CN101341340A - 扁平型无刷电动泵及使用了该电动泵的车辆用电动水泵组 - Google Patents

Abstract

本发明目的在于提供扁平型无刷电动泵，其具备：扁平型无刷电动机；叶轮，其连接于该扁平型无刷电动机的转轴；泵壳体，其将上述扁平型无刷电动机和上述叶轮收容，具有吸入流体的吸入口和吐出流体的吐出口；以及电动机盖，其构成上述泵壳体的一部分，且保持上述扁平型无刷电动机的轴承，该轴承将上述转轴旋转自如地轴支承，通过将上述电动机的转轴旋转而使流体从上述吸入口吸入从上述吐出口吐出，其中，上述扁平型无刷电动机具备：定子部，其具有多个缠绕有电枢线圈的铁芯、和与该电枢线圈电连接的端子，且将上述铁芯和端子用树脂水密地模制而形成；以及转子部，其由如下构件形成，即，与上述铁芯隔有空隙而相向配置的磁铁、上述转轴、以及固定于该转轴且保持该磁铁的轭铁，上述轴承是通过水膜来使上述转轴滑动的水下轴承。

Description

扁平型无刷电动泵及使用了该电动泵的车辆用电动水泵组

技术领域

本发明涉及流体泵，特别是适用于车辆的内燃机用散热器等的液冷装置中的扁平型无刷电动泵及使用了该扁平型无刷电动泵的车辆用电动水泵组。

背景技术

以往，搭载在车辆上使用的内燃机用液冷泵，经常是利用带将装在发动机转轴上的带轮的旋转传递给该泵来进行运转的装置。这种泵由于被带驱动，安装位置自然而然就被限制在发动机的附近，所以安装位置的自由度很小，因此发动机室内产生了无用的空间。另外，当发动机高速旋转时产生多于需要的无用流量，或者在冷却液高温的状态下将发动机停止时，会导致发动机油等恶化。因此近年来，作为这种所谓的水泵采用了如下的电动水泵，除了由发动机驱动的泵之外另行准备由电动机驱动的电动泵，并将该泵与电动机一体化。

这样的电动水泵是以电动机作为动力源，因此，即便在例如空转停止中等那样的发动机停止中的情况下，也能够使循环于发动机内的流体保持必要的流量并且进行高效地冷却。另外，在发动机高速旋转时，能够以与液温对应的必要的流量使流体进行循环从而冷却发动机，且在提高燃耗率方面利用价值也很高。

作为以往的电动泵有例如日本专利特开平5-10286号中所公开那样的泵。这种技术是在作为泵体的、由非磁性材料所形成的壳体内配设转子，该转子绕与叶片(泵叶轮)共同的轴装有磁铁。另外，在将壳体夹于其间并与转子相向的位置上配置有定子，该定子在转子磁铁的周围施加有电枢绕组。这样地，通过将转子部装备在泵体内，降低了介于电动机和泵之间的部件个数并且还提高了密封性。

专利文献1：日本特开平5-10286号

然而，上述以往的技术，虽然可以构成为将转子配设于泵壳体内，但在泵壳体之外需要布置定子铁芯和绕组，此外，还需要对该定子供电、进行定子的保持/围绕的结构，在小型化、载置性的方面仍然存在问题。此外，该电动机呈在转子的轴向较长的筒型的形状，因而无法解决车辆发动机室内的空间浪费的问题。

此外，上述以往的技术虽然是将转子配置在泵壳体内的结构，但轴承部的结构并未具体化，因而担心流体会滞留在轴承附近。此外，壳体在转子轴向增长，因此流体无法从泵吸入口向吐出口顺畅地迂回(流动)。另外，由于转子在轴向较长，因此流体对由转子轴、轴套、以及转子磁铁组成的转子组的阻力很大，因而就存在需要大规格的电动机或耗电量大的电动机等之类问题。此外，通常构成电动泵时，需要考虑轴承部的密水性，在这种情况下，需要很大的工作量来完成密封结构，还存在有从密封部分漏液、产生轴承故障等之类的问题。

另外，也有如屏蔽电泵(CANNED MOTOR PUMP)那样地，将定子等导电部用由非磁性材料形成的屏蔽套(CAN)液密性地围绕之类的以往的例子，在这种情况下，不仅屏蔽套(CAN)的部件个数增加，而且还存在无法充分冷却电枢线圈、切换元件等的发热部之类的问题。

发明内容

本发明是考虑到上述以往技术的问题点而完成的，因此其目的在于提供能够消除上述以往技术的问题点的扁平型无刷电动泵及使用了该扁平型无刷电动泵的车辆用电动水泵组。

为了解决上述课题，本发明如以下那样构成。

(1)扁平型无刷电动泵具备：扁平型无刷电动机；叶轮，其连接于该扁平型无刷电动机的转轴；泵壳体，其将上述扁平型无刷电动机和上述叶轮收容，且具有吸入流体的吸入口和吐出流体的吐出口；以及电动机盖，其构成为上述泵壳体的一部分，保持上述扁平型无刷电动机的轴承，该轴承将上述转轴旋转自如地轴支承，通过将上述电动机的转轴旋转而使流体从上述吸入口吸入并从上述吐出口吐出，其中，上述扁平型无刷电动机具备：定子部，其具有多个缠绕有电枢线圈的铁芯、和与该电枢线圈电连接的端子，且将上述铁芯和端子用树脂水密地模制而形成；以及转子部，其由如下构件形成，即，与上述铁芯隔有空隙而相向配置的磁铁、上述转轴、以及固定于该转轴且保持该磁铁的轭铁，上述轴承是通过水膜来使上述转轴滑动的水下轴承。

