(57)【要約】  コンプレッサインペラの回転軸を回転させるモータと、前記モータを収容するモータハウジングと、前記コンプレッサインペラを収容すると共に、吸入口と吐出口とを備えたコンプレッサハウジングと、前記コンプレッサハウジング内において、前記コンプレッサインペラよりも流れ方向の前記吐出口側に設けられた抽気口と、前記抽気口に接続され、前記コンプレッサインペラによって圧縮された圧縮気体の一部が通過する冷却気体ラインと、少なくとも一部が前記モータハウジングに設けられ、前記圧縮気体よりも温度の低い冷却液が通過する冷却液ラインと、前記冷却気体ライン及び前記冷却液ライン上に配置された熱交換器と、を備えた遠心圧縮機。
2019087868.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンプレッサインペラの回転軸を回転させるモータと、
前記モータを収容するモータハウジングと、
前記コンプレッサインペラを収容すると共に、吸入口と吐出口とを備えたコンプレッサハウジングと、
前記コンプレッサハウジング内において、前記コンプレッサインペラよりも流れ方向の前記吐出口側に設けられた抽気口と、
前記抽気口に接続され、前記コンプレッサインペラによって圧縮された圧縮気体の一部が通過する冷却気体ラインと、
少なくとも一部が前記モータハウジングに設けられ、前記圧縮気体よりも温度の低い冷却液が通過する冷却液ラインと、
前記冷却気体ライン及び前記冷却液ライン上に配置された熱交換器と、を備えた遠心圧縮機。
【請求項２】
前記冷却液ラインは、前記モータのステータに沿って配置されたモータ冷却部と、前記回転軸を支持する軸受に沿って配置された軸受冷却部と、を備え、
前記モータ冷却部は、前記ステータの周りを周回する流路であり、
前記軸受冷却部は、前記ステータの端部に沿って配置されると共に、前記軸受の周りに沿って配置された流路である、請求項１記載の遠心圧縮機。
【請求項３】
前記モータ冷却部の流路断面は、前記回転軸に直交する方向よりも前記回転軸に沿った方向の方が長く、
前記軸受冷却部の流路断面は、前記回転軸に直交する方向よりも前記回転軸に沿った方向の方が短い、請求項２記載の遠心圧縮機。
【請求項４】
前記冷却液ラインは、前記熱交換器よりも下流側で、且つ前記ステータよりも上流側に設けられた導入口と、前記ステータよりも下流側に設けられた排出口と、前記導入口と前記排出口とを１本の経路で結ぶワンパス流路とを備えている、請求項２記載の遠心圧縮機。
【請求項５】
前記冷却液ラインは、前記熱交換器よりも下流側で、且つ前記ステータよりも上流側に設けられた導入口と、前記ステータよりも下流側に設けられた排出口と、前記導入口と前記排出口とを１本の経路で結ぶワンパス流路とを備えている、請求項３記載の遠心圧縮機。
【請求項６】
前記モータの回転を制御するインバータを更に備え、
前記冷却液ラインは、前記インバータに沿って配置されたインバータ冷却部を備え、
前記熱交換器は、前記冷却液の流れ方向を基準にして前記ステータよりも上流側に配置されており、前記インバータは、前記ステータよりも下流側に配置されている、請求項２記載の遠心圧縮機。
【請求項７】
前記モータの回転を制御するインバータを更に備え、
前記冷却液ラインは、前記インバータに沿って配置されたインバータ冷却部を備え、
前記熱交換器は、前記冷却液の流れ方向を基準にして前記ステータよりも上流側に配置されており、前記インバータは、前記ステータよりも下流側に配置されている、請求項３記載の遠心圧縮機。
【請求項８】
前記モータの回転を制御するインバータを更に備え、
前記冷却液ラインは、前記インバータに沿って配置されたインバータ冷却部を備え、
前記熱交換器は、前記冷却液の流れ方向を基準にして前記ステータよりも上流側に配置されており、前記インバータは、前記ステータよりも下流側に配置されている、請求項４記載の遠心圧縮機。
【請求項９】
前記モータの回転を制御するインバータを更に備え、
前記冷却液ラインは、前記インバータに沿って配置されたインバータ冷却部を備え、
前記熱交換器は、前記冷却液の流れ方向を基準にして前記ステータよりも上流側に配置されており、前記インバータは、前記ステータよりも下流側に配置されている、請求項５記載の遠心圧縮機。
【請求項１０】
コンプレッサインペラを収容するコンプレッサハウジングと、
前記コンプレッサハウジング内の圧縮気体の一部を前記コンプレッサハウジングから抽出する冷却気体ラインと、
