JP5236031B2 - ポンプ用電動機の固定子及びポンプ用電動機及びポンプ - Google Patents

Description

この発明は、ポンプ用電動機の固定子及びポンプ用電動機の固定子の製造方法に関する。さらに、そのポンプ用電動機の固定子を用いたポンプ用電動機及びポンプに関する。

ポンプのステーターコアとマグネットの隙間を小さくして、モーター効率を向上させるとともに、コイル及び制御回路の冷却性向上を図るために、コイルとステーターコアと制御回路及び仕切板をインサートしてモールド樹脂で成形することにより、仕切板の厚みを薄くして、ステーターコアとマグネットの隙間を小さくできるため、モーター効率の向上ができる。また、発熱体であるコイルと制御回路を仕切板とともに、熱伝導性の良いモールド樹脂で隙間なく埋めるため熱伝導がよくなり、冷却性向上が図れるポンプが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−２００４２７号公報 特開２００７−１５１２１０号公報 特開２００７−０９７２５７号公報

しかしながら、上記特許文献１のポンプは、ステータ（本発明の固定子に相当する）のモールド樹脂の成形時に、仕切板（本発明のシールボックスに相当する）とステータとの位置決めが困難であった。

また、仕切板とモールドステータ（本発明のモールド固定子に相当する）との境界面からモールドステータ内部への浸水の恐れがあった。

また、仕切板がモールド樹脂の成形時の成形圧力により変形する恐れがあった。

さらに、ステータのモールド成形後に仕切板とモールド樹脂が剥離する恐れがあった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、以下に示す事項を満たすポンプ用電動機の固定子及びポンプ用電動機及びポンプ及びポンプ用電動機の固定子の製造方法を提供することを目的とする。
（１）シールボックスと固定子との位置決めを確実に行うこと。
（２）シールボックスとモールド樹脂との境界面からのモールド固定子内部への浸水を防ぐこと。
（３）モールド樹脂の成形時の成形圧力によるシールボックスの変形を防止すること。
（４）モールド樹脂の成形時のシールボックスとモールド樹脂との接着性を向上すること。

この発明に係るポンプ用電動機の固定子は、水と固定子とをシールボックスで仕切るポンプに搭載され、モールド樹脂により固定子とシールボックスとが一体成形されるポンプ用電動機の固定子において、
シールボックスは、全体形状が鍔のついた略カップ形状であり、
固定子とシールボックスとをモールド樹脂により一体成形するモールド金型を、シールボックスの鍔の外形よりも所定寸法大きくし、
モールド樹脂による一体成形後に、少なくともシールボックスの鍔の外周をモールド樹脂により保持することを特徴とする。

この発明に係るポンプ用電動機の固定子は、固定子とシールボックスとをモールド樹脂により一体成形するモールド金型を、シールボックスの鍔の外形よりも所定寸法大きくし、モールド樹脂による一体成形後に、少なくともシールボックスの鍔の外周をモールド樹脂により保持することで、シールボックスとモールド樹脂との境界面からのポンプ用電動機の固定子内部への浸水を抑えることができる。

実施の形態１を示す図で、モールド樹脂で一体成形する前のポンプ用電動機の固定子の分解斜視図。 実施の形態１を示す図で、モールド樹脂で一体成形後のポンプ用電動機の固定子１００の断面図。 実施の形態１を示す図で、図２の左側から見たポンプ用電動機の固定子１００の左側面図。 実施の形態１を示す図で、図３のＡ−Ａ断面図。 実施の形態１を示す図で、ポンプ２００の断面図。 実施の形態１を示す図で、ポンプ２００の製造工程を示す図。

実施の形態１．
図１乃至図６は実施の形態１を示す図で、図１はモールド樹脂で一体成形する前のポンプ用電動機の固定子の分解斜視図、図２はモールド樹脂で一体成形後のポンプ用電動機の固定子１００の断面図、図３は図２の左側から見たポンプ用電動機の固定子１００の左側面図、図４は図３のＡ−Ａ断面図、図５はポンプ２００の断面図、図６はポンプ２００の製造工程を示す図である。

