JP5912424B2 - ウォーターポンプ - Google Patents

Description

本発明は、ウォーターポンプに関する。

例えば燃料電池自動車等には、燃料電池に冷却水を供給するためのウォーターポンプが搭載されている。

上記ウォーターポンプは、通常、遠心羽根を有するポンプ部と、遠心羽根を回転させる回転軸を駆動するモータ部を備えている（特許文献１参照）。上記モータ部は、モータケースに覆われ、回転軸を回転させるモータや、当該モータの前後に設けられたベアリング等を有している。

ところで、上記ウォーターポンプにおいて、ポンプ部に供給された水がシール部を伝ってモータ部側に漏れることがある。このため、ポンプ部のモータ部側に水抜き穴を設ける対策が考えられている（特許文献２参照）。

特開平１０−２４１９２号公報 特開２００４−１６２６０９号公報

しかしながら、上述の水抜き穴を設けた場合であっても、ポンプ部から漏れた水がモータ部側の例えば前方側のベアリング付近に付着する可能性がある。そして、モータケース内において熱による温度変動等により空気の膨縮が起こり、モータケース内の空気が急激に収縮すると、上記ベアリング付近に付着した水がベアリングからモータ部のモータに入り込む可能性がある。水がモータに入り込むと、ウォーターポンプが故障する恐れがある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、ウォーターポンプにおいてポンプ部から洩れた水がモータに進入するのを防止することをその目的とする。

上記目的を達成するための本発明は、ウォーターポンプであって、羽根を有するポンプ部と、前記羽根を回転させる回転軸と、前記ポンプ部の後方側に設けられ、前記回転軸を駆動するモータ部と、を有し、前記モータ部は、モータケースと、前記モータケース内に収容され、前記回転軸を回転させるモータと、前記回転軸上の前記モータを挟んだ両側に設けられ、前記モータケースの内面と前記回転軸の間に介在され、前記回転軸を回転自在に支持するベアリングと、を有し、前記モータケースには、前記モータケース内の前記モータのあるモータ空間と前記モータケースの外部とを通気するための通気孔が形成されており、前記通気孔が前記モータケースの上部にのみ設けられており、前記回転軸上の前記ポンプ部の羽根と前記モータ部の前方側のベアリングとの間には、防水シールと、前記防水シールと前記前方側のベアリングとの間に形成される空間と、前記空間から外部に通じる孔とが設けられており、前記孔は、前記モータケースの下側に設けられた水抜き孔と、前記モータケースの上側に設けられた蒸気抜き孔を有する、ウォーターポンプである。このウォーターポンプにおいて、前記通気孔の外側の開口部を覆うカバーをさらに有していてもよい。
また、他の本発明は、ウォーターポンプであって、羽根を有するポンプ部と、前記羽根を回転させる回転軸と、前記ポンプ部の後方側に設けられ、前記回転軸を駆動するモータ部と、を有し、前記モータ部は、モータケースと、前記モータケース内に収容され、前記回転軸を回転させるモータと、前記回転軸上の前記モータを挟んだ両側に設けられ、前記モータケースの内面と前記回転軸の間に介在され、前記回転軸を回転自在に支持するベアリングと、を有し、前記モータケースには、前記モータケース内の前記モータのあるモータ空間と前記モータケースの外部とを通気するための通気孔が形成されており、前記通気孔の外側の開口部を覆う部材をさらに有し、前記回転軸上の前記ポンプ部の羽根と前記モータ部の前方側のベアリングとの間には、防水シールと、前記防水シールと前記前方側のベアリングとの間に形成される空間と、前記空間から外部に通じる孔とが設けられており、前記孔は、前記モータケースの下側に設けられた水抜き孔と、前記モータケースの上側に設けられた蒸気抜き孔を有する、ウォーターポンプである。このウォーターポンプにおいて、前記部材は、カバーでもよい。

本発明によれば、モータケースのモータ空間の空気が急激に収縮したときに、通気孔から外気が流入してモータ内部の空気の膨張・収縮が解消されるので、ポンプ部から洩れた水がベアリングを通じてモータ空間内に入り込むことを防止できる。

