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JP5488192B2 - In-vehicle structure of compressor - Google Patents
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Description

本発明は、圧縮機の車載構造に関し、特に、リニアモータを駆動源として備える圧縮機の車載構造に関する。   The present invention relates to an on-vehicle structure of a compressor, and more particularly to an on-vehicle structure of a compressor provided with a linear motor as a drive source.

昨今、車載の二次電池から電力を供給し、その電力により車載のモータを駆動して走行用動力を得る電気自動車(以下、EVということがある)がCO2を排出しないゼロエミッションの観点から注目されている。走行用動力源としてエンジンとモータとを併用するハイブリッド電気自動車(以下、HEVということがある)も普及が急拡大しつつある。 Recently, power is supplied from the vehicle-mounted secondary battery, an electric vehicle to obtain running power to drive the vehicle in the motor by the electric power from the viewpoint of zero emissions (hereinafter sometimes referred to as EV) does not discharge the CO 2 Attention has been paid. Hybrid electric vehicles (hereinafter sometimes referred to as HEVs) that use both an engine and a motor as a driving power source are also rapidly spreading.

上記のような電気自動車やハイブリッド車に搭載されるモータは、限られた狭いスペースに搭載されるために小型で且つ高出力であることが求められ、その出力性能を維持するにはモータの温度上昇を抑制すること、より具体的にはステータコイルの冷却が不可欠である。   Motors mounted on electric vehicles and hybrid vehicles as described above are required to be small and have high output in order to be mounted in a limited space, and the temperature of the motor is required to maintain the output performance. It is essential to suppress the rise, and more specifically, to cool the stator coil.

これに関連する先行技術文献として、特開2000−125512号公報(特許文献1)には、コイルエンド接触冷却型回転電機が開示されている。この回転電機では、ステータコイルの少なくともコイルエンドを、厚さ方向がステータコアの径方向に一致する姿勢でステータコアの端面から突出する細板状導体からなる各軸方向突出部を互いに径方向に重ねて構成している。そして、このコイルエンドの径方向最外側または径方向最内側の細板状導体の平坦な主面に電気絶縁されつつ直接に密着する平坦な冷却面を有する良熱伝導性の冷却部材を設けることによりコイルエンド部2dの冷却性を向上することが記載されている。   As a related art document related to this, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-125512 (Patent Document 1) discloses a coil end contact cooling type rotating electrical machine. In this rotating electrical machine, at least the coil ends of the stator coils are overlapped with each other in the radial direction by axially protruding portions made of thin plate-like conductors protruding from the end face of the stator core in a posture in which the thickness direction coincides with the radial direction of the stator core. It is composed. And providing a heat conductive cooling member having a flat cooling surface that is insulatively intimately adhered to the flat main surface of the thin plate conductor at the radially outermost or radially innermost side of the coil end. Describes improving the cooling performance of the coil end portion 2d.

特開2000−125512号公報JP 2000-125512 A

ところで、上記EVやHEVに搭載されるモータとして、超電導モータを用いることが考えられる。超電導モータは、超電導線材からなる複数のコイルを有しており、このコイルを所定の極低温(例えば70K)に冷却して電流、厳密には直流電流を流すと電気抵抗が実質的にゼロになることから、モータひいてはEV等の低電費化を図るうえで有望である。   By the way, it is conceivable to use a superconducting motor as a motor mounted on the EV or HEV. A superconducting motor has a plurality of coils made of a superconducting wire, and when the coil is cooled to a predetermined cryogenic temperature (for example, 70 K) and a current, strictly speaking, a direct current is passed, the electric resistance is substantially zero. Therefore, it is promising for reducing the electric power consumption of the motor and the EV.

超電導モータを動力源として搭載するには、超電導線材からなるコイルを極低温にまで冷却可能な冷凍機を車載する必要がある。しかし、この冷凍機についても搭載スペースの制限等の理由から、小型で高い冷凍性能であることが求められる。   In order to mount a superconducting motor as a power source, it is necessary to mount a refrigerator capable of cooling a coil made of a superconducting wire to an extremely low temperature. However, this refrigerator is also required to be small and have high refrigeration performance because of the limitation of the mounting space.

上記のような冷凍機として、例えば蓄冷型冷凍機、スターリング冷凍機などが用いられる。このスターリング冷凍機は、リニアモータよりシリンダ内で往復駆動されるピストンを含む圧縮機と、圧縮機内において圧縮および膨張が繰り返される圧縮ガスである例えばヘリウムガスが内部に流出入する蓄冷部とを備える。   As the above refrigerator, for example, a regenerative refrigerator, a Stirling refrigerator, or the like is used. This Stirling refrigerator includes a compressor including a piston that is driven to reciprocate in a cylinder by a linear motor, and a cold storage unit in which, for example, helium gas, which is a compressed gas that is repeatedly compressed and expanded in the compressor, flows into and out of the compressor. .

上記のようなスターリング冷凍機が車載された場合、例えば、車両が悪路を比較的高速で走行したとき車体には上下方向の周期的な振動が生じることがある。このときの振動周波数が上記スターリング冷凍機の圧縮機内におけるリニアモータのリニアモータ可動子およびピストン等からなる振動系の往復振動周波数に相当した場合には、共振により振幅が著しく大きくなって破損につながるおそれがある。   When such a Stirling refrigerator is mounted on the vehicle, for example, when the vehicle travels on a rough road at a relatively high speed, periodic vertical vibrations may occur in the vehicle body. When the vibration frequency at this time corresponds to the reciprocal vibration frequency of the vibration system including the linear motor mover and the piston of the linear motor in the compressor of the Stirling refrigerator, the resonance significantly increases the amplitude, resulting in damage. There is a fear.

本発明の目的は、車体の上下振動によって圧縮機を構成するリニアモータが破損しないように圧縮機を車両に搭載する車載構造を提供することにある。   The objective of this invention is providing the vehicle-mounted structure which mounts a compressor in a vehicle so that the linear motor which comprises a compressor may not be damaged by the vertical vibration of a vehicle body.

本発明に係る圧縮機の車載構造は、リニアモータ固定子、および、前記リニアモータ固定子により発生する磁界によって直線状に往復移動するリニアモータ可動子を含むリニアモータと、前記リニアモータ可動子に固定されるピストン軸と、前記ピストン軸の端部に設けられ、シリンダ内で往復移動して冷媒ガスの圧縮および膨張を行うピストンとを備える圧縮機の車載構造であって、前記圧縮機は、車両の動力源である超電導モータの超電導線材からなるコイルをコイルエンド部から冷却するための蓄冷型冷凍機の一部を構成し、前記リニアモータ可動子の移動方向が水平方向に沿うように前記圧縮機を含む前記蓄冷型冷凍機が前記超電導モータに一体に取り付けられて車両に搭載されることを特徴とするものである。 An on-vehicle structure of a compressor according to the present invention includes a linear motor stator, a linear motor including a linear motor mover that linearly reciprocates by a magnetic field generated by the linear motor stator, and the linear motor mover. An on-vehicle structure of a compressor, comprising: a fixed piston shaft; and a piston that is provided at an end of the piston shaft and reciprocally moves in a cylinder to compress and expand refrigerant gas . A part of a regenerative refrigerator for cooling a coil made of a superconducting wire of a superconducting motor, which is a power source of a vehicle, from a coil end portion, and the moving direction of the linear motor movable element is along the horizontal direction the regenerative refrigerator is the superconducting motor including a compressor is characterized in Rukoto is mounted on a vehicle fitted together.

ここで水平方向とは、完全なる水平方向である場合に限らず、水平方向に対して所定角度傾斜している場合も含むものとし、上記所定角度は±30度であることが好ましく、±10度であることがより好ましい。   Here, the horizontal direction is not limited to a complete horizontal direction, but also includes a case where the horizontal direction is inclined at a predetermined angle, and the predetermined angle is preferably ± 30 degrees, preferably ± 10 degrees. It is more preferable that

本発明に係る圧縮機の車載構造において、前記リニアモータ可動子の移動方向が前記車両の進行方向と直交する方向に沿うように前記圧縮機が前記車両に搭載されていてもよい。ここで直交方向とは、車両の進行方向に対して完全に90度をなして交差する方向に限らず、90度を含む所定角度範囲で前記車両進行方向と交差する方向も含むものとし、上記所定角度範囲は60〜120度であることが好ましい。   In the on-vehicle structure of the compressor according to the present invention, the compressor may be mounted on the vehicle such that the moving direction of the linear motor mover is along a direction orthogonal to the traveling direction of the vehicle. Here, the orthogonal direction is not limited to a direction that completely intersects the traveling direction of the vehicle at 90 degrees, but also includes a direction that intersects the traveling direction of the vehicle in a predetermined angle range including 90 degrees. The angle range is preferably 60 to 120 degrees.

