(57)【要約】【課題】  作動時に発生するポンプ振動を抑制することができる電動ポンプを提供する。【解決手段】  インペラ１２には、流体に圧力を発生させる６枚の羽根１４が設けられる。また、インペラ１２は、ステータ２２の外周に設けられる円筒状の部分が着磁され、ステータ２２とともに６極のモータを構成する。そして、吐出口１８とインペラ１２の羽根１４との位置関係によって発生する流体の圧力変動（インペラ脈動）が最大となるときにモータのコギングトルクが最小となるように、インペラ１２において、羽根１４に対する着磁位置が調整される。【選択図】        図４
2005344601.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の羽根を有するインペラと、
複数の界磁極を有するロータおよび各々にコイルが巻回された複数の鉄心を有するステータを含むモータ部とを備え、
前記複数の界磁極は、前記複数の界磁極と前記複数の鉄心との磁気作用によって周期的に発生するコギングトルクの第１のピークが前記インペラの回転によって周期的に発生する脈動の第２のピークとずれるように、前記ロータの周方向に形成される、電動ポンプ。
【請求項２】
前記インペラは、ｍ（ｍは２以上の自然数）枚の羽根を有し、
前記モータ部は、ｍ個の界磁極とｍ個の鉄心とを有し、
前記複数の界磁極は、隣接する前記第２のピークの略中央に前記第１のピークが発生するように、前記ロータの周方向に形成される、請求項１に記載の電動ポンプ。
【請求項３】
前記複数の界磁極は、前記コギングトルクの発生周期が前記脈動の発生周期と異なるように、前記ロータの周方向に形成される、請求項１に記載の電動ポンプ。
【請求項４】
前記インペラは、ｍ（ｍは２以上の自然数）枚の羽根を有し、
前記モータ部は、ｎ（ｎはｍと異なる２以上の自然数）個の界磁極を有する、請求項３に記載の電動ポンプ。
【請求項５】
前記インペラは、前記モータ部のロータを構成し、
前記複数の界磁極は、前記インペラを周方向に着磁することによって形成される、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の電動ポンプ。
【請求項６】
前記インペラは、その一部が前記ステータの外周を覆うように設けられ、
前記インペラの一部は、周方向に着磁されることによって前記ロータを構成し、
前記複数の羽根は、前記インペラの回転軸方向における端面の一方に配設される、請求項５に記載の電動ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電動ポンプに関し、特に、複数の羽根を有する羽根車（インペラ）をモータで駆動する電動ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の羽根を有するインペラをモータで駆動する電動ポンプにおいては、流体の吐出口とインペラの羽根との位置関係による圧力変動（以下、この圧力変動を「インペラ脈動」と称する。）やモータのコギングトルクに起因してポンプ振動が発生し、このポンプ振動が構造物に伝搬することによってポンプ騒音が発生する。ここで、コギングトルクとは、ロータに設けられた磁石とステータの鉄心との間の磁力作用によって発生するトルクであり、モータの回転の際にコツコツ感を発生し、電動ポンプにおけるポンプ振動の発生原因となる。
【０００３】
特に、静粛性が要求される車両において、中でもウォーターポンプとして用いられる電動ポンプがエンジン停止中にも作動し得るハイブリッド自動車（Ｈｙｂｒｉｄ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）やエンジンを搭載しない電気自動車（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖｅｈｉｃｌｅ）においては、エンジンの作動音が発生していない状況において電動ポンプからの騒音が相対的に顕著になるため、ポンプ騒音の低減は、重要な課題の１つである。
【０００４】
