(57)【要約】【課題】液体に対する摩擦を低減可能なアーマチャーを提供する。【解決手段】液体で満たされるモータケーシング３０内に収容されるアーマチャー１２であって、その外周面の少なくとも一部が、複数の空孔を備えた多孔質材料によって形成されていることを特徴とする。このアーマチャー１２によれば、アーマチャー１２の回転時に、その外周面で液体の放出と吸収が生じる。したがって、アーマチャー１２の外周面とその周囲の液体との間の摩擦を低減することができる。【選択図】図１
2009038943.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体で満たされるモータケーシング内に収容されるアーマチャーであって、
その外周面の少なくとも一部が、複数の空孔を備えた多孔質材料によって形成されていることを特徴とするアーマチャー。
【請求項２】
前記多孔質材料では、前記複数の空孔の少なくとも一部が他の空孔と連結していることによって、その表面の複数個所が連通していることを特徴とする請求項１に記載のアーマチャー。
【請求項３】
磁性体からなり、アーマチャーの中心軸と同心状の外周面と、外周面から前記中心軸方向に凹んでいる凹所を有するコアと、
前記コアの少なくとも凹所を覆っており、前記中心軸と同心状で前記コアの外周面と連続する外周面を有するケース部と、
を有しており、
前記ケース部が多孔質材料によって形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のアーマチャー。
【請求項４】
液体で満たされるモータケーシング内に収容されるアーマチャーであって、
その外周面上の少なくとも２箇所に連通する微細液体流路が形成されていることを特徴とするアーマチャー。
【請求項５】
液体を吸引して吐出するポンプであって、
請求項１〜４のいずれか１項に記載のアーマチャーをケーシング内に収容しているモータ部と、
モータ部によって駆動されるポンプ部を有しており、
前記アーマチャーと前記ケーシングの間の隙間が、液体の流路となっていることを特徴とするポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータのケーシング内に収容されるアーマチャー及びそのアーマチャーを用いたポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
液体で満たされるモータケーシング内に収容され、電力の供給を受けることによりケーシング内で回転するアーマチャーが知られている。アーマチャーがケーシング内で回転すると、アーマチャーとケーシングとの間に存在する液体により、アーマチャーに流体摩擦が作用する。この摩擦により、アーマチャーの回転が遮られ、損失が発生する。したがって、モータにおいては、アーマチャーに作用する摩擦を低減することが重要となる。
特許文献１には、磁性体からなるコアと、コアの周囲を覆うケース部を有するアーマチャーが開示されている。このアーマチャーは、コアの周囲がケース部で覆われることによって、アーマチャーの外周面が滑らかな円筒形状に形成されている。したがって、アーマチャーの外周面と液体との間の摩擦が低減されている。これによって、モータの性能を向上させることができる。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−０４６４７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のアーマチャーによれば、外周面と液体との間の摩擦を低減することができる。しかしながら、モータの性能を向上するためには、更なる摩擦の低減が要求される。
【０００５】
本発明は、上記の実情に鑑みてなされたものであり、より液体に対する摩擦が低減されているアーマチャー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】
本発明のアーマチャーは、液体で満たされるモータケーシング内に収容される。このアーマチャーは、その外周面の少なくとも一部が、複数の空孔を備えた多孔質材料によって形成されている。
アーマチャーが液体内で回転すると、その周囲に存在する液体がアーマチャーの外周面に引きずられ、ケーシング内の液体（空孔外の液体）がアーマチャーの回転方向に流れる。この液体の流れは、アーマチャーの外周面に近い部分ほど流速が速くなり、外周面から離れるほど流速が遅くなる。すなわち、アーマチャーの半径方向に沿って、速度勾配と呼ばれる流速の変化が発生する。そして、アーマチャーの外周面とその周囲に存在する液体との間には、アーマチャーの外周面近傍における液体の速度勾配が大きいほど、大きな摩擦力が発生する。
アーマチャーを回転させると、アーマチャーに遠心力が作用する。アーマチャーには僅かな製造誤差等が存在するので、その遠心力は不均等に作用する。即ち、アーマチャーの外周面で作用する遠心力は、アーマチャーの周方向の位置や、アーマチャーの回転状態（すなわち、時間）等によって微量に異なることとなる。
