JP2010011589A - ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】クローポール型モータを駆動源とするポンプにおいて、ポンプの組立作業性を向上させる。
【解決手段】ステータ５，２５を構成するステータコア５１，７１は、爪磁極５３，７３のうち軸方向の一方に向けて延在する爪磁極５３ｂ，７３ｂを有する第１コア５１ｂ，７１ｂと、当該軸方向の他方に向けて延在する爪磁極５３ａ，７３ａを有する第２コア５１ａ，７１ａとを備え、これらが互いに分離可能となっており、前記第１コア５１ｂ，７１ｂと分離板２，２２とを一体成形した。
【選択図】図３

Description

本発明は、クローポール型モータを駆動源としたポンプの構造に関する。

従来より、例えば家電製品や自動車等の分野で利用されるモータとして、固定子として機能するステータにその特徴部分である複数の爪状の磁極（爪磁極）を有したクローポール型モータが知られている（例えば、特許文献１参照）。このクローポール型モータは、構造が比較的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。

この種の構造では、ステータは、爪磁極を有した一対のステータコアと、このステータコアの爪磁極に磁界を発生させる巻線（環状コイル）とで構成されるのが一般的な構造で、ボビンによって支持された巻線を一対のステータコアの内部に収容し、当該巻線を通電することで回転子として機能するロータを回転駆動させるようになっている。

近年では、このクローポール型モータをポンプに適用することも提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特許第３１５７４３１ 特表２００３−５０５６４８

しかしながら、上記従来技術では、モータの構成部品をポンプに組み付ける際に、ポンプ内に配設されるロータとステータとの間にこれらを水密状態に分離する分離板を配設して、当該分離板を介してこれらロータならびにステータを対向配置させる作業を行っていたため、作業が煩雑であるとの問題があった。

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、ポンプの組立作業性を向上させることである。

かかる課題を解決するために本発明は、液体を吸排する羽根車と、液体を吸入する吸入口および液体を吐出する吐出口を有するポンプケースと、前記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、を備え、モータを駆動源として前記羽根車を回転駆動させるポンプであって、前記モータが、周方向に沿ってマグネットを有し、前記ポンプ室に収容されるロータと、軸方向に延在すると共に周方向に沿って複数配置された爪磁極を有し、当該爪磁極が前記分離板を介して前記ロータのマグネットの周面と対向するように配置されるステータと、を備えるクローポール型モータであり、前記ステータは、前記爪磁極の周方向で隣接するもの同士が互いに逆方向に向けて延在する中空のステータコアと、当該中空のステータコア内に収容される環状コイルと、を備え、前記ステータコアは、前記爪磁極のうち前記軸方向の一方に向けて延在する爪磁極を有する第１コアと、当該軸方向の他方に向けて延在する爪磁極を有する第２コアと、を備え、前記第１コアと前記分離板とが一体成形されていることを特徴とする。

本発明によれば、第１コアと分離板とを一体成形しているため、モータのポンプへの組み付け作業時の作業工程を削減することができ、ポンプの組立作業効率を向上させることができる。

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及び図２は、本実施形態のポンプ１を示した図であり、図１は斜視図、図２は、図１中のＡ−Ａ断面図を示している。本実施形態のポンプ１は、例えば、給湯器や家庭用のシャワーなどで利用されるものであり、液体を吸排する羽根車３と、液体を吸入する吸入口１２および液体を吐出する吐出口１３を有するポンプケース６と、羽根車３を回転自在に収容させるポンプ室９を前記ポンプケース６と対をなして形成する分離板２と、ポンプ１の駆動源となるクローポール型モータと、を備えている。このクローポール型モータは、羽根車３を回転駆動させるマグネット４２を有したロータ４と、ロータ４に回転駆動力を伝達する爪磁極５３を有したステータ５と、ステータ５で発生させた磁界を制御する制御基板７と、を備えている。

そして、本実施形態のポンプ１は、分離板２を挟んで内側にロータ４を配置し且つ外側にステータ５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９は、天面中央に開口された吸入口１２と側壁に設けられた吐出口１３とを有したポンプケース６に、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）する分離板２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６と分離板２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８を介在させている。また、ポンプ１は、ポンプケース６を除いた部位全体がモールド樹脂１０で覆われている。このため、制御基板７を含めたモータ部全体をこのモールド樹脂１０で保護することができると共に、さらに強度も高めることができる。

