JP4828751B2 - 液体ポンプ - Google Patents

Description

【０００１】
背景技術
本発明は、電気作動式の液体ポンプ、特に自動車の冷却回路または加熱回路に用いられる冷却水ポンプであって、ステータと、該ステータから管によって分離されかつ冷却水中に浸漬された、羽根車を支持するロータとが設けられている形式のものに関する。
【０００２】
ロータを冷却水中に浸漬された状態で配置することを可能にする管により、ステータとロータとを分離する原理は、ドイツ連邦共和国特許第３７０２０２８号明細書に基づき公知である。
【０００３】
このようなポンプの詳細な説明は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第４４１１９６０号明細書に開示されている。このドイツ連邦共和国特許出願公開明細書に開示されているポンプは、釣り鐘状のロータを有しており、このロータの円筒状の内室内にステータが係合している。ロータとステータとの間には、管状もしくはカップ状の壁が延びており、この場合、カップの底部には、軸が嵌め込まれており、この軸を中心にしてロータが回転可能に懸吊されている。
【０００４】
この軸の固定部は円筒状の中空室の内部へ僅かな深さでしか進入していない。なぜならば、この中空室内のスペースのほとんど全てがステータを収納するために必要とされるからである。ステータとロータとの間の円筒状の壁は、小さなギャップ幅を得るために、ひいては僅かな磁気回路損失を得るために、極めて薄く形成されている。このことはロータの懸吊安定性を損なう。
【０００５】
ステータへの電流供給のための整流回路を備えたプリント配線板をステータの軸方向の延長部にしか配置することができない。こうして、このようなプリント配線板がポンプの組込み深さを増大させてしまう。
【０００６】
発明の利点
本発明によれば、第１に、減じられた組込み深さを有する冷却水ポンプが提供される。第２に、僅かな材料手間をかけるだけでロータの安定した支承を可能にし、ひいては不可避のアンバランスに基づいた均一回転不良を有効に制限し、しかもロータと、このロータが浸漬されている冷却水との間の摩擦に基づいた効率損失を最小限に抑えるような冷却水ポンプが提供される。
【０００７】
本発明による液体ポンプのためのステータとしてクローポール（爪形磁極）型ステータを使用することにより、短い構成長さが得られる。
【０００８】
ロータが半径方向でステータの内側に配置されていることにより、安定した支承および摩擦損失の低減が得られる。すなわち、公知の冷却水ポンプではロータの内側においてロータと、ステータを取り囲む管との間で、またロータの外側においてはロータと周囲のハウジングとの間で、それぞれ冷却水との摩擦が発生する恐れがあるのに対して、本発明によりロータがステータの内部へ移動させられた場合には、中間室しか、すなわちロータと、このロータをステータから分離する管との間の中間室しか生じない。既にこのことによるだけでも摩擦損失は減じられている。摩擦損失を減少させるために役立つ別のファクタは、モータの半径方向寸法が全体的に等しい場合に、ロータが内側に位置していると管の直径を一層小さく保持することができることである。したがって、回転数が同じであれば、ロータの外周における軌道速度は減じられており、その結果、摩擦も、ロータが外側に位置している慣用の構造の場合よりも少なくなる。
【０００９】
さらに、内側に位置するロータは、減じられた慣性モーメントを有しており、それゆえに、このようなロータは、外側に位置するロータで可能となるよりも迅速に、かつその電流供給回路の電子スイッチの負荷に関しても、外側に位置するロータで可能となるよりも少ない負荷で加速され得る。減じられた慣性モーメントは当然ながら、減じられたアンバランスをも生ぜしめる。
【００１０】
さらに、ステータをロータの外周へ移動させたことにより、ロータが回転可能に支承される軸を延長することが可能となるので、ロータの重心が軸内に位置するようになる。ロータの不釣り合いもしくはアンバランスによって軸の保持装置へ加えられる傾動モーメントは、ロータを確実に固定するために全体的には保持装置の比較的小さな材料厚さで十分となることによって減じられている。
【００１１】
ロータの慣性モーメントを小さく保持し、しかも安定した支承を得るためには、ロータが、その永久磁石である外側の円筒体の他に、軸を取り囲む支承軸部を有していることが提案される。この場合、この支承軸部は空の環状室によってロータから間隔を置いて配置されている。この環状室はロータの羽根車とは反対の側で開いていてよい。
【００１２】
ロータがプラスチック結合された磁気材料から一体に製作されていると有利である。
【００１３】
本発明のその他の特徴および利点は、以下に図面につき行う実施例の説明から明らかになる。
【００１４】
実施例の説明
図１には、本発明による冷却水ポンプの軸方向の断面図が示されている。この冷却水ポンプは、３つの部分から成るハウジングを有している。すなわち、ハウジングはハウジング前側部分１を有しており、このハウジング前側部分１には吸込管片４と吐出管片（図示しない）とが形成されている。ハウジングはさらに、分離壁２と、ハウジング後側部分３とを有しており、この場合、ハウジング後側部分３は図面には完全に図示されていない。３つの部分、つまりハウジング前側部分１と分離壁２とハウジング後側部分３は、複数のねじによって結合されており、これらのねじは、分離壁２をハウジング前側部分１とハウジング後側部分３との間に締付け固定した状態で保持している。ハウジング前側部分１と分離壁２との間には、シールリング１０が締付け固定されている。分離壁２は非磁性材料から成っていて、管１１の形の薄肉の区分を有しており、この区分は底部１２と共に１つの容器を形成しており、この容器内にロータ６が収納されている。
