(57)【要約】【課題】  ロータ部をターボ軸を支持する軸受け部に近づけ、さらに、電気モータを効率よく冷却できる構造を有す電動アシストターボチャージャを提供することを目的とする。【解決手段】    コンプレッサインペラのディスク部表面側とハブ部間に連続形成した複数枚のベーンを備え、複数枚のベーンを備えた前記ディスク部表面側をコンプレッサハウジングが取り囲み、コンプレッサインペラのディスク部背面側に一体構成する円筒形状の永久磁石台に、環状の継鉄を介して前記環状の継鉄外周面にＮ極とＳ極との永久磁石を交互に並べて円筒形状に配置固定したロータ部を備え、前記ロータ部の外周表面とステータティース先端面とが一定の空隙を持って取り囲む定位置にステータを第一仕切り板に配置固定し、前記ロータ部とステータで構成する電気モータを前記第一仕切り板によってコンプレッサハウジングと間仕切られたモータハウジングに収納した。【選択図】図１
2016196873.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンプレッサインペラのディスク部表面側とハブ部間に連続形成した複数枚のベーンを備え、複数枚のベーンを備えた前記ディスク部表面側をコンプレッサハウジングが取り囲み、コンプレッサインペラのディスク部背面側に一体構成する円筒形状の永久磁石台に、環状の継鉄を介して前記環状の継鉄外周面にＮ極とＳ極との永久磁石を交互に並べて円筒形状に配置固定したロータ部を備え、前記ロータ部の外周表面とステータティース先端面とが一定の空隙を持って取り囲む定位置にステータを第一仕切り板に配置固定し、前記ロータ部とステータで構成する電気モータを前記第一仕切り板によってコンプレッサハウジングと間仕切られたモータハウジングに収納し、タービン軸を軸承するベアリングハウジング一方と一体構成する前記モータハウジングに、第一仕切り板を介してコンプレッサインペラを囲み吸気通路に配置されるコンプレッサハウジングが配置固定されて一体化され、また、ベアリングハウジング他方に、タービンインペラを囲み排気通路に配置され排気ガスが導入されるタービンハウジングが配置固定されて一体化され構成されていることを特徴とする電動アシストターボチャージャ。
【請求項２】
コンプレッサインペラにおけるディスク部背面側の同一半径上に一体構成する前記永久磁石台の内部に、ベアリングハウジング側が開口する中空で円筒状に成形した中空室を設け、タービン軸を軸承するベアリングハウジングにおけるコンプレッサ部側の中央突起部が、前記中空室内に近接して入り込んで位置していることを特徴とする請求項１記載の電動アシストターボチャージャ。
【請求項３】
モータハウジング内のベアリングハウジング側に、ベアリングハウジング一方の中央突起部周囲と近接して取り囲む連通口を開口させて設けた第二仕切り板によって前記モータハウジングと間仕切られた伝熱遮蔽室を備えていることを特徴とする請求項１記載の電動アシストターボチャージャ。
【請求項４】
吸気通路に配置するインタークーラの下流側吸気管に前記吸気管内に開口する第一空気出口を設け、モータハウジングに前記モータハウジング内に開口する空気導入口を設け、前記第一空気出口と空気導入口とを導入管で連通し、伝熱遮蔽室に前記伝熱遮蔽室内に開口する第二空気出口を設け、吸気通路に配置するコンプレッサハウジングの上流吸気管に前記吸気管内に開口する空気放出口を設け、前記第二空気出口と空気放出口とを放出管で連通していることを特徴とする請求項３記載の電動アシストターボチャージャ。
【請求項５】
複数枚の珪素鋼板で積層され電機子巻線を有すステータは、ステータティース電機子巻線におけるロータ部側の端部を第一折り目位置として前記ステータティース第一折り目位置先方をロータ部が一体構成するコンプレッサインペラのディスク部背面方向へ折り曲げるとともに、さらに前記第一折り目位置先方のロータ部側のステータティース先端手前を第二折り目位置として前記第二折り目位置先方をステータコアバック面及びステータティース面と平行面を成すように折り曲げて形成されていることを特徴とする請求項１記載の電動アシストターボチャージャ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、低回転域において高いトルクを得ることができる電動アシストターボチャージャに関するものである。
【背景技術】
【０００２】  近年、エンジンのダウンサイジングによる小型軽量、高効率化や、排気ガス、燃料規制等の強化に対する手段としてターボチャージャの適用率が高まっている。【０００３】  ターボチャージャは、タービンインペラとコンプレッサインペラとがタービン軸で連結されて構成され、内燃機関から排出された排気ガスエネルギーでタービンインペラが駆動され、タービンインペラに連結されたコンプレッサインペラがタービンインペラの駆動力によって回転して空気を吸入圧縮し、空気密度を高めた空気流を燃焼室内に供給することで、内燃機関の出力増加を図るとともに、燃費を改善し、有害ガス排出量を低減する装置である。【０００４】  内燃機関の出力増加を図り、燃費を改善し、有害ガス排出量を低減するためには、内燃機関の各回転域において充分な空気を供給することが必須条件である。【０００５】  従来、内燃機関の各回転域に充分な空気を供給するために、タービンインペラやコンプレッサインペラの形状の最適化を図ったり、また、タービンインペラに供給する排気ガスエネルギー量を各回転域で調整したりするなど、種々改良が施されている。中でも、コンプレッサインペラの回転力をアシストする電気モータを備えた電動アシストターボチャージャが開発されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとしている課題】
【０００６】  しかしながら、近年開発されている電動アシストターボチャージャでは、ベアリングハウジングとコンプレッサハウジング間のターボ軸にロータ部を備え、そのロータ部外周面をステータが取り囲んで配置固定され、ロータ部とステータで構成する電気モータをベアリングハウジングとコンプレッサハウジング間に位置するモータケース内に収納しているので、ターボ軸を支持する軸受け部からロータ部とコンプレッサインペラが離れて位置しているために、高速回転時において、ロータ部とコンプレッサインペラの偏心、揺れ等の増大によって、高速回転を維持できなくなるなどの問題点があった。