本実施の形態は、ポンプ用電動機の固定子１００（図２参照）に組み込まれて、ポンプ２００（図５参照）内の水とポンプ用電動機の固定子１００とを仕切るシールボックス６０（後述）に特徴がある。

従って、ポンプ用電動機の固定子１００を構成する基板押さえ４０（後述）、基板１１（後述）、固定子５０（後述）については、簡単に説明する。

ポンプ用電動機の固定子１００（図２）は、図１に示す、基板押さえ４０、基板１１、固定子５０、シールボックス６０により仮組立した後、モールド樹脂により一体に成形される。

図１に示す基板押さえ４０は、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）等の熱可塑性樹脂を成形して形成され、突起２が薄肉連結部４０ａで連結された構成となっている。図１の例では、基板押さえ４０は９個の突起２を備える。

突起２の端面が、ポンプ用電動機の固定子１００のモールド成形時の金型押さえ部３になる。

基板押さえ４０は、固定子絶縁部の突起（後述）が挿入される固定子絶縁部の突起挿入穴４を、図１の例では、３個備える。

基板１１（後述）と係り止めされる爪５を、図１の例では、３個備える。

９個の突起２を薄肉連結部４０ａで連結することにより、材料費が最小限に抑えられ、低価格化が図られている。

基板１１は概略ドーナツ形状で、一部が切り欠かれた形状である。

基板１１には、固定子５０（後述）の端子２０ａ、端子２０ｂが挿入されて基板１１のパターンと接合される端子挿入穴１４が、図１の例では、６個形成されている。

また、基板１１は、固定子５０の固定子絶縁部の突起（後述）が挿入される固定子絶縁部の突起挿入穴８を、図１の例では、３個備える。

リード線１０が、基板１１の切り欠かれた外周縁部付近に取り付けられたリード押さえ部品９により基板１１に固定される。

図１に示すように、固定子５０は、電磁鋼板を打ち抜き、かしめ、溶接等で積層して形成される固定子鉄心２３のティース２３ａの夫々に固定子絶縁部２４が樹脂成形により施される。図１の例では、ティース２３ａは１２個ある。１２個のティース２３ａに施された夫々の固定子絶縁部２４に集中巻のコイル３３が巻回されている。

また、固定子絶縁部２４には、電源が供給される３個の端子２０ａと、中性点となる３個の端子２０ｂが取り付けられる。

また、固定子絶縁部２４の一部は、結線側（図１の上側）の端部に、基板設置面２２と、基板設置面２２から軸方向に突出する固定子絶縁部の突起２１を備えている。図１では、固定子絶縁部の突起２１は、５個あるが、その中の３個を使用する。

また、固定子絶縁部２４の一部は、反結線側（図１の下側）の外周面に、シールボックス位置決め用突起２５を備える。図１の例では、略１２０°間隔に配置される３個の固定子絶縁部２４にシールボックス位置決め用突起２５が設けられる。

さらに、固定子絶縁部２４の一部は、結線側（図１の上側）の外周面に、軸と直交する方向の金型押さえ部４１（ポンプ用電動機の固定子１００のモールド成形時に使用される）を周方向に略１２０°間隔で３個備える。図１では、その３個の中の１個が見えている。

固定子５０に組み付けられるシールボックス６０は、ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）などの熱可塑性樹脂を成形して形成される。図１で示すように、全体形状は、鍔６０ａのついた概略カップ形状である。鍔６０ａの背面（固定子５０側）には、鍔６０ａより軸方向に伸びる複数の突起を備える。図１の例では、６個の突起を備える。３個の凹形状の突起３０と３個の四角形の突起３１とが、交互に略等間隔に配置される。

