JP7347068B2

JP7347068B2 - ロータ、及び回転機

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Publication number: JP7347068B2
Application number: JP2019172717A
Authority: JP
Inventors: 智太田
Original assignee: Meidensha Corp
Current assignee: Meidensha Corp
Priority date: 2019-09-24
Filing date: 2019-09-24
Publication date: 2023-09-20
Anticipated expiration: 2039-09-24
Also published as: JP2021052458A

Description

本発明は、ロータ、及び回転機に関する。

従来、次のような表面磁石型（ＳＰＭ：ＳｕｒｆａｃｅＰｅｒｍａｎｅｎｔＭａｇｎｅｔ）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、ロータコアの外周面において周方向に間隔をあけて並ぶ態様でロータコアに保持される複数の磁石と、径方向の外側からロータコアを複数の磁石とともに覆う覆い部材とを備えるロータである。

例えば、特許文献１に記載のロータとしての回転子は、回転するロータコアたる回転子本体と、回転子本体の外周面において周方向に間隔をあけて並ぶ１４個の磁石と、径方向の外側から回転子本体を１４個の磁石とともに覆う覆い部材たるカバーとを備える。カバーは、非磁性材料（アルミ又は非磁性ステンレス）からなる円筒状の部材である。特許文献１によれば、かかる構成の回転子によれば、１４個の磁石をカバーで覆うことで、回転子本体からの磁石の剥がれを防止することができるとされる。

特開２００４－７２９６８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の回転子は、モータに搭載されると、径方向において磁石とステータとの間にカバーを介在させることから、カバーの厚みの分だけ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、磁石がステータから遠ざかったことにより、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。

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、ロータコアに保持される磁石と、ステータとの間にカバー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コアからの磁石の脱落を防止することができるロータ及び回転機である。

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、前記ロータコアの外周面において周方向に間隔をあけて並ぶ態様で前記ロータコア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複数の前記磁石とともに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、複数の前記磁石のそれぞれに前記径方向に沿って個別に対向し、複数の前記非磁性部のそれぞれが、前記ロータコアの外周面における周方向の全域のうち、前記磁石を保持しない領域に前記径方向に沿って個別に対向し、前記周方向において前記非磁性部を介して互いに隣り合う前記磁性部の対のうち、前記周方向の一端側に位置する前記磁性部の他端側の端部と、前記周方向の他端側に位置する前記磁性部の一端側の端部とによって形成される断面形状が、前記径方向の外側に向けて徐々に幅狭又は幅広になる形状である、ロータである。

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。

本発明によれば、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コアからの磁石の脱落を防止することができるという優れた効果がある。

実施形態に係るモータを示す分解斜視図である。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。図２の横断面の一部を拡大して示す拡大断面図である。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。外周面に８つの永久磁石を保持するロータコアに炭素繊維シートを巻く巻付け装置を示す概略構成図である。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。炭素繊維シートが巻かれている最中のロータコア及び永久磁石の横断面を示す断面図である。

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。

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、ＳＰＭ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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

８つの永久磁石１２のそれぞれは、ロータコア１１の外周面上において、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態様で、ロータコア１１の外周面に保持される。８つの永久磁石１２のそれぞれは、ロータコア１１の外周面に接着されている。

円筒状の覆い部材１３は、炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）からなり、ロータコア１１及び８つの永久磁石１２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、ロータコア１１からの永久磁石１２の剥がれを防止することができる。

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。

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。

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の外周面に保持される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の外周面における周方向の全域のうち、永久磁石１２を保持しない領域に径方向に沿って対向する。

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の外周面の周方向における永久磁石１２を保持しない領域と、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カバー（覆い部材）によってロータコア１１を覆う特許文献１に記載のモータに比べて、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、モータ１が高速回転しても、遠心力による永久磁石１２のロータコア１１からの脱落を覆い部材１３によって防止することができる。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。

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（ＪＩＳＲ７６０１（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。

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^２〕以上であり、好ましくは５０〔ｇ／ｍ^２〕以上であり、より好ましくは７０〔ｇ／ｍ^２〕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^２〕以下であってもよく、好ましくは２０００〔ｇ／ｍ^２〕以下、より好ましくは１０００〔ｇ／ｍ^２〕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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、外周面に８つの永久磁石１２を保持するロータコア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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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及び永久磁石１２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及び永久磁石１２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。

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」で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。

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及び永久磁石１２の横断面を示す断面図である。ロータコア１１及び永久磁石１２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。

炭素繊維シート１３ｃは、ロータコア１１及び永久磁石１２に対して複数周回に渡って巻き付けられる。これにより、ロータコア１１及び永久磁石１２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及び永久磁石１２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の外周面に密着させ、且つ非磁性領域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を保持しない領域に、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。

炭素繊維シート１３ｃが複数層に渡ってロータコア１１及び永久磁石１２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。

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き付けられたロータコア１１及び永久磁石１２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及び永久磁石１２に巻き付けられた炭素繊維シート１３ｃが焼き固められて、硬質の炭素繊維強化樹脂からなる覆い部材（図２の１３）になる。

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。

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。

図３において一点鎖線の円で囲まれる領域は、覆い部材１３の非磁性部１３ｂの断面を示すとともに、周方向において非磁性部１３ｂを介して互いに隣り合う磁性部１３ａの対におけるそれぞれの一部の断面を示す。一点鎖線の円で囲まれる領域においては、非磁性部１３ｂを介して互いに隣り合う磁性部１３ａの対のうち、周方向における一方側（例えば図中左側）の磁性部１３ａについては、他方側（例えば図中右側）の端部の断面（以下、「他方側断面」という）が示されている。また、周方向における他方側（例えば図中右側）の磁性部１３ａについては、一方側（例えば図中左側）の端部の断面（以下、「一方側断面」という）が示されている。非磁性部１３ｂを介して互いに隣り合う磁性部１３ａの対における「他方側断面」と「一方側断面」とによって形成される断面形状は、回転軸線（図２のＡ）を中心にした径方向の外側に向けて徐々に幅狭になる形状である。

