JP7159830B2 - 筒部材、回転電機のロータ、及び回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、筒部材、回転電機のロータ、及び回転電機に関する。

従来、特許文献１に記載されるような筒部材が知られている。
上記筒部材は、樹脂を含侵させた繊維を予めシート状に形成し、当該シートを芯金に巻き付けることで形成されるものである。

特開平８－１０７６４１号公報

ここで、シートを複数枚用いることで筒部材の軸線に直交する方向にシートが層状に設けられる筒部材が一般的に知られている。当該複数のシートは、筒部材の軸線に沿って配向された繊維を樹脂で覆うことで構成されるものや、筒部材の軸線に交差する方向に配向された繊維を樹脂で覆うことで構成されるものが採用される。

ところで、シートを複数枚用いるにあたって、筒部材の軸線に沿って配向された繊維を樹脂で覆うことで構成されるシートを筒部材の最内層及び筒部材の最外層に配置すると、繊維が筒部材の軸線を中心とした筒部材の外縁に沿った方向に連続していない。そのため、筒部材の最内層及び筒部材の最外層に割れが生じやすい。

また、シートを複数枚用いるにあたって、１枚のシートを巻き終わったとき、巻き終わった位置から新たなシートを巻き始めることで筒部材を構成することが考えられる。この場合、シートの繋ぎ目の部分は、繊維が連続しておらず強度が弱くなっており、割れが発生する可能性がある。

本発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、その目的は、強度を維持しつつ割れを抑制できる筒部材、ロータ、及び回転電機を提供することにある。

上記課題を解決する筒部材は、軸方向層と周方向層とが積層されることで構成される筒部材であって、前記軸方向層及び前記周方向層は、強化繊維と、前記強化繊維を覆う樹脂とにより構成され、前記筒部材の軸線に沿った方向を第１方向、前記軸線に直交する方向であり、且つ前記軸方向層と前記周方向層とが積層されている方向を第２方向、及び前記軸線を中心とする前記筒部材の外縁に沿った方向を第３方向とすると、前記軸方向層を構成する前記強化繊維は、前記第１方向に沿って配向されており、前記周方向層を構成する前記強化繊維は、前記第３方向に沿って配向されており、前記周方向層は、前記筒部材の最内層及び前記筒部材の最外層をなすとともに前記最外層と前記最内層とが常に連続するように前記第３方向に沿って巻回された状態で構成され、前記軸方向層は、前記第３方向に沿って常に連続した状態で前記周方向層に挟み込まれるように配置されている。

これによれば、筒部材の周方向層に用いられている強化繊維は、筒部材の最内層から最外層に向けて常に連続するように設けられている。そのため、筒部材を構成する周方向層において強化繊維の切れ目がない状態となる。よって、筒部材の強度を維持することができる。また、筒部材の最内層及び筒部材の最外層をなす周方向層の強化繊維は第３方向に沿って連続しているため、樹脂に割れが生じ難くなる。したがって、筒部材の割れを抑制できる。したがって、強度を維持しつつ割れを抑制できる。

上記筒部材において、前記筒部材の最内層に位置する前記周方向層を最内周方向層、前記最内周方向層が前記第２方向の外側に変形することで形成され、前記最内周方向層とともに前記軸方向層を挟み込む前記周方向層を次最内周方向層、前記筒部材の最外層に位置する前記周方向層を最外周方向層、前記最外周方向層とともに前記軸方向層を挟み込む前記周方向層を次最外周方向層とすると、前記第２方向において、前記最内周方向層の外面と前記次最内周方向層の内面とが互いに重なり合う第１重なり部が形成され、前記第２方向において、前記最外周方向層の内面と前記次最外周方向層の外面とが互いに重なり合う第２重なり部が形成されているとよい。

これによれば、第１重なり部及び第２重なり部が形成されることにより筒部材の強度をより向上させることができる。
上記筒部材において、前記筒部材の最内層に位置する前記周方向層を最内周方向層、前記最内周方向層が前記第２方向の外側に変形することで形成され、前記最内周方向層とともに前記軸方向層を挟み込む前記周方向層を次最内周方向層、前記筒部材の最外層に位置する前記周方向層を最外周方向層、前記最外周方向層とともに前記軸方向層を挟み込む前記周方向層を次最外周方向層とすると、前記最内周方向層が前記第２方向の外側に向けて変形する境界部分を第１境界部、前記次最内周方向層が前記軸方向層を前記最内周方向層とともに挟み込むべく前記第２方向の外側に向けて変形する境界部分を第２境界部とすると、前記最外周方向層と前記次最外周方向層との間に挟まれている前記軸方向層の前記第３方向における端部は、前記第２方向において前記第１境界部に一致するように配置され、前記最外周方向層の前記第３方向における端部は、前記第２方向において前記第２境界部と一致するように配置されているとよい。

