JP2009077515A - Claw pole type motor and pump - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、クローポール型モータ、および、当該モータを駆動源とするポンプに関する。 The present invention relates to a claw pole type motor and a pump using the motor as a drive source.
例えば、液体を吸排するポンプには、羽根車を回転駆動させるモータとして爪磁極を有したクローポール型モータを使用したものが知られている(例えば特許文献1など参照)。クローポール型モータは、構造が単純であることから生産性が良く、しかも製造コストも低く抑えることができるという利点を有している。
この類のモータでは、コイルに流す電流を制御するための制御基板を備えているが、この制御基板を保持するために、筐体等のさらなる部材が必要となり、構造が複雑化するという問題がある。 This type of motor has a control board for controlling the current flowing through the coil. However, in order to hold the control board, an additional member such as a housing is required, which complicates the structure. is there.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡素な構造にてモータ用の制御基板を保持することである。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to hold a motor control board with a simple structure.
かかる課題を解決するために、第1の発明は、周方向に沿って配置されるマグネットを備えるとともに、回転可能に支持されるロータと、周方向に沿って配置された爪磁極を備える鉄心の内部に、この爪磁極を介してマグネットと対向するように環状コイルに収容するステータと、環状コイルに流す電流を制御する制御基板とを有するクローポール型モータを提供する。環状コイルは、環状のコイルボビンと、コイルボビンに巻回された電線と、周方向に沿って複数配置されており、コイルボビンの面上から起立して鉄心の外部へと延出する脚部とを有し、制御基板は、脚部のそれぞれによって保持される。 In order to solve such a problem, the first invention includes a magnet that is arranged along the circumferential direction, a rotor that is rotatably supported, and an iron core that has claw magnetic poles arranged along the circumferential direction. Provided is a claw pole type motor having a stator housed in an annular coil so as to face the magnet through the claw magnetic poles and a control board for controlling a current flowing in the annular coil. The annular coil has an annular coil bobbin, an electric wire wound around the coil bobbin, and a plurality of legs arranged along the circumferential direction, and legs that stand from the surface of the coil bobbin and extend to the outside of the iron core. The control board is held by each of the legs.
ここで、第1の発明において、鉄心は、爪磁極の先端部の向きが互い違いとなるように、上向きの爪磁極と下向きの爪磁極とが周方向にかけて交互に配置されるとともに、同一方向に延在して隣接する一対の爪磁極の間には、対向する方向に延在する爪磁極に対応したギャップが形成されていることが好ましい。この場合、脚部は、ギャップを介して鉄心の外部へと延出することが望ましい。 Here, in the first invention, the iron core is alternately arranged with the claw magnetic poles facing upward and the claw magnetic poles facing downward so that the directions of the tips of the claw magnetic poles are staggered, and in the same direction. It is preferable that a gap corresponding to the claw magnetic poles extending in the facing direction is formed between a pair of claw magnetic poles extending and adjacent to each other. In this case, it is desirable that the leg portion extends to the outside of the iron core through the gap.
また、第1の発明において、脚部は、頂上部に、電線と制御基板上の回路とを接続するために、この電線を絡げるためのピンが設けられていることが好ましい。 In the first invention, the leg portion is preferably provided with a pin at the top for connecting the electric wire and a circuit on the control board.
さらに、第1の発明において、脚部は、電線を制御基板側へと導くための貫通空間が内部に形成されていることが望ましい。 Furthermore, in the first invention, it is desirable that the leg portion has a through space formed therein for guiding the electric wire toward the control board.
また、第2の発明は、上記の第1の発明に記載されたクローポール型モータを駆動源とするポンプを提供する。 The second invention provides a pump using the claw pole type motor described in the first invention as a drive source.
