專利名稱：泵一體型電動機風扇的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種泵一體型電動機風扇。
背景技術：
以往，用泵使在車輛冷卻回路中流通的冷卻介質循環，并 在使該冷卻介質通過換熱器時，使該冷卻介質與車輛行駛風或 電動機風扇的強制風進行換熱來進行冷卻(參照專利文獻l ~4)。
此外，在帶渦輪增壓器的發動機中，為了提高增壓效率而 具有冷卻吸入空氣的水冷式中間冷卻器的冷卻回路，這是公知
的(參照專利文獻5 )。
專利文獻1 專利文獻2 專利文獻3 專利文獻4 專利文獻5
曰本凈爭開2000 — 333411號/>寺艮 曰本4爭開2002 — 300751號7>凈艮 曰本4爭開2000 — 350429號乂>才艮 曰本特開2005 — 315224號7>^艮 曰本凈爭開2004 — 132277號乂>才艮 然而，在以往的發明中，驅動泵需要專用的電動機，因此， 存在會招致泵的大型化及耗電增大這樣的問題。
特別是在冷卻回路為水冷式中間冷卻器的冷卻回路時，發 動機室內的周邊部件增多，容易導致難以確保泵的設置空間， 而且，為了確保發動機輸出功率上升時的適應性，需要始終驅 動泵來冷卻冷卻介質，耗電大幅度增大。
發明內容
本發明是為解決上述問題而作出的，其目的在于提供一種
可利用車輛行駛風來驅動冷卻介質循環用泵，由此可實現泵的 小型化和減少耗電的泵一體型電動機風扇。
此外，本發明的目的還在于提供一種能適用于水冷式中間 冷卻器的冷卻回^各中的泵一體型風扇。
本發明的技術方案l的發明的特征在于，將設于車輛冷卻 回路的換熱器冷卻用電動機風扇和冷卻介質循環用泵連接起 來，可利用受到車輛行駛風而產生的電動機風扇的風扇主體的 旋轉力來驅動泵。
在本發明的技術方案l的發明中，將設于車輛冷卻回路中 的換熱器冷卻用電動機風扇和冷卻介質循環用泵連接起來，可 利用受到車輛行駛風而產生的電動機風扇的風扇主體的旋轉力 來驅動泵，因此，可利用車輛行駛風來驅動冷卻介質循環用泵， 從而可實現泵的小型化和減少耗電。
圖l是表示采用了實施例l的泵一體型電動機風扇的冷卻 回路的系統整體圖。
圖2是表示實施例l的泵一體型電動機風扇的側剖視圖。 圖3是說明實施例l的泵一體型電動機風扇驅動泵的流程圖。
圖4是表示實施例2的泵 一 體型電動機風扇的前方立體圖。
圖5是表示實施例2的泵 一體型電動機風扇的后方立體圖 (省略了端板)。
圖6是表示實施例2的泵一體型電動機風扇的側剖視后方 立體圖(省略了端板)。
圖7是表示實施例2的泵一體型電動機風扇的前方分解立 體圖。
具體實施例方式
以下，基于
本發明的實施例。 實施例1
以下i兌明實施例1。
圖l是表示采用了實施例l的泵一體型電動機風扇的冷卻 回路的系統整體圖。圖2是表示實施例1的泵一體型電動機風扇 的側剖視圖。圖3是說明實施例l的泵一體型電動機風扇驅動泵 的流程圖。
首先，說明整體結構。
如圖l所示，在實施例l中，采用帶有所謂渦輪增壓器的發 動機車輛，其冷卻回^各系統由發動才幾冷卻回^各R1、水冷式中間 冷卻器冷卻回路R2和渦輪增壓器氣體回路R3構成。
在發動機冷卻回路R1中，從發動機l排出的高溫發動機冷 卻水通過連接管9a、 9b導入主散熱器2而被冷卻，然后通過途 徑恒溫器3和泵4的各連接管9c 9e而再次返回到發動機l。
