JP3934533B2 - ブラシレスモータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体ポンプ装置等に用いられるブラシレスモータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の流体ポンプ装置等は、ブラシレスモータを用いたものがある。ブラシレスモータは、放射状に延びるように複数設けられるティースを有するステータコアと、前記ティースに巻装される巻線と、ステータコアの内側に回転可能に配設されるロータとを備える。そして、このようなブラシレスモータにおいて、ステータコアとロータとの間には、それらを仕切る（隔てる）キャンが配設される。尚、上記キャンとしては、ステンレス鋼板（ＳＵＳ）等の非磁性材料よりなるもの（例えば、特許文献１参照）や、樹脂材料よりなるものがある。このようなブラシレスモータ（流体ポンプ装置等）では、ステータコアとロータとがキャンにて仕切られるため、ロータが液体に浸かっていてもステータ側の巻線や電気的接続部分が被水する（液体がかかる）といったことが防止される。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−３１７６８２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ステンレス鋼板（ＳＵＳ）等の非磁性材料よりなるキャンを用いた場合、駆動時に渦電流が発生することから、それに伴って大きな損失が生じることになる。又、樹脂材料よりなるキャンを用いた場合、キャンの強度（耐圧性）を確保すべくその厚みを厚くすることになり、エアギャップが大きくなることから、有効磁束密度（実際に働く磁力）が減少してしまうことになる。よって、上記のようなブラシレスモータでは効率が低くなってしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであって、その目的は、キャンを有するブラシレスモータにおいて、その効率を向上させることができるブラシレスモータを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、放射状に延びるように複数設けられるティースを有するステータコアと、前記ティースに巻装される巻線と、前記ステータコアの内側に回転可能に配設されるロータと、前記巻線と前記ロータとを隔てるためのキャンとを備えたブラシレスモータにおいて、前記各ティースの各径方向内側端部を連結する円筒部の一端に該円筒部の一端を封鎖する底部を一体形成し、該円筒部及び該底部により前記キャンを構成し、前記ティース、前記円筒部及び前記底部を、磁性粉体を用いて一体成形した。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のブラシレスモータにおいて、前記底部の厚さを、前記円筒部の厚さより厚くした。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載のブラシレスモータにおいて、前記ティース、前記円筒部及び前記底部を、前記磁性粉体及び前記磁性粉体を結合させるための樹脂材料よりなる結合材にて一体成形するとともに、前記底部における前記結合材の比率を、その他の箇所における前記結合材の比率より多くした。
【０００９】
（作用）
請求項１に記載の発明によれば、各ティースの各径方向内側端部を連結する円筒部の一端に該円筒部の一端を封鎖する底部が一体形成され、該円筒部及び該底部によりキャンが構成される。よって、ステータコアと非磁性材料よりなるキャンとを別体で構成したブラシレスモータに比べて渦電流による損失を低減することができる。又、ステータコアと樹脂材料よりなるキャンとを別体で構成したブラシレスモータに比べてエアギャップを小さくすることができ有効磁束密度を増加させることができる。
【００１０】