筒部材の周方向層及び軸方向層が第３方向に沿って常に連続していることに起因して、次最内周方向層が最内周方向層に乗り上がる部分、及び次最内周方向層が軸方向層に乗り上がる部分に対応する筒部材の外周部分が筒部材の第２方向の外側に向かって突出することで筒部材の対称性が低下してしまう。

その点、これによれば、最外周方向層と次最外周方向層との間に挟み込まれている軸方向層の第３方向における端部を、第２方向において第１境界部に一致するように配置している。また、最外周方向層の第３方向における端部を、第２方向において第２境界部に一致するように配置している。よって、筒部材は、第２方向における厚さが第３方向に沿って均一化される。したがって、筒部材の対称性を向上させることができる。

上記課題を解決する回転電機のロータは、上記の筒部材を備える回転電機のロータであって、前記筒部材の内周面に固定された磁性体と、前記筒部材及び前記磁性体と一体回転可能な回転軸と、を備える。

これによれば、回転軸とともに筒部材が回転し、筒部材に遠心力が作用したとしても筒部材の最内層及び筒部材の最外層の割れを抑制できる。また、筒部材に遠心力が作用することによる応力が作用しても、周方向層を構成する繊維が筒部材の第３方向に沿って連続しているため、ロータの強度を維持しつつ筒部材の割れを抑制できる。

また、筒部材を構成する軸方向層により回転軸の軸線に対する曲げ方向の剛性が高くなる。したがって、ロータ全体における回転軸の軸線に対する曲げ方向の剛性が高まるため、ロータに共振が発生し難くなる。したがって、ロータ全体が回転軸の軸線に対して撓むことを抑制できる。

上記課題を解決する回転電機は、ステータと、上記の回転電機のロータと、を備える。

この発明によれば、強度を維持しつつ割れを抑制できる。

回転電機の概略断面図。 ロータの筒部材の斜視図。 筒部材の断面図。 筒部材の製造方法を示す斜視図。 筒部材の製造方法を示す側面図。

以下、筒部材、回転電機のロータ、及び回転電機を具体化した実施形態を図１～図５にしたがって説明する。なお、説明の便宜上、回転電機について説明し、その後回転電機のロータ及び筒部材について説明する。

図１に示すように、回転電機１０は、筒状のハウジング１１内に収容されている。ハウジング１１は、有底筒状の第１ハウジング構成体１２と、第１ハウジング構成体１２に連結される板状の第２ハウジング構成体１３と、を備えている。第１ハウジング構成体１２及び第２ハウジング構成体１３は金属材料製であり、例えばアルミニウム製である。

第１ハウジング構成体１２は、板状の底壁１２ａと、底壁１２ａの外周部から筒状に延びる周壁１２ｂと、を有している。第２ハウジング構成体１３は、周壁１２ｂにおける底壁１２ａとは反対側の開口を閉塞した状態で第１ハウジング構成体１２に連結されている。

第１ハウジング構成体１２の底壁１２ａの内面には、円筒状のボス部１２ｃが突設されている。ボス部１２ｃの軸線は、第１ハウジング構成体１２の周壁１２ｂの軸線と一致している。また、第２ハウジング構成体１３の内面には、円筒状のボス部１３ｃが突設されている。ボス部１３ｃは、第１ハウジング構成体１２の周壁１２ｂの軸線と一致している。よって、両ボス部１２ｃ，１３ｃの軸線は互いに一致している。

回転電機１０は、ステータ１４と、ロータ１５とを備えている。ステータ１４は、第１ハウジング構成体１２の周壁１２ｂの内周面に固定される円筒状のステータコア１４ａと、ステータコア１４ａに巻回されるコイル１４ｂとを有している。ロータ１５は、ハウジング１１内においてステータ１４の径方向内側に回転可能に配置されている。

ロータ１５は、筒部材１６と、磁性体である永久磁石１７と、回転軸としての第１軸部材１８及び回転軸としての第２軸部材１９とを備えている。筒部材１６は、軸線が直線状に延びる円筒状である。筒部材１６は、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）から構成されている。

