CN102751801B - 转子、转子的制造方法以及具有该转子的马达 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种马达、转子、转子的制造方法以及具有该转子的马达。在本发明的马达中，即使是使用集中卷绕式的定子和双极转子时，也可获得合适的感应电压波形。在马达（1）中，作为定子（2）使用的是线圈（22）分别卷绕在多个突极（21a）上的集中卷绕式的定子，转子（3）为双极构造。在转子（3）中，永磁体（33）使用的是两个圆弧状的分割永磁体（331、332），在永磁体（33）上，两个磁极分别形成在135°到180°、更佳的是150°到180°的角度范围内，且彼此形成在相同的角度范围内。因此，可将感应电压波形的峰值电压的下降抑制成15％以下，甚至能将其抑制成10％以下。

Description

转子、转子的制造方法以及具有该转子的马达

本申请是申请人于2008年7月2日提交的、申请号为“200810127908.3”，名称为“马达、转子、转子的制造方法以及具有该转子的马达”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种包括具有永磁体的转子和相对于该转子产生旋转磁场的定子的无刷马达、在转子轴的外周侧具有永磁体的内转子式马达、该转子的制造方法、以及具有该转子的马达。

背景技术

无刷马达包括：在朝半径方向突出的多个突极上卷绕有线圈的定子、以及具有与突极的前端隔开空隙而相对的永磁体的转子，对线圈中产生的感应电压的波形进行检测，并基于该感应电压的波形来控制对线圈的通电，从而相对于转子产生最佳的旋转磁场。因此，若感应电压的波形和峰值电压值不合适，则无法良好地进行旋转控制。

因此，以往提出了：使用将预先卷绕好的线圈安装在极齿上的分布卷绕式的定子并通过调整该卷绕形式来使感应电压的波形接近正弦波的结构、以及使用将线圈分别直接卷绕在多个突极上的集中卷绕式的定子并将永磁体的极数增加至16极的结构等（参照专利文献1）。

内转子式马达一般包括：在转子轴的外周侧具有永磁体的转子、以及相对于该转子产生旋转磁场的定子。在这种马达中，由于转子高速旋转，因此配置在转子轴外周的永磁体有时会因受到离心力而破损并飞散。为了避免这种情况，如图9所示，有人提出了将碳预浸料热固化后得到的保护罩1003套设或压入在转子轴1001外周设有的环状永磁体1002的外周上的结构（参照专利文献2）。

专利文献1：日本专利特开2006-187189号公报

专利文献2：日本专利特开平8-107641号公报

然而，在专利文献1所公开的马达中，当为了提高马达特性而采用集中卷绕方式时，为了实现马达构造的简化和制造工序的简化等、作为永磁体而使用分割永磁体、并为了减小损失而减少极数，若将转子做成双极构造，在以往则存在无法获得合适的感应电压波形的问题。

在专利文献2所记载的转子1000中，必须进行如下工序，即先在圆柱状的模型部件（dummy member）等上卷绕碳预浸料并使其热固化，从而形成筒状的保护罩1003，之后，将该保护罩1003从模型部件上拆下，然后，在永磁体1002的外周面上套设、压入保护罩1003，因此存在制造效率低的问题。另外，在专利文献2所记载的转子1001上，为了使永磁体1002与保护罩1003紧贴，需要在将保护罩1003从模型部件上拆下后进行用于提高保护罩1003的内径精度的精加工，这种工序也会使制造效率下降。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的第1技术问题在于提供一种在使用集中卷绕式定子和双极转子时也可获得合适的感应电压波形的马达。

本发明的第2技术问题在于提供一种可在不造成制造效率下降的情况下防止永磁体飞散的转子、该转子的制造方法以及具有该转子的马达。

为了解决上述第1技术问题，本发明的马达，包括：在朝半径方向突出的多个突极上卷绕有线圈的定子、以及具有与所述突极的前端隔开空隙而相对的永磁体的转子，其特征在于，所述定子是所述线圈分别卷绕在所述多个突极上的集中卷绕式的定子，所述永磁体为双极结构，S极和N极各具有一个，所述两个磁极分别形成在135°到180°的角度范围内，且彼此形成在相等的角度范围内。

在本发明中，作为定子使用的是线圈分别卷绕在多个突极上的集中卷绕式的定子，因此，可通过缩短线圈末端来减小电阻，并可提高马达特性。若是集中卷绕式的定子，则接线处理也容易。在本发明中，转子为双极构造，但永磁体的两个磁极分别形成在135°到180°的角度范围内且彼此形成在相等的角度范围内，周向上未形成磁极的区域小。因此，可将感应电压波形的峰值电压的下降抑制在15％的允许范围内，若是这种下降，则可作为正弦波处理。因此，即使是使用集中卷绕式的定子且转子为双极结构时，也能可靠地进行马达的旋转控制，可减小转矩波动和铁损。

本发明可应用于所述定子为具有6个所述突极的6极结构的马达。若这样构成，则可减小铁损，并可避免转矩减小、齿槽转矩增大、永磁体磁通的利用效率下降的问题。即，在极数大于6极时，铁损增大，而在极数小于6极时，则会发生转矩减小、齿槽转矩增大、永磁体磁通的利用效率下降的问题，但极数若为6极，则可避免上述问题。

在本发明中，所述两个磁极最好分别形成在150°到180°的角度范围内。若这样构成，则感应电压波形大致成为正弦波，因此，可将峰值电压的下降抑制在10％的允许范围内，即使是使用集中卷绕式的定子且转子为双极结构时，也能可靠地进行马达的旋转控制。

在本发明中，所述永磁体最好由在周向上分割成所述两个磁极的两个分割永磁体构成。在采用环状永磁体时，永磁体可能会因高速旋转时的离心力而导致自身破坏，因此需要将昂贵的钛制套筒等覆盖在外周侧以施加内周压力，但在采用分割永磁体时，即使高速旋转，也不会因离心力而导致自身破坏。因此，无需将昂贵的钛制套筒覆盖在外周侧，可降低成本。

