JP2005337025A - 電動ポンプユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 従来品に比してコンパクトかつ軽量な電動ポンプユニットを提供する。
【解決手段】 ポンプ部３とモータ部２の回転軸を兼用する主軸４と、この主軸の周りに配置されたロータヨーク５との間に、軸方向の一方に向けて開口する環状空間Ｓ，Ｓを形成するとともに、これら環状空間Ｓ，Ｓの中に、前記主軸４の回転を支持する転がり軸受１１，１２をそれぞれ配設する。この構成により、軸方向同じ位置の径方向内外に、モータロータと軸受とを配置することができる。従って、本発明による電動ポンプユニットは、従来の製品に比べ、ユニット全体の軸方向寸法が短縮されるとともに、その重量が低減される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えばウォーターポンプ、オイルポンプやトランスミッション用ポンプ等、車両への搭載に適したコンパクトな電動ポンプユニットに関する。

近年、環境への負荷の少ない電気自動車や、排出ガスの少ないいわゆるハイブリッドカーが注目されており、実用段階に入ったものも登場している。これらの自動車は、エンジンを搭載していないか、あるいは搭載していても常時駆動されていないために、従来エンジンに掛け渡したベルトにより駆動されていたポンプ等の補機類は、その駆動源を電動モータに置き換える必要がある。

従来、この種の電動ポンプは、ポンプとモータとを別体に形成し、ポンプの回転軸とモータの回転軸との間を、例えばオルダムジョイント等の継ぎ手を用いて駆動伝達可能に連結していた。しかしながら、このような構成の場合、一対のシャフトにそれぞれ対応して軸受やオイルシールを設けているため、部品点数が多く、装置も大型で製造コストも高くなってしまう。そこで、本出願人らは、モータの回転軸とポンプの回転軸を単一のシャフトで兼用することにより、小型で安価な電動ポンプユニットを提案している（特許文献１を参照）。

図３は、従来の電動ポンプユニットの構造を示す軸平行方向の断面図である。
この例は、自動車のトランスミッション用油圧ポンプとして用いられるトロコイドポンプを示したものであり、ハウジング２１の内部の隣接する区画には、電動モータ室（モータ部２）とポンプ室（ポンプ部３）とが形成されている。また、このハウジング２１内には、モータ部２によって回転駆動される駆動軸であると同時にポンプ部３の回転軸ともなる主軸２４が配置されている。

ハウジング２１は、例えばアルミ合金製であり、モータ部２のカバーとしてのモータハウジング２１ａと、主にポンプ部３が収納されるポンプハウジング２１ｂと、このポンプハウジング２１ｂの開口を密閉するポンププレート２１ｃとを連結して構成されている。このポンプハウジング２１ｂは、ポンプ部３とモータ部２とを分画しており、その径方向略中央には、主軸２４を挿通させるための貫通孔２１ｈが形成されている。また、このハウジング２１の外周面には、モータ部２を制御するコントローラ１０を収納する筐体（コントローラ収納部２１ｄ）が取り付けられている。

モータ部２は、複数のティースを有するステータコア７に、樹脂製のインシュレータ８，８を介してコイル９を巻回してなるモータステータと、ロータコア（ロータヨーク２５）の外周に、磁化の方向が半径方向で、かつ、その向きが周方向に交互に逆向きとなるリング状の永久磁石（マグネット６）を固着してなるモータロータを主体として構成されている。

このロータヨーク２５は、主軸２４の大径部として一体に形成されており、この主軸２４の一端部が、モータハウジング２１ａに対して転がり軸受１１を介して回転自在に支持されている。また、主軸２４の他端側は、ポンプハウジング２１ｂに対して転がり軸受１２を介して回転自在に支持されているとともに、オイルシール１３によって密封されたうえで、ポンプハウジング２１ｂを貫通してポンプ部３に臨んでいる。なお、図中の符号３１はトロコイドポンプのインナギア、３２はトロコイドポンプのアウタギア、３ａはポンプの吸入口、３ｂはポンプの吐出口である。

