JP2005098163A - 磁気結合ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】 コイルの冷却性能を高めることにより、コイル抵抗を小さくしてコイルを流れる電流を増させ、ポンプの吐出性能を向上させることができる磁気結合ポンプを提供すること。
【解決手段】 ウォータポンプ１０において、銅やアルミニウムなど熱伝導率が高い材質により形成した放熱シャフト５０をステータ１２に圧入固定するとともに、銅やアルミニウムなど熱伝導率が高い材質により形成した放熱板５１を、放熱シャフト５０の先端に接触させて配置する。このとき、放熱板５１の一面は、外部に露出させて大気に接触させる。また、放熱板５１の外部に露出した面に、複数の溝５２を形成する。さらに、放熱板５１の外部に露出した面を黒色に塗装する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、コイルに通電してステータとインペラが形成されたロータとの間に磁力を発生させ、ロータを回転させることにより、流体を吐出する磁気結合ポンプに関する。さらに詳細には、水冷式冷却装置のウォータポンプ等に使用され、ポンプの吐出性能を向上させることができる磁気結合ポンプに関するものである。

従来から、内燃機関を搭載した自動車や電気自動車などの冷却系統に使用されるウォータポンプとして磁気結合ポンプが使用されている。このようなポンプとして、例えば、特開２００１−３０４１６４号公報に開示されたものがある。この磁気結合ポンプ１００は、図３に示すように、冷却水の流入通路１０２と流出通路１０３が形成された合成樹脂製のポンプ室側ハウジング１０４と、このポンプ室側ハウジング１０４と共にポンプ室１０５を形成する合成樹脂製のボデー１０６と、このボデー１０６と共にモータ室１０７を形成する合成樹脂製のモータ室側ハウジング１０８とを備え、ポンプ室側ハウジング１０４とボデー１０６、及び、ボデー１０６とモータ室側ハウジング１０８はそれぞれ溶着によって一体化されている。

ポンプ室１０５に、合成樹脂製のロータ１０９が収容されている。このロータ１０９は略円筒カップ状に形成されており、底部１１０の中央部にＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）材料からなる円筒状の軸受部１１１が、また、軸受部１１１の周囲にインペラ１１２がそれぞれ形成されている。軸受部１１１の貫通孔にシャフト１１３が挿通されており、ロータ１０９はシャフト１１３回りに回転自在とされている。シャフト１１３はインサート体としてボデー１０６に部分的に固着されており、ボデー１０６に対するシャフト１１３の回転及び抜けを防止するためのスパイラル部１１４がボデー１０６内部に埋められている。シャフト１１３の先端部に、ロータ１０９の回転時の浮き上がりを防止するためのストッパ部材としてのワッシャ１１５がスクリュねじ１１６によって取り付けられている。ロータ１０９の筒部１１７は磁性体粉を含有し円周方向に部分的に磁化されたプラスチックマグネットにより構成されている。

そして、これらの磁石部が、コイル１１９を巻装してなるステータ１１８の回転磁界によって回転力を受け、ロータ１０９が回転することにより、インペラ１１２も回転してその回転に伴い流入通路１０２からポンプ室１０５へ吸入される流体を流出通路１０３から外部へ吐出するようになっている。

特開２００１−３０４１６４号公報（第２〜３頁、第１図）

しかしながら、上記した特開２００１−３０４１６４号公報に記載されたポンプ１００では、コイル１１９に通電を行うとコイル１１９が発熱してしまうため、コイル抵抗が大きくなってしまう。ここで、ポンプ１００は、アウターロータタイプのためステータ１１８（コイル１１９）の外周は水冷されるが、ステータ１１８（コイル１１９）の内側は放熱するには不利な構造となっている。つまり、樹脂により密閉されている。このため、コイル１１９付近の温度が上昇してしまい、コイル抵抗が増加してしまうのである。その結果として、コイル１１９を流れる電流が減少し、ステータ１１８とロータ１０９とで構成されるモータの起磁力が低下し、ポンプ１００の吐出性能が低下してしまうという問題があった。

そこで、本発明は上記した課題を解決するためになされたものであり、コイルの冷却性能を高めることにより、コイル抵抗を小さくしてコイルを流れる電流を増させ、ポンプの吐出性能を向上させることができる磁気結合ポンプを提供することを課題とする。

