JP4621065B2 - 流体ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、流体ポンプに係り、特に、ステータ及び回路ユニットを冷却する構造を備えた流体ポンプの改良に関する。

従来から、例えば、車両に用いられる電動ウォータポンプには、ステータ若しくは回路ユニットを冷却する構造を備えたものがある（例えば、特許文献１、２参照）。

例えば、特許文献１には、回路ユニットを冷却する構造が開示されている。この特許文献１に記載の電動ウォータポンプでは、ハウジングの内部でステータ収容部と流体通過部とを分割して仕切る高熱伝導性の隔壁に伝熱体が密着しており、更に、この伝熱体にトランジスタ基板が密着している。これにより、トランジスタ基板にて発生した熱は、伝熱体を介して隔壁へ伝わり、更に、流体通過部を流れる冷却水へ伝わって冷却水と共に放出されるとしている。

また、特許文献２には、ステータ及び回路ユニットを冷却する構造が開示されている。この特許文献２に記載のポンプでは、制御回路のうちの少なくとも一部とステータのうち少なくともコイルを樹脂モールドしてモールドステータを構成し、このモールドステータにより流体の通路の少なくとも一部を構成するようにしている。従って、吸入口から吸入された流体はモールドステータに接して流れるので、このモールドステータにおける制御回路およびコイルを流体により冷却できるとしている。

ところで、この種の電動ウォータポンプには、ロータとステータとが回転軸方向に対抗するように配置されたいわゆるアキシャルギャップタイプのモータを備えたものがある（例えば、特許文献３参照）。
特開２００２−３６４５７６公報 特開平１１−１６６５００号公報 特開２０００−１４５６８２公報

一般に、電動ウォータポンプにおいて、ステータコイルへの通電に伴いステータコイルが発熱すると、ステータコイルの内部抵抗が高くなるため、モータ効率（ポンプ効率）が低下することになる。また、ステータコイルが発熱すると、この熱が回路ユニットの回路素子に影響を及ぼし、回路素子の寿命が短くなるという問題が生じる。

従って、モータ効率の低下を防ぐと共に、回路素子の寿命を長く保つためには、電動ウォータポンプにステータ及び回路ユニットを効率良く冷却することが可能な冷却構造が必要となる。

特に、特許文献２に記載の如くステータコイルをモールド成形した場合には、モールド樹脂の熱伝導率が低いため、ステータコイルの冷却効率が低下することになる。従って、電動ウォータポンプにおいてステータコイルをモールド成形した場合に、モータ効率の低下を防ぐためには、ステータコイルを効率良く冷却することが可能な冷却構造が必要となる。

なお、ステータコイルを流体中に直接配置することも考えられるが、この場合には、ステータコイルの絶縁皮膜が加水分解を起こし、絶縁不良の発生が問題となる。

また、特許文献３に記載の如く、いわゆるアキシャルギャップタイプのモータを備えた電動ウォータポンプについても、モータ効率の低下を防ぐと共に、回路素子の寿命を長く保つためには、ステータ及び回路ユニットを効率良く冷却することが可能な冷却構造を備える必要がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、いわゆるアキシャルギャップタイプのモータを備えた流体ポンプにおいて、ステータ及び回路ユニットを効率良く冷却することにより、モータ効率（ポンプ効率）の低下を防ぐと共に、回路素子の寿命を長く保つことが可能な冷却構造を備えることを目的とする。

前記課題を解決するために、請求項１に記載の流体ポンプは、回転軸上にインペラを備えると共に回転軸周りにマグネットを有して構成されたロータと、前記マグネットと回転軸方向に対向するように配置された複数のステータコイルを備えると共に少なくとも前記ステータコイルが樹脂部材で覆われたステータと、前記インペラが回転可能に収納されたポンプ室を有すると共に、前記ロータ及び前記ステータを収容するケーシングと、を備えた流体ポンプにおいて、前記ステータの前記ロータ側の端面には、径方向に沿って形成された第一水路が接し、前記ステータの前記ロータと軸方向反対側の端面には、径方向に沿って形成された第二水路が接し、前記第一水路及び前記第二水路は、前記ポンプ室と連通され、前記インペラは、回転時に前記ポンプ室内の流体を径方向外側へ搬送するように構成され、前記ポンプ室の外径と前記第一水路及び前記第二水路の外径とは、略同等に構成され、前記ポンプ室の径方向外側位置と前記第一水路及び前記第二水路の径方向外側位置とは、回転軸方向に延びる連通路によって連通されていることを特徴とする。

このように、請求項１に記載の流体ポンプでは、ステータのロータ側の端面に、径方向に沿って形成された第一水路が接し、ステータのロータと軸方向反対側の端面に、径方向に沿って形成された第二水路が接し、第一水路及び第二水路がポンプ室と連通されている。

従って、流体ポンプの作動に伴ってステータが発熱した場合でも、ポンプ室から第一水路及び第二水路へ搬送された流体がステータのロータ側の端面及びロータと軸方向反対側の端面に接するので、樹脂部材を介した流体とステータコイルとの熱交換によりステータコイルを冷却することができる。

