JP2002129958A - 電動ウォータポンプ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 必要なときに必要な量の冷却水を循環させる
制御が容易で動力損失を少なくすることのできる電動ウ
ォータポンプ装置で、大容量の電動モータを用いること
なく、冷却系の圧力損失が大きくなっても冷却水を十分
に循環させることのできる電動ウォータポンプ装置を提
供する。 【解決手段】 電動モータ３により回転が与えられるポ
ンプにねじポンプ１を用いることにより、一般的に用い
られているターボ式ポンプに比して発生圧力を高くし、
しかも容積ポンプ中において押しのけ容積の大きなねじ
ポンプ１を用いるために流量の確保も可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水冷エンジン、特
に自動車の水冷エンジンを冷却するための電動式のウォ
ータポンプ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】水冷エンジンにおいては、一般に、ラジ
エータと被冷却部位であるエンジンのシリンダヘッド等
に設けられたエンジン冷却用ウォータジャケット等との
間で冷却水を循環させるためのウォータポンプが用いら
れる。このウォータポンプは、従来、エンジンの回転を
ベルトにより伝達して回転を与えるベルト伝導式のポン
プが用いられ、また、そのポンプは、大流量を確保する
ことのできる遠心ターボ式ポンプをはじめとするターボ
式ポンプが用いられている。

【０００３】このようなベルト伝導によりエンジンの回
転が伝達されるウォータポンプにおいては、エンジンの
温度に係わらず、エンジンの回転数によって冷却水の循
環量が決まるため、冷却水が過剰に循環されてエンジン
が過剰に冷却すると同時に、余分な量の冷却水を循環さ
せることによるエンジン動力の損失が生じるという問題
がある。

【０００４】このような問題を解決する一つの手段とし
て、上記と同等のターボ式ポンプを電動モータによって
駆動する、いわゆる電動ウォータポンプ装置が注目され
ている。この電動ウォータポンプ装置によれば、エンジ
ンの所要箇所に配置された温度センサの出力に基づき、
必要なときに必要な量だけ冷却水を循環させる制御を容
易に実現でき、エンジンの過冷却や損失を有効に防止す
ることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、乗用
車の省エネルギ化の要求が大きく、この傾向は将来にお
いてますます強くなるものと予想され、車体は次第に小
型化されていく。これに伴って、内部管径を小さくして
容量アップを図ったラジエータや、エンジンルームの縮
小による冷却水循環用配管の取り回しの複雑化が進み、
冷却系の圧力損失が大きくなってくることは十分に予想
される。

【０００６】上記したように従来からウォータポンプと
して用いられているターボ式ポンプは、大流量が得られ
る反面、発生圧力が比較的低いという特性を有する。従
って、上記のように冷却系の圧力損失が大きくなると、
ターボ式ポンプでは発生圧力の問題でその対応が困難に
なるケースが発生する。特に、電動モータによってウォ
ータポンプを駆動する電動ウォータポンプ装置において
は、電動モータの容量の増大は所要スペース並びに重量
の増大に繋がるために、限られた容量のモータを用いる
ことが好ましい。

【０００７】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
ので、必要なときに必要な量の冷却水を循環させる制御
が容易であるが故に動力損失を少なくすることのできる
電動ウォータポンプ装置で、しかも大容量の電動モータ
を用いることなく、冷却系の圧力損失が大きくなっても
冷却水を十分に循環させることのできる電動ウォータポ
ンプ装置の提供を目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の電動ウォータポンプ装置は、水冷エンジン
のラジエータと被冷却部位との間で冷却水を循環させる
ためのポンプを、電動モータによって駆動する電動ウォ
ータポンプ装置において、上記ポンプがねじポンプであ
ることによって特徴づけられる（請求項１）。

【０００９】ここで、本発明においては、ねじポンプの
噛み合い面に、耐磨耗用の表面処理を施した構成（請求
項２）を採用することが望ましい。

【００１０】本発明は、高圧が発生可能な容積式のポン
プで、しかも押しのけ容積が最も大きく取れるが故に流
量を大きくすることのできるねじポンプを用いることに
よって所期の目的を達成しようとするものである。