此時，通過主散熱器2的發動機冷卻水與車輛行駛風或由 后述的泵一體型電動機風扇10的風扇主體15產生的強制風進 行換熱而纟皮冷卻。
此外，在發動機冷卻水的溫度較低的期間，恒溫器3關閥， 冷卻水從連接管9 a向連接管9 f 一側流通，繞過主散熱器2進行 環流。
在水冷式中間冷卻器冷卻回路R2中，從水冷式中間冷卻器 5的外殼5a排出的高溫冷卻水通過連接管9g導入副散熱器6而 被冷卻，然后通過連接管9i、 9j途經泵一體型電動機風扇10的 泵13而再次返回到水冷式中間冷卻器5的外殼5a中。
此時，通過副散熱器6的冷卻水與車輛行駛風或由后述泵 一體型電動機風扇10的風扇主體15產生的強制風進行換熱而
被冷卻。
在渦輪增壓器氣體回路R3中，從圖外的空氣過濾器導入的 吸入空氣通過連接管9k導入到渦輪增壓器8的壓縮機8a而被加 壓后，通過連接管9m導入到水冷式中間冷卻器5的換熱部5b而 與外殼5a內的水冷式中間冷卻器冷卻回if各R2的冷卻水進行換 熱，乂人而 一皮,令丟卩。
接著，該被加壓、冷卻后的吸入空氣通過連接管9n (進氣 歧管)而被供給到發動機l，從而可以提高發動機l的增壓效率， 提高發動機輸出功率。
其后，從發動機l的各排氣孔(未圖示)排出的廢氣自連 接管9o(排氣歧管)導入渦輪增壓器8而驅動渦輪8b之后，通 過連接管9p途經圖外的催化劑裝置、主消聲器等而排出到車 外。
另外，在實施例1中，采用了在主散熱器2上方一體地設有 副散熱器6的換熱器7，但不限定于此，副散熱器6可以一體地 設于圖外的冷凝器上方，也可以單獨設置。
同樣，水冷式中間冷卻器5可以采用與公知的箱式油冷卻 器等相同的構造，也可以采用與棵管式油冷卻器等相同的構造。
接著，對泵一體型電動機風扇IO進行說明。
如圖2所示，在實施例l中，在電動機風扇11的電動機12(旋 轉軸14)的車輛后方一體地固定設置有泵13。
電動機12采用公知的所謂有刷電動機，由有底圓筒狀的電 動機殼體12a、固定于電動機殼體12a上的永磁體12b、旋轉軸 14、固定于旋轉軸14中間部的轉子鐵心12d、纏繞于轉子鐵心 12d上的線圈12e、設于線圏12e后方側的整流子12f、與該公用 定子12f滑動接觸的電刷12g、收容該電刷12g的電刷保持架 12h、使電刷12g向公用定子12f施力的彈性構件:i2i等構成，上述旋轉軸14貫通電動機殼體12a的底部，利用軸承12c支承而可 繞軸線自由旋轉。
另外，在實施例l中，電動機殼體12a的開口端被端板12j 封閉，但并不限定于此。
此外，在電動機12的旋轉軸14的前端部固定有后述的風扇 主體15,另 一方面，在旋轉軸14的后端部固定有泵13的葉輪16。
風扇主體15由固定板15b、大致鍋狀的轂部15c和多個葉片 15d構成(僅圖示l個葉片)，該固定板15b用螺母15a安裝于貫 通了電動機殼體12a的旋轉軸14的前端部，該轂部15c以嵌入成 形有該固定板15b的狀態一體形成，該葉片15d自該轂部15c的 外周部向徑向外側延伸。
泵13由泵殼體13b和葉輪16構成，該泵殼體13b在內部具有 成為冷卻介質通路的泵室13a,該葉輪16用螺母13c安裝于貫通 了電動機12的端板12 j和泵殼體13 b的旋轉軸14的后端部。
此外，在葉輪16上形成有多個立設于泵室13a上的板狀的 葉片16a。
泵殼體13b的后端部外周的多個部位由螺釘13d固定于電 動機12的泵殼體13b和端板12j上。
