JP2023043236A - 電動流体機械 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却流体によって磁性体を効率良く冷却すること。【解決手段】流路８０には、空気の流れ方向の下流側に向かって流路８０の断面積が漸次小さくなる絞り部８１が設けられている。これによれば、絞り部８１によって、空気の流れ方向の下流側に向かって流路８０の断面積が漸次小さくなっているため、空気が絞り部８１によって案内されながら流路８０を流れ易くなる。したがって、空気が流路８０をスムーズに流れるため、空気の圧損が低減される。そして、流路８０を流れる空気は、絞り部８１を通過すると断熱膨張して温度が下がる。これにより、少なくとも絞り部８１よりも空気の流れ方向の下流側において永久磁石４７が断熱膨張して温度が下がった空気によって冷却される。【選択図】図２

Description

本発明は、電動流体機械に関する。

電動流体機械は、ハウジングと、回転軸と、モータと、を備えている。回転軸は、ハウジングに回転可能に支持されている。モータは、ハウジングに収容されるとともに回転軸を回転させる。モータは、ステータと、ロータと、を有している。ステータは、ハウジングの内周面に固定される筒状のステータコア、及びステータコアに巻回されたコイルを有している。ロータは、ステータの内側に配置されている。また、ロータは、磁性体を有している。ロータは、回転軸と一体的に回転する。

ところで、ロータにおいて、磁性体に渦電流が生じることにより、磁性体に熱が生じる。そこで、例えば特許文献１では、ステータとロータとの間に形成される流路に冷却流体を流している。具体的には、ハウジングには、ハウジング内に冷却流体を導入する導入口と、ハウジング内から冷却流体を排出する排出口と、が設けられている。そして、ステータとロータとの間に形成される流路に冷却流体が流れることで、磁性体が冷却されるようになっている。

特開２０２０－５８１９４号公報

このように、ステータとロータとの間に形成される流路に流れる冷却流体によって磁性体を冷却する場合においては、冷却流体によって磁性体を効率良く冷却することが望まれている。

上記課題を解決する電動流体機械は、ハウジングと、前記ハウジングに回転可能に支持される回転軸と、前記ハウジングに収容されるとともに前記回転軸を回転させるモータと、を備え、前記モータは、前記ハウジングの内周面に固定される筒状のステータコア、及び前記ステータコアに巻回されたコイルを有するステータと、前記ステータの内側に配置されるとともに磁性体を有し、前記回転軸と一体的に回転するロータと、を有し、前記ハウジングには、前記ハウジング内に冷却流体を導入する導入口と、前記ハウジング内から前記冷却流体を排出する排出口と、が設けられ、前記ステータと前記ロータとの間に形成される流路に前記冷却流体が流れることで、前記磁性体が冷却される電動流体機械であって、前記流路には、前記冷却流体の流れ方向の下流側に向かって前記流路の断面積が漸次小さくなる絞り部が設けられ、前記磁性体は、少なくとも前記絞り部よりも前記冷却流体の流れ方向の下流側において冷却される。

これによれば、絞り部によって、冷却流体の流れ方向の下流側に向かって流路の断面積が漸次小さくなっているため、冷却流体が絞り部によって案内されながら流路を流れ易くなる。したがって、冷却流体が流路をスムーズに流れるため、冷却流体の圧損を低減することができる。そして、流路を流れる冷却流体は、絞り部を通過すると断熱膨張して温度が下がる。これにより、少なくとも絞り部よりも冷却流体の流れ方向の下流側において磁性体を断熱膨張して温度が下がった冷却流体によって冷却することができる。以上により、冷却流体によって磁性体を効率良く冷却することができる。

上記電動流体機械において、前記ステータは、前記回転軸の軸方向における一端側に設けられた前記コイルのコイルエンドを樹脂で覆う筒状の第１樹脂部を備え、前記第１樹脂部は、前記絞り部を形成しているとよい。コイルエンドを樹脂で覆う筒状の第１樹脂部は、絞り部を形成する上で好適である。

上記電動流体機械において、前記流路は、前記絞り部よりも前記冷却流体の流れ方向の下流側において、前記冷却流体の流れ方向の下流側に向かって前記流路の断面積が漸次大きくなり負圧を発生させる負圧発生部をさらに備えるとよい。

これによれば、絞り部よりも冷却流体の流れ方向の下流側において、負圧発生部が負圧を発生させるため、絞り部を通過した冷却流体がスムーズに流路を流れる。したがって、冷却流体の圧損をさらに低減することができ、冷却流体によって磁性体をさらに効率良く冷却することができる。

上記電動流体機械において、前記ステータは、前記ステータコアの内周面を樹脂で覆う筒状の第２樹脂部を備え、前記負圧発生部は、前記第２樹脂部によって形成されているとよい。ステータコアの内周面を樹脂で覆う筒状の第２樹脂部は、負圧発生部を形成する上で好適である。

上記電動流体機械において、前記負圧発生部は、前記ステータコアの内周面によって形成されているとよい。これによれば、ステータコアとは別の部材を用いて負圧発生部を形成する必要が無いため、部品点数を増やすことなく、負圧発生部を形成することができる。

上記電動流体機械において、前記モータの駆動を補助するタービンホイールを備え、前記ハウジングは、前記モータが収容されるモータ室と、前記タービンホイールが収容されるタービン室と、前記モータ室と前記タービン室とを隔てるとともに前記回転軸が貫通する貫通孔を有する隔壁と、を有し、前記導入口は、前記モータよりも前記タービン室側に配置されており、前記排出口は、前記モータよりも前記タービン室とは反対側に配置されており、前記流路は、前記絞り部によって前記モータ室の圧力が前記タービン室の圧力よりも高くなるように断面積が絞られるとよい。

