(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
電動機室とポンプ室とを区画する仕切板を備え、前記電動機室にステータが配置され、前記ポンプ室に軸受を介して軸に対して回転可能に支持された円板状のロータが前記ステータと対向的に配置されているアキシャルギャップ型電動機を用いたポンプ装置であって、
前記ロータは前記電動機室側の面に環状のマグネットを配置するとともに、軸線方向の反対側の面にインペラを備え、
前記ステータは複数のコアメンバーを有し、同コアメンバーは、前記ロータと対向するティース面と、同ティース面から立設する巻胴部と、同巻胴部の先端側に環状のヨーク部の一部を形成するヨーク部片とを備える固定子鉄心と、同固定子鉄心の前記ティース面と前記ヨーク部片とを残して覆うインシュレータと、同インシュレータを介して前記巻胴部に巻回される巻線とを備え、
前記仕切板は、開口を有する有底の筒状部と、前記開口から径方向に延在する鍔部とを備え、前記筒状部には前記軸受が支持される軸受支持部が形成され、前記鍔部には前記コアメンバーが保持される保持部が形成されており、
前記コアメンバーの前記ティース面側には、前記保持部に保持される被保持部が形成されており、
前記保持部は前記鍔部の前記電動機室側の側面上に形成され、前記筒状部側から外径側に向かって放射状に延びる複数の断面T字状のガイド部からなり、
前記被保持部は前記ティース面と前記インシュレータとの間に形成されて径方向に延在する一対の溝部からなり、
前記コアメンバーは前記一対の溝部が前記ガイド部間に保持されて前記筒状部を中心に環状に配置され、前記ヨーク部片の周方向の両端に、隣接する前記コアメンバーの前記ヨーク部片と当接する当接面を備えることを特徴とするポンプ装置。
【背景技術】
【0002】
従来から、アキシャルギャップ型電動機を用いたポンプ装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。このポンプ装置は電動機室とポンプ室とを区画する仕切板を備えている。ポンプ装置は電動機室にステータが配置され、ポンプ室にロータおよびインペラが配置された構造になっている。ロータおよびインペラは軸受を介して軸に対して回転可能に支持されている。ステータとロータとは仕切板を挟んで対向的に配置されている。このポンプ装置ではアキシャルギャップ型電動機はバックヨークとティースが別部材となっている。このため、バックヨークを磁束経路として使用した時、バックヨークとティースとの接合面で磁束の交差が生じ、効率を低下させるという問題がある。
【0003】
これに対し、アキシャルギャップ型電動機のステータとして、ヨーク部片とティースとを一体形成した複数のコアメンバーにより構成されたステータが知られている(例えば、特許文献2参照)。このステータでは、ヨーク部片同士を連結して形成されるバックヨークをティースの反ロータ側に設けることで、磁束経路の拡大を図って、より高出力化することができるようになっている。
【0004】
このようなステータの場合には、コアメンバーのヨーク部片同士を互いに接触させて1つの磁気回路を形成するため、コアメンバーに形成されるインシュレータのフランジ部の側面に、コアメンバー同士を連結するための連結手段を設けることが考えられる(例えば、特許文献3参照)。しかしながら、このステータを用いてポンプ装置を製造するには、コアメンバーの構造が複雑なうえ、コアメンバー同士を連結して環状化する工程と環状化されたコアメンバーをポンプ装置内に取付ける工程との2つの工程が必要になるという問題がある。
【0005】
ところで、ポンプ装置における電動機の製造に関する構造の一例として、ラジアルギャップ型電動機を用いたポンプ装置が提案されている(例えば、特許文献4参照)。このポンプ装置はステータを仕切板に取付けた後、ステータと仕切板とがモールド樹脂で一体成形される。このステータは仕切板に設けられた凸部に対応する複数の凹部を備えており、凸部と凹部とを嵌め合わせることでステータが仕切板に取付けられる。
【0006】
