(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブラシレスモータと、
該ブラシレスモータの回転軸に連結されたインペラと、
前記ブラシレスモータと、前記インペラとを収容し、流体を吸入する吸入口と、流体を吐き出す吐き出し口とを有するポンプケーシングと、
前記ポンプケーシングの一部を構成し、前記回転軸を回転自在に軸承する前記ブラシレスモータの軸受を保持するモーターカバーとを備え、
前記モータの回転軸を回転させることにより流体を前記吸入口から吸入し前記吐き出し口から吐き出しするようにしたブラシレスモーターポンプであって、
前記ブラシレスモータは、
複合軟磁性材を一体成形して形成され複数の電機子コイルが巻回されたコアと、該電機子コイル側の面に、コアと同質材からなり、前記回転軸に同心円状に配設されたリング状のティースと、該電機子コイルに電気的に接続されたターミナルとを有し、前記コアとティースとターミナルとを樹脂により水密にモールドして形成された固定子部と、
前記コアに前記回転軸の軸方向に空隙及び前記ティースを介して対向配置されたマグネットと、前記回転軸と、該回転軸に固定され該マグネットを保持するヨークとから形成された回転子部とを備え、
前記軸受は水膜により前記回転軸を滑らせる水中軸受である、ブラシレスモータポンプ。
【請求項２】
前記回転軸に軸方向に貫通する孔を設け、前記ポンプの前記吸入口から流入した流体が、前記軸受内周部を通過した後前記孔内に流入して前記吸入口側へ還流するようにした、請求項１に記載のブラシレスモータポンプ。
【請求項３】
前記軸受の外周に前記回転軸の軸方向に沿って流体の流路となる複数の溝が設けられ、前記吸入口から流入した流体が、該複数の溝を通過した後前記孔内に流入して前記吸入口側へ還流するようにした、請求項２に記載のブラシレスモータポンプ。
【請求項４】
ブラシレスモータと、
該ブラシレスモータの回転軸に連結されたインペラと、
前記ブラシレスモータと、前記インペラとを収容し、流体を吸入する吸入口と、流体を吐き出す吐き出し口とを有するポンプケーシングと、
前記ポンプケーシングの一部を構成し、前記回転軸を回転自在に軸承する前記ブラシレスモータの軸受を保持するモーターカバーとを備え、
前記モータの回転軸を回転させることにより流体を前記吸入口から吸入し前記吐き出し口から吐き出しするようにしたブラシレスモーターポンプであって、
前記ブラシレスモータは、
複合軟磁性材を一体成形して形成され複数の電機子コイルが巻回されたコアと、該電機子コイル側の面に、コアと同質材からなり、前記回転軸に同心円状に配設されたリング状のティースと、該電機子コイルに給電してモータを駆動し制御する制御基板と、該制御基板に電気的に接続されたターミナルとを有し、前記コアとティースと前記制御基板と前記ターミナルとを樹脂により水密にモールドして形成された固定子部と、
前記コアに前記回転軸の軸方向に空隙及び前記ティースを介して対向配置されたマグネットと該回転軸に固定され該マグネットを保持するヨークとから形成された回転子部とを備え、
前記軸受は水膜により前記回転軸を滑らせる水中軸受である、ブラシレスモータポンプ。
【請求項５】
前記回転軸に軸方向に貫通する孔を設け、前記ポンプの前記吸入口から流入した流体が、前記軸受内周部を通過した後前記孔内に流入して前記吸入口側へ還流するようにした、請求項４に記載のブラシレスモータポンプ。
【請求項６】
前記軸受の外周に前記回転軸の軸方向に沿って流体の流路となる複数の溝が設けられ、前記吸入口から流入した流体が、該複数の溝を通過した後前記孔内に流入して前記吸入口側へ還流するようにした、請求項５に記載のブラシレスモータポンプ。
【請求項７】
車両のエンジンと熱交換器との間で冷却水を循環させるための液冷ユニットを構成する車両用電動ウオーターポンプであり、該車両用電動ウオーターポンプは、
ブラシレスモータと、
該ブラシレスモータの回転軸に連結されたインペラと、
前記ブラシレスモータと、前記インペラとを収容し、流体を吸入する吸入口と、流体を吐き出す吐き出し口とを有するポンプケーシングと、
前記ポンプケーシングの一部を構成し、前記回転軸を回転自在に軸承する前記ブラシレスモータの軸受を保持するモーターカバーとを備え、
前記モータの回転軸を回転させることにより流体を前記吸入口から吸入し前記吐き出し口から吐き出しするようにした車両用電動ウオーターポンプであって、
前記ブラシレスモータは、
複合軟磁性材を一体成形して形成され複数の電機子コイルが巻回されたコアと、該電機子コイル側の面に、コアと同質材からなり、前記回転軸に同心円状に配設されたリング状のティースと、該電機子コイルに電気的に接続されたターミナルとを有し、前記コアとティースとターミナルとを樹脂により水密にモールドして形成された固定子部と、
前記コアに前記回転軸の軸方向に空隙及び前記ティースを介して対向配置されたマグネットと、前記回転軸と、該回転軸に固定され該マグネットを保持するヨークとから形成された回転子部とを備え、
前記軸受は水膜により前記回転軸を滑らせる水中軸受である。
【請求項８】
ブラシレスモータと、
該ブラシレスモータの回転軸に連結されたインペラと、
前記ブラシレスモータと、前記インペラとを収容し、流体を吸入する吸入口と、流体を吐き出す吐き出し口とを有するポンプケーシングと、
前記ポンプケーシングの一部を構成し、前記回転軸を回転自在に軸承する前記ブラシレスモータの軸受を保持するモーターカバーとを備え、
前記モータの回転軸を回転させることにより流体を前記吸入口から吸入し前記吐き出し口から吐き出しするようにしたブラシレスモーターポンプであって、
前記ブラシレスモータは、
複合軟磁性材を一体成形して形成され複数の電機子コイルが巻回されたコアと、該電機子コイル側の面に、コアと同質材からなり、前記回転軸に同心円状に配設されたリング状のティースと、該電機子コイルに電気的に接続されたターミナルとを有し、前記コアとティースとターミナルとを樹脂により水密にモールドして形成された固定子部と、