前記圧縮気体よりも温度の低い冷却液が通過する冷却液ラインと、
前記冷却気体ライン及び前記冷却液ラインを熱交換可能に接続する熱交換器と、を備えた遠心圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、遠心圧縮機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電動過給機などの遠心圧縮機を備えた装置（特許文献１、２参照）が知られている。この種の遠心圧縮機において、冷却油等を循環させることで、ハウジング内のモータ等を冷却する冷却構造が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１９６４７８号公報
【特許文献２】特開２０１２−６２７７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の冷却構造の場合、冷却油等を循環させることによってモータ等を冷却する構成であるため、発熱するすべての部材を好適に冷却しようとすると、ハウジング内の構造が複雑になり、コンパクト化を阻害する要因になり易かった。【０００５】
本開示は、効率的な冷却とコンパクト化とを両立できる遠心圧縮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】
【０００６】
本開示の一態様に係る遠心圧縮機は、コンプレッサインペラの回転軸を回転させるモータと、モータを収容するモータハウジングと、コンプレッサインペラを収容すると共に、吸入口と吐出口とを備えたコンプレッサハウジングと、コンプレッサハウジング内において、コンプレッサインペラよりも流れ方向の吐出口側に設けられた抽気口と、抽気口に接続され、コンプレッサインペラによって圧縮された圧縮気体の一部が通過する冷却気体ラインと、少なくとも一部がモータハウジングに設けられ、圧縮気体よりも温度の低い冷却液が通過する冷却液ラインと、冷却気体ライン及び冷却液ライン上に配置された熱交換器と、を備えている。
【発明の効果】
【０００７】
本開示のいくつかの態様によれば、効率的な冷却とコンパクト化とを両立できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施形態に係る電動過給機を模式的に示す説明図である。
【図２】図１は、実施形態に係る電動過給機の一例を示す断面図である。
【図３】図３は、電動過給機のインバータ側から冷媒ライン及び空冷ラインを見た斜視図である。
【図４】図４は、図３に対してインバータとは反対側から冷媒ライン及び空冷ラインを見た斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本開示の一態様に係る遠心圧縮機は、コンプレッサインペラの回転軸を回転させるモータと、モータを収容するモータハウジングと、コンプレッサインペラを収容すると共に、吸入口と吐出口とを備えたコンプレッサハウジングと、コンプレッサハウジング内において、コンプレッサインペラよりも流れ方向の吐出口側に設けられた抽気口と、抽気口に接続され、コンプレッサインペラによって圧縮された圧縮気体の一部が通過する冷却気体ラインと、少なくとも一部がモータハウジングに設けられ、圧縮気体よりも温度の低い冷却液が通過する冷却液ラインと、冷却気体ライン及び冷却液ライン上に配置された熱交換器と、を備えている。
【００１０】
この遠心圧縮機は、コンプレッサインペラにより圧縮された圧縮気体の一部が通過する冷却気体ラインと、圧縮気体よりも温度の低い冷却液が通過する冷却液ラインとを備えている。更に、冷却気体ライン及び冷却液ライン上には熱交換器が配置されており、冷却気体ラインを通過する圧縮気体は、冷却液ラインを通過する冷却液との熱交換によって冷却される。その結果、冷却気体ラインを通過する圧縮気体及び冷却液ラインを通過する冷却液を利用して機内の冷却が可能になる。特に、機内を冷却する冷媒として圧縮気体と冷却液とを併用することで、効率的な冷却を実現でき、更に、すべてを冷却液で冷却する態様に比べてコンパクト化に有利である。
【００１１】
いくつかの態様において、冷却液ラインは、モータのステータに沿って配置されたモータ冷却部と、回転軸を支持する軸受に沿って配置された軸受冷却部と、を備え、モータ冷却部は、ステータの周りを周回する流路であり、軸受冷却部は、ステータの端部に沿って配置されると共に、軸受の周りに沿って配置された流路である遠心圧縮機とすることができる。モータ冷却部と軸受冷却部とを備えた冷却液ラインにすることで、ステータと軸受との両方を効果的に冷却できる。
