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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024023338
(43)【公開日】2024-02-21
(54)【発明の名称】多様な用途で使用するためのモジュラー流体ポンプ
(51)【国際特許分類】
H02K 21/16 20060101AFI20240214BHJP
H02K 7/14 20060101ALI20240214BHJP
H02K 11/33 20160101ALI20240214BHJP
【ＦＩ】
H02K21/16 M
H02K7/14 B
H02K11/33
【審査請求】有
【請求項の数】13
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023196386
(22)【出願日】2023-11-20
(62)【分割の表示】P 2021525557の分割
【原出願日】2019-11-12
(31)【優先権主張番号】62/760,585
(32)【優先日】2018-11-13
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】62/788,255
(32)【優先日】2019-01-04
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(71)【出願人】
【識別番号】516173429
【氏名又は名称】ジーエイチエスピー・インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】ＧＨＳＰ， ＩＮＣ．
(74)【代理人】
【識別番号】100096758
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 剛
(74)【代理人】
【識別番号】100114845
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 雅和
(74)【代理人】
【識別番号】100148781
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 友和
(72)【発明者】
【氏名】ミッター， デイヴィッド マイケル
(72)【発明者】
【氏名】ヴェセリオ， ブラドレー ジョン
(72)【発明者】
【氏名】マクマキン， ネイト
(72)【発明者】
【氏名】ヒー， ベン
(72)【発明者】
【氏名】リッジ， ラリー ドュアン
(72)【発明者】
【氏名】ステワート， キャシー アン
(72)【発明者】
【氏名】ロシンスキ， リャン デイヴィッド
(72)【発明者】
【氏名】サラザール， ロドリーゴ
(72)【発明者】
【氏名】カルキンス， ティム
(57)【要約】 （修正有）
【課題】巻線とプリント回路基板との間の配線に、時間、経費、およびリソースが節約され得るモータを提供する。
【解決手段】モータは、複数のステータ歯と、ステータ歯上に位置付けられている複数の巻線と、を有するステータ１２と、中央シャフトと、巻線との電磁連通を画定する複数のマグネットと、を有するロータと、ステータを囲み、固定エンドキャップを含むハウジングと、構造ポスト１５０において固定エンドキャップに取り付けられているプリント回路基板１４２と、を備える。複数の巻線の各巻線が、中間端子を使用せずにプリント回路基板に直接取り付く連続ワイヤを画定する。
【選択図】図７
【解決手段】モータは、複数のステータ歯と、ステータ歯上に位置付けられている複数の巻線と、を有するステータ１２と、中央シャフトと、巻線との電磁連通を画定する複数のマグネットと、を有するロータと、ステータを囲み、固定エンドキャップを含むハウジングと、構造ポスト１５０において固定エンドキャップに取り付けられているプリント回路基板１４２と、を備える。複数の巻線の各巻線が、中間端子を使用せずにプリント回路基板に直接取り付く連続ワイヤを画定する。
【選択図】図７
【特許請求の範囲】
【請求項1】
モータであって、
複数のステータ歯と、前記ステータ歯上に位置付けられている複数の巻線と、を有するステータと、
中央シャフトと、前記巻線との電磁連通を画定する複数のマグネットと、を有するロータと、
前記ステータを囲み、固定エンドキャップを含むハウジングと、
構造ポストにおいて前記固定エンドキャップに取り付けられているプリント回路基板と、を備え、前記複数の巻線の各巻線が、中間端子を使用せずに前記プリント回路基板に直接取り付く連続ワイヤを画定する、モータ。
複数のステータ歯と、前記ステータ歯上に位置付けられている複数の巻線と、を有するステータと、
中央シャフトと、前記巻線との電磁連通を画定する複数のマグネットと、を有するロータと、
前記ステータを囲み、固定エンドキャップを含むハウジングと、
構造ポストにおいて前記固定エンドキャップに取り付けられているプリント回路基板と、を備え、前記複数の巻線の各巻線が、中間端子を使用せずに前記プリント回路基板に直接取り付く連続ワイヤを画定する、モータ。
【請求項2】
前記ステータおよび前記ハウジングが、固定用エンドキャップに近接した、前記ハウジングの一方の側から延在する複数のリテーナダボを含み、前記固定用エンドキャップが、追加の留め具を含まないツイストロック回転係合で前記複数のリテーナダボに連結する、請求項１に記載のモータ。
【請求項3】
前記固定用エンドキャップが、前記リテーナダボを受容し、回転的に固定して、前記固定用エンドキャップ、前記ロータ、前記ステータ、および前記ハウジングを一緒に圧縮して、しっかりしたアセンブリにする複数の保持スロットを含む、請求項２に記載のモータ。
【請求項4】
前記固定用エンドキャップが、前記プリント回路基板に対して複数の係止位置に固定されるように構成されている、請求項２に記載のモータ。
【請求項5】
前記ハウジングが、電気的構成要素を含み、前記複数の巻線からのワイヤを受容する前記プリント回路基板を含み、前記プリント回路基板が、各巻線の端部を直接受容するはんだパッドおよびひずみ緩和ノッチを含む、請求項１に記載のモータ。
【請求項6】
前記はんだパッドが、あらかじめ錫メッキされたはんだペーストを含む、請求項５に記載のモータ。
【請求項7】
前記あらかじめ錫メッキされたはんだペーストが、前記プリント回路基板上にプリントされている、請求項６に記載のモータ。
【請求項8】
前記巻線が、前記プリント回路基板のワイヤ端子上にはんだ付けされ、グランドワイヤが、前記プリント回路基板のグランド部にはんだ付けされている、請求項１に記載のモータ。
【請求項9】
前記ワイヤ端子および前記グランド部が、前記プリント回路基板の表面の対向する側に位置する、請求項８に記載のモータ。
【請求項10】
前記ハウジングが、前記ステータを完全に囲むオーバーモールド化合物によって画定され、前記ハウジングが、前記固定用エンドキャップに対する前記ハウジングの位置に対して実質的に配向自由である、請求項２に記載のモータ。
【請求項11】
前記固定用エンドキャップおよび前記ハウジングが、前記中央シャフトの前記回転軸に対して複数の回転位置に固定され得る、請求項２に記載のモータ。
【請求項12】
前記複数の回転位置が、前記中央シャフトの前記回転軸の周りに９０度の増分であるように構成されている、請求項１１に記載のモータ。
【請求項13】
前記ハウジングが、前記ハウジングを受容するアセンブリに対して複数の動作配向内で前記ステータおよびロータを配向するように、ジャンパコネクタと併せて使用され得る、請求項１～１２のいずれか一項以上に記載のモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、概して、オイルポンプおよびウォータポンプに関し、より具体的には、広範囲の可能な動力出力に及ぶ様々な用途で使用され得、構成要素および製造装置の共通使用を最大化する一方、特定の用途のために理想的な性能点に一般的にカスタマイズされ得るモジュラー構成を有するウォータポンプまたはオイルポンプに関する。
【背景技術】
【0002】
油圧ポートを潤滑、冷却、または加圧するために、様々な業界でウォータポンプおよびオイルポンプが使用される。そのようなポンプは、特定の用途に適合するように作製され得、その結果、様々な構成要素が、各特定の設計のために基本的にカスタム設計される。これらのポンプは、一般に、電気モータによって駆動される。ハイブリッドおよび電気自動車の多くの自動車用途では、バッテリーからの電力引き出しを最小限に抑え、油圧ポートを冷却、潤滑、または加圧しながら車両の動作範囲を拡張するために、高効率の動作が必要である。これらのポンプは、通常、制限されたスペースに収まる必要があり、電気接続部とのパッケージ化が困難である。一般に、これらの用途における吸込みポートおよび圧力ポートは、各ポンプ／モータの組み合わせ、およびモータ要素とポンプ要素との間のドライブカスタマイズに固有である。本発明は、潤滑、冷却、または油圧の提供のために、電気エネルギー入力を油圧エネルギー出力に変換し得るポンプ要素と、モータ要素と、電気回路コントローラ素子と、を含むスケーラブルな電気ポンプ設計を提供する。この電気ポンプ設計は、組み立て時のモータ部分およびポンプ部分の配向による、コネクタ位置および油圧出力の柔軟性を有する。
