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 Patent Document 1 includes a rotor core, four permanent magnets held inside the rotor core in a manner arranged in a circumferential direction around the rotation axis, and radially outward around the rotation axis. and a reinforcing member that is a covering member that covers the rotor core. The reinforcing member is made of an annular non-magnetic material. According to Patent Document 1, in such a rotor, the non-magnetic annular reinforcing member can give the rotor the strength to withstand a large centrifugal force during high-speed rotation.

特開2002-101585号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-101585

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 Patent Document 1 is mounted on a rotating machine such as a motor, a reinforcing member is interposed between the rotor and the stator in the radial direction. The structure keeps the permanent magnet away from the stator. In such a structure, since the permanent magnets are moved away from the stator, the density of the magnetic flux extending from the permanent magnets to the stator is reduced, so there is a problem that the rotational characteristics (especially torque) of the motor are reduced.

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

実施形態に係るモータを示す分解斜視図である。It is an exploded perspective view showing a motor concerning an embodiment. 同モータのロータの回転軸線方向に直交する方向の横断面を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a cross section in a direction perpendicular to the rotation axis direction of the rotor of the motor; 図2の横断面の一部を拡大して示す拡大断面図である。3 is an enlarged cross-sectional view showing an enlarged part of the cross section of FIG. 2; FIG. 同ロータの覆い部材の前駆体である炭素繊維シートを、ボビンに巻き付けた炭素繊維ロールを示す斜視図である。FIG. 4 is a perspective view showing a carbon fiber roll in which a carbon fiber sheet, which is a precursor of a cover member of the same rotor, is wound around a bobbin; ロータコアに炭素繊維シートを巻く巻付け回装置を示す概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram showing a winding device for winding a carbon fiber sheet around a rotor core; FIG. 同巻付け装置の一部の構成を拡大して示す拡大構成図である。It is an enlarged block diagram which expands and shows a one part structure of the same winding apparatus. 炭素繊維シートが巻かれている最中のロータコアの横断面を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a cross section of the rotor core while the carbon fiber sheet is being wound; 第1実施例に係るモータのロータコアを示す斜視図である。1 is a perspective view showing a rotor core of a motor according to a first embodiment; FIG. 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。FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view showing particles 90 dispersed in a resin of a magnetic resin material. 図9の断面の一部を更に拡大して示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing a further enlarged portion of the cross-section of FIG. 9; 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。FIG. 1 consists of electron micrographs of the surface of iron particles before chemical etching. 化学エッチングが施された母体の表面の電子顕微鏡写真からなる図である。FIG. 3 consists of electron micrographs of the surface of a chemically etched matrix. 第2実施例に係るモータのロータコアを構成する磁性樹脂材料中に分散した粒子の表面部を拡大して示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing an enlarged surface portion of particles dispersed in a magnetic resin material forming a rotor core of a motor according to a second embodiment; 第3実施例に係るモータのロータの回転軸線方向に直交する方向の横断面を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a cross section in a direction perpendicular to the rotation axis direction of the rotor of the motor according to the third embodiment;

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 motor 1 according to an embodiment. A motor 1 is an IPM type motor and includes a cylindrical housing 2 , a front cover 3 , a rear cover 4 , a shaft 5 , a connector 6 , a rotor 10 and a stator 30 .

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 axial shaft 5 passes through a shaft hole (11b in FIG. 2, which will be described later) of the rotor core 11 of the cylindrical rotor 10 in the direction of the rotation axis A, and is positioned on the rotation axis A of the rotor 10. As shown in FIG. The shaft 5 is rotationally driven around the rotational axis A together with the rotor 10 . The cylindrical housing 2 serves as a yoke and holds a cylindrical stator 30 on its inner peripheral surface. The housing 2 has openings at both ends in the rotation axis A direction. The rotor 10 is housed inside a hollow space of a stator 30 held on the inner peripheral surface of the housing 2 .

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 cylindrical front cover 3 is connected to the front side of the housing 2 with the bottom facing the front side. With this connection, the front cover 3 causes the front side of the shaft 5 to pass through the shaft hole 3c provided in the bottom, and closes the front side opening of the housing 2 in the direction of the rotational axis A. As shown in FIG.

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 cylindrical stator 30 has a plurality of teeth on its inner peripheral surface arranged at predetermined intervals in the circumferential direction around the rotation axis A, and accommodates the rotor 10 in a hollow space.

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 rear cover 4 is fixed to the rear-side end of the housing 2 in the direction of the rotation axis A and closes the rear-side opening of the housing 2 .

