JP2015200213A - 電動ウォータポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン停止機能によりエンジンが一時的に停止した際、エンジンに極僅かな冷却用の水を供給し続けてエンジンの信頼性を高めることができる低コストな電動ウォーターポンプを提供する。【解決手段】制御盤７は、エンジンＥが駆動する際、センサレスＤＣモータ６をＸ方向に回転させる一方、エンジン停止機能Ｅ１によりエンジンＥが一時的に停止した際、デューティ比を所定値ＤにしてセンサレスＤＣモータ６を反Ｘ方向に回転させる。【選択図】図１

Description

本発明は、エンジン冷却用の水を循環させる電動ウォーターポンプに関する。

近年、車両には、燃料の節約及び排出ガスの削減を目的として、アイドリング時にエンジンを一時的に停止させるエンジン停止機能（所謂、アイドリングストップ機能）を有するものが増加しつつある。

ところで、上述の如きエンジン停止機能が設けられた車両では、エンジンの駆動に同期して駆動するウォーターポンプを適用すると、エンジンの停止とともにウォーターポンプのエンジンへの水の供給も停止してしまい、エンジン内部に入熱過多の領域が複数箇所でできてエンジンの信頼性が低下するといったことが引き起こされるおそれがある。これを回避するために、例えば、特許文献１に開示されているような電動ウォーターポンプをエンジン停止機能が設けられた車両に適用することが考えられる。該電動ウォーターポンプは、回転中心周りに複数の羽根を有するインペラと、該インペラを回転駆動させる電動モータとを備え、該電動モータの回転動作によりインペラが回転して水の吸引・吐出を周期的に行うようになっている。

特開２０１３−２４１９０３号公報

ところで、電動ウォーターポンプの製造コストを抑えるために、その駆動部分にセンサレスＤＣモータを適用することが考えられる。

しかし、センサレスＤＣモータは、その構造上、デューティ比を所定の値にまでしか下げることができない。したがって、インペラの回転数もある一定の値にまでしか下げることができず、エンジン停止時に冷却用の水をエンジンに供給しようとすると、必要以上の水がエンジンに供給されてしまい、車両の消費電力が無駄に大きくなってしまうおそれがある。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、エンジン停止機能を有する車両において、エンジン停止機能によりエンジンが一時的に停止した際、エンジンに極僅かな冷却用の水を供給し続けてエンジンの信頼性を高めることができる低コストな電動ウォーターポンプを提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、車両に設けられたエンジン停止機能によりエンジンが停止した際、インペラを通常時の回転方向とは反対方向に回転させるようにしたことを特徴とする。

具体的には、停車時にエンジンを一時的に停止させるエンジン停止機能を有する車両に設けられ、上記エンジンに冷却用の水を循環させる電動ウォーターポンプにおいて、次のような解決手段を講じた。

すなわち、第１の発明では、回転中心周りに回転可能に設けられ、回転内側が回転外側よりも回転中心周りの一方側に位置するよう傾斜する羽根を回転中心周りに複数有するインペラと、該インペラに駆動連結され、デューティ比が所定値Ｄ以上で回転可能なセンサレスＤＣモータと、該センサレスＤＣモータに接続され、当該センサレスＤＣモータの回転駆動を制御する制御手段とを備え、該制御手段は、上記エンジンが駆動する際、上記センサレスＤＣモータを回転中心周りの一方側に回転させる一方、上記エンジン停止機能により上記エンジンが一時的に停止した際、上記デューティ比を所定値Ｄにして上記センサレスＤＣモータを回転中心周りの他方側に回転させることを特徴とする。

第２の発明では、第１の発明において、上記各羽根における回転外側の端部には、回転中心周りの他方側に屈曲する屈曲部が設けられていることを特徴とする。

第１の発明では、インペラの回転方向を一方側から他方側に変えると、インペラの各羽根の回転外側部分が回転内側部分より回転方向の前側に位置するよう各羽根が傾いた状態でインペラが回転するので、インペラの外周を囲う水がインペラ内方に導かれ易くなってしまい、各羽根によってインペラの内方から外方に向かって水に加える遠心力が小さくなる。したがって、インペラの回転数を変えずに電動ウォーターポンプの吐出流量が減るので、電動ウォーターポンプにセンサレスＤＣモータを適用し、デューティ比が所定値までしか下げられないとしても、エンジンをエンジン停止機能によって一時的に停止した状態においてエンジンへの水の供給を極僅かなものにできる。

第２の発明では、インペラの回転方向を他方側に変えた際、各羽根の屈曲部によってさらにインペラの外周を囲う水がインペラ内方に向かって導かれ易くなるので、第１の発明に比べて、各羽根によってインペラ内方から外方に向かって水に加える遠心力がさらに小さくなる。したがって、センサレスＤＣモータが適用された電動ウォーターポンプを使用しても、エンジン停止機能により一時的にエンジンが停止した際に僅かな量の水をエンジンに供給し続けることができる。

