JP6399806B2 - ステータ組立体並びに当該ステータ組立体を備えたマグネットロータ式モータ及びポンプ - Google Patents

Description

本発明は、例えば排水ポンプ等に用いられるモータ、特にはマグネットロータ式のモータに関する。

従来、水等の液体を扱うポンプにおいて、モータの金属部分を防水あるいは水密構造とするために、樹脂製の部材等で覆う構造を採用した、いわゆるキャンドモータポンプが用いられてきた。
このようなキャンドモータポンプを製造する際に、従来は、例えば下記特許文献１に記載されているように、まず最初に固定子（ステータ）と樹脂材とを一体モールド成形し、該成形体の外周に別の樹脂製の保持部を形成した後、保持部を備えた成形体の周囲にさらに上記保持部の樹脂と同一の樹脂でキャンを一体に形成する工程を実施していた。

特開２００３−８３２７７号公報

従来固定子を樹脂と一体モールド成形する場合、固定子の周囲全面を樹脂で覆うようにするためには、モールド成形を行う金型の内部に固定子を「浮かせた」状態で保持する必要があり、そのために特別な治具を固定子と金型との間に介在させるか、又は一体とされる樹脂と同一の樹脂でスペーサを作成してこれを固定子と金型との間に介在させるかにより、上記「浮かせた」状態で成形を行っていた。

しかしながら、固定子と金型との間に特別な治具を介在させた場合、固定子と治具とが接触する部分は樹脂でモールド成形されないため、固定子が露出したまま残ってしまうという問題があり、その露出部分に防錆処理を施す必要があった。
また、モールド成形される樹脂と同一の樹脂で作成したスペーサを介在させた場合、固定子の周囲のモールド成形は十分になされるが、その後にキャンを改めて一体成形するため、固定子と回転子（ロータ）との間に樹脂モールド分とキャン分との樹脂層が形成されることになり、結果として固定子と回転子とのギャップが大きくなってモータとしての磁力の損失が大きくなってしまうという問題があった。
そこで、本発明の目的は、固定子（ステータ）を樹脂モールド成形する際に、簡易な構成により固定子と金型との位置決め固定を行うことができ、またモールド樹脂からの露出が少ない固定子の形状を提供することにある。
また、本発明の別の目的は、固定子を覆う樹脂を極小化することにより、固定子と回転子（ロータ）とのギャップを小さくできる構造を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明を適用するステータ組立体は、積層形成されたステータコア部材と、該ステータコア部材を樹脂モールドしてなる樹脂モールド体と、からなるステータ組立体であって、前記ステータコア部材は、外周面に突起部が形成された複数の環状金属板からなり、前記樹脂モールドは、前記突起部の先端が露出するようになされており、前記環状金属板は、前記突起部が、接する層において重ならないように転積されており、前記ステータコア部材の軸線方向に見て各突起部の先端が同一円周上に位置する。

また、前記突起部は、前記ステータコア部材の内周面にも形成されていても良い。
また、前記樹脂モールドは、前記ステータコア部材の内周面に形成された突起部の先端が露出するようになされていても良い。
さらに、前記ステータコア部材の内周面が、樹脂モールドされずに露出していても良い。

そして、前記突起部は、前記ステータコア部材の平面視で、例えば円弧状、三角形状、四角形状等の任意の形状を適用できる。

また、本発明のステータ組立体は、該ステータ組立体によって電磁気的に回転駆動されるロータ組立体を備えたモータであって、前記ステータ組立体は中心シャフトを備え、前記ロータ組立体は、円筒形のマグネットロータと、該ロータを保持するロータ中心体とからなるマグネットロータ式モータにも適用できる。

このようなモータは、前記ロータ中心体には、前記中心シャフトに回転自在となすための軸受が装備されている。
また、前記ロータ中心体の中心軸穴の底部には、前記中心シャフトの先端が当接可能なスラスト受け板を備えるものである。
さらに、前記ロータ中心体は、前記ステータ組立体におけるロータ収容部の内径より大きな外径を有するフランジ部を備えるものである。
さらに、前記ロータ中心体は、回転出力軸を連結する取付部を下端部に備えるものである。

また、本発明のステータ組立体を備えたマグネットロータ式モータは、前記マグネットロータ式モータを覆うモータカバーと、前記回転出力軸に連結する回転羽根と、前記回転羽根を収容するポンプ室を有するポンプハウジングと、前記ポンプハウジングの上面の開口部を覆う蓋部として機能するハウジングカバーと、を含むポンプにも適用できる。

