JP2847756B2 - 回転電機の回転子 - Google Patents
回転電機の回転子Info
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- JP2847756B2 JP2847756B2 JP1143482A JP14348289A JP2847756B2 JP 2847756 B2 JP2847756 B2 JP 2847756B2 JP 1143482 A JP1143482 A JP 1143482A JP 14348289 A JP14348289 A JP 14348289A JP 2847756 B2 JP2847756 B2 JP 2847756B2
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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。
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。
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って提案され、特開昭62−2546
49号公報に開示されている。
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って提案され、特開昭62−2546
49号公報に開示されている。
また本出願人により、発電装置のロータ軸の外周に希
土類磁石ロータを嵌合し、該磁石ロータの両端面を上記
ロータ軸に取付けた押え部材で保持するとともに、その
磁石ロータの外周面には炭素素線を巻固めた発電装置の
提案が特開昭60−197144号公報に示されている。
土類磁石ロータを嵌合し、該磁石ロータの両端面を上記
ロータ軸に取付けた押え部材で保持するとともに、その
磁石ロータの外周面には炭素素線を巻固めた発電装置の
提案が特開昭60−197144号公報に示されている。
（発明が解決しようとする課題） 上述の前者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き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、希土類磁石との間の隙間を生
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。
回転子の外筒として強度の大き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、希土類磁石との間の隙間を生
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。
また、後者の提案においては引張強度の大なる炭素繊
維を用いているが、通常巻固めにエポキシ系樹脂により
固着させており、この場合回転子の温度上昇により軟化
して弛んだり、異物の衝突により破損する虞がある。
維を用いているが、通常巻固めにエポキシ系樹脂により
固着させており、この場合回転子の温度上昇により軟化
して弛んだり、異物の衝突により破損する虞がある。
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。
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、希土類元素を含む磁石素材の永久磁
石を用いた回転磁極を有し、該回転磁極の外周を補強用
の円筒にて覆った回転電機の回転子において、永久磁石
の外周に炭素繊維を用いて巻き固めて形成する円筒体か
又は窒化珪素材によるセラミックスを用いた円筒体を前
記回転磁極と補強用の円筒との間に密着して介在させた
ことを特徴とする回転電機の回転子が提供される。
石を用いた回転磁極を有し、該回転磁極の外周を補強用
の円筒にて覆った回転電機の回転子において、永久磁石
の外周に炭素繊維を用いて巻き固めて形成する円筒体か
又は窒化珪素材によるセラミックスを用いた円筒体を前
記回転磁極と補強用の円筒との間に密着して介在させた
ことを特徴とする回転電機の回転子が提供される。
（作用） 回転磁極に希土類磁石を用い、その外周に炭素繊維で
巻固めたり、または高強度のセラミックスの円筒体を嵌
合させ、最外周を高抗張力の補強用の円筒や金属パイプ
で覆って内部を保護するので、超高速回転時に最外周の
補強用の円筒や金属パイプが遠心力により外方向に変形
しても、巻固めた炭素繊維またはセラミックスの円筒体
によって回転磁極の希土類磁石は変形や破損することな
く保護される。
巻固めたり、または高強度のセラミックスの円筒体を嵌
合させ、最外周を高抗張力の補強用の円筒や金属パイプ
で覆って内部を保護するので、超高速回転時に最外周の
補強用の円筒や金属パイプが遠心力により外方向に変形
しても、巻固めた炭素繊維またはセラミックスの円筒体
によって回転磁極の希土類磁石は変形や破損することな
く保護される。
（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。
明する。
第１図は本発明の第１の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。
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。
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、強力は保持力を有する回転磁極として、
対応する固定子の電磁的に作動し、効率の高い電動機ま
たは発電機を構成するものである。なお、サマリウム−
コバルトのヤング率は11000Kg/mm2で、10Kg/mm2の引張
強度を有している。
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、強力は保持力を有する回転磁極として、
対応する固定子の電磁的に作動し、効率の高い電動機ま
