(57)【要約】【課題】小型の電動ポンプとすることにより、車両への搭載性を向上させる。【解決手段】両端側から相手側端部に向かって夫々が交互に伸びる複数の爪磁極を有した固定鉄心１７内に環状に周回するコイル１８を配置し、コイル１８への通電により、固定鉄心１７の内周側に配置された羽根車１５を回転させる電動モータを用いてポンプを駆動させたので、コイルエンドがない小型の電動ポンプを提供でき、車両への搭載性が向上できる。また、このような電動ポンプが冷却媒体を吐出する場合には、電動モータを効率的に冷却できる。更に、固定子鉄心を樹脂によってモールドすることにより、固定子鉄心を圧粉鉄心で構成することが可能となり、かつ、固定子鉄心のシール性を確保できる。【選択図】図１
2008025454.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載され、電動モータによって駆動される電動ポンプであって、
軸方向両端側から相手側端部に向かって夫々伸びる複数の第１の爪磁極と複数の第２の爪磁極を有し、該第１の爪磁極と複数の第２の爪磁極が周方向に交互に配置されるよう環状に形成された鉄心と、
該鉄心に沿って環状に周回するように巻回され、通電することにより前記第１の爪磁極と複数の第２の爪磁極に異なった磁極を形成するコイルと、
前記第１の爪磁極と複数の第２の爪磁極に対向して前記鉄心と相対回転可能に設けられ、周方向に異なった磁極が生じるように構成された円筒状の磁極部材と、
該磁極部材の内周側に収容配置され、前記鉄心と磁極部材とによって回転力が付与されることにより、流動媒体を吐出する軸流ポンプ構成体と、
を有することを特徴とする電動ポンプ。
【請求項２】
内燃機関とラジエータとの冷却媒体の流通経路に取り付けられたハウジングと、
該ハウジングの内部外周側に収容配置されて、軸方向両端側から相手側端部に向かって夫々伸びる複数の第１の爪磁極と複数の第２の爪磁極を有し、該第１の爪磁極と複数の第２の爪磁極が周方向に交互に配置されるよう環状に形成された鉄心と、
該鉄心に沿って環状に周回するように巻回され、通電することにより前記第１の爪磁極と複数の第２の爪磁極に異なった磁極を形成するコイルと、
前記鉄心の内周側に配置されて、前記第１の爪磁極と複数の第２の爪磁極に対向して前記鉄心と相対回転可能に設けられ、周方向に異なった磁極が生じるように構成された円筒状の永久磁石と、
該永久磁石の内周側に該永久磁石と一体に回転自在に収容配置され、前記コイルへの通電によって前記鉄心と永久磁石とによって回転力が付与される軸流ポンプ構成体と、
を有することを特徴とする電動ポンプ。
【請求項３】
請求項２に記載の電動ポンプにおいて、
前記軸流ポンプ構成体は、
前記ハウジングの内の前記永久磁石の前後位置に離間して設けられた一対の円環状支持部材と、
該支持部材の間に軸方向に沿って配置固定された支軸の外周に設けられた軸受部材と、
該軸受部材に回転自在に支持されて、前記軸受部材の外周側から径方向に沿って設けられた羽根部を有し、前記鉄心と永久磁石から回転力が付与される羽根車と、
を備えていることを特徴とする電動ポンプ。
【請求項４】
請求項３に記載の電動ポンプにおいて、
前記両支持部材は、ほぼ軸心位置にそれぞれ設けられた支持部と、
各支持部の外周面に径方向に沿って配置固定されて、前記ハウジング内に固定される複数のガイド片と、を備え、
該各ガイド片を、前記回転体の回転に伴い前記ハウジング内の吸入口から吸入された冷却媒体を、予旋回させて吐出口側へ吐出案内する捩れ形状に形成したことを特徴とする電動ポンプ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の電動ポンプにおいて、
前記コイルを含めた鉄心の外周面全体を非磁性材の合成樹脂材によってモールドしたことを特徴とする電動ポンプ。
【請求項６】
請求項２〜５のいずれかに記載の電動ポンプにおいて、
前記羽根車は、内周側に前記軸受部材の外周面に回転自在に支持される内筒部を有する一方外周側に前記永久磁石の内周面に固定された外筒部を有し、前記内筒部と外筒部との間に前記羽根部を設けると共に、
該羽根部を径方向及び軸方向へ複数設けたことを特徴とする電動ポンプ。
【請求項７】
請求項３〜６のいずれかに記載の電動ポンプにおいて、
前記両支持部の少なくとも前側の支持部を先細り状の流線形に形成したことを特徴とする電動ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動モータにて駆動される電動ポンプ、とりわけ、軸流型の電動ポンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車の燃費向上策として、第１に車両停止時にエンジンを停止させるアイドルストップ、第２に回転電機とエンジンを併用して車両駆動に用いたハイブリッド化等が挙げられ、実用化されている。
【０００３】
