JP6477655B2 - スペーサ及び電動過給機 - Google Patents

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Description

本発明は、スペーサ及び電動過給機に関し、例えば、電動過給機のロータを固定するために、ロータとベアリングとの間に配置されるスペーサ及び当該スペーサを用いた電動過給機に関する。
一般的な電動過給機は、ステータの磁力によりロータを回転させることで、シャフトを介して当該シャフトの先端部に固定されたタービンを回転させ、吸気を加給する。このような電動過給機は、特許文献１に開示されているように、ロータを固定するために、ロータとベアリングとの間にスペーサが配置されており、当該スペーサはロータと共に回転する。
特開２０００−１４５４６９号公報
スペーサは、ロータと共に回転するため、製造時にアンバランス部（即ち、スペーサの中心軸に対して当該スペーサの重心位置にズレを生じさせる製造誤差部）を修正しておくことが好ましい。
ここで、図３に示すように、特許文献１のスペーサ１０１は、ロータ側からベアリング側に向かうに従って縮径する円錐形状を基本形態としており、スペーサ１０１におけるベアリング側の端面１０１ａがベアリングと接触し、スペーサ１０１におけるロータ側の端面１０１ｂがロータと接触する。
このような特許文献１のスペーサ１０１にアンバランス部を修正するためのバランス修正部を形成する場合、バランス修正部の修正効果は、例えば、バランス修正部を形成するためにスペーサ１０１を切削した箇所の半径×質量に依存するが、スペーサ１０１の周面１０１ｃはテーパー面であるため、バランス修正部の設計が煩雑である。
スペーサ１０１の端面１０１ａは、バランス修正部を形成するための広さが十分でない。また、スペーサ１０１の端面１０１ａにバランス修正部を形成する場合、当該端面１０１ａにバランス修正部のバリが形成され、ベアリングと良好に接触させるための平面度を確保することが困難になる。そのため、ロータと良好に固定（締結）することが難しくなる。
一方、スペーサ１０１の端面１０１ｂは、スペーサ１０１の端面１０１ａの広さより広く、バランス修正部を形成するための広さを有する。そのため、バランス修正部を形成可能な箇所は、スペーサ１０１の端面１０１ｂに限られる。しかしながら、スペーサ１０１の端面１０１ｂにバランス修正部を形成する場合、図４に示すように、端面１０１ｂにバリ１０２が形成され、ロータと良好に接触させるための平面度を確保することが困難になる。そのため、ロータと良好に固定することが難しくなる。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、スペーサの中心軸に対する当該スペーサの重心位置のズレが少なく、ロータと良好に固定することが可能な、スペーサ及び電動過給機を実現する。
本発明の一態様に係るスペーサは、電動過給機のロータを固定するために、前記ロータと、前記ロータに対して当該ロータの回転軸方向に配置されるベアリングと、の間に配置されるスペーサであって、
前記スペーサにおけるベアリング側の端面に比べて、前記スペーサにおけるロータ側の端面の広さが広く、前記スペーサの外周面に前記ベアリング側に近づくに従って縮径するテーパー面を有し、
前記スペーサにおけるロータ側の端面に形成された凹み部内に当該スペーサのバランスを修正するためのバランス修正部が配置され、前記スペーサにおけるロータ側の端面の前記凹み部より当該スペーサの中心軸に対して外方の領域が前記ロータとの接触面とされている。
このような構成により、スペーサのバランスを修正しつつ、スペーサにおけるロータ側の端面の凹み部より当該スペーサの中心軸に対して外方の領域をロータと良好に接触させることができる。よって、スペーサの中心軸に対する当該スペーサの重心位置のズレが少なく、且つロータと良好に固定することが可能である。
本発明の一態様に係る電動過給機は、ロータを固定するために、前記ロータと、前記ロータに対して当該ロータの回転軸方向に配置されたベアリングと、の間にスペーサが配置された電動過給機であって、
前記ベアリングを介してシャフトを支持し、空気の流路を有するハウジングと、
前記流路内に配置され、前記シャフトの先端部に固定されたタービンと、
前記ロータを囲み、前記ハウジングに固定されたステータと、
を備え、
前記スペーサにおけるベアリング側の端面に比べて、前記スペーサにおけるロータ側の端面の広さが広く、前記スペーサの外周面に前記ベアリング側に近づくに従って縮径するテーパー面を有し、