たは発電機を構成するものである。なお、サマリウム−
コバルトのヤング率は11000Kg/mm2で、10Kg/mm2の引張
強度を有している。
３は高透磁率のパイプ状の磁性体で、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、固定子に対応する有効磁束
を増大させるものである。
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、固定子に対応する有効磁束
を増大させるものである。
４は永久磁石２の外周に巻回された炭素繊維であり、
例えば密度が1.76（g/cm3）、引張強度570（Kg/mm2）程
度のものが使用され、強固に永久磁石２上に巻固められ
て、遠心力による永久磁石２の外方向への変形を防止す
るものである。なお、線膨張係数は異方性を有してお
り、開放状態では磁極方向とその垂直方向では伸び量が
異なり、高温時の形状が扁平となる。
例えば密度が1.76（g/cm3）、引張強度570（Kg/mm2）程
度のものが使用され、強固に永久磁石２上に巻固められ
て、遠心力による永久磁石２の外方向への変形を防止す
るものである。なお、線膨張係数は異方性を有してお
り、開放状態では磁極方向とその垂直方向では伸び量が
異なり、高温時の形状が扁平となる。
６は補強用の円筒となる外周リングであり、高抗張力
を有するチタン合金が使用され、回転軸方向から圧入に
よって炭素繊維４の外周に嵌合されてより、該部材によ
り扁平形状を抑えるものである。なお、さらに強固に嵌
合させるため、炭素繊維４の巻回された永久磁石２を嵌
合に際して冷却するとともに、外周リング６を高温に加
熱して膨張させて、いわゆる焼嵌めによって嵌合させて
もよい。
を有するチタン合金が使用され、回転軸方向から圧入に
よって炭素繊維４の外周に嵌合されてより、該部材によ
り扁平形状を抑えるものである。なお、さらに強固に嵌
合させるため、炭素繊維４の巻回された永久磁石２を嵌
合に際して冷却するとともに、外周リング６を高温に加
熱して膨張させて、いわゆる焼嵌めによって嵌合させて
もよい。
７は外側板であり、外周リングと同様なチタン合金が
使用されて、永久磁石２の両側面に配置されるととも
に、外周リング６の周縁の端部との合わせ部は例えばレ
ーザビームの照射による高熱により溶接させて接合され
ている。
使用されて、永久磁石２の両側面に配置されるととも
に、外周リング６の周縁の端部との合わせ部は例えばレ
ーザビームの照射による高熱により溶接させて接合され
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
10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。
10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る駆動さ
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。
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、
該ベアリング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が回転磁極として取付けられている。
該ベアリング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が回転磁極として取付けられている。
８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81とコイル82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８
のコイル82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８に供給して回転子を力行させ、コンプレッ
サ13の過給作動を付勢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。
るものであり、コアー81とコイル82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８
のコイル82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８に供給して回転子を力行させ、コンプレッ
サ13の過給作動を付勢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。
する。
上述のような構成の回転子が排気エネルギーにより超
高速に回転駆動されると、中心軸より外方向に向って強
力な遠心力が回転子に加わり、外周リング６、炭素繊維
４、永久磁石２にそれぞれ外方向への引張応力が加わる
ことになる。
高速に回転駆動されると、中心軸より外方向に向って強
力な遠心力が回転子に加わり、外周リング６、炭素繊維
４、永久磁石２にそれぞれ外方向への引張応力が加わる
ことになる。
そして、例えば最外周のチタン合金からなる外周リン
グ６が遠心力により外方向に変形した場合でも、永久磁
石２はその外周に巻回された軽量で強靭な炭素繊維４に
保護されて、変形や破壊が防止されることになる。
グ６が遠心力により外方向に変形した場合でも、永久磁
石２はその外周に巻回された軽量で強靭な炭素繊維４に
保護されて、変形や破壊が防止されることになる。
第３図は本発明の第２の実施例の構成を示す断面図で
あり、第１の実施例と同一の部分には同一の符号を付
し、その説明は省略する。
あり、第１の実施例と同一の部分には同一の符号を付
し、その説明は省略する。
第３図において、５は永久磁石２の外周に嵌合された
円筒体であり、ヤング率が永久磁石２はそれと同等また
はそれ以上に大であり、かつ高抗張力素材からなるもの
で、例えば窒化珪素からなるセラミックスの円筒が用い
られている。そして、窒化珪素系のセラミックスはヤン
