JP2009201286A - クローポール型モータ及び該モータを備えたポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数及びコストを増大させることなく、軸方向長さを短くして小型化を図ることができるクローポール型モータ及びこれを備えたポンプを提供する。
【解決手段】略円筒状に形成されて回転可能に支持され、マグネットを有するロータ７と、該ロータ７の凹部内に収納配置されると共に、ロータ７に回転駆動力を伝達するステータ１７と、を備えたことを特徴とするクローポール型モータ１である。
【選択図】図１

Description

本発明は、クローポール型モータ及びこのクローポール型モータを備えたポンプに関する。

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。この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（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に記載されたクローポール型モータは、周方向に沿って所定ピッチで着磁された着磁セグメントからなる円筒形マグネットを有するロータと、前記着磁セグメントを内周側及び外周側から挟むと共に、着磁セグメントと異なる極に着磁された極歯を有するステータとを備えている。

また、このクローポール型モータを備えたポンプは、液体を吸排する羽根車と、吸入口及び吐出口を有するポンプケースと、羽根車を回転自在に収容させるポンプ室を前記ポンプケースと対をなして形成する分離板と、羽根車を回転駆動させるマグネットを有したロータと、爪磁極を有すると共にロータに回転駆動力を伝達するステータとを備え、前記分離板によって前記ロータとステータとを分離している。
特開２０００−２５３６４４公報

ところで、前記背景技術によれば、ロータを両側から挟む構造であるため、巻線である環状コイルが２つ必要となり、モータの軸方向寸法を短くできないという問題があった。また、部品点数が増大し、コストも嵩むという問題があった。

そこで、本発明は、部品点数及びコストを増大させることなく、軸方向長さを短くして小型化を図ることができるクローポール型モータ及びこれを備えたポンプを提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明に係るクローポール型モータは、略円筒状に形成されて回転可能に支持され、マグネットを有するロータと、該ロータの内方に収納配置されると共に、ロータに回転駆動力を伝達するステータとを備えたことを特徴とする。

また、本発明に係るポンプは、駆動源として前記クローポール型モータを用いたことを特徴とする。

本発明に係るクローポール型モータによれば、ロータの内方にステータを収納配置しているため、部品点数及びコストを増大させることなく、軸方向長さを短くできる。従って、クローポール型モータの小型化によって、該クローポール型モータを備えたポンプも小型化することができる。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態によるクローポール型モータを示す断面図である。

このクローポール型モータ１は、外方に配置されたフレーム３と、該フレーム３の内方に収納されて、フレーム３に回転軸２７を介して回転自在に支持されたロータ７と、該ロータ７の内方に収納配置されると共に、ロータ７に回転駆動力を伝達するステータ１７とを備えている。

前記フレーム３は、図１の紙面における右側に配置された円板状の側面部１１と、紙面の左側に配置された円板状の底面部１３と、これらの側面部１１及び底面部１３同士を左右に連結する円筒状の円筒部１５とが一体形成されたものである。

また、フレーム３の内部には、制御基板９が取り付けられ、該制御基板９の右側に近接して取付板２３が配設されている。該取付板２３には、支持部材２１を介してステータ１７が取り付けられている。

そして、フレーム３の側面部１１と底面部１３の中央には、軸受２９が配設されており、該軸受２９に回転軸２７が回転自在に軸支されている。なお、ステータ１７の内部には、周方向に沿って複数の巻線である環状コイル２５が巻回されている。

図２は図１のステータを構成する鉄心を示す斜視図、図３は図２の鉄心を構成する第１分割体を示す斜視図、及び、図４は図２の鉄心を構成する第２分割体を示す斜視図である。

図２に示すように、本実施形態によるステータ１７の鉄心１８は、円筒状に形成されており、紙面の左側に配置された第１分割体３１と、右側に配置された第２分割体３３とからなる。

第１分割体３１は、左端部に配置された略台形状の頂部３５と、該頂部３５の内周側端部から軸方向に沿って延設された内側極歯３７と、頂部３５の外周側端部から軸方向に沿って延設された外側極歯３９とが、連結部４１を介して一体成形されたものである。前記頂部３５、内側極歯３７及び外側極歯３９は、周方向に沿って等間隔に４箇所配設されている。

また、第２分割体３３は、前記第１分割体３１と同一構造に形成され、第１分割体３１を逆に配置したものである。具体的には、右端部に配置された略台形状の頂部４３と、該頂部４３の内周側端部から軸方向に沿って延設された内側極歯４５と、頂部４３の外周側端部から軸方向に沿って延設された外側極歯４７とが、連結部４９を介して一体成形されたものである。前記頂部４３、内側極歯４５及び外側極歯４７は、周方向に沿って等間隔に４箇所配設されている。

