(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回転子２０を介してインペラ１０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
2008025455.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング内に収容された電動モータ及び該電動モータにより回転駆動してポンプ作用を行うポンプ構成体とからなる電動ポンプであって、
前記電動モータは、
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回転子と、
を備え、
一方、前記ポンプ構成体は、
前記回転子によって回転駆動されるポンプ羽根車と、
前記ハウジングと電動モータとの間に形成されて、前記ポンプ羽根車の回転に伴って前記ハウジング前端側の吸入口から吸入された流体をハウジング後端側の吐出口側へほぼ軸方向に沿って案内する流通路と、を備えた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間を流動する流動冷媒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にそれぞれほぼ同軸上に収容配置された電動モータ及び該電動モータによって回転駆動するポンプ構成体と、を備え、
前記電動モータは、
前記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回転子と、から構成され、
一方、前記ポンプ構成体は、
前記回転子によって回転駆動されるポンプ羽根車と、
前記ハウジングと電動モータとの間に形成されて、前記ポンプ羽根車の回転に伴って前記ハウジング前端側の吸入口から吸入された流動媒体を、ハウジング後端側の吐出口側へほぼ軸方向に沿って案内する流通路と、を備えたことを特徴とする電動ポンプ。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電動ポンプにおいて、
前記流通路を、前記鉄心の外周側に設けられたボディの外周とハウジングの内周との間に形成したことを特徴とする電動ポンプ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の電動ポンプにおいて、
前記流通路の下流側に、流体を整流する整流板を設け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。
【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に関し、とりわけ、遠心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、ハウジング内に収容された電動モータ及び該電動モータにより回転駆動してポンプ作用を行うポンプ構成体とからなる電動ポンプであって、前記電動モータは、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磁極部材と、前記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回転子と、を備え、一方、前記ポンプ構成体は、前記回転子によって回転駆動されるポンプ羽根車と、前記ハウジングと電動モータとの間に形成されて、前記ポンプ羽根車の回転に伴って前記ハウジング前端側の吸入口から吸入された流動媒体をハウジング後端側の吐出口側へほぼ軸方向に沿って案内する流通路と、を備えたことを特徴としている。
【０００８】
また、本発明は、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にそれぞれほぼ同軸上に収容配置された電動モータ及び該電動モータによって回転駆動するポンプ構成体と、を備え、前記電動モータは、前記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回転子と、から構成され、一方、前記ポンプ構成体は、前記回転子によって回転駆動されるポンプ羽根車と、前記ハウジングと電動モータとの間に形成されて、前記ポンプ羽根車の回転に伴って前記ハウジング前端側の吸入口から吸入された流動媒体を、ハウジング後端側の吐出口側へほぼ軸方向に沿って案内する流通路と、を備えたことを特徴としている。
【０００９】
本発明は、前記流通路を、前記鉄心の外周側に設けられたステータの外周とハウジングの内周との間に形成したことを特徴としている。
【００１０】
また、前記流通路の下流側に、流体を整流する整流板を設けたことを特徴としている。
【００１１】
本発明は、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。
【発明の効果】
【００１２】
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】
【００１３】
以下、本発明にかかる電動ポンプを、遠心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における電動ウォータポンプ１を示し、これは、図７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。
【００１４】
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。
【００１５】
具体的に説明すれば、電動ウォータポンプ１は、図１、図２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。
【００１６】
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ラッパ状に一体に成形され、軸方向の中央位置に有するほぼ円筒状のハウジング本体５と、該ハウジング本体５の前端側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の後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。