永久磁石１７は、中実円柱状である。永久磁石１７は、径方向に着磁されている。永久磁石１７は、筒部材１６の内周面１６ａに圧入されることにより固定されている。永久磁石１７の軸線Ｌ１０は、筒部材１６の軸線ｍと一致している。永久磁石１７における軸線Ｌ１０に沿った方向（永久磁石１７の軸方向）の長さは、筒部材１６における軸線ｍに沿った方向（筒部材１６の軸方向）の長さより短い。

第１軸部材１８及び第２軸部材１９は、筒部材１６の軸方向両側にそれぞれ設けられている。第１軸部材１８は、第１圧入部１８ａ、第１フランジ部１８ｂ、及び第１軸部１８ｃを有している。第１圧入部１８ａは、円柱状をなしている。第１圧入部１８ａは、筒部材１６の内周面１６ａにおける軸方向の一端部１６ｂに圧入されている。よって、第１軸部材１８は、筒部材１６及び永久磁石１７と一体回転可能である。

第１フランジ部１８ｂは、第１圧入部１８ａに連続するとともに第１圧入部１８ａよりも外径が大きい円環状をなしている。第１軸部１８ｃは、円柱状をなしている。第１軸部１８ｃは、第１フランジ部１８ｂにおける第１圧入部１８ａとは反対側の端部に連続している。第１軸部１８ｃの外径は、第１圧入部１８ａの外径と同じである。

第２軸部材１９は、第２圧入部１９ａ、第２フランジ部１９ｂ、及び第２軸部１９ｃを有している。第２圧入部１９ａは、円柱状をなしている。第２圧入部１９ａは、筒部材１６の内周面１６ａにおける軸方向の他端部１６ｃに圧入されている。よって、第２軸部材１９は、筒部材１６及び永久磁石１７と一体回転可能である。

第２フランジ部１９ｂは、第２圧入部１９ａに連続するとともに第２圧入部１９ａよりも外径が大きい円環状をなしている。第２軸部１９ｃは、円柱状をなしている。第２軸部１９ｃは、第２フランジ部１９ｂにおける第２圧入部１９ａとは反対側の端部に連続している。第２軸部１９ｃの外径は、第２圧入部１９ａの外径と同じである。

第１圧入部１８ａの外径と第２圧入部１９ａの外径とは同じである。また、第１フランジ部１８ｂの外径と第２フランジ部１９ｂの外径とは同じである。さらに、第１軸部１８ｃの外径と第２軸部１９ｃの外径とは同じである。第１軸部材１８及び第２軸部材１９は、第１軸部材１８の軸線Ｌ１１及び第２軸部材１９の軸線Ｌ１２が筒部材１６の軸線ｍと一致した状態で、筒部材１６の軸方向両側にそれぞれ設けられている。したがって、第１軸部材１８の軸線Ｌ１１及び第２軸部材１９の軸線Ｌ１２は、永久磁石１７の軸線Ｌ１０に一致している。筒部材１６は、永久磁石１７、第１軸部材１８、及び第２軸部材１９の同軸状態を担保する。

第１フランジ部１８ｂにおける第１圧入部１８ａ側の端面は、筒部材１６の一端部１６ｂに当接している。第２フランジ部１９ｂにおける第２圧入部１９ａ側の端面は、筒部材１６の他端部１６ｃに当接している。そして、第１フランジ部１８ｂの端面における筒部材１６の一端部１６ｂに対する当接、及び第２フランジ部１９ｂの端面における筒部材１６の他端部１６ｃに対する当接によって、筒部材１６における軸方向の移動が規制されている。

第１軸部材１８の第１軸部１８ｃは、ボス部１３ｃの内側を通過するとともに第２ハウジング構成体１３を貫通してハウジング１１外へ突出している。ボス部１３ｃの内周面と第１軸部１８ｃの外周面との間には、第１軸受２１が設けられている。そして、第１軸部材１８は、第１軸部１８ｃが第１軸受２１を介してボス部１３ｃに支持されることにより、ハウジング１１に回転可能に支持されている。

第２軸部材１９の第２軸部１９ｃは、ボス部１２ｃの内側に挿入されている。ボス部１２ｃの内周面と第２軸部１９ｃの外周面との間には、第２軸受２２が設けられている。そして、第２軸部材１９は、第２軸部１９ｃが第２軸受２２を介してボス部１２ｃに支持されることにより、ハウジング１１に回転可能に支持されている。

