JP6969988B2 - 回転子及び回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、回転子、回転子を備える回転電機及び被覆筒の製造方法に関する。

回転子に永久磁石を使用した回転電機の一種として、回転部材（スリーブ、回転軸等）の外周側に永久磁石を配置したＳＰＭ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）型の電動機が知られている。この種のＳＰＭ型の電動機においては、回転数を増加させた高速回転時に、遠心力により永久磁石が回転子から脱落することを抑制するため、永久磁石の外周を覆うように被覆筒が装着されている。被覆筒を形成する材料としては、強度が高く、軽量である等の理由から、繊維強化樹脂（ＦＲＰ）が広く用いられており、特に炭素繊維強化樹脂（以下、「ＣＦＲＰ」ともいう）が多く用いられている。

従来、ＣＦＲＰの被覆筒を製造する方法としては、例えば、シート状のＣＦＲＰを芯材となる治具に巻き付けて円筒状とする方法（以下、「シート巻き」ともいう）が知られている。しかし、シート巻きでは、ＣＦＲＰの巻き始めと巻き終わりの部分に段差ができるため、その部分では繊維が真っ直ぐに伸びずに蛇行が生じる。繊維に蛇行が生じた部分では、繊維に蛇行が生じていない部分よりも被覆筒の強度が低下するため、回転子が回転した際の応力を適切に受け止めることが難しくなる。そこで、テープ状のＣＦＲＰ（後述するＣＦＲＰ繊維束）を、治具の周方向に沿って螺旋状に巻き付けて円筒状とする方法（以下、「テープ巻き」ともいう）が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１６−８２７７３号公報

上記特許文献１に記載されたテープ巻きでは、テープ状のＣＦＲＰの巻き始めと巻き終わりの部分に段差ができるため、シート巻きの場合と同様に、その部分の強度が低下することが考えられる。また、テープ状のＣＦＲＰの巻き始めと巻き終わりの端面は、回転子の周方向に切断面が露出するため、端面の接着強度が十分でない場合には、回転子が回転した際の風圧で端面が剥離することが考えられる。

本発明の目的は、被覆筒の強度の低下及び端面の剥離を抑制できる回転子、回転電機及び被覆筒の製造方法を提供することにある。

（１） 本発明は、回転部材（例えば、後述するスリーブ３１）と、前記回転部材の外周側に配置される複数の永久磁石（例えば、後述する永久磁石３２）と、複数の前記永久磁石の外周面側に設けられ、一方向に配列した複数の糸状の繊維が樹脂により平らに束ねられるテープ状繊維束（例えば、後述するＣＦＲＰ繊維束１３３）により形成される被覆筒（例えば、後述する被覆筒３３）と、を備え、前記被覆筒は、周方向（例えば、後述する周方向ＤＲ）に沿って前記テープ状繊維束が螺旋状に周回していると共に、軸方向（例えば、後述する回転軸線Ｓに沿う方向）に沿って前記テープ状繊維束が配列するように形成されており、前記テープ状繊維束の周回始めの端面と周回終わりの端面は、前記被覆筒の軸方向に向いている回転子（例えば、後述する回転子３０）に関する。

（２） （１）の回転子において、前記被覆筒の前記テープ状繊維束は、軸方向に沿って重ならないように間隔を空けて配列されていてもよい。

（３） （１）又は（２）の回転子において、前記被覆筒は、軸方向における一方の端部から他方の端部まで前記テープ状繊維束が連続して螺旋状に周回している第１の層と、軸方向における他方の端部から一方の端部まで前記テープ状繊維束が連続して螺旋状に周回している第２の層と、を備え、前記第１の層及び前記第２の層は、前記被覆筒の径方向において交互に積層されていてもよい。

（４） （３）の回転子において、前記被覆筒は、前記第１の層を形成する前記テープ状繊維束と前記第２の層を形成する前記テープ状繊維束が軸方向と交差する角度（例えば、後述する角度θ１，θ２）がそれぞれ異なっていてもよい。

（５） （３）又は（４）の回転子において、前記被覆筒は、前記第１の層を形成する前記テープ状繊維束と前記第２の層を形成する前記テープ状繊維束の幅（例えば、後述する幅Ｗ１，Ｗ２）がそれぞれ異なっていてもよい。

（６） （３）から（５）までのいずれかの回転子において、前記被覆筒は、前記第１の層を形成する前記テープ状繊維束と前記第２の層を形成する前記テープ状繊維束の厚さ（例えば、後述する厚さＴ１，Ｔ２）がそれぞれ異なっていてもよい。

（７） （１）から（６）までのいずれかの回転子と、前記回転子の外周側に設けられる固定子（例えば、後述する固定子２０）と、を備える回転電機（例えば、後述する電動機１）に関する。

（８） 本発明は、外周側に複数の永久磁石が配置された回転子の外周面に設けられる被覆筒の製造方法であって、複数の糸状の繊維強化樹脂が平らに束ねられた繊維束を回転部材又は円筒治具（例えば、後述する治具５０）の周方向に沿って螺旋状に巻き付けて、前記テープ状繊維束を前記回転部材又は前記円筒治具の軸方向に沿って配列させた際に、前記テープ状繊維束の巻き始めの端面（例えば、後述する巻き始めの端面１３３ｓ）と巻き終わりの端面（例えば、後述する巻き終わりの端面１３３ｅ）が、前記被覆筒の軸方向と直交するように、前記テープ状繊維束の巻き始めの端面と巻き終わりの端面を斜めに切断する工程と、前記テープ状繊維束を前記回転部材又は前記円筒治具の周方向に沿って螺旋状に巻き付けて、前記テープ状繊維束を前記回転部材又は前記円筒治具の軸方向に沿って配列させることにより、前記テープ状繊維束の巻き始めの端面と巻き終わりの端面を、前記被覆筒の軸方向に向かせる工程と、を備える被覆筒の製造方法に関する。