上記ウォーターポンプにおいて、前記モータ部は、前記モータ空間に通じる後方空間を含み、前記モータケースの後方側のベアリングは、前記モータと前記後方空間との間に設けられ、前記通気孔は、前記後方空間に開口していてもよい。

上記ウォーターポンプにおいて、前記モータケースは、前記モータ空間と前記後方空間とを区画する第１隔壁を有し、前記第１隔壁は、前記モータ空間と前記後方空間との間を連通する連通孔を含んでいてもよい。また、前記モータケースは、前記後方空間と前記モータケースの外部とを区画する第２隔壁を有し、前記第２隔壁は、前記通気孔を有していてもよい。

前記通気孔が前記モータケースの上面に設けられていてもよい。

上記ウォーターポンプにおいて、前記ポンプ部は、前記モータケースの前方側のベアリングを介して、前記モータ空間と連通する第３空間を含んでいてもよい。また、前記ポンプ部は、前記モータケースに接続されていてもよい。

前記通気孔には、ホースが接続されていてもよい。

前記ホースの先端部は、下方に曲げられていてもよい。
また、前記ポンプ部は、前記モータケースの前方側のベアリングを介して、前記モータ空間と連通する第３空間を含むものであってもよい。また、前記ポンプ部は、前記モータケースに接続されていてもよい。

本発明によれば、ウォーターポンプにおいてポンプ部から洩れた水がモータ内に進入するのを防止できるので、ウォーターポンプの信頼性を向上できる。

ウォーターポンプの構成を示す縦断面の説明図である。 通気孔とカバーの他の形状を示す説明図である。 通気孔をモータケースの上面に形成した場合のウォーターポンプを示す縦断面の説明図である。 通気孔にホースを接続した場合のウォーターポンプを示す縦断面の説明図である。

以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態に係るウォーターポンプ１の構成の概略を示す説明図である。

ウォーターポンプ１は、遠心羽根１０を有するポンプ部１１と、遠心羽根１０を回転させる回転軸１２と、回転軸１２を駆動するモータ部１３を有している。ポンプ部１１とモータ部１３は、回転軸１２に沿って並べて配置されている。ポンプ部１１は、回転軸１２の前方側にあり、モータ部１３は、後方側にある。

ポンプ部１１は、軸方向に沿って前方（図１の左方向）が小径で後方側が次第に大径になるポンプケース２０を有している。ポンプケース２０の後方の大径部には、複数枚（例えば６枚、７枚若しくは８枚）の遠心羽根１０が設けられている。遠心羽根１０は、回転軸１２の前方端付近に固定されている。ポンプケース２０の前方側の小径部は、流入ポート２１になっており、ポンプケース２０の後方側の大径部の側方には、図示しない流出ポートが形成されている。なお、ポンプケース２０の流入ポート２１と流出ポートは、例えば一体的に成型されている。また、ポンプケース２０には、図示しないエア抜きポートが一体的に設けられている。ポンプ部１１では、回転軸１２による遠心羽根１０の回転により差圧を発生させ、流入ポート２１から流入した水を流出ポートから流出することができる。

モータ部１３は、例えばモータケース３０を有している。モータケース３０は、例えば回転軸１２を軸周りに覆うように設けられた略円筒状の第１のケース部４０と、回転軸１２の後方側で第１のケース部４０の後方開口部を覆う第２のケース部４１と、第２のケース部４１の後方側に設けられ、第２のケース部４１との間に後方空間Ｂを形成する第３のケース部４２を有している。

第１のケース部４０は、例えばアルミ鋳物により形成され、ボルト４５によってポンプケース２０に締結されている。第１のケース部４０内の中心に回転軸１２が設置され、第１のケース部４０内には、回転軸１２に沿って前方側から後方側に向かって、水漏れ防止用の防水シールとしてのメカニカルシール６０、前方ベアリング６１、モータ６２、後方ベアリング６３がこの順で設けられている。

