JP2016138542A - ウォータポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関からの駆動力で回転するシャフトの姿勢の安定により、シャフトからインペラに対して磁界により効率良く回転トルクを伝えるウォータポンプを構成する。
【解決手段】ポンプ室Ａと外部空間Ｂとを分離する隔壁１を備え、ポンプ室Ａに収容され回転軸芯Ｘを中心に回転するインペラ３を有するロータＲと、外部空間Ｂに配置され、回転軸芯Ｘを中心に回転するシャフト１１とを備えると共に、シャフト１１に備えた駆動部材Ｍと、ロータＲに備えた従動部材Ｃとの相対位置の調節により、シャフト１１からロータＲに伝えられる回転トルクを設定する磁界式の伝動機構Ｄを備えている。シャフト１１は外部空間Ｂにおいて隔壁１と反対側の外端部と、隔壁１に近い内端部とにおいて軸受部材１８,１７により回転自在に支持されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の駆動力により回転するシャフトの回転力を、インペラを有するロータに対して磁界により伝えるウォータポンプに関する。

ウォータポンプとして特許文献１には、ポンプ室にインペラを収容し、このポンプ室の開放部分を閉じる隔壁に備えた回転軸にインペラを回転自在に支持し、このインペラの外周に積層板を有するコアで成る誘導子を備えた技術が示されている。また、この技術では、内燃機関の駆動力により回転するダイヤフラムの内周に永久磁石を備え、ダイヤフラムの変位により永久磁石を誘導子の外周に近接する位置と離間する位置とに切換自在に構成されている。

特許文献１では、隔壁が回転軸芯に沿う方向に膨出する膨出部を有し、この膨出部の内部に誘導子を配置し、膨出部の外部に永久磁石が配置される構成であるため、誘導子と永久磁石との間に隔壁が配置されることになる。また、負圧の作用によりダイヤフラムを移動させることにより、永久磁石からインペラに対して磁界を介して作用する回転トルクの調節が可能に構成されている。

特許文献２には、特許文献１と類似する構成を有するものであるが、固定系に回転支軸の基端を固定し、これに対してプーリと一体回転する駆動側回転体と、マグネットを有したインペラとを回転自在に支持した技術が示されている。

特開２００８‐１３８６５６号公報 特開２００９‐２５００３３号公報

特許文献１のウォータポンプでは、エンジンブロックに支持される外筒がダイヤフラムを覆う位置に配置されている。この外筒の外端側位置にボールベアリングで成る軸受部材を介して回転自在にプーリの軸部が支持され、更に、このプーリとともに回転する回転体が備えられている。ダイヤフラムは、回転体と一体回転し、且つ、この回転体の回転軸芯に沿う方向に移動自在に支持されている。

このように、プーリの軸部が単一の軸受部材に回転自在に支持され、このプーリと一体回転する回転体に対してダイヤフラムが支持される構成では、軸受部材の内部クリアランスなどでプーリの軸部と軸受部材との間に僅な間隙が存在しても、ベルトからプーリに作用する張力や振動の作用により、ダイヤフラムが大きく変位し、ダイヤフラムに支持されるマグネットが隔壁に接触することも想像できた。

このような接触を回避するためには膨出部の外壁と永久磁石の内面との間隔を拡大することが有効になるが、間隔を拡大した構成では、永久磁石とコアとの相対距離が大きくなり効率的な伝動を行い難くなる。

これに対して、特許文献２のように回転支軸を備えるものでは、回転支軸の姿勢の維持が可能であるが、特許文献１と同様に、単一の軸受部材により回転体が支持されるため、回転支軸に対して回転体の姿勢が変化しやすく、マグネットが隔壁の外面に接触する不都合まで解消できないものであった。

本発明の目的は、内燃機関からの駆動力で回転するシャフトの姿勢を安定させることにより、シャフトからインペラに対して磁界により効率良く回転トルクを伝えることが可能なウォータポンプを構成する点にある。

本発明の特徴は、ポンプ室と外部空間とを分離する隔壁と、
前記ポンプ室に収容され回転軸芯を中心に回転自在なインペラを有するロータと、
前記外部空間において前記回転軸芯と同軸芯に配置され内燃機関の駆動力により回転するシャフトと、
前記シャフトに備えた駆動部材、及び、前記ロータに備えた従動部材の前記回転軸芯に沿う方向での相対位置の調節により前記シャフトから前記ロータに伝えられる回転トルクを設定する磁界式の伝動機構とを備えると共に、
前記シャフトが、前記外部空間において、その両端部がハウジングに設けた軸受部材により回転自在に支持されている点にある。

この構成によると、駆動部材と従動部材との回転軸芯に沿う方向での相対位置の調節により、シャフトからロータに伝えられる回転トルクの設定が可能となり、ロータの回転を停止させることや、ロータをシャフトと等速で回転させることが可能となる。また、シャフトの両端部が、軸受部材により回転自在に支持されているので、このシャフトの姿勢を安定させ、シャフトに備えた駆動部材を隔壁に接触させることもない。
従って、内燃機関からの駆動力で回転するシャフトの姿勢を安定させることにより、シャフトからインペラに対して磁界により効率良く回転トルクを伝えることが可能なウォータポンプが構成された。