ロータ４は、羽根車３に一体的に設けられた円筒形状のロータ本体４１と、ロータ本体４１の外壁（外周側）に設けられた複数のマグネット４２とで構成されている。マグネット４２は、周方向に沿って等間隔でＮ極とＳ極とが交互に並ぶように配置されている。ロータ本体４１は、ポンプケース６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。

羽根車３は、ロータ４と一体化されていることから固定軸４５を中心に回転し、吸入口１２からポンプ室９内へと吸い込んだ液体に遠心力を与えて吐出口１３からポンプ１外へと排出する。

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ステータコア５１とこのステータコア５１の内部に収容される環状コイル５２とで構成されている。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、ステータコア５１が備える複数の爪磁極５３からロータ４へと伝達する。

制御基板７は、分離板２の背面に設けられており、ロータ５の回転位置を検出するセンサ（位置検出部１１）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。これにより、制御基板７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。

このように構成されたポンプ１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が吸引反発し、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、羽根車３により遠心力を加えられて吐出孔１３からポンプ１外へと吐出される。

次に、本実施形態の特徴部分であるステータ５の構造について詳しく説明する。

上述したように、ステータ５は、複数の爪磁極５３を有したステータコア５１とこのステータコア５１の内部に収容される環状コイル５２とで構成されている。ロータ４に回転駆動力を伝達する爪磁極５３は、ロータ４のマグネット４２の周面と対向するように配置され、周方向で隣接するもの同士が互いに逆の軸方向に向けて爪が延在している。爪の向きの異なる爪磁極５３を周方向で交互に配設することで、ロータ４のマグネット４２に対向するＳ極とＮ極を構成している。

このような爪磁極５３を有したステータコア５１は、当該爪磁極５３のうち軸方向の一方の方向に向けて延在する爪磁極５３ｂを有した第１コア５１ｂと、軸方向の他方に向けて延在する爪磁極５３ａを有した第２コア５１ａとを備えており、これらが内部に環状コイル５２を収容するため中空形状を成し、互いに分離可能となっている。

なお、本実施形態のステータコア５１は、金型のキャビティ（図示せぬ）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で構成されている。この圧粉鉄心は、鉄粉個々の表面を例えばリン酸皮膜処理などの無機絶縁皮膜でコーティングし、粒子間を樹脂バインドした構造であり、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。

ここで、本実施形態では、このステータコア５１を構成する片側のコアと、ロータ４とステータ５とを水密状態に分離する分離板２とが一体成形されていることに最大の特徴が挙げられる。

具体的には図３に示すように、本実施形態では、同じ方向に向けて延在する爪磁極５３ｂを周方向に沿って等間隔に４つ配設させた第１コア５１ｂと分離板２とを一体成形した。第１コア５１ｂは、当該第１コア５１ｂの爪磁極５３ｂとこの爪磁極５３ｂの基端部からモータ軸の径方向に延びる基底部５４ｂとを有した断面略Ｌ字形状に形成されている。そして、圧粉鉄心で構成されるステータコア５１の第１コア５１ｂに対して、分離板２を合成樹脂で構成し、これらを例えば、射出成形により一体成形している。また、この時、第１コア５１ｂの爪磁極５３ｂの外周側には、分離板２と同じ合成樹脂で構成される断面略コの字状のコイルボビン５７も一体成形される。このコイルボビン５７は、環状コイル５２を支持するためのもので、環状コイル５２とステータコア５１との絶縁を行う機能も担っている。

一方、もう片側の第２コア５１ａは、第１コア５１ｂの爪磁極５３ｂとは逆方向に向けて延在した爪磁極５３ａが周方向に沿って等間隔に４つ配設され、当該第２コア５１ａの爪磁極５３ａと第１コア５１ｂの基底部５４ｂに対向する基底部５４ａとさらに環状コイル５２の外周側を覆う外周部５５とを有した断面略コの字状に形成されている。

