專利名稱：電動泵的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及由電動馬達驅動的電動泵。
背景技術：
作為提高汽車的燃料消耗率的對策，第一舉出在車輛停止時使發(fā)動機
停止的怠速停止(idle stop),第二舉出并用旋轉電機和發(fā)動機用于車輛驅 動的混合動力化等，且正在實用化。為了使用這些系統(tǒng)，由于怠速停止中 停止時發(fā)動機停止，所以需要新的泵的驅動源。另外，在混合動力車中， 除了上述的怠速停止之外，為了冷卻驅動用馬達、或者起動發(fā)電機和其控 制裝置而需要水泵，作為其驅動源，目前的傾向大多使用的是采用了電動 馬達的電動泵。
在專利文獻l中，公開有一種利用電動馬達的輸出軸使葉輪旋轉，在 離心力的作用下排出冷卻水的電動水泵。
專利文獻1:日本特開2000—213490號公報
用于驅動在專利文獻l中記載的水泵的電動馬達，由于線圈以在驅動 軸向上往復的方式巻繞在定子鐵心上，因此對轉子的轉矩產生不起作用的 被稱為線圈末端(coil end)的部分向定子鐵心的兩端突出，無法縮短軸向 的長度。因此，泵整體大型化，產生搭載性差的問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種小型且搭載性好的電動泵。 本發(fā)明的特征在于，使用電動馬達驅動泵構成體，所述電動馬達包括 鐵心和線圈，所述鐵心具有分別從軸向兩端側向對方側端部延伸的多個第 一爪磁極和多個第二爪磁極，在周方向上交替配置該第一爪磁極和多個第 二爪磁極而形成，所述馬達在鐵心上環(huán)狀環(huán)繞地巻繞有線圈。
另外，本發(fā)明的特征在于，配置有泵構成體，該泵構成體與鐵心以及 磁極構件的至少一端相鄰，排出冷卻介質。
另外，本發(fā)明的特征在于，利用電動馬達驅動排出液體的泵構成體， 所述電動馬達至少在由壓粉磁心構成的定子鐵心的內周設置有由非磁性 材料模塑的模塑部。 (發(fā)明效果)
根據本發(fā)明，由于不存在線圈末端，所以可以實現電動泵整體的小型 化，可以大幅度提高搭載性。


圖1是作為本發(fā)明的實施例1的電動水泵的軸向側面剖視圖； 圖2是說明本發(fā)明的實施例1的定子鐵心一相(1相分)和線圈的詳 細情況的圖3是實施例1的A—A剖視圖4是對于搭載有電動泵的車輛的說明圖5表示實施例2的電動水泵；
圖6是作為本發(fā)明的實施例3的電動水泵軸向側面剖視圖7是說明本發(fā)明的實施例3的定子鐵心和線圈的詳細情況的圖8是本發(fā)明的實施例3的控制結構圖9是表示本發(fā)明的實施例3的動作原理的圖10是作為本發(fā)明的實施例4的電動水泵的軸向側面剖視圖11是說明本發(fā)明的實施例4的定子鐵心的詳細情況的圖。
圖中l(wèi)一水泵部(泵構成體)；3 —泵殼體；ll一電動馬達部；12 — 馬達殼體；13 —定子鐵心(鐵心)；14一線圈；16 —轉子(磁極構件)；
18 —襯套(軸承)；19一樹脂材料(非磁性材料、模塑(mold)部)；34 一流路；35 —階梯部(磁場偏移部)；37—凹部(止轉機構)；38—凸部
(止轉機構)。
具體實施例方式
以下，按照各實施例并基于

本發(fā)明的一實施方式的電動水
泵。
(實施例l)
圖1 圖3表示實施例1的電動水泵。圖1是實施例1的電動水泵的 軸向側面的剖視圖。另外，圖2是說明作為實施例1的鐵心的定子鐵心一
相和線圈的詳細情況的圖，圖2 (a)是局部截斷定子鐵心和線圈的狀態(tài)的 立體圖，圖2 (b)是定子鐵心的主視圖，圖2 (c)是從內側觀察定子鐵 心的內周的周方向的展開圖，圖2 (d)是定子鐵心以及線圈上的一部分的 側面的剖視圖。進而，圖3是圖1的A—A截面圖。
該電動水泵，主要是在并用發(fā)動機和驅動用電動馬達來驅動車輛的混 合動力車中，用于冷卻驅動用電動馬達或者起動發(fā)電機及其控制裝置等。
在圖1中，作為泵構成體的水泵部1使用了離心泵，并由如下部分構 成，§卩設置有泵室2的泵殼體3、和旋轉自如地收容在泵室2內的葉輪 4。
泵殼體3通過壓鑄法由熱傳導率高的金屬材料即鋁合金材料成形，如 圖3所示，在內部的周方向位置，形成有內徑逐漸擴大而設置的泵室2。 因此，泵殼體3在軸向上被分割成兩個構件3 (a) 、 3 (b)，在插入了葉 輪4和驅動軸5之后，利用螺栓6將它們形成一體。另外，如圖1所示， 從泵室的軸向大致中央位置向外側突出形成有筒狀的吸入部7，并且從泵 室的軸向大致中央位置朝向電動馬達部11側突出形成有筒狀的軸承支撐 部8。進而，如圖3所示，在泵室2的內徑達到最大的附近形成有排出部 9。而且，從排出部9排出的流動介質，具體地說，作為冷卻介質的冷卻 水，在水中添加了乙二醇(ethylene glycol)，形成不易凍的液體(防凍液)， 還提高了防銹效果。該冷卻水被供給到混合動力車的驅動用電動馬達及其 變換器。
