JP2010011583A - Motor and pump using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モータ及びこれを用いたポンプに関する。 The present invention relates to a motor and a pump using the same.
例えば、特許文献1には、回転子(ロータ)の磁極を検出するセンサーを、該回転子の軸方向におけるモータマグネット下面と対向する下方位置に配置した、センサー付きステッピングモータが開示されている。センサーは、ロータマグネットに着磁された磁極(N極またはS極)を検出し、その検出した磁力に対応する電圧を出力する。
ところで、特許文献1に記載の技術では、モータマグネット下面と対向する下方位置にセンサーを配置しているので、このセンサーを配置する分、出力上モータマグネットの長さをそれ以上長くすることができない他、軸方向に長くなることからモータが大型化する。
By the way, in the technique of
そこで、本発明は、モータマグネットを小さくすることなくモータ自体の小型化を図ることのできるモータ及びこれを用いたポンプを提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a motor capable of reducing the size of the motor itself without reducing the motor magnet, and a pump using the motor.
本発明のモータは、マグネットに着磁された磁極を検出する磁気検出センサを、インナーロータ構造またはアウターロータ構造におけるマグネットとステータとの対向部分であって、ロータ側又はステータ側の何れかに設けている。 In the motor according to the present invention, a magnetism detection sensor for detecting a magnetic pole magnetized in the magnet is provided on either the rotor side or the stator side, which is a portion of the inner rotor structure or the outer rotor structure facing the magnet and the stator. ing.
また、本発明のポンプは、本発明に係るモータを、液体を吸排させる吸入口及び吐出口を有したポンプケースに収容し、該ロータに羽根車を設けて構成した。 In the pump of the present invention, the motor according to the present invention is housed in a pump case having a suction port and a discharge port for sucking and discharging liquid, and the rotor is provided with an impeller.
本発明のモータによれば、ロータの軸方向におけるマグネットの下面と対向する下方位置ではなく、マグネットとステータとの対向部分であってロータ側又はステータ側に磁気検出センサを設けているので、マグネットの大きさを小さくすることなく磁気検出センサを配置することができ、モータ自体の小型化も図れる。 According to the motor of the present invention, the magnetism detection sensor is provided on the rotor side or the stator side, not in the lower position facing the lower surface of the magnet in the axial direction of the rotor, but on the rotor side or the stator side. The magnetic detection sensor can be arranged without reducing the size of the motor, and the motor itself can be downsized.
また、本発明のポンプによれば、小型化に有利なモータをポンプ用モータに使用することで、ポンプ自体の小型化も実現できる。 In addition, according to the pump of the present invention, it is possible to reduce the size of the pump itself by using a motor that is advantageous for downsizing as a pump motor.
以下、本発明を適用した具体的な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, specific embodiments to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings.
「第1実施形態」
図1は第1実施形態におけるクローポール型モータの概略断面図、図2は図1のクローポール型モータのステータを示し、(A)はステータの平面図、(B)は図1(A)のA−A線断面図、(C)は図1(A)のB−B線断面図である。
“First Embodiment”
FIG. 1 is a schematic sectional view of a claw pole type motor in the first embodiment, FIG. 2 shows a stator of the claw pole type motor of FIG. 1, (A) is a plan view of the stator, and (B) is FIG. FIG. 3A is a cross-sectional view taken along the line A-A in FIG. 1, and FIG.
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。本実施形態では、そのクローポール型モータにおいて、ロータマグネットを小さくすることなくモータ自体の小型化を図ることができるように、磁気検出センサの位置を以下のように決めて配置している。 The claw pole type motor has an advantage that the structure is simple and the productivity is good and the manufacturing cost can be kept low. In this embodiment, in the claw pole type motor, the position of the magnetic detection sensor is determined and arranged as follows so that the motor itself can be reduced in size without reducing the rotor magnet.
