JP2012239315A - アキシャルギャップモータ - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂製のキャンプレートの変形を低減できるアキシャルギャップモータを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明にかかるアキシャルギャップモータ１００は、ベース部材１１０に固定されコイル１１４を有するステータ１１６と、ベース部材に支持されたシャフト１０６の軸線方向に沿ってギャップ１０７を介してステータに対向するマグネット１４０を有し液体に浸漬されるロータとを備えたアキシャルギャップモータにおいて、シャフトが挿通される円孔１６２を中心に有し、ステータとロータとの間に配置され、ロータからステータへの液体の浸入を防止する樹脂製の円板状のキャンプレート１６０と、キャンプレートの外縁部および円孔の周縁となる内縁部に結合されロータ側に突出したリング状のシール部材１６４、１６６とをさらに備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、コイルを有するステータと、ステータに対向するマグネットを有するロータとが、シャフトの軸線方向に沿ってギャップを介して配置されたアキシャルギャップモータに関するものである。

アキシャルギャップモータは、冷却水などの冷媒をロータ側に吸入し、圧力を高めて外部に吐出するポンプとして利用される場合がある。このようなポンプでは、ロータ側が冷媒で浸漬される。

一方、通電されるコイルを有するステータ側は、冷媒で浸漬されないように対策を施す必要があり、例えばステータ側を缶（キャン）に収めて防水するキャンドポンプが知られている。

特許文献１には、アキシャルギャップモータを適用したキャンドポンプが開示されている。このアキシャルギャップモータでは、ロータ側からステータ側に液体が浸入することを防止するために、ステータ側に金属製の円板状のプレート（キャンプレート）が配置されている。

特開２００７−４０１２６号公報

ところで本発明者らは、金属製のキャンプレートにより渦電流が発生し、モータの性能が低下することを見出し、キャンプレートを金属製から樹脂製に変更することを検討している。

しかし、さらに検討を進めた結果、樹脂製のキャンプレートを用いた場合、モータの性能は向上するものの、剛性が低下してしまい、気密性を確保するためのＯリングとの接触により、局所的な変形が生じることを見出した。キャンプレートが変形すると、気密性や耐久性が低下して、ステータ側に冷媒が浸入することが懸念される。

本発明は、このような課題に鑑み、樹脂製のキャンプレートの変形を低減できるアキシャルギャップモータを提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明にかかるアキシャルギャップモータの代表的な構成は、ベース部材に固定されコイルを有するステータと、ベース部材に支持されたシャフトの軸線方向に沿ってギャップを介してステータに対向するマグネットを有し液体に浸漬されるロータとを備えたアキシャルギャップモータにおいて、シャフトが挿通される円孔を中心に有し、ステータとロータとの間に配置され、ロータからステータへの液体の浸入を防止する樹脂製の円板状のキャンプレートと、キャンプレートの外縁部および円孔の周縁となる内縁部に結合されロータ側に突出したリング状のシール部材とをさらに備えることを特徴とする。

上記構成によれば、キャンプレートの外縁部および内縁部に気密性を確保するためのシール部材を結合したので、Ｏリングが不要となる。このため、キャンプレートは、ロータが液体で浸漬されている際に、Ｏリングから外力を受けることがない。よって、キャンプレートが樹脂製で剛性が低くても、変形が低減される。

また、キャンプレートの内縁部に、軸線方向に沿ってシール部材が結合されているので、軸周囲での気密性が向上する。例えば、キャンプレートの円孔にシャフトを挿通するだけで、キャンプレートの内縁部のシール部材とシャフトとが確実に密着し、気密性を容易に確保できる。このため、キャンプレートの内縁部の公差を考慮して、キャンプレートを個別に管理する必要もない。

また、Ｏリングが不要となったことで、組付時の工数や作業時間を短縮できる。すなわち、Ｏリングを用いる場合には、キャンプレートとＯリングとを軸方向に均等に密着させて組付ける作業が必要となり、その上、Ｏリングを押し込むなどして、密着性を確認する手間も掛かっていた。

さらに、シール部材がロータ側に突出しているので、キャンプレートの表面と裏面との区別が容易となる。このため、キャンプレートの剛性や液体の種類により、キャンプレートの裏表を区別する必要がある際に、組付時の誤作業を防止できる。なお、キャンプレートとシール部材とを結合した後で、シール部材の形状を加工して気密性を高めることもできる。

シール部材は、キャンプレートの外縁部および内縁部のロータ側の表面に結合されているとよい。これにより、キャンプレートの外径および内径を変更することなく、シール部材を表面に結合することで、容易に製造できる。

