JP6103883B2 - 電動ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、電動ポンプに関する。

ディスクの外周縁に複数の永久磁石が一方の磁極を外側に向けて等間隔に配置され、各永久磁石の間におけるディスクの一部（突極）が他方の磁極として機能するように構成したモータは、従来から知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−２７３２１４号公報

しかしながら、このようなモータを、流体を圧送するための羽根部材又はポンプロータを備えた電動ポンプに適用した場合、突極では自ら磁束を発しないため、その回転に伴って磁気変動が生じ、不安定な磁束を発生させてしまうおそれがある。特に、羽根部材における羽根の枚数やポンプロータにおけるインナロータの歯数が、突極数の倍数と同一数になっていると、不安定な磁束と羽根又はインナロータとが共振し、羽根部材やポンプロータの振動が大きくなってしまう。

そこで、本発明は、作動時における振動を抑制できる電動ポンプを得ることを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載の電動ポンプは、ロータコアの外周部に複数のマグネットが一方の磁極を外側に向けて等間隔に配置されるとともに、前記各マグネットの間における前記ロータコアの一部がそれぞれ突極とされ、該各突極が他方の磁極として機能するように構成されたロータと、前記突極数の倍数と異なる枚数の羽根を有し、前記ロータと一体に回転して流体を圧送する羽根部材と、を備え、前記ロータコアは、環状に形成されたホルダ部材と、該ホルダ部材の径方向の中間部に配置された前記複数のマグネットと、を含んで構成されており、前記ホルダ部材の内周部には、軸受部材が係止されるカラー部材のボス部が挿入されており、前記ホルダ部材の内周部において周方向に隣り合う一対の前記マグネットの間には、径方向内側が開放された係合凹部が形成されており、前記ボス部の外周部には、前記係合凹部に係合することで、前記カラー部材の前記ホルダ部材に対する周方向の位置決めがなされる係合凸部が形成されている。

請求項１に記載の発明によれば、ロータの突極数の倍数と羽根部材における羽根の枚数とが異なっている。したがって、ロータの回転に伴う磁気変動により、突極から不安定な磁束が発生しても、その不安定な磁束と羽根とが共振せず、羽根部材の振動を抑制することができる。つまり、本発明によれば、電動ポンプの作動時における振動を抑制することができる。

また、請求項２に記載の電動ポンプは、請求項１に記載の電動ポンプであって、前記各マグネットは、互いに１８０度反対側に位置するように前記ロータコアの外周部に配置されていることを特徴としている。

請求項２に記載の発明によれば、各マグネットが、互いに１８０度反対側に位置するようにロータコアの外周部に配置されている。つまり、各突極が、互いに１８０度反対側に位置するようにロータコアの外周部に配置されている。したがって、各突極から発生する不安定な磁束を互いに打ち消し合わせることができ、電動ポンプの作動時における振動をより一層抑制することができる。

第１実施形態に係る電動ポンプの側断面図である。 第１実施形態に係るインペラ部材とロータアセンブリの分解斜視図である。 第１実施形態に係るインペラ部材とロータアセンブリとが一体化されてなるインペラアセンブリの側断面図である。 第１実施形態に係るロータコアの平面図である。 第１実施形態に係るインペラ部材の平面図である。 第２実施形態に係る電動ポンプの側断面図である。 第２実施形態に係るロータコアの平面図である。 第２実施形態に係るポンプロータの斜視図である。

以下、本発明に係る実施の形態について、図面を基に詳細に説明する。なお、説明の便宜上、各図において適宜示す矢印ＵＰを上方向とし、電動ポンプ１０の軸方向を上下方向と平行な方向とする。

＜第１実施形態＞
まず、第１実施形態について説明する。図１に示されるように、第１実施形態に係る電動ポンプ（電動ウォーターポンプ）１０は、ポンプハウジング１２と、モータハウジング１４と、エンドハウジング１６と、羽根部材としてのインペラ部材１８と、ロータアセンブリ２０と、ステータ２２と、モータシャフト２４と、回路基板２６と、を備えている。

ポンプハウジング１２は、後述するモータハウジング１４側に開口する凹状のポンプ室２８を有している。このポンプ室２８は、ポンプハウジング１２に形成された吸入口３０及び排出口３２の各々と連通されており、ポンプ室２８における吸入口３０側には、傾斜部３４が形成されている。この傾斜部３４は、ポンプ室２８の径方向内側へ行くに従って吸入口３０側に向かうように、ポンプ室２８の径方向に対して傾斜して形成されている。