第1実施形態のクローポール型モータは、回転軸1にマグネット2を固定してなるロータ3と、該ロータ3に回転駆動力を伝達するヨーク4に巻き線5を取り付けてなるステータ6と、前記マグネット2に着磁された磁極を検出する磁気検出センサ7と、を備え、前記ステータ6を前記ロータ3の外側に対向配置させた、いわゆるインナーロータタイプのモータである。
The claw pole type motor of the first embodiment includes a
ロータ3は、図示を省略する軸受けにより回転自在に支持される回転軸1と、この回転軸1に固定される永久磁石であるマグネット2と、から構成される。マグネット2は、例えば中心に回転軸1を挿通させる円筒形状をなし、その外表面2aにN極とS極を交互に周方向に順次着磁されており、磁気回路(磁束)を構成する。このマグネット2は、回転軸1に対してその内表面2bの中心部に設けた連結部材8で前記回転軸1に固定されている。そして、前記ロータ3は、前記ステータ6に設けられた巻き線5への通電により生じる電磁力を受けて、前記回転軸1を中心として回転する。
The
ステータ6は、爪磁極(クローポール)9を有したヨーク4と、このヨーク4に取り付けられる巻き線5と、巻き線5を巻回させるボビン10と、で構成されている。ヨーク4は、上下で1組を構成する平面視円環形状の第1ヨーク4Aと第2ヨーク4Bとからなり、これらを上下に組み合わせ結合することにより、内部にボビン10に巻回した巻き線5を配置させる巻き線収容空間を形成している。
The
前記ヨーク4には、複数個の爪磁極9が形成されている。本実施形態では、第1ヨーク4Aに4つの爪磁極9を形成し、第2ヨーク4Bにも同じく4つの爪磁極9を形成している。これら第1ヨーク4Aに形成された爪磁極9と第2ヨーク4Bに形成された爪磁極9は、互いに位置をずらして互い違いに配置されている。
A plurality of claw
巻き線5は、ボビン10に巻回されて前記巻き線収容空間に配置される。かかる巻き線5は、通電されることにより磁界を発生し、その磁界を爪磁極9からロータ3へと効率良く伝達させる。この巻き線5への通電により発生した磁界は、図示を省略する駆動基板(制御回路部)により制御される。
The
磁気検出センサー7は、前記マグネット2の外表面2aに着磁されたN極又はS極を検出する検出手段である。この磁気検出センサー7は、前記マグネット2と前記ステータ6との対向部分であって、該ステータ6側に設けている。具体的には、磁気検出センサー7は、マグネット2の外表面2aと対向するヨーク4の内面側、すなわち
ヨーク4に形成された爪磁極9間に設けられている。この磁気検出センサー7は、ヨーク4の内表面から飛び出さない位置でヨーク下端部内に配置されている。
The
このように構成されたインナーロータタイプのクローポール型モータにおいては、巻き線5への通電により発生する磁界が爪磁極9からマグネット2へと伝達されることにより、該マグネット2とN極又はS極に高速でスイッチング切り替えされる爪磁極9との間で吸引反発することによって前記ロータ3が回転軸1を中心として回転する。回転するロータ3の磁極は、ヨーク4の内側に設けられた磁気検出センサー7によって検出される。そして、この磁気検出センサー7からの出力信号を受けて前記巻き線5で発生した磁界を、図示を省略した駆動基板(駆動回路部)で駆動制御する。進角の調整は、駆動回路部において、巻き線5への通電タイミングの制御によって行うことができる。
In the inner rotor type claw pole type motor configured as described above, a magnetic field generated by energization of the
第1実施形態のクローポール型モータによれば、ロータ3の軸方向におけるマグネット2の下面と対向する下方位置ではなく、マグネット2とステータ6との対向部分であってステータ側に磁気検出センサ7を設けているので、マグネット2の大きさを小さくすることなく磁気検出センサ7を配置することができ、モータ自体の小型化を図ることができる。この実施形態では、図1に示すように、モータ出力が充分に確保できる程度にマグネット2の高さを充分に確保出来ている。マグネット2の下面下方に磁気検出センサー7を配置してしまうと、モータ自体大型化し、モータの小型化を図ろうとすると逆にマグネット2の高さが短くなり充分な磁気回路を構成できなくなるが、第1実施形態ではこの問題を解決することができる。
According to the claw pole type motor of the first embodiment, the
なお、第1実施形態では、クローポール型モータを例にとり説明したが、爪磁極9を有しない通常のステッピングモータであっても同様の作用効果を奏することができる。第2実施形態から第7実施形態のモータも同様である。
In the first embodiment, a claw pole type motor has been described as an example. However, even a normal stepping motor that does not have the claw
「第2実施形態」
図3は第2実施形態におけるクローポール型モータの概略断面図である。第2実施形態のクローポール型モータは、第1実施形態のインナーロータタイプのモータであるが、マグネット2及びステータ6の下方に駆動基板11を配置した例である。
“Second Embodiment”
