JP2008121466A - 電動過給機 - Google Patents

Abstract

【課題】排熱を有効利用する電動過給機を提供する。
【解決手段】電動過給機は、ハウジング２５０と、ロータ２１２を支持するためのシャフト２１０と、シャフト２１０を回転可能に支持するためのベアリング２２２，２２４と、ハウジング２５０の内部に配置されている熱電素子１とを備える。熱電素子１は、低温側表面がハウジング２５０の内面に接するように配置され、高温側表面がシャフト２１０に向かうように配置されている。ロータ２１２は、ベアリング２２２，２２４に対向する端面２１２ａ，２１２ｂを有する。電動過給機は、ベアリング２２２，２２４に供給されたオイルがシャフト２１０を伝って端面２１２ａ，２１２ｂに導かれるように形成されている。電動過給機は、オイルが端面２１２ａ，２１２ｂで向きを変えて熱電素子１に向かうように形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、電動過給機に関する。

自動車用の内燃機関には自然吸気式エンジンと過給式エンジンとがある。過給式エンジンの過給機構としては、ターボチャージャと呼ばれる排気タービン駆動式のものと、スーパチャージャと呼ばれる機械駆動式のものとが実用化されている。ターボチャージャは、排気ガスのエネルギでタービンを回転させ、タービンと直結したコンプレッサで吸入空気を圧縮してエンジンに供給するものである。

ターボチャージャは、内燃機関の排気ガスを利用するため、内燃機関の回転数が低い排気エネルギが小さい状態では、十分な過給を行なうことができない。このため、電動機を配置して、電動機を併用してコンプレッサを回転させることにより、低回転域の過給圧を強制的に上昇させる電動過給機が検討されている。

特開昭６０−１９５３２９号公報においては、内燃機関の排気ガスエネルギによって駆動されるタービンと、タービンの駆動によってシリンダ内に吸気過給するコンプレッサとを備え、電動−発電機を有する内燃機関のターボチャージャが開示されている。この電動−発電機は、内燃機関の運転状態に応じて電動機または発電機として作用することが開示されている。

また、内燃機関においては、燃焼に伴う熱が発生する。このような発熱を発電に利用することが検討されている。

特開２０００−２８６４６９号公報においては、集熱側部材である集熱管と、冷却側部材との間に、熱電素子の一方側に高温側電極を設けるとともに、他方側に低温側電極を備えた熱電変換モジュールを、熱流方向に複数設置した発電装置が開示されている。
特開昭６０−１９５３２９号公報 特開２０００−２８６４６９号公報

コンプレッサを回転させるための電動機を備える電動過給機は、タービンの羽根車であるタービンホイールと、コンプレッサの羽根車であるコンプレッサホイールとを備える。タービンホイールおよびコンプレッサホイールは、シャフトに取り付けられている。電動機は、このシャフトを回転するように取り付けられている。

電動機に電気を供給することにより、電動機が駆動してコンプレッサホイールに回転力が付与される。この結果、内燃機関に対してより多くの空気を供給することができる。たとえば、自動車の発進時や追い越し加速時などには、エンジンの回転数が低い状態から高い状態に移行する。エンジンの回転数が低い状態においても電動機が駆動することにより十分な過給を行なうことができて加速性が向上する。

電動機においては、電気を供給して駆動することにより発熱する。また、電動機は、電気を供給しないときにおいても発電機となって発熱する。さらに、シャフトは、たとえば、１分間に数万回転〜数十万回転で回転する。このため、シャフトを支持する軸受けは発熱する。

このように、電動過給機は多くの熱を発する一方で、この熱は、排熱として大気中に放出されていた。または、この熱は、軸受けに供給される潤滑油に吸収され、潤滑油を介して大気中に放出されていた。

本発明は、排熱を有効利用する電動過給機を提供することを目的とする。

本発明における電動過給機は、ロータおよびステータを内部に配置するための筐体と、上記ロータを支持するためのシャフトと、上記筐体に支持され、上記シャフトを回転可能に支持するための軸受けとを備える。電動過給機は、上記筐体の内部に配置されている熱電素子を備える。上記熱電素子は、低温側表面および高温側表面を有する。上記熱電素子は、上記低温側表面が上記筐体の内面に接するように配置されている。上記熱電素子は、上記高温側表面が上記シャフトに向かうように配置されている。上記ロータは、上記軸受けに対向する端面を有する。電動過給機は、上記軸受けに潤滑油が供給されるように形成されている。電動過給機は、上記軸受けに供給された上記潤滑油が上記シャフトを伝って上記端面に導かれるように形成されている。電動過給機は、上記潤滑油が上記端面で向きを変えて上記高温側表面に向かうように形成されている。

上記発明において好ましくは、上記ステータは、コイルを含む。上記熱電素子は、上記高温側表面が上記コイルに接するように配置されている。

上記発明において好ましくは、上記筐体の上記内面の下部に接続された第１オイル排出路を備える。上記ステータは、コイルを含む。上記第１オイル排出路は、上記内面のうち上記コイルの下端よりも上側に接続されている。

