JP2008175090A - 電動ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数や組付工数増を抑えて駆動回路部を冷却できる電動ポンプの提供。
【解決手段】電動ポンプ１は回転磁界を形成するステータ１４と、モータ軸３１を有しステータ１４内に配置されたロータ３０と、ステータ１４に給電する駆動回路部やセンサマグネット２３を検出するホールＩＣ２１、２２を備えた配線基板１７と、モータ軸３１を支持する第一軸受ハウジング５３と第二軸受ハウジング５８と、両端部が両軸受ハウジング５３、５８に嵌合されステータ雰囲気とロータ雰囲気とを仕切る筒形状のキャン５７と、ステータ１４に連結されてポンプ室７４を形成するケーシング５１と、ポンプ室７４内でモータ軸３１に固定されたインペラ７７を備える。モータ軸３１の配線基板側端部に固定されたセンサマグネット２３に羽根部２４、２５を形成し、第二軸受ハウジング５８に嵌合したカバー６６でセンサマグネット２３を気密封止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動ポンプに関し、特に、ブラシレスモータとブラシレスモータ駆動回路部とが一体的に構成された駆動回路一体型モータを使用するキャンドポンプに利用して有効なものに関する。

一般に、キャンドポンプに使用される駆動回路一体型モータにおいては、ブラシレスモータのロータ（回転子）設置雰囲気とステータ（固定子）設置雰囲気とがキャンによって仕切られているとともに、キャンの外側のモータ軸の一端部にインペラが装着されており、モータ軸を支持する軸受ハウジングがブラシレスモータとブラシレスモータ駆動回路部（以下、駆動回路部という。）との間に配置されている。

このキャンドポンプに使用される駆動回路一体型モータにおいては、密封状態にある駆動回路部雰囲気がブラシレスモータ内において発生する熱と駆動回路部において発生する熱とによって加熱されることにより、密封状態にある駆動回路部雰囲気の温度が駆動回路部のホールＩＣ等の耐熱温度を超えてしまう危惧がある。
そこで、従来のこの種の駆動回路一体型モータとして、駆動回路部を冷却するためのファンをモータ軸の駆動回路部側の端部に装着することにより、駆動回路部をファンによって強制的に冷却するように構成したものがある。例えば特許文献１参照。
特開２００４−１５９５６号公報

しかしながら、モータ軸にファンを装着した駆動回路一体型モータを使用するキャンドポンプにおいては、冷却専用のファンがモータ軸に装着されるために、部品点数や組付工数および組付スペースが増加するという問題点がある。

本発明の目的は、部品点数や組付工数の増加を抑止しつつ、駆動回路部等を冷却することができる電動ポンプを提供することにある。

前記した課題を解決するための手段のうち代表的なものは、次の通りである。
（１）回転磁界を形成するステータと、
モータ軸を有し前記ステータ内に配置されたロータと、
前記ステータに給電して回転磁界を形成させるブラシレスモータ駆動回路部およびセンサマグネットを検出するホールＩＣが搭載された配線基板と、
前記モータ軸を回転自在に支持する第一軸受ハウジングと第二軸受ハウジングと、
両端部が前記第一軸受ハウジングと前記第二軸受ハウジングにそれぞれ嵌合されて前記ステータの雰囲気と前記ロータの雰囲気とを仕切る筒形状のキャンと、
前記ステータに連結されてポンプ室を形成するケーシングと、
前記ポンプ室内において前記モータ軸に固定されたインペラと、を備えており、
前記センサマグネットは前記モータ軸の前記配線基板側の端部に固定されているとともに、羽根部が形成されており、前記第二軸受ハウジングには前記センサマグネットを気密封止するカバーが嵌合されていることを特徴とする電動ポンプ。

前記（１）によれば、モータ軸の回転に伴って、センサマグネットに形成された羽根部によりカバー内やキャンのロータ側内において流れが形成されるので、部品点数や組付工数の増加を防止しつつ冷却することができる。

以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。

本実施の形態において、本発明に係る電動ポンプは、自動車のラジエータ等に使用されるキャンドポンプとして構成されており、図１に示されているように、本実施の形態に係る電動ポンプ１はブラシレスモータとポンプとを備えている。

