JP2000032689A - 電動機の固定子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転子の持つ磁束を有効にトルクに変換可能
であり、製造が容易な電動機の固定子およびその製造方
法を提供することを目的とする。 【解決手段】 回転子７と所定の間隔で対向する継鉄部
１５および継鉄部１５と一体に成形され外径方向に突出
して周方向に並ぶ複数のティース１６を有する内周部鉄
心１２と、ティース１６に巻回された巻線１４と、巻線
１４が巻回されたティース１６の外周端を固定する外周
部鉄心１３とを備え、内周部鉄心１２の継鉄部１５の各
ティース１６間には、継鉄部１５の磁性体を改質して構
成した非磁性部１７が備えられていることを特徴として
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電動機の固定子に
関し、例えば車両用燃料ポンプ等のポンプ装置にに適用
可能なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、電動機の固定子として、特開平１
０−４２４９７号公報に開示されているものが知られて
いる。この固定子では、図３に示すように、固定子鉄心
を内周部鉄心１２と外周部鉄心１３とに分割可能にし
て、内周部鉄心１２のティース１６に界磁巻線１４を巻
回後、外周部鉄心１３を内周部鉄心１２に圧入等によっ
て組付けて、界磁巻線１４の巻回作業性を容易にしてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図３に示した
ような構造では、回転子７の外周部のマグネット１０と
対向して配置される内周部鉄心１２の継鉄部１５の内周
面が周方向に繋がった形状となるため、各磁極（ティー
ス１６）がそれぞれ部分的に繋がっている。そして、そ
の部分から磁極が短絡してしまい、界磁巻線１４と鎖交
する有効な磁束Φが減少してしまう。そのため、マグネ
ット１０のもつ磁束密度を有効にトルクに変換できず、
十分なトルクを発生できないという問題があった。

【０００４】また、前記従来技術には、内周部鉄心の継
鉄部の各ティース間を分離した構造も示されている。こ
の構造では上記問題は発生しないが、内周部鉄心１２が
分離してしまうため、内周部鉄心１２を外周部鉄心１３
に保持させるのが難しく、製造が困難であるという問題
があった。また、内周部鉄心１２の内周面と回転子７の
外周面との間の隙間には、回転子７の回転に伴って流体
の流れが発生する。内周部鉄心１２の継鉄部１５が分離
しているときには、内周部鉄心１２の内周面に凹凸が生
じ、その分離部の凹凸形状によって流体の流れが阻害さ
れるため、回転子７の回転抵抗が増加し、電動機の効率
が低下するという問題があった。

【０００５】本発明は、上記問題に鑑みなされたもので
あり、回転子の持つ磁束を有効にトルクに変換可能であ
り、製造が容易な電動機の固定子およびその製造方法を
提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明では、回転子（７）と所定の
間隔で対向する継鉄部（１５）および継鉄部（１５）と
一体に成形され外径方向に突出して周方向に並ぶ複数の
ティース（１６）を有する内周部鉄心（１２）と、ティ
ース（１６）に巻回された巻線（１４）と、巻線（１
４）が巻回されたティース（１６）の外周端を固定する
外周部鉄心（１３）とを備え、内周部鉄心（１２）の継
鉄部（１５）の各ティース（１６）間には、継鉄部（１
５）の磁性体を改質して構成した非磁性部（１７）が備
えられていることを特徴としている。

【０００７】これによると、回転子（７）から出た磁束
は内周部鉄心（１２）の継鉄部（１５）を通ってティー
ス（１６）へ流れていく。この時、継鉄部（１５）の各
ティース（１６）間には非磁性部（１７）が設けられて
いるため、隣り合うティース（１６）同士は磁気的に絶
縁されている。そのため、回転子（７）から内周部鉄心
（１２）の継鉄部（１５）に入った磁束は、全てティー
ス（１６）へ流れて巻線（１４）と鎖交するため、磁束
の無駄がなく、十分なトルクを発生することができる。

【０００８】また、非磁性部（１７）は、継鉄部（１
５）の磁性体を改質して構成されているため、内周部鉄
心（１２）の継鉄部（１５）は周方向に繋がっている。
そのため、内周部鉄心（１２）を外周部鉄心（１３）に
保持させるのが容易になり、非磁性部（１７）を別部材
で形成し、継鉄部（１５）に組付ける場合と比較して組
立工数及びコストを削減できる。