前記スペーサにおけるロータ側の端面に形成された凹み部内に当該スペーサのバランスを修正するためのバランス修正部が配置され、前記スペーサにおけるロータ側の端面の前記凹み部より当該スペーサの中心軸に対して外方の領域が前記ロータとの接触面とされている。
このような構成により、スペーサのバランスを修正しつつ、スペーサにおけるロータ側の端面の凹み部より当該スペーサの中心軸に対して外方の領域をロータと良好に接触させることができる。よって、スペーサの中心軸に対する当該スペーサの重心位置のズレが少なく、且つロータと良好に固定することが可能である。
本発明によれば、スペーサの中心軸に対する当該スペーサの重心位置のズレが少なく、ロータと良好に固定することが可能な、スペーサ及び電動過給機を実現することができる。
実施の形態の電動過給機を模式的に示す断面図である。 実施の形態の電動過給機に用いられるスペーサを模式的に示す断面図である。 一般的な電動過給機に用いられるスペーサを模式的に示す断面図である。 一般的な電動過給機に用いられるスペーサにバランス修正部が形成された状態を模式的に示す断面図である。
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。但し、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。
先ず、本実施の形態の電動過給機の基本構成を説明する。図１は、本実施の形態の電動過給機を模式的に示す断面図である。ここで、以下の説明では、説明を明確にするために、図１に示すように電動過給機の上下方向及び左右方向を規定するが、これらの方向は電動過給機の使用形態によって、適宜、変更される。
本実施の形態の電動過給機１は、ＦＣ（燃料電池）システムの空気供給系のコンプレッサとして好適であり、図１に示すように、ハウジング２、ロータ３、及びステータ４を備えている。但し、本実施の形態の電動過給機１は、ＦＣシステムの空気供給系のコンプレッサとして構成しているが、他のコンプレッサとしても同様に用いることができる。
ハウジング２は、ロータ３及びステータ４などを収容する第１の収容部２ａ、空気の吸気口２ｂ、吸気口２ｂから吸気された空気を排出する排気口２ｃ、及び吸気口２ｂと排気口２ｃとを連通する流路２ｄを備えている。
ロータ３は、図１に示すように、磁石３ａ、筒体３ｂ及びエンドプレート３ｃを備えている。磁石３ａは、ロータ３の左右方向に貫通部が延在する円筒形状に形成されている。筒体３ｂは、ロータ３の左右方向に貫通部が延在する円筒形状に形成されており、磁石３ａに圧縮応力が付与されるように、筒体３ｂの貫通部に磁石３ａが圧入されている。エンドプレート３ｃは、磁石３ａの貫通部と略等しい内径を有する貫通部を有し、磁石３ａを磁石３ａの左右方向から挟み込むように筒体３ｂの貫通部に嵌め込まれている。
このようなロータ３の磁石３ａ及びエンドプレート３ｃの貫通部には、電動過給機１の左右方向に延在するシャフト５が通されている。そして、ロータ３は、ハウジング２の第１の収容部２ａに収容された状態で、シャフト５を介してハウジング２に回転可能に支持されている。
本実施の形態では、電動過給機１の左右方向からロータ３を挟み込むようにシャフト５にワッシャー６、スペーサ７及びベアリング８が通されている。つまり、ロータ３と、ロータ３に対してシャフト５の回転軸（即ち、ロータ３の回転軸）ＡＸ２の延在方向に配置されたベアリング８と、の間にスペーサ７が配置されている。そして、ベアリング８を介してシャフト５がハウジング２に回転可能に支持されている。これにより、ロータ３がシャフト５を介してハウジング２に回転可能に支持されることになる。なお、スペーサ７の具体的な形状については後述する。
さらに、電動過給機１の左右方向からロータ３、左右のワッシャー６、左右のスペーサ７及び左右のベアリング８を挟み込むようにシャフト５に予圧バネ９及びシール材１０が通されている。そして、シャフト５の右端部にナット１１をねじ込むことによって圧縮された予圧バネ９の復元力で、ロータ３、左右のワッシャー６、左右のスペーサ７、左右のベアリング８及びシール材１０がシャフト５に形成されたフランジ部５ａに押し込まれている。これにより、ロータ３、左右のワッシャー６、左右のスペーサ７、左右のベアリング８及びシール材１０は、シャフト５に固定されている。
