JP2020092563A - 筒部材、回転電機のロータ、及び回転電機 - Google Patents
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Abstract
Description
上記筒部材は、樹脂を含侵させた繊維を予めシート状に形成し、当該シートを芯金に巻き付けることで形成されるものである。
上記筒部材において、前記筒部材の最内層に位置する前記周方向層を最内周方向層、前記最内周方向層が前記第2方向の外側に変形することで形成され、前記最内周方向層とともに前記軸方向層を挟み込む前記周方向層を次最内周方向層、前記筒部材の最外層に位置する前記周方向層を最外周方向層、前記最外周方向層とともに前記軸方向層を挟み込む前記周方向層を次最外周方向層とすると、前記最内周方向層が前記第2方向の外側に向けて変形する境界部分を第1境界部、前記次最内周方向層が前記軸方向層を前記最内周方向層とともに挟み込むべく前記第2方向の外側に向けて変形する境界部分を第2境界部とすると、前記最外周方向層と前記次最外周方向層との間に挟まれている前記軸方向層の前記第3方向における端部は、前記第2方向において前記第1境界部に一致するように配置され、前記最外周方向層の前記第3方向における端部は、前記第2方向において前記第2境界部と一致するように配置されているとよい。
図2に示すように、筒部材16は、強化繊維としての複数の第1繊維16dと、強化繊維としての複数の第2繊維16eと、第1繊維16d及び第2繊維16eを覆う樹脂16fとにより構成されている。第1繊維16dは、筒部材16の軸線mに沿った方向である第1方向Aに延びている。第1方向Aとは、具体的には筒部材16の軸方向を示している。第2繊維16eは、筒部材16の軸線mを中心する筒部材16の外縁に沿った方向である第3方向Cに延びている。筒部材16が円筒状をなしているため、第3方向Cは具体的には筒部材16の周方向のことである。筒部材16は、複数の第1繊維16d及び複数の第2繊維16eが樹脂16f(マトリックス樹脂)中に複合化されることにより形成されている。なお、樹脂16fは、熱硬化性樹脂で構成され、第1繊維16d及び第2繊維16eは、同じ炭素繊維で構成されている。
図4及び図5に示すように、筒部材16は、軸方向層30をなすシート状の第1プリプレグ61と周方向層40をなすシート状の第2プリプレグ62とを円柱状の巻回部材であるマンドレル60により巻回することにより構成される。第1プリプレグ及び第2プリプレグは、それぞれ第1繊維16d及び第2繊維16eを樹脂16fで覆うことにより構成されている。なお、各プリプレグ61,62を構成する樹脂16fは、熱硬化していない状態であるため、柔軟性を有している。
図5に示すように、所定範囲R1は、第2プリプレグ62がマンドレル60を直接的に1回巻回できるとともに、第2プリプレグ62がマンドレル60を1回巻回した状態で更に0.5回巻回できる程度の範囲である。すなわち、図3に示されている周方向層40が筒部材16の最内層をなし、且つ最内周方向層41と中間層42とが互いに重なり合うことで第1重なり部51を形成できる程度の範囲に設定されている。また、所定範囲R2は、マンドレル60に対して第1プリプレグ61が巻回し終わった状態で第2プリプレグ62がマンドレル60を1.5回巻回できる程度の範囲である。すなわち、図3に示されている周方向層40が筒部材16の最外層をなし、且つ最外周方向層43と中間層42とが互い重なり合うことで第2重なり部52を形成できる程度の範囲に設定されている。所定範囲R3は、第1プリプレグ61が第2プリプレグ62に挟まれた状態でマンドレル60を1.5回巻回できる程度の範囲に設定されている。
(1)本実施形態では、筒部材16の周方向層40に用いられている第2繊維16eは、筒部材16の最内層から最外層に向けて常に連続するように設けられている。そのため、筒部材16を構成する周方向層40において第2繊維16eの切れ目がない状態となる。よって、筒部材16の強度を維持することができる。また、筒部材16の最内層及び筒部材の最外層をなす周方向層40の第2繊維16eは、筒部材16の第3方向Cに沿って連続しているため、樹脂16fに割れが生じ難くなる。したがって、筒部材16の割れを抑制できる。したがって、強度を維持しつつ割れを抑制できる。
