WO2018193488A1

WO2018193488A1 - ウォータポンプ

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Publication number: WO2018193488A1
Application number: PCT/JP2017/015417
Authority: WO
Inventors: 中島　光雄; 誠人大澤
Original assignee: 株式会社Tbk
Priority date: 2017-04-17
Filing date: 2017-04-17
Publication date: 2018-10-25
Also published as: CN110537025A; JP6968157B2; JPWO2018193488A1; EP3613990A1; US20200332805A1; EP3613990A4

Abstract

本発明に係るウォータポンプ（１）は、ポンププーリ（２０）とアーマチュアアッシー（８０）のアーマチュア（８３）とを摩擦係合させてポンププーリ（２０）の駆動力をポンプ軸（３０）に伝達する伝達状態とポンププーリ（２０）とアーマチュアアッシー（８０）のアーマチュア（８３）との摩擦係合を解除させてポンププーリ（２０）からポンプ軸（３０）への駆動力の伝達を切断する切断状態とに切り替える電磁クラッチ（６０）と、アーマチュアアッシー（８０）に設けられてポンプ軸（３０）と一体回転するフランジ部材（１２０）とを備え、上記切断状態においては、ポンププーリ（２０）の永久磁石（１１１）とフランジ部材（１２０）の永久磁石（１３１）との間の磁気吸引力により、ポンププーリ（２０）の回転に対してフランジ部材（１２０）を連れ回り回転させるように構成した。

Description

ウォータポンプ

　本発明は、例えば冷却水の循環などに用いられるウォータポンプに関する。

　従来から、自動車用エンジンを初めとする水冷式のエンジンには、シリンダやシリンダヘッドを冷却するための媒体として水（冷却水）が使用されており、その冷却水をエンジンのシリンダブロック内に形成されたウォータジャケット内に供給して強制循環させるための装置としてウォータポンプが備えられている。従来のメカ式のウォータポンプは、一般的に、シリンダブロックの一部からなり冷却水の吸入口及び吐出口が形成されたポンプベースと、このポンプベースに取り付けられてポンプ室を形成するポンプケースと、ポンプケースの外周部に回転自在に支持されてエンジンの駆動力により回転するポンププーリと、ポンプケース内に回転自在に支持されてポンププーリの駆動力が伝達されて回転するポンプ軸と、ポンプ軸の端部に取り付けられてポンプ室内に設けられたインペラとを備えて構成される。このようなウォータポンプでは、エンジンの回転数に応じた流量の冷却水を常に吐出しているため、エンジンの運転状況によっては過剰な流量の冷却水をウォータジャケットに供給し、動力を無駄に消費するおそれがある。

　そこで、近年では、ポンププーリとポンプ軸との間の動力伝達経路を接続又は遮断する電磁クラッチを配設して、エンジンの冷間時又は軽負荷時などには動力伝達経路を遮断して冷却水の供給を停止し、エンジンの温間時又は高負荷時などには動力伝達経路を接続して冷却水を供給するオン／オフ式のウォータポンプが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

特開２０１４－１０９３７５号公報

　上記のオン／オフ式のウォータポンプでは、例えばエンジンの軽負荷時などに、電磁クラッチによりポンププーリとポンプ軸との間の動力伝達経路を遮断した場合には、冷却水の吐出流量がゼロとなり、ウォータジャケット内の冷却水の循環が停止されるため、エンジンに局部的な発熱が発生して、エンジンの焼き付きやオーバーヒートなどの不具合が発生しやすいという問題があった。

　本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、電磁クラッチの作動状態に関わらず、一定流量以上の冷却水を常時循環させることのできるウォータポンプを提供することを目的とする。

