(57)【要約】【課題】  本明細書では、インペラとケーシングとが接触することを抑制しつつ、ポンプ効率の低下を抑制する電動ポンプを提供する。【解決手段】  電動ポンプには、インペラ２８の外周面２８ａとケーシングの内周面１４ａとの間に、流体が流れる渦室２４が形成されている。渦室２４は、位置２４ａにおいて、外周面２８ａと内周面１４ａとの間隔が最も狭くなっている。シャフト４４には、他の部分よりも剛性が低い低剛性部分が設けられている。低剛性部分は、電動ポンプの作動時に、シャフト４４を上方から見たときのシャフト４４の中心点４４ｃが、位置２４ａにおける外周面２８ａの接線Ｌ１と平行であってシャフト４４の中心点４４ｃを通過する直線Ｌ２上、又は、直線Ｌ２によって分割される２個の領域のうち、位置２４ａとは反対側の領域Ｓ１に移動するように形成されている。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ室とポンプ室を形成しているケーシングと、
前記ケーシングに設けられている支持部に下端側が支持されているシャフトと、
前記シャフトの周りを回転するロータと、
前記ロータの上端側に取り付けられており、前記ポンプ室に回転可能に収容されているインペラと、
前記モータ室において、前記ロータの外周側に配置されているステータと、を備える電動ポンプであって、
前記ポンプ室には、前記インペラの外周面と前記ケーシングの内周面との間に、流体が流れる渦室が形成されており、
前記渦室は、前記インペラの周方向における特定の位置において、前記インペラの外周面と前記ケーシングの内周面との間隔が最も狭くなっており、
前記支持部と前記シャフトの少なくとも一方の部材には、当該部材の他の部分よりも剛性が低い低剛性部分が設けられており、
前記低剛性部分は、前記電動ポンプの作動時に、前記シャフトを上方から見たときの前記シャフトの中心点が、前記特定の位置における前記インペラの外周面の接線と平行であって前記シャフトの中心点を通過する特定の直線上、又は、前記特定の直線によって分割される２個の領域のうち、前記特定の位置とは反対側の領域に移動するように形成されている、電動ポンプ。
【請求項２】
前記低剛性部分は、前記シャフトの前記下端側に形成されており、
前記他の部分は、前記シャフトの前記上端側に形成されている、請求項１に記載の電動ポンプ。
【請求項３】
前記低剛性部分では、前記シャフトの軸方向に垂直な方向の断面積が、前記シャフトの前記他の部分よりも小さい、請求項２に記載の電動ポンプ。
【請求項４】
前記低剛性部分は、前記シャフトの前記他の部分よりも弾性係数が小さい材料で形成されている弾性部材を有する、請求項２又は３に記載の電動ポンプ。
【請求項５】
前記低剛性部分は、前記支持部の一部に形成されている、請求項１から４のいずれか一項に記載の電動ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、電動ポンプを開示する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、シャフトとインペラとプーリを備えるポンプが開示されている。インペラは、シャフトの一端に取り付けられている。プーリは、シャフトの他端に取り付けられている。シャフトは、軸受によって回転可能に支持されている。シャフトには、プーリと軸受との間に、シャフトの他の部分よりも断面積が小さい低剛性の可撓部が設けられている。このポンプでは、プーリに巻着されたベルトに張力を負荷することによって、プーリを回転させる。プーリが回転するとシャフトが軸受に対して回転し、その結果、インペラが回転する。
【０００３】
ベルトに張力が負荷されると、シャフトに曲げモーメントが作用する。このとき、可撓部が撓むことによって、軸受付近のシャフトの曲げモーメントが緩和される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２６１１９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ポンプが作動すると、シャフトは、流体圧や振動等の外力を受けて撓む。この結果、シャフトに取り付けられているインペラは、シャフトの変形に追従して移動する。これにより、インペラは、インペラを収容しているケーシングに接触する可能性がある。インペラがケーシングに接触すると、インペラとケーシングとの摩擦力によって、インペラの回転が妨げられ、ポンプ効率が低下する。