DE102018005141A1

DE102018005141A1 - Rotor und drehende elektrische Maschine

Info

Publication number: DE102018005141A1
Application number: DE102018005141.3A
Authority: DE
Inventors: Shinobu TAKANO; Takafumi KAJIYA; Hisashi Maeda
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2017-07-26
Filing date: 2018-06-28
Publication date: 2019-01-31
Also published as: CN208226704U; JP6693917B2; JP2019030060A; US10594194B2; CN109309416B; US20190036430A1; CN109309416A

Abstract

Es wird ein Rotor bereitgestellt, bei dem eine Ablösung einer Faser aus einem faserverstärkten Kunststoff, aus dem ein Halteelement ausgebildet ist, durch Winddruck verhindert werden kann. Ein Rotor 30 umfasst ein Drehelement 32; mehrere an einem äußeren Umfang des Drehelements 32 angeordnete Dauermagnete 312; ein an einer äußeren Umfangsfläche der Dauermagnete 312 vorgesehenes Halteelement 313 zum Halten der Dauermagnete 312, wobei das aus einem faserverstärkten Kunststoff ausgebildete Halteelement 313 eine zylindrische Form aufweist; und Abdeckelemente 314, die zumindest beide Endabschnitte in einer Längsrichtung D1 des Halteelements 313 abdecken.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor und eine drehende elektrische Maschine, die den Rotor umfasst.
Verwandte Technik
Als ein Typ eines Motors, bei dem ein Dauermagnet für einen Rotor verwendet wird, ist ein Motor eines SPM-Typs (SPM, surface permanent magnet, Oberflächen-Dauermagnet) bekannt, bei dem ein Dauermagnet an einem äußeren Umfang eines rotierenden Elements (einer Manschette, einer Drehachse oder dergleichen) angeordnet ist. Bei diesem Motor des SPM-Typs ist ein Halteelement so vorgesehen, dass es einen äußeren Umfang des Dauermagneten so bedeckt, dass ein Abfallen des Dauermagneten von dem Rotor aufgrund der Zentrifugalkraft bei einer hohen Drehzahl verhindert wird. Als Halteelement wird verbreitet faserverstärkter Kunststoff (FRP (fiber reinforced plastic)), insbesondere (nachstehend auch als „CFRP“ (carbon fiber reinforced plastic) bezeichneter) kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff verwendet, da faserverstärkter Kunststoff eine hohe Festigkeit und ein geringes Gewicht aufweist sowie aus anderen Gründen. Ein Motor, der ein aus CFRP ausgebildetes Halteelement umfasst, wurde vorgeschlagen (beispielsweise siehe Patentschrift 1).
Patentschrift 1: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Veröffentlichung Nr. H11-89142
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Das Halteelement wird beispielsweise durch Wickeln eines in Bandform ausgebildeten Faserbündels aus CFRP zusammen mit einem Harz auf eine röhrenförmige Aufnahme geformt. Das von der Aufnahme gezogene Halteelement wird entsprechend einer Länge des Rotors geschnitten. Wenn bei dem an dem Rotor montierten Halteelement ein abgeschnittenes Stück der Faser an einer Schnittfläche des CFRP freiliegt, kann sich das abgeschnittene Stück durch den aufgrund der Drehung des Rotors erzeugten Winddruck ablösen, und die Ablösung der Faser kann von dem abgelösten Abschnitt als Ausgangspunkt auf das gesamte Halteelement übergreifen. Ein derartiges Phänomen kann ähnlich auch auftreten, wenn das Halteelement durch spiralförmiges Wickeln der Faser aus dem CFRP auf den äußeren Umfang des Dauermagneten und Aufbringen eines Harzes auf die Oberfläche oder dergleichen erzeugt wird.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Rotor, bei dem eine Ablösung einer Faser aus einem faserverstärkten Kunststoff, aus dem ein Halteelement ausgebildet ist, aufgrund von Winddruck verhindert werden kann; und eine drehende elektrische Maschine bereitzustellen.

(1) Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor (beispielsweise einen später beschriebenen Rotor 30), der umfasst: ein Drehelement (beispielsweise eine später beschriebene Drehachse 32); mehrere Dauermagnete (beispielsweise später beschriebene Dauermagnete 312), die an einem äußeren Umfang des Drehelements angeordnet sind; ein Halteelement (beispielsweise ein später beschriebenes Halteelement 313), das auf einer äußeren Umfangsseite der Dauermagnete vorgesehen ist und die Dauermagnete hält, wobei das aus einem faserverstärkten Kunststoff ausgebildete Halteelement eine zylindrische Form aufweist; und Abdeckelemente (beispielsweise später beschriebene Abdeckelemente 314), die zumindest beide Endabschnitte in einer Längsrichtung (beispielsweise einer später beschriebenen Längsrichtung D1) des Halteelements abdecken.
(2) Bei dem Rotor gemäß (1) kann eine Längsrichtung (beispielsweise eine später beschriebene Längsrichtung D2) einer in dem faserverstärkten Kunststoff enthaltenen Faser so konfiguriert sein, dass sie die Längsrichtung des Halteelements kreuzt.
(3) Bei dem Rotor gemäß (1) oder (2) können die Abdeckelemente aus Metall oder einem ölbeständigen Harz ausgebildet sein.
