JPWO2017154156A1 - 突極型回転子、および、回転子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
さらに、このような多段過給システムとして複数の過給機の一部、例えば、低圧側の過給器を電動機によって駆動させるものがある。また、電動コンプレッサーとタービン発電機とを併用した多段過給システムも提案されている。
この発明は、軟磁性粉末を固めて磁極部を形成する場合や、周方向において隣り合う磁極部同士の間に磁束バリア用のスリットを形成する場合であっても、引っ張り応力に対する耐性を向上させることが可能な突極型回転子、および、回転子の製造方法を提供することを目的とする。
このように構成することで、凹部補強部によって磁極部の隣り合う突出部同士の凹部を埋めることができるため、回転子の外周面を仮想円筒面に沿う円筒状に形成することができる。そのため、風損を低減して温度上昇を低減できる。さらに、筒状補強部を備えることで、遠心力が増した場合であっても凹部補強部が凹部から剥離すること抑制できる。さらに、スリットによる磁束漏れ抑制の効果を維持しつつ、スリット補強部によってスリットを補強することができる。
その結果、磁束バリア用のスリットを設けている場合であっても、引っ張り応力に対する耐性を向上させることができる。
このように構成することで、スリットによる磁束バリア効果を維持しつつ、スリット分割部によって応力集中を抑制して強度を向上させることができる。
このように構成することで、非磁性の固定部によって固定されたフィラメント部によって重量増加を抑制しつつ、フィラメント部無しで筒状補強部を形成する場合よりも強度を向上することができる。
このように磁極部が軸線方向に複数積層され、且つ、凹部補強部および筒状補強部を備えていることで、例えば、磁極部が軟磁性粉末を固めて形成され、且つ凹部補強部および筒状補強部を備えている場合と比較して、引っ張り応力に対する十分な耐性を確保できる。
このように構成することで、スリットと凹部との両方に非磁性体を同時に充填することができる。さらに、補強工程によって凹部内の非磁性体の外周面を非磁性体によって覆うため、凹部内の非磁性体を容易に補強することができる。
このように構成することで、フィラメントに非磁性体を含浸させることで、遠心方向への十分な強度が得られるため、凹部内の非磁性体を容易、且つ強固に補強することができる。
次に、この発明の第一実施形態における突極型回転子、および、回転子の製造方法を図面に基づき説明する。
図1は、この発明の第一実施形態における多段過給システムの概略構成を示す図である。図2は、この発明の第一実施形態におけるモーターの断面図である。
この第一実施形態の一例における多段過給システムは、自動車等の車両に搭載され、例えば、エンジンルーム内に配置されている。自動車等の車両に搭載される過給器は、一般に、20万rpmを超えることを想定して設計される。
高圧側過給器2は、高圧側タービン5と、高圧側コンプレッサー6と、回転軸7と、を備えている。
高圧側過給器2は、エンジン8の排気ポート(図示せず)に排気配管等を介して接続され、エンジン8の排気ガスG1のエネルギーを回転エネルギーに変換する。また、高圧側過給器2は、回転軸7を介して高圧側コンプレッサー6と接続されている。高圧側過給器2によってエネルギー回収された排気ガスG2は、低圧側過給器3へ送り込まれる。
低圧側タービン9は、発電機11を備えるいわゆるタービン発電機である。この低圧側タービン9は、高圧側タービン5から送り込まれた排気ガスG2のエネルギーを回収して回転エネルギーに変換するとともに、発電機11によって回転エネルギーを電気エネルギーに変換する。低圧側タービン9によってエネルギー回収された排気ガスG3は、排気ガスを浄化するエグゾーストシステム(図示せず)等を介して外部に排出される。低圧側タービン9の発電機11によって発電した電気エネルギーは、コンバーター4を介して車両のエネルギーストレージ12に充電される。
