(57)【要約】【課題】振動や騒音が十分に低減されるとともに、モータの効率に優れたウォータポンプおよびそのウォータポンプを搭載したハイブリッド車両を提供する。【解決手段】ウォータポンプ１０は、回転するポンプシャフト２４と、ポンプシャフト２４に回転力を与えるモータ５０とを備える。モータ５０は、ポンプシャフト２４に固定された電磁鋼板５１と、電磁鋼板５１に埋設された永久磁石５２とを有する。【選択図】図２
2007205246.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転するポンプシャフトと、
前記ポンプシャフトに回転力を与えるモータとを備え、
前記モータは、前記ポンプシャフトに固定された電磁鋼板と、前記電磁鋼板に埋設された永久磁石とを有する、ウォータポンプ。
【請求項２】
前記ポンプシャフトは、樹脂材料から形成され、
前記電磁鋼板は、前記ポンプシャフトの樹脂成形時、前記ポンプシャフトと一体にされている、請求項１に記載のウォータポンプ。
【請求項３】
前記モータは、コイルが巻回されたステータコアをさらに有し、
前記電磁鋼板は、前記ステータコアに向い合う位置で前記ポンプシャフトから露出している、請求項２に記載のウォータポンプ。
【請求項４】
前記ポンプシャフトの周囲には、圧送流体が配置され、
前記電磁鋼板および前記永久磁石の表面にはメッキ処理が施されている、請求項１から３のいずれか１項に記載のウォータポンプ。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載のウォータポンプを搭載し、エンジンと駆動用モータとを動力源とする、ハイブリッド車両。
【請求項６】
前記ウォータポンプは、前記エンジンおよび前記駆動用モータとともに車両のエンジンルームに収容されている、請求項５に記載のハイブリッド車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、一般的には、ウォータポンプおよびハイブリッド車両に関し、より特定的には、モータにより駆動するウォータポンプおよびそのウォータポンプを搭載するハイブリッド車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のウォータポンプに関して、たとえば、特開２０００−２１３４９８号公報には、回転子の端部を支持する軸受けの潤滑および冷却を可能にすることを目的とした電動流体ポンプが開示されている（特許文献１）。特許文献１に開示された電動流体ポンプは、外周面に永久磁石が配設されてなる回転子を備える。
【０００３】
また、特開平１１−１６６５００号公報には、制御回路のパワーＩＣ等、発熱量の大きい部品およびステータの冷却性を向上させることを目的としたポンプが開示されている（特許文献２）。特許文献２に開示されたポンプは、ポンプを駆動させるモータを備える。モータのロータは、円筒状のロータコアの外周部分に複数極に着磁された永久磁石を取り付けてなる永久磁石形ロータとして構成されている。このロータは、全体が樹脂によってモールドされている。
【０００４】
また、特開平６−８８５９１号公報には、回転側の永久磁石と固定側の永久磁石との間のエアギャップを小さくするとともに、永久磁石の軸受け表面を摩耗や腐食から保護することを目的としたキャンドモータポンプが開示されている（特許文献３）。特許文献３では、ヨークに嵌め込まれた回転側の永久磁石の外周面に、小さい厚みを有する中空円筒状の薄板が溶接等によって固定されるか、薄いメッキが施されている。
【特許文献１】特開２０００−２１３４９８号公報
【特許文献２】特開平１１−１６６５００号公報
【特許文献３】特開平６−８８５９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の特許文献１に開示された電動流体ポンプでは、永久磁石がロータの表面に貼り付けられたモータ、つまり表面磁石形（ＳＰＭ：Surface Permanent Magnet）モータが用いられている。しかしながら、ＳＰＭモータを用いた場合、永久磁石の形状誤差や組み付け誤差が直接、ロータの同軸ずれとなって現れる。このため、ポンプで発生する振動や騒音が大きくなるおそれが生じる。また、上述の特許文献２では、永久磁石の周りにも樹脂が配置されるため、モータの効率が低下するおそれが生じる。