一方、インペラとケーシングとの接触を防止するために、インペラとケーシングとの隙間を大きくすると、流体の昇圧が妨げられ、ポンプ効率が低下する。本明細書では、インペラとケーシングとが接触することを抑制することによって、ポンプ効率の低下を抑制する電動ポンプを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書によって開示される電動ポンプは、ケーシングと、シャフトと、ロータと、インペラと、ステータを備える。ケーシングは、モータ室とポンプ室を形成している。シャフトの下端側は、ケーシングに設けられている支持部に支持されている。ロータは、シャフトの周りを回転する。インペラは、ロータの上端側に取り付けられており、ポンプ室に回転可能に収容されている。ステータは、モータ室において、ロータの外周側に配置されている。ポンプ室には、インペラの外周面とケーシングの内周面との間に、流体が流れる渦室が形成されている。渦室は、インペラの周方向における特定の位置において、インペラの外周面とケーシングの内周面との間隔が最も狭くなっている。支持部とシャフトの少なくとも一方の部材には、当該部材の他の部分よりも剛性が低い低剛性部分が設けられている。低剛性部分は、電動ポンプの作動時に、シャフトを上方から見たときのシャフトの中心点が、上記の特定の位置におけるインペラの外周面の接線と平行であってシャフトの中心点を通過する特定の直線上、又は、上記の特定の直線によって分割される２個の領域のうち、上記の特定の位置とは反対側の領域に移動するように形成されている。
【０００７】
電動ポンプの作動時にシャフトが流体圧や振動等の外力を受けると、シャフトは支持部に支持された状態で変形する。上記の電動ポンプでは、低剛性部分を設けているため、シャフトを上方から見たときに、シャフトの中心点が、上記の特定の直線上又は上記の特定の位置とは反対側の領域に移動するように、シャフトが変形する。この結果、インペラは、シャフトの変形に追従して移動する。即ち、インペラは、上記の特定の位置におけるインペラの外周面とケーシングの内周面との間隔が小さくなる方向には移動しない。この結果、上記の特定の位置、即ち、インペラの外周面とケーシングの内周面との間隔が最も小さい位置において、インペラの外周面とケーシングの内周面とが接触することを防止することができる。この構成によれば、シャフトの変形を考慮して、上記の特定の位置におけるインペラの外周面とケーシングの内周面との間隔を、大きくせずに済む。これにより、ポンプ効率の低下を抑制することができる。
【０００８】
低剛性部分は、シャフトの下端側に形成されていてもよい。他の部分は、シャフトの上端側に形成されていてもよい。この構成によれば、シャフトが外力を受けた場合に、低剛性部分であるシャフトの下端側が撓むことによって、シャフトの他の部分が撓むことを抑制することができる。この結果、シャフトのロータ内を通過している部分が撓むことを抑制することができる。これにより、シャフトとロータとが強く当ることを抑制することができる。
【０００９】
低剛性部分では、シャフトの軸方向に垂直な方向の断面積が、シャフトの他の部分よりも小さくてもよい。あるいは、低剛性部分は、シャフトの他の部分よりも弾性係数が低い材料で形成されている弾性部材を有していてもよい。
【００１０】
低剛性部分は、支持部の一部に形成されていてもよい。この構成によれば、シャフトが外力を受けた場合に、支持部に設けられた低剛性部分が変形するために、支持部がシャフトを強固に支持する構成と比較して、シャフトが撓むことを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施例の電動ポンプの概略縦断面図を示す。
【図２】シャフトが撓んだ状態を表す概要図を示す。
【図３】シャフトの中心点の移動の状態を説明するための図を示す。
【図４】第２実施例の電動ポンプの概略縦断面図を示す。
【図５】第２実施例の細径部の断面形状を示す。
【図６】第３実施例の電動ポンプの概略縦断面図を示す。
【図７】第４実施例の電動ポンプの概略縦断面図を示す。
【図８】第４実施例の低剛性部分の断面形状を示す。
【図９】変形例の空隙の断面形状を示す。
【図１０】変形例の空隙の断面形状を示す。
【図１１】変形例の細径部の断面形状を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（第１実施例）
