JP7499016B2 - ロータの製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、ロータの製造方法に関するものである。
従来、環状のステータと、ステータの内側に設けられ、ステータに対して回転可能な環状のロータと、ロータの内側に設けられるプロペラ部材とを備えた推力発生装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。ステータの内周側には、コイルが設けられ、ロータの外周側には、永久磁石が設けられている。
特開２０１１－５９２６号公報
ところで、回転するロータには、径方向の外側に向かって遠心力が作用する。ロータの外周側に設けられる永久磁石等の回転子側磁石は、一般的に、接着剤を用いてロータに接合されたり、または、回転子側磁石に係止部を形成してロータに係止したりすることで、ロータと一体になっている。しかしながら、回転子側磁石は比重が重く、また、ロータが高速回転することで、回転子側磁石には、大きな遠心力が作用する。回転子側磁石に対して大きな遠心力が作用する場合、接着剤または係止部では、ロータと回転子側磁石との接合部分において十分な耐荷重を得ることが難しいことから、設計が困難となる。
そこで、本発明は、遠心力が作用しても、十分な耐荷重を得ることができるロータの製造方法を提供することを課題とする。
本発明のロータの製造方法は、回転軸を中心とする円環形状の回転支持リングと、径方向において前記回転支持リングに並んで設けられる磁性体と、前記回転支持リングと前記磁性体とを一体に拘束する複合材と、を含むロータを製造するロータの製造方法であって、前記回転支持リングと前記磁性体とを径方向に並べて配置する第１のステップと、径方向に並んだ前記回転支持リング及び前記磁性体を芯として、前記回転支持リング及び前記磁性体に、未硬化の樹脂が含浸された強化繊維を含む前記複合材であって、前記強化繊維の繊維方向が長手方向となる未硬化の前記複合材をらせん状に巻き付ける第２のステップと、前記複合材に含まれる前記樹脂を硬化させる第３のステップと、を備える。
本発明によれば、遠心力が作用しても、十分な耐荷重を得ることができるロータを製造することができる。
図１は、実施形態１に係るモータ一体型ファンに関する断面図である。 図２は、実施形態１に係るファンブレードの斜視図である。 図３は、実施形態１に係るファンブレードの一部を示す部分斜視図である。 図４は、実施形態１に係るロータの製造方法に関する説明図である。 図５は、実施形態１に係る複合材の巻き方を示す説明図である。 図６は、実施形態２に係る複合材の巻き方を示す説明図である。 図７は、実施形態３に係る複合材の巻き方を示す説明図である。 図８は、実施形態４に係る複合材の巻き方を示す説明図である。 図９は、実施形態５に係る複合材の巻き方を示す説明図である。 図１０は、実施形態６に係る複合材の巻き方を示す説明図である。
以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能であり、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせることも可能である。
［実施形態１］
実施形態１に係るロータの製造方法は、モータ一体型流体機械に設けられるファンブレードロータ４１（ロータ）を製造する方法となっている。モータ一体型流体機械は、軸流の流体機械となっている。モータ一体型流体機械は、吸込口から空気を取り込み、吹出口から空気を吹き出すことで、推進力を発生させるモータ一体型ファン１（以下、単にファン１ともいう）である。なお、実施形態１では、モータ一体型流体機械として、モータ一体型ファン１に適用して説明するが、この構成に特に限定されない。モータ一体型流体機械は、例えば、吸込口から水または海水等の液体を取り込み、吹出口から液体を噴射することで、推進力を発生させるプロペラ等のモータ一体型推進器として適用してもよい。先ずは、ロータの製造方法を説明する前に、モータ一体型ファン１について説明する。
（モータ一体型ファン）
モータ一体型ファン１は、例えば、ヘリコプタまたはドローン等の垂直離着陸機に設けられている。垂直離着陸機に設けられるモータ一体型ファン１は、機体を浮上させるための推進力を発生させたり、機体の姿勢を制御するための推進力を発生させたりする。なお、モータ一体型ファン１は、例えば、ホバークラフト等の空気クッション車両に適用してもよい。さらに、モータ一体型推進器として適用する場合には、船舶に適用してもよい。
