JP2012154219A - 電動ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】回転子に形成された溝の異物が、回転子とステータとの間に溝外に排出されることを抑制する技術を提供する。
【解決手段】電動ポンプ１０は、ケーシング１２と回転子１６とステータ５０とを備える。回転子１６は、ケーシング１２内に収容され、ケーシング１２に回転可能に取り付けられている。ステータ５０は、回転子１６の外周面に対向して配置されており、回転子１６をケーシング１２に対して回転させる。回転子１６の外周面には、少なくとも回転子１６の回転軸方向に伸びる溝２２と、溝２２を回転子１６の回転軸に直交する断面で見たときに、溝２２の回転子１６の外周面側の端部の幅が溝２２の最大の幅よりも小さくなるように溝２２を覆う外壁と、が形成されている。
【選択図】図１

Description

本明細書では、電動ポンプを開示する。

特許文献１に、ケーシングに回転可能に取り付けられている回転子を備える電動ポンプが開示されている。回転子は、回転子に対向して配置されているステータによって回転される。ステータに対向する回転子の外周面には、らせん状の溝が形成されている。この構成では、らせん状の溝に流体内の異物が収容されるため、回転子とステータとの間に異物が挟まって、回転子の回転が阻害されることが防止されている。

実開平５−７７５９５号公報

特許文献１の技術では、らせん状の溝内に収容された異物が、溝から回転子とステータとの隙間に排出される場合がある。この結果、溝から排出された異物が回転子とステータとの間に挟まって、回転子の回転が阻害される恐れがある。本明細書では、回転子に形成された溝の異物が、回転子とステータとの間に排出されることを抑制する技術を提供する。

本明細書によって開示される電動ポンプは、ケーシングと、回転子と、ステータとを備える。回転子は、ケーシング内に収容され、ケーシングに回転可能に取り付けられている。ステータは、回転子の外周面に対向して配置されており、回転子をケーシングに対して回転させる。回転子のステータと対向する外周面には、溝と外壁とが形成されている。溝は、回転子の少なくとも回転軸方向に伸びる。外壁は、溝を回転子の回転軸に直交する断面で見たときに、溝の外周面側の端部の幅が溝の最大の幅よりも小さくなるように、溝の外周面側の端部を覆う。

この構成によれば、溝の外周面側の端部を覆う外壁によって、溝内に収容された異物が、回転子とステータとの間に排出されることを抑制することができる。

外壁は、回転子の回転方向の後側から溝を覆っていてもよい。溝は、回転子の回転方向の前側で回転子とステータとの隙間に連通していてもよい。上記の電動ポンプでは、溝は、回転子の回転方向の前側で、回転子とステータとの隙間に連通している。従って、回転子が回転すると、回転子とステータとの隙間に存在する流体は、溝と連通している部分、即ち、回転子の回転方向の前側から溝内に流入し、回転子の回転方向の後側に向かって溝内を流れる。このため、溝内に収容された異物も、流体とともに回転子の回転方向の後側に流される。この結果、溝内に収容された異物は、外壁によって、溝内から回転子の外周面の外側に排出されることが防止される。これにより、溝内に収容された異物が、回転子とステータとの間に排出されることを抑制することができる。

回転子の回転軸に直交する断面における溝の断面積は、回転子の回転軸方向の一端側よりも他端側の方が小さくてもよい。この構成によれば、溝内の異物が、回転子の回転軸方向の一端側から他端側に向かって移動することを抑制することができる。これにより、溝内の異物の移動方向を制限することができる。

回転子の回転軸方向における溝の両端の少なくとも一方には、溝内の異物を集積する集積部が形成されていてもよい。この構成によれば、異物を集積部に集積することができる。これにより、溝内に収容された異物が、溝外に排出されることを防止することができる。

ケーシングは、ポンプ室とモータ室とを有していてもよい。回転子は、ポンプ室からモータ室に亘って位置していてもよい。溝は、回転子のモータ室内に位置している部分に形成されていてもよい。回転子は、ポンプ室内の流体を昇圧して、ケーシング外に吐出させるインペラと、溝の集積部の近傍の部分とポンプ室とを連通する連通路と、を備えていてもよい。この構成によれば、集積部に集積した異物を、連通路を介して、ポンプ室に排出することができる。ポンプ室に排出された異物は、インペラによって、ポンプ室内の流体とともにケーシング外に排出され得る。

