特開 2022-30250 アキシャルギャップモータ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022030250

(43)【公開日】2022-02-18

(54)【発明の名称】アキシャルギャップモータ

(51)【国際特許分類】

   H02K 1/20 20060101AFI20220210BHJP

   H02K 1/14 20060101ALI20220210BHJP

   H02K 21/24 20060101ALI20220210BHJP

【ＦＩ】

H02K1/20 Z

H02K1/14 Z

H02K21/24 M

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020134102

(22)【出願日】2020-08-06

(71)【出願人】

【識別番号】392008437

【氏名又は名称】株式会社久保田鉄工所

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】特許業務法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】森田 泰之

(72)【発明者】

【氏名】藤田 直丈

【テーマコード（参考）】

5H601

5H621

【Ｆターム（参考）】

5H601AA16

5H601BB11

5H601CC01

5H601CC15

5H601DD12

5H601DD18

5H601DD30

5H601DD42

5H601GA02

5H601GA22

5H601GB13

5H601GB23

5H601GB34

5H601GB48

5H601GC02

5H601GC12

5H601GC22

5H601GE17

5H601JJ02

5H601KK26

5H621BB07

5H621BB10

5H621GA01

5H621GA04

5H621HH01

5H621JK11

(57)【要約】

【課題】アキシャルギャップモータの軽量化を図りながら、効率を高め、さらに低コスト化も実現する。
【解決手段】ステータ２０は、回転中心線と直交する方向に延びるバックヨーク板部２０ａと、バックヨーク板部２０ａの一方の側面から板厚方向に突出し、コイル２１が巻装される柱状部２０ｂとを備えている。柱状部２０ｂの内部に空洞部Ｓ３が設けられている。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

モータ筐体に固定されたステータ及び当該ステータに巻装されたコイルと、回転体に固定された磁石及びバックヨークとを備えたアキシャルギャップモータにおいて、
前記ステータは、回転中心線と直交する方向に延びるバックヨーク板部と、当該バックヨーク板部の一方の側面から板厚方向に突出し、前記コイルが巻装される柱状部とを備え、
前記バックヨーク板部には、前記柱状部に形成された空洞部に連通する連通孔が当該バックヨーク板部を厚み方向に貫通するように形成され、
前記連通孔は、前記バックヨーク板部の他方の側面に開口していることを特徴とするアキシャルギャップモータ。

【請求項2】

請求項１に記載のアキシャルギャップモータにおいて、
前記連通孔は、前記バックヨーク板部の他方の側面に近づくほど拡径することを特徴とするアキシャルギャップモータ。

【請求項3】

請求項１または２に記載のアキシャルギャップモータにおいて、
前記バックヨーク板部には、前記回転中心線を通る貫通孔が形成されていることを特徴とするアキシャルギャップモータ。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか１つに記載のアキシャルギャップモータにおいて、
前記柱状部の突出方向先端部は閉塞されるとともに、前記磁石に対向するように配置されていることを特徴とするアキシャルギャップモータ。

【請求項5】

請求項１から４のいずれか１つに記載のアキシャルギャップモータにおいて、
複数の前記柱状部が前記回転中心線の周方向に互いに間隔をあけて設けられ、
前記柱状部の前記回転中心線と直交する方向の断面形状は、径方向内側へ行くほど幅が狭くなっており、
前記空洞部の前記回転中心線と直交する方向の断面形状は、径方向内側へ行くほど幅が狭くなっていることを特徴とするアキシャルギャップモータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、例えば電動ウォーターポンプ等に設けられるアキシャルギャップモータに関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、例えば特許文献１、２に開示されている電動ウォーターポンプは、回転動作により水の吸入・吐出を行うインペラと、当該インペラを回転させるアキシャルギャップモータとを備えている。アキシャルギャップモータは、ハウジングに固定されたステータ及び当該ステータに巻装されたコイルと、インペラに固定された磁石及びバックヨークとで構成されており、コイルと、磁石及びバックヨークとが軸方向に対向するように配置されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１７－１１０５９３号公報

【特許文献2】特開２０１８－１３５７９７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、特に車両等に搭載されるアキシャルギャップモータにおいては軽量化の要求が強い。アキシャルギャップモータを構成する部材の中で特に重い部材として挙げられるのはステータであり、このステータを軽量化することでアキシャルギャップモータ全体の重量を削減できると考えられる。しかし、ステータは効率を高める上で重要な部材であり、安易に小型化ないし軽量化すると、アキシャルギャップモータの効率の低下を招くおそれがあった。

【0005】

また、上述したように軽量化が求められる一方で、アキシャルギャップモータの効率向上の要求も強く、軽量化と効率向上の相反する要求を高い次元で両立させるのが困難であった。さらに、アキシャルギャップモータの低コスト化の要求も強い。

【0006】

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、アキシャルギャップモータの軽量化を図りながら、効率を高め、さらに低コスト化も実現することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記目的を達成するために、本発明では、ステータの磁界通路となる断面のうち、所定領域を縮小することによって磁界密度を向上させるようにした。

【0008】

第１の発明は、モータ筐体に固定されたステータ及び当該ステータに巻装されたコイルと、回転体に固定された磁石及びバックヨークとを備えたアキシャルギャップモータにおいて、前記ステータは、回転中心線と直交する方向に延びるバックヨーク板部と、当該バックヨーク板部の一方の側面から板厚方向に突出し、前記コイルが巻装される柱状部とを備え、前記バックヨーク板部には、前記柱状部に形成された空洞部に連通する連通孔が当該バックヨーク板部を厚み方向に貫通するように形成され、前記連通孔は、前記バックヨーク板部の他方の側面に開口していることを特徴とする。