しかしながら、特許文献4に示される構造は、ステータの内周側に配置される固定子鉄心のティースと仕切板との間の密着性について考慮されていなかった。このため、モールド樹脂の成形時の成形圧力により、仕切板とティースとの間にモールド樹脂が流れ込み、仕切板とティースとの密着性が悪くなるという問題点があった。また、仕切板とティースとが密着していないことで、固定子鉄心を覆うインシュレータに巻回された巻線や固定子鉄心から発生する熱の放熱性が悪くなるという問題点があった。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。
図1に示すように、本実施形態におけるポンプ装置は、アキシャルギャップ型電動機が用いられ、樹脂製の仕切板90によってポンプ室Aと電動機室Bとに水密的に区画されている。
【0013】
ポンプ室Aは、ポンプケーシング50内に軸10、ロータ20、インペラ30および軸受40が収容された構成になっている。ロータ20とインペラ30は、カーボン製の軸受40を介して軸10に対して回転可能に支持されている。電動機室Aは、モールド樹脂によりステータ60、電動機駆動部70および仕切板90が一体成形された電動機ハウジング80となっている。
【0014】
ロータ20は、中心部が軸受40を介して軸10に回転可能に支持された非磁性材からなる円板である。円板の電動機室A側の面の内部には、仕切板90と対向するように、マグネット21が埋め込まれている。マグネット21は、円周方向に複数個が等角度ピッチで環状に配置されている。また、ロータ20は、ポンプケーシング50側の面にインペラ30が一体形成されている。なお、インペラ30はロータ20と別体であってもよい。
【0015】
ステータ60は、複数のコアメンバー64を有している。コアメンバー64は、ロータ20と対向するティース部613と、ティース部613から立設する巻胴部611と、巻胴部611の先端側に環状のバックヨークの一部を形成するヨーク部片612とを有する固定子鉄心61を備えている。また、コアメンバー64には、固定子鉄心61のティース部613とヨーク部片612とを残して覆うインシュレータ62と、インシュレータ62を介して巻胴部611に巻回される巻線63とを備えている。コアメンバー64のティース部613のティース面613aは仕切板90と対面するように配置され、仕切板90に密着されている。各コアメンバー64は後述する仕切板90に円周方向に等角度ピッチで保持された状態で、モールド樹脂67で一体成形されている。
【0016】
電動機駆動部70は、回路基板71と、電動機の駆動制御を行うための回路基板71上に搭載された電子部品72とから構成されている。回路基板71は、コアメンバー64のヨーク部片612と対向するように配置され、インシュレータ62に形成された回路基板支持部621で支持されている。
【0017】
アキシャルギャップ型電動機自体は、ステータ60のティース部613とロータ20のマグネット21とが仕切板90を挟んで軸10の軸線方向に沿って所定間隔で対向的に配置されている。
【0018】
仕切板90は、後述する鍔部91と、周囲部92と、筒状部93と、軸支持部94とを備えている。鍔部91の厚さは、ステータ60のティース部613とロータ20のマグネット21が対向する位置であるので、磁気効率を良好にするために肉薄となっている。
【0019】
鍔部91の外周側に形成された周囲部92の厚さは肉厚となっている。周囲部92にはパッキン95が装着され、ポンプケーシング50と電動機ハウジング80とをパッキン95の外側にて図示しないネジで結合して締付けることで、ポンプ室A内の流体がポンプ装置の外に漏れない構造となっている。
【0020】
鍔部91の内周側に形成された筒状部93と一体形成された軸支持部94は、軸10を支持するために肉厚となっている。筒状部93には軸受40の上端が嵌合され、軸支持部94には軸10の上端が嵌合されている。
【0021】
以上説明してきた構成からなるポンプ装置の動作を説明する。ポンプ装置では、巻線63に供給される電流が、電動機駆動部70によって、ロータ20の回転位置に応じて切り換えられる。この電流の切り換えにより、ステータ60のティース部613とロータ20のマグネット21との間に磁気的な吸引/反発が起こり、ロータ20がインペラ30とともに所定の方向に回転する。このロータ20の回転により、図示しないポンプ吸引口から水や湯などの流体を吸引し、その流体をポンプ吐出口52から吐出することになる。