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 housing 2 at the rear-side end of the housing 2 in the direction of the rotational axis A. As shown in FIG. An external connector is connected to the connector 6 . The external connector is a connector for supplying a three-phase (U-phase, V-phase, W-phase) AC power supply to the motor 1 .

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 rotor 10 taken in a direction orthogonal to the rotation axis A direction. 3 is an enlarged cross-sectional view showing an enlarged part of the cross section of FIG. 2. FIG. The rotor 10 includes a cylindrical rotor core 11 , eight permanent magnets 12 , a cover member 13 and a resin coating 14 . The rotor core 11 is formed into a cylindrical shape by stacking a plurality of metal plate pieces having a shaft hole 11b in the center, which are obtained by stamping a metal plate, in the direction of the rotation axis A. As shown in FIG. An insulating adhesive for reducing eddy current loss is interposed between the individual metal plate pieces forming the rotor core 11, and the individual metal pieces are insulated from each other. A shaft ( 5 in FIG. 1 ) passes through the central shaft hole 11 b of the rotor core 11 .

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 rotor core 11 has eight through-holes 11a arranged in a circumferential direction with the rotation axis A as the center. Each of the eight through-holes 11a penetrates the rotor core 11 in the rotation axis A direction. The rotor core 11 individually accommodates the permanent magnets 12 inside each of the eight through holes 11a.

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 permanent magnets 12 to the stator (30 in FIG. 1), it is desirable to arrange the through-holes 11a and the permanent magnets 12 as radially outwardly as possible in the rotor core 11 . However, in the rotor 10 rotating at high speed, stress is concentrated on the wall of the rotor core 11 (portion between the through hole 11a and the outer circumference of the core) due to the permanent magnets 12 tending to move radially outward due to centrifugal force. In particular, the stress tends to concentrate on the wall portion that abuts on the edge of the permanent magnet 12, and the wall portion may be damaged.

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 cylindrical cover member 13 is made of carbon fiber reinforced plastic (CFRP) and covers the rotor core 11 from the outside in the radial direction about the rotation axis A. As shown in FIG. According to such a configuration, by covering the eight permanent magnets 12 with the hard cover member 13, the strength of the rotor 10 can be increased, and breakage of the wall of the rotor core 11 due to the concentration of stress described above can be suppressed.

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 cover member 13 is formed with minute unevenness due to the weaving of carbon fibers or the like. When the rotor 10 rotates at a high speed, the rotor 10 is subjected to a load due to the uneven wind blowing described above, which adversely affects the rotatability of the rotor 10 . Therefore, the rotor 10 according to the embodiment is provided with the resin coating 14 that covers the outer peripheral surface of the cover member 13 from the outside in the radial direction. The resin coating 14 can improve the rotational performance of the rotor 10 by improving the surface smoothness of the outer peripheral surface of the rotor 10 compared to the configuration in which the outer peripheral surface of the cover member 13 is exposed.

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 resin coating 14 is a film provided to cover minute irregularities formed on the outer peripheral surface of the cover member 13 to improve the surface smoothness of the rotor 10, the thickness of the resin coating 14 is the same as that of the cover member. It may be about the same as the height of the convex portion on the outer peripheral surface of . For example, the thickness of the resin film 14 may be as thin as several to ten and several μm. Therefore, the deterioration in rotational performance of the rotor 10 due to interposing the resin coating 14 between the permanent magnet 12 and the stator (30 in FIG. 1) is very slight.

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 cover member 13 includes eight magnetic portions 13a and eight non-magnetic portions 13b that are alternately arranged in the circumferential direction about the rotation axis A. As shown in FIG. Each of the eight magnetic portions 13a has a ferromagnetic property, and faces each of the eight permanent magnets 12 held inside the rotor core 11 along the radial direction. Each of the eight non-magnetic portions 13b has a non-magnetic property, and extends along the radial direction in the region between the permanent magnets 12 adjacent to each other in the entire circumferential region of the rotor core 11. to face each other.