【発明の概要】
【0003】
本発明の一態様によれば、モジュラー流体ポンプは、複数のステータ歯と、ステータ歯上に位置付けられている巻線と、を有するステータを含む。ロータは、中央シャフトと、実質的に半球形の端部と、巻線との電磁連通を画定する複数のマグネットと、を有する。ハウジングは、ステータを囲み、中央シャフトの半球形端部の一方を受容し、ロータの回転軸を画定する固定エンドキャップを含む。中央シャフトのもう一方の半球形端部を受容する固定用エンドキャップ。中央シャフトと、固定および固定用エンドキャップとが、ロータの回転軸を画定する。中央シャフトを有する半球形端部と、固定および固定用エンドキャップとの係合が、ロータおよび中央シャフトを回転軸に整列され、ステータ内でつりあった状態に維持する。
【0004】
本発明の別の態様によれば、モジュラー流体ポンプを形成する方法は、オーバーモールドされたステータであって、オーバーモールドされたステータの端部から延在する複数のリテーナダボを有する、オーバーモールドされたステータ、を形成することを含む。方法はまた、金属製中央シャフトと、複数のマグネットポケットと、を有するロータを形成することと、ロータマグネットをマグネットポケット内に位置付けることと、第１のベアリングボールを中央シャフトの凹状端部に磁気的に取り付けることと、ベアリングボールおよび中央シャフトを、ハウジング内に画定されている固定エンドキャップの凹状座部と係合するように位置付けることと、オーバーモールドされたステータにポンプ本体を固定することと、ジェロータを中央シャフトに固定することと、を含む。ジェロータは、中央シャフトおよびロータを回転軸に沿って、少なくとも部分的に位置付ける。第２のベアリングボールが、中央シャフトの別の凹状端部上に配置される。固定用エンドキャップが、ダボ上に回転的に固定されて、ポンプ本体およびジェロータを、オーバーモールドされたステータに固定する。固定用エンドキャップおよび固定エンドキャップが、第１および第２のベアリングボールと中央シャフトとを回転軸内に固定する。
【0005】
本発明の別の態様によれば、モジュラー流体ポンプは、複数のステータ歯と、ステータ歯上に位置付けられている巻線と、を有するステータを含む。ベアリングボールを受容する凹状端部を有する中央シャフトを有するロータ。ロータは、巻線との電磁連通を画定する複数のマグネットを含む。ステータを囲むハウジングであって、中央シャフトのベアリングボールの一方を受容し、ロータの回転軸を画定する第１の固定エンドキャップを含む、ハウジング。固定用エンドキャップは、中央シャフトのもう一方のベアリングボールを受容する。中央シャフトと、第１の固定および固定用エンドキャップとが、ロータの回転軸を画定する。中央シャフトのベアリングボールと、第１の固定および固定用エンドキャップとの係合が、ロータおよび中央シャフトを回転軸に整列され、ステータ内でつりあった状態に維持する。固定用エンドキャップおよびハウジングが、固定用エンドキャップをハウジングに固定する複数の係止位置を選択的に画定する。
【0006】
本発明の別の態様によれば、モジュラー流体ポンプは、半球形端部を有する中央シャフトと、複数のマグネットと、を有するロータを含む。ハウジングは、ステータ上にオーバーモールドされる。ハウジングは、プリント回路基板を含む第１のエンドキャップを有する。第１のエンドキャップは、中央シャフトの半球形端部の一方を受容する。ポンプ本体は、ロータに連結されたジェロータを有する。ロータの動作が、流体を入口から出口に移動させるように、ジェロータを動作させる。複数のリテーナダボが、ハウジングおよびポンプ本体を通って延在する。固定用エンドキャップは、複数のリテーナダボと協働的に係合して、追加の留め具を含まない固定用エンドキャップの係止位置を画定する一体型ツイストロック機構を含む。係止位置は、プリント回路基板およびロータの回転軸に対する固定用エンドキャップの複数の回転位置のうちのいずれか１つによって画定される。固定用エンドキャップは、中央シャフトのもう一方の半球形端部を受容する。固定用エンドキャップの係止位置は、ハウジングと、ポンプ本体と、固定用エンドキャップと、のしっかりした係合によってさらに画定される。
【0007】
本発明の別の態様によれば、モジュラー流体ポンプは、複数のステータ歯と、ステータ歯上に位置付けられている巻線と、を有するステータを含む。ロータは、ベアリングボールを受容する凹状端部を有する中央シャフトを有する。ロータは、巻線との電磁連通を画定する複数のマグネットを含む。ハウジングは、ステータを囲み、中央シャフトのベアリングボールの一方を受容し、ロータの回転軸を画定する第１のエンドキャップを含む。固定用エンドキャップは、中央シャフトのもう一方のベアリングボールを受容する。中央シャフトと、固定および固定用エンドキャップとが、ロータの回転軸を画定する。中央シャフトのベアリングボールと、固定および固定用エンドキャップとの係合が、ロータおよび中央シャフトを回転軸に整列され、ステータ内でつりあった状態に維持する。ロータの動作が、ハウジングを通る、およびロータとステータとの間の流体の流れを生成する。流体の流れがベアリングボールと係合して、少なくともベアリングボールと、第１のエンドキャップおよび固定用エンドキャップとの間に、それぞれ粘性流体クッションを画定する。
【0008】
本発明の別の態様によれば、モジュラー流体ポンプは、半球形端部を有する中央シャフトと、複数のマグネットと、を有するロータを含む。ハウジングは、ステータ上にオーバーモールドされる。ハウジングは、プリント回路基板を含む第１のエンドキャップを有する。第１のエンドキャップは、中央シャフトの半球形端部の一方を受容する。ポンプ本体は、ロータに連結されたジェロータを有する。ロータの動作が、流体を入口から出口に移動させるように、ジェロータを動作させる。ハウジングおよびポンプ本体を通って延在する複数のリテーナダボ。固定用エンドキャップは、入口と、出口と、複数のリテーナダボと協働的に係合して、追加の留め具を含まない固定用エンドキャップの係止位置を画定する一体型ツイストロック機構と、を含み、係止位置が、ハウジングと、ポンプ本体と、固定用エンドキャップと、のしっかりした係合を画定する。係止位置は、プリント回路基板に対する固定用エンドキャップの入口および出口の複数の回転配向のうちのいずれか１つによってさらに画定される。
【0009】
本発明の別の態様によれば、モータは、複数のステータ歯と、ステータ歯上に位置付けられている複数の巻線と、を有するステータを含む。ロータは、中央シャフトと、巻線との電磁連通を画定する複数のマグネットと、を有する。ハウジングは、ステータを囲み、固定エンドキャップを含む。プリント回路基板が、構造ポストにおいて固定エンドキャップに取り付けられる。複数の巻線の各巻線が、中間端子を使用せずにプリント回路基板に直接取り付く連続ワイヤを画定する。
【0010】
本発明のこれらおよび他の態様、目的、および特徴は、以下の明細書、特許請求の範囲、および添付図面を検討することにより、当業者によって理解および認識されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】モジュラー構造を含む流体ポンプの一態様の断面図。
【図2】モジュラーオイルポンプまたはモジュラーウォータポンプ内で使用されるステータの積層スタックの側面図。
【図8】ステータ積層体、ロータ、およびリテーナダボの断面図。
【図8A】ステータ積層体、ロータ、およびリテーナダボの断面図。
【図9】モジュラー流体ポンプのロータのベアリングアセンブリであるように構成されたベアリングボールの位置付けを示すステータの一態様の概略断面図。
【図10】それぞれ、ロータ自体、およびステータの一態様内に位置付けられたロータの断面図ならびに、第１と第２のベアリングボールとの間に位置付けられたロータの構成を示す。
【図10A】それぞれ、ロータ自体、およびステータの一態様内に位置付けられたロータの断面図ならびに、第１と第２のベアリングボールとの間に位置付けられたロータの構成を示す。
【図15】リテーナダボ上に位置付けられ、ポンプ本体上に回転的に固定された固定用エンドキャップの底面図ならびに、ロータを回転軸内に、およびベアリングボールによって各端部で支持された状態に維持するための圧力バイアス継手の一態様を示す。
【図17】モジュラー流体ポンプを形成するための方法を示す線形フロー図。
【図18】モジュラーポンプ内で使用されるステータの積層スタックの底面斜視図。
【図23】リテーナダボの一態様の側面図。
