(57)【要約】【課題】ロータに対して軸方向にステータコイルを配したアキシャルギャップ型モータにおいて、別部品を設けることなくロータを軸方向に支持することで、ロータとステータコイルの接触を防止することを可能にする。【解決手段】コア２２のロータ３０と対向するコア上面２４を、ロータ３０の回転方向に、ロータ３０とコア上面２４との隙間が小さくなるように構成する。ロータ３０の回転に伴って、ロータ３０とコア上面２４との隙間を流体が流れることにより、流体が昇圧され、ロータ３０にコア上面２４から離間する方向の圧力を付与する。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータマグネットを有する円板状のロータと、
そのロータの一方の面と対向する位置に、ロータの回転方向に環状に配置された複数のステータコイルと、を備えており、
各ステータコイルは、コアとコアに巻回されたコイル巻線とを有しており、
それぞれのコアのロータと対向する面は、その対向面とロータとの隙間がロータの回転方向に徐々に小さくなるように形成されていることを特徴とするアキシャルギャップ型モータ。
【請求項２】
各ステータコイルのコアのロータと対向する面は、その対向面とロータとの隙間がロータの半径方向外側に向かうに従って徐々に大きくなるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載のアキシャルギャップ型モータ。
【請求項３】
各ステータコイルのコアのロータと対向する面は、その対向面とロータとの隙間の変化率がロータの半径方向外側に向かうに従って徐々に大きくなるように形成されていることを特徴とする請求項２に記載のアキシャルギャップ型モータ。
【請求項４】
ロータマグネットを有する円板状のロータと、
そのロータの一方の面と対向する位置に、ロータの回転方向に環状に配置された複数のステータコイルと、を備えており、
各ステータコイルは、コアとコアに巻回されたコイル巻線とを有しており、
それぞれのコアのロータと対向する面には、ロータの回転方向に伸びる溝が形成されており、その溝の少なくともロータの回転方向側の端部が閉じていることを特徴とするアキシャルギャップ型モータ。
【請求項５】
それぞれのコアのロータと対向する面には、半径方向に間隔を開けて複数の溝が形成されている請求項４に記載のアキシャルギャップ型モータにおいて、
半径方向外側に形成された溝の深さが、半径方向内側に形成された溝よりも深くされていることを特徴とするアキシャルギャップ型モータ。
【請求項６】
ロータマグネットを有する円板状のロータと、
そのロータの一方の面と対向する位置に、ロータの回転方向に所定の間隔を空けて環状に配置された複数のステータコイルと、を備えており、
各ステータコイルは、コアとコアに巻回されたコイル巻線とを有しており、
それぞれのコアのロータと対向する面は同一平面上に配置されており、その平面内においては隣接するコア間の隙間が非磁性材料によって閉じられており、
ロータのコアと対向する面には、ロータの回転方向に伸びる溝が形成されており、その溝のロータの反回転方向側の端部が閉じていることを特徴とするアキシャルギャップ型モータ。
【請求項７】
前記溝のロータの回転方向側の端部は開放されており、その開放位置は、コアの内周縁よりも半径方向内側又はコアの外周縁よりも半径方向外側に設けられていることを特徴とする請求項６に記載のアキシャルギャップ型モータ。
【請求項８】
ロータマグネットを有する円板状のロータと、
ロータの一方の面と対向する位置に、ロータの回転方向に環状に配置された複数のステータコイルと、を備えており、
各ステータコイルは、コアとコアに巻回されたコイル巻線とを有しており、
それぞれのコアのロータと対向するコア側対向面又はロータの各コアと対向するロータ側対向面の少なくとも一方は、ロータ回転時にロータ側対向面とコア側対向面との隙間を流動する流体によってロータ側対向面とコア側対向面とが離間する方向の力が発生するように形成されていることを特徴とするアキシャルギャップ型モータ。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載のアキシャルギャップ型モータと、
そのアキシャルギャップ型モータのロータを収容するケーシングと、を備えており、
ロータの少なくとも一方の面には周方向に繰り返される羽根溝が形成されており、
ケーシングのロータと対向する面には、ロータの羽根溝と対向する領域を、ロータの回転方向に沿って上流端から下流端まで伸びるポンプ流路が形成されており、
ケーシングには、ポンプ流路の上流端とケーシング外とを連通する吸入口と、ポンプ流路の下流端とケーシング外とを連通する吐出口とが形成さ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】
本発明はアキシャルギャップ型モータ及びアキシャルギャップ型モータを利用した燃料ポンプに関する。「アキシャルギャップ型モータ」とは、ロータとステータコイルが軸方向に対向して配置されたモータをいう。
【背景技術】
【０００２】
アキシャルギャップ型モータは、モータの回転軸線方向の長さを短くできるため、種々の機器に利用されている。アキシャルギャップ型モータは、円板状のロータと、複数のステータコイルを備えている。ロータは、モータ（ロータ）の回転軸線を中心としてリング状に形成されたロータマグネットを有する。複数のステータコイルは、ロータマグネットと軸方向に対向し、モータ（ロータ）の回転軸線を中心として同心円上に等間隔に配置されている。ステータコイルに通電すると、ステータコイルに磁力が発生し、ステータコイルとロータマグネットとの間に吸引力・反発力が発生する。複数のステータコイルへの電流のＯＮ／ＯＦＦを制御することで、モータ（ロータ）が回転する。