これらの第１分割体３１と第２分割体３３とを軸方向に近づけて組み合わせることによって、図２に示すステータ１７の鉄心１８が構成される。この鉄心１８の内部に、図外の環状コイル２５を巻回させたものがステータ１７となる。

前記鉄心１８は、金型のキャビティー内に磁性粉を充填し圧縮することにより成形した圧粉鉄心からなる。該圧粉鉄心は、鉄粉個々の表面を無機絶縁皮膜でコーティングし、粒子間を樹脂でバインドした構造とされたもので、高周波での鉄損失が低く（渦電流損失が低く）、また飽和磁束密度が大きくしかも耐熱性に優れるという利点を備えている。

図５は図１のロータを示す斜視図、図６は図５のＡ−Ａ線による断面図である。

ロータ７は、径方向中央に配置された小径円筒部５１と、該小径円筒部５１よりも径が大きく形成されて小径円筒部５１の外周側に配置された大径円筒部５３とが一体形成されたものである。これらの小径円筒部５１及び大径円筒部５３は共に円筒状に形成されており、図外のマグネットが設けられている。このマグネットは、極異方性を有している。また、小径円筒部５１の内方に、軸用挿通孔５５が貫通して形成されており、該軸用挿通孔５５に回転軸２７が挿通して取り付けられる。なお、前述したステータ１７は、小径円筒部５１と大径円筒部５３との間に形成された凹部５２内に収納配置される。

図７は、本発明の第１実施形態によるロータアッセンブリを示す断面図である。

このロータアッセンブリ５７は、図６に示したロータ７と、該ロータ７の軸用挿通孔５５に挿通されて固定された回転軸２７とからなる。

次いで、本発明の実施形態による作用効果を説明する。

本発明の第１実施形態によるロータ７は、ボンド磁石で一体成形されている。ボンド磁石とは、フェライト磁石などの磁石を砕いた磁石粉末に、エポキシやナイロン等のバインダーを混合させて成形した永久磁石の総称である。ゴム磁石、塩ビ磁石、プラスチック磁石などとも呼ばれている。本実施形態では、圧縮成形をしたボンド磁石、又は、熱可塑性のボンド磁石で、小径円筒部５１と大径円筒部５３とを一体成形することにより、ロータ７を簡単な構造にしてコスト低減を図ることができる。

また、本実施形態では、ロータ７を回転軸２７と一体成形したロータアッセンブリ５７を構成しているため、ロータ７の回転バランスを調整することが不要になり、ロータ７の組付けが容易になる。

前記ロータ７のマグネットは、極異方性を有するため、バックヨークが不要になり、出力効率が高いクローポール型モータ１を得ることができる。

本実施形態のクローポール型モータ１では、金型のキャビティー内に磁性粉を充填し圧縮することにより成形した圧粉鉄心を備えたステータ１７を使用している。圧粉鉄心は、鉄粉個々の表面を無機絶縁皮膜でコーティングし、粒子間を樹脂でバインドした構造とされたもので、高周波での鉄損失が低く（渦電流損失が低く）、また飽和磁束密度が大きくしかも耐熱性に優れるという利点を備えている。

このように、第１実施形態のクローポール型モータ１では、ステータ１７を圧粉鉄心で構成しているので、これまでステータに使用されて来た電磁鋼板やフェライトでは満足出来ない数百ｋＨｚの高周波数域で使用することができる他、従来同等の性能でより小型化される。

［第２実施形態］
次いで、本発明の第２実施形態に係るポンプについて説明する。ただし、前記第１実施形態と同一構造部位は、同一符号を付して説明を省略する。

図８は本発明の第２実施形態によるポンプを示す斜視図、図９は図８のＢ−Ｂ線による断面図である。

このポンプ５９は、外表面がケーシング６９とモールド樹脂７７とによって覆われており、略円盤状のケーシング６９の径方向中央部には円筒状の吸込口６３が突設されている。また、ケーシング６９には、前記吸込口６３からポンプ５９内に流入した液体を排出する円筒状の吐出口６５が上方に向けて延設されている。また、前記吸込口６３からポンプ５９内に流入した液体に遠心力を付与して吐出口６５に導く、回転自在に軸支された羽根車８７が配設されている。該羽根車８７は、後述するロータ７と軸受２９に固定されているため、回転軸２７を中心にして回転することができる。

また、ポンプ５９の内部には、前述した第１実施形態によるクローポール型モータ１が内蔵されている。該クローポール型モータ１は、前記第１実施形態で詳細に説明したように、略円筒状に形成されて回転自在に支持され、図外のマグネットを有するロータ７と、該ロータ７の凹部５２内に収納配置されて、ロータ７に回転駆動力を付与するステータ１７とを備えている。

