JP2005098162A - 磁気結合ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】 ロータとステータとの間における磁束密度を大きくして、ポンプ効率の向上を図ることができる磁気結合ポンプを提供すること。
【解決手段】 ウォータポンプ１０において、ロータ１３を、ステータ１２側から、６つのフェライトセグメントマグネット４１と、円筒状のヨーク４０とを配置して樹脂により一体的に成形した。また、ヨーク４０には、半径方向に貫通する貫通孔４２を、各フェライトセグメントマグネット４１に対応させて、各フェライトセグメントマグネット４１の上下端付近にそれぞれ１つずつ形成した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、コイルに通電してステータとインペラが形成されたロータとの間に磁力を発生させ、ロータを回転させることにより、流体を吐出する磁気結合ポンプに関する。さらに詳細には、水冷式冷却装置のウォータポンプ等に使用され、大流量の流体を吐出することができる磁気結合ポンプに関するものである。

従来から、内燃機関を搭載した自動車や電気自動車などの冷却系統に使用されるウォータポンプとして磁気結合ポンプが使用されている。このようなポンプとして、例えば、特開２００１−３０４１６４号公報に開示されたものがある。この磁気結合ポンプ１００は、図６に示すように、冷却水の流入通路１０２と流出通路１０３が形成された合成樹脂製のポンプ室側ハウジング１０４と、このポンプ室側ハウジング１０４と共にポンプ室１０５を形成する合成樹脂製のボデー１０６と、このボデー１０６と共にモータ室１０７を形成する合成樹脂製のモータ室側ハウジング１０８とを備え、ポンプ室側ハウジング１０４とボデー１０６、及び、ボデー１０６とモータ室側ハウジング１０８はそれぞれ溶着によって一体化されている。

ポンプ室１０５に、合成樹脂製のロータ１０９が収容されている。このロータ１０９は略円筒カップ状に形成されており、底部１１０の中央部にＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）材料からなる円筒状の軸受部１１１が、また、軸受部１１１の周囲にインペラ１１２がそれぞれ形成されている。軸受部１１１の貫通孔にシャフト１１３が挿通されており、ロータ１０９はシャフト１１３回りに回転自在とされている。シャフト１１３はインサート体としてボデー１０６に部分的に固着されており、ボデー１０６に対するシャフト１１３の回転及び抜けを防止するためのスパイラル部１１４がボデー１０６内部に埋められている。シャフト１１３の先端部に、ロータ１０９の回転時の浮き上がりを防止するためのストッパ部材としてのワッシャ１１５がスクリュねじ１１６によって取り付けられている。ロータ１０９の筒部１１７は磁性体粉を含有し円周方向に部分的に磁化されたプラスチックマグネットにより構成されている。

そして、これらの磁石部がステータ１１８の回転磁界によって回転力を受け、ロータ１０９が回転することにより、インペラ１１２も回転してその回転に伴い流入通路１０２からポンプ室１０５へ吸入される流体を流出通路１０３から外部へ吐出するようになっている。

特開２００１−３０４１６４号公報（第２〜３頁、第１図）

しかしながら、上記した特開２００１−３０４１６４号公報に記載されたポンプでは、ロータがプラスチックマグネットにより構成されているため、ロータとステータとの間における磁束密度が小さくなってしまい、ポンプ効率が低下するという問題があった。

そこで、本発明は上記した課題を解決するためになされたものであり、ロータとステータとの間における磁束密度を大きくして、ポンプ効率の向上を図ることができる磁気結合ポンプを提供することを課題とする。

上記課題を解決するためになされた本発明に係る磁気結合ポンプは、ポンプ室、吸入口及び吐出口を含むケーシングと、前記ケーシングに固定され、コアにコイルを巻回してなるステータと、前記ステータの中心に配置されたシャフトと、前記シャフトを中心に回転可能に設けられたロータと、前記ロータと一体回転可能に設けられ、前記ポンプ室に配置されたインペラとを有し、前記ロータは、前記ステータ側から、複数のマグネットと、円筒状のヨークとが配置されて樹脂により一体的に成形されたものであることを特徴とする。そして、前記複数のマグネットとしては、瓦形状のフェライト磁石を使用すればよい。

この磁気結合ポンプでは、コイルに通電することによりステータとロータとの間で磁界が作用して、シャフトを中心にロータがインペラと一体的に回転する。このインペラの回転に伴い、流体が吸入口からポンプ室へ吸入され、吐出口から外部へ吐出される。ここで、この磁気結合ポンプのロータには複数のマグネットが備わっている。このため、ステータとロータとの間における磁束密度が大きくなるので、ポンプ効率を向上させることができる。つまり、消費電力を増大させることなく、大流量の流体を吐出させることができる。

