(57)【要約】【課題】ロータコアの錆びを抑制できる電動ポンプを提供する。【解決手段】ステータ２０とロータ３０とを具備している。ロータ３０は、金属製のシャフト３４、このシャフト３４の軸方向中間部に固定される鉄系のロータコア組立３１及び外周部に軸方向に連通する液体移送用の溝部３６が形成された合成樹脂製のインペラ３５を有している。ロータ３０は、ロータコア組立３１及びその近傍をシャフト３４とともにモールドされたインペラ３５で覆って形成されている。ロータ３０は、ステータ２０とインペラ３５との間に液体が流通する流路Ａを設けて、ステータ２０内に回転自在に配置される。シャフト３４のインペラ３５と接触する軸方向両端部に、環状の凹部３８を夫々設ける。この凹部３８内にインペラ３５の内周部の凸部３７が嵌合されている。凹凸嵌合部分でシールしている。【選択図】　　図４
2004036532.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータと、
金属製のシャフト、このシャフトの軸方向中間部に固定される鉄系のロータコア組立、及び、このロータコア組立を覆ってモールドされ外周部に軸方向に連通する液体移送用の溝部が形成された合成樹脂製のインペラを有し、前記ステータと前記インペラとの間に液体が流通する流路を設けて、前記ステータ内に回転自在に配置されたロータと、を具備しており、
前記ロータコア組立の軸方向両側で互いに接触する前記シャフトと前記インペラとの内の一方に環状の凸部を設けるとともに、他方に環状の凹部を設けて、これら凸部と凹部とが嵌合されている電動ポンプ。
【請求項２】
前記凹部が前記シャフトに設けられているとともに、前記凸部が前記インペラに設けられていて、前記インペラから突出した前記シャフトの突出端部を前記インペラ内のシャフト部分より小径とした請求項１に記載の電動ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体、例えば水冷式エンジンの冷却水を移送する水冷ポンプ等として使用し得る電動ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ステータ内にロータを配置したモータの内部に流路を形成し、ロータの回転に伴いこの流路に液体を流通させる電動ポンプが知られている。このような電動ポンプに備えられるロータは、マグネット及びこれに積層されるロータコアからなるロータコア組立をシャフトに固定し、外周部に軸方向に連通する溝部が設けられた合成樹脂製のインペラで、このロータコア組立をシャフトとともに覆うことで形成されている。ロータコア組立は鉄系の材料で作られているが、インペラでモールドされていることにより、このロータコア組立の外面が流路を通る液体に触れて錆びないようにできる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ロータコアを貫通した金属製シャフトと合成樹脂製のインペラとでは熱膨張率が異なるので、移送液体の温度によってはシャフトとインペラとの接触部に隙間を生じさせる可能性がある。こうした隙間があると、移送液体の一部がシャフトに沿ってインペラの内側に浸入し、やがては鉄系のロータコア組立に達してロータコア組立、特にロータコアを錆びさせるおそれがある。
【０００４】
一般的に、電動ポンプのロータとステータとの間は極く狭い。このため、ロータコアが錆びてロータが径方向に膨張すると、ロータがステータに接触して回転不良を生じ易い。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、ロータコアの錆びを抑制できる電動ポンプを得ることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、請求項１に係る発明の電動ポンプは、鉄系のロータコア組立が固定された金属製のシャフトと、ロータコア組立を覆ってモールドされた合成樹脂製のインペラとが、ロータコア組立の軸方向両側で互いに接触する部分において、シャフトとインペラとの内の一方に環状の凸部を設けるとともに、他方に環状の凹部を設けて、これら凸部と凹部とを嵌合させている。
【０００７】
