JP2003111323A

JP2003111323A - 発電電動機のロータ

Info

Publication number: JP2003111323A
Application number: JP2002055273A
Authority: JP
Inventors: Shoei Abe; 昇栄阿部
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2001-07-24
Filing date: 2002-03-01
Publication date: 2003-04-11

Abstract

(57)【要約】【課題】発電電動機のシャフトの外周に永久磁石を配
置してフィラメントワインディング層で前記シャフト上
に巻きかけて固定してロータとするものにおいて、永久
磁石の保持強度を低下させることなく、浮き上がり回転
数を上げて永久磁石の浮き上がりを防止する。【解決手段】発電電動機のロータ２６において、永久
磁石２２のシャフト軸方向側端部に永久磁石より密度に
おいて小さい（低密度）部材３６を配置すると共に、フ
ィラメントワインディング層２４で永久磁石２２と部材
３６を巻きかけてシャフト上に固定し、よって低下した
保持強度以下の遠心力しか作用させないことで浮き上が
り回転数を上げることを可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は発電電動機のロー
タに関する。

【０００２】

【従来の技術】発電電動機、即ち、発電機および／また
は電動機となる電気機器のシャフトの外周に永久磁石を
配置してフィラメントワインディング層で前記シャフト
上に巻きかけて固定してロータとした例としては、特開
平１０−５１９８５号公報記載の技術を挙げることがで
きる。この従来技術においては、フィラメントとして炭
素繊維を用いた強化樹脂層で永久磁石をシャフト上に巻
きかけて固定して高速同期発電機のロータとしている。

【０００３】また、フィラメントとして上記した炭素繊
維以外にも、ガラス繊維、ケブラー（ポリアミド系繊
維）を用いた強化樹脂層で永久磁石をシャフト上に固定
したり、薄肉の金属円管を圧入して永久磁石をシャフト
上に固定することも、知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この種のロータは、高
速で回転させられるとき、遠心力によって永久磁石はシ
ャフト径方向に浮き上がろうとする。永久磁石の浮き上
がりが発生すると、ロータ全体のバランスが崩れて振動
が生じたり、発電電動機の磁気特性に変化が生じたりす
る恐れがある。さらには、永久磁石の浮き上がりが発生
することにより、永久磁石が、円周方向（回転方向）あ
るいはシャフト軸方向にずれる恐れがある。

【０００５】従って、かかるロータにあっては、永久磁
石の浮き上がりを防止する必要がある。浮き上がりが発
生する回転数（以下「浮き上がり回転数」という）は、
フィラメントワインディング加工時の張力の平方根、あ
るいはフィラメントワインディング層の厚み（層数）の
平方根に比例するが、フィラメントワインディング層の
厚みを増加させることは、ステータとのギャップから限
界がある。

【０００６】そこで、フィラメントワインディング加工
時の張力を増加させて浮き上がり回転数を上げざるを得
ない。しかしながら、高い張力をかけながら永久磁石の
上にフィラメントワインディング層を重ねていくと、加
熱硬化工程で、永久磁石の端部相当位置においてフィラ
メントワインディング層の厚み（シャフト径方向の厚
み）が徐々に減少する、いわゆる肩落ちが発生する。こ
のことは、永久磁石を保持するフィラメントワインディ
ング層が減少すると同時に加工時の張力より低くなって
しまうため、肩落ち発生部分の永久磁石の保持強度が低
下することを意味する。

【０００７】また、永久磁石がネオジウム、鉄、ボロン
などの希土類合金を焼結してなるような場合、永久磁石
自体の強度が低いため、遠心力に対する保持強度が部分
的に異なると、永久磁石が割れて破損する恐れもある。

【０００８】従って、この発明の目的は上記した課題を
解消することにあり、発電電動機のシャフトの外周に永
久磁石を配置してフィラメントワインディング層で前記
シャフト上に巻きかけて固定してロータとするものにお
いて、永久磁石の保持強度を低下させることなく、浮き
上がり回転数を上げて永久磁石の浮き上がりを防止する
ようにした発電電動機のロータを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１項にあっては、発電電動機のシャフトの
外周に永久磁石を配置し、前記永久磁石をフィラメント
ワインディング層で巻きかけて前記シャフト上に固定し
てロータとした発電電動機のロータにおいて、前記永久
磁石のシャフト軸方向側端部に、前記永久磁石より密度
において小さい部材を配置すると共に、前記フィラメン
トワインディング層で前記永久磁石と前記部材を巻きか
けて前記シャフト上に固定するように構成した。