また、本発明に係る圧縮機の車載構造では、前記リニアモータ可動子を貫通して固定される前記ピストン軸は前記リニアモータ可動子の軸方向両側において、前記リニアモータを収容するモータハウジング内壁に固定されたフレクシャベアリングによってそれぞれ支持されていてもよい。   Further, in the on-vehicle structure of the compressor according to the present invention, the piston shaft fixed through the linear motor movable element is formed on an inner wall of the motor housing that houses the linear motor on both sides in the axial direction of the linear motor movable element. Each may be supported by a fixed flexure bearing.

さらに、本発明に係る圧縮機の車載構造において、前記圧縮機を含む冷凍機は、前記超電導モータの軸方向端部に位置するエンドプレートに一体に取り付けられてもよいし、あるいは、前記超電導モータのモータケースの外周側壁上に一体に取り付けられていてもよい。

Further, in the vehicle structure of the compressor according to the present invention, the refrigerator including the compressor may be integrally attached to end plates located at the axial end portion of the superconducting motor or the superconducting motor It may be integrally attached on the outer peripheral side wall of the motor case.

本発明に係る圧縮機の車載構造によれば、例えば車両が悪路を比較的高速で走行したとき等に上下方向の振動が車体に継続して加わっても、リニアモータ可動子、ピストン軸およびピストンを含む振動系の往復移動方向が水平方向であるため、上記車体の上下方向振動が上記振動系を共振させることがなく、そのためリニアモータが破損するのを抑制でき、リニアモータを駆動源とする圧縮機、この圧縮機により冷却される超電導モータ、および、超電導モータを動力源とする電動車両の車体振動に対する信頼性が向上する。   According to the on-vehicle structure of the compressor according to the present invention, even when vertical vibration is continuously applied to the vehicle body, for example, when the vehicle travels on a rough road at a relatively high speed, the linear motor movable element, the piston shaft, and Since the reciprocating direction of the vibration system including the piston is a horizontal direction, the vertical vibration of the vehicle body does not resonate the vibration system, so that the linear motor can be prevented from being damaged. The reliability with respect to vehicle body vibration of an electric vehicle using the compressor, the superconducting motor cooled by the compressor, and the superconducting motor as a power source is improved.

本発明の一実施形態である圧縮機の車載構造を適用した電気自動車の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the electric vehicle to which the vehicle-mounted structure of the compressor which is one Embodiment of this invention is applied. 図1に示す超電導モータの軸方向に沿った断面図(一部側面を含む)である。It is sectional drawing (a part side surface is included) along the axial direction of the superconducting motor shown in FIG. 図2におけるA−A線断面図である。It is the sectional view on the AA line in FIG. 冷凍機の圧縮部の縦断面図(一部側面を含む)である。It is a longitudinal cross-sectional view (a part side surface is included) of the compression part of a refrigerator. 図4に示す圧縮部に含まれるフレクシャベアリングを示す斜視図である。It is a perspective view which shows the flexure bearing contained in the compression part shown in FIG. 本発明の別実施形態である圧縮機の車載構造を適用した電気自動車の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the electric vehicle to which the vehicle-mounted structure of the compressor which is another embodiment of this invention is applied. 図6に示す電気自動車の変形例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the modification of the electric vehicle shown in FIG.

以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。   Embodiments according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In this description, specific shapes, materials, numerical values, directions, and the like are examples for facilitating the understanding of the present invention, and can be appropriately changed according to the application, purpose, specification, and the like.

以下の説明では、電動車両として電気自動車を例に説明するが、本発明はハイブリッド車両等の他の電動車両に適用されてもよい。   In the following description, an electric vehicle will be described as an example of an electric vehicle, but the present invention may be applied to other electric vehicles such as a hybrid vehicle.

図1は本発明の一実施形態である圧縮機の車載構造100を採用した電気自動車1の概略構成を示す。図1において、矢印X方向が車両進行方向すなわち車両前後方向を示し、車両進行方向と直交する矢印Y方向が車両左右方向すなわち車幅方向を示す。また、図1において、紙面に沿う方向が車両が水平面上の置かれたときの水平方向であり、紙面に垂直な方向が鉛直方向である。   FIG. 1 shows a schematic configuration of an electric vehicle 1 that employs a compressor on-vehicle structure 100 according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, the arrow X direction indicates the vehicle traveling direction, that is, the vehicle longitudinal direction, and the arrow Y direction orthogonal to the vehicle traveling direction indicates the vehicle lateral direction, that is, the vehicle width direction. In FIG. 1, the direction along the plane of the paper is the horizontal direction when the vehicle is placed on a horizontal plane, and the direction perpendicular to the plane of the paper is the vertical direction.

電気自動車1は、走行用動力源として超電導モータ12を搭載している。超電導モータ10のロータシャフト18(図2参照)は、超電導モータ10と一体に設けられたトランスミッション11を介して、2つの前輪2にそれぞれ連結されるフロント車軸3に接続されている。これにより、超電導モータ10のロータシャフト18から出力される回転動力がトランスミッション11およびフロント車軸3を介して前輪2に伝達されるようになっている。   The electric vehicle 1 is equipped with a superconducting motor 12 as a driving power source. The rotor shaft 18 (see FIG. 2) of the superconducting motor 10 is connected to the front axle 3 connected to the two front wheels 2 via a transmission 11 provided integrally with the superconducting motor 10. Thereby, the rotational power output from the rotor shaft 18 of the superconducting motor 10 is transmitted to the front wheels 2 via the transmission 11 and the front axle 3.

また、電気自動車1は、2つの後輪4と、各後輪4にそれぞれ接続されるリア車軸5と、リア車軸5が連結されるリアディファレンシャルギヤ6とを備える。2つの後輪4は、電気自動車1の走行時に従動回転することになる。   The electric vehicle 1 also includes two rear wheels 4, a rear axle 5 connected to each rear wheel 4, and a rear differential gear 6 to which the rear axle 5 is coupled. The two rear wheels 4 are driven to rotate when the electric vehicle 1 is traveling.

超電導モータ10は、電気自動車1の前部に位置するエンジンコンパートメント7内に搭載されている。超電導モータ10は、図示しないブラケットやマウント等の取付部材を介して車体8に対して固定されている。すなわち電気自動車10は、FF(フロントエンジン・フロントドライブ)車である。   Superconducting motor 10 is mounted in engine compartment 7 located in the front part of electric vehicle 1. The superconducting motor 10 is fixed to the vehicle body 8 via a mounting member (not shown) such as a bracket or a mount. That is, the electric vehicle 10 is an FF (front engine / front drive) vehicle.

超電導モータ10は、第1および第2の冷凍機16,17を一体に備えている。各冷凍機16,17は、リニアモータを内蔵した圧縮部をそれぞれ有しており、電動車両1が水平面上に置かれたときに各圧縮部のリニアモータ可動子の移動方向が水平方向に沿うよう上記圧縮機を電気自動車に搭載した車載構造100を採用している。次に、図2,3を参照して超電導モータ10について詳細に説明する。   Superconducting motor 10 includes first and second refrigerators 16 and 17 integrally. Each of the refrigerators 16 and 17 has a compression unit with a built-in linear motor, and when the electric vehicle 1 is placed on a horizontal plane, the moving direction of the linear motor movable element of each compression unit is along the horizontal direction. An on-vehicle structure 100 in which the compressor is mounted on an electric vehicle is employed. Next, the superconducting motor 10 will be described in detail with reference to FIGS.

