JPH09317684A - 流体ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】小型化を図ることができる流体ポンプを提供す
る。 【解決手段】モータハウジング１にはステータコア２が
固定され、ステータコア２の内方には軸受１２とロータ
ベース１３と永久磁石１５ａ〜１５ｆとが配置されてい
る。ロータベース１３の一端部にインペラ１６が一体的
に形成されている。薄板よりなるキャン１７にてステー
タ（１２，１３，１５ａ〜１５ｆ）が流体から仕切られ
ている。ロータ用永久磁石１５ａ〜１５ｆのロータの軸
方向での端面に対向してステータ側にロータ回転位置検
出用磁気検出素子２６が配置されている。ロータ用永久
磁石１５ａ〜１５ｆとコイル３とはロータの軸方向にお
いてズラして配置され、両者間の磁力によりロータが軸
方向に付勢されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ブラシレスモー
タを用いた流体ポンプに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、電動式のウォータポンプとしてブ
ラシレスモータを用いたものが知られている（例えば、
特開平４−３５３２９１号公報）。この種のポンプを図
７を用いて説明すると、円筒形のハウジング４０の内周
面にはコイル４１を巻回したステータコア４２が固定さ
れ、その内方に永久磁石４３を固定したロータベース４
４が配置され、ロータベース４４にインペラ４５が設け
られるとともに、樹脂よりなるボディ４６によりステー
タ側が流体から仕切られている。又、永久磁石４３が回
転位置検出のためにロータの軸方向に延設され、この延
設部４３ａの外周面に対向するステータ側に磁気検出素
子４７が配置され、この素子４７によりロータの回転位
置が検出される。この検出信号は磁気検出素子４７を支
持する基板４８側に送られ、基板４８に設けた駆動回路
（あるいは外部に設けた駆動回路）にて処理される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、永久磁石４
３の外周側に磁気検出素子４７を配置しているので径方
向の大型化を招くとともに、永久磁石４３をロータの軸
方向に延設しているので軸方向の大型化を招き、さら
に、磁気検出素子４７が永久磁石４３の外周面に対向す
るように配置されているために磁気検出素子４７を支持
する基板４８も径方向において永久磁石４３の外径より
も大きくする必要があり、径方向の大型化を招いてい
た。以上のことにより、永久磁石４３および基板４８等
が大きくなり、ポンプが大型化してしまっていた。

【０００４】そこで、この発明の目的は、小型化を図る
ことができる流体ポンプを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、ブラシレスモータにおけるロータベースにインペラ
を設けるとともに、仕切部材にてステータが流体から仕
切られた流体ポンプであって、ロータの軸方向における
ロータ用永久磁石の端面に対向して前記ステータ側にロ
ータ回転位置検出用磁気検出素子を配置したブラシレス
モータを用いた流体ポンプをその要旨とする。

【０００６】請求項２に記載の発明は、筒状をなすモー
タハウジングと、前記モータハウジング内に固定され、
コイルが巻回されたステータコアと、前記モータハウジ
ング内に回転可能に配置され、外周面に前記ステータコ
アに対向する永久磁石を固定したロータベースと、前記
ロータベースの一端に設けられたインペラと、前記モー
タハウジングと結合され、前記インペラを収納するポン
プケーシングと、少なくとも前記コイル及びステータコ
アを流体から仕切るための仕切部材と、ステータ側にお
いて前記永久磁石の軸方向での端面に対向して配置さ
れ、ロータ回転位置を検出するための磁気検出素子とを
備えた流体ポンプをその要旨とする。

【０００７】請求項３に記載の発明は、請求項１または
２に記載の発明におけるロータ用永久磁石とステータ用
コイルとをロータの軸方向においてズラして配置し、両
者間の磁力によりロータを軸方向に付勢するようにした
ことをその要旨とする。

【０００８】請求項４に記載の発明は、請求項１または
２に記載の発明における仕切部材として薄板よりなるキ
ャンを用いたことをその要旨とする。 （作用）請求項１，２に記載の発明によれば、ロータ回
転位置検出用磁気検出素子がロータ用永久磁石に対しロ
ータの軸方向におけるステータ側に対向して配置され、
この磁気検出素子により永久磁石の回転角すなわちロー
タ回転位置が検出され、位相制御や周波数制御等に反映
される。

