JP2003507995A - 回転可能部材のアセンブリ - Google Patents
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Abstract
Description
排他的にではなく)、例えば内燃機関の冷却用に利用可能であるアセンブリに関
する。
体通路を通して圧送される、水のような冷却剤を用いて冷却されている。冷却用
流体は、空気が通過できるラジエータの中を通すことによって冷却される。空気
は、内燃機関によって駆動される車両の運動に起因してラジエータを通過できる
が、通常は、車両が静止状態にある場合でさえ、ラジエータに空気を強制的に通
過させるためにファンが具備されている。
れることが知られているが、近代的な高性能内燃機関においては、より一般的に
、このような冷却ファンが、電動モータにより電気的に駆動される。ファン速度
は通常、走行中一定であるが、ファンは、冷却用流体の温度を検知する単純なサ
ーモスタットの制御下でオンオフ切換えが可能である。したがって、ファンは、
要求されるまでオンに切換えられることはない。しかしながら、単純なサーモス
タット制御のファンを利用する場合、何らかの精度で内燃機関の温度を制御する
ことは可能でなく、特に、内燃機関温度が予め定められた温度範囲内にとどまる
ようにファンを制御することは不可能である。
こでもまた近代的な高性能車両においては、冷却剤ポンプが電気的に駆動される
ことの方が多い。通常、冷却剤ポンプは、所望の場合、例えばサーモスタット制
御などにより制御されうるものの、内燃機関が作動している場合にはつねに作動
するように配置されている。
おり、全く異なる制御装置を介して別々に制御されている。
の回転可能部材を内含するアセンブリにおいて、第1の部材は第1の回転子に連
結され、第2の部材は第2の回転子に連結され、第1及び第2の回転子は同心的
に配置され、アセンブリにはさらにコアのまわりに巻きつけられたコイルを内含
する第1の固定子及びコアのまわりに巻きつけられたコイルを内含する第2の固
定子が含まれており、第1の回転子は第1の固定子のコイル内を流れる電流に応
答して回転可能であり、第2の回転子は第2の固定子のコイル内を流れる電流に
応答して軸のまわりに回転可能である、アセンブリが提供されている。
回転可能部材が冷却ファンである場合に限らず、本発明のアセンブリを利用する
と、物理的に別々の冷却ポンプ及び冷却ファンをもつ配置の場合よりもコンパク
トにアセンブリを作ることができるため、例えば内燃機関の冷却をより効率良く
達成することができ、第1及び第2の固定子のコイルが共通コア上に巻きつけら
れていることから、アセンブリは経済的に著しく有利である。
の固定子のコイルが第2の固定子のコイルから分離されるような形で構築されて
いる。コアは、第1及び第2の固定子のための別々の磁気回路を提供するように
最適に設計され得る。
第1の固定子のコイルが巻付けられている半径方向に延びる第1の構成体及びま
わりに第2の固定子のコイルが巻付けられる半径方向に延びる第2の構成体を内
含していてよい。これらの構成体は、一方の端部で一般に円形の固定子コア部分
に固定され、その反対側の端部では上にコイルを巻付けるよう開放されている、
いわゆる「歯形」であってよい。半径方向に延びる第1の構成体は、円形固定子
コア部分から半径方向内向きに延びていてよく、半径方向に延びる第2の構成体
は円形固定子コア部分から半径方向外向きに延びることができる。
構成体の半径方向外側に位置づけされ得る。
その2つのコア部分を連結する軸方向に延びる締め具によって相対的に軸方向運
動する状態で組立てられる少なくとも2つのコア部分が内含される。
される一般に中心にある開口部を有し、一般に円筒形をしていてよく、第2の回
転子は、固定子コアの外部で回転する回転子ハウジング部分を内含していてよい
。
向に延びる壁の中心に第2の回転子は、回転軸(A)のまわりに第2の回転子を
回転可能にする軸方向に延びる部分を有していてよい。
く、この中に第2の回転子ハウジングの軸方向に延びる部分が回転するよう収容
されている。
コンパクトな設計を達成できるようにすることができる。
可能部材はアセンブリの第1の軸方向端部で回転するように第1の回転子に連結
され、第2の回転部材は、アセンブリの第2の軸方向端部で又はそれに向かって
回転するように第2の回転子に連結されている。このようにして、第2の回転子
ハウジングの半径方向に延びる壁をアセンブリの第2の軸方向端部に位置づけす
ることができる。