【0009】

この構成によれば、ステータの柱状部にコイルが巻装されることによってステータとコイルとが一体化される。コイルに通電されると磁界が発生する。このとき発生する磁界の方向はコイルの中心線が位置するステータの柱状部の突出方向に沿う方向になるので、柱状部が磁界通路となる。本発明では、柱状部の内部が中空であり、当該柱状部の断面積が縮小されているので、磁界通路断面積が縮小されることになる。この構成により、磁束を柱状部の周囲に集中させることができ、柱状部の磁束密度が向上し、アキシャルギャップモータの効率が向上する。

【0010】

また、柱状部の内部を中空にし、バックヨーク板部に連通孔を形成することで、重量物であったステータが軽量になるとともに、材料の使用量が削減されてステータが安価になる。

【0011】

第２の発明は、前記連通孔は、前記バックヨーク板部の他方の側面に近づくほど拡径することを特徴とする。

【0012】

この構成によれば、連通孔の径がバックヨーク板部の他方の側面に向かって徐々に拡大することになるので、磁界通路断面形状を徐変させることができる。

【0013】

第３の発明は、前記バックヨーク板部には、前記回転中心線を通る貫通孔が形成されていることを特徴とする。

【0014】

すなわち、バックヨーク板部における回転中心線上に位置する部分は、いわゆるバックヨークとして殆ど機能しない部分である。この回転中心線を通る貫通孔をバックヨーク板部に形成することで、効率を低下させることなく、ステータの更なる軽量化が可能になる。

【0015】

第４の発明は、前記柱状部の突出方向先端部は閉塞されるとともに、前記磁石に対向するように配置されていることを特徴とする。

【0016】

この構成によれば、柱状部の突出方向先端部を磁石に対向させた状態で、当該磁石と対向する部分の面積を広く確保することができる。これにより、効率の低下が抑制される。

【0017】

第５の発明は、複数の前記柱状部が前記回転中心線の周方向に互いに間隔をあけて設けられ、前記柱状部の前記回転中心線と直交する方向の断面形状は、径方向内側へ行くほど幅が狭くなっており、前記空洞部の前記回転中心線と直交する方向の断面形状は、径方向内側へ行くほど幅が狭くなっていることを特徴とする。

【0018】

この構成によれば、各柱状部にコイルを巻装して複数のコイルを設ける場合に、コイルを密に配置することができる。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、ステータのコイルが巻装される柱状部の内部を中空にしたので、磁界通路断面を縮小して効率を向上させることができるとともに、アキシャルギャップモータの軽量化を図ることができ、さらに、材料の使用量が削減されて低コスト化も実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の実施形態に係る電動ウォーターポンプの正面図である。

【図2】図１におけるII－II線断面図である。

【図3】ステータを柱状部の突出方向先端側から見た図である。

【図4】図３におけるIV－IV線断面図である。

【図5】ステータを柱状部の突出方向と反対側から見た図である。

【図6】図１２におけるインペラ周辺の拡大図である。

【図7】スラスト軸受構造の部分拡大断面図である。

【図8】モータ筐体のシャフトが挿入される部分周辺を軸方向から見た拡大図である。

【図9】スラスト軸受部品を摺動面側から見た図である。

【図10】スラスト軸受部品を反摺動面側から見た図である。

【図11】シャフトが挿入され、スラスト軸受部品が組み付けられた状態を示す図８相当図である。

【図12A】実施形態に係るステータの磁束密度をシミュレーションした結果を示す図である。

【図12B】比較例に係るステータの磁束密度をシミュレーションした結果を示す図である。

【図13A】実施形態に係るステータの断面の磁束密度をシミュレーションした結果を示す図である。

【図13B】比較例に係るステータの断面の磁束密度をシミュレーションした結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

【0022】

図１は、本発明の実施形態に係る電動ウォーターポンプ１の正面図である。電動ウォーターポンプ１は、車両に搭載されている各種機器を冷却する冷却水を所定の経路内で循環させるためのものである。前記各種機器としては、例えば走行用モータ、インバータ回路、エンジン、変速機、空調機器等を挙げることができるが、これらに限られるものではなく、他の機器の冷却水を循環させることもできる。この実施形態の説明では、図１及び図２の上側を電動ウォーターポンプ１の上側といい、図１及び図２の下側を電動ウォーターポンプ１の下側というものとするが、これは説明の便宜を図るために定義するだけであり、実際の使用時の姿勢を限定するものではなく、どのような姿勢で電動ウォーターポンプ１を使用してもよい。

【0023】

以下の説明では、本発明を電動ウォーターポンプ１に適用した場合について説明したが、これに限らず、本発明は、様々な液体や気体を送る電動ポンプに適用することもできる。また、気体を送る電動ポンプは、ブロアーやファン、圧縮機等であってもよい。

【0024】

図２に示すように、電動ウォーターポンプ１は、アキシャルギャップモータ２と、モータ筐体３と、インペラ４と、ハウジング５と、回路基板（制御基板）６と、背面部材７とを備えている。インペラ４はハウジング５内に収容されており、このハウジング５内に収容されたインペラ４がアキシャルギャップモータ２によって所定の方向に回転駆動されるようになっている。

【0025】

（ハウジング５の構成）
ハウジング５は、例えば樹脂材を射出成形してなる射出成形品である。図１に示す正面視においてハウジング５の中央に位置する部分には、図２に示すようにインペラ４の回転中心線方向に突出する吸入管部５０が一体成形されている。吸入管部５０の先端部（上流端部）には、吸入口５０ａが開口している。吸入口５０ａには、図示しない吸入側配管を流通した冷却水が吸入されるようになっている。

【0026】

ハウジング５は、吸入管部５０の基端部（下流端部）から径方向に延びるポンプ室形成壁部５１を有しており、吸入管部５０の突出方向と反対側は略全体が開放された形状となっている。ポンプ室形成壁部５１の内方には、吸入管部５０の下流端部に連通するポンプ室Ｓ１が形成されており、このポンプ室Ｓ１内にインペラ４が収容されている。ポンプ室形成壁部５１には、吸入管部５０の基端部から径方向に離れた部分に膨出部５１ａが形成されている。膨出部５１ａは、インペラ４の回転中心線周りに円弧状に延びるように形成されており、その膨出部５１ａの内方には、ポンプ室Ｓ１に連通する流出通路Ｓ２が形成されている。