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a claw pole type motor in the second embodiment. The claw pole type motor of the second embodiment is an inner rotor type motor of the first embodiment, but is an example in which the
第2実施形態のクローポール型モータでは、第1実施形態におけるようにロータ3の外側であって該ロータ3と対向するステータ6内に磁気検出センサー7を設けることにより、マグネット2の大きさを充分に確保した上で、ステータ6及びマグネット2の下方に駆動基板11を配置することができる。
In the claw pole type motor of the second embodiment, the size of the
このように、駆動基板11をステータ6及びマグネット2の下方に配置した場合でも、マグネット2の下面下方に磁気検出センサー7を配置した場合に比べてモータ自体の小型化を図ることができる。
Thus, even when the
「第3実施形態」
図4は第3実施形態におけるクローポール型モータの概略断面図である。第3実施形態のクローポール型モータは、第1実施形態のインナーロータタイプのモータであるが、磁気検出センサー7を、マグネット2とステータ6との対向部分であって、前記ロータ3側に配置した例である。
“Third Embodiment”
FIG. 4 is a schematic sectional view of a claw pole type motor in the third embodiment. The claw pole type motor according to the third embodiment is the inner rotor type motor according to the first embodiment. However, the
磁気検出センサー7は、前記マグネット2とステータ6との対向部分であって、ロータ3を構成するマグネット2の内表面2bの内側下方に設けている。そして、この磁気検出センサー7は、マグネット2及びステータ6の下方に配置した駆動基板11に取り付けられている。この実施形態のように、円筒形状をなすマグネット2の内側に磁気検出センサー2を配置した場合は、マグネット2の極異方性で内側に磁束が流れないときにはセンサ向けに専用の着磁をマグネット2の内表面2bに行うようにする。また、この例では、進角の調整は、駆動基板11上の磁気検出センサー7の取り付け位置の調整を行うことで実現できる。
The
第3実施形態のクローポール型モータによれば、ロータ3の軸方向におけるマグネット2の下面と対向する下方位置ではなく、マグネット2とステータ6との対向部分であってロータ側に磁気検出センサ7を設けているので、マグネット2の大きさを小さくすることなく磁気検出センサ7を配置することができ、モータ自体の小型化も図れる。
According to the claw pole type motor of the third embodiment, the
「第4実施形態」
図5は第4実施形態におけるクローポール型モータの概略断面図である。第4実施形態のインナーロータタイプのクローポール型モータは、基本的には第1実施形態のモータと同様の構成であるが、回転軸1にマグネット2を直接固定し、ヨーク4を、圧粉鉄心、樹脂バインド、金属ガラス、珪素鋼板の何れかで構成した例である。その他の構成は、図1及び図2で示した第1実施形態と同様である。
“Fourth Embodiment”
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a claw pole type motor in the fourth embodiment. The inner rotor type claw pole type motor of the fourth embodiment has basically the same configuration as that of the motor of the first embodiment, except that the
ヨーク4を圧粉鉄心で構成するには、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ヨーク4を使用する。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。
In order to configure the
ヨーク4を圧粉鉄心で構成したクローポール型モータでは、これまでヨーク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薄型にでき、小型化が可能となる。
In the claw pole type motor in which the
また、ヨーク54を樹脂バインド、金属ガラス、珪素鋼板で構成したクローポール型モータでは、圧粉鉄心と同じく渦電流損失が抑えられ高効率のモータとすることができると共に、巻き線構造も単純化することができ製造コスト低減を図ることが可能となる。 In addition, the claw pole type motor in which the yoke 54 is made of resin-bound, metal glass, and silicon steel plate can reduce the eddy current loss as well as the dust core and can be a highly efficient motor, and the winding structure is also simplified. Therefore, the manufacturing cost can be reduced.
