【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、超高速回転電機の
永久磁石回転子に関し、エンジンの排気ガスにより駆動
されるタービンロータの回転軸に電動−発電機となる回
転電機を配置し、排気エネルギーを電気エネルギーとし
て回収しようとする回転電機付ターボチャージャの回転
電機に利用される。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a permanent magnet rotor for an ultra-high-speed electric rotating machine, and more particularly to a rotating electric machine serving as a motor-generator disposed on a rotating shaft of a turbine rotor driven by exhaust gas from an engine, and to provide exhaust energy. Is used as a rotary electric machine of a turbocharger with a rotary electric machine that attempts to recover the electric energy.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来より超高速回転電機の一適用例とし
て、回転電機付ターボチャージャが種々提案されてい
る。回転電機付ターボチャージャとは、エンジンの排気
エネルギーをタービンロータに導いて高速回転させ、タ
ービンロータの回転軸に接続されたコンプレッサロータ
を回転駆動してエンジンに過給気を圧送するターボチャ
ージャの回転軸に電動−発電機となる回転電機を配置
し、排気エネルギーを電気エネルギーとして回収すると
共に排気エネルギー不足時に電気エネルギーによりコン
プレッサロータを回転駆動させようとするものである。2. Description of the Related Art Conventionally, various turbochargers with a rotating electric machine have been proposed as one application example of an ultrahigh-speed rotating electric machine. A turbocharger with a rotating electric machine is a turbocharger that guides the exhaust energy of the engine to the turbine rotor, rotates it at high speed, and drives the compressor rotor connected to the rotating shaft of the turbine rotor to rotate and feed supercharged air to the engine. A rotating electric machine serving as a motor-generator is disposed on a shaft to recover exhaust energy as electric energy and to rotationally drive a compressor rotor by electric energy when exhaust energy is insufficient.
【0003】この種の回転電機付ターボチャージャに用
いられる回転電機の永久磁石回転子は、例えば、特開昭
62−254649号公報及び、特開平4−79740
号公報に開示されており、円筒状の永久磁石と、該永久
磁石の遠心力による破壊防止及び飛散防止のために永久
磁石外周及び側部を密着状態で被覆する非磁性材料から
なる円筒状の外筒とから構成されている。A permanent magnet rotor of a rotary electric machine used in this type of turbocharger with a rotary electric machine is disclosed in, for example, JP-A-62-254649 and JP-A-4-79740.
And a cylindrical permanent magnet made of a non-magnetic material that covers the outer periphery and side portions of the permanent magnet in a tight contact state in order to prevent breakage and scattering of the permanent magnet due to centrifugal force. And an outer cylinder.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】上記した従来の永久磁
石回転子においては、永久磁石に作用する遠心力を永久
磁石外周を被覆する外筒の外周部で受ける構成であるこ
とから、ターボチャージャのような10万rpm以上の
超高速回転域では、外筒の外周部に過大な遠心力が加わ
る。そのため、この遠心力により外筒外周部に変形が生
じ、その結果、外筒と永久磁石間に隙間が発生して永久
磁石を保持できなくなり、過大な遠心力により永久磁石
に割れが生じる恐れがあった。この永久磁石の割れは、
回転子の回転バランスがくずれる原因となり、ひいては
回転軸の折損等を引き起こすことになる。In the above-mentioned conventional permanent magnet rotor, the centrifugal force acting on the permanent magnet is received by the outer peripheral portion of the outer cylinder covering the outer periphery of the permanent magnet. In such a high speed rotation range of 100,000 rpm or more, an excessive centrifugal force is applied to the outer peripheral portion of the outer cylinder. Therefore, the centrifugal force causes a deformation in the outer peripheral portion of the outer cylinder. As a result, a gap is generated between the outer cylinder and the permanent magnet, and the permanent magnet cannot be held, and the permanent magnet may be cracked by excessive centrifugal force. there were. The cracks in this permanent magnet
This may cause the rotational balance of the rotor to be lost, which may result in breakage of the rotating shaft.
【0005】これに対処するためには、外筒の肉厚を増
やして強度を高めることが考えられるが、これによると
回転子と固定子間のギャップの増加をもたらし、当該回
転電機の効率を低下させると共に大型化を招く。In order to cope with this, it is conceivable to increase the thickness of the outer cylinder to increase the strength. However, according to this, the gap between the rotor and the stator is increased, and the efficiency of the rotary electric machine is reduced. This leads to a reduction and an increase in size.
