电动压缩机和冷却系统的制作方法

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62,其供由叶轮13压缩后的空气流入;和排放室63,其供通过扩散流路62的流体流入。扩散流路62比压缩室A2靠旋转轴11的径向外侧配置,以包围叶轮13(和压缩室A2)的方式形成为环状(具体而言为圆环状)。排放室63为配置于比扩散流路62靠旋转轴11的径向外侧的位置的环状。压缩室A2和排放室63借助扩散流路62连通。被叶轮13压缩后的流体通过扩散流路62,由此被进一步压缩,流到排放室63,并从该排放室63排放。

如图1所示,收容于马达室A1的电动马达12具备:转子71,其固定于旋转轴11;和定子72,其相对于转子71靠旋转轴11的径向外侧配置并固定于马达壳体21的侧壁部21a的内周面。转子71的旋转轴线和定子72的中心轴线被配置于与旋转轴11的旋转轴线相同的轴线上。转子71和定子72在旋转轴11的径向上对置。

定子72具备圆筒形状的定子铁芯73和卷绕于定子铁芯73的线圈74。通过电流在线圈74流动,转子71和旋转轴11一体旋转。

电动压缩机10具备驱动电动马达12的逆变器75。逆变器75收容于壳体20,具体而言,收容于安装于套底部24a的圆筒形状的盖部件25内。逆变器75和线圈74电连接。

如图2所示,电动马达12的线圈74例如为具有u相线圈74u、v相线圈74v以及w相线圈74w的三相构造。线圈74u~74w例如相互呈Y接线。

逆变器75具备:u相电源开关元件Qu1、Qu2,其与u相线圈74u相对应;v相电源开关元件Qv1、Qv2,其与v相线圈74v相对应;以及w相电源开关元件Qw1、Qw2,其与w相线圈74w相对应。电源开关元件Qu1、Qu2、Qv1、Qv2、Qw1、Qw2(以下简单表示为电源开关元件Qu1~Qw2)分别例如为绝缘栅双极型晶体管(IGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor)。

u相电源开关元件Qu1、Qu2借助连接线相互串联连接,该连接线与u相线圈74u连接。而且,来自DC电源E的直流电被输入u相电源开关元件Qu1、Qu2的串联连接体。此外,其他电源开关元件Qv1、Qv2、Qw1、Qw2除了所对应的线圈不同这一点外,连接方式都与u相电源开关元件Qu1、Qu2相同,因此省略详细说明。此外,逆变器75具有与DC电源E并联连接的平滑电容器C1。

逆变器75具备控制电源开关元件Qu1~Qw2的各自的开关动作的开关控制部76。开关控制部76使电源开关元件Qu1~Qw2分别周期性地ON/OFF,由此驱动电动马达12,即,使电动马达12旋转。

如图2所示,逆变器75具备电流传感器77,该电流传感器77检测在电动马达12的各线圈74u~74w流动的电流,并将其检测结果输出到开关控制部76。由此,开关控制部76能够把握在各线圈74u~74w流动的电流。另外,逆变器75具备温度传感器78,该温度传感器78检测电动马达12的各线圈74u~74w的温度,并将其检测结果输出到开关控制部76。由此,开关控制部76能够把握各线圈74u~74w的温度。

接下来,说明搭载有上述电动压缩机10的燃料电池车。

如图3所示,燃料电池车80具备燃料电池81、储藏有向燃料电池81供给的氢的储氢罐82以及上述电动压缩机10。燃料电池车80具备:动力控制单元(以下称PCU)83,其包括对燃料电池81的电力进行升压的升压整流器和将直流电转换为交流电的逆变器;和车辆控制装置84,其实施对燃料电池车80的控制。

车辆控制装置84和上述开关控制部76例如能够通过电路(circuitry)、即像ASIC那样的一个以上的专用硬件电路、根据计算机程序(软件)做动作的一个以上的处理电路、或者两者的组合来实现。处理电路具有CPU和存储有由CPU执行的程序的存储器(ROM和RAM等)。存储器即计算机可读介质包括能够通过通用或者专用计算机访问的所有可使用的介质。