本実施例の電動ポンプ１０は、自動車のエンジンルーム内に設置され、エンジンやインバータ等を冷却する冷却水を循環するために用いられる。図１に示すように、電動ポンプ１０は、ポンプ部２０と、モータ部４０を備える。電動ポンプ１０の外壁は、ケーシング１２によって構成されている。
【００１３】
ポンプ部２０は、ケーシング１２のうちの上側ケーシング１４内に形成されている。ポンプ部２０は、上側ケーシング１４によって形成されるポンプ室２６を有している。ポンプ室２６には、ケーシング１２に形成された吸入口２２と吐出口（図示省略）が接続されている。吸入口２２は、ポンプ室２６の上端に接続されている。吐出口は、ポンプ室２６の外周の接線方向に伸びている。ポンプ室２６内には、回転体３０のインペラ２８が配置されている。インペラ２８は、上方から見ると円形を有しており、側面から見ると上面が外周から中心に向かって、上方に傾斜している。インペラ２８の上面には、一定の間隔で複数枚の羽根が形成されている。
【００１４】
インペラ２８の外周面２８ａは、上側ケーシング１４の内周面１４ａと対向している。外周面２８ａと内周面１４ａとの間には、渦室２４が形成されている。図３は、上側ケーシング１４の内周面１４ａを上方から見た場合の模式図を示す。図３に示すように、渦室２４の幅（外周面２８ａと内周面１４ａとの間隔）は、位置２４ａにおいて、最も小さくなっている。渦室２４の幅は、インペラ２８の回転方向Ｒに進むに従って、徐々に大きくなっている。渦室２４は、渦室２４の幅が最大となる位置において、吐出口と接続されている。
【００１５】
図１に示すように、モータ部４０は、ポンプ部２０の下方に配置されている。モータ部４０は、ケーシング１２のうちの下側ケーシング１６内に形成されている。モータ部４０は、下側ケーシング１６によって形成されるモータ室４８を有している。モータ部４０は、シャフト４４と、ロータ４２と、ステータ４６を備えている。シャフト４４の下端部は、下側ケーシング１６の支持部５２に固定されている。支持部５２は、シャフト４４の下端部を、シャフト４４の周方向に一巡して、シャフト４４を支持している。シャフト４４は、ケーシング１２内を上下方向に伸びており、その先端はポンプ室２６内に達している。
【００１６】
シャフト４４には、下端から上方に向かって伸びている空隙４４ａが形成されている。空隙４４ａの断面（シャフト４４の軸方向に垂直な方向の断面）は、円形である。空隙４４ａが形成されている長さ範囲４４ｂは、シャフト４４の他の部分と比較して、剛性が低い。以下では、シャフト４４の長さ範囲４４ｂの部分を、低剛性部分４４ｂと呼ぶ。
【００１７】
図３に示すように、低剛性部分４４ｂにおいて、シャフト４４の軸方向に垂直な方向の断面を見たとき、空隙４４ａ（破線で示されている）の断面の中心Ｘ１は、直線Ｌ２上に位置する。中心Ｘ１は、シャフト４４の中心点４４ｃから右側にオフセットされている。なお、変形例では、中心Ｘ１は、領域Ｓ１に位置していてもよい。領域Ｓ１とは、電動ポンプ１０の停止時において、位置２４ａ（渦室２４の幅が最小の位置）におけるインペラ２８の接線Ｌ１に平行であり、かつ、シャフト４４の中心点４４ｃを通過する直線Ｌ２によって分割される２個の領域のうち、位置２４ａを含まない領域である。なお、領域Ｓ２は、直線Ｌ２によって分割される２個の領域のうちの位置２４ａを含む領域である。
【００１８】
シャフト４４には、回転体３０が回転可能に取り付けられている。回転体３０は、インペラ２８とロータ４２を備えている。円筒形状のロータ４２は、インペラ２８の下方に設けられ、モータ室４８内に配置されている。ロータ４２は、磁性材料によって形成されており、周方向に複数の磁極を有するように磁化処理が施されている。インペラ２８とロータ４２とは一体に連結されている。このため、ロータ４２が回転すると、インペラ２８も回転する。ステータ４６は、ロータ４２の外周側に配置され、ロータ４２と対向している。ステータ４６は、駆動回路（図示省略）を介して、図示しない外部電源（例えば、車両に搭載されているバッテリ）に接続されている。
【００１９】
次に、電動ポンプ１０の動作について説明する。駆動回路からステータ４６に電力が供給されると、ロータ４２がシャフト４４の回りを回転する。この結果、インペラ２８が回転し、冷却水が吸入口２２よりポンプ室２６内に吸引される。ポンプ室２６内に吸引された冷却水は、インペラ２８の回転によって昇圧され、吐出口からケーシング１２外へ吐出される。
【００２０】
