(57)【要約】【課題】冷却効率の向上が図られる回転部材の冷却構造およびウォータポンプ、を提供する。【解決手段】回転部材の冷却構造は、ポンプ軸２４と、ポンプ軸２４を回転可能なように支持する中空パイプとを備える。ポンプ軸２４は、中空パイプと摺接し、冷却水が供給される内周面２４ｂを含む。内周面２４ｂには、旋回溝６１および旋回溝６２が形成される。旋回溝６１および旋回溝６２は、内周面２４ｂの周方向に沿って互いに反対方向に旋回しながらポンプ軸２４の回転軸方向に延びる。【選択図】図３
2009052468.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転部材と、
前記回転部材を回転可能なように支持する支持部材とを備え、
前記回転部材は、前記支持部材と摺接し、冷媒が供給される周面を含み、
前記周面には、第１旋回溝および第２旋回溝が形成され、
前記第１旋回溝および前記第２旋回溝は、前記周面の周方向に沿って互いに反対方向に旋回しながら前記回転部材の回転軸方向に延びる、回転部材の冷却構造。
【請求項２】
前記回転部材の回転軸方向に互いに離間する位置には、第１空間および第２空間が形成され、
前記第１旋回溝には、前記第１空間から前記第２空間に向かう冷媒流れが形成され、前記第２旋回溝には、前記第２空間から前記第１空間に向かう冷媒流れが形成される、請求項１に記載の回転部材の冷却構造。
【請求項３】
前記第１空間は、冷媒が流通し、開放された空間であり、前記第２空間は、冷媒が貯留する空間である、請求項２に記載の回転部材の冷却構造。
【請求項４】
前記回転部材は、前記第１空間および前記第２空間に露出する端面を含み、
前記第１旋回溝および前記第２旋回溝は、前記端面にまで達し、
前記端面において、前記第１旋回溝および前記第２旋回溝は、略矩形の開口面を有する、請求項２または３に記載の回転部材の冷却構造。
【請求項５】
前記第１旋回溝と前記第２旋回溝とは、互いに交差しないように形成される、請求項１から４のいずれか１項に記載の回転部材の冷却構造。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載された回転部材の冷却構造が用いられ、前記周面に供給される冷媒は、圧送される流体である、ウォータポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、一般的には、回転部材の冷却構造およびウォータポンプに関し、より特定的には、摺動面に冷媒が供給される回転部材の冷却構造およびウォータポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の回転部材の冷却構造に関して、たとえば、特開平９−４２１９６号公報には、モータを十分に冷却しながらモータの内部に異物が積もることを防止する循環ポンプが開示されている（特許文献１）。特許文献１に開示された循環ポンプは、摺動自在に支持されたモータ軸を含む。モータ軸の外周には、螺状凹溝が設けられている。
【０００３】
また、特開平８−３２６６９０号公報には、軸受けの耐久性の向上を図り、かつ装置構成の簡略化を図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では、樹脂軸受けとの摺動部をなす主軸の外周面に、冷却水を摺動部に導入する潤滑溝が設けられている。潤滑溝は、螺旋状に形成されている。
【０００４】
また、特開２００５−２２０７７６号公報には、モータ室とポンプ室との間のシール部分に対する鋳砂等の異物の侵入を防ぐことを目的としたウォ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、モータ室とポンプ室とを連通する回転軸孔が、回転軸周りに設けられたオイルシールによってシールされている。回転軸におけるインペラとオイルシールとの間には、螺旋溝が形成されている。
【０００５】
また、特開平５−２１９６８７号公報には、傾斜設置された場合においても水平設置時と同様に冷却が行なわれ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４）。特許文献４では、ロータ軸の外周面に螺旋溝が形成されている。螺旋溝は、たとえば、ロータ軸が右回転する場合を想定すると、右ねじの如く形成されている。
【０００６】
