CN117795826A - 转子以及旋转电机 - Google Patents
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Abstract
获得一种磁铁加强管的生产率高且易于确保强度的转子。该转子具有：转子轴；永磁铁，被保持在转子轴的外周；以及磁铁加强管(24)，形成为圆筒状，从外周侧覆盖永磁铁。磁铁加强管(24)具有在径向上层叠的多个层(24A、24B、24C、24D)，各层(24A、24B、24C、24D)均具有单独卷绕的多片纤维片(26)，各纤维片(26)被树脂固化。
Description
技术领域
本公开涉及一种转子以及旋转电机。
背景技术
在日本特开2005-312250号公报所记载的永磁式旋转电机的磁铁固定方法中，在通过固定单元在转子轴的外表面固定了永磁铁后，将永磁铁与转子轴一同压入圆筒状的固定环(Bind ring)中。通过该固定环覆盖永磁铁的整个外表面且紧固永磁铁并固定于转子轴。由此，能够得到相对于高速旋转时的离心力强度充分的永磁铁的固定强度，能够防止永磁铁的碎片飞散。
发明内容
发明要解决的问题
作为上述那样的固定环(磁铁加强管)的制造方法，从成本和生产率的角度来看，适于通过片材卷绕的方式进行成型。但是，在通过片材卷绕成型具有厚度的磁铁加强管的情况下，纤维片的卷绕次数变多，纤维片产生褶皱的可能性变高。若纤维片产生褶皱，则有可能导致纤维产生挠曲，强度降低。
本公开考虑到上述事实，其目的在于，得到一种磁铁加强管的生产率高且易于确保强度的转子以及旋转电机。
用于解决问题的手段
第一方式的转子具有：转子轴，永磁铁，被保持在所述转子轴的外周，以及磁铁加强管，形成为圆筒状，从外周侧覆盖所述永磁铁；所述磁铁加强管具有在径向上层叠的多个层，各所述层均具有单独卷绕的多片纤维片，各所述纤维片被树脂固化。
在第一方式中，通过形成为圆筒状的磁铁加强管从外周侧覆盖被保持在转子轴的外周的永磁铁。磁铁加强管具有在径向上层叠的多个层，各层均具有单独卷绕的多片纤维片，各纤维片被树脂固化。该磁铁加强管能够通过片材卷绕进行制造，因此能够提高生产率。而且，如上所述，多片纤维片单独卷绕在各层上，因此，各纤维片的卷绕次数变少，在纤维片上产生褶皱的可能性降低。其结果为，难以产生由褶皱引起的强度降低，因此变得易于确保磁铁加强管的强度。
第二方式的转子为，在第一方式中，各个所述纤维片的卷绕开始端部和卷绕结束端部在周向上的位置对齐，多片所述纤维片的卷绕开始端部和卷绕结束端部在周向上的位置相互对齐。
此外，权利要求2中记载的“对齐”是指只要周向上的位置大致相同即可，周向上的位置无需完全一致。权利要求3在这点上也同样。
在第二方式中，在磁铁加强管中，各个纤维片的卷绕开始端部和卷绕结束端部在周向上的位置对齐，多片纤维片彼此的卷绕开始端部和卷绕结束端部在周向上的位置相互对齐。即，多片纤维片的卷绕开始端部和卷绕结束端部在周向上的位置全部对齐，因此，例如通过片材卷绕进行的生产变得容易。
第三方式的转子为，在第一方式中，各个所述纤维片的卷绕开始端部和卷绕结束端部在周向上的位置对齐，多片所述纤维片彼此的卷绕开始端部和卷绕结束端部在周向上的位置相互错开。
在第三方式中，在磁铁加强管中，各个纤维片的卷绕开始端部和卷绕结束端部在周向上的位置对齐，但多片纤维片彼此的卷绕开始端部和卷绕结束端部在周向上的位置相互错开。由此，能够使纤维片的不连续部在周向上分散，因此，能够变得更易于确保磁铁加强管的强度。
第四方式的转子为，在第三方式中，最内侧的所述层所具有的所述纤维片的卷绕数被设定为比其他所述层所具有的所述纤维片的卷绕数多。
