JP2015535321A - 自動車用電動液体ポンプ - Google Patents

Abstract

本発明は、ポンプホイール（３０）を直接的に駆動するＥＣモータ（１６）を備えた自動車用電動液体ポンプ（１０）に関する。モータ（１６）にはウエットモータロータ（４０）が備えられ、該ウエットモータロータはモータロータ本体（４１）を含み、該モータロータ本体は円筒状のロータ本体部（４２）を備え、該ロータ本体部（４２）は永久的に磁化され、リング状のモータロータキャビティ（４４）を囲んでいる。ポンプホイール（３０）とは反対側のロータの長手方向端には別個のカバーディスク（５６）が備えられ、それ故、該カバーディスク（５６）はモータロータキャビティ（４４）を閉じている。【選択図】図１

Description

本発明は、ポンプホイールを直接的に駆動するＥＣモータを備えた自動車用電動液体ポンプに関する。

電動モータを備えた自動車用液体ポンプは特に、液状のクーラント又は潤滑剤を送り込むために使用され、自動車を駆動する内燃機関のみならず、電動の機関とも組み合わせて使用される。如何なる軸シールをも回避し且つ流体密な構造を保証するため、キャンドモータの発想が使用される。キャンド電動モータにおいて、ドライのモータステータコイルは電子的に整流され（ＥＣ(electronically commutated)）、そして、モータロータは永久に磁化され、送り出す液体内に配置されている。

モータロータを磁化するための好適な強磁性材料は比較的高価である。モータロータは一般的に、モータステータコイルと径方向に近接した円筒状のロータ本体部を備え、該ロータ本体部は中空をなしてリング状のモータロータキャビティを囲繞し、該モータロータキャビティは送り込む液体で満たされている。

本発明の目的は、効率が改善された液密の自動車用電動液体ポンプを提供することにある。

該目的は、請求項１の特徴を備えた自動車用電動液体ポンプによって達成される。

自動車用電動液体ポンプにはＥＣモータが備えられ、該ＥＣモータはポンプホイールを直接的に駆動する。液体ポンプは、例えば水を送り込むクーラントポンプ、又は、例えばオイルを送り込む潤滑剤ポンプ、又は、他のタイプのポンプである。電動モータはキャンドモータとして備えられ、送り出す液体内で回転するウエットのモータロータを含む。モータロータはモータロータ本体を含み、該モータロータ本体は円筒状のロータ本体部を備え、該ロータ本体部は永久的に磁化されている。円筒状のロータ本体部は中空であって、リング状のモータロータキャビティを囲繞し、該モータロータキャビティは回転又は非回転の軸線方向の軸を囲んでいる。モータロータは全体的に多かれ少なかれ深鍋形状をなし、モータロータの磁化にとっては、比較的高価な永久磁石材料が最少の量だけ必要とされる。好ましくは、モータロータは永久磁石材料からなる一体品である。

ポンプホイールとは反対側のロータの長手方向端には別個のカバーディスクが備えられている。ポンプホイールは、ロータの一方の長手方向端に備えられ、カバーディスクはロータの他方の長手方向端に備えられている。カバーディスクはモータロータキャビティを閉じ、これにより、モータロータキャビティとロータの外側との間で、関連する液体が流れる可能性は最早無い。この結果、モータロータを囲む流体のみがモータロータとの関連した摩擦を引き起こす。覆われ且つ閉じられたモータロータキャビティ内の媒体はモータロータ本体と同一の回転速度で回転する。この結果、モータロータ本体の内面、特に、円筒状のロータ本体部の内面では、関連する摩擦が最早、引き起こされない。摩擦損失が低減されるので、それ故、電動モータの効率が増加される。

本発明の好適な実施形態によれば、カバーディスクは流体密であって、モータロータキャビティは周囲の液体から密封して隔離される。モータロータキャビティとモータロータを囲む液体との間での液体の交換又は流れは最早可能ではない。

一般的に、モータロータキャビティは送り出す液体又は空気で満たすことができる。液状のクーラントを送り出す液体ポンプは−４０℃と＋１２０℃との間の温度に晒され、閉じたモータロータキャビティ内の空気圧は広い範囲で変化し得る。モータロータキャビティ内の液体は氷結し、それ故、モータロータ本体を破壊する。好ましくは、モータロータキャビティは固形のキャビティ充填材、例えば、好適なプラスチックの一体品で満たされる。固形のキャビティ充填材は、モータロータキャビティの容積の大部分を満たし、モータロータキャビティの全容積でなければ、モータロータキャビティの関連した機械的ストレスが回避される。モータロータキャビティをプラスチックからなる固形のキャビティ充填材で満たすことは、送り出す液体を充填するのに比べ、ポンプの総重量を減少させる。好ましくは、固形のキャビティ充填材は強磁性材料でもないし、磁性材料でもない。

