(57)【要約】【課題】高トルク化を可能にし、インペラに加わる流体によって回り続けようとする力を低減でき、インペラの回転を応答性の高いものにすることができる非容積型電動ポンプを提供する。【解決手段】流入口２３及び流出口２４を有したポンプハウジング２１内に回転軸２５に固着されたインペラ２２が回転可能に収容されている。インペラ２２の底面２２ａには、円盤状の永久磁石２９が固着されている。ポンプハウジング２１の底壁２１ａには、モータハウジング３１が連結されている。モータハウジング３１内には、永久磁石２９とでアキシャルギャップ型のモータを構成する電機子３２を収容する。電機子３２は、複数のコア３３が永久磁石２９に対向する面に回転磁界を発生する。永久磁石２９はこの回転磁界によって回転する。永久磁石２９の回転によって、インペラ２２は回転軸２５の中心軸線を中心に回転する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流入口及び流出口を有したポンプハウジング内に回転可能に収容されたインペラを、電機子と永久磁石との電磁作用により回転させることで、流体を前記流入口から流入し前記流出口から吐出させる非容積型電動ポンプあって、
前記永久磁石は、前記インペラの回転中心軸に対して軸方向に向く異なる磁極が周方向に交互に形成され、前記インペラと前記インペラに固着された回転軸とともに一体回転可能に設けられ、
前記電機子は、前記ポンプハウジング外に設けるとともに、前記永久磁石と前記軸方向に対向するように配置されていることを特徴とする非容積型電動ポンプ。
【請求項２】
請求項１に記載の非容積型電動ポンプにおいて、
前記ポンプハウジングは、非磁性部材で形成され、
前記永久磁石は、前記ポンプハウジング内に配置され、
前記電機子は、前記ポンプハウジングの底壁を一部として同ポンプハウジングと連結されたモータハウジング内に配置されていることを特徴とする非容積型電動ポンプ。
【請求項３】
請求項２に記載の非容積型電動ポンプにおいて、
前記永久磁石は、前記インペラの底面に取着されていることを特徴とする非容積型電動ポンプ。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の非容積型電動ポンプにおいて、
前記永久磁石は、円盤状をなし、周方向に異なる磁極が交互に着磁されていることを特徴とする非容積型電動ポンプ。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか１項に記載の非容積型電動ポンプにおいて、
前記回転軸は、前記ポンプハウジングにおいてその両端部が軸支持されていることを特徴とする非容積型電動ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非容積型電動ポンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、管路内を流れる流体に周期的な脈動を加えることによって、管路と流体との圧損（流動抵抗）が低減し、流体の移送効率が上がることが知られている。また、周期的な脈動が加えられた流体は、熱伝導効率がよく、脈動が加えられた流体を熱交換器に使用することで熱交換器の熱交換率が向上することが知られている。
【０００３】
この流体に周期的な脈動を発生させるのに、例えば特許文献１に示すように、電動ポンプが使用されている。特許文献１の電動ポンプでは、ポンプモータを回転と停止とに交互に切り替えることによって流体に周期的な脈動を発生させている。
【０００４】
また、電動ポンプとして、例えば特許文献２に示す非容積型電動ポンプが知られている。非容積型電動ポンプは、ポンプがインペラを備えた非容積型のポンプであって、そのインペラをモータにて回転させて流体を流入口から流入して流出口から吐出させるものである。そして、特許文献２に示す非容積型電動ポンプでは、インペラを回転させるモータは、ロータがインペラの回転軸に固着され、ステータがロータの径方向外側を囲むように配置されている。
【０００５】
詳述すると、ロータは、その外周面周方向に等角度間隔に、かつ、回転軸に対して径方向外側に異なる磁極（Ｎ極とＳ極）を交互に有する永久磁石を備えている。また、ステータは、異なる磁極を交互に有する永久磁石に対して径方向に相対向する磁極面を配したコアを複数周方向に環状に配置した各コアに巻線を巻回している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５１０５２９２号公報
【特許文献２】特開２０１４−２５４７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、特許文献２の非容積型電動ポンプは、インペラではポンプ内の流路が遮断されないとともに、インペラが流体の慣性力を受けて連れ回りされてしまう。つまり、非容積型電動ポンプは、インペラに加わるイナーシャ（流体によって回り続けようとする力）がモータロータ部のイナーシャよりも大きいので、モータロータ部がインペラのイナーシャにより連れ回りされてしまい応答性のよい回転制御が困難であった。
