JP2015229990A - Fluid device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、流体装置に関する。 The present invention relates to a fluidic device.
流体装置としての車両用エンジンの過給機には、インペラ(回転翼)を回転駆動する遠心式の過給機が広く用いられている。この種の流体装置としては、例えば、燃料電池自動車において、燃料となる水素を送り込む過給機、水素と酸素の反応により生成された水分や水蒸気を吹き飛ばすブロワー、或いは、エンジンの過給機等がある。これらの流体装置は、電動モータでコンプレッサを駆動しており、運転中に温度上昇する電動モータの冷却手段が備えられている。
例えば、電動モータに回転翼を接続して吸気、送気する電動送風機が特許文献1に開示されている。この電動送風機は、電動モータの駆動によって発生する冷却風によって電動モータを自己冷却する構造となっている。
また、摩擦式変速機により電動モータの回転を増速させてコンプレッサを駆動する過給機が特許文献2に開示されている。この過給器は、駆動源としての電動モータの外側に、冷却水を循環させてモータを冷却する冷却用ジャケットが設けてある。
As a turbocharger for a vehicle engine as a fluid device, a centrifugal supercharger that rotates and drives an impeller (rotary blade) is widely used. As this type of fluid device, for example, in a fuel cell vehicle, there is a supercharger that sends hydrogen as fuel, a blower that blows off moisture or water vapor generated by the reaction of hydrogen and oxygen, or an engine supercharger, etc. is there. These fluid devices drive a compressor with an electric motor, and are provided with a cooling means for the electric motor that rises in temperature during operation.
For example, Patent Literature 1 discloses an electric blower that connects a rotating blade to an electric motor and sucks and feeds air. This electric blower has a structure in which the electric motor is self-cooled by cooling air generated by driving the electric motor.
Further, Patent Document 2 discloses a supercharger that drives a compressor by increasing the rotation of an electric motor by a friction transmission. This supercharger is provided with a cooling jacket for cooling the motor by circulating cooling water outside the electric motor as a drive source.
しかしながら、特許文献1の電動送風機は、送風用の回転翼とは別に、冷却専用の回転翼を設けた構成である。そのため、冷却専用の回転翼は、配置スペースが限られるために風量を稼ぎにくく、モータを効率的に冷却することが難しい。
また、特許文献2の過給機は、冷却用ジャケットに冷却水を循環させるために別途ポンプなどの外部動力が必要となり、コスト高となる。また、冷媒が冷却水であるために、漏出時に周辺機器に悪影響を与える懸念がある。
However, the electric blower of Patent Document 1 has a configuration in which a rotating blade dedicated to cooling is provided separately from a rotating blade for blowing air. Therefore, the rotor blades dedicated for cooling have a limited arrangement space, so that it is difficult to increase the air volume and it is difficult to efficiently cool the motor.
In addition, the supercharger of Patent Document 2 requires an external power such as a pump separately to circulate the cooling water through the cooling jacket, which increases the cost. In addition, since the coolant is cooling water, there is a concern of adversely affecting peripheral devices at the time of leakage.
そこで本発明は、外部動力を用いることなく、低コストで、しかも高効率でモータを冷却できる流体装置を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a fluid device that can cool a motor at low cost and with high efficiency without using external power.
本発明は下記構成からなる。
(1) 回転軸に取り付けられたインペラと、
前記インペラが内部に回転自在に軸支されて、吸入側空間と圧縮側空間とが画成されるコンプレッサハウジングと、
前記インペラを回転駆動するモータと、
前記モータの駆動軸と前記インペラの回転軸との間に設けられ、前記モータの回転を増速して前記回転軸に伝達する変速機と、
を備える流体装置であって、
前記モータの外周を覆う冷却ジャケットと、該冷却ジャケットの外周を覆うケース部材と、を有し、
前記冷却ジャケットの外周には、前記モータの軸方向に沿って複数の第1の凹溝が形成され、
前記第1の凹溝と前記ケース部材の内周面との間で画成される空気流路の軸方向一端部を、前記コンプレッサハウジングの前記吸入側空間に接続する吸気流路を備えることを特徴とする流体装置。
(2) 前記ケース部材の内周に、前記モータの軸方向に沿って第2の凹溝が形成されたことを特徴とする(1)に記載の流体装置。
(3) 前記吸気流路は、前記モータのロータとステータとの間の隙間空間に連通することを特徴とする(1)又は(2)に記載の流体装置。
The present invention has the following configuration.
