(57)【要約】【課題】外部動力を用いることなく、低コストで、しかも高効率でモータを冷却できる流体装置を提供する。【解決手段】流体装置は、インペラ１５と、コンプレッサハウジング１７と、モータ２７と、モータの回転を増速して回転軸に伝達する変速機１３と、を備える。モータの外周を覆う冷却ジャケット３５と、冷却ジャケットの外周を覆うケース部材３３とを有し、冷却ジャケットの外周には、モータの軸方向に沿って複数の第１の凹溝が形成される。第１の凹溝とケース部材の内周面との間で画成される空気流路５３の軸方向一端部を、コンプレッサハウジングの吸入側空間に接続する吸気流路１９を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に取り付けられたインペラと、
前記インペラが内部に回転自在に軸支されて、吸入側空間と圧縮側空間とが画成されるコンプレッサハウジングと、
前記インペラを回転駆動するモータと、
前記モータの駆動軸と前記インペラの回転軸との間に設けられ、前記モータの回転を増速して前記回転軸に伝達する変速機と、
を備える流体装置であって、
前記モータの外周を覆う冷却ジャケットと、該冷却ジャケットの外周を覆うケース部材と、を有し、
前記冷却ジャケットの外周には、前記モータの軸方向に沿って複数の第１の凹溝が形成され、
前記第１の凹溝と前記ケース部材の内周面との間で画成される空気流路の軸方向一端部を、前記コンプレッサハウジングの前記吸入側空間に接続する吸気流路を備えることを特徴とする流体装置。
【請求項２】
前記ケース部材の内周に、前記モータの軸方向に沿って第２の凹溝が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の流体装置。
【請求項３】
前記吸気流路は、前記モータのロータとステータとの間の隙間空間に連通することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の流体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体装置としての車両用エンジンの過給機には、インペラ（回転翼）を回転駆動する遠心式の過給機が広く用いられている。この種の流体装置としては、例えば、燃料電池自動車において、燃料となる水素を送り込む過給機、水素と酸素の反応により生成された水分や水蒸気を吹き飛ばすブロワー、或いは、エンジンの過給機等がある。これらの流体装置は、電動モータでコンプレッサを駆動しており、運転中に温度上昇する電動モータの冷却手段が備えられている。
例えば、電動モータに回転翼を接続して吸気、送気する電動送風機が特許文献１に開示されている。この電動送風機は、電動モータの駆動によって発生する冷却風によって電動モータを自己冷却する構造となっている。
また、摩擦式変速機により電動モータの回転を増速させてコンプレッサを駆動する過給機が特許文献２に開示されている。この過給器は、駆動源としての電動モータの外側に、冷却水を循環させてモータを冷却する冷却用ジャケットが設けてある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平４−３１１７００号公報
【特許文献２】特開２００４−１５６７４３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、特許文献１の電動送風機は、送風用の回転翼とは別に、冷却専用の回転翼を設けた構成である。そのため、冷却専用の回転翼は、配置スペースが限られるために風量を稼ぎにくく、モータを効率的に冷却することが難しい。
また、特許文献２の過給機は、冷却用ジャケットに冷却水を循環させるために別途ポンプなどの外部動力が必要となり、コスト高となる。また、冷媒が冷却水であるために、漏出時に周辺機器に悪影響を与える懸念がある。
【０００５】
そこで本発明は、外部動力を用いることなく、低コストで、しかも高効率でモータを冷却できる流体装置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】
本発明は下記構成からなる。
（１）  回転軸に取り付けられたインペラと、
前記インペラが内部に回転自在に軸支されて、吸入側空間と圧縮側空間とが画成されるコンプレッサハウジングと、
前記インペラを回転駆動するモータと、
前記モータの駆動軸と前記インペラの回転軸との間に設けられ、前記モータの回転を増速して前記回転軸に伝達する変速機と、
を備える流体装置であって、
