(57)【要約】【課題】  ロータの慣性を低減することでモータの起動性を向上する。【解決手段】  燃料ポンプ１０のモータ部１４は、ハウジング（２８，５２，６０）に回転可能に支持されている回転軸３２を備える。回転軸３２には、ロータマグネット３８が固定されている。ロータマグネット３８は、回転軸３２の軸線から所定の距離だけ離れた円筒面上に配された永久磁石３８ａを有する。永久磁石３８ａの外周側で永久磁石３８ａに対向する位置には、ステータコイル（３３，３４）が配置される。永久磁石３８ａの内周側で永久磁石３８ａに対向する位置には、ヨーク３６が配置される。ステータコイル（３３，３４）とヨーク３６は共に、ハウジング（２８，５２，６０）に固定されている。【選択図】  図１
2006050808.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、
ハウジングに回転可能に支持されている回転軸と、
回転軸に固定されており、回転軸の軸線から所定の距離だけ離れた円筒面上に配される永久磁石を有し、その永久磁石と回転軸の軸線との間に空間が形成されているロータマグネットと、
ハウジングに固定されており、永久磁石の外周側で永久磁石に対向して配置されるステータコイルと、
ハウジングに固定されており、永久磁石の内周側で永久磁石に対向して配置されるヨークを備えるブラシレスモータ。
【請求項２】
ハウジングと、
ハウジングに回転可能に支持されている回転軸と、
回転軸に固定されており、回転軸の軸線から所定の距離だけ離れた円筒面上に配される永久磁石を有し、その永久磁石と回転軸の軸線との間に空間が形成されているロータマグネットと、
ハウジングに固定されており、永久磁石の内周側で永久磁石に対向して配置されるステータコイルと、
ハウジングに固定されており、永久磁石の外周側で永久磁石に対向して配置されるヨークを備えるブラシレスモータ。
【請求項３】
ヨークと永久磁石との間のエアギャップが、周方向に不均一となっていることを特徴とする請求項１又は２に記載のブラシレスモータ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のブラシレスモータと、
そのブラシレスモータの回転軸の一端に固定されるインペラと、を備え、
ハウジングには、インペラを回転可能に収容するポンプ部が設けられていることを特徴とする燃料ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシレスモータに関する。詳しくは、ブラシレスモータの起動性を向上するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等に搭載される各種ポンプ（例えば、燃料、水、オイル等の流体を圧送するポンプ）の駆動源にはモータが利用される。この種のモータとして、ブラシ及びコミュテータのないブラシレスモータが知られている。一般に、ブラシレスモータは、ハウジングに回転可能に支持される回転軸を備える。回転軸の外周には円筒状のヨーク（鉄等の磁性体）が固定される。ヨークの外周面上には、複数の永久磁石がＮ極とＳ極が交互に並ぶように接着固定される。永久磁石の外周側にはステータコイルが配置される。永久磁石（ロータ）のステータに対する位置は、磁気検出センサ（ホールＩＣ等）によって検出され、その検出結果に基づいてステータコイルに印加する電流が切換え制御される。これによって、永久磁石とステータコイルとのあいだに磁気エネルギー（吸引・反発）が生じ、回転軸に回転トルクが発生する。
【０００３】
上記のブラシレスモータでは、回転軸とヨークと永久磁石が一体となって回転する（すなわち、ロータが回転軸とヨークと永久磁石で構成される）。ロータの慣性を小さくできると、モータの起動性が向上する。そこで、ロータの慣性を低減できるブラシレスモータが提案されている（特許文献１）。
特許文献１に記載のブラシレスモータは、略凹状をなす薄肉鋼板製のヨークを備える。ヨークは、円筒状の側壁と、この側壁の一端を閉じる円板状の底板によって構成される。そして、ヨークの軸線と回転軸の軸線が一致する状態で、円板の中央に回転軸が固定される。このブラシレスモータによると、ヨークに薄肉鋼板を用いるため、ヨークの重量が低減され、その結果、ロータの慣性を低減することができる。
【特許文献１】特開平１１−２１５７９２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のブラシレスモータでは、薄肉鋼板製のヨークを用いることでロータの慣性低減を図っている。すなわち、ヨークの薄肉化によってロータの慣性を低減する。しかしながら、ヨークの薄肉化は、機械的強度の問題から自ずと限界がある。また、ヨークを薄肉化すると、それに応じてヨークを流れる磁束量が減少する。ヨークを流れる磁束量が減少すると、モータ効率の低下を招来する。
