JP7302408B2 - Rotor and rotary machine - Google Patents
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Description
本発明は、ロータ、及び回転機に関する。 The present invention relates to rotors and rotating machines.
従来、次のような埋込磁石型(IPM:Interior permanent Magnet)のロータが知られている。即ち、回転軸線を中心に回転するロータコアと、回転軸線を中心にした周方向に並ぶ態様でロータコアの内部に保持される複数の磁石と、回転軸線を中心にした径方向の外側からロータコアを覆う覆い部材とを備えるロータである。 Conventionally, the following interior permanent magnet (IPM) rotor is known. That is, a rotor core that rotates around the rotation axis, a plurality of magnets that are held inside the rotor core in a manner aligned in the circumferential direction around the rotation axis, and a rotor core that covers the rotor core from the outside in the radial direction around the rotation axis. and a cover member.
例えば、特許文献1に記載のロータは、ロータコアと、回転軸線を中心にした周方向に並ぶ態様でロータコアの内部に保持される4つの永久磁石と、回転軸線を中心にした径方向の外側からロータコアを覆う覆い部材たる補強部材とを備える。補強部材は、環状の非磁性体からなる。特許文献1によれば、かかるロータでは、非磁性の環状の補強部材が、高速回転時の大きな遠心力に耐え得る強度をロータに持たせることができるとされる。
For example, the rotor described in
しかしながら、特許文献1に記載のロータは、モータ等の回転機に搭載されると、径方向においてロータとステータとの間に補強部材を介在させることから、補強部材の厚みの分だけロータコア内部の永久磁石をステータから遠ざける構造になる。かかる構造では、永久磁石がステータから遠ざかったことにより、永久磁石からステータまで延びる磁束の密度が低下することから、モータの回転特性(特にトルク)が低下してしまうという課題がある。
However, when the rotor described in
本発明は、以上の背景に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、次のようなロータ及び回転機を提供することである。即ち、ロータコア内部に保持される磁石と、回転機のステータとの間に補強部材等の覆い部材を介在させることによるロータの回転特性の低下を抑え、且つ覆い部材によってロータの強度を高めることができるロータ及び回転機である。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the background described above, and an object of the present invention is to provide a rotor and a rotating machine as described below. That is, interposing a covering member such as a reinforcing member between the magnet held inside the rotor core and the stator of the rotating machine suppresses deterioration of the rotation characteristics of the rotor, and increases the strength of the rotor by the covering member. It is a rotor and rotating machine that can
本発明の一態様は、回転軸線を中心に回転するロータコアと、回転軸線を中心にした周方向に並ぶ態様で前記ロータコアの内部に保持される複数の磁石と、回転軸線を中心にした径方向の外側から前記ロータコアを覆う覆い部材とを備えるロータであって、前記覆い部材が、前記周方向において交互に並ぶ磁性部及び非磁性部のそれぞれを複数備え、複数の前記磁性部のそれぞれが、回転軸線を中心にした径方向において前記ロータコアの壁を介して複数の前記磁石のそれぞれに個別に対向し、複数の前記非磁性部のそれぞれが、前記ロータコアの前記周方向における全域のうち、互いに隣り合う前記磁石と前記磁石との間の領域に前記径方向に沿って対向し、前記覆い部材の外周面を前記径方向の外側から被覆する樹脂被膜を備え、前記覆い部材が、前記ロータコアに巻き付けられた炭素繊維強化樹脂シートの積層体からなり、前記覆い部材の前記磁性部が、前記炭素繊維強化樹脂シートの長手方向における全域のうち、炭素繊維と、前記炭素繊維に含浸した熱硬化性樹脂と、前記熱硬化性樹脂中に分散した強磁性体粉末粒子とを備える磁性領域を前記径方向に積層したものであり、前記覆い部材の前記非磁性部が、前記炭素繊維強化樹脂シートの長手方向における全域のうち、炭素繊維と、前記炭素繊維に含浸した熱硬化性樹脂と、前記熱硬化性樹脂中に分散した非磁性体粉末粒子とを備える非磁性領域を前記径方向に積層したものである、ロータである。 According to one aspect of the present invention, a rotor core that rotates about a rotation axis, a plurality of magnets that are held inside the rotor core in a manner arranged in a circumferential direction about the rotation axis, and a magnet that rotates in a radial direction about the rotation axis. and a cover member covering the rotor core from the outside of the rotor, wherein the cover member includes a plurality of magnetic portions and non-magnetic portions arranged alternately in the circumferential direction, and each of the plurality of magnetic portions includes: Each of the plurality of magnets is individually opposed to each of the plurality of magnets through a wall of the rotor core in a radial direction about the rotation axis, and each of the plurality of nonmagnetic portions is located in the entire circumferential direction of the rotor core. a resin film facing a region between the adjacent magnets along the radial direction and covering an outer peripheral surface of the cover member from the outside in the radial direction, the cover member being attached to the rotor core; The magnetic part of the cover member is composed of a laminated body of wound carbon fiber reinforced resin sheets, and the magnetic part of the cover member is composed of carbon fibers and a thermosetting material impregnated with the carbon fibers in the entire longitudinal direction of the carbon fiber reinforced resin sheet. A magnetic region comprising a resin and ferromagnetic powder particles dispersed in the thermosetting resin is laminated in the radial direction, and the non-magnetic portion of the cover member is the carbon fiber reinforced resin sheet. A non-magnetic region comprising carbon fibers, a thermosetting resin impregnated in the carbon fibers, and non-magnetic powder particles dispersed in the thermosetting resin is laminated in the radial direction in the entire area in the longitudinal direction. It is a thing, a rotor.
また、本発明の別の一態様は、回転軸線を中心にして回転するロータと、前記ロータの中心を貫通するシャフトと、回転軸線を中心にした周方向に沿って前記ロータを囲むステータとを備える回転機であって、前記ロータが、本発明の一態様のロータである、回転機である。 Another aspect of the present invention includes a rotor that rotates about a rotation axis, a shaft that penetrates the center of the rotor, and a stator that surrounds the rotor in a circumferential direction about the rotation axis. The rotating machine includes a rotating machine, wherein the rotor is a rotor according to one aspect of the present invention.
本発明によれば、ロータコア内部に保持される磁石と、ステータとの間に補強部材等の覆い部材を介在させることによるロータの回転特性の低下を抑え、且つ覆い部材によってロータの強度を高めることができるという優れた効果がある。 According to the present invention, by interposing a cover member such as a reinforcing member between the magnets held inside the rotor core and the stator, deterioration in rotation characteristics of the rotor can be suppressed, and the strength of the rotor can be increased by the cover member. There is an excellent effect of being able to
以下、各図を用いて、本発明を適用した回転機としてのモータの一実施形態について説明する。なお、各図においては、便宜上、ステータコアに巻き付けられる界磁巻線(コイル)の図示が省略されている。 An embodiment of a motor as a rotating machine to which the present invention is applied will be described below with reference to the drawings. It should be noted that in each figure, illustration of the field winding (coil) wound around the stator core is omitted for convenience.