上記課題を解決するためになされた本発明に係る磁気結合ポンプは、ポンプ室、吸入口及び吐出口を含むケーシングと、前記ケーシングに固定され、コアにコイルを巻回してなるステータと、前記ステータの中心に配置されたシャフトと、前記シャフトを中心に前記ステータの外周にて回転可能に設けられロータと、前記ロータと一体回転可能に設けられ、前記ポンプ室に配置されたインペラと、前記ステータの中心であって前記シャフトとは反対側に圧入され固定された放熱シャフトと、前記放熱シャフトの先端に接触して固定されるととともに、一面が外部に露出されている放熱板とを有することを特徴とするものである。

この磁気結合ポンプでは、コイルに通電することによりステータとロータとの間で磁界が作用して、シャフトを中心にロータがインペラと一体的に回転する。このインペラの回転に伴い、流体が吸入口からポンプ室へ吸入され、吐出口から外部へ吐出される。ここで、ステータの中心に放熱シャフトが圧入固定され、その放熱シャフトの先端には、一面が外部に露出された放熱板が接触して固定されている。このため、コイルで発生した熱は、ステータから放熱シャフト、さらには放熱板へと伝達され、放熱板から大気中に放熱される。これにより、コイルの冷却性能が高められるので、コイル抵抗が小さくなり、コイルを流れる電流を増加させることができる。したがって、ステータとロータとで構成されるモータの起磁力が増大するので、ポンプの吐出性能を向上させることができる。

本発明に係る磁気結合ポンプにおいては、外部に露出された前記放熱板の一面には、溝が形成されていることが望ましい。

こうすることにより、放熱板と外気との接触面積が増大するので、放熱板から大気中への放熱が促進され、コイルの冷却性能を一層高めることができるからである。その結果として、コイル抵抗が一層小さくなり、コイルを流れる電流を一層増加させることができるので、ステータとロータとで構成されるモータの起磁力が一層増大するため、ポンプの吐出性能を一層向上させることができる。

また、本発明に係る磁気結合ポンプにおいては、外部に露出された前記放熱板の一面は、放熱性コーティング材によりコーティングされていることが望ましい。なお、放熱性コーティング材には、例えば、放熱性に優れる塗装や放熱性複合フィルムなどが含まれる。

こうすることにより、輻射により放熱板から大気中への放熱がより促進されるため、コイルの冷却性能をより一層高めることができるからである。その結果として、コイル抵抗がより一層小さくなり、コイルを流れる電流をより一層増加させることができるので、ステータとロータとで構成されるモータの起磁力がより一層増大するため、ポンプの吐出性能をより一層向上させることができる。

本発明に係る磁気結合ポンプによれば、ステータの中心に放熱シャフトが圧入固定され、その放熱シャフトの先端には一面が外部に露出された放熱板が接触して固定されているので、コイルの冷却性能を高めることができる。これにより、コイル抵抗が小さくなるため、コイルを流れる電流値が増加するので、ポンプの吐出性能を向上させることができる。

以下、本発明の磁気結合ポンプを具体化した最も好適な実施の形態について図面に基づき詳細に説明する。本実施の形態は、自動車のエンジンやインバータやモータ等を冷却するための冷却水を循環させるウォータポンプである。そこで、このウォータポンプの概略構成を図１および図２に示す。図１は、ウォータポンプを示す平面図である。図２は、図１のＡ−Ａ線における断面図である。

ウォータポンプ１０は、ケーシング１１と、ケーシング１１の内部に設けられるステータ１２、ロータ１３及びインペラ１４などとを基本構成として備えている。そして、ステータ１２とロータ１３は、アウターロータタイプのモータを構成している。

ケーシング１１は、ボディ１５と、ボディ１５の上側を覆うカバー１６と、ボディ１５の下側を覆うロワプレート１７とを備えている。そして、ボディ１５とカバー１６は、互いにフランジ１５ａ，１６ａにて着脱可能に組み付けられている。また、カバー１６の中央には、上方向へ開口する吸入口１８が形成されている。同じくカバー１６の外周には、横方向へ開口する吐出口１９が形成されている。そして、ボディ１５とカバー１６とで囲まれる空間は、ポンプ室２１となっている。また、ロワプレート１７は、ボディ１５の開口部１５ｂにて着脱可能に取り付けられている。ボディ１５とロワプレート１７とで囲まれる空間内にプリント基板３０が配設されている。

