JP4755127B2 - 電動過給機の冷却方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車等に適用される内燃機関の電動過給機において、該電動過給機に組み込まれたインバータ及び電動機の冷却を可能とすることにより、内燃機関の出力を増大させ、過度応答を改善し得る電動過給機の冷却方法及び装置に関する。

従来、自動車等の内燃機関の気筒内に吸入する給気の圧力を高めて、気筒内の空気の重量を増大させて１サイクル当りの出力を増大させることを狙いとする過給機は古くから知られている。こうした過給機のひとつとして、エンジンの排出する排気ガスをタービンに導いて高速回転させ、このタービンと回転軸を共用するコンプレッサを駆動させて、エンジンに過給を行なう過給機がある。

かかる過給機の稼動はエンジンの排気が必要であり、発進時や急速加速時等にクイックレスポンスができない。また排気の圧力が上がるとエンジンに影響を与え、エンジンの燃焼が悪化する、燃費が悪くなるなどの問題があった。

そこで蓄電装置と、該蓄電装置の電力を変換して電動機に供給するインバータとを備え、該電動機によりコンプレッサを駆動して内燃機関の給気を過給する電動過給機が提案されている（特許文献１）。該インバータは、ＦＥＴ等のスイッチング素子で構成され、該蓄電装置から送られた直流を交流に変換し、かつ電圧及び周波数を調整して電動機を駆動する。

自動車エンジン用電動過給機は、エンジン出力を増大させる目的及びエンジン出力の過度応答を改善する目的で使用される。コンプレッサを電動機で高速回転させ、エンジンに圧縮空気を送り込む。高速で回転する電動機のロータとコンプレッサはギアレス直結されており、回転数は数万〜十数万ｒｐｍに達する。この電動過給機の構成を図６で説明する。

図６において、コンプレッサ０１は、該コンプレッサを駆動する電動機０２及びインバータ０３と一体に構成され、筐体０４内に収納される。インバータ０３は、ＦＥＴ等のスイッチング素子で構成され、バッテリ０５の直流を交流に変換し、電圧及び周波数を調整して電動機０２を駆動する。給気ａは、給気口０１ａからコンプレッサ０１内に吸引され、吐出口０１ｂからエンジン０６に供給される。吸入口０６ａからエンジン０６内に吸入された給気ａはエンジン０６を駆動した後、排気口０６ｂから排気ｂとなって排出される。

バッテリ０５は、例えば１２Ｖと比較的低電圧であるため、インバータ０３に大電流が流れる。従って、インバータ０３はその大電流により発熱量が大きい。また電動機０２も高速で回転するため、発熱量が大きい。電動機０２やインバータ０３の損失発熱による温度上昇を許容値内に押えるために、良好な冷却機能を持つ必要があるが、その手段として以下の方法がある。
（１）電動機及びインバータを走行風が直接当たる場所に設置する。
（２）コンプレッサの吸込み空気を利用して電動機及びインバータを冷却する。

特開２００６−２５８０９４号公報

前記（１）の方法は、自動車等に設置された場合、エンジンルームのスペースの関係上、走行風の当たる位置に設置することが困難である。また、停止中には走行風が得られないという問題がある。

前記（２）の方法は、別途冷却用のファン等が必要なく、好ましい冷却方法ではあるが、冷却流路圧損を考慮すると、電動機必要動力が増え、熱的（温度的）に連続運転が困難な場合がある。このような場合、短時間運転を前提として設計することとなるが、そうした場合でも運転時間に対して休止時間を相当長く確保しないと温度が十分に下がりきれないことが考えられる。なぜなら、電動過給機の休止中はコンプレッサが回転しないために筐体外から冷却風が吸い込まれず、自然対流のみとなって、十分な熱輸送がなされないからである。