　前記課題を解決するために、本発明に係るウォータポンプは、動力源からの駆動力により回転する回転部材と、前記回転部材の駆動力により軸線周りに回転するポンプ軸と、前記ポンプ軸の一端部に設けられるインペラと、前記ポンプ軸の他端部に設けられて前記ポンプ軸と一体回転するハブ部材を有し、前記回転部材及び前記ハブ部材を摩擦係合させて前記回転部材の駆動力を前記ポンプ軸に伝達する伝達状態と前記回転部材及び前記ハブ部材の摩擦係合を解除させて前記回転部材から前記ポンプ軸への駆動力の伝達を切断する切断状態とに切り替える電磁クラッチと、前記ハブ部材に設けられて前記ポンプ軸と一体回転するフランジ部材とを備えたウォータポンプであって、前記回転部材は、第１永久磁石を保持する第１磁石保持部を有し、前記フランジ部材は、第２永久磁石を保持する第２磁石保持部を有し、前記切断状態においては、前記第１永久磁石及び前記第２永久磁石の間の磁気吸引力により、前記回転部材の回転に対して前記フランジ部材を連れ回り回転させるように構成したことを特徴とする。

　また、本発明に係るウォータポンプにおいて、前記切断状態では、前記フランジ部材に所定の駆動力以上の駆動力が伝達されるとき、前記第１永久磁石と前記第２永久磁石との間の磁気カップリングが脱調状態となることで、前記フランジ部材を前記回転部材の回転数よりも低い回転数で連れ回り回転させる構成とすることが好ましい。

　さらに、本発明に係るウォータポンプにおいて、前記第１磁石保持部内には、複数の第１永久磁石が軸線周りに配列され、前記第２磁石保持部内には、複数の第２永久磁石が軸線周りに配列され、前記第１磁石保持部と前記第２磁石保持部とが前記軸線方向及び前記軸線方向と直交する方向に所定の間隔をあけて配置された構成とすることが好ましい。

　本発明に係るウォータポンプによれば、電磁クラッチが切断状態であっても、回転部材の回転に対してフランジ部材（ポンプ軸）を連れ回り回転させることで、一定流量以上の冷却水（比較的小流量の冷却水）を常時吐出させることができるため、無駄な動力を消費することなく、エンジンの駆動状態に応じた必要流量の冷却水を常に循環させて、エンジンの焼き付きやオーバーヒートの発生を未然に防止することが可能となる。

本実施形態のウォータポンプによる冷却水の循環経路を示すブロック図である。上記ウォータポンプの断面図である。上記ウォータポンプの駆動側保持部材を軸線方向の他端側から見た図である。上記ウォータポンプの従動側保持部材を軸線方向の他端側から見た図である。上記ウォータポンプにおいて入力回転数に対する吐出流量及び駆動力（消費電力）の関係を示すグラフである。

　以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。本発明の一実施形態に係るウォータポンプ１は、冷却水の循環経路中に配設されて該冷却水を強制循環させるための装置として用いられる。まず、本実施形態に係るウォータポンプ１を説明する前に、該ウォータポンプ１による冷却水の循環経路について図１を用いて説明する。

　図１に示すように、冷却水の循環経路中には、水冷式の内燃機関であるエンジンＥＧと、エンジンＥＧから排出される冷却水（エンジン冷却用の冷媒）を冷却するラジエターＲＤと、冷却水の温度に応じて該冷却水の循環を制御する切換弁ＳＶと、冷却水を強制循環させるウォータポンプ１とが配設されており、これらを接続する複数の流路を介して冷却水が循環されることにより、エンジンＥＧが水冷されるようになっている。

　エンジンＥＧは、例えば水冷式のガソリンエンジンであり、その内部にシリンダ（図示せず）を覆うように形成された空間であるウォータジャケットＷＪが設けられている。ウォータポンプ１から吐出流路Ｌ２を介してウォータジャケットＷＪに流入した冷却水は、該ウォータジャケットＷＪを通過する過程でシリンダ等を冷却した後、接続流路ＣＬへ排出される。

　ラジエターＲＤは、図示しない冷却ファンからの送風により該ラジエターＲＤ内を通過する冷却水を冷却して外部へ放熱を行うように構成されている。そのため、エンジンＥＧのウォータジャケットＷＪで昇温された冷却水は、このラジエターＲＤを通過する過程で熱を放出して水温が下げられるようになっている。