(2)扁平型无刷电动泵，其具备：扁平型无刷电动机；叶轮，其连接于该扁平型无刷电动机的转轴；泵壳体，其将上述扁平型无刷电动机和上述叶轮收容，且具有吸入流体的吸入口和吐出流体的吐出口；以及电动机盖，其构成上述泵壳体的一部分，且保持上述扁平型无刷电动机的轴承，该轴承将上述转轴旋转自如地轴支承，通过将上述电动机的转轴旋转而使流体从上述吸入口吸入并从上述吐出口吐出，其中，上述扁平型无刷电动机具备：定子部，其具有多个缠绕有电枢线圈的铁芯、向该电枢线圈供电而驱动并控制电动机的控制基板、以及与该控制基板电连接的端子，且将上述铁芯和上述控制基板及上述端子用树脂水密地模制而形成，转子部，其由如下构件形成，即，与上述铁芯隔有空隙而相向配置的磁铁、以及固定于上述转轴且保持该磁铁的轭铁，上述轴承是通过水膜来使上述转轴滑动的水下轴承。

(3)在上述(1)或(2)的扁平型无刷电动泵中，在上述转轴上设有贯穿轴向的孔，且从上述泵的上述吸入口流入的流体，经过上述轴承内周部之后，流入上述孔内并向上述吸入口侧回流。

(4)在上述(3)的扁平型无刷电动泵中，在上述轴承的外周沿上述转轴的轴向设有多个作为流体流路的槽，从上述吸入口流入的流体，经过该多个槽之后，流入上述孔内并向上述吸入口侧回流。

(5)在上述(1)或(2)的扁平型无刷电动泵中，上述铁芯是将复合软磁性材料一体成形而形成的。

(6)在上述(5)的扁平型无刷电动泵中，在上述铁芯的上述电枢线圈侧的面上配设有环状的上齿，该上齿由与铁芯同种材质形成且与上述转轴呈同心圆状地形成圆状。

(7)在上述(1)到(6)中的任意一项的扁平型无刷电动泵中，上述叶轮由树脂形成，且一体地模制形成于上述轭铁。

(8)在上述(1)到(6)中的任意一项的扁平型无刷电动泵中，上述叶轮由树脂形成，且覆盖上述磁铁的、与轭铁的抵接面之外的部位并一体地模制形成于上述轭铁。

(9)一种车辆用电动水泵，其构成为用于使冷却水在车辆的发动机和热交换器之间循环的液冷单元，该车辆用电动水泵具备：扁平型无刷电动机；叶轮，其连接于该扁平型无刷电动机的转轴；泵壳体，其将上述扁平型无刷电动机和上述叶轮收容，且具有吸入流体的吸入口和吐出流体的吐出口；以及电动机盖，其构成上述泵壳体的一部分，且保持上述扁平型无刷电动机的轴承，该轴承将上述转轴旋转自如地轴支承，通过将上述电动机的转轴旋转而使流体从上述吸入口吸入从上述吐出口吐出，其中，上述扁平型无刷电动机具备：定子部，其具有多个缠绕有电枢线圈的铁芯、和与该电枢线圈电连接的端子，且将上述铁芯和端子用树脂水密地模制而形成，转子部，其由如下构件形成，即，与上述铁芯隔有空隙而相向配置的磁铁、上述转轴、以及固定于该转轴且保持该磁铁的轭铁，上述轴承是通过水膜来使上述转轴滑动的水下轴承。

根据上述(1)所述的扁平型无刷电动泵，用树脂来模制需要水密性的定子，且由于将轴承以水下轴承构成，因此能够以简单的构成将电动机内部做成液体润滑构造，因此可以充分冷却电枢线圈等的发热部并提高电动机特性，且还可以大幅度降低作为电动泵构成时的密封部件，特别是轴承部的密封部件，并且轴承和转轴之间的摩擦系数变小延长了轴承寿命。此外，由于用带芯型(有铁心)电枢来构成扁平型的无刷电动机，因此，转矩特性与普通的筒型带芯电动机相比并不逊色。另外，通过大幅度降低轴向尺寸，可以构成为大约散热器的配管直径程度的扁平型，并能够大幅度提高载置性，从泵吸入口向吐出口的迂回也很顺畅地流动。另外，由于转轴很短，因此流体的接触面积很小，水的阻力小，从而与筒型的电动机相比可以减少耗电。

根据上述(2)所述的扁平型无刷电动泵，除了上述(1)的作用之外，在电动机内还内藏有驱动电动机的控制基板，因此，可以提高切换元件等的发热部的发热性并可以提高电动机驱动部的可靠性，并且能够简化车辆等控制部的构成，使使用性增加使车辆等的设计自由度提高。

