JP6005073B2 - ポンプ及び冷凍サイクル装置並びにポンプの製造方法 - Google Patents
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Description
特許文献1に記載の技術は、マグネットの位置検出素子対向面に突起を備えているが、その突起によって形成される磁束がマグネットの主磁束と比較すると小さかった。これにより、突起によって形成されるホール素子に対する磁束が不足し、位置検出精度が低下する可能性があった。
図1は、本発明の実施の形態に係るヒートポンプ式給湯装置300(以下、給湯装置300と称する)の回路構成の一例を示す概略回路構成図である。図1に基づいて、本発明の実施の形態に係るポンプが用いられる冷凍サイクル装置の一例であるヒートポンプ式給湯装置について、その概要を簡単に説明する。なお、図1を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。
(1)厚さが0.1〜0.7mm程度の電磁鋼板が帯状に打ち抜かれ、かしめ、溶接、接着などで積層された帯状の固定子鉄心54を製作する。帯状の固定子鉄心54は、複数個のティースを備える。図3に示すモールド固定子50の内周部に、固定子鉄心54のティースの先端部が表出している。ここで示す固定子鉄心54は、薄肉連結部で連結されている12個のティースを有するので、図3においても、12箇所に固定子鉄心54のティースの先端部が表出している。但し、図3で見えているティースは12個のティースのうちの5個のティースである。
(3)絶縁部56が施されたティースには、集中巻のコイル57が巻回される。12個の集中巻のコイル57を接続して、三相のシングルY結線の巻線を形成する。
(4)三相のシングルY結線であるので、絶縁部56の結線側には、各相(U相、V相、W相)のコイル57が接続される端子59(図4参照、電源が供給される電源端子及び中性点端子)が組付けられる。電源端子は3個、中性点端子は1個である。
(1)ケーシング41
ケーシング41は、流体の吸入口42と吐出口43とを有し、内部に回転子60の羽根車60bを収納するものである。ケーシング41は、PPS(ポリフェニレンサルファイド)などの熱可塑性樹脂を用いて成形される。ケーシング41には、流体の吸入口42側の端部に、ポンプ部40とモールド固定子50とを組み付ける際に用いられるネジ穴44aを有するボス部44が5箇所に設けられる。
スラスト軸受71の材質は、アルミナなどのセラミックである。回転子60は、ポンプ10の運転中、回転子60の羽根車60bの表裏に作用する圧力差によりスラスト軸受71を介してケーシング41に押し付けられるため、スラスト軸受71にはセラミックにより製作されたものを使用し、耐摩耗性、摺動性を確保している。
回転子60は、回転子部60aと、羽根車60bとを備える。回転子部60aは、フェライトなどの磁性粉末と樹脂を混練したペレットを成形したリング状(円筒状)のマグネット組立68(マグネットの一例)と、マグネット組立68の内側に設けられる円筒形のスリーブ軸受66(たとえば、カーボン製)とが、たとえばPPE(ポリフェニレンエーテル)などの樹脂部67で一体化される(図7参照)。羽根車60bは、たとえばPPE(ポリフェニレンエーテル)などの樹脂成形品である。回転子部60aと、羽根車60bとが超音波溶着などにより接合される。なお、回転子60については、図16〜図18で詳細に説明する。