図１から図３を参照して、モータ一体型ファン１について説明する。図１は、実施形態１に係るモータ一体型ファンに関する断面図である。図２は、実施形態１に係るファンブレードの斜視図である。図３は、実施形態１に係るファンブレードの一部を示す部分斜視図である。
モータ一体型ファン１は、ダクト型プロペラ、または、ダクテッドファンと呼ばれるものである。このモータ一体型ファン１は、例えば、軸方向を鉛直方向とする水平状態で使用され、鉛直方向の上方側から空気を取り込み、鉛直方向の下方側へ空気を吹き出している。なお、モータ一体型ファン１は、軸方向を水平方向とする鉛直状態で使用されてもよい。
モータ一体型ファン１は、回転軸Ｉの軸方向における長さが、回転軸Ｉの径方向における長さよりも短い扁平のファンとなっている。モータ一体型ファン１は、１つのモータが一体に設けられたファンであり、軸部１１と、回転部１２と、外周部１３と、モータ１４と、転がり軸受１５と、整流板１６と、を備えている。
軸部１１は、回転軸Ｉの中心に設けられ、支持系（固定側）となっている。回転軸Ｉは、軸方向が図１の上下方向となっており、鉛直方向に沿った方向となっている。このため、空気の流れ方向は、回転軸Ｉの軸方向に沿った方向となっており、図１の上方側から下方側に向かって空気が流れる。軸部１１は、回転軸Ｉの軸方向において、その上流側に設けられる部位となる軸側嵌合部２５と、軸側嵌合部２５の下流側に設けられる部位となる軸本体２６とを有している。
軸側嵌合部２５は、後述する回転部１２のハブ３１が嵌め合わされる。軸側嵌合部２５は、円筒形状となっており、軸本体２６の上流側の端面から軸方向に突出して設けられている。軸側嵌合部２５は、回転軸Ｉの中心側に円柱形状の空間が形成されている。この空間には、回転部１２のハブ３１の一部が挿入される。また、軸側嵌合部２５の外周側は、回転部１２のハブ３１の一部によって取り囲まれている。
軸本体２６は、軸方向の上流側から下流側に向かって先細りとなる略円錐形状となっている。このため、軸本体２６は、その外周面が、軸方向の上流側から下流側に向かうにつれて、径方向の外側から内側に向かう面となっている。軸本体２６の内部には、機器を設置可能な内部空間が形成されている。機器としては、例えば、制御装置、カメラ等である。また、軸本体２６の外周面には、後述する整流板１６の径方向内側の端部が接続されている。
図１及び図２に示すように、回転部１２は、軸部１１を中心に回転する回転系（回転側）となっている。回転部１２は、回転軸Ｉの軸方向において、軸部１１に対して、空気が流入する流入側に設けられている。回転部１２は、ハブ３１と、複数のブレード３２と、回転支持リング３３と、を有している。
ハブ３１は、軸部１１の軸方向の上流側に設けられ、軸側嵌合部２５に回転自在に嵌め合わされる。ハブ３１は、軸方向の上流側に設けられる部位となるハブ本体３５と、ハブ本体３５の下流側に設けられる部位となるハブ側嵌合部３６とを有している。ハブ本体３５は、上流側の端面が所定の曲率半径となる半球面に形成されている。ハブ側嵌合部３６は、軸側嵌合部２５と相補的な形状となっている。ハブ側嵌合部３６は、回転軸の中心に設けられる中心軸３６ａと、中心軸３６ａの外周側に設けられる円筒形状の円筒部３６ｂとを含んでいる。中心軸３６ａは、軸側嵌合部２５の回転軸の中心の空間に挿入される。円筒部３６ｂは、ハブ本体３５の下流側の端面から軸方向に突出して設けられている。円筒部３６ｂは、軸側嵌合部２５の外周を取り囲むように配置される。このとき、軸側嵌合部２５の内周面とハブ３１の中心軸３６ａの外周面との間には、転がり軸受１５が設けられる。
そして、ハブ本体３５の端面から、円筒部３６ｂの外周面を経て、軸本体２６の外周面に至る面は、段差のない滑らかな面となっている。
複数のブレード３２は、ハブ３１から径方向の外側へ向かって延在して設けられると共に、周方向に所定の間隔を空けて並べて設けられる。各ブレード３２は、翼形状となっている。複数のブレード３２は、複合材を用いて構成されている。なお、本実施形態において、複数のブレード３２は、複合材を用いて構成したが、特に限定されず、例えば、金属材料を用いて構成してもよい。
回転支持リング３３は、回転軸Ｉを中心とする円環形状に形成されている。回転支持リング３３は、回転軸Ｉの径方向において、複数のブレード３２の外周側に接続される。回転支持リング３３の内周面には、各ブレード３２の径方向外側の端部が、結合金具４２を介して固定されている。また、回転支持リング３３の外周面には、後述するモータ１４の永久磁石４５が保持されている。
上記の回転部１２は、ハブ３１と、複数のブレード３２と、回転支持リング３３とが一体に結合されており、ハブ３１を中心に回転する。また、詳細は後述するが、この回転部１２には、モータ１４の永久磁石４５が一体に保持されることで、図２に示す、回転部１２と永久磁石４５とが一体となったファンブレードロータ４１として形成される。
