[go: up one dir, main page]

WO2025022708A1 - 電動過給機 - Google Patents

電動過給機 Download PDF

Info

Publication number
WO2025022708A1
WO2025022708A1 PCT/JP2024/009403 JP2024009403W WO2025022708A1 WO 2025022708 A1 WO2025022708 A1 WO 2025022708A1 JP 2024009403 W JP2024009403 W JP 2024009403W WO 2025022708 A1 WO2025022708 A1 WO 2025022708A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
compressor
gap region
radial position
motor case
electric supercharger
Prior art date
Application number
PCT/JP2024/009403
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
達身 猪俣
良介 湯本
海 飯嶋
Original Assignee
株式会社Ihi
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社Ihi filed Critical 株式会社Ihi
Publication of WO2025022708A1 publication Critical patent/WO2025022708A1/ja

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/04—Engines with exhaust drive and other drive of pumps, e.g. with exhaust-driven pump and mechanically-driven second pump
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B39/00—Component parts, details, or accessories relating to, driven charging or scavenging pumps, not provided for in groups F02B33/00 - F02B37/00

Definitions

  • This disclosure relates to an electric supercharger.
  • this disclosure describes an electric supercharger that suppresses the transfer of heat from the compressor to the motor.
  • the electric supercharger is an electric supercharger that includes a compressor, a motor unit having a motor case joined to the compressor in the direction of the rotation axis and that applies torque to the impeller of the compressor, and a gap region is provided at the joint between the compressor and the motor case, where the compressor and the motor case face each other in the direction of the rotation axis with a gap therebetween.
  • This disclosure makes it possible to provide an electric supercharger that suppresses the transfer of heat from the compressor to the motor section.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an electric supercharger according to an embodiment.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing a part of the electric supercharger shown in FIG. 1 .
  • 4 is a view of a joint surface of a motor case joined to a compressor as viewed from the axial direction.
  • FIG. 13 is a view showing a modified example of a joint surface of a motor case joined to a compressor, as viewed from the axial direction.
  • the gist of this disclosure is as follows: [1] to [7].
  • An electric supercharger comprising a compressor and a motor section having a motor case joined to the compressor in the direction of the rotation axis and applying torque to an impeller of the compressor, wherein a gap area is provided at the joint between the compressor and the motor case, where the compressor and the motor case face each other in the direction of the rotation axis with a gap therebetween.
  • the turbine 2 side of the electric supercharger 1 (left side in FIG. 1) may be simply referred to as the “turbine side,” and the compressor 3 side (right side in FIG. 1) may be simply referred to as the “compressor side.”
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing an electric supercharger 1
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing an enlarged portion of the electric supercharger.
  • the electric supercharger 1 of this embodiment is an electrically assisted turbocharger mounted on a fuel cell vehicle.
  • the electric supercharger 1 supplies the compressed air it generates to a fuel cell stack 91, increasing the amount of oxygen involved in the chemical reaction in the fuel cell stack 91.
  • the electric supercharger 1 includes a turbine 2 and a compressor 3.
  • the electric supercharger 1 further includes a motor unit 20 provided between the turbine 2 and the compressor 3, and an inverter unit 30 that supplies power to the motor unit 20.
  • the turbine 2 includes a turbine housing 4 and a turbine impeller 6 housed in the turbine housing 4.
  • the turbine housing 4 includes a scroll 12 extending circumferentially around the turbine impeller 6.
  • the turbine housing 4 also includes an exhaust gas inlet 8 and an exhaust gas outlet 10.
  • the compressor 3 includes a compressor housing 5 and a compressor impeller 7 housed in the compressor housing 5.
  • the compressor housing 5 includes a scroll 13 extending circumferentially around the compressor impeller 7.
  • the compressor housing 5 also includes an intake port 9 and a discharge port 11.
  • the compressor 3 has a centrifugal compressor structure, and the compressor impeller 7 discharges air introduced axially from the intake port 9 radially outward toward the scroll 13.
  • the electric supercharger 1 also includes a rotating shaft 15 that connects the turbine impeller 6 and the compressor impeller 7. That is, the turbine impeller 6 is provided on one end of the rotating shaft 15, and the compressor impeller 7 is provided on the other end of the rotating shaft 15.
  • the turbine impeller 6, the rotating shaft 15, and the compressor impeller 7 integrally form a rotating body 19 that rotates around the rotation axis H.
  • the motor section 20 includes a motor 21 and a motor case 23 that houses the motor 21.
  • the motor 21 is, for example, a brushless AC motor, and includes a rotor 27, which is a rotor, and a stator 29, which is a stationary part.
  • the rotor 27 is fixed to the rotating shaft 15, and is located between the turbine impeller 6 and the compressor impeller 7.
  • the stator 29 is disposed so as to surround the periphery of the rotor 27, and is fixed to the motor case 23.
  • the rotating shaft 15 also passes through the motor case 23 in the axial direction.