【０００７】  そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、ロータ部をターボ軸を支持する軸受け部に近づけ、さらに、電気モータを効率よく冷却できる構造を有す電動アシストターボチャージャ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】  上記目的を達成するために請求項１の発明は、コンプレッサインペラのディスク部表面側とハブ部間に連続形成した複数枚のベーンを備え、複数枚のベーンを備えた前記ディスク部表面側をコンプレッサハウジングが取り囲み、コンプレッサインペラのディスク部背面側に一体構成する円筒形状の永久磁石台に、環状の継鉄を介して前記環状の継鉄外周面にＮ極とＳ極との永久磁石を交互に並べて円筒形状に配置固定したロータ部を備え、前記ロータ部の外周表面とステータティース先端面とが一定の空隙を持って取り囲む定位置にステータを第一仕切り板に配置固定し、前記ロータ部とステータで構成する電気モータを前記第一仕切り板によってコンプレッサハウジングと間仕切られたモータハウジングに収納し、タービン軸を軸承するベアリングハウジング一方と一体構成する前記モータハウジングに、第一仕切り板を介してコンプレッサインペラを囲み吸気通路に配置されるコンプレッサハウジングが配置固定されて一体化され、また、ベアリングハウジング他方に、タービンインペラを囲み排気通路に配置され排気ガスが導入されるタービンハウジングが配置固定されて一体化され構成されている。
【０００９】  請求項２の発明は、コンプレッサインペラにおけるディスク部背面側の同一半径上に一体構成する前記永久磁石台の内部に、ベアリングハウジング側が開口する中空で円筒状に成形した中空室を設け、タービン軸を軸承するベアリングハウジングにおけるコンプレッサ部側の中央突起部が、前記中空室内に近接して入り込んで位置している。
【００１０】  請求項３の発明は、モータハウジング内のベアリングハウジング側に、ベアリングハウジング一方の中央突起部周囲と近接して取り囲む連通口を開口させて設けた第二仕切り板によって前記モータハウジングと間仕切られた伝熱遮蔽室を備えている。
【００１１】  請求項４の発明は、吸気通路に配置するインタークーラの下流側吸気管に前記吸気管内に開口する第一空気出口を設け、モータハウジングに前記モータハウジング内に開口する空気導入口を設け、前記第一空気出口と空気導入口とを導入管で連通し、伝熱遮蔽室に前記伝熱遮蔽室内に開口する第二空気出口を設け、吸気通路に配置するコンプレッサハウジングの上流吸気管に前記吸気管内に開口する空気放出口を設け、前記第二空気出口と空気放出口とを放出管で連通している。
【００１２】  請求項５の発明は、複数枚の珪素鋼板で積層され電機子巻線を有すステータは、ステータティース電機子巻線におけるロータ部側の端部を第一折り目位置として前記ステータティース第一折り目位置先方をロータ部が一体構成するコンプレッサインペラのディスク部背面方向へ折り曲げるとともに、さらに前記第一折り目位置先方のロータ部側のステータティース先端手前を第二折り目位置として前記第二折り目位置先方をステータコアバック面及びステータティース面と平行面を成すように折り曲げて形成されている。
【００１３】
【発明の効果】
【００１４】  本発明の電動アシストターボチャージャ〔請求項１〕では、請求項１記載の構成を採用することによって、コンプレッサインペラへの電気モータによる電動アシスト機能を有すとともに、前記電気モータを構成するロータ部をコンプレッサインペラのディスク部背面側に一体構成しているので、ロータ部を含めてコンプレッサインペラ本体のコンパクト化及び軽量化を図れ、その結果、回転体の振動振幅の発生や、回転体〔タービン軸〕を支持する軸受け部に加わるラジアル方向の荷重等を抑制することができ、高速回転を維持することができる。また、コンプレッサインペラによって吸引した空気流でコンプレッサインペラ自体が冷却され、さらに、コンプレッサインペラと一体構成する永久磁石台も冷却される。よって、前記永久磁石台に配置固定するＮ極とＳ極の各永久磁石においても冷却されるために、各永久磁石の不可逆減磁を防ぐことができる。
【００１５】  また、電動アシストターボチャージャ〔請求項２〕では、請求項２記載の構成を採用することによって、電動アシストターボチャージャの大型化を図った場合、ベアリングハウジングにおけるコンプレッサ部側の中央突起部周囲に、永久磁石台に環状の継鉄を介してＮ極とＳ極の各永久磁石が固定されて構成するロータ部が近接してオーバーハングしているので、タービン軸に加わるラジアル方向の荷重をタービン軸を軸承するベアリングハウジングの軸受け部側に寄せることができ、ラジアル方向の荷重等を抑制して、高速回転を維持することができる。
【００１６】  また、電動アシストターボチャージャ〔請求項３〕では、請求項３記載の構成を採用することによって、タービン部からの伝熱をＮ極及びＳ極の各永久磁石へ伝えにくくなり、伝熱による永久磁石の不可逆減磁を防ぐと共に、電気モータの熱による駆動力の低下を防止することができる。
【００１７】  また、電動アシストターボチャージャ〔請求項４〕では、請求項４記載の構成を採用することによって、吸気通路に配置するインタークーラの下流吸気管内を流れる空気をモータハウジング内に流入させ、モータハウジング及び電気モータを空気によって冷却するために、エンジンの冷却水でモータハウジングを冷却する方法と比べ、低い温度で、直接、モータハウジング及び電気モータ〔詳しくは、主に、ステータとステータティースのｕ相、ｖ相、ｗ相の各相電機子巻線とロータ部〕を冷却することができ、特に電気モータの駆動力の低下を防止することができる。さらにその後、伝熱遮蔽室に流入した空気流によって伝熱遮蔽室壁の熱を奪って伝熱遮蔽室を冷却し、タービン部からの伝熱をＮ極及びＳ極の各永久磁石に伝えにくくなり、伝熱による永久磁石の不可逆減磁を防ぐことができる。
