JP2004512462A - 電動モータにより駆動されるポンプおよびこのようなポンプを製造するための方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、ポンプ室（１１）を有するポンプヘッド（１２）と、該ポンプヘッド（１２）を駆動する電動モータ（１４）とを備えたポンプ（１０）であって、電動モータ（１４）がステータ（４０）とロータ（３８）とを有しており、該ロータ（３８）がポンプヘッド（１２）に結合されていて、ポンプ室（１１）へ向かって開かれたロータ室（８２）内に配置されている形式のものに関する。
本発明によれば、半径方向でロータ室（８２）を取り囲むように配置されたステータ（４０）が、該ステータ（４０）に所属するシール壁（５１）と、少なくとも１つのハウジング壁（６４）とによって搬送媒体に対してシールされている。

Description

【０００１】
背景技術
本発明は、請求項１の上位概念部に記載の形式の、ポンプヘッドと、該ポンプヘッドを駆動する電動モータとを備えたモータポンプもしくは請求項２０の上位概念部に記載の形式の、このようなポンプを製造するための方法から出発する。
【０００２】
このような形式のモータポンプは、液体の搬送もしくは増圧のために働き、久しい以前から、たとえば暖房循環路内のウォータポンプとして使用されている。
【０００３】
ヨーロッパ特許第０７７８６４９号明細書に基づき公知のポンプ・モータユニットは、自動車内燃機関の冷却水ポンプとして働く。上記ヨーロッパ特許第０７７８６４９号明細書に記載のポンプ・モータユニットは、電子的に整流される直流モータにより駆動される渦巻きポンプである。この渦巻きポンプと直流モータとは、ヒートシンクもしくは冷却体を介して互いに結合されている。ポンプハウジングとヒートシンクとの間には、適当な材料から成る分離ポット（Ｓｐａｌｔｔｏｐｆ）が緊締されており、この分離ポットは電動モータのロータをステータから分離している。ポンプハウジングと分離ポットとの間に持ち込まれたシール部材により、液体充填されたロータ室は外側のステータ室に対してシールされている。
【０００４】
ヨーロッパ特許第０７７８６４９号明細書に記載のポンプ・モータユニットおよび比較可能な全てのモータポンプの欠点は、電動モータのステータ（固定子）とロータ（可動子）との間に生じるエアギャップである。このエアギャップは、このようなキャンドモータの効率に不都合に作用する。分離ポットの材料厚さを減少させることによりエアギャップを減少させることは、分離ポットにおける機械的な不安定性が生じる危険をもたらす。このことはポンプの早期の故障を招く恐れがある。
【０００５】
ヨーロッパ特許第０７７８６４９号明細書で提案されているような付加的なパッシブな冷却体もしくはヒートシンクによって制御モータの電子出力装置を冷却することも、付加的な分離ポットが必要となる他に、このようなポンプの複雑性を高めてしまう。
【０００６】
ヨーロッパ特許第０７１３２８２号明細書には、ポンプのためのキャンドモータが開示されている。このキャンドモータはロータとステータとの間に配置された分離ポットを備えている。ステータは、薄肉でスリーブ状の、特に成層された基体を有している。この基体の外面は、半径方向に向けられた複数のウエブを支持しており、これらのウエブはステータ巻線を支持している。基体の円筒状の内面は、少なくとも部分的に分離キャンの外面に接触している。この場合にも、付加的な分離ポットの手間のかかる組付けおよびシールが不都合となる。分離キャンはステータ成層鉄心とロータとの間に組み込まれてシールされなければならない。
【０００７】
ヨーロッパ特許第０７１３２８２号明細書のキャンドモータの開ループ制御および閉ループ制御のための電子制御装置は、モジュールとして形成されていて、手間のかかる冷却を必要とする。この電子装置モジュールのハウジング側は、形状接続的に、つまり係合に基づく嵌合により、ステータ巻線に接触している。電子装置により形成された熱エネルギは、切換ハウジングを介して、モータハウジングと、このモータハウジング内に位置するステータ巻線とに放出される。ステータ巻線は、受け取った熱エネルギを分離ポットを介して搬送媒体へ引き渡す。