これによれば、流路が、絞り部によってモータ室の圧力がタービン室の圧力よりも高くなるように断面積が絞られているため、例えば、タービン室から貫通孔を介してモータ室へ流体が侵入してしまうことを抑制することができる。

この発明によれば、冷却流体によって磁性体を効率良く冷却することができる。

実施形態における電動流体機械の断面図である。 電動流体機械の一部分を拡大して示す断面図である。 別の実施形態における電動流体機械の一部分を拡大して示す断面図である。 別の実施形態における電動流体機械の断面図である。

以下、電動流体機械を具体化した一実施形態を図１及び図２にしたがって説明する。本実施形態の電動流体機械は、例えば、燃料電池車などの車両に搭載される燃料電池システムに用いられる。

（燃料電池システム１０の全体構成）
図１に示すように、燃料電池システム１０は、燃料電池スタック１１と、電動流体機械２０と、を備えている。電動流体機械２０は、燃料電池スタック１１に空気を供給する。燃料電池スタック１１は、図示しない複数の電池セルを有している。各電池セルは、酸素極と、水素極と、両極の間に配置された電解質膜と、が積層されることによって構成されている。燃料電池スタック１１は、燃料ガスである水素と空気中の酸素とを化学反応させることにより発電する。燃料電池スタック１１は、図示しない走行用モータに電気的に接続されている。走行用モータは、燃料電池スタック１１により発電された電力を電力源として駆動する。走行用モータの動力は、図示しない動力伝達機構を介して車軸に伝達される。これにより、車両は、アクセルペダルのアクセル開度に応じた車速で走行する。

燃料電池スタック１１の発電に寄与する酸素は、空気中に２割程度しか存在しないことから、燃料電池スタック１１に供給された空気の８割程度は、燃料電池スタック１１の発電に寄与されることなく燃料電池スタック１１から排出される。また、燃料電池スタック１１が発電すると、燃料電池スタック１１の内部には、水素と酸素との化学反応によって水が生成される。したがって、燃料電池スタック１１から排出される空気には、燃料電池スタック１１が発電した際に生成される水が含まれている。

燃料電池スタック１１は、供給孔１１ａと、排出孔１１ｂと、を有している。供給孔１１ａには、空気が供給される。排出孔１１ｂからは、燃料電池スタック１１内を通過した空気が排出される。

（電動流体機械２０の全体構成）
電動流体機械２０は、ハウジング２１と、回転軸２２と、モータ２３と、を備えている。ハウジング２１は、金属材料製であり、例えば、アルミニウム製である。ハウジング２１は、モータハウジング２４、第１プレート２５、第２プレート２６、第３プレート２７、コンプレッサハウジング２８、及びタービンハウジング２９を有している。

モータハウジング２４は、板状の端壁２４ａと、端壁２４ａの外周部から筒状に延びる周壁２４ｂと、を有している。モータハウジング２４の端壁２４ａの中央部には、軸孔２４ｈが形成されている。軸孔２４ｈは、円孔状である。軸孔２４ｈは、モータハウジング２４の端壁２４ａを厚み方向に貫通している。

第１プレート２５は、モータハウジング２４の周壁２４ｂにおける端壁２４ａとは反対側の端部に連結されている。第１プレート２５は、モータハウジング２４の周壁２４ｂの開口を閉塞している。モータハウジング２４の内部には、モータ２３が収容されるモータ室３０が形成されている。したがって、ハウジング２１は、モータ室３０を有している。そして、モータ２３は、ハウジング２１に収容されている。モータ室３０は、モータハウジング２４の端壁２４ａ及び周壁２４ｂと第１プレート２５とにより区画されている。第１プレート２５の中央部には、軸孔２５ｈが形成されている。軸孔２５ｈは、円孔状である。軸孔２５ｈは、第１プレート２５を厚み方向に貫通している。第１プレート２５の軸孔２５ｈの軸心は、モータハウジング２４の軸孔２４ｈの軸心と一致している。

第２プレート２６は、第１プレート２５におけるモータハウジング２４とは反対側の端面に連結されている。第２プレート２６の中央部には、軸孔２６ｈが形成されている。軸孔２６ｈは、円孔状である。軸孔２６ｈは、第２プレート２６を厚み方向に貫通している。第２プレート２６の軸孔２６ｈの軸心は、モータハウジング２４の軸孔２４ｈの軸心、及び第１プレート２５の軸孔２５ｈの軸心と一致している。

第３プレート２７は、モータハウジング２４の端壁２４ａの外面に連結されている。第３プレート２７の中央部には、軸孔２７ｈが形成されている。軸孔２７ｈは、円孔状である。軸孔２７ｈは、第３プレート２７を厚み方向に貫通している。第３プレート２７の軸孔２７ｈの軸心は、モータハウジング２４の軸孔２４ｈの軸心、第１プレート２５の軸孔２５ｈの軸心、及び第２プレート２６の軸孔２６ｈの軸心と一致している。

コンプレッサハウジング２８は、空気が吸入される円孔状の吸入口３１を有する筒状である。コンプレッサハウジング２８は、吸入口３１の軸心が、第２プレート２６の軸孔２６ｈの軸心と一致した状態で、第２プレート２６における第１プレート２５とは反対側の端面に連結されている。吸入口３１は、コンプレッサハウジング２８における第２プレート２６とは反対側の端面に開口している。