【０００５】
本発明は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、ロータの慣性を低減することでモータの起動性を向上することができ、かつ、ロータの慣性を低減してもヨークを流れる磁束量を減少させないことが可能となるブラシレスモータ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】
本発明の第１のブラシレスモータは、ハウジングと、ハウジングに回転可能に支持されている回転軸を備える。回転軸にはロータマグネットが固定される。ロータマグネットは、回転軸の軸線から所定の距離だけ離れた円筒面上に配された永久磁石を有し、回転軸の軸線と永久磁石との間には空間が形成されている。ステータコイルは、ハウジングに固定されており、永久磁石の外周側で永久磁石に対向して配置される。ヨークも、ハウジングに固定されており、永久磁石の内周側で永久磁石に対向して配置される。
このブラシレスモータでは、回転軸にロータマグネットが固定される。ロータマグネット（永久磁石）の外周側にはステータコイルが配され、ロータマグネット（永久磁石）の内周側にはヨークが配置される。ステータコイルとヨークは共にハウジングに固定され、回転軸が回転しても回転しない。したがって、ロータマグネットのみが回転軸とともに回転するため、ロータの慣性を低減することができる。これによって、モータの起動性が向上する。また、ヨークはハウジングに固定されるため、ヨークを大きくしてもロータの慣性が大きくなることはない。このため、ヨークに充分な量の磁束を流すことができる。
【０００７】
なお、ロータマグネット（永久磁石）の外周側にヨークを配置し、ロータマグネットの内周側にステータコイルを配置しても、回転軸に回転トルクを発生させることができる。したがって、本発明の第２のブラシレスモータは、ハウジングと、ハウジングに回転可能に支持されている回転軸を備える。回転軸にはロータマグネットが固定されている。ロータマグネットは、回転軸の軸線から所定の距離だけ離れた円筒面上に配される永久磁石を有し、回転軸の軸線と永久磁石との間には空間が形成されている。そして、永久磁石の内周側においてステータコイルが永久磁石に対向して配置され、永久磁石の外周側においてヨークが永久磁石に対向して配置される。ステータコイルとヨークは、共にハウジングに固定されている。
この第２のブラシレスモータによっても、第１のブラシレスモータと同様の作用効果を奏することができる。
【０００８】
一般的に、ブラシレスモータは、モータ起動時におけるロータとステータコイルの位置関係によっては、ロータに回転トルクが発生しない場合がある（いわゆる、ステータに対してロータが起動死点に位置する場合である）。かかる問題を回避するために、ステータコイルの形状を周方向に変化させ、ステータコイルによって形成される磁束を非対称とする方法が知られている。しかしながら、ステータコイルの形状を変化させる方法では、ステータコイルとロータとのエアギャップが不均一となり、また、ステータコイルとロータとの間隙も大きくならざるを得ない。このため、ステータコイルの磁力が回転軸の回転トルクに有効に変換されず、モータ効率が低下するという問題がある。
そこで、上記の各ブラシレスモータにおいては、ヨークと永久磁石との間に形成されるエアギャップが、周方向に不均一となっていることが好ましい。ヨークと永久磁石とのエアギャップを周方向に不均一とすることで磁束の流れが不均一となり、起動死点の問題を解決することができる。また、ヨークの形状を変化させるだけであれば、永久磁石とステータコイルとの間隔を均一とし、かつ、その間隔を狭くすることが可能となる。したがって、ステータコイルの磁力を回転軸の回転トルクに有効に変換でき、モータ効率の低下を防止することができる。
【０００９】
なお、上記の各ブラシレスモータは、燃料ポンプのモータとして用いることができる。例えば、本発明の一態様に係る燃料ポンプは、上記したブラシレスモータのいずれかと、そのブラシレスモータの回転軸の一端に固定されたインペラを備える。そして、ハウジングには、インペラを回転可能に収容するポンプ部が設けられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。図１は燃料ポンプ１０の縦断面図であり、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。燃料ポンプ１０は自動車用であって、燃料タンク内に設置される。燃料ポンプ１０は、燃料に浸漬した状態で動作し、エンジンに燃料を圧送する。
