JP5322503B2 - 電動ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、１つのモータで同時に駆動される２つポンプを一体に備えたツイン型の電動ポンプに関し、なかでも、そのモータの冷却構造に関する。

本発明に関し、例えば、２つの羽根車（インペラ）を一体に備えた多段型のインラインポンプがある（特許文献１）。

このインラインポンプでは、吸込口と吐出口とが同一線上に位置するように、筒形のポンプケーシングの一方の端部に、吸込口が形成された吸込側ケーシングが設けられ、他方の端部に、吐出口が形成された吐出側ケーシングが設けられている。

そして、ポンプケーシングの内部には、駆動軸の端部各々に羽根車が取り付けられたキャンドモータが配設されていて、各羽根車は、それぞれ吸込側ケーシングと吐出側ケーシングとに収容されている。ポンプケーシングの内径は、キャンドモータの外径よりも一回り大きく形成されていて、キャンドモータの外周面とポンプケーシングの内周面との間は流体の流路となっている。

このインラインポンプでは、キャンドモータが駆動されて各羽根車が回転すると、流体は吸込口から吸い込まれ、ポンプケーシングとキャンドモータとの間を流れて吐出口から吐き出されることとなる。
特開平６−８８５８８号公報

従来より、電動ポンプでは通電に伴う発熱によってモータが高温になり易いため、モータを効率よく冷却したいという要望がある。

特に、一つのモータで２つのポンプを駆動するツイン型の電動ポンプの場合には、比較的モータの駆動時間が長くなり易く、また、モータに対する負荷も大きくなり易いため、モータが高温になり易い。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、モータを効率よく冷却できるツイン型の電動ポンプを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明では、ツイン型の電動ポンプの構造を活用し、モータ内に２つのポンプ部の液室に連通する連通路を設け、両液室間の差圧を利用して、モータの駆動時には、その連通路に流体が常時流れるようにした。

具体的には、モータ部と、このモータ部の両側にそれぞれ配設され、同時に駆動される第１ポンプ部及び第２ポンプ部とが一体に設けられていて、これら第１ポンプ部及び第２ポンプ部がそれぞれ別々に流体を吸い込んで吐出するように構成された電動ポンプであって、上記第１ポンプ部は、上記モータ部の駆動軸の一端に取り付けられる第１インペラと、この第１インペラが収容される第１液室を区画するとともに、第１吸込口及び第１吐出口が設けられた第１ケーシングとを備え、上記第２ポンプ部は、上記駆動軸の他端に取り付けられる第２インペラと、この第２インペラが収容される第２液室を区画するとともに、第２吸込口及び第２吐出口が設けられた第２ケーシングとを備え、上記モータ部に、上記第１液室と第２液室とに連通する連通路が設けられていて、駆動時に上記第１液室と上記第２液室との間で発生する差圧によって上記流体が上記連通路を流れるように構成されていることを特徴とするものである。

すなわち、この電動ポンプの第１ポンプ部と第２ポンプ部とは、それぞれ別個の流路に接続され、モータ部が駆動すると、同時に２系統の流体が独立して吸込、吐出されるようになっている。

そして、これら第１ポンプ部の第１液室と第２ポンプ部の第２液室とに連通する連通路が設けられていて、電動ポンプが駆動されると、両液室間で発生する差圧によって流体が連通路を流れるように構成されている。

従って、その連通路をモータ部に設けることで、電動ポンプが駆動している間はモータ部を流体が常時流れることとなるため、モータ部を流体との熱交換によって冷却することができる。

つまり、モータ部が発熱する駆動動作に連動して、モータ部内の連通路に流体が流れるようになっているので、モータ部の駆動時間が長くなっても、その間は常に流体で冷却できるし、吐出量が増加してモータ部に対する負荷が大きくなれば、その分差圧も大きくなるため、連通路を流れる流体の流速が上がって冷却効率が向上する。