そして、ロータ７とステータ１７との間には、両者を分離する分離板７１が配設されている。具体的には、分離板７１の外周縁７５は、ケーシング６９の外周縁に当接して取り付けられている。また、径方向中央には、吸込口６３に向けて突出する軸把持部７３が形成されており、該軸把持部７３に回転軸２７が固定されている。そして、分離板７１のうちステータ１７の外周を覆う部分は、ステータ１７の上側に配置された上壁部７９と、ステータ１７の側方を覆う側壁部８１と、ステータ１７の下側を覆う下壁部８３とからなる。

さらに、制御基板９は、ステータ１７とロータ７との背面側に設けられており、図外の位置検出部からの信号を受けて環状コイル２５で発生した磁界を制御する。そして、なお、ステータ１７、制御基板９、及び分離板７１は、例えば不飽和ポリエステルなどからなるモールド樹脂７７で被覆されている。

なお、前記羽根車８７で吸排される液体は、例えば８０℃程度の温水とされる。なお、軸受２９の側部には、軸受板６７が設けられている。

前記構成を有するポンプ５９における液体の流れを簡単に説明する。

まず、環状コイル２５への通電により発生する磁界が鉄心１８からロータ７のマグネットと伝達されることにより該マグネットが吸引反発することで、前記ロータ７と一体的に設けられた羽根車８７が、前記回転軸２７を中心として回転する。そして、この羽根車８７の回転に伴いポンプ作動力が発生し、液体が吸込口６３よりポンプ室内へと吸い込まれ、このポンプ室内で加圧されて外周方向へ圧送された液体は吐出口６５からポンプ外へと吐出される。

次いで、本発明の実施形態による作用効果を説明する。

また、本実施形態のポンプ５９では、ステータ１７全体をモールド樹脂７７で被覆しているので、このモールド樹脂７７によってステータ１７を保護することができると共に強度も高めることができる。さらに、分離板７１全体もモールド樹脂７７で被覆されているので、分離板７１とモールド樹脂７７との接触面積が増えることからこの分離板７１を通して伝達されるモータ１の熱及び液体の熱をより一層放熱させることができるため、更なるモータ効率を高めることができる。

［第３実施形態］
次いで、本発明の第３実施形態に係るポンプ８９について説明する。ただし、前記第１及び第２実施形態と同一構造部位は、同一符号を付して説明を省略する。

図１０は、本発明の第３実施形態によるポンプを示す断面図である。

このポンプ８９は、図９に示す第２実施形態のポンプ５９に対して、分離板８５の構造が異なっている。

即ち、本実施形態においては、ステータ１７を構成する鉄心１８を磁性ステンレスによって形成したため、鉄心１８が水分によって腐食されにくくなっている。従って、ステータ１７の外周側に配置する分離板８５のうち、上壁部７９と下壁部８３（図９参照）とを廃止している。

具体的には、鉄心１８の外側極歯３９，４７の外周面と該外周面に対向するロータ７の大径円筒部５３の内周面との間に配置された分離板８５の上壁部７９、鉄心１８の内側極歯３７，４５の内周面と該内周面に対向するロータ７の小径円筒部５１の外周面との間に配置された分離板８５の下壁部８３を廃止している。

その他の構造は、前述した第２実施形態に係るポンプを示す図９と同じである。

次いで、本発明の実施形態による作用効果を説明する。

本実施形態においては、ステータ１７を構成する鉄心１８を磁性ステンレスによって形成したため、鉄心１８が水分によって腐食されにくくなっており、ステータ１７の外周側に配置する分離板８５のうち、上壁部７９と下壁部８３（図９参照）とを廃止している。

従って、ロータ７の大径円筒部５３の内周面と鉄心１８の外側極歯３９，４７の外周面との間隔を、分離板８５の上壁部７９の板厚分だけ狭めることができる。また、ロータ７の小径円筒部５１の外周面と鉄心１８の内側極歯３７，４５の内周面との間隔を、分離板８５の下壁部８３の板厚分だけ狭めることができる。

以上をまとめると、鉄心１８を磁性ステンレスで形成することによって、分離板８５の板厚の２倍分だけクローポール型モータ１及びポンプ５９の径方向の大きさを低減することができ、モータ１及びポンプの小型化を図ることができる。

なお、本発明においては前述した実施形態に限定されず、本発明の技術思想に基づいて種々の変形及び変更が可能である。

例えば、前記第１実施形態及び第２実施形態では、ステータ１７の鉄心１８を圧粉鉄心で構成したが、この圧粉鉄心以外にも、金属ガラスで形成したり、磁性ステンレスで構成したり、樹脂バインドを用いたインジェクション成形で形成しても良い。

金属ガラスとは、酸化物ガラスのように安定なアモルファスであり、高温でも容易に変形する金属である。従来のアモルファスとは異なり、比較的遅い冷却速度でもガラス化して結晶化しにくい材料である。金属ガラスで形成した鉄心は、圧粉鉄心の場合よりも渦電流損が抑制され、モータの出力効率及び出力トルクが向上するという効果を得ることができる。