本発明は、前記隔壁の一部を前記ポンプ室の方向に窪ませることにより、前記回転軸芯を中心とする内面形状の凹状部が当該隔壁に形成され、
前記外部空間において前記隔壁より離間する位置に前記シャフトが貫通する開口部を有する中間壁が備えられ、
前記シャフトの外端部を回転自在に支持する前記軸受部材が前記中間壁の前記開口部に備えられ、前記シャフトの内端部を回転自在に支持する前記軸受部材が前記凹状部の内面に備えられても良い。

これによると、隔壁の凹状部が、外部空間に対して窪む形態で形成されるため、凹状部が形成されないものと比較すると、中間壁の開口部と、隔壁の凹状部の内壁との回転軸芯に沿う方向での相対距離を長くしてシャフトの姿勢を一層安定させることができる。

本発明は、前記従動部材が、前記ポンプ室において前記凹状部を形成する壁部を取り囲む位置に配置され、前記駆動部材が、前記外部空間において前記凹状部を形成する壁部の内周に近接する位置に配置されても良い。

これによると、凹状部を形成する壁部を挟んでポンプ室には、従動部材が配置され、外部空間には駆動部材が配置されることになり、駆動部材と従動部材との間には凹状部を形成する壁部が配置されるものの、各々の相対距離を比較的短く設定し、駆動部材の回転力を磁界により従動部材に対して良好に伝えることが可能となる。また、シャフトの姿勢が安定的に支持されるので、シャフトに備えた駆動部材を隔壁の壁部の外面に接触させることもない。

本発明は、前記駆動部材に対して前記従動部材に接近させる方向に付勢力を作用させる付勢機構を備え、
前記中間壁と前記隔壁との間に前記駆動部材とともに変位するダイヤフラムを配置し、前記ダイヤフラムと前記中間壁との間に作用する圧力を設定する圧力制御弁を備えて前記伝動機構が構成されても良い。

これによると、圧力制御弁により、圧力室に圧力を作用させない状態（外気圧と同じ圧力状態）に設定することにより、付勢機構の付勢力により駆動部材が従動部材に最も近い位置まで作動し、伝動トルクが最大に設定される。これとは逆に、圧力制御弁により圧力室の圧力を負圧にすることにより、付勢機構の付勢力に抗して駆動部材を従動部材から離間させる方向に変位せさ、伝動トルクの低減が可能となる。

本発明は、前記凹状部のうち、前記ポンプ室に突出する突出端に対して前記回転軸芯と同軸芯で回転支軸を備え、この回転支軸に対して前記ロータが支持されても良い。

これによると、隔壁の凹状部の内周面に設けた軸受部材に対してシャフトの内端が支持され、凹状部の突出端に設けた回転支軸にロータが支持されるため、シャフトの回転軸芯と、ロータの回転軸芯とを高い精度で一致させることができる。

本発明は、前記駆動部材が、前記シャフトに対してトルク伝動自在、且つ、前記回転軸芯に沿う方向に移動自在に支持されると共に、前記駆動部材を前記回転軸芯に沿う方向に往復移動させる電動式の作動機構を備えても良い。

これによると、作動機構を電気的に制御することで、この作動機構の駆動力によって駆動部材と従動部材とを大きく離間させて回転トルクの伝達を遮断すること、あるいは、駆動部材と従動部材との相対距離の調節により回転トルクの調節することも可能となる。

本発明は、前記駆動部材と前記従動部材との一方に前記回転軸芯と同軸芯となる凹部が形成され、前記駆動部材と前記従動部材との他方に前記凹部に収容される収容部が形成され、前記伝動機構が、前記凹部の内面と前記収容部の外面との間で磁界を作用させるものであっても良い。

これによると、凹部の内面と、この凹部に収容される収容部の外面との間で磁界が作用するため、駆動部材と従動部材との直径を拡大することなく、磁界が作用する面積を大きくして確実な伝動を可能にする。

本発明は、前記駆動部材と前記従動部材との少なくとも一方に形成される永久磁石の磁極が前記回転軸芯に対して直交する仮想平面上に配置され、前記駆動部材と前記従動部材との他方が前記仮想平面と平行する姿勢で形成されても良い。

これによると、駆動部材と従動部材とが、回転軸芯に直交する姿勢の空間を介して対向する構成であるため、回転軸芯に沿う方向での小型化が可能となる。また、回転軸芯に沿う方向での駆動部材と従動部材との距離の拡大により、互いに作用する磁界を極めて小さいものにして回転トルクの遮断を確実に行える。

第１実施形態で回転トルクが最大状態にあるウォータポンプの断面図である。 第１実施形態で回転トルクが低減された状態にあるウォータポンプの断面図である。 第１実施形態の別実施形態（ａ）のウォータポンプの断面図である。 第２実施形態で回転トルクが最大状態にあるウォータポンプの断面図である。 第２実施形態で回転トルクが低減された状態にあるウォータポンプの断面図である。 第２実施形態のシフトフォークと減速ギヤとを示す斜視図である。 第２実施形態の別実施形態（ｅ）のウォータポンプの断面図である。