前記コアに前記回転軸の軸方向に空隙及び前記ティースを介して対向配置されたマグネットと、前記回転軸と、該回転軸に固定され該マグネットを保持するヨークとから形成された回転子部とを備え、
前記回転軸は軸方向に貫通した貫通孔を備え、
前記軸受は水膜により前記回転軸を滑らせる単一の水中軸受であり前記固定子の中心空洞部に配設され、その端面及び外周に流体の流路となる複数の溝が形成されており、前記軸受内周部と軸受外周部を通過した流体が前記回転軸の貫通孔内に流入して前記吸入口側へ還流するようにした、ブラシレスモーターポンプ。
【請求項９】
車両のエンジンと熱交換器との間で冷却水を循環させるための液冷ユニットを構成する車両用電動ウオーターポンプであり、該車両用電動ウオーターポンプは、
ブラシレスモータと、
該ブラシレスモータの回転軸に連結されたインペラと、
前記ブラシレスモータと、前記インペラとを収容し、流体を吸入する吸入口と、流体を吐き出す吐き出し口とを有するポンプケーシングと、
前記ポンプケーシングの一部を構成し、前記回転軸を回転自在に軸承する前記ブラシレスモータの軸受を保持するモーターカバーとを備え、
前記モータの回転軸を回転させることにより流体を前記吸入口から吸入し前記吐き出し口から吐き出しするようにした車両用電動ウオーターポンプであって、
前記ブラシレスモータは、
複合軟磁性材を一体成形して形成され複数の電機子コイルが巻回されたコアと、該電機子コイル側の面に、コアと同質材からなり、前記回転軸に同心円状に配設されたリング状のティースと、該電機子コイルに電気的に接続されたターミナルとを有し、前記コアとティースとターミナルとを樹脂により水密にモールドして形成された固定子部と、
前記コアに前記回転軸の軸方向に空隙及び前記ティースを介して対向配置されたマグネットと、前記回転軸と、該回転軸に固定され該マグネットを保持するヨークとから形成された回転子部とを備え、
前記回転軸は軸方向に貫通した貫通孔を備え、
前記軸受は水膜により前記回転軸を滑らせる単一の水中軸受であり前記固定子の中心空洞部に配設され、その端面及び外周に流体の流路となる複数の溝が形成されており、前記軸受内周部と軸受外周部を通過した流体が前記回転軸の貫通孔内に流入して前記吸入口側へ還流するようにした、車両用電動ウオーターポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は流体ポンプ、特に車両の内燃機関用ラジエータ等の液冷装置に用いて好適な偏平型ブラシレスモーターポンプ及び該偏平型ブラシレスモーターポンプを用いた車両用電動ウオーターポンプユニットに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両に搭載されて用いられる内燃機関用液冷ポンプは、エンジンの回転軸に装着されたプーリの回転をベルトによって当該ポンプに伝送して運転されるものが多かった。このようなポンプはベルト駆動されていたので、取付位置は自ずとエンジンの近くに制限され、取付場所の自由度が少ない為エンジンルーム内に無駄なスペースを生じていた。またエンジンが高回転で回っている場合、必要以上に無駄な流量をもたらし、或いは冷却液が高温の状態でエンジンが停止された場合には、エンジンオイル等の劣化を招いていた。そこで近年、このような所謂ウオーターポンプとして、エンジンで駆動されるポンプとは別にモーターで駆動される電動ポンプを用意し、当該ポンプをモータと一体化した電動ウオーターポンプが採用されてきている。【０００３】
このような電動ウオーターポンプはモーターを動力源としているので、例えばアイドリング停止中などのような、エンジン停止中の場合でも、エンジン内を循環する流体を必要流量に保ち効率の良い冷却を行うことができる。また、エンジンが高回転で回っている場合は、液温に応じた必要な流量で流体を循環してエンジンを冷却することができ、燃費向上の点でも利用価値が高まってきている。【０００４】
従来のモーターポンプとしては例えば特開平５−１０２８６号に開示されているようなものがある。この技術はポンプハウジングとしての非磁性材料で形成されたケーシング内に、羽根(ポンプインペラ)と共通の軸周りにマグネットを装着した回転子を配設している。また、ケーシングを間に挟んで回転子と対向する位置に、回転子磁石の周囲に電機子巻線を施した固定子を配置している。このように、回転子部をポンプハウジング内に装備して、モータとポンプとの間に介在する部品点数を低減しシール性を向上させたものとしている。【０００５】
特許文献１：特開平５−１０２８６号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の技術は、ポンプケーシング内に回転子を配設した構成とすることは可能であるが、ポンプケーシング外に固定子コアと巻線を施す必要があり、更にその固定子への給電や固定子の保持・囲繞を行う構成が必要であり、依然として、小型化、載置性の点で問題がある。更にこのモータは回転子の軸方向に長く構成された筒型の形状を呈しており、車両のエンジンルーム内の無駄なスペースの問題を解消するには至らない。【０００７】
更に上記従来の技術は、回転子をポンプケーシング内に配置した構成ではあるが、軸受部の構成が具現化されてなく、軸受付近で流体の滞留を招く恐れがある。更にケーシングが回転子の軸方向に長くなるため、ポンプ吸入口から吐出口へ流体がスムーズにターン（流れることが）できなくなる。また、回転子が軸方向に長い為、流体の回転子軸、ハブ、回転子磁石からなる回転体に対する抵抗が大きいということと相俟って、モーター体格や消費電力の大きなモーターを必要とするなどの問題が生じる。更に一般にモーターポンプとして構成する場合、軸受部の水密性を工夫する必要があり、その場合には、シール構造に多大な労力を必要としたり、シール部分から液漏れを生じ軸受の故障を生じる等の問題があった。【０００８】