  • the motor case 23 is provided with a pair of radial bearings 42, 43 that support the rotating shaft 15.
  • the radial bearing 42 on the turbine side is located between the motor 21 and the turbine impeller 6.
  • the radial bearing 43 on the compressor side is located between the motor 21 and the compressor impeller 7.
  • the motor case 23 is also provided with a thrust bearing 45 for the rotating shaft 15.
  • the thrust bearing 45 is located between the radial bearing 43 and the compressor impeller 7.
  • the radial bearings 42, 43 and the thrust bearing 45 are air bearings.
  • the inverter unit 30 is connected to the motor unit 20 via a connector 31.
  • the inverter unit 30 includes an inverter case 33 arranged on the outside of the motor case 23, and an inverter body 35 and a bus bar 37 housed within the inverter case 33.
  • the inverter body 35 is electrically connected to the stator 29 of the motor 21 via the bus bar 37 and the connector 31.
  • exhaust gas discharged from the fuel cell stack 91 flows into the turbine housing 4 through the exhaust gas inlet 8.
  • the exhaust gas then flows into the turbine impeller 6 through the scroll 12, causing the turbine impeller 6 to rotate around the rotation axis H.
  • the exhaust gas then flows out of the turbine housing 4 through the exhaust gas outlet 10.
  • the compressor impeller 7 rotates via the rotating shaft 15.
  • the rotating compressor impeller 7 draws in outside air through the intake port 9. This air passes through the compressor impeller 7 and the scroll 13, is compressed, and is discharged from the discharge port 11.
  • the compressed air discharged from the discharge port 11 is supplied to the fuel cell stack 91 described above.
  • the motor 21 applies torque to the rotating shaft 15 to make up for the deficiency. That is, when a current is supplied from the inverter body 35 to the coil of the stator 29, a magnetic field is generated around the stator 29, and this magnetic field exerts a circumferential force on the permanent magnet of the rotor 27, resulting in the application of torque to the rotating shaft 15.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing the vicinity of the joint 50.
  • FIG. 3 is a view of the joint surface 23a of the motor case 23 joined to the compressor 3, viewed from the axial direction.
  • the compressor 3 includes a diffuser plate 51 in addition to the compressor housing 5 and compressor impeller 7 described above.
  • the diffuser plate 51 is located between the compressor housing 5 and the motor case 23.
  • the diffuser plate 51 is joined to the turbine side of the compressor housing 5 and to the compressor side of the motor case 23.
  • a diffuser 53 is formed in the radially outer region of the compressor impeller 7, and is sandwiched in the axial direction between the diffuser plate 51 and the compressor housing 5.
  • the material of the diffuser plate 51 is, for example, a metal with low thermal conductivity, such as stainless steel. In this embodiment, the material of the diffuser plate 51 is stainless steel.
  • the motor case 23 is fitted with the aforementioned radial bearing 43 and thrust bearing 45 located around the rotating shaft 15.
  • a cooling air flow path 55 is formed in the motor case 23.
  • the cooling air flow path 55 connects the outside of the motor case 23 with the bearing housing space 52.
  • the bearing housing space 52 is a space housing the radial bearing 43 and thrust bearing 45.
  • the cooling air flow path 55 circulates cooling air sent to the radial bearing 43 and thrust bearing 45 from a cooling air source (not shown) outside the motor section 20.
  • the radial bearing 43 and thrust bearing 45 are cooled by this cooling air. After passing through the radial bearing 43 and thrust bearing 45, this cooling air passes through the inside of the motor case 23 and is finally discharged from the exhaust gas outlet 10 together with the exhaust gas of the turbine 2.
  • the motor case 23 is provided with a cooling water flow path 56 (see FIG. 1).
  • the cooling water flow passage 56 is formed in a spiral shape inside the outer wall of the motor case 23, and cools the motor 21 by flowing cooling water sent from an external cooling water source (not shown).
  • the joint 50 between the diffuser plate 51 and the motor case 23 has a gap region 57 where the diffuser plate 51 and the motor case 23 face each other in the axial direction with a gap G between them. More specifically, in the joint 50, the diffuser plate 51 and the motor case 23 are joined with the joint surface 23a of the motor case 23 in contact with the joint surface 51a of the diffuser plate 51. In addition, a recess 59 is present in the joint surface 23a of the motor case 23. The recess 59 is formed by a partial area of the joint surface 23a being slightly recessed toward the turbine side.
  • the bottom surface 59a of the recess 59 forms a plane perpendicular to the axial direction and faces the joint surface 51a of the diffuser plate 51 in the axial direction with the above-mentioned gap G between them.
  • the size of the gap G is, for example, about 1 mm.
  • the area of the joint 50 where the recess 59 exists is the above-mentioned gap region 57.
  • the recess 59 is shown hatched in FIG. 3.
  • the gap region 57 When viewed from the axial direction, the gap region 57 extends in a band shape in the circumferential direction with a predetermined radial width along an arc centered on the rotation axis H. When viewed from the axial direction, the gap region 57 is provided at a position that does not overlap with the cooling air flow path 55.