（９） 本発明は、外周側に複数の永久磁石が配置された回転子の外周面に設けられる被覆筒の製造方法であって、複数の糸状の繊維強化樹脂が平らに束ねられた繊維束を回転部材又は円筒治具の周方向に沿って螺旋状に巻き付けて、前記テープ状繊維束を前記回転部材又は前記円筒治具の軸方向に沿って配列させる工程と、前記回転部材又は前記円筒治具に巻き付けられた前記テープ状繊維束の巻き始めの端部と巻き終わりの端部を、前記回転部材又は前記円筒治具の軸方向と直交する方向に切断する工程と、を備える被覆筒の製造方法に関する。

本発明によれば、被覆筒の強度の低下及び端面の剥離を抑制できる回転子、回転電機及び被覆筒の製造方法を提供できる。

第１実施形態における電動機１の構成を示す断面図である。 回転子３０の分解斜視図である。 第１実施形態の被覆筒３３を製造する工程を示す概念図である。 第１実施形態の被覆筒３３を製造する工程を示す概念図である。 第２実施形態の被覆筒３３Ａを製造する工程を示す概念図である。 第２実施形態の被覆筒３３Ａを製造する工程を示す概念図である。 第２実施形態の被覆筒３３Ａを製造する工程を示す概念図である。 第３実施形態における被覆筒３３Ｂの第１の構成を示す概念図である。 第３実施形態における被覆筒３３Ｂの第２の構成を示す概念図である。 第４実施形態における被覆筒３３Ｃの構成を示す概念図である。 第５実施形態における被覆筒３３Ｄの第１の構成を示す概念図である。 第５実施形態における被覆筒３３Ｄの第２の構成を示す概念図である。 第５実施形態における被覆筒３３Ｄの第３の構成を示す概念図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。なお、本明細書に添付した図面は、いずれも模式図であり、理解しやすさ等を考慮して、各部の形状、縮尺、縦横の寸法比等を、実物から変更又は誇張している。また、図面においては、部材の断面を示すハッチングを適宜に省略する。

本明細書等において、形状、幾何学的条件、これらの程度を特定する用語、例えば「平行」、「方向」等の用語については、その用語の厳密な意味に加えて、ほぼ平行とみなせる程度の範囲、概ねその方向とみなせる範囲を含む。
本明細書等においては、後述する回転軸３５の回転中心となる線を「回転軸線Ｓ」と呼称し、この回転軸線Ｓに沿う方向を「軸方向」ともいう。この「回転軸線Ｓ」、「軸方向」の定義は、回転軸３５に限らず、後述する鉄心２１、回転子３０、スリーブ３１、永久磁石３２、被覆筒３３、治具５０等にも適用される。
本明細書等においては、一方向に配列した複数の糸状の炭素繊維（ＣＦ）が樹脂により平らに束ねられたテープ状繊維束を「ＣＦＲＰ繊維束」といい、樹脂が含浸した糸状（一本）の炭素繊維を「糸状ＣＦＲＰ」ともいう。また、ＣＦＲＰ繊維束又は糸状ＣＦＲＰに含まれる炭素繊維を単に「繊維」ともいう。

（第１実施形態）
まず、第１実施形態の回転子３０を備えた、回転電機としての電動機１について説明する。
図１は、第１実施形態における電動機１の構成を示す断面図である。なお、図１に示す電動機１の構成は一例であり、実施形態の回転子３０を適用可能であれば、どのような構成であってもよい。

図１に示すように、電動機１は、主な構成要件として、フレーム１０と、固定子２０と、回転子３０と、回転軸３５と、軸受１３と、を備える。
フレーム１０は、電動機１の外装部材であり、フレーム本体１１と、軸穴１２と、を備える。

フレーム本体１１は、固定子２０を包囲すると共に保持する筐体である。フレーム本体１１は、軸受１３を介して回転子３０を保持する。フレーム本体１１は、供給口１４、排出口１５及び孔部１６を備える。供給口１４は、固定子枠２２の流路２３に冷媒を供給するための開口であり、冷媒の供給配管（不図示）に接続されている。排出口１５は、流路２３を流通した冷媒を排出させるための開口であり、冷媒の排出配管（不図示）に接続されている。孔部１６は、固定子２０から引き出された動力線２７を貫通させるための開口である。軸穴１２は、回転軸３５（後述）が貫通する穴である。

固定子２０は、回転子３０を回転させるための回転磁界を形成する複合部材である。固定子２０は、全体として円筒形に形成され、フレーム１０の内部に固定されている。固定子２０は、鉄心２１と、固定子枠２２と、を備える。

鉄心２１は、内側に巻線２６を配置可能な部材である。鉄心２１は、円筒形に形成され、固定子枠２２の内側に配置されている。鉄心２１は、内側面に複数の溝（不図示）が形成され、この溝に巻線２６が配置される。なお、巻線２６の一部は、鉄心２１の軸方向において、鉄心２１の両端部から突出している。鉄心２１は、例えば、電磁鋼板等の薄板を複数枚重ねて積層体とし、この積層体を接着、かしめ等で一体化することにより作製される。

固定子枠２２は、その内側に、鉄心２１を保持する部材である。固定子枠２２は、円筒形に形成され、固定子２０の外側に配置されている。鉄心２１は、回転子３０のトルクにより生じる反力を受け止めるために、固定子枠２２と強固に接合されている。図１に示すように、本実施形態の固定子枠２２は、外側面に、鉄心２１から伝わる熱を冷却するための流路２３を備える。流路２３は、固定子枠２２の外側面に形成された一条又は多条の螺旋溝である。フレーム本体１１（フレーム１０）の供給口１４から供給された冷媒（不図示）は、固定子枠２２の外側面を螺旋状に沿うように流路２３内を流通した後、フレーム本体１１の排出口１５から外部に排出される。

