JP6402646B2 - 電動過給器 - Google Patents

Description

本発明は、電動モータと、モータハウジングと、駆動回路と、回路用ハウジングと、圧縮部と、を有する電動過給器に関する。

内燃機関の出力を増加させるために吸気通路上に電動過給機を設ける技術が知られている。このような電動過給器は、空気を圧縮する圧縮部と、圧縮部を駆動させる電動モータと、電動モータの駆動を制御する駆動回路を備える。

駆動回路（インバータ）は、超高速で制御する必要があり、また、一般に自動車の電圧は低電圧のため大電流が必要となる。このため、このような高回転かつ大電流状態での連続運転時においては、駆動回路における半導体素子の損失や配線抵抗による損失が大きくなり、駆動回路の温度が上昇する。駆動回路の温度上昇を抑えるために駆動回路を冷却するようにした電動過給器として、例えば特許文献１が挙げられる。

図３に示すように、特許文献１の電動過給装置８０は、圧縮機８１と、圧縮機８１を駆動させる電動モータ８２と、電動モータ８２の駆動を制御する駆動回路としてのインバータユニット８３を備える。圧縮機８１と、電動モータ８２と、インバータユニット８３とは、ロータ軸８２ａの軸方向に並んでいる。電動モータ８２は、モータハウジング８４に収容されている。ロータ軸８２ａの中心軸線の延びる方向をモータハウジング８４の軸方向とすると、モータハウジング８４は、インバータユニット８３に面する壁部に気体供給口８４ａを備え、圧縮機８１に近い壁部に気体排出口８４ｂを備える。

また、電動過給装置８０は、冷却通路８５を備える。冷却通路８５は、モータハウジング８４内において気体供給口８４ａと気体排出口８４ｂを連通させている。電動過給装置８０は、気体排出口８４ｂを圧縮機８１の吸込口８１ａに連結する吸込通路８７を備える。

インバータユニット８３は、回路用ハウジングであるインバータハウジング８６内に収納されている。インバータハウジング８６は、モータハウジング８４のうち、気体供給口８４ａが形成された端部に取り付けられている。インバータユニット８３の素子回路基板８８は通気孔８８ａを備え、通気孔８８ａは気体供給口８４ａに対向した位置にある。また、インバータハウジング８６は、開口孔８６ａを備え、開口孔８６ａは気体供給口８４ａに対向した位置にある。

そして、圧縮機８１の駆動により、冷却通路８５に吸込通路８７から負圧を印加することにより、インバータハウジング８６の開口孔８６ａ及び素子回路基板８８の通気孔８８ａを介して、気体供給口８４ａへと外気が導入され、冷却通路８５に外気が導入される。この外気の導入の際、素子回路基板８８の周囲にも外気が導入されることから、外気によってインバータユニット８３が冷却される。

特開２０１３−２４０４１号公報

ところが、特許文献１に開示の電動過給装置８０においては、インバータユニット８３の冷却のために、インバータハウジング８６内に外気を導入しており、外気の導入のためにインバータハウジング８６に開口孔８６ａを設けている。電動過給装置８０は、一般に自動車におけるエンジンルームにエンジンとともに搭載されており、そのエンジンルームには水分や塵といった異物が侵入する。このため、インバータハウジング８６の開口孔８６ａを介してインバータハウジング８６内に異物が侵入してしまう。

本発明は、上述した事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、回路用ハウジング内への異物の侵入を抑止しつつ駆動回路の温度上昇を抑えることができる電動過給器を提供することにある。

上記問題点を解決するための電動過給器は、電動モータと、前記電動モータを収容したモータハウジングと、前記電動モータを駆動する駆動回路と、前記駆動回路を収容した回路用ハウジングと、前記電動モータによって駆動される圧縮部と、を有する電動過給器であって、前記回路用ハウジングは、前記モータハウジングの外面から突出した形状の収容壁部と、前記モータハウジングの外面からの前記収容壁部の突出方向の先端に位置する底部と、を有するとともに前記駆動回路を前記モータハウジングと共に封止しており、前記底部は、前記回路用ハウジングの外側に臨む放熱部を備え、該放熱部において前記回路用ハウジングの内側に臨む内面に前記駆動回路が熱的に結合されていることを要旨とする。