この発明によれば、シャフトがインペラと接触する部分に、シャフトの軸方向と交叉する第１シール面とこの面が折れ曲がるようにつながって軸まわりに環状をなす第２シール面を持たせることができる。そのため、金属製のシャフトと合成樹脂製のインペラとの熱膨張率の差により、インペラのシャフトと接触する面を、第１シール面又は第２シール面のいずれか一方に密着させて、シャフトとインペラとの間の液体シールができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図５を参照して本発明の第１実施形態を説明する。
【０００９】
この実施形態の電動ポンプ１は、例えば、マイナス数十℃程度からプラス１００℃程度となる液体を軸方向一端から他端に移送するものである。
【００１０】
この実施形態の電動ポンプ１は、ブラシレス型の電動モータにより形成され、図１に示すように、モータケースを兼ねるポンプケーシング１０、ステータ２０、ロータ３０、及び、一対の軸受４０を具備している。
【００１１】
ポンプケーシング１０は、筒状のメインフレーム１１と、このメインフレーム１１の軸方向両端部に夫々ねじ止め等で連結された第１及び第２サブフレーム１２，１３と、これらサブフレーム１２，１３にその厚み方向に重ねてねじ止め等で連結された第１及び第２エンドフレーム１４，１５とを備えて形成されている。メインフレーム１１と第１サブフレーム１２との重なり合った部分、及び、第２エンドフレーム１５と第２サブフレーム１３との重なり合った部分は、夫々Ｏリング１６でシールされている。
【００１２】
第１サブフレーム１２と第１エンドフレーム１４とには、それらの厚み方向に貫通し且つ互いに連通する開口１２ａ，１４ａが開けられており、これらによって液体通し口１７ａが形成されている。同様に、第２サブフレーム１３と第２エンドフレーム１５とには、それらの厚み方向に貫通し且つ互いに連通する開口１３ａ，１５ａが開けられており、これらによって液体通し口１７ｂが形成されている。
【００１３】
第１及び第２サブフレーム１２，１３の中央部には、軸受取付け部１８が夫々形成されている。これら軸受取付け部１８には、スリーブ状の一対の滑り軸受４０が夫々取付けられている。なお、軸受４０は転がり軸受４０を用いてもよい。
【００１４】
メインフレーム１１の内周面にはステータ２０が密着して取付けられている。ステータ２０は、多数枚のコア板を積層してなるステータコア２１と、このステータコア２１が有する、例えば６個のＴ型の突極に夫々巻付けられたステータ巻線２２と、このステータ巻線２２を埋設してモールドする電気絶縁性の合成樹脂部２３とを備えて形成されている。ステータ巻線２２は、ステータ２０の径方向に対応して配置されたもの同士を直列に接続して３組の巻線をなして３相接続されている。ステータコア２１の内周面は、合成樹脂部２３と一体に設けられた薄い層２３ａで覆われて防錆されている。
【００１５】
合成樹脂部２３には、ポリエステル樹脂等を好適に使用できる。この合成樹脂部２３の軸方向一端部（図１において上端部）には、ステータ巻線２２への通電を中継するための環状の回路基板が埋め込まれている。この基板には、ロータ３０の回転位置を検出するホール素子等の位置センサ（図示せず）が取付けられているとともに、この位置センサに接続された信号線や通電用の電線等のケーブル（図示せず）が接続されている。このケーブルは、例えば、メインフレーム１１と第１サブフレーム１２との間を通ってポンプケーシング１０外に引出され、モータドライバ（図示せず）に接続されている。
【００１６】
ロータ３０は、図３に示すように、ロータコア組立３１とシャフト３４とインペラ３５とを備えて形成されている。ロータコア組立３１は、両端が一対の突極となるロータコア３２とマグネット３３とを備えている。このロータコア組立３１は、略Ｉ字状を呈する一対のロータコア３２を、この各ロータコア３２間に厚み方向（軸方向）に着磁したマグネット３３を介して十字状に重ねた４極突極構造となっている。ロータコア３２は、積層鋼板で形成され、マグネット３３には、ネオジミウム−鉄−ボロン系の高エネルギー積のマグネットが用いられている。
【００１７】
突出端部３４ａにおいて軸受４０に回転自在に支承されるシャフト３４は、ロータコア３２とマグネット３３との中心部を夫々貫通して、これらロータコア３２とマグネット３３とを固定する。このシャフト３４は、金属製、例えば、ＳＵＳ３０３等により形成されている。インペラ３５は、合成樹脂製であり、例えばポリエステル合成樹脂等により形成することができる。インペラ３５は、外周部に軸方向に連通する螺旋状の溝部３６を有している。
【００１８】
