JP2023069205A - 電動圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】電動モータを効率良く冷却することができるとともに、電動圧縮機の体格の小型化を図ること。【解決手段】電動圧縮機１０は、ハウジング１１と、ハウジング１１に回転可能に支持される回転軸２３と、回転軸２３を回転させる電動モータ２５と、回転軸２３の回転によって駆動して空気を圧縮する第１圧縮部３１及び第２圧縮部３２と、を備えている。また、電動圧縮機１０は、回転軸２３の第１端を支持する第１軸受２１と、回転軸２３の第２端を支持する第２軸受２２と、を備えている。第１軸受２１、第１圧縮部３１、電動モータ２５、第２圧縮部３２、及び第２軸受２２は、回転軸２３の軸方向でこの順に並んで配置されている。第１圧縮部３１は、圧縮した空気を電動モータ２５に向けて吐出する軸流式である。第２圧縮部３２は、第１圧縮部３１によって圧縮された後の空気を圧縮する。【選択図】図１

Description

本発明は、電動圧縮機に関する。

電動圧縮機は、ハウジングと、回転軸と、電動モータと、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。電動モータは、回転軸を回転させる。また、このような電動圧縮機において、回転軸の回転によって駆動して流体を圧縮する第１圧縮部及び第２圧縮部を備えたものが、例えば特許文献１に開示されている。

特開２０１６－１１８１３６号公報

このような、第１圧縮部及び第２圧縮部を備えた電動圧縮機においては、電動モータを効率良く冷却することが望まれている。さらには、電動圧縮機の体格の小型化を図ることが望まれている。

上記課題を解決する電動圧縮機は、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、前記回転軸を回転させる電動モータと、前記回転軸の回転によって駆動して流体を圧縮する第１圧縮部及び第２圧縮部と、前記回転軸の第１端を支持する第１軸受と、前記回転軸の第２端を支持する第２軸受と、を備え、前記第１軸受、前記第１圧縮部、前記電動モータ、前記第２圧縮部、及び前記第２軸受は、前記回転軸の軸方向でこの順に並んで配置されており、前記第１圧縮部は、圧縮した流体を前記電動モータに向けて吐出する軸流式であり、前記第２圧縮部は、前記第１圧縮部によって圧縮された後の流体を圧縮する。

これによれば、第１圧縮部は、圧縮した流体を電動モータに向けて吐出する軸流式であるため、電動モータが、軸流式の第１圧縮部から吐出された流体によって効率良く冷却される。また、回転軸の第１端が第１軸受によって支持されるとともに、回転軸の他端が第２軸受によって支持されている。したがって、回転軸の回転時において回転軸の振れが抑制され易くなるため、軸流式の第１圧縮部とハウジングとの間のクリアランスを極力狭めることができる。その結果、電動圧縮機の体格の小型化を図ることができる。さらには、第２圧縮部は、第１圧縮部によって圧縮された後の流体を圧縮する。したがって、流体は、第２圧縮部によって圧縮される前に第１圧縮部によってある程度圧縮されているため、第２圧縮部の仕事量（吐出容量）を抑えることが可能となる。その結果、第２圧縮部の体格を小さくすることができるため、電動圧縮機の体格の小型化を図ることができる。以上により、電動モータを効率良く冷却することができるとともに、電動圧縮機の体格の小型化を図ることができる。

上記電動圧縮機において、前記ハウジングは、前記第１圧縮部に流体を吸入する吸入通路と、前記吸入通路に連通するとともに前記第１軸受を保持する第１軸受保持部と、前記第２軸受を保持する第２軸受保持部と、前記ハウジング内において前記回転軸の軸方向で前記電動モータと前記第２圧縮部との間に位置する空間内の流体を前記第２軸受保持部に供給する供給通路と、前記第２軸受保持部から流体を前記ハウジングの外部へ排出する排出通路と、を有しているとよい。

これによれば、第１軸受保持部が吸入通路に連通しているため、吸入通路を流れる流体が第１軸受保持部に供給されることにより、第１軸受を流体によって冷却することができる。また、ハウジング内において回転軸の軸方向で電動モータと第２圧縮部との間に位置する空間内の流体が、供給通路を介して第２軸受保持部に供給されるとともに、第２軸受保持部から排出通路を介してハウジングの外部へ排出される。よって、第２軸受保持部を通過する流体によって第２軸受を冷却することができる。