此外，在旋轉軸14所貫穿的泵殼體13 b的中心附近夾設有 簡化了圖示的公知的機械密封件13e,由此來密封泵室13a。在 泵殼體13b的軸向另 一側設有與連接管9i相連接的入口孔13h, 在泵殼體13b的徑向側設有與連接管9j連接的出口 13h。
此外，在旋轉軸14上形成有自螺母15a起在其大致全長范 圍切削加工而成的冷卻孔17,該冷卻孔17與泵室13a相連通。 另外，冷卻孔17的形狀可適當設定。
另外，雖然省略了圖示，但在泵一體型電動機風扇IO上設 有托架，該托架用于固定到安裝于換熱器7后表面的風扇罩的
風扇撐條。
如此，通過將葉輪16結合于電動機12的旋轉軸14上而將電
動機風扇n和泵i3連接起來。
由此，當旋轉軸14被受到車輛行駛風而產生的風扇主體15 的旋轉力驅動或電動機12驅動而繞軸線旋轉時，電動機風扇11 在隨著風扇主體15的旋轉而產生的強制風的作用下起到冷卻 主散熱器2和副散熱器6的風扇的作用，另一方面，泵13起到將 隨著葉輪16的旋轉而從入口孔13g流入到泵室13a中的冷卻水 (如圖2的點劃線所示)送到出口孔13h的泵的作用。
此時，可以用泵室32a的冷卻水充滿旋轉軸14的冷卻孔17 而冷卻該^走轉軸14,進而可以/人內部將整個電動才幾12冷卻。
因此，可以有效地對因電刷12j的滑動而容易溫度上升的有 刷電動機進行冷卻，非常實用。
接著，說明泵一體型電動機風扇10中的泵13的驅動控制的 一例子。另外，以下說明的控制當然是由與車輛信息網絡 (CAN)、發動機控制單元等電連接的圖外的主控制裝置在自 發動機開始起動到停止的期間以規定時間間隔反復進行，從而 控制泵一體型電動才幾風扇10。
如圖3所示，首先，在步驟S1中，由溫度傳感器C1(參照 圖1 )檢測水冷式中間冷卻器冷卻回路R2的冷卻水溫度。
另外，在實施例1中，將溫度傳感器C1設置在水冷式中間 冷卻器5的出口側，但該設置位置是可以適當設定的。
接著，在步驟S2中，判斷在步驟S1檢測到的冷卻水溫度是 否低于規定值Xl,若低于規定值X1，則返回到步驟Sl,若為 規定值X1以上，則移至步驟S3。
在步驟S3中，由安裝于旋轉軸14上的圖外的轉速傳感器等 檢測泵一體型電動機風扇10的旋轉軸14(風扇主體15 )的轉速，
然后移至步驟S4。
在步驟S4中，判斷在步驟S3檢測到的旋轉軸14的轉速是否 低于規定值X2，若低于規定值X2，則移至步驟S5，若為規定 值X2以上，則移至步驟S7。
在步驟S 5中，根據在步驟S 3檢測到的旋轉軸14的轉速算出 要達到所要求的泵性能所需要的旋轉軸14的轉速的不足量(以 下稱為輔助量)，移至步驟S6。
在步驟S6中，以與在步驟S5算出的轉速的不足量相應的輸 出功率驅動電動機12，利用該電動機12的驅動和受到車輛行駛 風而產生的風扇主體15的旋轉力來使旋轉軸14旋轉，從而驅動 泵13,之后，返回到步驟S1。
另一方面，在步驟S7中，僅靠受到車輛行駛風而產生的風 扇主體15的旋轉力使旋轉軸14旋轉，從而驅動泵13,之后，返 回到步驟S1。
另外，規定值X1、規定值X2可適當設定，將規定值X1設 定得越低，且將規定值X2設定得越高，則電動機12的運轉效率越高。