【０００８】
発明の利点
請求項１の特徴部に記載の特徴を有する本発明によるポンプには、次のような利点がある。すなわち、搬送媒体へ向かって開かれたロータ室をステータ室に対してシールすることが簡単に可能となり、しかも付加的にポンプモータの電子装置の良好な冷却が達成される。
【０００９】
分離ポットのシール壁が直接にステータに所属していることにより、分離キャンの付加的な構成部分を不要にすることができる。本発明によるポンプの組立およびシールでは、分離キャンをステータとロータとの間に導入するための組立ステップが不要となり、このことは、本発明によるポンプの製作時における、相応する簡単化とコスト削減とをもたらす。
【００１０】
請求項２以下に記載の手段により、請求項１に記載のポンプの有利な改良が可能となる。
【００１１】
本発明によるポンプの有利な構成では、ポンプヘッドと、このポンプヘッドを駆動する電動モータと、この電動モータを制御するために働く電子的な切換部分とが、一緒になって１つのハウジング内に配置されている。このハウジングは１つの部分から成るハウジングであってもよいが、複数のコンポーネントから成っていてもよい。その場合、これらのコンポーネントは、それぞれ個々の機能（ポンプ、モータ、切換部分）に対応していて、互いに結合されている。こうして、モータハウジングは同時に電子装置のためのハウジング部分としても、あるいはまた電子装置のための冷却体もしくはヒートシンクとしても使用され得る。
【００１２】
モータハウジングと一体に形成された１つの壁により、本発明によるポンプに所要の機械的な安定性を与えられる。この壁はそれと同時に、ロータ室のシールのためにも寄与し得る。この壁は特に金属から製造することができる。このことは強度および熱伝達の理由から有利である。このことにより、原理的には本発明によるポンプのポンプハウジングのために唯一つの金属部分しか使用しないことが可能となり、このことは、このようなポンプの著しいコスト削減につながる。
【００１３】
ステータに固く結合されかつロータ室を半径方向で仕切っているシール壁により、付加的な別体の構成部分である分離キャンが必要となることが回避される。これによって、ロータとステータとの間のシールのために固有の構成部分は、もはや必要とならない。特に、このシール壁は、ステータの、ロータ室の周方向で完全に閉じられた被覆体として形成することができる。ステータのこのような被覆体は、プラスチックまたはその他の適当な材料から簡単に製造することができるので有利である。
【００１４】
ステータをプラスチックで被覆することには、さらに次のような利点がある。すなわち、たとえば離散した成層鉄心により形成されていてよいステータの磁極歯を、プラスチックの射出成形時に直接にプラスチック内に埋め込んで簡単に固定することができるので有利である。さらに、このプラスチック被覆体により、ロータ室とステータ室との間のシールエレメントに、もともと別体の分離キャンでは満たすことのできない一連の別の機能を付与することができるようになる。搬送媒体を案内するロータ室がステータ室に対してシールされると共に、ステータの成層鉄心をプラスチック射出成形時にプラスチック内に埋め込んで固定し、かつたとえばこの成層鉄心の相対回動を防止することができる。このことは、薄片から成る成層鉄心の簡単でかつ確実な位置固定を意味する。射出成形時にプラスチックにより被覆されたステータは、同じく、ステータ巻線を巻き付けるために必要となる巻付け体を射出成形プロセスの際に直接に一緒に形成することを可能にする。また、ステータ巻線を接続するために必要となるコンタクトポケットや、ステータにおけるその他の所要の保持装置も、やはり射出成形プロセス時に直接に一緒に加工成形することができるので有利である。これらすべてはステータの構造およびシールを単純にし、構成部分の点数を減少させ、これによって本発明によるポンプの組立を容易にする。従来慣用の構造のキャンドモータポンプを用いても、これらのことを実現することはできない。
