JPH02123937A - ターボチャージャ用電動機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、エンジンの排気エネルギーにより駆動される
ターボチャージャに電動機構を配置して、電動／発電動
作をさせるターボチャージャ用電動機構に関する。

（従来の技術） エンジンの排出する排気ガスエネルギーによりタービン
を駆動し、該タービンの回転軸にコンプレッサを取付け
てエンジンの過給を行うターボチャージャは古くから知
られている。

そして、タービンの回転軸に電動／発電作動する電動機
構を配置し、遠心力による破壊防止用の外筒を有する永
久磁石を回転子として回転軸に設け、回転軸と永久磁石
との間に断熱部分を設けたターボチャージャ用発電機の
提案が特開昭６２−２５４６４９号公報に示されている
。

第５図はこの種の回転子の一例の断面図であり、回転軸
１にはカップ状のケース４ａが取付けられ、内部に強力
な残留磁気を有する永久磁石Ｍが収納されて蓋部４ｂが
ケース４ａにかしめによって固着されており、ターボチ
ャージャの運転時には１０万〜２０万ｒｐｍ程度の高速
度で回転子が駆動され、電ｗＪｍまたは発電機として動
作している。

そして、永久磁石Ｍの材質にはＣｏ−Ｂ−Ｆｅ系の強磁
性体が使用され、外筒となるケースにはＴ　Ｉ−Ａ　Ｉ
−Ｂ系の合金が採用されて、加減速応答を良好にするた
め、慣性モーメントをなるべく小にするよう計られてい
る。

（発明が解決しようとする課題） 上述の回転子の例における永久磁石の素材の３張強度は
僅か４〜５　Ｋ　ｇ　／　ｍ　ｍ　”程度で機械的に弱
く、またケースの合金の引張強度は１００Ｋ　ｇ　／　
ｍ　ｍ　”以上で、その比重は４．８程度であるが、ヤ
ング率が１　、　１””Ｋ　ｇ　／　ｃ　ｍ’程度の低
い値である。

したがって、電動機構の作動により回転子が超高速回転
を行うと、永久磁石、ケースともに強力な遠心力を受け
、永久磁石がその強度不足のため第６図のように半径方
向に亀裂を生じたり、ケースはヤング率が低いので永久
磁石の遠心力により第７図のように外周方向に膨らむよ
う変形を生じ、弾性変位内を越えて塑性変形を生ずる欠
点がある。なお、ケースの変形が弾性限界内でも回転軸
に対して非対象となると、バランスが変化して振動が生
じ、高速回転のため破損に至るという虞がある。

そして、永久磁石に加わる遠心力を減するため、永久磁
石の直径を小にしケースの肉厚を増大することも考えら
れるが、磁気抵抗が増して電動機構の電磁特性が劣化す
ることになり、また合金のケースに代えてカーボンファ
イバーなどの使用もあるが、この場合コストの点や、現
時点での技術開発が難しいという問題がある。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、
その目的は電動機構の回転子が超高速回転にて駆動され
ても、その変形や永久磁石の破損が生じないようなター
ボチャージャ用電動機構を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明によれば、タービンの回転軸にカップ状のケース
を配置し内部に永久磁石を収納した回転子を有するター
ボチャージャの電動機構において、前記ケースの素材に
高張力、かつ低変位量特性を有するサーメット材を採用
するとともに、該ケース内に永久磁石を圧入したターボ
チャージャ用電動機構が提供される。

（作用） 本発明では回転子の永久磁石のケースに高張力・低変位
量のサーメット材を採用して、内部に永久磁石を圧入し
たので、永久磁石側に大きな圧縮応力を与えることがで
き、超高速回転時にはケース自体の変形が防止できると
ともに、永久磁石の遠心力による破損を抑圧しようとす
る作用がある。

（実施例） つぎに本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明
する。

第４図は本発明の実施例が適用されるターボチャージャ
の断面図であり、同図において、２はタービンで回転軸
１を有し、ターボチャージャ本体にベアリングｌａ、ｌ
ｂにより軸支されており、排気人口２ａから圧送される
排気ガスとタービンハウジング２ｂによりタービン２が
そのエネルギーを受けて回転駆動され、駆動後の排気ガ
スは排気出口２Ｃから外部に排出される。

３はコンプレッサで、回転軸１に配置されてタービン２
のトルクにより駆動されるもので、吸気人口３ａから吸
入した外気をコンプレッサハウジング３ｂ内にて圧縮し
、吸気出口３Ｃから送出してエンジンに過給するもので
ある。

