JP2010200454A - アウタロータ型のクローポールモータ、ポンプおよびポンプ駆動機器 - Google Patents

Abstract

【課題】機能の低下を招くことなく、鉄心の材料コストを低減させることのできるアウタロータ型のクローポールモータ、当該モータを駆動源とするポンプおよび当該ポンプを搭載したポンプ駆動機器を得る。
【解決手段】ステータコア１７は、軸方向に延在するとともに略中心部に設けられる中実のコア部１７ａを備えており、当該コア部１７ａの軸方向両端部のうち少なくともいずれか一方の端部の略中心部に凹部３０を設けた。
【選択図】図２

Description

本発明は、アウタロータ型のクローポールモータ、当該モータを駆動源とするポンプおよび当該ポンプを搭載したポンプ駆動機器に関する。

クローポールモータは、ロータが内側でその外側にステータを配置したいわゆるインナロータ型のものが通常用いられているが、このインナロータ型では、同一出力を維持したままでのモータの小型化が困難であるため、近年では、爪磁極をステータコアの外周部に設けて、その外側にロータのマグネットを対向配置させたアウタロータ型が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−３３３５４５号公報

しかしながら、上記従来技術では、ステータコアの中心部に一対の基底部間を貫通する貫通孔を設ける構造であるため、ステータコアに貫通孔を設けた分、鉄心の材料コストを低減できるのだが、環状コイルの内側にあるステータコアの領域が減少することになって磁気飽和が発生しやすく、効率の低下を招いてしまうという問題があった。

そこで、本発明は、機能の低下を招くことなく、鉄心の材料コストを低減させることのできるアウタロータ型のクローポールモータ、当該モータを駆動源とするポンプおよび当該ポンプを搭載したポンプ駆動機器を得ることを目的とする。

請求項１の発明にあっては、軸方向に延在するとともに外周部に設けられる爪磁極と、軸方向に延在するとともに略中心部に設けられる中実のコア部とを有したステータコアと、前記ステータコアの外周側に前記爪磁極に対して内周面が対向するように設けられるロータと、前記爪磁極と前記コア部との間に形成される空間部に配置されるコイルとを備え、前記コア部の軸方向両端部のうち少なくともいずれか一方の端部の略中心部に凹部を設けたことを特徴とする。

請求項２の発明にあっては、前記ロータの軸方向一端部に当該ロータとともに回転する回転端部を設けるとともに、当該回転端部の略中心部にモータ軸を設け、当該モータ軸を前記凹部で支持するようにしたことを特徴とする。

請求項３の発明にあっては、前記コア部の少なくとも一部を、磁性粉を圧縮して成形した圧粉体で構成したことを特徴とする。

請求項４の発明にあっては、前記コア部の少なくとも一部を、金属ガラスで構成したことを特徴とする。

請求項５の発明にあっては、請求項１〜４のうち何れか１項に記載の前記アウタロータ型のクローポールモータを駆動源としたことを特徴とするポンプである。

請求項６の発明にあっては、請求項５に記載の前記ポンプを搭載したことを特徴とするポンプ駆動機器である。

請求項１の発明によれば、磁界の発生領域となるコイルの内側に中実のコア部が設けられており、このコア部においてコイルを回り込むように流れる磁気回路の一番遠い領域、すなわち、磁束密度の低いコア部の軸方向両端部のうち少なくともいずれか一方の端部の略中心部に凹部を設けたため、磁気飽和を抑制しつつ鉄心の材料コストを削減することができる。

請求項２の発明によれば、ロータの回転端部に設けられたモータ軸を前記凹部で支持するようにしたため、クローポールモータを軸方向に短くすることができる。

請求項３の発明によれば、コア部の少なくとも一部を磁性粉を圧縮して成形した圧粉体で構成したため、渦電流損失を抑えることができる。

請求項４の発明によれば、コア部の少なくとも一部を金属ガラスで構成したため、請求項３と同様に、渦電流損失を抑えることができる。

請求項５の発明によれば、請求項１〜４のうち何れか１項に記載のクローポールモータを駆動源としてポンプを構成したので、低コストで且つ小型化されたポンプを提供することができる。

請求項６の発明によれば、請求項５に記載のポンプを用いてポンプ駆動機器を構成したので、低コストで且つ小型化が可能なポンプ駆動機器を提供することができる。

本発明の一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。 本発明の一実施形態にかかるステータコアの斜視図である。 本発明のポンプを適用した食器洗浄機の内部構造を示す模式図である。 本発明のポンプを適用した洗濯機の内部構造を示す模式図である。 本発明のポンプを適用した給湯ユニットの回路図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の複数の実施形態には、同様の構成要素が含まれている。よって、以下では、それら同様の構成要素には共通の符号を付与するとともに、重複する説明を省略する。