このアキシャルギャップ型モータでは、通常、ロータとステータコイルとの接触を防止するため、ロータの回転軸を軸方向に支持するスラスト軸受が備えられている。このスラスト軸受には、通常、回転軸と接触して支持する接触型の軸受が用いられていた。しかし、接触型のスラスト軸受を用いると、ロータ回転時にロータの振動が回転軸を介してモータ本体に伝達し、モータ本体の振動を増大させてしまう。そこで、ロータ回転時にロータの回転軸をスラスト方向に非接触で支持することができるモータが提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
特許文献１のモータは、円板状のロータと、このロータの軸方向に対向して配置される複数のステータコイルとを有している。ステータコイルの反ロータ側には、略円板状の回転体がロータと同軸上に配される。この回転体はロータの回転軸に固定されており、回転体の両面には動圧発生溝が形成されている。また、この回転体の動圧発生溝が形成された面は、ステータコイルに固定されたケーシングの平面と対向している。したがって、ロータの回転に伴って回転体が回転すると、回転体と回転体の両面に対向するケーシング平面との間に動圧が発生し、回転体が非接触で軸方向に支持される。すなわち、このモータでは、回転体と、この回転体の両面に対向するケーシング平面とが、回転軸を軸方向に支持するスラスト軸受となる。このように、スラスト軸受が非接触で回転軸を支持することにより、ロータの振動が回転軸を介してモータ本体に伝達されることが防止され、モータ本体の振動を極力防止することができる。
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１３０８５１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のアキシャルギャップ型モータでは、ロータの回転軸を支持するために、ロータとは別体の回転体を設けなければならない。このため、部品点数が増加してコストアップとなり、また、組付工数も増加する。
また、回転体がロータの回転軸に固定されることから、回転体の分だけモータの回転軸線方向の長さが長くなる。このため、アキシャルギャップ型モータの利点（すなわち、モータの回転軸線方向の長さを短縮できること）が減殺されてしまう。
【０００６】
本発明は上述した事情を鑑みてなされたものであり、その目的は、ロータとは別体の別部品を用いることなく、ロータを回転軸方向に支持することができ、これによって、モータの回転軸線方向の長さが長くなることを防止することができる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の第１のアキシャルギャップ型モータは、ロータマグネットを有する円板状のロータと、そのロータの一方の面と対向する位置に、ロータの回転方向に環状に配置された複数のステータコイルと、を備えており、各ステータコイルは、コアとコアに巻回されたコイル巻線とを有している。そして、それぞれのコアのロータと対向する面は、その対向面とロータとの隙間がロータの回転方向に徐々に小さくなるように形成されている。
ここで、「回転方向」とは、ロータを平面視したときの回転方向を意味する。したがって、「ロータの回転方向に徐々に小さくなる」とは、コア上の点（コアの対向面上の点）とロータとの距離を測定したときに、コア上の点の位置が上記「回転方向」に変化するのに従ってその点とロータとの距離が徐々に小さくなることを意味する。
このモータでは、ロータが回転すると、ロータとコアの隙間内の流体はロータの回転方向に流動する。ロータとコアの隙間は、ロータの回転方向に徐々に小さくなるため、ロータとコアの隙間内を流れる流体の圧力はロータとコアの隙間が小さくなるのに応じて徐々に高くなる。この流体の圧力により、ロータが、コアから離間する方向のスラスト圧力を受ける。これによって、ロータはスラスト方向に支持される。したがって、このモータでは、ロータとは別体の別部品を用いることなく、ロータをスラスト方向に支持することができる。
【０００８】
各ステータコイルのコアのロータと対向する面は、その対向面とロータとの隙間がロータの半径方向外側に向かうに従って徐々に大きくなるように形成されていることが好ましい。この構成では、ロータの半径方向内側より外側の方が、ロータとコアとの隙間に流入する流体を多くすることができる。
また、このとき、各ステータコイルのコアのロータと対向する面は、その対向面とロータとの隙間の変化率が、ロータの半径方向外側に向かうに従って徐々に大きくなっていることが好ましい。このような構成によると、ロータの半径方向外側を流れる流体の流路断面積は、半径方向内側を流れる流体の流路断面積よりも、その変化率が高くなる（流路が狭くなる割合が大きい）。これにより、ロータの半径方向外側を流れる流体の圧力は、半径方向内側を流れる流体の圧力よりも高く昇圧される。そのため、ロータが流体から受けるスラスト方向の圧力を、ロータの半径方向外側に向かうに従って高めることができる。
【０００９】