上記構成のロータ１５において、図示しない駆動回路によって制御された電力がコイル１４ｂに供給されると、永久磁石１７が回転しようとし、永久磁石１７が圧入されている筒部材１６が永久磁石１７と一体的に回転する。そして、筒部材１６と第１軸部材１８との圧入部分においてトルクが筒部材１６から第１軸部材１８に伝達されるとともに、筒部材１６と第２軸部材１９との圧入部分においてトルクが筒部材１６から第２軸部材１９に伝達され、第１軸部材１８及び第２軸部材１９が筒部材１６と一体的に回転する。このようにして、ロータ１５が回転する。筒部材１６は、ロータ１５の回転によって遠心力を受ける永久磁石１７の変形を抑制する。

次に、筒部材１６について説明する。
図２に示すように、筒部材１６は、強化繊維としての複数の第１繊維１６ｄと、強化繊維としての複数の第２繊維１６ｅと、第１繊維１６ｄ及び第２繊維１６ｅを覆う樹脂１６ｆとにより構成されている。第１繊維１６ｄは、筒部材１６の軸線ｍに沿った方向である第１方向Ａに延びている。第１方向Ａとは、具体的には筒部材１６の軸方向を示している。第２繊維１６ｅは、筒部材１６の軸線ｍを中心する筒部材１６の外縁に沿った方向である第３方向Ｃに延びている。筒部材１６が円筒状をなしているため、第３方向Ｃは具体的には筒部材１６の周方向のことである。筒部材１６は、複数の第１繊維１６ｄ及び複数の第２繊維１６ｅが樹脂１６ｆ（マトリックス樹脂）中に複合化されることにより形成されている。なお、樹脂１６ｆは、熱硬化性樹脂で構成され、第１繊維１６ｄ及び第２繊維１６ｅは、同じ炭素繊維で構成されている。

図３に示すように、筒部材１６は、筒部材１６の軸線ｍに直交する方向である第２方向Ｂに軸方向層３０と周方向層４０とが積層されることで構成されている。第２方向Ｂとは、筒部材１６が円筒状をなしているため、具体的には筒部材１６の径方向のことを示し、また軸方向層３０と周方向層４０とが積層されている方向を示す。軸方向層３０は、第１繊維１６ｄと、第１繊維１６ｄを覆う樹脂１６ｆとにより構成されている。軸方向層３０を構成する第１繊維１６ｄは、第１方向Ａに沿って配向されている。周方向層４０は、第２繊維１６ｅと、第２繊維１６ｅを覆う樹脂１６ｆとにより構成されている。周方向層４０を構成する第２繊維１６ｅは、第３方向Ｃに沿って配向されている。

周方向層４０は、筒部材１６の最内層及び筒部材１６の最外層をなすとともに最内層と最外層とが常に連続するように第３方向Ｃに沿って巻回された状態で構成されている。また、軸方向層３０は、周方向層４０に挟み込まれるように設けられている。このとき、軸方向層３０は、周方向層４０の間において第３方向Ｃに沿って常に連続した状態となっている。すなわち、軸方向層３０及び周方向層４０のそれぞれは、第３方向Ｃに沿って一筆書きに巻回される様態をなしている。本実施形態において、軸方向層３０は、第３方向Ｃに沿って約１．５周している。また、周方向層４０は、第３方向Ｃに沿って約３．５周している。また、筒部材１６では、軸方向層３０の巻回され始める第１端部Ｐ１と、周方向層４０が巻回され始める第２端部Ｐ２とが軸線ｍを挟んで反対側となるように設定されている。筒部材１６の構成の特性上、軸方向層３０及び周方向層４０は各端部Ｐ１，Ｐ２を乗り越えるように巻回される。ここで筒部材１６の軸方向層３０及び周方向層４０は、周方向層４０の間に軸方向層３０を挟み込みつつ第３方向Ｃに沿って常に連続する様態を有している。そのため、軸方向層３０及び周方向層４０は、第３方向Ｃに沿って巻回されるときに第２方向Ｂにおいて各端部Ｐ１，Ｐ２に対応する部分を軸方向層３０及び周方向層４０が通過する度に配置される位置が第２方向Ｂの外側に向けてずれていく。なお、本実施形態の軸方向層３０及び周方向層４０は、第２方向Ｂにおいて同じ厚さを有している。筒部材１６をロータ１５に適用した場合を考えると、軸方向層３０及び周方向層４０の厚さが厚すぎると、樹脂１６ｆに発生する応力が強くなり、ひいては軸方向層３０及び周方向層４０の樹脂１６ｆに割れが発生する可能性がある。そのため、本実施形態の筒部材１６の軸方向層３０及び周方向層４０の厚さは、筒部材１６をロータ１５に適用したときに樹脂１６ｆに割れが発生しうる応力が発生しない程度に設定されている。

