电动压缩机和冷却系统的制造方法与工艺

文档序号:11174045
电动压缩机和冷却系统的制造方法与工艺
本发明涉及搭载于燃料电池车的电动压缩机和冷却系统。

背景技术:
以往已知具备以燃料电池作为电源进行驱动的行驶用马达且通过行驶用马达的驱动来行驶的燃料电池车(例如,参见日本特开2015-159005号公报)。搭载于燃料电池车的燃料电池通过从储氢罐供给的氢与空气中的氧的化学反应进行发电。从吸入车外的空气并排放压缩后的空气的电动压缩机向燃料电池供给空气。电动压缩机例如具备旋转轴、使旋转轴旋转的电动马达、随着旋转轴的旋转而旋转来压缩空气的压缩部以及收容这些部件的壳体。电动马达具备固定于旋转轴的转子和固定于壳体的定子。定子具备定子铁芯和卷绕于定子铁芯的线圈。在燃料电池车中,根据加速器位置(节气门开度)控制在行驶用马达中流动的电流。成为行驶用马达的电源的燃料电池与加速器位置对应地进行发电。为了使燃料电池发电,从电动压缩机向燃料电池供给与加速器位置相对应的流量的空气。然而,针对搭载于燃料电池车的电动压缩机,要求提高加速器位置变更时的响应性,即,在加速器位置变更时,迅速向燃料电池供给与变更后的加速器位置相对应的流量的空气。如果为了提高电动压缩机的响应性而将使旋转轴旋转的电动马达设定为高输出化,则在线圈流动的电流增大,电动马达的发热量增大。

技术实现要素:
本发明的目的在于提供能够冷却电动马达的电动压缩机和冷却系统。实现上述目的电动压缩机搭载于燃料电池车,向燃料电池供给空气。所述燃料电池车包括行驶用马达、成为所述行驶用马达的电源的所述燃料电池、以及具有对空调用制冷剂进行压缩的电动式空调用压缩机和蒸发器的空调装置。所述电动压缩机包括:旋转轴;电动马达,其使所述旋转轴旋转;压缩部,其随着所述旋转轴的旋转而旋转,由此压缩空气;壳体,其具有收容有所述电动马达的马达室和收容有所述压缩部的压缩室;以及密封部件,其限制流体在所述马达室与所述压缩室之间流通。所述壳体包括:吸入口,其用于将通过所述蒸发器后且到达所述空调用压缩机前的所述空调用制冷剂即低温制冷剂吸入所述马达室;和排出口,其用于将从所述吸入口吸入到所述马达室的所述低温制冷剂从所述马达室排出。根据该结构,通过限制流体在马达室与压缩室之间流通,能够在马达室和压缩室流通不同种类的流体。通过蒸发器后且到达空调用压缩机前的空调用制冷剂即低温制冷剂在马达室中从吸入口向排出口流通。由此,能够直接实施低温制冷剂和电动马达之间的热交换,冷却电动马达。优选,所述壳体进一步包括:划分壁,其划分出所述马达室;和水套,其覆盖所述划分壁的外侧的至少一部分,由此在与所述划分壁之间划分出供冷却水流通的通路。根据该结构,通过使冷却水在通路流通而在划分壁和冷却水之间进行热交换。划分出马达室的划分壁与电动马达之间实施热交换,因此能够经由划分壁间接地实施冷却水与电动马达之间的热交换。因此,能够通过使低温制冷剂在马达室流通来冷却电动马达,也能够通过使冷却水在通路流通来冷却电动马达。优选,所述壳体包括分隔壁部,其分隔所述马达室和所述压缩室,并且具有插通有所述旋转轴的贯通孔。根据该结构,即使借助具有贯通孔的分隔壁部分隔马达室和压缩室,也能够由密封部件限制流体经由贯通孔流通。实现上述目的冷却系统搭载于燃料电池车,对设置于所述电动压缩机的电动马达进行冷却。所述燃料电池车包括行驶用马达、成为所述行驶用马达的电源的燃料电池、包括对空调用制冷剂进行压缩的电动式空调用压缩机和蒸发器的空调装置、以及向所述燃料电池供给空气的所述电动压缩机。冷却系统包括:旋转轴;所述电动马达,其使所述旋转轴旋转;压缩部,其随着所述旋转轴的旋转而旋转,由此压缩空气;壳体,其具有收容有所述电动马达的马达室和收容有所述压缩部的压缩室;以及密封部件,其限制流体在所述马达室和所述压缩室之间的流通。