具体的には、上記第１ポンプ部における上記流体の単位時間当たりの吐出量を、上記第２ポンプ部のものよりも大きく設定すればよい。例えば、上記第１インペラを上記第２インペラよりも大きく形成し、上記第１液室の内容積を上記第２液室の内容積よりも大きく設定することができる。そうすることで、第１液室の内圧を第２液室の内圧よりも大きくして両者の間で差圧を発生させることができ、第１液室から第２液室へ流体を流すことができる。

また、上記モータ部は、上記駆動軸の中間に配設されるロータ部と、このロータ部に近接して、その周りを囲むように配設されるステータ部と、軸受部を介して上記駆動軸の端部を回転自在に支持するとともに、これらロータ部及びステータ部を収容するモータケーシングと、を備え、上記連通路として、上記モータケーシングにおけるステータ部の周りに外側連通路が設けられているものとすることができる。

モータ部では特にステータ部が高温になり易いため、このようにステータ部の周りに連通路を設けることで効果的にモータ部を冷却することができる。また、ステータ部の周りに設けることで、接触面積が比較的大きくなって冷却効率に優れる点でも有利である。

また、上記ロータ部は上記駆動軸に、上記ステータ部は上記モータケーシングに、それぞれ液密状に取り付け、上記連通路として、上記ロータ部と上記ステータ部との間、及び上記駆動軸と上記軸受部との間を通る内側連通路を設けるものとすることもできる。尚、液密状とは、液漏れしないようにという意味である。

この場合には、ステータ部をその内側から効果的に冷却することができる。流れる流体によって駆動軸と軸受部との摩擦による発熱を効率よく除去することができ、また、流体に潤滑液としての機能も発揮させることができる。ロータ部の回転に伴ってロータ部とステータ部との間を流れる流体の流速が大きくなるため、冷却効率に優れる点でも有利である。

更に、これら外側連通路と内側連通路とを組み合わせることもできる。そうすれば、モータ部を内外から同時に冷却することができるので、よりいっそう効果的に冷却できる。

上記外側連通路の具体例としては、例えば、上記駆動軸の軸方向に延びるように形成され、上記ステータ部の周りをその周方向に連なるように配設された複数の管状構造で構成することや、上記駆動軸周りをらせん状に延びるように形成された管状構造で構成することができる。そうすれば、ステータ部を万遍なく冷却することができ、冷却効率を向上させることができる。

上記モータ部がモータ制御装置を備えている場合には、このモータ制御装置が上記モータケーシングにおける上記ステータ部の周りの部分に設けられているものとすることができる。モータ制御装置もまた、比較的高温になり易いため、外側連通路が設けられたモータケーシングにおけるステータ部の周りの部分に設けることで、モータ制御装置も併せて冷却することができる。

また、上記連通路の上記第２液室側の接続端は、第２吸込口側に配設するのが好ましい。第２液室の第２吸込口側の部位は内圧が相対的に小さくなっているため、そこに連通路を接続することで、第１液室との差圧をより大きくして連通路を流れる流体の流速を増加させることができ、より冷却効率を向上させることができる。

更に、上記連通路の上記第１液室側の接続端を、第１吐出口側に配設することもできる。第１液室の第１吐出口側の部位は内圧が相対的に大きくなっているため、そこに連通路を接続することで、第２液室との差圧をより大きくして連通路を流れる流体の流速を増加させることができ、より冷却効率を向上させることができる。

以上説明したように、本発明の電動ポンプによれば、別途複雑な機構を設けることなく、モータを効率よく冷却することができるので、軽量で、耐久性に優れた電動ポンプを提供することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

（第１実施形態）
図１及び図２に本実施形態の電動ポンプを示す。この電動ポンプは、車両に搭載されるエンジン冷却用のウォーターポンプであり、第１ポンプ部１及び第２ポンプ部２と、これら第１ポンプ部１及び第２ポンプ部２を同時に駆動するモータ部３とが一体に備えられている。これら第１ポンプ部１及び第２ポンプ部２は、それぞれ別々に冷却水を吸込んで吐出するように構成されている。以下、その詳細を説明する。

