WO2007072561A1

WO2007072561A1 - 偏平型ブラシレスモーターポンプ及び該偏平型ブラシレスモーターポンプを用いた車両用電動ウオーターポンプユニット

Info

Publication number: WO2007072561A1
Application number: PCT/JP2005/023611
Authority: WO
Inventors: Hiroshi Yoshida; Shinichi Yaginuma
Original assignee: Yamamoto Electric Corporation
Priority date: 2005-12-22
Filing date: 2005-12-22
Publication date: 2007-06-28
Also published as: EP1972791A4; US20080226474A1; JPWO2007072561A1; CN101341340B; JP4841565B2; EP1972791A1; CN101341340A

Abstract

　偏平型ブラシレスモータと；該偏平型ブラシレスモータの回転軸に連結されたインペラと；前記偏平型ブラシレスモータと、前記インペラとを収容し、流体を吸入する吸入口と、流体を吐き出す吐き出し口とを有するポンプケーシングと；前記ポンプケーシングの一部を構成し、前記回転軸を回転自在に軸承する前記偏平型ブラシレスモータの軸受を保持するモーターカバーとを備え、前記モータの回転軸を回転させることにより流体を前記吸入口から吸入し前記吐き出し口から吐き出しするようにした偏平型ブラシレスモーターポンプであって、前記偏平型ブラシレスモーターは、　複数の電機子コイルが巻回されたコアと、該電機子コイルに電気的に接続されたターミナルとを有し、前記コアとターミナルを樹脂により水密にモールドして形成された固定子部と、　前記コアに空隙を介して対向配置されたマグネットと、前記回転軸と、該回転軸に固定され該マグネットを保持するヨークとから形成された回転子部とを備え、前記軸受は水膜により前記回転軸を滑らせる水中軸受である。

Description

明細書

偏平型ブラシレスモーターポンプ及び該偏平型ブラシレスモーターポンプを用いた車両用電動ウォーターポンプユニット

技術分野

[0001] 本発明は流体ポンプ、特に車両の内燃機関用ラジェータ等の液冷装置に用いて好適な偏平型ブラシレスモーターポンプ及び該偏平型ブラシレスモーターポンプを用いた車両用電動ウォーターポンプユニットに関するものである。

背景技術

[0002] 従来、車両に搭載されて用いられる内燃機関用液冷ポンプは、エンジンの回転軸に装着されたプーリの回転をベルトによって当該ポンプに伝送して運転されるものが多かった。このようなポンプはベルト駆動されていたので、取付位置は自ずとエンジンの近くに制限され、取付場所の自由度が少ない為エンジンノレーム内に無駄なスぺースを生じていた。またエンジンが高回転で回っている場合、必要以上に無駄な流量をもたらし、或いは冷却液が高温の状態でエンジンが停止された場合には、エンジンォィル等の劣化を招いていた。そこで近年、このような所謂ウォーターポンプとして、ェンジンで駆動されるポンプとは別にモーターで駆動される電動ポンプを用意し、当該ポンプをモータと一体化した電動ウォーターポンプが採用されてきている。

[0003] このような電動ウォーターポンプはモーターを動力源としているので、例えばアイドリング停止中などのような、エンジン停止中の場合でも、エンジン内を循環する流体を必要流量に保ち効率の良い冷却を行うことができる。また、エンジンが高回転で回つてレ、る場合は、液温に応じた必要な流量で流体を循環してエンジンを冷却することができ、燃費向上の点でも利用価値が高まってきている。

[0004] 従来のモーターポンプとしては例えば特開平 5— 10286号に開示されているようなものがある。この技術はポンプハウジングとしての非磁性材料で形成されたケーシング内に、羽根 (ポンプインペラ)と共通の軸周りにマグネットを装着した回転子を配設している。また、ケーシングを間に挟んで回転子と対向する位置に、回転子磁石の周囲に電機子卷線を施した固定子を配置している。このように、回転子部をポンプハウジング内に装備して、モータとポンプとの間に介在する部品点数を低減しシール性を向上させたものとしている。

[0005] 特許文献 1 :特開平 5— 10286号

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0006] し力しながら、上記従来の技術は、ポンプケーシング内に回転子を配設した構成とすることは可能である力ポンプケーシング外に固定子コアと卷線を施す必要があり、更にその固定子への給電や固定子の保持'囲繞を行う構成が必要であり、依然として、小型化、載置性の点で問題がある。更にこのモータは回転子の軸方向に長く構成された筒型の形状を呈しており、車両のエンジンルーム内の無駄なスペースの問題を解消するには至らない。

[0007] 更に上記従来の技術は、回転子をポンプケーシング内に配置した構成ではあるが、軸受部の構成が具現化されてなぐ軸受付近で流体の滞留を招く恐れがある。更にケーシングが回転子の軸方向に長くなるため、ポンプ吸入口から吐出口へ流体がスムーズにターン (流れることが）できなくなる。また、回転子が軸方向に長い為、流体の回転子軸、ハブ、回転子磁石からなる回転体に対する抵抗が大きいということと相俟つて、モーター体格や消費電力の大きなモーターを必要とするなどの問題が生じる。更に一般にモーターポンプとして構成する場合、軸受部の水密性を工夫する必要があり、その場合には、シール構造に多大な労力を必要としたり、シール部分から液漏れを生じ軸受の故障を生じる等の問題があった。

[0008] また、キャンドモーターポンプ（CANNED MOTOR PUMP)ポンプのように、ステータなどの導電部を非磁性材からなるキャン（CAN)で液密に囲繞する従来例もあるが、この場合キャン (CAN)の部品点数が増える上、電機子コイルやスイッチング素子等の発熱部を十分に冷却できないという問題がある。