燃料电池车80具备:加速踏板85,其由驾驶员操作;加速传感器86,其检测加速踏板85的操作量,并将检测结果(即加速器位置、节气门开度或加速踏板踏入量)输出到车辆控制装置84;以及行驶用马达87,其成为燃料电池车80的驱动源。另外,燃料电池车80具备:发热体冷却装置90,其对搭载于燃料电池车80的发热体进行冷却;和空调装置100,其对车内的温度、湿度等进行调整。

储氢罐82借助配管82a与燃料电池81连接。电动压缩机10的排放室63借助配管63a与燃料电池81连接。燃料电池81通过从储氢罐82供给的氢和从电动压缩机10供给的空气中所含的氧的化学反应进行发电。燃料电池81经由PCU83与行驶用马达87电连接。

车辆控制装置84根据加速器位置控制PCU83,由此对向行驶用马达87供给的电力进行控制。详细而言,车辆控制装置84根据加速器位置计算行驶用马达87所需的电力,并根据该电力控制PCU83。由此,行驶用马达87以燃料电池81作为电源进行驱动。行驶用马达87的动力经由未图示的动力传递机构传递到车轴,燃料电池车80以与加速器位置相对应的车速行驶。

此外,车辆控制装置84与开关控制部76连接,能够把握经由开关控制部76流到各线圈74u~74w的电流和各线圈74u~74w的温度。

为了确保燃料电池车80对加速器位置的变更的响应性(即加速性),燃料电池81需要根据行驶用马达87所需的电力迅速发电。燃料电池81的发电需要空气,因此要求电动压缩机10迅速供给与加速器位置相对应的流量的空气。在以电动马达12为驱动源的电动压缩机10中,通过使电动马达12高输出化,能够提高对加速器位置的变化的响应性。然而,在使电动马达12高输出化的情况下,因为在各线圈74u~74w流动的电流增大,因此电动马达12的发热量变大。

对构成电动压缩机10的各部件(例如,用于实施线圈74u~74w间的绝缘的绝缘部件)设定了耐热温度,如果随着各线圈74u~74w的发热量的增加而采用耐热温度高的部件,则各部件可能大型化。如果构成电动压缩机10的各部件大型化,则导致电动压缩机10整体大型化。在本实施方式中,冷却电动马达12,以使得即使各线圈74u~74w的发热量增大,构成电动压缩机10的部件的温度也不会过度上升,由此抑制电动压缩机10的大型化。下面,说明为了冷却电动压缩机10的电动马达12而搭载于燃料电池车80的冷却系统110。

冷却系统110利用发热体冷却装置90和空调装置100,冷却电动压缩机10的电动马达12。

发热体冷却装置90具备:配管94、96、97,其供与发热体进行热交换的冷却水(例如,防冻溶液)循环;散热器92,其通过行驶风来冷却冷却水;泵93,其使冷却水流通到配管94、96、97;以及马达M,其成为泵93的驱动源。此外,作为发热体,是搭载于燃料电池车80并随着燃料电池车80的行驶而发热的部件,例如,可以举出行驶用马达87、PCU83及燃料电池81。

空调装置100具备:空调用压缩机101,其压缩并排放空调用制冷剂(例如,氟利昂气体);电容器(热交换器)102,其冷却空调用制冷剂;膨胀阀103,其降低空调用制冷剂的压力;以及蒸发器104,其使空调用制冷剂气化。另外,空调装置100具备供空调用制冷剂流通的配管111、112、113、115、117、119。

