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JP2007321675A - Rotating shaft structure and electric supercharger - Google Patents

Rotating shaft structure and electric supercharger Download PDF

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JP2007321675A
JP2007321675A JP2006153592A JP2006153592A JP2007321675A JP 2007321675 A JP2007321675 A JP 2007321675A JP 2006153592 A JP2006153592 A JP 2006153592A JP 2006153592 A JP2006153592 A JP 2006153592A JP 2007321675 A JP2007321675 A JP 2007321675A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a rotary shaft structure and a motor-driven supercharger including this structure, capable of restraining the temperature rise in a rotor, without excessively reducing rigidity of a rotary shaft. <P>SOLUTION: This rotary shaft structure has a turbine wheel 121 being an exhaust side wheel of the motor-driven supercharger, a shaft 310 connected to the turbine wheel 121, the rotor 320 fixed to the shaft 310, and a floating bearing 342 arranged on the turbine wheel 121 side to the rotor 320 and supporting the shaft 310. A heat transfer passage formed in the shaft 310 positioned between the turbine wheel 121 and the rotor 320, has a part A positioned between the rotor 320 and the floating bearing 342, and a part B positioned on the floating bearing 342. Here, the cross-sectional area of the heat transfer passage in the part A, is set smaller than the cross-sectional area of the heat transfer passage in the part B. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、回転軸構造および電動過給機に関し、特に、電動過給機に含まれる回転軸構造に関する。   The present invention relates to a rotating shaft structure and an electric supercharger, and more particularly to a rotating shaft structure included in an electric supercharger.

回転軸を有する電動過給機が従来から知られている。
たとえば、特表2001−527613号公報(特許文献1)においては、電動過給機の回転軸の冷却のために、軸心に冷却通路となる貫通孔を形成し、該貫通孔に空気を流通させることにより回転軸の冷却を行なう構造が開示されている。
Conventionally, an electric supercharger having a rotating shaft is known.
For example, in Japanese translations of PCT publication No. 2001-527613 (patent document 1), in order to cool the rotating shaft of an electric supercharger, a through hole serving as a cooling passage is formed in the shaft center, and air is circulated through the through hole. The structure which cools a rotating shaft by doing is disclosed.

また、特開平6−173602号公報(特許文献2)においては、回転軸のタービンホイール側端部に穴を設けることにより低断面積部が形成された構造が開示されている。   Japanese Patent Laid-Open No. 6-173602 (Patent Document 2) discloses a structure in which a low cross-sectional area portion is formed by providing a hole in a turbine wheel side end portion of a rotating shaft.

また、特開昭63−266126号公報(特許文献3)においては、一端にタービンブレードを固定したシャフトに回転子を配設し、タービンブレード側に位置する軸受と回転子との間のシャフトの外周にセラミックス製の高剛性スリーブを嵌合した構造が開示されている。   In Japanese Patent Laid-Open No. 63-266126 (Patent Document 3), a rotor is disposed on a shaft having a turbine blade fixed to one end, and a shaft between a bearing and a rotor located on the turbine blade side is arranged. A structure in which a ceramic high-rigidity sleeve is fitted to the outer periphery is disclosed.

また、特開2000−145469号公報(特許文献4)においては、電動過給機のロータの両端をスペーサで支持した構造が開示されている。
特表2001−527613号公報 特開平6−173602号公報 特開昭63−266126号公報 特開2000−145469号公報
Japanese Patent Laying-Open No. 2000-145469 (Patent Document 4) discloses a structure in which both ends of a rotor of an electric supercharger are supported by spacers.
JP-T-2001-527613 JP-A-6-173602 JP 63-266126 A JP 2000-145469 A

電動過給機は、その使用環境や運転条件により、高温下での運転となる場合がある。特に、排気側に位置するタービンホイールは高温に曝される。タービンホイールの熱は、回転軸を介してロータに伝達される。この熱の伝達量が大きいと、ロータの温度が過度に上昇し、たとえばロータ内に永久磁石が設けられている場合、磁石が減磁して電動過給機の性能が確保できなくなる場合がある。したがって、回転軸を介したタービンシャフトからロータへの熱伝達を抑制することが重要である。   The electric supercharger may be operated at a high temperature depending on the usage environment and operating conditions. In particular, the turbine wheel located on the exhaust side is exposed to high temperatures. The heat of the turbine wheel is transmitted to the rotor via the rotating shaft. If this heat transfer amount is large, the temperature of the rotor rises excessively. For example, when a permanent magnet is provided in the rotor, the magnet may be demagnetized and the performance of the electric supercharger may not be ensured. . Therefore, it is important to suppress heat transfer from the turbine shaft to the rotor via the rotating shaft.

特許文献1に記載の構造では、回転軸全体を軸方向に貫通する冷却通路が形成されているが、このようにすることで、回転軸の剛性が低下し、軸振動が大きくなる場合がある。また、特許文献2〜4においても、上記課題を十分に解決する構成は開示されていない。   In the structure described in Patent Document 1, a cooling passage that penetrates the entire rotating shaft in the axial direction is formed. However, by doing so, the rigidity of the rotating shaft may be reduced and shaft vibration may be increased. . Also, Patent Documents 2 to 4 do not disclose a configuration that sufficiently solves the above problem.

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、回転軸の剛性を過度に低下させることなくロータの温度上昇を抑制することが可能な回転軸構造および該構造を含む電動過給機を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a rotary shaft structure capable of suppressing an increase in the temperature of the rotor without excessively reducing the rigidity of the rotary shaft, and It is providing the electric supercharger containing this structure.

