JPH05509141A - 電動ウォータポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 監１社じゲイン２ 速度げ立 本発明は、広くは、自動車の内燃機関（以下「エンジン」と称す）に用いられる 冷却水ボンピングシステムに係り、特に、自動車のエンジンに用いられる電動イ ンペラタイプの冷却水ボンピングシステムに間する。

背見珠衝 自動車に用いられる従来のウォータポンプシステムにおいては、ドライブベルト とプーリによって冷却水ポンプシャフトが回転駆動されていた。冷却水（クーラ ント）は適当なものであればどんな種類のものでも採用することができる０例え ば、水に冷凍防止剤を混合したものが一般的である。上記ドライブベルトとプー リの代わりに、ギア若しくはチェーンドライブ機構が用いられることもある。

通常、ポンプゲージングには２組のベアリングが設けられ、プーリ、ギア又はチ ェーンドライブ機構により発生する大きな外側からの側方荷重を支持している。

周知のように、上記側方荷重を考慮すると、ポンプシャフトに作用する全体的な 荷重には必ずアンバランスが生じてしまう、ポンプシャフトに対するアンバラン ス力ベクトルを考えると、ポンプアッセンブリ、ポンプシャフト及びそのボール ベアリングを適宜強化しなければ、不慮の荷重や過荷重に対処できない、しかし 、上記強化を行えば冷却水ポンプのコストと重量が増大してしまう。

上述の側方荷重ドライブシステムを用いると、さらに別なコスト増大を招いてし まう、即ち、自動車のクランクシャフト又はカムシャフトを延ばしてエンジンブ ロックを通過するようにし、マスタードライブプーリ又はギアを上記シャフトに 取付部るようにしなければならないからである０、ｔた、マスタードライブプー リとベルト若しくはギアを使用すると、自動車の発電装置・動力装置のコスト及 び重量も増大してしまう、クランクシャフトやカムシャフトがエンジンブロック を貫通する構造にする場合には、シャフトベアリングを周囲からの混入物（水分 。

泥、土、埃や路面からの酸性水、塩性水等）からシールする適切な処置が必要と なる。ウオータポンプの故障・破損は、つす−タボングベアリングの故障・破損 若しくは摩耗に起因することが多い、ベアリングの摩耗が進むと、冷却水に接す るフレキシブルジールア・ｙセンブリが破損してしまう、このシールアッセンブ リが破損すると、冷却水はエンジンの冷却システムから漏出してしまい、この漏 出により新たな問題が生ずることになる。もしポンプベアリングが破損しなけれ ば、上述のようなフレキシブルな接触部シールアッセンブリのトラブル及び、そ れに付随して起こるエンジン冷却水の損失は生じない、また、傷や衝撃によるポ ンプシャフトの破損も防止することができる。

したがって、上記問題点を解決できる「直接駆動」ウォータポンプが望まれてい る。ここで「直接駆動」とは、ポンプシャフト及び該ポンプシャフトを支持する ベアリングセットに外部側方向荷重をかけないドライブシステムを意味するもの である。

また、冷却水ポンプを駆動するのに必要な回転力を生成するためにエンジンブロ ックの外にクランクシャフト又はカムシャフトを延ばさなくてよいのならその方 が好都合である。さらに、種々のボンピング条件に容易に適合し得るような新し い冷却水ポンプシステムも望まれている。そして、一つの直接駆動システムによ って冷却水ポンプとラジェータ冷却ファンの双方を駆動することができれば便利 である。

従来のプーリ駆動タイプの冷却水ボンピングシステムの問題点に鑑み、本発明は 電気モータによって動力付与されるエンジン用冷却水ポンプ装置を提供すること をその第１の目的とする。

本発明の他の目的は、冷却水ポンプのベアリングアッセンブリを不必要にするた めに、冷却水ポンプ本体に直接付設できる電動モータを提供することである。

本発明の他の目的は、ポンプを電気モータ（ポンプは電気モータにより駆動され る）に素早ぐ取付は取外しできる取付（カップリング）機構を提供することであ る。

本発明の他の目的は、ポンプシャフトに外部側方荷重が作用しない、ベアリング なしくベアリングレス）の冷却水ポンプと直列直接駆動システムを提供すること である。

本発明の他の目的は、冷却ファンも電気モータにより駆動できるように、ダブル エンド（両頭）シャフトを用いた電気モータ駆動冷却水ポンプシステムを提供上 述の問題点を考慮すると共に、上記目的の１つ又は２つ以上を達成するために、 本発明の第１の！１ｉＸｉａでは、自動車エンジン用のベアリングレス冷却水ポ ンプシステムを提供している。このシステムは、貫通孔を有する冷却水ポンプ本 体と、ポンプシステムの作動時には通常冷却水が充填されるチャンバ領域とを具 備している。また、冷却水ポンプインペラも設けられるが、冷却水ポンプインペ ラの少なくとも一部は上記ポンプボディのチャンバ領域内に位！するように設け られる。

ポンプチャンバの他の部分は適当な部材（例えば、エンジンにボルト付けされる 通常の金属鋳物、あるいは米国特許第４，９２５，３６７号に示されているよう な、エンジンブロック自身に形成された窪み部分）により形成される。冷却水ポ ンプインペラはポンプシャフトの第１端に回転自在に取付けられる。ポンプシャ フトは少なくともその一部が上記ポンプ本体の貫通孔内に位！される。ポンプシ ャフトのｆｌ！！端は電動モータに接続可能に構成されている。ポンプシステム は、さらに、ベアリングレスシールアンセンブリ（少なくとも一部は上記貫通孔 内に位置される〉を有している。このシールアッセンブリは、ポンプ本体の貫通 孔とポンプシャフトの中央部との間の漏れ防止フレキシブルシールとして作用す る。このシールアッセンブリによって、冷却水がポンプシャフトから漏出するの を防止することができる。また、ポンプシャフトを電動モータに接続するために 直接駆動直列力ｙプリングも設けられる。