上記発明において好ましくは、上記コイルの温度を測定するためのコイル温度測定装置を備える。上記潤滑油の温度を計測するための潤滑油温度測定装置を備える。上記筐体の内面の下部に接続されている第２オイル排出路を備える。上記第２オイル排出路の開閉を行なう開閉装置を備える。上記第２オイル排出路は、上記内面のうち上記コイルの下端よりも下側に接続されている。上記開閉装置は、上記コイルの温度が上記潤滑油の温度よりも低いときに、上記第２オイル排出路を開くように形成されている。

上記発明において好ましくは、上記筐体の内面のうち底部から突出する隔壁を有する。上記隔壁は、上記ステータを挟むように上記ステータの両側に配置されている。上記熱電素子は、上記隔壁同士の間に配置されている。上記隔壁は、上記熱電素子よりも高さが高くなるように形成されている。

本発明によれば、排熱を有効利用する電動過給機を提供することができる。

（実施の形態１）
図１から図６を参照して、実施の形態１における電動過給機について説明する。本実施の形態における電動過給機は、自動車のエンジンシステムに搭載されている。

図１は、本実施の形態におけるエンジンシステムの概略構成図である。本実施の形態におけるエンジンシステムは、内燃機関としてのエンジン１００と、電動過給機２００とを備える。また、本実施の形態におけるエンジンシステムは、インタークーラ１６２と、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１９０とを備える。

ＥＣＵ１９０は、車両に搭載された各種センサからの情報およびメモリに記憶されたマップおよびプログラムに基づいて演算処理を行なう。ＥＣＵ１９０は、エンジン１００および電動過給機２００が所望の運転状態となるように制御を行なう。制御装置としては、この形態に限られず、エンジン１００を制御するエンジンＥＣＵと、エンジンＥＣＵと双方向で通信可能に接続され、電動過給機２００を制御する過給機ＥＣＵとを含んでいても構わない。

吸気口１５０から吸入される空気は、エアクリーナ１５２を通る。エアクリーナ１５２は、空気をろ過する。エアクリーナ１５２によりろ過された空気は、吸気通路１５６を介して電動過給機２００に流入する。電動過給機２００に流入した空気はコンプレッサ２０２において圧縮された後に、吸気通路１６０を通ってインタークーラ１６２に流入する。

インタークーラ１６２は、コンプレッサ２０２において圧縮されて温度が上昇した空気を冷却する。具体的には、インタークーラ１６２は、外部の空気と熱交換することにより内部を流通する空気の温度を低下させる。冷却された空気の体積は、冷却前に比べて小さくなるため、より多くの空気がエンジン１００に送り込まれる。インタークーラ１６２により冷却された空気は、吸気通路１０２を通ってエンジン１００に吸入される。

吸気通路１０２の途中には、吸気通路１０２に流通する空気の流量を調整するスロットルバルブ１６６が配置されている。スロットルバルブ１６６は、スロットルモータ１６８により駆動される。スロットルモータ１６８は、ＥＣＵ１９０から受信する制御信号に応じて駆動する。

エンジン１００は、複数の気筒を備える。それぞれの気筒内には、紙面上下方向に摺動可能にピストン１１４が設けられている。ピストン１１４は、コンロッド１１６を介してクランクシャフト１２０に連結される。ピストン１１４、コンロッド１１６およびクランクシャフト１２０によりクランク機構が形成される。

ピストン１１４の上部においては、燃焼室１０８が形成されている。燃焼室１０８に向けて点火プラグ１１０と燃料噴射インジェクタ（図示せず）とが配置されている。点火プラグ１１０は、ＥＣＵ１９０の制御信号の受信に応じて点火する。

シリンダヘッドには、吸気通路１０２と排気通路１３０とがそれぞれ燃焼室１０８に接続するように設けられている。吸気通路１０２と燃焼室１０８との間には、吸気バルブ１０４が設けられる。排気通路１３０と燃焼室１０８との間には、排気バルブ１２８が設けられる。吸気バルブ１０４および排気バルブ１２８は、クランクシャフト１２０と連動して回転するカムシャフトにより駆動される。

吸気通路１０２を流通する空気は、ピストン１１４が下降するときに、吸気バルブ１０４が開かれて燃焼室１０８に吸引される。燃焼室１０８に流入する空気は、燃料噴射インジェクタから噴射された燃料と混合される。吸気バルブ１０４が閉じて、ピストン１１４が上死点付近まで上昇したときに点火プラグ１１０が点火して、空気と混合された燃料が燃焼する。燃焼による圧力によりピストン１１４が押し下げられる。このとき、ピストン１１４の上下運動がクランク機構を介してクランクシャフト１２０の回転運動に変換される。

ピストン１１４が下死点付近まで下降したときに、排気バルブ１２８が開く。ピストン１１４が再び上昇するときに、燃焼室１０８内で燃焼した空気、すなわち、排気ガスは、排気通路１３０に流入する。排気通路１３０に流入した空気は、電動過給機２００のタービン２０４を駆動させた後に、排気管１８０を流通して触媒１８２に導かれる。排気ガスは、触媒１８２により浄化された後に車外に排出される。

電動過給機２００は、筐体としてのハウジング２５０を備える。本実施の形態におけるハウジング２５０は、内部空間２５２を有する円筒形状である。内部空間２５２には、ロータ２１２およびステータ２１４が配置されている。