冷却系统110具备:通路连接配管91,其连接散热器92和电动压缩机10的第三套贯通孔24bc;和作为冷却水流通切换部的第一切换阀98,其对是否经由通路连接配管91使冷却水流通到通路32进行切换。冷却系统110具备冷却水排出配管96,其连接电动压缩机10的第四套贯通孔24bd和散热器92。冷却系统110具备:吸入配管114,其连接蒸发器104和电动压缩机10的吸入口41;和排出配管117,其连接电动压缩机10的排出口42和空调用压缩机101。冷却系统110具备作为切换部的第二切换阀118,该第二切换阀118对是否使通过蒸发器104后且到达空调用压缩机101前的空调用制冷剂经由吸入配管114流通到马达室A1进行切换。另外,控制第一切换阀98和第二切换阀118的车辆控制装置84也是冷却系统110的一部分。

散热器92具备向内部导入冷却水的导入口92a和将通过散热器92后的冷却水排出到外部的冷却水排出口92b。

第一切换阀98具备供给冷却水的供给口98a和供从供给口98a供给的冷却水排出的两个排出口98b、98c。在本实施方式中,第一切换阀98由车辆控制装置84控制,由此将从供给口98a供给的冷却水从第一排出口98b或者第二排出口98c排出。

通路连接配管91具备第一冷却水配管94和第二冷却水配管95。第一冷却水配管94的第一端与散热器92的冷却水排出口92b连接,第一冷却水配管94的第二端与第一切换阀98的供给口98a连接。第二冷却水配管95的第一端与第一切换阀98的第一排出口98b连接,第二冷却水配管95的第二端与电动压缩机10的第三套贯通孔24bc连接。冷却水排出配管96的第一端与电动压缩机10的第四套贯通孔24bd连接,冷却水排出配管96的第二端与散热器92的导入口92a连接。由此,构成冷却水按照散热器92→第一冷却水配管94→第二冷却水配管95→通路32→冷却水排出配管96→散热器92的顺序循环的第一循环路径。第一循环路径是以冷却电动马达12为目的使冷却水循环的路径,通过使冷却水在通路32流通,由此能够借助马达壳体21的侧壁部21a冷却电动马达12。使冷却水从散热器92流通到通路32的各配管94、95、和使冷却水从通路32流通到散热器92的冷却水排出配管96成为冷却电动马达12的冷却系统110的一部分。

发热体冷却装置90具备不经由通路32地连接第一冷却水配管94和冷却水排出配管96的旁通配管97。冷却水排出配管96在第一端和第二端之间具备与旁通配管97连接的连接口96a。旁通配管97的第一端与第一切换阀98的第二排出口98c连接,旁通配管97的第二端与冷却水排出配管96的连接口96a连接。由此,构成冷却水按照散热器92→第一冷却水配管94→旁通配管97→冷却水排出配管96→散热器92的顺序循环的第二循环路径。第二循环路径是以冷却发热体为目的使冷却水循环的路径,能够不使冷却水流通到通路32,而仅冷却发热体。使冷却水不经由通路32进行循环的各配管94、96、97成为冷却发热体的发热体冷却装置90的一部分。

第一冷却水配管94和冷却水排出配管96兼用于发热体冷却装置90和冷却系统110。

第二切换阀118具备供给空调用制冷剂的供给口118a和供从供给口118a供给的空调用制冷剂排出的两个排出口118b、118c。在本实施方式中,第二切换阀118由车辆控制装置84控制,由此将从供给口118a供给的空调用制冷剂从第一排出口118b或者第二排出口118c排出。

第一配管111的第一端与空调用压缩机101连接,第一配管111的第二端与电容器102连接。第二配管112的第一端与电容器102连接,第二配管112的第二端与膨胀阀103连接。第三配管113的第一端与膨胀阀103连接,第三配管113的第二端与蒸发器104连接。