【図24】プリント回路基板が取り付けられ、端末ワイヤがプリント回路基板にはんだ付けされた状態で示された積層スタックの底面斜視図。
【図26】プリント回路基板の上面および下面の概略図ならびにプリント回路基板内の様々な冷却ゾーンおよび取り付けゾーンを示す。
【図27】モジュラーポンプのオーバーモールドされたステータの上面斜視図。
【図29】モジュラーポンプのオーバーモールドされたステータ、ロータ、およびベアリングボールの分解斜視図。
【図30】様々な材料および構成を実装する中央シャフトならびにロータの様々な態様の平面図。
【図31】様々な材料および構成を実装する中央シャフトならびにロータの様々な態様の平面図。
【図32】様々な材料および構成を実装する中央シャフトならびにロータの様々な態様の平面図。
【図33】モジュラーポンプのスケーラブルな態様内で使用される一連のロータ構成の概略図。
【図34】モジュラーポンプの一態様のオーバーモールドされたステータ内に取り付けられたロータの上面斜視図。
【図35】オーバーモールドされたステータ内のリテーナダボとのポンプ本体の接続を示す、モジュラーポンプの一態様の上面斜視図。
【図36】ロータキャビティ内で圧力側を吸込み側から分離する分離パドルを示す、ポンプ本体の底面斜視図。
【図38】中央シャフトの凹状端部、および中央シャフトの凹状端部上に位置するベアリングボールを示す、モジュラーポンプの一態様の上面斜視図。
【図39】中央シャフトの凹状端部、および中央シャフトの凹状端部上に位置するベアリングボールを示す、モジュラーポンプの一態様の上面斜視図。
【図40】モジュラーポンプの残りの部分に取り付けるためのバイアス継手および保持スロットの一態様を組み込んだ固定用エンドキャップの底面図。
【図41】固定用エンドキャップ内に組み込まれるバイアス継手の斜視図。
【図42】固定用エンドキャップ内に組み込まれるバイアス継手の斜視図。
【図43】モジュラーオイルポンプまたはモジュラーウォータポンプの一態様の側面斜視図。
【図44】モジュラー流体ポンプの一態様の第１の側面斜視図。
【図45】モジュラー流体ポンプの一態様の別の側面斜視図。
【図46】モジュラー流体ポンプの一態様の底面側斜視図。
【図47】モジュラー流体ポンプの一態様の別の底面側斜視図。
【図48】モジュラー流体ポンプの一態様の第１の側面図。
【図57】モジュラー流体ポンプの一態様の断面図および、流体ポンプのロータハウジング内に配設された流体チャネルを例示する。
【発明を実施するための形態】
【0012】
本明細書中の説明のために、「上部」、「下部」、「右」、「左」、「後部」、「前部」、「垂直」、「水平」、という用語およびそれらの派生語は、図１の配向での本発明に関するものとする。しかしながら、逆に明示的に指定されている場合を除き、本発明は、様々な代替的な配向を想定し得ることを理解されたい。添付図面に示され、以下の明細書に記載される特定のデバイスおよびプロセスは、添付の特許請求の範囲に定義される発明概念の単なる例示的な実施形態であることも理解されたい。したがって、本明細書で開示される実施形態に関連する特定の寸法および他の物理的特徴は、特許請求の範囲で明示的に述べられていない限り、限定と見なされるべきではない。
【0013】
図１～１６および図１８～５９に例示されるように、参照番号１０は、一般に、油、水、および他の類似の材料などの様々な粘度の材料をリザーバから別の場所に移動させるために、様々な流体アセンブリ内で使用され得るモジュラー流体ポンプ１０を指す。モジュラー流体ポンプ１０は、各モジュラー流体ポンプ１０内に含まれる様々な標準的特徴を、特定の用途または設計公差に応じてモジュラー流体ポンプ１０に追加され得る様々なカスタムメイドまたは任意選択の特徴とともに含むように作製され得る。
【0014】
再び図１～１６および図１８～５９を参照すると、モジュラー流体ポンプ１０、または非流体用途のための他の類似のモータは、ステータ１２であって、複数の歯１３と、ステータ１２の歯１３上に位置付けられて、ステータ１２の極１４を形成する巻線１６と、を有するステータ１２、を含み得る。ロータ１８は、中央シャフト２０を含み、実質的に半球形の端部３０が、中央シャフト２０の各シャフト端２２に位置付けられている。巻線１６が電流によって通電されると、巻線１６との電磁連通を画定する複数のロータマグネット８４が含まれている。ハウジング２６は、ステータ１２を囲み、中央シャフト２０の半球形端部３０の少なくとも一方を受容し、ロータ１８の回転軸３２を画定する第１の固定エンドキャップ２８を含む。第２の固定用エンドキャップ３４は、ロータ１８の中央シャフト２０の一部を受容し、中央シャフト２０を回転軸３２に沿って維持するように適合されている。中央シャフト２０、ならびに固定および固定用エンドキャップ２８、３４は、ロータ１８の回転軸３２を協働的に画定する働きをする。中央シャフト２０の半球形端部３０の一方と、固定エンドキャップ２８との係合が、ロータ１８および中央シャフト２０を、回転軸３２に整列され、ステータ１２の極１４内で釣り合った状態に維持する働きをする。別個の固定用エンドキャップ３４が、中央シャフト２０の対向する半球形端部３０に係合するように位置付けられ得る。固定用エンドキャップ３４が、対向する半球形端部３０と係合して、中央シャフト２０を、２つの半球形端部３０の間に、およびモジュラー流体ポンプ１０の回転軸３２に沿って固定する。
【0015】
特定の態様では、固定用エンドキャップ３４が、特定の用途のために修正され得る様々なカスタム特徴３６を含み得ることが企図される。このようにして、モジュラー流体ポンプ１０を広範囲の用途および設計条件において有用であるように改造するために、固定用エンドキャップ３４が、モジュラー流体ポンプ１０に追加され得る。
【0016】
再び図１～１６および図１８～５９を参照すると、中央シャフト２０の半球形端部３０は、中央シャフト２０の凹状端部４０に位置付けられている別個の第１および第２のベアリングボール３８によって画定される。このようにして、中央シャフト２０の凹状端部４０が、各ベアリングボール３８の表面との密接な係合を形成する。この密接な係合が、ベアリングボール３８と、固定および固定用エンドキャップ２８、３４の各々との間の実質的に円滑な動作を可能にする。さらに、以下でより完全に考察されるように、モジュラー流体ポンプ１０を通る流体４４の流れ４２の移動がまた、ある量の流体４４の流れ４２を、ベアリングボール３８と凹状端部４０との係合の間に、ならびにベアリングボール３８と、モジュラー流体ポンプ１０の固定エンドキャップ２８および固定用エンドキャップ３４内に形成された凹状座部４６との間にも積もるように導くことができる。このようにして、流体４４は、ベアリングボール３８と、モジュラー流体ポンプ１０の他の構成要素との直接係合の間に粘性クッション４８またはバリアを形成し得る。ベアリングボール３８と他の構成要素との間の流体４４のこの粘性クッション４８を使用することによって、ロータ１８と、ベアリングボール３８と、モジュラー流体ポンプ１０の他の構成要素との間の摩耗が軽減されるか、または実質的に排除され得る。
【0017】
デバイスの例示的な一態様では、ベアリングボール３８は、厳しい公差等級および鏡面仕上げを有する５２１００クロムモリブデン鋼ベアリングボールを含み得る。ベアリングボール３８は、モジュラー流体ポンプ１０の設計に応じて、他の様々なサイズを含み得ることを理解されたい。
【0018】
再び図１～１６および１８～５９を参照すると、オーバーモールドされたステータ１２の凹状座部４６は、オーバーモールド化合物１７２から一体的に形成され得る。中央シャフト２０の凹状端部４０は、通常、形態的に円形または球状凹形であり、中央シャフト２０の粉末金属材料から一体的に形成されるか、またはそうでなければ、中央シャフト２０の粉末金属材料内に画定される。上記で考察されるように、ベアリングボール３８を保持する凹状座部４６および凹状端部４０は、半球形であり、流体４４の一貫した膜を維持して、ベアリングボール３８の周りの粘性のある潤滑クッション４８を維持し、構成要素の摩耗を低減するように適合される。
【0019】
