JP2016165186A - 電動モータ及び電動モータの製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウォータポンプに用いられる電動モータであって、高効率を発揮しながら信頼性を備えたモータを提供する。
【解決手段】界磁コイルを有する環状のステータ１０と、ステータ１０の内部空間で回転軸芯Ｘを中心に回転し、筒状の外表部に回転方向に沿って複数の磁石３０を有するロータヨーク２１と、ロータヨーク２１の外表部に裏面のみを当接させて配置した複数の磁石３０とを有し、複数の磁石３０及びロータヨーク２１の外面が、回転方向に沿って連続した樹脂層で被覆されているウォータポンプ用の電動モータＭ、及び、この電動モータＭの製造装置。
【選択図】図２

Description

本発明は、各種の内燃機関に用いられるウォータポンプ用の電動モータであって、ロータの磁石が樹脂によってロータヨークに固定してある電動モータ、及び、当該電動モータの製造装置に関する。

従来からウォータポンプに用いる電動モータとしては、例えば特許文献１に示すものがある。この電動モータは、ロータとステータとの間の磁束密度を高めて、ポンプ効率の向上を図るものである。そのため、特にロータの構成として、円筒状のヨークの内側に複数のマグネットが配置され、これらが樹脂により一体に固定されている。樹脂はヨークの外周を被覆すると共に、マグネットどうしを固定する。即ち、注入された樹脂は、ヨークの外周に流動すると共に、樹脂の一部が、ヨークの各所に設けられた孔部からヨークの内部側に移動し、マグネットどうしの間に充填されてマグネットどうしが固定される。

特開２００５−９８１６２号公報

ウォータポンプに用いられる電動モータにあっては、循環させる冷却水の一部がモータの内部に侵入するため、ロータ等の構成部品には耐水性が求められる。
しかしながら、上記従来の電動モータにあっては、マグネットの内面が露出した状態にある。これは、前記樹脂注入の際に、マグネットを支える受け型がマグネットの内周側に配置されており、この受け型と当接するマグネットの裏面全体には樹脂が回り込まず、露出状態で残るためである。このため、従来の電動モータは、耐水性さらには信頼性において未だ改善の余地がある。

このようにウォータポンプに用いられる電動モータにあっては、高効率を発揮しながら信頼性を確保し得るモータが求められている。

本発明に係る電動モータの特徴構成は、界磁コイルを有する環状のステータと、前記ステータの内部空間で回転軸芯を中心に回転し、筒状の外表部に回転方向に沿って複数の磁石を有するロータヨークと、前記ロータヨークの外表部に裏面のみを当接させて配置した複数の磁石とを有し、前記複数の磁石及び前記ロータヨークの外面が、前記回転方向に沿って連続した樹脂層で被覆されている点にある。

本構成のごとく、ロータヨークに対して磁石を裏面のみで当接させることで、磁石は、ロータヨークの表面に略全てが突出した状態で取り付けられるものとなる。つまり、隣接する磁石どうしの間には、ロータヨークが存在しない。その結果、磁石とこれに対向するステータの間に形成される磁束が、磁石の側方からロータヨークを介してループを描くといった不都合が解消されるので、回転トルクとして機能する有効磁束量が増加して回転効率のよい電動モータを得ることができる。

また、磁石はその全体がロータヨークの表面に突出して形成されるから、ロータヨークの表面形状は磁石の裏面を受けるだけの形状とすればよく、ロータヨークの形状が簡略なものとなる。

さらに、ロータヨーク及び磁石の表面が連続した樹脂層で被覆されているから、ロータヨーク及び磁石の耐水性が向上する。磁石は、樹脂層によってロータヨークに固定される効果も得られるから、ロータヨークに対する磁石の吸着効果と相まってロータヨークに対する磁石の固定状態が強固なものとなる。

本発明に係る電動モータにあっては、前記樹脂層を第１樹脂部としたとき、隣接する前記磁石どうしの間の領域であって前記樹脂層の内側に第２樹脂部を形成するものであってもよい。

ロータヨーク及び磁石の表面に樹脂層を形成する場合、樹脂層の断面形状は外形が凹凸の少ない円形となるのが望ましい。そのような円形であれば、ロータに対向するステータとの間の隙間が全周に亘って等距離となる。よって当該隙間が不均一な場合に比べて、ロータが回転する際の当該隙間に存在する冷却水の流通抵抗が小さくなる。