(3)筒部材16の周方向層40及び軸方向層30が第3方向Cに沿って常に連続していることに起因して、中間層42が最内周方向層41に乗り上がる部分、及び中間層42が軸方向層30に乗り上がる部分に対応する筒部材16の外周部分が筒部材16の第2方向Bの外側に向かって突出することで筒部材16の対称性が低下してしまう。
〇 回転軸として第1軸部材18及び第2軸部材19が採用されていたが、これに限らない。例えば、永久磁石17を貫通する1本の回転軸を採用してもよい。この場合においても筒部材16は、ロータ15の回転によって遠心力を受ける永久磁石17の変形を抑制するために使用される。
〇 また、第1重なり部51及び第2重なり部52が形成されない筒部材16を採用してもよい。例えば、筒部材16の第2方向Bにおいて第1端部P1と第2端部P2とを一致させた状態、もしく第1端部P1を第2端部P2の近傍に設けるように変更してもよい。この場合であっても第2方向Bにおいて軸方向層30の端部31を第1境界部B1に、最外周方向層43の端部44を第2境界部B2に一致するように構成すれば、筒部材16の対称性を向上させることができる。また、筒部材16の第2方向Bにおいて最外周方向層43の端部44を軸方向層30の端部31に一致させるようにしてもよい。すなわち、筒部材16の最内層及び最外層を周方向層40により構成できればどのように変更してもよい。
Claims (5)
- 軸方向層と周方向層とが積層されることで構成される筒部材であって、
前記軸方向層及び前記周方向層は、強化繊維と、前記強化繊維を覆う樹脂とにより構成され、
前記筒部材の軸線に沿った方向を第1方向、前記軸線に直交する方向であり、且つ前記軸方向層と前記周方向層とが積層されている方向を第2方向、及び前記軸線を中心とする前記筒部材の外縁に沿った方向を第3方向とすると、
前記軸方向層を構成する前記強化繊維は、前記第1方向に沿って配向されており、
前記周方向層を構成する前記強化繊維は、前記第3方向に沿って配向されており、
前記周方向層は、前記筒部材の最内層及び前記筒部材の最外層をなすとともに前記最外層と前記最内層とが常に連続するように前記第3方向に沿って巻回された状態で構成され、
前記軸方向層は、前記第3方向に沿って常に連続した状態で前記周方向層に挟み込まれるように配置されていることを特徴とする筒部材。 - 前記筒部材の最内層に位置する前記周方向層を最内周方向層、前記最内周方向層が前記第2方向の外側に変形することで形成され、前記最内周方向層とともに前記軸方向層を挟み込む前記周方向層を次最内周方向層、前記筒部材の最外層に位置する前記周方向層を最外周方向層、前記最外周方向層とともに前記軸方向層を挟み込む前記周方向層を次最外周方向層とすると、
前記第2方向において、前記最内周方向層の外面と前記次最内周方向層の内面とが互いに重なり合う第1重なり部が形成され、
前記第2方向において、前記最外周方向層の内面と前記次最外周方向層の外面とが互いに重なり合う第2重なり部が形成されていることを特徴とする請求項1に記載の筒部材。 - 前記筒部材の最内層に位置する前記周方向層を最内周方向層、前記最内周方向層が前記第2方向の外側に変形することで形成され、前記最内周方向層とともに前記軸方向層を挟み込む前記周方向層を次最内周方向層、前記筒部材の最外層に位置する前記周方向層を最外周方向層、前記最外周方向層とともに前記軸方向層を挟み込む前記周方向層を次最外周方向層とすると、
前記最内周方向層が前記第2方向の外側に向けて変形する境界部分を第1境界部、前記次最内周方向層が前記軸方向層を前記最内周方向層とともに挟み込むべく前記第2方向の外側に向けて変形する境界部分を第2境界部とすると、
前記最外周方向層と前記次最外周方向層との間に挟まれている前記軸方向層の前記第3方向における端部は、前記第2方向において前記第1境界部に一致するように配置され、
前記最外周方向層の前記第3方向における端部は、前記第2方向において前記第2境界部と一致するように配置されていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の筒部材。 - 請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の筒部材を備える回転電機のロータであって、
前記筒部材の内周面に固定された磁性体と、
前記筒部材及び前記磁性体と一体回転可能な回転軸と、を備えることを特徴とする回転電機のロータ。 - ステータと、
請求項4に記載の回転電機のロータと、を備えることを特徴とする回転電機。
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