在本发明中，所述两个分割永磁体最好形成为圆弧角不满180°的圆弧状。若这样构成，则即使两个分割永磁体的成形精度存在偏差，也能使分割永磁体可靠地保持在转子周围。

这种情况下，在所述转子上最好形成有定位部，该定位部与所述两个分割永磁体的位于周向两端部的端面分别抵接。若这样构成，则可使两个分割永磁体以较高的位置精度保持在转子上。另外，即使在转子高速旋转时，分割永磁体也不会在周向上偏移。

最好所述转子具有在外周面上保持所述两个分割永磁体的转子轴，在所述转子轴的外周面上形成有与所述两个分割永磁体嵌合的两个凹部，所述转子轴的所述两个凹部之间的部位为所述定位部，该定位部的周向两端面与所述两个分割永磁体的位于周向两端部的端面分别抵接。另外，最好所述凹部的深度尺寸与所述两个分割永磁体的厚度尺寸实质上相同，在该凹部的轴线方向的两侧，在整个周向上形成有比所述凹部浅的凹部，在整个所述浅凹部内形成有保护所述两个分割永磁体的外周面的保护层。若这样构成，则可在将两个分割永磁体埋入转子轴内的状态下形成保护层，从而能更可靠地固定分割永磁体并防止其飞散。

在本发明中，在各所述两个分割永磁体中，最好位于周向两端部的端面彼此位于同一平面上。若这样构成，则可高效地成形分割永磁体。另外，像将分割永磁体以位于两端部的端面朝下的稳定状态放置等那样，在制造工序中容易处理分割永磁体。在将两个分割永磁体配置在转子上的状态下，两个分割永磁体之间的端面彼此平行，因此，可将两个分割永磁体以较高的位置精度保持在转子上。

在本发明中，所述两个分割永磁体最好在整个周向上进行了磁化。

在本发明中，所述永磁体的外周侧最好被保护层覆盖。若这样构成，则即使转子例如以转速为几万周/分钟的高速度旋转，永磁体也不会因离心力而破损，而且，永磁体也不会飞散。

这种情况下，所述保护层的纤维层最好用树脂加固。若是这种保护层，则具有不需要钛套筒等昂贵保护罩的优点。

为了解决上述第2技术问题，本发明的转子包括转子轴和保持在该转子轴外周的永磁体，其特征在于，所述永磁体的外周侧被保护层覆盖，该保护层的纤维层被树脂加固，在所述保护层中，作为所述纤维层，宽度比所述永磁体的轴线方向的宽度尺寸小的第一纤维层和宽度为所述永磁体的轴线方向的宽度尺寸以上的第二纤维层以彼此重叠的形态卷绕在所述永磁体的外周侧。

在本发明中，通过在永磁体的外周侧直接卷绕纤维层来形成用于防止永磁体飞散的保护层。因此，与以往不同，无需进行在用圆柱状的模型部件等形成了筒状保护罩后在永磁体的外周套设、压入保护罩之类的工序，也无需进行用于提高保护罩的内径精度的精加工，因此，可提高转子的制造效率。另外，在本发明中，保护罩由宽度尺寸不同的第一纤维层和第二纤维层卷绕在永磁体的外周侧而形成，因此强度也高。因此，能可靠地防止永磁体飞散。而且，本发明的保护层还可起到将永磁体相对于转子轴可靠固定的效果。

在本发明中，所述第一纤维层最好以该第一纤维层彼此在宽度方向上局部重叠的形态卷绕。若这样构成，则即使在第一纤维层上产生了针孔等时，由于第一纤维层局部重叠，因此，可防止第一纤维层以针孔为起点裂开。

在本发明中，所述第一纤维层最好螺旋状地卷绕。若这样构成，则第一纤维层彼此能以在宽度方向上局部重叠的状态高效卷绕。

在本发明中，在所述第一纤维层和第二纤维层中，最好至少卷绕在上层侧的纤维层的卷绕末端部朝向与所述转子轴的旋转方向相反的方向。若这样构成，则在转子旋转时，可防止卷绕末端部因风压而卷起。

在本发明中，可采用所述第一纤维层卷绕在下层侧、所述第二纤维层卷绕在该第一纤维层的上层侧的结构。若这样构成，则纤维层的宽度方向的端部露出程度变小，因此，气体等进入内部时的入口狭窄。因此，例如可防止纤维层因风压而卷起。另外，还可消除保护层外周面上的凹凸。

在本发明中，也可采用所述第二纤维层卷绕在下层侧、所述第一纤维层卷绕在该第二纤维层的上层侧的结构。

在本发明中，可采用如下结构，即在所述转子轴上，在所述永磁体的保持位置的两端侧形成有一对大径部，所述保护层的纤维层的卷绕面位于所述一对大径部的外周面的径向内侧。采用这种结构的转子，以往的保护罩无法套设在转子轴上，但若采用本发明，则也可应对这种结构的转子。

在本发明中，所述第二纤维层最好具有与所述一对大径部的分离尺寸相等的宽度尺寸。若这样构成，则容易用保护层来填埋大径部之间的部分。

在此，所述永磁体可采用与所述转子轴的外周面上形成的凹部嵌合的结构。若这样构成，则可限制永磁体在轴线方向上的移动。

在本发明中，所述凹部的深度尺寸最好与所述永磁体的厚度尺寸实质上相等。若这样构成，则可在将永磁体完全埋入凹部内的状态下形成保护层，能可靠地固定永磁体并防止永磁体飞散。

在本发明中，最好在所述凹部的轴线方向的两侧，在整个周向上形成有比所述凹部浅的凹部，在整个所述浅凹部内以覆盖所述永磁体外周的形态卷绕有所述第一纤维层和所述第二纤维层。若这样构成，则作为保护层的第一纤维层和第二纤维层不会从转子轴的外周突出，能以填埋凹部的形态覆盖永磁体的外周。

