(57)【要約】【課題】複雑な制御手段を使用することなく安価な構成で、モータ駆動始動時のロータ回転方向を決めることのできるモータを提供する。【解決手段】回転軸１に円筒形状のマグネット２を固定してなるロータ３と、ロータ３の外側又は内側に対向配置され、該ロータ３に回転駆動力を伝達するヨーク４に巻き線５を取り付けてなるステータ６と、を備えたモータにおいて、前記マグネット２の周面である外表面２ａにＮ極とＳ極を交互に周方向に着磁し、各極の磁力の強い部位となる着磁ピーク７を形成し、その着磁ピーク７を前記回転軸１に対して斜めにした。【選択図】図２
2010011580.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に円筒形状のマグネットを固定してなるロータと、
前記ロータの外側又は内側に対向配置され、該ロータに回転駆動力を伝達するヨークに巻き線を取り付けてなるステータと、を備え、
前記マグネットの周面にＮ極とＳ極を交互に周方向に着磁し、各極に磁力の強い部位となる着磁ピークを形成し、その着磁ピークを前記回転軸に対して斜めにした
ことを特徴とするモータ。
【請求項２】
請求項１に記載のモータであって、
前記着磁ピークのマグネット極内におけるズレ量を、前記ステータに形成された磁極間距離よりも大とした
ことを特徴とするモータ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のモータであって、
前記マグネットに着磁された磁極を検出する磁気検出センサーを、前記ロータの回転方向に対して着磁ピークが早く来る位置に配置した
ことを特徴とするモータ。
【請求項４】
請求項１から請求項３の何れか１項に記載のモータであって、
前記ヨークを、圧粉鉄心、樹脂バインド、金属ガラス、珪素鋼板の何れかで構成した
ことを特徴とするモータ。
【請求項５】
請求項１から請求項４の何れか１項に記載のモータであって、
前記ヨークに爪磁極を設けることにより、クローポール型モータとした
ことを特徴とするモータ。
【請求項６】
請求項１から請求項５の何れか１項に記載のモータを、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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ及びこれを用いたポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、ロータをスムーズ且つ振動なく回転駆動させるために、ロータマグネットにスキュー着磁を施し、その着磁されたマグネットの表面磁束分布が円周方向に沿って略正弦波形状となるようにしたＰＭ型ステッピングモータが開示されている。
【０００３】
この他、特許文献２には、２個のステータを、各ステータのそれぞれの極歯が電気角で９０度違いとなるように背中合わせにして２相構造となし、ロータをスムーズ且つ低振動及び低騒音としたＰＭ型ステッピングモータが開示されている。
【特許文献１】特開平０７−０７５３２１号公報
【特許文献２】特開２００２−３５９９５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１、２に記載の技術では、マグネットに着磁された磁極の強さは全て同一であるため、モータ駆動停止時からモータ駆動始動時のロータ回転方向を決め難い。モータ駆動始動時のロータ回転方向を決めるために、別途設けた電子回路等を使用した制御手段により、ロータ回転方向を検出して駆動するということも考えられるが、そうすると、コスト高となるという課題が生じる。
【０００５】
そこで、本発明は、複雑な制御手段を使用することなく安価な構成で、モータ駆動始動時のロータ回転方向を決めることのできる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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のモータは、ロータを構成するマグネットの周面にＮ極とＳ極を交互に周方向に着磁し、各極に磁力の強い部位となる着磁ピークを形成し、その着磁ピークを前記回転軸に対して斜めにした。
【０００７】
