(57)【要約】【課題】液体ポンプにおいて、モータ部の駆動ドライバにロータの回転状態を検知させるための検知センサを設けるとともに、該検知センサに、ロータの回転に伴う磁極変化を検知させるための検知用永久磁石をロータに設けるにあたり、モータ駆動時にロータに発生する推力によってロータが出力部側に移動しないようにする。【解決手段】ステータ７と、該ステータの内周側に設けられる、外周面側に回転用永久磁石１９が配設されたロータ１４と、該ロータを回転駆動させるための駆動ドライバ１１とを備えた液体ポンプ１に、ロータが出力負荷を受けて駆動ドライバとは反対方向に移動することを相殺または低減するための移動相殺または低減手段を設けた。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルが巻装された円筒状のステータと、該ステータの内周側に固定シャフトを介して回転自在に軸支され、コイルが励磁されることを受けて回転力を得るための回転用永久磁石が外周面に設けられるロータと、該ロータの出力部側とは反対側に設けられ、前記ロータを回転駆動するための駆動指令を前記コイルに出力する駆動ドライバを有したブラシレスモータとを備えて構成された液体ポンプにおいて、
ロータの駆動ドライバ対向面部に該ロータの回転状態を検知させるための検知用永久磁石を設ける一方、駆動ドライバに、前記検知用永久磁石の磁極変化を検知する検知センサを設けるにあたり、
ロータが出力負荷を受けて駆動ドライバとは反対側に移動することを相殺または低減するための移動相殺または低減手段を設けたことを特徴とする液体ポンプ。
【請求項２】
移動相殺または低減手段は、ステータをロータに対して駆動ドライバ側に偏倚させて配設し、固定シャフトが貫通する軸受とワッシャとの押圧状の摺接を規制するようにして構成したことを特徴とする請求項１記載の液体ポンプ。
【請求項３】
移動相殺または低減手段は、ロータを駆動ドライバ側に向けて弾圧する弾機であることを特徴とする請求項１または２記載の液体ポンプ。
【請求項４】
ブラシレスモータは、ロータの駆動回転を受けて液体の流入排出をするためのポンプ部と一体化されたモータ部であり、該ロータは、モータ部とポンプ部とのあいだに固定支持された固定シャフトにそれぞれ軸受を介して回転自在に軸支されていることを特徴とする請求項２または３記載の液体ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検知センサ（磁気センサ）によりロータの回転検知を行うように構成されたブラシレスモータ駆動の液体ポンプの技術分野に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、この種液体ポンプの中には、水、メタノール、エタノール、不凍液（ＬＬＣ：Ｌｏｎｇ  Ｌｉｆｅ  Ｃｏｏｌａｎｔ）等の液体を供給するものがあり、このような液体が、例えばエンジンや燃料電池等の高熱を発する発熱体を冷却する冷却水であった場合、冷却装置が必要となるが、このような冷却装置にあっては、該発熱体を冷却させるための冷却水を液体によって循環させて冷却するようにしたものが知られている。
このような液体ポンプにあっては、ブラシレスモータのロータの一端にインペラ（ポンプ羽根車）を直結し、ロータと共に回転するインペラによって液体を供給するようにしている。
ところで、このような液体ポンプにおける駆動モータをブラシレスモータとした場合、ロータの回転制御をエンドブラケットに設けたドライバで行うことがあり、そのためにはロータの回転状態を検知するため検知センサが取付けられるが、検知センサの取付け箇所の選択にあたっては、ロータの回転状態の検知が正確に行えることが求められる。