【００１２】
いくつかの態様において、モータ冷却部の流路断面は、回転軸に直交する方向よりも回転軸に沿った方向の方が長く、軸受冷却部の流路断面は、回転軸に直交する方向よりも回転軸に沿った方向の方が短い遠心圧縮機とすることができる。モータ冷却部の流路断面は、回転軸に沿った方向に長いので、ステータの周りではステータに対向する領域が広がり、ステータの効率的な冷却に有利である。また、モータ冷却部の流路断面は回転軸に直交する方向で短く、また、軸受冷却部の流路断面は回転軸に沿った方向で短い。その結果、ステータの周りでは回転軸に直交する方向への寸法拡大を抑え易くなり、軸受の周りでは、回転軸に沿った方向への寸法拡大を抑え易くなり、コンパクト化に有利となる。
【００１３】
いくつかの態様において、冷却液ラインは、熱交換器よりも下流側で、且つステータよりも上流側に設けられた導入口と、ステータよりも下流側に設けられた排出口と、導入口と排出口とを１本の経路で結ぶワンパス流路とを備えている遠心圧縮機とすることができる。ワンパス流路とすることにより、ステータとの間で熱交換された冷却液は上流側に戻ることなく下流側に向かって流れ、効率的な冷却に有利になる。
【００１４】
いくつかの態様において、モータの回転を制御するインバータを更に備え、冷却液ラインは、インバータに沿って配置されたインバータ冷却部を備え、熱交換器は、冷却液の流れ方向を基準にしてステータよりも上流側に配置されており、インバータは、ステータよりも下流側に配置されている遠心圧縮機とすることができる。優先的に、ステータを冷却すると共に、ステータで熱交換された後の冷却液を利用してインバータの冷却も可能になる。
【００１５】
本開示の一態様に係る遠心圧縮機は、コンプレッサインペラを収容するコンプレッサハウジングと、コンプレッサハウジング内の圧縮気体の一部をコンプレッサハウジングから抽出する冷却気体ラインと、圧縮気体よりも温度の低い冷却液が通過する冷却液ラインと、冷却気体ライン及び冷却液ラインを熱交換可能に接続する熱交換器と、を備えている。
【００１６】
この遠心圧縮機では、冷却気体ラインを通過する圧縮気体及び冷却液ラインを通過する冷却液を利用して機内の冷却を図ることが可能になる。特に、機内を冷却する冷媒として圧縮気体と冷却液とを併用することで、効率的な冷却を実現でき、更に、すべてを冷却液で冷却する態様に比べてコンパクト化に有利である。
【００１７】
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００１８】
本実施形態に係る電動過給機（遠心圧縮機の一例）１について説明する。電動過給機１は、例えば、燃料電池システムに適用される。燃料電池システムの型式は特に限定されない。燃料電池システムは、例えば、固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）やりん酸形燃料電池（ＰＡＦＣ）等であってもよい。
【００１９】
図１及び図２に示されるように、電動過給機１は、タービン２と、コンプレッサ３と、タービン２およびコンプレッサ３が両端に設けられた回転軸４とを備えている。タービン２およびコンプレッサ３の間には、回転軸４に回転駆動力を与えるためのモータ５が設置されている。コンプレッサ３によって圧縮された圧縮空気（「圧縮気体」の一例）Ｇは、酸化剤（酸素）として上記の燃料電池システム（不図示）に供給される。燃料電池システム内では、燃料と酸化剤との化学反応によって、発電が行われる。燃料電池システムからは、水蒸気を含む空気が排出され、この空気は、タービン２に供給される。
【００２０】
電動過給機１は、燃料電池システムから排出される高温の空気を用いて、タービン２のタービンインペラ２１を回転させる。タービンインペラ２１が回転することにより、コンプレッサ３のコンプレッサインペラ３１が回転し、圧縮空気Ｇが燃料電池システムに供給される。なお、電動過給機１では、コンプレッサ３の駆動力の大部分が、モータ５によって与えられてもよい。すなわち、電動過給機１は、ほぼモータ駆動の過給機であってもよい。
【００２１】
燃料電池システムおよび電動過給機１は、たとえば車両（電気自動車）に搭載され得る。なお、電動過給機１のモータ５には、燃料電池システムで発電された電気が供給されてもよいが、燃料電池システム以外から電気が供給されてもよい。
【００２２】
