CN101473512B

CN101473512B - 马达转子

Info

Publication number: CN101473512B
Application number: CN2007800225361A
Authority: CN
Inventors: 涩井康行; 清水政宏
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2006-06-16
Filing date: 2007-04-20
Publication date: 2013-01-02
Anticipated expiration: 2027-04-20
Also published as: US20090195102A1; KR20090011032A; WO2007145023A1; EP2031732A4; JP2007336738A; US7834504B2; CN101473512A; JP5062464B2; EP2031732A1; EP2031732B1; KR101004188B1

Abstract

本发明的马达转子(22)包括：马达轴(30)、绕轴地包围马达轴(30)的永久磁铁(31)、绕轴地包围马达轴(30)并从轴方向两侧夹持永久磁铁(32)的一对锁紧环(32、32)、通过过盈配合而与永久磁铁(31)以及一对锁紧环(32)嵌合的中空圆筒形的外套筒(33)。锁紧环(33)的纵弹性系数比永久磁铁(32)的纵弹性系数大。外套筒(33)的厚度根据轴方向的位置而不同，以使作用在与永久磁铁(32)以及一对锁紧环(32)嵌合的外套筒(33)上的周方向应力在轴方向上均一化。

Description

马达转子

技术领域

本发明涉及一种马达转子，能够与电动机的高速化对应，特别地涉及一种适于搭载在电动增压机上的电动机的马达转子。

背景技术

由于内燃机的进步，利用内燃机的排气气体进行驱动而将进气压缩而增压的增压机(也被称为turbo charger)被广泛地使用。此外，还使用与增压机的旋转轴同轴地组装电动机而加速辅助压缩机的旋转驱动从而改善加速响应性等的增压机。将这样的具有利用电动机的电动辅助功能的增压机称为电动增压机。

简单地说明这种电动增压机的结构。在旋转轴的两端连结涡轮机叶轮和压缩机叶轮而成的增压机转子旋转自如地被支承在外壳内。在外壳内内置有电动机。在旋转轴的同轴上固定有电动机的旋转件(马达转子)，在外壳的内部在旋转件的周围配置有电动机的固定件(马达定子)。若向涡轮机叶轮供给来自内燃机的排气气体，则涡轮机叶轮被驱动旋转，与涡轮机叶轮连结的压缩机叶轮被驱动旋转，从而将进气压缩而向内燃机供给。此外在此时，利用电动机来辅助压缩机叶轮的旋转驱动。

在下述专利文献1中公开有这样的电动增压机的马达转子。图1是表示在专利文献1中公开的以往的马达转子的剖面图。该马达转子包括：插装在增压机的涡轮机轴50上的内套筒51、绕轴地包围内套筒51的永久磁铁52、绕轴地包围永久磁铁52的中空圆筒形的外套筒53。外套筒53通过热嵌套而嵌合永久磁铁52以便使在转子的最高转速下作用有较大离心力的状况下也能够充分地保持永久磁铁52。

在电动增压机的制造工序中，在马达转子的组装后，进行旋转平衡试验而进行旋转平衡的修正。在图1所示的以往的马达转子的情况下，切削永久磁铁52的端面的一部分(用附图标记A表示的部分)而进行平衡修正。但是，若切削永久磁铁52，则永久磁铁52的磁力变化。因为对于旋转平衡修正量存在个体差异，所以根据切削量，每个产品的永久磁铁的磁力都不同。此外，由于切削永久磁铁25，会产生裂纹、或者应力的不均，所以强度降低。

为了与这样的问题对应，提出有如图2所示的以往的其他的马达转子。该马达转子包括：插装在涡轮机轴50上的内套筒51、绕轴地包围内套筒51的永久磁铁52、从轴方向两侧夹持永久磁铁52的一对锁紧环54、54、绕轴地包围永久磁铁52以及一对锁紧环54、54的中空圆筒形的外套筒53。外套筒53通过热嵌套而与永久磁铁52和锁紧环54、54嵌合。

这样的构造的马达转子中，切削锁紧环54的一部分(用附图标记B表示的部分)而进行旋转平衡修正。该情况下，无需切削永久磁铁52，因此不会发生磁力变化及强度降低的问题。

专利文献1：美国专利第6,085,527号说明书(图5)

在图2中，上侧的图表表示作用在外套筒53上的周方向应力的沿轴方向上的分布。在该图表中，横轴是轴方向位置，纵轴是周方向应力，作用在外套筒53上的周方向应力的分布为用附图标记L表示的曲线。

在图2所示的马达转子中，锁紧环54由即使在旋转平衡修正时被切削也能够维持充分的强度的材料构成，所以锁紧环54的纵弹性系数比永久磁铁52的纵弹性系数大。即，永久磁铁52与锁紧环54相比比较柔软而易于弹性变形。

