JP2005073325A

JP2005073325A - Ｄｃキャンドポンプ

Info

Publication number: JP2005073325A
Application number: JP2003297127A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Shukuri; 陽一宿里; Koichi Morizumi; 孝一森住
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-08-21
Filing date: 2003-08-21
Publication date: 2005-03-17
Anticipated expiration: 2023-08-21
Also published as: JP4479188B2

Abstract

【課題】ＤＣキャンドポンプの磁極位置検出装置の取り付け及びその信号線の接続において、マグネットロータと固定子鉄心との位置関係及びサイズを最適に保ちながら、マグネットロータの磁極位置を確実に検出し、信号線のコネクタの逆接続が発生しても問題なく安定したポンプ性能を実現できるＤＣキャンドポンプを提供することを目的とする。
【解決手段】回転子２０内の永久磁石２１の磁極を検出する複数の磁極検出素子１４は磁極検出基板にレイアウトされ、磁極検出素子１４の出力信号は磁極検出素子用コネクタ１８と磁極検出素子信号ケーブル１９により駆動用基板１６に伝えられ、磁極検出素子出力信号に従って複数相の固定子巻線１３に電流を流し、固定子１０に電磁石の磁極を発生させ、永久磁石２１との磁力の吸引・反発により一方向の回転トルクを発生させるドライブＩＣ１７を駆動用基板１６に設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、長寿命で高効率のＤＣキャンドポンプに関するものである。

図７は従来のＤＣキャンドポンプの断面図、図８は従来の磁極検出素子を保持する保持部材の正面図、図９は従来の保持部材嵌着部の斜視図、図１０は従来の保持部材と保持部材嵌着部双方の嵌着状態の斜視図である（例えば特許文献１参照）。

図７において、キャンドポンプはモータケーシング１０１とカップ状隔壁１０２とで囲まれる空間が固定子室１０４を形成し、ここに駆動モータの固定子１１０が配置される。そして固定子室１０４とカップ状隔壁１０２で隔離される反対側の該カップ状隔壁１０２とポンプケーシング１０３とで囲まれる空間が回転子室１０５とこれと連接するポンプ室１０６で、ここに回転子１２０及びこれと一体のインペラ１３０が配置される。

ポンプ室１０６は流体の出入り口１０３−２を除いて気密構造とする為、カップ状隔壁１０２とポンプケーシング１０３との当接面には例示の様にＯリング１０７等のシール部材が併用されている。そして回転子１２０及びこれと一体のインペラ１３０は、両者を一体化している円筒状ボス部１３１の内周面に装着された軸受１０９を介してカップ状隔壁の底面１０２−１の中心とポンプケーシング１０３に形成された足１０３−１とで保持される軸１０８により回転自在に軸支される。更にモータケーシング１０１の内部には駆動モータを通電制御する為の電子回路１１６が設けられる。そしてこの電子回路１１６と駆動モータの固定子１１０とは電気的に接続されているが、その接続手段の一つである回転子の主体を成す永久磁石１２１の磁極位置を検出する為の磁極検出素子１１４の信号を伝達する為に、可撓性を有する印刷配線基板等から成る保持部材１１５を利用して磁極検出素子１１４を装着している。

また図８は磁極検出素子１１４を保持する保持部材の要部略図で、可撓性を有する印刷配線基板から成る保持部材１１５を使用するもので、固定子絶縁部材１１２との連結固定のための嵌着用小孔１１５−１が形成されている。嵌着用小孔１１５−１が、図９に示す固定子絶縁部材１１２の固定子内周側の嵌合部１１２−１に形成された小突起１１２−３に嵌着される。そして、保持部材１１５の先端部が、固定子絶縁部材１１２の固定子内周面近傍の、軸方向に伸長する対称的に配置されている壁１１２−２で挟持される様にして、該対の壁１１２−２の間の嵌合部１１２−１に当接嵌着される事で、保持部材１１５従って磁極検出素子１１４と、固定子鉄芯１１１に巻装される固定子巻線１１３との相対位置が確保される事になる。