特許文献１は、液体脈動の発生レベルを低減し、また、脈動に起因する構造物の振動応答を低減できる渦巻ポンプを開示する。この特許文献１によれば、位相を制御した２台の渦巻ポンプによってタンク内の流体脈動に逆位相を持たせ、これらを重ね合わせることによって、脈動レベルが低減される。また、脈動計測センサが配管に設けられ、その測定値を用いて２台の渦巻ポンプの回転位相が位相制御装置により制御される。これによって、液体脈動の発生レベルを低減でき、または、脈動に起因する構造物の振動応答を低減することができる（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平９−６８１５６号公報
【特許文献２】特開２００４−６８６７０号公報
【特許文献３】実開昭６３−０９８４９４号公報
【特許文献４】特開２００３−３３６５９１号公報
【特許文献５】特開平８−２７０５９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１で開示された技術によれば、２台のポンプを備えることが必須の構成となるため、低コスト化や小型化が要求される車両においてはデメリットとなる。また、特許文献１で開示される技術は、各ポンプから発生する脈動を合成することによって液体脈動を低減するものであり、ポンプ振動自体を抑制するものではない。
【０００６】
そこで、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、作動時に発生するポンプ振動を抑制することができる電動ポンプを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明によれば、電動ポンプは、複数の羽根を有するインペラと、複数の界磁極を有するロータおよび各々にコイルが巻回された複数の鉄心を有するステータを含むモータ部とを備え、複数の界磁極は、複数の界磁極と複数の鉄心との磁気作用によって周期的に発生するコギングトルクの第１のピークがインペラの回転によって周期的に発生する脈動の第２のピークとずれるように、ロータの周方向に形成される。
【０００８】
好ましくは、インペラは、ｍ（ｍは２以上の自然数）枚の羽根を有し、モータ部は、ｍ個の界磁極とｍ個の鉄心とを有し、複数の界磁極は、隣接する第２のピークの略中央に第１のピークが発生するように、ロータの周方向に形成される。
【０００９】
好ましくは、複数の界磁極は、コギングトルクの発生周期が脈動の発生周期と異なるように、ロータの周方向に形成される。
【００１０】
好ましくは、インペラは、ｍ（ｍは２以上の自然数）枚の羽根を有し、モータ部は、ｎ（ｎはｍと異なる２以上の自然数）個の界磁極を有する。
【００１１】
好ましくは、インペラは、モータ部のロータを構成し、複数の界磁極は、インペラを周方向に着磁することによって形成される。
【００１２】
好ましくは、インペラは、その一部がステータの外周を覆うように設けられ、インペラの一部は、周方向に着磁されることによってロータを構成し、複数の羽根は、インペラの回転軸方向における端面の一方に配設される。
【発明の効果】
【００１３】
この発明による電動ポンプにおいては、複数の界磁極と複数の鉄心との磁気作用によって周期的に発生するコギングトルクの第１のピークがインペラの回転によって周期的に発生する脈動の第２のピークとずれるように、複数の界磁極がロータの周方向に形成されるので、コギングトルクとインペラの回転による脈動とが同時に発生しない。
【００１４】
したがって、この発明によれば、ポンプ振動が抑制される。また、電動ポンプ自体の振動が抑制されるので、脈動を打消すために２台の電動ポンプを備える必要がなく、ポンプ振動の抑制を低コストで実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００１６】
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による電動ポンプの構成を示す正面図である。
【００１７】
図１を参照して、この実施の形態１による電動ポンプ１０は、インペラ１２と、羽根１４と、回転シャフト１６と、吐出口１８と、アッパーケース２０とを備える。インペラ１２は、回転シャフト１６に固設され、回転シャフト１６と連動して回転軸回りを時計回りに回転する。羽根１４は、インペラ１２に固設され、回転方向に等間隔に６枚配設される。羽根１４は、インペラ１２が回転すると、インペラ１２の中心部近傍から吸い込まれた流体に遠心作用による圧力を発生させる。吐出口１８は、インペラ１２が回転することによって昇圧された流体を外部へ吐き出すための出力口である。アッパーケース２０は、インペラ２０の外周を覆うハウジングである。
