JP2016200020A - Cooling structure of supercharger with electric motor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電動機付き過給機の冷却構造に関する。 The present invention relates to a cooling structure for a supercharger with an electric motor.
従来、例えば特開2007−309101号公報には、コンプレッサとタービンを接続するシャフトに取り付けられた電動機を備える過給機の冷却構造が開示されている。この冷却構造に係る電動機は、シャフトに装着されたロータと、当該ロータを囲うように設けられ、コイルが巻かれたステータと、当該ロータおよび当該ステータを収容するハウジングと、を備えており、エンジン回転速度が低い場合や、排気圧力が低い場合に、コイルに電流を供給して励磁することでシャフトを補助回転させるように構成されている。 Conventionally, for example, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2007-309101 discloses a supercharger cooling structure including an electric motor attached to a shaft connecting a compressor and a turbine. An electric motor according to this cooling structure includes a rotor mounted on a shaft, a stator provided so as to surround the rotor, wound with a coil, and a housing for housing the rotor and the stator, and an engine. When the rotation speed is low or the exhaust pressure is low, the shaft is auxiliary rotated by supplying current to the coil and exciting it.
また、この冷却構造に係る電動機は、潤滑油を流すためのオイル通路をハウジングに備えている。このオイル通路を流れた潤滑油はシャフトに供給され、供給された潤滑油はシャフトの回転に伴ってハウジング内に飛散し、冷媒として作用して電動機の構成部品を冷却する。ここで、オイル通路は、ハウジング内で2つに分岐しており、分岐通路のうちの一方の出口部分には、コイルに向けて潤滑油を飛散させるオイル飛散部が設けられている。そのため、この冷却構造によれば、オイル飛散部からの潤滑油によって、電流供給時に高温化するコイルを特に冷却することができる。 In addition, the electric motor according to this cooling structure includes an oil passage for flowing lubricating oil in the housing. The lubricating oil flowing through the oil passage is supplied to the shaft, and the supplied lubricating oil scatters in the housing as the shaft rotates and acts as a refrigerant to cool the components of the motor. Here, the oil passage is branched into two in the housing, and an oil scattering portion for scattering the lubricating oil toward the coil is provided at one outlet portion of the branch passage. Therefore, according to this cooling structure, the coil that is heated at the time of current supply can be particularly cooled by the lubricating oil from the oil scattering portion.
しかし、上述のオイル通路は、ハウジングのコンプレッサ側面とタービン側面の両方に形成されており、この内のタービン側面は排気熱によって高温化する。そのため、当該タービン側面のオイル通路を流れる潤滑油も高温化することになる。高温化した潤滑油がオイル飛散部に流入すれば、ここから飛散された潤滑油によって本来であれば冷却されるはずのコイルの温度が上昇してしまうおそれがある。また、コイルの温度が上昇すれば、当該コイルの発熱制限温度に達し易くなるので、電動機によるシャフトの補助回転時間が短くなるといった不具合が生じてしまう。 However, the above-described oil passage is formed on both the compressor side surface and the turbine side surface of the housing, and the turbine side surface thereof is heated by exhaust heat. For this reason, the lubricating oil flowing in the oil passage on the side surface of the turbine is also heated. If the high temperature lubricating oil flows into the oil scattering portion, the temperature of the coil that would otherwise be cooled may be increased by the lubricating oil scattered from here. Further, if the temperature of the coil rises, it becomes easy to reach the heat generation limit temperature of the coil, which causes a problem that the auxiliary rotation time of the shaft by the electric motor is shortened.
本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものである。即ち、過給機のコンプレッサとタービンを接続するシャフトに取り付けた電動機のコイルを効率的に冷却することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems. That is, it aims at efficiently cooling the coil of the electric motor attached to the shaft which connects the compressor and turbine of a supercharger.