電動過給機１についてより詳細に説明する。電動過給機１は、タービン２、コンプレッサ３、回転軸４、モータ５、及びモータ５の回転駆動を制御するインバータ６を備える。
【００２３】
タービン２は、タービンハウジング２２と、タービンハウジング２２に収納されたタービンインペラ２１と、を備える。コンプレッサ３は、コンプレッサハウジング３２と、コンプレッサハウジング３２に収納されたコンプレッサインペラ３１と、を備える。タービンインペラ２１は、回転軸４の一端に設けられ、コンプレッサインペラ３１は、回転軸４の他端に設けられている。
【００２４】
タービンハウジング２２とコンプレッサハウジング３２との間には、モータハウジング７が設けられている。回転軸４は、空気軸受構造（「気体軸受構造」の一例）８を介して、モータハウジング７に回転可能に支持されている。
【００２５】
タービンハウジング２２には、排ガス流入口（不図示）及び排ガス流出口２２ａが設けられている。燃料電池システムから排出された水蒸気を含む空気は、排ガス流入口を通じてタービンハウジング２２内に流入する。流入した空気は、タービンスクロール流路２２ｂを通過して、タービンインペラ２１の入口側に供給される。タービンインペラ２１は、例えばラジアルタービンであり、供給された空気の圧力を利用して、回転力を発生させる。その後、空気は、排ガス流出口２２ａを通じてタービンハウジング２２外に流出する。
【００２６】
コンプレッサハウジング３２には、吸入口３２ａ及び吐出口３２ｂ（図３参照）が設けられている。上記のようにタービンインペラ２１が回転すると、回転軸４及びコンプレッサインペラ３１が回転する。回転するコンプレッサインペラ３１は、吸入口３２ａを通じて外部の空気を吸入し、圧縮する。コンプレッサインペラ３１によって圧縮された圧縮空気Ｇは、コンプレッサスクロール流路３２ｃを通過して吐出口３２ｂから排出される。吐出口３２ｂから吐出された圧縮空気Ｇは、燃料電池システムに供給される。
【００２７】
モータ５は、例えばブラシレスの交流モータであり、回転子であるロータ５１と、固定子であるステータ５２とを備える。ロータ５１は、１つないし複数のマグネットを含む。ロータ５１は、回転軸４に固定され、回転軸４と共に軸周りに回転可能となっている。ロータ５１は、回転軸４の軸線方向における中央部に配置されている。ステータ５２は、複数のコイル及び鉄心を備える。ステータ５２は、ロータ５１を回転軸４の周方向に囲むように配置されている。ステータ５２は、回転軸４の周りに磁場を生じさせて、ロータ５１との協働により、回転軸４を回転させる。
【００２８】
次に、機内で発生する熱を冷却する冷却構造について説明する。冷却構造は、モータハウジング７に取り付けられた熱交換器９と、熱交換器９を通過する流路を含む冷媒ライン（「冷却液ライン」の一例）１０及び空冷ライン（「冷却気体ライン」の一例）１１とを備えている。冷媒ライン１０と空冷ライン１１とは、熱交換器９内で熱交換可能に接続されている。空冷ライン１１には、コンプレッサ３で圧縮された圧縮空気Ｇの一部が通過する。冷媒ライン１０には、少なくとも、空冷ライン１１を通過する圧縮空気Ｇよりも温度が低いクーラントＣ（「冷却液」の一例）が通過する。
【００２９】
空冷ライン１１は、コンプレッサ３で圧縮された圧縮空気Ｇの一部を抽出して移送するラインである。電動過給機１では、コンプレッサ３側の圧力が、タービン２側の圧力よりも高くなるように構成されている。空冷ライン１１は、この圧力差を効果的に利用して空気軸受構造８を冷却する構造である。つまり、空冷ライン１１は、コンプレッサ３で圧縮された圧縮空気Ｇの一部を抽出し、その圧縮空気Ｇを空気軸受構造８まで誘導し、空気軸受構造８を通過した圧縮空気Ｇをタービン２に送るラインである。なお、圧縮空気Ｇの温度は、１５０℃以上、２５０℃以下であり、熱交換器９により、７０℃以上、１１０℃程度以下まで下がり、望ましくは、７０℃〜８０℃程度まで下がる。一方、空気軸受構造８の温度は、１５０℃以上になるため、圧縮空気Ｇを供給することによって公的に冷却できる。以下、空冷ライン１１について詳しく説明する。
【００３０】
モータハウジング７は、ロータ５１を囲むステータ５２を収容するステータハウジング７１と、空気軸受構造８が設けられた軸受ハウジング７２とを備えている。ステータハウジング７１及び軸受ハウジング７２には、回転軸４が貫通する軸空間Ａが形成されている。軸空間Ａの両端部には、軸空間Ａ内を気密に保持するためのラビリンス構造３３ａ，２３ａが設けられている。
【００３１】