メカニカルシール６０は、第１のケース部４０の内周面と回転軸１２の間に気密に設けられている。前方ベアリング６１と後方ベアリング６３は、例えば単列転がり軸受けであり、回転軸１２を回転可能に支持している。前方ベアリング６１は、第１のケース部４０の内周面と回転軸１２との間に介在され、後方ベアリング６３は、第２のケース部４１の内周面と回転軸１２との間に介在されている。

モータ６２は、第１のケース部４０の内部に形成されたモータ空間Ａに配置されている。モータ６２は、例えば回転軸１２に固定され、回転軸１２の軸周りに環状に配置されたロータ７０と、第１のケース部４０の内周面に固定されたステータ７１を有している。モータ６２は、例えば銅板に差し込まれて位置決めされている。また、ステンレス製の回転軸１２には、キー溝１２ａが形成され、ロータ７０には、凸部７０ａが形成されており、回転軸１２のキー溝１２ａにロータ７０の凸部７０ａを嵌合させることによって、モータ６２が回転軸１２に固定されている。ステータ７１は、アルミ鋳物に嵌合されている。なお、回転軸１２とロータ７０の嵌合は、キー溝を用いる場合の他に、圧入、ボルト止め等の手段を用いてもよい。ステータ７１に給電することによりロータ７０が回転し、それによって回転軸１２を回転させることができる。

第１のケース部４０の内側のメカニカルシール６０と前方ベアリング６１との間には、水抜き空間Ｃが形成され、第１のケース部４０には、水抜き空間Ｃから第１のケース部４０の外部に通じる水抜き孔８０と蒸気抜き孔８１が形成されている。水抜き孔８０は、例えば第１のケース部４０の下側に設けられ、蒸気抜き孔８１は、第１のケース部４０の上側に設けられている。

第２のケース部４１は、例えばアルミ鋳物製の略円板状に形成され、ボルト８５によって第１のケース部４０に締結されている。第２のケース部４１の中央には、例えば中心孔９０が形成されており、第１のケース部４０側の回転軸１２及び後方ベアリング６３と、第３のケース部４２側の後方空間Ｂを連通させている。また、第２のケース部４１には、第１のケース部４１のモータ空間Ａと後方空間Ｂを連通させる連通孔９１が形成されている。

第２のケース部４１の後方面には、後方に突出する環状の凸条部１００が形成され、環状の凸条部１００の内側が凹み部１０１になっている。例えば電源からステータ７１に通じる配線１０２は、外部から凸条部１００の側部を気密に通って、例えば連通孔９１を通ってステータ７１に通じている。

第３のケース部４２は、例えば打ち抜き製法による板状に形成され、第２のケース部４１にボルト１０５によって締結されている。第３のケース部４２は、第２のケース部４１の凸条部１００の先端に凹み部１０１を覆うように取り付けられている。これによって、後方空間Ｂが形成されている。

第３のケース部４２には、後方空間Ｂと外部を通気させる通気孔１１０が形成されている。通気孔１１０は、例えば第３のケース部４２の中心より上側に形成されている。この通気孔１１０により、後方空間Ｂ及び中心孔９０を通じて、或いは後方空間Ｂ及び連通孔９１を通じてモータ空間Ａと外部が連通する。また、第３のケース部４２には、通気孔１１０の外側の開口部を覆うカバー１１１が設けられている。カバー１１１は、例えば第３のケース部４２の通気孔１１０の上部に取り付けられ、第３のケース部４２から後方側の斜め下方に延び、その後下方に延びる板状に形成されている。

次に、以上のように構成されたウォーターポンプ１の作用について説明する。ウォーターポンプ１の稼働時には、モータ６２が駆動され、モータ６２によって回転軸１２が回転し、それによってポンプ部１１の遠心羽根１０が回転する。これによって、ポンプ部１１の流入ポート２１から水が流入し、圧力を得て、流出ポートから吐き出される。

この際、メカニカルシール６０は、ポンプ部１１の水がモータ６２側に入り込むのを防いでいる。それでも、ポンプ部１１の水がメカニカルシール６０を通過した場合には、水抜き孔８０から水が排出される。