あり、第2の固定子及び第2の回転子は第2のモータの2つの構成要素であり、
固定子が共通の固定子コアを共有していることがわかるだろう。アセンブリの両
方のモータは好ましくはブラシレスであり、第1の回転子は、第1の固定子のコ
イル内の電流の流れの結果として単独で回転させられ、第2の回転子は、第2の
固定子のコイル内の電流の流れの結果として単独で回転させられる。
うに作動する制御手段が具備されていてよい。
別々の制御装置が使用されてきたが、本発明のアセンブリを備えた場合、単一の
制御手段を具備することができ、これにより構造が単純化される。
て予め定められた順序で電流を供給するように適合され、これによりアセンブリ
の第1の固定子及び第1の回転子は第1の切換え型反作用モータである。制御手
段は、第2の固定子のコイルセットに対しても予め定められた順序で電流を供給
するように適合されていてよく、これによりアセンブリの第2の固定子及び第2
の回転子は、第2の切換え型反作用モータであり、制御手段は、第1及び第2の
固定子のコイルに対する電流の供給を独立して制御するように適合されていてよ
い。
が必要とされる場合にはいつでも応用可能である。しかしながら、本発明は特に
、第1の回転可能部材が流体ポンプの羽根車であり第2の回転可能部材が冷却フ
ァンであり、この冷却ファンがポンプにより圧送される流体を冷却するために作
動させられているような配置に向いている。より特定的には、アセンブリは、冷
却ファンが冷却空気を冷却システムのラジエータを通して導きポンプによりラジ
エータを通って圧送された冷却用流体を冷却するような形で取付けられるように
適合されていてよい。
めの運動用シールなどに対する必要性を軽減させるため、好ましくは羽根車によ
り圧送される流体は、第1の回転子の外部の一般に環状の空間内に移動できるよ
うになっている。このようにして、流体が固定子コイル内に漏出するのを防ぐた
めのみにシールが必要とされるが、このようなシールは、より容易かつ経済的に
具備される固定シールであってよい。
ることによって応答する制御手段に入力を提供する複数のセンサー手段をさらに
内含する、本発明の第1の態様に従ったアセンブリを内含するシステムが提供さ
れている。
タ内蔵の作動システムを提供することが可能である。例えば、制御手段は、シス
テムの性能を最適化するべく制御手段に提供される入力に応じて第1及び第2の
回転可能部材の各々の回転速度を制御するように適合されていてよい。
ための羽根車及び冷却ファンを内含し、この場合、流体を圧送する羽根車の回転
速度及び冷却ファンの回転速度は、最高速度より低くか又は予め定められた温度
範囲内のいずれかにシステム内の流体の温度を維持するように制御され得る。
2である第1の回転可能部材11を内含しており、この羽根車12には、ポンプ
ハウジング15内の回転軸Aのまわりに回転可能である。第1の回転可能部材1
1は、締付け具及び/又は連動する構成体によって取付けられるか又は一体を成
して形成されるかのいずれかによって、第1の回転子16に連結されている。第
1の回転子16は、軸受17内に取付けられ、第1の外側回転子要素20の中に
収容された第1のスタブシャフト19又は類似の部品を有し、軸受17がこのス
タブシャフト19上に支持されている。
び、以下で記述されるとおりさらなる軸受23により中空部分20内に支持され
ている。
含している。磁石24により、第1の回転子16は第1の固定子30のコイルの
中を通過する電流に応答して回転する。
含している。ファン32は軸Aのまわりに回転可能であり、第2の回転子34に
連結されている。第2の回転子34は、半径方向に延びる壁部分33と一体を成
しており、この壁には第2のスタブシャフト35が取付けられており、この第2
のスタブシャフト35は第1の回転子16の中空部分22の軸方向内側に延び、
第1の回転子16の第1のスタブシャフト19と端部が突合わさった状態で配置
されている。第2のスタブシャフト35には第2の回転子34が取り付けられ、
第2のスタブシャフト35は、この上に支持されこのスタブシャフト35と固定
子コア40の円筒形構成部38の内側表面の間に位置づけされた軸受36の中で
回転可能であり、この表面の上には、第1の回転子16の第1のスタブシャフト
19の軸方向内側端部を支持する軸受23も支持されている。
する一般に円筒形の表面42を内含している。第2の回転子34は、第1の回転
子16と同心的に配置されている第2の固定子44のコイルを通過する電流に応
答して軸Aのまわりに回転する。円筒形の表面42及び半径方向に延びる壁33