また、キャンドモーターポンプ（CANNED MOTOR PUMP）ポンプのように、ステータなどの導電部を非磁性材からなるキャン（CAN）で液密に囲繞する従来例もあるが、この場合キャン（CAN）の部品点数が増える上、電機子コイルやスイッチング素子等の発熱部を十分に冷却できないという問題がある。【０００９】
本発明は上記従来技術の問題点に顧みてなされたもので、上記従来技術の問題点を解消しうる偏平型ブラシレスモーターポンプ及び該偏平型ブラシレスモーターポンプを用いた車両用電動ウオーターポンプユニットを提供する事を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明は以下の様に構成される。【００１１】
（１）偏平型ブラシレスモーターポンプは、偏平型ブラシレスモータと；該偏平型ブラシレスモータの回転軸に連結されたインペラと；前記偏平型ブラシレスモータと、前記インペラとを収容し、流体を吸入する吸入口と、流体を吐き出す吐き出し口とを有するポンプケーシングと；前記ポンプケーシングの一部を構成し、前記回転軸を回転自在に軸承する前記偏平型ブラシレスモータの軸受を保持するモーターカバーとを備え、前記モータの回転軸を回転させることにより流体を前記吸入口から吸入し前記吐き出し口から吐き出しするようにした偏平型ブラシレスモーターポンプであって、前記偏平型ブラシレスモーターは、
複数の電機子コイルが巻回されたコアと、該電機子コイルに電気的に接続されたターミナルとを有し、前記コアとターミナルを樹脂により水密にモールドして形成された固定子部と、
前記コアに空隙を介して対向配置されたマグネットと、前記回転軸と、該回転軸に固定され該マグネットを保持するヨークとから形成された回転子部とを備え、
前記軸受は水膜により前記回転軸を滑らせる水中軸受である。【００１２】
（２）偏平型ブラシレスモーターポンプは、偏平型ブラシレスモータと；該偏平型ブラシレスモータの回転軸に連結されたインペラと；前記偏平型ブラシレスモータと、前記インペラとを収容し、流体を吸入する吸入口と、流体を吐き出す吐き出し口とを有するポンプケーシングと；前記ポンプケーシングの一部を構成し、前記回転軸を回転自在に軸承する前記偏平型ブラシレスモータの軸受を保持するモーターカバーとを備え、前記モータの回転軸を回転させることにより流体を前記吸入口から吸入し前記吐き出し口から吐き出しするようにした偏平型ブラシレスモーターポンプであって、
前記偏平型ブラシレスモーターは、
複数の電機子コイルが巻回されたコアと、該電機子コイルに給電してモーターを駆動し制御する制御基板と、該制御基板に電気的に接続されたターミナルとを有し、前記コアと前記制御基板と前記ターミナルとを樹脂により水密にモールドして形成された固定子部と、
前記コアに空隙を介して対向配置されたマグネットと、前記回転軸に固定され該マグネットを保持するヨークとから形成された回転子部とを備え、
前記軸受は水膜により前記回転軸を滑らせる水中軸受である。【００１３】
（３）上記（１）または（２）の偏平型ブラシレスモーターポンプにおいて、前記回転軸に軸方向に貫通する孔を設け、前記ポンプの前記吸入口から流入した流体が、前記軸受内周部を通過した後前記孔内に流入して前記吸入口側へ還流するようにした。【００１４】
（４）上記（３）の偏平型ブラシレスモーターポンプにおいて、前記軸受の外周に前記回転軸の軸方向に沿って流体の流路となる複数の溝が設けられ、前記吸入口から流入した流体が、該複数の溝を通過した後前記孔内に流入して前記吸入口側へ還流するようにした。【００１５】
（５）上記（１）または（２）の偏平型ブラシレスモーターポンプにおいて、前記コアは、複合軟磁性材を一体成形して形成されている。【００１６】
（６）上記（５）の偏平型ブラシレスモーターポンプにおいて、前記コアの前記電機子コイル側の面に、コアと同質材からなり、前記回転軸に同心円状に形成されたリング状のアッパーティースを配設した。【００１７】
（７）上記（１）から（６）までのいずれかの偏平型ブラシレスモーターポンプにおいて、前記インペラは樹脂で形成され、前記ヨークに一体にモールド形成された。【００１８】
（８）上記（１）から（６）までのいずれかの偏平型ブラシレスモーターポンプにおいて、前記インペラは樹脂で形成され、前記マグネットのヨークとの当接面を除く部位を被覆すると共に前記ヨークに一体にモールド成形して形成した。【００１９】
（９）車両のエンジンと熱交換器との間で冷却水を循環させるための液冷ユニットを構成する車両用電動ウオーターポンプであり、該車両用電動ウオーターポンプは、
偏平型ブラシレスモータと；該偏平型ブラシレスモータの回転軸に連結されたインペラと；前記偏平型ブラシレスモータと、前記インペラとを収容し、流体を吸入する吸入口と、流体を吐き出す吐き出し口とを有するポンプケーシングと；前記ポンプケーシングの一部を構成し、前記回転軸を回転自在に軸承する前記偏平型ブラシレスモータの軸受を保持するモーターカバーとを備え、前記モータの回転軸を回転させることにより流体を前記吸入口から吸入し前記吐き出し口から吐き出しするようにした車両用電動ウオーターポンプであって、
前記偏平型ブラシレスモーターは、
複数の電機子コイルが巻回されたコアと、該電機子コイルに電気的に接続されたターミナルとを有し、前記コアとターミナルを樹脂により水密にモールドして形成された固定子部と、
前記コアに空隙を介して対向配置されたマグネットと、前記回転軸と、該回転軸に固定され該マグネットを保持するヨークとから形成された回転子部とを備え、
前記軸受は水膜により前記回転軸を滑らせる水中軸受である。【００２０】