  • the radial position of the outermost portion 57a of the gap region 57 is on the outer side of the radial position 61 of the outlet of the diffuser 53.
  • the radial position of the outermost portion 57a is on the inner side of the radial position 62 of the outermost portion of the scroll 13 of the compressor 3.
  • the radial position of the outermost portion 57a may be the same as the radial position 61 of the outlet of the diffuser 53, or may be the same as the radial position 62 of the outermost portion of the scroll 13 of the compressor 3.
  • the radial position 61 of the outlet of the diffuser 53 is on the inner side of the radial position of the outermost portion 57a of the gap region 57, and is on the outer side of the radial position of the innermost portion 57b of the gap region 57.
  • the axial flow passage width of the diffuser 53 is constant on the inner side of the radial position 63, and the axial flow passage width of the diffuser 53 becomes wider from the radial position 63 toward the outlet (radial position 61) of the diffuser 53.
  • the radial position 63 is on the inner side of the radial position of the outermost portion 57a of the gap region 57, and is on the outer side of the radial position of the innermost portion 57b of the gap region 57.
  • an O-ring 67 is placed near the outermost periphery of the joint 50 and sandwiched between the diffuser plate 51 and the motor case 23. This O-ring 67 prevents compressed air and the like from leaking to the outside through the joint 50.
  • the outermost periphery 57a of the gap region 57 is located on the inner side of the position of this O-ring 67.
  • the projected area of the gap region 57 projected in the axial direction is 40% or more of the projected area of the entire joint 50 projected in the axial direction.
  • the projected area of the entire joint 50 is the combined projected area of the gap region 57 and the projected area of all parts where the diffuser plate 51 and the motor case 23 are in contact.
  • the projected area of the gap region 57 corresponds to the area of the hatched portion (recess 59) in FIG. 3.
  • the gap region 57 may be divided into multiple parts in the circumferential direction. In the example of FIG. 4, the gap region 57 is divided into two parts in the circumferential direction, but the gap region 57 may be divided into three or more parts.
  • the diffuser plate 51 of the compressor 3 and the motor case 23 of the motor section 20 are joined in the axial direction at the joint 50.
  • heat is generated by adiabatic compression of the air. If a large amount of this heat is conducted to the motor section 20, it can cause the temperature of the motor 21 to rise, and the operating performance of the motor 21 can be reduced due to the heat. It also increases the load on the cooling system, including the cooling air flow path 55 and the cooling water flow path 56.
  • a gap region 57 is provided at the joint 50 where the diffuser plate 51 and the motor case 23 face each other in the rotation direction with a gap G between them.
  • the presence of this gap G reduces heat transfer from the diffuser plate 51 to the motor case 23, that is, suppresses the transfer of heat from the compressor 3 to the motor section 20. This suppresses the deterioration of the continuous operating performance of the motor 21 due to temperature.
  • the load on the cooling system for cooling the motor section 20 can be reduced.
  • the above-mentioned effects can be efficiently obtained.
  • the transfer of heat from the compressor 3 to the motor section 20 is suppressed even in the area where the diffuser plate 51 and the motor case 23 are in contact.
  • the radial position 61 of the outlet of the diffuser 53 is on the inner side of the radial position of the outermost peripheral portion 57a of the gap region 57, and is on the outer side of the radial position of the innermost peripheral portion 57b of the gap region 57.
  • the gap region 57 exists so as to straddle the above-mentioned radial position 61, which can become particularly hot, so that the heat transfer from the diffuser plate 51 to the motor case 23 is further efficiently reduced.
  • the radial position 63 where the air compressed by the compressor 3 is theoretically at the highest pressure is located on the inner side of the radial position of the outermost portion 57a of the gap region 57, and is also on the outer side of the radial position of the innermost portion 57b of the gap region 57.
  • the gap region 57 exists so as to straddle the above-mentioned radial position 63, which theoretically can become particularly high pressure and high temperature, so that the heat transfer from the diffuser plate 51 to the motor case 23 is further efficiently reduced.
  • the gap region 57 is provided in a position that does not overlap the cooling air flow passage 55 when viewed from the axial direction, so that the thickness of the motor case 23 in the portion where the cooling air flow passage 55 is provided can be sufficiently ensured. Furthermore, in this portion, there is no gap region 57 and the diffuser plate 51 and the motor case 23 are in contact, but most of the heat transferred from the diffuser plate 51 to the motor case 23 is removed by the cooling air passing through the cooling air flow passage 55.
  • a recess 59 is formed in the joint surface 23a of the motor case 23 to provide the gap region 57, but a recess may also be formed in the joint surface 51a of the diffuser plate 51 to provide the gap region.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Supercharger (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

