JP3932859B2

JP3932859B2 - ウォーターポンプ

Info

Publication number: JP3932859B2
Application number: JP2001325568A
Authority: JP
Inventors: 淳志出合
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2001-10-23
Filing date: 2001-10-23
Publication date: 2007-06-20
Anticipated expiration: 2021-10-23
Also published as: JP2003129999A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ウォータポンプの構造に関するものであり、特に、ウォータポンプ内に異物を除去する機構を設けたウォータポンプの構造に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ウォータポンプでは、異物の混入があると機能上、噛み込みや磨耗等の不具合が生じる為、ウォータポンプの内部に異物を除去するフィルタを設けたものが知られている。例えば、特開平９−７９１８２号公報においては、ウォータポンプのハウジングにインペラの背面に向けて延在する筒状フィルタを取り付けることにより、ウォータポンプ内部の流体に含まれる異物を除去する異物防止機構が開示されている。
【０００３】
また、特開平９−８８８９８号公報においては、ウォータポンプのハウジングの軸受部に回転軸を軸支し、回転軸の一端にプーリを嵌着し、ハウジング内に突出した回転軸の先端にインペラを固着している。そして、インペラをカバーするハウジングに取り付けられ、ポンプ室を形成するポンプケースを備え、回転部分に固定された回転シール部材と軸受部に固定された固定シール部材との間に摺動面を有するメカニカルシールを設けたウォータポンプにおいて、ポンプ室の高圧部から取り出された冷却水をトラップ室に導き、トラップ室で異物を沈殿させるようにした異物除去装置付きウォータポンプが開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平９−７９１８２号公報に示される構成においては、フィルタがインペラの回転によって高圧になるインペラの外径近傍（インペラの外径とインペラの軸受部との間）にフィルタが配設されるために、流体が流れる際に大きな抵抗となってしまい、効率良く流体を循環させることができない。また、この構成ではインペラの背面に形成された溝と、その溝に延在するフィルタとのクリアランスによっては以下の様な問題点が発生する。つまり、そのクリランスが小さいとインペラが回転する際にフィルタとの摺動抵抗が大きくなる。また、クリアランスが大きいと異物が通ってしまうため、クリアランスの設定が難しい。
【０００５】
特開平９−８８８９８号公報に示される構成では、異物を沈殿させるトラップ室が必要となり、構造が複雑なものとなり、大型化してしまう。
【０００６】
よって、本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、ウォータポンプ内を流体が流れる際に大きな抵抗とならず、異物の除去ができる構成とすること、大型化せず、簡単な構成により異物を除去することが可能なウォータポンプを提供することを技術的課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために講じた第１の技術的手段は、吸入口と吐出口を有するハウジングと、吸入口側において該ハウジングに対して軸支されるシャフトと、羽根と、羽根が配置されたインペラ軸受と、該インペラ軸受に固定された第１永久磁石とを備え、前記シャフトに対して回転する回転部材と、前記第１永久磁石に対して軸方向に対向し、駆動源により回転される第２永久磁石とを備え、前記吸入口から流体を吸入して、前記回転部材の回転により前記流体を前記シャフトと前記インペラとの間から導き、前記吐出口より吐出するウォータポンプにおいて、さらに、前記インペラ軸受の中央に設けられ、前記回転部材が前記シャフトに支持される軸受部と、前記回転部材の背面側に開口し、前記軸受部及び前記シャフトの前記回転部材の背面側に位置する端部を収納する凹部と、前記軸受部及び前記シャフトの前記端部の軸方向における延長線上に設けられ、前記凹部の開口部を閉塞するフィルタとを備えていることである。
【０００８】
