(57)【要約】【課題】モータの冷却とボールベアリングの潤滑との両立が可能な電動過給機を実現する。【解決手段】本発明の一形態に係る電動過給機１は、モータ５の回転軸９がボールベアリング１２によってハウジング４に支持された電動過給機である。電動過給機１は、オイル供給機構６を備えており、オイル供給機構６は、オイル供給部６ａと、オイル供給部６ａからオイルが供給される第１の供給流路６ｂと、第１の供給流路６ｂと接続され、第１の供給流路６ｂからオイルをモータ５に供給する第２の供給流路６ｃと、第１の供給流路６ｂと接続され、第１の供給流路６ｂからオイルをボールベアリング１２に供給する第３の供給流路６ｄと、第３の供給流路６ｄに形成され、第３の供給流路６ｄに圧縮空気を供給する供給口６ｅと、を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの回転軸がボールベアリングによってハウジングに支持された電動過給機であって、
前記電動過給機は、オイル供給機構を備えており、
前記オイル供給機構は、
オイル供給部と、
前記オイル供給部からオイルが供給される第１の供給流路と、
前記第１の供給流路と接続され、前記第１の供給流路から前記オイルを前記モータに供給する第２の供給流路と、
前記第１の供給流路と接続され、前記第１の供給流路から前記オイルを前記ボールベアリングに供給する第３の供給流路と、
前記第３の供給流路に形成され、前記第３の供給流路に圧縮空気を供給する供給口と、
を有する、電動過給機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動過給機に関し、例えば、モータの回転軸がボールベアリングによってハウジングに支持された電動過給機に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な電動過給機は、モータの回転軸の先端部に固定されたタービンを回転させ、吸気を加給する構成とされている。このような電動過給機は、各部の損失により発熱して温度が上昇するため、冷却を実施しないと、モータのコイルや樹脂部品などの溶融限界を超えて、絶縁不良などの不具合が生じる場合がある。そのため、例えば、モータにオイルを供給することで当該モータの冷却を実施している。
【０００３】
ところで、特許文献１には、ボールベアリングの内部に圧縮空気とオイルとの混合気を供給することで良好な潤滑状態を得ることができるボールベアリングが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−５９５２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
モータを冷却するためのオイルを用いて当該モータの回転軸を支持するボールベアリングの潤滑を行う場合、ボールベアリングの性能を発揮させるためにオイルの供給量を絞るとモータの冷却が不十分になる。逆に、モータの冷却に必要なオイルの供給量を確保すると、ボールベアリングの最適供給量を大幅に上回るため、ボールベアリング本来の性能を発揮させることができず、ボールベアリングのフリクションが増加してしまう。そのため、一般的な電動過給機では、モータの冷却とボールベアリングの潤滑との両立を実現することは難しい。
【０００６】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、モータの冷却とボールベアリングの潤滑との両立が可能な電動過給機を実現する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様に係る電動過給機は、モータの回転軸がボールベアリングによってハウジングに支持された電動過給機であって、
前記電動過給機は、オイル供給機構を備えており、
前記オイル供給機構は、
オイル供給部と、
前記オイル供給部からオイルが供給される第１の供給流路と、
