JP4168264B2 - 電動機およびその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、周方向に設置した永久磁石の内周側に電機子を設置した電動機およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ハウジングの内周面に周方向に交互に異なる磁極を形成するように複数の永久磁石を設置し、永久磁石の内周側に回転可能に電機子が収容されている電動機を用いた燃料ポンプが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の燃料ポンプでは、ポンプハウジングの内周面に沿って周方向に設置した２個の永久磁石を保持するため、隣接する永久磁石同士が形成する一つの隙間に非磁性部材を挿入し、隣接する永久磁石同士が形成する他の隙間に、隣接する永久磁石同士を互いに非磁性部材側に向けて付勢するばね片を設置している。
【０００３】
【特許文献１】
特公平８−９９９５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１では、永久磁石同士が形成する隙間にばね片を設置するためには、ばね片を弾性変形させて隙間に挿入する必要があるので、ばね片を組み付けて永久磁石を保持することが困難である。特に、小型で高トルクを発生する電動機を実現するために永久磁石の数を増やして多極化し薄肉化すると、特許文献１による永久磁石の保持方法では、永久磁石の隙間にばね片を組み付け永久磁石を保持することが困難になる。
【０００５】
また特許文献１では、ばね片を挿入するときにばね片と永久磁石とが擦れ合い永久磁石が損傷する恐れがある。特に、永久磁石の隙間が小さくなり永久磁石が薄肉化すると、ばね片を組み付けるときに永久磁石が損傷しやすくなるという問題がある。
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、永久磁石の損傷を防止し、永久磁石を容易に保持可能な電動機の製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、永久磁石を容易に保持可能な電動機を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１から６記載の発明によると、周方向に隣接する永久磁石または永久磁石の着磁前の磁性母材の間に形成される隙間に弾性部材の突部を嵌合し弾性部材の外周面で永久磁石または磁性母材の内周面を押し付けた状態で枠型と弾性部材との間に樹脂を充填する。したがって、周方向に隣接する永久磁石または磁性母材の隙間を弾性部材の突部により樹脂を充填する前に確保できる。また、永久磁石または磁性母材の内周側の設置スペースは周方向の隙間に比べ広いので、永久磁石または磁性母材の内周側に弾性部材を設置することは容易である。そして、枠型と弾性部材との間に充填した樹脂により永久磁石または磁性母材を傷つけることなく容易に保持できる。さらに、永久磁石または磁性母材の数が増え薄肉化しても、周方向に隣接する永久磁石または磁性母材の間に形成される隙間を確保しつつ永久磁石または磁性母材を傷つけることなく樹脂材で容易に保持できる。したがって、電動機を容易に小型化および高トルク化できる。
【０００７】
また、枠型の内周面に沿って永久磁石または磁性母材を設置し、永久磁石または磁性母材の内周面に弾性部材の外周面を押し付け永久磁石または磁性母材の内周面に弾性部材の外周面が密着した状態で樹脂を充填するので、樹脂材と永久磁石または磁性母材とで構成される成形体において、永久磁石または磁性母材の外周面および内周面は樹脂材から露出する。製造された電動機において、永久磁石の内周側に設置される電機子と永久磁石の内周面、ならびにハウジングの内周面と永久磁石の外周面との間に形成されるギャップを極力小さくすることができるので、電動機を高トルク化できる。
【０００８】
