JP2023151122A - ロータ及びロータの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】永久磁石の飛散防止用のCFRP材における繊維断線の懸念を低減することができるロータ及びロータの製造方法を提供する。【解決手段】ロータ12における永久磁石22の飛散防止部材23は、CFRP材が用いられて内径側部位が繊維リッチ層、外径側部位が樹脂リッチ層をなすように構成される。繊維及び樹脂が偏倚する飛散防止部材23は、CFRP材のリボン状素材23xに高張力を付与して巻回及び加熱硬化処理を経ることで作製される。【選択図】図3
Description
本開示は、永久磁石を有するロータ及びロータの製造方法に関する。
モータのロータにおいて、磁極部としてロータ基部の外側面に複数個の永久磁石を配置して構成されているものが知られている。永久磁石は、ロータの回転時に外径側への遠心力を受け、外径側への浮き上がりから飛散へと繋がる。そのため、永久磁石の外側面を一部又は全部を覆う飛散防止用の部材が設けられているものがある。
飛散防止用の部材の一例としては、炭素繊維強化樹脂材(CFRP材という)が用いられている(例えば特許文献1参照)。ロータの構成部材にCFRP材を用いることは、特にロータに軽量及び高回転が要求される場合に好適である。
CFRP材は、熱硬化性樹脂等の樹脂基材と炭素繊維とを含む複合材である。炭素繊維の体積含有率を上げたものを使用する場合、強化繊維の樹脂による保護効果が小さくなり得る。そのため、強化繊維が外部刺激により断線する懸念が大きくなるため、使用するにあたって工夫が必要であった。
本開示の目的は、永久磁石の飛散防止用のCFRP材における繊維断線の懸念を低減することができるロータ及びロータの製造方法を提供することにある。
上記課題を解決するロータは、ロータ基部(21)と、前記ロータ基部の外側面(21a)の周方向に複数配置される永久磁石(22)と、複数の前記永久磁石の外側面(22b)に沿ってロータを周回する態様にて装着される飛散防止部材(23)と、を備えてなるロータ(12)であって、前記飛散防止部材は、樹脂基材(23a)と炭素繊維(23b)とを含む炭素繊維強化樹脂材(CFRP材という)を用いて構成されるものであり、前記ロータの内径側である内径側部位(A1)が繊維リッチ層をなし、外径側部位(A2)が樹脂リッチ層をなして構成されている。
上記構成によれば、ロータにおける永久磁石の飛散防止部材は、CFRP材が用いられて内径側部位が繊維リッチ層、外径側部位が樹脂リッチ層をなす。そのため、飛散防止部材に対して外部刺激が作用しても樹脂リッチ層の外径側部位が外力を好適に吸収する。つまり、CFRP材の炭素繊維への外力の作用が抑制され、炭素繊維が断線に至るような事象の低減が可能である。
上記課題を解決するロータの製造方法は、ロータ基部(21)と、前記ロータ基部の外側面(21a)の周方向に複数配置される永久磁石(22)と、複数の前記永久磁石の外側面(22b)に沿ってロータを周回する態様にて装着される飛散防止部材(23)と、を備えてなるロータ(12)の製造方法であって、前記飛散防止部材は、樹脂基材(23a)と炭素繊維(23b)とを含むCFRP材のリボン状素材(23x)を用いるものであり、加熱硬化処理時の前記樹脂基材の溶融の過程で前記リボン状素材の内の前記炭素繊維の前記ロータの内径側への移動が促進されるような高張力を付加した状態で前記ロータ周りを巻回し、また前記加熱硬化処理時に前記リボン状素材の高張力状態を維持して、前記ロータの内径側である内径側部位(A1)が繊維リッチ層をなし、外径側部位(A2)が樹脂リッチ層をなすように作製される。
