JP2010156224A - 電動ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】振動や騒音を低減できる電動ポンプを提供する。また、部品点数を減少させ、組み立て工数を低減できる電動ポンプを提供する。
【解決手段】ハウジング２内に隔壁部７を設け、ハウジング２の内部を隔壁部７を介して内側をモータ室Ｍに、外側をポンプ室Ｐに隔成し、モータ室Ｍに、ステータ１１を設けると共に、ポンプ室Ｐに、ステータ１１をその前面から覆うように形成された有底筒状のロータ２５を設け、隔壁部７のエンド部７ａに支軸２７の一端を固定し、この支軸２７の隔壁部７からの突出部２７ａにロータ２５のエンド部３０が回転自在に支持されている電動ポンプ１において、ハウジング２の支軸２７の他端に対応する部位に、支軸２７の他端を支持すると共にロータ２５の抜け方向への移動を規制するスピナー４５を設けた。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えば、自動車のラジエータ冷却用に使用される電動ポンプに関するものである。

一般に、電気自動車やハイブリッド車両の車両駆動用モータ、およびモータを制御するコントロールユニットの冷却用やラジエータ用の電動ポンプとして、ウォーターポンプを用いる場合が多い。この種のウォーターポンプには、ハウジング内に、隔壁部としての円柱状の凸部が設けられている。この凸部の内側には、電動モータの一方を構成するステータが設けられている。また、ステータの外周側には、凸部を介して電動モータの他方を構成するロータが設けられている。

ロータは、例えば、磁性粉が含有された樹脂などで、ステータをその前面から覆うように有底筒状に形成されている。ロータの上部（前端壁）には、インペラ（羽根部）が設けられている。一方、ステータの外周面と対向する筒状部は着磁されている。
ステータにはコイルが巻装されており、このコイルに電流を供給することによって磁界が発生し、ロータの筒状部との間に磁気的な吸引力や反発力が生じてロータが回転する。ロータを回転させることによりインペラを回転させ、遠心力によりウォーターポンプから冷却水を吐出する。

ここで、ハウジングの凸部の外側には、ステータの径方向略中央に対応する部位に、支軸（シャフト）の一端が固定されている。そして、支軸の上端部は、凸部の上面より上方に軸方向に沿って突出した状態になっている。この支軸の上端部には、ロータの上部が回転自在に支持されている。また、支軸の他端には、スクリュウネジによってワッシャが締結固定されている。これによって、ロータの回転時の浮き上がり、つまり、ロータの抜け方向への移動が規制されるようになっている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−８６２９７号公報

しかしながら、上述の従来技術にあっては、支軸は、この一端がハウジングの凸部に固定されているだけなので、片持ち状態でロータを回転自在に支持していることになる。このため、支軸の固定強度を高めるのが困難で、回転時におけるロータの触れ回りが大きくなり、振動や騒音が大きくなるおそれがあるという課題がある。
また、ロータの回転時の抜け方向への移動を支軸の他端に固定したスクリュウネジとワッシャを用いて規制している。このため、この分部品点数が増加すると共に、組み立て工数が増大するという課題がある。

そこで、この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、振動や騒音を低減できる電動ポンプを提供するものである。
また、部品点数を減少させ、組み立て工数を低減できる電動ポンプを提供するものである。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、ハウジング内に隔壁部を設け、前記ハウジングの内部を隔壁部を介して内側をモータ室に、外側をポンプ室に隔成し、前記モータ室に、ステータを設けると共に、前記ポンプ室に、前記ステータをその前面から覆うように形成された有底筒状のロータを設け、前記隔壁部の前面側に支軸の一端を固定し、この支軸の前記隔壁部からの突出部に前記ロータの前端壁が回転自在に支持されている電動ポンプにおいて、前記ハウジングの前記支軸の他端に対応する部位に、前記支軸の他端を支持すると共に前記ロータの抜け方向への移動を規制する保持部材を設けたことを特徴とする。
このように構成することで、隔壁部とハウジングとにより支軸の両端を支持することができる。このため、ロータを回転自在に支持するための支軸を両持ち状態にすることができ、支軸の固定強度を高めることができる。

請求項２に記載した発明は、前記ハウジングは、前記隔壁部が設けられ前記モータ室を形成する第一ハウジングと、前記隔壁部よりも前方に設けられた第二ハウジングとで構成されており、これら第一ハウジング、および第二ハウジングを前記支軸の軸方向に分割可能に構成し、前記第二ハウジングに、前記保持部材を一体成形したことを特徴とする。
このように構成することで、支軸の他端に保持部材を設けるにあたって、従来のようにネジを用いる必要がなくなる。また、第一ハウジングに第二ハウジングをセットするのと同時に支軸の他端に保持部材を取り付けることが可能になる。

