(57)【要約】【課題】保磁力の弱いフェライト磁石を使用しても必要トルク特性を確保するとともに、フェライト磁石の外着磁ができる磁石モータを提供する。【解決手段】永久磁石を放射状に配置し、永久磁石を挟み込むように配置された磁極鉄心を有する回転子と、固定子鉄心中に設けられたスロット中に三相の電機子巻線を巻装した固定子とからなる磁石モータにおいて、回転子がシャフトと回転子鉄心を備え、シャフトと回転子鉄心とを圧入あるいは焼き嵌め嵌合した回転子組み体と、永久磁石の周方向面が互いに凸形状を有し、磁極鉄心と永久磁石との磁極組み体とを樹脂で成形して回転子とした。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射状に配置された複数の永久磁石と、該複数の永久磁石の各々を挟み込むように放射状に配置された複数の磁極鉄心と、を有する回転子と、
固定子鉄心に設けたスロットに三相の電機子巻線を巻装した固定子と、
を具備する磁石モータであって、
前記永久磁石の周方向面が互いに凸形状であることを特徴とする磁石モータ。
【請求項２】
請求項１に記載の磁石モータにおいて、
前記回転子はさらにシャフトと回転子鉄心を備えており、
前記回転子は、前記シャフトと前記回転子鉄心を圧入あるいは焼き嵌め嵌合した回転子組み体と、前記永久磁石と前記磁極鉄心を組み合わせた磁極組み体と、を樹脂で成形したものであることを特徴とする磁石モータ。
【請求項３】
請求項２に記載の磁石モータにおいて、
前記磁極組み体を一次成形樹脂で一次成形した一次成形体の永久磁石を内外周から着磁ヨークを用いて着磁した後、
前記回転子組み体と前記磁極組み体を二次成形することで前記回転子としたことを特徴とする磁石モータ。
【請求項４】
請求項３に記載の磁石モータにおいて、
前記一次成形時には、前記磁極鉄心のスリット孔に樹脂が充填されず、
前記二次成形時には、前記磁極鉄心のスリット孔に樹脂が充填されることを特徴とする磁石モータ。
【請求項５】
請求項１〜４何れか一項に記載の磁石モータを駆動源としたポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁石モータ、および、これを用いたポンプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在のポンプ装置の駆動源には磁石モータが採用され、低出力の磁石モータにはフェライト磁石、高出力の磁石モータにはネオジム磁石が採用されている。このネオジム磁石の主原料であるネオジムは、レアメタルであって、入手するのに困難を伴う場合があるため、高出力の磁石モータでもフェライト磁石を用いることが求められている。
【０００３】
しかしながら、ネオジム磁石の残留磁束密度が１.３Ｔであるのに対し、フェライト磁石の残留磁束密度が０.４５Ｔと小さく（約１／３）、フェライト磁石モータでは体格が大きくなる問題があるため、これをポンプ装置に用いるためには、ポンプ装置の体格を大きくする必要があった。
【０００４】
磁石からの磁束量が磁石の強磁性面の周長に左右されることから、上記問題を回避するための手法として、平板フェライト磁石を放射状に配置する構成が提案されている（特許文献１、非特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２０４２５号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｔ．Ａ．ＬＩＰＯ  著、「交流機設計」、電気書院、２００７年５月発行、Ｐ５５９〜５６４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１、非特許文献１の場合、ロータ外径に対し放射状に伸びたフェライト磁石が長いために、フェライト磁石を用いても高出力のトルクを得ることができた。
【０００８】
一方、ポンプ装置の磁石モータは小形であるので、回転子の外周からシャフトまでの径方向距離が短く、また、磁石がシャフトまで近づくと磁石の外着磁ができないため、特許文献１、非特許文献１の構成を適用して高出力のトルクを得ることができないという問題があった。
【０００９】
本発明は、保磁力の弱いフェライト磁石を使用した場合であっても、ネオジム磁石を使用したと同様に高トルク出力を得ることができ、また、フェライト磁石の外着磁ができる小型の磁石モータの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、請求項１の磁石モータでは、放射状に配置された複数の永久磁石と、該複数の永久磁石の各々を挟み込むように放射状に配置された複数の磁極鉄心と、を有する回転子と、固定子鉄心に設けたスロットに三相の電機子巻線を巻装した固定子と、を具備する磁石モータであって、前記永久磁石の周方向面が互いに凸形状である構成とした。
【発明の効果】
【００１１】