上記方法によれば、ロータにおける永久磁石の飛散防止部材は、CFRP材が用いられて内径側部位が繊維リッチ層、外径側部位が樹脂リッチ層をなして作製される。上記と同様に、炭素繊維が断線に至るような事象の低減が可能である。また、CFRP材のリボン状素材に高張力を付与して巻回及び加熱硬化処理を経ることで、内径側部位が繊維リッチ層、外径側部位が樹脂リッチ層をなす飛散防止部材を容易に作製することが可能である。
以下、ロータ及びロータの製造方法の一実施形態について説明する。
(モータ10の構成)
図1に示すように、本実施形態のモータ10は、ステータ11とロータ12とを備えている。ステータ11は、略円環状に構成されている。ステータ11は、周方向に例えば24極のコイル磁極部(図示略)を有してなる。ステータ11の内側には、ロータ12が回転可能に配置されている。ステータ11は、自身のコイル磁極部への通電に基づき、ロータ12の回転駆動のための回転磁界を発生させる。本実施形態のモータ10は、一例として使用最高回転数が12000[rpm]以上の高速回転仕様のモータへの適用を想定している。
(モータ10の構成)
図1に示すように、本実施形態のモータ10は、ステータ11とロータ12とを備えている。ステータ11は、略円環状に構成されている。ステータ11は、周方向に例えば24極のコイル磁極部(図示略)を有してなる。ステータ11の内側には、ロータ12が回転可能に配置されている。ステータ11は、自身のコイル磁極部への通電に基づき、ロータ12の回転駆動のための回転磁界を発生させる。本実施形態のモータ10は、一例として使用最高回転数が12000[rpm]以上の高速回転仕様のモータへの適用を想定している。
(ロータ12の構成)
図1及び図2に示すように、本実施形態のロータ12は、ロータ基部21と永久磁石22と飛散防止部材23とを備えている。
図1及び図2に示すように、本実施形態のロータ12は、ロータ基部21と永久磁石22と飛散防止部材23とを備えている。
ロータ基部21は、全体として略円筒状に構成されている。ロータ基部21は、軽量化等を考慮した中空構造をなしている。ロータ基部21の軸方向一端側部位は、出力軸部21xとして一体的に構成されている。ロータ基部21の軸方向他端側の外側面21aには、周方向に例えば20個の永久磁石22が配置されている。すなわち、ロータ12は、周方向に20極の磁石磁極部を有してなる。
永久磁石22は、略四角形状をなしている。ロータ12の内径側となる永久磁石22の内側面22aは、ロータ基部21の外側面21aに当接している。内側面22a及び外側面21aは、互いに円周面若しくは平坦面をなしている。ロータ12の外径側となる永久磁石22の外側面22bは、周方向全部の永久磁石22によってロータ12の一様の外周面を構成している。ロータ12の周方向における永久磁石22の両側の側端面22cは、隣接の永久磁石22の側端面22cと当接している。
永久磁石22は、一例としてハルバッハ配列磁石にて構成されている。具体的には、永久磁石22は、周方向において着磁態様の異なる3つの部位に分けられる。永久磁石22の周方向両側部は、径方向に向く磁束が生じる着磁態様である。永久磁石22の周方向中央部は、径方向と直交する方向、すなわち周方向に向く磁束であり、自身の両側部に向く磁束が生じる着磁態様となっている。
飛散防止部材23は、周方向の複数の永久磁石22の外側面22bに沿ってロータ12を周回する態様にて装着されている。飛散防止部材23は、永久磁石22を完全に覆うように円筒状をなして設けられている。本実施形態の飛散防止部材23には、炭素繊維強化樹脂材(CFRP材という)が用いられている。
(飛散防止部材23の構成及び装着方法)
図3に示すように、CFRP材よりなる飛散防止部材23は、熱硬化性樹脂等の樹脂基材23aと炭素繊維23bとを含む複合材である。本実施形態では、炭素繊維23bの体積含有率が60~70[%]のものが用いられている。また、飛散防止部材23は、本実施形態ではリボン状素材23xから作製されている。リボン状素材23xは、自身の幅が永久磁石22の軸方向長さよりも小さい設定である。リボン状素材23xは、永久磁石22が露出しないようにロータ12の永久磁石22周りを数周巻回されている。またこの場合、リボン状素材23xは、一層若しくは多層に巻回されている。