本発明に係る回転軸構造は、電動過給機に含まれる回転軸構造であって、1つの局面では、電動過給機の排気側のホイールであるタービンホイールと、タービンホイールに接続された回転軸と、回転軸に固設されたロータと、ロータに対してタービンホイール側に設けられ、回転軸を支持する軸受部とを備え、タービンホイールとロータとの間に位置する回転軸内に形成された伝熱経路は、ロータと軸受部との間に位置する第1部分と、軸受部の内周に位置する第2部分とを有し、第1部分は、第2部分よりも伝熱経路の断面積が小さい低断面積部を含む。   A rotating shaft structure according to the present invention is a rotating shaft structure included in an electric supercharger, and in one aspect, a turbine wheel that is a wheel on an exhaust side of the electric supercharger and a rotation connected to the turbine wheel. A shaft, a rotor fixed to the rotating shaft, and a bearing provided on the turbine wheel side with respect to the rotor and supporting the rotating shaft, are formed in the rotating shaft positioned between the turbine wheel and the rotor. The heat transfer path has a first portion located between the rotor and the bearing portion, and a second portion located on the inner periphery of the bearing portion, and the first portion heat-transfers more than the second portion. A low cross-sectional area portion having a small cross-sectional area of the path is included.

上記構成によれば、ロータと軸受部との間に位置する伝熱経路の第1部分が低断面積部を含むことで、タービンホイールからの熱がロータに伝達されることを抑制することができる。また、軸受部の内周に位置する伝熱経路の第2部分の断面積をある程度確保することで、回転軸の剛性を一定以上に確保することができる。したがって、回転軸の剛性を過度に低下させることなくロータの温度上昇を抑制することができる。   According to the said structure, it can suppress that the heat from a turbine wheel is transmitted to a rotor by the 1st part of the heat-transfer path located between a rotor and a bearing part including a low cross-sectional area part. it can. Moreover, the rigidity of a rotating shaft can be ensured more than fixed by ensuring the cross-sectional area of the 2nd part of the heat-transfer path | route located in the inner periphery of a bearing part to some extent. Therefore, the temperature rise of the rotor can be suppressed without excessively reducing the rigidity of the rotating shaft.

好ましくは、上記回転軸構造において、回転軸の外周面にタービンホイール側の径が大きくなるような段差部が形成され、ロータは段差部に対してタービンホイールの反対側に位置するように回転軸に固設され、回転軸のタービンホイール側の軸方向端面から回転軸の軸方向に延び、段差部近傍に達する有底孔が形成され、低断面積部は、段差部と有底孔の底部との間に形成される。   Preferably, in the rotary shaft structure, a stepped portion is formed on the outer peripheral surface of the rotary shaft such that the diameter on the turbine wheel side is increased, and the rotor is positioned on the opposite side of the turbine wheel with respect to the stepped portion. A bottomed hole extending in the axial direction of the rotating shaft from the axial end surface of the rotating shaft on the turbine wheel side to reach the vicinity of the stepped portion, and the low cross-sectional area portion is formed by the stepped portion and the bottom of the bottomed hole. Formed between.

これにより、簡単な構造でロータの温度上昇を抑制することができる。また、段差部の近傍よりもタービンシャフト側のみに形成された有底孔により低断面積部を構成することで、シャフト剛性が低下することを抑制しながらロータ温度の上昇を抑制することができる。   Thereby, the temperature rise of a rotor can be suppressed with a simple structure. Further, by forming the low cross-sectional area portion by the bottomed hole formed only on the turbine shaft side than the vicinity of the stepped portion, it is possible to suppress the increase in the rotor temperature while suppressing the shaft rigidity from being lowered. .

好ましくは、上記回転軸構造において、軸受部に対してタービンホイール側に位置する有底孔の径を該有底孔の他の部分に対して大きくする。   Preferably, in the rotating shaft structure, the diameter of the bottomed hole located on the turbine wheel side with respect to the bearing portion is made larger than that of the other part of the bottomed hole.

これにより、軸受部よりも外側(タービンホイール側)に位置する回転軸の重量を低減することができる。   Thereby, the weight of the rotating shaft located in the outer side (turbine wheel side) rather than a bearing part can be reduced.

好ましくは、上記回転軸構造は、ロータの軸方向の両端部に設けられたスペーサをさらに備え、タービンホイール側に位置するスペーサは、回転軸よりも熱伝達率が低い。   Preferably, the rotating shaft structure further includes spacers provided at both ends in the axial direction of the rotor, and the spacer located on the turbine wheel side has a lower heat transfer coefficient than the rotating shaft.

これにより、タービンホイールからロータへの熱伝達をさらに抑制することができる。したがって、ロータの温度上昇を抑制する効果をさらに高めることができる。   Thereby, the heat transfer from the turbine wheel to the rotor can be further suppressed. Therefore, the effect of suppressing the temperature rise of the rotor can be further enhanced.

好ましくは、上記回転軸構造は、電動過給機の吸気側のホイールであるコンプレッサホイールと、ロータの軸方向の両端部に設けられたスペーサとをさらに備え、コンプレッサホイール側に位置するスペーサは、タービンホイール側に位置するスペーサよりも熱伝達率が高い。   Preferably, the rotating shaft structure further includes a compressor wheel which is a wheel on the intake side of the electric supercharger, and spacers provided at both ends in the axial direction of the rotor, and the spacer located on the compressor wheel side is: The heat transfer coefficient is higher than that of the spacer located on the turbine wheel side.

これにより、回転電機の作動中にロータに発生した熱を積極的にコンプレッサホイール側に逃がすことができる。したがって、ロータの温度上昇を抑制する効果をさらに高めることができる。   Thereby, the heat generated in the rotor during operation of the rotating electrical machine can be actively released to the compressor wheel side. Therefore, the effect of suppressing the temperature rise of the rotor can be further enhanced.

本発明に係る回転軸構造は、電動過給機に含まれる回転軸構造であって、他の局面では、電動過給機の吸気側のホイールであるコンプレッサホイールと、電動過給機の排気側のホイールであるタービンホイールと、コンプレッサホイールおよびタービンホイールに接続された回転軸と、回転軸に固設されたロータと、ロータの軸方向の両端部に設けられたスペーサとを備え、コンプレッサホイール側に位置するスペーサは、タービンホイール側に位置するスペーサよりも熱伝達率が高い。   A rotating shaft structure according to the present invention is a rotating shaft structure included in an electric supercharger, and in another aspect, a compressor wheel that is a wheel on an intake side of the electric supercharger, and an exhaust side of the electric supercharger A compressor wheel and a rotating shaft connected to the turbine wheel, a rotor fixed to the rotating shaft, and spacers provided at both ends in the axial direction of the rotor. The spacer located at has a higher heat transfer coefficient than the spacer located on the turbine wheel side.

