JP2012062778A

JP2012062778A - 電動過給機

Info

Publication number: JP2012062778A
Application number: JP2010205536A
Authority: JP
Inventors: Jun Tawara; 潤田原; Yasushi Nakajima; 泰中島
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-09-14
Filing date: 2010-09-14
Publication date: 2012-03-29

Abstract

【課題】配線のインダクタンスを低減させて、損失を低減し効率を向上させた小型化が可能な電動過給機を提供することを目的としている。
【解決手段】電動過給機１は、エンジンの排気ガスによって駆動するタービンインペラ１０と、空気を圧縮してエンジンに過給するコンプレッサインペラ２０と、一端がタービンインペラ１０の回転軸１１に連結され、他端がコンプレッサインペラ２０の回転軸２１に連結された連結軸３０と、連結軸３０に固定されたモータロータ４００とモータステータ４０１とで構成されるモータ４０と、モータハウジング１０４の外周壁部に取り付けられた直流電力を交流電力に変換すると共にモータ４０を制御する制御装置５０と、制御装置５０を冷却する冷却装置８００とにより構成されている。配線長の短縮により損失を低減することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧縮機を駆動する過給機に関し、電動機を内蔵した電動過給機に関するものである。

一般的に、過給機は、圧縮機（コンプレッサ）とタービンからなり、圧縮機のコンプレッサインペラとタービンのタービンインペラは互いに連結軸で連結され、エンジンの排気ガスでタービンインペラを駆動し、この回転力を連結軸を介してコンプレッサインペラを回転させることにより空気を圧縮してエンジンに過給する構成になっている。このエンジンの排気ガスを利用した過給機において、効率の落ちる低速回転時に補助するための電動機を内蔵した電動過給機が提案されている。ここで使用される電動機は、タービンとコンプレッサ軸上に配設され、運転状態に応じて電動機の駆動による過給圧の増大、または排気エネルギを利用した発電による電力回生が行われている。

排気タービン過給機の回転速度は、例えば、１０〜２０万ｒｐｍと高速であり、電動過給機に内蔵される電動機は、この高速回転に対応して高速で回転駆動と回生駆動ができることが求められる。このため、車輌に搭載されたバッテリの直流電力を任意の周波数の交流電力に変換するインバータが必要とされる。インバータで変換された交流電力は、インバータと電動過給機を接続する電源供給ケーブルの電気抵抗やインダクタンスによる電力損失が大きいことが問題であり、特に、周波数が高い場合には、これらによる損失が顕著となり、電動機で消費する電力よりも大きな電力が必要となり、インバータが大型化する。

この対策として、例えば、特許文献１に示される電動過給機では、モータを電気的に制御するインバータとインバータ制御器はドーナツ型もしくはＵ字型の容器に収容され、断熱連結部材によりコンプレッサハウジングに連結されている。断熱連結部材は、コンプレッサ吐出空気の高温がドライバ容器に伝熱されないようにその間を断熱する空冷又は水冷の断熱層を有している。電動過給機がモータステータ、インバータ及びインバータ制御器を備えているので、インバータと電動過給機を接続する電源供給ケーブルの長さを大幅に短縮でき、電動機とインバータの距離が最小となるため、電源供給ケーブルの電気抵抗やインダクタンスが無視できる程度まで低減できる。また、インバータが電動過給機と一体化されているので、インバータを別に設置する場所を不要としている。

特開２００７−４６４７９号公報

しかしながら、特許文献１に示される電動過給機においては、モータと制御装置間の配線が、コンプレッサ内を経由するため、空気が漏れないように密閉を保つ必要があり、構造が複雑となる。また、電動過給機の回転数は１０万〜２０万ｒｐｍに達し、その制御も高周波で行われるため、配線がコンプレッサを経由する分だけ長くなったことにより、配線インダクタンスが増加し、損失が増大してしまう。さらに、制御装置においては、半導体素子やコンデンサなどが発熱するが、その熱の放熱経路が少なく、温度上昇が著しくなり素子の寿命の保証時間が短くなり、電流を抑制して性能を下げなければならない、という問題がある。また、上記高速回転に対応して、インバータ駆動のキャリア周波数を高め
る必要があり、例えば通常のインバータ機器の数倍以上のスイッチング周波数で用いる必要があるため、スイッチング損失が非常に増大してしまうという電動過給器特有の問題もあった。