[0009] 本発明は上記従来技術の問題点に顧みてなされたもので、上記従来技術の問題点を解消しうる偏平型ブラシレスモーターポンプ及び該偏平型ブラシレスモーターポンプを用いた車両用電動ウォーターポンプユニットを提供する事を目的とする。課題を解決するための手段 [0010] 上記課題を解決するために、本発明は以下の様に構成される。

[0011] (1)偏平型ブラシレスモーターポンプは、偏平型ブラシレスモータと；該偏平型ブラシレスモータの回転軸に連結されたインペラと；前記偏平型ブラシレスモータと、前記ィンペラとを収容し、流体を吸入する吸入口と、流体を吐き出す吐き出し口とを有するポンプケーシングと；前記ポンプケーシングの一部を構成し、前記回転軸を回転自在に軸承する前記偏平型ブラシレスモータの軸受を保持するモーターカバーとを備え、前記モータの回転軸を回転させることにより流体を前記吸入口から吸入し前記吐き出し口から吐き出しするようにした偏平型ブラシレスモーターポンプであって、前記偏平型ブラシレスモーターは、

複数の電機子コイルが卷回されたコアと、該電機子コイルに電気的に接続されたタ一ミナルとを有し、前記コアとターミナルを樹脂により水密にモールドして形成された固定子部と、

前記コアに空隙を介して対向配置されたマグネットと、前記回転軸と、該回転軸に固定され該マグネットを保持するヨークとから形成された回転子部とを備え、前記軸受は水膜により前記回転軸を滑らせる水中軸受である。

[0012] (2)偏平型ブラシレスモーターポンプは、偏平型ブラシレスモータと；該偏平型ブラシレスモータの回転軸に連結されたインペラと；前記偏平型ブラシレスモータと、前記ィンペラとを収容し、流体を吸入する吸入口と、流体を吐き出す吐き出し口とを有するポンプケーシングと；前記ポンプケーシングの一部を構成し、前記回転軸を回転自在に軸承する前記偏平型ブラシレスモータの軸受を保持するモーターカバーとを備え、前記モータの回転軸を回転させることにより流体を前記吸入口から吸入し前記吐き出しロカ吐き出しするようにした偏平型ブラシレスモーターポンプであって、前記偏平型ブラシレスモーターは、

複数の電機子コイルが卷回されたコアと、該電機子コイルに給電してモーターを駆動し制御する制御基板と、該制御基板に電気的に接続されたターミナルとを有し、前記コアと前記制御基板と前記ターミナルとを樹脂により水密にモールドして形成された固定子部と、

前記コアに空隙を介して対向配置されたマグネットと、前記回転軸に固定され該マグネットを保持するヨークとから形成された回転子部とを備え、

前記軸受は水膜により前記回転軸を滑らせる水中軸受である。

[0013] (3)上記（1)または（2)の偏平型ブラシレスモーターポンプにおいて、前記回転軸に軸方向に貫通する孔を設け、前記ポンプの前記吸入口から流入した流体が、前記軸受内周部を通過した後前記孔内に流入して前記吸入口側へ還流するようにした。

[0014] (4)上記（3)の偏平型ブラシレスモーターポンプにおいて、前記軸受の外周に前記回転軸の軸方向に沿って流体の流路となる複数の溝が設けられ、前記吸入口から流入した流体が、該複数の溝を通過した後前記孔内に流入して前記吸入口側へ還流するようにした。

[0015] (5)上記（1)または（2)の偏平型ブラシレスモーターポンプにおいて、前記コアは、複合軟磁性材を一体成形して形成されてレ、る。

[0016] (6)上記（5)の偏平型ブラシレスモーターポンプにおいて、前記コアの前記電機子コィル側の面に、コアと同質材からなり、前記回転軸に同心円状に形成されたリング状のアッパーティースを配設した。

[0017] (7)上記（1)から（6)までのレ、ずれかの偏平型ブラシレスモーターポンプにぉレヽて、前記インペラは樹脂で形成され、前記ヨークに一体にモールド形成された。

[0018] (8)上記（1)から（6)までのレ、ずれかの偏平型ブラシレスモーターポンプにぉレ、て、前記インペラは樹脂で形成され、前記マグネットのヨークとの当接面を除く部位を被覆すると共に前記ヨークに一体にモールド成形して形成した。

[0019] (9)車両のエンジンと熱交換器との間で冷却水を循環させるための液冷ユニットを構成する車両用電動ウォーターポンプであり、該車両用電動ウォーターポンプは、偏平型ブラシレスモータと；該偏平型ブラシレスモータの回転軸に連結されたインペラと；前記偏平型ブラシレスモータと、前記インペラとを収容し、流体を吸入する吸入口と、流体を吐き出す吐き出し口とを有するポンプケーシングと；前記ポンプケーシングの一部を構成し、前記回転軸を回転自在に軸承する前記偏平型ブラシレスモータの軸受を保持するモーターカバーとを備え、前記モータの回転軸を回転させることにより流体を前記吸入口力吸入し前記吐き出し口力吐き出しするようにした車両用電動ウォーターポンプであって、前記偏平型ブラシレスモーターは、

[0020] 上記（1)に記載の偏平型ブラシレスモーターポンプによれば、水密性を必要とする固定子を樹脂でモールドし、且つ軸受を水中軸受で構成したので簡易な構成でモ一ター内部を液潤構造にすることができるので、電機子コイル等の発熱部を十分冷却可能としてモータ特性を向上でき、モーターポンプとして構成する場合のシール部品、特に軸受部のシール部品も大幅に低減できると共に、軸受と回転軸との摩擦係数が小さくなり軸受寿命が長くなる。更に偏平型のブラシレスモータをコアードタイプ (有鉄心）の電機子で構成したので、トルク特性も一般の筒型コアードモータに比して遜色ない性能を得ることができる。また、軸方向寸法を大幅に低減することで略ラジエータの配管径ほどの偏平型に構成でき、載置性を格段に向上できることはもちろん、ポンプ吸入ロカ吐出口へのターンがスムーズに流れるようになる。又、回転軸が短いので流体の接触面積が小さぐ水の抵抗が少なく筒型のモータに比して消費電力を少なくできる。