図１０がその装着状態を示すもので、磁極検出素子１１４を挿入保持する保持部材１１５は、固定子絶縁部材１１２の壁１１２−２とその間の嵌合部との当接嵌着、及び嵌合部１１２−１に形成された中心方向を向く小突起１１２−３と、保持部材１１５の先端に磁極検出素子挿入用の小穴と共にその近傍に形成された嵌着用小孔１１５−１との嵌合により、確実に位置決めされるものである。
特開平６−２５３４９１号公報

しかしながら、上記従来の方法および構成では、磁極位置検出の為の漏れ磁束を発生させるように、マグネットロータを固定子鉄心より軸方向に延長するので、ポンプの大型化
につながった。また検出用に延長したマグネットの為、マグネットセンタ力がスラスト方向に発生し、効率低下・騒音／振動の増大という課題を有していた。

また磁極検出センサの位置が固定子巻線近傍にある為、巻線の発熱によりセンサの動作温度及び半田部のクラック発生の温度以上になる場合があり、品質上の問題が発生する課題を有していた。

更にまた磁極検出素子と制御電子回路部との接続でコネクタの逆接続があった場合、ポンプが逆転したり最悪は回転しなくなるという課題を有していた。

本発明は上記従来の問題点を解決するもので、ＤＣキャンドポンプの磁極位置検出装置の取り付け及びその信号線の接続において、マグネットロータと固定子鉄心との位置関係及びサイズを最適に保ちながら、マグネットロータの磁極位置を確実に検出し、信号線のコネクタの逆接続が発生しても問題なく安定したポンプ性能を実現できるＤＣキャンドポンプを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、複数のティースの先端に突極を有する固定子鉄心と、前記固定子鉄心のティースに巻かれた巻線のコイルとを有する電機子と、前記突極に対向して配置されたマグネットロータと、前記マグネットロータの磁極位置を検出する複数の磁極検出素子及びこれを実装した基板を含めた磁極位置検出装置と、前記磁極検出素子の出力信号に従い巻線に流す電流を制御するドライブＩＣを有するＤＣブラシレスモータを駆動源とし、前記電機子と前記マグネットロータ間に隔壁を持ち、前記隔壁で封水された部分に前記マグネットロータを配置し、水から隔離された部分に前記電機子、磁極位置検出装置、ドライブＩＣ等の通電部を配置したＤＣキャンドポンプであって、前記磁極位置検出装置を前記隔壁上に設けた。

本発明によれば、ＤＣキャンドポンプの磁極位置検出装置の取り付け及びその信号線の接続において、マグネットロータと固定子鉄心との位置関係及びサイズを最適に保ちながら、マグネットロータの磁極位置を確実に検出し、信号線のコネクタの逆接続が発生しても問題なく安定したポンプ性能を実現できるＤＣキャンドポンプを提供できる。

請求項１に記載の発明は、複数のティースの先端に突極を有する固定子鉄心と、固定子鉄心のティースに巻かれた巻線のコイルとを有する電機子と、突極に対向して配置されたマグネットロータと、マグネットロータの磁極位置を検出する複数の磁極検出素子及びこれを実装した基板を含めた磁極位置検出装置と、磁極検出素子の出力信号に従い巻線に流す電流を制御するドライブＩＣを有するＤＣブラシレスモータを駆動源とし、電機子とマグネットロータ間に隔壁を持ち、隔壁で封水された部分にマグネットロータを配置し、水から隔離された部分に電機子、磁極位置検出装置、ドライブＩＣ等の通電部を配置したＤＣキャンドポンプであって、磁極位置検出装置を隔壁上に設けたことにより、磁極検出素子とマグネットロータとの距離関係を常に一定で最短にできる為、マグネットロータの磁極の検出感度が向上し、ポンプ性能（Ｑ−Ｈ，振動・騒音）の品質を向上できると共にバラツキを低減できる。またマグネットロータの漏れ磁束を使って磁極位置を検出する場合、漏れ磁束を発生する為の余分なマグネット長を短縮でき、ポンプの小型化が可能となる。更にまたマグネットセンタ力スラスト方向に発生せず、効率低下・騒音／振動の増大を低減できる。また一方で巻線からの距離の確保と隔壁を介して循環液への放熱により、巻線の発熱の影響を低減できる。