上記構成によれば、回転電機の作動中にロータに発生した熱を積極的にコンプレッサホイール側に逃がすことができる。したがって、回転軸の剛性を過度に低下させることなくロータの温度上昇を抑制することができる。   According to the above configuration, heat generated in the rotor during operation of the rotating electrical machine can be actively released to the compressor wheel side. Therefore, the temperature rise of the rotor can be suppressed without excessively reducing the rigidity of the rotating shaft.

本発明に係る電動過給機は、上述した回転軸構造を含む。これにより、回転軸の剛性を過度に低下させることなくロータの温度上昇が抑制された電動過給機が得られる。   The electric supercharger according to the present invention includes the rotary shaft structure described above. Thereby, the electric supercharger in which the temperature rise of the rotor is suppressed without excessively reducing the rigidity of the rotating shaft is obtained.

本発明によれば、回転軸の剛性を過度に低下させることなくロータの温度上昇を抑制することができる。   According to the present invention, it is possible to suppress an increase in the temperature of the rotor without excessively reducing the rigidity of the rotating shaft.

以下に、本発明の実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。   Embodiments of the present invention will be described below. Note that the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof may not be repeated.

なお、以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。また、以下の実施の形態において、各々の構成要素は、特に記載がある場合を除き、本発明にとって必ずしも必須のものではない。また、以下に複数の実施の形態が存在する場合、特に記載がある場合を除き、各々の実施の形態の特徴部分を適宜組合わせることは、当初から予定されている。   Note that in the embodiments described below, when referring to the number, amount, and the like, the scope of the present invention is not necessarily limited to the number, amount, and the like unless otherwise specified. In the following embodiments, each component is not necessarily essential for the present invention unless otherwise specified. In addition, when there are a plurality of embodiments below, it is planned from the beginning to appropriately combine the features of each embodiment unless otherwise specified.

(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1に係る回転軸構造を含む回転電機をターボチャージャ(電動過給機)付きエンジンに組付けたシステムの概略構成を示す図である。該システムは、図1に示すように、吸気管110および排気管120を含むエンジン100と、吸気管110内および排気管120内にホイールを含むターボチャージャ200と、ターボチャージャ200と同軸上に配置された磁石型電動機300と、インバータ400と、システム全体を制御するECU500とを含んで構成される。磁石型電動機300は、回転軸の外周部に磁石を配置したロータを有する電動機である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a system in which a rotating electric machine including a rotating shaft structure according to Embodiment 1 of the present invention is assembled to an engine with a turbocharger (electric supercharger). As shown in FIG. 1, the system includes an engine 100 including an intake pipe 110 and an exhaust pipe 120, a turbocharger 200 including wheels in the intake pipe 110 and the exhaust pipe 120, and a coaxial arrangement with the turbocharger 200. The magnet-type electric motor 300, the inverter 400, and the ECU 500 that controls the entire system are configured. The magnet type electric motor 300 is an electric motor having a rotor in which a magnet is arranged on the outer peripheral portion of a rotating shaft.

図1に示されるシステムでは、エンジン100から排出される排気エネルギーにより、排気管120側のホイールであるタービンホイール121を回転させ、この動力によって、吸気管110側のホイールであるコンプレッサホイール111を回転させる。このようにすることで、エンジン100に圧縮空気を供給して、充填効率を高めることができる。上記システムでは、さらに、排気のエネルギーが十分でない場合等に、磁石型電動機300により、タービンホイール121とコンプレッサホイール111とを連結するタービンシャフトを強制的に回転させる。磁石型電動機300への電力は、インバータ400から供給される。ECU500は、インバータ400の動作を制御する。   In the system shown in FIG. 1, a turbine wheel 121 that is a wheel on the exhaust pipe 120 side is rotated by exhaust energy discharged from the engine 100, and a compressor wheel 111 that is a wheel on the intake pipe 110 side is rotated by this power. Let By doing in this way, compressed air can be supplied to the engine 100 and filling efficiency can be improved. In the above system, the turbine shaft for connecting the turbine wheel 121 and the compressor wheel 111 is forcibly rotated by the magnet-type electric motor 300 when the exhaust energy is not sufficient. Electric power to the magnet type electric motor 300 is supplied from the inverter 400. ECU 500 controls the operation of inverter 400.

排気管120には、タービンホイールを避けて迂回するバイパスが設けられている。バイパスの入口近傍には、ウエイストゲートバルブ130が配置されている。過給の必要がない場合等においては、ウエイストゲートバルブ130が開弁される。   The exhaust pipe 120 is provided with a bypass that bypasses the turbine wheel. A waste gate valve 130 is disposed in the vicinity of the bypass inlet. When there is no need for supercharging, the waste gate valve 130 is opened.

図2は、磁石型電動機300に含まれる回転軸構造を示した断面図である。図2を参照して、磁石型電動機300は、シャフト310と、モータロータ320と、スペーサ330と、フローティング軸受340とを含んで構成される。   FIG. 2 is a cross-sectional view showing a rotating shaft structure included in the magnet type electric motor 300. Referring to FIG. 2, magnet type electric motor 300 includes a shaft 310, a motor rotor 320, a spacer 330, and a floating bearing 340.