本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、コンプレッサの吸込み空気を利用して電動過給機の電動機及びインバータを冷却する場合に、電動機及びインバータの冷却機能を増すことにより、該電動機の運転頻度を増加して、コンプレッサの休止時間を短縮し、もってエンジン出力の増加と過度応答の改善をなすことを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明の電動過給機の冷却装置は、蓄電装置と、該蓄電装置の電力を変換して電動機に供給するインバータとを備え、該電動機によりコンプレッサを駆動して内燃機関の吸気を過給する電動過給機において、
前記給気の流路を、該電動機及びインバータの発熱部を通過した後該コンプレッサに至る直列流路と、該電動機及びインバータをバイパスして該コンプレッサに至る第１のバイパス流路と、該電動機、インバータ及びコンプレッサをバイパスして該内燃機関に至る第２のバイパス流路とで構成し、
該給気を該直列流路、該第１バイパス流路又は該第２バイパス流路のいずれかを通るように切換え可能に構成したものである。

本発明装置において、直列流路、第１バイパス流路又は第２バイパス流路への給気流の切換えは、例えばこれらの流路を開閉可能とする可動弁を設けることにより行なうことができる。

また本発明方法は、前記本発明装置を用いた冷却方法であり、コンプレッサの非稼動時には該コンプレッサを低速回転でアイドリングさせるとともに、該コンプレッサの低速回転で給気流路に取り込んだ給気をすべて前記直列流路に供給し、
該コンプレッサの稼動時には、該コンプレッサを高速回転で稼動させるとともに、前記電動機及びインバータの冷却に必要な流量の給気のみを該直列流路に供給するものである。

本発明方法においては、コンプレッサの非稼動時でも完全にコンプレッサを停止せず、低速回転でアイドリングさせる。この場合のコンプレッサの回転数は、内燃機関に悪影響を与えない程度の低速回転であることが望ましく、数千〜１万ｒｐｍが好ましい。低速回転でアイドリング中は、給気をすべてインバータ及び電動機の発熱部を通過する直列流路に供給するように操作する。

一方、コンプレッサの稼動中はすべての給気をインバータ及び電動機の発熱部を通過させる該直列流路に供給すると、給気流に大きな圧損が発生し、コンプレッサを駆動するインバータ及び電動機の必要動力が増加するので、インバータ及び電動機の冷却に必要な流速が得られる流量だけを該直列流路に供給する。そして余剰な給気は前記第１バイパス流路を通すようにして、インバータ及び電動機を迂回させた後、コンプレッサの入口部に供給するようにする。

これによって、コンプレッサの非稼動時でもコンプレッサによる吸気状態を維持できるため、インバータ及び電動機の発熱部の冷却を可能とする。またコンプレッサの非稼動時は、取り込んだ給気をすべてインバータ及び電動機の発熱部を通過する前記直列流路に供給するようにしているので、コンプレッサが低速回転であってもインバータ及び電動機の冷却に必要な流量の給気を確保できる。

またコンプレッサの稼動時は、コンプレッサが高速回転するので（数万〜十数万ｒｐｍ）、全ての給気を直列流路に供給すると、給気流に大きな圧損が生じる。そのため、インバータ及び電動機の冷却に必要な流速を維持できる給気以外の給気を前記第1バイパス流路を通すことにより、給気の圧損を低減することができる。

一般にインバータの発熱限界温度は電動機の発熱限界温度より低い。従って、本発明装置の前記直列流路において、インバータを電動機の上流側に配置するとよい。これによってより低温の給気がインバータを通過するので、インバータの発熱部の冷却温度を電動機の発熱部より低温にすることができる。

また本発明装置において、給気をインバータをバイパスし電動機の発熱部を経由した後該コンプレッサの入口部に至るようにする第２の直列流路を設けるようにすれば、電動機の発熱部のみを冷却できるとともに、インバータを通過しないため、該吸気の圧損を低減することができる。

また本発明装置において、給気流路の入口部にファンを備えた第２の入口部を該入口部に並列に設け、該第２の入口部から吸引された給気を前記直列流路を通って前記インバータ又は電動機のうち少なくともどちらか一方の発熱部に達するように構成し、該発熱部に達した給気を外部に排気する流路を設けるようにしてもよい。