【０００９】このように、ロータ用永久磁石に対しロー
タの軸方向におけるステータ側に対向して磁気検出素子
が配置されているので、ロータ用永久磁石に対しロータ
の径方向におけるステータ側に対向して磁気検出素子を
配置した場合に比べ、径方向に小型化が図られる。又、
磁気検出素子を支持する基板を用いた場合においては、
基板も径方向に小さくできる。さらに、図７に示す永久
磁石の延設部４３ａを設ける必要がないので、軸方向に
小型化される。

【００１０】請求項３に記載の発明によれば、請求項
１，２に記載の発明の作用に加え、ロータ用永久磁石と
ステータ用コイルとがロータの軸方向においてズラされ
ており、両者間の磁力によってロータが軸方向に付勢さ
れる。よって、ロータの軸方向でのガタツキが抑制され
る。

【００１１】請求項４に記載の発明によれば、請求項
１，２に記載の発明の作用に加え、薄板よりなるキャン
を仕切部材として用いることにより、ロータ回転位置検
出用磁気検出素子と永久磁石とをより接近して配置する
ことができ、検出精度が高くなる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に従って説明する。図１には本実施の形態におけるブ
ラシレスモータを備えたウォータポンプの縦断面図を示
す。図２にはウォータポンプの側面図を示す。又、図３
には図１でのモータ部分における断面図を示す。

【００１３】本実施の形態におけるウォータポンプは自
動車に搭載される電動式のウォータポンプである。又、
本ウォータポンプはキャン（仕切り板）１７によりステ
ータ（固定子）から流体が仕切られた、いわゆるキャン
ドポンプである。

【００１４】以下、詳細に説明していく。図１に示すよ
うに、樹脂製モータハウジング１は、円筒状をなすステ
ータコア支持部１ａと、ステータコア支持部１ａの一端
（左端）から外方に延びる鍔部１ｂとからなる。モータ
ハウジング１のステータコア支持部１ａの内周面にはス
テータコア２が固定されている。ステータコア２は円筒
形をなし、磁性材料よりなる板材を多数積層することに
より構成されている。ステータコア２にはコイル（巻
線）３が巻回されている。モータハウジング１のステー
タコア支持部１ａにおける一方の開口部（右側開口部）
には円盤状のエンドフレーム４が設けられるとともに、
モータハウジング１の鍔部１ｂには樹脂製ポンプケーシ
ング５がビス６により締付固定されている。ポンプケー
シング５には入口管７と出口管８とが設けられている。
ポンプケーシング５内において円筒状のシャフト固定部
（シャフト支持部）９が設けられている。又、エンドフ
レーム４の中央部には円筒状のシャフト固定部（シャフ
ト支持部）１０が突設されている。そして、モータハウ
ジング１およびポンプケーシング５内においてシャフト
固定部９とシャフト固定部１０との間にシャフト１１が
固定されている。

【００１５】シャフト１１の外周には円筒状をなす軸受
１２が回転可能な状態で配置され、この軸受１２にロー
タベース１３が固定されている。図１におけるロータベ
ース１３の右端面には軸方向に延びる凹部１４が形成さ
れている。この凹部１４内にエンドフレーム４のシャフ
ト固定部１０が位置している。ロータベース１３の外周
部には永久磁石１５ａ〜１５ｆが固定されている。即
ち、各永久磁石１５ａ〜１５ｆは、円筒形状の磁性体に
対し軸方向に延び、６０°毎に交互にＮ，Ｓ極を着磁す
ることにより構成している。尚、永久磁石１５ａ〜１５
ｆは、６本の棒状磁石を組付けることにより構成しても
よい。

【００１６】この永久磁石１５ａ〜１５ｆはステータコ
ア２と対向している。又、図１におけるロータベース１
３の左端にはインペラ１６が一体的に設けられ、インペ
ラ１６がポンプケーシング５内に収納されている。イン
ペラ１６の回転により入口管７からエンジン冷却水を吸
入して出口管８から排出することができる。