　切換弁ＳＶは、排出流路ＨＬを介してラジエターＲＤに接続されるとともに、ラジエターＲＤを迂回するバイパス流路ＢＬに接続されている。切換弁ＳＶは、冷却水の温度に応じて開閉するサーモスタット（冷却水感応型の切換弁）から構成されており、冷却水の温度が所定温度以下のときには接続流路ＣＬとバイパス流路ＢＬとを連通し、冷却水の温度が所定温度を超えるときには接続流路ＣＬと排出流路ＨＬとを連通するようになっている。

　ウォータポンプ１は、その回転軸がエンジンＥＧのクランクシャフトＣＳに駆動ベルトＤＢ等を介して連結され、エンジンＥＧの運転に連動して作動する。ウォータポンプ１には戻り流路Ｌ１及び吐出流路Ｌ２が接続されており、戻り流路Ｌ１から吸入した冷却水を昇圧して吐出流路Ｌ２からウォータジャケットＷＪへ供給するようになっている。

　このような冷却水の循環経路では、ウォータポンプ１から吐出流路Ｌ２を通じて吐出された冷却水は、エンジンＥＧ内部に形成されたウォータジャケットＷＪに流入し、エンジンＥＧを冷却して排出される。この排出された冷却水は、ラジエターＲＤにより冷却されて、もしくはラジエターＲＤを通らずに、戻り流路Ｌ１からウォータポンプ１に戻って循環する。

　次に、本実施形態に係るウォータポンプ１の構成について、図２～図４を参照しながら説明する。以下では、説明の便宜上、図２に示すウォータポンプ１の配設姿勢を基準として、軸線方向の左側を「一端側」、軸線方向の右側を「他端側」とも称して説明する。

　ウォータポンプ１は、エンジンＥＧのシリンダブロックＣＢの一部をなすポンプベース２に取り付けられるポンプケース１０と、エンジンＥＧの駆動力により回転するプーリ２０と、ポンプケース１０に軸線Ｘを中心として回転自在に取り付けられるポンプ軸３０と、ポンプ軸３０の一端側の端部に取り付けられるインペラ４０と、ポンプケース１０とポンプ軸３０との間を液密的にシールするためのメカニカルシール５０と、ポンププーリ２０の駆動力をポンプ軸３０に機械的に伝達又は遮断する電磁クラッチ６０と、ポンププーリ２０の駆動力をポンプ軸３０に非接触で伝達する磁気カップリング機構１００とを主体に構成されている。なお、軸線Ｘは、ポンププーリ２０及びポンプ軸３０の共通する回転中心である。

　ポンプベース２には、冷却水を戻り流路Ｌ１から吸入するための吸入口３と、冷却水を吐出流路Ｌ２へ吐出するための吐出口４とが設けられている。また、ポンプベース２には、ポンプケース１０と対向する他端側に向けて開口する凹部５が形成されている。凹部５は、吸入口３及び吐出口４と連続的に繋がっている。

　ポンプケース１０は、複数本のボルト１９を用いてポンプベース２に着脱可能に取り付けられている。ポンプベース２の他端側に形成された凹部５とポンプケース１０の一端側に形成された凹部１１との間には、ポンプ室１２が画成されている。ポンプケース１０は、ポンプ軸３０が挿通される中空の円筒部１３と、この円筒部１３の一端側から径方向外方に拡がって延びた鍔部１４とを有して形成されている。円筒部１３は、大径部１３ａ及び小径部１３ｂを有して、全体として段付きの円筒形状に形成されている。小径部１３ｂの外周部には、軸受（ベアリング）２４を介してポンププーリ２０が同軸的に取り付けられている。ポンプケース１０の軸心には、軸線方向に貫通する軸孔１８が形成されている。また、ポンプケース１０には、メカニカルシール５０からリークした水蒸気を貯留するための貯留空間１６が形成されている。

　ポンププーリ２０は、駆動ベルトＤＢが掛け渡されるプーリ部２１と、内周側に軸受２４が嵌合される支持部２２と、プーリ部２１及び支持部２２を連結する連結部２３とを有して形成されており、クランクシャフトＣＳの駆動力（回転力）が駆動ベルトＤＢを介してポンププーリ２０に伝達されるようになっている。連結部２３の他端側には、後述のアーマチュア８３と摩擦係合するための平坦な摩擦面２３ａが形成されている。