【0006】それゆえ、本発明は当該回転電機の効率低
下及び大型化を招くことなく、永久磁石を被覆する外筒
の耐遠心強度を向上させることを、その課題とする。[0006] Therefore, an object of the present invention is to improve the centrifugal resistance of an outer cylinder that covers a permanent magnet without lowering the efficiency and increasing the size of the rotating electric machine.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】上記した技術的課題を解
決するために本発明において講じた技術的手段は、円筒
状の永久磁石と、該永久磁石の外周及び側部を被覆する
円筒状の外筒とからなる超高速回転電機の永久磁石回転
子において、該外筒の前記永久磁石側部を覆う部分に、
回転時に前記永久磁石に作用する遠心力を受容する軸方
向に延びる突部を設けたことである。The technical measures taken in the present invention to solve the above-mentioned technical problems include a cylindrical permanent magnet and a cylindrical permanent magnet covering the outer periphery and side portions of the permanent magnet. In a permanent magnet rotor of an ultra-high-speed rotating electric machine comprising an outer cylinder, a portion covering the permanent magnet side of the outer cylinder,
An axially extending projection for receiving a centrifugal force acting on the permanent magnet during rotation is provided.
【0008】上記した手段によれば、回転時に発生する
永久磁石の遠心力の一部を外筒側部の突部にて受けるた
め、外筒外周部に加わる遠心力が軽減され、外筒の耐遠
心強According to the above means, a part of the centrifugal force of the permanent magnet generated during rotation is received by the projection on the side of the outer cylinder, so that the centrifugal force applied to the outer periphery of the outer cylinder is reduced, and Centrifugal strength
【0009】度が向上される。The degree is improved.
【発明の実施の形態】以下、本発明に従った超高速回転
電機の永久磁石回転子の一実施形態を図面に基づき、説
明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a permanent magnet rotor of an ultrahigh-speed rotating electric machine according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0010】図1は、本発明に従った超高速回転電機の
永久磁石回転子を適用した回転電機付ターボチャージャ
の断面図を示す。図1において、回転電機付ターボチャ
ージャ10は、車両の原動機、或いは電気自動車におい
ては主発電機の動力源としての図示しないエンジンの吸
気管と排気管とに接続されている。回転電機付ターボチ
ャージャ10は、タービンハウジング14A、コンプレ
ッサハウジング14B、ベアリングハウジング14C及
び回転電機ハウジング14Dからなるハウジング14
と、タービンハウジング14A内に収容され、排気入口
14a1から排気ガスが導入されることにより排気ガス
エネルギーによって回転駆動されるタービンロータ11
と、コンプレッサハウジング14B内に収容され、ター
ビンロータ11と回転軸13を介して接続されてタービ
ンロータ11と一体回転するコンプレッサロータ12と
を備えている。尚、図1中、14a2、14b1、14
b2は夫々、排気出口、吸気入口、吸気出口である。回
転軸13は、タービンハウジング14Aに気密的に固定
されるベアリングハウジング14に2つのベアリング1
8a、18bを介して回転可能に支承されている。ター
ビンロータ11が回転駆動されて、回転軸13を介して
コンプレッサロータ12が回転駆動されると、図示しな
いエアクリーナから吸気入口14b1を介して導入され
た空気は圧縮され、吸気出口14b2より過給気として
図示しないエンジンに供給される。FIG. 1 is a sectional view of a turbocharger with a rotating electric machine to which a permanent magnet rotor of an ultrahigh-speed rotating electric machine according to the present invention is applied. In FIG. 1, a turbocharger with a rotating electric machine 10 is connected to an intake pipe and an exhaust pipe of an engine (not shown) as a power source of a prime mover of a vehicle or, in an electric vehicle, a main generator. The turbocharger 10 with a rotating electric machine has a housing 14 including a turbine housing 14A, a compressor housing 14B, a bearing housing 14C, and a rotating electric machine housing 14D.
And a turbine rotor 11 housed in a turbine housing 14A and driven to rotate by exhaust gas energy by introducing exhaust gas from an exhaust inlet 14a1.