また、ステータ１７の鉄心を磁性ステンレスで構成することにより、前記第３実施形態で説明したように、ポンプ８９に配設される分離板８５のうち、ステータ１７の外周部分の少なくとも一部を廃止することができる。この分離板８５の一部廃止によって、分離板８５の板厚分だけ、モータ１やポンプ８９の大きさを小型化することができる。

さらに、前記鉄心を、絶縁被覆された鉄粉と樹脂バインドとを混合させた磁性材料を用いたインジェクション成形によって作製しても良い。この場合は、圧粉鉄心の場合よりも渦電流損が抑制され、製造コストを安価に抑えることができる。なお、樹脂バインドの例としては、ナイロンやＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）が好ましい。このＰＰＳは、高耐熱のス−パ−エンジニアリングプラスチックに分類されており、ほとんどの酸、アルカリ、及び有機溶剤に浸食されることが無く、強度、弾性率、疲労特性に優れている。

本発明の第１実施形態によるクローポール型モータを示す断面図である。 図１のステータを構成する鉄心を示す斜視図である。 図２の鉄心を構成する第１分割体を示す斜視図である。 図２の鉄心を構成する第２分割体を示す斜視図である。 図１のロータを示す斜視図である。 図５のＡ−Ａ線による断面図である。 本発明の第１実施形態によるロータアッセンブリを示す断面図である。 本発明の第２実施形態によるポンプを示す斜視図である。 図８のＢ−Ｂ線による断面図である。 本発明の第３実施形態によるポンプを示す断面図である。

符号の説明

１…クローポール型モータ
３…フレーム
７…ロータ
９…制御基板
１１…側面部
１３…底面部
１５…円筒部
１７…ステータ
１８…鉄心
２１…支持部材
２３…取付板
２５…環状コイル
２７…回転軸
２９…軸受
３１…第１分割体
３３…第２分割体
３５，４３…頂部
３７，４５…内側極歯
３９，４７…外側極歯
４１，４９…連結部
５１…小径円筒部
５２…凹部
５３…大径円筒部
５５…軸用挿通孔
５７…ロータアッセンブリ
５９，８９…ポンプ
６３…吸込口
６５…吐出口
６７…軸受板
６９…ケーシング
７１，８５…分離板
７３…軸把持部
７５…外周縁
７７…モールド樹脂
７９…上壁部
８１…側壁部
８３…下壁部
８７…羽根車

Claims (12)

1. 略円筒状に形成されて回転可能に支持され、マグネットを有するロータと、
   該ロータの内方に収納配置されると共に、ロータに回転駆動力を伝達するステータと、 を備えたことを特徴とするクローポール型モータ。
2. 前記ロータは、ボンド磁石で一体成形されていることを特徴とする請求項１に記載のクローポール型モータ。
3. 前記ロータを回転軸と一体成形し、この回転軸をフレームに回転自在に支持したことを特徴とする請求項１又は２に記載のクローポール型モータ。
4. 前記ロータのマグネットは、極異方性を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のクローポール型モータ。
5. 前記ロータのマグネットは、ラジアル着磁されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のクローポール型モータ。
6. 前記ステータの鉄心を、磁性粉を圧縮して成形した圧粉鉄心で構成したとしたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のクローポール型モータ。
7. 前記ステータの鉄心を、金属ガラスで構成したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のクローポール型モータ。
8. 前記ステータの鉄心を、磁性ステンレスで構成したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のクローポール型モータ。
9. 前記ステータの鉄心を、樹脂バインダを用いたインジェクション成形によって作製したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のクローポール型モータ。
10. 前記ステータと該ステータで発生させた磁界を制御する制御基板とをモールド樹脂によって被覆したことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のクローポール型モータ。
11. 前記請求項１〜１０のいずれか１項に記載のクローポール型モータを備えたことを特徴とするポンプ。
12. 回転自在に支持されて、吸込口から流入された液体に遠心力を与えて吐出口から排出させる羽根車と、
    径方向中央に配置された小径円筒部、及び、該小径円筒部よりも径が大きく形成されて小径円筒部の外周側に配置された大径円筒部を有すると共に、前記羽根車を回転させるロータと、
    該ロータの内方に収納配置されると共に、ロータに回転駆動力を伝達するステータと、 これらのロータとステータとの間に配置された分離板とを備え、
    前記ステータの鉄心を磁性ステンレスで構成することにより、この鉄心の外周面と該外周面に対向するロータの大径円筒部の内周面との間に配置された分離板、鉄心の内周面と該内周面に対向するロータの小径円筒部の外周面との間に配置された分離板の少なくとも一部を廃止したことを特徴とするポンプ。

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