筒部材１６の最内層に位置する周方向層４０を最内周方向層４１、最内周方向層４１とともに軸方向層３０を挟み込む周方向層４０を次最内周方向層としての中間層４２とする。中間層４２は、最内周方向層４１が第２方向Ｂの外側に変形することにより形成されている。また、筒部材１６の最外層に位置する周方向層４０を最外周方向層４３とする。ここで、最外周方向層４３とともに軸方向層３０を挟み込む中間層４２は、次最外周方向層の一例でもある。なお、本実施形態では、中間層４２は、筒部材１６の最内層及び最外層に位置する周方向層４０以外の部分を示している。

筒部材１６の第２方向Ｂにおいて、筒部材１６には、最内周方向層４１の外面４１ａと中間層４２の内面４２ａとが互いに重なり合う第１重なり部５１が形成されている。また、筒部材１６の第２方向Ｂにおいて、筒部材１６には、最外周方向層４３の内面４３ａと中間層４２の外面４２ｂとが互いに重なり合う第２重なり部５２が形成されている。

上述したように、筒部材１６の軸方向層３０及び周方向層４０は、軸方向層３０の第１端部Ｐ１及び周方向層４０の第２端部Ｐ２を乗り越えるように構成されている。そのため、軸方向層３０及び周方向層４０は、筒部材１６の第２方向Ｂの外側に変形する部分が形成される。具体的に、最内周方向層４１が第２方向Ｂの外側に向けて変形する境界部分を第１境界部Ｂ１とする。また、中間層４２が軸方向層３０を最内周方向層４１とともに挟み込むべく第２方向Ｂの外側に向けて変形する境界部分を第２境界部Ｂ２とする。最外周方向層４３と中間層４２との間に挟まれている軸方向層３０の第３方向Ｃにおける端部３１は、第２方向Ｂにおいて第１境界部Ｂ１に一致するように配置されている。最外周方向層４３の第３方向Ｃにおける端部４４は、第２方向Ｂにおいて第２境界部Ｂ２に一致するように配置されている。筒部材１６は、第３方向Ｃにおいて最外周方向層４３の端部４４を同最外周方向層４３に対して固着させる固着部５０を有している。

図２に示すように、固着部５０は、筒部材１６の第１方向Ａの全長に亘って設けられている。第２方向Ｂの外側から見て、固着部５０は、第１方向Ａに沿って延びる直線形状を有している。

次に、筒部材１６の製造方法について説明する。
図４及び図５に示すように、筒部材１６は、軸方向層３０をなすシート状の第１プリプレグ６１と周方向層４０をなすシート状の第２プリプレグ６２とを円柱状の巻回部材であるマンドレル６０により巻回することにより構成される。第１プリプレグ及び第２プリプレグは、それぞれ第１繊維１６ｄ及び第２繊維１６ｅを樹脂１６ｆで覆うことにより構成されている。なお、各プリプレグ６１，６２を構成する樹脂１６ｆは、熱硬化していない状態であるため、柔軟性を有している。

図４に示すように、マンドレル６０に第１プリプレグ６１及び第２プリプレグ６２を巻回する前に、第１プリプレグ６１及び第２プリプレグ６２を互いに積層する。具体的には、第１プリプレグ６１及び第２プリプレグ６２の巻回方向において、第２プリプレグ６２の表面６２ａにおける両端部の所定範囲Ｒ１，Ｒ２を除く所定範囲Ｒ３に第１プリプレグ６１を積層した状態にする。この状態で、マンドレル６０が第２プリプレグ６２の裏面６２ｂを巻き込むように回転することで、第１プリプレグ６１及び第２プリプレグ６２がマンドレル６０に巻回されていく。

ここで、所定範囲Ｒ１，Ｒ２，Ｒ２について説明する。
図５に示すように、所定範囲Ｒ１は、第２プリプレグ６２がマンドレル６０を直接的に１回巻回できるとともに、第２プリプレグ６２がマンドレル６０を１回巻回した状態で更に０．５回巻回できる程度の範囲である。すなわち、図３に示されている周方向層４０が筒部材１６の最内層をなし、且つ最内周方向層４１と中間層４２とが互いに重なり合うことで第１重なり部５１を形成できる程度の範囲に設定されている。また、所定範囲Ｒ２は、マンドレル６０に対して第１プリプレグ６１が巻回し終わった状態で第２プリプレグ６２がマンドレル６０を１．５回巻回できる程度の範囲である。すなわち、図３に示されている周方向層４０が筒部材１６の最外層をなし、且つ最外周方向層４３と中間層４２とが互い重なり合うことで第２重なり部５２を形成できる程度の範囲に設定されている。所定範囲Ｒ３は、第１プリプレグ６１が第２プリプレグ６２に挟まれた状態でマンドレル６０を１．５回巻回できる程度の範囲に設定されている。