本発明の第２の！ＩＥｉ様では、自動車のエンジンに直接取付けることができる 電動冷却水ポンプシステムを提供している。このポンプシステムは、上述の第１ の態様の要素に加えて、モータシャフトを有する電気モータと、モータシャフト をポンプシャフトに接続する直接駆動カップリングと、電気モータを支持する取 付は手段とを具備している。上記取付は手段については、−側がモータに他側が 冷却水ポンプハウジングに付設された強固な接続部材（例えば、ネジ付きボルト スタッド）を少なくとも１つ有していればよいが、上記接続部材は２つあるいは ３つ以上有する方が好ましい。

モータシャフトはダブルエンド（両頭）構造を有し、モータシャフトの両端がモ ータの両側面から出るような構造にしてもよい、上述のように、モータシャフト の第１＠はポンプシャフトを駆動するのに用いられ、モータシャフトの第２端（ 反対端）は、冷却水ポンプの方向に空気を強制するファンを駆動するのに用いら れる。また、冷却水ポンプシステムはファンシュラウドを備えてもよい、このフ ァンシュラウドはファンとほぼ同軸上に設けられ、ファンから少し隔てられるこ とによりファンの動作空隙を担保している。ファンシュラウドを支持する適当な 機械的構成を設けてもよい（例えば、間隔をおいて２つあるいは３つ以上の強固 な支持部材を設け、各支持部材の一端をファンシュラウドの興なる部分に接続す ると共に、他端を電気モータゲージングの興なる部分及び／又はエンジンの興な る部分の一方又は双方に接続したような構成）、このような構成を設けると、フ ァン及びファンシュラウドを電気モータ及びエンジンと共に動かすことができる 。　本発明の電動ウォータポンプアッセンブリの１つの利点は、ポンプアッセン ブリをエンジンルームのほとんどどの位置にでも容易に設置することができるこ とである。なぜなら、ボンプアｙセンブリとエンジンとの間にめられる（必要と なる）カップリングが、冷却水を移送する２本のホースのみだからである。

これは、エンジンルーム内のスペースが極めて限られたものであるときに特に有 利である。したがって、ポンプアッセンブリの位置付け・固定方法を最小のコス トで最適なものにすることができると共に、取付や修理を容易にすることが、つ まり作業効率をアップすることができる０例えば、本発明のウォータポンプア・ ｙセンブリはエンジンに取付ける必要がない。代わりに、ラジェータに取付けた り、従来の自動車では他の部品（ラジェータとエンジンとを結ぶ大きなウォータ ホース）が占めていた所に取付けることができる。

本発明の上述及びその他の利点、目的及び態様は詳細な説明、添付図面及び請求 の範囲を参照することによってさらに理解されるであろう。

２夏４璽皇翫明 添付図面は好適実施例の説明の一部を構成するものであり、好適実施例の説明と 共に読まれるべきものである。同−又は類似の要素については興なる図面におい ても同じ参照符号を付しである。

図１は本発明の冷却水ポンプシステムの概略平面図である。ダブルエンドシャフ トを有する電気モータ（一部断面で描いである）が示されており、ダブルエンド シャフトの一端は本発明の冷却水ポンプを駆動し、他端はクラッチアッセンブリ を介してエンジン冷却ファンを駆動するように描かれている。

図２は図４の拡大部分断面図であり、モータハウジング、モータシャフト、ポン プ本体、翼〈インペラ）、フレキシブルな接触部シールアッセンブリ及びポンプ シャフトが示されている。

図３は図２の冷却水ポンプの３−３ｍ矢視断面図であり、冷却水ポンプ本体内に おけるインペラの位置を示している。

図４は図２のポンプシャフトの長手軸に沿った断面における接触部シールアッセ ンブリの拡大断面図である。

図５は駆動モータシャフトとポンプシャフトの間に設けられた容易に素早く離脱 可能なカップリング機構の拡大断面図である。

日を　するための最良の　様 図１は本発明の冷却水ポンプシステム１０の概略平面図である。このシステム１ ０は、エンジンブロック１４に取付けられた冷却水ポンプアッセンブリ１２と、 ダブルエンドシャフト１８を有する電気モータ１６と、冷却ファンアッセンブリ ２０とから成っている。冷却ファンアッセンブリ２０は通常のクラッチアッセン ブリ２２と円形プラスチックファン２４とを有している。ファン２４は複数のフ ァンブレード２６を有しており、ファンブレード２６はインナーリム２７とアウ ターリム２８（アウターリムは円形）とに取付けられている。上記システム１０ は冷却水ファンシュラウドアッセンブリ３０も有している。シュラウドアッセン ブリ３０は、アウターリム３４と、リム強化リブ３６と、取付フランジ３８とを 備える円筒状のシュラウド３２から成っている。取付フランジ３８はシュラウド 取付アッセンブリ４０に接続されている。シュラウド取付アッセンブリ４０は、 複数のスポーク状の支持部材４２から成る。複数の支持部材４２は等角度間隔を 有してインナーリム４４を中心に設けられている。これら支持部材４２は取付フ ランジ３８に向かってインナーリム４４の径方向外方に延びている。シュラウド 取付アッセンブリ４０はスタビライジングブラケット４８を有してもよい、スタ ビライジングブラケット４８は取付パッド５０を有し、このバッド５０は、例え ば、ボルト５２等の適当な締結部材によってエンジンブロック１４に取付けられ ると共に、例えばスクリュ５４等の適当な締結部材によって、径方向に配室され た支持部材４２に取付けられる。

