JP2008144742A

JP2008144742A - スクリュー形過給機の冷却構造

Info

Publication number: JP2008144742A
Application number: JP2006336254A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Tatsuzawa; 正龍沢; Kaoru Kaneko; 薫金子; Nobuhiko Saito; 宣彦斉藤
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2006-12-13
Filing date: 2006-12-13
Publication date: 2008-06-26

Abstract

【課題】冷却水流路における冷却水の圧力損失を低減し、且つ流れの偏りをなくして均一な冷却を可能とすることにより、冷却効率を向上させることのできるスクリュー形過給機の冷却構造を提供する。
【解決手段】本発明のスクリュー形過給機の冷却構造は、スクリュー形過給機１を駆動するためのモータ１２を備え、スクリュー形過給機１とモータ１２とを冷却する冷却構造であって、モータ１２の外周に螺旋状のモータ側冷却水流路２４を設け、このモータ側冷却水流路２４をスクリュー形過給機１の過給機側冷却水流路１１と接続し、モータ側冷却水流路２４を流通した冷却水を過給機側冷却水流路１１へ供給するように構成したことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関等に加圧した空気を供給するスクリュー形過給機の冷却構造に係り、特に冷却水流路における冷却水の圧力損失を低減し、且つ流れの偏りをなくして均一な冷却を可能とし、冷却効率を向上させることができるスクリュー形過給機の冷却構造に関する。

スクリュー形過給機は、螺旋状の雄ロータとこれに噛み合う雌ロータとをケーシング内で相互に逆回転させ、その一端から空気を吸込み、雄ロータ及び雌ロータとケーシングとの間で区画された空間内に導いて圧縮し、これを軸方向に圧送して他端に形成された吐出ポートから吐出する構造となっている。

このようなスクリュー形過給機では、空気を圧縮しているため運転時には吐出口側が高温になるので、冷却水流路を設けて冷却している（例えば、特許文献１参照）。

また、スクリュー形過給機をエンジンのない燃料電池車等のコンプレッサとして利用する場合には、スクリュー形過給機の動力源としてモータが連結されている。このようなモータの冷却構造としてはモータの外周に冷却水流路を設け、この冷却水流路を円周方向へ蛇行させるようにしたものが知られている。

そして、上記のようなスクリュー形過給機とモータとは、それぞれ別々に設けられた冷却系により冷却が行われていた。
特開２００３−２８６８５２号公報

上述した従来のスクリュー形過給機では、冷却水流路の曲がり部分が多いために圧力損失が大きく、また冷却水の流れに偏りが生じるために均一な冷却が困難であった。このため、スクリュー形過給機の冷却効率が悪化してしまうという問題点があった。

本発明の目的は、冷却水流路における冷却水の圧力損失を低減し、且つ流れの偏りをなくして均一な冷却を可能とすることにより、冷却効率を向上させることができるスクリュー形過給機の冷却構造を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明のスクリュー形過給機の冷却構造は、駆動のための動力源となる駆動部を備えたスクリュー形過給機の冷却構造において、前記駆動部の外周に螺旋状の冷却水流路を設けて前記スクリュー形過給機の冷却水流路と接続し、前記駆動部の冷却水流路を流通した冷却水を前記スクリュー形過給機の冷却水流路へ供給するように構成したことを特徴とする。

本発明のスクリュー形過給機によれば、駆動部の外周に螺旋状の冷却水流路を設けたので、冷却水流路における冷却水の圧力損失を低減し、且つ流れの偏りをなくして均一な冷却を行うことが可能となるため、冷却効率を向上させることができる。

また、スクリュー形過給機の冷却水流路と駆動部の冷却水流路とを接続して駆動部の冷却水流路を流通した冷却水をスクリュー形過給機の冷却水流路へ供給するようにしたので、スクリュー形過給機よりも高温になる駆動部を優先して冷却することができ、冷却効率をより向上させることが可能となる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本実施形態に係るスクリュー形過給機の冷却構造を説明するための断面図である。