【００１１】すなわち、ウォータポンプとして容積式の
ねじポンプを用いることにより、ラジエータをはじめと
する機器や冷却水循環用配管などの冷却系の圧力損失が
大きくても、十分に冷却水を循環させるに足りる圧力を
発生することができるとともに、押しのけ容積が大きい
ので、水冷式エンジンの冷却水循環用として十分の流量
を確保することができる。従って、本発明によると、比
較的小容量の電動モータ、つまり軽量でコンパクトな電
動モータを駆動源として、必要なときに必要な量の冷却
水を循環させることによる少ない動力損失のもとに、省
エネルギに対応した小型の車体に対して適応可能な電動
ウォータポンプ装置が得られる。

【００１２】ここで、ねじポンプのような容積式ポンプ
をウォータポンプとして採用した場合、駆動時において
互いに摺動接触または転がり接触する部品どうしの面に
潤滑不良による過度の磨耗が生じる可能性がある。この
磨耗は、請求項２に係る発明のように、駆動時に摺動接
触もしくは転がり接触する噛み合い面に、つまりＩＭＯ
型のねじポンプを用いる場合にはパワーロータとアイド
ラロータとの相互の接触面、具体的にはねじの歯面に、
耐磨耗用の表面処理を施すことによって抑制することが
できる。この耐磨耗用の表面処理としては、窒化、樹脂
コーティング、セラミックコーティング、硬質クロムメ
ッキ等を好適に採用することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ本発明の
実施の形態について説明する。図１は本発明の実施の形
態の構成図で、機械的構成を表す断面図と電気的構成を
表すブロック図とを併記して示す図である。

【００１４】ねじポンプ１は、吸引口１１ａと吐出口１
１ｂが形成されたハウジング１１内に１つのパワーロー
タ１２と、そのパワーロータ１２に対して螺合する２つ
のアイドラロータ１３ａ，１３ｂをそれぞれ回動自在に
配置した公知のＩＭＯ型のもので、パワーロータ１２は
その一端に設けられている軸部１２ａがハウジング１１
から突出している。そして、このねじポンプ１のパワー
ロータ１２と各アイドラロータ１３ａ，１３ｂの互いに
噛み合う歯面には、窒化やセラミックコーティング等の
耐磨耗用の表面処理が施されている。

【００１５】ねじポンプ１のハウジング１１は、連結部
材２の一方の面側に固定されており、その連結部材２の
他方の面側にはＤＣブラシレスモータ３のケーシング３
１が固定されている。そして、ねじポンプ１のパワーロ
ータ１２は、ハウジング１１から突出した軸部１２ａに
おいて、キー１４ａを用いたカップリング１４によりＤ
Ｃブラシレスモータ３の出力軸３２に連結されており、
このＤＣブラシレスモータ３の駆動によってパワーロー
タ１２が回転してねじポンプ１が動作するようになって
いる。なお、カップリング１４はキー式のもののほか、
セレーション等も適用可能である。

【００１６】ねじポンプ１のハウジング１１には、パワ
ーロータ１２の一端部を支承する軸受１５の内側にシー
ル１６が設けられて、ハウジング１１内の液、つまり冷
却水が外部に漏れることを防止しているが、多少は漏れ
る可能性がある。この漏れた冷却水がＤＣブラシレスモ
ータ３に侵入しないように、連結部材２には、カップリ
ング１４に対する干渉を避けるべく形成された空洞部２
ａを外部に連通させるドレイン孔２ｂが形成されてお
り、ねじポンプ１のハウジング１１から漏れて連結部材
２の空洞部２ａに至った冷却水はＤＣブラシレスモータ
３に侵入することなく、ドレイン孔２ｂを介して外部に
排出される。

【００１７】ＤＣブラシレスモータ３は、ケーシング３
１の内周面に沿って固定子である電機子３３が配置さ
れ、更にその電機子３３の内側に、永久磁石を主体とす
る界磁３４が回転自在に配置されて回転子を形成した構
造を有し、その界磁３４が前記した出力軸３２に対して
固定されている。この出力軸３２は、その一端部が連結
部材２に設けられた軸受３２ａに、他端部がケーシング
３１に設けられた軸受３２ｂに支承されている。