外周部１３は、軸部１１の径方向外側に設けられ、支持系（固定側）となっている。外周部１３は、円環形状に形成され、回転部１２の回転によって推力を生じさせるダクトとなっている。外周部１３（以下、ダクト１３という）は、回転軸Ｉの軸方向において、上流側の開口が吸込口３８となっており、下流側の開口が吹出口３９となっている。また、ダクト１３は、回転部１２が回転することによって、吸込口３８から空気を吸い込み、吸い込んだ空気を吹出口３９から吹き出すことで、推力を発生させる形状となっている。具体的に、ダクト１３は、回転部１２の下流側の内周面が、吸込口３８側から吹出口３９側に向かって広がる面となっている。
ダクト１３は、その内部に、回転部１２の回転支持リング３３と、モータ１４の永久磁石４５と、後述するモータ１４のコイル４６とを収容する環状の内部空間が形成されている。ダクト１３は、その内部において、回転部１２に保持される永久磁石４５と対向する位置においてコイル４６を保持しており、永久磁石４５とコイル４６とは、径方向において対向している。つまり、ダクト１３は、ステータとして機能している。
モータ１４は、ダクト１３側から回転部１２へ向けて動力を与えることにより、回転部１２を回転させる外周駆動のモータとなっている。モータ１４は、回転部１２側に設けられる回転子側磁石と、ダクト１３側に設けられる固定子側磁石とを有している。実施形態１において、回転子側磁石は、永久磁石４５となっており、固定子側磁石は、電磁石となるコイル４６となっている。
永久磁石４５は、回転支持リング３３の外周面に保持されて設けられ、周方向に円環状に配置されている。また、永久磁石４５は、周方向において所定の間隔ごとに正極及び負極が交互となるように構成されている。なお、永久磁石４５は、ハルバッハ配列としてもよい。永久磁石４５は、回転軸Ｉの径方向においてコイル４６と対向する位置に設けられる。なお、永久磁石４５は、円環状のものに限定されない。永久磁石４５は、周方向に沿って、所定の間隔を空けて複数配置されていてもよい。すなわち、永久磁石４５は、離散的に配置してもよい。この場合、周方向に並ぶ永久磁石４５の間に非磁化材料を配置してもよい。永久磁石４５を離散的に配置することにより、永久磁石４５を任意の個数で配置することができる。
コイル４６は、ダクト１３の内部に保持されて設けられ、永久磁石４５の各極に対向して複数設けられると共に、周方向に並べて設けられる。コイル４６は、回転軸Ｉの軸方向において回転部１２に保持される永久磁石４５と対向する位置に設けられる。つまり、永久磁石４５及びコイル４６は、回転軸Ｉの軸方向に対向させて配置したアキシャル配置となっている。
転がり軸受１５は、軸部１１の軸側嵌合部２５の内周面と、回転部１２のハブ３１における中心軸３６ａの外周面との間に設けられている。転がり軸受１５は、軸部１１に対する回転部１２の回転を許容しつつ、軸部１１と回転部１２とを連結している。転がり軸受１５は、例えば、ボールベアリング等である。
整流板１６は、軸部１１とダクト１３とを連結して設けられている。整流板１６は、回転軸Ｉの軸方向において、回転部１２の下流側に設けられている。つまり、整流板１６は、軸方向において、ダクト１３の下流側部位４３の位置に設けられている。整流板１６は、回転軸Ｉの周方向に複数並べて設けられている。また、整流板１６は、翼形状等の流線形状となっており、回転部１２から流れ込む空気を整流し、推力を発生させている。なお、整流板１６の形状は、翼形状に限定されず、平板形状であってもよい。
このようなモータ一体型ファン１は、モータ１４により、ダクト１３側から回転部１２に磁界による動力を与えることで、回転部１２が回転する。モータ一体型ファン１は、回転部１２が回転すると、吸込口３８から空気を吸い込むと共に、吹出口３９へ向けて空気を吹き出す。回転部１２から吹き出された空気は、ダクト１３の内周面に沿って流れることで、推力を発生させる。このとき、整流板１６により空気の流れが整流されて、整流板１６においても推力を発生させる。
（ファンブレードロータ）
次に、図２及び図３を参照して、回転部１２と永久磁石４５とが一体となったファンブレードロータ４１について説明する。ファンブレードロータ４１は、回転部１２と、永久磁石４５と、拘束部５１とを備えている。
拘束部５１は、例えば、複合材（以下、複合材５１という）が用いられており、回転部１２の回転支持リング３３及び永久磁石４５の外側から、回転支持リング３３及び永久磁石４５に巻き付けられる。複合材５１としては、炭素繊維に含浸した樹脂を硬化させたものであり、例えばプリプレグを硬化させたものとなっている。また、複合材５１としては、細い幅となるシート状のものとなっている。この複合材５１は、永久磁石４５の軸方向における厚さに比して細いものとなっている。
