JP2002349470A - 電動ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】発生トルク及び流量を増やすことができて小型
化にも適する電動ポンプを得ることにある。 【解決手段】ステータ４内にロータ５を配置したモータ
の内部に流路を形成する電動ポンプ１を前提とする。ロ
ータ５を、マグネット２５を有した円筒部２２と、この
円筒部２２の内部に設けたインペラ２３を備えて形成す
る。ステータ４との間に磁気間隙Ｇを形成して配置され
る円筒部２２内を流路Ｆとして、この流路Ｆと、ステー
タ４及びこれに対向するロータ５のマグネット２５から
なるトルク発生部とを分けた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、気体や液体等の流
体を移送するのに使用される電動ポンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】特開平１０−２４６１９３号公報には、
ステータ内にロータを配置したモータの内部に流路を形
成して、ロータの回転に伴い前記流路に流体を流通させ
る軸流式の電動ポンプが示されている。この電動ポンプ
では、ロータを突極構造としてその外周部に軸方向に連
通する凹部を形成し、この凹部とステータとにより軸方
向の流路を形成している。

【０００３】このようにロータとステータとの間に流路
を形成し、この流路が主としてロータの凹部で確保され
る電動ポンプでは、凹部の分だけロータの外周面の面積
が減るので、トルクを発生させる上では不利である。そ
のため、電動ポンプの小型化を図ろうとすると、発生ト
ルクの低下を伴うことは避けられない。よって、小型化
には適さず、移送する流体が液体である場合にはその移
送に必要なトルクが不足し易くなる。

【０００４】更に、ロータの外周面からえぐられるよう
に設けられる凹部は、トルク発生との兼ね合いにより無
闇に大きくできない。そのため、凹部により形成される
流路の断面積は小さく、それに応じて、流量が少ない点
でも不利である。

【０００５】又、前記構成の電動ポンプの金属製ロータ
は移送流体と接するため、液体を移送する場合や、移送
される気体が湿気を含んでいる場合等においては、ロー
タに錆を生じる可能性が高い。そのため、耐久性に改良
の余地があるとともに、発生した錆がロータとステータ
との間に噛み込みまれて動作不良を生じる可能性が考え
られる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、発生トルク及び流量を増やすことができて
小型化にも適する電動ポンプを得ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、ステータ内に
ロータを配置したモータの内部に流路を形成する電動ポ
ンプを前提とする。そして、前記課題を解決するため
に、請求項１に係る発明は、前記ロータが、マグネット
を有して前記ステータとの間に磁気間隙を形成して対向
する円筒部、及びこの円筒部の内部に設けたインペラを
備えて形成され、前記円筒部内を前記流路としたことを
特徴としている。

【０００８】この発明及び以下の各発明において、マグ
ネットにはプラスチックマグネットや磁性金属材料製の
マグネット等を用いることができ、特に強磁性金属材
料、例えば希土類のマグネットを使用すると、発生トル
クをより大きく確保できる点で好ましい。又、この発明
及び以下の各発明において、インペラには１以上の羽根
車又はスクリュー等を使用できるとともに、このインペ
ラは合成樹脂又は金属で形成できる。又、この発明及び
以下の各発明において、ロータは、流路の両端中央部に
設けた軸受、又は流路外においてロータの両端部外周を
支持する軸受によって支持できる。更に、この発明及び
以下の各発明において、流路を通過する流体をガイドし
たり、又は整流するための部材を付設することは妨げる
ものではなく、又、ステータ及びロータの極数は後述の
実施形態には制約されないとともに、この発明の電動ポ
ンプは液体や気体等の流体移送用として好適に使用でき
る。

【０００９】この請求項１の発明においては、ステータ
との間に磁気間隙を形成して配置されるロータのマグネ
ットを有した円筒部の内部にインペラを設けたので、こ
の円筒部内を流路として用いることができる。それによ
り、流路と、ステータ及びこれに対向するロータのマグ
ネットからなるトルク発生部とが分けられるので、ロー
タの外周に流路形成用の凹部を設けてステータとの間に
流路を形成する必要がなくなるに伴い、前記トルク発生
部でのトルク発生性能が流路によって制限されることが
ない。したがって、インペラが設けられた円筒部の内側
の流路断面積を、ロータとステータとの間に流路を形成
した場合の流路断面積より大きくできる。

【００１０】請求項２に係る発明は、請求項１に係る発
明の記載の円筒部が、磁性金属材料製の前記マグネット
と、このマグネット全体を覆ったモールド樹脂とを有す
ることを特徴としている。

