(57)【要約】【課題】  燃料ポンプで用いられるブラシレスモータの回転子であって、耐燃料性を低下させることなく動バランスが修正された回転子を提供する。【解決手段】  回転子３０のロータコア３３の永久磁石３５は、回転子３０の動バランスを修正するための第１の凹部６１および第２の凹部６２を外壁に有している。永久磁石３５は、樹脂と磁粉との混合材料を型成形して作られたボンド磁石であり、第１の凹部６１および第２の凹部６２は、永久磁石３５の型成形時に形成されている。また第１の凹部６１および第２の凹部６２は、永久磁石３５の軸方向の両端部に形成されている。そのため、永久磁石３５を削ることなく回転子３０の動バランスを修正することができ、永久磁石３５を削ることによって磁性部分が外部に露出することを回避可能である。したがって耐燃料性を低下させることなく動バランスが修正された回転子３０を提供することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ポンプ（１０）のインペラ（４８）を回転駆動するブラシレスモータ（２０）の回転子（３０、８０、９０）であって、
棒状であり、軸方向の一端部（３２）の横断面形状が非円形であり、当該一端部を前記インペラに嵌合させることによって当該インペラと連結可能なシャフト（３１）と、
筒状であり、前記シャフトに嵌合して固定され、周方向に並ぶ複数の磁極を有する永久磁石（３５、８２、９２）を含むロータコア（３３、８１、９１）と、
を備え、
前記永久磁石は、前記回転子の動バランスを修正するための凹部または凸部から成るバランス修正手段（６１、６２、８３、８４、９５、９６）を外壁に有し、
前記バランス修正手段は、型成形により形成されていることを特徴とするブラシレスモータの回転子。
【請求項２】
前記永久磁石のうち、軸方向で前記シャフトの前記一端部とは反対側に位置する端面を第１端面（６３）とし、軸方向で前記シャフトの前記一端部側に位置する端面を第２端面（６４）とすると、
前記バランス修正手段は、前記第１端面および前記第２端面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のブラシレスモータの回転子。
【請求項３】
前記シャフトの前記一端部は、横断面形状がＤ字状となるように外壁の一部に平面部（６５）を有し、
前記バランス修正手段は、前記永久磁石の前記第１端面に形成されている第１の凹部（６１、９５）と、前記永久磁石の前記第２端面に形成されている第２の凹部（６２、９６）とから構成され、
前記第１の凹部は、前記永久磁石を軸方向に見たとき、前記シャフトの軸心（３８）に対し前記シャフトの前記一端部の前記平面部側に位置し、
前記第２の凹部は、前記永久磁石を軸方向に見たとき、前記シャフトの軸心に対し前記シャフトの前記一端部の前記平面部とは反対側に位置していることを特徴とする請求項２に記載のブラシレスモータの回転子。
【請求項４】
前記シャフトの前記一端部は、横断面形状がＤ字状となるように外壁の一部に平面部を有し、
前記バランス修正手段は、前記永久磁石の前記第１端面に形成されている第１の凸部（８３）と、前記永久磁石の前記第２端面に形成されている第２の凸部（８４）とから構成され、
前記第１の凸部は、前記永久磁石を軸方向に見たとき、前記シャフトの軸心に対し前記シャフトの前記一端部の前記平面部とは反対側に位置し、
前記第２の凸部は、前記永久磁石を軸方向に見たとき、前記シャフトの軸心に対し前記シャフトの前記一端部の前記平面部側に位置していることを特徴とする請求項２に記載のブラシレスモータの回転子。
【請求項５】
前記永久磁石（３５、８２）は、樹脂と磁粉との混合材料を型成形して作られたボンド磁石であり、
前記バランス修正手段は、前記永久磁石の型成形時に形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のブラシレスモータの回転子。
【請求項６】
前記永久磁石の型成形時に材料の流入口となるゲート（７８）は、前記バランス修正手段と一致する箇所に設けられることを特徴とする請求項５に記載のブラシレスモータの回転子。
【請求項７】
前記永久磁石（９２）は、磁性焼結体（９３）を樹脂の保護膜（９４）でコーティングして成るものであり、
前記保護膜は、樹脂を型成形して作られており、
