(57)【要約】【課題】従来の永久磁石型回転子構造では、回転子が超高速にて回転すると、永久磁石片の両端を押さえる機能をなすと同時に回転子の回転バランスをとるため削りとられる部分を提供するリングが強力な遠心力の作用により拡径して浮動し、回転バランスがくずれる恐れがあることに対処する。【解決手段】永久磁石片を担持するドラムを設け、ドラムは非磁性材料よりなるドラム原体をその軸端部を除いて熱処理により磁性化するか、または磁性材料よりなるドラム原体の軸端部を熱処理により非磁性化したものとする。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転電機の永久磁石型回転子にして、永久磁石片を担持するドラムを有し、該ドラムは非磁性材料よりなる原体をその少なくとも一方の軸端部を除いて熱処理により磁性化したものであることを特徴とする永久磁石型回転子。
【請求項２】
回転電機の永久磁石型回転子にして、永久磁石片を担持するドラムを有し、該ドラムは磁性材料よりなる原体の少なくとも一方の軸端部を熱処理により非磁性化したものであることを特徴とする永久磁石型回転子。
【請求項３】
前記永久磁石片を包囲してこれを前記ドラムの周りに保持するスリーブを有し、該スリーブは軸端部にて前記ドラムの軸端部の周りに係合していることを特徴とする請求項１または２に記載の永久磁石型回転子。
【請求項４】
回転子は回転電機付き過給機の該回転電機の回転子であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の永久磁石型回転子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機、発電機、または電動発電機の如く回転子とそれを囲む固定子を有する回転式の電気機械（以下これらを総称して回転電機という）に係り、特にその永久磁石型の回転子に係る。
【０００２】
【従来の技術】
回転電機の回転子として、軸の周りに永久磁石片を環状に配列した永久磁石型回転子は既に周知であり、そのような回転子に関するいくつかの改良が上記の特許文献１〜３に於いて提案されている。このうち特許文献１は、永久磁石片の長方形輪郭の周縁に沿った所定の領域にレーザーまたは電子ビームを照射して局部加熱を行い、照射領域を脱磁して所望の磁気特性を得ることを提案するものである。特許文献２は、永久磁石片を包み込む外筒の両端部をディスク状端板のフランジ状の周縁部に嵌め込むことにより永久磁石片に対し強固なハウジングを構成することを提案するものである。特許文献３は、過給機に組み込まれる回転電機の組立てに於いて、回転軸上に取り付けられた状態にて回転子を着磁し、主要な回転部分を一体化した状態でセンターハウジング内に組み込むことにより組み立て作業を効率化することを提案するものである。
【０００３】
永久磁石型回転子は軽量に構成されるので、高速回転に適しており、毎分１０万回転を優に超えるような高速回転を行う内燃機関の過給機に回転電機が組み込まれる場合、その回転子は通常永久磁石型回転子とされる。図３はそのような回転電機を組み込んだ過給機の一例を示す解図的断面図である。図に於いて１０はタービン部であり、１２は圧縮機部であり、１４が回転電機部である。タービン部のタービンロータ１６と圧縮機部の圧縮機インペラ１８と回転電機部の回転子２０とが一体に連結された過給機ロータは、タービンロータと回転子との間の軸部２２にて軸受２４により回転式に支持され、圧縮機インペラと回転子との間の軸部２６にて軸受２８により回転式に支持されている。回転電機１４は回転子２０の周りに設けられた固定子３０を有している。尚、図３に於いては、固定子はコアの部分にてのみ示されており、コイルは図を簡単にするため省略されている。
【０００４】
図４は回転子２０の部分を拡大して示す解図的断面図である。図に於いて、３２が永久磁石片であり、一般に軸部２２と２６の間の軸部２３に同心の円筒体が周方向に沿って複数個に分割された円弧板形状をしており、各永久磁石片は回転子の中心軸線に近い側と該中心軸線より遠い側とが相反極性に磁化され、これらの集合により回転子は半周にて外面がＮ極を呈し、残る半周にて外面がＳ極を呈するようになっている。永久磁石片３２の半径方向内側には磁性材よりなる層３４が設けられている。３６は一連の永久磁石片３２を一体に囲み、各永久磁石片を回転子の回転に伴いそれに作用する遠心力に抗して保持するスリーブであり、磁性材より作られている。
【０００５】
