特開 2024-151545 ロータ

(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】P2024151545

(43)【公開日】2024-10-25

(54)【発明の名称】ロータ

(51)【国際特許分類】

   H02K 1/2733 20220101AFI20241018BHJP

【ＦＩ】

H02K1/2733

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023064979

(22)【出願日】2023-04-12

(71)【出願人】

【識別番号】000116574

【氏名又は名称】愛三工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000110

【氏名又は名称】弁理士法人 快友国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】石田 英智

【テーマコード（参考）】

5H622

【Ｆターム（参考）】

5H622AA03

5H622CA01

5H622CA05

5H622CA10

5H622CA13

5H622CA14

5H622DD04

(57)【要約】

【課題】ロータの性能を維持したまま磁石の量を削減することができる技術を提供する。
【解決手段】ロータは、上下方向に延びるシャフトと、シャフトの外周面を覆い、シャフトに沿って上下方向に延びるコアと、コアを覆う磁石と、を備えている。磁石は、コアの外周面を覆う円筒状の第１部分と、コアの上端面を覆う円板状の第２部分と、コアの下端面を覆う円板状の第３部分と、を備えていてもよい。磁石の第２部分は、シャフトに沿って上下方向に延びる中空部を備えていてもよい。磁石の第２部分をシャフトの軸方向に視た状態で、第２部分の外周面を内接円とする正多角形の複数の頂点のそれぞれを中心とする複数の円を想定し、正多角形の周方向において隣り合う円と円の円周同士が接する状態を想定する場合に、中空部は、複数の円により囲まれる領域内に設けられていてもよい。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

上下方向に延びるシャフトと、
前記シャフトの外周面を覆い、前記シャフトに沿って上下方向に延びるコアと、
前記コアを覆う磁石と、を備え、
前記磁石は、前記コアの外周面を覆う円筒状の第１部分と、前記コアの上端面を覆う円板状の第２部分と、前記コアの下端面を覆う円板状の第３部分と、を備え、
前記磁石の前記第２部分は、前記シャフトに沿って上下方向に延びる中空部を備え、
前記磁石の前記第２部分を前記シャフトの軸方向に視た状態で、前記第２部分の外周面を内接円とする正多角形の複数の頂点のそれぞれを中心とする複数の円を想定し、前記正多角形の周方向において隣り合う前記円と前記円の円周同士が接する状態を想定する場合に、前記中空部は、複数の前記円により囲まれる領域内に設けられている、ロータ。

【請求項2】

請求項１に記載のロータであって、
前記中空部は、前記シャフトに沿って前記コアの前記上端面まで設けられている、ロータ。

【請求項3】

請求項１又は２に記載のロータであって、
前記中空部は、複数の前記円により囲まれる領域の全体に設けられている、ロータ。

【請求項4】

請求項３に記載のロータであって、
前記磁石の極数が４極である場合、前記磁石の前記第２部分を前記シャフトの軸方向に視た状態で、前記中空部は、複数の前記円により構成される４個の円弧状の辺と４個の頂点とを備える形状で構成される、ロータ。

【請求項5】

請求項３に記載のロータであって、
前記磁石の極数が８極である場合、前記磁石の前記第２部分を前記シャフトの軸方向に視た状態で、前記中空部は、複数の前記円により構成される８個の円弧状の辺と８個の頂点とを備える形状で構成される、ロータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書に開示する技術は、モータに用いられるロータに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１にモータに用いられるロータが開示されている。特許文献１のロータは、上下方向に延びるシャフトと、シャフトの外周面を覆い、シャフトに沿って上下方向に延びるコアと、コアを覆う磁石とを備えている。磁石は、コアの外周面を覆う円筒状の第１部分と、コアの上端面を覆う円板状の第２部分と、コアの下端面を覆う円板状の第３部分とを備えている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１５－５０８０５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１のロータでは、磁石が不要な部分にまで磁石が配置されているのでコストアップにつながることがある。一方、磁石の量を削減する際に必要な部分の磁石まで削減してしまうとロータの性能が低下してしまうことがある。そこで本明細書は、ロータの性能を維持したまま磁石の量を削減することができる技術を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本技術の第１の態様は、ロータが、上下方向に延びるシャフトと、前記シャフトの外周面を覆い、前記シャフトに沿って上下方向に延びるコアと、前記コアを覆う磁石と、を備えている。前記磁石は、前記コアの外周面を覆う円筒状の第１部分と、前記コアの上端面を覆う円板状の第２部分と、前記コアの下端面を覆う円板状の第３部分と、を備えていてもよい。前記磁石の前記第２部分は、前記シャフトに沿って上下方向に延びる中空部を備えていてもよい。前記磁石の前記第２部分を前記シャフトの軸方向に視た状態で、前記第２部分の外周面を内接円とする正多角形の複数の頂点のそれぞれを中心とする複数の円を想定し、前記正多角形の周方向において隣り合う前記円と前記円の円周同士が接する状態を想定する場合に、前記中空部は、複数の前記円により囲まれる領域内に設けられていてもよい。