And a compressor rotor 12 housed in the compressor housing 14 </ b> B, connected to the turbine rotor 11 via the rotating shaft 13, and integrally rotating with the turbine rotor 11. 1, 14a2, 14b1, 14
b2 is an exhaust outlet, an intake inlet, and an intake outlet, respectively. The rotating shaft 13 is provided with two bearings 1 on a bearing housing 14 which is hermetically fixed to a turbine housing 14A.
It is rotatably supported via 8a and 18b. When the turbine rotor 11 is driven to rotate and the compressor rotor 12 is driven to rotate via the rotary shaft 13, the air introduced from the air cleaner (not shown) via the intake port 14b1 is compressed, and the supercharged air is supplied from the intake port 14b2. Is supplied to an engine (not shown).
【0011】コンプレッサハウジング14Bとベアリン
グハウジング14C間に気密的に固定される回転電機ハ
ウジング14D内には、回転電機15が配設されてい
る。回転電機15は、ベアリング18aとコンプレッサ
ロータ12間の回転軸13上に固定される永久磁石等か
ら成る回転子16、該回転子16を包囲するようにハウ
ジング14に固定される固定子17及び該固定子17に
巻回された複数のコイル19(例えば、3相)とからな
り、電動機または発電機として選択的に作動可能なもの
である。固定子17に巻回されたコイルは、インバータ
とコンバータとを備えた交直両方向変換器から成る図示
しない電力変換器を介して図示しないバッテリに接続さ
れており、これにより、タービンロータ11が回転駆動
されて固定子17内にて回転子16が回転されると、固
定子17に巻回された各コイルに励磁作用により交流電
流が生じ、電力変換器を介してバッテリに充電される。
また、この逆に、例えば、発進時や急加速時等に固定子
17に巻回されたコイルに電流が供給されると、回転子
16が回転されてコンプレッサロータ12による過給作
動が付勢される。A rotating electric machine 15 is disposed in a rotating electric machine housing 14D which is hermetically fixed between the compressor housing 14B and the bearing housing 14C. The rotating electric machine 15 includes a rotor 16 composed of a permanent magnet or the like fixed on a rotating shaft 13 between a bearing 18a and the compressor rotor 12, a stator 17 fixed to a housing 14 so as to surround the rotor 16, and a It comprises a plurality of coils 19 (for example, three phases) wound around the stator 17 and can be selectively operated as a motor or a generator. The coil wound around the stator 17 is connected to a battery (not shown) via a power converter (not shown) including an AC / DC bidirectional converter having an inverter and a converter, thereby rotating the turbine rotor 11. When the rotor 16 is rotated in the stator 17, an alternating current is generated in each coil wound around the stator 17 by an exciting action, and the battery is charged via the power converter.
Conversely, when a current is supplied to the coil wound around the stator 17 at the time of starting or sudden acceleration, for example, the rotor 16 is rotated and the supercharging operation by the compressor rotor 12 is energized. Is done.
【0012】回転子16は、図2に示すように、回転軸
13上に固定され、磁束の通路を形成する円筒状のヨー
ク20と、該ヨーク20の外周に固定される希土類磁石
からなる円筒状の永久磁石21と、該永久磁石21の外
周及び側部を被覆する非磁性材料からなる外筒とから構
成されている。外筒は、永久磁石21の外周面を覆う円
筒部22aと永久磁石21のベアリングハウジング14
D側側部を覆う円環状部22bとを一体に有する第1外
筒22と、永久磁石21のコンプレッサハウジング14
B側側部を覆う円環状の第2外筒23とから構成されて
いる。第1外筒22は、円環状部22bの軸方向位置を
ヨーク20のベアリングハウジング14D側端部に形成
される外方フランジ部にて位置決めされて、該円環状部
22b内周部をヨーク20外周面に固定されている。ま
た、第2外筒23はその内周部を回転軸13上に固定さ
れていると共に、第1外筒22側のその外周縁部に形成
される円筒突部を第1外筒22の円筒部22aの第2外
筒23側端部外周に形成される環状溝に嵌合固定されて
いる。第1外筒22の円環状部22bの永久磁石21側
側面には、永久磁石21に作用する遠心力を受容可能な
軸方向に延びる円筒状の突部22cが形成されており、
また、第2外筒23の永久磁石21側側面には、突部2
2cと同内径の軸方向に延びる円筒状の突部23aが形
成されている。As shown in FIG. 2, the rotor 16 has a cylindrical yoke 20 fixed on the rotating shaft 13 and forming a magnetic flux passage, and a cylindrical member made of a rare earth magnet fixed to the outer periphery of the yoke 20. The permanent magnet 21 is formed of an outer cylinder made of a non-magnetic material and covering the outer periphery and side portions of the permanent magnet 21. The outer cylinder includes a cylindrical portion 22a that covers the outer peripheral surface of the permanent magnet 21 and the bearing housing 14 of the permanent magnet 21.