また、鍔６０ａの背面（固定子５０側）には、放射状に配置される複数の第１のリブ３６（リブの一例）を備える。図１の例では、１２個の第１のリブ３６を備える。

また、シールボックス６０の底部６０ｂ（基板１１と近接する面）にも、放射状に配置される複数の第２のリブ３４（リブの一例）を備える。図１の例では、６個の第２のリブ３４を備える。

そして、基板押さえ４０が組付けられた基板１１を固定子５０に組付ける。固定子５０の固定子絶縁部の突起２１が、基板１１の固定子絶縁部の突起挿入穴８と、基板押さえ４０の固定子絶縁部の突起挿入穴４に挿入される。

固定子絶縁部２４の基板設置面２２に接するように基板１１が設置され、基板押さえ４０の固定子絶縁部の突起挿入穴４より軸方向に突出している固定子絶縁部の突起２１を熱溶着することで、固定子５０と、基板押さえ４０と、基板１１とが共締めされて固定される。

このとき、基板押さえ４０の突起２は、基板１１の外周に沿って略等間隔に配置される。基板押さえ４０の突起２は、固定子５０の端子２０ａ、端子２０ｂよりも軸方向に突出している。従って、突起２が金型に当接することにより、固定子モールド時の成形圧力による基板１１の変形を低減することで品質の向上を図っている。

また、基板押さえ４０と、基板１１とを共締めすることにより工程を増加させることなく固定することで、低価格化が可能となっている。

基板押さえ４０と基板１１が組み付けられた固定子５０に、シールボックス６０を図１に示すようにシールボックス６０のカップ部を固定子鉄心２３の内周に嵌めこみ組み付ける。

このとき、シールボックス６０に備える３個の凹形状の突起３０と３個の四角形の突起３１とが、固定子鉄心２３の反結線側端面に接するようにすることでシールボックス６０の固定子鉄心２３に対する軸方向の位置決めとなる。

また、固定子５０の固定子絶縁部２４に備えるシールボックス位置決め用突起２５が、シールボックス６０が備える凹形状の突起３０の凹部３０ａに嵌ることでシールボックス６０の固定子５０に対する回り止めとなる。これにより、ポンプ用電動機の固定子の組立て工程の簡素化が可能となる。

シールボックス６０は、鍔６０ａの外周部に、ポンプ用電動機の固定子１００のモールド時に位置決めに使用される位置決め用穴３５を備える。図１の例では、シールボックス６０は、６個の位置決め用穴３５を備える（１個は見えていない）。

図２乃至図４を参照しながらポンプ用電動機の固定子１００のモールド成形について説明する。

先ず、基板押さえ４０と基板１１が組み付けられた固定子５０に、シールボックス６０をシールボックス６０のカップ部を固定子鉄心２３の内周に嵌めこみ組み付けた固定子を予備加熱する。固定子を予備加熱するのは、モールド樹脂（熱硬化樹脂）の硬化の妨げとならないようにするためである。

予備加熱した固定子をモールド金型の下金型に挿入する。シールボックス６０側（図２の左側）が下になる。このときの周方向の位置決めは、シールボックス６０の軸支持部６０ｃに下金型の一部が嵌ることで行われる。軸支持部６０ｃの形状は、図３に示すように、円ではなく円の一部がカットされた形状（略Ｄ字形状）であるため、周方向の位置決めが可能である。

次に、モールド金型の上金型を被せて、不飽和ポリエステル等の熱硬化性樹脂を充填してモールド固定子（ポンプ用電動機の固定子１００）となる。

モールド金型の上金型を被せる際に、シールボックス６０に備える６個の位置決め用穴３５で、シールボックス６０他が組み付けられた固定子５０の周方向位置決めを行う（図３参照）。