図３に示すように、硬化前の複合材５１は、周方向を延在する回転支持リング３３及び永久磁石４５を芯として、これらの周囲にらせん状に巻き付けられ一体硬化させられることで、回転支持リング３３と永久磁石４５とを一体に拘束している。また、回転支持リング３３の内周側には、ブレード３２の径方向外側の端部を結合する結合金具４２が設けられ、複合材５１は、回転支持リング３３及び永久磁石４５と共に、結合金具４２を一体に拘束している。また、複合材５１は、回転支持リング３３の全周に亘って巻き付けられている。
次に、図４を参照して、ファンブレードロータ４１を製造する方法について説明する。先ず、ファンブレードロータ４１の一部を構成する回転支持リング３３、永久磁石４５、結合金具４２を用意する（ステップＳ１）。ステップＳ１では、永久磁石４５として、磁化される前の（非磁化の）永久磁石４５、つまり磁性体を用意する。また、ステップＳ１では、回転支持リング３３と永久磁石４５とを所定の位置に位置決めすべく、接着剤を用いて仮固定している。具体的に、回転支持リング３３は、回転軸Ｉの軸方向（図５の紙面の前後方向）における幅が、永久磁石４５の軸方向における幅に比して幅広となっており、ステップＳ１では、軸方向において、回転支持リング３３の中央に永久磁石４５が配置されるように、回転支持リング３３と永久磁石４５とを接着剤により仮固定する。仮固定された永久磁石４５は、回転支持リング３３の外周側に位置決めされる。
続いて、径方向に並んだ回転支持リング３３及び永久磁石４５を芯として、回転支持リング３３及び永久磁石４５に複合材５１をらせん状に巻き付けるステップ（第２のステップ）を行う。具体的には、ステップＳ２からステップＳ４を行うことで、複合材５１により、回転支持リング３３、永久磁石４５及び結合金具４２を一体とする。
ステップＳ２では、結合金具４２が配置される前の部位において、回転支持リング３３及び永久磁石４５に複合材５１を巻き付ける。具体的に、ステップＳ２では、結合金具４２のブレード３２端部と係合する部位と周方向の位置が重なる、回転支持リング３３及び永久磁石４５の部位については、後述のステップＳ４で回転支持リング３３、永久磁石４５及び結合金具４２が一体となるように複合材５１を巻き付けることが難しくなるため、回転支持リング３３と永久磁石４５とが一体となるように、予め複合材５１を巻き付ける。
続いて、ステップＳ３では、複合材５１を巻き付けた部位に、結合金具４２を配置する。ステップＳ３では、回転支持リング３３と結合金具４２とを所定の位置に位置決めすべく、接着剤を用いて仮固定してもよい。
そして、ステップＳ４では、回転支持リング３３、永久磁石４５及び結合金具４２が一体となるように、複合材５１を巻き付ける。ステップＳ４では、ステップＳ２において複合材５１を巻き付けた部位以外の部位に、複合材５１を巻き付ける。このため、ステップＳ２及びステップＳ４を行うことで、複合材５１は、不連続となるものの、回転支持リング３３の全周に亘って巻き付けられることになる。なお、実施形態１において、結合金具４２は、ブレード３２端部と係合する部位を有することから、不連続な状態で複合材５１を回転支持リング３３及び永久磁石４５に巻き付けたが、巻き付けを阻害する部位がなければ、複合材５１を連続した状態で、回転支持リング３３の全周に亘って巻き付けてもよい。この場合、例えば、先に、回転支持リング３３及び永久磁石４５を、全周に亘って複合材５１を巻き付けることで一体とする。この後、永久磁石４５と一体化した回転支持リング３３に対して、結合金具４２を重ね合わせ、複合材５１を巻き付けることで、回転支持リング３３、永久磁石４５及び結合金具４２を一体としてもよい。なお、複合材５１の具体的な巻き付け方については後述する。
ステップＳ４の実行後、複合材５１に含まれる樹脂を硬化させるステップ（第３のステップ）を行う。ここで、複合材５１に含まれる樹脂は、例えば、熱硬化性樹脂となっており、このステップでは、複合材５１が巻き付けられた回転支持リング３３、永久磁石４５及び結合金具４２を加熱することで、樹脂を硬化させている。樹脂を硬化させた後の複合材５１は、回転支持リング３３、永久磁石４５及び結合金具４２が一体となるように拘束する。
複合材の硬化後、非磁化となる永久磁石４５に対して、着磁装置５５を用いた着磁を行うことで、永久磁石４５を磁化させる（第４のステップ：ステップＳ５）。ステップＳ５の実行後、結合金具４２を用いてハブ３１及びブレード３２を取り付けることで、ファンブレードロータ４１とし、ファンブレードロータ４１を製造する一連のステップを終了する。