【００１５】
ロータ６はプラスチック結合された磁石材料、たとえば合成樹脂マトリックスまたはプラスチックマトリックス内に埋め込まれた粉末状の磁気材料から、たとえば射出成形によって一体に製作されている。ロータ６は外側の円筒体７を有しており、この円筒体７は小さな間隔を置いて、管１１の形状に追従している。外側の円筒体７の、吸込管片４に面した端部は、フランジ１３によって閉鎖されており、このフランジ１３は多数の羽根１４を支持している。
【００１６】
外側の円筒体７の内部を貫くように、フランジ１３と一体に結合された支承軸部８が延びている。この支承軸部８は少なくともその軸方向の両端部８′，８″で、位置固定の軸９に回転可能に結合されていて、この軸９をほぼその全長にわたって取り囲んでいる。支承軸部８の長さは少なくとも、ロータ６の重心が２つの端部８′，８″の間に位置するような寸法に形成されている。位置固定の軸９は第１の端部で、底部１２に設けられた切欠き内に刻み目によって相対回動不能に固定されている。位置固定の軸９の第２の端部は、ハウジング前側部分１に一体に形成されたリブスター、つまり複数のリブ（図面にはこれらのリブのうちの１つが符号５で示されている）から成る星形体のハブ１４内に収容されている。
【００１７】
ロータ６の重量を低く保持するために、外側の円筒体７と支承軸部８との間には環状室１６が設けられている。この環状室１６は幾つかの薄肉のリブ１７を除いて空である。リブ１７は外側の円筒体７と支承軸部８との間の結合を補強するために働く。
【００１８】
ロータの外側の円筒体７とフランジ１３との間の移行部には、環状に延びるつば１８が配置されており、このつば１８は、分離壁２に設けられた環状溝１９内に係合しており、これにより外側の円筒体７と管１１との間の小幅のギャップ２０内へ冷却水流から固形の不純物が侵入することが阻止される。
【００１９】
管１１の周囲には、クローポール（爪形磁極）構造におけるステータ２１が延びている。ステータ２１のための電流供給回路（図示しない）を、たとえば環状のプリント配線板上に組み付けて、管１１の肩部２２に被せ嵌めることができる。この場所では電流供給回路がポンプの軸方向の構成長さを増大させない。
【００２０】
図２にはステータ２１の構造が分解図で示されている。ステータ２１はそれぞれ同一の形状の２つのステータ薄板２３，２４を有しており、両ステータ薄板２３，２４はそれぞれ１つの環状の外側のリングと、複数のクロー２５、図示の実施例では各薄板につき４つのクロー２５とを備えている。これらのクロー２５は金属製の薄板２３；２４の一方の縁部から出発して半径方向内側に向かって延び、次いで反対の側の縁部の方向へ曲げられている。クロー２５は軸方向で先細りになるように台形状に延びている。これにより、モータの効率の改善が達成される。両薄板２３，２４は１つの環状の中空室を形成しており、この中空室の内壁は、２つのステータ薄板の互いに内外に入り組んだ複数のクロー２５によって形成されている。さらに、この中空室は巻線２６を収容している。巻線２６により生ぜしめられた磁界は２つの薄板のクロー２５のその都度交番する極性によって、半径方向内側に向かって作用して、ロータ６（図２に羽根なしで示されている）を駆動する。巻線２６はバイファイラ巻きもしくは２本巻きに形成されている。つまり、巻線２６は、互いに別個にかつ独立して電流で負荷されるようになっている２つの回路を有している。このことは、それぞれ一方の回路だけを電流で負荷することにより、交番する極性を有する磁界を発生させることを可能にする。この場合、各回路ごとに流れる電流の向きは常に同じであるが、しかしそれぞれ他方の回路に流れる電流の向きに対しては逆向きである。このようなステータは、１本巻きの構造よりも簡単な出力電子装置によって作動させることができる。
【００２１】
ポンプの機能または速度を監視するための磁界センサとしては、ホールセンサを設けることができる。この場合、ホールセンサは、回転するロータ６の可変磁界にさらされる場所に設けられる。
【００２２】
この構造は、円筒形コイルの形の簡単な巻線を用いて、ロータを駆動するための高い極対数を実現することを可能にする。この数はクロー２５の数により決定されている。ポンプの駆動出力を増大させるためには、図２に示した形式のステータを複数個用いて、これらのステータを軸方向で相前後して、適当な長さのロータに組み付けることもできる。その場合、個々のステータのクローは互いに整合することができ、このことは、単一のステータを備えた構造に比べてモータの相巻線数もしくは巻回数（Ｓｔｒａｎｇｚａｈｌ）を維持することに相当する。また、ステータを段階的に互いに相対的に回動させてずらすことによっても、相巻線数もしくは巻回数の増大を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による冷却水ポンプの軸方向の断面図である。
【図２】 ポンプのステータを示す分解斜視図である。
【符号の説明】
１ 前側部分、 ２ 分離壁、 ３ 後側部分、 ４ 吸込管片、 ５ リブ、 ６ ロータ、 ７ 円筒体、 ８ 支承軸部、 ８′，８′′ 端部、 ９ 軸、１０ シールリング、 １１ 管、 １２ 底部、 １３ フランジ、 １６ 環状室、 １７ リブ、 １８ つば、 １９ 環状溝、 ２０ ギャップ、 ２１ ステータ、 ２２ 肩部、 ２３，２４ 薄板、 ２５ クロー、 ２６ 巻線

