JP3880774B2 - 磁気結合ポンプ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車の冷却系統等に用いられるウオータポンプ等に、好適に使用されるモータ駆動式の磁気結合ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の磁気結合ポンプとして、従来、ハウジング内にカップ形の隔壁部を介してポンプ室と環状のモータ室が区画・形成され、モータ室内にモータのステータが環状に配設されると共に、ポンプ室の中心位置に固定軸が取り付けれ、その固定軸に軸受部を介してロータが回転自在に支持され、ロータにはステータの複数の磁極に対応して複数の永久磁石が環状に配置されると共に、羽根車がロータの先端側に設けられた構造のポンプ装置が知られている（例えば、特開平１０−９１８５号公報参照）。
【０００３】
この種の従来のポンプ装置は、固定軸がその末端をモータ室の隔壁部に埋設するように取り付けられ、ロータと一体に形成された羽根車が固定軸の自由端側に回転自在に支持され、ロータを片持ち式で支持する構造のため、ロータの回転時に、軸の振れや軸受部の僅かな隙間に起因して、ロータが軸を中心として傾斜するような揺動運動が発生し易い。このため、ロータが回転時に揺動運動を起した場合でも、ロータと隔壁部が接触しないように、ロータと隔壁部の隙間を大きくする必要があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、モータは、ステータの複数の磁極のステータコイルに励磁電流を供給して回転磁界を発生させ、これによって、隔壁部を介して位置するロータの永久磁石との間に磁気吸引力を作用させ、永久磁石と羽根車付きのロータを回転駆動するように動作するため、ロータと隔壁部の隙間（エアーギャップ）が大きくなると、モータの駆動トルクが低下する問題があった。
【０００５】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、ロータと隔壁部間の接触を回避すると共に、ロータと隔壁部間の隙間を最小として、良好な駆動トルクを確保することができる磁気結合ポンプを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１の磁気結合ポンプは、隔壁部を介してポンプ室とモータ室を内側に設けたハウジングと、ポンプ室内に配設され片持ち式の固定軸上に回転自在に支持されるロータと、ロータ上に一体的に設けられた羽根車と、ロータの円筒部に配設された永久磁石部と、モータ室内に配設され円筒部の永久磁石部に隔壁部を介して対向して配設されたステータと、を備え、永久磁石部を設けたロータの円筒部が隔壁部を介してステータの外側に配設されるアウターロータ形の磁気結合ポンプにおいて、ロータと隔壁部との接触を回避するために、ロータの円筒部における隔壁部側の端部側角部にテーパ部が、部分を断面楔状に円周方向に連続して切り欠くことにより形成されていることを特徴とする。
【０００９】
【作用】
このような構成の磁気結合ポンプは、ステータに通電して回転磁界を発生させると、ロータの永久磁石部がこの回転磁界に追従して回転することでロータ上の羽根車が回転し、この羽根車の回転により流体が吸込口からポンプ室内に吸い込まれ、吐出口から吐き出される。
【００１０】
この磁気結合ポンプでは、その回転駆動時、ロータ７が片持ち式の固定軸に回転自在に支持されることから、固定軸の僅かな揺動や固定軸と軸受部の僅かな隙間に起因して、ロータが固定軸に対し傾斜するように揺動運動して、ロータの円筒部の端部側角部が、隔壁部に接近して接触する恐れが生じる。
【００１１】
しかしながら、ロータの円筒部の端部側角部を、断面楔状に円周方向に連続して切り欠いて、そこにテーパ部を形成しているから、ロータがその軸を傾斜する方向に揺動しても、円筒部の端部側角部と隔壁部との接触を回避することができる。このため、ロータの永久磁石部を設けた円筒部と隔壁部の隙間（エアーギャップ）は、最小に狭く設定することができ、これによって、モータの駆動トルクを良好に確保し、効率の高い磁気結合ポンプとすることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は磁気結合ポンプの断面図を示している。この磁気結合ポンプは、ポンプ室５を有するポンプハウジング１とモータ室を有するモータハウジング２を備え、ポンプハウジング１には、流体の吸込口１ａと吐出口１ｂが設けられる。ポンプハウジング１とモータハウジング２によって形成される内部空間は、隔壁部４より仕切られ、ポンプ室５とモータ室６が分離・形成され、ポンプ室５は吸込口１ａと吐出口１ｂに連通する。また、この磁気結合ポンプは、モータステータの外周部にロータ７を配置したアウターロータ形に構成される。
【００１３】