在第四方式中，磁铁加强管中的最内侧的层在转子旋转时应力变高，但该最内层的纤维片的卷绕数被设定为比其他层所具有的纤维片的卷绕数多。由此，能够将最内层和与其相邻的层之间的纤维片的不连续部配置在外周侧，因此，变得易于更进一步确保磁铁加强管强度。
第五方式的转子为，在第一方式中，各个所述纤维片的卷绕开始端部和卷绕结束端部在周向上的位置错开，多片所述纤维片彼此的卷绕开始端部在周向上的位置相互错开。
在第五方式中，在磁铁加强管中，各个纤维片的卷绕开始端部和卷绕结束端部在周向上的位置错开，多片纤维片彼此的卷绕开始端部在周向上的位置相互错开。由此，能够使纤维片的不连续部在周向上分散，因此变得更易于确保磁铁加强管的强度。
第六方式的转子为，在第一方式～第五方式中的任意1个方式中，最内侧的所述层是由弹性、强度以及纤维含有率比其他所述层高的预浸片构成的。
在第六方式中，在磁铁加强管中，仅转子旋转时的应力最高的最内层使用弹性、强度以及纤维含有率高的预浸片。由此，与所有的层使用弹性、强度以及纤维含有率高的预浸片的情况相比，能够以低成本确保磁铁加强管的强度。
第七方式的转子为，在第一方式～第六方式中的任意1个方式中，所述转子具有由在所述磁铁加强管的外周面以螺旋状卷绕的预浸带构成的层。
在第七方式中，由在磁铁加强管的外周面以螺旋状卷绕的预浸带构成的层的纤维在周向上连续，卷绕开始端部和卷绕结束端部在轴向上错开位置。通过该预浸带层，能够防止或抑制纤维片从最外层剥离。
第八方式的转子为，在第一方式～第六方式中的任意1个方式中，所述转子具有由在所述磁铁加强管的外周面以螺旋状卷绕的丝束预浸料构成的层。
在第八方式中，由在磁铁加强管的外周面以螺旋状卷绕的丝束预浸料构成的层的纤维在周向上连续，卷绕开始端部和卷绕结束端部在轴向上错开位置。通过该丝束预浸料层，能够防止或抑制纤维片从最外层剥离。
第九方式的旋转电机具有第一方式～第八方式中的任意1个方式的转子以及相对于所述转子产生旋转磁场的定子。
在第九方式中，转子通过定子所产生的旋转磁场而旋转。该转子是第一方式～第八方式中的任意1个方式的转子，因此能够获得上述效果。
发明的效果
如以上说明的那样，在本公开的转子以及旋转电机中，磁铁加强管的生产率高且易于确保强度。
附图说明
图1是示出第一实施方式的旋转电机的主要部分的结构的剖视图。
图2是示出第一实施方式的转子的结构的剖视图，是与沿着图1的F2-F2线的剖面相对应的图。
图3是示意性地示出第一实施方式的转子所具有的磁铁加强管的结构的剖视图。
图4是示意性地示出第二实施方式的转子所具有的磁铁加强管的结构的剖视图。
图5是示意性地示出第三实施方式的转子所具有的磁铁加强管的结构的剖视图。
图6是示意性地示出第四实施方式的转子所具有的磁铁加强管的结构的剖视图。
图7是示出第五实施方式的转子的结构的侧视图。
图8是示意性地示出第六实施方式的转子所具有的磁铁加强管的结构的剖视图。
具体实施方式
＜第一实施方式＞
以下，参照图1～图3说明本公开的第一实施方式的旋转电机10。如图1所示，本实施方式的旋转电机10是在转子12的外周保持有永磁铁20的表面磁铁型(SurfacePermanent Magnetic；SPM)马达。该旋转电机10具有转子12、相对于转子12产生旋转磁场的定子14以及容纳转子12和定子14的壳体16。此外，在图1中，概略地记载了定子14。
如图1以及图2所示，转子12具有转子轴18、被保持在转子轴18的外周的多个永磁铁20以及从外周侧覆盖多个永磁铁20的磁铁加强管24。该转子12通过定子14产生的旋转磁场，绕转子轴18的轴线旋转。此外，转子12也可以构成为具有1个环状的永磁铁20以代替多个永磁铁20。在图1以及图2中，为了易于观察附图，省略了转子轴18的剖面的剖面线。
