(57)【要約】【課題】騒音や振動を低減するとともに、高い耐久性を有した電動過給機を提供することを目的とする。【解決手段】インテークパイプ５０を介してエンジンに接続されたコンプレッサ２０および電動機３０を収容した第一ケーシング６０Ａと、インバータ装置４０を収容した第二ケーシング６０Ｂとの間に、緩衝材７０を設け、エンジン側の振動が伝達される第一ケーシング６０Ａと、車体側の振動が伝達される第二ケーシング６０Ｂとの相対変位を吸収する。これによって、コンプレッサ２０および電動機３０側（エンジン側）と、インバータ装置４０側（車体側）とが異なるモードで振動した場合においても、第一ケーシング６０Ａ、第二ケーシング６０Ｂにおいて応力集中が生じにくくする。また、電動機３０の電磁振動が第一ケーシング６０Ａに伝達されても、その振動が第二ケーシング６０Ｂに伝達されるのを防ぐ。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載され、前記車両のエンジンに圧縮空気を送給する電動過給機であって、
外部から吸い込んだ空気を圧縮して前記圧縮空気を吐出する過給機本体と、
前記過給機本体を駆動する電動機と、
前記車両に搭載された直流電源から供給される直流電圧を交流電圧に変換して前記電動機に供給することで前記電動機を作動させるインバータ装置と、
前記過給機本体、前記電動機、前記インバータ装置を一体に収容し、前記過給機本体から吐出された前記圧縮空気を前記エンジンに送給する送給管が接続されるケーシングと、を備え、
前記ケーシングは、
前記過給機本体および前記電動機を収容するとともに前記送給管が接続され、前記インバータ装置側に開口した第一のケーシングと、
前記インバータ装置を収容し、前記電動機側に開口した第二のケーシングと、
前記第一のケーシングの開口部と前記第二のケーシングの開口部との間に設けられ、前記第一のケーシングと前記第二のケーシングとを、相対変位可能に連結する連結部材と、
を備えることを特徴とする電動過給機。
【請求項２】
前記連結部材は弾性材料から形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電動過給機。
【請求項３】
前記連結部材は、前記電動機が作動したときに生じる電磁振動が、前記第一のケーシングを介して前記第二のケーシングに伝達されるのを防ぐためであることを特徴とする請求項１または２に記載の電動過給機。
【請求項４】
前記吸込み口に、筒状またはボックス状の吸気ダクトが設けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の電動過給機。
【請求項５】
前記吸気ダクトの内面に吸音材が設けられていることを特徴とする請求項４に記載の電動過給機。
【請求項６】
前記ケーシングの内面に吸音材が設けられていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の電動過給機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等の車両のエンジンに適用される電動過給機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車等のエンジンの燃焼室内に吸入する給気の圧力を高めることで燃焼室内の空気量を増大させ、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、いわゆるターボチャージャがある。
しかし、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。
【０００３】
そこで、バッテリから供給される電力を変換して電動機に供給するインバータを備え、この電動機によりコンプレッサを駆動してエンジンの給気を過給する電動過給機が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。このインバータは、ＦＥＴ等のスイッチング素子で構成され、バッテリ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。
【０００４】
また、自動車用の機器においては、その小型化が常に要求されている。このため、図８に示すように、コンプレッサ１と、コンプレッサ１を駆動する電動機２と、電動機２を作動させるインバータ３とを、ケーシング４内に一体に収納した電動過給機が提案されている。この電動過給機においては、バッテリ５から供給される直流電圧をインバータ３に備わるＦＥＴ等のスイッチング素子によって交流電圧に変換することで、電動機２を作動させ、コンプレッサ１を駆動する。ケーシング４には吸気口が形成され、コンプレッサ１の駆動により、外部の空気が吸気口からケーシング４内に吸入されて、コンプレッサ１において圧縮される。圧縮された空気は、コンプレッサ１に接続された吐出管を介し、車両のエンジン６に送り込まれ、これによって過給がなされる。