上記構成によれば、保磁力の弱いフェライト磁石を使用しても必要トルク特性を確保するとともに、フェライト磁石の外着磁ができる。
【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。
【図２】図１の右側面図。
【図３】図１のポンプカバーを外した状態の平面図。
【図４】一実施例の磁石モータの縦断面図。
【図５】一実施例の磁石モータの径方向断面図。
【図６】一実施例の一次成形体の径方向断面図。
【図７】磁化する際の様子を示した模式図。
【図８】一実施例の磁石モータの回転子の構造図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施例のポンプ装置１００、および、それに用いられる磁石モータ３を、図１〜図８を参照して説明する。
【００１４】
まず、図１〜図３を用いて、本実施例のポンプ装置１００を説明する。図１はポンプ装置１００の縦断面図、図２は図１の右側面図、図３は図１のポンプカバー１０を外した状態の平面図である。
【００１５】
図１に示すように、ポンプ装置１００は、水通路が形成されたベース１、および、ベース１に設けられた吸込側水通路１ａ、吐出側水通路１ｂを備えている。また、図２、図３に示すように、ポンプ装置１００は、ベース１の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磁石モータ３と、これを制御する制御装置４と、制御装置４の表示基板５と、制御装置４からのノイズを抑制する高調波抑制コイル６と、吐出側水通路１ｂに設けられた圧力センサ７を備え、これらをポンプカバー１０が覆う構造である。
【００１６】
図１に示すように、ポンプ部１５は、羽根車１６と、この羽根車１６を内置するケーシング１７と、ケーシング１７の前面を閉じるケーシングカバー１８を有する。このポンプ部１５は、ウェスコポンプと称されるもので、ケーシング１７に吸込口１７ａと吐出口１７ｂを有する。ポンプ部１５の上部には、気水分離室１９を備えている。気水分離室１９はベース１の吸込側水通路１ａと連通するように吸込管２０で接続される。
【００１７】
吸込側水通路１ａのベース１側端面には配管接続用の吸込フランジ２１が取り付けられる。また、吸込管２０の上部の気水分離室１９内には逆止弁２２が備えている。この逆止弁２２は吸込口側からケーシング１７側への水の流れを許すが、逆向きの流れを阻止するように作動する。
【００１８】
また、気水分離室１９はベース１の吐出側水通路１ｂと連通するように吐出管２３で接続される。吐出側水通路１ｂのベース１側端面には配管接続用の吐出フランジ２４が取り付けられる。
【００１９】
また、気水分離室１９の上部にはねじ込み式の呼び水給水用栓２５が備え、呼び水給水用栓２５を外して呼び水を給水する。
【００２０】
ポンプ装置１００の運転は、ポンプ駆動用の磁石モータ３に制御装置４から電流を供給することによって行われる。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。
【００２１】
自吸運転ではケーシング吐出口１７ｂから気水分離室１９内の呼び水が還流して空気が排出され、ポンプ部１５のケーシング吸込口１７ａから上流側の空気が徐々に抜けて水が満たされていく。そして、水が全部に満たされると、自吸運転が終了し、揚水運転に移行する。
【００２２】
揚水運転では、吸い上げられた水が吐出フランジ２４を介して吐出配管から送り出される。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昇する。通常は、この圧力を圧力センサ７が検知してポンプ駆動用の磁石モータ３の運転を止める。このような動作でポンプ装置１００が作動する。
【００２３】
次に、図４〜図８を用いて磁石モータ３の構造を詳細に説明する。図４は磁石モータ３の縦断面図、図５は磁石モータ３の径方向断面図、図６は一次成形体の径方向断面図、図７は磁化する際の様子を示した模式図、図８は磁石モータ３の回転子の構造図である。
【００２４】
まず、図４の断面図を用いて、ポンプ装置１００で用いられる磁石モータ３の概要を説明する。ここに示すように、磁石モータ３は、ハウジング３０ａ、３０ｂで覆われており、磁石モータ３のシャフト３６の両端はベアリング５１ａ、５１ｂで回転自在に支持されている。ハウジング３０ａ内には、固定子３５が圧入されており、この内周側には、シャフト３６に嵌合した回転子５０が設けられている。シャフト３６の一方の端部には、冷却風を発生させる冷却ファン５２が取り付けられており、ここで発生した冷却風の一部はハウジング３０ａを介してポンプ駆動用の磁石モータ３を冷却し、一部はモータカバー５３、通風ダクト５４を介して、制御装置４を冷却する。
【００２５】
