JPS6251723A - 超高速電動−発電機 - Google Patents

超高速電動−発電機

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JPS6251723A
JPS6251723A JP60190095A JP19009585A JPS6251723A JP S6251723 A JPS6251723 A JP S6251723A JP 60190095 A JP60190095 A JP 60190095A JP 19009585 A JP19009585 A JP 19009585A JP S6251723 A JPS6251723 A JP S6251723A
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core
magnetic
turbine
generator
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JP60190095A
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Hideo Kawamura
英男 河村
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Isuzu Motors Ltd
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Isuzu Motors Ltd
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

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、内燃機関の排気エネルギーにて駆動されるタ
ービンのシャフトに電動−発′ｉｔ機を設けて排気エネ
ルギーの有効活用を計る超高速電動−発電機に関するも
のである・ （従来の技術） 内燃機関の排気ガスの有するエネルギーを利用してター
ビンを駆動し、このタービンに連動するコンプレッサに
て空気をシリンダ内に過給して。
燃料を効率的に燃焼させるターボチャージャが内燃機関
に用いられている。そして、このターボチャージャの回
転軸に交流機を直結する提案として内燃機関の排気ター
ボ過給装置（実開昭５８−６９２５号）がなされており
、機関のトルク増加時や高トルク運転時には交流機を電
動機として運転し、機関のトルク減少時や低トルク運転
時には交流機を発電機として運転して電流の周波数を制
御する装置の提案がある。
ところで、一般に用いられている高速回転の発電機の回
転数は、数万回転／毎秒が従来の限度であり、例えば？
極の回転電機として３万回転／毎秒とすると、この回転
電機の鉄心の交番磁界は５００Ｈｚとなり、鉄心材料と
して珪素鋼板の使用でも、鉄損の発生は少なく問題点は
あまりなかった。
（発明が解決しようとする問題点） しかし、排気タービンのように回転数が１０万〜２０万
ＲＰＭとなると、該タービンに直結された回転電機の交
番磁界は１０００Ｈｚ以上の周波数となり、珪素鋼板を
用いた鉄心では、その鉄損が急激に増加して熱損を生じ
１回転型機の効率は急激に低下゛する。
一方、排気ガスによって駆動される排気タービンは高速
回転であり、この高速回転体より軸出力を取出すことは
非常に困難で、多くの場合、歯車装置による減速手段を
必要とし、また、減速手段による機械損失や、その保守
の点も問題を生ずる。
したがって本発明は上記の問題点を改善するためになさ
れたものであり、その目的は排気タービンに直結して超
高速回転の状態においても、高速回転に耐えて、効率よ
く電力を発電し、排気エネルギーの回収の可能な超高速
電動−発電機を提供するにある。
（問題点を解決するための手段） 本発明によれば、内燃機関の排気ガスエネルギーにより
駆動されるタービンに連結した電動−発電機において、
三対以上の対磁極を有する永久磁石の回転子と、フェラ
イトコアからなる固定子コアとを有する超高速電動−発
電機が提供される。さらに本発明によれば、上記の回転
子の外周にチタン合金や、部分安定化ジルコニア、また
はステンレススチールの薄肉パイプを圧入嵌合させた超
高速電動−発電機が提供される。
（作用） 超高速回転の排気タービンに連結した回転子の磁石から
の磁束変化が高周波数となるので、対向する固定子コア
に高周波特性のよいフェライトコアを使用して高周波損
失を減少させ、またフェライトコアの使用により珪素鋼
板より劣る磁束密度や透磁率の点を改善するため、回転
子の磁石を多極化して磁束変化周波数を上昇させ、−起
電力の増加を計ることにより、上記の磁気特性の欠点を
補っている。
さらに、回転子の外周にチタン合金、あるいは部分安定
化ジルコニア、またはステンレススチールの薄肉パイプ
を圧入して補強することにより、超高速回転に酎え得る
回転子としている。
（実施例） つぎに、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する
。
第１図は本発明を実現するための一実施例の構成説明図
であり、第２図はその回転子の断面の説明図である。
図において、■はターボチャージャ、２はコンプレッサ
ハウジング、３はタービンハウジング、４はセンタハウ
ジングであり、センタハウジング４の両端にはベアリン
グ５が設けられ、該ベアリング５に支承されてシャフト
６が回転自在に設けられている。なお、７はベアリング
５に送油する潤滑油通路である。
シャフト６の両端部にはコンプレッサインペラ８、およ
びタービンインペラ９が取付けられ、それぞれコンプレ
ッサハウジング２、およびタービンハウジング３の内部