コンプレッサハウジング２８と第２プレート２６のとの間には、コンプレッサ室３２と、吐出室３３と、ディフューザ流路３４と、が形成されている。コンプレッサ室３２は、吸入口３１に連通している。吐出室３３は、コンプレッサ室３２の周囲で吸入口３１の軸心周りに延びている。吐出室３３は、供給流路３５を介して燃料電池スタック１１の供給孔１１ａに接続されている。ディフューザ流路３４は、コンプレッサ室３２と吐出室３３とを連通している。コンプレッサ室３２は、第２プレート２６の軸孔２６ｈに連通している。

タービンハウジング２９は、空気が吸入される円孔状の吐出口３６を有する筒状である。タービンハウジング２９は、吐出口３６の軸心が、第３プレート２７の軸孔２７ｈの軸心と一致した状態で、第３プレート２７におけるモータハウジング２４とは反対側の端面に連結されている。吐出口３６は、タービンハウジング２９における第３プレート２７とは反対側の端面に開口している。

タービンハウジング２９と第３プレート２７との間には、タービン室３７と、吸入室３８と、ディフューザ流路３９と、が形成されている。したがって、ハウジング２１は、タービン室３７を有している。タービン室３７は、吐出口３６に連通している。吸入室３８は、タービン室３７の周囲で吐出口３６の軸心周りに延びている。吸入室３８は、排出流路４０を介して燃料電池スタック１１の排出孔１１ｂに接続されている。ディフューザ流路３９は、タービン室３７と吸入室３８とを連通している。タービン室３７は、第３プレート２７の軸孔２７ｈに連通している。

（モータ２３の構成）
モータ２３は、ステータ４１と、ロータ４２と、を有している。ステータ４１は、筒状のステータコア４３、及びステータコア４３に巻回されたコイル４４を有している。ステータコア４３は、モータハウジング２４の周壁２４ｂの内周面に固定されている。ステータコア４３の両端面には、コイル４４の一部であるコイルエンド４５がそれぞれ突出している。

（ロータ４２の構成）
ロータ４２は、ステータ４１の内側に配置されている。ロータ４２は、筒部材４６と、磁性体である永久磁石４７と、を有している。本実施形態では、筒部材４６は、例えば、チタン合金製である。筒部材４６は、筒部材４６の軸線が直線状に延びる筒状である。永久磁石４７は、中実円柱状である。永久磁石４７は、筒部材４６内に配置されている。永久磁石４７の軸線は、筒部材４６の軸線と一致している。永久磁石４７は、永久磁石４７の径方向に着磁されている。永久磁石４７は、筒部材４６の内周面に圧入されている。

永久磁石４７の軸方向に位置する両端面それぞれは、ステータコア４３の両端面それぞれに対してステータコア４３の径方向で重なる位置に配置されている。永久磁石４７における軸線が延びる方向の長さは、筒部材４６における軸線が延びる方向の長さよりも短い。永久磁石４７の両端面は、筒部材４６の内側に位置している。よって、筒部材４６の軸方向に位置する両端部それぞれは、永久磁石４７の両端面それぞれに対して軸方向へ突出している。そして、筒部材４６の両端部は、ステータコア４３の両端面それぞれに対して軸方向へ突出している。

（回転軸２２について）
回転軸２２は、第１軸部材４８及び第２軸部材４９を含む。第１軸部材４８及び第２軸部材４９は、筒部材４６の軸方向の両端部にそれぞれ設けられている。第１軸部材４８は、回転軸２２の軸方向における一端側の部位を構成し、第２軸部材４９は、回転軸２２の軸方向における他端側の部位を構成している。第１軸部材４８及び第２軸部材４９は、例えば、鉄製である。

第１軸部材４８は、円柱状である。第１軸部材４８の一端部は、筒部材４６の内周面における軸方向の一端部に圧入されている。よって、第１軸部材４８は、筒部材４６の内周面に固定されている。第１軸部材４８の他端部は、モータハウジング２４の軸孔２４ｈ及び第３プレート２７の軸孔２７ｈを貫通して、タービン室３７内に突出している。したがって、第１軸部材４８は、モータ室３０からモータハウジング２４の軸孔２４ｈ及び第３プレート２７の軸孔２７ｈを通過してタービン室３７内に突出している。

ハウジング２１において、モータハウジング２４の端壁２４ａ及び第３プレート２７は、モータ室３０とタービン室３７とを隔てる隔壁５０を形成している。そして、モータハウジング２４の端壁２４ａの軸孔２４ｈ及び第３プレート２７の軸孔２７ｈは、隔壁５０に形成された貫通孔５１である。したがって、ハウジング２１は、モータ室３０とタービン室３７とを隔てるとともに回転軸２２が貫通する貫通孔５１を有する隔壁５０を有している。

第１軸部材４８には、円筒状の支持部材５２が設けられている。支持部材５２は、第１軸部材４８におけるモータハウジング２４の軸孔２４ｈの内側に位置する部位の外周面に圧入されている。支持部材５２は、第１軸部材４８と一体的に回転する。支持部材５２とモータハウジング２４の軸孔２４ｈとの間には、第１軸受５３が設けられている。第１軸受５３は、モータハウジング２４の軸孔２４ｈに保持されている。第１軸受５３は、例えば、空気軸受である。そして、第１軸部材４８は、支持部材５２及び第１軸受５３を介してモータハウジング２４の端壁２４ａに回転可能に支持されている。

第３プレート２７の軸孔２７ｈと第１軸部材４８との間には、シール部材５４が設けられている。シール部材５４は、タービン室３７からモータ室３０に向かう空気の洩れを抑制する。シール部材５４は、例えば、シールリングである。