図1は、実施形態に係るモータ1を示す分解斜視図である。モータ1は、IPM型のモータであり、円筒状のハウジング2、フロントカバー3、リアカバー4、シャフト5、コネクタ6、ロータ(回転子)10、及びステータ(固定子)30を備える。
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a
軸状のシャフト5は、円筒状のロータ10のロータコア11のシャフト穴(後述の図2の11b)を回転軸線A方向に貫通し、ロータ10の回転軸線A上に位置する。シャフト5は、ロータ10とともに回転軸線Aを中心にして回転駆動する。円筒状のハウジング2は、ヨークの役割を果たし、内周面で円筒状のステータ30を保持する。ハウジング2は、回転軸線A方向の両端に開口を有する。ロータ10は、ハウジング2の内周面に保持されているステータ30の中空内に収容される。
The
有底円筒状のフロントカバー3は、底部をフロント側に向けた状態で、ハウジング2のフロント側に接続される。この接続により、フロントカバー3は、底部に設けられたシャフト穴3cにシャフト5のフロント側を貫通させ、且つハウジング2における回転軸線A方向のフロント側の開口を塞ぐ。
A bottomed
円筒状のステータ30は、回転軸線Aを中心にした周方向に所定の間隔をあけて並ぶ複数のティース(歯)を内周面に備え、中空内にロータ10を収容する。
The
リアカバー4は、ハウジング2における回転軸線A方向のリア側の端部に固定され、ハウジング2のリア側の開口を塞ぐ。
The
コネクタ6は、ハウジング2における回転軸線A方向のリア側の端部において、ハウジング2の外周面の一部領域から径方向の外側に向けて突出している。コネクタ6には、外部コネクタが連結される。外部コネクタは、モータ1に対して三相(U相、V相、W相)交流電源を供給するためのコネクタである。
The connector 6 protrudes radially outward from a partial region of the outer peripheral surface of the
図2は、ロータ10の回転軸線A方向に直交する方向の横断面を示す断面図である。図3は、図2の横断面の一部を拡大して示す拡大断面図である。ロータ10は、円筒状のロータコア11と、8つの永久磁石12と、覆い部材13と、樹脂被膜14とを備える。ロータコア11は、金属板を打ち抜き加工して得られた、中央部にシャフト穴11bを備える金属板片を、回転軸線A方向に複数枚積層して円柱状に成形されたものである。ロータコア11を構成する個々の金属板片の間には、渦電流損失を低減するための絶縁性接着剤が介在しており、個々の金属片は互いに絶縁状態にある。ロータコア11の中央のシャフト穴11bには、シャフト(図1の5)が貫通する。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the
ロータコア11は、回転軸線Aを中心にした周方向に並ぶ8つの貫通口11aを備える。8つの貫通口11aのそれぞれは、ロータコア11を回転軸線A方向に貫通する。ロータコア11は、8つの貫通口11aのそれぞれの内部に、永久磁石12を個別に収容する。
The
永久磁石12からステータ(図1の30)に磁束を効率よく延伸させるためには、貫通口11a及び永久磁石12を、できるだけロータコア11における径方向の外側の位置に配置することが望ましい。しかしながら、高速回転するロータ10においては、遠心力によって径方向の外側に移動しようとする永久磁石12により、ロータコア11の壁(貫通口11aとコア外周との間の部分)に応力が集中する。特に、永久磁石12のエッジに当接する壁部分に応力が集中し易く、前記壁部分を破損してしまうおそれがある。
In order to efficiently extend the magnetic flux from the
円筒状の覆い部材13は、炭素繊維強化プラスチック(CFRP)からなり、ロータコア11を、回転軸線Aを中心にした径方向の外側から覆う。かかる構成によれば、8つの永久磁石12を硬質の覆い部材13で覆うことで、ロータ10の強度を高めて、前述した応力の集中によるロータコア11の壁の破壊を抑えることができる。
The
覆い部材13の外周面には、炭素繊維の編み込みなどに起因する微小な凹凸が形成される。ロータ10が高速回転すると、前述の凹凸の風切りによる負荷がロータ10にかかって、ロータ10の回転性に悪影響を及ぼす。そこで、実施形態に係るロータ10においては、覆い部材13の外周面を径方向の外側から被覆する樹脂被膜14を備える。樹脂被膜14は、覆い部材13の外周面を露出させる構成に比べて、ロータ10の外周面の表面平滑性を向上させることで、ロータ10の回転性を向上させることができる。
The outer peripheral surface of the
樹脂被膜14は、覆い部材13の外周面に形成される微小な凹凸を覆ってロータ10の表面平滑性を向上させるために設けられる膜であることから、樹脂被膜14の厚さは、覆い部材の外周面の凸部高さと同程度でよい。例えば、樹脂被膜14の厚さは、数~十数〔μm〕程度の薄厚でよい。よって、樹脂被膜14を永久磁石12とステータ(図1の30)との間に介在させることによるロータ10の回転性能の低下は、ごく僅かである。
Since the
覆い部材13は、回転軸線Aを中心にした周方向において交互に並ぶ磁性部13aと非磁性部13bとを8つずつ備える。8つの磁性部13aのそれぞれは、強磁性の性質を有し、ロータコア11の内部に保持される8つの永久磁石12のそれぞれに径方向に沿って個別に対向する。また、8つの非磁性部13bのそれぞれは、非磁性の性質を有し、ロータコア11における周方向の全域のうち、互いに隣り合う永久磁石12と永久磁石12との間の領域に径方向に沿って対向する。
The
かかる構成のモータ1では、特許文献1に記載のモータと同様に、覆い部材13の厚みの分だけ、永久磁石とステータ(図1の30)の内周面との距離を遠ざけることになる。しかしながら、モータ1においては、永久磁石12とステータの内周面との間に介在する強磁性の磁性部13aが、永久磁石12の表面からステータの内周面に至るまでの磁束の延伸を助長する。また、ロータコア11の周方向における永久磁石12と永久磁石12との間の領域と、ステータの内周面との間に介在する非磁性の非磁性部13bが、磁束漏れの発生を抑える。これらの結果、モータ1によれば、次の効果を奏することができる。即ち、非磁性材料からなる補強部材(覆い部材)によってロータコア11を覆う特許文献1に記載のロータに比べて、永久磁石12と、ステータの内周面との間に覆い部材13を介在させることによるモータ1の回転特性の低下を抑えることができる。更には、モータ1によれば、硬質の覆い部材13によってロータコア11を覆うことで、ロータ10の強度を高めることができる。なお、磁束漏れは、永久磁石12からステータの内周面に向けて延びた磁束が、ステータの内周面に至る前にロータコア11に向けて逆戻りして、ロータコア11の永久磁石12を保持していない領域に回り込む現象である。
In the
図4は、覆い部材13の前駆体である炭素繊維シート13cをボビン16に巻き付けた炭素繊維ロール15を示す斜視図である。炭素繊維シート13cは、炭素繊維束を編み込んだシートである。炭素繊維シート13cを構成する炭素繊維の種類は、炭素繊維強化樹脂の強化材料として機能するものであれば、特に限定されない。炭素繊維は、原料に違いによって、ポリアクリロニトル(PAN)系炭素繊維と、ピッチ系炭素繊維とに大別される。ピッチ系炭素繊維は、弾性が高いという特性を有する一方、ポリアクリロニトル系炭素繊維は、引張弾性率が高いという特性を有する。覆い部材13に用いる炭素繊維としては、ピッチ系炭素繊でも、ポリアクリロニトル系炭素繊維でもよいが、耐変形性に優れる炭素繊維強化複合材料が得られるという観点からすれば、ピッチ系炭素繊維が好ましい。炭素繊維シート13cは、150〔Gpa〕以上の引張弾性率(JIS R7601(1986)によるストランド引張弾性率:以下同じ)の炭素繊維を含むことが好ましい。また、炭素繊維の引張弾性率は、200〔GPa〕以上がより好ましく、450〔Gpa〕以上が更に好ましく、600〔GPa〕以上が特に好ましい。
FIG. 4 is a perspective view showing the
覆い部材13を構成する炭素繊維強化樹脂は、炭素繊維と、熱硬化性樹脂と、強磁性粉末粒子と、非磁性粉末粒子とを含む。炭素繊維強化樹脂における単位面積当たりの炭素繊維量は、例えば30〔g/m2〕以上であり、好ましくは50〔g/m2〕以上であり、より好ましくは70〔g/m2〕以上である。炭素繊維量の下限を所定量以上にすることで、炭素繊維強化樹脂のプリプレグを筒状に成形するときに、巻き付け周回数を少なくすることが可能となり、生産性を向上させることができる。また、炭素繊維量は、例えば3000〔g/m2〕以下であってもよく、好ましくは2000〔g/m2〕以下、より好ましくは1000〔g/m2〕以下である。炭素繊維量の上限を所定量以下にすることで、炭素繊維強化樹脂中におけるボイド(空隙)の発生を抑えて、均一な炭素繊維強化樹脂を得ることができる。
The carbon fiber reinforced resin forming the covering