また、本発明のポンプは、本発明に係るモータを、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、該ロータに羽根車を設けて構成した。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のモータによれば、ロータを構成するマグネットの磁極に磁力の強い部位となる着磁ピークを形成し、その着磁ピークを回転軸に対して斜めにしているため、磁極全体が同一強さで着磁されている場合に対して磁力に強弱が生じ、ロータの回転方向を決めることが可能となる。従って、本発明によれば、電子回路等を使用した制御手段を使用することなく簡単な構造でモータ駆動始動時のロータ回転方向を決めることができる。さらに、本発明によれば、電流が流れていない時でもコツコツとした抵抗としてロータが回転するコギングトルクを低減することができ、ロータをスムーズ且つ振動無く回転させることができる。
【０００９】
また、本発明のポンプによれば、振動が少なく低騒音のモータをポンプ用モータに使用することで、低振動のポンプとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
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。
【００１１】
「第１実施形態」
図１は第１実施形態における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ロータに着磁された磁極及びその着磁ピークを模式的に示す図、図３は図１のクローポール型モータのステータを示す斜視図である。
【００１２】
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において、単純な構造でモータ駆動始動時のロータ回転方向を決め易くしてスムーズ且つ振動無くロータを回転させるために、以下のような手段を講じている。
【００１３】
第１実施形態のクローポール型モータは、回転軸１にマグネット２を固定してなるロータ３と、該ロータ３に回転駆動力を伝達するヨーク４に巻き線５を取り付けてなるステータ６と、を備え、前記ステータ６を前記ロータ３の外側に対向配置させた、いわゆるインナーロータタイプのモータである。
【００１４】
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に固定される永久磁石であるマグネット２と、から構成される。マグネット２は、例えば中心に回転軸１を挿通させる円筒形状をなし、その周面である外表面２ａにＮ極とＳ極を交互に周方向に順次着磁されており、磁気回路（磁束）を構成する。
【００１５】
各極では、図２に示すように、当該部位の中でも磁力の強い部位となる着磁ピーク７を形成し、その着磁ピーク７を前記回転軸１に対して斜めになるように着磁している。着磁ピーク７は、図２の中で破線で表している。例えば、回転軸１の軸芯Ｃ１に対してなす角度θを有するようにマグネット２の高さ方向での一端（上端）２ｂから他端（下端）２ｃに向かって斜めに傾斜するように、各極の着磁部位に着磁ピーク７を持たせる。斜めとされた着磁ピーク７以外の部位では、該着磁ピーク７の磁力よりも低い磁力となっている。そして、各極でそれぞれ着磁ピーク７を同一向きに斜めとした前記ロータ３は、前記ステータ６に設けられた巻き線５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。
【００１６】
ステータ６は、爪磁極（クローポール）８を有したヨーク４と、このヨーク４に取り付けられる巻き線５と、巻き線５を巻回させるボビン９と、で構成されている。ヨーク４は、図３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４Ａと第２ヨーク４Ｂ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９に巻回した巻き線５を配置させる巻き線収容空間を形成している。
【００１７】
前記ヨーク４には、複数個の爪磁極８が形成されている。本実施形態では、第１ヨーク４Ａに４つの爪磁極８を形成し、第２ヨーク４Ｂにも同じく４つの爪磁極８を形成している。これら第１ヨーク４Ａに形成された爪磁極８と第２ヨーク４Ｂに形成された爪磁極８は、互いに位置をずらして互い違いに配置されている。
【００１８】
巻き線５は、ボビン９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５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８からロータ３へと効率良く伝達させる。この巻き線５への通電により発生した磁界は、図示を省略する駆動基板（制御回路部）により制御される。