【００１８】  さらに、モータハウジング内は、吸気通路に配置するインタークーラの下流吸気管内を流れる加圧された空気流による流入と、吸気通路に配置するコンプレッサハウジングの上流吸気管内を流れる負圧の空気流による流出によって、モータハウジング内の空気流の入れ替えが一方方向で速やかに行われるために、効率よくモータハウジング及び電気モータを冷却することができ、特に電気モータの駆動力の低下を防止することができる。
【００１９】  また、電動アシストターボチャージャ〔請求項５〕では、請求項８記載の構成を採用することによって、各ステータティースに巻かれた電機子巻線のコンプレッサ部側の巻線高をクリアすることができ、ステータティース先端面をロータ部の外周表面と一定の空隙を持って相対して取り囲む位置に配置することができ、結果的に、電動アシストターボチャージャのタービン軸方向の長さを狭めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】  電動アシストターボチャージャの軸方向の断面図である。
【図２】  電動アシストターボチャージャの他の一実施の形態を示す軸方向の一部断面図である。
【図３】  電動アシストターボチャージャと吸気通路及び排気通路との構成図である。
【図４】  エアクリーナボックスの縦方向の断面図である。
【図５】  他のエアクリーナボックスの縦方向の断面図である。
【図６】  Ｎ極及びＳ極の永久磁石をロータ部に設けた円形の溝に配置した埋込み磁石形の構成図である。
【符号の説明】  １  電動アシストターボチャージャ        ３１  渦巻き状の仕切り壁
２  コンプレッサ部                      ３２  空気導入口
３  コンプレッサインペラ                ３３  インタークーラ
４  コンプレッサインペラのディスク部    ３４  ３３の下流側吸気管
５  ハブ部                              ３５  第一空気出口
６  ベーン                              ３６，４４  導入管
７  吸気通路                            ３７  第二空気出口
８  コンプレッサハウジング              ３８  ８の上流側吸気管
９  永久磁石台                          ３９  空気放出口
１０  環状の継鉄                          ４０  放出管
１１  Ｎ極の永久磁石                      ４１  エアクリーナエレメント
１２  Ｓ極の永久磁石                      ４２，４５  エアクリーナボックス
１３  ロータ部                            ４３  空気出口
１４  ステータティース                    ４６  仕切り壁
１５  ステータ                            ５２  溝
１６  モータハウジング                    ６０  電機子巻線
１７  第一仕切り板
１８  電気モータ
１９  タービン軸
２０  ベアリングハウジング
２１  タービンインペラ
２２  排気通路
２３  タービンハウジング
２４  タービン部
２５  中空室
２６  中央突起部
２９  第二仕切り板
３０  伝熱遮蔽室
【発明を実施するための形態】
【００２１】  以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。本発明が適用される電動アシストターボチャージャの全体を構成図により説明する。
【００２２】  電動アシストターボチャージャ１は、図１に示すように、コンプレッサ部２のコンプレッサインペラ３におけるディスク部４表面側〔コンプレッサ部の吸気口側〕とハブ部５間に連続形成した複数枚のベーン６を備え、複数枚のベーン６を備えた前記ディスク部４表面側を吸気通路７に配置されたコンプレッサハウジング８が取り囲んでいる。
【００２３】  また、前記コンプレッサインペラ３におけるディスク部４背面側〔ベアリングハウジング部側〕に一体構成する円筒形状の永久磁石台９を備え、前記永久磁石台９表面に環状の継鉄１０を介して半円形状の断面を有すＮ極の永久磁石１１とＳ極の永久磁石１２とを交互に配置固定し、前記Ｎ極の永久磁石１１とＳ極の永久磁石１２との外周表面が円筒形状を構成したロータ部１３を形成している。本発明の一実施の形態では、前記永久磁石台９は、コンプレッサインペラ３の回転中心と同一線上に回転中心を有す円筒形状に形成している。
【００２４】  前記ロータ部１３における環状の継鉄１０は、コンプレッサインペラ３本体を一体成型する製造工程において、予め、製造した環状の継鉄１０を型の中に挿入しておき、前記環状の継鉄１０と永久磁石台９とコンプレッサインペラ３本体とを一体に成型する方法や、コンプレッサインペラ３本体の永久磁石台９に環状の継鉄１０を嵌合して一体に成型する方法等が考えられる。また、コンプレッサインペラ３本体の材質が、継鉄１３と同様に磁力線の通り道〔磁路〕機能を有す場合には、環状の継鉄１０を省略することができる。
【００２５】  そして、前記ロータ部１３の外周表面とステータ１５におけるステータティース１４の先端面１４ａとが一定の空隙を持って取り囲む定位置に前記ステータ１５をコンプレッサハウジング８とモータハウジング１６とを間仕切る第一仕切り板１７に配置し、さらに、前記ステータ１５は、ビス等により前記第一仕切り板１７に固定している〔モータハウジング１６又は後記ベアリングハウジング２０に配置固定することも考えられる〕。
【００２６】  前記ステータ１５は、図１に示す一実施の形態では、ステータ１５を第一仕切り板１７の台座に配置固定しているが、その台座は、全周に亘って切れ目無く設けられているのではなく、台座と台座の間に空気流が流通してステータ１５が冷却されるように、数箇所に分割して設けられた台座に浮かした状態で配置固定されている。