固定子２０の鉄心２１からは、巻線２６と電気的に接続された動力線２７が引き出されている。この動力線２７は、電動機１の外部に設置された電源装置に接続される（不図示）。電動機１の動作時に、例えば、鉄心２１に三相交流電流が供給されることにより、回転子３０を回転させるための回転磁界が形成される。

回転子３０は、固定子２０により形成された回転磁界との磁気的な相互作用により回転する部品である。回転子３０は、固定子２０の内周側に設けられる。回転子３０の構成については、後述する。

回転軸３５は、回転子３０を支持する部材である。回転軸３５は、回転子３０の軸中心を貫通するように挿入され、回転子３０に固定される。回転軸３５には、一対の軸受１３が嵌合されている。軸受１３は、回転軸３５を回転自在に支持する部材であり、フレーム本体１１に設けられる。回転軸３５は、フレーム本体１１及び軸受１３により、回転軸線Ｓを中心として回転自在に支持されている。また、回転軸３５は、軸穴１２を貫通し、例えば、切削工具、外部に設置された動力伝達機構、減速機構等（いずれも不図示）に接続される。

図１に示す電動機１において、固定子２０（鉄心２１）に三相交流電流を供給すると、回転磁界が形成された固定子２０と回転子３０との間の磁気的な相互作用により回転子３０に回転力が発生し、その回転力が回転軸３５を介して外部に出力される。なお、本実施形態では、電動機１を前述したＳＰＭ形の同期電動機として説明するが、電動機１は、例えば、ＩＰＭ（Ｉｎｔｅｒｉｏｒ Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ Ｍａｇｎｅｔ）形の同期電動機であってもよい。

次に、回転子３０の構成について説明する。
図２は、回転子３０の分解斜視図である。図２に示すように、回転子３０は、スリーブ（回転部材）３１と、永久磁石３２と、被覆筒３３と、を備える。
スリーブ３１は、複数の永久磁石３２が取り付けられる略円筒形状の部材であり、回転軸３５（図１参照）と複数の永久磁石３２との間に設けられている。複数の永久磁石３２は、スリーブ３１の周方向ＤＲに沿って配置されている。スリーブ３１は、例えば、炭素鋼等の磁性材料により形成される。内周側にスリーブ３１を有する回転子３０は、回転軸３５の外周に、締まり嵌めにより嵌合される。なお、本明細書等において、図２に示す周方向ＤＲの矢印は、スリーブ３１だけでなく、永久磁石３２、被覆筒３３にも適用される。

永久磁石３２は、磁界を発生する部材であり、図２に示すように、スリーブ３１の外周側において、周方向ＤＲに沿って８列設けられている（図２では、手前側の４列のみを図示）。８列の永久磁石３２は、スリーブ３１の周方向ＤＲにおいて、Ｎ極用の永久磁石３２とＳ極用の永久磁石３２とが交互に配置されている。永久磁石３２は、スリーブ３１の外周面に、接着層３４を介して貼り付けられている。本実施形態では、各列の永久磁石３２が回転子３０の軸方向に沿って２分割された例を示すが、これに限らず、永久磁石３２は、回転子３０の長手方向に沿って３つ以上に分割されていてもよいし、分割されていなくてもよい。

被覆筒３３は、複数の永久磁石３２を被覆するための円筒形状の部材である。被覆筒３３は、スリーブ３１に配置された永久磁石３２の外周面に装着される。永久磁石３２の外周面に被覆筒３３を装着することにより、回転子３０の回転によって生じる遠心力により、永久磁石３２が回転子３０から脱落することを抑制できる。

被覆筒３３は、後述するように、テープ状のＣＦＲＰ繊維束を筒状の治具にテンションを付与しながら巻き付けることにより成形される。ＣＦＲＰ繊維束の元となる素材繊維としては、炭素繊維が好ましいが、炭素繊維のほかに、例えば、ガラス繊維、アラミド繊維、炭化ケイ素繊維、ボロン繊維、チタン合金繊維等の比強度の高い材料を用いることができる。

被覆筒３３を回転子３０に装着するには、例えば、テーパー面を有する回転軸の外周面に、同じくテーパー面を有するスリーブを挿入することにより、スリーブの外周側に設けられた被覆筒を外側に押し広げる手法（特開２０１６−８２７７３号公報等参照）を用いることができる。このような手法を用いることにより、被覆筒３３を、締め代に応じた収縮力で回転子３０に装着できる。それにより、被覆筒３３には、回転子３０が回転する際に生じる遠心力に抗して、永久磁石３２を保持するのに十分な反力が半径方向の内側に向かって作用する。このように、被覆筒３３において、半径方向の内側に向かって反力が作用することにより、遠心力により永久磁石３２が回転子３０から脱落することが抑制される。半径方向の内側とは、回転子３０の外側から回転軸線Ｓに接近する方向である。

なお、締め代とは、図２に示すように、拡径される前（装着される前）の被覆筒３３の内径Ｄ１に対して、スリーブ３１に配置された永久磁石３２の外径Ｄ２がオーバーする分（Ｄ２−Ｄ１）の寸法である。この締め代が大きいほど、被覆筒３３を永久磁石３２の外周面に装着することが難しくなるが、装着した被覆筒３３から、より大きな反力を半径方向の内側に向かって作用させることができる。

次に、第１実施形態における被覆筒３３の構成について説明する。
図３Ａ及び図３Ｂは、それぞれ第１実施形態の被覆筒３３を製造する工程を示す概念図である。
第１実施形態の被覆筒３３は、図３Ａに示すように、テープ状のＣＦＲＰ繊維束１３３を治具（円筒治具）５０の外周面に巻き付けることにより成形される。具体的には、ＣＦＲＰ繊維束１３３は、治具５０の周方向ＤＲ（図２参照）に沿って螺旋状に巻き付けられ、治具５０の軸方向に沿って配列している。治具５０にＣＦＲＰ繊維束１３３を巻き付け、含浸した樹脂が硬化した後、治具５０を除去することにより被覆筒３３が完成する。

