JPH0311951A - 回転電機の回転子 - 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りて提案され、特開昭６２−２５
４６４９号公報に開示されている。

（発明が解決しようとする課題） 上述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籾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。

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、回転磁極の磁気物質として希土類元素
を含む磁石素材からなる永久磁石を用い、その外周に金
属バイブを嵌合させた回転電機の回転子において、前記
回転１ｉｆｔ極の回転軸方向への破損を防止する高抗張
力材からなる金属板を両側面に付設するとともに、該金
属板と前記金属バイブとを外周壁の端部にて溶接し接合
せしめた回転電機の回転子が提供される。

（作用） 希土類磁石の外周に窒化珪素の張力リング、その外周に
断熱リング、またその外周にチタン合金の外周リングを
それぞれ嵌合し、永久磁石の両側面には断熱側板を介し
てチタン合金の外側板にて覆い、さらに外周リングと外
周板とを双方の当接する外周壁の端部にて溶接したので
、超高速回転時には強力な遠心力によって外周リングが
変形しても永久磁石の変形は抗張力の大きい第１リング
によって抑えられて永久磁石の破壊は防止され、また、
外周リングと外側板との溶接時の高熱は内側の断熱素材
により遮断され、永久磁石への熱伝導は防止される。

（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図は本発明の一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。

３は高透磁率のバイブ状の磁性体で、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の外周に嵌め込まれた張力リングであり
、希土類磁石の有する縦弾性係数２×１０４　（にｇ／
　ｍｒｓ’）と同等、または大きい値を有する例えば窒
化珪素からなるセラミックスのリングが採用されている
。

５は断熱リングであり、前述の張力リング４の外周に嵌
合され、軽量で断熱性を有する素材が使用されている。

６は外周リングであり、高抗張力材の例えばチタン合金
のバイブが使用され、回転子全体の外周を覆って強固に
固着されて内部を保護している。

７は断熱側板で、前述の断熱リング５と同様な軽量で断
熱性を有する素材が使用され、永久磁石２の両側面に設
けられている。

８は外側板であり、高抗張材として例えばチタン合金が
用いられ、断熱側板７の外側に配置されるとともに、外
周リング６の周縁の端部と当接する外側板８の周縁部と
はレーザビームの照射による高密度熱源によって溶接さ
れて接合されている。したがって、両側の外側板８と外
周リング６は内部に永久磁石、セラミックスのリング、
断熱材を収納して一体化され、強靭な回転子として回転
軸１に固着されている。

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、
２亥ベアリング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が回転子として取付けられてい
る。

９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９１とコイル９２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９のコイル９２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９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Ｉ？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。

本実施例における回転子は第１図に示すように永久磁石
２の外周には張力リングとしてヤング率が永久６１１石
２と同等程度でも引張強度が士数倍のセラミックスが嵌
合されており、超高速回転時の遠心力による永久磁石−
２の外方向への変形が抑えられ、したがって永久磁石２
の破損が防止できることになる。

また、張力リング４とチタン合金からなる外周リング６
の間、または永久磁石２の側面部とチタン合金の外側板
８の間にはそれぞれ断熱材からなる断熱リング５、また
は断熱側板７が介在されており、本実施例の製造時にお
ける外周リング６と外側板８との合せ部をレーザ溶接す
る際は、溶接部分は高温となるが、この高温は断熱リン
グ５と断熱側板７によって遮断されて、内部の永久ｌｉ
ｎ石２の温度上昇が防止される。したがって永久磁石２
の高温による磁気特性の劣化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、希土類磁石の外周に窒化珪素からなる
張力リングを嵌合させ、その外周に断熱リング、さらに
その外周をチタン合金の外周リングにて覆設するととも
に、永久磁石の両側面には断熱側板を介してチタン合金
の外側板にて覆い、さらに、外周リングと外側板とが当
接する外周壁にてレーザ溶接し、て永久磁石を内封する
ので、超高速回転にて外側のチタン合金が変形しても、
強度の小さい永久磁石はセラミックスの張力リングの強
力な抗張力によりその変形が抑えられて破壊が防止され
、超高速回転でも安定した性能の回転子が得られる利点
がある。

また本発明によれば、外周リングと外側板とをレーザ溶
接する際の高熱は、チタン合金の素材の内側には、とも
に断熱材が介在されているので、高熱に弱い希土類磁石
が高温度となることなく、したがって希土類磁石の優れ
た磁気特性の劣化が防止され、効率のよい回転電機とな
る効果が生ずる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成を示す断面図、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。 １・・・回転軸、２・・・永久磁石、４・・・張力リン
グ、５・・・断熱リング、６・・・外周リング、７・・
・断熱側板、８・・・外側板、１０・・・ターボチャー
ジャ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）回転磁極の磁気物質として希土類元素を含む磁石
   素材からなる永久磁石を用い、その外周に金属パイプを
   嵌合させた回転電機の回転子において、前記回転磁極の
   回転軸方向への破損を防止する高抗張力材からなる金属
   板を両側面に付設するとともに、該金属板と前記金属パ
   イプとを外周壁の端部にて溶接し接合せしめたことを特
   徴とする回転電機の回転子。
2. （２）前記回転磁極の外周に磁石素材と同等／以上の縦
   弾性係数を有し、かつ高抗張力の素材からなる張力リン
   グを嵌合させ、該張力リングの外周に断熱性を有する断
   熱リングを前記金属パイプとの間に介在させるとともに
   、前記金属板と回転磁極との間に断熱側板を介在させた
   ことを特徴とする請求項（１）記載の回転電機の回転子
   。
3. （３）前記金属パイプと金属板とにチタン合金を採用し
   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. （４）前記張力リングに窒化珪素からなるセラミックス
   を用いたことを特徴とする請求項（２）記載の回転電機
   の回転子。