これによれば、駆動回路は、回路用ハウジングとモータハウジングによって封止されている。このため、電動過給器が、例えば車両のエンジンルームに搭載されたとしても、水や塵等の異物が回路用ハウジング内に侵入することを抑止することができる。また、駆動回路から発生した熱は、放熱部に伝わる。放熱部は、回路用ハウジングの外側に臨んでいる。このため、放熱部に伝わった熱を外気へ放出することができる。このため、回路用ハウジング内への異物侵入の抑止のために駆動回路が回路用ハウジング内に封止されていても、駆動回路で発生した熱が回路用ハウジング内に篭もることが抑制され、駆動回路の温度上昇を抑えることができる。

また、電動過給器について、前記放熱部は金属製であるのが好ましい。
これによれば、例えば、放熱部が樹脂製である場合と比べると、放熱部の熱伝導率が高くなる。このため、駆動回路で発生した熱が放熱部に伝わりやすくなり、さらに放熱部の外面側へと伝わりやすくなる。よって、放熱部からの放熱性が高まり、駆動回路の温度上昇を抑えることができる。

また、電動過給器について、前記収容壁部は樹脂製であるのが好ましい。
これによれば、モータハウジングには電動モータで発生した熱が伝わる。回路用ハウジングの収容壁部はモータハウジングの外面から突出した形状であるが、その収容壁部を樹脂製とすることでモータハウジングの熱が収容壁部に伝わりにくくなる。このため、モータハウジングの熱が、収容壁部を介して駆動回路に伝わることを抑制することができ、駆動回路の温度上昇を抑えることができる。

また、電動過給器について、前記モータハウジングと前記駆動回路との間に介在する断熱層を有していてもよい。
これによれば、モータハウジングの外面からは電動モータの輻射熱が発生するが、断熱層によって輻射熱を断熱し、輻射熱が駆動回路に及びにくくなる。

また、電動過給器について、前記放熱部において前記回路用ハウジングの外側に臨む外面に放熱フィンを有していてもよい。
これによれば、放熱フィンによって放熱部外面での面積を広げることができる。その結果として、放熱部からの放熱性能を高めることができ、駆動回路の温度上昇を抑えることができる。

本発明によれば、回路用ハウジング内への異物の侵入を抑止しつつ駆動回路の温度上昇を抑えることができる。

実施形態の電動過給器を示す断面図。 モータハウジングと回路用ハウジングとを示す分解斜視図。 背景技術を示す図。

以下、電動過給器を具体化した一実施形態を図１〜図２にしたがって説明する。
本実施形態の電動過給器は、自動車のエンジンルームに搭載され、図示しないエンジンに空気を圧縮して供給する。

図１に示すように、電動過給器１０は、金属製及び筒状のモータハウジング１１を備える。モータハウジング１１は、筒状のハウジング本体１１ａと、ハウジング本体１１ａの軸方向一端に固定された円板状の第１シールプレート１２と、ハウジング本体１１ａの軸方向他端に固定された円板状の第２シールプレート１３とを含む。モータハウジング１１は、ハウジング本体１１ａと、第１シールプレート１２と、第２シールプレート１３とで囲まれたモータ収容空間Ｓを備える。モータ収容空間Ｓには電動モータＭが収容されている。モータ収容空間Ｓは、第１シールプレート１２と第２シールプレート１３によってシールされている。

また、ハウジング本体１１ａは、第１シールプレート１２に臨む端部に軸受支持部１４を備える。軸受支持部１４には、固定側軸受ケース２１が支持され、この固定側軸受ケース２１には固定側軸受２０が支持されている。第２シールプレート１３には可動側軸受ケース３１が支持され、この可動側軸受ケース３１には可動側軸受３０が支持されている。

