JP4013621B2

JP4013621B2 - 電動ウォータポンプ

Info

Publication number: JP4013621B2
Application number: JP2002112354A
Authority: JP
Inventors: 繁夫鎌本; 弘治吉浪; 隆敏阪田; 憲治浅野
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2002-04-15
Filing date: 2002-04-15
Publication date: 2007-11-28
Anticipated expiration: 2022-04-15
Also published as: JP2003307130A

Description

【０００１】
【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

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。