JP6018814B2 - Cooling equipment integrated pump device - Google Patents
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本発明は、冷却機器一体型ポンプ装置に関し、特に、電気自動車やハイブリッド車の電動モータやインバータ等の発熱体を空調機器の液冷媒によって冷却するために用いられる冷却機器一体型ポンプ装置に関する。 The present invention relates to a cooling device-integrated pump device, and more particularly to a cooling device-integrated pump device used to cool a heating element such as an electric motor or an inverter of an electric vehicle or a hybrid vehicle with a liquid refrigerant of an air conditioner.
電気自動車やハイブリッド車では、モータやインバータ等の発熱体を冷却する必要がある。そこで、通常のエンジンを有する車両のように、冷却水を発熱体とラジエータとの間に循環させて上記発熱体を冷却することが考えられる。しかし、冷却水を用いると、発熱体を冷却するためのラジエータを新設する必要があるため、車両搭載性が悪い。 In electric vehicles and hybrid vehicles, it is necessary to cool heating elements such as motors and inverters. Therefore, it is conceivable to cool the heating element by circulating cooling water between the heating element and a radiator, as in a vehicle having a normal engine. However, when cooling water is used, it is necessary to newly install a radiator for cooling the heating element, so that the vehicle mountability is poor.
また、例えば特許文献1に記載の発明では、新たにラジエータを設けずに、発熱体を空調装置(蒸気圧縮式冷凍サイクル)を利用して冷却する。しかし、この発明では、圧縮機を駆動するための消費電力が増大し、電気自動車の走行可能距離が短くなるという問題がある。また、空調装置を使用していないときには、発熱体を冷却することができない。
Further, for example, in the invention described in
そこで、特許文献2に記載の発熱体冷却装置では、レシーバタンクと蒸発器との間にバイパスを設け、このバイパスにポンプを配置し、液冷媒と発熱体との間で熱交換させることで、発熱体を冷却するための機械仕事の増大を抑制すると共に、空調装置を使用していないときでも、発熱体の冷却を可能としている。
Therefore, in the heating element cooling device described in
しかし、上記特許文献2に記載の発熱体冷却装置においては、レシーバタンクと蒸発器との間にバイパスを設け、このバイパスにポンプを配置するため、部品点数が増加すると共に、部品を設置するためのスペースが拡大して車両の大型化に繋がったり、艤装が困難になるという問題もあった。
However, in the heating element cooling device described in
そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、電気自動車やハイブリッド車の電動モータ等の発熱体を冷却するにあたり、部品点数の増加を抑え、コンパクトな設計が可能で、艤装を容易に行うこともできる冷却機器一体型ポンプ装置を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above-described problems in the prior art, and has a compact design that suppresses an increase in the number of parts when cooling a heating element such as an electric motor of an electric vehicle or a hybrid vehicle. An object of the present invention is to provide a cooling device-integrated pump device which can be easily equipped.
上記目的を達成するため、本発明は、冷凍サイクルを構成する冷却機器と、該冷却機器に一体に形成され、該冷凍サイクル内に液冷媒を循環させるポンプとを備えた冷却機器一体型ポンプ装置において、前記ポンプは、前記ポンプの筺体に形成され、底部を有するギヤ収容室と、前記ギヤ収容室の上部に開口する吸入口及び吐出口と、内歯を有し、前記ギヤ収容室の内壁に摺接し回動自在に配置されたアウターギヤと、前記アウターギヤの内歯に噛合する外歯を有し、その回転軸線が前記アウターギヤの回転軸線から偏心するように設けられたインナーギヤと、前記アウターギヤを回転させるモータとを備え、前記ポンプに一体に形成される冷却機器の筺体は、前記ギヤ収容室の壁面の一部を成すことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides a cooling device integrated pump device comprising a cooling device constituting a refrigeration cycle and a pump formed integrally with the cooling device and circulating liquid refrigerant in the refrigeration cycle. The pump is formed in a housing of the pump and has a gear housing chamber having a bottom portion, a suction port and a discharge port opened at an upper portion of the gear housing chamber, and internal teeth, and an inner wall of the gear housing chamber An outer gear that is slidably in contact with the outer gear, and an outer gear that has outer teeth that mesh with the inner teeth of the outer gear, and whose rotation axis is eccentric from the rotation axis of the outer gear; And a motor housing that rotates the outer gear, and a housing of a cooling device that is integrally formed with the pump forms a part of a wall surface of the gear housing chamber .
