JP2005207248A - 電動ポンプユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 内接ギアポンプのアウタギアをブラシレスモータのロータと兼用させた電動ポンプユニットにおいて、アウタギアの外周に形成される永久磁石による磁極の磁路を、各磁極相互に同一として、磁極相互の磁気的不均一を解消し、モータ効率を向上させて小型で高い出力を得ることのできる電動ポンプユニットを提供する。
【解決手段】 アウタロータ３の外周に固着された永久磁石４による磁極の数と、アウタロータ３の歯数とを同一とすることにより、アウタロータの歯と磁極とが周方向に同一のピッチで存在することになり、磁極ごとの磁気的不一致を解消することができ、好ましくは、磁極の境界ｂとアウタロータ３の各歯の周方向中心ｃとを一致させることにより、磁束密度が最大となる位置の磁路の断面積が最大となり、磁気的飽和の発生を可及的に少なくする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内接ギアポンプとモータとを実質的に一体化した電動ポンプユニットに関し、特に自動車に搭載するのに適した小型で高効率の電動ポンプユニットに関する。

内周に歯形が形成されたアウタギアに、外周に同じ歯形が形成され、かつ、アウタギアに対して偏心した回転軸を持つインナギアを噛み合わせ、これらをハウジング内に収容した構造の内接ギアポンプ、特にトロコイド歯形を採用したトロコイドポンプは、吐出圧が比較的低いものの、他のギアポンプに比して低騒音で脈動も少ないことから、自動車に搭載するのに適し、特に、駆動系のクラッチ、カップリング、変速機等の油圧アクチュエータ用の油圧ポンプに好適である。

しかしながら、通常の内接ギアポンプは、その動力源であるモータをポンプ本体に対してカップリング等により軸方向に連結した構造であり、所要スペースが大きく、小型化に限界があるばかりでなく、全体としての部品点数が多く、コストダウンにも限界がある。

そこで、この種の電動ポンプの小型化並びにコストダウンを達成するために、従来、アウタギアの外周に永久磁石を固定し、このアウタギアをモータのロータとして直接的に回転を与える構造の電動ポンプユニットが提案されている（例えば特許文献１参照）。

この提案においては、図３にその軸直交断面図を示すように、ハウジング３１内に、複数のティース３２１ａを備えたコア３２１と、その各ティース３２１ａにそれぞれコイル３２２を巻回してなるモータステータ３２を配置するとともに、その内側に、歯数５のアウタギア３３に歯数４のインナギア３４が噛み合った内接ギアポンプを配置し、アウタギア３３の外周に４個のセグメント型の永久磁石３５を、磁化の向きが隣接するものどうしで逆向きとなるように固着した構造をとっている。なお、ハウジング３１には軸方向に外部と貫通するインポートおよびアウトポート（いずれも図示略）が形成されている。

以上の構造において、モータステータ３２の各コイル３２２に所定のタイミングで電流を流すことにより、界磁としての磁束と相互作用してトルクを発生し、アウタギア３３がブラシレスモータのロータとして回転し、このアウタギア３３に噛み合うインナギア３４が回転してポンプ作用が発生し、インポートから作動流体を吸引してアウトポートから吐出する。
特開２００３−１２９９６６号公報

ところで、以上のような電動ポンプユニットにおいて、アウタギア３３は磁性材料によって形成され、その外周に固着されて磁極を形成する永久磁石３５の磁束の内側に向かう磁束はこのアウタギア３３内を通る。つまり、アウタギア３３が永久磁石３５の磁路を形成し、モータ性能を左右する。高いモータ性能を得るためには、永久磁石３５の磁路を形成する部分の断面積を大きくすることが必要となる。