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 motor 1 having such a configuration, the distance between the permanent magnet and the inner peripheral surface of the stator (30 in FIG. 1) is increased by the thickness of the cover member 13, as in the motor described in Patent Document 1. However, in the motor 1, the ferromagnetic magnetic portion 13a interposed between the permanent magnet 12 and the inner peripheral surface of the stator promotes extension of the magnetic flux from the surface of the permanent magnet 12 to the inner peripheral surface of the stator. do. In addition, the nonmagnetic nonmagnetic portion 13b interposed between the region between the permanent magnets 12 in the circumferential direction of the rotor core 11 and the inner peripheral surface of the stator suppresses the occurrence of magnetic flux leakage. As a result, the motor 1 has the following effects. That is, unlike the rotor described in Patent Document 1 in which the rotor core 11 is covered with a reinforcing member (cover member) made of a non-magnetic material, the cover member 13 is interposed between the permanent magnet 12 and the inner peripheral surface of the stator. It is possible to suppress the deterioration of the rotation characteristics of the motor 1 due to Furthermore, according to the motor 1 , the strength of the rotor 10 can be increased by covering the rotor core 11 with the hard covering member 13 . The magnetic flux leakage is that the magnetic flux extending from the permanent magnet 12 toward the inner peripheral surface of the stator returns toward the rotor core 11 before reaching the inner peripheral surface of the stator, and the permanent magnet 12 of the rotor core 11 is held. This is a phenomenon in which 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 carbon fiber roll 15 in which the carbon fiber sheet 13c, which is the precursor of the cover member 13, is wound around the bobbin 16. As shown in FIG. The carbon fiber sheet 13c is a sheet in which carbon fiber bundles are woven. The type of carbon fiber forming the carbon fiber sheet 13c is not particularly limited as long as it functions as a reinforcing material for carbon fiber reinforced resin. Carbon fibers are roughly classified into polyacrylonitrile (PAN)-based carbon fibers and pitch-based carbon fibers depending on the difference in raw materials. Pitch-based carbon fiber has a property of high elasticity, while polyacrylonitrile-based carbon fiber has a property of high tensile modulus. The carbon fiber used for the cover member 13 may be either pitch-based carbon fiber or polyacrylonitrile-based carbon fiber. preferable. The carbon fiber sheet 13c preferably contains carbon fibers having a tensile modulus of elasticity of 150 [Gpa] or more (strand tensile modulus according to JIS R7601 (1986): the same shall apply hereinafter). Further, the tensile modulus of the carbon fiber is more preferably 200 [GPa] or more, still more preferably 450 [GPa] or more, and particularly preferably 600 [GPa] or more.

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/m〕以上であり、好ましくは50〔g/m〕以上であり、より好ましくは70〔g/m〕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/m〕以下であってもよく、好ましくは2000〔g/m〕以下、より好ましくは1000〔g/m〕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 member 13 contains carbon fibers, thermosetting resin, ferromagnetic powder particles, and non-magnetic powder particles. The amount of carbon fiber per unit area in the carbon fiber reinforced resin is, for example, 30 [g/m 2 ] or more, preferably 50 [g/m 2 ] or more, more preferably 70 [g/m 2 ] or more. is. By setting the lower limit of the amount of carbon fiber to a predetermined amount or more, it is possible to reduce the number of winding turns when forming a carbon fiber reinforced resin prepreg into a cylindrical shape, and improve productivity. Also, the carbon fiber amount may be, for example, 3000 [g/m 2 ] or less, preferably 2000 [g/m 2 ] or less, more preferably 1000 [g/m 2 ] or less. By setting the upper limit of the carbon fiber amount to a predetermined amount or less, it is possible to suppress the generation of voids in the carbon fiber reinforced resin and obtain a uniform carbon fiber reinforced resin.

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 device 100 for winding a carbon fiber sheet 13c around a rotor core 11 holding eight permanent magnets 12 on its outer peripheral surface. The winding device 100 includes a conveying belt 101, a drive roller 102, a tension roller 103, a support roller 104, an attitude correction roller 105, a pressure roller 106, a leveling roller 107, a first ejection nozzle 108, a second ejection nozzle 109, and the like. Prepare. The winding device 100 also includes a first vacuum nozzle 110, a second vacuum nozzle 111, a cleaning discharge nozzle 112, a cleaning vacuum nozzle 113, and the like.

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 belt 101 is an endless belt body made of a mesh material and has good air permeability. The conveying belt 101 is stretched by a driving roller 102, a tension roller 103, and a supporting roller 104 arranged inside the belt loop, and endlessly moves clockwise in the figure as the driving roller 102 is driven to rotate. do. Of the entire circumferential area of the conveying belt 101, the area between the portion where the belt is wound around the tension roller 103 and the portion where the belt is wound around the support roller 104 moves along the horizontal direction. Hereinafter, the aforementioned area will be referred to as a "horizontal movement area".

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 drive roller 102 receives the drive force of a motor (not shown) and rotates in the clockwise direction in the drawing, thereby imparting an endless moving force to the conveyor belt 101 .

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 tension roller 103 and the support roller 104 are driven to rotate following the endlessly moving conveyor belt 101 . Further, the tension roller 103 applies tension to the conveying belt 101 by urging the conveying belt 101 from the inner side of the belt loop toward the outer side with the biasing force of the spring.