【0006】

この構成によれば、磁石の第２部分に中空部を設けることによりロータにおける磁石の量を削減することができる。ロータのコアの上端面を覆う磁石の第２部分は、ロータの回転に対する影響が少ないので、この部分の磁石の量を削減したとしてもロータの性能を維持することができる。また、上記の複数の想定円により囲まれる領域は、ロータが回転するときに磁力をあまり発揮しない部分なので、この部分の磁石の量を削減したとしてもロータの性能を維持することができる。よって、ロータの性能を維持したまま磁石の量を削減することができる。

【0007】

第２の態様では、上記第１の態様において、前記中空部は、前記シャフトに沿って前記コアの前記上端面まで設けられていてもよい。

【0008】

この構成によれば、磁石の第２部分が中空部を介してシャフトから離間し、磁石の第２部分がシャフトに拘束されない。そのため、磁石が低温環境下で収縮したり高温環境下で膨張したとしても、磁石の第２部分の内部応力が大きくなることを抑制することができる。その結果、磁石が膨張／収縮したとしても、磁石が割れてしまうことを抑制することができる。

【0009】

第３の態様では、上記第１又は第２の態様において、前記中空部は、複数の前記円により囲まれる領域の全体に設けられていてもよい。この構成によれば、中空部を大きくすることができるので、磁石の量を更に削減することができる。

【0010】

第４の態様では、上記第３の態様において、前記磁石の極数が４極である場合、前記磁石の前記第２部分を前記シャフトの軸方向に視た状態で、前記中空部は、複数の前記円により構成される４個の円弧状の辺と４個の頂点とを備える形状で構成されていてもよい。この構成によれば、磁石の極数に対して適切な形状の中空部を設けることができる。

【0011】

第５の態様では、上記第３の態様において、前記磁石の極数が８極である場合、前記磁石の前記第２部分を前記シャフトの軸方向に視た状態で、前記中空部は、複数の前記円により構成される８個の円弧状の辺と８個の頂点とを備える形状で構成されていてもよい。この構成によれば、磁石の極数に対して適切な形状の中空部を設けることができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】実施例のロータを備える燃料ポンプの断面図。

【図2】実施例のロータの断面図。

【図3】図２の部分IIIの拡大図。

【図4】図２のIV－IV断面図。

【図5】変形例のロータの図３に相当する図。

【図6】変形例のロータの図４に相当する図。

【図7】変形例のロータの図４に相当する図。

【図8】変形例のロータの図４に相当する図。

【発明を実施するための形態】

【0013】

実施例のロータ４について図面を参照して説明する。図１は、実施例のロータ４を備える燃料ポンプ１００の断面図であり、図２は、実施例のロータ４の断面図である。図１に示すように、燃料ポンプ１００は、モータ２を備えており、モータ２は、ロータ４とステータ６を備えている。モータ２は、例えば三相ブラシレスモータである。

【0014】

ロータ４について説明する。図２に示すように、ロータ４は、上下方向に延びるシャフト１０と、シャフト１０に沿って上下方向（シャフト１０の軸方向）に延びるコア１２と、コア１２を覆う磁石１４とを備えている。

【0015】

シャフト１０は、上側軸受け１９ａ及び下側軸受け１９ｂ（図１参照）により回転可能に支持されている。コア１２は、シャフト１０の外周面１０ａに固定されており、シャフト１０の外周面１０ａを覆っている。シャフト１０の上部（コア１２に覆われていない部分）は、コア１２よりも上側へ突出している。シャフト１０の下部（コア１２に覆われていない部分）は、コア１２よりも下側へ突出している。コア１２は、例えば、複数の金属板が上下方向（シャフト１０の軸方向）に積層されることにより構成されている。

【0016】

磁石１４は、コア１２の外周面１２ａを覆う円筒状の第１部分２１と、コア１２の上端面１２ｂを覆う円板状の第２部分２２と、コア１２の下端面１２ｃを覆う円板状の第３部分２３とを備えている。磁石１４の第１部分２１と第２部分２２と第３部分２３は、ボンド磁石により一体的に形成されている。ボンド磁石は、永久磁石の粉末をバインダーで固めて成形した磁石である。実施例の磁石１４の極数は４極である。

