JP4771137B2 - モータの製造方法およびそのモータを用いた燃料ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、インナロータ式のブラシレスモータの製造方法およびそれを用いた燃料ポンプに関する。

従来、インナロータ式のブラシレスモータを駆動源として用いた燃料ポンプが知られている（例えば、特許文献１、２参照）。ブラシレスモータには、ブラシモータのように整流子とブラシとの摺動抵抗、整流子とブラシとの間の電気抵抗、ならびに整流子を各セグメントに分割するために設けた溝が受ける流体抵抗による損失の問題が生じない。その結果、ブラシレスモータのモータ効率はブラシモータに比べて高くなり、結果として燃料ポンプの効率が向上する。ここで燃料ポンプの効率とは、（モータ効率）×（ポンプ効率）で表される。モータ効率およびポンプ効率は、燃料ポンプのモータに供給する駆動電流をＩ、印加する電圧をＶ、モータのトルクをＴ、モータの回転数をＮ、燃料ポンプが吐出する燃料圧力をＰ、燃料吐出量をＱとすると、（モータ効率）＝（Ｔ×Ｎ）／（Ｉ×Ｖ）、（ポンプ効率）＝（Ｐ×Ｑ）／（Ｔ×Ｎ）で表される。つまり、（燃料ポンプの効率）＝（モータ効率）×（ポンプ効率）＝（Ｐ×Ｑ）／（Ｉ×Ｖ）である。

そして、同等のモータ効率であれば、ブラシモータを用いるよりもブラシレスモータの方がモータを小型化できるので、ブラシレスモータを用いた燃料ポンプを小型化できる。
本願発明者は、このようなインナロータ式のブラシレスモータにおいて、周方向に設置した複数のコイルコアでロータの外周を囲むステータコアを構成することにより、モータの小型化にともない各コイルコアの限られた巻回スペースに、コイルの巻線を容易に、かつ高い占積率で巻回する構成を研究している。ここで占積率とは、巻回空間に占める巻線の断面積の割合である。つまり、占積率が高いと、巻回空間に巻回できる巻線の回数が増加するので、モータを小型化しつつモータ効率を向上できる。

ところで、ステータコアを構成する図６に示す形状のコイルコア３００では、コイルコア３００のティース３０２の径方向外側で周方向に延びている外周コア３０４の内周面３０５は、内周面３０５の周方向両端を通る仮想直線３３０上にほぼ位置している。そして、コイル３２０を巻回するインシュレータ３１０の外周コア３０４側のコイル巻回面３１２は、仮想直線３３０に沿っている。このように、インシュレータ３１０の外周コア３０４側のコイル巻回面３１２が仮想直線３３０に沿っていると、インシュレータ３１０の巻回空間に巻線を容易に巻回できる。

しかしながら、モータの小型化にともない、限られた巻回空間に巻線を所定回数巻回すると、インシュレータ３１０の開口付近までコイル３２０が達して周方向に隣接するコイル同士が接近または接触し、コイル同士の絶縁不良を引き起こす恐れがある。また、モータ効率の向上のためには、巻線の巻数を増加することが考えられるが、そのためには、より大きな巻回空間が必要である。したがって、モータを小型化しつつ、巻線の巻回空間を増加することが要求されている。