また、前記ティース、前記円筒部及び前記底部は、磁性粉体が用いられて一体成形される。このようにすると、複雑な形状であるティース、円筒部及び底部を有する一部材を容易に形成することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、底部の厚さは、円筒部の厚さより厚くされる。ここで、円筒部はティースの各径方向内側端部にて比較的強度が高くなる。そして、底部の厚さが円筒部の厚さより厚くされることで、底部の強度が確保される。よって、このようにすると、エアギャップを小さくしながら、キャンの強度（耐圧性）を確保することができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明によれば、ティース、前記円筒部及び前記底部は、前記磁性粉体及び前記磁性粉体を結合させるための樹脂材料よりなる結合材にて一体成形される。そして、底部における結合材の比率は、その他の箇所における結合材の比率より多くされるため、底部での磁気通過が抑制され、モータの効率が向上される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を流体ポンプ装置に具体化した一実施の形態を図１〜図５に従って説明する。図１に示すように、流体ポンプ装置は、第１及び第２ケース１，２と、ブラシレスモータ３とを備える。
【００１４】
第１ケース１は、円盤部１ａと、円盤部１ａの外縁から立設した第１筒部１ｂとからなる。第２ケース２は、その基端部が第１筒部１ｂと連続するように固定される第２筒部２ａと、第２筒部２ａの先端部から径方向内側に延びる内延部２ｂと、内延部２ｂの内縁から第２筒部２ａと同軸方向に延びる小径筒部２ｃとからなる。この小径筒部２ｃにおいて、軸方向の中間部には該小径筒部２ｃ内を仕切るように内部円盤部２ｄが形成され、その内部円盤部２ｄには、外部と軸方向に連通する吸入口２ｅが形成されている。又、小径筒部２ｃにおいて、軸方向の基端側（図１中、右側）には、外部と径方向に連通する吐出口２ｆが形成されている。
【００１５】
ブラシレスモータ３は、ステータ４とロータ５とを備える。ステータ４は、図２〜図５に示すように、ステータコア６と巻線７とを備える。尚、図２〜図５では、３組（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）ある内の１組の巻線７のみ図示し、他の組のものは同様であるため図示及びその詳細な説明を省略する。ステータコア６は、図３に示すように、インナコア８とアウタコア９とからなる。
【００１６】
インナコア８は、放射状に延びるように複数設けられるティース１０と、各ティース１０の各径方向内側端部（基端部）を連結する円筒部１１と、円筒部１１の軸方向の一端を封鎖する底部１２とが一体形成されてなる。そして、本実施の形態では、円筒部１１及び底部１２とによりキャンが構成されている。又、本実施の形態では、ティース１０は１８個形成されている。
【００１７】
ティース１０の径方向外側端部（先端部）には、先端に向かうほど幅が広くなる楔状の係止凸部１０ａが形成されている。又、底部１２の底面には円筒状の支持筒部１２ａ（図１及び図５参照）が立設されている。又、底部１２の厚さは、円筒部１１の厚さより厚く設定されている（図１参照）。尚、図１及び図５では、円筒部１１の厚さを実際より厚く（模式的に）図示している。このインナコア８は、磁性粉体が用いられて一体成形される。詳しくは、インナコア８は、磁性粉体及び磁性粉体を結合させるための樹脂材料よりなる結合材にて一体成形（圧縮成形）されている。そして、底部１２における結合材の比率は、その他の箇所（ティース１０、円筒部１１）における結合材の比率より多くされて成形されている。
【００１８】
アウタコア９は、ティース１０の各径方向外側端部を連結すべく円筒状に形成されている。アウタコア９の内周側には、前記係止凸部１０ａと係止可能な係止凹部９ａが形成されている。そして、アウタコア９は、係止凹部９ａに係止凸部１０ａが嵌合されることで、インナコア８に固定される。
【００１９】
巻線７は、ティース１０に巻装される。詳しくは、３組（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）ある内の１組（１つの相）の巻線７は、離間した（隣り合わない）ティース１０に連続して（１本で）巻装される。本実施の形態では、１組（１つの相）の巻線７は、隣り合う３つのティース１０に巻装されるとともに、１８０度反対側の３つのティース１０に巻装される。そして、巻線７において、離間したティース１０に渡る渡り線７ａは、前記底部１２に沿って配設される。この渡り線７ａは、直線的に（底部１２の中央を通って）配設される。又、渡り線７ａの中央には、導線を一回転させることでテンション調整リング部７ｂが形成されている。