(57)【要約】【課題】非仕事部付近での流体の剪断応力を低下させて、ポンプ効率を向上させることができるウォータポンプを提供すること。【解決手段】ウォータポンプＰ１は、電気的に回転駆動されて、流体Ｗの送給用のインペラ２０を有したロータ１８が、ハウジング１内に配設されている。ロータ１８は、流体Ｗ中に配置されるとともに、インペラ２０により送給される流体Ｗの主流路Ｆ側で流体Ｗと接触する送給仕事部２５と、流体Ｗ中に配置されるとともに、インペラ２０によって送給される流体Ｗの主流路Ｆから離れた部位の非仕事部２７と、を備える。非仕事部２７の外表面２７ａ、若しくは、非仕事部２７の外表面２７ａと流体Ｗを介在させて対向するように配設されるハウジング１の対向面１６、の少なくとも一方に、流体Ｗの剪断応力を低減可能な撥水層２９が、設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的に回転駆動されて、流体の送給用のインペラを有したロータが、ハウジング内に配設されて、
前記ロータが、前記流体中に配置されるとともに、前記インペラにより送給される前記流体の主流路側で前記流体と接触する送給仕事部と、前記流体中に配置されるとともに、前記インペラによって送給される前記流体の主流路から離れた部位の非仕事部と、を備えて構成されるウォータポンプであって、
前記非仕事部の外表面、若しくは、前記非仕事部の外表面と前記流体を介在させて対向するように配設される前記ハウジングの対向面、の少なくとも一方に、前記流体の剪断応力を低減可能な撥水性が付与されていることを特徴とするウォータポンプ。
【請求項２】
前記ロータの非仕事部が、前記ハウジング側に配設されたステータにより発生する回転磁界によって、前記ロータを回転させる磁石部を備えた磁気結合ポンプとしていることを特徴とする請求項１に記載のウォータポンプ。
【請求項３】
前記ロータの回転中心側に前記ステータが配設され、該ステータの外周側に前記磁石部が略円筒状に配設されるアウターロータタイプの磁気結合ポンプとしていることを特徴とする請求項２に記載のウォータポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の冷却水等の流体を送給する電動式のウォータポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の電動式のウォータポンプ、例えば、車両の冷却水用の磁気結合ポンプでは、冷却水の送給用のインペラを有したロータが、ハウジング内に配設されていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
そして、このウォータポンプでは、ロータにおけるインペラから離れた部位に、磁石部が配設され、ハウジング側に、通電時に磁石部を回転可能な回転磁界を発生させるステータが、配設されていた。
【０００４】
なお、ロータは、冷却水中に配置されるとともに、インペラにより送給される冷却水の主流路側で冷却水と接触する送給仕事部と、冷却水中に配置されるとともに、インペラによって送給される流体の主流路から離れた部位の非仕事部と、を備えて構成され、磁石部は、非仕事部の部位に配置されていた。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１０−３１１２９０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のウォータポンプでは、作動時、磁石部等の非仕事部の外表面と、その外表面と冷却水を介在させて対向するハウジング側の対向面と、の間で、冷却水の剪断応力が発生することが避けられず、換言すれば、ロータが冷却水との摩擦力を受けて、ステータへ通電する電力に応じた冷却水の送給量や圧力が低下する虞れがある。特に、ロータが例えば３０００ｒｐｍ以上となるような高回転域においては、冷却水の剪断応力の増加が顕著になり、供給される電力に対して、ポンプ効率が低下してしまう。