【０００６】
そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、振動や騒音が十分に低減されるとともに、モータの効率に優れたウォータポンプおよびそのウォータポンプを搭載したハイブリッド車両を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に従ったウォータポンプは、回転するポンプシャフトと、ポンプシャフトに回転力を与えるモータとを備える。モータは、ポンプシャフトに固定された電磁鋼板と、電磁鋼板に埋設された永久磁石とを有する。
【０００８】
このように構成されたウォータポンプによれば、形状誤差や組み付け誤差が生じ易い永久磁石を、電磁鋼板に埋設することにより、ウォータポンプの回転体の同軸ずれを低減できる。これにより、ウォータポンプで発生する騒音や振動を小さく抑えることができる。また、永久磁石の周りに電磁鋼板が配置されるため、モータ効率を向上させることができる。これにより、ウォータポンプの小型化が可能となる。
【０００９】
また好ましくは、ポンプシャフトは、樹脂材料から形成されている。電磁鋼板は、ポンプシャフトの樹脂成形時、ポンプシャフトと一体にされている。このように構成されたウォータポンプによれば、樹脂成形時に用いられる金型の精度を向上させることにより、ウォータポンプの回転体の同軸ずれを低減できる。
【００１０】
また好ましくは、モータは、コイルが巻回されたステータコアをさらに有する。電磁鋼板は、ステータコアに向い合う位置でポンプシャフトから露出している。このように構成されたウォータポンプによれば、電磁鋼板とステータコアとの間に樹脂が配置されないため、モータ効率を向上させることができる。
【００１１】
また、ポンプシャフトの周囲には、圧送流体が配置されている。好ましくは、電磁鋼板および永久磁石の表面にはメッキ処理が施されている。このように構成されたウォータポンプによれば、電磁鋼板および永久磁石の耐食性を確保することができる。
【００１２】
この発明に従ったハイブリッド車両は、上述のいずれかに記載のウォータポンプを搭載し、エンジンと駆動用モータとを動力源とする。このように構成されたハイブリッド車両によれば、駆動用モータのみから動力を得て、エンジン音がしないモードで、車両室内の静粛性を保持することができる。
【００１３】
また、ウォータポンプは、エンジンおよび駆動用モータとともに車両のエンジンルームに収容されている。このように構成されたハイブリッド車両によれば、ウォータポンプの小型化によって、エンジンおよび駆動用モータが収容されたエンジンルーム内の限られたスペースにウォータポンプを設置することが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
以上説明したように、この発明に従えば、振動や騒音が十分に低減されるとともに、モータの効率に優れたウォータポンプおよびそのウォータポンプを搭載したハイブリッド車両を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。
【００１６】
図１は、ＨＶ（Hybrid Vehicle）システムの冷却系を示す斜視図である。図中に示すＨＶシステムの冷却系は、モータと、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関とを動力源として駆動するハイブリッド車両に搭載されている。
【００１７】
図１を参照して、ハイブリッド車両は、エンジン９２と、駆動用のモータおよび発電用のジェネレータを内蔵するトランスアクスル９３と、リアシート後方等に搭載された図示しないバッテリとを備える。エンジン９２に隣り合う位置には、バッテリの直流電流を、モータに導入する交流電流に変換するためのインバータ９１が設けられている。ハイブリッド車両は、さらに、車両前方のフロントグリルの裏側に位置して設けられたラジエータ８１を備える。
