JP2013160072A

JP2013160072A - ウォーターポンプ

Info

Publication number: JP2013160072A
Application number: JP2012020246A
Authority: JP
Inventors: Natsuki Sugiyama; 夏樹杉山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-02-01
Filing date: 2012-02-01
Publication date: 2013-08-19

Abstract

【課題】小型化を図りつつ内燃機関の吸入負圧を利用せずにインペラの回転数を調整することができる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（６０）は、内燃機関（１０）の動力が伝達されて回転するプーリ（１００）と、回転することで内燃機関の冷媒を圧送するインペラ（１１０）と、プーリの内部に配置されてプーリと一体となって回転するモータ（１２０）と、プーリの内部に配置され、モータの出力軸（１２１）の回転をインペラ回転軸（１１１）に伝達する回転伝達機構（１３０）と、を備え、回転伝達機構は、モータの出力軸に接続したウォームギヤ（１３１）と、ウォームギヤに噛み合うウォームホイール（１３２）と、ウォームホイールの回転をインペラ回転軸に伝達する歯車機構（１３３）と、を備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、ウォーターポンプ、特に内燃機関に用いられるウォーターポンプに関する。

従来、内燃機関において、内燃機関の冷媒を内燃機関に圧送するためにウォーターポンプが用いられている。ウォーターポンプは、内燃機関の動力が伝達されて回転するプーリの回転をインペラに伝達することでインペラを回転させて、内燃機関の冷媒を圧送している。このようなウォーターポンプは、ウォーターポンプの搭載性の観点から小型であることが好ましい。そこで特許文献１には、プーリの回転をインペラへ伝達する機構として、磁石による磁力を利用した機構を採用することでウォーターポンプの小型化を図る技術が開示されている。さらに特許文献１に係るウォーターポンプは、内燃機関の吸入負圧を利用して磁石を移動させることでインペラの単位時間当たりの回転数（以下、本願において回転数とは単位時間当たりの回転数をいうものとする）を調整し、以って冷媒の圧送量を調整している。

国際公開ＷＯ２００８／０７８７７４号公報

ところで、内燃機関の吸入負圧は内燃機関の運転状態に応じて変動する。そのため、特許文献１に係る技術では、内燃機関の運転状態によっては吸入負圧を利用してウォーターポンプのインペラの回転数を調整することが困難になる場合がある。

本発明は、小型化を図りつつ内燃機関の吸入負圧を利用せずにインペラの回転数を調整することができるウォーターポンプを提供することを目的とする。

本発明に係るウォーターポンプは、内燃機関の動力が伝達されて回転するプーリと、回転することで前記内燃機関の冷媒を圧送するインペラと、前記プーリの内部に配置されて前記プーリと一体となって回転するモータと、前記プーリの内部に配置され、前記モータの出力軸の回転を前記インペラの回転軸であるインペラ回転軸に伝達する回転伝達機構と、を備え、前記回転伝達機構は、前記モータの前記出力軸に接続したウォームギヤと、前記ウォームギヤに噛み合うウォームホイールと、前記ウォームホイールの回転を前記インペラ回転軸に伝達する歯車機構と、を備えている。

本発明に係るウォーターポンプによれば、モータおよび回転伝達機構がプーリの内部に配置されていることから、ウォーターポンプの小型化を図ることができる。また、ウォーターポンプによれば、プーリの回転を、プーリと一体となって回転するモータ、モータの出力軸、ウォームギヤ、ウォームホイール、歯車機構、インペラ回転軸およびインペラの順に伝達させることができる。ここで、ウォームギヤおよびウォームホイールは、ウォームギヤ側からウォームホイール側への動力伝達は許容するが、ウォームホイール側からウォームギヤ側への動力伝達は禁止するという性質を有している。したがって、本発明に係るウォーターポンプによれば、モータの駆動が停止してモータの出力軸の回転が停止した状態において、インペラが冷媒から受ける反力によってインペラがプーリに対して相対的に回転することを抑制することができる。それにより、本発明に係るウォーターポンプによれば、モータの駆動が停止してモータの出力軸の回転が停止した場合には、インペラをプーリの回転方向と同じ方向に、プーリと同じ回転数で回転させることができる。また、モータが駆動してモータの出力軸が回転した場合には、インペラをプーリに対して相対的に回転させることができる。その結果、モータの出力軸の回転数を調整することで、インペラの回転数を調整することができる。よって、本発明に係るウォーターポンプによれば、小型化を図りつつ内燃機関の吸入負圧を利用せずにインペラの回転数を調整することができる。

上記構成において、前記歯車機構は、前記ウォームホイールに噛み合うとともに前記インペラ回転軸と一体となって回転するように前記インペラ回転軸に接続されたギヤを備えていてもよい。

この構成によれば、例えば歯車機構として、このようなギヤにさらにスパーギヤを組み合わせたもの、遊星歯車機構を備えたもの等を用いる場合に比較して、少ない部品点数でインペラの回転数を調整することができる。それにより、ウォーターポンプの小型化を効果的に実現することができる。

上記構成において、前記回転伝達機構は、前記モータが駆動して前記モータの前記出力軸が一方向に回転した場合において、前記インペラ回転軸が前記プーリの回転方向とは反対方向に回転するように前記モータの前記出力軸の回転を前記インペラ回転軸に伝達してもよい。

この構成によれば、モータが駆動してモータの出力軸が一方向に回転した場合には、インペラをプーリの回転方向とは反対方向に回転させることができる。その結果、インペラの回転数をプーリの回転数に対して減少させることができる。またモータの出力軸の回転数を上げるほど、インペラの回転数のプーリの回転数に対する減少量を大きくすることができる。

上記構成は、前記内燃機関の前記冷媒の温度に基づいて、前記モータの前記出力軸の回転数を制御する制御装置をさらに備えていてもよい。この構成によれば、内燃機関の冷媒の温度に応じてインペラによる冷媒の圧送量を制御することができる。

本発明によれば、小型化を図りつつ内燃機関の吸入負圧を利用せずにインペラの回転数を調整することができるウォーターポンプを提供することができる。

図１は実施例１に係る内燃機関システムを示す模式図である。図２（ａ）および図２（ｂ）は、実施例１に係るウォーターポンプを示す模式図である。図３は、モータの出力軸が一方向に回転した場合における実施例１に係るウォーターポンプを示す模式図である。図４は、実施例１に係る制御装置がモータを制御する際のフローチャートの一例を示す図である。図５（ａ）は、図４のフローチャートが実行された場合における冷媒温度の時間変化を模式的に示すグラフである。図５（ｂ）は、実施例１に係るウォーターポンプにおける内燃機関の始動開始からの経過時間と冷媒温度とプーリ回転数とモータ回転数とインペラ回転数とインペラによる冷媒圧送量との関係の一例を、具体的な数値を例に挙げて示した表である。図６は、実施例２に係るウォーターポンプを示す模式図である。図７は、実施例３に係るウォーターポンプを示す模式図である。

以下、本発明を実施するための形態を説明する。

本発明の実施例１に係るウォーターポンプ６０について説明する。まず、ウォーターポンプ６０が用いられる内燃機関システム５の全体構成について説明し、次いでウォーターポンプ６０の詳細について説明する。図１は、内燃機関システム５を示す模式図である。内燃機関システム５の使用用途は特に限定されるものではないが、本実施例に係る内燃機関システム５は、一例として車両に搭載されて用いられるものとする。内燃機関システム５は、内燃機関１０と、冷媒が通過する通路である冷媒通路３０およびバイパス通路３５と、ラジエータ４０と、三方弁５０と、ウォーターポンプ６０と、各種センサ（クランクポジションセンサ７０、温度センサ７１等）と、制御装置８０とを備えている。

本実施例に係る内燃機関１０は、一例としてガソリンエンジンを用いる。但し内燃機関１０の種類は、これに限定されるものではない。例えば内燃機関１０は、ディーゼルエンジンその他のエンジンであってもよい。内燃機関１０は、シリンダブロック１１と、シリンダヘッド１２と、ピストン１３と、吸気弁１４と、排気弁１５と、コンロッド１６と、クランクシャフト１７と、クランクプーリ１８と、ベルト１９とを備えている。シリンダブロック１１には気筒が形成されている。本実施例に係る気筒の数は一つである。但し、気筒の数はこれに限定されるものではなく、複数であってもよい。