(4) Die vorliegende Erfindung betrifft eine drehende elektrische Maschine (beispielsweise einen später beschriebenen Motor 1), die umfasst: den Rotor nach einem der Punkte (1) bis (3) und einen Stator (beispielsweise einen später beschriebenen Stator 20), der auf einer äußeren Umfangsseite des Rotors vorgesehen ist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung können ein Rotor, bei dem eine Ablösung einer Faser eines faserverstärkten Kunststoffs, aus dem ein Halteelement ausgebildet ist, durch Winddruck verhindert werden kann, und eine drehende elektrische Maschine bereitgestellt werden.
Figurenliste

1 ist eine Schnittansicht, die eine Konfiguration eines Motors 1 gemäß einer Ausführungsform zeigt.
2 ist eine Seitenansicht; die einen Rotorkörper 31 zeigt, an dem Dauermagnete 312 befestigt sind.
3 ist eine Seitenansicht, die den Drehkörper 31 zeigt, an dem ein Halteelement 313 befestigt ist.
4 ist ein Konzeptdiagramm, das eine Ausrichtungsrichtung einer in einer um eine Aufnahme 50 gewickelten Faser F enthaltenen Kohlenstofffaser CF zeigt.
5 ist eine Seitenansicht, die den Drehkörper 31 zeigt, an dem Abdeckelemente 314 montiert sind.
6 ist eine Seitenansicht, die einen Rotor 30 gemäß einer Modifikation zeigt.

GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Sämtliche dieser Beschreibung beiliegenden Zeichnungen sind schematische Ansichten, und eine Form, ein Maßstab, ein vertikales und horizontales Abmessungsverhältnis und dergleichen jedes Abschnitts sind zur Erleichterung des Verständnisses und dergleichen gegenüber den tatsächlichen verändert oder übertrieben dargestellt. In den Zeichnungen wird auf eine Schraffur, die auf einen Querschnitt eines Elements hinweist, gegebenenfalls verzichtet.
In der vorliegenden Beschreibung umfassen eine Form, eine geometrische Bedingung und Begriffe, die Abstufungen dieser angeben, beispielsweise Begriffe wie „parallel“ und „Richtung“, zusätzlich zu einer strengen Bedeutung des Begriffs einen Bereich von Abstufungen, die als annähernd parallel betrachtet werden können, und einen Bereich, der als generell die Richtung angesehen werden kann. In dieser Beschreibung ist eine zu einer Längsrichtung eines Rotors 30 (eines Rotorkörpers 31) parallele Richtung eine X-Richtung, und eine zur X-Richtung rechtwinklige Richtung ist eine Y-Richtung.
Zunächst wird ein Motor 1 beschrieben, der als drehende elektrische Maschine dient, die einen (später beschriebenen) Rotor 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst. 1 ist eine Schnittansicht, die eine Konfiguration des Motors 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Eine Konfiguration des in 1 gezeigten Motors 1 ist ein Beispiel, und der Motor 1 kann jede Konfiguration aufweisen, bei der der Rotor 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform angewendet werden kann.
Wie in 1 gezeigt, der umfasst Motor 1 ein Gehäuse 10, einen Stator 20, einen Rotor 30 und ein Lager 13. Das Gehäuse 10 ist ein äußeres Element des Motors 1 und umfasst einen Gehäusekörper 11 und eine Achsenöffnung 12.
Der Gehäusekörper 11 ist eine Hülle, die den Stator 20 umschließt und hält. Der Gehäusekörper 11 hält den Rotor 30 über das Lager 13. Der Gehäusekörper 11 umfasst eine Zufuhröffnung 14, eine Auslassöffnung 15 und einen Öffnungsabschnitt 16. Die Zufuhröffnung 14 ist eine Öffnung zur Zufuhr von Kühlmittel zu einem Strömungsweg 23 eines Statorgehäuses 22 und mit einem (nicht dargestellten) Zufuhrleitungssystem für das Kühlmittel verbunden. Die Auslassöffnung 15 ist eine Öffnung zur Abgabe des durch den Strömungsweg 23 strömenden Kühlmittels und mit einem (nicht dargestellten) Auslassleitungssystem für das Kühlmittel verbunden. Der Öffnungsabschnitt 16 ist eine Öffnung zum Hindurchführen einer aus dem Stator 20 gezogenen Stromleitung 27. Die Achsenöffnung 12 ist eine Öffnung, durch die eine (später beschriebene) Drehachse 35 verläuft.
Der Stator 20 ist ein zusammengesetztes Element, das ein rotierendes Magnetfeld zum Drehen des Rotors 30 erzeugt. Der Stator 20 ist in seiner Gesamtheit so ausgebildet, dass er eine zylindrische Form aufweist, und im Inneren des Gehäuses 10 befestigt. Der Stator 20 umfasst einen Eisenkern 21 und das Statorgehäuse 22.
Der Eisenkern 21 ist ein Element, in dessen Innerem eine Wicklung 26 angeordnet werden kann. Der Eisenkern 21 ist so ausgebildet, dass er eine zylindrische Form aufweist, und im Inneren des Statorgehäuses 22 angeordnet. In einer Innenfläche des Eisenkerns 21 sind mehrere (nicht dargestellte) Nuten ausgebildet, und die Wicklung 26 ist in diesen Nuten angeordnet. Ein Teil der Wicklung 26 steht in einer Axialrichtung des Eisenkerns 21 von beiden Endabschnitten des Eisenkerns 21 vor. Der Eisenkern 21 wird beispielsweise durch Erzeugen eines Schichtkörpers durch Aufeinanderschichten mehrerer dünner Platten wie einer elektromagnetischen Stahlplatte und Integrieren des Schichtkörpers durch Verbinden, Abdichten oder dergleichen hergestellt.
