特許 6869063 過給機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6869063

(24)【登録日】2021年4月15日

(45)【発行日】2021年5月12日

(54)【発明の名称】過給機

(51)【国際特許分類】

   F02B 39/00 20060101AFI20210426BHJP

   F02D 23/00 20060101ALI20210426BHJP

   F04D 27/00 20060101ALI20210426BHJP

   F04D 29/058 20060101ALI20210426BHJP

   F04D 29/051 20060101ALI20210426BHJP

   F16C 32/04 20060101ALI20210426BHJP

【ＦＩ】

   F02B39/00 L

   F02D23/00 N

   F04D27/00 Z

   F04D29/058

   F04D29/051

   F16C32/04 A

【請求項の数】3

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2017-56267(P2017-56267)

(22)【出願日】2017年3月22日

(65)【公開番号】特開2018-159300(P2018-159300A)

(43)【公開日】2018年10月11日

【審査請求日】2019年11月25日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006208

【氏名又は名称】三菱重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】特許業務法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】吉田 豊隆

(72)【発明者】

【氏名】山下 幸生

(72)【発明者】

【氏名】二江 貴也

【審査官】 沼生 泰伸

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−００７７２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５７−１１９１０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５９−１８６５２０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０１６−０１７４２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６２−０３６２３１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開昭６３−０２６７２７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０１４−１２５９４６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｂ ３９／００

Ｆ０２Ｄ ２３／００

Ｆ０４Ｄ ２７／００

Ｆ０４Ｄ ２９／０５１

Ｆ０４Ｄ ２９／０５８

Ｆ１６Ｃ ３２／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

中空形状をなすハウジングと、
前記ハウジングに回転自在に支持される回転軸と、
前記回転軸における軸方向の一端部に設けられるタービンと、
前記回転軸における軸方向の他端部に設けられる非金属性をなすコンプレッサと、
前記コンプレッサの背面側に固定される第１磁力発生部材と、
前記第１磁力発生部材に対向するように前記ハウジングに固定される第２磁力発生部材と、
前記回転軸に作用するスラスト荷重に応じて前記第１磁力発生部材または前記第２磁力発生部材の磁力を制御する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記コンプレッサに作用する圧力と前記タービンに作用する圧力に基づいて前記回転軸に作用するスラスト荷重を算出し、算出したスラスト荷重に応じて前記第１磁力発生部材または前記第２磁力発生部材の磁力を制御し、前記コンプレッサの軸方向位置が予め設定された許容範囲にないときに、前記コンプレッサの軸方向位置に応じて前記第１磁力発生部材または前記第２磁力発生部材の磁力を補正する、
ことを特徴とする過給機。

【請求項2】

前記第１磁力発生部材は、非金属製の回転容器に永久磁石が埋設される回転体であることを特徴とする請求項１に記載の過給機。

【請求項3】

前記第１磁力発生部材は、周方向に所定間隔で配置される複数の永久磁石であり、前記第２磁力発生部材は、電磁石であることを特徴とする請求項２に記載の過給機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、タービンとコンプレッサとが回転軸により連結される過給機に関するものである。

【背景技術】

【0002】

排気タービン過給機は、コンプレッサとタービンとが回転軸により一体に連結され、このコンプレッサ及びタービンがハウジング内に回転自在に収容されて構成されている。そして、排気ガスがハウジング内に供給され、タービンを回転することで回転軸が駆動回転し、コンプレッサを回転駆動する。コンプレッサは、外部から空気を吸入し、羽根車で加圧して圧縮空気とし、この圧縮空気を内燃機関などに供給する。

【0003】

このような排気タービン過給機において、コンプレッサが遠心式であり、タービンが軸流式である。コンプレッサは、軸方向から吸入した流体をブレードが圧縮して径方向に吐出することから、背面に圧縮空気の吐出圧が作用する。一方、タービンは、径方向から流入した流体によりタービン翼が回転して軸方向に排出することから、タービン翼に流体の流入圧が作用する。このとき、コンプレッサの背面に作用する吐出圧がタービンのタービン翼に作用する流入圧より大きいことから、回転軸は、タービン側からコンプレッサ側へのスラスト荷重が作用する。そのため、スラスト軸受は、このスラスト荷重を受け止めるための能力を確保する必要があり、大型化することで機械的な損失が発生し、過給機は、応答時のレスポンスが低下してしまうおそれがある。