［第１実施形態］
図１及び図２は、本実施形態にかかるポンプを示した図であり、図１は斜視図、図２は、図１中のＡ−Ａ断面図である。本実施形態のポンプＰは、液体を吸排する羽根車１と、液体を吸入する吸入口２および液体を排出する吐出口３を有したポンプケース４と、羽根車１を回転自在に収容させるポンプ室５を前記ポンプケース４と対をなして形成する分離板６と、ポンプＰの駆動源となるクローポールモータＭと、を備えている。

クローポールモータＭは、羽根車１を回転駆動させるマグネット（永久磁石）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９を有したステータ１０と、ステータ１０で発生させる磁界を制御する制御基板１１と、を備えている。

そして、本実施形態のポンプＰは、分離板６の内筒部６ａ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、いわゆるアウタロータ型構造のクローポールモータＭを駆動源としたポンプ構造となっている。

ポンプ室５は、ポンプケース４の中央に開口された吸入口２と、ポンプケース４の側壁にてその外周部の接線方向に延びる吐出管２２の先端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６が結合されることにより形成されている。分離板６の内筒部６ａの先端には、ロータ８を挟み込むようにして収容する折り返しの外筒部６ｂが形成されており、この外筒部６ｂの先端部とポンプケース４の外周側端部４ａとが図示せぬシール部材を介して結合されている。

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、その円筒状のロータヨーク１９の内壁に磁気回路（磁束）を構成する複数のマグネット７を設けている。マグネット７の内周面７ａ（ロータ８の内周面）は、図２に示すように、ステータ１０の爪磁極９に対して分離板６の内筒部６ａを間に挟んで対向配置されており、このマグネット７が周方向に沿って等間隔で且つその磁極が交互となるように配置されている。なお、マグネット７の内周面７ａと分離板６の内筒部６ａ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、ポンプ室５に設けられたモータ軸としての固定軸１２に対して軸受け部１３を介して回転自在に支承されている。すなわち、本実施形態では、ロータ８の軸方向一端部となる吸入口２側の端部に、当該ロータ８とともに回転する回転端部としての羽根車１を設け、この羽根車１の略中心部にモータ軸である固定軸１２を設けていることになる。かかる羽根車１は、固定軸１２を中心として回転し、吸入口２からポンプ室５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Ｐ外へと排出する。なお、軸受け部１３の吸入口２側の端部には、受板２１が設けられている。

ステータ１０は、軸方向に延在する爪磁極９を外周部に有し、当該爪磁極９がロータ８の内周面７ａに対向して配置される環状のステータコア１７と、このステータコア１７の内部に収容される環状コイル（コイル）１５とで構成されている。本実施形態のステータコア１７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。そして、本実施形態のポンプＰにおいては、詳細を後述するが、このステータコア１７の中心部に相当する環状コイル１５の内側領域に、軸方向に延在する中実の中心コア部（コア部）１７ａが設けられており、この中心コア部１７ａに鉄心の材料コストを削減する凹部３０を形成した。

制御基板１１は、ステータ１０の背面に設けられており、ロータ８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１５で発生させる磁界を制御する。そして、図２に示すように、ステータ１０とこの制御基板１１を含めた分離板６は、例えば、不飽和ポリエステル等からなるモールド樹脂２０でその全体が被覆されており、これにより強度が確保されている。

このように構成されたポンプＰにおいては、環状コイル１５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７へと伝達されることにより、このマグネット７が吸引反発し、ロータ８と一体的に設けられた羽根車１が、固定軸１２を中心として回転する。そして、この羽根車１の回転にともないポンプ作用が発生し、液体が吸入口２よりポンプ室５内へと吸い込まれ、羽根車１により遠心力を加えられて、吐出口３からポンプＰ外へと吐出される。

図３は、本実施形態の特徴部分であるステータコア１７の分解斜視図である。

本実施形態のステータコア１７は、図３に示すように、互いにほぼ同形状の第１コア１００と第２コア２００とを備えており、これらが互いに分離可能となっている。

具体的には、第１・第２コア１００、２００は、円板形状の基底部１００ａ、２００ａと、この基底部１００ａ、２００ａの周縁から軸方向に突出して立ち上がる爪磁極１００ｂ、２００ｂ（前記爪磁極９に相当）と、基底部１００ａ、２００ａの中心部に設けられて爪磁極１００ｂ、２００ｂと同方向に突出する円柱形状のボス部１００ｃ、２００ｃとを備えている。すなわち、本実施形態では、ステータコア１７の中心コア部１７ａは、この円柱形状の一対のボス部１００ｃ、２００ｃと、当該ボス部１００ｃ、２００ｃと軸方向で対応する位置の基底部１００ａ、２００ａの環状領域１７ｃ（図２参照）とで構成されていることになる。