【０００９】さらに、内周部鉄心（１２）の継鉄部（１
５）が周方向に繋がった構造であるため、内周部鉄心
（１２）の内周面に凹凸が形成されないようにすること
が可能となる。従って、内周部鉄心（１２）の内側で、
回転子（７）が回転する際に発生する流体の流れが凹凸
で阻害されることがなく、電動機の効率を向上させるこ
とが可能となる。

【００１０】また、請求項１から請求項４に記載の固定
子は、請求項５及び請求項６に記載しているように、電
動機及びポンプ装置に適用できる。固定子（６）の非磁
性部（１７）は内周部鉄心（１２）と一体成形されてお
り、内周部鉄心（１２）の内周面には凹凸が形成されな
いようにすることが可能である。そのため、内周部鉄心
（１２）の内側で、回転子（７）が回転する際に発生す
る流体の流れが凹凸で阻害されることがなく、電動機及
びポンプ装置の効率を向上させることが可能となる。特
に、粘性の高い車両用燃料のポンプ装置に適用されると
きには、この効果は顕著となる。

【００１１】請求項７に記載の発明では、内周部鉄心
（１２）を磁性体で形成し、内周部鉄心（１２）の継鉄
部（１５）の各ティース（１６）間の磁性体を改質して
非磁性部（１７）を形成した後、ティース（１６）に巻
線（１４）を巻回し、巻線（１４）が巻回された内周部
鉄心（１２）を円筒状の外周部鉄心（１３）内側に挿嵌
して固定することを特徴としている。

【００１２】これによれば、内周部鉄心（１２）と外周
部鉄心（１３）が分離した構造となっているため、ティ
ース（１６）に巻線（１４）を巻回することが容易とな
る。また、内周部鉄心（１２）の継鉄部（１５）の各テ
ィース（１６）間を分離させることなく、非磁性部（１
７）を成形している。そのため、円筒形の外周部鉄心
（１３）の内側に、巻線（１４）が巻回された内周部鉄
心（１２）を挿嵌するだけで、各ティース（１６）の外
周端を固定することができ、固定子の製造が容易とな
る。

【００１３】なお、上記した括弧内の符号は、後述する
実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものであ
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。図１は本発明の電動機の固定子が取
り付けられるポンプ装置の断面図であり、図２は図１の
Ａ−Ａ断面でのマグネットロータ及び固定子の断面図で
ある。このポンプ装置は例えば車両等の燃料タンク内に
配置されるもので、燃料タンクから内燃機関の燃料噴射
装置に燃料を供給するものである。

【００１５】ポンプ装置１は電動機部２、ポンプ部３お
よび吐出部４から構成されている。電動機部２は円筒状
のケーシング５内に、固定子６、マグネット回転子７、
駆動回路８等を備えて構成されている。マグネット回転
子７は、鉄系の焼結金属からなる円筒状のロータコア９
の外周にフェライト等からなる４つのマグネット１０が
接着固定されたものである。なお、マグネット１０は周
方向に一定間隔でＮ極とＳ極とが反転するように着磁さ
れている。ロータコア９には、その軸方向に貫通孔が設
けられており、貫通孔にはシャフト１１が圧入固定され
ている。

【００１６】固定子６はマグネット回転子７の外周の径
方向に所定の間隔をもって配置されており、内周部鉄心
１２、外周部鉄心１３及び界磁巻線１４で構成される。
内周部鉄心１２は鉄−クロム系合金、フェライト系ステ
ンレス鋼、またはマルテンサイト系ステンレス鋼等の軟
磁性部材の鋼板を積層したものである。また、外周部鉄
心１３はケイ素鋼板を積層して形成されている。