また、特開平６−１４７２２１号公報には、粉末潤滑剤を軸部と円筒ブッシュとの滑り面に十分に行き渡らせて円滑な潤滑を得るとともに、高温の雰囲気下であっても長期間の使用に耐えることを目的としたすべり軸受け構造が開示されている（特許文献５）。特許文献５では、円筒ブッシュ内に軸部が回転自在に嵌め込まれている。軸部の外周面には、スパイラル溝が形成されている。
【特許文献１】特開平９−４２１９６号公報
【特許文献２】特開平８−３２６６９０号公報
【特許文献３】特開２００５−２２０７７６号公報
【特許文献４】特開平５−２１９６８７号公報
【特許文献５】特開平６−１４７２２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述の特許文献に開示されるように、回転自在に支持された回転部材の冷却、潤滑を行なうため、回転部材の摺動面に冷却水が供給される。しかしながら、摺動面に形成される隙間は微小である。このため、摺動面において冷却水の円滑な流れが得られず、回転部材が十分に冷却されないおそれが生じる。
【０００８】
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、冷却効率の向上が図られる回転部材の冷却構造およびウォータポンプを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に従った回転部材の冷却構造は、回転部材と、回転部材を回転可能なように支持する支持部材とを備える。回転部材は、支持部材と摺接し、冷媒が供給される周面を含む。周面には、第１旋回溝および第２旋回溝が形成される。第１旋回溝および第２旋回溝は、周面の周方向に沿って互いに反対方向に旋回しながら回転部材の回転軸方向に延びる。
【００１０】
このように構成された回転部材の冷却構造によれば、回転部材の回転に伴って、第１旋回溝および第２旋回溝に、周面の周方向に沿って互いに反対方向に流れる冷媒流れが形成される。これにより、周面に供給される冷媒流れを円滑にし、回転部材の冷却効率を向上させることができる。
【００１１】
また好ましくは、回転部材の回転軸方向に互いに離間する位置には、第１空間および第２空間が形成される。第１旋回溝には、第１空間から第２空間に向かう冷媒流れが形成される。第２旋回溝には、第２空間から第１空間に向かう冷媒流れが形成される。このように構成された回転部材の冷却構造によれば、冷媒が第１空間から第２空間に向かう経路と、第２空間から第１空間に向かう経路とを第１旋回溝および第２旋回溝に分けることにより、冷媒流れを円滑にできる。
【００１２】
また好ましくは、第１空間は、冷媒が流通し、開放された空間である。第２空間は、冷媒が貯留する空間である。このように構成された回転部材の冷却構造によれば、第１空間に流通する冷媒を、第１空間と第２空間との間で円滑に循環させることができる。
【００１３】
また好ましくは、回転部材は、第１空間および第２空間に露出する端面を含む。第１旋回溝および第２旋回溝は、端面にまで達する。端面において、第１旋回溝および第２旋回溝は、略矩形の開口面を有する。このように構成された回転部材の冷却構造によれば、第１空間および第２空間からそれぞれ第１旋回溝および第２旋回溝に、より多くの冷媒を導くことができる。
【００１４】
また好ましくは、第１旋回溝と第２旋回溝とは、互いに交差しないように形成される。このように構成された回転部材の冷却構造によれば、第１旋回溝および第２旋回溝に形成される冷媒流れが互いに独立するため、冷媒流れをより円滑にできる。
【００１５】
この発明に従ったウォータポンプは、上述のいずれかに記載の回転部材の冷却構造が用いられる。周面に供給される冷媒は、圧送される流体である。このように構成された回転部材の冷却構造によれば、周面に供給される圧送流体の流れを円滑にし、回転部材の冷却効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、この発明に従えば、冷却効率の向上が図られる回転部材の冷却構造およびウォータポンプ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】
【００１７】
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。
【００１８】
（実施の形態１）
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駆動源とするハイブリッド自動車に搭載されている。
【００１９】
