JP2014204601A - ブラシレスモータ - Google Patents

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義彦 本田
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    • H02K7/14Structural association with mechanical loads, e.g. with hand-held machine tools or fans

Abstract

【課題】 ステータの寸法精度の低下を抑制する技術を提供する。
【解決手段】 ステータ60は、複数個の部分コアU1〜W2を有するコア本体を備える。ステータ60は、複数個の部分コアU1〜W2が展開されている展開状態から、各部分コアU1〜W2の連結部98が折り曲がることによって、複数個の部分コアU1〜W2が筒形状に並ぶ筒状態に変形されて形成される。複数個の部分コアU1〜W2のヨーク部95のそれぞれは、ステータ60の周方向の端部において、隣接する部分コアのヨーク部95と対向する対向面を有しており、対向面95a,95mは、ステータ60の周方向において間隔を空けて配置されている。
【選択図】 図2

Description

本明細書に開示の技術は、ブラシレスモータに関する。
特許文献1には、固定子を備える回転電機が開示されている。この固定子は、連結部によって連結している複数個の磁極片が直線状に並ぶ積層鉄心を折り曲げて、円筒状に形成することによって作製される。円筒状に形成された固定子では、各磁極片のバックヨーク部の端面は、隣接する磁極片のバックヨーク部の端面に当接する。
特開2008−92691号公報
特許文献1の技術では、製品毎に、複数個の磁極片が直線状に並ぶ積層鉄心の長さにばらつきがあると、磁極片のバックヨーク部の端面同士が適切に当接せずに、固定子の寸法精度が低下する。
本明細書では、コア本体に含まれる複数個の部分コアが展開されている展開状態から、複数個の部分コアが筒形状に並ぶ筒状態に変形されてステータが形成される場合に、ステータの寸法精度の低下を抑制する技術を提供する。
本明細書で開示される技術は、ブラシレスモータに関する。ブラシレスモータは、ステータと、ステータに対向して配置されるロータと、を備える。ステータは、複数個の部分コアを有するコア本体と、複数個の部分コアのそれぞれに巻回されるコイル線と、を備える。複数個の部分コアのそれぞれは、ヨーク部と、ティース部と、連結部とを備える。ヨーク部は、ステータの外縁に位置する。ティース部は、ヨーク部からロータに向かって伸び、ロータに対向する対向面を有する。ティース部は、コイル線に巻回される。連結部は、ヨーク部から隣接する部分コアに向かって伸びて、隣接する部分コアのヨーク部に連結される。ステータは、複数個の部分コアが展開されている展開状態から、各部分コアの連結部が折り曲がることによって、複数個の部分コアが筒形状に並ぶ筒状態に変形されて形成されている。複数個の部分コアのヨーク部のそれぞれは、ステータの周方向の端部において、隣接する部分コアのヨーク部と対向する対向面を有している。互いに対向する複数組の対向面のうちの少なくとも1組の対向面は、ステータの周方向において間隔を空けて配置されている。互いに対向する複数組の対向面のうちの残りの組の対向面は、ステータの周方向において当接している。
この構成によれば、ステータ毎に、展開状態のコア本体の寸法にばらつきがある場合、少なくとも1組の対向面間に設けられた隙間が狭くなったり、広くなったりすることによって、ばらつきが解消される。この結果、ステータの寸法精度の低下が抑制される。
燃料ポンプの縦断面図。 第1実施例の図1のII-II断面におけるステータの断面図。 第1実施例の展開状態のステータの平面図。 第1実施例の図1のII-II断面における展開状態のステータの断面図。 第1実施例の変形例の図1のII-II断面における展開状態のステータの断面図。 第1実施例の変形例の図1のII-II断面におけるステータの断面図。 第2実施例の図1のII-II断面における展開状態のステータの断面図。 第2実施例の図1のII-II断面におけるステータの断面図。 第3実施例の図1のII-II断面における展開状態のステータの断面図。 第3実施例の図1のII-II断面におけるステータの断面図。 変形例の図1のII-II断面におけるステータの断面図。
