逆变器一体型气体供给装置的制作方法

1.本公开涉及逆变器一体型气体供给装置。


背景技术：

2.专利文献1、2以及3公开具有电动机和逆变器的装置。专利文献1公开冷却构造。专利文献1的冷却构造适当地冷却电动机以及逆变器。专利文献2公开消除马达壳的内侧与外侧之间的压力差的装置。另外，专利文献2的装置防止水向马达壳的内部的侵入。专利文献3公开将逆变器收容部以能够从马达收容部取下的方式结合的结构。
3.专利文献1：日本特开2005
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20881号公报
4.专利文献2：日本特开平08
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65945号公报
5.专利文献3：日本特开2016
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92933号公报
6.马达基于由逆变器提供的驱动电流而旋转。如逆变器那样具备电路的装置为了使电路稳定地动作，需要抑制水向装置的内部的侵入。另一方面，马达具备用于接受驱动电流的电连接结构。同样，逆变器也具有用于提供驱动电流的电连接结构。将逆变器与马达电连接的部分也需要可靠地抑制水向逆变器的侵入。


技术实现要素：

7.本公开对能够抑制水向逆变器的内部的侵入的逆变器一体型气体供给装置进行说明。
8.本公开的一个形态的逆变器一体型气体供给装置具备：马达，其具有马达壳体，并对排出空气的流体机械进行驱动；逆变器，其具有逆变器壳体，并将控制马达的转速的驱动电流向马达提供；马达侧连接部，其安装于马达壳体，并接受驱动电流；以及逆变器侧连接部，其安装于逆变器壳体，并与马达侧连接部连接，并且将驱动电流向马达侧连接部提供。马达侧连接部具有：马达侧连接器外壳，其固定于马达壳体；马达连接器，其配置于马达侧连接器外壳内，并从逆变器侧连接部接受驱动电流；以及第1密封构件，其被夹持于马达侧连接器外壳与马达连接器之间。
9.根据本公开所涉及的逆变器一体型气体供给装置，可抑制水向逆变器的内部的侵入。
附图说明
10.图1是用于对实施方式所涉及的电动增压机进行说明的图。
11.图2是表示确保电连接的构造的立体图。
12.图3是表示确保电连接的构造的内部的截面立体图。
13.图4是将确保图2所示的电连接的构造的逆变器侧连接部所具备的插座外壳的安装构造放大而示出的立体图。
14.图5是将水密构造放大而示出的立体图。
具体实施方式
15.本公开的一个形态的逆变器一体型气体供给装置具备：马达，其具有马达壳体，并对排出空气的流体机械进行驱动；逆变器，其具有逆变器壳体，并将控制马达的转速的驱动电流向马达提供；马达侧连接部，其安装于马达壳体，并接受驱动电流；以及逆变器侧连接部，其安装于逆变器壳体，并与马达侧连接部连接，并且将驱动电流向马达侧连接部提供。马达侧连接部具有：马达侧连接器外壳，其固定于马达壳体；马达连接器，其配置于马达侧连接器外壳内，并从逆变器侧连接部接受驱动电流；以及第1密封构件，其被夹持于马达侧连接器外壳与马达连接器之间。
16.在该装置中，逆变器通过马达侧连接部以及逆变器侧连接部而与马达电连接。马达侧连接部包括第1密封构件。第1密封构件被夹持于马达连接器与马达侧连接器外壳之间。第1密封构件确保马达侧连接部的水密状态。换句话说，第1密封构件阻碍水经由马达侧连接部的移动。因此，能够抑制水向逆变器的内部的侵入。
17.在一个形态中，也可以是，逆变器一体型气体供给装置还具备被夹持于马达壳体与马达侧连接器外壳之间的第2密封构件。第2密封构件确保马达壳体与马达侧连接器外壳之间的水密状态。换句话说，第2密封构件阻碍水经由马达壳体与马达侧连接部之间的移动。因此，能够进一步抑制水向逆变器的内部的侵入。
18.在一个形态中，也可以是，逆变器一体型气体供给装置还具备被夹持于马达壳体与逆变器壳体之间的第3密封构件。第3密封构件确保马达壳体与逆变器壳体之间的水密状态。换句话说，第3密封构件阻碍水经由马达壳体与逆变器壳体之间的移动。因此，能够进一步抑制水向逆变器的内部的侵入。