【００１５】
ステータがモータハウジング壁、特に金属から成る壁に結合されると、この壁は、発生する力およびモーメントを吸収することができる。この金属壁はその熱伝導性により、直接にポンプモータの電子装置のための冷却体もしくはヒートシンクとしても使用することができるので有利である。電子的な切換素子が直接に前記金属壁に取り付けられると、この切換素子の良好な冷却が得られる。場合によっては、熱伝導性シートを構成部分と冷却体もしくはヒートシンクとの間に設置することもできる。電子装置の出力構成部分をばねを介して冷却面に圧着させるか、または電気的に絶縁性の接着剤を介して直接に冷却面に熱結合させることもが考えられる。これにより、電子装置の出力構成部分から金属製のモータハウジングへの良好な熱伝達が保証されている。
【００１６】
金属製の冷却壁自体が付加的にアクティブに冷却されると、制御電子装置の切換素子の冷却の著しい改善を達成することができる。この理由から、本発明によるモータポンプでは、ポンプ搬送したい流体の一部がモータ側で冷却壁の傍らを通って案内される。内燃機関の、予想され得る冷却水温度が周辺温度よりも低くなるので、このような冷却が可能となるわけである。金属壁を冷却するためには、ポンプヘッド内に吐出側の開口が設けられており、この開口はポンプ羽根車を有する電動モータの共通の軸に設けられた通路を介して、ポンプの吸込側への接続を形成している。したがって、ロータ上には、ポンプの十分な圧力差が加えられるので、ポンプ搬送したい流体の、ちょうどモータハウジングの冷却面の傍らを通って案内される二次流が実現されている。
【００１７】
電動モータは、出力電子装置を備えた切換部分とポンプヘッドとの間に配置されると有利である。このことは、本発明によるモータポンプのコンパクトでかつスペース節約的な構造を可能にする。ポンプを駆動することのできる電子的に整流される直流モータにより、たとえば内燃機関を備えた自動車の冷却回路もしくは加熱回路の冷却媒体通流の正確な制御が保証される。このことは、正確に適合された熱導出を可能にし、ひいては車両エンジンの最適な効率および燃料消費を可能にする。
【００１８】
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。
【００１９】
実施例の説明
図１に縦断面図で示した本発明による電動モータにより駆動されるポンプ１０の実施例は、電子的に整流されたブラシレスの電動モータ１４により駆動されるポンプヘッド１２と、電動モータ１４を制御するための切換部分１６とから成っている。
【００２０】
ポンプヘッド１２はポンプハウジング１８を有している。このポンプハウジング１８内では、駆動軸２０に固定された回転羽根車２２がポンプ室内１１内に配置されている。回転羽根車２２は、ポンプ循環させたい液体の搬送および圧力増大のための複数の羽根２４を備えている。ポンプハウジング１８内には、矢印２８の方向で液体を吸い込むための吸込み開口２６が通じている。さらに、ポンプハウジング１８は、図１には完全に図示されていない流出開口３０をポンプの吐出側に有している。吸込み開口２６はポンプ１０の回転羽根車２２の羽根２４へ通じている。ポンプハウジング１８は本発明によるモータポンプ１０の図示の実施例では、フランジ１２介してモータハウジング３４に結合されていて、両ハウジング部分の間に配置されたＯリング３６を介してシールされている。ポンプヘッド１２をモータハウジング３０と安定的に結合するためには、種々の固定手段が考えられる。これらの固定手段については、この場合、ねじ締結、リベット締結、接着等を例として挙げることができる。
【００２１】
本発明によるポンプ１０の電動モータ１４は、モータハウジング３４内に配置されたロータ３８と、このロータ３８を半径方向で取り囲むステータ４０とを有している。ステータ４０はプラスチック製の支持部分４２を備えており、この支持部分４２内には、この支持部分４２の射出成形時に、ステータ磁極を形成する複数の軟鉄歯４４が直接に埋め込まれている。これらの軟鉄歯４４は、たとえば図１に示したように金属薄片から成る成層鉄心４６の形で形成されている。