３８は一連の永久磁石片３２の軸線方向両端に当接し、これらの軸線方向位置を保持する一対のリングである。図示の例に於いては、リング３８は磁性材層３４の周りに着座しているが、かかるリングは、磁性材層３４の軸線方向長さが永久磁石片と同じとされることにより、軸部２２上に直接着座していてもよい。リング３８は非磁性材より作られている。その理由は、かかるリングは永久磁石片の軸線方向位置を保持する作用をなす部材であると同時に、回転子の軸線周りの回転バランスをとるため適宜の位置にて質量減らし用に削りとられる部分を提供するための部材であり、削り取られた削りくずが磁性により周りに付着しないようにするためである。
【特許文献１】
特開平１０−４２４９８号公報
【特許文献２】
特開平４−１８３２３８号公報
【特許文献３】
特開２０００−１４５４６９公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図４に例示したような従来の回転子構造では、リング３８は僅かの面積にて磁性層３４と接触しているので（リング３８が軸部２２上に直接装着されている場合にも同様）、回転子が内燃機関の過給機に組み込まれた回転電機の回転子の場合の如く毎分１０万回転を優に超えるような高速にて回転されると、リング３８は強力な遠心力の作用により拡径し、予め磁性層３４の周りにきつく嵌め合わされていても、両者間の摩擦力が失われ、回転方向に浮動して回転子全体に対するその相対的回転位置が変化し、リング３８の一部の削除によって達成されていた回転バランスが失われ、或いは逆に新たなアンバランスが生ずる恐れがある。そのようなリング３８の浮動を阻止するため、リングの一部に何らかの係止手段を施すと、そこに応力集中が生じ、リングや磁性層或いは回転子軸の耐久性が損なわれる恐れがある。
【０００７】
本発明は、上記の問題に着目し、この点に関し改良された回転電機の永久磁石型回転子を提供することを課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するものとして、本発明は、回転電機の永久磁石型回転子にして、永久磁石片を担持するドラムを有し、該ドラムは非磁性材料よりなる原体をその少なくとも一方の軸端部を除いて熱処理により磁性化したものであることを特徴とする永久磁石型回転子、または、回転電機の永久磁石型回転子にして、永久磁石片を担持するドラムを有し、該ドラムは磁性材料よりなる原体の少なくとも一方の軸端部を熱処理により非磁性化したものであることを特徴とする永久磁石型回転子を提供するものである。尚、上記の原体とは、ドラムが少なくとも一方の軸端部にて非磁性であり、その他の部分にて磁性である仕上がり状態となる前の、全体が非磁性であるかまたは全体が磁性である状態の物体を意味する。
【０００９】
上記の如き永久磁石型回転子は、更に前記永久磁石片を包囲してこれを前記ドラムの周りに保持するスリーブを有し、該スリーブは軸端部にて前記ドラムの軸端部の周りに係合していてよい。
【００１０】
上記の如き本発明による永久磁石型回転子は、回転電機付き過給機の該回転電機の回転子であってよい。
【００１１】
【発明の作用及び効果】
上記の如く、回転電機の永久磁石型回転子が、永久磁石片を担持するドラムを有し、該ドラムが非磁性材料よりなる原体をその少なくとも一方の軸端部を除いて熱処理により磁性化したものであるか、または該ドラムが磁性材料よりなる原体の少なくとも一方の軸端部を熱処理により非磁性化したものであるよう構成されれば、回転子の回転軸の周りに永久磁石片を配置する機能を果たすと当時に回転子の回転バランスをとるため材料の一部削除を許す部分を提供するドラムは、図４に例示したような従来の永久磁石型回転子に於ける磁性層３４とリング３８とを一体にした構造に造られるので、リング３８に相当する部分はそのような一体構造の連続した一部となり、そこに強力な遠心力が作用しても、永久磁石片支持構造は安定した状態に保たれ、一度達成された回転バランスは安定して保持される。尚、上記の通り、ドラムなる物体は、図４に例示したような従来の永久磁石型回転子に於ける磁性層３４とリング３８とを一体にしたものであり、ドラム自体が一体物であることに限られるものではない。ドラム自体も一体物に作られれば、強度上好ましいが、組み立て上の都合からドラムは複数個に分割され、それらが組み合わされる構造とされてもよい。
【００１２】
また永久磁石片を回転子に於ける所定の半径方向位置、周方向位置および軸線方向位置に位置決めして保持する手段がドラムという構造体に一体化されるので、回転子はその構造的また強度的安定性を大きく増大させ、回転子の作動性能および耐久性が大きく改善される。
【００１３】