シャフト５の右側部分には、ロータ３の回転角度を検出するためのレゾルバ１２が設けられている。ちなみに、本実施の形態では、ハウジング２に形成された第２の収容部２ｅにレゾルバ１２が収容されているが、レゾルバ１２の配置は限定されない。
シャフト５の左側部分（シャフト５のフランジ部５ａより左側の部分）は、ハウジング２の流路２ｄに突出している。そして、シャフト５の左側部分には、ハウジング２の流路２ｄ内に配置されたタービン１３が通されており、タービン１３をシャフト５のフランジ部５ａとの間で固定するように当該シャフト５の左端部にナット１４がねじ込まれている。そのため、シャフト５が回転すると、ハウジング２の吸気口２ｂから吸い込まれた空気はタービン１３で圧縮されてハウジング２の排気口２ｃから排気され、例えば、ＦＣスタックに供給される。
ステータ４は、ロータ３を囲むように配置されており、ハウジング２の第１の収容部２ａに収容された状態で当該ハウジング２に固定されている。ステータ４は、ステータコア４ａ及びステータコイル４ｂを備えている。ステータコア４ａは、複数枚の磁性鋼板４ｃを積層して成り、内部をロータ３が貫通している。このステータコア４ａは、ボルト１５によってハウジング２に固定されている。ステータコイル４ｂは、ステータコア４ａに形成された所定のティースに捲回されている。
次に、本実施の形態の電動過給機１におけるスペーサ７の構成を説明する。図２は、本実施の形態の電動過給機におけるスペーサを模式的に示す断面図である。なお、ロータ３に対して左側に配置されたスペーサ７を代表して説明するが、右側に配置されたスペーサ７も等しい構成とされている。
本実施の形態のスペーサ７は、図２に示すように、電動過給機１の左右方向に貫通する貫通部７ａを備えており、スペーサ７の中心軸ＡＸ１がシャフト５の回転軸ＡＸ２上に配置されている。
スペーサ７の外形は、ベアリング８側に向かうに従って縮径する円錐形状を基本形態としている。そのため、スペーサ７の外周面は、ベアリング８側に向かうに従って縮径するテーパー面を有する。また、スペーサ７におけるベアリング８側の端面７ｂに対して、スペーサ７におけるロータ３側の端面７ｃの広さが広い。例えば、スペーサ７の端面７ｂの外径は、ベアリング８の内輪の外径と略等しく、スペーサ７の端面７ｃの外径は、ロータ３及びワッシャー６の外径と略等しい。
そして、スペーサ７の端面７ｂは、後述するバランス修正部を形成するための十分な広さを有さず、スペーサ７の端面７ｃは、後述するバランス修正部を形成するための十分な広さを有する。そのため、本実施の形態のスペーサ７は、当該スペーサ７の端面７ｃのみにバランス修正部を形成可能な形状とされている。
但し、本実施の形態のスペーサ７は、ベアリング８側に向かうに従って縮径する円錐形状を基本形態としているが、スペーサ７の外周面の一部にテーパー面を有し、スペーサ７の端面７ｂに対して、スペーサ７の端面７ｃの広さが広い形状であればよい。
このようなスペーサ７は、スペーサ７の貫通部７ａにシャフト５が通され、ナット１１をねじ込むことによる軸力でワッシャー６を介してロータ３と固定されている。そのため、スペーサ７は、ロータ３と共にシャフト５を中心に回転する。
スペーサ７の端面７ｃには、凹み部７ｄが形成されている。そして、凹み部７ｄ内には、前述のバランス修正部７ｅが配置されている。バランス修正部７ｅは、スペーサ７の中心軸ＡＸ１上に当該スペーサ７の重心位置が略配置されるように、スペーサ７に形成される重量調整部である。バランス修正部７ｅは、例えば、スペーサ７に形成される掘削部７ｆ、及び掘削部７ｆを形成した際に発生するバリ７ｇを備えている。凹み部７ｄは、例えば、スペーサ７の中心軸ＡＸ１を中心とする直径Ｒ１で形成されており、バランス修正部７ｅのバリ７ｇを収容可能な深さＤ１を有する。但し、バランス修正部７ｅは、凹み部７ｄ内に設けられる錘などでもよい。また、バランス修正部７ｅの個数は、単数又は複数のいずれでもよい。
このような第２のスペーサ７の端面７ｃにおける凹み部７ｄより中心軸ＡＸ１に対して外方の領域７ｈは、ロータ３との接触面とされている。スペーサ７の端面７ｃの領域７ｈは、ロータ３と固定される際に作用する面圧が当該領域７ｈの許容面圧以下となるように広さなどが設定される。
本実施の形態では、スペーサ７の凹み部７ｄ内にバランス修正部７ｅが形成されている。つまり、バランス修正部７ｅのバリ７ｇがスペーサ７の凹み部７ｄ内に納められ、当該バリ７ｇがスペーサ７の端面７ｃの領域７ｈよりロータ３側に突出しない。そのため、スペーサ７の端面７ｃの領域７ｈをロータ３と良好に接触させることができる。つまり、本実施の形態のスペーサ７は、スペーサ７のバランスが修正されつつ、ロータ３との接触部の平面度が高い。よって、本実施の形態のスペーサ７は、スペーサ７の中心軸ＡＸ１に対する当該スペーサ７の重心位置のズレが少なく、且つロータ３と良好に固定することが可能である。