電動ポンプ１０の動作時には、冷却水の水圧、振動、ロータ４２の偏心等により、シャフト４４に外力が負荷される。シャフト４４は、下端が支持部５２に支持された片持ち梁の状態である。このため、シャフト４４が外力を受けると、支持部５２に支持された部分が片持ち梁の固定端となって、シャフト４４は撓む。
【００２１】
シャフト４４は、低剛性部分４４ｂを有している。シャフト４４の軸方向に垂直な方向の断面を見たとき、低剛性部分４４ｂの空隙４４ａの中心Ｘ１は、直線Ｌ２上（図３参照）に、中心点４４ｃからオフセットされた位置に形成されている。このため、シャフト４４は、その中心点４４ｃが、直線Ｌ２上（変形例では領域Ｓ１内）に移動するように撓む。この結果、インペラ２８は、中心点４４ｃの移動に伴って移動する。インペラ２８は、位置２４ａにおける上側ケーシング１４の内周面１４ａに接近しない方向（即ち、接線Ｌ１と平行な方向（変形例では位置２４ａから離間する方向））に移動する。この構成によれば、シャフト４４の撓みを考慮して、位置２４ａにおける渦室２４の幅を大きく設定する必要がない。渦室２４の最小幅を小さく維持することができるため、渦室２４の幅を大きく設定する場合と比較してポンプ効率を向上させることができる。
【００２２】
図２に示すように、シャフト４４が撓むと、シャフト４４は、当接位置ＣＰ１，ＣＰ２において、回転体３０と当接する。シャフト４４の下端部に低剛性部分４４ｂが形成されているため、シャフト４４は、支持部５２付近の低剛性部分４４ｂで大きく撓む。この結果、回転体３０の貫通孔３０ａ内に位置するシャフト４４の曲げモーメントが緩和される。この構成によれば、貫通孔３０ａ内に位置するシャフト４４の撓み量を抑制することができる。
【００２３】
仮に、貫通孔３０ａ内に位置するシャフト４４の撓み量が大きくなると、当接位置ＣＰ１、ＣＰ２と、シャフト４４を挟んで反対側においても、シャフト４４と回転体３０とが当接することとなる。この結果、シャフト４４と回転体３０との摺動抵抗が高くなり、回転体３０の回転が阻害される事態が生じる可能性がある。電動ポンプ１０では、このような事態の発生を抑制することができる。
【００２４】
（第２実施例）
第１実施例と異なる点について説明する。図４に示すように、第２実施例の電動ポンプ１００は、シャフト１４４の形状が、シャフト４４と異なる。シャフト１４４には、空隙４４ａが形成されていない一方、細径部１４４ａが形成されている。細径部１４４ａは、支持部５２の上方であって、貫通孔３０ａの下端側に配置されている。細径部１４４ａは、シャフト１４４の他の部分の直径よりも小さい円柱である。
【００２５】
図５に示すように、細径部１４４ａの中心Ｘ２は、領域Ｓ２内（位置２４ａ側の領域）内に位置する。また、中心Ｘ２は、シャフト１４４の中心点１４４ｃよりも左側（即ち渦室２４の幅が狭い側）に近づくようにオフセットされている。なお、変形例では、中心Ｘ２は、直線Ｌ２上であってもよい。但し、中心Ｘ２と中心点１４４ｃとは一致していなくてもよい。細径部１４４ａが位置する部分は、シャフト１４４の他の部分よりも剛性が低い（以下では「低剛性部分１４４ｂ」と呼ぶ）。
【００２６】
電動ポンプ１００の動作時にシャフト１４４に外力が負荷されると、シャフト１４４は、低剛性部分１４４ｂにおいて、大きく撓む。細径部１４４ａの中心Ｘ２が領域Ｓ２側（変形例では直線Ｌ２上）に位置しているため、シャフト１４４を上方から見たときに、シャフト１４４の中心点１４４ｃが、直線Ｌ２上又は領域Ｓ１内に移動するように撓む。このことから、電動ポンプ１００は、電動ポンプ１０と同様の効果を奏することができる。
【００２７】
（第３実施例）
第２実施例と異なる点について説明する。図６に示すように、第３実施例の電動ポンプ２００は、シャフト２４４の形状が、シャフト１４４と異なる。シャフト２４４に、細径部１４４ａと同様の細径部２４４ａが形成されている。細径部２４４ａの周囲には、弾性部材２４４ｂが配置されている。弾性部材２４４ｂは、弾性変形可能なゴム、アルミニウム等のシャフト２４４よりも弾性係数が小さい材料で形成されている。細径部２４４ａと低剛性部材２４４ｂとによって構成される部分を、シャフト２４４の他の部分よりも剛性が低い（以下では「低剛性部分２４４ｃ」と呼ぶ）。電動ポンプ２００は、電動ポンプ１００と同様の効果を奏することができる。
【００２８】
（第４実施例）
