JP2000125488A - 電動機の回転子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 マグネットトルクで作動する電動機の回転子
において、モータ効率を向上させることを目的とする。 【解決手段】 マグネット１０の着磁は、ロータコア９
の外周円より外側の円弧中心から放射状に伸びる配向で
あって、マグネット１０はロータコア９の外周円に対向
する端面１０ａ、１０ｃ、１０ｄを有し、円弧中心は端
面１０ａ、１０ｃ、１０ｄの周方向端部に於ける接線に
対してロータコア９の中心と反対側に位置していること
を特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電動機の回転子に関
するもので、例えば燃料ポンプの駆動用モータの回転子
として好適である。

【０００２】

【従来の技術】従来より、特開平１０−１２６９８６号
公報に記載されているように、モータ効率の向上を目的
として、マグネットトルクに加えてリラクタンストルク
の有効活用する構造が知られている。上記従来技術で
は、ロータコアに備えられているマグネットを、ロータ
コアの外周円に対して逆方向に湾曲させた弓形形状にす
ることにより、磁束をロータコアの外部の点に集中させ
ている。そして、マグネットロータの磁気抵抗の突極性
によるリラクタンストルクを得て、モータ効率の向上を
試みている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、発明者は実験
検討により、このリラクタンストルクは、励磁された磁
極とマグネットとによって得られるマグネットトルクに
比べて非常に小さいことから、モータを低負荷で（例え
ばＤｕｔｙ１０％程度）で作動させたときには効率向上
の効果が得られるが、モータを全負荷（Ｄｕｔｙ１００
％）で作動させたときにはその効果は殆ど得られないこ
とに気付いた。

【０００４】また、上記従来技術のようなマグネット配
置において、マグネットの円弧に対して垂直に着磁する
ラジアル異方性の配向で着磁すると、マグネットロータ
表面の磁束密度が部分的に向上するが、弓形のマグネッ
ト両端部における配向がマグネットロータの外周に略並
行になっているため、この部分からはステータに向かっ
て磁束が流れず、全体として磁束量を高くすることがで
きない。そのため、マグネットロータの駆動トルクの大
部分を占めるマグネットトルクを高くできず、結果とし
てモータ効率を向上させることができないという問題が
あることにも気付いた。

【０００５】本発明は上記問題に鑑みなされたものであ
り、マグネットトルクとリラクタンストルクを併用しな
い電動機の回転子において、モータ効率を向上させるこ
とを目的とする。詳しくは、マグネットトルクを向上さ
せるために、マグネットの磁束がマグネットロータの外
周側に向かって集中し、かつ、マグネットの外側全体か
らステータに向かって磁束が流れるようにすることを目
的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明では、マグネット（１０）の
着磁は、ロータコア（９）の外周円より外側の一点
（Ｂ）から放射状に伸びる配向であって、マグネット
（１０）はロータコア（９）の外周円に対向する端面
（１０ａ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ）を有し、磁束が前
記端面（１０ａ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ）の全体を通
過する形状であることを特徴としている。

【０００７】請求項２の発明では、マグネット（１０）
の着磁は、ロータコア（９）の外周円より外側の一点
（Ｂ）から放射状に伸びる配向であって、マグネット
（１０）はロータコア（９）の外周円に対向する端面
（１０ａ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ）を有し、前記一点
（Ｂ）は端面（１０ａ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ）の周
方向端部に於ける接線に対してロータコア（９）の中心
と反対側に位置していることを特徴としている。

【０００８】これによると、マグネット（１０）の着磁
配向が、ロータコア（９）の外周円より外側の一点
（Ｂ）から放射状に伸びる配向であるので、磁束をマグ
ネットロータ（８）の外周側の一点（Ｂ）に集中させる
ことがきる。また、磁束が集中する点（Ｂ）、即ち、配
向中心（Ｂ）が端面（１０ａ、１０ｃ、１０ｄ、１０
ｅ）の任意の点に於ける接線に対してロータコア（９）
の中心と反対側に位置している。そのため、配向中心
（Ｂ）に向かう磁束はロータコア（９）の外周円に対向
する端面（１０ａ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ）の全体を
通過する。

【０００９】従って、マグネット（１０）の磁束がマグ
ネットロータ（７）の外側の一点に向かって集中し、か
つ、マグネット（１０）の端面（１０ａ、１０ｃ、１０
ｄ、１０ｅ）全体から磁束がステータに向かって流れる
ので、マグネットトルクを向上させることができる。そ
の結果、マグネットトルクとリラクタンストルクを併用
し、かつマグネットトルクの向上も図れるので、全体と
してモータ効率を向上させることができる。