【００１８】
この電動ポンプ１０においては、インペラ１２が時計回りに回転すると、インペラ１２に設けられた６枚の羽根１４が水圧を発生させる。そして、隣接する羽根１４の間において昇圧された流体は、吐出口１８から順次出力される。
【００１９】
ここで、吐出口１８から出力される流体には、吐出口１８と羽根１４との位置関係によるインペラ脈動が発生する。この電動ポンプ１０においては、羽根１４が回転方向に等間隔に６枚設けられており、インペラ１２が１回転すると、吐出口１８と羽根１４との位置関係による６回の圧力ピークが周期的に発生する。
【００２０】
図２は、図１に示した電動ポンプ１０における断面ＩＩ−ＩＩの断面図である。なお、この図２では、図１に示したアッパーケース２０については図示していない。
【００２１】
図２を参照して、電動ポンプ１０は、インペラ１２と、羽根１４と、回転シャフト１６と、ステータ２２と、軸受２４と、基板２６とを備える。インペラ１２は、中空構造となっており、ステータ２２を外周側から覆うように配設される。そして、インペラ１２は、後述するように周方向にＮ極／Ｓ極交互に着磁され、ステータ２２に対する外転型のロータを構成する。
【００２２】
ここで、インペラ１２の周方向における着磁位置は、６枚の羽根１４との関係において決定される。すなわち、インペラ１２が着磁されることにより構成されるロータとステータ２２とによって構成されるモータのコギングトルクのピークが、上述した吐出口１８と羽根１４との位置関係に起因して発生するインペラ脈動のピークと重ならないように、インペラ１２の周方向における着磁位置が調整される。
【００２３】
ステータ２２は、電磁特性に優れた電磁鋼板を回転軸方向に積層してかしめることによって構成され、基板２６に固設される。ステータ２２は、図示されないコイルに所定の電流が流されることによって回転磁界を発生し、インペラ１２の着磁部分とともにモータを構成する。回転シャフト１６は、一端がインペラ１２に固設され、他端が軸受２４に支持される。軸受２４は、回転シャフト１６を回転自在に支持する。基板２６は、ステータ２２を固設し、ステータ２２に電流を供給する。
【００２４】
この電動ポンプ１０においては、ステータ２２は、コイルに電流が流されることによって回転磁界を発生する。そうすると、その発生した回転磁界とインペラ１２の着磁部分との磁気作用によってインペラ１２に回転力が発生し、インペラ１２がステータ２２の回りを回転する。これにより、インペラ１２に設けられた６枚の羽根が水圧を発生させる。
【００２５】
図３は、図２に示した電動ポンプ１０における断面ＩＩＩ−ＩＩＩの断面図である。
【００２６】
図３を参照して、インペラ１２は、周方向に交互にＮ極／Ｓ極に着磁された６つの界磁極を有する。ステータ２２は、周方向に６つの鉄心２８を有し、各鉄心２８には、磁界を発生させるためのコイル３０が巻回される。そして、ステータ２２は、各コイル３０に所定順かつ所定方向の電流が流されることによって回転磁界を発生し、この回転磁界とインペラ１２に形成された界磁極との磁気作用によって、インペラ１２がステータ２２の回りを回転する。
【００２７】
ここで、この電動ポンプ１０においては、鉄心２８に巻回されたコイル３０に電流が流れていなくても、インペラ１２に形成された界磁極とステータ２２の鉄心２８との磁力作用によってコギングトルクが発生する。６つの界磁極および６つの鉄心からなるこの電動ポンプ１０においては、インペラ１２が１回転すると、６回のコギングトルクが周期的に発生する。
【００２８】
上記のように、この電動ポンプ１０においては、吐出口１８と羽根１４との位置関係に起因するインペラ脈動と、インペラ１２およびステータ２２によって構成されるモータのコギングトルクとが、ポンプ振動の主な発生原因となる。そして、インペラ脈動またはコギングトルク自体は、ポンプ騒音となり得る大きなポンプ振動までは発生させないところ、インペラ脈動の圧力ピークとコギングトルクのピークとが重なり合って重畳されると、ポンプ騒音となり得る大きなポンプ振動が発生する。そこで、この実施の形態１では、インペラ脈動の圧力ピークとコギングトルクのピークとが重ならないように、インペラ１２において羽根１４の位置と着磁位置との関係が調整される。