第２軸部材４９は、円柱状である。第２軸部材４９の一端部は、筒部材４６の内周面における軸方向の他端部に圧入されている。よって、第２軸部材４９は、筒部材４６の内周面に固定されている。第２軸部材４９の他端部は、第１プレート２５の軸孔２５ｈ及び第２プレート２６の軸孔２６ｈを貫通して、コンプレッサ室３２内に突出している。したがって、第２軸部材４９は、モータ室３０から第１プレート２５の軸孔２５ｈ及び第２プレート２６の軸孔２６ｈを通過してコンプレッサ室３２内に突出している。

第２軸部材４９と第１プレート２５の軸孔２５ｈとの間には、第２軸受５５が設けられている。第２軸受５５は、第１プレート２５の軸孔２５ｈに保持されている。第２軸受５５は、例えば、空気軸受である。そして、第２軸部材４９は、第２軸受５５を介して第１プレート２５に回転可能に支持されている。したがって、回転軸２２は、ハウジング２１に回転可能に支持されている。

第２プレート２６の軸孔２６ｈと第２軸部材４９との間には、シール部材５６が設けられている。シール部材５６は、コンプレッサ室３２からモータ室３０に向かう空気の洩れを抑制する。シール部材５６は、例えば、シールリングである。

電動流体機械２０は、タービンホイール５７及びコンプレッサホイール５８を備えている。タービンホイール５７は、第１軸部材４８におけるタービン室３７に突出している突出端部に連結されている。タービンホイール５７は、タービン室３７内に収容されている。タービンホイール５７は、第１軸部材４８と一体的に回転する。

コンプレッサホイール５８は、第２軸部材４９におけるコンプレッサ室３２に突出している突出端部に連結されている。コンプレッサホイール５８は、コンプレッサ室３２内に収容されている。コンプレッサホイール５８は、第２軸部材４９と一体的に回転する。モータ２３は、回転軸２２の軸方向において、タービンホイール５７とコンプレッサホイール５８との間に配置されている。

回転軸２２は、図示しないバッテリからコイル４４に電流が流れることによって、ロータ４２と一体的に回転する。したがって、モータ２３は、回転軸２２を回転させる。よって、モータ２３は、回転軸２２を回転させるための駆動源である。ロータ４２は、回転軸２２と一体的に回転する。

回転軸２２がロータ４２と一体的に回転すると、コンプレッサホイール５８及びタービンホイール５７が回転軸２２と一体的に回転する。すると、吸入口３１から吸入された空気がコンプレッサ室３２内でコンプレッサホイール５８によって圧縮されるとともにディフューザ流路３４を通過して吐出室３３から吐出される。そして、吐出室３３から吐出された空気は、供給流路３５を介して燃料電池スタック１１に供給される。燃料電池スタック１１に供給された空気は、燃料電池スタック１１を発電するために使用される。その後、燃料電池スタック１１内の空気は、燃料電池スタック１１の排気として排出流路４０へ排出される。

燃料電池スタック１１の排気は、排出流路４０を介して吸入室３８に吸入される。吸入室３８に吸入される燃料電池スタック１１の排気は、ディフューザ流路３９を介してタービン室３７に流入する。そして、タービン室３７に流入した燃料電池スタック１１の排気は、タービンホイール５７の回転を補助する。これにより、回転軸２２は、モータ２３の駆動による回転に加え、燃料電池スタック１１の排気により回転するタービンホイール５７の回転によっても回転する。したがって、タービンホイール５７は、モータ２３の駆動を補助する。タービン室３７に流入した排気は、タービン室３７を通過して吐出口３６から外部へ吐出される。

（導入口６０の構成）
ハウジング２１には、導入口６０が設けられている。導入口６０は、第３プレート２７に形成されている。したがって、導入口６０は、モータ２３よりもタービン室３７側に配置されている。導入口６０は、第３プレート２７を回転軸２２の径方向に貫通した状態で延びている。導入口６０の一端は、軸孔２７ｈに連通している。導入口６０の一端は、軸孔２７ｈの内周面におけるシール部材５４よりもモータハウジング２４寄りの部位に開口している。導入口６０の他端は、第３プレート２７の外周面に開口している。

燃料電池システム１０は、分岐流路６１を備えている。分岐流路６１の一端は、供給流路３５に接続されている。したがって、分岐流路６１は、供給流路３５から分岐している。分岐流路６１の他端は、導入口６０の他端に接続されている。分岐流路６１の途中には、インタークーラ６２が設けられている。インタークーラ６２は、分岐流路６１を流れる空気を冷却する。そして、供給流路３５を流れる空気の一部が、分岐流路６１に流れ込み、インタークーラ６２によって冷却された後、分岐流路６１を介して導入口６０に導入される。導入口６０は、分岐流路６１から導入された空気を、軸孔２７ｈの内側に導入する。したがって、導入口６０は、ハウジング２１内に空気を冷却流体として導入する。

（排出口６３の構成）
ハウジング２１には、排出口６３が設けられている。排出口６３は、モータハウジング２４の周壁２４ｂにおける端壁２４ａとは反対側の開口端部に形成されている。排出口６３は、モータハウジング２４の周壁２４ｂを回転軸２２の径方向に貫通した状態で延びている。排出口６３の一端は、モータ室３０内におけるモータ２３よりも第１プレート２５寄りの部位に連通している。したがって、排出口６３は、モータ２３よりもタービン室３７とは反対側に配置されている。排出口６３の他端は、モータハウジング２４の周壁２４ｂの外周面に開口している。排出口６３は、モータ室３０内の空気をハウジング２１外へ排出する。したがって、排出口６３は、ハウジング２１内から空気を排出する。

