WO2013190790A1 - 液体循環装置 - Google Patents
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Definitions
- the present disclosure relates to a liquid circulation device including a plurality of pumps in a liquid circuit in which liquid circulates.
- Patent Document 1 There is a liquid circulation device provided with a plurality of pumps shown in Patent Document 1.
- the device disclosed in Patent Document 1 is used for cooling a vehicle internal combustion engine, and includes a main pump that is always driven by the internal combustion engine and a sub pump that is driven by an electric motor.
- the impeller blades of the auxiliary pump are made of shape memory alloy, and the impellers of the auxiliary pump are configured by assembling these blades to other impeller components. And when the sub pump is stopped, the flow resistance is reduced by reducing the blade area in the cross section of the flow path by heating the blade of the sub pump using an electric heating device and changing the shape of the blade. .
- the conventional liquid circulation device has a problem that the configuration of the sub pump is complicated, and that the entire configuration is complicated because of the provision of the heating device.
- the heating device since the heating device is provided, there is a problem of increase in weight and cost, and electric power for operating the heating device is required.
- the sub-pump impeller is composed of a large number of parts, unbalance is likely to occur due to the accumulation of assembly tolerances, and the sub-pump impeller is likely to vibrate due to the unbalance.
- the present disclosure provides a liquid circulation device including a plurality of pumps in a liquid circuit, while reducing a water flow resistance in the pump when the pump driven by the motor is stopped,
- the purpose is to simplify the configuration of the pump driven by the motor and to simplify the overall configuration.
- a liquid circuit in which a liquid circulates a first pump that is arranged in the liquid circuit and generates a liquid flow, and an electric motor that is arranged in the liquid circuit.
- the electric motor includes a magnet and a stator
- the pump includes a stator that generates a rotating magnetic field when energized, a rotor that integrates a magnet and an impeller that are rotationally driven by the rotating magnetic field generated by the stator, and a rotor that is rotatable and movable in a predetermined range in the impeller axial direction.
- the impeller of the second pump does not need to be divided into blades and other impeller components as in the prior art, the configuration of the second pump can be simplified and the number of assembly steps can be reduced. Furthermore, imbalance due to stacking of assembly tolerances is less likely to occur, and vibration of the impeller of the second pump can be prevented or suppressed.
- the heating device for heating the shape memory alloy blades in the conventional device is unnecessary, the overall configuration can be simplified.
- the impeller of the rotor moves to a position close to the suction port when the second pump is operated, leakage loss between the impeller and the casing is reduced, and the second pump can be operated with high efficiency.
- the drawing It is a figure which shows the structure of the liquid circulation apparatus which concerns on 1st Embodiment. It is front sectional drawing which shows the state at the time of the stop of the 2nd pump of FIG. It is front sectional drawing which shows the state at the time of the action
- FIG. 6 is a perspective view of the first side plate of FIG. 5.
- FIG. 6 is a bottom view of the first side plate of FIG. 5.
- FIG. 10 is a sectional view taken along line XX in FIG. 9. It is a perspective view which shows the rotor single-piece
- FIG. 1 It is a perspective view which shows the rotor single-piece
- the liquid circulation device is used for cooling a vehicle internal combustion engine and heating a vehicle, and is suitable for a hybrid vehicle or a vehicle that automatically performs an idling stop.
- a water-cooled internal combustion engine 1 for running a vehicle is connected to a radiator 3 and a heater core 4 by a liquid circuit 2 through which engine coolant circulates.
- the radiator 3 cools the engine cooling water by exchanging heat between the engine cooling water and the outdoor air
- the heater core 4 heats the engine cooling water whose temperature has risen and the air conditioning air blown out into the room. It replaces and heats air for air-conditioning.
- a first pump 5 that generates an engine coolant flow is disposed.
- the first pump 5 is always driven by the internal combustion engine 1 during operation of the internal combustion engine 1.
- the engine cooling water flows through the radiator 3 and the heater core 4 by the operation of the first pump 5.
- a second pump 6 that is driven by an electric motor to generate an engine coolant flow is disposed in the liquid circuit 2 that connects the internal combustion engine 1 and the heater core 4.
- the engine cooling water flows to the heater core 4 by the operation of the second pump 6.
- a thermostat 7 that controls the flow of the engine cooling water flowing out from the internal combustion engine 1 according to the temperature of the engine cooling water is disposed. More specifically, the thermostat 7 adjusts the amount of water that flows by bypassing the radiator 3 and the amount of water that flows to the radiator 3 according to the temperature of the engine cooling water, whereby the temperature of the engine cooling water is predetermined. Controlled to temperature range.
- the second pump 6 is made of a resin casing 10, a shaft 20 formed of a metal material such as SUS and fixed to the casing 10, and is rotatably held by the shaft 20.
- a rotor 30 and a cylindrical stator 40 that is fixed to the casing 10 and generates a rotating magnetic field when energized are provided.
- the stator 40 includes a winding portion and a stator core made of an electromagnetic steel material that is a magnetic material.
- the rotor 30 is held by the shaft 20 in a state that it can move within a predetermined range in an axial direction of an impeller 34 (to be described later).