軸70の材質は、アルミナなどのセラミック、SUSなどである。軸70は、回転子60に備えるスリーブ軸受66と摺動するため、セラミックやSUSなどの材質が選ばれ、耐磨耗性、摺動性を確保している。椀状隔壁部品90の軸支持部94に軸70の一端が挿入され、軸70の他端がケーシング41の軸支持部46に挿入される。椀状隔壁部品90の軸支持部94に挿入される軸70の一端は、軸支持部94に対して回転しないように挿入される。そのため、軸70の一端は所定の長さ(軸方向)で円形の一部を切り欠いたD字形状で、椀状隔壁部品90の軸支持部94の孔も軸の形状に合わせた形状になっている。また、ケーシング41の軸支持部46に挿入される軸70の他端も、所定の長さ(軸方向)で円形の一部を切り欠いたD字形状であり、軸70は長さ方向に対称形である。但し、軸70の他端は、ケーシング41の軸支持部46に回転可能に挿入される。軸70が長さ方向に対称形なのは、軸70を椀状隔壁部品90の軸支持部94に挿入する際に、上下の向きを意識することなく組立を可能とするためである。
Oリング80の材質は、EPDM(エチレン−プロピレン−ジエンゴム)などである。エチレン−プロピレン−ジエンゴムは、エチレンとプロピレンとの共重合体であるエチレン−プロピレンゴム(EPM)に、少量の第3成分を導入し、主鎖中に二重結合をもたせたものである。第3成分の種類や量の違いにより様々な合成ゴムが市販されている。代表的な第3成分としてエチリデンノルボルネン(ENB)、1,4−ヘキサジエン(1,4−HD)、ジシクロペンタジエン(DCP)などがある。Oリング80は、ポンプ部40のケーシング41と椀状隔壁部品90とで挟持されて設けられ、ケーシング41と椀状隔壁部品90とのシールを行うものである。給湯機などに搭載されるポンプ10では、水周りのシールに耐熱性、長寿命が求められるため、EPDMなどの材料を使用し、耐熱性を確保している。
椀状隔壁部品90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。椀状隔壁部品90は、モールド固定子50との嵌合部である椀状隔壁部90aと、鍔部90bとを備える。椀状隔壁部90aは、円形の底部と円筒形の隔壁とで構成される。円形の底部の内面の略中央部に、軸70の一端が挿入される軸支持部94が立設している。鍔部90bには、鍔部90bを補強する補強リブ(図示せず)が径方向に放射状に複数個(たとえば、10個)形成されている。また、鍔部90bには、モールド固定子50のポンプ部40のポンプ部設置面63に納まる環状リブ(図示せず)を備える。また、鍔部90bには、タッピングネジ160が通る孔90dが5箇所に形成されている。さらに、鍔部90bのケーシング41側の面に、Oリング80を収納する環状のOリング収納溝90cが形成されている。
(1)マグネット組立68及び位置検出用マグネット410
マグネット組立68は、略瓦状の複数の焼結マグネット402と、略リング状のバックヨーク403と、熱可塑性樹脂で形成された第1マグネットホルダ400及び第2マグネットホルダ401とを有している。そして、マグネット組立68の第2マグネットホルダ401には、薄肉の略リング状の位置検出用マグネット410が設けられている。マグネット組立68及び位置検出用マグネット410については、後述の図13〜図18の説明で詳細に説明する。
スリーブ軸受66(たとえば、カーボン製)は、マグネット組立68の内側に設けられる。スリーブ軸受66は、その形状が円筒状である。スリーブ軸受66は、ポンプ10の椀状隔壁部品90に組み付けられた軸70に嵌合して回転するため、軸受けの材料に好適な焼結カーボン、カーボン繊維を添加したPPS(ポリフェニレンサルファイド)などの熱可塑性樹脂、セラミックなどで製作される。スリーブ軸受66は、概略軸中心から両端に向かって外径が小さくなる抜きテーパを備え、外周側の概略軸中心に回り止めとなる半球状の突起66a(図12参照)を複数備える。
羽根車取付部67a側のマグネット組立68の端面に形成される樹脂部67には、樹脂成形用金型の上型に設けられるマグネット押さえ部の箇所に第1の凹部67bが形成される。第1の凹部67bは、図13の例では、略中央部(径方向)に形成される。第1の凹部67bは、マグネット組立68の突起68aと対向する位置に形成される。
マグネット組立68は、略瓦状の複数の焼結マグネット402と、略リング状のバックヨーク403とを、PBT(ポリブチレンテレフタラート)などの熱可塑性樹脂で形成された第1マグネットホルダ400及び第2マグネットホルダ401に組み付けて製造されるものである。また、マグネット組立68の第2マグネットホルダ401には、薄肉の略リング状の位置検出用マグネット410が設けられている。