前記本発明方法は、コンプレッサの非稼動時に低速回転のアイドリングが可能であることを前提としている。しかし内燃機関側からの都合上、コンプレッサの非稼動時は内燃機関への給気ができない場合も考えられる。前記構成とすれば、コンプレッサのアイドリングが不可の場合でも、第２の入口部に設けられたファンを稼動して給気を取り込み、インバータ又は電動機の発熱部のうち少なくともどちらか一方を冷却することができる。

また本発明方法において、コンプレッサ下流側の給気流路に該給気流路を開閉可能な開閉弁を設け、前記コンプレッサの非稼動時に該開閉弁によって該給気流路を閉鎖し、該コンプレッサと該開閉弁との間に設けた開口又は管路を通して吸気を排気するようにすることができる。このようにすれば、コンプレッサの非稼動時にアイドリングが不可の場合であっても、インバータ及び電動機の発熱部に給気を供給して該発熱部を冷却することができる。

また、給気をインバータ及び電動機の発熱部を通すようにした前記直列流路は、該直列流路を通る給気流の圧損が大きくなる傾向にある。これを考慮すると、電動機必要動力が増え、熱的（温度的）に連続運転が困難な場合がある。このような場合、本発明方法では、コンプレッサの高即回転の短時間稼動区間と該コンプレッサの低速回転の長時間アイドリング区間とからなる運転パターンを複数回繰り返すようにするとよい。

この場合、前記短時間稼動区間のコンプレッサの回転数が数万〜１０数万ｒｐｍであり、前記長時間アイドリング区間のコンプレッサの回転数が数千〜１万ｒｐｍであり、該短時間稼動区間と該長時間アイドリング区間との時間長の比が１：３〜８となるようにするのが好ましい。これによって、電動機の消費動力を抑えながら、インバータ及び電動機の発熱部の冷却を行なうことができる。

また従来方法と比べて、本発明方法では、コンプレッサのアイドリング区間中でもインバータ及び電動機の冷却を行なうので、コンプレッサのアイドリング区間を短縮できる。従って、内燃機関の出力を増大できるとともに、内燃機関出力の過度応答を改善できる。
また本発明方法において、コンプレッサをエンジンの停止後時間差をもたせて停止されるようにすれば、インバータ及び電動機の冷却効果を高めることができる。

本発明の電動過給機によれば、給気流路を、該電動機及びインバータの発熱部を通過した後該コンプレッサに至る直列流路と、該電動機及びインバータをバイパスして該コンプレッサに至る第１のバイパス流路と、該電動機、インバータ及びコンプレッサをバイパスして該内燃機関に至る第２のバイパス流路とで構成し、該給気を該直列流路、該第１バイパス流路又は該第２バイパス流路のいずれかを通るように切換え可能に構成したことにより、前記本発明方法の実施が可能になり、これによって、電動機及びインバータの冷却を効果的に行なうことができるため、内燃機関の出力を増大できるとともに、内燃機関出力の過度応答を改善できる。

また本発明方法によれば、前記構成を有する本発明の電動過給機を用いて、コンプレッサの非稼動時には該コンプレッサを低速回転でアイドリングさせるとともに、コンプレッサの低速回転で取り込んだ給気をすべて直列流路に供給し、該コンプレッサの稼動時には、該コンプレッサを高回転で稼動させるとともに、前記電動機及びインバータの冷却に必要な流量の給気のみを該直列流路に供給することにより、コンプレッサの非稼動時でもインバータ及び電動機を冷却できるとともに、コンプレッサの稼動時にインバータ及び電動機を通る直列流路の圧損を低減できる。もって、内燃機関の出力を増大できるとともに、内燃機関出力の過度応答を改善できる。

以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明をそれのみに限定する趣旨ではない。
（実施形態１）

本発明を自動車の電動過給機に適用した第１実施形態を図１及び図２に基づいて説明する。図１は本実施形態の内燃機関に給気するための給気流路を示す模式図であり、（ａ）はコンプレッサの非稼動時、（ｂ）はコンプレッサの稼動時を示す。図２は本実施形態の冷却装置を用いた場合のコンプレッサの運転パターンを示す線図である。

