JP2020033934A - 電動ポンプ - Google Patents

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Abstract

【課題】筐体の剛性を向上し、ネジ間の筐体の変形を低減させ、シール面のシール性を向上し、シール面からの冷媒漏れを抑制できる電動ポンプを提供する。【解決手段】冷媒を吸い込んで吐出する電動ポンプ1であって、冷媒を吸い込むための吸込口101及び吸い込んだ冷媒を吐出するための吐出口102を有するポンプ室100aと、ポンプ室100a内に配置されたインペラ200を回転させるためのモータ300が配置されたモータ室100bとを備え、ポンプ室シール面100cの外周に第1円環状リブ111が、ポンプ室シール面100cから突出して設けられている。【選択図】図1

Description

本発明は、電動ポンプに関し、特に車両用の冷却システムに用いられる電動ポンプに関する。
自動車等の車両においては、ラジエータで冷却された冷媒(冷却水)によって車両内の発熱機器を冷却する冷却システムが用いられている。例えば、ハイブリッド自動車では、ラジエータで冷却された冷媒を配管によって送液することでインバータやコンバータ等からなるパワーユニットを冷却する冷却システムが用いられている。このような冷却システムにおいては、配管内の冷媒を循環させるために電動ポンプが用いられている。
この種の電動ポンプは、冷媒を吸い込んで吐出する電動ポンプであって、冷媒を吸い込むための吸込口及び吸い込んだ冷媒を吐出するための吐出口を有するポンプ室と、ポンプ室内に配置されたインペラを回転させるためのモータ室とを備えている。
ポンプ室は、2つの筐体により形成され、2つの筐体は複数のネジで固定されている。2つの筐体の接触面は、ポンプ室を密封するためにシールされている。
ポンプ室に、冷媒による圧力がかかると、ネジ間の筐体が変形し、シール面から冷媒漏れが発生する。
この課題に対して、筐体のネジ座をつなぐ円環状の強化用リブを設けた電動ポンプが知られている(例えば特許文献1)。
特開平5−172078号公報
従来の電動ポンプは、ポンプ室に、冷媒による圧力がかかる場合、ネジ間の筐体の変形を抑制するため、筐体の上面外周近傍に、ネジ座をつなぐ円環状の強化用リブを設けている。
しかしながら、ネジ座をつなぐ円環状の強化用リブは、ネジ間の筐体の変形を完全に抑制することはできない。
本開示の電動ポンプは、従来の電動ポンプに対し、筐体の剛性を向上し、ネジ間の筐体の変形を低減させ、シール面のシール性を向上し、シール面からの冷媒漏れを抑制することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係る電動ポンプの一態様は、電動ポンプであって、電動ポンプの筐体に、冷媒を吸い込むための吸込口と、吸い込んだ冷媒を吐出するための吐出口とを備え、筐体の内部に、回転することで冷媒を吸い込みかつ吐出するインペラを有するポンプ室を備え、筐体は、吸込口と吐出口が設けられた第1筐体部と、インペラが回転自在に固定されるインペラシャフトが固定された第2筐体部とを含み、ポンプ室は
、第1筐体部と第2筐体部とで囲まれた空間で形成され、第1筐体部に形成された第1の円環状リブが、第2筐体部の第1の外周側面と、第1筐体部と第2筐体部とがシール材を間に挟んで接触する第1のシール面の第1の外周側面方向の端部と、を覆うように突出して、第1の外周側面と隙間を介して設けられている。
本開示の電動ポンプによれば、筐体の剛性を向上し、ネジ間の筐体の変形を低減させ、シール面のシール性を向上し、シール面からの冷媒漏れを抑制することができる。
実施の形態に係る電動ポンプの断面図 実施の形態に係る電動ポンプの外観斜視図 実施の形態に係る電動ポンプの筐体の分解斜視図 実施の形態に係る電動ポンプのシール面の断面詳細図 従来の電動ポンプ(マグネットカップリングポンプ)の断面図 従来の電動ポンプ(マグネットカップリングポンプ)の外観斜視図 従来の電動ポンプ(マグネットカップリングポンプ)の断面詳細図
以下、本開示の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であって本発明を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、各図において縮尺等は必ずしも一致していない。各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