以下に説明する実施例の主要な特徴を列記する。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれ独立した技術要素であって、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものである。
(特徴1)ステータの外周を一巡したときの長さは、展開状態における複数個の部分コアのヨーク部のステータの外周に相当する部分の長さと連結部の長さとの合計よりも長くてもよい。
この構成によれば、ステータを容易に作製することができる。
(特徴2)ステータの周方向において間隔を空けて配置されている少なくとも1組の対向面は、ロータの回転中心からステータの外周に向かう方向において、当接していてもよい。
この構成によれば、間隔を空けて配置される対向面を有する一対の部分コアは、ロータの回転中心からステータの外周に向かう方向において、相互に位置決めをすることができる。
(特徴3)ブラシレスモータは、3×N(Nは、正の整数)個のスロットを有する3相交流モータであってもよい。複数個の部分コアのそれぞれは、3相に対応する3個の部分コアで構成されるN個のコアグループのいずれかに属していてもよい。各コアグループでは、3個の部分コアは、連続して配置されていてもよい。隣接する2個のコアグループの間に位置する1組の対向面は、ステータの周方向において間隔を空けて配置されていてもよい。
この構成では、各コアグループ内の3個の部分コアによって、ヨーク部の磁気回路が形成される。この結果、ブラシレスモータは、対向面に間隔を設けない構成を有するブラシレスモータと同様のモータ特性を発揮することができる。
(特徴4)各コアグループに属する3個の部分コアの2組の対向面は、ステータの周方向において当接していてもよい。
この構成によれば、コアグループ内の隣接する部分コアのヨーク部間の磁気抵抗を抑制することができる。
(第1実施例)
図1に示すように、本実施例のモータ部50は、燃料ポンプ10に用いられる。燃料ポンプ10は、燃料タンク(図示省略)内に配置され、自動車のエンジン(図示省略)に燃料(例えばガソリン等)を供給する。図1に示すように、燃料ポンプ10は、モータ部50の他に、ポンプ部30を備える。モータ部50とポンプ部30は、ハウジング2内に配置されている。ハウジング2は、両端が開口された円筒形状を有する。
ポンプ部30は、ケーシング32とインペラ34を備える。ケーシング32は、ハウジング2の下端の開口を閉塞する。ケーシング32の下端には、吸入口38が設けられている。ケーシング32の上端には、ケーシング32内とモータ部50とを連通する連通孔(図示省略)が設けられている。ケーシング32内には、インペラ34が収容されている。
モータ部50は、ポンプ部30の上方に位置する。モータ部50は、ブラシレスモータであり、三相モータである。モータ部50は、ロータ54とステータ60とを備える。ロータ54は、永久磁石を備える。ロータ54の中心には、シャフト52が貫通して固定されている。シャフト52の下端は、インペラ34の中心部に挿入され、貫通している。ロータ54は、シャフト52の両端部に配置された軸受けによって、Z軸に平行である回転軸Rを中心に回転可能に支持されている。なお実施例では、図1の状態で上下を規定する。即ち、モータ部50から見てポンプ部30は「下」に位置し、ポンプ部30から見てモータ部50は「上」に位置する。
ステータ60は、樹脂層66に覆われている。樹脂層66は、ハウジング2の上端の開口を閉塞する。樹脂層66の上端には、吐出口11が形成されている。吐出口11は、モータ部50と燃料ポンプ10外の燃料経路とを連通する。吐出口11は、ポンプ部30で昇圧された燃料を、燃料経路に吐出するための開口である。樹脂層66では、ステータ60を覆う部分と吐出口11とが、樹脂で一体成形されている。なお、ステータ60を覆う部分と吐出口11とは、別体で構成されていてもよい。