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 roller 105 abuts from the outside of the belt loop on the area before contacting driving roller 102 after separating from support roller 104 in the entire circumferential direction of conveying belt 101, and rotates while following the belt loop. Correct the belt posture. By this correction, the belt area immediately after being separated from the support roller 104 assumes a posture of horizontally moving in the opposite direction to the "horizontally moving area". Hereinafter, the aforementioned belt area will be referred to as a "cleaning area".

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 roller 106 forms a pressurizing nip by coming into contact with the support roller 104 from the outer side of the belt loop in the entire area of the conveying belt 101 in the circumferential direction due to the biasing force of the spring.

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 shaft 5 passing through the shaft hole (11b in FIG. 2) of the rotor core 11 is received by the bearing of the winding device 100 and rotates clockwise together with the rotor core 11 under the driving force of a motor (not shown). drive.

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 shaft 114 of the winding device 100 is fitted in the through hole of the bobbin 16 of the carbon fiber roll 15 . A torque limiter is mounted on the driven shaft 114, and the driven shaft 114 is driven to rotate when a predetermined torque or more is applied.

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 carbon fiber sheet 13 c wound around the bobbin 16 is pulled out from the carbon fiber roll 15 and wound around the rotor core 11 after passing through the sheet conveying path. The above-described sheet conveying path is a path that passes through a portion of the conveying belt 101 that is wrapped around the tension roller 103 , a “horizontal movement area”, and a portion that is wrapped around the support roller 104 .

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 device 100. As shown in FIG. In the carbon fiber sheet 13c, carbon fibers 13d extend in the sheet longitudinal direction (=sheet conveying direction). In the “horizontal movement region” of the transport belt 101, the first ejection nozzle 108 and the second ejection nozzle 109 face each other from above in the direction of gravity. The first ejection nozzle 108 and the second ejection nozzle 109 are arranged along the conveying direction of the carbon fiber sheet 13c. Both the nozzle hole of the first discharge nozzle 108 and the nozzle hole of the second discharge nozzle 109 extend along the sheet width direction of the carbon fiber sheet 13c, and the width direction of the carbon fiber sheet 13c conveyed by the conveying belt 101. It is possible to supply the discharge material to the entire area of .

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 first vacuum nozzle 110 is in contact with the area facing the first ejection nozzle 108 from the inside of the belt loop, out of the entire area of the conveying belt 101 in the circumferential direction. In addition, the second vacuum nozzle 111 is in contact with the area facing the second ejection nozzle 109 from the inner side of the belt loop in the entire area of the conveying belt 101 in the circumferential direction.

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 ferromagnetic resin 201 before curing is pumped to the first discharge nozzle 108 . The ferromagnetic resin 201 ejected from the nozzle holes of the first ejection nozzle 108 is supplied to the carbon fiber sheet 13c that moves horizontally while being held in the "horizontal movement area" of the conveyor belt 101, and the mesh of the conveyor belt 101 is supplied to the carbon fiber sheet 13c. The air is sucked into the first vacuum nozzle 110 through the air. By this suction, the uncured ferromagnetic resin 201 supplied to the carbon fiber sheet 13c permeates the carbon fiber sheet 13c along the sheet thickness direction.

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 non-magnetic resin 202 before curing is pumped to the second discharge nozzle 109 . The non-magnetic resin 202 ejected from the nozzle holes of the second ejection nozzle 109 is supplied to the carbon fiber sheet 13c that is conveyed while being held in the “horizontal movement area” of the conveying belt 101, and passes through the mesh of the conveying belt 101. It is sucked by the second vacuum nozzle 111 . Due to this suction, the uncured non-magnetic resin 202 supplied to the carbon fiber sheet 13c permeates the carbon fiber sheet 13c along the sheet thickness direction.

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 ferromagnetic resin 201 ejected from the first ejection nozzle 108 comprises a thermosetting resin (thermoplastic resin) and ferromagnetic powder particles dispersed in the thermosetting resin. A thermosetting resin includes a base material resin, a curing agent, and a silane coupling agent. As the base material resin, it is possible to use epoxy resin, phenol resin, or the like. It is desirable to select

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 ferromagnetic resin 201 and the non-magnetic resin 202 at 50° C. is preferably 10 Pa·s or more, more preferably 50 Pa·s or more. Since the lower limit value of the viscosity is equal to or higher than the predetermined value, dripping of the ferromagnetic resin 201 and the non-magnetic resin 201 can be suppressed, and resin diffusion in the sheet surface direction can be suppressed.