【０００５】
ところで、自動車エンジン用電動過給機は、エンジン出力の増大、及びエンジン出力の過渡応答の改善を目的として使用される。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いるため、その回転数は数万〜十数万ｒｐｍに達する。一方、バッテリから供給される電圧は、例えば１２Ｖと比較的低い。その結果、インバータに大電流が流れ、インバータにおける発熱量が大きくなる。また電動機も高速で回転するため、発熱量が大きい。電動機やインバータ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。
【０００６】
そこで、図８に示したような構成においては、コンプレッサ１の駆動によってケーシング４内に吸入される空気により、電動機２およびインバータ３を冷却することが行われている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００７】
さらに冷却性能を高めるために、ケーシング４内に設けた電動機２のハウジングに冷却フィンを形成したり、インバータ３のスイッチング素子を、冷却フィンを有したプレート状のヒートシンクの表面に設けたりすることが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−２５８０９４号公報
【特許文献２】特開２００８−２１５０７５号公報（図６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、ケーシング４内に、コンプレッサ１、電動機２、インバータ３を一体に内蔵した電動過給機においては、下に示すような課題が存在する。
まず、前述したように、数万〜十数万ｒｐｍという高回転で電動機２が作動するため、電動機２の固定子と回転子との間のギャップ中における磁束密度の相互作用によって生じる電磁振動の影響が無視できないものとなる。この電磁振動によって電動機２の固定子が機械的に振動し、これがケーシング４に伝わる。ケーシング４は、その表面が比較的薄く、しかも電動機２等に比較して大きな面積を有しているため、振動が伝わるとケーシング４が振動しやすく、騒音も大きくなるという問題がある。しかも、騒音は、非常に高周波音となる。
この騒音を解決するために、ケーシング４の板厚を大きくして剛性を上げることも考えられるが、これは電動過給機の大型化、重量増大に直結するため、好ましい問題解決策ではない。
【００１０】
また、電動機２、インバータ３の冷却効率を高めるには、電動機２、インバータ３の伝熱面積、およびケーシング４内における空気の流速は大きい方が良い。それには、電動機２の冷却フィン、インバータ３のヒートシンクの冷却フィンの枚数を増加させ、冷却フィンの間隔を狭めることが考えられる。しかしその結果、ケーシング４内を流れる空気が冷却フィンを通過する際に、その通過音（風切り音）が大きくなるという問題が生じる。
【００１１】
さらに、電動過給機は、ケーシング４、インバータ３等は車体側に固定される一方、コンプレッサ１は、吐出管を介して車両のエンジン６に接続される。その結果、インバータ３側からと、コンプレッサ１側からとで、互いに異なるモードの振動が入力されることもあり、ケーシング４の特定部分や、コンプレッサ１、電動機２、インバータ３の接続部分に応力が集中することもあり、電動過給機の耐久性を損なうこともある。
【００１２】
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、騒音や振動を低減するとともに、高い耐久性を有した電動過給機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