【0027】

図１に示すように、ハウジング５における流出通路Ｓ２の下流端部に対応する部分には、吐出管部５２が一体成形されている。吐出管部５２は、インペラ４の回転中心を中心とする仮想円の接線方向に突出するように形成されている。吐出管部５２の基端部（上流端部）は、流出通路Ｓ２の下流端部と連通している。吐出管部５２の先端部（下流端部）には、吐出口５２ａが開口している。吐出口５２ａには、図示しない吐出側配管が連通しており、吐出管部５２を流通した冷却水が吐出側配管に流入するようになっている。

【0028】

（モータ筐体３の構成）
モータ筐体３は、例えば樹脂材を射出成形してなる射出成形品であり、ハウジング５を開放側から覆うように形成されている。図１に示すように、モータ筐体３の上側は、ハウジング５の上側よりも上方へ突出している。図２に示すように、モータ筐体３は、後述するアキシャルギャップモータ２のステータ２０及びコイル２１が埋め込まれるステータ埋込部３１を有している。ステータ埋込部３１は、厚肉な板状をなしており、ハウジング５のポンプ室形成壁部５１と対向するように配置されている。ステータ埋込部３１と、ハウジング５のポンプ室形成壁部５１との間に、上記ポンプ室Ｓ１が形成されている。

【0029】

また、モータ筐体３には、ハウジング５のポンプ室形成壁部５１の内側に嵌まるように形成された環状部３０が設けられている。環状部３０は、ステータ埋込部３１の周縁部からハウジング５内へ向けて突出するように形成されており、この環状部３０の外周面と、ポンプ室形成壁部５１の内周面とは互いに密着するようになっている。環状部３０の外周面と、ポンプ室形成壁部５１の内周面とを密着させることにより、両者間の水密性が確保される。モータ筐体３の外周部には、被締結部５４がインペラ４の回転中心線Ｘの径方向へ突出するように形成されている。各被締結部５４には、インペラ４の回転中心線Ｘ方向に貫通する締結孔５４ａが形成されている。

【0030】

環状部３０の外周面と、ポンプ室形成壁部５１の内周面とを密着、もしくは接着することにより、両者間の水密性及び気密性が確保される。他の接合例として、環状部３０とポンプ室形成壁部５１とを例えばスピン融着（溶着）することもでき、これにより、ガスケットなどの封止部品とボルト締結を廃止しながら２部品を接合して水密性及び気密性を確保できる。また、融着等することなく、環状部３０とポンプ室形成壁部５１との間にガスケットなどの封止部品（図示せず）を介在させた状態で、ボルト締結して両者を接合してもよい。環状部３０とポンプ室形成壁部５１との接合構造は、水密性及び気密性を確保できればよいので、上述した構造以外の接合構造を用いることも可能である。

【0031】

被締結部５４の締結孔５４ａには例えば防振ゴムなどで構成された筒状の弾性材１００が装着される。弾性材１００の内部には、金属製のカラー１０１が挿入されている。カラー１０１の端面にはワッシャ１０２が当接するように配設されている。この状態でボルトＢの軸部を、ワッシャ１０２及びカラー１０１に挿入してエンジンＥ等に締結することで電動ウォーターポンプ１をエンジンＥ等にフローティングマウントすることができる。この取付構造は一例であり、必要に応じて変更することができる。また、電動ウォーターポンプ１は車体に取り付けてもよい。

【0032】

（アキシャルギャップモータ２の構成）
図２に示すように、アキシャルギャップモータ２は、モータ筐体３に固定されたステータ２０及び当該ステータ２０に巻装されたコイル２１と、インペラ４に固定された磁石２２及びバックヨーク２３と、モータ筐体３に固定された金属製のシャフト２４とを備えている。シャフト２４は導電性を有する部材で構成されており、例えば鉄等を挙げることができる。シャフト２４の基端側（図２の左側）は、モータ筐体３のステータ埋込部３１の中心部に埋め込まれて当該モータ筐体３を構成する樹脂材によって覆われた状態で保持されている。シャフト２４の先端側は、ステータ埋込部３１からハウジング５内に突出するように配設されており、シャフト２４におけるハウジング５内へ突出した部分によってインペラ４を回転可能に支持している。シャフト２４の中心線はインペラ４の回転中心線Ｘとなる。

【0033】

ステータ２０及びコイル２１は、モータ筐体３を構成する樹脂材によって覆われて当該モータ筐体３と一体化されている。すなわち、ステータ２０は、鉄等の金属製の部材からなるものであり、図３～図５に示すように、円板状のベース部２０ａと、該ベース部２０ａの外周部分からハウジング５内へ向けて突出し、シャフト２４周りに等間隔に位置する複数の柱状部２０ｂとを有している。柱状部２０ｂは、ベース部２０ａの一方の側面（図４における右側に位置する側面）からベース部２０ａの板厚方向に突出している。

【0034】

ベース部２０ａの中心部には、シャフト２４の基端側が挿通するシャフト挿通孔（貫通孔）２０ｃが形成されている。シャフト挿通孔２０ｃは、回転中心線Ｘを通っており、ベース部２０ａの両側面に開口している。シャフト挿通孔２０ｃは、円形にすることができるが、その形状は特に限定されるものではない。

【0035】

ベース部２０ａにおけるシャフト挿通孔２０ｃの周囲には、複数の肉抜き孔２０ｄが回転中心線Ｘの周方向に互いに間隔をあけて形成されている。各肉抜き孔２０ｄは、回転中心線Ｘの周方向に長い円弧状に形成されており、ベース部２０ａを板厚方向に貫通している。肉抜き孔２０ｄは省略してもよい。