図2,3に示すように、超電導モータ10は、回転可能に支持されたロータ12と、ロータ12の外周を覆って設けられる略円筒状のステータ14と、超電導モータ10の軸方向両端面に固定された2つの冷凍機16,17とを備える。ここでの説明において、ロータ12の中心を貫通するロータシャフト18の回転中心軸Rに関し、これに沿う方向を軸方向といい、回転中心軸Rと直交する放射方向を径方向といい、回転中心軸Rを中心点として前記放射方向を含む平面上に描かれる円形に沿う方向を周方向という。   As shown in FIGS. 2 and 3, the superconducting motor 10 includes a rotor 12 that is rotatably supported, a substantially cylindrical stator 14 that covers the outer periphery of the rotor 12, and both axial end surfaces of the superconducting motor 10. Two fixed refrigerators 16 and 17 are provided. In the description here, regarding the rotation center axis R of the rotor shaft 18 passing through the center of the rotor 12, the direction along this is referred to as the axial direction, and the radial direction orthogonal to the rotation center axis R is referred to as the radial direction. A direction along a circle drawn on a plane including the radial direction with the axis R as a central point is referred to as a circumferential direction.

ロータ12は、例えば電磁鋼板を積層してカシメや溶接等により一体に構成される円筒状のロータコア20と、ロータコア20の中心穴を貫通して固定された丸棒鋼材等からなるロータシャフト18とを含む。ロータコア20の外周面には、複数(本実施形態では6つ又は6箇所)の永久磁石22が露出した状態で周方向に等間隔に固定されている。ただし、ロータコア20に設けられる永久磁石は、外周面に露出していなくてもよく、外周面近傍の内部に埋設されてもよい。   The rotor 12 includes, for example, a cylindrical rotor core 20 formed by laminating electromagnetic steel plates and integrally formed by caulking, welding, or the like, and a rotor shaft 18 made of a round bar steel material that is fixed through the center hole of the rotor core 20. including. A plurality of (six or six locations in the present embodiment) permanent magnets 22 are fixed to the outer peripheral surface of the rotor core 20 at equal intervals in the circumferential direction. However, the permanent magnet provided in the rotor core 20 may not be exposed on the outer peripheral surface, and may be embedded in the vicinity of the outer peripheral surface.

ロータ12のロータシャフト18は、その両端部19a,19bにおいて、超電導モータ10の軸方向両端面を形成する円盤状のエンドプレート24,26に固定された軸受部材28によって回転可能に支持されている。これにより、ステータ14の内部に回転磁界が形成されると、これに伴ってロータコア20の永久磁石22がひきつけられて、ロータ12が回転駆動されるようになっている。   The rotor shaft 18 of the rotor 12 is rotatably supported at both end portions 19a and 19b by bearing members 28 fixed to disk-like end plates 24 and 26 that form both axial end surfaces of the superconducting motor 10. . As a result, when a rotating magnetic field is formed inside the stator 14, the permanent magnet 22 of the rotor core 20 is attracted accordingly and the rotor 12 is driven to rotate.

ステータ14は、略円筒状をなす固定子鉄心であるステータコア30を含む。ステータコア30の内周部には、径方向内側へ突出する複数(本実施形態では9つ)のティース部32が周方向に等間隔に形成されている。ステータコア30は、例えば複数の略円環状の電磁鋼板を軸方向に積層してカシメ、接着、溶接等によって一体に組み付けて構成されることができる。ただし、ステータコア30は、各々1つのティース部を有する9つの分割ステータコアを円環状に連ねて配置してその外側から筒状の締結部材により締め付けることによって構成されてもよい。この場合、分割ステータコアは、圧粉磁心により形成されることができる。   The stator 14 includes a stator core 30 that is a substantially cylindrical stator core. A plurality (9 in this embodiment) of teeth portions 32 projecting radially inward are formed at equal intervals in the circumferential direction on the inner circumferential portion of the stator core 30. The stator core 30 can be configured by, for example, laminating a plurality of substantially annular electromagnetic steel plates in the axial direction and assembling them integrally by caulking, bonding, welding, or the like. However, the stator core 30 may be configured by arranging nine divided stator cores each having one tooth portion in a ring shape and fastening them with a cylindrical fastening member from the outside. In this case, the divided stator core can be formed of a dust core.

ステータコア30のティース部32には、超電導線材からなるコイル34が巻装されている。超電導線材は、断面形状が円形状でもよいし、あるいは、矩形状であってもよい。また、超電導線材には、例えば、イットリウム系超電導材料やビスマス系超電導材料が好適に用いられる。ただし、超電導線材を構成する超電導材料は、これらに限定されるものではなく、他の公知の超電導材料、あるいは、将来開発される、より高温で超電導特性を発現する超電導材料であってもよい。   A coil 34 made of a superconducting wire is wound around the teeth portion 32 of the stator core 30. The superconducting wire may have a circular cross section or a rectangular shape. For the superconducting wire, for example, an yttrium superconducting material or a bismuth superconducting material is preferably used. However, the superconducting material constituting the superconducting wire is not limited to these, and may be another known superconducting material or a superconducting material developed in the future and exhibiting superconducting characteristics at a higher temperature.

コイル34を構成する超電導線材は、絶縁被覆されていてもよい。これにより、コイル34として密着して巻回されたときに各ターン間での電気絶縁が確保される。ただし、超電導線材が絶縁被覆されていない場合、コイル34に形成するときに絶縁紙や絶縁フィルム等を挟みながらコイル状に巻くことで各ターン間の電気絶縁が確保されてもよい。   The superconducting wire constituting the coil 34 may be coated with insulation. Thereby, when it winds closely as the coil 34, the electrical insulation between each turn is ensured. However, when the superconducting wire is not covered with insulation, electrical insulation between the turns may be secured by winding the coil 34 in a coil shape while sandwiching an insulating paper or an insulating film.

コイル34は、隣接するティース部32間に形成されるスロット内に位置する部分35と、ステータコア30の軸方向両端面から外側へそれぞれ突出するコイルエンド部36とを含む。各コイル34は、2つ置きごとのコイル34と直列接続されてU,V,Wの各相コイルを構成する。各相コイルの一方端は、図示しない中性点において互いに接続され、各相コイルの他方端は図示しない各相電流導入端子にそれぞれ接続されている。   Coil 34 includes a portion 35 positioned in a slot formed between adjacent teeth portions 32, and coil end portions 36 that protrude outward from both axial end surfaces of stator core 30. Each coil 34 is connected in series with every other coil 34 and constitutes a U, V, W phase coil. One end of each phase coil is connected to each other at a neutral point (not shown), and the other end of each phase coil is connected to each phase current introduction terminal (not shown).

超電導モータ10は、円筒状のモータケース40を有している。モータケース40内に、ロータ12およびステータ14が収容されている。モータケース40の軸方向の両端部は、エンドプレート24,26の外周縁部に気密状態で連結されている。モータケース40およびエンドプレート24,26は、例えばステンレス等の非磁性材料から形成される。なお、モータケース40は、エンドプレート24または26と一体のものとして形成されてもよい。   The superconducting motor 10 has a cylindrical motor case 40. The rotor 12 and the stator 14 are accommodated in the motor case 40. Both end portions in the axial direction of the motor case 40 are connected to the outer peripheral edge portions of the end plates 24 and 26 in an airtight state. The motor case 40 and the end plates 24 and 26 are made of a nonmagnetic material such as stainless steel, for example. The motor case 40 may be formed integrally with the end plate 24 or 26.

モータケース40内には、各々円筒状をなす内筒部材42および外筒部材44がロータ12と同心上に配置されている。内筒部材42および外筒部材44の軸方向両端部は、エンドプレート24,26の内面に気密状態を保持可能に連結されている。内筒部材42は、磁界の通過を妨げず且つ非導電性である非金属材料により形成されるのが好ましい。一方、外筒部材44は、低熱伝導率材料(例えばFRP等)で形成されるのが好ましく、低熱伝導率の非磁性材料で形成されるのがより好ましい。   In the motor case 40, an inner cylinder member 42 and an outer cylinder member 44 each having a cylindrical shape are arranged concentrically with the rotor 12. Both end portions in the axial direction of the inner cylinder member 42 and the outer cylinder member 44 are connected to the inner surfaces of the end plates 24 and 26 so as to maintain an airtight state. The inner cylinder member 42 is preferably formed of a non-metallic material that does not hinder the passage of a magnetic field and is non-conductive. On the other hand, the outer cylinder member 44 is preferably formed of a low thermal conductivity material (for example, FRP), and more preferably is formed of a nonmagnetic material having a low thermal conductivity.

