JP2023180329A - 回転電機と、ロータの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】風損を低減することによりエネルギ変換効率を向上した回転電機を提供する。【解決手段】回転電機１０を構成するロータ１２は、回転シャフト１８と、永久磁石３０とを有する。回転シャフト１８には、永久磁石３０の外表面を覆うスリーブ３２が取り付けられる。スリーブ３２は、炭素繊維強化樹脂からなる。該スリーブ３２の外周壁には、接合材３８を介して樹脂フィルム４０が接合される。樹脂フィルム４０の外周壁には、複数個の突起５４が形成される。複数個の突起５４の間には、該複数個の突起５４に対して相対的に凹んだリブレット５６が形成される。【選択図】図１

Description

本発明は、ロータとステータとを備える回転電機に関する。また、本発明は、回転電機を構成するロータの製造方法に関する。

ロータと、該ロータの外周に配置されるステータとを備える回転電機が知られている。ここで、ロータは、回転シャフトの外周壁に設けられた永久磁石を有する。特許文献１、２において、回転シャフトからの永久磁石の脱落防止を図る構成が示されている。特許文献１記載の技術では、永久磁石の外表面に、保護シートを介して熱収縮フィルムを設けている。特許文献２記載の技術では、永久磁石の外表面に、炭素繊維強化樹脂からなるスリーブを取り付けている。熱収縮フィルム又はスリーブを介して、永久磁石が回転シャフトに保持される。

ロータとステータとの間には、所定のクリアランスが形成される。従って、ロータとステータとの間に空気層が介在する。この状態で回転シャフトが回転すると、ロータの周囲に空気流が生じる。回転シャフトの回転速度が低速であるときには、空気流は層流である。これに対し、航空機等では、回転シャフトを高速回転させることが想定される。この場合、空気流は乱流となる。この状況下では、空気層に対するロータの摩擦抵抗が大きくなる。その結果、いわゆる風損が発生する。この風損に起因して永久磁石が帯熱すると、回転電機におけるエネルギ変換効率が低下する。

特許文献２記載の技術では、風損を低減するため、スリーブの外周壁にリブレットを形成している。具体的には、プリプレグを筒状に変形してスリーブを得た後、該スリーブの外周壁に転写フィルムを巻き付けている。転写フィルムには凸型模様が予め形成されており、該凸型模様がスリーブの外周壁に転写される。これにより、該外周壁にリブレットが形成される。その後、スリーブが加熱硬化されて転写フィルムがスリーブから取り除かれる。

特許文献３には、ロータの外周面に、非磁性体からなるアーマリングを取り付けることが記載されている。アーマリングの外周壁には、放熱を促進するための環状凸部が形成されている。環状凸部に対して相対的に陥没した環状凹部は、溝である。特許文献３の記載によれば、該溝によって風損の増加が抑制される、とのことである。なお、アーマリングの素材としては、チタンが例示されている。

特開２００１－１３６６９２号公報 特開２０２０－１７５６０３号公報 特開平１１－１５０８９６号公報

プリプレグに微細構造を寸法精度よく形成することは容易ではない。従って、転写フィルムに微細な凹凸を形成した場合であっても、プリプレグに微細な凹凸を転写することは容易ではない。このような理由から、炭素繊維強化樹脂からなり且つ微細な溝を有するスリーブを得ることは困難である。

特許文献２には、外周壁に微細な凹凸が形成されたアーマリングを得るため、溶射又はコールドスプレー法によって微粒子を堆積及び固着させることが記載されている。しかしながら、このような手法に基づいて、永久磁石を保持可能な程度の剛性を有するアーマリングを得ることは容易ではない。チタン等の金属製の筒体をアーマリングとすると剛性は確保されるが、チタン等に切削加工等を施して微細な凹凸を形成することは容易ではない。また、この場合、アーマリングの重量が大であるので、ロータの重量が増加する。

本発明は、上述した課題を解決することを目的とする。

本発明の一実施形態によれば、ロータとステータとを備え、前記ロータは、回転シャフトと、前記回転シャフトに保持された永久磁石とを有し、且つ前記ステータは、前記永久磁石を取り囲む電磁コイルを有する回転電機であって、前記ロータは、前記回転シャフトにおいて前記永久磁石の外表面を覆い、且つ前記ステータから所定間隔で離間するスリーブと、前記スリーブの外周壁に、接合材を介して接合された樹脂フィルムと、を備え、前記スリーブは、炭素繊維強化樹脂からなり、前記樹脂フィルムの外周壁に突起構造が形成され、前記突起構造は、互いに平行に延在する複数個の突起を形成する１本又は複数本の凸部からなり、前記複数個の突起の間に、該複数個の突起に対して相対的に凹んだリブレットが形成される、回転電機が提供される。

本発明の別の一実施形態によれば、回転シャフトと、前記回転シャフトに保持された永久磁石とを有し、且つ回転電機においてステータに囲まれるロータの製造方法であって、前記永久磁石の外表面を、炭素繊維強化樹脂からなるスリーブで覆うスリーブ取付工程と、前記スリーブの外周壁に、接合材を介して樹脂フィルムを接合する接合工程と、を有し、前記樹脂フィルムの外周壁に突起構造が予め形成され、前記接合工程を行うことで、前記突起構造が、互いに平行に延在する複数個の突起を形成する１本又は複数本の凸部として形成され、且つ前記複数個の突起の間に、該複数個の突起に対して相対的に凹んだリブレットが形成されたロータを得る、ロータの製造方法が提供される。

