WO2024004629A1

WO2024004629A1 - 動力伝達装置および膨張弁

Info

Publication number: WO2024004629A1
Application number: PCT/JP2023/021886
Authority: WO
Inventors: 貴郁松本; 博登井上; 琢郎佐原; 慎二橋元; 諭宮野; 理功大内; 繁次大石; 弘之川島; 徳久竹内
Original assignee: 株式会社デンソー
Priority date: 2022-06-28
Filing date: 2023-06-13
Publication date: 2024-01-04

Abstract

回転駆動力が入力される入力軸磁石（２０）と、磁束を変調する磁気変調部（２５）と、入力軸磁石よりも極数の多い多極磁石（４０）と、磁気変調部または多極磁石と一体に回転する出力軸（４１）とを有する磁気ギア（６０ｂ）と、入力軸磁石からの磁束が並列に流れる磁気回路（ＭＣ）とを備え、磁気回路は、磁束が入力軸磁石のＮ極（２０ｎ）から磁気変調部および多極磁石を経由して入力軸磁石のＳ極（２０ｓ）へと流れてトルクを発生させるトルク発生経路（φ１）と、磁束が入力軸磁石のＮ極から磁気変調部を経由することなく入力軸磁石のＳ極へと短絡して流れる短絡磁束経路（φ２）とを形成している。

Description

動力伝達装置および膨張弁

関連出願の相互参照

　本出願は、２０２２年６月２８日に出願された日本特許出願２０２２－１０３４４５号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。

　本開示は、磁力を利用して動力を伝達する磁気ギアを有する動力伝達装置、およびそれを備える膨張弁に関する。

　従来、この種の動力伝達装置が特許文献１に記載されている。この従来技術では、互いに同軸に配置された円筒状の第１可動子および第２可動子と、第１可動子と第２可動子との間に配置された円筒状の中間ヨークとを備える。

　第１可動子および第２可動子は円周方向に沿って所定の個数の磁極対を有している。中間ヨークは、円周方向に沿って複数個の磁性体を有している。中間ヨークの磁性体の個数は、第１可動子の磁極対の個数と第２可動子の磁極対の個数との合計と同じになっている。

　第１可動子および第２可動子のうち一方の可動子が回転すると第１可動子の磁極対と第２可動子の磁極対との間の磁気的相互作用により他方の可動子が回転する。すなわち、第１可動子および第２可動子と中間ヨークとの間にトルクが発生することで動力が伝達される。

特許第５９５８４６６号

　上記従来技術のような磁気ギアを有する動力伝達装置においては、第１可動子および第２可動子の磁力を有効に使い切って伝達トルクを極力大きくすることが望まれている。

　本開示は、上記点に鑑みて、磁気ギアを有する動力伝達装置、およびそれを備える膨張弁において伝達トルクの向上を図ることを目的とする。

　本開示の一態様による動力伝達装置は、磁気ギアと磁気回路とを備える。磁気ギアは、入力軸磁石と、磁気変調部と、多極磁石と、出力軸とを有している。

　入力軸磁石には、回転駆動力が入力される。磁気変調部は、磁束を変調する。多極磁石は、入力軸磁石よりも極数が多い。出力軸は、磁気変調部または多極磁石と一体に回転する。

　磁気回路には、入力軸磁石からの磁束が並列に流れる。磁気回路は、トルク発生経路と短絡磁束経路とを形成している。トルク発生経路は、磁束が入力軸磁石のＮ極から磁気変調部および多極磁石を経由して入力軸磁石のＳ極へと流れてトルクを発生させる。短絡磁束経路には、磁束が入力軸磁石のＮ極から磁気変調部を経由することなく入力軸磁石のＳ極へと短絡して流れる。

　これによると、短絡磁束経路を形成することで、トルク発生経路を流れる磁束を増加させることが可能になる。そのため、伝達トルクを向上することが可能になる。

　本開示の一態様による膨張弁は、動力伝達装置と、弁口形成部材と、弁体とを備える。動力伝達装置は、磁気ギアと磁気回路とを備える。磁気ギアは、入力軸磁石と、磁気変調部と、多極磁石と、出力軸とを有している。

　入力軸磁石には、回転駆動力が入力される。磁気変調部は、磁束を変調する。多極磁石は、入力軸磁石よりも極数が多い。出力軸は、磁気変調部または多極磁石と一体に回転する。磁気回路には、入力軸磁石からの磁束が並列に流れる。

　弁口形成部材は、蒸気圧縮式冷凍サイクルの冷媒が流れる弁口を形成している。弁体は、動力伝達装置によって伝達されるトルクによって弁口の開度を調整する。

　磁気回路は、トルク発生経路と短絡磁束経路とを形成している。トルク発生経路は、磁束が入力軸磁石のＮ極から磁気変調部および多極磁石を経由して入力軸磁石のＳ極へと流れてトルクを発生させる。短絡磁束経路には、磁束が入力軸磁石のＮ極から磁気変調部を経由することなく入力軸磁石のＳ極へと短絡して流れる。

　これによると、短絡磁束経路を形成することで、トルク発生経路を流れる磁束を増加させることが可能になる。そのため、伝達トルクを向上することが可能になる。

　本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確となる。
第１実施形態の車両用空調装置の全体構成図である。第１実施形態の第１膨張弁の断面図である。図２のＩＩＩ－ＩＩＩ断面図である。第１実施形態の車両用空調装置の電子制御部を示すブロック図である。第１実施形態の磁気ギアで形成される磁気回路を示す回路図である。第１実施形態の磁気ギアにおける透磁率と伝達トルクとの関係を示すグラフである。第２実施形態の磁気ギアの断面図である。第３実施形態の磁気ギアの分解斜視図である。第４実施形態の磁気ギアを模式的に示す断面図である。

　以下に、図面を参照しながら本開示を実施するための複数の形態を説明する。各実施形態において先行する実施形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各実施形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の実施形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組み合わせに支障が生じなければ、明示してなくとも実施形態同士を部分的に組み合わせることも可能である。