上記した手段によれば、軸受部及びシャフトの延長線上にフィルタを設けるのみで、シャフトとインペラの間から流体を導く過程において、異物が簡単な構造によって、フィルタにより除去される。その結果、軸受部及びシャフトの延長線上に設けられたフィルタにより、インペラの軸受に異物が溜まることが防止されるとともに、異物の侵入によるインペラの軸受に悪影響を与えない。また、フィルタは回転を行う中央に配設されるため、従来に比べて、インペラの回転を妨げる抵抗とはなり難い。
【０００９】
また、上記の課題を解決するために講じた第２の技術手段は、吸入口と吐出口を有するハウジングと、吸入口側において該ハウジングに対して軸支されるシャフトと、羽根と、羽根が配置されたインペラ軸受と、該インペラ軸受に固定された第１永久磁石とを備え、前記シャフトに対して回転する回転部材と、前記第１永久磁石に対して径方向に対向し、駆動源により回転される第２永久磁石とを備え、前記吸入口から流体を吸入して、前記回転部材の回転により前記流体を前記シャフトと前記インペラとの間から導き、前記吐出口より吐出するウォータポンプにおいて、さらに、前記インペラ軸受の中央に設けられ、前記回転部材が前記シャフトに支持される軸受部と、前記回転部材の背面側に開口し、前記軸受部及び前記シャフトの前記回転部材の背面側に位置する端部を収納する凹部と、前記軸受部及び前記シャフトの前記端部の軸方向における延長線上に設けられ、前記凹部の開口部を閉塞するフィルタとを備えていることである。
【００１０】
上記の構成によれば、軸受部及びシャフトの延長線上にフィルタを設けるのみで、シャフトとインペラの間から流体を導く過程において、異物が簡単な構造によって、フィルタにより除去される。その結果、軸受部及びシャフトの延長線上に設けられたフィルタにより、インペラの軸受に異物が溜まることが防止されるとともに、異物の侵入によるインペラの軸受に悪影響を与えない。また、フィルタは回転を行う中央に配設されるため、従来に比べて、インペラの回転を妨げる抵抗とはなり難い。
【００１１】
また、前記凹部は、前記インペラ軸受の前記背面側に延び、かつ外周に複数の前記第１永久磁石が配置された環状支持部の内側に形成されることが好ましい。
また、前記軸受部は、前記インペラ軸受の中央に設けられた筒状部であることが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１３】
（第１実施形態）
図１は第１実施形態を示し、図２は図１に示すＡ-Ａ断面図である。ウォータポンプ１は、例えば、車両のエンジン内部で発生した発熱を冷却水（流体）の循環により冷却水によりエンジンの発熱が吸熱され、吸熱されて温められた冷却水をラジエータにより冷やす様にした冷却水循環経路の一部に設けられている。このウォータポンプ１は、エンジンとラジエータとの間にゴムから成る図示しないパイプにより接続される。ウォータポンプ１は、ラジエータ側に接続されて冷却水の吸入を行う吸入口１ａと、エンジン側に接続されて冷却水をエンジンへと供給する吐出口１ｂとを備える。また、ウォータポンプ１は、２つのハウジング２，３により外観が形成され、吸入口１ａおよび吐出口１ｂは共にハウジング２に設けられている。本実施形態において、吸入口１ａおよび吐出口１ｂは互いに９０度方向が異なった方向に突出している。
【００１４】
円筒状のハウジング２，３は、周状に３箇所の位置でボルト５により締結され、ハウジング２の吸入口１ａにはフランジ部２０ｂを有したシャフト２０を支持する円筒状の支持部２ａを有する。この支持部２ａにシャフト２０はハウジング２の内部から軸方向に圧入され、支持部２ａにてハウジング本体に３点支持される。回転部材は、図１に示すように、羽根（インペラ）１４と、インペラ軸受１３とを備えている。インペラ軸受１３は、環状支持部１３ｄと、内部に孔１３ｂが形成された軸受部と、第１永久磁石１５とを備えている。シャフト２０には、複数の羽根を有するインペラ１４がインペラ軸受１３にて回転自在に取り付けられ、シャフト２０の一方の端部には軸方向に延在する孔２０ａが形成され、その孔２０ａにワッシャー１６を介してビス１７が取り付けられ、インペラ軸受１３がシャフト２０に取り付けられる。この場合、インペラ１４とインペラ軸受１３は、シャフト２０に対して別体で取り付けられても、一体で取り付けられても良い。インペラ軸受１３は中央に孔１３ｂを有し、この孔１３ｂにシャフト２０が挿通され、シャフト２０のフランジ部２０ｂによりインペラ軸受１３の軸方向における一方の移動が規制される。また、インペラ軸受１３の軸方向における他方には、軸方向の移動を規制するワッシャー１６およびビス１７で制限している。インペラ軸受１３のインペラ１４が固定される背面側には軸方向に突出する環状支持部１３ｄがインペラ軸受１３に一体で形成されている。この環状支持部１３ｄには、周状に複数（例えば、Ｎ極とＳ極とが交互になった８極）の極性をもつ永久磁石１５が外径に嵌まり、永久磁石１５は内径と一方の軸方向側面の２面がインペラ軸受１３に対して当接した状態で、環状支持部１３ｄの軸方向における端部１３ｅがカシメられ、永久磁石１５が環状支持部１３ｄに固定される。