また、請求項１に記載の流体ポンプでは、上述の如くステータの軸方向両側端面が流体と接するので、ステータコイルが樹脂部材で覆われることにより防水構造とされていても、軸方向両側からステータコイルが効率良く冷却される。これにより、モータ効率（ポンプ効率）の低下を防ぐことが可能となる。

また、請求項１に記載のように、インペラが、回転時にポンプ室内の流体を径方向外側へ搬送するように構成され、ポンプ室の外径と第一水路及び第二水路の外径とが、略同等に構成され、ポンプ室の径方向外側位置と第一水路及び第二水路の径方向外側位置とが、回転軸方向に延びる連通路によって連通されていると、インペラが回転したときには、このインペラの回転に伴いポンプ室の径方向外側位置は加圧状態となり、ポンプ室の径方向外側位置から連通路を通じて第一水路及び第二水路への流体の流れが形成される。

従って、請求項１に記載の流体ポンプによれば、上述の如くポンプ室の径方向外側位置と連通路及び第一、第二水路との圧力差により流体の流れが形成されるので、ステータのロータ側の端面及びロータと軸方向反対側の端面に流体が確実に搬送されて接するようになる。これにより、ステータコイルを確実に冷却することが可能となる。

また、請求項２に記載の流体ポンプでは、ケーシングが、ポンプ室を有するポンプハウジングと、ステータを保持するステータハウジングと、ステータハウジングのポンプハウジングと軸方向反対側に配置されるエンドハウジングと、を有して構成され、第二水路が、ステータハウジングとエンドハウジングとの間に形成され、連通路が、ステータよりも径方向外側に形成されている。

このように、ステータハウジングとエンドハウジングとの間に第二水路が形成されるようにすると、流体を流すための第二水路を孔状とし、この孔状の第二水路をステータハウジング内に形成する必要が無いので、ステータハウジングを樹脂成形により形成する場合には、ステータハウジングの成形を容易に行うことが可能となる。

また、ステータよりも径方向外側に連通路が形成されるようにすると、連通路の配置位置によってステータコイルやステータコアの配置が制約されないため、ステータ内に連通路を形成する場合に比して、ステータコイルやステータコアの配置を容易に行うことができる。これにより、ステータ及びステータハウジングの設計の自由度を高めることができる。

さらに、請求項３に記載のように、エンドハウジングが、第二水路に接し径方向に沿って延びる隔壁を備え、この隔壁の第二水路と軸方向反対側にステータコイルを通電するための回路ユニットが配置されるように構成すると、隔壁によって回路ユニットを防水できる一方で、回路ユニットからの熱を第二水路内の流体に隔壁を介して伝達させることができる。また、第二水路によってステータと回路ユニットとを分離することができるので、ステータから回路ユニットへの熱伝達経路を完全に遮断することができる。これにより、回路ユニットも効率良く冷却することができるので、回路ユニットに設けられた回路素子の寿命を長く保つことが可能となる。

また、請求項４に記載のように、ポンプハウジング及びエンドハウジングが、回転軸方向に接続され、ステータハウジングの外周部が、ポンプハウジング及びエンドハウジングの少なくとも一方の内周部に保持されるように構成されていると、流体ポンプの組立時には、ステータハウジングの外周部をポンプハウジング又はエンドハウジングの内周部で保持した状態で、ポンプハウジング及びエンドハウジングを回転軸方向に接続すれば良い。従って、流体ポンプの組立も容易に行うことができる。

特に、エンドハウジングは、隔壁によって回路ユニットをポンプ室から分離すると共にこの隔壁によって回路ユニットの冷却にも寄与し、且つ、ポンプハウジングとの固定機能をも備える多機能ハウジング設計とされており、構造の簡素化、ハウジング加工工数の低減に貢献している。また、エンドハウジングは、ポンプハウジングとでケーシングを構成することから外気に触れるため、例えばアルミニウム等で構成された場合には、回路ユニットからの熱を外気に効率良く放出可能な空冷機能も備え、回路ユニットの冷却効率の向上により一層貢献する。

また、請求項５に記載のように、隔壁に回路ユニットの回路素子が配置されるように構成されていると、回路素子からの熱を第二水路内の流体に隔壁を介して伝達することができるので、第二水路から離れた位置に回路素子を配置する場合に比して、回路素子に対する冷却効率を高めることができる。これにより、回路素子の寿命をより長く保つことが可能となる。

さらに、請求項６に記載のように、エンドハウジングが、回路ユニットを収容する収容部を有すると共に、この収容部とは別に回路ユニットの回路素子を収容するための回路素子収容部を備える構成とされていると、例えば回路素子収容部に収容される回路素子が回路ユニット内の他の発熱素子よりも耐熱性が低い場合であっても、回路素子収容部を設けたことにより発熱素子からの熱を遮断できるため、回路素子の温度上昇を抑えることができる。これにより、回路素子の寿命を長く保つことが可能となる。