A first outer cylinder 22 integrally having an annular portion 22b covering the D side, and a compressor housing 14 of the permanent magnet 21;
And an annular second outer cylinder 23 that covers the B side. The first outer cylinder 22 is positioned at an axial position of the annular portion 22b by an outer flange portion formed at the end of the yoke 20 on the bearing housing 14D side, and the inner peripheral portion of the annular portion 22b is It is fixed to the outer peripheral surface. The second outer cylinder 23 has an inner peripheral portion fixed on the rotating shaft 13 and a cylindrical protrusion formed on the outer peripheral edge of the first outer cylinder 22 on the side of the first outer cylinder 22. The portion 22a is fitted and fixed in an annular groove formed on the outer periphery of the end of the second outer cylinder 23 side. A cylindrical protrusion 22c extending in the axial direction capable of receiving a centrifugal force acting on the permanent magnet 21 is formed on a side surface of the annular portion 22b of the first outer cylinder 22 on the side of the permanent magnet 21.
Further, a protrusion 2 is provided on the side surface of the second outer cylinder 23 on the permanent magnet 21 side.
An axially extending cylindrical protrusion 23a having the same inner diameter as 2c is formed.
【0013】以上の構成において、図示しないエンジン
が始動されると、タービンロータ11が排気エネルギー
により回転され、コンプレッサロータ12による過給が
開始される。このとき、回転電機15はエンジンの運転
状態に応じて、図示しないコントローラにより上記した
ように電動機又は発電機として選択的に作動される。即
ち、エンジンの低、中負荷運転時及び加速時には、回転
電機15は電動機として作動されて、コンプレッサロー
タ12による過給作動を付勢し、吸気圧を増大させてエ
ンジントルクの向上が図られる。また、エンジンの高負
荷運転時には、回転電機15は発電機として作動され
て、上記したように図示しないバッテリを充電する。In the above configuration, when an engine (not shown) is started, the turbine rotor 11 is rotated by exhaust energy, and supercharging by the compressor rotor 12 is started. At this time, the rotating electric machine 15 is selectively operated as a motor or a generator by a controller (not shown) according to the operating state of the engine as described above. That is, at the time of low, medium load operation, and acceleration of the engine, the rotating electric machine 15 is operated as an electric motor, energizing the supercharging operation by the compressor rotor 12, and increasing the intake pressure to improve the engine torque. When the engine is operating under a high load, the rotating electric machine 15 is operated as a generator to charge a battery (not shown) as described above.
【0014】上記した作動において、回転電機15の回
転子16は回転軸13と共に10万rpm以上の速度で
回転し、永久磁石21には大きな遠心力が働く。この大
きな遠心力は第1外筒22の円筒部22a(及び第2外
筒23の円筒突部)で受けられると共に、本実施形態で
は、遠心力の一部が第1外筒22の突部22c及び第2
外筒23の突部23aにて受けられる。そのため、第1
外筒22の円筒部22a及び第2外筒23の円筒突部の
遠心力による負荷が軽減されるので、10万rpm以上
の超高速回転に対しても円筒部22a及び第2外筒23
の円筒突部の耐遠心強度を向上させることができ、円筒
部22a及び第2外筒23の円筒突部の変形及び、該変
形に起因する永久磁石21の破壊を防止することができ
る。In the operation described above, the rotor 16 of the rotating electric machine 15 rotates at a speed of 100,000 rpm or more together with the rotating shaft 13, and a large centrifugal force acts on the permanent magnet 21. The large centrifugal force is received by the cylindrical portion 22a of the first outer cylinder 22 (and the cylindrical protrusion of the second outer cylinder 23), and in the present embodiment, a part of the centrifugal force is reduced by the protrusion of the first outer cylinder 22. 22c and the second
It is received by the projection 23 a of the outer cylinder 23. Therefore, the first
Since the load due to the centrifugal force of the cylindrical portion 22a of the outer cylinder 22 and the cylindrical projection of the second outer cylinder 23 is reduced, the cylindrical portion 22a and the second outer cylinder 23 can be used even at an ultra-high speed rotation of 100,000 rpm or more.