シリンダヘッド１２は、シリンダブロック１１の上方に配置されている。ピストン１３は、気筒に配置されている。シリンダブロック１１とシリンダヘッド１２とピストン１３とによって囲まれた領域に、燃焼室２０が形成されている。燃焼室２０は、混合気（空気と内燃機関１０の燃料噴射弁から噴射された燃料とが混合した気体）が燃焼するための空間である。シリンダヘッド１２には、燃焼室２０に導入される吸気が通過する穴である吸気ポートと、燃焼室２０から排出される排気が通過する穴である排気ポートとが形成されている。吸気弁１４は吸気ポートを開閉する弁である。排気弁１５は排気ポートを開閉する弁である。なお、本実施例における上方および下方は、必ずしも重力方向における上方および下方と一致している必要はない。例えば、本実施例における上方および下方は水平方向であってもよい。

またシリンダブロック１１およびシリンダヘッド１２には、ウォータージャケット２１が形成されている。ウォータージャケット２１は、内燃機関１０内に形成された冷媒通路である。冷媒の種類は、内燃機関１０を冷却可能な液体であれば、特に限定されるものではない。冷媒として、水、ＬＬＣ（Ｌｏｎｇ−ＬｉｆｅＣｏｏｌａｎｔ）等を用いることができる。本実施例においては、冷媒としてＬＬＣを用いる。

コンロッド１６は、ピストン１３とクランクシャフト１７とを連結している。具体的には、コンロッド１６は、ピストン１３が気筒内を上下動した場合にクランクシャフト１７が一方向に回転するように、ピストン１３とクランクシャフト１７とを連結している。クランクプーリ１８は、クランクシャフト１７と一体となって回転するように、クランクシャフト１７に接続されている。

ベルト１９は、内燃機関１０の動力をウォーターポンプ６０に伝達する部材である。本実施例に係るベルト１９は、内燃機関１０のクランクプーリ１８とウォーターポンプ６０の後述するプーリ１００とに巻き掛けられている。このようにしてベルト１９は、内燃機関１０の動力をウォーターポンプ６０のプーリ１００に伝達している。すなわちベルト１９は、内燃機関１０の動力をウォーターポンプ６０のプーリ１００に伝達する動力伝達手段としての機能を有している。なお、内燃機関１０の動力をウォーターポンプ６０に伝達できるものであれば、動力伝達手段は、ベルト１９以外の部材であってもよい。例えば動力伝達手段は、チェーンであってもよい。

冷媒通路３０は、冷媒が内燃機関１０（具体的には内燃機関１０のウォータージャケット２１）とウォーターポンプ６０との間を循環するための通路である。バイパス通路３５は、内燃機関１０を経由した冷媒をラジエータ４０をバイパスさせるための通路である。本実施例に係るバイパス通路３５は、冷媒通路３０のラジエータ４０よりも冷媒の流動方向上流側とラジエータ４０よりも冷媒の流動方向下流側とを連通している。ラジエータ４０は、ラジエータ４０に導入された冷媒の熱を放熱させる装置である。ラジエータ４０を通過することで冷媒の温度は低下する。

三方弁５０は、制御装置８０によって制御されることで、冷媒の流動先をラジエータ４０とバイパス通路３５との間で切り替えている。本実施例に係る三方弁５０は、バイパス通路３５の冷媒通路３０への接続点のうち上流側の接続点に配置されているが、これに限定されるものではない。例えば三方弁５０は、バイパス通路３５の冷媒通路３０への接続点のうち、下流側の接続点に配置されていてもよい。

制御装置８０がバイパス通路３５が開になるように三方弁５０を制御した場合、内燃機関１０を経由後の冷媒はラジエータ４０をバイパスして通過する。制御装置８０がバイパス通路３５が閉になるように三方弁５０を制御した場合、内燃機関１０を経由後の冷媒はラジエータ４０を通過する。すなわち、本実施例に係るバイパス通路３５および三方弁５０は、内燃機関１０を経由後の冷媒をラジエータ４０をバイパスさせて通過させるバイパス手段としての機能を有している。また三方弁５０は、バイパス通路３５を開閉する開閉手段としての機能も有している。このような機能を有するものであれば、バイパス手段および開閉手段は、上述した構成に限定されるものではない。例えば内燃機関システム５は、三方弁５０を備える構成に代えて、または三方弁５０を備える構成とともに、バイパス通路３５に開閉弁を備える構成を採用してもよい。この場合、制御装置８０は開閉弁を制御することでバイパス通路３５を開閉する。この構成の場合、開閉弁が開閉手段としての機能を有することになる。

ウォーターポンプ６０は、内燃機関１０の冷媒を圧送する装置である。具体的には、本実施例に係るウォーターポンプ６０は、ウォーターポンプ６０の後述するインペラ１１０が冷媒通路３０に配置されており、ウォーターポンプ６０は、インペラ１１０が回転することによって冷媒通路３０の冷媒を圧送している。本実施例に係るウォーターポンプ６０は、冷媒通路３０のラジエータ４０よりも冷媒の流動方向下流側且つ内燃機関１０よりも冷媒の流動方向上流側に配置されている。より具体的にはウォーターポンプ６０は、冷媒通路３０のラジエータ４０よりも冷媒の流動方向下流側であってバイパス通路３５の冷媒通路３０への接続点よりもさらに冷媒の流動方向下流側、且つ内燃機関１０よりも冷媒の流動方向上流側に配置されている。但し、ウォーターポンプ６０の冷媒通路３０への配置箇所はこれに限定されるものではない。例えばウォーターポンプ６０は、冷媒通路３０の内燃機関１０よりも冷媒の流動方向下流側且つラジエータ４０よりも冷媒の流動方向上流側に配置されていてもよい。

ウォーターポンプ６０のインペラ１１０が回転した場合、ウォーターポンプ６０から圧送された冷媒は、冷媒通路３０を通過してウォータージャケット２１に流入する。冷媒は、ウォータージャケット２１を通過する際に内燃機関１０の熱を吸収する。それにより冷媒は、内燃機関１０を冷却する。ウォータージャケット２１を通過した冷媒は、制御装置８０が三方弁５０を制御することでバイパス通路３５が閉にされた場合、冷媒通路３０を通過してラジエータ４０に流入し、ラジエータ４０において熱を放熱して冷却され、再びウォーターポンプ６０によって内燃機関１０に圧送される。一方、制御装置８０が三方弁５０を制御することでバイパス通路３５が開にされた場合、ウォータージャケット２１を通過した冷媒は、ラジエータ４０をバイパスして流動し、その後ウォーターポンプ６０によって内燃機関１０に圧送される。このように冷媒は、内燃機関システム５内を流通しながら内燃機関１０を冷却している。

各種センサは、制御装置８０の制御に必要な情報を検出するセンサである。図１においては、各種センサの一例として、クランクポジションセンサ７０および温度センサ７１が図示されている。なお図１において図示はされていないが、内燃機関システム５は、内燃機関１０が搭載された車両に搭載されたアクセルの開度（以下、アクセル開度と称する場合がある）を検出するアクセルポジションセンサも備えている。

クランクポジションセンサ７０は、クランクシャフト１７の位置を検出し、検出結果を制御装置８０に伝える。それより、制御装置８０は内燃機関１０のクランク角を取得する。また制御装置８０は、クランクポジションセンサ７０の検出結果に基づいて内燃機関１０のクランクシャフト１７の回転数（以下、内燃機関１０のクランクシャフト１７の回転数を内燃機関１０の回転数と称する場合がある）を取得する。すなわち、クランクポジションセンサ７０は、内燃機関１０の回転数を検出する回転数検出手段としての機能を有している。但し、内燃機関１０の回転数を検出可能なものであれば、回転数検出手段はクランクポジションセンサ７０に限定されるものではない。なお、本実施例および後述する実施例２および実施例３において、回転数とは単位時間当たりの回転数、具体的には一分間当たりの回転数（ｒｐｍ）をいう。

温度センサ７１は、内燃機関１０の冷媒の温度（以下、冷媒温度と称する場合がある）を検出して、検出結果を制御装置８０に伝える。すなわち温度センサ７１は、冷媒温度を検出する温度検出手段としての機能を有している。本実施例に係る温度センサ７１は、一例として内燃機関１０のウォータージャケット２１の冷媒温度を検出している。但し、温度センサ７１の冷媒温度検出箇所は、これに限定されるものではない。例えば温度センサ７１は、冷媒通路３０の冷媒温度を検出してもよい。また制御装置８０は、温度センサ７１の検出結果に基づいて冷媒温度を取得する手法に代えて、冷媒温度と相関を有する指標に基づいて冷媒温度を推定することで、冷媒温度を取得してもよい。冷媒温度と相関を有する指標としては、例えば内燃機関１０の負荷（具体的には、内燃機関１０の燃料噴射量、内燃機関１０の回転数、アクセル開度、吸入空気量等）を用いることができる。