本発明に係る磁気結合ポンプにおいては、前記ヨークに、前記各マグネットの配置位置に対して、半径方向に貫通する貫通孔が形成されていることが望ましい。

こうすることにより、ロータを樹脂成形する際に、樹脂溶湯が貫通孔に流れ込み、そのときの圧力により、各マグネットを成型金型に密着させることができる。したがって、ロータの内径寸法を精度良く管理することができるとともに、バリの形成が防止されるので、ロータをステータに装着した際のエアギャップを精度良く管理（小さく）することができる。その結果、ステータとロータとの間における磁束密度をより大きくすることができるため、ポンプ効率をより一層向上させることができる。

また、本発明に係る磁気結合ポンプにおいては、前前記貫通孔は、少なくとも前記各マグネットの長手方向の両端部近傍にそれぞれ設けられていることが望ましい。

これにより、ロータを樹脂成形する際に、各マグネットを内側に対して均一に密着させることができる。したがって、ロータの内径寸法をより一層精度良く管理することができ、ロータをステータに装着した際のエアギャップをより一層精度良く管理（小さく）することができる。

本発明に係る磁気結合ポンプによれば、ロータにマグネットが設けられているため、ロータとステータとの間における磁束密度を大きくすることができるので、ポンプ効率を向上させることができる。

以下、本発明の磁気結合ポンプを具体化した最も好適な実施の形態について図面に基づき詳細に説明する。本実施の形態は、自動車のエンジンやインバータやモータ等を冷却するための冷却水を循環させるウォータポンプである。そこで、このウォータポンプの概略構成を図１に示す。なお、図１は、ウォータポンプを示す縦断面図である。

ウォータポンプ１０は、ケーシング１１と、ケーシング１１の内部に設けられるステータ１２、ロータ１３及びインペラ１４などとを基本構成として備えている。そして、ステータ１２とロータ１３は、アウターロータタイプのモータを構成している。

ケーシング１１は、ボディ１５と、ボディ１５の上側を覆うカバー１６と、ボディ１５の下側を覆うロワプレート１７とを備えている。そして、ボディ１５とカバー１６は、互いにフランジ１５ａ，１６ａにて着脱可能に組み付けられている。また、カバー１６の中央には、図中上方向へ開口する吸入口１８が形成されている。同じくカバー１６の外周には、図中横方向へ開口する吐出口１９が形成されている。そして、ボディ１５とカバー１６とで囲まれる空間は、ポンプ室２１となっている。また、ロワプレート１７は、ボディ１５の開口部１５ｂにて着脱可能に取り付けられている。ボディ１５とロワプレート１７とで囲まれる空間内にプリント基板３０が配設されている。

ボディ１５の片側には、コネクタ３２が設けられている。このコネクタ３２には、ターミナル３３が、樹脂により一体的にモールド成形されている。ターミナル３３の先端は、プリント基板３０に接続されている。これにより、外部電源がターミナル３３を介してプリント基板３０に供給されるようになっている。

ステータ１２は、ボディ１５に固定されており、金属製のステータコア２３にコイル２４を巻回することにより構成されている。ステータコア２３の端部には、ターミナル３１が設けられている。このターミナル３１には、コイル２４の配線が接続されている。そして、このターミナル３１の先端は、プリント基板３０に接続されている。これにより、プリント基板３０からターミナル３１を介して、外部電源がコイル２４に供給されるようになっている。

また、ステータ１２の中心には、シャフト２６が配置され固定されている。このシャフト２６は、インサート体としてボディ１５に部分的に埋め込まれて固定されている。そして、ステータ１２は、樹脂によりボディ１５と一体にモールド成形されている。このステータ１２のモールド部分とボディ１５の周壁とで囲まれる空間は、周溝２８となっている。これにより、周溝２８とロータ１３との間に微細な間隙が形成され、ポンプ室２１に吸入される冷却水がその間隙を流れるようになっている。

ここで、本発明の特徴であるロータ１３について、図２〜図４をも参照しながら説明する。図２は、ロータを示す平面図である。図３は、図２のＡ−Ａ線における断面図である。図４は、図３のＢ−Ｂ線における断面図である。

ロータ１３は、図３および図４に示すように、略カップ状をなす樹脂成型品であり、ヨーク４０と、フェライトセグメントマグネット４１とを有している。なお、本実施の形態では、図４に示すように、フェライトセグメントマグネット４１が６つ備わっている。つまり、ロータ１３は、ヨーク４０と、フェライトセグメントマグネット４１とを、樹脂成形用の外側金型と内側金型とで形成されるキャビティにインサートした状態で、そのキャビティに樹脂溶湯を流し込むことにより成形した樹脂成型品である。