所述壳体包括:吸入口,其用于将通过所述蒸发器后且到达所述空调用压缩机前的所述空调用制冷剂即低温制冷剂吸入到所述马达室;和排出口,其用于将从所述吸入口吸入到所述马达室的所述低温制冷剂从所述马达室排出。所述冷却系统进一步包括:吸入配管,其连接所述蒸发器和所述吸入口;排出配管,其连接所述排出口和所述空调用压缩机;以及切换部,其对是否使所述低温制冷剂经由所述吸入配管流通到所述吸入口进行切换。如上所述,通过使低温制冷剂在马达室流通,能够冷却电动马达。然而,为了获得低温制冷剂而需要驱动空调用压缩机。为了驱动空调用压缩机而要消耗电力,因此假如无论电动马达的发热量为多少都始终使低温制冷剂在马达室内流通,则会消耗大量电力。与此相对,根据本结构,能够由切换部对是否使低温制冷剂流通到马达室进行切换。因此,可以不为了获得低温制冷剂而始终驱动空调用压缩机,从而能够抑制电力消耗。优选,所述电动马达包括定子铁芯和卷绕于该定子铁芯的线圈。所述冷却系统进一步包括控制部,该控制部控制所述切换部,使得在基于所述线圈流动的电流、所述线圈的温度以及所述燃料电池车的运转状况中的至少一个所规定的条件即所述线圈的温度容易升高的条件成立的情况下,所述低温制冷剂经由所述吸入配管流通到所述吸入口。根据该结构,只要在线圈的温度容易升高的条件成立的情况下,驱动空调用压缩机即可,能够抑制电力消耗。优选,所述条件是在所述线圈流动的电流超过预先规定的电流阈值的电流条件和所述线圈的温度超过预先规定的温度阈值的温度条件中的至少一个。根据该结构,仅在电流条件和温度条件中的至少一个条件成立的情况下,低温制冷剂流通到马达室。因此,在线圈流动的电流为电流阈值以下的情况下、线圈的温度为温度阈值以下的情况下,可以不为了获得低温制冷剂而驱动空调用压缩机,能够抑制电力消耗。优选,所述壳体进一步包括:划分壁,其划分出所述马达室;和水套,其覆盖所述划分壁的外侧的至少一部分,由此在与所述划分壁之间划分出供冷却水流通的通路。所述冷却系统进一步包括:通路连接配管,其对搭载于所述燃料电池车的散热器和所述通路进行连接;和冷却水流通切换部,其对是否使所述冷却水经由所述通路连接配管流通到所述通路进行切换。根据该结构,能够对是否使冷却水流通到通路进行切换,并且能够根据需要,对是否由冷却水对电动马达实施冷却进行切换。优选,所述电动马达包括定子铁芯和卷绕于该定子铁芯的线圈。所述冷却系统进一步包括冷却水控制部。该冷却水控制部构成为:控制所述冷却水流通切换部,使得在所述线圈流动的电流达到预先规定的冷却水流通电流阈值以下的冷却水流通电流条件和所述线圈的温度达到预先规定的冷却水流通温度阈值以下的冷却水流通温度条件中的至少一个条件成立的情况下,所述冷却水经由所述通路连接配管流通到所述通路。根据该结构,能够对是否根据电动马达的发热量由冷却水对电动马达实施冷却进行切换。附图说明图1是本发明的实施方式所涉及的电动压缩机的示意剖视图。图2是示出逆变器的电气结构的电路图。图3是搭载有图1的电动压缩机和冷却系统的燃料电池车的示意结构图。具体实施方式下面说明电动压缩机和冷却系统的一个实施方式。电动压缩机搭载于燃料电池车,向燃料电池供给空气。冷却系统搭载于燃料电池车,实施电动压缩机的冷却。首先,说明电动压缩机。如图1所示,电动压缩机10具备:旋转轴11;电动马达12,其安装于旋转轴11,使旋转轴11旋转;以及叶轮13,其安装于旋转轴11,随着旋转轴11的旋转而旋转来压缩空气。电动压缩机10具备构成该电动压缩机10的外廓且收容旋转轴11、电动马达12以及叶轮13的壳体20。壳体20整体上为大致筒状(具体而言为大致圆筒状)。