本発明によれば、鉄心の内部に収容される環状コイルにおいて、コイルボビンの面上に脚部を設け、これを鉄心の外部へと延出させることで、制御基板を保持することができる。従来では、制御基板を保持するために、筐体等のさらなる部材が必要であったが、脚部によりこれを代用することができるので、制御基板保持用の部材を省略することができる。 According to the present invention, in the annular coil housed in the iron core, the leg portion is provided on the surface of the coil bobbin, and the control board can be held by extending the leg portion to the outside of the iron core. Conventionally, an additional member such as a housing is required to hold the control board. However, since this can be substituted by the leg portion, the member for holding the control board can be omitted.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態にかかるポンプを示す断面図である。このポンプは、クローポール型モータを駆動源とするポンプであり、ポンプケース1と、分離板2と、羽根車3と、ロータ4と、ステータ5と、制御基板6とを主体に構成されている。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a pump according to a first embodiment of the present invention. This pump is a pump having a claw pole type motor as a drive source, and is mainly composed of a pump case 1, a separation plate 2, an impeller 3, a rotor 4, a
ポンプケース1と分離板2とは互いに結合されており、これらが対をなしてポンプ室7を形成している。ポンプケース1と分離板2との結合部分には、ポンプ室7の水密性を確保する観点から、シール部材8を介在させている。ポンプ室7には、羽根車3とロータ4とが一体化された状態で回転自在に収容されている。ロータ4の周囲には、分離板2を挟んで外側にステータ5が対向して配置されており、いわゆるインナー型ロータ構造のモータ構成となっている。また、このポンプは、ポンプケース1を除いた部位全体がモールド樹脂9で覆われている。つまり、分離板2、ステータ5および制御基板6がモールド樹脂9で被覆されている。
The pump case 1 and the separation plate 2 are coupled to each other, and these form a pair to form a
ポンプケース1は、分離板2とともにポンプ室7を形成しており、ポンプ室7を画定するケース本体11と、吸入口12と、吐出口13とで構成されている。吸入口12は、ケース本体11の天面中央に開口されており、ポンプ室7内に液体を吸入するための開口として機能する。吐出口13は、ケース本体11の側壁に設けられており、ポンプ室7内の液体を吐出するための開口として機能する。
The pump case 1 forms a
分離板2は、ポンプケース1とともにポンプ室7を形成している。また、この分離板2は、ロータ4とステータ5とを水密状態に分離(ポンプ部とモータ部を分離)する機能を担っている。
The separation plate 2 forms a
羽根車3は、ロータ4に対して一体的に取り付けられており、ロータ4とともに回転する。この羽根車3は、自己が回転することにより、吸入口12からポンプ室7内へと液体を吸い込むとともに、吸い込んだ液体に遠心力を与えて吐出口13からポンプ外へと排出する。
The impeller 3 is integrally attached to the rotor 4 and rotates together with the rotor 4. As the impeller 3 rotates, the impeller 3 sucks liquid from the
ロータ4は、円筒体として形成され、羽根車3を回転駆動させる。このロータ4は、円筒形状のロータ本体41と、ロータ本体41の外壁(外周側)に設けられて磁気回路(磁束)を構成するマグネット42とで構成されている。ロータ本体41は、ポンプケース1に設けられた軸支え部43と、分離板2に設けられた軸支え部44とに挿入嵌合させた固定軸45に対して、軸受け部46を介して回転自在に支持されている。固定軸45は、その両端側に取り付けられた一対の回り止め板47により回転不可能とされている。なお、マグネット42と分離板2との間には、ロータ4の回転時に接触しない程度の隙間(クリアランス)が確保されている。