前記バランス修正手段は、前記保護膜の型成形時に形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のブラシレスモータの回転子。
【請求項８】
前記永久磁石の前記保護膜の型成形時に材料の流入口となるゲートは、前記バランス修正手段と一致する箇所に設けられることを特徴とする請求項７に記載のブラシレスモータの回転子。
【請求項９】
前記バランス修正手段は、周方向へ延びている凹部または凸部から成ることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のブラシレスモータの回転子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料ポンプで用いられるブラシレスモータの回転子に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポンプ室内で回転可能なインペラと、このインペラを回転駆動可能なモータとを備え、インペラの回転によって燃料タンクの燃料を吸入しつつ内燃機関に圧送する燃料ポンプが知られている。例えば特許文献１に記載された燃料ポンプは、ブラシ付モータを採用している。回転子のシャフトの一端部は、インペラに回転伝達可能に連結するため、横断面形状がＤ字状になっている。このように一端部がＤ字状とされた回転子では、一般的に、ロータコアを削ることによって動バランスの修正が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−０６５５３５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、近年、ネオジム磁石などの希土類磁石による永久磁石の高性能化の背景もあり、燃料ポンプのモータとしてブラシ付モータに代えてブラシレスモータを採用することが提案されている。ブラシレスモータの回転子が永久磁石形である場合、永久磁石には、耐燃料性を考慮して、磁粉を樹脂で固めたボンド磁石、または、磁性焼結体を樹脂でコーティングしたものが用いられる。
【０００５】
しかしながら、動バランスを修正するために前述と同様にロータコアを削るとなると、永久磁石の磁性部分が外部に露出することになり、耐燃料性が低下するという問題が生じる。
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料ポンプで用いられるブラシレスモータの回転子であって、耐燃料性を低下させることなく動バランスが修正された回転子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によるブラシレスモータの回転子は、燃料ポンプで用いられるものであり、シャフトおよびロータコアを備えている。シャフトは、軸方向の一端部の横断面形状が非円形である。ロータコアは、筒状であり、シャフトに嵌合して固定され、周方向に並ぶ複数の磁極を有する永久磁石を含んでいる。永久磁石は、回転子の動バランスを修正するための凹部または凸部から成るバランス修正手段を外壁に有し、このバランス修正手段は、型成形により形成されている。
【０００７】
このように構成することで、永久磁石を削ることなく回転子の動バランスを修正することができる。例えば、永久磁石がボンド磁石である場合、バランス修正手段は、ボンド磁石を型成形するとき一緒に形成される。また、永久磁石が、磁性焼結体を樹脂の保護膜でコーティングしたものである場合、バランス修正手段は、保護膜を型成形するとき一緒に形成される。したがって、永久磁石を削ることによって磁性部分が外部に露出することを回避可能である。よって、耐燃料性を低下させることなく動バランスが修正された回転子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１実施形態による回転子が適用された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の回転子を示す断面図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】図３のＶ方向矢視図である。
【図６】図３のＶＩ方向矢視図である。
【図７】図３の永久磁石を成形するときの第１段階を説明する図である。
