JP2014034877A - 液冷媒循環用ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】有底筒状に形成されたアウターギヤ等であっても作動中に傾斜することを防止し、ギヤの摩擦係数の増大に伴う摩耗、振動、騒音の発生を防止することができる液冷媒循環用ポンプを提供する。
【解決手段】冷凍サイクル内の液冷媒を循環させるポンプ１であって、底部を有する円筒状のギヤ収容室２ａ、及びギヤ収容室に開口する吸入口２ｄと吐出口２ｅとを有する本体２と、内歯を有し、ギヤ収容室内に回転可能に配置されたアウターギヤ４と、アウターギヤの内歯に歯合する外歯を有し、その回転軸線がアウターギヤの回転軸線から偏心するように設けられたインナーギヤ３と、アウターギヤを回転させることにより吸入口から吐出口に液冷媒を吐出するモータ６と、アウターギヤ及びモータの駆動軸６ａを連結する磁気カップリング５と、アウターギヤを回転可能に支持する支持軸（軸受９）とを備える。
【選択図】図５

Description

本発明は、液冷媒循環用ポンプに関し、特に、電気自動車やハイブリッド車の電動モータやインバータ等の発熱体を空調機器の液冷媒によって冷却する等のために用いられる液冷媒循環用ポンプに関する。

電気自動車やハイブリッド車では、モータやインバータ等の発熱体を冷却する必要があり、例えば特許文献１に記載の発明では、空調装置（蒸気圧縮式冷凍サイクル）を利用して発熱体を冷却する。この際、発熱体に冷媒を供給する手段として内接形歯車ポンプを用いる場合には、該ポンプを搭載する車両の電源システムが多様であるため、ポンプとポンプ駆動用モータとは分離可能であることが望ましい。

そこで、本出願人は、すでに、ポンプとして内接形歯車ポンプを採用すると共に、アウターギヤを駆動側ギヤとし、このアウターギヤとギヤ駆動用のモータとを磁気カップリングを介して連結する発明を出願している（特願２０１２−１３０６１２（２０１２年６月８日出願））。この発明は、アウターギヤを有底筒状とし、その底部に、該ギヤの内歯側に入り込むように磁気カップリング用の磁石を設けることにより、当該ポンプの小型化（外形寸法小）も図っている。

ところで、内接形歯車ポンプにおいては、互いに噛み合いながら回転するアウターギヤとインナーギヤとの間に形成される空間の膨張収縮により、該空間内に流体が吸込まれ、また吐き出されるが、この吸込部と吐出部の圧力差によりアウターギヤに隅力（正負相反する力）が働き、アウターギヤが傾斜し、ギヤの摩擦係数が増大して摩耗、振動、騒音が発生しやすくなる。このような不具合を解消するために、特許文献２には、アウターギヤの下面周囲に圧力バランス溝を形成する技術が開示されている。

特許第３５９１３０４号公報 特開２００２−５０３９号公報

上記特許文献２に記載のアウターギヤの下面周囲に形成した圧力バランス溝は、アウターギヤの両側面に作用する力をバランスさせることができて有効に機能するが、上記特願２０１２−１３０６１２に記載のような有底筒状に形成されたアウターギヤの場合には採用することができないという問題があった。

そこで、本発明は、有底筒状に形成されたアウターギヤ等であっても作動中に傾斜することを防止し、ギヤの摩擦係数の増大に伴う摩耗、振動、騒音の発生を防止することができる液冷媒循環用ポンプを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、冷凍サイクル内の液冷媒を循環させるポンプであって、底部を有する円筒状のギヤ収容室、及び該ギヤ収容室に開口する吸入口と吐出口とを有する本体と、内歯を有し、前記ギヤ収容室内に回転可能に配置されたアウターギヤと、前記アウターギヤの内歯に歯合する外歯を有し、その回転軸線が前記アウターギヤの回転軸線から偏心するように設けられたインナーギヤと、前記アウターギヤを回転させることにより前記吸入口から前記吐出口に液冷媒を吐出するモータと、前記アウターギヤ及び前記モータの駆動軸を連結する磁気カップリングと、前記アウターギヤを回転可能に支持する支持軸とを備えることを特徴とする。

そして、本発明によれば、支持軸によってアウターギヤを回転可能に支持するため、アウターギヤが作動中に傾斜することを防止し、ギヤの摩擦係数の増大に伴う摩耗、振動、騒音の発生を防止することが可能となる。