電動過給機は、コンプレッサと、コンプレッサに軸方向に接合されたモーターケースを有しコンプレッサインペラにトルクを付与するモーター部と、を備える電動過給機であり、コンプレッサとモーターケースとの接合部には、コンプレッサとモーターケースとが隙間をあけて軸方向に対面する隙間領域が設けられている。

Description

電動過給機
　本開示は、電動過給機に関するものである。
　従来から、コンプレッサと、コンプレッサのインペラにトルクを付与するモーター部と、が回転軸線方向に接続された構造の電動過給機が知られている（下記特許文献１参照。）。この種の電動過給機では、コンプレッサにおいて気体の断熱圧縮による熱が発生し、この熱の一部が、コンプレッサからモーター側に伝導する。
特開2009-024576号公報
　しかしながら、コンプレッサから多くの熱がモーター側に伝導すると、モーターの温度上昇の原因になり、モーターの運転性能が熱により低下する可能性がある。また、コンプレッサからの熱は、最終的にはモーターを冷却する冷却システムによって処理されるので、当該冷却システムの負荷を増大させる。そこで、本開示は、コンプレッサからモーター部への熱の移動を抑制する電動過給機を説明する。
　本開示の一態様に係る電動過給機は、コンプレッサと、前記コンプレッサに回転軸線方向に接合されたモーターケースを有し前記コンプレッサのインペラにトルクを付与するモーター部と、を備える電動過給機であって、前記コンプレッサと前記モーターケースとの接合部には、前記コンプレッサと前記モーターケースとが隙間をあけて前記回転軸線方向に対面する隙間領域が設けられている、電動過給機である。
　本開示によれば、コンプレッサからモーター部への熱の移動を抑制する電動過給機を提供することができる。
実施形態に係る電動過給機を示す断面図である。 図１の電動過給機の一部を拡大して示す断面図である。 コンプレッサと接合されるモーターケースの接合面を軸方向から見た図である。 コンプレッサと接合されるモーターケースの接合面の変形例を軸方向から見た図である。
　本開示の要旨は以下の〔１〕～〔７〕に存する。
〔１〕　コンプレッサと、前記コンプレッサに回転軸線方向に接合されたモーターケースを有し前記コンプレッサのインペラにトルクを付与するモーター部と、を備える電動過給機であって、前記コンプレッサと前記モーターケースとの接合部には、前記コンプレッサと前記モーターケースとが隙間をあけて前記回転軸線方向に対面する隙間領域が設けられている、電動過給機。
〔２〕　前記隙間領域の最外周の部分の径方向位置は、前記コンプレッサのディフューザー出口の径方向位置と同じ又は当該ディフューザー出口の径方向位置よりも外周側であり、且つ、前記コンプレッサのスクロールの最外周部の径方向位置と同じ又は当該最外周部の径方向位置よりも内周側である、〔１〕に記載の電動過給機。
〔３〕　前記コンプレッサのディフューザー出口の径方向位置が、前記隙間領域の最外周の部分の径方向位置よりも内周側であり、且つ前記隙間領域の最内周の部分の径方向位置よりも外周側である、〔１〕又は〔２〕に記載の電動過給機。
〔４〕　前記隙間領域は、周方向に複数に分割されて存在している、〔１〕～〔３〕の何れか１項に記載の電動過給機。
〔５〕　前記回転軸線方向に投影した前記隙間領域の投影面積は、前記回転軸線方向に投影した前記接合部全体の投影面積の40％以上である、〔１〕～〔４〕の何れか１項に記載の電動過給機。
〔６〕　前記モーターケースには、当該モーターケースの外部と、前記モーター部の軸受が収容された空間と、を連通し、前記軸受を冷却する冷却空気が流通する冷却空気流路が形成されており、前記回転軸線方向から見て、前記隙間領域は前記冷却空気流路に重複しない位置に設けられている、〔１〕～〔５〕の何れか１項に記載の電動過給機。
〔７〕　前記コンプレッサは、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との間にディフューザーを形成するとともに、前記接合部で前記モーターケースに接合されたディフューザープレートと、を有し、前記ディフューザープレートはステンレス製である、〔１〕～〔６〕の何れか１項に記載の電動過給機。
　以下、本開示の実施形態に係る電動過給機１について、図面を参照しながら説明する。図面において同一又は同等の要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。なお、図面では特徴部分が適宜誇張して図示される場合があるので、各部位の寸法比が各図間で一致しない場合がある。また、以下の説明において、単に「軸方向」、「径方向」、「周方向」というときには、電動過給機１の回転軸１５の回転軸線方向（回転軸線Ｈ方向）、回転径方向、及び回転周方向をそれぞれ意味するものとする。また、回転軸線Ｈ方向において、電動過給機１のタービン２側（図１において左側）を単に「タービン側」と言い、コンプレッサ３側（図１において右側）を単に「コンプレッサ側」と言う場合がある。