そして、図３および図４に示すように、ヨーク４０は円筒状をなし、フェライトセグメントマグネット４１は、瓦形状（平面視で略長方形状であって横断面が円弧形状）をなしている。これにより、フェライトセグメントマグネット４１の内側を、図５に示す樹脂成形用の内側金型５０の表面に接触させるとともに、フェライトセグメントマグネット４１の外側をヨーク４０の内周面に接触させた状態で樹脂成形用金型にセットすることができるようになっている。ここで、樹脂成形用の内側金型５０は、円柱部５１の底面に円板部５２が設けられるとともに、円柱部５１の外周面底部に６つの凸部５３が形成されたものである。そして、各凸部５３の間にフェライトセグメントマグネット４１を配置することができるようになっている。これにより、ロータ１３を樹脂成形する際に、フェライトセグメントマグネット４１が所定の間隔を保った状態で保持される。

また、ヨーク４０には、半径方向に貫通する貫通孔４２が複数形成されている。これらの貫通孔４２は、図４に示すように、各フェライトセグメントマグネット４１に対応して設けられている。より詳細には、各貫通孔４２は、各フライトセグメントマグネット４１の中央付近に設けられている。そして、この貫通孔４２は、図３に示すように、各フェライトセグメントマグネット４１の上下端付近にそれぞれ１つずつ形成されている。つまり、ヨーク４０には、合計で１２個の貫通孔４２が形成されている。

このような貫通孔４２をヨーク４０に設けることにより、ロータ１３を樹脂成形する際に、樹脂溶湯が貫通孔４２に流れ込み、そのときの圧力により、各フェライトセグメントマグネット４１を内側金型５０の円筒部５１の外周面に密着させることができる。これにより、ロータ１３の内径寸法を精度良く管理することができるとともに、バリの形成を防止することができるので、ロータ１３をステータ１２に装着した際のエアギャップを精度良く管理（小さく）することができる。その結果、ステータ１２とロータ１３との間における磁束密度を大きくすることができる。さらに、ロータ１３にはフェライトセグメントマグネット４１が備わっているので、ステータ１２とロータ１３との間における磁束密度がより大きくなる。

そして、この実施の形態では、貫通孔４２は、各フェライトセグメントマグネット４１の上下端付近にそれぞれ１つずつ形成しているので、ロータ１３を樹脂成形する際に、樹脂成形用金型内に流し込まれる樹脂溶湯の圧力により、各フェライトセグメントマグネット４１を内側金型５０に対して均一に密着させることができる。したがって、ロータ１３の内径寸法をより一層精度良く管理することができるので、ロータ１３をステータ１２に装着した際のエアギャップをより一層精度良く管理（小さく）することができる。

また、ロータ１３のカップ底面の中央部には、図３に示すように、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）材料からなる円筒状の軸受部１３ａが形成されている。また、ロータ１３のカップ底面外側には、図２に示すように、軸受部１３ａの外側に向かって複数のインペラ１４が形成されている。このインペラ１４は、ロータ１３を成形する際に同時に形成される。なお、本実施の形態では、６枚のインペラ１４が設けられている。

そして、上記した構成を有するロータ１３は、図１に示すように、軸受部１３ａの貫通孔にシャフト２６が挿通され、モールドされたステータ１２を覆い被すように、ポンプ室２１内に配置されている。このとき、ロータ１３の外周部は、ボディ１５の周溝２８に組み入れられる。また、インペラ１４も、ポンプ室２１に配置されることになる。この状態で、ロータ１３は、シャフト２６を中心に、ステータ１２の外周にて回転可能に設けられる。また、ロータ１３は、シャフト２６の先端部２６ａにて回転可能に支持され、ネジ２９によりシャフト２６からの抜け止めがなされている。

このような構成により、ウォータポンプ１０では、シャフト２６を中心にインペラ１４がロータ１３と共に回転することにより、その回転に伴い吸入口１８からポンプ室２１へ冷却水が吸入され、その冷却水が吐出口１９から外部へ吐出されるようになっている。そして、ウォータポンプ１０は、ロータ１２にフェライトセグメントマグネット４１を備えているので、ステータ１２とロータ１３との間における磁束密度が大きくなっている。これにより、ポンプ効率が向上するので、消費電力を増大させることなく大流量の冷却水を吐出することができる。