炭素繊維強化樹脂からなるスリーブに加工を施すことは困難であるので、該スリーブの外周壁にリブレット（又は突起）を形成することは容易ではない。これに対し、本発明においては、スリーブの外周壁を被覆した樹脂フィルムにリブレットを形成する。樹脂フィルムはスリーブと別体であるので、スリーブに対して切削加工等の加工を施す必要がない。従って、スリーブに割れ等の破損が生じることが回避される。

樹脂フィルムに対し、例えば、金型に設けた微細パターンを転写することによって、微細な突起及びリブレットを容易に形成することができる。しかも、樹脂フィルムは、金属等と比べて軽量な樹脂からなる。このため、ロータの重量が増加することが回避される。

リブレットにより、ロータが高速で回転するときであっても、ロータの周囲に発生する乱流渦が低減する。これにより乱流摩擦粘性が低下し、且つティラー渦の発生が抑制される。以上のような理由から、風損を低減することができる。その結果、永久磁石が帯熱することが抑制される。従って、永久磁石の磁力が低下することが回避されるので、回転電機におけるエネルギ変換効率が十分に大きくなる。

図１は、本発明の実施形態に係る回転電機を軸線方向に沿って見たときの概略断面図である。 図２は、ロータを軸線方向から見たときの概略正面図である。 樹脂フィルムにおいて、ロータの回転シャフトを軸線方向に沿って見たときの要部拡大図の一例である。 図４は、樹脂フィルムにおいて、ロータの回転シャフトを軸線方向に沿って見たときの要部拡大図の別の一例である。 図５は、樹脂フィルムにおいて、ロータの回転シャフトを軸線方向に沿って見たときの要部拡大図のまた別の一例である。 図６は、樹脂フィルムに形成された突起において、該突起の延在方向に直交する方向から見たときの断面図の一例である。 図７は、樹脂フィルムに形成された突起において、該突起の延在方向に直交する方向から見たときの断面図の別の一例である。 図８は、樹脂フィルムに形成された突起において、該突起の延在方向に直交する方向から見たときの断面図のまた別の一例である。 図９は、樹脂フィルムに形成された突起において、該突起の延在方向に直交する方向から見たときの断面図のさらに別の一例である。 図１０は、樹脂フィルムに形成された突起において、該突起の延在方向に直交する方向から見たときの断面図のさらにまた別の一例である。 本発明の実施形態に係るロータの製造方法の概略フローである。 図１２は、永久磁石が設けられた回転シャフトにスリーブの分割片を通している状態を示す概略側面図である。 図１３は、回転シャフトに取り付けられたスリーブに切削加工を施している状態を示す概略側面図である。 図１４は、スリーブの分割片の外周壁の位置が揃えられた状態を示す概略側面図である。 図１５は、回転シャフトに取り付けられたスリーブに樹脂フィルムを接合している状態を示す概略側面図である。 図１６は、接合材の一例である耐熱性両面テープが予め接合された樹脂フィルムを厚み方向に沿って見たときの概略側面図である。 図１７は、押圧ローラで樹脂フィルムに荷重を付与している状態を示す概略側面図である。 図１８は、接合材の一例である耐熱性接着剤をスリーブの外周壁に塗布している状態を示す概略側面図である。 図１９は、樹脂フィルムに紫外線を照射している状態を示す概略側面図である。

図１～図１３においては、理解を容易にするため、一部の構成要素を誇張して示す場合がある。このため、図１～図１３は、各構成要素の実際の縮尺を表していない。

図１は、本実施形態に係る回転電機１０を軸線方向（後述）に沿って見たときの概略断面図である。回転電機１０は、ロータ１２とステータ１４とを備える。ロータ１２の大部分及びステータ１４は、ケーシング１６に収容される。

ロータ１２は、回転シャフト１８を有する。回転シャフト１８は、第１小径部２０と、大径部２２と、第２小径部２４とを有する円柱形状体である。第１小径部２０及び第２小径部２４の中心は、大径部２２の中心と一致する。第１小径部２０、大径部２２及び第２小径部２４が並ぶ方向は、回転シャフト１８の延在方向である。以下、第１小径部２０、大径部２２及び第２小径部２４におけるそれぞれの中心を通り、回転シャフト１８の延在方向に沿って延びる線を軸線Ｍと呼び、軸線Ｍに平行な方向を軸線方向と呼ぶことがある。軸線方向は、図１中の矢印Ｘ方向である。第１小径部２０、大径部２２及び第２小径部２４のそれぞれの直径は、軸線Ｍに直交する方向に延びる。以下、直径が延びる方向を直径方向と呼ぶことがある。直径方向は、図１中の矢印Ｙ方向である。

回転シャフト１８は、第１ベアリング２６及び第２ベアリング２８を介してケーシング１６に回転可能に支持される。回転シャフト１８の第１小径部２０及び第２小径部２４の先端は、第１ベアリング２６及び第２ベアリング２８にそれぞれ通され、ケーシング１６から露出する。ケーシング１６から露出した先端には、例えば、不図示のプロペラ等が取り付けられる。