ＣＦＲＰ繊維束１３３を構成する糸状ＣＦＲＰ１３３ａの配列方向は、ＣＦＲＰ繊維束１３３の長手方向と平行となる（他の実施形態についても同じ）。また、ＣＦＲＰ繊維束１３３の長手方向が、治具５０の回転軸線Ｓと直交する線と交わる角度θは、０°＜θ＜９０°の範囲となる。

本実施形態において、ＣＦＲＰ繊維束１３３の長手方向の長さ及び幅は、被覆筒３３の軸方向の長さと、ＣＦＲＰ繊維束１３３の巻き回数等に応じて設定される。また、ＣＦＲＰ繊維束１３３は、被覆筒３３の軸方向に沿って側面が重ならないように且つ隙間ができないように巻き付けられている（後述する第２〜第４実施形態において共通）。

本実施形態において、ＣＦＲＰ繊維束１３３の巻き始めと巻き終わりの部分には、巻き始めの端面１３３ｓと巻き終わりの端面１３３ｅ（以下、総称して「両端面」ともいう）が形成されている。ＣＦＲＰ繊維束１３３の両端面は、ＣＦＲＰ繊維束１３３を治具５０に巻き付けた際に、それぞれ回転軸線Ｓと直交するように、ＣＦＲＰ繊維束１３３の長手方向に対して斜めに形成された切断面である。なお、図３Ａでは、巻き終わりの部分において、切断前のＣＦＲＰ繊維束１３３の輪郭を二点鎖線で示す。

本実施形態の被覆筒３３において、ＣＦＲＰ繊維束１３３は、巻き始めと巻き終わりの部分に、それぞれ巻き始めの端面１３３ｓと巻き終わりの端面１３３ｅがあらかじめ形成されている。そのため、図３Ｂに示すように、ＣＦＲＰ繊維束１３３を治具５０に巻き付けると、被覆筒３３は、周方向ＤＲ（図２参照）に沿ってＣＦＲＰ繊維束１３３が周回していると共に、軸方向に沿ってＣＦＲＰ繊維束１３３が配列するように成形される。そして、被覆筒３３において、ＣＦＲＰ繊維束１３３の両端面（１３３ｓ、１３３ｅ）は、軸方向に向いた状態となる。本実施形態における被覆筒３３の製造方法は、後述する第３〜第５実施形態にも適用できる。

上述した第１実施形態の被覆筒３３において、ＣＦＲＰ繊維束１３３の両端面は、被覆筒３３の軸方向に向いているため、テープ状のＣＦＲＰ繊維束１３３の巻き始めと巻き終わりの部分に段差が生じることがない。これによれば、ＣＦＲＰ繊維束１３３の巻き始めと巻き終わりの部分では、繊維が真っ直ぐに伸びて蛇行が生じることがないため、被覆筒３３の強度の低下を抑制できる。したがって、回転子３０が回転した際の応力を適切に受け止めることができる。また、第１実施形態の被覆筒３３において、ＣＦＲＰ繊維束１３３の両端面は、回転子３０の周方向ＤＲに切断面が露出しない。そのため、仮に端面の接着強度が十分でなかったとしても、回転子３０が回転した際の風圧により端面が剥離することを抑制できる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態の被覆筒３３Ａの構成について説明する。
第２実施形態は、被覆筒３３Ａの製造方法が第１実施形態と相違する。第２実施形態の被覆筒３３Ａにおいて、その他の構成は、第１実施形態と同じである。そのため、図４Ａ〜図４Ｃにおいては、被覆筒３３Ａが適用される回転子３０（図２参照）の図示を省略する。また、第２実施形態の説明及び図面において、第１実施形態と同等の部材等には、第１実施形態と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃは、それぞれ第２実施形態の被覆筒３３Ａを製造する工程を示す概念図である。
第２実施形態の被覆筒３３Ａは、図４Ａに示すように、巻き始めと巻き終わりの端面が切断されていないＣＦＲＰ繊維束１３３を治具５０の外周面に巻き付けることにより成形される。ＣＦＲＰ繊維束１３３は、治具５０の外周面にテンションを付与しながら巻き付けられる。

治具５０にＣＦＲＰ繊維束１３３を巻き付けた後、樹脂が硬化する前に、図４Ｂに示すように、ＣＦＲＰ繊維束１３３の巻き始めと巻き終わりの部分を、カットラインＣＬに沿って切断する。カットラインＣＬは、回転軸線Ｓと直交する方向に設定された仮想的なラインである。ＣＦＲＰ繊維束１３３の巻き始めと巻き終わりの部分をカットラインＣＬに沿って切断すると、図４Ｃに示すように、ＣＦＲＰ繊維束１３３の巻き始めの部分には巻き始めの端面１３３ｓが形成され、ＣＦＲＰ繊維束１３３の巻き終わりの部分には巻き終わりの端面１３３ｅが形成される。この両端面は、図４Ｂに示すように、ＣＦＲＰ繊維束１３３の長手方向に対してそれぞれ斜めに形成された切断面であり、被覆筒３３Ａにおいては、図４Ｃに示すように、それぞれ回転軸線Ｓと直交する面となる。

本実施形態の被覆筒３３Ａにおいて、ＣＦＲＰ繊維束１３３は、治具５０へ巻き付けた後、巻き始めと巻き終わりの部分に、それぞれ巻き始めの端面１３３ｓと巻き終わりの端面１３３ｅが形成される。そのため、図４Ｃに示すように、被覆筒３３Ａは、周方向に沿ってＣＦＲＰ繊維束１３３が周回していると共に、軸方向に沿ってＣＦＲＰ繊維束１３３が配列するように成形される。そして、被覆筒３３Ａにおいて、ＣＦＲＰ繊維束１３３の両端面（１３３ｓ、１３３ｅ）は、それぞれ回転軸線Ｓと直交する面となり、軸方向に向いた状態となる。本実施形態における被覆筒３３の製造方法は、後述する第３〜第５実施形態にも適用できる。