かかる目的のもとになされた本発明は、車両に搭載され、その車両のエンジンに圧縮空気を送給する電動過給機であって、外部から吸い込んだ空気を圧縮して圧縮空気を吐出する過給機本体と、過給機本体を駆動する電動機と、車両に搭載された直流電源から供給される直流電圧を交流電圧に変換して電動機に供給することで電動機を作動させるインバータ装置と、過給機本体、電動機、インバータ装置を一体に収容し、過給機本体から吐出された圧縮空気をエンジンに送給する送給管が接続されるケーシングと、を備える。そして、ケーシングは、過給機本体および電動機を収容するとともに送給管が接続され、インバータ装置側に開口した第一のケーシングと、インバータ装置を収容し、電動機側に開口した第二のケーシングと、第一のケーシングの開口部と第二のケーシングの開口部との間に設けられ、第一のケーシングと第二のケーシングとを、相対変位可能に連結する連結部材と、を備えることを特徴とする。
過給機本体は、送給管を介して車両のエンジンに接続されるため、エンジン側から振動が伝達されることがある。また、過給機本体と電動機は、電動機の駆動軸を介して一体に連結されるため、過給機本体と電動機はエンジン側の振動の影響を受ける一方、インバータ装置は車体側に固定される。その結果、過給機本体および電動機を収容した第一のケーシングと、インバータ装置を収容した第二のケーシングは、互いに異なるモードで振動することがある。そこで、ケーシングを第一のケーシングと第二のケーシングに分割し、双方の間に連結部材を介在させることで、第一のケーシングと第二のケーシングの間で振動が互いに伝達されるのを抑えることができる。
また、電動機において電磁振動に起因して機械的振動が生じた場合も、その振動が、第一のケーシングを介して第二のケーシングに伝達されるのを抑えることができる。
このような連結部材は、ゴム系材料等の弾性材料から形成するのが好ましい。
【００１４】
また、吸込み口に、筒状またはボックス状の吸気ダクトを設けることで、ケーシング内において生じる騒音が外部に漏れるのを抑えることができる。騒音低減のためには、さらに、吸気ダクトの内面に吸音材を設けても良いし、ケーシングの内面に吸音材を設けても良い。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ケーシングを第一のケーシングと第二のケーシングに分割し、双方の間に連結部材を介在させることで、第一のケーシングと第二のケーシングの間で振動が互いに伝達されるのを抑えることができる。これにより、過給機本体および電動機を収容した第一のケーシングと、インバータ装置を収容した第二のケーシングとが、互いに異なるモードで振動しても、第一のケーシング、第二のケーシングはそれぞれ独立して振動することができるので、応力集中等によってケーシングが悪影響を受けるのを防ぐことができる。その結果、過給機の耐久性を高めることができる。
また、電動機において電磁振動に起因して機械的振動が生じた場合も、その振動が、第一のケーシングを介して第二のケーシングに伝達されるのを抑えることができ、騒音や振動を低減できる。
【００１６】
また、吸込み口に、筒状またはボックス状の吸気ダクトを設けたり、吸気ダクトの内面やケーシングの内面に吸音材を設けることで、ケーシング内において生じる騒音が外部に漏れるのを抑えることができ、過給機の騒音を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施の形態における電動過給機の断面図である。
【図２】緩衝材の形状の例を示す断面図である。
【図３】第一のケーシングと第二のケーシングとの間に設けられた緩衝材を示す拡大断面図である。
【図４】電動過給機に吸気ダクトを設けた例を示す断面図である。
【図５】図４の電動過給機の変形例を示す断面図である。
【図６】ケーシング内に吸音材を設けた例を示す断面図である。
【図７】吸気口に、図４とは異なる構成の吸気ダクトを設けた例を示す断面図である。
【図８】電動過給機の基本的な構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１は、本実施の形態における電動過給機１０の構成を説明するための図である。
図１に示すように、電動過給機１０は、空気を圧縮するコンプレッサ（過給機本体）２０と、コンプレッサ２０を駆動する電動機３０と、電動機３０の作動を制御するインバータ装置４０と、を備える。
【００１９】
コンプレッサ２０は、ハウジング２１内にコンプレッサホイール２２が回転自在に設けられている。ハウジング２１には、外部から空気を取り込む吸気口と、空気を送り出す送出口とが形成されており、ハウジング２１内でコンプレッサホイール２２が回転すると、吸気口から外部の空気を吸い込み、ハウジング２１とコンプレッサホイール２２との間に形成された圧縮室で空気を圧縮し、送出口から外部に圧縮空気を送出する。ハウジング２１の送出口には、この電動過給機１０が搭載される車両のエンジンのインテークパイプ（送給管）５０が接続されており、コンプレッサ２０で圧縮した空気はインテークパイプ５０を介してエンジンの燃焼室へと送り込まれる。