【０００８】
特に、インペラを周期的に回転数を切り替えて流体に脈動を発生させる用途に上記非容積型電動ポンプを使用した場合、流体の流速変化に遅れが生じ脈動の応答性が悪くなる問題があった。
【０００９】
従って、小型でより高トルクのモータを備えた非容積型電動ポンプが望まれる。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、高トルク化を可能にし、インペラに加わる流体によって回り続けようとする力を低減でき、インペラの回転を応答性の高いものにすることができる非容積型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】
【００１０】
上記課題を解決するための非容積型電動ポンプは、流入口及び流出口を有したポンプハウジング内に回転可能に収容されたインペラを、電機子と永久磁石との電磁作用により回転させることで、流体を前記流入口から流入し前記流出口から吐出させる非容積型電動ポンプあって、前記永久磁石は、前記インペラの回転中心軸に対して軸方向に向く異なる磁極が周方向に交互に形成され、前記インペラと前記インペラに固着した回転軸とともに一体回転可能に設けられ、前記電機子は、前記ポンプハウジング外に設けるとともに、前記永久磁石と前記軸方向に対向するように配置されていることを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、永久磁石と電機子との対向面積を大きくすることができ、高トルクで非容積型電動ポンプを駆動させることができるとともに、非容積型電動ポンプを軸線方向に薄い扁平小型化できる。また、インペラを周期的に回転数を変更して流体に脈動を生じさせる用途で使用する場合、永久磁石と電機子との対向面積を大きくしたことで、インペラに加わるイナーシャ（流体によって回り続けようとする力）を低減できる。
【００１２】
また、上記構成において、前記ポンプハウジングは、非磁性部材で形成され、前記永久磁石は、前記ポンプハウジング内に配置され、前記電機子は、前記ポンプハウジングの底壁を一部として同ポンプハウジングと連結されたモータハウジング内に配置されていることが好ましい。
【００１３】
この構成によれば、電機子をモータハウジング内に配置させることで、電機子が流体にて導通不良、腐食等の虞を防止できる。
また、上記構成において、前記永久磁石は、前記インペラの底面に取着されていることが好ましい。
【００１４】
この構成によれば、永久磁石をインペラに取着することで、インペラの回転軸を軸短化させることができ、非容積型電動ポンプを軸線方向に薄い扁平小型化できる。
また、上記構成において、前記永久磁石は、円盤状をなし、周方向に異なる磁極が交互に着磁されていることが好ましい。
【００１５】
この構成によれば、インペラの回転に伴う遠心力で、永久磁石がインペラから脱落しまうことを抑制ができる。
また、上記構成において、前記回転軸は、前記ポンプハウジングにおいてその両端部が軸支持されていることが好ましい。
【００１６】
この構成によれば、回転軸を両持ちすることで、インペラは安定した回転をする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、高トルク化を可能にし、インペラに加わる流体によって回り続けようとする力を低減でき、インペラの回転を応答性の高いものにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】車両に搭載した電子回路を冷却水にて冷却する冷却システムの概略的なシステム構成図。
【図２】電動ポンプの構造を説明するための説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
非容積型電動ポンプの実施形態を説明する。
図１は、車両に搭載された電子回路の冷却システム１に、非容積型電動ポンプ１０を具体化した概略的なシステム図を示す。冷却システム１は、ラジエータ２と冷却器３を管路４，５で繋ぎ、その管路４の途中に設けた非容積型電動ポンプ１０によって冷却水がラジエータ２と冷却器３との間を循環するようになっている。
【００２０】
冷却器３は、例えばアルミ板からなり、アルミ板内に流路が形成されている。アルミ板に形成された流路は、導入口と導出口を有し、導入口にラジエータ２から導入された冷却水が通過して導出口から導出されて再びラジエータ２へ移送される。冷却器３（アルミ板）は、車両に搭載された各種の電子回路（例えば、発熱量の大きいインバータ回路）６を冷却する。
【００２１】
つまり、ラジエータ２にて冷却された冷却水は、管路４を介して冷却器３（アルミ板）の流路に移送される。冷却器３（アルミ板）に形成された流路を通過する冷却水は、電子回路６の発熱にて加熱されたアルミ板との間で熱交換が行われて加熱されたアルミ板を冷却する。これによって、電子回路６は冷却される。