モータ１によれば、非磁性部１３ｂを介して互いに隣り合う磁性部１３ａの対における「他方側断面」と「一方側断面」とによって形成される断面形状が前述のような形状であることで、磁束漏れの発生を抑えて、トルクリップルを低減することができる。具体的には、モータ１とは異なり、「他方側端面」と「一方側断面」とによって形成される断面形状が、径方向の位置にかかわらず同じ幅の形状であったとする。すると、周方向における磁性部１３ａと非磁性部１３ｂとの境界付近において、磁力が急激に変化することになり、磁性部１３ａにおける非磁性部１３ｂとの境界付近の部位から延びる磁束が、非磁性部１３ｂを通じてロータコア１１に回り込み易くなる。つまり、磁束漏れが起こりやすくなる。一方、「他方側断面」と「一方側断面」とによって形成される断面形状が径方向の外側に向けて徐々に幅狭になる形状であるモータ１では、磁性部１３ａと非磁性部１３ｂとの境界付近において、磁性部１３ａの磁力が非磁性部１３ｂに近づくにつれて徐々に弱くなる。かかる構成では、磁性部１３ａにおける非磁性部１３ｂとの境界部における磁力が弱いことから、非磁性部１３ｂとの境界付近において磁性部１３ａの磁束がロータコア１１に回り込み難くなる。つまり、磁束漏れが起こり難くなる。

「他方側断面」と「一方側断面」とによって形成される断面形状が径方向の外側に向けて徐々に幅狭になる形状である構成について説明したが、徐々に幅広になる構成にしてもよい。かかる構成によっても、徐々に幅狭になる構成と同様に、磁束漏れの発生を抑えることができる。

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。

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。

〔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、前記ロータコアの外周面において周方向に間隔をあけて並ぶ態様で前記ロータコア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複数の前記磁石とともに覆う覆い部材（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、複数の前記磁石のそれぞれに前記径方向に沿って個別に対向し、複数の前記非磁性部のそれぞれが、前記ロータコアの外周面における周方向の全域のうち、前記磁石を保持しない領域に前記径方向に沿って個別に対向する、ロータである。

かかる構成によれば、実施形態で説明したように、非磁性材料からなる覆い部材を備える従来構成に比べて、磁石と、ステータの内周面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ることができる。更には、第１態様によれば、ロータが高速回転しても、遠心力による磁石のロータコアからの脱落を覆い部材によって防止することができる。

〔第２態様〕
第２態様は、第１態様の構成を備え、前記覆い部材が、前記ロータコア、及び前記ロータコアに保持される複数の前記磁石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。

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。

〔第３態様〕
第３態様は、第２態様の構成を備え、前記炭素繊維強化樹脂シートの前記非磁性領域が、前記熱硬化樹脂中に分散した非磁性体粉末粒子を備える、ロータである。

かかる構成においては、非磁性部の構成要素である熱硬化性樹脂に非磁性体粉圧粒子を分散させることで、非磁性部の比重を、強磁性体粉末粒子を熱硬化性樹脂中に分散させた磁性部の比重と同程度まで高めることが可能である。第３態様によれば、非磁性部と磁性部とで比重を同程度にすることで、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。

〔第４態様〕
第４態様は、第１態様～第３態様の何れかの構成を備え、前記周方向において前記非磁性部を介して互いに隣り合う前記磁性部の対のうち、前記周方向の一端側に位置する前記磁性部の他端側の端部と、前記周方向の他端側に位置する前記磁性部の一端側の端部とによって形成される断面形状が、前記径方向の外側に向けて徐々に幅狭又は幅広になる形状である、ロータである。

かかる構成によれば、非磁性部と磁性部との境界付近における磁束漏れの発生を抑えて、トルクリップルを低減することができる。

〔第５態様〕
第５態様は、第１態様～第４態様の何れかの構成と、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）とを備える、ロータである。

かかる構成によれば、覆い部材の表面を樹脂被膜で被覆することで、覆い部材の外周面を露出させる構成に比べて、ロータの外周面の表面平滑性を向上させて、ロータの回転性を向上させることができる。

〔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。

かかる構成によれば、ロータコアを覆う覆い部材として非磁性材料からなるものを設けた従来構成に比べて、磁石と、ステータの内周面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ることができる。更には、第６態様によれば、ロータが高速回転しても、遠心力による磁石のロータコアからの剥がれを覆い部材によって防止することができる。

本発明は、モータ、発電機等の回転機に適用が可能である。

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、２０１：強磁性樹脂、２０２：非磁性樹脂

Claims

回転軸線を中心に回転するロータコアと、前記ロータコアの外周面において周方向に間隔をあけて並ぶ態様で前記ロータコア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複数の前記磁石とともに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、複数の前記磁石のそれぞれに前記径方向に沿って個別に対向し、
複数の前記非磁性部のそれぞれが、前記ロータコアの外周面における周方向の全域のうち、前記磁石を保持しない領域に前記径方向に沿って個別に対向し、
前記周方向において前記非磁性部を介して互いに隣り合う前記磁性部の対のうち、前記周方向の一端側に位置する前記磁性部の他端側の端部と、前記周方向の他端側に位置する前記磁性部の一端側の端部とによって形成される断面形状が、前記径方向の外側に向けて徐々に幅狭又は幅広になる形状である、
ロータ。
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る、
請求項１に記載のロータ。
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又は２に記載のロータである、回転機。