内筒部材42は、ロータ12のロータコア20よりも若干大きい内径を有し、ロータコア20の外周面との間に周方向に一様な隙間が形成されている。また、内筒部材42と外筒部材44との間には、筒状空間からなる第1真空室46が形成されている。第1真空室46内には、コイル34を含むステータ14が収容されている。ステータ14のステータコア30の外周面が、外筒部材44の内周面上に密着して固定されている。   The inner cylinder member 42 has a slightly larger inner diameter than the rotor core 20 of the rotor 12, and a uniform gap is formed in the circumferential direction between the inner cylinder member 42 and the outer peripheral surface of the rotor core 20. A first vacuum chamber 46 formed of a cylindrical space is formed between the inner cylinder member 42 and the outer cylinder member 44. In the first vacuum chamber 46, the stator 14 including the coil 34 is accommodated. The outer peripheral surface of the stator core 30 of the stator 14 is fixed in close contact with the inner peripheral surface of the outer cylinder member 44.

第1真空室46は、冷凍機16,17を含めて超電導モータ10が組み立てられた後に、エンドプレート24,26の少なくとも何れかに形成された図示しない空気抜き穴から真空引きされて、真空状態に維持される。このように、熱伝導率が低い内筒部材42および外筒部材44で区画形成し、かつ、内部を真空とすることで、第1真空室46内に収容されたコイル34を含むステータ14への断熱性を高めることができる。   After the superconducting motor 10 including the refrigerators 16 and 17 is assembled, the first vacuum chamber 46 is evacuated from an air vent hole (not shown) formed in at least one of the end plates 24 and 26 to be in a vacuum state. Maintained. Thus, the stator 14 including the coil 34 accommodated in the first vacuum chamber 46 is formed by partitioning with the inner cylinder member 42 and the outer cylinder member 44 having low thermal conductivity and making the inside vacuum. It is possible to improve the heat insulation.

さらに、外筒部材44とモータケース40との間には、筒状空間からなる第2真空室48が形成されている。第2真空室48もまた、第1真空室46と同様に真空状態になっている。これにより、第1真空室46内に収容されたコイル34を含むステータ14が第2真空室48によってモータ外部と隔てられることで、コイル34を含むステータ14に対する断熱効果をより一層高めることができる。   Further, a second vacuum chamber 48 formed of a cylindrical space is formed between the outer cylinder member 44 and the motor case 40. Similarly to the first vacuum chamber 46, the second vacuum chamber 48 is also in a vacuum state. Thereby, the stator 14 including the coil 34 accommodated in the first vacuum chamber 46 is separated from the outside of the motor by the second vacuum chamber 48, so that the heat insulating effect on the stator 14 including the coil 34 can be further enhanced. .

超電導モータ10において、軸方向の一端側に位置するエンドプレート24には第1の冷凍機16が設けられ、軸方向の他端側に位置するエンドプレート26には第2の冷凍機17が設けられている。第1および第2の冷凍機16,17は、気密状態を確保しつつエンドプレート24,26の貫通穴の周囲に固定された筒状のブラケット50を介してそれぞれ取り付けられている。このように2つの冷凍機16,17を超電導モータの一部として一体に設けることで、車載する際に必要となるスペースをできるだけ小さくすることができる。   In the superconducting motor 10, the first refrigerator 16 is provided on the end plate 24 located on one end side in the axial direction, and the second refrigerator 17 is provided on the end plate 26 located on the other end side in the axial direction. It has been. The first and second refrigerators 16 and 17 are attached via cylindrical brackets 50 fixed around the through holes of the end plates 24 and 26 while ensuring an airtight state. Thus, by providing the two refrigerators 16 and 17 integrally as a part of the superconducting motor, the space required for mounting on the vehicle can be made as small as possible.

なお、ここでは2つの冷凍機16,17を超電導モータ10の各エンドプレート24,26にそれぞれ設けるものとして説明するが、1つの冷凍機のみを含むように超電導モータが構成されてもよい。   In addition, although demonstrated here as providing two refrigerators 16 and 17 in each end plate 24 and 26 of the superconducting motor 10, a superconducting motor may be comprised so that only one refrigerator may be included.

第1および第2の冷凍機16,17は、シリンダ52内でピストン54が直線的に往復移動して冷媒ガス(例えば、Heガス)の圧縮および膨張を繰り返し行うガス圧縮機(以下、単に圧縮機という)56をそれぞれ有する。また、第1および第2の冷凍機16,17は、筒状のブラケット50内からエンドプレート24,26の貫通穴を介して第1真空室46まで延伸した段付き柱状外形状を有する冷却部58をそれぞれ備える。冷却部58の平坦な先端面は、伝熱部材60を介してコイルエンド部36にそれぞれ接触している。ここで、コイルエンド部36と伝熱部材60との間、および、伝熱部材60と冷却部58との間の少なくともいずれか一方に絶縁紙等の絶縁部材を介在させて、コイル34と冷凍機16,17間の電気絶縁が確保されてもよい。   The first and second refrigerators 16 and 17 are gas compressors (hereinafter simply referred to as compression) in which a piston 54 linearly reciprocates in a cylinder 52 to repeatedly compress and expand refrigerant gas (for example, He gas). 56). The first and second refrigerators 16 and 17 have cooling stepped columnar outer shapes extending from the inside of the cylindrical bracket 50 to the first vacuum chamber 46 through the through holes of the end plates 24 and 26. 58 respectively. The flat front end surface of the cooling part 58 is in contact with the coil end part 36 via the heat transfer member 60. Here, an insulating member such as insulating paper is interposed between at least one of the coil end portion 36 and the heat transfer member 60 and between the heat transfer member 60 and the cooling portion 58, so that the coil 34 and the refrigeration are cooled. Electrical insulation between the machines 16, 17 may be ensured.

第1および第2の冷凍機16,17は、超電導線材からなるコイル34が超電導特性を発現する所望の極低温(例えば、約70K)まで冷却可能な冷却性能を有し、ピストン54のストロークを制御することによって冷却温度を調節することができる。電気自動車1の走行用動力源として搭載される超電導モータ10は、設置スペースの制約や車両重量の軽量化のため冷凍機16,17は小型で軽量のものであることが好ましい。例えば、第1および第2の冷凍機16,17には、蓄冷型スターリング冷凍機が好適に用いられる。ただし、設置スペースおよび重量の制約が緩い場合、例えば、超電導モータ10が電車や船舶等の大型の移動体の動力源として、あるいは、設置位置が固定された機械の動力源として用いられる場合には、上記のような冷却性能を有する冷凍機であれば、体格が大きくて重い冷凍機であっても構わない。   The first and second refrigerators 16 and 17 have a cooling performance that allows the coil 34 made of a superconducting wire to be cooled to a desired cryogenic temperature (for example, about 70 K) at which superconducting characteristics are exhibited, and the stroke of the piston 54 is increased. The cooling temperature can be adjusted by controlling. In the superconducting motor 10 mounted as a driving power source for the electric vehicle 1, the refrigerators 16 and 17 are preferably small and light in order to limit the installation space and reduce the vehicle weight. For example, a regenerative Stirling refrigerator is suitably used for the first and second refrigerators 16 and 17. However, when installation space and weight restrictions are loose, for example, when the superconducting motor 10 is used as a power source for a large moving body such as a train or a ship, or as a power source for a machine having a fixed installation position. As long as the refrigerator has the cooling performance as described above, it may be a refrigerator having a large physique and heavy.

第1および第2の冷凍機16,17は、各ピストン54の移動方向が同一直線上となるように対向配置されている。すなわち、第1および第2の冷凍機16,17は、軸方向に対向して設けられている。そして、第1および第2の冷凍機16,17では、各ピストン54が互いに反対方向に移動するように圧縮機56を駆動する。換言すれば、第1および第2の冷凍機16,17において、ピストン54による圧縮ストロークと膨張ストロークとが互いに同期するように駆動される。このような配置および駆動にすることで、ピストン54の移動によって第1および第2の冷凍機16,17が超電導モータ10に及ぼす回転モーメントが相殺されて、振動や騒音を抑制できる。   The first and second refrigerators 16 and 17 are arranged to face each other so that the moving directions of the pistons 54 are on the same straight line. That is, the first and second refrigerators 16 and 17 are provided to face each other in the axial direction. In the first and second refrigerators 16 and 17, the compressor 56 is driven so that the pistons 54 move in opposite directions. In other words, the first and second refrigerators 16 and 17 are driven so that the compression stroke and the expansion stroke by the piston 54 are synchronized with each other. With such an arrangement and drive, the rotational moment exerted on the superconducting motor 10 by the first and second refrigerators 16 and 17 by the movement of the piston 54 is canceled, and vibration and noise can be suppressed.