本発明の実施形態に係る電動ウォーターポンプの断面図である。 電動ウォーターポンプのインペラを回転中心方向から見た図である。 センサレスＤＣモータのデューティ比と電動ウォーターポンプの吐出流量との関係をインペラの回転方向毎に示した図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎない。

図１は、本発明の実施形態に係る電動ウォーターポンプ１を示す。該電動ウォーターポンプ１は、停車時にエンジンＥを一時的に停止させるエンジン停止機能Ｅ１（所謂、アイドリングストップ機能）を有する車両に設けられ、上記エンジンＥに冷却用の水を循環させるものである。

上記電動ウォーターポンプ１は、略円筒形状の樹脂製ハウジング２を備え、該ハウジング２の内部には、収容空間Ｓが形成されている。

上記ハウジング２の内部には、上記収容空間Ｓを中心軸方向一方側の第１区画空間Ｓ１と中心軸方向他方側の第２区画空間Ｓ２とに区画する隔壁３が設けられている。

該隔壁３の中央には、貫通孔３ａが貫通形成され、上記ハウジング２の中心軸方向一端中央における上記貫通孔３ａに対向する位置には、貫通孔３ｂが貫通形成されている。

上記第１区画空間Ｓ１には、デューティ比が所定値Ｄ以上で回転可能なセンサレスＤＣモータ６が収容され、該センサレスＤＣモータ６の出力軸６ａは、上記ハウジング２の中心軸方向に延びて上記貫通孔３ａ、３ｂにメカニカルシール５ａ、５ｂを介して回転自在に嵌合している。尚、上記センサレスＤＣモータ６は、磁極位置検出用のセンサを有しない直流モータである。

上記ハウジング２の中心軸方向他端中央には、上記第２区画空間Ｓ２に連通する連通孔２ｂを有する筒状部２ａが一体に突設され、該筒状部２ａの先端はホースやパイプを介してラジエータ等に接続されている。

上記第２区画空間Ｓ２には、図２に示すように、略円盤形状のインペラ４が上記出力軸６ａに回転一体に固定され、通常、上記エンジンＥ駆動時には、Ｘ方向（回転方向一方側）に回転するようになっている。

上記インペラ４は、樹脂成形品であり、略円盤状のハブ板４３を備えている。

該ハブ板４３の中央には、上記出力軸６ａが嵌合する嵌合孔４３ａが貫通形成され、該嵌合孔４３ａの周縁には、上記筒状部２ａ側に向かって円筒部４３ｂが突設されている。

上記ハブ板４３の筒状部２ａ側には、中央に大きな開口部４１ａを有するシュラウド４１が上記ハブ板４３に対向配置されている。

上記シュラウド４１は、上記筒状部２ａ側に行くにつれて次第に縮径していて、上記開口部４１ａの開口周縁には、環状突条部４２が上記筒状部２ａ側に向かって突設されている。

上記シュラウド４１と上記ハブ板４３との間には、７つの羽根４４が回転中心周りに等間隔に設けられ、上記シュラウド４１と上記ハブ板４３とを連結している。

上記各羽根４４は、上記円筒部４３ｂの外周面（回転内側）から回転外側に向かって延びるとともに次第に反Ｘ方向側（回転方向の他方側）に位置するよう湾曲していて、その延出端部には、反Ｘ方向側に屈曲する屈曲部４４ａが設けられている。

尚、上記羽根４４の屈曲部４４ａを除く箇所と屈曲部４４ａとの連続部分は、角度αで屈曲していて、その角度αは、５度〜４５度が好適である。

そして、上記センサレスＤＣモータ６には、図１に示すように、制御盤７（制御手段）が接続され、該制御盤７は、上記センサレスＤＣモータ６の回転駆動を制御するようになっている。

具体的には、上記制御盤７は、上記エンジンＥが駆動する際、予め設定されたデューティ比でセンサレスＤＣモータ６の出力軸６ａをＸ方向に回転させるようになっていて、上記センサレスＤＣモータ６の回転駆動により上記インペラ４をＸ方向に回転させることで、筒状部２ａの連通孔２ｂから開口部４１ａを介してインペラ４内方に吸い込んだ水を遠心力により加圧してインペラ４の外周部分から吐出するようになっている。