ブラシレスモータ１０はアルミダイキャストによって円筒形状に形成されたヨーク１１を備えている。ヨーク１１の一端開口にはアルミダイキャストによって有底の短尺円筒形状に形成されたエンドキャップ１２が被せ付けられており、ヨーク１１とエンドキャップ１２との合わせ面にはシールリング１３が挟み込まれている。
ヨーク１１の内周面にはステータ１４が設置されている。ステータ１４はステータコア１５とステータコイル１６とを備えており、ヨーク１１の内周面に固定されたステータコア１５にステータコイル１６が巻回されている。
エンドキャップ１２の内側端面には配線基板１７が平行に配置されて固定されており、配線基板１７には駆動回路部（図示せず）が搭載されている。
配線基板１７の駆動回路部の出力側端は、リード線１８によってステータコイル１６に電気的に接続されており、入力側端はリード線１９によってコネクタ２０に電気的に接続されている。
配線基板１７のエンドキャップ１２と反対側端面の中央部には、第一ホールＩＣ２１と第二ホールＩＣ２２とがセンサマグネット２３に対向するように配置されている。

図１に示されているように、ブラシレスモータ１０はステータ１４の中心線上に回転自在に軸架されるロータ３０を備えており、ロータ３０は図２に示されているように構成されている。
ロータ３０はモータ軸３１を備えており、モータ軸３１はステンレスによって丸棒形状に形成されている。
図２（ａ）に示されているように、モータ軸３１の一端部にはセンサマグネット２３を締結するための雌ねじ穴３２が形成されており、モータ軸３１の他端部には後記するインペラを固定するための雄ねじ部３３が形成されている。

図２（ａ）（ｃ）に示されているように、モータ軸３１の中間部外周面３４には複数条の回り止め部３５が、周方向に等間隔に配置されて突設されている。回り止め部３５はナーリング加工よって断面が三角形の細長い突起形状に形成されている。
図２（ａ）に示されているように、モータ軸３１の回り止め部３５の両脇には、一対のシールリング収納溝３６、３６がそれぞれ環帯溝形状に形成されている。
図２（ｅ）に示されているように、シールリング収納溝３６の内側壁部３７の外径は、回り止め部３５が形成された中間部外周面３４の外径よりも若干小径に形成されており、シールリング収納溝３６の外側壁部３８の外径は、内側壁部３７の外径よりも若干大径で中間部外周面３４の外径よりも若干小径に形成されている。
一対のシールリング収納溝３６、３６には各シールリング３９、３９がそれぞれ収納されるようになっている。

図２（ａ）（ｃ）に示されているように、モータ軸３１の中間部外周面３４にはロータコア４０が回り止め部３５によって回り止めされた状態で装着されている。
ロータコア４０は多数枚のコア素板４１が積層されて構成されている。
コア素板４１は軟鋼等の磁性薄板が用いられて、打ち抜きプレス加工によって略円形リング形状に形成されており、モータ軸３１の中間部外周面３４に圧入されて積層されることによりロータコア４０を形成する。コア素板４１は中間部外周面３４に圧入される時に回り止め部３５に食い付くことによって回り止めされた状態になる。
コア素板４１はシールリング収納溝３６にシールリング３９が収納されていない状態で、中間部外周面３４に圧入される。
この際、中間部外周面３４の外径がシールリング収納溝３６の内側壁部３７および外側壁部３８の外径よりも大径に形成されているので、コア素板４１は内側壁部３７および外側壁部３８に干渉されずに中間部外周面３４に圧入することができる。
ロータコア４０の外周面には回り止め部４２が４個、周方向に等間隔に配置されて形成されている。この回り止め部４２は打ち抜きプレス加工時に突出部を同時に成形したコア素板４１を積層することにより、形成することができる。

図２（ａ）（ｃ）に示されているように、ロータコア４０の外周面には４個のマグネット４３が、４個の回り止め部４２よって回り止めされた状態で装着されている。
マグネット４３は希土類永久磁石が使用されて大略長方形の平盤形状に形成されており、短辺において９０度の大きさの円弧形状に彎曲されている。マグネット４３の内側彎曲面の両コーナ部に面取り部４４、４４が形成されており、隣り合うマグネット４３、４３の面取り部４４、４４同士が突合した状態で回り止め部４２に嵌合することにより、４個のマグネット４３は回り止めされた状態になっている。

