JP2009185726A - ウォーターポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】小型化を図ることができ、燃費や暖機性能の改善を図ることができるような流量可変型のウォーターポンプを提供する。
【解決手段】ウォーターポンプは、エンジンからの駆動力が伝達されて回転する駆動側回転体２０と、ポンプインペラ３１を有し且つ回転支軸３３によって回転自在に支持された従動側回転体３０とを備え、駆動側回転体２０に設けられた永久磁石２５と、従動側回転体３０に設けられた誘導リング３２とのオーバーラップ量Ｌ１を変更することにより、駆動側回転体２０から従動側回転体３０へ伝達される回転力の大きさが変更されるように構成される。永久磁石２５は、磁力の異なるの２つの永久磁石２５ａ，２５ｂによって構成され、磁力の弱い永久磁石２５ａがオーバーラップ量Ｌ１の大きくなる方向側に配置され、磁力の強い永久磁石２５ｂがオーバーラップ量Ｌ１の小さくなる方向側に配置される。
【選択図】図１

Description

本発明は、水冷式エンジン等に用いられるウォーターポンプに関する。特に、本発明は、流量可変型のウォーターポンプの改良に関する。

水冷式エンジン等に用いられるウォーターポンプとして、例えば、特許文献１に示されるように、流量可変型（容量可変型とも呼ばれる）のものが知られている。特許文献１には、駆動源であるエンジンの駆動力を受けるウォーターポンププーリを含む駆動側回転体と、ポンプ渦流室に配設されたポンプインペラを含む従動側回転体とが、粘性流体を液媒とする湿式多板クラッチを介して連結されているウォーターポンプが開示されている。そして、湿式多板クラッチを断接するための感温部材を冷却水路中に設けたことが示されている。この特許文献１記載のウォーターポンプでは、感温部材が冷却水の温度に応じて変形することを利用して、低水温時にはウォーターポンプの駆動を実質的に停止させて燃費の改善を図るとともに、高水温時には湿式多板クラッチを直結状態としてウォーターポンプの流量（ポンプ吐出量）の増大を図るようにしている。

また、流量可変型のウォーターポンプとして、駆動側回転体から従動側回転体への回転力の伝達を非接触の状態で行うようにしたものも提案されている。このウォーターポンプの駆動側回転体から従動側回転体への回転の伝達に関わる部分を図５に示している。

図５に示すように、駆動側回転体１０１と従動側回転体１０３との間は、隔壁１０５によって仕切られている。そして、駆動側回転体１０１に取り付けられた駆動側磁性部材としての永久磁石１０２と、従動側回転体１０３に取り付けられた従動側磁性部材としての誘導リング１０４とが、所定の間隔を隔てて対向して設けられている。誘導リング１０４は、鉄芯１０４ａの外周にアルミニウム製のリング部材１０４ｂが取り付けられた構造になっている。駆動側回転体１０１が回転すると、誘導リング１０４に作用する永久磁石１０２の磁場が変化する。これにより、誘導リング１０４のリング部材１０４ｂには、その磁場の変化を妨げる方向への誘導電流が発生する。この誘導電流の発生にともなってトルクが発生し、その結果、従動側回転体１０３が回転して、ウォーターポンプが駆動される。

そして、駆動側回転体１０１の永久磁石１０２と誘導リング１０４のリング部材１０４ｂとの軸方向（回転軸方向）のオーバーラップ量（軸方向で互いに重なり合っている寸法）Ｌ２を変更することによって、従動側回転体１０３への伝達トルクが変更される。これにともなって、ウォーターポンプのポンプ流量が変更されるようになっている。
特開２００１−９０５３７号公報

しかしながら、上述した図５に示すような駆動側回転体１０１から従動側回転体１０３への回転力の伝達を非接触の状態で行うウォーターポンプでは、永久磁石１０２の磁力（磁場）は、誘導リング１０４のリング部材１０４ｂが配置された領域だけに及んでいるのではなく、その周囲の領域へも及んでいる。つまり、磁束漏れが発生しており、永久磁石１０２からの磁力線がこの永久磁石１０２よりも軸方向の外側へ拡がるように発生している。

このため、上記オーバーラップ量Ｌ２を「０」としたとしても、そのような磁束漏れによって従動側回転体１０３の誘導リング１０４に誘導電流が発生することになる。その結果、従動側回転体１０３にトルクが発生し、ウォーターポンプが駆動することになる。したがって、燃費の悪化や冷間時の暖機性能の低下が懸念される。

一方、そのような燃費の悪化など抑制するには、そのような磁束漏れの影響を最小限にとどめることが必要になる。例えば、永久磁石１０２をリング部材１０４ｂに対し軸方向でオフセットさせた位置まで移動可能としなければならない。しかし、この場合、ウォーターポンプが軸方向に拡大し、搭載性の悪化を招くことになる。

また、上記特許文献１記載のウォーターポンプでは、駆動側回転体と従動側回転体との間にわたって湿式多板クラッチを設けなければならない構造になっている。さらに、この湿式多板クラッチを断接するための感温部材を設けなければならない構造になっている。このため、ウォーターポンプの大型化を招き、搭載性が悪化するといった問題点がある。

