JP2012180828A - 電動ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】 吸入配管の問題を生じさせることなく電動ポンプの搭載性を向上する。
【解決手段】 電動ポンプは、モータ部（２８，３２，３４，３６）と、モータ部によって回転駆動されるインペラと、インペラを収容するポンプ室を有しており、モータ部とポンプ室とがインペラの回転軸に沿って配置されている。ポンプ室内に流体を吸入する吸入口と、ポンプ室内の流体を吐出する吐出口をさらに有している。吸入口は回転軸と平行に伸びる一方で、吐出口２２は回転軸と直交する方向に伸びている。モータ部（２８，３２，３４，３６）の回転軸に直交する断面の外形状が扁平状とされている。
【選択図】 図３

Description

本明細書は、電動ポンプを開示する。

モータ部と、モータ部によって駆動されるポンプ部を有する電動ポンプが知られている。この種の電動ポンプでは、ポンプ室に収容されたインペラがモータ部により回転駆動される。ポンプ室とモータ部はインペラの回転軸（以下、単に回転軸ということがある）に沿って配置され、モータ部の出力がインペラに直接伝達されるようになっている。このような電動ポンプは、限られた空間内に設置されることが多いことから、従来から様々な小型化が図られている。例えば、特許文献１に記載の電動ポンプでは、モータ部の固定鉄心をコイルエンドの無い固定鉄心とすることで、モータ部をインペラの回転軸方向に短縮して電動ポンプの小型化を図っている。

特開２００８−２９１１３号公報

特許文献１の技術は、モータ部の回転軸方向の長さを短縮することで電動ポンプの小型化を図るため、電動ポンプを設置する環境によっては搭載性を充分に向上できない場合がある。例えば、図１４（ａ）に示すように、物体Ａと物体Ｂの間の空間Ｓ（即ち、ｘ方向に制限された空間）に電動ポンプ１００を設置する場合、電動ポンプ１００の回転軸Ｃがｙ方向と平行となるように設置してしまうと、電動ポンプ１００は回転軸方向（ｙ方向）の長さを短くしているだけなので、電動ポンプ１００の搭載性を向上することにはならない。一方、図１４（ｂ）に示すように、電動ポンプ１００の回転軸Ｃがｘ方向と平行となるように設置すると、ポンプ室へ流体を吸入する吸入口１０２もｘ方向と平行に伸びているため、吸入口１０２に接続される吸入配管を急角度で曲げなければならないといった問題が生じる。すなわち、電動ポンプを小型化する方向と吸入口が伸びる方向とが一致しているため、吸入配管の問題が生じてしまう。したがって、特許文献１の技術は、図１４に示すような環境においては、電動ポンプの搭載性を十分に向上することはできなかった。

なお、吸入口を回転軸と直交する方向に伸びるように形成できれば、特許文献１の技術でも、電動ポンプの搭載性を向上することはできる。しかしながら、この種の電動ポンプでは、ポンプ室内の流体はインペラの回転による遠心力によって昇圧される。このため、吸入口を回転軸と直交する方向に伸びるように形成すると、ポンプ室内に流体を吸入し難くなる。したがって、吸入口を回転軸と直交する方向に伸びるように形成することは、現実には難しい。

本願は、上述した実情に鑑みて為されたものであり、図１４に示すような環境に電動ポンプを設置する場合においても、電動ポンプの搭載性を向上することができる技術を提供する。

本明細書によって開示される電動ポンプは、モータ部と、モータ部によって回転駆動されるインペラと、インペラを収容するポンプ室を有している。モータ部とポンプ室とは、インペラの回転軸に沿って配置されている。この電動ポンプは、ポンプ室内に流体を吸入する吸入口と、ポンプ室内の流体を吐出する吐出口をさらに有している。吸入口は回転軸と平行に伸びる一方で、吐出口は回転軸と直交する方向に伸びている。そして、モータ部の回転軸に直交する断面の外形状が扁平状とされている。