　ポンプ軸３０は、ポンプケース１０の軸孔１８に嵌合された軸受（ベアリング）１７を介してポンプケース１０に回転自在に支持されている。このポンプ軸３０の一端側には、インペラ４０が同軸的に取り付けられている。ポンプケース１０の軸孔１８とポンプ軸３０との間は、ポンプ室１２の密閉性を保持するためのメカニカルシール５０によりシールされている。

　メカニカルシール５０は、ポンプケース１０の軸孔１８の内周面に固定された第１シール部材５１と、ポンプ軸３０の外周面に固定された第２シール部材５２とからなり、両シール部材５１，５２が軸線方向に対向した状態で滑り接触することにより、ポンプ室１２の密閉性が保持されるようになっている。

　インペラ４０は、一端側から他端側へ向かって拡径する切頭円錐形状に形成されたカバー４１と、カバー４１の他端側に設けられた複数枚の羽根４２と、ポンプ軸３０が圧入固定されるシュラウド４３とを備えて構成される。シュラウド４３の中心には、中空状のブッシュ４３ａがインサート成形されている。複数枚の羽根４２は、軸心周りに放射状に配列されており、互いに隣り合う羽根４２同士の周方向の間隔は径方向内側から径方向外側へ向けて（すなわち、冷却水の吐出方向へ向けて）漸次大きくなるように形成されている。このインペラ４０は、ポンプ軸３０と一体回転することで、ポンプベース２の吸入口３から冷却水をポンプ室１２に吸入し、該冷却水を羽根４２同士の間の空間を通じてポンプベース２の吐出口４から外部へ吐出する。なお、本実施形態におけるインペラ４０はクローズドインペラを採用しているが、オープンインペラを採用してもよい。

　電磁クラッチ６０は、ポンプケース１０に取り付けられるフィールドコアアッシー７０と、ポンプ軸３０に取り付けられるアーマチュアアッシー８０と、ポンププーリ２０に取り付けられる磁石部９０とを備えて構成される。

　フィールドコアアッシー７０は、大径部１３ａの他端側に端面にスナップリング７４を用いて着脱可能に取り付けられるブラケット７１と、ブラケット７１に固定されたコア７２と、コア７２の内部に配設された励磁コイル７３とを有しており、不図示の制御手段からの電気信号に基づき励磁コイル７３が通電されることにより磁界を発生する。励磁コイル７３は、ボビンの外周にコイル線が巻回されて構成されており、コア７２の内部に収容されて絶縁樹脂によりモールドされている。

　アーマチュアアッシー８０は、ポンプ軸３０に固定されるハブ８１と、ハブ８１に取り付けられた弾性部材としての板ばね８２と、板ばね８２に取り付けられたアーマチュア８３とを備えている。ハブ８１は、ポンプ軸３０の他端側が圧入されるボス部８１ａと、ボス部８１ａの外周側に一体的に形成された円板部８１ｂとを有し、軸心Ｘを中心としてポンプ軸３０と一体回転可能に取り付けられている。板ばね８２は、ばね鋼鋼材の打ち抜き加工により帯板状に形成されており、その基端側（固定端側）がリベット８４を介してハブ８１に締結され、その先側側（自由端側）がリベット８５を介してアーマチュア８３に締結されることで、ハブ８１とアーマチュア８３との間に跨って略板厚方向に弾性変形可能に取り付けられている。アーマチュア８３は、磁性材料を用いて略円盤状に形成されており、板ばね８２の先端側に取り付けられて、ハブ８１に対して軸線方向に相対移動自在に支持されている。アーマチュア８３は、常には板ばね８２の弾性力によりポンププーリ２０（摩擦面２３ａ）から離間する方向に付勢されている。アーマチュア８３の一端側の端面は、ポンププーリ２０の摩擦面２３ａと摩擦係合が可能な摩擦面８３ａとして形成されている。