は、一緒になって第2の固定子ハウジングを提供する。回転子16、34は、標
準的に鋼製である。
定子コア40の構成部上に巻付けられていることがわかるだろう。第1の固定子
30のコイルは、一般に、アセンブリ10から半径方向に延び一方の端部で円筒
形の固定子コア部分48に連結される第1の「歯形」構成体46の上に巻付けら
れており、一方歯形構成体46の反対側の端部は、わずかに拡大されているもの
の開放しており、コイルが歯形構造物46上に巻きつけられその上に保持され得
るようにしている。コイルは、明確化を期して図1では示されていない。
固定子コア部分48から半径方向外向きに延びる第2の歯形構成体49上に巻付
けられている。ここでもまた、第2の歯形構成体49の反対側の開放端は、その
上に巻付けられたコイルを保持する助けとなるようやや拡大されている。ここで
も、図1にコイルは示されていない。
離されうる2つの部分50、51を有する。このようにして、円筒形固定子コア
部分48は、一方のコア部分50の一構成要素およびもう1つのコア部分51の
構成要素を内含する。2つのコア部分50、51は、図面中54として示されて
いるような軸方向に延びるピン又はボルトといった締付け具によって合わせて固
定されうる。各々の固定子コア部分50、51は、強磁性材料で作られ、当該技
術分野において周知のとおり、固定子コア40の軸Aに沿って積重ねられた積層
で形成されていてよい。
び第2の固定子44は、ブラシレス直流切換え型反作用モータとして作動する。
このようにして第1の固定子30のコイルセットは、第2の固定子44のコイル
と同様、予め定められた順序で電流により励起される。
子コア部分48は、充分なかさ及び磁束支持能力をもつため、第1の固定子30
のコイルが励起された時点で円筒形固定子コア部分48を通って流れる磁気回路
は、第2の固定子44のコイルが励起された時点で円筒形固定子コア部分48を
通って流れる磁気回路とは実質的に別のものであり続ける。
排他的にではなく、第1の固定子30及び第2の固定子44のコイルが共通のコ
ア40の上に巻付けられていることを理由として、コイルの全て、例えば第1の
固定子30及び第2の固定子44のコイルセット、及び具備されている場合には
回転子の回転位置を検知し、それぞれの回転子の回転位置とそれぞれの巻線付勢
を同期化するための回転子位置センサに対する適切な電気接続を伴って、単一の
制御手段55を具備することが妥当でありうる。
回転可能部材12及び32をもつコンパクトなアセンブリ10の構造に関するも
のである。ブラシレス直流モータの標準的作動モードの記述がなされている我々
の以前に許可された英国特許第2297433号への参照がなされるが、本発明
は、当業者にとっては明らかであるように、切換え型リラクタンスモータ、その
他の直流ブラシレスモータ又はその他のモータのその他の作動モードにも利用可
能である。
はポンプ羽根車12である。従来、取付けシャフトすなわち第1のスタブシャフ
ト19に沿って圧送されつつある流体が羽根車を駆動するモーターのコイル内に
漏出するのを防ぐための運動シールを具備することは、電動ポンプにおける1つ
の必要条件である。しかしながら、このような運動シールは故障しやすく、満足
のいくようには完成させるのがむずかしく、かつコストが高い。
る流体は、第1の回転子16の外側周囲の環状空間60内へと第1のスタブシャ
フト19と軸受17の間を通過できるようになっており、このようにしてその磁
石24は流体の中に浸漬されることになる。流体は、固定シールを提供する固定
子コア40の円筒形スリーブである障壁62(図1には示さず)によって、第1
の固定子30のコイルと接触するべく通過しないよう妨げられている。
きないような形で、第1及び第2の固定子コア部分50、51との関係において
その端部で密封されている。
9に沿ってポンプ13から漏れる流体は全て、第1及び第2のスタブシャフト1
9及び35の間のさらなる固定シール68により保持され、このシール68が中
空部分22を閉じる。
ムの一部であり、ポンプ13は、内燃機関を冷却するため内燃機関のまわりに冷
却剤を圧送する。冷却ファン32は、冷却剤を冷却するために冷却剤が中を通る
ラジエータRを通過して空気を吹きつける。
第2の固定子44のコイルが共通の固定子コア40上に巻付けられていることに
よって達成されるアセンブリ10のコンパクトな設計のため、このアセンブリを
例えばラジエータR内の開口部の中に適切に取りつけることができる。制御手段