軸受ハウジング７２には、コンプレッサハウジング３２が固定されている。コンプレッサハウジング３２は、コンプレッサインペラ３１を収容するインペラ室３４と、インペラ室３４と協働してディフューザ流路３２ｄを形成するディフューザプレート３３とを備えている。インペラ室３４は、空気を取り込む吸入口３２ａと、コンプレッサインペラ３１によって圧縮された圧縮空気Ｇを吐出する吐出口３２ｂ（図３参照）と、圧縮空気Ｇの流れ方向において、ディフューザ流路３２ｄの下流側に設けられたコンプレッサスクロール流路３２ｃとを備えている。
【００３２】
ディフューザプレート３３にはラビリンス構造３３ａが設けられている。また、ディフューザプレート３３には、圧縮空気Ｇの一部が通過する抽気口３３ｂが形成されている。抽気口３３ｂは、コンプレッサハウジング３２内において、コンプレッサインペラ３１よりも流れ方向の吐出口３２ｂ側、つまり下流側に設けられており、空冷ライン１１の入口である。抽気口３３ｂは、軸受ハウジング７２に設けられた第１の連絡流路１２に接続されている。第１の連絡流路１２は熱交換器９に接続されている。熱交換器９は、モータハウジング７の外周面に取り付けられている。
【００３３】
熱交換器９には、圧縮空気Ｇが通過する空気流路１３（図１参照）とクーラントＣが通過する液体流路９２とが設けられている。空気流路１３と液体流路９２とは熱交換可能に接続されている。空気流路１３は、空冷ライン１１の一部であり、液体流路９２は、冷媒ライン１０の一部である。つまり、熱交換器９は、空冷ライン１１及び冷媒ライン１０上に配置されている。
【００３４】
空気流路１３の出口は、第２の連絡流路１４に接続されている。第２の連絡流路１４は、モータハウジング７に設けられている。第２の連絡流路１４は、軸空間Ａに配置された空気軸受構造８に接続されている。ここで、本実施形態に係る空気軸受構造８について説明する。
【００３５】
空気軸受構造８は、一対のラジアル軸受８１，８２と、スラスト軸受８３とを備えている。
【００３６】
一対のラジアル軸受８１，８２は、回転軸４の回転を許容しつつ、回転軸４に直交する方向Ｄ２への移動を規制する。一対のラジアル軸受８１，８２は、動圧型の空気軸受であり、回転軸４の中央部に設けられたロータ５１を挟むようにして配置されている。
【００３７】
一対のラジアル軸受８１，８２のうち、一方は、ロータ５１とコンプレッサインペラ３１との間に配置された第１のラジアル軸受８１であり、他方は、ロータ５１とタービンインペラ２１との間に配置された第２のラジアル軸受８２である。
【００３８】
第１のラジアル軸受８１と第２のラジアル軸受８２とは、実質的に同一の構造を備えているので、第１のラジアル軸受８１を代表して説明する。第１のラジアル軸受８１は、回転軸４の回転に伴い、周辺の空気を回転軸４と第１のラジアル軸受８１との間へ誘い込み（楔効果）、圧力を上昇させて負荷能力を得る構造である。第１のラジアル軸受８１は、楔効果で得た負荷能力によって回転軸４を回転自在に支持する。
【００３９】
本実施形態では、上記の楔効果によって第１のラジアル軸受８１と回転軸４との間に空気層の隙間が形成され、この隙間を圧縮空気Ｇが通過する。この隙間は、空冷ライン１１の一部になる。なお、第２のラジアル軸受８２も同様であり、楔効果によって第２のラジアル軸受８２と回転軸４との間に空気層の隙間が形成され、この隙間を圧縮空気Ｇが通過する。この隙間は、空冷ライン１１の一部になる。
【００４０】
スラスト軸受８３は、回転軸４の回転を許容しつつ、回転軸４の軸線方向への移動を規制する。スラスト軸受８３は、動圧型の空気軸受であり、第１のラジアル軸受８１とコンプレッサインペラ３１との間に配置されている。
【００４１】
スラスト軸受８３は、回転軸４の回転に伴い、周辺の空気を回転軸４とスラスト軸受８３との間へ誘い込み（楔効果）、圧力を上昇させて負荷能力を得る構造である。スラスト軸受８３は、楔効果で得た負荷能力によって回転軸４を回転自在に支持する。
【００４２】
スラスト軸受８３は、例えば、回転軸４に固定されたスラストカラー８３ａと、軸受ハウジング７２に固定された環状の軸受本体８３ｃと、を備えている。スラストカラー８３ａは、ディスク状のカラーパッド８３ｂを備えている。軸受本体８３ｃは、カラーパッド８３ｂの両面それぞれに対向して設けられた一対の軸受パッド８３ｄを備えている。
【００４３】