これらのシステムを使うためには、アイドルストップでは停止時にエンジンは停止してしまうために、新たにポンプの駆動源が必要となる。また、ハイブリッド車では、上記のアイドルストップの他に、駆動用モータ、あるいはスタータジェネレータとその制御装置を冷却するためにウォータポンプが必要であり、その駆動源として電動モータを用いた電動ポンプが多用されてくる傾向にある。
【０００４】
特許文献１には、電動モータの出力軸にてインペラを回転させて遠心力により冷却水を吐出する電動ウォータポンプが開示されている。
【特許文献１】特開２０００−２１３４９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載のウォータポンプを駆動するための電動モータは、コイルが駆動軸方向に往復するように固定子鉄心に巻回されているため、回転子のトルク発生に寄与しないコイルエンドと称される部分が固定子鉄心の両端に突出してしまい軸方向の長さを短くできない。このため、ポンプ全体が大型化してしまい搭載性が悪いといった問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、小型で搭載性のよい電動ポンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、軸方向の両端側から相手側端部に向かって夫々伸びる複数の第１の爪磁極と複数の第２の爪磁極を有し、該第１の爪磁極と複数の第２の爪磁極が周方向に交互に配置されるように形成された鉄心に環状に周回するようにコイルを巻回した全体がほぼ円筒状の電動モータを用いると共に、この電動モータの内部に軸流型のポンプ構成体を配置することを特徴としている。
【０００８】
また、鉄心の内周側に設けられた磁極部材を円筒状の永久磁石として構成し、この永久磁石の内周側に回転自在に収容配置され、前記コイルへの通電によって前記鉄心と永久磁石とによって回転力が付与される軸流ポンプ構成体とを有することを特徴としている。
【０００９】
さらに、前記軸流ポンプ構成体は、前記ハウジングの内の前記永久磁石の前後位置に離間して設けられた一対の支持部材と、該支持部材の間に軸方向に沿って配置固定された支軸の外周に設けられた軸受部材と、該軸受部材に回転自在に支持されて、前記軸受部材の外周側から径方向に沿って設けられた羽根部を有し、前記鉄心と永久磁石から回転力が付与される羽根車と、を備えていることを特徴としている。
【００１０】
また、前記両支持部材は、ほぼ軸心位置にそれぞれ設けられた支持部と、各支持部の外周面に径方向に沿って配置固定されて、前記ハウジング内に固定される複数のガイド片と、を備え、該各ガイド片を、前記回転体の回転に伴い前記ハウジング内の吸入口から吸入された冷却媒体を、予旋回させて吐出口側へ吐出案内する捩れ形状に形成したことを特徴としている。
【００１１】
また、前記コイルを含めた鉄心の外周面全体を非磁性材の合成樹脂材によってモールドしたことを特徴としている。
【００１２】
前記羽根車は、内周側に前記軸受部材の外周面に回転自在に支持される内筒部を有する一方外周側に前記永久磁石の内周面に固定された外筒部を有し、前記内筒部と外筒部との間に前記羽根部を設けると共に、該羽根部を径方向及び軸方向へ複数設けたことを特徴としている。
【００１３】
また、前記両支持部の少なくとも前側の支持部を先細り状の流線形に形成したことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、コイルエンドが存在しないため、電動ポンプ全体の小型化が可能で、対応装置への搭載性を大幅に向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明にかかる電動ポンプを、軸流型の電動ウォータポンプに適用した各実施例を図面に基づいて説明する。
［実施例１］
図１及び図２は実施例１における軸流型の電動ウォータポンプ１を示し、これは図６に示すように、例えばＶ型内燃機関４０のシリンダブロック４１やシリンダヘッド４２などを冷却する水冷式冷却装置に用いられるものであって、シリンダブロック４１の前端側に配置されている。
【００１６】
そして、この電動ウォータポンプ１は、主としてシリンダヘッド４２のウオータジャケットから排出管４４を介してラジエータ４５内に流入して熱交換された冷却媒体としての冷却水を、吸入管４６を介して吸入して再度シリンダブロック４１のウオータジャケットに循環させるようになっている。なお、前記冷却水は、エチレングリコールを加えて凍りづらい液体（不凍液）としており、防錆効果も高められている。
【００１７】
具体的に説明すれば、電動ウォータポンプ１は、図１〜図３に示すように、シリンダブロック４１の前端部に取り付けられたポンプハウジング２と、該ポンプハウジング２内に収容されたポンプ構成体としてのウォータポンプ部３と、同じポンプハウジング２内に収容されて、ウォータポンプ部２を回転駆動させる電動モータ４とから構成されている。