55は、好ましくは、少なくとも固定子コア40の部品50、51(この例では
部品50)の1つと又は固定子コア40と一体化して形成されうるハウジング部
分70の中などで、図示されているとおりにアセンブリ10に隣接して位置設定
される。
ブリ10の設計に対する修正が必要となるかもしれない。例えば、図示されてい
るように、羽根車12に対する流体入口71はアセンブリ10の軸方向に配置さ
れているが、もう1つの例においては、これがアセンブリに対し横方向に延びて
いてよい。すなわち、流体入口はL字形管継手などを内含していてよい。
センブリ10が位置設定される予定の異なる寸法の空間に合うように適合させる
ことができる。
歯形構成体46、49)の数は、異なるモータ設計について異なるものであって
よく、第2の固定子44の歯形49の数とは異なる数の第1の固定子30の歯形
46を具備することが可能である。歯形構成体46、49は、記述された例の場
合のように半径方向に延びている必要はない。
立して制御することができる。回転可能部材12、32は最も実用的には共通の
回転方向に回転させられることになるが、所望の場合には、これらを反対方向に
回転させることもできる。
手段55に対する入力(11、12)に応答して制御することができる。例えば
、1つの内燃機関のための冷却システムにアセンブリ10が応用される場合、こ
のような入力には、それぞれのセンサS1、S2からのラジエータRに入る及び
ここから出る冷却剤などの温度の測定値が含まれていてよく、このようにして、
ポンプ13及び冷却ファン32の速度を変えてアセンブリ10の冷却効果を増減
し、こうして冷却剤の温度を最高温度より低いか又は好ましくは予め定められた
温度範囲内のいずれかに維持することができ、このようにして、冷却システムは
変化する内燃機関作動条件に対して、内蔵コンピュータにより応答することが可
能となる。
で最適な作用温度に達することができるように冷却システムを作動させることが
でき、必要な場合にのみ最大の冷却効果を達成し、内燃機関燃料の経済性を導く
ことができる。
に適用されるとおりに特定的に記述してきたが、本発明は、個々の制御を必要と
する2つの回転可能部材をもつアセンブリのコンパクトな設計が必要とされるそ
の他のあらゆる状況において利用できるものである。
によるアセンブリを通した側面断面図である。
Claims (21)
- 【請求項1】 共通の回転軸(A)のまわりに回転する第1及び第2の回転
可能部材(12、32)を内含するアセンブリにおいて、第1の部材(12)は
第1の回転子(16)に連結され、第2の部材(32)は第2の回転子(34)
に連結され、第1及び第2の回転子(16、34)は同心的に配置され、アセン
ブリ(10)にはさらにコア(40)のまわりに巻きつけられたコイルを内含す
る第1の固定子(30)及びコア(40)のまわりに巻きつけられたコイルを内
含する第2の固定子(44)が含まれており、第1の回転子(16)は第1の固
定子(30)のコイル内を流れる電流に応答して回転可能であり、第2の回転子
(34)は第2の固定子(44)のコイル内を流れる電流に応答して軸(A)の
まわりに回転可能である、アセンブリ。 - 【請求項2】 第1の固定子(30)は、磁気妨害を全く又は最小限しか与
えないように第2の固定子(44)のコイルから分離されていることを特徴とす
る、請求項1記載のアセンブリ。 - 【請求項3】 固定子コア(40)には、第1の固定子(30)のコイルが
まわりに巻付けられた半径方向に延びる第1の構成体(46)及び第2の固定子
(44)のコイルがまわりに巻付けられた半径方向に延びる第2の構成体(49
)が内含されていることを特徴とする、請求項2記載のアセンブリ。 - 【請求項4】 半径方向に延びる第2の構成体(49)が半径方向に延びる
第1の構成体(46)の半径方向外側に位置づけされていることを特徴とする、
請求項3記載のアセンブリ。 - 【請求項5】 コア(40)には、相対的に軸方向運動する状態で組立てら
れる少なくとも2つのコア部分(50、51)が内含されていることを特徴とす
る、請求項1〜4のいずれか1項記載のアセンブリ。 - 【請求項6】 固定子コア(40)が、中に第1の回転子(16)の少なく
とも1つの部分(19)を収容する全体として中央にある1つの開口部を有する
全体的に円筒形のものであり、第2の回転子(34)が固定子コア(40)の外
部で回転する回転子ハウジング部分(42)を内含することを特徴とする、請求
項1〜5のいずれか1項記載のアセンブリ。 - 【請求項7】 第2の回転子には半径方向に延びる壁(33)が内含され、