【０００７】
本発明は、上述の課題を解決するものであり、非仕事部付近での流体の剪断応力を低下させて、ポンプ効率を向上させることができるウォータポンプを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るウォータポンプは、電気的に回転駆動されて、流体の送給用のインペラを有したロータが、ハウジング内に配設されて、
ロータが、流体中に配置されるとともに、インペラにより送給される流体の主流路側で流体と接触する送給仕事部と、流体中に配置されるとともに、インペラによって送給される流体の主流路から離れた部位の非仕事部と、を備えて構成されるウォータポンプであって、
非仕事部の外表面、若しくは、非仕事部の外表面と流体を介在させて対向するように配設されるハウジングの対向面、の少なくとも一方に、流体の剪断応力を低減可能な撥水性が付与されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係るウォータポンプでは、非仕事部の外表面やその外表面に対向するハウジング側の対向面が、撥水性を有しているため、回転中のロータの非仕事部付近の流体が、剪断応力を低減させ、ロータが、流体との摩擦力を抑えて、円滑に回転できる。
【００１０】
したがって、本発明に係るウォータポンプでは、非仕事部付近での流体の剪断応力を低下させて、ポンプ効率を向上させることができ、消費電力を低減することが可能となる。
【００１１】
なお、本発明の撥水性とは、非仕事部やその付近のハウジングの表面が、流体の剪断応力を低減できる性質のものであって、非仕事部やその付近のハウジングの表面が、流体との接触角を大きく、あるいは、流体との表面エネルギーを小さくできればよく、例えば、非仕事部やその付近のハウジングの表面に、撥水剤（例えばガラスコート剤に利用されるフッ素樹脂等）を蒸着・溶着・ディッピング等させるコーティング処理や平滑面を形成するようなメッキ処理（例えばニッケル等を利用した無電解メッキ）等の表面処理を施したり、あるいは、撥水性を有する材料（例えばフッ素樹脂等）を使用、若しくは、混入させる等して、非仕事部やその付近のハウジングを形成することによって、非仕事部やその付近のハウジングの表面に、撥水性を付与することができる。
【００１２】
そして、ウォータポンプとしては、ハウジング側に配設されたステータによって発生する回転磁界により、ロータを回転させる磁石部を備えて、その磁石部付近をロータの非仕事部とした磁気結合ポンプが例示できる。この場合、ロータの回転中心側にステータが配設され、ステータの外周側に略円筒状の磁石部が配設されるアウターロータタイプや、ロータの回転中心側に磁石部が配設されて、その磁石部の外周側にステータが配置されるインナーロータタイプの磁気結合ポンプが例示できる。
【００１３】
そして特に、アウターロータタイプの磁気結合ポンプでは、そのロータの非仕事部となる磁石部が、インナーロータタイプに比べて、半径が大きくなって、表面積が大きくなることから、その磁石部の表面やその表面に対向するハウジング側の対向面に、撥水性が付与されていれば、撥水性が付与されていない場合に比べて、ポンプ効率を向上できる効果を顕著なものとすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明すると、図１〜３に示す第１実施形態のウォータポンプＰ１は、車両の冷却水Ｗを送給する磁気結合ポンプであり、合成樹脂製のハウジング１内に、冷却水Ｗの送給用の複数のインペラ２０を有したロータ１８が、配設されて構成されている。
【００１５】
ハウジング１は、ロータ１８のインペラ２０側に配置されるポンプ室部２と、ポンプ室部２の下方に配置されるモータ室部６と、を備えて構成されている。ポンプ室部２は、天井壁２ａを備えた略円筒状として、冷却水Ｗを流入させる流入ニップル部３を天井壁２ａから上方へ突出させるとともに、冷却水Ｗを流出させる流出ニップル部４を周壁２ｂから外方へ突出させている。