(1) an impeller attached to a rotating shaft;
A compressor housing in which the impeller is rotatably supported inside to define a suction side space and a compression side space;
A motor for rotationally driving the impeller;
A transmission that is provided between a drive shaft of the motor and a rotation shaft of the impeller, and that accelerates rotation of the motor and transmits the rotation to the rotation shaft;
A fluidic device comprising:
A cooling jacket that covers the outer periphery of the motor, and a case member that covers the outer periphery of the cooling jacket,
A plurality of first concave grooves are formed on the outer periphery of the cooling jacket along the axial direction of the motor,
An intake passage for connecting one axial end of an air passage defined between the first concave groove and the inner peripheral surface of the case member to the suction-side space of the compressor housing; Feature fluidic device.
(2) The fluid device according to (1), wherein a second concave groove is formed along an axial direction of the motor on an inner periphery of the case member.
(3) The fluid device according to (1) or (2), wherein the intake flow path communicates with a gap space between a rotor and a stator of the motor.
本発明の流体装置によれば、外部動力を用いることなく、低コストで、しかも高効率でモータを冷却できる。
また、本発明の流体装置によれば、ケース部材の内周に第2の凹溝が形成されることで、空気流路の流量を増大でき、冷却効率をより高められる。
また、本発明の流体装置によれば、ロータとステータとの間の隙間空間にも吸気流路が連通されることで、モータの発熱源に近い部位を冷却でき、冷却効率を更に高めることができる。
According to the fluid device of the present invention, the motor can be cooled at low cost and with high efficiency without using external power.
Further, according to the fluid device of the present invention, the second concave groove is formed on the inner periphery of the case member, whereby the flow rate of the air flow path can be increased and the cooling efficiency can be further improved.
Further, according to the fluid device of the present invention, the intake flow path is also communicated with the gap space between the rotor and the stator, so that the portion close to the heat source of the motor can be cooled, and the cooling efficiency can be further improved. it can.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。ここでは、流体装置として自己冷却機構を備える過給システムを用いて説明する。
図1は本発明の実施形態を説明するための図で、過給システムの全体図、図2は図1に示す過給システムのA方向矢視図、図3は図2に示す過給システムのB−B断面図、図4は、過給システムの分解斜視図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Here, it demonstrates using a supercharging system provided with a self-cooling mechanism as a fluid apparatus.
FIG. 1 is a diagram for explaining an embodiment of the present invention, and is an overall view of the supercharging system, FIG. 2 is a view in the direction of arrow A of the supercharging system shown in FIG. 1, and FIG. FIG. 4 is an exploded perspective view of the supercharging system.
