JP6001919B2 - 電動ウォーターポンプ - Google Patents

Description

本発明は、インペラの回転動作により水の吸入・吐出を行う電動ウォーターポンプに関する。

近年、燃費向上のために車両の重量を軽減させたいという要望があり、車両で使用される電動ウォーターポンプにおいても、各種部品を樹脂で形成したものが一般的となりつつある。

例えば、特許文献１に開示されている電動ウォーターポンプは、所謂キャンド式と呼ばれるものであり、内部に収容空間を有する樹脂製のハウジングを備え、上記収容空間は、樹脂製の隔壁によりモータ室とポンプ室とに区画されている。

上記モータ室は、筒状のステンレス製キャンにより、該キャン内側の第１空間と、上記キャン外側の環状の第２空間とに区画されている。上記第１空間には、回転子及び出力軸が、上記第２空間には、固定子が配設され、上記出力軸は、上記ポンプ室に嵌挿している。また、上記ポンプ室には、複数の羽根を有するインペラが収容され、上記モータの出力軸に回転一体に固定されている。

そして、上記隔壁の上記第１空間に対応する部分には、該第１空間と上記ポンプ室とを連通する複数の連通孔が形成され、上記ポンプ室の水が上記各連通孔から上記第１空間に導かれて当該第１空間が水で満たされ、上記モータが冷却されるようになっている。

特開２００８−２７４８９０号公報（段落００２２〜００２７欄、図１）

しかし、特許文献１の如き電動ウォーターポンプは、軽量で、且つ、モータ周辺の冷却性能が高いが、回転子が水に浸されているので、回転子が水の中で回転すると水の攪拌抵抗によってモータに負荷がかかり、無駄に電力を消費してしまう。

また、各連通孔を介してポンプ室と第１空間との間を水が移動するようになるので、インペラの回転動作により水の吸入・吐出を行う際に、ポンプ室で水の流れが乱れ易くなり、ポンプ室を通過する水の抵抗が増えてポンプの性能を低下させ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、軽量で、且つ、モータの冷却性能が高く、しかも、無駄に電力を消費せず、ポンプの性能を高めることができる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、樹脂製ハウジング内部の収容空間を放熱性の高い金属で形成された隔壁で２つの空間に区画したことを特徴とする。

すなわち、第１の発明では、内部に収容空間を有する樹脂製の筒状ハウジングを備え、上記収容空間は、放熱性の高いアルミニウム合金材で形成された隔壁により２つの空間に区画され、一方の区画空間には、空気が満たされるとともにモータが収容され、他方の区画空間には、上記モータの出力軸に回転一体に固定されて回転動作により水の吸入・吐出を行うインペラが収容されてい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、上記隔壁は、外周縁に上記一方の区画空間に延出して上記モータを取り囲む周壁を有していることを特徴とする。

第３の発明では、第１又は第２の発明において、上記ハウジングは、筒中心線方向に２分割された半割形状の第１及び第２分割体が各々の開口端縁部を突き合わせて接合された接合体であり、上記第１分割体には、上記隔壁が一体に設けられていることを特徴とする。

第４の発明では、第３の発明において、上記第１及び第２分割体の各々の開口端縁部には、互いに対向する凹条溝が開口全周に亘って環状に凹設され、上記第１及び第２分割体の各々の開口端縁部を突き合わせた状態で、上記両凹条溝で溶融樹脂を導入可能な環状の樹脂導入部が形成されることを特徴とする。

第１の発明では、電動ウォーターポンプのハウジングを樹脂で形成しているので、電動ウォーターポンプ全体の重量を軽くすることができる。また、モータの回転により発生する熱は、放熱性の高い金属で形成された隔壁を介して順次ポンプ室の水に移動するので、モータ周辺が高熱にならず、効率良くモータ周辺を冷却することができる。さらに、モータの回転子が水の中で回転しないので、水の攪拌抵抗によるモータへの負荷がなく、無駄に電力を消費することがない。それに加えて、インペラを収容するポンプ室とモータを収容するモータ室とが隔壁で完全に切り離されているので、ポンプ室とモータ室との間を水が移動することによってポンプ室で水の流れが乱れるといったことがなく、水がポンプ室を滑らかに流れてポンプの性能を高めることができる。

