JP2010011581A - クローポール型モータ及びこれを用いたポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】巻き線構造の簡略化を図り、製造コストの低減を実現するクローポール型モータ及びこれを用いたポンプを提供する。
【解決手段】回転軸１に永久磁石２を固定してなるロータ３と、ロータ３に回転駆動力を伝達する爪磁極（クローポール）４を有したヨーク５に円環状の巻き線６を取り付けてなるステータ７と、を備えるクローポール型モータにおいて、前記ステータ７の片面側に所定ギャップＧを有して前記ロータ３を対向配置して片側アキシャルギャップ構造とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、クローポール型モータ及びこれを用いたポンプに関し、詳細には、巻き線構造の簡略化技術に関する。

特許文献１には、アキシャルギャップ型の電動ポンプが開示されている。この電動ポンプは、永久磁石とマグネットヨークを有したインペラと、該インペラを収容するケーシングと、該ケーシングの外部に配置される中心部に円弧部を有する磁性体で構成されたステータコアと、該ステータコアに巻回された巻き線とを有し、これらインペラとステータコアと巻き線とによってアキシャルギャップ型構造をなしている。

特許文献１では、ステータコアは、全部で６個の巻き線を対角線上のもの同士を直列に接続して３組のコイルとなし、それらコイルを星形に接続した３相接続としている。
特開２０００−１４５６８２号公報

前記したように、特許文献１に示す構造では、巻き線をステータコアに形成された各スロットに巻き付ける作業が面倒であるばかりか、３組のコイルを使用することから巻き線構造が複雑なものとなっている。

そこで、本発明は、巻き線構造の簡略化を図り、製造コストの低減を実現するクローポール型モータ及びこれを用いたポンプを提供することを目的とする。

本発明は、クローポール型モータにおいて、爪磁極を有したヨークに円環状の巻き線を取り付けたステータの片面側に、所定ギャップを有してロータを対向配置させることにより片側アキシャルギャップ構造とする。

また、本発明のポンプは、本願発明の片側アキシャルギャップ構造のクローポール型モータをポンプケースに収容し、ロータに羽根車を設ける。

本発明の片側アキシャルギャップ構造のクローポール型モータによれば、ステータに形成されたスロットに巻き線を巻回するのとは異なり、円環状の巻き線を爪磁極を有したヨークに取り付けた構造（単に配置した構造）としているので、巻き線をヨークに取り付ける作業が容易になり、その巻き線構造も簡略化でき、製造コストを低減することが可能となる。

また、本発明のポンプによれば、片側アキシャルギャップ構造のクローポール型モータを使用することで、両側アキシャルギャップ構造のモータを使用した場合に比べてポンプ自体を小型化することができる。

以下、本発明を適用した具体的な実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

「第１実施形態」
図１は第１実施形態における片側アキシャルギャップ構造のクローポール型モータの概略断面図、図２は図１のクローポール型モータのステータを示し、（Ａ）はステータの平面図、（Ｂ）は図１（Ａ）のＡ−Ａ線断面図、（Ｃ）は図１（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。

クローポール型モータは、構造が単純であることから生産性が良く、しかも製造コストも低く抑えることができるという利点を有している。本実施形態では、そのクローポール型モータを片側アキシャルギャップ構造とし、爪磁極を有したヨークに円環状の巻き線を取り付けることにより、巻き線構造を簡略化して製造コストを低減させる。

具体的な片側アキシャルギャップ構造としたクローポール型モータの構造は、図１に示すように、回転軸１に永久磁石２を固定してなるロータ３と、ロータ３に回転駆動力を伝達する爪磁極４を有したヨーク５に円環状の巻き線６を取り付けてなるステータ７と、を備え、前記ステータ７の片面側に所定ギャップＧを有して前記ロータ３を対向配置させた構造としている。

ロータ３は、図示を省略する軸受けにより回転自在に支持される回転軸１と、この回転軸１に固定される円盤形状をなす永久磁石２とから構成される。永久磁石２は、磁気回路（磁束）を構成する。そして、ロータ３は、前記ステータ７に設けられた巻き線６への通電により生じる電磁力を受けて前記回転軸１を中心として回転する。

ステータ７は、爪磁極（クローポール）４を有したヨーク５と、このヨーク５に取り付けられる巻き線６と、巻き線６を巻回させるボビン８と、で構成されている。ヨーク５は、図２に示すように、上下で１組を構成する平面視円環形状の第１ヨーク５Ａと第２ヨーク５Ｂとからなり、これらを上下に組み合わせ結合することにより、内部にボビン８に巻回した巻き線６を配置させる巻き線収容空間を形成している。

前記ヨーク５には、複数個の爪磁極４が形成されている。本実施形態では、第１ヨーク５Ａに４つの爪磁極４を形成し、第２ヨーク５Ｂにも同じく４つの爪磁極４を形成している。これら第１ヨーク５Ａに形成された爪磁極４と第２ヨーク５Ｂに形成された爪磁極４は、互いに位置をずらして互い違いに配置されている。