19.在一个形态中，也可以是，逆变器侧连接部具有：逆变器侧连接器外壳，其固定于逆变器壳体；和逆变器连接器，其配置于逆变器侧连接器外壳内，并向马达连接器提供驱动电流。也可以是，马达连接器相对于马达侧连接器外壳的相对位置固定。也可以是，逆变器连接器相对于逆变器侧连接器外壳的相对位置可变。根据该结构，逆变器连接器的相对位置可变。作为其结果，逆变器连接器能够根据马达连接器的位置而相对于逆变器侧连接器外壳移动。因此，在马达壳体固定有逆变器壳体的状态下，能够增大逆变器连接器相对于马达连接器的可允许的偏移。
20.以下，参照附图对用于实施本公开的逆变器一体型气体供给装置的形态详细地进行说明。在附图的说明中对相同的要素标注相同的附图标记，并省略重复的说明。
21.对图1所示的电动增压机1(逆变器一体型气体供给装置)进行说明。作为离心压缩机的一个例子的电动增压机1例如用于燃料电池系统100。燃料电池系统100的型式没有特别限定。燃料电池系统100例如可以是固体高分子形燃料电池(polymer electrolyte fuel cell：pefc)。另外，燃料电池系统100也可以是磷酸形燃料电池(phosphoric acid fuel cell：pafc)等。
22.电动增压机1具有涡轮2(流体机械)、压缩机3(流体机械)、马达4、逆变器5。涡轮2、压缩机3以及马达4通过旋转轴s而相互连结。涡轮2设置于旋转轴s的第1端部。压缩机3设置于旋转轴s的第2端部。马达4设置于涡轮2以及压缩机3之间。
23.空气g1是通过压缩机3而压缩的气体。空气g1向与电动增压机1连接的燃料电池系统100供给。燃料电池系统100产生燃料与氧化剂的化学反应。通过该化学反应，生成包含水
蒸气的空气g2以及电。燃料电池系统100对涡轮2提供空气g2。
24.燃料电池系统100将高温的空气g2排出。电动增压机1使用空气g2来驱动涡轮2。作为涡轮2的驱动的结果，压缩机3被驱动。压缩机3对燃料电池系统100供给空气g1。此外，压缩机3的驱动力的大部分也可以由马达4提供。即，电动增压机1也可以几乎由马达驱动。
25.燃料电池系统100以及电动增压机1搭载于例如电动汽车之类的车辆。此外，也可以对电动增压机1的马达4供给燃料电池系统100输出的电力。另外，也可以从与燃料电池系统100不同的电源装置对电动增压机1的马达4供给电力。
26.以下，对电动增压机1更详细地进行说明。
27.涡轮2具有涡轮叶轮21和涡轮外壳22。涡轮叶轮21设置于旋转轴s的第1端部。压缩机3具有压缩机叶轮31和压缩机外壳32。压缩机叶轮31设置于旋转轴s的第2端部。此外，也可以在涡轮2侧配置有嘴部。也可以在压缩机3侧配置有扩散器。
28.马达壳43(马达壳体)设置于涡轮外壳22与压缩机外壳32之间。旋转轴s经由轴承b被马达壳43支承为能够旋转。
29.涡轮外壳22具有吸入部22a和排出部22b。燃料电池系统100将包含水蒸气的空气g2排出。空气g2从吸入部22a流入涡轮外壳22。所流入的空气g2在经过了流路22c之后，向涡轮叶轮21供给。涡轮叶轮21例如为径向涡轮。涡轮叶轮21将被供给的空气g2所具有的流体能量转换为旋转能量。其后，空气g2从排出部22b排出。
30.压缩机外壳32具有吸入部32a和排出部32b。若涡轮叶轮21旋转，则旋转轴s以及压缩机叶轮31旋转。旋转的压缩机叶轮31从吸入部32a吸入空气g3。压缩机叶轮31对空气g3进行压缩。而且，压缩机叶轮31将压缩后的空气g1排出。空气g1在经过了流路32c之后，从排出部32b排出。从排出部32b排出的空气g1向燃料电池系统100供给。此外，由压缩机3压缩的气体不限定于空气。
31.马达4例如为无刷的交流马达。马达4具有作为旋转件的转子41和作为固定件的定子42。转子41包括一个或者多个磁铁。固定于旋转轴s的转子41能够与旋转轴s一起绕轴旋转。转子41配置于旋转轴s的轴线方向上的中央部。此外，该“中央部”是指轴线方向上的大致中央的意思。换句话说，不是指精确的意思的中央。例如，转子41也可以接近涡轮2侧配置。另外，转子41也可以接近压缩机3侧配置。定子42具有多个线圈和铁芯。定子42绕旋转轴s的周向包围转子41。定子42使旋转轴s的周围产生磁场。定子42通过与转子41的配合，使转子41旋转。
32.逆变器5对马达4提供用于控制马达4的转速的驱动电流。逆变器5具有逆变器壳51(逆变器壳体)和逆变器电路52。