以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
〔基本構成〕
図１、図２に示すように、ポンプ室Ａと外部空間Ｂとを分離する隔壁１（ハウジングの一部）と、ポンプ室Ａに収容されるロータＲと、駆動力により回転するシャフト１１と、シャフト１１の回転トルクを磁界によりロータＲに伝える伝動機構Ｄとを備えてウォータポンプが構成されている。このウォータポンプは、例えば、内燃機関としてのエンジンＥとラジエータとの間で冷却水を循環させる循環系に備えられるものである。

ウォータポンプは、ポンプ室Ａの冷却水を送り出すため複数のインペラ３をロータＲに備え、シャフト１１の外端にプーリ１２を備えている。プーリ１２には、エンジンＥの駆動力が伝えられるベルト１３が巻回されており、これによりエンジンＥの駆動力でシャフト１１が回転する。

伝動機構Ｄは、シャフト１１と一体回転し、シャフト１１の回転軸芯Ｘに沿う方向に移動自在に支持される永久磁石Ｍ（駆動部材の一例）と、ロータＲにおいて永久磁石Ｍからの磁界の作用により回転トルクが伝えられる誘導コアＣ（従動部材の一例）とを備えている。また、伝動機構Ｄは、空気圧の制御により回転軸芯Ｘに沿う方向での永久磁石Ｍの位置を設定して回転トルクの調節を行えるように構成されている。尚、回転軸芯Ｘは、ロータＲとシャフト１１との共通する回転中心である。

このウォータポンプにおいて回転トルクを最大に設定する場合には、図１に示す如く永久磁石Ｍと誘導コアＣとの回転軸芯Ｘに沿う方向での相対距離が最も短縮される。これとは逆に、回転トルクを最低にする場合には、図２に示す如く永久磁石Ｍと誘導コアＣとの回転軸芯Ｘに沿う方向での相対距離が最大に設定される。尚、相対距離を最も拡大した場合には、ロータＲの回転を停止させるように構成しても良い。

〔ポンプ室・隔壁・ロータ〕
ポンプ室Ａは、エンジンＥの外壁に対して凹状に形成されるものであり、このポンプ室ＡはエンジンＥのウォータジャケットに連通している。尚、ポンプ室Ａは、エンジンＥに形成されるものに限らず、エンジンＥに備えられる部材に凹状に形成されても良い。

隔壁１は、磁界に影響を与えない非磁性体で、例えば、電流が流れない不導体の樹脂材料が用いられている。この隔壁１は、ポンプ室Ａの外部開口を閉塞する位置に配置され、エンジンＥの外壁に対して後述する中間壁１５（ハウジングの一部）とともにボルト７により固定されている。更に、隔壁１は、外部空間Ｂを基準にしてポンプ室Ａの方向に窪む凹状部１ａが回転軸芯Ｘを中心とする有底円筒状に形成されている。この凹状部１ａが形成されることにより、凹状部１ａの空間を取り囲む位置に円筒壁部１ｓ（凹状部１ａを形成する壁部の具体的な構成）が形成され、ポンプ室Ａの方向に最も突出する位置に突出壁１ｔが形成される。

また、円筒壁部１ｓの内周のうち、突出壁１ｔに隣接する位置には、円筒壁部１ｓの開口側の内径より設定量だけ小径となる第１ベアリング保持部１ｕが形成されている。

ロータＲは、ディスク体２を有し、このディスク体２のうちポンプ室Ａに対向する面に複数のインペラ３を備えている。ディスク体２の逆側の面にリング状となる複数の磁性鋼板４を積層した誘導コアＣを備えている。このようにリング状の磁性鋼板４を積層することにより誘導コアＣには円筒壁部１ｓを抱き込む状態で配置され、回転軸芯Ｘと同軸芯となる凹部が形成される。また、永久磁石Ｍは凹部に収容される収容部として機能する。

隔壁１の突出壁１ｔのうちポンプ室Ａに露出する面には、回転軸芯Ｘと同軸芯上に回転支軸６が備えられ、この回転支軸６に対してロータＲのディスク体２が回転自在に支承されている。この構成によりロータＲが回転軸芯Ｘを中心に回転自在に支持される。

〔シャフト・伝動機構〕
シャフト１１は、筒状に形成され、前述したプーリ１２が外端側（ポンプ室Ａの反対側）に連結している、このシャフト１１のうち、内端側（ポンプ室Ａに近い側）に小径部１１ａを形成しており、この小径部１１ａの外周にブッシュ１４を固設している。シャフト１１の小径部１１ａには、このシャフト１１の内部空間に連通する通気孔１１ｂが形成されている。

外部空間Ｂには、エンジンＥに対して支持される中間壁１５（ハウジングの一部・圧力壁としても機能する）を備えている。この中間壁１５は、全体的にポンプ室Ａと反対側に突出する椀状であり、基端側にはエンジンＥに連結するフランジ部１５ａが形成され、突出端にはシャフト１１が挿通する開口部１５ｓが形成されると共に、この開口部１５ｓの内周面に第２ベアリング保持部１５ｂが形成されている。