【００１５】
この様な構成におけるインペラ軸受１３の環状支持部１３ｄの中央には吸入口とは反対側に向けて軸方向に開口した凹部１９が形成される。このインペラ軸受１３の背面に形成された凹部１９を覆い塞ぐ様にして、環状支持部１３ｄの内径に形成された周状の段部１３ｃに、微細な孔１８を有する細かいメッシュ状のフィルタ２２が取り付けられる。
【００１６】
一方、ハウジング２とハウジング３とは隔壁４によって完全に冷却水が漏れない様にシールされた状態で、インペラ１４が配設されるハウジング２の内部空間には冷却水が流れるようになっているが、ハウジング３の内部は単なる空間となっている。
【００１７】
また、ハウジング３にはモータ６が複数のビス７によりハウジング３の内部より固定されている。モータ出力軸８はシャフト２０と同軸となっており、このモータ出力軸８に周状に複数（例えば、Ｎ極とＳ極とが交互に繰り返される８極）の磁極を有する永久磁石１２の軸方向一方の端面が固定される磁石支持体１１が圧入により、モータ出力軸８に固定される。ハウジング２側の永久磁石１２はインペラ軸受１３に取り付けられる永久磁石１５と同径かつ対向している。つまり、ハウジング２，３に対して、永久磁石１２，１５が組み付けられた状態では、永久磁石１２，１５は隔壁４が間に設けられるが、永久磁石１２，１５間で磁束が軸方向に対して通る様、対向して配設される。また、ハウジング２とインペラ１４との軸方向のクリアランスはインペラ１４の回転を妨げない範囲内で小さく設定されると共に、インペラ軸受１３の内径とシャフト２０の外径とのクリアランスはわずかに存在する。
【００１８】
次に、ウォータポンプ１の動作について説明する。モータ６が外部からの信号により駆動されると、モータ出力軸８が回転を行う。すると、モータ回転軸８に固定された磁石支持体１１がモータ回転軸８と一体となり回転することによって、周方向に複数の磁極を有する環状の永久磁石１２が回転する。
【００１９】
永久磁石１２が回転すると、隔壁４を介して永久磁石１２に対向配置された永久磁石１２と同径の永久磁石１５とが磁気結合（磁気カップリング）され、一方の永久磁石１２が回転すれば永久磁石１５もそれにつられて回転を行う。このつられて回転を行う永久磁石１５は、インペラ軸受１３に固定されていることから、永久磁石１５の回転につられて、インペラ１４がモータ出力軸８の回転方向にて回転を行う。
【００２０】
すると、インペラ１４の回転により吸入口１ａの冷却水はインペラ１４の外径へと押し出され、インペラ１４の外径側およびインペラ１４の背面側が吸入口１ａと比べて、高圧となった状態が生じる。この様に、インペラ１４の回転によって、高圧となった冷却水は、その一部が永久磁石１５の背面（隔壁４の方向）へと廻り込み、インペラ軸受１３の背面、即ち、環状支持部１３ｄの凹部１９に取り付けられたフィルタ２２の有する微細な孔１８を通る。このフィルタ２２により、冷却水に含まれる異物が凹部１９へと流されず、異物が除去された後、凹部１９から冷却水はインペラ軸受１３の内径とシャフト２０の外径との間を通って抜けてゆく。そして、ハウジング２の吸入口１ａへ戻り、吸入口１ａの冷却水となる。
【００２１】
この場合、フィルタ２２をシャフト２０の軸方向に設けたので、高圧になった冷却水が凹部１９へと抜けてゆく際に、大きな抵抗とならない。しかも、異物が凹部１９に入る前段階で除去されるので、インペラ軸受１３の内径とシャフト２０の外径との間に異物が入らないことから、軸受での異物の侵入による目詰まりや磨耗が防止でき、インペラ１４の回転に悪影響を与えることはなくなる。
【００２２】
（第２実施形態）
次に、図３および図３のＢ−Ｂ断面図である図４を参照し、第２実施形態について説明する。尚、この第２実施形態においては、第１実施形態と同じ部材は同じ図番で表わし、第１実施形態と形状が異なる部材は所定値（例えば、３０）を加算した図番で表わしている。
【００２３】
図３に示すウォータポンプ１００は、ラジエータ側に接続されて冷却水の吸入を行う吸入口１ａと、エンジン側に接続されて冷却水をエンジンへと供給する吐出口１ｂとを備える。ウォータポンプ１００は、２つのハウジング２，３３により外観が形成され、吸入口１ａおよび吐出口１ｂは共にハウジング２に設けられている。本実施形態において、吸入口１ａおよび吐出口１ｂは互いに９０度方向が異なった方向に突出している。