モータ部３は、駆動軸５やロータ部６、ステータ部７、モータケーシング８などで構成されていて、そのうち駆動軸５の軸方向の中間に同軸に取り付けられている円柱状の部分がロータ部６である。このロータ部６はその内部に冷却水が浸入しないように密閉された状態（液密状）で駆動軸５に固定されていて、その内部には、図示しないが永久磁石が備えられている。

モータケーシング８は、第１本体部８ａと、第２本体部８ｂとを駆動軸５の軸方向に接合することによって構成されていて、軸方向に対向する一対の側壁部８１ａ，８１ｂと、これら両側壁部８１ａ，８１ｂに連なる円筒状の周壁部８２とを備え、その内部にはロータ部６やステータ部７が収容されている。

両側壁部８１ａ，８１ｂの中央には、それぞれ軸孔が開口しており、これら軸孔にはそれぞれプレーンベアリング９，９（軸受部）が装着されている。駆動軸５は、その各端部を各軸孔からそれぞれ外方に突出した状態で、これらプレーンベアリング９，９によって回転自在に軸支されている。

モータケーシング８内に収容されたロータ部６の外周面に僅かな隙間を介して近接するように、円筒状の区画部材１０が配設されている。この区画部材１０は、その両端部がＯリングを介してモータケーシング８に組み付けられていて、モータケーシング８の内部は、この区画部材１０によって、ロータ部６が位置する内側空間１２とその周りの外側空間１３とに液密状に区画されている。

そして、その外側空間１３に、複数のティースに巻線が巻回されたステータコアなどで構成されたステータ部７が収容されている（図２参照）。

モータケーシング８の周壁部８２の外面には、その外面に沿って制御ケース部８２ａが一体に設けられていて、その内部に、ステータ部７に電気を供給してモータ部３の出力を制御する制御ユニット１５（モータ制御装置）が収容されている。制御ユニット１５は、制御ケース８２ａ内において、モータケーシング８の周壁部８２に密着するように設置されている。

このように構成されたモータ部３の駆動軸方向の両側に、遠心ポンプとして機能する第１ポンプ部１と第２ポンプ部２とがそれぞれ配設されている。

第１ポンプ部１は、第１インペラ１６や、これを収容する第１ケーシング１８などで構成されている。

第１ケーシング１８は、駆動軸５の軸方向側に延びるパイプ状の第１吸込口１８ａと、駆動軸５の直交方向側に延びるパイプ状の第１吐出口１８ｂとを有し、ボルトを締結することによってモータケーシング８に一体に固定されている。その内部には、第１ケーシング１８の内面とモータケーシング８の側壁部８１ａの外面とによって液密状態の第１液室２０が区画形成されていて、その内部に第１インペラ１６が収容されている。

第１インペラ１６は、筒軸方向に軸取付孔が形成された略円筒状のボス部１６ａと、このボス部１６ａの基端部から外方に張り出した環状のベース部１６ｂと、このベース部１６ｂの表面に立設され、ボス部１６ａから放射状に延びる複数の羽根部１６ｃ，・・・と、これら各羽根部１６ｃの先端に連なるとともに、ベース部１６ｂと間を隔てて対向し、中央部に液導入口が開口する案内壁部１６ｄとを備えている。

第１インペラ１６は、そのベース部１６ｂの裏面が側壁部８１ａの外面と僅かな隙間を介して対向するよう、ボス部１６ａの軸取付孔に駆動軸５の端部が圧入され、固定されている。

第１液室２０内では、案内壁部１６ｄは第１ケーシング１８の内面と僅かな隙間を介して対向し、第１液室２０内を緩やかに区画する第１区画部２０ａを形成するとともに、第１インペラ１６の液導入口は第１吸込口１８ａに連なる第１液室２０の吸込側の部位に臨む一方、第１インペラ１６の外周部分は、第１吐出口１８ｂに連なる第１液室２０の吐出側の部位に臨んでいる。

