(57)【要約】【課題】小型化が可能な電動軸流ポンプを提供する。【解決手段】界磁コイル１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗを備える固定子６と、固定子６で囲まれ円筒状で両端が開口２１Ａ、２１Ｂしている中空シャフト４と、中空シャフト４の周囲に固定される複数の磁石５とを有する回転子３と、中空シャフト４の内側に固定され、界磁コイル１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗが励磁されると回転子３と一体になって回転し、中空シャフト４の内側に流体１５の流れを発生させる流れ発生部２とを有する。【選択図】図１
2008025461.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
界磁コイルを備える固定子と、
前記固定子で囲まれ円筒状で両端が開口している中空シャフトと、前記中空シャフトの周囲に固定される複数の磁石とを有する回転子と、
前記中空シャフトの内側に固定され、前記界磁コイルが励磁されると前記回転子と一体になって回転し、前記中空シャフトの内側に流体の流れを発生させる流れ発生部とを有することを特徴とする電動軸流ポンプ。
【請求項２】
前記固定子が、クローポール型固定子であることを特徴とする請求項１に記載の電動軸流ポンプ。
【請求項３】
前記固定子が、絶縁皮膜が施された磁性粉末を圧縮成形した複数の爪磁極を、内周面に配置し、前記界磁コイルを包む円環状の固定子磁心を有し、前記界磁コイルは、前記固定子磁心内部に被装される環状コイルであることを特徴とする請求項２に記載の電動軸流ポンプ。
【請求項４】
前記流れ発生部は、前記回転子と一体になって回転し、前記流体を前記回転子の回転軸方向に移動させるフィンを有していることを特徴とする請求項１に記載の電動軸流ポンプ。
【請求項５】
前記フィンは前記回転子に直接固定されていることを特徴とする請求項４に記載の電動軸流ポンプ。
【請求項６】
前記流れ発生部は、前記回転軸上に設けられ、周囲に前記フィンが配置され、前記回転軸方向に太さが徐々に太くなる柱体を有することを特徴とする請求項４に記載の電動軸流ポンプ。
【請求項７】
前記流れ発生部は、前記回転子と一体になって回転し、前記流体を前記回転子の回転軸方向に移動させるプロペラを有していることを特徴とする請求項１に記載の電動軸流ポンプ。
【請求項８】
前記流れ発生部は、前記回転子の回転軸方向に対してねじれた方向に沿って、前記中空シャフトの内側に形成された溝を有していることを特徴とする請求項１に記載の電動軸流ポンプ。
【請求項９】
前記固定子の外周に配置され、前記固定子を固定する円筒状の固定子枠と、
前記固定子の前後の前記固定子枠の内側に設けられ、前記回転子を回転自在に支え、内径が前記中空シャフトの内径より大きい円環状の一対の軸受とを有することを特徴とする請求項１に記載の電動軸流ポンプ。
【請求項１０】
前記固定子枠の両端の開口と、前記中空シャフトの両端の開口とが、一直線上に配置され、前記流体の流入方向と流出方向とが同じ方向を向いていることを特徴とする請求項９に記載の電動軸流ポンプ。
【請求項１１】
前記固定子は、前記回転子の回転軸方向に複数個設けられ、複数の前記固定子のそれぞれの前記界磁コイルに多相交流の異なる相の電圧が印加されることを特徴とする請求項１に記載の電動軸流ポンプ。
【請求項１２】
それぞれの前記固定子の界磁コイルに３相交流電源の異なる各相を１つずつ接続可能なように、前記固定子を電気角で１２０度ずつずらし、前記固定子を前記回転子の回転軸方向に３個並べて配置することを特徴とする請求項１に記載の電動軸流ポンプ。
【請求項１３】
前記３個の前記固定子の組が、前記回転軸方向に２組以上設けられていることを特徴とする請求項１２に記載の電動軸流ポンプ。
【請求項１４】
単相交流電源の第１単相交流の位相を９０度ずらした第２単相交流を生成する分相部を有し、
それぞれの前記固定子の界磁コイルに、前記第１単相交流と、前記第２単相交流とを１つずつ接続可能なように、前記固定子を電気角で９０度ずらし、前記固定子を回転軸方向に２個並べて配置することを特徴とする請求項１に記載の電動軸流ポンプ。
【請求項１５】
前記２個の前記固定子の組が、前記回転軸方向に２組以上設けられていることを特徴とする請求項１４に記載の電動軸流ポンプ。
【請求項１６】
前記回転子が、前記中空シャフトと前記磁石との間に設けられる圧粉磁心を有することを特徴とする請求項１に記載の電動軸流ポンプ。
【請求項１７】
前記爪磁極の半径方向の厚さは、２ｍｍ以上であり、
前記爪磁極は、前記回転子の回転軸方向の延在端に前記回転軸方向と直行する平坦面と、前記爪磁極に根元から前記延在端にかけて先細りとなる回転軸方向に対して８度以上１０度以下の範囲の角度傾いた抜きテーパを有し、
前記爪磁極の前記回転軸方向の長さの前記固定子磁心の前記回転軸方向の最小の厚さに対する比は、５以内であることを特徴とする請求項３に記載の電動軸流ポンプ。
【請求項１８】
前記爪磁極の極数Ｍと前記固定子の内径Ｄとの関係をＭ＝ａ・Ｄとしたとき、係数ａが０.３５以上０．５以下であることを特徴とする請求項１７に記載の電動軸流ポンプ。
【請求項１９】