【0017】

磁石１４の第１部分２１は、コア１２の外周面１２ａに固定されており、コア１２の外周面１２ａに沿って上下方向（シャフト１０の軸方向）に延びている。磁石１４の第２部分２２は、コア１２の上端面１２ｂに固定されており、コア１２の上端面１２ｂに沿って上下方向（シャフト１０の軸方向）と直交する方向に延びている。磁石１４の第３部分２３は、コア１２の下端面１２ｃに固定されており、コア１２の下端面１２ｃに沿って上下方向（シャフト１０の軸方向）と直交する方向に延びている。

【0018】

磁石１４の第２部分２２は、図３に示すように、シャフト１０に沿って上下方向（シャフト１０の軸方向）に延びる中空部３０を備えている。シャフト１０の外周面１０ａの一部は、中空部３０に露出している。中空部３０は、第２部分２２の上端面２２ｂからコア１２に向かって延びている。中空部３０は、例えば、第２部分２２の上下方向（シャフト１０の軸方向）の厚みの半分以上にわたり設けられている。なお、磁石１４の第２部分２２だけでなく、磁石１４の第３部分２３にも中空部３９が設けられていてもよい（図１参照）。

【0019】

次に、上下方向（シャフト１０の軸方向）に直交する断面（図４参照）において中空部３０が設けられている位置について説明する。図４では、シャフト１０と磁石１４の第２部分２２とをドットハッチングで示す。図４に示すように、上下方向（シャフト１０の軸方向）に磁石１４の第２部分２２を視た状態で、磁石１４の第２部分２２の外周面２２ａを内接円とする正多角形Ｐ（例えば、正四角形）を想定する。また、この正多角形Ｐの複数（例えば４個）の頂点Ｔ１－Ｔ４のそれぞれを中心とする複数（例えば４個）の円Ｃ１－Ｃ４を想定する。複数の円Ｃ１－Ｃ４は、正多角形Ｐの周方向に並んでいる。また、正多角形Ｐの周方向において隣り合う円と円（例えば、Ｃ１とＣ２、Ｃ２とＣ３、Ｃ３とＣ４、Ｃ４とＣ１）の円周同士が接する状態を想定する。複数の円Ｃ１－Ｃ４のそれぞれの半径は、同じ長さであり、正多角形Ｐの１辺の長さの半分の長さである。この場合に、中空部３０は、複数の円Ｃ１－Ｃ４により囲まれる領域Ｒ内に設けられている。中空部３０は、複数の円Ｃ１－Ｃ４よりも内側（シャフト１０側）に設けられている。中空部３０は、磁石１４の第２部分２２を上下方向（シャフト１０の軸方向）に視た状態で、想定した領域Ｒ内において円形状に設けられている。変形例では、中空部３０は、領域Ｒ内において四角形状や八角形状に構成されていてもよい。なお、想定した複数の円Ｃ１－Ｃ４のそれぞれの中心（即ち、正多角形Ｐの複数の頂点Ｔ１－Ｔ４）は、磁極中心と呼ばれることもある。

【0020】

次に、モータ２のステータ６について説明する。図１に示すように、ステータ６は、ロータ４の周囲に配置されており、ロータ４を囲んでいる。ステータ６は、ロータ４に沿って上下方向（シャフト１０の軸方向）に延びている。ステータ６は、ロータ４に沿って上下方向（シャフト１０の軸方向）に延びるコア６２と、コア６２を覆う絶縁部６４と、コア６２を囲むコイル６６とを備えている。

【0021】

ステータ６のコア６２は、ロータ４の磁石１４の周囲に配置されており、磁石１４を囲んでいる。コア６２は、例えば、複数の金属板が上下方向（シャフト１０の軸方向）に積層されることにより構成されている。

【0022】

絶縁部６４は、コア６２の外周面６２ａを覆う第１部分７１と、コア６２の上端面６２ｂを覆う第２部分７２と、コア６２の下端面６２ｃを覆う第３部分７３とを備えている。また、絶縁部６４は、コイル６６を覆う第４部分７４を備えている。絶縁部６４の第２部分７２と第３部分７３は、絶縁性の樹脂により一体的に形成されている。絶縁部６４の第１部分７１と第４部分７４は、絶縁性の樹脂により一体的に形成されている。第１部分７１と第４部分７４は、第２部分７２及び第３部分７３と別体で形成されている。第４部分７４は、第２部分７２と第３部分７３も覆っている。

