JP5163150B2 - 電動圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、電動ターボチャージャや電動コンプレッサなど、駆動電源を供給されて動作する電動圧縮機に関する。

従来、自動車用ターボチャージャは、排気ガス圧によりタービン駆動を行うものが主流となっている。一方、自動車用ターボチャージャとして、電動アシストターボチャージャなどの電動圧縮機が提案されている。

電動アシストターボチャージャや電動アシストターボコンプレッサなどの電動圧縮機は、電動モータによりタービン駆動をアシストするものであり、このような電動圧縮機においては、電動モータがタービンとコンプレッサの間に配置されるため、オーバーハング構造となっている。また、従来の電動圧縮機においては、特許文献１に記載されているように、一端側にタービンが取付けられたシャフトは、他端側において軸受けによって回転可能に支持されており、電動モータは、このシャフトの中央部分に設けられている。この電動モータは、シャフトの中央部分に取付けられたロータを回転駆動するように構成されている。そして、このような従来の電動圧縮機は、シャフトが鉛直とされた状態で使用される縦軸構造となっている。

特開２００１−１７３５９１公報

ところで、近年、燃料電池自動車の実用化が望まれている。燃料電池自動車においては、吸気をエアコンプレッサによって過給する必要がある。

燃料電池自動車用のエアコンプレッサとして電動ターボチャージャを用いる場合、排ガス圧が存在しないので、従来のターボチャージャや電動アシストターボチャージャを使用することはできない。そのため、燃料電池自動車においては、エアコンプレッサとして、電動モータによりタービン駆動を行う電動圧縮機を使用する必要がある。

また、従来の電動圧縮機のシャフトは、他端側を軸受けによって支持され、一端側にタービンが取付けられ、中央部に電動モータのロータが取付けられているため、マス（重量）／イナーシャ（慣性）のバランスをとることが困難である。そして、燃料電池自動車に電動圧縮機を搭載する場合には、設置角度が保証されず、車体が傾斜する場合もあるため、タービンが取付けられたシャフトが鉛直の状態に維持されるとは限らないため、従来の電動圧縮機を使用することができない。

そこで、本発明は、前記の実情に鑑みてなされたものであって、電動モータによりタービン駆動が行われ、燃料電池自動車に用いるに好適であって、また、タービンが取付けられたシャフトのマス／イナーシャのバランスが良好であって、シャフトが鉛直の状態に維持されなくとも使用することが可能となされた電動圧縮機を提供することを目的とする。

前述の課題を解決し、前記目的を達成するため、本発明に係る電動圧縮機は、以下の構成のいずれか一を有するものである。

〔構成１〕
一端側にタービンが取付けられたシャフトと、このシャフトの他端側に取付けられたモータロータと、このモータロータを回転駆動する電動モータと、シャフトの中央部分を回転可能に支持する２個の軸受けと、オイルが循環するオイルジャケットとを備え、軸受けは、シャフト、タービン及びモータロータの重心近傍を支持し、オイルジャケット内を循環するオイルは、軸受けの潤滑を行うとともに、電動モータの冷却を行い、シャフトに取付けられた羽根によって、オイルジャケット内にオイルが循環され、タービンの回転数が高くなり電動モータの発熱量が多くなるに従って、オイル循環量が増加することを特徴とするものである。

構成１を有する本発明に係る電動圧縮機においては、軸受けは、シャフト、タービン及びモータロータの重心近傍を支持するので、シャフトのマス／イナーシャのバランスが良好であり、シャフトが鉛直の状態に維持されなくとも使用することが可能であるため、搭載の自由度が広く、燃料電池自動車に用いるに好適である。

また、この電動圧縮機においては、オイルジャケット内を循環するオイルは、軸受けの潤滑を行うとともに、電動モータの冷却を行うので、高い冷却効果を得ることができる。そのため、タービンを１００，０００ｒｐｍ以上の高速で回転させても、十分な冷却を行うことができる。

さらに、この電動圧縮機においては、構造が簡略化されるとともに、タービンの回転数が高くなり電動モータの発熱量が多くなるに従ってオイル循環量が増加するので、効率的な冷却を行うことができる。

すなわち、本発明は、電動モータによりタービン駆動が行われ、燃料電池自動車に用いるに好適であって、また、タービンが取付けられたシャフトのマス／イナーシャのバランスが良好であって、シャフトが鉛直の状態に維持されなくとも使用することが可能となされた電動圧縮機を提供することができるものである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明に係る電動圧縮機の構成を示す断面図である。