前記固定子磁心の周方向において前記爪磁極がしめる最大の幅角度と最小の幅角度の平均の平均幅角度Ｔの、前記爪磁極のピッチが前記周方向においてしめるピッチ角度Ｐに対する比Ｔ／Ｐが、０.４以上０.４５以下であることを特徴とする請求項１７又は請求項１８に記載の電動軸流ポンプ。
【請求項２０】
前記固定子磁心の密度は、７．５ｇ／ｃｍ３以上であることを特徴とする請求項３に記載の電動軸流ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は固定子と回転子とを有する電動軸流ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
電動軸流ポンプは、電子部品実装装置に用いられる電子部品を吸引するための真空ポンプや、自動車や携行型パソコンに用いられる冷却回路に冷却水を循環させる循環ポンプなどの幅広い用途に用いられている。
【０００３】
電動軸流ポンプを真空ポンプとして用いる場合、電動軸流ポンプと電子部品を直接吸引する吸引部とは隔離して設置され、電動軸流ポンプと吸引部を接続する配管などの付帯部が必要となる場合があった。電動軸流ポンプと吸引部とを隔離して設置するのは、電動軸流ポンプの体積が大きいためと考えられる。そこで、モータにより回動可能な吸引部に電動軸流ポンプを実装させることによる、配管などの付帯部を省いたポンプ内蔵モータが提示されている（例えば、特許文献１参照）。吸引部に電動軸流ポンプを実装させるためには、電動軸流ポンプのさらなる小型化がのぞまれている。
【０００４】
また、循環ポンプとしても、電動軸流ポンプの体積に応じて、冷却回路、さらには自動車や携行型パソコンが設計されるため、自動車や携行型パソコンの設計の自由度を高めるという観点から、電動軸流ポンプのさらなる小型化がのぞまれている。そして、電動軸流ポンプのモータの固定子を、クローポール型固定子とすることにより、モータの回転軸方向の長さを短縮している流体ポンプが提示されている（例えば、特許文献２と特許文献３参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２２０８１２号公報（段落００２０乃至段落００２３、図２）
【特許文献２】特表２００３−５０５６４８号公報（段落００２０、図２）
【特許文献３】特表２００３−５１５０５９号公報（段落００３２、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明の課題は、さらなる小型化が可能な電動軸流ポンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するため、本発明では、固定子で囲まれた内側に配置され円筒状で両端が開口している中空シャフトを有する回転子と、中空シャフトの内側に固定して設けられ、固定子が備える界磁コイルが励磁されると前記回転子と一体になって回転し、前記中空シャフトの内側に流体の流れを発生させる流れ発生部とを有する電動軸流ポンプであることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、さらなる小型化が可能な電動軸流ポンプを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明に係る電動軸流ポンプの一実施形態について説明する。
図１（ａ）（ｂ）に示すように、電動軸流ポンプ１は、界磁コイル１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗを備える固定子６を有する。また、電動軸流ポンプ１は、この固定子６で囲まれ円筒状で両端に開口２１Ａ、２１Ｂを有する中空シャフト４と、この中空シャフト４の周囲に固定される磁石５とを有する回転子３を有する。さらに、電動軸流ポンプ１は、中空シャフト４の内側に固定され、界磁コイル１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗが励磁されると回転子３と一体になって回転し、中空シャフト４の内側に流体１５の流れを発生させる流れ発生部２を有する。流れ発生部２は、回転することにより流体１５を流し、流体１５は、例えば、中空シャフト４の一端にある開口２１Ｂから流れ込み、開口２１Ｂから中空シャフト４のもう一端にある開口２１Ａまで回転子３の回転軸２３の方向に流れ、開口２１Ａから流れ出る。この流体１５の流れは、軸流ポンプの要件を満たしている。
【００１０】
電動軸流ポンプ１によれば、回転子３を構成する中空シャフト４の内側に、流れ発生部２を設けているので、回転子３を囲む固定子６の外側に、配管などの付帯部を設ける必要がなく、また、回転子３と固定子６に対して、回転子３の回転軸２３の方向の前後にも、配管などの付帯部を設ける必要がない。これらのことにより、電動軸流ポンプの小型化が可能である。なお、中空シャフト４の内側に、流れ発生部２が収められることにより、いわゆる回転子３のシャフトの外径が太くなり、小型化に反すると考えられるが、回転子３を回転させるためのトルクを大きくするためには、外径の太い回転子３の外周に磁石５を固定し、磁石５の回転半径を大きくする必要があり、従来から磁石５の内側には狭からぬ領域が確保されていたので、小型化に反することはない。逆に、電動軸流ポンプ１では、磁石５の大きな回転半径を確保しながら、流れ発生部２の容積も大きく確保できるので、回転子３を回転させるためのトルクを大きくでき、流体１５の流量も大きくできる。