本発明は、そのような問題点を鑑みてなされたものであって、小型化を図ることができ、燃費の改善などを図ることができるような流量可変型のウォーターポンプを提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題を解決するための手段を以下のように構成している。すなわち、本発明は、ウォーターポンプであって、駆動源からの駆動力が伝達されて回転する駆動側回転体と、ポンプインペラを有し且つ回転支軸によって回転自在に支持された従動側回転体とを備え、上記駆動側回転体に設けられた駆動側磁性部材および上記従動側回転体に設けられた従動側磁性部材のうちの一方の他方に対する回転軸方向の移動により、上記駆動側磁性部材および従動側磁性部材の回転軸方向で互いに重なり合う寸法を変更することによって、上記駆動側回転体から従動側回転体へ伝達される回転力の大きさを変更するように構成されている。そして、上記駆動側磁性部材は、回転軸方向に沿って配置される磁力の異なる複数の磁石によって構成され、これら複数の磁石は、磁力が弱いものほど、上記従動側磁性部材との回転軸方向で互いに重なり合う寸法（オーバーラップ量）が大きくなる方向側に配置されていることを特徴とする。ここで、磁性部材とは、強磁性を示す材料からなる部材だけではなく、常磁性を示す材料からなる部材をも意味する。また、磁性部材には、強磁性を示す材料からなる部材と常磁性を示す材料からなる部材とが一体的に組み合わされたものも含む。

上記構成によれば、駆動源の駆動力が伝達されて駆動側回転体が回転すると、従動側磁性部材に作用する磁場が変化する。これにより、従動側磁性部材には、その磁場の変化を妨げる方向への誘導電流が発生する。この誘導電流の発生にともなって従動側磁性部材にはトルクが発生する。その結果、従動側回転体が回転して、ウォーターポンプが駆動する。そして、上記オーバーラップ量が変更されると、従動側磁性部材に発生する誘導電流が変化し、従動側回転体への伝達トルクが変化する。これにより、ウォーターポンプの流量が変更される。

ここで、上記オーバーラップ量を小さくしたり、「０」としたりしても、上述した磁束漏れの影響により、従動側回転体へ回転力が伝えられ、ウォーターポンプが駆動されることになる。この場合、上記構成では、駆動側磁性部材のうち、磁力の弱い永久磁石が従動側磁性部材に近い側に配置され、磁力の強い永久磁石が従動側磁性部材から遠い側に配置されることになる。このため、従動側磁性部材に対しては、磁力の弱い永久磁石の磁力が主に伝わり、磁力の強い永久磁石の磁力はほとんど伝わらないようになる。したがって、従動側磁性部材に対する駆動側磁性部材の磁束漏れの影響を全体として小さく抑えることができる。これにより、上記オーバーラップ量を小さくした状態や「０」とした状態では、駆動側磁性部材として単一の永久磁石を用いた構成に比べて、ウォーターポンプの流量を低減することが可能になる。これにより、燃費の改善や冷間時の暖機性能の向上を図ることができる。

そして、ウォーターポンプの流量を低減させて燃費の改善などを図るために、駆動側磁性部材と従動側磁性部材との回転軸方向のオフセット量を大きく確保する必要がなくなる。したがって、駆動側磁性部材として単一の永久磁石を用いた構成に比べて、ウォーターポンプが回転軸方向に拡大することを抑制できる。これにより、ウォーターポンプの小型化を図ることができ、搭載性に優れたウォーターポンプを提供できる。以上より、流量可変型のウォーターポンプにおいて、燃費の改善などと小型化との両立を図ることができる。

本発明において、上記オーバーラップ量を変更する変更手段が、上記駆動側回転体および従動側回転体の一方に設けられた負圧室と、この負圧室に導入される負圧に応じて回転軸方向に沿って移動する可動部材とで構成されており、上記可動部材には、上記駆動側磁性部材または従動側磁性部材が取り付けられていることが好ましい。また、負圧室に導入される負圧としては、例えば、エンジンの吸気管負圧を利用することが好ましい。

上記構成では、負圧室に導入される負圧に応じて可動部材が回転軸方向に移動することで、この可動部材に取り付けられた駆動側磁性部材または従動側磁性部材の回転軸方向の位置が変更される。これにより、負圧室に導入される負圧に応じて上記オーバーラップ量を連続的に変更することが可能になり、ウォーターポンプの流量を連続的に変更することが可能になる。

本発明によれば、駆動側磁性部材および従動側磁性部材の回転軸方向で互いに重なり合う寸法を小さくした状態や「０」とした状態では、ウォーターポンプの流量を低減することが可能になり、燃費の改善や冷間時の暖機性能の向上を図ることができる。そして、ウォーターポンプが回転軸方向に拡大することを抑制でき、ウォーターポンプの小型化を図ることができる。したがって、流量可変型のウォーターポンプにおいて、燃費の改善などと小型化との両立を図ることができる。