在泵室2內設置的葉輪4由吸入部7側的傘圓盤狀板、電動馬達部11 側的傘圓盤狀板、和在它們之間放射狀設置的多個葉片(在本實施例中為 8個)構成，該葉輪4通過樹脂材料的注射成形而一體成形。在該葉輪4 的大致中央位置設有孔10，在該孔10內壓入固定由金屬制成的中空圓筒 狀的驅動軸5，驅動軸5和葉輪4 一體旋轉。
如此構成的水泵部l，通過驅動軸5的旋轉，葉輪4旋轉，由葉片攪
出的冷卻水在離心力的作用下向外周側流動。如此，向外周側流動的冷卻 水在慣性力的作用下沿著泵室2的內周面被引導向排出部。而且，吸入部
7附近，由于葉輪4上的冷卻水向外周側流動而成為負壓，從而冷卻水從 吸入部7流入。因此，至少在葉輪4旋轉的狀態(tài)下，泵室2內被冷卻水充滿。
接著，基于圖1和圖2說明與水泵部1鄰接設置的電動馬達部11。 電動馬達部11由如下部分構成，即在內部具有收容部的馬達殼體 12;被收容在馬達殼體12內，通過通電而產生磁場的作為鐵心的定子鐵 心13;收容在定子鐵心13內的線圈14;以及以與定子對置的狀態(tài)配置的
具有永久磁鐵21的作為磁極構件的轉子16。
馬達殼體12具有中空圓筒形狀的收容部12a、和對收容部12a的一端 側進行密封的密封板12b，兩者通過螺栓15而形成一體。進而，收容部 12a的另一端側的開口通過螺栓6被泵殼體3密封。因此，泵殼體3的一 部分兼作馬達殼體12。而且，收容部12a和密封板12b與泵殼體3同樣， 是通過壓鑄法由鋁合金材料成形的。另外，在密封板12b上，以和泵殼體 3的軸承支撐部8對置的方式，與泵殼體3的軸承支撐部8同樣地一體成 形有向水泵部側突出的中空圓筒形狀的軸承支撐部17。
另外，泵殼體3的軸承支撐部8以及馬達殼體12的軸承支撐部17的 內周，在軸向上呈階梯狀形成有大徑部和小徑部，在大徑部上壓入作為軸 承的樹脂制成的襯套18、即滑動軸承，并通過抵接于小徑部，在軸向上被 定位。進而，在這些襯套18上，在相互相對側的端部一體成形有圓盤狀 的凸緣部。
接著，對于作為鐵心的定子鐵心13和線圈14進行說明，在本實施例 中，由于采用的是具有三相的定子鐵心13和線圈14的三相無刷馬達，所 以在馬達殼體12內，在被絕緣的狀態(tài)下，層疊配置有在內部收容了線圈 14的三個定子鐵心13，使其在軸向上排列。
以下對于其中的一相進行說明。定子鐵心13由在軸向大致中央位置 被分割成兩個的環(huán)狀構件構成。另外，環(huán)狀構件之一呈爪齒形狀(爪形磁 極形狀)，若詳細說明，則其由如下部分構成，即在最外周側沿軸向延 伸的外周部13a;在外周部的端部設置的中空圓盤狀的圓環(huán)部13b;從圓
環(huán)部向內周側以大致均等的間隔延伸的多個(在本實施例中為12個)爪 基部13C;以及從爪基部朝向對方側的環(huán)狀構件，沿軸向以前端變細形狀、 即近似梯形狀延伸的爪部13d。
另夕卜，如圖2a、圖2d所示，定子鐵心13其截面形成為大致"- "字 狀，爪部13d相對于外周部13a長，另外，爪部13d和爪基部13c在內側 連續(xù)地圓弧狀連接。而且，爪磁極由爪基部13c和爪部13d構成。
使如此構成的兩個大致相同形狀的環(huán)狀構件相對置，使得爪部13d交 替配置，利用作為非磁性材料的樹脂材料19模塑除爪部13d以外的表面 整體，由此作為一相的定子鐵心13而一體化，此時，在內部載置有沿著 環(huán)狀構件巻繞成圓環(huán)狀(環(huán)形狀)的線圈14。而且，線圈14被絕緣被覆， 兩端為了進行對線圈14的通電，而從環(huán)狀構件的對置面被拉出到外側， 與用于控制電流的變換器相連。
另夕卜，在混合動力車等中，由于電源電壓為高電壓，所以線圈14和 定子鐵心13之間需要配置絕緣物，但在電源電壓是低電壓的情況(一般 在汽車中使用12V這樣的低壓)下，還可以將線圈14直接配置于定子鐵 心13。
而且，本實施例，由于是三相馬達，所以對于U相、V相、W相的 定子鐵心13，在周方向上將爪部13d的位置以電角度分別錯開120度沿軸 向排列的狀態(tài)下，通過壓入來收容固定在馬達殼體12內，各線圈14與三 相的變換器連接。另外，通過在周方向上配置在以電角度分別分開120度 的位置，能夠使三相的線圈14的巻繞方向相同，各定子鐵心13可以由完 全相同的構件構成。而且，各定子鐵心13，由于在表面模塑有樹脂材料， 所以分別在絕緣狀態(tài)下被安裝在馬達殼體12中，在泵殼體3和馬達殼體 12的密封板12b之間形成有空間。
以上說明的定子鐵心13由壓粉鐵心成形，該壓粉鐵心是對由非磁性 體涂敷的磁性粉即鐵粉進行壓縮而成形的，但通過使粘結材料介于鐵粉之 間還能夠實現強度的提高。
另外，如圖2 (c)所示，在定子鐵心13上的兩個環(huán)狀構件的爪磁極 之間設置有用于減小線圈14的電感的空間，不過，在該爪磁極之間也會 模塑作為非磁性體材料的樹脂材料19，而爪部13d的內周面沒有被模塑。
因此，定子鐵心13的內周面構成為，樹脂材料19和爪部13d在周方向上交替。