【００１８】この例におけるＤＣブラシレスモータ３は
ＤＣ４２Ｖのモータであって、ドライバ４からの駆動信
号によって駆動制御される。ドライバ４は、例えばエン
ジン（図示せず）の所要箇所に配置された温度センサの
出力に基づいて制御用コンピュータ（図示せず）等から
供給される外部信号に応じた駆動信号を発生して、ＤＣ
ブラシレスモータ３に供給することにより、エンジンの
温度に応じた回転数のもとにＤＣブラシレスモータ３を
駆動し、かつ、そのＤＣブラシレスモータ３の刻々の回
転数を制御用コンピュータ等に出力するように構成され
ている。このドライバ４によるＤＣブラシレスモータ３
の制御により、ねじポンプ１のパワーロータ１２は、エ
ンジンの温度に応じた回転数のもとに回転が与えられ、
従ってこのねじポンプ１の吐出量は、エンジンの温度に
応じたものとなる。

【００１９】ねじポンプ１のハウジング１１に形成され
ている吸引口１１ａは、耐熱性のホース等を介してラジ
エータ（図示せず）のアウトレット接続され、吐出口１
１ｂは同じく耐熱性のホース等を介してエンジン冷却用
ウォータジャケット（図示せず）に接続される。また、
そのエンジン冷却用のウォータジャケットは同じく耐熱
性のホース等を介してラジエータのインレットに接続さ
れる。

【００２０】以上の本発明の実施の形態によれば、刻々
のエンジン温度に応じてＤＣブラシレスモータ３の回転
数が制御されてねじポンプ１の吐出量が変化し、必要な
ときに必要な量の冷却水がラジエータと被冷却部位の間
で循環する。そして、ねじポンプ１を用いているが故に
発生圧力が高く、従って、ラジエータ、被冷却部位およ
びこれらを繋ぐ配管等からなる冷却系の圧力損失が大き
くても十分に冷却水を循環させることができるととも
に、ねじポンプ１は容積式のポンプのなかでも流量を最
も大きくできるので、特に流量不足の問題は生じない。
また、パワーロータ１２およびアイドラロータ１３ａ，
１３ｂの歯面は耐磨耗用のコーティング処理が施されて
いるため、非油性流体である冷却水を循環させても、過
度に磨耗することを防止することができる。

【００２１】ところで、ウォータポンプは自動車のエン
ジン補機のなかでも使用頻度が高く、自動車の運転時に
おいては連続駆動を余儀なくされる。従って、上記した
実施の形態においてはねじポンプ１の駆動源であるＤＣ
ブラシレスモータ３として４２Ｖのものを使用し、駆動
時における電流を小さくして極力発熱を抑制しているも
のの、温度上昇による出力低下や軸受寿命の低下等の発
生の恐れがある。このような問題を解決する好適な手法
として、ねじポンプ１の駆動により循環する冷却水によ
って当該ねじポンプ１の駆動源であるＤＣブラシレスモ
ータ３を冷却する手法を挙げることができる。図２にそ
の構成例を断面図で示す。

【００２２】この図２の例は、基本的な構成は先の例と
全く同様であり、ＤＣブラシレスモータ３のケーシング
３１の周囲をモータ冷却用ウォータジャケット５で覆っ
た点に特徴がある。そして、このモータ冷却用ウォータ
ジャケット５の冷却水入口５ａはラジエータに、冷却水
出口５ｂはねじポンプ１の吸引口１１ａにそれぞれ接続
される。従って、ＤＣブラシレスモータ３の駆動時に
は、図２において矢印で示すように、ラジエータで冷却
された冷却水が常にモータ冷却用ウォータジャケット５
内を流れた後に、エンジン等の被冷却部位に供給され
る。そして、ＤＣブラシレスモータ５は、主たる発熱部
位である電機子３３がケーシング３１の内面に密着した
構造を持つため、ケーシング３１の周囲を覆うウォータ
ジャケット５内を流れる冷却水により効率的に冷却さ
れ、その温度上昇を有効に抑制することができる。

【００２３】以上の各実施の形態においては、ねじポン
プ１のパワーロータ１２とＤＣブラシレスモータ３の出
力軸３２とをカップリング１４によって同一軸線上に連
結した例を示したが、搭載スペースの点から全長に制約
がある場合には、ポンプ１とモータ３とを互いに並列に
配置してもよい。図３にその例を断面図で示す。