図１のエンジンブロック１４用冷却システムは、さらに、コア６２を有する通常 のラジェータ６０を備えている。コア６２は垂直方向に設けられたサイドマニホ ールド６４の間に設けられる。冷却水は通常の排出及びリターンホース６６゜６ ８によってラジェータ６０に送られ排出される。適当なパイプ接続（例えば、直 線状のエンジン排出パイプ７０．９０度エルボ−排出リターンパイプ７２．９０ 度エルボ−パイプ７６．７８＞（ラジェータインレット・アウトレットとして作 用するもの）を通常のホースクランプ８０，８２．８６と共に用いて、ラジェー タ６０とエンジンブロック１４とをホースで接続するようにしてもよい。エンジ ンブロック１４の内部には、通常の手法で、冷却水ポンプ入口系路９４、冷却水 ポンプ排出系路９６及びラジェータリターン系路９８が形成されている。破線タ ーンホース６８を通過してリターン系路９８に至る様子を示している。冷却水は 、通常のエンジンの場合と同じように、複数の内部流路を通ってエンジンブロッ ク全体に分流される。上記内部流路は＆終的にはポンプ入口系路９４に至るよ解 放弁（図示せず）、あるいはその他の通常のエンジン冷却システムの付属品・と 取付けられた内側回転部１１６を有している。また、クラッチアッセンブリ２２ は外側回転部１２０も有している。この外側回転部１２０は、ファン２４のイン ナーリム２７が取付けられる円筒状外表面１２２を有している。さらに、クラッ チアッセンブリ２２は複数のプレッシャープレート若しくはその他の係合機構１ ２６ら有している。複数のプレッシャープレート若しくは係合機構１２６は、Ｏ Ｎされると開口部１２８のところで互いに押圧・接触し合うか係合し、クラッチ アッセンブリ２２の内側部１１６と外側部１２０を機械的に接続するので、内外 側部１１６．１２０は共に回転することができる。上記機械的接続により、ファ ン２４がモータの回転方向に回転することになり、ラジェータコア６２を通して 空気を吸入し、該空気をエンジンブロック１４内に送り込む（大きな矢印１３２ ）。

クラ・ｙチアラセンブリ２２は自動車冷却ファンに用いられる通常のタイプのク ララチア・ｙセンブリである（適当なものであればどのようなものでもよい）、 クラッチアッセンブリ２２では、興なる種類のクラッチ係合機構が使用されてい る（例えば、バイメタルスプリングアブセンブリにより熱的に作動するクラッチ プレート、通常の電導体装置が発生する電気信号により作動する電磁石パワーク ラッチアッセンブリ、あるいは遠心クラッチ機構）、遠心クラッチ機構は通常の 手法で設置することができる（例えば、インナークラッチ部１１６の内側環状リ ング１３６に取付けられたリターンスプリング１３４と、インナークラッチ部１ １６の外側環状部材１３８に取付けられた外側プレッシャープレート１２８とを 用いて設！することができる）。リターンスプリング１３４の寸法は、インナー クラッチ部１１６の速度が所定値を越えたとき、プレッシャープレート１２８が 係合してファン２４が回転するような寸法にされる。クラッチアッセンブリ２２ が遠心作動される場合には、電気モータ１６が２Ｐｉスピードモータであること が好ましい、このように、モータ１６の速度を低速から高速へ増大させることに よって、クラッチをＯＮ（停台状態）動作させ、またモータ１６の速度を高速か ら低速にすることによって、クラッチをＯＦ［（非係合状態又は解放状態）動作 することができる。

熱作動クラッチａ！構を採用する場合には、クラッチ２２は、冷却ファンを通過 する空気１３２が所定温度以上になるとＯＮするように構成される。′！Ｓ動ク ラりチ機槽を採用する場合には、温度スイッチ１４４がモータ１６に付設される 。温度スイッチ１４４はエンジンブロック内又はその他の適切な場所に設けられ 、０Ｎ−ＯＦＦ電気信号を供給するのに用いられる。このＯＮ・ＯＦＦ信号によ り、電動クラッチＳ構が係合・解除する時期がコントロールされる。勿論、上述 以外の特徴を有するより複雑・高度な電気料＃回路を用いて、いつファン２４が 作動・停止するかを決定するようにしてもよい。

ファンシュラウド３０は、ファン２４の回転により生ずるラジェータコア６２を 通過する空気流の量を増大するのに役立つ、ファン２４及びシュラウド３０は通 常の薄板材あるいは通常の自動車のファンやファンシュラウドに用いられるタイ プの適度な強度と耐疲労性を有する成形プラスチックから作られる。同様に、取 付構造４０と支持ブラケット４８は金属あるいは高強度プラスチックから作られ る。ブラケット４２及び／またはブラケット４８は所定の角度（例えば、９０度 ）を有する平らな部分（例えば、部分１４６と１５０）を有し、大きな強度を有 するように構成されている。取付構造４０のインナーリム４４は、適当な手段（ 例えば、スクリュや大きな管状クランプ１５８）によりモータ１６のゲージング 又はハウジング１５６に接続されている。