　本開示における第１実施形態について、図１～図７を参照して説明する。本実施形態の動力伝達装置１は、蒸気圧縮式冷凍サイクル１１０の第１膨張弁１１３および第２膨張弁１１５に適用されている。蒸気圧縮式冷凍サイクル１１０は、図１に示す車両用空調装置１００に適用されている。車両用空調装置１００は、車両走行用の駆動力を走行用の電動モータから得る電気自動車に適用されている。

　車両用空調装置１００は、車室内を冷房する冷房モード、車室内を暖房する暖房モード、および車室内を除湿しつつ暖房する除湿暖房モードの３つの動作モードを備えている。図１では、冷房モードでの冷媒流れは実線矢印で示され、暖房モードでの冷媒流れは破線矢印で示され、除湿暖房モードでの冷媒流れは二点鎖線矢印で示されている。

　車両用空調装置１００は、蒸気圧縮式冷凍サイクル１１０と車室内空調ユニット１２０とを備えている。

　蒸気圧縮式冷凍サイクル１１０は、圧縮機１１１、室内熱交換器１１２、第１膨張弁１１３、室外熱交換器１１４、第２膨張弁１１５、蒸発器１１６、電磁開閉弁１１７およびアキュムレータ１１８を有している。

　圧縮機１１１は、冷媒を吸入して圧縮し吐出する電動圧縮機である。蒸気圧縮式冷凍サイクル１１０は、高圧側冷媒圧力が冷媒の臨界圧力を超えない亜臨界サイクルであり、蒸気圧縮式冷凍サイクル１１０を循環する冷媒としては、フロン系冷媒（例えば、Ｒ１３４ａ）が採用されている。

　室内熱交換器１１２は、圧縮機１１１から吐出された冷媒を、車室内空調ユニット１２０内を流れる空気と熱交換させて凝縮させる。第１膨張弁１１３は、室内熱交換器１１２で凝縮された冷媒を減圧膨張させる。室外熱交換器１１４は、第１膨張弁１１３から流出した冷媒と外気とを熱交換させる。

　第２膨張弁１１５は、室外熱交換器１１４から流出した冷媒を減圧膨張させる。蒸発器１１６は、第２膨張弁１１５で減圧膨張された冷媒を車室内空調ユニット１２０内を流れる空気と熱交換させて蒸発させる。

　電磁開閉弁１１７は、室外熱交換器１１４から流出した冷媒を、第２膨張弁１１５および蒸発器１１６をバイパスさせてアキュムレータ１１８へ導く冷媒流路を開閉する電磁弁である。アキュムレータ１１８は、蒸発器１１６で蒸発した冷媒、および電磁開閉弁１１７を通過した冷媒の気液を分離する。

　車室内空調ユニット１２０は、車室内に配置されており、その内部に空気通路を形成している。車室内空調ユニット１２０内の空気通路には、送風機１２１、蒸発器１１６、室内熱交換器１１２およびエアミックスドア１２２が配置されている。

　送風機１２１は、車室内空調ユニット１２０内の空気通路に送風する電動送風機である。蒸発器１１６は、送風機１２１に対し空気流れの下流に配置されている。室内熱交換器１１２は、蒸発器１１６に対し空気流れの下流に配置されている。エアミックスドア１２２は、室内熱交換器１１２へ流れる空気と室内熱交換器１１２をバイパスして流れる空気との流量比を調節する。車室内空調ユニット１２０は、エアミックスドア１２２により調温された空気を車室内に吹き出す。

　車両用空調装置１００の冷房モードでは、電磁開閉弁１１７は閉弁状態とされ、エアミックスドア１２２は、室内熱交換器１１２への空気流路を閉塞する。そのため、圧縮機１１１から吐出された冷媒は、室内熱交換器１１２では熱交換されずに室内熱交換器１１２を通過し、第１膨張弁１１３、室外熱交換器１１４、第２膨張弁１１５、蒸発器１１６、アキュムレータ１１８の順に流れて、アキュムレータ１１８から圧縮機１１１に戻る。

　このとき、第１膨張弁１１３は冷媒流れを絞らない全開状態にされ、第２膨張弁１１５は冷媒流れを絞る弁開度にされるので、室外熱交換器１１４では冷媒が凝縮され、蒸発器１１６では冷媒が蒸発する。

　車両用空調装置１００の暖房モードでは、電磁開閉弁１１７は開弁状態とされ、第２膨張弁１１５は冷媒流れを遮断する閉弁状態とされ、エアミックスドア１２２は、空気が室内熱交換器１１２へ流通するように開かれる。そのため、圧縮機１１１から吐出された冷媒は、室内熱交換器１１２、第１膨張弁１１３、室外熱交換器１１４、電磁開閉弁１１７、アキュムレータ１１８の順に流れて、アキュムレータ１１８から圧縮機１１１に戻る。このとき、第１膨張弁１１３は冷媒流れを絞る弁開度にされ、第２膨張弁１１５は閉弁状態にされるので、室内熱交換器１１２では冷媒が凝縮され、室外熱交換器１１４では冷媒が蒸発され、蒸発器１１６には冷媒が流れない。

　車両用空調装置１００の除湿暖房モードでは、電磁開閉弁１１７は閉弁状態とされ、エアミックスドア１２２は、空気が室内熱交換器１１２へ流通するように開かれる。そのため、圧縮機１１１から吐出された冷媒は、室内熱交換器１１２、第１膨張弁１１３、室外熱交換器１１４、第２膨張弁１１５、蒸発器１１６、アキュムレータ１１８の順に流れて、アキュムレータ１１８から圧縮機１１１に戻る。

　このとき、第１膨張弁１１３および第２膨張弁１１５は冷媒流れを絞る弁開度にされるので、室内熱交換器１１２では冷媒が凝縮され、室外熱交換器１１４および蒸発器１１６では冷媒が蒸発される。

　図２に示すように、第１膨張弁１１３は、動力伝達装置１、駆動側機構部１０および従動側機構部３５を有している。第１膨張弁１１３は、車両に縦置き配置されている。縦置き配置とは、弁体４８の軸方向が車両上下方向と略平行となり、かつ駆動側機構部１０が従動側機構部３５に対して車両上方側になるような配置のことである。