【００１７】
前記ハウジング本体５は、内部の前端側にポンプ室が形成されていると共に、ポンプ室の後端外周側にモータ収容室が形成されている。
【００１８】
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。
【００１９】
前記スペーサ９は、中央に冷却水をシリンダブロック４１の内部に形成された吐出口４１ａに連通する円環孔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口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１１ａ、１１ｂが嵌合固定されている。
【００２０】
前記ウォータポンプ部３は、前記ポンプ室内に回転自在に収容されたポンプ羽根車であるインペラ１０と、前記電動モータ４の内周側に設けられた回転子１２と、前記ハウジング本体５の内周面と電動モータ４の外周部との間に軸方向に形成された複数の流通路１３と、から主として構成されている。
【００２１】
前記インペラ１０は、合成樹脂材によって一体に形成され、前記筒状コネクタ６の内部に有する吸入口６ａ側に対向して配置された円盤状プレート１０ａと、該円盤状プレート１０ａの前端面に一体に形成された８枚の羽根部１０ｂとによって構成されている。また、インペラ１０は、中央位置に固定用孔１０ｃが軸方向へ貫通形成されており、該固定用孔１０ｃには、金属製の中空円筒状の駆動軸１４が圧入固定され、駆動軸１４とインペラ１０が一体に回転するようになっている。
【００２２】
このように構成されたウォータポンプ部２は、インペラ１０の各羽根部１０ｂが回転することによって吸入口６ａからポンプ室に流入した冷却水が前記各流通路１３内を軸方向に沿って通流して前記シリンダブロック４１の内部に形成された吐出口４１ａに吐出されるようになっている。
【００２３】
次に、前記電動モータ部４について、図１、図３及び図６などに基づいて説明する。
【００２４】
電動モータ部４は、前記ハウジング本体５の内周側に配置固定され、通電することにより磁界を生じさせる鉄心としての３つの固定子鉄心１７と、該各固定子鉄心１７内にそれぞれ収容されたコイル１８と、各固定子鉄心１７の内周側に対向して配置された磁極部材である円筒状の永久磁石１９と、該永久磁石１９の内周側に一体に固定された回転子２０と、前後に位置する固定子鉄心１７、１７の前後端に軸方向から結合されて、前記駆動軸１４の前後端部を支持する前後支持板部材１５、１５とによって構成されている。
【００２５】
前記各支持板部材１５は、図３に示すように、それぞれアルミ合金などの金属材によってほぼ円盤状に形成されていると共に、その外径が前記ハウジング本体５の内部後端側に圧入可能な大きさに設定されている。また、各支持板部材１５の外周面には、ハウジング本体５の内周面との間で、後述の流通路１３を構成するほぼ台形状の６つの凹溝１５ａが円周方向の等間隔位置に切欠形成されて、全体がほぼ複葉形状に形成されており、したがって、各凹溝１５ａに隣接する部位が凸部１５ｂになっている。また、この各支持板部材１５は、前記３つの固定子鉄心１７の前後を挟持状態に支持するように配置され、内周端に互いに内方軸方向へ延出した円筒部１５ｃ、１５ｃが一体に形成されている。
【００２６】
また、後側の支持板部材１５の前記凹溝１５ａは、その円周方向の幅Ｗが前側の支持板部材１５の凹溝１５ａの幅Ｗ１よりも所定量だけ大きく設定されている。さらに、前後支持板部材１５の各凹溝１５ａの底面は、冷却水の抵抗のない流れを確保するために、両端部が滑らかな円弧状面によって側部に連結されている。
前記各凹溝１５ｄは、インペラ１０側の前端側から後端側に亘って拡径状に形成されている。
【００２７】
また、図２に示すように、前記前側の支持板部材１５の一つの凸部１５ｂの外面には、位置決め用溝１５ｄが軸方向に沿って形成されている一方、前記ハウジング本体５の内周面所定位置に、前記位置決め用溝１５ｄに軸方向から係入してハウジング２に対する支持板部材１５の円周方向の位置決めをする位置決め突起５ａが一体に設けられている。
【００２８】
さらに、前記後端側の支持板部材１５は、図４に示すように、後面の外周部に前記各流通路１３内を通流した冷却水を中心方向へ案内する複数の整流板であるガイド片１６が一体に設けられていると共に、後面のほぼ中央位置に前記各ガイド片１６によって案内された冷却水を吐出口４１ａ方向へ案内する案内突部１５ｅが一体に設けられている。
【００２９】
次に、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相ブラシレスモータを採用している。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ている。この各固定子鉄心１７は、図３に示すように、それぞれ円板状に形成され、外径がハウジング本体５の内周面に圧入するような大きさに設定されていると共に、外形が前記前後の支持板部材１５，１５とほぼ同様な複葉形状に形成されている。
【００３０】
すなわち、各固定子鉄心１７の外周面には、前記支持板部材１５の各凹溝１５ａと対応する位置に、流通路１３に一部を構成する６つの凹溝１７ｅがそれぞれ形成されていると共に、この各凹溝１７ｅと隣接する位置にハウジング本体５の内周面に圧入する凸部１７ｆがそれぞれ形成されている。このように、前記前後支持板部材１５，１５及び各固定子鉄心１７の各凹溝１５ａ、１７ｅによってハウジング本体５の内周面との間に６つの流通路１３が軸方向に沿って形成されている。また、前記各凹溝１７ｅは、その円周方向の幅Ｗ２が前端側から後端側に亘って漸次大きく形成されている。したがって、各流通路１３は、図５に示すように、その通路断面積が前端側から後端側にかけて漸次大きくなるように形成されている。