【００１１】
前記固定子６は、回転子３の回転軸２３の方向に並べられた複数個の固定子６Ｕ、６Ｖ、６Ｗで構成されている。複数の固定子６Ｕ、６Ｖ、６Ｗのそれぞれの界磁コイル１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗに異なる相の交流が印加されることにより、回転子３が回転する。特に、図１（ｂ）に示すように、３個の固定子６Ｕ、６Ｖ、６Ｗを回転軸２３の方向に連ねて並べて配置することにより、それぞれの固定子６Ｕ、６Ｖ、６Ｗの界磁コイル１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗに３相交流電源の異なる各相を１つずつ接続することができ、この配置と接続により、３個の固定子６Ｕ、６Ｖ、６Ｗを周方向に電気角で１２０°づつ異ならせて配置されることになり、３相交流電源で電動軸流ポンプ１を駆動できる。
【００１２】
それぞれの固定子６Ｕ、６Ｖ、６Ｗは、クローポール型固定子であることが好ましい。それぞれの固定子６Ｕ、６Ｖ、６Ｗは、固定子磁心７Ｕ、７Ｖ、７Ｗと、固定子磁心７Ｕ、７Ｖ、７Ｗに巻掛けられ被装された環状の界磁コイル１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗとで構成されている。固定子磁心７Ｕ、７Ｖ、７Ｗと回転子３との間には空隙が設けられ、固定子磁心７Ｕ、７Ｖ、７Ｗは、固定子枠８で支持されている。
【００１３】
それぞれの固定子磁心７Ｕ、７Ｖ、７Ｗは、第１爪磁心１１Ａと第２爪磁心１１Ｂとから構成されている。第１爪磁心１１Ａは、磁石５に対向する爪磁極１２Ａと、この爪磁極１２Ａの一端から外径側に直角に延在する環状継鉄部１３と、この環状継鉄部１３から爪磁極１２Ａと同じ方向に延在する外周側継鉄１４とで構成されている。同様に、第２爪磁心１１Ｂは、磁石５に対向する爪磁極１２Ｂと、この爪磁極１２Ｂから外径側に直角に延在する環状継鉄部１３と、この環状継鉄部１３から爪磁極１２Ｂと同じ方向に延在する外周側継鉄１４とで構成されている。
【００１４】
このように、クローポール型固定子である固定子６Ｕ、６Ｖ、６Ｗでは、環状継鉄部１３から爪磁極１２Ａ、１２Ｂにかけて折り曲がった形状となっているので、クローポール型固定子でないスロット型の界磁コイルのコイルエンド部分のような回転軸２３の方向にかかる余分なスペースを排除でき、固定子６Ｕ、６Ｖ、６Ｗの回転軸２３の方向の長さを短縮することができる。
【００１５】
固定子６の外周には固定子枠８が配置されている。固定子枠８は固定子６に沿った円筒形状であり、固定子６を固定している。回転子３と固定子６の回転軸２３の方向の前後で、固定子枠８の内側には、円環状で一対の軸受９Ａ、９Ｂが設けられている。軸受９Ａ、９Ｂは、回転子３を回転自在に支え、軸受９Ａ、９Ｂの内径は中空シャフト４の内径より大きい。このことにより、中空シャフト４の開口２１Ａ、２１Ｂを軸受９Ａ、９Ｂが覆うことはない。そして、固定子枠８の両端の開口２２Ａと２２Ｂと、中空シャフト４の両端の開口２１Ａと２１Ｂとが、一直線上に配置することができる。流体１５が、例えば、開口２２Ｂから開口２１Ｂへ流れ込む流入方向と、開口２１Ａから開口２２Ａへ流れ出る流出方向とを、同じ方向に向かせることができる。方向が同じであるので、自動車や携行型パソコンに用いられる冷却回路などの既存の配管の経路に挿入することで、経路にポンプを接続することができるので、冷却回路の設計の自由度を高めることができる。
【００１６】
前記流れ発生部２は、フィン１６と、柱体１７と、留め具１８とを有している。フィン１６と柱体１７とでプロペラが構成されていると考えられる。フィン１６は、柱体１７の周囲に螺旋状に配置され固定されている。柱体１７は、留め具１８によって、回転軸２３と柱体１７の円柱の中心軸とが一致するように、中空シャフト４に固定されている。フィン１６と柱体１７とは、回転子３と一体になって回転し、流体１５を回転軸２３の方向に移動させる。柱体１７は、回転軸２３上に設けられ、周囲にフィン１６が配置され、回転軸２３の方向に太さが徐々に太くなっている。太さが太くなる方向は、流体１５が流れる方向に一致している。流体１５は流れるにしたがい、流された先での位置の柱体１７の太さは太くなり、中空シャフト４と柱体１７との間の流体１５が流れる空間が狭くなるので、流体１５は流れるにしたがい圧縮される。流体１５の圧縮は、回転子３の回転に伴って回転する流体１５に作用する遠心力によっても起こる。また、柱体１７に螺旋状に巻きつけられたフィン１６のピッチが、流体１５が流れる方向に向かって徐々に狭くすることによっても、流体１５を圧縮することができる。以上のように、流体１５を圧縮することにより、圧縮された流体１５を、最終的に開口２１Ａから、圧縮されていない流体１５の存在する開口２２Ａへ放出することができる。このように、回転子３の回転に伴い、流体１５が回転軸２３の方向に対し圧力差を生じさせるポンプ機能が発現している。このような、ポンプ機能は、流体１５が空気のような圧縮性流体の場合に顕著に現れる。