そこで、図７に示すように、検知センサをロータ１４とステータ７とのあいだであって、ロータ１４外周面に設けられ、ロータ１４の回転に直接寄与する回転用永久磁石１９と対向する位置Ａに設けることが考えられる。この場合、検知センサは、ロータ１４の回転に寄与する回転用永久磁石１９の磁界の変化を直接検知できる、という点では適切であると言えるが、この位置Ａに取付けるには、検知センサが実装された基板１１ｂをステータ７とロータ１４とのあいだに設けなければならず、そのためにはブラシレスモータの駆動ドライバ１１が設けられる基板側から検知センサ取付け板１１ａを延出するなどの配慮が別途必要となって部品点数が増加するとともに、検知センサは片持ち状の支持となって安定性に欠ける、また、ステータからの磁界の影響を受けやすく、検知センサが誤作動してしまうという問題があり好ましくない。
これに対し、検知センサを、ロータ１４に設けた回転用永久磁石１９のエンドブラケット５側端部と対向する位置Ｂに設けることが考えられる（特許文献１参照）。この位置Ｂの場合、検知センサはエンドブラケット５に取付けられる駆動ドライバ１１に近接支持できることになって、位置Ａに設ける場合のように検知センサを取付けるための検知センサ取付け板１１ａを別途設ける必要もなく、ロータ１４にトルクを発生させるための磁界にも影響を与えない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−３１７６８２号公報
【０００４】
しかしながら、前述の位置Ｂでは、回転用永久磁石１９の磁界があまり強くない位置であるため、ロータ１４の回転検知が正確に行えない惧れがある。そこでロータ回転に寄与する回転用永久磁石１９での回転検知をあきらめ、ロータ１４のエンドブラケット５側端に、ロータ１４の回転を検知するための検知用永久磁石２４を設ける一方、該検知用永久磁石２４に対向するようにして検知センサ２３を駆動ドライバ１１の位置Ｃに設けるようにすることが提唱される。
【０００５】
ところで、前述したようなモータとポンプとが一体となった液体ポンプにあっては、ポンプ駆動時にインペラ２７に働く推力のため、インペラ２７と一体となったロータ１４がポンプ部３側に引き寄せられた状態で回転することになる。
そして、このような回転が行われると、ロータ１４を固定シャフト１７に回転自在に支持している軸受１６ａ、１６ｂもポンプ側に引き寄せられることになってワッシャ２６ａに押圧した接触状態で摺動回転し、このような摺動回転が長時間行われると、ワッシャ２６ａとの摩擦によって軸受１６ａの端部の磨耗が進行する。すると、軸受１６ａの磨耗分だけロータ部全体がポンプ側に引き寄せられることになって、ロータ１４とエンドブラケット５との距離が離間する。このとき、前述したように、検知センサを位置Ｃに設け、検知用永久磁石２４をロータ端部である位置Ｄに配設した場合、検知センサと該検知用永久磁石２４との磁気ギャップＨが拡大して、検知センサによるロータ１４の正確な回転検知が行えなくなる可能性がある。
【０００６】
また、前記磨耗がさらに進行してロータ１４のポンプ部３側への移動が大きくなると、インペラ２７がポンプカバーに干渉（接触）し、これによってインペラ２７が損傷を受けたり円滑な回転が阻害されたりしてポンプ機能が発揮できなくなる等の問題も発生し、これらに本発明の解決すべき課題がある。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記の如き実情に鑑みこれらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項１の発明は、コイルが巻装された円筒状のステータと、該ステータの内周側に固定シャフトを介して回転自在に軸支され、コイルが励磁されることを受けて回転力を得るための回転用永久磁石が外周面に設けられるロータと、該ロータの出力部側とは反対側に設けられ、前記ロータを回転駆動するための駆動指令を前記コイルに出力する駆動ドライバを有したブラシレスモータとを備えて構成された液体ポンプにおいて、ロータの駆動ドライバ対向面部に該ロータの回転状態を検知させるための検知用永久磁石を設ける一方、駆動ドライバに、前記検知用永久磁石の磁極変化を検知する検知センサを設けるにあたり、ロータが出力負荷を受けて駆動ドライバとは反対側に移動することを相殺または低減するための移動相殺または低減手段を設けたことを特徴とする液体ポンプである。