ステータ60は、コア本体90とコイル線97とターミナル70を備える。なお、図1では、コア本体90の断面は省略されている。ステータ60の上端には、ターミナル70が取付けられている。ターミナル70は、制御回路を介してバッテリ(ともに図示省略)に接続される。ターミナル70は、ステータ60のコイル線97に電力を供給するための端子である。
コア本体90は、コアプレート群(92,92,・)と、コアプレート群(92,92,・)の表面に設けられたインシュレータ94と、を備える。コアプレート群(92,92、・)は、複数枚のコアプレート92によって構成されている。複数枚のコアプレート92は上下方向に積層されており、各コアプレート92は磁性体材料によって形成されている。インシュレータ94は、絶縁性の樹脂材料によって形成されている。インシュレータ94は、積層された複数枚のコアプレート92からなるコアプレート群(92,92・・)の表面を覆っている。
図2に示すように、コア本体90は、6個の部分コアU1,V1,W1,U2,V2,W2を備える。6個の部分コアU1〜W2は、2個のU相の部分コアU1,U2と、2個のV相の部分コアV1,V2と、2個のW相の部分コアW1,W2で構成されている。各部分コアU1〜W2には、コイル線97が巻回されている。具体的には、部分コアU1に巻回されたコイル線97は、案内溝99(図1参照)に案内されて部分コアU2に案内され、部分コアU2に巻回されている。同様に、部分コアV1に巻回されたコイル線97は部分コアV2に巻回され、部分コアW1に巻回されたコイル線97は部分コアW2に巻回されている。これによって、部分コアU1,U2はU相となり、部分コアV1,V2はV相となり、部分コアW1,W2はW相となる。なお、部分コアU1,V1,W1はコイル線97を巻き始める側のコアであり、部分コアU2,V2,W2はコイル線が巻き終わる側のコアとなっている。
次に、部分コアU1〜W2について説明する。なお、各部分コアU1〜W2は略同一構成であるため、まず、部分コアW1について説明し、その他の部分コアU1,V1〜W2については、部分コアW1との相違点についてのみ説明する。部分コアW1は、ヨーク部95と、ティース部96と、連結部98とを備える。
ヨーク部95は、部分コアW1の最も外周側に位置する。ヨーク部95は、円弧形状を有する。ヨーク部95は、ステータ60の周方向における両端に、対向面95a,95bを備える。対向面95a,95bのそれぞれは、隣接する部分コアU2,V1のそれぞれのヨーク部95m,95cに対向する。対向面95aは、隣接する部分コアU2のヨーク部95の対向面95mと間隔を空けて対向する。対向面95bは、隣接する部分コアV1のヨーク部95の対向面95cと当接する。対向面95bは、全面に亘って、対向面95cの全面と接触している。
ヨーク部95は、対向面95bよりも外周側に位置する連結部98を備える。連結部98は、部分コアW1のヨーク部95と部分コアV1のヨーク部95とに接続されて、部分コアW1と部分コアV1とを連結する。なお、部分コアW1のヨーク部95は、部分コアU2のヨーク部95と、連結部を介して連結されていない。
ヨーク部95の中央部には、ステータ60の中心に向かって伸びるティース部96が配置されている。ティース部96は、隣接する部分コアU2,V1のティース部96との間に、間隔が空けられ、1個のスロット96aが形成されている。なお、部分コアU1〜W2では、隣接する部分コアU1〜W2のティース部96間に、スロット96aが形成される。即ち、モータ部50は、6個のスロット96aを有する。ステータ60の内周側におけるティース部96の先端は、ロータ54に対向し、ロータ54の外周面に沿った形状を有している。ティース部96の中間部には、インシュレータ94を挟んで、コイル線97が巻回される。
部分コアU1,V1,U2〜W2と部分コアW1との相違点について説明する。部分コアU1の対向面95eは、隣接する部分コアV1の対向面95dと当接しており、部分コアU1の対向面95fは、隣接する部分コアW2の対向面95gと当接している。同様に、部分コアW2の対向面95hは、隣接する部分コアV2の対向面95iと当接しており、部分コアV2の対向面95jは、隣接する部分コアU2の対向面95kと当接している。即ち、ステータ60では、互いに対向する6組の対向面のうち、1組の対向面(95a,95m)は、ステータ60の周方向において間隔を空けて配置されている。一方、互いに対向する6組の対向面のうち、1組の対向面(95a,95m)以外の組の対向面(95b,95c),(95d,95e),(95f,95g),(95h,95i),(95j,95k)は、ステータ60の周方向において、全面に亘って当接している。