電動モータＭのシャフトＭａは、軸方向の一端側が固定側軸受２０によって回転可能に支持されている。電動モータＭのシャフトＭａは、軸方向の他端側が可動側軸受３０によって回転可能に支持されている。可動側軸受ケース３１の内部には予圧ばね３７が収納されている。この予圧ばね３７の軸方向一端は、回り止め部材３５を介して可動側軸受３０に当接し、予圧ばね３７の軸方向他端は第２シールプレート１３に固定されたカバー１９の内面に当接している。予圧ばね３７は、軸方向に圧縮された状態で回り止め部材３５とカバー１９との間に配置されている。そして、可動側軸受３０には、圧縮された予圧ばね３７の原形状へ復帰しようとする力によって荷重が加えられている。

予圧ばね３７によって可動側軸受３０に加えられた荷重は、可動側軸受３０を介してシャフトＭａに伝わり、そのシャフトＭａを介して固定側軸受２０に伝わる。その結果、予圧ばね３７によって固定側軸受２０が予圧されている。シャフトＭａにおける第１シールプレート１２からの突出端部にはインペラ１７が固定されている。

電動過給器１０は、金属製のコンプレッサハウジング１８を備える。コンプレッサハウジング１８は、第１シールプレート１２に取り付けられている。コンプレッサハウジング１８には、気体を吸入するための吸気口１８ａが設けられている。コンプレッサハウジング１８と第１シールプレート１２との間には、インペラ１７を中心として渦巻状に形成されたスクロール流路１８ｂが形成されている。そして、吸気口１８ａからコンプレッサハウジング１８に吸入された気体は、インペラ１７の回転によってスクロール流路１８ｂに送り出され、圧縮された状態でエンジンに供給される。よって、電動過給器１０は、シャフトＭａと、インペラ１７と、コンプレッサハウジング１８とから構成された圧縮部Ｃを備える。

電動過給器１０は、回路用ハウジング４０を備える。シャフトＭａの中心軸線Ｌの延びる方向を電動過給器１０の軸方向とすると、電動過給器１０では、軸方向に沿って一端側から他端側に向けてコンプレッサハウジング１８、モータハウジング１１及び回路用ハウジング４０の順序で並んでいる。

回路用ハウジング４０は、モータハウジング１１における第２シールプレート１３に固定されている。回路用ハウジング４０は、第２シールプレート１３に向けて開口する有底円筒状である。回路用ハウジング４０は、電動過給器１０の軸方向に沿って第２シールプレート１３の外面から突出した円筒状の収容壁部４１と、第２シールプレート１３の外面からの収容壁部４１の突出方向に沿った先端に位置する底部５１と、を備え、さらに好ましくは回路用ハウジング４０は、収容壁部４１の内側に一体化された断熱プレート６１を備える。

収容壁部４１は、円筒状の樹脂製である。収容壁部４１は、第２シールプレート１３に向けた開口部を取り囲む端面に開口端面４１ａを備える。また、収容壁部４１は、開口端面４１ａ側の外面に取付フランジ４２を備える。

図１又は図２に示すように、取付フランジ４２は、収容壁部４１の周方向全体に亘って存在する。取付フランジ４２はボルト挿通孔４２ａを複数備える。第２シールプレート１３は、取付フランジ４２のボルト挿通孔４２ａに対向してフランジ１３ａを備える。フランジは複数の雌ねじ孔１３ｂを備える。取付フランジ４２のボルト挿通孔４２ａに挿通されたボルト４３は、フランジ１３ａの雌ねじ孔１３ｂに螺合され、モータハウジング１１に回路用ハウジング４０が固定されている。

図１に示すように、第２シールプレート１３は、収容壁部４１の開口端面４１ａに対向した位置に環状凹部１３ｃを備え、環状凹部１３ｃにはＯリング製のシール部材１６が装着されている。シール部材１６は、収容壁部４１の開口端面４１ａと、環状凹部１３ｃの内面に密着し、収容壁部４１と第２シールプレート１３との間をシールしている。そして、電動過給器１０は、第２シールプレート１３と回路用ハウジング４０とで囲まれた収容空間４４を備える。この収容空間４４は、第２シールプレート１３と、回路用ハウジング４０と、シール部材１６によって隙間なく封止されている。

