DE102018006818A1

DE102018006818A1 - Rotor

Info

Publication number: DE102018006818A1
Application number: DE102018006818.9A
Authority: DE
Inventors: Shinobu TAKANO; Takafumi KAJIYA; Yohei Arimatsu
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 2017-09-12
Filing date: 2018-08-28
Publication date: 2019-03-14
Also published as: CN109494904A; JP2019050693A; CN208723645U; US10622854B2; JP6629803B2; CN109494904B; US20190081524A1

Abstract

Es ist eine Aufgabe, einen Rotor bereitzustellen, bei dem die Stärke des Rohrs eines Hüllrohrs und die Dichte von Fasern gleichmäßiger sind. Ein Rotor umfasst: ein drehendes Element; mehrere Dauermagnete, die an der äußeren Umfangsseite des drehenden Elements angeordnet sind; und ein Hüllrohr, das auf der Seite einer äußeren Umfangsfläche der mehreren Dauermagnete vorgesehen ist und von einem Faserbündel 133 gebildet wird, bei dem mehrere faserverstärkte Kunststofffilamente längs einer Längsrichtung angeordnet sind, wobei das Faserbündel 133 des Hüllrohrs dergestalt in Schichten spiralförmig längs einer Umfangsrichtung des drehenden Elements geschichtet ist, dass ein Teil des Faserbündels in einer Breitenrichtung DW lose ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor, der in einer drehenden elektrischen Maschine verwendet wird.
Verwandte Technik
Als ein Typ von Motor, bei dem ein Dauermagnet als Rotor verwendet wird, ist ein Motor des SPM-Typs (SPM = Surface Permanent Magnet, Oberflächendauermagnet) bekannt, bei dem ein Dauermagnet an der äußeren Umfangsseite drehender Elemente (wie einer Manschette und einer Drehachse) angeordnet ist. Bei dieser Art von Motor des SPM-Typs ist zur Reduzierung eines Abfallens des Dauermagneten von dem Rotor durch die Zentrifugalkraft beim Ausführen einer Drehung mit hoher Drehzahl durch Erhöhung der Anzahl an Umdrehungen ein Hüllrohr so befestigt, dass es den äußeren Umfang des Dauermagneten bedeckt. Als Material, aus dem das Hüllrohr ausgebildet ist, wird zunehmend faserverstärkter Kunststoff (FRP = Fiber Reinforced Plastic) verwendet, weil er beispielsweise eine hohe Festigkeit und ein geringes Gewicht aufweist; und insbesondere wird häufig (nachstehend auch als „CFRP“ (Carbon Fiber Reinforced Plastic) bezeichneter) kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff verwendet (siehe beispielsweise Patentschrift 1).
Patentschrift 1: ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Veröffentlichung Nr. H09-19093
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Das vorstehend beschriebene Hüllrohr wird beispielsweise durch Wickeln eines Faserbündels aus CFRP auf eine röhrenförmige Vorrichtung erzeugt. Da der Durchmesser einer Faser des CFRP gering ist und nur beispielsweise wenige Mikrometer beträgt, können die gebündelten Fasern einander überlagern oder an einigen Stellen durchtrennt sein. Das Faserbündel des CFRP kann in der Form eines (nachstehend auch als „Pellet“ bezeichneten) Kügelchens ausgebildet sein, das sich durch eine Verwicklung der Fasern ergibt. Daher besteht eine höhere Wahrscheinlichkeit, dass die Stärke des Rohrs und die Dichte der Fasern bei dem erzeugten Hüllrohr ungleichmäßig sind.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Rotor bereitzustellen, bei dem die Stärke des Rohrs eines Hüllrohrs und die Dichte der Fasern gleichmäßiger sind.

(1) Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor (beispielsweise einen später beschriebenen Rotor 30), der umfasst: ein drehendes Element (beispielsweise eine später beschriebene Drehachse 35); mehrere Dauermagnete (beispielsweise später beschriebene Dauermagnete 32), die an der äußeren Umfangsseite des drehenden Elements angeordnet sind; und ein Hüllrohr (beispielsweise ein später beschriebenes Hüllrohr 33), das auf der Seite einer äußeren Umfangsfläche der mehreren Dauermagnete vorgesehen und aus einem Faserbündel (beispielsweise einem später beschriebenen CF-Faserbündel 133) ausgebildet ist, bei dem mehrere faserverstärkte Kunststofffilamente längs einer Längsrichtung angeordnet sind, wobei das Faserbündel des Hüllrohrs längs einer Umfangsrichtung (beispielsweise einer später beschriebenen Umfangsrichtung DR) des drehenden Elements spiralförmig dergestalt in Schichten geschichtet ist, dass ein Teil des Faserbündels in einer Breitenrichtung (beispielsweise einer später beschriebenen Breitenrichtung DW) lose ist.
(2) Vorzugsweise wird bei dem Rotor gemäß (1) das Faserbündel des Hüllrohrs in einem Zustand in ein Harz integriert, in dem das Faserbündel längs der Umfangsrichtung des drehenden Elements spiralförmig in Schichten geschichtet ist.
(3) Vorzugsweise ist bei dem Rotor gemäß (1) oder (2)der faserverstärkte Kunststoff ein kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, einen Rotor bereitzustellen, bei dem die Stärke des Rohrs eines Hüllrohrs und die Dichte von Fasern gleichmäßiger sind.