シール部材は、キャンプレートの外縁部および内縁部の側面に結合されているとよい。これにより、キャンプレートの表面からロータ側に突出した部分の側面だけでなく、外縁部および内縁部の側面もシール部材を介してシャフトなどに接触することになり、軸周り（周方向）の密着性が向上する。特に、シール部材の幅を大きく形成すれば、シャフトなどとの密着性をさらに高め、気密性をより確実に確保できる。

また、本発明にかかるアキシャルギャップモータの他の代表的な構成は、ベース部材に固定されコイルを有するステータと、ベース部材に支持されたシャフトの軸線方向に沿って、ギャップを介してステータに対向するマグネットを有し液体に浸漬されるロータとを備えたアキシャルギャップモータにおいて、シャフトが挿通される円孔を中心に有し、ステータとロータとの間に配置され、ロータからステータへの液体の浸入を防止する樹脂製の円板状のキャンプレートと、キャンプレートの外縁部および円孔の周縁となる内縁部に対応する位置でロータ側にそれぞれ配置されるＯリングと、キャンプレートの外縁部および内縁部に結合されているリング状の金属部材とをさらに備えることを特徴とする。

上記構成によれば、ロータが液体で浸漬されている際に、キャンプレートがＯリングから外力を受けた場合であっても、Ｏリングに対応するキャンプレートの外縁部および内縁部に金属部材が結合しているので、剛性が高くなり、変形を低減できる。また、キャンプレートと金属部材とを結合した後で、金属部材の剛性を利用して、平面度を高める後加工を行うこともできる。なお、平面度が高められ剛性の高い金属部材が結合されたキャンプレートは、梱包時や保管時に平面度が損なわれることがなく、品質が保持される。

金属部材は、キャンプレートの外縁部および内縁部の側面に結合されているとよい。これにより、キャンプレートの側面の剛性を高めることができる。また、キャンプレートの側面に金属部材を結合するので、製造が容易となる。また、キャンプレートの表面と裏面とが同一となり、キャンプレートの裏表を区別する必要がない場合には、キャンプレートを組付ける際の作業性が向上する。

金属部材は、キャンプレートの外縁部および内縁部のロータ側の表面を厚み方向に切り欠いた部分に結合されているとよい。これにより、金属部材がロータ側にのみ結合し露出しているので、キャンプレートの裏表の区別が容易となる。よって、キャンプレートの裏表の区別が必要である場合には、組付時の誤作業を防止できる。

本発明によれば、樹脂製のキャンプレートの変形を低減できるアキシャルギャップモータを提供することができる。

本発明の第１の実施形態におけるアキシャルギャップモータの構成を示す図である。 図１のアキシャルギャップモータの一部を拡大して示す図である。 図１のキャンプレートを示す図である。 本発明の第２の実施形態におけるアキシャルギャップモータの構成を示す図である。 図４のアキシャルギャップモータの一部を拡大して示す図である。 図４のキャンプレートを示す図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態におけるアキシャルギャップモータの構成を示す図である。図２は、図１のアキシャルギャップモータの一部を拡大して示す図である。アキシャルギャップモータ１００は、矢印１０２に示すように冷却水などの冷媒を吸入し、圧力を高めて矢印１０４に示すように外部に吐出するポンプである。

アキシャルギャップモータ１００では、ステータ（固定子）側とロータ（回転子）側とがシャフト１０６の軸線方向に沿って、ギャップ１０７を介して対向して配置されている。ステータ側は、シャフト１０６を受けるための軸受け部１０８が形成された円筒状（図２参照）のベース部材１１０を有する。シャフト１０６は、ベース部材１１０にねじ１１２で固定された静止軸である。ベース部材１１０の軸受け部１０８の周囲には、コイル１１４を有するステータ１１６が収容されている。コイル１１４は、電線１１８が引き出されていて、通電されて磁界を発生する。ステータ１１６は、ベース部材１１０にねじ１２０で固定されている。

一方、ロータ側は、ベース部材１１０にねじ１２２で固定されていて、内部空間１２４を有するケーシング１２６を備える。ケーシング１２６は、上方に開口され冷媒が吸入される吸入口１２８と、側方に開口され冷媒が吐出される吐出口１３０とを有する。ケーシング１２６の内部空間１２４には、ベアリング１３２を介してシャフト１０６の軸周りに回転可能に支持された円板部材１３４が収容されている。