【００２９】
図４は、この実施の形態１による電動ポンプ１０におけるインペラ脈動およびコギングトルクの波形図である。なお、ここで示されるインペラ脈動は、吐出口１８と羽根１４との位置関係によってのみ発生する流体の圧力変動である。
【００３０】
図４を参照して、縦軸は、インペラ脈動（ｋＰａ）およびモータのコギングトルク（Ｎ・ｍ）を表わし、横軸は、インペラ脈動のピークが発生するある回転位置を基準位置（位相０度）としたインペラ１２の回転角を表わす。図に示されるように、この電動ポンプ１０においては、回転角が略６０度、略１２０度、略１８０度、略２４０度、略３００度および略３６０度（略０度）のときにインペラ脈動のピークが発生する。一方、コギングトルクは、回転角が略０度〜略６０度、略６０度〜略１２０度、略１２０度〜略１８０度、略１８０度〜略２４０度、略２４０度〜略３００度および略３００度〜略３６０度のときにピークが発生し、インペラ脈動のピークが発生する回転角のときに最小となる。
【００３１】
言い換えると、この電動ポンプ１０においては、インペラ脈動のピーク時にコギングトルクが最小となるように、インペラ１２において、羽根１４に対する着磁位置（磁極位置）が調整される。したがって、この電動ポンプ１０においては、インペラ脈動の圧力ピークとコギングトルクのピークとが重なりあうことによる大きなポンプ振動が発生することはない。
【００３２】
以上のように、この実施の形態１によれば、インペラ１２に形成される界磁極とステータ２２とによって構成されるモータのコギングトルクがインペラ脈動と重ならないようにインペラ１２の着磁位置を調整したので、コギングトルクとインペラ脈動とが同時に発生することはなく、ポンプ振動が抑制される。
【００３３】
［実施の形態２］
図５は、この発明の実施の形態２による電動ポンプの構成を示す正面図である。
【００３４】
図５を参照して、この実施の形態２による電動ポンプ１０Ａは、実施の形態１による電動ポンプ１０の構成において、インペラ１２に代えてインペラ１２Ａを備える。インペラ１２Ａは、回転方向に等間隔に配設された９枚の羽根１４を有する。電動ポンプ１０Ａのその他の構成は、実施の形態１による電動ポンプ１０と同じである。
【００３５】
したがって、この電動ポンプ１０Ａにおいては、インペラ１２Ａが１回転すると、吐出口１８と羽根１４との位置関係による９回の圧力ピークが周期的に発生する。一方、インペラ１２Ａは、周方向に交互にＮ極／Ｓ極に着磁された６つの界磁極を有し、図示されないステータ２２は、周方向に６つの鉄心２８を有するので、この電動ポンプ１０Ａにおいても、実施の形態１による電動ポンプ１０と同様に、インペラ１２Ａが１回転すると、６回のコギングトルクが周期的に発生する。
【００３６】
すなわち、この電動ポンプ１０Ａにおいては、インペラ脈動とコギングトルクとの発生周期が異なるように設計されている。
【００３７】
図６は、この実施の形態２による電動ポンプ１０Ａにおけるインペラ脈動およびコギングトルクの波形図である。なお、図４と同様に、ここで示されるインペラ脈動も、吐出口１８と羽根１４との位置関係によってのみ発生する流体の圧力変動である。
【００３８】
図６を参照して、縦軸は、インペラ脈動（ｋＰａ）およびモータのコギングトルク（Ｎ・ｍ）を表わし、横軸は、インペラ脈動のピークが発生するある回転位置を基準位置（位相０度）としたインペラ１２Ａの回転角を表わす。インペラ脈動については、回転角が０度〜３６０度の間で等間隔に９回のピークが発生する。一方、コギングトルクについては、回転角が０度〜３６０度の間で等間隔に６回のピークが発生する。
【００３９】
したがって、図に示されるように、この電動ポンプ１０Ａにおいては、インペラ脈動のピークとコギングトルクのピークとが重なりあうことがない。この電動ポンプ１０Ａにおいては、実施の形態１における電動ポンプ１０のように、インペラ脈動のピーク時にコギングトルクが最小となるものではないが、少なくともインペラ脈動のピークとコギングトルクのピークとが重ならないので、ポンプ振動を抑制することができる。