また、回路素子収容部を設けたことにより上述の如く回路素子の温度上昇を抑えることができるため、回路素子を冷却するためのヒートシンク等の部材追加が不要となり、また、回路素子に耐熱性の良い高価なものを用いることも不要となる。これにより、コストを低減できる。

以下、本発明の一実施形態について、図を参照して説明する。なお、以下に説明する部材、配置等は、本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨に沿って各種改変することができることは勿論である。

［第一実施形態］
はじめに、図１、図２を参照しながら、本発明の第一実施形態に係る流体ポンプとしてのウォータポンプ１０の構成について説明する。

本発明の第一実施形態に係るウォータポンプ１０は、例えば、自動車のエンジン冷却システムに好適に用いられるものである。ウォータポンプ１０には、ロータ１４とステータ１６とが回転軸方向に対向するように配置されたアキシャルギャップタイプのモータ１２が用いられている。

ロータ１４は、ステータハウジング３６に設けられたシャフト５０に軸受部材１５を介して回転自在に軸支されている。ロータ１４の回転軸周りには、マグネット１８とロータヨーク２０とが設けられており、ロータ１４の回転軸上には、インペラ２２が一体に形成されている。本実施形態では、モータ高出力化のためにロータ１４の大径化が図られており、これにより、ロータ１４の外径がインペラ２２の外径よりも大きくなっている。

インペラ２２は、複数の羽根２４を有して構成されており、ロータ１４と共に回転することにより、ポンプ室４２内の流体に径方向外側に遠心力を与えてこの流体をポンプ室４２の径方向外側に搬送するように構成されている。

ステータ１６は、ステータコア２６及びステータコイル２８を有して構成されている。ステータコア２６には、回転軸周り複数の突極３０が形成されており、この各突極３０には、ステータコイル２８が巻装されている。本実施形態のステータ１６は、ステータコア２６、複数のステータコイル２８及び不図示のターミナルをモールド成形することによりステータハウジング３６と一体化された構成となっている。また、ステータ１６は、モールド成形されることにより、モールド樹脂で覆われたキャンド構造となっている。

ケーシング３２は、ポンプハウジング３４と、ステータハウジング３６と、エンドハウジング３８で構成されている。エンドハウジング３８は、後述する第二水路５８に接し径方向に沿って延びる隔壁３８Ａを備え、この隔壁３８Ａの第二水路５８と軸方向反対側には、外部制御装置からの制御信号に基づいてステータコイル２８を順次通電するスイッチング素子４１等が実装された回路ユニット４０が装着される。

ポンプハウジング３４とエンドハウジング３８との間には、ステータハウジング３６が挟持固定されている。また、ステータハウジング３６には、シャフト支持部３７が形成されており、このシャフト支持部３７には、シャフト５０が固定されている。

ポンプハウジング３４には、渦巻状のポンプ室４２が構成されており、このポンプ室４２の内側には、インペラ２２が回転可能に収容されている。また、ポンプハウジング３４の回転軸上には、ポンプ室４２内に流体を吸入するための流体吸入口４４が設けられており、ポンプハウジング３４の接線方向には、ポンプ室４２内の流体を吐出するための流体吐出口４６が設けられている。

また、本実施形態のウォータポンプ１０では、ステータ１６とロータ１４との間に、径方向に沿って延びる第一水路５６が形成されており、ステータ１６のロータ１４と反対側には、ステータハウジング３６とエンドハウジング３８の間に同じく径方向に沿って延びる第二水路５８が形成されている。この構成により、ステータ１６のロータ側の端面１６Ａには、第一水路５６が接し、ステータ１６のロータ１４と軸方向反対側の端面１６Ｂには、第二水路５８が接するようになっている。

この第一水路５６及び第二水路５８の外径は、ポンプ室４２の外径と略同等とされており、この第一水路５６及び第二水路５８の各径方向外側位置は、ステータ１６よりも径方向外側でポンプ室４２の径方向外側位置から軸方向に沿って延びる環状の連通路６０によってポンプ室４２と連通されている。

そして、本実施形態では、モータ１２の回転に伴ってインペラ２２が回転すると、流体吸入口４４からポンプ室４２に流体が吸入され、この吸入された流体は、インペラ２２による遠心力でポンプ室４２の径方向外側に搬送される。また、インペラ２２による遠心力でポンプ室４２の径方向外側に搬送された流体は、ポンプ室４２の渦巻状の壁面に沿って回転軸周りに搬送されて、流体吐出口４６から外部へ接線方向に向けて吐出される。

ここで、インペラ２２が回転したときには、このインペラ２２の回転に伴いポンプ室４２の径方向外側位置は加圧状態となり、ポンプ室４２の径方向外側位置から連通路６０を通じて第一水路５６及び第二水路５８への流体の流れが形成される。このように、本実施形態に係るウォータポンプ１０では、上述の如くポンプ室４２の径方向外側位置と連通路６０及び第一水路５６、第二水路５８との圧力差により流体の流れが形成される。そして、本実施形態では、これらの複数の水路によりステータ１６及び回路ユニット４０の冷却を行うようにしている。

