特許 6018814 冷却機器一体型ポンプ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6018814

(24)【登録日】2016年10月7日

(45)【発行日】2016年11月2日

(54)【発明の名称】冷却機器一体型ポンプ装置

(51)【国際特許分類】

   F04C 15/00 20060101AFI20161020BHJP

   F04C 2/10 20060101ALI20161020BHJP

   F25B 1/00 20060101ALI20161020BHJP

   B60H 1/32 20060101ALI20161020BHJP

【ＦＩ】

   F04C15/00 E

   F04C2/10 341E

   F25B1/00 321Z

   B60H1/32 621B

【請求項の数】9

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2012-139402(P2012-139402)

(22)【出願日】2012年6月21日

(65)【公開番号】特開2014-1721(P2014-1721A)

(43)【公開日】2014年1月9日

【審査請求日】2015年3月20日

(73)【特許権者】

【識別番号】391002166

【氏名又は名称】株式会社不二工機

(74)【代理人】

【識別番号】100106563

【弁理士】

【氏名又は名称】中井 潤

(72)【発明者】

【氏名】長濱 健一郎

【審査官】 柏原 郁昭

(56)【参考文献】

【文献】 特許第３５９１３０４（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開２０００−２２０５８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６３−１００６８４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平３−１７５１９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１９６３１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第３０８１６０６（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０４Ｃ １５／００

Ｂ６０Ｈ １／３２

Ｆ０４Ｃ ２／１０

Ｆ２５Ｂ １／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

冷凍サイクルを構成する冷却機器と、該冷却機器に一体に形成され、該冷凍サイクル内に液冷媒を循環させるポンプとを備えた冷却機器一体型ポンプ装置において、
前記ポンプは、
前記ポンプの筺体に形成され、底部を有するギヤ収容室と、
前記ギヤ収容室の上部に開口する吸入口及び吐出口と、
内歯を有し、前記ギヤ収容室の内壁に摺接し回動自在に配置されたアウターギヤと、
前記アウターギヤの内歯に噛合する外歯を有し、その回転軸線が前記アウターギヤの回転軸線から偏心するように設けられたインナーギヤと、
前記アウターギヤを回転させるモータとを備え、
前記ポンプに一体に形成される冷却機器の筺体は、前記ギヤ収容室の壁面の一部を成すことを特徴とする冷却機器一体型ポンプ装置。

【請求項2】

前記吸入口又は吐出口は、前記ギヤ収容室の壁面の一部を成す冷却機器の筺体に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の冷却機器一体型ポンプ装置。

【請求項3】

前記ギヤ収容室の内壁面と前記アウターギヤとの間には、前記吐出口と連通し前記アウターギヤとインナーギヤとの間に介在する液冷媒を該ポンプ装置の側面から外部へ導出する導出路、又は前記吸入口と連通し該ポンプ装置の側面から前記アウターギヤとインナーギヤとの間に液冷媒を導入する導入路が形成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の冷却機器一体型ポンプ装置。

【請求項4】

前記ギヤ収容室は、前記アウターギヤを回動自在に支持する複数の柱状部を備えたことを特徴とする請求項１、２又は３に記載の冷却機器一体型ポンプ装置。

【請求項5】

前記インナーギヤのシャフトは、前記ポンプに一体に形成される冷却機器の筺体底部に設けられ、
前記インナーギヤは、その中心軸線方向に設けられた孔部が前記シャフトに回動自在に挿入されたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の冷却機器一体型ポンプ装置。

【請求項6】

前記アウターギヤ及びインナーギヤの歯面は、サイクロイド歯形を有していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の冷却機器一体型ポンプ装置。

【請求項7】

前記アウターギヤと前記モータの駆動軸とは、磁気結合されたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の冷却機器一体型ポンプ装置。

【請求項8】

前記ポンプに一体に形成される冷却機器は、冷媒を気液分離して液冷媒を抽出するレシーバタンク、又は冷媒の流路を切り換える三方弁であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の冷却機器一体型ポンプ装置。

