KR102218809B1 - 회전자, 회전 전기 및 회전자의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
회전자(1)는 샤프트(2)의 주위에, 둘레방향으로 등간격으로 분할되어 축방향으로 마련된 복수의 영구 자석(4)과, 영구 자석(4)의 축방향의 일단을 위치결정하고 보지하는 제 1 보호 링(6A)과, 영구 자석(4)의 축방향의 타단을 위치결정하고 보지하는 제 2 보호 링(6)과, 영구 자석(4)과, 제 1 보호 링(6A)과, 제 2 보호 링(6)의 외주면을 덮는 직경방향으로 균일한 두께를 갖는 보호 커버(8)를 구비한다.
Description
본원은 회전자에 영구 자석을 마련한 회전 전기의 회전자, 회전 전기 및 회전자의 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 공업 용도의 회전 전기에 대한 고효율화, 고출력화, 고속 회전으로의 필요성이 높아지고 있다. 이 회전 전기에는 "동기식"과 "유도식"의 2종류의 방식이 있지만, 공업 용도에는 동기식 회전 전기의 적용이 진행되고 있다. 이 동기식 회전 전기는 회전자의 계자에 영구 자석을 이용하기 때문에, 발열이 이론상 발생하지 않아, 고효율화, 고출력화의 면에서 유리하지만, 원심력에 의한 영구 자석의 박리에 대처할 필요가 있다.
이와 같은 영구 자석의 박리를 억제하는 구조의 영구 자석식 동기 전동기로서, 내주측에 위치하는 강제의 자성체 링과, 외주측에 위치하는 CFRP(탄소 섬유 강화 플라스틱: Carbon Fiber Reinforced Plastics) 층과, 이 자성체 링과 CFRP 층에 의해 샌드위치된 복수의 영구 자석을 포함하는 회전자 부재와, 회전축을 가지며, 상기 회전자 부재는 상기 회전축에 유압 끼움에 의해 끼워맞추어져 있으며, 고속 회전 중에서도 상기 자성체 링이 회전축에 대해서 체결력을 남기고 있는 것이 개시되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
그렇지만, 상기 특허문헌 1에 나타난 기술에서는, CFRP 층은 복수의 소결 성형의 영구 자석 링을 연설한 영구 자석의 외주에, 접착 수지를 함침시키면서 CFRP를 직접 감고, 노 내에서 수지를 경화시켜 일체로 구성하고, 그 후 CFRP 층의 양단의 절곡부과 더미 피스를 제거하고, 소정의 길이로 절출하는 것이 나타나 있다. 그러나, 소결 자석은 가공에 의해 갈라지기 쉽기 때문에, CFRP 층을 영구 자석 단부면과 동일면까지 절출하는 것은 곤란하며, 그 때문에 CFRP 층의 단부에는 그 내주부에 영구 자석이 존재하지 않는 공간이 남는다.
이와 같은 공간을 갖는 회전자는 고속 회전시에 있어서, 영구 자석 단부면의 CFRP 층이 응력 집중에 의해 파손될 우려가 있다는 문제점이 있다.
본원은 상기와 같은 과제를 해결하기 위한 기술을 개시하는 것으로, 회전시의 원심력에 의한 보호 커버의 손상을 방지하고, 영구 자석의 박리를 억제 가능하게 하여, 신뢰성이 향상된 회전자, 회전 전기 및 회전자의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본원에 개시되는 회전자는, 샤프트의 주위에, 둘레방향으로 등간격으로 분할되며, 축방향으로 마련된 복수의 영구 자석과, 상기 영구 자석의 축방향의 일단을 위치결정하고 보지하는 제 1 보호 링과, 상기 영구 자석의 축방향의 타단을 위치결정하고 보지하는 제 2 보호 링과, 상기 영구 자석과, 상기 제 1 보호 링과, 상기 제 2 보호 링의 외주면을 덮는 직경방향으로 균일한 두께를 갖는 보호 커버를 구비한 것이다.
또한, 본원에 개시되는 회전 전기는, 고정자와, 상기 고정자의 내측에 회전 가능하게 축지지된 상술의 회전자로 이루어지는 것이다.
또한, 본원에 개시되는 상술의 회전자의 제조 방법은, 상기 제 1 보호 링과, 상기 영구 자석과, 상기 제 2 보호 링을 축방향으로 밀착시키는 가압 공정을 구비한 것이다.
본원에 개시되는 회전자에 의하면, 커버의 단부의 내주부에 영구 자석이 존재하지 않는 공간이 남지 않으므로, 커버가 응력 집중에 의해 파손될 우려가 없어, 신뢰성이 높은 회전자를 제공할 수 있다.
도 1은 실시형태 1에 의한 회전자의 종단면도이다.
도 2는 실시형태 1에 의한 도 1의 X-X 횡단면도이다.
도 3은 전용 지그 위에 가설치한 코어를 이용하여, 자석 조립체를 조립한 상태를 도시하는 단면 모식도이다.