【0023】

絶縁部６４の第１部分７１は、コア６２の外周面６２ａに密着しており、コア６２の外周面６２ａに沿って上下方向（シャフト１０の軸方向）に延びている。絶縁部６４の第２部分７２は、コア６２の上端面６２ｂに密着しており、コア６２の上端面６２ｂに沿って上下方向（シャフト１０の軸方向）と直交する方向に延びている。絶縁部６４の第３部分７３は、コア６２の下端面６２ｃに密着しており、コア６２の下端面６２ｃに沿って上下方向（シャフト１０の軸方向）と直交する方向に延びている。第２部分７２及び第３部分７３は、それぞれ、コイル６６を収容する凹部７６及び７８を備えている。

【0024】

コイル６６は、第２部分７２の凹部７６及び第３部分７３の凹部７８に配置されており、第２部分７２及び第３部分７３を介してコア６２を囲んでいる。コイル６６は、電線が巻き回されることにより構成されている。コイル６６に電流が流れることによりモータ２のロータ４が回転する。なお、ロータ４が回転する原理については既に知られているので詳細な説明は省略する。

【0025】

次に、燃料ポンプ１００について説明する。図１に示すように、燃料ポンプ１００は、本体４０と、本体４０内に配置されているモータ２と、モータ２の下側で本体４０内に配置されているインペラ４２とを備えている。

【0026】

本体４０は、燃料（例えば、ガソリン）を吸入するための吸入口４４と、燃料を吐出するための吐出口４６とを備えている。本体４０の下端部に吸入口４４が設けられており、本体４０の上端部に吐出口４６が設けられている。

【0027】

インペラ４２は、ロータ４のシャフト１０の下端部に固定されており、ロータ４が回転することにより回転する。インペラ４２が回転することにより、本体４０の吸入口４４を通じて本体４０内に燃料が吸入され、本体４０内に吸入された燃料が吐出口４６を通じて本体４０外に吐出される。

【0028】

（効果）
以上、実施例のロータ４について説明した。以上の説明から明らかなように、ロータ４の磁石１４の第２部分２２は、シャフト１０に沿って上下方向に延びる中空部３０を備えている。このロータ４では、磁石１４の第２部分２２をシャフト１０の軸方向に視た状態で、第２部分２２の外周面２２ａを内接円とする正多角形Ｐの複数の頂点Ｔ１－Ｔ４のそれぞれを中心とする複数の円Ｃ１－Ｃ４を想定し、正多角形Ｐの周方向において隣り合う円と円の円周同士が接する状態を想定する場合に、中空部３０は、複数の円Ｃ１－Ｃ４により囲まれる領域Ｒ内に設けられている。

【0029】

この構成によれば、磁石１４の第２部分２２に中空部３０を設けることによりロータ４における磁石１４の量を削減することができる。ロータ４のコア１２の上端面１２ｂを覆う磁石１４の第２部分２２は、ロータ４の回転に対する影響が少ないので、この部分の磁石１４の量を削減したとしてもロータ４の性能を維持することができる。また、上記の複数の円Ｃ１－Ｃ４により囲まれる領域Ｒは、ロータ４が回転するときに磁力をあまり発揮しない部分なので、この部分の磁石１４の量を削減したとしてもロータ４の性能を維持することができる。よって、ロータ４の性能を維持したまま磁石１４の量を削減することができる。また、上記の構成によれば、磁石１４の第２部分２２における漏洩磁束を抑制することができる。

【0030】

（変形例）
（１）変形例では、図５に示すように、中空部３０は、磁石１４の第２部分２２の上端面２２ｂからコア１２の上端面１２ｂまで延びていてもよい。中空部３０は、第２部分２２の上下方向（シャフト１０の軸方向）の全体に設けられている。中空部３０は、第２部分２２を上下方向（シャフト１０の軸方向）に貫通している。そのため、コア１２の上端面１２ｂの一部が中空部３０に露出している。また、磁石１４の第２部分２２が、中空部３０を介してシャフト１０の外周面１０ａから離間している。そのため、磁石１４の第２部分２２は、シャフト１０に拘束されない。

【0031】

この構成によれば、磁石１４の第２部分２２がシャフト１０に拘束されないので、磁石１４が低温環境下で収縮したり高温環境下で膨張したとしても、磁石１４の第２部分２２の内部応力が大きくなることを抑制することができる。その結果、磁石１４が膨張／収縮したとしても、磁石１４が割れてしまうことを抑制することができる。また、中空部３０をコア１２の上端面１２ｂまで延ばすことにより、磁石１４の量を更に削減することができる。

