JP2013126316A - Torque transmission structure of low temperature rotary machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、超電導モータ等の低温回転機械におけるトルク伝達構造に関する。 The present invention relates to a torque transmission structure in a low-temperature rotating machine such as a superconducting motor.
近年、回転体を備えた機械の駆動機として、超電導モータ等の低温回転機械が採用される場合がある。図5に示すように、例えば、超電導モータ100の場合、外周に巻かれた固定側の通常コイル101と、この通常コイル101の内側で回転するロータ102と、このロータ102の中心で回転するロータコア104とを備えたものがある。このロータコア104には、回転側の超電導コイル103が巻かれている。超電導コイル103が巻かれたロータコア104は、冷凍機105で循環させる低温ヘリウムガスによって低温状態(30K(−243℃))で保持されている。これにより、ロータコア104に巻かれた超電導コイル103が極低温近くの低温で回転させられる。ロータコア104は、ロータ102内との空間を真空状態とすることで断熱されている。
In recent years, a low-temperature rotating machine such as a superconducting motor may be employed as a driving machine for a machine having a rotating body. As shown in FIG. 5, for example, in the case of the
そして、上記ロータコア104とロータ102とは、トルクチューブ110で連結されている。トルクチューブ110は、ロータコア104の両端をロータ102に支持し、ロータコア104の回転力をロータ102に伝達している。トルクチューブ110は、ロータコア104の重量も支持している。トルクチューブ110は、超電導コイル103で発生した回転力を取り出す円筒状の部材である。ロータ102は、ロータコア104の回転力(回転トルク)がトルクチューブ110を介して伝達されて回転させられる。この例では、ロータコア104の回転力(トルク)をトルクチューブでロータ102に伝達し、ロータ102の出力軸106でプロペラ107が回転駆動されている。ロータ102は、出力軸側と反出力軸側とに設けられた軸受108で支持されている。
The
トルクチューブ110は、上記したように円筒状に形成され、その両端にフランジ111,112が設けられている。フランジ111,112は、円筒部113の軸線と直交する接合面114を有している。そして、一方のフランジ部111がロータコア104にボルト115で固定され、他方のフランジ112がロータ102にボルト115で固定されている。従って、トルクチューブ110は、ボルト115の軸力(軸方向に力)によるロータコア104とロータ102との接合面114の摩擦力でトルクを伝達している。このトルクチューブ110は、低温状態(30K(−243℃))のロータコア104と常温のロータ102とを連結し、ロータコア104の回転トルクをロータ102に伝達する。そのため、トルクチューブ110は、一般的に金属材料が用いられている。
The
しかし、トルクチューブ110は、低温部(−243℃)のロータコア104と高温部(常温)のロータ102とを金属材料で直接接続しているため、高温部のロータ102から低温部のロータコア104への入熱が冷却損失の多くを占めている。そのため、この入熱がロータコア104を冷却する冷凍機105の負荷となっており、超電導モータの効率に影響を与える。
However, since the
そこで、本発明者は、上記トルクチューブとして、低熱伝導率である複合材料のFRP(繊維強化プラスチック、この明細書及び特許請求の範囲の書類中では、単に「FRP」ともいう)に着目した。特に、表1に示すように、GFRP(ガラス繊維強化プラスチック)、CFRP(炭素繊維強化プラスチック)は、引張強度(MPa)が金属(SUS316L)と同等かそれ以上に高く、また熱伝導も、例えば、極低温(4K)から常温(300K)までの熱伝導積分値(W/m)が非常に低い(例えば、SUS316L:30306W/mに対し、CFRP:242.4W/m、GFRP:103.1W/m)ので、入熱量低減による超電導モータの高効率化が期待できると考えた。 Therefore, the present inventor paid attention to FRP (fiber reinforced plastic, which is also simply referred to as “FRP” in the specification and claims) of the composite material having low thermal conductivity as the torque tube. In particular, as shown in Table 1, GFRP (glass fiber reinforced plastic) and CFRP (carbon fiber reinforced plastic) have a tensile strength (MPa) equal to or higher than that of metal (SUS316L), and heat conduction is, for example, The heat conduction integral value (W / m) from extremely low temperature (4K) to room temperature (300K) is very low (for example, CFRP: 242.4 W / m, GFRP: 103.1 W versus SUS316L: 30306 W / m). / M), we thought that high efficiency of the superconducting motor could be expected by reducing the heat input.