【００１９】
このように構成されたインナーロータタイプのクローポール型モータにおいては、巻き線５への通電により発生する磁界が爪磁極８からマグネット２へと伝達されることにより、該マグネット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８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。回転するロータ３の磁極は、図示を省略した磁気検出センサーによって検出される。そして、この磁気検出センサーからの出力信号を受けて前記巻き線５で発生した磁界を、図示を省略した駆動基板（駆動回路部）で駆動制御する。
【００２０】
本実施形態のクローポール型モータでは、モータ駆動停止状態時からモータ駆動始動時においてロータ回転方向を決め易いように着磁ピーク７を回転軸１に対して斜めにしていることから、例え爪磁極８の磁気センターＣ３と任意の極の磁極センターＣ２（図２では磁極センターＣ２を回転軸１の軸芯Ｃ１と一致させている）とが一致している場合でもロータ回転方向を決めることができる。仮に、着磁ピーク７を持たせずに各極の磁極全体の磁力を同一強さとしてしまうと、互いの磁力が釣り合ってしまいロータ３をどの方向に回転させるかを決定することはできず、電子回路等を使用した複雑な制御手段を使用することになってしまう。
【００２１】
このように、本実施形態のクローポール型モータによれば、マグネット２に着磁された各極に着磁ピーク７を持たせ、その着磁ピーク７を回転軸１に対して斜めにしていることで、簡単な構造でモータ駆動停止状態からモータ駆動始動時におけるロータ回転方向を決めることができる。また、本実施形態によれば、着磁ピーク７を回転軸１に対して斜めにすることで、コギングトルクを低減することができ、振動が少なく低騒音のモータとすることができる。
【００２２】
この他、図２に示すように、モータ停止時のロータ３の磁極センターＣ２と、これと相対向する爪磁極８の磁極センターＣ３をずらす（Ｃ２とＣ３間に距離Ｌ１を設ける）ようにすれば、より一層、モータ駆動始動時におけるロータ回転方向が決め易くなる。或いは、磁力に強弱を持たせるためにヨーク４の一部を薄くしたり、一部に切り欠きを設けるようにしてもロータ３の回転方向が決め易くなる。
【００２３】
なお、第１実施形態では、クローポール型モータを例にとり説明したが、爪磁極８を有しない通常のステッピングモータであっても同様の作用効果を奏することができる。第２実施形態から第６実施形態のモータも同様である。
【００２４】
「第２実施形態」
図４は第２実施形態におけるクローポール型モータのロータに着磁された磁極及びその着磁ピークを模式的に示す図である。
【００２５】
第２実施形態では、図４に示すように、着磁ピーク７のマグネット極内におけるロータ径方向でのズレ量Ｌ２を、ステータ６に形成された極間距離Ｌ３（図３の隣接する２つの爪磁極８、８間の距離）よりも大（Ｌ２＞Ｌ３）としている。前記着磁ピーク７のズレ量Ｌ２と極間距離Ｌ３が同一であると、ロータ３がスムーズに回転できずコギングトルクが発生する。これに対して、第２実施形態によれば、何れか一方の爪磁極８に対して着磁ピーク７が交差する部位が生じるので、ロータ３の回転を滑らかなものにできる。
【００２６】
「第３実施形態」
図５は第３実施形態におけるクローポール型モータのロータに着磁された磁極を検出する磁気検出センサーを配置した図である。
【００２７】
第３実施形態では、マグネット２に着磁された磁極を検出する磁気検出センサー１０を、ロータ３の回転方向Ｘに対して着磁ピーク７が早く来る位置に配置している。具体的には、例えばロータ３の回転方向を矢印Ｘで示す時計回りとした場合、マグネット２の各極には磁力の強い着磁ピーク７が回転軸１に対して斜めとされていることから、着磁ピーク７が最も早く来る（着磁ピーク７を最も早く磁気検出センサー１０で検出することができる）ロータ３の下端２ｃ側に磁気検出センサー１０を配置する。
【００２８】
なお、磁気検出センサー１０には、ホールセンサーや増幅回路を内蔵したホールＩＣなどを使用することが望ましい。
【００２９】
第３実施形態によれば、ロータ３の回転方向に対して着磁ピーク７が早く来る位置に磁気検出センサー１０を配置しているので、ステータ６の通電切り替えのタイミングを精度良く行うことができる。磁気検出センサー１０による検出精度が向上すると、巻き線５の転流タイミング（進角）の精度が向上し、振動低減ができると共に、モータ完成での出力バラツキの低減も図れる。