なお、上記では第1および第2の冷凍機16,17を各エンドプレート24,26上に固定するものとして説明したが、これに限定されず、各冷凍機16,17の圧縮機56をモータケース40の外周側壁上に固定し、各圧縮機56からそれぞれ延伸する圧縮ガス流路管を各冷凍機16,17の冷却部58にそれぞれ接続する構成としてもよい。このようにすれば、超電導モータ10の軸方向の幅を小さくすることができ、車両搭載性が向上する。   In the above description, the first and second refrigerators 16 and 17 are fixed on the end plates 24 and 26. However, the present invention is not limited to this, and the compressor 56 of each refrigerator 16 and 17 is a motor. It is good also as a structure which connects to the cooling part 58 of each refrigerator 16 and 17, respectively, on the outer peripheral side wall of case 40, and the compressed gas flow path pipe | tube extended | stretched from each compressor 56, respectively. In this way, the axial width of the superconducting motor 10 can be reduced, and vehicle mountability is improved.

第1の冷凍機16の冷却部58の軸方向先端面が接触する伝熱部材60は、例えば熱伝導性が良好な金属板で形成され、周方向に連なった円環状をなして軸方向一方側に位置する全てのコイルエンド部36に接触している。一方、第2の冷凍機17の冷却部58の軸方向先端面が接触する伝熱部材60は、例えば熱伝導性が良好な金属板で形成され、周方向に連なった円環状をなして、軸方向他方側に位置する全てのコイルエンド部36に接触している。これにより、各冷凍機16,17の冷却部58が伝熱部材60を介してコイルエンド部36から吸熱してコイル34を冷却することができる。   The heat transfer member 60 with which the front end surface in the axial direction of the cooling unit 58 of the first refrigerator 16 contacts is formed of, for example, a metal plate having good thermal conductivity, and has an annular shape that is continuous in the circumferential direction. All coil end portions 36 located on the side are in contact. On the other hand, the heat transfer member 60 in contact with the axial front end surface of the cooling unit 58 of the second refrigerator 17 is formed of, for example, a metal plate having good thermal conductivity, and has an annular shape that is continuous in the circumferential direction. All the coil end portions 36 located on the other side in the axial direction are in contact with each other. Thereby, the cooling part 58 of each refrigerator 16 and 17 can absorb heat from the coil end part 36 via the heat-transfer member 60, and can cool the coil 34. FIG.

伝熱部材60のコイル対向面には、コイルエンド部36が嵌合する凹部または溝が形成されている。このようにすることで、コイルエンド部36と伝熱部材60との接触面積が増加し、コイル34の冷却効率を上げることができる。   A concave portion or a groove into which the coil end portion 36 is fitted is formed on the coil facing surface of the heat transfer member 60. By doing in this way, the contact area of the coil end part 36 and the heat-transfer member 60 increases, and the cooling efficiency of the coil 34 can be raised.

また、伝熱部材60は、絶縁性樹脂材料を成型することによってコイルエンド部36に一体に形成されてもよい。これにより、コイル34と冷凍機16,17の冷却部58間の電気絶縁性がより向上する。この場合、伝熱部材60の熱伝導性を良好にするために、金属製の粒子または粉末を上記絶縁性樹脂材料に分散させるのが好ましい。   Further, the heat transfer member 60 may be integrally formed with the coil end portion 36 by molding an insulating resin material. Thereby, the electrical insulation between the coil 34 and the cooling unit 58 of the refrigerators 16 and 17 is further improved. In this case, in order to improve the thermal conductivity of the heat transfer member 60, it is preferable to disperse metal particles or powder in the insulating resin material.

このように本実施形態の超電導モータ10では、2つの冷凍機16,17によって、熱容量が大きいステータコア30を介在させることなく、コイル34を軸方向両側から効率よく迅速に所望の極低温まで冷却することができる。そのため、超電導モータ10の始動時間の短時間化、および、冷凍機の消費電力の低減を図れる。   As described above, in the superconducting motor 10 of the present embodiment, the two refrigerators 16 and 17 cool the coil 34 to the desired cryogenic temperature quickly and efficiently from both sides in the axial direction without interposing the stator core 30 having a large heat capacity. be able to. Therefore, it is possible to shorten the starting time of the superconducting motor 10 and reduce the power consumption of the refrigerator.

また、本実施形態の超電導モータ10では、第1および第2の冷凍機16,17は、各ピストン54の移動方向が同一直線上となるように配置され、かつ、各ピストン54が互いに反対方向に移動するように圧縮機56が駆動されることで、ピストン54の移動によって第1および第2の冷凍機16,17が超電導モータ10に及ぼす回転モーメントが相殺されて振動や騒音を抑制できる。   In the superconducting motor 10 of the present embodiment, the first and second refrigerators 16 and 17 are arranged such that the moving directions of the pistons 54 are on the same straight line, and the pistons 54 are in directions opposite to each other. When the compressor 56 is driven so as to move to the rotational speed, the rotational moment exerted on the superconducting motor 10 by the first and second refrigerators 16 and 17 is canceled by the movement of the piston 54, so that vibration and noise can be suppressed.

続いて、図4,5を参照して第1および第2の冷凍機16,17の圧縮機56について詳細に説明する。ここでは第2の冷凍機17の圧縮機56を例に説明するが、第1の冷凍機56の圧縮機56も同一構成を有している。   Next, the compressor 56 of the first and second refrigerators 16 and 17 will be described in detail with reference to FIGS. Here, the compressor 56 of the second refrigerator 17 will be described as an example, but the compressor 56 of the first refrigerator 56 also has the same configuration.

上述したように圧縮機56は、円筒状空間を内包するシリンダ52と、シリンダ52内で矢印B方向に沿って直線状に往復移動する円柱状のピストン54とを備える。ピストン54は、シリンダ52の内径よりも若干小径に形成されており、後述するようにシリンダ内面との間に若干の隙間を形成しつつ非接触状態でシリンダ52内を往復移動可能なように設計されている。   As described above, the compressor 56 includes the cylinder 52 that encloses the cylindrical space, and the columnar piston 54 that reciprocates linearly along the arrow B direction in the cylinder 52. The piston 54 is slightly smaller than the inner diameter of the cylinder 52, and is designed to be able to reciprocate in the cylinder 52 in a non-contact state while forming a slight gap with the inner surface of the cylinder, as will be described later. Has been.

シリンダ52は、ピストン54を駆動するためのリニアモータ70を収容するモータハウジング72内に形成されている。モータハウジング72の矢印B方向の一方側端面74には、圧縮される冷媒ガスが流出入する開口部76がシリンダ52と連通して形成されている。   The cylinder 52 is formed in a motor housing 72 that houses a linear motor 70 for driving the piston 54. An opening 76 through which the refrigerant gas to be compressed flows in and out is formed in one end surface 74 in the arrow B direction of the motor housing 72 so as to communicate with the cylinder 52.

上記リニアモータ70は、モータハウジング72内において上記シリンダ52に対して上記開口部76とは反対側に形成されたモータ収容室78内に配置されている。リニアモータ70は、リニアモータ固定子82と、リニアモータ可動子82とを含んで構成されている。リニアモータ固定子80は、モータ収容室78内の内壁に対してねじ止め等の手段によって固定されている。リニアモータ固定子80の内周部には、複数のコイルが巻装されている。これらのコイルに通電することによって、リニアモータ固定子80の内側には、矢印B方向に移動する磁界が形成されるようになっている。   The linear motor 70 is disposed in a motor housing chamber 78 formed on the opposite side of the opening 76 from the cylinder 52 in the motor housing 72. The linear motor 70 includes a linear motor stator 82 and a linear motor movable element 82. The linear motor stator 80 is fixed to the inner wall of the motor housing chamber 78 by means such as screwing. A plurality of coils are wound around the inner periphery of the linear motor stator 80. By energizing these coils, a magnetic field that moves in the direction of arrow B is formed inside the linear motor stator 80.