このようなスイッチング損失を低減するためには、さらなる配線のインダクタンスを低減することが重要である。配線のインダクタンスが大きいと、インダクタンスに電流変化率ｄＩ／ｄｔを乗じた誘起電圧が発生する。電動過給機のモータの回転数は１０万ｒｐｍ以上にも達し、この制御を行うためには、通常のインバータの数倍から十数倍のキャリア周波数での制御が必要となる。その場合、通常のインバータでは考えられない電流の立ち上がりが要求され、すなわち大きな電流変化率ｄＩ／ｄｔとなる。スイッチング損失は、このサージと呼ばれる誘起電圧が大きいほどスイッチオフ時の損失が大きくなる。このように、電動過給機においては、通常では考え難いスイッチング周波数を実現する必要があるが、ｄＩ／ｄｔを小さくすることが困難であり、スイッチング損失が大きくなってしまうために、インダクタンスの低減が非常に重要となってくる。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、冷却性を改善することにより、電動機と電動機を制御する制御装置との配線長を短縮させ、インダクタンスを低減させて、損失を減らし、効率を向上させた小型化が可能な電動過給機を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、請求項１に係る本発明の電動過給機は、コンプレッサインペラと、前記コンプレッサインペラの回転軸に連結され前記回転軸と共に回転する連結軸と、前記連結軸に固定されたモータロータと、前記モータロータを囲みモータハウジングに固定されたモータステータと、前記モータハウジングの外周壁部に取り付けられ、直流電力を交流電力に変換すると共に前記モータロータ及び前記モータステータとで構成されるモータを制御する制御装置と、前記制御装置を冷却油にて冷却する冷却装置と、を備えたものである。

また、請求項３に係る本発明の電動過給機は、タービンインペラと、コンプレッサインペラと、一端が前記タービンインペラの回転軸に連結され、他端が前記コンプレッサインペラの回転軸に連結され、これらの回転軸と共に回転する連結軸と、前記連結軸に固定されたモータロータと、前記モータロータを囲みモータハウジングに固定されたモータステータと、前記モータハウジングの外周壁部に取り付けられ、直流電力を交流電力に変換すると共に前記モータロータ及び前記モータステータとで構成されるモータを制御する制御装置と、前記制御装置を冷却油にて冷却する冷却装置と、を備えたものである。

本発明によれば、電力変換とモータの制御を行う制御装置を冷却油にて冷却することにより、半導体素子やコンデンサからの発熱を効率よく放散させることが可能となり、制御装置をモータハウジングの外周壁部に配置することにより、モータと制御装置間の配線の長さを最小限に抑え、配線によるインダクタンスを低減することができ、その結果、インバータのスイッチング損失を低減することができ電動過給機の性能を向上させることができるといった顕著な効果を奏するものである。

実施の形態１における電動過給機の全体を示す模式断面図である。実施の形態１における電動過給機の冷却装置の冷却経路例を示す概略図である。実施の形態１における電動過給機内の冷却油の流れを示す概略図である。実施の形態１における電動過給機の制御装置の半導体素子の実装例を示す略断面図である。実施の形態１における電動過給機の制御装置の半導体素子の他の実装例を示す略断面図である。実施の形態１における電動過給機の半導体素子とモータとの配線の接続機構を示す略部分断面図である。実施の形態２における電動過給機の制御装置の配置を示す略断面図である。実施の形態３における電動過給機の全体を示す模式断面図である。

以下、本発明の実施の形態に係る電動過給機について図１〜図８に基づいて説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１における電動過給機の全体を示す模式断面図である。図２は、実施の形態１における電動過給機の冷却経路の例を示す概略図である。図３は、実施の形態１における電動過給機内の冷却油の流れを示す概略図である。図４は、実施の形態１における電動過給機の制御装置の半導体素子の実装例を示す略断面図である。