【００４０】
以上のように、この実施の形態２によれば、インペラ１２Ａに形成される界磁極の数がインペラ１２Ａにおける羽根の枚数と異なるようにインペラ１２の着磁位置を調整し、モータのコギングトルクの発生周期がインペラ脈動の発生周期と異なるようにしたので、コギングトルクのピークとインペラ脈動のピークとが同時に発生することはなく、ポンプ振動が抑制される。
【００４１】
なお、上記の実施の形態１において、羽根１４の枚数および磁極数は６としたが、これらの数はこれに限られるものではない。また、上記の実施の形態２においても、羽根１４の枚数および磁極数の関係は、上記の数に限られるものではなく、それぞれの数が異なっていれば、ポンプ振動の抑制効果が期待できる。
【００４２】
また、上記の各実施の形態においては、インペラ１２，１２Ａに形成される磁極数とステータ２２の鉄心数とは、いずれも同数の６としたが、これらの数は異なってもよい。磁極数とステータ２２の鉄心数とが異なるときは、これらの数の最小公倍数のコギングトルクがモータ１回転あたり発生し、また、コギングトルクの大きさは、モータ１回転あたりのコギングトルクの発生回数に反比例するので、ポンプ振動を抑制できる。
【００４３】
また、上記の各実施の形態においては、インペラ１２，１２Ａが着磁されてロータを構成するものとしたが、電動ポンプの構成はこのような構成に限られるものではなく、インペラとモータとを別個に構成し、インペラとロータとを回転シャフトで接続するようにしてもよい。さらに、上記の各実施の形態においては、ロータ（インペラ１２，１２Ａ）がステータ２２の外周に設けられる外転型のモータ構成としたが、この発明の適用範囲は、外転型のモータに限られるものではなく、ロータがステータの内周側に設けられる内転型のモータも含む。
【００４４】
また、上記の各実施の形態における電動ポンプ１０，１０Ａは、たとえば、近年大きく注目されているハイブリッド自動車や電気自動車などにおいて好適である。すなわち、このような車両においては、静粛性、低コスト化および小型化が要求されるところ、この電動ポンプ１０，１０Ａによれば、ポンプ振動が抑制されるので、ハイブリッド自動車におけるエンジン停止時などウォーターポンプからの騒音が顕著になり得る状況においても、静粛性を確保できる。また、この電動ポンプ１０，１０Ａによれば、インペラの着磁位置を調整するという簡易な方法を用いるので、ポンプ振動の抑制を低コストで実現できる。さらに、この電動ポンプ１０，１０Ａによれば、電動ポンプ自体の振動が抑制されるので、互いの振動（脈動）を打消すために２台の電動ポンプを備える必要がなく、車両の低コスト化および小型化に寄与する。
【００４５】
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】この発明の実施の形態１による電動ポンプの構成を示す正面図である。
【図２】図１に示す電動ポンプにおける断面ＩＩ−ＩＩの断面図である。
【図３】図２に示す電動ポンプにおける断面ＩＩＩ−ＩＩＩの断面図である。
【図４】この実施の形態１による電動ポンプにおけるインペラ脈動およびコギングトルクの波形図である。
【図５】この発明の実施の形態２による電動ポンプの構成を示す正面図である。
【図６】この実施の形態２による電動ポンプにおけるインペラ脈動およびコギングトルクの波形図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０，１０Ａ  電動ポンプ、１２，１２Ａ  インペラ、１４  羽根、１６  回転シャフト、１８  吐出口、２０  アッパーケース、２２  ステータ、２４  軸受、２６  基板、２８  鉄心、３０  コイル。
【図１】
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【図２】
2005344601.tif 000004
【図３】
2005344601.tif 000005
【図４】
2005344601.tif 000006
【図５】
2005344601.tif 000007
【図６】
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