JPH0660735U - 超高速回転子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ターボチャージャに取付けた回転電機の回転子
の補強用スリーブにＣＦＲＰを用い、これを２層にして
最大応力の低減を図る。 【構成】タービン軸４に配置した永久磁石６０の外周に
ＣＦＲＰ製の第１のスリーブ６１と第２のスリーブ６２
とを圧入により被覆させ、高速回転時の遠心力による内
部の応力を２層の構成により低減させる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案はエンジンの排気エネルギーにより駆動されて吸気を圧縮するターボチ ャージャのタービン軸に配置された回転電機の永久磁石を用いた超高速回転子に 関する。

【０００２】

【従来の技術】

エンジンの排気ガスを導入してタービンを高速駆動し、該タービントルクによ ってコンプレッサを回転させてエンジンに圧気を供給するターボチャージャが広 く使用されている。

【０００３】 そして、この種のターボチャージャのタービン軸に電動−発電機となる回転電 機を取付け、エンジンの運転状態に応じ、電動駆動の回転電機によりコンプレッ サの圧縮作動を付勢してエンジンへの過給気圧の増大を図ったり、または排気エ ネルギーに余裕のあるときは発電作動させ、その出力をバッテリの充電電力に用 いることが行われている。

【０００４】 このような回転電機の回転子は高速回転するタービン軸に直結のため、その回 転数は例えば１０万ｒｐｍ以上に達するものであり、このような高速時の遠心力 に耐えるため三対以上の磁極を有する永久磁石の回転子の外周をステンレス鋼や チタン合金などの薄肉パイプで覆った超高速電動−発電機が特開昭６２−５１７ ２３号公報に示されている。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

上述の公開公報に示された超高速電動−発電機では図６に示すように外周の補 強用の薄肉パイプに円柱状の永久磁石を圧入し、該永久磁石に圧縮応力を発生さ せて高速回転時の遠心力による磁石の破壊を防止している。

【０００６】 しかし、薄肉パイプに磁性体の永久磁石を圧入しているため両者間の摩擦が大 となり、永久磁石の外周面に軸方向の傷がついて強度の低下を生じたり、また薄 肉パイプの内周面の傷や、ＣＦＲＰのスリーブの場合は繊維の破断のため所望す る磁石圧縮応力が得られないという問題がある。

【０００７】 また、薄肉パイプやスリーブにはその内周面に圧入による引張応力と高速回転 時の磁石外周から受ける面圧による引張応力とが加わり、高応力が負荷されるの で破損に及ぶという虞もある。

【０００８】 本考案はこのような問題に鑑みてなされたものであり、その目的は永久磁石を 圧入するスリーブを複数の同軸円筒に分割して応力を分散させ、従来の不都合を 防止しようとする超高速回転子を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

上述の目的を達成するために、本考案によればエンジンの燃焼ガスエネルギー により駆動されるタービンのトルクによって回転する回転電機の超高速回転子に おいて、回転磁性体の外周にＣＦＲＰからなる複数層の同軸円筒を分割圧入した 超高速回転子が提供される。

【００１０】

【作用】

高速回転する回転磁性体の外周を複数のＣＲＰＦを用いた同軸円筒を分割圧入 して被覆したので、これら円筒の内周にて高速回転のため集中する応力が分散さ れて破損が防止される。

【００１１】

【実施例】

次に本考案の実施例について図面を用いて詳細に説明する。

【００１２】 図１は本考案にかかる超高速回転子の一実施例を示す断面図であり、図２はそ のスリーブ内応力の分布図、図３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。

【００１３】 これらの図面において、１はターボチャージャで、図示していないエンジンの 排気管に接続されるタービンハウジング２１と、吸気管に接続されるコンプレッ サハウジング３１とを備えており、エンジンの排気エネルギーにより駆動される タービン２のトルクにより回転するコンプレッサ３の圧気作動により、エンジン に過給気を圧送するものである。４はタービン軸でベアリング４１によりセンタ ーハウジング４２に軸支され、該タービン軸４には電動−発電機となる回転電機 ５の回転子６が取付けられ、該回転子６に対応する固定子５１はコンプレッサハ ウジング３１に取付けられたケース３２の内部に格納されている。