前記第１の供給流路と接続され、前記第１の供給流路から前記オイルを前記モータに供給する第２の供給流路と、
前記第１の供給流路と接続され、前記第１の供給流路から前記オイルを前記ボールベアリングに供給する第３の供給流路と、
前記第３の供給流路に形成され、前記第３の供給流路に圧縮空気を供給する供給口と、
を有する。
このような構成により、モータへは当該モータの冷却に必要な供給量でオイルを供給しつつ、ボールベアリングへは過剰なオイルの供給を抑制することができる。そのため、モータの冷却とボールベアリングの潤滑との両立が可能となる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、モータの冷却とボールベアリングの潤滑との両立が可能な電動過給機を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１の電動過給機へのオイル及び空気の流れを模式的に示す図である。
【図２】実施の形態１の電動過給機を模式的に示す断面図である。
【図３】実施の形態１の電動過給機におけるボールベアリングを模式的に示す部分断面図である。
【図４】実施の形態１の電動過給機の右側のボールベアリング近傍を拡大して示す断面図である。
【図５】実施の形態１の電動過給機の右側のベアリングホルダを模式的に示す斜視図である。
【図６】実施の形態１の電動過給機の右側のベアリングホルダを模式的に示す異なる斜視図である。
【図７】実施の形態１の電動過給機の左側のボールベアリング近傍を拡大して示す断面図である。
【図８】実施の形態１の電動過給機の左側のベアリングホルダを模式的に示す斜視図である。
【図９】実施の形態１の電動過給機の左側のベアリングホルダを模式的に示す異なる斜視図である。
【図１０】実施の形態２の電動過給機を模式的に示す断面図である。
【図１１】実施の形態２のボールベアリングを模式的に示す部分断面図である。
【図１２】異なる実施の形態の電動過給機へのオイル及び空気の流れを模式的に示す図である。
【図１３】さらに異なる実施の形態の電動過給機へのオイル及び空気の流れを模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。但し、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。
【００１１】
＜実施の形態１＞
図１は、本実施の形態の電動過給機へのオイル及び空気の流れを模式的に示す図である。図２は、本実施の形態の電動過給機を模式的に示す断面図である。図３は、本実施の形態の電動過給機におけるボールベアリングを模式的に示す部分断面図である。図４は、本実施の形態の電動過給機の右側のボールベアリング近傍を拡大して示す断面図である。図５は、本実施の形態の電動過給機の右側のベアリングホルダを模式的に示す斜視図である。図６は、本実施の形態の電動過給機の右側のベアリングホルダを模式的に示す異なる斜視図である。図７は、本実施の形態の電動過給機の左側のボールベアリング近傍を拡大して示す断面図である。図８は、本実施の形態の電動過給機の左側のベアリングホルダを模式的に示す斜視図である。図９は、本実施の形態の電動過給機の左側のベアリングホルダを模式的に示す異なる斜視図である。
【００１２】
ここで、以下の説明では、説明を明確にするために、図２に示すように、電動過給機の上下方向及び左右方向を規定するが、これらの方向は電動過給機の使用形態によって、適宜、変更される。
【００１３】
本実施の形態の電動過給機１は、ＦＣ（燃料電池）システムの空気供給系のコンプレッサとして好適であり、図１に示すように、インタークーラ２を介して圧縮した空気をスタック３に供給する。ここで、図１では、オイルの流れを実線の矢印で示し、空気の流れを破線の矢印で示している。但し、本実施の形態の電動過給機１は、ＦＣシステムの空気供給系のコンプレッサとして構成しているが、他のコンプレッサとしても同様に用いることができる。