図１において、給気ａは給気流路１０に設けられたコンプレッサ１の吸気口から吸引されて図６に示すエンジン０６に供給される。本実施形態の給気流路１０は、入口部１１から３つに分岐する流路で構成される。直列流路１２は、入口部１１からインバータ３及びモータ２の発熱部を通り、コンプレッサ１の入口部に達する流路である。第２の直列流路１３は、入口部１１からインバータ３をバイパスしてモータ２の発熱部に至る流路である。バイパス流路１４は、入口部１１からインバータ３及びモータ２をバイパスしてコンプレッサ１入口側の給気流路１６に接続される流路である。

また、これら３流路以外に、入口部１１からインバータ３、モータ２及びコンプレッサ１をバイパスして直接図示しないエンジンの入口側に接続するバイパス流路１５が設けられている。これら３流路の分岐部には可動弁２１が設けられている。図１（ａ）はコンプレッサ１が非稼動時の給気流路１０の状態を示し、図１（ｂ）はコンプレッサ１が稼動時の状態を示す。なおバイパス流路１５はコンプレッサ１が停止した場合に使用するので、通常は可動弁７で入口を閉鎖しておく。

図１（ａ）に示すように、コンプレッサ１の非稼動時は、可動弁２１によって第２の直列流路１３及びバイパス流路１４が閉鎖され、全ての給気ａが直列流路１２に供給される。このときコンプレッサ１は、数千から１万ｒｐｍの低速回転でアイドリングされる。図１（ｂ）に示すように、コンプレッサ１の稼動時は、３流路がすべて開放されるように可動弁２１を操作する。コンプレッサ１の稼動時は、コンプレッサ１が数万から十数万ｒｐｍの高速回転で稼動される。

このため給気量が増大し、全ての給気ａを直列流路１２に供給してインバータ３及びモータ２の発熱部を通過させると、給気流に大きな圧損が発生するので、インバータ３及びモータ２の冷却に必要な流速が得られる流量だけの給気ａを直列流路１２に供給する。残りの給気ａは、バイパス流路１４及び１５を通してコンプレッサ１に吸込ませる。

本実施形態のコンプレッサ１の運転パターンを図２により説明する。図２において、縦軸はコンプレッサ１の回転数であり、横軸は時間を取っている。停止時Ａは、自動車のエンジン及びコンプレッサ１が共に停止している時の状態を示す。エンジンが始動すると、急速発進が必要な場合、コンプレッサ１も稼動される。コンプレッサ１の稼動が開始されると、図１（ｂ）に示すように、可動弁２１が開いて給気ａは３流路１２〜１４を通ってコンプレッサ１に到達する。

コンプレッサ１の稼動時は、コンプレッサ１は数万から十数万ｒｐｍの高速回転を行なうので、給気ａが直列流路１２を通る場合の圧損を考慮すると、モータ２の必要動力が増え、モータ２が加熱されるために連続した稼動は困難になる。そのため図２に示すように、稼動時Ｂの高速回転と非稼動時Ｃの低速回転（アイドリング）とを一定周期で繰り返す運転パターンとする。

一例として、稼動時Ｂが３０秒で非稼動時Ｃが１５０秒とする運転パターンとする。稼動時Ｂが１０秒の場合は、非稼動時Ｃは５０秒と短縮してよい。通常稼動時Ｂと非稼動時Ｃを合わせた周期は数十秒から数分単位であり、稼動時Ｂと非稼動時Ｃとの時間長の割合を１：３〜８にするとよい。また自動車の加速時、定速時又はアイドリング時で非稼動時Ｃの時間長を変えるようにする。即ち、加速時は非稼動時の時間を短縮し、アイドリング時は長くし、定速時はその中間とする。要はインバータ及び電動機の冷却効果を維持できればよい。