本発明の第２のアキシャルギャップ型モータは、それぞれのコアのロータに対向する面に溝を形成することで、ロータをスラスト方向に支持している。すなわち、本発明の第２のアキシャルギャップ型モータは、ロータマグネットを有する円板状のロータと、そのロータの一方の面と対向する位置に、ロータの回転方向に環状に配置された複数のステータコイルと、を備えており、各ステータコイルは、コアとコアに巻回されたコイル巻線とを有している。そして、それぞれのコアのロータと対向する面には、ロータの回転方向に伸びる溝が形成されており、その溝の少なくともロータの回転方向側の端部が閉じている。
このモータでは、ロータが回転すると、溝内の流体は、ロータの回転方向に向かって溝内を流動する。溝の回転方向側の端部は閉じられているため、溝内を回転方向に流動する流体は、溝の回転方向側の端部にぶつかり、溝からロータとコアとの隙間に流出する。これによって、ロータにコアから離間する方向のスラスト圧力を付与し、ロータをスラスト方向に支持する。したがって、このモータでも、ロータとは別体の別部品を用いることなく、ロータをスラスト方向に支持することができる。
【００１０】
なお、コアのロータと対向する面に形成された溝は、回転方向に断面積が小さくなるように形成してもよい。溝に流入した流体が溝内を流れるのに従ってその流路が狭くなるため、溝内を流れる流体をより高く昇圧することができる。そのため、溝の下流端にぶつかり、溝から流出する流体は、より高い圧力をロータに付与することができる。したがって、ロータが、流体から受けるスラスト方向の圧力をより高くすることができる。
【００１１】
また、コアのロータと対向する面に、半径方向に間隔を開けて複数の溝が形成されている場合には、半径方向外側に位置する溝の深さが、半径方向内側に形成された溝よりも深く形成されていることが好ましい。
溝の深さが深くなると、溝に流入する流体の流量が多くなる。このため、溝の下流端（回転方向側の端部）にぶつかり溝から流出する流体の流量も、ロータの半径方向内側より外側のほうが多くなる。そのため、ロータが受けるコアと反対向きのスラスト方向の力は、半径方向内側よりも外側のほうが大きくなる。これによって、ロータの傾きを好適に防止することができる。
【００１２】
本発明の第３のアキシャルギャップ型モータは、ロータのコアと対向する面に溝を形成することでロータをスラスト方向に支持する。すなわち、本発明の第３のアキシャルギャップ型モータは、ロータマグネットを有する円板状のロータと、そのロータの一方の面と対向する位置に、ロータの回転方向に所定の間隔を空けて環状に配置された複数のステータコイルと、を備えており、各ステータコイルは、コアとコアに巻回されたコイル巻線とを有している。それぞれのコアのロータと対向する面は同一平面上に配置されており、その平面内においては隣接するコア間の隙間が非磁性材料によって閉じられている。そして、ロータのコアと対向する面には、ロータの回転方向に伸びる溝が形成されており、その溝のロータの反回転方向側の端部が閉じている。
このモータでは、ロータが回転すると、ロータのコアと対向する面（ロータ側対向面）に形成された溝内の流体は、上流端（回転方向側の端部）から下流端（反回転方向側の端部）に向かって溝内を流れ、下流端にぶつかる。下流端にぶつかった流体は、コアのロータと対向する面（コア側対向面）に向かって流出し、ロータ対向面とコア対向面との隙間の流体を昇圧する。これにより、ロータにコアから離間する方向のスラスト力を付与する。したがって、このモータでも、ロータとは別体の別部品を用いることなく、ロータをスラスト方向に支持することができる。なお、このモータでは、それぞれのコアのロータと対向する面が同一平面上に配置されており、その平面内においては隣接するコア間の隙間が非磁性材料によって閉じられている。これによって、ロータに形成された溝内からコア側対向面に向かって流出した流体が、隣接するコア間の隙間に流れることが防止され、ロータ側対向面とコア側対向面との隙間の流体が好適に昇圧される。
【００１３】
さらに、ロータに形成された溝は、回転方向に向かうに従って断面積が大きくなるように形成することが好ましい。溝に流入した流体は、上流から下流に向かうに従って流路が狭くなるため、溝内を流れる流体の圧力は高くなる。したがって、溝の下流端からコア側対向面に向かって流出する流体の圧力を、より高くすることができる。
【００１４】
また、ロータに形成された溝のロータの回転方向側の端部は開放されており、その開放位置は、コアの内周縁よりも半径方向内側又はコアの外周縁よりも半径方向外側に設けられていることが好ましい。
溝の端部が開放され、その開放された端部がロータのコアと対向する領域よりも半径方向内側または外側に設けられることで、コアに邪魔されることなく溝内に流体が流入することができる。これにより、溝から流出する流体の流量が多くなり、ロータ側対向面とコア側対向面の隙間の流体の圧力がより高められる。
【００１５】
本発明は、また、上述した課題を解決するための他のアキシャルギャップ型モータを提供する。すなわち、本発明の他のアキシャルギャップ型モータは、ロータマグネットを有する円板状のロータと、ロータの一方の面と対向する位置に、ロータの回転方向に環状に配置された複数のステータコイルと、を備えており、各ステータコイルは、コアとコアに巻回されたコイル巻線とを有している。そして、それぞれのコアのロータと対向するコア側対向面又はロータの各コアと対向するロータ側対向面の少なくとも一方は、ロータ回転時にロータ側対向面とコア側対向面との隙間を流動する流体によってロータ側対向面とコア側対向面とが離間する方向の力が発生するように形成されている。
