JPH0491644A - 超高速回転電機の永久磁石回転子、永久磁石回転子のバランス調整法 - 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、超高速回転電機に用いる永久磁石回転子に関
する。

〔従来の技術〕

第２図に従来より提案される超高速回転電機の一例とし
て、自動車等の内燃機関に用いられるターボチャージャ
直結回転電機の構造を示す。

第２図において、１は回転電機（同期機）のハウジング
で、ハウジング１の一方にタービンケース２が、他方に
コンプレッサケース３が配設される。

４は回転軸で、ラジアル軸受５及びスラスト軸受６に支
持されつつ、タービンケース２．ハウジング１．コンプ
レッサケース３を貫通し、回転軸４の一端にタービンイ
ンペラ７が、他端にコンプレッサインペラ８が装着され
る。

回転電機は、円筒状の永久磁石回転子９、固定子巻線１
０等で構成される。このうち、永久磁石回転子９は、回
転軸４に固着されつつ、その外周及び側部がカバ一部材
（第１図に示す）で覆われて、ハウジングｌに内装され
る。固定子巻線ｌＯは、永久磁石回転子９と対向してハ
ウジング１内周に固定配置される。１４はスペーサであ
る。

この種のターボチャージャは、周知のようにタービンケ
ース２に導入される排気ガスのエネルギーによりタービ
ンインペラ７を回転駆動し、この駆動力により回転軸４
を介してコンプレッサインペラ８を回転させ、コンプレ
ッサにより内燃機関へ過給を行う。

ターボチャージャと同期して回転する回転電機を同期モ
ータとして使用した場合には、この同期モータの回転が
回転軸４及びコンプレッサインペラ８の回転を補助する
ため、モータ制御により内燃機関へ任意の過給を行うこ
とが可能となり、特に排ガスエネルギーが低い内燃機関
の低回転時の出力内上等を図り得る。また、切り換え制
御により内燃機関の高回転時に同期発電機として使用し
た場合には、排ガスエネルギーを電力として回収できる
利点があるものとされている。

上記回転電機の永久磁石回転子は、円筒状一体のものや
磁極ごとに分割したものがあるが、遠心力による耐破壊
及び飛散防止を配慮して、これらは非磁性の円筒カバー
等により密着状態で覆われている。例えば、特公昭６３
−３８９４７号公報に開示されるように回転子となる永
久磁石を軸に接着した上でその外周及び側面を非磁性フ
ァイバで巻いたり、特開昭６２−２５４６４９号公報に
開示されるように、永久磁石回転子を断熱板、断熱円筒
にくるんだ状態でカバーに内装する等の技術が提案され
ている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来の回転電機では、５００００〜６００００ｒ／
ｍｉｎ程度の中・低速回転における遠心力による永久磁
石回転子の耐破壊、耐飛散性は充分であった。

しかし、ターボチャージャに組み込まれるような）００
０００ｒ７ｍ　ｉｎ以上の超高速回転する回転電機では
、過大な遠心力が発生して永久磁石回転子を覆う円筒カ
バーに永久歪や拡がりが発生し、その結果、円筒カバー
・永久磁石間にクリアランスが発生して、円筒カバーの
永久磁石回転子に対する抑えがきかなくなる。そのため
過大な遠心力が永久磁石に作用すると、永久磁石に割れ
が発生する。

この永久磁石の割れは、ランダムに発生するので、永久
磁石回転子の重量バランスひいては回転バランスがくず
れる原因となり、軸の摩耗損傷、騒音発生を引き起こす
。

本発明は以上の点に鑑みてなされたもので、その目的と
するところは、永久磁石回転子の経時的なアンバランス
発生を防止し、バランス良い回転を保証し、信頼性の高
い超高速回転電機の永久磁石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〕