【００２７】  前記ロータ部１３とステータ１５によって電気モータ１８〔以下、モータ１８と記す〕を構成し、モータ１８は、前記第一仕切り板１７によってコンプレッサハウジング８と間仕切られた中空状態のモータハウジング１６内に収納されている。〔また、電気モータ１８におけるステータ１５は、第一仕切り板１７に固定することに限定することなく、モータハウジング１６や後記第二仕切り板２９等に固定することとしてもよい〕。
【００２８】  そして、タービン軸１９を軸承するベアリングハウジング２０と一体構成するモータハウジング１６に、第一仕切り板１７を介して前記コンプレッサインペラ３を囲み吸気通路７に配置されるコンプレッサハウジング８が配置固定されて一体化され、また、前記ベアリングハウジング２０他方に、タービンインペラ２１を囲み排気通路２２に配置され排気ガスが導入されるタービンハウジング２３が配置固定されて一体化され電動アシストターボチャージャ１が構成されている。
【００２９】  前記コンプレッサインペラ３とタービンインペラ２１は、タービン軸１９両端部にそれぞれ連結され、コンプレッサインペラ３は、排気ガスエネルギーによって駆動されるタービンインペラ２１の回転力によって回転し、回転することによって吸引した空気を加圧して燃焼室に過給する。
【００３０】  前記コンプレッサインペラ３本体の軽量化を図るために、図１に示す、永久磁石台９におけるタービン軸１９側の破線部分を空洞化してもよい。空洞化を図ると、軽量化と同時に、タービン軸１９によるタービン部２４からの伝熱をＮ極及びＳ極の各永久磁石に伝えにくくなり、伝熱による永久磁石の不可逆減磁を防ぐことができる。なお、空洞化された部分とモータハウジング１６間に連通路を設けておくと、空洞化された部分に伝熱した温度が篭らず、各永久磁石に伝熱を伝えにくくなる。
【００３１】  また、排気量の大きいエンジンに対応するために、電動アシストターボチャージャ１が大型化された場合には、ロータ部１３の径も太くなり、同時に前記永久磁石台９の径も太くなる。よって、図１に示す永久磁石台９におけるタービン軸１９側の一点鎖線部分の空洞化を図ることができ、図２に示す一実施の形態では、コンプレッサインペラ３ａにおけるディスク部４ａ背面側の同一半径上に一体構成する前記永久磁石台９ａの内部に、ベアリングハウジング２０ａ側が開口する中空で円筒状に成形した中空室２５設け、タービン軸１９ａを軸承するベアリングハウジング２０ａにおけるコンプレッサ部側の中央突起部２６ａを、前記中空室２５内に近接して入り込んで位置させている。上記構成により電動アシストターボチャージャの軸方向を短くすることができる。
【００３２】  図２のように、ロータ部１３ａをディスク部４ａ背面側〔ベアリングハウジング側〕にオーバーハングさせ、さらに、ベアリングハウジング２０ａの中央突起部２６ａを前記中空室２５に入り込ませて位置させると、ラジアル方向の荷重をタービン軸を軸承するベアリングハウジング２０ａの軸受け部側に寄せることができ、ラジアル方向の荷重等を抑制して、高速回転を維持することができる。
【００３３】  そして、前記電動アシストターボチャージャ１におけるベアリングハウジング２０と、ベアリングハウジング２０におけるコンプレッサ部側の中央突起部２６や、大型化された電動アシストターボチャージャにおけるベアリングハウジング２０ａと、ベアリングハウジング２０ａにおけるコンプレッサ部側の中央突起部２６ａは、タービン軸１９、１９ａを軸承する構成物を内部に有すが、タービン軸のラジアル方向やスラスト方向の各加重に対して、フローティングメタルによる油膜で受けるか、また、ボールベアリングによって受けるかによっても構造や組み合わされる構成物等も異なってくる。
【００３４】  例えば、ボールベアリングでタービン軸を支持する独自の物として、オイルフイルムダンパー、ボールベアリングがあり、また、フローティングメタルでタービン軸を支持する独自の物として、スラストベアリング、スラストカラー／スラストブッシュ、フローティングメタルがある。本発明による電動アシストターボチャージャでは、フローティングメタル式又はボールベアリング式のいずれにおいても可能であり、ゆえに、本発明による電動アシストターボチャージャの図面〔図示〕では、軸受け部を含めて、本発明の電動アシストターボチャージャの構成に直接関係するもの以外は省略又は簡素化した。
【００３５】  そして、前記永久磁石台９、９ａは、コンプレッサインペラ３、３ａと一体形成され構成されているために、コンプレッサインペラ３、３ａが回転することによって吸引した空気流で冷却される。よって、永久磁石台９、９ａに環状の継鉄１０、１０ａを介して円筒形状に配置固定されたＮ極の永久磁石１１、１１ａとＳ極の永久磁石１２、１２ａにおいても内側から間接的に冷却されるために、モータが駆動することによって発生する熱による永久磁石の不可逆減磁を防ぐことができる。
【００３６】  図１に示すコンプレッサハウジング８とモータハウジング１６とを間仕切る前記第一仕切り板１７は、その第一仕切り板１７中央に開口する開口部２７を設け、前記開口部２７とロータ部１３のディスク部４背面側の外周面間は、空気の流通を極力防ぐために隙間を最小限に設定している。また、隙間をさらに低減する目的で、第一仕切り板１７中央の開口部２７や又はディスク部４背面側のロータ部１３における外周面を樹脂でコーティングするか、コンプレッサインペラ３本体や又は第一仕切り板１７やその第一仕切り板中央の開口部２７を樹脂製部品に置き換えて、両者間でアブレーダブル機能を持たせた方法も考えられる。
【００３７】  第一仕切り板１７によってコンプレッサハウジング８と間仕切られた中空状態の前記モータハウジング１６内には、モータ１８が収納されている。さらに、前記モータハウジング１６内のベアリングハウジング２０側に、ベアリングハウジング２０一方の中央突起部２６の周囲と近接して取り囲む連通口２８を開口させて設けた第二仕切り板２９によって前記モータハウジング１６と間仕切られた伝熱遮蔽室３０を備えている。前記第二仕切り板２９は、ベアリングハウジング２０側にビス等によって固定されている〔モータハウジング１６のベアリングハウジング２０側に嵌合させることとしてもよい〕。