図5は、外周面に8つの永久磁石12を保持するロータコア11に炭素繊維シート13cを巻く巻付け装置100を示す概略構成図である。巻付け装置100は、搬送ベルト101、駆動ローラ102、テンションローラ103、支持ローラ104、姿勢矯正ローラ105、加圧ローラ106、均しローラ107、第1吐出ノズル108、第2吐出ノズル109等を備える。また、巻付け装置100は、第1バキュームノズル110、第2バキュームノズル111、洗浄吐出ノズル112、洗浄バキュームノズル113等を備える。
FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing a winding
無端状の搬送ベルト101は、メッシュ素材からなる無端状のベルト体であり、良好な通気性を有する。搬送ベルト101は、ベルトループ内側に配置された駆動ローラ102、テンションローラ103、及び支持ローラ104によって張架された状態で、駆動ローラ102の回転駆動に伴って、図中時計回り方向に無端移動する。搬送ベルト101の周方向における全域のうち、テンションローラ103に対する掛け回し箇所と、支持ローラ104に対する掛け回し箇所との間の領域は、水平方向に沿って移動する。以下、前述の領域を「水平移動領域」という。
The endless conveying
駆動ローラ102は、不図示のモータの駆動力を受けて図中時計回り方向に回転駆動して、搬送ベルト101に対して無端移動力を付与する。
The
テンションローラ103、及び支持ローラ104は、無端移動する搬送ベルト101に追従して従動回転する。また、テンションローラ103は、バネの付勢力によって搬送ベルト101をベルトループ内側から外側に向けて付勢することで、搬送ベルト101に対して張力を付与する。
The
姿勢矯正ローラ105は、搬送ベルト101の周方向における全域のうち、支持ローラ104から離間した後、駆動ローラ102に接触する前の領域にベルトループ外側から当接して、従動回転しながら前記領域のベルト姿勢を矯正する。この矯正により、支持ローラ104から離間した直後のベルト領域が、「水平移動領域」とは逆方向に水平移動する姿勢になる。以下、前述のベルト領域を、「洗浄領域」という。
Posture correcting
加圧ローラ106は、バネの付勢力により、搬送ベルト101の周方向における全域のうち、支持ローラ104に対する掛け回し箇所にベルトループ外側から当接して加圧ニップを形成する。
The pressurizing
ロータコア11のシャフト穴(図2の11b)を貫通するシャフト5は、巻付け装置100の軸受けに受けられた状態で、図示しないモータの駆動力を受けてロータコア11とともに図中時計回り方向に回転駆動する。
The
炭素繊維ロール15のボビン16の貫通穴には、巻付け装置100の従動軸114が嵌め込まれる。従動軸114には、トルクリミッターが搭載されており、従動軸114は、所定以上のトルクが加えられると従動回転する。
The driven
ボビン16に巻き付けられた炭素繊維シート13cは、炭素繊維ロール15から引き出され、シート搬送経路を経由した後、ロータコア11に巻き付けられる。前述のシート搬送経路は、搬送ベルト101における、テンションローラ103に対する掛け回し箇所と、「水平移動領域」と、支持ローラ104に対する掛け回し箇所とを経由する経路である。
The
図6は、巻付け装置100の一部の構成を拡大して示す拡大構成図である。炭素繊維シート13cにおいては、炭素繊維13dがシート長手方向(=シート搬送方向)に延在している。搬送ベルト101における「水平移動領域」には、第1吐出ノズル108と第2吐出ノズル109とが重力方向の上方から対向している。第1吐出ノズル108と第2吐出ノズル109とは、炭素繊維シート13cの搬送方向に沿って並ぶ。第1吐出ノズル108のノズル孔、第2吐出ノズル109のノズル孔は何れも、炭素繊維シート13cのシート幅方向に沿って延在し、搬送ベルト101によって搬送される炭素繊維シート13cの幅方向の全域に、吐出物を供給することが可能である。
FIG. 6 is an enlarged configuration diagram showing an enlarged configuration of a part of the winding
搬送ベルト101の周方向における全域のうち、第1吐出ノズル108に対向する領域には、第1バキュームノズル110の先端が、ベルトループ内側から接触している。また、搬送ベルト101の周方向における全域のうち、第2吐出ノズル109に対向する領域には、第2バキュームノズル111が、ベルトループ内側から接触している。
The tip of the
第1吐出ノズル108には、硬化前の強磁性樹脂201が圧送される。第1吐出ノズル108のノズル孔から吐出された強磁性樹脂201は、搬送ベルト101の「水平移動領域」に保持されながら水平方向に移動する炭素繊維シート13cに供給され、搬送ベルト101のメッシュを介して第1バキュームノズル110に吸引される。この吸引により、炭素繊維シート13cに供給された硬化前の強磁性樹脂201が、シート厚み方向に沿って炭素繊維シート13cに浸透する。
A
第2吐出ノズル109には、硬化前の非磁性樹脂202が圧送される。第2吐出ノズル109のノズル孔から吐出された非磁性樹脂202は、搬送ベルト101の「水平移動領域」に保持されながら搬送される炭素繊維シート13cに供給され、搬送ベルト101のメッシュを介して第2バキュームノズル111に吸引される。この吸引により、炭素繊維シート13cに供給された硬化前の非磁性樹脂202が、シート厚み方向に沿って炭素繊維シート13cに浸透する。
The
第1吐出ノズル108から吐出される強磁性樹脂201は、熱硬化性樹脂(熱可塑性樹脂)と、熱硬化性樹脂中に分散する強磁性体粉末粒子とを備える。熱硬化性樹脂は、母材樹脂と、硬化剤と、シランカップリング剤とを含む。母材樹脂としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等を使用することが可能であり、本発明が適用される回転機(例えばモータ1)に要求される耐熱温度区分に応じて母材樹脂の種類を選定することが望ましい。
The
エポキシ樹脂としては、ジグリシルエーテルタイプのエポキシ樹脂が好ましいが、ジグリシルアミンタイプ、ジグリシルエステルタイプ、オレフィン酸化(脂環式)タイプのエポキシ樹脂でもよい。具体的には、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ビスフェノールS型エポキシ樹脂、フェノールボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、レゾルシノール型エポキシ樹脂、ナフタレン骨格を有するエポキシ樹脂等が挙げられる。エポキシ当量に特に制限はない。 As the epoxy resin, a diglycyl ether type epoxy resin is preferable, but a diglycylamine type, diglycyl ester type, or olefin oxidation (alicyclic) type epoxy resin may also be used. Specific examples include bisphenol A-type epoxy resin, bisphenol F-type epoxy resin, bisphenol S-type epoxy resin, phenolborac-type epoxy resin, cresol novolac-type epoxy resin, resorcinol-type epoxy resin, epoxy resin having a naphthalene skeleton, and the like. be done. There are no particular restrictions on the epoxy equivalent.
硬化剤は、エポキシ樹脂を硬化させることが可能であれば、どのような種類のものであってもよい。硬化剤としては、例えば、アミン系硬化剤、酸無水物系硬化剤、フェノール系硬化剤等が挙げられ、これらのうち、アミン系硬化剤が好ましく、その中でもジシアンジアミド及びジアミノジフェニルスルホンがより好ましい。硬化剤の含有量は特に限定されず、少なくともエポキシ当量から算出される結合可能な官能基量を供給できる量であればよい。 The curing agent may be of any type capable of curing the epoxy resin. Examples of curing agents include amine-based curing agents, acid anhydride-based curing agents, and phenol-based curing agents. Among these, amine-based curing agents are preferred, and dicyandiamide and diaminodiphenylsulfone are more preferred. The content of the curing agent is not particularly limited as long as it can supply at least the amount of bondable functional groups calculated from the epoxy equivalent.