グ率が３×104（Kg/cm2）、引張強度は80（Kg/mm2）程
度であり、超高速回転時の遠心力による永久磁石２の変
形を抑制させるものである。
円筒体であり、ヤング率が永久磁石２はそれと同等また
はそれ以上に大であり、かつ高抗張力素材からなるもの
で、例えば窒化珪素からなるセラミックスの円筒が用い
られている。そして、窒化珪素系のセラミックスはヤン
グ率が３×104（Kg/cm2）、引張強度は80（Kg/mm2）程
度であり、超高速回転時の遠心力による永久磁石２の変
形を抑制させるものである。
61は補強用の円筒となる金属パイプで、円筒体５の外
周に嵌合させたものであり、高抗張力を有する例えばチ
タン合金、非磁性ステンレス鋼、またはチタンアルミ合
金が使用されている。そして円筒体５への嵌合は例えば
圧入、焼嵌めなどにより円筒体５に固着されている。
周に嵌合させたものであり、高抗張力を有する例えばチ
タン合金、非磁性ステンレス鋼、またはチタンアルミ合
金が使用されている。そして円筒体５への嵌合は例えば
圧入、焼嵌めなどにより円筒体５に固着されている。
なお、金属パイプ61を外側板７と接合するため、互い
の当接部分をレーザビームによって溶接を行ってもよ
い。
の当接部分をレーザビームによって溶接を行ってもよ
い。
このように構成された第２の実施例においては、回転
子が排気エネルギーによって超高速に回転駆動される
と、金属パイプ61、円筒体５、永久磁石４にそれぞれ強
力な遠心力が加わることになる。
子が排気エネルギーによって超高速に回転駆動される
と、金属パイプ61、円筒体５、永久磁石４にそれぞれ強
力な遠心力が加わることになる。
そして、例えば最外周の金属パイプ61が自身に加わる
遠心力によって外方向に変形した場合でも、円筒体５を
構成するセラミックスのヤング率や高強度の特性によ
り、永久磁石２の変形が抑えられて保護されることにな
り、破壊が防止できることになる。
遠心力によって外方向に変形した場合でも、円筒体５を
構成するセラミックスのヤング率や高強度の特性によ
り、永久磁石２の変形が抑えられて保護されることにな
り、破壊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、希土類磁石の外周を炭素繊維で巻固
めたり、または高強度のセラミックスの円筒体を嵌合さ
せ、さらにその外周を高抗張力の補強用の円筒や金属パ
イプで覆って内部を保護するので、超高速回転時の遠心
力によって、たとえ最外周の補強用の円筒や金属パイプ
が外方向に変形した場合でも、永久磁石は巻固めた炭素
繊維またはセラミックスの円筒体によって保護されて、
回転磁極として永久磁石の変形や破損は防止されるとい
う効果がある。
めたり、または高強度のセラミックスの円筒体を嵌合さ
せ、さらにその外周を高抗張力の補強用の円筒や金属パ
イプで覆って内部を保護するので、超高速回転時の遠心
力によって、たとえ最外周の補強用の円筒や金属パイプ
が外方向に変形した場合でも、永久磁石は巻固めた炭素
繊維またはセラミックスの円筒体によって保護されて、
回転磁極として永久磁石の変形や破損は防止されるとい
う効果がある。
また本発明によれば、最外周にチタン合金、非磁性ス
テンレス鋼、またはチタンアルミ合金などの強靭性の金
属素材を用いたので、超高速回転における干渉、または
異物が衝突した場合でも、内部の破壊を防げる利点があ
り、したがって、前者の効果と相俟って超高速回転でも
安定した性能の回転子を得ることができる。
テンレス鋼、またはチタンアルミ合金などの強靭性の金
属素材を用いたので、超高速回転における干渉、または
異物が衝突した場合でも、内部の破壊を防げる利点があ
り、したがって、前者の効果と相俟って超高速回転でも
安定した性能の回転子を得ることができる。
第１図は本発明の第一の実施例の構成を示す断面図、第
２図は本発明による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、第３図は第２の実施例の構成を
示す断面図である。 ２……永久磁石、４……炭素繊維、５……円筒体、６…
…外周リング、７……外側板、８……固定子、10……タ
ーボチャージャ、61……金属パイプ。
２図は本発明による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、第３図は第２の実施例の構成を
示す断面図である。 ２……永久磁石、４……炭素繊維、５……円筒体、６…
…外周リング、７……外側板、８……固定子、10……タ
ーボチャージャ、61……金属パイプ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西 芳弘 神奈川県藤沢市土棚８番地 株式会社い すゞセラミックス研究所内 (72)発明者 村治 宏 神奈川県藤沢市土棚８番地 株式会社い すゞセラミックス研究所内 (56)参考文献 特開 昭62−254649（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−102850（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−202249（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−296753（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−209942（ＪＰ，Ａ) 実開 昭61−2776（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H02K 1/27 501
Claims (6)
- 【請求項１】希土類元素を含む磁石素材の永久磁石を用
いた回転磁極を有し、該回転磁極の外周を補強用の円筒
にて覆った回転電機の回転子において、 永久磁石の外周に炭素繊維を用いて巻き固めて形成する
円筒体か又は窒化珪素材によるセラミックスを用いた円
筒体を前記回転磁極と補強用の円筒との間に密着して介