上述した第２実施形態の被覆筒３３Ａにおいても、ＣＦＲＰ繊維束１３３の両端面は、軸方向に向いており、回転子３０の周方向ＤＲ（図２参照）に切断面が露出しない。そのため、第１実施形態と同じく、被覆筒３３Ａの強度の低下及びＣＦＲＰ繊維束１３３の端面が剥離することを抑制できる。

また、第２実施形態の被覆筒３３Ａにおいて、ＣＦＲＰ繊維束１３３は、巻き始め部分を余らせた状態で切断される。そのため、ＣＦＲＰ繊維束１３３を治具に巻き始める前に、余らせた巻き始め部分を器具等で固定することにより、ＣＦＲＰ繊維束１３３に、より大きなテンションをかけながら治具５０に巻き付けることができる。これによれば、ＣＦＲＰ繊維束１３３において、より多くの繊維が真っ直ぐに伸びた状態で治具５０に巻き付けられる。したがって、被覆筒３３Ａにおいては、より多くの繊維で応力を受け止めることができるようになるため、被覆筒３３Ａの強度をより向上させることができる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態の被覆筒３３Ｂについて説明する。
第３実施形態の被覆筒３３Ｂは、２層構造である点が第１実施形態と相違する。第３実施形態の被覆筒３３Ｂにおいて、その他の構成は、第１実施形態と同じである。そのため、図５Ａ及び図５Ｂにおいては、被覆筒３３Ｂが適用される回転子３０の図示を省略する。また、第３実施形態の説明及び図面において、第１実施形態と同等の部材等には、第１実施形態と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図５Ａは、第３実施形態における被覆筒３３Ｂの第１の構成を示す概念図である。
図５Ａに示すように、第１の構成の被覆筒３３Ｂは、治具５０の周方向に沿って第１のＣＦＲＰ繊維束１３３が螺旋状に巻き付けられ、その上層に第２のＣＦＲＰ繊維束１３４が第１のＣＦＲＰ繊維束１３３と同じ方向に螺旋状に巻き付けられることにより成形される。第１の構成の被覆筒３３Ｂにおいて、第１のＣＦＲＰ繊維束１３３及び第２のＣＦＲＰ繊維束１３４の巻き始めと巻き終わりの部分には、図示していないが、例えば、第１実施形態（図３Ｂ参照）に示すような巻き始めの端面１３３ｓと巻き終わりの端面１３３ｅが形成される（後述する第２の構成についても同じ）。

図５Ａに示すように、第１のＣＦＲＰ繊維束１３３は、治具５０の外周面において、被覆筒３３Ｂの軸方向における一方の端部から他方の端部まで連続して螺旋状に周回している。第１のＣＦＲＰ繊維束１３３は、治具５０の外周面において、第１の層を形成する。第２のＣＦＲＰ繊維束１３４は、第１のＣＦＲＰ繊維束１３３の外周面において、被覆筒３３Ｂの軸方向における一方の端部から他方の端部まで連続して螺旋状に周回している。第２のＣＦＲＰ繊維束１３４は、第１の層（第１のＣＦＲＰ繊維束１３３）の外周面において、第２の層を形成する。

第１の構成の被覆筒３３Ｂにおいて、第２のＣＦＲＰ繊維束１３４の長手方向が治具５０の回転軸線Ｓと交差する角度θ２は、第１のＣＦＲＰ繊維束１３３の長手方向が治具５０の回転軸線Ｓと交差する角度θ１よりも大きくなる（θ２＞θ１）ように設定されている。例えば、第１のＣＦＲＰ繊維束１３３の角度θ１が８５°であれば、第２のＣＦＲＰ繊維束１３４の角度θ２は８７°に設定される。

第１の構成の被覆筒３３Ｂによれば、第１のＣＦＲＰ繊維束１３３の角度θ１と第２のＣＦＲＰ繊維束１３４の角度θ２とが異なるため、角度θ１と角度θ２を同じ角度とした場合に比べて、繊維により応力が受け止められる角度範囲をより広くすることができる。これによれば、被覆筒３３Ｂの周方向及び軸方向の強度をより高めることができる。特に、被覆筒３３Ｂの軸方向の強度が高くなることにより、被覆筒３３Ｂを回転子３０に装着する際の軸方向の強度を確保できる。また、被覆筒３３Ｂを回転子３０に装着した後は、永久磁石３２の回転子３０からの脱落をより効果的に抑制できる。
なお、本実施形態の構成において、第１のＣＦＲＰ繊維束１３３の角度θ１が、第２のＣＦＲＰ繊維束１３４の角度θ２よりも大きくなる（θ１＞θ２）ように設定してもよい。

図５Ｂは、第３実施形態における被覆筒３３Ｂの第２の構成を示す概念図である。
図５Ｂに示すように、第２の構成の被覆筒３３Ｂは、治具５０の周方向に沿って第１のＣＦＲＰ繊維束１３３が螺旋状に巻き付けられ、その上層に第２のＣＦＲＰ繊維束１３４が、第１のＣＦＲＰ繊維束１３３とは反対の方向に螺旋状に巻き付けられることにより成形される。

第２の構成の被覆筒３３Ｂにおいて、第１のＣＦＲＰ繊維束１３３の長手方向が治具５０の回転軸線Ｓと交差する角度θ１は、第２のＣＦＲＰ繊維束１３４の長手方向が治具５０の回転軸線Ｓと交差する角度θ２と同じ角度（θ１＝θ２）となるように設定されている。