【００１０】永久磁石のシャフト軸方向側端部に永久磁
石より密度において小さい部材を配置すると共に、フィ
ラメントワインディング層で永久磁石と部材を巻きかけ
てシャフト上に固定するように構成したので、永久磁石
の端部相当位置においてフィラメントワインディング層
が肩落ちして永久磁石の保持強度が低下しても、密度の
小さい、換言すれば単位体積当たりの質量の小さい部材
を配置して永久磁石と共にフィラメントワインディング
層で固定することで、低下した保持強度以下の遠心力し
か作用しないようにすることができる。それによって、
永久磁石の保持強度を低下させることなく、浮き上がり
回転数を上げて永久磁石の浮き上がりを効果的に防止す
ることができる。また、永久磁石がネオジウム、鉄、ボ
ロンなどの希土類合金を焼結してなるような場合でも、
遠心力に対する保持強度が部分的に異なることがないた
め、永久磁石の破損を防止することができる。

【００１１】請求項２項にあっては、前記フィラメント
ワインディング層の厚みを、前記部材上でシャフト軸方
向において徐々に減少させるように構成した。

【００１２】フィラメントワインディング層の厚みをシ
ャフト軸方向において徐々に減少させる、即ち、意図的
に肩落ち形状となるように構成、具体的には完成後に肩
落ち形状となるように、フィラメントの巻き数を端部で
徐々に減少させて厚みが減少するように構成したので、
層の厚みの減少によって端部の保持強度は低いものの、
初期の張力を維持することができることから、保持強度
の低下率を一層抑えることができ、その分だけ（低密
度）部材の素材選択の自由度を拡大することができる。

【００１３】請求項３項にあっては、前記部材にシャフ
ト径方向に延びる突起を形成する如く構成した。

【００１４】前記部材にシャフト径方向に延びる突起を
形成する如く構成したので、前記した作用、効果に加
え、突起に相当する分だけ肩落ち部位を小さくすること
ができ、それに相応する密度の部材を配置すれば足るの
で、（低密度）部材の素材選択の自由度を拡大すること
ができる。

【００１５】請求項４項にあっては、前記フィラメント
ワインディング層を構成するフィラメントが、ポリパラ
フェニレンベンゾビスオキサゾールを液晶紡糸した繊維
からなる如く構成した。

【００１６】フィラメントワインディング層を構成する
フィラメントが、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサ
ゾールを液晶紡糸した繊維からなる如く構成したので、
浮き上がり回転数を上げて永久磁石の浮き上がりを効果
的に防止することができると共に、この繊維は非導電体
なので、発熱による永久磁石の減磁の恐れなども解消す
ることができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に即し、この発明
の一つの実施の形態に係る発電電動機のロータを説明す
る。

【００１８】図１はその発電電動機のロータを全体的に
示す概略図である。

【００１９】図１において、符号１０は発電電動機を示
す。発電電動機１０はハウジング１２を備える。ハウジ
ング１２の内部にはシャフト１４と、シャフト１４にボ
ルト１６をボルト挿通孔１６ａから挿通して固定された
フライホイール２０が、シャフト１４によって回転自在
に収容される。尚、発電電動機１０は電気エネルギをフ
ライホイール２０の回転として蓄積する、特開昭５２−
０６５８０４号公報に記載されるようなフライホイール
型蓄電装置、いわゆるフライホイール・バッテリとして
構成される。

【００２０】シャフト１４は鉄材からなり、図示の如
く、シャフト半部１４ａ，１４ｂからなる。シャフト半
部１４ａ，１４ｂは共に先端側からフライホイール２０
に向けて径大に構成される。

【００２１】フライホイール２０は上面視でホイール状
を呈し、中央位置にボス２０ａを備え、ボス（ハブ）２
０ａの両側でシャフト半部１４ａ，１４ｂにボルト１６
で固定され、よってフライホイール２０がシャフト１４
を介して回転自在に構成される。