図１及び図２に示すように、大径部２２の外周部には、永久磁石３０が配置される。回転シャフト１８には、スリーブ３２がさらに設けられる。本実施形態において、スリーブ３２は、第１スリーブ片３４ａ、第２スリーブ片３４ｂ及び第３スリーブ片３４ｃを有する。第１スリーブ片３４ａ、第２スリーブ片３４ｂ及び第３スリーブ片３４ｃの各々は、リング形状をなす分割片である。すなわち、この場合、スリーブ３２は複数個の分割片を有する。なお、第１スリーブ片３４ａ、第２スリーブ片３４ｂ及び第３スリーブ片３４ｃは、互いに略合同である。

第１スリーブ片３４ａ、第２スリーブ片３４ｂ及び第３スリーブ片３４ｃは、回転シャフト１８の軸線方向に沿って並べられる。第１スリーブ片３４ａの一端面は、第２スリーブ片３４ｂの一端面に当接している。同様に、第２スリーブ片３４ｂの他端面は、第３スリーブ片３４ｃの一端面に当接している。第１スリーブ片３４ａ、第２スリーブ片３４ｂ及び第３スリーブ片３４ｃが上記のように直線状に並べられ且つ上記のように当接することで、スリーブ３２が形成されている。

第１スリーブ片３４ａ、第２スリーブ片３４ｂ及び第３スリーブ片３４ｃは、炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）から形成されており、ある程度の弾性を示す。なお、ＣＦＲＰは、炭素繊維にマトリックス樹脂が含浸することで構成される。マトリックス樹脂の好適な例としては、エポキシ系樹脂が挙げられる。エポキシ系樹脂のガラス転移温度は、典型的には１８０℃前後である。

回転シャフト１８の軸線方向に沿って並べられた第１スリーブ片３４ａ、第２スリーブ片３４ｂ及び第３スリーブ片３４ｃは、永久磁石３０の外表面を覆う。ここで、回転シャフト１８に通される前の第１スリーブ片３４ａ、第２スリーブ片３４ｂ及び第３スリーブ片３４ｃには、外力が作用していない。この状態は、いわゆる自然状態である。自然状態の第１スリーブ片３４ａ、第２スリーブ片３４ｂ及び第３スリーブ片３４ｃの内径は、回転シャフト１８の外径と永久磁石３０の外径との合計値よりも若干小さい。このため、第１スリーブ片３４ａ、第２スリーブ片３４ｂ及び第３スリーブ片３４ｃは、回転シャフト１８が通されるとき、若干拡径するように弾性変形する。その後、第１スリーブ片３４ａ、第２スリーブ片３４ｂ及び第３スリーブ片３４ｃは、弾性復元力に基づいて若干縮径する。この弾性復元力により、第１スリーブ片３４ａ、第２スリーブ片３４ｂ及び第３スリーブ片３４ｃは、回転シャフト１８に向かって永久磁石３０を押圧する。この押圧に基づき、回転シャフト１８の外周部に永久磁石３０がスリーブ３２によって保持される。なお、第１スリーブ片３４ａ、第２スリーブ片３４ｂ及び第３スリーブ片３４ｃの各厚みは、典型的には０．５ｍｍ～５ｍｍ程度である。

図１に示すように、ステータ１４は電磁コイル３６を有する。電磁コイル３６は、不図示のステータコアに設けられている。ステータ１４がケーシング１６に位置決め固定され、且つロータ１２における永久磁石３０が設けられた部分がケーシング１６に収容されたとき、電磁コイル３６は、スリーブ３２を介して永久磁石３０を取り囲む。永久磁石３０と回転シャフト１８とが一体的に回転するとき、永久磁石３０と電磁コイル３６との間に交番磁界が形成される。

図１及び図２に示すように、スリーブ３２の外周壁には、接合材３８を介して樹脂フィルム４０が接合されている。接合材３８の好適な具体例としては、図１６に示す耐熱性両面テープ４２、又は図１８に示す耐熱性接着剤４４等が挙げられる。

樹脂フィルム４０は、スリーブ３２の外周壁を全体にわたって被覆している。図１から理解されるように、スリーブ３２と電磁コイル３６との間は所定間隔で離間している。このため、スリーブ３２と電磁コイル３６との間に空気層ＡＬが介在する。

図３は、回転シャフト１８を軸線方向に沿って見たときの、樹脂フィルム４０の要部拡大図である。本実施形態において、樹脂フィルム４０は、内層５０（図１及び図２参照）及び外層５２を有する。内層５０及び外層５２の素材は、双方とも樹脂である。内層５０の素材は、耐熱性に優れた樹脂であることが好ましい。そのような樹脂の具体例としては、ポリカーボネートが挙げられる。一方、外層５２の素材は、微細模様を形成することが容易であり、且つ内層５０に容易に接合し、さらに、耐熱性に優れた樹脂であることが好ましい。そのような樹脂の具体例としては、エポキシ系樹脂等の紫外線硬化樹脂が挙げられる。なお、内層５０及び外層５２には、炭素繊維等の強化繊維は含まれていない。

