JPWO2008102860A1 - モータ及び電動ポンプ - Google Patents

Abstract

ステータと、ステータの内周に配設されるロータとを備えるモータにおいて、ステータは、略円筒状のステータコアと、導線が巻回されたコイルとから構成され、ステータコアは、ステータの外周壁となる外周部と、導線が巻回される内周部とを備えている。また、外周部は、圧粉磁性体からなる第１の焼結金属によって形成されるとともに、内周部は、圧粉磁性体からなる第２の焼結金属によって形成され、第１の焼結金属は、第２の焼結金属と比べて、機械的強度の高い焼結金属である。そして、外周部と内周部が拡散接合によって接合されることで、ステータコアが形成されている。

Description

本発明は、モータ及び電動ポンプに関する。

従来、特開２００６−２２３０２４号公報に記載されるような、ステータの内周にロータが配設される、インナーロータ型モータが広く知られている。より具体的には、ステータと、ステータの内周に配設されるロータとを備えるモータにおいて、軸方向におけるモータの端部を覆うカバーと、モータの外周（即ち、ステータの外周）を覆うモータケースとを備え、モータケースにステータを圧入する構成である。

また、一般に、インナーロータ型モータ（以下、単に「モータ」という。）において、モータの外周を覆うモータケースを備えない、所謂フレームレスモータが知られている（例えば、特開平９−１４９５６７号公報，特開平９−２１９９５０号公報参照）。より具体的には、ステータと、ステータの内周に配設されるロータとを備えるモータにおいて、軸方向におけるモータの端部を覆うブラケットを備え、軸方向におけるステータの端部がブラケットに固定される構成である。

ところで、前記従来のモータケースを備える構成のモータは、モータの外周がモータケースによって覆われるため、モータケースを備えない構成のモータに比べて、モータケースの厚み分だけ体積が大きくなってしまう。従って、モータを小型化することを目的とした場合、モータケースを備えない構成のモータを用いることが望ましい。

ところが、前記従来のモータケースを備えない構成のモータは、ステータの外周が露出してしまう。一般に、ステータは、ロータを回転させるための磁界を発生することを目的としているため、ステータの材質は、透磁率等の磁気特性を最も考慮して選定される。従って、ステータが所望の機械的強度を有さず、露出したステータの外周に傷がついてしまう場合がある。このような場合を考慮すると、モータケースの厚み分だけ大型化してしまうが、ステータの外周を覆うモータケースを備える構成にせざるを得ないという問題があった。

そこで、本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ステータコアが所望の機械的強度を有することができ、モータの外周を覆う部材を備えない構成とすることにより、モータの小型化を図ることができるモータ及び電動ポンプを提供することを目的とする。

本発明の第１の様態は、ステータと、ステータの内周に配設されるロータとを備えるモータにおいて、ステータは、略円筒状のステータコアと、導線が巻回されたコイルとから構成され、ステータコアは、ステータの外周壁となる外周部と、導線が巻回される内周部とを備え、外周部は、圧粉磁性体からなる第１の焼結金属によって形成されるとともに、内周部は、圧粉磁性体からなる第２の焼結金属によって形成され、第１の焼結金属は、第２の焼結金属と比べて、機械的強度の高い焼結金属であり、外周部と内周部が拡散接合によって接合されることで、ステータコアが形成されていることを特徴とする。

同構成によれば、ステータコアの外周部は、内周部を形成する第２の焼結金属と比べて、機械的強度の高い第１の焼結金属によって形成されているため、第２の焼結金属のみでステータコアが形成されている場合と比べて、ステータコアの外周部に傷がつきにくい。従って、ステータコアの外周部を、傷がつきにくい機械的強度とすることで、モータケース（即ち、モータの外周を覆う部材）を備えない構成とすることができ、ステータの外周を覆うモータケースを備える構成のモータと比べて、モータケースの厚み分、モータを小型化することができる。

また、本発明の第２の様態は、第１の様態のモータにおいて、第２の焼結金属は、第１の焼結金属と比べて、透磁率の大きい焼結金属であることを特徴とする。

同構成によれば、ステータコアの内周部は、外周部を形成する第１の焼結金属と比べて、透磁率の大きい第２の焼結金属によって形成されているため、第１の焼結金属のみでステータコアが形成されている場合と比べて、磁気特性の良いステータコアを得ることができる。従って、ステータコアの磁気特性を良くすることができ、効率の良いモータを得ることができる。

また、本発明の第３の様態は、ポンプと、ポンプを駆動するモータとを備える電動ポンプであって、モータが、第１または第２の様態のモータにより構成されていることを特徴とする。

同構成によれば、電動ポンプのモータが、第１または第２の様態のモータによって構成されているので、モータの外周を覆う部材を必要とせず、電動ポンプのモータを小型化し、電動ポンプを小型化することができる。