この電動ポンプでは、モータ部の回転軸に直交する断面の外形状が扁平状とされている。このため、電動ポンプの回転軸の方向を高さ方向とすると、モータ部の幅と奥行きの一方の長さが短くされていることとなる。すなわち、モータ部が回転軸に直交する方向に小型化されていることとなる。一方、吸入口は回転軸と平行に伸びていることから、モータ部を小型化する方向と吸入口の方向とは一致しない。このため、図１４に示すような環境に電動ポンプを設置する場合においても、吸入配管が急激に曲がるという問題が生じることはなく、電動ポンプの搭載性を向上することができる。

上記の電動ポンプでは、ポンプ室の回転軸に直交する断面の外形状は、その外形線上の点からインペラの回転軸線までの距離が周方向に徐々に変化する形状をしており、吐出口の位置でインペラの回転軸線までの距離が最大となるようにしてもよい。この場合に、モータ部の回転軸に直交する断面の外形状は、第１方向の寸法が第１方向と直交する第２方向の寸法より長い扁平形状としてもよい。そして、吐出口は第２方向と平行に伸びていることが好ましい。回転軸に沿って電動ポンプを見たときにポンプ室がモータ部からはみ出す場合には、上記の構成を採ることで、ポンプ室のモータ部からはみ出る部分の量を小さくすることができる。

さらに、モータ部は、インペラに接続されるロータ部と、ロータ部の周囲に配置されるステータ部を有することができる。そして、モータ部を回転軸に沿って見たときに、ロータ部の中心とステータ部の中心とがずれていてもよい。ロータ部とインペラは接続されるため、ロータ部の中心（回転軸）とインペラの中心（回転軸）とは一致する。したがって、ロータ部の中心とステータ部の中心とをずらすことで、ステータ部に対するポンプ室の位置をずらすことができる。これによって、回転軸に沿って電動ポンプを見たときにポンプ室がモータ部からはみ出す場合には、そのはみ出す部分の位置や方向や量を調整することができる。

また、上記の電動ポンプは、モータ部を駆動するモータ駆動回路と、モータ駆動回路を収容する回路室をさらに有していてもよい。この場合に、ポンプ室とモータ部と回路室は回転軸に沿って配置されると共に、モータ部はポンプ室と回路室との間に配置されていてもよい。そして、モータ駆動回路は、回路素子が実装されている回路基板を有しており、回路基板の実装面と回転軸とが平行、又は、直交しているであることが好ましい。このような構成によると、ポンプ室とモータ部と回路室が回転軸に沿って配置されるため、電動ポンプが回転軸と直交する方向に大きくなることを抑制することができる。

上記の電動ポンプは、当該電動ポンプを外部機器に取付けるための取付面をさらに有することができる。そして、吐出口が、取付面から取付面に対して直交する方向に突出していてもよい。このような構成によると、電動ポンプの吐出口を外部機器の吸入口に直接挿し込んで連結することが可能となり、電動ポンプと外部機器とを接続する配管等を減らすことができる。

実施例１の電動ポンプの概略縦断面図を示す。 図１のII−II線断面図。 図１のIII−III線断面図。 変形例１の電動ポンプのポンプ室の概略構成を示す図。 変形例１の電動ポンプのモータ部の概略構成を示す図。 変形例２の電動ポンプのポンプ室の概略構成を示す図。 変形例２の電動ポンプのモータ部の概略構成を示す図。 変形例３の電動ポンプのポンプ室の概略構成を示す図。 変形例４の電動ポンプのポンプ室の概略構成を示す図。 変形例５の電動ポンプのポンプ室の概略構成を示す図。 モータ部の変形例を示す図。 モータ部の他の変形例を示す図。 本実施例の電動ポンプを自動車のエンジンルーム内に搭載した状態を模式的に示す図。 従来技術に係る電動ポンプの課題を説明するための図。 モータ部の変形例を示す図。 モータ部の変形例を示す図。 モータ部の変形例を示す図。 モータ部の変形例を示す図。 モータ部の変形例を示す図。 モータ部の変形例を示す図。 モータ部の変形例を示す図。 変形例に係る電動ポンプの概略縦断面図。

実施例１の電動ポンプ１０は、自動車のエンジンルーム内に設置され、エンジンやインバータ等を冷却する冷却水を循環するために用いられる。図１に示すように、電動ポンプ１０は、ケーシング１２と固定軸２４と回転体２３とステータ３０を備えている。