次に、本発明の第一実施形態に係るウォータポンプ１０の作用及び効果について説明する。

本実施形態に係るウォータポンプ１０では、ステータ１６のロータ側の端面１６Ａに、径方向に沿って形成された第一水路５６が接し、ステータ１６のロータ１４と軸方向反対側の端面１６Ｂに、径方向に沿って形成された第二水路５８が接し、第一水路５６及び第二水路５８が連通路６０によってポンプ室４２と連通されている。

従って、ウォータポンプ１０の作動に伴ってステータ１６が発熱した場合でも、ポンプ室４２から第一水路５６及び第二水路５８へ搬送された流体がステータ１６のロータ側の端面１６Ａ及びロータ１４と軸方向反対側の端面１６Ｂに接するので、モールド樹脂を介した流体とステータコイル２８との熱交換によりステータコイル２８を冷却することができる。

また、本実施形態に係るウォータポンプ１０では、上述の如くステータ１６の軸方向両側端面１６Ａ，１６Ｂが流体と接するので、ステータコイル２８がモールド樹脂で覆われることにより防水構造とされていても、軸方向両側からステータコイル２８が効率良く冷却される。これにより、モータ効率（ポンプ効率）の低下を防ぐことが可能となる。

さらに、本実施形態に係るウォータポンプ１０によれば、上述の如くポンプ室４２の径方向外側位置と連通路６０及び第一水路５６、第二水路５８との圧力差により流体の流れが形成されるので、ステータ１６のロータ側の端面１６Ａ及びロータ１４と軸方向反対側の端面１６Ｂに流体が確実に搬送されて接するようになる。これにより、ステータコイル２８を確実に冷却することが可能となる。

また、本実施形態のように、エンドハウジング３８が、第二水路５８に接し径方向に沿って延びる隔壁３８Ａを備え、この隔壁３８Ａの第二水路５８と軸方向反対側にステータコイル２８を通電するための回路ユニット４０が配置されていると、隔壁３８Ａによって回路ユニット４０を防水できる一方で、回路ユニット４０からの熱を第二水路５８内の流体に隔壁３８Ａを介して伝達させることができる。また、第二水路５８によってステータ１６と回路ユニット４０とを分離することができるので、ステータ１６から回路ユニットへ４０の熱伝達経路を完全に遮断することができる。これにより、回路ユニット４０も効率良く冷却することができるので、回路ユニット４０に設けられたスイッチング素子４１の寿命を長く保つことが可能となる。

特に、本実施形態のように、隔壁３８Ａに回路ユニット４０のスイッチング素子４１が配置されていると、スイッチング素子４１からの熱を第二水路５８内の流体に隔壁３８Ａを介して伝達することができるので、第二水路５８から離れた位置にスイッチング素子４１を配置する場合に比して、スイッチング素子４１に対する冷却効率を高めることができる。これにより、スイッチング素子４１の寿命をより長く保つことが可能となる。

また、本実施形態のように、ステータハウジング３６とエンドハウジング３８との間に第二水路５８が形成されるようにすると、流体を流すための第二水路５８を孔状とし、この孔状の第二水路５８をステータハウジング３６内に形成する必要が無いので、ステータハウジング３６を樹脂成形により形成する場合には、ステータハウジング３６の成形を容易に行うことが可能となる。

さらに、本実施形態のように、ステータ１６よりも径方向外側に連通路６０が形成されるようにすると、連通路６０の配置位置によってステータコイル２８やステータコア２６の配置が制約されないため、ステータ１６内に連通路６０を形成する場合に比して、ステータコイル２８やステータコア２６の配置を容易に行うことができる。これにより、ステータ１６及びステータハウジング３６の設計の自由度を高めることができる。

また、本実施形態のように、ロータ１４とステータ１６とが、回転軸方向に対向するように配置されていると、所謂アキシャルギャップタイプの流体ポンプが構成されて、ウォータポンプ１０の回転軸方向の長さをより短くすることができる。

また、本実施形態のように、インペラ２２がロータ１４に一体に形成されていると、別体に形成した場合に比して、コストを低く抑えることができ、また、組立性も向上させることができる。

なお、第一水路５６は、ステータ１６のロータ側の端面１６Ａに溝状に構成されていても良く、また、第二水路５８は、ステータ１６のロータ１４と軸方向反対側の端面１６Ｂに溝状に構成されていても良い。

［第二実施形態］
次に、図３を参照しながら、本発明の第二実施形態に係る流体ポンプとしてのウォータポンプ１１０の構成について説明する。

本発明の第二実施形態に係るウォータポンプ１１０には、上記第一実施形態と同様に、ロータ１１４とステータ１１６とが回転軸方向に対向するように配置されたアキシャルギャップタイプのモータ１１２が用いられている。

ロータ１１４は、ステータハウジング１３６に設けられたシャフト１５０に軸受部材１１５を介して回転自在に軸支されている。ロータ１１４の回転軸周りには、マグネット１１８とロータヨーク１２０とが設けられており、ロータ１１４の回転軸上には、インペラ１２２が一体に形成されている。そして、本実施形態においても、ロータ１１４の外径はインペラ１２２の外径よりも大きく構成されている。

