JP4085969B2

JP4085969B2 - 電動ルーツ型圧縮機

Info

Publication number: JP4085969B2
Application number: JP2003397870A
Authority: JP
Inventors: 勝俊城丸; 俊郎藤井; 辰幸星野
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2003-11-27
Filing date: 2003-11-27
Publication date: 2008-05-14
Anticipated expiration: 2023-11-27
Also published as: DE102004057255A1; DE102004057255B4; US20060029510A1; JP2005155554A

Description

この発明は、電動ルーツ型圧縮機に係り、特にモータやタイミングギヤの冷却に関する。

ルーツ型圧縮機は、一般に、駆動軸にタイミングギヤを介して従動軸が連結されると共にこれら駆動軸及び従動軸に取り付けられた一対のロータが逆方向に回転して吸気及び排気を行うものであるが、タイミングギヤ等で発熱が生じるため、例えば特許文献１に開示されているように、ケーシング内に冷却水を流通させて必要箇所を冷却することが行われている。

特開２００１−２４８５８１号公報

しかしながら、特許文献１のように水冷式の冷却装置を具備しようとすると、圧縮機が大型化するだけでなく、冷却水の供給源が必要となり、装置の構成が複雑になるという問題点があった。
特に、ルーツ型圧縮機は、燃料電池システムの燃料ガスを供給するためのポンプとしても用いられるようになり、小型化が要求されているため、小型のモータを駆動源として組み込んだ電動ルーツ型圧縮機が開発されている。そこで、小型でありながらタイミングギヤやモータを冷却することができる電動ルーツ型圧縮機が望まれている。

この発明は、このような背景の下になされたもので、小型で簡単な構造でありながらモータを冷却することができる電動ルーツ型圧縮機を提供することを目的とする。

この発明に係る電動ルーツ型圧縮機は、モータにより駆動される駆動軸にタイミングギヤを介して従動軸が連結されると共にこれら駆動軸及び従動軸に取り付けられた一対のロータが回転して作動流体を吸入／吐出する電動ルーツ型圧縮機において、モータを収容するモータ室とタイミングギヤを収容するギヤ室と一対のロータを収容するロータ室とが画成されたケーシングと、モータ室の外郭を形成するケーシングに形成されると共に作動流体を流通させるための吸入通路及び吐出通路とを備え、吸入通路及び吐出通路に作動流体を流通させることによりモータを冷却するものである。
圧縮機の作動流体を吸入通路及び吐出通路に流通させることによりモータを冷却するので、外部から専用の冷媒を導入する必要がなく、小型で簡単な構造の電動ルーツ型圧縮機が実現される。

なお、ギヤ室をモータ室とロータ室との間に配置することが好ましい。
この場合、ケーシングのモータ室の軸方向端面に吸入ポート及び吐出ポートの少なくとも一方を設ければ、さらに小型化が可能となる。
吸入通路及び吐出通路は、ギヤ室の外径側あるいはモータ室の外径側に位置するようにケーシング内に形成されることが好ましい。また、モータ室とギヤ室の双方の外郭を形成するケーシングに吸入通路及び吐出通路を形成し、モータとタイミングギヤの双方を冷却するように構成することもできる。
また、作動流体としては、水素を用いることができる。水素は動粘性係数が低く、モータ室やギヤ室を冷却可能な吸入通路及び吐出通路を設けても圧損が顕著になることは無く、本発明を適用するのに好適な作動流体である。
さらに、この発明の電動ルーツ型圧縮機は、燃料電池システムの燃料ガスを供給するポンプとして適用することができる。

この発明によれば、ルーツ型圧縮機の作動流体を吸入通路及び吐出通路に流通させることによってモータを冷却するので、極めて簡単な構造で冷却を行うことができ、小型化が達成される。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１
実施の形態１に係る電動ルーツ型圧縮機の内部構成を図１に示す。電動ルーツ型圧縮機は、ケーシング１に互いに平行で且つ回転自在に配設された駆動軸２及び従動軸３を有しており、駆動軸２の一端部に取り付けられたドライブギヤ４と従動軸３の一端部に取り付けられたドリブンギヤ５とがケーシング１内に画成されたギヤ室６内で噛合している。これらドライブギヤ４及びドリブンギヤ５によりタイミングギヤ７を構成している。駆動軸２の他端部及び従動軸３の他端部はケーシング１内に画成されたロータ室８を貫通しており、ロータ室８内にて駆動軸２に第１のロータ９が、従動軸３に第２のロータ１０がそれぞれ固定されている。また、駆動軸２の一端部はギヤ室６を介してケーシング１内に画成されたモータ室１１に貫入しており、ここに収容されたモータ１２の回転軸を構成している。