【0036】

各柱状部２０ｂの回転中心線と直交する方向の断面形状は、径方向内側へ行くほど周方向の幅が狭くなっており、具体的には径方向内側に頂点を有する三角形状とされている。従って、例えば図３に示すように、回転中心線Ｘの周方向に隣合う柱状部２０ｂ、２０ｂの互いに対向する側面同士の間隔は、径方向外側から内側まで略等しく設定される。この互いに対向する側面間に、コイル２１を構成する線材が位置している。

【0037】

図４及び図５に示すように、各柱状部２０ｂの内部には空洞部Ｓ３が設けられている。柱状部２０ｂを肉抜きすることによって空洞部Ｓ３を得ることができる。空洞部Ｓ３が設けられることで、柱状部２０ｂは中空状をなし、これによりステータ２０が軽量になるとともに、ステータ２０を構成する材料の使用量を減少させてステータ２０の低コスト化を図ることができる。

【0038】

空洞部Ｓ３の回転中心線と直交する方向の断面形状は、柱状部２０ｂの断面形状と同様に、径方向内側へ行くほど周方向の幅が狭くなっており、具体的には径方向内側に頂点を有する三角形状とされている。空洞部Ｓ３の断面形状と、柱状部２０ｂの断面形状とは略相似形とすることができるが、これに限らず、両者の断面形状を明確に変えてもよい。

【0039】

各柱状部２０ｂはコイル２１への通電時に磁界通路となる。具体的には、コイル２１への通電時に発生する磁界の方向はコイル２１の中心線Ｄ（図４に示す）が位置するステータ２０の柱状部２０ｂの突出方向に沿う方向になる。本実施形態では、柱状部２０ｂの内部が中空であり、当該柱状部２０ｂの断面積が縮小されているので、磁界通路断面積が縮小されることになる。この構成により、後述するように、磁束を柱状部２０ｂの周囲の部分に集中させて磁束密度を高めることができ、その結果、アキシャルギャップモータ２の効率が向上する。つまり、空洞部Ｓ３は、柱状部２０ｂの磁束密度を向上させるための手段の一つである。

【0040】

ベース部２０ａには、各柱状部２０ｂの空洞部Ｓ３に連通する連通孔２０ｅが当該ベース部２０ａを厚み方向に貫通するように形成されている。連通孔２０ｅは、ベース部２０ａの他方の側面（図４における左側に位置する側面）に開口している。これにより、空洞部Ｓ３は、連通孔２０ｅを介してステータ２０の外方に開放されることになるので、空洞部Ｓ３を有する柱状部２０ｂの形成が容易に行えるようになる。尚、ステータ２０は、例えば圧粉成形によって得ることができるが、その他にも、例えば複数の珪素鋼板を積層した積層構造のものであってもよいし、鋳造品であってもよく、また、これら以外の方法で製造されたものであってもよい。

【0041】

図４に示すように、連通孔２０ｅにおける空洞部Ｓ３と連通する側の端部は、当該空洞部Ｓ３の断面形状と同じに設定されており、空洞部Ｓ３から連通孔２０ｅまで柱状部２０ｂの内面には段差が形成されていない。また、連通孔２０ｅは、ベース部２０ａの他方の側面に近づくほど拡径している。つまり、連通孔２０ｅの径がベース部２０ａの他方の側面に向かって徐々に拡大することになるので、磁界通路断面形状を徐変させることができる。

【0042】

柱状部２０ｂの突出方向先端部は閉塞されるとともに、図２に示すように磁石２２に対して回転中心線Ｘの軸方向に対向するように配置されている。柱状部２０ｂの突出方向先端部を閉塞しているので、磁石２２と対向する部分の面積を広く確保することができ、これにより、アキシャルギャップモータ２の効率の低下が抑制される。

【0043】

図２に示すように、シャフト２４の基端側は、ステータ２０のシャフト挿通孔２０ｃに挿通されている。シャフト２４の基端側とステータ２０とは相対回転することがないように、シャフト２４の基端側及びステータ２０は、ステータ埋込部３１に対して固定されている。

【0044】

ステータ２０の各柱状部２０ｂにコイル２１が巻装されてコイル２１とステータ２０とが一体化されている。従って、アキシャルギャップモータ２は複数のコイル２１をシャフト２４周りに等間隔に備えている。各コイル２１の端部には、当該コイル２１に電力を供給するための端子２１ａが設けられており、この端子２１ａは回路基板６に接続されている。

【0045】

一方、図６に示すように、磁石２２及びバックヨーク２３は、インペラ４の羽根部４１を構成する電磁シールド樹脂材によって覆われてインペラ４と一体化されている。電磁シールド樹脂材は、電磁波をシールドすることが可能な樹脂材であり、従来から周知の材料である。例えばベース樹脂材に導電性炭素繊維を配合することによって得られた電磁シールド樹脂材を使用することができる。例えば、ポリフェニレンサルファイドをベース樹脂とした炭素繊維強化熱可塑性樹脂が好適であるが、これに限られるものではない。

【0046】

磁石２２は、例えば樹脂磁石等を用いることができる。磁石２２は円板状に形成され、その中心部に、厚み方向に貫通する貫通孔２２ａを有している。磁石２２には、複数のＮ極部分とＳ極部分とがシャフト２４周りに交互に設けられている。磁石２２とステータ２０の柱状部２０ｂとの間隔ができるだけ小さくなるように、磁石２２のステータ２０に対する位置が設定されている。

【0047】

バックヨーク２３は、例えば鉄等の金属製の部材で構成されている。バックヨーク２３も円板状に形成され、磁石２２におけるステータ２０と反対側の面に積層されて当該磁石２２と一体化されている。バックヨーク２３の厚みと磁石２２の厚みとは同程度にしてもよいし、異なっていてもよい。バックヨーク２３の中心部には、厚み方向に貫通する貫通孔２３ａが形成されており、このバックヨーク２３の貫通孔２３ａと、磁石２２の貫通孔２２ａとは相互の中心が同軸上（シャフト２４の中心線上）に位置するように配置されている。バックヨーク２３の外径は磁石２２の外径よりも大きく設定してもよいし、同程度に設定してもよい。

