JP4013621B2 - 電動ウォータポンプ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車の燃焼式エンジン等の発熱機器に冷却水を循環供給するための電動ウォータポンプに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
燃焼式エンジンを搭載した自動車では、そのエンジンに冷却水を循環供給する必要があり、この冷却水はウォータポンプによって供給される。
電動ウォータポンプは、自動車エンジンではなく、電動モータによってインペラを回転駆動するものであり、従来の電動ウォータポンプでは、インペラによって冷却水を遠心方向に吐出する遠心ポンプとして構成されていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、遠心ポンプは、ポンプ効率が低く、ポンプ効率が60%程度であるという問題がある。しかも、遠心ポンプでは、水流が遠心方向に吐出されるため、ウォータポンプのハウジングを遠心方向に大きくする必要があり、車載に際して邪魔となっていた。
そこで、本発明は、ポンプ効率を向上させるとともに、コンパクト化を図ることができる電動ウォータポンプを提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電動モータと、当該電動モータで回転駆動される羽根部とを備えた電動ウォータポンプにおいて、前記羽根部の回転によって冷却水の軸流を発生する軸流ポンプとして構成され、前記羽根部の回転軸心と前記電動モータの回転軸心とが同軸配置され、前記電動モータが、前記羽根部の内部に同軸状に配置されていることを特徴とする。
【0005】
本発明によると、電動ウォータポンプが軸流ポンプとして構成されており、軸流ポンプは、遠心ポンプに比べてポンプ効率に優れているため、ポンプ効率の向上を達成できる。
しかも、冷却水は軸方向に流れるため、遠心ポンプのようにポンプ径を大きくする必要がない。さらに、軸流を発生させる羽根部の軸心と電動モータの軸心とが同軸配置されているため、羽根部を流れる冷却水の方向と電動モータの軸方向とが一致し、電動モータを設けても、ポンプ径が増大することを防止して、コンパクト化が図れる。
【0006】
また、前記電動モータは、前記羽根部の内部に同軸状に配置されており、このように、羽根部の内部に電動モータを設けることで、ポンプの軸方向長さも小さくでき、一層のコンパクト化が図れる。
【0008】
そして、前記羽根部は、軸部と当該軸部に設けられた螺旋羽根とを有し、前記軸部は先端部及び後端部が流線形であるのが好ましい。軸部先端部及び後端部が流線形であることで、冷却水が流れる際の抵抗が小さくなるとともに水流が安定し、ポンプ効率が向上する。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、第1の実施形態に係る電動ウォータポンプ1を示している。このウォータポンプ1は、自動車に搭載され、自動車のエンジンなどの発熱機器を冷却する冷却水を循環供給するためのものである。
【0010】
ウォータポンプ1は、冷却水の吸入口3と吐出口5とを有する筒状のハウジング7を備えている。ハウジング7内には、羽根部9が設置され、ハウジング7外には、羽根部9を回転駆動するための電動モータ11が取り付けられている。なお、電動モータ11は、コネクタ11aを介して図示しない電源に接続される。
【0011】
ハウジング7と電動モータ11とは、電動モータ回転軸13の軸方向に並設されている。ハウジング7と電動モータ11とは略同径であり、両者7,11を組み合わせた全体形状が円柱状となっている。
【0012】
ハウジング7内には、冷却水が前記軸方向に流れるための冷却水流路15が形成されており、ハウジング7の軸方向一端側に設けられた吸入口3から流れ込んだ冷却水は、ハウジング7内を軸方向に流れ、ハウジング7の軸方向他端側に設けられた吐出口5から流れ出す。ここで、吸入口3は、ハウジング7の軸方向一端面に設けられているが、吐出口5は、ハウジング7の外周面に設けられている。すなわち、吸入口3は、ハウジング7の軸方向に開口しているが、吐出口5は、ハウジング7の軸方向と直交する方向に開口している。したがって、ハウジング7内を軸方向に流れる冷却水は吐出口5の近傍でカーブして吐出口5に向かう。なお、図1では、吐出口5が吸入口3より小さく描かれているが、同程度の大きさであるのが好ましい。