モータ室６は円柱状空間として形成され、ポンプ室５はその円柱状空間のモータ室６の端部と外周部を覆う容器状空間として形成される。モータハウジング２の一部を形成する隔壁部４はカップ状に形成され、そのカップ状の隔壁部４の中心軸上位置に、軸支部１４がモータ室６側に突設される。軸支部１４には、固定軸８がポンプ室５側からその元部を挿入する形態で埋設・固定され、固定軸８の上部はポンプ室５側の中心軸位置に突出する。固定軸８の元部には抜け止め用の螺旋部８ａが形成され、その先端部にはねじ孔８ｂが軸方向に穿設される。
【００１４】
羽根車１０付きのロータ７が、ポンプ室５の容器状空間内に、その中央部に設けた軸受部９を、固定軸８の先端部に回転自在に嵌入して配設される。ロータ７は略カップ状に形成され、その円筒部７ａが、ポンプ室５の末端つまり隔壁部４寄りに形成された円筒空間部５ａ内に挿入される。羽根車１０は、カップ形のロータ７の円形底部上に一体的に形成され、複数の羽根１０ａが同一円周上に等間隔で設けられる。
【００１５】
具体的には、この羽根車１０付きのロータ７は、磁性粉末を混合したポリアミド樹脂等により一体形成され、ＰＰＳ樹脂で別個に成形した軸受部９が成形時にその中央部にインサートとして埋設される。そして、成形後に、そのロータ７の円筒部７ａの所定箇所に磁束を通すことにより、複数の永久磁石部７ｂがその内部に着磁・形成される。各永久磁石部７ｂは、ロータ７の円筒部７ａ内の軸方向に、後述のモータ室５内のステータ１５の磁極に対向して形成され、且つ各磁極に対応した角度間隔で、複数個形成される。
【００１６】
さらに、羽根車１０付きのロータ７は、その円筒部７ａをポンプ室５の隔壁部４側の円筒空間部５ａ内に挿入するように配設され、その中央の軸受部９を固定軸８に外嵌・挿入し、固定軸８先端のねじ孔８ｂに、ワッシャ１２を介して固定ねじ１３をねじ込み、ロータ７が回転自在に取り付けられる。
【００１７】
ところで、このロータ７の特徴的構成として、その円筒部７ａの先端側の内周面にテーパ部７ｃが形成される点がある。このテーパ部７ｃは、円筒部７ａの内周面の先端側角部を、断面楔状に円周方向に連続して切り欠くことにより、形成される。テーパ部７ｃは、ロータ７が固定軸８に対し傾斜するように揺動運動して、その円筒部７ａが揺動した際、隔壁部４との接触を回避するために、設けられる。このテーパ部７ｃの幅ｗは、図３に示すように、４mm〜６mmが適当であり、望ましくは、４．５mm〜５．５mmとする。また、テーパ部７ｃの内周面に対する角度αは、０．５°〜３．０°が適当であり、望ましくは、１．０°〜２．０°とすると良い。なお、図１〜図３の角度αは、説明を分かり易くするために誇張して示してある。
【００１８】
上記のように、固定軸８はその元部のみを固定して片持ち式に取り付けられると共に、カップ状のロータ７がその底部の中央に軸受部９を設けて片持ち式に支持されるため、固定軸８の僅かな触れや軸受部９と固定軸８間の僅かな隙間に起因して、ロータ７がその中心軸を傾斜する方向に揺動し易い。ロータ７の円筒部７ａの内周面と隔壁部４の隙間が狭い場合、この揺動時には、図２に示すように、円筒部７ａの内周面の先端側角部が、その内側の隔壁部４に接近して接触し易いが、この円筒部７ａの内周面の先端側角部を、断面楔状に円周方向に連続して切り欠いて、そこにテーパ部７ｃを形成することにより、円筒部７ａの内周面と隔壁部４の隙間が狭い場合でも、揺動時の接触を防止することができる。従って、円筒部７ａの内周面と隔壁部４の隙間（エアーギャップ）は、最小に狭く設定することができる。
【００１９】
一方、モータ室６には羽根車１０付きのロータ７を回転させるモータのステータ１５が配設される。ステータ１５の磁極は、隔壁部４の内側のモータ室６の中央の軸支部１４を取り巻くように円周上に等間隔で配置され、複数のステータコア１６と、その外周のボビンに巻装されたステータコイル１７とを有して構成される。ステータ１５の各磁極は、隔壁部４を介して、ロータ７の円筒部７ａの永久磁石部７ｂに対向して位置する。１８はステータコイル１７から回路基板１９側に出された端子部である。
【００２０】
上記モータ室６内の軸支部１４の先端部には、回路基板１９を支持するための支持用リブ１４ａが形成され、その支持用リブ１４ａ上の中央に棒状のボス部１４ｂが突設される。１枚の回路基板１９が、その一部に設けた孔をこのボス部１４ｂに挿入し、端子部１８を嵌挿させると共に、コネクタ部２０との接続用の端子部２３を嵌挿させた状態で、モータハウジング２から突設した支持部２２上と支持用リブ１４ａ上にその裏面を当接させて、モータ室６内に取り付けられる。回路基板１９上には、図示は省略されているが、各ステータコイル１７に制御された電流を適切なタイミングで供給するためのパワートランジスタなどを用いた制御回路が実装される。
【００２１】