第２の発明では、周壁がモータを囲うことで上記モータに対向する隔壁の面積が増えるので、隔壁がモータの回転により発生する熱を一度に多く吸収できるようになり、効率良くポンプ室の水に熱を発散させることができる。

第３の発明では、インサート成形により隔壁を第１分割体に一体に組み付けるので、組付工数を低減でき、しかも、隔壁と第１分割体との間のシール性を高めることができる。

第４の発明では、第１及び第２分割体の突き合わせた部分全体が樹脂リングで連続して繋がるので、第１及び第２分割体間のシール性を高めることができる。また、別個にシール部材を用意する必要がなく、部品点数を減らしてコストを抑えることができる。

本発明の実施形態１に係る電動ウォーターポンプの断面図である。 本発明の実施形態１に係る第１分割体を金型内のキャビティに樹脂を充填して成形している状態を示す断面図である。 本発明の実施形態１に係る第２分割体を金型内のキャビティに樹脂を充填して成形している状態を示す断面図である。 本発明の実施形態１に係る第１及び第２分割体を樹脂リングを介して一体にしている状態を示す断面図である。 本発明の実施形態２に係る図１相当図である。 本発明の実施形態２に係る図２相当図である。 本発明の実施形態２に係る図４相当図である。

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。
《発明の実施形態１》
図１は、本発明の実施形態１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、車両の各種領域（例えば、ラジエター、ヒータコア、オイルクーラー等）に水を供給するためのものであり、車両の固定側（図示せず）に取り付けられている。

上記電動ウォーターポンプ１は、両端が開口した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は、筒中心線方向に２分割され、筒中心線方向一方側に位置する半割状の第１分割体２ａと、筒中心線方向他方側に位置する半割状の第２分割体２ｂとを備え、上記第１分割体２ａ及び上記第２分割体２ｂの各々の一方の開口端縁部２０ａ、２０ｂを突き合わせて接合した接合体である。

上記開口端縁部２０ａには、第１凹条溝２１が開口全周に亘って環状に凹設され、該第１凹条溝２１開口の内端縁部分は、外端縁部分より突出している。

また、上記開口端縁部２０ｂには、上記第１凹条溝２１に対向する第２凹条溝２２が開口全周に亘って環状に凹設され、該第２凹条溝２２開口の内端縁部分は、外端縁部分より突出している。

そして、上記第１分割体２ａ及び上記第２分割体２ｂの各々の開口端縁部２０ａ、２０ｂを突き合わせると、第１凹条溝２１開口の内端縁部分と第２凹条溝２２開口の内端縁部分が接触して上記第１凹条溝２１及び上記第２凹条溝２２で環状の溶融樹脂を導入可能な第１樹脂導入部２３ａが形成されるようになっている。

また、上記第１凹条溝２１開口の外端縁部分と上記第２凹条溝２２開口の外端縁部分との間に上記第１樹脂導入部２３ａに連続する環状の溶融樹脂を導入可能な第２樹脂導入部２３ｂが形成されるようになっている。

さらに、上記第１及び第２樹脂導入部２３ａ、２３ｂに溶融樹脂を導入して固化させることにより、上記両開口端縁部２０ａ、２０ｂが樹脂リング２４を介して接合され、上記ハウジング２が形成されるようになっている。

上記第１分割体２ａの開口端縁部２０ａ内方には、開口を塞ぐアルミニウム合金製隔壁３が一体に設けられ、該隔壁３により上記収容空間Ｓは第１分割体２ａ側のモータ室Ｓ１（第１区画空間）と第２分割体２ｂ側のポンプ室Ｓ２（第２区画空間）とに区画されている。