Das Statorgehäuse 22 ist ein Element, das den Eisenkern 21 im Inneren des Statorgehäuses 22 hält. Das Statorgehäuse 22 ist so ausgebildet, dass es eine zylindrische Form aufweist, und an einer Außenseite des Stators 20 angeordnet. Der Eisenkern 21 ist zur Aufnahme einer durch ein Drehmoment des Rotors 30 erzeugten Reaktionskraft fest mit dem Statorgehäuse 22 verbunden. Wie in 1 gezeigt, umfasst das Statorgehäuse 22 gemäß der vorliegenden Ausführungsform den Strömungsweg 23 zum Kühlen der von dem Eisenkern 21 übertragenen Wärme an einer Außenfläche des Statorgehäuses 22. Der Strömungsweg 23 ist eine an der Außenfläche des Statorgehäuses 22 ausgebildete ein- oder mehrgängige Nut. Das aus der Zufuhröffnung 14 des Gehäusekörpers 11 (des Gehäuses 10) zugeführte (nicht dargestellte) Kühlmittel strömt so durch den Strömungsweg 23, dass es spiralförmig entlang der Außenfläche des Statorgehäuses 22 strömt, und wird dann aus der Auslassöffnung 15 des Gehäusekörpers 11 nach außen abgegeben.
Die elektrisch an die Wicklung 26 angeschlossene Stromleitung 27 ist aus dem Eisenkern 21 des Stators 20 gezogen. Die Stromleitung 27 ist an eine außerhalb des Motors 1 installierte (nicht dargestellte) Stromzufuhrvorrichtung angeschlossen. Beim Betrieb des Motors 1 wird beispielsweise durch die Zufuhr von Drei-Phasen-Wechselstrom zu dem Eisenkern 21 ein rotierendes Magnetfeld zum Drehen des Rotors 30 erzeugt.
Der Rotor 30 ist ein Teil, das sich durch eine magnetische Wechselwirkung mit dem von dem Stator 20 erzeugten rotierenden Magnetfeld dreht. Der Rotor 30 ist an einer inneren Umfangsseite des Stators 20 vorgesehen. Der Rotor 30 umfasst einen Rotorkörper 31 und eine Drehachse 32.
Der Rotorkörper 31 ist ein Abschnitt, der mittels eines an dem Stator 20 erzeugten rotierenden Magnetfelds eine Drehkraft erzeugt. Wie später beschrieben, umfasst der Rotorkörper 31 eine Manschette 311, Dauermagnete 312, ein Halteelement 313, Abdeckelemente 314 (siehe 2 und dergleichen) und dergleichen. Eine Konfiguration des Rotorkörpers 31 wird später im Einzelnen beschriebenen.
Die Drehachse 32 ist ein Element, das den Rotorkörper 31 hält. Die Drehachse 32 ist so eingesetzt, dass sie durch die Achsenmitte des Rotorkörpers 31 verläuft, und ist an dem Rotorkörper 31 befestigt. An der Drehachse 32 sind zwei Lager 13 befestigt. Die Lager 13 sind Elemente, die die Drehachse 32 drehbar halten, und in dem Gehäusekörper 11 vorgesehen. Die Drehachse 32 wird von dem Gehäusekörper 11 und den Lagern 13 um eine Drehachsenlinie S drehbar gehalten. Die Drehachse 32 verläuft durch die Achsenöffnung 12 und ist beispielsweise mit einem Zerspanungswerkzeug, einem außerhalb installierten Kraftübertragungsmechanismus, einem Verlangsamungsmechanismus oder dergleichen verbunden (die sämtlich nicht dargestellt sind).
Wenn dem Stator 20 (dem Eisenkern 21) bei dem in 1 gezeigten Motor 1 Drei-Phasen-Wechselstrom zugeführt wird, wird durch die magnetische Wechselwirkung zwischen dem Stator 20 und dem Rotor 30, an dem ein rotierendes Magnetfeld erzeugt wird, eine Drehkraft an dem Rotorkörper 31 erzeugt, und die Drehkraft wird über die Drehachse 32 nach außen abgegeben. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Ausführungsform wird ein Synchronmotor des vorstehend beschriebenen SPM-Typs als Motor 1 beschrieben. Der Motor 1 kann jedoch beispielsweise ein Synchronmotor eines IPM-Typs (IPM, interior permanent magnet, eingebetteter Dauermagnet) sein. In diesem Fall ist das Hüllrohr an der Außenseite einer elektromagnetischen Stahlplatte montiert, in die die Dauermagnete eingebettet sind.
Als nächstes wird eine Konfiguration des Rotorkörpers 31 beschrieben. 2 ist eine Seitenansicht, die den Rotorkörper 31 zeigt, an dem die Dauermagnete 312 befestigt sind. 3 ist eine Seitenansicht, die den Rotorkörper 31 zeigt, an dem das Halteelement 313 befestigt ist. Sowohl 2 als auch 3 zeigen einen Zustand vor der Befestigung des Rotorkörpers 31 an der Drehachse 32.