Figurenliste

1 ist eine Schnittansicht, die die Konfiguration eines Motors 1 gemäß einer Ausführungsform zeigt;
2 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines Rotors 30;
3A ist ein Konzeptdiagramm, das einen Schritt der Herstellung eines Hüllrohrs 33 gemäß der Ausführungsform zeigt;
3B ist eine schematische Schnittansicht eines Teils s1 gemäß 3A;
3C ist ein Konzeptdiagramm, das ein Verfahren zum Wickeln eines Teils eines CF-Faserbündels 133 auf eine Vorrichtung 50 zeigt, wobei dieses lose gehalten wird;
4A ist eine schematische Schnittansicht des Faserbündels 133, in dem ein Pellet B entstanden ist;
4B ist eine schematische Schnittansicht des Faserbündels 133, in dem teilweise ein sich überlagernder Teil C entstanden ist;
4C ist eine schematische Schnittansicht des Faserbündels 133, in dem teilweise Durchtrennungen entstanden sind;
5A ist ein Konzeptdiagramm, das einen Schritt der Herstellung eines Hüllrohrs gemäß einem Vergleichsbeispiel zeigt;
5B ist eine schematische Schnittansicht eines Teils s2 gemäß 5A;
6A ist eine schematische Schnittansicht eines Faserbündels 233, in dem ein Pellet B entstanden ist;
6B ist eine schematische Schnittansicht des Faserbündels 233, in dem teilweise ein sich überlagernder Teil C entstanden ist; und
6C ist eine schematische Schnittansicht des Faserbündels 233, in dem teilweise eine Durchtrennung entstanden ist.

GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Nachstehend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die der vorliegenden Patentschrift beiliegenden Zeichnungen sind sämtlich schematische Ansichten, und zur Erleichterung des Verständnisses und dergleichen sind die Formen, die Maßstäbe, die vertikalen Abmessungsverhältnisse und dergleichen der einzelnen Abschnitte gegenüber der Wirklichkeit verändert oder übertrieben dargestellt. In den Zeichnungen wird gegebenenfalls auf die Schraffur verzichtet, die auf Querschnitte von Elementen hinweist.
In der vorliegenden Beschreibung und dergleichen schließen Formen, geometrische Bedingungen und Begriffe zur Angabe ihres Grads, beispielsweise Begriffe wie „parallel“ und „Richtung“, nicht nur die exakten Bedeutungen der Begriffe, sondern auch einen Bereich, der als im Wesentlichen parallel betrachtet wird, und einen Bereich ein, der als im Wesentlichen in dieser Richtung zu betrachten ist. In der vorliegenden Beschreibung und dergleichen wird eine Gerade, die als Drehzentrum einer später beschriebenen Drehachse 35 dient, auch als „Drehachsengerade L“ bezeichnet, und eine Richtung, die längs der Drehachsengerade L verläuft, wird auch als „Richtung der Drehachse“ bezeichnet. In der vorliegenden Beschreibung und dergleichen wird ein durch flaches Bündeln von CFRP zur Form eines Bands erhaltenes Bündel auch als „Faserbündel aus CFRP“ oder „CFRP-Faserbündel“ bezeichnet, und ein durch flaches Bündeln einer CF (einer Kohlenstofffaser) zur Form eines Bands erhaltenes Bündel wird auch als „CF-Faserbündel“ bezeichnet. Eine Faser des CFRP wird auch als „CFRP-Filament“ bezeichnet, und eine Faser aus CF wird auch als „CF-Filament“ oder auch einfach als „Faser“ bezeichnet.
Zunächst wird ein Motor 1 beschrieben, der einen Rotor 30 gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst und als drehende elektrische Maschine dient. 1 ist eine Schnittansicht, die die Konfiguration des Motors 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Die Konfiguration des in 1 gezeigten Motors 1 ist ein Beispiel, und solange der Rotor 30 gemäß der Ausführungsform angewendet werden kann, kann jede Konfiguration verwendet werden.
Wie in 1 gezeigt, umfasst der Motor 1 als Konfigurationsanforderungen ein Gehäuse 10, einen Stator 20, den Rotor 30, eine Drehachse 35 und Lager 13. Das Gehäuse 10 ist ein äußeres Element des Motors 1 und umfasst einen Gehäusehauptkörper 11 und eine Achsenöffnung 12.
Der Gehäusehauptkörper 11 ist ein Gehäuse, das den Stator 20 umgibt und hält. Der Gehäusehauptkörper 11 hält den Rotor 30 über die Lager 13. Der Gehäusehauptkörper 11 umfasst eine Zufuhröffnung 14, einen Abgabeabschnitt 15 und einen Öffnungsabschnitt 16. Die Zufuhröffnung 14 ist eine Öffnung zur Zufuhr eines Kühlmittels zu dem Strömungsweg 23 eines Statorgehäuses 22 und mit dem (nicht dargestellten) Zufuhrrohr für das Kühlmittel verbunden. Der Abgabeabschnitt 15 ist eine Öffnung zur Abgabe des längs des Strömungswegs 23 umgewälzten Kühlmittels und mit dem (nicht dargestellten) Auslassrohr für das Kühlmittel verbunden. Der Öffnungsabschnitt 16 ist eine Öffnung, durch die eine aus dem Stator 20 gezogene Stromleitung 27 verläuft. Die Achsenöffnung 12 ist eine Öffnung, durch die die (später beschriebene) Drehachse 35 verläuft.
Der Stator 20 ist ein zusammengesetztes Element, das ein drehendes Magnetfeld zum Drehen des Rotors 30 erzeugt. Der Stator 20 ist insgesamt in der Form eines Zylinders ausgebildet 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 dem eine Wicklung 26 angeordnet werden kann. Der Eisenkern 21 ist in der Form eines Zylinders ausgebildet und in dem Statorgehäuse 22 angeordnet. Auf einer Innenfläche des Eisenkerns 21 sind mehrere (nicht dargestellte) Nuten ausgebildet, und die Wicklung 26 ist in den Nuten angeordnet. Teile der Wicklung 26 stehen in der Richtung der Achse des Eisenkerns 21 aus beiden Endabschnitten des Eisenkerns 21 vor. Der Eisenkern 21 wird durch Aufeinanderschichten mehrerer dünner Platten wie elektromagnetischer Stahlplatten als mehrschichtiges Element gebildet und durch Integrieren des mehrschichtigen Elements beispielsweise durch Verkleben oder Verpressen gefertigt.