このロータ３０は、ロータコア組立３１及びその近傍をシャフト３４とともに合成樹脂の内部に入れてモールドすることで形成することができる。このとき、シャフト３４の両端部はモールドしない。そして、このロータ３０は、シャフト３４の両端の突出端部３４ａを一対の軸受４０に回転自在に支承させるとともに、ステータ２０とインペラ３５との間に液体が流通する流路Ａを設け、ステータ２０内に回転自在に配置される。
【００１９】
また、図３〜図５に示すように、ロータコア組立３１の軸方向両側で互いに接触するシャフト３４とインペラ３５との内の一方、例えばインペラ３５に環状の凸部３７が設けられているとともに、他方であるシャフト３４に環状の凹部３８を設けられており、これら凸部３７と凹部３８とが嵌合している。凸部３７はインペラ３５のモールド時に凹部３８に嵌合するように充填される。また、インペラ３５から突出したシャフト３４の突出端部３４ａは、インペラ３５内のシャフト部分より小径に形成されている。凹部３８及び突出端部３４ａは、シャフト３４を切削することにより形成することができる。
【００２０】
なお、シャフト３４に環状の凸部３７を設けるとともに、インペラ３５に環状の凹部３８を設け、これら凸部３７と凹部３８とを嵌合させることもできるが、シャフト３４の一部を切削して形成することができる凹部３８の方が安価に製造することができて好ましい。
【００２１】
上記構成の電動ポンプ１は、そのステータ２０に通電することにより駆動されて液体を軸方向一端から他端に移送する。ステータ２０への通電は順次励磁相を切換えて行なわれ、それに伴いステータ２０の周方向に進行する回転磁界が発生するので、この磁界とロータ３０の各マグネット３３とが磁気結合する。それにより、ステータ２０とマグネット３３との間で回転トルクが発生するので、軸受４０でその両端部を支持されたロータ３０はインペラ３５を伴って回転される。また、励磁相の切換えはモータドライバで逆にすることができる。そのため、ロータ３０はインペラ３５を伴って逆回転される。
【００２２】
ロータ３０が回転されると、液体は、その回転方向に従ってインペラ３５が有する溝部３６で液体が移送される。したがって、液体を電動ポンプ１の軸方向一端から吸入し他端から吐出して移送することができる。また、移送方向は既述のように励磁相を切換えることで逆方向にすることができる。
【００２３】
ところで、この電動ポンプ１により液体を移送する際、ロータ３０は液体に晒されるが、この電動ポンプ１に備えられるロータ３０によれば、内部に液体が入り込むのを抑制できる。
【００２４】
これは、インペラ３５のシャフト３４と接触する軸方向両端部に環状の凸部３７を設けるとともに、シャフト３４のインペラ３５と接触する軸方向両端部に環状の凹部３８を設けて、これら凸部３７と凹部３８とを嵌合させているためである。これにより、シャフト３４がインペラ３５と接触する部分に、軸方向と交叉する面、例えばシャフト３４の軸方向と直交する第１シール面３４ｔと、この第１シール面３４ｔから折れ曲がるようにつながって環状をなす、例えば軸方向と平行で環状をなす第２シール面３４ｓを持たせることができる。そのため、金属製のシャフト３４と合成樹脂製のインペラ３５との熱膨張率の差により、インペラ３５のシャフト３４と接触する面を、第１シール面３４ｔ又は第２シール面３４ｓのいずれか一方に密着させて、シャフト３４とインペラ３５との間を液体シールし、内部に液体が入り込むのを抑制できる。
【００２５】
すなわち、低温時は、ＳＵＳ３０３により形成されているシャフト３４よりも、合成樹脂で形成されているインペラ３５の方が軸方向と直交する方向の熱膨張率が大きい。そのため、インペラ３５の軸方向と平行な内面３５ｓは、シャフト３４が無ければ、図５（Ａ）に破線で示すように膨張する。実際には、インペラ３５の内部にはシャフト３４が設けられているため、このシャフト３４の軸方向と平行なインペラ３５の内面３５ｓはシャフト３４の軸方向と平行な第２シール面３４ｓに強く押し当てられて密着する。これにより、インペラ３５とシャフト３４との間が液体シールされ、インペラ３５の内部に液体が入り込むのが抑制される。
【００２６】
なお、低温時では、ＳＵＳ３０３により形成されているシャフト３４よりも、合成樹脂で形成されているインペラ３５の方が軸方向と平行な方向の熱膨張率が小さいため、インペラ３５の軸方向と直交する内面３５ｔとシャフト３４の軸方向と直交する第１シール面３４ｔとの間には隙間ｇ１ができる。しかし、上述のように、内面３５ｓが第２シール面３４ｓに密着してインペラ３５とシャフト３４との間がシールされているため、液体のロータ３０の内部への入り込みを抑制できる。