デバイスの様々な態様によれば、図２４～図２８に例示されるように、ステータ１２およびプリント回路基板（ＰＣＢ）１４２は、低圧低温成形用熱硬化性複合材料を含み得るオーバーモールド化合物１７２でオーバーモールドされる。ＰＣＢ１４２におけるオーバーモールドの形状は、ＰＣＢ１４２の電気的構成要素の様々な構成のうちの任意の１つを覆うのに十分な標準幾何形状を含み得ることが企図される。立方体、円錐形、または円筒プリズムなどの標準幾何形状を使用して、単一のツールが、ＰＣＢ１４２の広範な構成をオーバーモールドするために利用され得る。モジュラー流体ポンプ１０の内部で、この成形プロセスが、典型的には、モジュラー流体ポンプ１０の様々な一体型機能特徴を設定するために使用される。これらの特徴の形成としては、以下に限定されないが、様々な電気的構成要素１５２を冷却するために、ＰＣＢ１４２内に冷却ゾーン１４４を設定すること、電気的構成要素１５２を損傷および／または汚染から保護すること、ベアリングボール３８を受容するための一体型ベアリングポケット１４６を形成すること、二次流路１９２を通る流体４４の二次流れ１９４の形態で、流体４４のアクティブな流れ４２を可能にする溝１７４を作成すること、二次流路１９２を通って移動する流体４４の温度を検出するために、温度センサ１７８またはセンサ１７８を受容するためのレセプタクルを基板上に位置付けること、および留め具のない設計を可能にする基準面を作成することが挙げられ得る。留め具のないこの設計は、以下でより完全に説明される、リテーナダボ１４０と固定用エンドキャップ３４との間の係合を示す。さらに、プリント回路基板１４２のオーバーモールドは、様々な構成要素がプリント回路基板１４２に取り付けられる様々なキープアウトゾーン１４８を画定し得る。
【0020】
再び図１、図１１～１６、図４０～４２、および図５４～５９を参照すると、固定エンドキャップ２８、およびいくつかの実施形態では固定用エンドキャップ３４内に画定されている凹状座部４６は、ロータ１８の中央シャフト２０の各それぞれのシャフト端部２２においてベアリングボール３８の一部を受容するように適合されている半球形ソケットの形態であり得る。この構成を使用すると、対向する半球形ソケットの間に位置付けられているロータ１８内のある量のすき間または遊びが、固定用エンドキャップ３４を有するモジュラー流体ポンプ１０内に存在し得る。対向する凹状座部４６の間のこの概して軸方向のすき間を相殺するために、固定用エンドキャップ３４は、固定用エンドキャップ３４の近くに位置付けられたベアリングボール３８を少なくとも部分的に囲む圧力バイアス継手６０を含み得る。デバイスの様々な態様によれば、圧力バイアス継手６０は、ステータ１２とロータ１８との間に、およびモジュラー流体ポンプ１０の一部を貫通して延在する流体４４の流路６２と連通して配置される。
【0021】
再び図１、図１１～１６、図４０～４２、および図５４～５９を参照すると、モジュラー流体ポンプ１０の動作（ステータ１２内のロータ１８の回転）中、流体４４の流れ４２が、流路６２を通って生成される。流路６２を通る流体４４のこの流れ４２が、圧力バイアス継手６０内に軸方向の圧力６４を生成する。ロータ１８がより速く回転するほど、流体４４の流れ４２は、流路６２を通ってより速く流れるであろう。次いで、流体４４の流速４２の増加は、圧力バイアス継手６０内でベアリングボール３８に対して加えられる圧力６４の増加をもたらし得る。圧力バイアス継手６０は、この圧力６４を軸方向に、典型的には回転軸３２に沿ってベアリングボール３８に向かって導く圧力チャネル６６を含む。デバイスの様々な態様では、ベアリングボール３８は、圧力バイアス継手６０の圧力チャネル６６内に少なくとも部分的に位置し得る。この軸方向圧力６４が、固定用エンドキャップ３４の近くのベアリングボール３８を中央シャフト２０内に、かつ回転軸３２に沿って圧縮する。この軸方向圧力６４は、次に、中央シャフト２０を下部ベアリングボール２３２に押し付け、固定エンドキャップ２８内に押し込む。流路６２を通る流体４４の流れ４２によって生成される圧力６４を使用して、軸方向圧力６４は、ロータ１８をステータ１２内に軸方向に固定し、回転軸３２から離れる、または回転軸３２に対して偏心するロータ１８のすき間、揺れ、または他の望ましくない変位を防止し得る。
【0022】
少なくとも図３５～５９に例示されるように、圧力バイアス継手６０は、上部ベアリングボール２３４を受容するためのベアリングポケット１４６を内蔵する。バイアス継手６０は、上部ベアリングボール２３４を受容するための優れた、および繰り返し可能なポケットの幾何形状を提供するために、粉末金属で作製され得る。粉末金属はまた、ベアリングボール３８、ベアリングポケット１４６、および、典型的には、ベアリングボール３８と、中央シャフト２０と、固定エンドキャップ２８と、固定用エンドキャップ３４の圧力バイアス継手６０と、を含むベアリングシステムの残部を潤滑するために、粘性クッション４８の形態で流路６２を通って移動する流体４４の保持を促進する多孔質表面仕上げを提供する。
【0023】
再び図３５～５９を参照すると、バイアス継手６０の圧力チャネル６６は、バイアス継手６０の中央継手６８から径方向に延在する小さなトラフの形態である。典型的には、中央継手６８は、ベアリングポケット１４６の反対側に位置付けられる。この構成を通して、マニホールドに組み立てられると、中央圧力継手６０は、付勢圧力６４、ならびにベアリングポケット１４６の上部への少量の流体４４の漏れを提供する。この界面における圧力６４は、使用中にジェロータ９２によって生成される圧力６４に比例する。モジュラー流体ポンプ１０内の力が、ジェロータ９２の近くで高いほど、下部および上部ベアリングボール２３２、２３４にかかるロータ１８の中央シャフト２０の軸方向荷重が比例して高くなり、ロータ１８の中央シャフト２０が、オーバーモールドされたステータ１２および固定用エンドキャップ３４内に画定されているベアリングポケット１４６内で中心に留まることを確実にする。この構成は、ベアリングシステムと接触する流体４４の流れ４２が存在することも確実にする。モジュラー流体ポンプ１０内の力が低い場合、特に、モジュラー流体ポンプ１０の起動時に、中央シャフト２０に沿って配置される軸方向荷重がほとんどないか、または全くなく、それにより容易な起動を提供する。これは、特に、センサレスであるモジュラー流体ポンプ１０の適用にあてはまる。
【0024】
デバイスの様々な態様によれば、モジュラー流体ポンプ１０のロータ１８とハウジング２６との間の主な物理的界面は、ロータ１８の中央シャフト２０の凹状端部４０に位置付けられているベアリングボール３８の間にある。上述のように、モジュラー流体ポンプ１０内の流体４４を使用して、これらの凹状端部４０、ならびに凹状座部４６の半球形ソケットは、下部および上部ベアリングボール２３２、２３４を囲む実質的に連続する流体粘性クッション４８を形成し得る。この粘性クッション４８は、下部および上部ベアリングボール２３２、２３４と、中央シャフト２０および凹状座部４６の半球形ソケットとの間の係合内の摩擦および摩耗を最小限に抑え得る。この流体粘性クッション４８が、中央シャフト２０と、下部および上部ベアリングボール２３２、２３４との間、ならびに各ベアリングボール３８と、それぞれの凹状座部４６との間の物理的な擦れ、または直接の物理的接触を防止する。
【0025】
再び図１および図８～１６ならびに図２７～４３を参照すると、モジュラー流体ポンプ１０を形成する際に、各モジュラー流体ポンプ１０の構成要素は、一般に類似するが、サイズおよびスケールに応じて変わり得る。図３３に例示されるように、モジュラー流体ポンプ１０が、非限定的な例として、小さいバージョン、中くらいのバージョン、および大きいバージョンを含み得、これらの３つのバージョンの各々が、３つの異なる高さで作製され得、その結果、９つのオプションが利用可能であり得るように、モジュラー流体ポンプ１０は、異なるサイズおよびスケールに従って作製され得ることが企図される。モジュラー流体ポンプ１０の基本的な構成要素の追加の高さおよびスケールを含む、モジュラー流体ポンプ１０の追加のバージョンも提供され得ることも企図される。
【0026】
さらに、以下でより完全に説明されるように、モジュラー流体ポンプ１０は、特定の設計構成内で広範囲の配向および軸に位置付け可能であるように構成され得る。したがって、モジュラー流体ポンプ１０は、前方または後方を含まないが、特定の設計内の様々な回転配向に位置付けられ得る。さらに、様々な配線の引き回しが、ジャンパ接続、および様々な軸方向構成のモジュラー流体ポンプ１０の複数の動作配向を提供し得る他の構成と併せて使用され得る。
【0027】
再び図１、図８～１６、図２９～４３、および図５４～５９を参照すると、モジュラー流体ポンプ１０のロータ１８は、プラスチックでオーバーモールドされ得るロータ本体８０を貫通して延在する中央シャフト２０を含み得る。ロータ本体８０は、ロータ１８と、ステータ１２の巻線１６との間の電磁連通を提供するロータマグネット８４を受容するための、ロータ１８の回転軸３２と平行に位置付けられている一連のマグネットチャネルまたはマグネットポケット８２を含み得る。ロータ本体８０内のこれらのマグネットポケット８２は、様々なタイプのマグネット８４を受容するように構成され得る。
【0028】
図８～１４および図５４～５９に例示されるように、中央シャフト２０は、ロータ本体８０と相互作用し、ロータ本体８０を中央シャフト２０に対して所定の位置に保持する働きをする複数の固定用幾何形状８６を含み得る。これらの固定用幾何形状８６は、中央シャフト２０に沿って軸方向に変化する可変断面厚さを含み得る。固定用幾何形状８６はまた、中央シャフト２０の一部内に画定されているフルートまたはリッジ８８を含み得る。ロータ本体８０は、典型的には、中央シャフト２０の周りに成形されているため、ロータ本体８０は、固定用幾何形状８６に直接係合し、固定用幾何形状８６内に保持される。この係合は、中央シャフト２０に対してロータ本体８０を軸方向に、および回転可能に固定する。