吸入配管114具备第一制冷剂配管115和第二制冷剂配管116。第一制冷剂配管115的第一端与蒸发器104连接,第一制冷剂配管115的第二端与第二切换阀118的供给口118a连接。第二制冷剂配管116的第一端与第二切换阀118的第一排出口118b连接,第二制冷剂配管116的第二端与电动压缩机10的吸入口41连接。排出配管117的第一端与电动压缩机10的排出口42连接,排出配管117的第二端与空调用压缩机101连接。由此,构成空调用制冷剂按照空调用压缩机101→第一配管111→电容器102→第二配管112→膨胀阀103→第三配管113→蒸发器104→第一制冷剂配管115→第二制冷剂配管116→马达室A1→排出配管117→空调用压缩机101的顺序循环的第一制冷剂循环路径。第一制冷剂循环路径是以冷却电动马达12为目的使空调用制冷剂循环的路径,通过使空调用制冷剂流通到马达室A1,从而能够冷却电动马达12。使通过蒸发器104后的空调用制冷剂流通到马达室A1的各配管115、116和使从马达室A1排出的空调用制冷剂流通到空调用压缩机101的排出配管117成为冷却电动马达12的冷却系统110的一部分。

空调装置100具备不经由马达室A1地连接蒸发器104和空调用压缩机101的连接配管119。排出配管117在第一端和第二端之间具备供连接配管119连接的连接口117a。连接配管119的第一端与第二切换阀118的第二排出口118c连接,连接配管119的第二端与连接口117a连接。由此,构成空调用制冷剂按照空调用压缩机101→第一配管111→电容器102→第二配管112→膨胀阀103→第三配管113→蒸发器104→第一制冷剂配管115→连接配管119→排出配管117→空调用压缩机101的顺序循环的第二制冷剂循环路径。第二制冷剂循环路径为以车内的空气调节为目的使空调用制冷剂循环的路径,以不使空调用制冷剂流通到马达室A1的方式使空调用制冷剂循环。使通过蒸发器104后的空调用制冷剂不经由马达室A1流通到空调用压缩机101的各配管115、117成为空调装置100的一部分。

第一制冷剂配管115和排出配管117兼用于空调装置100和冷却系统110。

空调用压缩机101是由电动马达驱动的电动式压缩机,将因被压缩而使压力和温度上升后的气体状的空调用制冷剂输送到电容器102。从空调用压缩机101输送到电容器102的空调用制冷剂被冷却,从而成为液态。另外,电容器102的周围的空气借助电容器102与空调用制冷剂进行热交换而被加热。

在电容器102呈液态的空调用制冷剂由膨胀阀103喷射为雾状,成为容易气化的状态。进而,该空调用制冷剂由蒸发器104气化。蒸发器104由气化热冷却,蒸发器104的周围的空气被冷却。

空调装置100具备鼓风机120。空调装置100能够由鼓风机120将由电容器102加热后的空气送入车内来温暖车内。另外,空调装置100能够通过由鼓风机120将由蒸发器104冷却后的空气送入车内来冷却车内。在蒸发器104气化后的空调用制冷剂经由第一制冷剂配管115流通到第二切换阀118,并且从第二切换阀118流通到第二制冷剂配管116或者连接配管119。流通过第二制冷剂配管116或者连接配管119的空调用制冷剂流通过排出配管117,返回空调用压缩机101,在空调用压缩机101中温度和压力再次上升。

这里,在蒸发器104气化后的空调用制冷剂流通过第二制冷剂配管116并返回空调用压缩机101的情况下,空调用制冷剂在马达室A1内从吸入口41向排出口42流通。

如果将通过蒸发器104后且到达空调用压缩机101前的空调用制冷剂设为低温制冷剂,则低温制冷剂在蒸发器104气化,成为气体状。另外,低温制冷剂因冷却车内而变为低温。低温制冷剂在马达室A1内流通,由此在电动马达12(线圈74u~74w)和低温制冷剂之间实施热交换,冷却电动马达12。低温制冷剂在经由转子71和定子72间的缝隙等流通过马达室A1后,从电动压缩机10的排出口42排出,通过排出配管117,返回空调用压缩机101。此外,如上所述,在马达室A1流通的低温制冷剂为气体状,因此搅拌阻力小,能够忽略对旋转轴11的旋转造成的影响。