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 ferromagnetic resin 201 and the non-magnetic resin 202 at 50° C. is preferably 20000 [Pa·s] or less, more preferably 10000 [Pa·s] or less. By setting the upper limit of the viscosity to a predetermined value or less, the tackiness (adhesiveness) and drapeability (flexibility) of the ferromagnetic resin 201 and the non-magnetic resin 202 can be further improved.

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 non-magnetic resin 202 ejected from the second ejection nozzle 109 comprises a thermosetting resin and non-magnetic powder particles dispersed in the thermosetting resin. As the thermosetting resin, the same material as the ferromagnetic resin 201 can be used. As the material of the non-magnetic powder particles, it is desirable to use a non-magnetic metal such as stainless steel, and more specifically, a non-magnetic metal having a higher specific gravity than the thermosetting resin is desirable. By dispersing non-magnetic powder particles made of a non-magnetic metal having a higher specific gravity than the thermosetting resin in the thermosetting resin, the specific gravity of the non-magnetic portion 13b can be increased to the same level as the specific gravity of the magnetic portion 13a. It is possible. In such a configuration, due to the difference in specific gravity between the magnetic portion 13a and the non-magnetic portion 13b, the magnetic portion 13a is subjected to a centrifugal force stronger than that of the non-magnetic portion 13b during high-speed rotation. The occurrence of plastic deformation can be suppressed.

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 carbon fiber sheet 13 c conveyed while being held in the “horizontal movement area” of the conveying belt 101 passes through the position facing the second discharge nozzle 109 , and then moves between the conveying belt 101 and the pressure roller 106 . It enters the pressure nip, which is the contact portion, and is pressed in the thickness direction. After passing through the pressure nip, the carbon fiber sheet 13c is separated from the conveying belt 101 and the pressure roller 106, and then wound around the rotor core 11 and the permanent magnet 12 that rotate clockwise in the drawing. At this time, the carbon fibers are wound so as to extend in the circumferential direction of the rotor core 11 .

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 device 100, the driving speed of the driving roller 102 and the driving of the rotor core 11 are adjusted so that the linear speed of the permanent magnet 12 on the outer peripheral surface of the rotor core 11 that is rotationally driven and the linear speed of the conveying belt 101 are equal. speed is adjusted.

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 carbon fiber sheet 13c is cut at a position where it is wound around the rotor core 11 by a predetermined number of turns in the sheet longitudinal direction. The carbon fiber sheet 13c wound around the rotor core 11 is pressed by the leveling roller 107 to remove wrinkles.

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 belt 101 that has passed through the pressure nip, which is the contact portion with the pressure roller 106 . The transport belt 101 is cleaned in the "cleaning area" to remove the thermoplastic resin. In the “cleaning area”, the cleaning liquid discharged from the cleaning ejection nozzles 112 is sucked by the cleaning vacuum nozzles 113 through the conveyor belt 101 in the thickness direction of the conveyor belt 101, thereby passing through the conveyor belt 101 in the thickness direction. to wash out the thermoplastic resin.

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 rotor core 11 while the carbon fiber sheet 13c is being wound. The carbon fiber sheet 13c immediately before being wound around the rotor core 11 has a plurality of magnetic regions 13e and non-magnetic regions 13f that are alternately arranged along the longitudinal direction of the sheet. The magnetic region 13e is impregnated with the ferromagnetic resin 201 described above. The nonmagnetic region 13f is impregnated with the nonmagnetic resin 202 described above. Both the ferromagnetic region 13e and the non-magnetic region 13f are carbon fiber reinforced resin prepregs containing thermosetting resin before curing.

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 carbon fiber sheet 13c is wound around the rotor core 11 over a plurality of turns. As a result, a plurality of carbon fiber sheets 13 c are laminated on the rotor core 11 along the radial direction of the rotor core 11 . On the outer peripheral surface of the rotor core 11 , the first layer of the carbon fiber sheet 13 c brings the ferromagnetic region 13 e into close contact with the region facing the permanent magnet 12 . In the first layer, the non-magnetic region 13f is radially opposed to the region between the permanent magnets 12 in the entire circumferential region of the rotor core 11 . In the second and subsequent layers of the carbon fiber sheet 13c, the ferromagnetic region 13e is brought into close contact with the ferromagnetic region 13e of the layer one layer below, and the non-magnetic region 13f is brought into close contact with the non-magnetic region 13f of the layer one below. Let Hereinafter, in the laminated structure of the carbon fiber sheet 13c being wound, among the upper and lower layers adjacent to each other in the sheet thickness direction, the upper layer is referred to as the "adjacent upper layer" and the lower layer is referred to as the "adjacent lower layer".