請求項２に記載の発明は、請求項１の発明において、隔壁のマグネットロータに対向する部分はほぼ円筒状のカップ形状をとり、磁極位置検出装置は複数の位置決め用の突起及びねじ固定用の穴を設けられた隔壁のカップの底に、磁極検出素子は基板のマグネットロータ側に配置された状態で直接取り付けられ、磁極位置検出装置の基板外形はカップの底の外形内で収まる形状とし、また固定子鉄心の外周には複数の切り欠き溝を設け、また固定子鉄心を内封し圧入固定するモータフレームに複数の突起を設け、更にまたモータフレームには隔壁と位置決め用に複数の穴と、隔壁には位置決め用突起を設けたことにより、磁極検出素子と固定子鉄心の位置関係を一意的に決定できる。

請求項３に記載の発明は、請求項２の発明において、ラジアル方向に対し突極とマグネットロータで形成されるエアギャップ間に配置され、磁極検出素子内の磁極検出面に垂直なベクトルが、マグネットロータのラジアル方向にも成分をもち、磁極検出素子が基板のマグネットロータ側に表面実装されたことにより、マグネットロータの磁極位置を、マグネットロータの弱い漏れ磁束密度の中でも検出できる。

請求項４に記載の発明は、請求項１の発明において、磁極位置検出装置と通電部とを別の基板で配置し、その基板同士をコネクタ付リード線で結線された構成で、さらに複数の磁極検出素子として磁極検出素子を使用する場合において、コネクタにピン配置を、磁極検出素子の電源端子ペア０（＋，−）、複数の磁極検出素子出力ペア１，‥（＋，−）とし、両端から同じペア同士で同じ極性の順番で、
コネクタピンの両端から同じペアの＋，−もしくは−，＋で配置する。例えば３つの磁極検出素子の場合は、以下のようにした。
コネクタのピン番号１２３４５６７
８
信号名ペア０＋ペア１＋ペア２＋ペア３＋ペア３−
ペア２− ペア１− ペア０−
以上のようにコネクタのピン配置をすることで、コネクタの逆接続（例では１と８、２と７、３と６、４と５を逆に接続）しても、ポンプの回転に支障をきたさない。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１におけるＤＣキャンドポンプの断面図、図２は本発明の実施の形態１における磁極位置検出装置の取り付け状態の断面図である。図１および図２において、１はモータケーシング、２はカップ状隔壁、３はポンプケーシング、３−２は流体の出入り口、４は固定子室、５は回転子室、６はポンプ室、８は軸、９は軸受け、９−１は軸受板、１０は固定子、１１は固定子鉄心、１２は固定子絶縁物、１３は固定子巻線、１４は磁極検出素子、１６は駆動用基板、２０は回転子（マグネットロータ）、２１は永久磁石、３０はインペラである。

図１において、回転子２０はポンプ部のインペラ３０と一体になって回転している為、ポンプ部の吸込口の負圧によりスラスト方向に吸込口側に力が発生する。これを軸受板９−１により受ける。また回転子２０内の永久磁石２１の磁極を検出する複数の磁極検出素子１４は、磁極検出基板３１にレイアウトされ、磁極検出素子１４の出力信号は、接続用に磁極検出素子用コネクタ１８と磁極検出素子信号ケーブル１９により駆動用基板１６に伝えられ、磁極検出素子出力信号に従って複数相の固定子巻線１３の内どの相の巻線にどちら向きに電流を流し、固定子１０に電磁石の磁極を発生させ、回転子２０内の永久磁石２１との磁力の吸引・反発により、一方向の回転トルクを発生させるドライブＩＣ１７を駆動用基板１６にレイアウトしている。

磁極検出素子１４、磁極検出基板３１、磁極検出素子用コネクタ１８、磁極検出素子信号用ケーブル１９を総称して磁極検出装置と呼ぶ。この磁極検出素子１４と固定子１０と
の回転方向での角度の位置関係は、これらのモータ及びポンプの性能に大きく影響する巻線へ流す電流を切り替える相切替のタイミングである進角と密接な関係にある。そこで設定した進角量にする為、磁極検出素子１４をレイアウトした磁極検出基板３１はカップ状隔壁２に磁極検出基板３１の固定ネジ３３で機械固定される。