6個の部分コアU1〜W2は、ステータ60の外周側において、連結部98によって、連結されている。ステータ60は、ハウジング2に収容される前では、連結部98が折り曲げられることによって、6個の部分コアU1〜W2が直線状に展開された展開状態(図3,4に示す状態)と、円筒状に折り曲げられた筒状態(図2に示す状態)とに切換え可能となっている。具体的には、図3,4に示す展開状態では、隣接する部分コア(W1,V1),(V1,U1),(U1,W2),(W2,V2),(V2,U2)は外周側で、連結部98によって連結されており、部分コアU1〜W2は直線状に配置されている。なお、部分コアU1〜W2が直線状に配置されているため、各部分コアU1〜W2にコイル線97を容易に卷回することができる。
一方、図2に示す筒状態では、隣接する部分コア(W1,V1),(V1,U1),(U1,W2),(W2,V2),(V2,U2),(U2,W1)のうち、展開状態の両端に位置する部分コアU2,W1以外の部分コア(W1,V1),(V1,U1),(U1,W2),(W2,V2),(V2,U2),(U2,W1)は、対向面(95b,95c),(95d,95e),(95f,95g),(95h,95i),(95j,95k)において密着する。一方、隣接する部分コア(U2,W1)は、間隔を空けて配置されている。この結果、筒状態におけるステータ60の外周面を一巡したときの長さは、展開状態における複数個の部分コアU1〜W2のヨーク部95のステータ60の外周に相当する部分の長さと連結部98の長さの合計、即ち、図4の上端の線分の長さよりも長い。
この構成によれば、展開状態のステータ60の寸法が、設計寸法よりも大きい場合、対向面95aと対向面95mとの隙間が狭くなることによって、寸法誤差が解消される。これにより、展開状態のステータ60の寸法が、設計寸法よりも大きい場合であっても、ステータ60を、設計寸法通りに作製することができる。ステータ60の寸法精度の低下が抑制される。また、隣接する部分コア(U2,W1)は、連結部によって連結されていない。このため、対向面95aと対向面95mとの隙間を、容易に調整することができる。製品毎に、展開状態のステータ60の寸法にばらつきがある場合でも、筒状態においてステータ60の寸法がばらつくことを抑制することができる。
また、ステータ60を、展開状態から筒状態に変形させる際に、例えば、対向面95aと対向面95mとを接触させる程度まで、各連結部98を折り曲げることによって、連結部98のスプリングバックを見込んで、連結部98を、筒状態における連結部98よりも余分に変形させることができる。これにより、対向面(95b,95c),(95d,95e),(95f,95g),(95h,95i),(95j,95k)の密着度を向上することができ、ステータ60に形成される磁気回路の磁気抵抗を低減することができる。
次いで、燃料ポンプ10の駆動について説明する。燃料ポンプ10では、ターミナル70を介して、コイル線97に3相の交流電流が供給されると、ステータ60に回転磁界が発生し、ロータ54が回転する。これにより、燃料ポンプ10は、燃料タンク内の燃料を、エンジンに圧送する。
対向面95aと対向面95mとの隙間は、U,V,W相に対応する部分コアU1,V1,W1で構成されるコアグループG1と、U,V,W相に対応する部分コアU2,V2,W2で構成されるコアグループG2との間に位置する。コイル線97に3相の交流電流が供給されている間、コア本体90に磁場が発生する。ヨーク部95を通過する磁束線は、互いに当接する対向面を通過して、隣接する部分コアのヨーク部95まで到達する。しかしながら、隣接する部分コア(U2,W1)では、1組の対向面(95a,95m)の間隔が空いているため、磁束線の通過が抑制される。即ち、ステータ60では、コアグループG1によって1個の磁気回路が形成され、コアグループG2によって、コアグループG1の磁気回路とは分離された別の1個の磁気回路が形成される。この結果、モータ部50は、1組の対向面(95a,95m)の間に間隔が形成されていても、1組の対向面(95a,95m)の間に間隔が形成されていない場合と同様のモータ特性(例えば回転数、モータ効率)を発揮することができる。
