JP2009515084A - 液体ポンプ - Google Patents

Abstract

本発明は、斜流構造の電気式の液体ポンプに関し、該液体ポンプにおいて支持リブ（３１）を、半径方向外側に位置するポンプケーシング部分（３２）と半径方向内側に位置する第１のモータケーシング部分（８）との間に配置してあり、前記モータケーシング部分は半径方向で電動モータ（１）を取り囲んでおり、前記半径方向外側に位置するポンプケーシング部分（３２）は、前記モータケーシング部分（８）及び前記支持リブ（３１）と一体に成形されている。これによって公知構造のものに比べて、ポンプケーシングの壁厚さを小さくしてあり、それというのは支持リブによって十分な強度を達成しているからである。これによって構成部品数及び重量は減少される。

Description

本発明は、内燃機関のための液体ポンプ若しくは流体ポンプであって、１つの電動モータを備えており、該電動モータはモータケーシング内に配置されたロータ及びステータを有しており、この場合にロータは駆動軸に少なくとも相対回動不能に配置されており、１つの羽根車（若しくは動翼車）を備えており、該羽根車は駆動軸に固定されており、少なくとも１つの案内羽根車（若しくは静翼車）を備えており、該案内羽根車は送出すべき液体の流れ方向で前記羽根車の下流側に配置されており、１つのポンプケーシングを備えており、該ポンプケーシングは前記モータケーシング、前記羽根車、及び前記案内羽根車を取り囲んでおり、軸線方向の相対する両方の端部に送出し接続管片（出口接続部）及び吸込み接続管片（入口接続部）を形成してあり、支持リブを備えており、該支持リブは、半径方向外側に位置するポンプケーシング部分と半径方向内側に位置する第１のモータケーシング部分との間に配置してあり、該モータケーシング部分は半径方向で電動モータを取り囲んでおり、前記半径方向外側に位置するポンプケーシング部分は、前記モータケーシング部分及び前記支持リブと一体に成形されている形式のものに関する。

内燃機関のための液体ポンプは、特に冷却回路内の冷却媒体ポンプとして用いられている。従来は、エンジンに対する直接的な連結部を設けてあり、ポンプはベルト駆動部若しくはチェーン駆動部を介して駆動されるようになっているのに対して、最新のエンジンには、熱制御の改善のために、間隙管の備えられた回転数制御可能な電動式の冷却媒体ポンプを用いるようになっている。これによって過剰送出出力は避けられ、例えば冷間始動の後の内燃機関の急速な加熱を可能にしている。送出量は、実際に必要な冷却出力に合わせて制御されるようになっている。

前記形式のポンプは、例えばMTZ Nr.11 Jg.2005(872〜887ページ)に記載されている。該電動式の冷却媒体ポンプは、駆動装置としてＥＣモータを含み、かつ軸線方向の入口及び接線方向の出口を備えたポンプヘッドを有している。この場合に使用される構成部分及び特にケーシング部分は、ポンプの電力消費にとって比較的に大きく、それというのは比較的大きな駆動モータを用いなければならないからである。

米国特許第２００２／０１０６２９０号明細書には、斜流式（セミアキシャル[semi-axial]式）の電動液体ポンプを開示してあり、この場合には電動モータの同じ電力消費量で、高い回転数を得るために電動モータを小さく形成して、小さい構成寸法で同じ送出量若しくは吐出量を達成するようにしている。該液体ポンプは、完全に密閉若しくは封止された電動モータを有しており、該電動モータの外側に案内羽根車（ガイドベーンリング）を形成してある。流れ方向で見て案内羽根車の後に、つまり下流には、電子装置への電気的な接続部材の貫通案内による障害物が存在している。回転羽根車側では、モータ全体はシールによって周囲に対して密閉されている。回転する構成部分におけるこのようなシール構造は作用効果が不十分である。

ポンプケーシングは２つの構成部分によって構成されていて、異なる段部及び、電気的な接続のための貫通孔を有している。所望の最大送出量に応じて、電動モータ及びケーシングは種々の寸法に構成されねばならない。流れの完全な螺旋運動（若しくは回転運動、流れが軸線方向若しくは直進方向からそれて円周方向に螺旋状にねじれるような運動）の防止は、案内羽根の比較的に短いことに基づき達しされていない。圧力損失も電気的な接続部材の貫通案内によって比較的に大きくなっており、電動モータの電力消費に対する利得は、発生する圧力損失によって部分的に損なわれている。