【００２０】
電動機３０は、ハウジング２１に、図示しない支持部材等を介して固定される固定子３２と、固定子３２の内方で軸受３８により回転自在に支持された回転子３３とを備える。図２に示すように、固定子３２の外周側は放射状に延びる複数の冷却フィン３４が一体に形成されている。
回転子３３は、シャフト３５を介してコンプレッサ２０のコンプレッサホイール２２に連結されており、これによって回転子３３と一体にコンプレッサホイール２２が回転する。
【００２１】
インバータ装置４０は、図示しないＦＥＴ等のスイッチング素子等を基板上に実装したインバータ主回路部４１と、この電動過給機１０が搭載された車両の電子制御ユニットからの指令に基づいて電動過給機１０の作動を制御するインバータコントロール部４２と、を備える。インバータ主回路部４１と電動機３０の固定子３２とは、コイルケーブル３６により電気的に接続されている。
インバータ主回路部４１は、この電動過給機１０が搭載された車両のバッテリからケーブルまたはバスバーを介して、例えば１２Ｖといった直流電圧の供給を受け、インバータコントロール部４２の制御に基づいてＦＥＴ等のスイッチング素子を作動させることで、交流電圧を電動機３０の固定子３２に印加する。これによって電動機３０の回転子３３が回転駆動される。
ここで、インバータコントロール部４２において、インバータ主回路部４１から電動機３０の固定子３２に印加する交流電圧の周波数等を制御することで、回転子３３の回転数、すなわちコンプレッサ２０の回転数が制御される。
【００２２】
これらコンプレッサ２０と電動機３０は、箱状をなした第一ケーシング６０Ａに収容され、インバータ装置４０は、同じく箱状をなした第二ケーシング６０Ｂに収容されている。
インテークパイプ５０は、この第一ケーシング６０Ａを貫通し、コンプレッサ２０の送出口とエンジンの燃焼室とを接続している。また、第二ケーシング６０Ｂにおいて、第一ケーシング６０Ａとは反対側の側面には、その内部に空気を導入するための吸入口８０が形成されている。
【００２３】
この電動過給機１０においては、この電動過給機１０が搭載される自動車のバッテリ（図示無し）から供給される直流電圧をインバータ装置４０に備わるＦＥＴ等のスイッチング素子によって交流電圧に変換することで、電動機３０を作動させ、コンプレッサ２０を駆動する。コンプレッサ２０の駆動により、外部の空気が吸入口８０から第一ケーシング６０Ａ、および第二ケーシング６０Ｂ内に吸入され、コンプレッサ２０において圧縮される。圧縮された空気は、コンプレッサ２０に接続されたインテークパイプ５０を介し、車両のエンジンの吸気口に送り込まれ、これによって過給がなされる。
【００２４】
第一ケーシング６０Ａは第二ケーシング６０Ｂに臨む側の端部６０ｘが開口し、第二ケーシング６０Ｂは、第一ケーシング６０Ａに臨む側の端部６０ｙが開口している。これら第一ケーシング６０Ａの端部６０ｘと第二ケーシング６０Ｂの端部６０ｙの間には、緩衝材（連結部材）７０が介在するよう設けられている。
この緩衝材７０は、ゴム系材料等、弾性を有した材料により形成され、インテークパイプ５０を介してエンジンに接続されたコンプレッサ２０および電動機３０を収容した第一ケーシング６０Ａと、インバータ装置４０を収容した第二ケーシング６０Ｂとの間に介在し、つまりエンジン側の振動が伝達される第一ケーシング６０Ａと、車体側の振動が伝達される第二ケーシング６０Ｂとの相対変位を吸収する。また、電動機３０の電磁振動が第一ケーシング６０Ａに伝達されても、その振動が第二ケーシング６０Ｂに伝達されるのを防ぐ。
【００２５】
特に、第一ケーシング６０Ａと第二ケーシング６０Ｂとの相対変位を吸収するという機能からして、緩衝材７０は、第一ケーシング６０Ａの端部６０ｘと第二ケーシング６０Ｂの端部６０ｙとの間に単に挟み込まれるのではなく、例えば図３に示すように、緩衝材７０を一定長を有した筒状とし、その内周面に、第一ケーシング６０Ａの端部６０ｘの外周縁部と、第二ケーシング６０Ｂの端部６０ｙの外周縁部にそれぞれ応じた２本の段部や溝７１、７１を形成し、これら段部や溝７１、７１に、第一ケーシング６０Ａの端部６０ｘの外周縁部と、第二ケーシング６０Ｂの端部６０ｙの外周縁部を嵌合させる構造とするのが好ましい。これにより、第一ケーシング６０Ａと第二ケーシング６０Ｂとが、その径方向あるいは軸方向に相対変位しても、緩衝材７０が抜け落ちることなく、その機能を十分に発揮できる。