また、コアグループG1,G2のそれぞれでは、コアグループG1,G2内の隣接する部分コアは、1組の対向面において当接されている。この構成によれば、コアグループG1,G2のそれぞれで形成される磁気回路の磁気抵抗を低減することができる。
(第1実施例の変形例)
対向面95aと対向面95mとは、平面でなくてもよい。例えば、図5に示すように、部分コアW1の対向面95aは、ステータ60の周方向に突出する形状を有していてもよい。また、部分コアU2の対向面95mは、対向面95aに対応して、ステータ60の周方向に窪んだ形状を有していてもよい。図6に示すように、本変形例のステータ60を、展開状態から筒状態に変形させる際に、対向面95aを、対向面95mに挿入する。この構成によれば、対向面95aと対向面95m、即ち、部分コアW1と部分コアU2とを、容易に位置決めすることができる。
(第2実施例)
本実施例は、第1実施例と比較して、ステータ160の構成が、第1実施例のステータ60と異なる。第1実施例と異なる点を説明する。図7に示すように、本実施例では、部分コアW1の対向面195aの形状及び部分コアU2の対向面195mの形状のそれぞれが、対向面95aの形状及び対向面95mの形状のそれぞれと異なる。それ以外のステータ160の構成は、ステータ60の構成と同様である。
対向面195aは、ステータ160の外周側において、ステータ160の周方向に突出している。対向面195aの突出部分の内周面200aは、ステータ160の外周面と同心上の円弧面を有する。対向面195mは、ステータ160の内周側において、ステータ160の周方向に突出している。対向面195mの突出部分の外周面200mは、ステータ160の外周面と同心上の円弧面を有する。
図8に示すように、本実施例のステータ160を、展開状態から筒状態に変形させると、内周面200aと外周面200mとが当接する。これにより、部分コアW1と部分コアU2とを、容易に位置決めすることができる。また、コアグループG1によって形成される磁気回路と、コアグループG2によって形成される磁気回路とを接続することができる。
なお、変形例では、対向面195aと対向面195mとは、互いに係合する構成であってもよい。この構成によれば、ステータ160を筒状態で維持することができる。
(第3実施例)
本実施例は、第1実施例と比較して、ステータ260の構成が、第1実施例のステータ60と異なる。第1実施例と異なる点を説明する。図9に示すように、本実施例では、部分コアU1の連結部298、即ち、部分コアU1と部分コアW2とを連結する連結部298が、第1実施例の部分コアU1の連結部98よりも長い。
図10に示すように、ステータ260を、展開状態から筒状態に変形させると、1組の対向面(95a,95m)は、互いに当接する。一方、1組の対向面(95f、95g)は、間隔を空けて配置される。それ以外のステータ260の構成は、ステータ60の構成と同様である。
この構成によれば、ステータ260の周方向において、連結部298を圧縮又は伸張させることによって、筒状態のステータ260の形状を、容易に調整することができる。なお、連結部298がステータ260の周方向において、圧縮又は伸張変形されていない場合、筒状態におけるステータ260の外周面を一巡したときの長さは、展開状態における複数個の部分コアU1〜W2のヨーク部95のステータ260の外周に相当する部分の長さと連結部98,298の長さの合計、即ち、図9の上端の線分の長さと同一である。
以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
(1)上述した各実施例では、ステータを燃料ポンプ10に用いた例であったが、本明細書に開示するブラシレスモータは、冷却水ポンプ等の電動ポンプや、他の装置に用いられてもよい。
