JPH03273841A - 超高速回転子 - Google Patents
超高速回転子Info
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- JPH03273841A JPH03273841A JP2072537A JP7253790A JPH03273841A JP H03273841 A JPH03273841 A JP H03273841A JP 2072537 A JP2072537 A JP 2072537A JP 7253790 A JP7253790 A JP 7253790A JP H03273841 A JPH03273841 A JP H03273841A
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- Japan
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- sleeve
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- laminated
- permanent magnet
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- Pending
Links
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Landscapes
- Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
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。
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、超高速回転のタービン軸に直結される回転電
機の超高速回転子に関する。
機の超高速回転子に関する。
（従来の技術）
回転電機の回転数を高速にするとエネルギー密度が高く
なるため小型にすることができ、回転子に永久磁石を用
いた場合には磁気特性の優れた希土類磁石を使用するこ
とになる。
なるため小型にすることができ、回転子に永久磁石を用
いた場合には磁気特性の優れた希土類磁石を使用するこ
とになる。
ところが希土類磁石、例えば希土類コバルト磁石は、圧
縮応力に対しては機械的強度が高い（約８０ｋｇｆ／ｍ
ｍ２）が、引張応力に対しては約５ ｋｇｆ／＋＋＋ｍ
２程度と弱く、したがって永久磁石の外周に外筒（スリ
ーブ）を設けて破壊防止用としている。
縮応力に対しては機械的強度が高い（約８０ｋｇｆ／ｍ
ｍ２）が、引張応力に対しては約５ ｋｇｆ／＋＋＋ｍ
２程度と弱く、したがって永久磁石の外周に外筒（スリ
ーブ）を設けて破壊防止用としている。
すなわち超高速回転における遠心力（Ｆ＝ｍｒω２）に
よる引張応力が、希土類磁石の引張強度の限界を超過す
ると破壊してしまうということが考えられるため、出願
人は、特願平１−２１７１１０号により、超高速回転す
る回転電機の回転子の永久磁石に対して、圧縮予圧を与
えることによって、回転子の引張強度を高めるようにし
た超高速回転子を既に出願している。
よる引張応力が、希土類磁石の引張強度の限界を超過す
ると破壊してしまうということが考えられるため、出願
人は、特願平１−２１７１１０号により、超高速回転す
る回転電機の回転子の永久磁石に対して、圧縮予圧を与
えることによって、回転子の引張強度を高めるようにし
た超高速回転子を既に出願している。
（発明が解決しようとする課題）
こうした超高速回転子のスリーブとしては、例えば、繊
維強化プラスッチック（ＦＲＰ）や繊維強化金属（ＦＲ
Ｍ）などの、比強度と比弾性率の大きな材買のものが必
要であるが、これらの複合繊維によフてスリーブを構成
する場合に、その繊維方向の強度に比較して、横方向に
働く力に対しては強度が約１１５０になるという問題が
あった。
維強化プラスッチック（ＦＲＰ）や繊維強化金属（ＦＲ
Ｍ）などの、比強度と比弾性率の大きな材買のものが必
要であるが、これらの複合繊維によフてスリーブを構成
する場合に、その繊維方向の強度に比較して、横方向に
働く力に対しては強度が約１１５０になるという問題が
あった。
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、
その目的は超高速回転する回転電機の回転子の永久磁石
に対して、積層された複合繊維により圧縮予圧を与える
ことによって、回転子の３張強度を高めるようにした超
高速回転子を提供することにある。
その目的は超高速回転する回転電機の回転子の永久磁石
に対して、積層された複合繊維により圧縮予圧を与える
ことによって、回転子の３張強度を高めるようにした超
高速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、希土類元素を含む磁石素材からなる永
久磁石の回転磁極外周面に、該永久磁石に対して中心軸
方向の圧縮予圧を与えるスリーブを嵌合せしめた超高速
回転子において、前記スリーブを複合繊維により形成す
るとともに、この繊維を前記永久磁石の周方向と軸方向
とに交差させて積層せしめた超高速回転子が提供される
。
久磁石の回転磁極外周面に、該永久磁石に対して中心軸
方向の圧縮予圧を与えるスリーブを嵌合せしめた超高速
回転子において、前記スリーブを複合繊維により形成す
るとともに、この繊維を前記永久磁石の周方向と軸方向
とに交差させて積層せしめた超高速回転子が提供される
。
（作用）
本発明の超高速回転子では、高速回転時の遠心力による
周方向の引張応力と振動による軸方向の曲げ応力のそれ
ぞれに対して、スリーブの強度を十分に維持して、遠心
力による希土類磁石の破壊が防止される。
周方向の引張応力と振動による軸方向の曲げ応力のそれ
ぞれに対して、スリーブの強度を十分に維持して、遠心
力による希土類磁石の破壊が防止される。
（実施例）
つぎに本発明の一実施例について図面を用いて詳細に説
明する。
明する。
第１図（ａ）、（ｂ）は本発明の実施例の構成を示す縦
断面および横断面図である。
断面および横断面図である。