焼結マグネット402は、たとえば、磁石合金を微粉砕してから、磁場中で磁化容易軸を揃えてプレス成形し、さらに高温で焼き固めることにより製造されるマグネットである。焼結マグネット402は、第1マグネットホルダ400から第2マグネットホルダ401に伸びるように成形されており、略瓦形状をしている。図16〜図18では、焼結マグネット402が、マグネット組立68に8つ設けられている例を図示しているが、それに限定されるものではなく、複数設けられていればよい。
焼結マグネット402は、その一端側が第1マグネットホルダ400と接触して設けられ、他端側が第2マグネットホルダ401と接触して設けられ、内側面がバックヨーク403と対向するようにして設けられている。すなわち、焼結マグネット402は、内側面がバックヨーク403に対向している状態で、第1マグネットホルダ400及び第2マグネットホルダ401に保持されて設けられている。
バックヨーク403は、外側面が焼結マグネット402の内側面と対向するように設けられているものである。バックヨーク403は、略リング形状をしている。バックヨーク403は、たとえば、電磁鋼板を打ち抜いて積層したものを、かしめ、溶接、接着などで積層して形成される。
第1マグネットホルダ400は、焼結マグネット402の一端側を保持するものである。第1マグネットホルダ400は、その中央部に円形の開口部が形成されており、略リング状をしている。第1マグネットホルダ400に形成された開口部の内周面には、略角形状(又は円弧形状)の突起68aを周方向に略等間隔に複数個備える。図14〜図16では、突起68aは3個である。
突起68aは、側面から見て略角形状で、端面側に凸部68a−1を備える。回転子部60aを一体成形する際、突起68aの端部に備える凸部68a−1が回転子部60aを形成する熱可塑性樹脂(樹脂部67)で保持されることで、樹脂部67とマグネット組立68との間に樹脂のヒケによる微小な隙間が出来た際にもマグネット組立68の回転トルクを確実に伝達することができ、回転子部60aの品質向上が図れる。突起68aの形状は、略角形状に限定されるものではない。三角、台形、半円、多角形などの形状でもよい。
第1マグネットホルダ400は、図16に示すように、羽根車取付部67a側の面とは反対側の面に、断面形状が略長穴形状の凹部400aが放射状に複数個(図16の例では、8個)形成されている。凹部400aには、焼結マグネット402の一端側が挿入され、第1マグネットホルダ400が焼結マグネット402を保持することが可能となっている。
第2マグネットホルダ401は、焼結マグネット402の他端側を保持するものである。第2マグネットホルダ401は、第2マグネットホルダ401には、その中央部に円形の開口部が形成されており、略リング状をしている。
第2マグネットホルダ401の開口部の内周面には、テーパ状の切欠き68bを周方向に略等間隔に備える。図15、図16及び図18では、切欠き68bは8個である。切欠き68bのテーパ形状は、図15における紙面手前側方向に向かうにしたがって、幅が広くなるように形成されている。すなわち、切欠き68bのテーパ形状は、内側よりも端面側の径が大きくなるテーパ形状である。
第2マグネットホルダ401のうち、焼結マグネット402が設けられていない側の面には、位置検出用マグネット410が設置される凸部68eが複数形成されている。図15、図16及び図18では、凸部68eは8個である。回転子部60aの熱可塑性樹脂(樹脂部67)による一体成形時に、凸部68eは熱可塑性樹脂(樹脂部67)で埋設され、マグネット組立68は樹脂部67で保持される。