ケーシングは、ポンプ室とモータ室とを有していてもよい。回転子は、ポンプ室からモータ室に亘って位置していてもよい。溝は、回転子のモータ室内に位置している部分に形成されていてもよい。回転子は、ポンプ室内の流体を昇圧して、ケーシング外に吐出させるインペラと、溝とポンプ室とを連通する連通路を備えていてもよい。この構成によれば、溝内に収容した異物を、連通路を介して、ポンプ室に排出することができる。ポンプ室に排出された異物は、インペラによって、ポンプ室内の流体とともにケーシング外に排出され得る。

実施例１の電動ポンプの概略縦断面図を示す。 図１のII-II断面の断面図を示す。 回転子の概略縦断面図を示す。 実施例２の電動ポンプの概略断面図を示す。 図４のV-V断面の断面図を示す。 図４のVI-VI断面の断面図を示す。 変形例の電動ポンプの概略縦断面図を示す。

図１に示す電動ポンプ１０は、自動車のエンジンやインバータ等を冷却する冷却水を循環するために用いられる。図１に示すように、電動ポンプ１０は、ケーシング１２と、回転子１６と、ステータ５０と、を備える。

ケーシング１２内には、ポンプ室１０ｂ及びモータ室１０ｄの２個の室が形成されている。モータ室１０ｄは、ポンプ室１０ｂに隣接しており、ポンプ室１０ｂと連通している。ポンプ室１０ｂはケーシング１２の上方に形成され、モータ室１０ｄはケーシング１２の下方に形成されている。ポンプ室１０ｂの下端は、モータ室１０ｄの上端に接続されている。ケーシング１２には、吸入口１０ａと吐出口（図示省略）が形成されている。吸入口１０ａは、ケーシング１２の上端に形成されており、ポンプ室１０ｂの上端に接続している。吐出口は、ケーシング１２の側面に形成されており、ポンプ室１０ｂの外周に位置する通路１０ｃに接続している。

ケーシング１２の底面１２ａの中心部には、ベアリング３０が固定されている。ベアリング３０は、回転子１６を回転可能に支持している。回転子１６は、ケーシング１２内に配置され、ポンプ室１０ｂとモータ室１０ｄとに収容されている。回転子１６は、連通管１４とインペラ１８と磁石部２０とを備える。

連通管１４の下端は、ベアリング３０に支持されている。連通管１４は、モータ室１０ｄからポンプ室１０ｂまで伸びている。連通管１４は、中空の円管形状を有している。連通管１４の中間部分、詳しくはインペラ１８と磁石部２０との間の部分は、ケーシング１２に固定されたベアリング３２に、回転可能に支持されている。即ち、回転子１６は、ベアリング３０，３２によって、ケーシング１２に回転可能に取り付けられている。ベアリング３２は、ケーシング１２の内面に形成されている支持部１２ｂに固定されている。支持部１２ｂには、冷却水をポンプ室１０ｂからモータ室１０ｄに向かって流すための複数個の通過孔１２ｃが形成されている。

連通管１４の上端付近には、インペラ１８が固定されている。インペラ１８は、平面視した場合（図１の上方から見た場合）に、円形形状を有している。インペラ１８は、連通管１４と同軸上に配置されている。

インペラ１８は、ポンプ室１０ｂ内に収容されている。ポンプ室１０ｂとモータ室１０ｄとは、インペラ１８によって区切られている。即ち、インペラ１８の下端よりも上方に位置する空間がポンプ室１０ｂであり、インペラ１８の下端よりも下方に位置する空間がモータ室１０ｄである。インペラ１８の上面は、インペラ１８の外周端に向かって下方に傾斜している。インペラ１８の上面には、一定の間隔で複数枚の羽根１８ａが形成されている。各羽根１８ａは、インペラ１８の内周から外周に向かうに従って、インペラ１８の半径方向に対して、回転子１６の回転方向Ｒ（図２参照）に傾斜している。

連通管１４の下端付近には、磁石部２０が固定されている。磁石部２０は、円筒形状を有している。磁石部２０は、連通管１４及びインペラ１８と同軸上に配置されている。磁石部２０は、磁石部２０の周方向（即ち図２に示す回転方向Ｒ）に沿って、磁石部２０の外周面２０ａの磁極が交互にＳ極又はＮ極となるように、永久磁石が配置されている。

磁石部２０の外周面には、溝２２が形成されている。溝２２は、磁石部２０の上端から、回転子１６の回転軸方向に平行に下向きに伸びている。溝２２の下端は、磁石部２０の下端よりも上方に位置する。即ち、磁石部２０には、溝２２の下端と磁石部２０の下端との間に、溝２２が形成されていない部分が存在する。溝２２の下端の下方に位置する磁石部２０の部分を、集積部２６と呼ぶ。なお、集積部２６の上面は、平面状である。