さらには、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、段部や溝７１、７１と、第一ケーシング６０Ａの端部６０ｘおよび第二ケーシング６０Ｂの端部６０ｙの外周縁部とに、互いに嵌合する凹凸７２、７３を形成しても良い。これにより、緩衝材７０が、より一層抜けにくくなる。
【００２６】
また、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、緩衝材７０の形状は、第一ケーシング６０Ａ、第二ケーシング６０Ｂの断面形状に対応して、外形円形状、多角形状等とすることができる。
【００２７】
このような構成によれば、インテークパイプ５０を介してエンジンに接続されたコンプレッサ２０および電動機３０を収容した第一ケーシング６０Ａと、インバータ装置４０を収容した第二ケーシング６０Ｂとの間に、緩衝材７０を設けたので、エンジン側の振動が伝達される第一ケーシング６０Ａと、車体側の振動が伝達される第二ケーシング６０Ｂとの相対変位を吸収することができ、これによって、コンプレッサ２０および電動機３０側（エンジン側）と、インバータ装置４０側（車体側）とが異なるモードで振動した場合においても、第一ケーシング６０Ａ、第二ケーシング６０Ｂにおいて応力集中が生じにくく、一体型の電動過給機１０の耐久性を高めることができる。
また、電動機３０の電磁振動が第一ケーシング６０Ａに伝達されても、その振動が第二ケーシング６０Ｂに伝達されるのを防ぐことができる。これにより、電磁振動に起因して第二ケーシング６０Ｂが振動して騒音を発生するのを防ぐことができ、騒音や振動を低減できる。
【００２８】
ところで、上記したような構成においては、以下に示すような構成を組み合わせて用いるのが好ましい。
すなわち、電動機３０のハウジングに設けられた冷却フィン３４や、インバータ装置４０に内蔵されるインバータのヒートシンクの冷却フィン等において、冷却効果を高めるためにその間隔を狭めた場合に、第一ケーシング６０Ａ、第二ケーシング６０Ｂ内を流れる空気の通過音（風切り音）を抑えるため、例えば、図４に示すように、第二ケーシング６０Ｂの吸入口８０に、筒状の吸気ダクト９０を設けるのが好ましい。さらに、吸気ダクト９０の内周面には、スポンジ、グラスウール、繊維系材料、発泡系材料等からなる吸音材を設けても良い。
これにより、吸入口８０から外部に漏れる風切り音等を有効に抑えることができる。
【００２９】
さらには、図５に示すように、吸気ダクト９０の入口側に、下方に向かって湾曲または折曲するフード９２を設けても良い。これにより、フード９２により、吸気ダクト９０の入口から放射される騒音を抑えることができる。
【００３０】
また、図６に示すように、第一ケーシング６０Ａ、第二ケーシング６０Ｂの内周面に、スポンジ、グラスウール、パンチングメタル等の吸音材９３を設けることも有効である。これにより、第一ケーシング６０Ａ、第二ケーシング６０Ｂを透過して放射される騒音や、第一ケーシング６０Ａ、第二ケーシング６０Ｂの共振により放射される騒音などを低減することができる。
【００３１】
加えて、図７に示すように、吸気ダクト９０に代えて、吸入口８０における第二ケーシング６０Ｂ内への吸気方向に直交し、かつ第二ケーシング６０Ｂの側面６０ｚに沿うよう、吸気ダクト９４を形成しても良い。このように、吸気ダクト９４を吸入口８０における第二ケーシング６０Ｂ内への吸気方向に直交する方向とすることで、騒音放射を抑えることができる。また、図４に示した吸気ダクト９０に比較すると、突出部を小さくできるので、電動過給機１０の小型化を図ることができる。
また、吸気ダクト９４が沿う第二ケーシング６０Ｂの側面６０ｚには、吸音材９５を設けるのが好ましい。吸音材９５を設けることで、第二ケーシング６０Ｂの側面６０ｚが遮音壁となり、これによって吸入口８０からの騒音放射が低減できる。
【００３２】
なお、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１０…電動過給機、２０…コンプレッサ（過給機本体）、３０…電動機、３２…固定子、３３…回転子、３４…冷却フィン、４０…インバータ装置、５０…インテークパイプ（送給管）、６０Ａ…第一ケーシング、６０Ｂ…第二ケーシング、７０…緩衝材（連結部材）、８０…吸入口、９０、９４…吸気ダクト、９３、９５…吸音材
【図１】
2010174680.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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