JP2009077529A - クローポール型モータ及びポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】振動や騒音を低減したクローポール型モータ及びポンプを提供する。
【解決手段】爪磁極は、回転方向の幅が先端に至る程順次小さくなる階段形状を有し、隣り合う２つの爪磁極のうち一方の爪磁極がロータの回転方向で他方の爪磁極と重なる領域を有する。すなわち、爪磁極１８ａは隣接する爪磁極１８ｂと領域Ｒ１において重なり、爪磁極１８ｂは隣接する爪磁極１８ｃと領域Ｒ２において重なる。これにより、爪磁極間において出力トルクが滑らかに低下するようになるので、爪磁極間における出力トルクの変化量が小さくなり、振動や騒音を低減することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、液体を吸排するポンプを構成する羽根車の回転駆動源として利用して好適な、クローポール型モータに関する。

従来より、トルク出力を大きくするために爪磁極とロータ間の距離を最小の磁気ギャップで一定に構成したクローポール型モータが知られている。
特開２００５−５１９６８号公報（図３参照） 特開２００４−１６６３９５号公報（図２参照） 特開２００２−３５９９５８号公報（図４参照）

従来のクローポール型モータによれば、ロータに爪磁極が対向している領域（対向領域）では磁気抵抗がほぼ一定になるが、ロータに爪磁極が対向していない爪磁極間の領域（非対向領域）では磁気抵抗が大きく変化する。このため、従来のクローポール型モータによれば、対向領域と非対向領域間において出力トルクが急激に変化することによって出力トルクの高調波成分が発生し（図３（ｂ）参照）、振動や騒音が大きくなる。なお特許文献１，３には、爪磁極間で回転方向の幅を変化させる、又は、爪磁極を三角形状にして爪磁極のピッチを変化させることにより振動や騒音の低減を図るクローポール型モータが開示されているが、このような構成によれば、ロータとの間の磁気吸引力が爪磁極毎に異なることになるために、依然として振動や騒音が発生する可能性がある。また特許文献２には、回転方向の幅が先端に至る程順次小さくなる階段状に爪磁極を形成することにより振動や騒音の低減を図るクローポール型モータが開示されているが、このような構成によれば、ロータに対向する爪磁極の面積が減少するので、出力トルクが小さくなる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、振動や騒音を低減したクローポール型モータ及びポンプを提供することにある。

本発明の第１の態様に係るクローポール型モータ及びポンプは、爪磁極が階段形状を有し、隣り合う２つの爪磁極のうち一方の爪磁極がロータの回転方向で他方の爪磁極と重なる領域を有することを特徴とする。

本発明の第２の態様に係るクローポール型モータ及びポンプは、爪磁極が平行四辺形形状を有し、隣り合う２つの爪磁極のうち一方の爪磁極がロータの回転方向で他方の爪磁極と重なる領域を有することを特徴とする。

本発明の第３の態様に係るクローポール型モータ及びポンプは、爪磁極が三角形形状を有し、隣り合う２つの爪磁極のうち一方の爪磁極がロータの回転方向で他方の爪磁極と重なる領域を有することを特徴とする。

本発明に係るクローポール型モータ及びポンプによれば、爪磁極間における出力トルク波形の変化を滑らかにすることができるので、振動や騒音を低減することができる。

以下、図面を参照して、本発明に係るクローポール型モータを適用した本発明の実施形態となるポンプの構成について説明する。

〔ポンプの全体構成〕
本発明の実施形態となるポンプは、図１に示すように、液体を吸排する羽根車１と、液体を吸排させる吸入口２及び吐出口３を有するポンプケース４と、羽根車１を回転自在に収容するポンプ室５をポンプケース４と対をなして形成する分離板６と、羽根車１を回転駆動させるマグネット７を有したロータ８と、ロータ８に回転駆動力を伝達する爪磁極１８を有したステータ１０と、ステータ１０に発生させる磁界を制御する制御基板１１とを備えるクローポール型モータを駆動源としている。すなわち本発明の実施形態となるポンプは、分離板６を挟んで内側にロータ８を配置し、且つ、外側にステータ１０を配置した、いわゆるインナー型ロータ構造のクローポール型モータを駆動源としたポンプ構造となっている。

ポンプ室５は、天面中央に開口された吸入口２と側壁に設けられた吐出口３とを有したポンプケース４に、ロータ８とステータ１０を水密状態に分離（ポンプ部とモータ部を分離）する分離板６が結合されることにより形成されている。ポンプケース４と分離板６の結合部分には、ポンプ部とモータ部を水密状態に仕切るためにシール部材９を介在させている。