Das Statorgehäuse 22 ist ein Element, in dem der Eisenkern 21 gehalten wird. Das Statorgehäuse 22 ist in der Form eines Zylinders ausgebildet und außerhalb des Stators 20 angeordnet. Der Eisenkern 21 ist zur Aufnahme einer aus dem Drehmoment des Rotors 30 resultierenden Reaktion fest mit dem Statorgehäuse 22 verbunden. Wie in 1 gezeigt, umfasst das Statorgehäuse 22 gemäß der vorliegenden Ausführungsform auf der Außenfläche den Strömungsweg 23 zum Kühlen der von dem Eisenkern 21 übertragenen Wärme. Der Strömungsweg 23 ist eine ein- oder mehrgängige spiralförmige Nut, die in der Außenfläche des Statorgehäuses 22 ausgebildet ist. Das aus der Zufuhröffnung 14 des Gehäusehauptkörpers 11 (des Gehäuses 10) zugeführte (nicht dargestellte) Kühlmittel wird in dem Strömungsweg 23 längs der Außenfläche des Statorgehäuses 22 spiralförmig umgewälzt und anschließend über den Abgabeabschnitt 15 des Gehäusehauptkörpers 11 nach außen abgegeben.
Die Stromleitung 27, die elektrisch mit der Wicklung 26 verbunden ist, ist aus dem Eisenkern 21 des Stators 20 gezogen. Die Stromleitung 27 ist mit einer außerhalb des Motor 1 installierten (nicht dargestellten) Stromversorgung verbunden. Beim Betrieb des Motors 1 wird dem Eisenkern 21 beispielsweise Drei-Phasen-Wechselstrom zugeführt, und dadurch wird das drehende Magnetfeld zum Drehen des Rotors 30 erzeugt.
Der Rotor 30 ist ein Element, das durch die magnetische Wechselwirkung mit dem von dem Stator 20 erzeugten drehenden Magnetfeld gedreht wird. Der Rotor 30 ist an der inneren Umfangsseite des Stators 20 vorgesehen. Die Konfiguration des Rotors 30 wird später beschrieben.
Die Drehachse 35 ist ein Element, das den Rotor 30 hält. Die Drehachse 35 ist so eingesetzt, dass sie durch die Achsenmitte des Rotors 30 verläuft, und an dem Rotor 30 befestigt. An der Drehachse 35 sind zwei Lager 13 befestigt. Die Lager 13 sind Elemente, die die Drehachse 35 so halten, dass sich die Drehachse 35 frei dreht, und in dem Gehäusehauptkörper 11 vorgesehen. Die Drehachse 35 wird von dem Gehäusehauptkörper 11 und den Lagern 13 so gehalten, dass sie sich frei um die Drehachsengerade L dreht. Die Drehachse 35 verläuft so durch die Achsenöffnung 12, dass sie beispielsweise mit einem Zerspanungswerkzeug oder einem Kraftübertragungsmechanismus, einem Verlangsamungsmechanismus oder dergleichen verbunden ist (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, an dem das drehende Magnetfeld erzeugt wird, und dem Rotor 30 eine Drehkraft an dem Rotor 30 erzeugt, und die Drehkraft wird über die Drehachse 35 nach außen ausgegeben. Obwohl als Motor 1 im Zusammenhang mit der vorliegenden Ausführungsform der vorstehend besprochene Synchronmotor des SPM-Typs beschrieben ist, kann der Motor 1 beispielsweise ein Synchronmotor des IPM-Typs (IPM = Interior Permanent Magnet, eingebetteter Dauermagnet) sein.
Anschließend wird die Konfiguration des Rotors 30 beschrieben. 2 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht des Rotors 30. Wie in 2 gezeigt, umfasst der Rotor 30 eine Manschette 31 (ein drehendes Element), Dauermagnete 32 und ein Hüllrohr 33. Die Manschette 31 ist ein Element, an dem mehrere Dauermagnete 32 angebracht sind und das im Wesentlichen in der Form eines Zylinders ausgebildet und zwischen der Drehachse 35 (siehe 1) und den Dauermagneten 32 vorgesehen ist. Die Dauermagnete 32 sind längs der Umfangsrichtung DR der Manschette 31 angeordnet. Die Manschette 31 ist beispielsweise aus einem magnetischen Material wie unlegiertem Stahl ausgebildet. Der Rotor 30 mit der Manschette 31 an der inneren Umfangsseite ist durch Presspassung am äußeren Umfang der Drehachse 35 befestigt.
Die Dauermagnete 32 sind Elemente zur Erzeugung eines Magnetfelds, und wie in 2 gezeigt, sind längs der Umfangsrichtung DR acht Reihen an der äußeren Umfangsseite der Manschette 31 vorgesehen (in 2 sind nur die vier Reihen auf der Vorderseite gezeigt). In den acht Reihen der Dauermagnete 32 sind die Dauermagnete 32 für den Nordpol und die Dauermagnete 32 für den Südpol abwechselnd in der Umfangsrichtung DR der Manschette 31 angeordnet. Die Dauermagnete 32 sind über eine Klebstoffschicht 34 auf die äußere Umfangsfläche der Manschette 31 aufgeklebt. Obwohl im Zusammenhang mit der vorliegenden Ausführungsform ein Beispiel beschrieben ist, bei dem die Dauermagnete 32 in jeder der Reihen längs der Richtung der Drehachse des Rotors 30 in zwei Teile unterteilt sind, besteht keine Beschränkung auf diese Konfiguration, und die Dauermagnete 32 können längs der Längsrichtung des Rotors 30 in drei oder mehr Teile oder überhaupt nicht unterteilt sein.