【００２４】
円筒状のハウジング２，３３は、周状に３箇所の位置でボルト５により締結され、ハウジング２の吸入口１ａにはフランジ部５０ｂを有したシャフト５０を支持する円筒状の支持部２ａを有する。この支持部２ａにシャフト５０はハウジング２の内部から軸方向に圧入され、支持部２ａにてハウジング本体に３点支持される。回転部材は、図４に示すよう羽根（インペラ）１４と、インペラ軸受４３とを備えている。インペラ軸受４３は、環状支持部４３ｄと、内部に孔４３ｂが形成された軸受部と、第１永久磁石４５とを備えている。シャフト５０には、複数の羽根を有するインペラ１４がインペラ軸受４３にて回転自在に取り付けられる。シャフト５０の一方の端部には中央において軸方向に延在する孔５０ａが形成され、その孔５０ａにワッシャー１６を介してビス１７が取り付けられ、インペラ軸受４３がシャフト５０に取り付けられる。この場合、インペラ１４とインペラ軸受４３は、シャフト５０に対して別体で取り付けられても、一体で取り付けられても良い。インペラ軸受４３は中央に貫通する孔４３ｂを有し、この孔４３ｂにシャフト５０が挿通され、シャフト５０のフランジ部５０ｂによりインペラ軸受４３の軸方向における一方の移動が規制される。また、インペラ軸受４３の軸方向における他方には、ワッシャー１６およびビス１７が設けられ、インペラ軸受４３の軸方向の移動を規制し、制限している。インペラ軸受４３のインペラ１４が固定される背面側にはビス１７よりも外径において軸方向に突出する環状の環状支持部４３ｄがインペラ軸受４３に一体で形成されている。この環状支持部４３ｄには、周状に複数（例えば、Ｎ極とＳ極とが交互になった８極）の極性をもつ永久磁石４５が外径に嵌まり、永久磁石４５は内径と一方の軸方向側面の２面がインペラ軸受４３に対して当接する。そして当接した状態で、環状支持部４３ｄの軸方向における端部４３ｅがカシメられ、永久磁石４５が環状支持部４３ｄに固定される。
【００２５】
この様な構成におけるインペラ軸受４３の環状支持部４３ｄの中央には吸入口とは反対側に向けて軸方向に開口した凹部４９が形成される。このインペラ軸受４３の背面に形成された凹部４９を塞ぐ様、環状支持部４３ｄの内径側に形成された周状の段部４３ｃに、微細な孔１８を有する細かいメッシュ状のフィルタ２２が取り付けられる。
【００２６】
一方、ハウジング２とハウジング３３とはモータ側に円筒状で突出する隔壁４によって完全に冷却水が漏れない様にシールされた状態で、インペラ１４が配設されるハウジング２の内部空間には冷却水が流れるようになっているが、ハウジング３３の内部は単なる空間となっている。
【００２７】
また、ハウジング３３には、モータ６が複数のビス７によりハウジング３３の内部より固定されている。モータ出力軸３８はシャフト５０と同軸となっており、このモータ出力軸３８に周状に複数（例えば、Ｎ極とＳ極とが交互に繰り返される８極）の磁極を有する永久磁石４２の軸方向一方の端面が固定される磁石支持体４１が圧入により、モータ出力軸３８に固定される。ハウジング２側の永久磁石４２はインペラ軸受４３に取り付けられる永久磁石４５の外径に位置し、対向している。つまり、ハウジング２，３３に対して、永久磁石４２，４５が組み付けられた状態では、２つの環状の永久磁石４２，４５は隔壁３４が間に設けられるが、永久磁石４２，４５間で磁束が径方向に対して通る様、対向して配設される。また、ハウジング２とインペラ１４との軸方向のクリアランスはインペラ１４の回転を妨げない範囲内で小さく設定されると共に、インペラ軸受４３の内径とシャフト５０の外径とのクリアランスはわずかに存在する。
【００２８】
次に、ウォータポンプ１００の動作について説明する。モータ６が外部からの信号により駆動されると、モータ出力軸３８が回転を行う。すると、モータ回転軸３８に固定された磁石支持体４１がモータ回転軸３８と一体となり回転することによって、周方向に複数の磁極を有する環状の永久磁石４２が回転する。
【００２９】
永久磁石４２が回転すると、隔壁３４を介して永久磁石４２に径方向において対向配置され、永久磁石４２の内径に配置された永久磁石４５とが磁気結合（磁気カップリング）され、一方の永久磁石４２が回転すれば永久磁石４５もそれにつられて回転を行う。この様に、つられて回転を行う永久磁石４５は、インペラ軸受４３に固定されていることから、永久磁石４５の回転につられて、インペラ１４がモータ出力軸３８の回転方向にて回転を行う。
【００３０】