特開２００２−３１０６５号公報

ところで、自動車に搭載する補機類は、エンジンルーム内のスペースの減少から、更にコンパクトな製品が求められている。また、これらの補機類は、省エネ（燃費向上）のための軽量化が常に求められており、車載用電動ポンプユニットにおいても、従来と同等の機能と信頼性を有しながらも、更に小型で軽量な製品が要望されている。

本発明は、上記する課題に対処するためになされたものであり、従来品に比してコンパクトかつ軽量な電動ポンプユニットを提供することを目的としている。

前記の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ハウジングと、ハウジング内の隣接した区画の間に設けた貫通孔を挿通して配設された回転軸と、この回転軸の回転を支持する複数の軸受と、前記回転軸の一端側の区画に形成されたポンプ部とを備え、前記回転軸の他端側の区画には、この回転軸の周囲に配置されたロータヨークと、このロータヨークの外周に配設されたマグネットと、このマグネットの周囲にすきまを開けて配置されたステータとを備えるモータ部が形成されてなる電動ポンプユニットにおいて、前記回転軸と前記ロータヨークとの間には、軸方向のどちらか一方に向けて開口する環状空間が形成されているとともに、前記軸受のうち少なくとも１つは、この環状空間内に嵌まり込むように配置されていることを特徴とする。

本発明は、液体を循環させるポンプ室と電動モータ室とが隣接して配置された電動ポンプユニットにおいて、主軸の回転を支持する軸受を、モータロータの軸方向幅内で、かつ、該モータロータの径方向内側の位置に配設することによって、所期の目的を達成しようとするものである。

すなわち、請求項１に記載の発明によれば、従来、中実の部材で形成されていたロータヨークの端面に、軸方向の一方に向けて開口する環状空間（中空部）を形成し、回転軸を支持する軸受をこの中空部内に配置することにより、軸方向同じ位置にモータロータと軸受とを配設することができる。言い換えれば、軸方向に軸受−モータロータ−軸受と横並びであった従来の配置を、径方向内外に重複させることによって、これら軸受の占有していたスペースを縮小することが可能になる。従って、本発明による電動ポンプユニットは、従来の製品に比して、ユニットの軸方向寸法が短縮されるとともに、その重量が低減される。

また、この電動ポンプユニットは、モータロータおよび主軸を含む回転体の質量（すなわち慣性）が小さくなることから、回転開始から所要の回転数までの到達時間が短縮される。従って、本発明による電動ポンプユニットは、回転開始の指示信号に対する応答性が良く、作動流体の圧力の立ち上がりが早い電動ポンプユニットとすることができる。

ここで、モータのコントローラを収納する筐体を有する電動ポンプユニットの場合は、前記ハウジングにおけるモータ部側の外側端面付近に、この筐体を配置することが好ましい（請求項２）。

この発明は、モータのコントローラを含めた電動ポンプユニット全体の軸方向寸法および径方向寸法を考慮したものであって、通常、コントローラを収容する筐体は、ハウジングの周面側に取り付けられる場合が多いが、請求項１に記載の発明で生み出されるハウジング端面側のスペースに、この筐体を配置することにより、従来品と同様の軸方向寸法で、かつ、径方向に突出する部位の無いコンパクトなポンプユニットとすることが可能となる。

なお、上記の配置を採用した電動ポンプユニットにおいては、前記回転軸のモータ部側端部を、請求項１に記載の軸受で支持するとともに、これら回転軸および軸受の軸方向外側に位置するハウジング外側端面の内径部位を、前記ステータを収容する外径部位に対し凹部となるように形成することが望ましい（請求項３）。

コントローラの回路基板には、リレーやコイル，ケミカルコンデンサ等のように、基板からの突出量の大きい電子部品が実装される場合も多いが、前記凹部が形成された内径部位に相当する位置に、これら突出量の大きい電子部品を集中配置することにより、このコントローラを収容する筐体の軸方向寸法を抑えることができる。