（樹脂部７０の構成）
図１及び図２に示すように、ステータ４１は、樹脂部７０を備えている。樹脂部７０は、ステータコア４３及びコイルエンド４５を被覆している。なお、以下の説明では、ステータコア４３におけるモータハウジング２４の端壁２４ａ側に位置するコイルエンド４５を、「第１コイルエンド４５ａ」と記載する。第１コイルエンド４５ａは、回転軸２２の軸方向における一端側に設けられたコイル４４のコイルエンド４５である。さらに、以下の説明では、ステータコア４３における第１プレート２５側に位置するコイルエンド４５を、「第２コイルエンド４５ｂ」と記載する。第２コイルエンド４５ｂは、回転軸２２の軸方向における他端側に設けられたコイル４４のコイルエンド４５である。

樹脂部７０は、第１樹脂部７１、第２樹脂部７２、及び第３樹脂部７３を有している。したがって、ステータ４１は、第１樹脂部７１、第２樹脂部７２、及び第３樹脂部７３を備えている。

第１樹脂部７１は、第１コイルエンド４５ａを樹脂で覆う筒状である。第１樹脂部７１は、第１内周部７１ａ、第１外周部７１ｂ、及び第１軸端部７１ｃを有している。第１内周部７１ａは、第１コイルエンド４５ａの内周側の部位を覆う筒状である。第１内周部７１ａは、第１コイルエンド４５ａの内周側でステータコア４３の軸方向に延びている。第１内周部７１ａの外周面は、第１コイルエンド４５ａの内周側の部位に接触している。第１内周部７１ａにおけるステータコア４３側の端部は、ステータコア４３の端面に接触している。第１内周部７１ａにおけるステータコア４３とは反対側の端部は、モータハウジング２４の端壁２４ａから離間している。第１内周部７１ａは、筒部材４６における永久磁石４７の端面に対して軸方向へ突出している端部、及び第１軸部材４８の一部とステータコア４３の径方向で重なっている。第１内周部７１ａの内周面は、筒部材４６及び第１軸部材４８から離間している。

図２に示すように、第１内周部７１ａの内周面におけるステータコア４３側の端部は、ステータコア４３の軸方向においてステータコア４３に接近するにつれて内径が縮径していく第１円錐孔７５になっている。したがって、第１内周部７１ａの内周面におけるステータコア４３側の端部は、ステータコア４３の軸方向においてステータコア４３に接近するにつれて筒部材４６に徐々に接近していく。

図１及び図２に示すように、第１外周部７１ｂは、第１コイルエンド４５ａの外周側の部位を覆う筒状である。第１外周部７１ｂは、第１コイルエンド４５ａの外周側でステータコア４３の軸方向に延びている。第１外周部７１ｂの内周面は、第１コイルエンド４５ａの外周側の部位に接触している。第１外周部７１ｂの外周面は、モータハウジング２４の周壁２４ｂの内周面に接触している。第１外周部７１ｂにおけるステータコア４３側の端部は、ステータコア４３の端面に接触している。第１外周部７１ｂにおけるステータコア４３とは反対側の端部は、モータハウジング２４の端壁２４ａから離間している。

第１軸端部７１ｃは、第１コイルエンド４５ａにおけるステータコア４３とは反対側の端部を覆う筒状である。第１軸端部７１ｃは、ステータコア４３の径方向に延びている。第１軸端部７１ｃは、第１内周部７１ａにおけるステータコア４３とは反対側の端部と、第１外周部７１ｂにおけるステータコア４３とは反対側の端部と、を接続している。第１軸端部７１ｃは、モータハウジング２４の端壁２４ａから離間している。なお、第１コイルエンド４５ａから生じる熱は、第１樹脂部７１を介してモータハウジング２４に放熱される。

第３樹脂部７３は、第２コイルエンド４５ｂを樹脂で覆う筒状である。第３樹脂部７３は、第３内周部７３ａ、第３外周部７３ｂ、及び第３軸端部７３ｃを有している。第３内周部７３ａは、第２コイルエンド４５ｂの内周側の部位を覆う筒状である。第３内周部７３ａは、第２コイルエンド４５ｂの内周側でステータコア４３の軸方向に延びている。第３内周部７３ａの外周面は、第２コイルエンド４５ｂの内周側の部位に接触している。第３内周部７３ａにおけるステータコア４３側の端部は、ステータコア４３の端面に接触している。第３内周部７３ａにおけるステータコア４３とは反対側の端部は、第１プレート２５から離間している。第３内周部７３ａは、筒部材４６における永久磁石４７の端面に対して軸方向へ突出している端部、及び第２軸部材４９の一部とステータコア４３の径方向で重なっている。第３内周部７３ａの内周面は、筒部材４６及び第２軸部材４９から離間している。

第３外周部７３ｂは、第２コイルエンド４５ｂの外周側の部位を覆う筒状である。第３外周部７３ｂは、第２コイルエンド４５ｂの外周側でステータコア４３の軸方向に延びている。第３外周部７３ｂの内周面は、第２コイルエンド４５ｂの外周側の部位に接触している。第３外周部７３ｂの外周面は、モータハウジング２４の周壁２４ｂの内周面に接触している。第３外周部７３ｂにおけるステータコア４３側の端部は、ステータコア４３の端面に接触している。第３外周部７３ｂにおけるステータコア４３とは反対側の端部は、第１プレート２５から離間している。