在本发明中，所述第一纤维层和所述第二纤维层最好由碳纤维构成。

在本发明中，作为所述第一纤维层和所述第二纤维层，可使用所有纤维均沿着所述转子轴的旋转方向的一个方向对齐的纤维层、纤维纵横编织的纤维层。但是，在本发明中最好使用廉价的前一纤维层。后一纤维层将纤维纵横编织，纤维一边弯曲一边交叉。因此，在卷绕到永磁体的外周面上时，会因周向上伸长而使孔扩大，而且，在卷绕到永磁体的外周面上并使树脂固化后，当永磁体破损而要朝外侧飞散时，存在朝半径方向外侧伸长等抗拉强度低的问题，而前一纤维层则具有不会发生这种问题的优点。对于前一纤维层，若各层的纤维彼此重叠，则存在纤维之间会裂开的问题，另一方面，对于后一纤维层，则例如存在纤维在横向延伸的纤维和纵向延伸的纤维交叉的部位容易折断的问题，但若将纤维层卷绕多层，则不会出现这些问题。

在本发明中，所述第一纤维层和所述第二纤维层最好由浸渗有所述树脂的预成型料构成。若使用预成型料，则纤维层内预先浸渗有树脂，因此，只需在卷绕了纤维层后进行加热就可形成保护层，并具有与永磁体等的紧贴性好的优点。

本发明的包括转子轴和保持在该转子轴外周的永磁体的转子的制造方法，其特征在于，进行：在所述永磁体的外周侧卷绕宽度比该永磁体的轴线方向的宽度尺寸小的第一纤维层的第一纤维层卷绕工序、以及在所述永磁体的外周侧卷绕宽为该永磁体的轴线方向的宽度尺寸以上的第二纤维层的第二纤维层卷绕工序，在所述永磁体的外周侧覆盖纤维层被树脂加固的保护层。

在本发明中，最好作为所述第一纤维层和所述第二纤维层使用的是浸渗有树脂的预成型料，在所述第一纤维层卷绕工序和所述第二纤维层卷绕工序之后进行使所述预成型料所含的树脂被加热而固化的热固化工序。

应用了本发明的转子在马达中使用，该马达包括：本发明的转子、以及相对于该转子产生旋转磁场的定子。

采用第1发明的马达，作为定子使用的是线圈分别卷绕在多个突极上的集中卷绕式的定子，因此，可通过缩短线圈末端来减小电阻等，可提高马达特性。在本发明中，转子为双极构造，但永磁体的两个磁极分别形成在135°到180°、更佳的是150°到180°的角度范围内，因此在周向上未形成磁极的区域小。因此，可将感应电压波形的峰值电压的下降抑制在15％、甚至是10％的允许范围内，若是这种下降，则可将感应电压波形作为正弦波处理。因此，即使是采用集中卷绕式的定子且转子为双极时，也能可靠地进行马达的旋转控制，可减小转矩波动和铁损。

另外，在第2发明的转子、转子的制造方法以及具有该转子的马达中，通过在永磁体的外周侧卷绕纤维层来形成用于防止永磁体飞散的保护层。因此，与以往不同，无需进行在用圆柱状的模型部件等形成了筒状保护罩后在永磁体的外周套设或压入保护罩之类的工序，也无需进行用于提高保护罩的内径精度的精加工，因此，可提高转子的制造效率。另外，在本发明中，保护罩由宽度尺寸不同的第一纤维层和第二纤维层卷绕在永磁体的外周侧而形成，因此强度也高。因此，能可靠地防止永磁体飞散。而且，本发明的保护层还可起到将永磁体相对于转子轴可靠固定的效果。

附图说明

图1是应用了第1发明的马达的结构图。

图2（a）、图2（b）分别是应用了第1发明的转子的纵向剖视图和沿A-A’线的剖视图。

图3是表示应用了第1发明的转子的制造方法的工序图。

图4是在图3所示的制造方法中使用的纤维层的说明图。

图5（a）、图5（b）、图5（c）分别是应用了第1发明的马达中使分割永磁体的圆弧角变为120°、150°、180°时感应电压的波形图，图5（d）是表示分割永磁体的圆弧角与感应电压波形中峰值电压的下降比例的曲线图。

图6（a）、图6（b）分别是表示应用了第1发明的马达中使用的转子的改进例的剖视图和分割永磁体的立体图。

图7是应用了第2发明的马达的结构图。

图8（a）、图8（b）分别是应用了第2发明的转子的纵向剖视图和沿A-A’线的剖视图。

图9是表示第2发明的现有转子的结构的立体图。

（符号说明）

1  马达

2  定子

3  转子

21  定子铁芯

21a  突极

22  线圈

30  转子轴

32  轭部

33  永磁体

32a  第一凹部

321、322  第二凹部

325  转子的对分割永磁体的定位部

331、332  分割永磁体

39  保护层

100  马达

200  定子

300  转子

3000  转子轴

3200  轭部

3200a  第一凹部

3200b  第二凹部

3300a、3300b  永磁体

3900保护层

具体实施方式

（第一实施形态）

下面参照附图对应用了本发明的马达进行说明。第一实施形态对第1发明进行说明。

（马达的整体结构）

图1是应用了本发明的马达的结构图。图2（a）、图2（b）分别是应用了本发明的转子的纵向剖视图以及沿图2（a）的A-A’线的剖视图。

如图1所示，本实施形态的马达1是在环状定子2的内侧配置有转子3的内转子式马达，定子2和转子3收纳在外壳5内。

定子2具有环状的定子铁芯21，定子铁芯21具有6个朝半径方向内侧突出的突极21a。在6个突极21a上分别卷绕有线圈22。在此，线圈22为三相，各相线圈22分别直接卷绕在对应的多个突极21a上。这样，定子2构成为集中卷绕式的6极定子，相对于转子3产生旋转磁场。作为环状定子铁芯21，也可采用将按极分割的铁芯组装成环状的结构。

如图1和图2（a）、图2（b）所示，转子3包括转子轴30和保持于转子轴30外周面的永磁体33，永磁体33的外周面与定子2所具有的突极21a的前端隔开规定间隙相对。作为永磁体33，可使用钕磁体等稀土类磁体和铁氧体磁体，在本实施形态中使用的是钕磁体。

转子轴30包括：两端被轴承（未图示）等保持的轴体31、以及在轴体31的外周形成的轭部32。

在本实施形态中，永磁体33由截面呈圆弧状的两个分割永磁体331、332构成，在分割永磁体331、332中，一个永磁体的外侧被磁化为N极，另一个永磁体的外侧被磁化为S极。