一方、リニアモータ固定子80の内側には、リニアモータ可動子82が非接触状態に配置されている。リニアモータ可動子82は、永久磁石を含んで構成される永久磁石型可動子であってもよいし、あるいは、コイル通電によって励磁される電磁気型可動子であってもよい。このようなリニアモータ可動子82は、リニアモータ固定子80により形成される移動磁界に対する反発力および引付力によって、直線状に往復駆動されるようになっている。   On the other hand, a linear motor movable element 82 is disposed in a non-contact state inside the linear motor stator 80. The linear motor movable element 82 may be a permanent magnet type movable element that includes a permanent magnet, or may be an electromagnetic type movable element that is excited by energization of a coil. Such a linear motor movable element 82 is linearly reciprocated by a repulsive force and an attractive force with respect to a moving magnetic field formed by the linear motor stator 80.

リニアモータ可動子82の中心部分には、ピストン軸55が貫通して固定されている。リニアモータ可動子82とピストン軸55との固定方法は、溶接、カシメ、ねじ止め等の種々の手段が採用可能である。ピストン軸55の一端部(図4中の左側端部)には、ピストン54が連結されている。ピストン軸55は、リニアモータ可動子82を間にしてその両側において、板ばね84によってそれぞれ支持されている。ピスト軸55は、板ばね84に対して固定されている。具体的には、ピストン軸55に対して外装された板ばね84は、溶接、カシメ、ねじ止め等の種々の手段によってピストン軸55の外周面上に固定されることができる。   A piston shaft 55 penetrates and is fixed to the center portion of the linear motor movable element 82. As a method of fixing the linear motor movable element 82 and the piston shaft 55, various means such as welding, caulking, and screwing can be employed. A piston 54 is connected to one end of the piston shaft 55 (the left end in FIG. 4). The piston shaft 55 is supported by leaf springs 84 on both sides of the linear motor movable element 82 therebetween. The piston shaft 55 is fixed to the leaf spring 84. Specifically, the leaf spring 84 that is externally mounted on the piston shaft 55 can be fixed on the outer peripheral surface of the piston shaft 55 by various means such as welding, caulking, and screwing.

板ばね84は、図5に示すような例えば薄鋼板からなる円板状の板ばねであるフレクシャベアリング86を複数枚重ね合わせて構成されている。フレクシャベアリング86は、中心部にピストン軸取付穴88が形成されるとともに、外周縁部に複数の固定穴90が周方向に均等配置で形成されている。これらの固定穴90に挿通されるボルトと必要に応じて前記ボルトに螺合するナットとによって、複数枚のフレクシャベアリング86からなる板ばね84はモータ収容室78の内壁に対して固定されている。   The plate spring 84 is configured by overlapping a plurality of flexure bearings 86 that are disc-shaped plate springs made of, for example, thin steel plates as shown in FIG. In the flexure bearing 86, a piston shaft mounting hole 88 is formed at the center portion, and a plurality of fixing holes 90 are formed at the outer peripheral edge portion so as to be evenly arranged in the circumferential direction. A leaf spring 84 composed of a plurality of flexure bearings 86 is fixed to the inner wall of the motor accommodating chamber 78 by bolts inserted into the fixing holes 90 and nuts screwed into the bolts as necessary. Yes.

また、フレクシャベアリング86には、ピストン軸取付穴88を取り囲んで3本の渦巻状のスリット92が周方向に均等配置で形成されている。これらのスリット92の数、幅、長さ、形状等は、板ばね84について所望の面内ばね定数および面直交ばね定数が得られるように適宜に設計される。ここで、面内ばね定数は、中心取付穴88に固定された、ピストン54、ピストン軸55およびリニアモータ可動子82を含む振動系を板ばね86の中心位置にシリンダ52に対して同軸状に保持するための弾性定数であり、他方、面直交ばね定数は、リニアモータ70による駆動によって往復移動するピストン54等からなる振動系の共振状態が確保されるように設定される弾性定数である。   The flexure bearing 86 is formed with three spiral slits 92 that are arranged in the circumferential direction so as to surround the piston shaft mounting hole 88. The number, width, length, shape, and the like of these slits 92 are appropriately designed so that a desired in-plane spring constant and a plane orthogonal spring constant can be obtained for the leaf spring 84. Here, the in-plane spring constant is determined so that the vibration system including the piston 54, the piston shaft 55, and the linear motor movable element 82 fixed to the center mounting hole 88 is coaxial with the cylinder 52 at the center position of the leaf spring 86. On the other hand, the plane-orthogonal spring constant is an elastic constant that is set so as to ensure the resonance state of the vibration system including the piston 54 that reciprocally moves when driven by the linear motor 70.

上記板ばね84の面内ばね定数は、圧縮機56内のリニアモータ可動子82の往復移動方向、すなわちシリンダ52内のピストン54の往復移動方向が水平方向に沿うように圧縮機56を含む超電導モータ10が車両1に搭載されたとき、すなわち、図4において矢印B方向が水平方向に沿うように圧縮機56が車載されたときに、シリンダ内面とピストン外周面との間に若干の隙間が形成されるように設定されている。また、板ばね84の面直交ばね定数は、上記のように圧縮機56のピストン稼働方向が水平方向に沿うように配置された状態で、リニアモータ70を最大ストローク量で継続的に駆動した場合でも板ばね84が破損しないことを考慮して設定される。   The in-plane spring constant of the plate spring 84 is the superconductivity including the compressor 56 so that the reciprocating direction of the linear motor movable element 82 in the compressor 56, that is, the reciprocating direction of the piston 54 in the cylinder 52 is along the horizontal direction. When the motor 10 is mounted on the vehicle 1, that is, when the compressor 56 is mounted on the vehicle so that the arrow B direction in FIG. 4 is in the horizontal direction, there is a slight gap between the cylinder inner surface and the piston outer peripheral surface. It is set to be formed. Further, the plane orthogonal spring constant of the leaf spring 84 is determined when the linear motor 70 is continuously driven with the maximum stroke amount in a state where the piston operating direction of the compressor 56 is along the horizontal direction as described above. However, it is set in consideration that the leaf spring 84 is not damaged.

なお、上記においてモータハウジング72は、シリンダ52および開口部76が形成されたシリンダ形成部分と、モータ収容室78が内部に形成されたモータ収容室形成部分とに分割して構成されてもよい。また、上記モータ収容室形成部分は、両端が開口した円筒状部材と、この円筒状部材の一方開口部を閉じる円板状のエンドプレート部材とによって構成されてもよい。このようにモータハウジング72を分割形成することで、リニアモータ70、ピストン54、ピストン軸55および板ばね84を含む圧縮機56の組立易さが向上する。   In the above, the motor housing 72 may be divided into a cylinder forming part in which the cylinder 52 and the opening 76 are formed and a motor housing chamber forming part in which the motor housing chamber 78 is formed. Further, the motor housing chamber forming portion may be constituted by a cylindrical member having both ends opened and a disc-shaped end plate member that closes one opening of the cylindrical member. By dividing the motor housing 72 in this way, the ease of assembly of the compressor 56 including the linear motor 70, the piston 54, the piston shaft 55, and the leaf spring 84 is improved.