シャフト310は、コンプレッサホイール111およびタービンホイール121とともに回転する「回転軸」である。モータロータ320は、シャフト310に固設される。スペーサ330は、モータロータ320に対してコンプレッサホイール111側およびタービンホイール121側に設けられるスペーサ331,332を含む。スペーサ331,332は、チタン、チタン合金またはステンレスなどを含んで構成される。フローティング軸受340は、モータロータ320に対してコンプレッサホイール111側およびタービンホイール121側に設けられるフローティング軸受341,342を含む。そして、フローティング軸受340は、シャフト310を径方向に支持する。   The shaft 310 is a “rotating shaft” that rotates together with the compressor wheel 111 and the turbine wheel 121. The motor rotor 320 is fixed to the shaft 310. The spacer 330 includes spacers 331 and 332 provided on the compressor wheel 111 side and the turbine wheel 121 side with respect to the motor rotor 320. The spacers 331 and 332 include titanium, a titanium alloy, stainless steel, or the like. Floating bearing 340 includes floating bearings 341 and 342 provided on compressor wheel 111 side and turbine wheel 121 side with respect to motor rotor 320. The floating bearing 340 supports the shaft 310 in the radial direction.

図3は、図2に示されるモータロータ320の構造をより詳細に示した図である。図3を参照して、モータロータ320は、管状部材321と、磁石322と、嵌入部材323とを含んで構成される。管状部材321は、たとえばチタンなどの非磁性材料で構成される。磁石322は、管状部材321の内周側に設けられる。嵌入部材323は、たとえばチタンなどの非磁性材料で構成され、磁石322とともに管状部材321内に嵌入される。   FIG. 3 is a diagram showing the structure of motor rotor 320 shown in FIG. 2 in more detail. Referring to FIG. 3, the motor rotor 320 includes a tubular member 321, a magnet 322, and a fitting member 323. The tubular member 321 is made of a nonmagnetic material such as titanium, for example. The magnet 322 is provided on the inner peripheral side of the tubular member 321. The fitting member 323 is made of a nonmagnetic material such as titanium, for example, and is fitted into the tubular member 321 together with the magnet 322.

上述した電動過給機の動作時に、排気側に設けられたタービンホイール121は特に高温下に曝される。タービンホイール121の熱は、シャフト310を介してロータ320にも伝達する。ここで、ロータ320への熱伝達量が過度に大きく、ロータ320の温度がロータ320内に設けられた磁石322の熱減磁限界温度にまで上昇した場合には、磁石322が減磁し、電動過給機の性能が確保できなくなることが懸念される。また、ロータ320の温度が磁石322の減磁温度以下であっても、磁石322の磁力はその材料特有の温度係数で支配されているため、温度変化とともに磁力が変化し、回転電機の出力が低下することが懸念される。したがって、タービンホイール121からの熱のロータ320への伝達を抑制することが重要である。   During the operation of the electric supercharger described above, the turbine wheel 121 provided on the exhaust side is particularly exposed to high temperatures. The heat of the turbine wheel 121 is also transmitted to the rotor 320 via the shaft 310. Here, when the amount of heat transfer to the rotor 320 is excessively large and the temperature of the rotor 320 rises to the thermal demagnetization limit temperature of the magnet 322 provided in the rotor 320, the magnet 322 is demagnetized, There is a concern that the performance of the electric supercharger cannot be secured. Even if the temperature of the rotor 320 is equal to or lower than the demagnetization temperature of the magnet 322, the magnetic force of the magnet 322 is governed by the temperature coefficient specific to the material. There is concern about the decline. Therefore, it is important to suppress the transfer of heat from the turbine wheel 121 to the rotor 320.

再び図2を参照して、タービンホイール121側に位置するシャフト310には、孔部311が形成されている。孔部311は、シャフト310のタービンホイール121側の軸方向端面からシャフト軸方向に延びるように形成される。孔部311の底面は、フローティング軸受342とスペーサ332との間に位置する。すなわち、孔部311は、フローティング軸受342とスペーサ332との間に達するように形成される。   Referring to FIG. 2 again, a hole 311 is formed in the shaft 310 located on the turbine wheel 121 side. The hole 311 is formed so as to extend in the shaft axial direction from the axial end surface of the shaft 310 on the turbine wheel 121 side. The bottom surface of the hole 311 is located between the floating bearing 342 and the spacer 332. That is, the hole 311 is formed so as to reach between the floating bearing 342 and the spacer 332.

図9は、図2に示されるフローティング軸受340(フル・フロート・ベアリング)の周辺構造を示した図である。図9を参照して、フローティング軸受340は、シャフト310と電動過給機を収納するケーシング360とに挟持される。ただし、フローティング軸受340は、シャフト310およびケーシング360に固定されていない。そして、フローティング軸受340はシャフト310とケーシング360との間で自由に回転できる。シャフト310およびフローティング軸受340間と、フローティング軸受340およびケーシング360間とには、潤滑油が満たされている。この潤滑油により、フローティング軸受340およびその周辺が冷却される。フローティング軸受340の軸方向の両端部にケーシング360に固定されたCリング350が設けられている。これにより、フローティング軸受340の位置決めがなされる。   FIG. 9 is a view showing a peripheral structure of the floating bearing 340 (full float bearing) shown in FIG. Referring to FIG. 9, floating bearing 340 is sandwiched between shaft 310 and casing 360 that houses the electric supercharger. However, the floating bearing 340 is not fixed to the shaft 310 and the casing 360. The floating bearing 340 can freely rotate between the shaft 310 and the casing 360. Lubricating oil is filled between the shaft 310 and the floating bearing 340 and between the floating bearing 340 and the casing 360. The floating bearing 340 and its surroundings are cooled by this lubricating oil. C-rings 350 fixed to the casing 360 are provided at both axial ends of the floating bearing 340. As a result, the floating bearing 340 is positioned.

図4は、本実施の形態に係る回転軸構造における孔部311の周辺の構造を示した図である。図4を参照して、シャフト310の外周面には、段差部310Aが形成される。段差部310Aに対してタービンホイール121側に位置するシャフト310の径は相対的に大きく、シャフト310Aに対してコンプレッサホイール111側に位置するシャフト310の径は相対的に小さい。段差部310Aにより、シャフト310に固設される「回転子」としてのロータ320およびスペーサ330(332)の位置決めが行なわれる。   FIG. 4 is a view showing a structure around the hole 311 in the rotating shaft structure according to the present embodiment. Referring to FIG. 4, stepped portion 310 </ b> A is formed on the outer peripheral surface of shaft 310. The diameter of the shaft 310 positioned on the turbine wheel 121 side with respect to the stepped portion 310A is relatively large, and the diameter of the shaft 310 positioned on the compressor wheel 111 side with respect to the shaft 310A is relatively small. Positioning of the rotor 320 and the spacer 330 (332) as a “rotor” fixed to the shaft 310 is performed by the step portion 310A.