【0004】

そのため、過給機のスラスト軸受として、磁気軸受を適用することが考えられている。
例えば、下記特許文献１に記載されたターボチャージャは、コンプレッサホイールの背面部に円板上永久磁石を固定する一方、固定側に電磁石を固定し、コンプレッサホイールと電磁石の相対位置を検出し、電磁石の制御回路を制御するものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】実開昭６２−０３６２３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

一般に、コンプレッサホイールは、金属製である。特許文献１に記載されたターボチャージャのように、コンプレッサホイールの背面部に円板上永久磁石を固定し、固定側に電磁石を固定し、コンプレッサホイールと電磁石の相対位置に応じて電磁石の制御回路を制御すると、コンプレッサホイールが金属製（磁性体）であることから、電磁誘導により大きな渦電流が発生する。この渦電流は、コンプレッサホイールの回転方向とは逆方向のトルクを発生させることから、過給機の効率が損失してしまうという問題がある。

【0007】

本発明は、上述した課題を解決するものであり、スラスト荷重に対する機械的な損失の発生を抑制すると共に効率の低下を抑制する過給機を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上述の目的を達成するために、本発明の過給機は、中空形状をなすハウジングと、前記ハウジングに回転自在に支持される回転軸と、前記回転軸における軸方向の一端部に設けられるタービンと、前記回転軸における軸方向の他端部に設けられる非金属性をなすコンプレッサと、前記コンプレッサの背面側に固定される第１磁力発生部材と、前記第１磁力発生部材に対向するように前記ハウジングに固定される第２磁力発生部材と、前記回転軸に作用するスラスト荷重に応じて前記第１磁力発生部材または前記第２磁力発生部材の磁力を制御する制御装置と、を備えることを特徴とするものである。

【0009】

従って、回転軸に作用するスラスト荷重に応じて第１磁力発生部材または第２磁力発生部材の磁力を制御することで、回転軸に作用するスラスト荷重を打ち消すことができ、過大なスラスト荷重を適正に受け止めることができ、回転軸を適正に支持することができる。また、コンプレッサが非金属性であることから、電磁誘導により発生する渦電流を低減することができる。その結果、スラスト荷重に対する機械的な損失の発生を抑制することができると共に、効率の低下を抑制することができる。

【0010】

本発明の過給機では、前記第１磁力発生部材と前記第２磁力発生部材のいずれか一方は、周方向に所定間隔で配置される複数の永久磁石であり、前記いずれか他方は、電磁石であることを特徴としている。

【0011】

従って、第１磁力発生部材と第２磁力発生部材の一方を周方向に所定間隔で配置する複数の永久磁石とすることで、複数の永久磁石により発生する渦電流を低減することができ、スラスト荷重に対する機械的な損失の発生を抑制することができる。

【0012】

本発明の過給機では、前記複数の永久磁石は、非金属製の回転体に埋設されることを特徴としている。

【0013】

従って、複数の永久磁石を非金属製の回転体に埋設することで、部材のコンパクト化や装着性の向上を図ることができる。

【0014】

本発明の過給機では、前記制御装置は、前記コンプレッサに作用する圧力と前記タービンに作用する圧力に基づいて前記回転軸に作用するスラスト荷重を算出し、算出したスラスト荷重に応じて前記第１磁力発生部材または前記第２磁力発生部材の磁力を制御することを特徴としている。

【0015】

従って、コンプレッサに作用する圧力とタービンに作用する圧力との偏差に基づいて算出したスラスト荷重に応じて第１磁力発生部材または第２磁力発生部材の磁力を制御することで、回転軸に作用するスラスト荷重を打ち消すことができ、過大なスラスト荷重を適正に受け止めることができる。

