JPH0834682B2 - ターボチャージャ用回転電機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は内燃機関の排気エネルギーにより駆動される
ターボチャージャ用回転電機に関する。

（従来の技術） 近年、内燃機関の排気ガスの熱エネルギーを利用して
排気タービンを回転させ、排気タービンに直結したコン
プレッサを駆動して内燃機関に過給気を圧送するターボ
チャージャが多用されている。このようなターボチャー
ジャの回転軸に電動−発電機となる回転電機の回転子を
取付け、該回転電機を排気エネルギーにより駆動して電
力を発電させたり、バッテリを電源として回転電機に供
給してターボチャージャの過給作動を助勢する回転電機
付ターボチャージャが開発されている。

そして、この種の回転電機は回転子が高速回転のた
め、永久磁石よりなる回転子の周壁に遠心力による破壊
防止用の外筒を設けたり、タービン回転軸と回転子との
間に断熱部分を設けた提案が、特願昭61−95970号にタ
ーボチャージャ用発電機として示されている。

（発明が解決しようとする問題点） 上述のターボチャージャ用発電機の提案においては、
回転子に永久磁石を使用しており、タービン回転軸との
間に断熱部分を設けても、長時間の運転では高熱の排気
ガスの影響により、永久磁石の温度が上昇して減磁さ
れ、回転電機の効率が低下する欠点がある。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであ
り、その目的はターボチャージャ用回転電機の回転子と
して、超高速回転、高温度の悪条件にて使用されても、
遠心力や高温度に十分耐えるようにしたターボチャージ
ャ用回転電機を提供するにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明によれば、円柱状の強磁性体の外周壁に刻設し
た円柱軸に平行な等間隔の複数本の溝部に、かご形コイ
ルの一部となる電気の良導体を埋設し、さらに前記溝部
と良導体とを覆って外周壁面上を炭素繊維にて巻固めた
回転子を備えたターボチャージャ用回転電機が提供され
る。

（作用） 本発明によれば、回転子に永久磁石を用いずにかご形
コイルの回転子としたので、高温度による磁気力の減磁
作用が防止できるとともに、回転子の外周壁面を炭素繊
維で巻固め、さらに化学的熱分解処理により炭素繊維の
外面に炭化珪素層を設けたので、かご形コイルの遠心力
による破壊を防ぐ作用や、炭素繊維の耐熱性が向上され
る作用がある。

（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。

第１図は本発明によるターボチャージャ用回転電機の
ターボチャージャ回転軸と回転子を示す断面図、第２図
はその回転子の一例を示す説明図である。

第１図において、１はターボチャージャの回転軸で、
両端にタービン翼２とコンプレッサ翼３とが設けられ、
その中間部にベアリング1a,1bを有してターボチャージ
ャの本体に回転自在に支えられている。

４は中空円柱形の回転子で、その中空部分には回転軸
１が挿通されて固着され、後述する回転電機の固定子と
電磁的に対応して、発電機作動または電動機作動するも
のであり、高熱の排気ガスの影響から避けるため、回転
子４はベアリング1bとコンプレッサ翼３との間に設けら
れている。

第２図（ａ）は回転子の縦断面図、第２図（ｂ）は回
転子の溝部を示す斜視図であり、回転子４の主体部4aは
透磁率の良好な強磁性体素材で形成され、円柱形の外周
壁4bには複数本の溝部4cが中心軸に平行または斜めに等
間隔に刻設されている。

4dは外周壁4bの外周に巻回された炭素繊維層で、張力
に強い炭素繊維が溝部4cを覆って固く巻付けられてお
り、この巻付処理の後、所定の珪素化合物とともに高温
の処理炉中に配置し、化学的熱分解析出法（CVD処理）
により、炭素繊維層4dの外周にSiC層4eを被着させたも
のである。

4fは銅線でかご形コイルの一部をなすものであり、溝
部4cの断面形状に合せた線材を溝部4cに挿入するか、ま
たは溶融された銅を溝部4cに流し込み、後述する短絡環
とともにかご形コイルを形成してもよい。

第２図（ｃ）は回転子の一側面を示す説明図であり、
同図において4gは短絡環で、導電率の高い例えば銅材に
てリング状の円板に形成し、回転子４の両側面に設けら
れている。そして前述のように溶融された銅素材を真空
吸引法などより銅線4fとともに形成したり、またはリン
グ状円板の場合は銅線4fの対応する位置に穴をあけ、銅
線4fの端部を挿入した後、鑞付けにて機械的・電気的に
接合したものである。

第３図はこの回転子の実施例が適用される回転電機付
ターボチャージャの一例の断面図であり、６は回転子４
に対応する固定子で、所定の固定子巻線6aを有し、固定
子巻線6aに所定の交流電力が供給されると固定子４は回
転駆動され、また回転子４が所定の同期回転数を超過し
て駆動されると誘導発電機となって固定子巻線6aに電力
が誘起されるよう構成されている。

2aは排気ガス入口であり、図示していない内燃機関の
排気管からの排気ガスが圧送され、タービンハウジング
2bの内部を通過してタービン翼２を駆動して、排気ガス
出口2cより外部に排出される。

3aは吸入空気入口であり、タービン翼２と直結された
コンプレッサ翼３の回転により、コンプレッサハウジン
グ3b内で吸気を圧縮し、内燃機関の吸気管に過給気を圧
送するものである。

このように構成されたターボチャージャの回転電機の
回転子は、タービン回転数が毎分10万回転以上となる
が、第２図に示した実施例では回転子の外周壁を張力に
強い炭素繊維で巻き固め、さらに酸化防止のSiC層を設
けたので、銅材のかご形コイルの遠心力にも耐え、高温
度の排気ガスから伝導される高温の使用にも対応できる
ものである。

以上本発明を上記の一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
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、高温度下にて超高速回転となるター
ボチャージャの回転電機の回転子に永久磁石を使用しな
いため減磁作用による効率低下の虞なく、かご形コイル
を装着した回転子に炭素繊維を巻固めて、CVD処理にてS
iC層を外面に施したので、遠心力による破壊が防止で
き、高温度に対する耐熱性が向上する効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用するターボチャージャ回転軸と回
転子を示す断面図、第２図は回転子の一例を示す説明
図、第３図は回転電機付ターボチャージャの一例の断面
図である。 １……回転軸、４……回転子、4a……主体部、4c……溝
部、4d……炭素繊維層、4e……SiC層、4f……銅線、4i
……炭化珪素部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】円柱状の強磁性体の外周壁に刻設した円柱
   軸に平行な等間隔の複数本の溝部に、かご形コイルの一
   部となる電気の良導体を埋設し、さらに前記溝部と良導
   体とを覆って外周壁面上を炭素繊維にて巻固め、その炭
   素繊維外面に化学的熱分解処理にて炭化珪素層を設けた
   回転子を備えたことを特徴とするターボチャージャ用回
   転電機。
2. 【請求項２】前記等間隔の複数本の溝部を円柱軸と角度
   を持たせたことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項
   記載のターボチャージャ用回転電機。