請求項１および３記載の発明によると、永久磁石または磁性母材の内周側に弾性部材を設置してから電機子の軸方向に弾性部材を圧縮し、周方向に隣接する永久磁石または磁性母材の隙間に弾性部材の突部を嵌合し永久磁石または磁性母材の内周面に弾性部材の外周面を押し付ける。圧縮前の状態では弾性部材の外周面は永久磁石または磁性母材の内周面を押し付けていないので、永久磁石または磁性母材の内周側に弾性部材を容易に設置できる。
【０００９】
請求項２および４記載の発明によると、枠型の内周側に設置する永久磁石または磁性母材の周方向位置を位置決め部材で位置決めするので、枠型に設置する永久磁石または磁性母材の周方向位置を容易に決定し、樹脂を充填するときに周方向に隣接する永久磁石または磁性母材同士の間の隙間を確保できる。
【００１０】
請求項３記載の発明によると、充填した樹脂で永久磁石の磁性母材を保持する充填工程の後で磁性母材を着磁する。磁性母材を着磁するまで磁性母材が他部材に吸着しないので、磁性母材の移動、設置等が容易である。また、枠型がハウジングと別部材であり、充填した樹脂と磁性母材とからなる成形体を枠型から外しハウジング内に組み付ける場合、ハウジング内に組み付けた後に磁性母材を着磁すれば、ハウジングに成形体を容易に組み付けることができる。
請求項５記載の発明によると、電動機のハウジングを枠型として使用するので、充填した樹脂と永久磁石または磁性母材とからなる成形体をハウジング内に組み付ける工程を省略できる。
【００１１】
弾性部材が軸方向に圧縮されると、弾性部材の軸方向両側に比べ軸方向中央部が径方向に大きく広がる。請求項６記載の発明によると、圧縮前の弾性部材は軸方向両側から軸方向中央部に向けて縮径しているので、弾性部材が軸方向に圧縮され径方向に広がるとき、弾性部材の外周面は軸方向にほぼ均一に永久磁石または磁性母材の内周面を押し付ける。したがって、充填した樹脂が弾性部材と永久磁石または磁性母材との接触箇所に進入することを均一に防止できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の複数の実施の形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による燃料ポンプを図１に示す。燃料ポンプ１は、例えば車両等の燃料タンク内に装着されるインタンク式ポンプである。燃料ポンプ１は、ポンプ部１０および電動機としてのモータ部２０を備えている。ポンプ部１０は、吸入側カバー１２、ポンプケーシング１４およびインペラ１６からなる。ポンプケーシング１４は吸入側カバー１２とハウジング２２との間に挟持されている。吸入側カバー１２とポンプケーシング１４との間にＣ字状のポンプ流路８０が形成されている。吸入側カバー１２およびポンプケーシング１４は、回転部材としてのインペラ１６を回転可能に収容しているケース部材である。ポンプケーシング１４は、内周側で軸受部材２７を支持している。
【００１５】
円板状に形成されたインペラ１６の外周縁部には多数の羽根溝が形成されている。インペラ１６が電機子４０の回転によりシャフト２６とともに回転すると、インペラ１６の羽根溝の前後で流体摩擦力により圧力差が生じ、これを多数の羽根溝で繰り返すことによりポンプ流路８０の燃料が加圧される。インペラ１６の回転により吸入側カバー１２に形成された図示しない燃料吸入口からポンプ流路８０に吸入された燃料タンク内の燃料は、電機子４０の外周を通って整流子７０側に向かい、図示しない燃料吐出口を通り燃料ポンプ１からエンジン側に吐出される。
【００１６】
モータ部２０は、シャフト２６、ハウジング２２、永久磁石３０、電機子４０および整流子７０等を有している。ハウジング２２は磁性材であり、吸入側カバー１２と吐出側カバー２１とをかしめ固定している。ハウジング２２の軸方向中央部の肉厚は軸方向両側よりも厚くなっているので、圧肉部の両側に段差２３が形成されている。
【００１７】