前記モータの外周を覆う冷却ジャケットと、該冷却ジャケットの外周を覆うケース部材と、を有し、
前記冷却ジャケットの外周には、前記モータの軸方向に沿って複数の第１の凹溝が形成され、
前記第１の凹溝と前記ケース部材の内周面との間で画成される空気流路の軸方向一端部を、前記コンプレッサハウジングの前記吸入側空間に接続する吸気流路を備えることを特徴とする流体装置。
（２）  前記ケース部材の内周に、前記モータの軸方向に沿って第２の凹溝が形成されたことを特徴とする（１）に記載の流体装置。
（３）  前記吸気流路は、前記モータのロータとステータとの間の隙間空間に連通することを特徴とする（１）又は（２）に記載の流体装置。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の流体装置によれば、外部動力を用いることなく、低コストで、しかも高効率でモータを冷却できる。
また、本発明の流体装置によれば、ケース部材の内周に第２の凹溝が形成されることで、空気流路の流量を増大でき、冷却効率をより高められる。
また、本発明の流体装置によれば、ロータとステータとの間の隙間空間にも吸気流路が連通されることで、モータの発熱源に近い部位を冷却でき、冷却効率を更に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態を説明するための図で、過給システムの全体図である。
【図２】図１に示す過給システムのＡ方向矢視図である。
【図３】図２に示す過給システムのＢ−Ｂ断面図である。
【図４】過給システムの分解斜視図である。
【図５】図１に示す過給システムのＣ−Ｃ断面図である。
【図６】図６は図５のＤ部の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。ここでは、流体装置として自己冷却機構を備える過給システムを用いて説明する。
図１は本発明の実施形態を説明するための図で、過給システムの全体図、図２は図１に示す過給システムのＡ方向矢視図、図３は図２に示す過給システムのＢ−Ｂ断面図、図４は、過給システムの分解斜視図である。
【００１０】
図１〜図４に示すように、本構成の過給システム１００は、主にモータユニット１１と、摩擦ローラ式変速機１３と、インペラ１５（図３参照）と、渦巻管１７と、吸気流路１９とを備える。本構成の過給システム１００は、モータの回転を摩擦ローラ式変速機１３の作用により増速してインペラ１５に伝達し、インペラ１５を高速回転駆動することで大容量の空気を外部に送風する。また、インペラ１５の回転により、モータユニット１１の外周部にモータ軸方向に沿って複数設けた空気循環路を通じて外気を吸引することで、モータを冷却する構成となっている。
【００１１】
モータユニット１１は、全体が円柱状に構成され、図３に示すように、モータ軸方向一端部(図中右方向)に設けたフロントカバー２１と、一端部とは反対側の他端部に設けたリアカバー２３と、フロントカバー２１及びリアカバー２３の各中心支持部２１ａ，２３ａに回転自在に軸支された駆動軸２５と、駆動軸２５を回転駆動するモータ部２７とを備える。モータ部２７は、駆動軸２５と一体にされたロータ２９と、ロータ２９の外周に設けられたステータ３１とを有する。
【００１２】
モータユニット１１の外周は、円筒状のケース部材であるモータケース３３で覆われており、モータケース３３の内周は、円筒状の冷却ジャケット３５が配置されている。冷却ジャケット３５の内周面にはモータ部２７のステータ３１が固定される。なお、ステータ３１と冷却ジャケット３５との間に他の部材が介装されてもよいが、モータ冷却の観点からは、モータ部２７の発熱源に近い位置に冷却ジャケット３５を配置することが好ましい。
【００１３】
冷却ジャケット３５の材料としては、熱伝導性の高いアルミ、銅、鉄系の金属材料や、高熱伝導性の樹脂材料が利用可能である。
【００１４】
モータユニット１１の駆動軸２５は、摩擦ローラ式変速機１３の回転入力側の連結部材３７（詳細は後述する）に接続され、摩擦ローラ式変速機１３の回転出力軸３９は、インペラ１５が取り付けられている。
【００１５】
このインペラ１５は、渦巻管１７の内部で回転自在に軸支されている。渦巻管１７は、吸入側空間となる吸気チャンバ４１と圧縮側空間となる過給通路４３とが画成されるコンプレッサハウジングである。
【００１６】
渦巻管１７の吸気チャンバ４１は、吸気流路となる連結管４５が接続されている。連結管４５は、モータユニット１１に接続されるフロントカバー２１に全周にわたって接合されて内部に空気流路となる環状の空間４７が形成された吸気ダクト４９に接続されている。