ただし、隣接する磁石どうしの間に充填する樹脂の厚みは、例えばマグネットのうち回転方向に沿った中央位置でのマグネットの表面に充填される樹脂の厚みと比較して厚くなる。このため、双方の個所に樹脂を充填するのに、一度に樹脂を充填したのでは、磁石どうしの間に充填された樹脂の冷却速度が遅くなって樹脂の収縮が大きくなる。この結果、当該位置での樹脂がロータヨークの側に引退して樹脂層の表面形状が真円ではなくなってしまう。

そこで本構成のごとく、外側の樹脂層とは異なる第２樹脂部を内側に配置することで、例えば、外側の第１樹脂部を全周に亘って略均一な厚みに形成した後に、磁石どうしの間に第２樹脂部を形成することで、ロータヨークの外方側に樹脂を完全に充填しながら最外側の第１樹脂部の形状を真円に形成することができる。この結果、冷却水の抵抗が軽減され、回転効率の良い電動モータを得ることができる。

本発明に係る電動モータの製造装置の特徴構成は、ロータヨークと前記ロータヨークの外表部に前記ロータヨークの回転方向に沿って配置される複数の磁石とを装着する凹状の収容室を備えた下型と、前記下型に重ね合わせて、前記ロータヨーク及び前記複数の磁石と前記収容室の内周面との間に樹脂注入用のキャビティを形成する上型と、前記下型のうち前記キャビティに連通する位置に設けられ、前記キャビティに樹脂を注入する樹脂注入口と、前記上型及び前記下型の少なくとも何れか一方に設けられ、前記樹脂の注入時に、前記内周面には当接せず、前記磁石のうち回転方向に沿った両端部の外面に当接して、樹脂注入時に前記磁石が前記ロータヨークから離間するのを防止する保持部材とを備えた点にある。

本構成のごとく、磁石とロータヨークとを収容する上型と下型とを用い、下型の内周面には当接せず、磁石の外面に当接する保持部材を備えることで、樹脂注入時に磁石の移動を防止し、磁石及びロータヨークの外面に連続した樹脂層を形成することができる。これにより、耐水性の高い電動ポンプを得ることができる。

本発明に係る電動モータの製造装置にあっては、前記保持部材として、前記ロータヨークの表面を押さえる第１支持部と、当該第１支持部を挟んで反対側に夫々位置し、隣接する二つの前記磁石の端部表面を押さえる第２支持部とを備えた柱状部材を用いることができる。

本構成のごとく、保持部材がロータヨークの表面と隣接する磁石の表面を押えることで、樹脂注入に際してこれらの部材が移動するのを阻止することができる。また、保持部材は、真ん中にロータヨークに当接する第１支持部を備えつつ、その両側に永久磁石に当接する第２支持部を備えている。このような断面形状とすることで、保持部材の断面積を所定の値に留めつつ、保持部材の剛性を高めることができる。よって、製造装置の信頼性を高めることができる。

本発明に係る電動モータの製造装置にあっては、前記保持部材の断面形状をＴ字状に構成することができる。

このようなＴ字状は、即ち、保持部材の真ん中に設けた第１支持部と、その両側に設けた第２支持部とで構成される。本構成とすることで、保持部材のうちロータヨークと反対側に向く面と、下型の収容室の内周面との間隔を、何れの部位においても略一定に構成し易くなる。その結果、第１樹脂部を形成する際に、当該保持部材の外側に位置する領域での樹脂の収縮量が何れの位置においても同等となり、第１樹脂部の完成後の表面形状が円筒形状を維持し易くなる。

本発明に係る電動モータの製造装置にあっては、前記保持部材として、隣接する二つの前記磁石の端部表面を各別に押さえる断面形状が円形の第１ピンと第２ピンとを備えて構成することができる。

本構成のように、保持部材を断面形状が円形のピンで構成すれば、保持部材の構成が極めて簡単なものとなる。特に全体の形状が棒状となるから、表面積に比べて曲げ強度が大きくなる。その結果、表面積を小さく形成することが可能となり、注入した樹脂の温度が過度に冷却されるなどの不都合は生じず、また、樹脂が硬化したのちの型抜きも容易となる。