【００１４】 そして、エンジン回転が低速で高負荷時に回転電機５の固定子にバッテリから 所定の電力が供給されると、電動駆動の回転電機５が力行してコンプレッサ３の 圧気作動を付勢し、過給気圧を上昇させてエンジンに供給するためエンジントル クが増大することになり、また、エンジンが高速回転にて排気エネルギーに余裕 のある時は、回転電機が発電作動して排気エネルギーを電力に変換し、バッテリ の充電電力に供せられるように構成されている。

【００１５】 つぎに図１における６０は永久磁石であり、その外周に低比重、高強度で高ヤ ング率を供えたＣＦＲＰ製の第１のスリーブ６１と、第２のスリーブ６２とが圧 入により被覆されている。そして、このように分割して圧入したものでは図２（ Ａ）に示すように、単層スリーブの図２（Ｂ）に比してスリーブ内引張り応力が 不連続に分割されて最大応力値を小にすることができるものである。

【００１６】 このような最大応力値の計算について説明すると、図４は応力計算の一例を示 すもので、同図に置けるσ1iは単層構造の場合の最大応力、σ1 およびσ2 は２ 層構造の場合の最大応力であり、２層構造の場合はこの計算では最大応力値は単 層の場合の６５％程度の小さな値が得られている。

【００１７】 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と、エンジンの運転に 応じて排気ガスがターボチャージャ１のタービンハウジング２１に導かれると、 タービン２が回転してコンプレッサ３とともに回転電機５の回転子６が高速に回 転駆動される。そしてこの場合、回転子６の永久磁石６０は高速回転のため外壁 のスリーブに対して遠心力による放射方向の応力を与えるが、外壁部には高強度 のＣＦＰＲ製の第１のスリーブ６１と第２のスリーブ６２との２層が分割して施 されているため、前述のように発生する最大応力値が小さく抑えられて、高速回 転による破損が防止できることになる。

【００１８】 図５は本考案の他の実施例を示すもので、２層のスリーブの内側に従来の弾性 率ＣＦＲＰスリーブを用い、その外側に高弾性率ＣＦＲＰスリーブを圧入して、 中心の永久磁石に対する圧縮応力を強化し、より高速回転時の磁石破損を防止し たものである。

【００１９】

【考案の効果】

上述の実施例のように本考案によれば、高速回転する回転電機の回転子として 、磁性体の永久磁石の外壁にＣＦＰＲからなるスリーブを２層に分割して圧入し たので、単層の場合に比較して最大応力値が小に抑えられ、破損の可能性を大幅 に低減できる効果がある。

【００２０】 また、本実施例では永久磁石にスリーブ圧入時の圧入荷重を小にできるので、 両者の傷やダメージが小さくて済むという利点がある。

【００２１】 さらに本考案ではスリーブを２層にして最大応力値を低減させたので、単層に 比して肉厚が薄くでき、したがって固定子との間の磁気抵抗が減じて効率のよい 回転電機が得られるという効果も生ずる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案にかかる超高速回転子の一実施例を示す
断面図。

【図２】本実施例のスリーブ内応力の分布図。

【図３】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。

【図４】スリーブ内の最大応力値の計算の説明図。

【図５】本考案の他の実施例の説明図。

【図６】従来の回転子の断面図。

【符号の説明】

６…回転子 ６０…永久磁石 ６１…第１のスリーブ ６２…第２のスリーブ

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンの燃焼ガスエネルギーにより駆動
   されるタービンのトルクによって回転する回転電機の超
   高速回転子において、回転磁性体の外周にＣＦＲＰから
   なる複数層の同軸円筒を分割圧入したことを特徴とする
   超高速回転子。
2. 【請求項２】前記の複数層の同軸円筒の外周に高弾性率
   のＣＦＲＰを用いたことを特徴とする請求項１記載の超
   高速回転子。