在通路32流动的冷却水在与马达壳体21之间实施热交换,由此间接地与电动马达12实施热交换。与此相对地,在马达室A1流通的低温制冷剂在蒸发器104气化而成为低温,通过在马达室A1内流通,而直接与电动马达12实施热交换。因此,与使冷却水流通到通路32的情况相比,在使低温制冷剂流通到马达室A1的情况下,从流体向电动马达12移动的热量多。

如上所述,通过将发热体冷却装置90所使用的冷却水和空调装置100所使用的空调用制冷剂作为用于冷却电动压缩机10的流体,来冷却电动马达12(线圈74u~74w)。

然而,在通过将发热体冷却装置90所使用的冷却水流通到通路32来冷却电动马达12的情况下,消耗用于驱动马达M的电力。另外,在使空调装置100所使用的空调用制冷剂流通到马达室A1来冷却电动马达12的情况下,消耗用于驱动空调用压缩机(具体而言为空调用压缩机101的电动马达)101的电力。

这里,为了驱动空调用压缩机101而消耗的电力大于为了驱动马达M而消耗的电力。另一方面,通过使低温制冷剂流入马达室A1内而产生的冷却性能高于通过使冷却水流通到通路32而产生的冷却性能。即,通过使低温制冷剂流通到马达室A1而进行的电动马达12的冷却,冷却性能高而消耗电力大,通过使冷却水流通到通路32而进行的电动马达12的冷却,冷却性能低而消耗电力小。另外,在使冷却水流通到通路32的情况下,相对于所消耗的电力,在流体和电动马达12之间进行的热交换的效率(冷却效率)更高。

在本实施方式中,仅在与低负荷时相比电动马达12的温度容易升高的高负荷时,由低温制冷剂冷却电动马达12,在低负荷时由冷却水冷却电动马达12,由此减少消耗电力。此外,高负荷时例如是指高速行驶时、爬坡行驶时。

下面说明车辆控制装置84实施的控制以及电动压缩机10和冷却系统110的作用。

车辆控制装置84监视在电动马达12的各线圈74u~74w流动的电流,并根据在电动马达12的各线圈74u~74w流动的电流,判断是低负荷还是高负荷。具体而言,基于在线圈74u~74w流动的电流、线圈74u~74w的温度以及燃料电池车80的运转状况中的至少一个,预先规定线圈74u~74w的温度容易升高的条件,在该条件成立的情况下,车辆控制装置84判断为高负荷。在本实施方式中,基于在线圈74u~74w流动的电流来规定条件,车辆控制装置84在电流超过预先规定的电流阈值的电流条件成立的情况下,判断为高负荷,在电流条件不成立的情况下,判断为低负荷。电流阈值是通过实验、模拟求取高负荷时在电动马达12的线圈74u~74w流动的电流所得的值。此外,在高负荷时,线圈74u~74w的温度容易升高,在不使用低温制冷剂进行冷却的情况下,亦可以说是电动马达12的温度能够达到构成电动压缩机10的各部件的耐热温度的状况。车辆控制装置84在电流条件成立的情况下判断电动马达12的温度容易升高,通过使用低温制冷剂冷却电动马达12,由此抑制电动马达12的温度达到耐热温度。

车辆控制装置84在电流条件成立的情况下,即,在线圈74u~74w流动的电流超过电流阈值的情况下,使用低温制冷剂冷却电动马达12。另外,在线圈74u~74w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成立的情况下,车辆控制装置84使用冷却水冷却电动马达12。因此,车辆控制装置84作为控制部和冷却水控制部发挥功能。此外,在本实施方式中,通过将电流阈值和冷却水流通电流阈值设为相同的值,由此,在电流条件和冷却水流通电流条件中任一个成立的情况下,另一个不成立。即,本实施方式的冷却系统110不同时实施使用冷却水冷却电动马达12和使用低温制冷剂冷却电动马达12,而仅通过任一个进行冷却。