図１はモータ１６の部分切取図も示している。モータ１６はアーマチュアアンセ ンブリとステータアッセンブリ１６Ｇを有している。アーマチュアアンセンブリ は、アーマチュア巻線１６２とモータシャフト１８を有している。ステータアッ センブリ１６６は、ハウジング１５６に収容されるモータフレーム１６８にしっ かりと取付けられている。モータ１１６は１段スピードモータでもよいが、多段 スピードモータ（例えば２段スピードモータ）で構成されることが好ましい、複 数の導線を有する通常の電気ケーブル１７２によって、電力が自動車電気供給シ ステムから電気コネクタアブセンブリ１７４を介して供給され、モータ１１６が 駆動される。モータ１７２は、好ましくは、パンテリ（典型的には１２ボルト直 流のもの）により供給される所定の自動車供給電圧で作動する。

また、モータ１１６は２つの通常のボールベアリングセット１７６と１７８を有 する。

ボールベアリングセット７６．１７８のアウターレースは、モータのフレーム１ ６８に設けられた適当な円筒状開口部に圧入されるか取付けられる。また、ボー ルベアリングセット１７６．１７８のインナーレースはモータシャフト１８に圧 力ばめされるか取付けられる。よって、所望の位置に保持されると共に回転自在 となる。ボールベアリングセット１７８のインナーレース１８０、アウターレー ス１８２及びボールベアリング１８４は、図２ではモータシャフト１８を支持す るように描かれている。

当業者であれば、モータシャフト１８をしっかりと固定し回転を容易にするため に上記ベアリングセット１７６．１７８が上記ボールベアリングの代わりに、ロ ーラベアリングやその他の適当なベアリング装置（例えば、スリーブベアリング ）を有してもよいことが理解できるであろう。

図２は冷却水ポンプアッセンブリ１２の構造を示すと共に、−頭（シングルエン ド）モータシャフト１８゛を有する代替電気モータ１６−（電気モータ１６の他 の実施例）を示している。つまり、図２は本発明の第２の冷却水ボンアシステム １０−を示している。このシステム１０−は冷却ファンを駆動するのに電気モー タを用いていない。したがって、本システム１０−は自動車のラジェータ６０の 近くに位置される必要がなく、エンジンルームのどこに８置されてもよい（例え ば、エンジンブロック１４の側部若しくは背部）、シかしながら、システム１０ と１０〜の冷却水ポンプアッセンブリ１２の形状は同一のものでもよい。

図１及び図２は冷却水ポンプアッセンブリ１２の好適な構造を示している。上記 アッセンブリ１２は、ボン１本体１９２と、ポンプシャフト１９６に取付けられ た通常のインペラ１９４と、スプリング付勢されたシールアッセンブリ１９８と から成る。該シールアッセンブリ１９８は、冷却水がポンプ本体の円筒状孔２０ ０を通って漏出するのを防止する。

ポンプ本体１９２は３つの部分から成る。第１の部分は冷却水カバ一部分２０２ であり、このカバ一部分２０２により室２０４が区画形成され、上記インペラ１ ９４がこの室の内で回転する。第２の部分は電動モータ部分２０Ｂである。この 部分２０８は、電動モータ１６又は１６−を完全に支持する構造を有している。

第３の部分は中央部分２１０である。中央部分２１０はトロイダル壁面２１２を 有し、該壁面２１２によって孔部２０２が区画形成される。中央部分２１０はボ ン７＊体１９２のモータ取付部分２０８とカバ一部分２０２との間に一体的に接 続されている。上記ポンプ本体１９２は、適当な材料（例えば、アルミニウムや 可鍛鉄）から成る１ピースタイプの金属鋳造品であることが好ましいが、その他 の適当な材料でもよい（例えば、高強度高耐熱性プラスチック）、ポンプ本体１ ９２の部分２０２．２０８及び２１０の間若しくは内に壁材や強化部材を設ける 場合には、壁材等の厚さは、電気モータの材質、寸法及び重量、並びに冷却ファ ンアッセンブリ２０やファンシュラウドアッセンブリ３０が使用されるかどうか 、ポンプ本体１９２が上記部材を支持する唯一の構造なのか又はブラケット４８ 等の強化部材が設けられてモータを２次的に支持しているのかどうか、あるいは ブラケット４８等の強化部材が設けられてファンアッセンブリ２０やシュラウド アラセンブリ３０を２次的に支持しているのかどうかによって決まる。ファンが モータ１６によって駆動されない図２の実施例においては、図示されているよう に、ポンプ本体１９２のみによって電気モータを支持することが好ましい。なぜ ならば、そうすることにより、製造及び組立コスＩ〜を減縮することができるか らである。

図３はポンプ本体１９２と室２０４の好適な構成を示している。ポンプ本体１９ ２は、ポンプ本体１９２の周部２２８の円形突出部２２６の孔２２４を通って延 びる幾つか（好ましくは５本）の取付ボルト２２２によって固定される。！を部 分２２６の間の壁部分２３２は、ポンプ本体の機械加工平面２３４とこれに対応 するエンジンブロック１４の機械加工平面２３６との間から冷却水が漏流するの を防止するのに十分な強度を有する厚さを有している。これら２つの機械加工平 面２３４，２３６の間の隙間をシールするために、通常のガスゲ／ト（図示せず ）を用いてもよい。

図２及び図３は通常のインペラ１９４を示している。インペラ１９４は、好まし くは、シャフト１９６に圧力ばめされる環状インナーリムを有する１ピースタイ プの金属打抜加工品である。インペラ１９４は、好ましくは、ポンプシャフト１ ９６の軸を中心にバランスされており、その端部に等角度間隔でブレード２４６ を複数有している。そして、インペラ１９４が矢印２４８の方向に回転すると、 ブレード２４６により冷却水は排出系路９６に強制される。適当なインペラは、 典型的には１００８スチールから１０１６スチールまでを用いて製造され、アメ リカ合衆国オハイオ州りリーブランド市の法人’Ａ、Ｊ、ＲＯ３ｅ　Ｃ０ＩＩＤ ａｎＶＪから購入される。