一方、上記制御盤７は、上記エンジン停止機能Ｅ１により上記エンジンＥが一時的に停止した際、上記デューティ比を所定値Ｄにして上記センサレスＤＣモータ６の出力軸６ａを反Ｘ方向側（回転中心周りの他方側）に回転させるようになっていて、上記センサレスＤＣモータ６の回転駆動により上記インペラ４を反Ｘ方向に回転させることで、筒状部２ａの連通孔２ｂから開口部４１ａを介してインペラ４内方に吸い込んだ水をインペラ４のＸ方向の回転時に発生する遠心力に比べて極めて小さい遠心力により加圧してインペラの外周部分から吐出するようになっている。

図３は、センサレスＤＣモータ６のデューティ比と電動ウォーターポンプ１の吐出流量との関係をインペラ４の回転方向毎に示した図である。

ｄ１は、上記インペラ４をＸ方向に回転させた時のセンサレスＤＣモータ６のデューティ比と電動ウォーターポンプ１の吐出流量との関係を、ｄ２は、上記インペラ４を反Ｘ方向に回転させた時のセンサレスＤＣモータ６のデューティ比と電動ウォーターポンプ１の吐出流量との関係を示していて、センサレスＤＣモータ６のデューティ比を最小値である所定値Ｄしたときに、インペラ４をＸ方向に回転させたままの状態よりインペラ４を反Ｘ方向に回転させた方が電動ウォーターポンプ１の吐出流量を極僅かにできるのが分かる。

以上より、本発明の実施形態によると、インペラ４の回転方向をＸ方向から反Ｘ方向に変えると、インペラ４の各羽根４４の回転外側部分が回転内側部分より回転方向の前側に位置するよう各羽根４４が傾いた状態でインペラ４が回転するので、インペラ４の外周を囲う水がインペラ４内方に導かれ易くなってしまい、各羽根４４によってインペラ４の内方から外方に向かって水に加える遠心力が小さくなる。したがって、インペラ４の回転数を変えずに電動ウォーターポンプ１の吐出流量が減るので、電動ウォーターポンプ１にセンサレスＤＣモータ６を適用し、デューティ比が所定値Ｄまでしか下げられないとしても、エンジンＥをエンジン停止機能Ｅ１によって一時的に停止した状態においてエンジンＥへの水の供給を極僅かなものにできる。

また、インペラ４の回転方向を反Ｘ方向に変えた際、各羽根４４の屈曲部４４ａによってさらにインペラ４の外周を囲う水がインペラ４内方に向かって導かれ易くなるので、各羽根４４によってインペラ４の内方から外方に向かって水に加える遠心力がさらに小さくなる。したがって、センサレスＤＣモータ６が適用された電動ウォーターポンプ１を使用しても、エンジン停止機能Ｅ１により一時的にエンジンＥが停止した際に僅かな量の水をエンジンに供給し続けることができる。

尚、本発明の実施形態では、各羽根４４が緩やかに湾曲する形状をなしているが、これに限らず、直線形状をなしていてもよく、各羽根４４の回転内側が回転外側よりも回転中心周りの前側に位置するよう傾斜していればよい。

また、本発明の実施形態では、ハウジング２及びインペラ４を樹脂で形成しているが、これに限らず、金属製のものであってもよく、その製造方法も限定されない。

さらに、本発明の実施形態のインペラ４には、シュラウド４１が設けられているが、当該シュラウド４１のないインペラ４を備えた電動ウォーターポンプ１であっても本発明を適用することができる。

本発明は、エンジン冷却用の水を循環させる電動ウォーターポンプに適している。

１ 電動ウォーターポンプ
４ インペラ
６ センサレスＤＣモータ
７ 制御盤（制御手段）
４４ 羽根
４４ａ 屈曲部
Ｅ エンジン
Ｅ１ エンジン停止機能

Claims (2)

1. 停車時にエンジンを一時的に停止させるエンジン停止機能を有する車両に設けられ、上記エンジンに冷却用の水を循環させる電動ウォーターポンプであって、
   回転中心周りに回転可能に設けられ、回転内側が回転外側よりも回転中心周りの一方側に位置するよう傾斜する羽根を回転中心周りに複数有するインペラと、
   該インペラに駆動連結され、デューティ比が所定値Ｄ以上で回転可能なセンサレスＤＣモータと、
   該センサレスＤＣモータに接続され、当該センサレスＤＣモータの回転駆動を制御する制御手段とを備え、
   該制御手段は、上記エンジンが駆動する際、上記センサレスＤＣモータを回転中心周りの一方側に回転させる一方、上記エンジン停止機能により上記エンジンが一時的に停止した際、上記デューティ比を所定値Ｄにして上記センサレスＤＣモータを回転中心周りの他方側に回転させることを特徴とする電動ウォーターポンプ。
2. 請求項１に記載の電動ウォーターポンプにおいて、
   上記各羽根における回転外側の端部には、回転中心周りの他方側に屈曲する屈曲部が設けられていることを特徴とする電動ウォーターポンプ。

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