上記電動圧縮機において、前記第２圧縮部は、遠心式であるとよい。
これによれば、第２圧縮部が遠心式であるため、例えば、第２圧縮部が軸流式である場合に比べると、電動圧縮機における回転軸の軸方向の体格の小型化を図ることができる。

この発明によれば、電動モータを効率良く冷却することができるとともに、電動圧縮機の体格の小型化を図ることができる。

実施形態における電動圧縮機の側断面図である。 図１における２－２線断面図である。 別の実施形態における電動圧縮機の側断面図である。

以下、電動圧縮機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。本実施形態の電動圧縮機は、燃料電池車に搭載されている。そして、電動圧縮機は、燃料電池に対して流体としての空気を供給するために用いられる。

（電動圧縮機１０の全体構成）
図１に示すように、電動圧縮機１０は、ハウジング１１を備えている。ハウジング１１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１１は、モータハウジング１２、第１コンプレッサハウジング１３、第２コンプレッサハウジング１４、第１プレート１５、及び第２プレート１６を有している。

モータハウジング１２は、筒状に延びている。第１コンプレッサハウジング１３は、筒状に延びている。第１コンプレッサハウジング１３は、モータハウジング１２の一方の開口側の端部に連結されている。第１コンプレッサハウジング１３の内周面は、モータハウジング１２に近付くにつれて内径が徐々に縮径していく円錐孔形状になっている。第２コンプレッサハウジング１４は、筒状に延びている。第２コンプレッサハウジング１４は、モータハウジング１２の他方の開口の端部に連結されている。第２コンプレッサハウジング１４の内周面は、モータハウジング１２から離れるにつれて内径が徐々に拡径していく円錐孔形状になっている。モータハウジング１２の軸線、第１コンプレッサハウジング１３の軸線、及び第２コンプレッサハウジング１４の軸線はそれぞれ一致している。

第１プレート１５は、第１コンプレッサハウジング１３におけるモータハウジング１２とは反対側の端部に連結されている。第１プレート１５は、第１コンプレッサハウジング１３におけるモータハウジング１２とは反対側の開口を閉塞している。第１プレート１５の中央部には、第１軸受保持部１７が形成されている。したがって、ハウジング１１は、第１軸受保持部１７を有している。第１軸受保持部１７は、例えば、第１プレート１５における第１コンプレッサハウジング１３側の端面の中央部に形成された円孔状の凹部である。第１軸受保持部１７の軸線は、第１コンプレッサハウジング１３の軸線に一致している。

第２プレート１６は、第２コンプレッサハウジング１４におけるモータハウジング１２とは反対側の端部に連結されている。第２プレート１６は、第２コンプレッサハウジング１４におけるモータハウジング１２とは反対側の開口を閉塞している。第２プレート１６の中央部には、第２軸受保持部１８が形成されている。したがって、ハウジング１１は、第２軸受保持部１８を有している。第２軸受保持部１８は、例えば、第２プレート１６における第２コンプレッサハウジング１４側の端面の中央部に形成された円孔状の凹部である。第２軸受保持部１８の軸線は、第２コンプレッサハウジング１４の軸線に一致している。

（第１軸受２１及び第２軸受２２について）
電動圧縮機１０は、第１軸受２１と、第２軸受２２と、を備えている。第１軸受２１は、第１軸受保持部１７内に配置されている。第１軸受保持部１７は、第１軸受２１を保持している。第１軸受２１は、例えば、気体軸受である。第２軸受２２は、第２軸受保持部１８内に配置されている。第２軸受保持部１８は、第２軸受２２を保持している。第２軸受２２は、例えば、気体軸受である。

（回転軸２３について）
電動圧縮機１０は、回転軸２３を備えている。回転軸２３は、ハウジング１１内に収容されている。回転軸２３の軸線は、モータハウジング１２の軸線、第１コンプレッサハウジング１３の軸線、及び第２コンプレッサハウジング１４の軸線それぞれに一致している。

回転軸２３の第１端は、第１軸受保持部１７内に配置されている。そして、回転軸２３の第１端は、第１軸受２１を介して第１プレート１５に回転可能に支持されている。したがって、電動圧縮機１０は、回転軸２３の第１端を支持する第１軸受２１を備えている。回転軸２３の第２端は、第２軸受保持部１８内に配置されている。そして、回転軸２３の第２端は、第２軸受２２を介して第２プレート１６に回転可能に支持されている。したがって、電動圧縮機１０は、回転軸２３の第２端を支持する第２軸受２２を備えている。回転軸２３は、ハウジング１１に回転可能に支持されている。