【００２２】フライホイール２０のボス２０ａと円周側
の環状のリム２０ｂの間は複数本（具体的には４本）の
スポーク（アーム）２０ｃで一体的に接続される。ボス
２０ａ、リム２０ｂおよびスポーク２０ｃは、アルミニ
ウム材で製作される。また、リム２０ｂは比較的肉薄に
形成され、そのさらに円周側には炭素繊維を用いた強化
樹脂材からなるロータ２０ｄが圧入される。

【００２３】ロータ２０ｄは上面視でドーナツ状を呈
し、それぞれ炭素繊維を用いた強化樹脂を積層してな
る、軽量で回転強度の高い複数個のピース、例えば５個
のピースからなる。それぞれのピースは順次リム２０ｂ
の外周に圧入され、回転体が構成される。

【００２４】シャフト１４の半部１４ｂの外周には永久
磁石２２が配置され、永久磁石２２をフィラメントワイ
ンディング層２４でシャフト１４上に巻き止め、前記し
た発電電動機のロータ（回転子）２６が構成される。

【００２５】他方、ハウジング１２には、ロータ２６と
所定のギャップ（間隙）をおいてステータ（固定子巻
線）３０が固定される。ロータ２６とステータ３０で発
電機・電動機、より具体的には永久磁石式の同期発電機
・電動機が構成される。

【００２６】シャフト１４（およびそれに固定されたフ
ライホイール２０）は、軸受け３２を介してハウジング
１２内に回転自在に収容される。尚、軸受け３２は、図
示の簡略化のため、玉軸受けとして示すが、実際には磁
気軸受けからなり、非接触にシャフト１４を支持する。
また、ハウジング１２の内部３４は減圧装置（図示せ
ず）に接続され、真空に保持されてフライホイール２０
の回転時の空気抵抗を減少するように構成される。

【００２７】発電電動機１０は、充電時には図示しない
通電回路を介してステータ３０が通電されてステータ３
０とロータ２６が電動機として動作し、フライホイール
２０を回転させると共に、放電時にはステータ３０とロ
ータ２６が発電機として動作し、フライホイール２０の
回転を電気エネルギに変換する。かく発生された電力
は、図示しない回路を介して取り出されて所望の用途に
供される。

【００２８】図２および図３は、図１のロータ２６の構
成をより詳細に示す、シャフト１４の部分縦断概略図お
よび部分横断概略図である。

【００２９】図示の如く、ロータ２６は、シャフト１４
（より正確にはシャフト半部１４ｂ）の外周に配置され
た永久磁石２２をフィラメントワインディング層２４で
シャフト１４ｂ上に巻きかけて固定されてなる。

【００３０】永久磁石２２は例えば、ネオジウム、鉄、
ボロンの希土類合金を焼結してなるものから製作され、
図示の如く、空隙２２ａで細分された８個の磁石片から
なる、４極対構造とされる。

【００３１】フィラメントワインディング層２４は、ガ
ラス繊維を用いた強化樹脂からなるフィラメントを数本
束ねたロービングに樹脂を含浸させながら永久磁石２２
に張力をかけて巻きかけ、次いで加熱硬化させるフィラ
メントワインディング加工で形成される。

【００３２】尚、図示例のような発電電動機において
は、フィラメントとして、ガラス繊維に代え、ケブラー
（ポリアミド繊維）などを使用しても良い。また、フィ
ラメントの素材については第４の実施の形態で詳細に述
べる。

【００３３】ロータ２６は高速で回転させられることか
ら、先に述べたように、遠心力によって永久磁石２２が
シャフト１４の径方向に浮き上がろうとし、その浮き上
がりが発生すると、ロータ２６の全体としてのバランス
が崩れて振動が生じるなどの不都合が起きる。

【００３４】浮き上がり回転数（浮き上がりが発生する
回転数）は、フィラメントワインディング加工時の張力
あるいはフィラメントワインディング層の厚み（層数）
の平方根に比例するが、フィラメントワインディング層
の厚みを増加させることは、ステータ３０とのギャップ
から限界があることから、浮き上がり回転数を上げて浮
き上がりを回避するには張力を増加せざるを得ない。