　図１は、電動過給機１を示す断面図であり、図２は、その一部を拡大して示す断面図である。本実施形態の電動過給機１は、燃料電池車に搭載される電動アシスト型のターボチャージャーである。電動過給機１は、生成した圧縮空気を燃料電池スタック９１に供給し燃料電池スタック９１での化学反応に関わる酸素量を増加させる。
　電動過給機１は、タービン２とコンプレッサ３とを備えている。電動過給機１は、更に、タービン２とコンプレッサ３との間に設けられたモーター部２０を備えるとともに、当該モーター部２０に電力を供給するインバーター部３０を備えている。
　タービン２は、タービンハウジング４と、タービンハウジング４に収納されたタービンインペラ６と、を備えている。タービンハウジング４は、タービンインペラ６の周囲において周方向に延びるスクロール１２を有している。また、タービンハウジング４には、排気ガス流入口８及び排気ガス流出口１０が設けられている。コンプレッサ３は、コンプレッサハウジング５と、コンプレッサハウジング５に収納されたコンプレッサインペラ７と、を備えている。コンプレッサハウジング５は、コンプレッサインペラ７の周囲において周方向に延びるスクロール１３を有している。また、コンプレッサハウジング５には、吸入口９及び吐出口１１が設けられている。コンプレッサ３は遠心圧縮機の構造をなすものであり、コンプレッサインペラ７は、吸入口９から軸方向に導入した空気をスクロール１３に向けて径方向外側に排出する。
　また、電動過給機１はタービンインペラ６とコンプレッサインペラ７とを連結する回転軸１５を備えている。すなわち、回転軸１５の一端にはタービンインペラ６が設けられ、回転軸１５の他端にはコンプレッサインペラ７が設けられている。タービンインペラ６、回転軸１５及びコンプレッサインペラ７が一体として回転軸線Ｈ周りに回転する回転体１９を構成する。
　モーター部２０は、モーター２１と、モーター２１を収納するモーターケース２３と、を備えている。モーター２１は、例えばブラシレスの交流電動機であり、回転子であるローター２７と、固定子であるステーター２９とを備えている。ローター２７は、回転軸１５に固定されており、タービンインペラ６とコンプレッサインペラ７との間に位置している。ステーター２９は、ローター２７の周囲を囲むように配置され、モーターケース２３に固定されている。
　また、モーターケース２３には、回転軸１５が軸方向に貫通している。回転軸１５の各貫通部分において、モーターケース２３には、回転軸１５を支持する一対のラジアル軸受４２，４３が設けられている。タービン側のラジアル軸受４２は、モーター２１とタービンインペラ６との間に位置している。コンプレッサ側のラジアル軸受４３は、モーター２１とコンプレッサインペラ７との間に位置している。また、モーターケース２３には、回転軸１５のスラスト軸受４５が設けられている。スラスト軸受４５はラジアル軸受４３とコンプレッサインペラ７との間に位置している。ラジアル軸受４２，４３及びスラスト軸受４５は、空気軸受である。
　インバーター部３０は、コネクター３１を介してモーター部２０に接続されている。インバーター部３０は、モーターケース２３の外側に配置されたインバーターケース３３と、インバーターケース３３内に収容されたインバーター本体３５及びバスバー３７と、を備えている。インバーター本体３５は、バスバー３７とコネクター３１とを介してモーター２１のステーター２９に電気的に接続されている。
　この電動過給機１においては、燃料電池スタック９１から排出された排気ガスが、排気ガス流入口８を通じてタービンハウジング４内に流入する。その後、排気ガスは、スクロール１２を通じてタービンインペラ６に流入し、タービンインペラ６を回転軸線Ｈ周りに回転させる。その後、排気ガスは、排気ガス流出口１０を通じてタービンハウジング４外に流出する。タービンインペラ６が上記のように回転すると、回転軸１５を介してコンプレッサインペラ７が回転する。回転するコンプレッサインペラ７は、吸入口９を通じて外部の空気を吸入する。この空気が、コンプレッサインペラ７及びスクロール１３を通過して圧縮され吐出口１１から吐出される。吐出口１１から吐出された圧縮空気は、前述の燃料電池スタック９１に供給される。
　回転軸１５のトルクが不足する場合には、不足を補うべくモーター２１が回転軸１５にトルクを付与する。すなわち、インバーター本体３５からステーター２９のコイルに電流が供給されることでステーター２９周りに磁場が発生し、この磁場によってローター２７の永久磁石に周方向の力が作用し、その結果、回転軸１５にトルクが付与される。