図１を参照して、ハイブリッド自動車は、エンジン５２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５３と、図示しないバッテリとを備える。エンジン５２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５１が設けられている。ハイブリッド自動車は、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５６を備える。
【００２０】
ラジエータ５６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５２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５６→インバータ５１→リザーバタンク５４→ウォータポンプ１０→トランスアクスル５３→ラジエータ５６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５１や、トランスアクスル５３に内蔵さ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５６を通過することによって、温度が下げられる。
【００２１】
なお、本実施の形態では、ＨＶシステムの冷却系に冷却水を循環させるウォータポンプ１０について説明するが、これに限らず、たとえばエンジン５２の冷却系に冷却水を循環させるウォータポンプに本発明を適用してもよい。
【００２２】
図２は、図１中のウォータポンプの断面図である。図２を参照して、ウォータポンプ１０は、中空パイプ２１およびポンプ軸２４を含む。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に収容されている。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、遠心式ポンプである。
【００２３】
中空パイプ２１は、中心軸１０１を中心に、その軸方向に沿って円筒状に延びる形状を有する。中空パイプ２１は、ポンプケース３１に対して固定されている。つまり、中空パイプ２１は、ウォータポンプ１０の駆動時に回転しない。中空パイプ２１は、金属から形成されている。本実施の形態では、中空パイプ２１がステンレス鋼から形成されている。中空パイプ２１に替えて、中実のシャフトが配置されてもよい。
【００２４】
中空パイプ２１の外周上には、ポンプ軸２４が嵌め合わされている。ポンプ軸２４は、中空パイプ２１により、中心軸１０１を中心に回転自在に支持されている。すなわち、中心軸１０１は、ポンプ軸２４の回転軸である。ポンプ軸２４は、ウォータポンプ１０の駆動時に回転する。ポンプ軸２４は、樹脂材料から形成されている。ポンプ軸２４は、金属から形成されてもよい。
【００２５】
ポンプ軸２４は、内周面２４ｂを含む。ウォータポンプ１０の駆動時、内周面２４ｂは、中空パイプ２１と摺接する。ポンプ軸２４を中心軸１０１に直交する平面で切断した場合に、内周面２４ｂは円形の断面形状を有する。内周面２４ｂと中空パイプ２１との間には、微小な隙間が形成される。内周面２４ｂには、ポンプ軸２４および中空パイプ２１の冷却、潤滑のため、冷却水が供給される。
【００２６】
ポンプ軸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を中心にした周方向に間隔を隔てて複数、設けられている。インペラ２５は、ポンプ軸２４とともに中心軸１０１を中心に回転する。インペラ２５は、ポンプ軸２４とは別体に形成され、ポンプ軸２４に支持されてもよい。
【００２７】
ポンプ軸２４には、積層鋼板と永久磁石とを含むヨーク２６が設けられている。ヨーク２６の外周上には、三相電流が供給されるコイルを含むステータ４１が設けられている。ヨーク２６およびステータ４１により、ポンプ軸２４を回転させるモータが構成されている。
【００２８】
ポンプケース３１は、支持部３６を含む。支持部３６は、中空パイプ２１の一方端２１ｍを支持する。ウォータポンプ１０は、隔壁３８を含む。隔壁３８は、ヨーク２６が配置され、冷却水に浸される内部空間と、ステータ４１が配置される外部空間とを区画する。隔壁３８は、支持部３９を含む。支持部３９は、中空パイプ２１の他方端２１ｎを支持する。
【００２９】