伝動機構Ｄの駆動回転系が、永久磁石Ｍと、ヨーク２１と、中間ベアリング２２と、支持リング２３と、スプリング２４と、ダイヤフラム２５とを備えて構成されている。また、伝動機構Ｄの従動回転系が、誘導コアＣを構成する複数の磁性鋼板４を備えて構成されている。また、この第１実施形態では、誘導コアＣおいて回転軸芯Ｘと同軸芯となる凹部が円筒内面状に形成されていたが、凹部は、すり鉢状や、半球状のように円筒内面状に限るものではない。

つまり、ヨーク２１は、ブッシュ１４の外周に対してトルク伝動自在、且つ、回転軸芯Ｘに沿う方向に相対移動自在に外嵌している。中間ベアリング２２はヨーク２１の外周に支持され、この中間ベアリング２２に外嵌する状態で支持リング２３が備えられている。スプリング２４は、支持リング２３と中間壁１５との間に介装され、ヨーク２１をポンプ室Ａの方向に変位させる付勢力を作用させる。

ダイヤフラム２５は、全体的に環状で柔軟に変形し得るゴムで構成され、支持リング２３の外周位置から中間壁１５の間に配置されている。このダイヤフラム２５の外周部が、隔壁１と中間壁１５のフランジ部１５ａと挟み込まれる位置に配置され、中央の開口に沿う部分に変形可能となる膨出部２５ａが形成されている。尚、隔壁１の外周と、中間壁１５のフランジ部１５ａとが重ね合わせ態でボルト７によりエンジンＥに連結されるため、このダイヤフラム２５の外周部と外部空間との間に空気が流通する間隙は形成されず良好なシール状態が作り出される。

ヨーク２１は鉄材等の磁性体で構成され、その外周に対して永久磁石Ｍが固設されている。この永久磁石Ｍは、回転軸芯Ｘを中心にして永久磁石Ｍの外周にはＮ極とＳ極が交互に現れるものであり、円筒形となる単一のものであっても良く、複数のものをヨーク２１の外周に接着固定して構成されるものでも良い。

シャフト１１は、その内端部（ポンプ室Ａに近い端部）が第１ベアリング保持部１ｕに保持された第１ベアリング１７（軸受部材の一例）により支持され、その外端部（ポンプ室Ａと反対側の端部）が第２ベアリング保持部１５ｂに保持された第２ベアリング１８（軸受部材の一例）により支持されている。

この第１実施形態では、隔壁１が外部空間Ｂを基準にしてポンプ室Ａの方向に窪む凹状部１ａを有し、この凹状部１ａの内周に第１ベアリング保持部１ｕを形成することで、第１ベアリング１７と第２ベアリング１８との回転軸芯Ｘに沿う方向での距離を大きくしている。これにより、プーリ１２に対してベルト１３からの張力が作用する状況でも、シャフト１１の芯ブレを抑制して安定的な支持を実現する。

この伝動機構Ｄでは、外部空間Ｂのうち、中間壁１５の内部位置で、ヨーク２１からダイヤフラム２５に亘る部位より外方側に気密構造となる圧力制御室Ｓが形成される。

この圧力制御室Ｓを気密構造にするために、ブッシュ１４に対してヨーク２１が回転軸芯Ｘに沿う方向に移動自在に外嵌しているが、この外嵌部位での空気の漏出を抑制するためにヨーク２１の内面とシャフト１１の外面との間にシール２６を備えている。更に、中間ベアリング２２と第２ベアリング１８とにシールベアリングが使用されている。

尚、圧力制御室Ｓを気密構造とするため、支持リング２３の内周とヨーク２１の外周に亘る領域に中間ベアリング２２と並列する位置にシールを備えても良い。これと同様に、中間壁１５の開口部１５ｓとシャフト１１の外周に亘る領域に第２ベアリング１８と並列する位置にシールを備えても良い。

外部空間Ｂのうち、圧力制御室Ｓよりポンプ室Ａに近い位置となる隔壁１の凹状部１ａの内部が、通気孔１１ｂにより外部に連通しているため常に大気圧が作用する大気圧室となる。

中間壁１５には連通孔１５ｃが形成され、この連通孔１５ｃに連通する減圧管路２７を備え、この減圧管路２７を介して圧力制御室Ｓを負圧にするための圧力制御弁２８と、負圧源２９とを備えている。負圧源２９としては電動モータで駆動されるポンプを想定しているが、例えば、エンジンＥの吸気系の負圧を作用させるように構成しても良い。

圧力制御弁２８は、２ポジションに切換自在な電磁弁として構成され、制御装置３０が圧力制御弁２８の電磁ソレノイドに電力を供給することで、圧力制御室Ｓを負圧源２９に連通させて永久磁石Ｍ（駆動部材の一例）を、誘導コアＣ（従動部材の一例）から離間させ回転トルクの低減を実現する。

〔作動形態・第１実施形態の作用・効果〕
このような構成から、エンジンＥの始動直後のようにエンジンＥの暖機を必要とする場合には、制御装置３０は、圧力制御弁２８の電磁ソレノイドに直流電力を供給する。これにより、負圧源２９の負圧に圧力制御室Ｓの圧力が低下し、シャフト１１の通気孔１１ｂから作用する大気圧により、永久磁石Ｍが、スプリング２４の付勢力と、永久磁石Ｍと誘導コアＣとの間に作用する磁力と、に抗して回転軸芯Ｘに沿ってシャフト１１の外端側に変位する。その結果、図２に示すように、永久磁石Ｍが誘導コアＣから大きく離間し、ロータＲに対して回転トルクが大きく低下する状態、又は、回転トルクが伝えられない状態となり冷却水の循環が抑制される。