- the casing 10 is formed with an inlet 100 serving as an engine cooling water inlet and a discharge port 101 serving as an engine cooling water outlet. More specifically, the suction port 100 is located on one end side in the impeller axial direction with respect to the impeller 34, and the discharge port 101 is located on the outer side in the impeller radial direction with respect to the impeller 34.
- the shaft 20 is provided with a flange portion 200 at the end, and the rotor 30 abuts against a stopper surface 200a of the flange portion 200, so that the range of movement of the rotor 30 toward the suction port 100 is restricted.
- the rotor 30 is made of resin or metal and is a bearing 31 that is rotatably fitted to the shaft 20.
- the rotor 30 is formed of a magnetic material such as ferrite or neodymium and is arranged on the inner peripheral side of the stator 40.
- a magnet 32, a bearing 31, a resin-made cylindrical holder portion 33 that holds the magnet 32, and an impeller 34 that is integrally molded with the holder portion 33 are provided.
- the magnet 32 is rotationally driven by the rotating magnetic field generated by the stator 40 when energized, and thus the rotor 30 is rotationally driven.
- the magnet 32 and the stator 40 constitute an electric motor.
- the impeller 34 includes a plurality of blades 340 arranged along the rotation direction, a disk-shaped first side plate 341 that covers the suction port 100 side of the blades 340, and an anti-suction port side (that is, the magnet 32 side) of the blade 340. And a disk-shaped second side plate 342 covering the surface. That is, the impeller 34 is a closed impeller.
- the blade 340 has a curved shape or a straight shape when viewed along the impeller axial direction (the vertical direction in FIG. 2 and FIG. 3).
- the rotation of the impeller 34 sucks engine cooling water from one end side in the impeller axial direction, and discharges the engine cooling water outward in the impeller radial direction. That is, the second pump 6 is a centrifugal pump.
- the second pump 6 is stopped, and the engine cooling water is circulated to the radiator 3 and the heater core 4 by the first pump 5.
- the rotor 30 moves to a position where the central portion of the magnet 32 in the impeller axial direction and the central portion of the stator 40 in the impeller axial direction overlap in the impeller radial direction.
- the end 344 of the impeller 34 on the suction port 100 side is opposite to the center of the discharge port 101 in the impeller axial direction. It is designed to be located on the side.
- the internal combustion engine 1 is stopped when a predetermined time has elapsed from when the vehicle speed becomes 0, so that the first pump 5 is also stopped and the engine cooling water is supplied to the heater core 4. Will not circulate in the air, resulting in poor heating. Therefore, when the internal combustion engine 1 is stopped, the second pump 6 is operated, and engine cooling water is circulated to the heater core 4 by the second pump 6.
- the impeller 34 when energization of the stator 40 is started and the rotor 30 is rotationally driven, the impeller 34 generates a flow of engine cooling water, and the engine cooling water flows from the suction port 100 side toward the discharge port 101 side.
- This flow of engine cooling water causes a pressure difference before and after the impeller 34, and the pressure on the discharge port 101 side becomes higher than the pressure on the suction port 100 side. Then, due to the pressure difference, the rotor 30 moves to a second position closer to the suction port 100 than the first position (see FIG. 3). More specifically, the rotor 30 has a bearing 31 on the stopper surface 200a of the shaft 20. The gap a is reduced by moving to the contact position.
- the end 344 of the impeller 34 on the suction port 100 side sucks more than the central portion of the discharge port 101 in the impeller axial direction. It is located on the mouth 100 side.
- the gap a is reduced, so that the leakage loss between the inlet side end surface 343 of the impeller 34 and the impeller facing surface 102 of the casing 10 is reduced, and the first The two pumps 6 can be operated with high efficiency.
- the impeller 34 of the rotor 30 moves to a position far from the suction port 100 and the gap a increases, so that the inside of the pump when the second pump 6 is stopped is increased.
- the water flow resistance can be reduced.
- the impeller 34 of the second pump 6 does not need to be divided into blades and other impeller components as in the prior art, the configuration of the second pump 6 can be simplified and the number of assembly steps can be reduced. In addition, imbalance due to assembly tolerances is less likely to occur, and vibration of the impeller 34 of the second pump 6 can be prevented or suppressed.
- the heating device for heating the shape memory alloy blades in the conventional device is unnecessary, the overall configuration can be simplified.
- the impeller 34 of the rotor 30 moves to a position close to the suction port 100 and the gap a is reduced, so that the leakage loss between the impeller 34 and the casing 10 is reduced, and the second The pump 6 can be operated with high efficiency.
- the impeller 34 is a closed impeller, but a semi-closed impeller may be used. Further, as the semi-closed impeller, a turbo impeller whose blades are curved when viewed along the impeller axial direction, or a straight impeller whose blades are flat plates can be used.
- closed impellers and turbo impellers are more efficient at the time of pump operation than straight impellers, but on the other hand, the contact area between the fluid that passes when the pump is stopped and the impeller tends to increase, and the water flow resistance tends to increase. It is in. Therefore, when a closed impeller or a turbo impeller is employed as the impeller 34 of the second pump 6, the effect of reducing the water flow resistance when the second pump 6 is stopped is great.
- the configuration of the impeller 34 is different from that of the first embodiment, and the other parts are the same as those of the first embodiment. Therefore, only different portions will be described.