なお、ヨーク4を圧粉鉄心、樹脂バインド、金属ガラス、珪素鋼板の何れかで構成することは、第2及び第3実施形態のクローポール型モータのヨークにも当てはまり、これらの実施形態でも同様の作用効果を得ることができる。
It should be noted that the construction of the
「第5実施形態」
図6は第5実施形態におけるクローポール型モータの概略断面図である。第5実施形態では、第4実施形態のクローポール型モータの構成に加えて、駆動基板11をヨーク4内に配置した例である。
“Fifth Embodiment”
FIG. 6 is a schematic sectional view of a claw pole type motor in the fifth embodiment. The fifth embodiment is an example in which the
この実施形態では、磁気検出センサー7からの出力信号を受けて前記巻き線5で発生した磁界を制御する駆動基板11を、ヨーク4に形成した巻き線収容空間内であってボビン10の下に配置させている。そのため、この駆動基板11は、平面視リング形状とされている。
In this embodiment, the
第5実施形態のクローポール型モータによれば、駆動基板11をヨーク4内に配置しているので、この駆動基板11が外に出ない分、更にモータ自体を小型化(特に薄型化)することができる。また、このクローポール型モータによれば、巻き線5の下に駆動基板11を配置したことにより、これらの間で配線が容易になると共に、組立性の向上並びに製造コスト低減が図れる。
According to the claw pole type motor of the fifth embodiment, since the
「第6実施形態」
図7は第6実施形態におけるクローポール型モータの概略断面図である。第6実施形態では、ステータ6をロータ3の内側に対向配置した、いわゆるアウターロータタイプのクローポール型モータの例である。
“Sixth Embodiment”
FIG. 7 is a schematic sectional view of a claw pole type motor in the sixth embodiment. The sixth embodiment is an example of a so-called outer rotor type claw pole type motor in which the
アウターロータタイプのクローポール型モータでは、回転軸1に平面視円盤形状のマグネット取付け板12を固定し、そのマグネット取付け板12の外周囲にステータ6を内部に収容させるに足る大きさとされた円筒形状のマグネット2を固定させている。磁気検出センサー7は、マグネット2とステータ6との対向部分であって、ステータ6側に設けられている。
In the outer rotor type claw pole type motor, a
第6実施形態のクローポール型モータによれば、アウターロータタイプであってもインナーロータタイプの第1実施形態のモータ同様、ロータ3の軸方向におけるマグネット2の下面と対向する下方位置ではなく、マグネット2とステータ6との対向部分であってステータ側に磁気検出センサ7を設けているので、マグネット2の大きさを小さくすることなく磁気検出センサ7を配置することができ、モータ自体の小型化(特に薄型化)が図れる。
According to the claw pole type motor of the sixth embodiment, even if it is an outer rotor type, it is not a lower position facing the lower surface of the
「第7実施形態」
図8は第7実施形態におけるポンプの概略断面図である。この実施形態では、本発明に係るモータ(クローポール型モータ)を、液体を吸排させる吸入口及び吐出口を有したポンプケースに収容し、前記ロータに羽根車を設けたポンプとした例である。
“Seventh Embodiment”
FIG. 8 is a schematic sectional view of a pump according to the seventh embodiment. In this embodiment, the motor (claw pole type motor) according to the present invention is housed in a pump case having a suction port and a discharge port for sucking and discharging liquid, and the rotor is provided with an impeller. .
第7実施形態のポンプは、液体を吸排する羽根車21と、液体を吸排させる吸入口22及び吐出口23を有したポンプケース24と、羽根車21を回転自在に収容させるポンプ室25を前記ポンプケース24と対をなして形成する分離板26と、羽根車21を回転駆動させるマグネット27を有したロータ28と、ロータ28に回転駆動力を伝達する爪磁極を有したステータ30と、ステータ30で発生させた磁界を制御する制御基板31と、を備えたクローポール型モータを駆動源としている。
The pump of the seventh embodiment includes an
そして、この第7実施形態のポンプは、分離板26を挟んで内側にロータ28を配置し且つ外側にステータ30を配置した、いわゆるインナー型ロータタイプ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。
The pump according to the seventh embodiment has a pump structure using a so-called inner-type rotor type claw pole motor in which a
ポンプ室25は、天面中央に開口された吸入口22と側壁に設けられた吐出口23とを有したポンプケース24に、ロータ28とステータ30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26が結合されることにより形成されている。なお、ポンプケース24と分離板26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29を介在させている。
The
ロータ28は、羽根車21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27を設けている。かかるロータ28は、ポンプケース24に設けられた軸支え部32と分離板26に設けられた軸支え部33に各端部を挿入嵌合させた固定軸34に対して、軸受け部35を介して回転自在に支承されている。固定軸34は、その両端側に取り付けられた回り止め板36、37により回転不可能とされている。なお、マグネット27と分離板26との間には、ロータ28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
羽根車21は、ロータ28と一体化されていることから固定軸34を中心に回転し、吸入口22からポンプ室25内へと吸い込んだ液体に遠心力を与えて吐出口23からポンプ外へと排出する。
Since the
ステータ30は、ロータ28の外側に分離板26を挟んで対向配置されている。かかるステータ30は、複数個の爪磁極41を有したヨーク42にボビン(図示は省略する)に巻回した巻き線38を配置させた構成とされている。このクローポール型のステータ30では、コイル38に通電することで発生した磁界を、爪磁極41からロータ28へと効率良く伝達することができる。
The