根据上述(3)所述的扁平型无刷电动泵，由于在转轴上设有贯穿轴向的孔，且从泵的吸入口流入的流体，在通过转子和定子之间并通过轴承内周部后，流入该孔内并向泵的吸入口侧回流，因此将降低轴承和转轴的滑动面的摩擦系数。

根据上述(4)所述的扁平型无刷电动泵，由于在轴承的外周设置多个作为流体流路的槽，因此能够形成泵吸入口→转子(转子)外周部-定子和转子的间隙→轴承外周部→贯穿孔为止的流体的循环，而不会担心流体滞留在轴承附近，从而能够提高泵性能。

根据上述(5)所述的扁平型无刷电动泵，由于使用了将复合软磁性材料一体成形而形成的铁芯，因此与积层钢板相比能够实现轻量化，并且提高了铁芯形状的设计的自由度，特别是提高了扁平型电动机那样的铁芯形状的制作性。由于该复合软磁性材料作为通过如下方式形成的烧结铁芯(压粉磁芯)，即、在各个绝缘覆盖的软磁性铁粉中混合粘结剂，并进行压粉成形烧结处理的方式，因此涡电流损耗较小，且能够大幅度提高转矩特性，即便使用的是扁平型电动机，因此，能够获得不逊色于筒型带芯电动机的电动机特性。特别是由于在高频区内铁耗的损耗很小，因此，在PWM控制等下可进行有效的高频处理。

根据上述(6)所述的扁平型无刷电动泵，由于在铁芯的磁极面上配设有由复合软磁性材料组成的环状的上齿，因此能够填充周向的磁空隙部并能够降低转矩波动和齿槽转矩，并且由于粒子被三维地进行了绝缘皮膜处理，因此不管磁通的方向如何，由于顺畅地形成有电枢线圈和磁铁间的磁路，因此提高了磁力。

根据上述(7)所述的扁平型无刷电动泵，由于将叶轮用树脂一体地模制形成在转子轭铁上，因此能够提高制作性并实现轻量化。此外，由于叶轮和轭铁在轴向没有间隔地一体成形，因此能够以叶轮的高度和转轴大致相同长度的方式构成，有益于扁平化的实现。

根据上述(8)所述的扁平型无刷电动泵，由于叶轮和安装磁铁后的转子由树脂一体地模制形成，因此和技术方案7一样能够提高叶轮的制作性并且缩短轴向长度。此外，假设发生磁铁的剥落、损伤等，由于通过树脂附加有对磁铁的保持功能，因此，不会出现磁铁分散的担心。

根据上述(9)所述的车辆用电动水泵组，作为车辆用内燃机的水泵单元，搭载有上述(1)到(8)的任何一项所述的扁平型无刷电动泵，因此实现了与热交换器的一体型且能够简化配管作业，并且节省了发动机室内的空间，增加了设计的自由度。另外，通过取代了发动机直结型的机械式泵(由发动机通过带驱动而动作的动力泵)而载置，能够降低了不必要的流量且确保了最合适的流量，因此能够提高2～3％的燃耗率。

这样地，根据本发明，能够提供如下的扁平型无刷电动机和使用该电动机的液冷单元，该扁平型无刷电动机无需对轴承要素进行水密性密封，采用了薄型电动机，提高了电动机特性，确保了泵能力，且以很小的空间就可以完成向散热器等的搭载，并能够简化作为单元的冷却系统配管。