【００１７】
フロントカバー２１は、吸気ダクト４９内の空間４７と連通する環状空気流路５１が全周にわたって形成されている。空間４７は、環状空気流路５１の円周方向に沿って徐々に流路断面積が拡大する渦巻状に形成されており、流路抵抗の少ない構造にされている。
【００１８】
フロントカバー２１の環状空気流路５１は、冷却ジャケット３５とモータケース３３との間で画成される空気流路５３の軸方向一端部に接続され、空気流路５３の軸方向他端部は、リアカバー２３、及びリアカバー２３に取り付けた吸気口フード５５を通じて大気開放されている。
【００１９】
摩擦ローラ式変速機１３は、回転入力側の連結部材３７と、環状ローラ６１と、複数の中間ローラ６３と、複数の中間ローラ６３を回転自在に軸支するキャリア６７と、回転出力軸（太陽軸）３９とを備える。連結部材３７は環状ローラ６１に連結されて駆動軸２５と一体に回転する。複数の中間ローラ６３は、環状ローラ６１の内周面と回転出力軸３９の外周面との間の環状空間に配置される。
【００２０】
これら中間ローラ６３は、回転出力軸３９を中心とする円周方向に沿って等分配置されるようにキャリア６７に軸支され、環状ローラ６１の内周面と回転出力軸３９の外周面に転がり接触する。
【００２１】
駆動軸２５が回転駆動されると、その回転トルクが連結部材３７を介して環状ローラ６１に伝達され、環状ローラ６１が回転駆動される。環状ローラ６１が回転すると、中間ローラ６３が転がり接触して自転及び回転出力軸３９を中心に公転する。これにより、環状ローラ６１の回転トルクが、中間ローラ６３を介して回転出力軸３９に伝達される。本構成では、各ローラによって駆動軸２５の回転が増速されて回転出力軸３９に伝達される。
【００２２】
なお、摩擦ローラ式変速機１３の詳細については、例えば、特開２００４−１５６５３１号公報、特開２０１４−４０８９２号公報等に基本構造が記載されるので、必要に応じて参照されたい。
【００２３】
上記構成の過給システム１００によれば、モータ部２７により駆動軸２５を回転駆動すると、その回転が摩擦ローラ式変速機１３により増速され、インペラ１５がモータ回転速度よりも高速に回転駆動される。このインペラ１５の回転によって、渦巻管１７の吸気チャンバ４１は負圧となり、連結管４５と吸気ダクト４９を通じて外気が取り込まれる。このとき、吸気ダクト４９の内部における環状の空間４７には、吸気口フード５５からモータユニット１１の空気流路５３を通じて外気が取り込まれる。この空気流路５３内を流れる空気が冷却媒体となってモータ部２７を冷却する。
【００２４】
次に、モータユニット１１の空気流路５３について詳細に説明する。
図５は図１に示す過給システム１００のＣ−Ｃ断面図、図６は図５のＤ部の拡大図である。
前述したように、冷却ジャケット３５は、モータ部２７の外周（本構成例ではステータ３１の外周）を覆う筒状部材であり、その外周には、モータ軸方向に沿って複数のジャケット側凹溝（第１の凹溝）７１が形成されている。
【００２５】
ジャケット側凹溝７１は、冷却ジャケット３５の全周にわたって等間隔で形成され、冷却ジャケット３５の外周を覆って配置されるモータケース３３の内周面で塞がれることで空気流路５３Ａが画成される。ジャケット側凹溝７１は、図示例では軸断面を矩形状としているが、溝深さが深くなるほど周方向溝幅が増加する台形形状や多角形形状、周方向溝幅が減少する三角形状、或いは曲面形状等、いかなる形状であってもよい。ジャケット側凹溝７１は、溝壁面や溝底面等の溝内面の面積が広いほど、熱交換効率が高くなるため好ましい。また、冷却ジャケット３５の全周にわたって等間隔で形成することで、モータ部２７を均等に冷却でき、モータに温度ムラを生じにくくできる。
【００２６】
本過給システム１００によれば、モータユニット１１に空気流路５３Ａを設け、この空気流路５３Ａを吸気チャンバ４１に接続することにより、インペラ１５の回転によって空気流路５３Ａを通じて外気が吸引される。この吸引された空気は過給通路４３へ圧縮供給される。よって過給通路４３に供給する空気を、空気流路５３Ａを通じて取り込むために、モータ部２７の運転中はモータ部２７が冷却され続けることになる。また、モータ部２７の冷却のために、冷却媒体を潤滑させる冷却装置を別途に新設することなく、低コストに構成できる。そして、本構成では、冷却媒体が空気であるため、仮に冷却媒体の漏出が生じても、周辺機器に何ら影響を及ぼすことがない。
【００２７】