도 4는 실시형태 1에 의한 회전자의 조립 흐름을 나타내는 도면이다.
도 5는 실시형태 1에 의한 회전자의 다른 예의 종단면도이다.
도 6은 전용 지그 위에 가설치한 코어를 이용하여, 자석 조립체를 조립한 상태를 도시하는 단면 모식도이다.
도 7은 비교예로서의 회전자의 요부 종단면도이다.
도 8은 실시형태 2에 의한 회전자의 조립 흐름을 나타내는 도면이다.
도 9는 실시형태 3에 의한 회전자의 요부 종단면도이다.
도 10은 실시형태 3에 의한 회전자의 조립 흐름을 나타내는 도면이다.
도 11은 실시형태 3에 의한 보호 커버의 측면 모식도이다.
도 12는 실시형태 4에 의한 회전자의 종단면도이다.
도 13은 실시형태 4에 의한 회전자의 조립 흐름을 나타내는 도면이다.
도 14는 실시형태 5에 의한 회전 전기의 종단면도이다.
도 15는 실시형태 6에 의한 회전자의 요부 종단면도이다.
도 2는 실시형태 1에 의한 도 1의 X-X 횡단면도이다.
도 3은 전용 지그 위에 가설치한 코어를 이용하여, 자석 조립체를 조립한 상태를 도시하는 단면 모식도이다.
도 4는 실시형태 1에 의한 회전자의 조립 흐름을 나타내는 도면이다.
도 5는 실시형태 1에 의한 회전자의 다른 예의 종단면도이다.
도 6은 전용 지그 위에 가설치한 코어를 이용하여, 자석 조립체를 조립한 상태를 도시하는 단면 모식도이다.
도 7은 비교예로서의 회전자의 요부 종단면도이다.
도 8은 실시형태 2에 의한 회전자의 조립 흐름을 나타내는 도면이다.
도 9는 실시형태 3에 의한 회전자의 요부 종단면도이다.
도 10은 실시형태 3에 의한 회전자의 조립 흐름을 나타내는 도면이다.
도 11은 실시형태 3에 의한 보호 커버의 측면 모식도이다.
도 12는 실시형태 4에 의한 회전자의 종단면도이다.
도 13은 실시형태 4에 의한 회전자의 조립 흐름을 나타내는 도면이다.
도 14는 실시형태 5에 의한 회전 전기의 종단면도이다.
도 15는 실시형태 6에 의한 회전자의 요부 종단면도이다.
실시형태 1
이하, 실시형태 1에 의한 회전자, 회전자의 제조 방법을 도면을 이용하여 설명한다.
도 1은 실시형태 1에 의한 회전자(1)의 종단면도이다.
도 2는 도 1의 X-X 횡단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 회전자(1)는 샤프트(2)에 마련되며, 코어(3)의 한쪽 단부에, 직경방향으로 돌출된 플랜지(3A)가 형성된 통형상의 코어(3)와, 이 코어(3)의 외주면에 복수 개, 즉 둘레방향으로 분할되며 등간격으로 교대로 N극 S극이 되도록 스페이서(5)를 거쳐서 축방향으로 배설된 영구 자석(4)을 구비한다. 또한, 영구 자석(4)은 축방향으로 2분할되며, 도 1의 지면 하부에 마련된 4개의 하부 영구 자석(4A)과, 상부에 마련된 4개의 상부 영구 자석(4B)의 합계 8개의 영구 자석으로 이루어진다. 스페이서(5)도 영구 자석(4)과 마찬가지로 축방향으로 2분할되어 있어도 좋다. 영구 자석(4)의 도 2에 도시하는 단면형상은 원호형상이며, 스페이서(5)의 단면형상은 직사각형 형상이다. 스페이서(5)는 영구 자석(4)과 동일한 축방향의 길이를 가지며, 인접하는 영구 자석(4) 간의 간극을 메운다. 또한, 스페이서(5)가 없으며, 또한 둘레방향으로 간극 없이 영구 자석(4)이 분할되어 배치된 구성에서도 회전자(1)로서 기능한다.
코어(3) 위에 마련된 영구 자석(4)과, 코어(3)의 한쪽 단부에 형성된 플랜지(3A) 사이에는, 제 1 보호 링(6A)이 마련되어 있다. 또한, 영구 자석(4)의 축방향 상단부에는 제 1 보호 링(6A)에 상대(相對)하여 제 2 보호 링(6)이 마련되어 있다. 제 1 보호 링(6A) 및 제 2 보호 링(6)은 영구 자석(4)의 축방향 단부를 위치결정하고, 보지하는 기능을 갖는다.
이들 제 1 보호 링(6A)과, 제 2 보호 링(6)과, 영구 자석(4)은 모두 동일한 코어(3)의 외주면에 접하고 있다. 제 1 보호 링(6A)과, 제 2 보호 링(6)과, 영구 자석(4)의 외주에는 보호 커버(8)가 마련되어 있다. 이 보호 커버(8)는 도 1 및 도 2에 도시하는 바와 같이, 제 1 보호 링(6A)과, 제 2 보호 링(6)과, 영구 자석(4)과, 스페이서(5)의 외주면을 덮고 있다. 보호 커버(8)는 직경방향으로 균일한 두께를 갖고 있다.