- the blade 340 and the second side plate 342 are integrated, and the first side plate 341 is separate from them.
- the first side plate 341 is made of a resin mixed with magnetized magnetic powder.
- a portion of the blade 340 facing the first side plate 341 is provided with a columnar or conical engaging projection 340 a that protrudes toward the first side plate 341.
- the first side plate 341 is formed with a plurality (four in this example) of protrusion engaging holes 341a with which the engaging protrusions 340a can engage. ing. Further, a guide groove extending along the circumferential direction from the protrusion engaging hole 341a so that the engaging protrusion 340a can easily enter the protrusion engaging hole 341a at a portion of the first side plate 341 facing the blade 340. 341b is formed.
- the casing 10 is made of a resin mixed with magnetized magnetic powder, and a positioning protrusion 103 that protrudes toward the first side plate 341 at a portion facing the first side plate 341 in the casing 10. Is provided.
- the positioning projection 103 the first side plate 341 is positioned so that the dimension of the gap a becomes an optimum value from the viewpoint of efficiency.
- the first side plate 341 is held in contact with the positioning projection 103 by a magnetic force.
- a force (preload) between the magnet 32 and the stator 40 is generated by the magnetic force of the magnet 32, and a portion of the rotor 30 excluding the first side plate 341 moves to a first position far from the inlet 100.
- the end portion 340b of the blade 340 on the suction port 100 side is more than the stopper surface 200a. It is located on the side opposite to the suction port.
- the end portion 340b of the blade 340 on the suction port 100 side is connected to the impeller at the discharge port 101. It is located on the side opposite to the suction port from the central portion in the axial direction.
- the effect of reducing water flow resistance increases, so even if the movement amount of the rotor 30 excluding the first side plate 341 is reduced, The effect of reducing water resistance equivalent to that of the first embodiment can be obtained.
- the engaging protrusion 340a is guided by the guide groove 341b and fits into the protrusion engaging hole 341a.
- the first side plate 341 rotates integrally with the other rotor 30 portions.
- the end 340b of the blade 340 on the suction port 100 side sucks more than the central portion of the discharge port 101 in the impeller axial direction. It is located on the mouth 100 side.
- the water flow resistance in the pump when the second pump 6 is stopped can be reduced, the overall configuration can be simplified, and the cost can be reduced. It is possible to reduce the electric power for operating the heating device, and the second pump 6 can be operated with high efficiency.
- the configuration of the impeller 34 is different from that of the first embodiment, and the other parts are the same as those of the first embodiment. Therefore, only different portions will be described.
- the impeller 34 is a semi-closed impeller that does not include the first side plate 341. More specifically, the impeller 34 has a curved shape when viewed along the impeller axial direction. It is a turbo impeller.
- the water flow resistance in the pump when the second pump 6 is stopped can be reduced, the overall configuration can be simplified, and the cost can be reduced. It is possible to reduce the electric power for operating the heating device, and the second pump 6 can be operated with high efficiency.
- the configuration of the impeller 34 is different from that of the first embodiment, and the other parts are the same as those of the first embodiment. Therefore, only different portions will be described.
- the impeller 34 is a semi-closed impeller that does not include the first side plate 341. More specifically, the impeller 34 is a straight impeller in which the blades 340 are flat plates.
- the water flow resistance in the pump when the second pump 6 is stopped can be reduced, the overall configuration can be simplified, and the cost can be reduced. It is possible to reduce the electric power for operating the heating device, and the second pump 6 can be operated with high efficiency.
- the cylindrical magnet 32 formed of a magnetic material is used.
- the magnet 32 may be configured by mixing magnetized magnetic powder with the resin material of the holder portion 33.
- the liquid circulation device in which only one of the two pumps arranged in series is driven by the electric motor is shown.
- the liquid in which both the two pumps are driven by the electric motor is shown.
- the present disclosure can also be applied to a circulation device.