【００２２】
図２には、ステータ４０の横断面図が示されている。図２から判るように、ステータ４０はプラスチック製の支持部分４２と、この支持部分４２の射出成形時にプラスチック内に埋め込まれた磁極歯４４とを有している。プラスチック製の支持部分４２は、ロータ３８（図面を見易くするために図２には書き込んでいない）に面した内側４８に、ステータ４０の、完全に閉じられたプラスチック被覆体５０を形成している。このプラスチック被覆体５０は、このプラスチック被覆体５０が、プラスチック製の支持部分４２の内部、つまり中間室５２内に位置するロータ３８をステータ４０に対してシールするように形成されている。ステータ磁極歯４４のこのプラスチック被覆体５０は、ステータ４０のためのシール壁５１として働くだけではなく、ステータコイル５８の巻線５６のための支持型および巻付け体５４としても働く。
【００２３】
図３には、ステータ４０の巻線５６のための支持型５４を実現するための１手段が部分的に示されている。磁極歯４４のプラスチック被覆体５０は、コイル５８の巻線５６のための安定した受容部が生ぜしめられるように形成されている。巻取り線材６２のための付加的なコンタクトポケット６０は、図３に示したように、必要となるその他の保持部と同様に、直接にステータ４０のプラスチック製の支持部分４２に、形状形成プロセスによって加工成形することができる。
【００２４】
ステータ４０のプラスチック製の支持部分４２は、軸方向でモータハウジング３４の１つの壁６４に相対回動不能に固定されていて、付加的にシールエレメント６６を介してモータハウジング３４に対してシールされている。モータハウジング３４の、ポンプヘッド１２とは反対の側のこの壁６４は、図示の実施例ではモータハウジング３４と一体に形成されていて、ステータ４０を固定するための、本実施例ではピン６８として形成された複数の保持部を備えている。ハウジング壁６４はさらに、電動モータ１４と切換部分１６とを電気的に接続するための１つまたは複数の接続部７２のための多数の貫通案内７０を有している。ハウジング壁６４は有利には、モータハウジング３４と同様に、金属から形成されていてよく、これにより、モータの力およびモーメントを良好に吸収することができると共に、ステータ４０の確実な固定を保証することができる。また、熱伝達の理由から、この場合には冷却壁６５として働く金属壁も提供される。ハウジング壁６４は付加的に、本実施例では一体に形成された保持部７４を有しており、この保持部７４内には、モータ軸２０の第１の軸受け７６が挿入されている。
【００２５】
ステータ４０の、プラスチック製の支持部分４２により被覆された内室５２と、モータハウジング３４のハウジング壁６４の、対応してカバーされた範囲とは、本発明によればカップ状の室７８を形成している。この室７８内電動モータ１４のロータ３８が回転する。ロータ３８は、本実施例ではポンプ回転羽根車２２の駆動軸２０でもある軸に固定的に装着されている。ロータ３８は軸方向に複数の永久磁石８０を支持しており、これらの永久磁石８０はロータ３８の全周にわたって均一に分配されている。ロータ室８２を形成しているカップ状の室７８は半径方向において、ちょうどロータ３８の、軸から遠い方の部分がステータ４０のプラスチック被覆体５０の内側４８のすぐ近くで回転するような大きさに、ただしこの部分が内側４８に接触しないような大きさに形成されている。ステータ４０に設けられた、本発明によるプラスチック被覆体５０により、電動モータ１４のステータ４０とロータ３８との間のギャップを極めて小さく保持することが可能である。
【００２６】
ロータ室８２はポンプヘッド１２に対して、壁８４とシールエレメント８６とによって閉鎖されている。ロータ室８２の壁８４はポンプ１０の駆動軸２０のための第２の軸受け８８を支持している。さらに、ポンプヘッド側の壁８４はポンプ１０の吐出側へ向かって開口９０を有している。
【００２７】