【００１１】
図１に示されているように、燃料ポンプ１０は、モータ部１４とポンプ部１２とから構成されている。モータ部１４は、ハウジング６０とモータカバー５２とロータマグネット３８とステータ３３とコイル３４等を備えている。
ハウジング６０は略円筒状に形成されている。ハウジング６０の内壁にはステータ３３が固定されている。ステータ３３は、複数の鋼板を重ね合わせて構成されている。図２によく示されるようにステータ３３には、６個のティース（極）が形成されている。これらのティースは、ハウジング６０の内壁面に均等な間隔で配置されている。各ティースにはコイル３４が巻付けられている。各ティースの先端とロータマグネット３８（後で詳述する）との間には、均一なエアギャップが設けられている。
【００１２】
モータカバー５２は、ハウジング６０の上端（図１の上下を燃料ポンプ１０の上下とする）に固定されている。モータカバー５２には、上方に向かって開口する吐出ポート５４が形成されている。モータカバー５２の中心には固定軸５０が固定されている。固定軸５０は、モータカバー５２の下面から下方に突出している。固定軸５２には、磁性体で形成されたヨーク３６が固定されている。ヨーク３６の上端には、その中央に係合穴３６ａが形成される。この係合穴３６ａに固定軸５２が圧入されて固定されている。ヨーク３６の下端には、ベアリング３１を介して回転軸３２の上端部が回転可能に取付けられている。回転軸３２の下端部は、ベアリング３０を介してポンプ部１２のポンプカバー２８に回転可能に装着されている。
【００１３】
回転軸３２には、ロータマグネット３８が固定されている。ロータマグネット３８は、ボンド磁石を一体成形で製造したものである。ロータマグネット３８は、円筒状に形成された円筒部３８ａと、円筒部３８ａの下端を閉じる円板部３８ｂとから構成される。円板部３８ｂの中心に形成された貫通孔３８ｃには、回転軸３２が固着されている。図から明らかなように、円筒部３８ａの径は回転軸３２の径よりも大きい。したがって、回転軸３２と円筒部３８ａとの間には空間が形成されている。
なお、ロータマグネット３８は、上述した説明のように円筒部３８ａと円板部３８ｂを一体成形で製造することができるが、これとは異なり、円筒部３８ａと円板部３８ｂを別体で製作し、これらを固着することによっても製造することができる。例えば、円筒形状の永久磁石（円筒部３８ａに相当）を鋼板製の円板（円板部３８ｂ）の外周縁に接着する。この場合は、円筒部３８ａだけが磁石となる。
【００１４】
図２によく示されるように円筒部３８ａは、Ｎ極に着磁された３つの第１磁石部３８Ｎと、Ｓ極に着磁された３つの第２磁石部３８Ｓが交互に配置されて構成されている。円筒部３８ａの外周側にはステータ３３のコイル３４が配されており、円筒部３８ａの内周側にはヨーク３６が配されている。ロータマグネット３８とヨーク３６の間にはエアギャップが形成されている。このエアギャップは、ロータマグネット３８の内周に亘って均一となっている。
【００１５】
円筒部３８ａの上端近傍にはホールＩＣ４０が配設されている。ホールＩＣ４０は、円筒部３８ａからの磁束の変化を検出し、それに応じた信号を出力する。ホールＩＣ４０からの信号は、信号線４４及びコネクタ４６を介して外部のモータ駆動回路（図示しない）に入力する。モータ駆動回路は、ホールＩＣ４０からの出力に基づいて、ロータマグネット３８の回転位置を検出する。モータ駆動回路とステータ３３の各コイル３４は、コネクタ４８及び電力線４２により接続されている。モータ駆動回路は、ロータマグネット３８の回転位置に応じて電力を供給するコイル３４を切換える。モータ駆動回路からの電力は、コネクタ４８及び電力線４２を介して各コイル３４に送られる。
【００１６】
上述した説明から明らかなように、ステータ３３はハウジング６０に固定されており、ヨーク３６はモータカバー５２に固定されている。したがって、回転軸３２が回転すると、ロータマグネット３８はステータ３３及びヨーク３６に対して回転する。モータ駆動回路は、ホールＩＣ４０で検出されるロータマグネット３８の位置に応じて、ステータ３３の各コイル３４に供給する電力を切換え制御する。このため、ロータマグネット３８と各コイル３４との間に磁力（吸引・反発）が発生し、ロータマグネット３８（すなわち、回転軸３２）に回転トルクが発生する。回転トルクが発生すると、ロータマグネット３８及び回転軸３２が回転する。
【００１７】