電動過給機２００は、コンプレッサ２０２を備える。コンプレッサ２０２は、コンプレッサハウジングを含む。コンプレッサ２０２は、コンプレッサハウジング内に配置されているコンプレッサホイール２０６を含む。コンプレッサホイール２０６は、羽根車形状に形成されている。コンプレッサホイールは、コンプレッサロータ、またはコンプレッサブレードなどとも呼ばれる。コンプレッサホイール２０６は、回転することによりエアクリーナ１５２によりろ過された空気を圧縮（過給）するように形成されている。

電動過給機２００は、タービン２０４を備える。タービン２０４は、タービンハウジングを含む。タービン２０４は、タービンハウジング内に配置されているタービンホイール２０８を含む。タービンホイール２０８は、羽根車形状に形成されている。タービンホイール２０８は、タービンロータ、またはタービンブレードなどとも呼ばれる。タービンホイール２０８は、エンジン１００の排気ガスにより回転するように形成されている。

電動過給機２００は、シャフト２１０を備える。シャフト２１０は、ハウジング２５０を貫通するように設けられる。シャフト２１０は、ハウジング２５０に固定された軸受けとしてのベアリング２２２，２２４により回転自在に支持されている。シャフト２１０の両端には、コンプレッサホイール２０６とタービンホイール２０８とがそれぞれ配置されている。電動過給機２００は、排気ガスによりタービンホイール２０８が回転するとコンプレッサホイール２０６も回転するように形成されている。

電動過給機２００は、回転電機２１６を備える。回転電機２１６は、たとえば、ブラシレスＤＣモータである。回転電機２１６は、電気を供給することにより回転力を出力して電動機になるように形成されている。また、回転電機２１６は、逆に回転力が入力されることにより回生運動を行なって発電機になるように形成されている。回転電機２１６は、コンプレッサ２０２とタービン２０４との間に配置されている。回転電機２１６は、シャフト２１０を回転させるように形成されている。

回転電機２１６は、ロータ２１２とステータ２１４とを含む。ロータ２１２は、シャフト２１０に固定される。ステータ２１４は、ハウジング２５０に固定されている。回転電機２１６には、インバータ１９３から電力が供給される。インバータ１９３は、ＥＣＵ１９０の制御信号に応じてバッテリからの直流の電気を交流の電気に変換する。ロータ２１２およびステータ２１４は、磁界を形成してシャフト２１０に回転力を付与する。

コンプレッサホイール２０６とベアリング２２４との間には、シール（図示せず）が配置される。シールは、ハウジング２５０に固定されている。シールは、内部空間２５２に存在するオイルまたはオイル供給通路２１８からベアリング２２４に供給されるオイルがコンプレッサホイール２０６の配置されている空間に漏出することを防止する。

また、タービンホイール２０８とベアリング２２２との間には、シール（図示せず）が配置される。シールは、ハウジング２５０に固定されている。シールは、内部空間２５２に存在するオイルまたはオイル供給通路２２０からベアリング２２２に供給されたオイルがタービンホイール２０８の配置されている空間に漏出することを防止する。

ハウジング２５０は、オイル供給通路２１８，２２０を含む。ベアリング２２２，２２４の作動部分には、オイル供給通路２１８，２２０を介して潤滑油としてのオイルが供給される。オイルは、ベアリング２２２，２２４の潤滑および回転電機２１６の温度を低下させる冷却媒体として機能する。オイルは、電動ポンプ１７０により供給される。電動ポンプ１７０は、ＥＣＵ１９０の制御信号を受信して作動する。

ベアリング２２２，２２４に供給されるオイルは、ハウジング２５０の内部空間２５２から排油通路２２１を通して排油される。オイルは、排油通路２２１に接続されている循環通路を介して電動ポンプ１７０まで流通する。この後に、オイルは、電動ポンプ１７０により、再びオイル供給通路２１８，２２０を介してベアリング２２２，２２４に供給される。

エンジン１００で、燃料と混合された空気が燃焼された後に生じる排気ガスは、排気通路１３０からタービン２０４に導かれる。排気ガスは、タービン２０４でタービンホイール２０８を回転させ、回転力がシャフト２１０に伝達される。

一方、エアクリーナ１５２によってろ過された空気は、吸気通路１５６を流通して、コンプレッサ２０２に導かれる。空気は、シャフト２１０と一体となって回転するコンプレッサホイール２０６によって圧縮（過給）されて、インタークーラ１６２に送られる。

ＥＣＵ１９０は、エンジン１００の低回転域において、コンプレッサ２０２が圧縮する空気が所望の過給圧に到達しない場合（たとえば、エンジン１００の回転数が予め定められた回転数以下である場合）に、インバータ１９３を介して回転電機２１６を駆動するように制御を行なう。回転電機２１６が駆動することにより、コンプレッサ２０２の過給圧が強制的に上昇する。電動ポンプ１７０は、ＥＣＵ１９０から受信する制御信号に応じて作動して、ベアリング２２２，２２４に対してオイルを供給する。