本発明によれば、ステータコアの外周部が所望の機械的強度を有することができ、モータの外周を覆う部材を省くことにより、モータの小型化を図ることができる。

実施形態に係るモータの一部断面図。 ステータコアの平面図。 実施形態に係る電動ポンプの一部断面図。

（第１の実施形態）
以下、本発明をモータに具体化した第１の実施の形態を図１及び図２に基づいて説明する。このモータ１０は、例えば、車両のウォーターポンプ、オイルポンプ及びトランスミッション用ポンプ等の補機類の駆動源として使用される。

（全体構成）
モータ１０は、図１に示すように、ステータ１１と、シャフト１５と永久磁石１６とを備えたロータ１４と、ステータ１１及びロータ１４の軸方向（即ち、図中の矢印Ｘの方向）の端部を覆うように配設されたカバー１７，１８とを備えている。さらに、モータ１０は、シャフト１５を回転可能に支持する軸受１９ａ，１９ｂと、軸受１９ｂに近設される密封装置１９ｃとを備えている。

ステータ１１は、図１及び図２に示すように、軸方向の両端が開口した略円筒状のステータコア１２と、導線が巻回されたコイル１３とから構成されている。ステータコア１２は、ステータ１１の外周壁１１ａとなる外周部１２ａと、導線が巻回される内周部１２ｂとを備える。そして、外周部１２ａは、圧粉磁性体からなる第１の焼結金属としての焼結金属Ｍ１によって形成されるとともに、内周部１２ｂは、圧粉磁性体からなる第２の焼結金属としての焼結金属Ｍ２によって形成されている。また、ステータコア１２の内周部１２ｂには、図２に示すように、複数（本実施形態では、１２個）のティース１２ｃが設けられており、ティース１２ｃの、導線が巻回される箇所１２ｄの軸方向端部は、図１に示すように、ティース１２ｃの先端部１２ｅ及び外周部１２ａの軸方向端部と比べて、凹設されている。これらティース１２ｃに導線が巻回されることによりコイル１３が形成されている。なお、このような、外周部１２ａと内周部１２ｂが、異なる圧粉磁性体からなる焼結金属Ｍ１，Ｍ２により形成されているステータコア１２については、後に詳述する。

ロータ１４は、図１に示すように、ステータ１１の内周に配設されている。ロータ１４にはシャフト１５が貫設されて固定されており、また、ロータ１４の外周面には、磁極が周方向において交互に着磁されている円筒状の永久磁石１６が固定されている。永久磁石１６の外周面１６ａとステータコア１２の内周部１２ｂとは、接触しないように対向している。このように構成されたロータ１４は、通電されたコイル１３によって生じる回転磁界により、永久磁石１６、並びに永久磁石１６に対して固定されているロータ１４及びシャフト１５が回転する。

ステータ１１とロータ１４の軸方向の一方の端部を覆うカバー１７には、図１に示されるように、軸受収容部１７ａが設けられている。また、ステータ１１とロータ１４の軸方向の他方の端部を覆うカバー１８は、軸受収容部１８ａが設けられるとともに、シャフト１５を貫挿するための貫通孔１８ｂを有している。ステータ１１とロータ１４の軸方向の端部を覆うこれらのカバー１７，１８は、ねじ（不図示）等によって、ステータコア１２の軸方向の端面に接続されている。

軸受収容部１７ａ，１８ａに収容された軸受１９ａ，１９ｂは、図１に示されるように、シャフト１５を回転可能に支持しており、カバー１８と軸受１９ｂの間には、シャフト１５と貫通孔１８ｂの僅かな隙間から異物が軸受１９ｂに進入しないように、弾性部材からなる環状の密封装置１９ｃが設けられている。

（ステータコア）
上述した、外周部１２ａと内周部１２ｂとが、異なる圧粉磁性体からなる焼結金属Ｍ１，Ｍ２により形成されているステータコア１２について詳述する。

ステータコア１２に用いられる、圧粉磁性体からなる焼結金属とは、鉄粉等の金属磁性粉末と樹脂とを混合し、この混合した物をプレスにより成型し、加熱して硬化させた（即ち、焼結させた）物である。樹脂は金属磁性粉末の粒子間を絶縁することを目的として混合されている。

このような圧粉磁性体からなる焼結金属によって形成されるステータコア１２は、プレスにより成形されるため、複数枚の電磁鋼板を積層して形成されるステータコアと比べて、ステータコア１２の３次元形状を容易に形成することができる。また、一般に、このような圧粉磁性体からなる焼結金属によって形成されるステータコアは、電磁鋼板からなるステータコアと比べて、高周波領域での鉄損が少ない。これら圧粉磁性体からなる焼結金属Ｍ１と焼結金属Ｍ２が、拡散接合によって接合される。