The rotor 4 is formed as a cylindrical body, and rotates the impeller 3. The rotor 4 includes a
図2は、ステータ5および制御基板6の状態を模式的に示す斜視図である。ステータ5は、ロータ4の外周側に対向して配置された環状の鉄心51の内部に環状コイル52を収容して構成されている。ステータ5は、電流を流すことにより環状コイル52で発生した磁界を、鉄心51が備える複数の爪磁極(クローポール)53からロータ4へと伝達する機能を担っている。
FIG. 2 is a perspective view schematically showing the state of the
鉄心51は、ロータ4と対向する内周側が開口した断面略コ字形状を有しており、環状コイル52の外周側を覆う筒状の側壁と、環状コイル52を上下方向からそれぞれ挟み込む一対の底面とを有している。また、この鉄心51には、環状コイル52の内周側に沿って等間隔で配置された複数(本実施形態では、8つ)の爪磁極53を有している。この爪磁極53は、上側底面の内縁部より屈曲して軸方向下方に延在する上側の爪磁極53と、下側底面の内縁部より屈曲して軸方向上方に延在する下側の爪磁極53とで構成されている。ここで、上側の爪磁極53と下側の爪磁極53とは、周方向にかけて交互に配置されている。また、鉄心51には、同一方向に延在して隣接する一対の爪磁極53の間に、対向する方向に延在する爪磁極53の先端部に対応するギャップが形成されている。
The
鉄心51は、例えば、絶縁皮膜された鉄粉をバインダとともに圧縮成形した圧粉鉄心で構成される。具体的には、鉄粉にリン酸皮膜処理などの絶縁処理を施すとともに、金型にエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を塗布する。そして、金型に粉体を充填して、圧縮した後に、取り出すことにより成形される。鉄心51は、金型からの離型性を考慮して、本実施形態では、互いに分離可能な上部鉄心51aと下部鉄心51bとで構成されている。上部鉄心51aは、上側の底面と、この底面から延在する上側の爪磁極53と、側壁の上側円筒領域とが一体化されて構成されており、また、下部鉄心51bは、下側の底面と、この底面から延在する下側の爪磁極53と、側壁部の下側円筒領域とが一体化されて構成されている。
The
図3は、環状コイル52を模式的に示す斜視図である。環状コイル52は、コイルボビン52aと、このコイルボビン52aに巻回された電線52bとを主体に構成されている。このコイルボビン52aは、断面略コ字形状を有する環状部材であり、その面上(具体的には、周方向に水平となる面上)には、制御基板6を保持する複数の脚部52cが設けられている。この脚部52cは、鉄心51において同一方向に延在する一対の爪磁極53の間に形成されるギャップと位置的に対応して、周方向に沿って等間隔で配置されており、コイルボビン52aの面上から起立して、鉄心51の外部へと延出している。
FIG. 3 is a perspective view schematically showing the
脚部52cの頂部には、制御基板6に形成された開口に挿入され、この制御基板6に対する位置決めと保持を行うための凸部52dが設けられている。この凸部52dは、すべての脚部52cに対応して設ける必要はなく、任意の脚部52cに対して選択的に設けられていれば足りる。
At the top of the
図4は、脚部52cの近傍を拡大して示す模式図である。脚部52cの頂部には、巻回された電線52bと制御基板6とを接続するために、この電線52bの端部を絡げるためのピン52fが設けられている。なお、ピン52fは、すべての脚部52cに対応して設ける必要はなく、本実施形態では、任意の脚部52cに対して選択的に設けられている(例えば、凸部52dが形成されていない脚部52cのいずれか2つ)。
FIG. 4 is an enlarged schematic view showing the vicinity of the
制御基板6は、分離板2の背面に設けられており、ロータ4の回転位置を検出する位置検出センサ(図示せず)からの信号を受けて、環状コイル52に流す電流を制御する。これより、制御基板6は、ロータ4の回転位置に応じて、環状コイル52で発生した磁界を制御する。
The
このように構成されたポンプにおいては、環状コイル52において発生する磁界が爪磁極53からマグネット42へと伝達されることにより、このマグネット42が吸引反発することで、ロータ4と一体的に設けられた羽根車3が、固定軸45を中心として回転する。そして、この羽根車3の回転にともないポンプ作用が発生し、液体が吸入口12よりポンプ室7内へと吸い込まれるとともにポンプ室7内で加圧される。加圧された液体は、周囲方向へ圧送され、吐出口13からポンプ外へと吐出される。
In the pump configured as described above, the magnetic field generated in the
このように本実施形態によれば、鉄心51の内部に収容される環状コイル52において、コイルボビン52aの面上に脚部52cを設け、これを鉄心51の外部へと延出させることで、制御基板6を保持することができる。従来では、制御基板6を保持するために、筐体等のさらなる部材が必要であったが、脚部52cによりこれを代用することができるので、制御基板保持用の部材を省略することができる。
