JPH0311948A

JPH0311948A - 回転電機の回転子

Info

Publication number: JPH0311948A
Application number: JP1143482A
Authority: JP
Inventors: Hideo Kawamura; 英男河村; Shinji Hara; 真治原; Yusuke Sakagami; 坂上　祐介; Yoshihiro Nishi; 芳弘西; Hiroshi Muraji; 村治　宏
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 1989-06-06
Filing date: 1989-06-06
Publication date: 1991-01-21
Anticipated expiration: 2014-01-20
Also published as: JP2847756B2

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）本発明はターボチャージャなどに直結されて超高速駆動
される回転電機の回転子に関する。

（従来の技術）近年、エンジンの排気エネルギーにより駆動されて吸気
を過給するターボチャージャが実用化されている。そし
てターボチャージャの回転軸に電動−発電機となる回転
電機を接続して、排気エネルギーを電機エネルギーとし
て回収したり、またエンジンの低速高負荷時には回転電
機に電力を供給して過給気の増大を計ろうとする試みが
種々なされている。

この種の回転電機の回転子として、遠心力による破壊防
止用の外筒を有する単体の永久磁石を用い、永久磁石と
回転軸との間に断熱部分を構成したターボチャージャ用
発電機が本出願人によって提案され、特開昭６２−２５
４６４９号公報に開示されている。

また本出願人により、発電装置のロータ軸の外周に希土
類磁石ロータを嵌合し、該磁石ロータの両端面を上記ロ
ータ軸に取付けた押え部材で保持するとともに、その磁
石ロータの外周面には炭素素線を巻固めた発電装置の提
案が特開昭６０−１９７１４４号公報に示されている。

（発明が解決しようとする課題）上述の前者の公開公報に開示された提案においては、回
転子の外筒として強度の大きいチタン合金が用いられる
が、縦弾性係数（ヤング率）の高い希土類磁石を使用し
た回転子では超高速回転になるとチタン合金の縦弾性係
数が、磁石材のそれより小さいため、自身に加わる遠心
力により外側に変形し、希土類磁石との間に隙間を生じ
てしまう。このため、強度の弱い希土類磁石にかかる遠
心力の引張応力によって破壊するという問題が生じてい
る。

また、後者の提案においては引張強度の大なる炭素繊維
を用いているが、通常巻固めにエポキシ系樹脂により固
着させており、この場合回転子の温度上昇により軟化し
て弛んだり、異物の衝突により破損する虞がある。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、
その目的は希土類磁石を用いた回転磁極を備えた回転電
機にて、超高速回転に駆動されてもその遠心力に十分耐
えられる回転電機の回転子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、回転磁極の磁性体に希土類元素を含む
磁石素材からなる永久磁石を使用し、外周を補強用の円
筒にて覆った回転電機の回転子において、前記磁石素材
と比較してヤング率が同等／以上であり、かつ高抗張力
を備えた素材からなる円筒体を前記回転磁極と補強用の
円筒との間に密着して介在させた回転電機の回転子が提
供される。

（作用）回転磁極に希土類磁石を用い、その外周に炭素繊維で巻
固めたり、または高強度のセラミックスの円筒体を嵌合
させ、最外周を高抗張力の補強用の円筒や金属パイプで
覆って内部を保護するので、超高速回転時に最外周の補
強用の円筒や金属パイプが遠心力により外方向に変形し
ても、巻固めた炭素繊維またはセラミックスの円筒体に
よって回転磁極の希土類磁石は変形や破損することなく
保護される。

（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１図は本発明の第１の実施例の構成を示す断面図であ
り、第２図は本実施例が適用される回転電機付ターボチ
ャージャの断面図である。

第１図において、１は高強度鋼材を用いた回転軸で、後
述するターボチャージャのタービンとコンプレッサの回
転軸となるもので、第２図のように例えば左方にはベア
リングを介してタービンが配置され、右方にはコンプレ
ッサが取付けられて超高速に回転するものである。