各プリプレグ６１，６２がマンドレル６０に巻回し終わったとき、各プリプレグ６１，６２を加熱する。このとき、第２プリプレグ６２の所定範囲Ｒ３における端部はマンドレル６０に向かって加圧された状態である。各プリプレグ６１，６２を構成する樹脂１６ｆは、加熱されることにより硬化する。そのため、各プリプレグ６１，６２はマンドレル６０に巻回された状態で固定される。同時に、各プリプレグ６１，６２が重なり合っている部分における樹脂１６ｆは、若干溶融する。そのため、各プリプレグ６１，６２の重なり合う部分における樹脂１６ｆが互いに溶融して混ざりあった状態となる。その後、各プリプレグ６１，６２を冷却することで、各プリプレグ６１，６２が重なり合っている部分は、溶着された状態となる。各プリプレグ６１，６２が熱硬化し、各プリプレグ６１，６２が溶着された状態になり、且つ固着部５０が形成されたとき、マンドレル６０を成形品から取り出すことで筒部材１６の成形が完了する。なお、筒部材１６の各端部Ｐ１，Ｐ２の近傍には隙間が形成されることが考えられる。しかし、本実施形態の筒部材１６は、各プリプレグ６１，６２を加熱したときの樹脂１６ｆの溶融に伴い、当該隙間に樹脂１６ｆが入り込む。よって、筒部材１６に形成されうる隙間は、樹脂１６ｆで埋まる。そのため、筒部材１６の最内層は滑らかな曲面を有する内周面１６ａとなり、且つ筒部材１６の軸方向層３０及び周方向層４０の重なりにより形成されうる隙間が存在しない状態となる。

本実施形態では以下の作用及び効果を得ることができる。
（１）本実施形態では、筒部材１６の周方向層４０に用いられている第２繊維１６ｅは、筒部材１６の最内層から最外層に向けて常に連続するように設けられている。そのため、筒部材１６を構成する周方向層４０において第２繊維１６ｅの切れ目がない状態となる。よって、筒部材１６の強度を維持することができる。また、筒部材１６の最内層及び筒部材の最外層をなす周方向層４０の第２繊維１６ｅは、筒部材１６の第３方向Ｃに沿って連続しているため、樹脂１６ｆに割れが生じ難くなる。したがって、筒部材１６の割れを抑制できる。したがって、強度を維持しつつ割れを抑制できる。

（２）本実施形態では、第１重なり部５１及び第２重なり部５２が形成されることにより筒部材１６の強度をより向上させることができる。
（３）筒部材１６の周方向層４０及び軸方向層３０が第３方向Ｃに沿って常に連続していることに起因して、中間層４２が最内周方向層４１に乗り上がる部分、及び中間層４２が軸方向層３０に乗り上がる部分に対応する筒部材１６の外周部分が筒部材１６の第２方向Ｂの外側に向かって突出することで筒部材１６の対称性が低下してしまう。

その点、本実施形態では、最外周方向層４３と中間層４２との間に挟み込まれている軸方向層３０の第３方向Ｃにおける端部３１を、第２方向Ｂにおいて第１境界部Ｂ１に一致するように配置している。また、最外周方向層４３の第３方向Ｃにおける端部４４を、第２方向Ｂにおいて第２境界部Ｂ２に一致するように配置している。よって、筒部材１６は、第２方向Ｂにおける厚さが第３方向Ｃに沿って均一化される。したがって、筒部材１６の対称性を向上させることができる。

（４）本実施形態では、第１軸部材１８及び第２軸部材１９とともに筒部材１６が回転し、筒部材１６に遠心力が作用したとしても筒部材１６の最内層及び筒部材１６の最外層の割れを抑制できる。また、筒部材に遠心力が作用することによる応力が作用しても、周方向層４０を構成する第２繊維１６ｅが筒部材１６の第３方向Ｃに沿って連続しているため、ロータ１５の強度を維持しつつ筒部材１６割れを抑制できる。

また、筒部材１６を構成する軸方向層３０により第１軸部材１８及び第２軸部材１９の軸線に対する曲げ方向の剛性が高くなる。したがって、ロータ１５全体における第１軸部材１８及び第２軸部材１９の軸線Ｌ１１，Ｌ１２に対する曲げ方向の剛性が高まるため、ロータ１５に共振が発生し難くなる。したがって、ロータ１５全体が第１軸部材１８及び第２軸部材１９の軸線Ｌ１１，Ｌ１２に対して撓むことを抑制できる。