接著，對于作為磁極構件的轉子16進行說明。轉子16由以一體旋轉 的方式固定在葉輪4上的驅動軸5、固定在驅動軸5上的轉子鐵心20、在 轉子鐵心20的外周設置的永久磁鐵21構成，轉子鐵心20，由作為磁性材 料的鐵材料一體成形有位于外周側的圓筒形狀的磁鐵安裝部20a、在磁 鐵安裝部20a的內周的軸向大致中央位置設置的寬度比磁鐵安裝部窄的驅 動軸安裝部20b，換言之，其成形為軸向截面呈近似H形狀。另外，在驅 動軸安裝部20b的內周形成有孔20c，通過在孔20c內壓入驅動軸5，轉 子鐵心20和驅動軸5被固定成一體旋轉。另外，在磁鐵安裝部20a外周， 在周方向上固定有多個在軸向上延伸的棒狀的永久磁鐵21，各個永久磁鐵 21被配置成磁極相互不同。
如此構成的轉子16被配置成，定子鐵心13的內周和各永久磁鐵21 對置，驅動軸5被兩襯套18軸支撐，且旋轉自如，并且通過兩襯套18上 的凸緣部阻止驅動軸5在軸向上的移動。
另外，由于通過驅動軸5和泵殼體3之間的間隙，驅動軸5的內周、 襯套18的內周和驅動軸5外周之間的間隙等，向轉子16側導入冷卻水， 所以轉子16在冷卻水中旋轉。此時，由于向襯套18和驅動軸5之間始終 導入冷卻水，所以能夠構成圓滑的滑動軸承。
接著，對于如此構成的電動馬達部11的動作進行以下說明。
對于線圈14，從蓄電池等電源經由三相的變換器供給電流，伴隨于此， 在定子鐵心13上的從一方的環(huán)狀構件延伸出的第一爪磁極和從另一方的 環(huán)狀構件延伸出的第二爪磁極產生不同的磁極。例如，在第一爪磁極產生 N極的情況下，在第二爪磁極產生S極。另外，在本實施例中，由于線圈 14具有U相、V相、W相，所以控制各自的通電，按照極旋轉的方式進 行切換。因此，在與爪磁極相對置的轉子16上設置的永久磁鐵21伴隨著 在爪磁極上產生的磁場而向旋轉方向移動。即，轉子16旋轉。而且，伴 隨著向U相、V相、W相的線圈14的通電狀態(tài)，可以控制驅動軸5的轉 速。
為了控制轉子16的旋轉狀態(tài)，通常，需要通過磁極位置檢測器檢測
轉子16的位置，但在本實施例中，采用根據線圈14的感應電壓檢測磁極
的位置，進行對三相線圈14的通電切換的感應電壓位置檢測方式、即無 傳感器方式，來檢測轉子16的位置。而且，由于水泵部上的葉輪4的負 荷變動非常緩慢，所以完全可以采用這種方式。
以上，說明了在本實施例中，在混合動力車中，用于冷卻驅動用電動 馬達或者起動發(fā)電機及其控制裝置等的電動水泵，但還可以適用于用于冷 卻發(fā)動機的泵或用于加熱艙室的泵。在此，基于圖4，對于搭載有電動泵 的車輛進行說明。此處以混合動力車為例進行說明。
在圖4中，在車輛22的發(fā)動機室內具備發(fā)動機23,并構成為與經過 變速機(沒有圖示)來驅動車輛的車輪24結合的結構。在此采用的結構 是，由第一電動泵25供給的冷卻水吸收在發(fā)動機23中產生的熱對其進行 冷卻，經過恒溫器26由散熱器27將從發(fā)動機23吸收的熱放出進行冷卻， 返回到原狀。另一方面采用的結構是，由第二電動泵28供給的冷卻水在 冷卻了變換器29、行駛用馬達30之后，由與第一電動泵25的冷卻水共用 的散熱器27冷卻，返回到原狀。進一步采用的結構是，由第三電動泵31 供給的冷卻水導入由第一電動泵25循環(huán)的冷卻水的一部分，由艙室加熱 器32將發(fā)動機23的發(fā)熱釋放到艙室內，然后，返回到原流路。此外，在 此分支通路33，是由恒溫器26判斷發(fā)動機23是否溫暖，在不溫暖時不使
制冷劑循環(huán)到散熱器27而將其分支循環(huán)的通路。 接著對于本實施例的作用效果進行說明。
在本實施例中，由于將線圈沿著鐵心環(huán)狀環(huán)繞的方式巻繞，所以不存 在對產生轉矩不起作用的線圈末端。因此，可以盡可能地使鐵心和泵構成 體接近，可以實現小型化。因此，搭載性提高。
而且，在將這些電動泵搭載在車輛上時，作為收納部分的發(fā)動機室內 由于搭載各種零件，所以是混雜的空間，尤其近年來，隨著混合動力化、 高功能化等，搭載零件數目飛躍性增加，所以在此收容的零件要求小型輕 量化，存在相比于其他室內收納的零件具有更高的要求的傾向，因此，上 述那樣的電動泵具有很大的效果。
這樣的電動泵，如圖4所示，使用的數量很多，通過使電動泵小型化， 從以下兩點出發(fā)，即，其一是減小發(fā)動機室內的電動泵所占據的比例，其
二是通過電動泵的高輸出化，使混合動力車的變換器、行駛用馬達的小型 化成為可能，可以有助于提高發(fā)動機的布局性、較大地提高車輛的性能， 可以同時提供電動泵單體的優(yōu)點和作為車輛的優(yōu)點。
此外，由于線圈的制作容易，且?guī)喞@后的成型相對于現有的在層疊鐵 心的槽中巻繞的線圈成型容易，所以提高了線圈在線圈的收容空間中占據
的線圈間隙因數(space factor)，由此，由于能夠降低線圈的電阻，所以 可以形成高效率的馬達。進而，由于線圈間隙因數的提高可以降低線圈、 鐵心之間的熱阻力，所以可以形成能夠經受大負荷的驅動馬達，利用這種 馬達相反可以實現小型輕量。進而，由于能夠縮短一周的線圈長度，所以 能夠減小電阻，可以使馬達效率提高。
另外，在本實施例中，由于使用多相的鐵心，所以可以容易且可靠地 進行控制。