【図８】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。
【図９】図７のＩＸ−ＩＸ線断面図である。
【図１０】図３の永久磁石を成形するときの第２段階を説明する図である。
【図１１】図３の永久磁石を成形するときの第３段階を説明する図である。
【図１２】本発明の第２実施形態による回転子の断面図である。
【図１３】図１２のＸＩＩＩ方向矢視図である。
【図１４】本発明の第３実施形態による回転子の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づき説明する。実施形態同士で実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態による回転子は、図１に示す燃料ポンプに適用されている。燃料ポンプ１０は、図示しない燃料タンク内に設置されるインタンク式のポンプであり、図１の下部に示す吸入口４２から燃料タンク内の燃料を吸入し、図１の上部に示す吐出口１４から内燃機関に吐出する。
【００１０】
先ず、燃料ポンプ１０の全体構成について図１および図２を参照して説明する。
燃料ポンプ１０は、モータ部２０とポンプ部４０とに大別され、外郭がハウジング１１、ポンプカバー４１、カバーエンド１２等から構成されている。以下の燃料ポンプ１０の説明では、図１の上側を「吐出口１４側」、図１の下側を「吸入口４２側」と表す。
【００１１】
（外郭）
ハウジング１１は、円筒状に形成されている。
ポンプカバー４１は、ハウジング１１の吸入口４２側の端部を塞いでおり、ハウジング１１の縁が内側へ加締められることにより固定されている。
【００１２】
カバーエンド１２は、ハウジング１１の吐出口１４側の端部を塞いでおり、ハウジング１１の縁が内側へ加締められることにより固定されている。カバーエンド１２の外側には、図１の上方へ突出する筒部１３が形成されている。筒部１３の端部には吐出口１４が開いており、筒部１３の内部には吐出口１４に連通する吐出通路１５が形成されている。カバーエンド１２の内側には、図１の下方へ突出する筒部１６が形成されている。筒部１６の内側には、軸受１７が嵌め込まれている。
【００１３】
（モータ部）
モータ部２０は、特許請求の範囲に記載の「ブラシレスモータ」に相当し、固定子２１および回転子３０を備えている。
固定子２１は、ハウジング１１の内側に収容されており、ステータコア２２、インシュレータ２５、巻線２６および端子２７を有している。
【００１４】
ステータコア２２は、磁性材料から成り、筒状のヨーク２３と、ヨーク２３から径方向内側へ放射状に突き出す複数のティース２４とを形成している。巻線２６は、インシュレータ２５を介してティース２４に巻回されている。本実施形態では、巻線２６は、Ｕ相巻線部とＶ相巻線部とＷ相巻線部とを含み、３つの端子２７（１つは図示しない）を介して外部の制御装置と接続可能である。インシュレータ２５は、巻線２６が巻回された後にカバーエンド１２と一体に樹脂成形されている。
【００１５】
回転子３０は、固定子２１の内側に回転可能に収容されており、シャフト３１およびロータコア３３を有している。
シャフト３１は、金属から成り、軸受１７および後述の軸受４７により回転可能に支持されている。シャフト３１の軸方向の一端部３２は、横断面形状がＤ字状となるように外壁の一部がカットされている。ロータコア３３は、筒状であり、シャフト３１に嵌合して固定されている。本実施形態では、ロータコア３３は、シャフト３１に圧入されているインナーコア３４と、インナーコア３４の外側に設けられている永久磁石３５とから構成されている。永久磁石３５は、周方向に並ぶ複数の磁極を有している。
このように構成されたモータ部２０は、固定子２１の巻線２６の各相巻線部にそれぞれ位相差を持つ電流が流れることによって回転磁界を発生させ、回転子３０を回転させる。
【００１６】
（ポンプ部）
ポンプ部４０は、ポンプカバー４１、ポンプケーシング４４およびインペラ４８を備えている。
ポンプカバー４１は、燃料ポンプ１０の外郭を構成するとともに、ポンプ部４０も構成している。ポンプカバー４１の下方には吸入口４２が開いており、ポンプカバー４１内部には吸入口４２に連通する吸入通路４３が形成されている。
【００１７】