As described above, according to the present embodiment, in the
また、クローポール型モータでは、ロータ4の回転位置に合わせて転流を行う必要がある。この転流タイミングは、制御基板6上に配置した位置検出センサにてセンシングを行うが、そのためには、制御基板6とステータ5との角度を精密に取り付ける必要がある。本実施形態によれば、脚部52cを鉄心51の爪磁極の間より延出させることで、ステータ5と制御基板6との位置決めを精度よく行うことができる。
Further, in the claw pole type motor, it is necessary to perform commutation in accordance with the rotational position of the rotor 4. This commutation timing is sensed by a position detection sensor disposed on the
また、本実施形態によれば、脚部52cの頂部に、電線52bを絡げるためのピン52fを設けているので、電線52bの端部の処理を容易に行うことができる。
Moreover, according to this embodiment, since the
(第2の実施形態)
図5は、第2の実施形態にかかる脚部52cの断面状態を示す模式図である。第2の実施形態にかかるポンプが、第1の実施形態のそれと相違する点は、環状コイル52の構造である。なお、第1の実施形態と共通する構成については符号を引用するとともに重複する説明は省略し、以下、相違点を中心に説明を行う。
(Second Embodiment)
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a cross-sectional state of the
具体的には、コイルボビン52aの面上に設けられる脚部52cには、その内部を貫通する空間(貫通空間)52gが形成されている。この貫通空間52gにより、脚部52cの内部を通過させて電線52bの端部を制御基板6へと導くことができる。また、脚部52cの内部を通過させて制御基板6へと導くことにより、電線52bを絶縁することができるので、安全性を確保することができる。
Specifically, a
(第3の実施形態)
図6は、第3の実施形態にかかるポンプを示す断面図である。このポンプは、クローポール型モータを駆動源とするポンプであり、ポンプケース101と、分離板102と、羽根車103と、ロータ104と、ステータ105と、制御基板106とを主体に構成されている。
(Third embodiment)
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a pump according to the third embodiment. This pump is a pump having a claw pole type motor as a drive source, and is mainly composed of a
ポンプケース101と分離板102とは互いに結合されており、これらが対をなしてポンプ室107を形成している。ポンプ室107には、羽根車103とロータ104とが一体化された状態で回転自在に収容されている。ロータ104の内側には、分離板2を挟んでステータ5が対向して配置されており、いわゆるアウター型ロータ構造のモータ構成となっている。
The
ポンプケース101は、分離板102とともにポンプ室107を形成しており、ポンプ室107を画定するケース本体111と、吸入口112と、吐出口(図示せず)とで構成されている。吸入口112は、ケース本体111の天面中央に開口されており、ポンプ室107内に液体を吸入するための開口として機能する。吐出口は、ケース本体111の側壁に設けられており、ポンプ室107内の液体を吐出するための開口として機能する。
The
分離板102は、ポンプケース101とともにポンプ室107を形成している。また、この分離板102は、ロータ104とステータ105とを水密状態に分離(ポンプ部とモータ部を分離)する機能を担っている。
The
羽根車103は、ロータ104に対して一体的に取り付けられており、ロータ104とともに回転する。この羽根車103は、自己が回転することにより、吸入口112からポンプ室107内へと液体を吸い込むとともに、吸い込んだ液体に遠心力を与えて吐出口からポンプ外へと排出する。
The
ロータ104は、円筒体として形成され、羽根車3を回転駆動させる。このロータ4は、円筒形状のロータ本体141と、ロータ本体141の内壁(内周側)に設けられて磁気回路(磁束)を構成するマグネット142とで構成されている。ロータ本体141は、ポンプケース101に配置された固定軸145に対して、軸受け部146を介して回転自在に支持されている。マグネット142と分離板102との間には、ロータ104の回転時に接触しない程度の隙間(クリアランス)が確保されている。
The
ステータ105は、ロータ104の内周側に対向して配置された環状の鉄心151の内部に環状コイル152を収容して構成されている。ステータ105は、電流を流すことにより環状コイル152で発生した磁界を、鉄心151が備える複数の爪磁極(クローポール)153からロータ104へと伝達する機能を担っている。