【００２４】この図３の例は、ねじポンプ１のパワーロ
ータ１２の軸部１２ａとＤＣブラシレスモータ３の出力
軸３２とをベルト伝達機構を用いて連結した構成を採用
している。すなわち、パワーロータ１２の軸部１２ａと
ＤＣブラシレスモータ３の出力軸３２のそれぞれにタイ
ミングプーリ６ａ，６ｂを固着し、この両プーリ６ａ，
６ｂにタイミングベルト７を掛け回し、ＤＣブラシレス
モータ３の回転動力をねじポンプ１に伝達している。各
プーリ６ａ，６ｂおよびタイミングベルト７は、ねじポ
ンプ１とＤＣブラシレスモータ３を連結する連結部材
２′に設けられた凹所２ａ′内に収容され、その凹所２
ａ′は蓋体２ｂ′により閉じられている。

【００２５】また、この例においては、図２の例と同様
にＤＣブラシレスモータ３のケーシング３１の周囲をモ
ータ冷却用ウォータジャケット５′で覆うことによっ
て、その駆動時において当該モータ３が常にラジエータ
により冷却された直後の冷却水により冷却されるように
構成されている。そして、この例におけるウォータジャ
ケット５′の特徴は、ねじポンプ１のハウジング１１と
一体化されている点であり、ハウジング１１に形成され
ている吸引口１１ａとモータ冷却用ウォータジャケット
５′の冷却水出口５ｂとが直結された構造を有してい
る。このような構造によって、ねじポンプ１とＤＣブラ
シレスモータ３、並びにモータ冷却用ウォータジャケッ
ト５′等を含む装置全体を軽量でコンパクトなものして
いる。

【００２６】なお、以上の各実施の形態においては、ね
じポンプ１の駆動源である電動モータとしてＤＣブラシ
レスモータ３を用いたが、本発明はこれに限定されるこ
となく、任意の形式のモータを用い得ることは勿論であ
る。

【００２７】また、ねじポンプ１の種類としては、上記
した各実施の形態のようにＩＭＯ型のほか、クインビー
型やモノイ型等をも使用することができる。

【００２８】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、自動車
等の水冷エンジンの冷却水を循環させるためのウォータ
ポンプとして、ねじポンプを用いて電動モータによって
駆動するので、ラジエータや冷却水循環用配管等を含む
冷却系をコンパクトにする等によって圧力損失が大きく
なっても、従来のターボ式ポンプに比して発生圧力が大
きいが故に、十分に冷却水を循環させることができ、し
かも容積型のポンプの中では最も押しのけ容積が大きい
ために十分な流量の冷却水を循環させることができる。
また、エンジン温度の検出信号等に基づいて必要なとき
に必要な量だけ冷却水を循環させることが可能となり、
動力の損失も抑制することができる。

【００２９】また、請求項２に係る発明のように、ねじ
ポンプの噛み合い面に耐磨耗用の表面処理を施しておく
ことにより、容積式のポンプで冷却水のような非油性流
体を取り扱っても過度の磨耗は生じず、特に問題となる
ことはない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の構成図で、機械的構成を
表す断面図と電気的構成を表すブロック図とを併記して
示す図である。

【図２】モータ冷却用ウォータジャケットを備えた本発
明の他の実施の形態の断面図である。

【図３】ねじポンプ１とＤＣブラシレスモータ３とを並
列に配置し、かつ、モータ冷却用ウォータジャケットを
備えた本発明の更に他の実施の形態の断面図である。

【符号の説明】

１ ねじポンプ １１ ハウジング １１ａ 吸引口 １１ｂ 吐出口 １２ パワーロータ １２ａ 軸部 １３ａ，１３ｂ アイドラロータ １４ カップリング ２，２′ 連結部材 ３ ＤＣブラシレスモータ ３１ ケーシング ３２ 出力軸 ３３ 電機子 ３４ 界磁 ４ ドライバ ５，５′ モータ冷却用ウォータジャケット ６ａ，６ｂ タイミングプーリ ７ タイミングベルト

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水冷エンジンのラジエータと被冷却部位
   との間で冷却水を循環させるためのポンプを、電動モー
   タによって駆動する電動ウォータポンプ装置において、 上記ポンプがねじポンプであることを特徴とする電動ウ
   ォータポンプ装置。
2. 【請求項２】 上記ねじポンプの噛み合い面に、耐磨耗
   用の表面処理が施されてい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装置。