【００２７】
一方、高温時は、ＳＵＳ３０３により形成されているシャフト３４よりも、合成樹脂で形成されているインペラ３５の方が軸方向と平行な方向の熱膨張率が大きい。そのため、シャフト３４の軸方向と直交するインペラ３５の内面３５ｔは、シャフト３４が無ければ、図５（Ｂ）に破線で示すように膨張する。実際には、インペラ３５の内部にはシャフト３４が設けられているため、インペラ３５の軸方向と直交する内面３５ｔはシャフト３４の軸方向と直交する第１シール面３４ｔに強く押し当てられて密着する。これにより、インペラ３５とシャフト３４との間が液体シールされ、インペラ３５の内部に液体が入り込むのが抑制される。
【００２８】
なお、高温時では、ＳＵＳ３０３により形成されているシャフト３４よりも、合成樹脂で形成されているインペラ３５の方が軸方向と直交する方向の熱膨張率が小さいため、インペラ３５の軸方向と平行な内面３５ｓとシャフト３４の軸方向と平行な第２シール面３４ｓとの間には隙間ｇ２ができる。しかし、上述のように、内面３５ｔと第１シール面３４ｔとが密着してインペラ３５とシャフト３４との間がシールされているため、液体のロータ３０の内部への入り込みを抑制できる。
【００２９】
このように、この電動ポンプ１によれば、ロータコア組立３１の軸方向両側で互いに接触するシャフト３４とインペラ３５との内、一方のインペラ３５に環状の凸部３７を設けるとともに、他方のシャフト３４に環状の凹部３８を設けて、これら凸部３７と凹部３８とを嵌合させているため、低温時であっても高温時であっても、シャフト３４とインペラ３５とを密着させて、液体のインペラ３５内部への入り込みを抑制することができる。これにより、液体がインペラ３５内部へ浸入することにより誘発されるロータコア３２の錆びつきが抑制される。これにより、ロータコア３２が錆びてロータ３０が径方向に膨張することにより発生する、ロータ３０とステータ２０との接触による回転不良を抑止できる。
【００３０】
この実施形態の電動ポンプ１では、シャフト３４が軸方向と平行な第２シール面３４ｓだけでなく、軸方向と直交する第１シール面３４ｔを有しているため、シャフト３４よりもインペラ３５の方が軸方向と平行な方向の熱膨張率が大きい高温時により有効である。
【００３１】
また、この電動ポンプ１では、合成樹脂とステンレススチール等の鉄系の素材との熱膨張の差を利用してシールを行なうものであるため、インペラ３５に形成した環状の凸部３７とシャフト３４に形成した環状の凹部３８とを嵌合させてなる簡単な構成でロータコア３２の錆びを抑制できる。
【００３２】
さらに、この電動ポンプは、凹部３８がシャフト３４に設けられているとともに、凸部３７がインペラ３５に設けられていて、インペラ３５から突出したシャフト３４の突出端部３４ａをインペラ３５内のシャフト部分より小径としているため、凹部３８及び突出端部３４ａは、シャフト３４を切削することにより形成することができる。したがって、シャフト３４の材料コストが安価である。しかも、突出端部３４ａがインペラ３５内のシャフト部分より小径であるため、軸受４０が小径となり、流路Ａの出入り口まわりが狭まらず、液体の移送を円滑に行なうことができる。
【００３３】
以下、図６を参照して本発明の第２実施形態を説明する。この実施形態の電動ポンプ１では、ロータコア組立３１の軸方向両側で互いに接触する鉄系例えばＳＵＳ３０３により形成されたシャフト３４と合成樹脂製のインペラ３５との内、シャフト３４に環状の凸部３７を設けるとともに、インペラ３５に環状の凹部３８を設けて、これら凸部３７と凹部３８とを嵌合させている。これにより、シャフト３４がインペラ３５と接触する部分に、軸方向と交叉する面、例えばシャフト３４の軸方向と直交する第１シール面３４ｔと、この第１シール面３４ｔが折れ曲がるようにつながって、軸方向と平行に環状をなす第２シール面３４ｓを持たせることができる。なお、他の構成は、上述した第１の実施形態と同じであるから、重複する説明は図６に同符号を付して省略する。
【００３４】
この電動ポンプ１では、金属製のシャフト３４と合成樹脂製のインペラ３５との熱膨張率の差により、インペラ３５のシャフト３４と接触する面を、第１シール面３４ｔ又は第２シール面３４ｓのいずれか一方に密着させて、シャフト３４とインペラ３５との間を液体シールし、内部に液体が入り込むのを抑制できる。