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Abstract
液体循環装置は、液体回路(2)と、第1ポンプ(5)と、マグネット(32)とステータ(40)を備えた電動機(32、40)にてインペラ(34)を回転させることにより、吸入口(100)から液体を吸入し吐出口(101)に向かって液体を吐出する第2ポンプ(6)とを備える。第2ポンプ(6)は、ステータ(40)と、マグネット(32)およびインペラ(34)を一体化したロータ(30)と、シャフト(20)と、ケーシング(10)とを備え、ケーシング(10)は、吸入口(100)と、吐出口(101)とを備え、第2ポンプ(6)の停止時には、ステータ(40)とマグネット(32)とが引き合う力により、ロータ(30)が吸入口(100)から遠い第1位置に移動され、第2ポンプ(6)の作動時には、吸入口(100)側と吐出口(101)側の圧力差により、ロータ(30)が第1位置よりも吸入口(100)に近い第2位置に移動される。
Description
本開示は、2012年6月21日に出願された日本出願番号2012-139721号と、2013年5月7日に出願された日本出願番号2013-97861号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。
本開示は、液体が循環する液体回路中に複数のポンプを備える液体循環装置に関するものである。
複数のポンプを備える液体循環装置として、特許文献1に示されたものがある。この特許文献1に示された装置は、車両用内燃機関の冷却に用いられるものであって、内燃機関によって常時駆動される主ポンプと、電動機にて駆動される副ポンプとを備えている。
また、副ポンプのインペラの羽根を形状記憶合金製とし、この羽根を他のインペラ構成部品に組み付けて、副ポンプのインペラを構成している。そして、副ポンプ停止時には電気的な加熱装置を用いて副ポンプの羽根を加熱してその羽根の形状を変化させることにより、流路断面における羽根面積の低減による通水抵抗の低減を図っている。
しかしながら、従来の液体循環装置は、副ポンプの構成が複雑であり、また、加熱装置を備えるため全体構成も複雑になるという問題があった。
また、副ポンプのインペラにおける羽根が高価な形状記憶合金製であるため、大幅なコスト増加が避けられない。
さらに、形状記憶合金製の多数の羽根を他のインペラ構成部品に組み付けるための工数が多大となる。
さらにまた、加熱装置を備えるため、重量の増加やコスト増加の問題が発生するとともに、加熱装置を作動させる電力が必要になる。
また、多数の部品で副ポンプのインペラを構成することから組み付け公差の積み重ねでアンバランスが発生しやすく、そのアンバランスが原因で、副ポンプのインペラが振動し易いという問題がある。
本開示は上記点に鑑みて、液体回路中に複数のポンプを備える液体循環装置において、電動機にて駆動されるポンプが停止している際のそのポンプ内の通水抵抗を低減しつつ、電動機にて駆動されるポンプの構成の簡素化、および、全体構成の簡素化を図ることを目的とする。
上記目的を達成するため、本開示の1つの態様では、液体が循環する液体回路と、液体回路中に配置されて液体流れを発生させる第1ポンプと、液体回路中に配置され、電動機にてインペラを回転させることにより、インペラ軸方向の一端側から液体を吸入しインペラ径方向外側に向かって液体を吐出する第2ポンプとを備える液体循環装置において、電動機はマグネットとステータを備え、第2ポンプは、通電時に回転磁界を発生するステータと、ステータが発生する回転磁界により回転駆動されるマグネットおよびインペラを一体化したロータと、ロータを回転自在に且つインペラ軸方向に所定範囲で移動可能に保持するシャフトと、ロータを収容するケーシングとを備え、ケーシングは、インペラに対してインペラ軸方向一端側に位置する吸入口と、インペラに対してインペラ径方向外側に位置する吐出口とを備え、第2ポンプの停止時には、ステータとマグネットとが引き合う力により、ロータが吸入口から遠い第1位置に移動され、第2ポンプの作動時には、吸入口側と吐出口側の圧力差により、ロータが第1位置よりも吸入口に近い第2位置に移動される。
これによると、第2ポンプの停止時にはロータのインペラが吸入口から遠い位置に移動するため、第2ポンプが停止している際のそのポンプ内の通水抵抗を低減することができる。
また、第2ポンプのインペラは、従来のように羽根と他のインペラ構成部品とに分割する必要がないため、第2ポンプの構成を簡素にすることができ、組み付け工数を低減することができ、さらに、組み付け公差の積み重ねによるアンバランスが発生し難くなって第2ポンプのインペラの振動を防止ないしは抑制することができる。
さらに、従来装置における形状記憶合金製の羽根を加熱する加熱装置は不要であるため、全体構成を簡素にすることができる。
さらにまた、形状記憶合金製の羽根や加熱装置が不要であるため、コストを低減することができるとともに、加熱装置を作動させる電力も不要となる。
また、第2ポンプの作動時にはロータのインペラが吸入口に近い位置に移動するため、インペラとケーシングとの間の漏れ損失が小さくなり、第2ポンプを効率が高い状態で作動させることができる。
本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
第1実施形態に係る液体循環装置の構成を示す図である。
図1の第2ポンプの停止時の状態を示す正面断面図である。
図1の第2ポンプの作動時の状態を示す正面断面図である。
図3のIV部の拡大断面図である。
第2実施形態に係る液体循環装置における第2ポンプの停止時の状態を示す正面断面図である。
図5の第2ポンプの作動時の状態を示す正面断面図である。
図5のVII部の拡大断面図である。
図5の第1側板の斜視図である。
図5の第1側板の下面図である。
図9のX-X断面図である。
第3実施形態に係る液体循環装置における第2ポンプのロータ単体を示す斜視図である。
第3実施形態に係る液体循環装置における第2ポンプの停止時の状態を示す正面断面図である。
