JP2009515085A - 流体ポンプ - Google Patents

Abstract

半アキシャル構成形式の電気的な流体ポンプであって、該流体ポンプのポンプケーシング（３２，３３，３４）が少なくとも２つの同一のポンプケーシング部材（３３，３４）を有している流体ポンプを提案する。このことは、種々様々な構成部材の数を減少させ延いては実現されるべき高い効率においてコストを低下させる。

Description

本発明は、内燃機関のための流体ポンプであって、電動モータが設けられており、該電動モータが、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、前記ロータが、少なくとも相対回動不能に駆動軸に配置されており、該駆動軸に固定された羽根車が設けられており、圧送しようとする流体の流れ方向で見て前記羽根車の後ろに配置された少なくとも１つの静翼が設けられており、更に、モータケーシング、羽根車及び静翼を取り囲むポンプケーシングが設けられており、該ポンプケーシングの軸方向端部には、それぞれ吐出し管片と吸込み管片とが対向位置して形成されている形式のものに関する。

内燃機関のための流体ポンプは、特に冷却回路内の冷却媒体ポンプとして使用される。過去にはエンジン回転数に対する直接的なカップリングが設けられており且つポンプはベルト駆動装置又はチェーン駆動装置を介して駆動されていたが、比較的新しいエンジンでは、最新の熱管理を実現するために、間隙管を備えた、回転数制御可能な電気的な冷却媒体ポンプが益々使用されている。これにより、過剰な圧送性能を防止することができるので、例えば冷間スタート後に内燃機関をより迅速に暖めることが可能である。圧送量は、実際に必要とされる冷却性能に対応して制御され得る。

このようなポンプは、例えばＭＴＺ Ｎｒ．１１ Ｊｇ．２００５（第８７２〜８７７頁）から公知である。この電気的な冷却媒体ポンプは、駆動ユニットとしてＥＣモータを有しており且つ軸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。但し、ここで使用される構成部材及び特にケーシング部材は、ポンプの電力消費に関して比較的大型である。それというのも、比較的大型の駆動モータを使用しなければならないからである。

米国特許第２００２／０１０６２９０号明細書に開示された、半アキシャル構成形式の電気的な流体ポンプにより、電動モータの同じ電力消費量において、より高い回転数を得るために、当該電動モータをより小型に構成することが可能なので、比較的小型の構成形式において同じ圧送量を達成することができる。当該の電動モータは、完全にカプセル化された電動モータを有しており、この電動モータの外側には静翼が形成されている。但し、流れ方向で見て前記静翼の後ろには、電子機器ユニットに対して電気的な接触接続部材を貫通案内することに関して障害が生ぜしめられる。羽根車側では、モータ全体がシールによって周辺環境に対してシールされている。それ自体が回転する構成部材におけるこのようなシールがどの程度十分であるのかは、少なくとも疑わしい。

ポンプケーシングは２つの部分から構成されており且つ種々様々な段部及び電気的な接触接続のための貫通孔を有している。所望の最大圧送量に応じて、種々様々な電動モータ及びケーシングが設計され得る。完全な旋回流除去は、比較的短い静翼に基づき恐らく得られない。電気的な接触接続部材を貫通案内することによる圧力損失も比較的大きいので、電動モータの電力消費に関する利益は、生じる圧力損失によって部分的に妨害される。

ケーシング部材を相対して配置することに基づき、これらのケーシング部材は高い製作精度で製作せねばならず、変更された圧送性能に関して新たに設計しなければならず、且つ組み立てに手間がかかる。組み立て時のエラーを防止するための手段は講じられない。

従って本発明の課題は、特にポンプケーシングを、製作の不正確性を補償することができ、種々様々な構成部材の数が減少され且つ組み立てエラーが最小限になるように構成することである。

この課題は、流体ポンプが半アキシャルポンプとして形成されており、この流体ポンプのポンプケーシングが、少なくとも２つの同じポンプケーシング部材を有していることによって解決される。このことは、種々様々な構成部材の数を減少させ延いては実現しようとする高い効率においてコストも低下させる。

補足的な構成において、吸込み側のポンプケーシング部材と、吐出し側のポンプケーシング部材とは同一に形成されており、これにより、吸込み側のポンプケーシング及び吐出し側のポンプケーシングに対する接続部が簡単に製作可能であり、生じる損失は少ない。即ち、前記構成部材には、吸込み管片及び吐出し管片を組み込むことができる。更にこれは、製作中最も大きな、延いてはコストのかかる構成部材である。特に工具費が節約される。組込み方向の誤りによる組み立てエラーは排除される。