次に、図５を参照して、複合材５１の巻き付け方について説明する。図５は、回転支持リング３３及び永久磁石４５を簡略化して図示したものとなっている。ステップＳ２及びステップＳ４において複合材５１を巻き付ける場合、複合材５１は、回転支持リング３３の周方向（図５の左右方向）に重複させて巻き付けられている。つまり、周方向に向かってらせん状に巻き付けられる複合材５１は、周方向に隣接する一方の複合材５１の一部と、他方の複合材５１の一部とが重ね合わされる。
具体的に、図５に示す複合材５１の巻き方は、複合材５１の長手方向に直交する幅方向において、１／２幅分を重複させながら巻き付ける。この場合、複合材５１の長手方向が繊維方向となることから高剛性方向となる。また、図５に示すように、永久磁石４５には遠心力が加わるため、径方向が荷重負荷方向となる。そして、複合材５１を周方向において１／２幅分を重複させながら巻き付けることで、高剛性方向を荷重負荷方向に近づけることが可能となる。また、複合材５１を周方向において１／２幅分を重複させながら巻き付けることで、複合材５１により形成される層を２層とすることができる。
また、図５に示す複合材５１の巻き方では、回転支持リング３３の周方向の一方側へ向かって複合材５１を、繰り返し巻き付けることで、複合材５１を回転支持リング３３の径方向に積層してもよい。なお、図５では、複合材５１を周方向において１／２幅分を重複させながら巻き付けたが、この構成に特に限定されない。複合材５１を周方向において重複させるのであれば、何れの幅であってもよい。
以上のように、実施形態１によれば、複合材５１により回転支持リング３３及び永久磁石４５を一体に拘束することができる。このため、回転支持リング３３の外周側に永久磁石４５を配置する場合であっても、遠心力に耐え得るファンブレードロータ４１を製造することができる。
また、実施形態１によれば、ステップＳ１において非磁化となる永久磁石４５を用い、ステップＳ５において永久磁石４５を磁化させて磁石にすることができる。このため、複合材５１の熱硬化時において、加熱温度が磁性を喪失する温度であったとしても、複合材５１の硬化後に永久磁石４５を磁化させることができる。よって、複合材５１の加熱による永久磁石４５の磁性への影響を抑制することができる。
また、実施形態１によれば、回転支持リング３３及び永久磁石４５に、結合金具４２を配置した後に複合材５１を巻き付ける場合、結合金具４２を配置した部位に対して複合材５１を巻き付けることが困難であっても、予め複合材５１を回転支持リング３３及び永久磁石４５に適切に巻き付けておくことができる。
また、実施形態１によれば、回転支持リング３３の全周に亘って、複合材５１を巻き付けることができるため、回転支持リング３３の全周において遠心力に耐え得る構成とすることができる。
また、実施形態１によれば、回転支持リング３３の周方向に複合材５１を重複させながら、回転支持リング３３及び永久磁石４５に複合材５１を巻き付けることができる。このため、複合材５１の高剛性方向を、永久磁石４５の荷重負荷方向に近づけることができるため、遠心力に対して強固なファンブレードロータ４１を製造することができる。
［実施形態２］
次に、図６を参照して、実施形態２に係るファンブレードロータ４１を製造する方法について説明する。なお、実施形態２では、重複した記載を避けるべく、実施形態１と異なる部分について説明し、実施形態１と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。図６は、実施形態２に係る複合材の巻き方を示す説明図である。
実施形態２の製造方法では、複合材５１の巻き付け方が、実施形態１と異なるものとなっている。図６は、図５と同様に、回転支持リング３３及び永久磁石４５を簡略化して図示したものとなっている。図６に示すように、ステップＳ２及びステップＳ４において複合材５１を巻き付ける場合、複合材５１は、図５と同様に、回転支持リング３３の周方向（図６の左右方向）に重複させて巻き付けられている。一方で、複合材５１は、回転支持リング３３の周方向の一方側に向かって巻き付けられる複合材５１ａと、回転支持リング３３の周方向の他方側に向かって巻き付けられる複合材５１ｂとを含んでいる。複合材５１ａは、回転支持リング３３及び永久磁石４５を芯として、らせん状に巻き付けたときのらせん方向が正回転方向となるように巻き付けられる。一方で、複合材５１ｂは、回転支持リング３３及び永久磁石４５を芯として、らせん状に巻き付けたときのらせん方向が複合材５１ａと逆となる逆回転方向となるように巻き付けられる。