[0021] 上記（2)に記載の偏平型ブラシレスモーターポンプによれば、上記（1)の作用に加えて、モーターを駆動する制御基板をモーター内に内臓したので、スイッチング素子等の発熱部の放熱性を向上してモータ駆動部の信頼性を向上でき、且つ、車両等の制御部の構成を簡素化でき、使用性が増し車両等の設計の自由度が向上する。

[0022] 上記（3)に記載の偏平型ブラシレスモーターポンプによれば、回転軸に軸方向に貫通する孔を設け、ポンプの吸入口から流入した流体が回転子と固定子の間を通過して軸受内周部を通過した後、該孔内に流入してポンプの吸入口側へ還流するようにしたので、軸受と回転軸との摺動面の摩擦係数の低減化が図れる。

[0023] 上記 (4)に記載の偏平型ブラシレスモーターポンプによれば、軸受の外周に流体の流路となる複数の溝を設けたので、ポンプ吸入口→回転子（ロータ）外周部→固定子と回転子の間隙→軸受外周部→貫通孔に至る流体の循環を形成でき、軸受付近で流体が滞留する恐れがなくポンプ性能を向上できる。

[0024] 上記（5)に記載の偏平型ブラシレスモーターポンプによれば、複合軟磁性材をー体成形して形成したコアを用いているので、積層鋼板に比して軽量化できると共に、コア形状による設計の自由度が向上し特に偏平型モータのようなコア形状の製作性が向上する。この複合軟磁性材は、各々絶縁被覆された軟磁性鉄粉にバインダーを混合して圧粉成形して焼結処理した、焼結コア (圧粉磁心）としているので、渦電流損失が小さぐ偏平型モータであってもトノレク特性を大幅に向上できるので、筒型コアードモータと比して遜色ないモータ特性を得られる。特に高周波域で鉄損の損失が小さレ、ので、 PWM制御等での高調波対策にも有効である。

[0025] 上記（6)に記載の偏平型ブラシレスモーターポンプによれば、コアの磁極面に複合軟磁性材からなるリング状のアッパーティースを配設したので、周方向の磁気的空隙部を充足しトルクリップルゃコギングトルクを低減できると共に、三次元的に粒子が絶縁皮膜処理されているので磁束の方向を問わず、電機子コイルとマグネット間の磁路をスムーズに形成するので磁力が向上する。

[0026] 上記（7)に記載の偏平型ブラシレスモーターポンプによれば、インペラを樹脂で口ータヨークに一体にモールド形成したので、製作性を向上でき軽量化できる。更にョ一クと軸方向間隔を開けずに一体で成形するので、インペラの高さを回転軸と略同長に構成でき偏平化に寄与できるようになる。

[0027] 上記（8)に記載の偏平型ブラシレスモーターポンプによれば、インペラとマグネット装着後の回転子とを樹脂により一体にモールド成形したので、請求項 7同様インペラの製作性を向上できると共に軸方向長を短縮できる。更に、仮にマグネットの剥れ、損傷等が生じても、樹脂によりマグネットの保持機能が付加されるので、マグネット飛散の恐れを生じない。

[0028] 上記（9)に記載の車両用電動ウォーターポンプユニットによれば、車両用内燃機関のウォーターポンプユニットとして上記（1)から (8)までのいずれかに記載の偏平型ブラシレスモーターポンプを搭載したので、熱交換器と一体型が図れ配管作業を簡素化できると共に、エンジンルーム内の省スペース化や、設計の自由度が増す。また、エンジン直結型のメカ式ポンプ（エンジンによるベルト駆動による動力ポンプ）の代わりに載置することにより、不必要な流量を低減し最適流量を確保できるので、 2〜 3%の燃費向上が図れる。

発明の効果

[0029] このように、本発明によれば、軸受要素を水密にシールする必要がなぐ薄型モーターを採用しつつも、モータ特性を向上してポンプ能力を確保し、ラジェータ等への搭載を小スペースで可能にし、ユニットとしての冷却系配管を簡素化できる、偏平型ブラシレスモーターポンプとそれを使用した液冷ユニットを提供する事ができる。発明を実施するための最良の形態

[0030] (実施例）

以下、本発明の実施の形態を添付図に基づいて説明する。

[0031] 図 1は本発明のブラシレスモーターポンプの実施例の側面及びその一部内部構造を示す一部破断面図であり、図 2Aはその外観斜視図であり、図 2Bはその等価回路図である。

[0032] 図 1の参照符号 10はブラシレスモーターポンプ 1のケーシング（ハウジング）であり、 12、 14はそれぞれケーシング 10に設けられた流体の吸入口、流体の吐出口であり、インペラ（ファン） 16を回転させることにより流体を吸入口 12から吸入し吐出口 14へ流体をターン（流れ）させて吐出口 14から排出させる。インペラ 16は複数枚のブレード 18をハブ 20上に放射状に配設して形成され、モーターのロータ（回転子）ヨーク 22 に固定され、ロータヨーク 22と一体に回転する。