【００３８】  また、前記伝熱遮蔽室３０内には、前記連通口２８を通過して流入した空気流が伝熱遮蔽室３０内を万遍なく冷却することができるように、渦巻き状の仕切り壁３１が前記第二仕切り板２９のベアリングハウジング２０側壁面に設けられている〔ベアリングハウジング２０側の壁面に設けてもよい〕。なお、渦巻き形状に限定することはなく、他の形状の仕切り壁を設けてもよい。さらに、第二仕切り板２９は、断熱性に優れた材質や、逆に放熱性の高い材質で製造してもよい。
【００３９】  次に、本発明においては、ロータ部１３とステータ１５で構成するモータ１８への熱害を極力防ぐ構成を採用している。以下に説明する。
【００４０】  図３に示すように、吸気通路７に配置するインタークーラ３３の下流側吸気管３４に前記吸気管内に開口する第一空気出口３５を設け、モータハウジング１６に前記モータハウジング内に開口する空気導入口３２を設け、前記第一空気出口３５と空気導入口３２とを導入管３６で連通させている。そして、第二仕切り板２９によってモータハウジング１６と間仕切られた伝熱遮蔽室３０には、前記伝熱遮蔽室内に開口する第二空気出口３７を設け、吸気通路７に配置するコンプレッサハウジング８の上流側吸気管３８に前記吸気管内に開口する空気放出口３９を設け、前記第二空気出口３７と空気放出口３９とを放出管４０で連通させている。
【００４１】  また、図１に示す前記モータハウジング１６の内周面１６ａ及びステータ１５の外周面１５ａにおいては、前記空気導入口３２から流入した空気流がモータハウジング１６の内周面１６ａとステータ１５の外周面１５ａ間の空間をスムースに流通することができるように、モータハウジング１６の内周面１６ａは円形状に成形され、また、前記ステータ１５の外周面１５ａは、冷却効果を高めるために歯車のように凹凸状に成形されているとともに、凸状部分で構成する外周は円形状に形成されている〔但し、モータハウジング１６の内周面１６ａは、特に円形状に限定されるものではなく、また、ステータの外周面形状も特に凹凸状や円形状に限定されるものではない〕。
【００４２】  そして、前記空気導入口３２においてもモータハウジング１６内に流入した空気流がモータハウジング１６の内周面１６ａに沿って流れるように、前記内周面１６ａに接線方向から流入する方向に開口している〔図１の空気導入口３２の奥側より流入する〕。そして、空気流はモータハウジング１６とモータ１８を冷却しながら第二仕切り板２９中央の連通口２８方向へ流れる。
【００４３】  さらに、前記連通口２８を通過した空気流は、伝熱遮蔽室３０内に流入し渦巻き状の仕切り壁３１に沿って流れるが、前記空気導入口３２からモータハウジング１６に流入した空気流と同方向で伝熱遮蔽室３０から流出するように、前記伝熱遮蔽室３０内の渦巻き状の仕切り壁３１の空気流方向が設定されている〔図１の第二空気出口３７を手前側に流出する〕。
【００４４】  そして、図３に示すように、コンプレッサハウジング８の上流側吸気管３８内に開口する空気放出口３９から前記吸気管３８内に放出された空気流は、コンプレッサハウジング８からインタークーラ３３を経て、インタークーラ３３の下流側吸気管３４内に開口する第一空気出口３５から一部の空気流が、再び、導入管３６を経てモータハウジング１６内に流入する。
【００４５】  図３に示す一実施の形態では、インタークーラ３３の下流側吸気管３４内に開口する第一空気出口３５から導入した空気流によってモータハウジング１６とモータ１８を冷却しているが、これに限定することはなく、図４や図５に示すように、エアクリーナエレメント４１下流側のエアクリーナボックス４２、４５内に開口する空気出口４３、５０から導いた空気流によってモータハウジング１６とモータ１８を冷却する他の一実施の形態も考えられる。
【００４６】  そして、図５に示す一実施の形態では、エアクリーナエレメント４１下流側のエアークリナーボックス４５に、前記エアクリーナボックス４５内を仕切り壁４６によって二分割した主室４７と副室４８を設け、前記主室４７に主室４７内に開口する主室空気出口４９を設け、前記主室空気出口４９はコンプレッサハウジングの上流側吸気管３８と連通させ、また、前記副室４８に副室４８内に開口する副室空気出口５０を設け、前記副室空気出口５０とモータハウジング１６に設けた空気導入口３２とを導入管５１で連通した他の一実施の形態も考えられる。
【００４７】  さらに、車室内冷房用のエアコン装置のエバポレーター収納ボックスにおけるエバポレーター下流側に、エバポレーター下流側で前記エバポレーター収納ボックス内に開口する冷風出口を設け、前記冷風出口とモータハウジングに前記モータハウジング内に開口する第一空気入口とを導入管で連通させ、車室内を冷房するエアコンの冷風をモータハウジング内に導入してモータハウジングとモータを冷却する他の一実施の形態も考えられる。
【００４８】  そして、上述したコンプレッサインペラ３におけるロータ部１３のＮ極の永久磁石１１及びＳ極の永久磁石１２は、前記Ｎ極及びＳ極の永久磁石をロータ部１３の外側に配置した表面磁石形〔ＩＰＭＳＭ〕と、図６に示すように、Ｎ極及びＳ極の永久磁石をロータ部に設けた円形の溝５２に配置した埋込み磁石形〔ＳＰＭＳＭ〕があり、表面磁石形〔ＩＰＭＳＭ〕の採用では、永久磁石台９に環状の継鉄１０を介して半円形状の断面を有すＮ極の永久磁石１１とＳ極の永久磁石１２とを交互に配置して接着剤等で固定する方法と、Ｎ極の永久磁石１１とＳ極の永久磁石１２とを交互に並べて円筒形状に配置固定したロータ部１３の表面を強化プラスチック繊維のカバーやステンレス製のカバー等で覆う方法を採用すると、Ｎ極及びＳ極の永久磁石の破損もしくははがれ等に対処することができる。
【００４９】  また、リング形状の磁石も考えられ、リング形状の磁石は、機械的強度が高く、高速回転や周速が速い場合に、破損もしくははがれ等に対応することができる。