またこの位置関係を精度よく保つ方法について、図２を参照して説明する。固定子１０は外周に溝を設け、モータケーシング１の内周の突起とでモータケーシング１と固定子の位置決め部３４を設け、ガイドされ圧入固定される。またモータケーシング１とカップ状隔壁２は位置決め部３５によって位置決めされ、穴３６でネジ固定される。また一方でカップ状隔壁２と磁極検出基板３１はそれら位置決め部３２により位置決めされ、固定ネジ３３により機械固定される。以上のことで、モータケーシング１およびカップ状隔壁２を用い、最終的に固定子１０と磁極検出基板３１は一意的に位置決めされることになる。

磁極検出基板３１をカップ状隔壁２に機械固定することで、磁極検出素子１４と永久磁石２１との距離を小さくするとともに、固定子鉄心１１の積厚を長くしても、磁極検出素子１４と永久磁石２１との位置関係は変らず、充分な磁極検出が可能になり、ポンプ性能（Ｑ−Ｈ，振動・騒音）の品質を向上できると共にバラツキを低減できる。

（実施の形態２）
図３は本発明の実施の形態２における磁極検出素子の磁極検出状態の断面図、図４は本発明の実施の形態２における磁極検出素子の磁極検出状態の拡大図である。磁極検出基板３１はカップ状隔壁２に付随の位置決め部３２により、位置決めされ、カップ状隔壁２上に固定ネジ３３を用いて固定される。磁極検出素子１４は面実装部品として磁極検出基板３１の永久磁石２１側にレイアウトされる。ここで磁極検出素子１４としてリード付タイプを使用する場合は、倒れ防止の保持部材が必要となり、コストが高くなる難点がある。これに対し、本発明では磁極検出素子１４を面実装部品とするとともに、図４のように永久磁石２１の漏れ磁束３８を効率よく検出する為に、その磁束を検出する磁極検出素子１４の検出面３７が図４のように磁極検出基板３１に対しある角度θを持っていることにより、このような難点を解消できる。

（実施の形態３）
図５は本発明の実施の形態３における磁極検出素子への電源及び出力ピン正常接続時の磁極検出素子の出力波形図であって、電源及び出力ピン正常接続時を示すものである。また図６は本発明の実施の形態３における磁極検出素子への電源もしくは出力ピンの入れ替え時の磁極検出素子の出力波形図であって、電源もしくは出力ピンの入れ替え時を示すものである。図５と図６の違いは、位相が１８０度違うことである。もし電源もしくは出力ピンの入れ替えが発生して接続された場合は、回転子２０は逆回転することになる。一方で同時に電源及び出力ピンが入れ替わった場合は、また図５の正常接続に戻る。このことを利用して、以下のように磁極検出素子用コネクタのピン配置を、磁極検出素子の電源端子ペア０（＋，−）、複数の磁極検出素子出力ペア１，‥（＋，−）とし、両端から同じペア同士で同じ極性の順番にしたことを特徴とする。

コネクタピンの両端から同じペアの＋，−もしくは−，＋で配置する。例えば３つの磁極検出素子の場合の１例は、
コネクタのピン番号１２３４５６７
８
信号名ペア０＋ペア１＋ペア２＋ペア３＋ペア３−
ペア２− ペア１− ペア０−
以上のようにコネクタのピン配置をすることで、コネクタの逆接続（例では１と８、２と７、３と６、４と５を逆に接続）しても、ポンプの回転に支障をきたさない。

以上のように本発明によれば、磁極検出素子を分離板を挟んでマグネットロータに対し、ギャップを最小にし、マグネットロータの磁極の検出感度を向上できる。これによりポンプ性能（Ｑ−Ｈ，振動・騒音）の品質を向上できると共にバラツキを低減できる。またマグネットロータの漏れ磁束を使って磁極位置を検出する場合、漏れ磁束を発生する為の余分なマグネット長を短縮でき、ポンプの小型化が可能となる。またマグネットセンタ力がスラスト方向に発生せず、効率低下・騒音／振動の増大を低減できる。

また固定子巻線から距離を確保するとともに、隔壁を介在し循環液へ放熱することで、固定子巻線の熱の影響を低減でき、磁極検出素子の動作品質の向上を図ることができる。また磁極検出素子として面実装部品が使え、保持部材が不要な上、機械実装で工数も削減できる。また磁極位置検出装置とドライブＩＣ等を含む通電部とをコネクタケーブルにより接続する場合、逆接続しても安定した回転トルクを得ることができる。