このモータでも、ロータの回転に応じてロータとコアとの隙間を流動する流体によって、コア側対向面とロータ側対向面とが離間する方向の力が発生する。これによって、ロータをスラスト方向に支持することができる。
【００１６】
上述したアキシャルギャップ型モータは、燃料ポンプのモータとして使用することができる。
すなわち、本発明の燃料ポンプは、上述したアキシャルギャップ型モータのいずれかを有しており、そのアキシャルギャップ型モータのロータを収容するケーシングを備える。ロータの少なくとも一方の面には周方向に繰り返される羽根溝が形成されており、ケーシングのロータと対向する面には、ロータの羽根溝と対向する領域を、ロータの回転方向に沿って上流端から下流端まで伸びるポンプ流路が形成されている。そして、ケーシングには、ポンプ流路の上流端とケーシング外とを連通する吸入口と、ポンプ流路の下流端とケーシング外とを連通する吐出口とが形成されている。
ロータに羽根溝を形成することで、燃料ポンプのインペラの機能をロータに付与することができる。これによって、ロータとインペラを別部品で備えなくてもよいため、燃料ポンプを小型化することができる。また、ロータがスラスト方向に支持されるため、ロータ（インペラ）とケーシングとの接触が防止され、インペラの磨耗やノイズを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
下記の実施例に記載の技術の主要な特徴について列記する。
（形態１）  コアのロータと対向する面に形成された溝は、ロータの回転方向に向かうに従って、その断面積が小さくなるように形成されている。
（形態２）  ロータのコアと対向する面に形成された溝は、ロータの回転方向に向かうに従って、その断面積が大きくなるように形成されている。
（形態３）  ロータは、ヨークと、そのヨークのコア側の面に配されたマグネットで構成されている。ヨークとマグネットは、樹脂により全周を被覆されている。
（形態４）  燃料ポンプのインペラは回転軸を有していない。
【実施例】
【００１８】
本発明を具体化したアキシャルギャップ型モータ１０を図面に基づいて説明する。図１はモータ１０の要部縦断面図である。図１に示すように、モータ１０は、ステータ部２０とロータ部３０を備える。
ロータ部３０は、略円板状のロータ３１と、ロータ３１の中心に嵌着されている回転軸３２を備える。回転軸３２の両端は、軸受３２ａ，３２ｂによって回転可能に支持されている。軸受３２ａ，３２ｂは、ステータ部２０とロータ部３０を収納するケース（図示省略）に固定されている。このため、ロータ部３０はケース（すなわち、ステータ部２０）に対して回転可能となっている。
ロータ３１は、回転軸３２の回転軸線を中心とする略円板状のヨーク３１ａを有する。ヨーク３１ａの中心には回転軸３２が嵌着されている。ヨーク３１ａの下面（図１の下側面）にはマグネット３３が固定されている。マグネット３３は、リング状の永久磁石であり、ヨーク３１ａと同心状に配されている。マグネット３３の外径はヨーク３１ａの外径と略一致し、マグネット３３の内径は後述するコア２２の上面２４の内径に略一致する。ヨーク３１ａとマグネット３３とは樹脂モールド３１ｂで全周を被覆されている。樹脂モールド３１ｂによって被覆されたロータ３１の外形は略円板状となっている。
【００１９】
ステータ部２０は、図２に示すように、回転軸３２の回転軸線を中心として、ロータ３１の円周方向に等間隔で配置されたステータコイル２１を備えている。ステータコイル２１は、コア２２と、コア２２に巻回されたコイル巻線２３とで構成されている。ステータコイル２１は、コア２２の下面がケース（図示省略）に接着等によって固定されている。コア２２の上面２４（以下、コア上面という）はロータ３１と対向している。なお、図２に示すように、ステータ部２０にはステータコイル２１が６個配されているが、各ステータコイル２１は全て同一構造であるため、図２では１つのステータコイル２１にのみ符号が付されている。
【００２０】
コア上面２４は、図２に示すように、平面視すると扇形形状を呈しており、半径方向外側に向かうに従って周方向の長さ（すなわち、弧の長さ）が長くなっている。また、図３に示すように、コア上面２４は、側面視するとロータ３１の下面に対して傾斜している。この傾斜は、ロータ３１の回転方向３１ｃ（図２参照）、即ち、コア上面２４の第１端辺２４ｆから第２端辺２４ｇに向かうに従って、コア上面２４とロータ３１の下面との隙間が小さくなるように形成されている。例えば、コア上面２４の第１内周端２４ａとロータ３１の下面との隙間は、コア上面２４の第２内周端２４ｂとロータ３１の下面との隙間より大きく、また、コア上面２４の第１外周端２４ｃとロータ３１の下面との隙間は、コア上面２４の第２外周端２４ｄとロータ３１の下面との隙間より大きくされている。さらに、ロータ３１の半径方向、即ち、コア上面２４の内周縁から外周縁に向かうに従って、コア上面２４とロータ３１の下面との隙間が大きくなるように形成されている。つまり、コア上面２４は、ロータ３１の半径方向外側に向かうに従って、ロータ３１に対する傾斜角が大きくなるように形成されている。なお、コア上面２４の第２端辺２４ｇにおいては、コア上面２４とロータ３１の下面との隙間は略一定となっている。例えば、コア上面２４の第２内周端２４ｂとロータ３１の下面との隙間は、コア上面２４の第２外周端２４ｄとロータ３１の下面との隙間と略同一となっている。
【００２１】