本発明を実施するための最良の形態について添付図面を参照しながら説明する。この実施形態は、自動車用エンジンに搭載され、エンジンからの駆動力を受けることで作動する車両用ウォーターポンプに本発明を適用した例について説明する。

−ウォーターポンプの全体構成−
まず、ウォーターポンプの全体的な構成について、図１を用いて説明する。

図１に示すように、ウォーターポンプ１０は、ポンプ筐体を構成するウォーターポンプハウジング１１が、エンジンのタイミングチェーンケース（ケース部材）１２にボルト１３によって一体的に取り付けられている。ウォーターポンプ１０は、例えばエンジン前面（縦置きエンジンの場合には車両前方側の面、横置きエンジンの場合には車両側方側の面）に配設されている。

ウォーターポンプ１０は、ウォーターポンププーリ２１が設けられた駆動側回転体２０と、ポンプインペラ３１が設けられた従動側回転体３０と、駆動側回転体２０と従動側回転体３０との間を仕切る隔壁４０とを備えている。そして、駆動側回転体２０から従動側回転体３０への回転力の伝達が、後述するように、非接触の状態で行われるようになっている。

駆動側回転体２０は、ウォーターポンププーリ２１、取付プレート２２、駆動側ケーシング２３、スライド部材２４、および、駆動側磁性部材としての永久磁石２５を備えており、これらが水平軸まわりに一体的に回転するように構成されている。駆動側回転体２０は、その水平軸まわりにほぼ回転対称な形状になっている。

ウォーターポンププーリ２１は、ボルト２６によって取付プレート２２に一体的に取り付けられている。ウォーターポンププーリ２１のベルト巻き掛け部２１ａの外周面には、補機ベルト１４が巻き掛けられている。補機ベルト１４は、エンジンのクランクシャフトに取り付けられた図示しないクランクプーリの他、種々の補機類に備えられたプーリに掛け渡されている。このため、エンジンの駆動時には、エンジンのクランクシャフトの回転駆動力が、補機ベルト１４を介して、各補機類に伝達されるとともに、ウォーターポンププーリ２１にも伝達され、このウォーターポンププーリ２１が水平軸まわりに回転するようになっている。

取付プレート２２は、駆動側ケーシング２３に一体的に取り付けられている。具体的に、取付プレート２２の内周側に設けられるボス部２２ａに、駆動側ケーシング２３の回転軸部２３ａの軸方向（回転軸方向）の一端部（図１の左端部）が相対回転不能に嵌め込まれている。

駆動側ケーシング２３は、軸方向に延びる上述の回転軸部２３ａと、この回転軸部２３ａの軸方向他端部（図１の右端部）の外周側に一体的に設けられるケース部２３ｂとを備えている。回転軸部２３ａは、ボールベアリング２７を介して、ウォーターポンプハウジング１１に回転自在に支持されている。ケース部２３ｂは、一方側（タイミングチェーンケース１２が配設されている側）が開放された有底円筒形状の部分であって、回転軸部２３ａの右端部から外周側に延びる円環部２３ｃと、この円環部２３ｃの外周縁から上記一方側に連続する円筒部２３ｄによって構成される。

回転軸部２３ａの中心部には負圧導入孔２３ｅが形成されている。この負圧導入孔２３ｅは、後述する負圧室５０に負圧を導入するための負圧経路として利用される。負圧導入孔２３ｅには、負圧配管５１が接続されている。この負圧配管５１の接続構造としては、回転軸部２３ａの負圧導入孔２３ｅにベアリング５２およびエアシール５３を嵌め込んだ構成となっている。また、ケース部２３ｂの円筒部２３ｄの内周面には、後述するスライド部材２４のタイミングチェーンケース１２側への移動を規制するためのストッパ２９が設けられている。

スライド部材２４は、駆動側ケーシング２３の内側に収容されており、駆動側ケーシング２３に対し相対回転不能且つ軸方向に沿って摺動可能に設けられる可動部材である。また、スライド部材２４は、駆動側ケーシング２３との間で負圧室５０を構成するように構成されている。具体的に、スライド部材２４は、軸方向に延びるスライド軸部２４ａと、このスライド軸部２４ａの軸方向他端部（図１の右端部）の外周側に一体的に設けられる磁石支持部２４ｂとを備えている。

スライド軸部２４ａは、駆動側ケーシング２３の回転軸部２３ａの内周面にスプライン嵌合等の手段によって相対回転不能且つ軸方向へのスライド移動可能に嵌め込まれている。磁石支持部２４ｂは、駆動側ケーシング２３のケース部２３ｂと同じく一方側（タイミングチェーンケース１２が配設されている側）が開放された有底円筒形状の部分であって、スライド軸部２４ａの右端部から外周側に延びる円板部２４ｃと、この円板部２４ｃの外周縁から上記一方側に連続する円筒部２４ｄによって構成される。円板部２４ｃは、駆動側ケーシング２３の円環部２３ｃと対向して設けられている。円筒部２４ｄの外周面は、駆動側ケーシング２３の円筒部２３ｄの内周面と摺接するように設けられている。円筒部２４ｄの外周面にはＯリング２８が設けられており、円筒部２３ｄの内周面との間を気密状態にシールしている。