ポンプケーシング４４は、有底筒状であり、ポンプカバー４１と固定子２１との間に設けられ、ポンプカバー４１との間にポンプ室４５を区画形成している。ポンプケーシング４４の中心部には、ポンプケーシング４４を板厚方向に貫く孔４６が形成されている。この孔４６には、軸受４７が嵌め込まれている。
【００１８】
インペラ４８は、樹脂から成る円板状の羽根車であり、ポンプ室４５に収容されている。インペラ４８の中心部には、インペラ４８を板厚方向に貫く孔４９が形成されている。孔４９は、シャフト３１の一端部３２に対応するＤ字状に形成されている。インペラ４８は、シャフト３１の一端部３２が孔４９に嵌合することによって、シャフト３１に回転伝達可能に連結されている。
【００１９】
ポンプカバー４１のうちインペラ４８側の壁部には、吸入通路４３と接続する周方向溝５１が形成されている。また、ポンプケーシング４４のうちインペラ４８側の壁部には、周方向溝５２が形成されている。ポンプケーシング４４内部には、周方向溝５２を通りポンプケーシング４４を板厚方向に貫く通路５３が形成されている。
【００２０】
このように構成されたポンプ部４０は、モータ部２０によりインペラ４８が回転駆動されると、燃料タンクから吸入口４２を経由して周方向溝５１に燃料を導く。周方向溝５１に導かれた燃料は、インペラ４８の回転により昇圧されつつ周方向溝５２に導かれる。昇圧された燃料は、通路５３、および、回転子３０と固定子２１との間の燃料通路５５を経由して吐出通路１５に導かれ、吐出口１４から吐出される。
【００２１】
次に、回転子３０の特徴構成について図３〜図１１を参照して説明する。
（ボンド磁石）
図３〜図６に示すように、回転子３０の永久磁石３５は、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）等の熱可塑性樹脂と磁粉との混合材料を型成形して作られたボンド磁石である。本実施形態では、上記ボンド磁石としてネオジムボンド磁石が採用されている。
【００２２】
（バランス修正手段）
永久磁石３５は、回転子３０の動バランスを修正するためのバランス修正手段として、外壁に凹部６１、６２を有している。永久磁石３５のうち軸方向でシャフト３１の一端部３２とは反対側に位置する端面を第１端面６３とし、永久磁石３５のうち軸方向でシャフト３１の一端部３２側に位置する端面を第２端面６４とすると、第１の凹部６１は第１端面６３に形成されており、第２の凹部６２は第２端面６４に形成されている。第１の凹部６１および第２の凹部６２は、永久磁石３５の型成形時に形成されている。
【００２３】
第１の凹部６１は、図５に示すように永久磁石３５を軸方向に見たとき、シャフト３１の軸心３８に対しシャフト３１の一端部３２の平面部６５側に位置している。また、第２の凹部６２は、図６に示すように永久磁石３５を軸方向に見たとき、シャフト３１の軸心３８に対しシャフト３１の一端部３２の平面部６５とは反対側に位置している。
【００２４】
第１の凹部６１および第２の凹部６２は、周方向へ延びている円弧状の溝である。第１の凹部６１および第２の凹部６２の幅、長さ、および深さは、回転子３０の動的なアンバランスが解消されるように予め実験またはシミュレーションにより求められ、決定されている。
【００２５】
（ゲート痕）
永久磁石３５の第１端面６３には、第１の凹部６１の他、軸心３８に対し第１の凹部６１とは反対側に穴６６が形成されている。そして、第１の凹部６１の底部および穴６６の底部には、ゲート痕６７が形成されている。つまり、永久磁石３５の型成形時に材料の流入口となるゲートは、第１の凹部６１の底部および穴６６の底部と一致する箇所に設けられる。
【００２６】
（永久磁石の型成形）
永久磁石３５を製造する場合、先ず、図７に示すようにシャフト３１およびインナーコア３４の組み付け品が型７０に設置される。
型７０は、筒状の第１型７１と、第１型７１の一端に位置する第２型７２と、第１型７１の他端に位置する第３型７３から構成されている。図８に示すように、第２型７２のうちキャビティ７４側の壁部には、永久磁石３５の第１の凹部６１に対応する円弧状の突起７５と、穴６６に対応する突起７６とが形成されている。また、図９に示すように、第３型７３のうちキャビティ７４側の壁部には、永久磁石３５の第２の凹部６２に対応する円弧状の突起７７が形成されている。図７および図８に示すように、第２型７２は、突起７５および突起７６の先端面に開くゲート７８を有している。