如图2（a）所示，在转子轴30的外周面（轭部32的外周面）上，在轴线方向的较大范围内形成有沿整个周向延伸、比后述的第二凹部浅的第一凹部32a，在轴线方向的两端侧形成有彼此的直径相同的大径部30a、30b。

在第一凹部32a的轴线方向的大致中央位置，在周向上的规定角度范围内形成有比第一凹部32a深的第二凹部321、322，周向上的第二凹部321、322之间的两个部位分别成为定位部325。即，在第二凹部321、322内分别嵌合了分割永磁体331、332的状态下用粘结剂固定，此时，分割永磁体331、332周向的两端面331a、332a分别与定位部325周向的两端面325a抵接，被定位。在此，第二凹部321、322的深度尺寸与分割永磁体331、332的厚度尺寸大致相同，因此，第二凹部321、322处于被分割永磁体331、332填埋的状态。

在这样构成的转子3中，分割永磁体331、332的外周侧被保护层39覆盖。保护层39形成在整个第一凹部32a内，第一凹部32a处于被保护层39大致完全填埋的状态。

在本实施形态中，像下面参照图3和图4进行说明的那样，保护层39具有将纤维层用环氧树脂或酚醛树脂等热固性树脂进行加固的构造，可防止分割永磁体331、332因受到离心力而破损，并可防止分割永磁体331、332在因受到离心力而破损了时飞散。

（转子3的制造方法）

参照图3（a）～图3（f）和图4，对转子3的制造方法进行说明，并对转子3和保护层39的结构进行详细说明。

图3（a）～图3（f）是表示应用了本发明的转子3的制造方法的工序图。图4是应用了本发明的转子3的保护层39在形成时所使用的预成型料的说明图。

在制造本实施形态的转子3时，首先，如图3（a）所示，作为规定转子轴30外周面的轭部32，准备好形成有第一凹部32a、第二凹部321、322和定位部325的部件。在该轭部32上，在其两端部形成有大径部30a、30b。

接着，如图3（b）所示，使被磁化后的分割永磁体331、332分别与第二凹部321、322嵌合，并利用粘结剂固定。其结果是，第二凹部321、322被分割永磁体331、332填埋。即，分割永磁体331、332的外周面与较浅的第一凹部的外周面位于大致相同的高度位置，因此，在第二凹部321、322内填入分割永磁体331、332后，大径部30a、30b之间的较浅的第一凹部32a连续形成。

接着，在图3（c）所示的第一纤维层的卷绕工序中，从轭部32的第一凹部32a的下端到上端卷绕宽度尺寸为w1的第一纤维层38a。第一纤维层38a的卷绕方向与转子轴30（轭部32）的旋转方向相反。

第一纤维层38a是宽度尺寸为w1的长条状碳预浸料，在该碳预浸料中，在碳纤维层内浸渗了热固性树脂。该碳预浸料因热固性树脂处于半固化状态而不粘手，因此，卷绕时的作业性也好。

第一纤维层38a的宽度尺寸w1比分割永磁体331、332的轴线方向上的宽度尺寸w3狭窄。因此，当从轭部32的第一凹部32a的下端到上端卷绕第一纤维层38a时，在分割永磁体331、332的外周面上螺旋状地卷绕第一纤维层38a，并使第一纤维层38a彼此之间在宽度方向上局部重叠。即，沿第一凹部32a的下端将第一纤维层38a卷绕一圈后，在进行第二圈以后的卷绕时，在轭部32上螺旋状地卷绕第一纤维层38a。由此，第一纤维层38a以相对于轴线方向斜向交叉的形态卷绕在轭部32上。其结果是，所卷绕的第n（n≥2）圈第一纤维层38a与所卷绕的第（n＋1）圈第一纤维层38a以宽度尺寸w1的大致1/2的宽度尺寸重叠地卷绕，从而在分割永磁体331、332的外周侧卷绕两层第一纤维层38a。接着，如图3（d）所示，若第一纤维层38a到达了第一凹部32a的上端，则沿第一凹部32a的上端将第一纤维层38a卷绕一圈。在此，由于第一纤维层38a的卷绕方向与转子轴30（轭部32）的旋转方向相反，因此第一纤维层38a的卷绕末端部朝向与转子轴30的旋转方向相反的方向。

接着，在图3（e）所示的第二纤维层卷绕工序中，在卷绕在第一凹部32a内的第一纤维层38a的外周侧将宽度尺寸为w2的第二纤维层38b卷绕规定圈数、例如5层。第二纤维层38b的卷绕方向也与第一纤维层38a一样，与转子轴30（轭部32）的旋转方向相反。

第二纤维层38b是宽度尺寸为w2的长条状碳预浸料，该碳预浸料与第一纤维层38a一样，在碳纤维层内浸渗了热固性树脂。第二纤维层38b的宽度尺寸w2比分割永磁体331、332在轴线方向上的宽度尺寸w3大，与第一凹部32a的宽度尺寸（大径部30a、30b的分离距离）大致相等。因此，在第一纤维层38a的外周面上覆盖第二纤维层38b时，第二纤维层38b相对于轴线方向大致正交地卷绕。

其结果是，如图3（f）所示，第一凹部32a被第二纤维层38b完全填埋。另外，由于第二纤维层38b的卷绕方向与转子轴30（轭部32）的旋转方向相反，因此第二纤维层38b的卷绕末端部朝向与转子轴30的旋转方向相反的方1向。

接着，在热固化工序中，在对第一纤维层38a和第二纤维层38b加热的同时，对轭部32真空抽吸来进行脱气，使第一纤维层38a与第二纤维层38b紧贴。另外，使浸渗到第一纤维层38a和第二纤维层38b内的热固性树脂热固化，用热固性树脂来加固第一纤维层38a和第二纤维层38b。由此，能以完全填埋第一凹部32a的形态形成保护层39。