外層５２の外周壁には、突起構造が形成されている。図３に示す態様では、突起構造は、回転シャフト１８の直径方向外方に向かって環状に突出した複数本の凸部からなる。１個の凸部により、１個の突起５４が形成される。このため、図３に示される突起構造は、複数本の凸部から形成される複数個の突起５４を有する。複数本の凸部が互いに略等間隔で離間するように並ぶことで、複数個の突起５４のうち互いに隣接する２個が、平行に延在する。互いに隣接する２個の突起５４の間は、これら２個の突起５４に対して相対的に陥没した溝である。すなわち、外層５２には、複数個の溝が形成されている。複数個の溝により、突起５４に対して相対的に凹んだリブレット５６が形成される。

図３に示す態様では、個々の突起５４は、回転シャフト１８の軸線方向に対して直交している。すなわち、この場合、突起５４の延在方向と、回転シャフト１８の軸線方向との交差角度θは、９０°である。従って、突起５４は、回転シャフト１８及びスリーブ３２の直径方向外方に向かって突出している。ただし、交差角度θは４５°以上であればよく、９０°に限定されない。交差角度θは、例えば、図４に示すように７５°であってもよいし、図５に示すように６０°であってもよい。

図４及び図５に示す態様では、１本の凸部を螺旋状に形成することで、螺旋状に延在する突起構造を形成することも可能である。この場合においても、回転シャフト１８を軸線方向に沿って見たときには、樹脂フィルム４０に複数個の突起５４が現れる。すなわち、この構成は、「１本の凸部から形成される複数個の突起」を表している。従って、この構成も、本明細書における「複数個の突起」に含まれる。

図６は、突起５４の延在方向に対して直交する方向に沿ってスリーブ３２及び樹脂フィルム４０を切断したときの概略縦断面図である。なお、図６に示す態様では、突起５４の延在方向は、回転シャフト１８の直径方向に相当する。

図６に示すように、この場合、突起５４の突出方向に沿った断面が現れる。このときの突起５４の断面形状は、典型的には二等辺三角形である。図６では、突起５４において回転シャフト１８の直径方向外方に向かって最も突出した頂部５８の角度αが、３０°である場合を例示している。しかしながら、αは３０°に限定されない。図７に示すように、αは４５°であってもよい。図８に示すように、αは９０°であってもよい。

図９に示すように、突起５４の断面は、谷部分が丸みを帯びた波形状であってもよい。図１０に示すように、突起５４の断面は、柱形状（又は棒形状）であってもよい。図６～図１０を参照して理解されるように、リブレット５６は、底部が平坦な凹溝（図６、図７及び図１０）、Ｖ字型溝（図８）、又は、底部が円弧状に湾曲した丸溝（図９）のいずれであってもよい。

１個の突起５４の頂部５８と、該突起５４に隣接する突起５４の頂部５８との離間距離Ｓは、ピッチとして定義される。回転シャフト１８が高速回転するときに風損を十分に抑制するため、ピッチＳは１００μｍ以下であることが好ましい。なお、ピッチＳが過度に小さいと、突起５４を形成することが困難である。従って、ピッチＳを２０μｍ～６０μｍの範囲内とすることが好ましい。

また、１個の突起５４における谷から頂部５８までの距離Ｈは、突起５４の高さとして定義される。リブレット５６のアスペクト比を十分に大きくしながら風損を十分に小さくするため、高さＨは５０μｍ以下であることが好ましい。また、高さＨとピッチＳとの間に、以下の関係式が成り立つことが好ましい。
Ｈ＝０．５Ｓ
ピッチＳが２０μｍ～６０μｍの範囲内である場合、高さＨの好ましい範囲は、１０μｍ～３０μｍである。

上記したような構成の回転電機１０は、例えば、飛行体に搭載され、モータとして用いられる。モータを駆動するときには、図１に示す電磁コイル３６に通電がなされる。この通電に伴い、電磁コイル３６の周囲に磁界が形成される。この磁界と、永久磁石３０との間に反発力又は吸引力が作用することにより、回転シャフト１８が軸線Ｍを中心として回転し始める。これにより、ステータ１４と樹脂フィルム４０との間の空気層ＡＬに流れが生じる。

飛行体では、モータに高速回転が求められる場合がある。ここで、本実施形態では、スリーブ３２の外周壁に設けられた樹脂フィルム４０に、リブレット５６が形成されている。しかも、リブレット５６を形成するための複数個の突起５４のうち隣接する２個のピッチＳが、好ましくは１００μｍ以下である。従って、回転シャフト１８が高速回転する場合であっても、ロータ１２の周囲に発生する乱流渦が低減する。これにより乱流摩擦粘性が低下し、且つティラー渦の発生が抑制される。以上のような理由から、風損を低減することができる。

すなわち、本実施形態によれば、風損が十分に抑制される。これにより、永久磁石３０が帯熱することが抑制される。従って、永久磁石３０の磁力が低下することが回避されるので、回転電機１０におけるエネルギ変換効率が十分に大きくなる。すなわち、電磁コイル３６に入力された電気エネルギが、回転シャフト１８を回転する駆動力に効率よく変換される。

回転電機１０を発電機として用いる場合、回転シャフト１８を回転する駆動力が、電磁コイル３６から出力される電気エネルギに効率よく変換される。このように、本実施形態によれば、回転電機１０の応答特性が良好となる。

