JP2005344601A - Motor operated pump - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、電動ポンプに関し、特に、複数の羽根を有する羽根車(インペラ)をモータで駆動する電動ポンプに関する。 The present invention relates to an electric pump, and more particularly, to an electric pump that drives an impeller having a plurality of blades with a motor.
複数の羽根を有するインペラをモータで駆動する電動ポンプにおいては、流体の吐出口とインペラの羽根との位置関係による圧力変動(以下、この圧力変動を「インペラ脈動」と称する。)やモータのコギングトルクに起因してポンプ振動が発生し、このポンプ振動が構造物に伝搬することによってポンプ騒音が発生する。ここで、コギングトルクとは、ロータに設けられた磁石とステータの鉄心との間の磁力作用によって発生するトルクであり、モータの回転の際にコツコツ感を発生し、電動ポンプにおけるポンプ振動の発生原因となる。 In an electric pump that drives an impeller having a plurality of blades with a motor, pressure fluctuation (hereinafter referred to as “impeller pulsation”) due to the positional relationship between the fluid discharge port and the impeller blades or cogging of the motor. Pump vibration is generated due to torque, and pump noise is generated by propagating the pump vibration to the structure. Here, the cogging torque is a torque generated by the magnetic force action between the magnet provided on the rotor and the iron core of the stator. When the motor rotates, a sensation is generated and the pump vibration is generated in the electric pump. Cause.
特に、静粛性が要求される車両において、中でもウォーターポンプとして用いられる電動ポンプがエンジン停止中にも作動し得るハイブリッド自動車(Hybrid Vehicle)やエンジンを搭載しない電気自動車(Electric Vehicle)においては、エンジンの作動音が発生していない状況において電動ポンプからの騒音が相対的に顕著になるため、ポンプ騒音の低減は、重要な課題の1つである。 In particular, in vehicles that require quietness, in particular, hybrid vehicles that can operate even when the electric pump used as a water pump is stopped, and electric vehicles that do not have an engine (electric vehicles), Since noise from the electric pump becomes relatively significant in a situation where no operating noise is generated, reduction of pump noise is one of important issues.
特許文献1は、液体脈動の発生レベルを低減し、また、脈動に起因する構造物の振動応答を低減できる渦巻ポンプを開示する。この特許文献1によれば、位相を制御した2台の渦巻ポンプによってタンク内の流体脈動に逆位相を持たせ、これらを重ね合わせることによって、脈動レベルが低減される。また、脈動計測センサが配管に設けられ、その測定値を用いて2台の渦巻ポンプの回転位相が位相制御装置により制御される。これによって、液体脈動の発生レベルを低減でき、または、脈動に起因する構造物の振動応答を低減することができる(特許文献1参照)。
しかしながら、特許文献1で開示された技術によれば、2台のポンプを備えることが必須の構成となるため、低コスト化や小型化が要求される車両においてはデメリットとなる。また、特許文献1で開示される技術は、各ポンプから発生する脈動を合成することによって液体脈動を低減するものであり、ポンプ振動自体を抑制するものではない。 However, according to the technique disclosed in Patent Document 1, since it is essential to have two pumps, there is a demerit in a vehicle that requires cost reduction and size reduction. Moreover, the technique disclosed in Patent Document 1 is to reduce liquid pulsation by synthesizing pulsation generated from each pump, and does not suppress pump vibration itself.
そこで、この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、作動時に発生するポンプ振動を抑制することができる電動ポンプを提供することである。 Accordingly, the present invention has been made to solve such a problem, and an object thereof is to provide an electric pump capable of suppressing pump vibration generated during operation.
この発明によれば、電動ポンプは、複数の羽根を有するインペラと、複数の界磁極を有するロータおよび各々にコイルが巻回された複数の鉄心を有するステータを含むモータ部とを備え、複数の界磁極は、複数の界磁極と複数の鉄心との磁気作用によって周期的に発生するコギングトルクの第1のピークがインペラの回転によって周期的に発生する脈動の第2のピークとずれるように、ロータの周方向に形成される。 According to the present invention, an electric pump includes an impeller having a plurality of blades, a rotor having a plurality of field poles, and a motor unit including a stator having a plurality of iron cores each wound with a coil. The field pole is such that the first peak of the cogging torque periodically generated by the magnetic action of the plurality of field poles and the plurality of iron cores is shifted from the second peak of pulsation periodically generated by the rotation of the impeller. It is formed in the circumferential direction of the rotor.