ケーシング１２内には、ポンプ室１４、モータ室１６及び回路室１８の３つの空間が形成されている。ポンプ室１４は、ケーシング１２の上方に形成されている。ポンプ室１４には、ケーシング１２に形成された吸入口２０と吐出口２２（図２に図示）が接続されている。吸入口２０は、ポンプ室１４の上端に接続されている。吸入口２０は、回転体２３の回転軸が伸びる方向（すなわち、ｚ方向）に伸びている。図２に示すように、吐出口２２は、ポンプ室１４の外周に接続されている。吐出口２２は、ポンプ室１４の外周の接線方向（すなわち、ｘ方向）に伸びている。ポンプ室１４の外形状（ｘ−ｙ平面での外形状）は、回転体２３の回転軸線からの距離が周方向に徐々に変化する形状をしている。具体的には、回転体２３の回転軸線からの距離は、Ｐ点（吐出口２２に隣接する点）から時計回りに徐々に大きくなり、吐出口２２の位置で最大となっている。すなわち、ポンプ室１４は、遠心ポンプのポンプ室形状と同様の形状をしている。

モータ室１６は、ポンプ室１４の下方に形成されている。モータ室１６の上端は、ポンプ室１４の下端に接続されており、モータ室１６とポンプ室１４とは互いに連通している。モータ室１６の底面には固定軸２４の下端が固定されている。固定軸２４は、モータ室１６の底面から上方に向かってモータ室１６内を伸び、その先端はポンプ室１４内に達している。回路室１８は、モータ室１６の下方に形成されており、ポンプ室１４及びモータ室１６から隔離されている。回路室１８内には、後述するモータ駆動回路３７が収容されている。

固定軸２４には、回転体２３が回転可能に取り付けられている。回転体２３は、インペラ２６とロータ部２８を備えている。インペラ２６の上面は、インペラ２６の外周端に向かって下方に傾斜している。図２に示すように、インペラ２６を平面視すると（図１の上方から見ると）、インペラ２６は円形形状を有している。インペラ２６の上面には、一定の間隔で複数枚の羽根が形成されている。各羽根はインペラ２６の半径方向に伸びている。インペラ２６の下方には、円筒形状のロータ部２８が設けられている。ロータ部２８は、磁性材料によって形成されており、所定の磁化処理が施されている。ロータ部２８は、モータ室１６内に収容されている。インペラ２６とロータ部２８とは一体に成形されている。このため、ロータ部２８が回転すると、インペラ２６もロータ部２８と一体となって回転する。

モータ室１６を形成するケーシング１２内には、ロータ部２８と対向するようにステータ３０が配設されている。図３に示すように、ステータ３０は、一対のコア３２，３４と、コア３２，３４のスロット３２ａ〜３２ｃ，３４ａ〜３４ｃのそれぞれに巻回されたコイル３６を有している。コア３２，３４は、ロータ部２８を挟んで左右対称に配置されている。コア３２，３４の各スロット３２ａ〜３２ｃ，３４ａ〜３４ｃの先端は、ロータ部２８の外周面に対向している。コイル３６は、配線３８ａによってモータ駆動回路３７に接続されている（図１参照）。モータ駆動回路３７からコイル３６に電力が供給されることで、ロータ部２８及びインペラ２６が回転する。本実施例では、ロータ部２８とステータ３０によってモータ部が構成されている。

図３から明らかなように、コア３２，３４は、ｘ方向の長さが短くされる一方で、ｙ方向の長さが長くされている。これによって、モータ室１６を形成する部位において、ケーシング１２の回転軸に直交する断面の外形状が扁平形状とされている。具体的には、短辺１２ａと長辺１２ｂを有する長方形状とされている。また、図２から明らかなように、ポンプ室１４は、回転体２３の回転軸に沿って見ると、モータ室１６が形成される部位におけるケーシング１２の外形状の範囲内に位置している。すなわち、ポンプ室１４は、モータ室１６が形成される位置において、ケーシング１２からはみ出していない。

