JP2020182269A - アキシャルギャップ型のロータ及び電動ポンプ - Google Patents

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Abstract

【課題】起動エネルギが増加することを抑制することができるアキシャルギャップ型のロータ及び電動ポンプを得る。【解決手段】アキシャルギャップ型のロータ16は、回転することでポンプ室内の流体の圧力を昇圧させるインペラ14と、環状に形成されていると共にインペラ14の回転軸と同軸上に配置され、インペラ14に直接接合されたマグネット26と、を備えている。また、電動ポンプ10は、このアキシャルギャップ型のロータ16を備えている。【選択図】図1

Description

本発明は、アキシャルギャップ型のロータ及び電動ポンプに関する。
下記特許文献1には、冷却水等の液体を圧送する電動ポンプが開示されている。この文献に記載された電動ポンプの一部を構成するロータは、ロータコア(バックヨーク)と、ロータコアに取付けられたマグネットと、を含んで構成されている。
特開2007−043821号公報 特開2006−325345号公報 特開2007−550966号公報
ところで、マグネットがロータコアに取付けられる構成のロータでは、極対を成すために、ロータコアの材料として鋼板等の磁性体が用いられるが、この場合、ロータコアの重量を低減することが難しい。その結果、ロータが回転し始める際に必要な起動エネルギが増加する。
また、上記特許文献2及び特許文献3に記載されたロータでは、インペラと樹脂マグネットとが一体成型されている。しかしながら、この構成をアキシャルギャップ型のロータに適用できるか否かについては上記特許文献2及び特許文献3に記載されていない。
本発明は上記事実を考慮し、起動エネルギが増加することを抑制することができるアキシャルギャップ型のロータ及び電動ポンプを得ることが目的である。
上記課題を達成するために本発明のアキシャルギャップ型のロータは、回転することでポンプ室(12E)内の流体の圧力を昇圧させるインペラ(14)と、環状に形成されていると共に前記インペラの回転軸と同軸上に配置され、前記インペラに直接接合されたマグネット(26)と、を備えている。また、電動ポンプは、このアキシャルギャップ型のロータを備えている。
この様に構成することで、マグネットが固定されるロータコアが不要となり、ロータの重量の増加が抑制される。これにより、ロータが回転し始める際に必要な起動エネルギが増加することを抑制することができる。
電動ポンプを示す側断面図である。 ロータを示す側断面図である。 ロータを分解して示す分解斜視図である。 他の形態のロータを分解して示す図3に対応する分解斜視図である。 他の形態のロータを分解して示す図3に対応する分解斜視図である。 他の形態のロータを分解して示す図3に対応する分解斜視図である。 マグネットとインペラとの接合部を拡大して示す拡大断面図である。
図1〜図3を用いて、本発明の実施形態に係る電動ポンプ10について説明する。なお、図中に適宜示す矢印Z方向、矢印R方向及び矢印C方向は、後述するロータ16及びインペラ14の回転軸方向一方側、回転径方向外側及び回転周方向一方側をそれぞれ示すものとする。また、単に軸方向、径方向、周方向を示す場合は、特に断りのない限り、ロータ16及びインペラ14の回転軸方向、回転径方向、回転周方向を示すものとする。
図1に示されるように、本実施形態の電動ポンプ10は、流体としての冷却水が流入する流入部としての流入管12A及び冷却水が流出する流出部としての流出管12Bを備えたポンプハウジング12と、ポンプハウジング12内に配置されたインペラ14と一体に構成されたロータ16と、を備えている。また、電動ポンプ10は、磁界を発生させることでロータ16を回転させるステータ18と、ステータ18が固定されると共にロータ16が支持されるモータハウジング20と、を備えている。
(ポンプハウジング12の構成)
ポンプハウジング12は、略蝸牛状に形成された渦巻部12Cを備えている。この渦巻部12Cの軸中心側からは、流入管12Aが軸方向一方側へ向けて突出している。また、渦巻部12Cの外周部からは、流出管12Bが径方向外側へ向けて突出している。なお、渦巻部12Cと流入管12Aとの境目には、後述する回転軸22の軸方向一方側の端部が係合する回転軸端部係合部12Dが設けられている。