【００５０】  さらに、図６に示すように、埋込み磁石形〔ＳＰＭＳＭ〕の採用では、永久磁石台９ｂにタービン軸回転中心とある間隔を持ってタービン軸回転中心と平行方向で円形状の溝５２を設け、前記溝５２の中に、環状の継鉄１０ｂを内側に、Ｎ極の永久磁石１１ｂ及びＳ極の永久磁石１２ｂを外側に交互に配置し、前記環状の継鉄１０ｂとＮ極の永久磁石１１ｂ及びＳ極の永久磁石１２ｂを嵌合や接着剤等、各種固定方法によって一体化している。
【００５１】  極数とスロット数の選択は、電動アシストターボチャージャの用途等を考慮した上、適宜選択することとする。２極６スロットを選択し、ステータティースにおける電機子巻線の巻き方を集中巻きにした組み合わせ方のモータが電動アシストターボチャージャに採用されている実例もあり、極数とスロット数や分布巻き、集中巻きの選択は、電動アシストターボチャージャの用途等を考慮した上、適宜選択することとする。
【００５２】  また、図示はしていないが、ステータティースのｕ相、ｖ相、ｗ相の各相電機子巻線端に繋がる引出し線や、永久磁石の磁極位置を検出するホール素子などの磁極位置検出用センサを用いた場合のセンサリード線等がモータハウジング１６を貫通してモータハウジング１６外に引き出されている。モータハウジング１６を貫通する部分は、モータハウジング１６内外の通気を阻止するように、ゴム等の弾性体でシールドされている。
【００５３】  モータを制御する方法は種々考案されており、ホール素子などの磁極位置検出用センサを採用してＮ極及びＳ極の永久磁石の磁極位置を検出するモータ制御方法や、また、位置センサを省略して、モータの位置と速度を電圧と電流情報から推定するアルゴリズムによるモータ制御方法等が考案されている。よって、モータの制御方法に関しては、種々考案されている制御方法の中から最適な制御方法を適宜選択して決定することとする。
【００５４】  モータを制御するインバータなどの制御装置は、エンジンが低速回転域において、タービンインペラとコンプレッサインペラを含む回転体のイナーシャや、エンジンからの排気ガス量が少なかったり排気ガス温度が低かったりと、タービンインペラを充分に回転させるだけの排気ガスエネルギーが得られず充分に過給できないときに、エンジンに充分な過給を行い、ターボラグの解消や坂路発進を容易にするなど、低速回転域でのトルクアップを図るために、積極的にコンプレッサインペラを回転させるようにモータの制御を行う。なお、モータは、基本的には、エンジンが始動されると同時に回転し、エンジンが停止されると同時に回転を停止する。
【００５５】  前記制御装置は、ターボラグの解消や坂路発進を容易にするなど、低速回転域でのトルクアップを図るために、それらの状況を判断することが可能なアクセル開度を始め、エンジンの吸気管内における負圧量やエンジンの回転数、車速、大気圧等、あらゆるエンジンパラメータが認識されるＥＣＵ〔Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ〕にプログラムとして組み込まれ、それらの状況信号を元に判断してモータを制御するとよい。
【００５６】  さらに、制御装置は、エンジンの回転数が上昇して排気ガスエネルギー量が大きくなり、その排気ガスエネルギー量によって設定したトルクや出力が目標値を超える過給圧を得られるようになったときには、モータへの送電を停止し、モータとしての機能を休止させる。また、モータに設定した回転数に達したときにおいてもモータへの送電を停止しモータを休止させる。上記理由により、モータに設定した回転数以上になったときには、モータを発電機として用いて回生電力を得ることも出来る。
【００５７】  上述した本発明の一実施の形態では、モータハウジング１６内にモータ１８を収納している。よって、モータが駆動したときに、ステータ１５の自己発熱及びタービン部２４からの伝熱等が発生するが、本発明の一実施の形態では、上述したように、モータ１８への熱害を極力防ぐ構成を採用している。次に、その作用について説明する。
【００５８】  本発明の一実施の形態では、図３に示すように、インタークーラ３３の下流側吸気管３４内を流れる空気流とコンプレッサハウジング８の上流吸気管３８内を流れる空気流との圧力差を利用して、モータハウジング１６内にインタークーラ３３の下流側吸気管３４内を流れる空気流を導入し、導入した空気流によってモータハウジング１６とモータハウジング１６内に収納されているモータ１８を冷却している。
【００５９】  まず、インタークーラ３３の下流側吸気管３４内を流れ加圧された空気流の一部は、前記下流側吸気管３４内に開口する第一空気出口３５から導入管３６内に流出し、前記導入管３６を経てモータハウジング１６内に開口する空気導入口３２より前記モータハウジング１６内に流入する。そして、流入した空気流は、モータハウジング１６及びモータ１８〔詳しくは、主に、外周面形状が歯車のように凹凸状に成形されているステータとステータティースのｕ相、ｖ相、ｗ相の各相電機子巻線とロータ部１３〕を冷却するように作用し、その後、モータハウジング１６と伝熱遮蔽室３０間を連通する連通口２８を通過して前記伝熱遮蔽室３０内に流入し、伝熱遮蔽室３０内に設けた〔図１に示す〕渦巻き状の仕切り壁３１に沿って流れて、伝熱遮蔽室３０内の壁面を万遍なく冷却することによってタービン部２４からの伝熱をカットするように作用する。
【００６０】  そして、前記伝熱遮蔽室３０内に開口した第二空気出口３７から、前記第二空気出口３７と連通する放出管４０を経てコンプレッサハウジング８の上流側吸気管３８内に開口する空気放出口３９より前記上流側吸気管３８内に放出され、コンプレッサ部２が吸引した負圧の空気流に混流される。
【００６１】  また、図４に示す他の一実施の形態では、モータハウジング１６内に開口する空気導入口３２とエアクリーナエレメント４１下流側のエアクリーナボックス４２内に開口する空気出口４３とを導入管４４によって連通させているので、コンプレッサ部２の吸引力によってエアクリーナエレメント４１下流側のエアクリーナボックス４２内の一部の空気は、前記空気出口４３から導入管４４を経てモータハウジング１６内に流入し、モータハウジング１６とモータ１８を冷却するように作用する。その後、空気流は、第二仕切り板２９に開口する連通口２８を通過して伝熱遮蔽室３０内に設けた渦巻き状の仕切り壁３１に沿って流れ、伝熱遮蔽室３０内の壁面を万遍なく冷却することによってタービン部２４からの伝熱をカットするように作用する。
