JP2003307130A - 電動ウォータポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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。 【解決手段】 電動モータ１１と、当該電動モータ１１
で回転駆動される羽根部９とを備えた電動ウォータポン
プにおいて、前記羽根部９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９の
回転軸心１７ｃと前記電動モータ１１の回転軸心１３ａ
とが同軸配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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いるのが好ましい。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。

【０００７】あるいは、前記電動モータは、内部に前記
冷却水が通ることができる内部流路を備え、当該内部流
路内に前記羽根部が同軸状に配置されているのも好まし
い。電動モータの内部流路内に羽根部を設けることで、
ポンプの軸方向長さを小さくできる。しかも、電動モー
タ内部に冷却水が通る内部流路を備えているため、冷却
水によって電動モータの冷却も行える。

【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１
１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２
３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４
７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７
１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７
９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７
７ａ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７
１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。電動モータが、羽根部の内部に同軸状に配
置されている場合には、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。また、電動モータ内
部に冷却水が通ることができる内部流路を備え、当該内
部流路内に羽根部が同軸状に配置されている場合には、
ポンプの軸方向長さを小さくできるとともに、冷却水に
よって電動モータの冷却も行える。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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 阪田 隆敏 大阪市中央区南船場三丁目５番８号 光洋 精工株式会社内 (72)発明者 浅野 憲治 大阪市中央区南船場三丁目５番８号 光洋 精工株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】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
   同軸配置されていることを特徴とする電動ウォータポン
   プ。
2. 【請求項２】前記電動モータは、前記羽根部の内部に同
   軸状に配置されていることを特徴とする請求項１記載の
   電動ウォータポンプ。
3. 【請求項３】前記電動モータは、内部に前記冷却水が通
   ることができる内部流路を備え、当該内部流路内に前記
   羽根部が同軸状に配置されていることを特徴とする請求
   項１記載の電動ウォータポンプ。
4. 【請求項４】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１〜３のいずれかに記載の電動ウォータポ
   ンプ。