搬送したい流体の一部は、ポンプヘッド側のロータ室壁８４の吐出側のこの開口９０を通じて、ロータ室８２に流入して、ロータ３８と特に駆動軸２０の軸受け７６，８８との周囲を取り囲むように流れ、これらの軸受けを冷却することができる。ロータ室８２に流入した液体はこのとき、切換部分側のモータハウジング壁６４に沿って流れて、やはりこのモータハウジング壁６４を冷却する。引き続き、この液体は、電動モータ１４とポンプヘッド１２との共通の駆動軸２０に設けられた通路９２を通じて、矢印９４の方向で再びモータ室８２から流出して、ポンプヘッド１２の吸込側の開口９０の範囲に流入する。
【００２８】
モータハウジング３４の、ポンプヘッド１２とは反対の側では、本発明によるポンプ１０を開ループ制御および閉ループ制御により制御するための切換部分１６が設けられている。この切換部分１６は図示の実施例ではモータハウジング３４と一体に結合されていて、モータハウジング３４と共にハウジング壁６４を共有していると有利である。ハウジング壁６４の、電動モータ１４とは反対の側には、電動モータ１４の電子切換装置９８の出力素子９６が固定されている。たとえばトランジスタであってよいこの出力素子９６は、本実施例では直接にハウジング壁６４に取り付けられているので、切換部分１６のこれらの電子的なコンポーネントとハウジング壁６４との間の良好な熱伝導性が得られる。電子切換装置９８により形成された熱は、本実施例では金属性であるハウジング壁６４へ迅速に放出され得る。しかし、切換部分１６の、冷却したい構成部分をばねを介してハウジング壁６４に圧着させることも考えられる。また、冷却壁であるハウジング壁６４に電子的な構成部分である電子切換装置９８を熱結合するための、電気的に絶縁性の接着剤を用いた直接的な接着も可能である。
【００２９】
ハウジング壁６４はさらに、モータ側で、ポンプ循環されるべき液体流によって少なくとも部分的に取り囲まれるように擦過されるので、本発明によれば、切換部分１６のコンポーネントのための著しく改善された熱導出が得られる。
【００３０】
切換部分１６自体は、本実施例ではポンプ１０のモータハウジング３４に直接に被せられたカバー１００を介して閉鎖され得る。このカバー１００は、被せ嵌め、ねじ締結、リベット締結、接着またはその他の適当な技術により、モータハウジング３４に確実に、かつ場合によってはリバーシブル（可逆式に）に固定され得る。切換部分１６のカバー１００は図示の実施例では、本発明によるモータポンプ１０への外部電圧供給のための接続部１０２を支持している。
【００３１】
本発明は、電動モータにより駆動されるポンプの前記実施例に限定されるものではない。
【００３２】
特に、ステータと一体に結合されたシール壁も有利に使用され得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明による電動モータにより駆動されるポンプの縦断面図である。
【図２】
本発明による電動モータにより駆動されるポンプの電動モータに設けられたステータの横断面図である。
【図３】
本発明による電動モータにより駆動されるポンプのステータの詳細を示す図である。

Claims (20)

1. ポンプ室（１１）を有するポンプヘッド（１２）と、該ポンプヘッド（１２）を駆動する電動モータ（１４）とを備えたポンプであって、電動モータ（１４）がステータ（４０）とロータ（３８）とを有しており、該ロータ（３８）がポンプヘッド（１２）に結合されていて、ポンプ室（１１）へ向かって開かれたロータ室（８２）内に配置されている形式のものにおいて、ステータ（４０）が、半径方向でロータ室（８２）を取り囲むように配置されており、該ロータ室（８２）が、ステータ（４０）に所属するシール壁（５１）と、ポンプハウジング（１８）の少なくとも１つの壁（６４）とによってポンプ室（１１）に対してシールされていることを特徴とする、電動モータにより駆動されるポンプ。
2. ポンプヘッド（１２）と、電動モータ（１４）と、該電動モータ（１４）を制御するための電子的な切換部分（１６）とが、共通の、特に３つの部分から成るポンプハウジング（１８）内に配置されている、請求項１記載のポンプ。
3. ロータ室（８２）を仕切る少なくとも１つの壁（６４）が、電動モータ（１４）のモータハウジング（３４）と一体に形成されている、請求項１または２記載のポンプ。