附图说明

图1是表示本发明的无刷电动泵的实施例的侧面以及其局部内部结构的局部剖切图。

图2A是本发明的无刷电动泵的实施例的外观的立体图。

图2B是本发明的无刷电动泵的实施例的等效电路图。

图3是本发明的无刷电动泵的实施例的仰视图，表示了将电动机盖取下后的状态。

图4是表示转子的轴承的立体图。

图5是表示转子的构成例子的剖视图。

图6是表示转子的其他构成例子的剖视图。

图7A是定子的铁芯的外观立体图。

图7B是表示烧结铁芯的涡电流损耗的特性图。

图7C是用于说明形成铁芯的复合软磁性材料的磁特性的图。

图7D是用于说明形成铁芯的积层钢板材料的磁特性的图。

图8是表示定子的铁芯及上齿(upper teeth)的局部的外观立体图。

图9是表示本发明的无刷电动泵的实施例的电动机性能曲线的图。

图10是表示本发明的无刷电动泵的其他实施例的侧面以及其局部内部结构的局部剖视图。

图11是表示将本发明的无刷电动泵装于发动机的散热器部的状态的外观立体图。

图12是用于说明本发明的无刷电动泵的电动机的控制动作的图。

图13是本发明的无刷电动泵的电动机控制部等的电路框图。

图14A是表示将本发明的无刷电动泵装于发动机的散热部状态的示意图，表示了将本发明涉及的无刷电动泵和由发动机驱动的动力泵并用的情况。

图14B是表示将本发明的无刷电动泵装于发动机的散热器部的状态的示意图，表示了仅使用本发明涉及的无刷电动泵的情况。

图15是表示转子结构例子的剖视图，表示了流体的流路。

具体实施方式

实施例：

下面，将基于附图对本发明的实施方式进行说明。

图1是表示本发明的无刷电动泵的实施例的侧面以及其局部内部结构的局部剖切图，图2A是其外观立体图，图2B是其等效电路图。

图1的参照符号10是无刷电动泵1的壳体(泵体)，12、14分别是设在壳体10上的流体的吸入口、流体的吐出口，通过使叶轮(叶片)16旋转来使流体从吸入口12吸入并向吐出口14迂回(流动)从而从吐出口14吐出。叶轮16是将多枚板片18呈放射状地配设在轴套20上而形成的，且固定在电动机转子(转子)轭铁22上，与转子轭铁22一体旋转。

叶轮16由金属或长寿命冷却剂(耐乙二醇)树脂等形成。当叶轮16为金属制时，利用焊接等而被固定并安装在转子轭铁22上，当为树脂制时，如后述所示地与轭铁22一体地形成。24是各自形成为扇形或圆环状且绕有磁极的多个磁铁(永久磁铁)，且利用粘结剂等固定在轭铁22上。通过将轭铁22固定安装在转轴26上，从而形成由轭铁22和磁铁24和转轴26组成的转子(转子)部2。

参照符号30为铁芯，将该铁芯在转轴26的轴向与磁铁24间隔空隙而相向进行配置。如图7A所示，铁芯30在圆板状的铁芯基部34上形成有近似扇形形状的多个铁芯部32，该铁芯部32与转轴26呈同心圆状且在圆周方向上等间隔地突设。此外，在各铁芯部32的周围经绝缘构件36缠绕有作为电枢的线圈40(参照图8)。这里铁芯部32的个数例如为九个。铁芯30是以烧结铁芯(压粉磁芯)的形态形成的，该烧结铁芯是通过将透磁率高的硅钢板或由纯铁粉与粘合剂组成的复合软磁性材料(bonded soft magnetic material)一体形成后进行热处理而得到的。如图7A所示在圆板状的铁芯基部34之上，设置有近似扇形形状的多个铁芯部32，在各铁芯部32的上部设有突起部38。

作为复合软磁性材料，例如使用Mitsubishi Materials公司制的MBS(Mitsubishi Materials Bonded Soft Magnetic Materail)。所谓复合软磁性材料，是实施过电绝缘皮膜处理的铁粉的压粉成形体，与以往的铁粉磁芯材料相比磁通密度高，具有金属材料1000倍的电阻率。

特别地，作为本发明那样地具有三维形状的铁芯30，优选使用能够用一次注射而一体成形的烧结铁芯。并且该烧结铁芯不仅能够比积层材料轻，并且在平均颗粒直径约80um～100um左右的铁粉(纯铁粉)上施加电绝缘皮膜处理而形成，因此能够将涡电流损耗控制到非常小，并提高磁特性。特别地，在高频区下的涡电流损耗优于硅钢板材料(参照图7B)，且在PWM控制等下可进行有效的高频处理。

如图8所示，与铁芯30相同材质的环状的上齿42，以横跨在配设于圆周方向的电枢线圈40之上的方式设置在铁芯部32的磁极面上。上齿42与转轴26同心圆状设置，且与铁芯部32的突起部38相对应地在圆周方向上配置有多个嵌合孔44。嵌合孔44以分别与铁芯部32所对应的突起部38嵌合的方式设置。另外，该上齿42在能够确保所需电动机输出特性的情况下可以省略，由于环状地形成有连续的周向磁路，因此可以填充周向的磁空隙部，从而具有抑制转矩波动、齿槽转矩的效果。特别地，在由与铁芯30相同材质的复合软磁性材料构成上齿42的情况下，加工性变得很容易。

此外，复合软磁性材料由于是施加过电绝缘皮膜处理的铁粉的集合体，因此被三维地绝缘并且磁等方(参照图7C)。复合软磁性材料与磁通的方向无关，因此可以设计自由的磁路，可以在电枢线圈40和磁铁24之间形成顺畅的磁路从而提高了磁力。另外，由于积层材料具有二维的绝缘性(参照图7D)，因此需要设计出沿着绝缘膜的磁路。

电枢线圈40的端子，以可根据磁铁的位置顺次地切换通电顺序的方式连接在铁芯30的下方，并且在铁芯30的下方设置有基板54，该基板54配设有构成连接器50的端子52。另外，在该实施例中，电动机1构成为所谓的三相无位置传感器(position-sensor-less)无刷电动机，设有三根端子52，这些端子52与三根供电线56电连接，并由该供电线56供电。而且用例如由聚酯树脂组成的模制树脂37来一体模制定子部3，从而可以浸入到流体中，上述定子部3具有缠绕电枢线圈配40且设有上齿42的铁芯30、基板54、端子52。