【００３５】図４に、フィラメントワインディング加工
時の張力（プリテンション）に対する浮き上がり回転数
（図に「Ｎ」と示す）の特性を示す。図示の如く、張力
が増加するにつれて、浮き上がり回転数を上げることが
でき、よって浮き上がりを回避することができる。尚、
浮き上がり回転数の算出については第３の実施の形態で
詳説する。

【００３６】しかしながら、フィラメントワインディン
グ加工において張力を増加させると、フィラメントワイ
ンディング層２４の永久磁石２２の端部（シャフト１４
の軸方向端部）に相当する位置に、図２に想像線で示す
如く、肩落ち部２４ａが発生する。

【００３７】即ち、先にも述べたようにフィラメントワ
インディング加工時の加熱硬化工程で、永久磁石２２の
端部相当位置においてフィラメントワインディング層２
４の厚み（シャフト径方向厚み）が徐々に減少すると同
時に張力が低下する、いわゆる肩落ちが発生する。

【００３８】この肩落ち部２４ａによって永久磁石２２
の保持強度がその分だけ低下する。また甚だしいとき
は、永久磁石２２に曲げ応力が発生することになって浮
き上がり回転数を低下させることになる。また、永久磁
石２２がネオジウム、鉄、ボロンなどの希土類合金を焼
結してなり、それ自体の強度が低いため、遠心力に対す
る保持強度が部分的に異なると、割れて破損する恐れも
ある。

【００３９】従って、この実施の形態においては、永久
磁石２２の端部（シャフト１４の軸方向の端部）、より
詳しくはその両端部に、永久磁石２２より密度において
小さい（低密度）部材３６を配置すると共に、フィラメ
ントワインディング層２４で永久磁石２２とその（低密
度）部材３６をシャフト１４上に巻きかけて固定するよ
うに構成した。尚、この明細書において「密度」は単位
体積当たり質量を意味する。

【００４０】このように、フィラメントワインディング
層２４の肩落ち部２４ａに相当する位置には、永久磁石
２２の保持強度が低下しても、フライホイール２０の高
速回転時、その低下した保持強度以下の遠心力しか作用
しないように、永久磁石２２に代え、それより低密度
の、換言すれば単位体積当たりの質量の小さい部材３６
を配置するようにした。

【００４１】具体的には、部材３６の素材は、フィラメ
ントワインディング層２４の残余の部分と比較したとき
の肩落ち部２４ａの重量（質量）減少分と張力低下分に
相当する分だけ、もしくはそれ以上に密度が小さい素材
を選択して使用する。

【００４２】即ち、永久磁石２２が前記した希土類合金
材（例えば日立金属製ＨＳ−３０ＥＶ（商品名。密度
７．５））を使用して製作することから、（低密度）部
材３６は、一般的には合成樹脂材、具体的にはポリイミ
ド（密度１．４３）からなる素材、より具体的にはユピ
モールＳＡ２０１（商品名。密度１．３２から１．３
４）の素材を使用して製作するようにした。

【００４３】これによって、永久磁石２２の保持強度を
低下させることなく、浮き上がり回転数を上げることが
でき、永久磁石２２の浮き上がりを効果的に防止するこ
とができる。また、永久磁石２２が希土類合金材から製
作されるときも、遠心力に対する保持強度が部分的に異
なることがないので、割れて破損することがない。

【００４４】この実施の形態は上記の如く、永久磁石２
２のシャフト軸方向側端部に永久磁石より密度において
小さい、換言すれば単位体積当たりの質量において小さ
い（低密度）部材３６を配置すると共に、フィラメント
ワインディング層２４で永久磁石２２と（低密度）部材
３６を巻きかけてシャフト１４の上に固定するように構
成した。

【００４５】それによって、永久磁石２２の端部におい
てフィラメントワインディング層２４が肩落ちして永久
磁石２２の保持強度が低下しても、低下した保持強度以
下の遠心力しか作用しないようにすることができる。さ
らには、永久磁石２２の保持強度を低下させることな
く、浮き上がり回転数を上げて永久磁石の浮き上がりを
効果的に防止することができる。また、永久磁石２２が
希土類合金材から製作されるときも、遠心力に対する保
持強度が部分的に異なることがないので、破損を防止す
ることができる。

