特許ウォッチ

公開番号2025066663
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-23
出願番号2024175725
出願日2024-10-07
発明の名称駆動ターボチャージャ用2ピースサンレース
出願人スーパーターボ・テクノロジーズ・インコーポレイテッド,SuperTurbo Technologies, Inc.
代理人個人,個人,個人
主分類F02B 37/10 20060101AFI20250416BHJP(燃焼機関;熱ガスまたは燃焼生成物を利用する機関設備)
要約【課題】設計と組み立ての柔軟性が1ピースのトラクションバレルの場合よりも高めることができる駆動ターボチャージャを提供する。
【解決手段】ターボシャフト105とトルクの伝達を行うトラクション駆動部103を備えた、駆動ターボチャージャ101のターボシャフトに精密に嵌合する2ピースサンレースを備え、ターボシャフトは、タービン109とコンプレッサ107とに取り付けられ、トラクション駆動部と勘合するトラクション面113、115を有する2ピースサンレースに挿入される。
【選択図】図1A
特許請求の範囲【請求項１】
エンジンシステム用の駆動ターボチャージャであって、
ターボシャフトと、
前記ターボシャフト上の第１位置に接続されたコンプレッサと、
前記ターボシャフト上の第２位置に接続されたタービンと、
前記ターボシャフトに取り付けられた２ピースサンレースであって、
精密嵌合によって前記ターボシャフトのシャフト表面Ａと嵌合する第１サンレースピースと、
精密嵌合によって前記ターボシャフトのシャフト表面Ｂと嵌合する第２サンレースピースであって、前記ターボシャフトの前記シャフト表面Ｂは、前記ターボシャフトの前記シャフト表面Ａよりも直径が大きく、組み立て中に前記第２サンレースピースが前記ターボシャフトの前記シャフト表面Ａと干渉することなく通過するように形成された第２サンレースピースと、を備えた２ピースサンレースと、
前記２ピースサンレースの第１レーストラクション面および第２レーストラクション面に接触し、前記ターボシャフトとトルクの伝達を行うトラクション駆動部と、
を備える駆動ターボチャージャ。
続きを表示（約 860 文字）【請求項２】
請前第１レーストラクション面は前記第１サンレースピース上に形成され、前記第２レーストラクション面は前記第２サンレースピース上に形成される、請求項１に記載の駆動ターボチャージャ。
【請求項３】
前記第１レーストラクション面および前記第２レーストラクション面が前記第１サンレースピース上に形成される、請求項１に記載の駆動ターボチャージャ。
【請求項４】
前記第１レーストラクション面および前記第２レーストラクション面が前記第２サンレースピース上に形成される、請求項１に記載の駆動ターボチャージャ。
【請求項５】
前記第１レーストラクション面および前記第２レーストラクション面は、前記ターボシャフト上のスラスト力が前記トラクション駆動部によって吸収されるように形成される、請求項１に記載の駆動ターボチャージャ。
【請求項６】
前記第１レーストラクション面に隣接して形成されたスリンガーをさらに備える、請求項１に記載の駆動ターボチャージャ。
【請求項７】
前記第２レーストラクション面に隣接して形成されたスリンガーをさらに備える、請求項１に記載の駆動ターボチャージャ。
【請求項８】
前記第１サンレースピースを前記ターボシャフト上で軸方向に配置するための前記ターボシャフト上に形成されたショルダ部をさらに備える、請求項１に記載の駆動ターボチャージャ。
【請求項９】
前記第２サンレースピースを前記ターボシャフト上で軸方向に配置するための前記ターボシャフト上に形成された第２ショルダ部をさらに備える、請求項１に記載の駆動ターボチャージャ。
【請求項１０】