２は肉厚の円筒状の永久磁石で、例えばサマリウム−コ
バルトのような希土類元素を含んだ磁石材からなるもの
が使用され、強力な保磁力を有する回転磁極として、対
応する固定子と電磁的に作動し、効率の高い電動機また
は発電機を構成するものである。なお、サマリウム−コ
バルトのヤング率は１１０００　Ｋｇ／ｍｍ２で、１０
にｇ／ｍｍ２の弓張強度を有している。

３は高透磁率のパイプ状の磁性体で、永久磁石２の内壁
と回転軸１の外周との間に介在し、永久磁石２の中心部
分の磁束の通路となって、固定子に対する有効磁束を増
大させるものである。

４は永久磁石２の外周に巻回された炭素繊維であり、例
えば密度が１．　７６　（ｇ／ｃｍ”　）、引張強度５
７０（にｇ／ｍｍ”　）程度のものが使用され、強固に
永久磁石２上に巻固められて、遠心力による永久磁石２
の外方向への変形を防止するものである６なお、線膨張
係数は異方性を有しており、開放状態では磁極方向とそ
の垂直方向では伸び量が異なり、高温時の形状が扁平と
なる。

６は補強用の円筒となる外周リングであり、高抗張力を
有するチタン合金が使用され、回転軸方向から圧入によ
って炭素繊維４の外周に嵌合されてより、該部材により
扁平形状を抑えるものである。なお、さらに強固に嵌合
させるため、炭素繊維４の巻回された永久磁石２を嵌合
に際して冷却するとともに、外周リング６を高温に加熱
し膨張させて、いわゆる焼嵌めによって嵌合させてもよ
い。

フは外側板であり、外周リングと同様なチタン合金が使
用されて、永久磁石２の両側面に配置されるとともに、
外周リング６の周縁の端部との合わせ部は例えばレーザ
ビームの照射による高熱により溶接させて接合されてい
る。

つぎに第２図について説明すると、ターボチャージャ１
０は図示していないエンジンの排気エネルギーにより駆
動されて空気を圧縮し、この圧気をエンジンに過給気と
して供給するものである。

１１はタービンで排気管１２からの排気ガスにより駆動
されるもの、１３はコンプレッサで回転軸１によりター
ビン１１と連結されて回転駆動され、吸入空気口１４か
らの空気を圧縮してエンジンに送気するものである。

１５はベアリングで、回転軸１を軸支するものであり、
該ベアリング１５とコンプレッサ１３との間の回転軸１
上に前記の永久磁石２が回転磁極として取付けられてい
る。

８は固定子で、永久磁石２の回転子に電磁的に対応する
ものであり、コアー８１とコイル８２とを有している。

そしてエンジンからの排気エネルギーが大きくターボチ
ャージャ１０の過給作動に余力のあるときは、超高速に
駆動される永久磁石２による磁束の変化によって、固定
子８のコイル８２に誘起される電力を電源としてバッテ
リを充電したり、一方、エンジンが低速高負荷の状態に
て排気エネルギーが少なく、十分な過給圧がターボチャ
ージャ１０から得られないと、きは、バッテリからの電
気エネルギーを固定子８に供給して回転子をカ行させ、
コンプレッサ１３の過給作動を付勢してエンジンへのブ
ースト圧を上昇させるように構成されている。

つぎに、このように構成された本実施例の作動を説明す
る。

上述のような構成の回転子が排気エネルギーにより超高
速に回転駆動されると、中心軸より外方向に向って強力
な遠心力が回転子に加わり、外周りング６、炭素繊維４
、永久磁石２にそれぞれ外方向への引張応力が加わるこ
とになる。

そして、例えば最外周のチタン合金からなる外周リング
６が遠心力により外方向に変形した場合でも、永久磁石
２はその外周に巻回された軽量で強靭な炭素繊維４に保
護されて、変形や破壊が防止されることになる。

第３図は本発明の第２の実施例の構成を示す断面図であ
り、第１の実施例と同一の部分には同一の符号を付し、
その説明は省略する。

第３図において、５は永久磁石２の外周に嵌合された円
筒体であり、ヤング率が永久磁石２のそれと同等または
それ以上に大であり、かつ高抗張力素材からなるもので
、例えば窒化珪素からなるセラミックスの円筒が用いら
れている。そして、窒化珪素系のセラミックスはヤング
率が３×１０４　（にｇ／　ｍｆｆ１’　）　、引張強
度は８０（Ｋｇ／ｍｍ”　）程度であり、超高速回転時
の遠心力による永久磁石２の変形を抑制させるものであ
る。