モータハウジング１４は、ポンプハウジング１２と、電動ポンプ１０の軸方向に並んで設けられており、ポンプハウジング１２に固定されている。このモータハウジング１４は、電動ポンプ１０の軸方向に沿って延在するモータ室３６と、そのモータ室３６を構成する底部３７と、を有している。つまり、このモータ室３６は、ポンプハウジング１２側に開口しており、ポンプ室２８と連通されている。

また、このモータハウジング１４の底部３７には、モータ室３６の開口側に向けて突出する筒状のシャフト支持部３８が一体に形成されている。そして、このシャフト支持部３８には、モータシャフト２４の下端部が圧入等によって支持されている。また、モータ室３６のポンプ室２８側には、モータ室３６よりも拡径された拡径部４０が形成されている。

エンドハウジング１６は、モータハウジング１４を挟んでポンプハウジング１２と反対側に配置されており、モータハウジング１４に固定されている。このエンドハウジング１６は、モータハウジング１４との間に収容空間４２を形成しており、この収容空間４２には、回路基板２６が収容されている。そして、回路基板２６に設けられた駆動回路が、後述するステータ２２に電流を供給する構成とされている。

インペラ部材１８は、放射状に延びる複数枚（例えば１３枚）の羽根４４（図２、図５参照）を有しており、ポンプ室２８に回転可能に収容されている。つまり、このインペラ部材１８は、回転に伴って、吸入口３０から流体を吸入してポンプ室２８に搬送するとともに、ポンプ室２８に搬送された流体を排出口３２から排出する構成とされている。なお、後述するように、このインペラ部材１８は、ロータアセンブリ２０と樹脂材で一体化されるようになっている。

図２〜図４に示されるように、ロータアセンブリ２０は、環状に形成されたホルダ部材４６と、このホルダ部材４６に保持され、インペラ部材１８及びモータシャフト２４と同軸となる円周上に等間隔で配置された複数個、例えば４個のロータマグネット４８と、を有するロータコア２１を備えている。

ホルダ部材４６とロータマグネット４８とを含むロータコア２１は、モータ室３６に回転可能に収容されるようになっており、ホルダ部材４６は、磁性鋼板を積層したヨークとしての機能を有するようになっている。また、各ロータマグネット４８は、矩形平板状に形成されており、表裏一方の壁面がＮ極とされ、他方の壁面がＳ極とされている。

そして、本実施形態に係る４個のロータマグネット４８は、ホルダ部材４６の外周部に９０度間隔で、かつ一方の磁極（例えばＮ極）を径方向外側に向けて配置されるようになっている。つまり、各ロータマグネット４８は、ホルダ部材４６の外周部に、互いに１８０度反対側に位置するように配置される構成になっている。

また、各ロータマグネット４８の両側方（周方向両側）におけるホルダ部材４６の外周部には、各ロータマグネット４８の両側壁をそれぞれ露出させるための貫通孔４６Ｂが軸方向に沿って形成されている。このような貫通孔４６Ｂを形成することにより、各ロータマグネット４８の両端部で磁気回路が生じることによる磁力の低下が抑制又は防止されるようになっている。

また、各ロータマグネット４８の間におけるホルダ部材４６の外周部の一部が、それぞれ突極４９となっている。各突極４９は、他方の磁極（この場合はＳ極）として機能するようになっており、本実施形態におけるロータコア２１では、突極４９の個数が、ロータマグネット４８と同じ個数（この場合は４個）となっている。そして、インペラ部材１８の羽根４４の枚数が、この突極４９の個数の倍数と異なる枚数となっている。

また、このホルダ部材４６の軸心部に形成された貫通孔４６Ａにおける内周面には、軸方向に延在する被係合部としての係合凹部４７が周方向に等間隔に複数（例えば４個）形成されている。この係合凹部４７には、後述するボス部５２の貫通孔４６Ａ内への挿入に伴い、後述する係合凸部５３が係合（嵌合）するようになっている。

また、ロータアセンブリ２０は、ホルダ部材４６の貫通孔４６Ａに挿通される円筒状のボス部５２と、このボス部５２の下端部（一端部）側における外周面（外壁面）に径方向外側へ張り出すように一体に形成され、ホルダ部材４６を軸方向下側から支持する（ホルダ部材４６に対して軸方向の位置決めをする）環状のフランジ部５４と、を有するカラー部材５０を備えている。