強磁性体粉末粒子の材質としては、鉄、コバルト、ニッケル、これらの合金、あるいは、フェライトが挙げられ、これらは何れも強磁性の性質を有する。 Materials for the ferromagnetic powder particles include iron, cobalt, nickel, alloys thereof, and ferrite, all of which have ferromagnetic properties.
強磁性樹脂201、非磁性樹脂202の50〔℃〕における粘度は、10〔Pa・s〕以上であることが好ましく、50〔Pa・s〕以上であることがより好ましい。粘度の下限値が所定値以上であることにより、強磁性樹脂201、非磁性樹脂201の液だれを抑えて、シート面方向への樹脂拡散を抑えることができる。
The viscosity of the
強磁性樹脂201、非磁性樹脂202の50〔℃〕における粘度は、20000〔Pa・s〕以下であることが好ましく、10000〔Pa・s〕以下であることがより好ましい。粘度の上限値が所定値以下であることで、強磁性樹脂201、非磁性樹脂202のタック性(粘着性)及びドレープ性(しなやかさ)をより向上させることができる。
The viscosity of the
第2吐出ノズル109から吐出される非磁性樹脂202は、熱硬化樹脂と、熱硬化樹脂中に分散する非磁性体粉末粒子とを備える。熱硬化樹脂としては、強磁性樹脂201と同じものを使用することができる。非磁性体粉末粒子の材質としては、ステンレスなどの非磁性金属を用いることが望ましく、より詳しくは、熱硬化性樹脂よりも比重の重い非磁性金属が望ましい。熱硬化性樹脂よりも比重の重い非磁性金属からなる非磁性体粉末粒子を熱硬化性樹脂に分散させることで、非磁性部13bの比重を、磁性部13aの比重と同程度まで高めることが可能である。かかる構成では、磁性部13aと非磁性部13bとで比重が異なることに起因して、高速回転時に磁性部13aに対して非磁性部13bよりも強い遠心力を作用させることによる覆い部材13の塑性変形の発生を抑えることができる。
The
図5において、搬送ベルト101の「水平移動領域」に保持されながら搬送される炭素繊維シート13cは、第2吐出ノズル109との対向位置を通過した後、搬送ベルト101と加圧ローラ106との当接部である加圧ニップに進入して厚み方向に加圧される。加圧ニップを通過した炭素繊維シート13cは、搬送ベルト101及び加圧ローラ106から離間した後、図中時計回り方向に回転駆動するロータコア11及び永久磁石12に巻き付けられる。このとき、炭素繊維は、ロータコア11の周方向に延伸するように巻き付けられる。
In FIG. 5 , the
巻付け装置100においては、回転駆動するロータコア11の外周面上の永久磁石12の線速と、搬送ベルト101の線速とを等しくするように、駆動ローラ102の駆動速度と、ロータコア11の駆動速度とが調整される。
In the winding
炭素繊維シート13cは、シート長手方向において、ロータコア11に所定の周回だけ巻かれる位置で切断される。ロータコア11に巻き付けられた炭素繊維シート13cは、均しローラ107によって押圧されてシワが取り除かれる。
The
加圧ローラ106との当接部である加圧ニップを通過した搬送ベルト101には、熱可塑性樹脂が付着している。搬送ベルト101は、「洗浄領域」において洗浄が施されることで、熱可塑性樹脂が除去される。「洗浄領域」では、洗浄吐出ノズル112から吐出された洗浄液が、搬送ベルト101の厚み方向において、搬送ベルト101を介して洗浄バキュームノズル113に吸引されることで、搬送ベルト101を厚み方向に通過して熱可塑性樹脂を洗い流す。
A thermoplastic resin adheres to the conveying
図7は、炭素繊維シート13cが巻かれている最中のロータコア11の横断面を示す断面図である。ロータコア11に巻かれる直前の炭素繊維シート13cは、シート長手方向に沿って交互に並ぶ複数の磁性領域13eと非磁性領域13fとを複数備える。磁性領域13eには、上述の強磁性樹脂201が含浸している。また、非磁性領域13fには、上述の非磁性樹脂202が含浸している。強磁性領域13e、非磁性領域13fは何れも、硬化前の熱硬化性樹脂を含む、炭素繊維強化樹脂のプリプレグである。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a cross section of the
炭素繊維シート13cは、ロータコア11に対して複数周回に渡って巻かれる。これにより、ロータコア11には、炭素繊維シート13cがロータコア11の径方向に沿って複数積層される。ロータコア11の外周面上において、炭素繊維シート13cの1層目は、強磁性領域13eを永久磁石12との対向領域に密着させる。また、1層目は、非磁性領域13fを、ロータコア11の周方向における全域のうち、永久磁石12と永久磁石12との間の領域に、径方向に沿って対向させる。また、炭素繊維シート13cの2層目以降は、強磁性領域13eを1つ下の層の強磁性領域13eに密着させ、且つ非磁性領域13fを1つ下の層の非磁性領域13fに密着させる。以下、巻き付け中の炭素繊維シート13cの積層構造において、シート厚み方向に互いに隣接する上下の層のうち、上の層を「隣接上層」といい、下の層を「隣接下層」という。
The
炭素繊維シート13cが複数層に渡ってロータコア11に巻き付けられていく過程で、炭素繊維シート13cからなる巻付け体の外径は徐々に大きくなる。このような外径の増加があっても、炭素繊維シート13cの「隣接上層」の強磁性領域13eにおける周方向の大部分は、「隣接下層」の非磁性領域13fに密着することなく、「隣接下層」の強磁性領域13eだけに密着する。また、炭素繊維シート13cの「隣接上層」の非磁性領域13fにおける周方向の大部分は、「隣接下層」の強磁性領域13eに密着することなく、「隣接下層」の非磁性領域13fだけに密着する。つまり、炭素繊維シート13cの積層構造において、「隣接上層」の強磁性領域13eの周方向における大部分は「隣接下層」の強磁性領域13eだけに密着し、且つ「隣接上層」の非磁性領域13fの周方向における大部分は「隣接下層」の非磁性領域13fだけに密着する。巻付け装置100は、前述のような密着の関係を実現するように、シート長さ方向において、個々の強磁性領域13eの長さと、個々の非磁性領域13fの長さとを調整する。この調整は、第1吐出ノズル(図6の108)からの強磁性樹脂(図6の201)の吐出タイミング及び吐出時間と、第2吐出ノズル(図6の109)からの非磁性樹脂(図6の202)の吐出タイミング及び吐出時間との組み合わせを調整することによって行われる。なお、第1吐出ノズルからの強磁性樹脂の吐出が行われているときだけ、第1バキュームノズル(図6の110)による吸引が行われ、第2吐出ノズルからの非磁性樹脂の吐出が行われているときだけ、第2バキュームノズル(図6の111)による吸引が行われる。
As the
熱硬化性樹脂を含む炭素繊維シート13cを所定の周回だけ巻かれたロータコア11は、巻付け装置100から取り外された後、加熱器にセットされて、所定の温度で所定時間加熱される。この加熱により、ロータコア11に巻き付けられた炭素繊維シート13cが焼き固められて、硬質の覆い部材(図2の13)になる。
The
図2において、便宜上、覆い部材13の磁性部13aと非磁性部13bとは、互いの区別を明確にするために互いの断面に異なるハッチングが施されているが、覆い部材13の実物においては、磁性部13aと非磁性部13bとを外観で区別することが困難である。覆い部材13の周方向における全域のうち、永久磁石12に対して径方向に沿って対向する部分(以下、「磁石対向部」という)について、磁性部13aである否かを判定する方法として、蛍光X線分析を用いる方法が挙げられる。具体的には、蛍光X線分析によって覆い部材13の「磁石対向部」の元素組成を分析し、鉄、コバルト、及びニッケルのうち、少なくとも何れか1つが検出されれば、「磁石対向部」について磁性部13aであると判定することが可能である。また、他の方法として、原子吸光分析法を用いる方法が挙げられる。この方法では、覆い部材13の「磁石対向部」を粉状に粉砕したものを検体とする。そして、検体を溶液した溶液中の元素組成を原子吸光分析法によって分析し、鉄、コバルト、及びニッケルのうち、少なくとも何れか1つが検出されれば、「磁石対向部」について磁性部13aであると判定することが可能である。
In FIG. 2, the cross sections of the
覆い部材13の周方向における全域のうち、ロータコア11における永久磁石12を保持しない領域に対して径方向に沿って対向する部分(以下、「コア対向部」という)について、非磁性部13bである否かを判定するには、次のようにすればよい。即ち、蛍光X線分析によって覆い部材13の「コア対向部」の元素組成を分析し、鉄、コバルト、及びニッケルの何れも検出されなければ(ごく微量しか検出されない場合を含む)、「コア対向部」について非磁性部13bであると判定することが可能である。また、覆い部材13の「コア対向部」を粉状に粉砕したものを検体とし、検体を溶解した溶液の元素組成を原子吸光分析法によって分析し、鉄、コバルト、及びニッケルの有無に基づいて、「コア対向部」について非磁性部13bであるか否かを判定してもよい。
Of the entire circumferential region of the
次に、実施形態に係るモータ1に、より特徴的な構成を付加した第1実施例について説明する。なお、以下に特筆しない限り、実施例に係るモータ1の構成は、実施形態と同様である。
Next, a description will be given of a first example in which a more characteristic configuration is added to the
図8は、第1実施例に係るモータ1のロータコア11を示す斜視図である。実施形態と第1実施例とでロータコア11を比較すると、互いの形状は同じであるが、互いの構造が異なる。具体的には、実施形態に係るロータコア11は、打ち抜き加工によって得られた複数の金属板を、絶縁性接着剤を介して積層したものであるのに対し、第1実施例に係るロータコア11は、磁性樹脂材料を型によって成型したものである。磁性樹脂材料は、強磁性金属粒子(鉄、コバルト、ニッケル、又はこれらの合金からなる粒子)を母体とする粒子を樹脂材料中に分散させたものである。第1実施例においては、樹脂材料に分散させる粒子の母体となる強磁性金属粒子として、鉄粒子を用いている。