特開２００５−１１０４７７号公報 特開２００５−１１０４７８号公報

本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、モータを小型化しつつ、巻回空間を増加するモータの製造方法およびそのモータを用いた燃料ポンプを提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明によると、モータの製造方法は、径方向に延びるティースと、前記ティースの径方向外側において周方向に延びる外周コアと、を有するコイルコアを周方向に複数設置しているステータコアと、
前記コイルコアを覆い、前記外周コアの内周面の周方向両端を結ぶ仮想直線よりも径方向外側に少なくとも一部が設置されているインシュレータと、
前記インシュレータの外周に巻線を巻回して形成され、通電を制御されることにより前記コイルコアの径方向内側に周方向に形成する磁極を切り換えるコイルと、
前記ステータコアの内周側に回転自在に設置され、回転方向に交互に異なる磁極を前記ステータコアと向き合う外周面に形成しているロータと、を備えるモータの製造方法であって、
前記インシュレータを嵌合した前記コイルコアを巻線装置の基台に前記外周コアを下にして載置する第１工程と、
前記第１工程の後、前記コイルコアの周方向両端に位置するガイドの上端のガイド面、及び前記コイルコアの軸方向両端に位置するガイドの上端のガイド面に前記巻線を接触させながら、前記巻線を供給するノズルを前記コイルコアの軸方向及び周方向に移動することで、前記インシュレータに前記巻線を巻回す第２工程と、を含み、
前記コイルコアの周方向両端に位置するガイドの上端のガイド面は、前記コイルコアの軸方向に直線状に延びており、前記コイルコアの軸方向両端に位置するガイドの上端のガイド面は、前記インシュレータの内側のコイル巻回面にほぼ沿った形状であり、
前記第２工程において、前記ノズルは、前記コイルコアの径方向外側に向けて前記巻線にテンションをかけ、前記コイルコアの周方向両端に位置するガイドの上端のガイド面、及び前記コイルコアの軸方向両端に位置するガイドの上端のガイド面に前記巻線を接触させ、コイルコアの周方向の一端側からティース側に向けて移動するとき、ティース付近で停止または徐行することで、前記仮想直線に対して径方向外側に位置している前記インシュレータのコイル巻回面に前記巻線を押し込むことを特徴とする。
請求項１から４に記載の発明では、外周コアの内周面の周方向両端を結ぶ仮想直線よりも径方向外側にインシュレータの少なくとも一部が設置されている。この構成によれば、インシュレータの周方向両端よりも径方向外側にコイルの巻回空間を形成し、巻回空間を増加できる。したがって、同じ巻数であれば、各コイルコアに巻回されるコイルの周方向両端位置をティース側に凹ませることができる。これにより、周方向に隣接するコイル同士の間の隙間が大きくなるので、周方向に隣接するコイル同士の絶縁不良を防止できる。また、巻回空間が大きくなることにより、周方向に隣接するコイル同士が接近しすぎることを防止しつつ巻線の巻数を増加できるので、モータ効率が向上する。

ここで、図６において、コイルコア３００の外周コア３０４のティース３０２側は外周コア３０４の周方向両側よりも厚肉になっているが、この厚肉部分は磁気回路としては不要な部分である。
そこで請求項２に記載の発明では、外周コアの内周面のティース側は、外周コアの内周面の周方向両端を結ぶ仮想直線よりも径方向外側に位置しているので、薄肉化している。そして、インシュレータの外周コア側のコイル巻回面のティース側が仮想直線よりも径方向外側に位置していることにより、巻回空間が増加している。このように、磁気回路として不要な部分を薄肉化することにより、磁気性能を損なうことなく巻回空間を増加できる。

請求項３に記載の発明では、インシュレータの外周コア側のコイル巻回面のティース側は、外周コアの内周面の周方向両端を結ぶ仮想直線に沿った平面である。したがって、このコイル巻回面の平面に沿って、インシュレータの奥側に巻線を容易に巻回できる。
請求項４に記載の発明では、請求項１から３に記載のモータを用いるので、燃料ポンプを小型化できる。

以下、本発明の複数の実施形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態によるモータを用いた燃料ポンプを図２に示す。本実施形態の燃料ポンプ１０は、例えば排気量が１５０ｃｃ以下の二輪自動車の燃料タンク内に設置されるインタンク式のタービンポンプである。
燃料ポンプ１０は、ポンプ１２と、ポンプ１２を回転駆動するモータ１４とを備えている。燃料ポンプ１０のハウジングは、ハウジング１６、１８により構成されている。ハウジング１６、１８は、それぞれ金属薄板をプレス加工することにより円筒状に形成されており、ハウジング１６内にハウジング１８が圧入固定されている。ハウジング１６は、ポンプ１２およびモータ１４のハウジングを兼ねており、０．５ｍｍ程度の厚みに設定されている。ハウジング１６の軸方向両端部は、ポンプケース２０およびステータコア３０をそれぞれかしめ固定している。ポンプケース２２およびステータコア３０は、ハウジング１８の軸方向両端にそれぞれ突き当てられることにより軸方向の位置決めが成されている。