請求項２の発明は、移動相殺または低減手段は、ステータをロータに対して駆動ドライバ側に偏倚させて配設し、固定シャフトが貫通する軸受とワッシャとの押圧状の摺接を規制するようにして構成したことを特徴とする請求項１記載の液体ポンプである。
請求項３の発明は、移動相殺または低減手段は、ロータを駆動ドライバ側に向けて弾圧する弾機であることを特徴とする請求項１または２記載の液体ポンプである。
請求項４の発明は、ブラシレスモータは、ロータの駆動回転を受けて液体の流入排出をするためのポンプ部と一体化されたモータ部であり、該ロータは、モータ部とポンプ部とのあいだに固定支持された固定シャフトにそれぞれ軸受を介して回転自在に軸支されていることを特徴とする請求項２または３記載の液体ポンプである。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１の発明とすることにより、モータ駆動時において、ロータが出力負荷を受けて反駆動ドライバ側に移動することを相殺または低減することができる。従って、ロータのエンドブラケット側端部に設けた検知用永久磁石と駆動ドライバに設けた検知センサとの磁気ギャップの拡大を規制することができて、検知センサによるロータの回転検知を正確に行うことができる。
また、ロータの反駆動ドライバ側への移動によって発生するロータと他の部材との接触による損傷を防ぐことができる。
請求項２の発明とすることにより、ロータの外周面に設けられた回転用永久磁石がステータに引きつけられた状態となり、これによってロータの反駆動ドライバへの移動が規制される。従って、ロータ回転によって軸受とワッシャとが押圧状に摺接することによる軸受の磨耗を防ぐことができて、ロータと駆動ドライバとの距離を一定に保つことが出来る。
請求項３の発明とすることにより、弾機の付勢力を用いてロータの反駆動ドライバ側への移動を規制することができる。
請求項４の発明とすることにより、ポンプ部とモータ部とが一体化された液体ポンプに配されるロータの反駆動ドライバ側への移動を規制することができる。従って、モータ一体型の液体ポンプにおける検知センサと検知用永久磁石との磁気ギャップが拡大することがない。
また、ロータがポンプ側へ移動することによって発生するポンプ部での部材同士の接触による損傷を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施の第一の実施の形態を示す側面断面図である。
【図２】ステータコアの断面図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、それぞれロータ部の側面断面図、Ｄ−Ｄ断面図、Ｅ−Ｅ断面図である。
【図４】軸受の端面図およびＦ−Ｆ断面図である。
【図５】永久磁石とステータコアの位置および磁力を示す説明図である。
【図６】本実施の第二の実施の形態を示す断面図である。
【図７】検知センサの取付け位置を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。１はモータとしてブラシレスモータを採用し、モータ部２とポンプ部３とが一体型となった液体ポンプであって、ラジエータ等の冷却装置に冷却水（以下「液体」という）を循環させるために用いられるものである。
【００１１】
モータ部２は、外周部が円筒状のケーシング４によって覆われており、該ケーシング４の筒軸方向一端部（反ポンプ部側端部）はエンドブラケット５によって覆蓋され、他端部（ポンプ部側端部）はポンプカバー６によって覆蓋されている。
【００１２】
ケーシング４の内周面には、ステータ７が組み込まれているが、該ステータ７は、同形状のコア板材８ａを筒軸方向に多数枚積層して形成されるステータコア８と、該ステータコア８の軸心側に向けて突出したティース８ｂに巻装したコイル９とを用いて構成されている。尚、ティース８ｂとコイル９とのあいだにはインシュレータ１０が介装される。そして、コイル９に、後述するモータの駆動ドライバ１１による駆動制御に基づき給電がなされるとステータコア８に磁界が発生し、ティース８ｂが励磁されるようになっている。
【００１３】