爪磁極１００ｂ、２００ｂは、それぞれ周方向に沿って等間隔に複数（本実施形態では３つ）配置されており、これら複数の爪磁極１００ｂ、２００ｂの突出長さがすべて等しくなるように形成されている。一方、ボス部１００ｃ、２００ｃは、爪磁極１００ｂ、２００ｂの突出長さに対して略半分程度の突出長さを有している。

そして、このような第１コア１００と第２コア２００とを組み付けて、図２に示すステータコア１７として一体化させる際には、第１コア１００の爪磁極１００ｂを第２コア２００の隣り合う爪磁極２００ｂ間に挿入配置するとともに、第２コア２００の爪磁極２００ｂを第１コア１００の隣り合う爪磁極１００ｂ間に挿入する。したがって、第１コア１００の爪磁極１００ｂと第２コア２００の爪磁極２００ｂとが周方向に沿って交互に配置され、当該周方向に隣り合う爪磁極１００ｂ、２００ｂどうしが軸方向に対して互いに逆方向に向けて延在することになる。この際、第１コア１００のボス部１００ｃと第２コア２００のボス部２００ｃは、先端面同士が接触した状態となる。

これにより、図２に示すように、爪磁極１００ｂ、２００ｂとボス部１００ｃ、２００ｃとの間に環状の空間部４０が形成され、この空間部４０に絶縁板１４を介して環状コイル１５を配置させている。

ここで、本実施形態では、この環状コイル１５の内側領域に設けられた中心コア部１７ａの軸方向両端部のうち、吸入口２側の端部の略中心部、すなわち、第２コア２００の基底部２００ａの略中心部に鉄心の材料コストを削減する凹部３０を設けるようにした。

この凹部３０は、図２に示すように、軸方向において環状コイル１５の配置される空間部４０にオーバーラップしない突出深さで形成されることが好ましく、径方向においても同じく空間部４０にオーバーラップしない径幅で形成されることが好ましい。本実施形態では、このような条件を満たした略円柱状の凹部３０が形成されている。

したがって、本実施形態のステータコア１７によれば、磁界の発生領域となる環状コイル１５の内側に中心コア部１７ａが設けられており、この中心コア部１７ａにおいて環状コイル１５を回り込むように流れる磁気回路の一番遠い領域、すなわち、磁束密度の低い第２コア２００の基底部２００ａの略中心部に凹部３０を設けたため、磁気飽和を抑制しつつ鉄心の材料コストを削減することができる。

そして、本実施形態では、この凹部３０に分離板６の端板６ｃの中心部分が嵌め込まれており、この端板６ｃの中心部分を介して凹部３０でモータ軸である固定軸１２の吸入口２と反対側の端部を支持させるようにしている。

このように、本実施形態では、鉄心の材料コストを削減するために形成された凹部３０を固定軸１２の軸受けとして有効利用したため、クローポールモータＭの固定軸１２を軸方向に短くすることができ、その分ポンプＰを軸方向に短く構成することができるという利点がある。

なお、本実施形態では、ボス部１００ｃ、２００ｃと基底部１００ａ、２００ａの環状領域１７ｃとで構成された中心コア部１７ａの軸方向両端部のうち、吸入口２側の端部となる第２コア２００の基底部２００ａの略中心部のみに凹部３０を設ける構成としたが、さらに、吸入口２と反対側の端部となる第１コア１００の基底部１００ａの略中心部に凹部を設ける構成としてもよい。また、本実施形態では、各コア１００、２００にボス部１００ｃ、２００ｃをそれぞれ設けているが、一方の例えば第１コア１００にのみボス部を設けて当該ボス部を上記ボス部１００ｃより長く突出させて他方の第２コア２００の基底部２００ａに接触させるようにしてもよい。そして、この凹部３０の形状は特に限定されず、例えば、軸方向内側（ボス部１００ｃ、２００ｃの先端面方向）に向けて縮径する台形状の凹部や円錐状の凹部を設けてもよい。