図２（ａ）に示されているように、ロータコア４０の両端面には一対のサイドプレート４５、４５がそれぞれ当接されている。
サイドプレート４５はステンレスによって円盤形状に形成されている。サイドプレート４５の外径は、４個のマグネット４３が形成する円筒形の外径と可及的に等しくなるように設定されている。サイドプレート４５の厚さはロータ３０の回転バランスを修正するための穴（図示せず）を加工することができる寸法に設定されている。
サイドプレート４５の中心には軸孔４６が形成されており、図２（ｅ）に示されているように、軸孔４６の内径はモータ軸３１のシールリング収納溝３６における外側壁部３８の外径と可及的に等しくなるように設定されている。
モータ軸３１のシールリング収納溝３６にシールリング３９が収納された状態で、軸孔４６にモータ軸３１が挿入されて、軸孔４６の内周面に外側壁部３８が嵌入されると、モータ軸３１のシールリング３９は軸孔４６の内周面に押接することにより、サイドプレート４５とモータ軸３１とを気密封止した状態になる。
図２（ａ）（ｄ）に示されているように、サイドプレート４５の外周面にはシールリング収納溝４７が形成されており、シールリング収納溝４７にはシールリング４８が収納されている。

図２（ａ）（ｂ）（ｃ）に示されているように、４個のマグネット４３が形成した円柱外周面および２個のサイドプレート４５、４５の外周面は、ステンレスによって円筒形状に形成されたカバー４９によって全体的に被覆されている。
カバー４９は４個のマグネット４３が形成した円柱外周面および２個のサイドプレート４５、４５の外周面に密着するように嵌合され、両端面に突設された固定爪４９ａを屈曲されて両サイドプレート４５、４５の周縁にかしめ付けられることにより、固定された状態になっている。
カバー４９が固定された状態において、サイドプレート４５のシールリング４８はカバー４９の内周面に押接することにより、サイドプレート４５とカバー４９とを気密封止した状態になっている。

図１に示されているように、ポンプ５０は有底円筒形状に形成されたケーシング５１を備えており、ケーシング５１の底壁５２の中央部には第一軸受ハウジング５３が短尺の円筒形状に形成されている。
第一軸受ハウジング５３の内周面には第一軸受５４が保持されている。第一軸受５４はモータ軸３１の中間部を回転自在に支持している。
第一軸受ハウジング５３の外周面にはシールリング収納溝５５が環帯溝形状に形成されており、シールリング収納溝５５にはシールリング５６が収納されている。
第一軸受ハウジング５３の外周面には、ＰＰＳ樹脂が使用されて円筒形状に形成されたキャン５７の一端部が嵌合されており、キャン５７の内周面と第一軸受ハウジング５３の外周面とはシールリング５６によって気密封止されている。

キャン５７の他端部には第二軸受ハウジング５８の一端部が嵌入されている。
第二軸受ハウジング５８の嵌入部の外周面にはシールリング収納溝５９が環帯溝形状に形成されており、シールリング収納溝５９にはシールリング６０が収納されている。キャン５７の内周面と第二軸受ハウジング５８の外周面とはシールリング６０によって気密封止されている。
第二軸受ハウジング５８のシールリング収納溝５９の内側には保持部６１が没設されており、保持部６１によって第二軸受６２が保持されている。第二軸受６２はモータ軸３１のセンサマグネット２３側の端部を回転自在に支持している。

第二軸受ハウジング５８の中央部の外周にはフランジ６３が突設されており、フランジ６３は複数本の雄ねじ部材６３Ａによってヨーク１１に締結されている。フランジ６３のキャン５７側の端面はキャン５７の端面に当接することにより、キャン５７と第二軸受ハウジング５８とを位置決めした状態になっている。
第二軸受ハウジング５８のキャン５７と反対側端部の外周面には、シールリング収納溝６４が環帯溝形状に形成されており、シールリング収納溝６４にはシールリング６５が収納されている。
第二軸受ハウジング５８のキャン５７と反対側端部には、ＰＰＳ樹脂が使用されて有底の短尺円筒形状に形成されたカバー６６が嵌合されており、カバー６６の内周面と第二軸受ハウジング５８の外周面とはシールリング６５によって気密封止されている。
カバー６６は雄ねじ部材６７によってフランジ６３に締結されている。

第二軸受ハウジング５８のシールリング収納溝６４の内側には収容穴６８が没設されており、収容穴６８内にはモータ軸３１に固定されたセンサマグネット２３が余裕をもって収容されている。収容穴６８の底部には吸引口６９と吐出口７０とが収容穴６８の内部に連通するように開設されている。