另外，在本實施例中，將泵構成體與鐵心以及磁極構件的至少一端相 鄰配置，泵構成體形成排出冷卻介質的結構，因此，可以有效地冷卻鐵心 以及磁極構件。
另外，在本實施例中，由于沒有線圈末端，所以可以將馬達殼體的軸 向一端側作為泵殼體，此時，可以進一步提高冷卻效果，并且同時還可以 得到削減零件數目、實現小型化、輕量化的效果。
另外，在本實施例中，由于由相同材料成形泵殼體和馬達殼體，所以 可以得到高效率的冷卻。尤其使用熱傳導率高的鋁合金材料，所以可以得 到進一步的冷卻效果。
另外，在本實施例中，由于在磁極構件的內周配置有磁極構件的軸承， 所以不僅確保軸承長度，而且可以縮短軸向長度，可以有利于小型輕量化。 尤其，因為作為磁極構件的轉子側的轉子鐵心在磁性上留有富余，所以可 以減小軸向長度使滑動軸承配置在轉子中。
另外，在本實施例中，由于用壓粉鐵心制造了鐵心，所以可以簡單制 作三維的復雜形狀。而且，相對于對薄板的鐵板進行沖裁來制作的現有的 層疊鐵心，由于用壓粉鐵心制作的鐵心在整體上形成一體，所以有結構上 較牢固且難以振動，噪音低的特征，通過形成上述形狀，可以實現振動更 低、低噪音化了的馬達。進而，由于可以通過必要的原材料進行成形，所
以材料利用率高，達到100%，可以廉價地制作。
另外，在本實施例中，由于用非磁性材料模塑作為鐵心的定子鐵心， 所以即使用壓粉鐵心制造定子鐵心，也可以實現強度的增強，另外，即使 導入作為液體的冷卻水，也可以提高耐久性，而不會腐蝕線圈，進而可以 容易地進行密封，使得冷卻水不會向外部泄漏。因此，在定子鐵心和轉子 之間，沒有必要另外設置現有技術那樣的制冷劑的屏蔽，可以形成定子鐵 心直接在轉子側表面露出的結構，所以可以減小磁性空隙，可以避免由于 存在屏蔽而使得空隙長度增加進而引起轉矩減少、即效率下降等問題。因 此，可以實現小型輕量、高效率。尤其，在使用了樹脂作為非磁性體的情 況下，不會因冷卻水而生銹等。
另外，在本實施例中，由于將定子鐵心的內周面構成為非磁性材料和 磁極在周方向上交替形成，所以可以使定子鐵心的表面露出到轉子的對置 面，因此可以減少磁性空隙長度，可以提高馬達特性。進而還可以提高定 子鐵心的冷卻效果。
另外，在本實施例中，由于構成為向定子鐵心內以及定子鐵心的兩端 部導入作為冷卻液體的冷卻水，所以除了定子鐵心和線圈以外，轉子也可 以由冷卻水高效冷卻。如此，可以有效地消除發(fā)熱，伴隨于此，可以形成 小型輕量、高效的結構。進而，由于轉子在冷卻水中被軸支撐，所以可以 通過廉價的滑動軸承進行圓滑的支撐。尤其，因為驅動軸形成中空，冷卻 水容易被導入到兩方的軸承，所以可以實現更加圓滑的支撐。
另外，在本實施例中，通過使鐵心的爪部傾斜成前端變細的形狀，可
以降低馬達的齒槽轉矩(coggingtorque)，并且在線圈中感應的電壓也可 以形成為接近于正弦波的電壓，所以通過流通正弦波狀的電流，可以以三 相在旋轉方向上產生轉矩脈動少的一定的轉矩。由此，可以實現低噪音的 馬達。
以上，在本實施例中，作為電動泵，例示出了電動水泵，但也可以適 用作例如，用于向使用油壓的動力轉向裝置供油的動力轉向用泵、向發(fā) 動機供給潤滑油的潤滑泵等油泵、作為冷卻介質使用氣體的壓縮機、作為 冷卻介質使用油的電動油泵，由于能夠有效地冷卻電動馬達部，所以有效 適用于排出冷卻介質的泵。而且，泵部也可以不是離心泵，例如，還可以考慮葉片泵、齒輪泵、柱塞泵等。
另外，在本實施例中，泵殼體和馬達殼體由相同材料形成，且共用了 一部分，但也可以由不同材料且分別形成。因此，可以選擇適合于用途的 材料。另外，泵殼體和馬達殼體沒必要由金屬材料構成，還可以選擇樹脂 材料，但使用不飽和聚酯等熱傳導性好的樹脂材料，可以更有效地進行冷 卻。
另外，在本實施例中，葉輪由樹脂材料構成，但也可以通過對金屬進 行沖壓或壓鑄或由鑄造物形成。此時，可以提高葉輪的強度。
另外，在本實施例中，葉輪和驅動軸由不同的構件構成，但也可以一 體成形。此時，可以削減零件數目。
另外，在本實施例中，將驅動軸的軸承作成金屬的襯套，但還可以使 用樹脂的襯套，進而，還可以使用滾針軸承或滾珠軸承。此外，在使用滾 針軸承或滾珠軸承時，盡可能不與冷卻水接觸為好，需要設置密封件，以 使冷卻水不會到達泵部和電動馬達部之間。此時，轉子在冷卻水中不旋轉， 在空氣中旋轉，為了進行潤滑，優(yōu)選在軸承上涂敷油脂等潤滑油。
另外，在本實施例中，雖然以鐵心為固定側，以使用了作為磁極構件 的永久磁鐵的轉子為旋轉側，但還可以通過使用電刷向線圈供給電流而以 鐵心作為旋轉側，以永久磁鐵作為定子，即形成所謂直流馬達。進而，還 可以形成使用其他線圈和其他鐵心代替永久磁鐵的所謂感應馬達。
另外，在本實施例中，通過壓粉鐵心構成定子鐵心，但還可以通過切 削加工或沖壓等進行成形。在通過這樣的方法進行成形時，與壓粉鐵心相 比可以提高強度。
另外，在本實施例中，構成定子鐵心的內周面，使得非磁性材料和磁 極在周方向上交替形成，但還可以用非磁性體對定子鐵心的內周整體進行 模塑。此時，還可以防止定子鐵心在冷卻水的作用下生銹的情況。