上記ポンプにおいて、前記支持軸を、前記インナーギヤを回転可能に支持する支持軸と一体に設けることができる。これによって、部品点数を削減することができる。

また、上記ポンプにおいて、前記支持軸を、前記本体又は前記ギヤ収容室の底部から延設することができ、部品点数の削減を図ることができる。

さらに、前記アウターギヤは、該アウターギヤの隣接する内歯の間であって、該アウターギヤの下部において、該アウターギヤの内面と外面との間を貫通する貫通孔を備えることができる。この貫通孔を介して、アウターギヤとインナーギヤとの空隙底部から液冷媒が吐出されることで、アウターギヤの冷媒吐出側開口部と該開口部に対応するアウターギヤの底部との間の圧力差を小さくすることができ、アウターギヤの作動中における傾斜をさらに効果的に防止することができる。また、貫通孔を介してアウターギヤとインナーギヤとの空隙に入り込んだインナーギヤの摩耗粉、ゴミ、スライム等を外部へ吐き出すこともできる。

前記アウターギヤ及びインナーギヤの歯面をサイクロイド歯形を有するように形成することができ、サイクロイド歯形を用いることにより、インボリュート歯形を用いた場合に比較して吐出容量を大きくすることができる。

また、前記冷凍サイクルは、車両用空調システムに用いられ、前記液冷媒によって該車両の発熱体を冷却することができ、車両搭載性のよいポンプを提供することができる。

以上説明したように、本発明によれば、有底筒状に形成されたアウターギヤ等であっても作動中に傾斜することを防止し、ギヤの摩擦係数の増大に伴う摩耗、振動、騒音の発生を防止することが可能な液冷媒循環用ポンプを提供することができる。

本発明に係る液冷媒循環用ポンプを備えた冷凍サイクルシステムを示す全体構成図である。 本発明に係る液冷媒循環用ポンプを示す正面図である。 本発明に係る液冷媒循環用ポンプを示す平面図である。 本発明に係る液冷媒循環用ポンプを示す底面図である。 図２に示す液冷媒循環用ポンプのＡ−Ａ線断面図である。 図４に示す液冷媒循環用ポンプのＢ−Ｂ線断面図である。 図２に示す液冷媒循環用ポンプのＣ−Ｃ線断面図である。 本発明に係る液冷媒循環用ポンプのアウターギヤを示す斜視図であって、（ａ）は下方から、（ｂ）は上方から見た状態を示す。

次に、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明に係る液冷媒循環用ポンプ（以下、「ポンプ」という）を備えた冷凍サイクルシステムを示し、このシステム１０１は、圧縮機１０２と、凝縮器１０３と、膨張弁１０４と、蒸発器１０５と、本発明に係るポンプ１とを備え、ポンプ１を用いて電気自動車やハイブリッド車の電動モータやインバータ等の発熱体１０７を冷却する。

圧縮機１０２と、凝縮器１０３と、膨張弁１０４と、蒸発器１０５とは、配管１０９で接続され、これらの間を冷媒が循環する。また、凝縮器１０３と膨張弁１０４との間の配管１０９と、圧縮機１０２と凝縮器１０３との間の配管１０９とを接続するバイパス管１１０を液冷媒が流れる。

ポンプ１は、内接形歯車ポンプであり、図２〜図７に示すように、ギヤ収容室２ａを有する本体２と、ギヤ収容室２ａの内側に事実上摺接して、回転可能に配置されたアウターギヤ４と、アウターギヤ４の内歯と歯合する外歯を有し、アウターギヤ４の回転軸線から偏心して回転するインナーギヤ３と、アウターギヤ４を磁気カップリング５を介して回転させるモータ６等で構成される。

本体２は、内部のギヤ収容室２ａにアウターギヤ４及びインナーギヤ３が収容され、上部には、カバー（不図示）を装着した際の気密性を確保するためのＯリング１２が配置される。さらに、本体２の下面と仕切板２０との間には、本体２の内部の気密性を確保するためＯリング１３が装着され、本体２と仕切板２０及びモータ取付部８とは、ボルト１４〜１７によって結合される。仕切板２０は、ギヤ収容室２ａの底部を構成する。

本体２には、冷媒入口２ｂと、この冷媒入口２ｂに連通する吸入口２ｄと、吐出口２ｅと、吐出口２ｅに連通する冷媒出口２ｃとが形成され、これらは、ギヤ収容室２ａに連通する。冷媒入口２ｂは、カバーを介して図１の配管１０９側に接続され、冷媒出口２ｃは発熱体１０７側に接続され、カバーがブラケット等に固定される。