上記の目的を達成するため、本発明は、電動機付き過給機の冷却構造であって、
過給機のコンプレッサとタービンを接続するシャフトに装着されたロータと、
前記ロータを取り囲むように設けられたステータであって、内周に沿って所定間隔で配置され、尚且つ、前記シャフトの中心軸と平行な方向に延びる複数のティースと、前記ティースの夫々に巻回された複数のコイルとを有するステータと、
前記ロータおよび前記ステータを収容するハウジングと、
前記ハウジングのコンプレッサ側面に形成され潤滑油を前記シャフトに供給するためのオイル通路と、
前記オイル通路に接続されたオイルパイプであって、前記中心軸と平行な方向に延びる前記ティースの側面を通り、尚且つ、前記ティースのタービン側の端面の全てを横切るように配置されたオイルパイプと、
を備えることを特徴とする。
To achieve the above object, the present invention provides a cooling structure for a supercharger with an electric motor,
A rotor mounted on a shaft connecting the turbocharger compressor and turbine;
A stator provided so as to surround the rotor, a plurality of teeth arranged at predetermined intervals along an inner circumference, and extending in a direction parallel to the central axis of the shaft, and wound around each of the teeth. A stator having a plurality of rotated coils;
A housing that houses the rotor and the stator;
An oil passage formed on the compressor side of the housing for supplying lubricating oil to the shaft;
An oil pipe connected to the oil passage, the oil pipe being disposed so as to pass through a side surface of the tooth extending in a direction parallel to the central axis and across all of the end surface on the turbine side of the tooth. When,
It is characterized by providing.
本発明によれば、シャフトの中心軸と平行な方向に延びるティースの側面を通るオイルパイプに流した潤滑油との熱交換によってコイルを冷却することができる。また、ティースのタービン側の側面の全てを横切るように配置されたオイルパイプに流した潤滑油との熱交換によってコイルのタービン側のエンド部分をも冷却することができる。オイルパイプを流れる潤滑油は、ハウジングのコンプレッサ側のオイル通路から供給されたものであるため、排気熱の影響が小さく、同ハウジングのタービン側のオイル通路を流れる潤滑油に比べて低温である。従って、当該タービン側のオイル通路から潤滑油を供給する場合に比べて、電動機のコイルを効率的に冷却することができる。 According to the present invention, the coil can be cooled by heat exchange with the lubricating oil flowing through the oil pipe passing through the side surface of the tooth extending in the direction parallel to the central axis of the shaft. Further, the end portion on the turbine side of the coil can also be cooled by heat exchange with the lubricating oil flowing through the oil pipe arranged so as to cross all of the side surfaces of the teeth on the turbine side. Since the lubricating oil flowing through the oil pipe is supplied from the oil passage on the compressor side of the housing, the influence of the exhaust heat is small, and the temperature is lower than the lubricating oil flowing through the oil passage on the turbine side of the housing. Therefore, compared with the case where lubricating oil is supplied from the turbine side oil passage, the coil of the motor can be efficiently cooled.
図1は、本発明の実施の形態に係る冷却構造が適用された過給機の概略構成を説明するための図である。図1に示す過給機10は、車両等に搭載される内燃機関(図示しない)の吸気を圧縮するコンプレッサ12と、当該内燃機関の排気のエネルギを利用して回転駆動されるタービン14と、コンプレッサ12とタービン14を接続するシャフト16と、アシストモータとしての回転電機18とを備えている。回転電機18は、基本的に任意の形式のモータまたはモータジェネレータを適用できるが、以下では、回転電機18をモータ18とも称する。