本実施形態によれば、低速回転（アイドリング）の非稼動時においても、コンプレッサ１をインバータ３及びモータ２を冷却するのに必要な給気ａの流速を得るのに必要な低速で回転するので、インバータ３及びモータ２の冷却を可能とする。またインバータ３及びモータ２の冷却に必要な流量のみ供給するので、直列流路１２での給気流の圧損を抑えることができる。
またコンプレッサ１の稼動時には、給気ａを直列流路１２以外にバイパス流路１３及び１４に分岐して通すようにしているので、直列流路１２の給気流の圧損を低減できる。さらにインバータ３がモータ２より直列流路１２の上流側に配置されているので、加熱温度限界が厳しいインバータ３の冷却効果をより高めることができる。

また本実施形態では、図２に示すように、高速回転及び低速回転を交互に繰り返し行なうので、モータ２の過熱を防止できる。また高速回転の稼動時Ｂ及び非稼動時Ｃで共に直列流路１２に給気ａを供給してインバータ３及びモータ２を冷却しているので、従来の運転パターンと比べて非稼動時Ｃの時間長を短縮することができる。このため、自動車のエンジン出力を増加でき、エンジン出力の過度応答を改善することができる。

また本実施形態において、コンプレッサ１をエンジンの停止後時間差をもたせて停止させるようにすれば、モータ２及びインバータ３の冷却効果をさらに高めることができる。
（実施形態２）

次に本発明の第２実施形態を図３に基づいて説明する。図３は、本実施形態の図示しない内燃機関（エンジン）に給気するための給気流路を示す模式図であり、（ａ）はコンプレッサの非稼動時、（ｂ）はコンプレッサの稼動時を示す。

前記第１実施形態は、コンプレッサ１の非稼動時に低速回転アイドリングが可能であることを前提としたが、エンジン側からの都合上コンプレッサ１の非稼動時にはエンジンへの給気が不可の場合も考えられる。本実施形態はかかる場合に対処し得る実施形態である。図３において、図１の部位又は機器と同一構成の部位又は機器には図１と同一の符号を付している。そして該同一部位又は機器の説明を省略する。

図３において、コンプレッサ１が配設された給気流路１６のコンプレッサ１より下流側に接続された排気流路１７を設ける。排気流路１７の他端は、バイパス流路１４に接続させ、バイパス流路１４は入口部１１と並列に配置された出口部１９に接続される。かかる構成により、コンプレッサ１の下流側に到達した給気ａをバイパス流路１４を介して出口部１９に戻す役割を有する。バイパス流路１４には、インバータ３に隣接したケーシング２０を通って出口部１９に接続される分岐流路１８が設けられている。

また、直列流路１２と第２の直列流路１３の分岐部に可動弁２２が設けられ、給気流路１６と排気流路１７の接続部に可動弁２３が設けられている。またケーシング２１と直列流路１２とを連通又は遮断する可動弁２４が設けられている。さらに出口部１９の近傍で、バイパス流路１４と分岐流路１８との接続部に可動弁２５が設けられている。さらにバイパス流路１４と直列流路１２の接続部に可動弁２６が設けられている。

かかる構成の本実施形態において、図３（ａ）に示すように、コンプレッサ１の非稼動時には、可動弁２３によって給気流路１６が閉鎖される。このときコンプレッサ１が低速回転でアイドリングする。そしてコンプレッサ１を通った給気ａは、排気流路１７及びバイパス流路１４を通って出口部１９に戻され、排気される。このとき分岐流路１８とバイパス流路１４との接続部においてバイパス流路１４を可動弁２５で閉鎖し、給気ａを分岐流路１８を通すようにしてもよい。この場合は、給気ａをインバータ３に隣接したケーシング２０内を通すため、インバータ３を再度冷却することができる。

図３（ｂ）にコンプレッサ１の稼動時の給気ａの流れ状態を示す。図３（ｂ）において、可動弁２３を操作して排気流路１７を閉鎖し、給気流路１６を開放する。その他の可動弁は、可動弁７を除いてすべて流路を開放するように操作されている。コンプレッサ１の稼動時は、入口部１１及び出口部１９の両方を給気供給口として使用する。そしてコンプレッサ１を高速回転させ、直列流路１２、第２の直列流路１３及びバイパス流路１４から給気を行なう。