【００２７】
次に、図１０に示すように、第２型７２のゲート７８から加熱溶融した前記混合材料が注入される。混合材料は、キャビティ７４に充填された後、冷却固化される。
次に、図１１に示すように、第２型７２および第３型７３が第１型７１から抜き取られる。このとき、ゲート７８内で固化した余剰部分がキャビティ７４内で固化した製品部分から引きちぎられる。
次に、永久磁石３５のうち第２端面６４側に開く穴６８に図示しない治具が挿入され、この治具でインナーコア３４が押圧されることによって、回転子３０が第１型７１から取り外される。
次に、永久磁石３５が着磁され、回転子３０が完成する。
【００２８】
以上説明したように、第１実施形態では、回転子３０のロータコア３３の永久磁石３５は、回転子３０の動バランスを修正するための凹部６１、６２を外壁に有し、これらの凹部６１、６２は、型成形により形成されている。
そのため、永久磁石３５を削ることなく回転子３０の動バランスを修正することができ、永久磁石３５を削ることによって磁性部分が外部に露出することを回避可能である。したがって、耐燃料性を低下させることなく動バランスが修正された回転子３０を提供することができる。
【００２９】
また、第１実施形態では、バランス修正手段（第１の凹部６１、第２の凹部６２）は、永久磁石３５の軸方向の両端部に形成されている。
第１の凹部６１は、永久磁石３５を軸方向に見たとき、シャフト３１の軸心３８に対しシャフト３１の一端部３２の平面部６５側に位置している。また、第２の凹部６２は、永久磁石３５を軸方向に見たとき、シャフト３１の軸心３８に対しシャフト３１の一端部３２の平面部６５とは反対側に位置している。
そのため、回転子３０の動的なアンバランスを効果的に解消することができる。
【００３０】
また、第１実施形態では、永久磁石３５は、樹脂と磁粉との混合材料を型成形して作られたボンド磁石であり、第１の凹部６１および第２の凹部６２は、永久磁石３５の型成形時に形成されている。
そのため、従来と比べて工程を増やすことなく第１の凹部６１および第２の凹部６２を形成することができる。
【００３１】
また、第１実施形態では、永久磁石３５の型成形時に材料の流入口となるゲート７８は、第１の凹部６１の底部および穴６６の底部に設けられている。
そのため、ゲート痕６７を第１の凹部６１の底部および穴６６の底部に形成することができ、永久磁石３５の外側の燃料の流れをゲート痕６７が妨げることを抑制可能である。
【００３２】
また、第１実施形態では、第１の凹部６１および第２の凹部６２は、周方向へ延びている円弧状の溝である。
そのため、第１の凹部６１および第２の凹部６２の周方向の長さを調整することによって回転子３０の動バランスを最適に設定することができる。
【００３３】
＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態による回転子８０の特徴構成について図１２および図１３を参照して説明する。
（ボンド磁石）
回転子８０のロータコア８１が有する永久磁石８２は、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）等の熱可塑性樹脂と磁粉との混合材料を型成形して作られたボンド磁石である。本実施形態では、上記ボンド磁石としてネオジムボンド磁石が採用されている。
【００３４】
（バランス修正手段）
永久磁石８２は、回転子８０の動バランスを修正するためのバランス修正手段として、外壁に凸部８３、８４を有している。第１の凸部８３は第１端面６３に形成されており、第２の凸部８４は第２端面６４に形成されている。第１の凸部８３および第２の凸部８４は、永久磁石８２の型成形時に形成されている。
【００３５】
第１の凸部８３は、永久磁石８２を軸方向に見たとき、シャフト３１の軸心３８に対しシャフト３１の一端部３２の平面部６５とは反対側に位置している。また、第２の凸部８４は、永久磁石８２を軸方向に見たとき、シャフト３１の軸心３８に対しシャフト３１の一端部３２の平面部６５側に位置している。
【００３６】