上記のウォータポンプ１０を製造するには、まず、ステータコア２３、コイル２４、およびシャフト２６を一体的に組み付けてなるステータアッセンブリを予め準備する。そして、ステータアッセンブリおよびターミナル３３を、樹脂モールド用金型のキャビティにインサートした状態で、そのキャビティに樹脂溶湯を流し込むことにより、ステータアッセンブリおよびターミナル３３を樹脂によりボディ１５に一体的にモールド成形する。

その後、シャフト２６の先端部２６ａにロータ１３を取り付けて、ボディ１５にカバー１６を取り付ける。また、ボディ１５内にプリント基板３０等を取り付けて配線し、開口部１５ｂをロワプレート１７で封鎖することにより、図１に示すようなウォータモータポンプ１０の完成品が得られる。

以上、詳細に説明したように本実施の形態に係るウォータポンプ１０では、ロータ１３に６つのフェライトセグメントマグネット４１が備わっているので、ステータ１２とロータ１３との間における磁束密度が大きくなる。このため、ポンプ効率が向上し、消費電力を増大させることなく、大流量の流体を吐出することができる。

また、ヨーク４０には、半径方向に貫通する貫通孔４２が、各フェライトセグメントマグネット４１に対応して設けられているので、ロータ１３を樹脂成形する際に、樹脂溶湯が貫通孔４２に流れ込み、そのときの圧力により、各フェライトセグメントマグネット４１を内側金型５０の円筒部５１の外周面に密着させることができる。これにより、ロータ１３の内径寸法を精度良く管理することができるとともに、バリの形成を防止することができるので、ロータ１３をステータ１２に装着した際のエアギャップを精度良く管理（小さく）することができる。その結果として、ステータ１２とロータ１３との間における磁束密度をさらに大きくすることができる。

そして、貫通孔４２は、各フェライトセグメントマグネット４１の上下端付近にそれぞれ１つずつ形成されているので、ロータ１３を樹脂成形する際に、樹脂成形用金型内に流し込まれる樹脂溶湯の圧力により、各フェライトセグメントマグネット４１を内側金型５０に対して均一に密着させることができる。したがって、ロータ１３の内径寸法をより一層精度良く管理することができるので、ロータ１３をステータ１２に装着した際のエアギャップをより一層精度良く管理（小さく）することができる。その結果として、ステータ１２とロータ１３との間における磁束密度をより一層大きくすることができる。

なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。例えば、上記した実施の形態では、アウターロータタイプのポンプを例示したが、インナーロータタイプのポンプであっても本発明を適用することができる。また、上記した実施の形態では、ヨーク４０において、貫通孔４１を各フェライトセグメントマグネット４１の上下端付近にそれぞれ１つずつ設けているが、２つ以上設けてもよいし、各フェライトセグメントマグネット４１の上下端付近以外にも設けてもよい。

本実施の形態に係るウォータポンプを示す縦断面図である。 ロータを示す平面図である。 図２のＡ−Ａ線における断面図である。 図３のＢ−Ｂ線における断面図である。 ロータを樹脂成形する際に使用する内側金型を示す平面図である。 従来のウォータポンプを示す縦断面図である。

符号の説明

１０ ウォータポンプ
１１ ケーシング
１２ ステータ
１３ ロータ
１４ インペラ
１８ 吸入口
１９ 吐出口
２１ ポンプ室
２３ ステータコア
２４ コイル
２６ シャフト
４０ ヨーク
４１ フェライトセグメントマグネット
４２ 貫通孔

Claims (4)

1. ポンプ室、吸入口及び吐出口を含むケーシングと、
   前記ケーシングに固定され、コアにコイルを巻回してなるステータと、
   前記ステータの中心に配置されたシャフトと、
   前記シャフトを中心に回転可能に設けられたロータと、
   前記ロータと一体回転可能に設けられ、前記ポンプ室に配置されたインペラとを有し、
   前記ロータは、前記ステータ側から、複数のマグネットと、円筒状のヨークとが配置されて樹脂により一体的に成形されたものであることを特徴とする磁気結合ポンプ。
2. 請求項１に記載する磁気結合ポンプにおいて、
   前記複数のマグネットは、瓦形状のフェライト磁石であることを特徴とする磁気結合ポンプ。
3. 請求項１または請求項２に記載する磁気結合ポンプにおいて、
   前記ヨークには、前記各マグネットの配置位置に対応して、半径方向に貫通する貫通孔が形成されていることを特徴とする磁気結合ポンプ。
4. 請求項３に記載する磁気結合ポンプにおいて、
   前記貫通孔は、少なくとも前記各マグネットの長手方向の両端部近傍にそれぞれ設けられていることを特徴とする磁気結合ポンプ。

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