上記構成の磁気結合ポンプは、その製造時、例えばポリアミド樹脂で成形されたポンプハウジング１を、そのポンプ室５内にロータ７を配設し軸支した状態で、同じポリアミド樹脂製のモータハウジング２に合わせて溶着により接合・固定し、さらに、モータ室６内にステータ１５を挿入し、所定位置に回路基板１９等を装着した状態で、流動性固化用樹脂をモータ室６内に充填し、モータ室内のステータ１５と回路基板１９を固化させる。そして、モータハウジング２の開口部に、ポリアミド樹脂等で板状に成形されたカバー体３を、溶着してそこを閉鎖する。なお、回路基板１９は、ステータコイル１７から出されている端子部１８及び接続用端子部２３とを半田付けした後、モータ室６内に挿入されるステータ１５と一緒に組み付けてもよい。
【００２２】
次に、上記構成の磁気結合ポンプの動作を説明する。ステータ１５の各磁極のステータコイル１７に通電して回転磁界を発生させると、ロータ７の円筒部７ａの永久磁石部７ｂがこの回転磁界に追従して回転することで、羽根車１０付きのロータ７が回転する。ポンプ室５内での羽根車１０の回転により、水等の流体が吸込口１ａからポンプ室５内に吸い込まれ、吐出口１ｂから吐き出され、磁気結合ポンプは運転される。
【００２３】
この磁気結合ポンプでは、その回転駆動時、固定軸８がその元部のみを固定して片持ち式に取り付けられること、及びカップ状のロータ７がその底部の中央に軸受部９を設けて片持ち式に支持されることから、固定軸８の僅かな揺動や固定軸８と軸受部９の僅かな隙間に起因して、ロータ７が固定軸８に対し傾斜するように揺動運動して、円筒部７ａの内周面の先端側角部が、その内側の隔壁部４に接近して接触する恐れが生じる。
【００２４】
しかしながら、円筒部７ａの内周面の先端側角部を、断面楔状に円周方向に連続して切り欠いて、そこにテーパ部７ｃを形成しているから、図２に示すように、ロータ７がその中心軸を傾斜する方向に揺動しても、円筒部７ａの内周面と隔壁部４との接触を回避することができる。このため、上記のように、円筒部７ａの内周面と隔壁部４の隙間（エアーギャップ）は、最小に狭く設定することができ、このような円筒部７ａの内周面と隔壁部４の隙間の最小設定により、モータの駆動トルクを低下させずに、効率の高い磁気結合ポンプとすることができる。
【００２５】
なお、上記実施の形態では、ロータ７の永久磁石部７ｂを設けた円筒部７ａが隔壁部４を介してモータのステータ１５の外側に配設されるアウターロータ形の磁気結合ポンプであったが、モータのステータを外側に配置し、隔壁部を介してその内側の円筒部にロータを配設するインナーロータ形の磁気結合ポンプとすることもできる。この場合には、ロータの隔壁部に近い円筒部の外周面の端部側角部を、断面楔状に円周方向に連続して切り欠いて、そこにテーパ部を形成し、これによって、ロータの揺動運動時のロータと隔壁部の接触を回避し、上記と同様に、ロータの円筒部の外周面と隔壁部との隙間を最小に設定することにより、モータの駆動トルクを低下させずに、効率の高い磁気結合ポンプとすることができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の磁気結合ポンプによれば、ロータがその軸を傾斜する方向に揺動しても、円筒部の端部側角部と隔壁部との接触を回避することができるため、ロータの永久磁石部を設けた円筒部と隔壁部の隙間（エアーギャップ）を、最小に狭く設定することができ、これによって、モータの駆動トルクを良好に確保し、効率の高い磁気結合ポンプとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の磁気結合ポンプを示す断面図である。
【図２】ロータが傾斜した状態の断面図である。
【図３】ロータのテーパ部の部分拡大断面図である。
【符号の説明】
１−ポンプハウジング
２−モータハウジング
４−隔壁部
５−ポンプ室
５ａ−円筒空間部
６−モータ室
７−ロータ
７ａ−円筒部
７ｂ−永久磁石部
７ｃ−テーパ部
８−固定軸
９−永久磁石
１０−羽根車
１５−ステータ

Claims (1)

1. 隔壁部を介してポンプ室とモータ室を内側に設けたハウジングと、該ポンプ室内に配設され片持ち式の固定軸上に回転自在に支持されるロータと、該ロータ上に一体的に設けられた羽根車と、該ロータの円筒部に配設された永久磁石部と、該モータ室内に配設され該円筒部の永久磁石部に該隔壁部を介して対向して配設されたステータと、を備え、該永久磁石部を設けたロータの円筒部が該隔壁部を介して該ステータの外側に配設されるアウターロータ形の磁気結合ポンプにおいて、
   該ロータと該隔壁部との接触を回避するために、該ロータの円筒部における該隔壁部側の端部側角部にテーパ部が、当該部分を断面楔状に円周方向に連続して切り欠くことにより形成されていることを特徴とする磁気結合ポンプ。

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