[0033] インペラ 16は金属もしくは耐ロングライフクーラント（耐エチレングリコール)樹脂等で形成される。インペラ 16は金属製の場合は、ロータヨーク 22に溶接等で固着され、樹脂製の場合は後述するようにヨーク 22と一体的に形成される。 24は各々が扇形もしくは円環状に形成され磁極を帯びた複数のマグネット（永久磁石）であり、ヨーク 22 に接着剤等で固定される。ヨーク 22を回転軸 26に固着することで、ヨーク 22とマグネット 24と回転軸 26とから成る回転子（ロータ）部 2が形成される。

[0034] 参照符号 30は、回転軸 26の軸方向に、マグネット 24と空隙を介して対向するように配置されたコアである。図 7Aに示すように、コア 30においては、円板状のコア基部 34に略扇形状の複数のコア部 32が回転軸 26と同心円状に円周方向に等間隔で突設されて形成されている。更に、絶縁部材 36を介して各コア部 32の周囲には電機子としてのコイル 40が卷回されている（図 8参照）。ここでコア部 32の数は、例えば、 9個である。コア 30は透磁率の高い珪素鋼板もしくは純鉄粉とバインダーからなる複合軟磁性材料 (bonded soft magnetic material)を一体成形して熱処理した焼結コア（圧粉磁心）で形成され、図 7Aに示すように円板状のコア基部 34の上に、略扇形状の複数のコア部 32を設け、各コア部 32の上部に突起部 38を設けてなる。

[0035] 複合軟磁性材料としては、例えば、 Mitsubishi Materials社製の MBS (Mitsubishi M aterials Bonded Soft Magnetic Material)を使用する。複合軟磁性材料とは、電気絶縁皮膜処理を施された鉄粉の圧粉成形体であり、従来の鉄粉磁心材料に比べて磁束密度が高ぐ金属材料の 1000倍の比抵抗を有する。

[0036] 特に本発明のように三次元的形状を有するコア 30としては、 1ショットで一体成形できる焼結コアが有益である。し力もこの焼結コアは、積層材と比して軽量ィ匕できる上、平均粒径が約 80 μ m〜100 μ m程度の鉄粉 (純鉄粉）に電気絶縁皮膜処理を施して形成されているので、渦電流損失が極めて小さぐ磁気特性を向上できる。特に高周波域での渦電流損失は珪素鋼板材よりも優れたものとなり（図 7B参照）、 PWM制御時等における高調波対策にも有利に作用する。

[0037] 図 8に示すように、コア部 32の磁極面に円周方向に配設された電機子コイル 40上を横断するように、コア 30と同質材のリング状のアッパーティース 42が設けられている。アッパーティース 42は、回転軸 26と同心円状に設けられ、コア部 32の突起部 38 に対応して複数の嵌合孔 44が円周方向に配置されている。嵌合孔 44はそれぞれコァ部 32の対応する突起部 38に嵌合するように設けられている。尚、このアッパーティース 42は必要なモーター出力特性を確保できる場合には省略しても良レ、が、リング状に連続的に周方向磁路を形成することにより、周方向の磁気的空隙部を充足するため、トルクリップル、コギングトルクを抑える効果を有する。特にアッパーティース 42 をコア 30と同質材である複合軟磁性材から構成した場合、加工性が容易になる。

[0038] 更に、複合軟磁性材は、電気絶縁皮膜処理された鉄粉の集合体なので、三次元的に絶縁されており磁気的に等方である（図 7C参照）。よって複合軟磁性材は、磁束の方向を問わないので、自由な磁気回路設計が可能であり、電機子コイル 40とマグネット 24間にスムーズな磁路を形成でき磁力向上が図れる。尚、積層材は 2次元的な絶縁性を有する（図 7D)参照）ので、絶縁膜に沿った磁気回路設計が必要となる。

[0039] コア 30の下方には、電機子コイル 40の終端力マグネットの位置に応じて順次、通電順序を切り替え可能なように連結されると共に、コネクタ 50を構成するターミナル 5 2が配設された基板 54が設けられている。尚この実施例ではモータ 1は、所謂 3相位置センサレスブラシレスモータを構成しており、ターミナル 52は 3本設けられ、これらターミナル 52は 3本の給電線 56と電気的に接続され、該給電線 56により給電される。そして電機子コイル 40が卷回されアッパーティース 42が配設されたコア 30と、基板 54と、ターミナル 52とを有する固定子部 3を、例えばポリエステル樹脂からなるモールド樹脂 37で一体的にモールドして、流体に浸漬可能な構成にしている。

[0040] 図 3はポンプ 1の底面図であり、モータカバー 70を取り外した状態を示す。図 4は、回転子 2を回転自在に軸承する軸受 62を示す斜視図であり、図中の矢印は流体の流れを示す。図 1 , 3、 4に示すように、固定子 3をモールド樹脂 37で成形した後、軸受 62は以下のようにして配設される。即ち、モールド樹脂 37の中心空洞部 38に軸受 62の外周部 66を外嵌し、軸受 62の内周部に回転軸 26を嵌合して回転軸 26の両端を Eリング (止め輪） 68、 68で位置決めすると共に、軸受 62の一端部をモータカバー 70に膨出形成されたリング状の凸部 70aに当接させる。この軸受 62は水中で使用可能な無注水型の水軸受（水中軸受）であり、炭素繊維 (カーボン Fiber)等で形成される。