33.电动增压机1具有冷却系统。冷却系统用于马达4以及逆变器5。电动增压机1具有热交换器9。此外，电动增压机1也可以根据使用方式而省略热交换器9。马达4具有流路46a、46b、46c和冷却部45、47。冷却部45对定子42进行冷却。冷却部47对轴承b进行冷却。流路46a与热交换器9连接。流路46a从热交换器9接受冷却水c。而且，流路46a对冷却部47提供冷却水c。流路46b将冷却部45连接于冷却部47。流路46b接受从冷却部47流出的冷却水c。流路46b将接受到的冷却水c向冷却部45提供。流路46c将冷却部45连接于后述的冷却水连接构造6。流路46c接受从冷却部45流出的冷却水c。流路46c将接受到的冷却水c向冷却水连接构造6提供。
34.逆变器5具有冷却部53和流路54a、54b。冷却部53对逆变器电路52进行冷却。流路54a将冷却水连接构造6连接于冷却部53。流路54a接受从冷却水连接构造6流出的冷却水c。流路54a将接受到的冷却水c向冷却部53提供。流路54b与冷却部53连接。流路54b接受从冷却部53流出的冷却水c。流路54b将接受到的冷却水c向逆变器壳51的外部排出。
35.以下，对马达4与逆变器5的连接结构更详细地进行说明。
36.逆变器壳51通过双头螺栓等而相对于马达壳43固定。电动增压机1具有冷却水连接构造6和电连接构造7。冷却水连接构造6接受和排出作为制冷剂的冷却水c。电连接构造7接受和输出驱动电流。这些连接构造不用为了将逆变器5连接于马达4而使用管或者线材之类的连结构件。换言之，通过将逆变器壳51安装于马达壳43，构成冷却水连接构造6以及电连接构造7。
37.＜冷却水连接构造＞
38.冷却水连接构造6具有接口部61。接口部61设置于马达壳43的连接面43s。接口部61为平面。接口部61从连接面43s稍微突出。在接口部61形成有作为流路46c的端部的开口。因此，从开口排出在马达4的内部流动的冷却水c。
39.冷却水连接构造6具有接口部62。接口部62设置于逆变器壳51的连接面51s。接口部62为平面。接口部62从连接面51s稍微陷没。在接口部62形成有作为流路54a的端部的开口。
40.冷却水连接构造6具有衬垫63。衬垫63被夹持于接口部61与接口部62之间。衬垫63包围流路54a的开口。衬垫63在设置于接口部62的槽配置。
41.若将逆变器壳51安装于马达壳43，则在马达壳43的接口部61嵌入逆变器壳51的接口部62。接口部61稍微将衬垫63压变形。作为其结果，在接口部61、62之间，通过变形的衬垫63而确保水密性。换句话说，能够在马达4与逆变器5之间接受和排出冷却水c。根据这样的连接构造，不需要管之类的连接部件，便能够将逆变器壳51连结于马达壳43。因此，能够容易地将逆变器5相对于马达4而安装。另外，不需要连接部件。作为其结果，还能够削减电动增压机1的制造成本。
42.＜电连接构造＞
43.如图2所示，电连接构造7具有马达侧连接部71和逆变器侧连接部81。马达侧连接部71固定于马达壳43。同样，逆变器侧连接部81固定于逆变器壳51。通过将逆变器侧连接部81插入马达侧连接部71，从而逆变器5与马达4电连接。根据该构造，通过将马达壳43与逆变器壳51相互连结，也可确保马达侧连接部71与逆变器侧连接部81的连接。换句话说，能够不需要线缆之类的连接部件而将逆变器壳51连结于马达壳43。因此，能够更容易地将逆变器5相对于马达4而安装。另外，不需要连接部件。作为其结果，还能够进一步减少电动增压机1的制造成本。
44.如图3所示，马达侧连接部71具有销外壳72(马达侧连接器外壳)和多个销73(马达连接器)。销外壳72具有主体74和凸缘75。主体74收容多个销73。此外，销73的数量可以根据规格而适当地选择。图3中，作为一个例子，例示出具有三个销73的结构。凸缘75具有一对螺栓孔75a(参照图2)。销外壳72通过插通于该螺栓孔75a的螺栓75b而固定于马达壳43。销73具有销前端73a、粗径部73b、线缆连接端73c。销前端73a、粗径部73b以及线缆连接端73c可以通过具有导电性的金属材料而一体成型。