図１において、電動過給機１は、エンジン（図示せず）の排気ガスの風力によって駆動するタービンインペラ１０と、タービンインペラ１０を収容するタービンハウジング１０２と、空気を圧縮してエンジンに過給するコンプレッサインペラ２０と、コンプレッサインペラ２０を収容するコンプレッサハウジング１０１と、一端がタービンインペラ１０の回転軸１１に連結され、他端がコンプレッサインペラ２０の回転軸２１に連結された連結軸３０と、連結軸３０に固定されたモータロータ４００とモータロータ４００を囲みモータハウジング１０４に固定されたモータステータ４０１とで構成されるモータ４０と、モータハウジング１０４の外周壁部に取り付けられた直流電力を交流電力に変換すると共にモータ４０を制御する制御装置５０と、モータ４０の配線の配線端子４５１と、制御装置５０の配線の配線端子５５１と、配線端子４５１と配線端子５５１とが嵌め合いにより接続される接続機構４５及び接続機構５５とにより構成されている。

次に、実施の形態１における電動過給機の動作について、図１を参照して説明する。なお、本発明の主体は電動過給機の制御装置の配置や冷却による損失低減にあるので、エンジン回りやインバータ回路の動作の説明は省略する。

電動過給機１は、エンジンにより多くの吸入空気を過給して、高出力化だけでなく低燃費化を図るものである。エンジンからの排気ガスによりタービンインペラ１０が回転駆動され、タービンインペラ１０の回転軸１１と連結軸３０で繋がったコンプレッサインペラ２０の回転軸２１を回転駆動させることにより、コンプレッサインペラ２０を駆動させて過給圧を増大させる。電動過給機１では、モータステータ４０１の界磁巻線に流れる電流により磁場が調整される三相交流モータ４０（以下、モータと称する）を持ち、排気ガスにより駆動されるタービンインペラ１０の回転軸１１とコンプレッサインペラ２０の回転軸２１に繋がった連結軸３０上にあり、モータ４０によりコンプレッサインペラ２０を駆動させ過給圧を増大させる。排気ガスにより十分な回転数が得られる場合は排気エネルギを利用した発電による電力回生を行う。モータ４０に電力を供給するバッテリ（図示せず）は、直流電源であり、例えば、制御装置５０の平滑コンデンサを備えたインバータ回路に電力が供給され、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれに接続された３対の(６つ)のパワーＭＯＳＦＥＴ、および界磁巻線の１対の(２つ)のパワーＭＯＳＦＥＴを制御回路からの制御信号に基づいてスイッチングして交流電力に変換され、モータステータ４０１の界磁巻線への供給電力を制御することでモータロータ４００を駆動させ、連結軸３０を回転させてコンプレッサインペラ２０を駆動させてエンジンへの過給を補助させている。

モータロータ４００は軸３０上のタービンインペラ１０とコンプレッサインペラ２０の中間に備える。好ましくは、モータロータ４００はコンプレッサインペラ２０側にオフセットして配置すると、高温となるタービンインペラ１０との熱抵抗を大きくでき、受熱量を減らすことができる。モータステータ４０１はモータロータ４００を囲むようにモータハウジング１０４に固定されている。

また、モータ４０を制御する制御装置５０の配線端子５５１は、モータ４０からの配線端子４５１と電気的に接続され、電力源であるバッテリから供給された直流電力は交流電力に変換され、モータ４０に供給される。

ハウジング１００は、タービンハウジング１０１とコンプレッサハウジング１０２及びモータハウジング１０４で構成され、制御装置５０がモータハウジング１０４に取付けられている。制御装置５０に搭載される半導体素子７０には、耐熱性に優れたＳｉＣ（炭化珪素）により作られた半導体を用い、さらに、制御装置５０の冷却には、冷却油を用いた冷却方式を採用している。タービンハウジング１０１に送り込まれるエンジンの排ガスは高温であるため、その熱が制御装置５０に伝わり、制御装置５０に搭載された半導体素子７０の温度を上昇させるが、半導体素子７０には、高耐熱半導体素子であるＳｉＣが使われていることと、さらに、高温の冷却に適した冷却油による冷却方式が採用されたことにより、水冷ではせいぜい１００℃程度までしか使用できないのに対して油冷の使用可能温度領域は２００℃程度まであるため、冷却器の耐熱性を大幅に向上させ１００℃以上になっても問題なく使用できるので、制御装置５０をモータハウジング１０４の外周壁面に配置することが可能となった。

