(57)【要約】【課題】適正な吐出力が供給されるように、ポンプの仕事量を調整できる磁力駆動式ポンプを提供する。【解決手段】磁力駆動式ポンプは、ポンプ室１０と外部とを分離する隔壁１３と、ポンプ室に配設されるとともに回転軸芯Ｘ周りに回転するインペラ２０と、インペラと一体的に回転する誘導子３０と、誘導子に対して回転軸心の径方向で対向する位置に回転軸心周りに回転可能に配設された磁石ユニット４０と、磁石ユニットを回転駆動する回転駆動手段２と、磁石ユニットと誘導子との間の径方向間隔を変更する変位機構６０が設けられている。【選択図】図１
2009097412.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプ室と、
前記ポンプ室と外部とを分離する隔壁と、
前記ポンプ室に配設され、回転軸芯周りに回転するインペラと、
前記インペラと一体的に前記回転軸心周りに回転する誘導子と、
前記隔壁の外部において前記誘導子に対して前記回転軸心の径方向で対向する位置に前記回転軸心周りに回転可能に配設された磁石ユニットと、
前記磁石ユニットを回転駆動する回転駆動手段と、
を備えた磁力駆動式ポンプにおいて、
前記磁石ユニットと前記誘導子との間の径方向間隔を変更する変位機構が設けられている磁力駆動式ポンプ。
【請求項２】
前記変位機構が前記磁石ユニットを径方向に変位させるカム部を形成した操作体を有するカム式変位機構として形成されている請求項１に記載の磁力駆動式ポンプ。
【請求項３】
前記磁石ユニットがその周方向に沿った一端に設けられた前記回転軸心に平行な支軸周りに揺動可能で、前記変位機構が前記磁石ユニットの周方向に沿った他端を径方向に操作することにより前記磁石ユニットを径方向に揺動させる揺動変位機構として形成されている請求項１に記載の磁力駆動式ポンプ。
【請求項４】
前記揺動変位機構は、回動変位を受ける前記回転軸心周りに回動可能な回動操作体と、前記回動操作体に一端を枢支されるとともに他端を前記磁石ユニットの他端に枢支されているリンク体を含んでいる請求項３に記載の磁力駆動式ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁力によりインペラに回転動力を伝達する磁力駆動式ポンプに関し、特にエンジンのウオータポンプとして好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の磁力駆動式ポンプとして、ポンプ室の内部で回転自在に保持され、その回転によりポンプ室内で流体に流れを生じさせるインペラと、インペラを回転駆動する駆動機構とを備え、駆動機構が、ポンプ室と外部とを分離する隔壁より外部に回転自在に配置される駆動部材に一体的に固定されるマグネットと、インペラに一体的に固定されマグネットの回転により発生する誘導電流を動力源として回転する誘導子とから構成されるエンジン用ウオータポンプがある（例えば、特許文献１参照）。このポンプは、高速回転時には、マグネットと誘導子の間ですべり（回転差）が生じるので、エンジンの回転数とインペラの回転数が非線形（エンジンの回転数に対するインペラの回転数の増加割合が低下する）となる。このため、エンジンの高速回転時には、必要以上にインペラが回転することが回避され、ポンプ仕事量に大きな無駄が発生しない。一方、エンジン回転数が低速又は中速の領域ではエンジンの回転数とインペラの回転数との関係が線形となっているので、インペラの回転数がエンジンの回転数に対応することになる。この場合でも、エンジンの中速回転時やエンジン冷間時、あるいは低負荷定常運転時等の冷却水循環量を必要としないエンジン運転領域では、冷却水を必要に以上に循環することになる。その結果、エンジン暖機性の悪化や無駄な仕事による燃費悪化を引き起こす。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１３９９１７号公報（段落番号０００４−００１４，図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、適正な吐出力が供給されるように、ポンプの仕事量を調整できる磁力駆動式ポンプを提供することである。エンジン用ウオータポンプに適用すれば、エンジン冷間時の冷却水量を低減して冷却水温の上昇時間を短縮することができるとともに、ポンプの仕事量を適正に調整することで燃費の改善を図ることができる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】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明による磁力駆動式ポンプは、ポンプ室と、前記ポンプ室と外部とを分離する隔壁と、前記ポンプ室に配設され、回転軸芯周りに回転するインペラと、前記インペラと一体的に前記回転軸心周りに回転する誘導子と、前記隔壁の外部において前記誘導子に対して前記回転軸心の径方向で対向する位置に前記回転軸心周りに回転可能に配設された磁石ユニットと、前記磁石ユニットを回転駆動する回転駆動手段とを備え、前記磁石ユニットと前記誘導子との間の径方向間隔を変更する変位機構が設けられている。