【００２２】
そして、冷却器３において熱交換されて暖められた冷却水は、管路５を介して冷却器３からラジエータ２に移送され、同ラジエータ２にて熱交換されて再び冷却されて、管路５を介して冷却器３に移送される。
【００２３】
このように、冷却水が非容積型電動ポンプ１０にてラジエータ２と冷却器３との間を循環することによって、発熱する電子回路６を冷却するための冷却システム１が構築される。
【００２４】
次に、管路４の途中に設けた非容積型電動ポンプ１０の構成について説明する。
図２に示すように、非容積型電動ポンプ１０は、ステンレス等の非磁性体金属製のポンプハウジング２１を有し、そのポンプハウジング２１内にインペラ２２が収容されている。
【００２５】
ポンプハウジング２１は、扁平した円筒形状をなし、その閉塞された底壁２１ａに対向する側の上壁２１ｂの中央部が開口され、その開口部から円筒パイプ状の流入口２３がポンプハウジング２１の中心軸線Ｏに沿って上方に延出形成されている。ポンプハウジング２１の側壁２１ｃには開口部が形成され、その開口部から円筒パイプ状の流出口２４がポンプハウジング２１の中心軸線Ｏに対して直交する径方向に延出形成されている。
【００２６】
そして、ラジエータ２と冷却器３を繋ぐ管路４の途中が切断され、その切断された個所にポンプハウジング２１の流入口２３と流出口２４がそれぞれ連結される。詳述すると、流入口２３は、管路４のラジエータ２側に連結され、流出口２４は、管路４の冷却器３側に連結される。
【００２７】
ポンプハウジング２１内には、インペラ２２が収容されている。インペラ２２は、その中心に回転軸２５が貫通固着されている。インペラ２２を固着した回転軸２５に下端部は、ポンプハウジング２１の底壁２１ａの中心位置に設けた下部軸受２６に回転可能、かつ、軸方向に移動不能に支持されている。また、回転軸２５に上端部は、流入口２３の中心位置に設けた上部軸受２７に回転可能、かつ、軸方向に移動不能に支持されている。ここで、回転軸２５に上端部を支持する上部軸受２７は、本実施形態では、流入口２３の内壁から径方向内側に向かって形成された複数本の支持バー２８にて配置固定されている。
【００２８】
これによって、回転軸２５が下部軸受２６と上部軸受２７の両持ちで回転可能に支持されて、インペラ２２は、回転軸２５の中心軸線（中心軸線Ｏと一致）を中心に回転可能となる。そして、インペラ２２が回転軸２５の中心軸線を中心に回転すると、流入口２３から冷却水を流入し、流出口２４へ吐出するポンプ動作を行い、ラジエータ２からの冷却水を冷却器３に圧送（移送）する。
【００２９】
また、インペラ２２の底面２２ａには、円盤形状の永久磁石２９が固着されている。円盤形状の永久磁石２９は、ポンプハウジング２１の底壁２１ａ側の面が周方向に等角度の間隔でＮ極とＳ極が交互に配置されるように着磁されている。なお、円盤状の永久磁石２９の外表面には、冷却水にて錆びないように防錆剤が塗布されている。
【００３０】
ポンプハウジング２１の底壁２１ａには、モータハウジング３１が連結されている。モータハウジング３１は、有底円筒状をなし、その底壁３１ａに対向する側の開口部がポンプハウジング２１の底壁２１ａに連結されている。そして、有底円筒状のモータハウジング３１の開口部は、ポンプハウジング２１の底壁２１ａにて閉塞されている。
【００３１】
モータハウジング３１は、インペラ２２の底面２２ａに固着された永久磁石２９とでいわゆるアキシャルギャップ型のモータを構成する電機子（固定子）３２を収容する。電機子３２は、複数のコア３３を有し、それら複数のコア３３が回転軸２５の中心軸線を中心に円環状に配置されている。このとき、複数のコア３３にて円環状に配置されて形成された円環面は、インペラ２２の底面２２ａに固着した円盤形状の永久磁石２９面と底壁２１ａを挟んで相対向するようになっている。
【００３２】
各コア３３には、それぞれ各相の巻線３４が巻回されている。そして、各巻線３４に対して対応する相の交流電流がそれぞれ通電されると、電機子３２は、複数のコア３３の円盤形状の永久磁石２９に対向する面に回転磁界を発生する。これによって、永久磁石２９はこの回転磁界によって回転する。その結果、インペラ２２は回転軸２５の中心軸を中心に回転する。
【００３３】
なお、モータハウジング３１内の底壁３１ａ側には、電機子３２の各巻線３４を通電制御するための駆動回路３６が設けられている。
次に、本実施形態の作用について説明する。
【００３４】
モータハウジング３１内に円環状に配置された電機子３２の各コア３３の巻線３４に、それぞれ対応する相の交流電流をそれぞれ通電する。すると、インペラ２２の底面２２ａに固着した円盤形状の永久磁石２９に対向する各コア３３の面に回転磁界を発生する。この回転磁界は、非磁性体金属製のポンプハウジング２１の底壁２１ａを通過し永久磁石２９に伝搬する。
【００３５】