図4に示すように、シャフト310に孔部311が形成されることで、シャフト310の断面積が縮小される。そして、フローティング軸受342の内周に位置する部分(図4中のB部)よりも伝熱経路の断面積が小さくなる部分(図4中のA部)が形成される。このように、タービンホイール121からロータ320へ向かう伝熱経路の断面積がA部において縮小された結果、タービンホイール121からの熱がロータ320に伝達しにくくなる。そして、タービンホイール121からの熱は、フローティング軸受342に供給された潤滑油により冷却される。A部における伝熱経路の断面積が縮小されていることで、上記潤滑油への伝熱が促進される。   As shown in FIG. 4, the hole 311 is formed in the shaft 310, thereby reducing the cross-sectional area of the shaft 310. And the part (A part in FIG. 4) where the cross-sectional area of a heat-transfer path becomes smaller than the part (B part in FIG. 4) located in the inner periphery of the floating bearing 342 is formed. Thus, as a result of the cross-sectional area of the heat transfer path from the turbine wheel 121 toward the rotor 320 being reduced in the portion A, the heat from the turbine wheel 121 is difficult to be transmitted to the rotor 320. Then, the heat from the turbine wheel 121 is cooled by the lubricating oil supplied to the floating bearing 342. Since the cross-sectional area of the heat transfer path in part A is reduced, heat transfer to the lubricating oil is promoted.

なお、ロータ320に対してタービンホイール121側に位置するスペーサ332は、シャフト310よりも熱伝達率が低いことが好ましく、ロータ320に対してコンプレッサホイール111側に位置するスペーサ331は、ロータ320に対してタービンホイール121側に位置するスペーサ332よりも熱伝達率が高いことが好ましい。   The spacer 332 located on the turbine wheel 121 side with respect to the rotor 320 preferably has a lower heat transfer coefficient than the shaft 310, and the spacer 331 located on the compressor wheel 111 side with respect to the rotor 320 is located on the rotor 320. On the other hand, it is preferable that the heat transfer coefficient is higher than that of the spacer 332 located on the turbine wheel 121 side.

スペーサ330(331,332)を構成する素材としては、たとえばチタンが用いられるが、スペーサ332の熱伝達率をシャフト310(たとえば鉄製)の熱伝達率よりも低くする場合には、スペーサ332を構成する素材として、チタンやステンレスを用いることが考えられる。また、スペーサ331の熱伝達率をスペーサ332(たとえばチタン製)の熱伝達率よりも高くする場合には、スペーサ331を構成する素材として、アルミニウムや鉄を用いることが考えられる。   As a material constituting the spacer 330 (331, 332), for example, titanium is used. When the heat transfer coefficient of the spacer 332 is lower than that of the shaft 310 (for example, iron), the spacer 332 is formed. It is conceivable to use titanium or stainless steel as the material to be used. Further, when the heat transfer coefficient of the spacer 331 is made higher than that of the spacer 332 (for example, made of titanium), it is conceivable to use aluminum or iron as a material constituting the spacer 331.

上述した内容について要約すると、以下のようになる。すなわち、本実施の形態に係る回転軸構造は、電動過給機に含まれる回転軸構造であって、電動過給機の排気側のホイールであるタービンホイール121と、タービンホイール121に接続された「回転軸」としてのシャフト310と、シャフト310に固設されたロータ320と、ロータ320に対してタービンホイール121側に設けられ、シャフト310を支持する「軸受部」としてのフローティング軸受342とを備える。タービンホイール121とロータ320との間に位置するシャフト310内に形成された伝熱経路は、ロータ320とフローティング軸受342との間に位置する「第1部分」としてのA部と、フローティング軸受342上に位置する「第2部分」としてのB部とを有する。ここで、A部は、B部よりも伝熱経路の断面積が小さい「低断面積部」を構成する。   The above contents are summarized as follows. That is, the rotating shaft structure according to the present embodiment is a rotating shaft structure included in the electric supercharger, and is connected to the turbine wheel 121 that is a wheel on the exhaust side of the electric supercharger and the turbine wheel 121. A shaft 310 as a “rotating shaft”, a rotor 320 fixed to the shaft 310, and a floating bearing 342 as a “bearing portion” provided on the turbine wheel 121 side with respect to the rotor 320 and supporting the shaft 310. Prepare. A heat transfer path formed in the shaft 310 positioned between the turbine wheel 121 and the rotor 320 includes a portion A as a “first portion” positioned between the rotor 320 and the floating bearing 342, and a floating bearing 342. B part as "the 2nd part" located in the upper part. Here, the A part constitutes a “low cross-sectional area part” having a smaller cross-sectional area of the heat transfer path than the B part.

より具体的には、シャフト310の外周面にタービンホイール121側の径が大きくなるような段差部310Aが形成され、ロータ320は段差部310Aに対してタービンホイール121の反対側に位置するようにシャフト310に固設される。シャフト310のタービンホイール121側の軸方向端面からシャフト310の軸方向に延び、段差部310A近傍に達する「有底孔」である孔部311が形成される。「低断面積部」であるA部は、段差部310Aと孔部311の底部との間に形成される。   More specifically, a step portion 310A having a larger diameter on the turbine wheel 121 side is formed on the outer peripheral surface of the shaft 310, and the rotor 320 is positioned on the opposite side of the turbine wheel 121 with respect to the step portion 310A. Fixed to the shaft 310. A hole 311 that is a “bottomed hole” that extends in the axial direction of the shaft 310 from the axial end surface of the shaft 310 on the turbine wheel 121 side and reaches the vicinity of the stepped portion 310A is formed. The A portion which is a “low cross-sectional area portion” is formed between the step portion 310 </ b> A and the bottom portion of the hole portion 311.