一方、ポンプ部１２には、ポンプカバー２８とポンプボディ２２とインペラ２０等が備えられている。なお、本実施形態においては、ハウジング６０、モータカバー５２、ポンプカバー２８及びポンプボディ２２が、請求項でいう「ハウジング」に相当する。
インペラ２０は略円板状である。インペラ２０の表裏両面には、その外周部に周方向に複数並んだ凹所群１７，１９が形成されている。凹所群１７，１９は、その底部で互いに連通している。また、インペラ２０の中心には、厚さ方向に貫通する係合孔２０ｃが形成されている。
【００１８】
ポンプカバー２８のインペラ側の面（即ち下面）には、平面視すると円形の凹部が形成され、この凹部にインペラ２０が回転可能に嵌まり込んでいる。ポンプカバー２８とポンプボディ２２は、ポンプカバー２８の凹部にインペラ２０を組込んだ状態で、ハウジング７２の下端に固定されている。回転軸３２の下端部は、ベアリング３０に支持されている部位よりさらに下方の部位で、インペラ２０の係合穴２０ｃに嵌挿されている。回転軸３１が回転すると、それにともなってインペラ２０も回転する。回転軸３２の下端とポンプボディ２２の間には、回転軸３２のスラスト荷重を受止めるスラストベアリング２６が介装されている。
【００１９】
ポンプボディ２２のインペラ２０側の面２２ａ（即ち図１の上面）には、平面視すると略Ｃ字形状の溝１８が形成されている。溝１８は、インペラ２０下面の凹所群１７に対向する領域を上端端から下流端まで伸びている。溝１８の上流端は燃料吸入流路２４と連通している。燃料吸入流路２４は、溝１８からポンプボディ２２の下面（図１の下面）まで伸びている。燃料吸入流路２４は、溝１８と燃料ポンプ１０外とを連通している。以下では、溝１８のことを吸入側溝と呼ぶことにする。
【００２０】
ポンプカバー２８の凹部の底面２８ａには、平面視すると略Ｃ字形状の溝１６が形成されている。溝１６は、インペラ２０上面の凹所群１９に対向する領域を上流端から下流端まで伸びている。溝１６は、その下流端近傍で燃料吐出流路（図示省略）と連通している。燃料吐出流路は、溝１６からポンプカバー２８の上面（図１の上面）まで続いている。以下では、溝１６のことを吐出側溝と呼ぶことにする。
【００２１】
上述した燃料ポンプ１０において、ステータ３３のコイル３４に電力が供給されると、回転軸３２が回転する。回転軸３２が回転するとインペラ２０も回転し、インペラ２０下面の凹所１７とポンプボディ２２の吸入側溝１８とにまたがる旋回流が発生する。燃料は、旋回しながら吸入側溝１８に沿って昇圧される。燃料が吸入側溝１８に沿って昇圧されると、それにともなって燃料吸入流路２４から燃料が吸い込まれる。吸入側溝１８で昇圧された燃料は、インペラ２０の上側の凹所１９に存在する燃料と合流する。
【００２２】
インペラ２０の上側の凹所２０ａと吐出側溝２４とにまたがる旋回流も発生する。この旋回流によって、吐出側溝２４に沿っても燃料が昇圧される。昇圧された燃料は、燃料吐出流路を通ってモータ部１４の方向に流れていく。燃料吐出流路に流れ出た燃料は、モータ部１４のハウジング６０内に送り出される。ハウジング６０内に送り出された燃料は、ハウジング６０内を上方に向けて流れ、モータカバー５２の吐出ポート５４から吐出される。
【００２３】
本実施例の燃料ポンプ１０は、ロータマグネット３８のみが回転軸３２に固定され、ヨーク３６はモータカバー５２に固定されている。したがって、回転軸３２が回転してもヨーク３６は回転せず、ロータマグネット３８のみが回転する（すなわち、回転軸３２とロータマグネット３８でロータが構成されている）。ヨーク３６の分だけロータの慣性が小さくなるため、モータの起動性を向上することができる。
また、ヨーク３６をモータカバー５２に固定するため、ヨーク３６を大きくしてもロータの慣性は大きくならない。このため、ヨーク３６をロータマグネット３８の磁束が充分に流れる大きさのものとすることができる。したがって、コイル３４の磁気エネルギが回転軸３２の回転トルクに効率的に変換され、モータ効率（ひいてはポンプ効率）を向上することができる。
【００２４】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、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。
例えば、図３，４に示すような形態で実施することができる。この実施形態では、ヨーク３７の上端に凹部３９が形成されている点で、上述した実施形態の燃料ポンプと異なる。この実施形態では、ヨーク３７の上端に凹部３９が形成され、ヨーク３７の形状が上下方向中心に関して略対称な形状となっている。これによって、ロータマグネット３８からヨーク３７に流れる磁束がバランスし、ロータマグネット３８がスムーズに回転するようになっている。