ところで、FRPは積層方向の線膨張率が(常温で4.29×10−6/K)であるのに対し、例えば、金属のSUS316Lの線膨張率は(15.9×10−6/K)であり、FRPは金属の2倍以上ある。そのため、トルクチューブ110にFRPを適用する場合、FRPの線膨張率が金属に比べて大きいことから、常温においてボルト115でフランジ部111,112をロータコア102とロータ101とに適正な軸力で摩擦接合したとしても、ロータコア102に固定されるフランジ部111は極低温に冷却されて熱収縮量が大きくなるので、ボルト115の軸力が低下する軸力抜けを生じてしまう。
By the way, FRP has a linear expansion coefficient in the stacking direction (4.29 × 10 −6 / K at room temperature), whereas for example, the linear expansion coefficient of metal SUS316L is (15.9 × 10 −6 / K). FRP is more than twice that of metal. Therefore, when FRP is applied to the
そのため、トルクチューブ110にFRPを適用した場合、フランジ111をボルト115の軸力による摩擦力でロータコア102に固定することでトルク伝達することが困難になる。
Therefore, when FRP is applied to the
この対策として、軸力抜けを低減するように、ボルト115の頭部とフランジ111との間にカラーを設ける方法が考えられる。
As a countermeasure against this, a method of providing a collar between the head of the
このカラーを設ける方法として、例えば、ボルト115と同じ種類のカラーを用いる方法がある。この場合、ボルト締結において、ボルトは軸力によって伸びているため、その伸び分の軸力が発生している。そこで、カラーを用いて、ボルトの長さに対するFRPの長さの割合を減らせば、FRPの収縮によるボルトの軸力抜けを軽減することができる。
As a method of providing this color, for example, there is a method of using the same type of color as the
しかしながら、FRPの熱膨張率は製造方法や個体によって異なり、現物での熱膨張率を測定しなければ軸力の制御が難しく、設計段階においてカラーを決定するのは困難である。 However, the coefficient of thermal expansion of FRP varies depending on the manufacturing method and individual, and unless the actual coefficient of thermal expansion is measured, it is difficult to control the axial force, and it is difficult to determine the color at the design stage.
なお、上記特許文献1の場合、トルク伝達側の溝状切欠きとトルクチューブの波形端部との熱収縮量が大きく異なる。そのため、上記熱膨張率の差によってトルクチューブが径方向に縮み、トルクチューブの波形末端部分とトルク伝達側の溝状切欠きとの間に隙間が生じる。特に、トルクチューブを水平配置した場合、回転時に自重でトルクチューブの上部と溝状切欠きとの間に隙間を生じるおそれがあり、低温での安定したトルク伝達は難しい。 In the case of Patent Document 1, the amount of heat shrinkage between the groove-shaped notch on the torque transmission side and the waveform end of the torque tube is greatly different. Therefore, the torque tube shrinks in the radial direction due to the difference in the coefficient of thermal expansion, and a gap is generated between the waveform end portion of the torque tube and the groove-shaped notch on the torque transmission side. In particular, when the torque tube is horizontally disposed, a gap may be generated between the upper portion of the torque tube and the groove-shaped notch due to its own weight during rotation, and stable torque transmission at a low temperature is difficult.
そこで、本発明は、FRPのトルクチューブでボルトの軸力に影響されることなく低温回転機械のトルクを伝達できるトルク伝達構造を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a torque transmission structure that can transmit the torque of a low-temperature rotating machine without being affected by the axial force of a bolt with an FRP torque tube.