また、モータ６２の駆動時に生じる熱等の影響により、モータ空間Ａの空気が膨縮し、モータ空間Ａの空気が急激に収縮した場合には、通気孔１１０から外気が入り込み、モータ空間Ａの膨張・収縮が解消される。これにより、メカニカルシール６０と前方ベアリング６１との間の水抜き空間Ｃや、水抜き孔８０、前方ベアリング６１に水が付着している場合であっても、当該水がモータ空間Ａに入り込むことが防止される。

本実施の形態によれば、通気孔１１０により、ポンプ部１１の水がモータ空間Ａ内に入り込むことが防止されるので、ウォーターポンプ１の信頼性が向上する。

また、本実施の形態では、モータケース３０内の後方ベアリング６３の後方側に、モータ空間Ａに通じる後方空間Ｂが形成され、通気孔１１０が後方空間Ｂに開口しているので、通気孔１１０が直接モータ空間Ａに開口しておらず、仮に外部の水が通気孔１１０から入っても、当該水がモータ空間Ａに入り込むことが防止される。

回転軸１２上のポンプ部１１の遠心羽根１０とモータ部１３の前方ベアリング６１との間には、メカニカルシール６０と水抜き孔８０が設けられているので、メカニカルシール６０は、ポンプ部１１から洩れた水が水抜き空間Ｃに到達することを防止し、仮に水抜き空間Ｃに到達しても、当該水を水抜き孔８０から排出できる。よって、漏れた水がモータ空間Ａに入るのを効果的に防止できる。また、漏れた水が一旦空間Ｃに到達した場合には、水滴が前方ベアリング６１に付着しやすくなるが、上述のように通気孔１１０により水滴がモータ空間Ａ内に引き込まれることを防止できるので、全体として水がモータ６２に入り込むことを効果的かつ確実に防止できる。

ウォーターポンプ１は、通気孔１１０の外側の開口部を覆うカバー１１１を有しているので、仮にモータケース３０の外面に水が付着した場合でも、通気孔１１０から水が入り込むことが防止される。

上記カバー１１１は、例えば図２に示すように通気孔１１０に通気可能に被せられるキャップ状に形成されていてもよく、かかる場合には、通気孔１１０とカバー１１１との間の通気部に、発泡性樹脂のような防水性で通気性のある部材１１２を設置するようにしてもよい。

以上の実施の形態では、通気孔１１０がモータケース３０の裏面側の第３のケース部４２に形成されていたが、図３に示すようにモータケース３０の上面に設けられていてもよい。かかる場合、通気孔１１０の位置が高くなり、外部の水が通気孔１１０に入りにくくなる。

さらに、通気孔１１０には、図４に示すようにホース１２０が接続されていてもよい。これにより、ホース１２０の先端をより高い位置に置くことができるので、外部の水が通気孔１１０に入り込むことを防止できる。さらに、ホース１２０は、先端部を下方に曲げてもよく、かかる場合には、水の入り込みをより確実に防止できる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば以上の実施の形態において、ポンプケース２０やモータケース３０の形状は他の形状であってもよい。また、通気孔１１０は、モータケース３０の他の位置に形成されていてもよい。本発明に係るウォーターポンプは、例えば燃料電池自動車、電気自動車、ハイブリッド自動車などの車両のほか、各種移動体（例えば、船舶や飛行機、ロボットなど）等にも適用できる。

本発明は、ウォーターポンプにおいてポンプ部から洩れた水がモータに進入するのを防止する際に有用である。

１ ウォーターポンプ
１０ 遠心羽根
１１ ポンプ部
１２ 回転軸
１３ モータ部
２０ ポンプケース
３０ モータケース
６０ メカニカルシール
６１ 前方ベアリング
６２ モータ
６３ 後方ベアリング
１１０ 通気孔
１１１ カバー
Ａ モータ空間
Ｂ 後方空間

Claims (13)

