JP6032796B2 - キャンドモータ型電動式ウォーターポンプ - Google Patents

Description

本発明は、キャンドモータ型電動式ウォーターポンプに係り、より詳しくは、ロータとステータとの間に缶構造物が挿入されたキャンドモータ型電動式ウォーターポンプに関する。

ウォーターポンプは車両で冷却水を循環させる役割をするもので、一般の内燃機関車両では、エンジン動力をプーリー及びベルトを介して伝達して駆動するエンジン駆動式ウォーターポンプと、電気を用いて駆動する電動式ウォーターポンプに分類される。
電動式ウォーターポンプは、バッテリーなどから提供される電気を用いて電動モータを駆動し、これによってインペラが回転して冷却水を吸入及び吐出する。
また、電動式ウォーターポンプは、エンジンの駆動力が不要であるため、燃費改善効果が約２〜３％向上することが知られており、冷却水の温度を精密に制御できるため、既に多くの自動車製造会社では量産車両に対して広く適用している。

電気自動車、例えばハイブリッド車両の場合、ＥＶモードなどのようにエンジン駆動が停止される状況が存在し、燃料電池車両や純粋な電気車両の場合、ウォーターポンプを駆動させるエンジンが搭載されていないため、これら電気自動車では冷却水を循環させるためのウォーターポンプとして電動式ウォーターポンプを使用しなければならない。
一方、車両用電動式ウォーターポンプとして遠心ポンプの一種である渦巻ポンプ（ｖｏｌｕｔｅ ｐｕｍｐ）が広く使われているが、これは電動モータにより回転するインペラ（羽根車）を備え、電動モータの駆動によりインペラが回転すると、渦巻ケーシングの中央の吸入口から吸入された冷却水が渦巻ケーシング内に設けられた螺旋状の室を通過し、この時に発生する遠心力により吐出口に吐出される方式である。

図１は、従来のキャンドモータ型の電動式ウォーターポンプを示す概略図である。図１に示すように、キャンドモータ型の電動式ウォーターポンプは、駆動源の電動モータ１と冷却水の吸入力／吐出力を生成する水力部２を含み、水力部２は内部に螺旋状の流動空間、すなわち螺旋状の室が形成された水力部カバー２ａと、電動モータ１により回転するインペラ５を含む。
電動モータ１はロータ３とステータ４との間の電磁気的作用により回転力を発生させ、この回転力はロータ３に連結されるモータ軸３ａを介してインペラ５に伝達されてインペラ５を回転させる。

モータ軸３ａはロータ３の前後に配置された軸受け７によりモータハウジング６に回転可能に支持される。
キャンドモータ型の電動式ポンプは、ロータ３とステータ４との間に缶構造物８を挿入し、水力部２をロータ３まで延長してロータ３が水に浸ることにより、投入される水がロータ３から発生する摩擦熱を適切に冷却させる構造を有する。
この時、缶構造物８はロータ３とステータ４を分離する隔壁の役割をし、缶シーリングラバー（図示せず）によりロータ３とステータ４との間を密封する。

しかしながら、キャンドモータ型構造のウォーターポンプは、その特性上、水力部２がロータ３まで連結されることにより、次のような問題点がある。
第１に、モータ軸３ａを支持する前部軸受け７ａを固定しにくく、前部軸受け７ａの構造体を導入する場合、部品数が多くなる。
第２に、ロータ３とステータ４との間に発生する電磁気力によりインペラ５が回転し、水を吸入する時、水は水の吸入方向に対して反対軸方向に推力を発生させ、これによってインペラ５の位置が変わるため、効率を低下させる問題点がある。
第３に、モータハウジング６と渦巻室との間の気密を保つためのＯリングと、水力部カバー２ａと渦巻室との間の気密を保つためのＯリングの位置を定めにくく、生産工程が困難である。
第４に、インペラ５とロータ３のモータ軸３ａが組み立てられた状態でのバランス作業が不可能である。