第１の凸部８３および第２の凸部８４は、周方向へ延びている円弧状の突起である。第１の凸部８３および第２の凸部８４の幅、長さ、および高さは、回転子８０の動的なアンバランスが解消されるように予め実験またはシミュレーションにより求められ、決定されている。
【００３７】
（ゲート痕）
永久磁石８２の第１端面６３には、第１の凸部８３の他、軸心３８に対し第１の凸部８３とは反対側に突起８５が形成されている。そして、第１の凸部８３の先端部および突起８５の先端部には、ゲート痕８６が形成されている。つまり、永久磁石８２の型成形時に材料の流入口となるゲートは、第１の凸部８３の先端部および突起８５の先端部に設けられている。
【００３８】
以上説明したように、バランス修正手段が凸部８３、８４により構成される第２実施形態においても、第１実施形態と同様に、耐燃料性を低下させることなく動バランスが修正された回転子８０を提供することができる。
【００３９】
＜第３実施形態＞
本発明の第３実施形態による回転子９０について図１４を参照して説明する。
回転子９０のロータコア９１が有する永久磁石９２は、磁性焼結体９３を樹脂の保護膜９４でコーティングして成るものである。保護膜９４は、インナーコア３４の外側に磁性焼結体９３を一体に形成したものを型に設置し、加熱溶融した樹脂を当該型に流し込むことによって作られる。
【００４０】
保護膜９４は、当該保護膜９４の型成形時に形成された第１の凹部９５および第２の凹部９６を有している。第１の凹部９５および第２の凹部９６は、第１実施形態における第１の凹部６１および第２の凹部６２と同様のものである。
第３実施形態によれば、第１実施形態と同様に、耐燃料性を低下させることなく動バランスが修正された回転子９０を提供することができる。
【００４１】
＜他の実施形態＞
本発明の他の実施形態では、第１の凹部および第２の凹部は、円弧状の溝に限らず、例えば直線状の溝であってもよいし、ドット状の穴であってもよい。また、第１の凹部および第２の凹部の横断面形状は、矩形状に限らず、半球状などであってもよい。
本発明の他の実施形態では、ロータコアは、インナーコアを有さず、永久磁石のみから構成されてもよい。
本発明の他の実施形態では、シャフトの一端部の横断面形状は、シャフトをインペラに回転伝達可能に連結できるような形状であれば、Ｄ字状以外の円形でもよい。
【００４２】
本発明の他の実施形態では、回転子の磁極数は４以外であってもよいし、固定子のスロット数は６以外であってもよい。
本発明の他の実施形態では、インナーコアは、軸方向に積層された磁性鋼板から構成されてもよい。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１０            ・・・燃料ポンプ
２０            ・・・ブラシレスモータ
３０、８０、９０・・・回転子
３１            ・・・シャフト
３２            ・・・一端部
３３、８１、９１・・・ロータコア
３５、８２、９２・・・永久磁石
４８            ・・・インペラ
６１、９５      ・・・第１の凹部（バランス修正手段）
６２、９６      ・・・第２の凹部（バランス修正手段）
８３            ・・・第１の凸部（バランス修正手段）
８４            ・・・第２の凸部（バランス修正手段）
【図１】
2015050805.tif 000003
【図２】
2015050805.tif 000004
【図３】
2015050805.tif 000005
【図４】
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【図５】
2015050805.tif 000007
【図６】
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【図７】
2015050805.tif 000009
【図８】
2015050805.tif 000010
【図９】
2015050805.tif 000011
【図１０】
2015050805.tif 000012
【図１１】
2015050805.tif 000013
【図１２】
2015050805.tif 000014
【図１３】
2015050805.tif 000015
【図１４】
2015050805.tif 000016