【0029】
図１～１６および図１８～５９の例示的な態様に示されるように、ロータ１８のマグネットポケット８２内に配置されているこれらのロータマグネット８４は、モジュラー流体ポンプ１０のロータ１８内で使用され得る焼結ネオジムマグネット、結合ネオジムマグネット、結合フェライトマグネット、および他の同様のマグネット８４のうちの少なくとも１つを含み得る。異なるタイプのマグネット８４に加えて、マグネット８４の構成もまた、変更され得る。単片マグネット（ｓｉｎｇｌｅ ｐｉｅｃｅ ｍａｇｎｅｔ）８４、ならびに一連の積層体から作製されたマグネット８４が、ロータ１８内で使用され得る。ロータ１８のためのマグネット８４の使用およびマグネット８４のタイプの可変性が、ロータ１８によって生成される磁力の様々な強度を提供し得る。異なるマグネット８４を使用して、様々な巻線１６が通電されるときに、ロータ１８によって生成され得るカスタマイズ可能な電磁連通、およびカスタマイズ可能な回転トルクを提供することができる。
【0030】
再び図１１～１６、図３０～３７、および図５８ならびに５９を参照すると、ロータ１８の中央シャフト２０は、中央シャフト２０の少なくとも一部に沿って延在する対向する平面表面９０を含むダブルＤ構成を含み得る。図１１Ａの断面に示されるこの「ダブルＤ」構成の使用は、モジュラー流体ポンプ１０の中央シャフト２０と、ジェロータ９２との間の一貫した効率的な係止接続を提供する。ダブルＤ構成はまた、中央シャフト２０が、単一の配向を必要としないように、少なくとも２つの構成で成形ツール内に位置付されることを可能にする。ダブルＤ構成はまた、中央シャフト２０に対するマグネット８４のトルクロックを提供する。さらに、中央シャフト２０がベアリングボール３８によって各凹状端部４０で支持されるこの構成では、ダブルＤ構成の使用が重要である。ダブルＤ構成は、当然ながら対称であり、ロータ１８の回転軸３２に沿って中心合わせされ得る。したがって、釣り合わせは、通常、モジュラー流体ポンプ１０の設計では利用されない。
【0031】
再び図１、図８～１６、図３０～３７、および図５４～５９を参照すると、中央シャフト２０は、典型的には、粉末金属などの金属材料で作製される。場合によっては、中央シャフト２０は、ロータ１８のマグネット８４から磁束１００を受容し得る。そのような構成では、少なくとも下部ベアリングボール２３２の取り付けは、下部ベアリングボール２３２と、マグネット８４から受容される磁束１００を通じて磁気的に活性化され得る中央シャフト２０との間の磁気接続によって行われ得る。この構成では、下部ベアリングボール２３２は、ロータ１８の凹状端部４０と磁気的に結合され得、ロータ１８の凹状端部４０は、それに下部ベアリングボール２３２が磁気的に結合された状態で、ステータ１２内に配設され得る。このようにして、ロータ１８の中央シャフト２０は、下部ベアリングボール２３２をステータ１２の基部に位置する凹状座部４６内に、かつハウジング２６の固定エンドキャップ２８内に位置付けるための取り付けツールとして機能し得る。
【0032】
ここで図１～８および図１８～２２を参照すると、モジュラー流体ポンプ１０の構築は、ステータ極１４の歯１３を含むステータ１２の内部構造を形成する積層スタック１２０を整列させることによってステータ１２を形成することを含み得る。ある特定の実施形態では、ステータ１２を構成する個々の積層は、積層１２０のスタックを整列構成に維持するための整列特徴として機能するステッチアップセット１５を含む。これらのステッチアップセット１５のおかげで、ステータ１２の形成中に積層１２０のスタックを一緒に保持するための別個の留め具は必要ない。上部積層は、ステッチアップセット１５を有するのではなく、垂直に隣接するステッチアップセット１５を受容するアパーチャを含み得る。この構成により、積層１２０のスタックの上面が、アセンブリのエンドプレート１２２または他の部分を誤整列させる可能性のある得る突起特徴を有さず、平坦であることが確実になる。
【0033】
典型的には、ステータ１２は、３つの別個の巻線１６が歯１３の周りに巻かれて、様々なステータ極１４を形成する３相ステータ１２であろう。例示的な図には６つのステータ極１４が示されているが、ステータ極１４の他の構成、ならびにモータの異なる位相構成が利用され得ることを理解されたい。
【0034】
ステータ１２の積層１２０が完成すると、エンドプレート１２２が、積層スタック１２０を一緒に固定するために、積層スタック１２０の各端部に配置される。典型的には、エンドプレート１２２は、積層スタック１２０の対向する端部上にスリップ嵌めまたは圧嵌めされる。この構成のおかげで、積層１２０のスタックとエンドプレート１２２とが、密接に一緒に固定されず、手で分離され得る。リベット、ボルト、溶接、および他の取り付け機構を使用して、積層スタック１２０を一緒に固定することが可能であることを理解されたい。
【0035】
積層スタック１２０が完成し、エンドプレート１２２が所定の位置にあるときに、巻線１６が、ステータ１２の歯１３の周りに配置され得る。巻線１６を積層１２０のスタックの歯１３、ならびにエンドプレート１２２の上に配置することは、アセンブリを単体のステータ１２として一緒に固定する役割を果たす。ステータ１２は、３相巻線であるように構成されており、３つの別個のワイヤ１３６が、ステータ１２の歯１３の周りに巻かれ、所定の構成の極１４を形成する。巻線が完成した後、ワイヤ１３６の端末部１３０が、エンドプレート１２２の一方内に固定される。上部エンドプレート１３２は、巻線１６のワイヤ１３６の端末部１３０を受容し得る様々な固定用タワー１３４を含む。これらの固定用タワー１３４は、モジュラー流体ポンプ１０の形成中に、ワイヤ１３６の様々な端末部１３０を受容し、それらを特定の位置に保持し得る。これらのワイヤ１３６は、ステータ１２、およびステータ１２の巻線から導かれる様々なＵ、Ｖ、およびＷワイヤ１３６ならびにステータ１２から導かれたグランドワイヤ１６２およびステータ１２の巻線１６の形態であり得る。本明細書でより完全に考察されるように、固定および固定用エンドキャップ２８、３４に対する積層スタック１２０の回転配向は重要ではなく、特定の設計のために、必要に応じて、９０度の増分で切り替えられ得る。
【0036】
図５～６Ａおよび図２２に例示されるように、巻線１６が取り付けられ、ワイヤ１３６の端末部１３０が固定用タワー１３４内に固定された後に、複数のリテーナダボ１４０が、ステータ１２の積層スタック１２０およびエンドプレート１２２を通して位置付けられ得る。以下により完全に説明されるように、これらのリテーナダボ１４０は、固定用エンドキャップ３４を所定の位置に保持し、特定の設計で使用するためのカスタム特徴３６を含み得る固定用エンドキャップ３４を含む、モジュラー流体ポンプ１０のアセンブリ全体を固定するために使用される。ステータ１２およびモジュラー流体ポンプ１０の直線幾何形状が示されているが、モジュラー流体ポンプ１０の配向フリー設計を生成するために、他の多角形幾何形状が実装されてもよい。
【0037】
ここで図７、図８Ａ、および図１８～２６を参照すると、リテーナダボ１４０が固定された後に、ＰＣＢ１４２が、端末部１３０および上部エンドプレート１３２の固定用タワー１３４から離れた離間した配置でＰＣＢ１４２を位置付ける様々な位置決め特徴または構造ポスト１５０上に取り付けられ得る。ＰＣＢ１４２は、様々なマイクロプロセッサ、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）ドライバ、駆動トランジスタ、温度センサ１７８、配線端子、および他の類似の特徴を含み得るが、これらに限定されない、様々な電気的構成要素１５２を含み得る。以下により完全に説明されるように、モジュラー流体ポンプ１０を通る流体流路６２の一部は、モジュラー流体ポンプ１０の動作中にこれらの構成要素に冷却を提供するために、これらの電気的構成要素１５２の近くを、またはこれらの電気構成要素１５２と直接係合して通過し得る。
【0038】
再び図７、図８Ａ、および図１８～２６を参照すると、ＰＣＢ１４２が位置付けられると、巻線１６のワイヤ１３６の端末部１３０が、ＰＣＢ１４２の上面上に位置するワイヤ端子１５４まで、ＰＣＢ１４２の周りに巻かれ得る。このようにして、単一の連続ワイヤ１３６が、これらの巻線１６および端末部１３０を形成し得る。したがって、端末部１３０は、巻線１６とＰＣＢ１４２との間に中間端子を必要としないように、ワイヤ端子１５４でＰＣＢ１４２に直接はんだ付けされ得る。巻線１６とＰＣＢ１４２との間の配線のこの構成により、多くの時間、経費、およびリソースが節約され得る。
【0039】