ウォータポンプ１０には、第１空間としての渦巻き室３５が形成されている。渦巻き室３５は、中心軸１０１の外周上でポンプ軸２４を取り囲むように環状に延在する。渦巻き室３５には、インペラ２５が配置されている。ポンプケース３１は、渦巻き室３５に連通する吸い込み部３２および吐出部３３を含む。吸い込み部３２は、中心軸１０１に沿う方向から渦巻き室３５に冷却水を吸引する。吐出部３３は、回転するインペラ２５により渦巻き室３５から押し出された冷却水を吐出する。渦巻き室３５には、吸い込み部３２から吐出部３３に圧送される冷却水が流通する。
【００３０】
ウォータポンプ１０には、第２空間としての下部室３７が形成されている。渦巻き室３５および下部室３７は、中心軸１０１の軸線方向において互いに離間して形成されている。下部室３７は、中空パイプ２１の外周上において、隔壁３８とヨーク２６とに囲まれた空間に形成されている。下部室３７は、隔壁３８およびヨーク２６によって、ほぼ閉塞された状態に形成されている。下部室３７には、渦巻き室３５から侵入した冷却水が貯留する。
【００３１】
図３は、図２中のウォータポンプのポンプ軸を示す斜視図である。図４は、図３中のポンプ軸の上面図である。図中では、ポンプ軸２４の形状が円筒形に簡略化して示されている。図３および図４を参照して、本実施の形態では、ポンプ軸２４が、ウォータポンプ１０を上側から見て時計周りに回転する。
【００３２】
内周面２４ｂには、旋回溝６１および旋回溝６２が形成されている。旋回溝６１および旋回溝６２は、内周面２４ｂの周方向に沿って互いに反対方向に旋回しながら、中心軸１０１の軸方向に延びている。すなわち、ウォータポンプ１０を上側から見た場合に、旋回溝６１は、反時計周りに旋回しながら、渦巻き室３５から下部室３７に向かって延びている。一方、旋回溝６２は、時計周りに旋回しながら、渦巻き室３５から下部室３７に向かって延びている。
【００３３】
旋回溝６１および６２は、渦巻き室３５および下部室３７に達するように形成されている。旋回溝６１と旋回溝６２とは、互いに交差しないように形成されている。旋回溝６１と旋回溝６２とは、中心軸１０１の軸周りにおいて、互いに重ならない位相範囲に形成されている。旋回溝６１および６２は、渦巻き室３５と下部室３７との間で湾曲しながら延びている。ポンプ軸２４は、端面２４ｍおよび端面２４ｎを含む。端面２４ｍおよび２４ｎは、中心軸１０１に直交する平面内で延在する。端面２４ｍは渦巻き室３５に露出し、端面２４ｎは下部室３７に露出する。旋回溝６１および６２は、端面２４ｍおよび２４ｎに対して斜めに交差する。旋回溝６１および６２は、端面２４ｍおよび２４ｎにおいて開口面６０を含む。開口面６０は、略矩形形状を有する。開口面６０は、角部を有する形状を有する。
【００３４】
ポンプ軸２４が中心軸１０１を中心に時計周りに回転すると、渦巻き室３５内の冷却水が旋回溝６１に導かれる。冷却水は、旋回溝６１を通って下部室３７に向かって流れ、この間、摺動するポンプ軸２４および中空パイプ２１を冷却し、潤滑する。旋回溝６１を通過した冷却水は、下部室３７に流入する。一方、下部室３７内の冷却水は、ポンプ軸２４の回転に伴って、旋回溝６２に導かれる。冷却水は、旋回溝６２を通って渦巻き室３５に向かって流れ、この間、摺動するポンプ軸２４および中空パイプ２１を冷却し、潤滑する。旋回溝６２を通過した冷却水は、渦巻き室３５に流入する。
【００３５】
このように本実施の形態では、互いに反対方向に旋回する旋回溝６１および旋回溝６２をポンプ軸２４に形成することにより、渦巻き室３５から下部室３７に冷却水が侵入する侵入通路と、下部室３７から渦巻き室３５に冷却水が戻される排出通路とを別々に設定することができる。また、本実施の形態では、旋回溝６１と旋回溝６２とが交わらないため、渦巻き室３５から下部室３７に向かう冷却水流れと、下部室３７から渦巻き室３５に向かう冷却水流れとが、互いに干渉し合うことがない。このため、内周面２４ｂに供給される冷却水流れを円滑にすることができる。また、開口面６０を略矩形形状とすることにより、丸みを帯びた形状とする場合よりも、渦巻き室３５および下部室３７内の冷却水を効率良く旋回溝６１および旋回溝６２に導くことができる。
【００３６】
この発明の実施の形態１における回転部材の冷却構造は、回転部材としてのポンプ軸２４と、ポンプ軸２４を回転可能なように支持する支持部材としての中空パイプ２１とを備える。ポンプ軸２４は、中空パイプ２１と摺接し、冷媒としての冷却水が供給される周面としての内周面２４ｂを含む。内周面２４ｂには、第１旋回溝としての旋回溝６１および第２旋回溝としての旋回溝６２が形成される。旋回溝６１および旋回溝６２は、内周面２４ｂの周方向に沿って互いに反対方向に旋回しながらポンプ軸２４の回転軸としての中心軸１０１の軸方向に延びる。