另外，在本實施例中，雖然電動馬達部和變換器等控制裝置是不同個 體，但也可以將其一體配置于馬達殼體上的泵殼體的相反側端部。此時， 作為電動泵，可以構成更加緊湊的結構。
另外，在本實施例中，釆用感應電壓位置檢測方式、即無傳感器方式 對轉子的位置進行檢測，但通過設置磁極位置檢測器，可以縮短起動時的
時間而開始工作。
另外，在本實施例中，雖然按每一相對定子鐵心進行模塑并將其固定 在馬達殼體內，但也可以將定子鐵心固定在馬達殼體內之后，和馬達殼體 一起進行模塑。
另外，在本實施例中，雖然在定子鐵心和泵殼體之間設有對樹脂進行 模塑的模塑部及空間，但如果泵殼體由鋁合金等非磁性體構成，則還可以 使定子鐵心和泵殼體直接接觸。此時，由于從線圈經由泵殼體向制冷劑直 接散熱，所以可以進一步提高冷卻效果，可以實現小型輕量化。另外，除 了對定子鐵心和泵殼體之間的樹脂進行模塑以外，還可以只形成空間。由 此，如果形成制冷劑可直接與定子鐵心的側面接觸的結構，則由于形成了 從定子繞組經由定子鐵心向制冷劑直接散熱的結構，所以可以實現進一步 的小型化。
另外，在本實施例中，將U相、V相、W相的定子鐵心配置于在周 方向上分別分開120度電角度的位置，但也可以配置于在周方向上各分開
60度電角度的位置。此時，成為U相、W相、V相的順序，需要使中心
的w相的巻繞方向相反。
另外，在本實施例中，使鐵心的爪部傾斜成為前端變細的形狀，但也 可以形成為與軸向平行。
圖5表示實施例2的電動水泵。圖5a是實施例2的電動水泵的軸向 側面的剖視圖，圖5b是圖5a的B—B剖視圖。另夕卜，圖5c是只取出了由 作為非磁性體材料的樹脂模塑的定子鐵心的結構的側視圖。此外，對于與 實施例l共通的部位，以同一名稱、同一符號表示。
實施例1與實施例2的不同點在于，在由作為非磁性體材料的樹脂模 塑的定子鐵心13的模塑部分19設置有流路34，該流路34作為通路，使 作為冷卻介質的液體即冷卻水可以流通。
該流路34由如下部分構成，g卩在如圖5b所示的定子鐵心13的軸 向端面，在圓環(huán)部的半徑方向大致中央位置設置成環(huán)狀的環(huán)狀通路34a; 在磁極的中心位置、即各爪基部13c的周方向大致中央位置設置成放射狀
的放射狀通路34b;以及在如圖5C所示的定子鐵心13的軸向側面，從各
放射狀通路大致沿著軸向延伸的軸向通路34c，并且，該流路34形成在各 相的定子鐵心13上的兩端面以及側面。這些通路是通過對樹脂注射成形 時使用的模具成形的，在各個定子鐵心13上形成有同一通路。因此，若 在軸向上并排配置三相的定子鐵心，則在相鄰的定子鐵心13之間，同一 形狀的環(huán)狀通路34a和放射狀通路34b相互面對地吻合。另外，在軸向通 路34c中，由于是與相鄰的定子鐵心D相同的位置，所以各軸向通路34c 連通。
如此，在本實施例中，通過形成流路34，由于在定子鐵心13的內周 側充滿的冷卻水會進入該流路，所以可以提高冷卻效果。
另外，在本實施例中，由于流路形成為放射狀，所以可以更有效地分 配冷卻水。
另外，在本實施例中，由于在各定子鐵心之間還設有流路，所以可以 分別冷卻各定子鐵心。
另外，在本實施例中，由于在磁極的中心位置形成了流路，所以可以 對最需要冷卻的部位進行高效的冷卻。
另外，在本實施例中，由于各定子鐵心的模塑部分具有環(huán)狀通路和軸 向通路，所以可以對各定子鐵心之間、定子鐵心和泵殼體之間、定子鐵心 和馬達殼體之間都進行冷卻。因此，可以遍及電動馬達的全周地分配制冷 劑，可以進一步提高冷卻效果，可以實現更小型的馬達。
另外，在本實施例中，由于在定子鐵心的內周配置有旋轉自如的轉子， 所以在轉子的轉速變高時，在定子鐵心內周的與轉子相對置的部分產生冷 卻水的流動，由于伴隨著流速的增大壓力下降，所以在定子鐵心的不與轉 子對置的泵殼體側以及馬達殼體側的壓力之間產生壓差。因此，冷卻水在 流路內循環(huán)。由此，可以得到更好的冷卻效果。
另外，在本實施例中，由于將各定子鐵心的模塑部分的流路形成為相 同形狀，所以可以用一個模具成形，可以降低成本。
以上，在本實施例中，說明了用模具成形了流路的結構，但流路也可 以通過切削來加工。
另外，在本實施例中，雖然設有環(huán)狀通路，但若省略環(huán)狀通路，則也
可以一次模塑多相的定子鐵心，形成流路。 [實施例3]
圖6以及圖7表示實施例3的電動水泵。圖6是實施例3的電動水泵 的軸向側面的剖視圖。另外，圖7是說明作為實施例3的鐵心的定子鐵心 和線圈的詳細情況的圖，圖7 (a)是局部截斷了定子鐵心以及線圈的狀態(tài) 的立體圖，圖7 (b)是定子鐵心的主視圖。此外，對于與實施例1共通的 部位，以同一名稱、同一符號進行表示。
實施例1和實施例3的不同點在于以下三處形成為由一相構成定子 鐵心13的單相馬達、以及在爪磁極上的爪部13d的周方向一側設有階梯 部35、以及設有檢測轉子位置的位置檢測器36。