【００１８】
前記ポンプハウジング２は、ダイキャスト工法により熱伝導率の高い金属材料であるアルミ合金材料にて一体に成形され、図１及び図２に示すように、軸方向の一端側に円環状の隔壁５ａを有するほぼ円筒状に形成されたハウジング本体５と、前記隔壁５ａの内周端に軸方向へ突設されて、前記吸入管４６の端部４６ａが接続されるニップル状の筒状コネクタ６と、ハウジング本体５の軸方向の他端側に一体に形成されたフランジ状の取付ブラケット７とを備えている。
【００１９】
前記ハウジング本体５は、内部中央位置にポンプ収容室が形成されていると共に、ポンプ収容室の外周側にモータ収容室が形成されている。前記ポンプ収容室は、前端側が前記筒状コネクタ６の内部に有する吸入口６ａに軸方向から連通していると共に、後端側がシリンダブロック４１の内部に形成された吐出口４１ａに軸方向から連通している。
【００２０】
前記取付ブラケット７は、円周方向の等間隔位置に４つのボルト孔７ａが穿設されて、該各ボルト孔７ａに挿通する４本のボルト８によって円盤状のスペーサ９を介してポンプハウジング２が前記シリンダブロック４１の前端面に取り付け固定されている。
【００２１】
前記スペーサ９は、中央に前記ポンプ収容室と連続する円環孔９ａが形成されていると共に、該円環孔９ａの内周縁には前記吐出通路４１ａの開口縁にインロー状態に嵌合する円環状の嵌合部９ｂが一体に形成されている。また、このスペーサ９は、外周部の周方向の等間隔位置に前記各ボルト８が挿通する４つのボルト挿通孔９ｃが形成されていると共に、内外周面に取付ブラケット７の対向端面やシリンダブロック４１の前端面との間をシールするシール部材１０、１１が嵌合固定されている。
【００２２】
前記ウォータポンプ部３は、前記筒状コネクタ６の吸入口６ａ内周面６ｂのハウジング本体５側の端部と前記スペーサ９の円環孔９ａの内周面にそれぞれ固定された円環状の前後一対の支持部材１２、１３と、両支持部材１２，１３間に軸受部材１４を介して回転自在に支持された羽根車１５とを備えている。
【００２３】
前記支持部材１２，１３は、主として合成樹脂材によって形成され、軸心位置に設けられた支持部１２ａ、１３ａと、該支持部１２ａ、１３ａの外周面から径方向に延出した４つのガイド片１２ｂ、１３ｂと、前記支持部１２ａ、１３ａの間に軸方向へ架橋状態に配置固定された金属製の支軸１６とから構成されている。
【００２４】
前記両支持部１２ａ、１３ａは、短尺な軸状に形成され、図１に示すように前側の先端部と後側の後端部が冷却水をスムーズに案内するために、それぞれが流線形状に形成されている。
【００２５】
前記各ガイド片１２ｂ，１３ｂは、図３に示すように、円周方向のほぼ９０°位置に配置され、軸方向に沿って延出し、各外端縁が前記筒状コネクタ６の内周面６ｂに圧着して支持部材１２，１３全体を保持すると共に、図４にも示すように、冷却水を旋回方向へ案内するように湾曲状に形成されていると共に、横断面がほぼ流線形状に形成されている。
【００２６】
前記支軸１６は、鉄系金属材によって成形されて、両端部１６ａ、１６ｂが前記支持部１２ｄ、１３ｄの軸方向の対向面の軸心に形成された支持孔内に圧入などによって固定されており、この支軸１６の外周面に前記金属製の円筒状の軸受部材１４が回転自在に設けられている。
【００２７】
前記羽根車１５は、合成樹脂材によって一体に形成され、前記軸受部材１４の外周面に内周面が一体に接着されたほぼ筒状基部１５ａと、該筒状基部１５ａの外周面から放射方向(径方向)に設けられた４枚の羽根部１５ｂと、該各羽根部１５ｂの外端縁に結合された外筒部１５ｃとから構成されている。
【００２８】
前記各羽根部１５ｂは、前記筒状基部１５ａの軸方向の同一平面上でかつ円周方向のほぼ９０°位置にそれぞれ配置され、前記吸入通路から内部に流入した冷却水に旋回流を付与して吐出通路側へ吐出させるために所定の捩れ角度を有している。
【００２９】
前記外筒部１５ｃは、筒状基部１５ａと同軸上でかつ同一の軸方向長さを有し、この軸方向の長さはポンプ収容室の軸方向の長さよりも若干短く形成されていると共に、内径が前記筒状コネクタ６の内径と前記スペーサ９の円環孔９ａの内径とほぼ同一に設定されて、各前後端縁が前記コネクタ６側の内端縁とスペーサ９の内端縁に軸方向へ位置決めされながら摺動自在に支持されている。
【００３０】
このように構成されたウォータポンプ部２は、羽根車１５の各羽根部１５ｂが回転によって吸入口６ａから各ガイド片１２ｂを介してポンプ収容室に流入した冷却水がそのまま軸方向に沿って吐出口４１ａ側に吐出される。
【００３１】
次に、前記ウォータポンプ部３の外周側に設けられた電動モータ部４について図１、図２、図５などに基づいて説明する。
【００３２】