【００１７】本実施の形態では、永久磁石１５ａ〜１５
ｆとロータベース１３と軸受１２とからロータが構成さ
れるとともに、ステータコア２とコイル３にてステータ
（固定子）が構成されている。

【００１８】ここで、ロータ用永久磁石１５ａ〜１５ｆ
とステータコア２との位置関係を説明する。図１のロー
タの軸方向におけるロータ用永久磁石１５ａ〜１５ｆの
中心位置（ロータ側磁気中心）をＬc1とし、ステータコ
ア２の中心位置（ステータ側磁気中心）をＬc2とする
と、中心位置Ｌc1とＬc2とは所定の距離ΔＬだけズレて
いる。より詳しくは、ステータコア２の中心位置Ｌc2に
対しポンプケーシング５側にΔＬだけ離間した位置が永
久磁石１５ａ〜１５ｆの中心位置Ｌc1となっている。よ
って、ロータ用永久磁石１５ａ〜１５ｆ（ロータ）には
図１中右向きの磁力が作用している。このように、ロー
タ用永久磁石１５ａ〜１５ｆとステータコア２とがロー
タの軸方向においてズラして配置され、両者間の磁力に
よりロータが軸方向でのエンドフレーム４側に付勢され
ている。

【００１９】よって、ロータがスラスト方向にガタがあ
ると振動の原因となるが、本実施の形態においては磁気
吸引力によってロータに作用する力を一定方向とするこ
とによってロータがスラスト方向に安定な状態となり回
転に伴う振動を抑制することができる。その結果、ロー
タの位置が安定することによりインペラ１６とポンプケ
ーシング５との間隔が一定となり、安定した吐出量が得
られる。又、ロータの位置が安定することによりロータ
と後記ロータ回転位置検出用磁気検出素子２６との間隔
が一定となり、安定した回転位置検出を行うことができ
る。

【００２０】モータハウジング１とポンプケーシング５
との間には、薄板よりなるキャン（仕切板）１７が挟み
込まれており、キャン１７によりステータ（固定子）が
流体から仕切られている。このように仕切部材として薄
板よりなるキャン１７を用いている。

【００２１】このキャン１７についてより詳細に説明す
ると、薄板としては厚さ０．２〜０．５ｍｍほどのステ
ンレス鋼板（ＳＵＳ）を用いている。他にも真鍮やアル
ミやセラミック等でもよく、要は非磁性体であればよ
い。図１に示すように、キャン１７は、円筒部１８と、
円筒部１８の一端（左端）から外側に延びる円板部１９
と、図４に示すように円筒部１８の他端（右端）から内
側に延びる円板部２０と、円板部２０の内周面からロー
タの軸方向に延びる内筒部２１と、内筒部２１の一端
（左端）から内側に延びる円板部２２とからなる。図１
に示すように、キャン１７における円板部１９がモータ
ハウジング１の鍔部１ｂとポンプケーシング５との間に
配置され、円筒部１８がモータハウジング１のステータ
コア支持部１ａの内周面およびステータコア２の内周面
に密着した状態で配置されている。又、図４に示すよう
に、キャン１７における内筒部２１は円板部２０を経て
エンドフレーム４のシャフト固定部１０の外周面に密着
した状態で配置され、円板部２２はシャフト固定部１０
における軸方向の端面に密着した状態で配置されてい
る。

【００２２】図１に示すように、キャン１７の円板部１
９とポンプケーシング５との間にはＯリング２３が、
又、図４に示すように、キャン１７の内筒部２１とエン
ドフレーム４のシャフト固定部１０の外周面との間には
Ｏリング２４が配置されている。図４に示すように、キ
ャン１７の円板部２２は、軸受１２のスラスト方向への
付勢力により軸受１２と接し、軸受１２の回転に伴って
軸受１２の端面がキャン１７の円板部２２の表面上を摺
動してスラスト軸受材として機能する。即ち、一般的に
よく用いられているスラスト軸受材としてのワッシャの
代わりにキャン１７から円板部２２を延設することによ
りワッシャを不要としている。

