JP6382966B2 - 燃焼機関用過給装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前提部に係る燃焼機関用過給装置に関する。

このような種類の過給装置の圧縮機には、固定子巻線として積層アンダーカット構造を用いるブラシレスＤＣモータが提供される。

このような構成の短所は、固定子巻線の構造が複雑であり、またこの構造の磁気的特性の改善が必要であると主に考えられる。

従って、本発明の目的は、単純な構造とより良好なパワー特性を有する、請求項１の前提部に係る過給装置を提供することである。

上記の目的は、請求項１の特徴的事項により達成される。

固定子巻線が積層コアの無スロットの円筒状内側表面に配置され、また、電気モータがブラシレスモータの形態になっているため、稼動中の騒音レベルが低く、また比較的高いトルクが得られるようになる。

本発明による過給装置の固定子巻線の構造によって、実際に空隙なしに、作用表面が巻かれるという利点が得られる。従って、充填レベル及び結果的にパッキング密度が増加するようになる。

本発明による、特にＤＣモータのようなブラシレスモータとして設計される電気モータとの組み合わせで特に、好ましくは最大１０ｋＷ、とりわけ最大５ｋＷ、特に好ましくは最大３．５ｋＷのパワー範囲で、約１１Ｖ〜１５Ｖの電圧及び最大８０，０００ｒｐｍ、とりわけ最大７０，０００ｒｐｍ、特に好ましくは最大６０，０００ｒｐｍの回転速度で、本発明による過給装置のパワー特性に対する利点が得られる。

従属請求項は本発明の有利な改良例を含む。

圧縮機ハウジング後壁に冷却ジャケットが設けられると、電気モータ、該電気モータの軸受及びパワーエレクトロニクス回路が有利には、前記提供された冷却ジャケットによって同時に冷却されることができる、非常にコンパクトで費用効果的な構造が得られる。

また、本発明は、燃焼機関用過給装置の始動挙動を改善するための方法に関し、該過給装置は、電気モータで駆動される圧縮機を含む。

本発明による方法は、まず、圧縮機の電気モータのコイルまたは巻線に電圧を一時的に印加するステップを含み、その結果、電気モータの回転子が規定された回転子位置に配向される。電圧のこのような一時的な印加及び回転子の結果的な配向のため、回転子位置が下流の電子システムに認識される。

その後、回転子は該規定された回転子位置から加速できる。

この結果から得られる利点として、回転子の位置を確認するためのセンサを用いなくても良いが、そうではない場合、回転子に回転させるためにブラシレスモータで磁場が周りでランダムに回転する回転子の位置を決めるための前記センサが必要となる。その結果、最初にランダムに回転する磁場の場合よりも圧縮機を８ｍｓ速く作動回転速度に加速させることが一般的に可能になる。

ＤＥ１０ ２０１１ ０８４ ２９９ Ａ１は、電気モータが動かないときに、コイルに電圧を印加することを開示しているが、これは上記の従来技術の文献でコイル抵抗を制御するために行われるものである。

本発明による方法では、前述したように、回転子を規定された始動位置に配向するために電圧が印加されるが、これにより、センサに対する必要性がなくなることに加えて、電気モータの始動挙動が最適化される。

請求項１２には本発明による方法の有利な改良例が記載されているが、この改良例によると、本発明による過給装置の圧縮過程の直前に、例えば燃焼機関がアイドリング状態や内燃機関がオーバーラン作動モードにあるときに、電圧が印加される。

本発明のさらなる詳細な内容、利点及び特徴は、図を参照して、例示的な実施形態に対する以下の説明から明らかになるであろう。

図１は、本発明による過給装置の第１の実施形態を若干単純化させ、概略的に示した断面図である。 図２は、本発明による固定子巻線の斜視図である。 図３は、切断された状態にある図２による固定子巻線の斜視図である。 図４は、本発明による過給装置を提供できる燃焼機関の基本図である。

図１は、電気駆動式圧縮機１を含む過給装置２０の一実施形態を示す。該圧縮機１は、圧縮機ホイール３が配置される圧縮機ハウジング２を含む。圧縮機ホイール３は回転子軸５の一端部４に装着される。

また、図１に示すように、圧縮機ハウジング２は、圧縮機ハウジング後壁６を有し、図示した例示的な実施形態においては、該後壁が圧縮機ハウジングのカバーの形態になっている。