(実施の形態)
以下、実施の形態に係る電動ポンプについて、図1〜図4を用いて説明する。図1〜図3は、実施の形態に係る電動ポンプの構成を示す図であり、図1は電動ポンプの断面図、図2は電動ポンプの外観斜視図、図3は電動ポンプの筐体の分解斜視図である。なお、図5〜図7は従来の電動ポンプ(マグネットカップリングポンプ)の構成を示す図であり、図5は断面図、図6は外観斜視図、図7は断面詳細図である。
電動ポンプ1は、作動流体として冷媒を用いて、モータの動力によって冷媒を吸い込んで吐出する電動式のポンプである。本実施の形態における電動ポンプ1は、冷媒として水(冷却水)を用いた電動ウォーターポンプである。
電動ポンプ1は、ラジエータ等の熱交換機に接続された循環路中に組み込まれる冷却用ポンプである。電動ポンプ1は、例えばハイブリッド自動車において、ラジエータで冷却された冷却水を循環させることで、インバータやコンバータ等からなるパワーユニットあるいはエンジン(内燃機関)等に冷却水を供給する。
図1に示すように、電動ポンプ1は、ポンプ室(ポンプケーシング)100a及びモータ室(モータケーシング)100bを有する筐体100と、ポンプ室100a内に配置されたインペラ200と、モータ室100b内に配置されたモータ300及び駆動回路ユニット400とを備える。駆動回路ユニット400は、複数の回路部品410と、複数の回
路部品410が実装された回路基板420とを有する。
筐体100は、電動ポンプ1の外郭をなす外郭部材であり、図1〜図3に示すように、第1筐体部110と第2筐体部120と第3筐体部130とによって構成されている。第1筐体部110、第2筐体部120及び第3筐体部130は、例えば3本のネジ800とナット900によって互いに連結されて固定されている。
第1筐体部110、第2筐体部120及び第3筐体部130は、樹脂材料又は金属材料等によって構成されている。本実施の形態において、第1筐体部110、第2筐体部120及び第3筐体部130は、樹脂材料の中では比較的に熱伝導率が高いPPS(Polyphenylenesulfide)樹脂によって構成されている。
ポンプ室100aは、冷却水が通る領域であり、第1筐体部110と第2筐体部120とによって構成されている。つまり、ポンプ室100aは、第1筐体部110と第2筐体部120とによって囲まれた空間領域であり、第1筐体部110及び第2筐体部120を隔壁として流路を構成している。
ポンプ室100aは、冷却水を吸い込むための吸込口101及び吸い込んだ冷却水を吐出するための吐出口102を有する。本実施の形態において、吸込口101及び吐出口102は、第1筐体部110に設けられている。吸込口101及び吐出口102は、長尺円筒形状であり、互いの円筒の延伸方向がねじれの位置にある関係で第1筐体部110に設けられている。
具体的には、吸込口101は、吸込口101内を冷却水が流れる方向とインペラ200の回転軸とが略平行となるように設けられている。一方、吐出口102は、吐出口102内を冷却水が流れる方向とインペラ200の回転円の接線のうちの1つの接線方向とが略平行となるように設けられている。これにより、インペラ200が回転することで、吸込口101から冷却水がポンプ室100a内に引き込まれるとともに吐出口102から冷却水が吐出される。
モータ室100bは、第2筐体部120と第3筐体部130とによって構成されている。モータ室100bは、第2筐体部120と第3筐体部130とによって囲まれた空間領域であり、第2筐体部120と第3筐体部130とが隔壁となって閉空間を形成している。このように、本実施の形態では、第2筐体部120が、ポンプ室100aとモータ室100bとの隔壁を兼用している。
モータ室100bには、モータ300及び駆動回路ユニット400が収納されている。つまり、モータ300及び駆動回路ユニット400は、同一の内部空間(モータ室100b)に配置されている。具体的には、モータ室100bには、モータ300が収納されているとともに、複数の回路部品410及び回路基板420が収納されている。