1. ウォーターポンプであって、
   羽根を有するポンプ部と、
   前記羽根を回転させる回転軸と、
   前記ポンプ部の後方側に設けられ、前記回転軸を駆動するモータ部と、を有し、
   前記モータ部は、
   モータケースと、
   前記モータケース内に収容され、前記回転軸を回転させるモータと、
   前記回転軸上の前記モータを挟んだ両側に設けられ、前記モータケースの内面と前記回転軸の間に介在され、前記回転軸を回転自在に支持するベアリングと、を有し、
   前記モータケースには、前記モータケース内の前記モータのあるモータ空間と前記モータケースの外部とを通気するための通気孔が形成されており、
   前記通気孔が前記モータケースの上部にのみ設けられており、
   前記回転軸上の前記ポンプ部の羽根と前記モータ部の前方側のベアリングとの間には、防水シールと、前記防水シールと前記前方側のベアリングとの間に形成される空間と、前記空間から外部に通じる孔とが設けられており、
   前記孔は、前記モータケースの下側に設けられた水抜き孔と、前記モータケースの上側に設けられた蒸気抜き孔を有する、ウォーターポンプ。
2. ウォーターポンプであって、
   羽根を有するポンプ部と、
   前記羽根を回転させる回転軸と、
   前記ポンプ部の後方側に設けられ、前記回転軸を駆動するモータ部と、を有し、
   前記モータ部は、
   モータケースと、
   前記モータケース内に収容され、前記回転軸を回転させるモータと、
   前記回転軸上の前記モータを挟んだ両側に設けられ、前記モータケースの内面と前記回転軸の間に介在され、前記回転軸を回転自在に支持するベアリングと、を有し、
   前記モータケースには、前記モータケース内の前記モータのあるモータ空間と前記モータケースの外部とを通気するための通気孔が形成されており、
   前記通気孔の外側の開口部を覆う部材をさらに有し、
   前記回転軸上の前記ポンプ部の羽根と前記モータ部の前方側のベアリングとの間には、防水シールと、前記防水シールと前記前方側のベアリングとの間に形成される空間と、前記空間から外部に通じる孔とが設けられており、
   前記孔は、前記モータケースの下側に設けられた水抜き孔と、前記モータケースの上側に設けられた蒸気抜き孔を有する、ウォーターポンプ。
3. 前記モータ部は、前記モータ空間に通じる後方空間を含み、
   前記モータケースの後方側のベアリングは、前記モータと前記後方空間との間に設けられ、
   前記通気孔は、前記後方空間に開口している、請求項１又は２に記載のウォーターポンプ。
4. 前記モータケースは、前記モータ空間と前記後方空間とを区画する第１隔壁を有し、
   前記第１隔壁は、前記モータ空間と前記後方空間との間を連通する連通孔を含む、請求項３に記載のウォーターポンプ。
5. 前記モータケースは、前記後方空間と前記モータケースの外部とを区画する第２隔壁を有し、
   前記第２隔壁は、前記通気孔を有する、請求項３又は４に記載のウォーターポンプ。
6. 前記通気孔が前記モータケースの上面に設けられている、請求項１〜５のいずれかに記載のウォーターポンプ。
7. 前記通気孔の外側の開口部を覆うカバーをさらに有する、請求項１、３〜６のいずれかに記載のウォーターポンプ。
8. 前記通気孔には、ホースが接続されている、請求項１、３〜６のいずれかに記載のウォーターポンプ。
9. 前記部材は、カバーである、請求項２に記載のウォーターポンプ。
10. 前記部材は、前記通気孔に接続されたホースである、請求項２に記載のウォーターポンプ。
11. 前記ホースの先端部は、下方に曲げられている、請求項８又は１０に記載のウォーターポンプ。
12. 前記ポンプ部は、前記モータケースの前方側のベアリングを介して、前記モータ空間と連通する第３空間を含む、請求項１〜１１のいずれかに記載のウォーターポンプ。
13. 前記ポンプ部は、前記モータケースに接続されている、請求項１〜１２のいずれかに記載のウォーターポンプ。

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