【００１４】
このような電動過給機１は、図２に示すように、ハウジング４、モータ５及びオイル供給機構６を備えている。ハウジング４は、モータ５などを収容する第１の収容部４ａ、空気の吸気口４ｂ、吸気口４ｂから吸気された空気を排出する排気口４ｃ、及び吸気口４ｂと排気口４ｃとを連通する第１の流路４ｄを備えている。
【００１５】
モータ５は、ロータ７及びステータ８を備えている。ロータ７は、図２に示すように、磁石７ａ、筒体７ｂ及びエンドプレート７ｃを備えている。磁石７ａは、ロータ７の左右方向に貫通部が延在する円筒形状に形成されている。筒体７ｂは、ロータ７の左右方向に貫通部が延在する円筒形状に形成されており、磁石７ａに圧縮応力が付与されるように、筒体７ｂの貫通部に磁石７ａが圧入されている。エンドプレート７ｃは、磁石７ａの貫通部と略等しい内径を有する貫通部を有し、磁石７ａを当該磁石７ａの左右方向から挟み込むように筒体７ｂの貫通部に嵌め込まれている。
【００１６】
このようなロータ７の磁石７ａ及びエンドプレート７ｃの貫通部には、電動過給機１の左右方向に延在する回転軸９が通されている。そして、ロータ７は、ハウジング４の第１の収容部４ａに収容された状態で、回転軸９を介してハウジング４に回転可能に支持されている。
【００１７】
本実施の形態では、電動過給機１の左右方向からロータ７を挟み込むように回転軸９にワッシャー１０、スペーサ１１、ボールベアリング１２及びベアリングホルダ１３が通されており、ボールベアリング１２を介して回転軸９がハウジング４に回転可能に支持されている。これにより、ロータ７が回転軸９を介してハウジング４に回転可能に支持されることになる。
【００１８】
さらに、電動過給機１の左右方向からロータ７、左右のワッシャー１０、左右のスペーサ１１、左右のボールベアリング１２及び左右のベアリングホルダ１３を挟み込むように予圧バネ１４及びシール材１５が配置されている。そして、ハウジング４の第１の収容部４ａ内で圧縮された予圧バネ１４によって、ロータ７、左右のワッシャー１０、左右のスペーサ１１、左右のボールベアリング１２及び左右のベアリングホルダ１３に予圧が導入されている。これにより、ロータ７、左右のワッシャー１０、左右のスペーサ１１、左右のボールベアリング１２及び左右のベアリングホルダ１３は、回転軸９のフランジ部９ａに押し付けられ、その結果、回転軸９に設けられている。
【００１９】
ここで、本実施の形態のボールベアリング１２は、図３に示すように、内輪１２ａと外輪１２ｂとの間に保持器１２ｃで保持された玉１２ｄが介在されたアンギュラ玉軸受である。
【００２０】
回転軸９の右側部分には、ロータ７の回転角度を検出するためのレゾルバ１６が設けられている。ちなみに、本実施の形態では、ハウジング４に形成された第２の収容部４ｅにレゾルバ１６が収容されているが、レゾルバ１６の配置は限定されない。
【００２１】
回転軸９の左側部分（回転軸９のフランジ部９ａより左側の部分）は、ハウジング４の第１の流路４ｄに突出している。そして、回転軸９の左側部分には、ハウジング４の第１の流路４ｄ内に配置されたタービン１７が設けられている。そのため、回転軸９が回転すると、ハウジング４の吸気口４ｂから吸い込まれた空気はタービン１７で圧縮されてハウジング４の排気口４ｃから排気され、インタークーラ２を介してスタック３に供給される。ちなみに、本実施の形態の回転軸９は、図２の矢印Ａ方向に回転する。
【００２２】
ステータ８は、ロータ７を囲むように配置されており、ハウジング４の第１の収容部４ａに収容された状態で当該ハウジング４に固定されている。ステータ８は、ステータコア８ａ及びステータコイル８ｂを備えている。ステータコア８ａは、複数枚の磁性鋼板８ｃを積層して成り、内部をロータ７が貫通している。ステータコイル８ｂは、ステータコア８ａに形成された所定のティースに捲回されている。
【００２３】