45.销外壳72包括逆变器5侧的前端部72a、中间部72b、马达4侧的基端部72c。在前端部72a插入有逆变器侧连接部81。从基端部72c，导出连接于销73的线缆76。前端部72a为空心。中间部72b为实心。中间部72b对销73进行保持。中间部72b将前端部72a与基端部72c分隔。在基端部72c配置有线缆连接端73c。配置有该线缆连接端73c的空间填充有树脂材料等。换句话说，基端部72c也是实心。此外，图3中，省略填充基端部72c的构成要素的图示。
46.销前端73a插入后述的逆变器侧连接部81的插座83。销前端73a相对于插座83电连接。粗径部73b的外径大于销前端73a的外径。在粗径部73b装配有环状的衬垫77(第1密封构件)。衬垫77被在中间部72b设置的孔的内壁面按压。作为其结果，衬垫77被压变形。根据该结构，阻碍气体以及液体在前端部72a与基端部72c之间的移动。换句话说，前端部72a与基端部72c没有相互连通。该结构是电动增压机1具有的第1水密构造。
47.销73经由衬垫77而安装于销外壳72。衬垫77由具有弹性的树脂材料形成。因此，销73与销外壳72的相对位置关系能够根据衬垫77的弹性而变化。换句话说，销73相对于销外壳72以具有一定程度的柔软性的方式安装。根据该结构，即便由于作用于电动增压机1的振动等而在销73与销外壳72之间作用产生相对变化的力，也通过衬垫77的弹性而允许微量的相对变化。因此，能够抑制由于作用于电动增压机1的振动或者电动增压机1产生的振动而使不希望的应力作用于销73以及销外壳72的情况。
48.在销外壳72的前端侧插入有逆变器侧连接部81。逆变器侧连接部81具有插座外壳82(逆变器侧连接器外壳)和3个插座83(逆变器连接器)。插座83接受马达侧连接部71的销73。插座外壳82具有主体84和凸缘85。主体84收容3个插座83。凸缘85具有一对贯通孔85a。插座外壳82通过插通于该贯通孔85a的螺栓85b(紧固构件)而固定于逆变器壳51。在逆变器壳51的连接面51s设置有孔51h(参照图2)。孔51h的形状与凸缘85的形状对应。更详细而言，孔51h的形状成为凸缘85的形状的基础上增加插口86的移动量而成的形状。凸缘85的背面85c与该孔51h的底面51ha接触。
49.插座外壳82相对于逆变器壳51相对位置可变。换言之，允许插座外壳82在底面51ha上稍微移动。在将逆变器壳51安装于马达壳43时，有时逆变器侧连接部81的插座83的位置与马达侧连接部71的销前端73a的位置不是严格地一致。此时，存在销前端73a不均衡地接触插座83的内周面的情况。并且，在偏移较大的情况下，也存在销前端73a没有插入插座83的情况。因此，为了允许该偏移，保持插座83的插座外壳82具有能够相对于逆变器壳51移动的结构。
50.图4示出具体的构造的一个例子。插口86插入凸缘85的贯通孔85a。插口86具有圆筒状的主体86a和圆盘状的凸缘86b。凸缘86b设置于主体86a的上端。主体86a的外径小于贯通孔85a的内径。换句话说，在主体86a的外周面与贯通孔85a的内周面之间形成有间隙d1。主体86a的孔86a1的内径可以与螺栓85b的轴部85b2的外径相同。另外，主体86a的孔86a1的内径可以比螺栓85b的轴部85b2的外径稍大。主体86a的下端86a2与逆变器壳51的底面51ha抵接。螺栓85b插入主体86a的孔86a1。而且，螺栓85b拧入设置于底面51ha的螺孔。作为其结果，插口86相对于逆变器壳51固定。另一方面，主体86a的上端从凸缘85的主面85d分离。这样，在设置于该上端的插口86的背面86b1与插座外壳82的凸缘85的主面85d之间也形成有间隙d2。插座外壳82由于间隙d1、d2而被允许沿着底面51ha移动。允许插座外壳82移动的距离与间隙d1的长度对应。
51.如上述那样，电动增压机1具有基于衬垫77的第1水密构造。并且，电动增压机1具有图5所示的第2水密构造以及第3水密构造。此外，图5为了容易理解，示出逆变器壳51稍微从马达壳43分离的状态。
52.第2水密构造确保马达壳43与销外壳72之间的水密性。在马达壳43的连接面43s设置有孔43h。孔43h与凸缘75的形状对应。在孔43h的底面43ha形成有槽43d。槽43d包围孔43l。而且，衬垫44(第2密封构件)配置于槽43d。凸缘75的主面75c与孔43h的底面43ha相对。当在孔43h嵌入有凸缘75时，凸缘75的主面75c将衬垫44压变形。第2水密构造阻碍气体以及液体经由销外壳72的主体74的侧面74a与设置于马达壳43的孔43l的内壁面43la之间的间隙的移动。并且，第2水密构造阻碍气体以及液体经由孔43h的底面43ha与凸缘75的主面75c之间的移动。