次に、モータ１０の駆動時の作用について説明する。ステータコイル２１のコイル巻線２３には、図示省略した外部電源から、図示省略した制御装置を介して通電される。制御装置により、各ステータコイル２１への通電をＯＮ／ＯＦＦすることで、ロータ３１が回転駆動される。ロータ３１が回転すると、ロータ３１の下面とコア上面２４との隙間にある流体は、ロータ３１の回転に応じて流動する。つまり、ロータ３１とコア上面２４との隙間の流体は、その粘性によってロータ３１の回転により、第１端辺２４ｆから第２端辺２４ｇに向かって流れる。ロータ３１に対してコア上面２４が傾斜しているため、流体の流路断面積（つまり、ロータ３１の下面とコア上面２４との隙間）は、上流（第１端辺２４ｆ）から下流（第２端辺２４ｇ）に向かうに従って小さくなる。そのため、ロータ３１の下面とコア上面２４との隙間の流体の圧力は、上流から下流に向かうに従って昇圧される。ロータ３１の下面とコア上面２４との隙間で昇圧された流体は、ロータ３１を上側（即ち、コア上面２４と反対側）に押し上げる圧力をロータ３１に付与する。この流体の圧力により、ロータ３１は、コア上面２４と接触することなく回転することができる。また、流体の流路断面積の変化は、半径方向外側の方が内側よりも大きいため、外側ほど高圧にすることができる。これによって、ロータ３１の外側により大きな上向きの力が作用し、ロータ３１がコア上面２４と接触することが好適に抑制される。なお、ロータ３１の下面とコア上面２４との間を流れる流体の圧力は、モータ１０のサイズ、コア上面２４の形状、流体の種類、ロータ３１の回転数等に依存するため、所望の圧力が得られるように、上記条件を任意に変更することができる。
【００２２】
なお、コア上面の形状は、上述したコア上面２４の形状以外でも、同様の効果が得られる。例えば、図１１に示すコア３００でも、ロータ３１の回転によって流動する流体の上流端側から下流端側に向かうに従って（即ち、ロータ３１の回転方向３１ｃに）、ロータ３１の下面とコア上面３０１との隙間が小さくなるように形成されている。このコア３００では、コア３００の上流端と下流端の略中央に、ロータ３１とコア上面３０１との隙間を大きくする段差３０１ａが形成されている。そして、コア上面３０１の上流端から段差３０１ａに向かうに従って、ロータ３１とコア上面３０１との隙間が小さくなるように形成され、さらに、段差３０１ａの最下部３０１ｂからコア上面３０１の下流端に向かうに従って、ロータ３１とコア上面３０１との隙間が小さくなるように形成されている。このようなコア３００を用いても、ロータ３１とコア上面３０１との間の流体が昇圧され、ロータ３１とコア上面３０１との接触が防止される。
さらに、図１２に示すコア４００を用いることもできる。コア４００では、コア上面４０１の一部（図１２ではコア４００の上流端と下流端の中間）がロータ３１に対して傾斜しており、その傾斜は、流動する流体の上流側から下流側に向かうに従って（即ち、ロータ３１の回転方向３１ｃに）、ロータ３１とコア上面４０１が小さくなるように形成されている。このようなコア４００でも、ロータ３１とコア上面４０１との隙間の流体は昇圧され、ロータ３１を上方に押し上げることができる。
【００２３】
上述したモータ１０では、ロータ３１に対してコア上面２４を傾斜させることにより、ロータ３１とコア上面２４との間に流れる流体を昇圧していた。しかしながら、図４に示すように、コアのロータと対向する面（コア上面）に溝を形成することで、ロータとコア上面との間に流れる流体を昇圧することができる。図４は、コア上面に溝が形成されたステータ部を上側から見た図である。なお、ここでは、コア上面の形状以外の構成は、上記第１実施例と同様のため説明を省略する。また、モータ１０と同一構成の部分には同じ符号を使用し、その説明を省略する。
それぞれのコア上面５０は、図４に示すように、平面視すると扇形形状を呈しており、半径方向外側に向かうに従って周方向の長さが長くなっている。コア上面５０は、ロータ３１と平行である。コア上面５０には、ロータ３１の回転方向に伸びる溝５１，５２が形成されている（但し、図４では全てのコア上面及び溝に符号を付してはいない）。溝５１，５２は、ロータ３１の回転方向に、断面積が小さくなるよう形成されている。また、コアの半径方向外側の溝５１は、内側の溝５２よりも深く形成されている。
【００２４】
ロータ３１の回転に応じてロータ３１とコア上面５０との隙間の流体は流動する。コア上面５０に形成された溝５１，５２内の流体は、ロータ３１の回転により、上流端５１ａ，５２ａから下流端５１ｂ，５２ｂに向かって流れる。下流端５１ｂ，５２ｂに到達した流体は、下流端５１ｂ，５２ｂにぶつかり、溝５１，５２から上方、即ち、溝５１，５２からロータ３１に向かって流出する。そのため、ロータ３１は、溝５１，５２から流出する流体から上方の圧力を受ける。この流体の圧力により、ロータ３１は、コア上面５０と接触することなく回転することができる。このとき、溝５１，５２内の流体は、下流に向かうに従って、流路が狭くすることで、溝内を流れる流体は下流に向かうに従って昇圧される。これによって、ロータ３１を上方に押し上げる圧力がより高くされている。また、溝５１は、溝５２よりも深く形成されていることにより、溝５１から流出する流体のロータ３１を上方に押し上げる圧力は、溝５２より流出する流体よりも高くなる。このため、ロータ３１の外側により大きな上向きの力が作用し、ロータ３１がコア上面５０と接触することが好適に防止される。
【００２５】