在像这样制造转子3时，在本实施形态中，如图4（a）所示，作为第一纤维层38a和第二纤维层38b，使用的是在将碳纤维沿着转子轴30的旋转方向（周向）的一个方向对齐的纤维层内浸渗了热固性树脂的碳预浸料。另外，在本发明中，如图4（b）所示，作为第一纤维层38a和第二纤维层38b，也可使用在将沿转子轴30的旋转方向（周向）延伸的碳纤维和沿转子轴30的轴线方向（纵向）延伸的碳纤维织成网眼状的纤维层内浸渗了热固性树脂的碳预浸料。但是，与如图4（b）所示的在将沿转子轴30的旋转方向（周向）延伸的碳纤维和沿转子轴30的轴线方向（纵向）延伸的碳纤维织成网眼状的纤维层内浸渗了热固性树脂的碳预浸料相比，如图4（a）所示的在将碳纤维沿着转子轴30的旋转方向（周向）的一个方向对齐的纤维层内浸渗了热固性树脂的碳预浸料具有廉价的优点。另外，与如图4（b）所示的在将沿转子轴30的旋转方向（周向）延伸的碳纤维和沿转子轴30的轴线方向（纵向）延伸的碳纤维织成网眼状的纤维层内浸渗了热固性树脂的碳预浸料相比，如图4（a）所示的在将碳纤维沿着转子轴30的旋转方向（周向）的一个方向对齐的纤维层内浸渗了热固性树脂的碳预浸料具有抗拉强度高的优点。即，对于如图4（b）所示的在将碳纤维织成网眼状的纤维层内浸渗了热固性树脂的碳预浸料，当分割永磁体331、332飞散时，形成为网眼状的部分在转子轴30的轴线方向（纵向）和旋转方向（周向）两个方向上拉伸，因此，分割永磁体331、332可能会从该拉伸部分飞散。另一方面，由于图4（a）所示的碳预浸料是在沿着转子轴30的旋转方向（周向）的一个方向对齐的纤维层内浸渗了热固性树脂的碳预浸料，因此碳纤维不会像图4（b）所示的碳预浸料那样在两个方向上拉伸，特别是周向上的抗拉强度优良，因此，能更可靠地防止分割永磁体331、332飞散。碳纤维可能会沿转子轴30的旋转方向（周向）裂开，但在本实施形态中，通过使覆盖分割永磁体331、332的外周面的纤维层在宽度方向上局部重叠并以螺旋状卷绕，可抑制碳纤维裂开。

在本实施形态中，在分割永磁体331、332的外周侧卷绕了第一纤维层38a后再卷绕第二纤维层38b，但也可在卷绕了第二纤维层38b后再卷绕第一纤维层38a。即，也可在第二纤维层卷绕工序之后进行第一纤维层卷绕工序。

（转子3的详细结构）

如上所述，在本实施形态的马达1中，作为定子2使用的是线圈22分别卷绕在多个突极21a上的集中卷绕式的6极定子，而且，转子3为双极构造。采用这种结构，转子3旋转时从线圈22获得的感应电压波形可能会失真。

因此，在本实施形态中，基于后面参照图5进行说明的研究结果，将分割永磁体331、332均形成为圆弧角为135°到180°、更佳的是150°到180°的圆弧状，并将分割永磁体331、332的圆弧角做成相等。另外，分割永磁体331、332均在整个周向上进行了磁化。因此，在本实施形态中，在永磁体33上，由S极和N极构成的两个磁极分别形成在135°到180°、更佳的是形成在150°到180°的角度范围内。但是，在图1和图2（a）所示的永磁体33中，分割永磁体331、332的圆弧角（由S极和N极构成的两个磁极的角度范围）不满180°。

将分割永磁体331、332的圆弧角设定成180°的结构相当于在转子3上不设置定位部325、使第二凹部321、322连续而在转子轴30的整个圆周上形成第二凹部的构造。

（感应电压波形的研究结果）

在本实施形态中，如图2（b）所示，永磁体33使用的是在整个周向上进行了磁化的分割永磁体331、332，而且，分割永磁体331、332的圆弧角θ相等。因此，对使分割永磁体331、332的圆弧角θ（永磁体33的两个磁极的角度范围）从120°变化至180°时感应电压波形的变化进行了研究。图5（a）、（b）、（c）、（d）表示了其结果。

图5（a）、（b）、（c）分别是使分割永磁体331、332的圆弧角θ变化成120°、150°、180°时感应电压的波形图，图5（d）是表示分割永磁体331、332的圆弧角θ和感应电压波形的峰值电压的下降比例的曲线图。

由图5（a）、（b）、（c）、（d）可知，分割永磁体331、332的圆弧角θ像120°、150°、165°、180°那样越大，感应电压波形的峰值电压的下降就越小，波形越接近正弦波。因此，若像本实施形态那样将分割永磁体331、332的圆弧角θ设定成135°到180°的角度范围，则可将感应电压波形的峰值电压的下降抑制成15％以下，因此，即使是在使用集中卷绕式的定子且转子3为双极时，也能可靠地进行马达1的旋转控制。另外，若将分割永磁体331、332的圆弧角θ设定成150°到180°的角度范围，则可将感应电压波形的峰值电压的下降抑制成10％以下。

（第一实施形态的主要效果）

如上所述，在本实施形态中，作为定子2使用的是线圈22分别卷绕在多个突极21a上的集中卷绕式的定子，因此，可通过缩短线圈末端来减小电阻等，可提高马达特性。另外，在本实施形态中，转子3为双极构造，但永磁体33的两个磁极分别形成在135°到180°的角度范围、更佳的是150°到180°的角度范围内，周向上未形成磁极的区域很窄。因此，可将感应电压波形的峰值电压的下降抑制成15％以下，甚至是抑制成10％以下，若是这样的下降，则可将波形作为正弦波处理。因此，即使是在使用集中卷绕式的定子2且转子3为双极时，也能可靠地进行马达1的旋转控制，可减小转矩波动和铁损。

在本实施形态中，由于定子2为6极，因此可减小铁损，并可避免转矩减小、齿槽转矩增大、永磁体磁通的利用效率下降的问题。即，在极数大于6极时，铁损增大，而在极数小于6极时，则会发生转矩减小、齿槽转矩增大、永磁体磁通的利用效率下降的问题，但极数若为6极，则可避免上述问题。