第３軸端部７３ｃは、第２コイルエンド４５ｂにおけるステータコア４３とは反対側の端部を覆う筒状である。第３軸端部７３ｃは、ステータコア４３の径方向に延びている。第３軸端部７３ｃは、第３内周部７３ａにおけるステータコア４３とは反対側の端部と、第３外周部７３ｂにおけるステータコア４３とは反対側の端部と、を接続している。第３軸端部７３ｃは、第１プレート２５から離間している。モータ室３０内における第３軸端部７３ｃと第１プレート２５との間の空間は、排出口６３に連通している。なお、第２コイルエンド４５ｂから生じる熱は、第３樹脂部７３を介してモータハウジング２４に放熱される。

図２に示すように、第２樹脂部７２は、ステータコア４３の内周面を樹脂で覆う筒状である。第２樹脂部７２は、ステータコア４３の内側でステータコア４３の軸方向に延びている。第２樹脂部７２は、第１樹脂部７１の第１内周部７１ａと、第３樹脂部７３の第３内周部７３ａと、を接続している。第２樹脂部７２の外周面は、ステータコア４３の内周面に接触している。第２樹脂部７２の内周面は、第１樹脂部７１から第３樹脂部７３に向かうにつれて内径が拡径していく第２円錐孔７６になっている。第２円錐孔７６は、第１円錐孔７５に連続している。第１円錐孔７５と第２円錐孔７６との境界は、筒部材４６における永久磁石４７の端面に対して軸方向へ突出している端部とステータコア４３の径方向で重なる位置に配置されている。第２円錐孔７６は、第３樹脂部７３の第３内周部７３ａに連続している。第２円錐孔７６は、永久磁石４７全体を囲繞している。

（流路８０について）
図１に示すように、ステータ４１とロータ４２との間に形成された空間は、流路８０になっている。流路８０には、導入口６０から軸孔２７ｈの内側に導入されて、軸孔２７ｈから支持部材５２と第１軸受５３との間を通過してモータ室３０内に流入した空気が、冷却流体として流れる。したがって、第１円錐孔７５及び第２円錐孔７６は、流路８０の一部を形成している。そして、第１円錐孔７５は、第２円錐孔７６よりも空気の流れ方向の上流に位置している。

図２に示すように、第１円錐孔７５は、空気の流れ方向の下流側に向かって流路８０の断面積が漸次小さくなる絞り部８１を形成している。したがって、流路８０には、空気の流れ方向の下流側に向かって流路８０の断面積が漸次小さくなる絞り部８１が設けられている。そして、第１樹脂部７１は、絞り部８１を形成している。流路８０は、絞り部８１によってモータ室３０の圧力がタービン室３７の圧力よりも高くなるように断面積が絞られている。絞り部８１は、筒部材４６における永久磁石４７の端面に対して軸方向へ突出している端部とステータコア４３の径方向で重なっている。

第２円錐孔７６は、絞り部８１よりも空気の流れ方向の下流側において、空気の流れ方向の下流側に向かって流路８０の断面積が漸次大きくなり負圧を発生させる負圧発生部８２を形成している。したがって、流路８０は、絞り部８１よりも空気の流れ方向の下流側において、空気の流れ方向の下流側に向かって流路８０の断面積が漸次多くなり負圧を発生させる負圧発生部８２をさらに備えている。そして、負圧発生部８２は、第２樹脂部７２によって形成されている。

（作用）
次に、本実施形態の作用について説明する。
ところで、ロータ４２において、永久磁石４７に渦電流が生じることにより、永久磁石４７に熱が生じる。このとき、ステータ４１とロータ４２との間に形成される流路８０に空気が流れることで、永久磁石４７が冷却される。具体的には、永久磁石４７から生じた熱は、筒部材４６を介して空気に放熱される。これにより、永久磁石４７が空気によって冷却される。

詳細には、絞り部８１によって、空気の流れ方向の下流側に向かって流路８０の断面積が漸次小さくなっているため、空気が絞り部８１によって案内されながら流路８０を流れ易くなる。したがって、空気が流路８０をスムーズに流れるため、空気の圧損が低減する。そして、流路８０を流れる空気は、絞り部８１を通過すると断熱膨張して温度が下がる。これにより、永久磁石４７は、少なくとも絞り部８１よりも空気の流れ方向の下流側において断熱膨張して温度が下がった空気によって冷却される。その結果、永久磁石４７が空気により冷却される。また、絞り部８１よりも空気の流れ方向の下流側において、負圧発生部８２が負圧を発生させるため、絞り部８１を通過した空気がスムーズに流路８０を流れる。したがって、空気の圧損がさらに低減し、空気によって永久磁石４７がさらに効率良く冷却される。

流路８０を通過する空気は、ロータ４２が回転していると、遠心力によって回転軸２２の径方向外側に向けて流され易くなる。このとき、第２樹脂部７２の内周面は、第１樹脂部７１から第３樹脂部７３に向かうにつれて内径が拡径していく第２円錐孔７６になっている。このため、第２樹脂部７２の内周面と筒部材４６の外周面との間を通過する空気が、第２円錐孔７６に案内されながら、流路８０の下流側に向かって流れ易くなっている。したがって、流路８０を流れる空気が、第２樹脂部７２の内周面と筒部材４６の外周面との間に滞留し難くなり、空気が流路８０をスムーズに流れるため、空気の圧損が低減し、空気によって永久磁石４７が効率良く冷却される。そして、流路８０を通過した空気は、モータ室３０内における第３軸端部７３ｃと第１プレート２５との間の空間を経由して、排出口６３に流れ込み、排出口６３からハウジング２１外へ排出される。したがって、空気は、モータ室３０内におけるステータ４１よりもモータハウジング２４の端壁２４ａ寄りの空間から流路８０を通過して、モータ室３０内におけるステータ４１よりも第１プレート２５寄りの空間へ流れる。