　動力伝達装置１は、駆動側機構部１０が発生する回転駆動力を、磁力を用いて従動側機構部３５に伝達する。

　駆動側機構部１０は、モータ部１１およびモーターケース１５を有している。モータ部１１は、速度フィードバック制御によって駆動可能なモータであり、ステータ１２、ロータ１３およびシャフト１４を有している。モータ部１１は例えば三相ブラシレスモータやＤＣブラシモータ等である。

　シャフト１４は、モータ部１１の出力軸であるとともに動力伝達装置１の入力軸であり、ロータ１３と一体に回転する。モーターケース１５は、モータ部１１を収容している。

　ステータ１２はモーターケース１５に固定されている。ステータ１２はステータコイル１２ａを有している。本例では、ステータ１２のスロット数Ｎｓは６である。

　ロータ１３は円筒状であり、ロータ１３の内部にステータ１２が配置されている。図３に示すように、ロータ１３は、Ｎ極１３ｎおよびＳ極１３ｓからなる一対の磁石が円周方向に沿って複数組配置されている。本例では、Ｎ極１３ｎおよびＳ極１３ｓは各４個であるので、ロータ１３の極数Ｐｒは８である。ステータ１２およびロータ１３は、シャフト１４を回転させる駆動力を電磁力によって出力する。

　モーターケース１５には、駆動側機構部１０のシャフト１４と従動側機構部３５の回転部材４１とを軸合わせ（いわゆる芯出し）するための軸合わせ部１５ａが形成されている。軸合わせ部１５ａは、従動側機構部３５の本体部５０に嵌め合わされている。

　モーターケース１５内には回路部７０が収容されている。回路部７０は、モータ部１１を制御する為の複数の電子部品を搭載した回路基板を有している。

　従動側機構部３５は、回転部材４１、弁体４８、軸受部材４９および本体部５０を有している。

　回転部材４１、弁体４８および軸受部材４９は本体部５０に収容されている。本体部５０は、モーターケース１５とともに、第１膨張弁１１３の筐体を構成している。本体部５０には、弁室５２、流入口側接続口５３、流出口側接続口５４および弁座５５が形成されている。本体部５０は、弁室５２の弁口５２ａを形成する弁口形成部材である。

　回転部材４１は、動力伝達装置１の出力軸であり、駆動側機構部１０から伝達された駆動力によって回転する。回転部材４１は、棒状の部材であり、シャフト１４と同軸状に配置されている。回転部材４１のうち駆動側機構部１０と反対側の端部には噛合溝４１ａが形成されている。回転部材４１は、本体部５０に固定された軸受部材４９によって回転可能に支持されている。

　弁体４８は、弁室５２内に配置された棒状の部材である。弁体４８は、回転部材４１と同軸状に配置されている。回転部材４１の噛合溝４１ａには弁体４８の突出片４８ａが噛み合っている。これにより、回転部材４１の回転力が弁体４８に伝達される。

　突出片４８ａは弁体４８の一端に形成されている。弁体４８の外周面には雄ネジが形成されている。弁体４８の雄ネジは、本体部５０に形成されたネジ孔５０ａに螺合していてネジ機構を構成している。これにより、弁体４８が回転すると弁体４８は軸方向に移動する。

　弁体４８は複数の部材で形成されている。具体的には、弁体４８は回転部材４１側に位置して上述の雄ネジが形成された雄ネジ部材４８１と、弁座５５側に位置する弁座側部材４８２と、両部材４８１、４８２の間に配置されたボール４８３とで構成されている。両部材４８１、４８２の間にボール４８３が配置されていることにより、弁体４８のうち弁座側部材４８２は、回転することなく軸方向に移動する。

　弁体４８のうちボール受け部材をなす弁座側部材４８２は、弁体４８が弁座５５から軸方向に離れる側に、コイルスプリング４７によって付勢されている。

　弁体４８が軸方向に移動することにより弁体４８が弁座５５に当接したり弁座５５から離れたりして弁室５２の弁口５２ａが開閉される。弁室５２内において、弁体４８が弁座５５から離れることにより、冷媒は弁口５２ａを通じて流入口側接続口５３から流出口側接続口５４へ流れて減圧膨張する。

　動力伝達装置１は、非接触連結部６０を備えている。非接触連結部６０は、磁気ギア６０ｂおよび隔壁５１を有している。磁気ギア６０ｂは、駆動側マグネット２０、ポールピース２５および固定マグネット４０を備えている。

　駆動側マグネット２０は、モータ部１１のシャフト１４と一体に回転する入力軸磁石である。ポールピース２５は、駆動側マグネット２０と固定マグネット４０との間で磁束を変調させる磁気変調部であり、回転部材４１と一体に回転する。固定マグネット４０は、第１膨張弁１１３の本体部５０に固定されている。

　駆動側マグネット２０は、円筒状であり、モータ部１１のロータ１３の外周面に、円筒状の介在部材２１を介して接合されている。すなわち、モータ部１１は、駆動側マグネット２０の内側に配置されている。介在部材２１は磁性体で形成されている。

　駆動側マグネット２０は、Ｎ極２０ｎおよびＳ極２０ｓからなる一対の磁石が円周方向に沿って少なくとも一組配置されている。本例では、Ｎ極２０ｎおよびＳ極２０ｓは各１個であるので、駆動側マグネット２０の極数Ｐｉｎは２である。

　駆動側マグネット２０の極数Ｐｉｎは、ロータ１３の極数Ｐｒからステータ１２のスロット数Ｎｓを減算した値と同じになっている。本例では、ロータ１３の極数Ｐｒは８であり、ステータ１２のスロット数Ｎｓは６であるので、駆動側マグネット２０の極数Ｐｉｎは２になっている。

　隔壁５１は、第１膨張弁１１３の内部空間を駆動側空間１１３ａと従動側空間１１３ｂとに区画するとともに、従動側空間１１３ｂを封止する封止部材である。駆動側空間１１３ａは、駆動側機構部１０側の空間であり、従動側空間１１３ｂは従動側機構部３５側の空間である。