上記（１）に記載の偏平型ブラシレスモーターポンプによれば、水密性を必要とする固定子を樹脂でモールドし、且つ軸受を水中軸受で構成したので簡易な構成でモーター内部を液潤構造にすることができるので、電機子コイル等の発熱部を十分冷却可能としてモータ特性を向上でき、モーターポンプとして構成する場合のシール部品、特に軸受部のシール部品も大幅に低減できると共に、軸受と回転軸との摩擦係数が小さくなり軸受寿命が長くなる。更に偏平型のブラシレスモータをコアードタイプ（有鉄心）の電機子で構成したので、トルク特性も一般の筒型コアードモータに比して遜色ない性能を得ることができる。また、軸方向寸法を大幅に低減することで略ラジエータの配管径ほどの偏平型に構成でき、載置性を格段に向上できることはもちろん、ポンプ吸入口から吐出口へのターンがスムーズに流れるようになる。又、回転軸が短いので流体の接触面積が小さく、水の抵抗が少なく筒型のモータに比して消費電力を少なくできる。【００２１】
上記（２）に記載の偏平型ブラシレスモーターポンプによれば、上記（１）の作用に加えて、モーターを駆動する制御基板をモーター内に内臓したので、スイッチング素子等の発熱部の放熱性を向上してモータ駆動部の信頼性を向上でき、且つ、車両等の制御部の構成を簡素化でき、使用性が増し車両等の設計の自由度が向上する。【００２２】
上記（３）に記載の偏平型ブラシレスモーターポンプによれば、回転軸に軸方向に貫通する孔を設け、ポンプの吸入口から流入した流体が回転子と固定子の間を通過して軸受内周部を通過した後、該孔内に流入してポンプの吸入口側へ還流するようにしたので、軸受と回転軸との摺動面の摩擦係数の低減化が図れる。【００２３】
上記（４）に記載の偏平型ブラシレスモーターポンプによれば、軸受の外周に流体の流路となる複数の溝を設けたので、ポンプ吸入口→回転子（ロータ）外周部→固定子と回転子の間隙→軸受外周部→貫通孔に至る流体の循環を形成でき、軸受付近で流体が滞留する恐れがなくポンプ性能を向上できる。【００２４】
上記（５）に記載の偏平型ブラシレスモーターポンプによれば、複合軟磁性材を一体成形して形成したコアを用いているので、積層鋼板に比して軽量化できると共に、コア形状による設計の自由度が向上し特に偏平型モータのようなコア形状の製作性が向上する。この複合軟磁性材は、各々絶縁被覆された軟磁性鉄粉にバインダーを混合して圧粉成形して焼結処理した、焼結コア（圧粉磁心）としているので、渦電流損失が小さく、偏平型モータであってもトルク特性を大幅に向上できるので、筒型コアードモータと比して遜色ないモータ特性を得られる。特に高周波域で鉄損の損失が小さいので、PWM制御等での高調波対策にも有効である。【００２５】
上記（６）に記載の偏平型ブラシレスモーターポンプによれば、コアの磁極面に複合軟磁性材からなるリング状のアッパーティースを配設したので、周方向の磁気的空隙部を充足しトルクリップルやコギングトルクを低減できると共に、三次元的に粒子が絶縁皮膜処理されているので磁束の方向を問わず、電機子コイルとマグネット間の磁路をスムーズに形成するので磁力が向上する。【００２６】
上記（７）に記載の偏平型ブラシレスモーターポンプによれば、インペラを樹脂でロータヨークに一体にモールド形成したので、製作性を向上でき軽量化できる。更にヨークと軸方向間隔を開けずに一体で成形するので、インペラの高さを回転軸と略同長に構成でき偏平化に寄与できるようになる。【００２７】
上記（８）に記載の偏平型ブラシレスモーターポンプによれば、インペラとマグネット装着後の回転子とを樹脂により一体にモールド成形したので、請求項７同様インペラの製作性を向上できると共に軸方向長を短縮できる。更に、仮にマグネットの剥れ、損傷等が生じても、樹脂によりマグネットの保持機能が付加されるので、マグネット飛散の恐れを生じない。【００２８】
上記（９）に記載の車両用電動ウオーターポンプユニットによれば、車両用内燃機関のウオーターポンプユニットとして上記（１）から（８）までのいずれかに記載の偏平型ブラシレスモーターポンプを搭載したので、熱交換器と一体型が図れ配管作業を簡素化できると共に、エンジンルーム内の省スペース化や、設計の自由度が増す。また、エンジン直結型のメカ式ポンプ（エンジンによるベルト駆動による動力ポンプ）の代わりに載置することにより、不必要な流量を低減し最適流量を確保できるので、２〜３％の燃費向上が図れる。
【発明の効果】
【００２９】
このように、本発明によれば、軸受要素を水密にシールする必要がなく、薄型モーターを採用しつつも、モータ特性を向上してポンプ能力を確保し、ラジエータ等への搭載を小スペースで可能にし、ユニットとしての冷却系配管を簡素化できる、偏平型ブラシレスモーターポンプとそれを使用した液冷ユニットを提供する事ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
（実施例）
以下、本発明の実施の形態を添付図に基づいて説明する。【００３１】
図１は本発明のブラシレスモーターポンプの実施例の側面及びその一部内部構造を示す一部破断面図であり、図２Ａはその外観斜視図であり、図２Ｂはその等価回路図である。【００３２】
図１の参照符号１０はブラシレスモーターポンプ１のケーシング（ハウジング）であり、１２、１４はそれぞれケーシング１０に設けられた流体の吸入口、流体の吐出口であり、インペラ（ファン）１６を回転させることにより流体を吸入口１２から吸入し吐出口１４へ流体をターン（流れ）させて吐出口１４から排出させる。インペラ１６は複数枚のブレード１８をハブ２０上に放射状に配設して形成され、モーターのロータ（回転子）ヨーク２２に固定され、ロータヨーク２２と一体に回転する。【００３３】
インペラ１６は金属もしくは耐ロングライフクーラント（耐エチレングリコール）樹脂等で形成される。インペラ１６は金属製の場合は、ロータヨーク２２に溶接等で固着され、樹脂製の場合は後述するようにヨーク２２と一体的に形成される。２４は各々が扇形もしくは円環状に形成され磁極を帯びた複数のマグネット（永久磁石）であり、ヨーク２２に接着剤等で固定される。ヨーク２２を回転軸２６に固着することで、ヨーク２２とマグネット２４と回転軸２６とから成る回転子（ロータ）部２が形成される。【００３４】
