JPH07502400A - ロータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ロ　−　タ 本発明はロータに関し、詳細にいえば、高速度で使用されるロータに関するが、 これに限定されるものではない。

とくに電気モータ／発電機などの多くの用途で使用される高速ロータが提案され ている。これらはロータに関連づけられたステータの電気コイルに電気エネルギ ーが供給されるのか、あるいはこれから抽出されるのかに応じて、モータまたは 発電機として作動する。このような構成は、たとえば、フランス国特許第２６１ ４３６７号において、エネルギー蓄積及び変換手段として提案されている。

モータ／発電機用の従来技術のロータは、高速用に理想的なものではない構成を 有している。

本発明によれば、磁性の充填材が組み込まれた繊維強化プラスチツク材料からな り、繊維強化プラスチツク材料がロータの多層シリンダ状部分として配列されて おり、磁性の充填材が層の間に配置されていることを特徴とするロータが提供さ れる。

前記のシリンダ状部分は中空な管状部分であフても良い。該部分を非複合層、た とえば耐摩耗性層内に封入してもよい。

本発明のロータによれば、ロータと近傍にあるステータの間の効率のよい電磁相 互作用を、ロータ本体の長さに沿って維持するのに有利であり、ロータを高速で 用いた場合に、回転質量内のバランスの崩れた領域を回避できる。

本発明によるロータの前記部分がファイバの巻線の第１の層と、これに重畳され 、間に螺旋状の空間を規定しているファイバの巻線の少なくとも１層の中間層と 、該空間内の磁性充填材と、中間層の周囲に重畳されたファイバの巻線の外層と を備えているのが好ましい。

前記部分を基板に重畳することもできる。

前記のプラスチック材料は繊維強化複合材に用いられている１種類または複数種 類の周知のマトリックス材からなるものでよい。たとえば、該材料は１種類また は複数種類のエポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、フリーデル・クラフト樹脂、ポ リイミド、ポリアミド、ポリエーテルスルフォン及びポリエーテルケトン（ＰＥ ＥＲ）から選択した熱硬化性または常温硬化性または熱可塑性高分子材料で、任 意選択で周知の硬化剤、充填材などと組み合わされたものでよい。ファイバはト ウの集合体として巻き付けることができる。ファイバは複合体内で螺旋状に及び ／またはたが状に巻き付けることができる。

本発明はロータを製造する方法も提供するものであり、該方法は、 り　樹脂含浸ファイバからなる最初の層をマンドリル上に巻き付け、 ｂ）　樹脂含浸ファイバからなる少なくとも１層の中間層を最初の層に巻き付け て、中間層のファイバの間に空間を規定するようにし、 Ｃ）　磁性充填材と樹脂マトリックス材からなる混合物を該空間内に配置し、 ｄ）　樹脂含浸ファイバからなる外層を中間層の周りに巻き付け、ｅ）　ゲル化 工程前及びゲル化工程中に樹脂を液状にしたまま、磁性充填材を必要な方向に整 合させるために磁界を印加し、「）　樹脂を硬化し、 Ｉ）　磁性材を磁化する ステップを含んでいる。

樹脂は熱硬化性樹脂でよく、硬化は適切な硬化温度まで加熱することによって行 われる。冷却をステップｆ）の後で、ステップｇ）の前に行ってもかまわない。

ファイバが炭素繊維からなっているが、グラフ・ファイバ、ケブラ（ポリアラミ ド）プラスチック、またはアルミニウム・テープ、ホウ素、ナイロン、ポリオレ フィン、またはこれらの混合物、またはその他の適切な周知のファイバからなる ものであってもよい。

前記の磁性充填材として用いられる磁性材料は、粒子、球状体、ウィスカ、ファ イバなどからなるものでよい。該材料が粉状体であることが望ましい。磁性材料 は鉄、ニッケル、コバルト、またはこれらの１種類または複数種類を含有する合 金からなっている。フェライト、たとえばバリウム・フェライトであってもよい 。あるいはまた、該材料がコバルト−サマリウムまたはネオジム−ホウ素などの 希土類元素からなる周知の硬質磁性材料（すなわち、消磁しにくい材料）からな ることが好ましい。磁性材料は複合体内でファイバのトウの間に適宜組み込むこ とができる。

本発明が本発明の方法によって作られた部分を含んでいるロータ、ならびにロー タを組み込んだ電気モータまたは発電機またはモーター発電機複合体も含むもの であることが理解されよ回転構成要素用の磁性体をａんでいる繊維強化複合材は 、英国特許第１３７０６５５号及び米国特許第４５０８５６７号などの従来技術 で周知であるが、これらの従来技術の装置はさまざまな本質的に低速な用途のも のである。高速電気モータ／発電機用の本発明の新規のロータの構造及び製造は このような従来技術の装置とはまったく異なっている。本発明のロータは電気モ ータ／発電機に正確な位置制御、高い電気効率、及び超高速能力をもたらすこと ができる。本明細書に記載する新規な態様でロータに複合材を使用することによ って、高速に耐えることのできるきオ〕めで強い構造を得ることができる。