フランス国特許出願公開第２２２２８８５号明細書には、斜流ポンプを開示してあり、該斜流ポンプは複数構造のケーシングを有しており、該ケーシングの中央部分は、電動モータを取り囲んでいて、一体構造のモータ及びポンプ用ケーシングとして用いられおり、この場合にポンプケーシングは、支持リブを介してモータケーシングに結合されている。これらのケーシング部分の下流側で、電気的な接続部材は付加的な管を介して外部へ導かれるようになっている。

ドイツ連邦共和国実用新案登録第２０２０１１８３Ｕ１号明細書により公知の軸流ポンプ（アキシャルポンプ）は一体構造のモータ及びポンプ用ケーシングを有している。電気的な接続部材を外部へどのように導くかは、開示されていない。

両方のポンプにおいて、支持リブは直線的に形成されていて、流れの発生する螺旋運動の減少若しくは防止のための案内羽根車（案内羽根環状体）として役立つものではない。むしろ直線的な支持リブは高い圧力損失を生ぜしめてしまうものであり、それというのは流れの接線方向成分のエネルギーはほとんど摩擦力に変換され、つまり摩擦損失となってしまうものであるからである。

本発明の課題は、同一の吐出出力（吐出し量）の場合にポンプ、ひいては電動モータの構成寸法を減少させ、かつ圧力損失を避け、つまりポンプの効率を高めることである。さらに、ポンプの重量及び部品数を減少させたい。

前記課題を解決するために本発明に基づく構成では、支持リブは、液体ポンプの案内羽根車として形成されていて、かつ、外部の電子装置とステータ巻線との間の電気的な接続部材が該支持リブの１つ若しくは複数の孔を通して案内されるような幅を有している。これによって、支持リブは、接線方向流れ成分を高い圧力損失なしに軸線方向流れ成分へ変換する付加的な機能を有するようになっている。効率は高められ、構成部分（構成部品）は削減される。電気的な接続部材が支持リブを貫通して導かれる手段は、流動抵抗を減少させ、かつポンプの効率を高めるものであり、それというのは流れ内への組み込み部品を省略できるからである。公知の構造のものに比べて、ポンプケーシングの壁厚さを小さくできるようになっており、それというのは支持リブによって十分な強度を達成しているからである。これによって構成部品数及び重量は減少される。

本発明の実施態様では、半径方向外側に位置するポンプケーシング部分は円筒形に形成されており、これによって、吸込み側及び送出し側のポンプケーシング部分に対する接続部は簡単に成形され、わずかな損失しか生ぜしめない。

別の実施態様では、流れ方向で拡大する吸込み側のポンプケーシング部分は、上流に接続される弁のケーシング部分と一体に成形されている。これによって、上流に接続されるバイパス弁若しくはサーモスタット弁を備えたモジュール構造を達成することができるようになっており、かつ構成部分を節減して、製造コストを削減できるようになっている。

有利には、第１のモータケーシング部分は電動モータを吸込み側で画定している。製造は例えばアルミニウムダイカスト法で経済的に行われ、この場合にも構成部品数は少なくなっており、耐腐食性を達成し、かつ組立ミスは避けられる。

本発明により構成された液体ポンプは、部品数が少なく、重量が小さくかつ容易に組み立てられ、流動損失を減少させるものであり、これによって効率は公知のポンプに比べて高められている。

本発明の実施例を図面に基づき詳細に説明する。図１は、本発明に基づく液体ポンプの縦断面図である。

図面に示す液体ポンプは、特に冷却媒体ポンプとして適していて、電子整流式の電動モータ１によって駆動されるようになっており、電動モータ１はステータ２、駆動軸３、及び該駆動軸上に配置されたロータ４から成っている。駆動軸３の軸線方向の端部に羽根車５を配置してあり、羽根車５は斜流構造で形成されており、該羽根車の回転によって、送り出すべき媒体、特に冷却媒体は、吸込み接続管片６からほぼ軸線方向に液体ポンプを通して送出し接続管片７へ圧送される。