다음에, 상술의 각 구성 부재에 이용되는 재질에 대해서 설명한다. 코어(3)는 자성체이며, 예를 들면 전자 강판을 스탬핑한 환상의 박판의 적층체이다. 이것을 대체하여, 강관 또는 압분 철심을 이용하여도 좋다. 영구 자석(4)은 희토류계 자석이며, 페라이트계 자석이어도 좋다. 스페이서(5)는 비자성체의 스테인리스로 하고 있지만, 알루미늄 합금 또는 구리 합금 또는 수지라도 좋다. 제 1 보호 링(6A)과, 제 2 보호 링(6)에는, 비자성체의 스테인리스를 이용하는 것으로 하고 있지만, 알루미늄 합금 또는 구리 합금 또는 티탄 또는 티탄 합금, 또는 수지를 이용하여도 좋다. 또한, 회전자(1)의 회전시의 원심력에 의한 보호 커버(8)로의 응력 집중을 회피하기 위해서는, 보호 커버(8)의 내주면에 더욱 균등하게 원심력이 인가되도록 영구 자석(4)의 밀도와, 제 1 보호 링(6A) 및 제 2 보호 링(6)의 밀도가 가까운 편이 좋다. 예를 들어, 영구 자석(4)을 네오디뮴 자석(밀도 7.3 내지 7.5g/㎤)으로 하면, 제 1 보호 링(6A) 및 제 2 보호 링(6)을 스테인리스(밀도 7.75 내지 7.98g/㎤)로 하는 것이 바람직한 조합이다.
보호 커버(8)는 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP)의 섬유 다발을 직접 감아 형성한 것이며, CFRP를 대체하여 유리 섬유 강화 플라스틱(GFRP: Glass Fieber Reinforced Plastics)의 섬유 다발을 이용하여도 좋다. 또한, 상술의 섬유 다발을 대체하여, 테이프형상의 CFRP 또는 GFRP를 이용하여도 좋다.
다음에, 회전자의 제조 방법을 도 1, 도 3 및 도 4에 근거하여 설명한다.
도 3은 전용 지그(20) 위에 가설치한 코어(3)를 이용하여, 자석 조립체(40)를 조립한 상태를 도시하는 단면 모식도이다.
도 4는 자석 조립체(40)를 구비하는 회전자(1)의 조립 흐름을 나타내는 도면이다.
여기에서, 자석 조립체(40)란, 코어(3)의 외주면에 제 1 보호 링(6A)과, 제 2 보호 링(6)과, 영구 자석(4)과, 스페이서(5)와, 보호 커버(8)가 일체화되어 형성된 것을 말한다. 이하, 각 단계("ST"라 함)마다 제조 방법을 설명한다.
ST1: 회전 구동 장치(30)에 전용 지그(20)를 설치한다(지그 설치 공정).
ST2: 도시하지 않은 고정구로 전용 지그(20)에 코어(3)를 고정한다(코어 고정 공정).
ST3: 코어(3)의 플랜지(3A)에 접하도록 제 1 보호 링(6A)을 설치한다(제 1 보호 링 설치 공정).
ST4: 복수의 하부 영구 자석(4A)과 스페이서(5)를 제 1 보호 링(6A)에 각각의 하단부가 접하도록 코어(3)의 외주면에 접착제를 이용하여 부착한다(하부 영구 자석, 스페이서 접착 공정). 이 때, 스페이서(5)를 거쳐서 하부 영구 자석(4A)은 둘레방향으로 N극과 S극이 교대로 놓여지도록 배치된다.
ST5: ST4와 마찬가지로 하여, 복수의 상부 영구 자석(4B)과 스페이서(5)를 접착제를 이용하여, 코어(3)의 외주면에 부착한다(상부 영구 자석, 스페이서 접착 공정).
ST6: 접착제를 이용하여 제 2 보호 링(6)을 상부 영구 자석(4B)의 축방향 단부면에 접하도록 코어(3)의 외주면에 부착한다(제 2 보호 링 접착 공정).
ST6A: 제 2 보호 링(6)을 축방향으로 가압하는 가압 지그(20A)를 제 2 보호 링(6)의 축방향 상방에 장착하고, 접착제가 경화되기 전에 제 2 보호 링(6)을 축방향으로 가압한다(가압 공정). 이에 의해, 제 1 보호 링(6A)과, 영구 자석(4)과, 제 2 보호 링(6)이 축방향으로 간극 없이 밀착 고정된다.