なお、本実施例では、ケーシング１２の長辺１２ｂ側の面が外部機器に取付ける際の取付面となっている。図２より明らかなように、吐出口２２は、ケーシング１２の取付面より短辺１２ａの方向（ｘ方向）に突出している。

ステータ３０に電力を供給するモータ駆動回路３７は、ケーシング１２の回路室１８に収容されている。モータ駆動回路３７は、回路基板３８と、回路基板３８の実装面３８ｃ，３８ｄに実装された回路素子３９によって構成されている。モータ駆動回路３７は、配線３８ｂによって図示しない外部電源（車両に搭載されているバッテリ）に接続されるようになっている。モータ駆動回路３７は、外部電源から供給される電力をコイル３６に供給する電力に変換し、その変換した電力をコイル３６に供給する。

なお、回路基板３８の実装面３８ｃ，３８ｄは、回転体２３の回転軸に対して平行となっている。このため、回路基板３８の実装面３８ｃ，３８ｄが回転体２３の回転軸に対して直交する場合と比較して、回路室１８が形成される位置において、ケーシング１２の回転軸に直交する断面の外形状が大きくなることが防止されている。本実施例では、ケーシング１２の回転軸に直交する断面の外形状は、モータ室１６が形成される位置と、回路室１８が形成される位置とで同一となっている。

次に、電動ポンプ１０の動作について説明する。ステータ３０に電力が供給されると、回転体２３が固定軸２４回りを回転する。この結果、インペラ２６が回転し、冷却水が吸入口２０よりポンプ室１４内に吸引される。ポンプ室１４内に吸引された冷却水は、インペラ２６の回転によって昇圧され、吐出口２２からケーシング１２外へ吐出される。

上述した電動ポンプ１０は、図１３に示すように、自動車５６のエンジンルーム内であってラジエータ５４とインバータ装置５１の間に設置される。具体的には、電動ポンプ１０の取付面（ケーシング１２の長辺１２ｂ側の面）がインバータ装置５１に当接するように、電動ポンプ１０がインバータ装置５１に取付けられる。このため、電動ポンプ１０の短縮された側の面（短辺１２ａ側の面）が、ラジエータ５４からインバータ装置５１に向かう方向（図中ｘ方向）に一致し、ラジエータ５４から電動ポンプ１０までの距離（Ｌ−ｄ）を長くすることができる。その結果、ラジエータ５４と電動ポンプ１０の間に十分な衝突安全空間を確保することができる。

また、電動ポンプ１０がインバータ装置５１に取付けられた状態では、電動ポンプ１０の吐出口２２は、インバータ装置５１の駆動回路５２を冷却するための冷却流路５０の入口に挿しこまれる。すなわち、電動ポンプ１０の吐出口２２が直にインバータ装置５１の冷却流路５０に接続される。このため、電動ポンプ１０とインバータ装置５１とを接続する配管等が不要となる。一方、電動ポンプ１０の吸入口２０には冷却水配管が接続される。吸入口２０が伸びる方向は、ラジエータ５４からインバータ装置５１に向かう方向（図中ｘ方向）と直交するため、吸入口２０に接続される冷却水配管を急角度に曲げる必要は生じない。

上述した説明から明らかなように、電動ポンプ１０は、ステータ３０（モータ部におけるケーシング１２）を扁平状に形成することで、電動ポンプ１０の回転軸に対して直交する方向に小型化されている。このため、ラジエータ５４とインバータ装置５１の間の空間への搭載性を向上することができる。また、電動ポンプ１０を設置するスペースを省スペース化できるため、各機器のレイアウトの自由度を向上することができる。一方、電動ポンプ１０の吸入口２０が伸びる方向は、電動ポンプ１０を小型化した方向と直交するため、吸入口２０に接続される冷却水配管が急角度に曲げられる等の問題も生じない。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

例えば、上述した実施例では、電動ポンプ１０を回転軸に沿って見たときに、ポンプ室１４が、モータ部（２８，３０）を設けた位置におけるケーシング１２（以下、モータ部におけるケーシングという）より外側にはみ出さないように形成されていた。しかしながら、図４，５に示すように、ポンプ室１４がモータ部におけるケーシング１２より外側にはみ出して形成されていてもよい。このような構成によると、ポンプ室１４の容量を大きくできるため、ポンプ能力を高めることができる。