底部５１は、アルミニウム製（金属製）であり、本実施形態では底部５１は放熱部を兼ねている。底部５１は、円盤状であり、収容壁部４１の先端部に一体化されている。底部５１は、収容壁部４１の成形時にインサート成形によって収容壁部４１と一体化される。底部５１と収容壁部４１とが一体化されることで、回路用ハウジング４０が有底円筒状に形成される。底部５１は、回路用ハウジング４０の内側に臨む面に内面５１ａを備え、回路用ハウジング４０の外側に臨む面に外面５１ｂを備える。底部５１の内面５１ａは収容空間４４に露出し、底部５１の外面５１ｂは回路用ハウジング４０の外に露出し、外気に触れている。

底部５１の内面５１ａには、電動モータＭを駆動する駆動回路５５が取り付けられている。駆動回路５５は、回路基板５６と、この回路基板５６と電気的に接続されたパワーモジュール５７や電子機器５８とを備えている。駆動回路５５の回路基板５６は、図示しない伝熱グリスを介して底部５１の内面５１ａに螺子止めされている。よって、駆動回路５５は、伝熱グリスを介して底部５１と熱的に結合されている。そして、駆動回路５５は、電動過給器１０の軸方向において、電動モータＭ及びモータハウジング１１よりも底部５１に近付けられ、外気に近付けられている。回路用ハウジング４０は、底部５１の外面５１ｂに複数の放熱フィン５２を備える。放熱フィン５２は、それぞれ板状であり、外面５１ｂに沿って等間隔おきに配置されている。

断熱プレート６１は、電動過給器１０の軸方向において、底部５１と第２シールプレート１３との間に介在する。断熱プレート６１は樹脂製であり、円盤状である。断熱プレート６１は、収容壁部４１に嵌合されている。断熱プレート６１は、収容空間４４を底部５１側と第２シールプレート１３側に仕切っている。断熱プレート６１は、モータハウジング１１側からの輻射熱が駆動回路５５に及ぶことを抑止する断熱層として機能する。また、電動過給器１０の軸方向において、第２シールプレート１３と断熱プレート６１との間には、収容空間４４の一部である空間が存在し、この空間は空気断熱層４４ａとして機能する。

次に、電動過給器１０の作用を記載する。
さて、電動過給器１０において、駆動回路５５の制御によって電動モータＭの駆動が制御される。電動モータＭが駆動され、電動モータＭの駆動に合わせてシャフトＭａが回転するとともにインペラ１７が回転し、圧縮部Ｃが駆動される。電動過給器１０の駆動時、駆動回路５５は超高速で制御され、また、大電流が必要とされる。このため、高回転かつ大電流状態での連続運転時においては、駆動回路５５の温度が上昇する。駆動回路５５で発生した熱は、伝熱グリスを介して底部５１に伝わる。底部５１に伝わった熱は、放熱フィン５２から外気に放出される。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）電動過給器１０は、駆動回路５５を封止した回路用ハウジング４０を備える。回路用ハウジング４０は、モータハウジング１１の第２シールプレート１３に固定され、回路用ハウジング４０の内側に駆動回路５５を封止する。このため、回路用ハウジング４０の内側に水や塵といった異物が侵入することを抑止することができる。そして、駆動回路５５を回路用ハウジング４０の内側に封止した構造において、回路用ハウジング４０においてモータハウジング１１から一番離れており、放熱部として機能する底部５１に駆動回路５５を熱的に結合した。このため、モータハウジング１１からの熱が駆動回路５５に伝わりにくく、駆動回路５５で発生した熱を、底部５１を介して外気に放出することができ、駆動回路５５の温度上昇を抑えることができる。

（２）回路用ハウジング４０において、駆動回路５５と熱的に結合された底部５１は金属製である。このため、底部５１を樹脂製とした場合と比べると、駆動回路５５で発生した熱は底部５１に効率良く伝わり、さらに、底部５１から外気へと放出されやすく、駆動回路５５の放熱性を高め、温度上昇を抑えることができる。