【００１１】この発明においては、金属マグネット全体
がモールド樹脂で包まれて流体に接することがないの
で、マグネットが錆びることを防止できる。

【００１２】請求項３に係る発明は、請求項２に係る発
明に記載のインペラを前記モールド樹脂と一体に形成し
たことを特徴としている。

【００１３】この発明においては、インペラとモールド
樹脂とを一体成形したので、部品点数を削減できる。

【００１４】請求項４に係る発明は、請求項１に係る発
明の記載の円筒部が、前記マグネットと、このマグネッ
トに積層されて前記ステータと対向する硬質な非磁性材
料製のカバーリングとを有することを特徴としている。
この発明において、カバーリングをなす非磁性材料とし
て、非磁性金属材料例えば防錆性に優れるステンレス鋼
を好適に使用できる。

【００１５】この発明においては、カバーリングによっ
てマグネットの表面が覆われるので、ステータと円筒部
との間の磁気間隙に異物が噛み込まれることがあって
も、それに伴うマグネットの損傷を防止できる。

【００１６】請求項５に係る発明は、請求項１〜４の内
のいずれか一項に記載の円筒部が、前記マグネットと、
このマグネットの裏面に積層されたリング状のバックヨ
ークとを有することを特徴としている。

【００１７】この発明においては、マグネットを薄くし
ても、これを厚み方向に貫通する磁束の量をバックヨー
クによって確保できる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図３を参照して本発
明の第１実施形態を説明する。

【００１９】本実施形態に係る電動ポンプ１は電動モー
タにより形成され、図１に示すようにモータケースを兼
ねる防錆性のポンプケーシング２、複数の軸受３、ステ
ータ４、及びロータ５を備えている。

【００２０】ポンプケーシング２は、筒状のフレーム主
部１２と、この主部１２の軸方向両端部に夫々連結され
た一対のブラケット状をなす端部フレーム１３とで形成
されている。各端部フレーム１３の中央部には夫々軸受
３が取付けられている。この軸受３の周囲に位置して各
端部フレーム１３には複数の流体通し口１３ａが開けら
れている。

【００２１】フレーム主部１２の内周面に密着して設け
られるステータ４は、多数枚のコア板を積層してなるス
テータコア４ａと、このコア４ａが有した例えば６個の
Ｔ形の突極（図３参照）に夫々巻付けられたステータ巻
線４ｂとを備えている。ステータ巻線４ｂは、ステータ
４の径方向に対応して配置されたもの同士を直列に接続
して３組みの巻線をなして３相接続されている。

【００２２】図１及び図３に示すようにロータ５は、回
転軸２１と、円筒部２２と、インペラ２３とを備えて形
成されている。ロータ５は、その回転軸２１の両端部を
夫々軸受３に回転自在に支持してステータ４内に配置さ
れている。この配置状態において、ロータ５の円筒部２
２の表面はステータ４の突極先端面に近接対向してお
り、両対向面間には磁気間隙Ｇが形成されている。な
お、図１中２４は回転軸２１をその軸方向に動かないよ
うに保持するために回転軸２１の溝に嵌め付けたＣリン
グ等の止め輪を示している。

【００２３】図３に示すように円筒部２２は、ロータ５
の極数を４極とするための断面円弧状の４個のマグネッ
ト２５と、互いに隣接するマグネット２５同士を接続し
て設けたポリエステル樹脂等の接続樹脂２６とで形成さ
れている。接続樹脂２６は、環状をなすように配置され
たマグネット２５をモールドして、これらを一体的に結
合している。各マグネット２５はその厚み方向に着磁さ
れている。これらのマグネット２５は、円筒部２２の表
面にその周方向に交互にＮ極とＳ極とが２対設けられる
ように配設されている。なお、この円筒部２２に代え
て、前記接続樹脂を有することなく９０度毎の領域が着
磁された円筒形のマグネットのみからなる円筒部を用い
ることもできる。各マグネット２５は希土類の強磁性金
属材料で形成されている。

【００２４】図１〜図３に示すように前記インペラ２３
には羽根車が使用されている。つまり、インペラ２３
は、回転軸２１の軸回りに回転しないようにこの軸２１
に嵌着されるハブ３１と、このハブ３１の外周に突設さ
れた複数枚の羽根３２とから形成されている。各羽根３
２は図２に示されるようにひねられている。このインペ
ラ２３は例えば合成樹脂で一体に形成されている。そし
て、インペラ２３は円筒部２２内に配置され、その各羽
根３２の先端縁は円筒部２２の内周面に接着剤を用いて
接続されている。