４分の１の円弧状に形成されている永久磁石３０は、ハウジング２２の内周面２４に円周上に４個取り付けられている。永久磁石３０は回転方向に極の異なる磁極を４個形成している。永久磁石３０は、ポリアセタール（ＰＯＭ）等の耐油性を有する樹脂材３８により保持されている。図２に示すように、周方向に隣接する永久磁石３０の間には隙間９０が形成されており、この隙間９０、永久磁石３０の上下を樹脂材３８が覆っている。樹脂材３８の厚みは永久磁石３０の厚み以下である。永久磁石３０の外周面３１はハウジング２２の内周面２４に接触している。永久磁石３０の内周面３２は樹脂材３８よりも内周側に張り出し露出している。
【００１８】
図１に示すように、電機子４０は一方の軸方向端部側に整流子７０を有している。電機子４０の回転軸としてのシャフト２６は、ポンプケーシング１４と吐出側カバー２１とにそれぞれ収容され支持されている軸受部材２７、２８により軸受けされている。電機子４０は、回転方向に６個の磁極コイル部５０を形成している。各磁極コイル部５０は、コア５２、ボビン６０、およびボビン６０に巻線を集中巻きして形成されているコイル６２を有している。６個の磁極コイル部５０は同一構成である。
整流子７０は回転方向に設置された６個のセグメント７２を有している。セグメント７２同士は、空隙および絶縁樹脂材７４により電気的に絶縁されている。各セグメント７２はそれぞれ磁極コイル部５０のコイル６２と電気的に接続している。
【００１９】
次に、燃料ポンプ１の電動機の製造方法について説明する。以下に説明する（１）設置工程および（２）圧縮行程により、押圧工程を構成している。
（１）設置工程
図３の（Ｂ）に示すように、支持部材２１０の軸２１１に弾性部材１００を嵌合し基台２００に載せる。このとき、基台２００から突出しているピン２０２の位置に弾性部材１００の突部１０２の位置を合わせる。位置決め部材であるピン２０２はスプリング２０４の付勢力により基台２００から突出している。ピン２０２は、隣接する永久磁石３０の間に形成される隙間９０（図２参照）と対応する位置に設置されている。
【００２０】
ピン２０２に係止される位置まで基台２００にハウジング２２を嵌合し、弾性部材１００および支持部材２１０の外側を覆う。弾性部材１００はウレタン製であり、図５に示すように、軸方向両側から軸方向中央部に向けて縮径する筒状に形成されている。弾性部材１００には、隙間９０に対応する位置に軸方向に延びる突部１０２が形成されている。突部１０２の間に形成される弾性部材１００の外周面１０４は軸方向中央部が凹んだ凹曲面である。弾性部材１００の軸中心には、軸方向に貫通する嵌合孔１０６が形成されている。弾性部材１００の嵌合孔１０６に回り止め用の突部１０８が形成されている。軸２１１には突部１０８に対応した位置に切り欠きが形成されている。
【００２１】
図３の（Ｂ）に示す案内部材１２０は、円板部１２２と円板部１２２の上面から軸方向に延びるシャフト１２６とを有している。案内部材１２０は弾性部材１００の上方に設置される。図３の（Ａ）に示すように、円板部１２２の外周には周方向の４箇所に突部１２４が設置されている。突部１２４は、着磁前の永久磁石３０の磁性母材１１０をハウジング２２の内周に挿入するときに磁性母材１１０を案内する。磁性母材１１０は永久磁石３０と同形状である。
【００２２】
図３の（Ｂ）に示すように、案内リング１３０はシャフト１２６に嵌め込まれ、ハウジング２２の内周側に設置される。案内リング１３０には周方向に４箇所ピン穴１３２が形成されている。レバー１３４は案内リング１３０の外周側に取り付けられている。レバー１３４の先端に取り付けられた爪１３６はハウジング２２の凹部２５に嵌合し、案内リング１３０に対するハウジング２２の回転方向の位置決めを行っている。
【００２３】
図３の（Ｃ）に示すように、シャフト１２６に押し出しリング１４０をはめ込み、押し出しリング１４０に取り付けられたノックピン１４２を案内リング１３０のピン穴１３２に挿入する。押し出しリング１４０を押し込むことにより、図４の（Ａ）に示すように、ハウジング２２の内周側にハウジング２２の内周面２４に外周面１１１が接触するように磁性母材１１０を周方向に４個設置する。磁性母材１１０は基台２００から突出しているピン２０２により周方向に位置決めされるので、弾性部材１００の突部１０２と隣接する磁性母材１１０の隙間９０との周方向位置は一致している。ハウジング２２の内周側に磁性母材１１０を設置すると、案内部材１２０、案内リング１３０および押し出しリング１４０を取り除く。