請求項３に記載した発明は、前記第二ハウジングの前記支軸の他端に対応する部位に、複数のリブを設け、これらリブの先端に前記保持部材を一体成形したことを特徴とする。
このように構成することで、さらに部品点数を低減できる。また、保持部材と第二ハウジングとの間に確実に冷却水を通流させるための流路を確保することができる。

請求項１に記載した発明によれば、隔壁部とハウジングとにより支軸の両端を支持することができる。このため、ロータを回転自在に支持するための支軸を両持ち状態にすることができ、支軸の固定強度を高めることができる。よって、ロータの触れ回りを小さくすることが可能になり、電動ポンプの振動や騒音を低減することができる。

請求項２に記載した発明によれば、支軸の他端に保持部材を設けるにあたって、従来のようにネジを用いる必要がなくなる。また、第一ハウジングに第二ハウジングをセットするのと同時に支軸の他端に保持部材を取り付けることが可能になる。このため、組み立て工数を低減することが可能になる。

請求項３に記載した発明によれば、さらに部品点数を低減できるので、製造コストを低減することができる。
また、保持部材と第二ハウジングとの間に確実に冷却水を通流させるための流路を確保することができるので、電動ポンプの所望の性能を確実に確保することができる。

次に、この発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明において図１の上側を前側、図１の下側を後側とする。
図１に示すように、電動ポンプ１は、自動車のラジエータ等に使用されるウォーターポンプであって、ハウジング２内にポンプ部３が設けられたものである。
ハウジング２は樹脂で成型されたものであって、後側に配置されたハウジング本体４と、ハウジング本体４の前側に配置された段付筒状のカバー５とで構成されている。

ハウジング本体４は、平面視略円形状の第一ベース部４ａと、この第一ベース部４ａの一側に一体成形された平面視略長方形状の第二ベース部４ｂとで構成されている。
第一ベース部４ａの前面には、この大部分に軸方向平面視略円形状の凹部６が形成されている。凹部６の径方向略中央には、有底筒状の隔壁部７がエンド部（底部）７ａを前方に向けた形で突設されている。

隔壁部７は、ハウジング２内に２つの部屋を隔成するためのものである。すなわち、ハウジング２内は、隔壁部７を介して内側がモータ室Ｍに、外側がポンプ室Ｐに隔成されている。
ここで、ハウジング２は、隔壁部７が設けられモータ室Ｍを形成するハウジング本体４（第一ハウジング）と、隔壁部７よりも前方に設けられたカバー５（第二ハウジング）とで構成された状態になっている。

隔壁部７のエンド部７ａには、前面側の径方向略中央に凹部８が形成されている。この凹部８の後面側には、後側に向かって突出する支柱９が一体成形されている。この支柱９は、略円柱状に形成されており、ここにポンプ部３を構成する電動モータ１０のステータ１１が固定されている。

ステータ１１は、円環状のステータコア１２を有している。ステータコア１２は、磁性材料の板材を軸方向に積層して形成したものであって、中央に支柱９を挿通可能な支柱孔１３が形成されている。この支柱孔１３に支柱９が内嵌することでステータ１１は、隔壁部７に固定された状態になる。
また、ステータコア１２には、径方向外側に向かって放射状に突出する複数のティース１４が周方向に等間隔に設けられている。これらティース１４には、それぞれ絶縁性のインシュレータ１５が装着され、このインシュレータ１５を介してコイル１６が巻装されている。

ここで、隔壁部７のエンド部７ａに一体成形された支柱９には、前方に向かって突設する支軸（シャフト）２７の一端がインサート成型されている。支軸２７の一端側には、支柱９からの抜け止め用としての縮径部２８が形成されている。
支軸２７の突出部２７ａには、ポンプ部３を構成する電動モータ１０のロータ２５が回転自在に支持されている。

ロータ２５は、磁性粉が含有された樹脂（例えば、フェライトボンド）で形成されたものであって、ステータ１１をその前方から覆うように有底筒状に形成されている。ロータ２５のエンド部（底部）３０には、径方向略中央に向かうに従って徐々に肉厚になるように形成された軸受けボス３２が設けられている。この軸受けボス３２には、支軸２７の突出部２７ａを挿通するための挿通孔３３が形成されており、ここに、すべり軸受け３４がインサートされている。すなわち、ロータ２５は、すべり軸受け３４と支軸２７の突出部２７ａとが摺動することによって片持ち状態で回転する。