図3に示すように、CFRP材よりなる飛散防止部材23は、熱硬化性樹脂等の樹脂基材23aと炭素繊維23bとを含む複合材である。本実施形態では、炭素繊維23bの体積含有率が60~70[%]のものが用いられている。また、飛散防止部材23は、本実施形態ではリボン状素材23xから作製されている。リボン状素材23xは、自身の幅が永久磁石22の軸方向長さよりも小さい設定である。リボン状素材23xは、永久磁石22が露出しないようにロータ12の永久磁石22周りを数周巻回されている。またこの場合、リボン状素材23xは、一層若しくは多層に巻回されている。
そして、リボン状素材23xの所定の巻回後、加熱されて樹脂基材23aの溶融及び硬化が行われる。加熱温度については、CFRP材は一般的に160~180[℃]であるのに対し、本実施形態では永久磁石22の減磁の影響の小さい130~140[℃]の温度範囲に設定されている。こうして、樹脂基材23aが一体的に融合して硬化した円筒状の飛散防止部材23が永久磁石22の外径側に作製されるようになっている。飛散防止部材23の作製により、永久磁石22はロータ基部21の外側面21aと密着、また隣接の永久磁石22の側端面22c同士も密着した状態でロータ基部21に対して強固に固定される。またこの場合、永久磁石22は接着剤による固定方法を併用してもよく、また接着剤を省略することもできる。ちなみに、ロータ12の永久磁石22部分の外径が例えば90[mm]に対し、飛散防止部材23の厚さは0.4[mm]程度に設定されている。
また本実施形態では、リボン状素材23xの巻回時に一般的な張力よりも大きな張力が用いられる。具体的には、リボン状素材23xの巻回の際、一般的にしわのできない、加熱中及び硬化後にずれの生じない例えば100[N]程度の張力が用いられる。これに対し本実施形態では、リボン状素材23xの巻回時に例えば250~500[N]の張力が用いられている。また本実施形態では、リボン状素材23xに高張力が付加された状態を治具(図示略)等で維持されたまま、加熱硬化が行われている。
(本実施形態の作用)
本実施形態の作用について説明する。
図4(a)には、永久磁石22の飛散防止部材23を作製する過程で、リボン状素材23xが1層巻回された状態が示されている。巻回されたリボン状素材23xには、高張力状態が治具等により維持されている。そして、リボン状素材23xに対して加熱硬化処理が行われると、樹脂基材23aの溶融の過程で図4(b)に示すように、リボン状素材23xの内の炭素繊維23bが高張力を受けてロータ12の内径側である永久磁石22側への移動が促進される。そのため、樹脂基材23aの硬化後、すなわち飛散防止部材23としては、ロータ12の内径側である内径側部位A1が繊維リッチ層となり、外径側部位A2が樹脂リッチ層となる。したがって、飛散防止部材23に対して外部刺激が作用しても樹脂リッチ層の外径側部位A2が外力を好適に吸収し、炭素繊維23bへの外力の作用が抑制されている。つまり、炭素繊維23bが断線に至るような事象を低減することが可能である。
本実施形態の作用について説明する。
図4(a)には、永久磁石22の飛散防止部材23を作製する過程で、リボン状素材23xが1層巻回された状態が示されている。巻回されたリボン状素材23xには、高張力状態が治具等により維持されている。そして、リボン状素材23xに対して加熱硬化処理が行われると、樹脂基材23aの溶融の過程で図4(b)に示すように、リボン状素材23xの内の炭素繊維23bが高張力を受けてロータ12の内径側である永久磁石22側への移動が促進される。そのため、樹脂基材23aの硬化後、すなわち飛散防止部材23としては、ロータ12の内径側である内径側部位A1が繊維リッチ層となり、外径側部位A2が樹脂リッチ層となる。したがって、飛散防止部材23に対して外部刺激が作用しても樹脂リッチ層の外径側部位A2が外力を好適に吸収し、炭素繊維23bへの外力の作用が抑制されている。つまり、炭素繊維23bが断線に至るような事象を低減することが可能である。
