JP5145893B2 - 電動ウォータポンプ - Google Patents

Description

本発明は主に、自動車用内燃機関の冷却水の循環に使用する電動ウォータポンプに関する。

一般に、自動車用内燃機関の内部に設けられた内燃機関を冷却するための水路の中には、製造時に意図せず残留した初期異物が存在する。初期異物は、その多くが内燃機関の金属部品の切削加工時等に発生する切り粉であり、磁性体が多く含まれている。

従来、初期異物がモータ内部へ流入することを抑制する電動ウォータポンプとしては、特許文献１に示すものが知られている。この電動ウォータポンプは、冷却水の吸入口と吐出口とを備えた水室と、水室と軸受部とを連係するモータ側ハウジング内に形成された液体回路と、回転シャフトを支持する軸受と、回転シャフトと共に回転するロータと、液体回路に設けられたフィルタとを備えている。フィルタが、液体回路に液体を吸入する液体回路口から突出して設けられ、水室内でインペラによって形成された液体の流れ方向に沿った面を有する。
特開２００５−２１４０２２号公報

しかしながら、特許文献１の発明においては、フィルタの目が細かい場合、フィルタに異物が付着し、ついにはフィルタが目詰まりを起こして液体が液体回路に流入しなくなる。液体が流入しなくなると、液体による回転シャフトと軸受との潤滑効果が薄れて摺動抵抗が大きくなり、電動ウォータポンプの作動低下を招くおそれがあった。

フィルタの目が粗い場合には、液体中の異物がフィルタを通過し、液体回路に流入する。異物は液体回路を介して、軸受部に流入し、ついにはロータを構成する永久磁石の磁力によりロータに吸着する。ロータに異物が吸着すると、モータ側ハウジングとロータとが異物を介して擦れ合い、電動ウォータポンプの作動低下を招くおそれがあった。

本発明は上記問題点に鑑み、電動ウォータポンプの回転子（ロータ）の外周面と固定子（モータ側ハウジング）の内周面との間の隙間に異物が入り込んでも、その異物により固定子と回転子との間の摺動抵抗の増加を抑制し、円滑に作動可能な電動ウォータポンプを提供することを技術的課題とする。

上記の技術的課題を解決するために本発明に講じられた第１の技術的手段は、
吸入口と吐出口とを有するハウジングと、
前記ハウジングの中に設けられ、前記吸入口から前記吐出口へと冷却水を送り込むインペラと、
前記ハウジング内に回転自在に設けられるとともに、一端には前記インペラが設けられ、他端には円柱部の穴部に複数の永久磁石が設けられた回転子と、
前記回転子の周りに位置するよう前記ハウジングの内周に固設されるとともに、前記回転子に向けて突出する複数の突出部を持つコアと、前記コアに巻回されるコイルとを有する固定子と、を備え、
前記永久磁石と対向する前記回転子の外周面と前記固定子の内周面との間隙よりも、隣り合う前記永久磁石の間の前記回転子の外周面と前記固定子との間隙を大とするように、隣り合う前記永久磁石の間の前記回転子の外周面に平面部を少なくとも１つ以上形成し、
前記穴部は、前記永久磁石が挿入される主穴部及び前記永久磁石を前記円柱部に固定する樹脂が注入される副穴部を有し、
前記永久磁石の前記固定子と対向する面から発生する磁束が、隣り合う前記永久磁石の前記固定子と対向する面へと流れる磁路を形成し、
前記平面部と前記副穴部とで直線状の前記磁路を形成している電動ウォータポンプである。