【００２３】一方、図１に示すように、エンドフレーム
４の外周面には基板２５が面接触するように配置されて
いる。即ち、基板２５がロータの軸方向に直交する方向
（径方向）に配置されている。この基板２５にはガラス
・エポキシ基板等のプリント基板が用いられ、基板２５
にはロータ回転位置検出用磁気検出素子２６が装着され
ている。磁気検出素子２６はキャン１７の円板部２０と
密着し、かつ、ロータ用永久磁石１５ａ〜１５ｆにおけ
る軸方向での端面に対向している。素子２６はリードタ
イプのものが用いられている。つまり、図４に示すよう
に、チップ２７からリードピン２８が延びており、この
リードピン２８が曲げられるとともに一端が基板２５を
貫通しており、この貫通部が固着されている。ここで、
チップ２７の裏面と基板２５との距離をＬ１とする。

【００２４】基板２５には導電パターンが形成され、こ
の導電パターンを通してロータ回転位置検出用磁気検出
素子２６が外部のモータドライバ（駆動回路）と電気的
に接続されている。尚、モータドライバ（駆動回路）は
基板２５に形成してもよい。

【００２５】又、図１に示すように、エンドフレーム４
には基板２５を覆う保護キャップ２９が取付けられ、こ
の保護キャップ２９にて基板２５が保護されている。次
に、このように構成したキャンドポンプにおけるロータ
回転位置検出の際の作用を説明する。

【００２６】ロータ用永久磁石１５ａ〜１５ｆにおける
ロータの軸方向での端面に磁気検出素子２６がキャン１
７の円板部２０に密着した状態で対向配置し、磁気検出
素子２６が永久磁石１５ａ〜１５ｆに接近している。こ
のようにして磁気検出素子２６に対する回転位置検出に
必要な磁束が確保されている。そして、磁気検出素子２
６は永久磁石１５ａ〜１５ｆからの磁界を検出して電気
信号として基板２５に出力する。このセンサ信号は永久
磁石１５ａ〜１５ｆ（ロータ）の回転位置に応じたレベ
ルとなっている。この磁気検出素子２６からの信号によ
りモータドライバにおいてトランジスタのスイッチング
制御を行い、位相および周波数を制御する。

【００２７】図７の従来方式においては、永久磁石４３
の外周側に磁気検出素子４７を配置することによる径方
向の大型化、素子支持基板４８の径方向への大型化、お
よび永久磁石４３の延設による軸方向の大型化を招いて
いた。これに対し本例では、永久磁石１５ａ〜１５ｆの
ロータの軸方向での端面に対向するように磁気検出素子
２６を配しているので、径方向の小型化が図られるとと
もに永久磁石１５ａ〜１５ｆが軸方向に長くなることが
なく、さらに、磁気検出素子２６が回転軸の中心（軸
芯）に近い位置に存在するため磁気検出素子２６を支持
する基板２５も径方向において小さくすることができ
る。よって、永久磁石１５ａ〜１５ｆおよび基板２５等
が小型化できポンプも小型化できる。その結果、コスト
ダウンも可能となる。

【００２８】このように本実施の形態は、下記の特徴を
有する。 （イ） ロータの軸方向におけるロータ用永久磁石１５
ａ〜１５ｆの端面に対向してステータ側にロータ回転位
置検出用磁気検出素子２６を配置したので、ロータ用永
久磁石２６に対しロータの径方向におけるステータ側に
対向して磁気検出素子を配置した場合に比べ、径方向に
小型化が図られる。又、磁気検出素子２６を支持する基
板２５を用いた場合においては、基板２５も径方向に小
さくできる。さらに、図７に示す永久磁石の延設部４３
ａを設ける必要がないので、軸方向に小型化できる。 （ロ） 前記（イ）におけるロータ用永久磁石１５ａ〜
１５ｆとステータ用コイル３とをロータの軸方向におい
てズラして配置し、両者間の磁力によりロータを軸方向
に付勢するようにしたので、ロータの軸方向でのガタツ
キを抑制することができる。 （ハ） 前記（イ）における仕切部材として薄板よりな
るキャン１７を用いたので、ロータ回転位置検出用磁気
検出素子２６と永久磁石１５ａ〜１５ｆとをより接近
（密着）して配置することができ、検出精度を向上させ
ることができる。