在本实施形态中，作为永磁体33使用的是分割永磁体331、332，因此无需在外周侧覆盖昂贵的钛制套筒，可降低成本。即，采用环状永磁体时可能会因高速旋转时的离心力而导致自身破坏，因此需要在外周侧覆盖昂贵的钛制套筒等来施加内周压力，但在采用分割永磁体331、332时，即使高速旋转也不会因离心力而导致自身破坏。因此，如参照图3和图4说明的那样，可通过在分割永磁体331、332的外周侧卷绕碳预浸料（第一纤维层38a和第二纤维层38b）来形成用于防止分割永磁体331、332的破损、飞散的保护层39。因此，可省去在形成昂贵的圆筒状的钛制套筒等保护罩之后在永磁体的外周套设或压入保护罩的工序，还可省去用于提高保护罩的内径精度的精加工。

在本实施形态中，由于将宽度小的第一纤维层38a和宽度大的第二纤维层38b卷绕多层，因此保护层39的强度大。因此，能可靠地防止分割永磁体331、332飞散，而且，保护层39可起到将分割永磁体331、332相对于转子轴30可靠固定的效果。像宽度小的第一纤维层38a螺旋状卷绕、宽度大的第二纤维层38b以覆盖整个宽度方向的形态卷绕等那样，可根据纤维层的宽度尺寸来进行卷绕。因此，可有效地形成强度大的保护层39。

由于通过在分割永磁体331、332的外周侧卷绕碳预浸料（第一纤维层38a和第二纤维层38b）来形成保护层39，因此，即使是在第一纤维层38a和第二纤维层38b的卷绕面位于在分割永磁体331、332的保持位置的两端侧形成的一对大径部30a、30b的外周面的径向内侧时也可进行应对。即，对于在形成了圆筒状的保护罩后在永磁体的外周套设或压入保护罩的结构，若在分割永磁体331、332的保持位置的两端侧形成有大径部30a、30b，则无法将圆筒状的保护罩套在转子轴上来覆盖永磁体，但采用本实施形态，即使是这种构造的转子3，也可用保护层39来覆盖永磁体的外周侧。当在分割永磁体331、332的外周侧卷绕一种碳预浸料来形成保护层39时也可获得这种效果。

在本实施形态中，由于将第一纤维层38a螺旋状地卷绕，因此容易在分割永磁体331、332的外周侧以在宽度方向上局部重叠的状态卷绕第一纤维层38a。

在本实施形态中，作为第一纤维层38a和第二纤维层38b使用的是在碳纤维层内浸渗了热固性树脂的碳预浸料，因此，只需在卷绕后进行加热就可使热固性树脂固化。因此，无需在卷绕后浸渗树脂，可高效地形成保护层39。

在本实施形态中，如图4（a）所示，作为第一纤维层38a和第二纤维层38b使用的是将纤维的形成方向沿着一个方向对齐的碳纤维层内浸渗了热固性树脂的碳预浸料。这种结构的碳预浸料比图4（b）所示的碳预浸料廉价。因此，可廉价地制造保护层39，从而可降低转子3的制造成本。在此，将纤维的形成方向沿着一个方向对齐的碳纤维层内浸渗了热固性树脂的碳预浸料可能会沿纤维的延伸方向裂开，但在本实施形态中，由于将第一纤维层38a和第二纤维层38b卷绕多层，因此可防止这种裂开。另外，由于将第一纤维层38a螺旋状地卷绕，纤维彼此交叉，因此即使是使用在纤维的形成方向沿着一个方向对齐的碳纤维层内浸渗了热固性树脂的碳预浸料时，也不容易裂开，可形成高强度的保护层39。

在本实施形态中，至少在外周侧卷绕的第二纤维层38b的卷绕方向与转子轴30（轭部32）的旋转方向相反，因此，第二纤维层38b的卷绕末端部朝向与转子轴30的旋转方向相反的方向。因此，在转子轴30旋转时，具有卷绕末端部不会因风压而卷起的优点。

分割永磁体331、332与转子轴30的外周面上形成的第二凹部321、322嵌合，第二凹部321、322的深度尺寸与分割永磁体331、332的厚度尺寸大致相等。因此，可在将分割永磁体331、332完全埋入第二凹部321、322内的状态下形成保护层39，能可靠地固定分割永磁体331、332并防止分割永磁体331、332飞散。

（第一实施形态的另一实施形态）

在上述实施形态中，分割永磁体331、332周向的两端面331a、332a相对于转子3的中心均以辐射状形成，但也可像图6（a）、图6（b）所示的那样，在两个分割永磁体331、332上分别使位于周向两端部的端面331a、332a位于同一平面上。若这样构成，则可高效地形成分割永磁体331、332。另外，像将分割永磁体331、332以位于两端部的端面朝下的稳定状态放置等那样，在制造工序中容易处理分割永磁体331、332。在将两个分割永磁体331、332配置在转子3上的状态下，两个分割永磁体331、332之间的端面331a、332a彼此平行，因此，可将两个分割永磁体331、332以较高的位置精度保持在转子3上。

在上述实施形态中，作为永磁体33使用的是分割永磁体331、332，但也可将本发明应用于对构成永磁体的圆筒状的一体的磁性体将S极和N极两个磁极各向异性磁化的结构的情况。即，也可采用圆筒状永磁体33的两个磁极分别形成在135°到180°的角度范围、更佳的是150°到180°的角度范围内的结构。

在上述实施形态中，采用了将使用碳预浸料的保护层39覆盖永磁体33的外周侧的结构，但也可将本发明应用于在外周侧覆盖有钛制套筒的马达。

（第二实施形态）

下面参照附图对应用了本发明的马达、装设在该马达上的转子以及该转子的制造方法进行说明。第二实施形态对第2发明进行说明。

（马达的整体结构）

图7是应用了本发明的马达的结构图。图8（a）、图8（b）分别是应用了本发明的转子的纵向剖视图和沿图8（a）的A-A’线的剖视图。

如图7所示，本实施形态的马达100是在环状定子200的内侧配置有转子300的内转子式马达，定子200和转子300收纳在外壳400内。

定子200具有环状的定子铁芯2100，定子铁芯2100具有6个朝半径方向内侧突出的突极2100a。在6个突极2100a上分别卷绕有线圈2200，构成集中卷绕式的6极定子。采用该结构，定子200相对于转子300产生旋转磁场。

