JPH0687632U - 超高速回転子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 超高速回転する回転軸に永久磁石回転子を締
付ける場合、コニカルスプリング型のワッシャとボール
ジョイントナットとを使って締付時の歪発生を抑え、温
度上昇時の緩みを防止する。 【構成】鋼材からなる回転軸上の段差１１とネジ部１２
との間に、側板２２、２３を有する熱膨張係数がマイナ
スの永久磁石性の回転子２をコニカルスプリング型のワ
ッシャ３を介してボールジョイント型のナット４により
締付けを行うが、ワッシャ３のナット４側の面は凹球面
に形成されてナット４の凸面に馴染み、締付時の軸力が
均一に伝わるように構成されている。このため、回転子
２の端面やネジ構造の精度誤差が吸収されて回転軸１が
曲ることなく、また鋼材と永久磁石との熱膨張係数の差
に基づく温度上昇時の変位はワッシャを用いた回転軸１
により吸収される。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案はターボチャージャのタービン軸に取付ける回転電機の超高速回転子に 関する。

【０００２】

【従来の技術】

近年、エンジンの排気エネルギーを利用してエンジンの吸気圧を高めるターボ チャージャが広く用いられており、この種のターボチャージャのタービン軸に回 転電機を取付け、エンジンの運転状態に応じて電動機として作動させたり、また は発電機として作動させ、エンジンのトルクアップや排気エネルギーを電力回収 することが行われている。

【０００３】 このような回転電機付ターボチャージャは例えば１０万ｒｐｍ以上の超高速回 転となるため、段差をつけた回転軸に、スラストブッシュやスリーブなどととも に永久磁石からなる回転子をナットで締付けて固着する提案が回転電機付ターボ チャージャの回転体として実開平４−９３７２７号公報に示されている。

【０００４】

【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回転体ではその磁力を強くするため、その回転子に ネオジム−鉄−バロン系の永久磁石を使用の場合、磁極と直角方向はマイナスの 線膨張係数であるため、鋼材を使った回転軸との係数の差が大きく、常温にて回 転子を回転軸に取付けてナット締めを行っても運転中の温度上昇により相対変化 が生じ、軸力低下によりナットが緩み、高速運転では危険が生ずるという問題が ある。

【０００５】 また、回転軸の中間にネジ構造を有するため、回転軸に対するネジ部の傾きや 回転子端面の平行の精度誤差などの影響を受け、ナットを強く締付けると回転軸 に曲りを生じ、精密なバランス修正時の障害となっている。特に回転電機付ター ボチャージャの回転軸は長い回転体のため軸方向の曲りは大きな問題である。

【０００６】 本考案はこのような従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は運転 中の高温度の状態でも軸力の低下を防止し、また上述のような精度誤差を有して も回転軸の曲りを無くそうとする超高速回転子を提供することにある。

【０００７】

【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、超高速回転するタービンの回転 軸にナット締めされた回転電機用の異方性線膨張係数を有する永久磁石ロータと なる超高速回転子において、前記のロータとナットとの間に介在されてナット側 に凹球面が形成されたコニカルスプリング型のワッシャと、該ワッッシャとの当 接面に前記の凹球面に対応する凸面を有するナットとにより締付けられた超高速 回転子が提供される。

【０００８】

【作用】

高速回転する鋼材の回転軸に永久磁石の回転子をナット締めする際に、ナット 側の面が凹球面になされたコニカルスプリング型のワッシャを用い、凸面を有す るボールジョイントナットで締付けたので、ワッシャの弾性力によって回転軸の バネ定数が小となり、このため高温時の熱膨張係数の差に基づく変位が吸収され て軸力が保持され、さらにワッシャとナットとの間の馴染みがよいため軸力が均 一に伝達されて精度誤差の吸収により回転軸の変形が防止される。

【０００９】

【実施例】

つぎ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。 図１は本考案にかかる超高速回転子の一実施例の回転子とその関連部分を示す 断面図であり、図２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回転 子の側面図である。

【００１０】 これらの図面において、１は高強度の鋼材からなる回転軸で、排気エネルギー により１０万ｒｐｍ以上の超高速回転するものであり、その所定位置の段差１１ とネジ部１２との間に回転子２が締付けられる。

【００１１】 回転子２は電動機構の磁石ロータで、強磁気力が要求されるため例えばネオジ ム−鉄−バロン系の永久磁石からなり、その周壁部には超高速回転時の遠心力に 耐えるＣＦＰＲ製のスリーブ２１が嵌着され、また両端面には高強度材の側板２ ２および２３が配置されて回転軸１にワッシャ３とナット４によって締着される ものである。