また、リボン状素材23xに高張力を付加した状態で飛散防止部材23を作製することで、ロータ12の使用最高回転時に生じる永久磁石22の遠心力F1以上のロータ12の内径側への締付力F2が生じるようにすることも可能である。
図5(a)及び図5(b)は、リボン状素材23xが2層等、複数層巻回した際の態様が示されている。リボン状素材23xが複数層巻回された場合であっても、高張力状態が維持されて加熱処理が行われることで、巻回時の自身の層から炭素繊維23bがよりロータ12の内径側に移動しようとする。そのため、飛散防止部材23は、同様にしてロータ12の内径側である内径側部位A1が繊維リッチ層、外径側部位A2が樹脂リッチ層として作製されるものとなっている。
(本実施形態の効果)
本実施形態の効果について説明する。
(1)ロータ12における永久磁石22の飛散防止部材23は、CFRP材が用いられて内径側部位A1が繊維リッチ層、外径側部位A2が樹脂リッチ層をなす。そのため、飛散防止部材23に対して外部刺激が作用しても樹脂リッチ層の外径側部位A2が外力を好適に吸収することができる。つまり、CFRP材の炭素繊維23bへの外力の作用を抑制でき、炭素繊維23bが断線に至るような事象を低減することができる。
本実施形態の効果について説明する。
(1)ロータ12における永久磁石22の飛散防止部材23は、CFRP材が用いられて内径側部位A1が繊維リッチ層、外径側部位A2が樹脂リッチ層をなす。そのため、飛散防止部材23に対して外部刺激が作用しても樹脂リッチ層の外径側部位A2が外力を好適に吸収することができる。つまり、CFRP材の炭素繊維23bへの外力の作用を抑制でき、炭素繊維23bが断線に至るような事象を低減することができる。
(2)飛散防止部材23の内径側部位A1が繊維リッチ層であることは、使用や経年等による樹脂の変形や劣化の影響は小さい。そのため、飛散防止部材23の締付力F2の低下は小さく、飛散防止部材23としての機能を長く維持することができる。
(3)CFRP材のリボン状素材23xを用いることで、飛散防止部材23を容易に作製することができる。また、CFRP材のリボン状素材23xに高張力を付与して巻回及び加熱硬化処理を経ることで、繊維及び樹脂が偏倚する本実施形態のような飛散防止部材23を容易に作製することができる。
(4)飛散防止部材23は、ロータ12の使用最高回転時に生じる永久磁石22の遠心力F1以上のロータ12の内径側への締付力F2を有する。そのため、より確実に永久磁石22の飛散防止を図ることができる。
(変更例)
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記した各種数値は一例であり、適宜変更してもよい。
・飛散防止部材23を永久磁石22の全体を覆うように設けたが、永久磁石22が一部露出する態様であってもよい。
・飛散防止部材23を永久磁石22の全体を覆うように設けたが、永久磁石22が一部露出する態様であってもよい。
・永久磁石22の形状は一例であり、適宜変更してもよい。また、永久磁石22を一例としてハルバッハ配列磁石としたが、極異方性磁石、ラジアル配向磁石等、他の磁石を用いてもよい。
・その他、ロータ12の構成を適宜変更してもよい。ロータ基部21の形状を適宜変更してもよい。
・ロータ12とステータ11とが径方向に対向するラジアル型のものに適用したが、ロータとステータとが軸方向に対向するアキシャル型のものに適用してもよい。