【００２５】以上のように構成されたロータ５における
円筒部２２の内部空間は流路Ｆとして用いられている。
この流路Ｆには既述のようにインペラ２３が設けられて
いるが、流路Ｆの断面積を大きくするために、回転軸２
１及びハブ３１はできる限り小径に形成されている。そ
して、図１に示すように流路Ｆの一端は一方の端部フレ
ーム１３の流体通し口１３ａに対向し、かつ、流路Ｆの
他端は他方の端部フレーム１３の流体通し口１３ａに対
向している。

【００２６】前記構成の電動ポンプ１はそのステータ４
に通電することにより駆動されて例えば給水等を行な
う。前記通電は順次励磁相を切り換えて行なわれ、それ
に伴いステータ４の周方向に進行する回転磁界が発生す
るので、この磁界とロータ５の各マグネット２５とが磁
気結合する。それにより、ステータ４とマグネット２５
との間で回転トルクが発生するので、軸受３で両端支持
されたロータ５はインペラ２３を伴って回転される。し
たがって、インペラ２３のひねりに応じて例えば図１中
矢印で示す方向に水を移送できる。この移送は、磁気間
隙Ｇよりも遥かに流路断面積が大きい円筒部２２内の流
路Ｆを通って行われる。なお、この場合に、磁気間隙Ｇ
にも通水されるが、その量は、流路Ｆを流通する水量に
比較して遥かに少なく、実質的に無視できる程度であ
る。

【００２７】以上のように駆動される電動ポンプ１は、
ロータ５の円筒部２２内にインペラ２３を設けたので、
この円筒部２２内を流路Ｆとして用いることができ、そ
れにより、流路Ｆと、ステータ４及びこれに対向するロ
ータ５のマグネット２５からなるトルク発生部とが分け
られる。そのため、ロータ５の外周に流路形成用の凹部
を設けてステータ４との間に流路を形成する構成、つま
り、流路とトルク発生部とが分化されていない構成とは
異なり、前記トルク発生部でのトルク発生性能が流路Ｆ
によって制限されることがない。

【００２８】そのため、磁束を発生させるマグネット２
５の表面積を多く確保できるので、発生トルクが増やさ
れて流体の移送能力を向上できる。したがって、電動ポ
ンプ１を小径にする場合にも、流体移送に必要十分なト
ルクを発生させることができるので、小型化を促進する
のに好適である。

【００２９】しかも、ロータ５の円筒部２２はその外周
面（表面）をステータ４に近接させてこのステータ４と
の間に磁気間隙Ｇを形成して設けられており、この円筒
部２２内をインペラ２３が収容された流路Ｆとして用い
たから、流路Ｆの断面積を、ロータ５とステータ４との
間に流路を形成した場合の流路断面積より遥かに大きく
確保できる。そのため、インペラ２３の回転に伴って移
送される流量を多くできる。

【００３０】図４及び図５は本発明の第２実施形態を示
している。この実施形態は図４及び図５に示されない部
分を含めて基本的には第１実施形態と同様な構成である
ので、同様構成部分には第１実施形態と同じ符号を付し
て、その構成および作用の説明を省略し、以下異なる部
分について説明する。第２実施形態が第１実施形態と異
なる部分は、ステータ及びロータの夫々に防水ないしは
防塵の為の保護手段を講じるとともに、ロータについて
の保護手段とインペラとを一体化した点などである。

【００３１】すなわち、第２実施形態において、ステー
タ４には、そのステータ巻線４ｂを埋設する電気絶縁性
樹脂４ｃがモールドされている。この樹脂４ｃにはポリ
エステル樹脂等を好適に使用できる。絶縁性樹脂４ｃの
内周面はステータコア４ａの突極先端面と略面一に連な
って形成されている。したがって、ステータ４の内周面
は円筒状となっており、この円筒状内周面により流体を
円滑に導いて流動させることができるようにしてある。
又、ロータ５の円筒部２２は、４個のマグネット２５
と、これらマグネット２５全体を埋設して覆ったモール
ド樹脂２７とから形成されている。このモールド樹脂２
７はインペラ２３と一体にモールドされている。なお、
複数のマグネットに代えて、円筒形であって、その所定
領域毎に着磁された単一のマグネットを用いてもよい。
又、以上説明した点以外の構成は第１実施形態と同じで
ある。