なお、第２コア５１ａの基底部５４ａには、第１コア５１ｂの爪磁極５３ｂの先端に対応する位置に材料コストを低減させる目的から切欠部５６が形成されている。この切欠部５６は、ロータ４を回転駆動させる時に発生する磁路を基準として、磁路を除いた非磁路領域に部材を切り欠いて形成されている。

このようにして構成される本実施形態のポンプ１では、モータをポンプ１に組み付ける際に、第１コア５１ｂと分離板２とが一体成形されているため、第１コア５１ｂおよびロータ４を分離板２に対して個別に組み付ける必要がなく、第１コア５１ｂが分離板２に対して位置ずれした状態で組み付けられてしまうのを抑制することができる。その結果、ロータ４の分離板２および第１コア５１ｂに対する位置決め作業が容易になり、モータをポンプ１に精度よく組み付けることができるようになる。このように、モータのポンプ１への組み付け作業を容易に行うことができるため、ポンプ１の組立作業性を向上させることができる。

さらに、分離板２に一体成形される第１コア５１ｂは、爪磁極５３ｂと基底部５４ｂとの断面略Ｌ字形状であるため、環状コイル５２を第１コア５１ｂの外周側から容易に装着させることができる。そして、当該第１コア５１ｂが備えるコイルボビン５７に環状コイル５２を装着させ、もう片側の第２コア５１ａをスライドさせることによりポンプ１への組み付けを完了させることができる。したがって、従来のごとく、別体で構成されたボビンに環状コイル５２を装着させ、当該ボビンをステータコア５１内に収容してロータ４に対向配置させるといった必要がなく、組み付け作業時の作業工程を削減することができ、ポンプ１の組立作業効率を向上させることができる。

また、第１コア５１ｂと分離板２とを一体成形することで、第１コア５１ｂが備える爪磁極５３ｂの配設される箇所の分離板２の厚みを薄くすることができる。そのため、ロータ４のマグネット４２と第１コア５１ｂの爪磁極５３ｂとの間のギャップが狭まり、ポンプ効率を向上させることができる。

（第２実施形態）
図４は、第２実施形態にかかるポンプ１００を示した断面図である。本実施形態のポンプ１００は、液体を吸排する羽根車２３と、液体を吸入する吸入口３２および液体を吐出する吐出口（図示を省略する）を有したポンプケース２６と、羽根車２３を回転自在に収容させるポンプ室２９を前記ポンプケース２６と対をなして形成する分離板２２と、ポンプ１００の駆動源となるクローポール型モータと、を備えている。このクローポール型モータは、羽根車２３を回転駆動させるマグネット６２を有したロータ２４と、ロータ２４に回転駆動力を伝達する爪磁極７３を有したステータ２５と、ステータ２５で発生させた磁界を制御する制御基板２７と、を備えている。

そして、本実施形態のポンプ１００に用いられるクローポール型モータは、分離板２２を挟んで外側にロータ２４を配置し且つ内側にステータ２５を配置した、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。

ポンプ室２９は、天面中央に開口された吸入口３２と側壁に設けられた吐出口（図示せぬ）とを有したポンプケース２６に、ロータ２４とステータ２５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２２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２６と分離板２２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図示を省略するシール部材を介在させている。また、ポンプ１００は、ポンプケース２６を除いた部位全体がモールド樹脂３０で覆われている。このため、制御基板２７を含めたモータ部全体をこのモールド樹脂３０で保護することができると共に、さらに強度も高めることができる。

羽根車２３は、ポンプ室２９に設けられた固定軸６５に対し軸受け部６６を介して回転自在に支承されている。かかる羽根車２３は、固定軸６５を中心に回転することにより、吸入口３２からポンプ室２９内へと吸い込んだ液体に遠心力を与えて図示せぬ吐出口からポンプ１００外へと排出する。なお、軸受け部６６の上部には、受板６７が設けられている。

ロータ２４は、羽根車２３に一体的に設けられた円筒形状のロータ本体６１と、ロータ本体６１の内壁（内周側）に設けられた複数のマグネットと６２で構成されている。マグネット６２は、周方向に沿って等間隔で、Ｎ極とＳ極とが交互に並ぶように配置されている。マグネット６２と分離板２２との間には、ロータ２４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。