電動モータ１は、モータケーシング内に配置されており、モータケーシングは第１の吸込み側のモータケーシング部分８と第２の送出し側のモータケーシング部分９とから成っている。第１の吸込み側のモータケーシング部分８内に駆動軸３を案内してあり、駆動軸３上に羽根車５を配置してある。吸込み側のモータケーシング部分８は、駆動軸の案内のために孔１０を有しており、孔１０内に駆動軸３の支承のための第１の軸受１１を配置してある。吸込み側から見て第１の軸受１１の後に、つまり下流側に、セラミック製のアキシャル滑り軸受１２、ゴムスリーブ（ゴムパッキン輪）１３、及びスペーサ片１４を配置してある。このような構成ユニットによって、電動モータ１の駆動軸３は、羽根車側で十分に振動減衰して支承されている。スペーサ片１４は、第１の軸受１１と第２の軸受１５との間の間隔を延長するために用いられており、これによって、軸受の受容のための孔１０の製作誤差に起因する角度誤差は良好に補償されるようになっている。駆動軸にはスペーサ片１４の後にロータ積層鉄心１６を配置してあり、ロータ積層鉄心１６は、軸線方向に延びる各スリット内にそれぞれ磁石１７を受容しており、磁石１７は周知のようにステータ巻線１８と協働するようになっている。ロータ４は、軸線方向及び半径方向で密閉容器（カプセル）１９によって画定され、つまり密閉容器内に収容されている。ステータ巻線１８は絶縁体２０に巻き付けられていて、軸線方向で周知のようにステータ積層鉄心２１を画定している。ステータ積層鉄心２１は磁気回路の形成のために帰路薄板２２と嵌め合いによって結合されている。帰路薄板２２は、第１の吸込み側のモータケーシング部分８の内周面に形成されたストッパー２３に接触している。

ロータ４は間隙管２４によってステータ２から分離されており、前記間隙管２４はポンプの吸込み側では、吸込み側のモータケーシング部分８の対応する受容開口部２５内に受容されており、前記間隙管の軸線方向の逆の側の端部は、送出し側（吐出側又は圧力側）のモータケーシング部分９の対応する受容開口部２５内に受容（配置）されている。これによって、ステータ２の損傷しやすい巻線１８は、両方のモータケーシング部分８，９及び間隙管２４によって仕切られかつ乾燥している室内に収容されている。

間隙管２４の送出し側の端部に閉鎖部分２７を配置してあり、閉鎖部分２７内に駆動軸３の支承のための第２の軸受１５を配置してある。閉鎖部分２７は軸線方向で、送出し側のモータケーシング部分９によって確保（位置決め）されており、モータケーシング部分９は吸込み側のモータケーシング部分８の受容開口部２９内にシール２８を介在して配置されている。

ステータ巻線１８の接続は、半径方向で送出し側のモータケーシング部分９を介して孔３０を通して行われる。このような付加的な構成部分による流れ損失を避けるために、前記孔３０は周知のように、ポンプケーシングの十分な強度及び取り付けのために必要である支持リブ３１内に形成されている。このために支持リブ３１は十分な幅を有していて、断面縮小部のない支持面として形成されている。図示省略の電気的な接続部材（コンタクト要素）は、前記孔３０を通してモータ１の制御のための同じく図示省略の電子構成ユニットに導かれるようになっている。

図示の実施例では、支持リブ３１は、案内羽根車（静翼車又はガイドベーンリング）としても機能するように形成されていて、羽根車５の直後の付加的な案内羽根車（羽根環状体）を不要にしている。このことは、吸込み側のモータケーシング部分８と、前記支持リブ３１と、半径方向外側に位置する円筒形のポンプケーシング部分３２との簡単な一体成形を可能にしている。ポンプケーシング部分３２は、半径方向内側のモータケーシング部分８及び電動モータ１全体を取り囲んでいる。

ケーシング部分８，３１，３２の下流側及び上流側にそれぞれシール５０を介在して同一構造のポンプケーシング部分３３，３４をねじ結合部によって取り付けてある。流れ方向で拡大する吸込み側のポンプケーシング部分３３は、吸込み接続管片６としての円筒形の第１の区分３５と、該円筒形の区分に続いていて拡大する第２の区分（円錐形区分）３６を含んでいる。第１の区分３５と第２の区分３６との間の移行領域３７に、液体ポンプの斜流式の羽根車５を配置してある。拡大する第２の区分３６に、直径の大きな円筒形の短い区分３８を続けてあり、これによって円筒形のポンプケーシング部分３２への滑らかな移行部を達成している。

送出し側のポンプケーシング部分３３は、流れ方向で見て対応して先細になる区分及び円筒形の区分を有しており、該構成部分の同一構造に基づき該構成部分には同じ符号を付けてある。

