JP2004346773A - ウォータポンプ - Google Patents

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Shinichi Fujii
Makoto Hatano
真 羽田野
眞一 藤井
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Aisan Ind Co Ltd
愛三工業株式会社
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Abstract

【課題】非仕事部付近での流体の剪断応力を低下させて、ポンプ効率を向上させることができるウォータポンプを提供すること。
【解決手段】ウォータポンプP1は、電気的に回転駆動されて、流体Wの送給用のインペラ20を有したロータ18が、ハウジング1内に配設されている。ロータ18は、流体W中に配置されるとともに、インペラ20により送給される流体Wの主流路F側で流体Wと接触する送給仕事部25と、流体W中に配置されるとともに、インペラ20によって送給される流体Wの主流路Fから離れた部位の非仕事部27と、を備える。非仕事部27の外表面27a、若しくは、非仕事部27の外表面27aと流体Wを介在させて対向するように配設されるハウジング1の対向面16、の少なくとも一方に、流体Wの剪断応力を低減可能な撥水層29が、設けられている。
【選択図】図1

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の冷却水等の流体を送給する電動式のウォータポンプに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種の電動式のウォータポンプ、例えば、車両の冷却水用の磁気結合ポンプでは、冷却水の送給用のインペラを有したロータが、ハウジング内に配設されていた(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
そして、このウォータポンプでは、ロータにおけるインペラから離れた部位に、磁石部が配設され、ハウジング側に、通電時に磁石部を回転可能な回転磁界を発生させるステータが、配設されていた。
【0004】
なお、ロータは、冷却水中に配置されるとともに、インペラにより送給される冷却水の主流路側で冷却水と接触する送給仕事部と、冷却水中に配置されるとともに、インペラによって送給される流体の主流路から離れた部位の非仕事部と、を備えて構成され、磁石部は、非仕事部の部位に配置されていた。
【0005】
【特許文献1】
特開平10−311290号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のウォータポンプでは、作動時、磁石部等の非仕事部の外表面と、その外表面と冷却水を介在させて対向するハウジング側の対向面と、の間で、冷却水の剪断応力が発生することが避けられず、換言すれば、ロータが冷却水との摩擦力を受けて、ステータへ通電する電力に応じた冷却水の送給量や圧力が低下する虞れがある。特に、ロータが例えば3000rpm以上となるような高回転域においては、冷却水の剪断応力の増加が顕著になり、供給される電力に対して、ポンプ効率が低下してしまう。
【0007】
本発明は、上述の課題を解決するものであり、非仕事部付近での流体の剪断応力を低下させて、ポンプ効率を向上させることができるウォータポンプを提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るウォータポンプは、電気的に回転駆動されて、流体の送給用のインペラを有したロータが、ハウジング内に配設されて、
ロータが、流体中に配置されるとともに、インペラにより送給される流体の主流路側で流体と接触する送給仕事部と、流体中に配置されるとともに、インペラによって送給される流体の主流路から離れた部位の非仕事部と、を備えて構成されるウォータポンプであって、
非仕事部の外表面、若しくは、非仕事部の外表面と流体を介在させて対向するように配設されるハウジングの対向面、の少なくとも一方に、流体の剪断応力を低減可能な撥水性が付与されていることを特徴とする。
【0009】
本発明に係るウォータポンプでは、非仕事部の外表面やその外表面に対向するハウジング側の対向面が、撥水性を有しているため、回転中のロータの非仕事部付近の流体が、剪断応力を低減させ、ロータが、流体との摩擦力を抑えて、円滑に回転できる。
【0010】
したがって、本発明に係るウォータポンプでは、非仕事部付近での流体の剪断応力を低下させて、ポンプ効率を向上させることができ、消費電力を低減することが可能となる。
【0011】