【００３１】
また、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２３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。
【００３２】
このうち１相分について、図３、図６(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。
【００３３】
また、図６ａ、図６ｄ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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
また、各固定子鉄心１７は、合成樹脂材２３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。
【００３９】
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。
【００４０】
また、図６（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２３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。
【００４１】
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３相分の固定子鉄心１７の軸方向の長さとほぼ同一に形成されていると共に、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。
【００４２】
前記回転子２０は、前記インペラ１０と一体に回転する前記駆動軸１４と、内周面が該駆動軸１４の外周に固定され、外周面が前記永久磁石１９の内周面に固定された回転子鉄心２１とから構成され、該回転子鉄心２１は、外周側に位置する円筒形状の磁石装着部２１ａと、該磁石装着部２１ａの内周の軸方向のほぼ中央に一体に有する狭幅な駆動軸装着部２１ｂとが磁性材料である鉄系金属によって一体成形されている。
また、前記駆動軸装着部２１ｂの内周に形成された孔内に前記駆動軸１４が圧入されて、該回転子鉄心２１と駆動軸１４及び永久磁石１９が一体に回転するようになっている。
【００４３】
前記回転子鉄心２１と永久磁石１９は、各軸方向の両端縁と前記両支持部１５，１５の対向内面との間に形成された微小隙間によって自由な回転が確保されている。
【００４４】
また、前記駆動軸１４は、各支持板部材１５、１５の両円筒部１５ｃ、１５ｃの内周面に固定された両ブッシュ２２，２２によって回転自在に軸受されていると共に、該両ブッシュ２２，２２のフランジによって軸方向の移動が規制されている。
【００４５】
また、前記インペラ１０の円盤状プレート１０ａの背面と前端側支持板部材１５の前面との間、及び駆動軸１４の外周面と支持板部材１５との間などに形成され各隙間を通して回転子２０側に冷却水が導入されるため、回転子２０は冷却水中で回転する。この際、各ブッシュ２２，２２と駆動軸１４との間に常に冷却水が導入されるため、円滑な滑り軸受が構成される。
【００４６】
次に、前記電動モータ部４の作動について以下に説明する。
【００４７】
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。
【００４８】
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、爪磁極に対向する回転子２０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、回転子２０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回転子２０の回転数を制御することができる。
【００４９】
この回転子２０の回転状態を制御するには、通常、該回転子２０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回転子２０の位置を検出している。これは、ウォータポンプ部３におけるインペラ１０(回転子２０)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。
【００５０】
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。
【００５１】
次に本実施例の作用効果について説明する。
【００５２】
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。
【００５３】
特に、本実施例では、ウォータポンプ部３を、そのほぼ全体を電動モータ部４の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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
また、本実施例では、ウォータポンプ部３のインペラ１０や各流通路１３を、支持板部材１５や固定子鉄心１７及び永久磁石１９の前端側及び外周側の軸方向に配置して、インペラ１０が冷却水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。
【００５９】
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であるから各流通路１３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、より一層の冷却効果が得られる。
【００６０】
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さ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。
【００６１】