　隔壁５１は、従動側空間１１３ｂに存在する冷媒（高圧冷媒）が駆動側空間１１３ａに漏れ出すのを防止する。本例では、隔壁５１は所定の透磁率を有する部材である。例えば、隔壁５１は、ＳＵＳ３０５等のオーステナイト系のステンレス鋼を加工硬化によってマルテンサイトへ変質させて磁性を付与したステンレス鋼で形成されている。

　隔壁５１は本体部５０に結合されている。隔壁５１および本体部５０は、耐圧性を備える圧力容器を形成している。

　隔壁５１は、中央部が下方に向かって凹んだ円盤状であり、封止上面部５１ａと封止円筒部５１ｂと封止底面部５１ｃとを有している。封止上面部５１ａは、円環板状であり、外縁部が第１膨張弁１１３の本体部５０に固定されている。封止円筒部５１ｂは、円筒状であり、駆動側マグネット２０の外径側に位置している。封止底面部５１ｃは、駆動側マグネット２０の下方側に位置しており、封止円筒部５１ｂを駆動側空間１１３ａ側から塞いでいる。

　封止底面部５１ｃは、中央部が下方に向かって湾曲した円板状である。封止円筒部５１ｂと封止底面部５１ｃとの境界をなす角部は、直角ではなく、所定の曲率半径で丸められた形状になっていて耐圧性が高められている。

　隔壁５１は、耐圧性を向上させるために、封止上面部５１ａ、封止円筒部５１ｂおよび封止底面部５１ｃが一体成形されている。

　封止底面部５１ｃは、シャフト１４および回転部材４１の軸方向において、シャフト１４と回転部材４１との間の空隙に配置されている。すなわち、封止底面部５１ｃは、トルク発生点の少ない場所に配置されている。そのため、隔壁５１における耐トルク性および耐圧性の確保が容易になっている。

　ポールピース２５は、円筒状であり、隔壁５１の封止円筒部５１ｂの外径側に配置されている。ポールピース２５は、従動側機構部３５の回転部材４１に接合されている。

　固定マグネット４０は、円筒状であり、ポールピース２５の外径側に配置されている。固定マグネット４０は、円筒状のバックヨーク５６を介して、本体部５０（換言すれば、筐体）のうち円筒状の本体円筒部５０ｂ（換言すれば、筐体円筒部）に嵌め込まれている。バックヨーク５６および本体円筒部５０ｂは磁性体で形成されている。

　固定マグネット４０は、Ｎ極４０ｎおよびＳ極４０ｓからなる一対の磁石が円周方向に沿って略等間隔に複数個配置されている。固定マグネット４０の極数Ｐｆは、駆動側マグネット２０の極数Ｐｉｎよりも多くなっている。本例では、Ｎ極４０ｎおよびＳ極４０ｓは各２０個であるので、固定マグネット４０の極数Ｐｆは４０である。固定マグネット４０は、駆動側マグネット２０よりも極数の多い多極磁石である。

　ポールピース２５は、複数個の磁性体部２５ａおよび複数個の非磁性体部２５ｂを有している。磁性体部２５ａおよび非磁性体部２５ｂは扇台形状であり、磁性体部２５ａが円周方向に沿って略等間隔に配されている。非磁性体部２５ｂは、磁性体部２５ａ同士の間に配置されている。例えば、磁性体部２５ａは軟磁性体（例えば鉄系金属）で形成されており、非磁性体部２５ｂは非磁性体（例えばステンレスまたは樹脂）で形成されている。

　ポールピース２５の極数Ｐｐは、駆動側マグネット２０の極数Ｐｉｎと固定マグネット４０の極数Ｐｆとの合計と同じ個数になっている。本例では、駆動側マグネット２０の極数Ｐｉｎは２であり、固定マグネット４０の極数Ｐｆは４０であるので、ポールピース２５の極数Ｐｐは４２である。すなわち、磁性体部２５ａおよび非磁性体部２５ｂは各２１個である。すなわち、磁性体部２５ａの個数Ｎｐｐは、駆動側マグネット２０の極数Ｐｉｎおよび固定マグネット４０の極数Ｐｆに対して、以下の関係になっている。
Ｎｐｐ＝（Ｐｉｎ＋Ｐｆ）／２
　ポールピース２５の軸方向長さは、固定マグネット４０の軸方向長さよりも短くなっている。これにより、ポールピース２５での軸方向への磁束漏れが低減でき、伝達トルクを向上できる。

　第２膨張弁１１５の構成は第１膨張弁１１３と同様であるので、第２膨張弁１１５の詳細構成の説明を省略する。

　次に、本実施形態の電気制御部の概要について説明する。図４に示す空調制御装置８０、第１膨張弁制御装置８１および第２膨張弁制御装置８２は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等を含む周知のマイクロコンピュータ、および周辺回路を有する電子制御ユニットである。空調制御装置８０、第１膨張弁制御装置８１および第２膨張弁制御装置８２は、ＲＯＭ内に記憶された制御プログラムに基づいて各種演算、処理を行い、出力側に接続された各種制御対象機器の作動を制御する。

　第１膨張弁制御装置８１および第２膨張弁制御装置８２は空調制御装置８０とハーネスを介して互いに通信可能に接続されている。従って、一方の制御装置に入力された検出信号あるいは操作信号に基づいて、他方の制御装置の出力側に接続された制御対象機器の作動を制御することができる。

　空調制御装置８０は、蒸気圧縮式冷凍サイクル１１０の圧縮機１１１、電磁開閉弁１１７、車室内空調ユニット１２０の送風機１２１、エアミックスドア１２２の駆動用のアクチュエータ等の作動を制御する。

　第１膨張弁制御装置８１は、冷凍サイクル１１０の第１膨張弁１１３の作動を制御する。具体的には、第１膨張弁制御装置８１のモータ部１１に出力する駆動電流の値を演算し、演算結果に基づいてモータ部１１に駆動電流を出力する。第１膨張弁制御装置８１は、第１膨張弁１１３の回路部７０によって構成されている。

