JP2024058159A - モータ - Google Patents

Abstract

【課題】液体の循環効率を向上する。【解決手段】モータは、シャフトと、前記シャフトに回転可能に支持される筒と、前記筒に固定されたインペラと、前記インペラに固定されたロータと、前記ロータを囲むステータと、前記シャフトと前記筒との間の空間と、前記ロータと前記ステータとの間の空間と、を備える。前記空間は、液体が入る空間であり、前記筒の内面又は前記シャフトの外面のうち少なくともいずれかには、複数の第１の溝が形成されており、前記ステータの内面又はロータの外面のうち少なくともいずれかには、複数の第２の溝が形成されている。【選択図】図８

Description

本発明は、モータに関する。

インペラを用いて液体を循環させるウォーターポンプ等に用いられるモータにおいて、循環する液体による動圧効果を得るために、軸受に動圧溝を形成する技術が知られている。例えば、滑り軸受の端面や内径面に潤滑溝を設ける技術が知られている。

特開２０２２－５２７０９号公報

動圧溝を備えた軸受を用いたウォーターポンプにおいては、軸受の内径面に形成された溝を介して、液体がインペラから離れる方向に流れることがある。この場合、液体の循環が阻害される場合がある。

一つの側面では、液体の循環効率を向上できるモータを提供することを目的とする。

一つの態様において、モータは、シャフトと、前記シャフトに回転可能に支持される筒と、前記筒に固定されたインペラと、前記インペラに固定されたロータと、前記ロータを囲むステータと、前記シャフトと前記筒との間の空間と、前記ロータと前記ステータとの間の空間と、を備える。前記空間は、液体が入る空間である。前記筒の内面又は前記シャフトの外面のうち少なくともいずれかには、複数の第１の溝が形成されており、前記ステータの内面又はロータの外面のうち少なくともいずれかには、複数の第２の溝が形成されている。

一つの態様によれば、液体の循環効率を向上できる。

図１は、実施形態におけるウォーターポンプの一例を示す斜視図である。 図２は、実施形態におけるウォーターポンプの一例を示す上面図である。 図３は、実施形態におけるウォーターポンプの一例を示す分解斜視図である。 図４は、実施形態におけるウォーターポンプの一例を示す断面斜視図である。 図５は、実施形態におけるカバーの一例を示す斜視図である。 図６は、実施形態における軸受の一例を示す斜視図である。 図７は、実施形態におけるウォーターポンプの一例を示す別の断面図である。 図８は、実施形態における液体の流れの一例を示す拡大断面図である。 図９は、第１の変形例における軸受の側断面及び端面の一例を示す図である。 図１０は、第２の変形例における軸受及びシャフトの一例を示す斜視図である。 図１１は、第３の変形例における軸受及びシャフトの一例を示す斜視図である。 図１２は、第４の変形例におけるロータの一例を示す斜視図である。 図１３は、第５の変形例におけるカバーの一例を示す斜視図である。

以下に、本願の開示するモータの実施形態の一例であるウォーターポンプを図面に基づいて詳細に説明する。なお、図面における各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。各図面において、説明を分かりやすくするために、後に説明する吸入口１１が延在する方向をＹ軸正方向、排出口１２が延在する方向をＸ軸正方向とする座標系を図示する場合がある。

［実施形態］
まず、本実施形態におけるウォーターポンプ１について、図１乃至図３を用いて説明する。図１は、実施形態におけるウォーターポンプの一例を示す斜視図である。図２は、実施形態におけるウォーターポンプの一例を示す上面図である。図３は、ウォーターポンプの一例を示す分解斜視図である。図１乃至図３に示すように、本実施形態におけるウォーターポンプ１は、ケース１０と、インペラ２０と、ロータマグネット３０と、シャフト４０と、軸受５ａ及び５ｂと、Ｏリング１６と、ステータ９０とを備える。ステータ９０は、ステータコア７０と、コイル８０と、カバー６０とを備える。なお、以下において、軸受５ａ及び５ｂを区別せずに表現する場合に、単に軸受５０と表現する場合がある。