【００１７】
図２に示すように、回転子３の中空シャフト４の外周面には、周方向に沿って複数の磁石５が配列されている。磁石５は、隣り合う磁石５と極性の向きが異なるように並べられている。磁石５は、永久磁石であることが好ましく、特に、希土類磁石であることが好ましい。永久磁石であれば電力の供給は不要であり回転子３に配線する必要がなく、希土類磁石であれば高い磁束密度を得ることができる。
【００１８】
前記固定子６において、固定子６Ｕ、６Ｖと６Ｗは、同じ構造をしているので、次に、固定子６Ｗを取り上げ詳細に説明する。
【００１９】
図３と図４に示すように、固定子６Ｗは、円環状の界磁コイル１０Ｗを、円環状の第１爪磁心１１Ａと第２爪磁心１１Ｂとで挟んだような構成になっている。第１爪磁心１１Ａの内周面には、複数の爪磁極１２Ａが、周方向に等間隔で１２極形成されている。同様に第２爪磁心１１Ｂの内周面にも、複数の爪磁極１２Ｂが、周方向に等間隔で１２極形成されている。第１爪磁心１１Ａと第２爪磁心１１Ｂとは、挟んだときに配置される位置が異なるだけで同じ構造をしている。
【００２０】
図４に示すように、固定子磁心７Ｗでは、第１爪磁心１１Ａと第２爪磁心１１Ｂとの外周側継鉄１４の円環端面が互いに重なるように配置され、複数の爪磁極１２Ａの間にそれぞれ１つずつの爪磁極１２Ｂが噛み合わさるように配置される。この噛み合わせにより、回転子３の周面に沿って回転軸２３を中心とする同一円周上に配置された２４極の爪磁極１２Ａと１２Ｂの磁極面１２Ｆが形成されている。
【００２１】
第１爪磁心１１Ａと第２爪磁心１１Ｂとは、同じ構造をしているので、第１爪磁心１１Ａを取り上げ詳細に説明する。図５、図６、図７にそれぞれ第１爪磁心１１Ａの下面図、上面図、断面図を示す。第２爪磁心１１Ｂについては、第１爪磁心１１Ａに関する説明の爪磁極１２Ａを爪磁極１２Ｂに読み替えればよい。
【００２２】
第１爪磁心１１Ａは、爪磁極１２Ａも含めて、磁性粉末を圧縮成形して形成することが好ましい。さらに、磁性粉末としては、絶縁皮膜が施された磁性粉末（鉄粉）であることが好ましい。最大幅の平均が２０〜１５０μｍの磁性粉末を用いることができる。また、絶縁皮膜としては、無機系の酸化物で磁性粉末をコーティングした酸化膜でよく、膜厚は数十ｎｍ以下が好ましい。絶縁皮膜が施された磁性粉末を用いることにより、爪磁極１２Ａ等の第１爪磁心１１Ａに、渦電流損が発生しにくくなり、電動軸流ポンプ１の出力密度を向上させることができる。また、成形金型の成型パンチによって磁性粉末を圧縮成形するので、珪素鋼板を積層して構成するものに比べて複雑な磁極構造を得ることができる。そして、第１爪磁心１１Ａと第２爪磁心１１Ｂとは同一の形状であるが、同一の成形金型で磁性粉末を圧縮成形することで、容易に同一形状の第１爪磁心１１Ａと第２爪磁心１１Ｂとを形成することができる。
【００２３】
磁性粉末を圧縮成形して第１爪磁心１１Ａを形成するに際し、成形金型によって磁性粉末を圧縮成形するが、その圧縮方向は爪磁極１２Ａが延在する回転軸２３の方向となる。このとき、第１爪磁心１１Ａを圧縮成形するための成形パンチは、成形パンチに座屈が生じないように、成形品である第１爪磁心１１Ａの回転軸２３の方向の長さに比例したパンチ断面積が必要となる。
【００２４】
云い代えれば第１爪磁心１１Ａにおける回転軸２３の方向の長さが最大となる爪磁極１２Ａの長さＬ１（図７参照）に基づいてパンチ断面積を決める必要がある。そして、パンチ断面積が必要なために、爪磁極１２Ａ、１２Ｂの軸方向延在端１２Ｔ（図６参照）には、回転軸２３の方向に直交する平坦面が必要になる。その平坦面の面積がパンチ断面積であり、爪磁極１２Ａの回転軸２３の方向の長さＬ１が大きくなれば、長さＬ１に比例させて大きくする必要がある。
【００２５】
磁性粉末を圧縮して成形した成形品において、高い磁気特性を得るためには、１０ｔｏｎ／ｃｍ２程度の成形圧力が必要であり、それに対応したパンチ断面積が爪磁極１２Ａの軸方向延在端１２Ｔに必要になる。そして、パンチ断面積を確保するために、爪磁極１２Ａの軸方向延在端１２Ｔの半径方向の厚さＨ２（図７参照）を少なくとも２ｍｍ以上としてパンチ断面積を確保する必要があることが、試作の結果明らかとなった。
【００２６】
さらに、１０ｔｏｎ／ｃｍ２の成形圧力で圧縮成形された第１爪磁心１１Ａを成形金型から抜き出す際には、回転軸２３の方向から抜きテーパ角度θ傾いたテーパ面１２Ｋが必要であり、爪磁極１２Ａに根元から軸方向延在端１２Ｔにかけて先細りとなる抜きテーパ角度θを設ける必要がある。磁性粉末の圧縮成形を行い、第１爪磁心１１Ａを成形金型から抜き出すためには８度以上の抜きテーパ角度θが必要であることが、試作の結果明らかとなった。抜きテーパ角度θは、できる限り大きいほうが抜き出す作業は容易になる。しかし、抜きテーパ角度θを大きくすると、爪磁極１２Ａの磁極面１２Ｆの面積が縮小して磁気特性を低下するので、抜きテーパ角度θは、磁気特性への影響が少ない１０度以下が好適であることを確認した。以上から、抜きテーパ角度θは、８度以上１０度以下に設定すればよいことがわかった。
【００２７】