樹脂フィルム４０の内層５０及び外層５２が耐熱性樹脂である場合、樹脂フィルム４０は優れた耐熱性を示す。従って、ロータ１２が高速回転するときであっても、突起５４の形状が維持される。しかも、炭素繊維強化樹脂からなるスリーブ３２に対し、樹脂フィルム４０が接合材３８によって強固に接合する。従って、ロータ１２が高速回転するときであっても、樹脂フィルム４０がスリーブ３２から脱落することが回避される。以上のような理由から、回転電機１０を長時間にわたって連続運転する場合であっても、回転電機１０の運転中に風損が増加することを回避することができる。

次に、回転電機１０を構成するロータ１２の製造方法につき説明する。ここでは、図１１に概略フローとして示すように、スリーブ取付工程ＳＴ１と、切削加工工程ＳＴ２と、接合工程ＳＴ３と、紫外線照射工程ＳＴ４とを実施する場合について説明する。

なお、炭素繊維強化樹脂からなるスリーブ３２を得るには、プリプレグを円筒状に湾曲させ、この状態でプリプレグに熱を付与する。これによりプリプレグ中のマトリックス樹脂が硬化することで、第１スリーブ片３４ａが得られる。同様にして、第２スリーブ片３４ｂ及び第３スリーブ片３４ｃを作製する。第１スリーブ片３４ａ～第３スリーブ片３４ｃの軸線方向の長さは、スリーブ３２の軸線方向の長さよりも小さい。このため、スリーブ３２を単一部材として作製するよりも、第１スリーブ片３４ａ～第３スリーブ片３４ｃを作製する方が容易である。第１スリーブ片３４ａ～第３スリーブ片３４ｃの各々の厚みは、例えば、０．５ｍｍ～５ｍｍ程度である。

先ず、スリーブ取付工程ＳＴ１において、永久磁石３０の外表面を、上記のようにして得られた第１スリーブ片３４ａ～第３スリーブ片３４ｃで覆う。すなわち、図１２に示すように、永久磁石３０が設けられた大径部２２に第１スリーブ片３４ａ～第３スリーブ片３４ｃを順次通す。第１スリーブ片３４ａの一端面には、第２スリーブ片３４ｂの一端面が当接される。第２スリーブ片３４ｂの他端面には、第３スリーブ片３４ｃの一端面が当接される。これにより第１スリーブ片３４ａ～第３スリーブ片３４ｃが回転シャフトの軸線方向に沿って並べられ、スリーブ３２が形成される。

第１スリーブ片３４ａ～第３スリーブ片３４ｃは、大径部２２に通されるとき、弾性変形に基づいて若干拡径した後、弾性復元力に基づいて若干縮径する。その結果、スリーブ３２が回転シャフト１８の中心に向かって永久磁石３０を押圧する。これに伴い、図１３に示すように、永久磁石３０がスリーブ３２によって大径部２２の外周部に保持される。

第１スリーブ片３４ａ～第３スリーブ片３４ｃには、作製時の誤差に起因して、互いの外径に差が生じている場合がある。又は、第１スリーブ片３４ａ～第３スリーブ片３４ｃの中心が一致していない場合がある。このような場合、図１３に示すように、第１スリーブ片３４ａと第２スリーブ片３４ｂとの間と、第２スリーブ片３４ｂと第３スリーブ片３４ｃとの間に段差６０がそれぞれ生じる。図１３では、第１スリーブ片３４ａ及び第３スリーブ片３４ｃの外径及び中心が一致し、第２スリーブ片３４ｂが第１スリーブ片３４ａ及び第３スリーブ片３４ｃに対して偏心した状態を示している。

段差６０が許容範囲外である場合、切削加工工程ＳＴ２において、第１スリーブ片３４ａ～第３スリーブ片３４ｃに対して切削加工を施す。具体的には、回転シャフト１８の第１小径部２０及び第２小径部２４を、回転機構７０で支持する。この状態で、軸線Ｍを中心として回転シャフト１８を回転させながら、図１３に示す切削工具７２（エンドミル又はバイト等）をスリーブ３２に摺接させる。これにより、第１スリーブ片３４ａ～第３スリーブ片３４ｃの外周壁の一部が切削される。すなわち、第１スリーブ片３４ａ～第３スリーブ片３４ｃが薄肉化される。

その結果、図１４に示すように、段差６０が許容範囲内となったスリーブ３２が得られる。なお、スリーブ３２を形成した時点で段差６０が許容範囲内である場合、切削加工工程ＳＴ２を行う必要は特にない。この場合、スリーブ取付工程ＳＴ１が終了した後、接合工程ＳＴ３に移行する。接合工程ＳＴ３を実施する前に、スリーブ３２の外周壁に対し、接合強度を向上させるための表面処理を施してもよい。

次に、接合工程ＳＴ３において、図１５に示すように、回転シャフト１８を低速で回転させながら、予め作製した樹脂フィルム４０をスリーブ３２の外周壁に接合する。上記した理由から、このとき、外層５２に予め形成された突起５４の延在方向と、回転シャフト１８の軸線方向との交差角度θ（図３～図５参照）が４５°～９０°となるように、樹脂フィルム４０をスリーブ３２の外周壁に接合することが好ましい。

図１６に示す耐熱性両面テープ４２を接合材３８として用いる場合には、耐熱性両面テープ４２の一端面を内層５０に予め接合する。その後、耐熱性両面テープ４２の他端面をスリーブ３２の外周壁に接合する。以上のようにして、耐熱性両面テープ４２を介して樹脂フィルム４０をスリーブ３２の外周壁に接合した後、図１７に示すように、回転シャフト１８を低速で回転させながら、押圧ローラ７４を樹脂フィルム４０に押し当てる。