巻き線６は、ボビン８に巻回されて前記巻き線収容空間に配置される。かかる巻き線６は、通電されることにより磁界を発生し、その磁界を爪磁極４からロータ３へと効率良く伝達させる。この巻き線６への通電により発生した磁界は、図示を省略する制御部により制御される。

そして、この実施形態のクローポール型モータでは、前記ステータ７の片面側に所定ギャップＧを有して前記ロータ３を対向配置させることで、片側アキシャルギャップ構造をなしている。このように構成された片側アキシャルギャップ構造のクローポール型モータにおいては、巻き線６への通電により発生する磁界が爪磁極４から永久磁石２へと伝達されることにより、該永久磁石２とＮ極又はＳ極に高速でスイッチング切り替えされる爪磁極４との間で吸引反発することによって前記ロータ３が回転軸１を中心として回転する。

第１実施形態のクローポール型モータによれば、ステータに形成されたスロットに巻き線を巻き付けた従来構造のモータに比べて、巻き線６をヨーク５に取り付ける作業が容易になり、その巻き線構造も簡略化でき、製造コストを低減することが可能となる。特に、第１実施形態のクローポール型モータステータ７は、片面側のみにロータ３を対向配置させた片側アキシャルギャップ構造であるので、ステータ７の構成が簡略化され、コスト面で有利になる。また、この片側アキシャルギャップ構造のクローポール型モータでは、両側アキシャルギャップ構造のクローポール型モータに比べて薄くできると共に外径を小さなものにできる。

「第２実施形態」
第２実施形態のクローポール型モータは、第１実施形態の片側アキシャルギャップ構造のクローポール型モータにおけるヨーク５を、圧粉鉄心、樹脂バインダ、金属ガラス、珪素鋼板の何れかで構成した例である。その他の構成は、図１及び図２で示した第１実施形態と同様である。第２実施形態のクローポール型モータの構成は、第１実施形態と同様であるため、図１及び図２を参照することとして図示は省略する。

ヨーク５を圧粉鉄心で構成するには、金型のキャビティー内に磁性粉を充填し圧縮することにより成形したヨーク５を使用する。圧粉鉄心は、鉄粉個々の表面を無機絶縁皮膜でコーティングし、粒子間を樹脂でバインドした構造とされたもので、高周波での鉄損失が低く（渦電流損失が低く）、また飽和磁束密度が大きくしかも耐熱性に優れるという利点を備えている。

ヨーク５を圧粉鉄心で構成したクローポール型モータでは、これまでヨークに使用されて来た電磁鋼板やフェライトでは満足出来ない数百ｋＨｚの高周波数域で使用することができる他、従来同等の性能でより薄型にでき、小型化が可能となる。

また、ヨーク５を樹脂バインダ、金属ガラス、珪素鋼板で構成したクローポール型モータでは、圧粉鉄心と同じく渦電流損失が抑えられ高効率のモータとすることができると共に、巻き線構造も単純化することができ製造コスト低減を図ることが可能となる。

「第３実施形態」
第３実施形態のクローポール型モータは、第１実施形態の片側アキシャルギャップ構造のクローポール型モータにおけるステータ７全体を、モールド樹脂９で被覆した例である。その他の構成は、図１及び図２で示した第１実施形態と同様である。図３は第２実施形態における片側アキシャルギャップ構造のクローポール型モータの概略断面図である。

モールド樹脂９は、例えば不飽和ポリエステルなどからなり、ステータ７全体を覆うようにして設けられている。かかるモールド樹脂９は、発熱するモータの熱をこのモールド樹脂９を介してモータ外へと逃がしモータを冷却する作用をする。また、モールド樹脂９は、ステータ７全体を被覆することにより、ステータ７を外力から保護することができる。特に、ヨーク５を圧粉鉄心で構成した場合は、強度的に脆くなるが、モールド樹脂９によって被覆されることでその欠点を回避することができる。また、モールド樹脂９でステータ７全体を被覆することで、耐水性の向上並びに低騒音化が望める。

「第４実施形態」
第４実施形態は、本発明に係る片側アキシャルギャップ構造のクローポール型モータをポンプケースに収容し、ロータに羽根車を設けることにより、ポンプとした例である。クローポール型モータの構造自体は、ロータに羽根車を設けた点を除けば、第１、２実施形態と同様の構造である。図４は第４実施形態におけるポンプの概略断面図である。なお、図４では本発明を理解し易くするためにポンプケースの詳細形状を簡略化して示してある。

ポンプケース１０は、液体を吸排させる吸入口１１及び吐出口１２を有しており、ロータ３及びステータ７からなる本発明に係る片側アキシャルギャップ構造のクローポール型モータを収容させている。

吸入口１１は、ロータ３の回転軸１の軸芯方向から液体を吸入し、該ロータ３が回転自在に収容配置されるポンプ室１３内へと液体を吸い込むようにポンプ上部に設けられている。吐出口１２は、ポンプ室１３に吸い込んだ液体をロータ３の回転により径方向へ向かって吐出させ、ポンプ外へと液体を吐出させるようにポンプ側面に設けられている。