図2を再び参照すると、第1および第2の冷凍機16,17の各圧縮機56は、ピストン54の往復移動方向がロータコアシャフト18の回転中心軸Rと平行になるように超電導モータ10に対して取り付けられている。そして、図1を再び参照すると、この超電導モータ10が電気自動車1の車体8に対して、ロータシャフト18の回転中心軸Rが水平方向に沿うとともに車両進行方向と直交する姿勢で搭載されている。すなわち、本実施形態の圧縮機56の車載構造100では、車両1が水平面上の置かれたときに圧縮機56のリニアモータ可動子82の往復移動方向(矢印B方向)が水平方向に沿うと共に車両進行方向(矢印X方向)と直交するように圧縮機56が車両1に搭載されている。ここで「水平方向」とは、完全なる水平方向である場合に限らず、水平方向に対して所定角度傾斜している場合も含まれるものとし、上記所定角度は±30度であることが好ましく、±10度であることがより好ましい。また、上記「車両進行方向と直交する」とは、車両進行方向に対して完全に90度をなして交差する方向に限らず、90度を含む所定角度範囲で車両進行方向と交差する方向を含むものとし、上記所定角度範囲は60〜120度であることが好ましい。   Referring to FIG. 2 again, the compressors 56 of the first and second refrigerators 16 and 17 are connected to the superconducting motor 10 so that the reciprocating direction of the piston 54 is parallel to the rotation center axis R of the rotor core shaft 18. It is attached to. 1 again, the superconducting motor 10 is mounted on the body 8 of the electric vehicle 1 in a posture in which the rotation center axis R of the rotor shaft 18 is along the horizontal direction and orthogonal to the vehicle traveling direction. . That is, in the in-vehicle structure 100 of the compressor 56 of the present embodiment, when the vehicle 1 is placed on a horizontal plane, the reciprocating direction (arrow B direction) of the linear motor movable element 82 of the compressor 56 is along the horizontal direction. A compressor 56 is mounted on the vehicle 1 so as to be orthogonal to the vehicle traveling direction (arrow X direction). Here, the “horizontal direction” is not limited to a complete horizontal direction, but includes a case where the horizontal direction is inclined at a predetermined angle, and the predetermined angle is preferably ± 30 degrees. More preferably ± 10 degrees. The term “perpendicular to the vehicle traveling direction” is not limited to a direction that intersects the vehicle traveling direction completely at 90 degrees, but a direction that intersects the vehicle traveling direction in a predetermined angle range including 90 degrees. The predetermined angle range is preferably 60 to 120 degrees.

このような車載構造100により超電導モータ10が搭載された電気自動車1では、例えば悪路を比較的高速で走行したとき等に上下方向の周期的な振動が車体8に継続して加わっても、リニアモータ可動子82、ピストン軸55およびピストン54を含む振動系の往復移動方向が水平方向であるため、上記車体8の上下方向振動が上記振動系を共振させることがない。また、上記のように面内ばね定数が設定された、フレクシャベアリング86からなる板ばね84によって、車両上下振動時に圧縮機56の上記振動系の荷重をしっかりと受け止めることができる。そのため、リニアモータ70が破損するのを抑制でき、リニアモータ70を駆動源とする圧縮機56、この圧縮機56を含む冷凍機16,17により冷却される超電導モータ10、および、超電導モータ10を動力源とする電気自動車1の車体振動に対する信頼性が向上する。   In the electric vehicle 1 in which the superconducting motor 10 is mounted by such an on-vehicle structure 100, even when periodic vibrations in the vertical direction are continuously applied to the vehicle body 8 when traveling on a rough road at a relatively high speed, for example, Since the reciprocating direction of the vibration system including the linear motor movable element 82, the piston shaft 55 and the piston 54 is the horizontal direction, the vertical vibration of the vehicle body 8 does not resonate the vibration system. Further, the leaf spring 84 composed of the flexure bearing 86 with the in-plane spring constant set as described above can firmly receive the load of the vibration system of the compressor 56 during the vertical vibration of the vehicle. Therefore, the linear motor 70 can be prevented from being damaged, and the compressor 56 using the linear motor 70 as a drive source, the superconducting motor 10 cooled by the refrigerators 16 and 17 including the compressor 56, and the superconducting motor 10 are provided. Reliability with respect to body vibration of the electric vehicle 1 as a power source is improved.

また、電気自動車1が加減速したときに車両進行方向の加速度が圧縮機56の上記振動系に作用することになるが、本実施形態の車載構造100では圧縮機56のリニアモータ可動子82の往復移動方向が車両進行方向と直交する方向に沿うように圧縮機56が車載されているため、このような車両進行方向の加速度変化による振動が圧縮機56の振動系に共振を生じさせることもない。   Further, when the electric vehicle 1 is accelerated or decelerated, acceleration in the vehicle traveling direction acts on the vibration system of the compressor 56. In the in-vehicle structure 100 of the present embodiment, the linear motor movable element 82 of the compressor 56 Since the compressor 56 is mounted on the vehicle so that the reciprocating direction is along the direction orthogonal to the vehicle traveling direction, the vibration due to the acceleration change in the vehicle traveling direction may cause resonance in the vibration system of the compressor 56. Absent.

ここで、もし電気自動車1において車両進行方向に周期的な振動が生じたとしても、その振動周波数は圧縮機56のリニアモータ70の振動周波数(例えば数十ヘルツ)に比べて極めて小さい値になると考えられる。そのため、後述するようにリニアモータ70のリニアモータ可動子82の移動方向が車両前後方向に沿うように圧縮機56が搭載されたとしても、車両前後方向の振動によってリニアモータ70が共振により破損するおそれはない。さらには、電気自動車1の旋回時に車幅方向の遠心力(いわゆる横G)が圧縮機56の振動系に作用することになるが、このような遠心力が圧縮機56の振動系を共振させるような振動として作用することはまずあり得ないので圧縮機の車載構造100において無視できるものである。   Here, even if periodic vibration occurs in the vehicle traveling direction in the electric vehicle 1, the vibration frequency is extremely smaller than the vibration frequency (for example, several tens of hertz) of the linear motor 70 of the compressor 56. Conceivable. Therefore, even if the compressor 56 is mounted so that the moving direction of the linear motor movable element 82 of the linear motor 70 is along the vehicle front-rear direction as will be described later, the linear motor 70 is damaged by resonance due to vibration in the vehicle front-rear direction. There is no fear. Furthermore, centrifugal force (so-called lateral G) in the vehicle width direction acts on the vibration system of the compressor 56 when the electric vehicle 1 turns, and such centrifugal force causes the vibration system of the compressor 56 to resonate. Since it is unlikely to act as such a vibration, it can be ignored in the on-vehicle structure 100 of the compressor.

次に、図6を参照して別実施形態の圧縮機の車載構造101を適用した電気自動車1aについて説明する。ここでは上述した電気自動車1と同一または類似の構成要素には同一または類似の符合を付して重複することとなる説明を援用により省略する。   Next, an electric vehicle 1a to which the on-vehicle structure 101 of a compressor according to another embodiment is applied will be described with reference to FIG. Here, the same or similar constituent elements as those of the electric vehicle 1 described above are denoted by the same or similar reference numerals, and redundant description will be omitted.

図6は電気自動車1a概略構成を示す。電気自動車1aにおける圧縮機の車載構造101では、圧縮機56のリニアモータ可動子82の往復移動方向が、水平方向に沿うとともに車両進行方向(矢印X方向)と平行になるように圧縮機56が車体8に搭載されている。そして、超電導モータ10のロータシャフト18は、トランスミッション11に連結されたリアドライブシャフト9aを介してリアディフェレンシャルギヤ6に接続されている。すなわち、ここでの電気自動車1aはFR(フロントエンジン・リアドライブ)車であり、2つの前輪2に接続されるフロント車軸3は、図示しない車両前部のフロントディフェレンシャルギヤにそれぞれ連結されている。これ以外の構成については上記電気自動車1の場合と同様である。   FIG. 6 shows a schematic configuration of the electric vehicle 1a. In the in-vehicle structure 101 of the compressor in the electric vehicle 1a, the compressor 56 is arranged such that the reciprocating direction of the linear motor movable element 82 of the compressor 56 is parallel to the horizontal direction and the vehicle traveling direction (arrow X direction). It is mounted on the vehicle body 8. The rotor shaft 18 of the superconducting motor 10 is connected to the rear differential gear 6 via a rear drive shaft 9 a connected to the transmission 11. That is, the electric vehicle 1a here is an FR (front engine / rear drive) vehicle, and the front axle 3 connected to the two front wheels 2 is connected to a front differential gear at the front portion of the vehicle (not shown). Yes. The other configuration is the same as that of the electric vehicle 1 described above.

このようにリニアモータ可動子82の往復移動方向が水平方向に沿うと共に車両進行方向と平行になるように圧縮機56を車載した場合にも、上記と同様の作用効果を奏することができる。すなわち、車両上下振動によってリニアモータ70が破損するのを抑制でき、リニアモータ70を駆動源とする圧縮機56、この圧縮機56を含む冷凍機16,17により冷却される超電導モータ10、および、超電導モータ10を動力源とする電気自動車1の車体振動に対する信頼性が向上する。また、車両前後方向の振動によってリニアモータ70が共振により破損するおそれもない。   Thus, even when the compressor 56 is mounted on the vehicle so that the reciprocating direction of the linear motor movable element 82 is along the horizontal direction and parallel to the vehicle traveling direction, the same effects as described above can be obtained. That is, the linear motor 70 can be prevented from being damaged by the vehicle vertical vibration, the compressor 56 using the linear motor 70 as a drive source, the superconducting motor 10 cooled by the refrigerators 16 and 17 including the compressor 56, and The reliability of the electric vehicle 1 using the superconducting motor 10 as a power source is improved with respect to vehicle body vibration. Further, there is no possibility that the linear motor 70 is damaged due to resonance due to vibration in the longitudinal direction of the vehicle.