【００１６】
モータ室部６は、略円筒状の周壁部７と、周壁部７の内側下部から延びる円環状の底壁部８と、底壁部８の中央付近で上方に突出するステータ部９と、を備えて構成されている。ステータ部９の内部には、通電時に回転磁界を発生させるステータ１０が配設されている。なお、符号１１に示す部材は、ステータ１０を作動させるパワートランジスタや、ステータ１０の回転角を検出するホール素子等を配設させた回転基板であり、符号１２に示す部材は、回転基板１１への電力供給用のターミナルである。
【００１７】
また、ステータ部９の中央には、ロータ１８を回転可能に支持するシャフト１３が固定され、シャフト１３の上端付近には、ロータ１８の抜け止めを図るＥリング１４が配設されている。なお、ロータ１８は、回転時、流入ニップル部３側の負圧によって、上方に浮き上がることから、Ｅリング１４が必要となる。また、ロータ１８は、ポンプＰ１の作動時、３０００〜３８００ｒｐｍ程度の回転数で、回転することとなる。
【００１８】
このロータ１８は、上方へインペラ２０を突出させた略円板状の基部１９と、基部１９の外周縁付近から下方へ延びてステータ１０の外周側に配設される円筒状の磁石部２３と、を備えて構成されている。磁石部２３は、ステータ１０によって発生する回転磁界により回転することとなる。基部１９には、中央に、シャフト１３周りで容易に回転するように、摩擦力を低減可能な樹脂または金属等からなる軸受２１が固着されている。なお、磁石部２３は、実施形態の場合、ロータ１８を形成するポリアミド等の合成樹脂材料に磁性体粉を混入させて形成されている。
【００１９】
さらに、このロータ１８は、ハウジング１内の冷却水Ｗ中に配設され、そして、送給仕事部２５と非仕事部２７との上下の部位に、分けることができる。送給仕事部２５は、インペラ２０により送給される冷却水Ｗの主流路Ｆ側で冷却水Ｗと接触する部位であり、実施形態の場合、インペラ２０を備えた基部１９の上面側の部位となる。
【００２０】
また、非仕事部２７は、インペラ２０によって送給される冷却水Ｗの主流路Ｆから離れた部位であり、実施形態の場合、流出ニップル部４付近より下方の基部１９の下部側の部位と磁石部２３の部位となる。さらに、非仕事部２７の外表面２７ａは、基部１９の外周面１９ａ、基部１９の下面１９ｂ、磁石部２３の外周面２３ａ、磁石部２３の内周面２３ｂ、及び、磁石部２３の下端面２３ｃ、から構成されることとなる。
【００２１】
そして、第１実施形態のポンプＰ１のロータ１８では、非仕事部２７の外表面２７ａを撥水性付与エリアとしており、非仕事部２７の外表面２７ａに、冷却水Ｗの剪断応力を低減させるように、撥水性を向上させるための撥水層２９が形成されている。
【００２２】
さらに、ロータ１８の非仕事部２７の外表面２７ａと冷却水Ｗを介在させて対向するように配設されるハウジング１側の対向面１６も、撥水性付与エリアとしており、この対向面１６にも、撥水層２９が形成されている。ハウジング１側の対向面１６は、実施形態の場合、ポンプ室部２の周壁２ｂの下部内周面２ｃ、周壁部７の内周面７ａ、底壁部８の上面８ａ、ステータ部９の外周面９ａ、及び、ステータ部９の天井面９ｂ、から構成されている。
【００２３】
第１実施形態の撥水層２９は、無電解ニッケルメッキにより、配設されている。勿論、この撥水層２９は、フッ素樹脂等の撥水剤を吹き付けて溶融固化させるような溶着や、蒸着等のコーティング処理により、配設させてもよい。あるいは、ロータ１８やハウジング１の形成材料中に、フッ素樹脂等の撥水材料を混入させて、ロータ１８やハウジング１を成形し、外表面２７ａや対向面１６に、撥水性を付与するように構成してもよい。
【００２４】