转子轴18的轴线方向的中央部作为磁铁安装部18A。作为一个示例，磁铁安装部18A形成为直径比转子轴18的轴线方向两端部18B的直径大。用于构成磁极的多个永磁铁20沿着转子轴18的周向配设在磁铁安装部18A的外周面。多个永磁铁20例如通过粘接剂固定在磁铁安装部18A的外周面。
在多个永磁铁20的外周安装有磁铁加强管24。磁铁加强管24是纤维片被树脂固化而制造的纤维强化树脂(Fiber Reinforced Plastics；FRP)制成的管，形成为圆筒状。磁铁加强管24覆盖多个永磁铁20的整个外周面，将多个永磁铁20向磁铁安装部18A侧紧固，牢固地固定在磁铁安装部18A上。
该磁铁加强管24是通过片材卷绕(sheet winding)而制造出的。在片材卷绕中，使用使作为基体树脂的热固性树脂含浸在纤维片中并使该树脂半固化而成的预浸片(prepreg sheet)。在该片材卷绕中，将预浸片缠绕在模具上，通过固化炉使其热固化之后，通过脱芯机使FRP管从模具分离。作为上述纤维片，能够举出碳纤维片、玻璃纤维片、芳纶纤维片等。作为上述热固性树脂，能够举出环氧树脂、酚醛树脂、不饱和聚酯树脂等。
以上述方式制造的磁铁加强管24的内径形成为比固定在转子轴18上的多个永磁铁20的外径稍小，设定有过盈量。向制造出的磁铁加强管24的内侧压入固定在转子轴18上的多个永磁铁20。该压入例如使用未图示的压入装置。通过该压入，多个永磁铁20的外周面的整体被磁铁加强管24覆盖，且多个永磁铁20被紧固而牢固地固定在转子轴18的磁铁安装部18A上。
如图3所示，上述磁铁加强管24具有在径向上层叠的多个(这里是4个)层24A、24B、24C、24D，在各层24A、24B、24C、24D上均具有单独卷绕的多片纤维片26，各纤维片26被树脂固化。各纤维片26的卷绕数设定为例如3周～6周左右。另外，各纤维片26的卷绕方向(图3所示的例子中为顺时针方向)是与转子12的旋转方向相反的方向。此外，在图3中，为了便于说明，将磁铁加强管24的径向的厚度图示得大，而实际上，磁铁加强管24的径向的厚度被设定为与磁铁加强管24的内外径相比足够小。
在本实施方式中，作为一个示例，各个纤维片26的卷绕开始端部26B和卷绕结束端部26E在周向上的位置对齐，多片纤维片26彼此的卷绕开始端部26B和卷绕结束端部26E在周向上的位置相互对齐。即，多片纤维片26的卷绕开始端部26B和卷绕结束端部26E在周向上的位置全部对齐。该“对齐”是指只要周向上的位置大致相同即可，周向上的位置无需完全一致。
(作用以及效果)
在上述结构的旋转电机10中，转子12具有转子轴18、被保持在转子轴18的外周的多个永磁铁20以及形成为圆筒状并从外周侧覆盖了多个永磁铁20的磁铁加强管24。通过该磁铁加强管24，多个永磁铁20向转子轴18侧被紧固，从而牢固地固定在转子轴18上。由此，能够获得高机械强度。而且，由于通过磁铁加强管24覆盖多个永磁铁20的整个外周面，所以防止了因上述离心力而破坏永磁铁20。而且，即使永磁铁20被破坏，也能够防止永磁铁20的碎片飞散至旋转电机10的内部。
上述磁铁加强管24具有在径向上层叠的多个层24A、24B、24C、24D，各层24A、24B、24C、24D均具有单独卷绕的多片纤维片26，各纤维片26被树脂固化。该磁铁加强管24是通过片材卷绕进行制造的，所以能够提高生产率。而且，如上所述，多片纤维片26在各层24A、24B、24C、24D上单独卷绕，因此，各纤维片26的卷绕次数变少，在纤维片26上产生褶皱的可能性降低。其结果为，难以产生由褶皱引起的强度降低，因此变得易于确保磁铁加强管24的强度。