第２の技術的手段は、
吸入口と吐出口とを有するハウジングと、
前記ハウジングの中に設けられ、前記吸入口から前記吐出口へと冷却水を送り込むインペラと、
前記ハウジング内に回転自在に設けられるとともに、一端には前記インペラが設けられ、他端には円柱部の第１穴部に第１永久磁石が設けられ且つ前記円柱部の第２穴部に第２永久磁石が設けられた回転子と、
前記回転子の周りに位置するよう前記ハウジングの内周に固設されるとともに、前記回転子に向けて突出する複数の突出部を持つコアと、前記コアに巻回されるコイルとを有する固定子と、を備え、
前記第１永久磁石及び前記第２永久磁石と対向する前記回転子の外周面と前記固定子の内周面との間隙よりも、前記第１永久磁石と前記第２永久磁石との間の前記回転子の外周面と前記固定子との間隙を大とするように、前記第１永久磁石と前記第２永久磁石との間の前記回転子の外周面に平面部を形成し、
前記第１穴部は、前記第１永久磁石が挿入される第１主穴部、及び前記第１永久磁石を前記円柱部に固定する樹脂が注入される第１副穴部を有し、
前記第２穴部は、前記第２永久磁石が挿入される第２主穴部、及び前記第２永久磁石を前記円柱部に固定する樹脂が注入される第２副穴部を有し、
前記第１永久磁石の前記固定子と対向する面から発生する磁束が、前記第２永久磁石の前記固定子と対向する面へと流れる磁路を形成し、
前記平面部と前記第１副穴部及び前記第２副穴部とに挟まれて直線状の前記磁路を形成している電動ウォータポンプである。

請求項１の発明によれば、隣り合う永久磁石の間の回転子の外周面に、回転子と固定子との間隙が広くなる平面部を形成することにより、冷却水路中に製造時に意図せず残留し、冷却水中に混入した磁性体異物は、永久磁石により平面部に吸着される。回転子が回転しても、平面部と固定子との間の隙間に吸着された磁性体異物は、永久磁石の磁力（磁性体異物の吸着力）により、平面部の外部に出ることが抑制される。その結果、回転子の外周面と固定子の内周面との間に異物が噛み込むことを抑制でき、回転子を円滑に回転させることができる。

更に請求項１の発明によれば、隣り合う永久磁石の間の回転子の外周面を平面部にすることにより、簡単な加工で形成することができる。

請求項２の発明によれば、第１永久磁石と第２永久磁石との間の回転子の外周面に、回転子と固定子との間隙が広くなる平面部を形成することにより、冷却水路中に製造時に意図せず残留し、冷却水中に混入した磁性体異物は、第１永久磁石及び第２永久磁石により平面部に吸着される。回転子が回転しても、平面部と固定子との間の隙間に吸着された磁性体異物は、第１永久磁石及び第２永久磁石の磁力（磁性体異物の吸着力）により、平面部の外部に出ることが抑制される。その結果、回転子の外周面と固定子の内周面との間に異物が噛み込むことを抑制でき、回転子を円滑に回転させることができる。

更に請求項２の発明によれば、回転子の内部に設けられた第１永久磁石と第１永久磁石との間の回転子の外周面を平面部にすることにより、簡単な加工で形成することができる。

以下、本発明の実施形態を図１、図２及び図３に基づいて説明する。

電動ウォータポンプ１０は、吸入口１６ａと吐出口１６ｂとを有する金属性のハウジング１６と、ハウジング１６にボルト等により固定されるボディ１４と、ハウジング１６内に設けられ、冷却水を吸入及び吐出するインペラ１１と、永久磁石１８が内設された円柱部を有する回転子１２と、回転子１２を回転自在に支持する軸１３と、ボディ１４の内周に固設されるとともに回転子１２に向けて突出する複数の突出部１５ａを有するコア１５ｂ及びコア１５ｂに巻回されるコイル１５ｃとからなる固定子１５と、バッテリー（図示なし）からのコイル１５ｃへの通電を制御する通電制御装置２４とを備えている。

吸入口１６ａの中空部の中心には、複数の支柱（図示なし）と接続され、軸１３の先端部の外径よりも若干内径が大きい円筒形状のボス部１６ｃが設けられている。冷却水は、ボス部１６ｃの外周面と吸入口１６ａの内周面との間からインペラ１１側へと流れる。

回転子１２の中心には貫通孔１２ａが形成され、軸１３は、貫通孔１２ａに設けられる。軸１３の一端がボディ１４の孔１７に圧入され、その他端がボス部１６ｃに支持されている。