FIG. 1 is a diagram for explaining a schematic configuration of a supercharger to which a cooling structure according to an embodiment of the present invention is applied. A
モータ18は、シャフト16に装着されたロータ20と、ロータ20を取り囲むように配置されたステータ(電磁鋼板など)22と、ステータ22に巻回されたコイル24とを備えており、ハウジング26内に収納されている。ハウジング26には、潤滑油(例えばエンジンオイル)をベアリング28に供給するためのオイル通路30が形成されている。オイル通路30は、コンプレッサ12側(以下単に「C側」ともいう)とタービン14側(以下単に「T側」ともいう)の両側面に形成されている。T側のオイル通路30の入口は閉塞されており、両オイル通路30は1本のオイルパイプ32(詳細は後述)によって接続されている。T側のオイル通路30には、C側のオイル通路30を流れる潤滑油がオイルパイプ32経由で供給される。
The
図2乃至図3は、モータ18の概略構成を説明するための図である。両図の「矢視A」が図1のA方向から見たハウジング26内の模式図に、両図の「C−C」が「矢視A」のC−C方向から見たハウジング26内の模式図に、両図の「矢視B」が図1のB方向から見たハウジング26内の模式図に、それぞれ相当している。なお、オイルパイプ32の位置を説明する便宜上、図3においてはコイル24を省略している。
2 to 3 are diagrams for explaining a schematic configuration of the
図2乃至図3に示すように、ロータ20の周囲には、複数のティース34(本実施形態においては6つ)が所定間隔で形成されている。ティース34は、図1に示したステータ22のコアを構成するものであり、図2乃至図3の「C−C」に示すように、ロータ20の中心軸(シャフト16の中心軸)と平行な方向に延びるように形成されている。また、図2と図3の「C−C」に示すように、ティース34の側面の長手方向にオイルパイプ32が配置されており、このオイルパイプ32を覆うようにコイル24が巻かれている。また、図2と図3の「矢視B」に示すように、ティース34のT側の端面の短手方向にオイルパイプ32が配置され、このオイルパイプ32を覆うようにコイル24が巻かれている。一方、図2と図3の「矢視A」に示すように、ティース34のC側の端面を直接的に覆うようにコイル24が巻かれている。
As shown in FIGS. 2 to 3, a plurality of teeth 34 (six in this embodiment) are formed around the
図4は、オイルパイプ32の経路を説明するための図であり、図1に示したステータ22のコアを、ティース34部分に着目して展開した図に相当している。図4に示すように、オイルパイプ32は、ティース34の周囲に一筆書き状に配置されている。具体的に、オイルパイプ32は、ティース34の側面と平行に配置されている。また、オイルパイプ32は、ティース34のT側の端面でこの端面に沿って折り返すように配置されている。また、オイルパイプ32は、ティース34のC側の端面で折り返し、隣のティース34の端面に移るように配置されている。図中に示す矢印は、このようなパイプ配置による潤滑油の流れ方向を示している。即ち、オイルパイプ32を流れる潤滑油は、C側とT側を交互に流れ、最終的にT側から排出される。なお、排出された潤滑油はT側のオイル通路30に流入する。
FIG. 4 is a diagram for explaining the path of the
本実施の形態に係る冷却構造による効果について、図5を参照しながら説明する。図5は、従来の冷却構造が適用された過給機40の概略構成を説明するための図である。過給機40の基本的な構成は、図1の過給機10と同様である。但し、過給機40においてはオイルパイプ32が設けられておらず、また、T側のオイル通路30は閉塞されていない。つまり、C側とT側でオイル通路30は独立しており、C側とT側のオイル通路30を流れる潤滑油は、別々にベアリング28に供給される。
The effect of the cooling structure according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a diagram for explaining a schematic configuration of a
図5において、C側とT側のオイル通路30から別々にベアリング28に供給された潤滑油は、シャフト16の回転に伴ってハウジング26内に飛散し(図5の矢印参照)、冷媒として作用してステータ22やコイル24を冷却する。しかし、同図に示すように、タービン14からの熱が移動することでT側のオイル通路30を流れる潤滑油が高温化すると、本来であれば冷却できるはずのT側のコイル24の端面(以下「T側コイルエンド」ともいう)の温度が上昇してしまうおそれがある。また、T側コイルエンドの温度が上昇すれば、コイル24の全体の温度が上昇することになるので、コイル24の発熱制限温度に達し、結果として、モータ18によるシャフト16のアシスト時間が短くなるといった不具合が生じてしまう。
In FIG. 5, the lubricating oil separately supplied to the bearing 28 from the
この点、上述した過給機10の構成によれば、オイルパイプ32を流れる潤滑油との熱交換によってコイル24を冷却することができる。また、ティース34のT側の端面に配置されたオイルパイプ32を流れる潤滑油との熱交換によってT側コイルエンドをも冷却することができる。オイルパイプ32を流れる潤滑油は、C側のオイル通路30から供給されたものであるため、排気熱の影響が小さく、過給機40のT側のオイル通路30を流れる潤滑油よりも低温である。従って、過給機40のT側のオイル通路30から潤滑油を供給する場合に比べて、T側コイルエンドの温度を効率的に冷却することができる。また、モータ18によるシャフト16のアシスト時間を拡大することも可能となる。
In this regard, according to the configuration of the