デバイスの様々な態様によれば、様々な巻線１６から導かれたワイヤ１３６の端末部１３０が、ＰＣＢ１４２内の特定のはんだパッド１５６上に位置付けられ得る。ＰＣＢ１４２のグランド部１６０は、ステータ１２と接触し得る様々なグランドワイヤ１６２を取り付けるための専用のはんだパッド１５６であることが企図される。はんだパッド１５６の形態で、グランドワイヤ１６２のためのはんだパッド１５６の位置をワイヤ端子１５４から分離することによって、巻線１６の端末部１３０について、巻線１６のワイヤ１３６をグランドワイヤ１６２から分離する追加の労力が最小限に抑えられ、実質的に排除される。これらの別個のワイヤ１３６が、典型的には、ＰＣＢ１４２の対向する側に位置付けられるため、分離されたはんだパッド１５６内の別個のはんだ付け作業が、巻線１６の端末部１３０とグランドワイヤ１６２との間に短絡が発生しないことを確実にし得る。ＰＣＢ１４２の様々なはんだパッド１５６が、ＰＣＢ１４２の製造中に、またはワイヤ１３６をはんだパッド１５６に接続するはんだ付け作業の前のある時に、あらかじめ錫メッキされ得る。はんだパッドの事前錫メッキは、錫メッキパッド１５６にはんだペーストを添加することによって達成され得る。このはんだペーストは、拡散、はけ塗り、滴下、または他の同様の処置プロセスによって、ＰＣＢ１４２上に配設され得る。デバイスの様々な態様では、特定量のはんだペーストをＰＣＢ１４２の特定および所定の領域に配設するプリントヘッドを使用して、はんだペーストが、ＰＣＢ１４２上にプリントされ得る。
【0040】
再び図４～７Ａおよび図２０～２６を参照すると、巻線１６のワイヤ１３６の配置、およびこれらのワイヤ１３６のはんだパッド１５６への取り付けが、モジュラー流体ポンプ１０の様々な態様で使用され得る。さらに、ステータ１２内にワイヤ１３６を配置および固定するこのプロセスは、多種多様なモータで利用され得る。このようなモータは、ファン、インペラ、ポンプ、駆動機構、ステッピングモータ、それらの組み合わせ、および他の類似のタイプのモータに使用され得る。限定でなく例示として、ワイヤ１３６にかかるひずみを最小限にするためのひずみ緩和２９２および溝２９２の使用が、広範囲のモータ用途で利用され得る。同様に、中間端子を使用せずに、巻線１３６および端末部１３０に単一の連続ワイヤ１３６を利用すること、ならびにこれらの一体型端末部１３０をＰＣＢ１４２の特定のあらかじめ錫メッキされた領域上に配置することもまた、多種多様なモータ関連用途で使用され得る。さらに、本明細書に記載のモジュラー流体ポンプ１０の様々な特徴は、広範囲のモータ用途に適用可能である。
【0041】
ここで図９～１０Ａおよび図２２～２８を参照すると、巻線１６の端末部１３０およびグランドワイヤ１６２がＰＣＢ１４２の適切な部分にはんだ付けされた後、ステータ１２の構造が、次に、オーバーモールド化合物１７２でオーバーモールドされ、ステータ１２の様々な構成要素を絶縁する。このオーバーモールド作業中、グランドワイヤ１６２および端末ワイヤ１３６の接点が、モジュラー流体ポンプ１０の最終的な取り付けにおける電力およびデータ配線と接続するために、オーバーモールドを貫通して突出することが可能となる。オーバーモールドは、ステータ１２、および典型的には内部に含まれるコントローラアセンブリ１７０（ＰＣＢ１４２）が、ステータ１２の極１４間のロータ１８の内径２３０の始めから終わりまで通る様々な溝１７４を、オーバーモールド化合物１７２内に含有するように実施される。これらの溝１７４は、ステータ歯１３の端部にも位置し得る。ステータ１２のオーバーモールド化合物１７２内のこれらの溝１７４は、ステータ１２とロータ１８との間の流れ４２を提供して、様々な構成要素およびＰＣＢ１４２の様々な電気的構成要素を冷却する流体チャネル１７６を提供する。ステータ１２の極１４間またはその近くの領域内の溝１７４を通る流体４４のこの流れ４２はまた、モジュラー流体ポンプ１０を通って移動される流体４４の温度、ならびにモジュラー流体ポンプ１０の様々な構成要素の温度を監視するために使用され得る二次流路１９４と熱連通する、ＰＣＢ１４２のサーミスタまたは他のタイプの温度センサ１７８を通過する流体４４の流れ４２を提供する。加えて、これらの溝１７４は、上述の粘性流体クッション４８を提供するために、下部および上部ベアリングボール２３２、２３４の一方または両方への流体４４の移動を可能にし得る。
【0042】
図１、図１３～１６、図２７～２９、および図４３～５９に例示されるように、ステータ１２内のロータ１８の動作中、流体４４の一次流れ１９６は、モジュラー流体ポンプ１０を通る粘性流体４４の一次移動を提供するモジュラー流体ポンプ１０を通って移動される。典型的には、あるタイプの樹脂または他のポリマー材料の形態であるオーバーモールド化合物１７２によって形成される溝１７４は、流体流４２の一部をＰＣＢ１４２、温度センサ１７８、およびモジュラー流体ポンプ１０のベアリングボール３８の一方または両方に向かって迂回させる二次流路１９２を提供する。二次流路１９２を通る流体４４の二次流れ１９４は、モジュラー流体ポンプ１０の動作が、流体４４の二次流れ１９４を二次流路１９２を通って移動させることによって過度に低減されないように、流体４４の一次流れ１９６よりも十分に小さいことが企図される。二次流路１９２を使用することにより、モジュラー流体ポンプ１０のより効率的で一貫した動作が提供される。さらに、二次流路１９２は、十分に小さい、すなわち、モジュラー流体ポンプ１０の性能を不利に低下させない。
【0043】
一次および二次流路１９８、１９２を通る流体４４の流れ４２は、ジェロータ９２の動作によって起こされる。ジェロータ９２は、モジュラー流体ポンプ１０が作動されると、電流がステータ１２内の巻線１６の少なくとも一部を通って移動されるように、中央シャフト２０に直接接続されている。巻線のこの活性化により、ステータ１２の極１４に対してロータ１８を回転させる電磁力（ＥＭＦ）が生成される。ジェロータ９２がロータ１８と接続されているため、ロータ１８の動作が、今度は、ジェロータ９２を動作させる。ジェロータ９２の動作を通じて生成される様々なフローポケット２１０が、入口２１２を通過し、一次流路１９８ならびに二次流路１９２を通過し、モジュラー流体ポンプ１０の出口２１４に入って通過する流体４４の移動を提供する。
【0044】
ここで図１１～１５Ａおよび図２９～３９を参照すると、ステータ１２がオーバーモールドされた後に、ロータ１８が、ステータ１２の内径２３０内に位置付けられ得る。上述のように、下部ベアリングボール２３２は、第１のまたは下部ベアリングボール２３２を中央シャフト２０のシャフト端部２２上に配置することによって、固定エンドキャップ２８の凹状座部４６内に位置付けられ得、第２または上部ベアリングボール２３４も同様である。ロータ１８のマグネット８４からの磁束１００が、下部ベアリングボール２３２を保持するためのマグネット８４として使用され得る磁場を形成するように、中央シャフト２０を活性化し得る。ベアリングボール３８の一方または両方を中央シャフト２０の凹状端部４０に磁気的に取り付けることによって、中央シャフト２０が、下部ベアリングボール２３２を、モジュラー流体ポンプ１０の固定エンドキャップ２８内に画定された凹状座部４６内に位置付けるためのツールとして使用され得る。
【0045】
典型的には、モジュラー流体ポンプ１０のロータ１８は、ステータ１２の６つの極１４と電磁的に協働する４つのマグネット８４を含むであろう。ステータ１２の極１４の異なる構成が含まれる場合、典型的には、ロータ１８のマグネット８４の構成も変わるであろう。典型的には、ロータ１８のマグネット８４の数は、ステータ１２の巻線１６が通電されると、生成されたＥＭＦが、ステータ１２内でロータ１８の回転を生成するように、ステータ１２の極の数１４とは異なる。
【0046】
様々なシールアセンブリ１１０が、オーバーモールドされたステータ１２、およびジェロータ９２を保持するポンプ本体２４０内に含まれ得ることが企図される。様々なシールアセンブリ１１０が、その中にＯリング１１２を保持し得る。ポンプ本体２４０が、オーバーモールドされたステータ１２に取り付けられ得、リテーナダボ１４０上に配置され得る。ポンプ本体２４０内で、ジェロータ９２が、中央シャフト２０の位置を少なくとも部分的に位置付けて整列させ、中央シャフト２０の周りにマグネット８４を回転させるように回転位置を設定する。上述のように、ポンプ本体２４０およびジェロータ９２が、オーバーモールドされたステータ１２に対して様々な回転位置に位置付けされ得る。ポンプ本体２４０の位置付けにより、ステータ１２の極１４間に（またはそれに沿って）画定される複数の溝１７４または流体チャネル１７６のうちのどれが、流体４４の二次流れ１９４のための二次流路１９２として機能するかが決定され得ることが企図される。
【0047】