Das Hüllrohr 33 ist ein zylinderförmiges Element zur Abdeckung der Dauermagnete 32. Das Hüllrohr 33 ist an der äußeren Umfangsfläche der an der Manschette 31 angeordneten Dauermagnete 32 befestigt. Das Hüllrohr 33 ist an der äußeren Umfangsfläche der Dauermagnete 32 befestigt, und dadurch ist es möglich, das Abfallen der Dauermagnete 32 von dem Rotor 30 aufgrund der aus der Drehung des Rotors 30 resultierenden Zentrifugalkraft zu reduzieren.
Das Hüllrohr 33 wird durch Wickeln des CF-Faserbündels (der bandförmigen CF) unter aufgebrachtem Zug auf eine röhrenförmige Vorrichtung und sein Aushärten mit einem aufgebrachten Harz hergestellt. Als Material für die Fasern des CF-Faserbündels können nicht nur CF (Kohlenstofffasern), sondern beispielsweise auch Materialien mit einer spezifischen Stärke wie Glasfasern, Aramidfasern, Siliciumcarbidfasern, Borfasern und Titanlegierungsfasern verwendet werden.
Zur Befestigung des Hüllrohrs 33 an dem Rotor 30 kann beispielsweise ein Verfahren (siehe ungeprüfte japanische Patentanmeldung, Veröffentlichung Nr. 2016-82773 und dergleichen) verwendet werden, bei dem auf die äußere Umfangsfläche einer Drehachse mit einer kegelförmigen Oberfläche eine Manschette mit einer ebenfalls kegelförmigen Oberfläche so aufgesetzt wird, dass ein an der äußeren Umfangsseite der Manschette vorgesehenes Hüllrohr nach außen herausgedrückt wird. Durch den Einsatz des vorstehend beschriebenen Verfahrens kann das Hüllrohr 33 durch eine einem Festsitz entsprechende Kontraktionskraft an dem Rotor 30 befestigt werden. Auf diese Weise wirkt an dem Hüllrohr 33 eine Reaktion, die groß genug ist, um die Dauermagnete 32 zu halten, in einer radialen Richtung nach innen gegen die bei einer Drehung des Rotors 30 erzeugte Zentrifugalkraft. Wie vorstehend beschrieben, wirkt die Reaktion an dem Hüllrohr 33 in der radialen Richtung nach innen, und dadurch ist es möglich, das Abfallen der Dauermagnete 32 von dem Rotor 30 durch die Zentrifugalkraft zu reduzieren. „In der radialen Richtung nach innen“ bezeichnet eine Richtung, die sich von außerhalb des Rotors 30 in die Nähe der Drehachsengerade L erstreckt.
Wie in 2 gezeigt, bezeichnet der Festsitz die Abmessungen eines Teils (D2 - D1) des Außendurchmessers D2 der auf der Manschette 31 angeordneten Dauermagnete 32, der sich vor der Vergrößerung des Durchmessers (vor der Befestigung des Hüllrohrs 33) über den Innendurchmesser D1 des Hüllrohrs 33 hinaus erstreckt. Bei einer Erhöhung des Festsitzes wird es schwieriger, das Hüllrohr 33 auf die äußere Umfangsfläche der Dauermagnete 32 aufzusetzen, doch es kann veranlasst werden, dass von dem befestigten Hüllrohr 33 eine größere Reaktion in der radialen Richtung nach innen aufgebracht wird.
Anschließend wird die Konfiguration des Hüllrohrs 33 gemäß der vorliegenden Ausführungsform im Einzelnen weiter beschrieben. 3A ist ein Konzeptdiagramm, das einen Schritt der Herstellung des Hüllrohrs 33 gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. 3B ist eine schematische Schnittansicht eines Teils s1 gemäß 3A. 3C ist ein Konzeptdiagramm, das ein Verfahren zum Wickeln eines Teils des CF-Faserbündels 133 auf eine Vorrichtung 50 zeigt, bei dem dieser lose gehalten wird.
Wie in 3A gezeigt, wird das Hüllrohr 33 durch Wickeln des CF-Faserbündels 133 auf die äußere Umfangsfläche der Vorrichtung 50 und das anschließende Aufbringen von Harz erzeugt. Die Ausrichtungsrichtung eines in dem CF-Faserbündel 133 enthaltenen CF-Filaments 133a (einer Faser aus CF) ist im Wesentlichen parallel zur Längsrichtung des CF-Faserbündels 133. Die Breitenrichtung DW des CF-Faserbündels 133 ist eine Richtung, die rechtwinklig zur Längsrichtung des CF-Faserbündels 133 ist. Wie in 3B gezeigt, wird das CF-Faserbündel 133 längs der Umfangsrichtung der röhrenförmigen Vorrichtung 50 so in Spiralform gewickelt, dass Teile des CF-Faserbündels 133 einander in der Breitenrichtung DW überlagern. Die Überlagerung des CF-Faserbündels 133 ist unter der Annahme, dass die Breite 1 beträgt, vorzugsweise auf beispielsweise ca. 0,3 bis 0,5 eingestellt.
Wenn das CF-Faserbündel 133 längs der Umfangsrichtung der röhrenförmigen Vorrichtung 50 so in Spiralform gewickelt wird, dass Teile des CF-Faserbündels 133 einander in der Breitenrichtung DW überlagern, wie später beschrieben, werden die Fasern in einem Teil, in dem das bei der vorhergehenden Umrundung bei der Umwicklung aufgewickelte CF-Faserbündel 133 nicht überlagert wird (dem Teil, auf den das CF-Faserbündel 133 bei der nachfolgenden Umrundung bei der Umwicklung gewickelt wird), in einen losen Zustand gebracht. Der Zustand, in dem die Fasern lose sind, bezeichnet einen Zustand, in dem kein Zug auf die Faser aufgebracht wird, oder einen Zustand, in dem ein Zug aufgebracht wird, der geringer als an einem Teil ist, auf den Zug aufgebracht wird, und umfasst beispielsweise einen Zustand, in dem die Faser in der Form des Buchstaben U gebogen ist, und einen Zustand, in dem sich die Faser ungleichmäßig (oder gleichmäßig) windet.