制御装置８０は、各種センサの検出結果に基づいて内燃機関１０、三方弁５０およびウォーターポンプ６０を制御する制御部と、制御部の動作に必要な情報を記憶する記憶部とを有している。制御装置８０として、電子制御装置（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）を用いることができる。本実施例においては、制御装置８０の一例として、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）８１、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）８２およびＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）８３を備える電子制御装置を用いる。制御部の機能は、ＣＰＵ８１によって実現される。記憶部の機能は、ＲＯＭ８２およびＲＡＭ８３によって実現される。

制御装置８０の制御部は、クランクポジションセンサ７０およびアクセルポジションセンサの検出結果に基づいて、内燃機関１０の運転状態を制御する。具体的には制御部は、クランクポジションセンサ７０の検出結果に基づいて取得したクランク角に基づいて、所定のタイミングで内燃機関１０に燃料が噴射されるように燃料噴射手段（例えば燃料噴射弁）を制御することで、内燃機関１０の運転状態を制御している。また制御部は、アクセルポジションセンサの検出結果に基づいて取得したアクセル開度に基づいて、内燃機関１０に要求される負荷を取得し、取得した要求負荷に応じて内燃機関１０の燃料噴射量、内燃機関１０への吸入空気量等を制御することで内燃機関１０の運転状態を制御している。

また制御部は、温度センサ７１の検出結果に基づいて取得した冷媒温度に基づいて三方弁５０を制御する。具体的には制御部は、冷媒温度が所定の基準温度より低い場合、バイパス通路３５が開になるように三方弁５０を制御し、冷媒温度が基準温度以上の場合、バイパス通路３５が閉になるように三方弁５０を制御する。本実施例においては、この基準温度として、後述する図４のステップＳ６で用いられる第２温度を用いるものとする。この場合、制御部は、冷媒温度が第２温度より低い場合、バイパス通路３５が開になるように三方弁５０を制御することで、冷媒通路３０の冷媒をラジエータ４０をバイパスさせて流動させ、冷媒温度が第２温度以上の場合にバイパス通路３５が閉になるように三方弁５０を制御することで、冷媒通路３０の冷媒をラジエータ４０を通過させる。なお、制御部によるウォーターポンプ６０の制御の詳細は後述する。

続いてウォーターポンプ６０の詳細について説明する。図２（ａ）および図２（ｂ）は、ウォーターポンプ６０を示す模式図である。図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、ウォーターポンプ６０は、内燃機関１０の動力が伝達されて回転するプーリ１００と、回転することで内燃機関１０の冷媒を圧送するインペラ１１０と、プーリ１００の内部に配置されてプーリ１００と一体となって回転するモータ１２０と、プーリ１００の内部に配置され、モータ１２０の出力軸１２１の回転をインペラ１１０の回転軸であるインペラ回転軸１１１に伝達する回転伝達機構１３０とを備えている。なお図２（ａ）は、ウォーターポンプ６０をインペラ１１０の軸方向とは垂直な方向から視認した模式図となっており、図２（ｂ）はウォーターポンプ６０のプーリ１００の内部をインペラ１１０側から視認した模式図となっている。

また回転伝達機構１３０は、モータ１２０の出力軸１２１に接続したウォームギヤ１３１と、ウォームギヤ１３１に噛み合うウォームホイール１３２と、ウォームホイール１３２の回転をインペラ回転軸１１１に伝達する歯車機構とを備えている。本実施例において歯車機構は、ギヤ１３３である。また、ウォーターポンプ６０は、モータ１２０に電気を供給する給電装置（後述するスリップリング１４０、ブラシ１４１、ハウジング１４２、スリップリング電線１４３およびモータ電線１４４）を備えている。なお、図２（ａ）および図２（ｂ）において、モータ１２０の出力軸１２１の回転は停止されている。また各構成部材の理解を容易にするために、図２（ａ）において、モータ１２０、出力軸１２１およびウォームホイール１３２は点線で図示されている。

プーリ１００の具体的な構成は、内燃機関１０の動力が伝達されて回転可能であり且つ内部にモータ１２０および回転伝達機構１３０を配備可能な構成であれば、特に限定されるものではない。本実施例に係るプーリ１００は、一例として、円板１０１ａと円板１０１ｂとが円筒形状の側板１０２によって接続された構成を有している。なお円板１０１ａは、円板１０１ｂよりもインペラ１１０側に配置されている。このような構成を備えることにより、プーリ１００は、プーリ１００の内部（円板１０１ａと円板１０１ｂと側板１０２とによって区画された空間）にモータ１２０および回転伝達機構１３０を配備している。またプーリ１００は、プーリ１００の側板１０２の外周側面にベルト１９が巻き掛けられ、このベルト１９を介して内燃機関１０の動力が伝達されることで回転する。なお図２（ｂ）に示すように、インペラ１１０側からプーリ１００を視認した場合、本実施例に係るプーリ１００の回転方向は、反時計回りの方向となっている。

またプーリ１００は、プーリ１００の内部に回転軸１０３を備えている。回転軸１０３は、その軸方向がインペラ回転軸１１１と同じ方向に延伸するように、円板１０１ａと円板１０１ｂとに接続されている。回転軸１０３はウォームホイール１３２を軸支している。それにより回転軸１０３は、ウォームホイール１３２の回転軸としての機能を有している。

インペラ１１０は、インペラ回転軸１１１の一端に接続された羽根である。図１において前述したように、インペラ１１０は冷媒通路３０内に配置されている。インペラ１１０は、インペラ回転軸１１１が回転することで回転する。インペラ１１０が回転することで、インペラ１１０は、冷媒通路３０の冷媒を圧送する。

モータ１２０は、給電装置から電気を供給されることで回転する電動モータである。モータ１２０の種類は特に限定されるものではないが、本実施例においてはモータ１２０として、ＤＣブラシレスモータを用いる。また本実施例に係るモータ１２０は、一例として、プーリ１００の円板１０１ａのインペラ１１０とは反対側の面に固定されている。このようにして本実施例に係るモータ１２０は、プーリ１００と一体となって回転するようにプーリ１００の内部に配置されている。但し、モータ１２０のプーリ１００内部における配置箇所は、これに限定されるものではない。例えばモータ１２０は、円板１０１ｂのインペラ１１０側の面に固定されていてもよい。

本実施例に係るウォームギヤ１３１は、モータ１２０の出力軸１２１と一体となって回転するようにモータ１２０の出力軸１２１に接続している。但し、ウォームギヤ１３１の出力軸１２１への接続態様は、出力軸１２１が回転した場合にウォームギヤ１３１が回転するような接続態様であれば、このようにウォームギヤ１３１が出力軸１２１に直接的に接続された構成に限定されるものではない。例えば、ウォームギヤ１３１は出力軸１２１に間接的に接続されていてもよい。

ウォームギヤ１３１が出力軸１２１に間接的に接続された構成の一例として、回転伝達機構１３０は、出力軸１２１に第１の歯車（例えばスパーギヤ）を備え、ウォームギヤ１３１は回転軸（ウォームギヤ回転軸と称する）を備え、ウォームギヤ回転軸は第１の歯車に噛み合う第２の歯車（例えばスパーギヤ）を備えた構成を採用することができる。この場合、ウォームギヤ１３１は、ウォーム回転軸、第２の歯車および第１の歯車を介して間接的に出力軸１２１に接続されることになる。この場合にも、出力軸１２１の回転を第１の歯車、第２の歯車、ウォームギヤ回転軸およびウォームギヤ１３１の順に伝達することができ、それにより出力軸１２１が回転した場合にウォームギヤ１３１は回転することができる。但し、本実施例のようにウォームギヤ１３１を出力軸１２１に直接的に接続した構成の方が、間接的に接続した構成に比較して、回転伝達機構１３０の部品点数を少なくできる点で好ましい。

ウォームホイール１３２は、ウォームギヤ１３１に噛み合うようにプーリ１００の内部に配置されている。具体的にはウォームホイール１３２は、ウォームギヤ１３１に噛み合うとともに、回転軸１０３によって軸支されるようにしてプーリ１００の内部に配置されている。ギヤ１３３は、ウォームホイール１３２に噛み合うとともにインペラ回転軸１１１と一体となって回転するようにインペラ回転軸１１１に接続されている。それによりギヤ１３３は、ウォームホイール１３２の回転をインペラ回転軸１１１に伝達している。ギヤ１３３の種類は特に限定されるものではないが、本実施例においてはギヤ１３３として、ピニオンギヤを用いる。