以上のように、本発明によれば、従来の製品に比べ、ユニット全体としての軸方向寸法および径方向寸法が小さく、軽量な電動ポンプユニットとすることができる。

以下、図面を参照しつつこの発明を実施するための形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態における電動ポンプユニットの構成を示す軸平行方向の断面図である。なお、従来例と同様の機能を有する構成部材には、同じ符号を付記して詳細な説明を省略する。

この実施形態において例示した電動ポンプユニットも、トランスミッション用油圧ポンプとして用いられるトロコイドポンプであり、そのハウジング１の内部の隣接する区画には、電動モータ室（モータ部２）とポンプ室（ポンプ部３）とが形成されている。ハウジング１は、例えばアルミ合金製であり、モータ部２のカバーとしてのモータハウジング１ａと、主にポンプ部３が収納されるポンプハウジング１ｂと、このポンプハウジング１ｂの開口を密閉するポンププレート１ｃとを連結して構成されている。また、このポンプハウジング１ｂは、ポンプ部３とモータ部２とを分画しており、その径方向略中央には、主軸４を挿通させるための貫通孔１ｈが形成されている。

ポンプ部３を駆動するモータ部２は、複数のティースを有するステータコア７に、樹脂製のインシュレータ８，８を介してコイル９を巻回してなるモータステータと、ロータコア（ロータヨーク５）の外周に、リング状の永久磁石（マグネット６）を固着してなるモータロータを主体として構成されている。

本実施形態における電動ポンプユニットの特徴は、モータのロータヨーク５が、主軸４の大径部として形成されたロータヨーク支持部４ａにより支承されており、これら主軸４とロータヨーク５との間に、軸方向の一方に向けて開口する環状空間Ｓ，Ｓが形成されている点である。これら環状空間Ｓ，Ｓの中には、主軸４の回転を支持する転がり軸受１１，１２がそれぞれ配置されており、主軸４の一端部が、モータハウジング１ａに対してこの転がり軸受１１を介して回転自在に支持されているとともに、主軸４の他端側が、ポンプハウジング１ｂに対してこの転がり軸受１２を介して回転自在に支持されている。

また、モータハウジング１ａの外側端面は、主軸４および軸受１１の軸方向外側に位置する内径部位１ｘが、ステータコア７を収容する外径部位１ｙに対し凹部となるように形成されているとともに、このモータハウジング１ａの端面外側には、回路基板からの突出量の大きな電子部品（コイルやコンデンサ等）が径方向中央部に集中配置されたコントローラ１０が配設されている。

なお、図示は省略しているが、トランスミッション等との接続を容易にすべく、従来例においてポンプハウジング（２１ｂ）の径方向に設けられていたポンプ部３の吸入口（３ａ）および吐出口（３ｂ）は、ポンプユニットの軸方向に向かって開口するように、ポンプ部３からポンププレート１ｃの外側端面に向かって形成されている。

以上の構成により、この電動ポンプユニットは、主軸４の回転を支持する軸受１１，１２が、モータロータの軸方向幅内で、かつ、このモータロータの径方向内側の位置に配設されることとなる。従って、本実施形態における電動ポンプユニットは、軸受−モータロータ−軸受が軸方向に横並びで配置された従来のポンプユニットに比べ、モータ部２部の重量を低減されるとともに、これらの軸受を含めたモータ部２の軸方向寸法を短縮することができる。

また、前記構成によって生み出された軸方向のスペースに、モータのコントローラ１０を収納する筐体（コントローラ収納部１ｄ）を配置することにより、径方向に突出する部位の無いコンパクトなポンプユニットとすることができる。更に、この凹部となったモータハウジング１ａ端面の内径部位１ｘに相当する位置に、基板からの突出量の大きな電子部品を配置することにより、このコントローラ収納部１ｄによる軸方向寸法の増大を最小限に抑えることが可能になる。