本実施形態によれば、コンプレッサ１の非稼動時において、エンジンへの給気ができなくても、コンプレッサ１を低速回転でアイドリングさせ、コンプレッサ１を通った給気ａを排気流路１７及びバイパス流路１４を介して出口部１９に戻すようにしているので、インバータ３及びモータ２の冷却を可能とする。またコンプレッサ１の稼動時には、直列流路１２、バイパス流路１３及びバイパス流路１４を通して給気ａをコンプレッサ１に供給するので、コンプレッサ１に十分な給気ａを供給できる。また出口部１９から分岐流路１８を経てケーシング２０に給気ａを通し、該給気ａをモータ２の発熱部を通すようにしているので、直列流路１２による冷却と相俟ってインバータ３及びモータ２の冷却効果を倍増することができる。
（実施形態３）

次に本発明の第３実施形態を図４に基づいて説明する。図４（ａ）〜（ｄ）は、コンプレッサ１の稼動時又は非稼動時の運転状態を示す模式図である。図４において、本実施形態では、図１に示す第１実施形態と比べて、入口部１１とは別に第２の入口部３１を入口部１１と並列に設け、該入口部３１の流路にファン３２を設けたものである。またインバータ３に直列流路１２に戻り流路３３を接続している。その他の流路構成は第１実施形態と同一である。

図４（ａ）は、コンプレッサ１が非稼動時の場合の給気ａの流れ状態を示す。本実施形態では、コンプレッサ１は非稼動時に全く停止させる。代わりに第２の入口部３１からファン３２の吸引力で給気ａを直列流路１２に供給する。そして各可動弁３４、２２、３５及び２５を操作して、直列流路１２に供給された給気ａがインバータ３の発熱部を通った後、戻り流路３３を通って出口部３６から外部に排出される流路を形成させる。本実施形態では、ファン３２を設けたことによって、コンプレッサ１を全く停止させた場合でも、インバータ３の冷却が可能になる。

次に図４（ｂ）は、図４（ａ）と同様にコンプレッサ１が非稼動時で全く停止している場合であるが、別な冷却方法を示す。この場合は、図４（ａ）と同様にコンプレッサ１は停止している。そして可動弁３７でコンプレッサ入口部の給気流路１６を閉鎖するとともに、他の可動弁２２、３４及び３５を操作して、給気ａを第２の入口部３１から導入し、第２の直列流路１３を通し、その後、モータ２の発熱部を通ってバイパス流路１４を介して出口部３６に戻る流路を形成する。そしてファン３２を稼動させることにより、前記流路に給気ａを流すようにする。これによって、コンプレッサ１の低速アイドリングが不可の場合でも、モータ２の冷却が可能になる。

次に図４（ｃ）は、同様にコンプレッサ１が非稼動時で全く停止している場合であるが、さらに別な冷却方法を示す。この場合は、給気流路１６のモータ２に対する接続部に設けた可動弁３８で給気流路１６を閉鎖し、かつバイパス流路１４と戻り流路３３との接続部に設けられた可動弁２５でバイパス流路１４を閉鎖している。これによって、給気ａを第２の入口部３１から直列流路１２及び第２の直列流路１３の両方に分岐させ、インバータ３とモータ２の両方の発熱部を通り、戻り流路３３を介して出口部３６に戻す流路を形成する。そしてファン３２を稼動して前記流路に給気ａを流すようにする。これによって、コンプレッサ１の停止にかかわらず、モータ２及びインバータ３の両方の発熱部を冷却することができる。

次に図４（ｄ）は、コンプレッサ１の稼動時の状態を示す。この場合は、ファン３２を稼動させず、第２の入口部３１を可動弁３４で閉鎖する。代わりにコンプレッサ１を高速回転させ、入口部１１及び出口部３６の両方から給気ａを吸引する。そして戻り流路３３、直列流路１２、第２の直列流路１３及びバイパス流路１４を給気流路として使用している。
このように、直列流路１２、第２の直列流路１３及び戻り流路３３から供給される給気ａを使ってインバータ３及びモータ２の発熱部を冷却するので、コンプレッサ１の高速回転によりインバータ３及びモータ２の発熱量が大きくても、インバータ３及びモータ２の冷却効果を向上できる。

