(57)【要約】【課題】磁性体からシャフトへの磁束漏れを抑制すること。【解決手段】ロータ２０は、筒部材２１と、永久磁石３１と、２つのシャフト４１，５１と、接着剤層６１と、を備える。永久磁石３１は、筒部材２１内に配置されている。２つのシャフト４１，５１は、筒部材２１に挿入されている。永久磁石３１及び２つのシャフト４１，５１は、筒部材２１の軸線方向に並んで配置されている。永久磁石３１とシャフト４１，５１との間には絶縁性の接着剤層６１が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒部材と、
前記筒部材内に配置された磁性体と、
前記筒部材に挿入されており、前記筒部材の軸線方向に前記磁性体と並んで配置されたシャフトと、
前記磁性体と前記シャフトとの間に設けられており、前記磁性体と前記シャフトとを接着している絶縁性の接着剤層と、を備えるロータ。
【請求項２】
前記接着剤層には、非導電性のフィラーが分散されている請求項１に記載のロータ。
【請求項３】
前記シャフトは、前記筒部材における軸線方向の両端部のそれぞれに挿入されている請求項１又は請求項２に記載のロータ。
【請求項４】
前記シャフトは、前記筒部材に圧入されている請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載のロータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載された回転電機は、ステータと、ロータと、を備える。ステータは、ステータコアと、コイルと、を備える。ロータは、筒部材と、筒部材に圧入された磁性体と、筒部材に圧入されたシャフトと、を備える。コイルに電流が流れることによる回転磁界によって磁性体は回転する。磁性体の回転とともに、筒部材及びシャフトは一体となって回転する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２９５２１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の回転電機では、磁性体とシャフトとが接触しており、磁性体からシャフトへの磁束漏れが生じる場合がある。磁性体からシャフトへの磁束漏れが生じると、ステータに鎖交する磁束が減ることで、回転電機の出力が下がる原因となる。
【０００５】
本発明の目的は、磁性体からシャフトへの磁束漏れを抑制することができるロータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するロータは、筒部材と、前記筒部材内に配置された磁性体と、前記筒部材に挿入されており、前記筒部材の軸線方向に前記磁性体と並んで配置されたシャフトと、前記磁性体と前記シャフトとの間に設けられており、前記磁性体と前記シャフトとを接着している絶縁性の接着剤層と、を備える。
【０００７】
シャフトと磁性体との間に接着剤層が介在することで、シャフトは磁性体から離間している。従って、磁性体とシャフトとが接触している場合に比べて、磁性体からシャフトへの磁束漏れを抑制することができる。
【０００８】
上記ロータについて、前記接着剤層には、非導電性のフィラーが分散されていてもよい。
フィラーを分散させることで、フィラーの種類に応じて接着剤層に種々の機能を付与することができる。
【０００９】
上記ロータについて、前記シャフトは、前記筒部材における軸線方向の両端部のそれぞれに挿入されていてもよい。
上記ロータについて、前記シャフトは、前記筒部材に圧入されていてもよい。
【００１０】
シャフトと筒部材との間に接着剤を設けて、接着剤による接着によってシャフトと筒部材とを固定しようとすると、シャフトと筒部材との間に接着剤を充填するための領域が必要になる。シャフトと筒部材との間に接着剤を充填するための領域が存在する場合、接着を行う際にシャフトの中心軸が筒部材の中心軸からずれる原因になる。これに対し、圧入によりシャフトを筒部材に固定することで、接着によりシャフトと筒部材とを固定する場合に比べて、シャフトの中心軸と筒部材の中心軸とのずれを小さくすることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、磁性体からシャフトへの磁束漏れを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】車両用空調装置と、車両用空調装置に用いられる回転電機を示す概略構成図。