本発明のステータ組立体は、上記の構成を備えることにより、追加的な治具や樹脂スペーサ等を介在させることなく、固定子（ステータ）の周囲を樹脂モールド成形して形成することが可能となる。また、モールド樹脂からの固定子の露出を少なくすることができる。
また、本発明のステータ組立体によれば、表面を覆う樹脂の厚さは金型と固定子（ステータ）との隙間により定められるため、固定子と回転子とのギャップを小さくすることができる。

本発明の一実施例のマグネットロータ式モータの断面図。 ステータ組立体の断面図。 ロータ組立体の断面図。 本発明の一実施例のマグネットロータ式モータを適用した排水ポンプの側面図。 排水ポンプの上面図。 図５のＡ−Ａ断面図。 本発明の一実施例のステータ組立体の側面図。 図７の符号Ｂで示す面で切断した断面図。 図８に示すステータコア部材の外周部の一部を拡大した要部拡大図。 図８に示すステータコア部材を樹脂モールド成形する際のステータコア部材と金型との位置関係を示す要部拡大図。 ステータコア部材の変形例を示す要部拡大図。 ステータコア部材の変形例を示す要部拡大図。

図１は本発明の一実施例のステータ組立体１２０を含むマグネットロータ式モータ１００の断面図であって、該マグネットロータ式モータ１００はそれぞれ別体に製造されるステータ組立体１２０とロータ組立体１４０により構成される。

図２は、図１に示されたステータ組立体１２０の断面図、図３はロータ組立体１４０の断面図である。
ステータ組立体１２０は、ロータの収容部を有し、周縁に樹脂モールド体１２１内に一体に配設されたボビン１２２を有している。ボビン１２２はコイル１２４が巻かれ、リード端子１２５から供電を受ける。コイル１２４は金属板を重ねたステータコア部材１２６を励磁する。
樹脂モールド体１２１の中心部には円柱形のシャフト１３０が挿入、圧入あるいはインサート成形等により取り付けられる。

ロータ組立体１４０は、中空円筒形状で中心軸穴を有するロータ中心体１４１を有する。ロータ中心体１４１の下端部は閉塞されていて、図６に示される回転羽根２００の軸部２１０に圧入される取付部１４４を凸設するとともに、ロータ中心体１４１の上部外側にはマグネットロータ１４６が固着される。
マグネットロータ１４６の下方にはマグネットロータ１４６への水の浸入を防止するフランジ部１４２が設けられる。フランジ部１４２はステータ組立体１２０のロータ収容部を覆う外径を有している。
ロータ中心体１４１の内径部には挿入される中心シャフト１３０（図１）が挿入される軸受１５０、１５２が取り付けられる。下方の軸受１５２の底部にはスラスト受け板１６０が配置される。

ロータ組立体１４０をステータ組立体１２０に対して組み立てる工程は、ステータ組立体１２０の中心シャフト１３０をロータ組立体１４０の軸受１５０と軸受１５２に対して挿入するだけで良い。
中心シャフト１３０の先端部はスラスト受け板１６０に当接するとともに、ステータコア部材１２６とマグネットロータ１４６は互いの磁力により引き合い、ロータ組立体１４０が中心シャフト１３０から抜け落ちることはない。

この状態で樹脂モールド体１２１の底部１２１ａとフランジ部１４２の間に間隙Ｇ_１が形成される構成となっている。この間隙Ｇ_１はロータ組立体１４０が回転時に樹脂モールド体１２１と干渉することのないように設定される。また、フランジ部１４２の存在によって水がモータ１００内部に浸入するのを防止する。

また、上述した構造のマグネットロータ式モータ１００にステータ組立体１２０を適用する場合、該マグネットロータ式モータ１００の内部に水が浸入するのを防ぐことができるため、ステータ組立体１２０のロータ収容部を形成する内周面は、樹脂モールドがなくステータコア部材１２６が露出したままの状態で適用してもよい。
このような構成により、ステータとロータとの間の樹脂を削減することができるため、ステータとロータのギャップを小さくすることができ、結果としてモータの磁力の損失を抑えることができる。

図４は図１に示されたマグネットロータ式モータを装備した排水ポンプの側面図、図５は上面図、図６は図５のＡ−Ａ断面図である。
排水ポンプは合成樹脂製のポンプハウジング１０を有し、ポンプハウジング１０のポンプ室１２内に回転羽根２００が装備される。ポンプハウジング１０の上部にはＯリング３０を介して合成樹脂製のハウジングカバー（以後下カバーという）４０が取り付けられる。
下カバー４０はポンプハウジング１０に設けられるスナップフィット式の係止爪１４を利用してスナップフィット機能によりポンプハウジング１０に着脱自在に取り付けられる。
また、下カバー４０はポンプハウジング１０の上面を覆う蓋部４６を有し、蓋部４６の中央部には回転羽根２００の軸部２１０が貫通する開口部４８が形成される。