また、ロータ２５のエンド部３０には、前端面側に複数の羽根部５１が一体成形されている。各羽根部５１は、冷却水を電動ポンプ１外に吐出する役割を有しているものであって、軸受けボス３２の外周面からエンド部３０の外周側に向かって径方向に延設されており、周方向平面視で扇状を有している。すなわち、ロータ２５は、エンド部３０がポンプ部３のインペラとしての役割を担い、周壁３１が電動モータ１０のロータ本体としての役割を担っている。

ロータ２５の周壁３１は、ステータ１１のティース１４の外周面に対向するように配置された状態になっている。周壁３１は、ロータ２５の成型後に着磁されており、リングマグネットの役割を有している。周壁３１（リングマグネット）は、極異方性に配向されている。

このように、ステータ１１やロータ２５が設けられている第一ベース部４ａの一側に一体成形された第二ベース部４ｂには、この前面にコネクタ部１７が突設されている。コネクタ部１７は、外部電源に接続される外部コネクタ（不図示）を嵌着可能に受け入れる接続部１８を有している。接続部１８には、不図示の外部コネクタに電気的に接続されるコネクタ端子１９が設けられている。コネクタ端子１９の一端は、後述する回路基板２０に接続されている。

ここで、ハウジング本体４の後面には、全体的に開口された凹部２１が形成されており、ここに回路基板２０が収納されている。この凹部２１には、ハウジング本体４の前面に凹部６を形成することにより突設された凸部２２が形成されている。凸部２２の大部分には、前面側に突出する隔壁部７が設けられているので、凹部２１とモータ室Ｍとは互いに連通した状態になっている。回路基板２０は、凸部２２の外周縁に設けられたピン２３に位置決めされ、かつ凸部２２の端面に当接した状態で固定されている。

回路基板２０には、不図示のプリント配線などが施されている。このプリント配線の一部にコネクタ端子１９が接続されている。また、プリント配線には、ステータ１１のティース１４に巻装されたコイル１６の端末部がターミナル２４を介して接続されている。これにより、コネクタ端子１９とコイル１６が電気的に接続され、外部電源の電力を回路基板を介してコイル１６に供給できる。

さらに、回路基板２０には、ロータ２５の回転位置を検出するための回転位置検出素子として、ホールＩＣ２６が実装されている。ホールＩＣ２６は、ロータ２５の周壁３１の端部、つまり、ロータ２５の後端に対向する位置に配置されている。ロータ２５の周壁３１の着磁の配向は極異方性であるので、ホールＩＣ２６は、周壁３１と対向する位置のうち、周壁３１の内周面寄りに配置される。このように配置することで、ロータ２５が回転することによる磁極の変化を確実に検出することができる。
ハウジング本体４の後面の凹部２１には、回路基板２０を配設した後、充填材（不図示）が充填されるようになっている。これによって、凹部２１が封止され、外部からの水や塵埃の浸入を防止できる。

ここで、ハウジング本体４には、第一ベース部４ａに形成されている凹部６の周囲に、これを取り囲むように軸方向平面視で略円環状に形成された嵌合溝４９が形成されている。この嵌合溝４９は、カバー５を位置決め固定するためのものである。したがって、ハウジング２を構成するハウジング本体４とカバー５は、支軸２７の軸方向に分割可能に構成されていることなる。
カバー５は、ロータ２５の周囲を取り囲むように有底筒状に形成されたカバー本体３６と、カバー本体３６のエンド部（底部）３６ｂに一体成形された筒状の吸入ポート３７とで構成されている。

カバー本体３６の周壁３６ａは、第一ベース部４ａに形成されている凹部６に対応するように形成されている。また、周壁３６ａの周縁には、外フランジ部３８が形成されている。この外フランジ部３８には、軸方向平面視略円環状の凸条３９が形成されており、この凸条３９が第一ベース部４ａの嵌合溝４９内に介在するようになっている。この凸条３９が第一ベース部４ａの嵌合溝４９内に載置されることにより、カバー５の径方向の位置決めが行われる。そして、外フランジ部３８を第一ベース部４ａの嵌合溝４９上で溶着することによって、カバー５とハウジング本体４とが一体化される。

カバー５とハウジング本体４とが一体化されると、カバー本体３６と第一ベース部４ａの隔壁部７との間に冷却水を通流させるための冷却水路４０が形成される。すなわち、ロータ２５は、冷却水路４０内に存在した状態になる。
また、カバー本体３６の周壁３６ａには、外周面に筒状の吐出ポート４１が設けられている。吐出ポート４１は、冷却水路４０に連通している。