ポンプ１２は、ポンプケース２０、２２、およびインペラ２４を有しているタービンポンプである。ポンプケース２２はハウジング１６内に圧入され、ハウジング１８に軸方向に突き当てられている。ポンプケース２０、２２は、回転部材としてのインペラ２４を回転自在に収容するポンプケースである。ポンプケース２０、２２とインペラ２４との間に、それぞれＣ字状のポンプ通路２０２が形成されている。ポンプケース２０に設けられた吸入口２００から吸入された燃料は、インペラ２４の回転によりポンプ通路２０２で昇圧され、モータ１４側に圧送される。モータ１４側に圧送された燃料は、ステータコア３０とロータ６０との間の燃料通路２０４を通り、吐出口２０６からエンジン側に供給される。

モータ１４は、インナロータ式の所謂ブラシレスモータである。モータ１４は、ステータコア３０、インシュレータ４０およびコイル４８を有している。図１に示すように、ステータコア３０は、周方向に等間隔に６個それぞれ別体に設置されたコイルコア３２により構成されている。コイルコア３２は、軸方向に積層された磁性鋼板を互いにかしめて形成されている。コイルコア３２は、径方向に延びているティース３４と、ティース３４の径方向外側において周方向両側に延びる外周コア３６とを有している。外周コア３６はほぼ等しい肉厚で円弧状に形成されている。外周コア３６の内周面３７のティース３４側は、内周面３７の周方向両端を結ぶ仮想直線１００よりも径方向外側に位置している。

一対のインシュレータ４０はほぼ同形状に形成されており、それぞれ軸方向両端側から各コイルコア３２に嵌合しコイルコア３２に取り付けられている。インシュレータ４０は、径方向内側に内鍔４２、径方向外側に外鍔４４をそれぞれ有し、内鍔４２と外鍔４４との間に巻回空間を形成している。この巻回空間に巻線を巻回することによりコイル４８は形成されている。外鍔４４はインシュレータ４０の外周コア３６側に設けられており、外鍔４４の径方向内側面であるコイル巻回面４６の周方向両端側は外周コア３６に沿った円弧状に形成されており、コイル巻回面４６のティース３４側は仮想直線１００に沿った平面である。コイル４８は、各コイルコア３２毎にインシュレータ４０に巻線を集中整列巻することにより形成されている。

図２に示すように、絶縁樹脂材５０は、ステータコア３０の径方向内周面および径方向外周面を除き、ステータコア３０、インシュレータ４０およびコイル４８を覆っている。エンドカバー５２は絶縁樹脂材５０により一体に樹脂成形されており、吐出口２０６を形成している。エンドカバー５２から露出してインサート成形されているターミナル５６は、コイル４８と電気的に接続している。

ロータ６０は、シャフト６２、および永久磁石６４を有し、ステータコア３０の内周に回転自在に設置されている。シャフト６２の両端部は、軸受け２６により回転自在に支持されている。永久磁石６４は、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）、ＰＯＭ（ポリアセタール）等の熱可塑性樹脂材に磁性粉を練り込んで円筒状に形成されたプラスティックマグネットである。永久磁石６４は、回転方向に８個の磁極部６５を形成している。８個の磁極部６５は、コイルコア３２と向き合う外周面側に回転方向に交互に異なる磁極を形成するように着磁されている。

次に、コイル４８を形成する巻線の巻回工程について説明する。
（１）まず、軸方向に積層された磁性鋼板を互いにかしめてコイルコア３２を形成する。
（２）コイルコア３２の軸方向両端側からインシュレータ４０をそれぞれコイルコア３２に嵌合して取り付ける。
（３）インシュレータ４０を取り付けたコイルコア３２を、図３に示す巻線装置１２０の基台１２２に外周コア３６を下にして載置する。コイルコア３２を載置する基台１２２の載置面１２４は、外周コア３６の外周面の凸状円弧面に合わせた凹状円弧面である。コイルコア３２の軸方向に沿った基台１２２の両側、ならびに軸方向両端側には、ガイド１３０、１３４がそれぞれボルト等で固定されている。ガイド１３０の上端のガイド面１３２は、コイルコア３２の軸方向に直線状に延び、かつ巻線１４２を案内するために巻線１４２に対して滑らかな凸曲面状に形成されている。また、ガイド１３４の上端のガイド面１３６は、インシュレータ４０のコイル巻回面４６にほぼ沿った形状である。つまり、ガイド面１３６の周方向両側はインシュレータ４０のコイル巻回面４６の周方向両側の円弧に沿い、ガイド面１３６の中央はインシュレータ４０のコイル巻回面４６のティース３４側にほぼ沿っている。また、ガイド面１３６は、巻線１４２を案内するために巻線１４２に対して滑らかな凸曲面状に形成されている。