前記第１サンレースピース上の前記第１レーストラクション面は、前記コンプレッサから離れるにつれて内側に位置するように角度が付けられている、請求項２に記載の駆動ターボチャージャ。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
関連出願との相互参照
本米国特許出願は、２０２３年１０月１１日に出願された「ＴＷＯ－ＰＩＥＣＥＳＵＮＲＡＣＥＦＯＲＤＲＩＶＥＮＴＵＲＢＯＣＨＡＲＧＥＲ」と題する米国仮出願第６３／５４３，６２０号の３５Ｕ．Ｓ．Ｃ． §１１９（ｅ）に基づく優先権を主張するものであり、この仮出願は、その開示および教示のすべてについて参照により本明細書に組み込まれ、あらゆる目的のために本米国特許出願の一部とされる。
続きを表示（約 6,400 文字）【背景技術】
【０００２】
駆動ターボチャージャは、通常のターボチャージャよりも改善されており、駆動ターボチャージャ（スーパーターボチャージャ）が排気ガスタービンだけでなく更なる動力によって駆動されるため、これにより、過給されたエンジンにおけるターボラグが低減される。駆動ターボチャージャは、余剰のタービン出力をエンジンに戻して、エンジン効率を高めることもできる。駆動ターボチャージャの一種には、ターボシャフトとトルクの伝達を行うためにターボシャフトとインタフェースをとるトラクション駆動部を用いる。
【発明の開示】
【０００３】
したがって、本発明の一実施形態は、エンジンシステム用の駆動ターボチャージャを備え、駆動ターボチャージャは、ターボシャフトと、前記ターボシャフト上の第１位置に接続されたコンプレッサと、前記ターボシャフト上の第２位置に接続されたタービンと、前記ターボシャフトに取り付けられた２ピースサンレースであって、精密嵌合によって前記ターボシャフトのシャフト表面Ａと嵌合する第１サンレースピースと、精密嵌合によって前記ターボシャフトのシャフト表面Ｂと嵌合する第２サンレースピースであって、前記ターボシャフトの前記シャフト表面Ｂは、前記ターボシャフトの前記シャフト表面Ａよりも直径が大きく、組み立て中に前記第２サンレースピースが前記ターボシャフトの前記シャフト表面Ａと干渉することなく通過するように形成された第２サンレースピースと、を備えた２ピースサンレースと、前記２ピースサンレースの第１レーストラクション面および第２レーストラクション面に接触し、前記ターボシャフトとトルクの伝達を行うトラクション駆動部と、を備える。
【０００４】
したがって、本発明の実施形態は、さらに駆動ターボチャージャの回転アセンブリを組み立てる方法を含み、該方法は、ターボシャフトにシャフト表面Ａおよびシャフト表面Ｂを形成する工程であって、前記ターボシャフトの前記シャフト表面Ｂは、前記ターボシャフトの前記シャフト表面Ａよりも直径が大きい工程と、２ピースサンレースの第２サンレースピースを、前記ターボシャフトの前記シャフト表面Ａと干渉することなく挿入する工程と、前記２ピースサンレースの第２サンレースピースを、精密嵌合により前記ターボシャフトの前記シャフト表面Ｂに嵌合する工程と、前記２ピースサンレースの第１サンレースピースを、精密嵌合により前記ターボシャフトの前記シャフト表面Ａに嵌合する工程と、を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
図１Ａは、トラクション駆動部を備えた駆動ターボチャージャの斜視図である。
図１Ｂは、２ピースサンレースを有するトラクション駆動部を備えた駆動ターボチャージャの斜視図である。
図２は、米国特許第１０，５３９，１５９号の設計に対応する、駆動ターボチャージャ用の単体トラクションバレルの断面図である。
図３は、駆動ターボチャージャのターボシャフトに取り付けられた２ピースサンレースの断面図である。
図４は、組立工程を経た回転アセンブリの分解図である。
図５は、ターボシャフト上の２ピースサンレースを有する回転アセンブリの断面図である。