これにより、モータ４０から配線端子４５１が半径方向に突出され、これに応じるように制御装置５０からも配線端子５５１が突出され、モータ４０の配線端子４５１と制御装置５０の配線端子５５１とは、それぞれの接続機構４５と接続機構５５とにより配線端子４５１，５５１同志は互いに嵌め合い、機械的に固定され、電気的に接続されている。モータ４０と制御装置５０との間の配線は、配線端子４５１と配線端子５５１によるモータハウジング１０４の円周部分を介するのみになるため、簡易な構造で配線長を短くすることができ、高周波においても配線によるインダクタンスや抵抗を低減することができ、損失を低減することができる。電動過給機で問題となる高キャリア周波数でのスイッチングにおいて、この配線長が低減されることにより、インダクタンスを大幅に低減することができる。その結果、スイッチング時のサージ電圧が低減され、スイッチング損失を低減できるため、非常に有効である。このように、耐熱性を向上させ損失を低減できるため、電動過給機の性能、信頼性を向上することができる。

また、配線端子４５１，５５１を互いに嵌め合いによる接続機構４５，５５により接続することにより、モータステータ４０１と制御装置５０との間の配線を短くできるだけでなく、配線接続の組立作業性を大幅に改善できる効果もある。

次に、図２に電動過給機の冷却装置の冷却経路を示す。油冷により制御装置５０とハウジング１００及びモータ４０を含む冷却を必要とするすべてを冷却対象とし、冷却装置８００により循環させて冷却することにより、ラジエータ８０１やポンプ８０２などを冷却するための冷却装置を増やすことなく、冷却効果を高めることができる。この場合、冷却装置８００における冷却の経路は、上限温度が低い順にすることが好ましく、図２に示すように、制御装置５０、コンプレッサハウジング１０２、モータ４０、タービンハウジング１０１の順とすることで、不必要に放熱性を高める必要性がなくなるため経済的である。

電動過給機１に流れる冷却油の経路の一例を図３に示す。ポンプ８０２から送り出された冷却油８０は、まず、タービンハウジング１０１側に設けられた制御装置５０の入口８５１から制御装置５０内を循環、半導体素子７０やベース（基板）７２等を冷却し、制御装置５０の出口８５２から出て、制御装置５０に近い入口８１１からコンプレッサハウジング１０２に流入され、コンプレッサハウジング１０２内を循環してコンプレッサインペラ２０やコンプレッサ回転軸２１等を冷却する。続いて、冷却油８０は、制御装置５０とは逆側のモータハウジング１０４の側壁にあるコンプレッサハウジング１０２の出口及びモータハウジング１０４の入口８１２からモータハウジング１０４内及びモータ４０を循環、モータステータ４０１やモータロータ４００及び連結軸３０等を冷却後、制御装置５０側の側壁にあるモータハウジング１０４の出口及びタービンハウジング１０１の入口８２１からタービンハウジング１０１に流入され、タービンハウジング１０１内を循環、タービンインペラ１０やタービン回転軸１１等を冷却した後、出口８２２から排出される。

ここで使用する冷却油８０としては、植物油でもよいが、水と分離し難い鉱物油が好ましく、導電部と直接接触する場合には絶縁性の油を用いればよい。また、故障や定期的な点検時に制御装置５０を取り外す必要が生じた場合に、冷却油８０の油漏れを抑える必要があるが、入口８５１と出口８５２に開閉弁Ｖ１，Ｖ２を設けることにより作業性を損なうことなく実施することができる。

モータ４０の冷却部を複数に分ける場合は、ハウジング１０４とモータ４０の冷却部を交互に通って冷却すればよい。ただし、エンジンルーム内の搭載制約によっては、必ずしもこの順番にする必要はないが、よりラジエータを大型化させる必要性が生じる。

図４に制御装置の半導体素子の実装例を示す。半導体素子の配線は、ワイヤボンディングでもよいが、図４の実施例に示すように、半導体素子７０は、ベース７２上に形成された絶縁体７３、その上に形成されたアルミや銅などの導電体７４に、はんだや銀ペーストなどの接合材７５を用いて接合されている。さらに、半導体素子７０の配線として、接合材７６を介してリード７１を直接接合させることにより、放熱性を向上させることができ耐熱疲労性を向上させることができるため、耐熱性をさらに向上することができる。半導体素子７０やベース７２を冷却させるためにベース７２と制御装置ハウジング７７の空間に冷却油８０を循環させる。