如此，在實施例l中，檢測水冷式中間冷卻器冷卻回路R2 的冷卻水溫度(步驟S1)，在冷卻水溫度為身見定值X1以上時， 檢測風扇主體15 (旋轉軸14)的轉速(步驟S2—步驟S3),在 該轉速低于規定值X2時，車輛行駛風較弱，旋轉軸14的轉速不 足以實現所要求的泵性能，算出電動機12的輔助量，然后利用 車輛行駛風和電動機12來驅動泵13 (步驟S4—步驟S5—步驟 S6)。
由此，可以同時驅動泵13和電動機風扇11, 一邊用泵13使 冷卻水循環， 一邊用副散熱器6進行冷卻。
此外，可以利用車輛行駛風來驅動泵1.3,從而可以將電動
機12的耗電抑制得較低。
此外，由于強制風也作用于主散熱器2，因此，無論恒溫
器3是否開閉，都可以冷卻主散熱器2內的冷卻水。
另 一方面，在風扇主體15 (旋轉軸14 )的轉速為身見定值X2 以上時，車輛行駛風較強，旋轉軸14的轉速足以實現所要求的 泵性能，僅靠車輛行駛風來驅動泵13 (步驟S4—步驟S7)。
由此，可以同時驅動泵13和電動機風扇11, 一邊用泵13使 冷卻水循環， 一邊用副散熱器6進行冷卻。
此外，可以僅利用車輛行駛風來驅動泵13,可以消除電動 機12的耗電，同時可以提高電刷22g等的耐久性。此外，也可 提高車輛的靜音性能。
因此，在實施例1中，通過一邊驅動泵13來使冷卻水循環， 一邊用副散熱器6進行冷卻，從而可以使水冷式中間冷卻器冷 卻回路R2的冷卻水溫度始終低于規定值X1，從而可以提高水冷 式中間冷卻器5的換熱效率。由此，即使渦輪增壓器8啟動而使 水冷式中間冷卻器冷卻回路R2的冷卻水溫度上升，可以在該渦 輪增壓器8剛剛停止后使該冷卻水溫度快速降低，其后，可以 提高渦輪增壓器8再次啟動時的水冷式中間冷卻器5的換熱效 率。即，尤其能在短時間內反復進行渦輪增壓器8的啟動、停 止這樣的狀況下發揮其效果。
另外，上述泵13的驅動控制僅是一例子，本發明不限定于 該驅動控制。
例如，在實施例1中，在冷卻水溫度低于規定值X1的期間， 不需要驅動泵13,而且，即使車輛行駛風驅動了泵13,也不會 造成影響，因此，可以不對泵13進行驅動控制，但若冷卻水溫 度低于規定值X1，且車輛行駛風過大時，則也要考慮用電動機 12進行控制來降低旋轉軸14的轉速。此外，可以使用渦輪增壓器氣體回路R3的溫度、車速等作
為泵13動作的閾值。
其他，泵一體型電動機風扇IO作為風扇的工作與公知的帶
渦輪增壓器的發動機相同，對其進行說明。
在此，對采用本發明的車輛進行臺架試驗，結果是在通 常的車輛速度區域，受到車輛行駛風而產生時的風扇主體15的 旋轉力(轉速)足以容易地驅動現狀的電動機(相當于DC12V、 100W以上的電動機)、現狀的泵(相當于DC12V、 50W左右的泵)。
因此，可認為，只在不能獲得車輛行駛風、不能期待風扇 主體15旋轉的車輛極低速行駛中或車輛停止中的狀況下，用電 動機12來輔助旋轉軸14，以驅動泵13，可證明能充分獲得電動 才幾12的省電效果。
另外，試驗所使用的電動機12的規格是與以往相同的 DC12V、 200W電動機，即使在不能得到車輛行駛風的情況下， 僅靠電動機12也可以毫無問題地同時驅動風扇主體15和泵13， 不需要改變電動機12的規格等，實施起來也容易。
接著，說明效果。
如以上所說明的那樣，在實施例l的泵一體型電動機風扇 IO中，將設于車輛冷卻回路的換熱器冷卻用電動機風扇ll和冷 卻介質循環用泵13連接起來，可以利用受到車輛行駛風而產生 的電動機風扇11的風扇主體15的旋轉力來驅動泵13,因此，可 以實現泵13的小型化和降低耗電。