本発明の実施の形態１におけるＤＣキャンドポンプの断面図本発明の実施の形態１における磁極位置検出装置の取り付け状態の断面図本発明の実施の形態２における磁極検出素子の磁極検出状態の断面図本発明の実施の形態２における磁極検出素子の磁極検出状態の拡大図本発明の実施の形態３における磁極検出素子への電源及び出力ピン正常接続時の磁極検出素子の出力波形図本発明の実施の形態３における磁極検出素子への電源もしくは出力ピンの入れ替え時の磁極検出素子の出力波形図従来のＤＣキャンドポンプの断面図従来の磁極検出素子を保持する保持部材の正面図従来の保持部材嵌着部の斜視図従来の保持部材と保持部材嵌着部双方の嵌着状態の斜視図

符号の説明

１モータケーシング
２カップ状隔壁
３ポンプケーシング
３−２流体の出入り口
４固定子室
５回転子室
６ポンプ室
８軸
１０固定子
１１固定子鉄心
１２固定子絶縁物
１３固定子巻線
１４磁極検出素子
１６駆動用基板
１７ドライブＩＣ
１８磁極検出素子用コネクタ
１９磁極検出素子信号ケーブル
２０回転子（マグネットロータ）
２１永久磁石
３０インペラ
３１磁極検出基板
３７磁極検出素子の検出面

Claims

複数のティースの先端に突極を有する固定子鉄心と、前記固定子鉄心のティースに巻かれた巻線のコイルとを有する電機子と、前記突極に対向して配置されたマグネットロータと、前記マグネットロータの磁極位置を検出する複数の磁極検出素子及びこれを実装した基板を含めた磁極位置検出装置と、前記磁極検出素子の出力信号に従い巻線に流す電流を制御するドライブＩＣを有するＤＣブラシレスモータを駆動源とし、前記電機子と前記マグネットロータ間に隔壁を持ち、前記隔壁で封水された部分に前記マグネットロータを配置し、水から隔離された部分に前記電機子、磁極位置検出装置、ドライブＩＣ等の通電部を配置したＤＣキャンドポンプであって、前記磁極位置検出装置を前記隔壁上に設けたことを特徴とするＤＣキャンドポンプ。
前記隔壁のマグネットロータに対向する部分はほぼ円筒状のカップ形状をとり、前記磁極位置検出装置は複数の位置決め用の突起及びねじ固定用の穴を設けられた前記隔壁のカップの底に、前記磁極検出素子は前記基板のマグネットロータ側に配置された状態で直接取り付けられ、前記磁極位置検出装置の基板外形はカップの底の外形内で収まる形状とし、また前記固定子鉄心の外周には複数の切り欠き溝を設け、また前記固定子鉄心を内封し圧入固定するモータフレームに複数の突起を設け、更に前記モータフレームには前記隔壁と位置決め用に複数の穴と、また前記隔壁には位置決め用突起を設けたことを特徴とする請求項１に記載のＤＣキャンドポンプ。
ラジアル方向に対し前記突極と前記マグネットロータで形成されるエアギャップ間に配置され、前記磁極検出素子内の磁極検出面に垂直なベクトルが、前記マグネットロータのラジアル方向にも成分をもち、前記磁極検出素子が基板の前記マグネットロータ側に表面実装されたことを特徴とする請求項２に記載のＤＣキャンドポンプ。
前記磁極位置検出装置と前記通電部とを別の基板で配置し、その基板同士をコネクタ付リード線で結線された構成で、さらに前記複数の磁極検出素子として磁極検出素子を使用する場合において、前記コネクタにピン配置を、前記磁極検出素子の電源端子ペア０（＋，−）、複数の磁極検出素子出力ペア１，‥（＋，−）とし、両端から同じペア同士で同じ極性の順番で、
コネクタピンの両端から同じペアの＋，−もしくは−，＋で配置する、例えば３つの磁極検出素子の場合は、
コネクタのピン番号１２３４５６７
８
信号名ペア０＋ペア１＋ペア２＋ペア３＋ペア３−
ペア２− ペア１− ペア０−
にピン配置したことを特徴とする請求項１に記載のＤＣキャンドポンプ。