The
鉄心151は、ロータ104と対向する外周側が開口した断面略コ字形状を有しており、環状コイル52の内周側を覆う筒状の側壁と、環状コイル52を上下方向からそれぞれ挟み込む一対の底面とを有している。また、この鉄心151には、環状コイル152の外周側に沿って等間隔で配置された複数(本実施形態では、8つ)の爪磁極153を有している。この爪磁極153は、上側底面の内縁部より屈曲して軸方向下方に延在する上側の爪磁極53と、下側底面の内縁部より屈曲して軸方向上方に延在する下側の爪磁極153とで構成されている。ここで、上側の爪磁極153と下側の爪磁極153とは、周方向にかけて交互に配置されている。また、鉄心151において、同一方向に延在して隣接する一対の爪磁極153の間には、対向する方向に延在する爪磁極153に対応したギャップが形成されている。
The iron core 151 has a substantially U-shaped cross section that is open on the outer peripheral side facing the
環状コイル152は、コイルボビン152aと、このコイルボビン152aに巻回された電線152bとを主体に構成されている。コイルボビン152aは、断面略コ字形状を有する環状部材であり、その面上(具体的には、周方向に水平となる面)には、制御基板106を保持する複数の脚部152cが設けられている。脚部152cは、鉄心151におけるギャップと位置的に対応して、周方向に沿って等間隔で配置されており、コイルボビン152aの面上から起立して鉄心151の外部へと延出している。
The
脚部152cの頂部には、制御基板106に形成された開口に挿入され、この制御基板106に対する位置決めと保持を行うための凸部152dが設けられている。この凸部152dは、すべての脚部52cに対応して設ける必要はなく、本実施形態では、任意の脚部52cに対して選択的に設けられている。
At the top of the
制御基板106は、分離板102の背面に設けられており、ロータ104の回転位置を検出する位置検出センサ(図示せず)からの信号を受けて、環状コイル152に流す電流を制御する。これより、制御基板106は、ロータ104の回転位置に応じて、環状コイル152で発生した磁界を制御する。
The
このように構成されたポンプにおいては、環状コイル152において発生する磁界が爪磁極153からマグネット142へと伝達されることにより、このマグネット142が吸引反発することで、ロータ104と一体的に設けられた羽根車103が、固定軸145を中心として回転する。そして、この羽根車103の回転にともないポンプ作用が発生し、液体が吸入口112よりポンプ室107内へと吸い込まれるとともにポンプ室107内で加圧される。加圧された液体は、周囲方向へ圧送され、吐出口からポンプ外へと吐出される。
In the pump configured as described above, the magnetic field generated in the
このように本実施形態によれば、アウター型ロータ構造のモータ構成において、鉄心151の内部に収容される環状コイル152において、コイルボビン152aの面上に脚部152cを設け、これを鉄心151の外部へと延出させることで、制御基板106を保持することができる。これにより、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
As described above, according to this embodiment, in the motor configuration of the outer rotor structure, the
ここで、本実施形態では、特段図示されていないが、第1の実施形態と同様に、脚部152cの頂部に、巻回された電線152bと制御基板106上の回路とを接続するために、この電線152bの端部を絡げるためのピンを設けてもよい。また、脚部152cは、第2の実施形態に示すように、その内部に貫通空間を形成し、この貫通空間を利用して、電線152bを制御基板6へと導いてもよい。
Here, in this embodiment, although not particularly shown, in order to connect the wound
なお、上述した各実施形態では、鉄心51を圧粉鉄心で構成する形態を例示したが本発明はこれに限定されない。鉄心51は、絶縁皮膜された鉄粉とバインダとを混ぜ合わせた磁性材料をインジェクション成型にて作成してもよい。このケースでは、表面にリン酸皮膜処理などの絶縁処理を行った鉄粉とナイロンなどの熱可塑性樹脂を混ぜ合わせた磁性材料を用いることができる。なお、鉄心51を圧粉鉄心で構成した場合には、電磁軟鉄材を用いる場合と比較して損失を小さくすることができ、同体積でより高出力のモータを構成することができるという点で有利である。一方で、インジェクション成形の場合には、他の材料(例えば、圧粉鉄心)を用いた場合と比較して製造コストを低減することができるという点で有利である。
In addition, in each embodiment mentioned above, although the form which comprises the