さらに両方のポンプケーシング部分３３，３４には、溝３９を形成してあり、溝３９内に送出し案内羽根４１の半径方向の端部を係合させ、つまり入り込ませてある。送出し案内羽根４１は、下流側の流れを案内する下流案内装置４２として用いられていて、送出し接続管片７の下流側で完全に螺旋運動若しくは回転運動のない流れを生ぜしめるようになっている。下流案内装置４２は、送出し側のモータケーシング部分９の表面４３に形成されていて、案内羽根車（羽根環状体）として用いられる支持リブ３１は比較的短く形成されおり、液体ポンプの該領域で螺旋運動若しくは回転運動が一般的に完全には減少されていないことによって必要とされている。さらに、送出し側のモータケーシング部分９はプラスチックによって形成されるのに対して、吸込み側のモータケーシング部分８はできるだけアルミニウムによって成形され、従って高価である。吸込み側のモータケーシング部分に案内羽根車を形成することは、製造を煩雑並びに高価にしてしまうことになるのに対して、プラスチックケーシング部分９に設けられる下流案内装置は、簡単かつ経済的に成形されるものである。

溝３９は、送出し側のポンプケーシング部分３４と送出し側のモータケーシング部分９との間の位置を規定している。ポンプの組立に際して、円筒形のポンプケーシング部分３２への送出し側のポンプケーシング部分３４の取り付けのためのねじのねじ込みによって、送出し側のポンプケーシング部分３４は送出し案内羽根４１を介して、モータケーシング部分９をモータケーシング部材８に向けて押圧し、若しくはモータケーシング部材８の受容開口部２９内へ押圧するようになっている。さらにこれによって、モータケーシング部分９は閉鎖部分２７若しくは間隙管２４に向けて押圧され、その結果、両方のモータケーシング部分８，９を互いに付加的（追加的）に固定することは不要になっている。

ポンプの運転時には送出すべき媒体、特に冷却媒体は複数の回転羽根（動翼）４４から成る羽根車５の回転によってポンプケーシング３２，３３，３４とモータケーシング８，９との間の室を通して圧送され、支持リブ３１に沿って流れ、すでにそこで流れの螺旋運動若しくは回転運動は、支持リブの案内羽根としての機能に基づき部分的に避けられ、流れの残留する螺旋運動若しくは回転運動は、下流案内装置４２によって完全に避けられ、その結果、羽根車によって生ぜしめられたエネルギーは、大きな摩擦損失を発生させることなしに、ほぼ完全に圧力エネルギーに、ひいては軸線方向の流れに変換される。

液体の一部分は羽根車５の下流で、吸込み側のモータケーシング部分８に形成された孔４５を通って流れるようになっている。液体のさらに一部分は羽根車５の下流で駆動軸３まで達して、ここでは第１の軸受１１と駆動軸３との間を流れ、その結果、設けられている滑り軸受は十分に潤滑されるようになっている。これによってロータ室内に流入した冷却媒体は、駆動軸３と第２の軸受１５との間を通って、並びに閉鎖部分２７内に図面では見えない孔を通って下流側の室４６内へ導かれるようになっている。室４６は、送出し側のモータケーシング部分９を軸線方向に貫通する別の孔４７を介して、下流に位置する室と接続されている。このようにして、軸受１１，１５の潤滑、並びにロータ室内の空気若しくは気泡の排出及び冷却を行なうようにしてある。

斜流ポンプは、ポンプを小型に構成することができ、それというのは同一の消費電力で同一の吐出し量を、公知のポンプに比べて小さいモータ寸法及び高い回転数によって達成できるからである。このような利点は、特にこの種の構成に基づく圧力損失の著しい減少によって達成され、かつ斜流構造によっても達成されるものである。

この種のポンプは、さらに極めて経済的に製造され、それというのは異なる構造の構成部分の数量を少なくしてあるからである。このことは組立ミスを減少させることにもつながっている。付加的な案内羽根車の省略によって、かつ支持リブ内への電気的な接続部の組み込みによって、付加的（追加的）な構成部分を避け、つまり省略し、かつ圧力損失を減少させている。これによって全体的により高い効率を達成している。ポンプケーシング部分３３，３４の簡単な構造に基づき、該ポンプケーシング部分を、送出し接続管片若しくは吸込み接続管片に配置されたフランジに装着することも可能である。これによって、接合部をモータケーシングに直接に形成することも、流体体積の流量の増大のために複数のポンプを直列接続すること可能である。このことは特に、下流案内装置４２によって螺旋運動若しくは回転運動のない流れを形成し、その結果、該流れが下流側に接続されたポンプの羽根車５に直接に作用せしめられ、エネルギー損失を生ぜしめないようになっていることによって可能である。これによって、二倍の能力を必要とする場合に、ポンプ並びにモータを大きく構成する必要がなく、構成部分の同一構造により必要な所定の数のポンプを前後に、つまり直列に接続するとよい。