【0022】
次に、コアメンバー64について
図2を用いて詳細に説明する。なお、本実施例におけるステータ60は12個(12スロット)のコアメンバー64からなっているが、各コアメンバー64は同一形状であるため、以下では1個のコアメンバー64を説明する。
図1に示すインシュレータ62に形成された回路基板支持部621は図示を省略する。
【0023】
図2に示すように、コアメンバー64に備える固定子鉄心61は、H字状に打ち抜かれた電磁鋼板をステータ60の半径方向に沿って積層することで形成されている。固定子鉄心61は積層以外の方法、例えば、強磁性体を微細な粉末にし、その表面を絶縁被膜で覆い、圧縮して固めた圧粉磁心や、切削加工などによって形成されてもよい。
【0024】
固定子鉄心61は、巻胴部611と、巻胴部611の先端側に形成されるヨーク部片612と、巻胴部611の基端側に形成されるティース部613とが一体的に設けられている。これにより、固定子鉄心61は、巻胴部611の両端にフランジ状のヨーク部片612とティース部613とを有するボビン状に形成されている。
【0025】
巻胴部611は内径側から外径側に向かうにつれて、周方向の幅が漸次大きくなる断面三角形状に形成されている。ティース部613とヨーク部片612は軸線方向から見ると、内径側から外径側に向かうにつれて周方向の幅が漸次大きくなる扇状に形成されている。なお、巻胴部611、ティース部613およびヨーク部片612の形状は本実施例に限られず、その形状は使用に応じて任意であってよい。
【0026】
ヨーク部片612の
周方向の両端には、隣接するコアメンバー64のヨーク部片612と当接する当接面612a、612bが設けられる。以下では、当接面612aを第1当接面、当接面612bを第2当接面と称する。ヨーク部片612の
周方向の一端側には、
図2および
図4に示すように、第1当接面612aが設けられており、他端側には第2当接面612bが設けられている。第1当接面612aは、ヨーク部片612の底面から軸線方向に一段低く凹まされたL字状の段差からなっている。第2当接面612bは、ヨーク部片612の上面から軸線方向に一段低く凹まされたL字状の段差からなっている。
【0027】
第1当接面612aと第2当接面612bは、L字状の段差によって2つの面が形成されており、そのうちの1つの面がティース面613aとほぼ平行に形成されている。第1当接面612aは一方の隣接するコアメンバー64の第2当接面612bに沿って当接し、第2当接面612bは他方の隣接するコアメンバー64の第1当接面612aに沿って当接するようになっている。なお、第1当接面612aと第2当接面612bは、L字状の段差以外の段差によって3つ以上の面で形成されていてもよい。
【0028】
インシュレータ62は、巻胴部611の外周面を覆う外筒部622と、ヨーク部片612の内外周側およびティース部613の外周側を覆うとともに、ヨーク部片612およびティース部613の両側から径方向に延びるフランジ部623とを備えている。これにより、インシュレータ62は固定子鉄心61と同様に、外筒部622の両端にフランジ部623を有するボビン状に形成されている。
【0029】
インシュレータ62は樹脂成型品からなり、周方向に沿ってほぼ半分割されており、これらを固定子鉄心61の両側から嵌め込むことで、固定子鉄心61に取付られるようになっている。なお、インシュレータ62は固定子鉄心61に一体成形されるようにしてもよい。
【0030】
コアメンバー64は、コアメンバー64自体が仕切板90に保持される構造を備えている。
図2に示すように、固定子鉄心61のティース部613側には、後述する仕切板90に設けられる保持部911に対応する被保持部641が設けられている。被保持部641は、巻胴部611側にあるティース部613の底面613bと、インシュレータ62のフランジ部623の上面623aとの間に形成されて径方向に延びる一対の溝部641aからなっている。この一対の溝部641aに後述するガイド部911aが挿入されることにより、ティース面613aの内周側から外周側までの全面が鍔部91に当接するように、コアメンバー64が仕切板90に保持されるようになっている。