【００１８】
ラジエータ８１には、互いに独立した２つの冷却水路が設けられており、そのうちの一方が、エンジン９２の冷却系を構成し、他方が、ＨＶシステムの冷却系を構成している。ＨＶシステムの冷却系は、ラジエータ８１→インバータ９１→リザーバタンク９４→ウォータポンプ１０→トランスアクスル９３→ラジエータ８１を順にたどる冷却水路によって形成されている。水路内の冷却水（たとえば、エチレングリコール系のクーラント）は、ウォータポンプ１０によって強制循環され、インバータ９１や、トランスアクスル９３に設けられたジェネレータおよびモータを冷却する。冷却によって温度上昇した冷却水は、ラジエータ８１を通過することによって、温度が下げられる。
【００１９】
ウォータポンプ１０は、エンジン９２や、駆動用のモータを内蔵するトランスアクスル９３とともに、ハイブリッド車両のエンジンルームに収容されている。
【００２０】
図２は、図１中のウォータポンプを示す断面図である。図２を参照して、ウォータポンプ１０は、モータによって駆動する電動ポンプである。ウォータポンプ１０は、冷却水を圧送するインペラが、環状に延びる渦巻き室に配置された遠心式ポンプである。
【００２１】
ウォータポンプ１０は、ポンプのボディを構成するポンプケース３１と、ポンプケース３１に対して固定される支持シャフト２１と、支持シャフト２１に回転自在に支持されたポンプシャフト２４と、ポンプシャフト２４に回転力を与えるモータ５０とを備える。
【００２２】
支持シャフト２１は、一方端２１ｍと他方端２１ｎとを有し、中心軸１０１に沿って一方端２１ｍから他方端２１ｎまで延びている。支持シャフト２１は、ウォータポンプ１０の駆動時に回転せず、静止している。支持シャフト２１は、金属から形成されている。本実施の形態では、支持シャフト２１がステンレス鋼から形成されている。
【００２３】
ポンプシャフト２４は、中心軸１０１に沿って筒状に延びる形状を有する。ポンプシャフト２４は、支持シャフト２１の外周上に嵌め合わされている。ポンプシャフト２４は、支持シャフト２１によって、中心軸１０１を中心に回転自在に支持されている。ポンプシャフト２４は、ウォータポンプ１０の駆動時に回転する。ポンプシャフト２４は、樹脂材料から形成されている。
【００２４】
支持シャフト２１は、外周面２１ａを有し、ポンプシャフト２４は、内周面２４ｂを有する。ポンプシャフト２４が回転することによって、外周面２１ａと内周面２４ｂとが摺動する。ポンプシャフト２４は、外周面２１ａおよび内周面２４ｂを摺動面とする滑り軸受けにより、支持シャフト２１に対して回転自在に支持されている。外周面２１ａは、たとえば、１０ｍｍ以下の直径を有する。
【００２５】
ポンプシャフト２４には、インペラ２５が一体に成形されている。インペラ２５は、中心軸１０１を中心とした周方向に間隔を隔てて複数、設けられている。ウォータポンプ１０の駆動時、インペラ２５は、ポンプシャフト２４とともに中心軸１０１を中心に回転する。インペラ２５は、ポンプシャフト２４とは別体に形成され、ポンプシャフト２４に固定されても良い。
【００２６】
ポンプシャフト２４には、積層された複数の電磁鋼板５１と、電磁鋼板５１に埋設された永久磁石５２とが設けられている。電磁鋼板５１の外周上には、三相電流が供給されるコイル４２と、コイル４２が巻回されるステータコアとしての電磁鋼板４１とが設けられている。電磁鋼板５１および永久磁石５２は、ポンプシャフト２４と一体となってモータ５０のロータを構成する。電磁鋼板４１およびコイル４２は、モータ５０のステータを構成する。インペラ２５とモータ５０とは、中心軸１０１の軸方向に互いに離れて設けられている。
【００２７】
ポンプケース３１は、樹脂材料から形成されている。ポンプケース３１は、インペラ２５が収容される渦巻き室３５を形成している。渦巻き室３５は、中心軸１０１を中心に環状に延びている。ポンプケース３１は、支持シャフト２１の一方端２１ｍを支持する支持部３６を有する。