従って、本実施形態における電動ポンプユニットは、従来の製品に比べ、ユニット全体としての軸方向寸法および径方向寸法が小さく、軽量な電動ポンプユニットとすることができる。

また、本実施形態における電動ポンプユニットは、ロータヨーク５および主軸４を含む回転体の慣性が低減されることから、回転開始から所要の回転数までの立ち上がり時間が短縮されるとともに、指示信号に対する応答性が向上する。

なお、本実施形態においては、ロータヨーク支持部４ａの軸方向両側に形成された環状空間Ｓ，Ｓにそれぞれ軸受を嵌め入れた例を示したが、本発明における電動ポンプユニットの構成は、この例での構造に限定されるものではない。例えば、この環状空間Ｓはどちらか一方側にのみ形成しても良く、また、軸受はこの環状空間Ｓから軸方向にはみ出るように配置しても良い。

また、この実施形態においては、ロータヨーク５とロータヨーク支持部４ａとは別部材として構成されているが、これらを１つの部材として一体に形成しても良く、主軸４を軸封するオイルシール１３をこの環状空間Ｓ内に配置しても良い。

また更に、図２に示すように、主軸１４の外周面に軌道溝を形成し、この主軸１４が転がり軸受１５，１６の内輪を兼用する構成としても良い。この構成により、電動ポンプユニットを更に軽量化することができる。

本発明におけるモータやポンプの構造は、上記実施形態での例に限定されるものではなく、例えばインペラを用いたポンプやベーンポンプ等、他の構成の電動ポンプユニットにも適用可能であることは言うまでもない。

本発明の実施形態における電動ポンプユニットの構成を示す軸平行方向断面図である。 本発明の実施形態における電動ポンプユニットの別の構成を示す軸平行方向断面図である。 従来の電動ポンプユニットの構成を示す軸平行方向の断面図である。

符号の説明

１ ハウジング
１ａ モータハウジング
１ｂ ポンプハウジング
１ｃ ポンププレート
１ｄ コントローラ収納部
１ｈ 貫通孔
２ モータ部
３ ポンプ部
４ 主軸
４ａ ロータヨーク支持部
５ ロータヨーク
６ マグネット
７ ステータコア
８ インシュレータ
９ コイル
１０ コントローラ
１１，１２ 転がり軸受
１３ オイルシール
１４ 主軸
１４ａ ロータヨーク支持部
１５，１６ 転がり軸受
２１ ハウジング
２１ａ モータハウジング
２１ｂ ポンプハウジング
２１ｃ ポンププレート
２１ｄ コントローラ収納部
２４ 主軸
２５ ロータヨーク
３１ インナギア
３２ アウタギア

Claims (3)

1. ハウジングと、ハウジング内の隣接した区画の間に設けた貫通孔を挿通して配設された回転軸と、この回転軸の回転を支持する複数の軸受と、前記回転軸の一端側の区画に形成されたポンプ部とを備え、前記回転軸の他端側の区画には、この回転軸の周囲に配置されたロータヨークと、このロータヨークの外周に配設されたマグネットと、このマグネットの周囲にすきまを開けて配置されたステータとを備えるモータ部が形成されてなる電動ポンプユニットにおいて、
   前記回転軸と前記ロータヨークとの間には、軸方向のどちらか一方に向けて開口する環状空間が形成されているとともに、前記軸受のうち少なくとも１つは、この環状空間内に嵌まり込むように配置されていることを特徴とする電動ポンプユニット。
2. 前記ハウジングの外面に、前記モータ部を制御するコントローラを収納する筐体が配設された電動ポンプユニットにおいて、
   前記筐体が、前記ハウジングにおけるモータ部側の外側端面付近に配置され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。
3. 前記回転軸のモータ部側端部が、請求項１に記載の軸受で支持されているとともに、これら回転軸および軸受の軸方向外側に位置するハウジング外側端面の内径部位が、前記ステータを収容する外径部位に対し凹部となるように形成されていることを特徴とする請求項２に記載の電動ポンプユニット。
   

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