本発明に係る電動圧縮機は、図１に示すように、一端側にタービン１が取付けられたシャフト２と、このシャフト２の他端側に取付けられたモータロータ３とを備えて構成される。このタービン１は、遠心式(ターボ)コンプレッサ用のタービンである。タービン１及びモータロータ３とは、略等しい質量を有して構成されていることが望ましい。モータロータ３は、このモータロータ３を回転駆動する電動モータ４を構成している。すなわち、電動モータ４は、モータロータ３と、このモータロータ３を回転駆動するためのコイル４ａとから構成されている。

シャフト２は、中央部分を、２個の軸受け５，５により回転可能に支持されている。これら軸受け５，５は、シャフト２、タービン１及びモータロータ３からなる回転体の重心近傍を支持している。

また、この電動圧縮機は、オイルが循環するオイルジャケット（オイル循環用通路）６を備えている。オイルジャケット６内を循環するオイルは、軸受け５，５の潤滑を行うとともに、電動モータ４の冷却を行うようになっている。このオイルジャケット６内のオイルは、シャフト２に取付けられた羽根（オイルポンプ）７によって、オイルジャケット６内を循環されるようになっている。なお、オイルジャケット６内のオイルは、シャフト２のターピン１側に設けられたシール８により、ターピン１側に流出することが防止されている。

また、オイルジャケット６内のオイルの冷却は、間接水冷、あるいは、間接空冷により冷却される。間接水冷を行う場合においては、オイルジャケット６の外側に冷却水路９を設け、この冷却水路９内を流通する冷却水により、オイルジャケット６内のオイルを冷却する。

この電動圧縮機においては、電動モータ４により、シャフト２を介して、タービン１が回転操作される。タービン１が回転操作されることにより、図示しないエアインテークより吸気される空気が圧縮され、過給が行われる。

この電動圧縮機は、例えば、燃料電池に対する酸素過給用に好適であり、特に、燃料電池自動車に用いて好適である。この電動圧縮機において、タービン１は、例えば、１００，０００ｒｐｍ乃至１５０，０００ｒｐｍ程度の回転数で回転操作される。この電動圧縮機は、例えば、容量１０ＫＷ乃至２０ＫＷの圧縮機として構成される。

この電動圧縮機においては、タービン１が回転操作されるとき、オイルジャケット６内を循環するオイルにより、軸受け５，５の潤滑が行われ、電動モータ４の冷却が行われる。この電動圧縮機においては、タービン１の回転数が高くなり電動モータ４の発熱量が多くなるに従って、オイル循環量が増加し、効率的な冷却が行われる。

なお、図１に示した実施の形態においては、電動モータ４は、ラジアルギャップタイプのものとなっているが、本発明に係る電動圧縮機において、電動モータは、アキシャルギャップタイプのものとしてもよい。この場合には、モータロータの形状がディスク状となるので、ラジアルギャップタイプの電動モータと比較して、タービン１とのマス／イナーシャバランスがより取り易くなる。

また、本発明に係る電動圧縮機における電動モータは、誘導機としてもよい。この場合には、冷却用のオイルに金属異物が混入しても、ロータに付着することがなく、また、冷却用のオイルの温度が１００°Ｃ乃至２００°Ｃ程度になっても、減磁による特性劣化の虞がない。

そして、タービン１は、スクリュータイプのものとしてもよい。ただし、遠心式(ターボ)コンプレッサのほうが、脈動や騒音が小さく、燃料電池自動車に用いるには、騒音低減が図れる点で好適である。

本発明に係る電動圧縮機の構成を示す断面図である。

符号の説明

１ タービン
２ シャフト
３ モータロータ
４ 電動モータ
５ 軸受け
６ オイルジャケット
７ 羽根

Claims (1)

1. 一端側にタービンが取付けられたシャフトと、
   前記シャフトの他端側に取付けられたモータロータと、
   前記モータロータを回転駆動する電動モータと、
   前記シャフトの中央部分を回転可能に支持する２個の軸受けと、
   オイルが循環するオイルジャケットと
   を備え、
   前記軸受けは、前記シャフト、前記タービン及び前記モータロータの重心近傍を支持し、
   前記オイルジャケット内を循環するオイルは、前記軸受けの潤滑を行うとともに、前記電動モータの冷却を行い、
   前記シャフトに取付けられた羽根によって、前記オイルジャケット内にオイルが循環され、前記タービンの回転数が高くなり前記電動モータの発熱量が多くなるに従って、オイル循環量が増加する
   ことを特徴とする電動圧縮機。

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