壳体20具备:马达壳体21,其收容有电动马达12;压缩机壳体22,其形成有用于吸入空气的空气吸入口20a;分隔壁部23,其位于马达壳体21和压缩机壳体22之间。空气吸入口20a设置于壳体20的轴线方向的第一端面20b。马达壳体21整体上是轴线方向上的两端开口而成的筒状(具体而言为圆筒状)。具体而言,马达壳体21具有圆筒状的侧壁部21a和在马达壳体21的轴线方向上的两端设置的开口部21b、21c。在马达壳体21的侧壁部21a形成有在径向上贯通的第一壁贯通孔21aa和第二壁贯通孔21ab。第一壁贯通孔21aa和第二壁贯通孔21ab的位置在马达壳体21的轴线方向上分离。第一壁贯通孔21aa靠近第一开口部21b。第二壁贯通孔21ab靠近第二开口部21c。第一壁贯通孔21aa和第二壁贯通孔21ab的位置在侧壁部21a的周向上错开,在本实施方式中,第一壁贯通孔21aa和第二壁贯通孔21ab在周向上错开180度。壳体20具备覆盖马达壳体21的水套24。水套24整体上为圆筒状,具有堵塞第二开口部21c的套底部24a和从径向外侧覆盖马达壳体21的侧壁部21a的套侧壁部24b。水套24在轴线方向上与套底部24a相反侧具有套开口部24c。在套侧壁部24b形成有在径向上贯通的第一套贯通孔24ba和第二套贯通孔24bb。第一套贯通孔24ba和第二套贯通孔24bb的位置在水套24的轴线方向上分离。第一套贯通孔24ba靠近套开口部24c。第二套贯通孔24bb靠近套底部24a。水套24的轴线方向上的第一套贯通孔24ba和第二套贯通孔24bb的间隔距离与马达壳体21的轴线方向上的第一壁贯通孔21aa和第二壁贯通孔21ab的间隔距离相同。第一套贯通孔24ba和第二套贯通孔24bb的位置在套侧壁部24b的周向上错开,在本实施方式中,第一套贯通孔24ba和第二套贯通孔24bb在周向上错开180度。另外,在套侧壁部24b形成有在径向上贯通的第三套贯通孔24bc和第四套贯通孔24bd。第三套贯通孔24bc在水套24的轴线方向上位于比第一套贯通孔24ba靠中央的位置。第四套贯通孔24bd在水套24的轴线方向上位于比第二套贯通孔24bb靠中央的位置。第三套贯通孔24bc和第四套贯通孔24bd在周向上错开180度。水套24以第一壁贯通孔21aa和第一套贯通孔24ba连通且第二壁贯通孔21ab和第二套贯通孔24bb连通的方式组装于马达壳体21。套底部24a的靠近马达壳体21的第一底面24aa与马达壳体21的轴线方向上的两端面21d、21e中靠近第二开口部21c的第一端面21d抵接。如图1所示,在马达壳体21的侧壁部21a形成有从该侧壁部21a的外周面向径向内侧凹陷的冷却水用凹部31。冷却水用凹部31形成于避开第一壁贯通孔21aa和第二壁贯通孔21ab的位置。在本实施方式中,在马达壳体21的轴线方向上,位于比第一壁贯通孔21aa和第二壁贯通孔21ab靠中央的位置。冷却水用凹部31遍布侧壁部21a的整周地形成。由冷却水用凹部31和马达壳体21的侧壁部21a划分出冷却水流动的圆筒状的通路32。第三套贯通孔24bc与通路32连通。第三套贯通孔24bc是用于使冷却水流入通路32的流入口。第四套贯通孔24bd与通路32连通。第四套贯通孔24bd是用于使冷却水从通路32流出的流出口。第三套贯通孔24bc在通路32的轴线方向上的第一端开口,第四套贯通孔24bd在通路32的轴线方向上的第二端开口。在冷却水用凹部31内设置有散热片33。散热片33从冷却水用凹部31的底面向径向外侧立起。散热片33沿马达壳体21的周向延伸,在本实施方式中,散热片33遍布马达壳体21的侧壁部21a的整周地形成。另外,散热片33在马达壳体21的轴线方向上排列设置有多个。通过散热片33提高马达壳体21与冷却水的接触面积。