ケーシング１はギヤ室６の外径側にモータ室１１の外周部より側方へ突出した偏心部１３を有しており、この偏心部１３に吸入ポート１４及び吐出ポート１５が圧縮機の軸方向に向けて互いに並設されている。これら吸入ポート１４及び吐出ポート１５は、それぞれこの発明の冷媒通路となる吸入通路１６及び吐出通路１７を介してロータ室８に連通されている。
なお、図２に示されるように、吸入通路１６及び吐出通路１７はそれぞれギヤ室６の外径側に位置するように吸入ポート１４及び吐出ポート１５からギヤ室６の外郭を形成するケーシング１内を通ってロータ室８に繋がっている。

次に、この実施の形態１の動作について説明する。
モータ１２により駆動軸２が回転すると、ドライブギヤ４及びドリブンギヤ５を介して従動軸３が駆動軸２とは反対方向に回転する。これにより、ロータ室８内において、第１のロータ９と第２のロータ１０が互いに反対方向に回転し、吸入ポート１４から吸入通路１６を通って作動流体がロータ室８に吸入されると共にロータ室８から吐出された作動流体が吐出通路１７を通って吐出ポート１５から排出される。ここで、上述したように、吸入通路１６及び吐出通路１７がそれぞれギヤ室６の外郭を形成するケーシング１内を通るように配設されているため、吸入通路１６及び吐出通路１７を作動流体が流通することによりギヤ室６内のタイミングギヤ７が冷却され、電動ルーツ型圧縮機の運転に伴うタイミングギヤ７の加熱が抑制される。

また、モータ１２から見て従動軸３側の外径側（方向）、すなわちケーシング１の偏心部１３の軸方向一端側にはデッドスペースができるが、この実施の形態１では、吸入ポート１４及び吐出ポート１５がモータ室１１の外周部より側方へ突出した偏心部１３に圧縮機の軸方向に向けて互いに並設されているので、デッドスペースの有効利用がなされると共に配管の取り回しが容易となり、小さなスペースに圧縮機を設置することができる。

実施の形態２
実施の形態２に係る電動ルーツ型圧縮機の内部構成を図３に示す。この電動ルーツ型圧縮機は、実施の形態１の圧縮機において、吸入ポート１４及び吐出ポート１５を偏心部１３に並設する代わりにモータ室１１の外郭を形成するケーシング２１の一端部側（軸方向端面）に吸入ポート２２及び吐出ポート２３を配置したものである。ギヤ室６がモータ室１１とロータ室８との間に配置された構成、並びに駆動軸２、従動軸３、タイミングギヤ７、第１のロータ９、第２のロータ１０及びモータ１２の構造は実施の形態１の電動ルーツ型圧縮機となんら変わりはないので、その説明を省略する。

他端側に併設されるギヤ室６とは反対側に位置するモータ室１１の一端部側においてケーシング２１に吸入ポート２２及び吐出ポート２３が圧縮機の軸方向に向けて互いに並設されている。これら吸入ポート２２及び吐出ポート２３は、それぞれ冷媒通路となる吸入通路２４及び吐出通路２５を介してロータ室８に連通されている。
なお、図４に示されるように、吸入通路２４及び吐出通路２５はそれぞれモータ室１１の外径側に位置するように吸入ポート２２及び吐出ポート２３からモータ室１１の外郭を構成するケーシング２１内を、軸方向に貫通して、ロータ室８に繋がっている。ケーシング２１は、これら吸入通路２４及び吐出通路２５内に突出する多数の放熱フィン２６を有している。

次に、この実施の形態２の動作について説明する。
モータ１２により駆動軸２が回転すると、ドライブギヤ４及びドリブンギヤ５を介して従動軸３が駆動軸２とは反対方向に回転する。これにより、ロータ室８内において、第１のロータ９と第２のロータ１０が互いに反対方向に回転し、吸入ポート２２から吸入通路２４を通って作動流体がロータ室８に吸入されると共にロータ室８から吐出された作動流体が吐出通路２５を通って吐出ポート２３から排出される。ここで、上述したように、吸入通路２４及び吐出通路２５がそれぞれモータ室１１の外径側を通るように配設されているため、吸入通路２４及び吐出通路２５を作動流体が流通することによりモータ室１１内のモータ１２が冷却され、電動ルーツ型圧縮機の運転に伴うモータ１２の加熱が抑制される。特に、吸入通路２４及び吐出通路２５内に突出する多数の放熱フィン２６の存在により、効率のよい冷却がなされる。