【００１０】請求項３に記載の発明では、端面（１０
ａ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ）は前記一点（Ｂ）を中心
とした円弧状の曲面（１０ａ）を有することを特徴とし
ている。また、請求項５に記載の発明では、マグネット
（１０）は、端面（１０ａ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ）
より前記ロータコア（９）の中心側に前記一点（Ｂ）を
中心とした円弧状の曲面（１０ｂ）を有することを特徴
としている。

【００１１】マグネット（１０）は、通常、円筒状のフ
ェライト等にラジアル異方性の配向で着磁したものから
形成される。従って、上記のような形状のマグネット
（１０）は、円筒の外周側円弧部と内周側円弧部を利用
して形成することが可能である。そのため、マグネット
（１０）の加工が容易となる。請求項４に記載の発明で
は、端面（１０ａ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ）はロータ
コア（９）と同心かつ同径の円弧状の曲面（１０ｅ）で
あることを特徴としている。

【００１２】これによると、マグネット（１０）の端面
（１０ａ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ）とロータコア
（９）の外周円とが一致しているため、マグネット（１
０）の外側にロータコア（９）が存在しないため、マグ
ネット（１０）の外側のロータコア（９）で発生する鉄
損を低減でき、更にモータ効率を向上させることが可能
となる。

【００１３】なお、上記した括弧内の符号は、後述する
実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものであ
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。 （第一実施形態）図１は本発明の電動機の回転子が取り
付けられるポンプ装置の断面図、図２は図１のＡ−Ａ断
面でのマグネットロータ及び固定子の断面図、図３は図
２における要部拡大図である。このポンプ装置は例えば
車両等の燃料タンク内に配置されるもので、燃料タンク
から内燃機関の燃料噴射装置に燃料を供給するものであ
る。

【００１５】ポンプ装置１は電動機部２、ポンプ部３お
よび吐出部４から構成されている。電動機部２は円筒状
のケーシング５内に、固定子６、マグネットロータ７、
駆動回路８等を備えて構成されている。マグネットロー
タ７は、電磁鋼板を積層して形成された円筒状のロータ
コア９とロータコア９に周方向に並べられて埋没された
フェライト等からなる８つのマグネット１０とから構成
される。なお、マグネット１０は周方向に一定間隔でＮ
極とＳ極とが反転するように着磁されている。ロータコ
ア９には、その軸方向に貫通孔が設けられており、貫通
孔にはシャフト１１が圧入固定されている。

【００１６】図２及び図３の断面図に示されるように、
マグネット１０の断面は略弓形形状をしている。外周側
円弧部１０ａと内周側円弧部１０ｂとは、ロータコア９
の外周に対して逆方向に概ね平行に湾曲されている。ま
た、外周側円弧部１０ａの周方向に隣接している円弧部
１０ｃ、１０ｄの円弧中心はロータコア９の中心に一致
している。また、外周側円弧部１０ａおよび内周側円弧
部１０ｂの円弧中心Ｂは円弧部１０ｃ、１０ｄの周方向
両端における接線の交点Ｃより外径側に位置している。

【００１７】マグネット１０は、周知の方法により円筒
状のフェライトにラジアル異方性の配向で着磁したもの
を用いて略弓形形状に形成される。従って、マグネット
１０には外周側円弧部１０ａと内周側円弧部１０ｂに
は、双方の円弧部１０ａ、１０ｂに垂直な方向に着磁さ
れることになる。このように着磁されたマグネット１０
においては、磁束はマグネットの外周側および内周側円
弧部１０ａ、１０ｂの円弧中心Ｂに向けて集中してい
る。

【００１８】上記のように構成されたマグネット１０に
おいては、磁束は外周側円弧部１０ａのみならず、円弧
部１０ｃ、１０ｄも通過する。そのため、マグネットロ
ータ７の固定子６と対向する側の面のほぼ全周を磁束が
通過している。固定子６はマグネットロータ７の外周の
径方向に所定の間隔をもって配置されている。固定子６
は、ケイ素鋼板を積層して形成されている固定子鉄心１
３と固定子鉄心１３のスロット内に装備された３相の界
磁巻線１４とで構成されている。固定子鉄心１３のスロ
ット内に界磁巻線１４が装備された後、界磁巻線１４全
体、即ちスロット内及びコイルエンド部分２０は絶縁性
樹脂でモールドされる。このようにして形成された固定
子６は、ケーシング５の内側に挿入されて固定されてい
る。