図１に示すように、本実施形態のスクリュー形過給機１は、互いに噛み合って吸込んだ空気を圧縮する雄ロータ２及び雌ロータ３と、雄ロータ２及び雌ロータ３を収納したロータケーシング部４と、雄ロータ２のロータ軸であるＭ軸５と、雌ロータ３のロータ軸であるＦ軸６と、Ｍ軸５及びＦ軸６を回転可能に支持する軸受７、８と、Ｍ軸５及びＦ軸６を回転駆動するタイミングギア９、１０と、スクリュー形過給機１を冷却するための冷却水を流通させる過給機側冷却水流路１１−８〜１１−１０（以下、総称１１とする）と、スクリュー形過給機１を駆動するモータ（駆動部）１２とを備えている。

また、モータ１２は、マグネットが設けられて回転するロータ２１と、巻線の設けられたステータ２２と、ロータ２１及びステータ２２を内部に収納するモータケース２３と、モータ１２を冷却するための冷却水を流通させるモータ側冷却水流路２４−１〜２４−７（以下、総称２４とする）と、ロータ２１を回転可能に支持するモータ軸受２５とを備えている。このうち、モータ側冷却水流路２４は、後述するように螺旋状に形成されている。また、モータ側冷却水流路２４は、モータ軸受２５の周囲における流路断面積が他の部分の流路断面積よりも大きくなるように形成されている。

そして、モータ側冷却水流路２４の出口側は過給機側冷却水流路１１の入口側と接続されている（接続部分の図示を省略）。これにより、モータ側冷却水流路２４を流通した冷却水はモータ１２を冷却した後、過給機側冷却水流路１１へ供給されてスクリュー形過給機１を冷却することになる。

このように構成された本実施形態のスクリュー形過給機１は、モータ１２に電力が供給されると、ステータ２２に設けられた巻線によって磁界が発生し、この磁界とロータ２１に設けられたマグネットとの間の相互作用によってロータ２１が回転する。

そして、ロータ２１が回転すると、ロータ２１に連結されたタイミングギア９と雄ロータ２が回転し、またタイミングギア９の回転はタイミングギア１０へ伝達されて雌ロータ３を回転させる。

これにより、互いに噛み合った雄ロータ２と雌ロータ３とをそれぞれ逆方向に回転駆動し、吸気口から導入した空気を２本のロータ間で圧縮して吐出口から加圧空気として吐出する。そして、スクリュー形過給機１から吐出された加圧空気は、内燃機関の給気側に過給される。

こうしてモータ１２によってスクリュー形過給機１が駆動されると、冷却水の供給が開始されてモータ１２及びスクリュー形過給機１の冷却が行われる。

まず、図１に示すようにモータ側冷却水流路２４−１に導入された冷却水は、同２４−１〜２４−７の順に流れていくことによってモータ１２を冷却する。さらに、モータ側冷却水流路２４を流れた冷却水は、過給機側冷却水流路１１へ供給されて同１１−８〜１１−１０の順に流れ、スクリュー形過給機１を冷却する。

このようにスクリュー形過給機１よりも優先してモータ１２へ冷却水を流すことにより、スクリュー形過給機１よりも高温となるモータ１２を効率的に冷却することができる。

さらに、スクリュー形過給機１では、ロータケーシング部４よりも軸受７の周辺へ優先して冷却水を流すことにより、熱膨張によってＭ軸５及びＦ軸６の軸芯がぶれることを防止して性能を最大限に引き出せるように構成されている。すなわち、軸受７近傍を通る過給機側冷却水流路１１−８は、雄ロータ２のクリアランスを十分に確保した上で、流路断面積がなるべく大きくなるように設定されており、これによって軸受７を十分に冷却し、熱膨張によるＭ軸５及びＦ軸６のぶれを防止することができる。

次に、モータ側冷却水流路２４の形状について説明する。モータ側冷却水流路２４は、図２に示すように、モータケース２３の内部に螺旋状に形成されるとともに、モータ軸受２５の周囲における冷却水流路の流路断面積は他の部分の流路断面積よりも大きくなるように形成されている。