本実施例に係るウォーターポンプ６０によれば、プーリ１００の回転を、プーリ１００と一体となって回転するモータ１２０、モータ１２０の出力軸１２１、ウォームギヤ１３１、ウォームホイール１３２、ギヤ１３３、インペラ回転軸１１１およびインペラ１１０の順に伝達させることができる。ここで、ウォームギヤ１３１およびウォームホイール１３２は、ウォームギヤ１３１側からウォームホイール１３２側への動力伝達は許容するが、ウォームホイール１３２側からウォームギヤ１３１側への動力伝達は禁止するという性質を有している。したがってウォーターポンプ６０によれば、図２（ｂ）に示すように、モータ１２０の駆動が停止してモータ１２０の出力軸１２１の回転が停止した状態において、インペラ１１０が冷媒から受ける反力によってインペラ１１０がプーリ１００に対して相対的に回転することを抑制することができる。それにより、ウォーターポンプ６０によれば、モータ１２０の駆動が停止してモータ１２０の出力軸１２１の回転が停止した場合には、インペラ１１０をプーリ１００の回転方向と同じ方向に、プーリ１００と同じ回転数で回転させることができる。

図３は、モータ１２０の出力軸１２１が一方向に回転した場合におけるウォーターポンプ６０を示す模式図である。ここで、本実施例に係る回転伝達機構１３０は、モータ１２０が駆動してモータ１２０の出力軸１２１が一方向に回転した場合において、インペラ回転軸１１１がプーリ１００の回転方向とは反対方向に回転するように出力軸１２１の回転をインペラ回転軸１１１に伝達している。

具体的には本実施例に係る回転伝達機構１３０は、ウォームギヤ１３１およびウォームホイール１３２の歯の傾斜角度が調整されることで、モータ１２０の出力軸１２１が一方向に回転した場合においてインペラ回転軸１１１がプーリ１００の回転方向とは反対方向に回転するように出力軸１２１の回転をインペラ回転軸１１１に伝達している。より具体的には、本実施例に係るモータ１２０の出力軸１２１の回転方向である一方向は、出力軸１２１をモータ１２０側から視認した場合に、反時計回りの方向である。また前述したようにプーリ１００の回転方向は、プーリ１００をインペラ１１０側から視認した場合、反時計回りの方向である。この場合、出力軸１２１が一方向に回転してウォームギヤ１３１が一方向に回転した場合に、ウォームホイール１３２が回転軸１０３の回りをインペラ１１０側から視認して反時計方向に回転するように、ウォームギヤ１３１の歯の傾斜角度およびウォームギヤ１３１の歯の傾斜角度が設定されている。この構成により、モータ１２０の出力軸１２１が一方向に回転した場合において、インペラ回転軸１１１はプーリ１００の回転方向とは反対方向に回転することができる。

図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、本実施例に係る給電装置は、電気を供給する側の端子である給電端子と、電気を受電する側の端子である受電端子とが摺接することで、給電端子側から受電端子側へ電気を伝導する給電装置である。このような給電装置の一例として本実施例においては、スリップリングシステムを用いている。この場合、給電装置は、給電端子であるスリップリング１４０と、受電端子であるブラシ１４１と、スリップリング１４０を支持するハウジング１４２と、スリップリング１４０に電気を伝導するスリップリング電線１４３と、ブラシ１４１からモータ１２０へ電気を伝導するモータ電線１４４とを備えている。

ブラシ１４１は、プーリ１００と一体となって回転するように、プーリ１００の外側に配置されている。具体的にはブラシ１４１は、プーリ１００の円板１０１ａの外側、すなわち円板１０１ａのインペラ１１０側の面に固定されている。またブラシ１４１は、インペラ回転軸１１１との間に所定間隔を有するようにして、インペラ回転軸１１１の周囲を囲むように配置されている。それによりブラシ１４１がインペラ回転軸１１１に接触することが抑制されている。プーリ１００が回転した場合、ブラシ１４１はプーリ１００とともに回転しながらスリップリング１４０に摺接することで、スリップリング１４０から電気を受け取る。

スリップリング１４０は、環状電路構造を有しており、スリップリング電線１４３から伝導した電気をブラシ１４１に供給する。なお、プーリ１００が回転した場合であっても、スリップリング１４０およびハウジング１４２は回転しない。スリップリング電線１４３は、スリップリング電線１４３に電気を供給する電気供給装置（図示せず）に接続されている。電気供給装置の動作は、制御装置８０が制御する。

具体的には制御装置８０の制御部は、電気供給装置を制御することで、スリップリング１４０への電気供給量を制御し、それによりモータ１２０への電気供給量を制御している。このようにして制御部は、モータ１２０の出力軸１２１の回転開始、回転停止および回転数の増減等、モータ１２０の運転状態を制御している。なお、制御部の電気供給装置の制御によるモータ１２０の出力軸１２１の具体的な制御手法は、リニア制御手法、ＰＷＭ制御手法等、公知のモータ回転数制御手法を応用できるため、詳細な説明は省略する。また給電装置の構成は、プーリ１００のような回転体とともに回転するモータ１２０に回転体の外部から電気を給電可能な装置であれば、本実施例に係るスリップリングシステムに限定されるものではない。

本実施例に係るウォーターポンプ６０によれば、モータ１２０および回転伝達機構１３０（ウォームギヤ１３１、ウォームホイール１３２およびギヤ１３３）がプーリ１００の内部に配置されていることから、モータ１２０または回転伝達機構１３０がプーリ１００の外部に配置されている場合に比較して、ウォーターポンプ６０の小型化を図ることができる。具体的には、モータ１２０および回転伝達機構１３０がプーリ１００の内部に配置されていることから、モータ１２０または回転伝達機構１３０が例えばウォーターポンプ６０の外部であってインペラ回転軸１１１方向に配置されている場合に比較して、ウォーターポンプ６０のインペラ回転軸１１１方向の長さを小さくすることができる。それにより、ウォーターポンプ６０の小型化を図ることができる。

またウォーターポンプ６０によれば、モータ１２０の駆動が停止してモータ１２０の出力軸１２１の回転が停止した状態においては（図２（ｂ））、インペラ１１０をプーリ１００の回転方向と同じ方向に、プーリ１００と同じ回転数で回転させることができる。また、モータ１２０が駆動してモータ１２０の出力軸１２１が回転した場合には（図３）、インペラ１１０をプーリ１００に対して相対的に回転させることができる。したがって、モータ１２０の出力軸１２１の回転数を調整することで、インペラ１１０の回転数を調整することができる。

よって、ウォーターポンプ６０によれば、小型化を図りつつ内燃機関１０の吸入負圧を利用せずにインペラ１１０の回転数を調整することができる。内燃機関１０の吸入負圧を利用せずにインペラ１１０の回転数を調整できることで、内燃機関１０の運転状態が吸入負圧を利用してインペラ１１０の回転数を調整することが困難になる場合であっても、インペラ１１０の回転数を調整することができる。それにより、内燃機関１０の運転状態にかかわらず、インペラ１１０の回転数を調整することができる。またウォーターポンプ６０の小型化が図れることによって、ウォーターポンプ６０の内燃機関１０および車両への搭載の自由度を大きくすることができ、その結果、内燃機関１０および車両への搭載性を向上させることができる。

また、図３において説明したように本実施例に係る回転伝達機構１３０は、モータ１２０が駆動してモータ１２０の出力軸１２１が一方向に回転した場合において、インペラ回転軸１１１がプーリ１００の回転方向とは反対方向に回転するように出力軸１２１の回転をインペラ回転軸１１１に伝達していることから、モータ１２０が駆動してモータ１２０の出力軸１２１が一方向に回転した場合には、インペラ１１０をプーリ１００の回転方向とは反対方向に回転させることができる。その結果、インペラ１１０の回転数をプーリ１００の回転数に対して減少させることができる。またモータ１２０の出力軸１２１の回転数を上げるほど、インペラ１１０の回転数のプーリ１００の回転数に対する減少量を大きくすることができる。