【００３０】
「第４実施形態」
第４実施形態では、基本的には第１実施形態のクローポール型モータと同様の構成であるが、ヨーク４を、圧粉鉄心、樹脂バインド、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〜図３で示した第１実施形態と同様であるため、図示は省略する。
【００３１】
ヨーク４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４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。
【００３２】
ヨーク４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。
【００３３】
また、ヨーク５４を樹脂バインド、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。
【００３４】
なお、ヨーク４を圧粉鉄心、樹脂バインド、金属ガラス、珪素鋼板の何れかで構成することは、第１〜第３実施形態のクローポール型モータのヨークにも当てはまり、これらの実施形態でも同様の作用効果を得ることができる。
【００３５】
「第５実施形態」
図６は第５実施形態におけるクローポール型モータの概略断面図である。
【００３６】
第５実施形態では、第１実施形態のヨーク構造に変えて、板金加工された珪素鋼板をヨーク４に用いている。この実施形態では、板金加工した薄板の珪素鋼板の複数枚を重ね合わせてヨーク４としている。
【００３７】
第５実施形態によれば、材料費及び加工費が抑えられ、ヨーク４を低コストにすることができる。
【００３８】
「第６実施形態」
図７は第６実施形態におけるクローポール型モータの概略断面図である。第６実施形態では、ステータ６をロータ３の内側に対向配置した、いわゆるアウターロータタイプのクローポール型モータの例である。
【００３９】
アウターロータタイプのクローポール型モータでは、回転軸１に平面視円盤形状のマグネット取付け板１１を固定し、そのマグネット取付け板１１の外周囲にステータ６を内部に収容させるに足る大きさとされた円筒形状のマグネット２を固定させている。
【００４０】
第６実施形態のクローポール型モータによれば、アウターロータタイプであってもインナーロータタイプの第１実施形態のモータ同様、ステータ６の構造が同じであるため、簡単な構造でモータ駆動停止状態からモータ駆動始動時におけるロータ回転方向を決めることができると共に、コギングトルクの低減により振動が少なく低騒音のモータとすることができる。
【００４１】
「第７実施形態」
図８は第７実施形態におけるポンプの概略断面図である。この実施形態では、本発明に係るモータ（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ポンプとした例である。
【００４２】
第７実施形態のポンプは、液体を吸排する羽根車２１と、液体を吸排させる吸入口２２及び吐出口２３を有したポンプケース２４と、羽根車２１を回転自在に収容させるポンプ室２５を前記ポンプケース２４と対をなして形成する分離板２６と、羽根車２１を回転駆動させるマグネット２７を有したロータ２８と、ロータ２８に回転駆動力を伝達する爪磁極を有したステータ３０と、ステータ３０で発生させた磁界を制御する制御基板３１と、を備えたクローポール型モータを駆動源としている。
【００４３】
そして、この第７実施形態のポンプは、分離板２６を挟んで内側にロータ２８を配置し且つ外側にステータ３０を配置した、いわゆるインナー型ロータタイプのクローポール型モータを駆動源としたポンプ構造となっている。
【００４４】
ポンプ室２５は、天面中央に開口された吸入口２２と側壁に設けられた吐出口２３とを有したポンプケース２４に、ロータ２８とステータ３０を水密状態に分離（ポンプ部とモータ部を分離）する分離板２６が結合されることにより形成されている。なお、ポンプケース２４と分離板２６の結合部分には、ポンプ部とモータ部を水密状態に仕切るためにシール部材２９を介在させている。
【００４５】