に納められている。タービンインペラ９はスクロールｌ
Ｏに送気される排気ガスのエネルギーを受けて回転し、
シャフト６を介してコンプレッサインペラ８を回転せし
め、吸気管１１より導入した空気をディフューザ１２で
圧力変換して、内燃機関のシリンダに圧送するよう動作
する。
１３はコンプレー、サインペラ８とタービンインペラ９
との間のシャフト６に設けたリング状の回転子であり、
希土類元素を含んだ永久磁石で構成され、第２図に示す
ようにラジアル方向に三対のＮ−５磁極を有するように
着磁され、該回転子１３の外周部においては、強力な磁
力線の方向が放射状になるように磁界を保持している。
なお、第２図では三対の磁極構造を示したが、三対以上
の対磁極となるように着磁をしてもよい。
そして、強力な永久磁石の回転子１３の外周にはチタン
合金、あるいは部分安定化ジルコニア、またはステンレ
ススチールよりなる高抗張力薄肉バイブ１４を圧入して
補強し、永久磁石が超高速回転による遠心力や振動を受
けても、十分に強固な永久磁石回転子として耐久力を有
している。
１５は高周波用磁心として磁気特性のすぐれているフェ
ライトコアを用いた固定子コアであり、回転子１３の永
久磁石の回転による磁束変化を固定子コア１５が受け、
該固定子コア１５に巻かれた固定子巻線１６は起電力を
誘起する。なお、固定子巻線１６は固定子コア１５を磁
心として、例えば三相交流巻線が行われ、発電機作動の
場合は起電力を外部に取出している。
発電機の起電力Ｅは、磁束数をφとし、周波数をｆで表
わすと次式で示される。
起電力Ｅ＝ｆＥπｆφ この式において、πは円周率としての定数であり、フェ
ライトコアは珪素鋼板の磁気特性に比して磁束密度が劣
るので、この磁束密度の劣る比率の逆数を周波数ｆに乗
じて、交番磁束の周波数を増加すれば、上式の起電力Ｅ
は変らないことになる。したがって、例えば、フェライ
トコアの磁束密度が珪素鋼板に比してｌ／３とすると、
交番磁界の周波数を珪素鋼板を使用の場合の３倍とすれ
ば、起電力は同等のものが得られるので、高速回転に対
応できる発電機が実現できる。
このような構成の本実施例においては、スクロールＩＯ
に送気される排気ガスのエネルギーを受けてタービンイ
ンペラ９が高速回転を行ってシャフト６を回転させ、該
シャフト６を介して回転子１３およびコンプレッサイン
ペラ９を回転させる。そして、コンプレッサインペラ９
は吸気管１１より導入した空気をディフューザ１２で圧
力変換を行い、図示していないが内燃機関のシリンダに
圧送してエンジン出力を増加させる。
一方、シャフト６に設けた回転子１３の高速回転は、三
対以上のＮ−Ｓ磁極を持つ永久磁石の回転となり、この
回転によるシャフト６のラジアル方向の強力な多極の磁
力線の回転は、周波数の高い交番磁界となって対向して
いる固定子コア１５に設けた固定子＠１Ｑ１６に鎖交し
て起電力を生ずる。この際、固定子コア１５の磁心は高
周波特性のすぐれたフェライトコアで構成されているの
で、高周波数の交番磁界による損失の発生は少なく、交
番磁界を効率よく電力に変換できる。
なお、回転子１３の外周に設けたチタン合金、あるいは
部分安定化ジルコニア、またはステンレススチールの薄
肉パイプ１４は、永久磁石からの磁力線への影響はほと
んどなく、起電力を減することはない。
また、上記のように本実施例を発電機作動として説明し
たが、電動機作動として固定子巻線に所゛定の周波数の
電力を供給することにより高能率の電動機としてシャフ
トを高速回転させ、例えば、エンジントルクの減少時に
、コンプレッサインペラを高速回転させて、過給気をエ
ンジンに送り、エンジントルクを増大させることが可能
である。
以上のように本発明を一実施例により説明したが、本発
明の主旨の範囲内で種々の変形が可能であり、これらを
本発明の範囲から排除するものではない。
（発明の効果） 以上詳細に説明したように本発明は、排気タービンに直
結した超高速回転する回転子の永久磁石からの高い周波
数の交番磁界を、フェライトコアを磁心とする固定子巻
線にて電力に変換するので１機械的な減速手段を必要と
せず、また、交番磁界の高い周波数においてもフェライ
トコアを使用のため損失の少ない交流回転電機が実現で
きる。
また１本発明はフェライトコアが有する木質的な磁束密
度による欠点を補うため１回転子の永久磁石を多極化し
て交番磁界の周波数を上昇させたので、起電力の増加を
計ることができ、さらに、回転子の外周にチタン合金、
あるいは部分安定化ジルコニア、などの薄肉パイプを圧
入して強化したので、超高速回転においても効率のよい
、耐久力のある超高速回転電動−発電機を得ることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明を実現するための一実施例の構成説明図
であり、第２図はその回転子の断面の説明図である。 ６・・・シャフト、８・・・コンプレンサインペラ、９
・・・タービンインペラ、１３・・・回転子、１４・・
・薄肉パイプ、１５・・・固定子コア。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 内燃機関の排気ガスエネルギーにより駆動されるタービ
    ンに連結した電動−発電機において、三対以上の対磁極
    を有する永久磁石の回転子と、フェライトコアからなる
    固定子コアとを有することを特徴とする超高速電動−発
    電機。
JP60190095A 1985-08-29 1985-08-29 超高速電動−発電機 Pending JPS6251723A (ja)

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