【００２４】
（２）圧縮工程
図４の（Ｂ）に示すように、ハウジング２２の外周をスライダブロック２２０で取り囲む。スライダブロック２２０はハウジング２２の外周壁を支持し、圧縮工程においてハウジング２２が変形することを防止する。
弾性部材１００の上方からハウジング２２の内周側に弾性部材１００に当接するように上型２３０を嵌合する。上型２３０には、磁性母材１１０が形成する隙間９０と対応する位置に樹脂を充填するためのゲート２３２が４箇所形成されている。押圧型２４０の中央部に位置するゲート型２４２を上方から上型２３０に当接させ、押圧型２４０で上型２３０を加圧する。押圧型２４０は、上型２３０のゲート２３２と連通するゲート２４４を有するゲート型２４２と、ゲート型２４２の外周を囲む外型２４６とからなる。
【００２５】
図４の（Ｂ）に示す状態から押圧型２４０で上型２３０を加圧すると、上型２３０はハウジング２２を係止しながら押し込み、ハウジング２２は基台２００内にピン２０２を押し込んでいく。
図４の（Ｃ）に示すように、押圧型２４０で上型２３０を加圧することにより、弾性部材１００は軸方向に圧縮され、凹んでいた弾性部材１００の軸方向中央部が径方向外側に広がる。これにより、弾性部材１００の突部１０２は隣接する磁性母材１１０の隙間９０に内周側から進入する。突部１０２はハウジング２２の内周面２４に達しないので、突部１０２とハウジング２２の内周面２４との間には隙間が形成される。一方、弾性部材１００の外周面１０４は磁性母材１１０の内周面１１２に隙間なく均一に接触する。
【００２６】
（３）充填工程
ゲート型２４２のゲート２４４から上型２３０のゲート２３２を通りハウジング２２と弾性部材１００との間に形成された隙間に樹脂を充填する。磁性母材１１０の外周面１１１はハウジング２２の内周面２４に接触し、磁性母材１１０の内周面１１２は弾性部材１００の外周面１０４と接触しているので、樹脂を充填した後、磁性母材１１０の外周面１１１はハウジング２２の内周面２４と接触し、内周面３２は露出した状態である。また、弾性部材１００の外周面１０４は磁性母材１１０の内周面１１２を押し付けながら均一に接触しているので、充填した樹脂が磁性母材１１０の内周側に回り込むことを防止できる。
磁性母材１１０には、図２の（Ｂ）に示す永久磁石３０の凹部３３と同様に周方向両側に軸方向に延びる凹部が形成されているので、充填した樹脂から磁性母材１１０は脱落しにくい。
（４）着磁工程
充填した樹脂と磁性母材１１０からなる成形体およびハウジング２２を取り出し、磁性母材１１０を着磁して永久磁石３０を形成する。
【００２７】
次に、圧縮工程で磁性母材１１０に押し付けられる弾性部材１００の製造方法について説明する。
図６に示すウレタン製の母材３００を図７の（Ａ）に示すように、加工治具３１０の支柱３１２に挿入する。支柱３１２には母材３００の突部１０８に対応した位置に切り欠きが形成されている。母材３００の軸長は支柱３１２の軸長よりも長い。
【００２８】
図７の（Ｂ）に示すように、母材３００の上方から押さえ板３１４を被せ、ボルト３１６で押さえ板３１４を締め付ける。母材３００は軸方向に圧縮され、母材３００の中央部が径方向外側に広がる。この状態で図７の（Ｃ）に示すように、突部１０２および外周面１０４がそれぞれ同一径になるように母材３００を切削加工する。その後、ボルト３１６を緩め押さえ板３１４を外すと、母材３００の切削された箇所が凹み、図５に示す弾性部材１００が完成する。
第１実施形態では、充填した樹脂により磁性母材１１０を保持してから磁性母材１１０を着磁して永久磁石を３０を形成したが、着磁した永久磁石３０をハウジング２２内に直接設置してもよい。