カラーパッド８３ｂと軸受パッド８３ｄとは、協働して楔効果を生じさせる。この楔効果によってカラーパッド８３ｂと軸受パッド８３ｄとの間には、空気層の隙間が形成される。カラーパッド８３ｂと軸受パッド８３ｄとの間の隙間は、圧縮空気Ｇが通過する空冷ライン１１の一部になる。
【００４４】
第２の連絡流路１４（図１参照）は、回転軸４が挿通された軸空間Ａに接続されている。軸空間Ａ内に供給された圧縮空気Ｇは回転軸４に沿って二方向に分岐し、一方は第１のラジアル軸受８１に到達し、他方は第２のラジアル軸受８２に到達する。つまり、空冷ライン１１は、軸空間Ａ内で二方向に分岐し、一方である第1の分岐流路Ｒ１は第１のラジアル軸受８１に接続され、他方である第２の分岐流路Ｒ２は第２のラジアル軸受８２に接続されている。
【００４５】
第１の分岐流路Ｒ１上には、第１のラジアル軸受８１とスラスト軸受８３とが配置されている。第２の分岐流路Ｒ２上には、第２のラジアル軸受８２が配置されている。第１の分岐流路Ｒ１を通過する圧縮空気Ｇは、主として第１のラジアル軸受８１とスラスト軸受８３とを冷却する。第２の分岐流路Ｒ２を通過する圧縮空気Ｇは、主として第２のラジアル軸受８２を冷却する。
【００４６】
第1の分岐流路Ｒ１は、第３の連絡流路１５に接続されている。第３の連絡流路１５は、タービンハウジング２２内に形成された第５の連絡流路１７を介してタービンハウジング２２の排ガス流出口２２ａに接続されている。また、第２の分岐流路Ｒ２は、第４の連絡流路１６に接続されている。第４の連絡流路１６は、タービンハウジング２２内に形成された第６の連絡流路１８を介してタービンハウジング２２の排ガス流出口２２ａに接続されている。
【００４７】
冷媒ライン１０（図２参照）は、電動過給機１外に設けられたラジエターに接続された循環ラインの一部である。冷媒ライン１０を通過するクーラントＣの温度は、５０℃以上、１００℃以下である。冷媒ライン１０は、基本的にモータハウジング７に設けられた流路用の溝等によって形成されており、液密な閉鎖流路を構成するため、適宜にシール材等が設けられている。冷媒ライン１０は、ステータ５２に沿って配置されたモータ冷却部１０ａと、インバータ６に沿って配置されたインバータ冷却部１０ｂと、空気軸受構造８の一部である第１のラジアル軸受８１及びスラスト軸受８３に沿って配置された軸受冷却部１０ｃと、を備えている。なお、冷媒ライン１０は、すべてをモータハウジング７に設けても良いし、適宜に別の配管等を利用して形成しても良い。
【００４８】
熱交換器９を通過する液体流路９２の出口は、第１の接続流路７３を介して軸受冷却部１０ｃに接続されている。軸受冷却部１０ｃは、ステータ５２の端部５２ａに沿って配置された流路である。ステータ５２の端部５２ａとは、鉄心に巻回されたコイルの回転軸４方向の端部を意味する。軸受冷却部１０ｃをステータ５２の端部５２ａに沿って配置することで、ステータ５２の端部５２ａを効果的に冷却できる。「軸受冷却部をステータの端部に沿って配置する」とは、軸受冷却部１０ｃがステータ５２の端部５２ａとの間で熱交換可能に配置された態様を広く含み、例えば、ステータ５２の端部５２ａとなる領域を回転軸４の軸線方向に平行移動させたと仮定し、その移動軌跡上に軸受冷却部１０ｃの少なくとも一部分が配置されていると好ましい。
【００４９】
また、軸受冷却部１０ｃの流路断面Ｓｂは、略矩形であり、回転軸４に直交する方向Ｄ２よりも回転軸４に沿った方向Ｄ１の方が短い。その結果、軸受冷却部１０ｃを形成することによって生じる寸法拡大、具体的には、回転軸４に沿った方向Ｄ１への寸法拡大を抑え易くなり、モータハウジング７のコンパクト化に有利となる。なお、軸受冷却部１０ｃの流路断面Ｓｂとは、クーラントＣの流れ方向に直交する断面を意味する。
【００５０】
また、軸受冷却部１０ｃは、第１のラジアル軸受８１の周りに沿って配置された流路である。具体的には、軸受冷却部１０ｃは、第１のラジアル軸受８１の少なくとも一部を取り囲むように、第１のラジアル軸受８１の周りを周回する流路である。また、軸受冷却部１０ｃは、スラスト軸受８３のスラストカラー８３ａに沿って配置されており、特に、ステータ５２の端部５２ａとスラスト軸受８３との間に配置されている。軸受冷却部１０ｃは、第１のラジアル軸受８１の周りを周回することで、第１のラジアル軸受８１を効率よく冷却する。また、軸受冷却部１０ｃは、スラスト軸受８３に沿って配置されることで、スラスト軸受８３の冷却にも効果的である。
【００５１】