なお、本発明の撥水性とは、非仕事部やその付近のハウジングの表面が、流体の剪断応力を低減できる性質のものであって、非仕事部やその付近のハウジングの表面が、流体との接触角を大きく、あるいは、流体との表面エネルギーを小さくできればよく、例えば、非仕事部やその付近のハウジングの表面に、撥水剤(例えばガラスコート剤に利用されるフッ素樹脂等)を蒸着・溶着・ディッピング等させるコーティング処理や平滑面を形成するようなメッキ処理(例えばニッケル等を利用した無電解メッキ)等の表面処理を施したり、あるいは、撥水性を有する材料(例えばフッ素樹脂等)を使用、若しくは、混入させる等して、非仕事部やその付近のハウジングを形成することによって、非仕事部やその付近のハウジングの表面に、撥水性を付与することができる。
【0012】
そして、ウォータポンプとしては、ハウジング側に配設されたステータによって発生する回転磁界により、ロータを回転させる磁石部を備えて、その磁石部付近をロータの非仕事部とした磁気結合ポンプが例示できる。この場合、ロータの回転中心側にステータが配設され、ステータの外周側に略円筒状の磁石部が配設されるアウターロータタイプや、ロータの回転中心側に磁石部が配設されて、その磁石部の外周側にステータが配置されるインナーロータタイプの磁気結合ポンプが例示できる。
【0013】
そして特に、アウターロータタイプの磁気結合ポンプでは、そのロータの非仕事部となる磁石部が、インナーロータタイプに比べて、半径が大きくなって、表面積が大きくなることから、その磁石部の表面やその表面に対向するハウジング側の対向面に、撥水性が付与されていれば、撥水性が付与されていない場合に比べて、ポンプ効率を向上できる効果を顕著なものとすることができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明すると、図1〜3に示す第1実施形態のウォータポンプP1は、車両の冷却水Wを送給する磁気結合ポンプであり、合成樹脂製のハウジング1内に、冷却水Wの送給用の複数のインペラ20を有したロータ18が、配設されて構成されている。
【0015】
ハウジング1は、ロータ18のインペラ20側に配置されるポンプ室部2と、ポンプ室部2の下方に配置されるモータ室部6と、を備えて構成されている。ポンプ室部2は、天井壁2aを備えた略円筒状として、冷却水Wを流入させる流入ニップル部3を天井壁2aから上方へ突出させるとともに、冷却水Wを流出させる流出ニップル部4を周壁2bから外方へ突出させている。
【0016】
モータ室部6は、略円筒状の周壁部7と、周壁部7の内側下部から延びる円環状の底壁部8と、底壁部8の中央付近で上方に突出するステータ部9と、を備えて構成されている。ステータ部9の内部には、通電時に回転磁界を発生させるステータ10が配設されている。なお、符号11に示す部材は、ステータ10を作動させるパワートランジスタや、ステータ10の回転角を検出するホール素子等を配設させた回転基板であり、符号12に示す部材は、回転基板11への電力供給用のターミナルである。
【0017】
また、ステータ部9の中央には、ロータ18を回転可能に支持するシャフト13が固定され、シャフト13の上端付近には、ロータ18の抜け止めを図るEリング14が配設されている。なお、ロータ18は、回転時、流入ニップル部3側の負圧によって、上方に浮き上がることから、Eリング14が必要となる。また、ロータ18は、ポンプP1の作動時、3000〜3800rpm程度の回転数で、回転することとなる。
【0018】
このロータ18は、上方へインペラ20を突出させた略円板状の基部19と、基部19の外周縁付近から下方へ延びてステータ10の外周側に配設される円筒状の磁石部23と、を備えて構成されている。磁石部23は、ステータ10によって発生する回転磁界により回転することとなる。基部19には、中央に、シャフト13周りで容易に回転するように、摩擦力を低減可能な樹脂または金属等からなる軸受21が固着されている。なお、磁石部23は、実施形態の場合、ロータ18を形成するポリアミド等の合成樹脂材料に磁性体粉を混入させて形成されている。
【0019】
さらに、このロータ18は、ハウジング1内の冷却水W中に配設され、そして、送給仕事部25と非仕事部27との上下の部位に、分けることができる。送給仕事部25は、インペラ20により送給される冷却水Wの主流路F側で冷却水Wと接触する部位であり、実施形態の場合、インペラ20を備えた基部19の上面側の部位となる。
【0020】
また、非仕事部27は、インペラ20によって送給される冷却水Wの主流路Fから離れた部位であり、実施形態の場合、流出ニップル部4付近より下方の基部19の下部側の部位と磁石部23の部位となる。さらに、非仕事部27の外表面27aは、基部19の外周面19a、基部19の下面19b、磁石部23の外周面23a、磁石部23の内周面23b、及び、磁石部23の下端面23c、から構成されることとなる。
【0021】
そして、第1実施形態のポンプP1のロータ18では、非仕事部27の外表面27aを撥水性付与エリアとしており、非仕事部27の外表面27aに、冷却水Wの剪断応力を低減させるように、撥水性を向上させるための撥水層29が形成されている。