【００３５】
すなわち、低温時は、ＳＵＳ３０３により形成されているシャフト３４よりも、合成樹脂で形成されているインペラ３５の方が軸方向と直交する方向の熱膨張率が大きい。そのため、シャフト３４の軸方向と平行なインペラ３５の内面３５ｓは、シャフト３４が無ければ、図６（Ａ）に破線で示すように膨張する。実際には、インペラ３５の内部にはシャフト３４が設けられているため、インペラ３５の軸方向と平行な内面３５ｓはシャフト３４の軸方向と平行な第２シール面３４ｓに強く押し当てられて密着する。これにより、インペラ３５とシャフト３４との間が液体シールされ、インペラ３５の内部に液体が入り込むのが抑制される。
【００３６】
なお、低温時では、ＳＵＳ３０３により形成されているシャフト３４よりも、合成樹脂で形成されているインペラ３５の方が軸方向と平行な方向の熱膨張率が小さいため、インペラ３５の軸方向と直交する内面３５ｔとシャフト３４の軸方向と直交する第１シール面３４ｔとの間には隙間ｇ１ができる。しかし、上述のように、内面３５ｓが第２シール面３４ｓに密着してインペラ３５とシャフト３４との間がシールされているため、液体のロータ３０の内部への入り込みを抑制できる。
【００３７】
一方、高温時は、ＳＵＳ３０３により形成されているシャフト３４よりも、合成樹脂で形成されているインペラ３５の方が軸方向と平行な方向の熱膨張率が大きい。そのため、インペラ３５の軸方向と直交する内面３５ｔは、シャフト３４が無ければ、図６（Ｂ）に破線で示すように膨張する。実際には、インペラ３５の内部にはシャフト３４が設けられているため、シャフト３４の軸方向と直交するインペラ３５の内面３５ｔはシャフト３４の軸方向と直交する第１シール面３４ｔに強く押し当てられて密着する。これにより、インペラ３５とシャフト３４との間が液体シールされ、インペラ３５の内部に液体が入り込むのが抑制される。
【００３８】
なお、高温時では、ＳＵＳ３０３により形成されているシャフト３４よりも、合成樹脂で形成されているインペラ３５の方が軸方向と直交する方向の熱膨張率が小さいため、インペラ３５の軸方向と平行な内面３５ｓとシャフト３４の軸方向と平行な第２シール面３４ｓとの間には隙間ｇ２ができる。しかし、上述のように、内面３５ｔと第１シール面３４ｔとが密着してインペラ３５とシャフト３４との間がシールされているため、液体のロータ３０の内部への入り込みを抑制できる。
【００３９】
このように、第２実施形態の電動ポンプ１によれば、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００４０】
なお、上記第１及び第２実施形態では、環状の凸部３７及び環状の凹部３８をインペラ３５のシャフト３４と接触する軸方向両端部に１つずつ設けたが、環状の凸部３７及び環状の凹部３８は１つだけでなく複数設けてもよい。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、ロータコアが錆びるのを抑制することができる電動ポンプが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る電動ポンプを示す断面図。
【図２】図１の電動ポンプのロータを示す斜視図。
【図３】図１の電動ポンプのロータの一部を切除して示す斜視図。
【図４】図１の電動ポンプのロータを示す断面図。
【図５】（Ａ）は低温時におけるロータの一部分を示す断面図。（Ｂ）は高温時におけるロータの一部分を示す断面図。
【図６】（Ａ）は本発明の第２実施形態に係る電動ポンプの低温時におけるロータの一部分を示す断面図。（Ｂ）は図６（Ａ）の電動ポンプの高温時におけるロータの一部分を示す断面図。
【符号の説明】
１…電動ポンプ
２０…ステータ
３０…ロータ
３１…ロータコア組立
３４…シャフト
３４ａ…突出端部
３５…インペラ
３６…溝部
３７…凸部
３８…凹部
Ａ…流路
【図１】
2004036532.tif 000003
【図２】
2004036532.tif 000004
【図３】
2004036532.tif 000005
【図４】
2004036532.tif 000006
【図５】
2004036532.tif 000007
【図６】
2004036532.tif 000008