次に、図7を参照して、図6に示す電気自動車1aの変形例について説明する。この電気自動車1aは、4WD車(4輪駆動車)であり、トランスミッション11に連結されたフロントドライブシャフト9bがフロントディフェレンシャルギヤ6´に接続されている。これ以外の構成は、上記圧縮機の車載構造101を含めて上記電気自動車1aと同様である。この変形例の電気自動車1aによっても上記と同様の作用効果を奏することができる。   Next, a modification of the electric vehicle 1a shown in FIG. 6 will be described with reference to FIG. The electric vehicle 1a is a 4WD vehicle (four-wheel drive vehicle), and a front drive shaft 9b connected to a transmission 11 is connected to a front differential gear 6 '. The other configuration is the same as that of the electric vehicle 1a including the on-vehicle structure 101 of the compressor. The effect similar to the above can also be exhibited by the electric vehicle 1a of this modification.

なお、上記圧縮機の車載構造101のように、圧縮機56のリニアモータ可動子82の往復移動方向が水平方向に沿うとともに車両進行方向と平行になるように圧縮機56が車載される場合には、電気自動車1aの挙動特性(例えば、サスペンションばね定数、ピッチ角、ロール剛性等)を、車両前後方向の振動が圧縮機56の振動系に共振を生じさせないように設計してもよい。   When the compressor 56 is mounted on the vehicle such that the reciprocating direction of the linear motor mover 82 of the compressor 56 is in the horizontal direction and parallel to the vehicle traveling direction, as in the on-vehicle structure 101 of the compressor. The behavior characteristics (for example, suspension spring constant, pitch angle, roll rigidity, etc.) of the electric vehicle 1 a may be designed so that vibration in the vehicle longitudinal direction does not cause resonance in the vibration system of the compressor 56.

1,1a 電気自動車、2 前輪、3 フロント車軸、4 後輪、5 リア車軸、6 リアディフェレンシャルギヤ、6´ フロントディフェレンシャルギヤ、7 エンジンコンパートメント、8 車体、9a リアドライブシャフト、9b フロントドライブシャフト、10 超電導モータ、12 ロータ、14 ステータ、16 第1の冷凍機、17 第2の冷凍機、18 ロータシャフト、19a,19b 端部、20 ロータコア、22 永久磁石、24,26 エンドプレート、28 軸受部材、30 ステータコア、32 ティース部、33 スロット、34 コイル、35 スロット内に位置するコイル部分、36 コイルエンド部、40 モータケース、42 内筒部材、44 外筒部材、46 第1真空室、48 第2真空室、50 ブラケット、52 シリンダ、54 ピストン、55 ピストン軸、56 ガス圧縮機、58 冷却部、60 伝熱部材、70 リニアモータ、72 モータハウジング、74 ハウジング端面、76 開口部、78 モータ収容室、80 リニアモータ固定子、82 リニアモータ可動子、84 板ばね、86 フレクシャベアリング、88 ピストン軸取付穴、90 固定穴、92 スリット。   1, 1a Electric car, 2 front wheels, 3 front axles, 4 rear wheels, 5 rear axles, 6 rear differential gears, 6 'front differential gear, 7 engine compartment, 8 vehicle body, 9a rear drive shaft, 9b front drive Shaft, 10 superconducting motor, 12 rotor, 14 stator, 16 first refrigerator, 17 second refrigerator, 18 rotor shaft, 19a, 19b end, 20 rotor core, 22 permanent magnet, 24, 26 end plate, 28 Bearing member, 30 stator core, 32 teeth portion, 33 slot, 34 coil, coil portion located in 35 slot, 36 coil end portion, 40 motor case, 42 inner cylinder member, 44 outer cylinder member, 46 first vacuum chamber, 48 Second vacuum chamber, 50 bracket, 52 cylinders, 54 pistons, 55 piston shafts, 56 gas compressors, 58 cooling units, 60 heat transfer members, 70 linear motors, 72 motor housings, 74 housing end faces, 76 openings, 78 motor housing chambers, 80 linear motor stators , 82 Linear motor mover, 84 leaf spring, 86 flexure bearing, 88 piston shaft mounting hole, 90 fixing hole, 92 slit.

Claims (5)

リニアモータ固定子、および、前記リニアモータ固定子により発生する磁界によって直線状に往復移動するリニアモータ可動子を含むリニアモータと、前記リニアモータ可動子に固定されるピストン軸と、前記ピストン軸の端部に設けられ、シリンダ内で往復移動して冷媒ガスの圧縮および膨張を行うピストンとを備える圧縮機の車載構造であって、
前記圧縮機は、車両の動力源である超電導モータの超電導線材からなるコイルをコイルエンド部から冷却するための蓄冷型冷凍機の一部を構成し、前記リニアモータ可動子の移動方向が水平方向に沿うように前記圧縮機を含む前記蓄冷型冷凍機が前記超電導モータに一体に取り付けられて車両に搭載されることを特徴とする圧縮機の車載構造。
A linear motor including a linear motor stator, and a linear motor including a linear motor movable element that reciprocally moves linearly by a magnetic field generated by the linear motor stator; a piston shaft fixed to the linear motor movable element; and An on-vehicle structure of a compressor provided with a piston that is provided at an end and reciprocates in a cylinder to compress and expand refrigerant gas,
The compressor constitutes a part of a regenerative refrigerator for cooling a coil made of a superconducting wire of a superconducting motor that is a power source of a vehicle from a coil end portion, and the moving direction of the linear motor movable element is a horizontal direction vehicle structure of the compressor, characterized in Rukoto is mounted on a vehicle mounted integrally with the compressor the cold accumulation refrigerator comprising said superconducting motor along the.
請求項1に記載の圧縮機の車載構造において、
前記リニアモータ可動子の移動方向が前記車両の進行方向と直交する方向に沿うように前記圧縮機が前記車両に搭載されていることを特徴とする圧縮機の車載構造。
In the on-vehicle structure of the compressor according to claim 1,
An on-vehicle structure for a compressor, wherein the compressor is mounted on the vehicle so that a moving direction of the linear motor movable element is along a direction orthogonal to a traveling direction of the vehicle.
請求項1または2に記載の圧縮機の車載構造において、
前記リニアモータ可動子を貫通して固定される前記ピストン軸は前記リニアモータ可動子の軸方向両側において、前記リニアモータを収容するモータハウジング内壁に固定されたフレクシャベアリングによってそれぞれ支持されていることを特徴とする圧縮機の車載構造。
In the on-vehicle structure of the compressor according to claim 1 or 2,
The piston shaft fixed through the linear motor movable element is respectively supported by flexure bearings fixed to the inner wall of the motor housing that accommodates the linear motor on both axial sides of the linear motor movable element. An in-vehicle structure of a compressor characterized by
請求項1〜3のいずれか一項に記載の圧縮機の車載構造において、
前記圧縮機を含む冷凍機は、前記超電導モータの軸方向端部に位置するエンドプレートに一体に取り付けられていることを特徴とする圧縮機の車載構造。
In the on-vehicle structure of the compressor according to any one of claims 1 to 3,
The compressor on-vehicle structure , wherein the refrigerator including the compressor is integrally attached to an end plate located at an axial end of the superconducting motor.
請求項1〜3のいずれか一項に記載の圧縮機の車載構造において、
前記圧縮機を含む前記冷凍機は、前記超電導モータのモータケースの外周側壁上に一体に取り付けられていることを特徴とする圧縮機の車載構造。
In the on-vehicle structure of the compressor according to any one of claims 1 to 3 ,
The compressor on-vehicle structure , wherein the refrigerator including the compressor is integrally mounted on an outer peripheral side wall of a motor case of the superconducting motor.
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