またウォーターポンプ６０によれば、制御装置８０がモータ１２０の出力軸１２１の回転数を無段階に制御（段階的に制御するのではなく、連続的に制御するということ）することで、インペラ１１０のプーリ１００に対する回転数を無段階に変更することができる。この場合、ウォーターポンプ６０は、無段階可変容量ウォーターポンプとして機能することができる。またウォーターポンプ６０によれば、仮にモータ１２０が故障してモータ１２０の回転が不能となった場合であっても、インペラ１１０を回転させることができるため、モータ１２０が故障した場合であっても、内燃機関１０に冷媒を圧送し続けることができる。それにより、モータ１２０が故障した場合に内燃機関１０への冷媒圧送が停止して内燃機関１０が故障に至ることを抑制することができる。

また、モータ１２０としてＤＣブラシレスモータを用いていることから、モータ１２０がブラシレスモータでない場合に比較してモータ１２０の寿命を向上させることができる。またモータ１２０がＤＣモータであることにより、モータ１２０の出力軸１２１の回転数を検出するためのセンサを別途設けることなく、モータ１２０への通電量を制御することでモータ１２０の出力軸１２１の回転数を制御することができる。その結果、ウォーターポンプ６０はモータ１２０の出力軸１２１の回転数を検出するセンサまたはインペラ１１０の回転数を検出するセンサを別途備えることなく、モータ１２０の出力軸１２１の回転数を制御してインペラ１１０の回転数を制御することができる。それにより、ウォーターポンプ６０のコストを低減させることができる。また、モータ１２０の駆動に必要なトルクは、ウォームギヤ１３１、ウォームホイール１３２およびギヤ１３３の摩擦力に打ち勝つのに必要なトルクで足りる。その結果、モータ１２０として最大出力の小さなモータを用いることができる。それにより、モータ１２０の大きさを小さくすることができ、またモータ１２０のコストを低く抑えることができる。その結果、ウォーターポンプ６０の小型化およびコスト低減を図ることができる。

さらにウォーターポンプ６０によれば、ウォームホイール１３２の回転をインペラ回転軸１１１に伝達する歯車機構として、ギヤ１３３を用いていることから、歯車機構として、ギヤ１３３にさらにスパーギヤを組み合わせたもの、遊星歯車機構を備えたもの等を用いる場合に比較して、少ない部品点数でインペラ１１０の回転数を制御することができる。それにより、ウォーターポンプの小型化を効果的に実現することができる。

続いて制御装置８０によるウォーターポンプ６０の制御の詳細について説明する。本実施例に係る制御装置８０の制御部は、内燃機関１０の冷媒の温度に基づいてモータ１２０の出力軸１２１の回転数（以下、これをモータ１２０の回転数と略称する場合がある）を制御する。この制御装置８０によるモータ１２０の制御をフローチャートを用いてさらに詳細に説明する。

図４は、制御装置８０がモータ１２０を制御する際のフローチャートの一例を示す図である。制御装置８０の制御部は、図４のフローチャートを所定時間毎に繰り返し実行する。なお、図４のフローチャートのスタート時点において、バイパス通路３５が開になるように三方弁５０が制御され、その結果、冷媒通路３０の冷媒はラジエータ４０をバイパスして流通しているものとする。

まず制御部は、冷媒温度およびプーリ１００の回転数を取得する（ステップＳ１）。本実施例に係る制御部は、冷媒温度を、温度センサ７１の検出結果に基づいて取得する。また制御部は、プーリ１００の回転数を、クランクポジションセンサ７０の検出結果に基づいて取得したクランクシャフト１７の回転数に基づいて取得する。具体的には制御装置８０の記憶部は、クランクシャフト１７とプーリ１００との減速比を予め記憶しておき、制御部は、クランクポジションセンサ７０の検出結果に基づいて取得したクランクシャフト１７の回転数と記憶部の減速比とを用いてプーリ１００の回転数を算出することで、プーリ１００の回転数を取得する。

次いで制御部は、ステップＳ１で取得した冷媒温度が所定の温度（以下、第１温度と称する）より低いか否かを判定する（ステップＳ２）。第１温度の値は特に限定されるものではないが、本実施例においては、第１温度として、内燃機関１０の暖機が終了していない状態（すなわち暖機中）における冷媒の温度を用いる。この第１温度は、予め適当な値を記憶部に記憶させておく。制御部はステップＳ１で取得した冷媒温度と記憶部の第１温度とを比較することで、ステップＳ２を実行する。

ステップＳ２において冷媒温度が第１温度より低いと判定された場合、制御部は極低速回転が必要か否かを判定する（ステップＳ３）。極低速回転とは、インペラ１１０によって僅かな量（以下、極少量流量と称する）の冷媒を圧送できるインペラ１１０の回転数をいう。この極少量流量の冷媒が圧送されることで、内燃機関１０に局所沸騰が生じることを効果的に抑制することができる。本実施例においては、インペラ１１０の極低速回転時におけるインペラ１１０の回転数の一例として、０ｒｐｍより大きく且つ５０ｒｐｍ以下の値を用いる。また制御部は極低速回転が必要か否かを、冷媒の温度に基づいて判定する。この場合、記憶部は第１温度よりさらに低い第３温度を予め記憶しておく。制御部はステップＳ１において取得した冷媒温度が記憶部の第３温度より高いと判定した場合に、極低速回転が必要と判定し、冷媒温度が第３温度より高いと判定しなかった場合（すなわち冷媒温度が第３温度以下の場合）に、極低速回転は必要でないと判定する。

ステップＳ３において極低速回転が必要と判定された場合、制御部は要求流量に極少量流量をセットする（ステップＳ４）。一方、ステップＳ３において極低速回転が必要と判定されなかった場合、制御部は要求流量に０をセットする（ステップＳ５）。ここで要求流量とは、内燃機関１０の冷却のためにウォーターポンプ６０に要求される冷媒の圧送量をいい、これはウォーターポンプ６０が圧送する冷媒の目標流量でもある。

ステップＳ２において冷媒温度が第１温度より低いと判定されなかった場合、制御部はステップＳ１で取得した冷媒温度が第２温度より低いか否かを判定する（ステップＳ６）。第２温度は、第１温度より高い値であれば特に限定されるものではない。本実施例においては第２温度の一例として、冷媒温度が第２温度以上となった場合に内燃機関１０の暖機が終了したと判定できる温度を用いる。この場合、ステップＳ６において冷媒温度が第２温度より低いと判定された場合、暖機が終了していない、すなわち暖機中であると判定でき、冷媒温度が第２温度より低いと判定されなかった場合、暖機が終了していると判定することができる。第２温度は予め記憶部が記憶しておき、制御部はステップＳ１で取得した冷媒温度と記憶部の第２温度とを比較することで、ステップＳ６を実行する。

ステップＳ６において冷媒温度が第２温度より低いと判定された場合、制御部は、内燃機関１０の回転数に対応する冷媒の流量をマップから抽出し、抽出された冷媒の流量を要求流量にセットする（ステップＳ７）。ここでマップには、内燃機関１０の暖機中に内燃機関１０を冷却するのに必要な冷媒の流量が内燃機関１０の回転数に関連付けて規定されている。なお本実施例において、この内燃機関１０の暖機中に内燃機関１０を冷却するのに必要な冷媒の流量は、ステップＳ４における極少量流量よりも多い値であり、後述するステップＳ８においてモータ１２０が停止した場合における冷媒の流量よりも少ない値である。ステップＳ７で用いられるマップは、記憶部が予め記憶しておく。制御部は、クランクポジションセンサ７０の検出結果に基づいて取得した内燃機関１０の回転数に対応する冷媒の流量をマップから抽出し、抽出された冷媒の流量を要求流量にセットする。

ステップＳ６において冷媒温度が第２温度より低いと判定されなかった場合、制御部は、モータ１２０を停止させる（ステップＳ８）。それにより、モータ１２０の出力軸１２１の回転も停止する。モータ１２０の出力軸１２１が停止した場合、図２（ｂ）において説明したように、インペラ１１０はプーリ１００の回転方向と同じ方向にプーリ１００と同じ回転数で回転する。その結果、インペラ１１０の回転数に応じた流量（以下、これを通常流量と称する）の冷媒がウォーターポンプ６０によって圧送されることになる。なお、図１において前述したように、冷媒温度が第２温度より低いと判定されなかった場合、制御部は、バイパス通路３５が閉になるように三方弁５０を制御する。それにより、冷媒通路３０の冷媒は、ラジエータ４０を通過するようになる。ステップＳ８の後、制御部はフローチャートの実行を終了する。