駆動基板31は、分離板26の背面に設けられており、位置検出センサである位置検出部39からの信号を受けて巻き線38で発生した磁界を制御する。また、磁気検出センサー43は、分離板26を挟んでマグネット27と対向するステータ30のヨーク42内に配置され、当該マグネット27に着磁された磁極を検出する。そして、ステータ30と駆動基板31を含めた分離板26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40でその全体が被覆されている。
The
このように構成されたポンプにおいては、コイル38への通電により発生する磁界が爪磁極41からマグネット27へと伝達されることにより該マグネット27が吸引反発することで、前記ロータ28と一体的に設けられた羽根車21が、前記固定軸34を中心として回転する。そして、この羽根車21の回転に伴いポンプ作用が発生し、液体が吸入口22よりポンプ室25内へと吸込まれ、このポンプ室25内で加圧され周囲方向へ圧送された液体は吐出口23からポンプ外へと吐出される。
In the pump configured as described above, the magnetic field generated by energizing the
この第7実施形態のポンプでは、インナー型ロータ構造のクローポール型モータの全体をモールド樹脂40で被覆しているので、モータの熱及び液体の熱をこのモールド樹脂40を介してモータ外へと逃がすことができモータを冷却できる。したがって、本実施形態のポンプによれば、モータ効率を向上させることができ且つモータの小型化も図れる。
In the pump of the seventh embodiment, the entire claw pole type motor having an inner type rotor structure is covered with the
また、本実施形態のポンプによれば、マグネット27の大きさを小さくすることなく小型化することを可能とした本発明のモータを使用することで、ポンプ自体を小型化することができる。
Moreover, according to the pump of this embodiment, the pump itself can be reduced in size by using the motor of the present invention that can be reduced in size without reducing the size of the
1,34…回転軸
2,27…マグネット
3,28…ロータ
4,42…ヨーク
5,38…巻き線
6,30…ステータ
7…磁気検出センサー
9…爪磁極
10…ボビン
11,31…駆動基板
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記ロータの外側又は内側に対向配置され、該ロータに回転駆動力を伝達するヨークに巻き線を取り付けてなるステータと、
前記マグネットに着磁された磁極を検出する磁気検出センサと、を備え、
前記磁気検出センサを、前記マグネットと前記ステータとの対向部分であって、前記ロータ側又は前記ステータ側の何れかに設けた
ことを特徴とするモータ。 A rotor having a magnet fixed to a rotating shaft;
A stator that is disposed oppositely or on the outside of the rotor and that has a winding attached to a yoke that transmits a rotational driving force to the rotor;
A magnetic detection sensor for detecting a magnetic pole magnetized in the magnet,
The motor according to claim 1, wherein the magnetism detection sensor is provided on either the rotor side or the stator side at a portion where the magnet and the stator are opposed to each other.
前記ステータを前記ロータの外側に対向配置して、前記磁気検出センサを、前記ロータの外側であって該ロータと対向する前記ステータ内に設けた
ことを特徴とするモータ。 The motor according to claim 1,
The motor, wherein the stator is disposed opposite to the outside of the rotor, and the magnetic detection sensor is provided inside the stator that is outside the rotor and faces the rotor.
前記ステータを前記ロータの外側に対向配置して、前記磁気検出センサを、前記ステータと対向する前記ロータの内側に設けた
ことを特徴とするモータ。 The motor according to claim 1,
The motor is characterized in that the stator is disposed opposite to the outer side of the rotor, and the magnetic detection sensor is provided on the inner side of the rotor facing the stator.
前記ヨークを、圧粉鉄心、樹脂バインド、金属ガラス、珪素鋼板の何れかで構成した
ことを特徴とするモータ。 The motor according to any one of claims 1 to 3,
A motor characterized in that the yoke is made of any one of a powdered iron core, a resin binding, metal glass, and a silicon steel plate.
前記磁気検出センサからの出力信号を受けて前記巻き線で発生した磁界を制御する駆動基板を、前記ヨーク内に配置した
ことを特徴とするモータ。 The motor according to any one of claims 1 to 4,
A motor, wherein a drive substrate that receives an output signal from the magnetic detection sensor and controls a magnetic field generated in the winding is disposed in the yoke.
前記ヨークに爪磁極を設けることにより、クローポール型モータとした
ことを特徴とするモータ。 The motor according to any one of claims 1 to 5,
A claw pole type motor is provided by providing a claw magnetic pole on the yoke.
ことを特徴とするポンプ。 A pump characterized in that the motor according to any one of claims 1 to 6 is accommodated in a pump case having a suction port and a discharge port for sucking and discharging liquid, and an impeller is provided in the rotor. .
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