车辆控制装置84在电流达到预先规定的冷却水流通电流阈值以下的情况下(冷却水流通电流条件成立的情况下,并且,电流条件不成立的情况下),控制第一切换阀98,将冷却水从第一排出口98b排出,使之流通到第二冷却水配管95。车辆控制装置84控制第二切换阀118,将低温制冷剂从第二排出口118c排出,使之流通到连接配管119。另外,在泵93未被驱动的情况下,车辆控制装置84驱动泵93。由此,在无需较高的冷却性能的低负荷时,冷却水流通到水套24,而低温制冷剂不流通到马达室A1。

车辆控制装置84在电流超过预先规定的电流阈值的情况下(电流条件成立的情况下,并且,冷却水流通电流条件不成立的情况下),控制第一切换阀98,将冷却水从第二排出口98c排出,使之流通到旁通配管97。车辆控制装置84控制第二切换阀118,将低温制冷剂从第一排出口118b排出,使之流通到第二制冷剂配管116。另外,在空调用压缩机101未被驱动的情况下,即,未实施车内的空气调节的情况下,车辆控制装置84驱动空调用压缩机101。此时,不驱动将电容器102或者蒸发器104的周围的空气向车内输送的鼓风机120。由此,抑制将冷却后空气或加热后的空气被输送到车内。由此,在需要较高的冷却性能的高负荷时,冷却水不流通到水套24,而低温制冷剂流通到马达室A1。

因此,上述实施方式具有如下优点。

(1)电动压缩机10的壳体20具有被划分出的马达室A1和压缩室A2。由密封部件53限制流体在马达室A1和压缩室A2之间流通。因此,能够在马达室A1和压缩室A2流动不同种类的流体。壳体20具备:吸入口41,其将在空调装置100使用的低温制冷剂吸入马达室A1;和排出口42,其将吸入马达室A1后的低温制冷剂排出。由此,能够使空调装置100所使用的低温制冷剂流通到马达室A1。通过使低温制冷剂流通到马达室A1,能够使电动马达12和低温制冷剂直接进行热交换。因此,即使随着电动马达12的高输出化,各线圈74u~74w的发热量变大,电动压缩机10的温度也不易上升,从而抑制因升高构成电动压缩机10的各部件的耐热温度而导致的电动压缩机10的大型化。

(2)然而,作为向燃料电池供给空气的电动压缩机,也考虑使用马达室和压缩室相互连通的电动压缩机。在这种电动压缩机中,在壳体设置有将空气吸入马达室的空气吸入口,从空气吸入口吸入马达室的空气从马达室流通到压缩室,在压缩室被压缩。即,在马达室和压缩室流通相同的流体(空气)。在该情况下,空气在马达室流通,由此电动马达和空气进行热交换,电动马达被冷却。

然而,搭载于燃料电池车的电动压缩机的压缩对象为空气,针对电动马达的冷却性能取决于空气的温度(=外部气温)。除了冬季、寒冷地区等特别情况外,在外部气温容易高于低温制冷剂,且由空气冷却电动马达的情况下,有时无法始终确保充分的冷却性能。另外,外部气温也会受季节、天气影响,因此难以稳定地冷却电动马达。与此相对,如本实施方式所示,通过使用低温制冷剂,能够不受季节、场所、天气等影响,在高负荷时以较高的冷却性能冷却电动马达。

(3)电动压缩机10具备水套24。水套24具备套侧壁部24b,该套侧壁部24b从径向外侧覆盖马达壳体21的侧壁部21a,由此划分通路32。因此,能够通过使冷却水流通到通路32来冷却电动马达12。

(4)吸入口41包括第一壁贯通孔21aa和第一套贯通孔24ba,排出口42包括第二壁贯通孔21ab和第二套贯通孔24bb。因此,即使马达壳体21的侧壁部21a覆盖水套24的套侧壁部24b,也能使低温制冷剂流入马达室A1。

(5)由密封部件53限制流体经由贯通孔23a流通。由此,即使由设置有贯通孔23a的分隔壁部23分隔马达室A1和压缩室A2,也能抑制流体经由贯通孔23a在马达室A1和压缩室A2之间流通。