また、図示を省略しているが、第2マグネットホルダ401には、焼結マグネット402側との対向面に、断面形状が略長穴形状の凹部が放射状に複数個形成されている。すなわち、第1マグネットホルダ400の凹部400aが8個形成されているのと同様に、第2マグネットホルダ401にも凹部が8個形成されているということである。そして、第2マグネットホルダ401の凹部には、焼結マグネット402の他端側が挿入され、第2マグネットホルダ401が焼結マグネット402を保持することが可能となっている。
位置検出用マグネット410は、図17に示すように、薄肉の略リング状のマグネットである。位置検出用マグネット410は、たとえば樹脂などで構成される。位置検出用マグネット410の主磁束は、磁気センサであるホール素子58bとその出力信号をデジタル信号に変換するICが1パッケージ化され、基板58に面実装されたホールICによって検出される。
位置検出用マグネット410は、略リング状をしているとともに、ホール素子58bの対向位置に設けられるので、ホール素子58bが位置検出用マグネット410の主磁束を検出しやすくなっている。これにより、たとえばホール素子58bを基板58にホール素子ホルダ(図示せず)で固定し、マグネット組立68の側面よりマグネット組立68の主磁束を検出する場合に比べて、位置検出精度を向上することができ、ポンプの品質向上が可能となる。
また、ホール素子ホルダが不要であるため、基板58の加工費などを低減することができ、ポンプ10の低コスト化が可能となる。
位置検出用マグネット410のうち凸部68eが形成される側とは反対側の面にも、図18に示すように、段差410cが形成されている。そして、段差410cにも、回転してしまうことを防止するためのリブ410dが、周方向に略など間隔に複数形成されている。
このように、位置検出用マグネット410には、段差410a、410c及びリブ410b、410dが形成されているため、どちら側の面でも位置検出用マグネット410を第2マグネットホルダ401に設けることが可能となっている。これにより、後述のように作業工程を簡素化し、生産性が向上させて製造コストの低減が可能となっている。
マグネット組立68と、位置検出用マグネット410と、スリーブ軸受66とを一体に成形する金型は、上型と下型とで構成される(図示せず)。先ず、スリーブ軸受66が下型にセットされる。スリーブ軸受66は、軸垂直方向に対称であるため、上下方向を任意の方向で金型にセットすることができる。また、スリーブ軸受66は、外周部に突起66a(図12参照)を複数備えるが、突起66aの位置は特に限定するものではない。そのため、マグネット組立68と、位置検出用マグネット410と、スリーブ軸受66とを一体に成形する際の作業工程が簡素化され生産性が向上し、製造コストの低減が可能となる。
このとき、マグネット組立68の金型で押さえられない切欠き68b(図15参照)、即ち4箇所の切欠き68bと、第2マグネットホルダ401に設けられた凸部68eと、第1マグネットホルダ400の端面に設けられた凹部68dとが、熱可塑性樹脂の樹脂部67に埋設され回転トルクの伝達部分となる。さらに、凸部68eと凹部68dとが、熱可塑性樹脂の樹脂部67に埋設されることにより、マグネット組立68が強固に保持される。
(1)本実施の形態1に係るポンプ10は、第1マグネットホルダ400及び第2マグネットホルダ401によって焼結マグネット402の両端側が保持される。このため、焼結マグネット402の外側面が露出することになり、その分固定子と焼結マグネット402との距離を小さく設定することができ、ポンプ10の性能を向上させることができる。
固定子47の固定子鉄心54を製造する。固定子鉄心54は、厚さが0.1〜0.7mm程度の電磁鋼板が帯状に打ち抜かれ、かしめ、溶接、接着などで積層して帯状とする。
併せて、焼結マグネット402を製造する。
併せて、電磁鋼板を打ち抜いて積層された略リング状のバックヨーク403を製造する。
併せて、放射状に形成され略角形状の凹部68d、及び焼結マグネット402を保持するための凹部400aを備える第1マグネットホルダと、位置検出用マグネット410の台座となる突起68e、及び焼結マグネット402を保持するための凹部(図示せず)を備える第2マグネットホルダ400とを製造する。