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。
【００６２】
また、本実施例では、非磁性材の合成樹脂材２３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、外周側に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。
【００６３】
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２３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。
【００６４】
また、本実施例では、ポンプハウジング２と固定子鉄心１７(支持板部材１５)との間に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。
【００６５】
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。
【００６６】
また、この実施例では、前記各流通路１３の通路断面積を前端側から後端側に亘って漸次拡大するように形成したため、冷却水(流体)のもつ速度エネルギーを効率よく圧力エネルギーに変換することが可能になる
しかも、各支持板部材１５に設けられた各ガイド片１６や案内突部１５ｆによって、冷却水を各流通路１３から吐出口４１ａへスムーズに整流案内することができることから、さらに流体のもつ速度エネルギーを効率良く圧力エネルギーに変換させることが可能になる。
【００６７】
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２３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。
【００６８】
さらに、前記支持板部材１５をポンプハウジング２に対して組み込む際に、前記各位置決め溝１５ｅと位置決め突起５ａを嵌合させて円周方向の位置決めが行えるため、誤組付の発生を防止することができると共に、かかる組み付け作業能率の向上が図れる。
【００６９】
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。
【００７０】
また、ポンプハウジング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。
【００７１】
また、本実施例においては、インペラ１０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１０ｂの強度を向上することが可能となり、耐久性の向上が図れる。
【００７２】
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。
【００７３】
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固定子鉄心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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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８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、６枚の各ガイド片１６を所定の曲率によって渦巻き状に折曲形成したものである。したがって、各流通路１３から通流した冷却水は、各ガイド片１６の内外面に沿って旋回流として生成されるため、吐出口４１ａの軸心方向へ集中した流れになって、圧力エネルギーをさらに向上させることが可能になる。
［実施例３、４、５］
図９〜図１１は実施例３〜５を示し、各支持板部材１５の凹溝１５ａや各固定子鉄心１７の凹溝１７ｅの軸方向の断面形状を変更して各流通路１３の通路断面積や方向などを変更したものである。
【００７８】
まず、図９に示す実施例３では、凹溝１５ａ、１７ｅの幅を前後方向で均一に形成して、流通路１３の通路断面積を前後方向でほぼ均一の大きさに形成したものである。
【００７９】
図１０に示す実施例４では、凹溝１５ａ、１７ｅの両側面を傾斜状に形成して、流通路１３を前後方向へ傾斜状に形成したものである。
【００８０】
図１１に示す実施例５では、凹溝１５ａ、１７ｅの一側面を前後方向へ直線状に形成し、他側面を後端側で拡径するように傾斜状に形成して、流通路１３の通路断面積を偏形に形成したものである。
【００８１】
このように、各流通路１３の通路断面積を、種々変更することによって、冷却水の流動性を変化させて、電動ウォータポンプ１の適用機器や仕様に自由に対向することが可能になる。
［実施例６，７］
また、前記ポンプハウジング２に対する支持板部材１５の位置決め機構の他例としては、図１２に示す実施例６のように、位置決め溝１５ｄを横断面ほぼ三角形状に形成する一方、位置決め突部５ａも同じく横断面三角形にすることも可能であり、さらに図１３に示す実施例７のように、位置決め溝１５ｄや位置決め突部５ａを円周方向の複数箇所に形成することも可能である。なお、ポンプハウジング２側に位置決め溝を形成し、支持板部材１５側に位置決め突部を形成することも可能である。
［実施例８］
図１４は実施例８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、回転子２０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。
【００８２】
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。
【００８３】
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、回転子２０の位置を検出するようになっている。
【００８４】