第２の構成の被覆筒３３Ｂによれば、第１のＣＦＲＰ繊維束１３３の上層に、ＣＦＲＰ繊維束１３３とは反対の方向に第２のＣＦＲＰ繊維束１３４が巻き付けられているため、第１のＣＦＲＰ繊維束１３３の繊維と第２のＣＦＲＰ繊維束１３４の繊維とが互いに入り込むことがない。これによれば、各層の繊維束に含まれる繊維を、より伸ばした状態で治具５０に巻き付けることができるため、繊維が、より大きな力を受け止めることができる。したがって、第２の構成の被覆筒３３Ｂにおいても、周方向及び軸方向の強度をより高めることができる。特に、被覆筒３３Ｂの軸方向の強度が高くなることにより、被覆筒３３Ｂを回転子３０に装着する際の軸方向の強度を確保できる。また、被覆筒３３Ｂを回転子３０に装着した後は、永久磁石３２の回転子３０からの脱落をより効果的に抑制できる。

なお、第２の構成の被覆筒３３Ｂにおいて、第１のＣＦＲＰ繊維束１３３の角度θ１が、第２のＣＦＲＰ繊維束１３４の角度θ２よりも大きくなる（θ１＞θ２）ように設定してもよいし、第２のＣＦＲＰ繊維束１３４の角度θ２が、第１のＣＦＲＰ繊維束１３３の角度θ１よりも大きくなる（θ２＞θ１）ように設定してもよい。

（第４実施形態）
次に、第４実施形態の被覆筒３３Ｃについて説明する。
第４実施形態の被覆筒３３Ｃは、２層構造であり且つＣＦＲＰ繊維束の幅、厚みが層ごとに異なる点が第１実施形態と相違する。第４実施形態の被覆筒３３Ｃにおいて、その他の構成は、第１実施形態と同じである。そのため、図６においては、被覆筒３３Ｃが適用される回転子３０の図示を省略する。また、第４実施形態の説明及び図面において、第１実施形態と同等の部材等には、第１実施形態と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図６は、第４実施形態における被覆筒３３Ｃの構成を示す概念図である。
図６に示すように、第４実施形態の被覆筒３３Ｃは、治具５０の周方向に沿って第１のＣＦＲＰ繊維束１３３が螺旋状に巻き付けられ、その上層に第２のＣＦＲＰ繊維束１３４が第１のＣＦＲＰ繊維束１３３と同じ方向に螺旋状に巻き付けられることにより成形される。第４実施形態の被覆筒３３Ｃにおいて、第１のＣＦＲＰ繊維束１３３及び第２のＣＦＲＰ繊維束１３４の巻き始めと巻き終わりの部分には、図示していないが、例えば、第１実施形態（図３Ｂ参照）に示すような巻き始めの端面１３３ｓと巻き終わりの端面１３３ｅが形成される。

図６に示すように、第１のＣＦＲＰ繊維束１３３は、治具５０の外周面において、被覆筒３３Ｃの軸方向における一方の端部から他方の端部まで連続して螺旋状に周回している。第１のＣＦＲＰ繊維束１３３は、治具５０の外周面において、第１の層を形成する。第２のＣＦＲＰ繊維束１３４は、第１のＣＦＲＰ繊維束１３３の外周面において、被覆筒３３Ｃの軸方向における一方の端部から他方の端部まで連続して螺旋状に周回している。第２のＣＦＲＰ繊維束１３４は、第１の層（第１のＣＦＲＰ繊維束１３３）の外周面において、第２の層を形成する。

第４実施形態の被覆筒３３Ｃは、第１のＣＦＲＰ繊維束１３３の幅Ｗ１よりも、第２のＣＦＲＰ繊維束１３４の幅Ｗ２が広くなる（Ｗ２＞Ｗ１）ように設定されている。例えば、第１のＣＦＲＰ繊維束１３３の幅Ｗ１が４ｍｍであれば、第２のＣＦＲＰ繊維束１３４の幅Ｗ２は６ｍｍに設定される。

また、第４実施形態の被覆筒３３Ｃは、第１のＣＦＲＰ繊維束１３３の厚さＴ１よりも、第２のＣＦＲＰ繊維束１３４の厚さＴ２が厚く（Ｔ２＞Ｔ１）なるように設定されている。例えば、第１のＣＦＲＰ繊維束１３３の厚さＴ１が０．１ｍｍであれば、第２のＣＦＲＰ繊維束１３４の厚さＴ２は０．１２ｍｍに設定される。なお、繊維束は、繊維径、繊維数を適宜に組み合わせることにより任意の厚みに設定できる。例えば、同じ繊維数であっても、繊維径を太くすれば繊維束を厚くできるし、同じ繊維径であっても、繊維数を多くすれば繊維束を厚くできる。

第４実施形態の被覆筒３３Ｃにおいて、第１のＣＦＲＰ繊維束１３３と第２のＣＦＲＰ繊維束１３４は、幅及び厚さがそれぞれ異なるため、２層構造のＣＦＲＰ繊維束の幅及び厚さを同じ寸法とした場合に比べて、被覆筒３３Ｃの強度をより最適化できる。
なお、本実施形態の構成において、第２のＣＦＲＰ繊維束１３４の幅Ｗ２よりも、第１のＣＦＲＰ繊維束１３３の幅Ｗ１が広くなる（Ｗ１＞Ｗ２）ように設定してもよい。また、第２のＣＦＲＰ繊維束１３４の厚さＴ２よりも、第１のＣＦＲＰ繊維束１３３の厚さＴ１が厚くなる（Ｔ１＞Ｔ２）ように設定してもよい。