そして、本発明によれば、ポンプに一体に形成される冷却機器の筺体がポンプの筺体の一部を成すように構成したため、部品点数の増加を抑え、コンパクトな設計が可能で、艤装も容易となる。 According to the present invention, the cooling device housing formed integrally with the pump is configured to form a part of the pump housing, so the increase in the number of parts can be suppressed, a compact design is possible, and the fitting is easy. It becomes.
また、前記吸入口又は吐出口を、前記ギヤ収容室の壁面の一部を成す冷却機器の筺体に形成することができる。 In addition, the suction port or the discharge port can be formed in a casing of a cooling device that forms a part of the wall surface of the gear housing chamber.
さらに、前記ギヤ収容室の内壁面と前記アウターギヤとの間には、前記吐出口と連通し前記アウターギヤとインナーギヤとの間に介在する液冷媒を該ポンプ装置の側面から外部へ導出する導出路、又は前記吸入口と連通し該ポンプ装置の側面から前記アウターギヤとインナーギヤとの間に液冷媒を導入する導入路を形成することができる。 Further, between the inner wall surface of the gear housing chamber and the outer gear, liquid refrigerant communicating with the discharge port and interposed between the outer gear and the inner gear is led out from the side surface of the pump device to the outside. A lead-out path or an introduction path communicating with the suction port and introducing liquid refrigerant between the outer gear and the inner gear from the side surface of the pump device can be formed.
前記ギヤ収容室は、前記アウターギヤを回動自在に支持する複数の柱状部を備えることができる。複数の柱状部の隣接する柱状体間に隙間を形成することにより、アウターギヤとギヤ収容室との間に働く流体せん断応力による摩擦トルクを小さくでき、またこれらの間にゴミやスライムが溜まりにくくなる。 The gear housing chamber may include a plurality of columnar portions that rotatably support the outer gear. By forming a gap between adjacent columnar bodies of a plurality of columnar portions, it is possible to reduce friction torque due to fluid shear stress acting between the outer gear and the gear housing chamber, and it is difficult for dust and slime to collect between them. Become.
上記冷却機器一体型ポンプ装置において、前記インナーギヤのシャフトを、前記ポンプに一体に形成される冷却機器の筺体底部に設け、前記インナーギヤを、その中心軸線方向に設けられた孔部が前記シャフトに回動自在に挿入されるように構成することができる。 In the cooling device-integrated pump device, the shaft of the inner gear is provided at the bottom of the housing of the cooling device formed integrally with the pump, and the hole provided in the central axis direction of the inner gear is the shaft. It can be configured to be inserted in a freely rotatable manner.
前記アウターギヤ及びインナーギヤの歯面は、サイクロイド歯形を有することができ、サイクロイド歯形を用いることにより、インボリュート歯形を用いた場合に比較して吐出容量を大きくすることができる。 The tooth surfaces of the outer gear and the inner gear can have a cycloid tooth profile, and by using the cycloid tooth profile, the discharge capacity can be increased as compared with the case of using an involute tooth profile.
また、前記アウターギヤと前記モータの駆動軸とを磁気結合することができ、モータの性能や種類を変更したり、モータが故障した場合などにモータのみを交換することができ、ポンプの設計や保守管理を容易に行うことができる。 In addition, the outer gear and the drive shaft of the motor can be magnetically coupled, the performance and type of the motor can be changed, or only the motor can be replaced when the motor breaks down. Maintenance management can be performed easily.
さらに、前記ポンプに一体に形成される冷却機器を、冷媒を気液分離して液冷媒を抽出するレシーバタンク、又は冷媒の流路を切り換える三方弁とすることができる。 Furthermore, the cooling device formed integrally with the pump can be a receiver tank that separates the refrigerant into gas and liquid and extracts the liquid refrigerant, or a three-way valve that switches the refrigerant flow path.
また、前記冷凍サイクルは、車両用空調システムに用いられ、前記液冷媒によって該車両の発熱体を冷却することができ、車両搭載性のよい冷却機器一体型ポンプ装置を提供することができる。 In addition, the refrigeration cycle is used in a vehicle air conditioning system, can cool a heating element of the vehicle with the liquid refrigerant, and can provide a cooling device-integrated pump device with good vehicle mountability.