（３）回路用ハウジング４０において収容壁部４１を樹脂製とした。電動モータＭで発生した熱は、モータハウジング１１に伝わるが、収容壁部４１を樹脂製とすることで、モータハウジング１１の熱を回路用ハウジング４０に伝わりにくくすることができる。このため、モータハウジング１１の熱が収容壁部４１を介して駆動回路５５に伝わりにくく、駆動回路５５の温度上昇を抑えることができる。

（４）回路用ハウジング４０は、電動過給器１０の軸方向において、モータハウジング１１の第２シールプレート１３と、駆動回路５５との間に介在する断熱プレート６１を備える。断熱プレート６１は、収容空間４４をモータハウジング１１側と底部５１側に仕切る。そして、断熱プレート６１により、モータハウジング１１からの輻射熱が駆動回路５５に伝わることを抑制する。

（５）電動過給器１０は、電動モータＭと、駆動回路５５とを一体化した構造である。このため、エンジンルーム内において、電動モータＭと、駆動回路５５とが分かれて配置されている場合と比べると電動過給器１０の設置スペースを小さくできる。さらには、エンジンルーム内での駆動回路５５の配線の取り回しが不要となり、配線損失や配線からのノイズを低減できる。

（６）回路用ハウジング４０は底部５１に放熱フィン５２を備える。このため、放熱フィン５２によって、底部５１の外面５１ｂでの面積を広げることができ、駆動回路５５から底部５１に伝わった熱の外気への放出効率が高められる。よって、放熱フィン５２が無い場合と比べると、駆動回路５５の温度上昇をより抑えることができる。

（７）モータハウジング１１における第２シールプレート１３にシール部材１６を装着し、シール部材１６を回路用ハウジング４０の開口端面４１ａに密接させた。このため、回路用ハウジング４０と第２シールプレート１３との合わせ面をシール部材１６によってシールすることができ、合わせ面から収容空間４４への異物の侵入を抑止することができる。

（８）回路用ハウジング４０内の収容空間４４は、断熱プレート６１によって第２シールプレート１３側と底部５１側とに仕切られている。このため、第２シールプレート１３と断熱プレート６１との間には空間が存在し、この空間を空気断熱層４４ａとして利用することができる。よって、空気断熱層４４ａと断熱プレート６１との併用により、電動モータＭからの輻射熱が駆動回路５５に及びにくくなり、駆動回路５５の温度上昇を抑えることができる。

（９）回路用ハウジング４０の収容壁部４１を樹脂製とし、底部５１だけを金属製とした。このため、収容壁部４１も金属製とする場合と比べて、回路用ハウジング４０の軽量化を図ることができる。

（１０）回路用ハウジング４０は、収容壁部４１に対し底部５１がインサート成形によって一体化されている。このため、収容壁部４１と底部５１との接合部から異物が収容空間４４に侵入することを抑制できる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 実施形態では、回路用ハウジング４０全体をモータハウジング１１と別体構成としたが、これに限らない。例えば、モータハウジング１１における第２シールプレート１３に筒状の収容壁部を一体形成する。この場合、収容壁部は金属製となる。そして、第２シールプレート１３に一体の収容壁部に底部を取り付ける。第２シールプレート１３に一体の収容壁部と、この収容壁部に取り付けられた底部とから回路用ハウジングを構成してもよい。この場合、底部は金属製でもよいし、樹脂製でもよい。

○ 底部５１に設けた放熱フィン５２に関し、板状でなく、コルゲートフィンや、正弦波状、ジグザグ状、波形状等のフィンに適宜変更してもよい。
○ 底部５１の放熱性を向上させるために、外面５１ｂを凹凸状に形成し、外面５１ｂの面積を広げてもよい。

○ 底部５１の外面５１ｂに放熱フィン５２を設けず、外面５１ｂを平坦面としてもよい。
○ 実施形態では、断熱層としての断熱プレート６１を、第２シールプレート１３と駆動回路５５との間に介在させたが、断熱層はこれに限らない。例えば、底部５１の内面５１ａと熱的に結合した駆動回路５５を樹脂モールドして回路用ハウジング４０に埋設した状態とする。そして、電動過給器１０の軸方向において、第２シールプレート１３と駆動回路５５の間に、樹脂モールドの樹脂を断熱層として介在させてもよい。