固定子鉄心54に巻線を行う。薄肉連結部で連結された帯状の固定子鉄心54のティースに、PBT(ポリブチレンテレフタレート)などの熱可塑性樹脂を用いる絶縁部56が施される。絶縁部56が施されたティースに集中巻のコイル57が巻回される。たとえば、12個の集中巻のコイル57を接続して、三相のシングルY結線の巻線を形成する。三相のシングルY結線であるので、絶縁部56の結線側には、各相(U相、V相、W相)のコイル57が接続される端子59(電源が供給される電源端子及び中性点端子)が組付けられる。
併せて、基板58を製造する。基板58は、基板押え部品95により絶縁部56との間に挟持される。基板58には、電動機(ブラシレスDCモータ)を駆動するIC、回転子60の位置を検出するホール素子などが実装されている。また、基板58には、その外周縁部付近の切り欠き部にリード線を口出しするリード線口出し部品61が、取り付けられる。
併せて、位置検出用マグネット410とスリーブ軸受66とを製造する。
併せて、マグネット組立68を製造する。マグネット組立68は、焼結マグネット402とバックヨーク403とを第1マグネットホルダ400及び第2マグネットホルダ401に組みつけて製造する。
基板58を組付け固定子47を製造する。リード線口出し部品61が取り付けられた基板58が基板押え部品95により絶縁部56に固定される。
併せて、羽根車60bを製造する。羽根車60b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。
併せて、回転子部60aを製造する。回転子部60aは、マグネット組立68と、フェライトなどの磁性粉末と樹脂を混練したペレットを成形した薄肉リング状の位置検出用マグネット410と、マグネット組立68の内側に設けられる円筒形のスリーブ軸受66(たとえば、カーボン製)とが、たとえばPPE(ポリフェニレンエーテル)などの樹脂で一体化される。
基板58を半田付けする。端子59(電源が供給される電源端子及び中性点端子)と基板58とを半田付けする。
併せて、軸70とスラスト軸受71と椀状隔壁部品90とを製造する。軸70は、SUSで製造される。スラスト軸受71はセラミックで製造される。
併せて、回転子部60aに羽根車60bを超音波溶着などにより組付ける。
固定子組立49を製造する。固定子47に、下穴部品81を組み付けることで固定子組立49が完成する。
併せて、下穴部品81を成形する。
併せて、ケーシング41を成形する。ケーシング41は、PPS(ポリフェニレンサルファイド)などの熱可塑性樹脂を用いて成形される。
併せて、椀状隔壁部品90に回転子60などを組付ける。
固定子組立49をモールド成形して、モールド固定子50を製造する。
併せて、椀状隔壁部品90にケーシング41を固定してポンプ部40を組立てる。
併せて、タッピングネジ160を製造する。
ポンプ10の組立を行う。モールド固定子50にポンプ部40を組付けタッピングネジ160で固定する。
Claims (13)
- 磁極位置検出素子が実装された基板を備えるモールド固定子と、
椀状隔壁部品内に回転自在に収納され、一端が前記磁極位置検出素子に対向し、他端が羽根車を取付ける羽根車取付部を備えた回転子部を有する回転子と、を備え、
前記回転子部は、
マグネットと、前記マグネットのうち前記羽根車取付部側の端部を保持する第1マグネットホルダと、前記マグネットのうち前記磁気位置検出素子側の端部を保持する第2マグネットホルダと、前記マグネットの内側に配置されるバックヨークと、前記バックヨークの内側に配置されるスリーブ軸受と、前記第2マグネットホルダの前記マグネット取付側とは反対側の面に設けられ、磁束が前記磁極位置検出素子によって検出される位置検出用マグネットとが、熱可塑性樹脂を用いて一体的に組み立てられ、前記熱可塑性樹脂で前記羽根車取付部が形成されている
ポンプ。 - 前記第2マグネットホルダには、