オイルポンプの断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。 ロータヨークと永久磁石とを示す断面図である。 永久磁石の斜視図である。 磁束集中パターンにおける磁束の流れを示す模式図である。 ロータの樹脂層形成工程を示す説明図である。 ロータの樹脂層形成工程を示す説明図である。 着磁半径に応じた磁束密度とコギングトルクとの関係を示す図である。 別実施形態に係る保持部材の形状を示す説明図である。

以下に、本発明に係る電動モータの実施形態について、図面に基づいて説明する。本実施形態では、電動モータＭを、ウォータポンプＷＰに使用した一例として説明する。ただし、以下の実施形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。

〔全体概要〕
図１に示すように、電動モータＭを収容する樹脂製のモータハウジング１と、インペラ６を収容する樹脂製のポンプハウジング２とを連結し、モータハウジング１に制御ケースＣを一体形成してウォータポンプＷＰが構成されている。

回転軸芯Ｘと同軸芯に配置される支持シャフト４の一方の端部をモータハウジング１に支持し、他方の端部をポンプハウジング２に支持しており、この支持シャフト４に外嵌する状態で回転自在に樹脂製の回転シャフト５を支持している。この回転シャフト５の一方の端部側に電動モータＭのロータ２０を備え、回転シャフト５の他方の端部側に複数のインペラ６を一体形成している。

電動モータＭは、例えばブラシレスＤＣモータとして構成される。電動モータＭの回転は、制御ケースＣに収容された制御基板７に実装される制御素子により制御される。

本実施形態の電動モータＭは、ウォータポンプＷＰ以外に、車両のエンジンにおいて潤滑油を供給するオイルポンプの駆動源などに使用可能である。例えば、アイドリングストップ時に弁開閉時期制御装置（ＶＶＴ：Variable Valve Timing）への油圧補助用として使用可能である。また、車両のウインドウの開閉や、ステアリングホイールの駆動源として使用することも可能であり、車両以外に使用しても良い。
尚、電動モータＭとしては、ブラシレスＤＣモータの他に、三相交流モータとして構成しても良く特に限定されない。

（電動モータ）
図１及び図２に示すように電動モータＭは、回転軸芯Ｘを中心にした環状に構成されるステータ１０と、このステータ１０の内部空間で回転軸芯Ｘを中心に回転自在に支持されるロータ２０とを備えている。

ステータ１０は多数の電磁鋼板を積層して構成され、ステータ１０に一体的に形成された九つのティース部１１に対してインシュレータ１２を介して界磁コイル１３を巻回した九つのスロット型に構成されている。ただし、ティース部１１の数は九つに限るものではない。

ロータ２０は、回転シャフト５と一体回転するロータヨーク２１と、ロータヨーク２１の外周に支持された複数の永久磁石３０（以下、単に磁石３０と称する）とを備えることにより全体的に円柱状に構成されている。図２には六つの磁石３０を備えた６極型のロータ２０を示している。ただし、磁石３０の数は六つに限られるものではない。

〔ロータ構造〕
図３は、ロータ２０の拡大図である。ロータヨーク２１は、打ち抜き加工等により成形された多数の磁性鋼板を積層して構成される。ロータヨーク２１の外表部には回転軸芯Ｘの周方向に沿って例えば六つの磁石３０が装着される磁石保持面Ｓａが形成されている。磁石保持面Ｓａは平坦面に構成してあり、ここに磁石３０が、その全体がロータヨーク２１の表面に突出する状態に固定される。よって、ロータヨーク２１の表面形状は磁石３０の裏面である裏壁部３２を受けるだけの形状とすればよく、ロータヨーク２１の形状が簡略なものとなる。

図３，図７に示すように、ロータヨーク２１は、多数の磁性鋼板を重ね合わせた状態で回転軸芯Ｘの方向にカシメ加工してある。そのため、多数の磁性鋼板の間に形成されたダボ状部２１ａによって多数の電磁鋼板の相対位置関係が維持され、夫々の分離が阻止される。尚、磁性鋼板の表面は絶縁膜が形成されるため、この絶縁膜として絶縁性の接着剤を用いることで複数の磁性鋼板どうしを積層するものであってもよい。