【００２８】
ポンプケース３１には、隔壁３８が固定されている。隔壁３８は、電磁鋼板５１および永久磁石５２が配置される内部空間３０と、電磁鋼板４１およびコイル４２が配置される外部空間とを区画する。内部空間３０は、渦巻き室３５と繋がって設けられ、冷却水により満たされる。
【００２９】
ポンプケース３１は、吸い込み部３２および吐出部３３を有する。吸い込み部３２は、中心軸１０１に沿う方向から渦巻き室３５に連通している。吐出部３３は、中心軸１０１周りの所定の位相で渦巻き室３５に連通している。冷却水は、吸い込み部３２を通じて渦巻き室３５に導入される。冷却水は、渦巻き室３５で回転するインペラ２５によって加圧され、吐出部３３を通じて外部配管に圧送される。ウォータポンプ１０の駆動時、摺動面をなす支持シャフト２１の外周面２１ａとポンプシャフト２４の内周面２４ｂとの間には、冷却水が供給される。
【００３０】
図３は、図２中のモータの詳細な形状を示す図である。図４は、図３中のＩＶ−ＩＶ線上に沿ったモータの断面図である。図３および図４を参照して、ウォータポンプ１０には、埋め込み磁石形（ＩＰＭ：Interior Permanent Magnet）モータが用いられている。以下、その詳細な形状について説明を行なう。
【００３１】
電磁鋼板５１は、代表的には、鉄とケイ素とを含むケイ素鋼板である。電磁鋼板５１は薄板の円盤形状に形成されている。電磁鋼板５１は、中心軸１０１に沿って複数、積層されている。積層された複数の電磁鋼板５１は、ポンプシャフト２４を形成する樹脂によって一体に保持されている。電磁鋼板５１は、隔壁３８を介して電磁鋼板４１と向い合う外周面５１ａを有する。外周面５１ａは、ポンプシャフト２４を形成する樹脂から露出している。
【００３２】
積層された複数の電磁鋼板５１には、孔５１ｈが形成されている。孔５１ｈは、中心軸１０１の軸方向に貫通している。孔５１ｈは、中心軸１０１周りの周方向に間隔を隔てて複数、形成されている。孔５１ｈは、略矩形形状の開口面を有する。
【００３３】
孔５１ｈには、永久磁石５２が挿入されている。永久磁石５２は、外周面５１ａの内側で電磁鋼板５１に埋設されている。孔５１ｈを規定する電磁鋼板５１の内壁と永久磁石５２との間には、隙間５５が形成されている。隙間５５には、樹脂が充填されており、その樹脂によって、永久磁石５２が孔５１ｈ内に保持されている。
【００３４】
本実施の形態では、ポンプシャフト２４を形成する樹脂が隙間５５に充填されている。すなわち、複数の電磁鋼板５１および永久磁石５２は、ポンプシャフト２４を形成する樹脂によって、ポンプシャフト２４と一体にされている。永久磁石５２の周りには、ポンプシャフト２４を形成する樹脂が配置されるため、永久磁石５２が冷却水によって満たされる内部空間３０に配置されるにもかかわらず、電磁鋼板５１から脱落することを確実に防止できる。
【００３５】
電磁鋼板５１および永久磁石５２の表面には、メッキ処理が施されている。本実施の形態では、電磁鋼板５１および永久磁石５２の表面に、ニッケル（Ｎｉ）メッキが施されている。このような構成により、内部空間３０を満たす冷却水によって、電磁鋼板５１および永久磁石５２に錆びが発生することを防止できる。
【００３６】
隔壁３８は、筒部４０と支持部３９とを有する。筒部４０は、電磁鋼板５１の外周を取り囲むように、中心軸１０１の軸方向に沿って筒状に延びる。電磁鋼板５１と筒部４０との間には、隙間が形成されている。支持部３９は、凹部形状を有し、内部空間３０側から支持シャフト２１の他方端２１ｎが圧入される。
【００３７】
このような構成により、本実施の形態では、支持シャフト２１を支持する支持部３９が、筒部４０と一体に成形される。このため、支持シャフト２１と筒部４０との間で生じる同軸ずれを小さく抑えることができる。これにより、ポンプシャフト２４に一体に設けられ、支持シャフト２１を中心に回転する電磁鋼板５１と、筒部４０との間の隙間の大きさに偏りが生じることを防止できる。