この場合に、突出口２２が伸びる方向は、ポンプ室１４の外周の接線方向であればいずれの方向に向いていてもよい。ただし、図４に示すように、吐出口２２は、ケーシング１２の長辺１２ｂに対して直交する方向（短辺１２ａと平行）に伸びていることが好ましい。すなわち、ポンプ室１４は、吐出口２２の位置で最も回転軸線からの距離が長くなる。このため、吐出口２２を長辺１２ｂに対して直交するように配置することで、ポンプ室の回転軸線からの距離が最も長くなる部分がケーシング１２の短辺１２ａの範囲内に位置する。したがって、ポンプ室１４がモータ部のケーシング１２よりはみ出す量を最も小さくすることができる。

なお、図４，５に示す例では、ロータ部２８の回転軸（すなわち、インペラ２６の回転軸）とコア３２，３４の中心とが一致していた。（ここで、コア３２，３４の中心とは、ロータ部２８の回転軸に直交する断面において、コア３２の中央のスロット３２ｃのコイル３６が券回された部分と、コア３４の中央のスロット３４ｃのコイル３６が券回された部分との中点を意味する。）一方、ポンプ室１４の外形状は、インペラ２６の回転軸線からの距離が徐々に変化する遠心ポンプ形状である。このため、電動ポンプ１０を回転軸に沿って見ると、ポンプ室１４は、モータ部におけるケーシング１２に対して、ケーシング１２の上辺側で外側にはみ出し、下辺側でケーシング１２の内側に位置している（図４参照）。

しかしながら、図６，７に示すように、ロータ部２８の回転軸Ｃｒとコア３２，３４の中心Ｃｓとをずらすことで、電動ポンプを回転軸Ｃｒに沿って見たときに、ポンプ室１４がモータ部におけるケーシング１２をはみ出さないようにすることができる。すなわち、図６，７に示す例では、各スロット３２ａ〜３２ｃ，３４ａ〜３４ｃの先端ティース部が、図７のｘ方向に変形している。ロータ部２８は、各スロット３２ａ〜３２ｃ，３４ａ〜３４ｃの先端ティース部の中央に位置決めされる。このため、ロータ部２８の回転軸２８Ｃｒは、図７のｘ方向にずれることとなる。一方、スロット３２ｃ，３４ｃのコイル３６が券回された部分はｘ方向に変形していないため、コア３２，３４の中心Ｃｓの位置は変化しない。したがって、ロータ部２８の回転軸２８Ｃｒは、コア３２，３４の中心Ｃｓに対してｘ方向にずれることになる。これにより、ポンプ室１４がコア３２，３４の中心Ｃｓに対してｘ方向にずれ、電動ポンプを回転軸Ｃｒに沿って見たときに、ポンプ室１４がモータ部におけるケーシング１２をはみ出さないようになる。この電動ポンプによると、ポンプ室の容量を増大しながら、電動ポンプのさらなる小型化を実現することができる。

なお、コア３２，３４の中心Ｃｓに対してロータ部２８の回転軸Ｃｒをずらす方向及びその量は、電動ポンプを設置するスペースや外部機器（実施例１では、インバータ装置５１やラジエータ５４）との位置関係に応じて適宜設定することができる。例えば、図８に示す例のように、ポンプ室１４がモータ部におけるケーシング１２の上下方向に均等にはみ出すように、ロータ部２８の回転軸Ｃｒの位置をずらしてもよい。あるいは、図９に示す例のように、ポンプ室１４がモータ部におけるケーシング１２の上方向にのみはみ出すように、ロータ部２８の回転軸Ｃｒの位置をずらしてもよい。

また、吐出口２２の形状は、上述した実施例の形状に限られない。例えば、図１０に示すように、吐出口３８は、ポンプ室１４の外周に沿って湾曲してからｘ方向に引出されていてもよい。このような形態によると、吐出口３８の位置を電動ポンプのより中央側に位置させることができる。