【0022】
さらに、ロータ18の非仕事部27の外表面27aと冷却水Wを介在させて対向するように配設されるハウジング1側の対向面16も、撥水性付与エリアとしており、この対向面16にも、撥水層29が形成されている。ハウジング1側の対向面16は、実施形態の場合、ポンプ室部2の周壁2bの下部内周面2c、周壁部7の内周面7a、底壁部8の上面8a、ステータ部9の外周面9a、及び、ステータ部9の天井面9b、から構成されている。
【0023】
第1実施形態の撥水層29は、無電解ニッケルメッキにより、配設されている。勿論、この撥水層29は、フッ素樹脂等の撥水剤を吹き付けて溶融固化させるような溶着や、蒸着等のコーティング処理により、配設させてもよい。あるいは、ロータ18やハウジング1の形成材料中に、フッ素樹脂等の撥水材料を混入させて、ロータ18やハウジング1を成形し、外表面27aや対向面16に、撥水性を付与するように構成してもよい。
【0024】
この第1実施形態の磁気結合ポンプP1では、使用時、非仕事部27の外表面27aやその外表面27aに対向するハウジング1側の対向面16が、撥水性を有した撥水層29を備えているため、回転中のロータ18の非仕事部27付近の流体Wが、剪断応力を低減させ、ロータ18が、流体としての冷却水Wとの摩擦力を抑えて、円滑に回転できる。
【0025】
したがって、第1実施形態の磁気結合ポンプP1では、非仕事部27付近での冷却水Wの剪断応力を低下させて、ポンプ効率を向上させることができ、消費電力を低減することができる。
【0026】
ちなみに、第1実施形態のポンプ効率の向上を調べるために、CAE解析をしたところ、図4に示すように、流体抵抗は、約2割低減させることがわかった。なお、このCAE解析は、容積比を1対1としてLLC(Long Life Coolant)を混入させた100℃の冷却水中に、磁石部23だけを浸漬するような状態として、回転数を3000rpmとして磁石部23を回転させた際の時間経過に伴う抵抗値を算出することにより、行なった。
【0027】
また、第1実施形態では、ロータ18の回転中心側にステータ10が配設され、ステータ10の外周側に略円筒状の磁石部23が配設されるアウターロータタイプの磁気結合ポンプP1を例示したが、図5〜7に示す第2実施形態のように、インナーロータタイプの磁気結合ポンプP2に所定の撥水層29を配設させてもよい。
【0028】
このポンプP2も、合成樹脂製のハウジング31内に、冷却水Wの送給用の複数のインペラ50を有したロータ48が、配設されて構成されている。
【0029】
ハウジング31は、ロータ48のインペラ50側に配置されるポンプ室部32と、ポンプ室部32の下方に配置されるモータ室部36と、を備えて構成されている。ポンプ室部32は、天井壁32aを備えた略円筒状として、冷却水Wを流入させる流入ニップル部33を天井壁32aから外方へ突出させるとともに、冷却水Wを流出させる流出ニップル部34を周壁32bから外方へ突出させている。なお、流入ニップル部33の部位には、ロータ48を回転可能に支持するシャフト43の上端43aが固定されている。
【0030】
モータ室部36は、略円筒状のステータ部39と、ステータ部39の内周下部から延びる円板状の底壁部38と、を備えて構成されている。ステータ部39の内部には、通電時に回転磁界を発生させるステータ40が配設されている。ステータ40の下方には、ステータ40を作動させるパワートランジスタやステータ40の回転角を検出するホール素子等を設けた回転基板41が配設されるとともに、回転基板41への電力供給用のターミナル42が配設されている。さらに、底壁部38には、ロータ48を回転可能に支持するシャフト43の下端43bが固定され、シャフト43の上端43a付近には、ロータ48の抜け止めを図るEリング44が配設されている。
【0031】
ロータ48は、上方へインペラ50を突出させた略円板状の基部49と、基部49の中央付近から下方へ延びてステータ40の内周側に配設される円筒状の磁石部53と、を備えて構成されている。磁石部53は、ステータ40によって発生する回転磁界により回転することとなる。基部49の中央と磁石部53の下部とには、シャフト43周りで容易に回転するように、摩擦力を低減可能な樹脂または金属等からなる軸受51・51が固着されている。なお、この磁石部53も、ロータ48を形成するポリアミド等の合成樹脂材料に磁性体粉を混入させて形成されている。
【0032】
このロータ48も、ハウジング31内の冷却水W中に配設され、そして、送給仕事部55と非仕事部57との上下の部位に、分けることができる。送給仕事部55は、インペラ50により送給される冷却水Wの主流路F側で冷却水Wと接触する部位であり、実施形態の場合、インペラ50を備えた基部49の上面側の部位となる。
【0033】