また、「第１のラジアル軸受の周りを周回する」とは、一周のみに限定されず、複数回、第１のラジアル軸受８１の周りを周回する流路であってもよい。また、一周未満であってもよく、例えば、少なくとも半周以上する場合には、第１のラジアル軸受８１の周りを周回する態様に含めて考えることができる。なお、本実施形態では、「軸受冷却部が軸受の周りに沿って配置された態様」として、軸受冷却部１０ｃが第１のラジアル軸受８１の周りに沿って配置された態様を例示している。しかし、「軸受冷却部が軸受の周りに沿って配置された態様」としては、例えば、他の軸受であるスラスト軸受８３や第２のラジアル軸受８２等の周りに沿って配置された態様であってもよい。
【００５２】
軸受冷却部１０ｃは、第２の接続流路７４を介してモータ冷却部１０ａに接続されている。モータ冷却部１０ａは、ステータ５２の周りを周回する流路である。具体的には、モータ冷却部１０ａは、コンプレッサ３側からタービン２側にかけて、ステータ５２の周りを取り囲むように周回する流路である。なお、本実施形態では、ステータ５２の周りを三周するモータ冷却部１０ａを例示するが、一周または複数回、ステータ５２の周りを周回する態様であってもよい。また、また、一周未満であってもよく、例えば、少なくとも半周以上する場合には、ステータ５２の周りを周回する態様に含めて考えることができる。
【００５３】
モータ冷却部１０ａの流路断面Ｓａは、略矩形であり、回転軸４に沿った方向Ｄ１は回転軸４に直交する方向Ｄ２よりも長い。回転軸４に沿った方向Ｄ１とは、実質的にステータ５２の周面に沿った方向である。つまり、モータ冷却部１０ａは、ステータ５２の周りにおいて、ステータ５２に対向する領域が広がっており、ステータ５２の効率的な冷却に有利である。
【００５４】
逆に、モータ冷却部１０ａの流路断面Ｓａは、回転軸４に沿った方向Ｄ１よりも回転軸４に直交する方向Ｄ２の方が短い。その結果、モータ冷却部１０ａを形成することによって生じる寸法拡大、具体的には、回転軸４に直交する方向Ｄ２への寸法拡大を抑え易くなり、モータハウジング７のコンパクト化に有利となる。なお、モータ冷却部１０ａの流路断面Ｓａとは、クーラントＣの流れ方向に直交する断面を意味する。
【００５５】
モータ冷却部１０ａの出口は、第３の接続流路７５を介してインバータ冷却部１０ｂに接続されている。インバータ冷却部１０ｂは、インバータ６の制御回路６ａに沿って配置されており、クーラントＣが制御回路６ａに沿って蛇行しながら流れる流路である。制御回路６ａとは、例えば、IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）、バイポーラトランジスタ、MOSFET、またはGTOなどである。インバータ６は、インバータ冷却部１０ｂによって冷却される。特に、インバータ冷却部１０ｂは、温度が上昇し易い制御回路６ａに沿って配置されているので、インバータ６の効率的な冷却に有利である。
【００５６】
インバータ冷却部１０ｂの出口は、第４の接続流路７６を介して、外部の循環ラインに接続されている。循環ラインに供給されたクーラントＣは、ラジエター等で冷却され、再び、熱交換器９の液体流路９２に供給される。
【００５７】
図１、図３及び図４に示されるように、第１の接続流路７３の入口は、熱交換器９よりも下流側で、且つステータ５２よりも上流側に設けられた導入口１０ｄである。また、第４の接続流路７６の出口は、ステータ５２よりも下流側に設けられた排出口１０ｅである。導入口１０ｄと排出口１０ｅとの間には、上流側から順番に第１の接続流路７３、軸受冷却部１０ｃ、第２の接続流路７４、モータ冷却部１０ａ、第３の接続流路７５、インバータ冷却部１０ｂ、第４の接続流路７６が設けられている。導入口１０ｄと排出口１０ｅとの間の流路は、１本の経路で結ばれているワンパス流路１０ｆ（図３及び図４参照）である。
【００５８】
また、冷媒ライン１０を通過するクーラントＣの流れ方向を基準にして熱交換器９、ステータ５２及びインバータ６等の配置を整理すると、熱交換器９はステータ５２よりも上流側に配置されており、インバータ６は、ステータ５２よりも下流側に配置されている。また、第１のラジアル軸受８１及びスラスト軸受８３は、熱交換器９とステータ５２との間に配置されている。
【００５９】
以上、本実施形態に係る電動過給機１は、コンプレッサインペラ３１を収容するコンプレッサハウジング３２と、コンプレッサハウジング３２内の圧縮空気Ｇの一部をコンプレッサハウジング３２から抽出する空冷ライン１１と、圧縮空気Ｇよりも温度の低いクーラントＣが通過する冷媒ライン１０と、空冷ライン１１及び冷媒ライン１０を熱交換可能に接続する熱交換器９と、を備えている。