この場合、圧縮機ハウジング後壁６には、好ましくは冷却水用の冷却ジャケット１０が提供されている。図１に示すように、圧縮機ハウジング後壁６は圧縮機ホイールの後方に配置されて圧縮機ハウジング２に固定され、このようにして該圧縮機ハウジングを閉鎖する。

また、圧縮機１は電気モータ７を有している。該電気モータ７は回転子軸５に連結される軸８を含む。図示されている実施形態においては、図１に詳しく示すように、軸８と回転子軸５とは一体的な部品として設計されている。この場合、軸８は、回転子軸５よりも小さな外径を有する軸スタブの形態になっており、軸スタブ上には軸受１６が配置されている。回転子軸５の端部４も同様に回転子軸５に比べて減少された直径を有し、その端部には第２の軸受１７が設置されている。図１に示すように、軸受１７は固定子ハウジング１３の軸受部に支持され、軸受１６はその外輪により圧縮機ハウジング後壁６の凹部内に支持される。

また、回転子軸５には磁石１１が設けられているが、該磁石は、外部で該磁石を取り囲む固定子巻線１２と相互作用するようになる。

また、図１による圧縮機１の実施形態は、固定子ハウジング１３あるいは圧縮機ハウジング後壁６に装着される汚染保護カバー１４を有し、該汚染保護カバー内にはパワーエレクトロニクス回路または電子印刷回路基板９の電子部品１５が配置されている。

図１に示すように、パワーエレクトロニクス回路９は、圧縮機ハウジング後壁６と電気モータ７または汚染保護カバー１４との間に配置される。このために、パワーエレクトロニクス回路９は、例えば、汚染保護カバー１４と圧縮機ハウジング後壁６との間で固くクランプされるか、または前記汚染保護カバーと圧縮機ハウジング後壁のいずれが装着されるが、例えば、接着式で固定結合される。

このような配置の結果、パワーエレクトロニクス回路９が冷却ジャケット１０に隣接して配置され、よってパワーエレクトロニクス回路９に対する前記冷却ジャケットの冷却効果が大いに改善されるという利点が得られる。パワーエレクトロニクス回路９は電子整流器の機能を行うために必要なすべての部品を含むことができる。前記パワーエレクトロニクス回路は、特にトランジスタまたはいわゆるＭＯＳＦＥＴを含む制御回路である。また、パワーエレクトロニクス回路９は、センサ、特にホールセンサを含むことができる。電子部品１５は、その中でも特にキャパシタを含む。

パワーエレクトロニクス回路９と冷却ジャケット１０または該冷却ジャケット１０が配置される圧縮機ハウジング後壁６との間には、熱伝導性ペーストが提供されてもよい。

また、圧縮機ハウジング後壁６は固定子ハウジング１３の端壁に形成されてもよく、該端壁には軸受１７が配置される。この実施形態において、固定子ハウジング１３も同様に内部冷却装置及び冷却ジャケット１０を有するが、この実施形態においても、圧縮機ハウジング後壁６と電気モータ７またはその固定子ハウジング１３との間にパワーエレクトロニクス回路９が配置され、従って構成がコンパクトになり、また部品の冷却が改善されるという同様の利点が得られる。

本発明による固定子巻線１２は図２及び３に詳しく示されている。

前記固定子巻線１２は無鉄巻線の形態になっているが、この巻線は自己支持式であり、本実施例の場合には中空の円筒を形成する。積層コア１８が固定子巻線１２上に配置され、このために固定子巻線１２は凹部１９を有しており、図３に示す特に好ましい実施形態においては、前記凹部内に積層コア１８が挿入される。図２と３を共に見れば分かるように、この場合、積層コア１８の外側円周方向表面３２が固定子巻線１２の外側円周方向表面３１を越えて半径方向に突出している。

また、図２及び３に示すように、２つの巻線タップ３４、３５が固定子巻線１２の端面３３に設けられている。図１ないし３を参照すると、前述の過給装置２０は、特に内燃機関のような燃焼機関または燃料電池に適合する。