また、本実施形態において、ステータコア１７全体を圧粉鉄心で構成したが、環状コイル１５の内側領域における中心コア部１７ａの少なくとも一部のみを圧粉鉄心で構成してもよく、これによっても渦電流損失を抑えることができる。そして、このように中心コア部１７ａの渦電流損失を低減することによって、当該中心コア部１７ａにおける鉄心の磁力発生効率を向上することができるため、同一出力を維持したままで鉄心の使用量をさらに削減することも可能となる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。

本発明における第２実施形態として、ステータコア１７を金属ガラスで構成する。

金属ガラスは、前記した圧粉鉄心と同様に高周波での鉄損失が低く（渦電流損失が低く）、また磁気飽和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。このため、本実施形態においても上記第１実施形態と同様に、渦電流損失を抑えることができるとともに、高周波数域で使用できるクローポールモータＭとすることができる。

また、金属ガラスは圧粉鉄心よりも渦電流損失を抑制することができるため、上記第１実施形態に対して、クローポールモータＭの出力効率及び出力トルクを向上することができる。

なお、ステータコア１７を金属ガラスで構成した場合においても、ステータコア１７全体を金属ガラスで構成してもよいが、環状コイル１５の内側領域における中心コア部１７ａの少なくとも一部のみを金属ガラスで構成してもよく、これによっても渦電流損失を抑えることができる。

また、このようなステータコア１７は、金属ガラス粉（例えば、高純度Ｆｅに、ＦｅＳｉ、ＦｅＢ、ＦｅＰを混合させたもの）を、例えば、温間圧縮成形などによって圧縮した圧粉体で構成することもできる。

そして、ステータコア１７を上記圧粉体で構成した場合においても、ステータコア１７全体を上記圧粉体で構成してもよいが、環状コイル１５の内側領域における中心コア部１７ａの少なくとも一部のみを上記圧粉体で構成してもよく、これによっても渦電流損失を抑えることができる。

また、このようなステータコア１７は、金属ガラス粉と樹脂バインダとを混ぜ合わせた混合材料をインジェクション成形にて製造することもできる。

このようにインジェクション成形によってステータコア１７を製造することで、上記第１実施形態のような圧粉鉄心を製造する場合と比較して、金型寿命が長いなど金型コストを低く抑えることができる上、製品形状の自由度も高いので、要求される性能に対して対応しやすくなる。

なお、上記インジェクション成形によってステータコア１７を製造した場合においても、ステータコア１７全体をインジェクション成形してもよいが、環状コイル１５の内側領域における中心コア部１７ａの少なくとも一部のみをインジェクション成形してもよく、これによっても渦電流損失を抑えることができる。

［第３実施形態］
本実施形態では、本発明のクローポールモータＭを駆動源として構成したポンプＰを搭載したポンプ駆動機器について説明する。

図４は、本実施形態にかかるポンプ駆動機器としての食器洗浄機１００を示しており、この食器洗浄機１００では、水または温水が給水口１０１から貯水槽１０２に供給されるようになっており、貯水槽１０２に供給された水または温水が、洗浄ポンプＰ１によって貯水槽１０２からノズル１０３に送られ、水または温水をノズル１０３から噴出することで食器洗浄機１００内に配置した食器１０４を洗浄するようになっている。なお、本実施形態では、洗浄後の水または温水は、下方に落下して貯水槽１０２に溜められ、浄水ポンプＰ１によって再度ノズル１０３に送られるようになっている。そして、所定時間循環洗浄した後に、洗浄ポンプＰ１を停止して排水ポンプＰ２を作動させることで、貯水槽１０２内の水が排水されるようになっている。

次に、給水口１０１から再度、水はたは温水を貯水槽１０２に供給した後、洗浄ポンプＰ１を所定時間作動させて濯ぎを行う。その後、洗浄ポンプＰ１を停止して排水ポンプＰ２を作動させて貯水槽１０２の水または温水を排水する。以上の動作を数回繰り返して濯ぎを行うことで、食器洗浄機１００内に配置した食器１０４が洗浄されるようになっている。

ここで、本実施形態では、上述した洗浄ポンプＰ１および排水ポンプＰ２に、上記第１実施形態で例示したクローポールモータＭを駆動源としたポンプＰ（図１および図２参照）を用いている。

このように、本実施形態にかかる食器洗浄機１００に、本発明のクローポールモータＭを駆動源としたポンプＰを用いて洗浄ポンプＰ１および排水ポンプＰ２を構成することで、低コスト化ならびに小型化を図ることのできる食器洗浄機１００を得ることができる。