ST7: 회전 구동 장치(30)를 동작시켜, 전용 지그(20)를 회전 구동시키고, 유리 섬유 또는 탄소 섬유로 이루어지는 섬유 다발을 축방향으로 나선형상으로 권회(필라멘트 와인딩)하고, 접착용의 에폭시계 수지를 함침시키면서, 제 1 보호 링(6A)과, 영구 자석(4)과, 스페이서(5)와, 제 2 보호 링(6)의 외주면 위에 균일하게 감는다(섬유 다발 와인딩 공정). 감는 방향은 도 3에서 지면 위로부터 아래를 향하여도 좋으며, 아래로부터 위를 향하여도 좋다. 또한, 섬유 다발에 수지를 함침시키면서 감는 것이 아니라, 미리 수지가 함침된 테이프형상의 섬유재를 이용하여도 좋다. 이 때, 단부 규제 지그(20B)에 의해, 섬유 다발을 권회하는 범위를 축방향의 양측으로부터 규제한다. 이에 의해, 섬유재에 함침된 수지가 축방향으로 퍼지는 것을 방지할 수 있다.
ST7A: 감긴 CFRP의 섬유 다발의 외주에, 열에 의해 수축하는 열수축 테이프(도시하지 않음)를 감는다(열수축 테이프 와인딩 공정). 이 열수축 테이프에 의해 둘레방향으로의 수지의 흘러 내림(sagging)을 방지한다. 이에 의해, 균일한 두께를 갖는 보호 커버(8)를 얻을 수 있다.
ST8: 노 내에서 에폭시계 수지를 경화시킨다(경화 공정).
ST9: 일체적으로 고착된 자석 조립체(40)를 전용 지그(20)로부터 분리한다(취출 공정).
ST9A: 자석 조립체(40)의 외주로부터 열수축 테이프를 분리한다(열수축 테이프 제거 공정).
ST10: 자석 조립체(40)에 샤프트(2)를 압입에 의해 끼워 고정하는 것에 의해 도 1에 도시하는 회전자(1)가 제조된다(샤프트 압입 공정).
여기에서는, 강도, 강성의 관점에서 에폭시계 수지를 이용하고 있다. 그 이외에, 비닐에스테르, 불포화 폴리에스테르, 폴리우레탄, 페놀, 아크릴이어도 양호한 성능을 얻을 수 있다.
상술의 ST10에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에서는 샤프트(2)를 자석 조립체(40)의 내측에 압입하므로, 코어(3)의 내주면으로부터 코어(3)를 직경방향 외측으로 확장하는 것에 의해, 코어(3)와 보호 커버(8)의 결합의 간섭(interference)을 부여하여, 자석 조립체(40)와 샤프트(2)의 결합을 더욱 강고하게 할 수 있다.
또한, 상술한 코어(3)에서는 한쪽 단부(지면 하단)에 플랜지(3A)가 형성된 것을 나타냈지만, 플랜지(3A)가 형성되어 있지 않은 코어라도 좋다.
도 5는 코어(3)를 대신하여 코어(31)를 이용한 회전자(1A)의 종단면도이다.
도 6은 전용 지그(20) 위에 가설치한 코어(31)를 이용하여, 자석 조립체(40A)를 조립한 상태를 도시하는 단면 모식도이다.
도면과 같이, 플랜지가 존재하지 않는 코어(31)의 구성을 채용하면, 코어(31)의 제작을 간단화할 수 있어서, 비용 저감으로 이어진다. 회전자(1A)의 제조 방법은 상술의 ST3이 다음의 ST3A가 된다.
ST3A: 코어(31) 위에 제 1 보호 링(6A)을 접착제를 이용하여 고정한다. 또한, 이 경우, 도 6에 도시하는 바와 같이, 단부 보지 지그(20C)를 이용하여 제 1 보호 링(6A)을 축방향으로 위치결정하고, 가압 지그(20A)에 의해 제 2 보호 링(6)을 축방향으로 가압하여 제 1 보호 링(6A)과, 영구 자석(4)과, 제 2 보호 링(6)이 축방향으로 간극 없이 밀착된다.
지금까지, 제 1 보호 링(6A)과, 제 2 보호 링(6)을 각각 1개씩 마련한 예를 나타냈지만, 회전자의 크기에 따른 코어의 축방향의 길이가 영구 자석(4)의 축방향의 길이에 대해서 큰 경우에는 제 1 보호 링(6A)과, 제 2 보호 링(6)을 각각 복수 개씩 마련하는 구성으로 하여도 좋다. 또한, 영구 자석(4)은 축방향으로 2분할한 하부 영구 자석(4A), 상부 영구 자석(4B)으로 했지만, 2분할 이상, 예를 들면 3분할하는 구성으로 하여도 좋으며, 또는 분할하지 않는 구성이어도 좋다.
도 7은 영구 자석(4)과, 보호 링(6B) 사이에 공간(K)이 존재하는 비교예로서의 회전자(1C)의 요부 종단면도이다.