円板部材１３４のステータ側には、ロータヨーク１３６がねじ１３８で固定されている。ロータヨーク１３６には、ギャップ１０７を介してステータ１１６と対向するマグネット１４０が配置されている。マグネット１４０は、例えば軸周りに所定ピッチでＮ極とＳ極とが交互に設けられた８極のマグネットである。マグネット１４０は、内周側を保持部材１４２で保持され、また、外周側を保持部材１４４で保持されている。

保持部材１４２は、締付けリング１４６を介してねじ１４８で円板部材１３４に固定されている。保持部材１４４は、円板部材１３４、ロータヨーク１３６およびマグネット１４０を外周側から囲んで一体化するように取り付けられている。保持部材１４２、１４４は、円板部材１３４と同様にベアリング１３２を介してシャフト１０６の軸周りに回転可能となっている。なお、一体化された円板部材１３４、ロータヨーク１３６およびマグネット１４０を含めて、ロータと称してもよい。

また、ロータ側には、ベアリング１３２の上方に配置されたカラー部材１５０により、シャフト１０６の軸周りに回転可能に支持されたインペラ１５２が取り付けられている。インペラ１５２は、円板部材１３４と一体となって回転する構成となっていて、例えば、コイル１１４への通電が開始され磁界が発生すると、マグネット１４０に作用するトルクによって円板部材１３４と共に回転する。なお、カラー部材１５０の上方にはシャフト１０６の軸周りにＯリング１５４が配置されている。

インペラ１５２は、図示しない羽根を多数有する。ケーシング１２６の吸入口１２８から吸入された冷媒は、インペラ１５２の羽根の回転に伴う遠心力により、高い圧力を付与される。そして、冷媒は、羽根の回転に伴ってケーシング１２６の吐出口１３０から外部に吐出される。

このように、アキシャルギャップモータ１００では、ロータ側が冷媒で浸漬される一方で、ステータ側には通電されるコイル１１４などが配置されている。このため、アキシャルギャップモータ１００には、ロータ側からステータ側に冷媒が浸入することを防止する構成が必要となる。そこで、上述したベース部材１１０のロータ側には、キャンプレート支持部材１５６により支持されていて、ステータ側の気密性を確保するキャンプレート１６０が配置されている。

以下、図２および図３を参照して、キャンプレート１６０について説明する。図３は、図１のキャンプレート１６０を示す図である。図３（ａ）は、キャンプレート１６０の上面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）のキャンプレート１６０のＡ−Ａ断面図である。図３（ｃ）は、図３（ｂ）に示すキャンプレート１６０の変形例を示す断面図である。

キャンプレート１６０は、樹脂製の円板状の部材であり、シャフト１０６を挿入するための円孔１６２を中心に有する。キャンプレート１６０の外縁部および円孔１６２の周縁となる内縁部には、ロータ側に突出したリング状のシール部材１６４、１６６が結合されている。キャンプレート１６０の材質としては、特に限定されないが、例えばＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）などの樹脂が挙げられる。

シール部材１６４、１６６は、例えば弾性を有していて、気密性を高める上で好適なエラストマー材で形成されている。エラストマー材としては、例えばＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム）が挙げられる。なお、キャンプレート１６０の樹脂とシール部材１６４、１６６のエラストマー材との結合は、例えば２色成形法あるいはインサート成形法により、樹脂とエラストマー材とを金型内で一体化する既存の技術を用いて実現できる。

キャンプレート１６０は、図３（ｂ）に示すように、外縁部の表面１６０ａおよび内縁部の表面１６０ｂに、シール部材１６４、１６６がそれぞれ結合されている。このため、キャンプレート１６０は、外径および内径を変更することなく、外縁部の表面１６０ａおよび内縁部の表面１６０ｂにシール部材１６４、１６６を結合することで、容易に製造できる。

一方、図３（ｃ）に示すキャンプレート１７０は、外縁部の側面１７０ａおよび円孔１７２の周縁となる内縁部の側面１７０ｂに、シール部材１７４、１７６がそれぞれ結合されている。ここで、シール部材１７４は、外縁部の側面１７０ａからロータ側に突出している。また、シール部材１７６は、内縁部の側面１７０ｂからロータ側に突出している。このため、キャンプレート１７０は、ロータ側に突出した部分の側面だけでなく、外縁部および内縁部の側面１７０ａ、１７０ｂもシール部材１７４、１７６を介してベース部材１１０あるいはシャフト１０６などに接触する。よって、軸周り（周方向）の密着性が向上する。なお、シール部材１７４、１７６の幅を大きく形成すれば、ベース部材１１０あるいはシャフト１０６との密着性をさらに高め、気密性をより確実に確保できる。