図４は好適シャフトジ−ルアラセンブリ１９８を断面図で示し、モータシャフト １８゛とポンプシャフト１９６の部品部分を示している。モータシャフト１８− は、モータ１６−のファン側に第２出力シヤフトを有さない点を除けば、モータ シャフト１８と同じである。アッセンブリ１９８は、典型的には、３つの打抜加 工真鍮カップ部材（円筒状カップ２５Ｇと、大環状カップ２５１と、小環状カッ プ２５２と）を有している。大カッ１２５１の外面２５４はポンプ本体１９２の 孔２００に圧入されている。シールアッセンブリ１９８は、図示されるように、 スライド面と大カップ２５１の内側円筒壁部２６０とを形成するよう構成された 環状ガスケｙト２５８の積層体２５６をも有している。フレキシブルシール部材 ２６２と２６４によって大カップ２５１と小カップ２５２どの間のシール構造が 完成する。スフワットヘリカルワイヤスプリング２７０が、図示のように、フレ キシブル環状シール２６２の回りに設けられて、小カップ２５２とポンプシャフ ト１９６を矢印２７２で示すようにモータから切り離す方向に押している。従来 長期にわたって接触部シールアッセンブリ（例えば、図４に示したシールアッセ ンブリ１９８）が自動車冷却水ポンプに用いられている。そのようなシールアッ センブリは多数の法人から購入することができる（例えば、アメリカ合衆国イリ ノイ州モートン　グループ市の法人ｒＪｏｈｎ　ＣｒａｎＪ　）　、ｌ、かじな がら、本願発明者は、本発明の作用効果を奏するようにポンプシャフトとドライ ブシャフトとを一体保持するのに用いられるシールアッセンブリは新規なもので あると思う。

図１及び図２は、モータ１６又は１６−が端部取付構造を有していることを示し ている。即ち、モータ本体１９２に面するモータ１６のほぼ円筒状端面２９６が ポンプ本体１９２の取付部分２０８の適切な取付フランジ２９８に、ハウジング １５６に埋設された適当な締結要素（例えば、ネジ付ボルトスタッド３００）と モータ１６のフレーム１６８とにより接続されている。スタッド３００はポンプ 本体１９２の取付部分２０８の強化区域３０４の少し大きい孔３０２を通って延 びている。ロッキングナツト等の適当な締結具がスタッド３００に係合する。理 論的には、ポンプ本体の取付部分２１０とモータ１１６のハウジングの間には１ つの取付接続が設けられれば十分である（もし、それでモータがシャフトを介し てトルクを発生したときに電気モータを十分に支持でき電気モータの振れを防止 できるのならば）、シかしながら、本実施例では図１に最も良く示されているよ うに、２つ若しくは３つ（または４つ以上）のスタッド３００のような接続部材 が取付部分２１０の周部に間隔をお０て設けられる。

電気モータは一定の速度で回転するようにセ・ｙトされるか、あるいは適当な電 動システムによって駆動されて異なる速度で回転できるように構成される。上述 したように、簡単な２段スピードのモータが好ましいく例えば、低速度の場合は 速度が２４００ｒｐ１１で、常圧下での冷却システム内の冷却水流量が約６０す ・ｙトル／分、高速度の場合は速度が３０００ｒｐｉで、冷却水流量が約８５リ −ｙトル／分になるような２段スピードのモータ）。当該技術分野で知られてい る色々な寸法や形状のインペラ並びに色々な寸法や形状の電気モータを適宜選択 することによって、本発明のポンプシステムの容量や圧力並びにモータやポンプ シャフトの回転速度をどのようなエンジン冷却システムに対しても適合するよう な値に調整することができる。

図２及び図５は電気モータドライブシャフト１８をポンプシャフト１９６４：接 続する好適な方法を示している。ポンプシャフト１９６の直径はモータシャフト のそれより大きいことが好ましい、そうすることによって、ポンプシャフトのカ ンプリング端部３１４に、機械加工その他の手法によりソケ・ｙトコ１６を形成 することができるからである。ソケット端部３１４のリム部３２０はその他の部 分より大きく、リム部３２０内に形成される差込みスロット３２２の強度を担保 している。