Wie in 2 gezeigt, umfasst der Rotorkörper 31 als Grundkonfigurationen die Manschette 311 und die Dauermagnete 312. Die Manschette 311 ist ein zylindrisches Element, an dem die mehreren Dauermagnete 312 befestigt sind, und zwischen der Drehachse 32 und den mehreren Dauermagneten 312 vorgesehen. Die mehreren Dauermagnete 312 sind entlang einer Umfangsrichtung der Manschette 311 angeordnet. Die Manschette 31 ist beispielsweise aus einem magnetischen Material wie unlegiertem Stahl ausgebildet. Der Rotorkörper 31 mit der Manschette 311 an einer inneren Umfangsseite wird beispielsweise durch Presspassung am äußeren Umfang der Drehachse 32 (siehe 1) befestigt.
Die Dauermagnete 312 sind Elemente, die ein Magnetfeld erzeugen, und sind und sind entlang der Umfangsrichtung in acht Reihen an der äußeren Umfangsfläche der Manschette 311 vorgesehen, wie in 2 gezeigt (in 2 sind lediglich vier Reihen auf einer Vorderseite dargestellt). In den acht Reihen der Dauermagnete 312, sind N-polige Dauermagnete 312 und S-polige Dauermagnete 312 abwechselnd in der Umfangsrichtung der Manschette 311 angeordnet. Die Dauermagnete 312 sind beispielsweise mittels eines Klebstoffs auf die äußere Umfangsfläche der Manschette 311 aufgeklebt. Dies bedeutet, dass die Dauermagnete 312 an der äußeren Umfangsseite der Drehachse 32 angeordnet sind. Die Dauermagnete 312 in jeder Reihe sind entlang einer Längsrichtung des Rotors 30 (der X-Richtung) in zwei Teile unterteilt. Die Dauermagnete 312 können in der Längsrichtung des Rotors 30 in drei oder mehr Teile oder überhaupt nicht unterteilt sein.
Wie in 3 gezeigt, ist das Halteelement 313 ein zylindrisches Element zum Halten der mehreren Dauermagnete 312. Das Halteelement 313 ist an der äußeren Umfangsfläche des Dauermagneten 312 vorgesehen. Durch das Vorsehen des Halteelements 313 an den äußeren Umfangsflächen der Dauermagnete 312 kann ein Abfallen der Dauermagnete 312 von dem Rotor 30 aufgrund der durch die Drehung des Rotors 30 erzeugten Zentrifugalkraft verhindert werden. Das Halteelement 313 kann über eine Klebstoffschicht, weitere Elemente oder dergleichen auf die äußeren Umfangsflächen der Dauermagnete 312 aufgeklebt sein. Dies bedeutet, dass das Halteelement 313 auf der Seite der äußeren Umfangsfläche der Dauermagnete 312 vorgesehen ist.
Das Halteelement 313 ist entlang der Längsrichtung des Rotors 30 (der X-Richtung) in drei Teile unterteilt. Unter den dreigeteilten Halteelementen 313 deckt das in der Mitte angeordnete Halteelement 313 einen Verbindungsabschnitt 312a der in jeder Reihe in zwei Teile unterteilten Dauermagnete 312 ab. Das Halteelement 313 ist nicht auf eine Unterteilung in drei Teile wie gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschränkt und kann beispielsweise eine nicht unterteilte Form aufweisen.
Das Halteelement 313 kann beispielsweise durch Wickeln eines Faserbündels des zu einer Bandform geformten CFRP zusammen mit einem Harz auf eine zylindrische Aufnahme geformt werden. Als Material zur Erzeugung des Halteelements 313 kann außer CFRP beispielsweise faserverstärkter Kunststoff verwendet werden, der ein Material mit einer hohen spezifischen Festigkeit wie eine Glasfaser, eine Aramidfaser, eine Siliciumcarbidfaser, eine Borfaser, eine Titanlegierungsfaser oder dergleichen umfasst. Das Halteelement 313 kann durch Wickeln des mit einem Harz imprägnierten Faserbündels auf eine Aufnahme geformt werden.
Das Halteelement 313 wird in einem Zustand an dem Rotor 30 befestigt, in dem es auf einen vorgegebenen Durchmesser gedehnt ist, und zieht sich zur Befestigung an dem Rotor 30 zusammen. Dadurch wird in der.radialen Richtung des Halteelements 313 eine zum Halten der Dauermagnete ausreichende Reaktionskraft nach innen aufgebracht, die der bei einer Drehung des Rotors 30 erzeugten Zentrifugalkraft entgegenwirkt. In der radialen Richtung nach innen bezeichnet eine Richtung einer Annäherung an die Drehachsenlinie S (siehe 1) von außerhalb der Drehachse 32.
Eine Ausrichtungsrichtung der in einem Faserbündel F des Halteelements 313 enthaltenen Kohlenstofffaser CF wird beschrieben. 4 ist ein Konzeptdiagramm, das die Ausrichtungsrichtung der in dem um eine Aufnahme 50 gewickelten Faserbündel F enthaltenen Kohlenstofffaser CF zeigt. Wie in 4 gezeigt, sind eine Längsrichtung D2 des Faserbündels F und die Ausrichtungsrichtung der in dem Faserbündel F enthaltenen Kohlenstofffaser CF als im Wesentlichen parallel beschrieben. 4 zeigt einen Zustand, in dem das Faserbündel F um die zylindrische Aufnahme 50 gewickelt wird. Gemäß 4 ist eine Längsrichtung D1 des Halteelements 313 (gemäß der Zeichnung eine Richtung nach rechts und links) bei der Montage des Halteelements 313 an dem Rotorkörper 31 nach dem Formen eine zur Längsrichtung des Rotorkörpers 31 (der X-Richtung) parallele Richtung.