このように、本実施形態によれば、キャンプレート１６０、１７０の外縁部および内縁部にシール部材１６４、１６６、１７４、１７６を結合しているので、Ｏリングが不要となる。このため、キャンプレート１６０、１７０は、ロータ側が冷媒で浸漬されている際に、Ｏリングから外力を受けることがない。よって、キャンプレート１６０、１７０が樹脂製で剛性が低くても、変形が低減され、ステータ側に冷媒が浸入することを防止できる。

また、キャンプレート１６０、１７０の内縁部に、軸線方向に沿ってシール部材１６６、１７６が結合されロータ側に突出ているので、軸周囲での気密性が向上する。例えば、キャンプレート１６０、１７０の円孔１６２、１７２にシャフト１０６を挿通するだけで、シール部材１６６、１７６とシャフト１０６とが確実に密着し、気密性を容易に確保できる。

また、シール部材１６４、１６６、１７４、１７６がロータ側に突出しているので、キャンプレート１６０、１７０の表面と裏面との区別が容易となる。このため、キャンプレート１６０、１７０の剛性や冷媒の種類により、キャンプレート１６０、１７０の裏表を区別する必要がある際に、組付時の誤作業を防止できる。さらに、キャンプレート１６０、１７０とシール部材１６４、１６６、１７４、１７６とを結合した後で、シール部材１６４、１６６、１７４、１７６の形状を加工して気密性をさらに高めることもできる。

なお、Ｏリングを用いる場合には、キャンプレートとＯリングとを軸方向に均等に密着させて組付ける作業が必要となり、その上、Ｏリングを押し込むなどして、密着性を確認する手間が掛かっていた。このため、キャンプレート１６０、１７０では、Ｏリングが不要となったことで、組付時の工数や作業時間を短縮できる。

（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態におけるアキシャルギャップモータの構成を示す図である。図５は、図４のアキシャルギャップモータの一部を拡大して示す図である。なお、図４では、第１の実施形態におけるアキシャルギャップモータ１００と同一部材には符号を省略して示し、説明を適宜省略する。

アキシャルギャップモータ１００Ａは、キャンプレート１８０の一部にリング状の金属部材１８４、１８６が結合されている点、Ｏリング１８４ａ、１８６ａを用いている点で、上記第１の実施形態のアキシャルギャップモータ１００と異なる。

Ｏリング１８４ａ、１８６ａは、キャンプレート１８０のロータ側であって、キャンプレート１８０の外縁部および円孔１８２の周縁となる内縁部に対応する位置にそれぞれ配置される。Ｏリング１８４ａ、１８６ａの材質としては、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム）が挙げられる。

キャンプレート１８０の外縁部および内縁部には、リング状の金属部材１８４、１８６が結合されている。金属部材１８４、１８６の材質としては、特に限定されないが、アルミニウムが挙げられる。なお、キャンプレート１８０の樹脂と金属部材１８４、１８６との結合は、アルミニウムの表面を改質し、ナノレベルの表面凹凸に樹脂を入り込ませて一体化する既存の技術を用いて実現できる。

図６は、図４のキャンプレート１８０を示す図である。図６（ａ）は、キャンプレート１８０の上面図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）のキャンプレート１８０のＢ−Ｂ断面図である。図６（ｃ）は、図６（ｂ）に示すキャンプレート１８０の変形例を示す断面図である。

キャンプレート１８０は、図６（ｂ）に示すように、外縁部の側面１８０ａおよび内縁部の側面１８０ｂに、金属部材１８４、１８６がそれぞれ結合されている。このため、キャンプレート１８０は、側面１８０ａ、１８０ｂに金属部材１８４、１８６を結合するだけで容易に製造でき、かつ、剛性も高めることができる。さらに、キャンプレート１８０は、金属部材１８４、１８６がロータ側に突出せず平面であるので、表面および裏面の構造が同一となる。このため、キャンプレート１８０では、裏表を区別する必要がない場合に、キャンプレート１８０を組付ける際の作業性が向上する。

一方、図６（ｃ）に示すキャンプレート１９０は、外縁部および内縁部のロータ側の表面を厚み方向に切り欠いた部分１９０ａ、１９０ｂに、金属部材１９４、１９６がそれぞれ結合されている。このため、キャンプレート１９０は、金属部材１９４、１９６がロータ側に突出せず平面であるものの、金属部材１９４、１９６がロータ側にのみ露出しているので、裏表の区別が容易となる。よって、キャンプレート１９０の裏表の区別が必要である際に、組付時の誤作業を防止できる。