図３に示されているように、センサマグネット２３はフェライト永久磁石が使用されて、略円盤形状に形成されており、Ｎ極とＳ極とが交互に着磁されて４極の磁極が形成されている。
センサマグネット２３の収容穴６８の底部側の端面には、断面が半円形の溝形状に形成された第一羽根部２４が複数条、センサマグネット２３の中心部を起点とする放射状に形成されている。第一羽根部２４の内側端は吸引口６９に対向するようになっており、第一羽根部２４の外側端はセンサマグネット２３の外周において外向きに開口している。
センサマグネット２３のカバー６６側の端面には、断面が半円形の溝形状に形成された第二羽根部２５が複数条、センサマグネット２３の中心部を起点とする放射状に形成されている。第二羽根部２５の内側端はセンサマグネット２３の中間部になっており、第二羽根部２５の外側端はセンサマグネット２３の外周において外向きに開口している。
センサマグネット２３のカバー６６側の端面には逃げ穴２６が、センサマグネット２３の中心と同心円の円形穴形状に没設されており、逃げ穴２６の底壁には挿通孔２７が同軸に開設されている。
逃げ穴２６にはステンレスが使用されてシルクハット形状に形成された補強金具２８が嵌入されており、雄ねじ部材２９が補強金具２８を介して挿通孔２７に挿通されてモータ軸３１の雌ねじ穴３２にねじ込まれることにより、センサマグネット２３はモータ軸３１に締結されている。

図１に示されているように、ポンプ５０のケーシング５１の開口側端面にはエンドプレート７２が開口を閉塞するように被せ付けられており、エンドプレート７２は雄ねじ部材７１によってケーシング５１に締結されている。エンドプレート７２の外周面とケーシング５１との合わせ面にはシールリング７３が介設されている。
ケーシング５１とエンドプレート７２とによってポンプ室７４が形成されている。エンドプレート７２の中心線上には吸入口７５がポンプ室７４の中心において開口するように介設されており、エンドプレート７２の周辺部には吐出口７６がポンプ室７４の周辺部において開口するように開設されている。

ポンプ室７４内にはインペラ７７が回転可能に配置されており、インペラ７７はモータ軸３１の雄ねじ部３３に雌ねじ部材７８によって締結されている。
ポンプ室７４においてモータ軸３１の回転によってインペラ７７が回転すると、インペラ７７の回転によって内部に発生した負圧により、吸入口７５を介してラジエータの冷却水が冷却水循環路（図示せず）を経由して吸入されるとともに吐出口７６から吐出され、冷却水循環路を経由してラジエータに冷却水が送給されて循環される。

次に、以上の構成に係る電動ポンプ１の作用を説明する。

配線基板１７に搭載された駆動回路部の制御により、ステータコイル１６に回転磁界を形成する電流が供給されると、モータ軸３１が回転するので、インペラ７７が回転することにより、電動ポンプ１によりラジエータに対して冷却水が送給されて循環される。

駆動回路部がステータコイル１６の回転磁界を形成させるに際しては、第一ホールＩＣ２１および第二ホールＩＣ２２がセンサマグネット２３の磁極を検出することにより、ロータ３０の回転を適正に制御する。

センサマグネット２３の回転に伴って、センサマグネット２３に形成された第一羽根部２４および第二羽根部２５によってキャン５７のロータ３０側内およびカバー６６内において流れが形成されるので、キャン５７のロータ３０側内およびカバー６６内は冷却される。その結果、キャン５７に近接したステータ１４およびカバー６６に近接した配線基板１７や配線基板１７に搭載された駆動回路部やホールＩＣ２１、２２も冷却される。したがって、配線基板１７の駆動回路部やホールＩＣ等の耐熱温度を超えてしまう危惧を防止することができる。

前記実施の形態によれば、次の効果が得られる。

1) センサマグネットに羽根部を形成することにより、センサマグネットの回転に伴って、キャンのロータ側内およびカバー内において流れを形成することができるので、キャンのロータ側内やカバー内、キャンに近接したステータおよびカバーに近接した配線基板を冷却することができる。

2) 配線基板を冷却することにより、配線基板の駆動回路部やホールＩＣ等を冷却することができるので、ホールＩＣ等の耐熱温度を超えてしまう危惧を未然に回避することができる。