また、第１爪磁心１１Ａにおける回転軸２３の方向の最大の長さＬ１の最小の長さＬ２に対する比Ｌ１／Ｌ２も、パンチ断面積と、第１爪磁極１２Ａと第２爪磁極１２Ｂの個数の和であるモータの極数と、抜きテーパ角度θとの関係で、上限があり、モータの極数が５０極以下においては比Ｌ１／Ｌ２を５倍以下とすることが望ましい。なお、第１爪磁心１１Ａにおける回転軸２３の方向の最大の長さＬ１は、爪磁極１２Ａにおいて測定され、最小の長さＬ２は、環状継鉄部１３において測定される。
【００２８】
第１爪磁心１１Ａを前記のような磁性粉末の圧縮成形により形成することで、磁性粉末を爪磁極１２Ａの根元から軸方向延在端１２Ｔに至るまで高い成形圧力で圧縮成形できるので、爪磁極１２Ａを含め第１爪磁心１１Ａの密度を７．５ｇ／ｃｍ３以上に高めることができた。
【００２９】
図８に示すような各種材料により作製した第１爪磁心１１Ａと第２爪磁心１１Ｂを用いて固定子６Ｗを構成し、それぞれの固定子６Ｗの磁化特性を比較して図８に示した。この各種材料による磁化特性の比較からも、上述した事項を定量的に裏付けることができる。
なお、図８中の圧粉磁心１は、密度が７．３ｇ／ｃｍ３になるように磁性粉末を圧縮成形した第１爪磁心１１Ａと第２爪磁心１１Ｂを用いた固定子６Ｗを測定している。ＳＰＣＣは、冷間圧延鋼板ＳＰＣＣ成形した第１爪磁心１１Ａと第２爪磁心１１Ｂを用いた固定子６Ｗを測定している。圧粉磁心２は、密度が７．５ｇ／ｃｍ３になるように磁性粉末を圧縮成形した第１爪磁心１１Ａと第２爪磁心１１Ｂを用いた固定子６Ｗを測定している。３５Ａ３００と、５０Ａ１３００と、ＳＳ４００とは、珪素鋼板３５Ａ３００と、５０Ａ１３００と、ＳＳ４００とをそれぞれ成形した第１爪磁心１１Ａと第２爪磁心１１Ｂを用いた固定子６Ｗを測定している。
【００３０】
圧粉磁心１は、ＳＰＣＣ、３５Ａ３００、５０Ａ１３００、ＳＳ４００に比べて磁束密度Ｂ（Ｔ）が全体的に小さく、磁化特性が劣化していると考えられる。一方、圧粉磁心２では、ＳＰＣＣやＳＳ４００と同等の磁束密度Ｂ（Ｔ）が全体的に得られ、同等の磁化特性であると考えられる。
【００３１】
したがって、圧粉磁心１の密度が７．３ｇ／ｃｍ３になるように磁性粉末を圧縮成形した第１爪磁心１１Ａと第２爪磁心１１Ｂを用いた固定子６Ｗを、電動軸流ポンプ１に用いた場合は、磁束密度Ｂが低く、磁気特性が低下するので、界磁に残留磁束密度の高い磁石５（図２参照）を用いた場合には、磁束密度Ｂの飽和によって出力トルクを低下させる等、ポンプ特性を低下させることが予想できる。そこで、第１爪磁心１１Ａと第２爪磁心１１Ｂには、圧粉磁心２の密度が７．５ｇ／ｃｍ３になるように磁性粉末を圧縮成形した第１爪磁心１１Ａと第２爪磁心１１Ｂを用いることとした。
【００３２】
一方、ＳＰＣＣ、３５Ａ３００、５０Ａ１３００、ＳＳ４００は、冷間圧延鋼板と珪素鋼板の薄板を折り曲げ成形しているので、爪磁極１２Ａ、環状継鉄部１３と外周側継鉄１４に渦電流損が発生することから、入力電力が一定であれば、磁性特性を確保するために高速回転ができなくなる場合があると考えられた。圧粉磁心２の密度が７．５ｇ／ｃｍ３になるように磁性粉末を圧縮成形した第１爪磁心１１Ａと第２爪磁心１１Ｂによれば、磁性粉末同士が絶縁皮膜により絶縁されているので渦電流損が発生しにくく、折り曲げ成形による磁気歪の影響もない。
【００３３】
さらに、電動軸流ポンプ１としては、回転子３に残留磁束密度の高い磁石５を使用して高い起磁力を確保し、その起磁力を有効に利用できる第１爪磁心１１Ａと第２爪磁心１１Ｂを設けることが望ましいので、まず、磁石５に永久磁石の希土類磁石を用いて磁束密度Ｂを１．２Ｔ以上１．４Ｔ以下として高い起磁力を確保した。次に、この高い磁束密度（起磁力）を有効に利用できる第１爪磁心１１Ａと第２爪磁心１１Ｂを設けるために、第１爪磁心１１Ａ及び第２爪磁心１１Ｂの寸法関係を以下の検討によって見出した。
【００３４】
図９は、図７の抜きテーパ角度θを８度、厚さＨ２を２ｍｍ、長さＬ１の長さＬ２に対する比を５に固定条件として設定した場合、第１爪磁心１１Ａ及び第２爪磁心１１Ｂの内径Ｄ（図５参照）を変化させた時の爪磁極の極数Ｍと、電動軸流ポンプ１の出力トルク（Ｎ・ｍ）との関係を計算した結果である。内径Ｄが一意に決まると出力トルクが、特定の極数Ｍにおいて最大となることが判明した。その出力トルクが最大となる極数Ｍは、内径Ｄに依存し、図９の点線Ｐｅａｋで表される内径Ｄと極数Ｍとの関係式（Ｍ＝ａ・Ｄ）において、係数ａ（ｍｍ−１）が０．４前後で、出力トルクが最大となることがわかった。そして、関係式（Ｍ＝ａ・Ｄ）において、係数ａ（ｍｍ−１）が０．３５以上０．５以下の範囲（０．３５≦ａ（ｍｍ−１）≦０．５）で、出力トルクが最大となることがわかった。
【００３５】
次に、上の結果から出力トルクが最大となるように内径Ｄと極数Ｍを設定し、特に極数Ｍを２４極と３２極に設定した電動軸流ポンプを用いて、爪磁極１２Ａの第１爪磁心１１Ａの周方向における周方向平均幅角度Ｔ（図６参照）の検討を行った。
【００３６】