실시형태 1에 의한 회전자(1)를 구비한 회전 전기가 예를 들면 20000 RPM의 정격 회전으로 동작할 때, 제 1 보호 링(6A)과, 제 2 보호 링(6)과, 영구 자석(4)과, 스페이서(5)에 발생하는 원심력이 보호 커버(8)에 가해진다. 그렇지만, 회전자(1)는 도 7에 도시한 문제점인 공간(K)이 존재하지 않는 구성이므로, 보호 커버(8)에 집중적인 응력이 인가되는 일이 없다.
실시형태 1에 의한 회전자, 회전자의 제조 방법에 의하면, 원심력에 기인하는 전단력이 보호 커버(8)에 발생하는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 보호 커버(8)의 손상 발생을 방지하는 동시에, 영구 자석(4)의 보지를 확실하게 실행할 수 있다는 효과가 있다.
실시형태 2
이하, 실시형태 2에 의한 회전자, 회전자의 제조 방법을 도면을 이용하여 설명한다.
실시형태 1에서는 전용 지그(20)를 이용하여 자석 조립체(40)를 작성하는 예를 나타냈지만, 이 실시형태 2에서는 이하의 공정에 나타내는 제조 방법에 의해 회전자(1)를 작성한다. 즉, 전용 지그(20)를 사용하는 일이 없이, 최초에 코어(3)에 샤프트(2)를 압입하고 나서 자석 조립체(40)를 형성함으로써, 도 1의 회전자(1)가 제조된다.
도 8은 실시형태 2에 있어서의 회전자(1)의 조립 흐름을 나타내는 도면이다.
이하에, 제조 방법의 각 단계를 나타낸다.
ST201: 코어(3)에 샤프트(2)에 압입한다(샤프트 압입 공정).
ST3 내지 ST6A: 실시형태 1의 ST3 내지 ST6A와 동일하다.
ST207: 샤프트(2)에 회전 구동 장치(30)를 연결하고 샤프트(2)를 회전 구동시켜, CFRP의 섬유 다발을 축방향으로 나선형상으로 권회(필라멘트 와인딩)하고, 접착용의 에폭시계 수지를 함침시키면서, 제 1 보호 링(6A)과, 영구 자석(4)과, 스페이서(5)와, 제 2 보호 링(6)의 외주면 위에 균일하게 감는다(섬유 다발 와인딩 공정).
ST7A 내지 ST9A: 실시형태 1과 마찬가지이다.
본 실시형태에서는 실시형태 1의 ST10은 필요 없다. 이상과 같은 공정으로 도 1에 도시하는 회전자(1)가 제조된다. 또한, 제조한 것은 실시형태 1의 회전자(1)와 동일한 것이므로, 보호 커버(8)에 집중적인 응력이 인가되는 일이 없이, 보호 커버(8)의 손상 발생을 방지할 수 있는 효과가 있다.
실시형태 3
이하, 실시형태 3에 의한 회전자, 회전자의 제조 방법을 도면을 이용하여 설명한다.
도 9는 회전자(301)의 요부 종단면도이다.
도 10은 회전자(301)의 조립 흐름을 나타내는 도면이다.
이 실시형태 3에 있어서의 회전자의 제조 방법에서는 실시형태 1에서 나타낸 제조 방법의 ST9A 후에, 도 10 및 이하에 나타내는 ST9B와 ST9C를 추가하여, 자석 조립체(340)를 제작한다.
ST9B: 제 2 보호 링(306)과, 보호 커버(8)에 기계를 이용한 절삭 가공에 의해, 외주측이 축방향으로 환상으로 오목한 단부면 단차(13)를 마련한다(단부면 단차 절삭 공정).
ST9C: 단부면 단차(13)에 에폭시계 수지를 도포, 경화시켜, 코팅(14)을 형성한다(단부면 단차 코팅 공정).
이와 같이, ST9B, ST9C를 추가하여 마련하는 이유를 이하에 설명한다. 도 11은 보호 커버(8)의 측면 모식도이다.
보호 커버(8)는 도 11에 도시하는 CFRP의 섬유 다발(8A)을 축방향으로 나선형상으로 감는 소위 필라멘트 와인딩으로 형성하고 있다. 단부면 단차(13)의 절삭 가공 및 코팅 처리는 상술의 CFRP의 감김 종료측에 실시되어 있다(CFRP는 도 11에서 지면 하측으로부터 상측을 향하여 감겨 있다). 이와 같이, 보호 커버(8)에 대한 절삭 가공은 보호 커버(8)의 최외층 표면의 CFRP의 감김 종료 단부를 제거하기 위해서 실행되어 있다. 감김 종료 단부를 제거한 상태가 도 11에 도시하는 상태이다. 또한, 도 9에 도시하는 바와 같이, 제 2 보호 링(306)의 단부면도 전술의 기계 가공에 의해 동시에 절삭되어 있다. 이와 같은 단부면 단차(13)를 마련하는 것에 의해 CFRP의 최외층 표면의 감김 종료 단부의 CFRP의 섬유가 풀려올 우려를 방지하고 있다. 또한, 코팅(14)에 의해 CFRP의 섬유의 보풀의 비산을 방지한다는 효과가 있다. 또한, 감김 종료 단부는 축방향의 어느측에 마련하여도 좋다.