ステータコア１２は、焼結金属Ｍ１により形成された外周部１２ａと、焼結金属Ｍ２により形成された内周部１２ｂとが拡散接合によって接合されることで、形成されている。拡散接合とは、２つの金属を接触させて加圧及び加熱を行うことによって、接触した部分において２つの金属の原子が拡散することを利用して、２つの金属を接合する手法である。

なお、外周部１２ａの形成に用いられる焼結金属Ｍ１としては、焼結金属Ｍ２と比し、例えば、鉄粉を主成分とし、ニッケル等の粉末が添加された混合物を焼結させた、機械的強度の高い焼結金属を用いる。例えば、ＪＩＳのＳＭＦ３種系、ＳＭＦ４種系、ＳＭＦ５種系が好適である。

また、内周部１２ｂの形成に用いられる焼結金属Ｍ２としては、焼結金属Ｍ１と比し、例えば、絶縁皮膜で覆われた、数十〜数百μｍ程度の粒径の鉄粉又は鉄を主成分とする金属粉末を焼結させた、透磁率の大きい焼結金属を用いる。この焼結金属としては、例えば、軟磁性複合材料を用いることが好ましく、ヘガネスＡＢ社製のＳＯＭＡＬＯＹ５００（商品名）等が好適である。

上記第１の実施形態のモータによれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）ステータコア１２は、ステータ１１の外周壁となる外周部１２ａと、導線が巻回される内周部１２ｂとを備え、外周部１２ａは、圧粉磁性体からなる焼結金属Ｍ１によって形成されるとともに、内周部１２ｂは、圧粉磁性体からなる焼結金属Ｍ２によって形成されている。そして、焼結金属Ｍ１は、焼結金属Ｍ２と比べて、機械的強度の高い焼結金属である。従って、ステータコア１２の外周部１２ａは、内周部１２ｂを形成する焼結金属Ｍ２と比べて、機械的強度の高い焼結金属Ｍ１によって形成されているため、焼結金属Ｍ２のみでステータコア１２が形成されている場合と比べて、ステータコア１２の外周部１２ａに傷がつきにくい。従って、ステータコア１２の外周部１２ａを、傷がつきにくい機械的強度とすることで、モータケース（即ち、モータの外周を覆う部材）を備えない構成とすることができ、ステータ１１の外周を覆うモータケースを備える構成のモータと比べて、モータケースの厚み分、モータ１０を小型化することができる。

（２）焼結金属Ｍ２は、焼結金属Ｍ１と比べて、透磁率の大きい焼結金属Ｍ２である。従って、ステータコア１２の内周部１２ｂは、外周部１２ａを形成する焼結金属Ｍ１と比べて、透磁率の大きい焼結金属Ｍ２によって形成されているため、焼結金属Ｍ１のみでステータコア１２が形成されている場合と比べて、磁気特性の良いステータコア１２を得ることができる。従って、ステータコア１２の磁気特性を良くすることができ、効率の良いモータ１０を得ることができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明を電動ポンプに具体化した第２の実施形態を説明する。この電動ポンプは、例えば、車両のウォーターポンプ、オイルポンプ及びトランスミッション用ポンプ等の補機類として使用される。なお、前記第１の実施形態と同様の部材構成については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

（全体構成）
電動ポンプ１００は、図３に示すように、電動ポンプ１００の駆動源としてのモータ１０と、モータ１０の駆動により駆動するポンプ２０と、モータ１０の駆動を制御する制御部３０とを備えている。モータ１０の、軸方向の一方の端部にポンプ２０が設けられるとともに、モータ１０の、軸方向の他方の端部に制御部３０が設けられている。

（モータの構成）
モータ１０は、図３に示すように、ステータ１１と、シャフト１５と永久磁石１６とを備えたロータ１４とを備えている。さらに、モータ１０は、シャフト１５を回転可能に支持する軸受１９ａ，１９ｂと、軸受１９ｂに近設される密封装置１９ｃとを備えている。また、ステータ１１は、ステータコア１２と、コイル１３とから構成されている。ステータコア１２は、上記第１の実施形態と同様に、ステータ１１の外周壁１１ａとなる外周部１２ａと、導線が巻回される内周部１２ｂとを備えている。そして、圧粉磁性体からなる焼結金属Ｍ１によって形成された外周部１２ａと、圧粉磁性体からなる焼結金属Ｍ２によって形成された内周部１２ｂとが拡散接合によって接合されることで、ステータコア１２が形成されている。

（ポンプの構成）
ポンプ２０は、図３に示すように、モータ１０の、軸方向の一方の端部を覆うポンプハウジング２１と、ポンプ室２２内に収容されたインナギヤ２３と、インナギヤ２３と噛み合って回転するアウタギヤ２４と、ポンプハウジング２１の軸方向の端部を覆うポンププレート２５とから構成されている。