有利には、前記の同一のポンプケーシング部材は、吸込み管片若しくは吐出し管片として働く第１の円筒区分を有しており、この第１の円筒区分には拡張区分が続いており、この拡張区分は、より大きな直径の円筒区分で終わっている。このことは、軸方向で接続するケーシング部材に対する接続を容易にし且つ流れの変向に際して常に損失の少ない移行部を得るために役立つ。冷却系への組込みは、冷却系内の吐出し管片に対する吸込み管片の軸方向位置に基づいて、簡単に実現され得る。使用しようとする特定のサイズのエンジンにおける組込みスペースが、最小限にされている。

有利には、吸込み側のポンプケーシング部材において、前記の第１区分と第２区分との間の移行領域に、流体ポンプの羽根車が配置される。これにより、長い流入通路は生じず且つ半アキシャルに羽根を設けることにより、良好な効率が得られる。羽根車のための付加的なスペースは不要である。即ち、小さな構成スペースしか必要とされない。高い製作精度は不要である。

特別な構成では、２つの同一のポンプケーシング間に軸方向で配置された円筒形のポンプケーシング部材に、静翼が配置されている。このことは、形状延いては同一のポンプケーシング部材の製作を単純化する。それというのも、所要の静翼に内面が直接に接触する必要がないからである。これにより、製作精度は低下され得る。

これに対応して、少数の種々様々な構成部材を有しており、容易に且つ低いエラー確率で組み立てられ、特に個数が比較的少ない場合に、ポンプケーシング部材の構成が同じであることに基づいて、工具費及び製作費が削減される流体ポンプが得られる。

以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。

特に内燃機関の冷却媒体ポンプとして適した図示の流体ポンプは、電子的に整流される電動モータ１によって駆動され、この電動モータ１は、ステータ２と、駆動軸３に配置されたロータ４とから成っている。駆動軸３の軸方向端部には羽根車５が配置されており、この羽根車５は、半アキシャル構成形式で構成されており且つこの羽根車５の回転により、圧送しようとする流体、特に冷却媒体が、吸込み管片６からほぼ軸方向で流体ポンプを通って吐出し管片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、この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材８と、第２の吐出し側のモータケーシング部材９とから成っている。吸込み側のモータケーシング部材８を貫通して駆動軸３がガイドされており、この駆動軸に羽根車５が配置されている。このためには、吸込み側のモータケーシング部材８は孔１０を有しており、この孔１０には、駆動軸３を支承するための第１の軸受け１１が配置されている。吸込み側から見て第１の軸受け１１の後ろには、セラミックのアキシャル滑り軸受け１２と、ゴムパッキン１３と、スペーサ１４とが位置している。この構成によって、電動モータ１の駆動軸３の羽根車側の、十分に振動が緩衝された支承が得られる。前記スペーサ１４は、第２の軸受け１５に対する第１の軸受け１１の距離を延長するために役立ち、これにより、軸受けを収容するための孔１０の製作に際する角度誤差を、より良好に補償することができる。

スペーサ１４の後ろにもやはり、駆動軸にロータ積層鉄心１６が配置されており、このロータ積層鉄心１６は、複数の磁石１７を取り付けるための、軸方向で延びる複数のスリットを有しており、前記磁石１７は公知の形式でステータ巻線１８に対応している。ロータ４は、軸方向及び半径方向でカプセル１９によって制限される。ステータ巻線１８は、絶縁体２０に巻き付けられて、ステータ積層鉄心２１を公知の形式で軸方向で制限する。このステータ積層鉄心２１は、磁気回路を閉じるために、磁束の帰路薄板２２と結合されている。この帰路薄板２２は、第１の吸込み側のモータケーシング部材８の内側に形成されたストッパ２３に当接している。

ロータ４は、ステータ２から間隙管２４によって隔てられており、この間隙管２４はポンプの吸込み側において、吸込み側のモータケーシング部材８の対応する収容開口２５内に当接しており且つ当該間隙管２４の反対側の軸方向端部もやはり、吐出し側のモータケーシング部材９の対応する収容開口２６内に配置されている。従って、ステータ２の繊細な巻線１８は、２つのモータケーシング部材８，９及び間隙管２４により分離された、乾燥した室内に位置している。

間隙管２４の吐出し側の端部には、閉鎖部材２７が配置されており、この閉鎖部材２７内には、駆動軸３を支承するための第２の軸受け１５が配置されている。当該の閉鎖部材２７は軸方向で吐出し側のモータケーシング部材９により位置固定され、この吐出し側のモータケーシング部材９は、シール２８の介在下で吸込み側のモータケーシング部材８の収容開口２９内に配置されている。