一般にこの半径方向に延びる壁(33)に中心で第2の回転子(34)が、回転
軸(A)のまわりに第2の回転子(34)を回転可能にする軸方向に延びる部分
(35)を有することを特徴とする、請求項6記載のアセンブリ。 - 【請求項8】 第1の回転子(16)には、軸方向に延びる中空部分(22
)が含まれ、この中に第2の回転子(34)の軸方向に延びる部分(35)が回
転するよう収容されていることを特徴とする、請求項7記載のアセンブリ。 - 【請求項9】 第1の回転可能部材(12)がアセンブリ(10)の第1の
軸方向端部で回転するように第1の回転子(16)に連結されており、第2の回
転部材(32)はアセンブリ(10)の第2の軸方向端部で又はそれに向かって
回転するように第2の回転子(34)に連結されていることを特徴とする、請求
項1〜8のいずれか1項記載のアセンブリ。 - 【請求項10】 第2の回転子(34)の半径方向に延びる壁(33)がア
センブリ(10)の第2の軸方向端部に位置づけされていることを特徴とする、
請求項7に付随する場合の請求項9記載のアセンブリ。 - 【請求項11】 アセンブリ(10)がブラシレスであり、第1の回転子(
16)が第1の固定子(30)のコイル内の電流の流れの結果として単独で回転
させられ、第2の回転子(34)が第2の固定子(44)のコイル内の電流の流
れの結果として単独で回転させられることを特徴とする、請求項1〜10のいず
れか1項記載のアセンブリ。 - 【請求項12】 第1及び第2の固定子(30、44)のコイルに対する電
流供給を制御するように作動する制御手段(55)が具備されていることを特徴
とする、請求項11記載のアセンブリ。 - 【請求項13】 制御手段(55)が第1の固定子(30)のコイルセット
に対して予め定められた順序で電流を供給するように適合され、これによりアセ
ンブリ(10)の第1の固定子(30)及び第1の回転子(16)が第1の切換
え型反作用モータであることを特徴とする、請求項12記載のアセンブリ。 - 【請求項14】 制御手段(55)が第2の固定子(44)のコイルセット
に対して予め定められた順序で電流を供給するように適合され、これによりアセ
ンブリ(10)の第2の固定子(44)及び第2の回転子(34)が第2の切換
え型反作用モータであることを特徴とする、請求項12又は13記載のアセンブ
リ。 - 【請求項15】 制御手段(55)が第1及び第2の固定子(30、44)
のコイルに対する電流の供給を独立して制御するように適合されていることを特
徴とする、請求項12〜14記載のいずれか1項記載のアセンブリ。 - 【請求項16】 第1の回転可能部材が流体ポンプ(13)の羽根車(12
)であり、ポンプ(13)により圧送された流体を冷却するvtoであることを
特徴とする、請求項1〜15のいずれか1項記載のアセンブリ。 - 【請求項17】 アセンブリ(10)は、冷却空気が冷却システムのラジエ
ータ(R)を通して冷却ファン(32)により導かれポンプ(13)によりラジ
エータを通って圧送される冷却用流体を冷却するような形で取付けられるように
適合されていることを特徴とする、請求項16記載のアセンブリ。 - 【請求項18】 羽根車(32)により圧送される流体が、第1の回転子(
16)の外にある一般に環状の空間の中へ移行できるようになっていることを特
徴とする、請求項16又は17記載のアセンブリ。 - 【請求項19】 第1及び第2の回転可能部材(12、32)の動作を制御
することによって応答する制御機構(55)に入力(11、12)を提供する複
数のセンサー手段(51、52)をさらに内含する、請求項12に付随する場合
の、請求項1〜18のいずれか1項記載のアセンブリ(10)を内含するシステ
ム。 - 【請求項20】 制御手段(55)は、システムの性能を最適化するように
制御手段(55)に提供される入力に応じて第1及び第2の回転可能部材(12
、32)の各々の回転速度を制御するように適合されていることを特徴とする、
請求項19記載のシステム。 - 【請求項21】 システムが冷却システムであり、アセンブリが請求項16
又は17記載のアセンブリであり、流体を圧送する羽根車(12)の回転速度及
び冷却ファン(32)の回転速度は、最高温度未満か又は予め定められた温度範
囲内のいずれかにシステム内の流体の温度を維持するように制御されていること
を特徴とする、請求項20記載のシステム。
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