【図２】ロータの断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、ロータの一実施形態について説明する。
図１に示すように、車両用空調装置１００は、電動圧縮機１０１と、外部冷媒回路１０２と、を備える。電動圧縮機１０１は、筒状のハウジング１０３と、ハウジング１０３に収容された回転電機１０と、冷媒を圧縮する圧縮部１０４と、を備える。ハウジング１０３は、冷媒が供給される供給口１１０と、圧縮した冷媒を吐出する吐出口１１１と、を備える。供給口１１０は、回転電機１０が収容される収容領域Ｓに開口する孔である。圧縮部１０４は、回転電機１０の駆動によって生じる回転力によって冷媒を圧縮し、吐出口１１１から冷媒を吐出する。供給口１１０及び吐出口１１１には、外部冷媒回路１０２が接続されている。外部冷媒回路１０２は、例えば熱交換器及び膨張弁等を有している。車両用空調装置１００は、電動圧縮機１０１によって冷媒が圧縮され、かつ、外部冷媒回路１０２によって冷媒の熱交換及び膨張が行われることによって、車内の冷暖房を行う。なお、圧縮部１０４としては、スクロールタイプ、ピストンタイプ、ベーンタイプ等任意のタイプの圧縮部を用いることができる。
【００１４】
回転電機１０は、ステータ１１と、ロータ２０と、ロータ２０を回転可能な状態で支持する軸受１４と、を備える。ステータ１１は、円筒状のステータコア１２と、ステータコア１２に巻かれたコイル１３と、を備える。ステータコア１２は、ハウジング１０３の内周面に固定されている。
【００１５】
図１及び図２に示すように、ロータ２０は、筒部材２１と、磁性体である永久磁石３１と、２つのシャフト４１，５１と、接着剤層６１と、を備える。筒部材２１は、筒部材２１の軸線が直線状に延びる円筒状である。筒部材２１としては、例えば、炭素繊維強化プラスチック等の繊維強化材料、チタン合金、インコネル等の弾性変形可能な種々の材料で構成することができる。
【００１６】
永久磁石３１は、中実円柱状である。永久磁石３１は、永久磁石３１の径方向に着磁されている。永久磁石３１の軸線方向の寸法は、筒部材２１の軸線方向の寸法よりも短い。永久磁石３１としては、フェライト磁石、ネオジム磁石、サマリウム・コバルト磁石など、種々の磁石を用いることができる。永久磁石３１の軸線方向の両端面３２，３３のうち一方を第１端面３２とし、第１端面３２とは異なる端面３３を第２端面３３とする。
【００１７】
永久磁石３１は、筒部材２１内に配置されている。永久磁石３１と筒部材２１とは同心円状に配置されている。即ち、永久磁石３１の中心軸Ｃ１は、筒部材２１の中心軸と一致している。なお、永久磁石３１の中心軸Ｃ１と、筒部材２１の中心軸とが一致している状態とは、公差等に起因する誤差を許容するものであり、永久磁石３１の中心軸Ｃ１と筒部材２１の中心軸には若干のずれが生じていてもよい。
【００１８】
永久磁石３１は、筒部材２１の軸線方向の両端部２２，２３の間に配置されている。永久磁石３１は、筒部材２１に圧入されることで筒部材２１に固定されている。永久磁石３１が筒部材２１に挿入されていない状態で、筒部材２１の内径は永久磁石３１の直径よりも小さい。永久磁石３１が筒部材２１に圧入されることで、筒部材２１は弾性力によって筒部材２１の径方向内側に向かう締め付け力を永久磁石３１に作用させている。この締め付け力によって永久磁石３１の外周面と筒部材２１の内周面との界面には摩擦力が生じている。
【００１９】
２つのシャフト４１，５１のうち１つを第１シャフト４１、第１シャフト４１とは異なるシャフト５１を第２シャフト５１とする。第１シャフト４１は、円柱状のシャフト本体４２と、シャフト本体４２の外周面からシャフト本体４２の径方向外側に突出するフランジ部４３と、を備える。シャフト本体４２のうちフランジ部４３よりも軸線方向の一端側は、筒部材２１に圧入される圧入部４４である。第２シャフト５１は、円柱状のシャフト本体５２と、シャフト本体５２の外周面からシャフト本体５２の径方向外側に突出するフランジ部５３と、を備える。シャフト本体５２のうちフランジ部５３よりも軸線方向の一端側は、筒部材２１に圧入される圧入部５４である。２つのシャフト４１，５１の圧入部４４，５４の直径は同一である。シャフト４１，５１は、例えば、鉄や鉄の合金等の金属製である。