図12の第2ポンプの作動時の状態を示す正面断面図である。
第4実施形態に係る液体循環装置における第2ポンプのロータ単体を示す斜視図である。
第4実施形態に係る液体循環装置における第2ポンプの停止時の状態を示す正面断面図である。
図15の第2ポンプの作動時の状態を示す正面断面図である。
以下、実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
(第1実施形態)
本実施形態に係る液体循環装置は、車両用内燃機関の冷却および車両の暖房に用いられ、ハイブリッド車や、アイドリングストップを自動的に行う車両に好適である。
(第1実施形態)
本実施形態に係る液体循環装置は、車両用内燃機関の冷却および車両の暖房に用いられ、ハイブリッド車や、アイドリングストップを自動的に行う車両に好適である。
図1に示すように、車両走行用の水冷式の内燃機関1は、エンジン冷却水が循環する液体回路2によって、ラジエータ3およびヒータコア4と接続されている。なお、ラジエータ3は、エンジン冷却水と室外空気とを熱交換してエンジン冷却水を冷却するものであり、ヒータコア4は、温度が上昇したエンジン冷却水と室内に吹き出す空調用の空気とを熱交換して空調用の空気を加熱するものである。
液体回路2中には、エンジン冷却水流れを発生させる第1ポンプ5が配置されている。第1ポンプ5は、内燃機関1の作動中は内燃機関1によって常時駆動される。そして、第1ポンプ5の作動により、エンジン冷却水がラジエータ3およびヒータコア4に流れるようになっている。
内燃機関1とヒータコア4とを接続する液体回路2には、電動機によって駆動されてエンジン冷却水流れを発生させる第2ポンプ6が配置されている。そして、第2ポンプ6の作動により、エンジン冷却水がヒータコア4に流れるようになっている。
内燃機関1とラジエータ3とを接続する液体回路2には、エンジン冷却水の温度に応じて内燃機関1から流出したエンジン冷却水の流れを制御するサーモスタット7が配置されている。より詳細には、サーモスタット7は、ラジエータ3を迂回させて流す水量とラジエータ3に流す水量とをエンジン冷却水の温度に応じて調節するようになっており、これによりエンジン冷却水の温度が所定温度範囲に制御される。
図2、図3に示すように、第2ポンプ6は、樹脂製のケーシング10、SUS等の金属材料にて形成されてケーシング10に固定されたシャフト20、シャフト20に回転自在に保持されたロータ30、およびケーシング10に固定されて通電時に回転磁界を発生する円筒状のステータ40を備えている。より詳細には、ステータ40は、巻線部と、磁性体である電磁鉄鋼材等で作られたステータコアとからなる。なお、ロータ30は、後述するインペラ34の軸方向(以下、インペラ軸方向という)に所定範囲で移動可能な状態で、シャフト20に保持されている。
ケーシング10には、エンジン冷却水の入口となる吸入口100、およびエンジン冷却水の出口となる吐出口101が形成されている。より詳細には、吸入口100は、インペラ34に対してインペラ軸方向一端側に位置し、吐出口101は、インペラ34に対してインペラ径方向外側に位置している。
シャフト20は、端部にフランジ部200を備え、フランジ部200のストッパ面200aにロータ30が当接することにより、ロータ30の吸入口100側への移動範囲が規制されるようになっている。
ロータ30は、樹脂または金属にて形成されてシャフト20に回転自在に嵌合された軸受け31、フェライトやネオジム等の磁性体にて形成されてステータ40の内周側に配置された円筒状のマグネット32、軸受け31およびマグネット32を保持する樹脂製の円筒状のホルダ部33、およびホルダ部33と一体成型されたインペラ34を備えている。
そして、通電時にステータ40が発生する回転磁界によりマグネット32が回転駆動され、ひいてはロータ30が回転駆動される。なお、マグネット32とステータ40は、電動機を構成している。
インペラ34は、回転方向に沿って多数配置された羽根340と、羽根340における吸入口100側を覆う円板状の第1側板341と、羽根340における反吸入口側(すなわち、マグネット32側)を覆う円板状の第2側板342とを備えている。すなわち、インペラ34は、クローズドインペラである。なお、羽根340は、インペラ軸方向(図2、図3の紙面上下方向)に沿って見たときに、湾曲した形状もしくは、直線形状になっている。
そして、インペラ34の回転により、インペラ軸方向の一端側からエンジン冷却水を吸入しインペラ径方向外側に向かってエンジン冷却水を吐出するようになっている。すわち、第2ポンプ6は、遠心型ポンプである。
図4に示すように、インペラ34における吸入口100側の端面である吸入口側端面343と、ケーシング10における吸入口側端面343に対向する面であるインペラ対向面102との間には、隙間aが設けられている。
次に、本実施形態に係る液体循環装置の作動を説明する。
まず、内燃機関1の作動中は、第2ポンプ6を停止させて、第1ポンプ5によりエンジン冷却水をラジエータ3およびヒータコア4に循環させる。
このように、第2ポンプ6を停止させているとき、すなわち、ステータ40に通電していないときには、マグネット32の磁力によりマグネット32とステータ40とが引き合う力(プリロード)が発生し、ロータ30が吸入口100から遠い第1位置に移動して、隙間aが大きくなる。
具体的には、図2に示すように、マグネット32におけるインペラ軸方向の中心部とステータ40におけるインペラ軸方向の中心部とが、インペラ径方向に重なる位置に、ロータ30が移動する。
なお、第2ポンプ6が停止してロータ30が第1位置に移動した状態では、インペラ34における吸入口100側の端部344が、ストッパ面200aよりも反吸入口側に位置するようになっている。
また、第2ポンプ6が停止してロータ30が第1位置に移動した状態では、インペラ34における吸入口100側の端部344が、吐出口101におけるインペラ軸方向の中心部よりも反吸入口側に位置するようになっている。