本実施の形態におけるモータ部２は、ステータ７への液体の浸入を防ぐため密閉したキャンド構造となっている。すなわち、ステータ７の内周面に設けられる円筒状のキャン１２の一端部がエンドブラケット５に、他端部がケーシング４にそれぞれパッキン１３ａ、１３ｂを介して封止され、これによってステータ７には前記液体が浸入することがない密閉構造になっている。
【００１４】
ステータ７内の円筒状の空間Ｓ内にはロータ１４が配設される。該ロータ１４は、中心側に位置する樹脂（例えばポリフェニレンサルファイド：ＰＰＳ）製の内側芯材１５と、該内側芯材１５の外周に設けられる金属性の外側芯材１６とにより一体的に形成された筒形状をし、エンドブラケット５のシャフト支持部５ａとポンプカバー６のシャフト支持部６ａにそれぞれ軸端部が固定された固定シャフト１７に軸受１８ａ、１８ｂを介して回転自在に軸支されている。
【００１５】
さらにロータ１４（外側芯材１６）の外周面には、図３（Ｂ）に示すように、複数の回転用永久磁石（本実施の形態では４枚）１９ａ〜１９ｄが互いに異なる磁極同士が隣合うようにして貼着されている。さらに該回転用永久磁石１９ａ〜１９ｄの外周面を覆うように、保護部材としての磁石カバー２０が取付けられている。
【００１６】
因みに、ロータ１４は、流体に液没した状態で回転するために流体摩擦が生じる。この流体摩擦による損失を極力軽減するために、回転方向における急激な段差を減らすとともに表面積を極力小さくした設計となっている。該円筒形状をしたロータ１４の軸心部分は、ロータ１４の両端部を貫通した軸貫通孔２１となっており、該軸貫通孔２１の一端部２１ａには軸受１８ａが、他端部２１ｂには軸受１８ｂが、それぞれ僅かに貫通孔両端部２１ａ、２１ｂから外方に突出した状態で圧入により内嵌している。そして、前述したようにロータ１４は、該軸受１８ａ、１８ｂと固定シャフト１７との対向面を摺接回転面として回転するようになっている。
【００１７】
尚、軸受１８ａ、１８ｂはカーボン製の滑り軸受であって、自己潤滑性を有するため、軸受１８ａ、１８ｂに対する給油が不要であるとともに、耐熱性、耐薬品性に優れ、酸やアルカリ或いは有機溶媒などに液没した状態での使用においても良好に摺動するように設定したカーボン軸受を採用している。また、軸受１８ａ、１８ｂには、図４に示すように、固定シャフト１７と摺動する内側面に軸方向両端部まで達する一組の溝２２ａ、２２ｂがそれぞれ形成されており、これによってポンプ内部を循環する液体が溝２２ａ、２２ｂを通って貫通孔２１内外へ移動することを可能にしている。このようにすることで、モータ駆動中におけるモータ内部の液循環が促進されるとともに、ポンプ駆動によって発生する磨耗粉等がポンプ部３を経て外部へ容易に排出されるよう配慮されている。
【００１８】
前記回転用永久磁石１９ａ〜１９ｄは、回転子であるロータ１４の外周面に取付けられ、ロータ１４の回転に寄与するものであるが、液没した状況で使用されるため、本実施の形態では、軽量であり、耐酸化性耐侵食性に優れたフェライト焼結磁石が用いられる。そしてまた、磁石カバー２０は円筒形状であって、軽量で耐食性に優れたステンレス鋼等で形成されている。
【００１９】
また、ロータ１４のエンドブラケット５側端部には磁石ホルダ２４が一体的に取り付けられているが、該磁石ホルダ２４のエンドブラケット５に対向する面部には、後述する検知センサ２３に磁界を検知させるための複数（本実施の形態では４個）の検知用永久磁石２４ａ〜２４ｄが、図３（Ｃ）に示すように、前記回転用永久磁石１９ａ〜１９ｄの磁極に対応する状態で軸回り方向に隣り合うようにして取付けられている。該検知用永久磁石２４ａ〜２４ｄは、エンドブラケット５側に向けて強く磁界を発生させるようにして取付けられており、これによって、検知センサ２３によるロータ１４の位置検知が正確に行えるようになっている。検知用永久磁石２４ａ〜２４ｄのエンドブラケット側面には、検知用永久磁石２４ａ〜２４ｄを覆うようにして検知用永久磁石カバー２５が取付けられている。尚、該検知用永久磁石２４ａ〜２４ｄも、回転用永久磁石１９ａ〜１９ｄと同様にフェライト焼結磁石が用いられ、また、検知用永久磁石カバー２５も磁石カバー２０と同様にステンレス鋼（ＳＵＳ）で形成されている。