ケース１０は、例えば樹脂等により形成され、ウォーターポンプ１のＹ軸正方向側に配置される。ケース１０は、ウォーターポンプ１内部に液体（不図示）を吸い込む吸入口１１と、ウォーターポンプ１内部の液体を吐出する排出口１２とを備える。液体は、例えばプロピレングリコール等の公知の冷却液である。

図４に示すように、ケース１０は、Ｙ軸方向において、カバー６０と、Ｏリング１６を介して水密に固着されることにより、ウォーターポンプ１の外殻を構成する。図４は、実施形態におけるウォーターポンプの一例を示す断面斜視図である。図４は、ウォーターポンプ１を図２に示すＡ－Ａ線で切断した断面を示す。Ｏリング１６は、例えばゴムなどの弾性を有する樹脂により形成される、略環状の部材である。

カバー６０は、例えばＹ軸正方向側に開口したカップ状の部分を備える樹脂部材である。本実施形態におけるカバー６０は、図５に示すように、内壁６３と、底部６５と、外壁６８とを備える。図５は、実施形態におけるカバーの一例を示す斜視図である。なお、カバー６０の内壁６３は、ステータの内面の一例である。

底部６５は、カップ状の部分の底面を構成する。底部６５には、シャフト４０が挿通されて固定される貫通孔６４が形成される。なお、内部空間の水密性を向上させるために、貫通孔６４に代えて、シャフト４０をＹ軸負方向側から支持する凹部が形成されるような構成であってもよい。

カバー６０の内壁６３には、図５に示すように、動圧溝６９が形成される。すなわち、図３に示すロータマグネット３０の外周面３２と、ステータ９０のカバー６０の内壁６３との間に動圧溝６９が形成されている。なお、ロータマグネット３０の外周面３２は、ロータの外面の一例であり、動圧溝６９は、第２の溝の一例である。

ステータコア７０は、シャフト４０を中心として、Ｙ軸方向に延在し、カバー６０の内壁６３を囲む円筒形状を有する。ステータコア７０は、磁性部材（磁性体の一例）を有する。磁性部材は、例えばケイ素鋼板、電磁鋼板等の軟磁性鋼板等の板状の金属部材によって形成される。例えば、ステータコア７０は、この板状の金属部材が回転軸方向に複数積まれて形成される。なお、図４に示すように、ステータコア７０は、径方向において、例えばカバー６０の内壁６３と外壁６８との間に位置する。

ステータコア７０は、図３及び図４に示すように、ヨーク７１と、複数のティース７２とを備える。ティース７２は、ヨーク７１の内周側から径方向内側に延在する。ティース７２の内径側の端部には、周方向両側に延在する突出部７３が形成される。

コイル８０は、例えば、導線をティース７２に巻き回すことにより形成される。なお、コイル８０は、巻き回し済みのボビンコイルをティース７２に嵌合するような構成であってもよい。

かかる複数のティース７２とロータマグネット３０との間には磁気ギャップが形成される。すなわち、ステータコア７０は、外部から供給される交流電流を各ティース７２に巻かれたコイル８０に順次通電することで、ロータマグネット３０を回転させるための磁界を形成する。これにより、ロータマグネット３０は、ステータコア７０で発生する磁界によって、シャフト４０を回転軸として回転する。

インペラ２０は、ロータマグネット３０と連動して回転することにより、吸入口１１から液体を吸い込み、また排出口１２から液体を吐出する。実施形態において、ロータマグネット３０と連動して回転するインペラ２０の圧力により、吸入口１１から冷却液等の液体（不図示）が吸引され、排出口１２から排出される。その際、図４に示すように、カバー６０に収容されたロータマグネット３０及びインペラ２０は、ウォーターポンプ１内を流れる液体に浸された状態となる。一方、カバー６０の内壁６３は、ステータコア７０及びコイル８０に液体が触れることを抑制する。

インペラ２０は、複数の動翼２１と、ロータコア２２とを備える。なお、本実施形態におけるインペラ２０において、動翼２１とロータコア２２とは例えば樹脂等により一体成形されるが、これに限られず、別個に形成された動翼２１にロータコア２２が固定されるような構成であってもよい。