　第２膨張弁制御装置８２は、蒸気圧縮式冷凍サイクル１１０の第２膨張弁１１５の作動を制御する。具体的には、第２膨張弁制御装置８２のモータ部１１に出力する駆動電流の値を演算し、演算結果に基づいてモータ部１１に駆動電流を出力する。第２膨張弁制御装置８２は、第２膨張弁１１５の回路部７０によって構成されている。

　空調制御装置８０の入力側には、内気温センサ８３、外気温センサ８４、日射センサ８５、空調風温度センサ８６、高圧側冷媒センサ８７、低圧側冷媒センサ８８等の制御用センサ群が接続されている。空調制御装置８０には、これらのセンサの検出信号が入力される。これらのセンサは、冷凍サイクルを構成する構成機器に含まれる。

　内気温センサ８３は、車室内の温度である内気温Ｔｒを検出する内気温検出部である。外気温センサ８４は、車室外の温度である外気温Ｔａｍを検出する外気温検出部である。日射センサ８５は、車室内へ照射される日射量Ａｓを検出する日射量検出部である。空調風温度センサ８６は、車室内空調ユニット１２０から車室内へ送風される空調風の温度ＴＡＶを検出する空調風温度検出部である。

　高圧側冷媒センサ８７は、蒸気圧縮式冷凍サイクル１１０の高圧側冷媒の圧力および温度を検出する高圧側冷媒検出部である。低圧側冷媒センサ８８は、蒸気圧縮式冷凍サイクル１１０の低圧側冷媒の圧力および温度を検出する低圧側冷媒検出部である。

　空調制御装置８０の入力側には、空調用操作パネルに設けられた各種操作スイッチも接続されている。空調用操作パネルは、車室内前部の計器盤付近に配置されている。計器盤は、車室内前部の運転席の正面付近に配置されている。計器盤は、電気自動車の走行速度や電気自動車の作動状態等の種々の情報を表示する。計器盤は、電気自動車の各種機器に異常や故障が生じた場合に表示や音声等によって乗員に警告を行う。

　空調制御装置８０には、空調用操作パネルの各種操作スイッチからの操作信号が入力される。空調用操作パネルに設けられた各種操作スイッチとしては、具体的に、オートスイッチ、エアコンスイッチ、風量設定スイッチ、温度設定スイッチ等がある。

　オートスイッチは、乗員が車室内空調の自動制御運転を設定あるいは解除する操作部である。エアコンスイッチは、乗員が室内蒸発器にて空気の冷却を行うことを要求する操作部である。風量設定スイッチは、乗員が送風機１２１の風量をマニュアル設定する操作部である。温度設定スイッチは、乗員が車室内の設定温度Ｔｓｅｔを設定する操作部である。

　第１膨張弁制御装置８１の入力側には、第１電流電圧センサ９０および第１回転角センサ９１が接続されている。第１電流電圧センサ９０は、第１膨張弁１１３のモータ部１１に供給される電流電圧を検出する第１膨張弁電流電圧検出部である。第１回転角センサ９１は、第１膨張弁１１３のモータ部１１の回転角（換言すれば回転位置）を検出する第１回転角検出部である。

　第１電流電圧センサ９０は、第１膨張弁１１３に取り付けられている。第１電流電圧センサ９０では、電流検出部と電圧検出部とが一体化されているが、電流検出部と電圧検出部とが別体で構成されていてもよい。

　第２膨張弁制御装置８２の入力側には、第２電流電圧センサ９２および第２回転角センサ９３が接続されている。第２電流電圧センサ９２は、第２膨張弁１１５のモータ部１１に供給される電流電圧を検出する第２膨張弁電流電圧検出部である。第２回転角センサ９３は、第２膨張弁１１５のモータ部１１の回転角（換言すれば回転位置）を検出する第２転角検出部である。

　第２電流電圧センサ９２は、第２膨張弁１１５に取り付けられている。第２電流電圧センサ９２では、電流検出部と電圧検出部とが一体化されているが、電流検出部と電圧検出部とが別体で構成されていてもよい。

　次に、本実施形態における車両用空調装置１００の作動の概要を説明する。空調制御装置８０は、内気温センサ８３、外気温センサ８４、日射センサ８５、空調風温度センサ８６、高圧側冷媒センサ８７、低圧側冷媒センサ８８等の制御用センサ群からの検出信号に基づいて、冷房モード、暖房モードおよび除湿暖房モードのいずれかの動作モードを実行するかを決定する。

　空調制御装置８０は、電磁開閉弁１１７、第１膨張弁１１３および第２膨張弁１１５を開閉制御して、決定した動作モードに切り替える。

　冷房モードでは電磁開閉弁１１７は閉弁状態とされ、第１膨張弁１１３は冷媒流れを絞らない全開状態にされ、第２膨張弁１１５は冷媒流れを絞る弁開度にされる。このとき、空調制御装置８０は、制御用センサ群からの検出信号に基づいて第２膨張弁１１５の目標絞り開度を決定し、決定した目標絞り開度を第２膨張弁制御装置８２に出力する。第２膨張弁制御装置８２は、第２膨張弁１１５の開度が、空調制御装置８０から出力された目標絞り開度となるように第２膨張弁１１５を制御する。

　暖房モードでは電磁開閉弁１１７は開弁状態とされ、第１膨張弁１１３は冷媒流れを絞る弁開度にされ、第２膨張弁１１５は冷媒流れを遮断する閉弁状態とされる。このとき、空調制御装置８０は、制御用センサ群からの検出信号に基づいて第１膨張弁１１３の目標絞り開度を決定し、決定した目標絞り開度を第１膨張弁制御装置８１に出力する。第１膨張弁制御装置８１は、第１膨張弁１１３の開度が、空調制御装置８０から出力された目標絞り開度となるように第１膨張弁１１３を制御する。