そして、上記のように第2ポンプ6が停止しているときには隙間aが大きくなるため、エンジン冷却水が第2ポンプ6内を流れる際の通水抵抗が低減される。これにより、ヒータコア4への流量を確保しつつ、第1ポンプ5の動力を低減することができる。
次に、例えばアイドリングストップを自動的に行う車両においては、車速が0となった時から所定時間が経過すると内燃機関1を停止させるため、第1ポンプ5も停止してエンジン冷却水がヒータコア4に循環しなくなり、暖房不良となる。そこで、内燃機関1を停止させる際には第2ポンプ6を作動させ、第2ポンプ6によりエンジン冷却水をヒータコア4に循環させる。
ここで、ステータ40に通電を開始してロータ30が回転駆動されると、インペラ34がエンジン冷却水の流れを発生させ、エンジン冷却水が吸入口100側から吐出口101側に向かって流れる。
このエンジン冷却水の流れにより、インペラ34の前後に圧力差が発生し、吸入口100側の圧力よりも吐出口101側の圧力が高くなる。そして、その圧力差により、ロータ30は第1位置よりも吸入口100に近い第2位置に移動し(図3参照)、より詳細には、ロータ30は軸受け31がシャフト20のストッパ面200aに当接する位置まで移動して、隙間aが小さくなる。
なお、第2ポンプ6が作動を開始してロータ30が第2位置に移動した状態では、インペラ34における吸入口100側の端部344が、ストッパ面200aよりも吸入口100側に位置するようになっている。
また、第2ポンプ6が作動を開始してロータ30が第2位置に移動した状態では、インペラ34における吸入口100側の端部344が、吐出口101におけるインペラ軸方向の中心部よりも吸入口100側に位置するようになっている。
そして、上記のように第2ポンプ6が作動しているときには隙間aが小さくなるため、インペラ34の吸入口側端面343とケーシング10のインペラ対向面102との間の漏れ損失が小さくなり、第2ポンプ6を効率が高い状態で作動させることができる。
本実施形態では、第2ポンプ6の停止時には、ロータ30のインペラ34が吸入口100から遠い位置に移動して隙間aが大きくなるため、第2ポンプ6が停止している際のそのポンプ内の通水抵抗を低減することができる。
また、第2ポンプ6のインペラ34は、従来のように羽根と他のインペラ構成部品とに分割する必要がないため、第2ポンプ6の構成を簡素にすることができ、組み付け工数を低減することができ、さらに、組み付け公差の積み重ねによるアンバランスが発生し難くなって第2ポンプ6のインペラ34の振動を防止ないしは抑制することができる。
さらに、従来装置における形状記憶合金製の羽根を加熱する加熱装置は不要であるため、全体構成を簡素にすることができる。
さらにまた、形状記憶合金製の羽根や加熱装置が不要であるため、コストを低減することができるとともに、加熱装置を作動させる電力も不要となる。
また、第2ポンプ6の作動時には、ロータ30のインペラ34が吸入口100に近い位置に移動して隙間aが小さくなるため、インペラ34とケーシング10との間の漏れ損失が小さくなり、第2ポンプ6を効率が高い状態で作動させることができる。
なお、上記第1実施形態においては、インペラ34は、クローズドインペラを用いたが、セミクローズドインペラを用いてもよい。また、セミクローズドインペラとして、インペラ軸方向に沿って見たときに羽根が湾曲した形状になっているターボインペラや、羽根が平板であるストレートインペラを用いることができる。
因みに、クローズドインペラやターボインペラは、ストレートインペラと比較して、ポンプ作動時の効率が高いが、反面、ポンプ停止時に通過する流体とインペラとの接触面積が大きくなるため通水抵抗が大きくなる傾向にある。したがって、第2ポンプ6のインペラ34としてクローズドインペラやターボインペラを採用した場合に、第2ポンプ6の停止時の通水抵抗の低減効果が大きい。
(第2実施形態)
本実施形態は、インペラ34の構成が第1実施形態と異なり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。
(第2実施形態)
本実施形態は、インペラ34の構成が第1実施形態と異なり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。
図5~図7に示すように、インペラ34は、羽根340と第2側板342が一体で、第1側板341はそれらとは別体になっている。また、第1側板341は、磁化された磁性粉を混ぜた樹脂よりなる。
羽根340における第1側板341に対向する部位には、第1側板341に向かって突出する円柱または円錐形状の係合突起部340aが設けられている。
図7~図10に示すように、第1側板341には、係合突起部340aが係合可能な突起部係合穴341aが、周方向に沿って複数(本例では4個)形成されている。また、第1側板341における羽根340に対向する部位には、係合突起部340aが突起部係合穴341aに侵入し易いように、突起部係合穴341aから周方向に沿って延びるガイド溝341bが形成されている。
図7に示すように、ケーシング10は、磁化された磁性粉を混ぜた樹脂よりなり、ケーシング10における第1側板341に対向する部位には、第1側板341に向かって突出する位置決め突起部103が設けられている。この位置決め突起部103により、隙間aの寸法が効率の観点から最適な値になるように、第1側板341の位置決めがなされる。
次に、本実施形態に係る液体循環装置の作動を説明する。
まず、図5、図7に示すように、第2ポンプ6の停止時は、第1側板341は、磁力により位置決め突起部103に当接した状態で保持されている。一方、マグネット32の磁力によりマグネット32とステータ40とが引き合う力(プリロード)が発生し、ロータ30のうち第1側板341を除いた部分が吸入口100から遠い第1位置に移動する。
なお、第2ポンプ6が停止してロータ30のうち第1側板341を除いた部分が第1位置に移動した状態では、羽根340における吸入口100側の端部340bが、ストッパ面200aよりも反吸入口側に位置するようになっている。