前記位置検出用マグネット側の面に凸部が複数形成され、
前記位置検出用マグネットは、
開口部と、
当該開口部の内周側に形成され、前記第2マグネットホルダに取り付けられた状態で前記凸部に押しつけられる段差と、
当該段差に形成され、前記第2マグネットホルダに取り付けられた状態で前記位置検出用マグネットが回転することを抑制する前記複数のリブとを有する
請求項1に記載のポンプ。 - 前記位置検出用マグネットは、
リング状である
請求項1又は2に記載のポンプ。 - 前記位置検出用マグネットは、
樹脂マグネットで構成されている
請求項1乃至3のいずれか一項に記載のポンプ。 - 前記マグネットは円筒状に形成され、
前記第1マグネットホルダから前記第2マグネットホルダに向かって伸びるように成形され、それぞれが略平行となるように前記第1マグネットホルダ及び第2マグネットホルダによって保持される複数のマグネットで構成される
請求項1乃至4のいずれか一項に記載のポンプ。 - 前記位置検出用マグネットは、
前記回転子部の磁極位置検出素子対向側端面と、この端面とは反対側の前記マグネット側の面とに、前記段差及び前記複数のリブが形成されている
請求項2に記載のポンプ。 - 前記第2マグネットホルダには、
前記マグネットの回転方向の位置決め、及び前記マグネットと前記スリーブ軸受との同軸を確保するために、前記回転子部の磁極位置検出素子対向側端面に放射状に複数の切欠きが形成されている
請求項1乃至6のいずれか一項に記載のポンプ。 - 前記第1マグネットホルダには、
前記マグネットの中空部に周方向に略等間隔に複数個形成され、羽根車側端面に向かって軸方向に延在し回転子の一体成形時に金型が押し当てられる略角形状の突起が形成されている
請求項1乃至7のいずれか一項に記載のポンプ。 - 冷媒−水熱交換器を介して冷媒回路と水回路とを接続し、前記水回路に請求項1乃至8のいずれか一項に記載のポンプを搭載した
冷凍サイクル装置。 - 焼結マグネット及びバックヨークを、前記焼結マグネットを保持する第1マグネットホルダ、及び位置検出用マグネットの台座となる凸部を有し、前記焼結マグネットを保持する第2マグネットホルダに取り付けてマグネット組立を組み立てる工程と、
固定子鉄心に巻線する工程と、
前記巻線後の前記固定子鉄心に基板を組み付けて固定子を組み立て、前記マグネット組立と前記位置検出用マグネットとスリーブ軸受とを一体成形して回転子部とする工程と、
前記固定子の端子と前記基板とを半田付けし、羽根車と前記回転子部とを組み付けて回転子とする工程と、
椀状隔壁部品を前記回転子に組付ける工程と、
前記固定子に、下穴部品を組み付けて固定子組立とし、前記固定子と前記下穴部品とをモールド一体成形してモールド固定子とし、前記回転子に組付けられた椀状隔壁部品にケーシングを固定してポンプ部を組立てる工程と、
前記モールド固定子に前記ポンプ部を組付け、タッピングネジで固定する工程とを備えた
ポンプの製造方法。 - 前記第1マグネットホルダには、
前記羽根車側の端面の周方向に長穴形状の凹部が複数形成され、
前記凹部及び位置検出用マグネットの台座となる前記凸部は、
前記マグネット組立と前記位置検出用マグネットと前記スリーブ軸受との熱可塑性樹脂による一体成形時に、前記熱可塑性樹脂により埋設される
請求項10に記載のポンプの製造方法。 - 前記第2マグネットホルダには、
前記回転子部の磁極位置検出素子対向側端面に放射状に複数の切欠きが形成され、前記焼結マグネットの回転方向の位置決めを行い、前記焼結マグネットと前記スリーブ軸受との同軸を確保する
請求項10又は11に記載のポンプの製造方法。 - 前記第1マグネットホルダには、
前記焼結マグネットの中空部に周方向に略等間隔に複数個形成され、前記羽根車側端面に向かって軸方向に延在し回転子の一体成形時に金型が押し当てられる略角形状の突起が形成されている
請求項10乃至12のいずれか一項に記載のポンプの製造方法。
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