円筒部２４ｄの内周面には、リング状の永久磁石２５が一体的に取り付けられている。このため、スライド部材２４の軸方向のスライド移動にともなって、永久磁石２５も同じ方向へ移動する。より具体的には、リング状の永久磁石２５は、複数の断面円弧状の永久磁石で構成されており、軸方向の端部においてＮ極とＳ極とが交互に並ぶような構成となっている。そして、この実施形態では、永久磁石２５は、軸方向に隣接して配置された磁力の異なる２つの永久磁石２５ａ，２５ｂによって構成されている。この永久磁石２５の詳細については後述する。

上述した駆動側ケーシング２３とスライド部材２４との間で形成される空間は、外気から遮断されたほぼ密閉空間としての負圧室５０として構成されている。負圧室５０は、具体的には、駆動側ケーシング２３のケース部２３ｂと、スライド部材２４のスライド軸部２４ａおよび磁石支持部２４ｂとによって囲まれた空間として構成されている。そして、負圧室５０に導入される負圧に応じてスライド部材２４が駆動側ケーシング２３に対しスライド移動して、スライド部材２４の軸方向位置（スライド位置）が変更される構成となっている。図１は、スライド部材２４が最もタイミングチェーンケース１２側の位置まで移動した状態を示し、図２は、スライド部材２４がタイミングチェーンケース１２側から最も離れた位置まで移動した状態を示している。なお、負圧室５０に負圧を導入する構成については後述する。

従動側回転体３０は、上述した駆動側回転体２０に対して非接触状態に配設され且つその駆動側回転体２０からの回転力が伝達されて回転する構成となっている。従動側回転体３０は、ポンプインペラ３１、および、従動側磁性部材としての誘導リング３２を備えており、これらが水平軸まわりに一体的に回転するように構成されている。従動側回転体３０は、その水平軸まわりにほぼ回転対称な形状になっている。

ポンプインペラ３１は、タイミングチェーンケース１２の表面に設けられた凹陥部１２ａにより形成されるポンプ渦流室１２ｂに配設されている。ポンプインペラ３１は、軸方向に延びる回転支軸３３に水中軸受３４を介して回転自在且つ軸方向へのスライド移動が不能に支持されている。回転支軸３３は、タイミングチェーンケース１２に一体的に取り付けられている。そして、ポンプインペラ３１の回転によりポンプ渦流室１２ｂ内の冷却水がエンジンの冷却水通路に送り出され、これにより冷却水の循環動作が行われるようになっている。

誘導リング３２は、ポンプインペラ３１のボス部３１ａに回転一体に取り付けられている。誘導リング３２は、鉄芯３２ａの外周にアルミニウム製のリング部材３２ｂが取り付けられた構成となっている。誘導リング３２のリング部材３２ｂと駆動側回転体２０の永久磁石２５とは同心状に配置されおり、径方向の内外で所定の間隔を隔てて配置されている。また、この誘導リング３２の配設位置としては、スライド部材２４が最もタイミングチェーンケース１２側の位置まで移動した状態（図１の状態）では、リング部材３２ｂのほぼ全体が永久磁石２５の全体に対向し、スライド部材２４がタイミングチェーンケース１２側とは反対側の最大スライド位置まで移動した状態（図２の状態）では、リング部材３２ｂの全体が永久磁石２５には対向しないように設定されている。

駆動側回転体２０が配設されている空間と従動側回転体３０が配設されている空間とは、ステンレス製（例えばＳＵＳ３０４など）の隔壁４０によって仕切られている。この隔壁４０は、駆動側回転体２０と従動側回転体３０との間の部分の形状に応じた形状になっており、具体的には、外周側に位置する外周側円環部４１と、この外周側円環部４１の内周側に連続する円筒部４２と、この円筒部４２の一端から内周側に延びる内周側円板部４３とを備えている。

外周側円環部４１の外周縁は、ウォーターポンプハウジング１１とタイミングチェーンケース１２との間で挟持されている。外周側円環部４１の外周縁部とウォーターポンプハウジング１１との間にはＯリング１５が介在されている。

円筒部４２は、駆動側回転体２０の永久磁石２５と従動側回転体３０の誘導リング３２のリング部材３２ｂとの間に配設されており、両者２５，３２ｂの間に僅かな隙間を存して配置されている。これにより、永久磁石２５と誘導リング３２のリング部材３２ｂとは、スライド部材２４が図１に示す位置にある場合には、円筒部４２を挟んで互いに対向配置されるようになっている。

また、内周側円板部４３は、駆動側回転体２０のスライド部材２４と従動側回転体３０を支持する回転支軸３３および誘導リング３２との間に配設されている。このように、駆動側回転体２０が配設されている空間と、従動側回転体３０が配設されている空間とは隔壁４０によって隔離されており、したがって、駆動側回転体２０から従動側回転体３０への回転力の伝達が非接触の状態で行われるようになっている。