【0016】

本発明の過給機では、前記制御装置は、前記コンプレッサの軸方向位置に応じて前記第１磁力発生部材または前記第２磁力発生部材の磁力を制御することを特徴としている。

【0017】

従って、コンプレッサの軸方向位置に応じて第１磁力発生部材または第２磁力発生部材の磁力を制御することで、回転軸に作用するスラスト荷重を打ち消すことができ、過大なスラスト荷重を適正に受け止めることができる。

【0018】

本発明の過給機では、前記制御装置は、前記コンプレッサに作用する圧力と前記タービンに作用する圧力に基づいて前記回転軸に作用するスラスト荷重を算出し、算出したスラスト荷重に応じて前記第１磁力発生部材または前記第２磁力発生部材の磁力を制御し、前記コンプレッサの軸方向位置が予め設定された許容範囲にないときに、前記コンプレッサの軸方向位置に応じて前記第１磁力発生部材または前記第２磁力発生部材の磁力を補正することを特徴としている。

【0019】

従って、コンプレッサに作用する圧力とタービンに作用する圧力に基づいて算出したスラスト荷重に応じて第１磁力発生部材または第２磁力発生部材の磁力を制御し、コンプレッサの軸方向位置が許容範囲にないときに、コンプレッサの軸方向位置に応じて第１磁力発生部材または第２磁力発生部材の磁力を補正することで、回転軸に作用するスラスト荷重を高精度に算出して回転軸に作用するスラスト荷重を適正に打ち消すことができる。

【発明の効果】

【0020】

本発明の過給機によれば、スラスト荷重に対する機械的な損失の発生を抑制することができると共に、効率の低下を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】図１は、第１実施形態の排気タービン過給機を表す全体構成図である。

【図2】図２は、コンプレッサに固定される回転体の正面図である。

【図3】図３は、コンプレッサに固定される回転体の変形例を表す正面図である。

【図4】図４は、排気タービン過給機の制御系統を表すブロック図である。

【図5】図５は、排気タービン過給機のスラスト荷重制御を表すフローチャートである。

【図6】図６は、第２実施形態の排気タービン過給機の制御系統を表すブロック図である。

【図7】図７は、排気タービン過給機のスラスト荷重制御を表すフローチャートである。

【図8】図８は、第３実施形態の排気タービン過給機の制御系統を表すブロック図である。

【図9】図９は、排気タービン過給機のスラスト荷重制御を表すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下に添付図面を参照して、本発明に係る過給機の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。

【0023】

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態の排気タービン過給機を表す全体構成図である。

【0024】

図１に示すように、排気タービン過給機１１は、主に、タービン１２と、コンプレッサ１３と、回転軸１４とにより構成され、これらがハウジング１５内に収容されている。

【0025】

ハウジング１５は、内部が中空に形成され、タービン１２の構成を収容する第一空間部Ｓ１をなすタービンハウジング１５Ａと、コンプレッサ１３の構成を収容する第二空間部Ｓ２をなすコンプレッサハウジング１５Ｂと、回転軸１４を収容する第三空間部Ｓ３をなすベアリングハウジング１５Ｃとを有している。ベアリングハウジング１５Ｃの第三空間部Ｓ３は、タービンハウジング１５Ａの第一空間部Ｓ１とコンプレッサハウジング１５Ｂの第二空間部Ｓ２との間に位置している。

【0026】

回転軸１４は、タービン１２側の端部がタービン側軸受であるジャーナル軸受２１により回転自在に支持され、コンプレッサ１３側の端部がコンプレッサ側軸受であるジャーナル軸受２２により回転自在に支持され、且つ、スラスト軸受２３により回転軸１４が延在する軸方向への移動を規制されている。回転軸１４は、軸方向における一端部にタービン１２のタービンディスク２４が固定されている。タービンディスク２４は、タービンハウジング１５Ａの第一空間部Ｓ１に収容され、外周部に軸流型をなす複数のタービン翼２５が周方向に所定間隔で設けられている。また、回転軸１４は、軸方向における他端部にコンプレッサ１３のコンプレッサ羽根車２６が固定されている。コンプレッサ羽根車２６は、コンプレッサハウジング１５Ｂの第二空間部Ｓ２に収容され、外周部に複数のブレード２７が周方向に所定間隔で設けられている。