【００２９】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図８に示す。第１実施形態と実質的に同一構成部分に同一符号を付す。基台４００は、外台４０２と、外台４０２の中央部に設置され外台４０２に往復移動可能に案内される移動台４０４とを有している。移動台４０４はピストン４１２と当接しており、ピストン４１２はスプリング４１０により支持されている。
【００３０】
（１）圧縮行程
押圧型２４０で上型２３０を加圧することにより、弾性部材１００は軸方向に圧縮される。このときに移動台４０４が受ける力では、ピストン４１２は下方に移動しない。上型２３０がハウジング２２を係止してハウジング２２を下方に押し込みながら移動し、押圧型２４０の外型２４６がスライダブロック２２０に係止される前に上型２３０が磁性母材１１０に接触すると、外型２４６がスライダブロック２２０に係止されるまで、弾性部材１００、磁性母材１１０、支持部材２１０および移動台４０４は下方に移動する。
【００３１】
外型２４６がスライダブロック２２０に係止され上型２３０が停止する位置は、磁性母材１１０の製造ばらつきの範囲で軸長が最短の磁性母材１１０に合わせてある。磁性母材１１０に製造ばらつきがあっても、上型２３０が磁性母材１１０を押し込み磁性母材１１０の軸長に合わせて移動台４０４が移動するので、押圧型２４０から磁性母材１１０に過度の荷重が加わることを防止し、磁性母材１１０の破損を防止できる。
【００３２】
（２）充填工程、着磁工程
図８の（Ｂ）に示す状態でハウジング２２と弾性部材１００との間に樹脂を充填する。磁性母材１１０の軸長のばらつきに関わらず上型２３０が磁性母材１１０の上面に当接するので、充填した樹脂が、上型２３０側から磁性母材１１０の内周側に進入しにくい。したがって、磁性母材１１０の内周側に充填樹脂によるバリが発生することを防止できる。樹脂充填後、充填した樹脂と磁性母材１１０からなる成形体およびハウジング２２を取り出し、磁性母材１１０を着磁して永久磁石３０を形成する。
【００３３】
以上説明した上記複数の実施形態では、樹脂を充填して永久磁石３０を保持するので、永久磁石３０の損傷を防止し永久磁石３０を容易に保持できる。また、弾性部材１００で周方向に隣接する永久磁石３０の隙間を確保しつつ弾性部材１００で永久磁石３０を押し付けるので、永久磁石３０の極数が増え周方向に隣接する永久磁石３０の間隔が狭くなり、かつ厚みが薄くなっても、充填樹脂により永久磁石３０を容易に保持できる。
【００３４】
また、ハウジング２２の内周面２４に磁性母材１１０の外周面１１１を接触させ、磁性母材１１０の内周面１１２に圧縮変形させた弾性部材１００の外周面１０４を接触させて樹脂を充填する。したがって、樹脂を充填後、ハウジング２２の内周面２４と磁性母材１１０の外周面１１１とは接触したままであり、磁性母材１１０の内周面１１２は露出する。製造した電動機において、ハウジング２２の内周面２４と永久磁石３０の外周面３１との間にギャップはなく、永久磁石３０の内周面３２と電機子４０との間に形成されるギャップは小さくなる。したがって、電動機およびそれを用いた燃料ポンプ１が小径化し、電機子４０が発生するトルクが増加する。
【００３５】
上記複数の実施形態では、樹脂を充填するときの枠型としてハウジング２２を使用したが、ハウジング２２の内周面と同じ形状を有する樹脂充填用の枠型を使用し、樹脂充填後に樹脂材３８と磁性母材１１０とからなる成形体をハウジング２２内に組み付け、磁性母材１１０を着磁してもよい。
【００３６】
また、弾性部材１００を圧縮変形させて磁性母材１１０の内周面に弾性部材１００の外周面１０４を押し付けたが、弾性部材を圧縮変形させず、弾性部材の弾性力により磁性母材１１０の内周面に弾性部材の外周面を押し付けてもよい。
上記複数の実施形態では、燃料ポンプの電動機に本発明を適用したが、永久磁石の内周側に回転可能に電機子を設置する電動機であれば、本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による燃料ポンプを示す断面図である。