FIG. 8 is a perspective view showing the
図9は、磁性樹脂材料の樹脂中に分散する粒子90を拡大して示す断面図である。図10は、図9の断面の一部を更に拡大して示す断面図である。図9においては、見易くするために、後述の被膜92のハッチングを省略している。
FIG. 9 is an enlarged sectional
粒子90は、鉄粒子からなる母体91と、絶縁性の被膜92とを備える。母体91の粒径は、10〔μm〕~100〔μm〕の分布を有し、中央値が40〔μm〕である。母体91の外形は、多角形状である。母体91の表面には、高さ2.0〔μm〕~3.0〔μ〕の平板状の凸部91aが複数形成される。平板状の凸部91aは、化学エッチングによって形成される。
図11は、化学エッチングが施される前の鉄粒子の表面の電子顕微鏡写真からなる図である。図11に示されるように、化学エッチングが施される前の鉄粒子の表面は、滑らかな平面からなる。 FIG. 11 consists of electron micrographs of the surface of iron particles before chemical etching. As shown in FIG. 11, the surface of the iron particles before chemical etching consists of smooth planes.
図12は、化学エッチングが施された母体(91)の表面の電子顕微鏡写真からなる図である。図12に示されるように、化学エッチングが施された母体の表面には、平板状の凸部91aが複数形成される。
FIG. 12 consists of an electron micrograph of the surface of the chemically etched matrix (91). As shown in FIG. 12, a plurality of plate-
化学エッチングは、次のようにして行われる。まず、鉄粒子の表面に塩基性官能基を付与するために、非酸性溶液、より詳しくは水酸化ナトリウム溶液で、鉄粒子の集まりからなる鉄粉を加熱処理する。次いで、鉄粉を硫酸で加熱処理(エッチング処理)をすることで、表面に複数の凸部91aを備える鉄粒子(母体91)の集まりからなる鉄粉を得ることができる。
Chemical etching is performed as follows. First, in order to impart basic functional groups to the surface of the iron particles, iron powder made up of a collection of iron particles is heat-treated with a non-acidic solution, more specifically a sodium hydroxide solution. Next, by heat-treating (etching) the iron powder with sulfuric acid, it is possible to obtain iron powder composed of a collection of iron particles (base 91) having a plurality of
母体91の集まりからなる鉄粉を得たら、次に、鉄粉を純水等で十分に洗浄した後、鉄粉とSiCl4とを高温下で反応させることで、母体91の表面に絶縁性の被膜92(Fe3Si膜)を形成して、粒子90の集まりからなる粉体を得る。図10において、絶縁性の被膜92の厚みは、0.1〔μm〕~5.0〔μm〕である。
After obtaining the iron powder consisting of the aggregate of the
粒子90の集まりからなる粉体を得たら、次に、粉体と、シランカップリング剤を添加した樹脂とを混合した後、混合物を金属型によって成型してロータコア11を得る。
After obtaining the powder composed of the collection of
第1実施例に係るロータ10においては、ロータコア11を構成する磁性樹脂材料中に分散した粒子90同士が、母体91(鉄粒子)同士を直接接触させず、絶縁性の被膜92を介在させる。この介在により、渦電流損失によるロータ10の回転効率の低下を抑えることができる。
In the
ロータコア11を構成する磁性樹脂材料においては、表面に複数の平板状の凸部91aを備える粒子90が、樹脂との接触面を増加させるとともに、樹脂に食い込んでアンカー効果を奏することから、樹脂と粒子90との界面にクラックを発生し難くする。よって、ロータコア11は、樹脂からなるにもかかわらず、モータ1(又は発電機)のロータコアとして適切に機能する耐久性を発揮することができる。また、モータ1によれば、ロータコア11を覆い部材13で覆うことで、ロータ10の強度を高めることができる。また、第1実施例に係るモータ1によれば、型による成型という簡単な1つの工程でロータコア11を製造することが可能である。よって、モータ1によれば、打ち抜き加工によって得られた金属片を絶縁性接着剤によって複数積層して得られる実施形態に係るロータコア11に比べて、ロータ10の生産性を高めることができる。更には、第1実施例に係るモータ1によれば、実施形態に係るモータ1に比べて、ロータ10の軽量化を図って、回転開始、回転停止の応答性を高めることができる。
In the magnetic resin material that constitutes the
粒子90を分散させる樹脂は、主鎖に置換した官能基を有し、酸素原子(O)を含む官能基と直接的に共有結合を形成し得る樹脂であり、例えば、エポキシ基もしくはイソシアネート基を有する樹脂、無水マレイン酸を含む樹脂等を例示することができる。上述したシランカップリング剤については、樹脂の種類に応じた官能基を有するものを用いる。例えば、樹脂として、ビスフェノールA型エポキシ樹脂を選択した場合、官能基にエポキシ基を有するシランカップリング剤を用いる。なお、前述の官能基は、側鎖末端に付与されたものである。凸部91aと凸部91aとの間に樹脂を含浸させる狙いから、樹脂の粘度は1500〔mPa・s〕以下であることが望ましい。
The resin in which the
本発明者は、表面に複数の平板状の凸部91aを備える粒子90について、凸部91aを備えない粒子に比べて、粒子90と樹脂との界面におけるクラックの発生を抑えて強度を向上させ得ることを確かめるために、以下に説明する実験を行った。
The present inventors found that the
1.5〔%〕水酸化ナトリウム(NaOH)溶液100〔ml〕と、9.8〔%〕硫酸(H2SO4)溶液100〔ml〕と、3〔%〕硝酸(HNO3)溶液100〔ml〕とを用意した。顆粒状の水酸化ナトリウムについては、1.46〔g〕をガラスビーカに秤量し、純水に溶解後にメスアップして1.46〔%〕の溶液とした。硫酸については、98〔%〕の原液を10〔ml〕分取して純水で10倍希釈した。硝酸については、61〔%〕の原液を5〔ml〕分取した後、純水で20倍希釈して3.05〔%〕の溶液とした。鉄粒子が溶液にどの程度溶解するのか不明であったため、実験に用いた鉄粉については、平均粒径200〔μm〕のものを用いた。約5〔g〕の鉄粉に対して40〔℃〕に予熱した水酸化ナトリウム溶液を約10〔ml〕添加した後、1分間静置して反応液を得た。その後、遠心分離機によって反応液から鉄粉を分離し、この鉄粉に超純水を加えて超音波洗浄する洗浄処理を3回以上行って、水酸化ナトリウム処理済みの鉄粉を得た。 100 [ml] of 1.5 [%] sodium hydroxide (NaOH) solution, 100 [ml] of 9.8 [%] sulfuric acid (H 2 SO 4 ) solution, and 100 [ml] of 3 [%] nitric acid (HNO 3 ) solution [ml] was prepared. As for granular sodium hydroxide, 1.46 [g] was weighed into a glass beaker, dissolved in pure water, and diluted to a volume of 1.46 [%]. For sulfuric acid, 10 [ml] of a 98 [%] undiluted solution was taken and diluted 10 times with pure water. As for nitric acid, 5 [ml] of a 61 [%] stock solution was taken and then diluted 20 times with pure water to obtain a 3.05 [%] solution. Since it was unknown to what extent the iron particles would dissolve in the solution, the iron powder used in the experiment had an average particle size of 200 [μm]. About 10 [ml] of a sodium hydroxide solution preheated to 40 [°C] was added to about 5 [g] of iron powder, and the mixture was allowed to stand for 1 minute to obtain a reaction solution. Thereafter, the iron powder was separated from the reaction solution by a centrifuge, and ultrapure water was added to the iron powder, followed by ultrasonic cleaning three times or more to obtain an iron powder treated with sodium hydroxide.