また、第2ポンプ6が停止してロータ30のうち第1側板341を除いた部分が第1位置に移動した状態では、羽根340における吸入口100側の端部340bが、吐出口101におけるインペラ軸方向の中心部よりも反吸入口側に位置するようになっている。
そして、上記のように第2ポンプ6が停止しているときには羽根340と第1側板341との間の隙間が大きくなるため、エンジン冷却水が第2ポンプ6内を流れる際の通水抵抗が低減される。
ここで、第1側板341を羽根340と別体にすることにより、通水抵抗の低減効果が大きくなるため、ロータ30のうち第1側板341を除いた部分の移動量を少なくしても、第1実施形態と同等の通水抵抗の低減効果を得ることができる。
そこで、ロータ30のうち第1側板341を除いた部分の移動量を少なく設定することにより、第1実施形態と同等の通水抵抗の低減効果を確保しつつ、第2ポンプ6の全長(図5の紙面上下方向の寸法)を短尺化することができる。
次に、ステータ40に通電を開始すると、ロータ30のうち第1側板341を除いた部分が回転駆動され、エンジン冷却水の流れが発生してインペラ34の前後に圧力差が発生し、その圧力差によりロータ30は第2位置に移動する。
そして、ロータ30が回転しつつ第2位置に向かって移動する際に、係合突起部340aはガイド溝341bに案内されて突起部係合穴341aに嵌り込む。これにより、第1側板341が、他のロータ30の部分と一体になって回転するようになる。
なお、第2ポンプ6が作動を開始してロータ30が第2位置に移動した状態では、羽根340における吸入口100側の端部340bが、ストッパ面200aよりも吸入口100側に位置するようになっている。
また、第2ポンプ6が作動を開始してロータ30が第2位置に移動した状態では、羽根340における吸入口100側の端部340bが、吐出口101におけるインペラ軸方向の中心部よりも吸入口100側に位置するようになっている。
本実施形態では、第1実施形態と同様に、第2ポンプ6が停止している際のそのポンプ内の通水抵抗を低減することができ、全体構成を簡素にすることができ、コストを低減することができ、加熱装置を作動させる電力を不要にすることができ、第2ポンプ6を効率が高い状態で作動させることができる。
(第3実施形態)
本実施形態は、インペラ34の構成が第1実施形態と異なり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。
(第3実施形態)
本実施形態は、インペラ34の構成が第1実施形態と異なり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。
図11~図13に示すように、インペラ34は、第1側板341を備えていないセミクローズドインペラであり、より詳細には、インペラ軸方向に沿って見たときに羽根340が湾曲した形状になっているターボインペラである。
そして、図12に示すように、第2ポンプ6を停止させているとき、すなわち、ステータ40に通電していないときには、マグネット32の磁力によりマグネット32とステータ40とが引き合う力(プリロード)が発生し、ロータ30が吸入口100から遠い第1位置に移動して、隙間aが大きくなる。
一方、図13に示すように、ステータ40に通電を開始してロータ30が回転駆動されるとインペラ34がエンジン冷却水の流れを発生させ、このエンジン冷却水の流れによりインペラ34の前後に圧力差が発生し、その圧力差により、ロータ30は第1位置よりも吸入口100に近い第2位置に移動し、より詳細には、ロータ30は軸受け31がシャフト20のストッパ面200aに当接する位置まで移動して、隙間aが小さくなる。
本実施形態では、第1実施形態と同様に、第2ポンプ6が停止している際のそのポンプ内の通水抵抗を低減することができ、全体構成を簡素にすることができ、コストを低減することができ、加熱装置を作動させる電力を不要にすることができ、第2ポンプ6を効率が高い状態で作動させることができる。
(第4実施形態)
本実施形態は、インペラ34の構成が第1実施形態と異なり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。
(第4実施形態)
本実施形態は、インペラ34の構成が第1実施形態と異なり、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、異なる部分についてのみ説明する。
図14~図16に示すように、インペラ34は、第1側板341を備えていないセミクローズドインペラであり、より詳細には、羽根340が平板であるストレートインペラである。
そして、図15に示すように、第2ポンプ6を停止させているとき、すなわち、ステータ40に通電していないときには、マグネット32の磁力によりマグネット32とステータ40とが引き合う力(プリロード)が発生し、ロータ30が吸入口100から遠い第1位置に移動して、隙間aが大きくなる。
一方、図16に示すように、ステータ40に通電を開始してロータ30が回転駆動されるとインペラ34がエンジン冷却水の流れを発生させ、このエンジン冷却水の流れによりインペラ34の前後に圧力差が発生し、その圧力差により、ロータ30は第1位置よりも吸入口100に近い第2位置に移動し、より詳細には、ロータ30は軸受け31がシャフト20のストッパ面200aに当接する位置まで移動して、隙間aが小さくなる。
本実施形態では、第1実施形態と同様に、第2ポンプ6が停止している際のそのポンプ内の通水抵抗を低減することができ、全体構成を簡素にすることができ、コストを低減することができ、加熱装置を作動させる電力を不要にすることができ、第2ポンプ6を効率が高い状態で作動させることができる。
上記の実施形態の変形例について述べる。上記各実施形態においては、磁性体にて形成された円筒状のマグネット32を用いたが、ホルダ部33の樹脂材に磁化された磁性粉を混ぜてマグネット32を構成してもよい。
また、上記各実施形態では、直列に配置された2つのポンプのうち一方のポンプのみが電動機にて駆動される液体循環装置を示したが、2つのポンプが何れも電動機にて駆動される液体循環装置にも、本開示は適用することができる。