図2は、この発明の第一実施形態における電動機の概念図である。
図3に示すように、ローター16Aは、回転軸20と、磁極部22Aと、凹部補強部23Aと、筒状補強部24と、スリット補強部25と、を備えている。
回転軸20は、モーターケース(図示せず)の少なくとも2カ所の軸受部によって回転自在に支持されている。この回転軸20が低圧側コンプレッサー10の回転軸(図示せず)に接続されている。
基部26は、回転軸20の軸線方向に延びる、例えば筒状に形成されている。この基部26は、その中心が回転軸20の中心軸C1と一致するように回転軸20が貫通されている。
図4は、この発明の第一実施形態におけるローターの製造方法を示すフローチャートである。図5は、この発明の第一実施形態におけるワークW1を示す図3に相当する図である。図6は、この発明の第一実施形態におけるワークW2を示す図3に相当する図である。図7は、この発明の第一実施形態におけるワークW3を示す図3に相当する図である。
その後、充填された非磁性体を、例えば、所定時間待つなどにより固化させる。ここで、非磁性体を固化させる方法は、非磁性体の種類に応じて異なる。非磁性体が固化されることで、凹部補強部23Aおよびスリット補強部25が出来上がる。そして、図6に示す非磁性体が充填されたワークW2を型から取り出す。
また、固定部32によって固定されたフィラメント部31によって重量増加を抑制しつつ十分な強度を確保することができる。
また、フィラメント部31に非磁性体を含浸させることで、遠心方向への十分な強度が得られる。そのため、凹部29A内の非磁性体を容易、且つ強固に補強することができる。
スリット28は、上述した第一実施形態で例示した形状に限られない。例えば、第一変形例から第三変形例のように形成しても良い。
図8は、この発明の第一実施形態の第一変形例におけるスリットの断面図である。
図8に示すように、この第一変形例におけるスリット128は、上述したスリット分割部30(図3参照)を省略したものである。つまり、スリット128の内部空間は、回転軸20の径方向外側を向く凹状に形成されるとともに、回転軸20の周方向の両端部に向かって漸次先細りに形成されている。
図9は、この発明の第一実施形態の第二変形例におけるスリットの断面図である。
図9に示すように、この第二変形例におけるスリット228は、複数の断面矩形状の孔の組合せにより構成されている。このスリット228は、回転軸20の周方向における中央部228aが回転軸20と同心円の接線方向に延びている。さらに、スリット228は、回転軸20の周方向における第一端部228bと第二端部228cとがそれぞれ、中央部228aから離れるほど回転軸20(図9において下方に配置)の径方向外側に配置されるように傾斜している。このように形成することで、磁束バリア効果を維持したまま、スリット228の形状を単純化することができる。また、スリット228を周方向に分割するスリット分割部230も容易に形成できる。
図10は、この発明の第一実施形態の第三変形例におけるスリットの断面図である。
図10に示すように、この第三変形例におけるスリット328は、基部26Aとは別部材のスリット分割部330を備えている。このスリット分割部330は、例えば、上述した第一変形例のスリット128に対して、その長さ方向の複数箇所に嵌め合わせ等により固定すればよい。このようにスリット分割部330を形成することで、スリット分割部330を備えていない例えばスリット128等のスリットの応力集中を容易に低減させることができる。
図11は、この発明の第二実施形態におけるローターの図3に相当する断面図である。
図11に示すように、この実施形態におけるローター16Bは、回転軸20と、磁極部22Bと、凹部補強部23Bと、筒状補強部24と、を備えている。