此外，通過將泵13的葉輪16接合于電動機風扇11的電動機 12的旋轉軸14上，將該電動機風扇11和泵13連接起來，因此， 不需對二者進行大幅度設計上的變更，可以容易實現產品化。
此外，由于將冷卻回路做成水冷式中間冷卻器冷卻回路
R2，因此，可以在設置空間有限的狹小的發動機室內緊湊地設
置泵13。
此外，尤其可以降低耗電較大的水冷式中間冷卻器冷卻回 路的泵的耗電，非常實用。
另夕卜，由于在電動才幾風扇11的力走轉軸14上形成冷卻孔17, 因此，還可以用泵13的冷卻水乂人內部冷卻泵12。 實施例2
以下，i兌明實施例2。
在實施例2中，對與實施例l相同的構成構件標注相同附圖 標記，省略其說明，僅詳述不同點。
圖4是表示實施例2的泵一體型電動機風扇的前方立體圖。 圖5是該泵一體型電動機風扇的后方立體圖(省略了端板)。圖 6是該泵一體型電動機風扇的側剖視后方立體圖(省略了端 板)。圖7是該泵一體型電動機風扇的前方分解立體圖。
如圖4~ 7所示，在實施例2的泵一體型電動機風扇30中， 在電動機風扇31的電動機12的徑向外側 一體地i殳有泵32。
與實施例l相比，實施例2的電動機12的外形形成為軸向較 長，除此之外，旋轉軸14的后端部收容于電動機殼體12a內。
風扇主體15采用了葉片15d的前端與環狀的風扇外環33相 結合的所謂環周風扇，除此之外，固定板15b與轂部15c是分別 單獨組裝。
此外，在風扇主體15的轂部15 c的后端部固定有環狀的風 扇用磁體34,該風扇用磁體34具有向前方開口的大致3字形截面。
泵32由泵殼體32b、環狀的葉輪用磁體35和環狀的葉輪36 構成，該泵殼體32b以與風扇用磁體34具有規定間隙地外套于 電動機12外周的狀態設置，且具有后方側開口端被端板32g封
閉的環狀的泵室32a;該葉輪用》茲體35配置于泵室32a中，且以 與風扇用磁體3 4接近的狀態配置；該葉輪3 6固定于葉輪用磁體 35上，且具有多個葉片36a。
由此，葉輪用磁體35和葉輪36被配置成可一邊在泵殼體 32b的內壁32c上滑動、 一邊在泵室32a內繞軸旋轉。
此外，在泵殼體32b的外壁32d設有內置有與連接管9i相連 接的圖外的單向閥的入口孔32e，另一方面，在與該入口孑L32e 接近的位置設有內置有與連接管9j相連接的圖外的單向閥的出 口 32f。
另外，在實施例2中，泵殼體32b的后方側開口端被端板32g 封閉而將泵室32a密閉，但該密閉結構是可適當設定的。
如此，電動機風扇31和泵32是通過用風扇用磁體34和葉輪
用磁體35磁結合而被連接起來的。
另外，可以將風扇用磁體34和葉輪用^茲體35中任一方做成 具有磁性的金屬制品。
由此，當風扇主體15在車輛行駛風或電動機12的驅動下一 邊帶動葉輪3 6旋轉 一 邊繞軸線旋轉時，電動機風扇31起到由隨 著風扇主體15的旋轉而產生的強制風對主散熱器2和副散熱器 6進行冷卻的風扇的作用，另一方面，泵32起到將隨著葉輪36 的旋轉而從入口孑L32e流入到泵室32a的冷卻水送往出口孑L32f 的泵的作用。
此時，可以用充滿于泵室32a中的冷卻水來從外部對電動 機12進行冷卻。
另外，實施例2的泵一體型電動機風扇30中的泵32的驅動 控制與實施例l相同，因此，省略其說明。