また、基板押さえ４０の突起２の金型押さえ部３と、固定子絶縁部２４の金型押さえ部４１とにモールド金型の上金型が当接する。さらに、図４に示すように、シールボックス６０に備える位置決め用穴３５の金型押さえ部３５ａをモールド金型の上金型の一部で押さえることで、成形圧力によるシールボックス６０の浮き上がりを防止する。位置決め用穴３５の直径は、金型押さえ部３５ａを押さえる上金型の直径よりも小さくなっている。

さらに、シールボックス６０の鍔６０ａの背面（固定子５０側）に放射状に配置される第１のリブ３６と、シールボックス６０の底部６０ｂ（基板１１と近接する面）に放射状に配置される第２のリブ３４を備えることにより、シールボックス６０とモールド樹脂７０との接着性が向上する。それにより、ポンプ用電動機の固定子１００の品質向上を図ることができる。

シールボックス６０（鍔６０ａの外周）に対して、モールド金型（下金型）が一回り（所定寸法）大きくなっている。モールド成形後にモールド樹脂７０で、シールボックス６０を保持する。即ち、シールボックス６０の鍔６０ａの外周縁部は、その周囲がモールド樹脂７０で覆われる。このように構成することで、ポンプ２００（後述）において、シールボックス６０とモールド樹脂７０との境界面からのポンプ用電動機の固定子１００内部への浸水を抑えることができる。

図５に示すポンプ２００は、以下に示す構成である。即ち、ポンプ２００は、
（ａ）電磁鋼板を積層した固定子鉄心２３に複数のコイル３３が巻線され、基板押さえ４０と基板１１が組み付けられた固定子５０と、ポンプ２００内の水と固定子５０とを仕切る樹脂成形品のシールボックス６０とをモールド一体成形して製作されるポンプ用電動機の固定子１００（モールド固定子）と、
（ｂ）ＳＵＳやセラミックなどを材料として製作され、シールボックス６０に設けられる軸支持部６０ｃに一端が挿入され、他端が樹脂成形品のケーシング９０の軸支持部９０ａにて支持されるシャフト９６と、
（ｃ）リング状の耐熱水性樹脂マグネット１５０ａと、マグネット１５０ａの内側に配設される円筒形のスリーブ１５０ｂとがＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）等の熱可塑性樹脂で一体に成形される回転子１５０と、
（ｄ）回転子１５０に超音波溶着などにより接合され、シャフト９６を中心に回転自在に設置される樹脂成形品の羽根車１６０と、
（ｅ）スリーブ１５０ｂの両端面に、所定の隙間をもって設置されるＳＵＳやセラミックなどを材料として製作されるスラストベアリング９５と、
を備え、シールボックス６０にＯリング９７を設置した後、ケーシング９０と、ポンプ用電動機の固定子１００と、足板９３とをタッピングネジ９１等により共締めして組み立てられる。

尚、ポンプ用電動機の固定子１００は、羽根車１６０と反対側の端部に磁極位置検出素子９８（図５では１個見えるが、全部で３個が基板１１に実装される）を実装した基板１１を備える。そして、基板１１からリード押さえ部品９で固定されたリード線１０が外部に引出されている。