図６Ａは、回転アセンブリの２ピースサンレースの代替実施形態を示す断面図である。
図６Ｂは、回転アセンブリの２ピースサンレースの代替実施形態を示す断面図である。
図７は、第１サンレースピースと第２サンレースピースとの間にスリーブを追加した回転アセンブリの代替実施形態を示す断面図である。
図８は、第１サンレースピースと第２サンレースピースとが互いに嵌合するように軸方向に延びている２ピースサンレースの代替実施形態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
図１Ａは、トラクション駆動部１０３を備えた駆動ターボチャージャ１０１の斜視図である。駆動ターボチャージャ１０１は、米国特許第１０，５３９，１５９号の先行技術に対応する。ターボシャフト１０５は、ターボシャフト１０５の第１および第２位置に接続されたコンプレッサ１０７およびタービン１０９を有する。トラクション駆動部１０３を追加すると、ターボシャフト１０５が、トラクション駆動部１０３に嵌合するトラクション面、例えばバレルトラクション面１１３、１１５をさらに有するので、駆動ターボチャージャ１０１の組立が複雑になる。駆動ターボチャージャ１０１の部品および組立を簡素化する１つの方法は、ターボシャフト１０５、トラクションバレル１１９、コンプレッサ１０７およびタービン１０９で構成される回転アセンブリ１１７を有することであり、この場合、トラクションバレル１１９は、トラクション駆動部１０３と嵌合するバレルトラクション面１１３、１１５を有する。回転アセンブリ１１７の部品を分離することにより、異なる材料を使用することができるため、バレルトラクション面１１３、１１５に最適化された材料を使用してトラクションバレル１１９を製造し、異なる材料を使用してターボシャフト１０５を製造することができる。また、回転アセンブリ１１７に別々の部品を使用することで、製造がより簡単で経済的な個々の部品を簡素化することができるとともに、一般的に設計の柔軟性を高めることができる。トラクション駆動部１０３は、「ＨｉｇｈＴｏｒｑｕｅＴｒａｃｔｉｏｎＤｒｉｖｅ」と題された２０１４年３月１１日発行の米国特許第８，６６８，６１４号、「ＴｈｒｕｓｔＡｂｓｏｒｂｉｎｇＰｌａｎｅｔａｒｙＴｒａｃｔｉｏｎＤｒｉｖｅＳｕｐｅｒｔｕｒｂｏ」と題された２０１７年６月６日発行の米国特許第９，６７０，８３２号、「ＥｃｃｅｎｔｒｉｃＰｌａｎｅｔａｒｙＴｒａｃｔｉｏｎＤｒｉｖｅＳｕｐｅｒ－Ｔｕｒｂｏｃｈａｒｇｅｒ」と題された２０１８年１０月２３日発行の米国特許１０，１０７，１８３号、「Ｔｗｏ－ＰｉｅｃｅＳｈａｆｔＡｓｓｅｍｂｌｙｆｏｒＤｒｉｖｅｎＴｕｒｂｏｃｈａｒｇｅｒ」と題された２０２０年１月２１日発行の米国特許１０，５３９，１５９号、米国特許第８，６６８，６１４号、第９，６７０，８３２号、第１０，１０７，１８３号、および第１０，５３９，１５９号はすべて、それらが開示し教示するすべてについて、参照により本明細書に具体的に組み込まれる。
【０００７】
図１Ｂは、２ピースサンレース１１８を有するトラクション駆動部１０２を備えた駆動ターボチャージャ１００の斜視図である。駆動ターボチャージャ１００は本発明に対応する。図１Ａのトラクションバレル１１９のような従来技術のような単体の代わりに、２ピースサンレース１１８は、両方ともターボシャフト１０４に嵌合する第１サンレースピース１３０および第２サンレースピース１３２の２つの部品で構成される。２ピースサンレース１１８を２つの別個の部品に分割することにより、トラクション駆動部１０２の組み立てにおいてさらなる柔軟性と改善が可能になる。
【０００８】