上記目的を達成するために、本発明は、超電導コイルを備えたロータコアと、前記ロータコアで回転させるロータと、前記ロータコアの回転トルクを前記ロータに伝達するトルクチューブと、前記トルクチューブを前記ロータコアに固定する締結手段と、を備えた低温回転機械のトルク伝達構造であって、前記トルクチューブは、前記ロータコアとロータとの間に配置する円筒部と、前記円筒部の軸心と直角方向の接合面を具備するロータコア側フランジと、を有する繊維強化プラスチックで形成され、前記ロータコア側フランジの接合面と前記ロータコアの接合部とは、円周方向で噛合う噛み合い部を有している。この明細書及び特許請求の範囲の書類中における「噛み合い部」は、「ロータコア側フランジの接合面」と「ロータコアの接合部」との間で、トルク伝達ができるように噛合う部分を有する形態であればよい。また、「締結手段」は、「ボルト」、「万力」等、フランジに軸力を付与して締結する手段をいう。
この構成により、ロータコアとロータとの間でトルク伝達するトルクチューブを繊維強化プラスチックで形成して熱伝達率を下げ、ロータコアへの入熱を極力抑えることができる。しかも、ロータコアの接合面とトルクチューブの接合面との間のトルク伝達は、噛み合い部で伝達することができる。
In order to achieve the above object, the present invention provides a rotor core having a superconducting coil, a rotor rotated by the rotor core, a torque tube for transmitting rotational torque of the rotor core to the rotor, and the torque tube to the rotor core. A torque transmission structure for a low-temperature rotating machine having a fastening means for fixing, wherein the torque tube has a cylindrical portion disposed between the rotor core and the rotor, and a joint perpendicular to the axis of the cylindrical portion. A rotor core side flange having a surface is formed of a fiber reinforced plastic, and the joint surface of the rotor core side flange and the joint portion of the rotor core have a meshing portion that meshes in the circumferential direction. The "meshing part" in the document of this specification and claims includes a part that meshes between the "joining surface of the rotor core side flange" and the "joining part of the rotor core" so that torque can be transmitted. If it is. The “fastening means” refers to means for fastening by applying an axial force to the flange, such as “bolts” and “vise”.
With this configuration, a torque tube that transmits torque between the rotor core and the rotor is formed of fiber reinforced plastic to reduce the heat transfer rate, and heat input to the rotor core can be suppressed as much as possible. Moreover, torque transmission between the joint surface of the rotor core and the joint surface of the torque tube can be transmitted by the meshing portion.
また、前記噛み合い部は、前記ロータコアの接合面に形成した凹凸状部と、前記ロータコア側フランジの接合面に形成した前記凹凸状部と噛合う凹凸状面とで構成されていてもよい。この明細書及び特許請求の範囲の書類中における「凹凸状」は、「波状曲面の凹凸」、「角状の凹凸」等、「凸状の部分」と「凹状の部分」とを有する形態であればよい。
このように構成すれば、トルクチューブのロータコア側フランジにおける凹凸状面とロータコアの凹凸状部との噛み合い構造によって機械的にトルク伝達するので、熱膨張によるボルトの軸力低下を生じても確実なトルク伝達を図ることができる。
Further, the meshing portion may be constituted by a concavo-convex portion formed on the joint surface of the rotor core and a concavo-convex surface meshed with the concavo-convex portion formed on the joint surface of the rotor core side flange. The “concavo-convex shape” in the document of this specification and the claims is a form having “convex portion” and “concave portion” such as “undulation of wavy curved surface”, “square unevenness”, etc. I just need it.
With this configuration, torque is mechanically transmitted by the meshing structure of the uneven surface on the rotor core side flange of the torque tube and the uneven portion of the rotor core, so that even if the axial force of the bolt decreases due to thermal expansion, it is reliable. Torque can be transmitted.