【図２】（Ａ）は第１実施形態のハウジング、永久磁石および樹脂材を示す平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ方向矢視図である。
【図３】（Ａ）は案内部材の平面図であり、（Ｂ）および（Ｃ）はハウジング、弾性部材および磁性母材の設置工程を示す断面図である。
【図４】（Ａ）から（Ｃ）は樹脂で永久磁石を保持する工程を示す断面図である。
【図５】（Ａ）は第１実施形態による弾性部材を示す側面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ方向矢視図である。
【図６】（Ａ）は第１実施形態による弾性部材の母材を示す側面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ方向矢視図である。
【図７】（Ａ）から（Ｃ）は母材から弾性部材を製造する工程を示す断面図である。
【図８】（Ａ）および（Ｂ）は本発明の第２実施形態による樹脂で永久磁石を保持する工程を示す断面図である。
【符号の説明】
１ 燃料ポンプ
１０ ポンプ部
２０ モータ部（電動機）
２２ ハウジング（枠型）
２５ 凹部
３０ 永久磁石
３１ 外周面
３２ 内周面
３８ 樹脂材
９０ 隙間
１００ 弾性部材
１０２ 突部
１０４ 外周面
１１０ 磁性母材
２０２ ピン（位置決め部材）

Claims (6)

1. 周方向に交互に異なる磁極を形成する複数の永久磁石をハウジングの内周に設置し、樹脂材で保持された前記永久磁石の内周に回転可能に電機子を収容している電動機の製造方法であって、
   枠型の内周面に沿って周方向に前記複数の永久磁石を設置し、周方向に隣接する前記永久磁石の間に形成された各隙間に対応する位置に突部を有する弾性部材を前記永久磁石の内周側に設置し、前記隙間に前記突部を嵌合し前記複数の永久磁石の内周面に前記弾性部材の外周面を押し付ける押圧工程と、
   前記枠型と前記弾性部材との間に樹脂を充填する充填工程と、を含み、
   前記押圧工程において、前記永久磁石の内周側に前記弾性部材を設置した後、前記電機子の軸方向に前記弾性部材を圧縮することにより、前記隙間に前記突部を嵌合し前記複数の永久磁石の内周面に前記弾性部材の外周面を押し付ける圧縮行程を含むことを特徴とする電動機の製造方法。
2. 前記枠型の内周に設置する前記永久磁石の周方向位置を位置決め部材で位置決めすることを特徴とする請求項１記載の電動機の製造方法。
3. 周方向に交互に異なる磁極を形成する複数の永久磁石をハウジングの内周に設置し、樹脂材で保持された前記永久磁石の内周に回転可能に電機子を収容している電動機の製造方法であって、
   枠型の内周面に沿って周方向に各永久磁石に対応する着磁前の磁性母材を設置し、周方向に隣接する前記磁性母材の間に形成された各隙間に対応する位置に突部を有する弾性部材を前記磁性母材の内周側に設置し、前記隙間に前記突部を嵌合し前記複数の磁性母材の内周面に前記弾性部材の外周面を押し付ける押圧工程と、
   前記枠型と前記弾性部材との間に樹脂を充填する充填工程と、
   前記磁性母材を着磁する着磁工程と、を含み、
   前記押圧工程において、前記磁性母材の内周側に前記弾性部材を設置した後、前記電機子の軸方向に前記弾性部材を圧縮することにより、前記隙間に前記突部を嵌合し前記複数の磁性母材の内周面に前記弾性部材の外周面を押し付ける圧縮行程を含むことを特徴とする電動機の製造方法。
4. 前記枠型の内周に設置する前記複数の磁性母材の周方向位置を位置決め部材で位置決めすることを特徴とする請求項３記載の電動機の製造方法。
5. 前記枠型として前記ハウジングを使用することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の電動機の製造方法。
6. 前記弾性部材は、圧縮前の状態で軸方向両側から軸方向中央部に向けて縮径していることを特徴とする請求項１または３記載の電動機の製造方法。

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