ゲートのように接合面積が小さい配線が要求される場合には、図５に示す他の半導体素子の実装例のように、ゲートリード７８にバンプ７９を設けて半導体素子７０のゲートに接触、あるいは接続する構造にするとよい。さらに、好ましくは半導体素子７０及びゲートリード７８を樹脂材料で封止することにより、接合部の熱応力が低減され、更に耐熱疲労性を向上させることができる。半導体素子７０を封止する場合には、封止材のＴｇが使用環境温度よりも大きい高耐熱樹脂材を用いることにより耐熱性を向上することができる。

また、半導体素子７０とリード７１の接合材７６、あるいは半導体素子７０とベース７２との接合材７５には、熱膨張率がＳｉＣと近い材質を用いた方が耐熱疲労性が高いため望ましく、特に、インバー材を用いる方がよい。

制御装置５０の冷却構造は、半導体素子７０あるいは半導体素子７０を搭載した基板（ベース７２）に高熱伝導体であるアルミや銅などのヒートシンクを設置して冷媒である冷却油８０を流してもよく、さらに冷却効果を高めるためには、半導体素子７０あるいは半導体素子７０を搭載した基板７２に冷却油８０が直接触れるようにするとよく、半導体素子７０あるいは半導体素子７０を搭載した基板７２に密閉空間に設けて冷却油８０を流すようにするとよい。

モータステータ４０の配線端子４５１は、コンプレッサハウジング１０２に近い側に配置する方が、ハウジング１００の中では比較的温度が低いため好ましい。

制御装置５０には、インバータ回路があり、電源のプラス側とモータ４０に接続する上アーム用半導体素子７０２と、モータと電源のマイナス側に接続する下アーム用半導体素子７０１とを有し、上アーム用半導体素子７０２と下アーム用半導体素子７０１が軸方向に並べて配置されることが多い。図６に示すように、半導体素子７０１と７０２は、温度の低いコンプレッサ寄りに配置することで耐熱性を向上させることができる。

配線端子４５１は、モータステータ４０１の軸方向の端部に配線の終端をもってくることにより、ステータコアの構成上最も小型化できる。接続機構４５，５５は、図６に示すように嵌め合い構造として雄雌のコネクタで構成してもよく、ねじ止めであっても構わない。また、配線端子４５１，５５１自体に嵌め合いによる接続機構４５，５５の機能を持たせてもよく、例えば、制御装置５０に接続機構５５として端子台を設け、配線端子４５１に接続機構４５として貫通穴を開け、端子台にねじ止めしてもよい。制御装置５０は、接続機構４５，５５によりモータハウジング１０４に固定できるとよいが、耐震性を強化するためには、制御装置５０の４隅などに貫通穴を設け、モータハウジング１０４にねじ穴を設け、ねじ止めをして制御装置５０をモータハウジング１０４に固定するとよい。制御装置５０の取付け位置は、より低い温度であるコンプレッサハウジング１０２側にすることが好ましい。なお、制御装置５０がモータハウジング１０４より上側に配置された場合、モータハウジング１０４の熱が対流により制御装置５０に伝わり、制御装置５０の温度を上昇させる可能性があるため、制御装置５０はモータハウジング１０４より下側に配置することが好ましい。

このように、実施の形態１における過給機の電動過給機では、電力変換とモータの制御を行う制御装置を冷却油にて冷却することにより、半導体素子やコンデンサからの発熱を効率よく放散させることが可能となり、制御装置をモータハウジングの外周壁部に配置することにより、モータと制御装置間の配線の長さを最小限に抑え、配線によるインダクタンスを低減することができ、その結果、インバータのスイッチング損失を低減することができ電動過給機の性能を向上させることができるといった顕著な効果を奏するものである。

なお、モータが高回転であることと、制御装置の耐熱性を向上したことによりモータの温度は上昇し、磁石を用いている場合は減磁により出力が低下するため、好ましくは磁石レス構造のモータを使用することにより、温度上昇に対する耐性を高めることができる。