[0041] 図 3、図 4に示すように、軸受 62はその中心部に回転軸の軸方向に沿った回転軸孔 69を有し、更に外周部に回転軸の軸方向に沿った複数の溝 74と、各溝 74の軸方向の両端角部には当該溝 74に連設した端面溝部 75、 75とを有し、これらで流体の流路を形成している。ここで、流体の流路について説明する。図 15は回転子、軸受けの断面図であり矢印で流路を示している。即ち、インペラ 16側から流入した流体（例えば、水）は、図 1、図 15中に矢印で示したように、ヨーク 22外周部から固定子部 3 とマグネット 24の間隙を通り、一部は上方の Eリング（止め輪） 68を介して軸受 62の内周と回転軸 26の隙間（軸受と回転軸との摺動面） 76を下方に流れ、回転軸 26の貫通孔 64に流入して上昇し、インペラ 16側に還流する流路を形成する。もう一方の流路は、同様に、ヨーク 22外周部から固定子部 3とマグネット 24の間隙を通り、上方の端面溝部 75から溝 74を通って下方の端面溝部 75を介してモータカバー 70の凸部 70aの内側に流れ、回転軸 26の貫通孔 64に流入して上昇しインペラ 16側に還流する流路を形成する。図 1 ,図 15にはこのような流体の流れを矢印で示している。

[0042] このような構成により、水膜により回転軸 26を滑らせ、常に流体が循環するので、モ一タカバー 70の内壁面付近で流体が滞留する恐れを無くしポンプ効率を向上できると共に、軸受部を液密にシールする必要がないので構成が簡単になる。しかもヨーク、マグネットからなる回転子部の軸方向のサイズが短いので、回転体との水の抵抗が小さくなり、消費電力を少なくすることができモータポンプのより小型化を図れる。また、軸受と回転軸はその間の隙間 76内の水膜により滑りが良いため摩擦係数が極めて小さぐ軸受としての寿命を大幅に向上できる。

[0043] 図 5, 6は回転子の構成例を示す断面図である。図 5において、インペラ 16は耐熱性を有した耐ロングライフクーラント樹脂（エチレングリコール等のロングライフクーラントに耐えうる樹脂）で構成され、インペラ 16をヨーク 22へモールド樹脂 39により一体的に構成し、その後にマグネット 24をヨーク 22の下面に取り付けしている。ヨーク 2 2の上側表面には凹凸を設けて樹脂が付着され易いようにしてレ、る。このようにしてョ一クー体型インペラを構成出来るので、構成が簡易であり軸方向寸法も小さくできる

[0044] 図 6は回転子の別の構成例を示す断面図である。図 6において、インペラ 16は同様に耐熱性を有した耐ロングライフクーラント樹脂で構成され、ヨーク 22の下面にマグネット 24を取付けした後、回転軸 26とヨーク 22との当接部位を除いて、インペラ 16 とヨーク 22とマグネット 24とを樹脂 39で一体的にモールドするようにしている。即ち、樹脂 39はヨーク 22の上面のみならず、その側面からマグネット 24の下面、側面をも一体的にモールドしている。

このようにすることで、マグネット 24を、ヨーク 22への非固着面側力も被覆して保持することが可能になり、例えば、運転中の振動によるマグネット 24の外れ、損傷等によるマグネット 24の飛散を防止することができる。

[0045] 以上のように構成されたブラシレスモーターポンプの固定子側を、図 1に示すようにケーシング 10とモーターカバー 70の外周縁間にシール部材として単一の Oリング 80 を介して浅底の皿状のモータカバー 70を被せることにより本発明のブラシレスモータ一ポンプが完成する。モーター部 2, 3はポンプケーシング（ノ、ウジング） 10内に収まるので極めて小型化でき、車両への載置性が格段に向上する。更に、固定子、回転子及び軸受を浸漬可能に構成したので、水密性確保のためには単一の〇リング 80 を用いれば良ぐ水密構成を簡素化できる。

し力、も従来の筒型コアードモータのように軸方向に長くなレ、ので、吸入口から吐出口への流体のターンをスムーズに行うことができ、ポンプ効率の点でも優れたものになる。

[0046] 図 9は本発明のモーターポンプとしてのモーター性能曲線を示す図である。図から明らかなように、目標とする有効トルク帯で出力 100W以上を確保できるので、一般的な車両（例えば、排気量 2500cc程度までのエンジン）が必要とする冷却水量 80 〜： 110L/minを十分可能とする。

[0047] 以上は本発明のブラシレスモーターポンプの基本的な構成例を示すもので、モーターの駆動回路を構成する制御基板を、モーターポンプの外部、例えば車両の制御部（ECUユニット)側に載置することで運転可能とした例である。従って、この場合には基板 54は、電機子コイル 40に後述する誘起電圧検出回路を介して接続されたリ一ド線を配線する基板として機能する。図 2Bはこの場合のモーターポンプ内の等価回路である。他方、モーターとしての使用性、エンジンへの搭載性を向上する上で、モーター制御部をモーター内部の基板に設置することも可能である。

[0048] 図 10はそのようなブラシレスモーターポンプの別の実施例の側面及びその一部内部構造を示す一部破断面図であり、図 13は、モーター制御部等の回路ブロック図である。これらの図において、図 1から図 9と同一機能の構成要素については同一符号を付してその重複説明は省略する。本実施例においては、各相の電機子コイル 40の終端は、誘起電圧検出素子 95等からなり位相を検出する公知の誘起電圧検出回路 94を介して基板 55に接続されている。誘起電圧検出素子としては本実施例では例えば 2個の抵抗 95を直列接続して構成した 3組の分圧回路手段を構成してレ、る。誘起電圧検出回路 94の他に、基板 55にはスイッチング素子 92等の電子部品 90を搭載して制御基板を構成している。具体的には、基板 55には、磁極位置検出回路 96、複数のスイッチング素子 92から成る出力回路 91、制御回路 98、論理回路 97が搭載されている。該制御基板 55、コア 30、ターミナル 52は樹脂で一体にモールドされて固定子部 3を形成している。