図２に示すように、磁石部２０の外周面２０ａには、４本の溝２２が形成されている。４本の溝２２は、磁石部２０の外周面に沿って、等間隔に形成されている。４本の溝２２は、同一形状を有している。磁石部２０には、各溝２２の回転方向Ｒの後側の端縁から、回転方向Ｒ（外周面２０ａ）に沿って伸びる外壁２８が形成されている。各外壁２８は、回転方向Ｒの後側から、各溝２２の外周面２０ａ側の端部の一部を覆う。外壁２８と溝２２の底面２２ａとの間には、隙間が形成されている。なお、溝２２は、磁石部２０のうち、磁性が弱い領域に形成されている。これにより、溝２２が磁石部２０の磁場に影響することによって、電動ポンプ１０のポンプ効率が低下することを抑制することができる。

磁石部２０（回転子１６）の回転軸に直交する断面で見た場合に、外壁２８によって、溝２２の外周面２０ａ側の端部の幅（即ち外周面２０ａに沿った長さ）は、溝２２の最大の幅よりも小さい。なお、以下では、溝２２の外周面２０ａ側の端部を、単に「溝２２の開口」と呼ぶ。溝２２の開口は、外壁２８よりも、回転方向Ｒの前側に位置する。溝２２は、溝２２の開口を介して、モータ室１０ｄに連通している。

磁石部２０には、各溝２２と連通管１４とを連通する流路２４が形成されている。流路２４の一端は、溝２２の集積部２６の上面の近傍の底面２２ａに形成されている。流路２４は、磁石部２０の半径方向に伸びている。流路２４の他端は、連通管１４に形成されている連通孔１４ａに接続されている。これにより、各溝２２と連通管１４とが連通されている。流路２４及び連通管１４によって、各溝２２とポンプ室１０ｂとは連通している。

図１に示すように、溝２２の流路面積は、下端から上端に向かって徐々に小さくなっている。言い換えると、磁石部２０（回転子１６）の回転軸に直交する断面における溝２２の断面積は、溝２２の下端から上端に向かって徐々に小さくなっている。

モータ室１０ｄを形成するケーシング１２には、磁石部２０の外周面と対向するように、ステータ５０が配置されている。ステータ５０は、磁石部２０の外側を一巡して配置されている。ステータ５０と磁石部２０の外周面との間には、若干の隙間が形成されている。なお、図示省略するが、ステータ５０には、銅線が巻回されている。

次いで、電動ポンプ１０の動作について説明する。ステータ５０に電力が供給されると、回転子１６は、連通管１４を中心に回転する。この結果、インペラ１８が回転し、冷却水が、ケーシング１２の上端の吸入口１０ａから、ポンプ室１０ｂ内に吸引される。ポンプ室１０ｂに吸引された冷却水は、インペラ１８の回転によって昇圧されながら、ポンプ室１０ｂの外周に位置する通路１０ｃに到達する。即ち、インペラ１８の中心から外側に向かうに従って、冷却水の水圧は高くなる。通路１０ｃに到達した冷却水は、図示省略した吐出口からケーシング１２外へ吐出される。

通路１０ｃに到達した冷却水のうちの一部は、ポンプ室１０ｂからモータ室１０ｄに流入する。モータ室１０ｄ内の冷却水は、溝２２の開口から溝２２内に流入する。溝２２内に流入した冷却水は、外壁２８と溝２２の底面２２ａとの間に向かって流れる。この結果、冷却水内の気泡や異物は、外壁２８と溝２２の底面２２ａとの間に収容される。

回転子１６が回転している間では、冷却水は、溝２２の開口から外壁２８と溝２２の底面２２ａとの間に向かって流れている。このため、外壁２８と溝２２の底面２２ａとの間に収容された気泡や異物が溝２２内から回転子１６とステータ５０との間に排出されることを抑制することができる。これにより、冷却水内の異物が回転子１６とステータ５０との隙間に入り込んで、回転子１６の回転が阻害されることを防止することができる。また、冷却水内の気泡によって、電動ポンプ１０のポンプ効率が低下することを防止することできる。

溝２２の流路面積は、下端から上端に向かって徐々に小さくなっている。このため、溝２２内の冷却水が溝２２の下端から上端に向かって流れることを抑制することができる。この結果、溝２２内の異物が、溝２２の上端から溝２２外に排出されることを抑制することができる。