　磁石部９０は、アーマチュア８３を磁気吸引して該アーマチュア８３の摩擦面８３ａをポンププーリ２０の摩擦面２３ａに当接させて摩擦係合させるための永久磁石９１と、この永久磁石９１をポンププーリ２０に固定するための外極板９２とを有している。永久磁石９１は、円環状に形成されており、アーマチュア８３を吸引する方向（フィールドコアアッシー７０の磁界とは逆方向）に磁界を発生する。外極板９２は、磁性材料を用いて断面Ｌ字形となる環状に形成されており、永久磁石９１を嵌め込んだ状態でプーリ部２１の内周側に固定されている。

　磁気カップリング機構１００は、複数（本実施形態では２４個）の永久磁石１１１を保持してポンププーリ２０に取り付けられる駆動側保持部材１１０と、アーマチュアアッシー８０のハブ８１に取り付けられるフランジ部材１２０と、複数（本実施形態では２４個）の永久磁石１３１を保持してフランジ部材１２０に取り付けられる従動側保持部材１３０とを備えて構成される。なお、永久磁石１１１，１３１は、電磁クラッチ６０における励磁コイル７３及び永久磁石９１による磁気の影響を受けない位置（直径方向にずれた位置）に配設されている。

　駆動側保持部材１１０は、例えば非磁性体の材料を用いて、軸線Ｘを中心とした円環状に形成されている。駆動側保持部材１１０は、複数本の平頭ボルト１１３を用いてポンププーリ２０に同軸的に固定されており、該ポンププーリ２０と一体回転可能に構成されている。なお、この平頭ボルト１１３は、駆動側保持部材１１０に形成されたボルト挿通孔１１４に挿通される。プーリ側保持部材１１０の一端側の端面には、円周方向に沿って複数（２４個）の磁石保持孔１１２が開口形成されている。本例では、磁石保持孔１１２を３個置きに所定の間隔（ボルト挿通孔１１４のスペース）を空けて配置している。磁石保持孔１１２には、フランジ部材１２０側に一方の磁極（Ｎ極）を向けて永久磁石１１１が装着されている。すなわち、永久磁石１１１の他端側の表面は、Ｎ極となっている。

　フランジ部材１２０は、例えば非磁性体の材料を用いて、軸線Ｘを中心とした中空の円盤状に形成されている。フランジ部材１２０は、ハブ８１のボス部８１ａに嵌挿された状態で、複数本の平頭ボルト１２５を用いてハブ８１の他端側に固定されている。フランジ部材１２０の外周面は、プーリ部２１の内周面よりも僅かに小さく形成されている。

　従動側保持部材１３０は、例えば非磁性体の材料を用いて、軸線Ｘを中心とした円環状に形成されている。従動側保持部材１３０は、複数本の平頭ボルト１３３を用いてフランジ部材１２０に同軸的に固定されており、該フランジ部材１２０と一体回転可能に構成されている。なお、この平頭ボルト１３３は、従動側保持部材１３０に形成されたボルト挿通孔１３４に挿通される。フランジ側保持部材１３０の内外径はプーリ側保持部材１１０の内外径と略同一に設定されており、フランジ側保持部材１３０及びプーリ側保持部材１１０は軸線方向に所定の隙間を空けて相対向している。具体的には、フランジ側保持部材１３０の一端側の端面とプーリ側保持部材１１０の他端側の端面とが軸線方向に対向する位置関係である。フランジ側保持部材１３０の他端側の端面には、円周方向に沿って複数（２４個）の磁石保持孔１３２が開口形成されている。本実施形態では、磁石保持孔１３２を３個置きに所定の間隔（ボルト挿通孔１３４のスペース）を空けて配置している。各磁石保持孔１３２には、ポンププーリ２０の連結部２３側に一方の磁極（Ｎ極）を向けて永久磁石１３１が装着されている。すなわち、永久磁石１３１の一端側の表面（永久磁石１１１との対向面）は、Ｓ極となっている。なお、フランジ側保持部材１３０及びプーリ側保持部材１１０は、軸線方向及び該軸線方向と直交する方向（例えば垂直方向又は水平方向）に所定の隙間を空けて配置されていてもよい。