また、前記トルクチューブは、ガラス繊維強化プラスチック又は炭素繊維強化プラスチックで形成され、前記ロータコア側フランジは、円周方向の断面が、前記繊維強化プラスチックの繊維が連続するような曲線部を有する凹凸状の噛み合い面に形成されていてもよい。この「繊維が連続するような曲線部」は、「波形」、「円弧形」等によって角部が曲線となるような形態であればよい。
このように構成すれば、強化繊維として用いたガラス繊維または炭素繊維のフランジ部における円周方向の連続性を保って切断しないようにでき、ロータコア側フランジ及びロータ側フランジの強度を低下させることなく噛み合い部を形成することができる。
Further, the torque tube is formed of glass fiber reinforced plastic or carbon fiber reinforced plastic, and the rotor core side flange has a concavo-convex shape in which a cross section in a circumferential direction has a curved portion in which fibers of the fiber reinforced plastic are continuous. It may be formed on the meshing surface. The “curved portion where the fibers are continuous” may have any form in which the corner portion is curved by “waveform”, “arc shape” or the like.
If comprised in this way, it can avoid cutting | disconnecting maintaining the circumferential continuity in the flange part of the glass fiber or carbon fiber used as a reinforced fiber, without reducing the intensity | strength of a rotor core side flange and a rotor side flange. A meshing portion can be formed.
また、前記ロータコア側フランジは、凹凸状の噛み合い面の厚みが薄い凹状部分に前記締結手段の固定部を有していてもよい。
このように構成すれば、締結手段の固定位置において線膨張率の大きい繊維強化プラスチックの厚みを薄くして、熱収縮による締結手段の軸力抜けを抑えることができる。
Further, the rotor core side flange may have a fixing portion for the fastening means in a concave portion where the thickness of the concave and convex meshing surface is thin.
If comprised in this way, the thickness of the fiber reinforced plastic with a large linear expansion coefficient in the fixing position of a fastening means can be made thin, and the axial force omission of the fastening means by heat contraction can be suppressed.
また、前記締結手段はボルトであり、前記ボルトの頭部とロータコア側フランジとの間に低熱膨張材料のカラーを設けて前記ボルトを固定してもよい。このカラーとしては、ボルトと同じ材料の金属や低熱膨張材料の金属が用いられる。
このように構成すれば、繊維強化プラスチックの熱収縮量とボルトの熱収縮量との差をカラーの熱収縮量で小さくしてボルトの軸力抜けを低減することができる。
The fastening means may be a bolt, and a collar of a low thermal expansion material may be provided between the head of the bolt and the rotor core side flange to fix the bolt. As this collar, a metal made of the same material as the bolt or a metal made of a low thermal expansion material is used.
If comprised in this way, the difference of the thermal contraction amount of a fiber reinforced plastic and the thermal contraction amount of a volt | bolt can be made small by the thermal contraction amount of a color | collar, and a bolt axial loss can be reduced.
また、前記ボルトの固定位置における軸方向の熱収縮量を、繊維強化プラスチックの熱収縮量とカラーの熱収縮量との合計が、ボルトの熱収縮量となるように、前記繊維強化プラスチックとカラーとボルトの軸方向熱収縮量を設定してもよい。
このように構成すれば、ボルトの固定位置における軸方向の熱収縮量が、[繊維強化プラスチックの熱収縮量+カラーの熱収縮量]=[ボルトの熱収縮量]の関係となるような低熱膨張材カラーを用いて、ボルトの軸力抜けを低減することができる。しかも、低熱膨張材カラーを用いることで、ボルトと同種類カラーを用いる場合に比べてカラーの厚みを低減することが可能である。
Further, the amount of heat shrinkage in the axial direction at the fixing position of the bolt is such that the sum of the heat shrinkage amount of the fiber reinforced plastic and the heat shrinkage amount of the collar becomes the heat shrinkage amount of the bolt. And the axial heat shrinkage of the bolt may be set.
With this configuration, the heat shrinkage amount in the axial direction at the bolt fixing position is such that the relation of [heat shrinkage amount of the fiber reinforced plastic + heat shrinkage amount of the color] = [heat shrinkage amount of the bolt] is satisfied. The expansion material collar can be used to reduce the axial force loss of the bolt. In addition, the use of the low thermal expansion material color makes it possible to reduce the thickness of the collar as compared with the case where the same type of color as the bolt is used.