ステータ１１６は、ステータコア１２６及びステータコイル１２８を有して構成されている。本実施形態のステータ１１６は、ステータコア１２６、複数のステータコイル１２８及びターミナル１２９をモールド成形することによりステータハウジング１３６と一体化された構成となっている。また、ステータ１１６は、モールド成形されることにより、モールド樹脂で覆われたキャンド構造となっている。

ケーシング１３２は、ポンプハウジング１３４と、ステータハウジング１３６と、エンドハウジング１３８で構成されている。エンドハウジング１３８は、後述する第二水路１５８に接し径方向に沿って延びる隔壁１３８Ａを備え、この隔壁１３８Ａの第二水路１５８と軸方向反対側には、収容部１３８Ｂが形成されている。この収容部１３８Ｂには、外部制御装置からの制御信号に基づいてステータコイル１２８を順次通電するスイッチング素子１４１等が実装された回路ユニット１４０が収容されている。また、ポンプハウジング１３４に形成された収容部１３８Ｂの開口は、蓋材１３９によって閉塞されている。

ポンプハウジング１３４とエンドハウジング１３８とは、固着具１３３によって軸方向に接続されている。本実施形態のポンプハウジング１３４には、ポンプ室１４２に隣接して流速度差緩和部材保持部１４７が形成されている。流速度差緩和部材保持部１４７は、ポンプハウジング１３４の内周部に沿って形成されており、流速度差緩和部材保持部１４７には、流速度差緩和部材１５２の外周部が嵌合されることにより保持されている。

また、このポンプハウジング１３４及びエンドハウジング１３８には、ステータ保持部１４９が形成されている。ステータ保持部１４９は、ポンプハウジング１３４及びエンドハウジング１３８の内周部に沿って形成されており、このステータ保持部１４９には、ステータハウジング１３６の外周部が嵌合されることにより保持されている。

なお、ステータハウジング１３６の外周部とステータ保持部１４９との間には、Ｏリング１５１が設けられている。また、ステータハウジング１３６には、シャフト支持部１３７が形成されており、このシャフト支持部１３７には、シャフト１５０が固定されている。

ポンプハウジング１３４には、渦巻状のポンプ室１４２が構成されており、このポンプ室１４２の内側には、インペラ１２２が回転可能に収容されている。また、ポンプハウジング１３４の回転軸上には、ポンプ室１４２内に流体を吸入するための流体吸入口１４４が設けられており、ポンプハウジング１３４の接線方向には、ポンプ室１４２内の流体を吐出するための流体吐出口１４６が設けられている。

そして、本実施形態では、モータ１１２の回転に伴ってインペラ１２２が回転すると、流体吸入口１４４からポンプ室１４２に流体が吸入され、この吸入された流体は、インペラ１２２による遠心力でポンプ室１４２の径方向外側に搬送される。また、インペラ１２２による遠心力でポンプ室１４２の径方向外側に搬送された流体は、ポンプ室１４２の渦巻状の壁面に沿って回転軸周りに搬送されて、流体吐出口１４６から外部へ接線方向に向けて吐出される。

また、本実施形態のウォータポンプ１１０では、ステータ１１６とロータ１１４との間に、径方向に沿って延びる第一水路１５６が形成されており、ステータ１１６のロータ１１４と反対側には、ステータハウジング１３６とエンドハウジング１３８の間に同じく径方向に沿って延びる第二水路１５８が形成されている。この構成により、ステータ１１６のロータ１１４側の端面１１６Ａには、第一水路１５６が接し、ステータ１１６のロータ１１４と軸方向反対側の端面１１６Ｂには、第二水路１５８が接するようになっている。

この第一水路１５６及び第二水路１５８は、ステータ１１６よりも径方向外側で軸方向に沿って延びる環状の連通路１６０及び流速度差緩和部材１５２の中心孔１５４を介してポンプ室１４２と連通されている。そして、本実施形態では、これらの複数の水路によりステータ１１６及び回路ユニット１４０の冷却を行うようにしている。

ところで、本実施形態では、上述の如く、ロータ１１４の外径がインペラ１２２の外径よりも大きく構成されている。このため、ロータ１１４のインペラ側端面１１４Ａにおけるインペラ１２２よりも径方向外側がポンプ室１４２における流体の回転軸周りの流れＦに接し、両者の速度差に起因した乱流の発生が問題となる。

そこで、本実施形態では、ポンプ室１４２における流体の回転軸周りの流れＦにロータ１１４のインペラ側端面１１４Ａにおけるインペラ１２２よりも径方向外側が接する位置に、流体の回転軸周りの流れＦの速度とロータ１１４の回転速度との差を緩和する流速度差緩和部材１５２が設けられている。

この流速度差緩和部材１５２は、より具体的には、インペラ１２２の外径よりも僅かに大きな中心孔１５４を有する環状の円盤体で構成されており、この中心孔１５４内には、インペラ１２２が位置している。また、流速度差緩和部材１５２は、円盤体で構成されることにより、流体の回転軸周りの流れＦと、ロータ１１４のインペラ側端面１１４Ａにおけるインペラ１２２よりも径方向外側とを仕切るように構成されている。