アーマチャーの外周面が多孔質材料によって形成されていると、アーマチャーの外周面で作用する遠心力に応じて、アーマチャーの外周面で液体の放出と吸収が発生する。即ち、比較的に大きい遠心力が作用している部分では、アーマチャーの外周面から液体が放出される。比較的に小さい遠心力が作用している部分では、アーマチャーの外周面に液体が吸収される。
アーマチャーの外周面で液体の放出と吸収が発生すると、アーマチャーの外周面近傍における液体の速度勾配は小さくなり、アーマチャーの外周面と液体との間の摩擦が低減される。
本発明のアーマチャーによると、アーマチャーの外周面と液体との間の摩擦を低減し、モータの性能を向上させることができる。
【０００７】
上述したアーマチャーは、前記複数の空孔の少なくとも一部が他の空孔と連結していることが好ましい。そして、多孔質材料の表面の複数個所が、連結している複数の空孔によって連通していることが好ましい。
このような構成によると、多孔質材料の表面における液体の放出と吸収をより活発化することができる。また、多孔質材料の表面からより深い位置にある空孔を液体で満たすことができる。したがって、多孔質材料の表面における液体の放出と吸収の量をより多くすることができる。したがって、より、多孔質材料の表面と液体（空孔外の液体）との間の摩擦を低減させることができる。
【０００８】
上述したアーマチャーは、磁性体からなり、アーマチャーの中心軸と同心状の外周面と、外周面から前記中心軸方向に凹んでいる凹所を有するコアを備えていてもよい。この場合、アーマチャーが、コアの少なくとも凹所を覆っており、アーマチャーの中心軸と同心状でコアの外周面と連続する外周面を有するケース部を備えていることが好ましい。そして、そのケース部が多孔質材料によって形成されていることが好ましい。
このような構成によれば、アーマチャーの外周面を滑らかに形成することができる。また、ケース部の外周面で液体の放出と吸収が行われるので、ケース部の外周面と液体（空孔外の液体）との間の摩擦を低減させることができる。
【０００９】
また、本発明は、液体との摩擦を低減可能な他の形態のアーマチャーをも提供する。このアーマチャーには、その外周面上の少なくとも２箇所に連通する微細液体流路が形成されている。
このアーマチャーをモータケーシング内で回転させると、微細液体流路を介して、アーマチャーの外周面で液体の放出と吸収が行われる。したがって、外周面と液体（微細液体流路外の液体）との間の摩擦を低減させることができる。
【００１０】
また、本発明は、上述したアーマチャーを使用した新たなポンプをも提供する。このポンプは、上述したいずれかのアーマチャーをケーシング内に収容しているモータ部と、モータ部によって駆動されるポンプ部を有している。そして、アーマチャーとケーシングの間の隙間が、吐出する液体の流路となっている。
このポンプによれば、アーマチャーと液体（すなわち、吐出する液体）との間の摩擦を低減することができる。したがって、ポンプ性能を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、液体との摩擦が低いアーマチャーを提供することができる。モータ性能を向上させることができる。
また、本発明によれば、より高いポンプ性能を有するポンプを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
下記に説明する実施例の主要な特徴を列記する。
（特徴１）多孔質材料として、焼結金属が用いられている。
（特徴２）多孔質材料の各空孔の幅が、１０μｍ〜１００μｍである。
（特徴３）多孔質材料の空孔率が、１５％〜６０％である。
（特徴４）多孔質材料では、複数の空孔の少なくとも一部が、隣接する空孔と連結している。
【実施例】
【００１３】
本発明の実施例に係る燃料ポンプについて、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施例の燃料ポンプ１００の概略断面図を示している。燃料ポンプ１００は、自動車等の燃料タンク内に設置され、燃料タンク内の燃料をエンジンに供給するために用いられる。燃料ポンプ１００は、ポンプ部７０と、モータ部１０、吐出部８０によって構成されている。
【００１４】
図１に示すように、モータ部１０は、ケーシング３０と、ケーシング３０内に収容されているアーマチャー１２を有している。
【００１５】
アーマチャー１２は、シャフト１４と、コア１６と、ケース部１８と、整流子２０を有している。シャフト１４はケーシング３０内で回転可能に支持されている。これによって、アーマチャー１２全体がケーシング３０内で回転可能となっている。
【００１６】
図２は、シャフト１４の中心軸Ｃ１を含む断面におけるアーマチャー１２の断面図を示している。図２に示すように、シャフト１４には、コア１６が固定されている。図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線におけるアーマチャー１２の断面図（すなわち、シャフト１４の中心軸Ｃ１に対して垂直な平面における断面図）を示している。図３に示すように、コア１６は、シャフト１４に固定されている中心部１６ａと、中心部１６ａから放射状に伸びる８個の接続部１６ｂと、各接続部１６ｂの先端が周方向に延出されて形成されている外周部１６ｃを備えている。各外周部１６ｃには、断面形状が中心軸Ｃ１と同心状の円弧形状に形成された外周面１６ｄが形成されている。図２に示すように、コア１６は、多数の磁性板１７がシャフト１４の中心軸Ｃ１と平行な方向に積層されることにより構成されている。図１に示すように、コア１６の外周面１６ｄはアーマチャー１２の表面に露出している。