また、非仕事部57は、インペラ50によって送給される冷却水Wの主流路Fから離れた部位であり、実施形態の場合、基部49の外周側の部位と磁石部53の部位となる。さらに、非仕事部57の外表面57aは、基部49の外周面49a、基部49の下面49b、磁石部53の外周面53a、磁石部53の下部側における軸受51の下方側の内周面53b、及び、磁石部53の下端面53c、から構成されることとなる。
【0034】
そして、第2実施形態のポンプP2でも、非仕事部57の外表面57aに、冷却水Wの剪断応力を低減させるように、撥水性を向上させるための撥水層29が形成されている。さらに、この撥水層29は、ロータ48の非仕事部57の外表面57aと冷却水Wを介在させて対向するように配設されるハウジング31側の対向面46にも、形成されている。ハウジング31側の対向面46は、実施形態の場合、ポンプ室部32の周壁32bにおける下端側の内周面32c、ステータ部39の上端面39a、ステータ部39の内周面39b、及び、底壁部38の上面38a、から構成されている。
【0035】
この第2実施形態のポンプP2でも、非仕事部57の外表面57aやその外表面57aに対向するハウジング31側の対向面46が、撥水性を有した撥水層29を備えているため、回転中のロータ48の非仕事部57付近の流体Wが、剪断応力を低減させ、ロータ48が、流体Wとの摩擦力を抑えて、円滑に回転できて、ポンプ効率を向上させることができ、消費電力を低減することができる。
【0036】
なお、アウターロータタイプの磁気結合ポンプP1では、そのロータ18の非仕事部27となる磁石部23が、インナーロータタイプに比べて、半径が大きくなって、表面積が大きくなることから、その磁石部23の表面やその表面に対向するハウジング1側の対向面16に、撥水性が付与されていれば、撥水性が付与されていない場合に比べて、ポンプ効率を向上できる効果を顕著なものとすることができる。
【0037】
また、第1・2実施形態では、ロータ18・48の非仕事部27・57の外表面27a・57aとハウジング1・31側の対向面16・46とに、ともに、撥水性を付与する構造としたが、外表面27a・57a若しくは対向面16・46の一方側だけに、撥水性を付与するように構成してもよい。
【0038】
さらに、ロータ18・48を回転させる回転磁界を考慮すれば、ロータ18・48とステータ10・40との隙間が狭いことが望ましく、その場合、両者の隙間が狭くなって、その場合の冷却水の剪断応力が影響しやくなることから、ポンプP1では、その隙間で対向する面23b・9aの一方若しくは両方に、ポンプP2では、その隙間で対向する面53a・39bの一方若しくは両方に、撥水性を付与するように構成してもよい。
【0039】
また、各実施形態では、車両の冷却水Wを送給するウォータポンプP1・P2について説明したが、他に、浄化水等の流体を送給するウォータポンプに本発明を利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態のウォータポンプの縦断面図である。
【図2】第1実施形態のロータの縦断面図である。
【図3】第1実施形態のハウジング側の縦断面図である。
【図4】第1実施形態のCAE解析を表す表である。
【図5】第2実施形態のウォータポンプの縦断面図である。
【図6】第2実施形態のロータの縦断面図である。
【図7】第2実施形態のハウジング側の縦断面図である。
【符号の説明】
1・31…ハウジング、
10・40…ステータ、
16・46…対向面、
18・48…ロータ、
20・50…インペラ、
23・53…磁石部、
25・55…送給仕事部、
27・57…非仕事部、
27a・57a…外表面、
29・59…撥水層、
W…流体・冷却水、
F…主流路、
P1・P2…ウォータポンプ・磁気結合ポンプ。

Claims (3)

  1. 電気的に回転駆動されて、流体の送給用のインペラを有したロータが、ハウジング内に配設されて、
    前記ロータが、前記流体中に配置されるとともに、前記インペラにより送給される前記流体の主流路側で前記流体と接触する送給仕事部と、前記流体中に配置されるとともに、前記インペラによって送給される前記流体の主流路から離れた部位の非仕事部と、を備えて構成されるウォータポンプであって、
    前記非仕事部の外表面、若しくは、前記非仕事部の外表面と前記流体を介在させて対向するように配設される前記ハウジングの対向面、の少なくとも一方に、前記流体の剪断応力を低減可能な撥水性が付与されていることを特徴とするウォータポンプ。
  2. 前記ロータの非仕事部が、前記ハウジング側に配設されたステータにより発生する回転磁界によって、前記ロータを回転させる磁石部を備えた磁気結合ポンプとしていることを特徴とする請求項1に記載のウォータポンプ。
  3. 前記ロータの回転中心側に前記ステータが配設され、該ステータの外周側に前記磁石部が略円筒状に配設されるアウターロータタイプの磁気結合ポンプとしていることを特徴とする請求項2に記載のウォータポンプ。
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