図１０に爪磁極１２Ａの周方向平均幅角度Ｔと出力トルクの関係を計算した結果を示す。抜きテーパ角度θが８度の爪磁極１２Ａにおいて、第１爪磁心１１Ａの周方向にしめる最大の幅角度Ｔｍａｘと最小の幅角度Ｔｍｉｎの平均値として周方向平均幅角度Ｔは求められる。また、ピッチ角度Ｐは、電気角１周期に相当する爪磁極１２Ａのピッチが周方向においてしめる角度として求められる。ピッチ角度Ｐに対する周方向平均幅角度Ｔの比Ｔ／Ｐと、出力トルクとの関係を見ると、２４極及び３２極ともに、比Ｔ／Ｐが略同一の範囲の０.４以上０.４５以下の範囲で、出力トルクが最大となることが判った。これは、爪磁極１２Ａの周方向平均幅角度Ｔが小さい場合には、回転子３側の磁束を十分に界磁コイル１０Ｗに鎖交できないことと、逆に大きすぎる場合には、爪磁極１２Ａと隣接する爪磁極１２Ｂとの間隔が狭くなり、爪磁極１２Ａから隣接する爪磁極１２Ｂへの漏洩磁束が多くなり、出力トルクが低下していると考えられる。爪磁極１２Ａの設計が自由にできる場合においては、他の条件での出力トルクの最大化も考えられるが、爪磁極１２Ａに前述した制限を加えた場合では、電気角１周期に相当するピッチ角度Ｐに対する爪磁極１２Ａの周方向平均幅角度Ｔの比Ｔ／Ｐが０．４以上０．４５以下の範囲が最も出力トルクが安定して得られた。なお、２４極及び３２極以外の極数Ｍにおいても同様な結果が得られた。
【００３７】
以上説明したように第１爪磁心１１Ａと第２爪磁心１１Ｂとを構成することで、電動軸流ポンプ１のポンプ効率を向上させることができる。
【００３８】
図１１に示すように、電動軸流ポンプ１は、開口２２Ａと２２Ｂとをそれぞれ、自動車や携行型パソコンに用いられる冷却回路などの配管２４に接続することで、配管２４内に冷却水を循環させることができる。固定子枠８は円筒形であるので、固定子枠８の外径が配管２４の内径と等しくすれば、電動軸流ポンプ１と配管２４とを容易に接続することができる。このことにより、固定子枠８の外径は配管４の外径より小さくなるので、配管４の延長上の領域に電動軸流ポンプ１を収めることができる。電動軸流ポンプ１では、冷却水が、開口２２Ｂへ流れ込む流入方向と、開口２２Ａから流れ出る流出方向とが同じ方向を向いているので、自動車や携行型パソコンに用いられる冷却回路などの既存の配管の経路に容易に挿入できる。
【００３９】
図１２に示すように、電動軸流ポンプ１は、吸引側の開口２２Ｂに吸引部２８が直接接続することができる。電動軸流ポンプ１が真空ポンプとして機能することにより、吸引部２８内は減圧され吸引部２８は電子部品２９を吸引する。このように、電動軸流ポンプ１と吸引部２８とを直接接続することにより、携帯用の真空ピンセットを構成することができる。
【００４０】
（変形例１）
図１３は、実施の形態の変形例１に係る電動軸流ポンプ１の回転子３の径方向の断面図である。変形例１の回転子３は、図２の回転子３と比較して、中空シャフト４と磁石５との間に圧粉磁心１９がさらに設けられている点が異なっている。圧粉磁心１９は回転子バックヨークとして機能する。磁石５と圧粉磁心１９は粉末材料を成形して形成されている。粉末材料で形成されることにより、粉末間の高い電気抵抗で、中空シャフト４と磁石５に生じる渦電流損を低減することができる。そして、回転子３の回転速度を速くすることができる。
【００４１】
磁石５は、主として結合材と磁石粉末とから作られている。圧粉磁心１９は主として結合材と軟磁性粉末とから作られている。
【００４２】
また、磁石５の磁極の少なくとも１面は圧粉磁心１９に機械的に結合されている。この機械的な結合は、粉末材料を圧縮成形する過程で生じている。以下、圧縮成形する過程を説明する。まず、磁石５をセグメント毎に圧縮成形することにより仮成形する。この仮成形時に着磁磁界によって着磁され異方性が付与される。次に、中空シャフト４を金型の一部として、圧粉磁心１９と、仮成形した磁石５に対して、回転軸２３の方向に同時に圧縮方向圧力を加えた本成形を行う。この本成形により中空シャフト４と圧粉磁心１９と磁石５とは一体成形され、磁石５と圧粉磁心１９とは機械的に結合される。粉末材料で回転子３が形成されることにより、図１と同様の効果を得ることができるほか、回転子３の機械的構造もより自由度の高い形状に成形できる。
【００４３】
（変形例２）
図１４は、実施の形態の変形例２に係る電動軸流ポンプ１の回転軸２３の方向の断面図である。図１４の変形例２の電動軸流ポンプ１が、図１の電動軸流ポンプ１と異なる点は、固定子６が、３つの固定子６Ｕ、６Ｖ、６Ｗから、２つの固定子６Ａ、６Ｍで構成されている点である。図１４において、図１と同一構成要素には同一符号を付け、重複説明は避けている。固定子６Ａと６Ｍとは、固定子６Ｗ等と同じ構造をしている。固定子６Ａは、固定子磁心７Ａと界磁コイル１０Ａとから構成され、固定子６Ｍは、固定子磁心７Ｍと界磁コイル１０Ｍとから構成されている。固定子磁心７Ａと７Ｍとは、固定子磁心７Ｗ等と同じ構造をしている。界磁コイル１０Ａと１０Ｍとは、界磁コイル１０Ｗと同じ構造をしている。固定子磁心７Ａと７Ｍとは、それぞれ第１爪磁心１１Ａと第２爪磁心１１Ｂとを有している。
【００４４】
変形例２の電動軸流ポンプ１はさらに、単相交流電源２６の第１単相交流の位相を所定の角度略９０度ずらした第２単相交流を生成する分相部２５を有している。分相部２５はコンデンサにより構成することができ、コイルを含んでいてもよい。それぞれの界磁コイル１０Ａ、１０Ｍに、第１単相交流と、第２単相交流とを１つずつ接続している。この接続により固定子６Ａと６Ｍは周方向に対し電気角で所定の位相、例えば、分相部２５がコンデンサで構成されているのであれば固定子６Ａと固定子６Ｍとを略９０度ずらして配置し、界磁コイル１０Ａと１０Ｍには電気角で９０度の相差角を有する単相電源が通電される。このように構成すれば、単相交流電源２６で駆動できる電動軸流ポンプ１を提供できる。