第１実施例と異なる点について説明する。図７に示すように、第４実施例の電動ポンプ３００は、シャフト３４４と支持部３５２のそれぞれが、シャフト４４と支持部５２のそれぞれと異なる。シャフト３４４の下端部には、空隙が形成されていない。即ち、シャフト４４は、中実の円柱形状を有している。
【００２９】
支持部３５２には、シャフト３４４の軸方向に垂直な方向の断面を見たとき、低剛性部分３５２ａが形成されている。図８に示すように、低剛性部分３５２ａは、領域Ｓ１内に形成されている。なお、図８では、支持部３５２のうち、低剛性部分３５２ａのみを抜き出して示されている。低剛性部分３５２ａは、シャフト３４４に外周面に接触している。低剛性部分３５２ａは、弾性変形可能なゴム等の支持部３５２の他の部分よりも弾性係数が小さい材料で形成されている。電動ポンプ３００は、電動ポンプ１００と同様の効果を奏することができる。
【００３０】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
【００３１】
（１）第１実施例のシャフト４４の空隙４４ａには、シャフト４４よりも弾性係数が小さい材料が充填されていてもよい。
【００３２】
（２）上記の各実施例では、シャフト４４等と支持部５２等の一方のみに、低剛性部分４４ｂ等が形成されている。しかしながら、例えば、シャフト４４と支持部３５２とを備える電動ポンプのように、シャフト４４等と支持部５２等の両方に、低剛性部分が設けられていてもよい。
【００３３】
（３）上記の第２，３実施例では、細径部１４４ａ，２４４ｂは、シャフト１４４，２４４の他の部分と同一の材質で作製されている。しかしながら、細径部１４４ａ，２４４ｂは、シャフト１４４，２４４の他の部分よりも弾性係数の低い材料で作製されていてもよい。この場合、低剛性部材２４４ｂは、
【００３４】
（４）上記の第１実施例では、低剛性部分４４ｂにおいて、シャフト４４の軸方向に垂直な方向の断面を見たとき、空隙４４ａの断面の中心は、図３に示す領域Ｓ１内に位置する。しかしながら、空隙４４ａは、低剛性部分４４ｂにおいて、領域Ｓ１に位置する部分の剛性が、領域Ｓ２に位置する部分の剛性よりも小さくなるように形成されていてもよい。第２，３の実施例の構成でも同様に、低剛性部分１４４ｂ，２４４ｃでは、領域Ｓ１に位置する部分の剛性が、領域Ｓ２に位置する部分の剛性よりも低くなるように形成されていてもよい。
【００３５】
（５）上記の第１実施例では、空隙４４ａの断面は、円形である。しかしながら、空隙４４ａの断面は、円形に限られない。空隙４４ａの断面は、四角形等の多角形であってもよい。あるいは、図９に示すように、図空隙４４ａの断面は、楕円形であってもよい。
【００３６】
（６）上記の第１実施例では、空隙４４ａの中心Ｘ１は、直線Ｌ２上に位置する。しかしながら、図１０に示すように、中心Ｘ１は、領域Ｓ１内に位置していてもよい。
【００３７】
（７）上記の第２実施例の細径部１４４ａは、円柱でなくてもよい。例えば、図１１に示すように、細径部１４４ａは、シャフト１４４の他の部分と比較して、領域Ｓ１内の一部に切欠が形成されている形状であってもよい。一般的に言うと、細径部１４４ａは、シャフト１４４の他の部分と比較して、外周長が短くてもよい。また、細径部１４４ａは、シャフト１４４の軸方向に垂直な方向の断面を見たとき、領域Ｓ２内に形成されていてもよい。細径部２４４ａも同様である。
【００３８】
（８）また、シャフト３４４の軸方向に垂直な方向の断面を見たとき、低剛性部分３５２ａの一部は、図８の領域Ｓ２内に形成されていてもよい。シャフト３４４に負荷せれる外力によって、シャフト３４４から支持部３５２に押圧力が作用して、低剛性部分３５２ａが弾性変形する際に、シャフト３４４を上方から見たときのシャフト３４４の中心点が、直線Ｌ２に沿って又は領域Ｓ１に移動するように、低剛性部分３５２ａを形成してもよい。
【００３９】
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００４０】
１０，１００，２００，３００：電動ポンプ、１２：ケーシング、２４：渦室、２４ａ：位置、２６：ポンプ室、２８：インペラ、４２：ロータ、４４，１４４，２４４，３４４：シャフト、４４ａ：空隙、４４ｂ，１４４ｂ，２４４ｃ：低剛性部分、４４ｃ：中心点、４６：ステータ、４８：モータ室、５２，３５２：支持部
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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