【００２０】
モータ部２の中心軸には、前述したように固定シャフト１７がエンドブラケット５とポンプカバー６とに支持されている。固定シャフト１７を支持しているポンプカバー６のシャフト支持部６ａには凹陥部６ｂが形成され、該凹陥部６ｂには、固定シャフト１７が貫通する状態でワッシャ２６ａが装着されているが、該ワッシャ２６ａは前記軸受１８ａと対向して配設される。尚、本実施の形態では、固定シャフト１７が貫通する状態でエンドブラケット５のシャフト支持部５ａと軸受１８ｂとのあいだにもワッシャ２６ｂが介装されている。
【００２１】
一方、前記ポンプ部３は、ポンプカバー６とインペラ２７とを備えて構成される。ポンプカバー６は、前述したようにモータ部２のポンプ側端部を覆蓋するような構造となっているが、該ポンプカバー６には、固定シャフト１７の軸心線を延長する状態で流入口２８が突出形成されるとともに、側面部から外径方向に延長する状態で排出口２９が突出形成されている。
【００２２】
一方、インペラ２７は、ロータ１４の内側芯材１５と一体成形されている。つまり、インペラ２７は、内側芯材１５のポンプカバー６に対向する面に形成されたものであって、中央側ほど背高（ポンプカバー側に突出）な状態で渦巻状に突出する複数枚の羽根体で形成されており、そしてロータ１４と一体となるインペラ２７の回転に伴い発生する推力で流入口２８から液体が流入し、該流入した液体が排出口２９から排出するようになっている。
ポンプカバー６の内面はインペラ２７に接触しない限度において該インペラ２７に近接対向した形状となっており、これによって液体の流入排出が効率よく行えるようになっている。
【００２３】
モータ部２のエンドブラケット５の底面外側部には、モータ部２を駆動制御するための駆動ドライバ１１が配設されている。該駆動ドライバ１１には、板面が固定シャフト１７の軸心と直交するようにして基板１１ｂが設けられ、該基板１１ｂには、検知用永久磁石２４ａ〜２４ｄの軸心回りの回転軌跡に対し軸心方向に対向する位置に位置して、検知用永久磁石２４ａ〜２４ｄの磁界の変化を検知するための検知センサ（ホールＩＣ）２３が設けられている。この検知センサ２３によるロータ１４の回転検知に基づいて、モータ駆動ドライバ１１がステータ７に設けたコイル９への給電制御を行い、これによってモータ部２の回転制御が行われるようになっている。
【００２４】
本実施の形態におけるモータ部２では、さらに次のような配慮がなされている。つまり、前述したようにモータ駆動に伴うインペラ２７の回転により液体を流入排出するための推力が発生した場合、該推力を受けてロータ１４はポンプカバー６側に移動し、これによってポンプカバー６側の軸受１８ａがワッシャ２６ａに押圧状に摺接して磨耗していくことになるが、この摺接磨耗を避けるため、図５に示すように、ステータ７をロータ１４に対してエンドブラケット５側に偏倚させた配置とした。これによって、モータ駆動に伴い発生したポンプ部３の推力を受けてロータ１４がポンプ部３側に移動しようとしても、前記偏倚によりロータ１４がエンドブラケット５側に引き付けられることになってポンプ部３側への移動が相殺または低減されて、ポンプ部３側の軸受１８ａがワッシャ２６ａに押圧状に摺接しないように配慮されている。因みに図５では、偏倚状態を理解できるよう誇張して描かれている。
【００２５】
叙述の如く構成された本実施の形態において、液体ポンプ１の駆動ドライバ１１による駆動制御に基づきコイル９に給電がなされると、ステータコア８に磁界が発生してティース８ｂが励磁され、これによって回転用永久磁石１９ａ〜１９ｄにティース８ｂに対する吸引力・反発力が発生してロータ１４が固定シャフト１７を回転軸として回転する。これによって、ロータ１４と一体となったインペラ２７もポンプ部３内で回転し、インペラ２７の回転に伴って発生する推力で流入口２８から液体を流入させ、該流入した液体を排出口２９から排出させる。
このとき、駆動ドライバ１１によるモータ部２の駆動制御は、駆動ドライバ１１の基板１１ｂに設けられた検知センサ２３が、ロータ１４のエンドブラケット５側端に設けられた検知用永久磁石２４ａ〜２４ｄの磁界変化を検知し、該検知に基づいて駆動ドライバ１１がコイル９に給電することによって行われる。