参照符号３０は、回転軸２６の軸方向に、マグネット２４と空隙を介して対向するように配置されたコアである。図７Ａに示すように、コア３０においては、円板状のコア基部３４に略扇形状の複数のコア部３２が回転軸２６と同心円状に円周方向に等間隔で突設されて形成されている。更に、絶縁部材３６を介して各コア部３２の周囲には電機子としてのコイル４０が巻回されている（図８参照）。ここでコア部３２の数は、例えば、９個である。コア３０は透磁率の高い珪素鋼板もしくは純鉄粉とバインダーからなる複合軟磁性材料(bonded soft magnetic material)を一体成形して熱処理した焼結コア（圧粉磁心）で形成され、図７Ａに示すように円板状のコア基部３４の上に、略扇形状の複数のコア部３２を設け、各コア部３２の上部に突起部３８を設けてなる。【００３５】
複合軟磁性材料としては、例えば、Mitsubishi Materials社製のＭＢＳ（Mitsubishi Materials Bonded Soft Magnetic Material)を使用する。複合軟磁性材料とは、電気絶縁皮膜処理を施された鉄粉の圧粉成形体であり、従来の鉄粉磁心材料に比べて磁束密度が高く、金属材料の１０００倍の比抵抗を有する。【００３６】
特に本発明のように三次元的形状を有するコア３０としては、１ショットで一体成形できる焼結コアが有益である。しかもこの焼結コアは、積層材と比して軽量化できる上、平均粒径が約８０μｍ〜１００μｍ程度の鉄粉（純鉄粉）に電気絶縁皮膜処理を施して形成されているので、渦電流損失が極めて小さく、磁気特性を向上できる。特に高周波域での渦電流損失は珪素鋼板材よりも優れたものとなり（図７Ｂ参照）、ＰＷＭ制御時等における高調波対策にも有利に作用する。【００３７】
図８に示すように、コア部３２の磁極面に円周方向に配設された電機子コイル４０上を横断するように、コア３０と同質材のリング状のアッパーティース４２が設けられている。アッパーティース４２は、回転軸２６と同心円状に設けられ、コア部３２の突起部３８に対応して複数の嵌合孔４４が円周方向に配置されている。嵌合孔４４はそれぞれコア部３２の対応する突起部３８に嵌合するように設けられている。尚、このアッパーティース４２は必要なモーター出力特性を確保できる場合には省略しても良いが、リング状に連続的に周方向磁路を形成することにより、周方向の磁気的空隙部を充足するため、トルクリップル、コギングトルクを抑える効果を有する。特にアッパーティース４２をコア３０と同質材である複合軟磁性材から構成した場合、加工性が容易になる。【００３８】
更に、複合軟磁性材は、電気絶縁皮膜処理された鉄粉の集合体なので、三次元的に絶縁されており磁気的に等方である（図７Ｃ参照）。よって複合軟磁性材は、磁束の方向を問わないので、自由な磁気回路設計が可能であり、電機子コイル４０とマグネット２４間にスムーズな磁路を形成でき磁力向上が図れる。尚、積層材は２次元的な絶縁性を有する（図７Ｄ）参照）ので、絶縁膜に沿った磁気回路設計が必要となる。【００３９】
コア３０の下方には、電機子コイル４０の終端が、マグネットの位置に応じて順次、通電順序を切り替え可能なように連結されると共に、コネクタ５０を構成するターミナル５２が配設された基板５４が設けられている。尚この実施例ではモータ１は、所謂３相位置センサレスブラシレスモータを構成しており、ターミナル５２は３本設けられ、これらターミナル５２は３本の給電線５６と電気的に接続され、該給電線５６により給電される。そして電機子コイル４０が巻回されアッパーティース４２が配設されたコア３０と、基板５４と、ターミナル５２とを有する固定子部３を、例えばポリエステル樹脂からなるモールド樹脂３７で一体的にモールドして、流体に浸漬可能な構成にしている。【００４０】
図３はポンプ１の底面図であり、モータカバー７０を取り外した状態を示す。図４は、回転子２を回転自在に軸承する軸受６２を示す斜視図であり、図中の矢印は流体の流れを示す。図１，３、４に示すように、固定子３をモールド樹脂３７で成形した後、軸受６２は以下のようにして配設される。即ち、モールド樹脂３７の中心空洞部３８に軸受６２の外周部６６を外嵌し、軸受６２の内周部に回転軸２６を嵌合して回転軸２６の両端をＥリング（止め輪）６８、６８で位置決めすると共に、軸受６２の一端部をモータカバー７０に膨出形成されたリング状の凸部７０aに当接させる。この軸受６２は水中で使用可能な無注水型の水軸受（水中軸受）であり、炭素繊維（カーボンFiber）等で形成される。【００４１】
図３、図４に示すように、軸受６２はその中心部に回転軸の軸方向に沿った回転軸孔６９を有し、更に外周部に回転軸の軸方向に沿った複数の溝７４と、各溝７４の軸方向の両端角部には当該溝７４に連設した端面溝部７５、７５とを有し、これらで流体の流路を形成している。ここで、流体の流路について説明する。図１５は回転子、軸受けの断面図であり矢印で流路を示している。即ち、インペラ１６側から流入した流体（例えば、水）は、図１、図１５中に矢印で示したように、ヨーク２２外周部から固定子部３とマグネット２４の間隙を通り、一部は上方のＥリング（止め輪）６８を介して軸受６２の内周と回転軸２６の隙間（軸受と回転軸との摺動面）７６を下方に流れ、回転軸２６の貫通孔６４に流入して上昇し、インペラ１６側に還流する流路を形成する。もう一方の流路は、同様に、ヨーク２２外周部から固定子部３とマグネット２４の間隙を通り、上方の端面溝部７５から溝７４を通って下方の端面溝部７５を介してモータカバー７０の凸部７０aの内側に流れ、回転軸２６の貫通孔６４に流入して上昇しインペラ１６側に還流する流路を形成する。図１，図１５にはこのような流体の流れを矢印で示している。【００４２】