【００４５】
（変形例３）
図１５は、実施の形態の変形例３に係る電動軸流ポンプ１の回転軸２３の方向の断面図である。図１５の変形例３の電動軸流ポンプ１が、図１の電動軸流ポンプ１と異なる点は、固定子６が、３個の固定子６Ｕ、６Ｖ、６Ｗからなる組が、１組から、２組Ｓ１、Ｓ２に増えている点である。図１５において、図１と同一構成要素には同一符号を付け、重複説明は避けている。２個の固定子６Ｕのそれぞれの界磁コイル１０Ｕに３相交流電源のＵ相電圧を印加し、２個の固定子６Ｖのそれぞれの界磁コイル１０Ｖに３相交流電源のＶ相電圧を印加し、２個の固定子６Ｗのそれぞれの界磁コイル１０Ｗに３相交流電源のＷ相電圧を印加することにより、図１の電動軸流ポンプ１に対し、２倍のトルクで駆動でき、より高出力な電動軸流ポンプ１を提供することができる。
【００４６】
（変形例４）
図１６は、実施の形態の変形例４に係る電動軸流ポンプ１の回転軸２３の方向の断面図である。図１６の変形例４の電動軸流ポンプ１が、図１４の変形例２の電動軸流ポンプ１と異なる点は、固定子６が、２個の固定子６Ａ、６Ｍからなる組が、１組から、２組Ｓ１、Ｓ２に増えている点で、２相交流で駆動可能である点である。図１６において、図１４と同一構成要素には同一符号を付け、重複説明は避けている。２個の固定子６Ａのそれぞれの界磁コイル１０Ａに分相部２５で単相交流電源２６の第１単相交流の位相を所定の角度ずらした第２単相交流を通電し、２個の固定子６Ｍの界磁コイル１０Ｍに第１単相交流を通電することにより、図１４の電動軸流ポンプ１に対し、２倍のトルクで駆動でき、より高出力な電動軸流ポンプ１を提供することができる。
【００４７】
（変形例５）
図１７（ａ）（ｂ）は、実施の形態の変形例５に係る電動軸流ポンプ１の側面図と回転軸２３の方向の断面図である。図１７の変形例５の電動軸流ポンプ１が、図１の電動軸流ポンプ１と異なる点は、流れ発生部２において、留め具１８がなくなり、フィン１６が回転子３の中空シャフト４に直接固定されている点である。図１と同一構成要素には同一符号を付け、重複説明は避けている。留め具１８が必要なくなったことにともない、中空シャフトの開口２１Ａ、２１Ｂを広くでき、流体１５に対する流路抵抗を低減できる。また、フィン１６の片端を柱体１７で支持するのでなく、フィン１６の両端を柱体１７と中空シャフト４とで支持するので、フィン１６の流体１５に対する耐荷重を増大できる。逆に、必要な耐荷重が得られる厚さにフィン１６を薄くでき、より速い回転が可能になる。
【００４８】
（変形例６）
図１８（ａ）（ｂ）は、実施の形態の変形例６に係る電動軸流ポンプ１の側面図と回転軸２３の方向の断面図である。図１８の変形例６の電動軸流ポンプ１が、図１の電動軸流ポンプ１と異なる点は、流れ発生部２において、柱体１７と留め具１８がなくなり、フィン１６の径方向の両端がそれぞれ回転子３の中空シャフト４に直接固定されている点である。また、フィン１６は、回転軸２３上に配置され、回転軸２３を固定軸としてねじられている。図１と同一構成要素には同一符号を付け、重複説明は避けている。柱体１７と留め具１８がなくなったことにより、中空シャフト４内の流体１５の流路を広くでき、流路抵抗を低減できる。また、フィン１６の径方向の両端をそれぞれ中空シャフト４で支持するので、フィン１６の流体１５に対する耐荷重が増大する。
【００４９】
（変形例７）
図１９（ａ）（ｂ）は、実施の形態の変形例７に係る電動軸流ポンプ１の側面図と回転軸方向の断面図である。図１９の変形例７の電動軸流ポンプ１が、図１の電動軸流ポンプ１と異なる点は、流れ発生部２において、いわゆるプロペラが設けられている点である。図１に示す流れ発生部２もフィン１６が１枚の一種のプロペラと考えられるが、実施例７では、複数枚のフィン１６を有するプロペラが中空シャフト４内に複数個設けられている。また、プロペラは、中空シャフト４内の開口２１Ａ、２１Ｂの近傍に限らず、中央部等の任意の位置に固定することができる。任意の位置に固定するために、プロペラのフィン１６は中空シャフト４に直接固定する。プロペラの詳細な構造、例えば、フィン１６の枚数、傾き、形状は、流体１５の性状により変更することができる。例えば、流体が液体であれば、スクリューの構造を適用することができる。回転子３が回転し、この回転子３と一体となってプロペラが回転することにより、回転軸を中心軸とする流体１５の渦が形成され、渦の流れに沿って流体１５が移動する。
【００５０】
（変形例８）
図２０（ａ）（ｂ）は、実施の形態の変形例８に係る電動軸流ポンプ１の側面図と回転軸方向の断面図である。図２０の変形例８の電動軸流ポンプ１が、図１の電動軸流ポンプ１と異なる点は、流れ発生部２として、回転軸方向に対してねじれた方向に沿って、中空シャフト４の内側に形成された溝２７が形成されている点である。回転子３が回転し、この回転子３の中空シャフト４と一体となった溝２７とが回転することにより、回転軸を中心軸とする流体１５の渦が形成され、渦の流れに沿って流体１５が移動する。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】（ａ）は本発明の１実施形態に係る電動軸流ポンプの側面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ方向の断面図である。ただし、（ｂ）の図中の流れ発生部２には理解を容易にするために正面図を適用している。