（電動モータ２５の構成）
電動圧縮機１０は、電動モータ２５を備えている。電動モータ２５は、モータハウジング１２内に収容されている。電動モータ２５は、筒状のロータ２６及び筒状のステータ２７を備えている。ロータ２６は、回転軸２３に固定されている。ステータ２７は、モータハウジング１２の内周面に固定されている。ロータ２６は、ステータ２７の径方向内側に配置されている。ロータ２６は、回転軸２３と一体的に回転する。ロータ２６は、回転軸２３に止着された円筒状のロータコア２６ａと、ロータコア２６ａに設けられた図示しない複数の永久磁石と、を有している。

ステータ２７は、ロータ２６を取り囲んでいる。ステータ２７は、円筒状のステータコア２７ａと、モータコイル２７ｂと、を有している。ステータコア２７ａは、モータハウジング１２の内周面に固定されている。モータコイル２７ｂは、ステータコア２７ａに巻回されている。回転軸２３は、図示しないバッテリからモータコイル２７ｂに電流が流れることによって、ロータ２６と一体的に回転する。したがって、電動モータ２５は、回転軸２３を回転させる。

（第１圧縮部３１について）
電動圧縮機１０は、第１圧縮部３１を備えている。第１圧縮部３１は、第１コンプレッサハウジング１３内に収容されている。第１圧縮部３１は、回転軸２３の回転によって駆動して流体としての空気を圧縮する。第１圧縮部３１は、圧縮した空気を電動モータ２５に向けて吐出する軸流式である。具体的には、第１圧縮部３１は、静翼３１ａと動翼３１ｂとが回転軸２３の軸方向に交互に並んで配置された構成になっている。各静翼３１ａは、回転軸２３と一体的に回転不能である。各動翼３１ｂは、回転軸２３と一体的に回転可能である。各静翼３１ａ及び各動翼３１ｂの外径は、電動モータ２５に近い位置に配置されている静翼３１ａ及び動翼３１ｂほど小さくなっている。

（第２圧縮部３２について）
電動圧縮機１０は、第２圧縮部３２を備えている。第２圧縮部３２は、第２コンプレッサハウジング１４内に収容されている。したがって、第１軸受２１、第１圧縮部３１、電動モータ２５、第２圧縮部３２、及び第２軸受２２は、回転軸２３の軸方向でこの順に並んで配置されている。第２圧縮部３２は、回転軸２３の回転によって駆動して空気を圧縮する。第２圧縮部３２は、遠心式である。具体的には、第２圧縮部３２は、回転軸２３に一体的に回転可能なコンプレッサインペラである。第２圧縮部３２は、背面３２ａから先端３２ｂに向かうにつれて徐々に縮径している。第２圧縮部３２は、先端３２ｂが電動モータ２５に向くように回転軸２３に連結されている。第２圧縮部３２の背面３２ａは、第２プレート１６における第２コンプレッサハウジング１４側の端面に対向している。第２圧縮部３２の外縁は、第２コンプレッサハウジング１４の内周面に沿って延びている。第２圧縮部３２は、第１圧縮部３１によって圧縮された後の空気を圧縮する。

（吸入通路４０について）
ハウジング１１は、吸入通路４０を有している。吸入通路４０は、第１コンプレッサハウジング１３における第１プレート１５寄りの端部に形成されている。吸入通路４０は、ハウジング１１内において第１圧縮部３１と第１プレート１５との間の空間である第１空間４１に連通している。そして、吸入通路４０から吸入された空気は、第１空間４１に流れ込んで、第１空間４１から第１圧縮部３１に吸入される。したがって、吸入通路４０は、第１圧縮部３１に空気を吸入する。また、第１軸受保持部１７は、第１空間４１を介して吸入通路４０に連通している。

（供給通路４２について）
ハウジング１１は、供給通路４２を有している。供給通路４２は、ハウジング１１内において回転軸２３の軸方向で電動モータ２５と第２圧縮部３２との間に位置する空間である第２空間４３内の空気を第２軸受保持部１８内に供給する。供給通路４２は、モータハウジング１２、第２コンプレッサハウジング１４、及び第２プレート１６を貫通している。