尚、図３には、後述する保持部材Ｈを点線で記載してある。この保持部材Ｈは、ロータヨーク２１と磁石３０とを位置決めする部材である。つまり、ロータヨーク２１と磁石３０とが保持部材Ｈによって固定され、ロータヨーク２１と磁石３０との外方側に樹脂が注入される。これにより、耐水性を備えたロータ２０が形成される。

磁石３０は、例えばネオジム、サマリウムやジスプロシウム等の希土類を含む強力なものが用いられている。この磁石３０は、図４〜図５に示すような形状を有するが、磁石３０の素材を切削したり、型を用いたりして成形する。

磁石３０は、磁石保持面Ｓａに装着された状態で、ロータヨーク２１の外表部から径外方向に突出した状態となる。磁石３０は、円弧状の外壁部３１と、回転軸芯Ｘの側に向く平面状の裏壁部３２と、ロータヨーク２１の周方向両端部における一対の側壁部３３とを有している。これら外壁部３１と側壁部３３との接続部や、裏壁部３２と側壁部３３との接続部は、滑らかな円弧状に形成されている。

磁石３０の外面は、図２に示すように、ステータ１０の内周面１０ａの円弧形状と平行な円弧形状を有している。これにより、磁石３０をステータ１０の内周面１０ａに対して一様に近接させることができ、大きな回転トルクを得ることができる。また、周方向に隣接する磁石３０の側壁部３３どうしの間には、ロータヨーク２１が存在しない。このため、磁石３０の側壁部３３を通過する磁束が、ロータヨーク２１を介してループを描くといった不都合が抑制され、回転トルクとして機能する有効磁束量を増加させることができる。特に、本実施形態における電動モータＭに、後述する磁束集中パターンを併用すれば、図５に示すように、隣接する磁石３０の側壁部３３どうしの磁束が滑らかに繋がることとなり、回転トルクに寄与しない有効磁束量を無くすことができる。

図４〜図５に示すように、磁石３０の側壁部３３は、裏壁部３２の端部から径外方向に延出する平面状（断面直線状）の第１側面３３ａと、第１側面３３ａから外壁部３１の端部に行くに連れて、一対の側壁部３３どうしが接近するように形成される平面状（断面直線状）の第２側面３３ｂとで構成されている。この磁石３０は、平面状の側壁部３３を有しているので、例えば側壁部３３を有しない三日月状の磁石のように、型成形時に焼結される磁石粒子が隅部に流動し難いといった不都合がない。よって、磁石３０の成形が容易である。

〔電動モータの製造装置〕
図６及び図７には、本実施形態における電動モータＭの製造装置を用いたロータ２０の製造工程を示す。電動モータＭの製造装置は、下型Ｄｕと上型Ｄｏ１，Ｄｏ２と樹脂注入口Ｐ１，Ｐ２と保持部材Ｈとを備えている。以下、電動モータＭの製造装置として、ロータ２０の製造装置について説明する。
多数の磁性鋼板を重ね合わせて形成されたロータヨーク２１は、樹脂成形に際して下型Ｄｕに設置される。下型Ｄｕは、例えば有底のカップ形状を呈し、ロータヨーク２１及び磁石３０を収容する収容室Ｋを備えている。底部Ｄｕ１には、外方側に複数設置された第１樹脂注入口Ｐ１と、底部Ｄｕ１の中央側に複数設置された第２樹脂注入口Ｐ２とを有する。また、底部Ｄｕ１のうち、ロータヨーク２１の裏面が対向する位置には、樹脂注入が終了した時点で、ロータ２０を押し出す押しピンＰ３が設けられている。さらに、底部Ｄｕ１には、例えば、ロータヨーク２１の裏面に当接して、ロータヨーク２１を底部Ｄｕ１から所定の寸法だけ浮かせ、第１樹脂注入口Ｐ１から注入された樹脂がロータヨーク２１の裏面の全体に行き亘る支持ピンＰ４を備えてある。この支持ピンＰ４は、例えば、ロータヨーク２１の底面に形成したダボ状部２１ａに挿入させることができる。これにより、ロータヨーク２１を下型Ｄｕに対して所定の回転位相に位置固定することができる。

下型Ｄｕにロータヨーク２１を位置決めしつつ挿入したのち、ロータヨーク２１の六つの磁石保持面Ｓａに対して磁石３０を夫々挿入する。このとき、磁石３０の周囲にはある程度の隙間が生じる。しかし、後述する第１上型Ｄｏ１の装着により、磁石３０の位置は所定の位置に決定される。