６１は補強用の円筒となる金属パイプで、円筒体５の外
周に嵌合させたものであり、高抗張力を有する例えばチ
タン合金、非磁性ステンレス鋼、またはチタンアルミ合
金が使用されている。そして円筒体５への嵌合は例えば
圧入、焼嵌めなどにより円筒体５に固着されている。

なお、金属バイブロ１を外側板７と接合するため、互い
の当接部分をレーザビームによって溶接を行ってもよい
。

このように構成された第２の実施例においては、回転子
が排気エネルギーによって超高速に回転駆動されると、
金属バイブロ１、円筒体５、永久磁石４にそれぞれ強力
な遠心力が加わることになる。

そして、例えば最外周の金属バイブロ１が自身に加わる
遠心力によって外方向に変形した場合でも、円筒体５を
構成するセラミックスのヤング率や高強度の特性により
、永久磁石２の変形が抑えられて保護されることになり
、破壊が防止できることになる。

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、これらの
変形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、希土類磁石の外周を炭素繊維で巻固め
たり、または高強度のセラミックスの円筒体を嵌合させ
、さらにその外周を高抗張力の補強用の円筒や金属バイ
ブで覆って内部を保護するので、超高速回転時の遠心力
によって、たとえ最外周の補強用の円筒や金属バイブが
外方向に変形した場合でも、永久磁石は巻固めた炭素繊
維またはセラミックスの円筒体によって保護されて、回
転磁極として永久磁石の変形や破損は防止されるという
効果がある。

また本発明によれば、最外周にチタン合金、非磁性ステ
ンレス鋼、またはチタンアルミ合金などの強靭性の金属
素材を用いたので、超高速回転における干渉、または異
物が衝突した場合でも、内部の破壊を防げる利点があり
、したがって、前者の効果と相俟って超高速回転でも安
定した性能の回転子を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一の実施例の構成を示す断面図、第
２図は本発明による実施例が通用される回転電機付ター
ボチャージャの断面図、第３図は第２の実施例の構成を
示す断面図である。２・・・永久磁石、４・・・炭素ｉｌｌ維、５・・・円
筒体、６・・・外周リング、７・・・外側板、８・・・
固定子、１０・・・ターボチャージャ、６１・・・金属
バイブ。第１図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）回転磁極の磁性体に希土類元素を含む磁石素材か
らなる永久磁石を使用し、外周を補強用の円筒にて覆っ
た回転電機の回転子において、前記磁石素材と比較して
ヤング率が同等／以上であり、かつ高抗張力を備えた素
材からなる円筒体を前記回転磁極と補強用の円筒との間
に密着して介在させたことを特徴とする回転電機の回転
子。
（２）前記円筒体は永久磁石の外周に炭素繊維を用いて
巻固めて形成するとともに、その外周にチタン合金から
なる補強用の円筒を嵌合圧入したことを特徴とする請求
項（１）記載の回転電機の回転子。
（３）前記円筒体は炭素繊維を用いて永久磁石の外周に
巻固めて形成するとともに、その外周にチタン合金から
なる補強用の円筒を焼嵌めしたことを特徴とする請求項
（１）記載の回転電機の回転子。
（４）前記円筒体に窒化珪素材によるセラミックスを用
い、チタン合金からなる補強用の円筒を嵌合したことを
特徴とする請求項（１）記載の回転電機の回転子。
（５）前記円筒体に窒化珪素材によるセラミックスを用
い、非磁性ステンレス鋼からなる補強用の円筒を嵌合し
たことを特徴とする請求項（１）記載の回転電機の回転
子。
（６）前記円筒体に窒化珪素材によるセラミックスを用
い、チタンアルミ合金からなる補強用の円筒を嵌合した
ことを特徴とする請求項（１）記載の回転電機の回転子
。