图3是泵1的俯视图，表示了将电动机盖70取下后的状态。图4是表示将转子2旋转自如地支承的轴承62的立体图。图中的箭头表示流体的流动。如图1、3、4所示，用模制树脂37形成定子3后，将轴承62如下地配设。即，将轴承62的外周部66外嵌于模制树脂37的中心空洞部38，将转轴26嵌合在轴承62的内周部，并用E环(止动轮)68、68将转轴26的两端定位，并且使轴承62的一端部与在电动机盖70上鼓出形成的环状的凸部70a相抵接。该轴承62是可在水中使用的无注水型的水轴承(水下轴承)，其是由碳素纤维(carbon fiber)等形成的。

如图3、图4所示，轴承62在其中心部具有沿转轴的轴向的转轴孔69，此外在外周部上具有沿转轴的轴向的多个槽74、在各槽74的轴向的两端角部上具有与该槽74连接设置的端面槽部75、75，由这些就构成了流体的流路。这里，将对流体的流路进行说明。图15是转子、轴承的剖视图，且以箭头表示了流路。即形成有如下流路，从叶轮16侧流入的流体(例如，水)，如图1、图15中箭头所示，从轭铁22外周部通过定子部3和磁铁24的间隙，一部分经过上方的E环(止动轮)68沿轴承62的内周和转轴26的间隙(轴承和转轴之间的滑动面)76向下方流动，从转轴26的贯穿孔64流入并上升，再回流到叶轮16侧。另一支流路形成为，同样地，从轭铁22外周部通过定子部3和磁铁24的间隙，从上方的端面槽部75通过槽74经下方的端面槽75向电动机盖70的凸部70a的内侧流动，流入转轴26的贯穿孔64并上升，再回流到叶轮16侧。在图1、图15中用箭头表示了该流体的流动。

根据该构成，利用水膜使转轴26滑动，且流体通常情况下是循环的，因此能够提高效率，并消除了流体在电动机盖70的内壁面附近滞留的担心，并且由于不需要对轴承部进行液密性地密封，因而构成很简单。并且，由于由轭铁、磁铁组成的转子部的轴向的尺寸很短，因此能够减小水与转子的阻力且减少耗电，从而电动泵可以做的更小。另外，对于轴承和转轴而言，由于在其之间76内的水膜的作用滑动良好，因此摩擦系数很小，从而能够大幅度提高轴承的寿命。

图5、6是表示转子的构成例子的剖视图。在图5中，叶轮16是由具有耐热性的长寿命冷却剂树脂(乙二醇等的能长寿命冷却剂的树脂)构成，利用模制树脂39将叶轮16与轭铁22一体构成，之后将磁铁24安装于轭铁22的下表面。轭铁22的上侧表面上设有凹凸而易于装付树脂。这样地，由于能够构成轭铁一体型叶轮，因此构成简单且还可使轴向尺寸很小。

图6是表示转子的其他构成例子的剖视图。在图6中，叶轮16同样地是由具有耐热性的长寿命冷却剂树脂构成的，在轭铁22的下表面安装磁铁24后，除了转轴26与轭铁22的抵接部，用树脂39将叶轮16和轭铁22及磁铁24一体模制。即、树脂39不仅将轭铁22的上表面一体模制，还将在其侧面的磁铁24的下表面、侧面一体模制。

通过如此地形成，可以以从非固定安装面侧向轭铁22涂层的方式来保持磁铁24，从而就能够防止例如由于驾驶中的振动所导致的磁铁24的错位、以及由于损伤等造成的磁铁24的飞散。

通过如下的方式完成了本发明的无刷电动泵，即、用浅底盘状的电动机盖70覆盖如上那样地构成的无刷电动泵的定子侧，并如图1所示地在壳体10和电动机盖70的外周缘间使用单个的O环80作为密封构件。由于电动机部2、3收容在泵壳体(泵体)10内，因此能够做得很小，且大幅度地提高了向车辆载置的载置性。此外，由于是可以将定子、转子以及轴承浸渍的构成，因此，为了确保水密性仅使用单个的O环80即可，从而能够使水密构成简单化。

并且，由于不像以往的筒形带芯电动机轴向长度那么长，因此能够使流体从吸入口向吐出口顺畅地迂回，从而在泵的效率方面也很优良。

图9是表示作为本发明的无刷电动泵的电动机性能曲线的图。从图中可知，由于以目标的有效转矩带能够确保100W以上的输出，因此，足以获得普通车辆(例如排气量2500cc左右的发动机)所需要的冷却水量80～110L/min。

以上表示了本发明的无刷电动泵的基本的构成例子，也是可以通过将构成电动机驱动电路的控制基板载置于电动泵的外部，例如车辆的控制部(ECU单元)侧来进行控制的例子。因此，基板54就作为如下的基板发挥作用，该基板对引线进行布线，且该引线经后述的感应电压检测电路连接于电枢线圈40。图2B是该情况下的电动泵内的等效电路。另一方面，为了提高电动机的使用性、及搭载于发动机的搭载性，可以将电动机控制部设置于电动机内部的基板上。