【００２０】
筒部材２１の両端部２２，２３のうち一方を第１端部２２、第１端部２２とは異なる端部を第２端部２３とすると、第１シャフト４１は第１端部２２に挿入されている。詳細にいえば、第１シャフト４１の圧入部４４は筒部材２１の第１端部２２に挿入されている。第１シャフト４１の中心軸Ｃ２は、筒部材２１の中心軸と一致している。第１シャフト４１のうち圧入部４４は筒部材２１内に配置されており、第１シャフト４１のうち圧入部４４とは異なる部位は筒部材２１外に突出している。圧入部４４の端面４５は、永久磁石３１の両端面３２，３３のうち第１シャフト４１側の第１端面３２から離間している。第２シャフト５１は第２端部２３に挿入されている。詳細にいえば、第２シャフト５１の圧入部５４は筒部材２１の第２端部２３に挿入されている。第２シャフト５１の中心軸Ｃ３は、筒部材２１の中心軸と一致している。第１シャフト４１、第２シャフト５１及び永久磁石３１は、それぞれの中心軸Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３が同一直線上に位置するように筒部材２１の軸線方向に並んで配置されている。なお、中心軸Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３が同一直線上に位置している状態とは、公差等に起因する誤差を許容するものであり、中心軸Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３同士の位置が若干ずれていてもよい。第２シャフト５１のうち圧入部５４は筒部材２１内に配置されており、第２シャフト５１のうち圧入部５４とは異なる部位は筒部材２１外に突出している。圧入部５４の端面５５は、永久磁石３１の両端面３２，３３のうち第２シャフト５１側の第２端面３３から離間している。
【００２１】
本実施形態において、シャフト４１，５１は、筒部材２１に圧入されることで筒部材２１に固定されている。シャフト４１，５１が筒部材２１に挿入されていない状態で、筒部材２１の内径は圧入部４４，５４の直径よりも小さい。シャフト４１，５１の圧入部４４，５４が筒部材２１に圧入されることで、筒部材２１は弾性力によって筒部材２１の径方向内側に向かう締め付け力をシャフト４１，５１の圧入部４４，５４に作用させている。この締め付け力によって圧入部４４，５４の外周面と筒部材２１の内周面との界面には摩擦力が生じている。
【００２２】
永久磁石３１の第１端面３２と第１シャフト４１の端面４５との間、及び永久磁石３１の第２端面３３と第２シャフト５１の端面５５との間には、それぞれ、絶縁性の接着剤層６１が設けられている。接着剤層６１は、永久磁石３１とシャフト４１，５１とを接着している。接着剤層６１としては、耐熱性及び放熱性に優れた接着剤を硬化させたものが好ましく、フィラー６２が分散されたものが用いられる。接着剤層６１は、エポキシ樹脂やシリコン樹脂等の熱硬化性樹脂を硬化させたものである。フィラー６２は、非導電性の材料製のものが用いられる。フィラー６２は、接着剤層６１の補強、接着剤層６１の耐熱性の向上、接着剤層６１の熱伝導率の向上などの目的に応じて種々のものを用いることができる。例えば、フィラー６２としては、ガラス、アラミド、セラミック、シリカ、熱可塑性樹脂等を用いることができる。
【００２３】
上記のように構成されたロータ２０は、シャフト４１，５１のそれぞれが軸受１４によって支持されている。
本実施形態の作用について説明する。
【００２４】
コイル１３に電流が流されると、永久磁石３１が回転する。永久磁石３１が回転することで、筒部材２１及びシャフト４１，５１が一体となって回転する。これにより、回転電機１０は駆動する。回転電機１０が駆動すると、冷媒は、回転電機１０の収容される収容領域Ｓを通って、圧縮部１０４に供給される。
【００２５】
シャフト４１，５１と永久磁石３１との間には、接着剤層６１が介在している。接着剤層６１を設けることで、シャフト４１，５１は永久磁石３１から離間している。永久磁石３１とシャフト４１，５１とが接触している場合に比べて、永久磁石３１からシャフト４１，５１への磁束漏れを抑制することができる。
【００２６】