このとき、インペラ１２２に形成された連結部１２５の羽根側端面１２５Ａと、流速度差緩和部材１５２のロータ１１４と反対側の端面１５２Ａとは、略同一平面上に形成されている。また、流速度差緩和部材１５２のロータ１１４と反対側の端面１５２Ａは、平滑面で構成されている。

次に、本発明の第二実施形態に係るウォータポンプ１１０の作用及び効果について説明する。

本実施形態に係るウォータポンプ１１０では、ステータ１１６のロータ側の端面１１６Ａに、径方向に沿って形成された第一水路１５６が接し、ステータ１１６のロータ１１４と軸方向反対側の端面１１６Ｂに、径方向に沿って形成された第二水路１５８が接し、第一水路１５６及び第二水路１５８がポンプ室１４２と連通されている。

従って、ウォータポンプ１１０の作動に伴ってステータ１１６が発熱した場合でも、ポンプ室１４２から第一水路１５６及び第二水路１５８へ搬送された流体がステータ１１６のロータ側の端面１１６Ａ及びロータ１１４と軸方向反対側の端面１１６Ｂに接するので、モールド樹脂を介した流体とステータコイル１２８との熱交換によりステータコイル１２８を冷却することができる。

また、本実施形態に係るウォータポンプ１１０では、上述の如くステータ１１６の軸方向両側端面１１６Ａ，１１６Ｂが流体と接するので、ステータコイル１２８がモールド樹脂で覆われることにより防水構造とされていても、軸方向両側からステータコイル１２８が効率良く冷却される。これにより、モータ効率（ポンプ効率）の低下を防ぐことが可能となる。

また、本実施形態のように、エンドハウジング１３８が、第二水路１５８に接し径方向に沿って延びる隔壁１３８Ａを備え、この隔壁１３８Ａの第二水路１５８と軸方向反対側にステータコイル１２８を通電するための回路ユニット１４０が配置されていると、隔壁１３８Ａによって回路ユニット１４０を防水できる一方で、回路ユニット１４０からの熱を第二水路１５８内の流体に隔壁１３８Ａを介して伝達させることができる。また、第二水路１５８によってステータ１１６と回路ユニット１４０とを分離することができるので、ステータ１１６から回路ユニットへ１４０の熱伝達経路を完全に遮断することができる。これにより、回路ユニット１４０も効率良く冷却することができるので、回路ユニット１４０に設けられたスイッチング素子１４１の寿命を長く保つことが可能となる。

特に、本実施形態のように、隔壁１３８Ａに回路ユニット１４０のスイッチング素子１４１が配置されていると、スイッチング素子１４１からの熱を第二水路１５８内の流体に隔壁１３８Ａを介して伝達することができるので、第二水路１５８から離れた位置にスイッチング素子１４１を配置する場合に比して、スイッチング素子１４１に対する冷却効率を高めることができる。これにより、スイッチング素子１４１の寿命をより長く保つことが可能となる。

また、本実施形態のように、ステータハウジング１３６とエンドハウジング１３８との間に第二水路１５８が形成されるようにすると、流体を流すための第二水路１５８を孔状とし、この孔状の第二水路１５８をステータハウジング１３６内に形成する必要が無いので、ステータハウジング１３６をモールド成形により形成する場合には、ステータハウジング１３６の成形を容易に行うことが可能となる。

さらに、本実施形態のように、ステータ１１６よりも径方向外側に連通路１６０が形成されるようにすると、連通路１６０の配置位置によってステータコイル１２８やステータコア１２６の配置が制約されないため、ステータ１１６内に連通路１６０を形成する場合に比して、ステータコイル１２８やステータコア１２６の配置を容易に行うことができる。これにより、ステータ１１６及びステータハウジング１３６の設計の自由度を高めることができる。

また、本実施形態のように、ポンプハウジング１３４及びエンドハウジング１３８が、回転軸方向に接続され、ステータハウジング１３６の外周部が、ポンプハウジング１３４及びエンドハウジング１３８の内周部に保持されるように構成されていると、ウォータポンプ１１０の組立時には、ステータハウジング１３６の外周部をポンプハウジング１３４又はエンドハウジング１３８の内周部で保持した状態で、ポンプハウジング１３４及びエンドハウジング１３８を回転軸方向に接続すれば良い。従って、ウォータポンプ１１０の組立も容易に行うことができる。

特に、本実施形態のエンドハウジング１３８は、隔壁１３８Ａによって回路ユニット１４０をポンプ室４２から分離すると共にこの隔壁１３８Ａによって回路ユニット１４０の冷却にも寄与し、且つ、ポンプハウジング１３４との固定機能をも備える多機能ハウジング設計とされており、構造の簡素化、ハウジング加工工数の低減に貢献している。また、エンドハウジング１３８は、ポンプハウジング１３４とでケーシング１３２を構成することから外気に触れるため、例えばアルミニウム等で構成された場合には、回路ユニット１４０からの熱を外気に効率良く放出可能な空冷機能も備え、回路ユニット１４０の冷却効率の向上により一層貢献する。