図１８に示す耐熱性接着剤４４を接合材３８として用いる場合には、例えば、回転シャフト１８を低速で回転させながら、塗布ローラ７６を樹脂フィルム４０に押し当てる。このとき、塗布ローラ７６から耐熱性接着剤４４が滲出する。回転シャフト１８が回転しているので、耐熱性接着剤４４がスリーブ３２の外周壁の全周にわたって塗布される。その後、耐熱性接着剤４４を介して樹脂フィルム４０の内層５０をスリーブ３２の外周壁に接合する。さらに、図１７と同様に、回転シャフト１８を低速で回転させながら、押圧ローラ７４を樹脂フィルム４０に押し当てる。

例えば、樹脂フィルム４０において、スリーブ３２の軸線方向に沿った長さが、スリーブ３２の軸線方向長さよりも大きい場合、樹脂フィルム４０をスリーブ３２に接合する前に切断する。又は、樹脂フィルム４０をスリーブ３２に接合した後に切断してもよい。

樹脂フィルム４０の外層５２には、図３～図１０に示されるような突起５４が予め形成されている。隣接する２個の突起５４の間には、該２個の突起５４に対して相対的に凹んだ溝が形成される。従って、接合工程ＳＴ３において樹脂フィルム４０をスリーブ３２の外周壁に接合することにより、リブレット５６が形成されたロータ１２が得られる。

外層５２の素材が紫外線硬化樹脂である場合、紫外線照射工程ＳＴ４を行う。例えば、図１９に示す紫外線ランプ７８から、紫外線ＵＶを樹脂フィルム４０に照射する。これにより外層５２が硬化するので、突起５４の形状が維持され易くなる。また、外層５２が内層５０に十分に結着する。なお、外層５２の素材が紫外線硬化樹脂でないときには、紫外線照射工程ＳＴ４を行う必要は特にない。

その後、ロータ１２を所定時間放置する。又は、ロータ１２を加熱してもよい。以上により、スリーブ３２の外周壁に樹脂フィルム４０が接合され、且つ該樹脂フィルム４０にリブレット５６が形成されたロータ１２が得られる。

以上説明したように、本実施形態は、ロータ（１２）とステータ（１４）とを備え、前記ロータは、回転シャフト（１８）と、前記回転シャフトに保持された永久磁石（３０）とを有し、且つ前記ステータは、前記永久磁石を取り囲む電磁コイル（３６）を有する回転電機（１０）であって、前記ロータは、前記回転シャフトにおいて前記永久磁石の外表面を覆い、且つ前記ステータから所定間隔で離間するスリーブ（３２）と、前記スリーブの外周壁に、接合材（３８）を介して接合された樹脂フィルム（４０）と、を備え、前記スリーブは、炭素繊維強化樹脂からなり、前記樹脂フィルムの外周壁に突起構造が形成され、前記突起構造は、互いに平行に延在する複数個の突起（５４）を形成する１本又は複数本の凸部からなり、前記複数個の突起の間に、該複数個の突起に対して相対的に凹んだリブレット（５６）が形成される、回転電機を開示する。

互いに隣接する２個の突起の間には、リブレットが形成される。このリブレットにより、ロータが高速で回転するときであっても、ロータの周囲に発生する乱流渦が低減する。これにより乱流摩擦粘性が低下し、且つティラー渦の発生が抑制される。以上のような理由から、風損を低減することができる。

その結果、永久磁石が帯熱することが抑制される。従って、永久磁石の磁力が低下することが回避されるので、回転電機におけるエネルギ変換効率が十分に大きくなる。

本実施形態は、回転シャフト（１８）と、前記回転シャフトに保持された永久磁石（３０）とを有し、且つ回転電機（１０）においてステータ（１４）に囲まれるロータ（１２）の製造方法であって、前記永久磁石の外表面を、炭素繊維強化樹脂からなるスリーブ（３２）で覆うスリーブ取付工程（ＳＴ１）と、前記スリーブの外周壁に、接合材（３８）を介して樹脂フィルム（４０）を接合する接合工程（ＳＴ３）と、を有し、前記樹脂フィルムの外周壁に突起構造が予め形成され、前記接合工程を行うことで、前記突起構造が、互いに平行に延在する複数個の突起（５４）を形成する１本又は複数本の凸部として形成され、且つ前記複数個の突起の間に、該複数個の突起に対して相対的に凹んだリブレット（５６）が形成されたロータを得る、ロータの製造方法を開示する。

本実施形態において、スリーブは炭素繊維強化樹脂からなる。また、スリーブは概して薄肉である。一般的に、薄肉の炭素繊維強化樹脂に切削加工等の加工を施すことは困難である。従って、スリーブの外周壁に突起を形成することは容易ではない。

これに対し、本実施形態では、スリーブを樹脂フィルムで覆い、且つこの樹脂フィルムに突起を形成している。従って、樹脂フィルムをスリーブに接合することにより、スリーブの外周壁を覆う樹脂フィルムにリブレットが形成される。従って、スリーブの外周壁に対して切削加工等の加工を施す必要がない。このため、スリーブに割れ等の破損が生じることが回避される。