電動モータ部４は、前記ハウジング本体５内に収容され、通電することにより磁界を生じさせる鉄心としての固定子鉄心１７と、該固定子鉄心１７内に収容されるコイル１８と、固定子鉄心１７の内周側に対向して配置された永久磁石１９とによって構成されている。
【００３３】
まず、前記固定子鉄心１７とコイル１８について説明すると、本実施例では、３相の固定子鉄心１７とコイル１８を有する３相プラシレスモータを採用しており、ハウジング本体５内には、内部にコイル１８を収容した３つの固定子鉄心１７が軸方向に並ぶように配置され、これら３つの固定子鉄心１７及びコイル１８の外周面全体が非磁性材の絶縁樹脂材２１によって一体的にモールドされた状態で積層配置されている。
【００３４】
このうち１相分について、図５(ａ)〜(ｄ)に基づいて説明する。固定子鉄心１７は、軸方向のほぼ中央位置にて２つに分割されたリング状部材によって構成されている。このリング状部材の１つは、グローティーズ形状（爪形磁極形状）となっており、最外周側で軸方向に伸びる外周部１７ａと、外周部の端部に設けられた中空円盤状の円環部１７ｂと、円環部から内周側にほぼ均等の間隔で伸びる複数（本実施例では１２個）の爪基部１７ｃと、該爪基部１７ｃから相手側のリング状部材に向かって軸方向に先細り形状、つまり、ほぼ台形状に伸びる爪部１７ｄとから構成されている。
【００３５】
また、図５ａ、図５ｄに示すよう、固定子鉄心１７は、断面が略コの字に形成されるが、外周部１７ａに対して爪部１７ｄが長く、また、爪部１７ｄと爪基部１７ｃとは、内側にて連続的に円弧状に接続されている。なお、爪磁極は、爪基部１７ｃと爪部１７ｄとによって構成されている。
【００３６】
このように構成された２つのほぼ同一形状のリング状部材を爪部１７ｄが交互に位置するように対向させつつ３相を軸方向から組み合わせて、各爪部１７ｄを含む３相の表面全体を非磁性材料である樹脂材料１９によってモールドすることにより３相分の固定子鉄心１７として一体化される。
【００３７】
その際、３相の各内部にはリング状部材に沿って円環状（トロイダル状）に巻回されたコイル１８がそれぞれ設けられている。この各コイル１８は、絶縁被覆され、両端はコイル１８への通電を行なうため、リング状部材の対向面から外側に引き出され、電流を制御するためのインバータに接続されている。
【００３８】
また、かかる内燃機関に適用された電動ウォータポンプ１では、電源電圧が高電圧となることから、コイル１８と固定子鉄心１７の間は、絶縁物を配置する必要があるが、電源電圧が低電圧の場合（一般には自動車では１２Ｖのような低圧で使用される）には、固定子鉄心１７にコイル１８を直接配置することも可能である。
【００３９】
本実施例は、３相モータであるため、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の固定子鉄心１７を周方向に電気角でそれぞれ１２０°離した位置に軸方向に並べた状態でポンプハウジング２のハウジング本体５内に圧入によって収容固定され、各コイル１８は、３相のインバータに接続される。また、周方向に電気角でそれぞれ１２０度離した位置としたことにより、３つの相のコイル１８の巻方向は同一とすることができ、各固定子鉄心１７は、全く同じ部品で構成することができる。
【００４０】
また、各固定子鉄心１７は、樹脂材２１によって表面全体がモールドされているので、夫々が絶縁状態でかつシールされていることからポンプ収容室内に導入された冷却水に対して効果的に遮断されている。
【００４１】
以上のように説明した固定子鉄心１７は、磁性粉である鉄粉を圧縮して成形する圧粉鉄心で成形されているが、鉄粉間に結着材を介在させることにより強度向上を図ることも可能である。
【００４２】
また、図５（ｃ）に示すよう固定子鉄心１７における２つのリング状部材の爪磁極間には、コイル１８のインダクタンスを小さくするために、スペースが設けられているが、この爪磁極間にも非磁性体材料である合成樹脂材２１によってモールドされていると共に、爪部１７ｄの内周面もモールドされている。
【００４３】
次に磁極部材としての永久磁石１９について説明する。この永久磁石１９は、円筒状に形成されて、軸方向の長さが前記羽根車１５の外筒部１５ｂの軸方向の長さとほぼ同一に形成されていると共に、内周面が前記外筒部１５ｂの外周面に接着固定されて、前記羽根車１５と一体に回転するように形成されている。また、この永久磁石１９は、円周方向に前記各固定子鉄心１７の各爪磁極と対応した複数の磁極が形成されており、これらは前記各爪磁極と異なる磁極となるように配置されている。また、この永久磁石１９は、軸方向の両端縁が前記外筒部１５ｂと同じくハウジング本体５の内端面とスペーサ９の内端面に微小隙間をもって対峙して自由な回転が確保されつつ前記各内端面によって軸方向の自由移動が規制されるようになっている。
【００４４】
次に、このように構成された電動モータ部４の作動について以下に説明する。
【００４５】
