WO2013011840A1 - 電動過給装置及び多段過給システム - Google Patents

電動過給装置及び多段過給システム Download PDF

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cooling
cooling passage
motor
passage
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秉一 安
幹 惠比寿
鈴木　浩
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三菱重工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a technical field of an electric supercharging device that supercharges an internal combustion engine such as an engine by being driven by an electric motor, and a multistage supercharging system using the electric supercharging device.
  • a turbocharger or other supercharging device may be used to compress and supply intake air to increase output.
  • the turbine is rotated at high speed using the energy of exhaust gas (kinetic energy or thermal energy), and the centrifugal compressor is driven by the rotational force, thereby compressing compressed air into the engine.
  • kinetic energy or thermal energy the energy of exhaust gas
  • turbocharger that feeds into.
  • an electric supercharger operating with an electric motor is advantageous in that a predetermined supercharging pressure can be obtained even at a low engine speed.
  • a cooling mechanism is essential.
  • various modes such as an air cooling type and a water cooling type can be considered.
  • a part of the compressed intake air is used by utilizing a differential pressure between the compressor outlet pressure pressurized by the electric motor and the atmospheric pressure.
  • a system is disclosed in which air is cooled by spraying the vicinity of the rotor.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and in an electric motor for driving a compressor, an electric supercharging device capable of obtaining a reduction in windage loss and good cooling performance of a rotor with a simple structure, and the It aims at providing the multistage supercharging system using an electric supercharger.
  • the electric supercharging device rotationally drives an electric motor in which a rotor shaft is rotatably supported inside a motor housing to which a stator having a motor coil is fixed.
  • An electric supercharging device that drives and supercharges a compressor connected to one end of the rotor shaft, the gas supply port and gas discharge port provided in the motor housing, and the gas supply in the motor housing A first cooling passage formed in the stator along the motor coil, and a first suction passage connecting the gas discharge port to a suction port of the compressor. And applying a negative pressure of the suction port of the compressor to the first cooling passage through the first suction passage, so that the gas supply port is connected to the first cooling passage. And introducing a.
  • the present invention by applying negative pressure from the first suction passage to the first cooling passage, outside air is introduced from the gas supply port, and the vicinity of the first cooling passage (stator or motor) Coil, etc.) can be cooled.
  • the outside air is introduced by using the negative pressure of the compressor without a configuration with energy consumption such as a pump, the inside of the motor housing having a large amount of heat generation can be effectively cooled with a simple configuration. Can do.
  • it is not the supercharged air having a high temperature but the outside air that is introduced into the first cooling passage at this time a good cooling effect can be obtained.
  • the motor housing further includes a second cooling passage that communicates the gas supply port and the gas discharge port and is formed along the rotor shaft between the rotor shaft and its peripheral member,
  • the second cooling passage merges with the first cooling passage in the motor housing, so that the negative pressure applied from the first suction passage causes the outside air from the gas supply port to the second cooling passage. Should be introduced.
  • there are at least gaps around the rotor shaft so that the rotor shaft does not contact (or collide) with peripheral members when the rotor shaft rotates.
  • the second cooling passage is also configured to serve as this gap.
  • An inverter unit in which an element circuit board is housed in the inverter housing is attached to the side of the motor housing where the gas supply port is formed, and the element circuit board is connected to the gas supply port.
  • a vent hole for venting the sucked outside air may be provided.
  • an inverter unit for controlling an electric motor is also a part where heat is likely to be generated.
  • a first control valve for adjusting the opening degree of the first suction passage and a control means for controlling the opening degree of the first control valve are provided.
  • the opening degree of the first control valve by adjusting the opening degree of the first control valve, the negative pressure value applied to the first cooling passage is changed, and the degree of cooling is controlled by controlling the amount of outside air introduced. It can be adjusted appropriately.
  • a parameter such as the temperature of each part of the electric supercharger including the inverter unit is detected from a sensor, and the opening degree of the first control valve is adjusted according to the detected value.
  • a negative pressure supply means capable of applying a negative pressure to the first cooling passage by being connected to the gas supply port via a second suction passage, and an opening degree of the second suction passage.
  • a second control valve for adjustment, and the control means may control the opening degree of the first control valve and the second control valve.
  • a plurality of the first cooling passages may be formed so as to surround the motor coil when viewed in an orthogonal cross section of the rotor shaft.
  • the motor coil is a place where a large amount of heat is generated during driving. Therefore, in this aspect, by providing a plurality of first cooling passages so as to surround a motor coil that generates a large amount of heat from the periphery, the temperature rise of the motor coil can be suppressed and good cooling performance can be obtained.
  • a part of the first cooling passage may include an outer wall surface of the motor coil. According to this aspect, since the outside air flowing through the first cooling passage can directly contact the wall surface of the motor coil and take heat away, good cooling performance can be obtained.
  • a multi-stage supercharging system includes the above-described electric supercharging device (including the above-described various aspects) and the gas compressed in the previous stage disposed on the upstream side of the electric supercharging device. And a pre-supercharger that supercharges the supercharging device.
  • this multi-stage supercharging system a plurality of stages are provided by supplying the above-described electric supercharger with compressed gas supercharged by a preceding supercharger such as a turbocharger arranged on the upstream side (low pressure side).
  • the supercharging can be performed over a period of time and the supercharging pressure can be increased.
  • a higher supercharging pressure can be obtained as compared with a system composed of a single supercharging means, so that it is possible to cope even when the required output is large, such as during acceleration.
  • the suction port to which the first suction passage is connected may be provided on the intake side of the preceding supercharger.
  • the first suction passage is connected to the suction port of the front-stage supercharger having a higher negative pressure at the suction port than in the electric supercharging device disposed on the downstream side.
  • the present invention by applying negative pressure from the first suction passage to the first cooling passage, outside air is introduced from the gas supply port, and the vicinity of the first cooling passage (stator or motor) Coil, etc.) can be cooled.
  • the outside air is introduced by using the negative pressure of the compressor without a configuration involving energy consumption such as a pump, the inside of the motor housing having a large amount of heat generation can be effectively cooled with a simple configuration. Can do.
  • it is not the supercharged air having a high temperature but the outside air that is introduced into the first cooling passage at this time a good cooling effect can be obtained.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the overall configuration of the electric supercharger 1 according to the first embodiment.
  • the electric supercharger 1 includes a compressor 2 that supercharges gas, an electric motor 3 that drives the compressor 2, and an inverter unit 4 that is an inverter for controlling the electric motor 3.
  • the inverter unit 4 acquires DC power from a battery (not shown) and controls the rotational speed of the electric motor 3 by changing the applied current and voltage to the electric motor 3.
  • the inverter unit 4 is configured so that the electric motor 3 and the inverter unit 4 are integrally connected so as to shorten the distance between the electric motor 3 and the inverter unit 4 so that an electric loss is not generated as much as possible in the power supplied to the electric motor 3. ing.
  • the electric motor 3 may be arranged as a separate unit at a distance from the inverter unit 4 when electrical loss is not a problem.
  • the gas sucked from the suction port 5 is pressurized by the compressor wheel 6 that is rotationally driven by the electric motor 3, and discharged from the discharge port (not shown) through the compressor cover 7.