一方、第２ポンプ部２は、第２インペラ２１や、これを収容する第２ケーシング２２などで構成されている。

第２ケーシング２２は、第１ケーシング１８と同様に、駆動軸５の軸方向側に延びるパイプ状の第２吸込口２２ａと、駆動軸５の直交方向側に延びるパイプ状の第２吐出口２２ｂとを有し、図示しないボルトを締結することによってモータケーシング８に一体に固定されている。その内部には、第２ケーシング２２の内面とモータケーシング８の側壁部８１ｂの外面とによって液密状態の第２液室２４が区画形成されていて、その内部に第２インペラ２１が収容されている。

第２インペラ２１は、案内壁部１６ｄを除いて第１インペラ１６と同じ構成のボス部２１ａ、ベース部２１ｂ、羽根部２１ｃを備え、そのボス部２１ａに駆動軸５の端部が圧入固定されて、ベース部２１ｂの裏面が側壁部８１ｂの外面と僅かな隙間を介して対向している。

第２液室２４内では、複数の羽根部２１ｃ，・・・の先端が、第２ケーシング２２の内面と僅かな隙間を介して対向し、第２液室２４内を緩やかに区画する第２区画部２４ａを形成するとともに、第２インペラ２１のボス部２１ａの先端側が第２吸込口２２ａに連なる第２液室２４の吸込側の部位に臨む一方、第２インペラ２１の外周部分は、第２吐出口２２ｂに連なる第２液室２４の吐出側の部位に臨んでいる。

そうして、第１ポンプ部１における単位時間当たりの吐出量が第２ポンプ部２におけるものよりも大きくなるように、第１ポンプ部１は第２ポンプ部２に比べて全体の構成が大きく設定されている。すなわち、第１液室２０の内容積は第２液室２４の内容積よりも大きく設定され、第１インペラ１６は第２インペラ２１よりも大きく形成されている。

そして、これら第１液室２０と第２液室２４とに連通する内側連通路２５と外側連通路２６とがモータ部３に設けられている。

内側連通路２５は、駆動軸５に沿うように形成されていて、駆動軸５と各プレーンベアリング９，９との間の隙間と、これらの隙間に連通する、区画部材１０で区画形成された内側空間１２とで形成されている。

一方、外側連通路２６は、モータケーシング８における、ステータ部７の周りを囲っている周壁部８２に設けられていて、本実施形態では、駆動軸方向に延びるように形成されて、ステータ部７の周りをその周方向に連なるように配設された複数の連通孔２６ａ，・・・（管状構造）で構成されている。

かかる構成の電動ポンプにおいて、モータ部３への通電により第１インペラ１６及び第２インペラ２１が回転すると、図１の矢印線に示すように、第１液室２０及び第２液室２４内では、冷却水が、それぞれ第１吸込口１８ａ及び第２吸込口２２ａから吸込まれ、遠心力によって第１吐出口１８ｂ及び第２吐出口２２ｂから吐き出されるようになる。

第１ポンプ部１は第２ポンプ部２に比べて吐出力が大きく設定されているため、同じ部位における内圧は、第１液室２０の方が第２液室２４よりも相対的に大きくなっている。

また、このとき、第１液室２０は第１区画部２０ａによって、また、第２液室２４は第２区画部２４ａによってそれぞれ、吸込側と吐出側とに区画されているため、各液室２０，２４内でも、各吸込口１８ａ，２２ａに連なる吸込側の部位が相対的に低圧（負圧部２０ｂ，２４ｂともいう）となり、各吐出口１８ｂ，２２ｂに連なる吐出側の部位は相対的に高圧（正圧部２０ｃ，２４ｃともいう）となっている。

このように第１ポンプ部１及び第２ポンプ部２が駆動しているときには、第１液室２０と第２液室２４との間では、内圧に比較的大きな差が生じるため、これを利用することによりモータ部３を効率よく冷却できるようになっている。

すなわち、内側連通路２５の一方の接続端は第１液室２０の正圧部２０ｃに位置し、他方の接続端は第２液室２４の正圧部２４ｃに位置している。第１液室２０と第２液室２４との間には差圧が発生しているため、その差圧によって第１液室２０側から第２液室２４側に冷却水が内側連通路２５を流れてモータ部３の内部を冷却することができる。また、この場合、駆動軸５とプレーンベアリング９，９との間を流れる冷却水は、潤滑液としても機能する。また、ロータ部６は比較的高速で回転しているため、ロータ部６とステータ部７との間を流れる冷却水はその回転によって流速が高められ、熱交換効率の点でも有利となっている。