ところで、上記実施の形態においては、ティース34の側面に1本のオイルパイプ32を配置した。しかし、オイルパイプ32の本数およびその配置手法はこれに限られず各種の変形が可能である。図6乃至図8は、オイルパイプ32の他の配置例を説明するための図であり、説明の便宜上、図3同様にコイル24を省略している。図6に示す例では、1本のオイルパイプ32がティース34のT側の端面において円を描くように配置されている。図7は、図6のオイルパイプ32の経路を説明するための図であり、図4同様、ティース34部分に着目して展開した図に相当している。図7に示すように、オイルパイプ32は、ティース34の側面のうちの一つと平行に配置され、尚且つ、ティース34のT側の端面では、全ての端面に沿うように配置されている。図中に示す矢印は、このようなパイプ配置による潤滑油の流れ方向を示している。即ち、オイルパイプ32を流れる潤滑油は、C側からT側に向かった後、C側には戻らず、ティース34のT側の端面に沿って流れ、最終的にT側から排出される。
By the way, in the said embodiment, the one
また、図8は、その他のオイルパイプ32の経路を説明するための図である。図8(a)乃至(c)では、1本のオイルパイプ32がティース34の側面のうちの一部と平行に配置され、尚且つ、ティース34のC側の端面の一部において折り返し、隣のティース34の端面に移るように配置されている。図8(d)では、6本のオイルパイプ32が全てのティース34の側面と平行に配置されている。図8(e)〜(h)では、2本または3本のオイルパイプ32がティース34の側面に平行に配置されている。これらの図に示すように、ティース34の側面のうちの一部と平行にオイルパイプ32が配置され、尚且つ、ティース34のT側の端面の全てに沿ってオイルパイプ32が配置される限りにおいて、オイルパイプ32の本数およびその配置手法は各種変形が可能である。
FIG. 8 is a view for explaining the path of
10,40 過給機
12 コンプレッサ
14 タービン
16 シャフト
18 回転電機(モータ)
20 ロータ
22 ステータ
24 コイル
26 ハウジング
28 ベアリング
30 オイル通路
32 オイルパイプ
34 ティース
10, 40
20
Claims (1)
前記ロータを取り囲むように設けられたステータであって、内周に沿って所定間隔で配置され、尚且つ、前記シャフトの中心軸と平行な方向に延びる複数のティースと、前記ティースの夫々に巻回された複数のコイルとを有するステータと、
前記ロータおよび前記ステータを収容するハウジングと、
前記ハウジングのコンプレッサ側面に形成され潤滑油を前記シャフトに供給するためのオイル通路と、
前記オイル通路に接続されたオイルパイプであって、前記中心軸と平行な方向に延びる前記ティースの側面を通り、尚且つ、前記ティースのタービン側の端面の全てを横切るように配置されたオイルパイプと、
を備えることを特徴とする電動機付き過給機の冷却構造。 A rotor mounted on a shaft connecting the turbocharger compressor and turbine;
A stator provided so as to surround the rotor, a plurality of teeth arranged at predetermined intervals along an inner circumference, and extending in a direction parallel to the central axis of the shaft, and wound around each of the teeth. A stator having a plurality of rotated coils;
A housing that houses the rotor and the stator;
An oil passage formed on the compressor side of the housing for supplying lubricating oil to the shaft;
An oil pipe connected to the oil passage, the oil pipe being disposed so as to pass through a side surface of the tooth extending in a direction parallel to the central axis and across all of the end surface on the turbine side of the tooth. When,
A cooling structure for a supercharger with an electric motor.
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JP2020537477A (en) * | 2017-10-11 | 2020-12-17 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツングRobert Bosch Gmbh | Devices and methods for operating drive machines |
WO2022172669A1 (en) * | 2021-02-10 | 2022-08-18 | 株式会社Ihi | Electric supercharger |
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JP7078716B2 (en) | 2017-10-11 | 2022-05-31 | ローベルト ボツシユ ゲゼルシヤフト ミツト ベシユレンクテル ハフツング | Devices and methods for operating drive machines |
WO2022172669A1 (en) * | 2021-02-10 | 2022-08-18 | 株式会社Ihi | Electric supercharger |
JP7452711B2 (en) | 2021-02-10 | 2024-03-19 | 株式会社Ihi | electric supercharger |
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