オイル供給機構６は、モータ５を冷却すると共に、ボールベアリング１２を潤滑する。オイル供給機構６は、オイル供給部６ａ、第１の供給流路６ｂ、第２の供給流路６ｃ、第３の供給流路６ｄ及び供給口６ｅを備えている。
【００２４】
オイル供給部６ａは、ポンプを備えており、ハウジング４における第１の収容部４ａの下方に形成されたオイルパン４ｆに溜まったオイルをオイル冷却部６ｆに送り出す。ここで、オイルは、一般的にボールベアリング１２を潤滑するために用いられているＡＴＦ（Automatic transmission fluid）が好適である。
【００２５】
オイル冷却部６ｆは、オイル供給部６ａから送り出されたオイルを冷却して第１の供給流路６ｂに供給する。第１の供給流路６ｂは、ハウジング４に形成された第２の流路４ｇである。第２の流路４ｇは、ハウジング４における第１の収容部４ａの上方で当該ハウジング４の略左右方向に延在するように形成されており、右端部がオイル冷却部６ｆに接続されている。
【００２６】
第２の供給流路６ｃは、第１の供給流路６ｂからオイルをモータ５に供給する。第２の供給流路６ｃは、ハウジング４に形成された第３の流路４ｈである。本実施の形態では、２本の第３の流路４ｈがハウジング４の略上下方向に延在しており、各々の第３の流路４ｈの上端部が第２の流路４ｇの両端部の間に接続され、下端部がハウジング４の第１の収容部４ａまで到達している。
【００２７】
第３の供給流路６ｄは、第１の供給流路６ｂからオイルをボールベアリング１２に供給する。第３の供給流路６ｄは、ハウジング４に形成された第４の流路４ｉ及びベアリングホルダ１３に形成された連通路１３ａを備えている。
【００２８】
本実施の形態では、２本の第４の流路４ｉがハウジング４の略上下方向に延在している。右側の第４の流路４ｉの上端部は第２の流路４ｇにおける右側の第３の流路４ｈとの接続部と当該第２の流路４ｇの右端部との間に接続され、下端部が右側のベアリングホルダ１３まで到達している。左側の第４の流路４ｉの上端部は第２の流路４ｇの左端部に接続され、下端部が左側のベアリングホルダ１３まで到達している。
【００２９】
ここで、左右のベアリングホルダ１３は、右側のベアリングホルダと左側のベアリングホルダとで構成が異なる。以下の説明では、説明を明確にするために、右側のベアリングホルダに符号１８を付して説明し、左側のベアリングホルダに符号１９を付して説明する。
【００３０】
右側のベアリングホルダ１８は、図４に示すように、筒体１８ａ、フランジ部１８ｂ及び連通路１８ｃ（１３ａ）を備えている。筒体１８ａは、当該筒体１８ａの内部に右側のボールベアリング１２を収容している。フランジ部１８ｂは、筒体１８ａの内周面から突出し、予圧バネ１４の押込力を右側のボールベアリング１２に伝達可能に当該右側のボールベアリング１２に接触している。
【００３１】
連通路１８ｃは、図５及び図６に示すように、貫通部１８ｄ及び第１の溝部１８ｅを備えている。貫通部１８ｄは、筒体１８ａを略上下方向に貫通し、ハウジング４における右側の第４の流路４ｉと連通する。第１の溝部１８ｅは、フランジ部１８ｂの左側面に形成されており、貫通部１８ｄと連続するように当該貫通部１８ｄから略下方に延在している。
【００３２】
本実施の形態では、筒体１８ａの外周面に第２の溝部１８ｆが形成されている。第２の溝部１８ｆは、当該筒体１８ａの周方向に延在しており、ハウジング４における右側の第４の流路４ｉと連続する。これにより、ハウジング４における右側の第４の流路４ｉから供給されたオイルが第２の溝部１８ｆを介してハウジング４と右側のベアリングホルダ１８の筒体１８ａとの間に侵入し、右側のベアリングホルダ１８の径方向へのダンパー機能を発揮させている。このように既に確立されているハウジング４における右側の第４の流路４ｉと右側のベアリングホルダ１８との経路を有効利用するために、本実施の形態では、貫通部１８ｄを第２の溝部１８ｆに形成している。
【００３３】