ロータ８は、羽根車１に一体的に設けられた円筒体として形成され、その円筒部の外壁に磁気回路（磁束）を構成するマグネット７を設けている。ロータ８は、ポンプケース４に設けられた軸支え部１２と分離板６に設けられた軸支え部１３に各端部を挿入嵌合させた固定軸１４に対して、軸受け部１５を介して回転自在に支承されている。固定軸１４は、その両端側に取り付けられた回り止め板１６，１７により回転不可能とされている。マグネット７と分離板６との間にはロータ８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。羽根車１は、ロータ８と一体化されていることから固定軸１４を中心に回転し、吸入口２からポンプ室５内へと吸い込んだ液体に遠心力を与えて吐出口３からポンプ外へと排出する。

ステータ１０は、ロータ８の外側に分離板６を挟んで対向配置されている。ステータ１０は、複数個の爪磁極（クローポール）１８を有した圧粉鉄心に絶縁板１９を介してコイル（巻線）２０を配置させた構成とされ、分離板６に対して面接触させている。ロータ８と分離板６との間にはクリアランスを設けたが、ステータ１０と分離板６との間にはクリアランスを設けることなく面接触状態で接触させている。これによりコイル２０に通電することで発生した磁界を爪磁極１８からロータ８へと効率良く伝達することができる。

制御板１１は、分離板６の背面に設けられ、位置検出センサである位置検出部２１からの信号を受けてコイル２０で発生した磁界を制御する。またこのポンプでは、ポンプケース４を除いた部位全体がモールド樹脂２２で覆われている。つまり、分離板６とステータ１０と制御板１１とがモールド樹脂２２で被覆されている。

このように構成されたポンプにおいては、コイル２０への通電により発生する磁界が爪磁極１８からマグネット７へと伝達されることによりマグネット７が吸引反発することで、ロータ８と一体的に設けられた羽根車１が固定軸１４を中心として回転する。この羽根車１の回転に伴いポンプ作用が発生し、液体が吸入口２よりポンプ室５内へと吸込まれ、ポンプ室５内で加圧され周囲方向へ圧送された液体は吐出口３からポンプ外へと吐出される。

〔ステータの構成〕
爪磁極１８は、図２に示すように、回転方向の幅が先端に至る程順次小さくなる階段形状を有し、隣り合う２つの爪磁極のうち一方の爪磁極がロータ８の回転方向で他方の爪磁極と重なる領域を有する。すなわち図２に示す例では、爪磁極１８ａは隣接する爪磁極１８ｂと領域Ｒ１において重なり、爪磁極１８ｂは隣接する爪磁極１８ｃと領域Ｒ２において重なる。従来のクローポール型モータでは、爪磁極は矩形形状を有し、爪磁極間には重なり領域が形成されていなかったので、図３（ｂ）に示すように爪磁極間に対応する位置において出力トルクが急激に低下していた。このため、従来のクローポール型モータによれば、爪磁極間において出力トルクの変化量が大きくなり、振動や騒音の原因となっていた。

これに対して、本発明の実施形態となるクローポール型モータでは、上述の通り、爪磁極１８は階段形状を有し、隣り合う２つの爪磁極のうち一方の爪磁極がロータ８の回転方向で他方の爪磁極と重なる領域を有するように構成されているので、図３（ａ）に示すように爪磁極１８間において出力トルクが滑らかに低下するようになる。従って、本発明の実施形態となるクローポール型モータによれば、爪磁極１８間における出力トルクの変化量が小さくなり、振動や騒音を低減することができる。またこのような構成によれば、ロータ８の回転角に応じて出力トルクが変化するので、逆起電力や電流波形からロータ８の回転角を検出し、センサレス制御を行うことが容易になる。またステータ１０は圧粉鉄心により形成され、渦電流がほとんど流れないので、電磁鋼板を積層してステータを形成した場合と同等以上の出力性能を実現することができる。