図６を参照しながら、ポンプ２００の製造工程を説明する。
（１）ステップ１：固定子５０を製造する。固定子５０は、電磁鋼板を積層して形成される（かしめ、溶接等で）固定子鉄心２３のティース２３ａの夫々に固定子絶縁部２４が施される。ティース２３ａに施された夫々の固定子絶縁部２４に集中巻のコイル３３が巻回されている。また、固定子絶縁部２４には、電源が供給される３個の端子２０ａと、中性点となる３個の端子２０ｂが取り付けられる。併せて、基板１１を製造する。基板１１には、リード線１０が基板１１の切り欠かれた外周縁部付近に取り付けられたリード押さえ部品９により固定される。また、基板１１には、磁極位置検出素子９８等の電子部品が実装される。さらに、併せて、基板押さえ４０を成形する。基板押さえ４０は、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）等の熱可塑性樹脂を成形して形成される。
（２）ステップ２：固定子５０に、基板１１と基板押さえ４０とを固定する。
（３）ステップ３：固定子５０の電源が供給される３個の端子２０ａと、中性点となる３個の端子２０ｂとに基板１１を半田付けする。併せて、シールボックス６０の成形を行う。シールボックス６０は、ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）などの熱可塑性樹脂を用いて成形される。
（４）ステップ４：固定子５０（基板押さえ４０と基板１１が組み付けられた）にシールボックス６０を組付ける。このとき、シールボックス６０をシールボックス６０のカップ部を固定子鉄心２３の内周に嵌めこみ組み付ける。シールボックス６０に備える３個の凹形状の突起３０と３個の四角形の突起３１とが、固定子鉄心２３の反結線側端面に接するようにすることでシールボックス６０の固定子鉄心２３に対する軸方向の位置決めとなる。また、固定子５０の固定子絶縁部２４に備えるシールボックス位置決め用突起２５が、シールボックス６０が備える凹形状の突起３０の凹部３０ａに嵌ることでシールボックス６０の固定子５０に対する回り止めとなる。
（５）ステップ５：ポンプ用電動機の固定子１００をモールド成形する。併せて、ケーシング９０の樹脂成形、及び回転子１５０の製造を行う。回転子１５０は、リング状のマグネット１５０ａと、マグネット１５０ａの内側に配設される円筒形のスリーブ１５０ｂとがＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）等の熱可塑性樹脂で一体に成形される。
（６）ステップ６：ポンプ２００の組立を行う。ポンプ２００は、基板押さえ４０と基板１１が組み付けられた固定子５０とシールボックス６０とをモールド一体成形して製作されるポンプ用電動機の固定子１００（モールド固定子）と、シャフト９６と、リング状のマグネット１５０ａとマグネット１５０ａの内側に配設される円筒形のスリーブ１５０ｂとがＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）等の熱可塑性樹脂で一体に成形される回転子１５０と、回転子１５０に超音波溶着などにより接合されシャフト９６を中心に回転自在に設置される樹脂成形品の羽根車１６０と、スリーブ１５０ｂの両端面に、所定の隙間をもって設置されるＳＵＳやセラミックなどを材料として製作されるスラストベアリング９５とを備え、シールボックス６０にＯリング９７を設置した後、ケーシング９０と、ポンプ用電動機の固定子１００と、足板９３とをタッピングネジ９１等により共締めして組み立てられる。

尚、この明細書では、ポンプ用電動機の固定子１００と、回転子１５０とを組み合わせたものをポンプ用電動機と呼ぶ。

以上のように、本実施の形態によれば、
（１）シールボックス６０が、凹部３０ａを有する凹形状の突起３０を備える。固定子５０の固定子絶縁部２４に備えるシールボックス位置決め用突起２５が、シールボックス６０の凹形状の突起３０の凹部３０ａに嵌ることでシールボックス６０の固定子５０に対する回り止めとなる。これにより、ポンプ用電動機の固定子の組立て工程の簡素化が可能となる。結果、製造コストの低減と、シールボックス６０と固定子５０との位置決めがなされることによりポンプ用電動機の固定子１００の品質の向上が図れる。
（２）ポンプ用電動機の固定子１００（モールド固定子）のモールド金型が、固定子５０に組み付けられる樹脂成形品のシールボックス６０よりも一回り（所定寸法）大きい形状で、ポンプ用電動機の固定子１００のモールド成形後にシールボックス６０の外周をモールド樹脂７０により保持することで、シールボックス６０とモールド樹脂７０との境界面からのポンプ用電動機の固定子１００内部への浸水を抑えることができる。従って、ポンプ用電動機の固定子１００の品質の向上が図れる。
（３）固定子鉄心２３に組み付けられる樹脂成形品のシールボックス６０に備える位置決め用穴３５で、モールド金型の上金型を被せる際に、シールボックス６０他が組み付けられた固定子５０の周方向位置決めを行うことができる。また、シールボックス６０に備える位置決め用穴３５の金型押さえ部３５ａをモールド金型の上金型で押さえることで、成形圧力によるシールボックス６０の変形を防止する。そのため、ポンプ用電動機の固定子１００の品質の向上が図れる。
（４）シールボックス６０の鍔６０ａの背面（固定子５０側）に放射状に配置される第１のリブ３６と、シールボックス６０の底部６０ｂ（基板１１と近接する面）に放射状に配置される第２のリブ３４を備えることにより、シールボックス６０とモールド樹脂７０との接着性が向上する。それにより、ポンプ用電動機の固定子１００の品質向上を図ることができる。