  • the compressor wheel 6 is housed in the central portion of the compressor cover 7 and is driven to rotate by being connected to one end of the rotor shaft of the electric motor 3.
  • the electric motor 3 includes a stator 9 (stator) fixed inside the motor housing 8, a rotor shaft 10 (rotor) that rotates about the rotor shaft, and a motor coil 11. Inside the motor housing 8, the rotor shaft 10 is supported by rolling bearings 12 a and 12 b from both sides so that it can be rotationally driven around the rotation shaft.
  • the rolling bearings 12a and 12b grease-sealed rolling bearings with a seal provided with measures for preventing grease leakage at high speed rotation are used.
  • a grease-filled rolling bearing with a seal there is no need to supply lubricating oil from the outside (for example, the engine) of the electric supercharger 1 as in the case of an oil lubricated rolling bearing.
  • the internal structure of the electric motor 3 can be simplified.
  • the electric supercharger 1 when lubricating oil is used for the rolling bearing 12, it is necessary to receive the lubricating oil from the engine or the like, so the electric supercharger 1 needs to be installed in the vicinity of the engine with high temperature and vibration. However, since it is not necessary to receive the supply of lubricating oil by using a grease-filled rolling bearing as in the present embodiment, such a restriction is not imposed on the installation location of the electric supercharger 1. Therefore, it can be attached to a place with good ventilation suitable for cooling away from the engine or a vehicle body with less vibration, and the degree of freedom in installation layout can be improved.
  • the electric energy supplied from the inverter unit 4 is mainly used for driving the electric motor 3, but a part of the electric energy is converted into heat energy as heat generation.
  • heat is likely to be generated in the motor coil 11, and cooling thereof is important.
  • cooling passages are formed inside the motor housing 8, and cooling is performed by introducing outside air into them.
  • the motor housing 8 is provided with a gas supply port 13 and a gas discharge port 14 for introducing outside air into the cooling passage.
  • the gas supply port 13 is provided on the motor housing 8 on the side facing the inverter unit 4, and a plurality of gas supply ports 13 are formed corresponding to the entrances of a first cooling passage and a second cooling passage to be described later (FIG. 1).
  • the gas supply port corresponding to the entrance of the first cooling passage is indicated by “13a”, and the gas supply port corresponding to the entrance of the second cooling passage is indicated by “13b”).
  • the gas discharge port 14 is provided in a side surface portion of the motor housing 8 on the compressor 2 side.
  • the suction passage 15 is an example of the “first suction passage” according to the present invention, and is provided so as to connect the negative pressure outlet 16 formed by opening a hole in the side surface of the compressor cover and the gas outlet 14. Yes.
  • the suction passage 15 is made of a tubular member such as a rubber hose, but the material is not particularly limited.
  • the negative pressure outlet 16 is formed on the side wall of the compressor cover 7 so as to communicate with the inside thereof, and the negative pressure generated inside the compressor cover 7 by the rotation of the compressor wheel 6 can be taken out from one end of the suction passage 15. Is provided.
  • the other end of the suction passage 15 is connected to a gas discharge port 14 provided in the motor housing 8 so that a negative pressure is applied to the cooling passage formed inside the motor housing 8 from the gas discharge port 14. It has become.
  • the first cooling passage 17 communicates with the gas supply port 13 and the gas discharge port 14 in the motor housing 8, and is formed in the stator 9 along the motor coil 11.
  • the first cooling passage 17 communicates with the suction passage 15 through the gas discharge port 14, and external air is drawn from the gas supply port 13 by applying the negative pressure transmitted from the negative pressure outlet 16. Incorporate.
  • the outside air taken into the first cooling passage 17 circulates in the motor housing 8 as shown by the arrow shown in FIG. 1 and is led from the negative pressure outlet 16 to the inlet 5 of the compressor 2 via the inlet passage 15. It is burned.
  • the first cooling passage 17 is formed so as to extend along the motor coil 11 having a large calorific value, good cooling performance can be obtained by flowing in outside air.
  • the outside air is introduced using the negative pressure of the compressor 2 without a configuration that consumes energy such as a pump, the inside of the motor housing 8 that generates a large amount of heat is effectively cooled with a simple configuration. be able to.
  • it is not the supercharged air having a high temperature but the outside air that is introduced into the first cooling passage 17, a good cooling effect can be obtained.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a shape variation of the first cooling passage 17 in the electric motor 3.
  • one first cooling passage 17 can be provided for each motor coil 11 as shown in FIG.
  • the outer surface of the motor coil 11 is provided between the stator 9 so that the outer wall surface of the motor coil 11 constitutes a part of the first cooling passage 17, whereby the surface of the motor coil 11 is subjected to the first cooling. Since it can cool directly with the external air which flows through the channel
  • a plurality of first cooling passages 17 may be provided for each motor coil 11. By providing a large number of first cooling passages 17 in this manner, the cooling performance can be improved and even greater heat generation can be dealt with. Further, when a plurality of the first cooling passages 17 are provided as described above, it is preferable to provide the first cooling passages 17 so as to surround the motor coil 11 when viewed in a cross section orthogonal to the rotor shaft 10. In particular, as shown in FIG. 2C, a part of each of the plurality of first cooling passages 17 is provided so as to include the outer wall of the motor coil, so that it is directly connected to the outside air on the more surface of the motor coil 11. Since it can cool by making it contact, a more favorable cooling effect can be acquired.
  • the shape, number, and area of the first cooling passage 17 illustrated in FIGS. 1 and 2 may be appropriately changed according to the amount of heat generation (heat load) in the motor coil 11 that is a heat generation source.
  • the second cooling passage 18 is formed so that the gas supply port 13 and the gas discharge port 14 communicate with each other in the same manner as the first cooling passage 17 in the motor housing 8.
  • the second cooling passage 18 communicates the gas supply port 13 and the gas discharge port 14 in the motor housing 8, and is formed along the rotor shaft 10 between the rotor shaft 10 and its peripheral members.
  • a clearance is formed at least around the rotor shaft 10 so as not to contact (or collide) with peripheral members when the rotor shaft 10 rotates.
  • the second cooling passage 18 is also configured to serve as this gap. By applying a negative pressure to the second cooling passage 18, outside air is introduced from the gas supply port 13, and heat is generated from the stator 9, the motor coil 11, and the like that generate a large amount of heat. The periphery of the rotor shaft 10 that is easily driven can be cooled. Further, since the second cooling passage 18 is depressurized by applying a negative pressure, it is possible to reduce the air resistance of the rotor shaft 10 and simultaneously reduce the windage loss.
  • the second cooling passage 18 merges with the first cooling passage 17 inside the motor housing 8, and negative pressure is applied by the suction passage 15 together with the first cooling passage 17, and the outside air is supplied from the gas supply port 13. Has been introduced. In this way, by configuring the first cooling passage 17 and the second cooling passage 18 to merge within the motor housing, a negative pressure is applied to the two cooling passages by the single intake passage 16. Therefore, a large cooling effect can be obtained with a simple configuration.