以上説明したポンプハウジング12の渦巻部12Cの内部は、後述するインペラ14が配置されるポンプ室12Eとされている。そして、ポンプ室12E内でインペラ14が回転することにより、流入管12Aから渦巻部12Cの内部(ポンプ室12E)に流入した冷却水が流出管12Bから圧送されるようになっている。
(モータハウジング20の構成)
モータハウジング20は、軸方向一方側が開放された有底円筒状に形成されている。具体的には、モータハウジング20における軸方向一方側には、後述するロータ16の大部分及びステータ18が配置されるモータ収容凹部20Aが形成されている。
モータ収容凹部20Aの底の軸中心部には、筒状の回転軸支持部20Bが立設されており、この回転軸支持部20Bには、回転軸22の軸方向他方側の端部が固定されている。後述するロータ16が、回転軸支持部20Bに固定された回転軸22に支持されることにより、ロータ16が回転軸22を軸中心として回転可能となっている。
(ステータ18の構成)
ステータ18は、環状に形成されたステータコア18Aと、ステータコア18Aに巻回された導電性の巻線18Bと、を主要な要素として構成されている。このステータ18は、モータ収容凹部20Aの底(軸方向他方側の端部)に配置された状態で、モータハウジング20に固定されている。
(ロータ16の構成)
図1及び図2に示されるように、本実施形態のロータ16は、環状のマグネット26がインペラ14に直接取付けられる(インペラ14が環状のマグネット26に直接取付けられる)ことによって構成されたインペラ一体型のロータである。また、本実施形態のロータ16は、マグネット26とステータ18のステータコア18Aとが軸方向に対向して配置されるアキシャルギャップ型のロータ(アキシャルギャップ型のモータに用いられるロータ)である。具体的には、図2及び図3に示されるように、このロータ16は、インペラ14と、インペラ14に固定された軸受部材24と、インペラ14と軸受部材24との間に支持されたマグネット26と、を備えている。
インペラ14は、筒状に形成された筒状部14Aと、筒状部14Aにおける軸方向一方側の外周部から径方向外側へ向けて延在する円板状の第1円板部14Bと、を備えている。筒状部14Aの内周部には、径方向内側が開放された複数の周止溝14Cが軸方向に沿って形成されている。また、インペラ14は、第1円板部14Bに対して回転軸方向一方側に配置されていると共に軸中心部に冷却水が通過する開口14Dが形成された円板状の第2円板部14Eと、第1円板部14Bと第2円板部14Eとの間に設けられていると共に第1円板部14Bと第2円板部14Eとを軸方向につなぐ複数の羽根14Fと、を備えている。
軸受部材24は、インペラ14の筒状部14Aの径方向内側に係合する(一例として圧入により係合する)筒状の軸受部材本体24Aを備えている。そして、前述の回転軸22が軸受部材本体24Aに挿通されることで、ロータ16が回転軸22に支持されるようになっている。また、軸受部材本体24Aの外周部には、インペラ14の筒状部14Aの内周部に形成された複数の周止溝14Cにそれぞれ係合する複数の周止突起24Bが形成されている。複数の周止突起24Bが複数の周止溝14C内にそれぞれ配置されることで、軸受部材24のインペラ14に対する周方向への周止めがなされるようになっている。また、軸受部材24は、軸受部材本体24Aにおける軸方向他方側から径方向外側へ突出すると共にその外径D1がインペラ14の筒状部14Aの外径D2よりも大きな外径かつインペラ14の第1円板部14Bの外径D3よりも小さな外径に設定された支持部24Cを備えている。
本実施形態のマグネット26は、径方向への幅寸法W1が軸方向への厚み寸法T1と比べて大きな寸法に設定された環状に形成されている。このマグネット26は、N極とS極とが周方向に交互に配列された8極の極異方性マグネットである。なお、図3においては、マグネット26内の磁束の向きを矢印Wで模式的に示している。このマグネット26の内周部にインペラ14の筒状部が軸方向一方側から挿入されることで、マグネット26の軸方向一方側の面がインペラ14の第1円板部14Bの軸方向他方側の面に沿って配置される。そして、軸受部材24の軸受部材本体24Aがインペラ14の筒状部14Aの径方向内側に係合されることで、マグネット26がインペラ14の第1円板部14Bと軸受部材24の支持部24Cとの間で支持されるようになっている。