【0048】

アキシャルギャップモータ２の回転時、バックヨーク２３から電磁波が放射される。具体的には、バックヨーク２３における磁石２２と反対側の面が主に電磁波放射面となり、この電磁波放射面から放射された電磁波が他の電子機器に影響を及ぼすことが考えられる。特に、本実施形態のように自動車に取り付けられる電動ウォーターポンプ１のアキシャルギャップモータ２では、レイアウトの都合上、アキシャルギャップモータ２と他の電子機器とを十分に離すことができない場合があり、この場合には、アキシャルギャップモータ２から放射される電磁波が他の電子機器に影響を及ぼすおそれがある。

【0049】

本実施形態では、アキシャルギャップモータ２から放射される電磁波を遮蔽するべく、バックヨーク２３の電磁波放射面が電磁シールド樹脂材によって覆われており、これによりバックヨーク２３がインペラ４と一体化されている。

【0050】

（インペラ４の構成）
インペラ４は、上述した電磁シールド樹脂材を射出成形してなる射出成形品であり、磁石２２及びバックヨーク２３が内蔵された部材である。インペラ４は、モータ筐体３に固定されたシャフト２４に対して回転可能に支持される軸受部４０と、複数の羽根部４１と、磁石２２及びバックヨーク２３を覆うカバー部４２とが一体成形されたものである。したがって、軸受部４０、羽根部４１、磁石２２及びバックヨーク２３は一体となって回転する回転体となる。この実施形態では、羽根部４１とは別部材で構成されるとともに当該羽根部４１を覆う樹脂製のシュラウド４３も備えている。

【0051】

軸受部４０は、例えば円筒状部材からなるものであり、シャフト２４と同軸上に配置され、当該軸受部４０の内方にシャフト２４の先端側が相対回転可能に挿通されるようになっている。本実施形態の軸受部４０は、導電性を有する部材で構成されている。軸受部４０は、例えばカーボン等で構成することができるが、これに限られるものではなく、例えばボールベアリング等で構成することもできる。軸受部４０にカバー部４２及び羽根部４１が固定されている。シャフト２４及び軸受部４０の両方が導電性部材からなるものであるとともに、軸受部４０の内周面がシャフト２４の外周面に接触していることから、シャフト２４及び軸受部４０は導通可能な状態になる。

【0052】

バックヨーク２３は、軸受部４０の周囲を囲むように配設されている。すなわち、バックヨーク２３の貫通孔２３ａ内に軸受部４０の基端側が配置されており、バックヨーク２３の貫通孔２３ａの内周面と軸受部４０の外周面との間には、羽根部４１を構成する電磁シールド樹脂材が介在している。バックヨーク２３と軸受部４０とは、当該バックヨーク２３と当該軸受部４０との間に介在された電磁シールド樹脂材によって一体化されている。磁石２２も同様に電磁シールド樹脂材によって軸受部４０と一体化されている。また、軸受部４０は、羽根部４１を構成する樹脂材にインサート成形することもできる。

【0053】

電磁シールド樹脂材は導電性を有しており、またシャフト２４及び軸受部４０も導電性を有しているので、電磁シールド樹脂材が持つ電荷は、軸受部４０を介してシャフト２４に移動可能になる。シャフト２４は、回路基板６のグランドに接続されている。従って電磁シールド樹脂材を回路基板６のグランドに電気的に接続することができる。

【0054】

カバー部４２は、バックヨーク２３の電磁波放射面を覆うバックヨークカバー部（第１被覆板部）４２ａと、バックヨーク２３及び磁石２２の外周面を覆う外周面カバー部（第２被覆板部）４２ｂとを有している。バックヨークカバー部４２ａと外周面カバー部４２ｂとは一体成形されている。羽根部４１とカバー部４２とが一体成形されているので、バックヨークカバー部４２ａ及び外周面カバー部４２ｂは、共に電磁シールド樹脂材によって構成されている。カバー部４２は、磁石２２の側面を覆う磁石カバー部を備えていてもよい。

【0055】

バックヨークカバー部４２ａは、バックヨーク２３の電磁波放射面に沿うように形成された薄板状の部分であり、このバックヨークカバー部４２ａに羽根部４１が一体成形されている。羽根部４１は、バックヨークカバー部４２ａから厚み方向（図６の右側）に突出するように形成されている。この羽根部４１が電磁シールド樹脂材で構成されているので、羽根部４１によっても電磁波のシールド効果を得ることができる。

【0056】

外周面カバー部４２ｂは、バックヨークカバー部４２ａの周縁部に連続しており、バックヨーク２３及び磁石２２の外周面に沿うように形成されている。カバー部４２の肉厚は羽根部４１の肉厚よりも薄くなっており、外部の冷却水が内部に浸入しない程度の肉厚に設定されている。

【0057】

図２に示すように、インペラ４の軸受部４０の先端側には、先端側環状部材４６が配設されている。先端側環状部材４６にはシャフト２４が挿通しており、シャフト２４における先端側環状部材４６よりも先端側には、止め輪４７が設けられている。この止め輪４７により、インペラ４がシャフト２４の中心線方向に移動するのが抑制されている。

【0058】

（スラスト軸受構造）
図６等に示すように、本実施形態の電動ウォーターポンプ１は、シャフト２４に回転可能に支持されたインペラ４の軸受部４０に作用するスラスト力を受けつつ、軸受部４０の回転を許容するスラスト軸受部品６０を備えている。スラスト軸受部品６０は、軸受部４０の軸方向の端面と摺動可能に配設されている。以下、スラスト軸受部品６０を使用したスラスト軸受構造の詳細について説明する。