そして、このボス部５２のホルダ部材４６から突出されない外周面には、軸方向に延在する係合部としての係合凸部５３が周方向に等間隔に複数（例えば４個）形成されている。このカラー部材５０における係合凸部５３が、ホルダ部材４６における係合凹部４７に係合（嵌合）することにより、ホルダ部材４６とカラー部材５０との周方向における位置決めがなされる（周方向への相対回転が規制される）ようになっている。

また、このボス部５２の上端部（他端部）には、切欠状の凹部５５が形成されている。この凹部５５は、互いに対向する位置に２個形成されており、後述する軸受部材５６における各凸部５９がそれぞれ嵌合されるようになっている。また、このボス部５２のホルダ部材４６から突出された上端部（他端部）側の外周面には、径方向外側へ張り出す（突出する）環状の突起部５２Ａが形成されている。

また、ロータアセンブリ２０は、ボス部５２の上端部（他端部）側から、ボス部５２の内側に挿入される円筒部５７を有する軸受部材５６を備えている。そして、この円筒部５７の内側に、モータシャフト２４が挿通されるようになっている。つまり、これにより、ロータアセンブリ２０は、軸受部材５６を介してモータシャフト２４に回転可能に支持されるようになっている。

また、この軸受部材５６（円筒部５７）の上端部（ボス部５２に対する挿入方向上流側端部）には、径方向外側へ張り出す（突出する）環状の係止部５８が形成されている。したがって、軸受部材５６の円筒部５７が、ボス部５２の内側に挿入されたときには、その係止部５８の下面が、ボス部５２の上端部（上端面）に当接し、これによって軸受部材５６がカラー部材５０に係止されるようになっている。つまり、これにより、軸受部材５６とカラー部材５０とが軸方向に位置決めされるようになっている。

そして更に、その係止部５８の下面には、下方（ボス部５２側）へ向かって突出する凸部５９が形成されている。この凸部５９は、互いに対向する位置に２個形成されており、カラー部材５０の上端部に形成された各凹部５５にそれぞれ嵌合されるようになっている。これにより、軸受部材５６とカラー部材５０との周方向における位置決めがなされる（周方向への相対回転が規制される）ようになっている。

ステータ２２は、モータ室３６の径方向外側に設けられており、モータハウジング１４に保持されている。このステータ２２は、ロータアセンブリ２０と共にブラシレスモータを構成するようになっており、回路基板２６に設けられた駆動回路から電流が供給されたときに、ロータアセンブリ２０に対して回転磁界を形成するようになっている。

また、図１に示されるように、拡径部４０には、インペラ部材１８におけるモータ室３６側の軸方向端面１８Ａと軸方向に隙間を空けて対向する対向面４０Ａが形成されており、傾斜部３４には、インペラ部材１８における羽根４４と隙間を空けて対向する傾斜面３４Ａが形成されている。そして、後述する被覆部６０の外周面６０Ａは、モータ室３６の内周面３６Ａと、径方向に隙間を空けて対向するようになっている。なお、これらの各面の間の隙間は、例えば１．０ｍｍ以下の微小隙間とされている。

また、ロータアセンブリ２０とインペラ部材１８とは、ＰＣやＡＢＳなどの樹脂材によって一体化されている。すなわち、ロータアセンブリ２０の外表面が、インペラ部材１８の軸心部として形成される円筒状の首部４５と、その首部４５から連続する被覆部６０によって被覆されるように（カラー部材５０の突起部５２Ａが首部４５の内壁に埋設されるように）、ロータアセンブリ２０がインペラ部材１８にインサート成形されて一体化されている。

これにより、ロータアセンブリ２０とインペラ部材１８とが一体的に結合されたインペラアセンブリ６２が構成されるようになっている。すなわち、ステータ２２に電流が供給されることによって形成された回転磁界により、ロータアセンブリ２０とインペラ部材１８とが一体的に回転駆動されるようになっている。そして、このインペラアセンブリ６２（インペラ部材１８）が回転することにより、流体（例えば、水等の液体）が、吸入口３０から吸入されてポンプ室２８へ搬送され、排出口３２から排出されるようになっている。