吸入ポート３７は、カバー本体３６のエンド部３６ｂの径方向略中央に一体成形されている。吸入ポート３７は、エンド部３６ｂから立ち上がり、前方に向かうに従って徐々に先細り形成されているテーパ筒部４２と、テーパ筒部４２の前端に一体成形された吸入ポート本体４３とで構成されている。吸入ポート３７も吐出ポート４１と同様に冷却水路４０に連通されている。

ここで、図１〜図３に示すように、テーパ筒部４２の内周面には、断面略楕円形状のリブ４４が周方向に等間隔で３箇所形成されている。リブ４４の先端には、円錐状のスピナー４５が一体成形されている。すなわち、スピナー４５は、３つのリブ４４でテーパ筒部４２内に支持された状態になっている。

スピナー４５は、先端（先細り部）が前方を向くように配置されている。スピナー４５の底面４５ａの大部分には、ザグリ部４６ａが形成され、さらに、ザグリ部４６ａの径方向略中央には、支軸２７の他端を挿入可能な挿入凹部４６ｂが形成されている。
挿入凹部４６ｂの内径Ｅ１は、支軸２７の軸径Ｅ２よりもやや大きく設定されている。具体的には、挿入凹部４６ｂの内径Ｅ１は、カバー５の外フランジ部３８に形成されている凸条３９をハウジング本体４の嵌合溝４９にセットした状態で、支軸２７とスピナー４５の挿入凹部４６ｂとの嵌め合わせがきつくならないように設定されている。

カバー５にスピナー４５をリブ４４を介して一体成形することにより、カバー５をハウジング本体４に固定すると同時に、スピナー４５は、何らボルトなどの締結部材を用いることなく、支軸２７の他端に装着された状態になる。スピナー４５が支軸２７の他端に装着されることにより、支軸２７は、ハウジング本体４の隔壁部７に形成されている支柱９とスピナー４５とで両端が支持され、両持ち状態になる。また、支軸２７にスピナー４５が装着されることにより、ロータ２５の抜け方向への移動が規制される。このように、スピナー４５は、支軸２７を支持する役割と、ロータ２５の抜け方向への移動を規制するための規制部材としての役割とを有している。

次に、電動ポンプ１の組み立て手順の一例について説明する。
まず、支軸２７をインサート成型したハウジング本体４に、ステータ１１、および回路基板２０を組み付ける。続いて、コネクタ端子１９、およびコイル１６に接続されているターミナル２４をそれぞれ回路基板２０に接続する。そして、ハウジング本体４の凹部２１を充填材（不図示）で封止する。

次に、支軸２７の突出部２７ａにロータ２５を挿入する。このとき、ロータ２５の周壁３１を隔壁部７側に向け、支軸２７にロータ２５を挿入する。
続いて、カバー５を装着する。このとき、カバー５のカバー本体３６をロータ２５側に向けてロータ２５を覆うように装着する。そして、カバー５の外フランジ部３８に形成されている凸条３９をハウジング本体４の嵌合溝４９にセットする。すると、カバー５に一体成形されているスピナー４５が支軸２７の他端に装着される。

ここで、カバー５、およびハウジング本体４には、それぞれ製作精度に若干の誤差が生じてしまう。したがって、スピナー４５と支軸２７の相対位置関係を全ての製品で同一に設定するのは困難である。しかしながら、スピナー４５に形成されている挿入凹部４６ｂの内径Ｅ１は、支軸２７の軸径Ｅ２よりもやや大きく設定されているので、製品によって両者４５，２７の嵌め合わせがきつくなる場合はなく、支軸２７の他端にスピナー４５をスムーズに装着することができる。

ハウジング本体４にカバー５を装着した後、外フランジ部３８をハウジング本体４の嵌合溝４９上で溶着することによって、カバー５とハウジング本体４とが一体化される。これにより、電動ポンプ１の組み立てが完了する。
なお、電動ポンプ１の組み立て手順はこれに限られるものではなく、各部品の組み付け順序は適宜変更可能である。例えば、ハウジング本体４の凹部２１を充填材（不図示）で封止する工程は、カバー５とハウジング本体４とを一体化した後でもよい。

次に、電動ポンプ１の動作について説明する。
まず、ステータ１１のコイル１６に電力を供給するとティース１４に磁界が発生し、ロータ２５の周壁３１との間に磁気的な吸引力や反発力が生じてロータ２５が回転する。このとき、支軸２７は、ハウジング本体４の隔壁部７に形成されている支柱９とスピナー４５とで両端が支持され、両持ち状態になっている。このため、支軸２７の固定強度が高まり、ロータ２５の触れ回りが抑制される。