ステータ巻線１８の接触接続は、孔３０を介して半径方向で吐出し側のモータケーシング部材９によって行われる。このような付加的な組込み構成を介した流れ損失を阻止するためには、従来技術から公知のように、当該の孔が、ポンプケーシングの十分な強度及び固定に不可欠の支持リブ３１を貫通案内される。このためには、支持リブ３１が十分な幅を有しており且つ一種の支持面形状で構成されているので、横断面の狭小化は生じない。つまり、孔３０を介して電気的なコンタクト部材（図示せず）を、モータ１を制御するための電子機器ユニット（やはり図示せず）へ案内することができる。

図示の実施例では、支持リブ３１は、同時に静翼として働くように成形されているので、羽根車５の直ぐ後ろに付加的な静翼は不要である。このことは、吸込み側のモータケーシング部材８の、支持リブと、半径方向外側に位置する円筒形のポンプケーシング部材３２との簡単な一体製作を可能にする。このポンプケーシング部材３２は、半径方向内側に位置するモータケーシング部材８及び電動モータ１全体を取り囲んでいる。

ケーシング部材８，３１，３２の下流側と上流側とには、それぞれシール５０の介在下で、２つの同じポンプケーシング部材３３，３４が、ねじ締結によって固定されている。流れ方向で拡張する吸込み側のポンプケーシング部材３３は、円筒区分３５として構成された吸込み管片６と、円筒区分３５に続いて拡張する区分３６とを有している。第１の区分３５と第２の区分３６との間の移行領域３７に、流体ポンプの半アキシャルの羽根車５が配置されている。本実施例では、前記拡張区分３６にはより大きな直径の、短く構成された別の円筒区分３８が続いており、これにより、円筒形のポンプケーシング部材３２へのきれいな移行が達成される。

これに対応して、吐出し側のポンプケーシング部材３４も、流れ方向で見て狭くなる区分と円筒区分とを有しており、この場合、構成部材が同一であることに基づき、同一符号が使われる。

更に、同一のポンプケーシング部材３３，３４には複数の溝３９が形成されており、これらの溝３９には戻し案内羽根４１の半径方向端部４０が係合している。前記戻し案内羽根４１は後案内装置４２として働き、この後案内装置４２によって、吐出し管片７の後ろで完全に旋回流無しの流れが得られる。当該の後案内装置４２は、吐出し側のモータケーシング部材９の表面４３に形成されており、静翼として働く支持リブ３１が比較的短く構成されており且つ流体ポンプのこの領域では一般に完全な旋回流減少が達成されないということによって必要とされる。更に、吐出し側のモータケーシング部材９はプラスチックで製作可能であるのに対して、吸込み側のモータケーシング部材８は、できるだけアルミニウムで製作しなければならず延いては高価である。この領域に静翼を構成することは、比較的高価な製作法を必要とする恐れがあるのに対して、プラスチックケーシング部材９における後案内装置は簡単且つ廉価に製作することができる。

同時に溝３９により、吐出し側のポンプケーシング部材３４の位置が、吐出し側のモータケーシング部材９に対して固定される。ポンプの組み立てに際して、円筒形のポンプケーシング部材３２に吐出し側のポンプケーシング部材３４を固定するためのねじを締め付けると、吐出し側のポンプケーシング部材３４は戻し案内羽根４０を介して、モータケーシング部材９をモータケーシング部材８に対して押圧するか、若しくはモータケーシング部材８の収容開口２９に押し込む。更に、これによりモータケーシング部材９が閉鎖部材２７若しくは間隙管２４に対して押圧されるので、両モータケーシング部材８，９の付加的な固定は不要である。

ポンプ運転時には、圧送しようとする流体、特に冷却媒体が、複数の羽根車翼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との間の室を介して圧送され、支持リブ３１の傍らを流れ、ここで既にその静翼としての機能により流れの中の旋回流の一部が除去されて、引き続き、流れから完全に既存の旋回流が除去される後案内装置４２を介して流れ、これにより、大きな摩擦損失を被ること無しに、消費されるエネルギをできるだけ完全に吐出しエネルギ延いては軸方向流に変換することができる。