(本実施形態の作用並びに効果)
次に、本実施形態の作用並びに効果について説明する。
図1に示されるように、本実施形態の電動ポンプ10では、ステータ18の巻線18Bへ通電されることにより、インペラ14と一体型のロータ16が回転する。これにより、ポンプハウジング12の流入管12Aから渦巻部12Cの内部(ポンプ室12E)に流入した冷却水の圧力が昇圧されて流出管12Bから圧送される。
ここで、本実施形態の電動ポンプ10の一部を構成するインペラ14と一体型のロータ16は、磁性材料を用いて形成されたロータコアが不要な構成となっている。これにより、ロータ16の重量の増加が抑制され、ロータ16が回転し始める際に必要な起動エネルギが増加することを抑制することができる。
また、マグネット26とインペラ14の第1円板部14Bとの間に磁性材料のロータコアが配置されない構成とすることにより、インペラ14内(第1円板部14Bと第2円板部14Eとの間)を通過する磁性異物が、当該インペラ14内に滞留する(第2円板部14E側へ引付けられて滞留する)ことを抑制することができる。
また、本実施形態のロータ16では、軸受部材24をインペラ14に取付けることで、マグネット26をインペラ14の第1円板部14Bと軸受部材24の支持部24Cとの間で支持させることができる。
なお、本実施形態では、ロータ16の一部を構成するマグネット26を、N極とS極とが周方向に交互に配列された8極の極異方性マグネットとした例について説明したが、本発明はこれに限定されない。
例えば、図4に示されるように、磁束の向きが異なる複数のマグネット部26A、26B、26C、26Dを環状に接合することによって構成されたパラレル配向のハルバッハ構造のマグネット26を用いてロータ16を構成してもよい。このマグネット26は、周方向一方側へ磁束が向かうように着磁されたマグネット部26Aと、軸方向他方側へ磁束が向かうように着磁されたマグネット部26Bと、周方向他方側へ磁束が向かうように着磁されたマグネット部26Cと、軸方向一方側へ磁束が向かうように着磁されたマグネット部26Dと、が周方向に交互に配置された状態で互いに周方向に結合されることによって構成されている。
また、ロータ16の一部を構成するマグネット26をボンドマグネットとすることにより、当該マグネット26の軽量化を図ることができる。これにより、ロータ16が回転し始める際に必要な起動エネルギが増加することをより一層抑制することができる。また、マグネット26をボンドマグネットとすることにより、極異方性マグネット等の磁束の配向を容易に得ることができる。
また、ロータ16の一部を構成するマグネット26を焼結マグネットとすることにより、極異方性マグネット等の磁束の配向を容易に得ることができると共に高磁力を実現することができる。
また、図5に示されるように、マグネット26の外周側26Eをボンドマグネットとし、マグネット26の内周側26Fを焼結マグネットとしてもよい。当該構成では、マグネット26の外周側26Eの比重が、マグネット26の内周側26Fの比重よりも小さな比重になると共に、マグネット26の内周側26Fの磁気特性が、マグネット26の外周側26Eの磁気特性よりも高くなる。これにより、マグネット26の軽量化と高磁力化の両立を図ることができる。
また、図6に示されるように、マグネット26とインペラ14の第1円板部14Bとの間に接着剤28を介在させることにより、マグネット26とインペラ14とが強固に固定されるように構成してもよい。この場合、軸受部材24の支持部24Cを備えていない構成とすることもできる。