【0013】
ハウジング7の軸方向他端面7bには、電動モータ11の回転軸13が挿通される孔16が形成されている。電動モータ11は、ハウジング7の軸方向他端側に設けられ、回転軸13が前記孔16を通って冷却水路15内に挿通されている。
【0014】
前記羽根部9は、冷却水流路15の中途部において、当該冷却水路15の長手方向に軸方向が向けられた軸部17と、当該軸部17の外周面上に設けられた螺旋羽根19とを有しており、回転によって冷却水を軸部17の方向、すなわち冷却水流路15の長手方向に送る軸流を発生する。つまり、このポンプ1は軸流ポンプである。軸流ポンプであるため、ポンプ効率が80〜90%程度と高くなり高効率化を達成できる。なお、羽根部9によって発生した冷却水の軸流は、羽根部9の下流側に位置する吐出口5から流れ出る。
【0015】
軸部17は、水流の抵抗が少なくなるよう、その先端部17aが流線形に形成されている。また、軸部17の後端部17bも流線形に形成されており、この後端部17bにおいても、水流の抵抗減少効果が得られている。このように、軸部17の先端部17aと後端部17bの両方を流線形に形成することで、抵抗低減効果を一層高くすることができ、水流が安定してポンプ効率が向上する。なお、軸部17の後端部17bは、ハウジング7外に設けられた電動モータ11から延設された回転軸13と接続されている。なお、孔16から冷却水が漏れ出すのを防止するため、孔16にはメカニカルシールやゴムシール等のシール部材21が設けられている。
【0016】
ハウジング7には、動翼である羽根部9の他、羽根部9の回転によって渦が発生するのを防止するため静翼23が設けられている。図1において、静翼23は、羽根部9の上流側に設けられているが、下流側にも設けることができる。
【0017】
本実施形態に係る電動ウォータポンプ1によると、ポンプ1の動力源が電動モータであるため、冷却水の必要量に応じたエネルギしか必要とせず、自動車の燃費が向上する。しかも、電動ウォータポンプ1は軸流ポンプとして構成されており、軸流ポンプは高回転において高効率となることから、高回転・低トルクのモータを使用でき、小型・安価な電動ウォータポンプ1となる。
【0018】
また、羽根部9では、軸流を発生させるので、遠心ポンプのようにハウジングの径を大きくする必要がなく、ハウジング7の径を羽根部9の大きさ程度まで小さくして、断面積を小さくすることができる。また、羽根部9の回転軸心17bと電動モータ回転軸13の回転軸心13aとが同軸状配置であるので、電動モータ11を設けても径が大きくならない。特に、筒状のハウジング7と電動モータ11とが同軸状に並設されているため、ポンプ全体形状が小径でシンプルとなっている。
【0019】
したがって、この電動ウォータポンプ1を自動車に搭載すれば、遠心ポンプのように大きなスペースを必要とせず、冷却水の循環路の一部を成す程度のスペースでポンプ1を設置できるから、車の設計の自由度が高まる。例えば、このウォータポンプ1は、冷却水の循環路配管の途中に取り付けることができ、その他、エンジンウォータジャケット、ラジエータに取り付けることができる。
【0020】
図2は、第2の実施形態に係る電動ウォータポンプ31を示している。このウォータポンプ31は、軸方向両端に取付フランジ33,35を有する円筒状のハウジング37を備えている。ハウジング37の軸方向一端側は冷却水の吸入口39とされている一方、軸方向他端側は冷却水の吐出口41とされており、冷却水はハウジング37内で軸方向に流れることができる。
【0021】