因此，如图2所示，在外套筒53与永久磁铁52以及锁紧环54嵌合的状态下，外套筒53中与锁紧环54接触的部分的周方向应力比与永久磁铁52接触的部分的周方向应力大。因而，在外套筒53中，与永久磁铁52的嵌合相对于与锁紧环54的嵌合而言相对地变弱。近年的电动机要求更加高速化，对应于此需要更强力地设定外套筒53与永久磁铁52以及锁紧环54的嵌合。

为了对于永久磁铁获得希望的紧固力，能够设定外套筒53的嵌合的强度，但若为了与高速化对应而使嵌合过强，则存在外套筒53的两端部塑性变形的危险。因此，在以往的马达转子中存在难以与进一步的高速化对应的问题。

发明内容

本发明是鉴于这样的问题而提出的，目的在于提供一种马达转子，能够与高速化对应。

为了实现上述的目的，本发明的马达转子采用以下的方式。

即，本发明的马达转子，包括：马达轴、绕轴地包围该马达轴的永久磁铁、绕轴地包围上述马达轴并从轴方向两侧夹持上述永久磁铁的一对锁紧环、通过过盈配合而与上述永久磁铁以及上述一对锁紧环嵌合的中空圆筒形的外套筒，上述锁紧环的纵弹性系数比上述永久磁铁的纵弹性系数大，该马达转子的特征在于，上述外套筒的厚度根据轴方向的位置而不同，以使作用在与上述永久磁铁以及上述一对锁紧环嵌合的上述外套筒上的周方向应力在轴方向上均一化。

这样，外套筒的厚度根据轴方向的位置而不同，以使作用在与永久磁铁以及一对锁紧环嵌合的外套筒上的周方向应力在轴方向上均一化，因此作用在外套筒上的周方向应力均一化。即，在外套筒中，与永久磁铁接触的部分和与锁紧环接触的部分上，周方向应力差得到缓和。由此，即使以能够对永久磁铁得到希望的紧固力的方式来设定外套筒的嵌合的强度，也不会产生与锁紧环相接的外套筒的两端部塑性变形的问题。因而，根据本发明能够获得能够与电动机的高速化对应的优异效果。

此外，本发明的特征在于，上述外套筒中与上述锁紧环接触的部分的外径比与上述永久磁铁接触的轴方向中央部分的外径小。

此外，本发明的特征在于，上述外套筒的外径从上述永久磁铁侧向上述锁紧环侧连续地或者阶梯地缩径。

通过这样地设定外套筒的形状，能够使作用在外套筒上的周方向应力在轴方向上均一化。

如上所述，根据本发明，能够获得能够与电动机的高速化对应的优异效果。

附图说明

图1是表示以往的马达转子的结构的图。

图2是表示以往的其他的马达转子的结构的图。

图3是表示具备具有本发明的实施方式的马达转子的电动机的电动增压机的结构的图。

图4是表示本发明的实施方式的马达转子的结构的图。

图5是表示本发明的其他的实施方式的马达转子的结构的图。

具体实施方式

以下，基于附图详细地说明本发明的优选实施方式。另外，在各图中对共通的部分标注相同的附图标记，省略重复的说明。

图3是表示具备具有本发明的实施方式的马达转子的电动机的电动增压机的结构的整体结构图。在该图中，电动增压机10具备：涡轮机轴12、压缩机叶轮14、电动机21、以及外壳。外壳在该例中包括：轴承外壳16、涡轮机外壳18、以及压缩机外壳20。

涡轮机轴12在一端(在图中左端)具有涡轮机叶轮11。在该例中，涡轮机叶轮11与涡轮机轴12一体地形成，但本发明不限定于此，也可以是分体地安装涡轮机叶轮11的结构。

压缩机叶轮14利用轴端螺母15与涡轮机轴12的另一端(在图中右端)连结为一体地旋转。

轴承外壳16内置有承受涡轮机轴12的径向载荷的径向轴承17、承受推力载荷的推力轴承29，利用径向轴承17以及推力轴承29将涡轮机轴12支承为旋转自如。进而，轴承外壳16具有用于润滑径向轴承17以及推力轴承29的未图示的润滑油流路。

涡轮机外壳18以涡轮机叶轮11能够旋转的方式包围涡轮机叶轮11，且与轴承外壳16连结。该涡轮机外壳18设置有从外部向内部导入排气气体的涡旋室18a、从涡旋室18a将排气气体引导至涡轮机叶轮11的形成为环状的流路18b。

进而，在流路18b上，在周方向上以一定的间隔配置有多个导流翼(ノズル翼)19。该导流翼19优选是可变导流翼而能够改变在其间形成的流路面积，但本发明不限定于此也可以是固定导流翼。此外，也可以是在流路18b上没有导流翼19的方式。