次に、本実施形態のポンプ駆動機器の変形例について説明する。

図５は、上記第３実施形態の第１変形例を示しており、ポンプ駆動機器が洗濯機２００である場合を例示する。

この洗濯機２００は、洗濯槽２０１が図示せぬモータによって回転制御されており、当該洗濯槽２０１を回転させるとともに、洗濯機２００内の水を循環ポンプＰ３で循環させることで衣類などの洗濯を行うようにしている。

ここで、本変形例では、上述した循環ポンプＰ３に、上記第１実施形態で例示したクローポールモータＭを駆動源としたポンプＰ（図１および図２参照）を用いている。

このように、本変形例にかかる洗濯機２００に、本発明のクローポールモータＭを駆動源としたポンプＰを用いて循環ポンプＰ３を構成することで、低コスト化ならびに小型化を図ることのできる洗濯機２００を得ることができる。

また、本変形例では、洗濯槽２０１を回転させるモータとして、上記第１実施形態に示したクローポールモータＭを用いることが好ましい。

図６は、上記第３実施形態の第２変形例を示しており、ポンプ駆動機器が給湯ユニット３００である場合を例示する。

この給湯ユニット３００は、エコキュート、ガス給湯機器およびコジェネレーションなどに用いることができる。

図６は、給湯ユニット３００のエコキュートシステム概略図を示している。給湯ユニット３００は、ヒートポンプユニット３０１、貯湯ユニット３０２、風呂３０３、床暖房３０４および追い焚き熱交換器３０５や暖房熱交換器３０６等を備えている。

また、上記給湯ユニット３００には、台所や洗面用の温水蛇口３０７やお湯をためる補助タンク３０８が設けられており、かつ、給水口３０９の下流には減圧弁３１０が設けられるとともに、床暖房３０４には熱動弁３１１が設けられている。更に、それぞれの配管には複数の混合弁３１２や安全弁３１３が設けられている。

そして、複数のポンプＰ４、Ｐ５、Ｐ６、Ｐ７、Ｐ８を駆動させるとともに、上記各弁を制御することで、風呂３０３や台所や洗面用の温水蛇口３０７等に、水やお湯を所望の温度、流量で供給できるようにしている。

ここで、本変形例では、上述したポンプＰ４〜Ｐ８に、上記第１実施形態で例示したクローポールモータＭを駆動源としたポンプＰ（図１および図２参照）をそれぞれ用いている。

このように、本変形例にかかる給湯ユニット３００に本発明のクローポールモータＭを駆動源としたポンプＰを用いてそれぞれのポンプＰ４〜Ｐ８を構成することで、低コスト化ならびに小型化を図ることのできる給湯ユニット３００を得ることができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず、種々の変形が可能である。例えば、上記第３実施形態では、上記第１実施形態で例示したクローポールモータを駆動源としたポンプを用いてポンプ駆動機器を構成したが、上記第２実施形態で例示したクローポールモータを駆動源としたポンプを用いてポンプ駆動機器を構成することも勿論可能である。

７ａ マグネットの内周面（ロータの内周面）
９，１００ｂ，２００ｂ 爪磁極
１５ 環状コイル（コイル）
１７ ステータコア
１７ａ 中心コア部（コア部）
３０ 凹部
４０ 空間部
Ｍ クローポールモータ

Claims (6)

1. 軸方向に延在するとともに外周部に設けられる爪磁極と、軸方向に延在するとともに略中心部に設けられる中実のコア部とを有したステータコアと、
   前記ステータコアの外周側に前記爪磁極に対して内周面が対向するように設けられるロータと、
   前記爪磁極と前記コア部との間に形成される空間部に配置されるコイルとを備え、
   前記コア部の軸方向両端部のうち少なくともいずれか一方の端部の略中心部に凹部を設けたことを特徴とするアウタロータ型のクローポールモータ。
2. 前記ロータの軸方向一端部に当該ロータとともに回転する回転端部を設けるとともに、当該回転端部の略中心部にモータ軸を設け、
   当該モータ軸を前記凹部で支持するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のアウタロータ型のクローポールモータ。
3. 前記コア部の少なくとも一部を、磁性粉を圧縮して成形した圧粉体で構成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアウタロータ型のクローポールモータ。
4. 前記コア部の少なくとも一部を、金属ガラスで構成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアウタロータ型のクローポールモータ。
5. 請求項１〜４のうち何れか１項に記載の前記アウタロータ型のクローポールモータを駆動源としたことを特徴とするポンプ。
6. 請求項５に記載の前記ポンプを搭載したことを特徴とするポンプ駆動機器。

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