【０００６】
この構成によれば、変位機構を通じて磁石ユニットと誘導子との間の径方向間隔が変更されることにより誘導子に作用する磁力が調整される。したがって、変位機構を制御することにより、伝達トルクが加減され、回転駆動手段による回転数の変更に加えてインペラの回転数を制御することができる。このようなポンプをエンジン用ウオータポンプに適用すると、冷却水の温度が低いエンジン冷間時には、磁石ユニットと誘導子との間の径方向間隔を拡げて、エンジン回転数とインペラの回転数との線形関係よりさらにインペラの回転数を低下させて、冷却水の流量を低減することができる。これにより、冷却水温の上昇時間を短縮するとともに、エンジン負荷を減少し燃費の低減を図ることができる。
【０００７】
本発明に係る磁力駆動式ポンプは、さらに、前記変位機構が前記磁石ユニットを径方向に変位させるカム部を形成した操作体を有するカム式変位機構として形成されていることを特徴とする。この特徴によれば、入力操作変位はカム部での操作変位の変更を介して誘導子に対して回転軸心の径方向で磁石ユニットが遠近変位する。カム部の採用により、例えば軸方向操作変位を径方向操作変位に容易に変更することができるので、限られた小さなスペースに変位機構を組み込むことができる。また、この形態において、磁石ユニットが、誘導子の周りで互いに間隔をあけて周方向に一様に分布配置された複数のセグメントから構成されている場合、セグメント化された磁石ユニットの少なくとも１つが、誘導子に対して径方向で遠ざかると、他の磁石ユニットとの間隔も拡大する。つまり、操作変位の入力により、磁石ユニットが誘導子に対して遠近変位するとともに、磁石ユニット同士の間隔も遠近変位する。これにより、伝達トルクの調整がより効果的に行われ、インペラの回転数を効果的に制御することができる。
【０００８】
また、本発明に係る磁力駆動式ポンプは、さらに、前記磁石ユニットがその周方向に沿った一端に設けられた前記回転軸心に平行な支軸周りに揺動可能で、前記変位機構が前記磁石ユニットの周方向に沿った他端を径方向に操作することにより前記磁石ユニットを径方向に揺動させる揺動変位機構として形成されていることを特徴とする。この特徴によれば、磁石ユニットが揺動することにより径方向で誘導子に対して遠近変位することになり、伝達トルクが加減され、これによりインペラの回転数を制御することができる。磁石ユニットはてこの原理で他端を操作されることにより遠近変位を行うので、その操作力は小さなものでよく、変位機構全体をコンパクトに構成することができる。
【０００９】
前記揺動変位機構の具体的な構成の１つとして、回動変位を受ける前記回転軸心周りに回動可能な回動操作体と、前記回動操作体に一端を枢支されるとともに他端を前記磁石ユニットの他端に枢支されているリンク体を含んでいるものが提案される。この構成では、直線的な入力操作変位から変換された回転変位あるいは直接入力操作として直接与えられた回転変位によって回動操作体が回動することによりリンク体が平伏姿勢から起立姿勢に移行する。この移行により磁石ユニットが揺動変位して、その他端が持ち上がるので、誘導子に作用する磁力が低減し、インペラの回転数を低下させることができる。磁石ユニットの揺動変位により誘導子との間の間隔を調整しているので、誘導子に作用する磁力を微妙に変更することが可能であり、所望のインペラ回転数を実現することが容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１〜図５は、本発明による磁力駆動ポンプをエンジンのウオータポンプ１００として適用した際の、第１実施形態を示している。ウオータポンプ１００は図示しない締結手段によりエンジンブロック１に固定されている。
【００１１】
ウオータポンプ１００は、エンジンブロック１に形成される凹部１ａに蓋をするように配設されることによりポンプ空間を作り出すハウジング１２を備えている。ポンプ空間は、非磁性体の隔壁１３によってエンジンブロック１側に位置するポンプ室１０とポンプ室１０の外部となる外室１１とに区画される。