本実施形態は、前記複数個の突起の延在方向は、前記回転シャフトの軸線方向（Ｘ）に対して４５°～９０°の角度（θ）で交差する方向である、回転電機を開示する。

本実施形態は、前記接合工程で、前記複数個の突起を、前記回転シャフトの軸線方向（Ｘ）に対して４５°～９０°の角度（θ）で交差する方向に延在するように、前記樹脂フィルムを前記スリーブに接合する、ロータの製造方法を開示する。

回転シャフトの軸線方向に対する突起の交差角度を上記の範囲内とすることにより、回転電機においてロータシャフトが回転するときに、スリーブとステータとの間の空気層に乱流が発生することが回避される。

本実施形態は、前記複数個の突起の各々の高さをＨ、前記複数個の突起のうち互いに隣接する２個のピッチをＳとするとき、Ｓは１００μｍ以下であり、且つ下記の式が成り立つ回転電機を開示する。
Ｈ＝０．５Ｓ

本実施形態は、前記複数個の突起の各々の高さをＨ、前記複数個の突起のうち互いに隣接する２個のピッチをＳとするとき、下記の式が成り立つように前記複数個の突起を前記樹脂フィルムに形成する、ロータの製造方法を開示する。
Ｈ＝０．５Ｓ

ピッチＳを１００μｍ以下とすることにより、ロータが高速回転するときにおいても、風損を十分に低減することができる。また、高さＨをピッチＳの１／２倍とすることにより、リブレットのアスペクト比が十分に大きくなる。このことによっても、ロータが高速回転するときにおいて、風損を十分に低減することができる。

本実施形態は、前記複数個の突起を、該複数個の突起の延在方向に直交する方向に沿って切断したとき、前記複数個の突起の断面形状が三角形である回転電機を開示する。

本実施形態は、前記複数個の突起を、該複数個の突起の延在方向に直交する方向に沿って切断したとき、前記複数個の突起の断面形状が三角形となるように、前記複数個の突起を前記樹脂フィルムに形成する、ロータの製造方法を開示する。

断面形状を三角形とすることにより、その他の断面形状の突起に比べて、突起を容易に形成することができる。

本実施形態は、前記複数個の突起を、該複数個の突起の延在方向に直交する方向に沿って切断したとき、前記複数個の突起の断面において前記回転シャフトの直径方向外方に向かって最も突出した頂部（５８）の角度（α）が３０°～９０°である回転電機を開示する。

本実施形態は、前記複数個の突起を、該複数個の突起の延在方向に直交する方向に沿って切断したとき、前記複数個の突起の断面において前記回転シャフトの直径方向外方に向かって最も突出した頂部（５８）の角度（α）が３０°～９０°となるように、前記突起形成工程で前記複数個の突起を形成する、ロータの製造方法を開示する。

頂部の角度をこのような範囲内とすることにより、頂部の角度が上記の範囲外である突起に比べて、突起を容易に形成することができる。

本実施形態は、前記樹脂フィルムは、前記接合材を介して前記スリーブの外周壁を覆う内層（５０）と、前記内層の外周を覆う外層（５２）とを有し、前記外層が紫外線硬化樹脂である回転電機を開示する。

本実施形態は、前記樹脂フィルムは、前記接合材を介して前記スリーブの外周壁を覆う内層（５０）と、前記内層の外周を覆う外層（５２）とを有し、前記外層が紫外線硬化樹脂であり、前記接合工程の後に前記外層に紫外線（ＵＶ）を照射する紫外線照射工程（ＳＴ４）をさらに有する、ロータの製造方法を開示する。

例えば、内層の素材を、接合材を介して炭素繊維強化樹脂に容易に接合される樹脂とする一方で、外層の素材を、耐候性及び耐擦過性に優れた樹脂とすることが可能である。このように、内層と外層とを組み合わせることで、諸特性に優れる樹脂フィルムを得ることができる。

本実施形態は、前記スリーブは、前記回転シャフトの軸線方向に沿って並べられた複数個の分割片（３４ａ～３４ｃ）を有する回転電機を開示する。

本実施形態は、前記スリーブ取付工程で、前記ロータに、複数個の分割片（３４ａ～３４ｃ）を前記回転シャフトの軸線方向に沿って取り付けることで、前記複数個の分割片から前記スリーブを形成する、ロータの製造方法を開示する。

分割片の軸線方向に沿った長さは、スリーブの軸線方向に沿った長さよりも小さい。長尺な単一部材からなるスリーブを作製する場合と比べて、短尺な分割片を作製することは容易である。すなわち、この場合、スリーブを容易に得ることができる。

本実施形態は、前記接合工程を行う前に、前記複数個の分割片に対して切削加工（ＳＴ２）を行い、前記複数個の分割片の各々の外周壁の位置を揃える、ロータの製造方法を開示する。

これにより、外周壁における段差が許容範囲内であるスリーブが得られる。従って、スリーブの外周壁に接合される樹脂フィルムに、許容範囲を超える段差が生じることを回避することができる。

なお、本発明は、上述した開示に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得る。

１０…回転電機 １２…ロータ
１４…ステータ １８…回転シャフト
３０…永久磁石 ３２…スリーブ
３４ａ～３４ｃ…スリーブ片 ３６…電磁コイル
３８…接合材 ４０…樹脂フィルム
４２…耐熱性両面テープ ４４…耐熱性接着剤
５０…内層 ５２…外層
５４…突起 ５６…リブレット
５８…頂部 ７０…回転機構
７２…切削工具 ７４…押圧ローラ
７６…塗布ローラ ７８…紫外線ランプ
ＡＬ…空気層 Ｍ…軸線