Zur Reduzierung einer durch ein später beschriebenes Pellet verursachten Verschiebung der Abmessungen des Rohrs (einer Abweichung der Abmessungen des Außendurchmessers des Rohrs) und zur Verbesserung der Einbindung abgetrennter Abschnitte der Faser kann das CF-Faserbündel 133 in der ersten Schicht lose gehalten und so gewickelt werden, dass in der Breitenrichtung DW des CF-Faserbündels 133 keine Überlagerung erfolgt, und das CF-Faserbündel 133 in der zweiten Schicht kann gewickelt werden, während Zug auf das CF-Faserbündel 133 aufgebracht wird.
Als Verfahren zur beabsichtigten Lockerung des CF-Faserbündels 133 kann beispielsweise eine größere Anzahl an in dem CF-Faserbündel 133 enthaltenen CF-Filamenten 133a gebündelt werden, die Breite des CF-Faserbündels 133 kann verschmälert und die Stärke erhöht werden. Die Stärke des CF-Faserbündels 133 wird erhöht, und dadurch wird ein Freiraum unterhalb des Teils, an dem keine Überlagerung erfolgt, in einer radialen Richtung erweitert, wodurch eine höhere Wahrscheinlichkeit besteht, dass die Faser gelockert werden kann.
Wie in 3C gezeigt, kann ein stabförmiges Element 51 (das eine Rolle und dergleichen umfasst) vorgesehen sein, das sich in einer in Bezug auf die Axialrichtung der Vorrichtung 50 geneigten Richtung erstreckt, und das CF-Faserbündel 133 kann durch das stabförmige Element 51 auf die röhrenförmige Vorrichtung gewickelt werden. Gemäß 3C wird das CF-Faserbündel 133 beispielsweise mit einem annähernd gleichmäßigen Zug längs der Breitenrichtung DW auf die Vorrichtung 50 gewickelt, wenn die Axialrichtung der Vorrichtung 50 und die Axialrichtung des stabförmigen Elements 51 parallel zueinander eingestellt sind. Wenn andererseits, wie in 3C gezeigt, das stabförmige Element 51 so angeordnet ist, dass die Axialrichtung des stabförmigen Elements 51 in Bezug auf die Axialrichtung der Vorrichtung 50 geneigt ist, wird bei dem bandförmigen CF-Faserbündel 133 auf die von einer von der Wickelposition 50a der Vorrichtung 50 entfernten Seite S1 zugeführte Faser Zug aufgebracht, und eine von einer Seite S2 nahe der Wickelposition 50a der Vorrichtung 50 zugeführte Faser wird gelockert.
Die Axialrichtung der röhrenförmigen Vorrichtung 50 entspricht der Richtung der Drehachse der Manschette 31 (des drehenden Elements). Wenn daher das von dem auf die äußere Umfangsfläche der Vorrichtung 50 gewickelten CF-Faserbündel 133 gebildete Hüllrohr 33 an der äußeren Umfangsseite des Rotors 30 (der Dauermagnete 32) befestigt wird, ist das CF-Faserbündel 133 längs der Umfangsrichtung DR der Manschette 31 dergestalt spiralförmig in Schichten geschichtet, dass Teile desselben einander in der Breitenrichtung DW überlagern.
Bei dem Hüllrohr 33 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird das CF-Faserbündel 133 in einem Zustand auf die äußere Umfangsfläche der Vorrichtung 50 gewickelt, in dem das CF-Faserbündel 133 nicht mit einem Harz imprägniert ist. Das CF-Faserbündel 133 wird auf die Vorrichtung 50 gewickelt und anschließend mit dem Harz beschichtet (imprägniert). Als Harz, das auf das CF-Faserbündel 133 aufgebracht wird, kann beispielsweise Epoxidharz, Acrylharz und dergleichen verwendet werden. Das CF-Faserbündel 133 (zu diesem Zeitpunkt im Wesentlichen das CFRP-Faserbündel), das auf die Vorrichtung 50 gewickelt und mit dem Harz beschichtet wird, wird durch Entfernen der Vorrichtung 50 nach dem Aushärten des Harzes zu dem Hüllrohr 33 geformt.
Anschließend wird die Konfiguration der Schichten des CF-Faserbündels 133 beschrieben, das in einem Zustand auf die Vorrichtung 50 gewickelt wird, in dem das CF-Faserbündel 133 nicht mit dem Harz imprägniert ist. Die 4A bis 4C zeigen einzeln die Formen von Fehlern, die in dem auf die Vorrichtung 50 gewickelten CF-Faserbündel 133 auftreten. 4A ist eine schematische Schnittansicht des CF-Faserbündels 133, in dem ein Pellet B entstanden ist. 4B ist eine schematische Schnittansicht des Faserbündels 133, in dem teilweise ein sich überlagernder Teil C1 entstanden ist. 4C ist eine schematische Schnittansicht des CF-Faserbündels 133, in dem teilweise Durchtrennungen entstanden sind.