【００１７】内周部鉄心１２は、円筒状の継鉄部１５と
この継鉄部１５から外周方向へ等間隔に突設される６本
のティース１６とからなる。このティース１６の外周端
面は内周部鉄心の軸を中心とする円弧状に形成され、外
周部鉄心１３の内側に隙間なく挿入可能とされている。
また、継鉄部１５の隣接するティース１６の間は、熱処
理を施すことにより非磁性部１７が形成されている。即
ち、内周部鉄心１２の継鉄部１５の周方向に等間隔に非
磁性部１７が設けられている。この非磁性部１７は、軟
磁性部材である継鉄部１５の隣接するティース１６間の
一部に、ニッケルなどのオーステナイト生成元素または
それを主成分とする合金組成を制御することにより、非
磁性のオーステナイト相の溶融改質部を得たものであ
る。すなわち、軟磁性部材にＣＯ₂レーザを照射しなが
ら、Ｎｉワイヤを所定の速度でレーザ照射部に供給し
て、軟磁性部材とＮｉワイヤとを溶融、希釈させて合金
化することにより、継鉄部１５の隣接するティース１６
の間に非磁性部１７の溶融改質部を形成するというもの
である。

【００１８】継鉄部１５の隣接するティース１６の間に
非磁性部１７が形成された後、内周部鉄心１２の隣接す
る各ティース１６間の間隙（スロット）１８を利用し
て、ティース１６には図２の紙面垂直方向に３相の界磁
巻線１４が巻き付けられる。この結果、ティース１６と
界磁巻線１４とで磁極が形成される。ここに界磁巻線１
４は、一連または単独の巻枠（例えばボビン、スプール
など）１９にコイルを形成し、これを巻枠１９ごと内周
部鉄心１２の外周側からスロット１８に挿入する方法に
より装着できる。なお、界磁巻線１４は、巻線材を直接
ティース１６に巻き付けることも可能である。

【００１９】円筒状の外周部鉄心１３の内側には、ティ
ース１６に界磁巻線１４が巻き付けられた内周部鉄心１
２が圧入固定される。このとき、上述のように、ティー
ス１６の外周端面と外周部鉄心１３の内周面との間には
隙間が形成されず、相互に密着している。そのため、テ
ィース１６の外周端面と外周部鉄心１３の内周面との間
にエアギャップが形成されず、磁気抵抗の増加が防止さ
れている。このようにして内周部鉄心１２と外周部鉄心
１３とを組み合わせた後、界磁巻線１４全体、即ちスロ
ット１８内及びコイルエンド部分２０を絶縁性樹脂でモ
ールドする。このようにして形成された固定子６は、ケ
ーシング５の内側に挿入されて固定されている。

【００２０】シャフトホルダー２１は固定子６の上端内
側に圧入固定されており、シャフトホルダー２１の中央
に設けられている孔には下方から軸受２２が圧入固定さ
れている。また、ポンプケーシング２３は固定子６の下
端内側及びケーシング５の下部内側に圧入固定されてお
り、ポンプケーシング２３の中央に設けられている孔に
は軸受２４が圧入固定されている。そして、軸受２２、
２４ににより、マグネット回転子７に固定されているシ
ャフト１１が回転可能に支持されている。なお、このポ
ンプケーシング２３は、後述するインペラ２８の収容部
も形成している。

【００２１】シャフトホルダー２１の上部の窪み部に
は、モーター駆動回路８を内蔵する回路ホルダー２５が
圧入固定されている。回路ホルダー２５には、モーター
駆動回路８と界磁巻線１４とを接続する中間端子２６が
インサート成形されている。ポンプ部３は、電動機部２
の下部に設けられ、ポンプケーシング２３、ポンプカバ
ー２７及びインペラ２８から構成される。ポンプケーシ
ング２３の下部には、インペラ２８を収容する凹部２３
ａ及び流路２３ｂが形成されている。凹部２３ａの軸方
向の深さは、インペラ２８の厚さよりも数μｍから数十
μｍ深くなるように構成される。

【００２２】ポンプカバー２７は、ケーシング５の下部
に挿入され、かしめ等によって固定されている。また、
ポンプカバー２７の上側中央に設けられている支持穴２
７ａによってシャフト１１が支持されている。また、ポ
ンプカバー２７には、ポンプケーシング２３の流路２３
ｂに連通するように吸入ポート２７ｂが穿設されてい
る。