回転子１２は、回転すると冷却水の負圧により、ハウジング１６側へ移動しようとするため、ワッシャ２３を介してボス部１６ｃに当接している。

ロータコア２０は、薄板の磁性材料（例えば、珪素鋼板）が軸方向に積層されて構成されている。ロータコア２０の内部には、４個の永久磁石１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄを内設するための、４個の穴部２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄが固定子１５と対向するように、図３に示す断面において正方形状に配列されている。穴部２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄは、両端が三角形状となった略長方形状であり、三角形状の内径側斜辺に永久磁石１８の位置決めを行う突起部２０ａが設けられている。穴部２１に、突出部１５ａと対向しＮ極とＳ極とが交互に着磁された永久磁石１８を挿入した後、永久磁石１８を固定するために樹脂が注入される。また、隣り合う永久磁石１８の間のロータコア２０の外周面には、平面部２５が形成されている。平面部２５は、永久磁石１８ａの永久磁石１８ｂと隣り合う端面から固定子１５方向に延長した平面とロータコア２０の外周面とが交わる接線と、隣り合う永久磁石１８ｂの永久磁石１８ａ側の端面から固定子１５方向に延長した平面とロータコア２０の外周面とが交わる接線とまで延在している。同様に、永久磁石１８ｂと永久磁石１８ｃとの間、永久磁石１８ｃと永久磁石１８ｄとの間、永久磁石１８ｄと永久磁石１８ａとの間にも平面部２５が形成されている。平面部２５が形成されたことにより、永久磁石１８と対向するロータコア２０の外周面と固定子１５の内周面との間隙よりも大きくなり、広隙部１９を有する。三角形状の外径側斜辺は、平面部２５とで幅の狭い直線状の磁路２２を形成している。

次に、製造時に意図せず残留し、冷却水中に混入した磁性体異物の吸着について、図２及び図３に基づいて説明する。

一般に、空気中や水中の透磁率よりも、磁性材料であるロータコア２０の透磁率の方が高く、磁束は透磁率の高いロータコア２０内を流れようとする。ロータコア２０の外周面側をＮ極とする永久磁石１８ａの磁極両端部からの磁束は、ロータコア２０の磁路２２を通じて隣り合うロータコア２０の外周面側をＳ極とする永久磁石１８ｂ及び永久磁石１８ｄへと流れていく。磁路２２は幅が狭いため磁束密度が高くなり磁力が強く、永久磁石１８ａと永久磁石１８ｂとの間と、永久磁石１８ａと永久磁石１８ｄとの間に形成された平面部２５に、磁性体異物を吸着することができる。回転子１２が回転しても吸着された磁性体異物は、永久磁石１８の磁力（磁性体異物の吸着力）により、平面部２５の外部へ出ることが抑制される。その結果、ロータコア２０の外周面と固定子１５の内周面との間に異物が入り込むことを抑制できる。

次に電動ウォータポンプ１０の作動について図１及び図２に基づいて説明する。

図示しないラジエータ或いはエンジンに冷却水を流すときには、通電制御装置２４によって各コイル１５ｃへの通電が制御される。例えば所定のコイル１５ｃに電流を流して所定の突出部１５ａに磁極を形成すると、永久磁石１８との間に磁気吸引力が働いて回転子１２が回転する。このとき、他のコイル１５ｃに逆方向に電流を流して他の突出部１５ａに磁極を形成しておけば、突出部１５ａと永久磁石１８との間に磁気反発力が働いて回転子１２の回転が促進される。次に、各コイル１５ｃに流れる電流をそれぞれ逆方向に切替えると、永久磁石１８との間の磁気吸引力及び磁気反発力も切り替わって回転子１２が更に回転する。このように、通電制御装置２４により各コイル１５ｃへの通電を切替え制御することによって、回転子１２の回転を任意に制御することが可能になる。例えば、各コイル１５ｃに流れる電流の大きさを制御すると突出部１５ａと永久磁石１８との間で働く磁気吸引力及び磁気反発力の大きさが制御されて任意の回転トルクを得ることができ、各コイル１５ｃへの通電の切替え速度を制御すると任意の回転速度を得ることができる。このように、回転子１２が回転することで、回転子１２の先端に設けられたインペラ１１も回転して、低圧側となる吸入口１６ａから冷却水を吸入するとともに高圧側となる吐出口１６ｂへと冷却水を吐出する。吐出口１６ｂから吐出された冷却水は、エンジン或いはラジエータ内を流れてエンジンを冷却する。

尚、本実施形態は、永久磁石１８を正方形状に４個配列した場合を説明したが、これに限定されることなく、永久磁石１８は複数設ければ良く、どんな配列でも良い。更に本実施形態は、回転子１２の内部に設けられ隣り合う永久磁石１８の間の回転子１２の外周面全てに平面部２５を形成したが、平面部２５は少なくとも１つ形成すれば良い。