【００１２】 そして、ワッシャ３はコニカルスプリングタイプのもので、その右方の面、す なわちナット側は所定の半径の球面による凹面が設けられており、ナット４はボ ールジョイントタイプで、該凹面に対応する凸面が締付け面に形成されている。 したがって、この両者により回転子２を回転軸１に締付けると、ワッシャ３の凹 面にナット４の凸面が滑らかに当接し、段差１１との間の回転子２に対してワッ シャ３の弾性力とともに螺入による均一な軸力にて回転子２が締付けられるよう に構成されている。

【００１３】 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、回転軸１に取付け られた回転子２はコニカルスプリングタイプのワッシャ３を介してナット４によ り段差１１の方向に締付けられているため、回転軸１側のバネ定数がワッシャ３ の弾性力によって事実上小さくなり、図３の変位図に示す点線の方に線図が移動 する。このため運転中の高温度により回転軸１と回転子２との熱膨張係数の差に よる変位が吸収されて高軸力が保たれることになる。

【００１４】 また、本実施例ではワッシャ３とナット４との接触面は互いに対応する凹面と 凸面に形成されているため、締付時には馴染みよく均一に接して軸力が加わるの で、回転子２の端面の直角度の誤差やネジ部の精度の誤差が吸収でき、緊く締付 けても回転軸１が曲ることなく組立後の精密バランス修正が可能となる。

【００１５】 なお、図２における５は排気エネルギーを受けて駆動されるタービン翼であり 、６はコンプレッサ翼で締付ナット６１により回転軸１の他端に取付けられてお り、該回転軸１はタービン翼５と回転子２との間に配置されるフロ−ティングベ アリングなどにより超高速回転自在に軸支されるものである。

【００１６】 つぎに、本実施例における回転軸と回転子との素材の膨張係数の差による緩み 防止の他の例を説明する。図１に示す端板２３の素材に高熱膨張金属として、例 えばＦｅ基２０％のＮｉ合金の熱膨張率２０×１０^-6／Ｃ°を用いると、回転子 ２に使用のネオジム−鉄−ボロンの永久磁石ではその磁極と直角方向の線膨張係 数は−１８×１０^-6／Ｃ°のためこれを相殺することになり、軸力低下やネジの 緩みが防止できることになる。 以上、本考案を上述の実施例によって詳細に説明したが、本考案の主旨の範囲 内で種々の変形が可能であり、これらの変形を本考案の範囲から排除するもので はない。

【００１７】

【考案の効果】

上述の実施例のように本考案によれば、ターボチャージャの高速回転する鋼材 の回転軸に対し、異方性線膨張係数を有する永久磁石回転子の取付けに際して、 コニカルスプリングタイプのワッシャを介してボールジョイントナットを用いて 緊く締付けたので、線膨張係数の差により生ずる温度上昇時の変位はバネ定数が 小になった回転軸に吸収され、軸力の低下が免れるという効果がある。また回転 子の側板に線膨張係数の差を補償する高熱膨張金属を採用した場合においても、 温度上昇時の変位が打消されて軸力の低下や緩みが防止される。 さらに本考案ではボールジョイントナットに対面するワッシャ面を凹球面にし たので、ナットの締付時の軸力が均一に伝達され、回転子やネジ部の精度誤差が 吸収されて回転軸の曲りが防止される効果が得られる。

【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の回転
子関連部分の断面図である。

【図２】本実施例が適用される回転電機付ターボチャー
ジャの回転子の側面図である。

【図３】本実施例における軸力と変位との関連を示す線
図である。

【符号の説明】

１…回転軸 ２…回転子 ３…ワッシャ ４…ナット ２２、２３…側板

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】超高速回転するタービンの回転軸にナット
   締めされた回転電機用の異方性線膨張係数を有する永久
   磁石ロータとなる超高速回転子において、前記のロータ
   とナットとの間に介在されてナット側に凹球面が形成さ
   れたコニカルスプリング型のワッシャと、該ワッッシャ
   との当接面に前記の凹球面に対応する凸面を有するナッ
   トとにより締付けられたことを特徴とする超高速回転
   子。
2. 【請求項２】前記の回転軸と永久磁石素材との熱膨張係
   数の差を補債する熱膨張率を有する側板を前記ロータと
   ワッシャとの間に介在させたことを特徴とする請求項１
   記載の超高速回転子。