　除湿暖房モードでは、電磁開閉弁１１７は閉弁状態とされ、第１膨張弁１１３および第２膨張弁１１５は冷媒流れを絞る弁開度にされる。このとき、空調制御装置８０は、制御用センサ群からの検出信号に基づいて第１膨張弁１１３の目標絞り開度および第２膨張弁１１５の目標絞り開度を決定し、決定した目標絞り開度を第１膨張弁制御装置８１および第２膨張弁制御装置８２に出力する。第１膨張弁制御装置８１は、第１膨張弁１１３の開度が、空調制御装置８０から出力された目標絞り開度となるように第１膨張弁１１３を制御する。第２膨張弁制御装置８２は、第２膨張弁１１５の開度が、空調制御装置８０から出力された目標絞り開度となるように第２膨張弁１１５を制御する。

　次に、本実施形態における第１膨張弁１１３の作動を説明する。第２膨張弁１１５の作動は第１膨張弁１１３の作動と同様であるので、第２膨張弁１１５の作動についての説明を省略する。

　第１膨張弁制御装置８１から第１膨張弁１１３のモータ部１１に駆動電流が出力されると、モータ部１１のロータ１３が回転し、モータ部１１のシャフト１４も一体に回転する。モータ部１１のシャフト１４が回転して駆動側マグネット２０も一体に回転すると、駆動側マグネット２０と固定マグネット４０との間の磁気的相互作用により、ポールピース２５が駆動側マグネット２０の回転方向と同じ方向に回転する。

　このときの減速比は、ポールピース２５の極数Ｐｐを駆動側マグネット２０の極数Ｐｉｎで除した値と同じになる。ポールピース２５の極数Ｐｐは駆動側マグネット２０の極数Ｐｉｎよりも大きいので、ポールピース２５の回転数は駆動側マグネット２０の回転数よりも小さくなる。

　本例では、ポールピース２５の極数Ｐｐは４２であり、駆動側マグネット２０の極数Ｐｉｎは２であるので、減速比は２１となる。

　これに対し、ポールピース２５が固定され、固定マグネット４０と同じ極数のマグネットを従動側機構部３５の回転部材４１に接合させて回転させる構成（以下、この構成を比較例と言う。）では、減速比は２０となる。

　ポールピース２５の極数Ｐｐが固定マグネット４０の極数Ｐｆよりも大きいので、ポールピース２５を回転させる本実施形態では、固定マグネット４０と同じ極数のマグネットを回転させる比較例よりも減速比が大きくなる。

　ポールピース２５を回転させる本実施形態においては、ポールピース２５は隔壁５１から独立した部材となる。そのため、従来技術のようにポールピースが回転せず封止板に埋没されている構造と比較して隔壁５１の耐圧性を向上させることができる。

　隔壁５１は、封止円筒部５１ｂと封止底面部５１ｃとを有していることにより、中央部が従動側機構部３５側に向かって凹んだ円盤状になっている。そのため、隔壁５１をポールピース２５から独立した部材として配置できるので、隔壁５１の耐圧性を高めることができる。

　ポールピース２５が有する磁性体部２５ａの個数Ｎｐｐは、駆動側マグネット２０の極数Ｐｉｎおよび固定マグネット４０の極数Ｐｆに対して、以下の関係になっている。
Ｎｐｐ＝（Ｐｉｎ＋Ｐｆ）／２
　これにより、駆動側マグネット２０の回転力をポールピース２５に伝達できる。駆動側マグネット２０の回転力がポールピース２５に伝達されることで動力伝達装置１の出力軸である回転部材４１が回転し、回転部材４１の回転力が弁体４８に伝達されることで弁体４８が軸方向に移動する。弁体４８が軸方向に移動することで弁室５２の弁口５２ａが開閉されて弁口５２ａを通過する冷媒の流量が調整される。

　このとき、非接触連結部６０では、隔壁５１に磁性が付与されていることにより、図５に示すように磁束が並列に流れる磁気回路ＭＣが形成される。すなわち、磁束が流れる経路として、図３および図５の実線矢印に示すトルク発生経路φ１と、図３および図５の破線矢印に示す短絡磁束経路φ２とが形成される。

　トルク発生経路φ１では、駆動側マグネット２０のＮ極２０ｎ、隔壁５１、ポールピース２５の磁性体部２５ａ、固定マグネット４０、バックヨーク５６、固定マグネット４０、ポールピース２５の磁性体部２５ａ、隔壁５１、駆動側マグネット２０のＳ極２０ｓの順に磁束が流れる。短絡磁束経路φ２では、駆動側マグネット２０のＮ極２０ｎ、隔壁５１、駆動側マグネット２０のＳ極２０ｓの順に磁束が流れる。

　トルク発生経路φ１には、ポールピース２５と固定マグネット４０との間でのトルクの発生に寄与する磁束が流れる。短絡磁束経路φ２では、磁束がトルクの発生に寄与することなく短絡して流れる。

　図６は、隔壁５１の透磁率と、ポールピース２５と固定マグネット４０との間で発生するトルク（以下、伝達トルクと言う。）との関係を示すグラフである。隔壁５１の透磁率は、真空の透磁率と鉄の透磁率との間である。このグラフは上が凸になっており、透磁率が所定の値（図６の例では約３０％）のときに伝達トルクが最大となる。

　低透磁率領域では隔壁５１の透磁率が高くなるにつれて伝達トルクが大きくなる。隔壁５１を貫通する磁束が多くなってトルク発生経路φ１を流れる磁束も多くなるからである。一方、高透磁率領域では隔壁５１の透磁率が高くなるにつれて伝達トルクが小さくなる。短絡磁束経路φ２を流れる磁束が著しく多くなってトルク発生経路φ１を流れる磁束が少なくなってしまうからである。

　以上のことから、隔壁５１の透磁率は、伝達トルクが最大となる透磁率（図６の例では約３０％）との差が±２０％以内の値（図６の例では約１０％～約５０％）であると大きな伝達トルクを発生することができるので好ましい。隔壁５１の透磁率は、伝達トルクが最大となる透磁率との差が±１０％以内の値（図６の例では約２０％～約４０％）であるとほぼ最大トルクを発生することができるのでより好ましい。

　隔壁５１に所望の透磁率をもたせるために、隔壁５１は、ＳＵＳ３０５等のオーステナイト系のステンレス鋼を加工硬化によってマルテンサイトへ変質させて磁性を付与したステンレス鋼で形成されている。そのため、隔壁５１の耐圧性を向上させることができる。