本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
Claims (8)
- 液体が循環する液体回路(2)と、
前記液体回路(2)中に配置されて液体流れを発生させる第1ポンプ(5)と、
前記液体回路(2)中に配置され、電動機(32、40)にてインペラ(34)を回転させることにより、インペラ(34)軸方向の一端側から液体を吸入しインペラ(34)径方向外側に向かって液体を吐出する第2ポンプ(6)とを備える液体循環装置において、
電動機(32、40)はマグネット(32)とステータ(40)を備え、
前記第2ポンプ(6)は、通電時に回転磁界を発生するステータ(40)と、前記ステータ(40)が発生する回転磁界により回転駆動されるマグネット(32)および前記インペラ(34)を一体化したロータ(30)と、前記ロータ(30)を回転自在に且つインペラ(34)軸方向に所定範囲で移動可能に保持するシャフト(20)と、前記ロータ(30)を収容するケーシング(10)とを備え、
前記ケーシング(10)は、前記インペラ(34)に対してインペラ(34)軸方向一端側に位置する吸入口(100)と、前記インペラ(34)に対してインペラ(34)径方向外側に位置する吐出口(101)とを備え、
前記第2ポンプ(6)の停止時には、前記ステータ(40)と前記マグネット(32)とが引き合う力により、前記ロータ(30)が前記吸入口(100)から遠い第1位置に移動され、
前記第2ポンプ(6)の作動時には、前記吸入口(100)側と前記吐出口(101)側の圧力差により、前記ロータ(30)が前記第1位置よりも前記吸入口(100)に近い第2位置に移動されることを特徴とする液体循環装置。 - 前記ロータ(30)は、前記シャフト(20)のストッパ面(200a)に当接して前記吸入口(100)側への移動範囲が規制されるように構成され、
前記第2ポンプ(6)の停止時には、前記インペラ(34)における前記吸入口(100)側の端部(344)が、前記ストッパ面(200a)よりも反吸入口(100)側に位置し、
前記第2ポンプ(6)の作動時には、前記インペラ(34)における前記吸入口(100)側の端部(344)が、前記ストッパ面(200a)よりも前記吸入口(100)側に位置することを特徴とする請求項1に記載の液体循環装置。 - 前記第2ポンプ(6)の停止時には、前記インペラ(34)における前記吸入口(100)側の端部(344)が、前記吐出口(101)におけるインペラ(34)軸方向の中心部よりも反吸入口(100)側に位置し、
前記第2ポンプ(6)の作動時には、前記インペラ(34)における前記吸入口(100)側の端部(344)が、前記吐出口(101)におけるインペラ(34)軸方向の中心部よりも前記吸入口(100)側に位置することを特徴とする請求項1に記載の液体循環装置。 - 前記インペラ(34)は、回転方向に沿って複数配置された羽根(340)と、前記複数の羽根(340)における前記吸入口(100)側を覆う第1側板(341)と、前記複数の羽根(340)における反吸入口(100)側を覆う第2側板(342)とを備えることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載の液体循環装置。
- 前記インペラ(34)は、回転方向に沿って複数配置された羽根(340)と、前記複数の羽根(340)における反吸入口(100)側を覆う側板(342)とからなることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載の液体循環装置。
- 前記複数の羽根(340)と前記第1側板(341)は分離可能に構成され、
前記第2ポンプ(6)の停止時には、前記インペラ(34)のうち前記複数の羽根(340)および前記第2側板(342)が前記第1位置に移動されることを特徴とする請求項4に記載の液体循環装置。 - 前記ロータ(30)は、前記シャフト(20)のストッパ面(200a)に当接して前記吸入口(100)側への移動範囲が規制されるように構成され、
前記第2ポンプ(6)の停止時には、前記複数の羽根(340)における前記吸入口(100)側の端部(340b)が、前記ストッパ面(200a)よりも反吸入口(100)側に位置し、
前記第2ポンプ(6)の作動時には、前記複数の羽根(340)における前記吸入口(100)側の端部(340b)が、前記ストッパ面(200a)よりも前記吸入口(100)側に位置することを特徴とする請求項6に記載の液体循環装置。 - 前記第2ポンプ(6)の停止時には、前記複数の羽根(340)における前記吸入口(100)側の端部(340b)が、前記吐出口(101)におけるインペラ(34)軸方向の中心部よりも反吸入口(100)側に位置し、
前記第2ポンプ(6)の作動時には、前記複数の羽根(340)における前記吸入口(100)側の端部(340b)が、前記吐出口(101)におけるインペラ(34)軸方向の中心部よりも前記吸入口(100)側に位置することを特徴とする請求項6に記載の液体循環装置。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 13806609 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
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NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
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122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 13806609 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |