(57)【要約】【課題】回転子磁石に樹脂成形磁石を使用し高性能を得るポンプ装置のポンプ駆動用モータ。【解決手段】  ポンプ駆動用モータと、ケーシング内に設けられた羽根車を前記ポンプ駆動用モータにより回転させてポンプ作用を行うポンプ部と、前記ポンプ駆動用モータの回転速度を変速させて前記ポンプ部を制御する制御部を有するポンプ装置において、前記ポンプ駆動用モータの回転子は、プレス打抜きにより成形された電磁鋼板を複数枚積層した回転子鉄心と、該回転子鉄心の外周に設けられ、磁性体にサマリウム鉄窒素（ＳｍＦｅＮ）を使用した円筒状の回転子磁石を備え、前記回転子磁石はその磁場配向を成形と同時に成形金型内でハルバッハ配列にした樹脂成形磁石であって、前記回転子鉄心と前記回転子磁石の間にはギャップを有して同心状に装着したことを特徴とするポンプ装置。【選択図】  図４
2014017910.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプ駆動用モータと、
ケーシング内に設けられた羽根車を前記ポンプ駆動用モータにより回転させてポンプ作用を行うポンプ部と、
前記ポンプ駆動用モータの回転速度を変速させて前記ポンプ部を制御する制御部を有するポンプ装置において、
前記ポンプ駆動用モータの回転子は、
プレス打抜きにより成形された電磁鋼板を複数枚積層した回転子鉄心と、
該回転子鉄心の外周に設けられ、磁性体にサマリウム鉄窒素（ＳｍＦｅＮ）を使用した円筒状の回転子磁石を備え、
前記回転子磁石はその磁場配向を成形と同時に成形金型内でハルバッハ配列にした樹脂成形磁石であって、
前記回転子鉄心と前記回転子磁石の間にはギャップを有して同心状に装着したことを特徴とするポンプ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のポンプ装置において、
前記回転子磁石両端側には固定金具を具備し、
前記回転子鉄心と前記固定金具にはネジ通しのための複数の貫通穴を設け、
前記ネジと前記固定金具により前記回転子鉄心と前記回転子磁石とが固定されていることを特徴とするポンプ装置。
【請求項３】
ポンプ駆動用モータであって、
前記ポンプ駆動用モータの回転子は、
プレス打抜きにより成形された電磁鋼板を複数枚積層した回転子鉄心と、
該回転子鉄心の外周に設けられ、磁性体にサマリウム鉄窒素（ＳｍＦｅＮ）を使用した
円筒状の回転子磁石を備え、
前記回転子磁石はその磁場配向を成形と同時に成形金型内でハルバッハ配列にした樹脂成形磁石であって、
前記回転子鉄心と前記回転子磁石の間にはギャップを有して同心状に装着したことを特徴とするポンプ駆動用モータ。
【請求項４】
請求項３に記載のポンプ駆動用モータであって、
前記回転子磁石両端側には固定金具を具備し、
前記回転子鉄心と前記固定金具にはネジ通しのための複数の貫通穴を設け、
前記ネジと前記固定金具により前記回転子鉄心と前記回転子磁石とが固定されていることを特徴とするポンプ駆動用モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はポンプ駆動用モータに係わり、更に詳細にはポンプ駆動用モータの信頼性と性能向上に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のポンプ装置に配置されたポンプ駆動用モータは小型かつ高出力を得るために、回転子にはネオジムマグネットを使用している。回転子鉄心は電磁鋼板を積層し単数、または複数の円筒形状のネオジムマグネットにより構成され、円筒形状のネオジムマグネットは回転子の外周側に同心円上に配置され、それらは接着剤により固定されている。
【０００３】
近年、ネオジムマグネットなどの希土類の価格高騰が続いておりモータの材料費を圧迫してきた。代替としてはプラスチックマグネットを使用する必要がある。
【０００４】
また、ネオジムマグネットは高性能であるがモータ駆動中にネオジムマグネットに渦電流が流れ、渦電流によりネオジムマグネットが自己発熱し熱減磁する特徴があり、発熱と熱減磁を繰返しモータの温度上昇が安定せず不利な面がある。
【０００５】
解決策としては特開２００７−２１４３９３（特許文献１）のように極異方性配向のリング状プラスチックマグネットを使用し性能を得る方法がある。
【０００６】
また、特開２０１０−９８８９１（特許文献２）のように着磁されたマグネットを配置してハルバッハ配列を構成して性能を得る方法があるが、既に着磁されたマグネットを配置しなければならず生産効率は悪い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２１４３９３
【特許文献２】特開２０１０−９８８９１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年、ネオジムマグネットなどの希土類の価格高騰が続いておりモータの材料費を圧迫しており代替としてプラスチックマグネットを使用する必要があるが、モータの体積を変えず、磁気特性として劣るプラスチックマグネットを使用してネオジムマグネットと同等の性能を得る為の極異方配列などの方策が必要となる。
【０００９】
また、プラスチックマグネットと回転子鉄心を使った構成においても上記した温度上昇による異常が発生しない構造とする必要がある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題は、ポンプ駆動用モータと、ケーシング内に設けられた羽根車を前記ポンプ駆動用モータにより回転させてポンプ作用を行うポンプ部と、前記ポンプ駆動用モータの回転速度を変速させて前記ポンプ部を制御する制御部を有するポンプ装置において、前記ポンプ駆動用モータの回転子は、プレス打抜きにより成形された電磁鋼板を複数枚積層した回転子鉄心と、該回転子鉄心の外周に設けられ、磁性体にサマリウム鉄窒素（ＳｍＦｅＮ）を使用した円筒状の回転子磁石を備え、前記回転子磁石はその磁場配向を成形と同時に成形金型内でハルバッハ配列にした樹脂成形磁石であって、前記回転子鉄心と前記回転子磁石の間にはギャップを有して同心状に装着したポンプ装置によって改善される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、希土類を含んだネオジムマグネットを用いることなく、同等の性能を持ったポンプ装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一実施例のポンプ装置の縦断面図である。
【図２】一実施例のポンプ駆動用モータのモータ断面図である。
【図３】一実施例のポンプ駆動用モータの樹脂成形磁石の断面図である。
【図４】一実施例のポンプ駆動用モータの回転子の断面図である。
【図５】一実施例のポンプ駆動用モータの樹脂成形磁石の磁場配向図である。
【図６】一実施例のポンプ駆動用モータの特性略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
まず、本発明の概要を説明する。本発明は上記課題を解決するために、ポンプ装置のポンプ駆動用モータの回転子にサマリウム鉄窒素（ＳｍＦｅＮ）を磁性体とした樹脂成形材を使用し射出成形によりマグネットを構成し、円筒状に成形され回転子外周側へ固定金具により固定する。
【００１４】
サマリウム鉄窒素の磁気特性（残留磁束密度）はネオジムマグネットの約５０％であり、モータの体積が同一でネオジムマグネットと同等のモータ性能を得るためには単純にサマリウム鉄窒素を２倍以上使用すれば同等となるが、モータ全体の寸法、及び、射出成形条件の制約があり補えきれず、磁場配向を極異方配列とハルバッハ配列を組合せることで可能となる。
【００１５】
従来、ハルバッハ配列は既に着磁された複数のマグネットの向きを替え、並べることでその配列を得るのが一般的であるが生産効率は悪いため、磁性体を有した樹脂成形材を使用し、射出成形時にハルバッハ配列させる。それらにより、ネオジムマグネットと同等のモータ性能を得ることができ、希土類の価格高騰による材料費圧迫の問題点を解消することができる。
【００１６】
また、サマリウム鉄窒素は樹脂成形材と混練して構成されていることより絶縁されておりマグネットへ渦電流が流れることなく安定した温度上昇特性が得られる。
【実施例１】
【００１７】
以下、本発明の一実施例を図面に沿って説明する。
【００１８】
まず、本実施例のポンプ装置の概要について図１を用いて説明する。
【００１９】
ポンプ装置は、水通路が形成されたポンプベース１と、ポンプベース１の吐出側水通路部上部に載置された圧力タンク２と、ベース１の上に配置されたポンプ駆動用モータ３とポンプ駆動用モータ３の回転数を変速させてポンプ装置を制御する制御基板４と、制御基板４と通信線で接続されポンプ装置の吐出圧力値の表示や運転圧力等の設定を切り替え操作できる表示基板５と、ベース１の上に配置されたポンプ装置を制御する際に発生する高調波を抑制する高調波抑制コイル６と、ベース１の吐出側水通路部上部に載置されたポンプ装置の圧力を検出する圧力センサー７が備わっており、それらをポンプカバー１０が覆う構造である。なお、ここでは、代表的ポンプであるウェスコポンプを例示するが、本実施例はウェスコポンプに限定されるものではない。
【００２０】
ポンプ装置の運転はポンプ駆動用モータ３を運転することにより行われる。まず、自吸運転が行われ、自吸運転が終了してから揚水運転に移行する。かかる揚水運転で、吐出配管につながる流路が閉じられると、吐出配管から下流側の圧力が上がる。この圧力を圧力センサー７が検知してポンプ駆動用モータ３の運転が止まる。
【００２１】
次に、サマリウム鉄窒素（以下サマテツマグネットとする）を使用し射出成形によりマグネットを構成した本実施例のポンプ駆動用モータ３の回転子について図２から図４を用いて説明する。
【００２２】