Wie in 4 gezeigt, kreuzt bei dem Halteelement 313 die Längsrichtung D2 des Faserbündels F (der Kohlenstofffaser) die Längsrichtung D1 des Halteelements 313 (die X-Richtung) schräg. Insbesondere liegt ein Winkel θ, in dem die Längsrichtung D2 des Faserbündels F die Längsrichtung D1 des Halteelements 313 (die X-Richtung) kreuzt, in einem Bereich von 0° < θ < 180°. Bei einem in 4 gezeigten Beispiel wird der Winkel θ durch θ = tan^-1 (d/(W/2)) bestimmt, wenn eine Breite des Faserbündels F W und ein Durchmesser der Aufnahme 50 d sind. Das Faserbündel F kann so um die Aufnahme 50 gewickelt werden, dass sich ein Endabschnitt in einer Breitenrichtung teilweise überlagert, oder es kann so um die Aufnahme 50 gewickelt werden, dass zwischen benachbarten Faserbündeln F ein Spalt entsteht.
Wenn die Längsrichtung D2 des Faserbündels F die Längsrichtung D1 des Halteelements 313 (die X-Richtung) schräg kreuzt, wird in einer Schnittrichtung mit der Längsrichtung D1 des Halteelements 313 eine elastische Kraft in der Längsrichtung D2 des Faserbündels F aufgebracht. Dadurch kann aufgrund einer elastischen Kraft des Faserbündels F (des Halteelements 313) ein Abfallen der Dauermagnete 312 von dem Rotor 30 selbst dann verhindert werden, wenn aufgrund der durch die Drehung des Rotors 30 erzeugten Zentrifugalkraft eine Kraft in einer Richtung auf die Dauermagnete 312 aufgebracht wird, die in einer radialen Richtung des Rotors 30 nach außen gerichtet ist. In der radialen Richtung nach außen bezeichnet eine Richtung einer Entfernung von der Drehachsenlinie S (siehe 1) der Drehachse 32.
Wenn die Längsrichtung D2 des Faserbündels F die Längsrichtung D1 des Halteelements 313 (die X-Richtung) schräg kreuzt, liegt andererseits ein abgeschnittenes Stück der Kohlenstofffaser CF an einem Endabschnitt des Halteelements 313 frei. Dies bedeutet, wie in 4 gezeigt, dass ein abgeschnittenes Stück der Kohlenstofffaser CF an einem Endabschnitt 313a freiliegt, der eine beim Teilen des Halteelements 313 abgeschnittene Oberfläche des Halteelements 313 ist. In 4 zeigt der Endabschnitt 313a praktisch einen Endabschnitt, der eine beim Teilen des Halteelements 313 abgeschnittene Oberfläche des Halteelements 313 ist. Wie vorstehend beschrieben kann sich, wenn ein abgeschnittenes Stück der Kohlenstofffaser CF an einem Endabschnitt des Halteelements 313 freiliegt, das abgeschnittene Stück durch den durch die Drehung des Rotors 30 erzeugten Winddruck ablösen, und die Ablösung der Kohlenstofffaser CF kann von dem abgelösten Abschnitt als Ausgangspunkt auf das gesamte Halteelement 313 übergreifen. Daher sind zum Verhindern einer Ablösung des abgeschnittenen Stücks der Kohlenstofffaser CF die später beschriebenen Abdeckelemente 314 an dem Rotorkörper 31 vorgesehen.
Als nächstes wird die Konfiguration der Abdeckelemente 314 beschrieben. 5 ist eine Seitenansicht, die den Rotorkörper 31 zeigt, an dem die Abdeckelemente 314 montiert sind. 5 zeigt ähnlich wie 2 und 3 einen Zustand vor der Befestigung des Rotorkörpers 31 an der Drehachse 32. Wie in 5 gezeigt, sind die Abdeckelemente 314 an vier Positionen entlang der Längsrichtung D1 des Halteelements 313 (der X-Richtung) vorgesehen. Insbesondere sind die Abdeckelemente 314 an jedem der beiden Endabschnitte (zwei Positionen) in der Längsrichtung des Rotorkörpers 31 (der X-Richtung) und an Verbindungsabschnitten 313c (zwei Positionen) des dreigeteilten Halteelements 313 vorgesehen.
Die Abdeckelemente 314 sind Elemente zum Verhindern einer Ablösung des abgeschnittenen'Stücks der Kohlenstofffaser CF. Die Abdeckelemente 314 gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden von einem Metallring gebildet. Das Halteelement 313 wird durch Montieren der Abdeckelemente 314 an einer vorgegebenen Position des Rotorkörpers 31 an einem Montageabschnitt bedeckt. Dadurch kann eine Ablösung eines abgeschnittenen Stücks der Kohlenstofffaser CF aufgrund von Winddruck in diesem Abschnitt verhindert werden.
An dem Halteelement 313 befinden sich an beiden Endabschnitten in der Längsrichtung des Rotorkörpers 31 (der X-Richtung) beim Abschneiden des zylindrischen Halteelements 313 abgeschnittene Flächen des Halteelements 313, und das abgeschnittene Stück der Kohlenstofffaser CF liegt an diesem Abschnitt frei. Daher werden die Abdeckelemente 314 an beiden Endabschnitten (zwei Positionen) in der Längsrichtung des Rotorkörpers 31 montiert, und dadurch kann eine Ablösung des in diesem Abschnitt freiliegenden abgeschnittenen Stücks der Kohlenstofffaser CF verhindert werden.