3) センサマグネットによる流れの発生をキャンのロータ側内およびカバー内に限定し、ステータ側には形成しないように構成することにより、通電するステータコイルや配線基板等を保護することができるので、水や水蒸気を取り扱うことができる。

4) センサマグネットに羽根部を形成することにより、冷却専用のファンを設けずに済むので、部品点数や組付工数の増加を回避しつつ、キャンのロータ側内やカバー内、キャンに近接したステータおよびカバーに近接した配線基板を冷却することができる。

なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。

例えば、センサマグネットはフェライト永久磁石によって形成するに限らず、強磁性を有する樹脂等によって形成してもよい。

また、キャンやカバーはＰＰＳ樹脂によって形成するに限らず、他の樹脂や金属によって形成してもよい。

第一軸受は密封構造の軸受を使用してもよい。

前記実施の形態においては、自動車のラジエータに使用される電動ポンプについて説明したが、本発明は、液体を扱う電動ポンプに限らず、水蒸気や空気等の気体を扱う電動ポンプ等の電動ポンプ全般に適用することができる。
但し、本発明に係る電動ポンプは、水や水蒸気等を扱う場合に優れた効果を奏する。

本発明の一実施の形態である電動ポンプを示す正面断面図である。 ロータを示しており、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は（ａ）の側面断面図、（ｄ）は（ａ）のｄ部の拡大断面図、（ｅ）は（ａ）のｅ部の拡大断面図である。 センサマグネットの部分を示しており、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は側面断面図である。

符号の説明

１…電動ポンプ、
１０…ブラシレスモータ、１１…ヨーク、１２…エンドキャップ、１３…シールリング、１４…ステータ、１５…ステータコア、１６…ステータコイル、１７…配線基板、１８、１９…リード線、２０…コネクタ、２１…第一ホールＩＣ、２２…第二ホールＩＣ、
２３…センサマグネット、２４…第一羽根部、２５…第二羽根部、２６…逃げ穴、２７…挿通孔、２８…補強金具、２９…雄ねじ部材、
３０…ロータ、３１…モータ軸、３２…雌ねじ穴、３３…雄ねじ部、３４…中間部外周面、３５…回り止め部、３６…シールリング収納溝、３７…内側壁部、３８…外側壁部、３９…シールリング、４０…ロータコア、４１…コア素板、４２…回り止め部、４３…マグネット、４４…面取り部、４５…サイドプレート、４６…軸孔、４７…シールリング収納溝、４８…シールリング、４９…カバー、４９ａ…固定爪、
５０…ポンプ、５１…ケーシング、５２…底壁、５３…第一軸受ハウジング、５４…第一軸受、５５…シールリング収納溝、５６…シールリング、
５７…キャン、５８…第二軸受ハウジング、５９…シールリング収納溝、６０…シールリング、６１…保持部、６２…第二軸受、６３…フランジ、６３Ａ…雄ねじ部材、６４…シールリング収納溝、６５…シールリング、
６６…カバー、６７…雄ねじ部材、６８…収容穴、６９…吸引口、７０…吐出口、
７１…雄ねじ部材、７２…エンドプレート、７３…シールリング、７４…ポンプ室、７５…吸入口、７６…吐出口、７７…インペラ、７８…雌ねじ部材。

Claims (1)

1. 回転磁界を形成するステータと、
   モータ軸を有し前記ステータ内に配置されたロータと、
   前記ステータに給電して回転磁界を形成させるブラシレスモータ駆動回路部およびセンサマグネットを検出するホールＩＣが搭載された配線基板と、
   前記モータ軸を回転自在に支持する第一軸受ハウジングと第二軸受ハウジングと、
   両端部が前記第一軸受ハウジングと前記第二軸受ハウジングにそれぞれ嵌合されて前記ステータの雰囲気と前記ロータの雰囲気とを仕切る筒形状のキャンと、
   前記ステータに連結されてポンプ室を形成するケーシングと、
   前記ポンプ室内において前記モータ軸に固定されたインペラと、を備えており、
   前記センサマグネットは前記モータ軸の前記配線基板側の端部に固定されているとともに、羽根部が形成されており、前記第二軸受ハウジングには前記センサマグネットを気密封止するカバーが嵌合されていることを特徴とする電動ポンプ。

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