(2)上記の実施例では、複数組の対向面のうち、1組の対向面が、間隔を空けて配置される。しかしながら、2組以上の対向面が間隔を空けて配置されていてもよい。例えば、図11に示すように、第1実施例のステータ60と第3実施例のステータ260とを組み合わせてもよい。即ち、2組の対向面(95a,95m)、(95f,95g)のそれぞれは、間隔を空けて配置されていてもよい。部分コアU1と部分コアW2とは、連結部297によって連結されていてもよい。
(3)上述した実施例では、6スロットの3相モータであるモータ部50が記載されているが、モータは、3×N(Nは、正の整数)個のスロットを有する3相の交流モータであってもよい。この場合、3×N個の部分コアが、ステータに含まれていてもよい。そして、3×N個の部分コアは、N個のコアグループに分類されていてもよい。そして、各コアグループに属する3個の部分コアは、ステータの周方向に並んで配置されてよい。1個のコアグループに属する3個の部分コアでは、対向面は、当接していてもよい。一方、コアグループ間に位置する対向面のうちの少なくとも1組の対向面は、間隔を空けて配置されていてもよい。なお、同一のコアグループの隣接する部分コアに含まれる1組の対向面が、間隔を空けて配置されていてもよい。
(4)上述した実施例では、隣接する部分コアの連結部98は、対向面の外周端に配置されている。しかしながら、連結部98は、対向面の外周端以外の位置、例えば、内周端あるいは中央位置に配置されていてもよい。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
10:燃料ポンプ
30:ポンプ部
50:モータ部
54:ロータ
60:ステータ
90:コア本体
92:コアプレート
95:ヨーク部
95a〜95m:対向面
96:ティース部
97:コイル線
98:連結部
G1,G2:コアグループ
U1〜W2:部分コア

Claims (5)

  1. ブラシレスモータであって、
    ステータと、
    ステータに対向して配置されるロータと、を備え、
    ステータは、
    複数個の部分コアを有するコア本体と、
    複数個の部分コアのそれぞれに巻回されるコイル線と、を備え、
    複数個の部分コアのそれぞれは、
    ステータの外縁に位置するヨーク部と、
    ヨーク部からロータに向かって伸び、ロータに対向する対向面を有するティース部であって、コイル線に巻回されるティース部と、
    ヨーク部から隣接する部分コアに向かって伸びて、隣接する部分コアのヨーク部に連結される連結部と、を備え、
    ステータは、
    複数個の部分コアが展開されている展開状態から、各部分コアの連結部が折り曲がることによって、複数個の部分コアが筒形状に並ぶ筒状態に変形されて形成されており、
    複数個の部分コアのヨーク部のそれぞれは、ステータの周方向の端部において、隣接する部分コアのヨーク部と対向する対向面を有しており、
    互いに対向する複数組の対向面のうちの少なくとも1組の対向面は、ステータの周方向において間隔を空けて配置され、
    互いに対向する複数組の対向面のうちの残りの組の対向面は、ステータの周方向において当接する、ブラシレスモータ。
  2. ステータの外周を一巡したときの長さは、展開状態における複数個の部分コアのヨーク部のステータの外周に相当する部分の長さと連結部の長さとの合計よりも長い、請求項1に記載のブラシレスモータ。
  3. ステータの周方向において間隔を空けて配置されている少なくとも1組の対向面は、ロータの回転中心からステータの外周に向かう方向において、当接する、請求項1又は2に記載のブラシレスモータ。
  4. ブラシレスモータは、3×N(Nは、正の整数)個のスロットを有する3相交流モータであり、
    複数個の部分コアのそれぞれは、3相に対応する3個の部分コアで構成されるN個のコアグループのいずれかに属し、
    各コアグループでは、3個の部分コアは、連続して配置され、
    隣接する2個のコアグループの間に位置する1組の対向面は、ステータの周方向において間隔を空けて配置される、請求項1から3のいずれか一項に記載のブラシレスモータ。
  5. 各コアグループに属する3個の部分コアの2組の対向面は、ステータの周方向において当接する、請求項4に記載のブラシレスモータ。
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