压缩机外壳20以压缩机叶轮14能够旋转的方式包围压缩机叶轮14，且与轴承外壳16连结。该压缩机外壳20设置有向内部导入有压缩空气的涡旋室20a、从压缩叶轮14向涡旋室20a引导压缩空气的形成为环状的扩压部20b。

电动机21具有马达转子22以及马达定子24。马达转子22是电动机21的旋转件，马达定子24是电动机21的固定件。由马达转子22和马达定子24构成无刷的交流电动机。

该交流电动机优选能够与涡轮机轴12的高速旋转(例如至少10至20万rpm)对应，且能够进行加速时的旋转驱动和减速时的再生运转。此外，优选该交流电动机的驱动电压与搭载在车辆上的电池的直流电压相同或者比其稍高。

在如上所述地构成的电动增压机10中，若利用涡旋室18a导入来自发动机的排气气体，则利用排气气体驱动涡轮机叶轮11旋转。于是，驱动经由涡轮机轴12与涡轮机叶轮11连结的压缩机叶轮14旋转，进气被压缩机叶轮14压缩而向发动机供给。此外在此时，利用电动机21辅助压缩机叶轮14的旋转驱动。

电动增压机10具备流路形成套筒26和密封板28。流路形成套筒26与马达定子24的外周面以及轴承外壳16的内周面密接，在与轴承外壳16之间构成液密的水冷套26b。对该水冷套26b，从未图示的冷却水供给口供给冷却水，从未图示的冷却水排出口排出冷却水。在轴承外壳16和流路形成套筒26之间夹装有将水冷套26b的内外液密地密封的密封部件25a、25b(例如O型环)。

密封板28在轴承外壳16和压缩机外壳20之间与流路形成套筒26的凸缘部26a一起沿轴方向被紧固。该密封板28将压缩机外壳20和马达定子24之间分隔开，且与流路形成套筒26的压缩机侧密接。

图4是图3所示的马达转子22的放大图。如图4所示，本实施方式的马达转子22包括：马达轴30、绕轴地包围马达轴30的永久磁铁31、绕轴地包围马达轴30并且从轴方向两侧夹持永久磁铁31的一对锁紧环32、32、绕轴地包围永久磁铁31以及一对锁紧环32、32的中空圆筒形的外套筒33。

在本实施方式中，马达轴30是插装在涡轮机轴12上的中空圆筒形的内套筒，中空圆筒形的永久磁铁31和锁紧环32以较弱的过盈配合嵌合在该马达轴30的外周。马达轴30从其轴方向两侧被其他的部件夹持而与涡轮机轴12一体地旋转。

另外，马达轴30也可以是与涡轮轴12同轴状地连结的其他的旋转轴，在该情况下，也可以不是中空圆筒形。

外套筒33以及锁紧环32由非磁体材料构成。外套筒33借助能够对永久磁铁31以及锁紧环32给予充分的压缩载荷的程度的强过盈配合(例如热嵌套)而与永久磁铁31以及锁紧环32嵌合，以使即使在马达转子22的最高转速下作用有较大离心力的状况下永久磁铁31以及锁紧环32也不空转。在热嵌套外套筒33之前，永久磁铁31的外径和锁紧环32的外径是相同的。

在图4中，锁紧环32的纵弹性系数比永久磁铁31的纵弹性系数大。因而，永久磁铁31与锁紧环32相比比较柔软而易于弹性变形。在如图5所示的以往的马达转子中，因为外套筒53的厚度以及外径沿整个轴方向的全长是一定的，所以与锁紧环54接触的部分的周方向应力比与永久磁铁52接触的部分的周方向应力大。

相对于此，在本发明的马达转子22中，如图4所示，外套筒33的厚度根据轴方向的位置而不同，以使作用在与永久磁铁31以及一对锁紧环32嵌合的外套筒33上的周方向应力在轴方向上均一化。具体地，外套筒33中与锁紧环32接触的部分的外径D1比与永久磁铁31接触的轴方向中央部分的外径D2小。即该外套筒33包括大径部33a和位于该大径部33a的两侧的小径部33b。

在图2所示的以往的马达转子的外套筒53中，与锁紧环54接触的部分的周方向应力相比与永久磁铁52接触的部分的周方向应力而言大何种程度，根据永久磁铁52以及锁紧环54的材质而不同，在此假设为例如2至3成左右。在本实施方式的马达转子22的永久磁铁31以及锁紧环32为与图2的永久磁铁52以及锁紧环54相同材质的情况下，通过将大径部33a以及小径部33b的外径设定为外套筒33的与锁紧环32接触的部分的厚度相比与永久磁铁31接触的部分的厚度而言变薄2至3成左右，从而在各自的部分的周方向应力差被缓和。其结果，能够将作用于外套筒33的周方向应力在轴方向上均一化。