また、マグネット26に対してインペラ14を射出成型により形成して、マグネット26がインペラ14に固定される(インペラ14がマグネット26に固定される)ように構成してもよい。あるいは、インペラ14に対してマグネット26を射出成型により形成して、マグネット26がインペラ14に固定される(インペラ14がマグネット26に固定される)ように構成してもよい。この場合、図7に示されるように、マグネット26における軸方向一方側にアンカ形状部26Gを設けることにより、マグネット26とインペラ14とを強固に固定することができる。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、その主旨を逸脱しない範囲内において上記以外にも種々変形して実施することが可能であることは勿論である。
10 電動ポンプ、12 ポンプハウジング、12A 流入管(流入部)、12B 流出管(流出部)、12E ポンプ室、14 インペラ、14A 筒状部、14B 第1円板部、14D 開口、14E 第2円板部、14F 羽根、16 ロータ、24 軸受部材、24C 支持部、26 マグネット、26E マグネットの外周側、26F マグネットの内周側、26G アンカ形状部、28 接着剤

Claims (10)

  1. 回転することでポンプ室(12E)内の流体の圧力を昇圧させるインペラ(14)と、
    環状に形成されていると共に前記インペラの回転軸と同軸上に配置され、前記インペラに直接接合されたマグネット(26)と、
    を備えたアキシャルギャップ型のロータ。
  2. 前記インペラの軸中心部には、軸受部材(24)が固定され、
    前記マグネットが、前記インペラと前記軸受部材との間で支持されている請求項1記載のアキシャルギャップ型のロータ。
  3. 前記インペラは、筒状に形成された筒状部(14A)と、前記筒状部から径方向外側へ向けて延在する円板状の第1円板部(14B)と、前記第1円板部に対して前記インペラの回転軸方向一方側に配置されていると共に軸中心部に流体が通過する開口(14D)が形成された円板状の第2円板部(14E)と、前記第1円板部と前記第2円板部との間に設けられた複数の羽根(14F)と、を含んで構成され、
    前記軸受部材は、前記筒状部における前記インペラの回転軸方向他方側から径方向外側へ突出すると共にその外径が前記筒状部の外径よりも大きな外径かつ前記第1円板部の外径よりも小さな外径に設定された支持部(24C)と、を含んで構成され、
    前記マグネットが、前記第1円板部における前記インペラの回転軸方向他方側の面に沿って配置された状態で、前記第1円板部と前記支持部との間で支持されている請求項2記載のアキシャルギャップ型のロータ。
  4. 前記マグネットが、ボンドマグネットとされた請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のアキシャルギャップ型のロータ。
  5. 前記マグネットが、焼結マグネットとされた請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のアキシャルギャップ型のロータ。
  6. 前記マグネットが、パラレル配向のハルバッハ構造とされた請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のアキシャルギャップ型のロータ。
  7. 前記マグネットと前記インペラとが、接着剤(28)を介して接合されている請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載のアキシャルギャップ型のロータ。
  8. 前記マグネットには、前記インペラの一部と嵌合するアンカ形状部(26G)が設けられている請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載のアキシャルギャップ型のロータ。
  9. 前記マグネットの外周側(26E)の比重が、前記マグネットの内周側(26F)の比重よりも小さな比重に設定された請求項1〜請求項8のいずれか1項に記載のアキシャルギャップ型のロータ。
  10. 流体が流入する流入部(12A)及び流体が流出する流出部(12B)を有するポンプハウジング(12)と、
    前記ポンプハウジング内に前記インペラが配置された請求項1〜請求項9のいずれか1項に記載のアキシャルギャップ型のロータと、
    を備えた電動ポンプ。
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