図２は、米国特許第１０，５３９，１５９号の設計に対応する、駆動ターボチャージャ２０１用の単体トラクションバレル２１９の断面図である。これは従来の設計であり、本発明の新しい設計が改善しようとする限界がある。単体トラクションバレル２１９は、シャフト表面Ａ２２１およびシャフト表面Ｂ２２３での圧入を介してターボシャフト２０５に取り付けられている。この従来の設計では、単体トラクションバレル２１９は、内部表面２２５の直径が均一であり、同様に、ターボシャフト２０５のシャフト表面Ａ２２１およびシャフト表面Ｂ２２３の直径も互いに同じ直径を有する。単体トラクションバレル２１９の内表面２２５は、その全長にわたって精密機械加工された表面である。同様に、ターボシャフト２０５のシャフト表面Ａ２２１およびシャフト表面Ｂ２２３も、単体トラクションバレル２１９のターボシャフト２０５への正確な嵌合を確実にするために、精密機械加工された表面である。単体トラクションバレル２１９がターボシャフト２０５に押し付けられると、単体トラクションバレル２１９の内面２２５は、シャフト表面Ｂ２２３に押し付けられる前に、単体トラクションバレル２１９の全長にわたってシャフト表面Ａ２２１上を干渉しながら摺動する。ターボシャフト２０５のシャフト表面Ａ２２１上のこの非常に長い圧入は、駆動ターボチャージャ２０１の組立中に問題となる可能性があり、過度に高い圧入力を引き起こし、単体トラクションバレル２１９のシャフト表面Ａ２２１および／または内部表面２２５のかじりまたは他の損傷を引き起こす可能性がある。さらに、駆動ターボチャージャ２０１がターボシャフト２０５の非常に高い回転速度で作動するため、単体トラクションバレル２１９上で、第１バレルトラクション面２１３と第２バレルトラクション面２１５とをできるだけ離間させ、同様にターボシャフト２０５上で、シャフト面Ａ２２１とシャフト面Ｂ２２３とを離間させることが、回転アセンブリ２１７の回転力学にとって有益である。第１バレルトラクション面２１３と第２バレルトラクション面２１５が離れているほど、トラクション駆動部２０３と回転アセンブリ２１７の回転力学はより安定する。回転アセンブリ２１７の振れは、第１バレルトラクション面２１３と第２バレルトラクション面２１５の離隔が大きくなると改善され、それに対応してシャフト面Ａ２２１とシャフト面Ｂ２２３の離隔が大きくなり、その結果、回転アセンブリ２１７の回転バランスが単純化される。しかし、第１バレルトラクション面２１３と第２バレルトラクション面２１５、およびシャフト面Ａ２２１とシャフト面Ｂ２２３の離隔が大きくなると、単片トラクションバレル２１９の長さを長くする必要があり、回転組立体２１７の圧入組立中に単片トラクションバレル２１９の内面２２５がシャフト面Ａ２２１上を干渉しながら摺動する距離が長くなり、組立中に損傷する可能性が高くなる。さらに、単体トラクションバレル２１９の内面２２５の直径の精密機械加工は、単体トラクションバレル２１９の長さが長くなるにつれて、難易度とコストが増大する。
【０００９】
ターボシャフト２０５上への単体トラクションバレル２１９の過度に長く力任せの圧入を回避するためには、シャフト表面Ｂ２２３の直径および単体トラクションバレル２１９の内部表面２２５の対応する嵌合部の直径を大きくすることが有益である。これにより、シャフト表面Ａ２２１の圧入距離は大幅に短縮されるが、単体トラクションバレル２１９の内表面２２５がその長さに沿って２つの異なる内径を有することが必要となり、この部品の製造難易度とコストが増大する。第１バレルトラクション面２１３および第２バレルトラクション面２１５と同様に、内面２２５を含む単体トラクションバレル２１９のすべての嵌合面が同心かつ平行であることが極めて重要であり、そうでなければ、回転アセンブリ２１７の不均衡な回転が生じる。単体トラクションバレル２１９の内面２２５に追加の精密機械加工面を導入すると、この部品の製造が複雑になり、公差精度が低下する。
【００１０】