エンジンＥの始動の後に、冷却水の水温が所定値を超えた場合には、制御装置３０が圧力制御弁２８の電磁ソレノイドに対して間歇信号に基づいて電力を供給すると共に、間歇信号のデューティ比のＯＮ時間を設定する。このＯＮ時間は、冷却水の水温が上昇するほど短縮する（ＯＦＦ時間を長くする）制御が行われる。この制御により圧力制御室Ｓの圧力が上昇し、永久磁石Ｍが誘導コアＣに接近する。

つまり、圧力制御弁２８の電磁ソレノイドを間歇信号で駆動することによりＯＮ時間だけ圧力制御室Ｓから空気が排出され、ＯＦＦ時間だけ圧力制御室Ｓに外気が流れ込む。

この制御により、水温が上昇するほど回転軸芯Ｘに沿う方向で永久磁石Ｍを誘導コアＣに近い位置にセットすることができる。これにより、永久磁石ＭからロータＲの誘導コアＣに伝えられる回転トルクを増大させ、冷却水の循環量の増大も可能となる。特に、圧力制御室Ｓの圧力を大気圧と等しく設定した状態では永久磁石Ｍが誘導コアＣに最も近い位置にセットされ、シャフト１１とロータＲとを略等速で回転させることもできる。

特に、このウォータポンプでは、シャフト１１の外端側を、第２ベアリング１８を介して中間壁１５に支持し、シャフト１１の内端側を、第１ベアリング１７を介して隔壁１に支持している。これにより、第２ベアリング１８と第１ベアリング１７との回転軸芯Ｘに沿う方向での寸法を長くし、プーリ１２から永久磁石Ｍに亘る回転系の回転姿勢の変動を抑制して、良好な回転を維持する。

更にシャフト１１の回転姿勢を適正に維持することにより、永久磁石Ｍの回転姿勢の変動が抑制されるため、永久磁石Ｍの外周と隔壁１との間隔を小さくしても、永久磁石Ｍと隔壁１とが接触する不都合を招くことがなく、永久磁石Ｍからの磁束を減衰させることなく誘導コアＣに伝えて効率良くトルクを伝えることが可能となる。

〔第１実施形態の別実施形態〕
本発明は、上記した第１実施形態以外に以下のように構成しても良い。

（ａ）図３に示すように、シャフト１１の延出側の端部に回転軸芯Ｘに沿う方向に凹状となる収容可能な収容空間を形成し、この収容空間に入り込むように隔壁１を形成すると共に、ロータＲのディスク体２にボス部２ａを形成する。更に、このボス部２ａに支持される回転支軸６を備えることにより、この回転支軸６をシャフト１１の端部の収容空間の内部に配置する。この構成により、第１実施形態と比較して、回転軸芯Ｘに沿う方向での回転支軸６の長さを長くし、ロータＲの安定した回転を可能にする。

この構成では、第１ベアリング１７の位置を変更しないで済むため、第１ベアリング１７と第２ベアリング１８との回転軸芯Ｘに沿う方向での寸法を長い状態にして、シャフト１１の姿勢を適正に維持すると同時に、ロータＲの姿勢を適正に維持することが可能となり、シャフト１１にも、ロータＲにも芯ブレのない良好な回転を実現する。

（ｂ）シャフト１１と一体回転する回転駆動系に駆動部材として磁性体を備え、ロータＲに対して従動部材として永久磁石Ｍを備えても良い。また、シャフト１１と一体回転する回転駆動系に駆動部材として永久磁石Ｍを備え、ロータＲに対して従動部材として永久磁石Ｍを備えても良い。このように構成したものでも、駆動部材と従動部材との回転軸芯Ｘに沿う方向での相対距離の設定によりシャフト１１からロータＲに伝えられる回転トルクの調節が可能となる。

（ｃ）第１実施形態では、中間壁１５を圧力壁に兼用していたが、これに換えて、中間壁１５と異なる位置に圧力壁を備えても良い。このように構成することにより、圧力制御室Ｓの気密性能を向上させることが可能となる。

（ｄ）圧力室に対して制御油等の液状の流体の給排を行うことにより、シャフト１１からロータＲに伝えられるトルクを調節するように構成しても良い。

以下、本発明の第２実施形態を図面に基づいて説明する。
〔基本構成〕
この第２実施形態のウォータポンプの構成は、図４〜図６に示すように、駆動部材としての永久磁石Ｍの位置を設定する作動機構Ｔを除いて第１実施形態に共通している。また、ロータＲを回転自在に支持する回転支軸６の構成は、別実施形態（ａ）と共通している。尚、第２実施形態において第１実施形態に共通する構成には、第１実施形態と共通する符号を付している。

ウォータポンプは、ポンプ室Ａと外部空間Ｂとを分離する隔壁１（ハウジングの一部）と、ポンプ室Ａに収容されるロータＲと、駆動力により回転するシャフト１１と、シャフト１１の回転トルクを磁界によりロータＲに伝える伝動機構Ｄとを備えている。