インペラ２０のロータコア２２の径方向外側には、ロータマグネット３０が固定される。ロータマグネット３０は、高い磁気特性を有するネオジム磁石のような希土類磁石であることが好ましい。ロータコア２２及びロータマグネット３０は、ロータを構成する。なお、ロータマグネット３０は、例えばロータコア２２と一体に形成されていてもよい。

図４に示すように、インペラ２０の内周面２５は、軸受５ａ及び５ｂに固定される。なお、軸受５ａ及び５ｂは、シャフトに回転可能に支持される筒の一例である。

軸受５０は、固定されたシャフト４０に対して、回動可能に軸支される。また、軸受５０は、回転するインペラ２０と連動して、シャフト４０に対して回転する。

軸受５０は、図６に示すように、軸方向における一対の端面５１及び５２と、インペラ２０の内周面２５に固定される外周面５３と、シャフト４０と径方向において対向する内面５４とを備える。図６は、実施形態における軸受の一例を示す斜視図である。

図６に示すように、軸受５０の内面５４には、複数の動圧溝５９が形成される。動圧溝５９は、例えば図６に示すように、軸方向において２つの端面５１と５２との間に延在し、また軸方向に対して屈折した形状を備える。なお、動圧溝５９は、第１の溝の一例である。

かかる構成において、吸入口１１から流入し、排出口１２から排出される液体の流れについて、図４、図７及び図８を用いて説明する。図７は、実施形態におけるウォーターポンプの一例を示す別の断面図である。図８は、実施形態における液体の流れの一例を示す拡大断面図である。図７は、ウォーターポンプ１を、図２に示すＢ－Ｂ線で切断した断面を示す。図８は、図４の枠Ｆ１に示す部分を拡大した図である。

吸入口１１からウォーターポンプ１内部に吸い込まれた液体は、図４の矢印に示すように、回転するインペラ２０の圧力により、径方向外側に拡散される一方、液体の一部は、図８に示すように軸受５０とシャフト４０との間の第１の空間９１に流入する。これにより、動圧溝５９が形成された軸受５ａ及び５ｂと、シャフト４０とは、第１の空間９１に流入した液体を介する流体軸受を形成する。なお、第１の空間９１は、シャフトと筒との間の空間の一例である。

この場合において、第１の空間９１に流入した液体は、軸受５０に形成された動圧溝５９により、図８の矢印に示すようにＹ軸負方向側に流れ、インペラ２０及びロータマグネット３０とカバー６０の底部６５との間の空間６６に流れ込む。このとき、動圧溝５９の向きとインペラ２０の回転方向とが一致している。

次に、空間６６に流れ込んだ液体は、カバー６０の内壁６３に形成された動圧溝６９により、図７及び図８の矢印に示すように、カバー６０とロータマグネット３０との間の第２の空間９２に吸い上げられる。そして、図７及び図８の矢印に示すように、回転するインペラ２０の圧力により、径方向外側へと排出される。なお、第２の空間９２は、ロータとステータとの間の空間の一例である。

空間６６においては、動圧が生じにくく、流れ込んだ液体が滞留しやすい。実施形態においては、動圧溝６９により、滞留する液体がＹ軸正方向側へと流れやすくなる。この場合において、径が大きいカバー６０に動圧溝６９が形成されることで、より高い動圧を得られるので、空間６６から第２の空間９２への液体の吸い込み量を増加できる。

また、軸受５０に形成される動圧溝５９と、カバー６０に形成される動圧溝６９とは、例えば周方向において、それぞれ異なる方向に屈曲する。これにより、一方向に回転するインペラ２０に伴って、動圧溝５９は、液体をＹ軸負方向側に吸い出し、動圧溝６９は、液体をＹ軸正方向側に吸い上げる。