【００１２】
ポンプ室１０の内部にはインペラ２０が回転軸心Ｘ周りで回転するように配置されている。インペラ２０は回転軸心Ｘと同軸芯配置された軸受２１を介して支持軸２２に支持されている。支持軸２２の一端が隔壁１３の中央部に形成された有底筒状の凹み部１３ａに嵌入されることで、支持軸２２は隔壁１３によって片持ち支持されている。ポンプ室１０の内部でインペラ２０が回転することによりポンプ室１０内で冷却水の流れが生じる。
【００１３】
インペラ２０は、軸受２１を受け入れるためにその背面にスリーブ部２０ａを設けている。スリーブ部２０ａの外周面に固定された鉄心３１とこの鉄心３１に配設された導電部（純アルミ部）３２とによって円筒状の誘導子３０が構成されている。この誘導子３０とインペラ２０とは、回転軸芯Ｘ周りに一体回転する。
【００１４】
誘導子３０の径方向外方には、隔壁１３を挟んで、つまり外室１１に磁石ユニット４０が回転軸心Ｘ周りで回転するように配置されている。また、誘導子３０の軸方向外方には、隔壁１３を挟んで、同様に外室１１に磁石ユニット保持体５０が、回転軸心Ｘ周りで回転するように配置されている。６つの磁石ユニット４０が回転軸心Ｘ周りに均等配置されており、各磁石ユニット４０は磁石ユニット保持体５０に保持されている。
【００１５】
磁石ユニット４０は、誘導子３０の外周面よりわずかに大きな直径を有する円筒磁石を周方向で６等分したようなセグメント状の永久磁石４１と、この永久磁石４１の上面を取り付けているヨーク４２とからなる。図５から明らかなように、ヨーク４２は永久磁石４１の取付面を有する磁石取付部４２ａと、磁石取付部４２ａから軸方向に延びたアーム部４２ｂと、アーム部４２ｂの先端から軸芯方向に延びた脚部４２ｃとからなる。なお、各永久磁石４１はＮ極とＳ極とが交互に誘導子３０に面するように配置されている。
【００１６】
磁石ユニット保持体５０は、回転軸心Ｘと同軸芯配置されるボス部５１とボス部５１の端部に接続している円板部５２とからなる。円板部５２の外周部には径方向に延びたガイド溝５２ａが形成されている。磁石ユニット４０の磁石ユニット保持体５０への組み付け時に、このガイド溝５２ａに磁石ユニット４０のヨーク４２のアーム部４２ａが挿入される。また、ガイド溝５２ａと回転軸心Ｘとを結ぶ線上の位置にガイドピン５３が円板部５２から突設されている。磁石ユニット４０の磁石ユニット保持体５０への組み付け時に、このガイドピン５３も磁石ユニット４０の脚部４２ｃに設けられたガイド長孔４３に挿入される。これにより、磁石ユニット４０は磁石ユニット保持体５０に案内保持されて径方向に変位することができる。さらに、円板部５２の中心孔からガイド溝５２ａと回転軸心Ｘを結ぶ線上を延びる、６つのスリット５２ｂが形成されている。
【００１７】
磁石ユニット４０を径方向に変位させる変位機構６０は、操作駆動源としての直動アクチュエータ３と、直動アクチュエータ３のスプール３ａと軸受６１とを介して回転自在に連結されている筒状の操作体６２を備えている。操作体６２は、磁石ユニット保持体５０のボス部５１と円板部５２の内周面に挿入されており、軸受６１を介して直動アクチュエータ３のスプール３ａの軸方向直線変位を受けて、円板部５２の内周面に沿って軸方向にスライド可能である。操作体６２には、カム部６２ａとして軸方向にアーム状に突出した６つのカム部６２ａが設けてられており、このカム部６２ａは円板部５２のスリット５２ｂに挿入可能となっている。カム部６２ａの外周部に径方向の高さが連続的に変化するカム面としての軸方向傾斜面６２ｂが形成されている。この傾斜面６２ｂに磁石ユニット４０の脚部４２ｃの下端部がカムフォロアとして機能すべく接当している。永久磁石４１と誘電子３０との間の磁気吸引力により、磁石ユニット４０は軸芯方向への大きな付勢力を受けるので、脚部４２ｃとカム部６２ａの傾斜面６２ｂとは常時接当した状態が維持される。
【００１８】
磁石ユニット保持体５０のボス部５１は、回転駆動手段としてのプーリ２と連結されているとともに、ハウジング１２の軸孔部１２ａに装着された軸受４によって回転可能に支持されている。この構成により、プーリ２が回転すると、磁石ユニット保持体５０及び磁石ユニット４０が回転軸心Ｘ周りで回転することになる。
【００１９】