【００２３】流路２３ｂは後述するインペラ２８の各羽
根の周囲を取り囲むように形成されている。そして、流
路２３ｂの始端側はポンプカバー２７の形成された吸入
ポート２７ｂと連通し、該流路２３ｂは例えば３００度
程度の角度範囲に渡って周方向に延びている。円盤状の
インペラ２８はポンプケーシング２３の下部の凹部２３
ａに収容されている。また、インペラ２８の中央孔には
シャフト１１が嵌合されており、マグネット回転子７の
作動に連動して回転駆動される。該インペラ２８の外周
側は、流路２３ｂへ延びている。また、その上下の外周
部には、全周に渡って多数の羽根が上下で互いに位相を
ずらして列設されている。なお、羽根は上下同位相とし
てもよい。

【００２４】吐出部４を形成する有底円筒状のエンドカ
バー２９は、モーター駆動回路８を覆うように、ケーシ
ング５の上端内側に圧入固定されている。エンドカバー
２９の底部には、上方に向けて突出した吐出パイプ２９
ａが形成されている。吐出パイプ２９ａは流路２３ｂと
連通している。そして、吸入ポート２７ｂから吸入され
た燃料は、流路経２３ｂを経て、吐出パイプ２９ａから
内燃機関の燃料噴射装置に供給される。

【００２５】次に、本発明のポンプ装置１の作動につい
て説明する。図示しないバッテリから図示しない給電端
子を介して駆動回路８に電圧が印加される。駆動回路８
からは、マグネット回転子７の回転位置に応じてスロッ
ト１８内に巻回された３相の界磁巻線１４のうちの２相
に通電される。すなわち、電動機部は３相全波方式であ
る。なお、マグネット回転子７の回転位置は、界磁巻線
１４に発生する誘起電圧を基に計算されている。

【００２６】駆動回路８から界磁巻線１４に電流が流さ
れるとティース１６が励磁されて磁極が形成される。そ
して、内周部鉄心１２の内側に配置されているマグネッ
ト回転子７のマグネット１０との吸引力若しくは反発力
により、マグネット回転子７が回転し始める。そして、
このマグネット回転子７の回転に合わせて、通電する２
相の組み合わせ及び通電方向を駆動回路８が変更し、励
磁されるティース１６の磁性を順次変える。これによ
り、マグネット回転子７は連続して回転する。

【００２７】マグネット回転子７の回転は、シャフト１
１によってインペラ２８に伝達される。インペラ２８が
回転駆動されることにより、燃料タンク内の燃料は吸入
ポート２７ｂから流路２３ｂに吸引される。そして、該
流路２３ｂ内で圧送しつつ、吐出パイプ２９ａから吐出
される。本実施形態の電動機部２において、マグネット
１０から出た磁束は内周部鉄心１２の継鉄部１５を通っ
てティース１６へ流れていく。この時、継鉄部１５の各
ティース１６間には非磁性部１７が設けられているた
め、隣り合うティース１６同士は磁気的に絶縁されてい
る。そのため、マグネット１０から内周部鉄心１２の継
鉄部１５にへ入った磁束は、全てティース１６へ流れて
巻線１４と鎖交するため磁束の無駄がなく、十分なトル
クを発生することができる。なお、本実施形態において
は、回転子として外周部にマグネット１０を有するマグ
ネット回転子７を用いた。しかし、回転子にコイルを巻
回し、そのコイルに流れる電流の方向を変化させること
によって電磁石を形成するタイプの回転子を用いてもよ
い。

【００２８】また、本実施形態では、非磁性部１７は内
周部鉄心１２のティース１６間を熱処理を施すことによ
って得ている。そのため、非磁性部１７を別部材で形成
し、継鉄部１５に組付ける必要がなく、組立工数及びコ
ストを削減できる。本実施形態では、界磁巻線１４は、
巻枠１９にコイルを形成し、それをティース１６の外径
側から組付けている。巻枠１９を用いることにより、直
接ティース１６にコイルを巻回するより巻線１４のスロ
ット１８内への装着が容易となる。また、巻枠１９を用
いることにより、コイルをスロット１８内に隙間なく巻
くことも容易となる。そして、スロット１８内のコイル
の占積率を向上させることにより、電動機の効率を向上
することができる。

【００２９】また、本実施形態では、外周部鉄心１３は
円筒状に形成されているので、巻線１４が装着された内
周部鉄心１２を外周部鉄心１３の内側に挿入するだけ
で、各ティース１６の外周端を固定できる。また、ティ
ース１６の外周端と外周部鉄心１３の内周面とは密着し
ているので、その間にエアギャップが形成されず、磁気
抵抗の増加が防止されている。