[0049] この実施例では、 ECU 100と制御基板 55との間は 4本のリ一ド線 102で接続され、これらは 2本のモーター給電線 102c、 102d、及び 2本の信号線、例えば車両等の E CU100力、らの制御信号を送受信する信号線 102a，102bである。 2本の信号線は、例えば、 ECU100からの指令信号を送信する信号線 102aと、 ECU100が、指令信号に応じたモーター部の駆動信号を受信する信号線 102bである。このようにモータ一制御回路をモーター内部に搭載することで、スイッチング素子等の発熱部の冷却効率が増し信頼性が向上すると共に、車両等の被搭載部における ECU100の構成を簡素化でき、適用車種や、被搭載部のバリエーションを広く設計することができる。

[0050] 以上のように構成された偏平型ブラシレスモーターポンプの動作について、モータ一制御基板 55をモーターポンプ内部に内蔵した例に関して、図 12〜図 13等を用いて説明する。尚、本実施例では回転子が 6極、固定子磁極（コア）が 9極構成のもので説明するが、これに限定される必要はない。また回転方向ゃ通電パターンは説明するのに便宜上特定したものであり、特にそれらに限定されない。

[0051] バッテリ 150で駆動される ECU100は、ポンプ駆動指令を信号線 102aを介して送信する。モーター内臓の制御回路 98は、ポンプ駆動指令をコネクタ 50, 50、ターミナル 52を介して受信し、そのポンプ駆動指令に基づき出力回路 91へ起動信号を出力し、 6個のスイッチング素子 92のオンオフ制御を開始する。

[0052] 起動時は、回転子部 2のマグネット 24の位置が特定できないため、任意の相、例えば U—Vコイルへ通電するリセット運転を実行し、 U1 _V1、 U2_V2、 U3—V3コィルを励磁させる。ここで、 Ul， U2一-はそれぞれ U相の電機子コイル、 VI， V2—- はそれぞれ V相の電機子コイル、 Wl , W2一-はそれぞれ W相の電機子コイルを示す（図 13参照）。すると図 12に示すように U1コイルと VIコイルの磁極部にマグネット Sl、 Nlが対峙し、 U2コイルと V2コイルの磁極部にマグネット S2、 N2が対峙し、同じょうに図示しない U3コイルと V3コイルの磁極部にマグネット S3、 N3が対峙するようにリセットされ、スイッチングを一端停止する。

[0053] 次に、対峙マグネット 24の位置に基づき制御回路 98は始動用の通電タイミング信号を出力し、本実施例では V—Wコイルへ通電する。これにより、 V1 _W1、 V2-W 2、 V3—W3と各相の 3コイルが同時に励磁され、図 12に模式的に示すような磁束が生じる。

尚、図 12では、紙面の裏から表に向力電流の方向を丸の中にドッ Η · )のマークで示し、紙面の表力も裏に向力電流の方向を丸の中にクロス（X)のマークで示し、便宜上特定の励磁コイルのみを示す。ここで、 VIコイルが励磁して直近のマグネット N1から流入する磁力が生じ、 W1コイルが励磁してマグネット S2へ流れる磁力が生じる。同時に V2コイルが励磁して直近のマグネット Ν2から流入する磁力が生じ、 W2 コイルが励磁してマグネット S 3へ流れる磁力力 S生じる。同じように図示しなレ、V3— W 3コイルにも磁力が生じ回転子に紙面左方向へ一定方向の力が作用し、次に V— U コイルへ通電することにより回転子が次第に増速する。

[0054] このようにコイルへの通電順序を順次スイッチングすることで、回転子が一定方向に回転する。この間アッパーティース 42には、周方向の磁路が生じ極間の磁気的空隙部を埋める作用が生じるので、コギングトルクやトルクリップルを緩和して磁気特性を向上させる。特にコア 30とアッパーティース 42を共に、三次元的に絶縁皮膜された複合軟磁性材で構成すると、三次元方向に磁束がスムーズに流れ易くなり磁気特性が向上する。力かる状態が継続して一定の回転速度に達すると、マグネット 24と電機子コイル 40により誘起電圧が発生し、その電圧を誘起電圧検出回路 94が読み込む

[0055] そして磁極位置検出回路 96が、誘起電圧検出回路 94により検出された各相の誘起電圧の差に相当する相間検出電圧を生成すると共に、その相間検出電圧のゼロクロス点を検出することにより例えば 120° づっずれたパルス幅 180° の磁極位置検出信号を論理回路 97に出力する。論理回路 97は 6個のスイッチング素子 92を各々オンオフ制御する為の、例えばノ^レス幅 120° の通電タイミング信号を生成し、その通電タイミング信号に基づいて、制御回路 98が出力回路 91の各スイッチング素子 9 2のオンオフ制御を行う。

[0056] このようにして回転されるインペラ 16により、ポンプケーシングの吸入口 12から吸引された流体は、吐出口 14へ吐き出される。インペラ 16が所定の回転速度に達した後、モーターポンプ 1は液温や制御時間に応じた運転が行われ、適宜流量を調整する

。この間、一部の流体はヨーク 22外周側からマグネット 24と固定子部 3の間隙を通り、一方において軸受 62の内周と回転軸 26との隙間 76に沿って下降して流れ、他方において軸受 62の端面溝部 75から軸受 62の外周部の溝 74に沿って下降し軸受 6 2の下方の端面溝部 75に流れる。その後、これらの流路を流れた流体は、モータ力バー 70の凸部 70aの内側に流れ、その後、モータカバー 70の内壁面に沿ってリタ一ンし、回転軸 26の貫通孔 64に流入して上昇し、回転軸 26の上端から流出し、インぺラ 16側に還流する。こうして軸受 62は、水軸受としての機能を維持する。

尚、上記の動作例では一般的な公知の位置センサレス制御を行なって良ぐ更にマイクロコンピューターによる回転子位置推定手段等を付加して、適宜回転子の位置検出精度の向上を図っても良い。