コイル１８には、バッテリ等の電源から３相のインバータを介して電流が供給され、それに伴い固定子鉄心１７における一方のリング状部材から伸びる第１の爪磁極と他方のリング状部材から伸びる第２の爪磁極に異なった磁極が生じる。例えば、第１の爪磁極にＮ極が生じた場合には第２の爪磁樹にはＳ極が生じる。
【００４６】
また、本実施例では、コイル１８は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相を有しているため、夫々の通電が制御されて、極が回転するかの如く切り替えられる。このため、爪磁極に対向する羽根車１５と一体の永久磁石１９は、爪磁極に生じる磁界に伴って回転方向に移動する。つまり、羽根車１５が回転する。なお、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のコイル１８への通電状態に伴って羽根車１５の回転数を制御することができる。
【００４７】
この羽根車１５の回転状態を制御するには、通常、該羽根車１５の位置を磁極位置検出器によって検出する必要があるが、本実施例では、コイル１８の誘起電圧から磁極の位置を検出して、３相の各コイル１８への通電の切り替えを行なう誘起電圧位置検出方式、つまり、センサレス方式を用いて羽根車１５の位置を検出している。これは、ウォータポンプ部３における羽根車１５の負荷変動はゆっくりであるため、このような方式を用いることは十分可能である。
【００４８】
以上、本実施例においては、内燃機関４０のシリンダブロック４１やシリンダヘッド４２を冷却するためのものとして説明したが、ハイブリット車において、駆動用電動モータ、あるいは、スタータジェネレータとその制御装置等を冷却するためのポンプとしても適用することができる。
【００４９】
次に本実施例の作用効果について説明する。
【００５０】
本実施例では、コイル１８を固定子鉄心１７に沿って環状に周回するように巻回しているのでトルク発生に寄与しないコイルエンドが存在しない。このため、各固定子鉄心１７とウォータポンプ部３とをできるだけ近づけることができ、小型化を図ることができ、内燃機関４０への搭載性が向上する。
【００５１】
特に、本実施例では、ウォータポンプ部３が電動モータ部４の前後端側ではなく、内部に収容された状態に配置することができることから、電動ウォータポンプ１全体の軸方向の長さを十分に短くすることが可能になる。
【００５２】
また、これらの電動ウォータポンプ１を内燃機関４０に搭載する場合、収納部分であるエンジンルーム内は種々の部品の搭載によって、混雑した空間であり、特に、近年、例えばハイブリッド化、高機能化等により、搭載部品数が飛躍的に増加しているために、そこに収納される部品は小型軽量化が、他のルームに収納される部品よりも一層求められる傾向にあることから上記のような電動ウォータポンプ１とすることの効果は大きい。
【００５３】
このような電動ウォータポンプ１を含めた電動ポンプは、数多く使用される方向にあり、かかる電動ポンプを小型化することによって、エンジンルーム内における電動ポンプに占める割合を小さくする点、及び電動ポンプの高出力によって、例えば、ハイブリッド車のインバータ、走行用モータの小型化が可能になり、エンジンのレイアウト性向上、大きくは車両の性能向上に寄与することができる点で電動ポンプ単体の利点とともに車両としての利点を提供することができる。
【００５４】
加えて、コイル１８の製作が容易でかつ巻回した後の成型が、従来のような積層鉄心のスロットに巻回されたコイルに対して成型が容易であるために、コイル１８の収納空間に占めるコイル１８の占積率を高くとれ、これによって、コイル１８の抵抗を下げることができるので高効率のモータとすることができる。更に、占積率の向上はコイル１８、固定子鉄心１７間の熱抵抗を下げることができるので、大きな負荷に耐える駆動モータとすることができ、これを利用して、逆に小型軽量とすることもできる。更に、１周分のコイル長さを短くすることができるので、抵抗を小さくすることができ、モータを高効率にすることができる。
【００５５】
また、本実施例では、複数相の固定子鉄心１７を用いているので制御を容易かつ確実に行なうことができる。
【００５６】
また、本実施例では、ウォータポンプ部３を、固定子鉄心１７及び永久磁石１９の内周側に配置して、ウォータポンプ部３が冷却媒体を吐出するものとしたため、固定子鉄心１７及び永久磁石１９を効果的に冷却することができる。
【００５７】
また、本実施例では、ウォータポンプ部３と電動モータ４とを、同一のポンプハウジング２内に同軸上に一緒に収容したため、コンパクト化がさらに促進されると共に、同じポンプハウジング２であるからウォータポンプ部３を通流する冷却水によって電動モータ４などの効率のよい冷却作用が得られる。特にポンプハウジング２の材料を熱伝導率の高いアルミ合金を用いていることから、よりいっそうの冷却効果が得られる。
【００５８】