ステータ２５は、ロータ２４の内周側に対向して配置された環状のステータコア７１とこのステータコア７１の内部に収容される環状コイル７２とで構成されている。ステータ２５は、電流を流すことにより環状コイル７２で発生した磁界を、ステータコア７１が備える複数の爪磁極７３からロータ２４へと伝達する。

制御基板２７は、分離板２２の背面に設けられており、ロータ２４の回転位置を検出するセンサ（図示を省略する）からの信号を受けて、環状コイル７２に流す電流を制御する。これにより、制御基板２７は、ロータ２４の回転位置に応じて、環状コイル７２で発生した磁界を制御する。

このように構成されたポンプ１００は、環状コイル７２において発生する磁界が爪磁極７３からマグネット６２へと伝達されることにより、このマグネット６２が吸引反発し、ロータ２４と一体的に設けられた羽根車２３が、固定軸６５を中心として回転する。そして、この羽根車２３の回転にともないポンプ作用が発生し、液体が吸入口３２よりポンプ室２９内へと吸い込まれ、羽根車２３により遠心力を加えられて、図示せぬ吐出口からポンプ１００外へと吐出される。

次に、本実施形態の特徴部分であるステータ２５の構造について詳しく説明する。

上述したように、ステータ２５は、複数の爪磁極７３を有したステータコア７１とこのステータコア７１の内部に収容される環状コイル７２とで構成されている。ロータ２４に回転駆動力を伝達する爪磁極７３は、ロータ２４のマグネット６２の周面と対向するように配置され、周方向で隣接するもの同士が互いに逆の軸方向に向かって爪が延在している。爪の向きの異なる爪磁極７３を周方向で交互に配設することで、ロータ２４のマグネット６２に対向するＳ極とＮ極を構成している。

このような爪磁極７３を有したステータコア７１は、当該爪磁極７３のうち軸方向の一方の方向に向けて延在する爪磁極７３ｂを有した第１コア７１ｂと、他方の軸方向に向けて延在する爪磁極７３ａを有した第２コア７１ａとを備えており、これらが内部に環状コイル７２を収容するため中空形状を成し、互いに分離可能となっている。

そして、本実施形態も上記第１実施形態と同様に、圧粉鉄心で構成されるこのステータコア７１の片側の第１コア７１ｂに対して、ロータ２４とステータ２５とを水密状態に分離する分離板２２を合成樹脂で構成し、これら第１コア５１ｂと分離板２とを一体成形したことに最大の特徴を有している。

第１コア７１ｂは、当該第１コア７１ｂの爪磁極７３ｂとこの爪磁極７３ｂの基端部からモータ軸の径方向に延びる基底部７４ｂとこの基底部７４ｂの内方から突出形成される内壁部７５とを有している。また、第１コア７１ｂの爪磁極７３ｂの内周側には、断面略コの字状のコイルボビン７７が配設され、当該コイルボビン７７が分離板２と第１コア７１ｂと一体成形されている。

一方、もう片側の第２コア７１ａは、当該第２コア７１ａの爪磁極７３ａと第１コア７１ｂの基底部７４ｂに対向する基底部７４ａとを有している。

このようにして構成される本実施形態のポンプ１００では、モータをポンプ１００に組み付ける際に、分離板２２と一体となった第１コア７１ｂの爪磁極７３ｂに対して、ロータ２４が備えるマグネット６２の位置決め作業を行うことができる。さらに、当該第１コア７１ｂが備えるコイルボビン７７に環状コイル７２を装着させ、もう片側の第２コア７１ａをスライドさせることによりポンプ１００への組み付けを完了させることができる。したがって、ポンプ１００の組立作業性を向上させることができる。

また、第１コア７１ｂと分離板２２とを一体成形することで、第１コア７１ｂが備える爪磁極７３ｂの配設される箇所の分離板２２の厚みを薄くすることができる。そのため、ロータ２４のマグネット６２と第１コア７１ｂの爪磁極７３ｂとの間のギャップが狭まり、ポンプ効率を向上させることができる。