この第１実施形態の磁気結合ポンプＰ１では、使用時、非仕事部２７の外表面２７ａやその外表面２７ａに対向するハウジング１側の対向面１６が、撥水性を有した撥水層２９を備えているため、回転中のロータ１８の非仕事部２７付近の流体Ｗが、剪断応力を低減させ、ロータ１８が、流体としての冷却水Ｗとの摩擦力を抑えて、円滑に回転できる。
【００２５】
したがって、第１実施形態の磁気結合ポンプＰ１では、非仕事部２７付近での冷却水Ｗの剪断応力を低下させて、ポンプ効率を向上させることができ、消費電力を低減することができる。
【００２６】
ちなみに、第１実施形態のポンプ効率の向上を調べるために、ＣＡＥ解析をしたところ、図４に示すように、流体抵抗は、約２割低減させることがわかった。なお、このＣＡＥ解析は、容積比を１対１としてＬＬＣ（Ｌｏｎｇ  Ｌｉｆｅ  Ｃｏｏｌａｎｔ）を混入させた１００℃の冷却水中に、磁石部２３だけを浸漬するような状態として、回転数を３０００ｒｐｍとして磁石部２３を回転させた際の時間経過に伴う抵抗値を算出することにより、行なった。
【００２７】
また、第１実施形態では、ロータ１８の回転中心側にステータ１０が配設され、ステータ１０の外周側に略円筒状の磁石部２３が配設されるアウターロータタイプの磁気結合ポンプＰ１を例示したが、図５〜７に示す第２実施形態のように、インナーロータタイプの磁気結合ポンプＰ２に所定の撥水層２９を配設させてもよい。
【００２８】
このポンプＰ２も、合成樹脂製のハウジング３１内に、冷却水Ｗの送給用の複数のインペラ５０を有したロータ４８が、配設されて構成されている。
【００２９】
ハウジング３１は、ロータ４８のインペラ５０側に配置されるポンプ室部３２と、ポンプ室部３２の下方に配置されるモータ室部３６と、を備えて構成されている。ポンプ室部３２は、天井壁３２ａを備えた略円筒状として、冷却水Ｗを流入させる流入ニップル部３３を天井壁３２ａから外方へ突出させるとともに、冷却水Ｗを流出させる流出ニップル部３４を周壁３２ｂから外方へ突出させている。なお、流入ニップル部３３の部位には、ロータ４８を回転可能に支持するシャフト４３の上端４３ａが固定されている。
【００３０】
モータ室部３６は、略円筒状のステータ部３９と、ステータ部３９の内周下部から延びる円板状の底壁部３８と、を備えて構成されている。ステータ部３９の内部には、通電時に回転磁界を発生させるステータ４０が配設されている。ステータ４０の下方には、ステータ４０を作動させるパワートランジスタやステータ４０の回転角を検出するホール素子等を設けた回転基板４１が配設されるとともに、回転基板４１への電力供給用のターミナル４２が配設されている。さらに、底壁部３８には、ロータ４８を回転可能に支持するシャフト４３の下端４３ｂが固定され、シャフト４３の上端４３ａ付近には、ロータ４８の抜け止めを図るＥリング４４が配設されている。
【００３１】
ロータ４８は、上方へインペラ５０を突出させた略円板状の基部４９と、基部４９の中央付近から下方へ延びてステータ４０の内周側に配設される円筒状の磁石部５３と、を備えて構成されている。磁石部５３は、ステータ４０によって発生する回転磁界により回転することとなる。基部４９の中央と磁石部５３の下部とには、シャフト４３周りで容易に回転するように、摩擦力を低減可能な樹脂または金属等からなる軸受５１・５１が固着されている。なお、この磁石部５３も、ロータ４８を形成するポリアミド等の合成樹脂材料に磁性体粉を混入させて形成されている。
【００３２】
このロータ４８も、ハウジング３１内の冷却水Ｗ中に配設され、そして、送給仕事部５５と非仕事部５７との上下の部位に、分けることができる。送給仕事部５５は、インペラ５０により送給される冷却水Ｗの主流路Ｆ側で冷却水Ｗと接触する部位であり、実施形態の場合、インペラ５０を備えた基部４９の上面側の部位となる。
【００３３】