限定でなく例示として、ポンプ本体２４０は、二次流路１９２を画定する入口２５０および出口２５２を含み得る。入口２５０は、モジュラー流体ポンプ１０の矩形本体に対して各回転位置にある溝１７４の対応するセットと整列し得る。したがって、ポンプ本体２４０およびジェロータ９２の位置付けに関わらず、ポンプ本体２４０およびジェロータ９２は、典型的には、ステータ１２の極１４に近接して画定される溝１７４の対応するセットと整列するであろう。ポンプ本体２４０およびジェロータ９２の配向は、モジュラー流体ポンプ１０を組み込むデバイスの正確な構成に応じて変更され得る。
【0048】
様々な態様では、ジェロータ９２がロータ１８の回転軸３２に整列されている限り、ポンプ本体２４０の配向は、モジュラー流体ポンプ１０を形成する上であまり重要でないように、ポンプ本体２４０の正確な配向は不可欠な考慮事項ではない場合があることも企図される。以下により完全に説明されるように、ポンプ本体２４０および固定用エンドキャップ３４は、複数の回転位置で、ステータ１２およびＰＣＢ１４２と整列されるように構成される。これらの回転位置は、典型的には、リテーナダボ１４０の配置に対応する９０度の増分である。モジュラー流体ポンプ１０の幾何形状が他の多角形形状を有する場合、他の度数の増分が利用され得る。
【0049】
図３４～４２および図５４～５９に例示されるように、ジェロータ９２とポンプ本体２４０とが、一次流路１９８を少なくとも部分的に画定するジェロータ９２のキャビティを形成する。ポンプ本体２４０は、流体４４の圧力流４２をジェロータ９２の圧力側から、二次流路１９２を形成する溝１７４を下って導くように、ポンプ本体２４０を通って延在するフローポートを含み、フローポートはまた、流体４４の圧力流４２が、二次流路１９２を通ってジェロータ９２の吸込み側に戻ることを可能にする。さらに、ポンプ本体２４０は、ジェロータ９２の圧力側をジェロータ９２の吸込み側から分ける材料の壁を含み、この材料の壁は、流体４４の流れ４２を、二次流路１９２を形成する溝１７４内へ偏らせて、流体４４の二次流れ１９４を画定する働きをする。この材料の壁は、典型的には静止し、ロータ１８の中央シャフト２０の近くに位置付けられる１つ以上、典型的には２つのパドル２４２を含み得る。ポンプ本体２４０から下方に延在するこれらのパドル２４２は、ロータキャビティ２４４内で、圧力側を吸込み側から分離する。これは、流体４４の二次流れ１９４を、二次流路１９２を画定する成形溝１７４を下って導く働きをする。流体４４のこの二次流れ１９４は、ベアリングボール３８を潤滑し、かつＰＣＢ１４２の様々な構成要素を冷却する働きをする。流体４４の二次流れ１９４に加えて、モジュラー流体ポンプ１０の内部構成要素に潤滑を提供するために、内部グリースも利用され得ることが企図される。
【0050】
再び図１４～１６、図３５～３９、および図５４～５９を参照すると、ポンプ本体２４０およびジェロータ９２が、オーバーモールドされたステータ１２上に配置された後、モジュラー流体ポンプ１０の基本的な形態２６０が実質的に完成する。このアセンブリは、リテーナダボ１４０上に固定されない場合がある。デバイスの様々な態様によれば、モジュラー流体ポンプ１０の固定用エンドキャップ３４は、構成要素を一緒に固定してモジュラー流体ポンプ１０を形成するために、リテーナダボ１４０上に回転的に固定され得る。リテーナダボ１４０は、ステータ１２の様々な長さに対応する複数の長さを含み得る。また、様々な長さのリテーナダボ１４０が、様々な寸法のポンプ本体２４０および固定用エンドキャップ３４に適合する。
【0051】
図１４～１６および図４０～５９を参照すると、モジュラー流体ポンプ１０の固定用エンドキャップ３４は、ポンプ本体２４０およびジェロータ９２と係合する標準側２７０を含み得る。この標準側２７０は、様々な設計のモジュラー流体ポンプ１０の間で実質的に類似した構成のものであり得る。標準側２７０の反対側は、特定の設計の様々な構成要素が固定用エンドキャップ３４内に実装されるであろうカスタム側２７２である。標準側２７０に、１つ以上の保持スロット２７４が、固定用エンドキャップ３４の材料内に画定され得る。これらの保持スロット２７４は、各リテーナダボ１４０のスロット付き端部２７６を受容し得るアイスロットを含み得る。各リテーナダボ１４０のスロット付き端部２７６が保持スロット２７４のアイに入ると、固定用エンドキャップ３４の回転が、各ダボのスロット付き端部２７６を、保持スロット２７４を通って移動させ、対応する保持スロット２７４内にリテーナダボ１４０の各スロット付き端部２７６を固定する。
【0052】
固定用エンドキャップ３４内に含まれる保持スロット２７４は、固定用エンドキャップ３４の回転がまた、各リテーナダボ１４０に対して固定用エンドキャップ３４を付勢し、ポンプ本体２４０に対して固定用エンドキャップ３４を付勢して、シールアセンブリ１１０内のＯリング１１２を圧縮し、固定用エンドキャップ３４の複数の係止位置２７８のうちのいずれか１つを画定する実質的に流体密封嵌合を形成するように、傾斜され得ることも企図される。様々なデテントが、各リテーナダボ１４０のスロット付き端部２７６を、固定用エンドキャップ３４の協働するスロット内に実質的に固定するように、固定用エンドキャップ３４の保持スロット２７４内に含まれ得る。このようにして、モジュラー流体ポンプ１０の形成は、ボルト、ネジ、溶接、ならびに構成要素を一緒に固定するために従来の流体ポンプで使用され得る他の取り付け機構および方法などの留め具を必要とせずに、達成され得る。
【0053】
モジュラー流体ポンプ１０は、固定用エンドキャップ３４とリテーナダボ１４０とのツイストロック回転係合を通じて一緒に固定されるため、モジュラー流体ポンプ１０内にドリル加工する必要がある穴の数が大幅に低減され、モジュラー流体ポンプ１０内の漏れの機会も低減される。この構成を通じて、モジュラー流体ポンプ１０の固定は、オーバーモールドされたステータ１２、ポンプ本体２４０（組み合って基本的な形態２６０を形成する）、および典型的にはモジュラー流体ポンプ１０の固定用エンドキャップ３４の形態であるマニホールドの形態の、主に、モジュラー流体ポンプ１０のスタック内の３つの構成要素を通じて達成され得る。固定用エンドキャップ３４内の付勢または保持スロット２７４の構成を通じて、固定用エンドキャップ３４のツイストロック機構または構成が、固定用エンドキャップ３４とポンプ本体２４０との間の付勢嵌合を提供し、モジュラー流体ポンプ１０の様々な構成要素を一緒に保持する。ポンプ本体２４０および固定用エンドキャップ３４は機械加工された特徴を含むため、これらの構成要素は、モジュラー流体ポンプ１０内の必要な許容差を保持し、担い得る。
【0054】
再び図４～８Ａおよび図２０～２６を参照すると、上述のように、巻線１６からＰＣＢ１４２内に延在するワイヤ１３６は、中間端子を含まない。上部エンドプレート１３２内に含まれる固定用タワー１３４は、巻線１３６上にひずみ緩和２９０を提供し、ワイヤ１３６を巻線１６からＰＣＢ１４２の端部上のひずみ緩和２９０まで導く構造チャネルも提供する。このひずみ緩和２９０は、ＰＣＢ１４２の外縁に位置付けられているひずみ緩和ノッチ２９２を含み得る。また、あらかじめ錫メッキされたはんだパッド１５６にはんだ付けしながら、ＰＣＢ１４２へワイヤ１３６を折り畳んで保持するために、構造的支持体がＰＣＢ１４２に提供される。ＰＣＢ１４２のこの構造は、ステータ１２を形成する積層スタック１２０の端部の一方に位置付けられた上部エンドプレート１３２から上方に延在するヒートステークポスト１５０によって提供される。これらのポスト１５０は、ＰＣＢ１４２に支持を提供するために、上部エンドプレート１３２内に組み込まれている。はんだ付け、ワイヤ１３６の折り畳み、および他の同様の動作など、様々な動作がＰＣＢ１４２上で実行されるときに、ヒートステークポスト１５０が、製造中にＰＣＢ１４２を支持し、ＰＣＢ１４２へ損傷を防止するための構造を、ＰＣＢ１４２の下に提供する。さらに、ヒートステークポスト１５０によって画定される、上部エンドプレート１３２とＰＣＢ１４２との間の空間が、流体４４の二次流れ１９４が移動して、ＰＣＢ１４２の構成要素に冷却を提供する二次流路１９２の少なくとも一部を提供し得る。
【0055】
デバイスの様々な態様によれば、図１１～１４に例示されるように、巻線１６がステータ１２の極１４上に位置付けられた後であるが、オーバーモールド化合物１７２がステータ１２を覆う前に、少なくとも１つのフラックスコレクタポケット３１０が、ステータ１２内に配設され得ることが企図される。これらのフラックスコレクタポケット３１０は、ロータ１８から磁場を伝え、この磁場をＰＣＢ１４２上のホール効果センサに導くように機能し得る。ホール効果センサは、ステータ１２に対するロータ１８の回転位置を評価するための任意のセンサ通信に使用され得る。特定の条件下では、フラックスコレクタポケット３１０は、各設計のモジュラー流体ポンプ１０に取り付けられ得る。モジュラー流体ポンプ１０の各実装にフラックスコレクタが必要であるわけではないことを理解されたい。ロータ１８のセンサレス通信が望まれる構成では、フラックスコレクタポケット３１０がステータ１２内に含まれなくてもよい。