また、本実施形態は、クローポール型モータを駆動源とするポンプについて例示したが、このポンプのみならず、クローポール型モータそれ自体も本発明の一部として機能する。 Moreover, although this embodiment illustrated about the pump which uses a claw pole type motor as a drive source, not only this pump but the claw pole type motor itself functions as a part of this invention.
1(101) ポンプケース
2(102) 分離板
3(103) 羽根車
4(104) ロータ
5(105) ステータ
6(106) 制御基板
7(107) ポンプ室
8 シール部材
9 モールド樹脂
11(111) ケース本体
12(112) 吸入口
13 吐出口
41(141) ロータ本体
42(142) マグネット
43 軸支え部
44 軸支え部
45(145) 固定軸
46(146) 軸受け部
47 回り止め板
51(151) 鉄心
51a 上部鉄心
51b 下部鉄心
52(152) 環状コイル
52a(152a) コイルボビン
52b(152b) 電線
52c(152c) 脚部
52d(152d) 凸部
52f ピン
52g 貫通空間
53(153) 爪磁極
1 (101) Pump case 2 (102) Separator plate 3 (103) Impeller 4 (104) Rotor 5 (105) Stator 6 (106) Control board 7 (107)
Claims (5)
周方向に沿って配置されるマグネットを備えるとともに、回転可能に支持されるロータと、
周方向に沿って配置された爪磁極を備える鉄心の内部に、当該爪磁極を介して前記マグネットと対向するように環状コイルに収容するステータと、
前記環状コイルに流す電流を制御する制御基板とを有し、
前記環状コイルは、
環状のコイルボビンと、
前記コイルボビンに巻回された電線と、
周方向に沿って複数配置されており、前記コイルボビンの面上から起立して前記鉄心の外部へと延出する脚部とを有し、
前記制御基板は、前記脚部のそれぞれによって保持されることを特徴とするクローポール型モータ。 In claw pole type motor,
A rotor that is provided along a circumferential direction and that is rotatably supported;
A stator housed in an annular coil inside the iron core having claw magnetic poles arranged along the circumferential direction so as to face the magnet via the claw magnetic poles,
A control board for controlling the current flowing through the annular coil,
The annular coil is
An annular coil bobbin;
An electric wire wound around the coil bobbin;
A plurality of legs arranged along the circumferential direction, and having legs that stand up from the surface of the coil bobbin and extend to the outside of the iron core;
The claw pole motor, wherein the control board is held by each of the legs.
前記脚部は、前記ギャップを介して前記鉄心の外部へと延出することを特徴とする請求項1に記載されたクローポール型モータ。 In the iron core, upward claw magnetic poles and downward claw magnetic poles are alternately arranged in the circumferential direction so that the directions of the tips of the claw magnetic poles are staggered, and a pair of adjacent ones extending in the same direction. Between the claw magnetic poles, a gap corresponding to the claw magnetic poles extending in the opposite direction is formed,
The claw pole type motor according to claim 1, wherein the leg portion extends to the outside of the iron core through the gap.
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