本実施の形態の巻線７は、ティース１０に巻装する前に、図３に示すように、図示しない治具にて巻装されることで、予めサブアッセンブリ化されている。尚、サブアッセンブリ化された巻線７において、テンション調整リング部７ｂは、その径が小さく設定されている（図３では、テンション調整リング部７ｂの径が小さくされていない状態の巻線７を示す。）。そして、テンション調整リング部７ｂの径が小さく設定されることで渡り線７ａが長くされたサブアッセンブリ状態の巻線７は、まず一方（隣り合う３つのティース１０に対応した一方）が３つのティース１０に嵌め合わ（装着）される。そして、次に他方が１８０度反対側の３つのティース１０に嵌め合わされるとともに、テンション調整リング部７ｂの径が治具等により大きくされることで、渡り線７ａの長さが短くされ（たるみが解消され）、上記したように配設される（図２及び図４参照）。尚、１組（１つの相）の巻線７の一端７ｃ（図５参照）はその相に応じた電源端子に接続され、他端７ｄ（図５参照）は他の相の巻線における同様の他端（図示しない）に接続される。又、前記アウタコア９は、３組の巻線７が全てのティース１０に巻装された後、前記インナコア８に固定されることになる。
【００２０】
上記のように構成されたステータ４は、図１に示すように、第１及び第２ケース１，２内部に収容保持される。このとき、ステータ４は、その円筒部１１の他端部（底部１２が形成されない側端部）が第２ケース２における内延部２ｂの内縁に液密に固定される。
【００２１】
ロータ５は、図１に示すように、略円筒形状の本体部２１の外周に複数（本実施の形態では、１６個）のマグネット２２が固定されてなる。又、ロータ５の軸方向一端側には、軸方向の液体を吸い込み径方向に導くための遠心ファン２３が固定されている。このロータ５は、前記第２ケース２の内部円盤部２ｄと底部１２の支持筒部１２ａとに支持された固定シャフト２４に回転可能に支持される。尚、このとき、マグネット２２は、前記ティース１０の径方向内側端部（基端部であって、円筒部１１）と対向配置される。又、図１では、マグネット２２と円筒部１１との間隔を実際より大きく（模式的に）図示している。
【００２２】
上記のように構成された流体ポンプ装置では、図示しない制御装置から各組の巻線７に３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の駆動電流が供給されることで回転磁界が発生され、該回転磁界に応じてロータ５が回転駆動される。すると、ロータ５と共に遠心ファン２３が回転し、吸入口２ｅから液体が吸入されるとともに吐出口２ｆから液体が吐出される（図１中、矢印参照）。尚、このとき、ロータ５が収容される円筒部１１及び底部１２から構成されるキャンの内部には液体が浸入することになるが、該キャンによりステータ４の巻線７やその電気的接続部分（一端７ｃや他端７ｄ）が被水するといったことは防止される。
【００２３】
次に、上記実施の形態の特徴的な作用効果を以下に記載する。
（１）各ティース１０の各径方向内側端部（基端部）を連結する円筒部１１の一端に該円筒部１１の一端を封鎖する底部１２が一体形成され、該円筒部１１及び該底部１２によりキャンが構成される。よって、従来のステータコアと非磁性材料よりなるキャンとを別体で構成したブラシレスモータに比べて渦電流による損失を低減することができる。又、従来のステータコアと樹脂材料よりなるキャンとを別体で構成したブラシレスモータに比べてエアギャップを小さくすることができ有効磁束密度（実際に働く磁力）を増加させることができる。その結果、モータの効率を向上させることができる。又、従来に比べて部品点数が少なくなる。
【００２４】
（２）インナコア８（ティース１０、円筒部１１及び底部１２）を、磁性粉体を用いて一体成形したため、複雑な形状であるティース１０、円筒部１１及び底部１２を有する一部材（インナコア８）を容易に形成することができる。
【００２５】
（３）底部１２の厚さは、円筒部１１の厚さより厚く設定される。ここで、円筒部１１はティース１０の各径方向内側端部（基端部）にて比較的強度が高くなる。そして、底部１２の厚さが円筒部１１の厚さより厚くされることで、底部１２の強度が確保される。よって、このようにすると、例えば、底部１２及び円筒部１１の厚さが一定の場合等に比べて、エアギャップを小さくしながら、キャンの強度（耐圧性）を確保することができる。
【００２６】