在させたことを特徴とする回転電機の回転子。 - 【請求項２】前記円筒体は永久磁石の外周に炭素繊維を
用いて巻固めて形成するとともに、その外周にチタン合
金からなる補強用の円筒を嵌合圧入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。 - 【請求項３】前記円筒体は炭素繊維を用いて永久磁石の
外周に巻固めて形成するとともに、その外周にチタン合
金からなる補強用の円筒を焼嵌め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。 - 【請求項４】前記円筒体に窒化珪素材によるセラミック
スを用い、チタン合金からなる補強用の円筒を嵌合した
ことを特徴とする請求項（１）記載の回転電機の回転
子。 - 【請求項５】前記円筒体に窒化珪素材によるセラミック
スを用い、非磁性ステンレス鋼からなる補強用の円筒を
嵌合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。 - 【請求項６】前記円筒体に窒化珪素材によるセラミック
スを用い、チタンアルミ合金からなる補強用の円筒を嵌
合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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1143482A JP2847756B2 (ja) | 1989-06-06 | 1989-06-06 | 回転電機の回転子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1143482A JP2847756B2 (ja) | 1989-06-06 | 1989-06-06 | 回転電機の回転子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0311948A JPH0311948A (ja) | 1991-01-21 |
| JP2847756B2 true JP2847756B2 (ja) | 1999-01-20 |
Family
ID=15339731
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1143482A Expired - Fee Related JP2847756B2 (ja) | 1989-06-06 | 1989-06-06 | 回転電機の回転子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2847756B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008047767A1 (fr) | 2006-10-17 | 2008-04-24 | Sanyo Denki Co., Ltd. | Rotor de moteur et son procédé de fabrication |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2388479B (en) * | 2002-04-26 | 2007-01-03 | Bowman Power Systems Ltd | Rotors for electromagnetic machines |
| US7839040B2 (en) | 2005-12-16 | 2010-11-23 | Hitachi, Ltd. | Permanent-magnet generator rotor for gas turbine, manufacturing method therefor, and gas turbine |
| WO2007072536A1 (ja) * | 2005-12-19 | 2007-06-28 | Hitachi, Ltd. | ガスタービン用永久磁石発電機ロータ、その製造方法及びガスタービン並びにその製造方法 |
| JP4613833B2 (ja) * | 2006-01-20 | 2011-01-19 | トヨタ自動車株式会社 | 表面磁石型回転電機およびその製造方法 |
| JP5062464B2 (ja) * | 2006-06-16 | 2012-10-31 | 株式会社Ｉｈｉ | モータロータ |
| JP4259548B2 (ja) * | 2006-07-24 | 2009-04-30 | トヨタ自動車株式会社 | モータ用ロータおよびその製造方法 |
| JP4957891B2 (ja) * | 2006-11-20 | 2012-06-20 | 株式会社島津製作所 | 同期モータ |
| US8350432B2 (en) * | 2008-07-28 | 2013-01-08 | Direct Drive Systems, Inc. | Electric machine |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS612776U (ja) * | 1984-06-13 | 1986-01-09 | 神鋼電機株式会社 | ブラシレスモ−タの永久磁石回転子 |
-
1989
- 1989-06-06 JP JP1143482A patent/JP2847756B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008047767A1 (fr) | 2006-10-17 | 2008-04-24 | Sanyo Denki Co., Ltd. | Rotor de moteur et son procédé de fabrication |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0311948A (ja) | 1991-01-21 |
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