特開平０８−０４２４８３号公報

本発明は、缶一体型渦巻ボディーに回転子支持部を挿入装着することにより、回転子支持部の一側にモータ軸支持用前部軸受けを固定できるキャンドモータ型電動式ウォーターポンプを提供することにその目的がある。
また、本発明は、回転子支持部によりモータ軸を堅固に支持してインペラの固定位置の変化を低下させることにより効率向上が可能なキャンドモータ型電動式ウォーターポンプを提供することにその目的がある。
さらに、水力部カバーと渦巻ボディー部との間にＯリングを１つだけ装着してもよいため、従来技術に比してＯリングの位置を定めることが容易となるキャンドモータ型電動式ウォーターポンプを提供することにその目的がある。
最後に、缶一体型渦巻ボディーと回転子支持部アセンブリーにインペラが組み立てられた状態でのロータアセンブリーの回転バランスの測定が可能となるキャンドモータ型電動式ウォーターポンプを提供することにその目的がある。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたキャンドモータ型電動式ウォーターポンプであって、水力部カバー（２ａ）とモータハウジング（６）との間に配置され、水力部（２）と駆動モータ（１）を分離する渦巻ボディー部（１８）と、ロータ（３）とステータ（４）との間に配置され、ロータ（３）とステータ（４）を分離する缶部（１９）で構成され、前記渦巻ボディー部（１８）と缶部（１９）が一体形成される缶一体型渦巻ボディー（２０）と、前記渦巻ボディー部（１８）の内側に設置され、ロータ（３）及びモータ軸（３ａ）を回転可能に支持する回転子支持部（２３）と、を含むことを特徴とする。

前記渦巻ボディー部（１８）は、水力部カバー（２ａ）の内側面に接触する接触部に設置されたＯリング（９）により水力部カバー（２ａ）と気密を保ち、前記渦巻ボディー部（１８）の周縁部がフランジ状に形成されて水力部カバーとモータハウジング（６）との間に締結固定されることを特徴とする。

前記回転子支持部（２３）は、渦巻ボディー部（１８）の一側面に挿入締結される締結部（２１）と、前記締結部（２１）から軸方向に形成され、内部に軸受けを装着固定する軸受けハウジング（２２）と、前記締結部（２１）と軸受けハウジング（２２）との間に形成され、水力部（２）に流入された流体をロータ（３）に誘導する流体移動通路（２４）と、を含むことを特徴とする。

前記回転子支持部（２３）は、缶一体型渦巻ボディー（２０）に形成された溝によりクリップ締結されることを特徴とする。

本発明によるキャンドモータ型電動式ウォーターポンプは、以下の効果を有する。
第１に、缶一体型渦巻ボディー及び回転子支持部を用いたキャンドモータ型の電動式ウォーターポンプを適用する場合、水力部とモータハウジングを完全に分離することができる。
第２に、缶一体型渦巻ボディーに回転子支持部をさらに構成することにより、ロータ及びステータとの間の電磁気的作用から発生した回転力によりロータ及びモータ軸アセンブリーが回転する時、揺らぐことなく堅固に支持することができる。
第３に、電動モータから伝達された回転力によりインペラが回転する時、インペラにより流体の流れ反対方向に推力が発生する場合、回転子支持部によりインペラの偏心回転及び浮上を防止することができる。
第４に、ロータを組み立てる時、缶一体型渦巻ボディーの缶部の内側に、後部軸受け、ロータ及びモータ軸、そして渦巻ボディー部の内部に前部軸受けが内蔵された回転子支持部の順に一方向に連続して組み立てることができるため、組立性を向上させる。
第５に、缶一体型渦巻ボディーにロータアセンブリー及びインペラが結合された状態でのバランス作業が可能となる。

従来技術によるキャンドモータ型のウォーターポンプを示す概略図である。 本発明の一実施例によるキャンドモータ型のウォーターポンプを示す断面図である。 図２に示した回転子支持部の斜視図である。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施例を詳細に説明する。
図２は本発明の一実施例によるキャンドモータ型電動式ウォーターポンプを示す断面図であり、図３は図２に示した回転子支持部の斜視図である。
本発明は、キャンドモータ型電動式ウォーターポンプの一般的な構造に、渦巻ボディー部１８及び缶部１９が一体に射出された構造と、缶一体型渦巻ボディー２０に回転子支持部２３を挿入する構造を適用することにより、ロータアセンブリーとインペラ５が組み立てられた状態でのロータアセンブリーの回転バランスの測定が可能となるキャンドモータ型電動式ウォーターポンプに関する。