図２に、本実施の形態における電動過給機の拡大概略断面図を示す。本実施の形態における電動過給機は、ハウジング２５０に冷却水を流すための冷却管路２３０が形成されている。冷却管路２３０は、ハウジング２５０の周方向に沿って形成されている。冷却管路２３０は、内部空間２５２の形状に沿って内部空間２５２を取巻くように形成されている。冷却管路２３０は、シャフト２１０の回転軸４００の延びる方向に沿って延びるように形成されている。冷却管路２３０には、矢印３０４に示すように、冷却水が供給される。冷却管路２３０を冷却水が流れることにより、ハウジング２５０が冷却される。冷却水は、矢印３０５に示すように、冷却管路２３０から排出される。

ハウジング２５０のほぼ中央部分には、挿通穴が形成されている。この挿通穴には、ベアリング２２２，２２４が配置されている。この挿通穴には、シャフト２１０が挿通している。シャフト２１０は、回転軸４００を回転中心にして回転するように形成されている。シャフト２１０は、ベアリング２２２，２２４を介してハウジング２５０に支持されている。

ロータ２１２は、シャフト２１０に固定されている。本実施の形態におけるロータ２１２は、円筒状に形成されている。ロータ２１２は、円筒形状の延びる方向が回転軸４００に沿うように配置されている。ロータ２１２は、端面２１２ａ，２１２ｂを有する。それぞれの端面２１２ａ，２１２ｂは、ベアリング２２４，２２２に対向している。本実施の形態における端面２１２ａ，２１２ｂは、平面状に形成されている。端面２１２ａ，２１２ｂは、回転軸４００にほぼ垂直になるように形成されている。

本実施の形態におけるシャフト２１０は、スペーサ２１０ｃを含む。スペーサ２１０ｃは、シャフト２１０のコンプレッサホイール２０６の側の端部に配置されている。スペーサ２１０ｃは、円筒状に形成されている。シャフト２１０は、タービンホイール２０８の側の端部に当接部２１０ａを有する。当接部２１０ａは、ベアリング２２２が当接する部分である。スペーサ２１０ｃは、当接部２１０ｂを有する。当接部２１０ｂは、ベアリング２２４が当接する部分である。シャフト２１０の当接部２１０ａ，２１０ｂの表面は、ロータ２１２の端面２１２ａ，２１２ｂに向かって延びている。

ハウジング２５０には、ベアリング２２２，２２４に潤滑油を供給するためのオイル供給通路２１８，２２０が形成されている。オイルは、矢印３００に示すように、オイル供給通路２１８，２２０を通してベアリング２２２，２２４に供給される。

本実施の形態における電動過給機は、ベアリング２２２，２２４に供給されたオイルが、矢印３０１に示すように内部空間２５２に進むように形成されている。電動過給機は、オイルがシャフト２１０の回転軸４００に沿った向きに進行するように形成されている。電動過給機は、オイルがシャフト２１０を伝ってロータ２１２の端面２１２ａ，２１２ｂに向かうように形成されている。

図３に、本実施の形態におけるロータの端部の拡大概略斜視図を示す。図３は、コンプレッサホイールの側の端部の斜視図である。

本実施の形態におけるシャフト２１０のコンプレッサ側の端部には、スペーサ２１０ｃが配置されている。本実施の形態におけるロータ２１２の端面２１２ａには、曲面部２１２ｄが形成されている。曲面部２１２ｄは、断面形状が円弧状に形成されている。ロータ２１２の端面２１２ａおよびシャフト２１０は、シャフト２１０の表面を流れるオイルが、矢印３０６に示すように向きを変えるように形成されている。

ロータ２１２のタービン側の端部においては、スペーサの部分が一体的に形成されている点を除いて、コンプレッサ側の端部と同様の構成を有する。ロータ２１２のタービン側の端面２１２ｂにおいても曲面部が形成され、オイルの向きが変わるように形成されている。

図２を参照して、本実施の形態における電動過給機は、熱電素子１を備える。熱電素子１は、温度差により電気を発する素子である。熱電素子１は、たとえば、ペルチェ素子を含む。本実施の形態における熱電素子１は、板状に形成されている。熱電素子１は、ハウジング２５０の内部空間２５２に配置されている。熱電素子１は、内部空間２５２の壁面のうち、周方向に沿った壁面に配置されている。

熱電素子１は、低温側部材１ａと高温側部材１ｂとを有する。本実施の形態における熱電素子１は、低温側部材１ａと高温側部材１ｂとの間にペルチェ素子が配置されている。低温側部材１ａは、低温側表面を有する。熱電素子１は、低温側表面がハウジング２５０の内面に接するように配置されている。低温側表面は、冷却管路２３０と対向する内面に接触している。高温側部材１ｂは、高温側表面を有する。熱電素子１は、高温側表面が回転軸４００に向かうように配置されている。

ハウジング２５０には、排油通路２２１が形成されている。ハウジング２５０の内部空間２５２に流入するオイルは、矢印３０３に示すように、排油通路２２１から排出される。排油通路２２１は、内部空間２５２の底部に接続されている。本実施の形態においては、熱電素子１に開口部が形成され、この開口部を通じて内部空間２５２と排油通路２２１とが連通している。

図４に、本実施の形態における熱電素子に接続される電気回路図を示す。回転電機２１６は、バッテリ１９２からインバータ１９３を介して電気が供給される。インバータ１９３は、ＥＣＵ１９０によって制御されている。一方で、熱電素子１で発した電気は、ＤＣ−ＤＣコンバータ１９１で電圧が変換されて、バッテリ１９２に蓄電される。このように、本実施の形態においては、電動過給機で消費する電力を熱電素子で補うことができる。