上記隔壁３は、上記開口端縁部２０ａを塞ぐ円板状の隔壁本体３０ａと、該隔壁本体３０ａの外周縁から上記第１分割体２ａの内側面に沿って上記モータ室Ｓ１に延出する周壁３０ｂとを有している。

上記隔壁本体３０ａの中央には、貫通孔３ａが形成され、該貫通孔３ａには、上記ハウジング２の筒中心線方向に延びる出力軸５がメカニカルシール３ｂを介して回転自在に嵌合している。

上記モータ室Ｓ１には、空気が満たされるとともに所謂アキシャルギャップ型のモータ６が上記周壁３０ｂに取り囲まれるように収容されている。

上記モータ６は、図示しないコイルを複数有する厚みのある円盤状固定子６ａを備え、該固定子６ａは、出力軸５のモータ室Ｓ１側中央部分に中心軸がハウジング２の筒中心線と一致するように配置され、上記周壁３０ｂの内側面に固定されている。

上記固定子６ａにおけるハウジング２の筒中心線方向両側には、複数の磁石６ｃを出力軸５周りに有する厚みの薄い一対の円盤状回転子６ｂが出力軸５に回転一体に固定され、上記各磁石６ｃ及びコイル（図示せず）の磁気作用により上記出力軸５を回転させるようになっている。

上記第２分割体２ｂの筒中心線方向他端中央には、上記ポンプ室Ｓ２に連通する連通孔２５ａを有する短筒状部２５が一体に突設され、該短筒状部２５の先端は図示しない水供給タンクに接続されている。

上記ポンプ室Ｓ２には、上記出力軸５周りに等間隔に設けられた複数の羽根７ａを有するインペラ７が回転一体に固定され、上記出力軸５の回転に伴う上記インペラ７の回転動作により、水が上記短筒状部２５の先端開口から上記連通孔２５ａを通ってポンプ室Ｓ２に吸引されるとともに、該ポンプ室Ｓ２を回転移動しながら当該ポンプ室Ｓ２で加圧されて図示しない水吐出口から吐出されるようになっている。

すなわち、上記電動ウォーターポンプ１は、上記ポンプ室Ｓ２に収容されたインペラ７の回転動作により水の吸入・吐出を行うようになっている。

上記第１分割体２ａは、第１成形型８で射出成形されるようになっている。

該第１成形型８は、図２に示すように、第１固定型８１と、該第１固定型８１に対して進退可能に対向配置された第１可動型８２とを備えている。

上記第１固定型８１の中央には、上記隔壁３及び周壁３０ｂに出力軸５、モータ６及びインペラ７を組み付けた組付体１０を配置する配置空間８０ａが上下に貫通形成されている。

上記第１固定型８１の上半部分内側面は、上記第１分割体２ａの表面を成形する成形面８１ａを構成している。

一方、上記第１固定型８１の下半部分内側面には、上記配置空間８０ａに膨出する環状の膨出部８１ｂが形成され、上記インペラ７が上方に位置する姿勢で上記組付体１０を上記配置空間８０ａに上方から挿入すると、上記膨出部８１ｂに上記組付体１０の下端周縁が接触して上記組付体１０を上記配置空間８０ａに配置できるようになっている。

上記第１可動型８２の中央には、型閉じ状態で上記インペラ７との干渉を回避する干渉回避空間８０ｂが上下に貫通形成され、上記第１可動型８２の分割面８２ａには、上記開口端縁部２０ａにおける第１凹条溝２１及び該第１凹条溝２１の外側部分を成形する第１環状突条部８２ｃが突設されている。

そして、上記組付体１０を上記配置空間８０ａに配置するとともに、上記第１成形型８を型閉じした状態で、周壁３０ｂ、膨出部８１ｂ、成形面８１ａ及び第１環状突条部８２ｃにより第１キャビティ１１ａが形成され、該第１キャビティ１１ａに熱可塑性樹脂を射出充填することにより、第１分割体２ａを射出成形するとともに上記隔壁３が上記第１分割体２ａにインサート成形されるようになっている。