[0057] このように構成されたブラシレスモーターポンプを車両用内燃機関の熱交換器 (ラジエーター）部に装着して、車両のエンジンと熱交換器との間で冷却水を循環させるための液冷ユニットを構成する車両用電動ウォーターポンプとした場合について説明する。この場合、図 11に示すようにブラシレスモーターポンプはラジエーター 130 に直結できるようになる。その場合の動作を、エンジンにおける冷却水の流路を模式的に示した図 14A、図 14Bを用いて説明する。

[0058] 先ず図 14Aに示すように、本発明によるブラシレスモーターポンプ 1をエンジンによる動力ポンプ 110と併用した場合について説明する。通常動作中（エンジン作動中）は、エンジン作動により動力ポンプ 110が機能する。即ち、始動後、冷却水水温がサ一モスタツト式制御弁 112のモニター温度（所定温度）に到達するまでは、通路 114 、動力ポンプ 110、エンジン内流路 116の経路を通って冷却水がエンジンブロック 11 8内を循環する。冷却水水温が所定温度に到達すると、サーモスタット式制御弁 112 が作動し、冷却水は、上側ホース 120を経由してラジェータ部 130でファン 132により冷却された後、モーターポンプ 1、下側ホース 122、動力ポンプ 110、エンジン内流路 116の流路を流れる。この時モーターポンプ 1は駆動せず、単に冷却水の通過点として機能しそのインペラ 16が遊動（空転）する。ここで、ポンプ 1 , 110、通路 114、 1 16、ホース 120， 122、弁 112、ラジェータ部 130等により液冷ユニットを構成する。

[0059] そして例えば、アイドリングストップ時、若しくは山岳走行などの高負荷走行後、液温が高い場合などは、サーモスタット式制御弁 112が上側ホース 120への流路を確保するように機能し、同時に車両の制御部 C (ECU100)がモーターポンプ 1の作動を指令し、冷却水がエンジンブロック 118から流出しラジェータ部 130でファン 132により冷却された後、モーターポンプ 1、動力ポンプ 110、エンジンブロック 118へと還流する。この時、動力ポンプ 110はインペラが遊動（空転)する。このようにして液温を制御することが可能となる。

[0060] 次に、エンジンによる動力ポンプ 110を搭載せずに、本発明のブラシレスモーターポンプ 1のみを使用して液冷ユニットを構成する場合を図 14Bを用いて説明する。この場合、走行中のエンジン内水温を、温度センサ 134が検知し、その信号を車両の制御部 C (ECU100)が読み込んで液温が高いか否かを判断する。液温が高ければ、 ECU100はポンプ作動の指令をモーターポンプ 1へ伝送する。ポンプ作動により冷却水は、エンジンブロック 118から上側ホース 120を経由してラジェータ 130でファン 132により冷却された後、モーターポンプ 1、下側ホース 122、エンジン内流路 116 に至る流路を還流する。このような予め形成された流路を流体が循環して、液温を適正に調節する。制御部 C (ECU100)は温度センサ 134が検知する液温に応じて、モ一ターポンプ 1を ON— OFF制御すべく指令して良レ、。他方、液温に応じて例えばセンサ 134により液温 80°Cを読み込んだ場合、モーターへの通電率を例えば 50%程度に抑えて、その後徐々に通電率を増加して行き、やがて 100%の通電率となるように通電率を可変するように指令しても良レ、。

[0061] 尚、上記実施例では、モータとして軸方向空隙型、所謂アキシャルギャップ型ブラシレスモータを例として説明した力ラジアルギャップ型ブラシレスモータであっても良レ、。また、上記実施例では、回転子の位置センサレスモーターを前提として説明した力モーター内の制御基板に位置センサを設けて樹脂により一体にモールドしても良い。この場合、モーター内に制御基板を内臓したタイプの場合、位置センサリード線をモーター外部へ導出する必要がなくモーター内で処理できるので、制御基板内臓タイプのモーターへ位置センサを装着すると良レ、。

また、ラジェータ (熱交換器)用途の流体ポンプに限らず他の流体ポンプ用途に用いても良い。

産業上の利用可能性

[0062] 本発明は、流体ポンプ、特に車両の内燃機関用ラジェータ等の液冷装置に用いて好適な偏平型ブラシレスモーターポンプ及び該偏平型ブラシレスモーターポンプを用いた車両用電動ウォーターポンプユニットにおいて、軸受要素を水密にシールする必要がなぐ薄型モーターを採用しつつも、モータ特性を向上してポンプ能力を確保し、ラジェータ等への搭載を小スペースで可能にし、ユニットとしての冷却系配管を簡素化できる。

図面の簡単な説明

[0063] [図 1]本発明のブラシレスモーターポンプの実施例の側面及びその一部内部構造を示す一部破断面図である。

[図 2A]本発明のブラシレスモーターポンプの実施例の外観斜視図である。

[図 2B]本発明のブラシレスモーターポンプの実施例の等価回路図である。

[図 3]本発明のブラシレスモーターポンプの実施例の底面図であり、モータカバーを取り外した状態を示す。

[図 4]回転子の軸受を示す斜視図である

[図 5]回転子の構成例を示す断面図である。

[図 6]回転子の別の構成例を示す断面図である。

[図 7A]固定子のコアの外観斜視図である。

[図 7B]焼結コアの渦電流損失を示す特性図である。

[図 7C]コアを形成する複合軟磁性材の磁気的特性を説明するための図である。

[図 7D]コアを形成する積層鋼板材の磁気的特性を説明するための図である。

[図 8]固定子のコア及びアッパーディースの一部を示す外観斜視図である。

[図 9]本発明のブラシレスモーターポンプの実施例のモーター性能曲線を示す図である。

[図 10]本発明のブラシレスモーターポンプの別の実施例の側面及びその一部内部構造を示す一部破断面図である。

[図 11]本発明のブラシレスモーターポンプをエンジンのラジエーター部に装着した状態を示す外観斜視図である。

[図 12]本発明のブラシレスモーターポンプのモーターの制御動作を説明するための図である。

[図 13]本発明のブラシレスモーターポンプのモーター制御部等の回路ブロック図である。

[図 14A]本発明のブラシレスモーターポンプをエンジンのラジエーター部に装着した状態を示す模式図であり、本発明によるブラシレスモーターポンプをエンジンによる動力ポンプと併用した場合を示す。