左側のベアリングホルダ１９は、図７に示すように、筒体１９ａ、第１のフランジ部１９ｂ、第２のフランジ部１９ｃ及び連通路１９ｄ（１３ａ）を備えている。筒体１９ａは、左側のボールベアリング１２及びシール材１５を収容している。第１のフランジ部１９ｂは、左側のボールベアリング１２とシール材１５とを遮るように、筒体１９ａの内周面から突出している。そして、第１のフランジ部１９ｂは、予圧バネ１４によって押し込まれた左側のボールベアリング１２を受け止めるように、左側のボールベアリング１２に接触している。
【００３４】
第２のフランジ部１９ｃは、筒体１９ａの外周面から突出し、予圧バネ１４によって押し込まれた左側のボールベアリング１２に反力を与えるべく、ハウジング４に接触している。連通路１９ｄは、図８及び図９に示すように、貫通部１９ｅ及び第１の溝部１９ｆを備えている。貫通部１９ｅは、筒体１９ａを略上下方向に貫通し、ハウジング４における左側の第４の流路４ｉと連通する。第１の溝部１９ｆは、第１のフランジ部１９ｂの右側面に形成されており、貫通部１９ｅと連続するように当該貫通部１９ｅから略下方に延在している。
【００３５】
本実施の形態では、筒体１９ａの外周面に第２の溝部１９ｇが形成されている。第２の溝部１９ｇは、当該筒体１９ａの周方向に延在しており、ハウジング４における左側の第４の流路４ｉと連続する。これにより、ハウジング４における左側の第４の流路４ｉから供給されたオイルが第２の溝部１９ｇを介してハウジング４と左側のベアリングホルダ１９の筒体１９ａとの間に侵入し、左側のベアリングホルダ１９の径方向へのダンパー機能を発揮させている。このように既に確立されているハウジング４における左側の第４の流路４ｉと左側のベアリングホルダ１９との経路を有効利用するために、本実施の形態では、貫通部１９ｅを第２の溝部１９ｇに形成している。
【００３６】
供給口６ｅは、図２に示すように、外部から第３の供給流路６ｄに圧縮空気を供給するために当該第３の供給流路６ｄに形成されている。本実施の形態では、供給口６ｅがハウジング４の第４の流路４ｉに形成されており、図１に示すように、電動過給機１で圧縮された空気をインタークーラ２を介して供給口６ｅから第４の流路４ｉに供給する。これにより、圧縮空気の供給源を追加することによるコストアップを抑制することができる。
【００３７】
このような電動過給機１において、オイル供給部６ａから供給されたオイルは、ハウジング４の第２の流路４ｇ及び第３の流路４ｈを介してモータ５に供給される。これにより、モータ５が冷却され、モータ５の温度上昇を抑制することができる。一方、オイル供給部６ａから供給されたオイルは、ハウジング４の第２の流路４ｇ並びに第４の流路４ｉ、及びベアリングホルダ１３の連通路１３ａを介してボールベアリング１２に供給される。このとき、ハウジング４の第４の流路４ｉには、圧縮空気が供給されているので、ボールベアリング１２に圧縮空気とオイルとの混合気（エアオイル）が供給されることになる。その結果、モータ５へは当該モータ５の冷却に必要な供給量でオイルを供給しつつ、ボールベアリング１２へは過剰なオイルの供給を抑制することができる。そのため、本実施の形態の電動過給機１は、モータ５の冷却とボールベアリング１２の潤滑との両立が可能となる。なお、図４及び図７では、混合気の流れを実線の矢印で示している。
【００３８】
＜実施の形態２＞
図１０は、本実施の形態の電動過給機を模式的に示す断面図である。図１１は、本実施の形態のボールベアリングを模式的に示す部分断面図である。なお、本実施の形態の電動過給機は、実施の形態１の電動過給機と略等しい構成とされているため、重複する説明は省略し、等しい部材には等しい符号を用いて説明する。ちなみに、図１１では、図を簡略化するために、保持器１２ｃを省略して示している。
【００３９】
ボールベアリング１２がアンギュラ玉軸受の場合、導入される予圧によってバンド摩耗が生じる場合がある。そのため、ボールベアリング１２の内輪１２ａの回転速度と玉１２ｄの自転速度とに差を生じさせることが好ましい。