以上説明したように、本実施形態におけるモータ１は、シャフト４０と、シャフト４０に回転可能に支持される筒５ａ，５ｂと、筒５ａ，５ｂに固定されたインペラ２０と、インペラ２０に固定されたロータ３０と、ロータ３０を囲むステータ９０と、シャフト４０と筒５ａ，５ｂとの間の空間９１と、ロータ３０とステータ９０の間の空間９２と、を備える。空間９１及び９２は、液体が入る空間である。筒５ａ，５ｂの内面５４又はシャフト４０の外面４５のうち少なくともいずれかには、複数の第１の溝５９が形成されており、ステータ９０の内面６３又はロータ３０の外面３２のうち少なくともいずれかには、複数の第２の溝６９が形成されている、かかる構成によれば、流体軸受を構成する軸受５０とシャフト４０とを介して空間６６に流れ込んだ液体が、第２の溝６９により、空間６６に滞留せずに空間９２を介してＹ軸正方向側へと吸い上げられやすくなるので、液体の循環効率を向上できる。

［変形例］
以上、本実施形態における構成について説明したが、実施形態はこれに限られない。例えば、軸受の形状は実施形態にかかるものに限られない。また、第１の溝及び第２の溝は、その他の位置に形成されていてもよい。図９は、第１の変形例における軸受の側断面及び端面の一例を示す図である。なお、以下の各実施形態及び各変形例において、先に説明した図面に示す部位と同一の部位には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図９に示すように、第１の変形例における軸受１５０において、Ｙ軸正方向側の端面１５１にも動圧溝１５５が形成されている。同様に、Ｙ軸負方向側の端面１５２にも、動圧溝１５６が形成されている。すなわち、軸受１５０の端面５１，５２には、複数の溝１５５，１５６がそれぞれ形成されている。さらに、図９に示すように、複数の動圧溝１５５、１５６は、それぞれの向きが同一となるように形成されていてもよい。

また、図９に示すように、軸受１５０の内面１５４において、動圧溝１５７はＹ軸正方向側の一部にのみ形成され、動圧溝１５８はＹ軸負方向側の一部にのみ形成される。すなわち、軸受１５０の内面１５４には、動圧溝が形成されない部分１５４ｐがさらに形成される。なお、図９に示すように、外周面１５３が、径方向における大きさが変化する部分１５３ｐをさらに備えていてもよい。また、複数の動圧溝１５７、１５８が形成される範囲の軸方向寸法は、それぞれ異なっていてもよい。

また、動圧溝の一部又は全部が、軸受ではなく、シャフトに形成されていてもよい。図１０は、第２の変形例における軸受及びシャフトの一例を示す斜視図である。図１０に示すように、第２の変形例におけるシャフト２４０の外面２４５には、軸受２５０が配置される位置に、屈曲した動圧溝２４９が形成される。この場合において、軸受２５０の内面２５４には、動圧溝が形成されない。

さらに、動圧溝は、動圧効果が得られるものであれば、屈曲した形状に限られず、略直線状や円弧状等のその他の形状であってもよい。図１１は、第３の変形例における軸受及びシャフトの一例を示す斜視図である。第３の変形例における軸受３５ｂの内面３５４ｂには、図１１に示すように、略直線状の動圧溝３５８ｂが形成される。この場合において、軸受３５ｂの内面３５４ｂは、動圧溝３５８ｂが形成されない部分３５４ｐを含む。

また、図１１に示すように、軸受３５０とシャフト３４０との両方に動圧溝が形成されていてもよい。図１１に示すシャフト３４０の外面３４５にも、軸受３５ｂが配置される位置に、略直線状の動圧溝３４７ｂが形成される。この場合において、シャフト３４０における動圧溝は、軸受３５ｂの動圧溝３５８ｂと径方向において対向する位置３４８ｂには形成されない。

かかる構成においては、軸受３５０に形成された動圧溝３５８ｂと、シャフト３４０に形成された動圧溝３４７ｂとが、一体の屈曲した動圧溝として、動圧効果を生じる。

なお、実施形態における軸受５ａ及び５ｂが同一の形状である構成について説明したが、それぞれ異なる形状を備えていてもよい。各変形例における軸受１５０、２５０、３５０についても同様である。