ここで、駆動側回転体２０から従動側回転体３０への回転力の伝達について説明する。エンジンが駆動し、ウォーターポンププーリ２１が回転すると、その回転力が取付プレート２２を介して駆動側ケーシング２３およびスライド部材２４に伝達され、これにより、駆動側回転体２０が一体となって回転する。この駆動側回転体２０の回転にともなって永久磁石２５が回転すると、従動側回転体３０の誘導リング３２の周囲の磁場が変化し、誘導リング３２のリング部材３２ｂには、その磁場の変化を妨げる方向への誘導電流が発生する。この誘導電流の発生にともなってトルクが発生し、これにより、従動側回転体３０が一体となって回転する。その結果、ポンプインペラ３１が回転し、ウォーターポンプ１０が駆動される。なお、永久磁石２５と誘導リング３２のリング部材３２ｂとの間隔を小さく設定するほど、駆動側回転体２０から従動側回転体３０への回転力の伝達を効率よく行うことが可能になる。

そして、この実施形態では、駆動側回転体２０の永久磁石２５と従動側回転体３０の誘導リング３２のリング部材３２ｂとの相対的な対向位置を変更することによって、ウォーターポンプ１０の流量（ポンプ吐出量）を連続的に変更するようにしている。具体的には、永久磁石２５と誘導リング３２のリング部材３２ｂとの軸方向のオーバーラップ量（軸方向で互いに重なり合っている寸法）Ｌ１を変更することで、駆動側回転体２０から従動側回転体３０へ伝達されるトルクを変更し、これによって、従動側回転体３０の回転数を変更してウォーターポンプ１０の流量を変更するようにしている。上記オーバーラップ量Ｌ１は、負圧室５０に導入する負圧に応じてスライド部材２４のスライド位置を変更することによって変更される。スライド部材２４のスライド位置は、図１に示す最もタイミングチェーンケース１２側の位置と、図２に示すタイミングチェーンケース１２側から最も離れた位置との間で変更可能になっている。

ここで、負圧室５０に負圧を導入する構成について説明する。負圧室５０へは、負圧導入孔２３ｅを介して、負圧発生源からの負圧が導入される。負圧発生源としては、エンジンの吸入負圧（吸気管負圧）が利用される。つまり、上記オーバーラップ量Ｌ１を変更するための動力源として、エンジンのインテークマニホールド内に発生する吸入負圧が利用される。具体的に、負圧室５０は、駆動側ケーシング２３の回転軸部２３ａに形成された負圧導入孔２３ｅを介して、負圧配管５１に連通されている。負圧配管５１は、ＶＳＶ（バキュームスイッチングバルブ）５５を介してエンジンのインテークマニホールド内に連通している。

ＶＳＶ５５は、負圧室５０が連通する空間を切り換えるためのバルブであって、その切り換え制御（開閉スイッチング制御）は、制御装置としてのエンジンＥＣＵ１００によって行われる。ＶＳＶ５５は、負圧室５０を大気に連通させる切り換え状態（以下、第１の切り換え状態と呼ぶ）と、負圧室５０をインテークマニホールド内に連通させる切り換え状態（以下、第２の切り換え状態と呼ぶ）との間で切り換え可能となっている。

エンジンＥＣＵ１００は、ウォーターポンプ１０を含むエンジンの各種制御を司るもので、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ、入力インターフェース、出力インターフェース等を備えて構成される。エンジンＥＣＵ１００には、ウォーターポンプ１０の冷却水の温度を検出する水温センサからの検出信号などが入力されるようになっている。そして、エンジンＥＣＵ１００は、その水温センサからの検出信号などに基づいて、ＶＳＶ５５の開閉スイッチング制御を行って負圧室５０に導入する負圧の大きさを制御することによって、ウォーターポンプ１０の流量可変制御を行う。

より詳細には、冷却水の温度が高い、例えばエンジンの暖機後の温間時には、負圧室５０に作用させる負圧を小さく設定し、上記オーバーラップ量Ｌ１を大きくして、ウォーターポンプ１０の流量を増大させて、冷却効率の向上を図るような流量可変制御が行われる。このため、ＶＳＶ５５を上記第１の切り換え状態としてインテークマニホールド内の吸入負圧を負圧室５０に導入しないようにすれば、スライド部材２４の両側の空間の圧力が均圧され、スライド部材２４が図１に示す位置まで移動した状態となって、永久磁石２５の全体が誘導リング３２のリング部材３２ｂに対向する。このとき、上記オーバーラップ量Ｌ１が最大となり、駆動側回転体２０から従動側回転体３０へ伝達される回転力が最大となり、ウォーターポンプ１０の流量が最大となる。この場合、ストッパ２９によって、スライド部材２４のタイミングチェーンケース１２側への移動が規制される。なお、負圧室５０内にコイルスプリングを圧縮状態で配設し、このコイルスプリングの付勢力によって、スライド部材２４をストッパ２９に突き当たる位置までスライドさせる構成としてもよい。