ハウジング37内の冷却水流路43内の中途には、軸流を発生させる羽根部45が設けられている。羽根部45は、先端が流線形の軸部47と、軸部47の外周に設けられた螺旋羽根49とを備えている。軸部47には同軸状に回転支持軸51が設けられている。回転支持軸51の軸方向両端は、動圧軸受53を介して回転自在に支持されている。回転支持軸51の軸受としてはすべり軸受を採用してもよい。軸受として転がり軸受を用いると、潤滑剤であるグリースが冷却水によって流出・粘度の低下を生じるおそれがあるが、動圧軸受又はすべり軸受を採用することで、かかる問題を回避できる。なお、動圧軸受はすべり軸受の一種である。
【0022】
回転支持軸51を吸入口39側で支持する部材は、ハウジング37の吸入口39に設けられた支柱55であり、複数本の支柱55が吸入口39において等配に設けられている。冷却水は、支柱55間の隙間を通ってハウジング37内に進入することができる。
【0023】
回転支持軸51を吐出口41側で支持する部材は、ハウジング37の吐出口41近傍に設けられた支持ベース部材57である。この支持ベース部材57は、ハウジング37の内周面に取り付けられており、冷却水は支持ベース部材57の外周側に設けられた流通孔59を通って、吐出口41に至ることができる。
【0024】
第2実施形態では、羽根部45を回転駆動するための電動モータ61は、羽根部45の内部に羽根部45と同軸状に設けられている。この電動モータ61は、ブラシレスモータとして構成されており、さらにセンサレス制御を行うこともできる。
【0025】
電動モータ61を内部に収納するため、羽根部45の軸部47の内部は中空状に形成されている。軸部47の内部を通る回転支持軸51には、ロータ側となる永久磁石63が設けられ、支持ベース部材57から軸部47内部に延びる電磁石保持部65にはステータ側となる電磁石67が設けられている。電動モータ61の動作によりロータである回転支持軸51が回転し、羽根部45が回転して軸流が発生する。よって、羽根部45の周囲を冷却水が流れて羽根部45が冷却され、その内部に設けられたモータ61が効果的に冷却される。すなわち、羽根部45は、冷却フィンの如く機能する。
【0026】
なお、永久磁石63と電磁石67は、それぞれ樹脂モールドにより防水部63a,67aが形成され防水性が確保されている。したがって、羽根部45の内部に冷却水が入ってきても問題がない。また、冷却水が羽根部45内に進入することで、電動モータ61は水没状態となるため、冷却水によるモータ冷却効果がさらに高まる。
【0027】
これらの優れたモータ冷却効果により、本実施形態の電動ウォータポンプ1を自動車のエンジンやトランスミッション等の発熱体近傍に配しても、モータ性能が劣ることがないから、より小型のポンプ、モータを用いても、高容量の冷却水を圧送できる。さらに、ステータ側に電磁石67が設けられているので電磁石67への配線も容易である。
【0028】
また、羽根部45の内部に電動モータ61を配置することで、ポンプ31の軸方向長さも短くなり、一層のコンパクト化が可能である。しかも、筒状ハウジング37の軸方向両端面に吸入口39と吐出口41とがそれぞれ形成されているため、冷却水の流れが直線的であって抵抗が少なく、ポンプ効率が高い。
【0029】
図3は、第3の実施形態に係る電動ウォータポンプ71を示している。この電動ウォータポンプ71は、電動モータ73内部に同軸状に羽根部75が設けられた構成となっている。電動ウォータポンプ71は、有底筒状のハウジング本体77と、ハウジング本体77の軸方向一端側の開口部を塞ぐように設けられる蓋体79とを有している。蓋体79には、冷却水の吸入口81となる貫通孔が形成され、ハウジング本体77の底部77aには冷却水の吐出口82となる貫通孔が形成されている。したがって、冷却水はハウジング本体77内で軸方向に流れることができる。
【0030】
ハウジング本体77の内周面にはステータ側となる電磁石83が設けられている。この電磁石83の内側には、ロータ側となる永久磁石85が配置されている。永久磁石85は、羽根部75の外周部に取り付けられており、永久磁石85の回転により羽根部75が一体的に回転し、軸流を発生する。
【0031】
羽根部75は、軸部87の外周に螺旋羽根89を備えて構成されており、螺旋羽根89が永久磁石85の内側に結合されている。軸部87の長手方向両端は動圧軸受91を介して蓋体79又はハウジング本体底部77aに回転自在に支持されている。