図２はポンプ駆動用モータ３の断面図を表しており、回転子は回転子鉄心１２と複数の円筒形状の樹脂成形磁石であるサマテツマグネット３０により構成され、回転子の外周側に同心円上に配置され、それらは接着剤１３により固定されている。なお、回転子鉄心１２は、プレス打抜きにより成形された電磁鋼板を複数枚積層したものである。また、サマテツマグネット３０は、回転子鉄心１２の外周に設けられ、磁性体にサマリウム鉄窒素（ＳｍＦｅＮ）を使用した円筒状の回転子磁石である。
【００２３】
図３は本実施例によるサマテツマグネット３０の断面図であり磁性体を含有した樹脂を成形金型へ流し込み形状を構成したものである。図４はサマテツマグネット３０を使用した回転子の断面図であり、サマテツマグネット３０の両端面には回転子鉄心３１と固定する固定金具３２ａと固定金具３２ｂを具備し、固定金具３２ａは複数の穴を設けており、固定金具３２ｂにはそれに対面した場所にネジ穴を設けている。回転子鉄心３１を構成する複数枚重ね合わせた電磁鋼板には複数のネジ３６を通すための貫通穴３５がある。
【００２４】
その貫通穴３５に合わせてネジ３６を通しサマテツマグネット３０と回転子鉄心３１を固定している。
【００２５】
サマテツマグネット３０と回転子鉄心３１間には線膨張係数の違いからなる熱膨張と収縮により干渉しサマテツマグネット３０が破損することも考えられるためギャップδを有している。
【００２６】
また、前記の通りサマテツマグネット３０と回転子鉄心３１は固定金具３２ａと固定金具３２ｂによりネジ３６を介し固定されているが、寸法公差によるガタツキがあるため補助材として接着剤３７を使用し固定する。接着剤３７はネジ３６へ使用し緩み防止剤を兼ねる。
【００２７】
本実施例では固定金具３２ａと固定金具３２ｂ及び、サマテツマグネット３０は５箇所の凹凸の嵌めあいで回転方向の固定を行っているが、回転子鉄心３１も含めて多角形としても良い。
【００２８】
次に、本実施例の磁場配向について図５を用いて説明する。図５はサマテツマグネット３０の断面図とＱ部を拡大した断面図である。径内周側漏洩磁束を矢印Ｚで表す。
【００２９】
前記図５の磁束は矢印Ｚのようにサマテツマグネット３０の径外周側では極異方配列Ｒとなっており径内周側に近くなるに従い直線的な向きＹになりハルバッハ配列となる。極異方配列Ｒのままであれば径内周側へ漏洩磁束Ｚ’があるがハルバッハ配列を構成すると直線的な向きにＹになり、径内周側の漏洩磁束Ｚ’は無くなり効率が良くなる。（内周側の磁力は無くクリップなどの軽金属も付着しない）
ハルバッハ配列は成形と同時に成形金型内に組込まれたマグネットの配列により磁性体が、そのマグネットの配列に従い磁場配列を完成させる。
【００３０】
次に、図６を用いて温度上昇の特性を説明する。まず、比較対象として、図２のサマテツマグネット３０に代え、ネオジムマグネット１１を用いた従来のポンプ駆動用モータについて説明する。従来のポンプ駆動用モータで用いられるネオジムマグネット１１は導体であり、ロータ外周部に配置される固定子巻線に発生する磁束によりネオジムマグネット１１自体にも渦電流が流れる。ネオジムマグネット１１の磁気特性は高温域で減磁していく性能を有しており渦電流が流れることにより発熱し減磁する。それを繰返し温度上昇特性が安定しない。ネオジムマグネット１１の温度上昇チャートを４０とする。
【００３１】
これに対し、本実施例のサマテツマグネット３０はネオジムマグネット１１に対し温度係数が約５０％であり温度への影響が少なく、かつ、前述の如く樹脂成形材と混練して構成されていることより絶縁されておりマグネットへ渦電流が流れることなく温度上昇特性は安定し良くなる。サマテツマグネット３０の温度上昇チャートを５０とする。
【００３２】
以上で説明したように、本実施例によると、ポンプ駆動用モータ３の回転子にサマリウム鉄窒素（ＳｍＦｅＮ）を磁性体とした樹脂成形材を使用しマグネットを射出成形により構成し、かつ、磁場配向に極異方配列とハルバッハ配列を組合せることで、モータの体積を変えることなくネオジムマグネット１１と同等のモータ性能を得ることができ、希土類の価格高騰による材料費圧迫を避けることができる。
【００３３】
また、サマリウム鉄窒素は樹脂成形材を混練していることより磁性体が絶縁されているため、渦電流が流れることなく安定した温度上昇特性が得られ、信頼性を高めたポンプ装置を提供することが可能となる。
【００３４】
これらによりネオジムマグネット１１を使用せず、信頼性の向上した製品を提供することが可能となる。
【符号の説明】
【００３５】
３  ポンプ駆動用モータ、１１  ネオジムマグネット、３０  サマテツマグネット、３２ａ、３２ｂ  固定金具、  δ  ギャップ  Ｒ  極異方配列、  Ｙ  ハルバッハ配列、  Ｚ  径内周側漏洩磁束、
【図１】
2014017910.tif 000003
【図２】
2014017910.tif 000004
【図３】
2014017910.tif 000005
【図４】
2014017910.tif 000006
【図５】
2014017910.tif 000007
【図６】
2014017910.tif 000008