また、前記ロータコア側フランジの凹凸状面を、該ロータコア側フランジの繊維強化プラスチックと一体成形した金属リングとしてもよい。
このように構成すれば、ロータコアの凹凸状部と係合する凹凸状面の形状誤差が小さくなり、噛み合い部の1個所当たりの負荷を均一にできる。しかも、金属リングに一体成形リングを用いれば、ロータコアへの複雑な凹凸状部の加工を簡単な加工とすることもでき加工コストの低減を図ることができる。
The uneven surface of the rotor core side flange may be a metal ring integrally formed with the fiber reinforced plastic of the rotor core side flange.
If comprised in this way, the shape error of the uneven | corrugated surface engaged with the uneven | corrugated | grooved part of a rotor core becomes small, and the load per location of a meshing part can be made uniform. In addition, when an integrally formed ring is used for the metal ring, the processing of the complicated uneven portion on the rotor core can be simplified, and the processing cost can be reduced.
また、前記繊維強化プラスチックと金属リングの接合部は、ロータコア側フランジの一体成形時における基材樹脂による接合、または一体成形後における接着剤を用いた接合により一体化されていてもよい。
このように構成すれば、ロータコア側フランジにおける繊維強化プラスチックと金属リングとの接合を、接合強度向上を図った一体化とすることができる。
The joint between the fiber reinforced plastic and the metal ring may be integrated by joining with a base resin at the time of integral molding of the rotor core side flange or by joining using an adhesive after the integral molding.
If comprised in this way, joining of the fiber reinforced plastic and metal ring in a rotor core side flange can be made into the integration which aimed at joint strength improvement.
また、前記ロータコア側フランジの反接合面側に円環状の座金を配設してもよい。
このように構成すれば、凹凸状の噛み合い部に作用するトルクでロータコア側フランジの凹部が変形するのを防止できる。
Moreover, you may arrange | position an annular washer in the anti-joining surface side of the said rotor core side flange.
If comprised in this way, it can prevent that the recessed part of a rotor core side flange deform | transforms with the torque which acts on an uneven | corrugated meshing part.
本発明によれば、ロータコアとロータとの間でトルク伝達するトルクチューブを繊維強化プラスチックで形成して熱伝導を下げ、ロータコアへの入熱を極力抑えることが可能となる。 According to the present invention, a torque tube for transmitting torque between the rotor core and the rotor is formed of fiber reinforced plastic to reduce heat conduction, and heat input to the rotor core can be suppressed as much as possible.
しかも、ロータコアとトルクチューブとの間のトルク伝達を噛み合い部によって機械的に伝達するので、熱膨張によるボルトの軸力低下を生じても確実にトルク伝達することができる。 In addition, torque transmission between the rotor core and the torque tube is mechanically transmitted by the meshing portion, so that torque can be reliably transmitted even if the axial force of the bolt is reduced due to thermal expansion.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。以下の実施形態では、円環状に形成されたトルクチューブ10のロータコア側フランジ11を一部拡大してトルク伝達構造を説明する。また、トルクチューブ10はガラス繊維又は炭素繊維による繊維強化プラスチック(FRP)で製作され、ロータコア20は金属(例えば、SUS316L)で製作されているものとして説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiment, a torque transmission structure will be described by partially enlarging the rotor