【００６０】
より具体的に説明すると、電動過給機１は、コンプレッサハウジング３２内において、コンプレッサインペラ３１よりも流れ方向の吐出口３２ｂ側に設けられた抽気口３３ｂと、抽気口３３ｂに接続され、コンプレッサインペラ３１によって圧縮された圧縮空気Ｇの一部が通過する空冷ライン１１と、少なくとも一部がモータハウジング７に設けられ、圧縮空気Ｇよりも温度の低いクーラントＣが通過する冷媒ライン１０と、空冷ライン１１及び冷媒ライン１０上に配置された熱交換器９と、を備えている。
【００６１】
この電動過給機１によれば、空冷ライン１１を通過する圧縮空気Ｇ及び冷媒ライン１０を通過するクーラントＣを利用して機内の冷却を図ることが可能になる。特に、機内を冷却する冷媒として圧縮空気ＧとクーラントＣとを併用することで、効率的な冷却を実現でき、更に、すべてをクーラントＣで冷却する態様に比べてコンパクト化に有利である。
【００６２】
また、冷媒ライン１０は、モータ冷却部１０ａと軸受冷却部１０ｃとを備えているので、ステータ５２と第１のラジアル軸受８１及びスラスト軸受８３との両方を効果的に冷却できる。
【００６３】
また、モータ冷却部１０ａの流路断面Ｓａは、回転軸４に沿った方向Ｄ１に長いので、ステータ５２の周りではステータ５２に対向する領域が広がり、ステータ５２の効率的な冷却に有利である。また、モータ冷却部１０ａの流路断面Ｓａは回転軸４に直交する方向Ｄ２で短く、また、軸受冷却部１０ｃの流路断面Ｓｂは回転軸４に沿った方向Ｄ１で短い。その結果、ステータ５２の周りでは回転軸４に直交する方向Ｄ２への寸法拡大を抑え易くなり、第１のラジアル軸受８１等の周りでは、回転軸４に沿った方向Ｄ１への寸法拡大を抑え易くなり、コンパクト化に有利となる。
【００６４】
また、冷媒ライン１０は、熱交換器９よりも下流側で、且つステータ５２よりも上流側に設けられた導入口１０ｄと、ステータ５２よりも下流側に設けられた排出口１０ｅと、導入口１０ｄと排出口１０ｅとを１本の経路で結ぶワンパス流路１０ｆとを備えている。クーラントＣの導入口１０ｄと排出口１０ｅとを１本の経路であるワンパス流路１０ｆで結ぶことにより、ステータ５２等との間で熱交換されたクーラントＣは上流側に戻ることなく下流側に向かって流れ、効率的な冷却に有利になる。
【００６５】
また、熱交換器９は、クーラントＣの流れ方向を基準にしてステータ５２よりも上流側に配置されており、インバータ６は、ステータ５２よりも下流側に配置されている。その結果、優先的に、ステータ５２を冷却すると共に、ステータ５２で熱交換された後のクーラントＣを利用してインバータ６の冷却も可能になる。
【００６６】
本開示は、上述した実施形態を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した様々な形態で実施することができる。例えば、上記の実施形態では、モータハウジングに熱交換器を設置した態様にて説明したが、熱交換器をモータハウジングから離間させた態様であってもよい。また、上記の実施形態では、冷却気体ラインが軸受に接続され、冷却気体ラインによって軸受を主体的に冷却する態様を説明したが、冷却気体ラインを通過する圧縮空気よりも温度の高い他の部材等を冷却する態様であっても良い。
【００６７】
また、本開示は、タービンを備えていない電動過給機に適用されてもよい。
【符号の説明】
【００６８】
１  電動過給機（遠心圧縮機）
４  回転軸
５  モータ
６  インバータ
７  モータハウジング
９  熱交換器
１０  冷媒ライン（冷却液ライン）
１０ａ  モータ冷却部
１０ｂ  インバータ冷却部
１０ｃ  軸受冷却部
１０ｄ  導入口
１０ｅ  排出口
１０ｆ  ワンパス流路
１１  空冷ライン（冷却気体ライン）
３１  コンプレッサインペラ
３２  コンプレッサハウジング
３２ａ  吸入口
３２ｂ  吐出口
３３ｂ  抽気口
５２  ステータ
５２ａ  端部
８１  第１のラジアル軸受（軸受）
８３  スラスト軸受（軸受）
Ｄ１  回転軸に沿った方向
Ｄ２  回転軸に直交する方向
Ｓａ  モータ冷却部の流路断面
Ｓｂ  軸受冷却部の流路断面
Ｇ  圧縮空気（圧縮気体）
Ｃ  クーラント（冷媒）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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