図７は、本発明の一実施例のステータ組立体１２０の側面図であり、図８は、図７の符号Ｂで示す面で切断した断面図である。
図７に示すように、ステータ組立体１２０は、外観上、樹脂モールド体１２１と該樹脂モールド体１２１に内包されるステータコア部材１２６に給電する配線１２５とからなり、樹脂モールド体１２１のステータコア部材１２６が位置する部分の外周面には、後述するステータコア部材１２６に形成された突起部１２６ａの一部（突起部１２６ａの先端）が露出している。

図８に示すように、ステータ組立体１２０は、樹脂モールド体１２１に覆われたステータコア部材１２６からなり、当該ステータコア部材１２６には、コイル１２４が巻回された複数のボビン１２２が設けられている。
また、ステータコア部材１２６の外周面には、金型の内周面に接触することにより、金型とステータコア部材とを所定の間隔をもって位置決めするための突起部１２６ａが形成されている。
このような突起部１２６ａをステータコア部材１２６に備えることにより、樹脂モールド成形時にステータコア部材１２６を金型から事実上浮かしたように位置決め保持することが可能となり、また当該突起部１２６ａの高さ（半径方向の長さ）とモールドされる樹脂の厚さとが対応するため、上記突起部１２６ａの高さを適宜選択することにより、樹脂モールド体の樹脂厚さを制御することが可能となる。

図９は、図８に示すステータコア部材１２６の外周部の一部を拡大した要部拡大図である。
ステータコタ部材１２６は、上述したとおり通常は複数の金属板を積層したものであり、当該複数の金属板を転積（回転積層）することにより、金属板に設けた突起部１２６ａをステータコア部材１２６の円周上の任意の位置にずらして配置でき、この結果、各層の突起部１２６ａを接する層において重ならないようにすることができる。またこの結果、１枚の金属板に設ける突起部１２６ａの数を減らすことができる。

図１０は、図８及び図９に示すステータコア部材１２６を樹脂モールド成形する際のステータコア部材１２６と金型３００との位置関係を示す要部拡大図である。
図１０に示すように、ステータコア部材１２６の外周部には、平面視で円弧状の突起部１２６ａが形成されており、当該突起部１２６ａが金型３００と接触することにより、金型３００の内面とステータコア部材１２６との間にモールド時に樹脂が流入するための隙間を形成しつつ位置決めがなされる。
ここで、上述したとおり、ステータコア部材１２６の外周部に突起部１２６ａが形成されているため、樹脂モールド成形時に金型３００との間に樹脂が流入するための隙間が形成される。
また、当該突起部１２６ａの高さとモールドされる樹脂の厚さとが対応するため、上記突起部１２６ａの高さを適宜選択することにより、樹脂モールド体の樹脂厚さを制御することが可能となる。

図１１及び図１２は、本発明のステータ組立体１２０に適用されるステータコア部材１２６の変形例を示す要部拡大図である。
ステータコア部材１２６に設けられる突起部１２６ａは、上述した樹脂モールド成形時に金型との間で樹脂が流入することができる隙間を確保するとともに位置決めができる程度のものであれば、大きさ、形状及び１枚の金属板に設けられる数等は任意に設定することが可能である。
例えば、図１１に示すように、ステータコア部材１２６の外周部に突出する突起部１２６ａは、平面視で三角形状としても良い。このような形状とすることにより、位置決めに必要な金属板の突起部の剛性を確保するとともに樹脂モールドされる隙間も大きく確保できるという利点がある。
また、図１２に示すように、突起部１２６ａを断面が金型３００に沿った略四角形状としても良い。このような形状とすることにより、樹脂モールドされる隙間を確保するとともに、樹脂モールド成形後にステータ組立体１２０の外観上で突起部１２６ａの位置や形状を視認できるため、ステータコア部材１２６が正しく位置決めされたかどうかを確認することができるという利点がある。