本実施の形態における電動ポンプ1は、第2筐体部120を境界として液層であるポンプ室100aと空気層であるモータ室100bとに分離された構造となっている。つまり、電動ポンプ1は、モータのロータが冷却水に浸されるキャンドモータポンプとは異なり、モータ室100b内のモータ300は冷却水に浸されない。つまり、電動ポンプ1は、モータ室100b内には冷却水が流入しない構造となっている。
インペラ(羽根車)200は、円板状の底部(ベース)210と複数枚の羽根(ブレード)220とを有し、吸込口101に対向する位置に配置されている。複数枚の羽根220は、底部210に固定されている。本実施の形態において、複数枚の羽根220は、オ
ープンブレードであり、インペラ200の中心軸を中心として略放射状に配置されている。
インペラ200の中心軸と同軸に軸受230を有し、底部210の下面に中心軸と同軸に円環状の従動マグネット240と、円環状のバックヨーク250を有している。軸受230と、従動マグネット240と、バックヨーク250は底部210に固定されている。
インペラシャフト500は、第2筐体部120の中心軸と同軸に、第2筐体部120に固定され、ポンプ室100a内に配置される。
インペラ200は、インペラシャフト500と、軸受230を介して回転自在に固定されている。
ワッシャ600はインペラシャフト500の先端ネジ部とナット700により、インペラシャフト500の先端に固定され、インペラ200のスラスト方向の移動を抑制する。
モータ300は、例えばインナロータ型のDCブラシレスモータであり、ステータ310(固定子)とステータ310の内周側に配置されたロータ(回転子)320とを有する。
ステータ310は、複数のコイル311(巻線)を有しており、コイル311への通電により内周側に磁束を生じさせる。本実施の形態において、ステータ310は、モータフレーム330に固定されている。なお、モータフレーム330は、第3筐体部130に固定されている。
ロータ320は、ロータフレーム321にロータシャフト323が連結された構成である。磁極部322は、ロータフレーム321の外周に固定され、ステータ310の内周面と僅かな隙間(エアギャップ)を介して対向するように設置された円柱状の部材であり、ステータ310の複数のコイル311に対応して複数の磁極(例えば周方向に交互にN極とS極とが並ぶ永久磁石)が設けられている。ロータシャフト323は、モータフレーム330に設けられたベアリングと、第2筐体部120に設けられたベアリングに支持されている。ロータシャフト323の先端には、マグネットホルダー324が固定され、マグネットホルダー324の外周に、円環状の駆動マグネット325が、ロータシャフト323と同軸上に固定されている。
駆動マグネット325と、従動マグネット240は、複数の磁極が設けられ、同一の磁極数となっている。駆動マグネット325と、従動マグネット240は、対向するN極とS極が磁気力で引き合っている。駆動マグネット325と従動マグネット240は同軸上に配置されている。
ロータシャフト323に、マグネットホルダー324を介して固定された駆動マグネット325が回転すると、磁気力により、従動マグネット240に回転力が伝達され、インペラ200が回転する。駆動マグネット325は、モータ室100bに配置され、従動マグネット240は、ポンプ室100aに配置されている。駆動マグネット325と従動マグネット240は第2筐体部120の隔壁で仕切られ、駆動マグネット325の回転力は、第2筐体部120の隔壁を通過する磁気力により、従動マグネット240に伝達される。ポンプ室100a内に配置されたインペラ200を回転させることで、吸込口101から冷却水をポンプ室100a内に引き込んで吐出口102から吐出させる。
駆動回路ユニット400は、モータ300を駆動するための複数の回路部品410と、
複数の回路部品410が実装された回路基板420とを備える。
複数の回路部品410は、モータ300を駆動するための駆動回路等を構成する。回路部品410(回路素子)は、例えば、電解コンデンサやセラミックコンデンサ等の容量素子、抵抗器等の抵抗素子、コイル素子、又は、マイコン(集積回路素子)等の半導体素子等である。また、回路部品410には、ロータ320の回転位置を検出するための回転位置検出素子(ホールIC)が含まれていてもよい。
本実施の形態において、複数の回路部品410の多くは、回路基板420のインペラ200側の面に実装されている。