なお、永久磁石３１とシャフト４１，５１との接触を抑制するために、永久磁石３１とシャフト４１，５１との間に空間を介在させることも考えられる。しかしながら、この場合には、永久磁石３１の回転により生じるトルクが筒部材２１のみを介してシャフト４１，５１に伝達されることになり、筒部材２１に作用するねじり応力が大きくなる。
【００２７】
これに対し、本実施形態のように永久磁石３１とシャフト４１，５１との間に接着剤層６１を介在させることで、永久磁石３１の回転により生じたトルクは、筒部材２１を介してシャフト４１，５１に伝達されることに加えて、接着剤層６１を介してシャフト４１，５１に伝達される。即ち、永久磁石３１の回転によるトルクは、筒部材２１と接着剤層６１に分散されてシャフト４１，５１に伝達されることになる。筒部材２１のみでシャフト４１，５１にトルクが伝達される場合に比べて、筒部材２１を介してシャフト４１，５１に伝達されるトルクを小さくすることができる。これにより、筒部材２１に作用するねじり応力を低減することができる。また、永久磁石３１から筒部材２１に伝達されるトルクに対して、永久磁石３１と筒部材２１との界面の摩擦力が上回っていない場合、永久磁石３１と筒部材２１とがスリップする。永久磁石３１から筒部材２１に伝達されるトルクが小さくなることで、永久磁石３１と筒部材２１とがスリップすることを抑制できる。同様に、筒部材２１からシャフト４１，５１に伝達されるトルクに対して、シャフト４１，５１と筒部材２１との界面の摩擦力が上回っていない場合、シャフト４１，５１と筒部材２１とがスリップする。筒部材２１からシャフト４１，５１に伝達されるトルクが小さくなることで、シャフト４１，５１と筒部材２１とのスリップを抑制できる。
【００２８】
また、永久磁石３１とシャフト４１，５１との間に空間を介在させた場合、当該空間に冷媒が入り込むおそれがあり、永久磁石３１やシャフト４１，５１に電食が生じる原因となる。永久磁石３１とシャフト４１，５１との間を接着剤層６１とすることで、永久磁石３１とシャフト４１，５１との間に冷媒が入り込むことが抑制され、永久磁石３１やシャフト４１，５１の電食が抑制される。
【００２９】
また、永久磁石３１とシャフト４１，５１との間に空間を介在させた場合、永久磁石３１からシャフト４１，５１に熱が伝導しにくい。回転電機１０の駆動時には、渦電流により永久磁石３１は発熱する。永久磁石３１は、筒部材２１に覆われているため放熱されにくく、熱が篭もりやすい。永久磁石３１とシャフト４１，５１との間に接着剤層６１を介在させることで、永久磁石３１とシャフト４１，５１との間に空間が介在している場合に比べてシャフト４１，５１に熱が伝導しやすい。従って、永久磁石３１の放熱が行われやすい。
【００３０】
本実施形態の効果について説明する。
（１）永久磁石３１とシャフト４１，５１との間に接着剤層６１を介在させることで、永久磁石３１とシャフト４１，５１とが接触している場合に比べて、永久磁石３１からシャフト４１，５１への磁束漏れを抑制することができる。永久磁石３１からシャフト４１，５１への磁束漏れを抑制することで、ステータ１１に鎖交する磁束が減り、回転電機１０の出力が下がることを抑制できる。
【００３１】
（２）永久磁石３１とシャフト４１，５１との間に接着剤層６１を介在させることで、永久磁石３１とシャフト４１，５１との間に空間を介在させる場合に比べて筒部材２１に作用するねじり応力を低減することができる。ねじり応力を原因とする筒部材２１の破断を抑制することができ、筒部材２１の長寿命化を図ることができる。
【００３２】
（３）永久磁石３１とシャフト４１，５１との間に接着剤層６１を介在させることで、永久磁石３１とシャフト４１，５１との間に空間を介在させる場合に比べて、永久磁石３１の温度が上昇しにくい。永久磁石３１の温度が高くなることによる熱減磁を抑制することができる。
【００３３】
（４）永久磁石３１とシャフト４１，５１とが接触している場合、永久磁石３１の線膨張係数と、シャフト４１，５１の線膨張係数との差に起因して、永久磁石３１及びシャフト４１，５１が熱膨張した際に永久磁石３１やシャフト４１，５１に応力が加わる。永久磁石３１やシャフト４１，５１に応力が加わると、永久磁石３１の破断やシャフト４１，５１の位置ずれの原因になる。接着剤層６１を設けて、永久磁石３１の熱膨張とシャフト４１，５１の熱膨張とが接着剤層６１で吸収されるようにすることで、永久磁石３１及びシャフト４１，５１に応力が加わることを抑制できる。