外側連通路２６も同様であり、各連通孔２６ａが第１液室２０及び第２液室２４の正圧部２０ｃ，２４ｃに接続されているため、液室２０，２４間の差圧によって第１液室２０側から第２液室２４側に冷却水が外側連通路２６を流れてモータ部３の外部を冷却することができる。モータ部３では特にステータ部７や制御ユニット１５が高温になり易いが、外側連通路２６では、これらに近接した部位に比較的多量の冷却水を流すことができるため効果的である。

また、吐出力を増加させるためにモータ部３の駆動出力が上がると、それに伴って発熱量も多くなるが、第１液室２０と第２液室２４との間の差圧も大きくなるので、内外の連通路２５，２６を流れる単位時間当たりの冷却水量も増加して冷却効率が向上するようになっている。

（第２実施形態）
図３は本発明の別の実施形態を示したものである。本実施形態の電動ポンプも、その基本的な構成は第１実施形態の電動ポンプと同様であるため、主な同一部材に同じ符号を付してその説明は省略し、特に異なる構成について詳しく説明する。

まず、本実施形態では、外側連通路２６が駆動軸５の周りをらせん状に延びるように形成された一つのらせん孔２６ｂ（管状構造）で構成されていて、モータケーシング８のステータ部７の周りを囲っている周壁部８２内に設けられている。

そして、その第１ポンプ部１側の接続端は、第１液室２０の正圧部２０ｃに接続されており、第２ポンプ部２側の接続端は、外側連通路２６に別途接続された連結管２７を介して第２液室２４の負圧部２４ｂに接続されている。

従って、この場合には、第２液室２４の中でも相対的に内圧が低くなっている負圧部２４ｂに接続されているので、正圧部２４ｃに接続するのに比べて、第１ポンプ部１との差圧がよりいっそう大きくなり、外部連通路２６を流れる冷却水量が増加して冷却効率を向上させることができる。

また、内側連通路２５においても、差圧が大きくなるように、第２ポンプ部２側の接続端が第２液室２４の負圧部２４ｂに位置するように工夫されている。

すなわち、第２液室２４側の駆動軸５の端部における、プレーンベアリング９に支持されている部位に、駆動軸５の周りを全周にわたって凹む環状の溝部２８が形成されている。そして、第２液室２４の負圧部２４ｂに臨むその駆動軸５の先端には、軸中心を軸方向に延びて溝部２８の形成部位に達する流出穴３０が形成されている。溝部２８の底面にはこの流出穴３０に連通する細孔２８ａが形成されていて、溝部２８と流出穴３０とが連通するように構成されている。

従って、この場合、内側連通路２５の第２ポンプ部２側の接続端は、この溝部２８と流出穴３０とを介して第２液室２４の負圧部２４ｂに接続されているため、正圧部２４ｃに接続するのに比べて、第１ポンプ部１との差圧がよりいっそう大きくなり、内部連通路２５を流れる冷却水量が増加して冷却効率を向上させることができる。

以上説明したように、本発明によれば、ツイン型の特徴をうまく活用することによって、別途複雑な機構を設けることなくモータ部３を効率よく冷却できるようになっており、電動ポンプの軽量化や耐久性の向上を図ることができる。

なお、本発明にかかる電動ポンプは、前記の実施の形態に限定されず、それ以外の種々の構成をも包含する。

例えば、上記実施形態では流体が水の場合を示したが、第１ポンプ部１と第２ポンプ部２とに流れる流体が同じであれば、その種類は水に限定されるものではなく、例えば潤滑油などであってよい。

また、第２実施形態では、各連通路２５，２６の第２ポンプ部２側の接続端を第２液室２４の負圧部２４ｂに接続したが、それに限らず、正圧部２４ｃに接続してあってもよい。同様に、第１実施形態の各連通路２５，２６の第２ポンプ部２側の接続端を第２実施形態のように構成して、第２液室２４の負圧部２４ｂに接続してあってもよい。