　本実施形態では、駆動側マグネット２０からの磁束が並列に流れる磁気回路ＭＣを備え、磁気回路ＭＣはトルク発生経路φ１と短絡磁束経路φ２とを形成している。トルク発生経路φ１では、磁束が駆動側マグネット２０のＮ極２０ｎからポールピース２５および固定マグネット４０を経由して駆動側マグネット２０のＳ極２０ｓへと流れてトルクを発生させる。短絡磁束経路φ２では、磁束が駆動側マグネット２０のＮ極２０ｎからポールピース２５を経由することなく駆動側マグネット２０のＳ極２０ｓへと短絡して流れる。

　これによると、短絡磁束経路φ２を形成することで、トルク発生経路φ１を流れる磁束を増加させることが可能になる。そのため、伝達トルクを向上することが可能になる。

　本実施形態では、隔壁５１は、駆動側マグネット２０とポールピース２５との間に配置され、真空の透磁率よりも高い透磁率を有し短絡磁束経路φ２を形成する。これにより、短絡磁束経路φ２を良好に形成することができる。

　本実施形態では、隔壁５１の透磁率は、真空の透磁率と鉄の透磁率との間である。具体的には、隔壁５１の透磁率は、トルクが最大になる透磁率との差が±２０％以内である。より具体的には、隔壁５１の透磁率は、トルクが最大になる透磁率との差が±１０％以内である。

　これにより、トルク発生経路φ１を流れる磁束の量を適切にしてトルク発生経路φ１を流れる磁束を増加させることができるので伝達トルクを向上することができる。

　本実施形態では、隔壁５１は、オーステナイト系のステンレス鋼でありマルテンサイトを有している。これにより、適切な透磁率を有する隔壁５１を容易に形成できるとともに隔壁５１の強度を高めることができる。

　本実施形態では、隔壁５１は、駆動側マグネット２０側の空間である駆動側空間１１３ａと、ポールピース２５側の空間である従動側空間１１３ｂとに区画する。これにより、短絡磁束経路φ２を形成する部材を隔壁５１と別部材とする場合と比較して部品点数を削減できる。

　本実施形態では、隔壁５１は、従動側空間１１３ｂを、耐圧性を有するように封止する圧力容器の一部を形成している。これにより、短絡磁束経路φ２を形成する部材を圧力容器と別部材とする場合と比較して部品点数を削減できる。

　（第２実施形態）
　上記第１実施形態では、隔壁５１は、ＳＵＳ３０５等のオーステナイト系のステンレス鋼を加工硬化によってマルテンサイトへ変質させて磁性を付与したステンレス鋼で形成されているが、本実施形態では、図７に示すように、隔壁５１は、非磁性体層５１１と磁性体層５１２とを積層させることによって形成されている。

　非磁性体層５１１は非磁性体で形成されている。磁性体層５１２は磁性体で形成されている。非磁性体層５１１と磁性体層５１２との比率を適切に設定することにより隔壁５１の透磁率を適切に設定できる。本実施形態においても、上記第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

　本実施形態では、隔壁５１は、非磁性体層５１１および磁性体層５１２という複数の層で形成されており、複数の層のうち磁性体層５１２が磁性体である。これにより、適切な透磁率を有する隔壁５１を容易に形成できる。

　（第３実施形態）
　上記第１実施形態の磁気ギア６０ｂは、駆動側マグネット２０、ポールピース２５および固定マグネット４０が径方向に積層されたラジアル型の磁気ギア６０ｂであるが、本実施形態の磁気ギア６０ｂは、図８に示すように、駆動側マグネット２０、ポールピース２５および固定マグネット４０が軸方向に積層されたアキシャル型の磁気ギア６０ｂである。

　本実施形態においても、上記第１実施形態と同様に、互いに並列なトルク発生経路φ１と短絡磁束経路φ２とを有する磁気回路ＭＣが形成されるので、隔壁５１に所望の透磁率をもたせることによって大きな伝達トルクを発生することができる。

　（第４実施形態）
　上記第１実施形態の磁気ギア６０ｂは、駆動側マグネット２０、ポールピース２５および固定マグネット４０が径方向に積層されたラジアル型の磁気ギア６０ｂであるが、本実施形態の磁気ギア６０ｂは、図９に示すように、駆動側マグネット２０、ポールピース２５および固定マグネット４０が長尺板状に形成されていて互いに対向するように積層されたリニア型の磁気ギア６０ｂである。

　本開示は上述の実施形態に限定されることなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲内で、以下のように種々変形可能である。

　上記第１実施形態では、隔壁５１は、ＳＵＳ３０５等のオーステナイト系のステンレス鋼を加工硬化によってマルテンサイトへ変質させて磁性を付与したステンレス鋼で形成されているが、電磁鋼板等の磁性体金属を歪ませることによって透磁率を低下させた磁性体金属で形成されていてもよい。隔壁５１は、鉄粉が混ぜ込まれた樹脂で形成されていてもよい。

　上記第１実施形態では、ポールピース２５および固定マグネット４０が駆動側マグネット２０の径方向外側に配置されているが、ポールピース２５および固定マグネット４０が駆動側マグネット２０の径方向内側に配置されていてもよい。

　上記実施形態では、本開示を蒸気圧縮式冷凍サイクルの膨張弁に適用した例を示したが、膨張弁に限定されるものではなく、流体が通過する弁口を弁体によって開閉する種々の電動弁に本開示を適用できる。電動弁のみならず、種々の駆動側機器から種々の被駆動側機器へ動力を伝達する動力伝達装置に本開示を適用できる。