(6)冷却系统110具备第二切换阀118,其对是否使低温制冷剂流通到马达室A1进行切换。因此,在无需使用低温制冷剂冷却电动马达12的情况下,可以不使低温制冷剂流通到马达室A1。基于低温制冷剂的电动马达12的冷却,冷却性能提高但消耗电力也大。在无需使用低温制冷剂冷却电动马达12的情况下,可以不必为了获得低温制冷剂而驱动空调用压缩机101,从而能够比始终驱动空调用压缩机101的情况抑制电力的消耗。

(7)仅在各线圈74u~74w流动的电流超过预先规定的电流阈值的情况下(电流条件成立的情况下),使低温制冷剂流通到马达室A1。因此,能够抑制消耗电力。

(8)冷却系统110具备第一切换阀98,该第一切换阀98对是否使冷却水流通到通路32进行切换。因此,能够根据需要使用冷却水冷却电动马达12。

(9)在冷却水流通电流条件成立的情况下,使冷却水流到通路32。因此,能够根据电动马达12的发热量,判断是否使用冷却水冷却电动马达12。

(10)在线圈74u~74w流动的电流超过电流阈值的情况下,使用低温制冷剂冷却电动马达12,在线圈74u~74w流动的电流达到冷却水流通电流阈值以下的情况下,使用冷却水冷却电动马达12。通过根据电动马达12的发热量使冷却方式不同,由此能够在减少消耗电力的同时,抑制冷却性能不足。

此外,上述各实施方式可以如下变更。

冷却水流通电流阈值可以不是与电流阈值相同的值。在该情况下,将冷却水流通电流阈值设定为大于电流阈值的值,由此在线圈74u~74w流动的电流超过电流阈值并且达到冷却水流通电流阈值以下的情况下,由冷却水和低温制冷剂两者冷却电动马达12。

在将电流阈值和冷却水流通电流阈值设为相同的值的情况下,在对使用冷却水冷却电动马达12和使用低温制冷剂冷却电动马达12进行切换时,以响应延迟等为一个因素,可能产生暂时未实施任何冷却的情况。与此相对,将冷却水流通电流阈值设为大于电流阈值的值,对使用冷却水冷却电动马达12和使用低温制冷剂冷却电动马达12进行切换时,使电流条件和冷却水流通电流条件同时成立,由此不易产生不进行任何冷却的情况。

另外,并不局限于对使用冷却水冷却电动马达12和使用低温制冷剂冷却电动马达12进行切换时,在高负荷时等,也可以同时实施使用冷却水冷却电动马达12和使用低温制冷剂冷却电动马达12。

使用低温制冷剂冷却电动马达12的条件,即线圈74u~74w的温度容易升高的条件,可以基于由温度传感器78检测的线圈74u~74w的温度来规定。可以由车辆控制装置84监视线圈74u~74w的温度,在线圈74u~74w的温度超过预先规定的温度阈值的温度条件成立的情况下,使用低温制冷剂冷却电动马达12。另外,也可以在线圈74u~74w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成立的情况下,由车辆控制装置84使用冷却水冷却电动马达12。作为冷却水流通温度阈值,例如,设定为温度阈值以上的值。

车辆控制装置84可以在冷却水流通电流条件和冷却水流通温度条件中的至少一个成立的情况下,使用冷却水冷却电动马达12。

线圈74u~74w的温度容易升高的条件可以基于燃料电池车80的运转状况来规定。例如,可以根据加速器位置和实际车速的关系性判断是否使用低温制冷剂冷却电动马达12。在爬坡行驶时等负荷大的情况下,相对于加速器位置,实际车速不易上升,从而能够根据加速器位置和实际车速的关系性判断电动马达12的负荷、即线圈74u~74w的温度是否容易升高。预先求取在成为线圈74u~74w的温度容易升高且如果不使用低温制冷剂进行冷却就可能达到构成电动压缩机10的各部件的耐热温度的状况时的、加速器位置和实际车速的关系性,将该关系性设定为条件。而且,在该条件成立的情况下,判断为线圈74u~74w的温度容易升高,使用低温制冷剂冷却电动马达12。另外,可以在实际车速维持高速的情况下,使用低温制冷剂冷却电动马达12。在该情况下,在实际车速维持高速的时间超过预先规定的阈值时间的情况下,判断为线圈74u~74w的温度容易升高,而使用低温制冷剂冷却电动马达12。