Bei dem Halteelement 313 liegt das abgeschnittene Stück der Kohlenstofffaser CF an dem Verbindungsabschnitt 313c des dreigeteilten Halteelements 313 frei. Daher sind in der Längsrichtung des Rotorkörpers 31 die Abdeckelemente 314 an dem Verbindungsabschnitt 313c des dreigeteilten Halteelements 313 montiert, und dadurch kann eine Ablösung des in diesem Abschnitt freiliegenden abgeschnittenen Stücks der Kohlenstofffaser CF verhindert werden.
Als nächstes werden ein Material, eine Form und dergleichen der Abdeckelemente 314 beschrieben. Bei dem Motor 1 wird ein Abschnitt der Lager 13 (siehe 1) zum Halten der Drehachse 32, die sich mit einer hohen Drehzahl dreht, durch Öl geschmiert. Das Innere des Motors 1 weist beim Betrieb eine hohe Temperatur auf, und das Öl bildet einen Nebel. In einer derartigen Umgebung wird ein Harzmaterial abhängig von einer Zusammensetzung des Harzmaterials leicht von einem Anschwellen aufgrund des Öls betroffen. Daher sind die Abdeckelemente 314 vorzugsweise aus einem Metallmaterial ausgebildet.
Sind die Abdeckelemente 314 aus einem magnetischen Material wie Eisen oder Aluminium ausgebildet, kann ein Magnetfluss an den Abdeckelementen 314 entstehen, und an dem Rotor 30 können ein Eisenverlust oder dergleichen auftreten. Sind die Abdeckelemente 314 aus einem Metallmaterial ausgebildet, wird daher vorzugsweise beispielsweise ein nicht magnetisches Metallmaterial wie Titan oder austenitischer nicht rostender Stahl (Serie SUS 300) verwendet. Sind die Abdeckelemente 314 aus einem Metallmaterial ausgebildet, beträgt eine Stärke der Abdeckelemente 314 vorzugsweise beispielsweise in etwa mehrere µm bis mehrere hundert µm.
Sind die Abdeckelemente 314 aus einem Metallmaterial ausgebildet, können die ringförmigen Abdeckelemente 314 aus der Längsrichtung des Rotorkörpers 31 (der X-Richtung) beispielsweise durch Schrumpfpassung, Gefrierpassung oder dergleichen an einer vorgegebenen Position des Rotorkörpers 31 montiert werden. : Da es eine Aufgabe der Abdeckelemente 314 ist, eine Ablösung des abgeschnittenen Stücks der Kohlenstofffaser CF aufgrund von Winddruck zu verhindern, reicht es aus, wenn das Halteelement 313 an einem Montageabschnitt bedeckt wird. Dies bedeutet, dass keine Notwendigkeit besteht, eine (nachstehend auch als „Kompressionskraft“ bezeichnete) Druckkraft in der radialen Richtung des Halteelements 313 nach innen groß einzustellen, solange verhindert werden kann, dass der Montageabschnitt direkt von dem Wind getroffen wird. Insbesondere reicht es aus, wenn die Abdeckelemente 314 mit einer Kompressionskraft von einer Stärke an dem Rotorkörper 31 montiert sind, bei der sie bei einer Drehung des Rotors 30 nicht in der Längsrichtung des Rotors 30 (X-Richtung) abweichen.
Die Abdeckelemente 314 können auch aus einem Harz ausgebildet sein. Da in diesem Fall der Einfluss des vorstehend beschriebenen Anschwellens durch Öl verhindert wird, sind die Abdeckelemente 314 aus einem ölbeständigen Harz ausgebildet. Harze, die als Abdeckelemente 314 verwendet werden können, schließen beispielsweise ein Fluorharz, ein Silikonharz (SI-Harz), ein Polypropylen-Harz (PP-Harz), ein Polyacetal-Harz (POM-Harz), ein Polyethylen-Terephthalat-Harz (PET-Harz) und dergleichen ein. Wenn die Abdeckelemente 314 aus einem Harz ausgebildet sind, beträgt eine Stärke der Abdeckelemente 314 vorzugsweise beispielsweise etwa mehrere µm bis mehrere hundert µm.
Die aus einem Harz ausgebildeten Abdeckelemente 314 können durch eine direkte Beschichtung einer Oberfläche des Halteelements 313 an dem Rotorkörper 31 montiert werden. Die Positionen, an denen die aus einem Harz ausgebildeten Abdeckelemente 314 an dem Rotorkörper 31 montiert werden, stimmen mit denen bei den aus einem Metallmaterial ausgebildeten Abdeckelementen 314 überein (siehe 4). Sind die Abdeckelemente 314 aus einem Harz ausgebildet, können die Abdeckelemente 314 eine zweischichtige Konfiguration aufweisen. Das gesamte Halteelement 313 wird beispielsweise als erste Schicht dünn mit einem Harz beschichtet, und die Beschichtung wird so ausgeführt, dass nur eine originäre Montageposition als zweite Schicht eine dicke Schichtstärke aufweist. In diesem Fall bildet ein Abschnitt, an dem die erste Schicht und die zweite Schicht einander überlagern, im Wesentlichen die Abdeckelemente 314. Sind die Abdeckelemente ferner 314 aus einem Harz ausgebildet und das Harz wird zu einer Gitterform geformt, können die Abdeckelemente 314 an einer vorgegebenen Position an einer Außenfläche des Halteelements 313 montiert werden.