실시형태 4
이하, 실시형태 4에 의한 회전자, 회전자의 제조 방법을 도면을 이용하여 설명한다.
도 12는 실시형태 4에 의한 회전자(401)의 종단면도이다.
도 13은 회전자(401)의 조립 흐름을 나타내는 도면이다.
회전 전기는 용도에 따른 정격이 있다. 전술한 실시형태 1 내지 실시형태 3에서는, 20000 RPM급의 회전자(1)에 대응한 구성을 설명했다. 즉, 샤프트(2)를 코어(3)에 압입하여 고정하고 있으므로, 그 잔존하는 체결력에 의해, 보호 커버(8)에 인가되는 영구 자석(4)의 원심력에 의한 응력을 저감하고 있는 구성이었다. 이 실시형태 4에서는 코어(3)를 마련하는 일이 없이, 샤프트(2) 위에 직접 영구 자석(4)을 부착한 회전자(401)에 대해서 설명한다. 그 이외의 구성은 실시형태 1과 마찬가지이다.
다음에, 회전자(401)의 제조 방법의 각 단계를 나타낸다.
코어(3)는 사용하지 않으므로 실시형태 1에서 실행한 ST1, ST2는 없다.
ST403: 접착제를 이용하여 제 1 보호 링(6A)을 샤프트(2)의 외주면에 부착한다(제 1 보호 링 접착 공정).
ST404: 접착제를 이용하여 복수의 하부 영구 자석(4A)과 스페이서(5)를 샤프트(2)의 외주면에 부착한다(하부 영구 자석, 스페이서 접착 공정). 이 때, 스페이서(5)를 거쳐서 하부 영구 자석(4A)은 둘레방향으로 N극과 S극이 교대로 놓여지도록 배치된다.
ST405: ST404와 마찬가지로 하여, 접착제를 이용해 상부 영구 자석(4B)과 스페이서(5)를 샤프트(2)의 외주면에 부착한다(상부 영구 자석, 스페이서 접착 공정).
ST406: 접착제를 이용하여 제 2 보호 링(6)을 상부 영구 자석(4B)의 축방향 단부면에 접하도록, 샤프트(2)의 외주면에 부착한다(제 2 보호 링 접착 공정).
ST406A: 가압 지그(20A)와, 단부 보지 지그(20C)를 샤프트(2)에 장착하고, 접착제가 경화되기 전에 제 2 보호 링(6)을 축방향으로 가압한다(가압 공정).
ST407: 샤프트(2)에 회전 구동 장치(30)를 연결하여 샤프트(2)를 회전 구동시키고, CFRP의 섬유 다발을 축방향으로 트래버스하도록 접착용의 에폭시계 수지를 함침시키면서, 제 1 보호 링(6A)과, 영구 자석(4)과, 스페이서(5)와, 제 2 보호 링(6)의 외주면 위에 감는다(섬유 다발 와인딩 공정).
ST7A: 감긴 CFRP의 섬유 다발의 외주에 열수축 테이프를 감는다(열수축 테이프 와인딩 공정).
ST7B: 회전 구동 장치를 분리한다(회전 구동 장치 분리 공정).
ST8: 노 내에서 에폭시계 수지를 경화시킨다(경화 공정).
이하의 각 공정은 실시형태 1과 마찬가지이다.
실시형태 4에 의한 회전자, 회전자의 제조 방법에 의하면, 회전자(401)는 부품수가 적으며, 또한 제조 방법도 간소화되므로, 용도에 따른 저비용의 회전자(401)를 제공할 수 있다.
실시형태 5
이하, 실시형태 5에 의한 회전 전기(100)를 도면을 이용하여 설명한다.
도 14는 회전자(1)를 이용하는 회전 전기(100)의 종단면도이다.
도면에 도시하는 바와 같이, 회전 전기(100)는 고정자(50)의 내측에 도 1 및 도 2에 도시하는 회전자(1)가, 도시하지 않은 베어링에 의해, 회전 가능하게 축지지 되어 있다.
회전 전기(100)는 고속 회전, 예를 들면 20000 RPM에 견딜 수 있는 동시에, 보호 커버(8)의 단부에서의 직경방향의 변형 및 손상을 방지하고, 영구 자석(4)의 박리를 용이하게 보강한 신뢰성이 향상된 회전 전기이다. 또한, 보호 커버(8)의 축방향 단부의 직경방향 내측에 공간이 남지 않기 때문에, 직경방향으로의 변형이 방지되어 있으므로, 고정자(50)와 회전자(1) 사이의 자기 갭을 통상의 1㎜ 이하로, 더욱 작게 설정 가능해져, 회전 전기(100)의 고출력화, 고효율화를 달성 가능하게 된다는 효과가 있다.