磁石３０の挿入に続けて、第１上型Ｄｏ１を下型Ｄｕに装着する。図６に示すように、第１上型Ｄｏ１の中央部にはロータヨーク２１の中央の孔部２２に隙間なく挿入される凸部４０が設けてある。また、第１上型Ｄｏ１の下面には、保持部材Ｈがロータヨーク２１の回転軸芯Ｘの方向に沿って突出形成してある。

保持部材Ｈは柱状の部材であり、互いに隣接する磁石３０どうしの隙間に挿入されるよう六か所に形成してある。断面形状は、図３に示すごとく略Ｔ字状である。具体的には、ロータヨーク２１の表面を押さえる第１支持部Ｈ１と、この第１支持部Ｈ１を挟んで反対側に夫々位置し、隣接する二つの磁石３０の端部表面即ち側壁部３３を押さえる第２支持部Ｈ２とを備えている。保持部材Ｈの先端部は先細に形成してある。これにより、下型Ｄｕに配置され、未だ位置決めがされていない磁石３０どうしの間に先端部が容易に挿入して磁石３０を所期の位置に誘導し固定する。尚、保持部材Ｈの先端部は、ロータヨーク２１の外表部に密着して、注入された樹脂が保持部材Ｈとロータヨーク２１との間に充填されないようにするのが望ましい。

図６に示すごとく、保持部材Ｈの長さは、必ずしもロータヨーク２１の全長に亘る寸法である必要はない。例えば、ロータヨーク２１の回転軸芯Ｘの方向に沿った長さの３分の１程度のものであってもよい。保持部材Ｈが下型Ｄｕに向けて挿入されると、保持部材Ｈは必然的に磁石３０の側壁部３３に当接する。側壁部３３は、図２に示す如く台形状に裏壁部３２の側に広がっているから、保持部材Ｈが側壁部３３に当接することで磁石３０どうしが所期の間隔に広げられ、かつ、ロータヨーク２１の磁石保持面Ｓａに押し付けられることとなる。よって、保持部材Ｈの長さは、磁石３０が過度に傾向いたままになるのを防止し、後述する樹脂注入の際に、磁石３０と下型Ｄｕの内周面Ｄｕ２との間に樹脂を注入するキャビティが適切に形成できる長さであれば何れの寸法であってもよい。

このように、保持部材Ｈがロータヨーク２１の表面と隣接する磁石３０の側壁部３３を押えることで、樹脂注入に際してこれらの部材が移動するのを阻止することができる。また、保持部材Ｈは、中央にロータヨーク２１に当接する第１支持部Ｈ１を備えつつ、その両側に磁石３０に当接する第２支持部Ｈ２を備えている。このような断面形状とすることで、保持部材Ｈの断面積を所定の値に留めつつ、保持部材Ｈの剛性を高めることができる。よって、ロータ２０の製造装置の信頼性を高めることができる。

特に、保持部材Ｈの断面形状がＴ字状であれば、保持部材Ｈのうちロータヨーク２１と反対側に向く面と、下型Ｄｕの収容室Ｋの内周面Ｄｕ２との間隔を、何れの部位においても略一定に構成し易くなる。その結果、後述する如く第１樹脂部Ｊ１を形成する際に、当該保持部材Ｈの外側に位置する領域での樹脂の収縮量が何れの位置においても同等となり、第１樹脂部Ｊ１の完成後の表面形状が円筒形状を維持し易くなる。

保持部材Ｈによって位置が決定されたロータヨーク２１及び磁石３０の外壁部３１と下型Ｄｕの内周面Ｄｕ２との間には、ロータ２０の回転方向に沿って連続した樹脂注入用のキャビティが形成される。磁石３０の形状が図３に示す如く円筒状の外壁部３１を有する略台形状であるから、キャビティの間隔は、磁石３０の外壁部３１に対向する領域では一定間隔となる。これに比べて保持部材Ｈと下型Ｄｕの内周面Ｄｕ２との間隔はやや広いものとなる。ただし、保持部材Ｈに係る領域の間隔が磁石３０に対向する領域の間隔に比べて広過ぎると、両者の樹脂注入後の収縮度合いの差が大きくなる。つまり、保持部材Ｈに対向する領域の収縮量が大きくなり、形成された樹脂層が当該領域だけ内径側に窪んでしまう。この結果、ロータ２０が回転する際に、ロータ２０とステータ１０との間に存在する冷却水がロータ２０の回転抵抗となり、電動モータＭの回転効率が低下する。これを軽減するためには、保持部材Ｈの外側に形成されるキャビティの隙間寸法は、磁石３０の外壁部３１に対向する領域の隙間寸法と同等に設定するのが好ましい。