【0056】
再び図１～１６および図１８～５９を参照すると、モジュラー流体ポンプ１０の様々な構成は、モジュラー流体ポンプ１０のすべてではないにしてもほとんどの実装が典型的に含むであろう様々な標準構成要素を含み得る。そのような構成要素は、以下に限定されないが、ロータ１８と、中央シャフト２０と、マグネットポケット８２を有するロータ本体８０と、を含み得る。上述のように、ロータ１８のマグネット８４の正確な構成および材料は、モジュラー流体ポンプ１０の正確な使用および実装に応じて変わり得る。ステータ１２、極１４、および巻線１６が、典型的には、モジュラー流体ポンプ１０の各設計の標準部品として含まれるであろう。さらに、巻線１６のワイヤ１３６およびグランドワイヤ１６２も、典型的には、モジュラー流体ポンプ１０の各設計に含まれ、ＰＣＢ１４２との接続も同様であろう。ステータ１２を囲むオーバーモールド化合物１７２、リテーナダボ１４０、およびＰＣＢ１４２も、典型的には、モジュラー流体ポンプ１０の各態様内の標準構成要素であろう。モジュラー流体ポンプ１０内に、様々なカスタム特徴３６も含まれ得る。これらのカスタム特徴３６はまた、上述のように、ロータ１８のマグネットポケット８２内に配設されたマグネット８４の材料、ステータ１２に対するジェロータ９２およびポンプ本体２４０の回転位置、特定の用途でのモジュラー流体ポンプ１０の位置を配向するためのＰＣＢ１４２とのジャンパコネクタの使用、固定用エンドキャップ３４またはマニホールドの正確な構成を含み得る。上述のように、固定用エンドキャップ３４は、特定の用途、設定、または設計内にモジュラー流体ポンプ１０を取り付けるか、そうでなければ組み込むために有用である様々な設計固有の特徴を有するカスタム側２７２を含み得る。
【0057】
図３５～５９に例示されるように、ジェロータ９２は、ポンプ本体２４０内に取り付けられる。デバイスの様々な態様では、モジュラー流体ポンプ１０のジェロータ９２は、ポンプ本体２４０の構成に対する対応する変更に従って、厚さおよび／または直径によって変化し得る複数の容量構成を含み得る。したがって、モジュラー流体ポンプ１０は、押出ブランク（ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ ｂｌａｎｋ）としてステータ１２の対応する幅と一致する異なる幅で提供される、様々なポンプ本体２４０を有するように設計され得る。典型的には、ポンプ本体２４０の３つの異なる構成が、ステータ１２の対応する幅と一致するように提供されるであろう。ポンプ本体２４０およびステータ１２の可変構成は、ジェロータ９２の３つの構成に適応するために機械プログラムを単純に変更することを伴う、ポンプ本体２４０の厚さまたはジェロータのポケット径のいずれかにおける柔軟性を可能にする。ジェロータ９２がポンプ本体２４０内に取り付けられた後に、上部ベアリングボール２３４が、ロータ１８の中央シャフト２０の端部において凹状座部４６に位置付けられる。
【0058】
モジュラー流体ポンプ１０の使用を通じて、単一のモジュラー流体ポンプ１０またはモジュラー流体ポンプ１０のファミリーが製造され得ることが企図される。これらのモジュラー流体ポンプ１０は、製造後、特定の具体的な用途または設計内に組み込むようにカスタマイズされ得る。モジュラー流体ポンプ１０内に含まれるカスタマイズ可能な特徴は、配向、特定の材料、軸方向構成、およびモジュラー流体ポンプ１０が広範囲の用途または設計内に組み込まれることを可能にする他の態様の変更を可能にする。
【0059】
ここで、図１～５９を参照すると、モジュラー流体ポンプ１０の様々な態様を説明したので、モジュラー流体ポンプ１０を製造するための方法４００が開示される。方法４００によれば、オーバーモールドされたステータ１２は、オーバーモールドされたステータ１２の端部から延在する複数のリテーナダボ１４０を有して形成される（ステップ４０２）。ロータ１８も形成され、ロータ１８は、金属製中央シャフト２０と、複数のマグネットポケット８２または凹部と、を含む（ステップ４０４）。次に、マグネット８４が、ロータ１８内に画定された各マグネットポケット８２内に配設され得る（ステップ４０６）。ベアリングボール３８が、中央シャフト２０の凹状端部４０に磁気的に取り付けられ得る（ステップ４０８）。上述のように、ロータ１８内にマグネット８４を位置付けることにより、ロータ１８の取り付け中に、ベアリングボール３８を所定の位置に保持するのに十分であり得る磁性を中央シャフト２０に提供する磁束１００が生成され得る。方法４００によれば、ベアリングボール３８は、典型的には、下部ベアリングボール２３２であり、中央シャフト２０が、次に、固定エンドキャップ２８の凹状座部４６と係合するように位置付けられる（ステップ４１０）。上述のように、中央シャフト２０は、ロータマグネット８４によって提供される磁束１００を通じて磁気的に活性化されるため、中央シャフト２０は、固定エンドキャップ２８の凹状座部４６内に下部ベアリングボール２３２を保持および位置付けるためのツールとして機能し得る。次いで、ポンプハウジング２６が、オーバーモールドされたステータ１２およびリテーナダボ１４０に固定され得る（ステップ４１２）。次いで、ジェロータ９２が、ポンプ本体２４０内の中央シャフト２０に固定される（ステップ４１４）。ジェロータ９２が、回転軸３２に沿って中央シャフト２０およびロータ１８を少なくとも部分的に位置付ける。次いで、固定用エンドキャップ３４が、リテーナダボ１４０のスロット付き端部２７６上に回転的に固定される（ステップ４１６）。このようにして、固定用エンドキャップ３４が、追加の留め具を使用することなく、固定用エンドキャップ３４をリテーナダボ１４０に固定するツイストロック構成を提供する。モジュラー流体ポンプ１０のこの留め具のない構成が、従来の流体ポンプ内に含まれ得る締結孔および他のアパーチャの不必要な使用を防止する。
【0060】
図１～図５９に例示されるように、固定用エンドキャップ３４の形態のマニホールドは、リテーナダボ１４０内に着座され、所定の位置に回転されて、モジュラー流体ポンプ１０の残りの部分、特に、様々なＯリング１１２に圧縮荷重を提供する。本明細書で考察されるように、オーバーモールドされたステータ１２は、モジュラー流体ポンプ１０のモータまたは油圧機能に影響を与えることなく、ポンプ４０の任意の側面上に電気／データコネクタ３２０を位置付けるように、典型的には、９０度の増分で組み立てられ得る。モジュラー流体ポンプ１０のこのモジュラー構成を通じて、ポンプ１０の様々な構成が、広範囲の利点を提供し得る。これらの利点としては、以下に限定されないが、最大約１０バールの圧力範囲、最大約１４リットル／分の流量範囲、約－４０℃～約１５０℃の温度範囲（露出）、約－４０℃～約１２５℃の機能範囲（デューティおよび流体に依存）、ＤＣ１２Ｖ、ＤＣ２４Ｖ、およびＤＣ４８Ｖからの電圧バリアント、屋内または屋外用途のためのＩＰ６Ｋ９Ｋ準拠のシール、電磁適合性、センサまたはセンサレス構成、ＣＡＮ、ＬＩＮ、ＰＷＮ、オン／オフ、および他の通信フォーマットが可能な通信、車中温度検知、完全な診断ログおよび記録、フォールトストレージブラックボックス、低ノイズ構造、要求の厳しいパッケージ制約に適応する柔軟なアーキテクチャ、ならびに柔軟な取り付け構成のための顧客固有のマニホールドなどのための備えが含まれることが挙げられる。
【0061】
本明細書に記載されるように、モジュラー流体ポンプ１０内に含まれる様々な構成要素、ならびにモジュラー流体ポンプ１０を製造および動作するために使用されるプロセスは、様々な流体ポンプ設計の任意の１つでともに利用され得る。加えて、本明細書に記載のこれらの構成要素およびプロセスはまた、流体関連および非流体関連の設計および用途の両方において、他のタイプのモータ内に実装され得る。
【0062】
本発明の概念から逸脱することなく、前述の構造に対して変更および修正が行われ得ることを理解されるべきであり、さらに、そのような概念は、以下の特許請求の範囲がその言語により明示的に別段の記載をしない限り、その特許請求の範囲によってカバーされることを意図していることを理解されたい。
【図1】
【図2】
【図2A】
【図3】
【図3A】
【図4】
【図4A】
【図5】
【図5A】
【図6】
【図6A】
【図7】
【図7A】
【図8】
【図8A】
【図9】
【図10】
【図10A】
【図11】
【図11A】
【図12】
【図12A】
【図13】
【図14】
【図15】
【図15A】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】
【図37】
【図38】
【図39】
【図40】
【図41】
【図42】
【図43】
【図44】
【図45】
【図46】
【図47】
【図48】
【図49】
【図50】
【図51】
【図52】
【図53】
【図54】
【図55】
【図56】
【図57】
【図58】
【図59】