（排出通路４４について）
ハウジング１１は、排出通路４４を有している。排出通路４４は、第２プレート１６に形成されている。排出通路４４は、第２軸受保持部１８内とハウジング１１の外部とを連通している。排出通路４４は、第２軸受保持部１８内から空気をハウジング１１の外部へ排出する。

（吐出通路４５について）
ハウジング１１は、吐出通路４５を有している。吐出通路４５は、第２コンプレッサハウジング１４における第２プレート１６寄りの端部に形成されている。吐出通路４５は、第２圧縮部３２によって圧縮された空気をハウジング１１の外部へ吐出する。

（連通通路４６について）
図１及び図２に示すように、ハウジング１１は、連通通路４６を有している。図２に示すように、連通通路４６は、モータハウジング１２の周方向に間隔を置いて複数形成されている。図１に示すように、各連通通路４６の一端は、第１コンプレッサハウジング１３内に連通している。各連通通路４６の他端は、第２空間４３内に連通している。

（作用）
次に、本実施形態の作用について説明する。
吸入通路４０から吸入された空気は、第１空間４１に流れ込む。第１空間４１に流れ込んだ空気は、第１空間４１から第１圧縮部３１に吸入される。また、吸入通路４０から第１空間４１に流れ込んだ空気の一部は、第１軸受保持部１７内に供給される。そして、第１軸受保持部１７内に供給された空気は、第１軸受２１を冷却する。第１軸受２１を冷却した空気は、第１空間４１に還流して、第１空間４１から第１圧縮部３１に吸入される。第１圧縮部３１に吸入された空気は、第１圧縮部３１によって圧縮される。

第１圧縮部３１によって圧縮された空気は、電動モータ２５に向けて吐出される。電動モータ２５に向けて吐出された空気の一部は、電動モータ２５において、例えば、ステータ２７とロータ２６との間の隙間を介して第２空間４３に流出する。また、電動モータ２５に向けて吐出された空気の一部は、各連通通路４６を介して第２空間４３に流出する。このとき、電動モータ２５から生じる熱は、ステータ２７とロータ２６との間の隙間を流れる空気、及び各連通通路４６を流れる空気に放熱される。これにより、電動モータ２５が冷却される。

第２空間４３に流出した空気は、第２圧縮部３２に吸入される。第２圧縮部３２に吸入された空気は、第２圧縮部３２によって圧縮される。第２圧縮部３２によって圧縮された空気は、吐出通路４５を介してハウジング１１の外部へ吐出される。また、第２空間４３に流出した空気の一部は、供給通路４２を介して第２軸受保持部１８内に供給される。そして、第２軸受保持部１８内に供給された空気は、第２軸受２２を冷却する。第２軸受２２を冷却した空気は、排出通路４４を介してハウジング１１の外部へ排出される。

（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）第１圧縮部３１は、圧縮した空気を電動モータ２５に向けて吐出する軸流式である。このため、電動モータ２５が、軸流式の第１圧縮部３１から吐出された空気によって効率良く冷却される。また、回転軸２３の第１端が第１軸受２１によって支持されるとともに、回転軸２３の他端が第２軸受２２によって支持されている。したがって、回転軸２３の回転時において回転軸２３の振れが抑制され易くなるため、軸流式の第１圧縮部３１とハウジング１１との間のクリアランスを極力狭めることができる。その結果、電動圧縮機１０の体格の小型化を図ることができる。さらには、第２圧縮部３２は、第１圧縮部３１によって圧縮された後の空気を圧縮する。したがって、空気は、第２圧縮部３２によって圧縮される前に第１圧縮部３１によってある程度圧縮されているため、第２圧縮部３２の仕事量（吐出容量）を抑えることが可能となる。その結果、第２圧縮部３２の体格を小さくすることができるため、電動圧縮機１０の体格の小型化を図ることができる。以上により、電動モータ２５を効率良く冷却することができるとともに、電動圧縮機１０の体格の小型化を図ることができる。

（２）第１軸受保持部１７内が吸入通路４０に連通している。このため、吸入通路４０を流れる空気が第１軸受保持部１７に供給されることにより、第１軸受２１を空気によって冷却することができる。また、第２空間４３内の空気が、供給通路４２を介して第２軸受保持部１８内に供給されるとともに、第２軸受保持部１８内から排出通路４４を介してハウジング１１の外部へ排出される。よって、第２軸受保持部１８内を通過する空気によって第２軸受２２を冷却することができる。