好ましくは、インペラは、m(mは2以上の自然数)枚の羽根を有し、モータ部は、m個の界磁極とm個の鉄心とを有し、複数の界磁極は、隣接する第2のピークの略中央に第1のピークが発生するように、ロータの周方向に形成される。 Preferably, the impeller has m blades (m is a natural number of 2 or more) blades, the motor unit has m field poles and m iron cores, and the plurality of field poles are adjacent to each other. It is formed in the circumferential direction of the rotor so that the first peak is generated substantially at the center of the two peaks.
好ましくは、複数の界磁極は、コギングトルクの発生周期が脈動の発生周期と異なるように、ロータの周方向に形成される。 Preferably, the plurality of field poles are formed in the circumferential direction of the rotor such that the generation period of cogging torque is different from the generation period of pulsation.
好ましくは、インペラは、m(mは2以上の自然数)枚の羽根を有し、モータ部は、n(nはmと異なる2以上の自然数)個の界磁極を有する。 Preferably, the impeller has m (m is a natural number of 2 or more) blades, and the motor unit has n (n is a natural number of 2 or more different from m) field poles.
好ましくは、インペラは、モータ部のロータを構成し、複数の界磁極は、インペラを周方向に着磁することによって形成される。 Preferably, the impeller constitutes a rotor of the motor unit, and the plurality of field poles are formed by magnetizing the impeller in the circumferential direction.
好ましくは、インペラは、その一部がステータの外周を覆うように設けられ、インペラの一部は、周方向に着磁されることによってロータを構成し、複数の羽根は、インペラの回転軸方向における端面の一方に配設される。 Preferably, the impeller is provided so that a part thereof covers the outer periphery of the stator, and a part of the impeller is magnetized in the circumferential direction to constitute a rotor, and the plurality of blades are arranged in the direction of the rotation axis of the impeller Is disposed on one of the end faces.
この発明による電動ポンプにおいては、複数の界磁極と複数の鉄心との磁気作用によって周期的に発生するコギングトルクの第1のピークがインペラの回転によって周期的に発生する脈動の第2のピークとずれるように、複数の界磁極がロータの周方向に形成されるので、コギングトルクとインペラの回転による脈動とが同時に発生しない。 In the electric pump according to the present invention, the first peak of the cogging torque periodically generated by the magnetic action of the plurality of field poles and the plurality of iron cores is the second peak of the pulsation periodically generated by the rotation of the impeller. Since the plurality of field poles are formed in the circumferential direction of the rotor so as to be shifted, cogging torque and pulsation due to rotation of the impeller do not occur simultaneously.
したがって、この発明によれば、ポンプ振動が抑制される。また、電動ポンプ自体の振動が抑制されるので、脈動を打消すために2台の電動ポンプを備える必要がなく、ポンプ振動の抑制を低コストで実現できる。 Therefore, according to this invention, pump vibration is suppressed. Further, since vibration of the electric pump itself is suppressed, it is not necessary to provide two electric pumps in order to cancel pulsation, and suppression of pump vibration can be realized at low cost.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.
[実施の形態1]
図1は、この発明の実施の形態1による電動ポンプの構成を示す正面図である。
[Embodiment 1]
1 is a front view showing a configuration of an electric pump according to Embodiment 1 of the present invention.
図1を参照して、この実施の形態1による電動ポンプ10は、インペラ12と、羽根14と、回転シャフト16と、吐出口18と、アッパーケース20とを備える。インペラ12は、回転シャフト16に固設され、回転シャフト16と連動して回転軸回りを時計回りに回転する。羽根14は、インペラ12に固設され、回転方向に等間隔に6枚配設される。羽根14は、インペラ12が回転すると、インペラ12の中心部近傍から吸い込まれた流体に遠心作用による圧力を発生させる。吐出口18は、インペラ12が回転することによって昇圧された流体を外部へ吐き出すための出力口である。アッパーケース20は、インペラ20の外周を覆うハウジングである。
With reference to FIG. 1, the
この電動ポンプ10においては、インペラ12が時計回りに回転すると、インペラ12に設けられた6枚の羽根14が水圧を発生させる。そして、隣接する羽根14の間において昇圧された流体は、吐出口18から順次出力される。
In the