本発明の実施例を単なる例と１２て、添付図面を参照して詳細に説明する。

第１図は、ステータ周囲のロータの側面図である。

第２図は、ロータの第１図のｒＸＪ領域内の部分の拡大図である。

第３図は、第１図及び第２図のロータ及びステータの用途を示す略図である。

第４図は、第１図及び第２図のロータ及びステータの改変形の適用例の図である 。

第１図を参照すると、シリンダ状ステータ１１の周囲に、積層構造であり、支持 部１４．１５に配置するための端部スピゴット１２．１３を有する中空シリンダ 状ロータ１０を備えた電気モータ８が示されている。ロータ１０端部の端部リン グ１６．１７はロータ１０をステータ１１内に係留保持する。ステータ１１の中 央止まり穴１８は多数（７個が示されている）の放射状孔１９と連通しており、 該放射状孔はロータ１０とステータ１１の間の狭いエア・ベアリング空間２０（ 第１図には示されていない）に通じている。電気コイル２１（１個だけが示され ている）がステータ１１内に配設され、ロータ１０を駆動する電界をもたらして いる。支持部１５の孔２２は中央孔１８と連通し、エア・ベアリング空間２０へ の空気の給送路をもたらす。

第２図に詳細に示すように、ロータ１０は内部シェル３０、及び内部シェル３０ に重畳された外部シェル３１を備えている。

各々がエポキシ樹脂マトリックス内の炭素繊維のトウ３８．３９からなっている ２枚の中間層３６．３７が層３２の周りに同一の螺旋角で、ただし、１８０°の 角度で位相をずらして円周方向に巻き付けられている。トウ３８．３９の間の空 間４０．４１のそれぞれには、エポキシ樹脂マトリックス内に保持された磁性材 料粉を含んだ複合材が充填されている。エポキシ樹脂マトリックス内の炭素繊維 のトウ４８からなる外層４５が、中間層３７に密着して円周方向に巻き付けられ ている。最後の耐摩耗性層（たとえば、クロムの）５０が外層４６に重畳されて いる。

モータ８の使用時に、空気が孔２２．１８及び１９からエア・ベアリング空間２ ｏへ給送され、ロータ１ｏを支持する。

コイル２１が付勢され、結果として生じる電界がロータ１ｏを回転させる。ロー タが軽量であるため、きわめて高い回転速度、すなわち２［１，００Ｏｒ　ｐ　 ｍ超（たとえば、１００．００Ｏｒ　ｐ　ｍ　）　ｂ＜達成できるが、ロータ１ ０はこれよりも低い速度においても使用することができる。

第３図に示すような印刷分野におけるモータ８の適用例の１つにおいて、モータ ８（図示せず）はアイドラ・ローラ５５にに対向し、これに隣接して配置され、 これらの間に、紙５７がアイドラ・ベアリング６２に支持されているロール６ｏ から給送される。モータ８によって、紙５７の張力を制御することが可能となる 。

発電機としての本発明のロータの適用例の１つを第４図に示す。第４図において 、図示の発電機６５はロータ６６を有しており、このロータはほとんどの点で第 １図及び第２図のロータ１０と同様であり、直立内部ステータ６８の周囲に配置 されている。内部ステータ６８はほとんどの点で第１図のステータ１１と同様で あるが、平坦な上端部７０を有しており、この端部から、ロータ６６の端部円板 ７２がエア・ベアリング空間７４によって変位されている。端部円板７２からの シャフト７６はガス・タービンなどの駆動装置（図示せず）との接続のために、 気密スラスト・ベアリング空間７７を貫通して延びている。ロータ６６周囲の外 部ステータ７８はこれらの間のガス・ベアリング空間８０を規定している。ロー タ６６周囲の外部ステータ７８が電気コイル８２を有しているのに対し、電気コ イル８４は内部ステータ６９内に配置されている。内部ステータ６８の下端は基 部８８内にあるスピゴット８６を規定している。

発電機６５の使用時に、シャフト７６の回転はロータ６６を駆動し、これによっ てコイル８２．８４内に電流を発生させる。

適切な磁性材料粉の例としては、コバルトーザマリウムがあるが、他の磁性材料 粉を使用することもできる。

他のファイバ、たとえば、グラス・ファイバをロータ１０．６６に使用できるこ とが理解されよう。また、ロータ１０．６６が１つだけのシェル、または３つ以 上のシェルからなるものであっても、あるいは中間層が１層だけであっても、ま たは３層以上であってもかまわないものであることも理解されよう。