【0032】
永久磁石85の内側は吸入口81から入ってきた冷却水が流れるための内部流路91とされており、羽根部75の回転により冷却水の軸流が発生する。電動モータ71内部を冷却水が流れるため、電磁石83と永久磁石85は、それぞれ樹脂モールドにより防水部83a,85aが形成されている。
【0033】
第3実施形態に係る電動ウォータポンプ71では、電動モータ73の内部に同軸状に羽根部75が配置されているため、ポンプ1の軸方向長さを小さくできる。しかも、電動モータ73の内部を冷却水が流れるため、電動モータ73の冷却も効果的に行える。なお、冷却水は、電磁石83と永久磁石85の間の空間を通って流れることもできるため、流路を広くすることが可能となり、流水の圧損が小さく、ポンプ効率が高い。
【0034】
図4は、第4の実施形態に係る電動ウォータポンプ71を示している。第4実施形態は、第3実施形態と共通するところがあるが、相違する主要な点は、軸部87が省略され、筒状の永久磁石85が実質的な軸部を構成している点である。軸部となる永久磁石85(の防水部85a)の外周面は、電磁石83(の防水部83a)の内周面との間に形成される動圧軸受93により回転自在に支持されている。第4実施形態では、第3実施形態の軸部87を廃止しため、吸入口81と吐出口82を大きく形成でき、冷却水の流通効率が良い。また、回転支軸を別途設ける必要がないため、構造がシンプルになり、ポンプの故障を低減できる。また、内部流路を内周側に備える永久磁石85の外径は、第3実施形態の軸部の外径より大きくすることができるから、上記動圧軸受93の負荷容量が増大しポンプの回転がスムーズにできる。
なお、第4実施形態において説明を省略した点は、第3実施形態と同様であり、図面の共通する部材には同符号が付されている。
【0035】
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された事項の範囲内で様々な変更が可能である。
【0036】
【発明の効果】
本発明によると、電動ウォータポンプが軸流ポンプとして構成されているため、ポンプ効率の向上を達成でき、電動モータの回転軸心と羽根部の回転軸心とが同軸状に設けられているのでポンプのコンパクト化が図れる。
また、電動モータが、羽根部の内部に同軸状に配置されているので、ポンプの軸方向長さも小さくでき、一層のコンパクト化が図れる。
さらに、羽根部の軸部先端部及び後端部が流線形である場合には、冷却水が流れる際の抵抗が小さくなるとともに水流が安定し、ポンプ効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態に係る電動ウォータポンプの断面図である。
【図2】第2実施形態に係る電動ウォータポンプの断面図である。
【図3】第3実施形態に係る電動ウォータポンプの断面図である。
【図4】第4実施形態に係る電動ウォータポンプの断面図である。
【符号の説明】
1 電動ウォータポンプ
9 羽根部
11 電動モータ
13a 回転軸心
17 軸部
17a 軸部先端部
17b 軸部後端部
17c 回転軸心
19 螺旋羽根
31 電動ウォータポンプ
45 羽根部
47 軸部
49 螺旋羽根
61 電動モータ
71 電動ウォータポンプ
75 羽根部
87 軸部
89 螺旋羽根
91 内部流路
Claims (2)
- 電動モータと、当該電動モータで回転駆動される羽根部とを備えた電動ウォータポンプにおいて、
前記羽根部の回転によって冷却水の軸流を発生する軸流ポンプとして構成され、
前記羽根部の回転軸心と前記電動モータの回転軸心とが同軸配置され、
前記電動モータが、前記羽根部の内部に同軸状に配置されていることを特徴とする電動ウォータポンプ。 - 前記羽根部は、軸部と当該軸部に設けられた螺旋羽根とを有し、
前記軸部は先端部及び後端部が流線形であることを特徴とする請求項1に記載の電動ウォータポンプ。
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