【００３２】したがって、この第２実施形態の構成にお
いても、ロータ５の円筒部２２内を流路Ｆとして、この
流路Ｆとトルク発生部とを分化したから、第１実施形態
と同様の本発明の所期の課題を解決できる。しかも、磁
性金属材料製、つまり、その一例として希土類のマグネ
ット２５全体をモールド樹脂２７で覆ったので、マグネ
ット２５がモータ内部の流路Ｆ及び磁気間隙Ｇ等を流動
する水等の流体に接することがない。そのため、マグネ
ット２５が錆びることを防止できるので、電動ポンプ１
の耐久性を向上できる。更に、インペラ２３とモールド
樹脂２７とを一体成形したから、ロータ５の部品点数を
削減でき、コストダウンを図ることができる。その上、
前記一体成形によりインペラ２３と円筒部２２とが分離
する恐れがないから、品質を高めることができる。

【００３３】図６は本発明の第３実施形態を示してい
る。この実施形態は図６に示されない部分を含めて基本
的には第２実施形態と同様な構成であるので、同様構成
部分には第２実施形態と同じ符号を付して、その構成お
よび作用の説明を省略し、以下異なる部分について説明
する。第３実施形態が第２実施形態と異なる部分は、ロ
ータの円筒部の構成である。

【００３４】すなわち、第３実施形態において、円筒部
２２は、４個のマグネット２５と、これらマグネット２
５をその表面を除いて覆ったモールド樹脂２７と、各マ
グネット２５の表面に積層された硬質なカバーリング２
８とから形成されている。モールド樹脂２７はインペラ
２３と一体にモールドされている。カバーリング２８は
硬度が高く且つ防錆性に優れたステンレス鋼で形成され
ていて、このリング２８はステータ４と対向して設けら
れる。なお、以上説明した点以外の構成は第２実施形態
と同じである。

【００３５】したがって、この第３実施形態の構成にお
いても、ロータ５の円筒部２２内を流路Ｆとして、この
流路Ｆとトルク発生部とを分化したから、第２実施形態
と同様に本発明の所期の課題を解決できる。しかも、カ
バーリング２８によって各マグネット２５の表面が覆わ
れるので、磁気間隙Ｇに異物が噛み込まれることがあっ
ても、それに伴うマグネット２５の損傷が防止されるの
で、耐久性を向上できる。又、各マグネット２５は、そ
の表面をこれに接着したカバーリング２８で覆われてい
るだけではなく、それ以外の全ての面をモールド樹脂２
７で覆われていて、各マグネット２５がモータ内部の流
路Ｆ及び磁気間隙Ｇ等を流動する水等の流体に接するこ
とがない。そのため、各マグネット２５が錆びることを
防止できるので、電動ポンプ１の耐久性を向上できる。
更に、インペラ２３とモールド樹脂２７とが一体成形さ
れているから、ロータ５の部品点数が削減されてコスト
ダウンを図れるとともに、インペラ２３と円筒部２２と
が分離する恐れがなく品質を高めることができる点でも
第２実施形態と同様である。

【００３６】図７は本発明の第４実施形態を示してい
る。この実施形態は図７に示されない部分を含めて基本
的には第２実施形態と同様な構成であるので、同様構成
部分には第２実施形態と同じ符号を付して、その構成お
よび作用の説明を省略し、以下異なる部分について説明
する。第４実施形態が第２実施形態と異なる部分は、ロ
ータの円筒部の構成である。

【００３７】すなわち、第４実施形態において、円筒部
２２は、４個のマグネット２５と、これらマグネット２
５の裏面に積層されたリング状のバックヨーク２９と、
これらマグネット２５及びバックヨーク２９を覆ったモ
ールド樹脂２７とから形成されている。なお、以上説明
した点以外の構成は第２実施形態と同じである。

【００３８】したがって、この第４実施形態の構成にお
いても、ロータ５の円筒部２２内を流路Ｆとして、この
流路Ｆとトルク発生部とを分化したから、第２実施形態
と同様に本発明の所期の課題を解決できる。しかも、マ
グネット２５の裏面にバックヨーク２９を重ねて設けた
ので、マグネット２５を薄くしても、このマグネット２
５を厚み方向に貫通する磁束の量をバックヨーク２９に
よって多く確保できるので、それに伴って発生トルクの
減少を抑制できる。そのため、円筒部２２を薄肉にして
流路Ｆの断面積を大きく確保する場合に有利である。そ
して、同様の理由から、電動ポンプ１を小型化する場合
にも、発生トルクの減少が抑制されるので、気体に比較
して質量が大きい液体を移送するのに好適である。もち
ろん、モールド樹脂２７により各マグネット２５が水等
の流体に接して錆びることを防止できるので電動ポンプ
１の耐久性を向上でき、更に、このモールド樹脂２７と
インペラ２３とが一体成形されているから、ロータ５の
部品点数が削減されてコストダウンを図れるとともに、
インペラ２３と円筒部２２とが分離する恐れがなく品質
を高めることができる点でも第２実施形態と同様であ
る。なお、この第４実施形態において採用したバックヨ
ークは第１、第３の実施形態にも適用できる。