ステータ１０を圧縮成形により形成する場合、爪磁極に傾斜領域が存在すると、密度が不均一になったり、成形用パンチに圧縮方向以外の応力が掛かることによって成形用パンチの寿命が短くなったりすることがある。しかしながら、上述の通り、爪磁極１８は階段形状であり、傾斜領域を有さないので、このような圧縮成形に由来する問題は生じず、成形性が向上する。但しこのような圧縮成形に由来する問題を気にしないのであれば、図４に示すように爪磁極１８を平行四辺形形状に形成してもよい。この場合であっても図５に示すように爪磁極１８間において出力トルクが滑らかに低下するようになる。また図６に示すように爪磁極１８を三角形形状に形成してもよい。この場合であっても図７に示すように爪磁極１８間において出力トルクが滑らかに低下するようになる。なお爪磁極１８の形状を三角形形状にした方が平行四辺形形状にした場合と比較して加工性及び組立性がよい。

以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、この実施の形態による本発明の開示の一部をなす論述及び図面により本発明は限定されることはない。例えば、本実施形態は本発明に係るクローポール型モータをインナー型ロータ構造のクローポール型モータを駆動源としたポンプに適用したものであるが、本発明はこの実施形態に限られることはなく、図８に示すような、分離板６を挟んで外側にロータ８を配置し且つ内側にステータ１０を配置したアウター型ロータ構造のクローポール型モータを駆動源としたポンプにも適用することができる。このように、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論であることを付け加えておく。

本発明の実施形態となるポンプの構成を示す断面図である。 本発明の実施形態となる爪磁極の構成を示す模式図である。 本発明及び従来の爪磁極の構成による出力トルク波形を示す図である。 図２に示す爪磁極の変形例の構成を示す図である。 図４に示す爪磁極の構成による出力トルク波形を示す図である。 図２に示す爪磁極の変形例の構成を示す図である。 図６に示す爪磁極の構成による出力トルク波形を示す図である。 本発明の他の実施形態となるポンプの構成を示す断面図である。

符号の説明

１：羽根車
２：吸入口
３：吐出口
４：ポンプケース
５：ポンプ室
６：分離板
７：マグネット
８：ロータ
９：爪磁極
１０：ステータ
１１：制御基板
１８：爪磁極（クローポール）
１９：絶縁板
２０：コイル（巻線）

Claims (8)

1. マグネットを有するロータと、巻線への通電に伴い励磁されてマグネットとの間にロータの回転駆動力としての吸引反発力を生成する爪磁極を有するステータとを備えるクローポール型モータであって、前記爪磁極が段形状を有し、隣り合う２つの爪磁極のうち一方の爪磁極がロータの回転方向で他方の爪磁極と重なる領域を有することを特徴とするクローポール型モータ。
2. マグネットを有するロータと、巻線への通電に伴い励磁されてマグネットとの間にロータの回転駆動力としての吸引反発力を生成する爪磁極を有するステータとを備えるクローポール型モータであって、前記爪磁極が平行四辺形形状を有し、隣り合う２つの爪磁極のうち一方の爪磁極がロータの回転方向で他方の爪磁極と重なる領域を有することを特徴とするクローポール型モータ。
3. マグネットを有するロータと、巻線への通電に伴い励磁されてマグネットとの間にロータの回転駆動力としての吸引反発力を生成する爪磁極を有するステータとを備えるクローポール型モータであって、前記爪磁極が三角形形状を有し、隣り合う２つの爪磁極のうち一方の爪磁極がロータの回転方向で他方の爪磁極と重なる領域を有することを特徴とするクローポール型モータ。
4. 請求項１乃至請求項３のうち、いずれか１項に記載のクローポール型モータにおいて、前記ロータ及び前記ステータがそれぞれ分離板を挟んで内側及び外側に配置されているインナーロータ構造であることを特徴とするクローポール型モータ。
5. 請求項１乃至請求項３のうち、いずれか１項に記載のクローポール型モータにおいて、前記ロータ及び前記ステータがそれぞれ分離板を挟んで外側及び内側に配置されているアウターロータ構造であることを特徴とするクローポール型モータ。
6. 請求項１乃至請求項５のうち、いずれか１項に記載のクローポール型モータにおいて、前記ステータが圧粉鉄心により形成されていることを特徴とするクローポール型モータ。
7. 請求項１乃至請求項６のうち、いずれか１項に記載のクローポール型モータにおいて、前記ステータ、及び前記ステータ内の巻線への通電を制御する制御回路がモールド樹脂により被覆されていることを特徴とするクローポール型モータ。
8. 請求項１乃至請求項７のうち、いずれか１項に記載のクローポール型モータを液体を吸排する羽根車の回転駆動源として利用することを特徴とするポンプ。

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