分隔壁部23与马达壳体21的轴线方向上的两端面21d、21e中靠近第一开口部21b的第二端面21e抵接。马达壳体21的第一开口部21b由分隔壁部23堵塞。由马达壳体21的侧壁部21a、水套24的套底部24a以及分隔壁部23划分出收容电动马达12的马达室A1。马达壳体21的侧壁部21a、水套24的套底部24a以及分隔壁部23成为划分出马达室A1的划分壁。这里,马达室A1的内部和马达室A1的外部经由第一壁贯通孔21aa和第一套贯通孔24ba连通。相同地,马达室A1的内部和马达室A1的外部经由第二壁贯通孔21ab和第二套贯通孔24bb连通。第一壁贯通孔21aa和第一套贯通孔24ba成为将后述的空调用制冷剂从马达室A1的外部吸入到马达室A1的内部的吸入口41。第二壁贯通孔21ab和第二套贯通孔24bb成为将吸入到马达室A1的空调用制冷剂从马达室A1排出的排出口42。吸入口41和排出口42的位置关系与第一壁贯通孔21aa和第二壁贯通孔21ab(第一套贯通孔24ba和第二套贯通孔24bb)的位置关系相同。吸入口41和排出口42相互分离地位于马达壳体21的轴线方向上的两侧,在马达壳体21的周向上错开180度。在分隔壁部23形成有在板厚方向(轴线方向)上贯通的贯通孔23a。贯通孔23a的直径大于旋转轴11的直径。旋转轴11插通于贯通孔23a。旋转轴11的一部分穿过贯通孔23a而配置于压缩机壳体22内。在旋转轴11的外周面11a和贯通孔23a的内表面之间设置有可旋转地支承旋转轴11的第一径向轴承51。在套底部24a设置有可旋转地支承旋转轴11的第二径向轴承52。旋转轴11由两个径向轴承51、52以可旋转的状态支承于壳体20。顺便说一下,本实施方式的两个径向轴承51、52为接触式,例如是滚珠轴承等滚动轴承、滑动轴承等。如图1所示,压缩机壳体22为具有在轴线方向上贯通的压缩贯通孔61的大致筒状。压缩机壳体22的轴线方向上的第一端面22a构成壳体20的轴线方向上的第一端面20b,压缩贯通孔61的靠上述第一端面22a的开口作为空气吸入口20a发挥功能。压缩机壳体22和分隔壁部23以压缩机壳体22的轴线方向上的与第一端面22a相反侧的第二端面22b和分隔壁部23的与靠近马达壳体21的面相反侧的面对接的状态被组装。在该情况下,由压缩贯通孔61的内表面和分隔壁部23的与靠近马达壳体21的面相反侧的面形成收容叶轮13的压缩室A2。即,压缩贯通孔61作为空气吸入口20a发挥功能,并且以划分出压缩室A2的方式发挥功能。空气吸入口20a和压缩室A2连通。分隔壁部23设置于马达室A1和压缩室A2之间,分隔马达室A1和压缩室A2。在形成于分隔壁部23的贯通孔23a的内表面和旋转轴11的外周面11a之间设置有密封部件53。密封部件53设置于马达室A1和压缩室A2之间,限制流体经由贯通孔23a在马达室A1和压缩室A2之间流通。由此,马达室A1和压缩室A2处于相互不连通状态,从而能够在马达室A1和压缩室A2流通不同种类的流体。压缩贯通孔61从空气吸入口20a到轴线方向上的中途位置为固定直径,呈随着从上述中途位置趋向分隔壁部23而缓缓地扩径的大致圆锥台形状。因此,压缩室A2为大致圆锥台形状。作为压缩部的叶轮13是随着从基端面13a趋向顶端面13b而缓缓地缩径的筒状。叶轮13具有沿轴线方向延伸且能供旋转轴11插通的插通孔13c。叶轮13在旋转轴11的突出到压缩贯通孔61内的部分插通到插通孔13c的状态下,以与旋转轴11一体旋转的方式安装于旋转轴11。由此,旋转轴11旋转从而叶轮13旋转,从空气吸入口20a吸入的空气被压缩。另外,电动压缩机10具备:扩散流路6...
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