Wie vorstehend beschrieben, umfasst der Rotor 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Abdeckelemente 314, die beide Endabschnitte in der Längsrichtung D1 des Halteelements 313 abdecken. Da dadurch das abgeschnittene Stück der freiliegenden Köhlenstofffaser CF an den beiden Endabschnitten in der Längsrichtung D1 des Halteelements 313 nur schwer direkt von dem Wind erfasst werden kann, ist eine Ablösung des abgeschnittenen Stücks der Kohlenstofffaser CF durch den Winddruck schwierig. Dementsprechend können ein Übergreifen der Ablösung der Kohlenstofffaser CF auf das gesamte Halteelement 313 und eine Ablösung des Halteelements 313 von dem Rotor 30 verhindert werden.
Bei dem Rotor 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind die Abdeckelemente 314 nur an den beiden Endabschnitten in der Längsrichtung D1 jedes Halteelements 313 montiert. Dadurch kann die Arbeit der Montage der Abdeckelemente 314 im Vergleich zu einem Fall vereinfacht werden, in dem die Abdeckelemente 314 so konfiguriert sind, dass sie die gesamte Längsrichtung D1 des Halteelements 313 abdecken.
Bei dem Rotor 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind die Abdeckelemente 314 aus einem Metallmaterial ausgebildet. Da dadurch das Innere des Motors 1 kaum von einem Anschwellen durch Öl betroffen ist, kann die Haltbarkeit des Motors 1 weiter verbessert werden. Da bei dem Rotor 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Abdeckelemente 314 aus einem nicht magnetischen Metallmaterial ausgebildet sind, fließt kaum ein Magnetfluss in den Abdeckelementen 314. Dementsprechend kann durch den Rotor 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ein Nachlassen der Motoreffizienz aufgrund von Eisenverlust oder dergleichen verhindert werden.
Wenn bei dem Rotor 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Abdeckelemente 314 aus einem ölbeständigen Harz ausgebildet sind, kann die Haltbarkeit des Motors 1 verbessert werden, da ein zeitbedingtes Fortschreiten des Anschwellens der Abdeckelemente 314 hinausgezögert werden kann. Selbst wenn die Abdeckelemente 314 anschwellen, kann eine Ablösung des abgeschnittenen Stücks der Kohlenstofffaser CF (des Halteelements 313) über einen längeren Zeitraum verhindert werden. Wenn die Abdeckelemente 314 aus einem ölbeständigen Harz ausgebildet sind, können die Abdeckelemente 314 im Vergleich zu den Abdeckelementen 314 aus Metall leichter an der äußeren Umfangsfläche des Halteelements 313 montiert werden.
Wenn die Abdeckelemente 314 aus einem ölbeständigen Harz ausgebildet sind, kann der Einfluss auf eine Drehkennlinie des Rotors 30 geringer gehalten werden, da die Masse der Abdeckelemente 314 gering gehalten werden kann. Wenn die Abdeckelemente 314 aus einem ölbeständigen Harz ausgebildet sind, kann der Abstand zwischen dem Stator 20 und dem Rotor 30 (den Dauermagneten 312) geringer gehalten werden, da die Abdeckelemente 314 dünn gehalten werden.
Vorstehend sind Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, und sie kann in verschiedenen Modifikationen und Abänderungen wie einer später beschriebenen Modifikation ausgeführt werden, und diese sind in den technischen Umfang der vorliegenden Erfindung aufgenommen. Bei den im Zusammenhang mit den Ausführungsformen beschriebenen Ergebnissen handelt es sich lediglich um eine Auflistung der bevorzugtesten Ergebnisse, die durch die vorliegende Erfindung erzielt werden, und die Ergebnisse sind nicht auf die im Zusammenhang mit den Ausführungsformen beschriebenen beschränkt. Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen und die später beschriebene Modifikation können gegebenenfalls in Kombination verwendet werden. Auf eine genaue diesbezügliche Beschreibung wird jedoch verzichtet.
(Modifikation)
6 ist eine Seitenansicht, die den Rotorkörper 31 gemäß einer Modifikation zeigt. In 6 wird zum leichteren Verständnis der Form des Halteelements 313 auf die Darstellung der Abdeckelemente 314 verzichtet. In der Beschreibung und der Zeichnung zu der Modifikation sind Abschnitten, die eine ähnliche Funktion wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen erfüllen, die gleichen Bezugszeichen zugeordnet, und auf eine redundante Beschreibung wird gegebenenfalls verzichtet.
Wie in 6 gezeigt, steht bei dem Halteelement 313 gemäß der Modifikation ein Endabschnitt 313b in der Längsrichtung des Rotorkörpers 31 (der X-Richtung) weiter als die Dauermagnete 312 nach außen vor. In der Längsrichtung des Rotorkörpers 31 beträgt eine Länge L, um die der Endabschnitt 313b des Halteelements 313 nach außen von den Endabschnitten der Dauermagnete 312 vorsteht; abhängig von einer Größe des Rotorkörpers 31 vorzugsweise beispielsweise etwa 1 bis 10 mm. Wenn die Länge L übermäßig ist, flattert der Endabschnitt des Halteelements 313 durch den Winddruck leicht. Daher wird angenommen, dass eine Ablösung der Kohlenstofffaser CF in dem Endabschnitt 313b des Halteelements 313 fortschreitet. Bei dieser Modifikation können die im Zusammenhang mit den Ausführungsformen beschriebenen, aus einem Metallmaterial oder einem ölbeständigen Harz ausgebildeten Abdeckelemente 314 verwendet werden. Bei dieser Modifikation stimmen die Positionen, an denen die Abdeckelemente 314 montiert sind, mit denen bei den Ausführungsformen überein (siehe 5).