ここで、吐出口18から出力される流体には、吐出口18と羽根14との位置関係によるインペラ脈動が発生する。この電動ポンプ10においては、羽根14が回転方向に等間隔に6枚設けられており、インペラ12が1回転すると、吐出口18と羽根14との位置関係による6回の圧力ピークが周期的に発生する。
Here, impeller pulsation due to the positional relationship between the
図2は、図1に示した電動ポンプ10における断面II−IIの断面図である。なお、この図2では、図1に示したアッパーケース20については図示していない。
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along section II-II in the
図2を参照して、電動ポンプ10は、インペラ12と、羽根14と、回転シャフト16と、ステータ22と、軸受24と、基板26とを備える。インペラ12は、中空構造となっており、ステータ22を外周側から覆うように配設される。そして、インペラ12は、後述するように周方向にN極/S極交互に着磁され、ステータ22に対する外転型のロータを構成する。
With reference to FIG. 2, the
ここで、インペラ12の周方向における着磁位置は、6枚の羽根14との関係において決定される。すなわち、インペラ12が着磁されることにより構成されるロータとステータ22とによって構成されるモータのコギングトルクのピークが、上述した吐出口18と羽根14との位置関係に起因して発生するインペラ脈動のピークと重ならないように、インペラ12の周方向における着磁位置が調整される。
Here, the magnetization position in the circumferential direction of the
ステータ22は、電磁特性に優れた電磁鋼板を回転軸方向に積層してかしめることによって構成され、基板26に固設される。ステータ22は、図示されないコイルに所定の電流が流されることによって回転磁界を発生し、インペラ12の着磁部分とともにモータを構成する。回転シャフト16は、一端がインペラ12に固設され、他端が軸受24に支持される。軸受24は、回転シャフト16を回転自在に支持する。基板26は、ステータ22を固設し、ステータ22に電流を供給する。
The
この電動ポンプ10においては、ステータ22は、コイルに電流が流されることによって回転磁界を発生する。そうすると、その発生した回転磁界とインペラ12の着磁部分との磁気作用によってインペラ12に回転力が発生し、インペラ12がステータ22の回りを回転する。これにより、インペラ12に設けられた6枚の羽根が水圧を発生させる。
In the
図3は、図2に示した電動ポンプ10における断面III−IIIの断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view of section III-III in
図3を参照して、インペラ12は、周方向に交互にN極/S極に着磁された6つの界磁極を有する。ステータ22は、周方向に6つの鉄心28を有し、各鉄心28には、磁界を発生させるためのコイル30が巻回される。そして、ステータ22は、各コイル30に所定順かつ所定方向の電流が流されることによって回転磁界を発生し、この回転磁界とインペラ12に形成された界磁極との磁気作用によって、インペラ12がステータ22の回りを回転する。
Referring to FIG. 3,
ここで、この電動ポンプ10においては、鉄心28に巻回されたコイル30に電流が流れていなくても、インペラ12に形成された界磁極とステータ22の鉄心28との磁力作用によってコギングトルクが発生する。6つの界磁極および6つの鉄心からなるこの電動ポンプ10においては、インペラ12が1回転すると、6回のコギングトルクが周期的に発生する。
Here, in the
上記のように、この電動ポンプ10においては、吐出口18と羽根14との位置関係に起因するインペラ脈動と、インペラ12およびステータ22によって構成されるモータのコギングトルクとが、ポンプ振動の主な発生原因となる。そして、インペラ脈動またはコギングトルク自体は、ポンプ騒音となり得る大きなポンプ振動までは発生させないところ、インペラ脈動の圧力ピークとコギングトルクのピークとが重なり合って重畳されると、ポンプ騒音となり得る大きなポンプ振動が発生する。そこで、この実施の形態1では、インペラ脈動の圧力ピークとコギングトルクのピークとが重ならないように、インペラ12において羽根14の位置と着磁位置との関係が調整される。
As described above, in the
図4は、この実施の形態1による電動ポンプ10におけるインペラ脈動およびコギングトルクの波形図である。なお、ここで示されるインペラ脈動は、吐出口18と羽根14との位置関係によってのみ発生する流体の圧力変動である。
FIG. 4 is a waveform diagram of impeller pulsation and cogging torque in
図4を参照して、縦軸は、インペラ脈動(kPa)およびモータのコギングトルク(N・m)を表わし、横軸は、インペラ脈動のピークが発生するある回転位置を基準位置(位相0度)としたインペラ12の回転角を表わす。図に示されるように、この電動ポンプ10においては、回転角が略60度、略120度、略180度、略240度、略300度および略360度(略0度)のときにインペラ脈動のピークが発生する。一方、コギングトルクは、回転角が略0度〜略60度、略60度〜略120度、略120度〜略180度、略180度〜略240度、略240度〜略300度および略300度〜略360度のときにピークが発生し、インペラ脈動のピークが発生する回転角のときに最小となる。
Referring to FIG. 4, the vertical axis represents the impeller pulsation (kPa) and the cogging torque (N · m) of the motor, and the horizontal axis represents a rotational position where the peak of the impeller pulsation occurs at the reference position (
言い換えると、この電動ポンプ10においては、インペラ脈動のピーク時にコギングトルクが最小となるように、インペラ12において、羽根14に対する着磁位置(磁極位置)が調整される。したがって、この電動ポンプ10においては、インペラ脈動の圧力ピークとコギングトルクのピークとが重なりあうことによる大きなポンプ振動が発生することはない。
In other words, in the
以上のように、この実施の形態1によれば、インペラ12に形成される界磁極とステータ22とによって構成されるモータのコギングトルクがインペラ脈動と重ならないようにインペラ12の着磁位置を調整したので、コギングトルクとインペラ脈動とが同時に発生することはなく、ポンプ振動が抑制される。
As described above, according to the first embodiment, the magnetizing position of the
[実施の形態2]
図5は、この発明の実施の形態2による電動ポンプの構成を示す正面図である。
[Embodiment 2]
FIG. 5 is a front view showing the configuration of the electric pump according to the second embodiment of the present invention.