本発明によるキャンドモータ型電動式ウォーターポンプは、インペラ５の回転により水を吸入する水力部２と、インペラ５を駆動させるための駆動モータ１と、で構成される。
水力部２は一側に吸入口２ｂを有する水力部カバー２ａと、水力部カバー２ａの内部に設置されたインペラ５を含む。
吸入口２ｂは、例えば燃料電池自動車両において、冷却水をウォーターポンプの内部に吸入するための吸入通路であって、水力部カバー２ａから軸方向に突出形成される。
水力部カバー２ａは、インペラ５の上部をカバーする役割をし、インペラ５の回転により吸入口２ｂを介して冷却水（水）を水力部２の内部に吸入することができる。

駆動モータ１は、水力部カバー２ａにボルト締結されるモータハウジング６と、モータハウジング６の内部に電磁気力により回転力を発生させるロータ３及びステータ４と、水力部２を完全に防水するための缶一体型渦巻ボディー２０と、を含む。
この時、缶一体型渦巻ボディー２０は、水力部カバー２ａとモータハウジング６との間に半径方向に位置する渦巻ボディー部１８と、渦巻ボディー部１８から軸方向に形成される缶部１９と、で構成され、渦巻ボディー部１８は水力部カバー２ａとモータハウジング６との間を分離する隔壁の役割をし、缶部１９はロータ３とステータ４との間を分離する隔壁の役割をする。
より詳しくは、渦巻ボディー部１８は、水力部カバー２ａとモータハウジングとの間の境界部分に位置し、水力部２に流入された水がモータハウジング６のステータ４に流れることを防止する。

例えば、渦巻ボディー部１８の周縁部はフランジ状に形成され、水力部カバー２ａとモータハウジング６との間に挿入され、ボルトにより貫通及び締結され、フランジ部の内側の側面にＯリング９が設置され、Ｏリング９により水力部カバー２ａと渦巻ボディー部の側面との間の気密を保つことにより、水力部２に流入された水がモータハウジング６のステータ４側に流れることを防止できる。
従来、Ｏリング９が水力部カバー２ａと渦巻ボディー部との間の１ケ所と、モータハウジング６と渦巻ボディー部との間の１ケ所に装着されるため、Ｏリング９の位置を定めにくく、部品数及び組立工数の増加により原価を上昇させる問題があったが、本発明ではモータハウジング６と渦巻ボディー部１８との間にＯリング９を装着する必要がないため、部品数及び組立工数が減少して原価が低減できる効果がある。

缶部１９は、ロータ３とステータ４との間に位置してロータ３を囲むように円筒状に形成され、缶部１９によりロータ３が密封される。
また、缶部１９は、水力部２と連通し、水力部２とロータ３との間に流体移動通路２４を提供して水力部２に流入された水がロータ３に供給される。
この構造からなる渦巻ボディー部１８と缶部１９は一体射出成形される。
缶部１９の内部にはロータ３が装着され、モータ軸３ａはロータ３を貫通してロータ３と一体に回転可能に結合される。
本発明による一実施例では、ロータ３とモータ軸３ａを回転可能に支持するための回転子支持部２３をさらに提供する。

回転子支持部２３は、渦巻ボディー部１８の内側に挿入締結される締結部２１と、締結部２１から軸方向に直径が小さく形成されて内部にモータ軸３ａ支持用前部軸受け７ａを固定できる軸受けハウジング２２と、で構成される。
この時、締結部２１と軸受けハウジング２２との間には流体移動通路２４が形成され、流体移動通路２４を介して水力部２とロータ３を連通させることにより、水力部２に流入された水をロータ３に供給してロータ３から発生した熱を冷却させることができる。
本発明の一実施例による締結部２１は、その外側面にねじ山を有してもよく、ねじ山を用いて渦巻ボディー部１８の内側にねじ締結されることにより渦巻ボディー部１８との間に堅固な締結力を保つことができる。

本発明の他の実施例による締結部２１の締結構造は、締結部２１の外側面に形成された締結突起と渦巻ボディー部１８に形成された溝により締結部２１を渦巻ボディー部にクリップ締結することができる。
軸受けハウジング２２は、内部に前部軸受け７ａを収容するための収容空間を設けて前部軸受け７ａを締まりばめ固定することにより、ロータ３に一体に結合されたモータ軸３ａを支持するための前部軸受け７ａの固定が容易になる。
また、モータ軸３ａの後端部を支持するための後部軸受け７ｂは缶部１９の底面に挿入固定される。