隔壁１は、外部空間Ｂを基準にしてポンプ室Ａの方向に窪む凹状部１ａが回転軸芯Ｘを中心とする有底円筒状に形成されている。この隔壁１には、円筒壁部１ｓと、突出壁１ｔと第１ベアリング保持部１ｕとが形成されている。

外部空間Ｂに備えた中間壁１５は、全体的にポンプ室Ａと反対側に突出する椀状であり、基端側にはエンジンＥに連結するフランジ部１５ａが形成されている。突出端にはシャフト１１が挿通する開口部１５ｓが形成され、この開口部１５ｓの内周面に第２ベアリング保持部１５ｂが形成されている。

シャフト１１は筒状であり、このシャフト１１の外端側にプーリ１２が連結し、内端側に小径部１１ａを形成し、この小径部１１ａの外周にブッシュ１４が固設されている。

シャフト１１は、その内端部（ポンプ室Ａに近い端部）が、第１ベアリング保持部１ｕに保持された第１ベアリング１７（軸受部材の一例）により支持され、その外端部（ポンプ室Ａと反対側の端部）が第２ベアリング保持部１５ｂに保持された第２ベアリング１８（軸受部材の一例）により支持されている。

〔伝動機構〕
伝動機構Ｄは、シャフト１１と一体回転し、シャフト１１の回転軸芯Ｘに沿う方向に移動自在に支持される永久磁石Ｍ（駆動部材の一例）と、ロータＲにおいて永久磁石Ｍからの磁界の作用により回転トルクが伝えられる誘導コアＣ（従動部材の一例）とを備えている。

誘導コアＣは、リング状の磁性鋼板４を積層することにより、隔壁１の円筒壁部１ｓを抱き込む状態で配置され、回転軸芯Ｘと同軸芯となる凹部が形成される。永久磁石Ｍは、凹部に収容される収容部として機能するものであり、図４に示す如く円筒壁部１ｓの内部に収容される。これにより、収容部として機能する永久磁石Ｍの外周と、誘導コアＣの凹部の内周との間で磁界が作用し、回転トルクの伝達が可能となる。

伝動機構Ｄでは、アクチュエータとしての電動モータ３８の駆動力により駆動部材としての永久磁石Ｍを回転軸芯Ｘに沿う方向に往復移動させる作動機構Ｔを備えている。これにより、電動モータ３８の駆動力で回転軸芯Ｘに沿う方向での永久磁石Ｍの位置を設定して回転トルクの調節を実現している。尚、回転軸芯Ｘは、ロータＲとシャフト１１との共通する回転中心である。

ヨーク２１は、ブッシュ１４の外周に対してトルク伝動自在、且つ、回転軸芯Ｘに沿う方向に相対移動自在に外嵌している。ヨーク２１は鉄材等の磁性体で構成され、その外周に永久磁石Ｍが固設されている。永久磁石Ｍは、回転軸芯Ｘを中心にして永久磁石Ｍの外周にＮ極とＳ極が交互に現れるものである。尚、永久磁石Ｍは、円筒形となる単一のものであっても良く、複数のものをヨーク２１の外周に接着固定したものでも良い。

ロータＲは、ディスク体２を有し、このディスク体２でポンプ室Ａに対向する面に複数のインペラ３を備えている。ディスク体２の逆側の面に複数の磁性鋼板４を積層した誘導コアＣを備えている。

このように、伝動機構Ｄでは、永久磁石Ｍが隔壁１において凹状部１ａの空間を取り囲む位置に円筒壁部１ｓ内部に配置され、誘導コアＣが、円筒壁部１ｓを抱き込む位置に配置される。この第２実施形態では、誘導コアＣおいて回転軸芯Ｘを中心に形成される凹部が円筒内面状に形成されていたが、凹部は、すり鉢状や、半球状のように円筒内面状に限るものではない。

〔作動機構〕
作動機構Ｔは、中間ベアリング２２を支持する支持リング２３と、圧縮コイル型のスプリング２４と、支持リング２３をシフト作動させるシフトフォーク３５と、減速ギヤ３７と、シフトフォーク３５を揺動作動させるアクチュエータとしての電動モータ３８とを備えている。

中間ベアリング２２は、ヨーク２１と支持リング２３との相対回転を許しながら、回転軸芯Ｘに沿う方向で各々の一体移動を可能にするように支持する。また、電動モータ３８は、減速ギヤ３７を介してシフトフォーク３５を揺動させることにより、回転軸芯Ｘに沿う方向に永久磁石Ｍの移動を可能にする。電動モータ３８は制御装置３０によって制御される。尚、減速ギヤ３７は、電動モータ３８の出力軸に備えたピニオンギヤ３７ａと、これに咬合する中間ギヤ３７ｂと、この中間ギヤ３７ｂに咬合しシフトフォーク３５に固設されたセクタギヤ３７ｃとで構成されている。

支持リング２３は、この支持リング２３と中間壁１５との間に備えられたスプリング２４の付勢力により、永久磁石Ｍと誘導コアＣとの間で作用する磁界の強さ（磁束密度）を増大させる方向に付勢されている。

支持リング２３の外周には、回転軸芯Ｘを中心として環状となる係合溝部２３ａが形成されている。シフトフォーク３５の揺動端には、支持リング２３を直径方向に挟み込む位置（回転軸芯Ｘを挟む位置）から係合溝部２３ａに係合する一対の係合ピン３５ａを備え、その基端部が揺動支軸３６を介して中間壁１５に揺動自在に支持されている。

尚、作動機構Ｔの構成は前述したものに限るものではなく、例えば、シフトフォーク３５を、回転軸芯Ｘと平行姿勢のレールやガイドロッドに支持し、シフトフォークにラックギヤを備え、これに咬合するピニオンギヤを電動モータで駆動するものでも良い。更に、シフトフォーク３５にナットを備え、このナットに螺合するネジ軸を電動モータで駆動する構成でも良い。

特に、この作動機構Ｔでは、電動モータ３８が故障した場合のように、電動モータ３８から駆動力が作用しない状態では、スプリング２４の付勢力によって永久磁石Ｍが誘導コアＣに近接する作動を減速ギヤ３７が許容し、永久磁石Ｍから作用する磁界によりインペラ３を回転させるように構成されている。

〔作動形態〕
この構成から、エンジンＥの始動直後のようにエンジンＥの暖機を必要とする場合には、制御装置３０は、図５に示すように電動モータ３８の駆動が減速ギヤ３７からシフトフォーク３５に伝えられることにより、永久磁石Ｍを誘導コアＣから離間させる方向にシフトさせる。このシフトより、永久磁石Ｍと誘導コアＣとの距離が拡大し、これらの間で作用する磁界の強さ（磁束密度）を低減し、永久磁石Ｍから誘導コアＣに伝えられる回転トルクが大きく低下する状態、又は、回転トルクが伝えられない状態となり冷却水の循環が抑制される。

エンジンＥの始動の後に、冷却水の水温が所定値を超えた場合には、制御装置３０は、電動モータ３８の駆動により、図４に示すように永久磁石Ｍと誘導コアＣとの間で作用する磁界の強さ（磁束密度）を増大する方向（図４では右側）に永久磁石Ｍをシフトさせる。このシフトにより、永久磁石Ｍから誘導コアＣに伝えられる回転トルクが増大し、冷却水を良好に循環させてエンジンＥの冷却が実現する。

また、シフトフォーク３５の係合ピン３５ａを、回転軸芯Ｘを挟む位置に配置しているため、シフトフォーク３５が揺動支軸３６を中心に揺動した場合でも、ヨーク２１に対して回転軸芯Ｘに沿う方向に沿って偏りのない力を作用させ円滑な作動を実現する。

〔第２実施形態の別実施形態〕
本発明は、上記した第２実施形態以外に以下のように構成しても良い。

（ｅ）この別実施形態は、第２実施形態と共通する作動機構Ｔを有するものであるが、伝動機構Ｄの構成が異なる。つまり、図７に示すように伝動機構Ｄは、永久磁石Ｍ（駆動部材の一例）と、誘導コアＣ（従動部材の一例）とを備えて構成されると共に、永久磁石Ｍの磁極が回転軸芯Ｘと直交する姿勢の仮想平面上に配置され、誘導コアＣにおいて永久磁石Ｍからの磁界が作用する磁界作用面が、仮想平面と平行する姿勢で形成されている。

ヨーク２１は、ブッシュ１４を介してシャフト１１に外嵌する筒状部２１ａと、この筒状部２１ａの外周から回転軸芯Ｘに対して直交する姿勢で鍔状に形成されるディスク部２１ｂとを一体形成した構成を有している。このディスク部２１ｂに対して永久磁石Ｍが支持されている。永久磁石Ｍは、回転軸芯Ｘを中心にして周方向にＮ極とＳ極が交互に現れるものである。尚、永久磁石Ｍは、ディスク状となる単一のものであって良く、複数のものをディスク部２１ｂの外周に接着固定したものでも良い。

誘導コアＣは、リング状の鉄焼結コア４ａで形成され、この誘導コアＣの側面の磁界作用面が回転軸芯Ｘに対し直交して形成され、隔壁１の凹状部１ａを構成する筒状壁部に対して回転自在に外嵌支持されている。

このように伝動機構Ｄは、隔壁１のうち回転軸芯Ｘに対して直交する姿勢で形成される部位を挟んで対向する位置に配置されるものである。また、伝動機構Ｄは、作動機構Ｔの作動により永久磁石Ｍが回転軸芯Ｘに沿う方向での位置が設定され、この位置の設定により回転トルクの調節を行えるように構成されている。尚、回転軸芯Ｘは、ロータＲとシャフト１１との共通する回転中心である。

この構成により、電動モータ３８の駆動力で永久磁石Ｍと誘導コアＣとの回転軸芯Ｘに沿う方向での間隔を調節することで、永久磁石から誘導コアＣに作用する磁界（磁束密度）を大きく変化させ、永久磁石Ｍから誘導コアＣに伝えられる回転トルクの調節を実現する。特に、この構成では永久磁石Ｍと誘導コアＣとを大きく離間させ、互いに作用する磁界を極めて小さくし、回転トルクを遮断することを確実にする。