ステップＳ４、ステップＳ５およびステップＳ７の後に制御部は、ステップＳ４、ステップＳ５およびステップＳ７においてセットされた要求流量とステップＳ１において取得したプーリ１００の回転数とに基づいて、モータ１２０の回転数を算出する（ステップＳ９）。具体的には制御部は、ステップＳ４、ステップＳ５およびステップＳ７においてセットされた要求流量が得られるようなインペラ１１０の回転数を算出し、算出されたインペラ１１０の回転数とステップＳ１で取得したプーリ１００の回転数とに基づいて、以下の式（１）に基づいてモータ１２０の回転数を算出する。
Ｎ_ｍ＝（Ｎ_ｐ−Ｎ_ｉ）×減速比・・・（１）

式（１）において、Ｎ_ｍはモータ１２０の回転数（ｒｐｍ）である。Ｎ_ｐはプーリ１００の回転数（ｒｐｍ）である。Ｎ_ｉはインペラ１１０の回転数（ｒｐｍ）である。なお、インペラ１１０の回転数を算出するにあたり、記憶部は要求流量とインペラ１１０の回転数との関係を規定したマップを予め記憶しておく。制御部は、ステップＳ４、ステップＳ５およびステップＳ７においてセットされた要求流量に対応するインペラ１１０の回転数を記憶部のマップから抽出することで、インペラ１１０の回転数（Ｎ_ｉ）を取得する。減速比は、プーリ１００の回転数とインペラ１１０の回転数との差に対するモータ１２０の回転数の比率（Ｎ_ｍ／（Ｎ_ｐ−Ｎ_ｉ））を示す定数であり、記憶部が予め記憶しておく。制御部は、ステップＳ１取得したプーリ１００の回転数と、上述した手法で取得したインペラ１１０の回転数と、記憶部の減速比とを用いて、式（１）に基づいてモータ１２０の回転数を算出する。

次いで制御部は、ステップＳ９で算出されたモータ１２０の回転数になるようにモータ１２０を制御する（ステップＳ１０）。具体的には制御部は、ステップＳ９で算出されたモータ１２０の回転数になるようにモータ１２０への電気供給量を制御する。この場合、記憶部は、モータ１２０の回転数をモータ１２０への電気供給量に関連付けて規定したマップを記憶しておく。制御部は、ステップＳ９で算出されたモータ１２０の回転数に対応する電気供給量をマップから抽出し、抽出された電気供給量がモータ１２０に供給されるように、スリップリング１４０に電気を供給する電気供給装置を制御することで、ステップＳ１０を実行する。

なお、本実施例に係るモータ１２０はＤＣモータ（具体的にはＤＣブラシレスモータ）であるが、仮にモータ１２０がＤＣモータでない場合には、ウォーターポンプ６０はモータ１２０の回転数を検出する回転数検出センサを備えていてもよい。この場合、ステップＳ１０において制御部は、この回転数検出センサの検出結果に基づいて電気供給装置をフィードバック制御することでステップＳ１０を実行してもよい。あるいは、本実施例のようにモータ１２０がＤＣモータの場合であっても、ウォーターポンプ６０はモータ１２０の回転数を検出する回転数検出センサを備え、制御部はこの回転数検出センサの検出結果に基づいて電気供給装置をフィードバック制御することでステップＳ１０を実行してもよい。但し、回転数検出センサを用いずにモータ１２０を制御する方が、ウォーターポンプ６０のコストを削減できる点において好ましい。次いで制御部はフローチャートの実行を終了する。

以上のように本実施例に係る制御装置８０は、冷媒温度が第１温度より低い場合にはゼロ〜極少量流量の冷媒が圧送されるようにモータ１２０の回転数を制御し（ステップＳ４、ステップＳ５、ステップＳ９、ステップＳ１０）、冷媒温度が第１温度以上の場合には、極少量流量よりも多い流量がインペラ１１０によって圧送されるようにモータ１２０の回転数を制御している（ステップＳ７またはステップＳ８、ステップＳ９、ステップＳ１０）。それにより、制御装置８０によれば、内燃機関１０の暖機を促進させることができる。

また制御装置８０は、冷媒温度が第１温度以上の場合において、さらに冷媒温度が第２温度より低い場合には、通常流量よりも低い流量の冷媒がインペラ１１０によって圧送されるようにモータ１２０の回転数を制御している（ステップＳ７、ステップＳ９、ステップＳ１０）。それにより、制御装置８０によれば、内燃機関１０の暖機を効果的に促進させている。

また制御装置８０は、冷媒温度が第１温度より低い場合において、さらに冷媒温度が第３温度以下の場合には、インペラ１１０によって圧送される冷媒の流量が０となるようにモータ１２０の回転数を制御し（ステップＳ５、ステップＳ９、ステップＳ１０）、冷媒温度が第３温度より高い場合に極少量流量の冷媒がインペラ１１０によって圧送されるようにモータ１２０の回転数を制御している（ステップＳ４、ステップＳ９、ステップＳ１０）。それにより、制御装置８０によれば、内燃機関１０において局所沸騰が生じることを抑制しつつ暖機を効果的に促進させている。

続いて、図４のフローチャートが実行された場合における冷媒温度の時間変化を、グラフを用いて説明する。図５（ａ）は、図４のフローチャートが実行された場合における冷媒温度の時間変化を模式的に示すグラフである。縦軸は冷媒温度を示し、横軸は内燃機関１０の始動開始からの経過時間を示している。なお、図５（ａ）において実線が本実施例に係るウォーターポンプ６０による冷媒温度の時間変化を示し、破線が比較例に係るウォーターポンプによる冷媒温度の時間変化を示している。比較例に係るウォーターポンプは、本実施例のように冷媒温度に基づいてモータ１２０を制御せずに、冷媒温度に関係なく、通常流量の冷媒を内燃機関１０の始動開始から圧送している点において、本実施例に係るウォーターポンプ６０と異なっている。

図５（ａ）から分るように、本実施例に係るウォーターポンプ６０によれば、冷媒温度は内燃機関１０の始動開始から時間Ａにおいて第１温度に到達し、その後時間Ｂにおいて第２温度に到達している。これに対して、比較例に係るウォーターポンプの冷媒温度が第１温度および第２温度に到達するまでの時間は、それぞれ本実施例に係る第１温度および第２温度に到達するまでの時間よりも長くなっている。このように本実施例に係るウォーターポンプ６０によれば、比較例に係るウォーターポンプに比較して、早期に冷媒の温度を上昇させることができる。

図５（ｂ）は、本実施例に係るウォーターポンプ６０における内燃機関１０の始動開始からの経過時間と、冷媒温度と、プーリ１００の回転数と、モータ１２０の回転数と、インペラ１１０の回転数と、インペラ１１０による冷媒の圧送量との関係の一例を、具体的な数値を例に挙げて示した表である。なお実際には、プーリ１００の回転数は内燃機関１０の回転数に応じて変化するため、図５（ｂ）におけるプーリ１００の回転数の数値は一例である。また、モータ１２０の回転数は、ウォームギヤ１３１とウォームホイール１３２との減速比を２０と仮定し、ギヤ１３３の減速比を４と仮定した場合（すなわち回転伝達機構１３０全体の減速比を５と仮定した場合）の値である。

図５（ｂ）において内燃機関１０の始動からの時間が時間Ａ未満の場合、冷媒温度は第１温度未満であり、インペラ１１０による冷媒の圧送量はゼロから極少量流量までの範囲となっている。内燃機関１０の始動からの時間が時間Ａ以上時間Ｂ未満の場合、冷媒温度は第１温度以上第２温度未満であり、インペラ１１０による冷媒の圧送量はステップＳ７においてマップから抽出された要求流量となっている。なお、このマップから抽出された要求流量は、極少量流量よりも多い値である。内燃機関１０の始動からの時間が時間Ｂ以後の場合、冷媒温度は第２温度以上であり、インペラ１１０による冷媒の圧送量は通常流量となっている。

以上のように本実施例に係るウォーターポンプ６０によれば、制御装置８０が冷媒温度に基づいてモータ１２０の回転数を制御することで、冷媒温度に応じてインペラ１１０による冷媒の圧送量を制御することができ、以って暖機を促進させて早期に暖機を完了させることができる。暖機を早期に完了させることができることで、ウォーターポンプ６０によれば、内燃機関１０の燃費を向上させることができる。