このように本実施形態によれば、Ｏリング１８４ａ、１８６ａに対応するキャンプレート１８０、１９０の外縁部および内縁部に、金属部材１８４、１８６、１９４、１９６を結合している。このため、キャンプレート１８０、１９０は、ロータ側が液体で浸漬されている際に、Ｏリング１８４ａ、１８６ａからの外力を、金属部材１８４、１８６、１９４、１９６で受ける。よって、キャンプレート１８０、１９０は、剛性が高くなり、変形が低減され、ステータ側に冷媒が浸入することを防止できる。なお、キャンプレート１８０、１９０は、大部分が樹脂であり、少なくともステータ１１６に対向する部分も樹脂であるから、渦電流が発生せず、モータ性能も低下しない。

また、キャンプレート１８０、１９０と金属部材１８４、１８６、１９４、１９６とを結合した後で、金属部材１８４、１８６、１９４、１９６の剛性を利用して、平面度を高める後加工を行うこともできる。なお、平面度が高められ剛性の高い金属部材１８４、１８６、１９４、１９６が結合されたキャンプレート１８０、１９０は、梱包時や保管時に平面度が損なわれることがなく、品質が保持される。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、コイルを有するステータと、ステータに対向するマグネットを有するロータとが、シャフトの軸線方向に沿ってギャップを介して配置されたアキシャルギャップモータに利用することができる。

１００…アキシャルギャップモータ、１０６…シャフト、１０７…ギャップ、１０８…軸受け部、１１０…ベース部材、１１４…コイル、１１６…ステータ、１１８…電線、１２４…内部空間、１２６…ケーシング、１２８…吸入口、１３０…吐出口、１３２…ベアリング、１３４…円板部材、１３６…ロータヨーク、１４０…マグネット、１４２、１４４…保持部材、１４６…締付けリング、１５０…カラー部材、１５２…インペラ、１５６…キャンプレート支持部材、１６０、１７０、１８０、１９０…キャンプレート、１６４、１６６、１７４、１７６…シール部材、１８４、１８６、１９４、１９６…金属部材、１８４ａ、１８６ａ…Ｏリング

Claims (6)

1. ベース部材に固定されコイルを有するステータと、該ベース部材に支持されたシャフトの軸線方向に沿ってギャップを介して該ステータに対向するマグネットを有し液体に浸漬されるロータとを備えたアキシャルギャップモータにおいて、
   前記シャフトが挿通される円孔を中心に有し、前記ステータと前記ロータとの間に配置され、前記ロータから前記ステータへの液体の浸入を防止する樹脂製の円板状のキャンプレートと、
   前記キャンプレートの外縁部および前記円孔の周縁となる内縁部に結合され前記ロータ側に突出したリング状のシール部材とをさらに備えることを特徴とするアキシャルギャップモータ。
2. 前記シール部材は、前記キャンプレートの外縁部および内縁部の前記ロータ側の表面に結合されていることを特徴とする請求項１に記載のアキシャルギャップモータ。
3. 前記シール部材は、前記キャンプレートの外縁部および内縁部の側面に結合されていることを特徴とする請求項１に記載のアキシャルギャップモータ。
4. ベース部材に固定されコイルを有するステータと、該ベース部材に支持されたシャフトの軸線方向に沿ってギャップを介して該ステータに対向するマグネットを有し液体に浸漬されるロータとを備えたアキシャルギャップモータにおいて、
   前記シャフトが挿通される円孔を中心に有し、前記ステータと前記ロータとの間に配置され、前記ロータから前記ステータへの液体の浸入を防止する樹脂製の円板状のキャンプレートと、
   前記キャンプレートの外縁部および前記円孔の周縁となる内縁部に対応する位置で前記ロータ側にそれぞれ配置されるＯリングと、
   前記キャンプレートの外縁部および内縁部に結合されているリング状の金属部材とをさらに備えることを特徴とするアキシャルギャップモータ。
5. 前記金属部材は、前記キャンプレートの外縁部および内縁部の側面に結合されていることを特徴とする請求項４に記載のアキシャルギャップモータ。
6. 前記金属部材は、前記キャンプレートの外縁部および内縁部の前記ロータ側の表面を厚み方向に切り欠いた部分に結合されていることを特徴とする請求項１に記載のアキシャルギャップモータ。

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