このような構成により、水膜により回転軸２６を滑らせ、常に流体が循環するので、モータカバー７０の内壁面付近で流体が滞留する恐れを無くしポンプ効率を向上できると共に、軸受部を液密にシールする必要がないので構成が簡単になる。しかもヨーク、マグネットからなる回転子部の軸方向のサイズが短いので、回転体との水の抵抗が小さくなり、消費電力を少なくすることができモータポンプのより小型化を図れる。また、軸受と回転軸はその間の隙間７６内の水膜により滑りが良いため摩擦係数が極めて小さく、軸受としての寿命を大幅に向上できる。【００４３】
図５，６は回転子の構成例を示す断面図である。図５において、インペラ１６は耐熱性を有した耐ロングライフクーラント樹脂（エチレングリコール等のロングライフクーラントに耐えうる樹脂）で構成され、インペラ１６をヨーク２２へモールド樹脂３９により一体的に構成し、その後にマグネット２４をヨーク２２の下面に取り付けしている。ヨーク２２の上側表面には凹凸を設けて樹脂が付着され易いようにしている。このようにしてヨーク一体型インペラを構成出来るので、構成が簡易であり軸方向寸法も小さくできる。【００４４】
図６は回転子の別の構成例を示す断面図である。図６において、インペラ１６は同様に耐熱性を有した耐ロングライフクーラント樹脂で構成され、ヨーク２２の下面にマグネット２４を取付けした後、回転軸２６とヨーク２２との当接部位を除いて、インペラ１６とヨーク２２とマグネット２４とを樹脂３９で一体的にモールドするようにしている。即ち、樹脂３９はヨーク２２の上面のみならず、その側面からマグネット２４の下面、側面をも一体的にモールドしている。
このようにすることで、マグネット２４を、ヨーク２２への非固着面側から被覆して保持することが可能になり、例えば、運転中の振動によるマグネット２４の外れ、損傷等によるマグネット２４の飛散を防止することができる。【００４５】
以上のように構成されたブラシレスモーターポンプの固定子側を、図１に示すようにケーシング１０とモーターカバー７０の外周縁間にシール部材として単一のＯリング８０を介して浅底の皿状のモータカバー７０を被せることにより本発明のブラシレスモーターポンプが完成する。モーター部２，３はポンプケーシング（ハウジング）１０内に収まるので極めて小型化でき、車両への載置性が格段に向上する。更に、固定子、回転子及び軸受を浸漬可能に構成したので、水密性確保のためには単一のＯリング８０を用いれば良く、水密構成を簡素化できる。
しかも従来の筒型コアードモータのように軸方向に長くないので、吸入口から吐出口への流体のターンをスムーズに行うことができ、ポンプ効率の点でも優れたものになる。【００４６】
図９は本発明のモーターポンプとしてのモーター性能曲線を示す図である。図から明らかなように、目標とする有効トルク帯で出力１００Ｗ以上を確保できるので、一般的な車両（例えば、排気量２５００ｃｃ程度までのエンジン）が必要とする冷却水量８０〜１１０Ｌ／ｍｉｎを十分可能とする。【００４７】
以上は本発明のブラシレスモーターポンプの基本的な構成例を示すもので、モーターの駆動回路を構成する制御基板を、モーターポンプの外部、例えば車両の制御部（ＥＣＵユニット）側に載置することで運転可能とした例である。従って、この場合には基板５４は、電機子コイル４０に後述する誘起電圧検出回路を介して接続されたリード線を配線する基板として機能する。図２Ｂはこの場合のモーターポンプ内の等価回路である。他方、モーターとしての使用性、エンジンへの搭載性を向上する上で、モーター制御部をモーター内部の基板に設置することも可能である。【００４８】
図１０はそのようなブラシレスモーターポンプの別の実施例の側面及びその一部内部構造を示す一部破断面図であり、図１３は、モーター制御部等の回路ブロック図である。これらの図において、図１から図９と同一機能の構成要素については同一符号を付してその重複説明は省略する。本実施例においては、各相の電機子コイル４０の終端は、誘起電圧検出素子９５等からなり位相を検出する公知の誘起電圧検出回路９４を介して基板５５に接続されている。誘起電圧検出素子としては本実施例では例えば２個の抵抗９５を直列接続して構成した３組の分圧回路手段を構成している。誘起電圧検出回路９４の他に、基板５５にはスイッチング素子９２等の電子部品９０を搭載して制御基板を構成している。具体的には、基板５５には、磁極位置検出回路９６、複数のスイッチング素子９２から成る出力回路９１、制御回路９８、論理回路９７が搭載されている。該制御基板５５、コア３０、ターミナル５２は樹脂で一体にモールドされて固定子部３を形成している。【００４９】
この実施例では、ＥＣＵ１００と制御基板５５との間は４本のリード線１０２で接続され、これらは２本のモーター給電線１０２ｃ、１０２ｄ、及び２本の信号線、例えば車両等のＥＣＵ１００からの制御信号を送受信する信号線１０２a,１０２bである。２本の信号線は、例えば、ＥＣＵ１００からの指令信号を送信する信号線１０２aと、ＥＣＵ１００が、指令信号に応じたモーター部の駆動信号を受信する信号線１０２bである。このようにモーター制御回路をモーター内部に搭載することで、スイッチング素子等の発熱部の冷却効率が増し信頼性が向上すると共に、車両等の被搭載部におけるＥＣＵ１００の構成を簡素化でき、適用車種や、被搭載部のバリエーションを広く設計することができる。【００５０】
以上のように構成された偏平型ブラシレスモーターポンプの動作について、モーター制御基板５５をモーターポンプ内部に内蔵した例に関して、図１２〜図１３等を用いて説明する。尚、本実施例では回転子が６極、固定子磁極（コア）が９極構成のもので説明するが、これに限定される必要はない。また回転方向や通電パターンは説明するのに便宜上特定したものであり、特にそれらに限定されない。【００５１】
バッテリ１５０で駆動されるＥＣＵ１００は、ポンプ駆動指令を信号線１０２aを介して送信する。モーター内臓の制御回路９８は、ポンプ駆動指令をコネクタ５０，５０、ターミナル５２を介して受信し、そのポンプ駆動指令に基づき出力回路９１へ起動信号を出力し、６個のスイッチング素子９２のオンオフ制御を開始する。【００５２】