Claims (15)

1. ロータとステータとを備え、前記ロータは、回転シャフトと、前記回転シャフトに保持された永久磁石とを有し、且つ前記ステータは、前記永久磁石を取り囲む電磁コイルを有する回転電機であって、
   前記ロータは、
   前記回転シャフトにおいて前記永久磁石の外表面を覆い、且つ前記ステータから所定間隔で離間するスリーブと、
   前記スリーブの外周壁に、接合材を介して接合された樹脂フィルムと、
   を備え、
   前記スリーブは、炭素繊維強化樹脂からなり、
   前記樹脂フィルムの外周壁に突起構造が形成され、
   前記突起構造は、互いに平行に延在する複数個の突起を形成する１本又は複数本の凸部からなり、
   前記複数個の突起の間に、該複数個の突起に対して相対的に凹んだリブレットが形成される、回転電機。
2. 請求項１記載の回転電機において、前記複数個の突起の延在方向は、前記回転シャフトの軸線方向に対して４５°～９０°の角度で交差する方向である、回転電機。
3. 請求項１記載の回転電機において、前記複数個の突起の各々の高さをＨ、前記複数個の突起のうち互いに隣接する２個のピッチをＳとするとき、Ｓは１００μｍ以下であり、且つ下記の式が成り立つ回転電機。
   Ｈ＝０．５Ｓ
4. 請求項１記載の回転電機において、前記複数個の突起を、該複数個の突起の延在方向に直交する方向に沿って切断したとき、前記複数個の突起の断面形状が三角形である回転電機。
5. 請求項４記載の回転電機において、前記複数個の突起を、該複数個の突起の延在方向に直交する方向に沿って切断したとき、前記複数個の突起の断面において前記回転シャフトの直径方向外方に向かって最も突出した頂部の角度が３０°～９０°である回転電機。
6. 請求項１記載の回転電機において、前記樹脂フィルムは、前記接合材を介して前記スリーブの外周壁を覆う内層と、前記内層の外周を覆う外層とを有し、前記外層が紫外線硬化樹脂である回転電機。
7. 請求項１～６のいずれか１項に記載の回転電機において、前記スリーブは、前記回転シャフトの軸線方向に沿って並べられた複数個の分割片を有する回転電機。
8. 回転シャフトと、前記回転シャフトに保持された永久磁石とを有し、且つ回転電機においてステータに囲まれるロータの製造方法であって、
   前記永久磁石の外表面を、炭素繊維強化樹脂からなるスリーブで覆うスリーブ取付工程と、
   前記スリーブの外周壁に、接合材を介して樹脂フィルムを接合する接合工程と、
   を有し、
   前記樹脂フィルムの外周壁に突起構造が予め形成され、
   前記接合工程を行うことで、前記突起構造が、互いに平行に延在する複数個の突起を形成する１本又は複数本の凸部として形成され、且つ前記複数個の突起の間に、該複数個の突起に対して相対的に凹んだリブレットが形成されたロータを得る、ロータの製造方法。
9. 請求項８記載の製造方法において、前記接合工程で、前記複数個の突起を、前記回転シャフトの軸線方向に対して４５°～９０°の角度で交差する方向に延在するように、前記樹脂フィルムを前記スリーブに接合する、ロータの製造方法。
10. 請求項８記載の製造方法において、前記複数個の突起の各々の高さをＨ、前記複数個の突起のうち互いに隣接する２個のピッチをＳとするとき、下記の式が成り立つように前記複数個の突起を前記樹脂フィルムに形成する、ロータの製造方法。
    Ｈ＝０．５Ｓ
11. 請求項８記載の製造方法において、前記複数個の突起を、該複数個の突起の延在方向に直交する方向に沿って切断したとき、前記複数個の突起の断面形状が三角形となるように、前記複数個の突起を前記樹脂フィルムに形成する、ロータの製造方法。
12. 請求項８記載の製造方法において、前記複数個の突起を、該複数個の突起の延在方向に直交する方向に沿って切断したとき、前記複数個の突起の断面において前記回転シャフトの直径方向外方に向かって最も突出した頂部の角度が３０°～９０°となるように、前記複数個の突起を前記樹脂フィルムに形成する、ロータの製造方法。
13. 請求項８記載の製造方法において、前記樹脂フィルムは、前記接合材を介して前記スリーブの外周壁を覆う内層と、前記内層の外周を覆う外層とを有し、前記外層が紫外線硬化樹脂であり、前記接合工程の後に前記外層に紫外線を照射する紫外線照射工程をさらに有する、ロータの製造方法。
14. 請求項８～１３のいずれか１項に記載の製造方法において、前記スリーブ取付工程で、前記ロータに、複数個の分割片を前記回転シャフトの軸線方向に沿って取り付けることで、前記複数個の分割片から前記スリーブを形成する、ロータの製造方法。
15. 請求項１４記載の製造方法において、前記接合工程を行う前に、前記複数個の分割片に対して切削加工を行い、前記複数個の分割片の各々の外周壁の位置を揃える、ロータの製造方法。

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