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 carbon fiber sheet 13c is wound around the rotor core 11 in a plurality of layers, the outer diameter of the wound body made of the carbon fiber sheet 13c gradually increases. Even with such an increase in outer diameter, most of the ferromagnetic region 13e of the "adjacent upper layer" of the carbon fiber sheet 13c in the circumferential direction does not adhere to the non-magnetic region 13f of the "adjacent lower layer". It adheres only to the ferromagnetic region 13e of the "adjacent lower layer". In addition, most of the circumferential direction of the non-magnetic region 13f of the "adjacent upper layer" of the carbon fiber sheet 13c does not adhere to the ferromagnetic region 13e of the "adjacent lower layer", but only the non-magnetic region 13f of the "adjacent lower layer". In close contact. That is, in the laminated structure of the carbon fiber sheets 13c, most of the ferromagnetic region 13e of the "adjacent upper layer" in the circumferential direction is in close contact only with the ferromagnetic region 13e of the "adjacent lower layer", and the non-magnetic region of the "adjacent upper layer" Most of the circumferential portion of 13f adheres only to the non-magnetic region 13f of the "adjacent lower layer". The winding device 100 adjusts the length of each ferromagnetic region 13e and the length of each non-magnetic region 13f in the sheet length direction so as to achieve the above-described close contact relationship. This adjustment consists of the ejection timing and ejection time of the ferromagnetic resin (201 in FIG. 6) from the first ejection nozzle (108 in FIG. 6) and the ejection time of the non-magnetic resin (109 in FIG. 6) from the second ejection nozzle (109 in FIG. 6-202) by adjusting the combination of ejection timing and ejection time. Only when the ferromagnetic resin is being discharged from the first discharge nozzle, suction is performed by the first vacuum nozzle (110 in FIG. 6), and the non-magnetic resin is discharged from the second discharge nozzle. Suction by the second vacuum nozzle (111 in FIG. 6) takes place only when 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 rotor core 11, on which the carbon fiber sheet 13c containing thermosetting resin is wound a predetermined number of turns, is removed from the winding device 100, set in a heater, and heated at a predetermined temperature for a predetermined period of time. Due to this heating, the carbon fiber sheet 13c wound around the rotor core 11 is sintered and hardened into a hard covering member (13 in FIG. 2).

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 magnetic portion 13a and the non-magnetic portion 13b of the cover member 13 are hatched differently for the sake of convenience in order to clearly distinguish them from each other. , it is difficult to distinguish between the magnetic portion 13a and the non-magnetic portion 13b by appearance. As a method for determining whether or not a portion of the covering member 13 in the circumferential direction that faces the permanent magnet 12 along the radial direction (hereinafter referred to as a “magnet-facing portion”) is the magnetic portion 13a, A method using fluorescent X-ray analysis is mentioned. Specifically, the elemental composition of the "magnet-facing portion" of the cover member 13 is analyzed by fluorescent X-ray analysis, and if at least one of iron, cobalt, and nickel is detected, the "magnet-facing portion" is detected. can be determined to be the magnetic portion 13a. Another method is a method using atomic absorption spectrometry. In this method, the "magnet-facing portion" of the cover member 13 is pulverized into powder and used as the specimen. Then, the elemental composition in the solution obtained by dissolving the sample is analyzed by atomic absorption spectrometry, and if at least one of iron, cobalt, and nickel is detected, the "magnet facing portion" is the magnetic portion 13a. It is possible to determine that

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 cover member 13, a portion radially facing a region of the rotor core 11 that does not hold the permanent magnets 12 (hereinafter referred to as a "core-facing portion") is a non-magnetic portion 13b. To determine whether or not, the following should be done. That is, the elemental composition of the "core-facing portion" of the cover member 13 is analyzed by fluorescent X-ray analysis, and if none of iron, cobalt, and nickel are detected (including the case where only a very small amount is detected), the "core-facing portion" is detected. It is possible to determine that the "portion" is the non-magnetic portion 13b. In addition, the “core-facing portion” of the cover member 13 was pulverized into powder as a sample, and the elemental composition of the solution in which the sample was dissolved was analyzed by atomic absorption spectrometry, and based on the presence or absence of iron, cobalt, and nickel , and the “core facing portion” may be determined whether or not it is the non-magnetic portion 13b.

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 motor 1 according to the embodiment. Note that the configuration of the motor 1 according to the example is the same as that of the embodiment unless otherwise specified.