起動時は、回転子部２のマグネット２４の位置が特定できないため、任意の相、例えばＵ−Ｖコイルへ通電するリセット運転を実行し、Ｕ１−Ｖ１、Ｕ２−Ｖ２、Ｕ３−Ｖ３コイルを励磁させる。ここで、Ｕ１，Ｕ２---はそれぞれＵ相の電機子コイル、Ｖ１，Ｖ２---はそれぞれＶ相の電機子コイル、Ｗ１，Ｗ２---はそれぞれＷ相の電機子コイルを示す（図１３参照）。すると図１２に示すようにＵ１コイルとＶ１コイルの磁極部にマグネットＳ１、Ｎ１が対峙し、Ｕ２コイルとＶ２コイルの磁極部にマグネットＳ２、Ｎ２が対峙し、同じように図示しないＵ３コイルとＶ３コイルの磁極部にマグネットＳ３、Ｎ３が対峙するようにリセットされ、スイッチングを一端停止する。【００５３】
次に、対峙マグネット２４の位置に基づき制御回路９８は始動用の通電タイミング信号を出力し、本実施例ではＶ−Ｗコイルへ通電する。これにより、Ｖ１−Ｗ１、Ｖ２−Ｗ２、Ｖ３−Ｗ３と各相の３コイルが同時に励磁され、図１２に模式的に示すような磁束が生じる。
尚、図１２では、紙面の裏から表に向かう電流の方向を丸の中にドット（・）のマークで示し、紙面の表から裏に向かう電流の方向を丸の中にクロス（ｘ）のマークで示し、便宜上特定の励磁コイルのみを示す。ここで、Ｖ１コイルが励磁して直近のマグネットＮ１から流入する磁力が生じ、Ｗ１コイルが励磁してマグネットＳ２へ流れる磁力が生じる。同時にＶ２コイルが励磁して直近のマグネットＮ２から流入する磁力が生じ、Ｗ２コイルが励磁してマグネットＳ３へ流れる磁力が生じる。同じように図示しないＶ３−Ｗ３コイルにも磁力が生じ回転子に紙面左方向へ一定方向の力が作用し、次にＶ−Ｕコイルへ通電することにより回転子が次第に増速する。【００５４】
このようにコイルへの通電順序を順次スイッチングすることで、回転子が一定方向に回転する。この間アッパーティース４２には、周方向の磁路が生じ極間の磁気的空隙部を埋める作用が生じるので、コギングトルクやトルクリップルを緩和して磁気特性を向上させる。特にコア３０とアッパーティース４２を共に、三次元的に絶縁皮膜された複合軟磁性材で構成すると、三次元方向に磁束がスムーズに流れ易くなり磁気特性が向上する。かかる状態が継続して一定の回転速度に達すると、マグネット２４と電機子コイル４０により誘起電圧が発生し、その電圧を誘起電圧検出回路９４が読み込む。【００５５】
そして磁極位置検出回路９６が、誘起電圧検出回路９４により検出された各相の誘起電圧の差に相当する相間検出電圧を生成すると共に、その相間検出電圧のゼロクロス点を検出することにより例えば１２０°づつずれたパルス幅１８０°の磁極位置検出信号を論理回路９７に出力する。論理回路９７は６個のスイッチング素子９２を各々オンオフ制御する為の、例えばパルス幅１２０°の通電タイミング信号を生成し、その通電タイミング信号に基づいて、制御回路９８が出力回路９１の各スイッチング素子９２のオンオフ制御を行う。【００５６】
このようにして回転されるインペラ１６により、ポンプケーシングの吸入口１２から吸引された流体は、吐出口１４へ吐き出される。インペラ１６が所定の回転速度に達した後、モーターポンプ１は液温や制御時間に応じた運転が行われ、適宜流量を調整する。この間、一部の流体はヨーク２２外周側からマグネット２４と固定子部３の間隙を通り、一方において軸受６２の内周と回転軸２６との隙間７６に沿って下降して流れ、他方において軸受６２の端面溝部７５から軸受６２の外周部の溝７４に沿って下降し軸受６２の下方の端面溝部７５に流れる。その後、これらの流路を流れた流体は、モータカバー７０の凸部７０ａの内側に流れ、その後、モータカバー７０の内壁面に沿ってリターンし、回転軸２６の貫通孔６４に流入して上昇し、回転軸２６の上端から流出し、インペラ１６側に還流する。こうして軸受６２は、水軸受としての機能を維持する。
尚、上記の動作例では一般的な公知の位置センサレス制御を行なって良く、更にマイクロコンピューターによる回転子位置推定手段等を付加して、適宜回転子の位置検出精度の向上を図っても良い。【００５７】
このように構成されたブラシレスモーターポンプを車両用内燃機関の熱交換器（ラジエーター）部に装着して、車両のエンジンと熱交換器との間で冷却水を循環させるための液冷ユニットを構成する車両用電動ウオーターポンプとした場合について説明する。この場合、図１１に示すようにブラシレスモーターポンプはラジエーター１３０に直結できるようになる。その場合の動作を、エンジンにおける冷却水の流路を模式的に示した図１４Ａ、図１４Ｂを用いて説明する。【００５８】
先ず図１４Ａに示すように、本発明によるブラシレスモーターポンプ１をエンジンによる動力ポンプ１１０と併用した場合について説明する。通常動作中（エンジン作動中）は、エンジン作動により動力ポンプ１１０が機能する。即ち、始動後、冷却水水温がサーモスタット式制御弁１１２のモニター温度（所定温度）に到達するまでは、通路１１４、動力ポンプ１１０、エンジン内流路１１６の経路を通って冷却水がエンジンブロック１１８内を循環する。冷却水水温が所定温度に到達すると、サーモスタット式制御弁１１２が作動し、冷却水は、上側ホース１２０を経由してラジエータ部１３０でファン１３２により冷却された後、モーターポンプ１、下側ホース１２２、動力ポンプ１１０、エンジン内流路１１６の流路を流れる。この時モーターポンプ１は駆動せず、単に冷却水の通過点として機能しそのインペラ１６が遊動（空転）する。ここで、ポンプ１，１１０、通路１１４、１１６、ホース１２０，１２２、弁１１２、ラジエータ部１３０等により液冷ユニットを構成する。【００５９】