図1に示す第1実施形態のトルク伝達構造1は、トルクチューブ10のロータコア側フランジ11を、ロータコア20の接合部21に金属製(例えば、SUS316L)のボルト16で固定した状態を示している。図は、図5に示すI−I矢視の断面図である。上記ロータコア20は金属製の回転体であり、接合部21には凹凸状の凹凸部22が設けられている。
The torque transmission structure 1 of the first embodiment shown in FIG. 1 shows a state in which the rotor
一方、ロータコア側フランジ11の端面には、上記ロータコア20の接合部21に形成された凹凸部22と係合する凹凸面13が設けられた接合面12に形成されている。このロータコア側フランジ11の凹凸面13と、上記ロータコア20の凹凸部22とで、凹凸状の噛み合い部30となっている。この噛み合い部30は、ロータコア20の凹部23にロータコア側フランジ11の凸部14が係合し、ロータコア20の凸部24にロータコア側フランジ11の凹部15が係合するようになっている。
On the other hand, the end surface of the rotor
そして、この実施形態では、ロータコア20の凸部24にボルト(締結手段)16のボルト穴25が設けられ、ロータコア側フランジ11の凹部15にボルト16の貫通穴17が設けられている。このロータコア20の凹凸部22にロータコア側フランジ11の凹凸面13を係合し、ロータコア20の凸部24に設けられたボルト穴25にボルト16をねじ込むことでロータコア側フランジ11がロータコア20に固定されている。
And in this embodiment, the
図1では、ロータコア20の凹凸部22とロータコア側フランジ11の凹凸面13とが完全に接する前の状態を示しており、これらの間に隙間Sがある状態で記載している。また、この図では、ロータコア20の凸部24とロータコア側フランジ11の凹部15との間に形成される円周方向隙間Wを誇張して記載している。この円周方向隙間Wは、繊維強化プラスチックで製作されるロータコア側フランジ11と金属で製作されるロータコア20との製作上、最小の隙間で製作するのが好ましい。
In FIG. 1, the state before the uneven | corrugated |
さらに、上記凹凸部22と凹凸面13との軸方向の噛み合いとしては、この実施形態では、トルクチューブ10の軸方向と平行の係合面で凸部24と凸部14とが係合するようになっており、ロータコア20の回転トルクを効率よくトルクチューブ10の円周方向に設けた凹凸面13に伝えて効率の良いトルク伝達を図っている。
Further, as the meshing of the concavo-
また、この実施形態では、ロータコア側フランジ11の反接合面側(ボルト挿入側)に、円環状の金属製座金40が設けられている。この金属製座金40は、例えば、ボルト16と同一の金属で製作される。この金属製座金40を設けることにより、ロータコア20の回転トルクでロータコア側フランジ11が浮上がろうとする力を抑えている。
In this embodiment, an
さらに、この実施形態では、上記ボルト16に中空円筒状の金属製カラー50を挿入して取付けている。このカラー50としては、例えば、ボルト16と同じ材質の金属や、低熱膨張材料の金属で製作される。このカラー50の高さHとしては、ボルト16の固定位置における軸方向の熱収縮量が、ロータコア側フランジ11におけるFRPの熱収縮量とカラー50の熱収縮量との合計が、ボルト16の熱収縮量となるようにするのが好ましい。従って、カラー50の高さHは、それぞれの熱収縮量によって決めればよい。
Further, in this embodiment, a hollow
このような関係にして、ボルト16の固定位置における軸方向の熱収縮量が、[繊維強化プラスチックの熱収縮量+カラーの熱収縮量]=[ボルトの熱収縮量]として、低温状態に保持したときのボルト16の軸力抜けを抑えている。
With this relationship, the axial heat shrinkage at the
従って、上記第1実施形態に係るトルク伝達構造1によれば、ロータコア側フランジ11とロータコア20との噛み合い部30により、低温環境によるボルト16の軸力抜けを生じても、回転トルクを安定して伝達するとともに、FRPで形成されたトルクチューブ10によって高温側からの入熱を大幅に低減させることができる。これにより、冷凍機105(図5)の効率化を図り、超電導モータ(低温回転機械)100(図5)の高効率化を図ることができる。
Therefore, according to the torque transmission structure 1 according to the first embodiment, even if the axial force loss of the
なお、FRPのロータコア側フランジ11の熱収縮量とボルト16の熱収縮量とによっては、カラー50はなくてもよい。
The
図2,3は、第2実施形態に係るトルク伝達構造2であり、この第2実施形態のトルクチューブ60は、ロータコア側フランジ61が、繊維強化プラスチック部分(FRP部分)62と金属リング63とが一体成型されたものとなっている。なお、他の構成は上記第1実施形態と同一であり、ロータコア20の凹凸部22も同一であるため、同一の構成には同一符号を付し、その説明は省略する。
2 and 3 show the