しかしながら、アウタギア３３はその内側に歯形が形成されているが故にその径方向への厚みが一様ではなく、その外周に形成される複数の磁極ごとに磁路の断面積が相違して磁気的不均一が生じるという問題がある。この問題は、いずれかの磁極において磁気飽和が生じて出力が低下してしまう結果に繋がる。図３に示した例では、例えば図中Ａで示す部分の磁路の断面積は大きいものの、図中Ｂで示す部分の磁路の断面積が小さく、このＢで示す部分で磁気飽和が生じる可能性が高く、モータ出力を低下させる原因となる。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたもので、内接ギアポンプのアウタギアをブラシレスモータのロータと兼用させた電動ポンプユニットにおいて、アウタギアの外周に形成される複数の磁極の磁路を、各磁極相互に同一として、磁極相互の磁気的不均一を解消し、もってモータ効率を向上させ、小型で高い出力を得ることのできる電動ポンプユニットを提供することをその課題としている。

上記の課題を解決するため、請求項１に係る発明の電動ポンプユニットは、互いに噛み合うアウタギアとインナギアを有してなる内接ギアポンプのアウタギアの外周に、永久磁石による４つ以上の磁極が設けられ、その磁極の外側にモータステータが配置され、このモータステータへの通電により上記アウタギアがモータロータとして回転するように構成された電動ポンプユニットにおいて、上記アウタギアの歯数が上記磁極の数と同じであることによって特徴づけられる（請求項１）。

ここで、本発明においては、上記各磁極の境界が、上記アウタギアの各歯の周方向中心と一致している構成（請求項２）を採用することがより好ましい。

本発明は、アウタギアの歯数とその外周に形成される磁極の数とを一致させることにより、所期の目的を達成しようとするものである。

すなわち、アウタギアの歯数とその外周に固着される永久磁石による磁極の数を一致させると、アウタギアの歯と磁極とが周方向に同一のピッチで存在することになり、各磁極ごとの磁路の断面積を互いに同一とすることができ、磁極ごとの磁気的不均一が減少する。

そして、各磁極からの磁束密度は、永久磁石による磁極の境界部分で最も高くなりやすいため、請求項２に係る発明のように、この磁極の境界部分に歯の周方向中心を位置させる構成を採用することによって、磁気飽和が生じる可能性を可及的に少なくすることができ、小型で高い出力のモータを構築することが可能となる。

本発明によれば、各磁極からの磁束が通る磁路の断面積が、各磁極ごとに互いに同一とすることができ、磁極相互の磁気的不均一を減少させることが可能となり、磁気的飽和の発生を抑制して、モータ効率を高くすることができる。よって自動車の駆動系用油圧アクチュエータ作動用油圧ポンプとして用いられた場合、燃費を向上させることができる。

そして、請求項２に係る発明のように、磁極の境界にアウタギアの歯の中心が位置する構成を採用することにより、各磁極ごとに磁気密度が最も高くなる部位の磁路の断面積が大きくなり、磁気飽和の発生の可能性を可及的に少なくすることが可能となって、内接ギアポンプの外側に小型で高効率のモータを一体に構築することができ、自動車等に搭載するための空間設計自由度と燃費向上に適した電動ポンプユニットが得られる。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の実施の形態の軸直交断面図であり、図２はその軸平行断面図である。

カップ状のハウジング１の内部に、モータステータ２と、アウタギア３およびその外周に固着されて磁極を形成する４個の永久磁石４、その各永久磁石４の外周を覆うように固着された非磁性リング５、アウタギア３と噛み合うインナギア６、および非磁性ケース７が収容されており、ハウジング１の開口部は非磁性プレート８によって閉鎖されている。

モータステータ２は、円環状の基体部２１ａから内側に６個のティース２１ｂが突出したステータコア２１と、各ティース２１ｂに巻回された電磁コイル２２によって構成されている。これらの各電磁コイル２２には、ドライバから順に直流電流が供給される。

アウタギア３は磁性材料からなり、その内側にトロコイド歯形が形成されたものであって、その歯数は４である。このアウタギア３の外周には、モータロータとしての４つの磁極を形成すべく、４個の永久磁石４が固着されており、その各永久磁石４の外側は非磁性リング５で覆われている。各永久磁石４は、円筒体を周方向に４分割した形状のセグメントタイプのものであり、それぞれ内周と外周を結ぶ方向に着磁されており、互いに隣接するものどうしはその磁化の向きが反対となっている。