また、本実施例では、永久磁石１９の内周に、該永久磁石１９の軸受が配置されているので軸受長さを確保した上で軸方向長を短くすることができ、小型軽量に寄与することができる。
【００５９】
また、本実施例では、固定子鉄心１７を圧粉鉄心にて製造したので３次元の複雑な形状を簡単に作ることが可能である。しかも、薄板の鉄板を打ち抜いて作る従来の積層鉄心に対して、圧粉鉄心による鉄心は全体が一体となっているために、構造上強固で振動し難く、低騒音となる特徴があるが、上記の形状とすることにより、一層の低振動、低騒音化されたモータとすることができる。更に必要な素材によって成形できるため、材料の利用率が１００％とよく、安価に作ることが可能である。
【００６０】
また、本実施例では、非磁性材の合成樹脂材２１にて各固定子鉄心１７をモールドしているので、各固定子鉄心１７を圧粉鉄心にて製造したとしても強度の補強を図ることができ、また、液体としての冷却水が導入されてもコイル１８が腐食したりしないよう耐久性を向上させることができ、さらに外部に冷却水が漏れないよう容易にシールすることができる。
【００６１】
このため、各固定子鉄心１７と永久磁石１９との間には、従来のような冷媒のシールドを別途設ける必要がなく、固定子鉄心１７が直接、回転子側の表面に出る構成にできるため、磁気的な空隙を小さくでき、シールドの存在による空隙長の増加によるトルクの減少、づまり、効率の低下等の問題を避けることができる。従って、小型軽量、高効率とすることができる。特に、非磁性体として合成樹脂材２１を用いたことから、冷却水によって錆等が生じることがない。
【００６２】
また、本実施例では、ハウジング２と固定子鉄心１７との間に冷却液体としての冷却水が導入されるため、固定子鉄心１７やコイル１８に加え、永久磁石１９も冷却水によって効率よく冷却されるので、発熱を効果的に取り除＜ことができることに伴って、小型軽量、高効率な構成とすることもできる。
【００６３】
また、本実施例では、固定子鉄心１７の爪部１７ｄを先細り形状に傾斜させることで、モータのコギンクトルクを低減できると共に、コイル１８に誘起する電圧も正弦波に近づけることができるので正弦波状の電流を通電することによって、３相会で、回転方向にトルク脈動の少ない一定のトルクを発生させることができる。これによって、低騒音の電動モータ４とすることが可能である。
【００６４】
また、この実施例では、前記各ガイド片１２ｂ、１３ｂを捩れ形状に形成したことにより、吸入口６ａから羽根車１５内に吸入された冷却水を該羽根車１５の回転方向へ予旋回させることができ、さらに吐出口側４１ａへさらに旋回させながら流動させるため、羽根車１５の回転によるポンプ抵抗が低減して、該ポンプ効率が向上する。
【００６５】
また、前記両支持部材１２，１３の各支持部１２ａ、１３ａの先端部を流線形状に形成すると共に、前記各ガイド片１２ｂ、１３ｂの断面形状も流線形状に形成したことから、ポンプ内を通流する冷却水の流動抵抗を低減することが可能になり、これによって、ポンプ効率をさらに高めることができる。
【００６６】
また、本実施例においては、各固定子鉄心１の内周、つまり、爪部１７ｄの内面全体も非磁性体の合成樹脂材２１によってモールドしたため、爪部１７ｄが冷却水によって錆びてしまうことを防止できる。
【００６７】
以上、本実施例においては、電動ポンプとして、電動ウォータポンプ１の例を示したが、例えば、油圧を用いたパワーステアリング装置にオイルを供給するためのパワーステアリング用ポンプ、エンジンに潤滑油を供給する潤滑ポンプ等のオイルポンプや、冷却媒体として気体を用いるコンプレンサー一冷却媒体としてオイルを用いるオイルポンプ等に用いる電動ポンプとしても適用することができるが、電動モータ部を効率的に冷却できることから冷却媒体を吐出するポンプに使用する方が有効である。
【００６８】
また、ハウジング２を、金属材料で構成する必要はなく、合成樹脂材を選択することも可能であるが、不飽和ポリエステル等の熱伝導性のよい樹脂材料を用いた方が効果的に冷却することができる。
【００６９】
また、本実施例においては、羽根車１５を合成樹脂材によって形成したがプレスやダイキャストやアルミ合金鋳物にて形成することも可能である。この場合、各羽根部１５ｂの強度を向上することが可能となる。
【００７０】
また、本実施例においては、軸受部材１４を金属円筒状としたが、合成樹脂材を用いることも可能である、更には、ニードルベアリングやボールベアリングを用いることも可能である。
【００７１】
また、本実施例においては、固定子鉄心１を固定側とし、磁極部材としての永久磁石１９を用いた回転側としたが、ブラシを用いてコイルに電流を供給することにより鉄心１を回転側とし、永久磁石１９を固定子とする、いわゆる直流モータとすることも可能である。更に、永久磁石１９の代わりに別のコイルと別の鉄心を用いる、いわゆる誘導モータとすることも可能である。
【００７２】