なお、本実施例においてモータ１２０の出力軸１２１が回転した場合、インペラ１１０の回転数をプーリ１００の回転数に対して減少させているが、これに限定されるものではない。例えば、モータ１２０の出力軸１２１が回転した場合に、インペラ１１０の回転数をプーリ１００の回転数に対して増加させてもよい。この場合、モータ１２０として逆回転可能なモータを用いる場合、制御装置８０の制御部は、図３に係るウォーターポンプ６０において、モータ１２０の出力軸１２１が図３とは反対方向に回転するようにモータ１２０を制御すればよい。この場合、モータ１２０の出力軸１２１を図３に示す一方向とは反対の方向に回転させることができ、その結果、インペラ回転軸１１１をプーリ１００と同じ方向に回転させることができる。それにより、インペラ１１０の回転数をプーリ１００の回転数に対して増加させることができる。

また、モータ１２０の出力軸１２１の回転方向を図３と同じ一方向に回転させつつ、出力軸１２１が一方向に回転した場合にインペラ１１０の回転数をプーリ１００の回転数に対して増加させる場合には、ウォームギヤ１３１およびウォームホイール１３２の歯の傾斜角度を、図３の構成とは反対方向に設定すればよい。この場合、回転伝達機構１３０は、モータ１２０が駆動してモータ１２０の出力軸１２１が一方向に回転した場合において、インペラ回転軸１１１をプーリ１００の回転方向と同じ方向に回転するようにモータ１２０の出力軸１２１の回転をインペラ回転軸１１１に伝達することになる。それにより、出力軸１２１が一方向に回転した場合に、インペラ１１０の回転数をプーリ１００の回転数に対して増加させることができる。

続いて本発明の実施例２に係るウォーターポンプ（以下、ウォーターポンプ６０ａと称する）について説明する。ウォーターポンプ６０ａが用いられる内燃機関システム５は、ウォーターポンプ６０に代えてウォーターポンプ６０ａを備えている点において、図１に示す実施例１に係る内燃機関システム５と同じである。そのため、本実施例においてウォーターポンプ６０ａ以外の構成の説明は省略する。

図６は、ウォーターポンプ６０ａを示す模式図である。ウォーターポンプ６０ａは、回転伝達機構１３０に代えて回転伝達機構１３０ａを備えている点において、図２（ａ）に示す実施例１に係るウォーターポンプ６０と異なっている。回転伝達機構１３０ａは、ウォームホイール１３２の回転をインペラ回転軸１１１に伝達する歯車機構として、インペラ回転軸１１１と一体となって回転するようにインペラ回転軸１１１に接続されたギヤ１３３に加えて、ウォームホイール１３２の回転をギヤ１３３に伝達するスパーギヤ１３４をさらに備えている点において、実施例１に係る回転伝達機構１３０と異なっている。

スパーギヤ１３４は、回転軸１０３によって軸支されることでプーリ１００の内部に配置されている。またスパーギヤ１３４は、ウォームホイール１３２の側面（具体的にはインペラ１１０側の面）に接続されている。それにより、スパーギヤ１３４は、ウォームホイール１３２と一体となって回転する。またスパーギヤ１３４は、ギヤ１３３に噛み合っている。それにより、スパーギヤ１３４は、ウォームホイール１３２の回転をギヤ１３３に伝達している。なおモータ１２０は、円板１０１ａに代えて円板１０１ｂのインペラ１１０側の面に固定されている点においても、実施例１に係るウォーターポンプ６０と異なっている。但し、モータ１２０のプーリ１００内部における配置箇所は、これに限定されるものではない。

本実施例においても回転伝達機構１３０ａは、モータ１２０が駆動してモータ１２０の出力軸１２１が一方向に回転した場合において、インペラ回転軸１１１がプーリ１００の回転とは反対方向に回転するように出力軸１２１の回転をインペラ回転軸１１１に伝達している。

本実施例に係るウォーターポンプ６０ａにおいても、モータ１２０および回転伝達機構１３０ａがプーリ１００の内部に配置されていることから、ウォーターポンプ６０ａの小型化を図ることができる。また、ウォーターポンプ６０ａによれば、モータ１２０の駆動が停止してモータ１２０の出力軸１２１の回転が停止した状態においては、プーリ１００の回転は、プーリ１００と一体となって回転するモータ１２０、出力軸１２１、ウォームギヤ１３１、ウォームホイール１３２、スパーギヤ１３４、ギヤ１３３、インペラ回転軸１１１およびインペラ１１０の順に伝達する。この場合、インペラ１１０をプーリ１００の回転方向と同じ方向に、プーリ１００と同じ回転数で回転させることができる。また、モータ１２０が駆動してモータ１２０の出力軸１２１が回転した場合には、インペラ１１０をプーリ１００に対して相対的に回転させることができる。したがって、モータ１２０の出力軸１２１の回転数を調整することで、インペラ１１０の回転数を調整することができる。よって、ウォーターポンプ６０ａによれば、小型化を図りつつ内燃機関１０の吸入負圧を利用せずにインペラ１１０の回転数を調整することができる。

また本実施例に係るウォーターポンプ６０ａにおいても、実施例１と同様に、モータ１２０が駆動してモータ１２０の出力軸１２１が一方向に回転した場合には、インペラ１１０をプーリ１００とは反対方向に回転させることができる。その結果、インペラ１１０の回転数をプーリ１００の回転数に対して減少させることができる。またモータ１２０の出力軸１２１の回転数を上げるほど、インペラ１１０の回転数のプーリ１００の回転数に対する減少量を大きくすることができる。

またウォーターポンプ６０ａにおいても、実施例１と同様に、制御装置８０がモータ１２０の回転数を無段階に制御することで、インペラ１１０のプーリ１００に対する回転数を無段階に変更することができる。この場合、ウォーターポンプ６０ａは、無段階可変容量ウォーターポンプとして機能することができる。またウォーターポンプ６０ａによれば、仮にモータ１２０が故障してモータ１２０の回転が不能となった場合であっても、インペラ１１０を回転させることができるため、モータ１２０が故障した場合であっても、内燃機関１０に冷媒を圧送し続けることができる。それにより、モータ１２０が故障した場合に内燃機関１０への冷媒圧送が停止して内燃機関１０が故障に至ることを抑制することができる。また、モータ１２０としてＤＣブラシレスモータを用いていることから、モータ１２０の寿命を向上させることができるとともにウォーターポンプ６０ａのコストを低減させることができる。また、モータ１２０の駆動に必要なトルクは、ウォームギヤ１３１、ウォームホイール１３２、スパーギヤ１３４およびギヤ１３３の摩擦力に打ち勝つのに必要なトルクで足りる。その結果、モータ１２０として最大出力の小さなモータを用いることができる。その結果、ウォーターポンプ６０ａの小型化およびコスト低減を図ることができる。

また本実施例に係る制御装置８０は、実施例１と同様に、内燃機関１０の冷媒温度に基づいてモータ１２０の回転数を制御する。この制御処理の内容は、実施例１に係る図４のフローチャートで説明した内容と同様であるため、説明を省略する。本実施例に係る制御装置８０が内燃機関１０の冷媒温度に基づいてモータ１２０の回転数を制御することで、内燃機関１０の冷媒温度に応じてインペラ１１０による冷媒の圧送量を制御することができるとともに、暖機を早期に完了させて内燃機関１０の燃費を向上させることができる。

なお、本実施例においてモータ１２０の出力軸１２１が回転した場合、インペラ１１０の回転数をプーリ１００の回転数に対して減少させているが、これに限定されるものではない。例えば、モータ１２０の出力軸１２１が回転した場合に、インペラ１１０の回転数をプーリ１００の回転数に対して増加させてもよい。この具体的な手法は、実施例１において説明した手法と同様であるため、説明を省略する。

続いて本発明の実施例３に係るウォーターポンプ（以下、ウォーターポンプ６０ｂと称する）について説明する。ウォーターポンプ６０ｂが用いられる内燃機関システム５は、ウォーターポンプ６０に代えてウォーターポンプ６０ｂを備えている点において、図１に示す実施例１に係るウォーターポンプ６０と同じである。そのため、本実施例においてウォーターポンプ６０ｂ以外の構成の説明は省略する。

図７は、ウォーターポンプ６０ｂを示す模式図である。ウォーターポンプ６０ｂは、回転伝達機構１３０に代えて回転伝達機構１３０ｂを備えている点において、図２（ａ）に示す実施例１に係るウォーターポンプ６０と異なっている。回転伝達機構１３０ｂは、ギヤ１３３に代えて、ウォームホイール１３２の回転をインペラ回転軸１１１に伝達する遊星歯車機構１５０を備えている点において、実施例１に係る回転伝達機構１３０と異なっている。