（第５実施形態）
次に、第５実施形態の被覆筒３３Ｄについて説明する。
第５実施形態の被覆筒３３Ｄは、軸方向に沿ってＣＦＲＰ繊維束の側面が重なり合うように配列されたり、間隔を空けて配列されたりする点が第１実施形態と相違する。第５実施形態の被覆筒３３Ｄにおいて、その他の構成は、第１実施形態と同じである。そのため、図７Ａ〜図７Ｃにおいては、被覆筒３３Ｄが適用される回転子３０の図示を省略する。また、第５実施形態の説明及び図面において、第１実施形態と同等の部材等には、第１実施形態と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図７Ａは、第５実施形態における被覆筒３３Ｄの第１の構成を示す概念図である。
図７Ａに示すように、第１の構成の被覆筒３３Ｄにおいて、ＣＦＲＰ繊維束１３３は、被覆筒３３Ｄの軸方向における一方の端部から他方の端部まで連続して螺旋状に周回していると共に、軸方向に沿って側面が互いに重なり合うように配列している。ＣＦＲＰ繊維束１３３が重なり合う部分には、段差部１３３ｂが形成される。第１の構成の被覆筒３３Ｄにおいて、ＣＦＲＰ繊維束１３３が重なり合う幅Ｗ３は、例えば、０．１〜１ｍｍの範囲に設定される。

第１の構成の被覆筒３３Ｄにおいて、ＣＦＲＰ繊維束１３３の巻き始めと巻き終わりの部分には、図示していないが、例えば、第１実施形態（図３Ｂ参照）に示すような巻き始めの端面１３３ｓと巻き終わりの端面１３３ｅが形成される（後述する第２の構成及び第３の構成についても同じ）。

上述した第１の構成の被覆筒３３Ｄにおいても、ＣＦＲＰ繊維束１３３の両端面は、軸方向に向いており、回転子３０の周方向ＤＲ（図２参照）に切断面が露出しない。そのため、第１実施形態と同じく、被覆筒３３Ｄの強度の低下及びＣＦＲＰ繊維束１３３の端面が剥離することを抑制できる。また、第１の構成の被覆筒３３Ｄにおいて、第１のＣＦＲＰ繊維束１３３は、軸方向に沿って側面が互いに重なり合うように配列しているため、被覆筒３３Ｄの周方向における繊維の密度をより高めることができる。

図７Ｂは、第５実施形態における被覆筒３３Ｄの第２の構成を示す概念図である。
図７Ｂに示すように、第２の構成の被覆筒３３Ｄにおいて、ＣＦＲＰ繊維束１３３は、被覆筒３３Ｄの軸方向における一方の端部から他方の端部まで連続して螺旋状に周回していると共に、軸方向に沿って間隔を空けて配列している。ＣＦＲＰ繊維束１３３が重なり合わない部分には、隙間部１３３ｃが形成される。第２の構成の被覆筒３３Ｄにおいて、ＣＦＲＰ繊維束１３３が重なり合わない隙間部１３３ｃの幅Ｗ４は、例えば、０．１〜１ｍｍの範囲に設定される。

上述した第２の構成の被覆筒３３Ｄにおいても、ＣＦＲＰ繊維束１３３の両端面は、軸方向に向いており、回転子３０の周方向ＤＲ（図２参照）に切断面が露出しない。そのため、第１実施形態と同じく、被覆筒３３Ｄの強度の低下及びＣＦＲＰ繊維束１３３の端面が剥離することを抑制できる。

また、第２の構成の被覆筒３３Ｄにおいて、ＣＦＲＰ繊維束１３３（以下、単に「繊維束」ともいう）は、軸方向に沿って間隔を空けて配列している。第２の構成によれば、繊維束の側面が互いに重なり合う構成のように、繊維束の重なり合った部分が凸状に突出することがないので、繊維束を複数層巻き付けた場合でも、層が増えるごとに突出した部分が徐々に大きくなることがない。そのため、第２の構成は、繊維束を複数層巻き付ける場合において、繊維束の側面が互いに重なり合う構成に比べて、より多くの繊維束を巻き付けることができる。その結果、重なり合った繊維束を被覆筒３３Ｄの径方向の断面で見たときに、単位面積（断面積）当たりの繊維数を増やすことができる。これによれば、回転子３０（永久磁石３２）の外周と固定子２０の内周との間の隙間を同じとした場合において、繊維束の側面が互いに重なり合う構成に比べて、被覆筒３３Ｄにより多くの繊維束を巻き付けることができる。そのため、第２の構成によれば、被覆筒３３Ｄの強度を増すことができる。

また、第２の構成によれば、繊維束の重なり合った部分が凸状に突出することがなく、比較的平らな面に繊維束を巻くことができるため、繊維束を複数層巻き付けた場合に、下層の繊維束の凸状に突出した部分により上層の繊維束に弛みが生じにくくなり、概ねどの層においても繊維束を伸ばして巻くことができる。そのため、第２の構成によれば、巻き付けた繊維束の緩みを抑制できる。なお、第２の構成によれば、仮に、下層の繊維束に隙間がある場合でも、上層の繊維束は、常に下層の繊維束と交差するため、上層の繊維束が下層の繊維束の隙間に入り込むことはない。

図７Ｃは、第５実施形態における被覆筒３３Ｄの第３の構成を示す概念図である。
図７Ｃに示すように、第３の構成の被覆筒３３Ｄは、治具５０の周方向に沿って第１のＣＦＲＰ繊維束１３３が螺旋状に巻き付けられ、その上層に第２のＣＦＲＰ繊維束１３４が第１のＣＦＲＰ繊維束１３３と同じ方向に螺旋状に巻き付けられることにより成形される。

第３の構成の被覆筒３３Ｄにおいて、第１のＣＦＲＰ繊維束１３３は、被覆筒３３Ｄの軸方向における一方の端部から他方の端部まで連続して螺旋状に周回していると共に、軸方向に沿って側面が互いに重なり合うように配列している。第１のＣＦＲＰ繊維束１３３は、治具５０の外周面において、第１の層を形成する。第１のＣＦＲＰ繊維束１３３は、巻きピッチＰ１で周回している。第１のＣＦＲＰ繊維束１３３が重なり合う部分には、段差部１３３ｂが形成される。