【0027】

タービンハウジング１５Ａは、タービン翼２５に対して排気ガスの入口通路３１と排気ガスの出口通路３２が設けられている。そして、タービンハウジング１５Ａは、入口通路３１とタービン翼２５との間にタービンノズル３３が設けられており、このタービンノズル３３により静圧膨張された軸方向の排気ガス流が複数のタービン翼２５に導かれることで、タービン１２を駆動回転することができる。コンプレッサハウジング１５Ｂは、コンプレッサ羽根車２６に対して吸入口３４と圧縮空気吐出口３５が設けられている。そして、コンプレッサハウジング１５Ｂは、コンプレッサ羽根車２６と圧縮空気吐出口３５との間にディフューザ３６が設けられている。コンプレッサ羽根車２６により圧縮された空気は、ディフューザ３６を通って排出される。

【0028】

そのため、この排気タービン過給機１１は、エンジン（図示せず）から排出された排ガスによりタービン１２が駆動し、タービン１２の回転が回転軸１４に伝達されてコンプレッサ１３が駆動し、このコンプレッサ１３が燃焼用気体を圧縮してエンジンに供給する。従って、エンジンからの排気ガスは、排気ガスの入口通路３１を通り、タービンノズル３３により静圧膨張され、軸方向の排気ガス流が複数のタービン翼２５に導かれることで、複数のタービン翼２５が固定されたタービンディスク２４を介してタービン１２が駆動回転する。そして、複数のタービン翼２５を駆動した排気ガスは、出口通路３２から外部に排出される。一方、タービン１２により回転軸１４が回転すると、一体のコンプレッサ羽根車２６が回転し、吸入口３４を通って空気が吸入される。吸入された空気は、コンプレッサ羽根車２６で加圧されて圧縮空気となり、この圧縮空気は、ディフューザ３６を通り、圧縮空気吐出口３５からエンジンに供給される。

【0029】

第１実施形態の排気タービン過給機１１にて、タービン１２とコンプレッサ１３と回転軸１４は、スラスト軸受２３により支持されており、このスラスト軸受２３は、磁気軸受となっている。

【0030】

即ち、コンプレッサ１３にて、少なくともコンプレッサ羽根車２６は、非金属により形成されている。ここで、非金属としては、プラスチック、樹脂、セラミックなどの非磁性体が適用される。このコンプレッサ１３にて、コンプレッサ羽根車２６は、背面２６ａに第１磁力発生部材としての回転体４１が固定されている。一方、コンプレッサハウジング１５Ｂは、コンプレッサ羽根車２６の背面２６ａに対向する壁面１５Ｂａに第２磁力発生部材としての電磁石４２が固定されている。ここで、回転体（第１磁力発生部材）４１と電磁石（第２磁力発生部材）４２とは、回転軸１４の軸方向に対向して配置されている。

【0031】

図２は、コンプレッサに固定される回転体の正面図、図３は、コンプレッサに固定される回転体の変形例を表す正面図である。

【0032】

回転体４１は、図１及び図２に示すように、非金属性の回転容器５１内に周方向に所定間隔（好ましくは、等間隔）で複数の永久磁石５２が埋設されて構成されている。この場合、永久磁石５２を円板形状に形成する一方、回転容器５１の平面部に周方向に所定間隔で複数の開口穴５３を形成し、各永久磁石５２をこの開口穴５３にそれぞれ嵌合して固定すればよい。また、回転体４１は、中心部に回転軸１４が貫通する貫通孔５４が設けられている。

【0033】

なお、回転体４１は、上述した構成に限定されるものではない。例えば、図３に示すように、回転体４６は、非金属性の回転容器５６内に周方向に１個の永久磁石５７が埋設されて構成されている。この場合、永久磁石５７をリング形状に形成する一方、回転容器５６の平面部にリング形状をなす開口穴５８を形成し、永久磁石５７をこの開口穴５８に嵌合して固定すればよい。また、回転体４６は、中心部に回転軸１４が貫通する貫通孔５９が設けられている。