以上のように、本発明によれば、電気自動車やハイブリッド車の電動モータ等の発熱体を冷却するにあたり、部品点数の増加を抑え、コンパクトな設計が可能で、艤装も容易な冷却機器一体型ポンプ装置を提供することができる。 As described above, according to the present invention, when cooling a heating element such as an electric motor of an electric vehicle or a hybrid vehicle, an increase in the number of components is suppressed, a compact design is possible, and a cooling device integrated type that can be easily equipped A pump device can be provided.
次に、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。尚、以下の説明においては、本発明に係る冷却機器一体型ポンプ装置を車両用空調システムに用い、液冷媒によって車両の発熱体を冷却する場合を例にとって説明する。 Next, modes for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, a case where the cooling device integrated pump device according to the present invention is used in a vehicle air conditioning system and a vehicle heating element is cooled by liquid refrigerant will be described as an example.
図1は、本発明に係る冷却機器一体型ポンプ装置(以下「ポンプ装置」という。)を備えた冷凍サイクルシステムを示し、このシステム101は、圧縮機102と、凝縮器103と、膨張弁104と、蒸発器105と、本発明に係るポンプ装置1とを備え、ポンプ装置1を用いて電気自動車やハイブリッド車の電動モータやインバータ等の発熱体107を冷却する。
FIG. 1 shows a refrigeration cycle system provided with a cooling device integrated pump device (hereinafter referred to as “pump device”) according to the present invention. The
圧縮機102と、凝縮器103と、膨張弁104と、蒸発器105とは、配管109で接続され、これらの間を冷媒が循環する。また、凝縮器103と膨張弁104との間の配管109と、圧縮機102と凝縮器103との間の配管109とを接続するバイパス管110を液冷媒が流れる。
The
ポンプ装置1は、ポンプ2とレシーバタンク3とで構成される。レシーバタンク3は、冷媒を貯溜するリキッドタンクや、冷媒を貯留すると共に冷媒中の水分を除去するためのレシーバドライヤである。ポンプ2は、レシーバタンク3からの液冷媒を発熱体107に導入して発熱体107を冷却する。
The
ポンプ2は内接形歯車ポンプであり、図2〜図4に示すように、ギヤ収容室4aを有する本体(ポンプ筺体)4と、ギヤ収容室4aに収容されたアウターギヤ6及びインナーギヤ5と、アウターギヤ6を磁気カップリング7を介して回転させるモータ8等で構成される。
The
本体4は、円筒状に形成され、内部のギヤ収容室4aにアウターギヤ6及びインナーギヤ5が収容され、上部の開口がレシーバタンク筐体10の下端部で閉じられる。ギヤ収容室4aには、底面部10cに設けられた冷媒の吸入口4c及び吐出口4dが開口し、ギヤ収容室4aの内壁面とアウターギヤ6との間には、吐出口4dと連通し、アウターギヤ6とインナーギヤ5との間に介在する冷媒をポンプ2の側面から外部へ導出する導出路4hが形成される。吐出口4dは、導出路4hを介して冷媒出口4eに連通する。
The
本体4のギヤ収容室4aには、アウターギヤ6を回動自在に支持する複数(本実施の形態では4つ)の柱状部4fが設けられ、隣接する柱状部4fの間に隙間4gが形成される。この隙間4gを設けることにより、アウターギヤ6とギヤ収容室4aとの対向部が分割されると共に、各対向部の面積が小さくなり(即ち、隙間4gを設けた分だけアウターギヤ6のギヤ収容室4aと対向する部分の面積が小さくなり)、流体せん断応力による摩擦トルクを小さくできる。また、アウターギヤ6とギヤ収容室4fとの間にゴミやスライムが溜まりにくくなる。
The gear housing chamber 4a of the
本体4とレシーバタンク筐体10とは、図5(a)に示すように、溶接によって接合してもよく(溶接部19)、図5(b)に示すように、ボルト21を用いて接合してもよい。ボルト21を用いる場合には、接合作業のし易さを考慮して、下方のボルト15(後述)の取付位置を低くする。
The