Wie in 4A gezeigt, kann in dem auf die Vorrichtung 50 gewickelten CF-Faserbündel 133 das Pellet B entstehen. Das Pellet B ist in der Form eines aus einer Verwirrung von Fasern resultierenden Kügelchens ausgebildet. Da das CF-Faserbündel 133 in den einzelnen Schichten bei der vorliegenden Ausführungsform nicht mit dem Harz imprägniert ist, wenn das CF-Faserbündel 133 in Spiralform auf die Vorrichtung 50 gewickelt wird, werden die Fasern in einem Teil, an dem keine Überlagerung des bei der vorhergehenden Umrundung bei der Umwicklung aufgewickelten CF-Faserbündels 133 erfolgt (dem Teil, auf den das CF-Faserbündel 133 bei der nachfolgenden Umrundung bei der Umwicklung gewickelt wird), in einen losen Zustand gebracht. Daher gelangt das Pellet B, das auf der Seite der bei der nachfolgenden Umrundung bei der Umwicklung aufgewickelten oberen Schicht in dem CF-Faserbündel 133 entstanden ist, zwischen die CF-Filamente 133a (die losen Fasern) in dem CF-Faserbündel 133 auf der Seite der unteren Schicht. Dadurch wird das Vorstehen des Pellets B zur Seite der oberen Schicht reduziert.
Wie in 4B gezeigt, kann in dem CF-Faserbündel 133 in der oberen Schicht in dem auf die Vorrichtung 50 gewickelten CF-Faserbündel 133 der Teil C1 entstehen, in dem sich die CF-Filamente 133a überlagern. In 4B sind die Umrisse von CF-Filamenten 133a, an denen der sich überlagernde Teil C1 erzeugt wird, durch Linien aus jeweils einem langen uns zwei kurzen Strichen (durch imaginäre Linien) dargestellt, und in ihren Querschnitten sind x-förmige Markierungen vorgesehen. Der in 4B gezeigte, sich überlagernde Teil C1 zeigt, wie später beschrieben, einen Zustand vor dem Eindringen des sich überlagernden Teils C1 zwischen die losen Fasern. Da bei der vorliegenden Ausführungsform das CF-Faserbündel 133 in den einzelnen Schichten nicht mit dem Harz imprägniert ist, wenn das CF-Faserbündel 133 in Spiralform auf die Vorrichtung 50 gewickelt wird, werden die Fasern in dem Teil, an dem keine Überlagerung des bei der vorhergehenden Umrundung bei der Umwicklung aufgewickelten CF-Faserbündels 133 erfolgt (dem Teil, auf den das CF-Faserbündel 133 bei der nachfolgenden Umrundung bei der Umwicklung gewickelt wird), in einen losen Zustand gebracht. Daher gelangt das CF Filament 133a in dem in dem CF-Faserbündel 133 auf der Seite der oberen Schicht erzeugten sich überlagernden Teil C1, wie in einem sich überlagernden Teil C2 dargestellt, zwischen die CF-Filamente 133a (die losen Fasern) des CF-Faserbündels 133 auf der Seite der unteren Schicht. Dadurch wird das Vorstehen des CF-Filaments 133a in dem sich überlagernden Teil C1 zur Seite der oberen Schicht reduziert.
Wie in 4C gezeigt, können in dem auf die Vorrichtung 50 gewickelten CF-Faserbündel 133 teilweise Durchtrennungen entstehen. In 4C sind die Querschnitte der CF-Filamente 133a in einem abgerissenen Abschnitt E1, in dem eine Durchtrennung aufgetreten ist, schraffiert dargestellt. Der in 4C gezeigte, abgerissene Abschnitt E1 stellt, wie später beschrieben, einen Zustand vor der Verschränkung der losen Fasern miteinander dar. Bei den CF-Filamenten 133a ist es unwahrscheinlich (oder es wird verhindert), dass beim Wickeln des CF-Faserbündels 133 auf die Vorrichtung 50 ein Zug auf die CF-Filamente 133a einwirkt, an denen die Durchtrennung entstanden ist, und dadurch werden die Fasern in einen im Vergleich zu den CF-Filamenten 133a, an denen keine Durchtrennung entstanden ist, losen Zustand gebracht.
Wenn, wie bei der vorliegenden Ausführungsform, das CF-Faserbündel 133 in dem Zustand in Spiralform auf die Vorrichtung 50 gewickelt wird, in dem das CF-Faserbündel 133 nicht mit dem Harz imprägniert ist, werden die Fasern in dem Teil, an dem keine Überlagerung des bei der vorhergehenden Umrundung bei der Umwicklung aufgewickelten CF-Faserbündels 133 erfolgt (dem Teil, auf den das CF-Faserbündel 133 bei der nachfolgenden Umrundung bei der Umwicklung gewickelt wird), in einen losen Zustand gebracht. Dadurch werden die CF-Filamente 133a in dem abgerissenen Abschnitt E1 mit den CF-Filamenten 133a (den losen Fasern) auf der Seite der unteren Schicht verschränkt, und in diesem Zustand werden sie mit dem Harz imprägniert. Anders ausgedrückt werden die durch die Entstehung der Durchtrennung losen CF-Filamente 133a in dem CF-Faserbündel 133 in der oberen Schicht mit den losen CF-Filamenten 133a des CF-Faserbündels 133 in der unteren Schicht verschränkt, und in diesem Zustand werden sie mit dem Harz ausgehärtet. Daher können in dem CF-Faserbündel 133 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die CF-Filamente 133a auf der Seite der oberen Schicht und der Seite der unteren Schicht, bei denen Durchtrennungen der CF-Filamente 133a entstanden sind, eingebunden werden.
Anschließend wird als Vergleichsbeispiel die Konfiguration der Schichten eines auf die Vorrichtung 50 gewickelten CFRP-Faserbündels 233 beschrieben. In der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen sind Teile, die die gleichen Funktionen wie bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform erfüllen, durch die gleichen Bezugszeichen oder gegebenenfalls durch am Ende (den beiden letzten Stellen) übereinstimmende Bezugszeichen bezeichnet, und dementsprechend wird gegebenenfalls auf die Wiederholung der Beschreibung verzichtet.