基部26Bは、回転軸20の軸線方向に延びる、例えば筒状に形成されている。この基部26には、その中心を貫くように回転軸20が一体化されている。基部26Bは、回転軸20の径方向において一定幅を有する円筒状に形成されている。この実施形態における基部26Bには、第一実施形態のようなスリット28は形成されていない。
例えば、上述した各実施形態において、例えば、凹部補強部23A,23Bの回転軸20の軸線方向における長さを、磁極部22A,22Bよりも長く形成して、この長く形成した部分を切削してローター16A、16Bのバランスを調整するようにしても良い。
また、第一実施形態においては、磁極部22Aが積層鋼板からなる場合について説明したが、例えば、軟磁性体粉末から形成しても良い。軟磁性体粉末としては、純鉄粉、鉄基合金粉末(Fe−Al合金、Fe−Si合金、センダスト、パーマロイ等)および、アモルファス粉末等を例示できる。
また、スイッチトリラクタンスモータに限られない。例えば、シンクロナスリラクタンスモータ等にも適用できる。
さらに、上述した各実施形態では、電動機13に適用する場合について説明したが、発電機11も同様のローター16A,16Bを用いることができる。
Claims (6)
- 回転軸の軸線方向に延びる基部、及び、該基部から前記軸線の径方向外側に突出して前記回転軸の周方向に間隔をあけて複数設けられ、外周面が前記軸線を中心とした仮想円筒面に沿う突出部と、を有し、強磁性体から形成された磁極部と、
前記磁極部における互いに隣り合う突出部同士の間の凹部内に設けられて、外周面が前記仮想円筒面に沿う形状をなし、非磁性体から形成された凹部補強部と、
前記仮想円筒面に沿う前記磁極部及び前記凹部補強部の外周面を覆う筒状をなし、非磁性体から形成された筒状補強部と、
を備え、
前記磁極部は、前記基部における前記凹部の径方向内側の部位に、径方向に間隔をあけて周方向に延びる複数のスリットが形成されており、
前記スリットの内部に設けられて非磁性体からなるスリット補強部をさらに備える突極型回転子。 - 前記複数のスリットは、
それぞれ周方向で隣り合う磁極部の間を渡るように形成され、その内部空間を前記回転軸の周方向に分割するスリット分割部を備える請求項1に記載の突極型回転子。 - 前記筒状補強部は、
繊維方向が前記回転軸の周方向を向いて前記磁極部及び前記凹部補強部の外周面を覆う環状に形成されたフィラメント部と、
前記フィラメント部を固定する非磁性の固定部と、を備える請求項1又は2に記載の突極型回転子。 - 回転軸の軸線方向に延びる基部、及び、該基部から前記軸線の径方向外側に突出して前記回転軸の周方向に間隔をあけて複数設けられ、外周面が前記軸線を中心とした仮想円筒面に沿う突出部と、を有し、軸線方向に複数積層された強磁性体により形成された磁極部と、
前記磁極部における互いに隣り合う突出部同士の間の凹部内に設けられて、外周面が前記仮想円筒面に沿う形状をなし、非磁性体から形成された凹部補強部と、
前記仮想円筒面に沿う前記磁極部及び前記凹部補強部の外周面を覆う筒状をなし、非磁性体から形成された筒状補強部と、
を備える突極型回転子。 - 回転軸の軸線方向に延びる基部、及び、該基部から前記軸線の径方向外側に突出して前記回転軸の周方向に間隔をあけて複数設けられ、外周面が前記軸線を中心とした仮想円筒面に沿う突出部と、前記突出部同士の間の凹部の径方向内側に径方向に間隔をあけて周方向に延びた複数のスリットと、を有した磁極部を強磁性体により形成する磁極形成工程と、
前記凹部内、および、前記スリット内に非磁性体を充填する充填工程と、
前記軸線を中心とした仮想円筒面に沿う前記磁極部の外周面、および、前記凹部内の非磁性体の外周面を覆うように非磁性体によって補強する補強工程と、を含む回転子の製造方法。 - 前記補強工程は、
前記軸線を中心とした仮想円筒面に沿う前記磁極部の外周面、および、前記凹部内の非磁性体の外周面にフィラメントを巻回した後に、前記フィラメントに非磁性体を含浸させる工程を含む請求項5に記載の回転子の製造方法。
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