定子鐵心13，雖然與取出實施例1中的定子鐵心13之一的結構大致 相同，但如圖7 (a)以及圖7 (b)所示，在從定子鐵心13的兩端延伸的 爪磁極上的爪部13d上，作為磁場向周方向一方偏移的磁場偏移部，相比 于周方向一方側隔離出周方向另一方側與轉子之間的空隙而在同一側設 有階梯部35。該階梯部35，爪部的周方向大致中央位置形成階梯。
另外，位置檢測器36，安裝在設置于圖4所示的馬達殼體12中的與 泵相反側端的內側的凹部，可以檢測轉子16的永久磁鐵21的漏磁通，從 而檢測出永久磁鐵21的位置、即轉子16的位置。
接著，基于圖8的控制結構圖，說明實施例3的單相馬達的控制結構。
在圖8中，單相馬達的系統(tǒng)結構由如下部分構成，即驅動泵的由單 相馬達構成的電動馬達部11、具有從直流電源Edc向電動馬達部11供給 交流電的作用的變換器CONV、以及控制變換器CONV的控制電路 CONT。
在此，控制電路CONT由將位置檢測器36的輸出變換成角度信息的 角度變換器A、速度控制電路B、變換器輸出電路C構成。在該結構中， 在角度變換器A中，從位置檢測器36輸入永久磁鐵21的漏磁通的信息， 由此，輸出轉子的位置信息。若測定位置檢測器36的輸出信號的電角度 半循環(huán)周期，則可以確定轉子的速度信息、和向變換器CONV的正或負的 通電方向。在速度控制電路B中，根據從外部提供的速度指令Ns和所述
速度信息，算出誤差速度，通過對其進行比例積分控制等，將控制的輸出
向變換器輸出電路C輸出。由此，可以控制由H型電橋(bridge)構成的 變換器CONV，從而控制成Ns的速度。
上述控制是風扇、泵的控制，由于控制的響應頻率在數赫茲以下，非 常慢，所以可以穩(wěn)定地進行控制。
接著，基于圖9的各波形，對于實施例3的單相馬達的動作原理以及 一定旋轉時的動作進行說明。
在圖9中，橫軸以0到360度的電角度的范圍表示轉子16的位置0 。 另外，圖9 (a)表示位置檢測器36的輸出信號。另外，圖9 (b)表示施 加于電動馬達的線圈14上的電壓Vt (0)。另外，圖9 (c)表示由永久 磁鐵21的磁通產生的線圈14的感應電壓V0 ( 0 )。另外，圖9 (d)表 示線圈電流iw ( 0 )，是由(b)的電壓Vt ( 0 )和(c)的感應電壓V0 (0 )和線圈14的電阻r、電感L以下式確定的值。
Vt ( 0 ) = (r+p) iw (0) +V0 ( 0 ) (1)
在此，p表示d/dt。
另外，圖9 (e)表示在沒有流通電流時產生的、在定子鐵心13和永 久磁鐵21之間產生的齒槽轉矩Tc (0)。另外，圖9 (f)表示感應電壓 和線圈電流產生的轉矩TOw ( 0 )。以圖9 (c)的感應電壓V0 ( 0 )禾口 圖9 (d)的電流iw (0)的積表示的輸出P0w (e)表示由永久磁鐵21 的磁通和線圈電流產生的輸出，若轉子16的角速度co —定，則該轉矩T0w (e)為下式。
T0w ( 0 ) =P0w ( 0 ) /co (2) 另外，圖9 (g)表示電動馬達的全轉矩T ( 0 )。其由感應電壓和線 圈電流產生的轉矩量T0w ( 0 )和齒槽轉矩Tc ( 0 )的和以下式表示。 T ( 0 ) 二T0w ( 0 ) +Tc ( 0 ) (3) 若轉子16—定，則和輸出是相同波形。
單相馬達的齒槽轉矩，在有意只設置在定子鐵心13的爪部13d表面 的單側的階梯部的作用下，形成為相對于旋轉位置以(e)表示的形狀。 接著，對于構成單相馬達的主轉矩的感應電壓和線圈電流所產生的轉矩 T0w ( 0 )進行說明。首先，如(c)所示，感應電壓一般是矩形狀。另外，
如(a)所示，對于感應電壓，在配置于稍微前進的位置的通孔元件所產
生的輸出信號(通過與永久磁鐵分離而成為正弦波狀的波形)的零交叉點
切換施加電壓的極性，由此對線圈14施加(b)所示的電壓。由此，流通 (d)所示的電流，如(f)那樣產生由線圈14的電流和感應電壓產生的轉 矩。由于該輸出是單相驅動，所以原理上感應電壓成為在零附近在360度 之間凹陷兩次的圖示那樣的波形。通過在該凹陷處加上齒槽轉矩的+成 分，如圖所示，轉矩整體可以產生大致均勻接近的轉矩。
如此，在本實施例中，成為只有l(wèi)相的結構，可以大幅度減少零件數 量，伴隨于此，可以降低成本。另外，單相馬達雖然沒有三相馬達那樣的 均勻性，但可以得到與其不相上下的平穩(wěn)的轉矩。該轉矩的均勻性，例如 可以通過在上升時使相對于感應電壓的施加電壓的前進角量、施加電壓的 波形平緩上升，在下降時使其緩慢變化而進行緩和。進而，齒槽轉矩的波 形和由感應電壓和線圈電流引起的轉矩存在整合性，通過將齒槽轉矩適當 配置在爪部表面的凹陷的位置，可以使輸出轉矩相對于轉子角度0變得 平穩(wěn)。
另外，在本實施例中，可以將控制電路形成為H型電橋，開關元件可 以減少到四個。由此，可以形成包括柵極電路的簡單的結構，可以形成廉 價的控制裝置結構。
以上，在本實施例中，作為磁場偏移部，在爪部設置有階梯部，但也 可以沒有階梯，相比于周方向一方側周方向另一方側和轉子的間隙大即 可，例如，可以相對于爪部的周方向另一方側，平滑增厚爪部的周方向一 方側的厚度。另外，也可以使爪部的厚度在周方向上相同，在周方向一方 側設置磁通容易通過的構件或磁通難以通過的構件。進而，為了在周方向 上使磁通的通過發(fā)生變化，也可以在周方向上使用不同的爪部材料。根據 這些結構，由于不存在階梯，所以可以提高成形模具的壽命。