本体4の上方に位置するレシーバタンク筐体10は、その下部に底面部10cを備える。この底面部10cには、ギヤ収容室4a側に開口する吸入口4c及びレシーバタンク筺体10側に開口する冷媒入口10aを備え、これら吸入口4c及び冷媒入口10aは連通している。また底面部10cの下部には更にギヤ収容室4a側に吐出口4dが開口するように凹部が形成されている。符号10bはこの凹部の壁面である。
The
インナーギヤ5とアウターギヤ6は、歯形がサイクロイド曲線によって形成される内接形の歯車である。これらギヤ5及び6の中心軸は偏心しているので、これらが相対的に回転することにより、ギヤ収容室4a内の両ギヤ5、6の間に生じた空隙Gが膨張と収縮を繰り返す。
The
ここで、アウターギヤ6を矢印R方向に回転させれば、吸入口4cは相対的に回転するインナーギヤ5とアウターギヤ6との間の膨張領域に開口することになり、一方、吐出口4dは収縮領域に開口することになるため、両ギヤ5、6の相対回転によりレシーバタンク筺体10内の冷媒が冷媒入口10a及び吸入口4cを介して両ギヤ5,6間に吸込まれ、吸い込まれた冷媒は吐出口4d及び導出路4hを介して冷媒出口4eより吐出される。尚、インナーギヤ5とアウターギヤ6の歯形をインボリュート曲線によって形成することもできる。
Here, if the
インナーギヤ5は、アウターギヤ6の内歯に噛合する外歯を有し、その回転軸線がアウターギヤ6の回転軸線から偏心するように設けられる。インナーギヤ5の中心に穿設された孔部は、レシーバタンク筐体10の下面からギヤ収容室4a向かって突出する突出部10eに回転自在に挿入される。尚、隔壁4bから上方に突出する突出部を設け、この突出部にインナーギヤ5の中心の孔部を挿入してもよい。この場合、アウターギヤ6の底部には、前述の突出部を貫通させるための適当な孔が穿設される。
一方、アウターギヤ6は内歯を有し、有底円筒状の本体6aの底面に磁石6bを備え、モータ8側の磁石8bと共に磁気カップリング7を構成し、ギヤ収容室4aの内壁に摺接しながらギヤ収容室4a内で回転する。
On the other hand, the
モータ8は、モータ固定用プレート13にボルト等の適当な手段を介して装着され、この状態で、モータカバー12、モータ固定用プレート13及び本体4がボルト15により締結される。モータ8の駆動軸8aには、磁石8bが装着され、本体4の隔壁4bを挟んで磁石6bと磁石8bとが対峙し、アウターギヤ6とモータ8とを連結する磁気カップリング7を構成する。モータ8と駆動軸8aとで構成される駆動部は、ギヤ収容室4aの密閉状態を維持しながら本体4に着脱可能に構成される。モータカバー12の下面には、モータ8に給電するためのコネクタ17が装着される。
The
上記構成を有するポンプ装置1のポンプ2は、モータ8が回転すると、磁気カップリング7を介してアウターギヤ6がインナーギヤ5と噛み合いながら回転する。
When the
インナーギヤ5とアウターギヤ6との噛合によって、ギヤ収容室4a内の両ギヤ5、6の間の空隙Gの容積が変化し、レシーバタンク筐体10に貯留された液冷媒は、レシーバタンク筐体10の冷媒入口10a及び吸入口4cを介してギヤ収容室4aに吸入された後、ギヤ収容室4a、吐出口4d及び導出路4hを通って冷媒出口4eに流れる。冷媒出口4eから吐出された液冷媒は、図1において発熱体107に供給されて発熱体107を冷却する。
As the
以上のように、本実施形態によれば、ポンプ2とレシーバタンク3とを一体化し、レシーバタンク筐体10をポンプ2の本体4の一部としたことにより、部品点数の増加を抑え、コンパクトな設計が可能となり、艤装も容易となる。
As described above, according to the present embodiment, the
また、モータ8を本体4のギヤ収容室4aの外部においてギヤ収容室4aに着脱可能に設けたため、液冷媒や混合オイルの種類によって、モータ8との関連で絶縁性等の電気的特性を変更したり、客先仕様に合わせてポンプ装置1の性能や、モータ8の種類を変更する必要がある場合でも、設計変更を容易に行うことができる。また、モータ8が故障した場合でも、モータ8のみを交換すれば足りるため、ポンプ装置1の保守管理も容易になる。
Further, since the
さて、上記の説明においては、ポンプ2はレシーバタンク筺体10の下部に設けられ、レシーバタンク筺体10内の冷媒は底面部10cからポンプ2内に吸入されるものとしたが、ポンプ2をレシーバタンク筺体10の下部側面に設け、レシーバタンク筺体10の底部側面から冷媒をポンプ2内に吸入することも出来る。
その場合は、まず図3に示された冷媒入口10aを筺体10の下部側面に設けると共に、ギヤ収容室4aの内壁面とアウターギヤ6との間に、吸入口4cと連通し、かつアウターギヤ6とインナーギヤ5との間に介在する冷媒をポンプ2の側面から吸入する導入路を、前述の導出路4hと同様に形成し、この導入路を上記の冷媒入口と連通させれば良い。
In the above description, the
In that case, first, the refrigerant inlet 10a shown in FIG. 3 is provided on the lower side surface of the