前記ロータ３には、液体を吸排するための羽根車１４が設けられている。羽根車１４は、前記永久磁石２の上部であって回転軸１に固定されている。かかる羽根車１４は、吸入口１１からポンプ室１３内へと吸い込んだ液体に遠心力を与えて吐出口１２からポンプ外へと排出する。

このように構成されたポンプにおいては、巻き線６への通電により発生する磁界が爪磁極４から永久磁石２へと伝達されることにより、該永久磁石２とＮ極又はＳ極に高速でスイッチングされて切り替えられる爪磁極４との吸引反発により、前記ロータ３に設けられた羽根車１４が回転軸１を中心として回転する。そして、この羽根車１４の回転に伴いポンプ作用が発生し、液体が吸入口１１よりポンプ室１３内へと吸い込まれ、該ポンプ室１３内で加圧されて周囲方向へ圧送されて吐出口１２からポンプ外へと液体が吐出される。

第４実施形態のポンプによれば、巻き線構造が単純化され且つ薄型化された本発明に係る片側アキシャルギャップ構造のクローポール型モータをポンプ用モータとして使用しているので、ポンプ自体を小型化することができると共にポンプ効率も高めることができる。

なお、第４実施形態では、第１及び第２実施形態の片側アキシャルギャップ構造のクローポール型モータをポンプ用モータに適用した例としているが、第３実施形態のクローポール型モータも当然のことながらポンプとして使用できるのは言うまでもない。この場合は、モールド樹脂９により発熱するモータを効率良く冷却でき、ポンプ能力をより一層高めることが可能となる。

「第５実施形態」
第５実施形態は、第４実施形態における羽根車を永久磁石と一体化させた構造の片側アキシャルギャップ構造のクローポール型モータをポンプケースに収容したポンプの例である。第５実施形態のポンプは、羽根車を永久磁石に一体化した点を除けば、第４実施形態と同様の構造である。図５は第５実施形態におけるポンプの概略断面図である。なお、図５では、図４と同様に本発明を理解し易くするためにポンプケースの詳細形状を簡略化して示してある。

羽根車１４は、例えば永久磁石２自体に羽根を形成（永久磁石２で羽根車１４を形成）することにより、該永久磁石２と一体的に形成されている。また、羽根車１４は、永久磁石２を金型のキャビティー内に配置し、二色成形することにより、該永久磁石２と一体的に形成してもよい。

永久磁石２に羽根車１４を一体化したロータ３を使用すれば、部品点数を少なくすることができ、ポンプ組み立て作業を簡略化することもできる。

図１は第１実施形態における片側アキシャルギャップ構造のクローポール型モータの概略断面図である。 図２は図１のクローポール型モータのステータを示し、（Ａ）はステータの平面図、（Ｂ）は図１（Ａ）のＡ−Ａ線断面図、（Ｃ）は図１（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。 図３は第２実施形態における片側アキシャルギャップ構造のクローポール型モータの概略断面図である。 図４は第４実施形態のポンプの断面図である。 図５は第５実施形態におけるポンプの概略断面図である。

符号の説明

１…回転軸
２…永久磁石
３…ロータ
４…爪磁極（クローポール）
５…ヨーク
６…巻き線
７…ステータ
８…ボビン
９…モールド樹脂
１０…ポンプケース
１１…吸入口
１２…吐出口
１３…ポンプ室
１４…羽根車

Claims (7)

1. 回転軸に永久磁石を固定してなるロータと、
   前記ロータに回転駆動力を伝達する、爪磁極を有したヨークに円環状の巻き線を取り付けてなるステータと、を備え、
   前記ステータの片面側に所定ギャップを有して前記ロータを対向配置して片側アキシャルギャップ構造とした
   ことを特徴とするクローポール型モータ。
2. 請求項１に記載のクローポール型モータであって、
   前記ヨークを、磁性粉を圧縮して成形した圧粉鉄心で構成した
   ことを特徴とするクローポール型モータ。
3. 請求項１に記載のクローポール型モータであって、
   前記ヨークを、樹脂バインダで構成した
   ことを特徴とするクローポール型モータ。
4. 請求項１に記載のクローポール型モータであって、
   前記ヨークを、金属ガラスで構成した
   ことを特徴とするクローポール型モータ。
5. 請求項１に記載のクローポール型モータであって、
   前記ヨークを、珪素鋼板で構成した
   ことを特徴とするクローポール型モータ。
6. 少なくとも請求項１から請求項５の何れか１項に記載のクローポール型モータを、液体を吸排させる吸入口及び吐出口を有したポンプケースに収容し、前記ロータに羽根車を設けたことを特徴とするポンプ。
7. 請求項６に記載のポンプであって、
   前記羽根車は、前記永久磁石と一体構造とした
   ことを特徴とするポンプ。

Images