以上のような構成の第１実施形態に係る電動ポンプ１０において、次にその作用について説明する。

上記したように、インペラ部材１８の羽根４４の枚数は、ロータコア２１における突極４９の個数の倍数と異なる枚数とされている。具体的に数値の一例を挙げて説明すると、図４、図５に示されるように、本実施形態では、突極４９の個数が４個（偶数）とされ、羽根４４の枚数が１３枚（奇数）とされている。

したがって、ロータコア２１の回転に伴う磁気変動により、突極４９から不安定な磁束が発生しても、その不安定な磁束と羽根４４とが共振することはなく、インペラ部材１８の回転方向における振動を抑制することができる。つまり、これによれば、電動ポンプ１０の作動時における振動を抑制することができ、電動ポンプ１０を安定して作動させることができる。

しかも、各ロータマグネット４８が、互いに１８０度反対側に位置するようにホルダ部材４６（ロータコア２１）の外周部に配置されていることにより、各突極４９も、互いに１８０度反対側に位置するようにホルダ部材４６（ロータコア２１）の外周部に配置されている。したがって、各突極４９から発生する不安定な磁束を互いに打ち消し合わせることができ、電動ポンプ１０の作動時における振動をより一層抑制することができる。

＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態について説明する。なお、上記第１実施形態と同等の部位には同じ符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

図６に示されるように、第２実施形態に係る電動ポンプ（電動オイルポンプ）１０は、モータハウジング１４内にロータコア２１及びステータ２２を備えるとともに、ポンプハウジング１２内にポンプロータ７０を備えて構成されている。なお、エンドハウジング１６内には、回路基板２６が収容されており、エンドハウジング１６の外壁部には、ベントフィルタ６６が設けられている。

図７に示されるように、ロータコア２１は、環状に形成されたホルダ部材４６と、このホルダ部材４６に保持され、後述するインナロータ７４及びモータシャフト２４と同軸となる円周上に等間隔で配置された複数個、例えば４個のロータマグネット４８と、を有している。そして、ホルダ部材４６の軸心部に形成された貫通孔４６Ａには、モータシャフト２４が挿通されて固定されるようになっている。

ホルダ部材４６とロータマグネット４８とを含むロータコア２１は、モータハウジング１４のモータ室３６に回転可能に収容されるようになっており、ホルダ部材４６は、磁性鋼板を積層したヨークとしての機能を有するようになっている。また、各ロータマグネット４８は、矩形平板状に形成されており、表裏一方の壁面がＮ極とされ、他方の壁面がＳ極とされている。

そして、本実施形態に係る４個のロータマグネット４８は、ホルダ部材４６の外周部に９０度間隔で、かつ一方の磁極（例えばＮ極）を径方向外側に向けて配置されるようになっている。つまり、各ロータマグネット４８は、ホルダ部材４６の外周部に、互いに１８０度反対側に位置するように配置される構成になっている。

また、各ロータマグネット４８の両側方（周方向両側）におけるホルダ部材４６の外周部には、平面視略「Ｖ」字状の切欠部６４が軸方向に沿って形成されている。このような切欠部６４を形成することにより、各ロータマグネット４８の両端部で磁気回路が生じることによる磁力の低下が抑制又は防止されるようになっている。

また、各ロータマグネット４８の間におけるホルダ部材４６の外周部の一部が、それぞれ突極４９となっている。各突極４９は、他方の磁極（この場合はＳ極）として機能するようになっており、本実施形態におけるロータコア２１では、突極４９の個数が、ロータマグネット４８と同じ個数（この場合は４個）となっている。そして、後述するインナロータ７４の外歯７４Ａの歯数が、この突極４９の個数の倍数と異なる歯数となっている。

図８に示されるように、ポンプロータ７０は、内周部に複数（例えば７歯）の内歯７２Ａが形成されたアウタロータ７２と、アウタロータ７２内に設けられ、外周部に内歯７２Ａに噛み合う複数（例えば６歯）の外歯７４Ａが形成されたインナロータ７４と、を有している。そして、インナロータ７４の軸心部に形成されている貫通孔７４Ｂに、モータシャフト２４が挿通されて固定されるようになっている。

これにより、ロータコア２１とインナロータ７４とが一体に回転される構成になっている。すなわち、ロータコア２１が回転することによりインナロータ７４が回転し、アウタロータ７２が偏心しつつ回転するようになっている。このアウタロータ７２の回転により、流体（例えば、油等の液体）が吸入口３０から吸入されて排出口３２から排出されるようになっている。