ボディ１５の片側には、コネクタ３２が設けられている。このコネクタ３２には、ターミナル３３が、樹脂により一体的にモールド成形されている。ターミナル３３の先端は、プリント基板３０に接続されている。これにより、外部電源がターミナル３３を介してプリント基板３０に供給されるようになっている。

ステータ１２は、ボディ１５に固定されており、金属製のステータコア２３にコイル２４を巻回することにより構成されている。ステータコア２３の端部には、ターミナル３１が設けられている。このターミナル３１には、コイル２４の配線が接続されている。そして、このターミナル３１の先端は、プリント基板３０に接続されている。これにより、プリント基板３０からターミナル３１を介して、外部電源がコイル２４に供給されるようになっている。

また、ステータ１２の中心には、シャフト２６が配置され固定されている。このシャフト２６は、インサート体としてボディ１５に部分的に埋め込まれて固定されている。そして、ステータ１２は、樹脂によりボディ１５と一体にモールド成形されている。このステータ１２のモールド部分とボディ１５の周壁とで囲まれる空間は、周溝２８となっている。これにより、周溝２８とロータ１３との間に微細な間隙が形成され、ポンプ室２１に吸入される冷却水がその間隙を流れるようになっている。

略カップ状をなすロータ１３は、全体がプラスチックマグネットにより構成されている。ロータ１３のカップ底面の中央部には、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）材料からなる円筒状の軸受部１３ａが形成されている。また、ロータ１３のカップ底面外側には、軸受部１３ａの外側に向かって複数のインペラ１４が形成されている。このインペラ１４は、ロータ１３を成形する際に同時に形成される。なお、本実施の形態では、６枚のインペラ１４が設けられている。

そして、ロータ１３は、軸受部１３ａの貫通孔にシャフト２６が挿通され、モールドされたステータ１２を覆い被すように、ポンプ室２１内に配置されている。このとき、ロータ１３の外周部は、ボディ１５の周溝２８に組み入れられる。また、インペラ１４も、ポンプ室２１に配置されることになる。この状態で、ロータ１３は、シャフト２６を中心に、ステータ１２の外周にて回転可能に設けられる。また、ロータ１３は、シャフト２６の先端部２６ａにて回転可能に支持され、ネジ２９によりシャフト２６からの抜け止めがなされている。

さらに、ステータ１２の中心には、放熱シャフト５０が配設されている。この放熱シャフト５０は、シャフト２６の反対側（図２では下側）に配置されている。放熱シャフト５０は、銅やアルミニウムなど熱伝導率が高い材質により形成されている。そして、放熱シャフト５０は、ステータ１２に対して圧入され固定されている。この放熱シャフト５０の先端には、放熱板５１が接触して固定されている。この放熱板５０も、銅やアルミニウムなど熱伝導率が高い材質により形成されている。放熱板５１は、ロワプレート１７にはめ込まれ、その一面が外部に露出している。

これにより、コイル２４で発生した熱は、ステータ１２から放熱シャフト５０、さらには放熱板５１へと伝達され、放熱板５１から大気中に放熱される。このため、コイル２４の冷却性能が高められるので、コイル抵抗が小さくなり、コイル２４を流れる電流を増加させることができる。よって、ステータ１２とロータ１３とで構成されるモータの起磁力が増大するので、ポンプ１０の吐出性能を向上させることができる。

また、放熱板５１の外部に露出した面には、複数の溝５２が形成されている。このため、放熱板５１と外気との接触面積が増大するので、放熱板５１から大気中への放熱が促進され、コイル２４の冷却性能を一層高めることができる。さらに、放熱板５１の外部に露出した面は、放熱性に優れた塗料（本実施の形態では、黒色塗料）が塗られている。これにより、輻射により放熱板５１から大気中への放熱がより促進されるため、コイル２４の冷却性能をより一層高めることができる。