另外，在本实施方式中，在上述磁铁加强管24中，各个纤维片26的卷绕开始端部26B和卷绕结束端部26E在周向上的位置对齐，多片纤维片26彼此的卷绕开始端部26B和卷绕结束端部26E在周向上的位置相互对齐。即，多片纤维片26的卷绕开始端部26B和卷绕结束端部26E在周向上的位置全部对齐，因此例如片材卷绕的生产变得容易。
接着，说明本公开的其他实施方式。此外，关于与已说明的实施方式基本相同的结构以及作用，赋予与已说明的实施方式相同的附图标记，并省略其说明。
＜第二实施方式＞
在图4中，用示意性的剖视图示出本公开的第二实施方式的转子所具有的磁铁加强管24的结构。在第二实施方式中的磁铁加强管24中，各个纤维片26的卷绕开始端部26B和卷绕结束端部26E在周向上的位置对齐，但是多片(在此为4片)纤维片26彼此的卷绕开始端部26B和卷绕结束端部26E在周向上的位置以等角度相互错开。在该实施方式中，作为一个示例，多片纤维片26彼此的卷绕开始端部26B和卷绕结束端部26E在周向上的位置以大致等角度(在此是约90度)相互错开。在该实施方式中，由于上述以外的结构与第一实施方式相同，所以能够得到与第一实施方式基本相同的作用以及效果。而且，在该实施方式中，能够使纤维片26的作为不连续部的卷绕开始端部26B以及卷绕结束端部26E在周向上分散，因此，变得更易于确保磁铁加强管24的强度。
＜第三实施方式＞
在图5中，用示意性的剖视图示出本公开的第三实施方式的转子所具有的磁铁加强管24的结构。在第三实施方式中的磁铁加强管24中，各纤维片26的卷绕开始端部26B和卷绕结束端部26E在周向上的位置被设定为与第二实施方式的磁铁加强管24相同。但是，最内侧的层26A所具有的纤维片26被设定为卷绕数比其他层24B、24C、24D所具有的纤维片26的卷绕数多。在该实施方式中，由于上述以外的结构与第二实施方式相同，所以能够得到与第二实施方式基本相同的作用以及效果。而且，最内侧的层26A所具有的纤维片26的卷绕数被设定得多，由此能够将最内侧的层26A和与其相邻的层26B之间的纤维片26的不连续部配置在外周侧，因此，变得易于更进一步确保磁铁加强管24的强度。此外，在该实施方式中，也可以与第一实施方式同样地，使各纤维片26的卷绕开始端部26B和卷绕结束端部26E在周向上的位置对齐。
＜第四实施方式＞
在图6中，用示意性的剖视图示出本公开的第四实施方式的转子所具有的磁铁加强管24的结构。在第四实施方式中的磁铁加强管24中，各个纤维片26的卷绕开始端部26B和卷绕结束端部26E在周向上的位置错开，多片纤维片26彼此的卷绕开始端部26B在周向上的位置以等角度相互错开。在该实施方式中，作为一个示例，多片纤维片26彼此的卷绕开始端部26B在周向上的位置以大致等角度(在此是约90度)相互错开。在该实施方式中，由于上述以外的结构与第一实施方式相同，所以能够得到与第一实施方式基本相同的作用以及效果。而且，在该实施方式中，能够使纤维片26的作为不连续部的卷绕开始端部26B以及卷绕结束端部26E在周向上分散，因此，变得更易于确保磁铁加强管24的强度。
＜第五实施方式＞
在图7中，用侧视图示出本公开的第五实施方式的转子12的结构。第五实施方式的转子12构成为，对第一实施方式～第四实施方式中的任意1个实施方式的转子12追加了预浸带(prepreg tape)28的层。该预浸带28的层是由在磁铁加强管24的外周面以螺旋状卷绕的预浸带28构成的层。在该实施方式中，由于上述以外的结构与上述任意1个实施方式相同，所以能够得到与上述任意1个实施方式基本相同的作用以及效果。而且，预浸带28的层的纤维在周向上连续，未图示的卷绕开始端部和卷绕结束端部在转子12的轴向上错开位置。通过该预浸带28的层，能够防止或抑制纤维片26从最外层剥离。
