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JP3177250B2 - ロータ - Google Patents

ロータ

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JP3177250B2
JP3177250B2 JP50700794A JP50700794A JP3177250B2 JP 3177250 B2 JP3177250 B2 JP 3177250B2 JP 50700794 A JP50700794 A JP 50700794A JP 50700794 A JP50700794 A JP 50700794A JP 3177250 B2 JP3177250 B2 JP 3177250B2
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JP
Japan
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rotor
layer
fiber
magnetic
magnetic filler
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タラント，コリン・デイビツド
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ブリテイツシユ・ニユクリアー・フユールズ・ピー・エルー・シー
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Description

【発明の詳細な説明】 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2614367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
空な管状部分であっても良い。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
にそ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（PEEK）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、 ａ） 樹脂含浸ファイバからなる最初の層をマンドリル
状に巻き付け、 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。
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、ケプラ（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。該材料が紛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−発電機複合体も含むものであ
ることが理解されよう。
回転構成要素用の磁性体を含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
きわめて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して、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「Ｘ」両域内の部分の拡
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、18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3
0、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20へ給送され、ロータ10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10
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20,000rpm超（たとえば、100,000rp
m）が達成できるが、ロータ10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60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−サマリウ
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け機を使用して、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、Araldite
（商標）などの適切な接着剤を使用して、端部リング1
6、17を取付ける。耐摩耗性層50を次いで貼付する。こ
のように形成されたロータ10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、Araldite）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50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。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−117350（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−273841（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−86701（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−273841（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02K 15/02 H02K 1/02 H02K 1/27

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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、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ことを特徴とする、請求項１から
    ３のいずれか一項に記載のロータ。
  5. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項９】請求項８に記載の方法で製造されたロー
    タ。
JP50700794A 1992-09-07 1993-09-06 ロータ Expired - Lifetime JP3177250B2 (ja)

Applications Claiming Priority (5)

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GB929218928A GB9218928D0 (en) 1992-09-07 1992-09-07 A rotor
GB9313945.9 1993-07-06
GB939313945A GB9313945D0 (en) 1993-07-06 1993-07-06 A rotor
PCT/GB1993/001881 WO1994006193A1 (en) 1992-09-07 1993-09-06 A fibre reinforced rotor

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JPH07502400A JPH07502400A (ja) 1995-03-09
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AT (1) ATE139068T1 (ja)
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BR (1) BR9307015A (ja)
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