図５はポンプシャフト１９６のソケット端部３２２とモータシャフト１８のポン プ端部の拡大部分図である。モータシャフト１８は、モータシャフト１８４こ予 めドリル加工された孔に圧入若しくは挿入されるトラノ〈−スピン３２６を有す る。このビン３２６は差込みスロ、ト３２２に係合する。差込みスロ・ノド３２ ２はポンプシャフト１９６の軸３３６にほぼ平行な直線部３４４と、円弧部３３ ８とを有する０円弧部３３８は直線部３３４の内ｌＦＩ端部近傍から始まって横 方向に離れる方向に延び、さらＧこ、ソケット３１６の外側端部３４０の方向に 湾曲帰還するように延びてν）る。この円弧−に 部３３８によって窪み区域３４２が形成され、ビン３２６が該窪み区域３４２内 に収容されると、ビン３２６がシャフト１８に係合することになる０図４に示さ れたシャフトジ−ルアｌセンブリ１９８のヘリカルスプリング２７０はカップリ ング機構を上記窪み区域３４２内へ付勢する。電気モータ１６は図３の矢印２４ ８で示されるように、モータインペラ１９４を一方向にしか回転させない、よっ て、図２及び図５に示された本発明のカップリング機構は、本来的に、カップリ ングされた状態を保持しようとする。なぜならば、冷却水ポンプシステム１０又 は１０−の作動中に、カップリングを解除させるような大きな力が発生しないか らである。従って、当業者であれば、図２及び図５で示されたカップリング機構 によって、ポンプシャフト１９６を電動モータに接続するための直接駆動カップ リング手段が構成されることが理解できるであろう、シャフト１８と１９６は同 軸上に配されており、モータシャフト１８の雄部と雌部とがしっかり係合してイ ンターロック状態になるので、上記２本のシャフト１８と１９６は１本の連続す るシャフトとして作動する。モータシャフト１８の両端はベアリングセット１７ ６と１７８によって十分支持されているので（これらベアリングセットはポンプ シャフト１９６が発生する荷重も支えられるような寸法を有している）、ポンプ シャフト１９６自身は専用のベアリングセットを冷却水ポンプ本体内部に有する 必要はない（このことは、自動車の通常の冷却水ポンプに見られることである） 、即ち、図２の冷却水ポンプシステム１０−はベアリングレスタイプの冷却水ポ ンプシステムであり、フレキシブルシャフトシールアッセンブリ１９８は、ポン プ本体の孔２００とポンプシャフトの中央部分の間の漏れ防止用フレキシブルシ ールを形成するための、ポンプ本体の孔２００内に部分的に位置されたベアリン グ手段ということができる。このような構成は図１のポンプシステムにも応用で きる。

当業者であれば、ポンプシャフト１９６とモータシャフト１９８を同軸上に接続 する手段として上記以外の直接駆動カンプリング手段を採用してもよいことが理 解できるであろう、また、当業者であれば、モータシャフト１９８を延長してポ ンプシャフト１９６としての作用も有するようにすることが考えつくであろう、 しかしながら、図２及び図５に基づいて説明した直接駆動カップリング機構の重 要な利点は、モータシャフト及びポンプシャフトに付設された第１及び第２接続 部を素早く相互連結することができ、これにより、モータ１６がインペラ１９４ を駆動できるようになり、さらに両接続部を素早く切離すことができるところに ある。また、上記連結は単にインペラ１９４を手でつかんでインペラ１９４を図 ４の矢印２７２の反対方向に押込むと同時に、インペラ１９４を矢印２４８の方 向に回転させることによって行うことができる。この手作業により、ビン３２６ は差込みスロット３３２の窪み部３４２から引出され直線スロット部３３４に導 かれる。そして、２本のシャフトを切離すことができる。カップリング機構をこ のように容易に連結・切離すことができるので、組立コストや部品交換コストを 減することができる。さらに、ウォータポンプや電気モータの交換も素早く容易 に行うことができる（これは当該技術分野において要求されることである）。

本発明の電動ウォータボングアラセンブリを用いる場合の他の利点は、従来の自 動車の冷却システムに使用されていたサーモスタットを設ける必要がないことで ある。エンジン内で局部的なホットスポットができないようにするためには、冷 却水ポンプを単に定期的に（一定時間間隔で）　ＯトＯＦＦすればよい、そうす れば、冷却水はどの場所においてもオーバーヒートすることはない、また、ポン プアッセンブリのＯトＯＦＦを行う電気モータを駆動制御する回路に冷却水温度 センサを設けることにより、ポンプアッセンブリ全体のエネルギ消費を最小限に 抑えることもできる。特に、冷却水が比較的低温の場合、モータはエンジンブロ ック内で局部的なホットスポットができないように作動すれば十分であり、それ 以上に作動する必要はない。

本発明の他の利点は、エンジンが停止した後でも冷却水ポンプアッセンブリはバ ッテリ電源を利用することにより作動し続けることができることである。このこ とは、特に高温の日には有効である。なぜなら、自動車のエンジンを他の公知の 方法よりも、より均一に且つ迅速に冷却することができるからである。例えば、 電動ファンを使用している米国内の自動車の幾つかは、エンジン停止後ファンが ５分も１０分も作動し続ける。しかしながら、ファンによって生成される空気流 は、ファンに最も近いエンジンの外側部分しか実際には冷却しない。これとは対 称的に、本発明のようにウォータポンプを駆動するのに電動モータを用いれば、 自動車の流体冷却水システムをフルに利用することができる（たとえ、エンジン を停止しても）、シたがって、本発明によれば、エンジン停止後においてエンジ ンをより均一に且つ迅速に冷却することができる（電動ファンのみでエンジン停 止後のエンジンを冷却する場合に比べて）、なぜなら、冷却水がエンジンとラジ ェータの間を連続的に循環するからである。

上述の詳細な説明は、本発明の好適実施例が前記した本発明の目的を達成するの に適していることを示している。尚、当業者であれば、本発明を説明するために 選ばれた上記好適実施例に対し、本発明の精神及び適切な範囲から離れることな く種々の変形・改良等を施すことができるであろう０例えば、電気モータを冷却 水ボン１本体に取付けるための構成は、締結部材の数や位１を変えることにより 、または、締結部材の種間を変えることにより変形することができる。また、ボ ン１シヤフトと電気モータのシャフト用のカップリング機構も上記のものと興な るタイプのものを採用してもよい、２段スピードモータの代わりに１段スピード 電気モータを用いてもよく、冷却ファンクラッチは設けなくともよい、冷却水ポ ンプ本体は、必要とあらば、金属打抜加工品であってもよい、さらに、その他の 変形を上記実施例に対し行うことが可能である。よって、本願によって与えられ るべき保護は添付の請求の範囲に定義される内容及び、それに等価・均等な全て を含むものである。