上記第２分割体２ｂは、第２成形型９で射出成形されるようになっている。

該第２成形型９は、図３に示すように、第２固定型９１と、該第２固定型９１に対して進退可能に対向配置された第２可動型９２とを備えている。

上記第２固定型９１の分割面９１ａには、上記第２分割体２ｂの裏面を成形する成形面９１ｂと、上記開口端縁部２０ｂにおける第２凹条溝２２及び該第２凹条溝２２の外側部分を成形する第２環状突条部９１ｃが突設されている。

一方、上記第２可動型９２の分割面９２ａには、上記第２分割体２ｂの表面及び短筒状部２５の内側面を成形する成形面９２ｂが形成されている。

そして、上記第２成形型９を型閉じした状態で、上記成形面９１ｂ、第２環状突条部９１ｃ及び成形面９２ｂにより第２キャビティ１１ｂが形成され、該第２キャビティ１１ｂに熱可塑性樹脂を射出充填することにより、第２分割体２ｂを射出成形するようになっている。

上記第２可動型９２は、上記成形した第２分割体２ｂを含んだ状態で上記第２固定型９１に対して退避し、図４に示すように、上記隔壁３をインサート成形した第１分割体２ａを含む第１固定型８１上方にスライド可能となっている。

そして、上記第１固定型８１及び上記第２可動型９２を型閉じすると、開口端縁部２０ａと開口端縁部２０ｂとの間に上記第１及び第２樹脂導入部２３ａ、２３ｂが形成され、当該第１及び第２樹脂導入部２３ａ、２３ｂに熱可塑性樹脂を射出充填することにより、上記樹脂リング２４が形成され、上記第１分割体２ａと上記第２分割体２ｂとが上記樹脂リング２４を介して接合されるようになっている。

以上より、本発明の実施形態１によると、電動ウォーターポンプ１のハウジング２を樹脂で形成しているので、電動ウォーターポンプ１全体の重量を軽くすることができる。また、モータ６の回転により発生する熱は、放熱性の高いアルミニウム合金材で形成された隔壁３を介して順次ポンプ室Ｓ２の水に移動するので、モータ６の周辺が高熱にならず、効率良くモータ６の周辺を冷却することができる。さらに、モータ６の回転子６ｂが水の中で回転しないので、水の攪拌抵抗によるモータ６への負荷がなく、無駄に電力を消費することがない。それに加えて、インペラ７を収容するポンプ室Ｓ２とモータ６を収容するモータ室Ｓ１とが隔壁３で完全に切り離されているので、ポンプ室Ｓ２とモータ室Ｓ１との間を水が移動することによってポンプ室Ｓ２で水の流れが乱れるといったことがなく、水がポンプ室Ｓ２を滑らかに流れて電動ウォーターポンプ１の性能を高めることができる。

また、周壁３０ｂがモータ６を囲うことで上記モータ６に対向する隔壁３の面積が増えるので、隔壁３がモータ６の回転により発生する熱を一度に多く吸収できるようになり、効率良くポンプ室Ｓ２の水に熱を発散させることができる。

さらに、インサート成形により隔壁３及び周壁３０ｂを第１分割体２ａに一体に組み付けるので、組付工数を低減でき、しかも、隔壁３と第１分割体２ａとの間のシール性を高めることができる。

それに加えて、第１分割体２ａ及び第２分割体２ｂの突き合わせた開口端縁部２０ａ、２０ｂ全体が樹脂リング２４で連続して繋がるので、第１分割体２ａ及び第２分割体２ｂ間のシール性を高めることができる。また、別個にシール部材を用意する必要がなく、部品点数を減らしてコストを抑えることができる。
《発明の実施形態２》
図５は、本発明の実施形態２に係る電動ウォーターポンプ１を示す。この実施形態２では、電動ウォーターポンプ１における第１分割体２ａ側の一部構造とそれに対応する金型の構造とが実施形態１と異なるだけで、その他は実施形態１と同じであるため、以下、実施形態１と異なる部分のみを説明する。