ところで、このような燃料電池システム１０においては、燃料電池スタック１１から排出される空気には水が含まれているため、タービン室３７に流入する空気には水が含まれている。したがって、タービン室３７内には水が存在している。ここで、流路８０が、絞り部８１によってモータ室３０の圧力がタービン室３７の圧力よりも高くなるように断面積が絞られている。このため、タービン室３７から貫通孔５１を介してモータ室３０へ水が侵入してしまうことが抑制されている。

（効果）
上記実施形態では以下の効果を得ることができる。
（１）流路８０には、空気の流れ方向の下流側に向かって流路８０の断面積が漸次小さくなる絞り部８１が設けられている。これによれば、絞り部８１によって、空気の流れ方向の下流側に向かって流路８０の断面積が漸次小さくなっているため、空気が絞り部８１によって案内されながら流路８０を流れ易くなる。したがって、空気が流路８０をスムーズに流れるため、空気の圧損を低減することができる。そして、流路８０を流れる空気は、絞り部８１を通過すると断熱膨張して温度が下がる。これにより、少なくとも絞り部８１よりも空気の流れ方向の下流側において永久磁石４７を断熱膨張して温度が下がった空気によって冷却することができる。以上により、空気によって永久磁石４７を効率良く冷却することができる。

（２）ステータ４１は、回転軸２２の軸方向における一端側に設けられたコイル４４のコイルエンド４５を樹脂で覆う筒状の第１樹脂部７１を備えている。第１樹脂部７１は、絞り部８１を形成している。コイルエンド４５を樹脂で覆う筒状の第１樹脂部７１は、絞り部８１を形成する上で好適である。

（３）流路８０は、絞り部８１よりも空気の流れ方向の下流側において、空気の流れ方向の下流側に向かって流路８０の断面積が漸次大きくなり負圧を発生させる負圧発生部８２をさらに備えている。これによれば、絞り部８１よりも空気の流れ方向の下流側において、負圧発生部８２が負圧を発生させるため、絞り部８１を通過した空気がスムーズに流路８０を流れる。したがって、空気の圧損をさらに低減することができ、空気によって永久磁石４７をさらに効率良く冷却することができる。

（４）ステータ４１は、ステータコア４３の内周面を樹脂で覆う筒状の第２樹脂部７２を備えている。負圧発生部８２は、第２樹脂部７２によって形成されている。ステータコア４３の内周面を樹脂で覆う筒状の第２樹脂部７２は、負圧発生部８２を形成する上で好適である。

（５）流路８０が、絞り部８１によってモータ室３０の圧力がタービン室３７の圧力よりも高くなるように断面積が絞られているため、例えば、タービン室３７から貫通孔５１を介してモータ室３０へ水が侵入してしまうことを抑制することができる。

（６）ステータコア４３と永久磁石４７との間で磁束が生じると、磁束が筒部材４６を通過し、筒部材４６に渦電流が生じる。筒部材４６に生じる渦電流は、筒部材４６とステータコア４３との距離が近いほど生じ易くなる。一方で、ステータコア４３を筒部材４６から離間させ過ぎてしまうと、ステータコア４３と筒部材４６との間の隙間が大きくなり過ぎてしまい、ステータコア４３と筒部材４６との間を通過する空気が滞留し易くなってしまう。そこで、本実施形態では、ステータコア４３の内周面を第２樹脂部７２で覆うとともに、第２樹脂部７２の内周面を、第１樹脂部７１から第３樹脂部７３に向かうにつれて内径が拡径していく第２円錐孔７６とした。これによれば、ステータコア４３を筒部材４６から極力離間させつつも、流路８０を流れる空気が滞留してしまうことを抑制することができる。その結果、筒部材４６に渦電流が生じてしまうことを抑制しつつも、永久磁石４７を効率良く冷却することができる。

（変更例）
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

○ 図３に示すように、負圧発生部８２が、ステータコア４３の内周面によって形成されていてもよい。具体的には、図３に示す実施形態では、ステータコア４３の内周面が樹脂によって覆われていない。そして、ステータコア４３の内周面によって、第２円錐孔７６を形成し、負圧発生部８２を形成している。これによれば、ステータコア４３とは別の部材を用いて負圧発生部８２を形成する必要が無いため、部品点数を増やすことなく、負圧発生部８２を形成することができる。

○ 実施形態において、絞り部８１は、回転軸２２の軸方向における一端側に設けられたコイル４４のコイルエンド４５を樹脂で覆う筒状の第１樹脂部７１により形成されていたが、これに限らない。例えば、コイルエンド４５を覆っていない別の部材によって絞り部８１が形成されていてもよい。

○ 実施形態において、絞り部８１が、例えば、第２樹脂部７２によって形成されていてもよい。また、ステータコア４３の内周面が樹脂によって覆われておらず、ステータコア４３の内周面によって絞り部８１が形成されていてもよい。したがって、絞り部８１が、永久磁石４７に対してステータコア４３の径方向で重なっていてもよい。要は、絞り部８１は、空気の流れ方向の下流側に向かって流路８０の断面積が漸次小さくなるように流路８０に設けられており、永久磁石４７が、少なくとも絞り部８１よりも空気の流れ方向の下流側において冷却される構成であればよい。