Claims (9)

1. 自動車の冷却回路または加熱回路に用いられる液体ポンプであって、ステータ（２１）と、該ステータ（２１）から管（１１）によって分離されたロータ（６）とが設けられており、該ロータ（６）が、冷却水中に浸漬されていて、羽根車を形成している形式のものにおいて、ステータ（２１）がクローポール型ステータであり、ロータ（６）が、永久磁石である外側の円筒体（７）と、軸（９）を取り囲む支承軸部（８）とを有しており、外側の円筒体（７）と支承軸部（８）とが、薄肉のリブ（１７）を有する環状室（１６）によって互いに間隔を置いて配置されており、外側の円筒体（７）の、吸込管片（４）に面した端部が、多数の羽根（１４）を支持するフランジ（１３）によって閉鎖されており、該フランジ（１３）が、外側の円筒体（７）の内部を貫くように延びる支承軸部（８）と一体に結合されていることを特徴とする液体ポンプ。
2. 自動車の冷却回路または加熱回路に用いられる液体ポンプであって、ステータ（２１）と、該ステータ（２１）から管（１１）によって分離されたロータ（６）とが設けられており、該ロータ（６）が、冷却水中に浸漬されていて、羽根車を形成している形式のものにおいて、ロータ（６）が半径方向でステータ（２１）の内側に配置されており、ロータ（６）が、永久磁石である外側の円筒体（７）と、軸（９）を取り囲む支承軸部（８）とを有しており、外側の円筒体（７）と支承軸部（８）とが、薄肉のリブ（１７）を有する環状室（１６）によって互いに間隔を置いて配置されており、外側の円筒体（７）の、吸込管片（４）に面した端部が、多数の羽根（１４）を支持するフランジ（１３）によって閉鎖されており、該フランジ（１３）が、外側の円筒体（７）の内部を貫くように延びる支承軸部（８）と一体に結合されていることを特徴とする液体ポンプ。
3. ロータ（６）が、軸方向で互いに間隔を置いて配置された少なくとも２つの個所（８′，８″）で軸（９）に結合されており、ロータ（６）の重心が前記２つの個所の間に位置している、請求項２記載の液体ポンプ。
4. 外側の円筒体（７）と支承軸部（８）とが、半径方向のリブ（１７）によって互いに結合されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の液体ポンプ。
5. 前記環状室（１６）が、ロータ（６）の羽根（１４）とは反対の側で開いている、請求項１から４までのいずれか１項記載の液体ポンプ。
6. ロータが、プラスチックに結合された磁気材料から一体に製作されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の液体ポンプ。
7. ロータの磁界内に、磁界センサが配置されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の液体ポンプ。
8. ステータ（２１）が、２つのステータ薄板（２３，２４）と、該ステータ薄板（２３，２４）の一方の縁部から出発して半径方向内側に向かって延び、次いで反対の側の縁部の方向へ曲げられている複数のクロー（２５）とを有しており、該クロー（２５）が、軸方向で先細りになるように台形状に延びている、請求項１から７までのいずれか１項記載の液体ポンプ。
9. ステータ巻線（２１）が、２本巻の巻線として形成されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の液体ポンプ。

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