  • the second cooling passage 18 is formed so as to pass around the rolling bearing 12 that supports the rotor shaft 10, and is configured to cool the rolling bearing 12 in addition to the rotor shaft 10. ing. Since the interior of the electric motor 3 is basically made of a metal material having good thermal conductivity, heat is easily transmitted to the rolling bearing 12 from the motor coil 11 side, and the temperature is likely to rise. In this embodiment, the second cooling passage 18 is added to the rotor shaft 10 so as to pass through the rolling bearing 12, thereby realizing efficient cooling of these members with a simple configuration.
  • the suction flow path 15 is provided with a control valve 19 for adjusting the opening degree of the suction flow path 15.
  • the control valve 19 is an example of the “first control valve” according to the present invention, and by adjusting the opening, the flow rate of the gas in the suction passage 15 is changed, and the first cooling passage 17 and the second cooling passage 17 are adjusted.
  • the negative pressure value transmitted to the cooling passage 18 is controlled.
  • the cooling according to the emitted-heat amount of the motor coil 11 can be implemented by adjusting the flow volume of the gas in the 1st cooling channel
  • the opening degree of the control valve 19 is adjusted based on a control signal from the controller 20.
  • the controller 20 is an example of the “control means” according to the present invention.
  • the controller 20 detects a temperature from a temperature sensor (not shown) attached to the motor coil 11 to be cooled, and controls the control valve 19 based on the detected value.
  • a control signal is transmitted to the to adjust the opening.
  • cooling is performed by applying a negative pressure to the first cooling passage 17 and the second cooling passage 18 to introduce outside air, but this negative pressure is acquired from the suction port 5 of the compressor 2. The supercharging efficiency of the compressor 2 is reduced considerably.
  • the outside air may be introduced by adjusting the control valve 19 so that the temperature of the motor coil is in the range of 150 to 200 ° C., which is an appropriate temperature.
  • the opening degree of the control valve 19 is controlled based on the detection value of the temperature sensor attached to the motor coil 11, but the control example is not limited thereto.
  • a temperature sensor may be installed in other places to estimate the temperature of the motor coil 11, or the inverter unit 4 which is another part that easily generates heat.
  • a temperature sensor may be installed, or control may be performed based on parameters other than temperature, such as the motor rotation speed.
  • the inverter unit 4 is attached to the motor housing 8 on the side where the gas supply port 13 is formed, and an element circuit board 22 is accommodated in the inverter housing 21. Elements that constitute an inverter circuit are incorporated on the element circuit board 22 and are erected and fixed inside the inverter housing 21 by struts (not shown).
  • the element circuit board 22 is provided with a number of through holes (not shown), and the element circuit board 22 is fixed on the support in this way, so that the outside air that has passed through the inverter unit 4 is transferred to the motor.
  • the gas supply port 13 provided in the housing 8 is smoothly introduced into the first cooling passage 17 and the second cooling passage 18.
  • the element circuit board 22 has a vent hole 23 at a position corresponding to the gas supply port 13 provided in the motor housing 8.
  • the inverter housing 21 is also provided with an opening 24 corresponding to the position of the vent hole 23.
  • the cooling pins 25 are provided on the side walls of the motor housing 8 and the inverter housing 21.
  • the cooling pin 25 functions as a heat radiating fin, promotes heat radiation by increasing the area of the side wall surface that is in contact with the outside air, and further enhances the above cooling performance.
  • the cross-sectional areas of the first cooling passage 17 and the second cooling passage 18 described above are set wide, the suction force of the outside air due to negative pressure will be weakened. Therefore, the cooling capacity and suction port required by the electric motor 3 are reduced. It may be set as appropriate according to the negative pressure value of 5. In other words, from the viewpoint of increasing the suction force of outside air, it is preferable that the cross-sectional areas of the first cooling passage 17 and the second cooling passage 18 are formed as narrow as possible.
  • a plurality of gas outlets are provided in the motor housing 8. 14 may be provided, and a suction passage may be separately connected to each gas discharge port.
  • the electric supercharger 1 by applying a negative pressure from the suction passage to the cooling passages 17 and 18, outside air is introduced from the gas supply port 13 and heat is generated.
  • the peripheral part of the easy cooling passages 17 and 18 can be cooled.
  • the outside air is introduced by using the negative pressure of the compressor 2 without a configuration that consumes energy such as a pump.
  • the inside of the housing 8 can be effectively cooled.
  • the second cooling passage 18 is depressurized by applying a negative pressure, and the air resistance of the rotor shaft is reduced, so that the windage loss can be reduced at the same time.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing the overall configuration of the electric supercharger 1 according to the second embodiment.
  • symbol is attached
  • the gas discharge port 14 is provided by an auxiliary negative pressure pump 26 (hereinafter simply referred to as “negative pressure pump 26”) of an engine (not shown) that is a supercharging destination of the electric supercharger 1. Then, a negative pressure is applied to the first cooling passage 17 and the second cooling passage 18 to cool the outside air.
  • the negative pressure pump 26 is connected to the gas exhaust port 14 via a second suction passage 27, and a second control valve 28 for adjusting the opening degree is provided in the second suction passage 27.
  • the opening degree of the second control valve 28 is controlled by the controller 20 together with the first control valve 19 to adjust the negative pressure value transmitted to the first cooling passage 17 and the second cooling passage 18.
  • the second control valve 28 is basically set to “closed” and negative pressure is applied to the first cooling passage 17 and the second cooling passage 18 by the first control valve 19. .
  • the controller 20 supplementarily supplies the negative pressure from the negative pressure pump 26 by opening the second control valve 28 so that the negative pressure from the negative pressure outlet 16 is insufficient. be able to.
  • the cooling performance can be improved by supplementarily adding a negative pressure.
  • Such control of the first control valve 29 and the second control valve 28 is performed by detecting the temperature of the element circuit board 22 in the motor coil 11 or the inverter unit 4 with a temperature sensor such as a thermistor or a thermocouple. It is good to carry out by adjusting each opening according to a detected value.
  • FIG. 4 is a block diagram showing the overall configuration of the electric 2 stage supercharging system according to the third embodiment.
  • the electric two-stage supercharging system uses a turbocharger 110 having a compressor 112 that operates in conjunction with an exhaust turbine 111 driven by exhaust gas of the engine 100 as a supercharging unit for the engine 100 at a low pressure.
  • the electric supercharger 1 using the electric motor 3 described in the above embodiment as a power source is provided on the high pressure side (upstream side).
  • a wastegate valve 113 is provided on the exhaust turbine 11 side of the turbocharger 110, and a bypass path 121 including a bypass valve 120 is provided on the intake side of the electric supercharger 1. Further, the compressed gas discharged from the electric supercharger 1 arranged on the high pressure side is cooled by the intercooler 130 and then supplied to the engine 100.
  • the compressed gas supercharged by the turbocharger 110 arranged on the low pressure side is further compressed by the electric supercharger 1 to supercharge in two stages.
  • the supercharging pressure can be increased.
  • a higher supercharging pressure can be obtained as compared with the case where only the turbocharger 110 is provided as a supercharging means, so that it is possible to realize a system capable of handling even when the required output is large, such as during acceleration. .