【００１９】シャフトホルダー２１は固定子６の上端内
側に圧入固定されており、シャフトホルダー２１の中央
に設けられている孔には下方から軸受２２が圧入固定さ
れている。また、ポンプケーシング２３は固定子６の下
端内側及びケーシング５の下部内側に圧入固定されてお
り、ポンプケーシング２３の中央に設けられている孔に
は軸受２４が圧入固定されている。そして、軸受２２、
２４ににより、マグネットロータ７に固定されているシ
ャフト１１が回転可能に支持されている。なお、このポ
ンプケーシング２３は、後述するインペラ２８の収容部
も形成している。

【００２０】シャフトホルダー２１の上部の窪み部に
は、モーター駆動回路８を内蔵する回路ホルダー２５が
圧入固定されている。回路ホルダー２５には、モーター
駆動回路８と界磁巻線１４とを接続する中間端子２６が
インサート成形されている。ポンプ部３は、電動機部２
の下部に設けられ、ポンプケーシング２３、ポンプカバ
ー２７及びインペラ２８から構成される。ポンプケーシ
ング２３の下部には、インペラ２８を収容する凹部２３
ａ及び流路２３ｂが形成されている。凹部２３ａの軸方
向の深さは、インペラ２８の厚さよりも数μｍから数十
μｍ深くなるように構成される。

【００２１】ポンプカバー２７は、ケーシング５の下部
に挿入され、かしめ等によって固定されている。また、
ポンプカバー２７の上側中央に設けられている支持穴２
７ａによってシャフト１１が支持されている。また、ポ
ンプカバー２７には、ポンプケーシング２３の流路２３
ｂに連通するように吸入ポート２７ｂが穿設されてい
る。

【００２２】流路２３ｂは後述するインペラ２８の各羽
根の周囲を取り囲むように形成されている。そして、流
路２３ｂの始端側はポンプカバー２７の形成された吸入
ポート２７ｂと連通し、該流路２３ｂは例えば３００度
程度の角度範囲に渡って周方向に延びている。円盤状の
インペラ２８はポンプケーシング２３の下部の凹部２３
ａに収容されている。また、インペラ２８の中央孔には
シャフト１１が嵌合されており、マグネットロータ７の
作動に連動して回転駆動される。該インペラ２８の外周
側は、流路２３ｂへ延びている。また、その上下の外周
部には、全周に渡って多数の羽根が上下に列設されてい
る。

【００２３】吐出部４を形成する有底円筒状のエンドカ
バー２９は、モーター駆動回路８を覆うように、ケーシ
ング５の上端内側に圧入固定されている。エンドカバー
２９の底部には、上方に向けて突出した吐出パイプ２９
ａが形成されている。吐出パイプ２９ａは流路２３ｂと
連通している。そして、吸入ポート２７ｂから吸入され
た燃料は、流路２３ｂを経て、吐出パイプ２９ａから内
燃機関の燃料噴射装置に供給される。

【００２４】次に、本発明のポンプ装置１の作動につい
て説明する。図示しないバッテリから図示しない給電端
子を介して駆動回路８に電圧が印加される。駆動回路８
からは、マグネットロータ７の回転位置に応じてスロッ
ト１８内に巻回された３相の界磁巻線１４のうちの２相
に通電される。すなわち、電動機部は３相全波方式であ
る。なお、マグネットロータ７の回転位置は、界磁巻線
１４に発生する誘起電圧を基に計算されている。

【００２５】駆動回路８から界磁巻線１４に電流が流さ
れるとティース１６が励磁されて磁極が形成される。そ
して、固定子鉄心１３の内側に配置されているマグネッ
トロータ７のマグネット１０との吸引力若しくは反発力
により、マグネットトルクが発生してマグネットロータ
７が回転し始める。そして、このマグネットロータ７の
回転に合わせて、通電する２相の組み合わせ及び通電方
向を駆動回路８が変更し、励磁されるティース１６の磁
性を順次変える。これにより、マグネットロータ７は連
続して回転する。

【００２６】マグネットロータ７の回転は、シャフト１
１によってインペラ２８に伝達される。インペラ２８が
回転駆動されることにより、燃料タンク内の燃料は吸入
ポート２７ｂから流路２３ｂに吸引される。そして、該
流路２３ｂ内で圧送しつつ、吐出パイプ２９ａから吐出
される。本実施形態では、マグネット１０を、ロータコ
ア９の外周円に対して逆方向に湾曲させた弓形形状にす
ることにより、磁束をロータコア９の外部の円弧中心Ｂ
に集中させている。