回転子１６が回転している間では、溝２２内の冷却水の水圧は、連通管１４内の冷却水の水圧よりも高い。このため、冷却水は、図２の矢印Ｆ１に示すように、溝２２内から流路２４を介して、連通管１４内に流入する。連通管１４の上端近傍の冷却水は、インペラ１８によって昇圧されていないため、連通管１４内の冷却水よりも水圧が低い。このため、図３の矢印Ｆ２に示すように、連通管１４内の冷却水は、連通管１４を通過して、連通管１４の上端からポンプ室１０ｂに流入する。即ち、溝２２内の冷却水は、流路２４及び連通管１４を介して、ポンプ室１０ｂに流入する。この結果、溝２２内の異物は、冷却水とともに、ポンプ室１０ｂに排出される。これにより、溝２２内の異物を吐出口からポンプ室１０ｂ外に排出することができる。

回転子１６の回転が停止すると、溝２２内の異物は、下方に落下する。この結果、溝２２内の異物は、溝２２の下端に設けられた集積部２６上に集積される。この構成によれば、回転子１６の回転停止時に、溝２２内の異物が溝２２の下端から溝２２外に排出されることを防止することができる。また、流路２４の一端は、集積部２６の近傍に形成されている。このため、回転子１６が回転すると、集積部２６上に集積した異物は、冷却水とともに流路２４及び連通管１４を通過して、ポンプ室１０ｂに排出される。これにより、集積部２６上に異物が蓄積されることを防止することができる。

実施例２の電動ポンプ１００について、実施例１の電動ポンプ１０と異なる箇所を説明する。実施例２では、回転子１１６の構成が、実施例１の回転子１６の構成とは異なる。図４に示すように、回転子１１６は、回転子１６と同様に、インペラ１８と磁石部２０とを備える。インペラ１８と磁石部２０とは、中空円管形状の回転軸１１５に固定されている。回転軸１１５内には、固定軸１１４が挿入されている。これにより、回転子１１６は、ケーシング１２の底面１２ａに固定されている固定軸１１４に回転可能に支持されている。

回転子１１６の固定軸１１４と対向する面、即ち、回転子１１６（回転軸１１５）の内面には、流体溝２００が形成されている。図４に示すように、流体溝２００は、磁石部２０の流路２４に接続されている位置から回転子１１６の上端まで伸びている。図５に示すように、回転子１１６には、４本の流体溝２００が回転子１１６の回転方向に等間隔に形成されている。

図６に示すように、４本の流体溝２００のそれぞれは、磁石部２０に形成されている４本の流路２４のそれぞれに連通している。

電動ポンプ１００の構成でも、実施例１の電動ポンプ１０と同様の効果を奏することができる。なお、回転子１１６が回転している間では、図４の矢印Ｆ３に示すように、冷却水は、溝２２内から流路２４を介して、流体溝２００内に流入する。流体溝２００の上端近傍の冷却水は、インペラ１８によって昇圧されていないため、流体溝２００内の冷却水よりも水圧が低い。このため、流体溝２００内の冷却水は、流体溝２００を通過して、ポンプ室１０ｂに流入する。この結果、溝２２内の異物は、冷却水とともに、ポンプ室１０ｂに排出される。これにより、溝２２内の異物を吐出口からポンプ室１０ｂ外に排出することができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

（１）上記の実施例では、溝２２の流路面積は、下端から上端に向かって、徐々に小さくなっている。しかしながら、溝２２の下端から上端に向かう途中で、溝２２の流路面積が急激に小さくなっていてもよい。あるいは、溝２２の流路面積は、下端から上端まで一定であってもよい。すなわち、溝２２の一方の端部の流路面積が、溝２２の他方の端部の流路面積よりも小さければよい。これにより、溝２２の他方の端部から一方の端部に向かって、冷却水が流れることを防止することができる。

（２）上記の実施例では、溝２２が回転子１６の回転軸方向に平行に伸びている。しかしながら、溝２２は、回転子１６の上端から下端に向かって、回転子１６の回転軸方向に傾斜する方向（即ち螺旋状）に伸びていてもよい。この構成も、「回転子の少なくとも回転軸方向に伸びる溝」に含まれる。

（３）上記の実施例では、外壁２８は、溝２２の回転方向Ｒの後側の端縁から、回転方向Ｒ（外周面２０ａ）に沿って伸びている。しかしながら、外壁２８は、溝２２の回転方向Ｒの前側の端縁から、回転子１６の反回転方向に沿って伸びていてもよい。即ち、外壁２８は、溝２２の外周面２０ａ側の端部の少なくとも一部を覆っていればよい。