・ロータ12とステータ11とが径方向に対向するラジアル型のものに適用したが、ロータとステータとが軸方向に対向するアキシャル型のものに適用してもよい。
(付記)
上記実施形態及び変更例から把握できる技術的思想について記載する。
(イ)ロータ基部(21)と、前記ロータ基部の外側面(21a)の周方向に複数配置される永久磁石(22)と、複数の前記永久磁石の外側面に沿ってロータを周回する態様にて装着される飛散防止部材(23)と、を備えてなるロータ(12)と、
前記ロータの回転駆動のための回転磁界を発生させるステータ(11)と、
を備えてなるモータ(10)であって、
前記ロータの前記飛散防止部材は、樹脂基材(23a)と炭素繊維(23b)とを含むCFRP材を用いて構成されるものであり、前記ロータの内径側である内径側部位(A1)が繊維リッチ層をなし、外径側部位(A2)が樹脂リッチ層をなして構成されている、
モータ。
上記実施形態及び変更例から把握できる技術的思想について記載する。
(イ)ロータ基部(21)と、前記ロータ基部の外側面(21a)の周方向に複数配置される永久磁石(22)と、複数の前記永久磁石の外側面に沿ってロータを周回する態様にて装着される飛散防止部材(23)と、を備えてなるロータ(12)と、
前記ロータの回転駆動のための回転磁界を発生させるステータ(11)と、
を備えてなるモータ(10)であって、
前記ロータの前記飛散防止部材は、樹脂基材(23a)と炭素繊維(23b)とを含むCFRP材を用いて構成されるものであり、前記ロータの内径側である内径側部位(A1)が繊維リッチ層をなし、外径側部位(A2)が樹脂リッチ層をなして構成されている、
モータ。
12 ロータ、21 ロータ基部、21a 外側面、22 永久磁石、22b 外側面、23 飛散防止部材、23a 樹脂基材、23b 炭素繊維、A1 内径側部位、A2 外径側部位
Claims (4)
- ロータ基部(21)と、
前記ロータ基部の外側面(21a)の周方向に複数配置される永久磁石(22)と、
複数の前記永久磁石の外側面(22b)に沿ってロータを周回する態様にて装着される飛散防止部材(23)と、
を備えてなるロータ(12)であって、
前記飛散防止部材は、樹脂基材(23a)と炭素繊維(23b)とを含む炭素繊維強化樹脂材(CFRP材という)を用いて構成されるものであり、前記ロータの内径側である内径側部位(A1)が繊維リッチ層をなし、外径側部位(A2)が樹脂リッチ層をなして構成されている、
ロータ。 - 前記飛散防止部材は、前記CFRP材のリボン状素材(23x)を用い、前記ロータ周りを巻回されて構成されたものである、
請求項1に記載のロータ。 - 前記飛散防止部材は、前記ロータの使用最高回転時に生じる前記永久磁石の遠心力(F1)以上の前記ロータの内径側への締付力(F2)を有して構成されている、
請求項1に記載のロータ。 - ロータ基部(21)と、
前記ロータ基部の外側面(21a)の周方向に複数配置される永久磁石(22)と、
複数の前記永久磁石の外側面(22b)に沿ってロータを周回する態様にて装着される飛散防止部材(23)と、
を備えてなるロータ(12)の製造方法であって、
前記飛散防止部材は、樹脂基材(23a)と炭素繊維(23b)とを含むCFRP材のリボン状素材(23x)を用いるものであり、加熱硬化処理時の前記樹脂基材の溶融の過程で前記リボン状素材の内の前記炭素繊維の前記ロータの内径側への移動が促進されるような高張力を付加した状態で前記ロータ周りを巻回し、また前記加熱硬化処理時に前記リボン状素材の高張力状態を維持して、前記ロータの内径側である内径側部位(A1)が繊維リッチ層をなし、外径側部位(A2)が樹脂リッチ層をなすように作製される、
ロータの製造方法。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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