図5を参照して、この実施の形態2による電動ポンプ10Aは、実施の形態1による電動ポンプ10の構成において、インペラ12に代えてインペラ12Aを備える。インペラ12Aは、回転方向に等間隔に配設された9枚の羽根14を有する。電動ポンプ10Aのその他の構成は、実施の形態1による電動ポンプ10と同じである。
Referring to FIG. 5,
したがって、この電動ポンプ10Aにおいては、インペラ12Aが1回転すると、吐出口18と羽根14との位置関係による9回の圧力ピークが周期的に発生する。一方、インペラ12Aは、周方向に交互にN極/S極に着磁された6つの界磁極を有し、図示されないステータ22は、周方向に6つの鉄心28を有するので、この電動ポンプ10Aにおいても、実施の形態1による電動ポンプ10と同様に、インペラ12Aが1回転すると、6回のコギングトルクが周期的に発生する。
Therefore, in the
すなわち、この電動ポンプ10Aにおいては、インペラ脈動とコギングトルクとの発生周期が異なるように設計されている。
That is, this
図6は、この実施の形態2による電動ポンプ10Aにおけるインペラ脈動およびコギングトルクの波形図である。なお、図4と同様に、ここで示されるインペラ脈動も、吐出口18と羽根14との位置関係によってのみ発生する流体の圧力変動である。
FIG. 6 is a waveform diagram of impeller pulsation and cogging torque in
図6を参照して、縦軸は、インペラ脈動(kPa)およびモータのコギングトルク(N・m)を表わし、横軸は、インペラ脈動のピークが発生するある回転位置を基準位置(位相0度)としたインペラ12Aの回転角を表わす。インペラ脈動については、回転角が0度〜360度の間で等間隔に9回のピークが発生する。一方、コギングトルクについては、回転角が0度〜360度の間で等間隔に6回のピークが発生する。
Referring to FIG. 6, the vertical axis represents impeller pulsation (kPa) and motor cogging torque (N · m), and the horizontal axis represents a rotational position at which the impeller pulsation peak occurs at a reference position (
したがって、図に示されるように、この電動ポンプ10Aにおいては、インペラ脈動のピークとコギングトルクのピークとが重なりあうことがない。この電動ポンプ10Aにおいては、実施の形態1における電動ポンプ10のように、インペラ脈動のピーク時にコギングトルクが最小となるものではないが、少なくともインペラ脈動のピークとコギングトルクのピークとが重ならないので、ポンプ振動を抑制することができる。
Therefore, as shown in the figure, in this
以上のように、この実施の形態2によれば、インペラ12Aに形成される界磁極の数がインペラ12Aにおける羽根の枚数と異なるようにインペラ12の着磁位置を調整し、モータのコギングトルクの発生周期がインペラ脈動の発生周期と異なるようにしたので、コギングトルクのピークとインペラ脈動のピークとが同時に発生することはなく、ポンプ振動が抑制される。
As described above, according to the second embodiment, the magnetizing position of the
なお、上記の実施の形態1において、羽根14の枚数および磁極数は6としたが、これらの数はこれに限られるものではない。また、上記の実施の形態2においても、羽根14の枚数および磁極数の関係は、上記の数に限られるものではなく、それぞれの数が異なっていれば、ポンプ振動の抑制効果が期待できる。
In the first embodiment described above, the number of
また、上記の各実施の形態においては、インペラ12,12Aに形成される磁極数とステータ22の鉄心数とは、いずれも同数の6としたが、これらの数は異なってもよい。磁極数とステータ22の鉄心数とが異なるときは、これらの数の最小公倍数のコギングトルクがモータ1回転あたり発生し、また、コギングトルクの大きさは、モータ1回転あたりのコギングトルクの発生回数に反比例するので、ポンプ振動を抑制できる。
Further, in each of the above embodiments, the number of magnetic poles formed on the
また、上記の各実施の形態においては、インペラ12,12Aが着磁されてロータを構成するものとしたが、電動ポンプの構成はこのような構成に限られるものではなく、インペラとモータとを別個に構成し、インペラとロータとを回転シャフトで接続するようにしてもよい。さらに、上記の各実施の形態においては、ロータ(インペラ12,12A)がステータ22の外周に設けられる外転型のモータ構成としたが、この発明の適用範囲は、外転型のモータに限られるものではなく、ロータがステータの内周側に設けられる内転型のモータも含む。
Further, in each of the above embodiments, the
また、上記の各実施の形態における電動ポンプ10,10Aは、たとえば、近年大きく注目されているハイブリッド自動車や電気自動車などにおいて好適である。すなわち、このような車両においては、静粛性、低コスト化および小型化が要求されるところ、この電動ポンプ10,10Aによれば、ポンプ振動が抑制されるので、ハイブリッド自動車におけるエンジン停止時などウォーターポンプからの騒音が顕著になり得る状況においても、静粛性を確保できる。また、この電動ポンプ10,10Aによれば、インペラの着磁位置を調整するという簡易な方法を用いるので、ポンプ振動の抑制を低コストで実現できる。さらに、この電動ポンプ10,10Aによれば、電動ポンプ自体の振動が抑制されるので、互いの振動(脈動)を打消すために2台の電動ポンプを備える必要がなく、車両の低コスト化および小型化に寄与する。