磁石ユニット４０が回転軸心Ｘ周りで回転すると、誘導子３０が磁気誘導による伝達トルクの発生により回転軸心Ｘ周りで回転する。図１及び図３では、直動アクチュエータ３がスプール３ａを最大ストロークに引き出すように制御されており、その結果、磁石ユニット４０の脚部４２ｃはカム部６２ａの傾斜面６２ｂの最下レベルに位置しており、永久磁石４１は誘導子３０に最接近している。これにより、磁石ユニット４０と誘導子３０の間の伝達トルクが最大となる。すなわち、インペラ２０の回転力は最大となってポンプ吐出能力が最大となる。
【００２０】
一方、図２及び図４では、直動アクチュエータ３がスプール３ａを最小ストロークに引っ込めるように制御されており、その結果、磁石ユニット４０の脚部４２ｃはカム部６２ａの傾斜面６２ｂの最上レベルに位置しており、永久磁石４１は誘導子３０から最遠に遠ざかり、また永久磁石４１相互の間隔も大きくなっている。これにより、磁石ユニット４０と誘導子３０の間の伝達トルクが最小となる。すなわち、インペラ２０の回転力は最小となってポンプ吐出能力が最小となる。
【００２１】
このように、直動アクチュエータ３のスプール３ａのストロークを制御することにより、ポンプ吐出能力を最大から最小まで変化させることができる。直動アクチュエータ３の制御はエンジンＥＣＵ９０からの制御信号によって行われる。直動アクチュエータ３への制御信号は、水温、スロットル開度、エンジン回転数などを検出する非図示のセンサからの検出信号に基づいてエンジンＥＣＵ９０に格納されているアルゴリズムによって決定される。
【００２２】
例えば、エンジン高負荷時、あるいは冷却水温が高温時などの冷却性能が必要な際には、直動アクチュエータ３を制御してポンプ吐出能力を最大とし、エンジン低・中負荷時、あるいは冷却水温が低温時には、直動アクチュエータ３を制御してポンプ吐出能力を低減させ、余剰な冷却水流量を低減する。
【００２３】
このようにして、エンジン回転数、冷却水温、スロットル開度に基づいて、エンジンＥＣＵ９０が直動アクチュエータ３に制御信号を出力して、磁石ユニット４０と誘導子３０との間の径方向間隔を調整し、冷却類流量を常に必要最小限に最適制御する。エンジン冷間時には冷却水量を少なくして早期暖機を図ると同時に、無駄な動力を低減し、燃費向上を図ることができる。
【００２４】
図６〜図１０は、本発明による磁力駆動ポンプをエンジンのウオータポンプ１００として適用した際の、第２実施形態を示している。このウオータポンプ１００も、やはり図示しない締結手段によりエンジンブロック１に固定されており、ハウジング１２、ポンプ室１０と外室１１とを作り出す隔壁１３、回転駆動手段としてのプーリ２は、実質的に第１実施形態のものと同じである。さらに、ポンプ室１０内に配置されている、インペラ２０、軸受２１、支持軸２２、及びインペラ２０のスリーブ部２０ａに外周面に固定される誘導子３０の構成も実質的に第１実施形態のものと同じである。
【００２５】
磁石ユニット４０は、図１０から明らかなように、第１実施形態のものと較べて、６つのセグメント状の永久磁石４１は同じであるが、ヨーク４５の形状が異なっている。このヨーク４５は、永久磁石４１の上面にほぼ一致させた下面を有するセグメント状の部材である。つまり、ほぼ第１実施形態における磁石取付部４２ａだけで構成されている。ヨーク４５の周方向に沿った両端の片端面にそれぞれピン孔４５ａが形成されている。
【００２６】
第２実施形態での磁石ユニット保持体５０は、第１実施形態と類似しており、回転軸心Ｘと同軸芯配置されるボス部５５と、ボス部５５の端部に接続している円板部５６とを有しているが、その形状は少し異なっている。ボス部５５は、プーリ２と連結されているとともに、ハウジング１２の軸孔部１２ａに装着された軸受４によって回転可能に支持される寸法を有するが、軸芯に対して対称となる２つの位置に径方向の貫通孔５５ａが設けられている。また、円板部５６は、周壁部を残すように円形の凹部が形成されており、その周壁部の端面には周方向に均等配置された６つのピン孔５６ａが設けられている。このピン孔５６ａに支持用ピン５７の一端が嵌入し、支持用ピン５７の他端がヨーク４５のピン孔４５ａに嵌入することで、円板部５６は、磁石ユニット４０を径方向揺動可能に保持する。
【００２７】