なお、第１実施例のコア上面２４の形状と、第２実施例のコア上面５０の形状を併せ持つコアを用いてもよい。すなわち、このコア上面は、コア上面２４と同様に上流から下流に傾斜し、かつ、その面にはコア上面５０と同様の溝が形成されている。これによって、ロータとコア上面との間の流体の圧力をより高めることができ、ロータをスラスト方向に好適に支持することができる。
また、溝５１，５２は、下流端５１ｂ，５２ｂが閉じることなく、コア上面５０の下流側の端辺まで伸びていてもよい。このとき、溝は、上流から下流に向かうに従って断面積が小さくされる。断面積を小さくすることで、溝内を流れる流体が昇圧され、ロータ３１とコア上面５０との隙間に流出することにより、ロータ３１とコア上面５０との隙間の流体を昇圧する。これにより、ロータ３１とコア上面５０との隙間の流体は、ロータ３１に上向きの力を付与することができる。
【００２６】
上記のモータでは、コアのロータに対向する面を傾斜させ、又は溝を形成することにより、ロータに上向の力を付与していた。しかしながら、本発明は、ロータのコアと対向する面に溝を形成してもよい。このようなアキシャルギャップ型モータ１００を、図５，図６を参照して説明する。図５はモータ１００に用いられるステータ部１２０を上側（即ち、ロータ１１０側）から見た図であり、図６はモータ１００に用いられるロータ１１０の底面図である。
図５に示すように、ステータ部１２０は第１実施例と同様に、コア１２２とコイル巻線１２３を有するステータコイル１２１を複数有しており、これらステータコイル１２１はロータの回転軸１１１を中心に環状に配されている。円周方向に隣接するステータコイル１２１の間１２４（以下、コア間という）には、非磁性体（例えば樹脂）が充填されている。コア間１２４に充填された非磁性体の上面（ロータ１１０側の面）は、コア１２２の上面と同一平面となっている。
【００２７】
ロータ１１０の下面（即ち、ロータ１１０のコア１２２と対向する面）には、図６に示すように、ロータ１１０を下方から見たときにリング状となる凹所１１０ｅが形成されている。凹所１１０ｅの中心には回転軸３２が固定されている。凹所１１０ｅの外径は、コア１２２の上面１の内径より小さくされている。凹所１１０ｅの外周部には、その外周縁からロータ１１０の外側に向かって伸びる溝１１０ａが形成されている。溝１１０ａの内周端１１０ｂは凹所１１０ｅに開口している。溝１１０ａは半径方向外側及び円周方向（詳しくは、ロータ１１０の反回転方向）に伸びており、溝１１０ａの外周端１１０ｃは閉じられている。また、溝１１０ａは、ロータ１１０の回転方向１１０ｄに断面積が徐々に大きくなるように形成されている（すなわち、ロータ１１０の反回転方向に断面積が徐々に小さくなっている）。溝１１０ａは、ロータ１１０の円周方向に間隔を開けて複数形成されている（但し、図６では全ての溝及びステータコイルに符号を付してはいない）。
【００２８】
溝１１０ａ内の流体は、ロータ１１０の回転に応じて、溝１１０ａの内周端１１０ｂから外周端１１０ｃに向かって流れる。溝１１０ａ内を流れる流体は、溝１１０の断面積の変化に応じて昇圧されていく。そして、溝１１０ａの下流端１１０ｃにぶつかった流体は、溝１１０ａからロータ１１０とコア１２２の上面との間に流出し、ロータ１１０とコア１２２の上面との隙間の流体を昇圧する。昇圧された流体は、ロータ１１０をコア１２２と反対方向に押し上げるため、ロータ１１０をコア１２２と接触させることなく回転させることができる。
本実施例では、溝１１０ａの内周端１１０ｂが凹所１１０ｅに開放されているため、凹所１１０ｅ内の流体がスムーズに溝１１０ａ内に流入することができる。また、溝１１０ａは、ロータ１１０の外側に向かって伸び、かつ、ロータ１１０の反回転方向に伸びている。このため、溝１１０ａ内の流体には、ロータ１１０の回転による遠心力と慣性力が作用し、溝１１０ａ内を内周端１１０ｂから外周端１１０ｃに向かってスムーズに流れる。このため、溝１１０ａ内を流れる流体の流量を多くすることができ、ロータ１１０に作用する上向きの力を大きなものとすることができる。
【００２９】
また、ロータに形成する溝は上記の例に限られず、図７に示すような溝を形成することもできる。図７に示すロータ１３０では、ロータ１３０の下面（即ち、ロータ１３０のコア１２２と対向する面）に、ロータ１３０の外周縁からロータ１３０の中心及び円周方向（詳しくは、ロータ１３０の反回転方向）に伸びる溝１３０ａが形成されている。溝１３０ａは、ロータ１３０の円周方向に間隔を開けて複数形成されている。溝１３０ａの外周端１３０ｂはロータ１３０の外周縁に開口しており、溝１３０ａの内周端１３０ｃは閉じられている。溝１３０ａの断面積は、ロータ１３０の回転方向１３０ｄに向かって徐々に大きくなっている（すなわち、ロータ１３０の反回転方向に徐々に小さくなっている）。
このロータ１３０を用いた場合でも、ロータ１３０が回転すると、溝１３０ａ内を外周端１３０ｂから内周端１３０ｃに向かって流体が昇圧されながら流れ、内周端１３０ｃよりロータ１３０側に流出する。これによって、ロータ１３０に上向きの力が与えられ、ロータ１３０がスラスト方向に支持される。このロータ１３０では、溝１３０ａの外周端１３０ｂがロータ１３０の外周縁に開口するため、ロータ１３０の外側より溝１３０ａ内に多くの流体をスムーズに導入することができる。これによって、ロータ１３０をスラスト方向に好適に支持することができる。
【００３０】