【図２】電動軸流ポンプの回転子の垂直平面での断面図である。
【図３】電動軸流ポンプの固定子の分解斜視図である。
【図４】切断した断面を含む固定子の斜視図である。
【図５】固定子の固定子磁心の第１爪磁心あるいは第２爪磁心の下面図である。
【図６】固定子の固定子磁心の第１爪磁心あるいは第２爪磁心の上面図である。
【図７】図６のＢ−Ｂ方向の断面図である。
【図８】各種材料で作製された固定子磁心の磁化特性を示すグラフである。
【図９】爪磁極の極数と出力トルクの関係を示すグラフである。
【図１０】固定子磁心の周方向において爪磁極がしめる最大の幅角度と最小の幅角度の平均の幅角度Ｔの、爪磁極のピッチが周方向においてしめるピッチ角度Ｐに対する比Ｔ／Ｐと、出力トルクの関係を示すグラフである。
【図１１】両端に配管が接続された電動軸流ポンプの斜視図である。
【図１２】吸引側の開口に吸引部が接続されて、真空ピンセットを構成する電動軸流ポンプの斜視図である。
【図１３】本発明の１実施形態に係る電動軸流ポンプの回転子の垂直平面での断面図である。
【図１４】本発明の１実施形態に係る電動軸流ポンプの回転軸方向の断面図である。ただし、図中の流れ発生部２には理解を容易にするために正面図を適用している。
【図１５】本発明の１実施形態に係る電動軸流ポンプの回転軸方向の断面図である。ただし、図中の流れ発生部２には理解を容易にするために正面図を適用している。
【図１６】本発明の１実施形態に係る電動軸流ポンプの回転軸方向の断面図である。ただし、図中の流れ発生部２には理解を容易にするために正面図を適用している。
【図１７】（ａ）は本発明の１実施形態に係る電動軸流ポンプの側面図であり、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ方向の断面図である。ただし、（ｂ）の図中の流れ発生部２には理解を容易にするために正面図を適用している。
【図１８】（ａ）は本発明の１実施形態に係る電動軸流ポンプの側面図であり、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ方向の断面図である。ただし、（ｂ）の図中の流れ発生部２には理解を容易にするために正面図を適用している。
【図１９】（ａ）は本発明の１実施形態に係る電動軸流ポンプの側面図であり、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ方向の断面図である。ただし、（ｂ）の図中の流れ発生部２には理解を容易にするために正面図を適用している。
【図２０】（ａ）は本発明の１実施形態に係る電動軸流ポンプの側面図であり、（ｂ）は（ａ）のＦ−Ｆ方向の断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１      電動軸流ポンプ
２      流れ発生部
３      回転子
４      中空シャフト
５      磁石
６、６Ａ、６Ｍ、６Ｕ、６Ｖ、６Ｗ  固定子
７Ｗ、７Ｖ、７Ｕ、７Ａ、７Ｍ  固定子磁心
８      固定子枠
９Ａ、９Ｂ  軸受
１０Ｗ、１０Ｖ、１０Ｕ、１０Ａ、１０Ｍ  界磁コイル
１１Ａ、１１Ｂ  爪磁心
１２Ａ、１２Ｂ  爪磁極
１３    環状継鉄部
１４    外周側継鉄
１５    流体
１６    フィン
１７    柱体
１８    留め具
１９    圧粉磁心（回転子バックヨーク）
２１Ａ、２１Ｂ  中空シャフトの開口
２２Ａ、２２Ｂ  電動軸流ポンプの開口
２３    回転軸
２５    分相部
２７    溝
２８    吸引部
【図１】
2008025461.tif 000003
【図２】
2008025461.tif 000004
【図３】
2008025461.tif 000005
【図４】
2008025461.tif 000006
【図５】
2008025461.tif 000007
【図６】
2008025461.tif 000008
【図７】
2008025461.tif 000009
【図８】
2008025461.tif 000010
【図９】
2008025461.tif 000011
【図１０】
2008025461.tif 000012
【図１１】
2008025461.tif 000013
【図１２】
2008025461.tif 000014
【図１３】
2008025461.tif 000015
【図１４】
2008025461.tif 000016
【図１５】
2008025461.tif 000017
【図１６】
2008025461.tif 000018
【図１７】
2008025461.tif 000019
【図１８】
2008025461.tif 000020
【図１９】
2008025461.tif 000021
【図２０】
2008025461.tif 000022