このように、図６に示す複合材５１の巻き付け方では、回転支持リング３３及び永久磁石４５に対して、複合材５１ａを回転支持リング３３の周方向の一方側に向かって正回転方向に巻き付ける。この後、回転支持リング３３及び永久磁石４５に対して、複合材５１ａを回転支持リング３３の周方向の他方側に向かって逆回転方向に巻き付ける。これにより、複合材５１を、少なくとも２層となるように回転支持リング３３及び永久磁石４５に巻き付けることができる。
以上のように、実施形態２によれば、回転支持リング３３及び永久磁石４５に対して、複合材５１ａを正回転方向に巻き付け、複合材５１ｂを逆回転方向に巻き付けることで、複合材５１ａの繊維方向と複合材５１ｂの繊維方向とを交差させることができる。このため、複合材５１ａの高剛性方向における周方向の成分と、複合材５１ｂの高剛性方向における周方向の成分とを相殺することができる。よって、複合材５１の高剛性方向を荷重負荷方向に適切に作用させることができ、遠心力に対してより強固なファンブレードロータ４１を製造することができる。
なお、実施形態２では、複合材５１ａのらせん方向を正回転方向とし、複合材５１ｂのらせん方向を逆回転方向としたが、下記する変形例としてもよい。複合材５１は、回転支持リング３３の周方向の一方側に向かって巻き付けられた後、周方向の任意の位置において、周方向の他方側に向かって巻き付けられる。つまり、複合材５１は、周方向の任意の位置を切り替え位置として、周方向の一方側への巻き付けから、周方向の逆側（他方側）への巻き付けに切り替えられる。このとき、複合材５１は、回転支持リング３３及び永久磁石４５を芯として、らせん状に巻き付けたときのらせん方向が、切替前後において一方向（正回転方向または逆回転方向）となるように、つまり、らせん方向を変化させずに巻き付けられる。
［実施形態３］
次に、図７を参照して、実施形態３に係るファンブレードロータ４１を製造する方法について説明する。なお、実施形態３でも、重複した記載を避けるべく、実施形態１及び２と異なる部分について説明し、実施形態１及び２と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。図７は、実施形態３に係る複合材の巻き方を示す説明図である。
実施形態３の製造方法では、複合材５１の巻き付け方が、実施形態１と異なるものとなっている。図７は、図５と同様に、回転支持リング３３及び永久磁石４５を簡略化して図示したものとなっている。図７に示すように、ステップＳ２及びステップＳ４において複合材５１を巻き付ける場合、回転支持リング３３の周方向に複合材５１を隣接させながら、回転支持リング３３及び永久磁石４５に複合材５１を巻き付ける。つまり、周方向に向かってらせん状に巻き付けられる複合材５１は、周方向に隣接する一方の複合材５１と、他方の複合材５１とが隙間なく接触している。
図７に示す複合材５１の巻き方は、実施形態１の図５に示すように周方向へ複合材５１を重複させることによるオーバラップ量（重複幅）の管理が不要となり、また、後述する図９に示すように周方向における複合材５１同士の隙間の管理も不要となる。
また、図７に示す複合材５１の巻き方では、回転支持リング３３の周方向の一方側へ向かって複合材５１を、繰り返し巻き付けることで、複合材５１を回転支持リング３３の径方向に積層してもよい。
以上のように、実施形態３によれば、回転支持リング３３の周方向に複合材５１を隣接させながら、回転支持リング３３及び永久磁石４５に複合材５１を巻き付けることで、オーバラップ量及び隙間の管理が不要となることから、製造性を容易なものとすることができる。
［実施形態４］
次に、図８を参照して、実施形態４に係るファンブレードロータ４１を製造する方法について説明する。なお、実施形態４でも、重複した記載を避けるべく、実施形態１から３と異なる部分について説明し、実施形態１から３と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。図８は、実施形態４に係る複合材の巻き方を示す説明図である。
実施形態４の製造方法では、複合材５１の巻き付け方が、実施形態３と異なるものとなっている。図８は、図７と同様に、回転支持リング３３及び永久磁石４５を簡略化して図示したものとなっている。図８に示すように、ステップＳ２及びステップＳ４において複合材５１を巻き付ける場合、複合材５１は、図７と同様に、回転支持リング３３の周方向（図８の左右方向）に隙間なく接触して巻き付けられている。一方で、複合材５１は、実施形態２の図６と同様に、回転支持リング３３の周方向の一方側に向かって巻き付けられる複合材５１ａと、回転支持リング３３の周方向の他方側に向かって巻き付けられる複合材５１ｂとを含んでいる。複合材５１ａは、回転支持リング３３及び永久磁石４５を芯として、正回転方向となるようにらせん状に巻き付けられる。一方で、複合材５１ｂは、回転支持リング３３及び永久磁石４５を芯として、逆回転方向となるようにらせん状に巻き付けられる。