また、モータ部の構成は、上述した各実施例に示す構成には限られない。例えば、図１１に示すように、ロータ部２８の上下に配置するスロット４４を連結片４２ａ，４２ｂで連結したコア４０を用いてもよい。このようなコア４０を用いることで、各スロット４４の位置精度を上げることができる。あるいは、上述した各実施例と同様、図１２に示すように、ロータ部２８の上下に一対のコア４６を配置してもよい。

さらに、上述した各実施例では、モータ部におけるケーシング１２の回転軸に直交する断面の外形状が四角形であったが、このような例に限られず、扁平状であれば任意の形状を採ることができる。例えば、断面の外形状を楕円形状としてもよいし、４角形を構成する４辺のいくつかを湾曲させた形状としてもよい。あるいは、図１５〜２１に示すような外形状としてもよい。具体的には、図１５、１６に示すように、ケーシング１２の断面（モータ部における断面）の外形状を、矩形状のコーナ部を曲線で形成した形状としてもよいし、図１７に示すように、ケーシング１２の断面（モータ部における断面）の外形状を、矩形状のコーナ部を直線で面取りした形状としてもよい。あるいは、図１８に示すように、上辺の長さが下辺の長さよりも短い台形状としてもよい。さらには、図１９に示すように、ロータ部２８より短辺の長さが短い矩形状としてもよい。また、図２０に示すように、上下方向に伸びる辺が外周側に向かって突出する形状としてもよい。あるいは、図２１に示すように、左右方向に伸びる辺が水平方向から傾斜していてもよい。上述した図１５〜２１に示す外形状では、左右方向の寸法ａが、上下方向の寸法ｂよりも長くされ、扁平な外形状となっている。なお、寸法ａと寸法ｂとの比ａ／ｂは、１．３以上とすることが好ましい。比ａ／ｂを１．３以上とすることで、ロータ部２８の容積を大きくしながら、ステータ部の容積を大きくすることができる。

また、上述した実施例では、回路基板３８が回転軸に対して平行となるように配置されていたが、図２２に示すように、回路基板３８が回転軸に対して直交するように配置されていてもよい。

本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１０：電動ポンプ
１２：ケーシング
１４：ポンプ室
１６：モータ室
２０：吸入口
２２：吐出口
２６：インペラ
２８：ロータ部
３０：ステータ
３２，３４：コア
３６：コイル

Claims (5)

1. モータ部と、モータ部によって回転駆動されるインペラと、インペラを収容するポンプ室を有しており、モータ部とポンプ室とがインペラの回転軸に沿って配置されている電動ポンプであって、
   ポンプ室内に流体を吸入する吸入口と、
   ポンプ室内の流体を吐出する吐出口をさらに有しており、
   吸入口は前記回転軸と平行に伸びる一方で、吐出口は前記回転軸と直交する方向に伸びており、
   モータ部の前記回転軸に直交する断面の外形状が扁平状であることを特徴とする電動ポンプ。
2. ポンプ室の前記回転軸に直交する断面の外形状は、その外形線上の点からインペラの回転軸線までの距離が周方向に徐々に変化する形状をしており、吐出口の位置でインペラの回転軸線までの距離が最大となり、
   モータ部の前記回転軸に直交する断面の外形状は、第１方向の寸法が、第１方向と直交する第２方向の寸法より長い扁平形状であり、
   吐出口は第２方向と平行に伸びていることを特徴とする請求項１に記載の電動ポンプ。
3. モータ部は、インペラに接続されるロータ部と、ロータ部の周囲に配置されるステータ部を有しており、
   モータ部を前記回転軸に沿って見たときに、ロータ部の中心とステータ部の中心とがずれていることを特徴とする請求項２に記載の電動ポンプ。
4. モータ部を駆動するモータ駆動回路と、モータ駆動回路を収容する回路室をさらに有しており、
   ポンプ室とモータ部と回路室は前記回転軸に沿って配置されると共に、モータ部はポンプ室と回路室との間に配置されており、
   モータ駆動回路は、回路素子が実装されている回路基板を有しており、
   回路基板の実装面と前記回転軸とが平行、又は、直交していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の電動ポンプ。
5. 電動ポンプを外部機器に取付けるための取付面をさらに有しており、
   吐出口は、取付面から取付面に対して直交する方向に突出していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電動ポンプ。

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