（３）第２圧縮部３２が遠心式である。このため、例えば、第２圧縮部３２が軸流式である場合に比べると、電動圧縮機１０における回転軸２３の軸方向の体格の小型化を図ることができる。

（４）回転軸２３の第１端が第１軸受２１によって支持されるとともに、回転軸２３の他端が第２軸受２２によって支持されている。したがって、回転軸２３の回転時において回転軸２３の振れが抑制され易くなるため、第２圧縮部３２と第２コンプレッサハウジング１４との間のクリアランスを極力狭めることができる。その結果、電動圧縮機１０の体格の小型化を図ることができる。

（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、第２圧縮部３２Ａが、軸流式であってもよい。第２圧縮部３２は、例えば、第１圧縮部３１と同様に、静翼３１ａと動翼３１ｂとが回転軸２３の軸方向に交互に並んで配置された構成になっている。第２圧縮部３２Ａによって圧縮された空気は、吐出通路４５を介してハウジング１１の外部へ吐出される。また、第２圧縮部３２Ａによって圧縮された空気の一部は、第２軸受２２に向けて吐出される。これによれば、第２圧縮部３２Ａは、圧縮した空気を第２軸受２２に向けて吐出する軸流式であるため、第２軸受２２が、軸流式の第２圧縮部３２Ａから吐出された空気によって効率良く冷却される。

○ 図３に示す実施形態において、供給通路４２を省略してもよい。
○ 実施形態において、電動モータ２５を冷却するための冷却水が流れる冷却水通路がモータハウジング１２に形成されていてもよい。例えば、冷却水通路と連通通路４６とがモータハウジング１２の周方向で間隔を置いて交互に配置されていてもよい。

○ 実施形態において、ハウジング１１は、第１軸受保持部１７から空気をハウジング１１の外部へ排出する通路をさらに有していてもよい。
○ 実施形態において、第１圧縮部３１は、静翼３１ａと動翼３１ｂとが回転軸２３の軸方向に交互に並んで配置された構成であったが、これに限らず、第１圧縮部３１が軸流式であれば、その具体的な構成は特に限定されるものではない。

○ 実施形態において、電動圧縮機１０は、燃料電池車に搭載され、燃料電池に対して空気を供給するため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、流体としての冷媒を圧縮するものであってもよい。また、電動圧縮機１０は、車両に搭載されるものに限定されるものではない。

１０…電動圧縮機、１１…ハウジング、１７…第１軸受保持部、１８…第２軸受保持部、２１…第１軸受、２２…第２軸受、２３…回転軸、２５…電動モータ、３１…第１圧縮部、３２，３２Ａ…第２圧縮部、４０…吸入通路、４２…供給通路、４３…空間である第２空間、４４…排出通路。

Claims (3)

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、
   前記回転軸を回転させる電動モータと、
   前記回転軸の回転によって駆動して流体を圧縮する第１圧縮部及び第２圧縮部と、
   前記回転軸の第１端を支持する第１軸受と、
   前記回転軸の第２端を支持する第２軸受と、を備え、
   前記第１軸受、前記第１圧縮部、前記電動モータ、前記第２圧縮部、及び前記第２軸受は、前記回転軸の軸方向でこの順に並んで配置されており、
   前記第１圧縮部は、圧縮した流体を前記電動モータに向けて吐出する軸流式であり、
   前記第２圧縮部は、前記第１圧縮部によって圧縮された後の流体を圧縮する電動圧縮機。
2. 前記ハウジングは、
   前記第１圧縮部に流体を吸入する吸入通路と、
   前記吸入通路に連通するとともに前記第１軸受を保持する第１軸受保持部と、
   前記第２軸受を保持する第２軸受保持部と、
   前記ハウジング内において前記回転軸の軸方向で前記電動モータと前記第２圧縮部との間に位置する空間内の流体を前記第２軸受保持部に供給する供給通路と、
   前記第２軸受保持部から流体を前記ハウジングの外部へ排出する排出通路と、を有している請求項１に記載の電動圧縮機。
3. 前記第２圧縮部は、遠心式である請求項１又は請求項２に記載の電動圧縮機。

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