此外，在上述第五实施方式中，也可以构成为设置有由丝束预浸料(tow prepreg)30构成的层，以代替预浸带28的层。该由丝束预浸料30构成的层由于是由在磁铁加强管24的外周面以螺旋状卷绕的丝束预浸料30构成的层，所以与上述第五实施方式同样地，能够防止或抑制纤维片26从最外层剥离。
＜第六实施方式＞
在图8中，用示意性的剖视图示出本公开的第六实施方式的转子12所具有的磁铁加强管24的结构。在第六实施方式中的磁铁加强管24中，在多片纤维片26中包含卷绕方向相反的纤维片。具体地说，在最外侧的层24D中，纤维片26的卷绕方向为图8的逆时针方向，转子12的旋转方向为图8的顺时针方向。在该实施方式中，由于上述以外的结构与第一实施方式相同，所以能够得到与第一实施方式基本相同的作用以及效果。而且，由于最外侧的层24D的纤维片26的卷绕方向被设定为与转子12的旋转方向相反，所以能够防止或抑制由转子12旋转时的空气阻力引起的最外层的纤维片26的剥离。
此外，在所述各实施方式的磁铁加强管24中，也可以构成为，仅转子12旋转时的应力最高的最内部的层24A使用弹性、强度以及纤维含有率高的预浸片。由此，与所有的层24A、24B、24C、24D使用弹性、强度以及纤维含有率高的预浸片的情况相比，能够以低成本确保磁铁加强管24的强度。
另外，在所述各实施方式中，各层24A、24B、24C、24D的纤维片26的卷绕数被设定为3周～6周左右，但不限于此，各纤维片26的卷绕数能够适当变更。
此外，本公开能够在不超出其主旨的范围内进行各种变更并实施。另外，毫无疑问，本公开的权利范围不受所述各实施方式限定。
另外，2021年7月28日申请的日本专利申请2021-123668号所公开的全部内容通过参照的形式被援引至本说明书中。本说明书中记载的全部文献、专利申请及技术规格，与具体且单独记载了通过参照的形式援引各个文献、专利申请及技术规格的情况相同程度地，通过参照的形式援引至本说明书中。
Claims (9)
1.一种转子，其中，具有：
转子轴，
永磁铁，被保持在所述转子轴的外周，以及
磁铁加强管，形成为圆筒状，从外周侧覆盖所述永磁铁；
所述磁铁加强管具有在径向上层叠的多个层，各所述层均具有单独卷绕的多片纤维片，各所述纤维片被树脂固化。
2.根据权利要求1所述的转子，其中，
各个所述纤维片的卷绕开始端部和卷绕结束端部在周向上的位置对齐，
多片所述纤维片彼此的卷绕开始端部和卷绕结束端部在周向上的位置相互对齐。
3.根据权利要求1所述的转子，其中，
各个所述纤维片的卷绕开始端部和卷绕结束端部在周向上的位置对齐，
多片所述纤维片彼此的卷绕开始端部和卷绕结束端部在周向上的位置相互错开。
4.根据权利要求3所述的转子，其中，
最内侧的所述层所具有的所述纤维片的卷绕数被设定为比其他所述层所具有的所述纤维片的卷绕数多。
5.根据权利要求1所述的转子，其中，
各个所述纤维片的卷绕开始端部和卷绕结束端部在周向上的位置错开，
多片所述纤维片彼此的卷绕开始端部在周向上的位置相互错开。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的转子，其中，
最内侧的所述层是由弹性、强度以及纤维含有率比其他所述层高的预浸片构成的。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的转子，其中，
所述转子具有由在所述磁铁加强管的外周面以螺旋状卷绕的预浸带构成的层。
8.根据权利要求1～6中任一项所述的转子，其中，
所述转子具有由在所述磁铁加强管的外周面以螺旋状卷绕的丝束预浸料构成的层。
9.一种旋转电机，其中，具有：
权利要求1～8中任一项所述的转子；以及
定子，相对于所述转子产生旋转磁场。
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