　続いて、コンプレッサ３とモーター部２０との接合部５０近傍の構造について説明する。図２は、当該接合部５０近傍を拡大して示す断面図であり。図３は、コンプレッサ３と接合されるモーターケース２３の接合面２３ａを軸方向から見た図である。コンプレッサ３は、前述のコンプレッサハウジング５とコンプレッサインペラ７とに加えて、ディフューザープレート５１を備えている。ディフューザープレート５１は、コンプレッサハウジング５とモーターケース２３との間に位置している。ディフューザープレート５１は、コンプレッサハウジング５のタービン側に接合されるとともに、モーターケース２３のコンプレッサ側に接合されている。コンプレッサインペラ７の径方向外側の領域には、ディフューザープレート５１とコンプレッサハウジング５とで軸方向に挟まれたディフューザー５３が形成される。ディフューザープレート５１の材料としては、例えばステンレス等の熱伝導性が低い金属が採用される。本実施形態におけるディフューザープレート５１の材料はステンレスである。
　モーターケース２３には回転軸１５の周囲に位置する前述のラジアル軸受４３とスラスト軸受４５とが取付けられている。モーターケース２３には冷却空気流路５５が形成されている。冷却空気流路５５は、モーターケース２３の外部と、軸受収容空間５２と、を連通する。軸受収容空間５２は、ラジアル軸受４３及びスラスト軸受４５が収容された空間である。冷却空気流路５５は、モーター部２０の外部の冷却空気源（図示せず）からラジアル軸受４３及びスラスト軸受４５に送られる冷却空気を流通させる。この冷却空気によってラジアル軸受４３及びスラスト軸受４５が冷却される。この冷却空気は、ラジアル軸受４３及びスラスト軸受４５を通過した後、モーターケース２３の内部を通過し、最終的にはタービン２の排気ガスと一緒に排気ガス流出口１０から排出される。なお、モーター２１を冷却するための他の構造として、モーターケース２３には冷却水流路５６（図１参照）が設けられている。冷却水流路５６は、モーターケース２３の外壁部内に螺旋状に形成されており、外部の冷却水源（図示せず）から送られる冷却水を流動させることで、モーター２１を冷却する。
　ディフューザープレート５１とモーターケース２３との接合部５０には、ディフューザープレート５１とモーターケース２３とが隙間Ｇをあけて軸方向に対面する隙間領域５７が設けられている。より詳細には、接合部５０においては、モーターケース２３の接合面２３ａがディフューザープレート５１の接合面５１ａに接触する状態で、ディフューザープレート５１とモーターケース２３とが接合されている。また、モーターケース２３の接合面２３ａには凹部５９が存在している。凹部５９は、接合面２３ａの一部の領域が僅かにタービン側に窪むことで形成されている。凹部５９の底面５９ａは、軸方向に直交する平面をなし、ディフューザープレート５１の接合面５１ａに対して上記隙間Ｇをあけて軸方向に対面している。隙間Ｇの大きさは例えば約１ｍｍである。接合部５０のうち上記のような凹部５９が存在する領域が、上記の隙間領域５７である。凹部５９は、図３中にハッチングを付して示されている。
　隙間領域５７は、軸方向から見て、回転軸線Ｈを中心とする円弧に沿って、所定の径方向幅をもって周方向に帯状に延びている。隙間領域５７は、軸方向から見て、冷却空気流路５５に重複しない位置に設けられている。隙間領域５７の最外周部分５７ａの径方向位置は、ディフューザー５３の出口の径方向位置６１よりも外周側である。また、最外周部分５７ａの径方向位置は、コンプレッサ３のスクロール１３の最外周部の径方向位置６２よりも内周側である。最外周部分５７ａの径方向位置は、ディフューザー５３の出口の径方向位置６１と同じであってもよく、コンプレッサ３のスクロール１３の最外周部の径方向位置６２と同じであってもよい。
　また、ディフューザー５３の出口の径方向位置６１は、隙間領域５７の最外周部分５７ａの径方向位置よりも内周側であり、且つ隙間領域５７の最内周部分５７ｂの径方向位置よりも外周側である。
　また、ディフューザー５３内には、理論的に、圧縮される空気が最も高圧になる箇所が存在する。この箇所の径方向位置を図２に示されるように符号６３で表すと、径方向位置６３よりも内周側においてはディフューザー５３の軸方向の流路幅は一定であり、径方向位置６３からディフューザー５３の出口（径方向位置６１）に向かうに従って、ディフューザー５３の軸方向の流路幅は広くなっていく。当該径方向位置６３は、隙間領域５７の最外周部分５７ａの径方向位置よりも内周側であり、且つ隙間領域５７の最内周部分５７ｂの径方向位置よりも外周側である。
　また、接合部５０の最外周近傍には、ディフューザープレート５１とモーターケース２３との間に挟み込まれたＯリング６７が設置されている。このＯリング６７によって接合部５０を通じた外部への圧縮空気等の漏洩が防止される。隙間領域５７の最外周部分５７ａは、このＯリング６７の位置よりも内周側に位置している。
　軸方向に投影した隙間領域５７の投影面積は、軸方向に投影した接合部５０全体の投影面積の40％以上であることが好ましい。この場合の接合部５０全体の投影面積とは、隙間領域５７の投影面積と、ディフューザープレート５１とモーターケース２３とが接しているすべての部分の投影面積と、を合わせた投影面積である。また、上記の隙間領域５７の投影面積は、図３におけるハッチング部分（凹部５９）の面積に対応する。また、図４に示されるように、隙間領域５７は、周方向に複数に分割されて存在していてもよい。図４の例では、隙間領域５７は、周方向に２つに分割されているが、隙間領域５７は、３つ以上に分割されてもよい。