また、非仕事部５７は、インペラ５０によって送給される冷却水Ｗの主流路Ｆから離れた部位であり、実施形態の場合、基部４９の外周側の部位と磁石部５３の部位となる。さらに、非仕事部５７の外表面５７ａは、基部４９の外周面４９ａ、基部４９の下面４９ｂ、磁石部５３の外周面５３ａ、磁石部５３の下部側における軸受５１の下方側の内周面５３ｂ、及び、磁石部５３の下端面５３ｃ、から構成されることとなる。
【００３４】
そして、第２実施形態のポンプＰ２でも、非仕事部５７の外表面５７ａに、冷却水Ｗの剪断応力を低減させるように、撥水性を向上させるための撥水層２９が形成されている。さらに、この撥水層２９は、ロータ４８の非仕事部５７の外表面５７ａと冷却水Ｗを介在させて対向するように配設されるハウジング３１側の対向面４６にも、形成されている。ハウジング３１側の対向面４６は、実施形態の場合、ポンプ室部３２の周壁３２ｂにおける下端側の内周面３２ｃ、ステータ部３９の上端面３９ａ、ステータ部３９の内周面３９ｂ、及び、底壁部３８の上面３８ａ、から構成されている。
【００３５】
この第２実施形態のポンプＰ２でも、非仕事部５７の外表面５７ａやその外表面５７ａに対向するハウジング３１側の対向面４６が、撥水性を有した撥水層２９を備えているため、回転中のロータ４８の非仕事部５７付近の流体Ｗが、剪断応力を低減させ、ロータ４８が、流体Ｗとの摩擦力を抑えて、円滑に回転できて、ポンプ効率を向上させることができ、消費電力を低減することができる。
【００３６】
なお、アウターロータタイプの磁気結合ポンプＰ１では、そのロータ１８の非仕事部２７となる磁石部２３が、インナーロータタイプに比べて、半径が大きくなって、表面積が大きくなることから、その磁石部２３の表面やその表面に対向するハウジング１側の対向面１６に、撥水性が付与されていれば、撥水性が付与されていない場合に比べて、ポンプ効率を向上できる効果を顕著なものとすることができる。
【００３７】
また、第１・２実施形態では、ロータ１８・４８の非仕事部２７・５７の外表面２７ａ・５７ａとハウジング１・３１側の対向面１６・４６とに、ともに、撥水性を付与する構造としたが、外表面２７ａ・５７ａ若しくは対向面１６・４６の一方側だけに、撥水性を付与するように構成してもよい。
【００３８】
さらに、ロータ１８・４８を回転させる回転磁界を考慮すれば、ロータ１８・４８とステータ１０・４０との隙間が狭いことが望ましく、その場合、両者の隙間が狭くなって、その場合の冷却水の剪断応力が影響しやくなることから、ポンプＰ１では、その隙間で対向する面２３ｂ・９ａの一方若しくは両方に、ポンプＰ２では、その隙間で対向する面５３ａ・３９ｂの一方若しくは両方に、撥水性を付与するように構成してもよい。
【００３９】
また、各実施形態では、車両の冷却水Ｗを送給するウォータポンプＰ１・Ｐ２について説明したが、他に、浄化水等の流体を送給するウォータポンプに本発明を利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態のウォータポンプの縦断面図である。
【図２】第１実施形態のロータの縦断面図である。
【図３】第１実施形態のハウジング側の縦断面図である。
【図４】第１実施形態のＣＡＥ解析を表す表である。
【図５】第２実施形態のウォータポンプの縦断面図である。
【図６】第２実施形態のロータの縦断面図である。
【図７】第２実施形態のハウジング側の縦断面図である。
【符号の説明】
１・３１…ハウジング、
１０・４０…ステータ、
１６・４６…対向面、
１８・４８…ロータ、
２０・５０…インペラ、
２３・５３…磁石部、
２５・５５…送給仕事部、
２７・５７…非仕事部、
２７ａ・５７ａ…外表面、
２９・５９…撥水層、
Ｗ…流体・冷却水、
Ｆ…主流路、
Ｐ１・Ｐ２…ウォータポンプ・磁気結合ポンプ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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