また、第３の構成の被覆筒３３Ｄにおいて、第２のＣＦＲＰ繊維束１３４は、被覆筒３３Ｄの軸方向における一方の端部から他方の端部まで連続して螺旋状に周回していると共に、軸方向に沿って間隔を空けて配列している。第２のＣＦＲＰ繊維束１３４は、第１の層（第１のＣＦＲＰ繊維束１３３）の外周面において、第２の層を形成する。第２のＣＦＲＰ繊維束１３４は、巻きピッチＰ２で周回している。第２のＣＦＲＰ繊維束１３４が重なり合わない部分には、隙間部１３３ｃが形成される。

第３の構成において、第１のＣＦＲＰ繊維束１３３の巻きピッチＰ１と第２のＣＦＲＰ繊維束１３４の巻きピッチＰ２は同じ（Ｐ１＝Ｐ２）となるように設定されている。そのため、第３の構成の被覆筒３３Ｄにおいて、第１のＣＦＲＰ繊維束１３３が重なり合う部分の段差部１３３ｂは、第２のＣＦＲＰ繊維束１３４の隙間部１３３ｃの間に入り込むように配列される。

第３の構成の被覆筒３３Ｄによれば、第１のＣＦＲＰ繊維束１３３が重なり合う部分に形成された段差部１３３ｂは、第２のＣＦＲＰ繊維束１３４の隙間部１３３ｃの間に入り込むように配列される。そのため、第１のＣＦＲＰ繊維束１３３に形成された段差部１３３ｂが、被覆筒３３Ｄの外周面に突出しない形状となる。これによれば、周方向における繊維の密度をより高めるために、第１のＣＦＲＰ繊維束１３３を、軸方向に沿って側面が互いに重なり合うように配列させた場合でも、第１のＣＦＲＰ繊維束１３３に形成される段差部１１３ｂは、被覆筒３３Ｄの外周面に突出しないため、被覆筒３３Ｄの外径寸法をより均一に保つことができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、後述する変形形態のように種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内に含まれる。また、実施形態に記載した効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、実施形態に記載したものに限定されない。なお、上述の実施形態及び後述する変形形態は、適宜に組み合わせて用いることもできるが、詳細な説明は省略する。

（変形形態）
第５実施形態の第２の構成（図７Ｂ参照）において、隙間部１３３ｃの幅Ｗ４は、ＣＦＲＰ繊維束１３３の巻き数に応じて変更してもよいし、被覆筒３３Ｄの軸方向において、部分的に変更してもよい。
第５実施形態の第２の構成のように、被覆筒３３Ｄにおいて、軸方向に沿ってＣＦＲＰ繊維束１３３の側面に間隔を空けて配列する構成は、例えば、第３実施形態（図５Ａ、図５Ｂ参照）、第４実施形態（図６参照）に示す２層構造の被覆筒にも適用できる。その場合、第１の層（第１のＣＦＲＰ繊維束１３３）、第２の層（第２のＣＦＲＰ繊維束１３４）において、隙間部１３３ｃの幅Ｗ４をそれぞれ異なる寸法としてもよい。
第３〜第５実施形態に示す２層構造の被覆筒において、第１のＣＦＲＰ繊維束１３３及び第２のＣＦＲＰ繊維束１３４を形成する炭素繊維、樹脂等の材質を変更してもよい。

第５実施形態の第１の構成（図７Ａ）おいて、ＣＦＲＰ繊維束１３３が重なり合わない隙間部１３３ｃを部分的に形成してもよいし、第５実施形態の第２の構成（図７Ｂ）おいて、ＣＦＲＰ繊維束１３３が重なり合う段差部１３３ｂを部分的に形成してもよい。

実施形態では、回転子３０を構成する回転部材として、スリーブ３１を例として説明したが、これに限定されない。回転軸３５の外周側にスリーブ３１を介さずに永久磁石３２を配置する構成において、回転部材は、回転軸３５であってもよい。

実施形態では、ＣＦＲＰ繊維束１３３を治具５０の外周面に巻き付けることにより、被覆筒３３を成形する例について説明したが、これに限定されない。ＣＦＲＰ繊維束１３３を、永久磁石３２（図２参照）の外周側に直接巻き付けることにより被覆筒３３を成形してもよい。

１：電動機、２０：固定子、３０：回転子、３１：スリーブ、３２：永久磁石、３３，３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｃ，３３Ｄ：被覆筒、３５：回転軸、５０：治具、１３３：ＣＦＲＰ繊維束（テープ状繊維束）、１３３ａ：糸状ＣＦＲＰ、１３３ｂ：段差部、１３３ｃ：隙間部、１３３ｓ：巻き始めの端面、１３３ｅ：巻き終わりの端面、１３４：第２のＣＦＲＰ繊維束

Claims (2)

1. 回転部材と、
   前記回転部材の外周側に配置される複数の永久磁石と、
   複数の前記永久磁石の外周面側に設けられ、一方向に配列した複数の糸状の繊維が樹脂により平らに束ねられるテープ状繊維束により形成される被覆筒と、を備え、
   前記被覆筒は、軸方向における一方の端部から他方の端部まで周方向に沿って前記テープ状繊維束が螺旋状に周回していると共に、前記テープ状繊維束に含侵された樹脂が硬化している第１の層と、前記第１の層の上層に巻き付けられ、軸方向における一方の端部から他方の端部まで周方向に沿って前記テープ状繊維束が前記第１の層と同じ周方向且つ軸方向に螺旋状に周回していると共に、前記テープ状繊維束に含侵された樹脂が硬化している第２の層と、を備え、
   前記第１の層を形成する前記テープ状繊維束と前記第２の層を形成する前記テープ状繊維束は、軸方向と交差する角度がそれぞれ異なり、
   前記被覆筒の巻き始めと巻き終わりの部分には、それぞれ巻き始めの端面と巻き終わりの端面が形成されており、
   前記テープ状繊維束の巻き始めの端面と巻き終わりの端面は、前記被覆筒の軸方向に向いている、
   回転子。
2. 請求項１に記載の回転子と、
   前記回転子の外周側に設けられる固定子と、
   を備える回転電機。

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