尚、上記実施の形態においては、ポンプ2に一体に形成される冷却機器がレシーバタンクの場合を例示したが、冷暖房を切り換えるために冷媒の流路を切り換える三方弁をポンプ2等に一体に形成することもできる。すなわち、冷凍サイクル内に液冷媒を循環させるポンプの冷媒入口あるいは冷媒出口と直接接続されることができるものであれば、冷凍サイクルを構成するいかなる冷却機器が該ポンプと一体化されても良い。
In the above embodiment, the case where the cooling device formed integrally with the
1 ポンプ装置
2 ポンプ
3 レシーバタンク(冷却機器)
4 本体
4a ギヤ収容室
4b 隔壁
4c 吸入口
4d 吐出口
4e 冷媒出口
4f 柱状体
4g 隙間
4h 導出路
5 インナーギヤ
6 アウターギヤ
6a 本体
6b 磁石
7 磁気カップリング
8 モータ
8a 駆動軸
8b 磁石
10 レシーバタンク筐体
10a 冷媒入口
10b 壁面
10c 底面部
10e 突出部
12 モータカバー
13 モータ固定用プレート
15 ボルト
17 コネクタ
19 溶接部
21 ボルト
101 冷凍サイクルシステム
102 圧縮機
103 凝縮器
104 膨張弁
105 蒸発器
107 発熱体
109 配管
110 バイパス管
1
4 Main body 4a Gear housing chamber 4b Partition wall 4c Suction port 4d Discharge port 4e Refrigerant outlet 4f
Claims (9)
前記ポンプは、
前記ポンプの筺体に形成され、底部を有するギヤ収容室と、
前記ギヤ収容室の上部に開口する吸入口及び吐出口と、
内歯を有し、前記ギヤ収容室の内壁に摺接し回動自在に配置されたアウターギヤと、
前記アウターギヤの内歯に噛合する外歯を有し、その回転軸線が前記アウターギヤの回転軸線から偏心するように設けられたインナーギヤと、
前記アウターギヤを回転させるモータとを備え、
前記ポンプに一体に形成される冷却機器の筺体は、前記ギヤ収容室の壁面の一部を成すことを特徴とする冷却機器一体型ポンプ装置。 In a cooling device integrated pump device comprising: a cooling device constituting a refrigeration cycle; and a pump that is integrally formed with the cooling device and circulates a liquid refrigerant in the refrigeration cycle.
The pump is
A gear housing chamber formed in the housing of the pump and having a bottom;
A suction port and a discharge port that open at the top of the gear housing chamber;
An outer gear having inner teeth and arranged to slide in contact with the inner wall of the gear housing chamber,
An outer gear having outer teeth meshing with the inner teeth of the outer gear, and an inner gear provided such that its rotational axis is eccentric from the rotational axis of the outer gear;
A motor for rotating the outer gear,
The cooling device-integrated pump device, wherein a casing of the cooling device formed integrally with the pump forms a part of a wall surface of the gear housing chamber .
前記インナーギヤは、その中心軸線方向に設けられた孔部が前記シャフトに回動自在に挿入されたことを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の冷却機器一体型ポンプ装置。 The shaft of the inner gear is provided at the bottom of the housing of the cooling device formed integrally with the pump,
The cooling device-integrated pump device according to any one of claims 1 to 4 , wherein a hole provided in the central axis direction of the inner gear is rotatably inserted into the shaft.
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