【００３０】また、本実施形態の固定子６の非磁性部１
７は内周部鉄心１２と一体成形されており、内周部鉄心
１２の内周面には凹凸が形成されていない。そのため、
内周部鉄心１２の内側で、マグネット回転子７が回転す
る際に発生する流体の流れが内周部鉄心１２の内周面の
凹凸で阻害されることがなく、電動機及びポンプ装置の
効率を向上させることが可能となる。特に本実施形態の
ように、粘性の高い車両用燃料のポンプ装置１に適用さ
れるときには、この効果は顕著となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示すポンプ装置の断面図
である。

【図２】本発明の一実施形態を示す固定子及び回転子の
断面図である。

【図３】従来の電動機の固定子及び回転子の断面図であ
る。

【符号の説明】

６…固定子、７…マグネット回転子、９…ロータコア、
１０…マグネット、１１…シャフト、１２…内周部鉄
心、１３…外周部鉄心、１４…界磁巻線、１５…継鉄
部、１６…ティース、１７…非磁性部、１８…スロッ
ト、１９…巻枠。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H002 AA07 AA09 AB04 AB06 AB07 AB08 AC04 AC06 AC07 5H615 AA01 BB01 BB14 PP01 PP02 PP06 PP08 PP10 PP13 PP24 PP25 PP28 QQ02 QQ12 QQ19 QQ26 RR07 SS05 SS18 SS19 SS24 SS44 TT04 TT05 TT16 TT26

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転子（７）に対向して配置される電動
   機の固定子において、 前記回転子（７）と所定の間隔で対向する継鉄部（１
   ５）および該継鉄部（１５）と一体に成形され外径方向
   に突出して周方向に並ぶ複数のティース（１６）を有す
   る内周部鉄心（１２）と、 前記ティース（１６）に巻回された巻線（１４）と、 前記巻線（１４）が巻回された前記ティース（１６）の
   外周端を固定する外周部鉄心（１３）とを備え、 前記内周部鉄心（１２）の継鉄部（１５）の各ティース
   （１６）間には、前記継鉄部（１５）の磁性体を改質し
   て構成した非磁性部（１７）が備えられていることを特
   徴とする電動機の固定子。
2. 【請求項２】 前記非磁性部（１７）は、前記内周部鉄
   心（１２）を磁性体で成形した後、熱処理をすることに
   より形成されていることを特徴とする請求項１に記載の
   電動機の固定子。
3. 【請求項３】 前記巻線（１４）は巻枠（１９）に巻回
   されており、該巻枠（１９）は外周側から前記ティース
   （１６）に嵌入されていることを特徴とする請求項１ま
   たは請求項２に記載の電動機の固定子。
4. 【請求項４】 前記外周部鉄心（１３）は円筒状であ
   り、該外周部鉄心（１３）の内周面に前記ティース（１
   ６）の外径端が密着していることを特徴とする請求項１
   から請求項３のいずれか１つに記載の電動機の固定子。
5. 【請求項５】 請求項１から請求項４のいずれか１つに
   記載の電動機の固定子（６）と、 前記継鉄部（１５）の内側に所定の間隔で対向して配置
   される回転子（７）とを備えることを特徴とする電動
   機。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の電動機の前記回転子
   （７）の一端側には、前記回転子（７）の回転によって
   駆動されるポンプ部（３）が設けられていることを特徴
   とするポンプ装置。
7. 【請求項７】 回転子（７）に対向して配置される電動
   機の固定子の製造方法において、 前記回転子（７）と所定の間隔で対向する継鉄部（１
   ５）および該継鉄部（１５）と一体に成形され外径方向
   に突出して周方向に並ぶ複数のティース（１６）を有す
   る内周部鉄心（１２）を磁性体で形成し、 前記継鉄部（１５）の各ティース（１６）間の磁性体を
   改質して非磁性部（１７）を形成した後、 前記ティース（１６）に巻線（１４）を巻回し、 前記巻線（１４）が巻回された内周部鉄心（１２）を円
   筒状の外周部鉄心（１３）内側に挿嵌して固定すること
   を特徴とする電動機の固定子の製造方法。