なおファン３２の稼動中はコンプレッサ１は停止しているので、備え付けのインバータ３をファン３２のモータの駆動に使用できる。従って、ファン３２用に別のインバータを設置する必要がない。あるいは直流方式のファンを設けて、備え付けのバッテリで直接駆動するようにしてもよい。

次にコンプレッサ１、モータ２及びインバータ３の三次元配置に係る好ましい形態について図５により説明する。図５は、コンプレッサ１、モータ２及びインバータ３を筐体４に収納する場合の三次元配置を示す斜視図である。図５（ａ）は、筐体３内で、コンプレッサ１、モータ２及びインバータ３を直線状に配置した場合である。そして給気ａを筐体４の一方の側面から取り入れ、直線状の流路を形成して反対側の側面から排出している。
かかる配置とすれば、給気流の曲がりがなく、給気ａがインバータ３からモータ２を経てコンプレッサ１まで直線状に流れるため、給気ａの圧損を低減できる長所がある。

図５（ｂ）は、コンプレッサ１、モータ２及びインバータ３を直線状に配置した点は図５（ａ）と同一であるが、給気ａの取り入れ口を筐体４の上面に設定した点が異なる。給気ａの取り入れ口を筐体４の上面に設定したことにより、該取り入れ口の位置設定に許容度が大きく、該位置設定が容易になる。また通常過給機はエンジンの上部に設置される場合が多いので、この配置では給気ａを筐体４の上部から取り入れているので、給気ａがエンジンの排気や排気熱に影響されないという長所がある。

図５（ｃ）は、インバータ３をモータ２の上方に設置した配置例である。かかる配置によって筐体４の全長を短縮できる長所がある。また給気ａをインバータ３の側面から取り入れ、インバータ３の下面から取り出すようにしているため、給気ａとインバータ３の発熱部との接触時間を長く取れるという長所がある。

図５（ｄ）は、インバータ３をモータ２の上方に配置した点は図５（ｃ）と同一であり、筐体４の全長を短縮できる長所は図５（ｃ）と同一である。またインバータ３の給気取り入れ口をインバータ３の上面に設定した点が図５（ｃ）と異なる。給気取り入れ口をインバータ３の上面に設定したことにより、該給気取り入れ口の位置に制約を受けることがなく、その位置決めが容易である長所をもつ。

次に図５（ｅ）は、入口部１１をモータ２の下方にその幅広面を水平に配置している。図５（ｃ）の配置とはモータ２に対するインバータ３の配置が上下で異なるが、筐体４の全長を短縮できる長所は同一である。また、給気ａはインバータ３からモータ２を介してコンプレッサ１に至る間に徐々に温まり、軽くなって上方に向う傾向にあるが、給気ａの流れを下方から上方に向けているので、給気ａの上方に向う自然対流を利用することにより、給気ａの流れをよどみなく流すことができる。

図５（ｆ）の配置は、図５（ｅ）と同様に筐体４の全長を短縮できる長所をもつ。さらに図５（ｅ）と比べて、インバータ３の給気ａの取り入れ口を下面に設けているので、給気ａの自然対流を利用して給気ａの流れをさらに促進できる。従って、コンプレッサ１が非稼動時の状態であっても給気ａの流れを維持することができる。

本発明によれば、自動車等に適用される内燃機関の電動過給機において、インバータ及び電動機の冷却を可能とすることにより、内燃機関の出力を増大させ、過度応答を改善することができる。

