ 第一ベアリング、２１，１２１ インナーレース、２２，１２２ ボール、２３，１２３ アウターレース、２３ａ 外周面、２４ リング部材、２５ コイルバネ、２８ 封止部材、２８ａ，３４ａ ボルト、３０ コンプレッサハウジング、３１ コンプレッサホイール、３４ プレート、３５ スクロール通路、３９ 吸気導入口、５１，５３，５４ 保持部材、５２ａ，５４ａ，５５ａ 第一保持部、５２ｂ，５４ｂ，５５ｂ 第二保持部、５２ｃ，５４ｃ，５５ｃ 第三保持部、５２ｄ，５４ｄ 第四保持部、５６ 開口、５９ 貫通孔、１２０ 第二ベアリング、１５１ エンドプレート、１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃ，１５２ｄ，１５３ａ，１５３ｂ，１５３ｃ，１５３ｄ，１５４ａ，１５４ｂ，１５４ｃ，１５４ｄ，１５５ａ，１５５ｂ，１５５ｃ 接触領域。

Claims (1)

1. コンプレッサホイールが設けられるシャフトと、
   前記シャフトを回転駆動するモーターと、
   前記シャフトを回転可能に保持するベアリングと、
   前記ベアリングに接触して前記ベアリングを保持する保持部材と、を備えた電動過給機であって、
   前記ベアリングは前記シャフトとともに回転するインナーレースと、前記インナーレースに対向するアウターレースとを有し、前記アウターレースと前記保持部材と嵌め合いはすきまばめとされており、
   前記電動過給機は、さらに、前記ベアリングの前記アウターレースを前記シャフトの回転軸方向に付勢する付勢手段を有し、
   前記アウターレースの外周面の一部分が前記保持部材に接触し、かつ、前記アウターレースの外周面の他の部分が前記保持部材から離隔した状態で、前記ベアリングは前記保持部材に保持されており、
   前記保持部材は、前記アウターレースの外周面に接触して前記アウターレースを保持する第一保持部、第二保持部および第三保持部をさらに備え、前記第一保持部、前記第二保持部および前記第三保持部は互いに距離を隔てて設けられ、
   前記第一から第三保持部は前記アウターレースの外周面に線接触し、
   前記第一から第三保持部は円筒または円柱形状であり、前記円筒または円柱の外周面と前記アウターレースの外周面とが接触する、電動過給機。

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