上記締結構造により、缶一体型渦巻ボディー２０と回転子支持部２３が組み立てられた状態、すなわちロータ３及びモータ軸３ａを収容する缶一体型渦巻ボディー２０と、モータ軸３ａ及びロータ３を支持するための回転子支持部２３と、インペラ５が組み立てられた状態でのロータ３の回転バランスを測定することができる。
缶一体型渦巻ボディー２０は、缶部１９の外側面に別の突起構造を考案して缶部１９とステータ４との間を固定することができる。
したがって、本発明によれば、缶一体型渦巻ボディー２０及び回転子支持部２３を用いてキャンドモータ型の電動式ウォーターポンプを適用する場合、水力部２とモータハウジング６を完全に分離することができる。

また、缶一体型渦巻ボディー２０に回転子支持部２３をさらに構成することにより、ロータ３及びステータ４との間の電磁気的作用から発生した回転力によりロータ３及びモータ軸３ａのアセンブリーが回転する時、揺らぐことなく堅固に支持できる。
さらに、電動モータから伝達された回転力によりインペラ５が回転する時、インペラ５により流体の流れ反対方向に推力が発生する場合、回転子支持部２３がインペラ５の偏心回転及び浮上を防止できる。
その他、ロータを組み立てる時、缶一体型渦巻ボディー２０の缶部１９の内側に、後部軸受け、ロータ３及びモータ軸３ａ、そして渦巻ボディー部１８の内部に前部軸受け７ａが内蔵された回転子支持部２３の順に一方向に連続して組み立てることができるため、組立能率が向上する。
最後に、缶一体型渦巻ボディー２０にロータアセンブリー及びインペラ５が結合された状態でのバランス作業が可能となる。

１ 駆動モータ
２ 水力部
２ａ 水力部カバー
２ｂ 吸入口
３ ロータ
３ａ モータ軸
４ ステータ
５ インペラ
６ モータハウジング
７ａ 前部軸受け
７ｂ 後部軸受け
９ Ｏリング
１８ 渦巻ボディー部
１９ 缶部
２０ 缶一体型渦巻ボディー
２１ 締結部
２２ 軸受けハウジング
２３ 回転子支持部
２４ 流体移動通路

Claims (3)

1. キャンドモータ型電動式ウォーターポンプであって、
   水力部カバー（２ａ）とモータハウジング（６）との間に配置され、水力部（２）と駆動モータ（１）を分離する渦巻ボディー部（１８）と、ロータ（３）とステータ（４）との間に配置され、ロータ（３）とステータ（４）を分離する缶部（１９）で構成され、前記渦巻ボディー部（１８）と缶部（１９）が一体形成される缶一体型渦巻ボディー（２０）と、
   前記渦巻ボディー部（１８）の内側に設置され、ロータ（３）及びモータ軸（３ａ）を回転可能に支持する回転子支持部（２３）と、を含み、
   前記回転子支持部（２３）は、渦巻ボディー部（１８）の一側面に挿入締結される締結部（２１）と、前記締結部（２１）から軸方向に形成され、内部に軸受けを装着固定する軸受けハウジング（２２）と、前記締結部（２１）と軸受けハウジング（２２）との間に形成され、水力部（２）に流入された流体をロータ（３）に誘導する流体移動通路（２４）と、を含むことを特徴とするキャンドモータ型電動式ウォーターポンプ。
2. 前記渦巻ボディー部（１８）は、水力部カバー（２ａ）の内側面に接触する接触部に設置されたＯリング（９）により水力部カバー（２ａ）と気密を保ち、前記渦巻ボディー部（１８）の周縁部がフランジ状に形成されて水力部カバー（２ａ）とモータハウジング（６）との間に締結固定されることを特徴とする請求項１に記載のキャンドモータ型電動式ウォーターポンプ。
3. 前記締結部（２１）は、外側面にねじ山を有し、ねじ山を用いて前記渦巻ボディー部（１８）の内側にねじ締結されることを特徴とする請求項１に記載のキャンドモータ型電動式ウォーターポンプ。
   

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