一方、冷却水の温度が低い、例えばエンジンの始動時のような冷間時には、負圧室５０に作用させる負圧を大きく設定し、上記オーバーラップ量Ｌ１を小さくして、ウォーターポンプ１０の流量を減少させてエンジンの早期暖機を図るような流量可変制御が行われる。このため、ＶＳＶ５５を上記第２の切り換え状態としてインテークマニホールド内の吸入負圧を負圧配管５１を介して負圧室５０に導入すると、例えば図２に示すように、スライド部材２４がスライド移動し、上記オーバーラップ量Ｌ１が小さく、または、オーバーラップ量が「０」となる。そして、駆動側回転体２０から従動側回転体３０へ伝達される回転力が小さくなり、ウォーターポンプ１０の流量が減少する。この場合、負圧室５０に導入する負圧を大きくするほど、上記オーバーラップ量Ｌ１が小さくなりウォーターポンプ１０の流量が減少していく。そして、スライド部材２４が図２に示す位置まで移動した状態では、上記オーバーラップ量Ｌ１が「０」となり、ウォーターポンプ１０の流量が最小となる。なお、図２に示す状態では、永久磁石２５と誘導リング３２のリング部材３２ｂとの軸方向のオフセット量は「０」になっている。

−実施形態の特徴部分−
この実施形態の特徴部分は、上述したような非接触式（磁力駆動式）の流量可変型のウォーターポンプ１０において、駆動側回転体２０の永久磁石２５を磁力の異なる（磁場の強さが異なる）複数の永久磁石によって構成し、これら複数の永久磁石を、軸方向に沿って磁力の順に段階的に配置した点にある。より詳細には、磁力の弱い（磁場の強さが弱い）永久磁石を上記オーバーラップ量Ｌ１が大きくなる方向側に配置し、磁力の強い（磁場の強さが強い）永久磁石を上記オーバーラップ量Ｌ１が小さくなる方向側に配置したことを特徴としている。以下、この特徴構成について詳しく説明する。

この実施形態では、駆動側回転体２０の永久磁石２５は、２つの永久磁石２５ａ，２５ｂによって構成されている。永久磁石２５ａ，２５ｂは、同じ形状（リング状）に形成され、軸方向に沿って並んで配置されている。永久磁石２５ａ，２５ｂは磁力が異なっている。

磁力の弱い一方の永久磁石２５ａは、上記オーバーラップ量Ｌ１が大きくなる方向側、つまり、軸方向の上記一方側（図１の右方側）に配置されている。言い換えれば、永久磁石２５ａは、スライド部材２４が図２に示す位置まで移動した状態で、誘導リング３２のリング部材３２ｂとの対向部位から近い側に配置されている。このような永久磁石２５ａとしては、例えば、フェライト磁石、アルニコ磁石（Ａｌ−Ｎｉ−Ｃｏ系磁石）などが用いられる。

磁力の強い他方の永久磁石２５ｂは、その反対側である上記オーバーラップ量Ｌ１が小さくなる方向側（図１の左方側）に配置されている。言い換えれば、永久磁石２５ｂは、スライド部材２４が図２に示す位置まで移動した状態で、誘導リング３２のリング部材３２ｂとの対向部位から遠い側に配置されている。このような永久磁石２５ｂとしては、例えば、ネオジム磁石（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石）、サマコバ磁石（Ｓｍ−Ｃｏ系磁石）などが用いられる。

永久磁石２５ａの磁力は、スライド部材２４が図２に示す位置まで移動した状態において、後述する燃費の改善効果が得られる程度にまでウォーターポンプ１０の流量を低減することが可能な強さに設定されている。永久磁石２５ｂの磁力は、スライド部材２４が図２に示す位置まで移動した状態において、その磁力がリング部材３２ｂに対してほとんど伝わらないような強さに設定されている。また、永久磁石２５ａ，２５ｂの磁力は、スライド部材２４が図１に示す位置まで移動した状態において、オーバーヒートを防止可能なウォーターポンプ１０の流量を確保できるような強さに設定されている。

ここで、永久磁石２５ａ，２５ｂの磁力（磁場）は、誘導リング３２のリング部材３２ｂが配置された領域だけに及んでいるのではなく、その周囲の領域へも及んでいる。つまり、磁束漏れが発生しており、永久磁石２５ａ，２５ｂからの磁力線が、永久磁石２５ａ，２５ｂよりも軸方向の外側の領域へ拡がるように発生している。そして、永久磁石２５ａ，２５ｂの磁力が及ぶ領域（磁力線が拡がっている領域）に誘導リング３２のリング部材３２ｂが存在していれば、駆動側回転体２０の回転にともなって誘導リング３２のリング部材３２ｂに誘導電流が発生して、従動側回転体３０へ回転力が伝えられる。

この実施形態では、上述したように、負圧室５０への負圧導入によるスライド部材２４のスライド移動にともなって、上記オーバーラップ量Ｌ１が変化する。言い換えれば、駆動側回転体２０の永久磁石２５ａ，２５ｂと、従動側回転体３０の誘導リング３２のリング部材３２ｂとの軸方向の対向位置が変化する。そして、駆動側磁性体としての永久磁石２５ａ，２５ｂの磁力が、同じではなく異なっているため、次のような作用効果が得られる。