【００４６】尚、（低密度）部材３６はフィラメントワ
インディング層２４に肩落ち部２４ａが生じるときの対
策なので、例えば、片側にテーパや段差が形成されてい
る構造にあっては、両端部に配置することは必須の構成
ではなく、肩落ち部２４ａが生じる側の端部に配置すれ
ば足る。請求項１項において「両端部」とせず、「端
部」としたのは、この意味からである。

【００４７】図５はこの発明の第２の実施の形態に係る
発電電動機のロータの一部を示す、図２に部分的に類似
する図面である。

【００４８】第２の実施の形態は、永久磁石２２の端部
に（低密度）部材３６を配置すると共に、フィラメント
ワインディング層２４で永久磁石２２とその（低密度）
部材３６をシャフト１４上に巻きかけて固定するように
構成した点では第１の実施の形態と同様である。

【００４９】しかしながら、第２の実施の形態において
特徴的なことは、フィラメントワインディング層２４の
厚みを、シャフト軸方向において徐々に減少させるよう
に構成したことである。

【００５０】即ち、第２の実施の形態にあっては、図５
に示すように、意図的に肩落ち形状となるように構成し
た。具体的には完成後に肩落ち形状となるように、フィ
ラメントの巻き数を端部で徐々に減少させて厚みが減少
するように構成した。

【００５１】第２の実施の形態にあっては上記のように
構成したので、フィラメントワインディング層２４の厚
みの減少によって永久磁石２２の保持強度は低いもの
の、フィラメントワインディング加工で初期の張力を維
持することができることから、第１の実施の形態で述べ
た構成に比して永久磁石２２の保持強度の低下率を抑え
ることができ、その分だけ（低密度）部材３６の素材選
択の自由度を拡大することができる。

【００５２】尚、残余の構成および効果は、第１の実施
の形態と同様である。また、第１の実施の形態と同様
に、肩落ち部２４ａが生じるときの対策なので、片側に
テーパや段差が形成されている構造などにあっては、両
端部に配置することは必須の構成ではなく、肩落ち部２
４ａが生じる側の端部をかく構成すれば足る。請求項２
項において「端部」としたのも、同様の理由による。

【００５３】図６はこの発明の第３の実施の形態に係る
発電電動機のロータの一部を示す、図２に部分的に類似
する図面である。

【００５４】第３の実施の形態においては、（低密度）
部材３６の端部（シャフト１４の軸方向側の端部）に、
シャフト径方向に延びる突起３６ａを形成するように構
成した。

【００５５】これにより、第１の実施の形態に比し、突
起３６ａに相当する分だけ、肩落ち部２４ａを小さくす
ることができ、それに相応する密度の部材を配置すれば
良いので、（低密度）部材３６の素材選択の自由度を拡
大することができる。尚、残余の構成および効果は、第
１の実施の形態と異ならない。

【００５６】図７はこの発明の第４の実施の形態に係る
発電電動機のロータを示す、図２に類似する図面であ
る。

【００５７】第４の実施の形態においては、フィラメン
トワインディング層２４を構成するフィラメントとし
て、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール（ＰＢ
Ｏ）を液晶紡糸されてなる繊維（商品名ザイロン（東洋
紡績製））を用いるようにした。

【００５８】先に述べたように、浮き上がり回転数を上
げるためにフィラメントワインディング加工時の張力を
増加させるとしても、引っ張り強度は、ガラス繊維では
３．４ＧＰａである。ケブラーはさらに低く、２．３Ｇ
Ｐａ程度が限界である。

【００５９】従って、第４の実施の形態ではフィラメン
トワインディング層２４を構成するフィラメントとし
て、強度において優れたポリパラフェニレンベンゾビス
オキサゾール（ＰＢＯ）なる繊維を使用するようにし
た。これによって、浮き上がり回転数を効果的に上げる
ことができる。また、この繊維は非導電体なので、発熱
による永久磁石２２の減磁の恐れも解消することができ
る。

【００６０】ここで、図４に示す浮き上がり回転数の算
出について説明する。

【００６１】図８は、フィラメント（２４ｂで示す）を
張力（「Ｐｒ」と示す）をかけて（永久磁石２２の上
に）巻きかけてなるフィラメントワインディング層２４
をモデル化して示す説明図である。尚、その各部の寸法
は図示の如く定義する。また、図８などで永久磁石２２
は「ＭＧ」と、フィラメントワインディング層２４は
「ＦＷ」と示す。