同図において、１は高強度鋼材からなる回転軸で、例え
ばターボチャージャのタービンとコンプレッサとの回転
軸となるものであり、該回転軸はベアリングにより軸支
され、片側に取付けられたタービンにより超高速回転す
るものである。
ばターボチャージャのタービンとコンプレッサとの回転
軸となるものであり、該回転軸はベアリングにより軸支
され、片側に取付けられたタービンにより超高速回転す
るものである。
２は肉厚の円筒状の希土類磁石（永久磁石）であり、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
磁性体からなり、所定の方向に着磁されて回転磁極とな
るもので、対応する固定子との電磁作用により、電動機
または発電機を構成するものである。
えばサマリウム−コバルトのような希土類元素を含んだ
磁性体からなり、所定の方向に着磁されて回転磁極とな
るもので、対応する固定子との電磁作用により、電動機
または発電機を構成するものである。
３は希土類磁石２の外周に積層されたスリーブで、繊維
強化プラスッチック（ＦＲＰ）や繊維強化金属（ＦＲＭ
）などの、比強度と比弾性率の大きな複合繊維が用いら
れる。こうしたＦＲＰ−ＦＲＭスリーブ３の構造は、第
２図にその一部拡大図によって示すように、永久磁石２
の径方向に複数段にその繊維が積層されており、これら
の繊維の間にはエポキシ等のマトリックスが充填されて
なる。なお４は、磁石２の軸方向端面を覆うプレートで
ある。
強化プラスッチック（ＦＲＰ）や繊維強化金属（ＦＲＭ
）などの、比強度と比弾性率の大きな複合繊維が用いら
れる。こうしたＦＲＰ−ＦＲＭスリーブ３の構造は、第
２図にその一部拡大図によって示すように、永久磁石２
の径方向に複数段にその繊維が積層されており、これら
の繊維の間にはエポキシ等のマトリックスが充填されて
なる。なお４は、磁石２の軸方向端面を覆うプレートで
ある。
こうした超高速回転子のスリーブには、遠心力による引
張応力と振動による曲げ応力とが作用し、しかも上記複
合繊維はその繊維方向の強度に比較して、横方向に働く
力に対しては強度が約１１５０になるため、永久磁石２
の径方向に複数段に積層される繊維方向は、層毎に交差
させて形成される。このため、スリーブは２方向からの
加重に対して均等に強化される。
張応力と振動による曲げ応力とが作用し、しかも上記複
合繊維はその繊維方向の強度に比較して、横方向に働く
力に対しては強度が約１１５０になるため、永久磁石２
の径方向に複数段に積層される繊維方向は、層毎に交差
させて形成される。このため、スリーブは２方向からの
加重に対して均等に強化される。
第３図は、上記ＦＲＰ−ＦＲＭスリーブ３に生じる引張
応力、および曲げ応力の大きさの分布を示す図である。
応力、および曲げ応力の大きさの分布を示す図である。
ＦＲＰ−ＦＲＭスリーブ３に生じる遠心力は、回転子の
回転中心からの距離に反比例しており、したがってこの
遠心力による周方向の引張応力σθの分布は、スリーブ
内径はど大きくなる。また、ＦＲＰ−ＦＲＭスリーブ３
には、回転子の振動による軸方向の曲げ応力ａｚが生じ
、その分布はスリーブ外径はど大きくなる。
回転中心からの距離に反比例しており、したがってこの
遠心力による周方向の引張応力σθの分布は、スリーブ
内径はど大きくなる。また、ＦＲＰ−ＦＲＭスリーブ３
には、回転子の振動による軸方向の曲げ応力ａｚが生じ
、その分布はスリーブ外径はど大きくなる。
そこで、本発明では、スリーブ３がある程度の厚みを有
する場合には、さらにスリーブ内径側では回転子の周方
向にのみ積層し、スリーブ外径側に積層されるにつれて
、周方向の繊維と交差する軸方向の繊維の層を織り混ぜ
て、それらを交差させて積層する。
する場合には、さらにスリーブ内径側では回転子の周方
向にのみ積層し、スリーブ外径側に積層されるにつれて
、周方向の繊維と交差する軸方向の繊維の層を織り混ぜ
て、それらを交差させて積層する。
こうすれば、ＦＲＰ −ＦＲＭスリーブ３の強度はその
内径側で周方向の引張応力に耐えるだけの強度を有し、
外径側になるにつれて周方向の強度は低下するが、軸方
向の強度が増すことになり、総合的な強度が一層高くな
る。
内径側で周方向の引張応力に耐えるだけの強度を有し、
外径側になるにつれて周方向の強度は低下するが、軸方
向の強度が増すことになり、総合的な強度が一層高くな
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。
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）
本発明の超高速回転子によれば、回転電機の永久磁石に
対して、積層された複合繊維により圧縮予圧を与えるた
めのスリーブに、複合ｍ維を永久磁石の周方向と軸方向
とに交差させて積層したものを使用したので、２方向か
らの加重に対して均等に強化され、さらに、こうしたス
リーブがある程度の厚みを有する場合には、さらにスリ
ーブ内周側では回転子の周方向にのみ積層することによ
り、遠心力による周方向の引張応力にも、回転振動によ
る軸方向の曲げ応力にも等しく強化されたスリーブとし
て永久磁石を補強することができ、その破壊が防止でき
る効果が得られる。
対して、積層された複合繊維により圧縮予圧を与えるた
めのスリーブに、複合ｍ維を永久磁石の周方向と軸方向
とに交差させて積層したものを使用したので、２方向か
らの加重に対して均等に強化され、さらに、こうしたス
リーブがある程度の厚みを有する場合には、さらにスリ
ーブ内周側では回転子の周方向にのみ積層することによ
り、遠心力による周方向の引張応力にも、回転振動によ
る軸方向の曲げ応力にも等しく強化されたスリーブとし
て永久磁石を補強することができ、その破壊が防止でき
る効果が得られる。
′ｆＳ１図（ａ）、（ｂ）は本発明の実施例の構成を示
す縦断面および横断面図、第２図は、スリーブ３の一部
拡大図、第３図は、上記ＦＲＰ−ＦＲＭスリーブ３に生
じる引張応力、および曲げ応力の分布を示す図である。 １・・・回転軸、２・・・永久磁石、３・・・ＦＲＰ
−ＦＲＭスリーブ。
す縦断面および横断面図、第２図は、スリーブ３の一部
拡大図、第３図は、上記ＦＲＰ−ＦＲＭスリーブ３に生