このキャビティに樹脂を注入すべく下型Ｄｕの底部Ｄｕ１に形成した第１樹脂注入口Ｐ１は、図３，図６に示す如く、底部Ｄｕ１の外縁部近傍であって、保持部材Ｈの先端部に対向する位置に設けてある。保持部材Ｈの長さは、ロータ２０の回転軸芯Ｘの方向に沿った長さよりも短いから、第１樹脂注入口Ｐ１は、隣接する磁石３０の側壁部３３どうしの間であって、ロータヨーク２１の外表部と下型Ｄｕの内周面Ｄｕ２との間に連通する。

第１上型Ｄｏ１を下型Ｄｕに装着したのち、第１樹脂注入口Ｐ１から樹脂を注入する。樹脂は、磁石３０の側壁部３３を押圧し、磁石３０をロータヨーク２１の磁石保持面Ｓａに押し付ける。注入された樹脂の液面は次第に上昇し、保持部材Ｈの下端部に到達する。さらに樹脂の液面が上昇して樹脂が保持部材Ｈの外側に進入し始める。その後、樹脂面が第１上型Ｄｏ１の下面まで上昇し、１回目の樹脂注入を終了する。これにより、第１樹脂部Ｊ１として外側の樹脂層が形成される。

樹脂が硬化したのち第１上型Ｄｏ１を取り外し、続けて第２上型Ｄｏ２を下型Ｄｕに装着する。図７に示す如く、第２上型Ｄｏ２には、ロータヨーク２１の孔部２２に挿入される凸部４１が形成してある。この凸部４１の外側面４１ａとロータヨーク２１の孔部２２の内周面２２ａとの間には、２回目の樹脂注入に際しての第２キャビティが形成される。

下型Ｄｕの底部Ｄｕ１には、第２キャビティに連通する複数の第２樹脂注入口Ｐ２を設けてある。一方、第２上型Ｄｏ２の下面には、ロータヨーク２１の端面と当該下面との間に隙間を設けるべく凹部４２を形成してある。この隙間は第２キャビティに連通する。

第２上型Ｄｏ２を装着したのち２回目の樹脂注入を行う。樹脂は、ロータ２０の回転シャフト５を形成するべく第２キャビティを上昇する。樹脂は、第２上型Ｄｏ２の下面に到達したのち、凹部４２を介してロータヨーク２１の外周面に向けて移動する。この部分の樹脂はロータヨーク２１の端面の樹脂層となる。さらに径外方向に流動した樹脂は、第１上型Ｄｏ１の保持部材Ｈによって形成された穴部６０に進入する。当該穴部６０の内面は、ロータヨーク２１の外表部が露出している。よって、樹脂の進入に際して閉じ込められた空気は、ロータヨーク２１を形成する磁性鋼板どうしの隙間や、磁石３０と磁石保持面Ｓａとの隙間などから拡散させることができる。この操作により、第２樹脂部Ｊ２としての内側の樹脂層が形成される。先の第１樹脂部Ｊ１と当該第２樹脂部Ｊ２とにより、ロータヨーク２１及び磁石３０の外表部が被覆され、冷却水などとの直接の接触を阻止してロータ２０の耐水性を高めることができる。

２回目の樹脂注入が終了したら、第２上型Ｄｏ２を取外し、下型Ｄｕの底部Ｄｕ１に設けた押しピンＰ３を突き出してロータ２０を取り外す。

尚、２回目の樹脂注入を行う場合にも樹脂の収縮は生じる。例えば、第１上型Ｄｏ１の保持部材Ｈによって形成された穴部６０に充填された２回目の樹脂も冷却と共にある程度は収縮する。しかし、１回目の樹脂注入によって最外層に形成された第１樹脂部Ｊ１は所定の剛性を有するから、２回目の充填樹脂が収縮する際であっても、第１樹脂部Ｊ１が大きく径方向の内側に変形することはない。よって、本実施形態のロータ２０の製造装置を用いるものであれば、ロータ２０の外観形状を精度よく仕上げることができる。