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 rotor core 11 of the motor 1 according to the first embodiment. Comparing the rotor cores 11 of the embodiment and the first example, they have the same shape, but different structures. Specifically, the rotor core 11 according to the embodiment is formed by laminating a plurality of metal plates obtained by punching through an insulating adhesive, whereas the rotor core 11 according to the first embodiment , is formed by molding a magnetic resin material. The magnetic resin material is obtained by dispersing particles whose base is ferromagnetic metal particles (particles made of iron, cobalt, nickel, or alloys thereof) in a resin material. In the first embodiment, iron particles are used as the ferromagnetic metal particles serving as the matrix of the particles dispersed in the resin material.

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 view showing particles 90 dispersed in the resin of the magnetic resin material. FIG. 10 is a cross-sectional view showing a part of the cross-section of FIG. 9 further enlarged. In FIG. 9, the hatching of the coating 92, which will be described later, is omitted for easy viewing.

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。 Particle 90 includes a base body 91 made of iron particles and an insulating coating 92 . The particle size of the matrix 91 has a distribution of 10 [μm] to 100 [μm], and the median value is 40 [μm]. The outer shape of the base 91 is polygonal. On the surface of the base body 91, a plurality of plate-like protrusions 91a with a height of 2.0 [μm] to 3.0 [μ] are formed. The flat-plate-like protrusions 91a are formed by chemical etching.

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-like projections 91a are formed on the chemically etched surface of the matrix.

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 protrusions 91a on their surfaces.

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SiCl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(FeSi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 matrix 91, the iron powder is washed sufficiently with pure water or the like, and then the iron powder and SiCl 4 are reacted at a high temperature to give the surface of the matrix 91 an insulating property. A coating 92 (Fe 3 Si film) is formed to obtain powder composed of a collection of particles 90 . In FIG. 10, the thickness of the insulating film 92 is 0.1 [μm] to 5.0 [μm].

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 particles 90, the powder is mixed with a resin added with a silane coupling agent, and the mixture is molded in a metal mold to obtain the rotor core 11. FIG.

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 rotor 10 according to the first embodiment, the particles 90 dispersed in the magnetic resin material forming the rotor core 11 are not in direct contact with the matrix 91 (iron particles), but the insulating coating 92 is interposed. Due to this intervention, it is possible to suppress a decrease in rotational efficiency of the rotor 10 due to eddy current loss.

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 rotor core 11, the particles 90 having a plurality of flat plate-like projections 91a on their surfaces increase the contact surface with the resin and bite into the resin to produce an anchor effect. Cracks are less likely to occur at the interface with the particles 90 . Therefore, although the rotor core 11 is made of resin, the rotor core 11 can exhibit durability to function properly as a rotor core of the motor 1 (or generator). Moreover, according to the motor 1 , the strength of the rotor 10 can be increased by covering the rotor core 11 with the cover member 13 . Further, according to the motor 1 according to the first embodiment, it is possible to manufacture the rotor core 11 in one simple process of molding with a mold. Therefore, according to the motor 1, the productivity of the rotor 10 can be improved compared to the rotor core 11 according to the embodiment obtained by laminating a plurality of metal pieces obtained by punching with an insulating adhesive. Furthermore, according to the motor 1 according to the first embodiment, compared to the motor 1 according to the embodiment, it is possible to reduce the weight of the rotor 10 and improve the responsiveness of rotation start and rotation stop.

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 particles 90 are dispersed is a resin that has a functional group substituted on its main chain and that can directly form a covalent bond with a functional group containing an oxygen atom (O). and resins containing maleic anhydride can be exemplified. As for the silane coupling agent described above, one having a functional group corresponding to the type of resin is used. For example, when a bisphenol A type epoxy resin is selected as the resin, a silane coupling agent having an epoxy group as a functional group is used. In addition, the above-mentioned functional group is provided to the terminal of the side chain. For the purpose of impregnating the resin between the protrusions 91a, the viscosity of the resin is desirably 1500 [mPa·s] or less.

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 particles 90 having a plurality of flat plate-shaped projections 91a on the surface are less likely to crack at the interface between the particles 90 and the resin, and have improved strength, compared to particles that do not have the projections 91a. In order to confirm that it can be obtained, the experiment described below was performed.

1.5〔%〕水酸化ナトリウム(NaOH)溶液100〔ml〕と、9.8〔%〕硫酸(HSO)溶液100〔ml〕と、3〔%〕硝酸(HNO)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 particles 90 were dispersed dispersed the particles not chemically etched. It has been confirmed that the strength of the rotor 10 can be increased compared to the magnetic resin material.

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 motor 1 according to the first embodiment. The configuration of the motor 1 according to the second embodiment is the same as that of the first embodiment, unless otherwise specified.