【００６２】フィラメントワインディング加工時に張力
をかけることから、図９（ａ）に示すように繊維が丸断
面のまま巻かれることはなく、図９（ｂ）に示すように
巻かれるので、図９（ｂ）に示すような単位ｔｆ×ｌｆ
を１束としてその断面積Ｓを算出すると、同図の下部に
示すようになる。

【００６３】ｔｆとして実測値を使用すれば、ｌｆは、
断面積Ｓから算出することができる。ｌｆはｌｐ（図８
に定義を示す）より小さい値で、図示のモデルの場合、
繊維占有率Ｖｆはｌｆ／ｌｐで算出することができる。

【００６４】また、永久磁石２２の重心半径ｒＧと質量
ｍ、および永久磁石２２に作用する遠心力Ｆは、図１０
に示すように算出することができる。

【００６５】さらに、フィラメントワインディング加工
時の張力（プリテンション）と上記の遠心力Ｆが釣り合
うシャフト１４の回転角速度ωは、図１１に示すよう
に、釣り合い式から求めることができる。

【００６６】フィラメントワインディング層２４の質量
も考慮するとき、回転角速度ωは同図下部に示すように
なり、以上から同図最下部に示すように、適宜な係数Ｋ
を用いることで、浮き上がり回転数Ｎを算出することが
できる。

【００６７】この場合、ケブラーの張力は３８０ｄで２
４．５〔Ｎ〕であるが、ＰＢＯは５００ｄで９８〔Ｎ〕
であり、約３．０４倍（＝９８／（２４．５×５００／
３８０））となる。即ち、図４に示す如く、張力が２倍
になれば、浮き上がり回転数は２^1/2倍まで上げること
ができることから、この例では浮き上がり回転数は、
（３．０４）^1/2＝１．７４倍まで上げることができ
る。

【００６８】第４の実施の形態は上記の如く構成したの
で、浮き上がり回転数を上げて永久磁石２２の浮き上が
りを効果的に防止することができる。

【００６９】尚、第１から第４の実施の形態を適宜組み
合わせることも可能である。例えば、第２の実施の形態
のフィラメントワインディング加工において第４の実施
の形態のフィラメントを用いても良い。

【００７０】上記の如く、第１の実施の形態において
は、発電電動機１０のシャフト１４（より正確にはシャ
フト半部１４ｂ）の外周に永久磁石２２を配置し、前記
永久磁石２２をフィラメントワインディング層２４で巻
きかけて前記シャフト上に固定してロータ２６とした発
電電動機のロータにおいて、前記永久磁石２２のシャフ
ト軸方向側端部に、前記永久磁石より密度において小さ
い（低密度）部材３６を配置すると共に、前記フィラメ
ントワインディング層２４で前記永久磁石２２と前記部
材３６を巻きかけて前記シャフト上に固定するように構
成した。

【００７１】また、第２の実施の形態においては、前記
フィラメントワインディング層２４の厚みを、前記部材
上でシャフト軸方向において徐々に減少させるように構
成した。

【００７２】また、第３の実施の形態においては、前記
部材３６にシャフト径方向に延びる突起３６ａを形成す
る如く構成した。

【００７３】また、第４の実施の形態においては、前記
フィラメントワインディング層２４を構成するフィラメ
ントが、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール
（ＰＢＯ）を液晶紡糸した繊維からなる如く構成した。

【００７４】尚、この発明をフライホイール・バッテリ
を例にとって説明してきたが、それに限られるものでは
なく、この発明は、高速で回転する回転体で図示の構成
を備えるものであれば、妥当する。

【００７５】

【発明の効果】請求項１項にあっては、永久磁石のシャ
フト軸方向側端部に永久磁石より密度において小さい部
材を配置すると共に、フィラメントワインディング層で
永久磁石と部材を巻きかけてシャフト上に固定するよう
に構成したので、永久磁石の端部相当位置においてフィ
ラメントワインディング層が肩落ちして永久磁石の保持
強度が低下しても、密度の小さい、換言すれば単位体積
当たりの質量の小さい部材を配置して永久磁石と共にフ
ィラメントワインディング層で固定することで、低下し
た保持強度以下の遠心力しか作用しないようにすること
ができる。それによって、永久磁石の保持強度を低下さ
せることなく、浮き上がり回転数を上げて永久磁石の浮
き上がりを効果的に防止することができる。また、永久
磁石がネオジウム、鉄、ボロンなどの希土類合金を焼結
してなるような場合でも、遠心力に対する保持強度が部
分的に異なることがないため、永久磁石の破損を防止す
ることができる。