スライド部材２４が、図１に示す位置まで移動した状態では、上記オーバーラップ量Ｌ１が最大であり、永久磁石２５ａ，２５ｂの全体が誘導リング３２のリング部材３２ｂに対向している。この状態では、永久磁石２５ａ，２５ｂの磁力が強く及ぶ領域にリング部材３２ｂが存在している。したがって、永久磁石２５ａ，２５ｂがともに、従動側回転体３０への回転力の伝達に寄与し、ウォーターポンプ１０の駆動に寄与することになる。

これに対し、スライド部材２４が、図２に示す位置まで移動した状態では、上記オーバーラップ量Ｌ１が「０」であり、永久磁石２５ａ，２５ｂが誘導リング３２のリング部材３２ｂに対向していない。この状態では、上述した磁束漏れの影響により、従動側回転体３０へ回転力が伝えられ、ウォーターポンプ１０が駆動する。

この場合、永久磁石２５ａがリング部材３２ｂに近い側にあり、永久磁石２５ｂがリング部材３２ｂから遠い側にあるため、リング部材３２ｂに対しては、永久磁石２５ａの磁力が主に伝わり、永久磁石２５ｂの磁力はほとんど伝わらないようになっている。それに加え、永久磁石２５ａの磁力が弱く設定されているため、リング部材３２ｂに伝わる磁力も小さく抑えられるようになっている。つまり、リング部材３２ｂに対する永久磁石２５ａの磁束漏れの影響が小さく抑えられるようになっている。

したがって、リング部材３２ｂに対する永久磁石２５ａ，２５ｂの磁束漏れの影響を全体として小さく抑えることができる。そして、上記オーバーラップ量Ｌ１が「０」のとき、例えば図３に示すように、駆動側磁性部材として単一の永久磁石を用いた構成に比べて、ウォーターポンプ１０の流量を低減することが可能になる。これにより、燃費の改善を図ることができ、また、冷間時の暖機性能の向上を図ることができる。図３は、ウォーターポンプ１０の回転数（ポンプインペラ３１の回転数）と流量との関係を示している。この図３では、実線Ａ１は、この実施形態の場合の上記オーバーラップ量Ｌ１が最大のとき（図１に示す場合）の関係を示し、実線Ａ２は、この実施形態の場合のオーバーラップ量Ｌ１が「０」のとき（図２に示す場合）の関係を示し、破線Ａ３は、駆動側磁性部材として単一の永久磁石を用いた構成の場合のオーバーラップ量Ｌ１が「０」のときの関係を示している。

そして、この実施形態では、ウォーターポンプ１０の流量を低減させて燃費の改善などを図るために、永久磁石２５と誘導リング３２のリング部材３２ｂとの軸方向のオフセット量を大きく確保する必要がなくなる。したがって、駆動側磁性部材として単一の永久磁石を用いた構成の場合に比べて、ウォーターポンプ１０が軸方向に拡大することを抑制できる。これにより、ウォーターポンプ１０の小型化を図ることができ、搭載性に優れたウォーターポンプ１０を提供できる。以上より、流量可変型のウォーターポンプ１０において、燃費の改善などと小型化との両立を図ることができる。なお、永久磁石２５と誘導リング３２のリング部材３２ｂとの軸方向のオフセット量は、図２に示すように、「０」とすることも可能であるが、永久磁石２５ａ，２５ｂの磁力に応じて、オフセット量を「０」よりも大きい値に設定し、より燃費の改善などを図るようにしてもよい。この場合にも、そのオフセット量を小さく抑えることができ、ウォーターポンプ１０の小型化に貢献できる。

−他の実施形態−
以上、本発明の実施形態について説明したが、ここに示した実施形態はさまざまに変形することが可能である。

（１）駆動側回転体２０から従動側回転体３０への回転の伝達が非接触の状態で可能な構成であれば、駆動側回転体２０、従動側回転体３０、および、隔壁４０の構成部材や、それらの形状、配置箇所等は、上記実施形態の場合だけに限定されず、さまざまに変更することが可能である。

（２）上記オーバーラップ量Ｌ１を変更可能な構成であれば、負圧室５０の構成部材や、それらの形状、配置箇所等は、上記実施形態の場合だけに限定されず、さまざまに変更することが可能である。例えば、上記実施形態の場合とは逆に、負圧室５０に導入する負圧を大きくするほど、上記オーバーラップ量Ｌ１が大きくなるように構成してもよい。

また、エンジンの吸入負圧以外の負圧発生源を利用して、負圧室５０に負圧を導入する構成としてもよい。例えば、バキュームポンプによる負圧を利用することも可能である。また、負圧以外を利用して、オーバーラップ量Ｌ１を変更するように構成してもよい。例えば、負圧の代わりに正圧を利用することができる。また、油圧アクチュエータや、電動アクチュエータ等を利用することも可能である。

また、上記実施形態では、駆動側磁性部材としての永久磁石２５が軸方向にスライド移動する構成としたが、この場合とは逆に、従動側磁性部材としての誘導リング３２を軸方向にスライド移動させる構成としてもよい。

（３）上記実施形態では、駆動側磁性部材として、磁力の異なる２つの永久磁石２５ａ，２５ｂを用いる場合について説明したが、永久磁石の数は２つ以上であれば特に限定されない。この場合、複数の永久磁石を配列する順序を、磁力の弱いものほど上記オーバーラップ量Ｌ１が大きくなる方向側に配置し、磁力の強いものほど上記オーバーラップ量Ｌ１が小さくなる方向側に配置するようにする。

例えば、図４には、駆動側磁性部材としての永久磁石２５’を、磁力の異なる３つの永久磁石２５ｃ，２５ｄ，２５ｅによって構成した場合について示している。なお、図４に示すウォーターポンプ１０’は、駆動側磁性部材としての永久磁石２５’以外の構成は、図１に示すウォーターポンプ１０と同様の構成となっている。

そして、図４に示すウォーターポンプ１０’では、３つの永久磁石２５ｃ，２５ｄ，２５ｅのうち、最も弱い磁力の永久磁石２５ｃは、上記オーバーラップ量Ｌ１が大きくなる方向側（図４の右方側）に配置されている。このような永久磁石２５ｃとしては、例えば、アルニコ磁石、フェライト磁石などを用いることが可能である。３つの永久磁石２５ｃ，２５ｄ，２５ｅのうち、最も強い磁力の永久磁石２５ｅは、上記オーバーラップ量Ｌ１が小さくなる方向側（図４の左方側）に配置されている。このような永久磁石２５ｅとしては、例えば、サマコバ磁石、ネオジム磁石などを用いることが可能である。また、３つの永久磁石２５ｃ，２５ｄ，２５ｅのうち、中間の磁力の永久磁石２５ｄは、上記永久磁石２５ｃ，２５ｅの間に配置されている。このような永久磁石２５ｄとしては、例えば、フェライト磁石、サマコバ磁石などを用いることが可能である。

（４）上記実施形態では、タイミングチェーンケース１２の表面に設けられた凹陥部１２ａによりポンプ渦流室１２ｂを形成した場合について説明したが、エンジンのシリンダブロックを利用してポンプ渦流室を形成するものに対しても本発明は適用可能である。

（５）上記実施形態では、自動車用エンジンに搭載され、エンジンからの駆動力を受けることで作動する車両用ウォーターポンプに本発明を適用した場合について説明した。本発明はこれに限らず、自動車用以外の用途に使用されるウォーターポンプに対しても適用することができる。また、ウォーターポンプの駆動源としてもエンジン（内燃機関）に限定されるものではなく、電動機（電動モータ）から駆動力を受けるものであってもよい。

実施形態に係るウォーターポンプにおいて負圧を作用させていない状態を示す断面図である。 実施形態に係るウォーターポンプにおいて負圧を作用させた状態を示す断面図である。 ウォーターポンプの回転数と流量との関係を示す図である。 他の実施形態に係るウォーターポンプの図１相当図である。 従来のウォーターポンプの駆動側回転体から従動側回転体への回転の伝達に関わる部分を示す断面図である。

符号の説明

１０ ウォーターポンプ
１１ ウォーターポンプハウジング
１２ タイミングチェーンケース
１２ｂ ポンプ渦流室
２０ 駆動側回転体
２５ａ，２５ｂ 永久磁石
３０ 従動側回転体
３１ ポンプインペラ
３２ 誘導リング
３３ 回転支軸
４０ 隔壁
５０ 負圧室

Claims (3)

1. 駆動源からの駆動力が伝達されて回転する駆動側回転体と、ポンプインペラを有し且つ回転支軸によって回転自在に支持された従動側回転体とを備え、上記駆動側回転体に設けられた駆動側磁性部材および上記従動側回転体に設けられた従動側磁性部材のうちの一方の他方に対する回転軸方向の移動により、上記駆動側磁性部材および従動側磁性部材の回転軸方向で互いに重なり合う寸法を変更することによって、上記駆動側回転体から従動側回転体へ伝達される回転力の大きさを変更するように構成されたウォーターポンプにおいて、
   上記駆動側磁性部材は、回転軸方向に沿って配置される磁力の異なる複数の磁石によって構成され、これら複数の磁石は、磁力が弱いものほど、上記従動側磁性部材との回転軸方向で互いに重なり合う寸法が大きくなる方向側に配置されていることを特徴とするウォーターポンプ。
2. 請求項１に記載のウォーターポンプにおいて、
   上記駆動側磁性部材および従動側磁性部材の回転軸方向で互いに重なり合う寸法を変更する変更手段が、上記駆動側回転体および従動側回転体の一方に設けられた負圧室と、この負圧室に導入される負圧に応じて回転軸方向に沿って移動する可動部材とによって構成されており、
   上記可動部材には、上記駆動側磁性部材または従動側磁性部材が取り付けられていることを特徴とするウォーターポンプ。
3. 請求項２に記載のウォーターポンプにおいて、
   上記負圧室には、エンジンの吸気管負圧が導入されることを特徴とするウォーターポンプ。

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