第2実施形態のロータコア側フランジ61は、ロータコア20の凹凸部22と係合する部分に金属リング63が設けられている。この金属リング63は、ロータコア側フランジ61のFRP部分62と一体成形されている。この金属リング63のロータコア20と接する接合面64が凹凸面65に形成されている。
The rotor
また、この実施形態のロータコア側フランジ部61は、FRP部分62と金属リング63とが接する面を、凸部66は波形の曲線状に形成し、凹部67は直線状に形成して、FRP部分62の繊維が連続するようにしている。このように形成した上記ロータコア側フランジ部61の凸部66における断面は、図4に示すように、FRP部分62が厚くなり、上記凹部67においてはFRP部分62が薄くなるように形成されている。
Further, in the rotor core
このように、ロータコア側フランジ61のFRP部分62で形成された部分は、角部に波形を用いた曲線で連続するように形成して、上記第1実施形態のトルク伝達構造1よりもロータコア側フランジ61の円周方向に連続するFRP繊維の連続性を保って、強度の低下を抑止したフランジとしている。この例では、波形を一部に用いているが、FRPの繊維が連続するような形態であれば、例えば台形のような形態であってもよく、ロータコア側フランジ61と金属リング63との接合面の形態は、これらの形態に限定されるものではない。
As described above, the portion formed by the
このロータコア側フランジ61によれば、金属リング63に上記ロータコア20の接合部21に設けられた凹凸部22と係合する凹凸面65が設けられているため、金属同士の係合とすることができる。
According to the rotor
ロータコア側フランジ61におけるFRP部分62と金属リング63との一体成形としては、例えば、成形型内に、ガラス繊維または炭素繊維の布を積層してロータコア側フランジの形状を造り、そのガラス繊維または炭素繊維に接するようにフランジ金属を配置し、そこに樹脂を流し込んで一体成形する方法などが用いられる。
As the integral molding of the
また、他の方法として、図2に示す形態のロータコア側フランジ61と金属リング63とを製作し、それらの接合面を接着剤で接合して一体化するようにしてもよい。
As another method, the rotor
従って、上記第2実施形態に係るトルク伝達構造2によれば、ロータコア側フランジ11における繊維の連続性を安定して保ち、強度の高いロータコア側フランジ11とロータコア20との噛み合い部30により、低温環境によるボルト16の軸力抜けを生じても、回転トルクを安定して伝達するとともに、FRP部分62で形成されたトルクチューブ10によって高温側からの入熱を大幅に低減させることができる。これにより、冷凍機105(図5)の効率化を図り、超電導モータ(低温回転機械)100(図5)の高効率化を図ることができる。
Therefore, according to the
以上のように、上記いずれのトルク伝達構造1,2でも、常温において適正な軸力でロータコア20に固定したFRP製のトルクチューブ10が、低温状態で維持することでFRPの収縮によってボルト軸力が低下したとしても、噛み合い部30においてロータコア20の凹凸部22とロータコア側フランジ11の凹凸面13とが機械的に係合して巨大なトルクを伝達することが可能となっており、超電導モータ(低温回転機械)100のロータコア20への入熱量を低減することができる。
As described above, in any of the
従って、超電導モータ(低温回転機械)100のロータコア20を極低温近くまで冷却する冷却機に要する負荷を低減し、超電導モータ(低温回転機械)100の高効率化を図ることが可能となる。
Therefore, it is possible to reduce the load required for the cooler that cools the
なお、上記実施形態では、低温回転機械として超電導モータ100を例に説明したが、極低温のロータコア20から回転トルクを取り出すトルクチューブ10を備えた構成であれば低温回転機械は他の構成であってもよく、上記実施形態に限定されるものではない。
また、上記実施形態では、締結手段としてボルト16を用いているが、例えば万力等、フランジ11に軸力を付与して締結する手段であれば同様の効果を奏することができ、締結手段は上記実施形態に限定されるものではない。
In the above embodiment, the
Moreover, in the said embodiment, although the volt |
さらに、上記実施形態では、いずれもカラー50を用いた例を説明したが、カラー50の無い構成でもボルト16の軸力抜けを許容範囲に抑えることができる場合は、カラー50を用いない構成であってもよく、上記実施形態に限定されるものではない。
Further, in the above-described embodiments, the examples in which the
また、上記トルク伝達構造1,2は、少なくともトルクチューブ10のロータコア側フランジ部11,61をロータコア20に固定する接合面に備えられていればよいが、トルクチューブ10の両フランジを同一機構としてもよい。
The
さらに、上述した実施形態は一例を示しており、本発明の要旨を損なわない範囲での種々の変更は可能であり、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。 Furthermore, the above-described embodiment shows an example, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention, and the present invention is not limited to the above-described embodiment.