４は電動機構ＭＧの回転子で、タービン２とコンプレッ
サ３との間の回転軸１に配置され、永久磁石Ｍを有する
回転子４がタービントルクにより駆動されると、対応す
る固定子６の巻線６ａに起電力が生じて電動機構ＭＧの
発電作動が行われ、また固定子６の巻線６ａに電力が供
給されると、回転子４が回転駆動され電動機構ＭＧが電
動機として作動してコンプレッサ３の回転を付勢するこ
とにより、その過給作動が助勢されるものである。

第１図は本発明の一実施例の電動機構の回転子の断面図
である。同図において、１はタービンにより駆動される
回転軸であり、強力な残留磁気力を有する永久磁石Ｍが
カップ状のケースＣの内部に圧入され、ケースＣの開口
部には蓋部りが嵌合されて、回転軸上に永久磁石Ｍが固
着されている。

ケースＣと蓋部りとはセラミックスの粉末と金属の粉末
とを圧縮成形して焼結したサーメット材からなり、ケー
スＣの開口部分に設けた嵌合部に蓋部りの周縁部が離脱
しないよう嵌合されている。

本実施例に用いたサーメット材は第２図に応力−ひすみ
特性を示すが、チタン合金や鋼材に比して、加わる荷重
に対してのひずみ量の少ないものでありまた、第３図の
応力−繰返し回数特性（Ｓ−Ｎ線図）のようにチタン合
金より、繰返し回数に対する疲労の特性も良好である。

したがって、このような特性を有するサーメット材のケ
ースＣに永久磁石Ｍを圧入した回転子は、永久磁石Ｍの
弾性率との関係で、ケース側の応力は小さいが、永久磁
石側には十分大きな圧縮応力を加えることが可能であり
、超高速回転時に永久６ｕ石に加わる強大な遠心力に対
しても、永久６ｎ石のひずみを抑えてその破損を防止で
きるものである。

このように構成された本実施例の作動についてつぎ・に
説明する。

エンジンの運転により排気人口２ａから圧送される排気
ガスのエネルギーによってタービン２が高速度に回転駆
動され、回転軸ｌに取付けられたコンプレッサ３は吸気
人口から外気を吸気して圧縮しエンジンに過給気を圧送
する。

一方タービン２のトルクにより回転子１が高速駆動され
て、回転軸１に取付けられた永久磁石Ｍも強力な遠心力
を受けるが、高張力・低変位量のサーメット材のケース
に圧入されて周囲より圧縮応力が加わっているため、永
久磁石のひずみが抑えられて、ケース自体の変形や永久
磁石の破損が防止できることになる。

したがって、丈夫な回転子の円滑な高速回転により電動
機構の発電または、電力供給時の電動作動が効率よく行
われることになる。

以上、本発明を上述の実施例によって説明したが、本発
明の主旨の範囲内で種々の変形が可能であり、これらを
本発明の範囲から排除するものではない。

（発明の効果） 本発明によれば、ターボチャージャ用の電動機構の回転
子として、高張力・低変位特性を有するサーメット材か
らなるカップ状のケースに永久磁石を圧入したので、外
周方向より永久磁石に大ぎな圧縮応力を与えることがで
き、回転子が超高速回転で回転作動時の永久磁石に加わ
る強力な遠心力に耐えて、ケースの変形や永久磁石の破
損などの障害の発生が防止できる効果がある。

また、ケースに用いるサーメット材は高張力の材質のた
め、ケースの肉厚を増す必要がなく、したがって直径の
大ぎい永久磁石が使用できるので、効率のよい電ｆｆ、
Ｄ　ｍ構が得られる効果も生ずる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の電動機構の回転子の断面図
、第２図は各種素材の応力−ひすみ特性図、第３図は各
種素材の応力−繰返し回数特性図、第４図は本実施例が
適用されるターボチャージャの一例を示す断面図、第５
図は従来の回転子の一例の断面図、第６図および第７図
は回転子の故障例を示す説明図である。 １・・・回転軸、２・・・タービン、４・・・回転子、
ＭＧ・・・電動機構、Ｍ・・・永久磁石、Ｃ・・・ケー
ス。 特許出願人　　いすＸ自動車株式会社 代　　理　　人　　　弁理士　　　辻　　　　　實〜−
→ 、□ｉ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. タービンの回転軸にカップ状のケースを配置し内部に永
   久磁石を収納した回転子を有するターボチャージャの電
   動機構において、前記ケースの素材に高張力、かつ低変
   位量特性を有するサーメット材を採用するとともに、該
   ケース内に永久磁石を圧入したことを特徴とするターボ
   チャージャ用電動機構。