5A ist ein Konzeptdiagramm, das einen Schritt der Herstellung eines Hüllrohrs gemäß einem Vergleichsbeispiel zeigt. 5B ist eine schematische Schnittansicht eines Teils s2 gemäß 5A. Bei dem Hüllrohr gemäß dem Vergleichsbeispiel wird, wie in 5A gezeigt, das CFRP-Faserbündel 233 längs der Umfangsrichtung der Vorrichtung 50 so in Spiralform gewickelt, dass in der Breitenrichtung DW ein Spalt g (siehe 5B) zwischen den Endabschnitten gebildet wird. Bei dem Hüllrohr gemäß dem Vergleichsbeispiel wird, wie in 5B gezeigt, das CFRP-Faserbündel 233 zweifach gewickelt. Bei dem Hüllrohr gemäß dem Vergleichsbeispiel kann das CFRP-Faserbündel 233 so gewickelt werden, dass die Endabschnitte einander in der Breitenrichtung DW nicht überlagern und dass kein Spalt g gebildet wird.
Bei dem Hüllrohr gemäß dem Vergleichsbeispiel wird das CFRP-Faserbündel 233 in einem Zustand auf die Vorrichtung 50 gewickelt, in dem das CFRP-Faserbündel 233 mit dem Harz imprägniert ist. Bei dem Vergleichsbeispiel wird ein auf die Vorrichtung 50 gewickeltes Faserbündel 233 durch Entfernen der Vorrichtung 50 nach dem Aushärten des Harzes zu einem Hüllrohr geformt.
Anschließend wird die Konfiguration der Schichten des auf die Vorrichtung 50 gewickelten CFRP-Faserbündels 233 beschrieben. Die 6A bis 6C zeigen einzeln die Formen von Fehlern, die in dem auf die Vorrichtung 50 gewickelten CFRP-Faserbündel 233 auftreten. 6A ist eine schematische Schnittansicht des CFRP-Faserbündels 233, in dem ein Pellet B entstanden ist. 6B ist eine schematische Schnittansicht des CFRP-Faserbündels 233, in dem teilweise ein sich überlagernder Teil C entstanden ist. 6C ist eine schematische Schnittansicht des CFRP-Faserbündels 233, in dem teilweise eine Durchtrennung aufgetreten ist.
Da das CFRP-Faserbündel 233 gemäß dem Vergleichsbeispiel mit dem Harz imprägniert ist, wie in 6A gezeigt, kann das auf der Seite der oberen Schicht in dem CFRP-Faserbündel 233 entstandene Pellet B nicht zwischen die CFRP-Filamente 233a (eine Faser des CFRP) in dem CFRP-Faserbündel 233 auf der Seite der unteren Schicht gelangen, so dass es zur Seite der oberen Schicht vorsteht. Dies liegt daran, dass die Bewegung des CFRP-Filaments 233a eingeschränkt ist, da das CFRP-Faserbündel 233 gemäß dem Vergleichsbeispiel das Harz enthält. Daher stehen in dem CFRP-Faserbündel 233 auf der Seite der oberen Schicht mit dem Pellet B die CFRP-Filamente 233a zur Seite der oberen Schicht vor.
Wie in 6B gezeigt, wird bei dem CFRP-Faserbündel 233 gemäß dem Vergleichsbeispiel verhindert, dass der in dem CFRP-Faserbündel 233 auf der Seite der oberen Schicht entstandene, sich überlagernde Teil C zwischen die CFRP-Filamente 233a in dem CFRP-Faserbündel 233 auf der Seite der unteren Schicht gelangt. Dies liegt daran, dass die Bewegung des CFRP-Filaments 233a eingeschränkt ist, da das CFRP-Faserbündel 233 gemäß dem Vergleichsbeispiel das Harz enthält. Daher steht bei dem CFRP-Faserbündel 233 auf der Seite der oberen Schicht der sich überlagernde Teil C zur Seite der oberen Schicht vor.
Wie in 6C gezeigt, wird bei dem CFRP-Faserbündel 233 gemäß dem Vergleichsbeispiel verhindert, dass die CFRP-Filamente 233a, bei denen die Durchtrennung entstanden ist, mit den CFRP-Filamenten 233a auf der Seite der unteren Schicht verschränkt werden. Dies liegt daran, dass die Bewegung des CFRP-Filaments 233a eingeschränkt ist, da das CFRP-Faserbündel 233 gemäß dem Vergleichsbeispiel das Harz enthält. Daher können bei dem CFRP-Faserbündel 233 gemäß dem Vergleichsbeispiel keine weiteren CFRP-Filamente 233a aus dem Teil, in dem die Durchtrennung der CFRP-Filaments 233a entstanden ist, auf der Seite der unteren Schicht eingeschoben werden. Wenn, wie bei dem vorliegenden Vergleichsbeispiel, das CFRP-Faserbündel 233 so auf die Vorrichtung 50 gewickelt wird, dass der Spalt g zwischen dem CFRP-Faserbündel 233 gebildet wird, treten selbst in einem Zustand, in dem das CFRP-Faserbündel 233 nicht mit dem Harz imprägniert ist, wie vorstehend beschrieben, Fehler wie ein Vorstehen des Pellets in der oberen Schicht auf.