【0031】
次に、仕切板90について
図3を用いて詳細に説明する。
図3に示すように、仕切板90は、開口を有する有底筒状の筒状部93の底面中心から軸線方向の外側に向けて軸支持部94が突出される。また、筒状部93の開口から径方向に向かって円板状の鍔部91が一体的に形成されている。筒状部93は軸受支持部を兼ねており、筒状部93の開口内に軸受40が支持されるようになっている。
【0032】
仕切板90は、複数のコアメンバー64を環状に保持するため、保持部911を備えている。保持部911は、仕切板90の鍔部91の電動機室B側の側面上に設けられている。保持部911は、筒状部93側から外径側に向って放射状に形成される複数の断面T字状のガイド部911aからなっている。本実施例におけるガイド部911aは、コアメンバー64の個数に対応して12個が形成されているが、各ガイド部911aは同一形状であるため、以下では1個のガイド部911aを説明する。
【0033】
ガイド部911aは、コアメンバー64に備えた溝部641aに合致し、コアメンバー64を保持するようになっている。ガイド部911aは、鍔部91から軸線方向に形成される基台911bと、基台911bの先端側から周方向に形成される一対のフランジ911cとが一体的に設けられている。
【0034】
一対のフランジ911cは、溝部641aのティース部613側に当接する側面が、周方向に向けて上方に傾斜されている。これに対応するように、ティース部613の溝部641a側の側面も周方向に向けて下方に傾斜されている。なお、一対のフランジ911cとティース部613の側面を傾斜するようにしたが、これらの側面を鍔部91に対して平行にするようにしてもよい。
【0035】
一対のフランジ911cは、一方のコアメンバー64の一端側の溝部641aと嵌合するとともに、このコアメンバー64と隣接する他方のコアメンバー64の他端側の溝部641aと嵌合するようになっている。言い換えると、コアメンバー64の一対の溝部641aが、隣接するガイド部911aにおいて周方向に対向する各フランジ911cに嵌合するようになっている。
【0036】
次に、以上説明してきたコアメンバー64と仕切板90を用いて、ステータ60を組立て電動機ハウジング80を製造する手順について
図4乃至
図6を用いて説明する。なお、コアメンバー64には、図示しない巻線63がインシュレータ62を介して巻胴部611に巻回されているものとする。また、巻線63が巻回されているコアメンバー64は、三相のアキシャルギャップ型電動機を構成するため、4個のポールメンバー64がU相、V相、W相の各相の巻線で接続されたU相用コアメンバー組、V相用コアメンバー組、W相用コアメンバー組として組立が完成されているものとする。
【0037】
図4に示すように、1個目のコアメンバー64をガイド部911aに嵌合する際、まず、U相用コアメンバー組の巻き始めの巻線63が巻回されている1個目のコアメンバー64のティース面613aを、仕切板90の鍔部91に対面させる。次に、コアメンバー64の一対の溝部641aを、鍔部91のガイド部911a間で対向する各フランジ911cに位置合わせする。次に、位置合わせしたコアメンバー64を、鍔部91の内径側である筒状部93に向けて(黒矢印方向に向けて)ガイド部911aの終端911dまでスライドさせる。
【0038】
これにより、U相用コアメンバー組の1個目のコアメンバー64がガイド部911a間に保持され、そのコアメンバー64のティース面613aが仕切板90の鍔部91に当接された状態となる。同様に、U相用コアメンバー組のその他の3個のコアメンバー64についても、ガイド部911a間に保持される。このとき、2個目のコアメンバー64が2つ飛越しのガイド部911a間に、3個目のコアメンバー64が更に2つ飛越しのガイド部911a間に、巻き終わりの巻線63が巻回されている4個目のコアメンバー64が更に2つ飛越しのガイド部911a間にそれぞれ保持される。
【0039】