（４）インシュレータ４０を取り付けたコイルコア３２を基台１２２に載置した後、巻線１４２を供給するノズル１４０をコイルコア３２に近づける。
（５）そして、図３の（Ａ）に示すように、巻線１４２にテンションを掛けてガイド１３０の上端のガイド面１３２に接触させながら、コイルコア３２の軸方向にノズル１４０を移動する。ノズル１４０がコイルコア３２の軸方向端側に達すると、ガイド１３０のガイド面１３２からガイド１３４のガイド面１３６に巻線１４２が移動する。
（６）このとき、ノズル１４０は、下方に向けて巻線１４２にテンションを加えながらガイド面１３６の周方向の一端側からティース３４側に向けて移動し、ティース３４付近で一端停止または徐行する。これにより、仮想直線１００に対して外周コア３６側のコイル巻回面４６の周方向両端よりも径方向外側に位置しているインシュレータ４０のコイル巻回面４６のティース３４側に、巻線１４２を押し込むことができる。

また、仮想直線１００に対して外周コア３６側のコイル巻回面４６の周方向両端よりも径方向内側に位置しているインシュレータ４０の巻回空間に巻線を巻回する場合は、ガイド面１３６側に巻線１４２を押し付けることなく通常の整列巻を行う。
このようにして、各コイルコア３２に取り付けたインシュレータ４０に巻線１４２を集中整列巻する。

以上説明した第１実施形態では、コイルコア３２の外周コア３６の肉厚をほぼ均等にし、外周コア３６の内周面３７の周方向両端を結ぶ仮想直線１００よりも内周面３７のティース３４側を径方向外側にすることにより、磁気回路として不要な部分にコイルコア３２を形せず、代わりにインシュレータ４０の一部を設置している。これにより、コイルコア３２を小型化しつつ、インシュレータ４０が形成する巻回空間が増加する。したがって、巻線１４２の巻数が同じであれば、コイル４８が巻回されている周方向両端位置をティース３４側に近づけて凹ませることができる。その結果、図１の（Ｂ）に示すように、周方向に隣接しているコイル４８が形成する隙間１１０が大きくなるので、コイル４８同士の絶縁性が確保される。

また、インシュレータ４０の巻回空間が大きくなることにより、周方向に隣接するコイル４８同士が接近しすぎることなく巻線１４２の巻数を増やすことができる。これにより、モータ効率を向上できる。
また、インシュレータ４０の外鍔４４のコイル巻回面４６のティース側が仮想直線１００に沿った平面であるから、コイル巻回面４６の平面に沿って、インシュレータ４０の巻回空間の奥側に巻崩れを防止しつつ巻線を容易に巻回できる。

（第２、第３実施形態）
本発明の第２実施形態を図４に、第３実施形態を図５に示す。尚、第１実施形態と実質的に同一構成部分に同一符号を付す。
図４に示す第２実施形態では、インシュレータ７０の外周コア３６側の外鍔７２は、周方向両端からティース３４側に向けて外周コア３６に沿って円弧状に形成されている。そして、外鍔７２の径方向内側面であるコイル巻回面７４のティース３４側は、仮想直線１００よりも径方向外側に位置している。また、外鍔７２のコイル巻回面７４は、第１実施形態のようにティース３４側が平面ではなく、周方向両端からティース３４側に向かう凹状円弧面である。このような形状のインシュレータ７０においても、第１実施形態の図３に示した巻線装置１２０のガイド１３４のガイド面１３６を、第２実施形態におけるインシュレータ７０の外鍔７２のコイル巻回面７４の形状に対応させることにより、仮想直線１００よりも径方向外側に形成されているインシュレータ７０の巻回空間に巻線１４２を集中整列巻できる。
図５に示す第３実施形態では、コイルコア３２およびインシュレータ４０の形状は第１実施形態と同じである。ただし、コイル８０を形成する巻線１４２の巻き方が整列巻ではなくランダム巻である。