（ｆ）第１実施形態のように流体の圧力制御により駆動部材と従動部材との相対距離が設定される構成に対し、別実施形態（ｅ）のように、駆動部材と従動部材との一方が回転軸芯Ｘに対して直交する姿勢の仮想平面上に永久磁石Ｍの磁極が配置され、駆動部材と従動部材との他方が仮想平面に対して直交する姿勢で配置された構成を組み合わせても良い。このような構成でも、永久磁石Ｍと誘導コアＣとを大きく離間させ、互いに作用する磁界を極めて小さくし、回転トルクを遮断することを確実にする。

（ｇ）シャフト１１と一体回転する回転駆動系に駆動部材として磁性体を備え、ロータＲに対して従動部材として永久磁石Ｍを備えても良い。また、シャフト１１と一体回転する回転駆動系に駆動部材として永久磁石Ｍを備え、ロータＲに対して従動部材として永久磁石Ｍを備えても良い。このように構成したものでも、駆動部材と従動部材との回転軸芯Ｘに沿う方向での相対距離の設定によりシャフト１１からロータＲに伝えられる回転トルクの調節が可能となる。

本発明は、内燃機関の駆動力により回転するシャフトの回転力を、インペラを有するロータに対して磁界により伝えるウォータポンプに利用することができる。

１ 隔壁・ハウジング
１ａ 凹状部
１ｓ 壁部（円筒壁部）
３ インペラ
６ 回転支軸
１１ シャフト
１５ 中間壁・ハウジング
１５ｓ 開口部
１７ 軸受部材（第１ベアリング）
１８ 軸受部材（第２ベアリング）
２４ 付勢機構（スプリング）
２５ ダイヤフラム
２８ 圧力制御弁
Ａ ポンプ室
Ｂ 外部空間
Ｃ 従動部材（誘導コア）
Ｄ 伝動機構
Ｅ 内燃機関（エンジン）
Ｍ 駆動部材（永久磁石）
Ｒ ロータ
Ｔ 作動機構
Ｘ 回転軸芯

Claims (8)

1. ポンプ室と外部空間とを分離する隔壁と、
   前記ポンプ室に収容され回転軸芯を中心に回転自在なインペラを有するロータと、
   前記外部空間において前記回転軸芯と同軸芯に配置され内燃機関の駆動力により回転するシャフトと、
   前記シャフトに備えた駆動部材、及び、前記ロータに備えた従動部材の前記回転軸芯に沿う方向での相対位置の調節により前記シャフトから前記ロータに伝えられる回転トルクを設定する磁界式の伝動機構とを備えると共に、
   前記シャフトが、前記外部空間において、その両端部がハウジングに設けた軸受部材により回転自在に支持されているウォータポンプ。
2. 前記隔壁の一部を前記ポンプ室の方向に窪ませることにより、前記回転軸芯を中心とする内面形状の凹状部が当該隔壁に形成され、
   前記外部空間において前記隔壁より離間する位置に前記シャフトが貫通する開口部を有する中間壁が備えられ、
   前記シャフトの外端部を回転自在に支持する前記軸受部材が前記中間壁の前記開口部に備えられ、前記シャフトの内端部を回転自在に支持する前記軸受部材が前記凹状部の内面に備えられている請求項１記載のウォータポンプ。
3. 前記従動部材が、前記ポンプ室において前記凹状部を形成する壁部を取り囲む位置に配置され、前記駆動部材が、前記外部空間において前記凹状部を形成する壁部の内周に近接する位置に配置されている請求項２記載のウォータポンプ。
4. 前記駆動部材に対して前記従動部材に接近させる方向に付勢力を作用させる付勢機構を備え、
   前記中間壁と前記隔壁との間に前記駆動部材とともに変位するダイヤフラムを配置し、前記ダイヤフラムと前記中間壁との間に作用する圧力を設定する圧力制御弁を備えて前記伝動機構が構成されている請求項２又は３に記載のウォータポンプ。
5. 前記凹状部のうち、前記ポンプ室に突出する突出端に対して前記回転軸芯と同軸芯で回転支軸を備え、この回転支軸に対して前記ロータが支持されている請求項２記載のウォータポンプ。
6. 前記駆動部材が、前記シャフトに対してトルク伝動自在、且つ、前記回転軸芯に沿う方向に移動自在に支持されると共に、前記駆動部材を前記回転軸芯に沿う方向に往復移動させる電動式の作動機構を備えている請求項１又は２に記載のウォータポンプ。
7. 前記駆動部材と前記従動部材との一方に前記回転軸芯と同軸芯となる凹部が形成され、前記駆動部材と前記従動部材との他方に前記凹部に収容される収容部が形成され、前記伝動機構が、前記凹部の内面と前記収容部の外面との間で磁界を作用させる請求項１〜６のいずれか一項に記載のウォータポンプ。
8. 前記駆動部材と前記従動部材との少なくとも一方に形成される永久磁石の磁極が前記回転軸芯に対して直交する仮想平面上に配置され、前記駆動部材と前記従動部材との他方が前記仮想平面と平行する姿勢で形成されている請求項１，２，４，５，６のいずれか一項に記載のウォータポンプ。

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