Da bei dieser Modifikation der Endabschnitt des Halteelements 313 weiter als die Dauermagnete 312 nach außen vorsteht, können die Dauermagnete 312 selbst dann zuverlässiger fest auf die Manschette 311 aufgeklebt werden, wenn eine Verwerfung an den Endabschnitten der an der Manschette 311 befestigten Dauermagnete 312 entsteht. Dadurch können selbst dann, wenn eine Verwerfung an dem Endabschnitt der Dauermagnete 312 entsteht, eine Kontaktfläche der Dauermagnete 312 und der Manschette 311 sichergestellt und eine Reibungskraft zwischen den Dauermagneten 312 und der Manschette 311 erhöht werden. Daher kann bei dieser Modifikation eine Abweichung der Dauermagnete 312 bei einer Drehung des Rotors 30 verhindert werden. Da bei dieser Modifikation die Dauermagnete 312 nicht an der Außenseite des Rotors 30 freiliegen, kann eine Streuung der Dauermagnete 312 in der radialen Richtung nach außen aufgrund der durch die Drehung des Rotors 30 erzeugten Zentrifugalkraft verhindert werden.
Als weitere Modifikation können aus unterschiedlichen Materialien ausgebildete Abdeckelemente 314 an dem Rotorkörper 31 gemäß den Ausführungsformen montiert werden. So können beispielsweise die gemäß 5 aus einem Metallmaterial ausgebildeten Abdeckelemente 314 in der Längsrichtung des Rotorkörpers 31 (der X-Richtung) außen montiert werden, während die aus einem ölbeständigen Harz ausgebildeten Abdeckelemente 314 innen montiert werden können.
Wenn die Abdeckelemente 314 aus einem ölbeständigen Harz ausgebildet sind, ist eine Position, an der die Abdeckelemente 314 vorgesehen sind, nicht auf das Beispiel gemäß den Ausführungsformen beschränkt. Die Abdeckelemente 314 können beispielsweise in einer Bandform so entlang der Längsrichtung D1 des Halteelements 313 (der X-Richtung) ausgebildet sein, dass der gesamte Endabschnitt 313a (siehe 4) eines Wickelungsendes des Halteelements 313 bedeckt ist. Das Halteelement 313 kann durch direktes Wickeln des Faserbündels F zusammen mit einem Harz auf die äußeren Umfangsflächen der Dauermagnete 312 (des Rotors 30) oder durch direktes Wickeln des mit einem Harz imprägnierten Harzbündels F auf die äußeren Umfangsflächen der Dauermagnete 312 geformt werden.
Das Halteelement 313 kann durch Wickeln einer rechteckigen Faserplatte (aus CFRP) zusammen mit einem Harz auf eine röhrenförmige Aufnahme oder durch Wickeln einer mit einem Harz imprägnierten rechteckigen Faserplatte auf eine röhrenförmige Aufnahme geformt werden. Das Halteelement 313 kann durch Wickeln einer rechteckigen Faserplatte zusammen mit einem Harz auf die äußeren Umfangsflächen der Dauermagnete 312 oder durch direktes Wickeln einer mit einem Harz imprägnierten rechteckigen Faserplatte auf die äußeren Umfangsflächen der Dauermagnete 312 geformt werden, Im Zusammenhang mit den Ausführungsformen wird als Drehelement, das den Rotor 30 bildet, die Drehachse 32 als Beispiel beschrieben. Das Drehelement ist nicht jedoch nicht darauf beschränkt. Das Drehelement kann die Manschette 311 sein.
Bezugszeichenliste
1: Motor, 20: Stator, 30: Rotor, 32: Drehachse (Drehelement), 311: Manschette, 312: Dauermagnet, 313: Halteelement, 314: Abdeckelement, D1: Längsrichtung des Halteelements, D2: Längsrichtung des Faserbündels, F: Faserbündel, CF: Kohlenstofffaser
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP H1189142 [0003]

Claims

Rotor (30), der umfasst: ein Drehelement (32); mehrere Dauermagnete (312), die an einem äußeren Umfang des Drehelements (32) angeordnet sind; ein Halteelement (313) zum Halten der Dauermagnete (312), das an einer äußeren Umfangsfläche der Dauermagnete (312) vorgesehen ist, wobei das aus einem faserverstärkten Kunststoff ausgebildete Halteelement (313) eine zylindrische Form aufweist; und Abdeckelemente (314), die zumindest beide Endabschnitte in einer Längsrichtung (D1) des Halteelements (313) abdecken.
Rotor (30) nach Anspruch 1, wobei eine Längsrichtung (D2) einer in dem faserverstärkten Kunststoff enthaltenen Faser die Längsrichtung (D1) des Halteelements (313) kreuzt.
Rotor (30) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das Abdeckelement (314) aus einem Metall oder einem ölbeständigen Harz ausgebildet ist.
Drehende elektrische Maschine (1), die umfasst: den Rotor (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 3; und einen Stator (20), der an einer äußeren Umfangsseite des Rotors (30) vorgesehen ist.