JP2006097472A - 電動ポンプユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 回転・停止を繰り返すような用途においても、指示信号に対する応答性が良好な小型・軽量の電動ポンプユニットを提供する。
【解決手段】 モータロータを構成するリング状マグネット６として極異方性リング磁石を用いるとともに、このリング状マグネット６を支承するロータコア５の内径部に、軸方向一方に向けて開口する中空部Ｐを形成する。また、リング状マグネット６から発せられる磁束は、薄肉とされたロータコア５を通して磁気回路を形成する。この構成により、従来のラジアル異方性リング磁石を用いたポンプユニットと同等の性能を維持しつつも、モータの回転体の質量（慣性）が低減される。従って、本発明の電動ポンプユニットは、所要の回転数までの立ち上がり時間が短縮され、指示信号に対する応答性が向上する。また、従来品に比して、電動ポンプユニット全体の重量も低減される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、例えば車載用のウォーターポンプやオイルポンプ等、液体を循環させるポンプ室とそれを駆動する電動モータ室とが隣接して配置され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や、車両の停止時にエンジンを停止させるアイドルストップ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５は、従来の電動ポンプユニットの構造を示す軸方向断面図であり、図６は、図５のＢ−Ｂ線矢視断面図である。

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。また、このハウジング１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３４が配置されている。

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。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３４を挿通させるための穴（貫通孔）が設けられている。

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３５の外周に、筒状の永久磁石（リング状マグネット３６）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。このロータコア３５は、主軸３４の大径部として形成されており、この主軸３４の一端部が、モータハウジング１ａに対して転がり軸受４１を介して回転自在に支持されている。また、主軸３４の他端側は、ポンプハウジング１ｂに対して転がり軸受４２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４３によって密封されたうえで、ポンプハウジング１ｂを貫通してポンプ部３に臨んでいる。なお、図中の符号４４はトロコイドポンプのインナギア、４５はトロコイドポンプのアウタギアである。

以上のような電動ポンプユニットのモータには、図６のように、表面磁石（ＳＭＰ）構造のブラシレスモータが用いられており、ロータコア３５の周囲に固定されたリング状マグネット３６には、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磁石（ラジアル異方性リング磁石）が用いられている。また、このリング状マグネット３６を支承するロータコア３５は、リング状マグネット３６から発せられる磁束の磁路を形成するバックヨークとしての機能を備えている。

なお、リング状マグネットには、磁化の方向が同じく半径方向で、かつ、周方向に等分された複数の円弧状マグネットを、ロータコアの外周に、磁化の方向が周方向に交互に逆向きとなる順に貼り付けた構造（セグメント方式）のものもある。また、ロータコアとして、電磁鋼板を積層して形成した別部材のロータコアを、主軸の外周に固定する場合もある。

特開２００２−３１０６５号公報

ところで、以上のような電動ポンプユニットは、コンパクトかつ軽量であることから、車載用補助ポンプとして回転・停止を繰り返す用途に使用される場合がある。そのため、このような電動ポンプユニットには、回転開始の指示信号から、所要の回転数まで素早く立ち上がる性能が求められている。

また、ポンプから送り出される流体の圧力を維持するために回転数制御を行なう時も、回転体の慣性（イナーシャ）によって、指示された回転数より実際の回転数の追従が遅れてしまう場合があった。

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、回転・停止を繰り返すような用途においても、指示信号に対する応答性が良好な小型・軽量の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、この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を備え、前記回転軸の一端側には、流体を吸引・吐出するポンプ部が形成されているとともに、前記回転軸の他端側には、リング状の永久磁石を備えるモータロータと、このモータロータの周囲に配置されたモータステータとからな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、前記永久磁石が極異方性リング磁石であるとともに、この永久磁石が、中空部を備えるロータコアを介して、前記回転軸の周囲に取り付けら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１本の回転軸の両端側に形成された電動ポンプユニットにおいて、モータロータを構成する永久磁石に極異方性リング磁石を使用し、このリング磁石を支承するバックヨーク（ロータコア）を軽量化することによって、所期の目的を達成しようとするものである。

極異方性リング磁石は磁化の方向が略円周方向であり、磁化の方向が半径方向でかつ磁束がロータコアに対して垂直に通る磁気回路を形成するラジアル異方性リング磁石に比べ、肉薄のバックヨークでも十分な磁気回路を形成できるという特徴を有する。

すなわち、請求項１に記載の発明によれば、この極異方性リング磁石を、中空部を備えるロータコアを介して、前記回転軸の周囲に取り付けることにより、従来のラジアル異方性リング磁石を用いたポンプユニットと同等の性能を維持しつつ、ロータコアおよび回転軸を含む回転体の質量（すなわち慣性）を低減することができる。従って、本発明の構成の電動ポンプユニットは、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。また、これら回転体の重量が軽減されることから、電動ポンプユニット全体の重量も軽減される。

ここで、前記ロータコアの中空部を、軸方向のどちらか一方に向けて開口する環状空間として形成し、前記回転軸を支持する軸受のうちの少なくとも１つを、この環状空間内に嵌まり込むように配置する構成を好適に採用することができる（請求項２）。