〔着磁〕
本実施形態では、上記の如くロータ２０を樹脂成形した後に磁石３０に着磁を行う。その方が、磁石３０をロータヨーク２１に装着し易い。ただし、この方法に限られるものではなく、磁石３０を着磁したのちにロータヨーク２１と共に樹脂成形してもよい。

磁石３０の着磁は、例えば図５に示すように、磁束群が収束点Ｔに収束する磁束集中パターンの磁場を利用して行う。回転軸芯Ｘに沿う方向視において、磁石３０のうち周方向中央の磁束方向は外壁部３１に対してほぼ直交方向に形成される。一方、両側の側壁部３３の近傍では、磁束方向は傾斜する。

これにより、隣接する磁石３０の側壁部３３どうしを行き来する磁束が、ロータヨーク２１の外周に沿って滑らかに繋がることとなる。その結果、ロータ２０の回転に伴って磁石３０の極性が急激に切換ることがなく、コギングトルクの発生が抑制され、電動モータＭの回転が円滑なものとなる。

この様な着磁を行う際には、電動モータＭの着磁半径Ｌ、即ち、図６に示す回転軸芯Ｘと収束点Ｔとの距離が重要である。例えば、着磁半径Ｌが短くなって、収束点Ｔが磁石３０の外壁面に近付くと、磁石３０の側壁部３３を通過する磁束が周方向に沿ったものになり、コギングトルクが減少する。その反面、着磁半径Ｌが短くなるほど磁束方向が分散するので、磁石３０の外壁部３１から裏壁部３２に亘って通過する磁束量が減少する。そこで、磁束量とコギングトルクとの関係が良好となる着磁半径Ｌを決定する必要がある。尚、着磁半径Ｌが最小の位置は、収束点Ｔが磁石３０の外壁部３１の表面に一致する位置である。

例えば、ロータヨーク２１の回転軸芯Ｘと外壁部３１の外面との距離が約２２ｍｍであり、磁石３０の径方向の厚みが約４ｍｍである場合の例を示す。

図８には、所定の回転角度の範囲内におけるコギングトルクの積分値と磁束密度の積分値との関係を示す。図中の曲線に記載した数字は着磁半径Ｌである。

図８に示すように、着磁半径Ｌの変動に応じてコギングトルクが変化し、二つの極小値が得られた。磁束密度の大きさを考慮してそのうちの磁束密度が大きい方の極小値に着目した。この時の着磁半径Ｌは約３６ｍｍであった。着磁半径Ｌを例えば１００ｍｍから減少させ約３６ｍｍに至るまではコギングトルクが急減した。ただし、この領域では、磁束密度はそれ程の低下はみられない。よって、着磁半径Ｌを決定する場合には、できるだけ大きな回転トルクが確保でき、コギングトルクが小さくなるように、磁束密度が大きい方の極小値が得られる着磁半径Ｌに対してやや大きな着磁半径Ｌの条件を選択するのが好ましいといえる。

本実施形態のごとく、この様な特性を有する磁石３０を、ロータヨーク２１に対して磁石３０の裏面である裏壁部３２のみで当接させることで、磁石３０は、ロータヨーク２１の表面である磁石保持面Ｓａに略全てが突出した状態で取り付けられるものとなる。その結果、磁石３０とこれに対向するステータ１０の間に形成される磁束が、磁石３０の側壁部３３からロータヨーク２１を介してループを描くといった不都合が解消されるので、回転トルクとして機能する有効磁束量が増加して回転効率のよい電動モータＭを得ることができる。

〔別実施形態〕
〔１〕上記実施形態では、保持部材Ｈとして略Ｔ字状のものを用いたが、その他の形状として図９に示すものであってもよい。
即ち、隣接する二つの磁石３０の端部表面を各別に押さえるものであって、断面形状が円形の第１ピンＨ５と第２ピンＨ６とで保持部材Ｈを構成することができる。磁石３０の端部表面は、側壁部３３であってもよいし、外壁部３１であってもよい。ただし、外壁部３１に当接させる場合には、第１ピンＨ５と第２ピンＨ６とが磁石３０の外壁部３１には当接するが下型Ｄｕの内周面Ｄｕ２には当接しないのが望ましい。そのために、回転軸芯Ｘに沿った方向視において、磁石３０の外壁部３１に窪みを設けておくとよい。