[図 14B]本発明のブラシレスモーターポンプをエンジンのラジエーター部に装着した状態を示す模式図であり、本発明によるブラシレスモーターポンプのみを用いた場合を示す。

園 15]回転子の構成例を示す断面図であり、流体の流路を示す。

Claims

請求の範囲

[1] 偏平型ブラシレスモータと；

該偏平型ブラシレスモータの回転軸に連結されたインペラと；

前記偏平型ブラシレスモータと、前記インペラとを収容し、流体を吸入する吸入口と、流体を吐き出す吐き出し口とを有するポンプケーシングと；

前記ポンプケーシングの一部を構成し、前記回転軸を回転自在に軸承する前記偏平型ブラシレスモータの軸受を保持するモーターカバーとを備え、前記モータの回転軸を回転させることにより流体を前記吸入口から吸入し前記吐き出し口から吐き出しするようにした偏平型ブラシレスモーターポンプであって、

前記偏平型ブラシレスモーターは、

前記コアに空隙を介して対向配置されたマグネットと、前記回転軸と、該回転軸に固定され該マグネットを保持するヨークとから形成された回転子部とを備え、前記軸受は水膜により前記回転軸を滑らせる水中軸受である、偏平型ブラシレスモ一ターポンプ。

[2] 前記回転軸に軸方向に貫通する孔を設け、前記ポンプの前記吸入口から流入した流体が、前記軸受内周部を通過した後前記孔内に流入して前記吸入口側へ還流するようにした、請求項 1に記載の偏平型ブラシレスモーターポンプ。

[3] 前記軸受の外周に前記回転軸の軸方向に沿って流体の流路となる複数の溝が設けられ、前記吸入口から流入した流体が、該複数の溝を通過した後前記孔内に流入して前記吸入口側へ還流するようにした、請求項 2に記載の偏平型ブラシレスモータ一ポンプ。

[4] 前記コアは、複合軟磁性材を一体成形して形成されてレ、る、請求項 1に記載の偏平型ブラシレスモーターポンプ。

[5] 前記コアの前記電機子コイル側の面に、コアと同質材からなり、前記回転軸に同心円状に形成されたリング状のアッパーティースを配設した、請求項 4に記載の偏平型ブラシレスモーターポンプ。

[6] 前記インペラは樹脂で形成され、前記ヨークに一体にモールド形成された、請求項

1から請求項 5の何れかに記載の偏平型ブラシレスモーターポンプ。

[7] 前記インペラは樹脂で形成され、前記マグネットのヨークとの当接面を除く部位を被覆すると共に前記ヨークに一体にモールド成形して形成された、請求項 1から請求項 5の何れかに記載の偏平型ブラシレスモーターポンプ。

[8] 偏平型ブラシレスモータと；

前記偏平型ブラシレスモーターは、

前記軸受は水膜により前記回転軸を滑らせる水中軸受である、偏平型ブラシレスモ一ターポンプ。

[9] 前記回転軸に軸方向に貫通する孔を設け、前記ポンプの前記吸入口から流入した流体が、前記軸受内周部を通過した後前記孔内に流入して前記吸入口側へ還流するようにした、請求項 8に記載の偏平型ブラシレスモーターポンプ。

[10] 前記軸受の外周に前記回転軸の軸方向に沿って流体の流路となる複数の溝が設けられ、前記吸入口から流入した流体が、該複数の溝を通過した後前記孔内に流入して前記吸入口側へ還流するようにした、請求項 9に記載の偏平型ブラシレスモータ一ポンプ。

[11] 前記コアは、複合軟磁性材を一体成形して形成されてレ、る、請求項 8に記載の偏平型ブラシレスモーターポンプ。

[12] 前記コアの前記電機子コイル側の面に、コアと同質材からなり、前記回転軸に同心円状に形成されたリング状のアッパーティースを配設した、請求項 11に記載の偏平型ブラシレスモーターポンプ。

[13] 前記インペラは樹脂で形成され、前記ヨークに一体にモールド形成された、請求項

8力請求項 12の何れかに記載の偏平型ブラシレスモーターポンプ。

[14] 前記インペラは樹脂で形成され、前記マグネットのヨークとの当接面を除く部位を被覆すると共に前記ヨークに一体にモールド成形して形成された、請求項 8から請求項

12の何れかに記載の偏平型ブラシレスモーターポンプ。

[15] 車両のエンジンと熱交換器との間で冷却水を循環させるための液冷ユニットを構成する車両用電動ウォーターポンプであり、該車両用電動ウォーターポンプは、偏平型ブラシレスモータと；

前記ポンプケーシングの一部を構成し、前記回転軸を回転自在に軸承する前記偏平型ブラシレスモータの軸受を保持するモーターカバーとを備え、前記モータの回転軸を回転させることにより流体を前記吸入口から吸入し前記吐き出し口から吐き出しするようにした車両用電動ウォーターポンプであって、

前記偏平型ブラシレスモーターは、