ロータ２８は、羽根車２１に一体的に設けられた円筒体として形成され、その円筒部の外壁に磁気回路（磁束）を構成するマグネット２７を設けている。かかるロータ２８は、ポンプケース２４に設けられた軸支え部３２と分離板２６に設けられた軸支え部３３に各端部を挿入嵌合させた固定軸３４に対して、軸受け部３５を介して回転自在に支承されている。固定軸３４は、その両端側に取り付けられた回り止め板３６、３７により回転不可能とされている。なお、マグネット２７と分離板２６との間には、ロータ２８の回転時に接触しない程度の隙間（クリアランス）が確保されている。
【００４６】
羽根車２１は、ロータ２８と一体化されていることから固定軸３４を中心に回転し、吸入口２２からポンプ室２５内へと吸い込んだ液体に遠心力を与えて吐出口２３からポンプ外へと排出する。
【００４７】
ステータ３０は、ロータ２８の外側に分離板２６を挟んで対向配置されている。かかるステータ３０は、複数個の爪磁極４１を有したヨーク４２にボビン（図示は省略する）に巻回した巻き線３８を配置させた構成とされている。このクローポール型のステータ３０では、コイル３８に通電することで発生した磁界を、爪磁極４１からロータ２８へと効率良く伝達することができる。
【００４８】
駆動基板３１は、分離板２６の背面に設けられており、位置検出センサである位置検出部３９からの信号を受けて巻き線３８で発生した磁界を制御する。また、磁気検出センサーは、第３実施形態で説明したようにロータ３の回転方向Ｘに対して着磁ピーク７が早く来る位置に配置してある。そして、ステータ３０と駆動基板３１を含めた分離板２６は、例えば不飽和ポリエステルなどからなるモールド樹脂４０でその全体が被覆されている。
【００４９】
このように構成されたポンプにおいては、コイル３８への通電により発生する磁界が爪磁極４１からマグネット２７へと伝達されることにより該マグネット２７が吸引反発することで、前記ロータ２８と一体的に設けられた羽根車２１が、前記固定軸３４を中心として回転する。そして、この羽根車２１の回転に伴いポンプ作用が発生し、液体が吸入口２２よりポンプ室２５内へと吸込まれ、このポンプ室２５内で加圧され周囲方向へ圧送された液体は吐出口２３からポンプ外へと吐出される。
【００５０】
この第７実施形態のポンプでは、インナー型ロータ構造のクローポール型モータの全体をモールド樹脂４０で被覆しているので、モータの熱及び液体の熱をこのモールド樹脂４０を介してモータ外へと逃がすことができモータを冷却できる。したがって、本実施形態のポンプによれば、モータ効率を向上させることができ且つモータの小型化も図れる。
【００５１】
また、本実施形態のポンプによれば、複雑な制御手段を使用することなく安価な構成でモータ駆動始動時のロータ回転方向を決めることを可能とした本発明のモータ（クローポール型モータ）を使用することで、低振動且つ低騒音のポンプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】図１は第１実施形態におけるクローポール型モータの概略断面図である。
【図２】図２は図１のクローポール型モータのロータに着磁された磁極及びその着磁ピークを模式的に示す図である。
【図３】図３は図１のクローポール型モータのステータを示す斜視図である。
【図４】図４は第２実施形態におけるクローポール型モータのロータに着磁された磁極及びその着磁ピークを模式的に示す図である。
【図５】図５は第３実施形態におけるクローポール型モータのロータに着磁された磁極を検出する磁気検出センサーを配置した図である。
【図６】図６は第５実施形態におけるクローポール型モータの概略断面図である。
【図７】図７は第６実施形態におけるクローポール型モータの概略断面図である。
【図８】図８は第７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】
【００５３】
１，３４…回転軸
２，２７…マグネット
３，２８…ロータ
４，４２…ヨーク
５，３８…巻き線
６，３０…ステータ
７…着磁ピーク
８…爪磁極
９…ボビン
１０…磁気検出センサー
１１，３１…駆動基板
【図１】
2010011580.tif 000003
【図２】
2010011580.tif 000004
【図３】
2010011580.tif 000005
【図４】
2010011580.tif 000006
【図５】
2010011580.tif 000007
【図６】
2010011580.tif 000008
【図７】
2010011580.tif 000009
【図８】
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