ここで、ロータ１０を形成する方法の１つを説明する。

従来のファイバ巻き付は機を使用して、内部シェル３０の最初の層３２の、未硬 化のエポキシ樹脂が含浸された炭素繊維のトウ３４を回転マンドリルに巻き付け る。未硬化のエポキシ樹脂が含浸された炭素繊維のトウ３８．３９の中間層２６ ．３７が、互いに１８０°位相をずらして、内部層３２上に巻き付けられる。ト ウ３８．３９の間の空間４０．４１には、消磁された状態であり、未硬化のエポ キシ樹脂内にある磁性材料粉からなる複合材４４が充填される。未硬化のエポキ シ樹脂が含浸された炭素繊維のトウ４８の外層４６が中間層３７に巻き付けられ る。外部シェル３１は同様な態様で形成されるが、耐摩耗性層５０が異なってい るだけである。磁界を周知の態様で印加し、複合材４４内の磁性材料粉を整合さ せる。最後に、エポキシ樹脂を適切な加熱環境において硬化させる。外部シェル ３１をサイズに合わせて機械加工し、マンドリルから取り外し、Ａｚｌｄｉｌｃ 　（商標）などの適切な接着剤を使用して、端部リング１６．１７を取り付ける 。耐摩耗性層５ｏを次いで貼付する。

このように形成されたロータ１ｏは適切な電気コイルを使用して磁化され、複合 材４４内の磁性材料粉を永久磁化状態に変換する。

ロータ６６は同様な態様で作成されるが、縁部円板７２が適切な接着剤（たとえ ば、＾目ｌｄ山）を使用してロータ６６の内側に取り付けら゛れる点が異なって いる。

ガラス・ファイバ強化複合材あるいはセラミック材などの他の耐摩耗性層５ｏを 使用することもできる。

中空型のロータの代わりに、シェル３０，３１を基板（たとえば、アルミニウム ）に重畳し、複合ロータを形成することもできる。

国際調査報告 フロントページの続き （８１）指定回　ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、ＥＳ、ＰＲ，ＧＢ、ＧＲ，ＩＥ、ＩＴ、ＬＵ、ＭＣ，ＮＬ、　ＰＴ、ＳＥ ）、　ＡＵ、　ＢＧ、　ＢＲ，ＣＡ、　ＣＺ、　ＦＩ、　ＨＵ、ＪＰ、　ＫＰ、 　ＫＲ，Ｎｏ、　ＮＺ、ＰＬ、Ｒ○、　ＲＵ、　ＳＫ、　ＵＡ、　ＵＳ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．磁性充填材が組み込まれた繊維強化プラスチック材料からなり、繊維強化プ ラスチック材料がロータの多層シリンダ状部分として配列されており、磁性充填 材が層の間に配置されていることを特徴とするロータ。
2. ２．シリンダ状部分が中空な管状部分であることを特徴とする、請求項１に記載 のロータ。
3. ３．前記部分が耐摩耗性層内に封入されていることを特徴とする、請求項１また は２のいずれか一項に記載のロータ。
4. ４．前記部分がファイバの巻線の第１の層と、これに重畳され、間に螺旋状の空 間を規定しているファイバの巻線の少なくとも１層の中間層と、核空間内の磁性 充填材と、中間層の周囲に重畳されたファイバの巻線の外層とを備えていること を特徴する、請求項１から３のいずれか一項に記載のロータ。
5. ５．前記部分が基板に重畳されていることを特徴とする、請求項１から４のいず れか一項に記載のロータ。
6. ６．磁性充填材が粒子、球状体、ウィスカまたはファイバからなることを特徴と する、請求項１から５のいずれか一項に記載のロータ。
7. ７．磁性材料が希土類元素からなるいわゆる硬質磁性材料からなることを特徴と する、請求項６に記載のロータ。
8. ８．請求項１に記載のロータを製造する方法であって、ａ）樹脂含浸ファイバか らなる最初の層をマンドリル上に巻き付け、 ｂ）樹脂含浸ファイバからなる少なくとも１層の中間層を最初の層に巻き付けて 、中間層のファイバの間に空間を規定するようにし、 ｃ）磁性充填材と樹脂マトリックス材からなる混合物を該空間内に配置し、 ｄ）樹脂含浸ファイバからなる外層を中間層の周りに巻き付け、ｅ）ゲル化工程 前及びゲル化工程中に樹脂を液状にしたまま、磁性充填材を必要な方向に整合さ せるために磁界を印加し、ｆ）樹脂を硬化し、 ｇ）磁性材を磁化する ステップを含んでいることを特徴とするロータの製造方法。
9. ９．請求項８に記載の方法で製造されたロータ。