　永久磁石１１１及び永久磁石１３１は、互いに異なる磁極を対向して配置されており、永久磁石１１１，１３１間の隔壁（両保持部材１１０，１３０の隔壁）を透過して磁気的な吸引力が誘起されるようになっている。そのため、永久磁石１１１，１３１間の磁力の作用により、ポンププーリ２０とフランジ部材１２０とが磁気結合される。なお、磁気カップリング力は、例えば、永久磁石１１１，１３１の個数や、各永久磁石１１１，１３１の磁力、両永久磁石１１１，１３１間の距離（軸線方向の距離及び該軸線方向と直交する方向の距離）などを変更することで、適宜に調節することができる。

　次に、本実施形態の理解を容易なものとするため、ウォータポンプ１の作用について説明する。

　まず、ウォータポンプ１は、エンジンＥＧの運転時に、励磁コイル７３への通電が遮断されると、電磁クラッチ６０が動力伝達状態となる。動力伝達状態においては、励磁コイル７３への通電が遮断されることにより、アーマチュア８３が永久磁石９１の磁界により板ばね８２の付勢力に抗してポンププーリ２０に磁気吸着される。このとき、ポンププーリ２０の摩擦面２３ａとアーマチュア８３の摩擦面とが摩擦係合することにより、エンジンＥＧの駆動力がポンププーリ及びアーマチュア８３（ハブ８１）を介してポンプ軸３０に伝達され、インペラ４０がポンプ軸３０と一体回転する。従って、ウォータポンプ１が駆動状態となり、ウォータポンプ１からエンジンＥＧの内部（ウォータジャケットＷＪ）に冷却水が供給されて、エンジンＥＧが冷却水の作用により水冷されることになる。なお、動力伝達状態において、フランジ部材１２０（ポンプ軸３０）は、ポンププーリ２０と同期回転し、ポンププーリ２０と略同じ回転数で回転する。つまり、動力伝達状態では、ポンププーリ２０の回転数（入力回転数）とポンプ軸３０の回転数（出力回転数）とが略一致する。

　一方、ウォータポンプ１は、エンジンＥＧが所定の駆動状態（例えば軽負荷である場合や冷却水の温度が所定温度よりも低い場合）になると、励磁コイル７３が通電され、電磁クラッチ６０が動力切断状態となる。動力切断状態では、励磁コイル７３が通電されることにより、フィールドコアアッセンブリ７０が磁界を発生する。フィールドコアアッセンブリ７０の磁界は、永久磁石９１の磁界とは反対方向に形成されるため、該磁界同士が互いに打消し合うことになる。そのため、アーマチュア８３は、永久磁石９１の磁界による拘束から解放され（磁界の影響を受けず）、板ばね８２の付勢力を受けてポンププーリ２０から離間する。それにより、ポンププーリ２０とアーマチュア８３との摩擦係合が解かれる。従って、ポンププーリ２０の摩擦面２３ａとアーマチュア８３の摩擦面８３ａとの接触（摩擦係合）による駆動力の伝達がなくなる。