圖10以及圖11表示實施例4的電動水泵。圖10是實施例4的電動 水泵的軸向側面的剖視圖。另外，圖11是說明作為實施例4的鐵心的定 子鐵心的詳細情況的圖，圖ll (a)是定子鐵心一相的主視圖，圖ll (b)
是定子鐵心一相的側視圖，圖11 (C)是定子鐵心一相的后視圖，圖11 (d) 是使三相的定子鐵心在旋轉方向上定位了的狀態(tài)下進行層疊的狀態(tài)的圖。 此外，對于和實施例1共通的部位，以同一名稱、同一符號進行表示。
實施例1和實施例4的不同點在于以下兩點，其一是使定子鐵心13
的軸向端部密接于馬達殼體12，其二是設置有止轉機構，其對和各定子鐵 心13的軸向端部相鄰的定子鐵心13的旋轉、或相對于馬達殼體12的相 對旋轉進行限制。
如圖ll (a)以及圖U (b)所示，在定子鐵心13的軸向泵室2側的 圓環(huán)部13b上成形有構成止轉機構的一部分的凹部37。該凹部37由在相 鄰的兩個爪基部13c的周方向兩側呈放射狀形成的三個槽構成。而且，這 些凹部37的周方向角度，是各定子鐵心13在周方向上分離120度的電角 度的角度。
另外，如圖11 (b)以及圖11 (c)所示，在定子鐵心13的軸向密封 板12b側的圓環(huán)部13b上一體成形有和凹部37 —起構成止轉機構的凸部 38。該凸部38被設置成和凹部37大致相同的形狀，并能夠和凹部37進 行卡合，位于三個凹部37中的位于周方向中央的凹部37的背面。
進而，如圖10所示，在作為馬達殼體12的密封板12b上，在周方向 一個部位設有定子鐵心13的凸部38能夠卡合的凹部37，在兼作馬達殼體 和泵殼體的3b上，在周方向一個部位也設有能夠和定子鐵心13的凹部37 進行卡合的凸部38。此外，各個凹部37和凸部38形成為大致相同的形狀。
如此設置的凹部37和凸部38，如圖11 (d)所示，使各個定子鐵心 13的凸部38在周方向上每隔一個地錯開卡合，進而，使在兼作馬達殼體 和泵殼體的3b上設置的凸部38卡合于定子鐵心13的凹部37，并且使定 子鐵心13的凸部38卡合于在密封板12b上設置的凹部37。
如此，在本實施例中，由于通過止轉機構對多相的定子鐵心進行定位， 所以能夠可靠且容易地將其定位在希望的電角度。
另外，在本實施例中，由于以凹部和凸部構成了止轉機構，所以增大 與馬達殼體的接觸面積。因此，從由相鄰配置的泵構成體冷卻的馬達殼體 吸收熱，冷卻效果增大。尤其在本實施例中，由于以槽構成了凹部，所以 可以使凸部形成為較長的長方形狀，從而可以使熱傳遞得更容易。
另外，在本實施例中，由于在定子鐵心中設有多個凹部，所以即使是 相同形狀的定子鐵心也可以進行與希望的電角度相應的周方向的定位。因 此，生產率提高。
以上，在本實施例中，雖然以凹部和凸部構成了止轉機構，但通過在 定子鐵心上安裝其他構件，也可以阻止旋轉。
另外，在本實施例中，雖然以槽形成凹部，以長方形狀的突起構成凸 部，但也可以用孔構成凹部，用圓形的突起構成凸部。此時，雖然凸部和 凹部的面積變小，但可以減少對磁回路的影響。
另外，在本實施例中，雖然各定子鐵心形成為相同形狀，但還可以改 變各相的定子鐵心上的凸部和凹部的位置。此時，沒有必要設置多個凹部， 只要使凸部和凹部在周方向上分散，就可以減少對磁回路的影響。
另外，在本實施例中，雖然設置了馬達殼體12，但只要將各定子鐵心 用螺栓等固定機構沿軸向固定、且在各部分設置防止冷卻水泄漏的密封構 件，就可以省略馬達殼體。此時，可以削減零件數量，可以制成廉價的產 品。此外，只要增加用樹脂一體化的部位，還可以減少密封構件。
接著，對于可以從上述各實施方式把握的權利要求記載以外的發(fā)明， 以下和其作用效果一起進行說明。
(1) 一種電動泵，其排出液體、由電動馬達驅動，其特征在于，具 有定子鐵心，其在內部巻繞線圈，通過對所述線圈通電在內周交替形成 在周方向上不同的磁極；轉子，其在液體中旋轉，且構成為與該定子鐵心 的所述磁極形成部分對置并產生在周方向上不同的磁極；泵構成體，其通 過由該轉子施加旋轉力來排出液體；以及隔壁，其由非磁性體構成，位于 所述定子鐵心和所述轉子之間，并一體成形在所述定子鐵心的內周。根據 這樣的結構，對于現有技術那樣的在電動馬達的定子鐵心和轉子之間需要 另外設置隔壁的問題，可以在需要的部位只以需要量成形隔壁，可以得到 能夠小型化的效果。
(2) —種電動泵，其排出冷卻介質、由電動馬達驅動，其特征在于， 具有定子鐵心，其在內部巻繞線圈，通過對所述線圈通電在內周交替形 成在周方向上不同的磁極；轉子，其在液體中旋轉，且構成為與該定子鐵 心的所述磁極形成部分對置并產生在周方向上不同的磁極；泵構成體，其
通過由該轉子施加旋轉力來排出冷卻介質；以及流路，其設置于所述定子 鐵心，通過所述轉子的旋轉使所述定子鐵心內的冷卻介質進行循環(huán)。根據 這樣的結構，對于現有技術那樣的電動馬達的定子鐵心的冷卻不充分的問 題，不管電動馬達是何種結構，都可以得到能夠冷卻定子鐵心的效果。