以上のように、実施形態４によれば、実施形態２と同様に、回転支持リング３３及び永久磁石４５に対して、複合材５１ａを正回転方向に巻き付け、複合材５１ｂを逆回転方向に巻き付けることで、複合材５１ａの繊維方向と複合材５１ｂの繊維方向とを交差させることができる。このため、複合材５１ａの高剛性方向における周方向の成分と、複合材５１ｂの高剛性方向における周方向の成分とを相殺することができる。よって、複合材５１の高剛性方向を荷重負荷方向に適切に作用させることができ、遠心力に対してより強固なファンブレードロータ４１を製造することができる。
［実施形態５］
次に、図９を参照して、実施形態５に係るファンブレードロータ４１を製造する方法について説明する。なお、実施形態５でも、重複した記載を避けるべく、実施形態１から４と異なる部分について説明し、実施形態１から４と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。図９は、実施形態５に係る複合材の巻き方を示す説明図である。
実施形態５の製造方法では、複合材５１の巻き付け方が、実施形態１と異なるものとなっている。図９は、図５と同様に、回転支持リング３３及び永久磁石４５を簡略化して図示したものとなっている。図９に示すように、ステップＳ２及びステップＳ４において複合材５１を巻き付ける場合、回転支持リング３３の周方向において隣接する複合材５１同士の間に隙間を空けながら、回転支持リング３３及び永久磁石４５に複合材５１を巻き付ける。つまり、周方向に向かってらせん状に巻き付けられる複合材５１は、周方向に隣接する一方の複合材５１と、他方の複合材５１との間に隙間を形成している。隙間を形成することで、永久磁石４５の一部を露出させることができるため、永久磁石４５の熱を好適に放熱させることにより、冷却性の向上を図ることが可能となる。回転支持リング３３の周方向における隙間の長さは、例えば、複合材５１の幅方向における長さと同様となっている。
また、図９に示す複合材５１の巻き方では、回転支持リング３３の周方向の一方側へ向かって複合材５１を、繰り返し巻き付けることで、複合材５１を回転支持リング３３の径方向に積層してもよい。なお、隙間が形成されることによる強度低下を抑制するために、複合材５１により形成される層厚を、実施形態１から４よりも厚くすることが好ましい。
以上のように、実施形態５によれば、周方向において複合材５１同士の間に隙間を形成することができるため、永久磁石４５の冷却性の向上を図ることが可能となる。
［実施形態６］
次に、図１０を参照して、実施形態６に係るファンブレードロータ４１を製造する方法について説明する。なお、実施形態６でも、重複した記載を避けるべく、実施形態１から５と異なる部分について説明し、実施形態１から５と同様の構成である部分については、同じ符号を付して説明する。図１０は、実施形態６に係る複合材の巻き方を示す説明図である。
実施形態６の製造方法では、複合材５１の巻き付け方が、実施形態５と異なるものとなっている。図１０は、図９と同様に、回転支持リング３３及び永久磁石４５を簡略化して図示したものとなっている。図１０に示すように、ステップＳ２及びステップＳ４において複合材５１を巻き付ける場合、複合材５１は、図９と同様に、回転支持リング３３の周方向（図１０の左右方向）において隣接する複合材５１同士の間に隙間を空けながら、回転支持リング３３及び永久磁石４５に巻き付けられている。一方で、複合材５１は、実施形態２の図６と同様に、回転支持リング３３の周方向の一方側に向かって巻き付けられる複合材５１ａと、回転支持リング３３の周方向の他方側に向かって巻き付けられる複合材５１ｂとを含んでいる。複合材５１ａは、回転支持リング３３及び永久磁石４５を芯として、正回転方向となるようにらせん状に巻き付けられる。一方で、複合材５１ｂは、回転支持リング３３及び永久磁石４５を芯として、逆回転方向となるようにらせん状に巻き付けられる。
以上のように、実施形態６によれば、実施形態２と同様に、回転支持リング３３及び永久磁石４５に対して、複合材５１ａを正回転方向に巻き付け、複合材５１ｂを逆回転方向に巻き付けることで、複合材５１ａの繊維方向と複合材５１ｂの繊維方向とを交差させることができる。このため、複合材５１ａの高剛性方向における周方向の成分と、複合材５１ｂの高剛性方向における周方向の成分とを相殺することができる。よって、複合材５１の高剛性方向を荷重負荷方向に適切に作用させることができ、遠心力に対してより強固なファンブレードロータ４１を製造することができる。