○ 断熱プレート６１は、樹脂製でなく、ゴム製、セラミック製等に適宜変更してもよい。さらには、断熱プレート６１を省略してもよい。
○ 回路用ハウジング４０は、収容壁部４１及び底部５１を共に金属製としてもよい。

○ 回路用ハウジング４０は、収容壁部４１及び底部５１を共に樹脂製としてもよい。
○ 底部５１は、アルミニウム以外の金属製であってもよい。
○ 実施形態では、底部５１全体を金属板製とし、底部５１に放熱部を兼用させたが、回路用ハウジング４０における底部の一部に金属製の放熱部を設け、その放熱部と駆動回路５５を熱的に結合してもよい。

○ 駆動回路５５の回路基板５６を底部５１に接触させて熱的に結合させたが、これに限らず、駆動回路５５のパワーモジュール５７を底部５１に接触させて熱的に結合させてもよい。

○ 回路用ハウジング４０は、電動過給器１０の軸方向に沿ってモータハウジング１１の外面から突出する形態で設けたが、これに限らない。回路用ハウジング４０は、モータハウジング１１の外周面から、モータハウジング１１の径方向に沿って突出する形態で設けてもよい。

○ 駆動回路５５は、底部５１の内面５１ａと回路基板５６との間に伝熱グリスを介さずに底部５１に取り付けてもよい。
○ 回路用ハウジング４０において、底部５１と収容壁部４１はインサート成形ではなく、別の方法で一体化されていてもよい。例えば、底部５１と収容壁部４１との接合箇所をシールした状態で接着したり、ねじ止めしたりしてもよい。

Ｃ…圧縮部、Ｍ…電動モータ、１０…電動過給器、１１…モータハウジング、４０…回路用ハウジング、４１…収容壁部、５１…放熱部を兼用する底部、５１ａ…内面、５１ｂ…外面、５２…放熱フィン、５５…駆動回路、６１…断熱層としての断熱プレート。

Claims (6)

1. 電動モータと、
   前記電動モータを収容したモータハウジングと、
   前記電動モータを駆動する駆動回路と、
   前記駆動回路を収容した回路用ハウジングと、
   前記電動モータによって駆動される圧縮部と、を有する電動過給器であって、
   前記回路用ハウジングは、前記モータハウジングの外面から突出した形状の収容壁部と、前記モータハウジングの外面からの前記収容壁部の突出方向の先端に位置する底部と、を有するとともに前記駆動回路を前記モータハウジングと共に封止しており、
   前記底部は、前記回路用ハウジングの外側に臨む放熱部を備え、該放熱部において前記回路用ハウジングの内側に臨む内面に前記駆動回路が熱的に結合されており、
   前記収容壁部は樹脂製であることを特徴とする電動過給器。
2. 電動モータと、
   前記電動モータを収容したモータハウジングと、
   前記電動モータを駆動する駆動回路と、
   前記駆動回路を収容した回路用ハウジングと、
   前記電動モータによって駆動される圧縮部と、を有する電動過給器であって、
   前記回路用ハウジングは、前記モータハウジングの外面から突出した形状の収容壁部と、前記モータハウジングの外面からの前記収容壁部の突出方向の先端に位置する底部と、を有するとともに前記駆動回路を前記モータハウジングと共に封止しており、
   前記底部は、前記回路用ハウジングの外側に臨む放熱部を備え、該放熱部において前記回路用ハウジングの内側に臨む内面に前記駆動回路が熱的に結合されており、
   前記モータハウジングと前記駆動回路との間に介在する断熱層を有することを特徴とする電動過給器。
3. 前記放熱部は金属製である請求項１又は請求項２に記載の電動過給器。
4. 前記収容壁部は樹脂製である請求項２に記載の電動過給器。
5. 前記モータハウジングと前記駆動回路との間に介在する断熱層を有する請求項１に記載の電動過給器。
6. 前記放熱部において前記回路用ハウジングの外側に臨む外面に放熱フィンを有する請求項１〜請求項５のうちいずれか一項に記載の電動過給器。