次に、図５を用いて、磁石モータ３の固定子３５の構成を説明する。この径方向断面図に示すように、固定子３５は、固定子鉄心３１に形成されたスロット３２中に絶縁物３３を介してＵ相、Ｖ相、Ｗ相からなる三相集中巻の電機子巻線３４を巻装したものである。
【００２６】
次に、図８を用いて、磁石モータ３の回転子５０の構成を詳細に説明する。この径方向断面図に示すように、シャフト３６には回転子鉄心３７が嵌合しており、以下ではこれを回転子組み体と称する。なお、両者の嵌合方法は、圧入であっても良いし、焼き嵌めであっても良い。回転子組み体の外周には、周方向面が互いに凸形状となったフェライト磁石３８（永久磁石）と周方向面が互いに凹形状となった磁極鉄心３９を交互に放射状に配置した円環形状構造物が構成されており、以下ではこれを磁極組み体と称する。
【００２７】
図６を用いて、磁極組み体の成形方法を説明する。まず、図６（ａ）に示すように、着磁前のフェライト磁石３８と磁極鉄心３９を交互に放射状に配置する。これにより、着磁前のフェライト磁石３８を磁極鉄心３９で挟み込むことができる。そして、図６（ｂ）に示すように、フェライト磁石３８と磁極鉄心３９の間に一次成形樹脂４１を充填することで一次成形体４３を成形する。なお、磁極鉄心３９のスリット孔４０と磁極鉄心３９の内外周面には一次成形樹脂４１を充填しないようにしたので、一次成形体４３では、スリット孔４０と磁極鉄心３９の内外周面は露出する。
【００２８】
次に、図７を用いて、一次成形体４３のフェライト磁石３８の着磁方法を説明する。図７において、外周着磁ヨーク４６はスロット４４に外周着磁コイル４５を巻装したものであり、内周着磁ヨーク４９はスロット４７に内周着磁コイル４８を巻装したものである。そして、外周着磁コイル４５と内周着磁コイル４８の間にフェライト磁石３８が位置するように一次成形体４３を設置した後、両着磁コイルに所定の電流を供給することにより、一次成形体４３を構成するフェライト磁石３８を着磁することができる。
【００２９】
その後、一次成形体４３と回転子組み体を図８に示すように配置し、それらの間に二次成形樹脂４２を充填することで、両者を一体化した二次成形体である回転子５０を得ることができる。このようにして、シャフト３６とフェライト磁石３８が一体に成形されるので、フェライト磁石３８に作用するトルクは二次成形樹脂４２と回転子鉄心３７を介してシャフト３６に伝達される。なお、回転子鉄心３７に設けられた複数の溝部３７ａ、および、一次成形時に樹脂が充填されなかったスリット孔４０にも、二次成形樹脂４２が充填されるため、回転子５０は強固に一体化される。
【００３０】
以上、本実施例のポンプ駆動用の磁石モータ３の構成と製造方法を述べたが、特性面について述べる。
【００３１】
特許文献１、非特許文献１には、平板磁石を放射状に配置してシャフト近傍まで伸ばす構成が述べられているが、この構成では磁極鉄心の下限幅が狭いと内周着磁ヨークを用いてフェライト磁石をフル着磁できず、着磁されたフェライト磁石を組み上げることが必要になる。着磁されたフェライト磁石を組み上げると、磁極鉄心の位置を正確に規定してもフェライト磁石は左右のどちらかの磁極鉄心に吸い付くので、磁極鉄心の上部から固定子側へ流れる磁束量が位置によって異なり、モータ特性を均一に保てなくなる。また、磁極鉄心の下限幅が広くしてフェライト磁石をシャフトまで伸ばすと、磁石磁束がシャフトに漏れ、必要特性が得られなくなる。
【００３２】
これに対し、本実施例の磁石モータ３ではフェライト磁石３８（永久磁石）の周方向面が互いに凸形状を有し、磁極鉄心３９とフェライト磁石３８の磁極組み体を一次成形樹脂４１で一次成形して一次成形体４３とし、一次成形体４３のフェライト磁石３８を内外周から着磁し、シャフト３６と回転子鉄心３７を嵌合した回転子組み体と一次成形体４３を二次成形樹脂４２で二次成形し回転子５０を得ている。すなわち、フェライト磁石３８の周方向面を互いに凸形状とすることで磁束量を稼ぎ、フェライト磁石３８の長さを短くして磁極鉄心３９の下限幅を大きくしたことにより、フェライト磁石３８を外着磁でき、回転子５０の量産性を高めることができる。
【符号の説明】
【００３３】
３  磁石モータ
３０ａ、３０ｂ  ハウジング
３１  固定子鉄心
３２、４４、４７  スロット
３３  絶縁物
３４  電機子巻線
３５  固定子
３６  シャフト
３７  回転子鉄心
３８  フェライト磁石
３９  磁極鉄心
４０  スリット孔
４１  一次成形樹脂
４２  二次成形樹脂
４３  一次成形体
４５  外周着磁コイル
４６  外周着磁ヨーク
４８  内周着磁コイル
４９  内周着磁ヨーク
５０  回転子
５１ａ、５１ｂ  ベアリング
５２  冷却ファン
５３  モータカバー
５４  通風ダクト
１００  ポンプ装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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