本実施の形態に係る回転軸構造によれば、ロータ320とフローティング軸受342との間に位置するA部における伝熱経路の断面積を縮小することで、タービンホイール121からの熱がロータ320に伝達されるのを抑制することができる。また、フローティング軸受342の内周に位置するB部における伝熱経路の断面積をある程度確保することで、シャフト310の剛性を一定以上に確保することができる。したがって、シャフト310の剛性を過度に低下させることなくロータ320の温度上昇を抑制することができる。   According to the rotating shaft structure according to the present embodiment, the heat from the turbine wheel 121 is transferred to the rotor 320 by reducing the cross-sectional area of the heat transfer path in the part A located between the rotor 320 and the floating bearing 342. It is possible to suppress transmission. Further, by ensuring a certain amount of the cross-sectional area of the heat transfer path in the portion B located on the inner periphery of the floating bearing 342, the rigidity of the shaft 310 can be ensured to a certain level or more. Therefore, the temperature increase of the rotor 320 can be suppressed without excessively reducing the rigidity of the shaft 310.

また、シャフト310に設けられた孔部311により「低断面積部」を形成することで、簡単な構造でロータ320の温度上昇を抑制することができる。   Further, by forming the “low cross-sectional area portion” by the hole 311 provided in the shaft 310, the temperature increase of the rotor 320 can be suppressed with a simple structure.

なお、電動過給機の作動時に生じやすい1次振動の腹は、シャフト310の軸方向中心付近に位置する。本実施の形態において、孔部311はシャフト310の軸方向端部とスペーサ332との間にのみ形成されるため、1次振動の腹に近い部分ではシャフト剛性は低下しない。したがって、孔部311を形成することによる振動特性への影響は小さい。   An antinode of primary vibration that is likely to occur during operation of the electric supercharger is located near the axial center of the shaft 310. In the present embodiment, since the hole 311 is formed only between the axial end of the shaft 310 and the spacer 332, the shaft rigidity does not decrease at a portion close to the antinode of the primary vibration. Therefore, the influence on the vibration characteristics by forming the hole 311 is small.

また、スペーサ332の熱伝達率をシャフト310の熱伝達率よりも低くした場合は、タービンホイール121からロータ320への熱伝達をさらに抑制することができる。したがって、ロータ320の温度上昇を抑制する効果をさらに高めることができる。   Further, when the heat transfer coefficient of the spacer 332 is lower than the heat transfer coefficient of the shaft 310, heat transfer from the turbine wheel 121 to the rotor 320 can be further suppressed. Therefore, the effect of suppressing the temperature rise of the rotor 320 can be further enhanced.

また、スペーサ331の熱伝達率をスペーサ332の熱伝達率よりも高くした場合は、回転電機の作動中にロータ320に発生した熱をコンプレッサ111側のフローティング軸受341の潤滑油に積極的に逃がすことができる。したがって、ロータ320の温度上昇を抑制する効果をさらに高めることができる。   Further, when the heat transfer coefficient of the spacer 331 is higher than the heat transfer coefficient of the spacer 332, the heat generated in the rotor 320 during the operation of the rotating electrical machine is positively released to the lubricating oil of the floating bearing 341 on the compressor 111 side. be able to. Therefore, the effect of suppressing the temperature rise of the rotor 320 can be further enhanced.

(実施の形態2)
図5は、実施の形態2に係る回転軸構造を示した断面図である。また、図6は、図5に示される回転軸構造における孔部311の周辺の構造を示した図である。図5,図6を参照して、本実施の形態に係る回転軸構造は、実施の形態1に係る回転軸構造の変形例であって、孔部311に小径部分311Aと大径部分311Bとを設けたことを特徴とする。より具体的には、フローティング軸受342に対してタービンホイール121側に位置する孔部311の径を、孔部311の他の部分よりも大きくすることで、小径部分311Aと大径部分311Bとを形成している。
(Embodiment 2)
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a rotating shaft structure according to the second embodiment. FIG. 6 is a view showing the structure around the hole 311 in the rotating shaft structure shown in FIG. Referring to FIGS. 5 and 6, the rotating shaft structure according to the present embodiment is a modification of the rotating shaft structure according to the first embodiment, and includes a small diameter portion 311 </ b> A and a large diameter portion 311 </ b> B in hole 311. Is provided. More specifically, the diameter of the hole 311 located on the turbine wheel 121 side with respect to the floating bearing 342 is made larger than the other part of the hole 311, thereby reducing the small diameter part 311 </ b> A and the large diameter part 311 </ b> B. Forming.

本実施の形態においても、実施の形態1と同様に、シャフト310におけるロータ320とフローティング軸受342との間に位置する部分において、フローティング軸受342の内周に位置する部分(図6中のB部)よりも伝熱経路の断面積が小さくなる部分(図6中のA部)が形成される。この結果、シャフト310の剛性が過度に低下することを抑制しながら、タービンホイール121からの熱がロータ320に伝達されるのを抑制することができる。   Also in the present embodiment, in the same manner as in the first embodiment, in the portion of the shaft 310 located between the rotor 320 and the floating bearing 342, the portion located on the inner periphery of the floating bearing 342 (B portion in FIG. 6). ) Is formed (part A in FIG. 6) where the cross-sectional area of the heat transfer path is smaller. As a result, the heat from the turbine wheel 121 can be suppressed from being transmitted to the rotor 320 while suppressing the rigidity of the shaft 310 from excessively decreasing.

また、本実施の形態においては、上記のように孔部311の径を拡大することで、回転体であるシャフト310の重量を低減することができる。ここで、フローティング軸受342よりも外側(タービンホイール121側)に位置する孔部311の径を拡大することで、振動特性に影響の大きい部分(フローティング軸受342に対して軸方向中心側に位置する部分)のシャフト310の剛性は低下しない。以上の結果として、シャフト310の振動特性が向上する。   Moreover, in this Embodiment, the weight of the shaft 310 which is a rotary body can be reduced by enlarging the diameter of the hole 311 as mentioned above. Here, by enlarging the diameter of the hole 311 located on the outer side (turbine wheel 121 side) than the floating bearing 342, the portion having a great influence on the vibration characteristics (located on the axial center side with respect to the floating bearing 342). The rigidity of the shaft 310 does not decrease. As a result of the above, the vibration characteristics of the shaft 310 are improved.