このようにしてモータ１２の冷却が行われるため、モータ１２として小型のモータを使用することが可能となり、さらに電動ルーツ型圧縮機の小型化を図ることができる。
また、この実施の形態２では、吸入ポート２２及び吐出ポート２３がモータ室１１の端部側にてケーシング２１に圧縮機の軸方向に向けて互いに並設されているので、配管の取り回しが容易となり、小さなスペースに圧縮機を設置することができる。

なお、実施の形態１ではギヤ室６の外径側に、実施の形態２ではモータ室１１の外径側に冷媒通路を形成してそれぞれタイミングギヤ７及びモータ１２を冷却したが、ギヤ室６とモータ室１１の双方の外郭を形成するケーシングに冷媒通路を形成してタイミングギヤ７とモータ１２を共に冷却するように構成することもできる。すなわち、ギヤ室６とモータ室１１の双方の外径側に冷媒通路を形成してタイミングギヤ７とモータ１２を共に冷却するように構成することもできる。
また、実施の形態１及び２では、吸入通路１６、２４及び吐出通路１７、２５が平行して取り回され、吸入ポート１４、２２及び吐出ポート１５、２３を併設（隣接）しているが、必ずしもその必要はない。吸入通路１６、２４あるいは吐出通路１７、２５のいずれか一方のみでもタイミングギヤ７あるいはモータ１２の冷却を十分行なうことが可能である。また、吸入ポート１４、２２あるいは吐出ポート１５、２３を離れた配置とすることも可能である。
実施の形態１及び２の電動ルーツ型圧縮機は、駆動軸２が水平方向を向くように横置きして設置されるが、駆動軸２が鉛直方向を向くような縦置きしてもよく、またその他どのような角度に設置しても構わない。
上記の実施の形態１及び２において、作動流体としては水素や空気等の他、各種の流体を使用することができる。ただし、水素は空気に比べて抵抗が小さく圧損が小さいため、水素を用いる場合には吸入通路及び吐出通路や配管の径を小さくすることができ、さらに小型化を図ることが可能となる。

この発明は、燃料電池システムにおいて燃料電池本体への燃料ガスを供給する水素ポンプや空気ポンプとして使用される電動ルーツ型圧縮機に適用される他、各種用途のルーツ型圧縮機に適用することができる。

この発明の実施の形態１に係る電動ルーツ型圧縮機の内部を示す断面図である。図１のＡ−Ａ線矢視断面図である。実施の形態２に係る電動ルーツ型圧縮機の内部を示す断面図である。図３のＢ−Ｂ線矢視断面図である。

符号の説明

１，２１ケーシング、２駆動軸、３従動軸、４ドライブギヤ、５ドリブンギヤ、６ギヤ室、７タイミングギヤ、８ロータ室、９第１のロータ、１０第２のロータ、１１モータ室、１２駆動用モータ、１３偏心部、１４，２２吸入ポート、１５，２３吐出ポート、１６，２４吸入通路、１７，２５吐出通路。

Claims

モータにより駆動される駆動軸にタイミングギヤを介して従動軸が連結されると共にこれら駆動軸及び従動軸に取り付けられた一対のロータが回転して作動流体を吸入／吐出する電動ルーツ型圧縮機において、
モータを収容するモータ室とタイミングギヤを収容するギヤ室と一対のロータを収容するロータ室とが画成されたケーシングと、
前記モータ室の外郭を形成する前記ケーシングに形成されると共に作動流体を流通させるための吸入通路及び吐出通路と
を備え、前記吸入通路及び吐出通路にそれぞれ作動流体を流通させることによりモータを冷却することを特徴とする電動ルーツ型圧縮機。
ギヤ室がモータ室とロータ室との間に配置された請求項１に記載の電動ルーツ型圧縮機。
前記ケーシングのモータ室の軸方向端面に吸入ポート及び吐出ポートの少なくとも一方が設けられた請求項２に記載の電動ルーツ型圧縮機。
前記吸入通路及び吐出通路は、ギヤ室の外径側に位置するようにケーシング内に形成されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の電動ルーツ型圧縮機。
前記吸入通路及び吐出通路は、モータ室の外径側に位置するようにケーシング内に形成されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の電動ルーツ型圧縮機。
モータ室及びギヤ室の双方の外径側に前記吸入通路及び吐出通路が形成された請求項１〜３のいずれか一項に記載の電動ルーツ型圧縮機。
作動流体が水素である請求項１〜６のいずれか一項に記載の電動ルーツ型圧縮機。
燃料電池システムの燃料ガスを供給するポンプとして使用される請求項１〜７のいずれか一項に記載の電動ルーツ型圧縮機。