図1〜図4に示すように、本構成の過給システム100は、主にモータユニット11と、摩擦ローラ式変速機13と、インペラ15(図3参照)と、渦巻管17と、吸気流路19とを備える。本構成の過給システム100は、モータの回転を摩擦ローラ式変速機13の作用により増速してインペラ15に伝達し、インペラ15を高速回転駆動することで大容量の空気を外部に送風する。また、インペラ15の回転により、モータユニット11の外周部にモータ軸方向に沿って複数設けた空気循環路を通じて外気を吸引することで、モータを冷却する構成となっている。
As shown in FIGS. 1 to 4, the
モータユニット11は、全体が円柱状に構成され、図3に示すように、モータ軸方向一端部(図中右方向)に設けたフロントカバー21と、一端部とは反対側の他端部に設けたリアカバー23と、フロントカバー21及びリアカバー23の各中心支持部21a,23aに回転自在に軸支された駆動軸25と、駆動軸25を回転駆動するモータ部27とを備える。モータ部27は、駆動軸25と一体にされたロータ29と、ロータ29の外周に設けられたステータ31とを有する。
As shown in FIG. 3, the
モータユニット11の外周は、円筒状のケース部材であるモータケース33で覆われており、モータケース33の内周は、円筒状の冷却ジャケット35が配置されている。冷却ジャケット35の内周面にはモータ部27のステータ31が固定される。なお、ステータ31と冷却ジャケット35との間に他の部材が介装されてもよいが、モータ冷却の観点からは、モータ部27の発熱源に近い位置に冷却ジャケット35を配置することが好ましい。
The outer periphery of the
冷却ジャケット35の材料としては、熱伝導性の高いアルミ、銅、鉄系の金属材料や、高熱伝導性の樹脂材料が利用可能である。
As the material of the
モータユニット11の駆動軸25は、摩擦ローラ式変速機13の回転入力側の連結部材37(詳細は後述する)に接続され、摩擦ローラ式変速機13の回転出力軸39は、インペラ15が取り付けられている。
The
このインペラ15は、渦巻管17の内部で回転自在に軸支されている。渦巻管17は、吸入側空間となる吸気チャンバ41と圧縮側空間となる過給通路43とが画成されるコンプレッサハウジングである。
The
渦巻管17の吸気チャンバ41は、吸気流路となる連結管45が接続されている。連結管45は、モータユニット11に接続されるフロントカバー21に全周にわたって接合されて内部に空気流路となる環状の空間47が形成された吸気ダクト49に接続されている。
A
フロントカバー21は、吸気ダクト49内の空間47と連通する環状空気流路51が全周にわたって形成されている。空間47は、環状空気流路51の円周方向に沿って徐々に流路断面積が拡大する渦巻状に形成されており、流路抵抗の少ない構造にされている。
The
フロントカバー21の環状空気流路51は、冷却ジャケット35とモータケース33との間で画成される空気流路53の軸方向一端部に接続され、空気流路53の軸方向他端部は、リアカバー23、及びリアカバー23に取り付けた吸気口フード55を通じて大気開放されている。
The annular
摩擦ローラ式変速機13は、回転入力側の連結部材37と、環状ローラ61と、複数の中間ローラ63と、複数の中間ローラ63を回転自在に軸支するキャリア67と、回転出力軸(太陽軸)39とを備える。連結部材37は環状ローラ61に連結されて駆動軸25と一体に回転する。複数の中間ローラ63は、環状ローラ61の内周面と回転出力軸39の外周面との間の環状空間に配置される。
The
これら中間ローラ63は、回転出力軸39を中心とする円周方向に沿って等分配置されるようにキャリア67に軸支され、環状ローラ61の内周面と回転出力軸39の外周面に転がり接触する。
These
駆動軸25が回転駆動されると、その回転トルクが連結部材37を介して環状ローラ61に伝達され、環状ローラ61が回転駆動される。環状ローラ61が回転すると、中間ローラ63が転がり接触して自転及び回転出力軸39を中心に公転する。これにより、環状ローラ61の回転トルクが、中間ローラ63を介して回転出力軸39に伝達される。本構成では、各ローラによって駆動軸25の回転が増速されて回転出力軸39に伝達される。
When the
なお、摩擦ローラ式変速機13の詳細については、例えば、特開2004−156531号公報、特開2014−40892号公報等に基本構造が記載されるので、必要に応じて参照されたい。
The details of the
上記構成の過給システム100によれば、モータ部27により駆動軸25を回転駆動すると、その回転が摩擦ローラ式変速機13により増速され、インペラ15がモータ回転速度よりも高速に回転駆動される。このインペラ15の回転によって、渦巻管17の吸気チャンバ41は負圧となり、連結管45と吸気ダクト49を通じて外気が取り込まれる。このとき、吸気ダクト49の内部における環状の空間47には、吸気口フード55からモータユニット11の空気流路53を通じて外気が取り込まれる。この空気流路53内を流れる空気が冷却媒体となってモータ部27を冷却する。
According to the
次に、モータユニット11の空気流路53について詳細に説明する。
図5は図1に示す過給システム100のC−C断面図、図6は図5のD部の拡大図である。
前述したように、冷却ジャケット35は、モータ部27の外周(本構成例ではステータ31の外周)を覆う筒状部材であり、その外周には、モータ軸方向に沿って複数のジャケット側凹溝(第1の凹溝)71が形成されている。
Next, the
5 is a cross-sectional view taken along the line C-C of the
As described above, the cooling