(実施の形態3)
図7は、実施の形態3に係る回転軸構造を示した断面図である。図7を参照して、本実施の形態に係る回転軸構造は、実施の形態1,2に係る回転軸構造の変形例であって、孔部311に小径部分311Aと大径部分311Bとを設けるとともに、タービンホイール121にも孔部121Aを設けたことを特徴とする。
(Embodiment 3)
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a rotating shaft structure according to the third embodiment. Referring to FIG. 7, the rotating shaft structure according to the present embodiment is a modification of the rotating shaft structure according to the first and second embodiments, and a small diameter portion 311 </ b> A and a large diameter portion 311 </ b> B are provided in hole 311. In addition, the turbine wheel 121 is also provided with a hole 121A.

本実施の形態においても、実施の形態2と同様に、振動特性に影響の大きい部分のシャフト310の剛性を低下させることなく、シャフト310を含む回転体の重量を低減することができる。結果として、シャフト310の振動特性が向上する。   Also in the present embodiment, as in the second embodiment, the weight of the rotating body including the shaft 310 can be reduced without reducing the rigidity of the portion of the shaft 310 that greatly affects the vibration characteristics. As a result, the vibration characteristics of the shaft 310 are improved.

(実施の形態4)
図8は、実施の形態4に係る回転軸構造を示した断面図である。図8を参照して、本実施の形態に係る回転軸構造は、実施の形態1〜3に係る回転軸構造の変形例であって、孔部311を省略し、代わりにスペーサ330によってロータ320の温度上昇を抑制することを特徴とする。
(Embodiment 4)
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a rotating shaft structure according to the fourth embodiment. Referring to FIG. 8, the rotating shaft structure according to the present embodiment is a modification of the rotating shaft structure according to the first to third embodiments, in which hole 311 is omitted, and rotor 320 is replaced by spacer 330 instead. It is characterized in that the temperature rise of the is suppressed.

より具体的には、
(1)スペーサ332の熱伝達率をシャフト310の熱伝達率よりも低く設定し、
(2)スペーサ331の熱伝達率をスペーサ332の熱伝達率よりも高く設定している。
More specifically,
(1) The heat transfer coefficient of the spacer 332 is set lower than the heat transfer coefficient of the shaft 310,
(2) The heat transfer coefficient of the spacer 331 is set higher than the heat transfer coefficient of the spacer 332.

すなわち、本実施の形態に係る回転軸構造は、電動過給機の吸気側のホイールであるコンプレッサホイール111と、電動過給機の排気側のホイールであるタービンホイール121と、コンプレッサホイール111およびタービンホイール121に接続されたシャフト310と、シャフト310に固設されたロータ320と、ロータ320の軸方向の両端部に設けられたスペーサ330とを備え、タービンホイール121側に位置するスペーサ332は、シャフト310よりも熱伝達率が低く、コンプレッサホイール111側に位置するスペーサ331は、タービンホイール121側に位置するスペーサ332よりも熱伝達率が高い。   That is, the rotating shaft structure according to the present embodiment includes a compressor wheel 111 that is a wheel on the intake side of the electric supercharger, a turbine wheel 121 that is a wheel on the exhaust side of the electric supercharger, and the compressor wheel 111 and the turbine. The spacer 310 provided with the shaft 310 connected to the wheel 121, the rotor 320 fixed to the shaft 310, and the spacers 330 provided at both ends in the axial direction of the rotor 320, and located on the turbine wheel 121 side, The heat transfer coefficient is lower than that of the shaft 310, and the spacer 331 located on the compressor wheel 111 side has a higher heat transfer coefficient than the spacer 332 located on the turbine wheel 121 side.

このようにすることで、タービンホイール121からロータ320への熱伝達を抑制するとともに、回転電機の作動中にロータ320に発生した熱をコンプレッサ111側のフローティング軸受341の潤滑油に積極的に逃がすことができる。この結果、ロータ320の温度上昇が抑制される。なお、上記(1),(2)のいずれか一方のみが満たされるようにしてもよい。   Thus, heat transfer from the turbine wheel 121 to the rotor 320 is suppressed, and heat generated in the rotor 320 during the operation of the rotating electrical machine is positively released to the lubricating oil of the floating bearing 341 on the compressor 111 side. be able to. As a result, the temperature rise of the rotor 320 is suppressed. Note that only one of the above (1) and (2) may be satisfied.

以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の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。   Although the embodiments of the present invention have been described above, the embodiments disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本発明の実施の形態1に係る回転軸構造を含む回転電機をターボチャージャ付きエンジンに組付けたシステムの概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the system which assembled | attached the rotary electric machine containing the rotating shaft structure which concerns on Embodiment 1 of this invention to the engine with a turbocharger. 本発明の実施の形態1に係る回転軸構造を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the rotating shaft structure which concerns on Embodiment 1 of this invention. 図2に示されるロータの構造をより詳細に示した図である。It is the figure which showed the structure of the rotor shown by FIG. 2 in detail. 本発明の実施の形態1に係る回転軸構造におけるシャフト孔部の周辺の構造を示した図である。It is the figure which showed the structure of the periphery of the shaft hole part in the rotating shaft structure which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2に係る回転軸構造を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the rotating shaft structure which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2に係る回転軸構造におけるシャフト孔部の周辺の構造を示した図である。It is the figure which showed the structure of the periphery of the shaft hole part in the rotating shaft structure which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3に係る回転軸構造を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the rotating shaft structure which concerns on Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態4に係る回転軸構造を示した断面図である。It is sectional drawing which showed the rotating shaft structure which concerns on Embodiment 4 of this invention. フローティング軸受の周辺構造を示した図である。It is the figure which showed the surrounding structure of the floating bearing.