　一方、ウォータポンプ１には磁気カップリング機構１００が搭載されているため、動力切断状態においてポンププーリ２０が回転すると、フランジ部材１２０に設けられた永久磁石１３１がポンププーリ２０に設けられた永久磁石１１１に引き付けられ、その磁力（磁気吸引力）により、ポンププーリ２０の回転に対してフランジ部材１２０が追従して連れ回り回転する。すなわち、磁気カップリング機構１００は、ポンププーリ２０の駆動力を非接触でフランジ部材１２０及びポンプ軸３０に伝達する。このとき、ポンプ軸３０の回転数が増加するほど、それに伴いポンプの駆動力（駆動トルク）も増加するのであるが、この磁気吸引力（磁気カップリング力）は、ポンプの駆動力（ポンプ軸３０を回転させる駆動力）が一定値を超えると、ポンププーリ２０の回転に対してフランジ部材１２０の回転が追従できなくなる脱調状態となるように調節してある。本実施形態では、上記の一定値を相対的に低い値に設定しているため、ポンププーリ２０の回転数が低回転領域であるときから、磁気カップリング機構１００が脱調状態となるようになっている。このように磁気カップリング機構１００が脱調状態となることで、ポンププーリ２０からフランジ部材１２０に伝達される駆動力が低減されて、ポンププーリ２０の回転数よりも低い回転数でフランジ部材１２０（ポンプ軸３０）が回転することになる。つまり、ポンプ軸３０の回転数（出力回転数）は、ポンププーリ２０の回転数（入力回転数）よりも低い回転数となる。従って、動力伝達状態である場合よりも、動力切断状態である場合の方が、入力回転数が同じであっても、フランジ部材１２０（ポンプ軸３０）の回転数を低く抑えることができる。このように磁気カップリング機構１００が脱調状態となり、ポンププーリ２０とフランジ部材１２０（ポンプ軸３０）との間で回転差（相対的な回転）を発生させることで、ポンププーリ２０の入力回転数に対してポンプ軸３０の出力回転数を落とすことができ、その結果、動力切断状態であっても比較的少量の冷却水（一定流量以上の冷却水）を常時循環させることができる。

　図５は、本実施形態のウォータポンプ１において入力回転数に対する吐出流量及び駆動力（消費電力）の関係を示すグラフである。本実施形態では、動力切断状態において、ポンプの駆動力が一定値（Ｌｐ）を超えたときに、磁気カップリング機構１００が脱調状態となるように調節されている。そのため、該動力切断状態において、入力回転数が低回転領域であり、ポンプの駆動力が一定値以下であるときは、ポンププーリ２０とフランジ部材１２０とが同期回転する。これに対して、入力回転数が増加するに伴って、ポンプの駆動力が一定値（Ｌｐ）を超えると、ポンププーリ２０の回転に対してフランジ部材１２０の回転が追従できなり、磁気カップリング機構１００が脱調状態となる。そのため、入力回転数が同一であっても、動力切断状態であるときのポンプの駆動力は、動力伝達状態であるときのポンプの駆動力の２０％程度に抑えられる。このように動力切断状態では、ポンプの駆動力（ポンププーリ２０からフランジ部材１２０へ伝達される駆動力）を低減することができる。従って、無駄な動力を消費することなく、エンジンＥＧが必要とする一定流量以上の冷却水を常時吐出することができる。なお、動力切断状態においても、ポンプの駆動力は入力回転数の増加に応じてリニアに変化する。その理由としては、各保持部材１１０，１３０には周方向に複数の永久磁石１１１，１３１を配列しているため、ポンププーリ２０の回転数（入力回転数）が増加するほど、両永久磁石１１１，１３１間に作用する磁気カップリング力が強まるからである。

　以上、本実施形態に係るウォータポンプ１によれば、電磁クラッチ６０が動力切断状態であっても、ポンププーリ２０の回転に対してフランジ部材１２０（ポンプ軸３０）を連れ回り回転させることで、一定流量以上の冷却水（比較的小流量の冷却水）を常時吐出させることができるため、無駄な動力を消費することなく、エンジンＥＧの駆動状態に応じた必要流量の冷却水を常に循環させて、エンジンＥＧの焼き付きやオーバーヒートの発生を未然に防止することが可能となる。

　また、本実施形態のウォータポンプ１によれば、エンジンの駆動状態に応じて、電子制御により励磁コイル７３の通電をオン／オフ切り替えることで、ウォータポンプ１の運転状態を通常運転（動力伝達状態）と省エネ運転（動力切断状態）とに任意に切り替えることができるため、消費電力を一層低減させることが可能である。

　なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば適宜改良可能である。

　上記実施形態では、各保持部材１１０，１３０に複数（２４個）の永久磁石１１１，１３１を円周方向に配列した構成を例示したが、永久磁石１１１，１３１の配置や形状、個数等は、上記実施形態で例示したものに限定されるものではなく、他の配置や形状、個数等を適用してもよい。また、上記実施形態では、プーリ側保持部材１１０の内外径と、フランジ側保持部材１３０の内外径とを略同一の寸法に設定した構成を例示して説明したが、この構成に限定されるものではなく、プーリ側保持部材１１０の内外径と、フランジ側保持部材１３０の内外径とを異なる寸法に設定してもよい。