Can improve the centrifugal resistance of the cylindrical projection, and can prevent deformation of the cylindrical projection of the cylindrical portion 22a and the second outer cylinder 23 and destruction of the permanent magnet 21 due to the deformation.
【0015】また、本実施形態によれば、円筒部22a
及び第2外筒23の円筒突部の遠心力による負荷が軽減
されることから、円筒部22a及び第2外筒23の円筒
突部の肉厚の薄肉化が可能となり、それにより固定子1
7と回転子16間のギャップを小さくでき、回転電機の
小型化及び高効率化が図れる。According to the present embodiment, the cylindrical portion 22a
In addition, since the load due to the centrifugal force of the cylindrical protrusion of the second outer cylinder 23 is reduced, the thickness of the cylindrical portion 22a and the cylindrical protrusion of the second outer cylinder 23 can be reduced.
The gap between the rotor 7 and the rotor 16 can be reduced, and the size and efficiency of the rotating electric machine can be reduced.
【0016】[0016]
【発明の効果】以上の如く、本発明によれば、回転時に
発生する永久磁石の遠心力の一部を外筒側部の突部にて
受けるため、遠心力による外筒外周部の負荷が軽減され
る。これにより、10万rpm以上の超高速回転に対す
る外筒外周部の耐遠心強度を向上することができ、外筒
外周部の変形及び、該変形に起因する永久磁石の破壊を
防止することができる。As described above, according to the present invention, part of the centrifugal force of the permanent magnet generated during rotation is received by the projection on the side of the outer cylinder. It is reduced. This makes it possible to improve the centrifugal strength of the outer peripheral portion of the outer cylinder against an ultra-high speed rotation of 100,000 rpm or more, and to prevent deformation of the outer cylinder outer portion and destruction of the permanent magnet caused by the deformation. .
【0017】また、外筒外周部の遠心力による負荷が軽
減されることから、外筒外周部の肉厚の薄肉化が可能と
なり、それにより固定子と回転子間のギャップを小さく
でき、回転電機の小型化及び高効率化を図ることができ
る。Further, since the load caused by the centrifugal force on the outer peripheral portion of the outer cylinder is reduced, the thickness of the outer peripheral portion of the outer cylinder can be reduced, whereby the gap between the stator and the rotor can be reduced. The size and efficiency of the electric machine can be reduced.
【図1】本発明に従った超高速回転電機の永久磁石回転
子の一実施形態を適用した回転電機付ターボチャージャ
の断面図である。FIG. 1 is a sectional view of a turbocharger with a rotating electric machine to which an embodiment of a permanent magnet rotor of an ultrahigh-speed rotating electric machine according to the present invention is applied.
【図2】図1における回転子の詳細断面図である。FIG. 2 is a detailed sectional view of the rotor in FIG.
10 ターボチャージャ 11 タービンロータ 12 コンプレッサロータ 13 回転軸 14 ハウジング 15 回転電機 16 回転子(永久磁石回転子) 17 固定子 19 コイル 20 ヨーク 21 永久磁石 22 第1外筒(外筒) 22a 円筒部 22b 円環状部 22c 突部 23 第2外筒(外筒) 23a 突部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Turbocharger 11 Turbine rotor 12 Compressor rotor 13 Rotation shaft 14 Housing 15 Rotary electric machine 16 Rotor (permanent magnet rotor) 17 Stator 19 Coil 20 Yoke 21 Permanent magnet 22 First outer cylinder (outer cylinder) 22a Cylindrical part 22b Circle Annular portion 22c Projection 23 Second outer cylinder (outer cylinder) 23a Projection
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9073948AJPH10271725A (en) | 1997-03-26 | 1997-03-26 | Permanent magnet rotor of ultra-high speed rotating electric machine |
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9073948AJPH10271725A (en) | 1997-03-26 | 1997-03-26 | Permanent magnet rotor of ultra-high speed rotating electric machine |
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10271725Atrue JPH10271725A (en) | 1998-10-09 |
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9073948APendingJPH10271725A (en) | 1997-03-26 | 1997-03-26 | Permanent magnet rotor of ultra-high speed rotating electric machine |
| Country | Link |
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| JP (1) | JPH10271725A (en) |
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