実施形態２の第１分割体２ａは、図５に示すように、筒中心線方向他端が塞がれた有底筒状をなし、その有底部分中央には、モータ６の配線を通す貫通孔２ｃが貫通形成されている。

上記第１分割体２ａの周壁部分内側面には、環状の分割体突条部２ｄが第１分割体２ａの筒中心線方向略中央に突設され、該分割体突条部２ｄの先端は固定子６ａの外周に接触している。そして、実施形態２の周壁３０ｂは、上記分割体突条部２ｄの隔壁３側に位置している。

一方、上記分割体突条部２ｄの反隔壁３側には、上記モータ６の反隔壁３側を塞ぐアルミニウム合金製の蓋部材１２が取り付けられ、該蓋部材１２には、上記貫通孔２ｃに対応する貫通孔１２ａが貫通形成されている。

また、実施形態２の第１固定型８１は、図６及び図７に示すように、成形面８１ａの形状が実施形態２の第１分割体２ａの表面に対応する形状となっていて、上記蓋部材１２は、上記隔壁３と共に上記第１分割体２ａにインサート成形されるようになっている。

以上より、本発明の実施形態２では、実施形態１と同様の効果が得られるとともに、第１分割体２ａを成形すると同時に上記組付体１０の全体が第１分割体２ａで覆われるので、モータ６を強固に保護することができ、しかも、モータ６を強固に保護するために、後から第１分割体２ａに組付体１０を囲うためのカバー部材を取り付けるといった作業を必要としない。

尚、本発明の実施形態１、２では、隔壁３をアルミニウム合金材で形成したが、これに限らず、銅で形成してもよく、放熱性の高い材料で形成すればよい。

また、本発明の実施形態１、２では、隔壁３をインサート成形により第１分割体２ａに一体に成形したが、第１分割体２ａを射出成形した後で第１分割体２ａに隔壁３を組み付けるようにしてもよい。

さらに、本発明は、アキシャルギャップ型のモータ６を使用した電動ウォーターポンプ１に適用したが、他の種類のモータを使用した電動ウォーターポンプ１にも適用できる。

本発明は、インペラの回転動作により水の吸入・吐出を行う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
２ ハウジング
２ａ 第１分割体
２ｂ 第２分割体
３ 隔壁
５ 出力軸
６ モータ
７ インペラ
２０ａ、２０ｂ 開口端縁部
２１ 第１凹条溝
２２ 第２凹条溝
２３ａ 第１樹脂導入部
２４ 樹脂リング
３０ｂ 周壁
Ｓ 収容空間
Ｓ１ モータ室（第１区画空間）
Ｓ２ ポンプ室（第２区画空間）

Claims (4)

1. 内部に収容空間を有する樹脂製の筒状ハウジングを備え、
   上記収容空間は、放熱性の高いアルミニウム合金材で形成された隔壁により２つの空間に区画され、一方の区画空間には、空気が満たされるとともにモータが収容され、他方の区画空間には、上記モータの出力軸に回転一体に固定されて回転動作により水の吸入・吐出を行うインペラが収容されてい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、
   上記隔壁は、外周縁に上記一方の区画空間に延出して上記モータを取り囲む周壁を有していることを特徴とする電動ウォーターポンプ。
3. 請求項１又は２に記載の電動ウォーターポンプにおいて、
   上記ハウジングは、筒中心線方向に２分割された半割形状の第１及び第２分割体が各々の開口端縁部を突き合わせて接合された接合体であり、
   上記第１分割体には、上記隔壁が一体に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。
4. 請求項３に記載の電動ウォーターポンプにおいて、
   上記第１及び第２分割体の各々の開口端縁部には、互いに対向する凹条溝が開口全周に亘って環状に凹設され、
   上記第１及び第２分割体の各々の開口端縁部を突き合わせた状態で、上記両凹条溝で溶融樹脂を導入可能な環状の樹脂導入部が形成されることを特徴とする電動ウォーターポンプ。

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