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、SiCl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 particles 90 dispersed in the magnetic resin material that constitutes the rotor core 11 of the motor 1 according to the second embodiment. Regions between adjacent protrusions 91a on the surface of the matrix 91 of the particle 90 are not covered with the insulating film 92, and the surface of the matrix 91 is exposed. In the chemical etching process, as shown in the figure, only the tips of the projections 91a are covered with the film 92, and the surface of the base body 91 is exposed in the region between the projections 91a. It is possible to obtain particles 90 that allow That is, the gas phase reaction method is used to appropriately adjust the reaction time and temperature conditions between SiCl 4 and iron powder.

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(FeSi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 base body 91 is exposed in the region between the convex parts 91a adjacent to each other, since the tips of the convex parts 91a are covered with the film 92, the base body 91 is not covered with the particles 90. There is no direct contact, and eddy current loss is suppressed. Since the resin material has better adhesion to the base body 91 than the insulating film 92 (Fe 3 Si film), the occurrence of cracks at the interface between the particles 90 and the resin is better suppressed, and the strength of the rotor 10 is increased. can be higher.

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 motor 1 according to the first embodiment. The configuration of the motor 1 according to the third embodiment is the same as that of the first embodiment, unless otherwise specified.

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 rotor 10 of the motor 1 according to the third embodiment in a direction perpendicular to the rotation axis A direction. In this rotor 10, the cross-sectional shape of each of the eight through-holes 11a in the direction orthogonal to the rotation axis A and the cross-sectional shape of each of the eight permanent magnets 12 in the direction orthogonal to the rotation axis A both correspond to the rotation axis. It has an arc shape centered on A.

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 permanent magnets 12 to be brought closer to the outer edge of the rotor core 11 than the configuration having the non-circular through-holes 11a and the permanent magnets 12. , the rotational performance of the rotor 10 can be further improved. The distance between the portion of the through-hole 11a closest to the outer edge of the rotor core 11 and the outer edge of the rotor core 11 is the same as the rotor 10 according to the first embodiment (FIG. 2) and the rotor 10 according to the third embodiment (FIG. 14). ) is the same as Therefore, although the rotor 10 of the motor 1 according to the third embodiment has the permanent magnets 12 closer to the outer edge of the rotor core 11 than in the configuration shown in FIG. The strength of the rotor 10 can be increased to the same level as

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 motor 1 according to the third embodiment to the motor 1 according to the first embodiment, the configuration of the motor 1 according to the third embodiment may be added to the motor 1 according to the embodiment. is also possible.

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 motor 1 as a rotating machine has been described, the present invention can also be applied to a generator (dynamo) as a rotating machine.

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., magnetic portions 13a) and non-magnetic portions (e.g., non-magnetic portions 13b) arranged alternately in a direction are provided, and each of the plurality of magnetic portions is aligned with the rotor core in a radial direction about the rotation axis. each of the plurality of magnetic portions is individually opposed to each of the plurality of magnetic portions via a wall, and each of the plurality of non-magnetic portions is located between the magnets adjacent to each other in the entire region of the rotor core in the circumferential direction; along the radial direction.

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 carbon fiber sheet 13c impregnated with a thermosetting resin and baked), and the magnetic portion of the cover member covers the entire length of the carbon fiber reinforced resin sheet. Among them, a magnetic region (for example, a ferromagnetic region 13e) comprising carbon fibers, a thermosetting resin impregnated in the carbon fibers, and ferromagnetic powder particles dispersed in the thermosetting resin is arranged in the radial direction The non-magnetic portion of the cover member is formed by stacking carbon fibers, a thermosetting resin impregnated in the carbon fibers, and the thermosetting resin in the entire longitudinal direction of the carbon fiber reinforced resin sheet. The rotor comprises non-magnetic regions (for example, non-magnetic regions 13f) including non-magnetic powder particles dispersed in a resin, which are laminated in the radial direction.

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, protrusions 91a) on the surface, and the protrusions are covered with an insulating coating (eg, coating 92).

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 rotor 10 can be increased as compared with the case of using particles that do not have a plurality of flat plate-like projections on the surface as the particles dispersed in the resin material.

〔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: Rotor core 11b: Shaft hole 12: Permanent Magnet (magnet) 13: Cover member 13a: Magnetic part 13b: Non-magnetic part 13c: Carbon fiber sheet 13d: Carbon fiber 13e: Magnetic region 13f: Non-magnetic region 14: Resin coating 15; Carbon fiber roll 16: Bobbin 90: Particles 91: Base 91a: Projection 201: Ferromagnetic resin 202: Non-magnetic resin

Claims (5)

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。
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.
前記ロータコアが、強磁性金属粒子を母体とする粒子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 .
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、
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 .
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、
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 .
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、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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