水酸化ナトリウム処理済みの鉄粉については、乾燥処理をせずに、硫酸処理を行った。具体的には、水酸化ナトリウム処理済みの鉄粉に、約45〔℃〕に予熱した硫酸溶液を加えた。このとき、硫酸溶液が激しく発泡するが、そのまま3分間静置した後、上澄みを除去した。その後、水酸化ナトリウム処理と同様の洗浄処理を3回以上施して、硫酸処理済みの鉄粉を得た。硝酸処理については、溶液として硝酸溶液を用いる点の他は、硫酸処理と同様にして行った。鉄粉に加えた硝酸溶液は発泡するが、発泡量は、硫酸処理ほど多くなかった。硝酸処理済みの鉄粉については、アセトンによって追加洗浄することが好ましい。追加洗浄後の鉄粉を光学顕微鏡で観察したところ、顕著な粒径変化は認められなかった。 The sodium hydroxide-treated iron powder was treated with sulfuric acid without being dried. Specifically, a sulfuric acid solution preheated to about 45° C. was added to iron powder treated with sodium hydroxide. At this time, the sulfuric acid solution foamed violently, but the solution was allowed to stand still for 3 minutes, and then the supernatant was removed. After that, the same washing treatment as the sodium hydroxide treatment was performed three times or more to obtain a sulfuric acid-treated iron powder. The nitric acid treatment was carried out in the same manner as the sulfuric acid treatment, except that a nitric acid solution was used as the solution. The nitric acid solution added to the iron powder foamed, but the amount of foaming was not as large as that of the sulfuric acid treatment. For the nitric acid-treated iron powder, additional washing with acetone is preferred. When the iron powder after additional washing was observed with an optical microscope, no significant change in particle size was observed.
追加洗浄後の鉄粉を用いて、磁性樹脂材料を作成した。具体的には、エポキシ樹脂(三菱ケミカル株式会社製のJER828)と、無水メチルハイミック酸(日立化成工業株式会社製のHN-5500)とを用意した。また、トリス(ジメチルアミノメチル)フェノール・トリ(2-エチルヘキソート)と、化学エッチング処理済みの鉄粉とを用意した。
2-エチルへキソートとしては、エアープロダクツジャパン株式会社製アンカミンK-61Bを用いた。化学エッチング処理済みの鉄粉の平均粒径は、40〔μm〕である。用意した各物質を、10(JER828):8(HN5500):0.02(K61B):95(鉄粉)の割合で混合した。そして、混合物を、自転公転ミキサーによって混錬して磁性樹脂材料を得た。以下、この磁性樹脂材料を、第1実施例に係る磁性樹脂材料という。
A magnetic resin material was produced using the iron powder after additional washing. Specifically, an epoxy resin (JER828 manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) and methylhimic anhydride (HN-5500 manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.) were prepared. In addition, tris(dimethylaminomethyl)phenol-tri(2-ethylhexote) and chemically etched iron powder were prepared.
Ankamin K-61B manufactured by Air Products Japan Co., Ltd. was used as 2-ethylhexate. The average particle diameter of chemically etched iron powder is 40 [μm]. Each prepared substance was mixed at a ratio of 10 (JER828):8 (HN5500):0.02 (K61B):95 (iron powder). Then, the mixture was kneaded by a rotation/revolution mixer to obtain a magnetic resin material. Hereinafter, this magnetic resin material will be referred to as a magnetic resin material according to the first embodiment.
なお、自転公転ミキサーについては、株式会社シンキー製のARE310を用いた。混錬条件については、2000〔rpm〕で30秒混錬した後、2200〔rpm〕で30秒混錬する条件とした。 ARE310 manufactured by Thinky Co., Ltd. was used as the rotation/revolution mixer. The kneading conditions were as follows: kneading at 2000 [rpm] for 30 seconds and then kneading at 2200 [rpm] for 30 seconds.
化学エッチングを施していない平均粒径40〔μm〕の鉄粉を用いた点の他は、第1実施例に係る磁性樹脂材料と同様にして、磁性樹脂材料を得た。以下、この磁性樹脂材料を比較例に係る磁性樹脂材料という。 A magnetic resin material was obtained in the same manner as the magnetic resin material according to the first embodiment, except that iron powder having an average particle size of 40 [μm] which was not subjected to chemical etching was used. Hereinafter, this magnetic resin material is referred to as a magnetic resin material according to a comparative example.