【0059】

まず、シャフト２４の詳細構造について説明する。図６や図７に示すように、シャフト２４の基端側には、先端側よりも大径に形成された大径部２４ａが形成されている。大径部２４ａにおける先端側の端面２４ｂは、回転中心線Ｘに対して直交しており、回転中心線Ｘの周方向に連続している。

【0060】

シャフト２４における大径部２４ａよりも先端側の内部には、排出通路２４ｃが形成されている。排出通路２４ｃは、回転中心線Ｘ方向に延びており、シャフト２４の先端面において開口している。図２に示すように、シャフト２４の先端面は、吸入管部５０の内部で開口している。この吸入管部５０の内部には、インペラ４によって送給される前の液体が流通している。送給される前の液体の圧力は、インペラ４によって送給された液体の圧力よりも低いので、吸入管部５０の内部を流通する液体は低圧液体である。つまり、排出通路２４ｃの先端部は低圧液体が流通する部分に連通することになる。

【0061】

シャフト２４の大径部２４ａ近傍には、流入孔２４ｄが形成されている。流入孔２４ｄは、シャフト２４の外周面に開口し、排出通路２４ｃに達するまで延びている。流入孔２４ｄは、複数設けることができ、この場合、複数の流入孔２４ｄをシャフト２４の周方向に互いに間隔をあけて設けることができる。

【0062】

図７に示すように、シャフト２４の大径部２４ａは、モータ筐体３に嵌合するようになっている。モータ筐体３には、シャフト２４の大径部２４ａを囲むように形成された凹部３ａが形成されている。凹部３ａ内には、シャフト２４の大径部２４ａの外周面に接触するＯリングＣが嵌入されている。

【0063】

モータ筐体３の凹部３ａの内周面には、スラスト軸受部品６０が収容される収容部３ｂが設けられている。収容部３ｂは、凹部３ａの深い側であるＯリングＣが嵌入する部分に比べて大径となっている。図７及び図８における符号３ｃは、シャフト２４の大径部２４ａよりも基端側が挿入されている孔部を示している。また、図７及び図８における符号３ｄは、シャフト２４の大径部２４ａが嵌合しているテーパー面部を示している。

【0064】

図８に示すように、収容部３ｂの内周面には、一対の平面部３ｆ、３ｆが形成されている。平面部３ｆ、３ｆは、回転中心線Ｘを対称の中心とした点対称に位置付けられており、共に、回転中心線Ｘを中心とした仮想円の接線方向に延びている。各平面部３ｆには、窪み部３ｇが形成されている。窪み部３ｇは回転中心線Ｘの径方向外方に窪むように形成されている。窪み部３ｇの周方向の位置と、シャフト２４の流入孔２４ｄの周方向の位置とは一致させても、一致させなくてもよい。すなわち、例えば図６や図７に示すように、軸受部４０の内周面とシャフト２４の外周面との間に空間Ｒが設けられている。この空間Ｒは軸受部４０の回転方向に連続しており、これにより、窪み部３ｇの周方向の位置と、シャフト２４の流入孔２４ｄの周方向の位置とは一致させなくても、流路を形成することができる。空間Ｒは、軸受部４０の内周面に形成された溝で構成することができる。

【0065】

図７に示すように、スラスト軸受部品６０は、全体として円形に近い板状をなしており、図９及び図１０に示すように、スラスト軸受部品６０の中心部にはシャフト２４が挿通する挿通孔６４が形成されている。図９に示すように、スラスト軸受部品６０における軸受部４０の端面と摺動する摺動面６１は、回転中心線Ｘと直交する方向に延びている。摺動面６１には、回転中心線Ｘの周方向に延びる円弧状の周方向溝６１ａが形成されている。この実施形態では、３つの周方向溝６１ａが回転中心線Ｘの周方向に互いに間隔をあけて形成されているが、周方向溝６１ａの数は３つに限られるものではなく、１つであってもよいし、２つまたは４つ以上であってもよい。周方向溝６１ａは、摺動面６１における径方向中央部近傍に位置付けられている。

【0066】

スラスト軸受部品６０には、高圧液体を周方向溝６１ａに導入するための導入孔６２が形成されている。すなわち、例えば図２に示すように、吸入管部５０から吸い込まれた液体は、矢印Ｙ１方向に流れてインペラ４の羽根部４１の間を流通して図６に矢印Ｙ２で示すように径方向外方へ向けて流出し、インペラ４の径方向外方では液体の圧力が吸入管部５０内に比べて高くなっている。インペラ４の径方向外方の液体の圧力が高くなっていることから、その液体は、矢印Ｙ３に示すようにモータ筐体３とインペラ４との間に流入して矢印Ｙ４で示すようにスラスト軸受部品６０における反摺動面６３側に達する。つまり、吸入側よりも高圧の液体はスラスト軸受部品６０の反摺動面６３側に存在しており、この反摺動面６３側に存在している高圧液体をスラスト軸受部品６０の摺動面６１側に導いて周方向溝６１ａに導入させるのが導入孔６２である。

【0067】

導入孔６２は、スラスト軸受部品６０の反摺動面６３側に開口して摺動面６１側まで延び、周方向溝６１ａに達している。これにより、導入孔６２はスラスト軸受部品６０を厚み方向に貫通する貫通孔となる。スラスト軸受部品６０には、３つの導入孔６２が各周方向溝６１ａに達するように形成されており、１つの周方向溝６１ａに１つの導入孔６２が連通している。導入孔６２の数は、周方向溝６１ａの数と合わせればよいので、３つに限られるものではない。また、１つの周方向溝６１ａに複数の導入孔６２が連通していてもよい。

【0068】

各導入孔６２は、周方向溝６１ａの一端部に達している。これにより、スラスト軸受部品６０の反摺動面６３側に存在している高圧液体が周方向溝６１ａの一端部に導入されることになる。周方向溝６１ａの一端部に導入された高圧液体は、周方向溝６１ａの他端部へ向けて流通可能になっている。