流体の一部は、羽根車５の後ろで、吸込み側のモータケーシング部材８に形成された複数の孔４５を通流する。流体の別の部分も、羽根車５の後ろで駆動軸３に至るまで流れ、この場合、第１の軸受け１１と駆動軸３との間を通流するので、既存の滑り軸受けは十分に潤滑される。これにより、ロータ室内の冷却液が、やはり駆動軸３と第２の軸受け１５との間、並びに閉鎖部材２７の孔（図示せず）を通って該閉鎖部材２７の後ろに位置する室４６に送られる。この室４６は、軸方向で吐出し側のモータケーシング部材９を通って延びる別の孔４７を介して、その後ろに位置する室に接続されている。即ち、軸受け１１，１５の潤滑と、場合によっては存在するロータ室内の空気量を冷却し且つ導出するための手段の両方が生ぜしめられる。

当該の半アキシャルポンプは特に、特別に小型に構成され得るという点において優れている。それというのも、同じ電力消費において同じ圧送性能が、公知のポンプに比べてより小さなモータサイズ及びより高い回転数で達成され得るからである。このことは特に、このような構成において極端に減少された圧力損失によって達成されるが、半アキシャル構成形式によっても達成される。

更に、このようなポンプは極めて廉価に製作可能である。それというのも、既存の構成部材の構成の違いが少ないからである。このことは同時に、組み立ての際に起こりえるエラーを減少させる。付加的な静翼を省き且つ電気的な接触接続部を支持リブに組み込むことにより、付加的な構成部材が回避され且つ圧力損失が減少される。これにより、全体的により高い効率が得られる。

ポンプケーシング３３，３４の単純性に基づいて、これらのポンプケーシング３３，３４に、吐出し管片若しくは吸込み管片に配置されたフランジを装備することも、勿論可能である。これにより、モータケーシングとの直接の結合部を形成することも、圧送される流体体積流を増大させるために複数のポンプを直接に接続することも可能である。このことは特に、後案内装置４２によって旋回流無しの流れが形成され、これにより、エネルギ損失を被ること無しに、下流側に接続されたポンプの羽根車５に向かって直接に流れることができるということによって可能である。これにより、２倍の性能が要求される場合でも、より大型のモータを備えたやはり大型のポンプを構成することは不要であり、構成部材の同一性に基づいて簡単に、適宜必要とされる数のポンプを相前後して接続することができる。

特に吸込み側のポンプケーシング部材３３の単純性に基づいて、この吸込み側のポンプケーシング部材３３を弁ケーシング部材と一体に構成することも考えられ、これにより、ポンプケーシング部材３３は、例えばバイパス又は組み込まれるサーモスタット弁のための収容部を有している。環状摺動弁のケーシング構成部材も、吸込み側のポンプケーシング部材３３と一体に製作可能である。

指摘しておくと、図示の実施例は単に本発明の可能な１実施例であるに過ぎず、当該実施例の構成は様々な点において、請求項の保護範囲を逸脱すること無しに変更され得る。

本発明による流体ポンプを断面して側面から見た図である。

Claims (5)

1. 内燃機関のための流体ポンプであって、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する電動モータが設けられており、前記ロータが少なくとも相対回動不能に駆動軸に配置されており、該駆動軸に固定された羽根車が設けられており、圧送しようとする流体の流れ方向で見て前記羽根車の後ろに配置された、少なくとも１つの静翼が設けられており、モータケーシング、羽根車及び静翼を取り囲むポンプケーシングが設けられており、該ポンプケーシングの軸方向端部には、それぞれ吐出し管片と吸込み管片とが対向位置して形成されている形式のものにおいて、
   当該流体ポンプが半アキシャルポンプとして形成されており、そのポンプケーシング（３２，３３，３４）が少なくとも２つの同一のポンプケーシング部材（３３，３４）を有していることを特徴とする、内燃機関のための流体ポンプ。
2. 吸込み側のポンプケーシング部材（３３）と、吐出し側のポンプケーシング部材（３４）とが同一に形成されている、請求項１記載の内燃機関のための流体ポンプ。
3. 同一のポンプケーシング部材（３３，３４）が、それぞれ吸込み管片（６）若しくは吐出し管片（７）として働く第１の円筒区分（３５）を有しており、この第１の円筒区分に拡張区分（３６）が続いており、該拡張区分が、より大きな直径の円筒区分（３８）で終わっている、請求項１又は２記載の内燃機関のための流体ポンプ。
4. 吸込み側のポンプケーシング部材（８）において、第１の円筒区分（３５）と拡張区分（３６）との間の移行領域に、流体ポンプの羽根車（５）が配置されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の内燃機関のための流体ポンプ。
5. ２つの同一のポンプケーシング部材（３３，３４）の間に軸方向で配置された円筒形のポンプケーシング部材（３２）に静翼（３１）が配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の内燃機関のための流体ポンプ。

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