次に、図１５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。
【００８５】
図１５において、横軸に電気角での回転子２０の位置θを０から３６０度の範囲で示す。また、図１４（ａ）には位置検出器３６の出力信号を示す。また、図１５（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１５（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１５（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１５（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１５（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１５（ｃ）の誘起電圧Ｖ０（θ）と図１５（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、回転子２０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１５（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）
回転子２０が一定であれば出力と同じ波形となる。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
［実施例９］
図１６は実施例９を示し、流通路１３の構成体として、固定子鉄心１７を、前述のような複葉形状とせずに単に円環状に形成して、該各固定子鉄心１７の外周に該各固定子鉄心１７を内部に保持する円筒状のボディ２４が設けられ、このボディ２４の外周面の円周方向の等間隔位置に、６つの凹溝２４ａが形成されていると共に、該凹溝２４ａ間に、ハウジング本体５の内周面に外面が圧入される６つの凸部２４ｂが設けられている。前記ボディ２４は、例えば合成樹脂材によって一体に形成されている。
【００８９】
したがって、前記各凹溝２４ａとハウジング本体５の内周面との間に、それぞれ流通路１３が形成されている。なお、前後の支持板部材１５，１５の構造は前記各実施例と同様である。
【００９０】
このように、本実施例では、前記実施例１と同様な作用効果が得られることは勿論のこと、固定子鉄心１７と別体のボディ２４を一体に形成できるため、製造作業が容易になると共に、組立作業も容易になり、コストの低減化が図れる。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
(１)請求項１〜５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】
【００９４】
【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】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】本実施例に供される電動モータの固定子鉄心の一部と後部支持板部材を示す分解斜視図である。
【図４】本実施例に供される整流板を示す後部横断面図である。
【図５】本実施例に供される流通路を示す固定子鉄心と支持板部材の平面図である。
【図６】本実施例に供される固定子鉄心の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７】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８】本発明における実施例２の電動ウォータポンプの整流板を示す後部横断面図である。
【図９】本発明における実施例３の電動ウォータポンプに供される流通路を示すボディの平面図である。
【図１０】本発明における実施例４の電動ウォータポンプに供される流通路を示すボディの平面図である。
【図１１】本発明における実施例５の電動ウォータポンプに供される流通路を示すボディの平面図である。
【図１２】本発明における実施例６の電動ウォータポンプの整流板を示す後部横断面図である。
【図１３】本発明における実施例７の電動ウォータポンプの整流板を示す後部横断面図である。
【図１４】本発明における実施例８の電動ウォータポンプの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１５】同実施例８の動作原理を示す図である。
【図１６】本発明における実施例９の電動ウォータポンプの要部分解斜視図である。
【符号の説明】
【００９５】
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
１０…インペラ(ポンプ羽根車)
１３…流通路
１４…駆動軸
１５…支持板部材
１６…ガイド板(整流板)
１７…固定子鉄心（鉄心）
１８…コイル
１９…永久磁石（磁極部材）
２０…回転子
２３…合成樹脂材（モールド部）
【図１】
2008025455.tif 000003
【図２】
2008025455.tif 000004
【図３】
2008025455.tif 000005
【図４】
2008025455.tif 000006
【図５】
2008025455.tif 000007
【図６】
2008025455.tif 000008
【図７】
2008025455.tif 000009
【図８】
2008025455.tif 000010
【図９】
2008025455.tif 000011
【図１０】
2008025455.tif 000012
【図１１】
2008025455.tif 000013
【図１２】
2008025455.tif 000014
【図１３】
2008025455.tif 000015
【図１４】
2008025455.tif 000016
【図１５】
2008025455.tif 000017
【図１６】
2008025455.tif 000018