【0069】

また、各導入孔６２は、シャフト２４の大径部２４ａよりも径方向外方に位置付けられている。この場合、各導入孔６２の開口の全部がシャフト２４の大径部２４ａよりも径方向外方に位置付けられていてもよいし、当該開口の一部のみがシャフト２４の大径部２４ａよりも径方向外方に位置付けられていてもよい。これにより、導入孔６２に高圧液体を確実に流入させることができ、周方向溝６１ａに流すことができる。尚、スラスト軸受部品６０は、シャフト２４の端面２４ｂに接しているが、これに限らず、筐体等、他の静止面に接していてもよい。

【0070】

また、インペラ４の回転に対し、周方向溝６１ａの上流側端部に導入孔６２を連通させている。図９を例にすると、インペラ４を左回転させるのが好ましい。

【0071】

周方向溝６１ａ内の高圧液体は、スラスト軸受部品６０の摺動面６１と、軸受部４０の端面との間に流入し、スラスト軸受部品６０の摺動面６１と軸受部４０の端面との間に介在することになる。スラスト軸受部品６０の摺動面６１と軸受部４０の端面との間に介在した液体によって軸受部４０がフローティング状態になる。周方向溝６１ａは軸受部４０の周方向に延びているので、軸受部４０が高速で回転しても周方向溝６１ａ内の高圧液体は周方向に流動するだけであり、径方向外方へ流出しにくくなる。よって、軸受部４０のフローティング状態が維持される。

【0072】

図１０に示すように、スラスト軸受部品６０の反摺動面６３側には、一対の径方向溝６３ａ、６３ａが当該スラスト軸受部品６０の外周面から内周面に亘って径方向に延びるように形成されている。径方向溝６３ａ、６３ａは、回転中心線Ｘを対称の中心として点対称となるように位置付けられている。スラスト軸受部品６０の反摺動面６３側に高圧液体が存在しているので、径方向溝６３ａ、６３ａには高圧液体が流入する。径方向溝６３ａの数は、２つに限られるものではなく、１つであってもよいし、３つ以上であってもよい。

【0073】

径方向溝６３ａにおけるスラスト軸受部品６０の内周面側の端部（内端部）は、当該内周面に開口している。シャフト２４の流入孔２４ｄは、軸受部４０の内周面とシャフト２４の外周面との間にある空間Ｒに配置されている。径方向溝６３ａからスラスト軸受部品６０の内周面に形成されている窪み部６０ｄを通り、空間Ｒを経由することで径方向溝６３ａと流入孔２４ｄの回転方向位置にかかわらず、両者を連通させることができる。これにより、径方向溝６３ａの内端部、窪み部６０ｄを通って上がってきたごみを、摺動面６１に潜り込ませることなく、すぐに流入孔２４ｄに排出させることができる。
スラスト軸受部品６０の挿通孔６４には、シャフト２４の流入孔２４ｄが形成された部分が配置されるようになっている。これにより、径方向溝６３ａの内端部はシャフト２４の流入孔２４ｄを介して排出通路２４ｃと連通する。また、径方向溝６３ａの内端部は、スラスト軸受部品６０の内周面における他の部分に比べて径方向外方に位置するように形成されている。すなわち、図９や図１０に示すように、スラスト軸受部品６０を厚み方向から見たとき、スラスト軸受部品６０の内周面における径方向溝６３ａの内端部に対応する部分が径方向外方へ窪むように形成されている。これにより、径方向溝６３ａの内端部から液体が流出し易くなる。

【0074】

したがって、径方向溝６３ａに流入した高圧液体は、径方向溝６３ａの内端部へ流れた後、シャフト２４の流入孔２４ｄから排出通路２４ｃに流入する。排出通路２４ｃは相対的に低圧の液体が存在している吸入管部５０の内部に連通しているので、排出通路２４ｃ内は径方向溝６３ａ内に比べて低圧になり、これにより、径方向溝６３ａ内の液体が、流入孔２４ｄ及び排出通路２４ｃを経て吸入管部５０に排出されることになる。尚、排出通路２４ｃから吸入管部５０に排出される液体の量は僅かである。

【0075】

また、スラスト軸受部品６０の周方向溝６１ａはスラスト軸受部品６０の摺動面６１に形成されているので、軸受部４０の端面によって閉塞されていて高圧流体の導入量は少なくなる反面、径方向溝６３ａはシャフト２４の内部の排出通路２４ｃに接続されていて高圧流体の流入量は多くなる。したがって、例えば高圧流体に異物が混入していた場合、高圧流体が流れ易い径方向溝６３ａを流通して排出通路２４ｃから排出されるので、摺動部分への異物の侵入を抑制できる。

【0076】

スラスト軸受部品６０の外周面には、一対の平面部６０ａ、６０ａが形成されている。平面部６０ａ、６０ａは、回転中心線Ｘを対称の中心とした点対称に位置付けられており、共に、回転中心線Ｘを中心とした仮想円の接線方向に延びている。図１１に示すように、スラスト軸受部品６０をモータ筐体３の収容部３ｂに収容した状態では、スラスト軸受部品６０の平面部６０ａと、収容部３ｂの平面部３ｆとが隙間をあけた状態で互いに対向するように配置される。スラスト軸受部品６０の平面部６０ａと、収容部３ｂの平面部３ｆとの隙間は狭く設定されており、これにより、スラスト軸受部品６０が回転中心線Ｘまわりに回転しようとした際に両平面部６０ａ、３ｆを接触させてスラスト軸受部品６０の回転を阻止することができる。

【0077】

径方向溝６３ａにおけるスラスト軸受部品６０の外周面側の端部（外端部）は、平面部６０ａに開口している。径方向溝６３ａの外端部と、収容部３ｂの窪み部３ｇとは互いに対向している。したがって、高圧液体は、収容部３ｂの窪み部３ｇから径方向溝６３ａの外端部へ流入し易くなる。