ジャケット側凹溝71は、冷却ジャケット35の全周にわたって等間隔で形成され、冷却ジャケット35の外周を覆って配置されるモータケース33の内周面で塞がれることで空気流路53Aが画成される。ジャケット側凹溝71は、図示例では軸断面を矩形状としているが、溝深さが深くなるほど周方向溝幅が増加する台形形状や多角形形状、周方向溝幅が減少する三角形状、或いは曲面形状等、いかなる形状であってもよい。ジャケット側凹溝71は、溝壁面や溝底面等の溝内面の面積が広いほど、熱交換効率が高くなるため好ましい。また、冷却ジャケット35の全周にわたって等間隔で形成することで、モータ部27を均等に冷却でき、モータに温度ムラを生じにくくできる。
The jacket-side
本過給システム100によれば、モータユニット11に空気流路53Aを設け、この空気流路53Aを吸気チャンバ41に接続することにより、インペラ15の回転によって空気流路53Aを通じて外気が吸引される。この吸引された空気は過給通路43へ圧縮供給される。よって過給通路43に供給する空気を、空気流路53Aを通じて取り込むために、モータ部27の運転中はモータ部27が冷却され続けることになる。また、モータ部27の冷却のために、冷却媒体を潤滑させる冷却装置を別途に新設することなく、低コストに構成できる。そして、本構成では、冷却媒体が空気であるため、仮に冷却媒体の漏出が生じても、周辺機器に何ら影響を及ぼすことがない。
According to the
また、ジャケット側凹溝71がモータ軸方向と平行に形成されることで、リアカバー23側からフロントカバー21側(図3参照)に向けて空気が流動する際の流動抵抗が小さくなり、効率良く大流量の空気を流動させることができる。なお、ジャケット側凹溝71を螺旋状にモータ軸方向から傾斜して形成すれば、冷却ジャケット35の外周における単位面積当たりの溝の形成割合が増加し、また、流動する空気が溝壁面に吹き当てられるため、放熱効果を高めることができる。
Further, since the jacket-
モータケース33は、ジャケット側凹溝71の溝上部を塞ぐために内周面を円筒面にする以外にも、モータケース33の内周に、モータ軸方向に沿ってケース側凹溝(第2の凹溝)73を形成してもよい。その場合、各ジャケット側凹溝71による空気流路53Aより大きな断面積の空気流路53Bを画成できる。
The
ケース側凹溝73の周方向溝幅は、ジャケット側凹溝71の周方向配置ピッチより長くすることで、複数のジャケット側凹溝71の各空気流路53Aを一つの空気流路53Bに纏めることができ、流動する空気の流動抵抗を一層低減できる。また、流動する空気の流量を増大できるため、放熱効果を高められる。
The circumferential groove width of the case-side recessed
ケース側凹溝73は、モータ軸方向と平行に形成されることに限らず、周方向に形成してもよい。その場合、空気流路の表面積を増大でき、放熱効果が高められる。また、周方向に隣接するジャケット側凹溝71による空気流路53A同士が連通するため、流動する空気を周方向に攪拌でき、局所的な温度上昇を抑制できる。
The case-
更に、ケース側凹溝73も、モータケース33の内周面の全周にわたって等間隔で形成することで、モータ部27を均等に冷却できる。モータ部27の鉛直方向上方等の特に熱が籠もりやすい部位には、ジャケット側凹溝71やケース側凹溝73の配置密度を他の部位よりも高めることで、冷却能力に分布を持たせてもよい。その場合には、モータ部27の実際の温度変化に即した冷却が行え、より均等に冷却できる。
Further, the case-side
上記のジャケット側凹溝71、ケース側凹溝73の溝幅、溝深さ、溝断面形状、溝数、溝の配置密度、モータ軸方向の溝長、等の各パラメータは、過給システム100のサイズや運転条件によって最適な値に設定可能である。
The parameters such as the groove width, groove depth, groove cross-sectional shape, groove number, groove arrangement density, groove length in the motor axial direction of the
また、モータユニット11内の空気流路53は、冷却ジャケット35とモータケース33との間に画成される空気流路53A,53Bに限らず、モータ部27のロータ29とステータ31との間の隙間空間も併せて利用できる。
Further, the
その場合、ロータ29とステータ31との間の隙間空間と、フロントカバー21の環状空気流路51とを連通する連通路(図示略)を設ける。この連通路を通じてロータ29とステータ31との間の隙間空間に冷却風が通過することで、モータ部27の発熱源により近い部位を冷却でき、モータの冷却効率を一層向上できる。
In that case, a communication path (not shown) that communicates the clearance space between the
このように、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることや、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。 As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and those skilled in the art can make changes and applications based on combinations of the configurations of the embodiments, descriptions in the specification, and well-known techniques. This is also the scope of the present invention, and is included in the scope of seeking protection.