そして例えば、アイドリングストップ時、若しくは山岳走行などの高負荷走行後、液温が高い場合などは、サーモスタット式制御弁１１２が上側ホース１２０への流路を確保するように機能し、同時に車両の制御部Ｃ（ＥＣＵ１００）がモーターポンプ１の作動を指令し、冷却水がエンジンブロック１１８から流出しラジエータ部１３０でファン１３２により冷却された後、モーターポンプ１、動力ポンプ１１０、エンジンブロック１１８へと還流する。この時、動力ポンプ１１０はインペラが遊動（空転）する。このようにして液温を制御することが可能となる。【００６０】
次に、エンジンによる動力ポンプ１１０を搭載せずに、本発明のブラシレスモーターポンプ１のみを使用して液冷ユニットを構成する場合を図１４Ｂを用いて説明する。この場合、走行中のエンジン内水温を、温度センサ１３４が検知し、その信号を車両の制御部Ｃ（ＥＣＵ１００）が読み込んで液温が高いか否かを判断する。液温が高ければ、ＥＣＵ１００はポンプ作動の指令をモーターポンプ１へ伝送する。ポンプ作動により冷却水は、エンジンブロック１１８から上側ホース１２０を経由してラジエータ１３０でファン１３２により冷却された後、モーターポンプ１、下側ホース１２２、エンジン内流路１１６に至る流路を還流する。このような予め形成された流路を流体が循環して、液温を適正に調節する。制御部Ｃ（ＥＣＵ１００）は温度センサ１３４が検知する液温に応じて、モーターポンプ１をＯＮ−ＯＦＦ制御すべく指令して良い。他方、液温に応じて例えばセンサ１３４により液温８０℃を読み込んだ場合、モーターへの通電率を例えば５０％程度に抑えて、その後徐々に通電率を増加して行き、やがて１００％の通電率となるように通電率を可変するように指令しても良い。【００６１】
尚、上記実施例では、モータとして軸方向空隙型、所謂アキシャルギャップ型ブラシレスモータを例として説明したが、ラジアルギャップ型ブラシレスモータであっても良い。また、上記実施例では、回転子の位置センサレスモーターを前提として説明したが、モーター内の制御基板に位置センサを設けて樹脂により一体にモールドしても良い。この場合、モーター内に制御基板を内臓したタイプの場合、位置センサリード線をモーター外部へ導出する必要がなくモーター内で処理できるので、制御基板内臓タイプのモーターへ位置センサを装着すると良い。
また、ラジエータ（熱交換器）用途の流体ポンプに限らず他の流体ポンプ用途に用いても良い。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明は、流体ポンプ、特に車両の内燃機関用ラジエータ等の液冷装置に用いて好適な偏平型ブラシレスモーターポンプ及び該偏平型ブラシレスモーターポンプを用いた車両用電動ウオーターポンプユニットにおいて、軸受要素を水密にシールする必要がなく、薄型モーターを採用しつつも、モータ特性を向上してポンプ能力を確保し、ラジエータ等への搭載を小スペースで可能にし、ユニットとしての冷却系配管を簡素化できる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明のブラシレスモーターポンプの実施例の側面及びその一部内部構造を示す一部破断面図である。
【図２Ａ】本発明のブラシレスモーターポンプの実施例の外観斜視図である。
【図２Ｂ】本発明のブラシレスモーターポンプの実施例の等価回路図である。
【図３】本発明のブラシレスモーターポンプの実施例の底面図であり、モータカバーを取り外した状態を示す。
【図４】回転子の軸受を示す斜視図である
【図５】回転子の構成例を示す断面図である。
【図６】回転子の別の構成例を示す断面図である。
【図７Ａ】固定子のコアの外観斜視図である。
【図７Ｂ】焼結コアの渦電流損失を示す特性図である。
【図７Ｃ】コアを形成する複合軟磁性材の磁気的特性を説明するための図である。
【図７Ｄ】コアを形成する積層鋼板材の磁気的特性を説明するための図である。
【図８】固定子のコア及びアッパーディースの一部を示す外観斜視図である。
【図９】本発明のブラシレスモーターポンプの実施例のモーター性能曲線を示す図である。
【図１０】本発明のブラシレスモーターポンプの別の実施例の側面及びその一部内部構造を示す一部破断面図である。
【図１１】本発明のブラシレスモーターポンプをエンジンのラジエーター部に装着した状態を示す外観斜視図である。
【図１２】本発明のブラシレスモーターポンプのモーターの制御動作を説明するための図である。
【図１３】本発明のブラシレスモーターポンプのモーター制御部等の回路ブロック図である。
【図１４Ａ】本発明のブラシレスモーターポンプをエンジンのラジエーター部に装着した状態を示す模式図であり、本発明によるブラシレスモーターポンプをエンジンによる動力ポンプと併用した場合を示す。
【図１４Ｂ】本発明のブラシレスモーターポンプをエンジンのラジエーター部に装着した状態を示す模式図であり、本発明によるブラシレスモーターポンプのみを用いた場合を示す。
【図１５】回転子の構成例を示す断面図であり、流体の流路を示す。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
0004841565.tif 000004
【図３】
0004841565.tif 000005
【図４】
0004841565.tif 000006
【図５】
0004841565.tif 000007
【図６】
0004841565.tif 000008
【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
0004841565.tif 000010
【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８】
0004841565.tif 000013
【図９】
0004841565.tif 000014
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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