【0078】

（ステータの磁束）
図１２Ａ及び図１３Ａは、本実施形態に係るステータ２０の磁束密度をシミュレーションした結果を示すものである。図３等に示すステータ２０の中央部の形状はシミュレーション上、複雑になるので図１２Ａ及び図１３Ａのシミュレーション形状に反映されていないが、貫通孔が形成されているという点では、図３等に示すステータ２０と、図１２Ａ及び図１３Ａのシミュレーション形状は同じである。
一方、図１２Ｂ及び図１３Ｂは、比較例に係るステータ２００の磁束密度をシミュレーションした結果を示すものである。比較例に係るステータ２００では、実施形態に係るステータ２０と同様なコイル２１を有しているが、コイル２１が巻装される柱状部の内部は中実構造となっている。また、比較例に係るステータ２００では、中心部に貫通孔が形成されていない。

【0079】

図１２Ａ及び図１３Ａに示すように、実施形態に係るステータ２０では、コイル２１が巻装される柱状部の内部が中空であり、当該柱状部の断面積が縮小されているので、磁界通路断面積が縮小されることになる。この構成により、磁束を柱状部の周囲に集中させることができ、磁束密度が向上していることが分かる。一方、図１２Ｂ及び図１３Ｂに示す比較例に係るステータ２００では、全体として磁束密度が低く、特に柱状部における磁束密度が実施形態のステータ２０に比較して大幅に低くなっていることが分かる。比較例では、ステータの磁束密度が低くなっているので、アキシャルギャップモータ２の効率が低くなる。

【0080】

尚、上記シミュレーションの条件としては、アキシャルギャップモータ２の回転数が５０００回転／分であり、コイル２１に８Ａの電流を流している。

【0081】

（電動ウォーターポンプ１の動作）
回路基板６を介してアキシャルギャップモータ２に電力を供給すると、インペラ４がアキシャルギャップモータ２によって回転中心線Ｘ周りに回転する。インペラ４が回転すると、冷却水がハウジング５の吸入管部５０に吸入されてポンプ室Ｓ１内に流入する。ポンプ室Ｓ１内に流入した冷却水は、インペラ４の羽根部４１によって径方向外方へ流れて流出通路Ｓ２に流入する。流出通路Ｓ２を流通した冷却水は、吐出管部５２から吐出する。

【0082】

（実施形態の作用効果）
以上説明したように、アキシャルギャップモータ２のバックヨーク２３の電磁波放射面がインペラ４の羽根部４１を構成する電磁シールド樹脂材で覆われているので、電磁波放射面から放射される電磁波が電磁シールド樹脂材によってシールドされる。よって、他の電子部品に対する電磁波の影響が極めて小さくなる。また、バックヨーク２３の電磁波放射面を覆う電磁シールド樹脂材は羽根部４１を構成する樹脂材であることから、羽根部４１と一体化されており、部品点数の増加は抑制される。

【0083】

また、アキシャルギャップモータ２に使用されるスラスト軸受部品６０の反摺動面６３側の高圧液体が当該スラスト軸受部品６０の導入孔６２に流入し、周方向溝６１ａに導入される。周方向溝６１ａはスラスト軸受部品６０の摺動面６１に形成されているので、周方向溝６１ａ内の液体はスラスト軸受部品６０の摺動面６１と軸受部４０の端面との間に介在することになる。スラスト軸受部品６０の摺動面６１と軸受部４０の端面との間に介在した液体によって軸受部４０がフローティング状態になる。周方向溝６１ａは軸受部４０の周方向に延びているので、軸受部４０が高速で回転しても周方向溝６１ａ内の液体は周方向に流動するだけであり、径方向外方へ流出しにくくなる。よって、軸受部４０のフローティング状態が維持される。

【0084】

また、ステータ２０の柱状部２０ｂにコイル２１が巻装されることによってステータ２０とコイル２１とが一体化され、このコイル２１に通電されると磁界が発生する。このとき発生する磁界の方向はコイル２１の中心線が位置するステータ２０の柱状部２０ｂの突出方向に沿う方向になるので、柱状部２０ｂが磁界通路となる。本実施形態では、柱状部２０ｂの内部が中空であり、当該柱状部２０ｂの断面積が縮小されているので、磁界通路断面積が縮小されることになり、磁束を柱状部２０ｂの周囲に集中させることができ、効率が向上する。

【0085】

また、柱状部２０ｂの内部を中空にすることで、重量物であったステータ２０が軽量になるとともに、材料の使用量が削減されてステータが安価になる。

【0086】

上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

【0087】

すなわち、上記実施形態では、シャフト２４及びスラスト軸受部品６０が共にモータ筐体３に固定されているが、これに限らず、シャフト２４が回転する構造であってもよいし、スラスト軸受部品６０が回転する構造であってもよい。

【産業上の利用可能性】

【0088】

以上説明したように、本発明は、例えば自動車に搭載される電動ウォーターポンプに適用することができる。

【符号の説明】

【0089】

１ 電動ウォーターポンプ
２ アキシャルギャップモータ
３ モータ筐体
４ インペラ
５ ハウジング
６ 回路基板（制御基板）
２０ ステータ
２０ａ ベース部（バックヨーク板部）
２０ｂ 柱状部
２０ｃ シャフト挿通孔（貫通孔）
２０ｅ 連通孔
２１ コイル
２３ バックヨーク
２４ シャフト
２４ｃ 排出通路
４０ 軸受部（回転体）
４１ 羽根部
４２ａ バックヨークカバー部（第１被覆板部）
４２ｂ 外周面カバー部（第２被覆板部）
６０ スラスト軸受部品
６１ 摺動面
６１ａ 周方向溝
６２ 導入孔
６３ 反摺動面
６３ａ 径方向溝
Ｓ３ 空洞部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12A】

【図12B】

【図13A】

【図13B】