また、上記の如きドラムなる構造体に永久磁石片を包囲してこれをドラムの周りに保持するスリーブが軸端部にて該ドラムの軸端部の周りに係合するよう組み合わされると、筒状に配列された一連の永久磁石片を包み込む形の糸巻き状内筒と円筒状外筒とを軸端部にて組み合わせた二重筒構造体が形成されるので、回転子の高速回転に対する構造的安定性と強度は更に大きく改善される。
【００１４】
従って、本発明による回転子の構造は、毎分の回転数が１０万回転を優に超え、場合によっては毎分２０万回転にも達するような高速回転を行う内燃機関過給機の回転電機に適用されるときには、過給機の作動性能および耐久性を大きく増進させることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明による回転電機回転子の第一の実施の形態を、図４に図解した従来の回転子構造例に対比させて示す概略図である。図１に於いて図４に示す部分に対応する軸部２３、固定子コア３０、永久磁石片３２、スリーブ３６は、図４に於けると同じ符号により示されている。この実施の形態の於いては、図４の従来例に於ける磁性層３４と一対のリング３８とを合わせたものに相当する部分が、始め非磁性である材料によりドラム１００として作られ、その後、図にてハッチングにより仕分けられた両端部に於ける部分１０２を除きその他の部分１０４に於いて磁性となるように熱処理される。尚、図示の実施の形態では、スリーブ３６は、図４の従来例に於けるスリーブ３６に対比してドラム１００の両方の端部１０２を覆う長さに延長されており、ドラムの両端部にその外周面より係合することによりドラムとスリーブとの強固な二重筒結合構造を達成している。
【００１６】
非磁性の材料を熱処理により磁性にすることは、例えば非磁性であるオーステナイト系ステンレス鋼材を加熱して冷却し、その冷却速度を制御することによりいずれも磁性であるフェライト、セメンタイト、マルテンサイトに変態させることにより可能である。この場合、鋼材をオーステナイトの状態から徐冷するとフェライトとセメンタイトが交互に層状に生成し、冷却速度が速くなるにしたがってフェライトとセメンタイトが次第に細く混合していき、ある冷却速度以上になるとマルテンサイトが生成される。鋼材の如き材料の一部にのみ加熱と冷却の熱処理を施すには、材料の非加熱部を強力に冷却しつつ加熱部を加熱して熱処理を行なえばよい。
【００１７】
図２は、本発明による回転電機回転子の第二の実施の形態を、図１と同様に図４に図解した従来の回転子構造例に対比させて示す概略図である。図２に於いても図４に示す部分に対応する軸部２３、固定子コア３０、永久磁石片３２、スリーブ３６は図４に於けると同じ符号により示されている。この実施の形態の於いては、図４の従来例に於ける磁性層３４と一対のリング３８とを合わせたものに相当する部分が、始め磁性である材料によりドラム２００として作られ、その後、図にてハッチングにより仕分けられた両方の端部２０２に於いて非磁性となるように熱処理され、その他の部分２０４は始めからの磁性状態に保たれる。尚、スリーブ３６が長くされてドラムの両端にその外周面より係合することによりドラムとスリーブとの強固な二重筒結合構造を達成している点は、図１に示す実施の形態に於けると同様である。
【００１８】
磁性の材料の一部を熱処理により非磁性とすることは、例えば準安定オーステナイト系ステンレス鋼材に強い加工を施してマルテンサイト化し、その後、非磁性とされるべき部分のみを高周波加熱等により加熱することにより達成される。
【００１９】
以上に於いては本発明を二つの実施の形態について詳細に説明したが、これらの実施の形態について本発明の範囲内にて種々の変更が可能であることは当業者にとって明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による回転電機回転子の第一の実施の形態を示す概略図。
【図２】本発明による回転電機回転子の第二の実施の形態を示す概略図。
【図３】回転電機を組み込んだ過給機の従来例を示す解図的断面図。
【図４】図３に示す回転電機の回転子の部分を拡大して示す解図的断面図。
【符号の説明】
１０…タービン部、１２…圧縮機部、１４…回転電機部、１６…タービンロータ、１８…圧縮機インペラ、２０…回転子、２２…軸部、２４…軸受、２６…軸部、２８…軸受、３０…固定子、３２…永久磁石片、３４…磁性層、３６…スリーブ、３８…リング、１００…ドラム、１０２…非磁性部、１０４…磁性部、２００…ドラム、２０２…非磁性部、２０４…磁性部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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