【請求項9】

前記冷凍サイクルは、車両用空調システムに用いられ、前記液冷媒によって該車両の発熱体を冷却することを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の冷却機器一体型ポンプ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、冷却機器一体型ポンプ装置に関し、特に、電気自動車やハイブリッド車の電動モータやインバータ等の発熱体を空調機器の液冷媒によって冷却するために用いられる冷却機器一体型ポンプ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

電気自動車やハイブリッド車では、モータやインバータ等の発熱体を冷却する必要がある。そこで、通常のエンジンを有する車両のように、冷却水を発熱体とラジエータとの間に循環させて上記発熱体を冷却することが考えられる。しかし、冷却水を用いると、発熱体を冷却するためのラジエータを新設する必要があるため、車両搭載性が悪い。

【0003】

また、例えば特許文献１に記載の発明では、新たにラジエータを設けずに、発熱体を空調装置（蒸気圧縮式冷凍サイクル）を利用して冷却する。しかし、この発明では、圧縮機を駆動するための消費電力が増大し、電気自動車の走行可能距離が短くなるという問題がある。また、空調装置を使用していないときには、発熱体を冷却することができない。

【0004】

そこで、特許文献２に記載の発熱体冷却装置では、レシーバタンクと蒸発器との間にバイパスを設け、このバイパスにポンプを配置し、液冷媒と発熱体との間で熱交換させることで、発熱体を冷却するための機械仕事の増大を抑制すると共に、空調装置を使用していないときでも、発熱体の冷却を可能としている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平５−３４４６０６号公報

【特許文献2】特許第３５９１３０４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、上記特許文献２に記載の発熱体冷却装置においては、レシーバタンクと蒸発器との間にバイパスを設け、このバイパスにポンプを配置するため、部品点数が増加すると共に、部品を設置するためのスペースが拡大して車両の大型化に繋がったり、艤装が困難になるという問題もあった。

【0007】

そこで、本発明は、上記従来の技術における問題点に鑑みてなされたものであって、電気自動車やハイブリッド車の電動モータ等の発熱体を冷却するにあたり、部品点数の増加を抑え、コンパクトな設計が可能で、艤装を容易に行うこともできる冷却機器一体型ポンプ装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するため、本発明は、冷凍サイクルを構成する冷却機器と、該冷却機器に一体に形成され、該冷凍サイクル内に液冷媒を循環させるポンプとを備えた冷却機器一体型ポンプ装置において、前記ポンプは、前記ポンプの筺体に形成され、底部を有するギヤ収容室と、前記ギヤ収容室の上部に開口する吸入口及び吐出口と、内歯を有し、前記ギヤ収容室の内壁に摺接し回動自在に配置されたアウターギヤと、前記アウターギヤの内歯に噛合する外歯を有し、その回転軸線が前記アウターギヤの回転軸線から偏心するように設けられたインナーギヤと、前記アウターギヤを回転させるモータとを備え、前記ポンプに一体に形成される冷却機器の筺体は、前記ギヤ収容室の壁面の一部を成すことを特徴とする。

【0009】

そして、本発明によれば、ポンプに一体に形成される冷却機器の筺体がポンプの筺体の一部を成すように構成したため、部品点数の増加を抑え、コンパクトな設計が可能で、艤装も容易となる。

【0012】

また、前記吸入口又は吐出口を、前記ギヤ収容室の壁面の一部を成す冷却機器の筺体に形成することができる。

【0013】

さらに、前記ギヤ収容室の内壁面と前記アウターギヤとの間には、前記吐出口と連通し前記アウターギヤとインナーギヤとの間に介在する液冷媒を該ポンプ装置の側面から外部へ導出する導出路、又は前記吸入口と連通し該ポンプ装置の側面から前記アウターギヤとインナーギヤとの間に液冷媒を導入する導入路を形成することができる。

【0014】

前記ギヤ収容室は、前記アウターギヤを回動自在に支持する複数の柱状部を備えることができる。複数の柱状部の隣接する柱状体間に隙間を形成することにより、アウターギヤとギヤ収容室との間に働く流体せん断応力による摩擦トルクを小さくでき、またこれらの間にゴミやスライムが溜まりにくくなる。

【0015】

上記冷却機器一体型ポンプ装置において、前記インナーギヤのシャフトを、前記ポンプに一体に形成される冷却機器の筺体底部に設け、前記インナーギヤを、その中心軸線方向に設けられた孔部が前記シャフトに回動自在に挿入されるように構成することができる。