じる引張応力、および曲げ応力の分布を示す図である。 １・・・回転軸、２・・・永久磁石、３・・・ＦＲＰ
−ＦＲＭスリーブ。
Claims (2)
- （１）希土類元素を含む磁石素材からなる永久磁石の回
転磁極外周面に、該永久磁石に対して中心軸方向の圧縮
予圧を与えるスリーブを嵌合せしめた超高速回転子にお
いて、前記スリーブを複合繊維により形成するとともに
、この繊維を前記永久磁石の周方向と軸方向とに交差さ
せて積層せしめたことを特徴とする超高速回転子。 - （２）前記複合繊維は、前記回転磁極に近いスリーブ内
径側ではその周方向にのみ積層され、スリーブ外径側で
周方向と軸方向とに交差させて積層されていることを特
徴とする請求項（１）に記載の超高速回転子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2072537A JPH03273841A (ja) | 1990-03-22 | 1990-03-22 | 超高速回転子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2072537A JPH03273841A (ja) | 1990-03-22 | 1990-03-22 | 超高速回転子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03273841A true JPH03273841A (ja) | 1991-12-05 |
Family
ID=13492204
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2072537A Pending JPH03273841A (ja) | 1990-03-22 | 1990-03-22 | 超高速回転子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH03273841A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2728115A1 (fr) * | 1994-12-02 | 1996-06-14 | Fichtel & Sachs Ag | Rotor pour une machine electrique, et son procede de fabrication |
| EP1276212A2 (de) * | 2001-07-11 | 2003-01-15 | Siemens Aktiengesellschaft | Synchronmaschine |
| US7557481B2 (en) | 2005-04-09 | 2009-07-07 | Rolls-Royce, PLLC | Rotor for an electrical machine |
| US9088190B2 (en) | 2011-11-30 | 2015-07-21 | Abb Research Ltd. | Electrical machines and electrical machine rotors |
| US9667109B2 (en) | 2011-03-31 | 2017-05-30 | Abb Research Ltd. | Permanent magnet electrical machine rotors with stacked annular magnets and retainers and construction methods therefor |
| JP2017163752A (ja) * | 2016-03-10 | 2017-09-14 | 株式会社明電舎 | 永久磁石式回転電機の回転子 |
-
1990
- 1990-03-22 JP JP2072537A patent/JPH03273841A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2728115A1 (fr) * | 1994-12-02 | 1996-06-14 | Fichtel & Sachs Ag | Rotor pour une machine electrique, et son procede de fabrication |
| ES2114460A1 (es) * | 1994-12-02 | 1998-05-16 | Fichtel & Sachs Ag | Rotor para una maquina electrica y procedimiento para su fabricacion. |
| EP1276212A2 (de) * | 2001-07-11 | 2003-01-15 | Siemens Aktiengesellschaft | Synchronmaschine |
| EP1276212A3 (de) * | 2001-07-11 | 2005-05-11 | Siemens Aktiengesellschaft | Synchronmaschine |
| US7557481B2 (en) | 2005-04-09 | 2009-07-07 | Rolls-Royce, PLLC | Rotor for an electrical machine |
| US9667109B2 (en) | 2011-03-31 | 2017-05-30 | Abb Research Ltd. | Permanent magnet electrical machine rotors with stacked annular magnets and retainers and construction methods therefor |
| US9088190B2 (en) | 2011-11-30 | 2015-07-21 | Abb Research Ltd. | Electrical machines and electrical machine rotors |
| JP2017163752A (ja) * | 2016-03-10 | 2017-09-14 | 株式会社明電舎 | 永久磁石式回転電機の回転子 |
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