（４）インナコア８（ティース１０、円筒部１１及び底部１２）は、磁性粉体及び磁性粉体を結合させるための樹脂材料よりなる結合材にて一体成形される。そして、底部１２における結合材の比率は、その他の箇所（ティース１０、円筒部１１）における結合材の比率より多くされるため、底部１２での磁気通過が抑制され、モータの効率が向上される。
【００２７】
（５）ティース１０の各径方向外側端部（先端部）はアウタコア９にて連結されるため、モータの効率が向上される。
上記実施の形態は、以下のように変更してもよい。
【００２８】
・上記実施の形態では、インナコア８（ティース１０、円筒部１１及び底部１２）を、磁性粉体及び樹脂材料よりなる結合材にて一体成形（圧縮成形）したが、他の製法にて成形してもよい。
【００２９】
・上記実施の形態では、底部１２における結合材の比率を、その他の箇所（ティース１０、円筒部１１）における結合材の比率より多く設定したが、前記比率を（例えば、均等に）変更してもよい。各箇所における前記比率を均等とした場合、その成形が容易となる。
【００３０】
・上記実施の形態では、底部１２の厚さを、円筒部１１の厚さより厚く設定したが、これに限定されない。例えば、底部１２及び円筒部１１の厚さを一定にしてもよい。
【００３１】
・上記実施の形態のステータ４（インナコア８）は、ティース１０を１８個有するとしたが、ティース１０の数は適宜変更してもよい。又、ロータ５は、１６個のマグネット２２を有するとしたが、マグネット２２の個数も適宜変更してもよい。例えば、ティースを１２個有したステータとし、マグネットを１４個有したロータとしてもよい。
【００３２】
・上記実施の形態では、巻線７は、ティース１０に巻装する前に予めサブアッセンブリ化され、その状態でティース１０に嵌め合わされるとしたが、サブアッセンブリ化せずに直接ティース１０に巻装するようにしてもよい。尚、この場合、テンション調整リング部７ｂを形成する必要はなくなる。
【００３３】
上記各実施の形態から把握できる技術的思想について、以下にその効果とともに記載する。
（イ） 前記ティースの各径方向外側端部を連結するように固定される円筒状のアウタコアを備えた。このようにすると、ティースの各径方向外側端部がアウタコアにて連結されるため、モータの効率が向上される。
【００３４】
（ロ） 前記ブラシレスモータを有した流体ポンプ装置。このようにすると、流体ポンプ装置において、その効率を向上させることができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、キャンを有するブラシレスモータにおいて、その効率を向上させることができるブラシレスモータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態の流体ポンプ装置を説明するための要部断面図。
【図２】本実施の形態のステータの斜視図。
【図３】本実施の形態のステータの分解斜視図。
【図４】本実施の形態のステータの一端面図。
【図５】本実施の形態のステータの斜視図。
【符号の説明】
５…ロータ、６…ステータコア、７…巻線、１０…ティース、１１…円筒部、１２…底部。

Claims (3)

1. 放射状に延びるように複数設けられるティースを有するステータコアと、
   前記ティースに巻装される巻線と、
   前記ステータコアの内側に回転可能に配設されるロータと、
   前記巻線と前記ロータとを隔てるためのキャンと
   を備えたブラシレスモータにおいて、
   前記各ティースの各径方向内側端部を連結する円筒部の一端に該円筒部の一端を封鎖する底部を一体形成し、該円筒部及び該底部により前記キャンを構成し、
   前記ティース、前記円筒部及び前記底部を、磁性粉体を用いて一体成形したことを特徴とするブラシレスモータ。
2. 請求項１に記載のブラシレスモータにおいて、
   前記底部の厚さを、前記円筒部の厚さより厚くしたことを特徴とするブラシレスモータ。
3. 請求項１又は２に記載のブラシレスモータにおいて、
   前記ティース、前記円筒部及び前記底部を、前記磁性粉体及び前記磁性粉体を結合させるための樹脂材料よりなる結合材にて一体成形するとともに、前記底部における前記結合材の比率を、その他の箇所における前記結合材の比率より多くしたことを特徴とするブラシレスモータ。

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