(57)【要約】【課題】本明細書は、電動ポンプにおいて、羽根車とこれに対向する内壁の間に挟まった異物を除去する技術を提供する。【解決手段】電動ポンプ２は、予め定められた距離だけ軸方向に移動可能なロータ６を有するモータ１０と、ロータ６の軸に取り付けられた羽根車４と、ステータ７の電磁石を制御するコントローラ１４を備える。コントローラ１４は、羽根車４がロックした場合、ロータ６を回転させることなく、ロータ６の磁石８のＮ極に対向するステータ部位がＮ極となりロータ６の磁石８のＳ極に対向するステータ部位がＳ極となるようにステータ７の電磁石を制御する。ステータをそのように制御すると、ステータ７とロータ６の間にロータ６を軸方向に移動させる斥力が作用する。その斥力によりロータ６を軸方向で移動させ、羽根車４とこれに対向する内壁との間の隙間Ｇを拡大させ、異物Ｑを除去する。【選択図】図４
2014037776.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め定められた距離だけ軸方向に移動可能なロータを有するモータと、
ロータの軸に取り付けられた羽根車と、
ステータの電磁石を制御するコントローラと、
を備えており、
コントローラは、羽根車がロックした場合、ロータを回転させることなく、ロータの磁石のＮ極に対向するステータ部位がＮ極となりロータの磁石のＳ極に対向するステータ部位がＳ極となるようにステータの電磁石を制御することを特徴とする電動ポンプ。
【請求項２】
ロータの軸方向の磁力の中心が、ステータの軸方向の磁力の中心に対して、羽根車とは反対側に位置するようにロータの軸方向の位置が規制されていることを特徴とする請求項１に記載の電動ポンプ。
【請求項３】
羽根車がロータの上方に位置することを特徴とする請求項１に記載の電動ポンプ。
【請求項４】
コントローラは、羽根車がロックした場合、ロータを回転させることなく、ロータの磁石のＮ極に対向するステータ部位がＮ極となりロータの磁石のＳ極に対向するステータ部位がＳ極となるように所定時間の間電磁石を制御したのち、ロータを正転させることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、羽根車を備える電動ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車はオイルを潤滑させるオイルポンプや冷媒を潤滑させるウォータポンプを搭載している。従来のエンジン車はエンジンの回転力で羽根車を回転させるメカニカルポンプが主流であったが、電気自動車では電動モータで羽根車を回転させる電動ポンプが使われることが多い。電動ポンプはメカニカルポンプと比較すると羽根車を回転させるトルクが小さいため、羽根車とポンプ内壁の間に異物が挟まると羽根車がロック（回転が停止）してしまう虞がある。
【０００３】
そこで、例えば特許文献１では、羽根車を逆転させて異物の除去を図ろうとする技術が提案されている。また、特許文献２、３には、羽根車の付近に磁石を配置し、磁性を有する異物を吸着させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−０３０３２２号公報
【特許文献２】特開２００９−１２７４５０号公報
【特許文献１】特開平９−０４９４９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
異物が強く噛みこんでしまうと、羽根車を逆転させることもできない虞がある。また、特許文献２、３の技術は、磁性を有さない異物に対しては効果がない。本明細書は、電動ポンプにおいて別の方法で異物を取り除く技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書が開示する技術は、電動モータの特性を利用し、羽根車を軸方向に移動させて羽根車とこれに対向するポンプ内壁との隙間を拡げ、異物を外す。具体的には、予め定められた距離だけ軸方向に移動することができるロータを有するモータを電動ポンプに採用し、羽根車がロックした場合、電動モータのコントローラに次の処理を行わせる。即ち、コントローラは、羽根車がロックした場合、ロータを回転させることなく、ロータの磁石のＮ極に対向するステータ部位がＮ極となりロータの磁石のＳ極に対向するステータ部位がＳ極となるようにステータの電磁石を制御する。別言すれば、コントローラは、ロータが回転することなく、ロータとステータの間に斥力が作用するように電磁石に通電する電流を制御する。そのように通電することで、席力がロータを軸方向に移動させ、羽根車と壁面との隙間を拡げ、異物を落下させる。
【０００７】
斥力が羽根車と壁面との隙間を拡げる方向に確実に作用するためには、ロータが次の構造を有していることが好ましい。即ち、ロータの軸方向の磁力の中心が、ステータの軸方向の磁力の中心に対して、羽根車とは反対側に位置するようにロータの軸方向の位置が規制されている。そのような構造を有していれば、斥力は、軸方向においてロータを羽根車とは反対の方向に押し動かすように作用する。その結果、羽根車はモータ本体の方向へシフトする。