　本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

　本明細書に開示された動力伝達装置および膨張弁の特徴を以下の通り示す。

　（項目１）
　回転駆動力が入力される入力軸磁石（２０）と、磁束を変調する磁気変調部（２５）と、前記入力軸磁石よりも極数の多い多極磁石（４０）と、前記磁気変調部または前記多極磁石と一体に回転する出力軸（４１）とを有する磁気ギア（６０ｂ）と、
　前記入力軸磁石からの磁束が並列に流れる磁気回路（ＭＣ）とを備え、
　前記磁気回路は、
　磁束が前記入力軸磁石のＮ極（２０ｎ）から前記磁気変調部および前記多極磁石を経由して前記入力軸磁石のＳ極（２０ｓ）へと流れてトルクを発生させるトルク発生経路（φ１）と、
　磁束が前記入力軸磁石のＮ極から前記磁気変調部を経由することなく前記入力軸磁石のＳ極へと短絡して流れる短絡磁束経路（φ２）とを形成している動力伝達装置。

　（項目２）
　前記入力軸磁石と前記磁気変調部との間に、真空の透磁率よりも高い透磁率を有し前記短絡磁束経路を形成する短絡磁束形成部材（５１）を備える項目１に記載の動力伝達装置。

　（項目３）
　前記短絡磁束形成部材の透磁率は、真空の透磁率と鉄の透磁率との間である項目２に記載の動力伝達装置。

　（項目４）
　前記短絡磁束形成部材の透磁率は、前記トルクが最大になる透磁率との差が±２０％以内である項目２または３に記載の動力伝達装置。

　（項目５）
　前記短絡磁束形成部材の透磁率は、前記トルクが最大になる透磁率との差が±１０％以内である項目２ないし４のいずれか１つに記載の動力伝達装置。

　（項目６）
　前記短絡磁束形成部材は、複数の層で形成されており、前記複数の層のうち一部の層が磁性体である項目２ないし５のいずれか１つに記載の動力伝達装置。

　（項目７）
　前記短絡磁束形成部材は、オーステナイト系のステンレス鋼でありマルテンサイトを有している項目２ないし５のいずれか１つに記載の動力伝達装置。

　（項目８）
　前記短絡磁束形成部材は、前記入力軸磁石側の空間である駆動側空間（１１３ａ）と、前記磁気変調部側の空間である従動側空間（１１３ｂ）とに区画する隔壁（５１）である項目２ないし７のいずれか１つに記載の動力伝達装置。

　（項目９）
　前記短絡磁束形成部材は、前記従動側空間を、耐圧性を有するように封止する圧力容器（５０、５１）の一部を形成している項目８に記載の動力伝達装置。

　（項目１０）
　項目１ないし９のいずれか１つに記載の動力伝達装置（１）と、
　蒸気圧縮式冷凍サイクル（１１０）の冷媒が流れる弁口（５２ａ）を形成する弁口形成部材（５０）と、
　前記動力伝達装置によって伝達されるトルクによって前記弁口の開度を調整する弁体（４８）とを備える膨張弁。

Claims

　回転駆動力が入力される入力軸磁石（２０）と、磁束を変調する磁気変調部（２５）と、前記入力軸磁石よりも極数の多い多極磁石（４０）と、前記磁気変調部または前記多極磁石と一体に回転する出力軸（４１）とを有する磁気ギア（６０ｂ）と、
　前記入力軸磁石からの磁束が並列に流れる磁気回路（ＭＣ）とを備え、
　前記磁気回路は、
　磁束が前記入力軸磁石のＮ極（２０ｎ）から前記磁気変調部および前記多極磁石を経由して前記入力軸磁石のＳ極（２０ｓ）へと流れてトルクを発生させるトルク発生経路（φ１）と、
　磁束が前記入力軸磁石のＮ極から前記磁気変調部を経由することなく前記入力軸磁石のＳ極へと短絡して流れる短絡磁束経路（φ２）とを形成している動力伝達装置。
　前記入力軸磁石と前記磁気変調部との間に配置され、真空の透磁率よりも高い透磁率を有し前記短絡磁束経路を形成する短絡磁束形成部材（５１）を備える請求項１に記載の動力伝達装置。
　前記短絡磁束形成部材の透磁率は、真空の透磁率と鉄の透磁率との間である請求項２に記載の動力伝達装置。
　前記短絡磁束形成部材の透磁率は、前記トルクが最大になる透磁率との差が±２０％以内である請求項２に記載の動力伝達装置。
　前記短絡磁束形成部材の透磁率は、前記トルクが最大になる透磁率との差が±１０％以内である請求項２に記載の動力伝達装置。
　前記短絡磁束形成部材は、複数の層（５１１、５１２）で形成されており、前記複数の層のうち一部の層（５１２）が磁性体である請求項２に記載の動力伝達装置。
　前記短絡磁束形成部材は、オーステナイト系のステンレス鋼でありマルテンサイトを有している請求項２に記載の動力伝達装置。
　前記短絡磁束形成部材は、前記入力軸磁石側の空間である駆動側空間（１１３ａ）と、前記磁気変調部側の空間である従動側空間（１１３ｂ）とに区画する隔壁（５１）である請求項２に記載の動力伝達装置。
　前記短絡磁束形成部材は、前記従動側空間を、耐圧性を有するように封止する圧力容器（５０、５１）の一部を形成している請求項８に記載の動力伝達装置。
　回転駆動力が入力される入力軸磁石（２０）と、磁束を変調する磁気変調部（２５）と、前記入力軸磁石よりも極数の多い多極磁石（４０）と、前記磁気変調部または前記多極磁石と一体に回転する出力軸（４１）とを有する磁気ギア（６０ｂ）と、前記入力軸磁石からの磁束が並列に流れる磁気回路（ＭＣ）とを備える動力伝達装置（１）と、
　蒸気圧縮式冷凍サイクル（１１０）の冷媒が流れる弁口（５２ａ）を形成する弁口形成部材（５０）と、
　前記動力伝達装置によって伝達されるトルクによって前記弁口の開度を調整する弁体（４８）とを備え、
　前記磁気回路は、
　磁束が前記入力軸磁石のＮ極（２０ｎ）から前記磁気変調部および前記多極磁石を経由して前記入力軸磁石のＳ極（２０ｓ）へと流れてトルクを発生させるトルク発生経路（φ１）と、
　磁束が前記入力軸磁石のＮ極から前記磁気変調部を経由することなく前記入力軸磁石のＳ極へと短絡して流れる短絡磁束経路（φ２）とを形成している膨張弁。