また、ジャケット側凹溝７１がモータ軸方向と平行に形成されることで、リアカバー２３側からフロントカバー２１側（図３参照）に向けて空気が流動する際の流動抵抗が小さくなり、効率良く大流量の空気を流動させることができる。なお、ジャケット側凹溝７１を螺旋状にモータ軸方向から傾斜して形成すれば、冷却ジャケット３５の外周における単位面積当たりの溝の形成割合が増加し、また、流動する空気が溝壁面に吹き当てられるため、放熱効果を高めることができる。
【００２８】
モータケース３３は、ジャケット側凹溝７１の溝上部を塞ぐために内周面を円筒面にする以外にも、モータケース３３の内周に、モータ軸方向に沿ってケース側凹溝（第２の凹溝）７３を形成してもよい。その場合、各ジャケット側凹溝７１による空気流路５３Ａより大きな断面積の空気流路５３Ｂを画成できる。
【００２９】
ケース側凹溝７３の周方向溝幅は、ジャケット側凹溝７１の周方向配置ピッチより長くすることで、複数のジャケット側凹溝７１の各空気流路５３Ａを一つの空気流路５３Ｂに纏めることができ、流動する空気の流動抵抗を一層低減できる。また、流動する空気の流量を増大できるため、放熱効果を高められる。
【００３０】
ケース側凹溝７３は、モータ軸方向と平行に形成されることに限らず、周方向に形成してもよい。その場合、空気流路の表面積を増大でき、放熱効果が高められる。また、周方向に隣接するジャケット側凹溝７１による空気流路５３Ａ同士が連通するため、流動する空気を周方向に攪拌でき、局所的な温度上昇を抑制できる。
【００３１】
更に、ケース側凹溝７３も、モータケース３３の内周面の全周にわたって等間隔で形成することで、モータ部２７を均等に冷却できる。モータ部２７の鉛直方向上方等の特に熱が籠もりやすい部位には、ジャケット側凹溝７１やケース側凹溝７３の配置密度を他の部位よりも高めることで、冷却能力に分布を持たせてもよい。その場合には、モータ部２７の実際の温度変化に即した冷却が行え、より均等に冷却できる。
【００３２】
上記のジャケット側凹溝７１、ケース側凹溝７３の溝幅、溝深さ、溝断面形状、溝数、溝の配置密度、モータ軸方向の溝長、等の各パラメータは、過給システム１００のサイズや運転条件によって最適な値に設定可能である。
【００３３】
また、モータユニット１１内の空気流路５３は、冷却ジャケット３５とモータケース３３との間に画成される空気流路５３Ａ，５３Ｂに限らず、モータ部２７のロータ２９とステータ３１との間の隙間空間も併せて利用できる。
【００３４】
その場合、ロータ２９とステータ３１との間の隙間空間と、フロントカバー２１の環状空気流路５１とを連通する連通路（図示略）を設ける。この連通路を通じてロータ２９とステータ３１との間の隙間空間に冷却風が通過することで、モータ部２７の発熱源により近い部位を冷却でき、モータの冷却効率を一層向上できる。
【００３５】
このように、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることや、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。
【００３６】
冷却ジャケット３５やモータケース３３は、筒状体であることに限らず、周方向に分断されたブロック体を組み合わせた形態であってもよく、周方向の一部のみに離散的に設けた形態であってもよい。
【００３７】
以上説明した過給システム１００は、燃料電池自動車の燃料となる水素を送り込む過給機、水素と酸素の反応により生成された水分や水蒸気を吹き飛ばすブロワー、或いは、エンジンの過給機等に適用可能である。本構成の過給システム１００を用いることで、低コストで、しかも高効率でモータを冷却でき、安定して製品性能を維持できる。
【符号の説明】
【００３８】
１１  モータユニット
１３  摩擦ローラ式変速機（変速機）
１５  インペラ
１７  渦巻管（コンプレッサハウジング）
１９  吸気流路
２５  駆動軸
２７  モータ部
２９  ロータ
３１  ステータ
３３  モータケース（ケース部材）
３５  冷却ジャケット
４１  吸気チャンバ（吸入側空間）
４５  連結管（吸気流路）
５３  空気流路
５３Ａ  空気流路
５３Ｂ  空気流路
７１  ジャケット側凹溝（第１の凹溝）
７３  ケース側凹溝（第２の凹溝）
１００  過給システム（流体装置）
【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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