図２を参照して、矢印３００に示すように流入するオイルは、ベアリング２２２，２２４で熱を奪う。ベアリング２２２，２２４を冷却したオイルは、矢印３０１に示すようにロータ２１２の端面２１２ａ，２１２ｂに向かう。オイルは、シャフト２１０の熱を奪うことができる。

図３を参照して、オイルは、矢印３０６に示すように、ロータ２１２の端面２１２ａの曲面部２１２ｄで向きを変える。ベアリング２２４からの排油は、矢印３０６に示すように、シャフト２１０の回転軸方向に沿って進行した後に曲面部２１２ｄに沿って向きを変える。オイルは、９０°向きを変えて、ロータ２１２の半径方向の外側に向かう。ロータ２１２の端面２１２ａに、曲面部２１２ｄが形成されていることによりオイルの向きを滑らかに変更することができる。オイルは、ロータ２１２の熱を奪う。

ロータ２１２は、ハウジング２５０の内部で回転するために冷却が困難である。しかしながら、本実施の形態においては、ベアリングを冷却した排油を用いて、ロータ２１２を効果的に冷却することができる。

図２を参照して、ロータ２１２の端面２１２ａ，２１２ｂで向きを変えたオイルは、矢印３０２で示すように、熱電素子１の高温側表面に向かう。熱電素子１に向かうオイルは高温になっている。本実施の形態においては、オイルがハウジング２５０の内面に接することを抑制でき、熱が奪われることを抑制することができる。高温のオイルは、熱電素子１のうち高温側部材１ｂの高温側表面に衝突する。このため、高温側部材１ｂの温度を、効率よく高くすることができる。

一方で、低温側部材１ａは、ハウジング２５０の内面に接触している。このため、低温側部材１ａを低温に保つことができる。さらに、本実施の形態においては、低温側部材１ａは、冷却管路２３０と対向するように配置されている。このため、低温側部材１ａを効率よく冷却することができる。

本実施の形態においては、高温側部材がオイルによって効果的に加熱され、低温側部材がハウジングによって効果的に冷却されている。このため、発電効率を高くすることができる。このように、本実施の形態における電動過給機は、排熱を有効に利用することができる。

本実施の形態においては、ハウジングの内部に冷却管路が形成されてハウジングが冷却されているが、この形態に限られず、冷却管路は形成されていなくてもよい。また、ハウジングを冷却するために、たとえば、ハウジングの外面に冷却フィンが配置されていても構わない。または、冷却管がハウジングを取巻くように配置されていても構わない。このように、ハウジング冷却装置を配置することにより、低温側部材を効果的に冷却することができて発電効率が向上する。

本実施の形態においては、オイルがロータの端面に衝突して向きを変える部分に曲面部が形成されているが、この形態に限られず、シャフトおよびロータは、オイルが向きを変えるように形成されていれば構わない。

図５に、本実施の形態における他のロータの端部の拡大概略斜視図を示す。他のロータとしてのロータ２３１は、端面２３１ａを有する。ロータ２３１の端面２３１ａにおいては、曲面部が形成されておらず、全体的に平面状である。シャフト２１０の表面とロータ２３１の端面２３１ａとは、ほぼ直角になるように形成されている。このようなロータ２３１においても、矢印３０７に示すように、ベアリングを冷却したオイルは、シャフト２１０に沿って進んだ後に端面２３１ａによって向きを変えることができる。

図６に、本実施の形態におけるさらに他のロータの端部の拡大概略斜視図を示す。さらに他のロータとしてのロータ２３２は、端面２３２ａを有する。端面２３２ａは、全体的に曲面状に形成されている。端面２３２ａは、シャフト２１０の表面から連続するように形成されている。オイルは、矢印３０８に示すように、端面２３２ａにおいて向きを変える。このように、ロータの端面全体を曲面状に形成しても、オイルの進行する向きを変えることができる。

本実施の形態における熱電素子は、ハウジングにおいて、周方向に沿った内面全体に配置されているが、この形態に限られず、たとえば、内部空間の壁面の一部に熱電素子が配置されていても構わない。また、本実施の形態における熱電素子は、板状に形成されているが、この形態に限られず、任意の形状の熱電素子を採用することができる。

本実施の形態における駆動装置は、エンジンのうち直噴エンジンを例に取り上げて説明したが、直噴エンジンに限定されるものではない。エンジンは、たとえば、ポート噴射型のエンジンであっても、ディーゼルエンジンであっても構わない。

また、本実施の形態における駆動装置は、ガソリンエンジンであるが、この形態に限られず、ディーゼルエンジンなどの任意のエンジンに対して本発明を適用することができる。また、駆動装置としてモータおよびエンジンを備えるいわゆるハイブリッド自動車にも本発明を適用することができる。

（実施の形態２）
図７および図８を参照して、実施の形態２における電動過給機について説明する。

図７は、本実施の形態における第１の電動過給機のハウジングの下部の拡大概略断面図である。

本実施の形態における第１の電動過給機においては、ハウジング２５０の周方向に延びる内面２５０ａに形成されている隔壁２６０を有する。隔壁２６０は、ハウジング２５０の内面２５０ａのうち、底部から突出するように形成されている。隔壁２６０は、内部空間２５２の下部に形成されている。