  • the negative pressure outlet 16 (see FIGS. 1 and 3) to which the first suction passage 15 is connected in the electric supercharger 1 is provided on the intake side of the turbocharger 110. Yes. Since a larger negative pressure is generated on the intake side of the turbocharger 110 than on the exhaust side of the turbocharger 110, the negative pressure outlet 16 is thus provided on the intake side of the turbocharger 110. A large negative pressure can be applied to the above-described cooling passages 17 and 18 formed in the motor housing 8 of the electric supercharger 1 to obtain better cooling performance. At the same time, since the pressure reducing effect in the cooling passages 17 and 18 can be greatly obtained, the air resistance around the rotor shaft 10 can be reduced and the windage loss can be reduced.
  • FIG. 4 shows the case where the turbocharger 110 using exhaust gas is used on the low pressure side, but instead, a VG turbocharger, a VFT turbocharger, and a 2stage turbocharger.
  • a mechanical supercharger or the like may be used.
  • the use of a grease-filled rolling bearing as the rolling bearing 12 that supports the rotor shaft 10 of the electric motor 3 included in the electric supercharging device 1 makes it possible to use the engine differently from the rolling bearing using the lubricating oil. There is no need to receive the lubricating oil from 100 or the like. Therefore, it is not necessary to install the electric supercharger 1 in the vicinity of the engine 100 in consideration of the supply of the lubricating oil, and the electric supercharger 1 can be attached to a place having good air permeability suitable for cooling away from the engine 100 or a vehicle body having less vibration. it can.
  • the electric supercharger 1 when the electric supercharger 1 is installed at a position close to a power supply system such as a battery, wiring resistance can be reduced, leading to improved performance.
  • the electric supercharger 1 according to the present invention has the advantages that there are few restrictions on the installation position in the vehicle body and the degree of freedom in layout is high.
  • the present invention is applicable to an electric supercharging device that supercharges an internal combustion engine such as an engine by being driven by an electric motor, and a multistage supercharging system using the electric supercharging device.

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Abstract

圧縮機を駆動するための電動モータにおいて回転子の風損低減と良好な冷却性能を簡易な構造で得ることのできる電動過給装置及び該電動過給装置を用いた多段過給システムを提供することを目的とし、本発明に係る電動過給装置（１）は、モータハウジング（８）内において気体供給口（１３）及び気体排出口（１４）を連通させ、モータコイル（１１）に沿ってステータ（９）に形成された第１の冷却通路（１７）と、気体排出口を圧縮機（２）の吸込口（５）に連結する第１の吸込通路（１５）とを備えることにより、第１の吸込通路を介して負圧を第１の冷却通路に印加することにより、気体供給口から第１の冷却通路に外気を導入してモータハウジングの内部を冷却することを特徴とする。

Description

電動過給装置及び多段過給システム
　本発明は、電動モータによって駆動されることにより、エンジンなどの内燃機関に過給を行う電動過給装置及び該電動過給装置を用いた多段過給システムの技術分野に関する。
　エンジンなどの内燃機関では、ターボチャージャなどの過給装置を用いて、吸気を圧縮供給し、出力増大を図る場合がある。このような過給装置として、排気ガスのエネルギー（運動エネルギーや熱エネルギー）を利用してタービンを高速回転させて、その回転力で遠心式圧縮機を駆動することにより、圧縮した空気をエンジン内に送り込むターボ過給機がある。しかしながらターボ過給機ではエンジン回転数が低いと過給圧が低下し、十分な出力の増大が期待できない。一方電動モータで動作する電動過給装置は、低いエンジン回転数においても所定の過給圧が得られる点において、有利である。
　一般的に電動モータの回転子の表面には凸状の極が設けられているため、モータ回転数が高速になると、当該凹凸形状に起因する相当量の風損が生じる。これは、電動モータの動力損失が低下することに加え、回転子による風切り音の発生要因ともなるため、騒音の増大にもつながる。このような動力損失や騒音の低減のためには、回転子の形状を設計変更することも考えられるが、現実には限界がある。このような課題に対して、例えば特許文献１では、電動モータの回転子近傍を減圧状態で密閉することによって、回転子の空気抵抗を減少させ、動力効率の改善や騒音の低減を図っている。