本発明は上記目的を達成するために、回転子を構成する
永久磁石が超高速回転により割れが生じることを見込ん
で、永久磁石に予め意図的な不等分な割れ（分割）を形
成しておき、その後、この永久磁石回転子の回転バラン
スのチェックを行うことで、バランスがとれている場合
には、そのまま使用に供し、アンバランスの場合には、
バランス修正（調整）を行った後に使用に供するように
してなる。なお、上ａ己割れは、例えば永久磁石を許容
回転速度以上に過回転させ或るいは衝撃を加えるなどし
て形成する。

〔作用〕

回転子の永久磁石を過回転あるいは衝撃を加えることで
意図的に不等分な割れを形成しておけば、実際に回転電
機を超高速回転の状況の下で使用しても、永久磁石にそ
れ以上の割れが進行することを防止できる。例えば回転
子を許容回転速度以上に過回転させて一度割れを経験さ
せておけば、その回転速度を超えない限り、それ以上に
割れは進行せず、永久磁石の不等分な分割数は変化しな
１旭。

過回転により形成した永久磁石の不等分な分割の数は、
一般に永久磁石の磁極数以上となる。なお、過回転に代
えて永久磁石に衝撃を加えても、永久磁石を同様の割れ
状態にしておくことが可能である。

本発明では、永久磁石に不等分な割れを生じさせても、
必要に応じてバランス調整を行っているので、このバラ
ンス調整と前記割れ進行防止の相乗作用により、許容の
超高速回転速度内における経時的なアンバランスの発生
を有効に防止する。

〔実施例〕

本発明の実施例を図面により説明する。

第１図（イ）は本発明の一実施例たる永久磁石回転子の
正面断面図、第１図（ロ）は同図（イ）のＡ−Ａ断面図
を示す。

本実施例の永久磁石回転子は、−例としてターボチャー
ジャ直結回転電機に用いられ、第１図に示す符号のうち
、第２図に示した符号と同一のものは、同−或いは共通
する要素を示す。

本実施例の永久磁石回転子９は、回転軸４に円筒状の永
久磁石１１を固着し、その外周及び−側面を円筒カバー
１２で覆い、残りの一側面を側面カバー１３で覆ってな
る。

永久磁石１１は、Ｓｍ−Ｃｏ系、Ｎｄ−Ｆｅ３系の高磁
力の永久磁石を用いる。

永久磁石１１は、一般鋼材に較べてかなり引張り強度が
弱く６８〜７８ＭＰａ程度しかない。従って、ターボチ
ャージャに組み込まれる超高速回転の回転子とする場合
は、単体では破損する。円筒カバー１２は、これを防ぐ
ために永久磁石１１を密着して覆う。それでも高速回転
により過大な遠心力が作用すると、円筒カバー１２が歪
み、円筒カバー１２・永久磁石１１間にクリアランスが
発生し、永久磁石ＩＩの抑えが効かなくなるため、既述
のように永久磁石１１に遠心力による割れが生じる。

このような永久磁石の割れは、ランダムに生じるので、
回転子９の回転バランスを狂わす原因となる。

そのため、本実施例では次のような改善策を施している
。

すなわち、永久磁石回転子９を実際の使用に供する前、
例えば回転子の組立後に、回転子９をスピンテスタなど
で許容回転速度以上に過回転させ、永久磁石に予め意図
的な不等分な割れ１５を形成しておく。

この割れ１５で永久磁石１１は、通常は、第１図の（ロ
）に示すように磁極数以上に分割される。

ここで、永久磁石回転子９を、許容回転速度以上に過回
転させるのは、−度、過回転を経験して分割された永久
磁石１１は、その回転速度を超えない限り分割数が変化
しないためである。過回転に代えて永久磁石１１を衝撃
で不等分に分割しても、過回転同様の不等分な割れを形
成することができる。

その後、永久磁石回転子９単品或いは永久磁石回転子全
体く軸４やタービンインペラ７、コンプレッサインペラ
８等を付加したもの）の回転バランスをバランスマシン
でチェックする。

そして、バランスチェックの結果、バランスがとれてい
る場合には、そのまま永久磁石回転子９を実際の使用に
供する。

一方、アンバランスの場合には、バランス調整を行う。

バランス調整は、円筒カバー１２或いは側面カバー１３
の一部を削ったり、これらのカバ一部材に穴をあけたり
、或いは回転子９にバランスウェイト等を付加して行わ
れる。