【0016】

前記アウターギヤ及びインナーギヤの歯面は、サイクロイド歯形を有することができ、サイクロイド歯形を用いることにより、インボリュート歯形を用いた場合に比較して吐出容量を大きくすることができる。

【0017】

また、前記アウターギヤと前記モータの駆動軸とを磁気結合することができ、モータの性能や種類を変更したり、モータが故障した場合などにモータのみを交換することができ、ポンプの設計や保守管理を容易に行うことができる。

【0018】

さらに、前記ポンプに一体に形成される冷却機器を、冷媒を気液分離して液冷媒を抽出するレシーバタンク、又は冷媒の流路を切り換える三方弁とすることができる。

【0019】

また、前記冷凍サイクルは、車両用空調システムに用いられ、前記液冷媒によって該車両の発熱体を冷却することができ、車両搭載性のよい冷却機器一体型ポンプ装置を提供することができる。

【発明の効果】

【0020】

以上のように、本発明によれば、電気自動車やハイブリッド車の電動モータ等の発熱体を冷却するにあたり、部品点数の増加を抑え、コンパクトな設計が可能で、艤装も容易な冷却機器一体型ポンプ装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明に係る冷却機器一体型ポンプ装置を備えた冷凍サイクルシステムを示す全体構成図である。

【図2】本発明に係る冷却機器一体型ポンプ装置を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面図、（ｃ）は（ｂ）の下面図である。

【図3】図２（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。

【図4】図２（ｂ）のＢ−Ｂ線断面図である。

【図5】本発明に係る冷却機器一体型ポンプ装置における冷却機器筺体とポンプ筺体との接合方法を説明するための図であって、（ａ）は溶接接合、（ｂ）はボルト接合による場合を示す。

【発明を実施するための形態】

【0022】

次に、本発明を実施するための形態について図面を参照しながら説明する。尚、以下の説明においては、本発明に係る冷却機器一体型ポンプ装置を車両用空調システムに用い、液冷媒によって車両の発熱体を冷却する場合を例にとって説明する。

【0023】

図１は、本発明に係る冷却機器一体型ポンプ装置（以下「ポンプ装置」という。）を備えた冷凍サイクルシステムを示し、このシステム１０１は、圧縮機１０２と、凝縮器１０３と、膨張弁１０４と、蒸発器１０５と、本発明に係るポンプ装置１とを備え、ポンプ装置１を用いて電気自動車やハイブリッド車の電動モータやインバータ等の発熱体１０７を冷却する。

【0024】

圧縮機１０２と、凝縮器１０３と、膨張弁１０４と、蒸発器１０５とは、配管１０９で接続され、これらの間を冷媒が循環する。また、凝縮器１０３と膨張弁１０４との間の配管１０９と、圧縮機１０２と凝縮器１０３との間の配管１０９とを接続するバイパス管１１０を液冷媒が流れる。

【0025】

ポンプ装置１は、ポンプ２とレシーバタンク３とで構成される。レシーバタンク３は、冷媒を貯溜するリキッドタンクや、冷媒を貯留すると共に冷媒中の水分を除去するためのレシーバドライヤである。ポンプ２は、レシーバタンク３からの液冷媒を発熱体１０７に導入して発熱体１０７を冷却する。

【0026】

ポンプ２は内接形歯車ポンプであり、図２〜図４に示すように、ギヤ収容室４ａを有する本体（ポンプ筺体）４と、ギヤ収容室４ａに収容されたアウターギヤ６及びインナーギヤ５と、アウターギヤ６を磁気カップリング７を介して回転させるモータ８等で構成される。

【0027】

本体４は、円筒状に形成され、内部のギヤ収容室４ａにアウターギヤ６及びインナーギヤ５が収容され、上部の開口がレシーバタンク筐体１０の下端部で閉じられる。ギヤ収容室４ａには、底面部１０ｃに設けられた冷媒の吸入口４ｃ及び吐出口４ｄが開口し、ギヤ収容室４ａの内壁面とアウターギヤ６との間には、吐出口４ｄと連通し、アウターギヤ６とインナーギヤ５との間に介在する冷媒をポンプ２の側面から外部へ導出する導出路４ｈが形成される。吐出口４ｄは、導出路４ｈを介して冷媒出口４ｅに連通する。