【0034】

一方、電磁石４２は、中心部に回転軸１４が貫通する貫通孔が設けられたリング形状をなしている。電磁石４２は、後述する制御装置により付与する電流を調整することで、発生する磁力の大きさを調整することができる。本実施例にて、回転体４１の永久磁石５２（５７）と電磁石４２は、対向する面が同極となるように配置され、永久磁石５２（５７）と電磁石４２とは、互いに離間する方向に磁力が作用する。

【0035】

ここで、スラスト軸受２３により回転軸１４の軸受制御について説明する。図４は、排気タービン過給機の制御系統を表すブロック図、図５は、排気タービン過給機のスラスト荷重制御を表すフローチャートである。

【0036】

図１及び図４に示すように、エンジン１０は、コンプレッサ１３から圧縮空気が供給され、排ガスがタービン１２に排出される。制御装置６５は、回転軸１４に作用するスラスト荷重に応じて電磁石４２の磁力を制御する。コンプレッサ１３にて、吸入口３４の吸入圧力を計測する第１圧力センサ６１と、圧縮空気吐出口３５の吐出圧力を計測する第２圧力センサ６２が設けられている。また、タービン１２にて、入口通路３１の入口圧力を計測する第３圧力センサ６３と、出口通路３２の出口圧力を計測する第４圧力センサ６４が設けられている。制御装置６５は、第１圧力センサ６１から吸入圧力が入力されると共に、第２圧力センサ６２から吐出圧力が入力される。また、制御装置６５は、第３圧力センサ６３から入口圧力が入力されると共に、第４圧力センサ６４から出口圧力が入力される。

【0037】

制御装置６５は、吸入圧力と吐出圧力の偏差に基づいてコンプレッサ羽根車２６の背面２６ａに作用する圧力を算出し、コンプレッサ１３から回転軸１４に作用するスラスト荷重を算出する。また、制御装置６５は、入口圧力と出口圧力の偏差に基づいてタービンディスク２４のタービン翼２５に作用する圧力を算出し、タービン１２から回転軸１４に作用するスラスト荷重を算出する。この場合、コンプレッサ１３は遠心式であることから、コンプレッサ１３から回転軸１４に作用するスラスト荷重は、ハウジング１５に対して回転軸１４がコンプレッサ１３側に押圧される荷重である。一方、タービン１２は、軸流式であることから、タービン１２から回転軸１４に作用するスラスト荷重は、ハウジング１５に対して回転軸１４がタービン１２側に押圧される荷重である。そして、コンプレッサ１３から回転軸１４に作用するスラスト荷重は、タービン１２から回転軸１４に作用するスラスト荷重よりも過大であることから、回転軸１４に作用するスラスト荷重は、ハウジング１５に対して回転軸１４がコンプレッサ１３側に押圧される荷重となる。

【0038】

そのため、制御装置６５は、ハウジング１５に対して回転軸１４がコンプレッサ１３側に押圧されるスラスト荷重が打ち消されるように、スラスト軸受２３の電磁石４２の磁力を制御する。即ち、回転軸１４に作用するスラスト荷重と同等の押圧力（吸引力）が発生するように、電磁石４２に付与する電流値を制御する。この場合、回転軸１４に作用するスラスト荷重と電磁石４２の制御量（電流値）との関係は、予め実験や解析などにより求めて特性マップを作成し、制御装置６５は、この特性マップを用いて電磁石４２の制御量を出力する。