要約書 ポンプシャフト（１９６）と同軸上にポンプハウジング（１２）に取付けられる 電気モータ（１６）により駆動される冷却水ポングシステム（１０）が開示され ている。本システムは、最小限の要素として、孔［２００）を有するポンプ本体 （１９２）と、冷却水ポンプインペラ（１９４）と、上記孔（２００）を通過し て一端に上記インペラ（１９４）を保持するポンプシャフト（１９６）と、上記 孔（２００）内に位！されて、回転する上記ポンプシャフトの周部を通って冷却 水が上記ポンプ本体から漏出するのを防止するベアリングレスシャフトシールア ヅセンブリ（１９８）とを具備する。上記ポンプシャフト（１９６）の外ＩＦＲ ｔ（３２０）と上記電気モータのドライブシャフト（１８）は、好ましくは、素 早く切離すことができる力ｙグリング機構を有する。このカップリング機構によ り、上記２本のシャフトを、他の要素に影響を及ぼすことなくまた工具を用いる ことなく、繰返し係合・離脱することができる。上記カップリング機構は例えば 、一方のシャフト（９１６）に設けられる取付スロット（３３４，３３８）付の ソゲット（３２２）と、他方のシャフト（１８）に設けられ上記スロットに係合 する対応ビン（３２６）とにより構成される。面取付けされた電気モータ（１６ ）はしっかりと（但し取外し可能に）ポンプハウジングにボルト付けされる。ま た、そのドライブシャフト（１８）がドライブシャフト（１８）と共に回転する ポンプシャフト（１９６）を完全に支持する。必要とあらば、２頭ドライブシャ フト（１８）を上記電気モータ（１１２）に用いてもよい、このような構成にす ることによって、一体クラッチ機構（２２）を有する冷却ファンアｙセンブ１月 ２０）を上記モータシャフトの一端（１１８）から外し、上記冷却水ポンプシャ フト（１９６）を上記モータシャフトのｆｌ！！端から外すことができる。