如图7和图8（a）、图8（b）所示，转子300包括转子轴3000和保持于转子轴3000外周面的永磁体3300a、3300b，转子300的外周面与定子200所具有的突极2100a隔开规定间隙相对。

转子轴3000包括：两端被轴承（未图示）等保持的轴体3100、以及在轴体3100的外周形成的轭部3200。

永磁体3300a、3300b由截面呈半圆弧状的两个永磁体3300a、3300b（分割磁体）构成，在永磁体3300a、3300b中，一个永磁体的外侧被磁化为N极，另一个永磁体的外侧被磁化为S极。

如图8（a）所示，在转子轴3000的长度方向的途中位置，在转子轴3000的外周面（轭部3200的外周面）上，在轴线方向的较大范围内形成有沿周向延伸、比后述的第二凹部3200b浅的第一凹部3200a，在轴线方向的两端侧形成有彼此的直径相同的大径部3000a、3000b。

在第一凹部3200a的轴线方向的大致中央位置形成有比第一凹部3200a深并在周向上延伸的第二凹部3200b。在第二凹部3200b内嵌合了永磁体3300a、3300b。在此，第二凹部3200b的深度尺寸与永磁体3300a、3300b大致相同，因此第二凹部3200b处于被永磁体3300a、3300b大致填埋的状态。

在这样构成的转子300中，永磁体3300a、3300b的外周侧被保护层3900覆盖。保护层3900形成在整个第一凹部3200a内，第一凹部3200a处于被保护层3900大致完全填埋的状态。

在本实施形态中，像第1发明第一实施形态的说明中参照图3（a）～图3（f）和图4（a）、图4（b）进行说明的那样，保护层3900具有纤维层被环氧树脂或酚醛树脂等热固性树脂进行加固的构造，可防止永磁体3300a、3300b因受到离心力而破损，并可防止永磁体3300a、3300b在因受到离心力而破损了时飞散。

（转子300的制造方法）

与参照图3（a）～图3（f）和图4（a）、图4（b）说明的第1发明第一实施形态的转子的制造方法相比，应用了本发明的转子300的制造方法的不同之处在于转子轴3000上并未形成定位部，而其它结构相同，因此省略本发明的转子300的制造方法的详细说明。在下面的说明中，对与第1发明共有的第一纤维层和第二纤维层标记第1发明中所使用的符号并省略其说明。

（第二实施形态的主要效果）

如上所述，在本实施形态中，通过在永磁体3300a、3300b的外周侧卷绕碳预浸料（第一纤维层38a和第二纤维层38b），形成了用于防止永磁体3300a、3300b破损、飞散的保护层3900。因此，与参照图9说明的结构不同，可省去在使用模型部件而形成了筒状保护罩后在永磁体的外周套设或压入保护罩之类的工序，还可省去用于提高保护罩的内径精度的精加工。因此，采用本实施形态，可提高转子300的制造效率。

在本实施形态中，由于将宽度小的第一纤维层38a和宽度大的第二纤维层38b卷绕多层，因此保护层3900的强度大。因此，能可靠地防止永磁体3300a、3300b飞散，而且，保护层3900可起到将永磁体3300a、3300b相对于转子轴3000可靠固定的效果。像宽度小的第一纤维层38a螺旋状卷绕、宽度大的第二纤维层38b以覆盖整个宽度方向的形态卷绕等那样，可根据纤维层的宽度尺寸来进行卷绕。因此，可有效地形成强度大的保护层3900。

由于通过在永磁体3300a、3300b的外周侧卷绕碳预浸料（第一纤维层38a和第二纤维层38b）来形成保护层3900，因此，即使是在第一纤维层38a和第二纤维层38b的卷绕面位于在永磁体3300a、3300b的保持位置的两端侧形成的一对大径部3000a、3000b的外周面的径向内侧时也可进行应对。即，在参照图9说明的结构中，若在永磁体3300a、3300b的保持位置的两端侧形成有大径部3000a、3000b，则无法将圆筒状的保护罩套在转子轴上来覆盖永磁体，但采用本实施形态，即使是这种构造的转子300，也可用保护层3900来覆盖永磁体的外周侧。当在永磁体3300a、3300b的外周侧卷绕一种碳预浸料来形成保护层3900时也可获得这种效果。

在本实施形态中，由于将第一纤维层38a螺旋状地卷绕，因此容易在永磁体3300a、3300b的外周侧以在宽度方向上局部重叠的状态卷绕第一纤维层38a。

在本实施形态中，作为第一纤维层38a和第二纤维层38b使用的是在碳纤维层内浸渗了热固性树脂的碳预浸料，因此，只需在卷绕后进行加热就可使热固性树脂固化。因此，无需在卷绕后浸渗树脂，可高效地形成保护层3900。而且，在使用碳预浸料时，还具有与永磁体3300a、3300b、大径部3000a、3000b之间的紧贴性也优良的优点。

在本实施形态中，如图4（a）所示，作为第一纤维层38a和第二纤维层38b使用的是将碳纤维的形成方向沿着转子轴3000的旋转方向（周向）的一个方向对齐的碳纤维层内浸渗了热固性树脂的碳预浸料。这种结构的碳预浸料比图4（b）所示的将沿转子轴3000的旋转方向（周向）延伸的碳纤维和沿转子轴3000的轴线方向（纵向）延伸的碳纤维织成网眼状的碳预浸料廉价。因此，可廉价地制造保护层3900，从而可降低转子300的制造成本。另外，由于这种结构的碳预浸料的抗拉强度比图4（b）所示的碳预浸料大，因此具有能更可靠地防止永磁体3300a、3300b飞散等优点。在此，将纤维的形成方向沿着一个方向对齐的碳纤维层内浸渗了热固性树脂的碳预浸料可能会沿纤维的延伸方向裂开，但在本实施形态中，由于将第一纤维层38a和第二纤维层38b卷绕多层，因此可防止这种裂开。另外，由于将第一纤维层38a螺旋状地卷绕，纤维彼此交叉，因此即使是使用将纤维的形成方向沿着一个方向对齐的碳纤维层内浸渗了热固性树脂的碳预浸料时，也不容易裂开，可形成高强度的保护层3900。