冷却ジャケット35やモータケース33は、筒状体であることに限らず、周方向に分断されたブロック体を組み合わせた形態であってもよく、周方向の一部のみに離散的に設けた形態であってもよい。
The cooling
以上説明した過給システム100は、燃料電池自動車の燃料となる水素を送り込む過給機、水素と酸素の反応により生成された水分や水蒸気を吹き飛ばすブロワー、或いは、エンジンの過給機等に適用可能である。本構成の過給システム100を用いることで、低コストで、しかも高効率でモータを冷却でき、安定して製品性能を維持できる。
The supercharging
11 モータユニット
13 摩擦ローラ式変速機(変速機)
15 インペラ
17 渦巻管(コンプレッサハウジング)
19 吸気流路
25 駆動軸
27 モータ部
29 ロータ
31 ステータ
33 モータケース(ケース部材)
35 冷却ジャケット
41 吸気チャンバ(吸入側空間)
45 連結管(吸気流路)
53 空気流路
53A 空気流路
53B 空気流路
71 ジャケット側凹溝(第1の凹溝)
73 ケース側凹溝(第2の凹溝)
100 過給システム(流体装置)
11
15
DESCRIPTION OF
35
45 Connection pipe (intake flow path)
53
73 Case side ditch (second ditch)
100 Supercharging system (fluid device)
Claims (3)
前記インペラが内部に回転自在に軸支されて、吸入側空間と圧縮側空間とが画成されるコンプレッサハウジングと、
前記インペラを回転駆動するモータと、
前記モータの駆動軸と前記インペラの回転軸との間に設けられ、前記モータの回転を増速して前記回転軸に伝達する変速機と、
を備える流体装置であって、
前記モータの外周を覆う冷却ジャケットと、該冷却ジャケットの外周を覆うケース部材と、を有し、
前記冷却ジャケットの外周には、前記モータの軸方向に沿って複数の第1の凹溝が形成され、
前記第1の凹溝と前記ケース部材の内周面との間で画成される空気流路の軸方向一端部を、前記コンプレッサハウジングの前記吸入側空間に接続する吸気流路を備えることを特徴とする流体装置。 An impeller attached to a rotating shaft;
A compressor housing in which the impeller is rotatably supported inside to define a suction side space and a compression side space;
A motor for rotationally driving the impeller;
A transmission that is provided between a drive shaft of the motor and a rotation shaft of the impeller, and that accelerates rotation of the motor and transmits the rotation to the rotation shaft;
A fluidic device comprising:
A cooling jacket that covers the outer periphery of the motor, and a case member that covers the outer periphery of the cooling jacket,
A plurality of first concave grooves are formed on the outer periphery of the cooling jacket along the axial direction of the motor,
An intake passage for connecting one axial end of an air passage defined between the first concave groove and the inner peripheral surface of the case member to the suction-side space of the compressor housing; Feature fluidic device.
The fluid device according to claim 1, wherein the intake passage communicates with a gap space between a rotor and a stator of the motor.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2014117682A JP2015229990A (en) | 2014-06-06 | 2014-06-06 | Fluid device |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2014117682A JP2015229990A (en) | 2014-06-06 | 2014-06-06 | Fluid device |
Publications (1)
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018029410A (en) * | 2016-08-15 | 2018-02-22 | トヨタ自動車株式会社 | motor |
-
2014
- 2014-06-06 JP JP2014117682A patent/JP2015229990A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2018029410A (en) * | 2016-08-15 | 2018-02-22 | トヨタ自動車株式会社 | motor |
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