代替的には、カバーディスクには開口が備えられ、これにより、モータロータキャビティと外部との間での圧力の平衡が保証される。

好適な実施形態によれば、カバーディスクはカバー本体の一部である。また、カバー本体は円筒状の支持スリーブを含み、該支持スリーブは静的なロータ軸によって回転可能に支持されている。円筒状の支持スリーブ及び静的なロータ軸は摩擦軸受を形成し、該摩擦軸受は送り出す液体で潤滑される。カバー本体は２つの別個の機能、即ち、軸受機能と閉鎖機能を兼備する。

好ましくは、支持スリーブ及びカバーディスクを形成するカバー本体はシート金属からなる単一部品である。これは、効率的且つコスト的に有効な支持スリーブ及びカバーディスクの製造や取り付けを可能にし、比較的軽量な構造をもたらす。

他の好適な実施形態によれば、ポンプホイールはモータロータ及びカバー本体と一緒に取り付けられる別個の部品である。好ましくは、ポンプホイールの材料はモータロータや、カバーディスク、即ち、カバー本体の材料とは異なる。この構成はポンプホイールに好適な材料、例えば好適なプラスチック材料の使用を可能にする。モータロータ、カバー本体及びポンプホイールのそれぞれが個々に選択され且つ好適な材料からなっているので、これら各部品の材料特性を機械的な品質、コスト及び重量に関して、最適化可能となる。

代替的には、ポンプホイール及びモータロータのモータロータ本体は単一の一体部品として提供され、好ましくは、プラスチックからなる。この場合、ポンプホイールは、開放インペラとして構成されているのが好ましく、この開放インペラでは、軸線方向の液体入口の開口を形成し且つ該開口を囲むカバーディスクを備えていない。

好ましくは、ポンプホイールは、一般的に自動車のクーラントポンプとして使用されるように、軸線方向の液体入口及び径方向の液体出口を備えたインペラである。

本発明に係る自動車用電動液体ポンプの実施形態は添付の図面を参照して説明され、ここで図面は以下の通りである。

ウエットのモータロータを備えた自動車用電動液体ポンプの縦断面図である。 ポンプホイール及びモータロータを含むロータ全体の拡大縦断面図である。 ポンプホイール、モータロータ及びカバー本体を含むロータの分解縦断面図である。 モータロータの第２実施形態を示す図であり、ここでのモータロータはその両方の長手方向端にて支持スリーブにより直接に支持されたモータロータ本体を備えている。 モータロータの第３実施形態を示す図であり、ここでのモータロータはモータロータ本体及びポンプホイールを備え、これらモータロータ本体及びポンプホイールは単一の一体部品として提供されている。

図１は、自動車用電動液体ポンプ１０の縦断面を示し、該液体ポンプ１０は本実施形態の場合、クーラントポンプとして備えられ、陸上車両の内燃機関に液状のクーラントを送り込む。また、液体ポンプ１０は潤滑剤ポンプ、特にオイルポンプとしても備えられ、比較的低圧で且つ比較的大量のオイルを送り込む。例えば、この場合、液体ポンプは、オイルパンから高い位置の潤滑剤リザーバに潤滑剤を送り込むポンプとして備えられる。電動液体ポンプ１０は電子整流型（ＥＣ）モータ１６を備え、該モータ１６は組立ロータ２０を直接的に駆動する。組立ロータ２０はモータロータ４０及びポンプホイール３０を備え、該ポンプホイール３０は、軸線方向の液体入口及び径方向の液体出口を有したインペラである。図１〜図４に示された第１及び第２実施形態のポンプホイール３０，３０'にはカバー３４が備えられ、該カバー３４は液体入口の開口３５を形成する。

ＥＣモータ１６はキャンドモータであって、円筒状の分離缶１２を備え、該分離缶１２は径方向内側の濡状態のモータロータ４０から径方向外側のドライのモータステータコイル１８を分離する。ポンプハウジング１１は、軸線方向の静的な支持軸２２を保持且つ支持し、該支持軸２２は回転する組立ロータ２０を支持する。

図２及び図３から明らかなように、組立ロータ２０は３つの分割部品、即ち、プラスチック製のポンプホイール３０、モータロータ４０及びカバー本体５０からなり、該カバー本体５０は単一のシート金属体から製作されている。モータロータ４０は深鍋形状のモータロータ本体４１を備え、該モータロータ本体４１は円筒状のロータ本体部４２を含み、該ロータ本体部４２はモータロータ４０の電磁要素である。モータロータ本体４１の全体は強磁性材料からなり、該強磁性材料は永久的に磁化される。円筒状のロータ本体部４２はリング状のモータロータキャビティ４４を囲繞し、該モータロータキャビティ４４はカバー本体５０によって閉じられ且つ覆われている。

カバー本体５０はリング状のカバーディスク５６を備え、該カバーディスク５６は組立ロータ２０や円筒状の支持スリーブ５４の長手方向の回転軸線１４に対し、その横断面内に位置付けられている。支持スリーブ５４の内面５８及び支持軸２２の外面２３は一緒に、軸線方向に比較的長い範囲に亘ってウエットの摩擦軸受を形成する。