【０００８】
あるいは、羽根車がロータの上方に位置する向きで電動ポンプを配置する。そうすると、斥力と重力が相まってロータを下げる向きの力が作用する。その結果、上方に位置する羽根車が下方に移動し、羽根車とポンプ内壁の間の隙間が拡大する。
【０００９】
なお、コントローラは、羽根車がロックした場合、ロータを回転させることなく、ロータの磁石のＮ極に対向するステータ部位がＮ極となりロータの磁石のＳ極に対向するステータ部位がＳ極となるように所定時間の間電磁石を制御したのち、ロータを正転させる。本明細書が開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」にて説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例の電動ポンプの模式的縦断面図である。
【図２】羽根車ロック時のコントローラの処理のフローチャートである。
【図３】モータの模式的横断面図である。
【図４】斥力が作用したときの電動ポンプの模式的縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図面を参照して実施例の電動ポンプを説明する。本実施例で説明する電動ポンプは、電気自動車においてインバータや他のデバイスを冷却する冷媒を循環させるものである。図１に電動ポンプ２の模式的縦断面図を示す。なお、縦断面とは、モータの回転軸線を含む平面での断面に相当する。電動ポンプ２は、モータ１０によって羽根車４を回転させ、羽根車４の軸方向に延びる供給管１６から冷媒を吸い込み、羽根車４の径方向に延びる出力管１７から冷媒を勢いよく突出する。モータ１０は、筐体３に組み込まれている。
【００１２】
モータ１０は、先端に羽根車４が固定されている回転軸５と、回転軸５に固定されているロータ６と、筐体３に固定されており、ロータ６を囲むように配置されているステータ７を有する。ロータ６には複数の永久磁石８が周方向に取り付けられている。ステータ７は、永久磁石８の数と同じ極数を有する電磁石である。
【００１３】
モータ１０は、回転軸５の回転角を検出するエンコーダ１３を備えており、コントローラ１４は、エンコーダ１３の計測値から、ロータ６の回転角（即ちステータに対する永久磁石８の角度）を特定し、ロータ６を所定が与えられた目標回転数で回転するように、ステータ７（電磁石）を制御する。
【００１４】
回転軸５の後端には、フランジ１２が設けられており、筐体３には、フランジ１２の軸方向の位置を規制する壁面９ａ、９ｂが設けられている。別言すれば、モータ１０の回転軸５（即ちロータ６及び羽根車４）は、軸方向に距離ｄだけ移動可能であるが、それ以上は移動しないように規制されている。図１は、回転軸５が最も上方（Ｚ軸の正方向）に位置している状態を示している。この状態でも、ロータ６の軸方向の磁力の中心Ｐ２は、ステータ７の軸方向の磁力の中心Ｐ１に対して、羽根車４とは反対側に位置するようにロータ６の軸方向の位置が規制されている。図１では、ロータ６の軸方向の磁力の中心Ｐ２が、回転軸５を囲んでいるステータ７の軸方向の磁力中心Ｐ１を通る平面Ｌを挟んで羽根車４とは反対側に位置する。
【００１５】
モータ１０が通常に回転するとき、コントローラ１４は、ステータ７（電磁石）に対して、ロータ６の周方向でＳ極とＮ極が順次移動するように電流を制御する。ロータ６の周方向でＳ極とＮ極が順次移動する磁界は回転磁界と呼ばれる。ロータ６は、回転磁界に引きつけられるようにして回転する。このとき、ロータ６の永久磁石８はステータ７の電磁石に引き付けられるので、ロータ６の軸方向の磁力の中心Ｐ２がステータ７の磁力の中心Ｐ１に引き付けられ、その結果、図１に示すように、回転軸５は最も上方に引き上げられ、羽根車４とこれに対向する筐体内壁面との間の隙間Ｇが最も小さい状態となる。その状態で直径が隙間Ｇの幅よりも大きい異物Ｑが吸引されると、異物Ｑは隙間Ｇに噛み込む場合がある。そうすると、モータ１０を駆動しても羽根車４が回転しない、いわゆるロックを起こすことがある。コントローラ１４は、ステータ７が回転磁界を作るように電流を制御してもロータ６が回転しない場合にロックを検知する。ロックを検知した場合にコントローラ１４が実行する処理を次に説明する。
【００１６】
ロックを検知した場合にコントローラ１４が実行する処理のフローチャートを図２に示す。コントローラ１４は、羽根車４のロックを検知すると、ロータ６を回転させることなくロータ６とステータ７の間に斥力が生じるようにステータ７の電磁石に流す電流を制御する（Ｓ２）。ロータの回転を伴わない斥力について図３を使って説明する。
【００１７】