第１液室２０と第２液室２４の間の差圧は、上記実施形態以外にも、例えば、第１液室２０の内圧が高まるように、第１吐出口１８ｂの開口面積を絞ることによって発生させてもよい。

本発明の第１実施形態の電動ポンプの概略断面図である。 図１のＸ−Ｘ線における概略断面図である。 本発明の第２実施形態の電動ポンプの概略断面図である。

符号の説明

１ 第１ポンプ部
２ 第２ポンプ部
３ モータ部
５ 駆動軸
６ ロータ部
７ ステータ部
８ モータケーシング
９ プレーンベアリング(軸受部）
１５ 制御ユニット（モータ制御装置）
１６ 第１インペラ
１８ 第１ケーシング
１８ａ 第１吸込口
１８ｂ 第１吐出口
２０ 第１液室
２１ 第２インペラ
２２ 第２ケーシング
２２ａ 第２吸込口
２２ｂ 第２吐出口
２４ 第２液室
２５ 内側連通路
２６ 外側連通路

Claims (5)

1. モータ部と、このモータ部の両側にそれぞれ配設され、同時に駆動される第１ポンプ部及び第２ポンプ部とが一体に設けられていて、これら第１ポンプ部及び第２ポンプ部がそれぞれ別々に流体を吸い込んで吐出するように構成された電動ポンプであって、
   上記第１ポンプ部は、上記モータ部の駆動軸の一端に取り付けられる第１インペラと、この第１インペラが収容される第１液室を区画するとともに、第１吸込口及び第１吐出口が設けられた第１ケーシングとを備え、
   上記第２ポンプ部は、上記駆動軸の他端に取り付けられる第２インペラと、この第２インペラが収容される第２液室を区画するとともに、第２吸込口及び第２吐出口が設けられた第２ケーシングとを備え、
   上記モータ部に、上記第１液室と第２液室とに連通する連通路が設けられていて、
   駆動時に上記第１液室と上記第２液室との間で発生する差圧によって上記流体が上記連通路を流れるように構成され、
   上記モータ部は、上記駆動軸の中間に配設されるロータ部と、このロータ部に近接して、その周りを囲むように配設されるステータ部と、軸受部を介して上記駆動軸の端部を回転自在に支持するとともに、これらロータ部及びステータ部を収容するモータケーシングと、を備え、
   上記連通路として、上記モータケーシングにおけるステータ部の周りに外側連通路が設けられていることを特徴とする電動ポンプ。
2. 請求項１に記載の電動ポンプにおいて、
   上記モータ部は、上記駆動軸の中間に配設されるロータ部と、このロータ部に近接して、その周りを囲むように配設されるステータ部と、軸受部を介して上記駆動軸の端部を回転自在に支持するとともに、これらロータ部及びステータ部を収容するモータケーシングと、を備え、
   上記ロータ部は上記駆動軸に、上記ステータ部は上記モータケーシングに、それぞれ液密状に取り付けられていて、
   上記連通路として、上記ロータ部と上記ステータ部との間、及び上記駆動軸と上記軸受部との間を通る内側連通路と、上記モータケーシングのステータ部の周りに形成された外側連通路とが設けられていることを特徴とする電動ポンプ。
3. 請求項１又は請求項２に記載の電動ポンプにおいて、
   上記外側連通路が、上記駆動軸の軸方向に延びるように形成され、上記ステータ部の周りをその周方向に連なるように配設された複数の管状構造で構成されていることを特徴とする電動ポンプ。
4. 請求項１又は請求項２に記載の電動ポンプにおいて、
   上記外側連通路が、上記駆動軸周りをらせん状に延びるように形成された管状構造で構成されていることを特徴とする電動ポンプ。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の電動ポンプにおいて、
   上記モータ部はモータ制御装置を備え、このモータ制御装置が上記モータケーシングにおける上記ステータ部の周りの部分に設けられていることを特徴とする電動ポンプ。

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