（他の実施形態）
上記複数の実施形態では、燃料ポンプに本発明のモータを適用したが、本発明のモータは燃料ポンプに限らず他の装置の駆動源として用いてもよい。
このように、本発明は、上記複数の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。

（Ａ）は第１実施形態によるコイルコアおよびインシュレータを示す断面図、（Ｂ）はロータを除いたモータを一方の軸端側から見た図。 第１実施形態による燃料ポンプを示す断面図。 （Ａ）はコイルの巻回工程を示す説明図、（Ｂ）は（Ａ）をＢ方向から見た部分断面図。 第２実施形態によるコイルコアおよびインシュレータを示す断面図。 第３実施形態によるコイルコアおよびインシュレータを示す断面図。 従来のコイルコアおよびインシュレータを示す断面図。

符号の説明

１０：燃料ポンプ、１２：ポンプ、１４：モータ、３０：ステータコア、３２：コイルコア、３４：ティース、３６：外周コア、３７：内周面、４０、７０：インシュレータ、４８、８０：コイル、６０：ロータ、６４：永久磁石、１００：仮想直線

Claims (4)

1. 径方向に延びるティースと、前記ティースの径方向外側において周方向に延びる外周コアと、を有するコイルコアを周方向に複数設置しているステータコアと、
   前記コイルコアを覆い、前記外周コアの内周面の周方向両端を結ぶ仮想直線よりも径方向外側に少なくとも一部が設置されているインシュレータと、
   前記インシュレータの外周に巻線を巻回して形成され、通電を制御されることにより前記コイルコアの径方向内側に周方向に形成する磁極を切り換えるコイルと、
   前記ステータコアの内周側に回転自在に設置され、回転方向に交互に異なる磁極を前記ステータコアと向き合う外周面に形成しているロータと、を備えるモータの製造方法であって、
   前記インシュレータを嵌合した前記コイルコアを巻線装置の基台に前記外周コアを下にして載置する第１工程と、
   前記第１工程の後、前記コイルコアの周方向両端に位置するガイドの上端のガイド面、及び前記コイルコアの軸方向両端に位置するガイドの上端のガイド面に前記巻線を接触させながら、前記巻線を供給するノズルを前記コイルコアの軸方向及び周方向に移動することで、前記インシュレータに前記巻線を巻回す第２工程と、を含み、
   前記コイルコアの周方向両端に位置するガイドの上端のガイド面は、前記コイルコアの軸方向に直線状に延びており、前記コイルコアの軸方向両端に位置するガイドの上端のガイド面は、前記インシュレータの内側のコイル巻回面にほぼ沿った形状であり、
   前記第２工程において、前記ノズルは、前記コイルコアの径方向外側に向けて前記巻線にテンションをかけ、前記コイルコアの周方向両端に位置するガイドの上端のガイド面、及び前記コイルコアの軸方向両端に位置するガイドの上端のガイド面に前記巻線を接触させ、前記コイルコアの周方向の一端側から前記ティース側に向けて移動するとき、前記ティース付近で停止または徐行することで、前記仮想直線に対して径方向外側に位置している前記インシュレータのコイル巻回面に前記巻線を押し込むことを特徴とするモータの製造方法。
2. 前記外周コアの前記内周面の前記ティース側は前記仮想直線よりも径方向外側に位置しており、
   前記インシュレータの前記外周コア側のコイル巻回面の前記ティース側は、前記仮想直線よりも径方向外側に位置している、
   請求項１に記載のモータの製造方法。
3. 前記外周コア側の前記コイル巻回面の前記ティース側は、前記仮想直線に沿った平面である請求項２に記載のモータの製造方法。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の製造方法により製造されたモータと、
   前記モータにより駆動され、燃料を吸入し昇圧するポンプと、
   を備える燃料ポンプ。

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