또한, 상술의 자기 갭은 너무 작으면 코깅 토크의 영향이 있기 때문에, 바람직한 범위는 0.3 ㎜ 내지 0.6 ㎜ 정도이다. 또한, 실시형태 4의 회전자(401)를 구비한 회전 전기는 실시형태 1 내지 실시형태 3의 회전자(1)와 비교하여 저회전수의 정격에 대응한 것으로, 코스트 퍼포먼스가 양호한 회전 전기를 제공할 수 있다는 효과가 있다.
실시형태 6
이하, 실시형태 5에 의한 회전자를 도면을 이용하여 설명한다.
도 15는 회전자(601)의 요부 종단면도이다.
회전자(601)는 실시형태 1 내지 실시형태 3에서 설명한 회전자(1)의 보호 커버(8)의 내주면과, 제 1 보호 링(도시하지 않음), 영구 자석(4), 스페이서(5) 및 제 2 보호 링(606)의 각각의 외주면 사이에, 이들 부재에 접하는 원통형상으로 성형한 박판 부재(9)를 구비한다.
그 이외의 구성은 실시형태 1 내지 실시형태 3과 마찬가지이기 때문에, 설명을 생략한다. 박판 부재(9)는 비자성 재료이며, 구리, 스테인리스, 알루미늄 등의 재료로 이루어지지만, 그들 재료로 한정되는 것은 아니다.
또한, 제 1 보호 링과, 제 2 보호 링(606)과, 보호 커버(8)와, 박판 부재(9)에 대해서, 실시형태 3과 마찬가지로, 공작 기계를 이용한 절삭 가공에 의해 단부면 단차(613)를 마련하고 있다. 상술의 장소에 박판 부재(9)를 추가하여 마련하는 이유를 이하에 설명한다. 영구 자석(4), 스페이서(5), 제 2 보호 링(606) 등의 부품끼리의 분할면에는 그 코너부에 둥근 부분(round portion), 또는 근소한 단차가 발생하거나, 부품의 제조 편차로 치수 오차에 의한 요철이 생기는 경우가 있다.
그 단차, 요철이 집중적으로 보호 커버(8)에 응력이 가해지는 하나의 요인이 될 우려가 있다. 또한, 해당 부분에 단차, 요철이 있는 경우, CFRP, 또는 GFRP를 감을 때에, 단차, 요철이 소재에 전사되고, 완성된 보호 커버(8)의 표면에 주름이 형성되어, 보호 커버(8)의 강도가 저하될 우려도 있다.
그래서, 보호 커버(8)의 내주면과, 제 1 보호 링, 영구 자석(4), 스페이서(5) 및 제 2 보호 링(606)의 각각의 외주면 사이에 박판 부재(9)를 추가하여 마련하는 것에 의해 보호 커버(8)의 내주면에 매끄러운 면을 형성하고, 회전자(601)의 회전시의 원심력이 더욱 균일하게 이를 따라서, 보호 커버(8)의 일부에 집중적으로 응력이 가해지는 것을 방지하고, 원심력에 기인하는 전단력이 보호 커버(8)에 발생하는 것을 방지하여, 실시형태 1과 마찬가지의 효과를 더욱 확실하게 얻을 수 있다. 또한, CFRP 또는 GFRP를 감을 때에 단차, 요철에 기인하는 주름이 형성되기 어려워, 고강도이며 신뢰성이 높은 보호 커버(8)를 얻을 수 있다.
본원은 여러 가지 예시적인 실시형태 및 실시예가 기재되어 있지만, 1개, 또는 복수의 실시형태에 기재된 여러 가지 특징, 태양 및 기능은 특정의 실시형태의 적용에 한정되는 것이 아닌, 단독으로 또는 여러 가지 조합으로 실시형태에 적용 가능하다.
따라서, 예시되어 있지 않은 무수한 변형예가 본원에 개시되는 기술의 범위 내에서 상정된다. 예를 들면, 적어도 1개의 구성 요소를 변형하는 경우, 추가하는 경우 또는 생략하는 경우, 또한 적어도 1개의 구성 요소를 추출하여, 다른 실시형태의 구성 요소와 조합하는 경우가 포함되는 것으로 한다.