また、この本体２は、上部からギヤ収容室２ａの底面に向かって延設される支持軸２ｇを備える。この支持軸２ｇは、偏心する２つの回転軸線を有し、上部でインナーギヤ３を回転可能に支持し、下部でアウターギヤ４を軸受９を介して回転可能に支持する。尚、支持軸２ｇの上部と下部の構造を逆転させると共に、軸受９をギヤ収容室２ａの上部に配置することで、支持軸２ｇをギヤ収容室２ａの底部から本体２の下面に向かって延設することもできる。

この例においては、冷媒入口２ｂは本体２の上面に、冷媒出口２ｃは本体２の側面に開口しているが、冷媒入口２ｂを本体２の側面に、冷媒出口２ｃを本体２の上面に開口させても、さらに冷媒入口２ｂ及び冷媒出口２ｃの双方を本体２の上面に設けたり、あるいは側面に設けることもできる。

インナーギヤ３は、外歯の歯形がサイクロイド曲線によって形成され、中心に穿設された孔部が本体２の支持軸２ｇの上部（大径部２ｘ）に回転自在に挿入される。

アウターギヤ４は、内歯の歯形がサイクロイド曲線によって形成され、その下部において樹脂により成型された軸受９によって回転可能に支持される。軸受９は、アウターギヤ４の底部中央に形成された孔に圧入されており、本体２の支持軸２ｇの下端部（小径部２ｙ）に回転自在に挿入され、これによりアウターギヤ４は、小径部２ｙに回転自在に支持される。また、アウターギヤ４は、有底円筒状の本体４ａの底面に磁石４ｂを備え、モータ６側の磁石６ｂと共に磁気カップリング５を構成し、ギヤ収容室２ａ内で回転する。磁石４ｂは、図８に示す下部突出部４ｄの爪部４ｅによってかしめ固定される。

さらに、図８に明示するように、アウターギヤ４の隣接する内歯の間であって、本体４ａの下部には貫通孔４ｃが穿設され、貫通孔４ｃを介してギヤ収容室２ａの内部と外部とが連通する。この例においては、貫通孔４ｃは、本体４ａの内部とその下部側面及び底面とに開口するように形成されているが、本体４ａの内部とその下部側面のみ、あるいは本体４ａの内部と底面のみに開口するようにされても良い。

インナーギヤ３とアウターギヤ４は、上述のように、歯形がサイクロイド曲線によって形成される内接形の歯車である。これらのギヤ３、４の中心軸は偏心しているので、これらが相対的に回転することにより、ギヤ収容室２ａ内の両ギヤ３、４の間に生じた空隙Ｇが膨張と収縮を繰り返す。

ここで、図７に示すように、アウターギヤ４を矢印Ｒ方向に回転させれば、吸入口２ｄがインナーギヤ３とアウターギヤ４の間の空隙Ｇの膨張領域に開口し、一方、吐出口２ｅが空隙Ｇの収縮領域に開口することになるため、両ギヤ３、４の相対回転により、冷媒が冷媒入口２ｂ及び吸入口２ｄを介して両ギヤ３、４間の空隙Ｇに吸い込まれ、吸い込まれた冷媒は、吐出口２ｅ及び冷媒出口２ｃより吐出される。尚、インナーギヤ３とアウターギヤ４の歯形をインボリュート曲線によって形成することもできる。

モータ６は、モータ取付部８にボルト２１を介して取り付けられると共に、駆動軸６ａに磁石６ｂが装着され、この状態でモータ取付部８と本体２とがボルト１５、１６により締結される。これにより、仕切板２０を挟んで磁石６ｂと磁石４ｂとが対峙し、アウターギヤ４とモータ６とを連結する磁気カップリング５が構成される。

上記構成を有するポンプ１は、モータ６が回転すると、磁気カップリング５を介してアウターギヤ４がインナーギヤ３と噛み合いながら支持軸２ｇを中心に回転する。インナーギヤ３とアウターギヤ４との噛合によって、図７に明示されるように、ギヤ収容室２ａ内の両ギヤ３、４間の空隙Ｇの容積が変化し、本体２の冷媒入口２ｂ及び吸入口２ｄを介してギヤ収容室２ａに、図１に示す配管１０９から吸入された液冷媒がギヤ収容室２ａ及び吐出口２ｅを通って冷媒出口２ｃに流れる。冷媒出口２ｃから吐出された液冷媒は、図１において発熱体１０７に供給されて発熱体１０７を冷却する。

ここで、回転するアウターギヤ４とインナーギヤ３との間に形成される空隙Ｇの膨張収縮により、空隙Ｇに流体が吸込まれ、また吐き出されるが、この吸入口２ｄと吐出口２ｅの冷媒の圧力差によりアウターギヤ４に隅力が働く。しかし、アウターギヤ４は軸受９を介して支持軸２ｇの小径部２ｙによって支持されているため、隅力によるアウターギヤ４の傾斜を防止することができる。これによって、アウターギヤ４やインナーギヤ３の摩擦の増大に伴う摩耗、振動、騒音の発生を防止することができる。