【００１７】
図３に示すように、コア１６の各接続部１６ｂには、コイル２２が巻かれている。コイル２２の両端は、整流子２０に接続されている。
【００１８】
ケース部１８は、図１、図２に示すように、コア１６の外周面１６ｄを除く部分を覆っている。図３に示すように、ケース部１８は、コア１６の各接続部１６ｂの間の凹所１６ｅにも充填されている。ケース部１８の外周面１８ｄは、コア１６の外周面１６ｄに連続する円筒面（すなわち、シャフト１４の中心軸Ｃ１と同心状であり、半径がコア１６の外周面１６ｄと略等しい半径の円筒面）に形成されている。すなわち、コア１６の外周面１６ｄとケース部１８の外周面１８ｄによって、アーマチャー１２の外周面が形成されている。
ケース部１８は、多数の空孔を備えた多孔質材料によって形成されている。本実施例では、焼結金属を多孔質材料として用いている。なお、多孔質材料の空孔の幅は、１０μｍ〜１００μｍであることが好ましい。多孔質材料の空孔率は、１５％〜６０％であることが好ましい。ケース部１８の空孔の多くは、隣接する空孔と連結している。したがって、図示していないが、ケース部１８内には、多数の空孔が連結した空間が形成されている。連結した多数の空孔により形成された空間は、ケース部１８の外周面１８ｄの多数箇所に連通している。上述したように、アーマチャー１２はケーシング３０内に収容されている。後述するが、ケーシング３０とアーマチャー１２の間の隙間５０は、燃料ポンプ１００が吐出する燃料の流路となっている。したがって、ケース部１８内の空孔（空孔により形成されている空間）内は、燃料で満たされている。
【００１９】
整流子２０は、シャフト１４及びケース部１８に固定されている。整流子２０は、複数の電極セグメントを有している。各電極セグメントには、コイル２２の端部が接続されている。各電極セグメントは、アーマチャー１２（すなわち、整流子２０）が回転したときに、ブラシ８６と摺接する。
【００２０】
ケーシング３０は、ケーシング部材３２と、永久磁石３４を有している。ケーシング部材３２はシャフト１４を中心とした円筒状のケースであり、アーマチャー１２の周囲を囲んでいる。ケーシング部材３２の内側には、アーマチャー１２を取囲むように永久磁石３４が固定されている。永久磁石３４とアーマチャー１２は接触しておらず、その間には隙間５０が形成されている。
【００２１】
吐出部８０は、ケーシング部材８２を有している。ケーシング部材８２は、ケーシング部材３２の上部に嵌合されている。ケーシング部材８２の内側には、シャフト支持部８４が形成されている。シャフト支持部８４は、シャフト１４を回転可能に支持している。また、ケーシング部材８２の内側には、ブラシ８６が設置されている。ブラシ８６には外部から電力を供給可能となっている。ブラシ８６が整流子２０の各電極セグメントと摺接することにより、整流子２０を介して各コイル２２に電流が供給される。ケーシング部材８２の上部には、燃料吐出ポート８８が形成されている。
【００２２】
ポンプ部７０は、インペラ７２と、インペラ７２を収容するポンプケーシング７４を有している。ポンプケーシング７４には、シャフト支持部７６と、インペラ収容室７９と、燃料吸入口７８ａと、燃料吐出口７８ｂが形成されている。インペラ収容室７９内には、インペラ７２が収容されている。シャフト支持部７６は、シャフト１４を回転可能に支持している。シャフト１４は、インペラ収容室７９内まで延出されて、インペラ収容室７９内でインペラ７２と係合されている。これによって、インペラ７２は、シャフト１４と共に回転可能とされている。燃料吸入口７８ａは、インペラ収容室７９と外部を連通している。燃料吐出口７８ｂは、インペラ収容室７９とモータ部１０を連通している。
【００２３】
燃料ポンプ１００のブラシ８６に電流が供給されると、ブラシ８６と整流子２０を介してコイル２２に電流が流れる。これによって、アーマチャー１２が回転し、アーマチャー１２のシャフト１４も回転する。シャフト１４が回転すると、インペラ７２が回転する。インペラ７２がポンプケーシング７４内で回転すると、燃料吸入口７８ａからインペラ収容室７９内に燃料が吸引される。インペラ収容室７９内に吸引された燃料は、インペラ７２の回転によって昇圧され、燃料吐出口７８ｂからモータ部１０に送り出される。モータ部１０に送り出された燃料は、モータ部１０内を流れ、燃料吐出ポート８８から外部に吐出される。
【００２４】