【００２９】これまで説明した形態の他にも次の形態に
て実施してもよい。図５に示すように、ロータ回転位置
検出用磁気検出素子２６として、基板２５に直接実装し
た、いわゆるチップタイプのものを用いてもよい。つま
り、基板２５の表面に半田等によりチップ２７が接合さ
れている。ここで、チップ２７の裏面と基板２５との距
離をＬ２としている。

【００３０】この場合、図４のリードチップを用いた場
合に比べて、さらに軸方向にポンプ全長が小型化できる
（図４と図５において、Ｌ２＜Ｌ１）。又、図４のリー
ドピン２８が曲がるといったこともなく、取付け位置精
度も向上し、安定した回転位置検出を行うことができ
る。

【００３１】他の形態として、図６に示すように、ステ
ータコア２の中心位置Ｌc2に対しエンドフレーム４側に
ΔＬだけ離間した位置が永久磁石１５ａ〜１５ｆの中心
位置Ｌc1となるようにしてもよく、この場合にはロータ
はインペラ１６に接近する方向に付勢され、ロータに一
定方向のスラスト荷重を磁気吸引力によって常に付与す
ることができる。

【００３２】又、仕切部材は、薄板よりなるキャン１７
の他にも樹脂等を用いてもよい。

【００３３】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１，２に記
載の発明によれば、小型化を図ることができる優れた効
果を発揮する。

【００３４】請求項３に記載の発明によれば、請求項
１，２に記載の発明の効果に加え、ロータの軸方向での
ガタツキを抑制することができる。請求項４に記載の発
明によれば、請求項１，２に記載の発明の効果に加え、
ロータ回転位置検出用磁気検出素子による位置検出精度
を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施の形態における電動式のウォータポンプ
の縦断面図。

【図２】 ウォータポンプの側面図。

【図３】 ウォータポンプのモータ部分における断面
図。

【図４】 ウォータポンプの一部拡大断面図。

【図５】 他の実施の形態における電動式のウォータポ
ンプの断面図。

【図６】 他の実施の形態における電動式のウォータポ
ンプの縦断面図。

【図７】 従来技術を説明するための電動式のウォータ
ポンプの縦断面図。

【符号の説明】

１…モータハウジング、２…ステータを構成するステー
タコア、３…ステータを構成するコイル、５…ポンプケ
ーシング、１２…ロータを構成する軸受、１３…ロータ
を構成するロータベース、１５ａ〜１５ｆ…ロータを構
成するロータ用永久磁石、１６…インペラ、１７…仕切
部材としてのキャン、２６…ロータ回転位置検出用磁気
検出素子

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ブラシレスモータにおけるロータベース
   にインペラを設けるとともに、仕切部材にてステータが
   流体から仕切られた流体ポンプであって、 ロータの軸方向におけるロータ用永久磁石の端面に対向
   して前記ステータ側にロータ回転位置検出用磁気検出素
   子を配置したことを特徴とする流体ポンプ。
2. 【請求項２】 筒状をなすモータハウジングと、 前記モータハウジング内に固定され、コイルが巻回され
   たステータコアと、 前記モータハウジング内に回転可能に配置され、外周面
   に前記ステータコアに対向する永久磁石を固定したロー
   タベースと、 前記ロータベースの一端に設けられたインペラと、 前記モータハウジングと結合され、前記インペラを収納
   するポンプケーシングと、 少なくとも前記コイル及びステータコアを流体から仕切
   るための仕切部材と、 ステータ側において前記永久磁石の軸方向での端面に対
   向して配置され、ロータ回転位置を検出するための磁気
   検出素子とを備えたことを特徴とする流体ポンプ。
3. 【請求項３】 ロータ用永久磁石とステータ用コイルと
   をロータの軸方向においてズラして配置し、両者間の磁
   力によりロータを軸方向に付勢するようにした請求項１
   または２に記載の流体ポンプ。
4. 【請求項４】 前記仕切部材として薄板よりなるキャン
   を用いた請求項１または２に記載の流体ポンプ。