　以上説明した電動過給機１による作用効果について説明する。この電動過給機１では、コンプレッサ３のディフューザープレート５１と、モーター部２０のモーターケース２３と、が接合部５０において軸方向に接合されている。コンプレッサ３においては、空気の断熱圧縮により熱が発生する。この熱がモーター部２０に多く伝導すると、モーター２１の温度上昇の原因になり、モーター２１の運転性能が熱により低下する可能性がある。また、冷却空気流路５５や冷却水流路５６を含む冷却システムの負荷を増大させる。
　これに対し、電動過給機１では、接合部５０において、ディフューザープレート５１とモーターケース２３とが隙間Ｇをあけて転方向に対面する隙間領域５７が設けられている。この隙間Ｇの存在により、ディフューザープレート５１からモーターケース２３への伝熱が低減され、すなわち、コンプレッサ３からモーター部２０への熱の移動が抑制される。従って、温度に起因するモーター２１の連続運転性能の低下が抑制される。また、モーター部２０を冷却するための冷却システムの負荷を低減することができる。
　また、軸方向に投影した隙間領域５７の投影面積を、前述のように、軸方向に投影した接合部５０全体の投影面積の40％以上とすることで、上記の作用効果を効率的に得ることができる。
　また、ディフューザープレート５１の材料として、前述のように、例えばステンレス等の熱伝導性が低い金属を採用することで、ディフューザープレート５１とモーターケース２３とが接触している部分においても、コンプレッサ３からモーター部２０への熱の移動が抑制される。
　ここで、コンプレッサ３内の圧縮空気の圧力は、ディフューザー５３の出口の径方向位置６１の近傍の箇所において最大になる。従って、空気の断熱圧縮に起因する温度も、径方向位置６１の近傍の箇所で最高になると考えられる。これに対して、隙間領域５７の最外周部分５７ａの径方向位置は、ディフューザー５３の出口の径方向位置６１よりも外周側であり、スクロール１３の最外周部の径方向位置６２よりも内周側である。このように、上記径方向位置６１が特に高温になり得るところ、隙間領域５７は径方向位置６１の箇所を超える位置まで外周側に広がっている。このことにより、ディフューザープレート５１からモーターケース２３への伝熱が更に効率よく低減される。
　また、ディフューザー５３の出口の径方向位置６１は、隙間領域５７の最外周部分５７ａの径方向位置よりも内周側であり、且つ隙間領域５７の最内周部分５７ｂの径方向位置よりも外周側である。このように、特に高温になり得る上記径方向位置６１の箇所を径方向に跨ぐように隙間領域５７が存在することで、ディフューザープレート５１からモーターケース２３への伝熱が更に効率よく低減される。
　また、理論的にコンプレッサ３で圧縮される空気が最も高圧になる箇所の径方向位置６３は、隙間領域５７の最外周部分５７ａの径方向位置よりも内周側であり、且つ隙間領域５７の最内周部分５７ｂの径方向位置よりも外周側である。このように、理論的に、特に高圧になり高温になり得る上記径方向位置６３の箇所を径方向に跨ぐように隙間領域５７が存在することで、ディフューザープレート５１からモーターケース２３への伝熱が更に効率よく低減される。
　また、仮に、冷却空気流路５５と凹部５９とが軸方向に重ねてモーターケース２３に設けられると、冷却空気流路５５と凹部５９の底面５９ａとの間が肉薄になってしまう。これに対し、電動過給機１では、軸方向から見て、隙間領域５７が冷却空気流路５５に重複しない位置に設けられているので、冷却空気流路５５が設けられた部分のモーターケース２３の肉厚を十分に確保することができる。また、当該部分においては、隙間領域５７が無くディフューザープレート５１とモーターケース２３とが接触しているが、ディフューザープレート５１からモーターケース２３へ移動した熱の多くは冷却空気流路５５を通過する冷却空気によって除去される。
　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。また、上述した実施形態に記載されている技術的事項を利用して、変形例を構成することも可能である。各実施形態等の構成を適宜組み合わせて使用してもよい。例えば、実施形態では、モーターケース２３の接合面２３ａに凹部５９が形成されることで隙間領域５７が設けられているが、ディフューザープレート５１の接合面５１ａに凹部が形成されることで隙間領域が設けられてもよい。
１　電動過給機
３　コンプレッサ
２０　モーター部
２３　モーターケース
５０　接合部
５１　ディフューザープレート
５３　ディフューザー
５５　冷却空気流路
５７　隙間領域
５７ａ　最外周部分
５７ｂ　最内周部分
６１　ディフューザーの出口の径方向位置
６２　スクロールの最外周部の径方向位置
Ｇ　隙間
Ｈ　回転軸線