また、本実施例においては、固定子鉄心１を圧粉鉄心によって構成したが、切削加工やプレス等で成形することも可能である。このような工法で成形した場合には、圧粉鉄心に比べて高強度とすることができる。
【００７３】
また、本実施例においては、誘起電圧位置検出方式、つまり、センサレス方式を用いて回転子の位置を検出しているが、磁極位置検出器を設けることにより、起動時の時間を短＜して立ち上げることが可能である。
【００７４】
また、本実施例においては、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の固定子鉄心を周方向に電気角でそれぞれ１２０度離した位置に配置したが、電気角６０度ずつ周方向に離して配置することもできる。この場合にはＵ相、Ｗ相、Ｖ相の順となり、中心のＷ相の巻方向は逆にする必要がある。
また、本実施例においては、固定子鉄心１７の爪部を先細り形状に傾斜させたが軸方向に平行にしてもよい。
［実施例２］
図７は本発明の実施例２を示し、基本構造は実施例１と同じであり、異なるところは羽根車１５の羽根部１５ｂを軸方向の前後に２つ増加し、かかる前後の羽根部１５ｂも径方向へそれぞれ４枚設けられていると共に、それぞれが円周方向のほぼ同一位置に設けられている。また、各羽根部１５ｂは、第１実施例のものよりも円周方向の幅長さが短く設定されて、互いに軸方向へ所定の僅かな隙間をもって配置されている。したがって、ハウジング２の軸方向の長さや径方向の大きさは第１実施例と同一に設定されている。
【００７５】
このように、本実施例では、羽根部１５ｂは、全部で１２枚設けられていることから、ポンプ性能がさらに向上して、多量の冷却水を機関内に供給することができ、機関の冷却を効果的に行うことが可能になる。
【００７６】
他の構成は第１実施例と同様であるから、前述した同一の作用効果が得られることは勿論である。
［実施例３］
図８は実施例３の電動ウォータポンプに供される固定子鉄心及びコイルを部分的に断面とした状態の斜視図を示し、実施例１、２と実施例３の相違点は、固定子鉄心１７を１相で構成した単相モータとしたこと、及び、爪磁極における爪部１７ｄの周方向一側に段差部２５を設けたこと、及び、羽根車１５と永久磁石１９の位置を検出する図外の位置検出器を設けたことにある。
【００７７】
固定子鉄心１７は、実施例１における固定子鉄心１７の１つの抜き出したものとほぼ同様であるが、固定子鉄心１７の両端から伸びる爪磁極における爪部１７ｄには、周方向一方に磁界が偏奇する磁界偏奇部として、周方向一方側より周方向他方側の方が永久磁石１９の外周面との間の空隙が離間するよう段差部２５が同じ側に設けられている。この段差部２５は、爪部の周方向略中央位置が段差となるようになっている。
【００７８】
また、位置検出器は、ハウジング２におけるポンプと逆側端の内側に設けられた凹部に取り付けられ、羽根車１５における永久磁石１９の漏洩磁束を検出して、永久磁石１９の位置、つまり、羽根車１５の位置を検出するようになっている。
【００７９】
次に、図９の各波形に基づいて実施例３における単相モータの動作原理及び一定回転時の動作について説明する。
【００８０】
図９において、横軸に電気角での羽根車１５の位置θを０から３６０度の範囲で示す。また、図９（ａ）には位置検出器３６の出力信号を示す。また、図９（ｂ）には電動モータのコイル１８にかかる電圧Ｖｔ（θ）を示す。また、図９（ｃ）には永久磁石１９の磁束によって生じるコイル１８の誘起電圧Ｖ０（θ）を示す。また、図９（ｄ）にはコイル電流ｉｗ（θ）を示し、（ｂ）の電圧Ｖｔ（θ）と（ｃ）の誘起電圧Ｖ０（θ）とコイル１８の抵抗ｒ、インダクタンスｕによって以下の式で決まる値である。
Ｖｔ（θ）＝（ｒ＋Ｐ）ｉｗ（θ）十Ｖ０（θ）（１）
ここで、ｐはｄ／ｄｔを示す。
また、図９（ｅ）には電流を通電していないときに生じる、固定子鉄心１７と、永久磁石１９間に発生するコギンクトルクＴｃ（θ）を示す。また、図９（ｆ）には誘起電圧とコイル電流とによるトルクＴＯｗ（θ）を示す。図９（ｃ）の誘起電圧Ｖ０（θ）と図８（ｄ）の電流ｉｗ（θ）との積で示される出力ＰＯｗ（θ）は、永久磁石１９の磁束とコイル電流によって生じる出力を示すもので、羽根車１５の角速度ωが一定であれば、このトルクＴＯｗ（θ）は次式となる。
ＴＯｗ（θ）＝ＰＯｗ（θ）／ω（２）
また、図９（ｇ）には電動モータの全トルクＴ（θ）を示す。これは誘起電圧とコイル電流とによるトルク分Ｔ０ｗ（θ）とコギンクトルクＴｃ（θ）の和で、次式で表される。
Ｔ（θ）＝ＴＯｗ（θ）十Ｔｃ（θ）（３）
羽根車１５が一定であれば出力と同じ波形となる。
【００８１】