本発明に係るトルク伝達構造は、超電導モータ等におけるロータコアとロータとを連結する構造として利用できる。 The torque transmission structure according to the present invention can be used as a structure for connecting a rotor core and a rotor in a superconducting motor or the like.
1 トルク伝達構造
2 トルク伝達構造
10 トルクチューブ
11 ロータコア側フランジ
12 接合面
13 凹凸面
14 凸部
15 凹部
16 ボルト(締結手段)
17 貫通穴
20 ロータコア
21 接合部
22 凹凸部
23 凹部
24 凸部
25 ボルト穴
30 噛み合い部
40 座金
50 カラー
60 トルクチューブ
61 ロータコア側フランジ
62 FRP部分
63 金属リング
64 接合面
65 凹凸面
66 凸部
67 凹部
S 隙間
W 円周方向隙間
100 超電導モータ(低温回転機械)
105 冷凍機
1 Torque transmission structure
2
DESCRIPTION OF
S clearance
105 refrigerator
Claims (9)
前記トルクチューブは、前記ロータコアとロータとの間に配置する円筒部と、前記円筒部の軸心と直角方向の接合面を具備するロータコア側フランジと、を有する繊維強化プラスチックで形成され、
前記ロータコア側フランジの接合面と前記ロータコアの接合部とは、円周方向で噛合う噛み合い部を有していることを特徴とする低温回転機械のトルク伝達構造。 A low-temperature rotating machine comprising: a rotor core having a superconducting coil; a rotor that is rotated by the rotor core; a torque tube that transmits a rotational torque of the rotor core to the rotor; and a fastening unit that fixes the torque tube to the rotor core. The torque transmission structure of
The torque tube is formed of a fiber reinforced plastic having a cylindrical portion disposed between the rotor core and the rotor, and a rotor core side flange having a joint surface perpendicular to an axis of the cylindrical portion,
A torque transmission structure for a low-temperature rotating machine, wherein a joint surface of the rotor core side flange and a joint portion of the rotor core have a meshing portion that meshes in a circumferential direction.
前記ロータコア側フランジは、円周方向の断面が、前記繊維強化プラスチックの繊維が連続するような曲線部を有する凹凸状の噛み合い面に形成されている請求項2に記載の低温回転機械のトルク伝達構造。 The torque tube is formed of glass fiber reinforced plastic or carbon fiber reinforced plastic,
The torque transmission of the low-temperature rotating machine according to claim 2, wherein the rotor core side flange has a circumferential cross section formed on a concave and convex meshing surface having a curved portion in which fibers of the fiber reinforced plastic are continuous. Construction.
前記ボルトの頭部とロータコア側フランジとの間に低熱膨張材料のカラーを設けて前記ボルトを固定した請求項1〜4のいずれか1項に記載の低温回転機械のトルク伝達構造。 The fastening means is a bolt;
The torque transmission structure for a low-temperature rotating machine according to any one of claims 1 to 4, wherein a collar of a low thermal expansion material is provided between the head of the bolt and the rotor core side flange to fix the bolt.
The torque transmission structure for a low-temperature rotating machine according to any one of claims 1 to 8, wherein an annular washer is disposed on the anti-joint surface side of the rotor core side flange.
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CN107002729A (en) * | 2015-02-05 | 2017-08-01 | 宝马股份公司 | The component being made up of first component and second component |
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