【0039】

具体的に説明すると、図５に示すように、ステップＳ１１にて、制御装置６５は、各圧力センサ６１，６２，６３，６４から各計測値を取得する。ステップＳ１２にて、制御装置６５は、各圧力センサ６１，６２，６３，６４から各計測値に基づいて回転軸１４に作用するスラスト荷重を算出する。ステップＳ１３にて、制御装置６５は、算出したスラスト荷重に応じて電磁石４２の制御量、つまり、電磁石４２に付与する電流値を算出する。そして、ステップＳ１４にて、制御装置６５は、電磁石４２を制御量により制御、つまり、電磁石４２に所定の電流値を付与する。すると、電磁石４２の吸引力により回転体４１（永久磁石５２）を介してコンプレッサ１３が接近することで、回転軸１４がタービン１２側に押圧される。回転軸１４に作用するスラスト荷重は、ハウジング１５に対して回転軸１４がコンプレッサ１３側に押圧される荷重であり、スラスト軸受２３によりハウジング１５に対して回転軸１４をタービン１２側に押圧する荷重を作用させる。その結果、回転軸１４は、所定の軸方向位置に維持されることとなる。

【0040】

このように第１実施形態の過給機にあっては、中空形状をなすハウジング１５と、ハウジング１５に回転自在に支持される回転軸１４と、回転軸１４における軸方向の一端部に設けられるタービン１２と、回転軸１４における軸方向の他端部に設けられる非金属製をなすコンプレッサ１３と、コンプレッサ１３の背面側に固定される第１磁力発生部材と、第１磁力発生部材に対向するようにハウジング１５に固定される第２磁力発生部材と、回転軸１４に作用するスラスト荷重に応じて第１磁力発生部材または第２磁力発生部材の磁力を制御する制御装置６５とを設けている。

【0041】

本実施形態では、第１磁力発生部材として、永久磁石５２，５７を有する回転体４１，４６をコンプレッサ１３に固定し、第２磁力発生部材として、電磁石４２をハウジング１５に固定している。

【0042】

従って、回転軸１４に作用するスラスト荷重に応じて電磁石４２の磁力を制御することで、回転軸１４に作用するスラスト荷重を打ち消すことができ、過大なスラスト荷重を適正に受け止めることができ、回転軸１４を適正に支持することができる。また、コンプレッサ１３が非金属性であることから、電磁誘導により発生する渦電流を低減することができる。その結果、スラスト荷重に対する機械的な損失の発生を抑制することができると共に、効率の低下を抑制することができる。

【0043】

第１実施形態の過給機では、複数の永久磁石５２，５７を周方向に所定間隔で配置した回転体４１，４６をコンプレッサ１３に固定し、電磁石４２をハウジング１５に固定している。従って、複数の永久磁石５２，５７を周方向に所定間隔で配置することで、複数の永久磁石５２，５７により発生する渦電流を低減することができ、スラスト荷重に対する機械的な損失の発生を抑制することができる。

【0044】

第１実施形態の過給機では、複数の永久磁石５２，５７を非金属製の回転容器５１，５６に埋設している。従って、部材のコンパクト化や装着性の向上を図ることができる。

【0045】

第１実施形態の過給機では、制御装置６５は、コンプレッサ１３に作用する圧力とタービン１２に作用する圧力に基づいて回転軸１４に作用するスラスト荷重を算出し、算出したスラスト荷重に応じて電磁石４２の磁力を制御する。従って、回転軸１４に作用するスラスト荷重を打ち消すことができ、過大なスラスト荷重を適正に受け止めることができる。

【0046】

［第２実施形態］
図６は、第２実施形態の排気タービン過給機の制御系統を表すブロック図、図７は、排気タービン過給機のスラスト荷重制御を表すフローチャートである。なお、本実施形態の基本的な構成は、上述した第１実施形態と同様であり、図１を用いて説明し、上述した実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

【0047】

図１及び図６に示すように、制御装置６５は、回転軸１４に作用するスラスト荷重に応じて電磁石４２の磁力を制御する。コンプレッサ１３にて、コンプレッサ羽根車２６の軸方向位置、つまり、回転体４１と電磁石４２との隙間量を計測する位置センサ６６が設けられている。制御装置６５は、位置センサ６６からコンプレッサ羽根車２６の軸方向位置（回転体４１と電磁石４２との隙間量）が入力される。