　またモータ回転数が上昇すると、電流が流れるモータコイルや、モータ制御用のインバータ部において発熱量が増大する。特に電動モータを加速させたり、大きな負荷が印加された場合に大電流が流れ、発熱量が大きくなるため、冷却機構が必須である。冷却機構としては空冷式や水冷式など各種態様が考えられるが、例えば特許文献２では、電動モータによって加圧されたコンプレッサ出口圧と大気圧との差圧を利用して、圧縮吸気の一部を回転子近傍に吹きかけることによって空冷する方式が開示されている。
特開平９－１９１００号公報 特開２００６－２５７９９４号公報
　上述したように、電動モータでは回転子の風損低減や、内部発熱の冷却性の向上が望まれている。しかしながら、これらの要求を満足するべく上記特許文献１及び２に記載されたような減圧手段や冷却機構を設けようとすると、電動モータの構成が複雑化してしまうという問題点がある。また特許文献２にて冷却用に用いられる圧縮吸気は高圧高温であるため、冷却効率が悪く、十分な冷却能力が期待できないという問題点もある。
　本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、圧縮機を駆動するための電動モータにおいて回転子の風損低減と良好な冷却性能を簡易な構造で得ることのできる電動過給装置及び該電動過給装置を用いた多段過給システムを提供することを目的とする。
　本発明に係る電動過給装置は上記課題を解決するために、モータコイルを有するステータが固定されたモータハウジングの内側にロータ軸が回転可能に支持されてなる電動モータを回転駆動することにより、前記ロータ軸の一端に連結された圧縮機を駆動して過給する電動過給装置であって、前記モータハウジングに設けられた気体供給口及び気体排出口と、前記モータハウジング内において前記気体供給口及び前記気体排出口を連通させ、前記モータコイルに沿って前記ステータに形成された第１の冷却通路と、前記気体排出口を前記圧縮機の吸込口に連結する第１の吸込通路とを備え、前記第１の吸込通路を介して、前記圧縮機の吸込口の負圧を前記第１の冷却通路に印加することにより、前記気体供給口から前記第１の冷却通路に外気を導入することを特徴とする。
　本発明によれば、第１の冷却通路に第１の吸込通路から負圧を印加することにより、気体供給口から外気を導入し、発熱が生じやすい第１の冷却通路の周辺（ステータやモータコイルなど）を冷却することができる。このように本発明ではポンプなどのエネルギー消費を伴う構成なしに、圧縮機の負圧を利用して外気を導入するため、簡易な構成で発熱量の多いモータハウジング内部を効果的に冷却することができる。特に、このとき第１の冷却通路に導入されるのは温度の高い過給気ではなく外気であるため、良好な冷却効果を得ることができる。
　好ましくは、前記モータハウジング内において前記気体供給口及び前記気体排出口を連通させ、前記ロータ軸とその周辺部材との間に前記ロータ軸に沿って形成された第２の冷却通路を更に備え、該第２の冷却通路は前記モータハウジング内において第１の冷却通路と合流することにより、前記第１の吸込通路から印加された負圧によって、前記気体供給口から前記第２の冷却通路に外気が導入されるとよい。一般的に、ロータ軸の周辺には該ロータ軸が回転した際に周辺部材と接触（又は衝突）しないように少なからず隙間を有している。第２の冷却通路はこの隙間を兼ねて構成されており、これに負圧を印加することで気体供給口から外気を導入し、発熱量の多いステータやモータコイルなどから熱が電動されやすいロータ軸周辺を冷却することができる。また、第２の冷却通路は負圧が印加されることにより減圧されているので、ロータ軸の空気抵抗を減少せしめ、同時に風損の低減も図ることができる。また、第１の冷却通路と第２の冷却通路とをモータハウジング内で合流するように構成することで、２つの冷却通路に対して単一の第１の吸気通路で負圧を印加して外気を導入できる。これにより、簡易な構成で大きな冷却効果を得られる点で有利である。
　また、前記モータハウジングのうち前記気体供給口が形成された側には、インバータハウジング内に素子回路基板が収納されてなるインバータユニットが取り付けられており、前記素子回路基板には前記気体供給口に吸引される外気を通気するための通気孔が設けられているとよい。一般的に、電動モータ制御用のインバータユニットもまた発熱が生じやすい部位である。本態様では、インバータユニットが有する素子回路基板に通気孔を設けることによって、モータハウジングの気体供給口に吸引される外気を通気させて冷却することができる。また、インバータユニットをモータハウジングに取り付けることにより、電動モータ及びインバータユニット間の距離を短くし、これらの間における電力損失を少なく抑えることができる。
　また、前記第１の吸込通路の開度調整用の第１の制御弁と、該第１の制御弁の開度を制御する制御手段とを備えているとよい。この態様によれば、第１の制御弁の開度を調整することにより、第１の冷却通路に印加される負圧値を変更して、導入される外気量を制御することで冷却度を適宜調整することができる。より好ましくは、インバータユニットを含む電動過給装置の各部位の温度などのパラメータをセンサから検出して、その検出値に応じて第１の制御弁の開度を調整するとよい。
　この場合、第２の吸込通路を介して前記気体供給口に連結されることにより、前記第１の冷却通路に負圧を印加可能な負圧供給手段と、前記第２の吸込通路の開度調整用の第２の制御弁とを備え、前記制御手段は、前記第１の制御弁及び前記第２の制御弁の開度を制御してもよい。この態様によれば、第１の吸込通路だけでは冷却に十分な負圧が得られない場合には、第２の制御弁の開度を調整することによって、負圧供給手段から負圧を補助的に追加することができ、冷却性能を向上させることができる。
　また、前記第１の冷却通路は、前記ロータ軸の直交断面で見た場合に、前記モータコイルを囲むように複数形成されていてもよい。モータコイルは、駆動時の発熱量が多い箇所である。そのため、本態様では発熱量の多いモータコイルを周辺から囲むように第１の冷却通路を複数設けることにより、モータコイルの温度上昇を抑制し、良好な冷却性能を得ることができる。
　また、前記第１の冷却通路は、その一部が前記モータコイルの外壁面を含んでなってもよい。この態様によれば、第１の冷却通路を流れる外気がモータコイルの該壁面に直接接触して熱を奪うことができるので、良好な冷却性能を得ることができる。
　本発明に係る多段過給システムは上記課題を解決するために、上述の電動過給装置（上記各種態様を含む）と、該電動過給装置の上流側に配置され、前段圧縮した気体を前記過給装置に過給する前段過給機とを備えてなることを特徴とする。この多段過給システムでは、上流側（低圧側）に配置されたターボ過給機などの前段過給機で過給された圧縮気体を、上述の電動過給装置に供給することによって、複数段階に亘って過給を行い、過給圧を高めることができる。これにより、単一の過給手段からなるシステムに比べて高い過給圧が得られるので、加速時など要求出力が大きい場合でも対応が可能となる。
　好ましくは、前記第１の吸込通路が連結される吸込口は、前記前段過給機の吸気側に設けられているとよい。この態様によれば、下流側に配置された電動過給装置に比べて、吸込口における負圧の強い前段過給機の吸込口に第１の吸込み通路を連結することによって、モータハウジング内に形成された上述の冷却通路に大きな負圧を印加し、より良好な冷却性能を得ることができる。また、その分、冷却通路内の減圧効果も大きく得られるので、ロータ軸周辺の空気抵抗を減らし、風損の低減にも貢献できる。
　本発明によれば、第１の冷却通路に第１の吸込通路から負圧を印加することにより、気体供給口から外気を導入し、発熱が生じやすい第１の冷却通路の周辺（ステータやモータコイルなど）を冷却することができる。このように本発明ではポンプなどのエネルギー消費を伴う構成なしに、圧縮機の負圧を利用して外気を導入するため、簡易な構成で発熱量の多いモータハウジング内部を効果的に冷却することができる。特に、このとき第１の冷却通路に導入されるのは温度の高い過給気ではなく外気であるため、良好な冷却効果を得ることができる。
第１実施例に係る電動過給装置の全体構成を示す断面図である。 電動モータの内部における第１の冷却通路の形状バリエーションを示す断面図である。 第２実施例に係る電動過給装置の全体構成を示す断面図である。 第３実施例に係る電動２ｓｔａｇｅ過給システムの全体構成を示すブロック図である。