実施の形態２．
図７は、実施の形態２における電動過給機の制御装置の配置を示す略断面図である。
図７に示すように、実施の形態２における電動過給機１では、制御装置が制御装置５０ａ，５０ｂ，５０ｃの各相毎に３分割され、それぞれがモータハウジング１０４の外周壁面に放射状に配設されている点を除いて、他の構成要素は、図１で示す実施の形態１の電動過給機１と同様であるので説明を省略する。

実施の形態２では、モータステータ４０１の各相の配線端子４５１ａ，４５１ｂ，４５１ｃ（図示せず、図６の４５１と同様）と制御装置５０ａ，５０ｂ，５０ｃの配線端子５５１ａ，５５１ｂ，５５１ｃ（図示せず、図６の５５１と同様）とがそれぞれモータステータ４０１側の接続機構４５ａ，４５ｂ，４５ｃと制御装置５０側の５５ａ，５５ｂ，５５ｃを介して接続される。これにより、モータステータ４０１と制御装置５０を結ぶ配線長を短縮することができ、損失をさらに低減することができる。

このように、実施の形態２における電動過給機では、三相交流の相に合わせて制御装置を３分割してそれぞれモータハウジングの外周壁部に配置し、モータステータと制御装置を最短の配線長で接続することにより、配線によるインダクタンスを低減することができ、さらに損失を低減できることができるという顕著な効果がある。

実施の形態３．
図８は、実施の形態３における電動過給機の全体を示す模式断面図である。
図８に示すように、実施の形態３における電動過給機２では、空気を圧縮してエンジンに過給するコンプレッサインペラ２０と、コンプレッサインペラ２０を収容するコンプレッサハウジング１０１と、コンプレッサインペラ２０の回転軸２１に連結された連結軸３０と、連結軸３０に固定されたモータロータ４００とモータロータ４００を囲みモータハウジング１０４に固定されたモータステータ４０１とで構成されるモータ４０と、モータハウジング１０４の外周壁部に取り付けられた直流電力を交流電力に変換すると共にモータ４０を制御する制御装置５０と、モータ４０の配線の配線端子４５１と、制御装置５０の配線の配線端子５５１と、配線端子４５１と配線端子５５１とが嵌め合いにより接続される接続機構４５及び接続機構５５とにより構成されている。

実施の形態３の電動過給機２では、モータステータ４０１の界磁巻線に流れる電流により磁場が調整される三相交流モータ４０（以下、モータと称する）を持ち、コンプレッサインペラ２０の回転軸２１に繋がった連結軸３０上にあり、モータ４０によりコンプレッサインペラ２０を駆動させ過給圧を増大させる。実施の形態１と同様、モータ４０に電力を供給するバッテリ（図示せず）は、直流電源であり、例えば、制御装置５０の平滑コンデンサを備えたインバータ回路に電力が供給され、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれに接続された３対の(６つ)のパワーＭＯＳＦＥＴ、および界磁巻線の１対の(２つ)のパワーＭＯＳＦＥＴを制御回路からの制御信号に基づいてスイッチングして交流電力に変換され、モータステータ４０１の界磁巻線への供給電力を制御することでモータロータ４００を駆動させ、連結軸３０を回転させてコンプレッサインペラ２０を駆動させてエンジンへの過給を補助させている。

モータステータ４０１はモータロータ４００を囲むようにモータハウジング１０４に固定されている。また、モータ４０を制御する制御装置５０の配線端子５５１は、モータ４０からの配線端子４５１と電気的に接続され、電力源であるバッテリから供給された直流電力は交流電力に変換されて、モータ４０に供給される。

モータ４０からの配線端子４５１と制御装置５０の配線端子５５１との接続の詳細については、実施の形態１と同様であるので説明を省略する。

実施の形態３における冷却装置は、図２の実施の形態１の冷却装置８００の冷却経路からタービンハウジング１０１を除いたものであり、冷却効果を高めるため、上限温度が低い順にすることが好ましく、ラジエータ８０１、ポンプ８０２、制御装置５０、コンプレッサハウジング１０２、モータ４０の順に冷却油を循環させる。

実施の形態１と同様、制御装置５０に搭載される半導体素子７０には、耐熱性に優れたＳｉＣ（炭化珪素）により作られた半導体を用い、さらに、制御装置５０の冷却には、冷却油を用いた冷却方式を採用している。半導体素子７０には、高耐熱半導体素子であるＳｉＣが使われていることと、さらに、高温の冷却に適した冷却油による冷却方式が採用されたことにより、耐熱性を大幅に向上させることができるので、制御装置５０をモータハウジング１０４の外周壁面に配置することが可能となった。