【0048】

制御装置６５は、回転体４１と電磁石４２との隙間量と予め設定された適正隙間量との偏差を算出し、この偏差に基づいてスラスト軸受２３の電磁石４２の磁力を制御する。即ち、制御装置６５は、回転体４１と電磁石４２との隙間量と適正隙間量との偏差が０となるように、スラスト軸受２３の電磁石４２の磁力を制御、つまり、電磁石４２に付与する電流値を制御する。この場合、実際の隙間量と適正隙間量との偏差と電磁石４２の制御量（電流値）との関係は、予め実験や解析などにより求めて特性マップを作成し、制御装置６５は、この特性マップを用いて電磁石４２の制御量を出力する。

【0049】

具体的に説明すると、図７に示すように、ステップＳ２１にて、制御装置６５は、位置センサ６６から計測値を取得する。ステップＳ２２にて、制御装置６５は、位置センサ６６から計測値に基づいて電磁石４２の制御量、つまり、電磁石４２に付与する電流値を算出する。そして、ステップＳ２３にて、制御装置６５は、電磁石４２を制御量により制御、つまり、電磁石４２に所定の電流値を付与する。すると、電磁石４２の吸引力により回転体４１（永久磁石５２）を介してコンプレッサ１３が接近することで、回転軸１４がタービン１２側に押圧される。回転軸１４に作用するスラスト荷重は、ハウジング１５に対して回転軸１４がコンプレッサ１３側に押圧される荷重であり、回転軸１４が正規の位置よりコンプレッサ１３側に移動している。そのため、スラスト軸受２３によりハウジング１５に対して回転軸１４をタービン１２側に押圧する荷重を作用させる。その結果、回転軸１４は、正規の位置に戻されて所定の軸方向位置に維持されることとなる。

【0050】

このように第２実施形態の過給機にあっては、制御装置６５は、コンプレッサ１３の軸方向位置に応じて電磁石４２の磁力を制御する。従って、回転軸１４に作用するスラスト荷重を打ち消すことができ、過大なスラスト荷重を適正に受け止めることができる。

【0051】

[第３実施形態]
図８は、第３実施形態の排気タービン過給機の制御系統を表すブロック図、図９は、排気タービン過給機のスラスト荷重制御を表すフローチャートである。なお、本実施形態の基本的な構成は、上述した第１実施形態と同様であり、図１を用いて説明し、上述した実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

【0052】

図１及び図８に示すように、制御装置６５は、回転軸１４に作用するスラスト荷重に応じて電磁石４２の磁力を制御する。コンプレッサ１３にて、吸入口３４の吸入圧力を計測する第１圧力センサ６１と、圧縮空気吐出口３５の吐出圧力を計測する第２圧力センサ６２が設けられている。また、タービン１２にて、入口通路３１の入口圧力を計測する第３圧力センサ６３と、出口通路３２の出口圧力を計測する第４圧力センサ６４が設けられている。制御装置６５は、吸入圧力と吐出圧力の偏差に基づいてコンプレッサ羽根車２６の背面２６ａに作用する圧力を算出し、コンプレッサ１３から回転軸１４に作用するスラスト荷重を算出する。また、制御装置６５は、入口圧力と出口圧力の偏差に基づいてタービンディスク２４のタービン翼２５に作用する圧力を算出し、タービン１２から回転軸１４に作用するスラスト荷重を算出する。

【0053】

制御装置６５は、ハウジング１５に対して回転軸１４がコンプレッサ１３側に押圧されるスラスト荷重が打ち消されるように、スラスト軸受２３の電磁石４２の磁力を制御する。即ち、回転軸１４に作用するスラスト荷重と同等の押圧力（吸引力）が発生するように、電磁石４２に付与する電流値を制御する。

【0054】

また、コンプレッサ１３にて、コンプレッサ羽根車２６の軸方向位置、つまり、回転体４１と電磁石４２との隙間量を計測する位置センサ６６が設けられている。制御装置６５は、回転体４１と電磁石４２との隙間量と予め設定された適正隙間量との偏差を算出し、この偏差に基づいて回転軸１４に作用するスラスト荷重を算出する。そのため、制御装置６５は、回転体４１と電磁石４２との隙間量と適正隙間量との偏差が０となるように、スラスト軸受２３の電磁石４２の磁力を制御、つまり、電磁石４２に付与する電流値を制御する。