隔壁２６０は、ステータ２１４の両側に配置されている。隔壁２６０は、ステータ２１４を挟むように配置されている。隔壁２６０は、ハウジング２５０の内面のうちロータの半径方向に延びる内面２５０ｂから離れて配置されている。隔壁２６０は、隔壁２６０とステータ２１４との間に、オイルが溜まるように形成されている。ステータ２１４は、コイル２１４ａを含む。コイル２１４ａは、鉄心などの芯材に巻回されている。本実施の形態における隔壁２６０は、コイル２１４ａの下端よりも高さが高くなるように形成されている。

熱電素子１は、隔壁２６０同士の間に配置されている。隔壁２６０は、熱電素子１よりも高さが高くなるように形成されている。

本実施の形態における第１の電動過給機においては、オイルは、矢印３０２に示すように、ハウジング２５０の外側に向かって進行する。オイルは、隔壁２６０同士で挟まれる領域に溜まる。オイルは、隔壁２６０とステータ２１４との間の領域に溜まる。オイルは、油面が隔壁２６０の高さよりも高くなった場合には、隔壁２６０の外側に溢れて、排油通路２２１を通って排出される。

隔壁２６０が内面２５０ｂから離れて配置されることにより、貯留するオイルがハウジング２５０に接触することを回避することができ、オイルの温度が低下してしまうことを抑制できる。隔壁２６０とステータ２１４との間に貯留するオイルは、ステータ２１４の熱を奪うことができる。このため、オイルがさらに高温になり、高温側部材１ｂをより効果的に高温にすることができる。この結果、発電効率が向上する。

本実施の形態における隔壁２６０は、コイル２１４ａの下端よりも高さが高くなるように形成されているため、貯留するオイルとコイル２１４ａとが接触する。このため、コイル２１４ａで発する熱を効果的にオイルに伝熱することができる。

本実施の形態における電動過給機は、回転電機のうち、ステータの温度がロータの温度よりも高くなる回転電機において有用である。このような回転電機において、熱電素子の高温側表面に接するオイルを高温にすることができ、発電効率を向上させることができるとともに、ステータの冷却を効果的に行なうことができる。

図８に、本実施の形態における第２の電動過給機のハウジングの下部の拡大概略断面図を示す。第２の電動過給機においては、ハウジング２５０の内面２５０ａに、隔壁２６１が形成されている。隔壁２６１は、断面形状がＬ字型に形成されている。

隔壁２６１は、低温側部材１ａと接する部分が内側に向かって突出するように形成されている。この構成により、隔壁２６０の外側を流れるオイルなどにより、隔壁２６１を介して低温側部材１ａが加熱されることを抑制でき、低温側部材１ａを低温に保つことができる。この結果、発電効率が向上する。

本実施の形態における第１の電動過給機または第２の電動過給機のそれぞれにおいて、隔壁２６０，２６１とハウジング２５０の内面２５０ｂとの間に断熱材が充填されていても構わない。この構成により、隔壁２６０，２６１を介して低温側部材１ａに熱伝達することを抑制できる。この結果、低温側部材１ａの温度を低く保つことができて発電効率が向上する。

その他の構成、作用および効果については実施の形態１と同様であるのでここでは説明を繰返さない。

（実施の形態３）
図９を参照して、実施の形態３における電動過給機について説明する。

図９は、本実施の形態における電動過給機の概略断面図である。本実施の形態におけるステータ２１４は、コイル２１４ａを含む。本実施の形態においては、コイル２１４ａが高温側部材１ｂの高温側表面に接触するように形成されている。この構成を採用することにより、コイル２１４ａで発する熱を直接的に高温側部材１ｂに伝達することができ、高温側部材１ｂをより効率よく高温にすることができる。この結果、発電効率を向上させることができる。

本実施の形態における電動過給機は、特にコイルの熱を効果的に奪うことができるため、ロータの温度よりもコイルの温度が高温になる電動過給機に有用である。

その他の構成、作用および効果については、実施の形態１または２と同様であるのでここでは説明を繰返さない。

（実施の形態４）
図１０および図１１を参照して、実施の形態４における電動過給機について説明する。

図１０は、本実施の形態における第１の電動過給機の概略断面図である。第１の電動過給機においては、ハウジング２５０に、第１オイル排出路としての排油通路２２５が形成されている。排油通路２２５は、ハウジング２５０の内面のうち熱電素子１よりも高い位置に接続されている。排油通路２２５は、ハウジング２５０の内面２５０ｂの下部に接続されている。排油通路２２５は、ステータ２１４のコイル２１４ａの下端よりも上側に接続されている。排油通路２２５は、コイル２１４ａの少なくとも一部がオイル３に浸るように接続されている。

本実施の形態における電動過給機は、ハウジング２５０の内部空間２５２の下部にオイル３を貯留することができる。内部空間２５２に貯留するオイル３を、コイル２１４ａに接触させることができる。この構成により、コイル２１４ａの熱をさらに効率よく高温側部材１ｂに伝達することができる。