２ 突起、３ 金型押さえ部、４ 固定子絶縁部の突起挿入穴、５ 爪、８ 固定子絶縁部の突起挿入穴、９ リード押さえ部品、１０ リード線、１１ 基板、１４ 端子挿入穴、２０ａ 端子、２０ｂ 端子、２１ 固定子絶縁部の突起、２２ 基板設置面、２３ 固定子鉄心、２３ａ ティース、２４ 固定子絶縁部、２５ シールボックス位置決め用突起、３０ 凹形状の突起、３０ａ 凹部、３１ 四角形の突起、３３ コイル、３４ 第２のリブ、３５ 位置決め用穴、３５ａ 金型押さえ部、３６ 第１のリブ、４０
基板押さえ、４０ａ 薄肉連結部、４１ 金型押さえ部、５０ 固定子、６０ シールボックス、６０ａ 鍔、６０ｂ 底部、６０ｃ 軸支持部、７０ モールド樹脂、９０ ケーシング、９０ａ 軸支持部、９３ 足板、９５ スラストベアリング、９６ シャフト、９７ Ｏリング、９８ 磁極位置検出素子、１００ ポンプ用電動機の固定子、１５０ 回転子、１５０ａ マグネット、１５０ｂ スリーブ、１６０ 羽根車、２００ ポンプ。

Claims (6)

1. 水と固定子とをシールボックスで仕切るポンプに搭載され、モールド樹脂により前記固定子と前記シールボックスとが一体成形されるポンプ用電動機の固定子において、
   前記シールボックスは、全体形状が鍔のついた略カップ形状であり、
   前記固定子と前記シールボックスとを前記モールド樹脂により一体成形するモールド金型を、前記シールボックスの前記鍔の外形よりも所定寸法大きくし、
   前記モールド樹脂による一体成形後に、少なくとも前記シールボックスの前記鍔の外周を前記モールド樹脂により保持すると共に、
   前記シールボックスは、前記鍔の外周近傍に位置決め用穴を複数備え、前記位置決め用穴の縁部近傍に金型押さえ部が形成され、
   前記固定子と前記シールボックスとを前記モールド樹脂により一体成形する際に、前記鍔の前記位置決め用穴により前記シールボックスが組み付けられた前記固定子の周方向位置決めを行い、さらに、前記位置決め用穴の直径よりも所定寸法大きいモールド金型の一部で前記金型押さえ部を押さえることを特徴とするポンプ用電動機の固定子。
2. 前記シールボックスは、前記固定子側の面に放射状のリブを備えたことを特徴とする請求項１記載のポンプ用電動機の固定子。
3. 前記シールボックスの前記鍔の前記固定子側の面に、カップ側面から鍔の外周に向けて高さが減少した第１のリブを備えたことを特徴とする請求項２記載のポンプ用電動機の固定子。
4. 前記シールボックスの前記カップ形状の底部にあり、軸支持部の背面に形成した凹部を跨ってカップ外周方向に延びた第２のリブを備えたことを特徴とする請求項２又は請求項３記載のポンプ用電動機の固定子。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載のポンプ用電動機の固定子を搭載したことを特徴とするポンプ用電動機。
6. 請求項５記載のポンプ用電動機を搭載したことを特徴とするポンプ。

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