このような構成により、ウォータポンプ１０では、シャフト２６を中心にインペラ１４がロータ１３と共に回転することにより、その回転に伴い吸入口１８からポンプ室２１へ冷却水が吸入され、その冷却水が吐出口１９から外部へ吐出されるようになっている。そして、ウォータポンプ１０には、ステータ１２に圧入固定された放熱シャフト５０と、放熱シャフト５０の先端に接触して配置された放熱板５１とが備わっているので、コイル２４で発生した熱は、ステータ１２から放熱シャフト５０、さらには放熱板５１へと伝達され、放熱板５１から大気中に放熱される。このため、コイル２４の冷却性能が高められる。そして、コイル２４の温度を測定したところ、従来のポンプに比べ１０〜１５℃程度温度が低下していることが確認された。

上記のウォータポンプ１０を製造するには、まず、スタータコア２３、コイル２４、およびシャフト２６を一体的に組み付けてなるステータアッセンブリを予め準備する。そして、ステータアッセンブリおよびターミナル３３を、樹脂モールド用金型のキャビティにインサートした状態で、そのキャビティに樹脂溶湯を流し込むことにより、ステータアッセンブリおよびターミナル３３を樹脂によりボディ１５に一体的にモールド成形する。

次いで、放熱シャフト５０をステータ１２に圧入して固定する。その後、シャフト２６の先端部２６ａにロータ１３を取り付けて、ボディ１５にカバー１６を取り付ける。また、ボディ１５内にプリント基板３０等を取り付けて配線し、放熱シャフト５０に放熱板５１を取り付けた後に、開口部１５ｂをロワプレート１７で封鎖することにより、図２に示すようなウォータモータポンプ１０の完成品が得られる。

以上、詳細に説明したように本実施の形態に係るウォータポンプ１０には、ステータ１２に圧入固定された放熱シャフト５０と、放熱シャフト５０の先端に接触して配置された放熱板５１とが設けられている。そして、これら放熱シャフト５０および放熱板５１は、ともに銅やアルミニウムなど熱伝導率が高い材質により形成されている。このため、コイル２４で発生した熱は、ステータ１２から放熱シャフト５０、さらには放熱板５１へと伝達され、放熱板５１から大気中に放熱される。これにより、コイル２４の冷却性能が高められるので、コイル抵抗が小さくなり、コイル２４を流れる電流を増加させることができる。よって、ステータ１２とロータ１３とで構成されるモータの起磁力が増大するので、ポンプ１０の吐出性能を向上させることができる。

また、放熱板５１の外部に露出した面に、複数の溝５２を形成しているので、放熱板５１と外気との接触面積が増大するため、放熱板５１から大気中への放熱が促進され、コイル２４の冷却性能を一層高めることができる。さらに、放熱板５１の外部に露出した面を黒色に塗装しているので、輻射により放熱板５１から大気中への放熱がより促進されるため、コイル２４の冷却性能をより一層高めることができる。

なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。例えば、上記した実施の形態では、放熱板５１の外部に露出した面を黒色塗料で塗っているが、塗装の代わりに放熱性複合フィルムを貼り付けても同様の効果を得ることができる。

本実施の形態に係るウォータポンプを示す平面図である。 図１のＡ−Ａ線における断面図である。 従来のウォータポンプを示す縦断面図である。

符号の説明

１０ ウォータポンプ
１１ ケーシング
１２ ステータ
１３ ロータ
１４ インペラ
１８ 吸入口
１９ 吐出口
２１ ポンプ室
２３ ステータコア
２４ コイル
２６ シャフト
５０ 放熱シャフト
５１ 放熱板
５２ 溝

Claims (3)

1. ポンプ室、吸入口及び吐出口を含むケーシングと、
   前記ケーシングに固定され、コアにコイルを巻回してなるステータと、
   前記ステータの中心に配置されたシャフトと、
   前記シャフトを中心に前記ステータの外周にて回転可能に設けられロータと、
   前記ロータと一体回転可能に設けられ、前記ポンプ室に配置されたインペラと、
   前記ステータの中心であって前記シャフトとは反対側に圧入され固定された放熱シャフトと、
   前記放熱シャフトの先端に接触して固定されるととともに、一面が外部に露出されている放熱板とを有することを特徴とする磁気結合ポンプ。
2. 請求項１に記載する磁気結合ポンプにおいて、
   外部に露出された前記放熱板の一面には、溝が形成されていることを特徴とする磁気結合ポンプ。
3. 請求項１または請求項２に記載する磁気結合ポンプにおいて、
   外部に露出された前記放熱板の一面は、放熱性コーティング材によりコーティングされていることを特徴とする磁気結合ポンプ。

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