図１１は、本実施の形態における第２の電動過給機のハウジングの下部の拡大概略断面図である。第２の電動過給機においては、ハウジング２５０の内面のうち、周方向に延びる内面２５０ａから立設するように形成された隔壁２６０を有する。隔壁２６０は、ハウジング２５０の内面のうち、ロータの半径方向に沿って延びる内面２５０ｂから離れて配置されている。この構成により、コイル２１４ａに接触するオイルがハウジング２５０により冷やされることを回避でき、高温側部材１ｂに接触するオイルの温度を高くすることができる。

本実施の形態における電動過給機は、特にコイルの熱を効果的に奪うことができるため、ロータの温度よりもコイルの温度が高温になる電動過給機に有用である。

その他の構成、作用および効果については、実施の形態１から３のいずれかと同様であるので、ここでは説明を繰返さない。

（実施の形態５）
図１２および図１３を参照して、実施の形態５における電動過給機について説明する。

図１２は、本実施の形態における電動過給機のハウジングの下部の第１の概略断面図である。本実施の形態における電動過給機は、ハウジング２５０の内面２５０ａから立設するように形成されている隔壁２６２を有する。隔壁２６２は、高さがコイル２１４ａの上端よりも高くなるように形成されている。

ハウジング２５０には、第１オイル排出路としての排油通路２２５が形成されている。排油通路２２５は、ハウジング２５０の内面２５０ｂに接続されている。排油通路２２５は、コイル２１４ａの上端よりも高い位置に接続されるように形成されている。

本実施の形態における電動過給機は、第２オイル排出路としての排油通路２２６を有する。排油通路２２６は、内部空間２５２の底部に接続されている。排油通路２２６は、ハウジング２５０の内面のうち、コイル２１４ａの下端よりも下側に接続されている。

排油通路２２６には、開閉装置としての電磁弁２２９が配置されている。電磁弁２２９は、排油通路２２６の開閉を行なうことができるように形成されている。本実施の形態における電磁弁２２９は、コイル２１４ａの温度がオイル３の温度よりも低いときに開くように形成されている。

本実施の形態における電動過給機は、コイル２１４ａの温度を測定するためのコイル温度測定装置２７０を備える。また、電動過給機は、オイル３の温度を測定するための潤滑油温度測定装置２７１を備える。潤滑油温度測定装置２７１は、内部空間２５２の底部に貯留するオイル３の温度を測定できるように形成されている。潤滑油温度測定装置２７１は、隔壁２６２同士の間に貯留するオイル３の温度を測定できるように形成されている。

図１２は、コイルの温度がオイルの温度以上のときの概略断面図である。コイル２１４ａの温度がオイル３の温度以上になる状態とは、たとえば、回転電機に電気が供給され駆動しているときの状態である。このような時には、コイル２１４ａが大きく発熱する。電磁弁２２９は閉状態である。オイル３は排油通路２２５の高さまで貯留する。オイル３の油面が排油通路２２５に達すると、オイルは排油通路２２５を通って排出される。

このように、コイル２１４ａの温度が高温のときには、電磁弁２２９を閉じることにより、コイル２１４ａがオイル３に浸かる状態にする。コイル２１４ａの熱をオイル３で奪うことができる。オイル３の温度は上昇して、熱電素子１の高温側部材１ｂをより高温にすることができる。

本実施の形態における電動過給機の排油通路２２５および隔壁２６２は、オイルの油面がロータ２１２の下端よりも下側に位置するように形成されている。すなわちオイルが貯留したときに油面がロータ２１２に接触しないように形成されている。この構成により、ロータ２１２がオイル３に接触して、引きずり損失が生じることを防止できる。

本実施の形態における隔壁２６２は、コイル２１４ａの全体がオイル３に浸るように形成されているが、この形態に限られず、コイル２１４ａの少なくとも一部がオイル３に浸るように形成されていれば構わない。

図１３は、本実施の形態における電動過給機のハウジングの下部の第２の概略断面図である。図１３は、第２オイル排出路に配置された電磁弁が開状態の概略断面図である。

コイル２１４ａの温度が隔壁２６２同士の間のオイル３の温度より低い場合には、電磁弁２２９が開状態になる。たとえば、回転電機に電気が供給されずに連れ回っているときに、コイル２１４ａの発熱量が小さい場合がある。このような場合には、コイル２１４ａの温度はオイル３の温度より低くなる。

オイル３は、電磁弁２２９が開状態になることにより、矢印３０９に示すように排油通路２２６を通って排出される。オイル３は、ロータ２１２の端面から直接的に熱電素子１に向かう。この構成により、オイル３がステータ２１４に接触して、オイル３の熱がステータ２１４に奪われることを抑制でき、熱電素子１の高温側部材１ｂを効率よく高温にすることができる。

本実施の形態においては、排油通路に開閉装置として電磁弁が配置されているが、この形態に限られず、開閉装置は、第２オイル排出通路の開閉を行なうように形成されていれば構わない。または、開閉装置においては、第２オイル排出通路の開度を調整できるように形成されていても構わない。

本実施の形態における電動過給機は、電動過給機の内部に貯留するオイルの量を調整することができる。この結果、電動過給機の外部に存在するオイルの量を調整することができる。たとえば、電動過給機のベアリングに供給するオイルとしては、トルクを増幅するための変速機等のオイルを供給することができる。電動過給機の内部のオイルの量を調整することにより、変速機の内部に存在するオイルの量を調整することができる。