图10是表示这样的无刷电动泵的其他实施例的侧面以及其局部内部结构的局部剖视图，图13是电动机控制部等的电路框图。在这些图中，对于图1到图9中同一功能的构成要素将标注同一符号以省略重复说明。在本实施例中，各相电枢线圈40的终端经公知的感应电压检测电路94连接于基板55，该感应电压检测电路由感应电压检测元件95等组成并对相位进行检测。作为感应电压检测元件在本实施例中构成有三组分压电路单元，该分压电路单元是将两个电阻95串联连接而构成的。在感应电压检测电路94以外，在基板55上搭载有切换元件92等的电子部件90而构成控制基板。具体而言，在基板55上搭载有磁极位置检测电路96、由多个切换元件92组成的输出电路91、控制电路98、以及逻辑电路97。该控制基板55、铁芯30、端子52用树脂一体模制而形成定子部3。

在该实施例中，在ECU100和控制基板55之间用四根引线102连接，这些引线是两根电动机供电线102c、102d、以及两根信号线例如对来自车辆等的ECU100的控制信号进行接发的信号线102a、102b。两根信号线是例如发送来自ECU100的指令信号的信号线102a、和供ECU100来接收电动机部根据指令信号所做出的驱动信号的信号线102b。通过这样地将电动机控制电路搭载在电动机内部，增加了切换元件等的发热部的冷却效率且提高了可靠性，并且可以使车辆等的被搭载部上的ECU100的构成简单化，并能够扩大适用车种，设计出更多样的被搭载部。

将通过图12～图13等，利用将电动机控制基板55内藏于电动泵内部的例子，对以上所述构成的扁平型无刷电动泵的动作进行说明。另外，在本实施例中将以转子为6极、定子磁极(铁芯)为9极的构成进行说明，但并不仅限于此。另外，旋转方向或通电方式为了说明的方便是特定的，但并不仅限于此。

由电池150驱动的ECU100经信号线102a发送泵驱动指令。电动机内藏的控制电路98经连接器50、50、端子52接收泵驱动指令，基于该泵驱动指令向输出电路91输出起动信号，开始六个切换元件92的通断控制。

起动时，由于无法特定转子部2的磁铁24的位置，因此，执行向任意相、例如U-V线圈通电的复位运转，使U1-V1、U2-V2、U3-V3线圈励磁。这里，U1、U2分别表示U相的电枢线圈，V1、V2分别表示V相的电枢线圈，W1、W2分别表示W相的电枢线圈(参照图13)。于是如图2所示地，以磁铁S1、N1与U1线圈和V1线圈的磁极部相对，磁铁S2、N2与U2线圈和V2线圈的磁极部相对，同样地磁铁S3、N3与未图示的U3线圈和V3线圈的磁极部相对的方式进行复位，并暂时停止开关。

接着，控制电路基于与磁铁24相对的位置输出起动用的通电时刻信号，在本实施例中向V-W通电。由此，V1-W1、V2-W2、V3-W3与各相的三线圈同时励磁，则产生了图12中示意性地示出的磁通。

另外，在图12中，将从纸面的背面朝向表面的电流的方向用圆圈中有一点(·)的标记表示，从纸面的表面朝向背面的电流的方向用圆圈中有一叉(x)的标记表示，为了方便只表示特定的励磁线圈。这里，V1线圈励磁并产生了从近旁的磁铁N1流入的磁力，W1线圈励磁并产生了流向磁铁S2的磁力。同时，V2线圈励磁并产生了从近旁的磁铁N2流入的磁力，W2线圈励磁并产生了流向磁铁S3的磁力。同样地，在未图示的V3-W3线圈中产生磁力，并朝向纸面左方向对转子作用一定方向的力，接着通过向V-U线圈通电来逐渐增加转子的速度。

通过这样地顺次地切换向线圈的通电顺序，转子向一定方向旋转。在这期间，由于在上齿42上产生周向的磁路并产生了一种填充极间的磁空间的作用，因此可以缓和齿槽转矩和转矩波动提高磁特性。特别地，若将铁芯30和上齿42一起用三维绝缘皮膜形成的复合软磁性材料构成，则磁通可在三维方向上顺畅地容易地流动从而提高了磁特性。若持续该状态并达到恒定的转速，则通过磁铁24和电枢线圈40产生感应电压，并由感应电压检测电路94来读取该电压。

而且，磁极位置检测电路96产生相间检测电压(该相间检测电压相当于由感应电压检测电路94检测出的各相的感应电压的差)，并且通过检测出该相间检测电压的零交叉点，来将每次偏离120°的脉宽180°的磁极位置检测信号向逻辑电路97输出。逻辑电路97产生用于各自通断控制六个切换元件92的、例如脉宽120°的通电时刻信号，并基于该通电时刻信号，由控制电路98来进行对输出电路91的各切换元件92的通断控制。

通过如此旋转的叶轮16，从泵壳体的吸入口12吸入的流体向吐出口14吐出。在叶轮16达到规定的转速后，根据液温和控制时间来运转电动泵1，并调整合适的流量。这期间，一部分的流体从轭铁22外周侧通过磁铁24和定子部3的间隙，一方面沿着轴承62的内周和转轴26之间的间隙76下降流动，另一方面从轴承62的端面槽部75沿轴承62的外周部的槽74下降流到轴承62的下方的端面槽部75。之后，流过这些流路的流体向电动机盖70的凸部70a的内侧流动，之后沿着电动机盖70的内壁面返回，流入转轴26的贯穿孔64并上升，从转轴26的上端流出，回流到叶轮16侧。这样地，轴承62维持了作为水轴承的功能。