また、回路基板420には、ロータシャフト323が貫通する貫通孔421が形成されている。貫通孔421は、例えば円形であるが、これに限るものではない。
本実施の形態において、図1に示すように、ポンプ室100aは、第1筐体部110と第2筐体部120とによって囲まれた空間領域であり、第1筐体部110と第2筐体部120の接触面は、ポンプ室100aを密封するためにシールされている。具体的には、周状のポンプ室シール面100cにてシールされている。
また、モータ室100bは、第2筐体部120と第3筐体部130とによって囲まれた空間領域であり、第2筐体部120と第3筐体部130の接触面は、モータ室100bを密封するためにシールされている。具体的には、周状のモータ室シール面100dにてシールされている。
本実施の形態において、図1〜図4に示すように、第1筐体部110のポンプ室シール面100cの外周に、第1筐体部110の一部で形成され、外周円環方向にひとつながりの第1円環状リブ111が、ポンプ室シール面100cの第2筐体部120の外周方向の端部と、第2筐体部120の外周側面とを覆うように突出して、前記外周側面と隙間を介して設けられている。第1筐体部110と第2筐体部120をポンプ室シール面100cで接触させ組み立てると、第1筐体部110に設けられた第1円環状リブ111は、第2筐体部120の外周側面と、一定間隔の隙間を設けてオーバラップする。
また、第2筐体部120のモータ室シール面100dの外周に、第2筐体部120の一部で形成され、外周円環方向にひとつながりの第2円環状リブ121が、モータ室シール面100dの第3筐体部130の外周方向の端部と、第3筐体部130の外周側面とを覆うように突出して、前記外周側面と隙間を介して設けられている。第2筐体部120と第3筐体部130をモータ室シール面100dで接触させ組み立てると、第2筐体部120に設けられた第2円環状リブ121は、第3筐体部130の外周と、一定間隔の隙間を設けてオーバラップする。
図5、図6に示すように、従来のマグネットカップリングポンプは、第1円環状リブ111と第2円環状リブ121がなく、ポンプ室シール面1100cとモータ室シール面1100dで固定されている。
本実施の形態において、図1に冷却水の流れを示す。吸込口101から見たときインペラ200は時計回り(CW方向)に回転することにより、吸込口101から冷却水をポンプ室100a内に引き込んで吐出口102から吐出させる流れができる。それにより、ポンプ室100a内に、冷却水による圧力が発生する。
本実施の形態において、図1〜図4に示すように、第1筐体部110のポンプ室シール
面100cの外周に、ひとつながりの第1円環状リブ111をポンプ室シール面100cから突出して設けることにより、従来の電動ポンプにおけるネジ座をつなぐ円環状の強化用リブよりも、第1円環状リブ111が一体的に圧力を受けるため、部分的な応力集中もなく、ポンプ室シール面100c近傍の第1筐体部110の剛性を向上し、第1筐体部110のネジ間のポンプ室シール面100cの変形を低減させることができる。このことにより、ポンプ室シール面100cでのシール性を向上させ、ポンプ室シール面100cからの冷却水漏れを抑制できる。
また、従来のマグネットカップリングポンプでは、図7に示すように、液状ガスケットを使用してポンプ室シール面1100cをシールする場合、ポンプ室シール面1100cから外周に流出したペースト状の液状ガスケット1112が、第1筐体部1110及び第2筐体部1120の外側に付着し、汚れによる外観不良の原因となったり、付着した液状ガスケットを除去する作業を追加する必要があった。
それに対し、本実施の形態における電動ポンプ1では、図4に示すように、液状ガスケットを使用してポンプ室シール面100cをシールする場合、第1筐体部110に設けられた第1円環状リブ111が、第2筐体部120の外周と、隙間を設けてオーバラップすることにより、ポンプ室シール面100cの外周に流出した液状ガスケット112は、第1円環状リブ111の内壁と第2筐体部120の隙間に留まり、一定時間経過後、ゴム状の固体物となる。
このことにより、液状ガスケット112が第1筐体部110及び第2筐体部120の外側に付着せず、汚れによる外観不良がなく、付着した液状ガスケットを除去する作業が不要となる。