第1実施例に係る磁性樹脂材料、比較例に係る磁性樹脂材料のそれぞれについて、曲げ破壊強度を測定した。比較例に係る磁性樹脂材料の曲げ破壊強度が88.5〔MPa〕(N=8、σ=3.5であったのに対し、実施例に係る磁性樹脂材料の曲げ破壊強度は96.1〔MPa〕(N=5、σ=11.0)であった。この結果により、化学エッチング処理を施した粒子90を分散させた磁性樹脂材料が、化学エッチング処理を施していない粒子を分散させた磁性樹脂材料に比べて、ロータ10の強度を高め得ることが確認できた。
The bending breaking strength was measured for each of the magnetic resin material according to the first example and the magnetic resin material according to the comparative example. The bending fracture strength of the magnetic resin material according to the comparative example was 88.5 [MPa] (N = 8, σ = 3.5, whereas the bending fracture strength of the magnetic resin material according to the example was 96.1 [MPa]. [MPa] (N = 5, σ = 11.0) According to the results, the magnetic resin material in which the chemically etched
次に、第1実施例に係るモータ1に、より特徴的な構成を付加した第2実施例について説明する。なお、以下に特筆しない限り、第2実施例に係るモータ1の構成は、第1実施例と同様である。
Next, a description will be given of a second embodiment in which a more characteristic configuration is added to the
図13は、第2実施例に係るモータ1のロータコア11を構成する磁性樹脂材料中に分散した粒子90の表面部を拡大して示す断面図である。粒子90の母体91の表面における互いに隣り合う凸部91aと凸部91aとの間の領域は、絶縁性の被膜92に被覆されておらず、母体91の表面を露出させている。化学エッチング処理において、次のようにすることで、図示のように、凸部91aの先端だけが被膜92によって被覆され、凸部91aと凸部91aとの間の領域で母体91の表面を露出させる粒子90を得ることができる。即ち、気相反応法により、SiCl4と鉄粉との反応時間及び温度条件を適切に調整するのである。
FIG. 13 is a cross-sectional view showing an enlarged surface portion of
互いに隣り合う凸部91aと凸部91aとの間の領域で母体91の表面が露出していても、凸部91aの先端は被膜92で被覆されていることから、粒子90同士で母体91を直接接触させることはなく、渦電流損失が抑制される。樹脂材料は絶縁性の被膜92(Fe3Si膜)よりも、母体91との密着性に優れるため、粒子90と樹脂との界面でのクラック発生をより良好に抑えて、ロータ10の強度をより高めることができる。
Even if the surface of the
次に、第1実施例に係るモータ1に、より特徴的な構成を付加した第3実施例について説明する。なお、以下に特筆しない限り、第3実施例に係るモータ1の構成は、第1実施例と同様である。
Next, a description will be given of a third embodiment in which a more characteristic configuration is added to the
図14は、第3実施例に係るモータ1のロータ10の回転軸線A方向に直交する方向の横断面を示す断面図である。このロータ10において、8つの貫通口11aのそれぞれにおける回転軸線Aと直交する方向の断面形状と、8つの永久磁石12のそれぞれにおける回転軸線Aと直交する方向の断面形状とが何れも、回転軸線Aを中心にした円弧形状になっている。
FIG. 14 is a cross-sectional view showing a cross section of the
かかる構成によれば、図2との比較から明らかなように、円弧形状でない貫通口11a及び永久磁石12を備える構成に比べて、8つの永久磁石12をロータコア11の外縁に近づけることが可能なので、ロータ10の回転性能をより向上させることができる。なお、貫通口11aにおけるロータコア11の外縁に最も近い部分と、ロータコア11の外縁との距離は、第1実施例に係るロータ10(図2)と、第3実施例に係るロータ10(図14)とで同じである。よって、第3実施例に係るモータ1のロータ10は、図2に示される構成に比べて永久磁石12をロータコア11の外縁に近づけて配置しているにもかかわらず、図2に示される構成と同じレベルまでロータ10の強度を高めることができる。
As is clear from a comparison with FIG. 2, this configuration allows the eight
なお、第1実施例に係るモータ1に第3実施例に係るモータ1の構成を付加することに代えて、実施形態に係るモータ1に第3実施例に係るモータ1の構成を付加することも可能である。
Instead of adding the configuration of the
回転機としてのモータ1に本発明を適用した例について説明したが、回転機としての発電機(ダイナモ)にも本発明の適用が可能である。
Although an example in which the present invention is applied to the
本発明は上述の実施形態に限られず、本発明の構成を適用し得る範囲内で、実施形態とは異なる構成を採用することもできる。本発明は、以下に説明する態様毎に特有の作用効果を奏する。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and configurations different from the embodiments can be employed within the scope of application of the configurations of the present invention. The present invention provides unique effects for each of the aspects described below.
〔第1態様〕
第1態様は、回転軸線(例えば回転軸線A)を中心に回転するロータコア(例えばロータコア11)と、回転軸線を中心にした周方向に並ぶ態様で前記ロータコアの内部に保持される複数の磁石(例えば永久磁石12)と、回転軸線を中心にした径方向の外側から前記ロータコアを覆う覆い部材(例えば覆い部材13)とを備えるロータ(例えばロータ10)であって、前記覆い部材が、前記周方向において交互に並ぶ磁性部(例えば磁性部13a)及び非磁性部(例えば非磁性部13b)のそれぞれを複数備え、複数の前記磁性部のそれぞれが、回転軸線を中心にした径方向において前記ロータコアの壁を介して複数の前記磁性部のそれぞれに個別に対向し、複数の前記非磁性部のそれぞれが、前記ロータコアの前記周方向における全域のうち、互いに隣り合う前記磁石と前記磁石との間の領域に前記径方向に沿って対向する、ロータである。
[First aspect]
A first aspect includes a rotor core (for example, rotor core 11) that rotates about a rotation axis (for example, rotation axis A), and a plurality of magnets (for For example, a rotor (for example, a rotor 10) including a permanent magnet 12) and a covering member (for example, a covering member 13) covering the rotor core from the outside in a radial direction about the rotation axis, wherein the covering member A plurality of magnetic portions (e.g.,
かかる構成によれば、ロータコア内部に保持される磁石と、ステータとの間に覆い部材を介在させることによるロータの回転特性の低下を抑え、且つ覆い部材によってロータの強度を高めることができる。 According to such a configuration, it is possible to suppress deterioration in rotation characteristics of the rotor due to interposition of the cover member between the magnets held inside the rotor core and the stator, and to increase the strength of the rotor by the cover member.
〔第2態様〕
第2態様は、第1態様の構成と、前記覆い部材の外周面を前記径方向の外側から被覆する樹脂被膜(例えば樹脂被膜14)とを備え、前記覆い部材が、前記ロータコアに巻き付けられた炭素繊維強化樹脂シート(例えば熱硬化性樹脂を含浸した炭素繊維シート13cを焼き固めたもの)の積層体からなり、前記覆い部材の前記磁性部が、前記炭素繊維強化樹脂シートの長手方向における全域のうち、炭素繊維と、前記炭素繊維に含浸した熱硬化性樹脂と、前記熱硬化性樹脂中に分散した強磁性体粉末粒子とを備える磁性領域(例えば強磁性領域13e)を前記径方向に積層したものであり、前記覆い部材の前記非磁性部が、前記炭素繊維強化樹脂シートの長手方向における全域のうち、炭素繊維と、前記炭素繊維に含浸した熱硬化性樹脂と、前記熱硬化性樹脂中に分散した非磁性体粉末粒子とを備える非磁性領域(例えば非磁性領域13f)を前記径方向に積層したものである、ロータである。
[Second aspect]
A second aspect includes the configuration of the first aspect and a resin coating (for example, a resin coating 14) covering the outer peripheral surface of the cover member from the radially outer side, and the cover member is wound around the rotor core. It consists of a laminate of carbon fiber reinforced resin sheets (for example, a
かかる構成によれば、樹脂硬化前の磁性部と非磁性部とをシート長手方向に交互に並べた、炭素繊維強化プラスチックのプリプレグをロータコア及び磁石に巻き付けた後、プリプレグを焼き固めることで、筒状の覆い部材を形成することができる。また、第2態様によれば、非磁性部の比重を、磁性部の比重と同程度まで高めることで、磁性部と非磁性部とで比重が異なることに起因して、高速回転時に磁性部に対して非磁性部よりも強い遠心力を作用させることによる覆い部材の塑性変形の発生を抑えることができる。 According to such a configuration, after winding a carbon fiber reinforced plastic prepreg in which the magnetic portion and the nonmagnetic portion are alternately arranged in the longitudinal direction of the sheet before curing the resin, around the rotor core and the magnet, the prepreg is sintered to form a cylinder. A shaped covering member can be formed. Further, according to the second aspect, by increasing the specific gravity of the non-magnetic portion to the same extent as the specific gravity of the magnetic portion, the difference in specific gravity between the magnetic portion and the non-magnetic portion prevents the magnetic portion from rotating at high speed. It is possible to suppress the occurrence of plastic deformation of the cover member by applying a centrifugal force stronger than that of the non-magnetic portion to the non-magnetic portion.