另外，在上述动作例子中，可进行普遍公知的无位置传感器控制，此外通过附加由微型计算机控制的转子位置推定单元等，还可以适当地提高转子的位置检测精度。

下面，对车辆用电动水泵的情况进行说明，该车辆用电动水泵将如上构成的无刷电动泵装于车辆用内燃机的热交换器(散热器)部，并构成用于使冷却水在车辆的发动机和热交换器之间循环的液冷单元。这时，如图11所示无刷电动泵可以与散热器130直接连接。利用示意性地表示有发动机的冷却水的流路的图14A、图14B对这种情况的动作进行说明。

首先，如图14A所示，对将本发明涉及的无刷电动泵1与由发动机驱动的动力泵110并用的情况进行说明。在通常动作中(发动机动作中)，由发动机动作来使动力泵110发挥作用。即，起动后，冷却水通过通路114、动力泵110、发动机内流路116的路径在发动机区118内循环，直到冷却水温到达温控式控制阀112的监控温度(规定温度)。若冷却水水温到达规定温度，则温控式控制阀112动作，冷却水经由上侧水管120在散热器部130处被叶片132冷却后，流过电动泵1、下侧水管122、动力泵110、发动机内流路116的流路。这时电动泵1未驱动，只是作为冷却水的通过点发挥作用且其叶轮16游动(空转)。这里，由泵1、110，通路114、116，水管120、122，阀112，散热器部130等构成了液冷单元。

而且，例如，在空转停止时，或在翻山行驶等高负荷行驶后，在液温较高等的情况下，温控式控制阀112发挥作用以确保通向上侧水管120的流路，同时车辆的控制部C(ECU100)指令电动泵1的动作，冷却水从发动机区118流出在散热器区130被叶片132冷却后，向电动泵1、动力泵110、发动机区118回流。这时，动力泵110的叶轮游动(空转)。这样地就可以对液温进行控制。

接着，通过图14B对未搭载由发动机驱动的动力泵110，仅使用本发明的无刷电动泵1来构成液冷单元的情况进行说明。这时，温度传感器134检测行驶中发动机内的水温，且由车辆的控制部C(ECU100)来读取该信号并判断液温是否较高。若液温很高，则ECU100将泵动作的指令向电动泵1传递。利用泵动作，冷却水从发动机区118经由上侧水管120在散热器130处被叶片冷却后，向电动泵1、下侧水管122、发动机内流路回流。通过使液体在这样的预先形成的流路中循环，来对液温进行适当调节。控制部C(ECU100)可根据温度传感器134所检测的液温，来发布指令以对电动泵1进行ON-OFF控制。另一方面，根据液温例如在通过传感器134读取到液温80°的情况下，可以发布指令使通电率可变，以便将向电动机通电的通电率控制在例如50％左右，再慢慢增加通电率，不久达到100％的通电率。

另外，在上述实施例中，作为电动机而言将轴向空隙型、所谓(axialgap)型无刷电动机作为例子进行了说明，但也可以是径向空隙型无刷电动机。另外，在上述实施例中，以转子的无位置传感器电动机为前提进行了说明，但也可在电动机内的控制基板上设置位置传感器并利用树脂一体地模制。这时，在电动机内内藏有控制基板的情况下，由于无需将位置传感器引线向电动机外部导出在电动机内就能处理，因此，也可以将位置传感器装于控制基板内藏型的电动机上。

另外，不仅限于散热器(热交换器)用途的流体泵，还可以用于其他的流体泵上。

产业上的可利用性：

本发明是一种流体泵，特别是适用于车辆的内燃机关用散热器等的液冷装置中的扁平型无刷电动泵及使用有该扁平型无刷电动泵的车辆用电动水泵组，其中，无需对轴承元件进行水密性密封，且采用了薄型电动机，并能够提高电动机特性，确保泵能力，还能够以很小的空间完成向散热器等的搭载，并能够简化作为单元的冷却系统配管。

Claims (15)

1.一种扁平型无刷电动泵，其具备：

扁平型无刷电动机；

叶轮，其连接于该扁平型无刷电动机的转轴；

泵壳体，其将上述扁平型无刷电动机和上述叶轮收容，且具有吸入流体的吸入口和吐出流体的吐出口；以及

电动机盖，其构成为上述泵壳体的一部分，保持上述扁平型无刷电动机的轴承，该轴承将上述转轴旋转自如地轴支承，

通过将上述电动机的转轴旋转而使流体从上述吸入口吸入并从上述吐出口吐出，其特征在于，

上述扁平型无刷电动机具备：

定子部，其具有多个缠绕有电枢线圈的铁芯、和与该电枢线圈电连接的端子，且将上述铁芯和端子用树脂水密地模制而形成；以及

转子部，其由如下构件形成，即，与上述铁芯隔有空隙而相向配置的磁铁、上述转轴、以及固定于该转轴且保持该磁铁的轭铁，

上述轴承是通过水膜来使上述转轴滑动的水下轴承。

2.根据权利要求1所述的扁平型无刷电动泵，其特征在于，在上述转轴上设有贯穿轴向的孔，从上述泵的上述吸入口流入的流体，经过上述轴承内周部之后，流入上述孔内并向上述吸入口侧回流。