　以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態を例示的に詳しく説明する。但しこの実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。
（第１実施例）
　図１は第１実施例に係る電動過給装置１の全体構成を示す断面図である。電動過給装置１は、気体を過給する圧縮機２と、該圧縮機２を駆動するための電動モータ３と、該電動モータ３の制御用インバータであるインバータユニット４とを備えてなる。インバータユニット４は図不示のバッテリから直流電力を取得し、電動モータ３への印加電流、電圧、を変更することによって、電動モータ３の回転速度の制御を行う。
　インバータユニット４は、電動モータ３への供給電力に電気的な損失が極力発生しないように、電動モータ３とインバータユニット４との間隔を短くすべく、これらが一体的に連結するように構成されている。尚、電気的損失が問題とならない場合には、電動モータ３はインバータユニット４と間隔を離して、別ユニットとして配置してもよいことは言うまでもない。
　圧縮機２では、吸込口５から吸込んだ気体を、電動モータ３によって回転駆動されるコンプレッサホイール６によって加圧し、コンプレッサカバー７の内部を通って図不示の吐出口から吐出されることにより、エンジンなどの内燃機関の吸気系に過給する。コンプレッサホイール６はコンプレッサカバー７の内側中心部に収納されており、電動モータ３のロータ軸の一端に連結されることにより、回転駆動される。
　電動モータ３は、モータハウジング８の内部に固定されたステータ９（固定子）と、ロータ軸を中心に回転するロータ軸１０（回転子）と、モータコイル１１とを備えてなる。モータハウジング８内部において、ロータ軸１０は回転軸を中心に回転駆動可能なように、その両側から転がり軸受１２ａ及び１２ｂによって支持されている。
　本実施例では特に、転がり軸受１２ａ及び１２ｂとして、高速回転時のグリース漏れ防止対策が施されたシール付きグリース封入転がり軸受が用いられている。このように、シール付きグリース封入転がり軸受を用いることによって、油潤滑タイプ転がり軸受のように電動過給装置１の外部（例えばエンジン）から潤滑油を供給する必要がなくなるので、潤滑油の導入経路などを省略することができ、電動モータ３の内部構造を簡略化することができる。
　尚、本実施例では電動モータ３のロータ軸１０の両側がそれぞれ転がり軸受１２ａ及び１２ｂによって支持される両持ちタイプについて説明するが、ロータ軸１０の一方側のみを転がり軸受で支持する片持ちタイプについても、本発明は同様に適用可能である。
　また、転がり軸受１２に潤滑油を用いる場合にはエンジンなどから潤滑油の供給を受ける必要があるため、電動過給装置１を高温で振動の多いエンジンの近傍に設置する必要がある。しかしながら、本実施例のようにグリース封入転がり軸受を使用することによって潤滑油の供給を受ける必要がなくなるため、電動過給装置１の設置箇所にこのような制限を受けることがなくなる。そのため、エンジンから離れた冷却に適した通気性の良いところや振動の少ない車体などに取り付けることができ、設置レイアウトの自由度を向上できる。
　また、インバータユニット４から供給される電力エネルギーは主に電動モータ３の駆動に使用されるが、少なからずその一部が発熱として熱エネルギーに変換される。特に、電動モータ３の加速時や高負荷時にはモータコイル１１において発熱が生じやすく、その冷却が重要となる。本実施例では、以下に説明するように、モータハウジング８の内部に冷却通路が形成されており、それらに外気が導入されることにより冷却が行われる。
　モータハウジング８には、冷却通路に外気を導入出するための気体供給口１３と気体排出口１４が設けられている。気体供給口１３はモータハウジング８のうちインバータユニット４に面する側に設けられており、後述する第１の冷却通路及び第２の冷却通路の入り口に対応して複数形成されている（図１では、第１の冷却通路の入り口に対応する気体供給口を「１３a」、第２の冷却通路の入り口に対応する気体供給口を「１３ｂ」で示す）。気体排出口１４はモータハウジング８のうち圧縮機２側の側面部に設けられている。
　吸込通路１５は本発明に係る「第１の吸込通路」の一例であり、コンプレッサカバーの側面に開穴されて形成した負圧導出口１６と気体排出口１４とを連結するように設けられている。吸込通路１５は例えばゴムホースなどの管形状の部材からなるが、その材質は特に限定されない。負圧導出口１６はコンプレッサカバー７の側壁に、その内側と連通するように形成されており、コンプレッサホイール６の回転によってコンプレッサカバー７の内側で発生した負圧を吸込通路１５の一端から取り出し可能に設けられている。吸込通路１５の他端は、モータハウジング８に設けられた気体排出口１４に接続されており、該気体排出口１４よりモータハウジング８の内側に形成された冷却通路に負圧が印加されるようになっている。
　第１の冷却通路１７は、モータハウジング８内において気体供給口１３及び気体排出口１４を連通させ、モータコイル１１に沿ってステータ９に形成されている。この第１の冷却通路１７は、気体排出口１４を介して吸込通路１５に連通されており、負圧導出口１６から伝達された負圧が印加されることにより、気体供給口１３から外気を取り入れる。第１の冷却通路１７に取り入れられた外気は、図１中に示す矢印の如くモータハウジング８内を流通し、吸込通路１５を介して負圧導出口１６から圧縮機２の吸込口５に導かれる。
　このように第１の冷却通路１７は、発熱量の大きいモータコイル１１に沿って延在するように形成されているので、外気を流入させることにより良好な冷却性能が得られる。特に、本発明ではポンプなどのエネルギー消費を伴う構成なしに、圧縮機２の負圧を利用して外気を導入するため、簡易な構成で発熱量の多いモータハウジング８内部を効果的に冷却することができる。このとき第１の冷却通路１７に導入されるのは温度の高い過給気ではなく外気であるため、良好な冷却効果を得ることができる。
　ここで図２を参照して、電動モータ３における第１の冷却通路１７の構成態様について説明する。図２は電動モータ３の内部における第１の冷却通路１７の形状バリエーションを示す断面図である。本発明の最もシンプルな態様としては、図２（ａ）に示すように、各モータコイル１１に対して、第１の冷却通路１７を一つずつ設けることができる。特に図２（ａ）では、モータコイル１１の外壁面が第１の冷却通路１７の一部を構成するように、ステータ９との間に設けることにより、モータコイル１１の表面を第１の冷却通路１７を流れる外気によって直接冷却できるため、良好な冷却効果が得られる。
　また、図２（ｂ）及び（ｃ）に示すように、各モータコイル１１に対して、第１の冷却通路１７を複数設けてもよい。このように第１の冷却通路１７を多く設けることによって、冷却性能を高め、より大きな発熱にも対処可能となる。更に、このように第１の冷却通路１７を複数設ける場合には、ロータ軸１０の直交断面で見た場合に、モータコイル１１を囲むように設けるとよい。特に図２（ｃ）に示すように、複数の第１の冷却通路１７の各々の一部がモータコイルの外壁を含むように設けることで、モータコイル１１のより多くの表面にて外気と直接接触させることで冷却できるため、より良好な冷却効果を得ることができる。
　尚、図１及び図２において図示した第１の冷却通路１７の形状、数及び面積は、発熱源であるモータコイル１１における発熱量（熱負荷）に応じて、適宜変更するとよい。第１の冷却通路１７の断面形状の具体例としては、半月、円形、楕円などが考えられる。
　再び図１に戻って、第２の冷却通路１８は、モータハウジング８内において第１の冷却通路１７と同様に、気体供給口１３及び気体排出口１４を連通させるように形成されている。特に、第２の冷却通路１８は、モータハウジング８内において気体供給口１３及び気体排出口１４を連通させ、ロータ軸１０とその周辺部材との間にロータ軸１０に沿って形成されている。