【００７６】請求項２項にあっては、フィラメントワイ
ンディング層の厚みをシャフト軸方向において徐々に減
少させる、即ち、意図的に肩落ち形状となるように構
成、具体的には完成後に肩落ち形状となるように、フィ
ラメントの巻き数を端部で徐々に減少させて厚みが減少
するように構成したので、層の厚みが減少する分、永久
磁石の保持強度は低いものの、初期の張力を維持するこ
とができることから、保持強度の低下率を一層抑えるこ
とができ、その分だけ（低密度）部材の素材選択の自由
度を拡大することができる。

【００７７】請求項３項にあっては、前記部材にシャフ
ト径方向に延びる突起を形成する如く構成したので、前
記した作用、効果に加え、突起に相当する分だけ肩落ち
部位を小さくすることができ、それに相応する密度の部
材を配置すれば足るので、（低密度）部材の素材選択の
自由度を拡大することができる。

【００７８】請求項４項にあっては、フィラメントワイ
ンディング層を構成するフィラメントが、ポリパラフェ
ニレンベンゾビスオキサゾールを液晶紡糸した繊維から
なる如く構成したので、浮き上がり回転数を上げて永久
磁石の浮き上がりを効果的に防止することができると共
に、この繊維は非導電体なので、発熱による永久磁石の
減磁の恐れなども解消することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一つの実施の形態に係る発電電動機
のロータを全体的に示す概略図である。

【図２】図１のロータの構成をより詳細に示す、シャフ
トの部分縦断概略図である。

【図３】図１のロータの構成をより詳細に示す、シャフ
トの部分横断概略図である。

【図４】図１の装置のフィラメントワインディング加工
時の張力に対する浮き上がり回転数の特性を示す説明グ
ラフである。

【図５】この発明の第２の実施の形態に係る発電電動機
のロータの一部を示す、図２に部分的に類似する、シャ
フトの部分縦断概略図である。

【図６】この発明の第３の実施の形態に係る発電電動機
のロータの一部を示す、図２に部分的に類似する、シャ
フトの部分縦断概略図である。

【図７】この発明の第４の実施の形態に係る発電電動機
のロータを示す、図２に類似する、シャフトの部分縦断
概略図である。

【図８】図４に示す浮き上がり回転数の算出を説明する
説明図である。

【図９】同様に、図４に示す浮き上がり回転数の算出を
説明する説明図である。

【図１０】同様に、図４に示す浮き上がり回転数の算出
を説明する説明図である。

【図１１】同様に、図４に示す浮き上がり回転数の算出
を説明する説明図である。

【符号の説明】

１０発電電動機１４シャフト２０フライホイール２２永久磁石２４フィラメントワインディング層２４ａ肩落ち部２４ｂフィラメント２６ロータ３０ステータ３６（低密度）部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発電電動機のシャフトの外周に永久磁石
を配置し、前記永久磁石をフィラメントワインディング
層で巻きかけて前記シャフト上に固定してロータとした
発電電動機のロータにおいて、前記永久磁石のシャフト
軸方向側端部に、前記永久磁石より密度において小さい
部材を配置すると共に、前記フィラメントワインディン
グ層で前記永久磁石と前記部材を巻きかけて前記シャフ
ト上に固定するように構成したことを特徴とする発電電
動機のロータ。
【請求項２】前記フィラメントワインディング層の厚
みを、前記部材上でシャフト軸方向において徐々に減少
させるように構成したことを特徴とする請求項１項記載
の発電電動機のロータ。
【請求項３】前記部材にシャフト径方向に延びる突起
を形成したことを特徴とする請求項１項または２項記載
の発電電動機のロータ。
【請求項４】前記フィラメントワインディング層を構
成するフィラメントが、ポリパラフェニレンベンゾビス
オキサゾールを液晶紡糸した繊維からなることを特徴と
する請求項１項から３項のいずれかに記載の発電電動機
のロータ。