このように、実施の形態３における電動過給機では、電力変換とモータの制御を行う制御装置を冷却油にて冷却することにより、半導体素子やコンデンサからの発熱を効率よく放散させることが可能となり、制御装置をモータハウジングの外周壁部に配置することにより、モータと制御装置間の配線の長さを最小限に抑え、配線によるインダクタンスを低減することができ、その結果、インバータのスイッチング損失を低減することができ電動過給機の性能を向上させることができるといった顕著な効果を奏するものである。また、エンジンからの排気ガスにより駆動するタービンインペラがないため、排ガスに起因する温度上昇を伴わないため、冷却系の冷却ポンプのサイズを小さくすることができ、電動過給機を小型化することができるという顕著な効果もある。

なお、制御装置５０に使用される半導体素子は、シリコン（Ｓｉ）を基材とした一般的な素子でもよいが、本発明では、炭化珪素（ＳｉC）や窒化ガリウム（ＧａN）、またはダイアモンドといったシリコンと比べてバンドギャップが広い、いわゆるワイドバンドギャップ半導体を適用した場合により一層の効果を発揮する。ワイドバンドギャップ半導体は、シリコン半導体によって形成された素子よりも電力損失が小さいため、インバータ回路における高効率化が可能であり、配線のインダクタンスの低減と半導体素子の電力損失の低減の点からも制御装置５０の効率化が実現できる。さらに、ワイドバンドギャップ半導体は、耐電圧性が高く、許容電流密度も高いためインバータ回路等の小型化が可能であり、制御装置５０の小型化が図れる。また、耐熱性が高く、高温動作も可能であることから、発熱体の近傍に設置することができ、ヒートシンク等も小型で済み放熱対策も容易である。

また、図において、同一符号は、同一または相当部分を示す。

１，２電動過給機
１０タービンインペラ
１１タービン回転軸
１００ハウジング
１０１タービンハウジング
１０２コンプレッサハウジング
１０４モータハウジング
２０コンプレッサインペラ
２１コンプレッサ回転軸
３０連結軸
４０モータ
４００モータロータ
４０１モータステータ
４５１，５５１配線端子
５０制御装置
７０半導体素子
８０冷却油
８００冷却装置

Claims

コンプレッサインペラと、
前記コンプレッサインペラの回転軸に連結され前記回転軸と共に回転する連結軸と、
前記連結軸に固定されたモータロータと、
前記モータロータを囲みモータハウジングに固定されたモータステータと、
前記モータハウジングの外周壁部に取り付けられ、直流電力を交流電力に変換すると共に前記モータロータ及び前記モータステータとで構成されるモータを制御する制御装置と、
前記制御装置を冷却油にて冷却する冷却装置と、
を備えたことを特徴とする電動過給機。
タービンインペラと、
一端が前記タービンインペラの回転軸に連結され、他端が前記コンプレッサインペラの回転軸に連結され、これらの回転軸と共に回転する連結軸と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電動過給機。
前記タービンインペラはタービンハウジングに収容され、前記コンプレッサインペラはコンプレッサハウジングに収容されており、前記冷却油は、前記制御装置内、前記コンプレッサハウジング内と前記モータハウジング内及び前記タービンハウジング内を順次循環されることを特徴とする請求項２に記載の電動過給機。
前記コンプレッサインペラはコンプレッサハウジングに収容されており、前記冷却油は、前記制御装置内と前記コンプレッサハウジング内及び前記モータハウジング内を順次循環されることを特徴とする請求項１に記載の電動過給機。
前記制御装置は、交流電力の相数に分割されており、前記分割された制御装置がそれぞれ前記モータハウジングの外周壁部に取り付けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電動過給機。
前記モータの設けられた配線端子と前記制御装置の設けられた配線端子とが嵌め合いにより接続されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の電動過給機。
前記制御装置に使用される半導体素子が、ワイドバンドギャプ半導体で構成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の電動過給機。
前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素、窒化ガリウム又はダイアモンドであることを特徴とする請求項７に記載の電動過給機。