上述したとおり、本発明のステータ組立体１２０は、樹脂モールド成形時にステータコア部材１２６の突起部１２６ａを金型に当接させることにより、当該突起部１２６ａの高さに相当する隙間を形成して樹脂層の厚さを選択できるため、従来のように別の治具や樹脂製のスペーサ等を介在させることなく、簡易な構造で樹脂層の厚さを小さくすることができ、結果として、ステータとロータとのギャップを小さくすることができる。
また、ステータコア部材１２６を樹脂モールドする際、金型内壁に突起１２６ａを当接させるようにしているので、樹脂モールドの表面に露出するのは前記突起１２６ａの先端部（金型との当接部）のみとなる。したがって、該露出部の防錆処理も最小限に留めることができ、また当該ステータ組立体１２０が設置される環境によっては上記の防錆処理も省略可能である。

なお、本発明のモータの具体的な適用例として排水ポンプの場合を例示したが、本発明のマグネットロータ式モータは、給湯器や食器洗浄機等に用いられるポンプや水槽のろ過装置に用いられる汲み上げポンプ、あるいは送風ファン等、いかなる分野又は用途にも適用が可能である。

１０ ポンプハウジング
１２ ポンプ室
１４ スナップフィットアーム
３０ Ｏリング
４０ ハウジングカバー（下カバー）
４２ スナップフィット受け
４４ スナップフィット受け
４６ 蓋部
４８ 開口部
５０ モータカバー（上カバー）
５４ スナップフィット式の係止爪
１００ モータ
１２０ ステータ組立体
１２１ 樹脂モールド体
１２２ ボビン
１２４ コイル
１２５ 配線
１２６ ステータコア部材
１３０ 中心シャフト
１４０ ロータ組立体
１４１ ロータ中心体
１４２ フランジ部
１４４ 取付部
１４６ マグネットロータ
１５０、１５２ 軸受
１６０ スラスト受け板
２００ 回転羽根
２１０ 軸部
３００ 金型
Ｇ_１ 間隙

Claims (13)

1. 積層形成されたステータコア部材と、該ステータコア部材を樹脂モールドしてなる樹脂モールド体と、からなるステータ組立体であって、
   前記ステータコア部材は、外周面に突起部が形成された複数の環状金属板からなり、
   前記樹脂モールドは、前記突起部の先端が露出するようになされており、
   前記環状金属板は、前記突起部が、接する層において重ならないように転積されており、前記ステータコア部材の軸線方向に見て各突起部の先端が同一円周上に位置することを特徴とするステータ組立体。
2. 前記突起部は、前記ステータコア部材の内周面にも形成されていることを特徴とする請求項１に記載のステータ組立体。
3. 前記樹脂モールドは、前記ステータコア部材の内周面に形成された突起部の先端が露出するようになされていることを特徴とする請求項２に記載のステータ組立体。
4. 前記ステータコア部材の内周面が、樹脂モールドされずに露出していることを特徴とする請求項１又は２に記載のステータ組立体。
5. 前記突起部は、前記ステータコア部材の平面視で円弧状であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のステータ組立体。
6. 前記突起部は、前記ステータコア部材の平面視で三角形状であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のステータ組立体。
7. 前記突起部は、前記ステータコア部材の平面視で四角形状であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のステータ組立体。
8. 請求項１〜７のいずれかに１項に記載されたステータ組立体と、該ステータ組立体によって電磁気的に回転駆動されるロータ組立体とを備え、
   前記ステータ組立体は中心シャフトを備え、
   前記ロータ組立体は、円筒形のマグネットロータと、該ロータを保持するロータ中心体とからなり、
   前記中心シャフトを中心として回転可能に構成されている
   ことを特徴とするマグネットロータ式モータ。
9. 前記ロータ中心体には、前記中心シャフトに回転自在となすための軸受が装備されていることを特徴とする請求項８に記載のマグネットロータ式モータ。
10. 前記ロータ中心体の中心軸穴の底部には、前記中心シャフトの先端が当接可能なスラスト受け板を備えていることを特徴とする請求項８又は９に記載のマグネットロータ式モータ。
11. 前記ロータ中心体は、前記ステータ組立体におけるロータ収容部の内径より大きな外径を有するフランジ部を備えていることを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載のマグネットロータ式モータ。
12. 前記ロータ中心体は、回転出力軸を連結する取付部を下端部に備えていることを特徴とする請求項８〜１１のいずれかに記載のマグネットロータ式モータ。
13. 請求項１２に記載されたマグネットロータ式モータと、前記マグネットロータ式モータを覆うモータカバーと、前記回転出力軸に連結する回転羽根と、前記回転羽根を収容するポンプ室を有するポンプハウジングと、前記ポンプハウジングの上面の開口部を覆う蓋部として機能するハウジングカバーと、を含むポンプ。

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