このように、モータ側冷却水流路２４を螺旋状に形成したことにより、冷却水の流れに抵抗となるような曲がり部分がなくなり、圧力損失を低減させることができる。また、冷却水の流れに偏りが生じないため均一な冷却を行うことができる。

さらに、モータ軸受２５の周囲における流路断面積を大きくしたことにより、ロータ２１のモータ軸とモータ軸受２５の両方を効果的に冷却することができ、モータ軸受２５周辺の変形を抑えてロータ２１の軸芯が振れることを防止できる。

次に、スクリュー形過給機１における冷却水の流れを図３及び図４に基づいて説明する。図３は過給機側冷却水流路１１を立体的に示す斜視図、図４はスクリュー形過給機１の側面図である。図３及び図４ともにモータ１２は簡略化して示している。

図３に示すように、過給機側冷却水流路１１は軸受７の周囲を取り囲むようにして流路が形成され、モータ側冷却水流路２４から流入した冷却水を軸受７の周囲に優先的に流通させて冷却している。

そして、軸受７の周囲を流通した冷却水は、図３及び図４に示すように吐出口３１の下側から側面へと流れて吐出口３１周辺のロータケーシング部４を冷却し、スクリュー形過給機１の上部から排出される。

これにより、スクリュー形過給機１の中で最も温度の高くなる吐出口３１周辺を冷却できるので、熱膨張によって雄ロータ２及び雌ロータ３とロータケーシング部４との間の隙間が増加して性能を低下させることを防止できる。

また、図１及び図２では、モータ側冷却水流路２４と過給機側冷却水流路１１が１本の冷却水流路になっているが、複数条の冷却水流路を設けても良い。

このように本実施形態のスクリュー形過給機の冷却構造では、モータ１２の外周に螺旋状のモータ側冷却水流路２４を設けたので、冷却水の圧力損失を低減させることができ、且つ冷却水の流れに偏りが生じないため均一な冷却が可能となるため、冷却効率を向上させることができる。

また、モータ側冷却水流路２４を過給機側冷却水流路１１と接続してモータ１２側からスクリュー形過給機１側へ冷却水を供給するようにしたので、スクリュー形過給機１よりも高温になるモータ１２を優先して冷却することができ、冷却効率をより向上させることが可能となる。さらに、導入した冷却水を有効利用できるとともに、冷却水の供給構造を簡素化することも可能となる。

また、本実施形態のスクリュー形過給機の冷却構造では、モータ側冷却水流路２４のモータ軸受２５の周囲における流路断面積を他の部分の流路断面積よりも大きくなるように形成したので、ロータ２１のモータ軸とモータ軸受２５の両方を効果的に冷却することができ、モータ軸受２５周辺の変形を抑えてロータ２１の軸芯が振れることを防止できる。

本発明の実施形態に係るスクリュー形過給機の冷却構造を示す断面図である。本発明の実施形態に係るスクリュー形過給機の冷却構造におけるモータ側の冷却水流路の形状を示す図である。本発明の実施形態に係るスクリュー形過給機の冷却構造における過給機側の冷却水流路の形状を示す図である。本発明の実施形態に係るスクリュー形過給機の冷却構造における過給機側の冷却水流路の形状を示す側面図である。

符号の説明

１スクリュー形過給機
２雄ロータ
３雌ロータ
４ロータケーシング部
５Ｍ軸
６Ｆ軸
７、８軸受
９、１０タイミングギア
１１過給機側冷却水流路
１２モータ（駆動部）
２１ロータ
２２ステータ
２３モータケース
２４モータ側冷却水流路
２５モータ軸受
３１吐出口

Claims

駆動のための動力源となる駆動部を備えたスクリュー形過給機の冷却構造において、
前記駆動部の外周に螺旋状の冷却水流路を設けて前記スクリュー形過給機の冷却水流路と接続し、前記駆動部の冷却水流路を流通した冷却水を前記スクリュー形過給機の冷却水流路へ供給するように構成したことを特徴とするスクリュー形過給機の冷却構造。
前記駆動部の冷却水流路は、前記駆動部の軸受部分における流路断面積が他の部分の流路断面積よりも大きくなるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載のスクリュー形過給機の冷却構造。