ポンプハウジング２１には、軸受１９ｂを収容する軸受収容部２１ａが設けられるとともに、軸方向へ延設されたシャフト１５を挿通させるための貫通孔２１ｂが設けられている。貫通孔２１ｂと軸受１９ｂとの間には、密封装置１９ｃが設けられ、シャフト１５と貫通孔２１ｂとの僅かな隙間から流体が軸受１９ｂへ進入することを抑制している。

ポンプハウジング２１内に収容されているインナギヤ２３は、ロータ１４から延設されているシャフト１５に固定されているため、ロータ１４と一体に回転する。また、アウタギヤ２４はインナギヤ２３と噛み合って回転する。インナギヤ２３とアウタギヤ２４との回転軸は偏心しており、インナギヤ２３とアウタギヤ２４との歯数は異なっている。そのため、インナギヤ２３とアウタギヤ２４との間には空間部が形成され、インナギヤ２３及びアウタギヤ２４の回転によって空間部の容積が変化する。インナギヤ２３及びアウタギヤ２４の回転によって容積が増加して低圧となる空間部は、流入口（不図示）に接続されるとともに、インナギヤ２３及びアウタギヤ２４の回転によって容積が減少して高圧となる空間部は、吐出口（不図示）に接続されている。従って、流入口から流入した流体は、ポンプ２０の空間部を経由して、吐出口へ流出する。このような仕組みのポンプとしては、トロコイド曲線やインボリュート曲線を歯の形状に利用した内接ギヤポンプが知られている。

また、ポンププレート２５は、ポンプハウジング２１に固定されるとともに、ポンプハウジング２１とポンププレート２５との間には、環状のシール部材２６が設けられている。このシール部材２６は、ポンプハウジング２１に押しつけられることによって圧縮されているため、ポンプハウジング２１とポンププレート２５との間の液密性が確保される。

（制御部の構成）
制御部３０は、図３に示すように、モータ１０の、軸方向の他方の端部を覆うハウジング３１と、コントローラ収容部３２と、電子部品３３が実装された制御基板３４と、この制御基板３４を覆うコントローラカバー３５とから構成される。

ハウジング３１には、軸受１９ａを収容する軸受収容部３１ａが設けられるとともに、制御基板３４を収容するための、コントローラ収容部３２が形成されている。そして、コントローラ収容部３２内に収容された制御基板３４を覆うように、コントローラカバー３５がハウジング３１に固定されているため、制御基板３４及び電子部品３３の防水性及び防泥性が確保される。

このように構成された制御部３０の制御基板３４からの指令に基づき、モータ１０が駆動されると、所望の速さで、インナギヤ２３はシャフト１５と一体的に回転し、これに伴いアウタギヤ２４も回転する。そして、上述したように、ポンプ２０において、流入口から流入した流体（例えば、燃料、水、オイル等の液体）が、単位時間当りに所望の量で、吐出口へ流出する。

上記第２の実施形態の電動ポンプによれば、以下のような効果を得ることができる。
（３）電動ポンプ１００は、ポンプ２０と、ポンプ２０を駆動するモータ１０とを備え、モータ１０が、上記第１の実施形態と同様の構成を備えたモータにより構成されているため、上記（１）〜（２）の効果を有するモータ１０を得ることができる。従って、モータ１０の外周を覆う部材を必要としないため、電動ポンプ１００のモータ１０を小型化し、電動ポンプ１００を小型化することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
・上記第２の実施形態において、ポンプ２０は、インナギヤ２３及びアウタギヤ２４からなる内接ギヤポンプであったが、ポンプ２０が外接ギヤポンプであってもよい。

Claims (3)

1. 略円筒状のステータコアと、導線が巻回されたコイルとを含むステータと、
   該ステータの内周に配設されるロータと
   を備えるモータにおいて、
   前記ステータコアは、前記ステータの外周壁となる外周部と、前記導線が巻回される内周部とを備え、
   前記外周部は、圧粉磁性体からなる第１の焼結金属によって形成されるとともに、前記内周部は、圧粉磁性体からなる第２の焼結金属によって形成され、
   前記第１の焼結金属は、前記第２の焼結金属と比べて、機械的強度の高い焼結金属であり、
   前記外周部と前記内周部が拡散接合によって接合されることで、前記ステータコアが形成されている
   ことを特徴とするモータ。
2. 前記第２の焼結金属は、前記第１の焼結金属と比べて、透磁率の大きい焼結金属である ことを特徴とする請求項１に記載のモータ。
3. ポンプと、該ポンプを駆動するモータとを備える電動ポンプであって、
   前記モータが、請求項１または請求項２に記載のモータにより構成されている
   ことを特徴とする電動ポンプ。

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