　一般的に、ロータ軸１０の周辺には該ロータ軸１０が回転した際に周辺部材と接触（又は衝突）しないように少なからず隙間が形成されている。第２の冷却通路１８はこの隙間を兼ねて構成されており、これに負圧を印加することで気体供給口１３から外気を導入し、発熱量の多いステータ９やモータコイル１１などから熱が電動されやすいロータ軸１０周辺を冷却することができる。また、第２の冷却通路１８は負圧が印加されることにより減圧されているので、ロータ軸１０の空気抵抗を減少せしめ、同時に風損の低減も図ることができる。
　第２の冷却通路１８は、モータハウジング８の内部にて第１の冷却通路１７と合流しており、第１の冷却通路１７と共に吸込通路１５によって負圧が印加され、気体供給口１３から外気が導入されるようになっている。このように第１の冷却通路１７と第２の冷却通路１８とをモータハウジング内で合流するように構成することで、２つの冷却通路に対して単一の吸気通路１６で負圧を印加して外気を導入できるため、簡易な構成で大きな冷却効果を得ることができる。
　また、第２の冷却通路１８はロータ軸１０を支持する転がり軸受１２の周囲を通過するように形成されており、ロータ軸１０に加え、転がり軸受１２の冷却も併せて行われるように構成されている。電動モータ３の内部は基本的に熱伝導性のよい金属材料によって形成されているため、転がり軸受１２にもモータコイル１１側から熱が伝達されやすく温度が上昇しやすい。本実施例では第２の冷却通路１８をロータ軸１０に加え、転がり軸受１２を通過するように設けることで、簡易的な構成でこれらの部材の効率的な冷却を合わせて実現している。
　吸込流路１５には、該吸込流路１５の開度を調整するための制御弁１９が設けられている。制御弁１９は本発明に係る「第１の制御弁」の一例であり、その開度を調整することによって、吸込通路１５における気体の流量を変更し、第１の冷却通路１７及び第２の冷却通路１８に伝達される負圧値を制御する。これにより、第１の冷却通路１７及び第２の冷却通路１８における気体の流量を調整して、モータコイル１１の発熱量に応じた冷却を実施できる。
　制御弁１９の開度は、コントローラ２０からの制御信号に基づいて調整される。コントローラ２０は本発明に係る「制御手段」の一例であり、例えば冷却対象であるモータコイル１１に取り付けられた温度センサ（図不示）から温度を検出し、該検出値に基づいて制御弁１９に制御信号を送信して開度調整を行う。本発明では第１の冷却通路１７及び第２の冷却通路１８に負圧を印加して外気を導入することにより冷却を行うが、この負圧は圧縮機２の吸込口５から取得するため、圧縮機２の過給効率は少なからず低下する。しかしながら、このようにモータコイル１１の温度に応じて適切な開度に調整することにより、必要以上の負圧を取り込むことがなくなる。そのため、圧縮機２の過給効率の低減防止と、電動モータ３内部における効率的な冷却とを両立することができる。典型的には、モータコイルの温度が適温である１５０～２００℃の範囲になるように、制御弁１９を調整して外気を導入するとよい。
　尚、上記ではモータコイル１１に取り付けられた温度センサの検出値に基づいて制御弁１９の開度を制御するとしたが、制御例としてはこれに限られない。例えばモータコイル１１に温度センサを設置しにくい場合にはその他の箇所に温度センサを設置してモータコイル１１の温度を推定するようにしてもよいし、発熱しやすい他の部位であるインバータユニット４に温度センサを設置してもよいし、モータ回転数などの温度以外のパラメータに基づいて制御するようにしてもよい。
　インバータユニット４は、モータハウジング８のうち気体供給口１３が形成された側に取り付けられており、インバータハウジング２１内に素子回路基板２２が収納されてなる。素子回路基板２２上にはインバータ回路を構成する素子が組み込まれており、図不示の支柱によってインバータハウジング２１の内側に立設固定されている。素子回路基板２２には図不示のスルーホールが多数設けられており、また、このように素子回路基板２２を支柱上に固定する構成にすることにより、インバータユニット４を通過した外気が、モータハウジング８に設けられた気体供給口１３から第１の冷却通路１７及び第２の冷却通路１８にスムーズに導入されるようになっている。
　特に、素子回路基板２２には、モータハウジング８に設けられた気体供給口１３に対応する位置に通気孔２３が形成されている。またインバータハウジング２１にも、前記通気孔２３の位置に対応するように開口孔２４が設けられている。これにより、インバータユニット４の外側から、第１の冷却通路１７及び第２の冷却通路１８への外気の導入がより一層スムーズになるように工夫されている。
　モータハウジング８及びインバータハウジング２１の側壁表面には冷却ピン２５が設けられている。冷却ピン２５は放熱フィンとして機能し、側壁表面の外気と触れる面積を増やすことにより放熱を促進させ、上述の冷却性能をより一層高めている。
　尚、上述の第１の冷却通路１７及び第２の冷却通路１８の断面積は、広く設定すると負圧による外気の吸引力が弱まってしまうため、電動モータ３が必要とする冷却能力や吸込口５の負圧値に応じて適宜設定するとよい。つまあり、外気の吸引力を大きくするという観点からは、第１の冷却通路１７及び第２の冷却通路１８の断面積は、極力狭く形成した方が好ましい。
　また、第１の冷却通路１７及び第２の冷却通路１８に対して、単一の気体排出口１４では十分な負圧を印加することができない場合には、モータハウジング８に複数の気体排出口１４を設け、それぞれの気体排出口に対して別々に吸引通路を接続するようにしてもよい。
　以上説明したように、本実施例に係る電動過給装置１によれば、冷却通路１７及び１８に吸込通路から負圧を印加することにより、気体供給口１３から外気を導入し、発熱が生じやすい冷却通路１７及び１８の周辺部位を冷却することができる。このように本実施例に係る電動過給装置１ではポンプなどのエネルギー消費を伴う構成なしに、圧縮機２の負圧を利用して外気を導入するため、簡易な構成で発熱量の多いモータハウジング８内部を効果的に冷却することができる。特に、このとき冷却通路１７及び１８に導入されるのは温度の高い過給気ではなく外気であるため、良好な冷却効果を得ることができる。特に、第２の冷却通路１８は負圧が印加されることにより減圧され、ロータ軸の空気抵抗が減少するので、同時に風損の低減も図ることができる。
（第２実施例）
　図３は第２実施例に係る電動過給装置１の全体構成を示す断面図である。尚、上記第１実施例と共通する箇所には、共通する符号を付すこととし、重複する説明は適宜省略することとする。
　第２実施例では、電動過給装置１の過給先であるエンジン（図不示）の補機用負圧ポンプ２６（以下、単に「負圧ポンプ２６」と称する）によって、気体排出口１４に負圧を印加し、第１の冷却通路１７及び第２の冷却通路１８に外気を導入して冷却をおこなう。負圧ポンプ２６は第２の吸込通路２７を介して気体排出口１４に連結されており、該第２の吸込通路２７には開度調整用の第２の制御弁２８が設けられている。第２の制御弁２８は第１の制御弁１９と共に、コントローラ２０によってその開度が制御され、第１の冷却通路１７及び第２の冷却通路１８に伝達される負圧値を調整する。
　ここで第２実施例における制御例を具体的に説明する。まず、基本的に第２の制御弁２８は「閉」に設定され、第１の冷却通路１７及び第２の冷却通路１８への負圧印加は第１の制御弁１９によって行われると仮定する。このような場合、電動モータ３の運転状態によってはモータハウジング８内部の温度が上昇してしまい、負圧導出口１６からの負圧だけでは要求される冷却性能を得ることが困難な場合がある（つまり、負圧導出口１６からの負圧だけでは第１の冷却通路１７及び第２の冷却通路１８に十分な外気を導入できない場合がある）。このような場合、コントローラ２０は、第２の制御弁２８を開制御することによって、負圧導出口１６からの負圧では足りない分を、負圧ポンプ２６からの負圧を補助的に賄うことができる。