単相モータのコギンクトルクは固定子鉄心１７の爪部１７ｄ表面の片側のみに意識的に設けられた段差部によって、回転位置に対して（ｅ）で示すような形状となる。次に単相モータの主トルクを構成する誘起電圧とコイル電流によるトルクＴＯｗ（θ）について説明する。まず、誘起電圧は（Ｃ）に示すように一般には矩形状である。これに、（ａ）で示すように、誘起電圧に対して、若干進んだ位置に配置されたホール素子による出力信号（永久磁石と離すことにより正弦波状の波形となる）の零クロス点で印加電圧の極性を切り替えることによってコイル１８には（ｂ）で示す電圧が印加される。これによって（ｄ）で示す電流が流れ、コイル１８の電流と誘起電圧とによるトルクが（ｆ）のように発生する。この印加は単相駆動であるので、原理的に誘起電圧が零近辺で３６０度間で２度くぼむ図示のような波形となる。このくぼみにコギンクトルクのプラス(＋)成分を合わせることによって図示のように、全体のトルクはほぼ均一に近いトルクを発生することができる。
【００８２】
このように、本実施例では１相のみの構成となり、部品点数が大幅に減少でき、これに伴い、安価なものとすることができる。また、単相モータは、３相のモータほどの均一性はないが、それに匹敵するほどの平坦なトルクとすることができる。このトルクの均一さは、誘起電圧に対する印加電圧の進み角量、印加電圧の波形、例えば立ち上がり時に、なだらかに上昇させ、立ち下がりの時にも徐々に変化させることによって緩和できる。さらに、コギンクトルクの波形と誘起電圧とコイル電流とによるトルクとの整合性とがあり、コギンクトルクを爪部表面のくぼみの位置に最適に配置することで、出力トルクが回転子の角度θに対して平らにすることができる。
【００８３】
また、本実施例では、制御回路をＨ型ブリッジとすることができ、スイッチング素子は４個と少なくすることができる。これによって、構成がゲート回路を含めて簡単な構成とすることができ、安価な制御装置構成とすることができる。
【００８４】
以上、本実施例においては、磁界偏奇部として、爪部１７ｄに段差部２５が設けられたものとしたが、段差でなくとも周方向一方側より周方向他方側の方が永久磁石１９との空隙が離間していればよく、例えば、爪部１７ｄにおける周方向一方側の厚みを周方向他方側に対して滑らかに厚くすることでもよく。また、爪部１７ｄの厚みは周方向に同一とし、周方向一方側に磁束が通りやすい部材、もしくは、磁束が通りづらい部材を設けてもよい。更には、周方向によって磁束のとおりを変化させるために爪部１７ｄの材料を周方向によって異ならせてもよい。これらの構成によれば段差がなくなるので成形型の寿命を向上させることができる。
【００８５】
次に、上記の各実施形態から把握し得る請求項に記載以外の発明について以下に記載する。
【００８６】
(１)請求項１〜７のいずれかに記載の電動ポンプにおいて、
前記鉄心を、単数相あるいは複数相に形成すると共に、前記第１の前記第１の爪磁極及び第２の爪磁極には、周方向一方に磁界が偏奇する磁界偏奇部が設けられていることを特徴とする電動ポンプ。
(２)請求項(１)に記載の電動ポンプにおいて、
前記ハウジングの前後幅の長さを、前記鉄心の数に応じて設定したことを特徴とする電動ポンプ。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明における実施例１としての電動ウォータポンプの縦断面図である。
【図２】同電動ウォータポンプの軸方向分解斜視図である。
【図３】図１のＡ矢視図である。
【図４】本実施例に供される支持部の横断面図である。
【図５】本実施例に供される鉄心としての固定子鉄心の１相分とコイルの詳細を説明した図であって、（ａ）は固定子鉄心及びコイルを部分的に断面とした状態の斜視図、（ｂ）は固定子鉄心の正面図、（ｃ）は固定子鉄心の内周を内側から見た周方向の展開図、（ｄ）は固定子鉄心及びコイルにおける一部の側面の断面図である。(ａ)〜(ｄ)は本発明における実施例１の固定子鉄心１相分とコイルの詳細を説明した図である。
【図６】実施例１の電動ウォータポンプが適用された内燃機関と冷却装置の斜視図である。
【図７】本発明における実施例２の電動ウォータポンプを示す縦断面図である。
【図８】本発明における実施例３としての電動ウォータポンプに供される固定子鉄心とコイルを一部断面して示す斜視図である。
【図９】本発明における実施例３の動作原理を示す図である。
【符号の説明】
【００８８】
１…電動ウォータポンプ
２…ハウジング
３…ウォータポンプ部（ポンプ構成体）、
４…電動モータ
５…ハウジング本体
１２・１３…支持部材
１２ｂ、１３ｂ…ガイド片
１４…軸受部材
１５…羽根車
１５ｂ…羽根部
１６…支軸
１７…固定子鉄心（鉄心）
１８…コイル
１９…永久磁石（磁極部材）
２１…樹脂材料（非磁性材料、モールド部）
【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】
2008025454.tif 000008
【図７】
2008025454.tif 000009
【図８】
2008025454.tif 000010
【図９】
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