【００４０】
そこで、本実施の形態の電動過給機２１は、ハウジング４の第４の流路４ｉから供給される混合気によって、ボールベアリング１２の内輪１２ａの回転速度と玉１２ｄの自転速度とに差を生じさせることが可能な構成とされている。
【００４１】
詳細には、図１０に示すように、ボールベアリング１２の外輪１２ｂにベアリングホルダ１３の連通路１３ａと連通する貫通部１２ｅが形成されている。このとき、ベアリングホルダ１３の連通路１３ａは、ベアリングホルダ１３の筒体を略上下方向に貫通する貫通部とされ、ハウジング４の第４の流路４ｉと連通している。
【００４２】
そして、貫通部１２ｅは、図１１に示すように、ボールベアリング１２の外輪１２ｂにおける外径側から内径側に向かって内輪１２ａの回転方向（即ち、図２の矢印Ａ方向）側に傾斜している。これにより、玉１２ｄの自転が加速されるように当該玉１２ｄに混合気を供給することができ、ボールベアリング１２のバンド摩耗を抑制することができる。このとき、本実施の形態の電動過給機２１は、ハウジング４の第４の流路４ｉ、ベアリングホルダ１３の連通路１３ａ及びボールベアリング１２の貫通部１２ｅによって第３の供給流路６ｄを構成することになる。
【００４３】
本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【００４４】
例えば、上記実施の形態では、電動過給機１、２１で圧縮された空気をインタークーラ２を介してハウジング４の第４の流路４ｉに供給しているが、図１２に示すように、スタック３の排気をハウジング４の第４の流路４ｉに供給してもよい。また、図１３に示すように、電動過給機１、２１がエキスパンダ３１を備えている場合は、スタック３の排気をエキスパンダ３１によって圧縮してハウジング４の第４の流路４ｉに供給してもよい。この場合、エキスパンダ３１によってモータ５に補助駆動力を与えることができる。
【符号の説明】
【００４５】
１  電動過給機
２  インタークーラ
３  スタック
４  ハウジング、４ａ  第１の収容部、４ｂ  吸気口、４ｃ  排気口、４ｄ  第１の流路、４ｅ  第２の収容部、４ｆ  オイルパン、４ｇ  第２の流路、４ｈ  第３の流路、４ｉ  第４の流路
５  モータ
６  オイル供給機構、６ａ  オイル供給部、６ｂ  第１の供給流路、６ｃ  第２の供給流路、６ｄ  第３の供給流路、６ｅ  供給口、６ｆ  オイル冷却部
７  ロータ、７ａ  磁石、７ｂ  筒体、７ｃ  エンドプレート
８  ステータ、８ａ  ステータコア、８ｂ  ステータコイル、８ｃ  磁性鋼板
９  回転軸、９ａ  フランジ部
１０  ワッシャー
１１  スペーサ
１２  ボールベアリング、１２ａ  内輪、１２ｂ  外輪、１２ｃ  保持器、１２ｄ  玉、１２ｅ  貫通部
１３  ベアリングホルダ、１３ａ  連通路
１４  予圧バネ
１５  シール材
１６  レゾルバ
１７  タービン
１８  右側のベアリングホルダ、１８ａ  筒体、１８ｂ  フランジ部、１８ｃ  連通路、１８ｄ  貫通部、１８ｅ  第１の溝部、１８ｆ  第２の溝部
１９  左側のベアリングホルダ、１９ａ筒体、１９ｂ  第１のフランジ部、１９ｃ  第２のフランジ部、１９ｄ  連通路、１９ｅ  貫通部、１９ｆ  第１の溝部、１９ｇ  第２の溝部
２１  電動過給機
３１  エキスパンダ
【図１】
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【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2018091301.tif 000013
【図１２】
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【図１３】
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