さらに、上述したロータ１３０以外にも、図１３，１４に示すようなロータ５００を用いることもできる。ロータ５００では、ロータ５００のコアと対向する面に傾斜部５０１が複数形成されている。これら傾斜部５０１は、ロータ５００の半径方向に連続して設けられている。各傾斜部５０１は、図１４に示すようにコアの回転方向５００ａに進むに従って、ロータ５０１とコア上面５０２との隙間が大きくなるように形成されている。
この構成によっても、ロータ５００とコア上面５０２との隙間の流体を昇圧することができる。すなわち、ロータ５００が回転すると、ロータ５００とコア上面５０２の間をロータ５００の反回転方向に流体が流れる。ロータ５００とコア上面５０２の間を流れる流体は、各傾斜部５０１によって昇圧され、ロータ５００に上向きの力を与える。これによって、ロータ５００をコア上面５０２と接触させることなく回転させることができる。
【００３１】
上述した各モータは、燃料ポンプに好適に用いることができる。次に説明する実施例は、アキシャル型モータを利用した車両用燃料ポンプの一例である。本実施例の燃料ポンプ２００は自動車用であり、自動車に搭載された燃料タンク内に設置される。燃料ポンプ２００が燃料タンク内に設置された状態では、燃料ポンプ２００の下面が燃料タンク底面に当接する。燃料ポンプ２００は、燃料に浸漬した状態で動作し、燃料タンク内の燃料をエンジンに圧送する。
図８は燃料ポンプ２００の縦断面図である。図８に示すように、燃料ポンプ２００は、インペラ２１０とステータ部２３０を備えている。インペラ２１０とステータ部２３０は、ポンプケーシング２２０に収容されている。ポンプケーシング２２０は、ハウジング２２１とポンプ台２２２とポンプカバー２２３によって構成されている。略円筒状のハウジング２２１の下端にはポンプ台２２２が取付けられ、上端にはポンプカバー２２３が取付けられている。
【００３２】
図９に示すように、インペラ２１０は略円板状に形成されている。インペラ２１０は、略円板状のヨーク２１２を有し、ヨーク２１２の下面にはマグネット２１３が取付けられている。マグネット２１３は、リング状の永久磁石であり、ヨーク２１２と同心状に配されている。マグネット２１３の外径はヨーク２１２の外径と略一致し、マグネット２１３の内径は後述するコア２３１の上面の内径に略一致する。ヨーク２１２とマグネット２１３とは、全周を樹脂モールド２１４で被覆されている。
インペラ２１０（樹脂モールド２１４）の外周部には、上下両面にそれぞれ周方向に並んだ羽根溝部２１５，２１６が形成されている。インペラ２１０の上面に形成された羽根溝部２１５は、インペラ２１０の下面に形成された羽根溝部２１６と底部で連通されている。
インペラ２１０は、ポンプカバー２２３の下面に形成された凹所２２３ａに収容されている。凹所２２３ａは、インペラ２１０と略同一の外径を有しており、その深さは、インペラ２１０の厚みと略同一となっている。インペラ２１０の外周部と凹所２２３ａとの間には、わずかな隙間が形成されている（図８では図示省略している）。この隙間はインペラ２１０がスムーズに回転するために設けられている。また、ポンプカバー２２３の下面には、インペラ２１０の羽根溝部２１５と対向する領域に、インペラ２１０の回転方向に沿って上流端から下流端まで伸びる第１溝部２２４が形成されている。第１溝部２２４の下流端は、ポンプカバー２２３を上下に貫通する吐出口２２５と連通している。
インペラ２１０の下面中央には、断面円形の凹所２１０ｄが形成されている（図９参照）。インペラ２１０の下面には、羽根溝部２１５より内側で、かつ、凹所２１０ｄより外側の領域に、溝２１０ａが形成されている。溝２１０ａは、凹所２１０ｄの外周縁から半径方向及び円周方向（詳しくは、インペラ２１０の反回転方向）に伸びている。溝２１０ａは、内周端から外周端に向かって断面積が小さくなるように形成されている。溝２１０ａはインペラ２１０の円周方向に間隔を開けて複数形成されている。
【００３３】
ステータ部２３０は、コア２３１と、コア２３１に巻回されたコイル巻線２３２と、を有するステータコイル２３３を備えている。ステータコイル２３３は、インペラ２１０と同心状に、周方向に等間隔で配置されている。ステータコイル２３３の下面は、ポンプ台２２２上に固定されている。ステータコイル２３３とハウジング２２１とポンプ台２２２によって形成される空間内には、非磁性体である樹脂２４０が充填されている。充填された樹脂２４０の上面は、コア２３１の上面と同一平面となっている。これによって、隣接するステータコイル２３３の間に樹脂２４０が充填され、充填された樹脂２４０とステータコイル２３３のコア上面とによってインペラ２１０の下面と対向する平面２４０ａが形成されている。この平面２４０ａには、インペラ２１０の羽根溝部２１５と対向する領域に、インペラ２１０の回転方向に沿って上流端から下流端まで伸びる第２溝部２４１が形成されている。第２溝部２４１の上流端は、吸入経路２４２を介して、ハウジング２２１に形成された吸入口２２１ａと連通している。
【００３４】