【００２５】
また、上述した実施形態では、ロータマグネット３８の外周側にコイル３４を配し、ロータマグネット３８の内周側にヨーク３６を配した。しかしながら、ロータマグネットに対するコイルとヨークの位置関係は、上述した実施形態の反対とすることができる。すなわち、図５に示すように、ロータマグネット７２の内周側にステータ６８及びコイル７０を配置する。ステータ６８はモータケース（図示省略）に固定した固定軸７４に固定することができる。ロータマグネット７２の外側にはハウジング６２が配置される。ハウジング６２を磁性体で形成することで、ハウジング６２をヨークとして機能させることができる。このような形態によっても、ロータマグネット７２に回転トルクを発生させることができる。また、ロータマグネット７２のみが回転するため、モータの起動性を向上することができる。
【００２６】
なお、上述した各実施形態において、モータの起動死点の問題を解決するためには、ロータマグネットとヨークとの間に形成されるエアギャップを周方向に変化させることが好ましい。図６には、図１，２に示す燃料ポンプ１０においてヨークとロータマグネットとのエアギャップを周方向に変化させた例を示している。図６に示すように、ヨーク３５は固定軸５０に固定されている。ヨーク３５の外周には、ロータマグネット３８とのエアギャップを小さくする突部３５ａと、ロータマグネット３８とのエアギャップを大きくする凹部３５ｂが形成されている。突部３５ａと凹部３５ｂは交互に配置されている。このような形態では、ロータマグネット３８からヨーク３５に流れる磁束が非対称となり、モータの起動死点の問題を解消することができる。また、ロータマグネット３８とステータ３３（コイル３４）とのエアギャップは均一で、かつ、狭く設定することができる。このため、コイル３４から発生する磁気エネルギをロータマグネット３８の回転トルクに効率的に変換することができる。
なお、図７には、図５に示す実施形態においてヨーク（ハウジング）とロータマグネットとのエアギャップを周方向に変化させた例を示している。図７に示す実施形態においては、ハウジング（ヨーク）６３の内周に、ロータマグネット７２とのエアギャップを小さくする肉厚部６３ｂａと、ロータマグネット３８とのエアギャップを大きくする薄肉部６３ａが形成されている。
【００２７】
本明細書また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、出願時の請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、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。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本実施形態に係る燃料ポンプの縦断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】図１に示す燃料ポンプの変形例を示す縦断面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】ロータマグネットに対するコイルとヨークの位置関係を反対にした燃料ポンプの例を示す図である。
【図６】図１に示す実施形態においてヨークとロータマグネットとのエアギャップを周方向に変化させた変形例を示す図である。
【図７】図５に示す実施形態においてヨーク（ハウジング）とロータマグネットとのエアギャップを周方向に変化させた変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０：燃料ポンプ
１２：ポンプ部
１４：モータ部
１６，１８：溝
１７，１９：凹所
２０：インペラ
２２：ポンプボディ
２４：燃料吸入流路
２８：ポンプカバー
３０，３１：ベアリング
３２：回転軸
３３：ステータ
３４：コイル
３６：ヨーク
３８：ロータマグネット
３８ａ：円筒部
３８ｂ：円板部
３８ｃ：貫通孔
４０：ホールＩＣ
４２：電源線
４４：信号線
４６，４８：コネクタ
５０：固定軸
５２：モータカバー
５４：吐出ポート
６０：ハウジング
【図１】
2006050808.tif 000003
【図２】
2006050808.tif 000004
【図３】
2006050808.tif 000005
【図４】
2006050808.tif 000006
【図５】
2006050808.tif 000007
【図６】
2006050808.tif 000008
【図７】
2006050808.tif 000009