【００３９】

【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、以下に記載されるような効果を奏する。

【００４０】請求項１に係る発明によれば、ロータがそ
の円筒部内を流路とするインペラを備え、この円筒部内
の流路と、ステータ及びこれに対向する前記円筒部のマ
グネットからなるトルク発生部とを分化して、トルク発
生部でのトルク発生性能が流路によって制限されないよ
うにし、かつ、前記流路の断面積を大きく確保すること
が可能であるので、発生トルク及び流量を増やすことが
できて小型化にする場合にも適する電動ポンプを提供で
きる。

【００４１】請求項２に係る発明によれば、磁性金属材
料製のマグネットが流体に接して錆びることを防止した
ので、耐久性に優れる電動ポンプを提供できる。

【００４２】請求項３に係る発明によれば、インペラと
モールド樹脂とを一体成形して部品点数を削減したの
で、安価であり、かつ、インペラが円筒部から分離する
恐れがなく高品質な電動ポンプを提供できる。

【００４３】請求項４に係る発明によれば、ステータと
円筒部との間の磁気間隙に異物が噛み込まれても、マグ
ネットが損傷しないように硬質なカバーリングによって
保護したので、耐久性に優れる電動ポンプを提供でき
る。

【００４４】請求項５に係る発明によれば、磁束がマグ
ネットを厚み方向に通り易いので、円筒部を薄肉にして
流路断面積を大きくするのに有効であるとともに、発生
トルクの減少が抑制されるので、小型化する場合に好適
な電動ポンプを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係る電動ポンプを示す
断面図。

【図２】図１の電動ポンプが備えるインペラを示す斜視
図。

【図３】図１中Ｚ−Ｚ線に沿う断面図。

【図４】本発明の第２実施形態に係る電動ポンプを示す
断面図。

【図５】図４中Ｙ−Ｙ線に沿う断面図。

【図６】本発明の第３実施形態に係る電動ポンプを示す
断面図。

【図７】本発明の第４実施形態に係る電動ポンプを示す
断面図。

【符号の説明】

１…電動ポンプ ４…ステータ ５…ロータ ２１…回転軸 ２２…円筒部 ２３…インペラ ２５…マグネット ２７…モールド樹脂 ２８…カバーリング ２９…バックヨーク Ｇ…磁気間隙 Ｆ…流路

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０４Ｄ 3/00 Ｆ０４Ｄ 3/00 Ｂ 29/32 29/32 Ａ 29/52 29/52 Ａ Ｂ Ｅ Ｆターム(参考） 3H033 AA01 AA02 AA11 BB01 BB08 BB13 CC01 CC03 DD01 DD25 DD26 DD30 EE14 EE19 3H034 AA01 AA02 AA11 BB01 BB08 BB13 CC01 CC03 DD01 DD22 DD24 DD30 EE00 EE14 EE18

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステータ内にロータを配置したモータの
   内部に流路を形成する電動ポンプにおいて、前記ロータ
   が、マグネットを有して前記ステータとの間に磁気間隙
   を形成して対向する円筒部、及びこの円筒部の内部に設
   けたインペラを備えて形成され、前記円筒部内を前記流
   路としたことを特徴とする電動ポンプ。
2. 【請求項２】 前記円筒部が、磁性金属材料製の前記マ
   グネットと、このマグネット全体を覆ったモールド樹脂
   とを有することを特徴とする請求項１に記載の電動ポン
   プ。
3. 【請求項３】 前記インペラを前記モールド樹脂と一体
   に形成したことを特徴とする請求項２に記載の電動ポン
   プ。
4. 【請求項４】 前記円筒部が、前記マグネットと、この
   マグネットに積層されて前記ステータと対向する硬質な
   非磁性材料製のカバーリングとを有することを特徴とす
   る請求項１に記載の電動ポンプ。
5. 【請求項５】 前記円筒部が、前記マグネットと、この
   マグネットの裏面に積層されたリング状のバックヨーク
   とを有することを特徴とする請求項１〜４の内のいずれ
   か一項に記載の電動ポンプ。