ステータコイル２３３のコイル巻線２３２には、上記モータと同様に、外部より通電される。各ステータコイル２３３への通電をＯＮ／ＯＦＦすることで、インペラ２１０が回転する。インペラ２１０が回転すると、燃料が吸入口２２１ａ及び吸入経路２４２を通って、ケーシング２２０内に吸入される。ケーシング２２０内に吸入された燃料は、第２溝部２４１及び第１溝部２２４を流れる間に、インペラ２１０の回転に伴って昇圧され、吐出口２２５よりポンプ外に吐出される。また、ケーシング２２０内に吸入された燃料は、インペラ２１０と平面２４０ａとの隙間に流入する。このとき、インペラ２１０に形成された溝２１０ａ内にも燃料が流入する。溝２１０ａ内の燃料は、インペラ２１０の回転に伴って、上流端２１０ｂから下流端２１０ｃに向かって流れる（図９参照）。溝２１０ａ内を流れる燃料は、溝２１０ａの断面積（流体の流路）が上流端２１０ａから下流端２１０ｃに向かって徐々に小さくなるため、上流端２１０ａから下流端２１０ｃに向かって徐々に昇圧される。そして、下流端２１０ｃにぶつかった燃料は、溝２１０ａからインペラ２１０とステータコイル２３３の間に流出する。このとき、ステータコイル２３３に下方の圧力（即ち、インペラ２１０に上方の圧力）が付与される。これにより、インペラ２１０は、ステータコイル２３３と接触することなく回転することができる。
【００３５】
燃料ポンプのインペラの軸方向の位置決め精度は、１０〜２０μｍ以内であることが必要とされる。一方、アキシャルギャップ型モータのロータの軸方向の位置決め精度は、ロータや各ステータコイルやケース等の各種の部品の寸法精度の影響を受けるため、ステータコイルに対するロータの軸方向の位置決めを１０〜２０μｍ以内で行うことは困難であった。しかしながら、本実施例の構造では、インペラ２１０（ロータ）のマグネット２１３とコア２３１間に生じる磁気吸引力によって、インペラ２１０にコア２３１へ接近する方向の力と、インペラ２１０に形成した溝２１０ａ内に燃料を流すことによって、インペラ２１０にコア２３１から離間する方向の力を作用させて、インペラ２１０をコア２３１に対して支持する。このため、コア２３１に対するインペラ２１０の軸方向の位置は、前記磁気吸引力と、前記インペラ２１０にコア２３１から離間する方向の力とのバランスによって決まる。したがって、インペラ２１０の軸方向の位置決めを１０〜２０μｍ以内で行うことが可能となる。このため、本実施例の燃料ポンプ２００では、インペラ２１０とロータとを一体で形成することができる。そのため、燃料ポンプを小型化、簡略化することができる。また、インペラとロータを一体化することで、ロータの回転をインペラに伝達するシャフトが必要なくなり、構造を簡略化することができる。
【００３６】
なお、本実施例の燃料ポンプ２００は、インペラ２１０に溝２１０ａを形成することによって、インペラ２１０とステータコイル２３３の接触を防止した。しかしながら、本発明の燃料ポンプは、上述したアキシャルギャップ型モータのいずれを用いてもよい。例えば、ステータコイルのコアのインペラと対向するコア上面に、図１〜３に示すコア上面２４と同様の傾斜を形成してもよく、あるいは、図４に示すコア上面５０と同様の溝を形成してもよい。また、図１０に示すようなインペラ２５０を使用することもできる。
【００３７】
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。
また、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】
【００３８】
【図１】本実施例のアキシャルギャップ型モータ１０の縦断面図。
【図２】同、ステータ部２０を上側から見た図。
【図３】本実施例のアキシャルギャップ型モータ１０の側面図。
【図４】アキシャルギャップ型モータ１０のその他の実施例のステータ部を上側から見た図。
【図５】本実施例のアキシャルギャップ型モータ１００のステータ部１２０を上側から見た図。
【図６】同、ロータ１１０を下側から見た平面図。
【図７】アキシャルギャップ型モータ１００のその他の実施例のロータ部を下側から見た平面図。
【図８】本実施例の燃料ポンプ２００の縦断面図。
【図９】同、インペラ２１０を下側から見た図。
【図１０】燃料ポンプ２０のその他の実施例のインペラを下側から見た図。
【図１１】第１モータのその他のコア上面を示すモータの側面図。
【図１２】同上
【図１３】第２モータのその他のロータを示すロータを下側から見た図。
【図１４】図１３のＩＶ−ＩＶ断面図。
【符号の説明】
【００３９】
１０：第１実施例のアキシャルギャップ型モータ
２０：ステータ部
２１：ステータコイル
２２：コア
３０：ロータ部
５０：１０のその他の実施例のコア上面
５１，５２：コア上面５０に形成された溝
１００：第２実施例のアキシャルギャップ型モータ
１１０：ロータ部
１１０ａ：ロータの下面に形成された溝
１２０：ステータ部
１２４：コア間部
１３０：その他のロータ
２００：燃料ポンプ
２１０：インペラ
２１０ａ：インペラの下面に形成された溝
２１５，２１６：羽根溝部
２３０：ステータ部
２５０：その他のインペラ
３００：その他のコア
【図１】
2007325329.tif 000003
【図２】
2007325329.tif 000004
【図３】
2007325329.tif 000005
【図４】
2007325329.tif 000006
【図５】
2007325329.tif 000007
【図６】
2007325329.tif 000008
【図７】
2007325329.tif 000009
【図８】
2007325329.tif 000010
【図９】
2007325329.tif 000011
【図１０】
2007325329.tif 000012
【図１１】
2007325329.tif 000013
【図１２】
2007325329.tif 000014
【図１３】
2007325329.tif 000015
【図１４】
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