また、ロータの外面と、ステータの内面との間に形成される動圧溝は、ロータマグネットからステータのコイルへ鎖交する磁束を確保できれば、図１２に示すように、ロータマグネットの外面に形成されていてもよい。図１２は、第４の変形例におけるロータの一例を示す斜視図である。図１２に示す例において、ロータマグネット４３０の外周面４３２には、複数の屈曲した動圧溝３９が形成される。なお、ロータマグネット４３０の外周面４３２は、ロータの外面の一例である。

また、カバーにおける動圧溝は、図１３に示すように、内側の底部に形成されてもよい。図１３は、第５の変形例におけるカバーの一例を示す斜視図である。図１３に示すように、第４の変形例におけるカバー５６０において、内壁６３に形成された動圧溝６９に加えて、内側の底部５６５にも動圧溝５６７が形成される。これにより、空間６６の底部５６５においても、動力を得ることができる。

また、軸受５０は、動圧効果が得られる形状であれば、動圧溝５９に代えて、内面５４から突出した、突起上の形状を備えていてもよい。その他の動圧溝も同様である。

本発明をウォーターポンプに適用した実施形態及び各変形例を記載したが、これに限らずに、液体や気体を吸い上げたり送ったりするための機械に適用することが可能であり、ウォーターポンプを含む、ポンプに使用できる。言い換えると、ポンプ用モータとして本発明を適用しても構わない。

以上、本発明を実施形態及び各変形例に基づき説明したが、本発明は実施形態及び各変形例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の変更が可能であることも言うまでもない。そのような要旨を逸脱しない範囲での種々の変更を行ったものも本発明の技術的範囲に含まれるものであり、そのことは、当業者にとって特許請求の範囲の記載から明らかである。

１ ウォーターポンプ、１０ ケース、１１ 吸入口、１２ 排出口、１６ Ｏリング、２０ インペラ、２１ 動翼、２２ ロータコア、２５ 内周面、３０，４３０ ロータマグネット、３２，４３２ 外周面、３９ 動圧溝、４０，２４０，３４０ シャフト、４５，２４５，３４５ 外面、２４９，３４７ｂ 動圧溝、５０（５ａ，５ｂ），１５０，２５０，３５０（３５ｂ） 軸受、５１，５２，１５１，１５２ 端面、５３，１５３ 外周面、５４，１５４，２５４，３５４（３５４ｂ） 内面、５９，１５５，１５６，１５７，１５８，３５８ｂ 動圧溝、６０，５６０ カバー、６３ 内壁、６４ 貫通孔、６５，５６５ 底部、６８ 外壁、６９，５６７ 動圧溝、７０ ステータコア、７１ ヨーク、７２ ティース、７３ 突出部、８０ コイル、９０ ステータ

Claims (5)

1. シャフトと、
   前記シャフトに回転可能に支持される筒と、
   前記筒に固定されたインペラと、
   前記インペラに固定されたロータと、
   前記ロータを囲むステータと、
   前記シャフトと前記筒との間の空間と、前記ロータと前記ステータとの間の空間と、
   を備え、
   前記空間は、液体が入る空間であり、
   前記筒の内面又は前記シャフトの外面のうち少なくともいずれかには、複数の第１の溝が形成されており、
   前記ステータの内面又はロータの外面のうち少なくともいずれかには、複数の第２の溝が形成されている、
   モータ。
2. 前記筒と前記シャフトとで流体軸受が形成され、
   前記ロータの外面と前記ステータの内面との間に動圧溝が形成されている、
   請求項１に記載のモータ。
3. 前記ステータは、ステータコアと、当該ステータコアに巻き回された複数のコイルと、当該ステータコアを覆うカバーと、を備え、
   前記カバーは、前記ロータと径方向において対向する内周面を備え、前記内周面に前記複数の第２の溝が形成されている、
   請求項１に記載のモータ。
4. 前記筒の端面には、複数の溝が形成されている、請求項１に記載のモータ。
5. 前記第１の溝と前記第２の溝とは、周方向において、それぞれ異なる方向に屈曲する、請求項１に記載のモータ。

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