【００６２】  また、図５に示す他の一実施の形態では、エアクリーナエレメント４１下流側のエアクリーナボックス４５内を仕切り壁４６によって主室４７と副室４８とに二分割し、前記主室４７は、主室４７内に開口する主室空気出口４９とコンプレッサハウジング８の上流吸気管３８とが連通し、前記副室４８を副室４８内に開口する副室空気出口５０とモータハウジング１６内に開口する空気導入口３２とを導入管５１によって連通させているので、コンプレッサ部２の吸引力によって副室４８内の空気をモータハウジング１６内に吸引し、吸引した空気でモータハウジング１６とモータ１８を冷却するように作用する。そして、エアクリーナボックス４５内を仕切り壁４６によって主室４７と副室４８に二分割したので、互いに影響されることなく、確実に空気を吸引することができる。
【００６３】  エアクリーナエレメント４１下流のエアクリーナボックス４５内は、前記エアークリナーエレメント４１が図５に示すように蛇腹式であれば、エアークリナーエレメント４１の単数又は複数本の折り目の位置と仕切り壁４６上面とが重なり合う仕切り壁４６を設けるか、又は折り目と折り目の間に入り込んでエアークリナーエレメント４１を間仕切る仕切り壁を設け、主室４７と副室４８に二分割するとよい。
【００６４】  さらに、車室内冷房用のエアコン装置のエバポレーター収納ボックスにおけるエバポレーター下流側に、前記エバポレーター下流側のエバポレーター収納ボックス内に開口する冷風出口を設け、前記冷風出口と、モータハウジングに前記モータハウジング内に開口して設けた第一空気入口とを導入管で連通させたので、車室内を冷房するエアコンの冷風の一部をコンプレッサ部２の吸引力によってモータハウジング内に導入することによって冷風がモータハウジングとモータを冷却するように作用する。
【００６５】  上述した方法では、コンプレッサーで圧縮された冷媒がコンデンサーからエバポレーターを経て、エバポレーター周りの熱を奪ってエバポレーターを冷却し、エバポレーター後方からブロワーファンの風で起こした冷風の一部を導入管でモータハウジング内に導いてモータハウジングとモータを冷却している。
【００６６】  この方法では、外気温が高く、車内を冷房するためにエアコン使用時のみに有効ではあるが、上述したインタークーラ下流の吸気管内から空気流をモータハウジング内に導入する方法や、また、エアクリーナエレメント下流のエアクリーナボックス内から空気流をモータハウジング内に導入する方法ではモータを充分に冷却できないとき、あらゆるエンジンパラメータが認識されるＥＣＵ〔Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｌ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ〕にプログラムとして組み込み、それらの状況信号を元に、外気温が高く、特に、モータをさらに冷却する必要が生じた場合において、前記ＥＣＵにて自動選択で切替え、また、特にモータハウジングとモータをさらに冷却する必要が無い場合には、インタークーラ下流の吸気管内やエアクリーナエレメント下流のエアクリーナボックス内から空気流をモータハウジング内に導く方法を前記ＥＣＵにて自動選択で切替えるとよい。
【００６７】  上述した各実施の形態におけるその後の空気流は、コンプレッサ部２によって吸引した負圧の空気流に混流される。上述した経路を空気が循環し、モータ及びモータハウジングがエンジン回転中において冷却され続ける。
【００６８】  また、タービン軸を軸承するベアリングハウジング２０においても、タービン部２４からの伝熱をカットする目的で、前記タービン部２４のタービンハウジング２３が固定されて一体化するベアリングハウジング２０におけるタービンハウジング２３側に中空状態の空冷室を設け、前記空冷室に設けた空気入口と伝熱遮蔽室３０内に開口した第二空気出口３７とを連通させ、空冷室に設けた空気出口とコンプレッサハウジング８の上流吸気管３８内に開口した空気放出口３９とを連通させた他の一実施の形態も考えられる。
【００６９】  また、モータハウジング１６に伝熱遮蔽室３０を設けずに、モータハウジングにモータハウジング内に開口した空気入口を設けるとともに、タービン軸を挟んで前記空気入口の反対側のモータハウジングに、前記モータハウジング内に開口した空気出口を設け、モータハウジング内に流入した空気流が、モータハウジングとモータハウジング内に収納したモータ〔詳しくは、主に、外周面形状が歯車のように凹凸状に成形されているステータとステータティースのｕ相、ｖ相、ｗ相の各相電機子巻線とロータ部〕を冷却した後、前記空気出口よりコンプレッサハウジング上流の吸気管内に放出する他の一実施の形態も考えられる。
【００７０】  インタークーラ３３やモータハウジング１６及び伝熱遮蔽室３０に開口する空気の出口及び入口を始め、それらを連通する導入管や放出管等のサイズ、また、モータハウジング１６及び伝熱遮蔽室３０の室内容積等は、モータハウジング１６とモータハウジング１６内に収納したモータ１８を最も効率良く冷却できるように電動アシストターボチャージャ１の用途やサイズ等により適宜選択して決定することとする。
【００７１】  そして、本発明の一実施の形態では、電動アシストターボチャージャ１のタービン軸１９方向の長さを可能な限り狭めるために、ロータ部１３をコンプレッサインペラ３におけるディスク部４背面側に寄せて位置させ配置させている。よって、ステータティース先端面１４ａを、ディスク部４背面側に寄せられたロータ部１３に対応するために、図２に示すように、ステータのステータティース１４の電機子巻線６０におけるロータ部１３ａ側の端部を第一折り目位置ＡーＡとして、前記ステータティース第一折り目位置ＡーＡ先方をロータ部１３ａが一体構成するコンプレッサインペラ３ａのディスク部４ａ背面方向へ折り曲げるとともに、前記第一折り目位置先方のロータ部１３ａ側のステータティース１４先端手前を第二折り目位置ＢーＢとして前記第二折り目位置ＢーＢ先方をステータコアバック面及びステータティース１４面と平行面を成すように折り曲げて形成している。