そして、各永久磁石４は、互いの境界ｂが、それぞれアウタギア３の４つの歯の周方向中心ｃと一致するように固着されている。

以上のアウタギア３と永久磁石４およびその外周を覆う非磁性リング５とを一体化した構造体はカップ状の非磁性ケース７内に収容されており、この構造体の最外周面である非磁性リング５の外周面が、非磁性ケース７の内周面に対して回転摺動自在に支持されている。

インナギア６は、外周にアウタギア３に噛み合うトロコイド歯形が形成されており、その歯数はアウタギア３よりも１つ少ない３である。このインナギア６の中心にはシャフト６１が固着されており、このシャフト６１は、その一端側が非磁性ケース７の基底部に、他端側が非磁性プレート８に、それぞれ回転自在に支持されており、アウタギア３の中心に対して偏心した位置に配置されている。また、非磁性プレート８には、作動流体のインポート８１およびアウトポート６２が形成されている。

なお、上記した非磁性ケース７、非磁性プレート８、および非磁性リング５の材質は、非磁性ステンレス鋼もしくは樹脂などを用いることができる。

以上の実施の形態において、従来の電動ポンプユニットと同様に、モータステータ２の各電磁コイル２２に順に直流電流を供給することにより、各永久磁石４の界磁としての磁束と相互作用してトルクが発生し、永久磁石４が固着されたアウタギア３がブラシレスモータのロータとして回転し、インナギア６との噛み合いによってポンプ作用が生じる。

そして、この実施の形態において特に注目すべき点は、アウタギア３の歯数と永久磁石４による磁極の数がそれぞれ４であって互いに一致している点と、４つの歯の周方向中心ｃと４つの永久磁石４の境界ｂとが一致している点であり、これにより、各永久磁石４による４つの磁極からの磁束が内側において通る磁路が互いに等しく、磁極ごとの磁気的不均一がなくなり、しかも、各磁極からの磁束の密度が最も高くなる永久磁石４の境界部分の磁路が、アウタロータ３の歯の周方向中心、つまり断面積が最大となる部分と一致しているため、磁気飽和が生じにくい。その結果、モータとしての効率が向上し、小型で出力の大きなモータを内接ギアポンプの外側に一体に設けることが可能となる。

なお、以上の実施の形態においては、アウタギアの外周に４つの永久磁石を固着して４極のモータを形成した例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば８つの永久磁石を用いて８極のモータとする場合には、アウタギアの歯数を８とすればよく、また、更に他の極数・歯数としてもよい。

また、以上の実施の形態においては、セグメントタイプの永久磁石を複数個用いた例を示したが、円筒形の一体の永久磁石を用い、周方向に一定のピッチで磁化の向きが反対となるように着磁したものを用いてもよく、この場合、磁極の境界とは、磁化の向きが反転する境界部分をいう。

更に、以上の実施の形態においては、内接ギアポンプとしてトロコイドポンプを用いた例を示したが、本発明は、他の歯形を持つ内接ギアポンプにも等しく適用し得ることは言うまでもない。

本発明の実施の形態の軸直交断面図である。 本発明の実施の形態の軸平行断面図である。 従来の電動ポンプユニットの構成例を示す軸直交断面図である。

符号の説明

１ ハウジング
２ モータステータ
３ アウタギア
４ 永久磁石
５ 非磁性リング
６ インナギア
６１ シャフト
７ 非磁性カップ
８ 非磁性プレート
ｂ 永久磁石４の境界
ｃ アウタギア３の歯の周方向中心

Claims (2)

1. 互いに噛み合うアウタギアとインナギアを有してなる内接ギアポンプのアウタギアの外周に、永久磁石による４つ以上の磁極が設けられ、その磁極の外側にモータステータが配置され、このモータステータへの通電により上記アウタギアがモータロータとして回転するように構成された電動ポンプユニットにおいて、
   上記アウタギアの歯数が上記磁極の数と同じであることを特徴とする電動ポンプユニット。
2. 上記各磁極の境界が、上記アウタギアの各歯の周方向中心と一致していることを特徴とする請求項１に記載の電動ポンプユニット。

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