53.第3水密构造确保马达壳43与逆变器壳51之间的水密性。逆变器壳51具有台阶部51a。台阶部51a设置于连接面51s。马达壳43的台阶部43a嵌入台阶部51a。换句话说，台阶部43a、51a构成所谓的镶嵌构造(inlay structure)。根据镶嵌构造，能够容易地决定逆变器侧连接部81相对于马达侧连接部71的位置。在台阶部51a的底面51a1设置有孔51l。在孔51l插通有销外壳72以及插座外壳82。在底面51a1设置有槽51b。槽51b包围孔51l。在槽51b配置有环状的衬垫55(第3密封构件)。若将台阶部43a、51a组合，则台阶部43a的底面43a1将衬垫55压变形。通过被压变形的衬垫55，确保马达壳43与逆变器壳51之间的水密性。
54.电动增压机1中，逆变器5通过马达侧连接部71和逆变器侧连接部81而与马达4电连接。电动增压机1包括被夹持于销外壳72与销73之间的衬垫77。根据衬垫77，可保持马达侧连接部71的水密状态。作为其结果，阻碍水经由马达侧连接部71的移动。因此，能够抑制水向逆变器5的内部的侵入。
55.电动增压机1除了上述的水密构造之外，还具有2组水密构造。根据第1水密构造以及第2水密构造，能够可靠地抑制气体以及液体从马达4向逆变器5的移动。并且，根据第3水密构造，能够可靠地抑制气体以及液体从电动增压机1的外部向逆变器5的内部的移动。作为其结果，能够可靠地防止气体以及液体向逆变器5的内部侵入。
56.本公开的逆变器一体型气体供给装置能够以上述实施方式为基础，基于本领域技术人员的知识以施加各种变更、改进的各种形式实施。例如，本公开的逆变器一体型气体供给装置也可以应用于不具备涡轮的电动增压机。
57.在上述实施方式中，例示出马达侧连接部71具有销73，逆变器侧连接部81具有插座83的结构。例如，也可以是马达侧连接部71具有插座，逆变器侧连接部81具有销的结构。
58.附图标记说明
59.1...电动增压机(逆变器一体型气体供给装置)；2...涡轮(流体机械)；3...压缩机(流体机械)；4...马达；5...逆变器；9...热交换器；6...冷却水连接构造；7...电连接构造；21...涡轮叶轮；22...涡轮外壳；22a、32a...吸入部；22b、32b...排出部；22c、32c...流路；31...压缩机叶轮；32...压缩机外壳；41...转子；42...定子；43...马达壳(马达壳体)；43a...台阶部；43a1...底面；43d...槽；43h、43l...孔；43ha...底面；43la...内壁面；43s...连接面；44...衬垫(第2密封构件)；45、47...冷却部；46a、46b、46c...流路；51...逆变器壳(逆变器壳体)；51a...台阶部；51a1...底面；51b...槽；51h、51l...孔；51ha...底面；51s...连接面；52...逆变器电路；53...冷却部；54a、54b...流路；55...衬垫(第3密封
构件)；61、62...接口部；63...衬垫；71...马达侧连接部；72...销外壳(马达侧连接器外壳)；72a...前端部；72b...中间部；72c...基端部；73...销(马达连接器)；73a...销前端；73b...粗径部；73c...线缆连接端；74...主体；74a...侧面；75...凸缘；75a...螺栓孔；75b...螺栓；75c...主面；76...线缆；77...衬垫(第1密封构件)；81...逆变器侧连接部；82...插座外壳(逆变器侧连接器外壳)；83...插座(逆变器连接器)；84...主体；85...凸缘；85a...贯通孔；85b2...轴部；85b...螺栓；85d...主面；85c...背面；86...插口；86a...主体；86a1...孔；86a2...下端；86b...凸缘；86b1...背面；100...燃料电池系统；b...轴承；c...冷却水；d1、d2...间隙；g1、g2、g3...空气；s...旋转轴。