【００２７】また、本実施形態では、上述のように、マ
グネットロータ７の固定子６と対向する側の面のほぼ全
周を磁束が通過しているため、マグネット１０から固定
子６に向かって流れる有効な磁束量が高められている。
これにより、マグネットトルクを増大させることができ
るため、全体としてモータ効率を更に向上させることが
できる。 （第二実施形態）図４は本発明の第二実施形態を示すマ
グネットロータの断面図である。第二実施形態では、マ
グネット１０の外周側の円弧は、ロータコア９と同心か
つ同径になっている。マグネット１０の内周側の円弧部
の円弧中心は、第一実施形態と同様に、外周側の円弧周
方向両端における接線の交点より外径側に位置してい
る。また、マグネット１０は、内周側の円弧に垂直な方
向に着磁されており、磁束は内周側円弧の円弧中心に向
かって集中している。

【００２８】このような構成の第二実施形態において
も、磁束はマグネット１０の外周側の円弧全体を通過す
るため、有効な磁束量を高くすることができ、モータ効
率を向上させることができる。さらに、第二実施形態で
は、マグネット１０の外周部にロータコア９がないた
め、ここで発生する鉄損を低減でき、さらにモータ効率
を向上することができる。 （他の実施形態）上記実施形態においては、ロータコア
９は電磁鋼板を積層して形成された。しかし、ロータコ
ア９は焼結金属や鍛造等の他の方法で形成しても構わな
い。ロータコア９は焼結金属や鍛造等で成形すると、１
部品でロータコア９を形成できるので、製造コストを低
減することができる。

【００２９】また、ＰＭＷ制御等による回転数制御をし
ないモータでは、鉄損は小さいため、このような一体金
属でロータコア９を構成しても、それほどモータ効率が
低下することはない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示すポンプ装置の断面図
である。

【図２】本発明の一実施形態を示す固定子及び回転子の
断面図である。

【図３】図２における要部拡大図である。

【図４】本発明の他の実施形態を示す固定子及び回転子
の断面図である。

【符号の説明】

６…固定子、７…マグネットロータ、９…ロータコア、
１０…マグネット、１０ａ…外周側円弧部、１０ｂ…内
周側円弧部、１０ｃ、１０ｄ…円弧部 １１…シャフト、１３…固定子鉄心、１４…界磁巻線。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロータコア（９）にマグネット（１０）
   を備えた電動機の回転子において、 前記マグネット（１０）の着磁は、前記ロータコア
   （９）の外周円より外側の一点（Ｂ）から放射状に伸び
   る配向であって、 前記マグネット（１０）は、前記ロータコア（９）の外
   周円に対向する端面（１０ａ、１０ｃ、１０ｄ、１０
   ｅ）を有し、磁束が前記端面（１０ａ、１０ｃ、１０
   ｄ、１０ｅ）の全体を通過する形状であることを特徴と
   する電動機の回転子。
2. 【請求項２】 ロータコア（９）にマグネット（１０）
   を備えた電動機の回転子において、 前記マグネット（１０）の着磁は、前記ロータコア
   （９）の外周円より外側の一点（Ｂ）から放射状に伸び
   る配向であって、 前記マグネット（１０）は、前記ロータコア（９）の外
   周円に対向する端面（１０ａ、１０ｃ、１０ｄ、１０
   ｅ）を有し、 前記一点（Ｂ）は、前記端面（１０ａ、１０ｃ、１０
   ｄ、１０ｅ）の周方向端部に於ける接線に対して前記ロ
   ータコア（９）の中心と反対側に位置していることを特
   徴とする電動機の回転子。
3. 【請求項３】 前記端面（１０ａ、１０ｃ、１０ｄ、１
   ０ｅ）は、前記一点（Ｂ）を中心とした円弧状の曲面
   （１０ａ）を有することを特徴とする請求項２に記載の
   電動機の回転子。
4. 【請求項４】 前記端面（１０ａ、１０ｃ、１０ｄ、１
   ０ｅ）は、前記ロータコア（９）と同心かつ同径の円弧
   状の曲面（１０ｅ）であることを特徴とする請求項２に
   記載の電動機の回転子。
5. 【請求項５】 前記マグネット（１０）は、前記端面
   （１０ａ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ）より前記ロータコ
   ア（９）の中心側に前記一点（Ｂ）を中心とした円弧状
   の曲面（１０ｂ）を有することを特徴とする請求項２か
   ら請求項４のいずれか１つに記載の電動機の回転子。