上述した手順と同様に、V相用コアメンバー組の1個目のコアメンバー64がU相用コアメンバー組の1個目のコアメンバー64に隣接するガイド部911a間に保持され、その他の3個のコアメンバー64についても同様にして、隣接するガイド部911a間に保持される。
【0040】
更に、W相コアメンバー組の1個目のコアメンバー64がV相用コアメンバー組の1個目のコアメンバー64に隣接するガイド部911a間に保持され、その他の3個のコアメンバー64についても、同様にして、隣接するガイド部911a間に保持される。
【0041】
この結果、
図5に示すように、12個のコアメンバー64が鍔部91上に筒状部93を中心に環状に固定された状態に組立てられる。この組立によって12個のコアメンバー64は、各ヨーク部片612の第1当接面612aと第2当接面612bとが互いに向い合せに噛合わされた状態となる。これにより、第1当接面612aと第2当接面612b同士が接触することになって、固定子鉄心61のバックヨークを形成することができる。また、コアメンバー64はガイド部911a間の保持に加えて、第1当接面612aと第2当接面612bとを噛合わせることで、より強固に保持させることができる。このように組立てられたステータ60は、
図6に示すように、各コアメンバー64に巻回された巻線64がU相、V相、W相ごとに完結された結線状態となっている。
【0042】
次に、組立てられたステータ60に対し、電子部品72が搭載された回路基板71を、インシュレータ62に形成された図示しない回路基板支持部621に支持させる。その後、回路基板71と巻線63との電気的接続が完成した組立品を、図示しない専用のインサート金型に取付ける。そして、インサート金型内に溶融樹脂を注入して、全体がモールド樹脂で一体成形された電動機ハウジング80の製造が完成する。
【0043】
以上説明してきた本発明のポンプ装置によれば、アキシャルギャップ型電動機のステータ60を構成する12個のコアメンバー64が仕切板90に保持される構造になっている。また、コアメンバー64に溝部641aを備え、仕切板90にガイド部911aを備えた構造になっている。
【0044】
したがって、コアメンバー64のティース部613側を仕切板90上に保持させることで、コアメンバー64の固定子鉄心61のティース面613aが内周側から外周側にかけて仕切板90の鍔部91上に接触するので、ティース面613aと鍔部91との密着性を高めることができる。このため、巻線63や固定子鉄心61から発生する熱が仕切板90を介して良好に熱伝達され、ポンプ室A内を流れる流体に向けて冷却効果が得られ、ステータ60の放熱性を改善することができる。
【0045】
更に、コアメンバー64を仕切板90上に保持させることで、環状化されたステータ60が完成するため、ステータ60の製造を簡素化することができる。このため、仕切板90に固定された状態のステータ60を電動機ハウジング80として一体成形し、電動機ハウジング80にポンプケーシング50を取付ける簡単な工程でポンプ装置を製造することができる。
【0046】
また、以上説明してきた本発明のポンプ装置によれば、インシュレータ62のフランジ部623の形状を左右対称な構造に形成できるため、コアメンバー64同士を連結させる特許文献3のような従来のコアメンバーと比較して、コアメンバー64自体をシンプルな構造にすることができる。また、仕切板90にガイド部911aを備えた構造になっているため、磁気効率を考慮して肉薄になっている鍔部91の強度を補強することができる。
【0047】
なお、本実施例では、被保持部641として、コアメンバー64に溝部641aを備え、保持部911として、仕切板90にガイド部911aを備えた構造になっているが、本発明はこれに限らず、例えば、被保持部641として、ティース部613側のインシュレータ62の内径側および外径側に軸線方向に凹部または凸部を備え、この凹部または凸部に対応する保持部911として凸部または凹部を鍔部91に備えた構造であってもよい。これにより、コアメンバー64が内径側と外径側で嵌合して位置決めされるので、上述の実施例と同様に、ティース面613aと鍔部91との密着性を高めることができるとともに、ステータ60の製造を簡素化できる。