4. ロータ室（８２）を半径方向で仕切る、ステータ（４０）に所属のシール壁（５１）が、ロータ室（８２）を弾性的なシール手段（６６）を介してシールしている、請求項３記載のポンプ。
5. ロータ室（８２）を半径方向で仕切るシール壁（５１）が、ステータ（４０）に固く結合されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のポンプ。
6. 前記シール壁（５１）が、ステータ（４０）の、ロータ室（８２）の周方向で完全に閉じられた被覆体（５０）により形成されている、請求項５記載のポンプ。
7. ステータ（４０）の、ロータ室（８２）の周方向で完全に閉じられた前記被覆体（５０）が、プラスチックから成っている、請求項６記載のポンプ。
8. ステータ（４０）の前記被覆体（５０）の射出成形時に、該被覆体（５０）内にステータ（４０）の磁極歯（４４）が埋め込まれている、請求項６または７記載のポンプ。
9. ステータ（４０）のプラスチック被覆体（５０）が、ステータ巻線（５６）のための巻付け体（５４）として働くように成形されている、請求項７または８記載のポンプ。
10. ステータ（４０）が、モータハウジング（３４）の壁（６４）に結合されている、請求項１から９までのいずれか１項記載のポンプ。
11. 切換部分（１６）を封入している少なくとも１つの壁（６４）が、モータハウジング（３４）と一体に形成されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載のポンプ。
12. 切換部分（１６）の少なくとも１つの電子装置構成部分（９６）が、搬送媒体により冷却された冷却壁（６５）に配置されている、請求項１から１１までのいずれか１項記載のポンプ。
13. 前記冷却壁（６５）が、モータハウジング（３４）の１つの壁（６４）である、請求項１１または１２記載のポンプ。
14. 搬送媒体の容積流が、ポンプヘッド（１２）の吐出側から前記冷却壁（６５）の傍らを通ってポンプヘッド（１２）の吸込側にまで流れるようになっている、請求項１２または１３記載のポンプ。
15. 電子的な切換部分（１６）が、モータハウジング（３４）の、ポンプヘッド（１２）とは反対の側に取り付けられている、請求項１から１４までのいずれか１項記載のポンプ。
16. 電動モータ（１４）の軸が、同時にポンプヘッド（１２）の駆動軸（２０）でもある、請求項１から１５までのいずれか１項記載のポンプ。
17. 搬送媒体が、モータ（１４）の駆動軸（２０）内に設けられた通路（９２）を通じて吸込側へ流れるようになっている、請求項１６記載のポンプ。
18. 電動モータ（１４）が、電子的に整流される直流モータである、請求項１から１７までのいずれか１項記載のポンプ。
19. 当該ポンプが、自動車で使用するためのウォータポンプである、請求項１から１８までのいずれか１項記載のポンプ。
20. ポンプ（１０）、特に自動車の冷却回路もしくは加熱回路のための液体ポンプであって、該ポンプ（１０）が、ポンプヘッド（１２）と電動モータ（１４）とを有しており、該電動モータ（１４）がステータ（４０）とロータ（３８）とを備えている形式のポンプ（１０）を製造するための方法において、ポンプヘッド（１２）を駆動する電動モータ（１４）のステータ（４０）を、ステータ磁極歯（４４）を取り囲むように特にプラスチックを射出成形することにより製造し、プラスチックの射出成形時にステータ磁極歯（４４）を埋め込む際に、プラスチック被覆体（５０）を加工成形し、しかもこの場合、該プラスチック被覆体（５０）内にステータ磁極歯（４４）が相対回動不能にかつ固定的に嵌入され、該プラスチック被覆体（５０）がステータ巻線（５６）の支持体（５４）として加工成形され、かつ該プラスチック被覆体（５０）が、電動モータ（１４）の、搬送媒体へ向かって開かれたロータ室（８２）に対してステータ（４０）をシールし得るように前記プラスチック被覆体（５０）を加工成形することを特徴とする、電動モータにより駆動されるポンプを製造するための方法。