以上のような構成の第２実施形態に係る電動ポンプ１０において、次にその作用について説明する。

上記したように、インナロータ７４の外歯７４Ａの歯数は、ロータコア２１における突極４９の個数の倍数と異なる歯数とされている。具体的に数値の一例を挙げて説明すると、図７、図８に示されるように、本実施形態では、突極４９の個数が４個とされ、インナロータ７４の外歯７４Ａの歯数が６歯とされている。

したがって、ロータコア２１の回転に伴う磁気変動により、突極４９から不安定な磁束が発生しても、その不安定な磁束とインナロータ７４とが共振することはなく、ポンプロータ７０の回転方向における振動を抑制することができる。つまり、これによれば、電動ポンプ１０の作動時における振動を抑制することができ、電動ポンプ１０を安定して作動させることができる。

しかも、各ロータマグネット４８が、互いに１８０度反対側に位置するようにホルダ部材４６（ロータコア２１）の外周部に配置されていることにより、各突極４９も、互いに１８０度反対側に位置するようにホルダ部材４６（ロータコア２１）の外周部に配置されている。したがって、各突極４９から発生する不安定な磁束を互いに打ち消し合わせることができ、電動ポンプ１０の作動時における振動をより一層抑制することができる。

以上、本実施形態に係る電動ポンプ１０について、図面を基に説明したが、本実施形態に係る電動ポンプ１０は、図示のものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、適宜設計変更可能なものである。例えば、各ロータマグネット４８は、ホルダ部材４６の外周部にＳ極を径方向外側に向けて配置してもよい。この場合、各突極４９はＮ極として機能するようになる。
なお、以上説明した構成において、本発明に含まれない構成は参考例とする。

１０・・・電動ポンプ、１２・・・ポンプハウジング、１４・・・モータハウジング、１６・・・エンドハウジング、１８・・・インペラ部材（羽根部材）、１８Ａ・・・軸方向端面、２０・・・ロータアセンブリ（ロータ）、２１・・・ロータコア、２２・・・ステータ、２４・・・モータシャフト、２６・・・回路基板、２８・・・ポンプ室、３０・・・吸入口、３２・・・排出口、３４・・・傾斜部、３４Ａ・・・傾斜面、３６・・・モータ室、３６Ａ・・・内周面、３７・・・底部、３８・・・シャフト支持部、４０・・・拡径部、４０Ａ・・・対向面、４２・・・収容空間、４４・・・羽根、４５・・・首部、４６・・・ホルダ部材、４６Ａ・・・貫通孔、４６Ｂ・・・貫通孔、４７・・・係合凹部、４８・・・ロータマグネット、４９・・・突極、５０・・・カラー部材、５２・・・ボス部、５２Ａ・・・突起部、５３・・・係合凸部、５４・・・フランジ部、５５・・・凹部、５６・・・軸受部材、５７・・・円筒部、５８・・・係止部、５９・・・凸部、６０・・・被覆部、６０Ａ・・・外周面、６２・・・インペラアセンブリ、６４・・・切欠部、６６・・・ベントフィルタ、７０・・・ポンプロータ、７２・・・アウタロータ、７２Ａ・・・内歯、７４・・・インナロータ、７４Ａ・・・外歯、７４Ｂ・・・貫通孔

Claims (2)

1. ロータコアの外周部に複数のマグネットが一方の磁極を外側に向けて等間隔に配置されるとともに、前記各マグネットの間における前記ロータコアの一部がそれぞれ突極とされ、該各突極が他方の磁極として機能するように構成されたロータと、
   前記突極数の倍数と異なる枚数の羽根を有し、前記ロータと一体に回転して流体を圧送する羽根部材と、
   を備え、
   前記ロータコアは、環状に形成されたホルダ部材と、該ホルダ部材の径方向の中間部に配置された前記複数のマグネットと、を含んで構成されており、
   前記ホルダ部材の内周部には、軸受部材が係止されるカラー部材のボス部が挿入されており、
   前記ホルダ部材の内周部において周方向に隣り合う一対の前記マグネットの間には、径方向内側が開放された係合凹部が形成されており、
   前記ボス部の外周部には、前記係合凹部に係合することで、前記カラー部材の前記ホルダ部材に対する周方向の位置決めがなされる係合凸部が形成されていることを特徴とする電動ポンプ。
2. 前記各マグネットは、互いに１８０度反対側に位置するように前記ロータコアの外周部に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電動ポンプ。