Da das CF-Faserbündel 133 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wie vorstehend beschrieben, in dem Zustand in Spiralform auf die Vorrichtung 50 gewickelt wird, in dem das CF-Faserbündel 133 nicht mit dem Harz imprägniert ist, werden die Fasern in dem Teil, an dem keine Überlagerung des bei der vorhergehenden Umrundung bei der Umwicklung aufgewickelten CF-Faserbündels 133 erfolgt, in einen losen Zustand gebracht. Daher gelangen selbst dann, wenn das Pellet, der sich überlagernde Teil und dergleichen entstehen, die entsprechenden Teile zwischen die losen Fasern und werden eingebunden, und dadurch ist es möglich, das Vorstehen der CF-Filamente 133a zur Seite der oberen Schicht zu reduzieren. Auf diese Weise sind bei dem Hüllrohr 33 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Abmessungen des Außendurchmessers des Rohrs gleichmäßiger, und dadurch ist es möglich, die Häufigkeit des Auftretens von Abmessungsfehlern zu reduzieren.
Bei dem Hüllrohr 33 gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind die Abmessungen des Außendurchmessers des Rohrs gleichmäßiger, und dadurch kann ein Spalt zwischen dem Rotor 30 und dem Stator 20 (siehe 1) verschmälert werden. Auf diese Weise ist es möglich, eine Abnahme der Drehmomenteffizienz des Motors 1 zu reduzieren, und dadurch ist es möglich, die Motorleistung des Motors 1 weiter zu verbessern.
Bei dem CF-Faserbündel 133 gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden die CF-Filamente 133a, bei denen Durchtrennungen entstanden sind, in einem Zustand mit dem Harz gehärtet, in dem sie mit den CF-Filamenten 133a verschränkt sind, bei denen keine Durchtrennungen entstanden sind. Auf diese Weise können bei dem CF-Faserbündel 133 gemäß der vorliegenden Ausführungsform auch weitere CF-Filamente 133a in den Teil eingebunden werden, in dem Durchtrennungen der CF-Filamente 133a entstanden sind. Daher ist bei dem CF-Faserbündel 133 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Dichte der Fasern gleichmäßiger, und dadurch ist es möglich, die Festigkeit des Hüllrohrs 33 zu verbessern.
Das CF-Faserbündel 133 gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird in einem Zustand auf die äußere Umfangsfläche der Vorrichtung 50 gewickelt, in dem das CF-Faserbündel 133 nicht mit dem Harz imprägniert ist. Auf diese Weise wird die Außenseite des Hüllrohrs 33 nach dem Wickeln des CF-Faserbündels 133 mit einer Form oder dergleichen gepresst, und dadurch ist es möglich, in dem CF-Faserbündel 133 entstandene Vorsprünge und Vertiefungen (wie ein Pellet und einen sich überlagernden Teil) flacher zu gestalten. Daher können bei dem Hüllrohr 33 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Abmessungen des Außendurchmessers des Rohrs gleichmäßiger gestaltet werden.
Obwohl vorstehend die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben ist, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform beschränkt, und es sind verschiedene Abänderungen und Modifikationen wie eine später beschriebene Abänderung möglich, und auch diese sind in den technischen Umfang der vorliegenden Erfindung aufgenommen. Die im Zusammenhang mit der Ausführungsform beschriebenen Ergebnisse sind lediglich eine Auflistung der bevorzugtesten der mit der vorliegenden Erfindung erzielten Ergebnisse, und es besteht keine Beschränkung auf die im Zusammenhang mit der Ausführungsform beschriebenen Ergebnisse. Obwohl die vorstehend beschriebene Ausführungsform und die nachstehend beschriebene Abänderung gegebenenfalls kombiniert eingesetzt werden können, wird auf eine diesbezügliche genaue Beschreibung verzichtet.
(Abänderung)
Obwohl im Zusammenhang mit der Ausführungsform das Beispiel beschrieben ist, bei dem das CF-Faserbündel 133 so auf die äußere Umfangsfläche der Vorrichtung 50 gewickelt wird, dass das Hüllrohr 33 gebildet wird, besteht keine Beschränkung auf dieses Beispiel. Das Hüllrohr 33 kann durch direktes Wickeln des Faserbündels 133 auf die äußere Umfangsseite der Dauermagnete 32 (siehe 2) erzeugt werden. Obwohl im Zusammenhang mit der Ausführungsform das Beispiel beschrieben ist, bei dem das Hüllrohr 33 aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFRP) ausgebildet ist, besteht keine Beschränkung auf dieses Beispiel. Das Hüllrohr 33 kann aus dem vorstehend aufgeführten faserverstärkten Kunststoff (FRP) oder aus einem zusammengesetzten Material ausgebildet sein, bei dem faserverstärkter Kunststoff als hauptsächliches Material verwendet wird.
Bezugszeichenliste
1: Motor, 20: Stator, 30: Rotor, 31: Manschette, 32: Dauermagnet, 33: Hüllrohr, 35: Drehachse, 133: CF-Faserbündel, 133a: CF Filament
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP H0919093 [0003]
JP 201682773 [0023]

Claims

Rotor (30), der umfasst: ein drehendes Element (35); mehrere Dauermagnete (32), die an einer äußeren Umfangsseite des drehenden Elements (35) angeordnet sind; und ein Hüllrohr (33), das auf einer Seite einer äußeren Umfangsfläche der mehreren Dauermagnete (32) vorgesehen und aus einem Faserbündel (133) ausgebildet ist, bei dem mehrere faserverstärkte Kunststofffilamente längs einer Längsrichtung angeordnet sind, wobei das Faserbündel (133) des Hüllrohrs (33) dergestalt in Schichten spiralförmig längs einer Umfangsrichtung (DR) des drehenden Elements (35) geschichtet ist, dass ein Teil des Faserbündels (133) in einer Breitenrichtung (DW) lose ist.
Rotor (30) nach Anspruch 1, wobei das Faserbündel (133) des Hüllrohrs (33) in einem Zustand in ein Harz integriert wird, in dem das Faserbündel (133) spiralförmig in Schichten längs der Umfangsrichtung des drehenden Elements (35) geschichtet ist.
Rotor (30) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der faserverstärkte Kunststoff ein kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff ist.