【0032】

（２）変形例では、図６に示すように、複数の円Ｃ１－Ｃ４により囲まれる領域Ｒの全体に中空部３０が設けられていてもよい。この場合、中空部３０は、複数の円Ｃ１－Ｃ４により構成される４個の円弧状の辺Ｓ３１－Ｓ３４と、４個の頂点Ｔ３１－Ｔ３４とを備える形状で構成される。辺Ｓ３１は頂点Ｔ３１とＴ３２を結び、辺Ｓ３２は頂点Ｔ３２とＴ３３を結び、辺Ｓ３３は頂点Ｔ３３とＴ３４を結び、辺Ｓ３４は頂点Ｔ３４とＴ３１を結ぶ。中空部３０は、４個の円弧状の辺Ｓ３１－Ｓ３４により囲まれる領域Ｒの全体に設けられている。４個の辺Ｓ３１－Ｓ３４は、それぞれ、４個の円Ｃ１－Ｃ４の円周の一部を構成する。この変形例の磁石１４の極数は４極である。

【0033】

（３）ロータ４の磁石１４の極数は特に限定されない。変形例では、磁石１４の極数が８極であってもよい。また、上記の実施例では、想定する正多角形Ｐが正四角形であったが、正多角形Ｐは、正四角形以外の正多角形であってもよい。例えば、磁石１４の極数が８極である場合、図７に示すように、正多角形Ｐは、正八角形であってもよい。この場合、上下方向（シャフト１０の軸方向）に磁石１４の第２部分２２を視た状態で、正多角形Ｐの複数（例えば８個）の頂点Ｔ１－Ｔ８のそれぞれを中心とする複数（例えば８個）の円Ｃ１－Ｃ８を想定する。複数の円Ｃ１－Ｃ８は、正多角形Ｐの周方向に並んでいる。また、正多角形Ｐの周方向において隣り合う円と円（例えば、Ｃ１とＣ２、Ｃ２とＣ３、Ｃ３とＣ４、Ｃ４とＣ５、Ｃ５とＣ６、Ｃ６とＣ７、Ｃ７とＣ８、Ｃ８とＣ１）の円周同士が接する状態を想定する。複数の円Ｃ１－Ｃ８のそれぞれの半径は、同じ長さであり、正多角形Ｐの１辺の長さの半分の長さである。

【0034】

この場合に、中空部３０は、複数の円Ｃ１－Ｃ８により囲まれる領域Ｒ内に設けられている。中空部３０は、複数の円Ｃ１－Ｃ８よりも内側（シャフト１０側）に設けられている。中空部３０は、磁石１４の第２部分２２を上下方向（シャフト１０の軸方向）に視た状態で、想定した領域Ｒ内において円形状に設けられている。変形例では、中空部３０は、領域Ｒ内において四角形状や八角形状に構成されていてもよい。

【0035】

（４）他の変形例では、図８に示すように、複数の円Ｃ１－Ｃ８により囲まれる領域Ｒの全体に中空部３０が設けられていてもよい。この場合、中空部３０は、複数の円Ｃ１－Ｃ８により構成される８個の円弧状の辺Ｓ３１－Ｓ３８と、８個の頂点Ｔ３１－Ｔ３８とを備える形状で構成される。辺Ｓ３１は頂点Ｔ３１とＴ３２を結び、辺Ｓ３２は頂点Ｔ３２とＴ３３を結び、辺Ｓ３３は頂点Ｔ３３とＴ３４を結び、辺Ｓ３４は頂点Ｔ３４とＴ３５を結ぶ。また、辺Ｓ３５は頂点Ｔ３５とＴ３６を結び、辺Ｓ３６は頂点Ｔ３６とＴ３７を結び、辺Ｓ３７は頂点Ｔ３７とＴ３８を結び、辺Ｓ３８は頂点Ｔ３８とＴ３１を結ぶ。中空部３０は、８個の円弧状の辺Ｓ３１－Ｓ３８により囲まれる領域Ｒの全体に設けられている。８個の辺Ｓ３１－Ｓ３８は、それぞれ、８個の円Ｃ１－Ｃ８の円周の一部を構成する。

【0036】

（５）上記のモータ２は、燃料ポンプ１００以外の装置に用いられてもよい。

【0037】

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書又は図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書又は図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

【符号の説明】

【0038】

２：モータ、４：ロータ、６：ステータ、１０：シャフト、１２：コア、１４：磁石、２１：第１部分、２２：第２部分、２３：第３部分、３０：中空部、４０：本体、４２：インペラ、１００：燃料ポンプ、Ｃ１－Ｃ８：円、Ｐ：正多角形、Ｒ：領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】