なお、第1筐体部110と第2筐体部120とは、十分な量の液状ガスケット112を介して接触することができ、その結果、第1筐体部110と第2筐体部120との接合部間は、液状ガスケット112により隙間なく接触した状態となり、ポンプ室シール面100cからの冷媒漏れを抑制できる。
また、従来のマグネットカップリングポンプでは、図7に示すように、液状ガスケットを使用してモータ室シール面1100dをシールする場合、モータ室シール面1100dから外周に流出したペースト状の液状ガスケット1122が、第2筐体部1120及び第3筐体部1130の外側に付着し、汚れによる外観不良の原因となったり、付着した液状ガスケットを除去する作業を追加する必要があった。
それに対し本実施の形態における電動ポンプ1では、図4に示すように、液状ガスケットを使用してモータ室シール面100dをシールする場合、第2筐体部120に設けられた第2円環状リブ121が、第3筐体部130の外周と、隙間を設けてオーバラップすることにより、モータ室シール面100dの外周に流出した液状ガスケット122は、第2円環状リブ121の内壁と第3筐体部130の隙間に留まり、一定時間経過後、ゴム状の固体物となる。
このことにより、液状ガスケット122が第2筐体部120及び第3筐体部130の外側に付着せず、汚れによる外観不良がなく、付着した液状ガスケットを除去する作業が不要となる。
以上、第1筐体部110のポンプ室シール面100cの外周に、外周円環方向にひとつながりの第1円環状リブ111をポンプ室シール面100cから突出して設けることにより、第1円環状リブ111が一体的に圧力を受けるため、部分的な応力集中もなく、ポン
プ室シール面100cの近傍の第1筐体部110の剛性を向上し、第1筐体部110のネジ間のポンプ室シール面100cの変形を低減させ、ポンプ室シール面100cでのシール性を向上し、ポンプ室シール面100cからの冷却水漏れを抑制する。
本実施の形態において、ポンプ室シール面100cには、シール材として液状ガスケットを使用しているが、ゴム製、樹脂製、金属製、その他液状でないガスケットを使用してもよい。又、第2筐体部120又は第1筐体部110に溝を設け、Oリングを使用してもよい。ガスケットと、Oリングの圧縮反力に対しても、第1円環状リブ111を設けることにより、第1筐体部110の剛性を向上し、ネジ間の第1筐体部110の変形を低減させ、ポンプ室シール面100cのシール性を向上し、ポンプ室シール面100cからの冷却水漏れを抑制できる。
なお、第1円環状リブ111と同様の機能は、第2筐体部120にポンプ室シール面100cから吸込口101の方向に突出してリブを形成する構成によっても実現可能であり、また、第2円環状リブ121と同様の機能は、第3筐体部130にモータ室シール面100dから吸込口101の方向に突出してリブを形成する構成によっても実現可能である。
また、上記実施の形態において、モータ300は、インナロータ型のDCブラシレスモータであったが、これに限るものではない。
さらに、本開示の電動ポンプは、モータのロータシャフト323の駆動力をインペラへ伝達するのにマグネットカップリングを使用しているが、本開示のような磁気力による伝達ではなく、ロータシャフトとインペラを機械部品により伝達する電動ポンプにおいても適用できる。
その他、上記の各実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態、又は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で上記の実施の形態おける構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
本開示に係る電動ポンプは、水(冷却水)等の冷媒を循環させるためのポンプであり、例えば車両用の冷却システム等に用いられる電動ウォーターポンプ等として利用することができる。
1 電動ポンプ
100 筐体
101 吸込口
102 吐出口
100a ポンプ室
100b モータ室
100c ポンプ室シール面
100d モータ室シール面
110 第1筐体部
111 第1円環状リブ
112 液状ガスケット
120 第2筐体部
121 第2円環状リブ
122 液状ガスケット
130 第3筐体部
200 インペラ