第２実施形態での変位機構６０は、操作駆動源としての直動アクチュエータ３のスプール３ａと軸受６１とを介して回転自在に連結されている筒状の回動操作体６５を備えている。この回動操作体６５は、軸受６１を介して直動アクチュエータ３のスプール３ａの軸方向直線変位を受けて円板部５２の内周面に沿って軸方向にスライドしながら回動する。この回動操作体６５には、その端部に円板部６６が形成されている。この円板部６６の直径は磁石ユニット保持体５０の円板部５６の円形凹部の内径とほぼ一致しており、回動操作体６５が磁石ユニット保持体５０のボス部５５の内周面に挿入されると、この円板部６６も磁石ユニット保持体５０の円板部５６の円形凹部に入り込む。回動操作体６５には、磁石ユニット保持体５０のボス部５５に設けられた貫通孔５５ａに対応するように、軸方向に対して傾斜して延びる２つの傾斜長孔６５ａが形成されている。磁石ユニット保持体５０と変位機構６０との組み付け時において、磁石ユニット保持体５０の貫通孔５５ａに圧入固定されたガイドピン６７の自由端部が回動操作体６５の傾斜長孔６５ａに挿入される。この構成により、回動ユニット保持体５０は、直動アクチュエータ３によって軸方向に変位させられると、同時に回転軸心Ｘ周りで回動することになる。
【００２８】
回動操作体６５の円板部６６の外周端部には、周方向に均等配置された６つのリンクピン６８が軸方向に突設されている。また、磁石ユニット４０のヨーク４５に設けられた２つのピン孔４５ａのうち支持用ピン５７が挿入されていない方のピン孔４５ａに、操作用ピン６９の一端が挿入されている。このリンクピン６８と操作用ピン６９とはリンク体７０によって枢支連結される。つまり、リンクピン６８の自由端がリンク体７０の一方のリンク孔７０ａに挿入され、リンク体７０の他方のリンク孔７０ａに操作用ピン６９が挿入される。この構成により、回動ユニット保持体５０が一方方向に回動すると、リンク体７０が起き上がり、永久磁石４１が誘導子３０から遠ざかるように磁石ユニット４０が径方向上方に揺動することになる（図６と図８参照）。逆に、回動ユニット保持体５０が他方方向に回動すると、リンク体７０が平伏し、永久磁石４１が誘導子３０に接近するように磁石ユニット４０が径方向下方に揺動することになる（図７と図９参照）。
【００２９】
従って、この第２実施形態においても、直動アクチュエータ３のスプール３ａのストロークを制御することにより、ポンプ吐出能力を最大から最小まで変化させることができる。
【００３０】
上述した実施の形態では、磁石ユニット４０と誘導子３０との間の径方向間隔を変更するために、変位機構６０が磁石ユニット４０を径方向に変位させていたが、本発明において、変位機構６０が誘導子３０を径方向に変位させて磁石ユニット４０と誘導子３０との間の径方向間隔を変更する構成を除外しているわけではない。
また、磁石ユニット４０はセグメント形状（湾曲板片）の永久磁石を用いていたが、これ以外の形状を採用することも可能であり、さらには永久磁石以外のその他の磁界発生手段を採用することも可能である。
【００３１】
本発明は、磁石ユニットと誘導子との間の径方向間隔を変更することにより、回転源からインペラに伝達される伝達トルクを変更する、各分野に適用可能な磁力駆動式ポンプとして利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明による磁力駆動式ポンプの第１実施形態を磁石ユニットと誘導子との接近状態で示している断面図
【図２】本発明による磁力駆動式ポンプの第１実施形態を磁石ユニットと誘導子との離間状態で示している断面図
【図３】図１のIII-III線断面図
【図４】図２のIV-IV線断面図
【図５】本発明による磁力駆動式ポンプの第１実施形態における磁石ユニットと磁石ユニット保持体と変位機構を示す分解斜視図
【図６】本発明による磁力駆動式ポンプの第２実施形態を磁石ユニットと誘導子との接近状態で示している断面図
【図７】本発明による磁力駆動式ポンプの第２実施形態を磁石ユニットと誘導子との離間状態で示している断面図
【図８】図６のVIII-VIII線断面図
【図９】図７のIX-IX線断面図
【図１０】本発明による磁力駆動式ポンプの第２実施形態における磁石ユニットと磁石ユニット保持体と変位機構を示す分解斜視図
【符号の説明】
【００３３】
１  エンジンブロック
２  回転駆動手段（プーリ）
１０  ポンプ室
１１  外室（外部）
１３  隔壁
２０  インペラ
３０  誘導子
４０  磁石ユニット
４１  永久磁石
５０  磁石ユニット保持体
６０  変位機構
６２  操作体
６２ａカム部
６５  回動操作体
Ｘ  回転軸心
【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】
2009097412.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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