図３は、モータ１０の模式的な横断面を示す。横断面とは、回転軸に交差する平面での断面を意味する。モータ１０はロータ６の回転角を検知するエンコーダ１３を備えているので、ロータ６の各永久磁石８の位置を特定することができる。そこで、コントローラ１４は、矢印Ａが示すように、ロータ６の磁石８のＮ極に対向するステータ部位がＮ極となり磁石８のＳ極に対向するステータ部位がＳ極となるように所定時間の間、電磁石（ステータ７）を制御する（図２のステップＳ４）。なお、ロータ６の回転角が僅かでもずれると、そのままではロータ６に回転力が生まれるが、コントローラ１４は、ロータ６の回転角を精度よく特定しており、ロータ６の回転を止めるように、ステータ７（電磁石）を制御する。そうすることで、コントローラ１４は、ロータ６とステータ７の間に斥力を発生させつつ、ロータ６を無回転に維持する。
【００１８】
図４に、ロータ６とステータ７の間に斥力が作用しているときの電動ポンプ２の縦断面を示す。回転軸５の延びる方向（図中のＺ軸方向）においては、斥力は、ロータ６の軸方向の磁力の中心Ｐ２とステータ７の軸方向の磁力の中心Ｐ１の間で作用する。前述したように、ロータ６は、その磁力の中心Ｐ２が、ステータ７の磁力の中心Ｐ１に対して、羽根車４とは反対側に位置するように規制されている。それゆえ、図４に矢印Ｂで示すように、斥力はロータ６（回転軸５）を軸方向で押し下げる向きに作用する。別言すれば、斥力は、羽根車４とこれに対向する内壁面との隙間Ｇを拡げる方向に作用する。さらに、回転軸５は、軸線方向距離ｄだけ移動可能である。それゆえ、斥力により、隙間ＧはＧ＋ｄに拡大する。異物Ｑが挟まっていた隙間Ｇが拡大されるため、異物Ｑは自由になる。羽根車４の周囲はそれまでの羽根車４の回転による流れが残っているゆえ、異物Ｑはその流れにより下流へと流され、羽根車４から除去される。
【００１９】
コントローラ１４は、所定時間の間斥力を発生させたのち、再び羽根車４（ロータ６）を正転させる（Ｓ６）。異物Ｑは羽根車４から除去されているので、羽根車４は再び回転することができる。こうして異物Ｑが除去される。
【００２０】
上記説明したように、電動ポンプ２は、ステータ７の磁力の中心Ｐ１に対するロータ６の磁力の中心Ｐ２の軸方向位置を規制することによって、ロータ６とステータ７の間に軸方向の斥力を作用させて羽根車４とこれに対向する内壁面との隙間Ｇを拡大させる。隙間Ｇを拡大させることにより、隙間Ｇに嵌り込んだ異物を除去する。
【００２１】
電動ポンプ２は、ロータ６とステータ７の磁力の軸方向の斥力で回転軸５を軸方向で移動させ、隙間Ｇを拡大させる、それゆえ、鉛直方向に対する羽根車４とロータ６の位置は自由に選定できる。これに対して、羽根車４がロータ６の鉛直上方（直上でなくともよい）となるように電動ポンプの向きを設定することによっても、隙間Ｇを拡大させることができる。このことを説明する。ステータ７の磁力の中心Ｐ１は、ロータ６の軸方向の磁力の中心Ｐ２よりも上方に位置する。羽根車４を正転させる場合、前述したようにロータ６はステータ７に引き寄せられる。それゆえ、正転時、ロータ６は上限の位置まで移動する。ステータ７への電力供給を停止するとロータ６は重力の作用により下方へ移動する。それゆえ、隙間Ｇが拡大する。このとき、異物Ｑが羽根車４と筐体内壁の間に噛み込んで羽根車４が下方に移動しない場合、前述したステータ７とロータ６の間に斥力を作用させることが有効である。
【００２２】
まとめると、本明細書が開示する技術は、電動ポンプにおいてロータが軸方向で一方向に移動するようにロータとステータの間で軸方向の斥力を発揮させることによって、羽根車とこれに対向する内壁との間の隙間を拡大させ、その隙間に挟まった異物を除去する。磁石同士の斥力を利用するので、必ずしも羽根車がモータの上方に位置する必要はない。
【００２３】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、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。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し得るものであり、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。
【符号の説明】
【００２４】
２：電動ポンプ
３：筐体
４：羽根車
５：回転軸
６：ロータ
７：ステータ（電磁石）
８：永久磁石
９ａ、９ｂ：回転軸の軸方向移動を規制する壁面
１０：モータ
１２：フランジ
１３：エンコーダ
１４：コントローラ
１６：冷媒供給管
１７：冷媒出力管
Ｇ：隙間
Ｐ１：ステータの磁力中心
Ｐ２：ロータの磁力中心
Ｑ：異物
【図１】
2014037776.tif 000003
【図２】
2014037776.tif 000004
【図３】
2014037776.tif 000005
【図４】
2014037776.tif 000006