在本实施形态中，至少在外周侧卷绕的第二纤维层38b的卷绕方向与转子轴3000（轭部3200）的旋转方向相反，因此，第二纤维层38b的卷绕末端部朝向与转子轴3000的旋转方向相反的方向。因此，在转子轴3000旋转时，具有卷绕末端部不会因风压而卷起的优点。

在本实施形态中，第一纤维层38a卷绕于下层侧，第二纤维层38b卷绕于第一纤维层38a的上层侧。若这样构成，则可减少气体等在从外部进入第一纤维层38a与第二纤维层38b之间时经过的路径，因此例如可防止纤维层38b因风压而卷起。另外，还可消除保护层3900外周面上的凹凸。

永磁体3300a、3300b与转子轴3000的外周面上形成的第二凹部3200b嵌合，第二凹部3200b的深度尺寸与永磁体3300a、3300b的厚度尺寸大致相等。因此，可在将永磁体3300a、3300b完全埋入第二凹部3200b内的状态下形成保护层3900，能可靠地固定永磁体3300a、3300b，限制永磁体3300a、3300b在轴线方向上的移动，并防止永磁体3300a、3300b飞散。另外，通过这样构成，在第一凹部3200a与永磁体3300a、3300b之间不会产生高低差，因此可将纤维层38a、38b在没有高低差的情况下卷绕到转子轴3000的外周面上。因此，可高效地形成强度大的保护层3900。

（第二实施形态的另一实施形态）

在上述实施形态中，在永磁体3300a、3300b的外周侧卷绕了第一纤维层38a后再卷绕第二纤维层38b，但在本发明中，也可在卷绕了第二纤维层38b后再卷绕第一纤维层38a。即，也可在第二纤维层卷绕工序之后进行第一纤维层卷绕工序。

Claims (18)

1.一种转子，包括转子轴和保持在该转子轴外周的永磁体，其特征在于，

所述永磁体的外周侧被保护层覆盖，该保护层的纤维层被树脂加固，

在所述保护层中，作为所述纤维层，宽度比所述永磁体的轴线方向的宽度尺寸小的第一纤维层和宽度为所述永磁体的轴线方向的宽度尺寸以上的第二纤维层以彼此重叠的形态卷绕在所述永磁体的外周侧。

2.如权利要求1所述的转子，其特征在于，所述第一纤维层以该第一纤维层彼此在宽度方向上局部重叠的形态卷绕。

3.如权利要求2所述的转子，其特征在于，所述第一纤维层螺旋状地卷绕。

4.如权利要求1所述的转子，其特征在于，在所述第一纤维层和所述第二纤维层中，至少卷绕在上层侧的纤维层的卷绕末端部朝向与所述转子轴的旋转方向相反的方向。

5.如权利要求3所述的转子，其特征在于，所述第一纤维层卷绕在下层侧，所述第二纤维层卷绕在所述第一纤维层的上层侧。

6.如权利要求1所述的转子，其特征在于，所述第二纤维层卷绕在下层侧，所述第一纤维层卷绕在所述第二纤维层的上层侧。

7.如权利要求1所述的转子，其特征在于，

在所述转子轴上，在所述永磁体的保持位置的两端侧形成有一对大径部，

所述保护层的纤维层的卷绕面位于所述一对大径部的外周面的径向内侧。

8.如权利要求7所述的转子，其特征在于，所述第二纤维层具有与所述一对大径部的分离尺寸相等的宽度尺寸。

9.如权利要求1所述的转子，其特征在于，所述永磁体与所述转子轴的外周面上形成的凹部嵌合。

10.如权利要求9所述的转子，其特征在于，所述凹部的深度尺寸与所述永磁体的厚度尺寸实质上相等。

11.如权利要求10所述的转子，其特征在于，

在所述凹部的轴线方向的两侧，在整个周向上形成有比所述凹部浅的浅凹部，

在整个所述浅凹部内以覆盖所述永磁体外周的形态卷绕有所述第一纤维层和所述第二纤维层。

12.如权利要求1所述的转子，其特征在于，所述第一纤维层和所述第二纤维层由碳纤维构成。

13.如权利要求12所述的转子，其特征在于，在所述第一纤维层和所述第二纤维层的至少一方中，所有纤维均沿着所述转子轴的旋转方向的一个方向对齐。

14.如权利要求12所述的转子，其特征在于，所述第一纤维层和所述第二纤维层由浸渗有所述树脂的预成型料构成。

15.一种转子的制造方法，所述转子包括转子轴和保持在该转子轴外周的永磁体，所述制造方法的特征在于，进行：

在所述永磁体的外周侧卷绕宽度比该永磁体的轴线方向的宽度尺寸小的第一纤维层的第一纤维层卷绕工序；以及

在所述第一纤维层卷绕工序之前或在该第一纤维层卷绕工序之后、在所述永磁体的外周侧卷绕宽为该永磁体的轴线方向的宽度尺寸以上的第二纤维层的第二纤维层卷绕工序，

在所述永磁体的外周侧覆盖纤维层被树脂加固的保护层。

16.如权利要求15所述的转子的制造方法，其特征在于，

作为所述第一纤维层和所述第二纤维层使用的是浸渗有树脂的预成型料，

在所述第一纤维层卷绕工序和所述第二纤维层卷绕工序之后进行使所述预成型料所含的树脂被加热而固化的热固化工序。

17.一种马达，其特征在于，包括：权利要求1至14中任一项所述的转子、以及相对于该转子产生旋转磁场的定子。

18.一种马达，其特征在于，包括：用权利要求15或16所述的方法进行制造的转子、以及相对于该转子产生旋转磁场的定子。