100: 회전 전기 1, 1A, 1C, 301, 401, 601: 회전자
2: 샤프트 3: 코어
3A: 플랜지 4: 영구 자석
4A: 하부 영구 자석 4B: 상부 영구 자석
5: 스페이서 6A: 제 1 보호 링
6, 606: 제 2 보호 링 6B: 보호 링
8: 보호 커버 8A: 섬유 다발
9: 박판 부재 K: 공간
13, 613: 단부면 단차 14: 코팅
20: 전용 지그 20A: 가압 지그
20B: 단부 규제 지그 20C: 단부 보지 지그
30: 회전 구동 장치 31: 코어
40, 40A, 340: 자석 조립체 50: 고정자
2: 샤프트 3: 코어
3A: 플랜지 4: 영구 자석
4A: 하부 영구 자석 4B: 상부 영구 자석
5: 스페이서 6A: 제 1 보호 링
6, 606: 제 2 보호 링 6B: 보호 링
8: 보호 커버 8A: 섬유 다발
9: 박판 부재 K: 공간
13, 613: 단부면 단차 14: 코팅
20: 전용 지그 20A: 가압 지그
20B: 단부 규제 지그 20C: 단부 보지 지그
30: 회전 구동 장치 31: 코어
40, 40A, 340: 자석 조립체 50: 고정자
Claims (17)
- 샤프트의 주위에, 둘레방향으로 분할되어 마련된 복수의 영구 자석과,
상기 영구 자석의 일단을 위치결정하고 보지하는 보호 링과,
상기 영구 자석의 외주면과, 상기 보호 링의 상기 영구 자석의 외주면을 따른 외주면을 덮는 보호 커버를 구비하고,
상기 보호 커버는 축방향으로 나선형상으로 권회된 섬유 다발로 이루어지며,
상기 보호 링의 축방향 단부에는, 외주측이 축방향으로 환상으로 오목한 단차가 형성되며,
상기 보호 링의 상기 단차의 외주측의 축방향 단부면과 상기 보호 커버의 축방향 단부가 함께 수지에 의해 코팅되어 있는
회전자. - 제 1 항에 있어서,
나선형상으로 권회된 상기 섬유 다발은 탄소 섬유 강화 플라스틱 또는 유리 섬유 강화 플라스틱인
회전자. - 제 1 항에 있어서,
상기 영구 자석의 축방향의 일단을 위치결정하고 보지하는 상기 보호 링과,
상기 영구 자석의 축방향의 타단을 위치결정하고 보지하는 또 하나의 보호 링을 구비하는
회전자. - 제 2 항에 있어서,
상기 영구 자석의 축방향의 일단을 위치결정하고 보지하는 상기 보호 링과,
상기 영구 자석의 축방향의 타단을 위치결정하고 보지하는 또 하나의 보호 링을 구비하는
회전자. - 제 1 항에 있어서,
상기 영구 자석의 외주면과, 상기 보호 커버의 내주면 사이에 끼워진 비자성 재료로 이루어지는 원통 형상의 박판 부재를 구비하는
회전자. - 제 2 항에 있어서,
상기 영구 자석 외주면과, 상기 보호 커버의 내주면 사이에 끼워진 비자성 재료로 이루어지는 원통 형상의 박판 부재를 구비하는
회전자. - 제 3 항에 있어서,
상기 영구 자석의 외주면과, 상기 보호 커버의 내주면 사이에 끼워진 비자성 재료로 이루어지는 원통 형상의 박판 부재를 구비하는
회전자. - 제 1 항에 있어서,
상기 복수의 영구 자석 중, 둘레방향으로 인접하는 상기 영구 자석 사이에는, 상기 영구 자석 사이의 간극을 메우는 스페이서가 마련되어 있는
회전자. - 제 2 항에 있어서,
상기 복수의 영구 자석 중, 둘레방향으로 인접하는 상기 영구 자석 사이에는, 상기 영구 자석 사이의 간극을 메우는 스페이서가 마련되어 있는
회전자. - 제 3 항에 있어서,
상기 복수의 영구 자석 중, 둘레방향으로 인접하는 상기 영구 자석 사이에는, 상기 영구 자석 사이의 간극을 메우는 스페이서가 마련되어 있는
회전자. - 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 영구 자석과, 상기 보호 링은 상기 샤프트에 접착제로 부착되어 있는
회전자. - 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 영구 자석과, 상기 보호 링은 상기 샤프트의 주위에 끼워맞추어지는 통형상의 코어에 접착제로 부착되어 있는
회전자. - 제 12 항에 있어서,
상기 코어의 축방향의 일단에 직경방향으로 돌출된 플랜지를 구비하고, 상기 또 하나의 보호 링은 상기 플랜지에 축방향으로 접하고 있는
회전자. - 고정자와,
상기 고정자의 내측에 회전 가능하게 축지지된 제 1 항에 기재된 회전자로 이루어지는
회전 전기. - 고정자와,
상기 고정자의 내측에 회전 가능하게 축지지된 제 2 항에 기재된 회전자로 이루어지는
회전 전기. - 고정자와,
상기 고정자의 내측에 회전 가능하게 축지지된 제 3 항에 기재된 회전자로 이루어지는
회전 전기. - 샤프트의 주위에, 둘레방향으로 분할되어 마련된 복수의 영구 자석과, 상기 영구 자석의 축방향의 일단을 위치결정하고 보지하는 보호 링을 축방향으로 밀착시키는 가압 공정과,
상기 영구 자석과 상기 보호 링의 외주면에 섬유 다발을 축방향으로 나선형상으로 접착용의 수지를 함침시키면서 감는 와인딩 공정과,
상기 섬유 다발의 감김 종료측의 단부에, 절삭 가공에 의해 단차를 마련하는 절삭 공정과,
상기 단차를 수지에 의해 코팅하는 코팅 공정을 구비하는
회전자의 제조 방법.
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