本実施例のように永久磁石１１を磁極数以上に不等分に
分割した場合には、バランス調整を施す前でも、その回
転アンバランスは小さくなる。その理由は、永久磁石１
１を磁極数以上に多数分割すると、個々の分割磁石片を
小さ（できるので、個々の分割磁石片にかかる遠心力に
よるアンバランスの方向を分散させることができ、全体
的にみるとアンバランス量は、小さくなるためである。

その結果、円筒カバー１２に受ける力は許容できる範囲
内となる。しかし円筒カバー１２の素材はステンレスな
どの一般鋼材では充分に耐えられるのは困難であるため
、高張力の非磁性部材、例えばＴｉ合金、炭素繊維強化
プラスチック、セラミックス等を円筒カバー１２として
用いるのが好ましい。

しかして、上記構成よりなる永久磁石回転子９によれば
、実際の使用において、回転電機が許容回転速度内にお
いて使用すれば、永久磁石１１の分割数が増加すること
はな（、しかも、バランス調整がなされているので、経
時的な回転アンバランスの発生を有効に防止することが
できる。

なお、本実施例における永久磁石１１は、カバ一部材１
２．１３内に組み込まれた状態で、過回転又は衝撃等に
より分割されるため、その割れ１５のすき間はほとんど
無い状態で分割磁石片同士が密着することになる。この
ため、任意の部分で割れが生じたとしても、磁気特性に
与える影響はほとんどない。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、回転子となる永久磁石に
予め不等分な割れを経験させておくので、実際の使用時
に、許容回転速度内であれば永久磁石の分割数の増加を
防ぎ、この前提の下で回転子の回転バランスをとってい
るので、経時的なアンバランスの発生を防止して、良好
な回転を保証することができ、超高速回転電機の耐久性
及び信頼性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（イ）は、本発明の一実施例たる永久磁石回転子
の正面断面図、第１図（ロ）はそのＡ−Ａ断面図、第２
図は、上記実施例の適用対象となるターボチャージャ直
結回転電機の縦断面図である。 ４・・回転軸、９・・永久磁石回転子、１１・・永久磁
石、１２・・・円筒カバー、１３・・・側面カバー、１
５・・・意図的な割れ。 代理人　弁理士　高橋明夫　　−一 （ほか２名） 第１図 （イ） （ロ） 第２図 ４・・・回転軸、９・・・永久磁石回転子、１１・り永
久磁石、１２・・・日商カバー　１３・・・側面カバー
　１５・・・意図的な割れ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、回転子を構成する永久磁石の外周及び側面を円筒カ
   バー及び側面カバーにより覆ってなる永久磁石回転子に
   おいて、 前記永久磁石が予め磁極数以上に不等分に分割され、且
   つ、回転時のバランスをとるためのバランス調整がなさ
   れていることを特徴とする超高速回転電機の永久磁石回
   転子。 ２、第１請求項において、前記永久磁石の不等分の分割
   は、意図的な過回転あるいは衝撃を加えて行われる超高
   速回転電機の永久磁石回転子。 ３、第１請求項又は第２請求項において、前記バランス
   調整は、前記円筒カバー及び側面カバーの少なくとも一
   つを、部分的に削り、穴あけ、バランスウェイト等のい
   ずれかを付加して行われる超高速回転電機の永久磁石回
   転子。 ４、回転子を構成する永久磁石の外周及び側面を円筒カ
   バー及び側面カバーにより覆ってなる永久磁石回転子に
   おいて、 前記永久磁石を許容回転速度以上に過回転させ或るいは
   衝撃を加えて、この永久磁石に不等分な割れを形成し、
   その後に回転バランスのチェックを行い、バランスがと
   れている場合には、そのまま使用に供し、アンバランス
   の場合には、バランス調整（修正）を行つた後に使用に
   供することを特徴とする永久磁石回転子のバランス調整
   法。