なお、上述した各実施形態では、ステータコア５１，７１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。例えば、ステータコア５１，７１は、磁性粉と樹脂バインダとを混合した混合材料をインジェクション成形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磁性粉とナイロンなどの熱可塑性樹脂を混ぜ合わせた混合材料を用いることができる。なお、ステータコア５１，７１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利点がある。これに対して、インジェクション成形の場合には、圧粉鉄心で構成され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利点がある。

また、ステータコア５１，７１は、例えば、金属ガラスや珪素鋼板で構成してもよい。ステータコア５１，７１を金属ガラスで構成した場合には、圧粉鉄心で構成された場合と比較して、渦電流損を低く抑えることができるという利点がある。また、ステータコア５１，７１を珪素鋼板で構成した場合には、圧粉鉄心で構成された場合と比較して、製造コストを低減することができるという利点がある。

本発明の第１実施形態にかかるポンプの斜視図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 本発明の第１実施形態にかかるステータの斜視図である。 本発明の第２実施形態にかかるポンプの断面図である。

符号の説明

１，１００ ポンプ
２，２２ 分離板
３，２３ 羽根車
４，２４ ロータ
５，２５ ステータ
６，２６ ポンプケース
９，２９ ポンプ室
１２，３２ 吸入口
１３ 吐出口
４２，６２ マグネット
５１ ステータコア
５１ｂ 第１コア
５１ａ 第２コア
５２，７２ 環状コイル
５３，７３ 爪磁極

Claims (10)

1. 液体を吸排する羽根車と、液体を吸入する吸入口および液体を吐出する吐出口を有するポンプケースと、前記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、を備え、モータを駆動源として前記羽根車を回転駆動させるポンプであって、
   前記モータが、
   周方向に沿ってマグネットを有し、前記ポンプ室に収容されるロータと、
   軸方向に延在すると共に周方向に沿って複数配置された爪磁極を有し、当該爪磁極が前記分離板を介して前記ロータのマグネットの周面と対向するように配置されるステータと、
   を備えるクローポール型モータであり、
   前記ステータは、
   前記爪磁極の周方向で隣接するもの同士が互いに逆方向に向けて延在する中空のステータコアと、
   当該中空のステータコア内に収容される環状コイルと、
   を備え、
   前記ステータコアは、
   前記爪磁極のうち前記軸方向の一方に向けて延在する爪磁極を有する第１コアと、
   当該軸方向の他方に向けて延在する爪磁極を有する第２コアと、
   を備え、
   前記第１コアと前記分離板とが一体成形されていることを特徴とするポンプ。
2. 前記環状コイルを支持するコイルボビンが、前記分離板と共に前記第１コアに一体成形されていることを特徴とする請求項１記載のポンプ。
3. 前記第１コアを、当該第１コアの爪磁極と、爪磁極の基端部からモータ軸の径方向に延びる基底部とからなる断面略Ｌ字形状としたことを特徴とする請求項１又は２に記載のポンプ。
4. 前記ステータコアが、磁性粉を圧縮して成形した圧粉体で構成されていることを特徴とする請求項１〜３のうち何れか１項に記載のポンプ。
5. 前記ステータコアが、磁性粉と樹脂バインダとを混合した混合材料をインジェクション成形することで構成されていることを特徴とする請求項１〜３のうち何れか１項に記載のポンプ。
6. 前記ステータコアが、金属ガラスで構成されていることを特徴とする請求項１〜３のうち何れか１項に記載のポンプ。
7. 前記ステータコアが、珪素鋼板で構成されていることを特徴とする請求項１〜３のうち何れか１項に記載のポンプ。
8. 前記クローポール型モータは、前記分離板を挟んで内側にロータを配置し且つ外側にステータを配置したインナー型ロータ構造であることを特徴とする請求項１〜７のうち何れか１項に記載のポンプ。
9. 前記クローポール型モータは、前記分離板を挟んで外側にロータを配置し且つ内側にステータを配置したアウター型ロータ構造であることを特徴とする請求項１、２、４〜７のうち何れか１項に記載のポンプ。
10. 前記ステータ及び前記環状コイルへの通電を制御する制御基板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請求項１〜９のうち何れか１項に記載のポンプ。

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