このとき、ロータ３との固定トルクＴは、以下の＜式１＞で表すことができる。ここで、ナット１１のねじ込みによる軸力をＮ、スペーサ７の端面７ｃの領域７ｈにおける当該軸力が集中して作用する作用点の直径をＲ２、スペーサ７の端面７ｃの領域７ｈの摩擦係数をμとする。
＜式１＞ Ｔ＝Ｎ×μ×（Ｒ２／２）
スペーサ７の端面７ｃに凹み部７ｄが形成されていない場合、即ち、当該スペーサ７の端面７ｃが略平坦な場合であっても完全な平坦面に形成することは実質的に不可能であるため、スペーサ７の端面７ｃのロータ３との接触位置を安定させることができない。つまり、スペーサ７の製造誤差によって、スペーサ７の端面７ｃにおける中心軸ＡＸ１に近い位置でロータ３と接触したり、スペーサ７の端面７ｃにおける中心軸ＡＸ１から遠い位置でロータ３と接触したり、する。
一方、本実施の形態のスペーサ７は、端面７ｃの凹み部７ｄより外方の領域７ｈをロータ３との接触面に制限しているため、即ち、凹み部７ｄではロータ３と接触しないため、ロータ３との接触位置を安定させることができる。しかも、固定トルクＴは、軸力の作用点の直径Ｒ２に依存するので、端面７ｃの領域７ｈより内方の領域がロータ３に接触する場合に比べて、大きな固定トルクでロータ３と固定することができる。
本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
１ 電動過給機
２ ハウジング、２ａ 第１の収容部、２ｂ 吸気口、２ｃ 排気口、２ｄ 流路、２ｅ 第２の収容部
３ ロータ、３ａ 磁石、３ｂ 筒体、３ｃ エンドプレート
４ ステータ、４ａ ステータコア、４ｂ ステータコイル、４ｃ 磁性鋼板
５ シャフト、５ａ フランジ部
６ ワッシャー
７ スペーサ、７ａ 貫通部、７ｂ スペーサにおけるベアリング側の端面、７ｃ スペーサにおけるロータ側の端面、７ｄ 凹み部、７ｅ バランス修正部、７ｆ 掘削部、７ｇ バリ、７ｈ スペーサにおけるロータ側の端面の凹み部より中心軸に対して外方の領域
８ ベアリング
９ 予圧バネ
１０ シール材
１１、１４ ナット
１２ レゾルバ
１３ タービン
１５ ボルト

Claims (2)

  1. 電動過給機のロータを固定するために、前記ロータと、前記ロータに対して当該ロータの回転軸方向に配置されるベアリングと、の間に配置されるスペーサであって、
    前記スペーサにおけるロータ側の端面の外径は、前記ロータの外径と等しく、
    前記スペーサにおけるベアリング側の端面に比べて、前記スペーサにおけるロータ側の端面の広さが広く、前記スペーサの外周面に前記ベアリング側に近づくに従って縮径するテーパー面を有し、
    前記スペーサにおけるロータ側の端面に形成された凹み部内に当該スペーサのバランスを修正するためのバランス修正部として掘削部が形成され、前記スペーサにおけるロータ側の端面の前記凹み部より当該スペーサの中心軸に対して外方の領域が前記ロータとの接触面とされている、スペーサ。
  2. ロータを固定するために、前記ロータと、前記ロータに対して当該ロータの回転軸方向に配置されたベアリングと、の間にスペーサが配置された電動過給機であって、
    前記ベアリングを介してシャフトを支持し、空気の流路を有するハウジングと、
    前記流路内に配置され、前記シャフトの先端部に固定されたタービンと、
    前記ロータを囲み、前記ハウジングに固定されたステータと、
    を備え、
    前記スペーサにおけるロータ側の端面の外径は、前記ロータの外径と等しく、
    前記スペーサにおけるベアリング側の端面に比べて、前記スペーサにおけるロータ側の端面の広さが広く、前記スペーサの外周面に前記ベアリング側に近づくに従って縮径するテーパー面を有し、
    前記スペーサにおけるロータ側の端面に形成された凹み部内に当該スペーサのバランスを修正するためのバランス修正部として掘削部が形成され、前記スペーサにおけるロータ側の端面の前記凹み部より当該スペーサの中心軸に対して外方の領域が前記ロータとの接触面とされている、電動過給機。
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