（４）上記の実施例では、集積部２６の上面は、平面状である。しかしながら、集積部２６の上面には、下方に向かって凹む凹部が形成されていてもよい。この構成では、回転子１６の回転が停止すると、溝２２内の異物は、集積部２６の凹部内に集積される。このため、異物が集積部２６の凹部から、磁石部２０とステータ５０との間に排出されることを防止することができる。なお、この変形例の場合、流路２４の一方の端は、集積部２６の凹部内に形成されていてもよい。

（６）上記の実施例では、流路２４の一方の端は、集積部２６の近傍に形成されているが、流路２４の一方の端は、集積部２６の近傍でなくてもよい。溝２２の底面２２ａのいずれかに形成されていてもよい。なお、１本の溝２２に連通する流路２４の本数は制限されない。例えば、１本の溝２２に２本の流路２４が連通していてもよい。この場合、一方の流路２４の一方の端は、集積部２６の近傍に位置していてもよい。他方の流路２４の一方の端は、溝２２の上方に位置していてもよい。

（７）上記の実施例では、溝２２の下端に、集積部２６が形成されている。しかしながら、集積部２６は形成されていなくてもよい。例えば、図７に示すように、溝２２は、磁石部２０の下端まで伸びていてもよい。この場合、ケーシング１２の底面１２ａに、集積溝３００が形成されていてもよい。集積溝３００は、溝２２の下方に位置していてもよい。この構成では、溝２２内に収容された異物は、回転子１６の回転が停止すると、溝２２の下端から落下し、集積溝３００内に収容される。この構成によれば、溝２２内に収容された異物が、回転子１６とステータ５０との隙間に入り込んで、回転子１６の回転が阻害されることを防止することができる。なお、この変形例では、電動ポンプ１０は、流路２４を備えていなくてもよい。

（８）本明細書に開示されている技術は、ポンプ室１０ｂとモータ室１０ｄとが壁を隔てて配置される電動ポンプ等にも適用することができる。

また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１０：電動ポンプ
１２：ケーシング
１４：連通管
１６：回転子
１８：インペラ
２０：磁石部
２２：溝
２４：流路
２６：集積部
２８：外壁
３０：ベアリング
５０：ステータ

Claims (6)

1. ケーシングと、
   前記ケーシング内に収容され、前記ケーシングに回転可能に取り付けられている回転子と、
   前記回転子の外周面に対向して配置されており、前記回転子を前記ケーシングに対して回転させるステータと、を備え、
   前記回転子の前記ステータと対向する外周面には、
   前記回転子の少なくとも回転軸方向に伸びる溝と、
   前記溝を前記回転子の回転軸に直交する断面で見たときに、前記溝の前記外周面側の端部の幅が前記溝の最大の幅よりも小さくなるように、前記溝の前記外周面側の端部を覆う外壁と、が形成されている、電動ポンプ。
2. 前記外壁は、前記回転子の回転方向の後側から前記溝を覆っており、
   前記溝は、前記回転子の回転方向の前側で前記回転子と前記ステータとの隙間に連通している、請求項１に記載の電動ポンプ。
3. 前記回転子の回転軸に直交する断面における前記溝の断面積は、前記回転子の回転軸方向の一端側よりも他端側の方が小さい、請求項１又は２に記載の電動ポンプ。
4. 前記回転子の回転軸方向における前記溝の両端の少なくとも一方には、前記溝内の異物を集積する集積部が形成されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の電動ポンプ。
5. 前記ケーシングは、ポンプ室とモータ室とを有しており、
   前記回転子は、前記ポンプ室から前記モータ室に亘って位置しており、
   前記溝は、前記回転子の前記モータ室内に位置している部分に形成されており、
   前記回転子は、前記ポンプ室内の流体を昇圧して、前記ケーシング外に吐出させるインペラと、
   前記溝の前記集積部の近傍の部分と前記ポンプ室とを連通する連通路と、を備える、請求項４に記載の電動ポンプ。
6. 前記ケーシングは、ポンプ室とモータ室とを有しており、
   前記回転子は、前記ポンプ室から前記モータ室に亘って位置しており、
   前記溝は、前記回転子の前記モータ室内に位置している部分に形成されており、
   前記回転子は、ポンプ室内の流体を昇圧して、ケーシング外に吐出させるインペラと、
   前記溝と前記ポンプ室とを連通する連通路を備える、請求項１から５のいずれか一項に記載の電動ポンプ。
   
   

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