本実施の形態における電動過給機は、発電効率を考慮して内部に貯留するオイルの量が定められるが、この形態に限られず、内部に貯留するオイルの量は、発電効率と電動過給機の外部のオイル量とを総合的に判断することにより定められても構わない。

その他の構成、作用および効果については、実施の形態１から４のいずれかと同様であるのでここでは説明を繰返さない。

上述のそれぞれの図において、同一または相当する部分には、同一の符号を付している。また、それぞれの実施の形態の特徴部分を適宜組み合わせることができる。

なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

実施の形態１におけるエンジンシステムの概略構成図である。 実施の形態１における電動過給機の概略断面図である。 実施の形態１におけるロータの端部の概略斜視図である。 実施の形態１における電気回路の概略図である。 実施の形態１における他のロータの端部の概略斜視図である。 実施の形態１におけるさらに他のロータの端部の概略斜視図である。 実施の形態２における第１の電動過給機下部の概略断面図である。 実施の形態２における第２の電動過給機下部の概略断面図である。 実施の形態３における電動過給機の概略断面図である。 実施の形態４における第１の電動過給機の概略断面図である。 実施の形態４における第２の電動過給機の下部の概略断面図である。 実施の形態５における電動過給機の下部の第１の概略断面図である。 実施の形態５における電動過給機の下部の第２の概略断面図である。

符号の説明

１ 熱電素子、１ａ 低温側部材、１ｂ 高温側部材、３ オイル、１００ エンジン、１０２ 吸気通路、１０４ 吸気バルブ、１０８ 燃焼室、１１０ 点火プラグ、１１４ ピストン、１１６ コンロッド、１２０ クランクシャフト、１２８ 排気バルブ、１３０ 排気通路、１５０ 吸気口、１５２ エアクリーナ、１５６，１６０ 吸気通路、１６２ インタークーラ、１６６ スロットルバルブ、１６８ スロットルモータ、１７０ 電動ポンプ、１８０ 排気管、１８２ 触媒、１９０ ＥＣＵ、１９１ ＤＣ−ＤＣコンバータ、１９２ バッテリ、１９３ インバータ、２００ 電動過給機、２０２ コンプレッサ、２０４ タービン、２０６ コンプレッサホイール、２０８ タービンホイール、２１０ シャフト、２１０ａ，２１０ｂ 当接部、２１０ｃ スペーサ、２１２，２３１，２３２ ロータ、２１２ａ，２１２ｂ，２３１ａ，２３２ａ 端面、２１２ｄ 曲面部、２１４ ステータ、２１４ａ コイル、２１６ 回転電機、２１８，２２０ オイル供給通路、２２１，２２５，２２６ 排油通路、２２２，２２４ ベアリング、２２９ 電磁弁、２３０ 冷却管路、２５０ ハウジング、２５０ａ，２５０ｂ 内面、２５２ 内部空間、２６０〜２６２ 隔壁、２７０ コイル温度測定装置、２７１ 潤滑油温度測定装置、３００〜３０９ 矢印、４００ 回転軸。

Claims (5)

1. ロータおよびステータを内部に配置するための筐体と、
   前記ロータを支持するためのシャフトと、
   前記筐体に支持され、前記シャフトを回転可能に支持するための軸受けと、
   前記筐体の内部に配置されている熱電素子と
   を備え、
   前記熱電素子は、低温側表面および高温側表面を有し、
   前記熱電素子は、前記低温側表面が前記筐体の内面に接するように配置され、
   前記熱電素子は、前記高温側表面が前記シャフトに向かうように配置され、
   前記ロータは、前記軸受けに対向する端面を有し、
   前記軸受けに潤滑油が供給されるように形成され、
   前記軸受けに供給された前記潤滑油が前記シャフトを伝って前記端面に導かれるように形成され、
   前記潤滑油が前記端面で向きを変えて前記高温側表面に向かうように形成されている、電動過給機。
2. 前記ステータは、コイルを含み、
   前記熱電素子は、前記高温側表面が前記コイルに接するように配置されている、請求項１に記載の電動過給機。
3. 前記筐体の前記内面の下部に接続された第１オイル排出路を備え、
   前記ステータは、コイルを含み、
   前記第１オイル排出路は、前記内面のうち前記コイルの下端よりも上側に接続されている、請求項１または２に記載の電動過給機。
4. 前記コイルの温度を測定するためのコイル温度測定装置と、
   前記潤滑油の温度を計測するための潤滑油温度測定装置と、
   前記筐体の内面の下部に接続されている第２オイル排出路と、
   前記第２オイル排出路の開閉を行なう開閉装置と
   を備え、
   前記第２オイル排出路は、前記内面のうち前記コイルの下端よりも下側に接続され、
   前記開閉装置は、前記コイルの温度が前記潤滑油の温度よりも低いときに、前記第２オイル排出路を開くように形成されている、請求項３に記載の電動過給機。
5. 前記筐体の内面のうち底部から突出する隔壁を有し、
   前記隔壁は、前記ステータを挟むように前記ステータの両側に配置され、
   前記熱電素子は、前記隔壁同士の間に配置され、
   前記隔壁は、前記熱電素子よりも高さが高くなるように形成されている、請求項１から４のいずれかに記載の電動過給機。

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