特に吸込み側のポンプケーシング部分３３の簡単な構造に基づき、該ポンプケーシング部分３３を弁ケーシング部分と一体に形成することも可能であり、つまりポンプケーシング部分３３は例えば、バイパス若しくは組み込まれるサーモスタット弁のための受容部を有している。リングスライダー弁のケーシングの構成部分も、吸込み側のポンプケーシング部分３３と一体に成形されてよい。

付言すると、図示の実施例は本発明の可能な構成を示してものであり、構成は種々の点で本発明の枠を逸脱することなしに変更され得るものである。

本発明に基づく液体ポンプの縦断面図

符号の説明

１ 電動モータ、 ２ ステータ、 ３ 駆動軸、 ４ ロータ、 ５ 羽根車、 ６ 吸込み接続管片、 ７ 送出し接続管片、 ８，９ モータケーシング部分、 １０ 孔、 １１ 軸受、 １２ アキシャル滑り軸受、 １３ ゴムスリーブ、 １４ スペーサ片、 １５ 軸受、 １６ ロータ積層体、 １７ 磁石、 １８ ステータ巻線、 １９ 密閉容器、 ２０ 絶縁体、 ２１ ステータ積層鉄心、 ２２ 帰路薄板、 ２３ ストッパー、 ２４ 間隙管、 ２５ 受容開口部、 ２７ 閉鎖部分、 ２８ シール、 ２９ 受容開口部、 ３０ 孔、 ３１ 支持リブ、 ３２ ポンプケーシング部分、 ３３，３４ ポンプケーシング部分、 ３５，３６ 区分、 ３７ 移行領域、 ３８ 区分、 ３９ 溝、 ４０ 端部、 ４１ 送出し案内羽根、 ４２ 下流案内装置、 ４３ 表面、 ４４ 回転羽根、 ４５ 孔、 ４６ 室、 ４７ 孔

Claims (6)

1. 内燃機関のための液体ポンプであって、１つの電動モータを備えており、該電動モータはモータケーシング内に配置されたロータ及びステータを有しており、ロータは駆動軸に少なくとも相対回動不能に配置されており、
   １つの羽根車を備えており、該羽根車は駆動軸に固定されており、
   少なくとも１つの案内羽根車を備えており、該案内羽根車は送出すべき液体の流れ方向で前記羽根車の下流側に配置されており、
   １つのポンプケーシングを備えており、該ポンプケーシングは前記モータケーシング、前記羽根車、及び前記案内羽根車を取り囲んでおり、軸線方向の相対する端部に送出し接続管片及び吸込み接続管片を形成してある形式のものにおいて、
   支持リブ（３１）を、半径方向外側に位置するポンプケーシング部分（３２）と半径方向内側に位置する第１のモータケーシング部分（８）との間に配置してあり、前記モータケーシング部分は半径方向で電動モータ（１）を取り囲んでおり、前記半径方向外側に位置するポンプケーシング部分（３２）は、前記モータケーシング部分（８）及び前記支持リブ（３１）と一体に成形されていることを特徴とする、内燃機関のための液体ポンプ。
2. 半径方向外側に位置するポンプケーシング部分（３２）は円筒形に形成されている請求項１に記載の液体ポンプ。
3. 支持リブ（３１）は、液体ポンプの案内羽根車として形成されている請求項１又は２に記載の液体ポンプ。
4. 支持リブ（３１）は、電子装置とステータ巻線（１８）との間の電気的な接続部材が該支持リブ（３１）の１つ若しくは複数の孔（３０）を通して案内されるような幅を有している請求項１から３のいずれか１項に記載の液体ポンプ。
5. 流れ方向で拡大する吸込み側のポンプケーシング部分（３２）は、上流に接続される弁のケーシング部分と一体に成形されている請求項１から４のいずれか１項に記載の液体ポンプ。
6. 第１のモータケーシング部分（８）は電動モータを吸込み側で画定している請求項１から５のいずれか１項に記載の液体ポンプ。

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