210 底部
220 羽根
230 軸受
240 従動マグネット
250 バックヨーク
300 モータ
310 ステータ
311 コイル
320 ロータ
321 ロータフレーム
322 磁極部
323 ロータシャフト
324 マグネットホルダー
325 駆動マグネット
330 モータフレーム
400 駆動回路ユニット
410 回路部品
420 回路基板
421 貫通孔
500 インペラシャフト
600 ワッシャ
700 ナット
800 ネジ
900 ナット

Claims (6)

  1. 電動ポンプであって、
    前記電動ポンプの筐体に、
    冷媒を吸い込むための吸込口と、吸い込んだ前記冷媒を吐出するための吐出口とを備え、
    前記筐体の内部に、
    回転することで前記冷媒を吸い込みかつ吐出するインペラを有するポンプ室を備え、
    前記筐体は、
    前記吸込口と前記吐出口が設けられた第1筐体部と、
    前記インペラが回転自在に固定されるインペラシャフトが固定された第2筐体部とを含み、
    前記ポンプ室は、前記第1筐体部と前記第2筐体部とで囲まれた空間で形成され、
    前記第1筐体部に形成された第1の円環状リブが、前記第2筐体部の第1の外周側面と、前記第1筐体部と前記第2筐体部とがシール材を間に挟んで接触する第1のシール面の前記第1の外周側面方向の端部と、を覆うように突出して、前記第1の外周側面と隙間を介して設けられている電動ポンプ。
  2. 前記筐体の内部に、
    前記ポンプ室内に配置されたインペラを回転させるためのモータが配置されたモータ室をさらに備え、
    前記筐体は、
    前記モータと前記モータ駆動回路を配置する第3筐体部とをさらに含み、
    前記モータ室は、前記第2筐体部と前記第3筐体部とで囲まれた空間で形成され、
    前記第2筐体部に形成された第2の円環状リブが、前記第3筐体部の第2の外周側面と、前記第2筐体部と前記第3筐体部とがシール材を間に挟んで接触する第2のシール面の前記第2の外周側面方向の端部と、を覆うように突出して、前記第2の外周側面と隙間を介して設けられている請求項1に記載の電動ポンプ。
  3. 電動ポンプであって、
    前記電動ポンプの筐体に、
    冷媒を吸い込むための吸込口と、吸い込んだ前記冷媒を吐出するための吐出口とを備え、
    前記電動ポンプの筐体の内部に、
    回転することで前記冷媒を吸い込みかつ吐出するインペラを有するポンプ室を備え、
    前記筐体は、
    前記吸込口と前記吐出口が設けられた第1筐体部と、
    前記インペラが回転自在に固定されるインペラシャフトが固定された第2筐体部とを含み、
    前記ポンプ室は、前記第1筐体部と前記第2筐体部とで囲まれた空間で形成され、
    前記第2筐体部に形成された第3の円環状リブが、前記第1筐体部の第3の外周側面と、前記第1筐体部と前記第2筐体部とがシール材を間に挟んで接触する第1のシール面の前記第3の外周側面方向の端部と、を覆うように突出して、前記第3の外周側面と隙間を介して設けられている電動ポンプ。
  4. 前記筐体の内部に、
    前記ポンプ室内に配置されたインペラを回転させるためのモータが配置されたモータ室をさらに備え、
    前記筐体は、
    前記モータと前記モータ駆動回路を配置する第3筐体部とをさらに含み、
    前記モータ室は、前記第2筐体部と前記第3筐体部とで囲まれた空間で形成され、
    前記第3筐体部に形成された第4の円環状リブが、前記第2筐体部の第4の外周側面と、前記第2筐体部と前記第3筐体部とがシール材を間に挟んで接触する第2のシール面の前記第4の外周側面方向の端部と、を覆うように突出して、前記第4の外周側面と隙間を介して設けられている請求項3に記載の電動ポンプ。
  5. 前記シール材は、液状ガスケットである請求項1から4のいずれか1項に記載の電動ポンプ。
  6. 前記第1筐体部と前記第2筐体部と前記第3筐体部とは、前記第1ないし第4の円環状のリブより前記筐体の外周側に少なくとも3箇所に配置されたネジで、前記第1及び第2のシール面が圧接するように固定されている請求項2または4に記載の電動ポンプ。
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