3.根据权利要求2所述的扁平型无刷电动泵，其特征在于，在上述轴承的外周沿上述转轴的轴向设有多个作为流体流路的槽，从上述吸入口流入的流体，经过该多个槽之后，流入上述孔内并向上述吸入口侧回流。

4.根据权利要求1所述的扁平型无刷电动泵，其特征在于，上述铁芯是将复合软磁性材料一体成形而形成的。

5.根据权利要求4所述的扁平型无刷电动泵，其特征在于，在上述铁芯的上述电枢线圈侧的面上配设有环状的上齿，该上齿由与铁芯同种材质形成且与上述转轴呈同心圆状地形成圆状。

6.根据权利要求1至5中的任意一项所述的扁平型无刷电动泵，其特征在于，上述叶轮由树脂形成，且一体地模制形成于上述轭铁。

7.根据权利要求1至5中的任意一项所述的扁平型无刷电动泵，其特征在于，上述叶轮由树脂形成，且覆盖上述磁铁的、与轭铁的抵接面之外的部位并一体地模制形成于上述轭铁。

8.一种扁平型无刷电动泵，其具备：

扁平型无刷电动机；

叶轮，其连接于该扁平型无刷电动机的转轴；

泵壳体，其将上述扁平型无刷电动机和上述叶轮收容，且具有吸入流体的吸入口和吐出流体的吐出口；以及

电动机盖，其构成上述泵壳体的一部分，且保持上述扁平型无刷电动机的轴承，该轴承将上述转轴旋转自如地轴支承，

通过将上述电动机的转轴旋转而使流体从上述吸入口吸入并从上述吐出口吐出，其特征在于，

上述扁平型无刷电动机具备：

定子部，其具有多个缠绕有电枢线圈的铁芯、向该电枢线圈供电而驱动并控制电动机的控制基板、以及与该控制基板电连接的端子，且将上述铁芯和上述控制基板及上述端子用树脂水密地模制而形成，

转子部，其由如下构件形成，即，与上述铁芯隔有空隙而相向配置的磁铁、以及固定于上述转轴且保持该磁铁的轭铁，

上述轴承是通过水膜来使上述转轴滑动的水下轴承。

9.根据权利要求8所述的扁平型无刷电动泵，其特征在于，在上述转轴上设有贯穿轴向的孔，从上述泵的上述吸入口流入的流体，经过上述轴承内周部之后，流入上述孔内并向上述吸入口侧回流。

10.根据权利要求9所述的扁平型无刷电动泵，其特征在于，在上述轴承的外周沿上述转轴的轴向设有多个作为流体流路的槽，从上述吸入口流入的流体，经过该多个槽之后，流入上述孔内并向上述吸入口侧回流。

11.根据权利要求8所述的扁平型无刷电动泵，其特征在于，上述铁芯是将复合软磁性材料一体成形而形成的。

12.根据权利要求11所述的扁平型无刷电动泵，其特征在于，在上述铁芯的上述电枢线圈侧的面上配设有环状的上齿，该上齿由与铁芯同种材质形成且与上述转轴呈同心圆状地形成圆状。

13.根据权利要求8至12中的任意一项所述的扁平型无刷电动泵，其特征在于，上述叶轮由树脂形成，且一体地模制形成于上述轭铁。

14.根据权利要求8至12中的任意一项所述的扁平型无刷电动泵，其特征在于，上述叶轮由树脂形成，且覆盖上述磁铁的、与轭铁的抵接面之外的部位并一体地模制形成于上述轭铁。

15.一种车辆用电动水泵，其构成为用于使冷却水在车辆的发动机和热交换器之间循环的液冷单元，该车辆用电动水泵具备：

扁平型无刷电动机；

叶轮，其连接于该扁平型无刷电动机的转轴；

泵壳体，其将上述扁平型无刷电动机和上述叶轮收容，且具有吸入流体的吸入口和吐出流体的吐出口；以及

电动机盖，其构成上述泵壳体的一部分，且保持上述扁平型无刷电动机的轴承，该轴承将上述转轴旋转自如地轴支承，

通过将上述电动机的转轴旋转而使流体从上述吸入口吸入从上述吐出口吐出，其特征在于，

上述扁平型无刷电动机具备：

定子部，其具有多个缠绕有电枢线圈的铁芯、和与该电枢线圈电连接的端子，且将上述铁芯和端子用树脂水密地模制而形成，

转子部，其由如下构件形成，即，与上述铁芯隔有空隙而相向配置的磁铁、上述转轴、以及固定于该转轴且保持该磁铁的轭铁，

上述轴承是通过水膜来使上述转轴滑动的水下轴承。

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