【００２６】
そして、ステータ７をロータ１４に対してエンドブラケット５側に偏倚させて配置したことによって、モータ駆動に伴うポンプ部３の推力を受けてロータ１４にポンプ部３側へ引き付けられる力が働いても、前記偏寄によってロータ１４はエンドブラケット５側に引き付けられた状態となり、ロータ１４のポンプ部３側へ移動しようとする力は相殺または低減される。このため、推力によってロータ１４がポンプ部３側に移動することによる、軸受１８ａのワッシャ２６ａに対する押圧状の摺接がなくなって、軸受１８ａがワッシャ２６ａと摺動することによって発生する軸受１８ａの磨耗を防ぐことができる。この結果、ロータ１４のエンドブラケット５側端面に設けられた検知用永久磁石２４ａ〜２４ｄと検知センサ２３との距離が拡大してしまうことがないため、検知センサ２３と検知用永久磁石２４ａ〜２４ｄとの磁気ギャップＨも拡大せず、検知センサ２３によるロータ１４の回転検知を損ねることがない。
【００２７】
また、ロータ１４がポンプ側に引き寄せられることによるインペラ２７の羽根２７ａとポンプカバー６との衝突も回避することができ、この部位において異音を発生させたり、歯欠けを生じさせたりすることがない。
【００２８】
尚、本実施の形態においては、ロータ１４に取付けられる回転用永久磁石１９ａ〜１９ｄを、ステータコア８に対してポンプ部３側に偏寄した位置に位置して取付けるものに構成したが、ポンプモータ１を駆動する際にロータ１４に生じる推力によるロータ１４のポンプ部３側への引寄せを相殺または低減出来れば良いのであって、例えば、以下に説明するような第二の実施の形態のように構成しても良い。
【００２９】
つまり、図６に示すように、固定シャフト１７のポンプ側端を支持するポンプカバー６のシャフト支持部６ａに固定シャフト１７の軸周り方向に円環状となった円環溝３０を形成し、該円環溝３０に、本発明の弾機の実施の形態であるばね３１を、該ばね３１が常にワッシャ２６ａを軸受１８ａ側に付勢する状態で嵌入する。このとき、ばね３１のワッシャ２６ａを付勢する付勢力は、ロータ１４に働く推力に抗するよう設定されている。
尚、この第二の実施の形態にあっては、第一の実施の形態のようにロータ１４をステータ７に対してポンプ部３側に偏寄して設けることはせず、ロータ１４とステータ７とは、固定シャフト１７の径方向に対向する位置に配設される。
【００３０】
そして、ポンプ駆動によってロータ１４に推力が働くと、ロータ１４はポンプ側に引き寄せられ、ロータ１４に一体的に設けられた軸受１８ａがワッシャ２６ａに摺動する。そして軸受１８ａがワッシャ２６ａとの摺動によって磨耗すると、ばねによって付勢された状態のワッシャ２６ａが軸受１８ａの磨耗分だけ固定シャフト１７の軸心方向エンドブラケット側に突出する。このため、ロータ１４は、常にエンドブラケット５側に付勢された状態となり、ロータ１４がポンプ部３側に引き寄せられることがない。
このように構成することによっても、検知用永久磁石２４ａ〜２４ｄと検知センサ２３との磁気ギャップＨの拡大を防ぐことが出来て、検知センサ２３によるロータ１４の回転検知を損ねることがない。
尚、第二の実施の形態においては、第一の実施の形態と同じ構成のものについては同一の符号を付与するとともに説明は省略する。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明は、検知センサによってロータの回転を検知するよう構成されたブラシレスモータを用いた液体ポンプの技術分野において利用可能である。
【符号の説明】
【００３２】
１    液体ポンプ
２    モータ部
７    ステータ
９    コイル
１１  駆動ドライバ
１４  ロータ
１７  固定シャフト
１９  回転用永久磁石
２３  検知センサ
２４  検知用永久磁石
【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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