本発明を自動車の電動過給機に適用した第１実施形態の給気流路を示す模式図である。 前記第１実施形態のコンプレッサの運転パターンを示す線図である。 本発明の第２実施形態の給気流路を示す模式図である。 本発明の第３実施形態の給気流路を示す模式図である。 本発明の第３実施形態の給気流路を示す模式図である。 本発明の第３実施形態の給気流路を示す模式図である。 本発明の第３実施形態の給気流路を示す模式図である。 本発明に係る電動過給機の配置例を示す斜視図である。 本発明に係る電動過給機の配置例を示す斜視図である。 本発明に係る電動過給機の配置例を示す斜視図である。 本発明に係る電動過給機の配置例を示す斜視図である。 本発明に係る電動過給機の配置例を示す斜視図である。 本発明に係る電動過給機の配置例を示す斜視図である。 従来の電動過給機の構成図である。

符号の説明

１ コンプレッサ
２ モータ（電動機）
３ インバータ
０５ バッテリ（蓄電装置）
０６ エンジン（内燃機関）
１０ 給気流路
１１ 入口部
１２ 直列流路
１３ 第２の直列流路
１４ バイパス流路（第１のバイパス流路）
１５ バイパス流路（第２のバイパス流路）
１６ 給気流路（コンプレッサ下流側）
１７ 排気流路
２３ 可動弁（開閉弁）
３１ 入口部（第２の入口部）
３２ ファン
３３ 戻り流路

Claims (8)

1. 蓄電装置と、該蓄電装置の電力を変換して電動機に供給するインバータとを備え、該電動機によりコンプレッサを駆動して内燃機関の給気を過給する電動過給機において、
   前記給気の流路を、該電動機及びインバータの発熱部を通過した後該コンプレッサに至る直列流路と、該電動機及びインバータをバイパスして該コンプレッサに至る第１のバイパス流路と、該電動機、インバータ及びコンプレッサをバイパスして該内燃機関に至る第２のバイパス流路とで構成し、
   該給気を該直列流路、該第１バイパス流路又は該第２バイパス流路のいずれかを通るように切換え可能に構成したことを特徴とする電動過給機の冷却装置。
2. 前記直列流路において前記インバータを前記電動機の上流側に配置したことを特徴とする請求項１に記載の電動過給機の冷却装置。
3. 前記インバータをバイパスし前記電動機の発熱部を経由した後前記コンプレッサの入口部に至る給気流路からなる第２の直列流路を設けたことを特徴とする請求項１に記載の電動過給機の冷却装置。
4. 前記給気流路の入口部にファンを備えた第２の入口部を該入口部に並列に設け、
   該第２の入口部から吸引された給気を前記直列流路を通って前記インバータ又は電動機のうち少なくともどちらか一方の発熱部に達するように構成し、
   該発熱部に達した給気を外部に排気する流路を設けたことを特徴とする請求項１に記載の電動過給機の冷却装置。
5. 請求項１に記載の電動過給機の冷却装置を用いた電動過給機の冷却方法において、
   前記コンプレッサの非稼動時には該コンプレッサを低速回転でアイドリングさせるとともに、該コンプレッサの低速回転で給気流路に取り込んだ給気をすべて前記直列流路に供給し、
   該コンプレッサの稼動時には、該コンプレッサを高速回転で稼動させるとともに、前記電動機及びインバータの冷却に必要な流量の給気のみを該直列流路に供給することを特徴とする電動過給機の冷却方法。
6. 前記コンプレッサ下流側の給気流路に該給気流路を開閉可能な開閉弁を設け、前記コンプレッサの非稼動時に該開閉弁によって該給気流路を閉鎖し、該コンプレッサと該開閉弁との間に設けた開口又は管路を通して給気を排気することを特徴とする請求項４に記載の電動過給機の冷却方法。
7. 前記コンプレッサの高速回転の短時間稼動区間と該コンプレッサの低速回転の長時間アイドリング区間とからなる運転パターンを複数回繰り返すことを特徴とする請求項５に記載の電動過給機の冷却方法。
8. 前記短時間稼動区間のコンプレッサの回転数が数万〜１０数万ｒｐｍであり、前記長時間稼動区間のコンプレッサの回転数が数千〜１万ｒｐｍであり、該短時間稼動区間と該長時間稼動区間との時間長の比が１：３〜８であることを特徴とする請求項７に記載の電動過給機の冷却方法。

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