遊星歯車機構１５０の具体的構成は、ウォームホイール１３２の回転をインペラ回転軸１１１に伝達可能なものであれば特に限定されるものではない。本実施例に係る遊星歯車機構１５０は、一例として、インペラ回転軸１１１と一体となって回転するようにインペラ回転軸１１１に接続されたサンギヤ１５１と、プーリ１００の側板１０２の内面に配置されたアウターギヤ１５２と、サンギヤ１５１とアウターギヤ１５２とに噛み合うとともに、ウォームホイール１３２の回転が伝達されることで自転しながらサンギヤ１５１の回りを公転するプラネタリーギヤ１５３とを備えている。また、本実施例に係る遊星歯車機構１５０は、ウォームホイール１３２の回転をプラネタリーギヤ１５３に伝達する構成の一例として、ウォームホイール１３２の回転をプラネタリーギヤ１５３に伝達するようにウォームホイール１３２とプラネタリーギヤ１５３とを連結する連結部材１５４を備えている。

本実施例に係る連結部材１５４は、ウォームホイール１３２の中心とプラネタリーギヤ１５３の中心とを連結している。具体的には連結部材１５４の一端にはウォームホイール１３２の中心が接続され、連結部材１５４の他端にはプラネタリーギヤ１５３の中心が接続されている。また連結部材１５４は、ウォームホイール１３２側からプラネタリーギヤ１５３側へ向かってインペラ回転軸１１１の方向に沿って延伸した後に、略９０度屈曲して所定距離延伸した後に、再び略９０度屈曲してインペラ回転軸１１１の方向に延伸してプラネタリーギヤ１５３の中心に接続している。また本実施例に係るウォームホイール１３２の回転中心軸はサンギヤ１５１の回転中心軸と一致しており、その結果、ウォームホイール１３２の回転中心軸はインペラ回転軸１１１とも一致している。

連結部材１５４が上記構成を有することで、ウォームホイール１３２が回転した場合、連結部材１５４の一端はウォームホイール１３２と一体となって回転し、その結果、連結部材１５４の他端はウォームホイール１３２の回転中心の回りを公転するように回転する。その結果、連結部材１５４の他端に接続されたプラネタリーギヤ１５３は、ウォームホイール１３２の回転中心（これはサンギヤ１５１の回転中心でもある）を中心として公転する。その結果、プラネタリーギヤ１５３は自転しながら、サンギヤ１５１の回りを公転する。このようにして連結部材１５４は、ウォームホイール１３２の回転をプラネタリーギヤ１５３に伝達している。

なお本実施例にウォーターポンプ６０ｂは、モータ１２０が円板１０１ａに代えて円板１０１ｂのインペラ１１０側の面に固定されている点においても、実施例１に係るウォーターポンプ６０と異なっている。但し、モータ１２０のプーリ１００内部における配置箇所は、これに限定されるものではない。またアウターギヤ１５２には、モータ電線１４４が挿通するための穴が形成されており、モータ電線１４４はこの穴を挿通している。

また本実施例においても、回転伝達機構１３０ｂは、モータ１２０が駆動してモータ１２０の出力軸１２１が一方向に回転した場合において、インペラ回転軸１１１がプーリ１００の回転方向とは反対方向に回転するように出力軸１２１の回転をインペラ回転軸１１１に伝達している。

本実施例に係るウォーターポンプ６０ｂにおいても、モータ１２０および回転伝達機構１３０ｂがプーリ１００の内部に配置されていることから、ウォーターポンプ６０ｂの小型化を図ることができる。またウォーターポンプ６０ｂによれば、モータ１２０の駆動が停止してモータ１２０の出力軸１２１の回転が停止した状態においては、プーリ１００の回転は、プーリ１００と一体となって回転するモータ１２０、出力軸１２１、ウォームギヤ１３１、ウォームホイール１３２、遊星歯車機構１５０、インペラ回転軸１１１およびインペラ１１０の順に伝達する。この場合、インペラ１１０をプーリ１００の回転方向と同じ方向に、プーリ１００と同じ回転数で回転させることができる。また、モータ１２０が駆動してモータ１２０の出力軸１２１が回転した場合には、インペラ１１０をプーリ１００に対して相対的に回転させることができる。したがって、モータ１２０の出力軸１２１の回転数を調整することで、インペラ１１０の回転数を調整することができる。よって、ウォーターポンプ６０ｂによれば、小型化を図りつつ内燃機関１０の吸入負圧を利用せずにインペラ１１０の回転数を調整することができる。

また本実施例に係るウォーターポンプ６０ｂにおいても、実施例１と同様に、モータ１２０が駆動してモータ１２０の出力軸１２１が一方向に回転した場合には、インペラ１１０をプーリ１００の回転方向とは反対方向に回転させることができる。その結果、インペラ１１０の回転数をプーリ１００の回転数に対して減少させることができる。またモータ１２０の出力軸１２１の回転数を上げるほど、インペラ１１０の回転数のプーリ１００の回転数に対する減少量を大きくすることができる。

またウォーターポンプ６０ｂにおいても、実施例１と同様に、制御装置８０がモータ１２０の回転数を無段階に制御することで、インペラ１１０のプーリ１００に対する回転数を無段階に変更することができる。この場合、ウォーターポンプ６０ｂは、無段階可変容量ウォーターポンプとして機能することができる。またウォーターポンプ６０ｂによれば、仮にモータ１２０が故障してモータ１２０の回転が不能となった場合であっても、インペラ１１０を回転させることができるため、モータ１２０が故障した場合であっても、内燃機関１０に冷媒を圧送し続けることができる。それにより、モータ１２０が故障した場合に内燃機関１０への冷媒圧送が停止して内燃機関１０が故障に至ることを抑制することができる。また、モータ１２０としてＤＣブラシレスモータを用いていることから、モータ１２０の寿命を向上させることができるとともにウォーターポンプ６０ｂのコストを低減させることができる。また、モータ１２０の駆動に必要なトルクは、ウォームギヤ１３１、ウォームホイール１３２および遊星歯車機構１５０の摩擦力に打ち勝つのに必要なトルクで足りる。その結果、モータ１２０として最大出力の小さなモータを用いることができる。その結果、ウォーターポンプ６０ｂの小型化およびコスト低減を図ることができる。

また実施例１〜実施例３に係るウォーターポンプの構成は、内燃機関１０に用いられるエアコンプレッサ、オルタネータ等のプーリにも適用することができる。また、コンベアに用いられるポンプのように、内燃機関以外に用いられるポンプにも適用することができる。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明はかかる特定の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本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

５内燃機関システム
１０内燃機関
１９ベルト
４０ラジエータ
６０ウォーターポンプ
８０制御装置
１００プーリ
１１０インペラ
１１１インペラ回転軸
１２０モータ
１２１出力軸
１３０回転伝達機構
１３１ウォームギヤ
１３２ウォームホイール
１３３ギヤ
１３４スパーギヤ
１４０スリップリング
１４１ブラシ
１４２ハウジング
１５０遊星歯車機構

Claims

内燃機関の動力が伝達されて回転するプーリと、回転することで前記内燃機関の冷媒を圧送するインペラと、前記プーリの内部に配置されて前記プーリと一体となって回転するモータと、前記プーリの内部に配置され、前記モータの出力軸の回転を前記インペラの回転軸であるインペラ回転軸に伝達する回転伝達機構と、を備え、
前記回転伝達機構は、前記モータの前記出力軸に接続したウォームギヤと、前記ウォームギヤに噛み合うウォームホイールと、前記ウォームホイールの回転を前記インペラ回転軸に伝達する歯車機構と、を備えるウォーターポンプ。
前記歯車機構は、前記ウォームホイールに噛み合うとともに前記インペラ回転軸と一体となって回転するように前記インペラ回転軸に接続されたギヤを備える請求項１記載のウォーターポンプ。
前記回転伝達機構は、前記モータが駆動して前記モータの前記出力軸が一方向に回転した場合において、前記インペラ回転軸が前記プーリの回転方向とは反対方向に回転するように前記モータの前記出力軸の回転を前記インペラ回転軸に伝達する請求項１または２に記載のウォーターポンプ。
前記内燃機関の前記冷媒の温度に基づいて、前記モータの前記出力軸の回転数を制御する制御装置をさらに備える請求項１〜３のいずれか１項に記載のウォーターポンプ。