符号の説明Explanation of symbols

100 エンジン、110 吸気管、111 コンプレッサホイール、120 排気管、121 タービンホイール、121A 孔部、130 ウエイストゲートバルブ、200 ターボチャージャ、300 磁石型電動機、310 シャフト、310A 段差部、311 孔部、311A 小径部分、311B 大径部分、320 ロータ、321 管状部材、322 磁石、323 嵌入部材、330,331,332 スペーサ、340 フローティング軸受、350 Cリング、360 ケーシング、400 インバータ、500 ECU。   100 Engine, 110 Intake pipe, 111 Compressor wheel, 120 Exhaust pipe, 121 Turbine wheel, 121A hole, 130 Wastegate valve, 200 Turbocharger, 300 Magnet type motor, 310 Shaft, 310A Stepped part, 311 hole, 311A Small diameter Part, 311B large diameter part, 320 rotor, 321 tubular member, 322 magnet, 323 fitting member, 330, 331, 332 spacer, 340 floating bearing, 350 C ring, 360 casing, 400 inverter, 500 ECU.

Claims (7)

電動過給機に含まれる回転軸構造であって、
前記電動過給機の排気側のホイールであるタービンホイールと、
前記タービンホイールに接続された回転軸と、
前記回転軸に固設されたロータと、
前記ロータに対して前記タービンホイール側に設けられ、前記回転軸を支持する軸受部とを備え、
前記タービンホイールと前記ロータとの間に位置する前記回転軸内に形成された伝熱経路は、前記ロータと前記軸受部との間に位置する第1部分と、前記軸受部の内周に位置する第2部分とを有し、
前記第1部分は、前記第2部分よりも伝熱経路の断面積が小さい低断面積部を含む、回転軸構造。
A rotating shaft structure included in the electric supercharger,
A turbine wheel that is an exhaust-side wheel of the electric supercharger;
A rotating shaft connected to the turbine wheel;
A rotor fixed to the rotating shaft;
A bearing portion provided on the turbine wheel side with respect to the rotor, and supporting the rotating shaft;
A heat transfer path formed in the rotating shaft located between the turbine wheel and the rotor is located on a first portion located between the rotor and the bearing portion and on an inner circumference of the bearing portion. A second part to
The first part includes a rotary shaft structure including a low cross-sectional area part in which a cross-sectional area of a heat transfer path is smaller than that of the second part.
前記回転軸の外周面に前記タービンホイール側の径が大きくなるような段差部が形成され、
前記ロータは前記段差部に対して前記タービンホイールの反対側に位置するように前記回転軸に固設され、
前記回転軸の前記タービンホイール側の軸方向端面から前記回転軸の軸方向に延び、前記段差部近傍に達する有底孔が形成され、
前記低断面積部は、前記段差部と前記有底孔の底部との間に形成される、請求項1に記載の回転軸構造。
A stepped portion is formed on the outer peripheral surface of the rotating shaft such that the diameter on the turbine wheel side is increased,
The rotor is fixed to the rotating shaft so as to be located on the opposite side of the turbine wheel with respect to the stepped portion,
A bottomed hole extending in the axial direction of the rotating shaft from the axial end surface of the rotating shaft on the turbine wheel side and reaching the vicinity of the stepped portion is formed,
The rotating shaft structure according to claim 1, wherein the low cross-sectional area portion is formed between the stepped portion and a bottom portion of the bottomed hole.
前記軸受部に対して前記タービンホイール側に位置する前記有底孔の径を該有底孔の他の部分に対して大きくした、請求項1または請求項2に記載の回転軸構造。   The rotating shaft structure according to claim 1 or 2, wherein a diameter of the bottomed hole located on the turbine wheel side with respect to the bearing portion is larger than that of the other part of the bottomed hole. 前記ロータの軸方向の両端部に設けられたスペーサをさらに備え、
前記タービンホイール側に位置する前記スペーサは、前記回転軸よりも熱伝達率が低い、請求項1から請求項3のいずれかに記載の回転軸構造。
Further comprising spacers provided at both axial ends of the rotor;
The rotating shaft structure according to any one of claims 1 to 3, wherein the spacer located on the turbine wheel side has a heat transfer coefficient lower than that of the rotating shaft.
前記電動過給機の吸気側のホイールであるコンプレッサホイールと、
前記ロータの軸方向の両端部に設けられたスペーサとをさらに備え、
前記コンプレッサホイール側に位置する前記スペーサは、前記タービンホイール側に位置する前記スペーサよりも熱伝達率が高い、請求項1から請求項4のいずれかに記載の回転軸構造。
A compressor wheel that is a wheel on the intake side of the electric supercharger;
Spacers provided at both ends in the axial direction of the rotor,
The rotating shaft structure according to any one of claims 1 to 4, wherein the spacer located on the compressor wheel side has a higher heat transfer coefficient than the spacer located on the turbine wheel side.
電動過給機に含まれる回転軸構造であって、
前記電動過給機の吸気側のホイールであるコンプレッサホイールと、
前記電動過給機の排気側のホイールであるタービンホイールと、
前記コンプレッサホイールおよび前記タービンホイールに接続された回転軸と、
前記回転軸に固設されたロータと、
前記ロータの軸方向の両端部に設けられたスペーサとを備え、
前記コンプレッサホイール側に位置する前記スペーサは、前記タービンホイール側に位置する前記スペーサよりも熱伝達率が高い、回転軸構造。
A rotating shaft structure included in the electric supercharger,
A compressor wheel that is a wheel on the intake side of the electric supercharger;
A turbine wheel that is an exhaust-side wheel of the electric supercharger;
A rotating shaft connected to the compressor wheel and the turbine wheel;
A rotor fixed to the rotating shaft;
Spacers provided at both ends in the axial direction of the rotor,
The said spacer located in the said compressor wheel side is a rotating shaft structure whose heat transfer rate is higher than the said spacer located in the said turbine wheel side.
請求項1から請求項6のいずれかに記載の回転軸構造を含む、電動過給機。   The electric supercharger containing the rotating shaft structure in any one of Claims 1-6.
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