【００３８】
図５は、図２中のポンプシャフトの製造方法の工程を示す流れ図である。図５を参照して、ポンプシャフト２４の製造方法について説明すると、まず、孔５１ｈの位置を合わせながら、複数の電磁鋼板５１を積層する。電磁鋼板５１および永久磁石５２の表面に、Ｎｉメッキを設ける。なお、電磁鋼板５１の積層工程とメッキ工程とは前後しても良い。つまり、電磁鋼板５１の表面にＮｉメッキを設けた後、複数の電磁鋼板５１を積層しても良い。
【００３９】
次に、孔５１ｈに永久磁石５２を挿入する。電磁鋼板５１および永久磁石５２を、ポンプシャフト２４を樹脂成形するための金型に設置する。この際、金型に設けられたピンを用いて、永久磁石５２を孔５１ｈ内に位置決めする。金型に樹脂材料を注入する。樹脂材料は、隙間５５に浸入し、永久磁石５２を孔５１ｈ内に保持するとともに、ポンプシャフト２４を形造る。以上の工程により、電磁鋼板５１および永久磁石５２が一体に設けられたポンプシャフト２４が完成する。
【００４０】
なお、本実施の形態では、永久磁石５２を孔５１ｈ内に保持する樹脂モールドと、ポンプシャフト２４を形造る樹脂モールドとを一括して行なったが、両者の樹脂モールドを別々に行なっても良い。
【００４１】
この発明の実施の形態におけるウォータポンプ１０は、回転するポンプシャフト２４と、ポンプシャフト２４に回転力を与えるモータ５０とを備える。モータ５０は、ポンプシャフト２４に固定された電磁鋼板５１と、電磁鋼板５１に埋設された永久磁石５２とを有する。
【００４２】
このように構成された、この発明の実施の形態におけるウォータポンプ１０によれば、ＩＰＭモータを用いることによって、ポンプ内で回転するロータ形状の同軸ずれを低減することができる。すなわち、本実施の形態では、永久磁石５２が電磁鋼板５１に埋設されるため、永久磁石５２の形状誤差や取り付け誤差がロータの形状誤差となって現れることがない。このため、ポンプシャフト２４の樹脂成形時に用いる金型の精度によって、ロータ形状の精度が決まる。これにより、ロータ形状の中心軸１０１に対する同軸ずれを低減し、ウォータポンプ１０で発生する振動や騒音を低減させることができる。加えて、ＩＰＭモータでは、ＳＰＭモータと比較して永久磁石５２の回転半径が小さくなるため、ロータの回転バランスを良好にできる。
【００４３】
この場合、たとえば、ハイブリッド車両が、トランスアクスル９３に内蔵された駆動用のモータでのみ駆動力を得るモードにあっても、車両室内の静粛性が損なわれることを防止できる。
【００４４】
また、本実施の形態では、電磁鋼板５１の外周面５１ａがポンプシャフト２４を形成する樹脂から露出している。このため、樹脂によって、ロータ側の電磁鋼板５１とステータ側の電磁鋼板４１との間の磁束流れが妨げられるということがない。これにより、モータ性能を向上させ、ウォータポンプ１０の小型化を図ることができる。また、ウォータポンプ１０が小型化されることにより、エンジンルーム内の限られた空間にウォータポンプ１０を収容することが可能となる。
【００４５】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】ＨＶシステムの冷却系を示す斜視図である。
【図２】図１中のウォータポンプを示す断面図である。
【図３】図２中のモータの詳細な形状を示す図である。
【図４】図３中のＩＶ−ＩＶ線上に沿ったモータの断面図である。
【図５】図２中のポンプシャフトの製造方法の工程を示す流れ図である。
【符号の説明】
【００４７】
１０  ウォータポンプ、２４  ポンプシャフト、４１，５１  電磁鋼板、４２  コイル、５０  モータ、５２  永久磁石、９２  エンジン、９３  トランスアクスル。
【図１】
2007205246.tif 000003
【図２】
2007205246.tif 000004
【図３】
2007205246.tif 000005
【図４】
2007205246.tif 000006
【図５】
2007205246.tif 000007