なお、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。
〇 回転軸として第１軸部材１８及び第２軸部材１９が採用されていたが、これに限らない。例えば、永久磁石１７を貫通する１本の回転軸を採用してもよい。この場合においても筒部材１６は、ロータ１５の回転によって遠心力を受ける永久磁石１７の変形を抑制するために使用される。

〇 第１端部Ｐ１と第２端部Ｐ２とは軸線ｍを挟んで反対側に位置していたが、これに限らない。例えば、第１端部Ｐ１、第２端部Ｐ２、及び軸線ｍのなす角度が９０度となるようにしてもよい。このように変更しても第２方向Ｂにおいて軸方向層３０の端部３１を第１境界部Ｂ１に、最外周方向層４３の端部４４を第２境界部Ｂ２に一致するように設けることで筒部材１６の対称性が向上する。また、当該角度は、筒部材１６の製品仕様によって適宜変更してもよい。

〇 軸方向層３０の端部３１は、筒部材１６の第２方向Ｂにおいて第１境界部Ｂ１に一致するように設けられていたが、これに限らない。例えば筒部材１６の第２方向Ｂにおいて第２端部Ｐ２に一致するように設けてもよい。この場合、最外周方向層４３の端部４４を第１端部Ｐ１に一致するように設けるとよい。本実施形態では、第１端部Ｐ１及び第２端部Ｐ２は、軸線ｍを挟んで反対側に位置している。そのため、上記のように変更することで、ロータ１５が回転したときのバランスを維持することができる。

〇 上記変更例に伴い、第１重なり部５１及び第２重なり部５２が設けられる範囲も適宜変更してもよい。
〇 また、第１重なり部５１及び第２重なり部５２が形成されない筒部材１６を採用してもよい。例えば、筒部材１６の第２方向Ｂにおいて第１端部Ｐ１と第２端部Ｐ２とを一致させた状態、もしく第１端部Ｐ１を第２端部Ｐ２の近傍に設けるように変更してもよい。この場合であっても第２方向Ｂにおいて軸方向層３０の端部３１を第１境界部Ｂ１に、最外周方向層４３の端部４４を第２境界部Ｂ２に一致するように構成すれば、筒部材１６の対称性を向上させることができる。また、筒部材１６の第２方向Ｂにおいて最外周方向層４３の端部４４を軸方向層３０の端部３１に一致させるようにしてもよい。すなわち、筒部材１６の最内層及び最外層を周方向層４０により構成できればどのように変更してもよい。

〇 軸方向層３０及び周方向層４０の巻き数は本実施形態よりも多くしてもよいし、少なくしてもよい。筒部材１６の最内層及び最外層を周方向層４０により構成し、軸方向層３０及び周方向層４０が第３方向Ｃに沿って常に連続している（一筆書き）ようになっていればどのように変更してもよい。

〇 磁性体として永久磁石１７が採用されていたが、磁性体として電磁鋼板を積層した積層コアを採用してもよい。この場合、筒部材１６の内周面１６ａに積層コアを固定する場合、第１プリプレグ６１及び第２プリプレグ６２を直接積層コアに巻き付ける。また、磁性体としては積層コアに限らず、磁性を有する部材であれば適宜変更してもよい。ただし、当該部材の外形によっては筒部材１６の製造方法を適宜変更するとよい。なお、積層コア等を用いることにより筒部材１６の外形が変更される場合であっても、筒部材１６の周方向層４０を構成する第２繊維１６ｅは、筒部材１６の軸線ｍを中心とする筒部材１６の外縁に沿った方向である第３方向に沿って配向されるようにする。

〇 本実施形態の筒部材１６の内周面１６ａには永久磁石１７が圧入されることで固定されていたが、例えば筒部材１６の内周面１６ａに永久磁石１７を隙間嵌めし、筒部材１６の内周面１６ａと永久磁石１７の外周面との間を接触剤等で埋めるようにしてもよい。

〇 軸方向層３０を構成する第１繊維１６ｄは、第１方向Ａに沿って配向されていたが、例えば軸線ｍに対して若干交差する程度、すなわち軸方向層３０を構成するときの製造誤差の範囲で第１繊維１６ｄが配向されていればよい。

〇 周方向層４０を構成する第２繊維１６ｅは、第３方向Ｃに沿って配向されていたが、上記変更例に軸方向層３０の第１繊維１６ｄと同様に周方向層４０を構成するときの製造誤差の範囲で第２繊維１６ｅが配向されていればよい。