なお、実施形態１から６では、複合材５１として、細い幅となるシート状のものを用いたが、繊維束であってもよく、特に限定されない。
また、実施形態１から６では、ステップＳ１において非磁化となる永久磁石４５を用いて、ステップＳ５において永久磁石４５を磁化して磁石としたが、この構成に特に限定されない。例えば、ステップＳ１において磁化された永久磁石４５を用いて、ステップＳ５を省いた構成としてもよい。この場合、樹脂の硬化時において、永久磁石４５が加熱による磁化の影響を受けないような温度としたり、あるいは、熱によらない樹脂の硬化を行ったりすることが好ましい。例えば、実施形態１から６では、熱硬化性の樹脂を用いたが、光硬化樹脂、または熱可塑性の樹脂を用いてもよい。
また、実施形態１から６では、回転支持リング３３の外周側に永久磁石４５を配置する構成としたが、回転支持リング３３の内周側に永久磁石４５を配置する構成であってもよい。
１ モータ一体型ファン
１１ 軸部
１２ 回転部
１３ ダクト
１４ モータ
１５ 転がり軸受
１６ 整流板
３１ ハブ
３２ ブレード
３３ 回転支持リング
３８ 吸込口
３９ 吹出口
４１ ファンブレードロータ
４２ 結合金具
４５ 永久磁石
４６ コイル
５１ 複合材
５５ 着磁装置

Claims (8)

  1. 回転軸を中心とする円環形状の回転支持リングと、径方向において前記回転支持リングに並んで設けられる磁性体と、前記回転支持リングと前記磁性体とを一体に拘束する複合材と、を含むロータを製造するロータの製造方法であって、
    前記回転支持リングと前記磁性体とを径方向に並べて配置する第１のステップと、
    径方向に並んだ前記回転支持リング及び前記磁性体を芯として、前記回転支持リング及び前記磁性体に、未硬化の樹脂が含浸された強化繊維を含む前記複合材であって、前記強化繊維の繊維方向が長手方向となる未硬化の前記複合材をらせん状に巻き付ける第２のステップと、
    前記複合材に含まれる前記樹脂を硬化させる第３のステップと、を備え、
    前記複合材は、前記長手方向に直交する方向に幅を有するシート状のものであり、
    前記ロータは、ブレードを取り付けるための結合金具をさらに含み、
    前記第２のステップでは、前記結合金具が配置される前の部位において、前記回転支持リング及び前記磁性体に前記複合材を巻き付けた後、前記結合金具を配置して、前記回転支持リング、前記磁性体及び前記結合金具に前記複合材を巻き付けるロータの製造方法。
  2. 前記第１のステップにおける前記磁性体は、非磁化のものとなっており、
    前記樹脂は、加熱することで硬化するものとなっており、
    前記第３のステップでは、前記樹脂を加熱することで硬化させ、
    前記第３のステップの後、前記磁性体を磁化させて磁石にする第４のステップを、さらに備える請求項１に記載のロータの製造方法。
  3. 前記第２のステップでは、前記回転支持リングの全周に亘って、前記複合材を巻き付ける請求項１または２に記載のロータの製造方法。
  4. 前記第２のステップでは、前記回転支持リングの周方向に前記複合材を重複させながら、前記回転支持リング及び前記磁性体に前記複合材を巻き付ける請求項１から３のいずれか１項に記載のロータの製造方法。
  5. 前記第２のステップでは、前記回転支持リングの周方向に前記複合材を隣接させながら、前記回転支持リング及び前記磁性体に前記複合材を巻き付ける請求項１から３のいずれか１項に記載のロータの製造方法。
  6. 前記第２のステップでは、前記回転支持リングの周方向において隣接する前記複合材同士の間に隙間を空けながら、前記回転支持リング及び前記磁性体に前記複合材を巻き付ける請求項１から３のいずれか１項に記載のロータの製造方法。
  7. 前記第２のステップでは、前記複合材を少なくとも２層となるように前記回転支持リング及び前記磁性体に巻き付けており、一方の層となる前記複合材を正回転方向に巻き付ける一方で、他方の層となる前記複合材を逆回転方向に巻き付ける請求項１から６のいずれか１項に記載のロータの製造方法。
  8. 前記第２のステップでは、一方の層となる前記複合材を、前記回転支持リングの周方向の一方側に向かって巻き付ける一方で、他方の層となる前記複合材を、前記回転支持リングの周方向の他方側に向かって巻き付ける請求項７に記載のロータの製造方法。
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