(57)【特許請求の範囲】
【請求項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、
前記圧縮機に吸い込まれる気体が流れる吸込口と、
前記気体排出口を前記吸込口の側面に連結する第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とともに、前記吸込通路を介して前記導入した外気を前記吸込口へと導いて前記圧縮機に吸い込まれる気体の一部とすることを特徴とする電動過給装置。
【請求項２】
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とともに、
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電動過給装置。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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から３のいずれか一項に記載の電動過給装置。
【請求項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２に記載の電動過給装置。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【請求項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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−１９１００号公報
【特許文献２】特開２００６−２５７９９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【発明の効果】
【００１８】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。
【００２１】
（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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
（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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
（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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
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。
【符号の説明】
【００６０】
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
【図１】
0005433643.tif 000002
【図２】
0005433643.tif 000003
【図３】
0005433643.tif 000004
【図４】
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