【００７２】  よって、各ステータティース１４に巻かれた電機子巻線６０のコンプレッサインペラ３側の巻線高Ｈをクリアすることができ、ステータティース先端面１４ａをロータ部１３ａの外周面と一定の空隙を持って相対して取り囲む位置に配置することができる。また、ロータ部におけるタービン軸方向は長くなるが、ステータティースとステータコアバックを同一平面上に成形したステータの採用も充分に考えられる。
【００７３】  また、他の電動アシストターボチャージャにおいて、モータを構成するロータ部をタービン軸に配置固定した場合は、前記ロータ部をベアリングハウジング側に可能な限り寄せるために、ステータティースへの巻き線方をコンプレッサインペラ側の巻き線幅に比べ、ベアリングハウジング側の巻き線幅をタービン軸から離れた位置で狭い範囲に集中して巻いている例もある。
【００７４】  そこで、ステータティースの電機子巻線におけるロータ部側の端部を第一折り目位置として、前記ステータティース第一折り目位置先方をベアリングハウジング側方向へ折り曲げるとともに、前記第一折り目位置先方のロータ部側のステータティース先端手前を第二折り目位置として、前記第二折り目位置先方をステータコアバック面及びステータティース面と平行面を成すように折り曲げて形成する他の一実施の形態も考えられる。
【００７５】  上述した一実施の形態を採用すると、従来通りにステータティース周囲に電機子巻線の巻き線幅を均等に巻き線してもロータ部に対してステータティース先端面を相対す位置に配置することができる。
【００７６】  なお、前記ステータは、複数枚の珪素鋼板を積層して構成されるが、一枚一枚の珪素鋼板が加工後に重なり合って積層し、積層したステータティース先端面がロータ部の表面と一定の空隙を有して相対すように、一枚一枚の珪素鋼板を設定した形状に打ち抜き加工する時や、また、同時に又は別加工で第一折り目位置及び第二折り目位置を折り曲げる加工時に、特に、ステータコアの第一折り目位置と第二折り目位置間の厚さを、ステータコアバックや前記ステータコアバックから第一折り目位置までのステータティースの厚さに比べて薄くプレス加工を施すとともに、第一折り目位置及び第二折り目位置の各山折れ側の頂と各谷折れ側の底が、複数枚の珪素鋼板が重なり合ったとき、両者間が僅かに接しない近接状態に加工を施しておくとよい。
【００７７】  本発明の一実施の形態では、一枚の珪素鋼板の表裏における各山折れ側の頂形状をそれぞれ曲面形状に成形するとともに、各谷折れ側の底形状をステータティース平面と前記ステータティースの第一折り目位置と第二折り目位置間の平面とが直線で交差する形状に成形し、さらに、ステータティースの第一折り目位置と第二折り目位置間の平面とステータティースにおける第二折り目位置先方のステータティース平面とが直線で交差する形状に成形され、また、一枚の珪素鋼板におけるステータティースの第一折り目位置と第二折り目位置間の厚さは、複数枚の珪素鋼板の表裏が密接されて積層されステータを構成する厚さにプレスされている。
【００７８】  よって、ステータティースにおける各山折れ側の頂と各谷折れ側の底は、積層されたときに、直接接触せず、ステータティースの第一折り目位置と第二折り目位置間の表裏平面で位置決めされてステータが構成される。
【００７９】  そして、タービンインペラ２１とコンプレッサインペラ３を連結するタービン軸１９は、ベアリングハウジング２０内に収納されるとともにベアリングハウジング２０内に備えた軸受け部で軸承され、潤滑油によって潤滑されている。タービン軸１９を潤滑する潤滑油は、ベアリングハウジング２０上部に設けた潤滑油入口からタービン軸１９に供給され、タービン軸１９を潤滑した後、ベアリングハウジング２０下部に設けられた潤滑油排出口から排出されて回収され、再び、エンジン及びタービン軸１９等を潤滑する潤滑油とし利用される〔潤滑油入口及び潤滑油排出口は図示していない〕。
【００８０】  以上、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明したが、永久磁石同期型のモータによる駆動力でコンプレッサインペラの回転力を高められることにより、エンジンの低回転域において高いトルクを得ることができるために、従来より開発されてきたコンプレッサインペラ及びタービンインペラにおけるベーン形状等の再度見直しが可能となり、モータによる駆動力と合わせて再度見直すことによって、エンジンの低回転域から中高回転域にかけて更なる高いトルクと高い出力を得る電動アシストターボチャージャを提供することができる。
【００８１】  ここで示した一実施の形態は限定されるものではなく、様々に変形することが可能であり、例えば、本発明の一実施の形態の電動アシストターボチャージャでは、モータハウジングをベアリングハウジングと一体構成としたが、コンプレッサハウジング、第一仕切り板、モータハウジング、ベアリングハウジング、タービンハウジング間の各分割位置等は、種々考えられる。
【００８２】  そして、本発明は係る実施形態に限定されず、さらに、当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００８３】  この電動アシストターボチャージャは、乗用自動車を始め、バス、トラック、ダンプカー、また、ホイールローダ、ショベル等の建設機械等、人や物を運ぶ車両の動力源として採用されているガソリン式エンジン、ディーゼル式エンジン、ロータリ式エンジン等の出力増加を図り、燃費を改善するとともに、有害ガス排出量を低減するための過給器として用いることができる。
【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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