　このように本実施例では、複数の負圧供給源（負圧導出口１６及び負圧ポンプ２６）を備えることにより、一方からの負圧だけでは冷却に十分な外気を導入できない場合に、他方から負圧を補助的に追加することにより、冷却性能を向上させることができる。このような第１の制御弁２９及び第２の制御弁２８の制御は、モータコイル１１やインバータユニット４内の素子回路基板２２の温度を、サーミスタや熱電対などの温度センサで検出し、その検出値に応じてそれぞれの開度を調整することにより行うとよい。
（第３実施例）
　続いて図４を参照して、本発明に係る電動過給装置１をエンジン１００からの排気ガスで駆動されるターボ過給機１１０と組み合わせた電動２ｓｔａｇｅ過給システムに適用した場合について説明する。図４は第３実施例に係る電動２ｓｔａｇｅ過給システムの全体構成を示すブロック図である。
　本実施例に係る電動２ｓｔａｇｅ過給システムは、エンジン１００への過給手段として、エンジン１００の排気ガスで駆動される排気タービン１１１と連動して動作するコンプレッサ１１２を有するターボ過給機１１０を低圧側（下流側）に備え、上記実施例で説明した電動モータ３を動力源とする電動過給装置１を高圧側（上流側）に備えて構成されている。ターボ過給機１１０の排気タービン１１側にはウエストゲートバルブ１１３が設けられており、電動過給装置１の吸気側にはバイパスバルブ１２０を備えたバイパス経路１２１が設けられている。また、高圧側に配置された電動過給機１から排出された圧縮気体はインタークーラ１３０によって冷却された後、エンジン１００に供給されるようになっている。
　このような電動２ｓｔａｇｅ過給システムでは、低圧側に配置されたターボ過給機１１０で過給された圧縮気体を、電動過給装置１にて更に圧縮することにより、２段階に亘って過給を行い、過給圧力を高めることができる。これにより、過給手段としてターボ過給機１１０のみを備えている場合に比べて高い過給圧力が得られるので、加速時など要求出力が大きい場合でも対応が可能なシステムを実現することができる。
　本実施例では特に、電動過給装置１において第１の吸込通路１５が連結される負圧導出口１６（図１及び図３を参照）は、ターボ過給機１１０の吸気側に設けられている。ターボ過給機１１０の吸気側は、ターボ過給機１１０の排気側に比べて大きな負圧が生じるため、このように負圧導出口１６をターボ過給機１１０の吸気側に設けることで、電動過給装置１のモータハウジング８内に形成された上述の冷却通路１７及び１８に対して大きな負圧を印加し、より良好な冷却性能を得ることができる。また同時に、冷却通路１７及び１８内の減圧効果も大きく得られるので、ロータ軸１０周辺の空気抵抗を減らし、風損の低減にも貢献できる。
　尚、図４では、低圧側に排気ガスを利用するターボ過給機１１０を用いた場合を示したが、これに代えて、ＶＧターボ過給機、ＶＦＴターボ過給機、２ｓｔａｇｅターボ過給機、機械式スーパーチャージャなどを用いてもよい。
　また前述したように、電動過給装置１が有する電動モータ３のロータ軸１０を支持する転がり軸受１２としてグリース封入転がり軸受を使用することによって、潤滑油を用いた転がり軸受の場合と異なり、エンジン１００などから潤滑油の供給を受ける必要がなくなる。そのため、電動過給装置１は潤滑油の供給を考慮してエンジン１００近傍に設置する必要がなくなり、エンジン１００から離れた冷却に適した通気性の良いところや振動の少ない車体などに取り付けることができる。より好ましくは、電動過給装置１をバッテリなどの電源系に近い位置に設置すると、配線抵抗が少なくて済むので性能向上につながる。このように本発明に係る電動過給装置１は車体内の設置位置について制限が少なく、レイアウトの自由度が高いというメリットがある。
　本発明は、電動モータによって駆動されることにより、エンジンなどの内燃機関に過給を行う電動過給装置及び該電動過給装置を用いた多段過給システムに利用可能である。
　　１　電動過給装置
　　２　圧縮機
　　３　電動モータ
　　４　インバータユニット
　　５　吸込口
　　６　コンプレッサホイール
　　７　コンプレッサカバー
　　８　モータハウジング
　　９　ステータ（固定子）
　１０　ロータ軸（回転子）
　１１　モータコイル
　１２　転がり軸受
　１３　気体供給口
　１４　気体排出口
　１５　吸込通路（第１の吸込通路）
　１６　負圧導出口
　１７　第１の冷却通路
　１８　第２の冷却通路
　１９　制御弁（第１の制御弁）
　２０　コントローラ
　２１　インバータハウジング
　２２　素子回路基板
　２３　通気孔
　２４　開口孔
　２５　冷却ピン
　２６　負圧ポンプ
　２７　第２の吸込通路
　２８　第２の制御弁
１００　エンジン
１１０　ターボ過給機
１１１　排気タービン
１１２　コンプレッサ
１１３　ウエストゲートバルブ
１２０　バイパスバルブ
１２１　バイパス通路
１３０　インタークーラ

Claims (9)

  1. 　モータコイルを有するステータが固定されたモータハウジングの内側にロータ軸が回転可能に支持されてなる電動モータを回転駆動することにより、前記ロータ軸の一端に連結された圧縮機を駆動して過給する電動過給装置であって、
    　前記モータハウジングに設けられた気体供給口及び気体排出口と、
    　前記モータハウジング内において前記気体供給口及び前記気体排出口を連通させ、前記モータコイルに沿って前記ステータに形成された第１の冷却通路と、
    　前記気体排出口を前記圧縮機の吸込口に連結する第１の吸込通路と
    を備え、
    　前記第１の吸込通路を介して、前記圧縮機の吸込口の負圧を前記第１の冷却通路に印加することにより、前記気体供給口から前記第１の冷却通路に外気を導入することを特徴とする電動過給装置。
  2. 　前記モータハウジング内において前記気体供給口及び前記気体排出口を連通させ、前記ロータ軸とその周辺部材との間に前記ロータ軸に沿って形成された第２の冷却通路を更に備え、
    　該第２の冷却通路は前記モータハウジング内において第１の冷却通路と合流することにより、前記第１の吸込通路から印加された負圧によって、前記気体供給口から前記第２の冷却通路に外気が導入されることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動過給装置。
  3. 　前記モータハウジングのうち前記気体供給口が形成された側には、インバータハウジング内に素子回路基板が収納されてなるインバータユニットが取り付けられており、
    　前記素子回路基板には前記気体供給口に吸引される外気を通気するための通気孔が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の電動過給装置。
  4. 　前記第１の吸込通路の開度調整用の第１の制御弁と、
    　該第１の制御弁の開度を制御する制御手段と
    を備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の電動過給装置。
  5. 　第２の吸込通路を介して前記気体供給口に連結されることにより、前記第１の冷却通路に負圧を印加可能な負圧供給手段と、
    　前記第２の吸込通路の開度調整用の第２の制御弁と
    を備え、
    　前記制御手段は、前記第１の制御弁及び前記第２の制御弁の開度を制御することを特徴とする請求項４に記載の電動過給装置。
  6. 　前記第１の冷却通路は、前記ロータ軸の直交断面で見た場合に、前記モータコイルを囲むように複数形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の電動過給装置。
  7. 　前記第１の冷却通路は、その一部が前記モータコイルの外壁面を含んでなることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の電動過給装置。
  8. 　請求項１から７のいずれか一項に記載の電動過給装置と、
    　該電動過給装置の上流側に配置され、前段圧縮した気体を前記過給装置に過給する前段過給機と
    を備えてなることを特徴とする多段過給システム。
  9. 　前記第１の吸込通路が連結される吸込口は、前記前段過給機の吸気側に設けられていることを特徴とする請求項８に記載の多段過給システム。
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