また、図５に明示されるように、吐出口２ｅは、狭い冷媒流路となっているため、空隙Ｇからこの吐出口２ｅを通過する冷媒の流速が高まり、冷媒圧が低下するが、アウターギヤ４の下部に複数の貫通孔４ｃが形成されており、この貫通孔４ｃからも空隙Ｇ内の冷媒が吐出されるため、貫通孔４ｃを形成しない場合に比較して、アウターギヤ４の冷媒吐出側における上方と下方との間で生じる圧力差（すなわち、回転するアウターギヤ４の吐出口２ｅ側の開口部と、アウターギヤの中心軸と平行な方向における前記開口部と反対側に位置する（対応する）底部との間に生じる圧力差）が減じられ、これによってもアウターギヤ４が傾斜するのを防止することができる。

また、この貫通孔４ｃを設けたため、インナーギヤ３の摩耗粉、空隙Ｇに入り込んだゴミやスライム等をギヤ収容室２ａの外部へ排出することも可能となる。

さて、前述の説明においては、アウターギヤ４の下部に複数の貫通孔４ｃが形成されるものとしたが、本発明は特にこれのみに限定されることはなく、貫通孔４ｃは形成されなくても良い。

また、上記実施の形態においては、１本の支持軸２ｇでインナーギヤ３とアウターギヤ４とを支持したが、インナーギヤ３とアウターギヤ４の支持軸を別々に設けることもできる。

さらに、ポンプ１は、電気自動車やハイブリッド車の電動モータやインバータ等の発熱体を冷却するために、該発熱体に対して冷凍サイクル内の液冷媒を供給するものとして説明したが、本発明は特にこれのみに限定されることはなく、冷凍サイクルの凝縮器や蒸発器等に対する冷媒の循環そのものに用いることもできる。

１ 液冷媒循環用ポンプ
２ 本体
２ａ ギヤ収容室
２ｂ 冷媒入口
２ｃ 冷媒出口
２ｄ 吸入口
２ｅ 吐出口
２ｇ 支持軸
２ｘ 大径部
２ｙ 小径部
３ インナーギヤ
４ アウターギヤ
４ａ 本体
４ｂ 磁石
４ｃ 貫通孔
４ｄ 下部突出部
４ｅ 爪部
５ 磁気カップリング
６ モータ
６ａ 駆動軸
６ｂ 磁石
８ モータ取付部
９ 軸受
１２、１３ Ｏリング
１４〜１７ ボルト
２０ 仕切板
２１ ボルト
１０１ 冷凍サイクルシステム
１０２ 圧縮機
１０３ 凝縮器
１０４ 膨張弁
１０５ 蒸発器
１０７ 発熱体
１０９ 配管
１１０ バイパス管

Claims (6)

1. 冷凍サイクル内の液冷媒を循環させるポンプであって、
   底部を有する円筒状のギヤ収容室、及び該ギヤ収容室に開口する吸入口と吐出口とを有する本体と、
   内歯を有し、前記ギヤ収容室内に回転可能に配置されたアウターギヤと、
   前記アウターギヤの内歯に歯合する外歯を有し、その回転軸線が前記アウターギヤの回転軸線から偏心するように設けられたインナーギヤと、
   前記アウターギヤを回転させることにより前記吸入口から前記吐出口に液冷媒を吐出するモータと、
   前記アウターギヤ及び前記モータの駆動軸を連結する磁気カップリングと、
   前記アウターギヤを回転可能に支持する支持軸とを備えることを特徴とする液冷媒循環用ポンプ。
2. 前記支持軸は、前記インナーギヤを回転可能に支持する支持軸と一体に設けられることを特徴とする請求項１に記載の液冷媒循環用ポンプ。
3. 前記支持軸は、前記本体又は前記ギヤ収容室の底部から延設されることを特徴とする請求項１又は２に記載の液冷媒循環用ポンプ。
4. 前記アウターギヤは、該アウターギヤの隣接する内歯の間であって、該アウターギヤの下部において、該アウターギヤの内面と外面との間を貫通する貫通孔を備えることを特徴とする請求項１、２又は３に記載の液冷媒循環用ポンプ。
5. 前記アウターギヤ及びインナーギヤの歯面は、サイクロイド歯形を有していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の液冷媒循環用ポンプ。
6. 前記冷凍サイクルは、車両用空調システムに用いられ、前記液冷媒によって該車両の発熱体を冷却することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の液冷媒循環用ポンプ。

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