【００３７】
このように構成された回転部材の冷却構造によれば、内周面２４ｂに供給される冷却水流れを円滑にすることにより、ポンプ軸２４および中空パイプ２１の温度上昇を効果的に抑えることができる。また、冷却効率の向上により、その分だけ旋回溝６１および６２の断面積を小さくすることが可能となる。これにより、冷却水に混入した切削屑やＦＩＰＧ等の異物が、内周面２４ｂに侵入することを抑制できる。これにより、ウォータポンプ１０の信頼性を向上させることができる。
【００３８】
（実施の形態２）
図５は、この発明の実施の形態２における回転部材の冷却構造を示す断面図である。本実施の形態における回転部材の冷却構造が適用されるウォータポンプは、実施の形態１におけるウォータポンプ１０と比較して、基本的には同様の構造を備える。以下、重複する構造については説明を繰り返さない。
【００３９】
図５を参照して、ウォータポンプ１１０は、支持部材としての軸受け部１２１および回転部材としてのポンプ軸１２４を含む。軸受け部１２１は、ポンプ軸１２４の外周上に配置されている。ポンプ軸１２４は、軸受け部１２１により中心軸１０１を中心に回転自在に支持されている。ポンプ軸１２４は、外周面１２４ｂを含む。ウォータポンプ１１０の駆動時、外周面１２４ｂは、軸受け部１２１と摺接する。外周面１２４ｂには、ポンプ軸１２４および軸受け部１２１の冷却、潤滑のため、冷却水が供給される。渦巻き室３５および下部室３７が、中心軸１０１の軸線方向において互いに離間して形成されている。
【００４０】
図６は、図５中のウォータポンプのポンプ軸を示す側面図である。図７は、図６中のポンプ軸の上面図である。図６および図７を参照して、外周面１２４ｂには、旋回溝６１および旋回溝６２が形成されている。旋回溝６１および旋回溝６２は、内周面２４ｂの周方向に沿って互いに反対方向に旋回しながら、中心軸１０１の軸方向に延びている。旋回溝６１および６２は、渦巻き室３５および下部室３７に達するように形成されている。
【００４１】
このように構成された、この発明の実施の形態２における回転部材の冷却構造によれば、実施の形態１に記載の効果と同様の効果を得ることができる。
【００４２】
なお、本実施の形態では、モータと内燃機関とを駆動源とするハイブリッド自動車を挙げ、このハイブリッド自動車に搭載されるウォータポンプについて説明したが、燃料電池とバッテリとを駆動源とする燃料電池ハイブリッド自動車（ＦＣＨＶ：Fuel Cell Hybrid Vehicle）、または電気自動車（ＥＶ：Electric Vehicle）に搭載されるウォータポンプに本発明を適用することもできる。本実施の形態におけるハイブリッド自動車では、燃費最適動作点で内燃機関を駆動するのに対して、燃料電池ハイブリッド自動車では、発電効率最適動作点で燃料電池を駆動する。また、バッテリの使用に関しては、両方のハイブリッド自動車で基本的に変わらない。
【００４３】
また、本発明は、ウォータポンプに限られず、流体軸受けを利用した様々な回転機構に適用される。たとえば、オイルポンプ等の流体ポンプや、流体軸受けを利用した工作機械の主軸などに、本発明が適用されてもよい。
【００４４】
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】
【００４５】
【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の断面図である。
【図３】図２中のウォータポンプのポンプ軸を示す斜視図である。
【図４】図３中のポンプ軸の上面図である。
【図５】この発明の実施の形態２における回転部材の冷却構造を示す断面図である。
【図６】図５中のウォータポンプのポンプ軸を示す側面図である。
【図７】図６中のポンプ軸の上面図である。
【符号の説明】
【００４６】
１０，１１０  ウォータポンプ、２１  中空パイプ、２４，１２４  ポンプ軸、２４ｂ  内周面、２４ｍ，２４ｎ  端面、３５  渦巻き室、３７  下部室、６１，６２  旋回溝、１０１  中心軸、１２１  軸受け部、１２４ｂ  外周面。
【図１】
2009052468.tif 000003
【図２】
2009052468.tif 000004
【図３】
2009052468.tif 000005
【図４】
2009052468.tif 000006
【図５】
2009052468.tif 000007
【図６】
2009052468.tif 000008
【図７】
2009052468.tif 000009