図３は、駆動ターボチャージャ３００のターボシャフト３０４に取り付けられた２ピースサンレース３１８の断面図である。本発明のこの更新された設計は、回転アセンブリ３１６の設計および組立においてより柔軟性を実現する。２ピースサンレース３１８は、第１サンレースピース３３０と第２サンレースピース３３２とで構成されている。第１サンレースピース３３０は、その外面に形成された第１レーストラクション面３１２を有し、精密嵌合を介してターボシャフト３０４のシャフト面Ａ３２０と嵌合する第１内面３３４を有する。第２サンレースピース３３２は、その外面に形成された第２レーストラクション面３１４を有し、精密嵌合を介してターボシャフト３０４のシャフト面Ｂ３２２と嵌合する第２内面３３６を有する。ターボシャフト３０４上の第１サンレースピース３３０および第２サンレースピース３３２の精密嵌合は、プレス嵌合、スリップ嵌合、またはトランジション嵌合のいずれであってもよい。ターボシャフト３０４のシャフト面Ｂ３２２の直径は、ターボシャフト３０４のシャフト面Ａ３２０よりも大径であり、これに対応して、第２サンレースピース３３２の第２内面３３６の直径は、第１サンレースピース３３０の第１内面３３４の直径よりも大径である。これにより、第２サンレースピース３３２がターボシャフト３０４のシャフト表面Ｂ３２２に精密嵌合する前に、第２サンレースピース３３２が組立中に干渉することなくターボシャフト３０４のシャフト表面Ａ３２０を通過することができる。これにより、図２で説明した従来の設計で必要であった過度に長い圧入が不要になる。図示のように、第１サンレースピース３３０と第２サンレースピース３３２とは、別体であって接触していなくてもよく、あるいは、以下の図に示す代替実施形態で説明するように、それらの間に嵌合面を設けて隣接させてもよい。さらに、２ピースサンレース３１８の各ピース、第１サンレースピース３３０および第２サンレースピース３３２は、それぞれ単一の精密機械加工された内径、第１内面３３４および第２内面３３６のみを有する。これにより、第１サンレースピース３３０および第２サンレースピース３３２の製造が簡素化され、精密加工面の公差をより厳しくすることができる。第１内面３３４および第２内面３３６の精密機械加工面はまた、図２に示す前の設計のように２ピースサンレース３１８の全長である精密機械加工面を有する代わりに、それぞれシャフト表面Ａ３２０およびシャフト表面Ｂ３２２に精密嵌合するのに必要な幅だけにすることができる。トラクション駆動部３０２は、２ピースサンレース３１８の第１レーストラクション面３１２および第２レーストラクション面３１４に接触し、２ピースサンレース３１８とターボシャフト３０４とトルクの伝達を行う。さらに、第１レーストラクション面３１２および第２レーストラクション面３１４は、「ＴｈｒｕｓｔＡｂｓｏｒｂｉｎｇＰｌａｎｅｔａｒｙＴｒａｃｔｉｏｎＤｒｉｖｅＳｕｐｅｒｔｕｒｂｏ」と題された２０１７年６月６日発行の米国特許第９，６７０，８３２号に教示されているように、ターボシャフト３０４上のスラスト力がトラクション駆動部３０２によって吸収されるように、図示されたような形状であってもよく、この特許は、その開示および教示のすべてについて参照により本明細書に具体的に組み込まれる。示されるように、第１サンレースピース３３０上の第１レーストラクション面３１２は、コンプレッサ３０６から離れるにつれて内側に位置するように角度が付けられてもよく、これは、トラクション駆動部３０２の組立中に、駆動ターボチャージャ３００のトラクション駆動部３０２の遊星ローラ３５０がターボシャフト３０４の周りに配置された後に、第１サンレースピース３３０がターボシャフト３０４上に取り付けられる組立工程を可能にする。これにより、トラクション駆動部３０２のより単純で容易な組立工程が可能になる。
（【００１１】以降は省略されています）

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