 

Claims (7)

  1. 　コンプレッサと、
    　前記コンプレッサに回転軸線方向に接合されたモーターケースを有し前記コンプレッサのインペラにトルクを付与するモーター部と、を備える電動過給機であって、
    　前記コンプレッサと前記モーターケースとの接合部には、
    　前記コンプレッサと前記モーターケースとが隙間をあけて前記回転軸線方向に対面する隙間領域が設けられている、電動過給機。
  2. 　前記隙間領域の最外周の部分の径方向位置は、
    　前記コンプレッサのディフューザー出口の径方向位置と同じ又は当該ディフューザー出口の径方向位置よりも外周側であり、且つ、
    　前記コンプレッサのスクロールの最外周部の径方向位置と同じ又は当該最外周部の径方向位置よりも内周側である、請求項１に記載の電動過給機。
  3. 　前記コンプレッサのディフューザー出口の径方向位置が、前記隙間領域の最外周の部分の径方向位置よりも内周側であり、且つ前記隙間領域の最内周の部分の径方向位置よりも外周側である、請求項１に記載の電動過給機。
  4. 　前記隙間領域は、周方向に複数に分割されて存在している、請求項１に記載の電動過給機。
  5. 　前記回転軸線方向に投影した前記隙間領域の投影面積は、前記回転軸線方向に投影した前記接合部全体の投影面積の40％以上である、請求項１に記載の電動過給機。
  6. 　前記モーターケースには、当該モーターケースの外部と、前記モーター部の軸受が収容された空間と、を連通し、前記軸受を冷却する冷却空気が流通する冷却空気流路が形成されており、
    　前記回転軸線方向から見て、前記隙間領域は前記冷却空気流路に重複しない位置に設けられている、請求項１に記載の電動過給機。
  7. 　前記コンプレッサは、
    　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との間にディフューザーを形成するとともに、前記接合部で前記モーターケースに接合されたディフューザープレートと、を有し、
    　前記ディフューザープレートはステンレス製である、請求項１に記載の電動過給機。

     
PCT/JP2024/009403 2023-07-26 2024-03-11 電動過給機 WO2025022708A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2023-121410 2023-07-26
JP2023121410 2023-07-26

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2025022708A1 true WO2025022708A1 (ja) 2025-01-30

Family

ID=94374214

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2024/009403 WO2025022708A1 (ja) 2023-07-26 2024-03-11 電動過給機

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2025022708A1 (ja)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007040255A (ja) * 2005-08-05 2007-02-15 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 電動機付過給機
JP2018193858A (ja) * 2017-05-12 2018-12-06 株式会社豊田自動織機 電動過給機
EP3726063A1 (en) * 2019-04-15 2020-10-21 BorgWarner Inc. Fluid-cooled electrically driven compressor and stator housing therefor
WO2022044764A1 (ja) * 2020-08-24 2022-03-03 株式会社Ihi 電動過給機
JP2022106499A (ja) * 2021-01-07 2022-07-20 株式会社豊田自動織機 電動過給機

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007040255A (ja) * 2005-08-05 2007-02-15 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 電動機付過給機
JP2018193858A (ja) * 2017-05-12 2018-12-06 株式会社豊田自動織機 電動過給機
EP3726063A1 (en) * 2019-04-15 2020-10-21 BorgWarner Inc. Fluid-cooled electrically driven compressor and stator housing therefor
WO2022044764A1 (ja) * 2020-08-24 2022-03-03 株式会社Ihi 電動過給機
JP2022106499A (ja) * 2021-01-07 2022-07-20 株式会社豊田自動織機 電動過給機

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111295521B (zh) 离心压缩机
US11143204B2 (en) Air compressor
JP6888688B2 (ja) 遠心圧縮機
JP6610779B2 (ja) 過給機
CN105041685B (zh) 具有双向液态冷却剂通路的电马达驱动压缩机
JP4941782B2 (ja) 電動過給機
JP6579649B2 (ja) ディフューザの壁を形成する遮熱材を有する、電気モーター駆動圧縮機
US20110243762A1 (en) Motor-driven centrifugal compressor
JP2010196478A (ja) 電動アシスト過給機の冷却構造
US11261879B2 (en) Fluid machine
US11598221B1 (en) Turbo fluid machine
CN218563933U (zh) 壳体
WO2025022708A1 (ja) 電動過給機
CN119030195A (zh) 旋转电机的定子以及电动压缩机
US11859629B2 (en) Turbo fluid machine
JP2014050133A (ja) ロータ、電動機及び過給機
US12117041B2 (en) Turbo fluid machine
US20250163935A1 (en) Electric compressor
JP7494951B2 (ja) 電動過給機
WO2025009234A1 (ja) 電動過給機
US12258876B2 (en) Electric turbocharger with cooling passages
JP7435901B2 (ja) モータロータ及び過給機
WO2024180690A1 (ja) 遠心圧縮機
JP2024057185A (ja) 遠心圧縮機
WO2024201822A1 (ja) 電動圧縮機

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 24845093

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1