〔第3態様〕
第3態様は、第1態様又は第2態様の構成を備え、前記ロータコアが、強磁性金属粒子を母体(例えば母体91)とする粒子(例えば粒子90)を分散した樹脂材料からなり、前記母体が、表面に平板状の凸部(例えば凸部91a)を複数備え、前記凸部が絶縁性の被膜(例えば被膜92)で被覆された、ロータである。
[Third aspect]
A third aspect has the configuration of the first aspect or the second aspect, wherein the rotor core is made of a resin material in which particles (e.g., particles 90) having ferromagnetic metal particles as bases (e.g., bases 91) are dispersed, and the bases are is a rotor provided with a plurality of plate-like protrusions (eg,
かかる構成によれば、金属片を複数積層して得られるロータに比べて、ロータの生産性を高め、且つ、ロータの軽量化によって回転開始、回転停止の応答性を高めることができる。また、樹脂材料に分散させる粒子として、表面に複数の平板状の凸部を備えない粒子を用いる場合に比べて、ロータ10の強度を高めることができる。
According to such a configuration, compared to a rotor obtained by laminating a plurality of metal pieces, the productivity of the rotor can be improved, and the responsiveness of starting and stopping rotation can be improved by reducing the weight of the rotor. In addition, the strength of the
〔第4態様〕
第4態様は、第3態様の構成を備え、互いに隣り合う前記凸部と前記凸部との間の領域が、前記母体の表面を露出させる、ロータである。
[Fourth aspect]
A fourth aspect is the rotor having the configuration of the third aspect, wherein a region between the convex portions adjacent to each other exposes the surface of the base.
かかる構成によれば、互いに隣り合う凸部と凸部との間の領域が絶縁性の被膜に被覆される構成に比べて、ロータの強度を高めることができる。 According to such a configuration, it is possible to increase the strength of the rotor as compared with a configuration in which the regions between adjacent protrusions are covered with an insulating film.
〔第5態様〕
第5態様は、第1態様~第4態様の何れかの構成を備え、複数の前記磁石のそれぞれにおける、回転軸線と直交する方向の断面形状が、回転軸線を中心にした円弧形状である、ロータである。
[Fifth aspect]
A fifth aspect comprises the configuration of any one of the first to fourth aspects, wherein each of the plurality of magnets has a cross-sectional shape in a direction orthogonal to the rotation axis, which is an arc shape centered on the rotation axis. is the rotor.
かかる構成によれば、複数の磁石の断面形状が円弧形状でない構成に比べて、ロータの回転性能を向上させつつ、同構成と同じレベルまでロータの強度を高めることができる。 According to such a configuration, compared to a configuration in which the cross-sectional shape of the plurality of magnets is not arcuate, the strength of the rotor can be increased to the same level as the same configuration while improving the rotational performance of the rotor.
〔第6態様〕
第6態様は、回転軸線を中心にして回転するロータと、前記ロータの中心を貫通するシャフト(例えばシャフト5)と、回転軸線を中心にした周方向に沿って前記ロータを囲むステータ(例えばステータ30)とを備える回転機(例えばモータ1)であって、前記ロータが、第1態様~第5態様の何れかのロータである、回転機である。
[Sixth aspect]
A sixth aspect includes a rotor that rotates about a rotation axis, a shaft (e.g., shaft 5) passing through the center of the rotor, and a stator (e.g., stator) that surrounds the rotor along the circumferential direction about the rotation axis. 30), wherein the rotor is the rotor according to any one of the first to fifth aspects.
かかる構成によれば、ロータコア内部に保持される磁石と、ステータとの間に覆い部材を介在させることによるロータの回転特性の低下を抑え、且つ覆い部材によってロータの強度を高めることができる。 According to such a configuration, it is possible to suppress deterioration in rotation characteristics of the rotor due to interposition of the cover member between the magnets held inside the rotor core and the stator, and to increase the strength of the rotor by the cover member.
本発明は、モータ、発電機等の回転機に適用が可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be applied to rotating machines such as motors and generators.
A:回転軸線、 1:モータ(回転機) 、2:ハウジング、 3:フロントカバー、 4:リアカバー、 5:シャフト、 6:コネクタ、 10:ロータ、 11:ロータコア、 11b:シャフト穴、 12:永久磁石(磁石)、 13:覆い部材、 13a:磁性部、 13b:非磁性部、 13c:炭素繊維シート、 13d:炭素繊維、 13e:磁性領域、 13f:非磁性領域、 14:樹脂被膜、 15;炭素繊維ロール、 16:ボビン、 90:粒子、 91:母体、 91a:凸部、 201:強磁性樹脂、 202:非磁性樹脂
A: Rotation axis 1: Motor (rotating machine) 2: Housing 3: Front cover 4: Rear cover 5: Shaft 6: Connector 10: Rotor 11:
Claims (5)
前記覆い部材が、前記周方向において交互に並ぶ磁性部及び非磁性部のそれぞれを複数備え、
複数の前記磁性部のそれぞれが、回転軸線を中心にした径方向において前記ロータコアの壁を介して複数の前記磁石のそれぞれに個別に対向し、
複数の前記非磁性部のそれぞれが、前記ロータコアの前記周方向における全域のうち、互いに隣り合う前記磁石と前記磁石との間の領域に前記径方向に沿って対向し、
前記覆い部材の外周面を前記径方向の外側から被覆する樹脂被膜を備え、
前記覆い部材が、前記ロータコアに巻き付けられた炭素繊維強化樹脂シートの積層体からなり、
前記覆い部材の前記磁性部が、前記炭素繊維強化樹脂シートの長手方向における全域のうち、炭素繊維と、前記炭素繊維に含浸した熱硬化性樹脂と、前記熱硬化性樹脂中に分散した強磁性体粉末粒子とを備える磁性領域を前記径方向に積層したものであり、
前記覆い部材の前記非磁性部が、前記炭素繊維強化樹脂シートの長手方向における全域のうち、炭素繊維と、前記炭素繊維に含浸した熱硬化性樹脂と、前記熱硬化性樹脂中に分散した非磁性体粉末粒子とを備える非磁性領域を前記径方向に積層したものである、
ロータ。 A rotor core that rotates about a rotation axis, a plurality of magnets that are held inside the rotor core in a manner aligned in a circumferential direction about the rotation axis, and a rotor core that covers the rotor core from the outside in a radial direction about the rotation axis. A rotor comprising a cover member,
the cover member includes a plurality of magnetic portions and non-magnetic portions that are alternately arranged in the circumferential direction;
each of the plurality of magnetic portions individually faces each of the plurality of magnets via a wall of the rotor core in a radial direction about the rotation axis;
each of the plurality of non-magnetic portions faces a region between the magnets adjacent to each other in the entire circumferential direction of the rotor core along the radial direction;
a resin coating covering the outer peripheral surface of the covering member from the outside in the radial direction;
the cover member is made of a laminate of carbon fiber reinforced resin sheets wound around the rotor core,
The magnetic portion of the cover member comprises carbon fibers, a thermosetting resin impregnated in the carbon fibers, and ferromagnetism dispersed in the thermosetting resin in the entire longitudinal direction of the carbon fiber reinforced resin sheet. Magnetic regions comprising body powder particles are laminated in the radial direction,
The non-magnetic portion of the cover member comprises carbon fibers, a thermosetting resin impregnated in the carbon fibers, and a non-magnetic portion dispersed in the thermosetting resin in the entire longitudinal direction of the carbon fiber reinforced resin sheet. Non-magnetic regions comprising magnetic powder particles are laminated in the radial direction,
rotor.
前記母体が、表面に平板状の凸部を複数備え、
前記凸部が絶縁性の被膜で被覆された、
請求項1に記載のロータ。 The rotor core is made of a resin material in which particles having ferromagnetic metal particles as a base are dispersed,
The base has a plurality of flat plate-shaped protrusions on its surface,
The convex portion is covered with an insulating film,
A rotor according to claim 1 .
請求項2に記載のロータ。 a region between the protrusions exposes the surface of the matrix;
3. A rotor according to claim 2 .
請求項1乃至3の何れか1項に記載のロータ。 A cross-sectional shape of each of the plurality of magnets in a direction orthogonal to the rotation axis is an arc shape centered on the rotation axis,
A rotor according to any one of claims 1 to 3 .
前記ロータが、請求項1乃至4の何れか1項に記載のロータである、回転機。 A rotating machine comprising a rotor rotating about a rotation axis, a shaft passing through the center of the rotor, and a stator surrounding the rotor in a circumferential direction about the rotation axis,
A rotating machine, wherein the rotor is the rotor according to any one of claims 1 to 4 .
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