因此，在實施例2中可以得到與實施例l相同的作用和效 果，同時，可以實現泵一體型電動機風扇30的進一步緊湊化和
提高電動機12的冷卻效率。
以上說明了實施例，但本發明不限定于上述實施例，在不 脫離本發明要旨的范圍的設計變更等，也包含于本發明中。
例如，對于電動才幾風扇和泵的連4妻構造、詳細部位的形狀、 位置和形成數量等可以進行適當設定，總之，可利用受到車輛 行駛風而產生的電動機風扇的風扇主體的驅動力來驅動泵的技 術，全部都屬于本發明的范疇。
此外，可以將本發明適用于混合動力車輛和燃^H"電池車輛等。
另外，也可以將本發明適用于不具有渦輪增壓器的普通發
動機車輛。此時，將泵4和電動機風扇11連4妻起來。
此外，也可以做成可使用公知的離合器機構等來改變風扇 主體與葉輪的轉速之比的構造。
此時，當然可以考慮做成如下構造，即，可切換電動機風 扇的風扇主體與泵的葉輪之間的連接或非連接狀態，或者，可 以任意使至少 一 方的旋轉軸鎖定來停止該旋轉軸。
權利要求
1.一種泵一體型電動機風扇，其特征在于，將設于車輛冷卻回路中的換熱器冷卻用電動機風扇和冷卻介質循環用泵連接起來，可利用受到車輛行駛風而產生的電動機風扇的風扇主體的旋轉力來驅動泵。
2. 根據權利要求l所述的泵一體型電動機風扇，其特征在 于，通過將泵的葉輪結合于上述電動機風扇的電動機的旋轉軸， 而將該電動機風扇和泵連接起來。
3. 根據權利要求l所述的泵一體型電動機風扇，其特征在 于，通過將泵的葉輪 一磁結合于上述電動才幾風扇的風扇主體上， 而將該電動機風扇和泵連接起來。
4. 根據權利要求l ~ 3中任一項所述的泵一體型電動機風 扇，其特征在于，上述冷卻回路為水冷式中間冷卻器冷卻回^各。
5. 根據權利要求l ~ 4中任一項所述的泵一體型電動機風 扇，其特征在于，可將上述泵的冷卻介質通路的一部分配設于 電動機風扇的電動機外部或內部，來對該電動機進行冷卻。
6. 根據權利要求l ~ 5中任一項所述的泵一體型電動機風 扇，其特征在于，具有檢測受到上述車輛行駛風而產生的電動 機風扇的風扇主體轉速的轉速傳感器，上述電動才幾風扇的電動 機根據自上述傳感器得到的風扇主體轉速來控制泵的驅動。
7. 根據權利要求l ~ 6中任一項所述的泵一體型電動機風 扇，其特征在于，可改變上述電動機風扇的風扇主體與泵的葉 輪的轉速之比。
8. —種泵一體型電動機風扇，其特征在于，具有設于車輛 冷卻回路中的換熱器冷卻用電動機風扇和冷卻介質循環用泵，以圍繞上述電動機風扇的電動機周圍的方式配置泵的外 殼，在該外殼與電動機之間形成環狀的冷卻介質通路，在上述冷卻介質通路內設置可旋轉的環狀葉輪，并將該葉 輪和電動機風扇的風扇主體磁結合，可利用受到車輛行駛風而產生的電動機風扇的風扇主體的 旋轉力來使葉輪旋轉，從而驅動泵。
全文摘要
本發明提供一種泵一體型電動機風扇，可利用車輛行駛風來驅動冷卻介質循環用泵，由此可實現泵的小型化和降低耗電，較佳地適于用于水冷式中間冷卻器冷卻回路。將設于車輛冷卻回路中的換熱器冷卻用電動機風扇(11)和冷卻介質循環用泵(13)連接起來，可利用受到車輛行駛風而產生的電動機風扇(11)的風扇主體(15)的旋轉力來驅動泵(13)。
文檔編號H02K7/14GK101373919SQ200810130580
公開日2009年2月25日 申請日期2008年7月10日 優先權日2007年8月22日
發明者巖崎充 申請人:康奈可關精株式會社