代替的に、カバー本体５０及び／又はモータロータ本体４１の両者はプラスチックからなることができ、この場合、モータロータ本体４１は埋設された永久磁石の粒子を備え、これら本体５０，４１は射出成形によって製作可能である。

モータロータ本体４１及びカバー本体５０は一緒にリング状のモータロータキャビティ４４を閉じ、このモータロータキャビティ４４は好適なプラスチック材料の固形キャビティ充填材４５で満たされている。代替的には、空気又は送り出す液体でモータロータキャビティ４４を満たすことも可能である。

組立ロータ２０の組立について、図３を参照して説明する。

第１に、ポンプホイール３０の組付け円筒部３１をモータロータ４０の円筒状の支持部４３に軸線方向に突き刺して一緒にすることで、インペラポンプホイール３０がモータロータ４０に機械的に固定される。代替的又は付加的に、インペラポンプホイール３０は、接着剤、熱成形、熱型成形、超音波又は振動溶接、レーザ溶接、熱かしめ又は熱圧着によってモータロータ４０に固定可能である。モータロータ４０にポンプホイール３０を固定した後、リングとして形成された固形のキャビティ充填材４５がキャビティ４４内に挿入される。この後、カバー本体５０の円筒状の支持スリーブ５４がポンプホイール３０の組付け円筒部３１内に挿入され、カバーディスク５６が円筒状のロータ本体部４２に当接される。最後に、モータロータ本体４１及びカバー本体５０はまた、上述の方法の１つにより互いに液密に固定される。

図４は第２実施形態のロータ２０'を示す。図１〜図３の第１実施形態のロータ２０と対比して、図４の組立ロータ２０'はロータ本体４１'を備え、該ロータ本体４１'は支持部分６０を含み、該支持部分６０は支持スリーブ５４に直接的に支持されている。それ故、インペラポンプホイール３０'は組付け円筒部を備えていない。

第３実施形態のロータ２０"はポンプホイール３０"及びモータロータ本体４１"を備え、これらは一体の単一部品であり、好ましくはプラスチックからなっている。ポンプホイール３０"はカバーリングを備えていないので、射出成形による一体部品としての成形が可能となる。

Claims (10)

1. ポンプホイール（３０）を直接的に駆動するＥＣモータ（１６）を備えた自動車用電動液体ポンプ（１０）において、
   前記モータ（１６）に備えられたウエットのモータロータ（４０）であって、円筒状のロータ本体部（４２）を備えたモータロータ本体（４１）を含み、前記ロータ本体部（４２）が永久的に磁化され、リング状のモータロータキャビティ（４４）を囲繞する、モータロータ（４０）と、
   前記ポンプホイール（３０）とは反対側のロータの長手方向端に備えられ、前記モータロータキャビティ（４４）を閉じる別個のカバーディスク（５６）と
   を具備した自動車用電動液体ポンプ（１０）。
2. 前記カバーディス（５６）は、前記モータロータキャビティ（４４）が密封して隔離されるべく流体密である、請求項１に記載の自動車用電動液体ポンプ（１０）。
3. 前記モータロータキャビティ（４４）は固形のキャビティ充填材（４５）で満たされている、請求項１又は２に記載の自動車用電動液体ポンプ（１０）。
4. 前記カバーディスク（５６）には、送り込まれた液体で前記モータロータキャビティ（４４）を満すための１つの開口が備えられている、請求項１〜３の何れかに記載の自動車用電動液体ポンプ（１０）。
5. 前記カバーディスク（５６）はカバー本体（５０）の一部であり、該カバー本体（５０）は円筒状の支持スリーブ（５４）を含み、該支持スリーブ（５４）は静的な支持軸（２２）によって回転可能に支持されている、請求項１〜４の何れかに記載の自動車用電動液体ポンプ（１０）。
6. 前記カバー本体（５０）はシート金属体からなる、請求項１〜４の何れかに記載の自動車用電動液体ポンプ（１０）。
7. 前記ポンプホイール（３０，３０'）は、前記モータロータ（４０）及び前記カバー本体（５０）に組み付けられる別部品である、請求項１〜６の何れかに記載の自動車用電動液体ポンプ（１０）。
8. 前記ポンプホイール（３０，３０'）の材料は、前記モータロータ（４０）及び前記カバー本体（５０）の材料とは異なる、請求項１〜７の何れかに記載の自動車用電動液体ポンプ（１０）。
9. 前記ポンプホイール（３０，３０',３０"）は、軸線方向の液体入口及び径方向の液体出口を備えたインペラである、請求項１〜８の何れかに記載の自動車用電動液体ポンプ（１０）。
10. 前記ポンプホイール（３０"）及び前記モータロータ（４０）の前記モータロータ本体（４１'）は一体部品として設けられている、請求項１〜６の何れか記載の自動車用電動液体ポンプ（１０）。

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