　上記実施形態では、磁気カップリング機構１００において、各保持部材１１０，１３０の壁面を介して両永久磁石１１１，１３１が軸線方向に所定の間隔をあけて対向配置された構成を例示したが、この構成に限定されるものではなく、各保持部材１１０，１３０の壁面を介して両永久磁石１１１，１３１が軸線方向及び該軸線方向と直交する方向に所定の間隔をあけて配置された構成や、各保持部材１１０，１３０の壁面を介することなく両永久磁石１１１，１３１が軸線方向及び該軸線方向と直交する方向に直接、所定の間隔（空隙）をあけて配置される構成であってもよい。

　上記実施形態では、電磁クラッチ６０として、非通電時にポンププーリ２０とポンプ軸３０とが接続状態（動力伝達状態）となる、いわゆるノーマルクローズ型の電磁クラッチを例示して説明したが、この構成に限定されるものではなく、非通電時にポンププーリ２０とポンプ軸３０とが遮断状態（動力切断状態）となる、いわゆるノーマルオープン型の電磁クラッチを適用してもよい。

　　１　ウォータポンプ
　１０　ポンプケース
　２０　ポンププーリ（回転部材）
　３０　ポンプ軸
　４０　インペラ
　５０　メカニカルシール
　６０　電磁クラッチ
　７０　フィールドコアアッシー
　８０　アーマチュアアッシー（ハブ部材）
　８３　アーマチュア
　９０　磁石部
１００　磁気カップリング機構
１１０　駆動側保持部材（第１磁石保持部）
１１１　永久磁石（第１永久磁石）
１２０　フランジ部材
１３０　従動側保持部材（第２磁石保持部）
１３１　永久磁石（第２永久磁石）
　ＥＧ　エンジン（動力源）
　　Ｘ　軸線

Claims

　動力源からの駆動力により回転する回転部材と、
　前記回転部材の駆動力により軸線周りに回転するポンプ軸と、
　前記ポンプ軸の一端部に設けられるインペラと、
　前記ポンプ軸の他端部に設けられて前記ポンプ軸と一体回転するハブ部材を有し、前記回転部材及び前記ハブ部材を摩擦係合させて前記回転部材の駆動力を前記ポンプ軸に伝達する伝達状態と前記回転部材及び前記ハブ部材の摩擦係合を解除させて前記回転部材から前記ポンプ軸への駆動力の伝達を切断する切断状態とに切り替える電磁クラッチと、
　前記ハブ部材に設けられて前記ポンプ軸と一体回転するフランジ部材とを備えたウォータポンプであって、
　前記回転部材は、第１永久磁石を保持する第１磁石保持部を有し、
　前記フランジ部材は、第２永久磁石を保持する第２磁石保持部を有し、
　前記切断状態においては、前記第１永久磁石及び前記第２永久磁石の間の磁気吸引力により、前記回転部材の回転に対して前記フランジ部材を連れ回り回転させるように構成したことを特徴とするウォータポンプ。
　前記切断状態では、前記フランジ部材に所定の駆動力以上の駆動力が伝達されるとき、前記第１永久磁石と前記第２永久磁石との間の磁気カップリングが脱調状態となることで、前記フランジ部材を前記回転部材の回転数よりも低い回転数で連れ回り回転させるように構成したことを特徴とする請求項１に記載のウォータポンプ。
　前記第１磁石保持部内には、複数の第１永久磁石が軸線周りに配列され、
　前記第２磁石保持部内には、複数の第２永久磁石が軸線周りに配列され、
　前記第１磁石保持部と前記第２磁石保持部とが前記軸線方向及び前記軸線方向と直交する方向に所定の間隔をあけて配置されていることを特徴とする請求項１もしくは２に記載のウォータポンプ。