【0055】

具体的に説明すると、図９に示すように、ステップＳ３１にて、制御装置６５は、各圧力センサ６１，６２，６３，６４から各計測値を取得する。ステップＳ３２にて、制御装置６５は、各圧力センサ６１，６２，６３，６４から各計測値に基づいて回転軸１４に作用するスラスト荷重を算出する。ステップＳ３３にて、制御装置６５は、算出したスラスト荷重に応じて電磁石４２の制御量、つまり、電磁石４２に付与する電流値を算出する。そして、ステップＳ３４にて、制御装置６５は、電磁石４２を制御量により制御、つまり、電磁石４２に所定の電流値を付与する。すると、電磁石４２の吸引力により回転体４１（永久磁石５２）を介してコンプレッサ１３が接近することで、回転軸１４がタービン１２側に押圧される。回転軸１４に作用するスラスト荷重は、ハウジング１５に対して回転軸１４がコンプレッサ１３側に押圧される荷重であり、スラスト軸受２３によりハウジング１５に対して回転軸１４をタービン１２側に押圧する荷重を作用させる。その結果、回転軸１４は、所定の軸方向位置に維持されることとなる。

【0056】

次に、ステップＳ３５にて、制御装置６５は、位置センサ６６から計測値を取得する。ステップＳ３６にて、制御装置６５は、回転体４１と電磁石４２との実際の隙間量が、予め設定された適正な隙間量となる許容範囲内にあるかどうかを判定する。ここで、実際の隙間量が許容範囲内にないと判定（Ｎｏ）されると、ステップＳ３７にて、ステップＳ３３で算出した制御量を実際の隙間量と適正隙間量との偏差に応じて補正する。そして、ステップＳ３４からの処理を実行する。一方、実際の隙間量が許容範囲内にあると判定（Ｙｅｓ）されると、処理を終了する。

【0057】

このように第３実施形態の過給機にあっては、制御装置６５は、コンプレッサ１３に作用する圧力とタービン１２に作用する圧力に基づいて回転軸１４に作用するスラスト荷重を算出し、算出したスラスト荷重に応じて電磁石４２の磁力を制御し、コンプレッサ１３の軸方向位置が許容範囲にないときに、コンプレッサ１３の軸方向位置に応じて電磁石４２の磁力を補正する。

【0058】

従って、コンプレッサに作用する圧力とタービンに作用する圧力とコンプレッサの軸方向位置に応じて電磁石４２の磁力を設定することから、回転軸１４に作用するスラスト荷重を高精度に算出して回転軸１４に作用するスラスト荷重を適正に打ち消すことができる。

【0059】

なお、上述した実施形態では、第１磁力発生部材として永久磁石５２，５７を有する回転体４１，４６をコンプレッサ１３に固定し、第２磁力発生部材として電磁石４２をハウジング１５に固定したが、この構成に限定されるものではない。例えば、永久磁石５２，５７をハウジング１５に固定し、電磁石４２をコンプレッサ１３に固定してもよい。また、第１磁力発生部材と第２磁力発生部材との関係は、永久磁石と電磁石の関係に限定されるものではない。例えば、金属部材と電磁石、金属部材とコイル、電磁石と電磁石などの組み合わせでもよく、いずれか一方をコンプレッサに固定し、他方をハウジングに固定すればよい。

【符号の説明】

【0060】

１０ エンジン
１１ 排気タービン過給機
１２ タービン
１３ コンプレッサ
１４ 回転軸
１５ ハウジング
２１，２２ ジャーナル軸受
２３ スラスト軸受
２４ タービンディスク
２５ タービン翼
２６ コンプレッサ羽根車
２７ ブレード
３１ 入口通路
３２ 出口通路
３３ タービンノズル
３４ 吸入口
３５ 圧縮空気吐出口
３６ ディフューザ
４１，４６ 回転体
４２ 電磁石
５１，５６ 回転容器
５２，５７ 永久磁石
６１，６２，６３，６４ 圧力センサ
６５ 制御装置
６６ 位置センサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】