すると、インペラ１４の回転により吸入口１ａの冷却水はインペラ１４の外径へと押し出され、インペラ１４の外径側およびインペラ１４の背面側が吸入口１ａと比べて、高圧となった状態が生じる。この様に、インペラ１４の回転によって、高圧となった冷却水は、その一部が永久磁石４５の背面（隔壁３４の方向）へと廻り込み、インペラ軸受４３の背面、即ち、環状支持部４３ｄの凹部４９に取り付けられたフィルタ２２の有する微細な孔１８を通る。このフィルタ２２により、冷却水に含まれる異物が凹部１９へと流されず、異物が除去された後、凹部１９から冷却水はインペラ軸受４３の内径とシャフト５０の外径との間を通って抜けてゆく。そして、ハウジング２の吸入口１ａへ戻り、吸入口１ａの冷却水となる。
【００３１】
この場合、フィルタ２２をシャフト５０の軸方向に設けたので、高圧になった冷却水が凹部４９へと抜けてゆく際に、大きな抵抗とならない。しかも、異物が凹部４９に入る前段階で除去されるので、インペラ軸受４３の内径とシャフト５の外径との間に異物が入らないことから、軸受での異物の侵入による目詰まりや磨耗が防止でき、インペラ１４の回転に悪影響を与えることはなくなる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、軸受部及びシャフトの延長線上にフィルタを設けるのみで、シャフトとインペラとの間から流体を導く過程において、異物が簡単な構造によって、フィルタにより除去できる。その結果、インペラの軸受に異物が溜まることが防止できるとともに、異物の侵入によるインペラの軸受に悪影響を与えないようにすることができる。また、フィルタは回転を行う中央に配設されるため、従来に比べて、インペラの回転を妨げる抵抗となり難く、効率の良いものとなり、信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態における、ウォータポンプの正面図である。
【図２】図１に示すＡ−Ａ断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態における、ウォータポンプの正面図である。
【図４】図２に示すＢ−Ｂ断面図である。
【符号の説明】
１，１００ウォータポンプ
１ａ吸入口
１ｂ吐出口
２，３，３３ハウジング
６モータ
８、３８モータ出力軸
１２，４２永久磁石（第２永久磁石）
１５，４５永久磁石（第１永久磁石）
１３，４３インペラ軸受（インペラ）
１４インペラ
１９，４９凹部
２０，５０シャフト
２２フィルタ

Claims

吸入口と吐出口を有するハウジングと、
吸入口側において該ハウジングに対して軸支されるシャフトと、
羽根と、羽根が配置されたインペラ軸受と、該インペラ軸受に固定された第１永久磁石とを備え、前記シャフトに対して回転する回転部材と、
前記第１永久磁石に対して軸方向に対向し、駆動源により回転される第２永久磁石とを備え、
前記吸入口から流体を吸入して、前記回転部材の回転により前記流体を前記シャフトと前記回転部材との間から導き、前記吐出口より吐出するウォータポンプにおいて、さらに、
前記インペラ軸受の中央に設けられ、前記回転部材が前記シャフトに支持される軸受部と、
前記回転部材の背面側に開口し、前記軸受部及び前記シャフトの前記回転部材の背面側に位置する端部を収納する凹部と、
前記軸受部及び前記シャフトの前記端部の軸方向における延長線上に設けられ、前記凹部の開口部を閉塞するフィルタと
を備えていることを特徴とするウォータポンプ。
吸入口と吐出口を有するハウジングと、
吸入口側において該ハウジングに対して軸支されるシャフトと、
羽根と、羽根が配置されたインペラ軸受と、該インペラ軸受に固定された第１永久磁石とを備え、前記シャフトに対して回転する回転部材と、
前記第１永久磁石に対して径方向に対向し、駆動源により回転される第２永久磁石とを備え、
前記吸入口から流体を吸入して、前記回転部材の回転により前記流体を前記シャフトと前記回転部材との間から導き、前記吐出口より吐出するウォータポンプにおいて、さらに、
前記インペラ軸受の中央に設けられ、前記回転部材が前記シャフトに支持される軸受部と、
前記回転部材の背面側に開口し、前記軸受部及び前記シャフトの前記回転部材の背面側に位置する端部を収納する凹部と、
前記軸受部及び前記シャフトの前記端部の軸方向における延長線上に設けられ、前記凹部の開口部を閉塞するフィルタとを
備えていることを特徴とするウォータポンプ。
前記凹部は、前記インペラ軸受の前記背面側に延び、かつ外周に複数の前記第１永久磁石が配置された環状支持部の内側に形成されることを特徴とする請求項１または２に記載のウォータポンプ。
前記軸受部は、前記インペラ軸受の中央に設けられた筒状部であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載のウォータポンプ。