〇 強化繊維としては有機繊維や無機繊維を使用してもよいし、異なる種類の有機繊維、異なる種類の無機繊維、又は有機繊維と無機繊維を混繊した混繊繊維を使用してもよい。有機繊維の種類としては、アラミド繊維、ポリ－ｐ－フェニルレンベンゾビスオキサゾール繊維、超分子量ポリエチレン繊維等が挙げられ、無機繊維の種類としては、炭素繊維、ガラス繊維、セラミック繊維等が挙げられる。

〇 筒部材１６は、ロータ１５に適用されていたが、適用先は適宜変更してもよい。

１０…回転電機、１４…ステータ、１５…ロータ、１６…筒部材、１６ａ…内周面、１６ｄ…第１繊維、１６ｅ…第２繊維、１６ｆ…樹脂、１７…永久磁石、１８…第１軸部材、１９…第２軸部材、３０…軸方向層、３１…軸方向層の端部、４０…周方向層、４１…最内周方向層、４１ａ…最内周方向層の外面、４２…中間層、４２ａ…中間層の内面、４２ｂ…中間層の外面、４３…最外周方向層、４３ａ…最外周方向層の内面、４４…最外周方向層の端部、５１…第１重なり部、５２…第２重なり部、ｍ…筒部材の軸線、Ｂ１…第１境界部、Ｂ２…第２境界部、Ａ…第１方向、Ｂ…第２方向、Ｃ…第３方向。

Claims (5)

1. 軸方向層と周方向層とが積層されることで構成される筒部材であって、
   前記軸方向層及び前記周方向層は、強化繊維と、前記強化繊維を覆う樹脂とにより構成され、
   前記筒部材の軸線に沿った方向を第１方向、前記軸線に直交する方向であり、且つ前記軸方向層と前記周方向層とが積層されている方向を第２方向、及び前記軸線を中心とする前記筒部材の外縁に沿った方向を第３方向とすると、
   前記軸方向層を構成する前記強化繊維は、前記第１方向に沿って配向されており、
   前記周方向層を構成する前記強化繊維は、前記第３方向に沿って配向されており、
   前記周方向層は、前記筒部材の最内層及び前記筒部材の最外層をなすとともに前記最外層と前記最内層とが常に連続するように前記第３方向に沿って巻回された状態で構成され、
   前記軸方向層は、前記第３方向に沿って常に連続した状態で前記周方向層に挟み込まれるように配置されていることを特徴とする筒部材。
2. 前記筒部材の最内層に位置する前記周方向層を最内周方向層、前記最内周方向層が前記第２方向の外側に変形することで形成され、前記最内周方向層とともに前記軸方向層を挟み込む前記周方向層を次最内周方向層、前記筒部材の最外層に位置する前記周方向層を最外周方向層、前記最外周方向層とともに前記軸方向層を挟み込む前記周方向層を次最外周方向層とすると、
   前記第２方向において、前記最内周方向層の外面と前記次最内周方向層の内面とが互いに重なり合う第１重なり部が形成され、
   前記第２方向において、前記最外周方向層の内面と前記次最外周方向層の外面とが互いに重なり合う第２重なり部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の筒部材。
3. 前記筒部材の最内層に位置する前記周方向層を最内周方向層、前記最内周方向層が前記第２方向の外側に変形することで形成され、前記最内周方向層とともに前記軸方向層を挟み込む前記周方向層を次最内周方向層、前記筒部材の最外層に位置する前記周方向層を最外周方向層、前記最外周方向層とともに前記軸方向層を挟み込む前記周方向層を次最外周方向層とすると、
   前記最内周方向層が前記第２方向の外側に向けて変形する境界部分を第１境界部、前記次最内周方向層が前記軸方向層を前記最内周方向層とともに挟み込むべく前記第２方向の外側に向けて変形する境界部分を第２境界部とすると、
   前記最外周方向層と前記次最外周方向層との間に挟まれている前記軸方向層の前記第３方向における端部は、前記第２方向において前記第１境界部に一致するように配置され、
   前記最外周方向層の前記第３方向における端部は、前記第２方向において前記第２境界部と一致するように配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の筒部材。
4. 請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の筒部材を備える回転電機のロータであって、
   前記筒部材の内周面に固定された磁性体と、
   前記筒部材及び前記磁性体と一体回転可能な回転軸と、を備えることを特徴とする回転電機のロータ。
5. ステータと、
   請求項４に記載の回転電機のロータと、を備えることを特徴とする回転電機。

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