国際調査報告

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. １．回転可能なポンプドライブシャフトと、該シャフトが通過突出する開口部を 有するポンプハウジングと、該シャフトに取付けられたポンプインペラと、該シ ャフトが突出する上記開口部をシールするためのシャフトシールアッセンブリと を具備するタイプの自動車用冷却水ポンプシステムにおいて、上記冷却水ポンプ システムが上記ポンプインペラを駆動する電気モータをさらに具備し、該電気モ ータがケーシングと、軸を有する回転可能なモータシャフトを備える回転可能な アーマチュアアッセンブリと、上記ケーシングに支持されるステータアッセンブ リとを具備し、上記冷却水ポンプシステムが上記電気モータを上記ポンプハウジ ングに直接取付けるための手段をさらに具備し、 上記冷却水ポンプシステムが上記モータシャフトを上記ポンプドライブシャフト に同軸上で機械的にカップリングする手段をさらに具備して、両シャフトが少な くとも第１方向に同期回転する ことを特徴とする自動車用冷却水ポンプシステム。
2. ２．上記取付手段が上記モータケーシングから上記ポンプハウジング内へ突出す る複数のスタッド部材から成る請求項１記載の自動重用冷却水ポンプシステム。
3. ３．上記機械的カップリング手段が、上記モータシャフトの一端に設けられるソ ケットと、上記ポンプドライブシャフトの一端近傍に取付けられるピン部材とか ら成り、上記ソケットが上記ソケットの外側端部から始まるスロットを有し、上 記ピン部材が上記ポンプドライブシャフトの上記一端近傍から横方向外方に延び 、上記ピン部材の寸法が上記スロットに係合する大きさであり、係合すると上記 ピン部材とスロットが共に回転する請求項１記載の自動軍用冷却水ポンプシステ ム。
4. ４．上記ソケット部材のスロットが、上記ポンプシャフトの軸にほぼ平行に延び る直線部分と、該直線部分の内側端部近傍から始まりそこから遠のくように横方 向に延びさらに上記カップリング部材の外側端の方へ湾曲する円弧部とを有し、 該円弧部により上記ピン部材を収容・保持する窪み部が形成され、上記シヤフト シールアッセンブリが、上記ピン部材を上記ソケット部材のスロットの窪み部に 保持しようとする付勢力を発生するヘリカルスプリングを有する請求項３記載の 自動軍用冷却水ポンプシステム。
5. ５．自動車エンジン用の電動エンジン冷却水ポンプシステムにおいて、該冷却水 ポンプシステムが冷却水をポンピングする手段を具備し、該ポンピング手段が少 なくとも１つの貫通孔を有するポンプ本体と、冷却水ポンプインペラと、上記ポ ンピング手段内に支持されないポンプシャフトと、上記冷却水が上記孔から漏出 しないように上記シャフトと孔の回りにフレキシブルな漏出防止冷却水バリアを 形成するフレキシブルシャフトシール手段とから成り、上記インペラ両者が上記 ポンプシャフトに取付けられ共に回転するようにし、上記ポンプシャフトが上記 孔を通って突出し、上記冷却水ポンプシステムがモータシャフトを有する電気モ ータを具備し、上記冷却水ポンプシャフトが上記モータシャフトを上記ポンプシ ャフトに接続するための直接駆動カップリング手段を冥備し、上記冷却水ポンプ システムが上記電気モータを支持する取付手段を具備し、該取付手段が少なくと も１つ強固な接続部材を有し、該接続部材の一側が上記モータに取付けられ他側 が上記冷却水ポンピング手段に取付けられることを特徴とする電動エンジン冷却 水ポンプシステム。
6. ６．上記取付手段が少なくとも第１及び第２ネジ付手段を有し、該ネジ付手段に よって上記電気モータを他に何の影響も与えることなく上記冷却水ポンピング手 段に／から繰返し素早く取付／取外しすることができる請求項５記載の冷却水ポ ンプシステム。
7. ７．上記ポンプシャフトが上記ポンプ本体の孔でベアリングを用いずに上記モー タシャフトによって直接支持されることによって、上記ポンプシャフトが上記モ ータシャフトの強固な同軸上延出部を事実上形成する請求項５記載の冷却水ポン プシステム。
8. ８．上記直接駆動カップリング手段が上記ポンプシャフトの一端にしっかりと取 付けられた第１接続部材と、上記モータシャフトの一端にしっかりと取付けられ た第２接続部材とを有し、上記モータが上記インペラを駆動することができるよ うに上記２つの部材が素早く相互連結され得るように構成され、さらに、上記２ つの部材が素早く切離れ得るように構成された請求項５記載の冷却水ポンプシス テム。
9. ９．上記第１及び第２接続部材の一方が取付スロットを有するソケット部材であ り、他方が上記取付スロットに係合するピンを有する請求項８記載の冷却水ポン プシステム。
10. １０．上記ポンプ本体が金属鋳物から形成され、上記取付手段が少なくとも３つ の強固な接続部材を有し、各接続部材の一側が上記モータに接続され他側が上記 ポンプカバに接続され、上記３つの接続部材が互いに間隔を有して設けられた請 求項５記載の冷却水ポンプシステム。
11. １１．上記モータが第１及び第２面を有し、該第１面が上記ポンプ本体の最も近 くに位置し、上記第２面が上記ポンプ本体から最も遠くに位置し、上記モータシ ャフトが上記第２面から外方に延び、上記冷却水ポンプシステムが上記モータシ ャフトに接続されるファン手段をさらに具備し、該ファン手段が該モータシャフ トにより駆動されると上記モータとポンプ本体の方向に空気が強制される請求項 ５記載の冷却水ポンプシステム。
12. １２．上記冷却水ポンプシステムがファンシュラウドと、該ファンシュラウドを 支持する手段とをさらに具備し、上記ファンシュラウドが上記ファン手段の回り にほぼ同軸上に取付けられ、上記ファンシュラウドと上記ファン手段との間には 小さな間隔が設けられて該間隔が作動クリアランスとなり、上記ファンシュラウ ド支持手段が複数の強固な支持部材から成り、これら支持部材は互いに間隔をお いて設けられ上記ファンシュラウドの異なる部分に取付けられ上記エンジンにし っかりと接続され得るように構成された請求項１０記載の冷却水ポンプシステム 。
13. １３．上記電気モータが２種類の速度で作動でき、一方の速度が他方の速度より 速い請求項６記載の冷却水ポンプシステム。
14. １４．上記冷却水ポンプシステムがクラッチ手段をさらに具備し、該クラッチ手 段が上記モータとファンとの間に取付けられて、上記モータシャフトを／から上 記ファン手段に／を選択的に係合／離脱させる手段となる請求項１３記載の冷却 水ポンプシステム。
15. １５．上記クラッチ手段が上記電気モータの速度に応答する遠心クラッチ機構か ら成り、上記モータが高い方の速度で作動しているときは、上記クラッチ機構が クラッチを係合状態にする請求項１３記載の冷却水ポンプシステム。
16. １６．エンジンに用いられるベアリングレスタイプの冷却水ポンプシステムであ って、 該冷却水ポンプシステムが貫通孔と室とを有する冷却水ポンプ本体を具備し、上 記室が、上記冷却水ポンプシステムが作動している間は通常、冷却水で充填され 、 上記冷却水ポンプシステムが上記ポンプ本体の室内に少なくとも部分的に位置す る冷却水ポンプインペラを具備し、上記冷却水ポンプシステムが上記貫通孔内に 少なくとも部分的に位置するポンプシャフトを具備し、該ポンプシャフトが第１ 及び第２端部を有すると共にこれら端部の間に中央部を有し、上記冷却水ポンプ インペラが上記第１端部に回転可能に取付けられ、 上記冷却水ポンプシステムがベアリングなしの手段を有し、該手段が上記貫通孔 内に少なくとも部分的に位置して上記ポンプシャフトの中央部分と上記ポンプ本 体の貧道孔との間の漏出防止フレキシブルシールを形成し、該シールにより上記 冷却水が上記ポンプシャフトを通って上記室から漏出するのが防止され、 上記冷却水ポンプシステムが上記ポンプシャフトを電動モータに接続する直接駆 動カップリング手段を具備することを特徴とするベアリングレスタイプの冷却水 ポンプシステム。
17. １７．上記冷却水ポンプ本体が金属鋳物により一体成形される請求項１６記載の 冷却水ポンプシステム。
18. １８．上記冷却水ポンプ本体が上記室を区画形成する冷却水ポンプカバー部と、 上記電動モータを完全支持するように構成された電動モータ取付部と、上記貫通 孔を区画形成するトロイダル壁部を有する中央部とから成り、該中央部が上記カ バー部とモータ取付部との間に一体的に接続される請求項１６記載の冷却水ポン プシステム。
19. １９．上記モータ取付部が上記電動モータを面取付構成で取付けるためのフラン ジを有する請求項１８記載の冷却水ポンプシステム。
20. ２０．上記ベアリングなしの手段がヘリカルスプリングを有するフレキシブル面 シールアッセンブリから成る請求項１６記載の冷却水ポンプシステム。