在此所谓“均一化”并不仅意味着外套筒33的周方向应力在轴方向上完全地变成均一，也包含在外套筒33中与永久磁铁31接触的部分和与锁紧环32接触的部分上的周方向应力差被缓和的情况。此外，所谓“被缓和”是指下述意思：图5所示的沿轴方向的整个全长厚度以及外径一定的外套筒53的情况相比，上述的周方向应力差被缓和且向均一的方向趋近。

在图2所示的马达转子的外套筒53中，从比锁紧环54的永久磁铁52侧的端面还稍靠近永久磁铁52侧的位置开始，周方向应力变大，因此本实施方式的外套筒33的从大径部33a向小径部33b的移行位置(换言之，大径部33a和小径部33b的边界部)为比锁紧环32的永久磁铁31侧的端面还稍靠近永久磁铁31侧的位置。这样，令从大径部33a向小径部33b的移行位置为适当的位置，由此能够提高周方向应力的均一性。

根据上述的本实施方式，外套筒33的厚度根据轴方向的位置而不同，以使作用在与永久磁铁31以及一对锁紧环32嵌合的外套筒33上的周方向应力在轴方向上均一化，因此作用在外套筒33上的周方向应力均一化。即，在外套筒33中，在与永久磁铁31接触的部分和与锁紧环32接触的部分上，周方向应力差被缓和。由此，即使将外套筒33的嵌合的强度设定为能够得到对永久磁铁31的希望的紧固力，也不会产生与锁紧环32相接的外套筒33的两端部塑性变形的问题。因而，根据本发明能够获得能够与电动机的高速化对应的优异效果。

图5是表示本发明的其他的实施方式的马达转子22的结构的剖面图。在图5中，与图4相同的部分上标注相同附图标记。

在图4的实施方式中，在外套筒33上形成小径部33b，构成为与锁紧环32接触的部分的外径比与永久磁铁31接触的轴方向中央部分的外径小，而也可以代替这样的结构而构成为外套筒33的外径从永久磁铁31侧向锁紧环32侧连续地或者阶段地缩径。作为这样的连续地缩径的结构，在图5的实施方式中，具有向外套筒33的轴方向两侧而外径缩径的锥形部33c。

如图2所示，周方向应力不是阶梯状地变化，因此通过形成如本实施方式的锥形部33c，与图4的形成小径部33b的情况相比能够获得高均一化效果。

如上所述，在图2所示的马达转子的外套筒53上，从比锁紧环54的永久磁铁52侧的端面稍微靠近永久磁铁52侧的位置开始应力变大，因此本实施方式的外套筒33的缩径开始位置(换言之，大径部33a和锥形部33c的边界部)为比锁紧环32的永久磁铁31侧的端面还稍微靠近永久磁铁31侧的位置。这样，使缩径开始位置为适当的位置，由此能够提高周方向应力的均一性。

另外，在图5的实施方式中，作为外套筒33的外径连续地缩径的情况，表示了锥形部33c这样地直线地缩径的例子，但也可以为了与图2所示的周方向应力的变化对应，而作为连续地缩径的其他的例子为曲线地缩径的情况。此外，外套筒33的缩径不限于连续的缩径，也可以是阶段地缩径。

在上述中，对本发明的实施方式进行了说明，但上述公开的本发明的实施方式只是示例，本发明的范围不限定于这些发明的实施的方式。在上述的实施方式中，说明了将本发明用于电动增压机的电动机的马达转子的例子，但不限于此，也能够同样地用于在其他的机器上使用的电动机的马达转子。

本发明的范围由权利要求书来表示，进而包含在与权利要求书的记载均等的意义以及范围内的所有的变化。

Claims

1.一种马达转子，包括：插装在涡轮机轴上的中空圆筒形的内套筒、绕轴地包围该内套筒且通过过盈配合而嵌合的永久磁铁、绕轴地包围上述内套筒并从轴方向两侧夹持上述永久磁铁、通过过盈配合而嵌合的一对锁紧环、通过过盈配合而与上述永久磁铁以及上述一对锁紧环嵌合的中空圆筒形的外套筒，上述锁紧环的纵弹性系数比上述永久磁铁的纵弹性系数大，其特征在于，

上述外套筒的厚度根据轴方向的位置而不同，以使作用在与上述永久磁铁以及上述一对锁紧环嵌合的上述外套筒上的周方向应力在轴方向上均一化，

上述外套筒中与上述锁紧环接触的部分的外径比与上述永久磁铁接触的轴方向中央部分的外径小。

2.如权利要求1所述的马达转子，其特征在于，上述外套筒的外径从上述永久磁铁侧向上述锁紧环侧连续地或者阶段地缩径。