このように、保持部材Ｈを断面形状が円形のピンで構成すれば、保持部材Ｈの構成が極めて簡単なものとなる。特に全体の形状が棒状となるから、表面積に比べて大きな曲げ強度が確保できる。強度に比べて表面積が小さくなれば、注入した樹脂の温度がピンによって過度に冷却されるなどの不都合は生じない。また、樹脂が硬化したのちの第２上型Ｄｏ２の型抜きに要する力も小さくなる。

〔２〕磁石３０の形状としては、図３に示したものの他に、例えば、回転軸芯Ｘに沿った方向視において側壁部３３を曲線状に構成しても良い。この場合、側壁部３３の厚みが薄くなるため、隣接する磁石３０どうしに作用する磁束が絞られ、側壁部３３を通過する磁束の受け渡しがより円滑なものとなる。

〔３〕上記実施形態では、磁石３０の裏壁部３２を平坦に形成したが、ここを外壁部３１の側に凹んだ形状としても良い。これにより、磁石３０の径方向の厚さが薄くなり、磁石３０の体積がより小さくなって材料コストを節約することができる。その場合には、ロータヨーク２１の磁石保持面Ｓａを裏壁部３２の凹状に合わせて外側に膨らませる形状とするのが好ましい

本発明は、内燃機関などのウォータポンプに用いられる電動モータなど、ロータが冷却液などの液体に接触する状態で運転されるものに広く適用可能である。

１０ ステータ
２０ ロータ
２１ ロータヨーク
３０ 磁石
Ｄｕ 下型
Ｄｕ２ 下型の内周面
Ｄｏ１、Ｄｏ２ 上型
Ｈ 保持部材
Ｈ１ 第１支持部
Ｈ２ 第２支持部
Ｈ５ 第１ピン
Ｈ６ 第２ピン
Ｊ１ 第１樹脂部
Ｊ２ 第２樹脂部
Ｋ 収容室
Ｍ 電動モータ
Ｐ１、Ｐ２ 樹脂注入口
ＷＰ ウォータポンプ
Ｘ 回転軸芯

Claims (6)

1. 界磁コイルを有する環状のステータと、
   前記ステータの内部空間で回転軸芯を中心に回転し、筒状の外表部に回転方向に沿って複数の磁石を有するロータヨークと、
   前記ロータヨークの外表部に裏面のみを当接させて配置した複数の磁石とを有し、
   前記複数の磁石及び前記ロータヨークの外面が、前記回転方向に沿って連続した樹脂層で被覆されているウォータポンプ用の電動モータ。
2. 前記樹脂層を第１樹脂部としたとき、隣接する前記磁石どうしの間の領域であって前記樹脂層の内側に第２樹脂部が形成されている請求項１に記載のウォータポンプ用の電動モータ。
3. ロータヨークと前記ロータヨークの外表部に前記ロータヨークの回転方向に沿って配置される複数の磁石とを装着する凹状の収容室を備えた下型と、
   前記下型に重ね合わせて、前記ロータヨーク及び前記複数の磁石と前記下型の内周面との間に樹脂注入用のキャビティを形成する上型と、
   前記下型のうち前記キャビティに連通する位置に設けられ、前記キャビティに樹脂を注入する樹脂注入口と、
   前記上型及び前記下型の少なくとも何れか一方に設けられ、前記樹脂の注入時に、前記内周面には当接せず、前記磁石のうち回転方向に沿った両端部の外面に当接して、樹脂注入時に前記磁石が前記ロータヨークから離間するのを防止する保持部材とを備えた、
   電動モータの製造装置。
4. 前記保持部材が、前記ロータヨークの表面を押さえる第１支持部と、当該第１支持部を挟んで反対側に夫々位置し、隣接する二つの前記磁石の端部表面を押さえる第２支持部とを備えた柱状部材である請求項３に記載の電動モータの製造装置。
5. 前記保持部材は、Ｔ字状の断面形状を有する請求項４に記載の電動モータの製造装置。
6. 前記保持部材が、隣接する二つの前記磁石の端部表面を各別に押さえる断面形状が円形の第１ピンと第２ピンとを備えている請求項３に記載の電動モータの製造装置。

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