○ 図４に示すように、絞り部８１が、第２コイルエンド４５ｂを覆う樹脂によって形成されていてもよい。この場合、第２コイルエンド４５ｂは、回転軸２２の軸方向における一端側に設けられたコイル４４のコイルエンド４５であり、第２コイルエンド４５ｂを覆う樹脂は、第１樹脂部である。そして、この場合、空気が、モータ室３０内におけるステータ４１よりも第１プレート２５寄りの空間から流路８０を通過して、モータ室３０内におけるステータ４１よりもモータハウジング２４の端壁２４ａ寄りの空間へ流れる構成とする必要がある。具体的には、図４に示す実施形態では、導入口６０は、モータ２３よりもタービン室３７とは反対側に配置されており、排出口６３は、モータ２３よりもタービン室３７側に配置されている。そして、第３樹脂部７３の第３内周部７３ａの内周面におけるステータコア４３側の端部が、ステータコア４３の軸方向においてステータコア４３に接近するにつれて内径が縮径していく円錐孔になっている。さらに、第２樹脂部７２の内周面が、第３樹脂部７３から第１樹脂部７１に向かうにつれて内径が拡径していく円錐孔になっている。第３樹脂部７３の円錐孔及び第２樹脂部７２の円錐孔は、流路８０の一部を形成している。第３樹脂部７３の円錐孔は、第２樹脂部７２の円錐孔よりも空気の流れ方向の上流に位置している。そして、第３樹脂部７３の円錐孔が、空気の流れ方向の下流側に向かって流路８０の断面積が漸次小さくなる絞り部８１を形成している。

○ 実施形態において、流路８０は、負圧発生部８２が備えられていない構成であってもよい。
○ 実施形態において、電動流体機械２０は、タービンホイール５７を備えていない構成であってもよい。

○ 実施形態において、磁性体としては、永久磁石４７に限らず、例えば、積層コア、アモルファスコア、又は、圧粉コア等であってもよい。
○ 実施形態において、筒部材４６が、例えば、炭素繊維強化プラスチックから構成されていてもよい。要は、筒部材４６の材質は、特に限定されるものではない。

○ 実施形態において、ロータ４２の構成としては、例えば、電磁鋼板が複数積層されて構成されるロータコアと、ロータコアに埋設される磁性体と、を備えたロータであってもよい。

○ 実施形態では、供給流路３５を流れる空気の一部を、導入口６０を介してハウジング２１内に冷却流体として導入したが、これに限らず、供給流路３５を流れる空気とは別の流体を冷却流体として導入口６０からハウジング２１内に導入してもよい。

○ 実施形態において、電動流体機械２０は、燃料電池車などの車両に搭載される燃料電池システム１０に用いられるものに限らず、例えば、車両空調装置に用いられる電動圧縮機であってもよい。

２０…電動流体機械、２１…ハウジング、２２…回転軸、２３…モータ、３０…モータ室、３７…タービン室、４１…ステータ、４２…ロータ、４３…ステータコア、４４…コイル、４５…コイルエンド、５０…隔壁、５１…貫通孔、５７…タービンホイール、６０…導入口、６３…排出口、７１…第１樹脂部、７２…第２樹脂部、８０…流路、８１…絞り部、８２…負圧発生部。

Claims (6)

1. ハウジングと、
   前記ハウジングに回転可能に支持される回転軸と、
   前記ハウジングに収容されるとともに前記回転軸を回転させるモータと、を備え、
   前記モータは、
   前記ハウジングの内周面に固定される筒状のステータコア、及び前記ステータコアに巻回されたコイルを有するステータと、
   前記ステータの内側に配置されるとともに磁性体を有し、前記回転軸と一体的に回転するロータと、を有し、
   前記ハウジングには、前記ハウジング内に冷却流体を導入する導入口と、前記ハウジング内から前記冷却流体を排出する排出口と、が設けられ、
   前記ステータと前記ロータとの間に形成される流路に前記冷却流体が流れることで、前記磁性体が冷却される電動流体機械であって、
   前記流路には、前記冷却流体の流れ方向の下流側に向かって前記流路の断面積が漸次小さくなる絞り部が設けられ、
   前記磁性体は、少なくとも前記絞り部よりも前記冷却流体の流れ方向の下流側において冷却されることを特徴とする電動流体機械。
2. 前記ステータは、前記回転軸の軸方向における一端側に設けられた前記コイルのコイルエンドを樹脂で覆う筒状の第１樹脂部を備え、
   前記第１樹脂部は、前記絞り部を形成していることを特徴とする請求項１に記載の電動流体機械。
3. 前記流路は、前記絞り部よりも前記冷却流体の流れ方向の下流側において、前記冷却流体の流れ方向の下流側に向かって前記流路の断面積が漸次大きくなり負圧を発生させる負圧発生部をさらに備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電動流体機械。
4. 前記ステータは、前記ステータコアの内周面を樹脂で覆う筒状の第２樹脂部を備え、
   前記負圧発生部は、前記第２樹脂部によって形成されていることを特徴とする請求項３に記載の電動流体機械。
5. 前記負圧発生部は、前記ステータコアの内周面によって形成されていることを特徴とする請求項３に記載の電動流体機械。
6. 前記モータの駆動を補助するタービンホイールを備え、
   前記ハウジングは、
   前記モータが収容されるモータ室と、
   前記タービンホイールが収容されるタービン室と、
   前記モータ室と前記タービン室とを隔てるとともに前記回転軸が貫通する貫通孔を有する隔壁と、を有し、
   前記導入口は、前記モータよりも前記タービン室側に配置されており、
   前記排出口は、前記モータよりも前記タービン室とは反対側に配置されており、
   前記流路は、前記絞り部によって前記モータ室の圧力が前記タービン室の圧力よりも高くなるように断面積が絞られることを特徴とする請求項１～請求項５のいずれか一項に記載の電動流体機械。

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