燃料がモータ部１０内を流れる際には、燃料がアーマチャー１２とケーシング３０（すなわち、永久磁石３４）の間の隙間５０を流れる。したがって、回転するアーマチャー１２と隙間５０を流れる燃料の間で摩擦が発生する。すると、隙間５０内を流れる燃料がアーマチャー１２の外周面に引きずられるので、燃料がアーマチャー１２の回転方向へも移動する。すなわち、燃料は、隙間５０内（すなわち、アーマチャー１２の周り）を螺旋状に流れる。
【００２５】
図４は、アーマチャー１２を回転させたときの、隙間５０内を流れる燃料の回転方向の速度成分の分布を示すグラフである。隙間５０の厚さ方向（アーマチャー１２の半径方向）の位置Ｘを横軸とし、各位置における燃料の回転方向の速度成分ＶＲを縦軸として示している。Ｘ軸の原点がアーマチャー１２の外周面の位置を示しており、位置Ｘ１はケーシング３０の位置（すなわち、永久磁石３４の表面の位置）を示している。図示するように、燃料の回転方向の速度成分ＶＲは、アーマチャー１２の外周面に近い部分ほど速く、外周面から離れるほど遅くなる。アーマチャー１２の外周面近傍（すなわち、Ｘ軸の原点近傍）においては、速度成分ＶＲの変化率（速度勾配）が、他の位置に比べて大きくなっている（すなわち、図４のグラフの傾きが大きくなっている）。アーマチャー１２に作用する摩擦は、アーマチャー１２の外周面近傍における燃料の速度勾配が大きいほど大きくなる。なお、後に詳述するが、図４に示すアーマチャー１２の外周面近傍の燃料の速度勾配は、通常のアーマチャー（ケース部１８が多孔質材料でないアーマチャー）に比べると小さい。
【００２６】
本実施例のアーマチャー１２では、ケース部１８が多孔質材料によって形成されている。アーマチャー１２が回転すると、アーマチャー１２の外周面で遠心力が作用する。アーマチャー１２には僅かな製造誤差等があるので、このとき外周面で作用する遠心力は一定とはならない。すなわち、アーマチャー１２の外周面で作用する遠心力は、アーマチャー１２の外周面上の位置やアーマチャー１２の回転状態（すなわち、時間）等によって微量に異なることとなる。したがって、ケース部１８に作用する遠心力も、ケース部１８の外周面１８ｄ上の位置や時間等によって異なることとなる。ケース部１８のうちの比較的大きい遠心力が作用している部分では、連結した空孔によって形成されている空間内の燃料が空間外（すなわち、隙間５０）へ放出される。ケース部１８のうちの比較的小さい遠心力が作用している部分では、連結した空孔によって形成されている空間外（すなわち、隙間５０）から空間内へ燃料が流入する。すなわち、ケース部１８の外周面１８ｄで、燃料の放出と吸収が起こる。ケース部１８の外周面１８ｄで燃料の放出と吸収が起こると、ケース部１８の外周面１８ｄ近傍における燃料の速度成分ＶＲの変化率（速度勾配）が小さくなる。したがって、ケース部１８の外周面１８ｄと燃料（隙間５０を流れる燃料）との間の摩擦が低減される。
【００２７】
以上に説明したように、本実施例の燃料ポンプ１００では、アーマチャー１２のケース部１８が多孔質材料によって形成されている。したがって、アーマチャー１２の外周面と隙間５０を流れる燃料との間の摩擦が低減される。したがって、燃料ポンプ１００のポンプ性能が、より向上されている。
【００２８】
また、多孔質材料で形成されたケース部１８の代わりに、外周面１８ｄ上の少なくとも２箇所に連通する微細液体流路が形成されているケース部１８を用いてもよい。このような構成によっても、微細液体流路内と微細液体流路外（すなわち、隙間５０）の間を燃料が移動できる。したがって、ケース部１８の外周面１８ｄで燃料の放出と吸収が行われる。
【００２９】
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さまざまに変形、変更したものが含まれる。
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み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わ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】
【００３０】
【図１】実施例の燃料ポンプ１００の断面図。
【図２】シャフト１４の中心軸Ｃ１を含む断面におけるアーマチャー１２の断面図。
【図３】図２のIII−III線におけるアーマチャー１２の断面図。
【図４】隙間５０を流れる燃料の回転方向の速度成分ＶＲと隙間５０の厚さ方向の位置Ｘとの関係を示すグラフ。
【符号の説明】
【００３１】
１０：モータ部
１２：アーマチャー
１４：シャフト
１６：コア
１８：ケース部
２０：整流子
２２：コイル
３０：ケーシング
３２：ケーシング部材
３４：永久磁石
５０：隙間
７０：ポンプ部
７２：インペラ
７４：ポンプケーシング
７８ａ：燃料吸入口
７８ｂ：燃料吐出口
７９：インペラ収容室
８０：吐出部
８２：ケーシング部材
８６：ブラシ
８８：燃料吐出ポート
１００：燃料ポンプ
【図１】
2009038943.tif 000003
【図２】
2009038943.tif 000004
【図３】
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【図４】
2009038943.tif 000006