ロータ２５が回転することにより、ロータ２５のエンド部３０に一体成形されている羽根部５１が支軸２７を中心にして回転する。すると、冷却水路４０内に負圧が発生し、吸入ポート３７から流入される冷却水が冷却水路４０を介して吐出ポート４１から吐出される。吐出ポート４１から吐出された冷却水は、例えば、ラジエータ（不図示）の冷却水路を介して循環される。
なお、冷却水は一方向のみに循環すればよいので、ロータ２５は一方向のみに回転すればよく、また、ホールＩＣ２６もロータ２５の一方向の回転のみ検出できるように構成されていればよい。

したがって、上述の実施形態によれば、ハウジング本体４の隔壁部７とカバー５に一体成形されたスピナー４５とにより、支軸２７の両端を支持することができる。このため、ロータ２５を回転自在に支持するための支軸２７を両持ち状態にすることができ、支軸２７の固定強度を高めることができる。よって、ロータ２５の触れ回りを小さくすることが可能になり、電動ポンプ１の振動や騒音を低減することができる。

また、支軸２７の他端にスピナー４５を設けるにあたって、従来のようにネジを用いる必要がなくなる。また、ハウジング本体４にカバー５をセットするのと同時に支軸２７の他端にスピナー４５を取り付けることが可能になる。このため、組み立て工数を低減することが可能になる。
さらに、カバー５のテーパ筒部４２にリブ４４を介してスピナー４５が一体成形されているので、カバー５に別途スピナー４５を取り付ける必要がなく、さらに部品点数を低減することができる。このため、電動ポンプ１の製造コストを低減することができる。
また、スピナー４５を３つのリブ４４で支持する構成とすることで、吸入ポート３７内に冷却水を通流させるための流路を確実に確保することができる。このため、電動ポンプ１の所望の性能を確実に確保することができる。

なお、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述の実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
また、上述の実施形態では、カバー５に一体成形されたスピナー４５は円錐状に形成されたものである場合について説明した。しかしながら、スピナー４５の形状は、支軸２７の他端を支持可能で、かつロータ２５の抜け方向への移動を規制可能な形状であればよく、円錐状に限定されるものではない。
さらに、上述の実施形態では、スピナー４５を３つのリブ４４で支持している場合について説明したが、これに限られるものではなく、カバー５に少なくともリブ４４を２箇所形成し、これらリブ４４でスピナー４５を支持すればよい。

本発明の実施形態における電動ポンプの縦断面図である。 本発明の実施形態における電動ポンプの上面図である。 図１のＡ部拡大図である。

符号の説明

１ 電動ポンプ
２ ハウジング
３ ポンプ部
４ ハウジング本体（第一ハウジング）
５ カバー（第二ハウジング）
７ 隔壁部
７ａ エンド部（前面側）
１０ 電動モータ
１１ ステータ
２５ ロータ
２７ 支軸
２７ａ 突出部
３０ エンド部（前端壁）
４４ リブ
４５ スピナー（保持部）
Ｍ モータ部
Ｐ ポンプ室

Claims (3)

1. ハウジング内に隔壁部を設け、前記ハウジングの内部を隔壁部を介して内側をモータ室に、外側をポンプ室に隔成し、
   前記モータ室に、ステータを設けると共に、前記ポンプ室に、前記ステータをその前面から覆うように形成された有底筒状のロータを設け、
   前記隔壁部の前面側に支軸の一端を固定し、この支軸の前記隔壁部からの突出部に前記ロータの前端壁が回転自在に支持されている電動ポンプにおいて、
   前記ハウジングの前記支軸の他端に対応する部位に、前記支軸の他端を支持すると共に前記ロータの抜け方向への移動を規制する保持部材を設けたことを特徴とする電動ポンプ。
2. 前記ハウジングは、前記隔壁部が設けられ前記モータ室を形成する第一ハウジングと、前記隔壁部よりも前方に設けられた第二ハウジングとで構成されており、
   これら第一ハウジング、および第二ハウジングを前記支軸の軸方向に分割可能に構成し、
   前記第二ハウジングに、前記保持部材を一体成形したことを特徴とする請求項１に記載の電動ポンプ。
3. 前記第二ハウジングの前記支軸の他端に対応する部位に、複数のリブを設け、これらリブの先端に前記保持部材を一体成形したことを特徴とする請求項２に記載の電動ポンプ。
   
   

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