线圈74u~74w的温度容易升高的条件可以基于在线圈74u~74w流动的电流、线圈74u~74w的温度以及燃料电池车80的运转状况中的多个要素进行规定。例如,车辆控制装置84可以监视在线圈74u~74w流动的电流和线圈74u~74w的温度,在电流条件和温度条件的至少一个成立的情况下,使用低温制冷剂冷却电动马达12。另外,车辆控制装置84可以在基于电流条件、温度条件以及运转状况规定的条件中的至少一个成立的情况下,使用低温制冷剂冷却电动马达12,也可以在至少两个成立的情况下,使用低温制冷剂冷却电动马达12。另外,还可以仅在三个条件全部成立的情况下,使用低温制冷剂冷却电动马达12。

在水套24流动的冷却水兼作发热体冷却装置90所使用的冷却水,但也可以使用使冷却水流到水套24的专用装置。

电动压缩机10的壳体20可以不具备水套24。在该情况下,在使用低温制冷剂冷却电动马达12的条件不成立的情况下,不冷却电动马达12,在使用低温制冷剂冷却电动马达12的条件成立的情况下,使用低温制冷剂进行冷却。另外,在壳体20(壳体20的侧壁部21a)设置能够使空调用制冷剂、冷却水等流体流通的通路的情况下,为了确保能够耐受在通路流通的制冷剂的压力的侧壁部21a的厚度,壳体20有可能大型化。通过使低温制冷剂在马达室A1内流通,不在壳体20的侧壁部21a设置供流体流通的通路,由此能够抑制壳体20的大型化。

在壳体20不具备水套24的情况下,在未被水套24覆盖的部位设置吸入口和排出口的情况下,吸入口和排出口可以是分别设置于划分出马达室A1的划分壁的一个贯通孔。

吸入口41和排出口42的位置关系可以适当地变更。

在由驾驶员实施车内的空气调节的情况下,无论电动马达12是高负荷还是低负荷,都可以使低温制冷剂流通到马达室A1。

可以省略散热片33。

车辆控制装置84可以通过向在每个发热体冷却装置90、空调装置100独立设置的控制部发出指令,来控制燃料电池车80。即,可以是在每个发热体冷却装置90、空调装置100独立设置的控制部作为控制装置发挥功能,或者该控制部和车辆控制装置84作为控制装置发挥功能。

电动压缩机可以是涡旋式电动压缩机。另外,电动压缩机也可以是罗茨式电动压缩机。

可以通过在水套24的套侧壁部24b设置从内周面向径向外侧凹陷的凹部,从而在与马达壳体21的侧壁部21a之间划分出通路32。在该情况下,可以省略冷却水用凹部31,也可以不省略冷却水用凹部31。

在使用冷却水冷却电动马达12时,可以使冷却水流通到通路32,并且使冷却水流通到旁通配管97。即,作为第一切换阀98,可以使用能够对从第一排出口98b和第二排出口98c两者排出冷却水或仅从第一排出口98b和第二排出口98c中的第二排出口98c排出冷却水进行切换的阀。

可以在使用低温制冷剂冷却电动马达12时,使低温冷却剂流通到马达室A1,并且使低温冷却剂也流通到连接配管119。即,作为第二切换阀118,可以使用能够对从第一排出口118b和第二排出口118c两者排出低温制冷剂或仅从第一排出口118b和第二排出口118c中的第二排出口118c排出低温制冷剂进行切换的阀。

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