【0028】

本体４のギヤ収容室４ａには、アウターギヤ６を回動自在に支持する複数（本実施の形態では４つ）の柱状部４ｆが設けられ、隣接する柱状部４ｆの間に隙間４ｇが形成される。この隙間４ｇを設けることにより、アウターギヤ６とギヤ収容室４ａとの対向部が分割されると共に、各対向部の面積が小さくなり（即ち、隙間４ｇを設けた分だけアウターギヤ６のギヤ収容室４ａと対向する部分の面積が小さくなり）、流体せん断応力による摩擦トルクを小さくできる。また、アウターギヤ６とギヤ収容室４ｆとの間にゴミやスライムが溜まりにくくなる。

【0029】

本体４とレシーバタンク筐体１０とは、図５（ａ）に示すように、溶接によって接合してもよく（溶接部１９）、図５（ｂ）に示すように、ボルト２１を用いて接合してもよい。ボルト２１を用いる場合には、接合作業のし易さを考慮して、下方のボルト１５（後述）の取付位置を低くする。

【0030】

本体４の上方に位置するレシーバタンク筐体１０は、その下部に底面部１０ｃを備える。この底面部１０ｃには、ギヤ収容室４ａ側に開口する吸入口４ｃ及びレシーバタンク筺体１０側に開口する冷媒入口１０ａを備え、これら吸入口４ｃ及び冷媒入口１０ａは連通している。また底面部１０ｃの下部には更にギヤ収容室４ａ側に吐出口４ｄが開口するように凹部が形成されている。符号１０ｂはこの凹部の壁面である。

【0031】

インナーギヤ５とアウターギヤ６は、歯形がサイクロイド曲線によって形成される内接形の歯車である。これらギヤ５及び６の中心軸は偏心しているので、これらが相対的に回転することにより、ギヤ収容室４ａ内の両ギヤ５、６の間に生じた空隙Ｇが膨張と収縮を繰り返す。

【0032】

ここで、アウターギヤ６を矢印Ｒ方向に回転させれば、吸入口４ｃは相対的に回転するインナーギヤ５とアウターギヤ６との間の膨張領域に開口することになり、一方、吐出口４ｄは収縮領域に開口することになるため、両ギヤ５、６の相対回転によりレシーバタンク筺体１０内の冷媒が冷媒入口１０ａ及び吸入口４ｃを介して両ギヤ５，６間に吸込まれ、吸い込まれた冷媒は吐出口４ｄ及び導出路４ｈを介して冷媒出口４ｅより吐出される。尚、インナーギヤ５とアウターギヤ６の歯形をインボリュート曲線によって形成することもできる。

【0033】

インナーギヤ５は、アウターギヤ６の内歯に噛合する外歯を有し、その回転軸線がアウターギヤ６の回転軸線から偏心するように設けられる。インナーギヤ５の中心に穿設された孔部は、レシーバタンク筐体１０の下面からギヤ収容室４ａ向かって突出する突出部１０ｅに回転自在に挿入される。尚、隔壁４ｂから上方に突出する突出部を設け、この突出部にインナーギヤ５の中心の孔部を挿入してもよい。この場合、アウターギヤ６の底部には、前述の突出部を貫通させるための適当な孔が穿設される。

【0034】

一方、アウターギヤ６は内歯を有し、有底円筒状の本体６ａの底面に磁石６ｂを備え、モータ８側の磁石８ｂと共に磁気カップリング７を構成し、ギヤ収容室４ａの内壁に摺接しながらギヤ収容室４ａ内で回転する。

【0035】

モータ８は、モータ固定用プレート１３にボルト等の適当な手段を介して装着され、この状態で、モータカバー１２、モータ固定用プレート１３及び本体４がボルト１５により締結される。モータ８の駆動軸８ａには、磁石８ｂが装着され、本体４の隔壁４ｂを挟んで磁石６ｂと磁石８ｂとが対峙し、アウターギヤ６とモータ８とを連結する磁気カップリング７を構成する。モータ８と駆動軸８ａとで構成される駆動部は、ギヤ収容室４ａの密閉状態を維持しながら本体４に着脱可能に構成される。モータカバー１２の下面には、モータ８に給電するためのコネクタ１７が装着される。