さらに、本実施形態では、ステータコイル１２８がモールド樹脂で覆われてステータ１１６全体がポンプハウジング１３４と別構造とされているので、ポンプハウジング１３４に渦電流対策を施す必要が無い。従って、ポンプハウジング１３４を従来の如く樹脂製隔壁部材と放熱用金属部材との複合化構造とする必要が無く、その構造を簡素化できるので、ポンプハウジング１３４の製造コストも低く抑えることができる。

また、本実施形態に係るウォータポンプ１１０によれば、ポンプ室１４２における流体の回転軸周りの流れＦにロータ１１４のインペラ側端面１１４Ａにおけるインペラ１２２よりも径方向外側が接する位置に、流体の回転軸周りの流れＦの速度とロータ１１４の回転速度との差を緩和する流速度差緩和部材１５２が備えられている。従って、この流速度差緩和部材１５２により、両速度差に起因して生じる流体の乱れを抑制することができるので、これにより、ポンプ効率の低下を防止することが可能となる。

また、本実施形態では、流速度差緩和部材１５２がポンプ室１４２に対して固定されている。従って、流体の乱れを抑制するための流速度差緩和部材１５２が回転することが無いので、軸受部材等の新たな回転部材を追加する必要が無く、部品点数の増加を極力抑えることが可能となる。

なお、流速度差緩和部材１５２が、仮にポンプ室１４２に対して回転可能に構成された場合には、ポンプ室１４２における流体の回転軸周りの流れＦのエネルギによって流速度差緩和部材１５２が回転してしまう。このため、ポンプ室１４２における流体の回転軸周りの流れＦのエネルギが流速度差緩和部材１５２の回転によって消費されてしまいポンプ効率が低下する虞がある。

しかしながら、本実施形態では、上述の如く流速度差緩和部材１５２がポンプ室１４２に対して固定されている。従って、ポンプ室１４２における流体の回転軸周りの流れＦのエネルギが流速度差緩和部材１５２の回転によって消費されることがないので、ポンプ効率が低下することも防止できる。

また、本実施形態では、流速度差緩和部材１５２が、流体の回転軸周りの流れＦと、ロータ１１４のインペラ側端面１１４Ａにおけるインペラ１２２よりも径方向外側とを仕切るように構成されている。従って、ポンプ室１４２における流体の回転軸周りの流れＦにロータ１１４のインペラ側端面１１４Ａにおけるインペラ１２２よりも径方向外側が接することがないので、両者が接することによって生じる流体の乱れを確実に抑制することができる。

さらに、本実施形態では、インペラ１２２に形成された連結部１２５の羽根側端面１２５Ａと、流速度差緩和部材１５２のロータ１１４と反対側の端面１５２Ａとが、略同一平面上に形成されている。従って、連結部１２５の羽根側端面１２５Ａと流速度差緩和部材１５２のロータ１１４と反対側の端面１５２Ａとの間に段差が生じないので、インペラ１２２側（径方向内側）から流速度差緩和部材１５２へ搬送された流体が流速度差緩和部材１５２の内径部に衝突すること無く円滑に流速度差緩和部材１５２の径方向外側へ搬送される。これにより、流速度差緩和部材１５２を追加したことによる新たな乱流発生等の不具合を防止することができる。

また、本実施形態では、流速度差緩和部材１５２が回転軸周りに環状に構成され、この流速度差緩和部材１５２の内径は、インペラ１２２の外径よりも大きく構成されている。従って、本実施形態のように、インペラ１２２がロータ１１４に一体に形成された場合でも、流速度差緩和部材１５２をウォータポンプ１１０に組み付ける際には、流速度差緩和部材１５２の内側にインペラ１２２を挿通するようにして流速度差緩和部材１５２をロータ１１４の回転軸方向インペラ側に配置することが可能となる。これにより、流速度差緩和部材１５２を追加したことによりウォータポンプ１１０の組立性が損なわれることを防止することができる。

さらに、本実施形態のように、ロータ１１４とステータ１１６とが、回転軸方向に対向するように配置されていると、所謂アキシャルギャップタイプの流体ポンプが構成されて、ウォータポンプ１１０の回転軸方向の長さをより短くすることができる。

また、本実施形態のように、インペラ１２２がロータ１１４に一体に形成されていると、別体に形成した場合に比して、コストを低く抑えることができ、また、組立性も向上させることができる。

なお、本発明の第二実施形態において、回路ユニット１４０の回路素子１４３がスイッチング素子１４１よりも耐熱性が低い場合には、図４に示されるウォータポンプ２１０のように、エンドハウジング１３８の蓋材１３９に、収容部１３８Ｂとは別に回路素子収容部１３８Ｃ（別室）を設け、この回路素子収容部１３８Ｃに、回路素子１４３が収容される構成としても良い。