図４は、例えば（ディーゼルまたはガソリン）内燃機関の形態になっている燃焼機関を非常に単純化して概略的に示したものである。燃焼機関２１は、過給装置２０の圧縮機１が配置される吸気ライン２２を有し、該圧縮機は電気モータ７で駆動される。吸気ライン２２において圧縮機１の下流に過給空気冷却器２３を配置することができ、該冷却器の次にスロットル２４がある。圧縮空気（矢印（ＣＡ）で示す）が圧縮機１から吸気マニホールド２５に供給され、該吸気マニホールドから圧縮空気が燃焼機関２１のシリンダに供給される。

排気ガス（ＥＧ）は排気ガスマニホールド２６を通じて排気ガスライン２７に供給される。

また、図４に図示されている特に好ましい実施形態において、内燃機関２１には、排気ガス戻りライン２８が設けられているが、該排気ガス戻りラインには、排気ガス冷却器２９とバルブ２３とが配置されている。しかし、前記排気ガス戻りライン２８は、該構成品２９、３０と共に必須なものではなく、単に特に好ましい実施形態を構成するものである。

本発明に対する上述した説明に加えて、本発明の追加的な開示に対しては、明示的に図１ないし４にある本発明の図示した図を参照することができる。

１ 圧縮機
２ 圧縮機ハウジング
３ 圧縮機ホイール
４ 端部
５ 回転子軸
６ 圧縮機ハウジング後壁
７ 電気モータ、特にブラシレスＤＣモータ
８ 軸
９ パワーエレクトロニクス回路／電子印刷回路基板
１０ 冷却ジャケット
１１ 磁石
１２ 固定子巻線
１３ 固定子ハウジング
１４ 汚染保護カバー
１５ 電子部品
１６、１７ 軸受
１８ 積層コア
１９ 凹部
２０ 過給装置
２１ 燃焼機関
２２ 吸気ライン
２３ 過給空気冷却器
２４ スロットル
２５ 吸気マニホールド
２６ 排気ガスマニホールド
２７ 排気ガスライン
２８ 排気ガス戻りライン
２９ 排気ガス冷却器
３０ バルブ
３１、３２ 外側円周方向表面
３３ 端面
３４、３５ 巻線タップ
３６ 圧縮機ホイールの後側
３７ 内側表面
ＣＡ 圧縮空気
ＥＧ 排気ガス

Claims (8)

1. 燃焼機関用過給装置（２０）であって、
   圧縮機ハウジング（２）を有する圧縮機（１）、及び
   電気モータ（７）を含み、
   前記圧縮機ハウジング内には圧縮機ホイール（３）が配置され、該圧縮機ホイールは回転子軸（５）の一端部（４）に装着され、
   前記圧縮機ハウジングは、圧縮機ホイールの後側（３６）に隣接した圧縮機ハウジング後壁（６）を有し、
   前記電気モータは外部で磁石（１１）を取り囲む固定子巻線（１２）を有し、該磁石は前記回転子軸（５）に配置され、
   前記固定子巻線（１２）は、積層コア（１８）の無スロットの円筒状内側表面（３７）に配置され、
   前記電気モータ（７）は、ブラシレスモータの形態であり、
   前記積層コア（１８）は環状であり、そして、
   前記積層コア（１８）は固定子巻線（１２）にある収容凹部（１９）に配置される、
   燃焼機関用過給装置。
2. 前記積層コア（１８）は、その外側円周方向表面（３２）で前記固定子巻線（１２）の外側円周方向表面（３１）を越えて半径方向に突出している、請求項１に記載の燃焼機関用過給装置。
3. 外部で前記固定子巻線（１２）を取り囲む固定子ハウジング（１３）を特徴とする、請求項１または請求項２に記載の燃焼機関用過給装置。
4. 前記圧縮機ハウジング後壁（６）に配置される汚染保護カバー（１４）を特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の燃焼機関用過給装置。
5. 前記回転子軸（５）と一体的な部品の形態になっている軸（８）を有することを特徴とする、請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の燃焼機関用過給装置。
6. 前記圧縮機ハウジング（２）の圧縮機ハウジング後壁（６）は冷却ジャケット（１０）を有することを特徴とする、請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の燃焼機関用過給装置。
7. 前記固定子巻線（１２）の端面（３３）に、巻線タップ（３４、３５）が提供されていることを特徴とする、請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の燃焼機関用過給装置。
8. 前記燃焼機関は、内燃機関または燃料電池の形態になっていることを特徴とする、請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の燃焼機関用過給装置。