(3)在技術方案5所述的電動泵中，其特征在于，所述馬達殼體和 所述泵殼體由相同材料構成。根據這樣的結構，能夠有效地進行從馬達殼 體向泵殼體的熱傳導。
權利要求
1.一種電動泵，其搭載在車輛上，其特征在于，具有電動馬達和泵構成體，所述電動馬達包括鐵心，其具有分別從軸向兩端側朝向對方側端部延伸的多個第一爪磁極和多個第二爪磁極，該第一爪磁極和多個第二爪磁極在周方向上交替配置地形成為環(huán)狀；線圈，其沿著該鐵心環(huán)狀環(huán)繞地卷繞，通過通電在所述第一爪磁極和多個第二爪磁極上形成不同的磁極；以及磁極構件，其與所述第一爪磁極和多個第二爪磁極對置，且設置成能夠與所述鐵心相對旋轉，并構成為在周方向上產生不同的磁極，所述泵構成體通過由所述鐵心或所述磁極構件施加旋轉力來排出流動介質。
2. 如權利要求l所述的電動泵，其特征在于，所述鐵心形成為單相，并且在所述第一爪磁極和第二爪磁極上設置有 磁場向周方向一方偏移的磁場偏移部。
3. 如權利要求2所述的電動泵，其特征在于，所述磁場偏移部如下構成相比于所述第一爪磁極和第二爪磁極上的 周方向一方側，周方向另一方側和所述磁極構件隔離出空隙。
4. 如權利要求l所述的電動泵，其特征在于， 所述鐵心形成為多相。
5. —種電動泵，其排出冷卻介質，其特征在于， 具有電動馬達和泵構成體， 所述電動馬達包括線圈，其巻繞成環(huán)狀；鐵心，其沿著該線圈形成為筒狀，通過向所述線圈通電而在周方向上 交替形成不同的磁極；以及磁極構件，其與該鐵心的所述磁極形成部分對置，且構成為能夠與所 述鐵心相對旋轉，在周方向上產生不同的磁極，所述泵構成體與所述鐵心以及所述磁極構件的至少一端相鄰配置，通 過由所述鐵心、或所述磁極構件施加旋轉力來排出冷卻介質。
6. 如權利要求5所述的電動泵，其特征在于，所述鐵心以及所述磁極構件收容在馬達殼體內，該馬達殼體的軸向一 端側兼作收容所述泵構成體的泵殼體。
7. 如權利要求5所述的電動泵，其特征在于， 所述馬達殼體內周的所述泵構成體側端部和所述鐵心密接。
8. 如權利要求5所述的電動泵，其特征在于，在所述馬達殼體內周的所述泵構成體側端部和所述鐵心之間，設有限 制相對旋轉的止轉機構。
9. 如權利要求8所述的電動泵，其特征在于， 所述止轉機構由設置于一方的凸部和設置于另一方的凹部構成。
10. 如權利要求8所述的電動泵，其特征在于， 所述鐵心形成為多相，在各相的鐵心彼此上也設有所述止轉機構。
11. 如權利要求5所述的電動泵，其特征在于， 在所述磁極構件的內周配置有所述磁極構件的軸承。
12. —種電動泵，其排出液體，其特征在于， 具有電動馬達和泵構成體， 所述電動馬達包括線圈，其巻繞成環(huán)狀；定子鐵心，其沿著該線圈形成為筒狀，由壓粉磁心構成，通過對所述 線圈通電而在內周周方向上交替形成不同的磁極，并且至少在內周具有由 非磁性材料模塑的模塑部；以及轉子，其在液體中旋轉，與該定子鐵心的所述磁極形成部分對置，并 構成為在周方向上產生不同的磁極，所述泵構成體通過由該轉子施加旋轉力來排出液體。
13. 如權利要求12所述的電動泵，其特征在于， 所述非磁性材料是樹脂材料。
14. 如權利要求12所述的電動泵，其特征在于， 所述模塑部設置于所述定子鐵心的內周整體。
15. 如權利要求12所述的電動泵，其特征在于，所述定子鐵心的內周面在周方向上交替形成有非磁性材料和磁極。
16. 如權利要求12所述的電動泵，其特征在于，所述定子鐵心形成為多相，各相均形成有所述模塑部。
17. 如權利要求12所述的電動泵，其特征在于，在所述模塑部上設有流路。
18. 如權利要求17所述的電動泵，其特征在于， 所述流路形成為放射狀。
19. 如權利要求17所述的電動泵，其特征在于， 所述定子鐵心形成為多相，各相均形成有所述模塑部，并且在各相之間設有流路。
20. 如權利要求17所述的電動泵，其特征在于， 所述流路形成在所述磁極的中心位置。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電動泵，通過形成小型化來提高向車輛搭載的搭載性。通過利用電動馬達來驅動泵，可以提供沒有線圈末端的小型電動泵，提高向車輛搭載的搭載性，其中，該電動馬達在具有分別從兩端側向對方側端部交替延伸的多個爪磁極的定子鐵心(13)內配置環(huán)狀環(huán)繞的線圈(14)，通過對線圈(14)通電，使在定子鐵心(13)的內周側配置的轉子(16)旋轉。另外，在這樣的電動泵排出冷卻介質時，可以有效冷卻電動泵。進而，通過用樹脂對定子鐵心進行模塑，可以用壓粉鐵心構成定子鐵心，且可以起到分離泵部和馬達部的隔壁的作用。
文檔編號H02K21/14GK101109389SQ200710137068
公開日2008年1月23日 申請日期2007年7月19日 優(yōu)先權日2006年7月21日
發(fā)明者北村正司, 寶井健彌, 榎本裕治, 田島文男, 能本雄兒 申請人:株式會社日立制作所