本発明の実施形態に係る電動ウォータポンプの断面図であり、図２におけるＡ−Ｏ−Ａ断面図である。 図１におけるＢ−Ｂ断面図である。 本発明の実施形態に係るロータコアの断面図である。

符号の説明

１０・・・電動ウォータポンプ
１１・・・インペラ
１２・・・回転子
１２ａ・・・貫通孔
１３・・・軸
１４・・・ボディ（ハウジング）
１５・・・固定子
１５ａ・・・突出部
１５ｂ・・・コア
１５ｃ・・・コイル
１６・・・ハウジング（ハウジング）
１６ａ・・・吸入口
１６ｂ・・・排出口
１６ｃ・・・ボス部
１７・・・孔
１８・・・永久磁石
１８ａ・・・永久磁石（第１永久磁石）
１８ｂ・・・永久磁石（第２永久磁石）
１８ｃ・・・永久磁石
１８ｄ・・・永久磁石
１９・・・広隙部
２０・・・ロータコア
２１・・・穴部
２１ａ・・・穴部
２１ｂ・・・穴部
２１ｃ・・・穴部
２１ｄ・・・穴部
２２・・・磁路
２５・・・平面部

Claims (4)

1. 吸入口と吐出口とを有するハウジングと、
   前記ハウジングの中に設けられ、前記吸入口から前記吐出口へと冷却水を送り込むインペラと、
   前記ハウジング内に回転自在に設けられるとともに、一端には前記インペラが設けられ、他端には円柱部の穴部に複数の永久磁石が設けられた回転子と、
   前記回転子の周りに位置するよう前記ハウジングの内周に固設されるとともに、前記回転子に向けて突出する複数の突出部を持つコアと、前記コアに巻回されるコイルとを有する固定子と、を備え、
   前記永久磁石と対向する前記回転子の外周面と前記固定子の内周面との間隙よりも、隣り合う前記永久磁石の間の前記回転子の外周面と前記固定子との間隙を大とするように、隣り合う前記永久磁石の間の前記回転子の外周面に平面部を少なくとも１つ以上形成し、
   前記穴部は、前記永久磁石が挿入される主穴部及び前記永久磁石を前記円柱部に固定する樹脂が注入される副穴部を有し、
   前記永久磁石の前記固定子と対向する面から発生する磁束が、隣り合う前記永久磁石の前記固定子と対向する面へと流れる磁路を形成し、
   前記平面部と前記副穴部とで直線状の前記磁路を形成している電動ウォータポンプ。
2. 吸入口と吐出口とを有するハウジングと、
   前記ハウジングの中に設けられ、前記吸入口から前記吐出口へと冷却水を送り込むインペラと、
   前記ハウジング内に回転自在に設けられるとともに、一端には前記インペラが設けられ、他端には円柱部の第１穴部に第１永久磁石が設けられ且つ前記円柱部の第２穴部に第２永久磁石が設けられた回転子と、
   前記回転子の周りに位置するよう前記ハウジングの内周に固設されるとともに、前記回転子に向けて突出する複数の突出部を持つコアと、前記コアに巻回されるコイルとを有する固定子と、を備え、
   前記第１永久磁石及び前記第２永久磁石と対向する前記回転子の外周面と前記固定子の内周面との間隙よりも、前記第１永久磁石と前記第２永久磁石との間の前記回転子の外周面と前記固定子との間隙を大とするように、前記第１永久磁石と前記第２永久磁石との間の前記回転子の外周面に平面部を形成し、
   前記第１穴部は、前記第１永久磁石が挿入される第１主穴部、及び前記第１永久磁石を前記円柱部に固定する樹脂が注入される第１副穴部を有し、
   前記第２穴部は、前記第２永久磁石が挿入される第２主穴部、及び前記第２永久磁石を前記円柱部に固定する樹脂が注入される第２副穴部を有し、
   前記第１永久磁石の前記固定子と対向する面から発生する磁束が、前記第２永久磁石の前記固定子と対向する面へと流れる磁路を形成し、
   前記平面部と前記第１副穴部及び前記第２副穴部とに挟まれて直線状の前記磁路を形成している電動ウォータポンプ。
3. 前記磁路の延在方向と前記平面部の延在方向とは平行である請求項１または２に記載の電動ウォータポンプ。
4. 前記副穴部は、前記平面部と対向する副穴平面部を備える請求項１に記載の電動ウォータポンプ。

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