Moreover, the
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and is intended to include meanings equivalent to the scope of claims for patent and all modifications within the scope.
10,10A 電動ポンプ、12,12A インペラ、14 羽根、16 回転シャフト、18 吐出口、20 アッパーケース、22 ステータ、24 軸受、26 基板、28 鉄心、30 コイル。 10, 10A electric pump, 12, 12A impeller, 14 blades, 16 rotary shaft, 18 discharge port, 20 upper case, 22 stator, 24 bearing, 26 substrate, 28 iron core, 30 coil.
Claims (6)
複数の界磁極を有するロータおよび各々にコイルが巻回された複数の鉄心を有するステータを含むモータ部とを備え、
前記複数の界磁極は、前記複数の界磁極と前記複数の鉄心との磁気作用によって周期的に発生するコギングトルクの第1のピークが前記インペラの回転によって周期的に発生する脈動の第2のピークとずれるように、前記ロータの周方向に形成される、電動ポンプ。 An impeller having a plurality of blades;
A motor unit including a rotor having a plurality of field poles and a stator having a plurality of iron cores each wound with a coil;
The plurality of field poles have a second pulsation in which a first peak of cogging torque that is periodically generated by the magnetic action of the plurality of field poles and the plurality of iron cores is periodically generated by rotation of the impeller. An electric pump formed in the circumferential direction of the rotor so as to deviate from the peak.
前記モータ部は、m個の界磁極とm個の鉄心とを有し、
前記複数の界磁極は、隣接する前記第2のピークの略中央に前記第1のピークが発生するように、前記ロータの周方向に形成される、請求項1に記載の電動ポンプ。 The impeller has m (m is a natural number of 2 or more) blades,
The motor unit has m field poles and m iron cores,
2. The electric pump according to claim 1, wherein the plurality of field poles are formed in a circumferential direction of the rotor such that the first peak is generated at substantially the center of the adjacent second peak.
前記モータ部は、n(nはmと異なる2以上の自然数)個の界磁極を有する、請求項3に記載の電動ポンプ。 The impeller has m (m is a natural number of 2 or more) blades,
The electric pump according to claim 3, wherein the motor unit has n (n is a natural number of 2 or more different from m) field poles.
前記複数の界磁極は、前記インペラを周方向に着磁することによって形成される、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の電動ポンプ。 The impeller constitutes a rotor of the motor unit,
The electric pump according to any one of claims 1 to 4, wherein the plurality of field magnetic poles are formed by magnetizing the impeller in a circumferential direction.
前記インペラの一部は、周方向に着磁されることによって前記ロータを構成し、
前記複数の羽根は、前記インペラの回転軸方向における端面の一方に配設される、請求項5に記載の電動ポンプ。
The impeller is provided so that a part thereof covers the outer periphery of the stator,
A part of the impeller constitutes the rotor by being magnetized in the circumferential direction,
The electric pump according to claim 5, wherein the plurality of blades are disposed on one of end faces in a rotation axis direction of the impeller.
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