【００３４】
（５）接着剤層６１にはフィラー６２が分散されている。目的に応じた特性のフィラー６２を接着剤層６１に分散させることで、接着剤層６１に種々の機能を付与することができる。
【００３５】
（６）シャフト４１，５１は、筒部材２１に圧入されている。シャフト４１，５１と筒部材２１との間に接着剤を設けて、接着剤による接着によってシャフト４１，５１と筒部材２１とを固定する場合、シャフト４１，５１と筒部材２１との間に接着剤を充填するための領域が必要になる。シャフト４１，５１と筒部材２１との間に接着剤を充填するための領域が存在する場合、接着剤が硬化していない段階では当該領域内でシャフト４１，５１は径方向に移動可能である。従って、シャフト４１，５１と筒部材２１とを接着剤によって固定する場合、接着を行う際にシャフト４１，５１の中心軸Ｃ２，Ｃ３が筒部材２１の中心軸からずれる原因になる。これに対し、圧入によりシャフト４１，５１を筒部材２１に固定することで、接着によりシャフト４１，５１を筒部材２１に固定する場合に比べて、シャフト４１，５１の中心軸Ｃ２，Ｃ３と筒部材２１の中心軸とのずれを小さくすることができる。また、実施形態のように、２つのシャフト４１，５１を筒部材２１に固定する場合、２つのシャフト４１，５１同士の中心軸Ｃ２，Ｃ３が同一直線上に位置しやすい。
【００３６】
（７）接着剤層６１によって永久磁石３１とシャフト４１，５１とを接着することで、ロータ２０における筒部材２１の軸線方向に対する曲げ方向の剛性が高まる。ロータ２０に共振が発生し難くなり、回転電機１０としての共振回転数が低下してしまうことが抑制される。
【００３７】
実施形態は、以下のように変更して実施することができる。実施形態及び以下の変形例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
○シャフト４１，５１は、シャフト４１，５１と筒部材２１との間に設けられた接着剤によって筒部材２１に固定されていてもよい。この場合、永久磁石３１についても、永久磁石３１と筒部材２１との間に設けられた接着剤によって筒部材２１に固定されていてもよい。シャフト４１，５１及び永久磁石３１が接着剤によって筒部材２１に固定されている場合、接着剤を介して永久磁石３１が回転することによるトルクがシャフト４１，５１に伝達される。接着剤層６１を設けることで、シャフト４１，５１及び永久磁石３１を筒部材２１に固定するための接着剤に作用するねじり応力を低減することができる。
【００３８】
○シャフトは１つであってもよく、ロータ２０は第１シャフト４１及び第２シャフト５１のうちのいずれかを備えたものであってもよい。この場合であっても、実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３９】
○接着剤層６１には、フィラー６２が分散されていなくてもよい。
○接着剤層６１は、永久磁石３１とシャフト４１，５１とを接着していればよく、熱硬化性樹脂とは異なる材料によって構成されていてもよい。
【００４０】
○磁性体としては、永久磁石３１に限らず、例えば、積層コア、アモルファスコア、又は圧粉コア等であってもよい。
○永久磁石３１は、例えば、中実四角柱状であってもよく、永久磁石３１の形状は特に限定されるものではない。また、シャフト本体４２，５２は、例えば、四角柱状であってもよく、シャフト本体４２，５２の形状は特に限定されるものではない。そして、例えば、永久磁石３１が中実四角柱状であるとともに、シャフト本体４２，５２が四角柱状である場合、筒部材２１が四角筒状に形成されている必要がある。したがって、筒部材２１の形状は、永久磁石３１及びシャフト本体４２，５２の形状によって適宜変更してもよい。
【００４１】
○ロータ２０は、車両用空調装置１００に用いられる回転電機１０以外に用いられてもよい。例えば、ロータ２０は、燃料電池に空気を供給する電動圧縮機の回転電機１０に用いられていてもよい。また、ロータ２０は、電動圧縮機以外に用いられる回転電機に用いられてもよい。
【符号の説明】
【００４２】
２０…ロータ、２１…筒部材、２２…第１端部、２３…第２端部、３１…磁性体としての永久磁石、４１，５１…シャフト、６１…接着剤層、６２…フィラー。
【図１】
2020198682.tif 000003
【図２】
2020198682.tif 000004