【0036】

上記構成を有するポンプ装置１のポンプ２は、モータ８が回転すると、磁気カップリング７を介してアウターギヤ６がインナーギヤ５と噛み合いながら回転する。

【0037】

インナーギヤ５とアウターギヤ６との噛合によって、ギヤ収容室４ａ内の両ギヤ５、６の間の空隙Ｇの容積が変化し、レシーバタンク筐体１０に貯留された液冷媒は、レシーバタンク筐体１０の冷媒入口１０ａ及び吸入口４ｃを介してギヤ収容室４ａに吸入された後、ギヤ収容室４ａ、吐出口４ｄ及び導出路４ｈを通って冷媒出口４ｅに流れる。冷媒出口４ｅから吐出された液冷媒は、図１において発熱体１０７に供給されて発熱体１０７を冷却する。

【0038】

以上のように、本実施形態によれば、ポンプ２とレシーバタンク３とを一体化し、レシーバタンク筐体１０をポンプ２の本体４の一部としたことにより、部品点数の増加を抑え、コンパクトな設計が可能となり、艤装も容易となる。

【0039】

また、モータ８を本体４のギヤ収容室４ａの外部においてギヤ収容室４ａに着脱可能に設けたため、液冷媒や混合オイルの種類によって、モータ８との関連で絶縁性等の電気的特性を変更したり、客先仕様に合わせてポンプ装置１の性能や、モータ８の種類を変更する必要がある場合でも、設計変更を容易に行うことができる。また、モータ８が故障した場合でも、モータ８のみを交換すれば足りるため、ポンプ装置１の保守管理も容易になる。

【0040】

さて、上記の説明においては、ポンプ２はレシーバタンク筺体１０の下部に設けられ、レシーバタンク筺体１０内の冷媒は底面部１０ｃからポンプ２内に吸入されるものとしたが、ポンプ２をレシーバタンク筺体１０の下部側面に設け、レシーバタンク筺体１０の底部側面から冷媒をポンプ２内に吸入することも出来る。
その場合は、まず図３に示された冷媒入口１０ａを筺体１０の下部側面に設けると共に、ギヤ収容室４ａの内壁面とアウターギヤ６との間に、吸入口４ｃと連通し、かつアウターギヤ６とインナーギヤ５との間に介在する冷媒をポンプ２の側面から吸入する導入路を、前述の導出路４ｈと同様に形成し、この導入路を上記の冷媒入口と連通させれば良い。

【0041】

尚、上記実施の形態においては、ポンプ２に一体に形成される冷却機器がレシーバタンクの場合を例示したが、冷暖房を切り換えるために冷媒の流路を切り換える三方弁をポンプ２等に一体に形成することもできる。すなわち、冷凍サイクル内に液冷媒を循環させるポンプの冷媒入口あるいは冷媒出口と直接接続されることができるものであれば、冷凍サイクルを構成するいかなる冷却機器が該ポンプと一体化されても良い。

【符号の説明】

【0042】

１ ポンプ装置
２ ポンプ
３ レシーバタンク（冷却機器）
４ 本体
４ａ ギヤ収容室
４ｂ 隔壁
４ｃ 吸入口
４ｄ 吐出口
４ｅ 冷媒出口
４ｆ 柱状体
４ｇ 隙間
４ｈ 導出路
５ インナーギヤ
６ アウターギヤ
６ａ 本体
６ｂ 磁石
７ 磁気カップリング
８ モータ
８ａ 駆動軸
８ｂ 磁石
１０ レシーバタンク筐体
１０ａ 冷媒入口
１０ｂ 壁面
１０ｃ 底面部
１０ｅ 突出部
１２ モータカバー
１３ モータ固定用プレート
１５ ボルト
１７ コネクタ
１９ 溶接部
２１ ボルト
１０１ 冷凍サイクルシステム
１０２ 圧縮機
１０３ 凝縮器
１０４ 膨張弁
１０５ 蒸発器
１０７ 発熱体
１０９ 配管
１１０ バイパス管

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】