このように構成とされていると、例えば回路素子収容部１３８Ｃに収容される回路素子１４３が回路ユニット１４０内の他のスイッチング素子１４１（発熱素子）よりも耐熱性（累積温度寿命）が低い場合であっても、回路素子収容部１３８Ｃを設けたことによりスイッチング素子１４１からの熱を遮断できる。このため、回路素子１４３の温度上昇を抑えることができ、これにより、回路素子１４３の寿命を長く保つことが可能となる。

また、回路素子収容部１３８Ｃを設けたことにより上述の如く回路素子１４３の温度上昇を抑えることができるため、回路素子１４３を冷却するためのヒートシンク等の部材追加が不要となり、また、回路素子１４３に耐熱性の良い高価なものを用いることも不要となる。これにより、コストを低減できる。

本発明の第一実施形態に係るウォータポンプの構成を示す断面図である。 本発明の第一実施形態に係るウォータポンプの構成を分解斜視図である。 本発明の第二実施形態に係るウォータポンプの構成を示す断面図である。 本発明の第三実施形態に係るウォータポンプの構成を示す断面図である。

符号の説明

１０，１１０，２１０…ウォータポンプ（流体ポンプ）、１２，１１２…モータ、１４，１１４…ロータ、１４Ａ，１１４Ａ…インペラ側端面、１５，１１５…軸受部材、１６，１１６…ステータ、１６Ａ，１６Ｂ，１１６Ａ，１１６Ｂ…端面、１８，１１８…マグネット、２０，１２０…ロータヨーク、２２，１２２…インペラ、２４…羽根、２６，１２６…ステータコア、２８，１２８…ステータコイル、１２９…ターミナル、３０…突極、３２，１３２…ケーシング、３４，１３４…ポンプハウジング、３６，１３６…ステータハウジング、３７，１３７…シャフト支持部、３８，１３８…エンドハウジング、３８Ａ，１３８Ａ…隔壁、４０，１４０…回路ユニット、４１，１４１…スイッチング素子、４２，１４２…ポンプ室、４４，１４４…流体吸入口、４６，１４６…流体吐出口、４８…挟持固定部、５０，１５０…シャフト、５６，１５６…第一水路、５８，１５８…第二水路、６０，１６０…連通路、１２５…連結部、１２５Ａ…ロータ側端面、１３３…固着具、１３５…接続部、１３８Ｂ…収容部、１３８Ｃ…回路素子収容部、１３９…蓋材、１４３…回路素子、１４９…ステータ保持部、１５１…Ｏリング、１５２…流速度差緩和部材、１５２Ａ…端面、１５４…中心孔、Ｆ…流れ

Claims (6)

1. 回転軸上にインペラを備えると共に回転軸周りにマグネットを有して構成されたロータと、
   前記マグネットと回転軸方向に対向するように配置された複数のステータコイルを備えると共に少なくとも前記ステータコイルが樹脂部材で覆われたステータと、
   前記インペラが回転可能に収納されたポンプ室を有すると共に、前記ロータ及び前記ステータを収容するケーシングと、を備えた流体ポンプにおいて、
   前記ステータの前記ロータ側の端面には、径方向に沿って形成された第一水路が接し、
   前記ステータの前記ロータと軸方向反対側の端面には、径方向に沿って形成された第二水路が接し、
   前記第一水路及び前記第二水路は、前記ポンプ室と連通され、
   前記インペラは、回転時に前記ポンプ室内の流体を径方向外側へ搬送するように構成され、
   前記ポンプ室の外径と前記第一水路及び前記第二水路の外径とは、略同等に構成され、
   前記ポンプ室の径方向外側位置と前記第一水路及び前記第二水路の径方向外側位置とは、回転軸方向に延びる連通路によって連通されていることを特徴とする流体ポンプ。
2. 前記ケーシングは、前記ポンプ室を有するポンプハウジングと、前記ステータを保持するステータハウジングと、前記ステータハウジングの前記ポンプハウジングと軸方向反対側に配置されるエンドハウジングと、を有して構成され、
   前記第二水路は、前記ステータハウジングと前記エンドハウジングとの間に形成され、
   前記連通路は、前記ステータよりも径方向外側に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の流体ポンプ。
3. 前記エンドハウジングは、前記第二水路に接し径方向に沿って延びる隔壁を備え、
   前記隔壁の前記第二水路と軸方向反対側には、前記ステータコイルを通電するための回路ユニットが配置されていることを特徴とする請求項２に記載の流体ポンプ。
4. 前記ポンプハウジング及び前記エンドハウジングは、回転軸方向に接続され、
   前記ステータハウジングの外周部は、前記ポンプハウジング及び前記エンドハウジングの少なくとも一方の内周部に保持されていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の流体ポンプ。
5. 前記隔壁には、前記回路ユニットの回路素子が配置されていることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の流体ポンプ。
6. 前記エンドハウジングは、前記回路ユニットを収容する収容部を有すると共に、前記収容部とは別に前記回路ユニットの回路素子を収容するための回路素子収容部を備えることを特徴とする請求項３乃至請求項５のいずれか一項に記載の流体ポンプ。

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