この回転磁界によって、永久磁石２９には大きな回転トルクが発生してインペラ２２は回転軸２５の中心軸線を中心に回転する。このとき、回転軸２５は、下部軸受２６と上部軸受２７にて回転可能に両持ち支持されているため、軸ぶれすることなく安定した回転をする。
【００３６】
さらに、永久磁石２９は、円盤状であってインペラ２２に固着したため、回転に伴う遠心力でインペラ２２から脱落するのが抑制される。
また、電機子３２は冷却水に晒されないようにモータハウジング３１内に配置させたので、電機子３２が冷却水にて導通不良、腐食等を起こす虞はない。
【００３７】
これによって、非容積型電動ポンプ１０は、流入口２３から冷却水を流入し、流出口２４へ吐出するポンプ動作を行い、ラジエータ２からの冷却水を冷却器３に圧送（移送）する。
【００３８】
非容積型電動ポンプ１０は、非磁性体金属製のポンプハウジング２１の底壁２１ａを介して、円盤形状の永久磁石２９と各コア３３を円環状に配置した電機子３２とを対向させたアキシャルギャップ型のモータでインペラ２２を回転させるようにした。従って、非容積型電動ポンプ１０は、軸線方向に薄い扁平小型化できる。
【００３９】
さらに、永久磁石２９をインペラ２２の底面２２ａに固着したので、同インペラ２２に対して離間させて回転軸２５にさせる場合に比べて、インペラ２２と離間する分だけ回転軸２５を短軸化でき軸方向に薄い扁平小型な非容積型電動ポンプ１０を実現できる。しかも、電機子３２のコア３３に巻回した巻線３４のコイルエンドは軸線方向に形成されないため、非容積型電動ポンプ１０を、さらに軸線方向に薄い扁平小型化できる。
【００４０】
また、永久磁石２９が円盤状なので、磁石の表面積を大きく確保することができることから高トルク化の非容積型電動ポンプ１０を実現できる。例えば、インペラ２２を周期的に回転数と切り替えて冷却水に脈動を発生させる冷却システム１に非容積型電動ポンプ１０を使用した場合、インペラ２２に加わるイナーシャ（流体によって回り続けようとする力）が低減でき、応答性の良い脈動の発生させることができる。
【００４１】
次に、上記実施形態の効果を以下に記載する。
（１）本実施形態によれば、永久磁石２９に大きな回転トルクを発生させることができ、非容積型電動ポンプ１０を高トルクに駆動できる。
【００４２】
（２）本実施形態によれば、インペラ２２を周期的に回転数と切り替えて冷却水に脈動を発生させる冷却システム１に使用した場合、インペラ２２に加わる流体によって回り続けようとする力を低減でき、応答性の良い脈動の発生させることができる。
【００４３】
（３）本実施形態によれば、非容積型電動ポンプ１０を軸線方向に薄い扁平小型化できる。
（４）本実施形態によれば、電機子３２をモータハウジング３１内に配置させたので、電機子３２が冷却水にて導通不良、腐食等を起こす虞はない。
【００４４】
（５）本実施形態によれば、永久磁石２９は、円盤状であってインペラ２２に固着したため、回転に伴う遠心力でインペラ２２から脱落してしまうことを抑制できる。
（６）本実施形態によれば、回転軸２５は、下部軸受２６と上部軸受２７にて回転可能に両持ち支持したため、軸ぶれすることなくインペラ２２を安定した回転で回転させることができる。
【００４５】
上記実施の形態は、以下のように変更してもよい。
○上記実施形態では、永久磁石２９をインペラ２２の底面２２ａに固着した。これを、インペラ２２の底面２２ａから離間させて回転軸２５に固着して実施してもよい。
【００４６】
○上記実施形態では、永久磁石２９をインペラ２２の底面２２ａに固着した。これを、回転軸２５をポンプハウジング２１の底壁２１ａからモータハウジング３１内に突出させ、その突出した部分に永久磁石２９を固着してもよい。つまり、モータハウジング３１内に永久磁石２９を設けてもよい。
【００４７】
○上記実施形態では、非容積型電動ポンプ１０をラジエータ２と冷却器３との間を、管路４，５を介してその冷却水を循環させる冷却システム１に具体化した。これを、流体を移送元から他方の移送先に一方向に移送する移送システムに具体化してもよい。
【００４８】
○上記実施形態では、非容積型電動ポンプ１０は、冷却水を移送させるようにした。これを、その他液体や、気体等の流体を移送させる非容積型ポンプに応用してもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１…冷却システム、２…ラジエータ、３…冷却器、４，５…管路、６…電子回路、１０…非容積型電動ポンプ、２１…ポンプハウジング、２１ａ…底壁、２１ｂ…上壁、２１ｃ…側壁、２２…インペラ、２２ａ…底面、２３…流入口、２４…流出口、２５…回転軸、２６…下部軸受、２７…上部軸受、２８…支持バー、２９…永久磁石、３１…モータハウジング、３１ａ…底壁、３２…電機子、３３…コア、３４…巻線、３６…駆動回路。
【図１】
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【図２】
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