この構成により、従来ロータコアの両端側に配置されていた軸受を、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、その重量を更に低減することができる。

次に、請求項３に記載の発明は、ハウジングと、この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を備え、前記回転軸の一端側には、流体を吸引・吐出するポンプ部が形成されているとともに、前記回転軸の他端側には、リング状の永久磁石を備えるモータロータと、このモータロータの周囲に配置されたモータステータとからな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、前記永久磁石が極異方性リング磁石であるとともに、この永久磁石が、中空状に形成された前記回転軸の外周に直接固定されていることを特徴とする。

この発明は、更なる回転体の慣性の低減を目的としたものであって、中空シャフトとして形成された回転軸の外周に、バックヨーク（ロータコア）を用いることなく、極異方性リング磁石を直接固定する方法を取る。この構成によっても、従来の電動ポンプユニットと同等の性能を維持しつつ、回転軸を含む回転体の質量を低減することができる。従って、本発明の構成の電動ポンプユニットも、回転開始から所要の回転数までの立ち上がり時間が短く、指示信号に対する応答性の良い電動ポンプユニットとすることができる。

以上のように、本発明によれば、回転・停止を繰り返す用途に使用される場合でも、指示信号に対する応答性の良好な、小型・軽量の電動ポンプユニットを実現することができる。

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、本発明の第１実施形態における電動ポンプユニットの構造を示す軸方向断面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ線矢視断面図である。なお、従来例と同様の機能を有する構成部材には、同じ符号を付記する。

本実施形態における電動ポンプユニットも、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、基本的な構成は従来例と同様である。ハウジング１の内部の隣接する区画には、モータ部２とポンプ部３とが形成されており、このハウジング１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４が配置されている。また、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５の外周に、筒状の永久磁石（リング状マグネット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、リング状マグネット６として極異方性リング磁石が使用されているとともに、このリング状マグネット６を支承するロータコア５が、主軸４の外周面から突出するフランジ状（バックヨーク）に形成されており、その内径部に、軸方向一方に向けて開口する中空部Ｐが形成されている点である。なお、ロータコア５および主軸４は磁性体（鉄等）を用いて形成されており、このリング状マグネット６（極異方性リング磁石）から発せられる磁束は、図２のように、薄肉とされたロータコア５を通して磁気回路を形成している。

この構成により、本実施形態の電動ポンプユニットは、従来のラジアル異方性リング磁石を用いたポンプユニットに比べ、同等の性能を維持しつつも、ロータコア５および回転軸４を含む回転体の質量（慣性）が低減される。従って、この電動ポンプユニットは、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を向上させることが可能となる。また、従来品に比して、電動ポンプユニット全体の重量も低減することができる。

なお、中空部Ｐを有するロータコア５の形状は、この実施形態における例に限定されるものではない。例えば、中空部を軸方向両側に備えるように、ロータコアを主軸の外周面から突出する断面Ｔ字状としても良いし、あるいはロータコアの端面から軸方向に貫通する穴を周方向等配に複数形成する方法等によっても、このモータを軽量化することが可能である。また、電磁鋼板を積層して形成したロータコアを備える電動ポンプユニットの場合も、ロータコアの端面から軸方向に貫通する穴を周方向等配に複数形成すれば良い。

また、ロータコア５を支持する主軸４には、中空状シャフトを使用しても良く、更には、図３のように、回転効率が許容できる範囲内で極異方性リング磁石（リング状マグネット１６）を小径化し、ロータコア（バックヨーク）としてのフランジを有さない中空状シャフト１４に、このリング状マグネット１６を直接固着しても良い。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図４は、本発明の第１実施形態における電動ポンプユニットの構造を示す軸方向断面図である。

本実施形態における電動ポンプユニットの構成も、基本的には第１実施形態における電動ポンプユニットと同様である。ハウジング２１の内部の隣接する区画には、モータ部２とポンプ部３とが形成されており、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。また、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２５の外周に、筒状の永久磁石（リング状マグネット２６）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。

この実施形態における電動ポンプユニットの特徴は、主軸２４の大径部２４ａの外周に取り付けられた略筒状のロータコア２５に、極異方性リング磁石からなるリング状マグネット２６が固着されているとともに、この主軸大径部２４ａの両側に形成された環状空間（中空部Ｐ，Ｐ）内に、主軸２４の回転を支持する転がり軸受４１，４２が配設されている点である。なお、このロータコア２５は磁性体（鉄等）を用いて形成されており、リング状マグネット２６（極異方性リング磁石）から発せられる磁束は、第１実施形態と同様、薄肉とされたロータコア２５を通して磁気回路を形成している。

以上の構成により、本実施形態の電動ポンプユニットも、従来のラジアル異方性リング磁石を用いたポンプユニットに比べ、ロータコア２５および回転軸２４を含む回転体の質量（慣性）が低減される。従って、この電動ポンプユニットは、回転開始から所要の回転数までの立ち上がり時間が短く、指示信号に対する応答性に優れる電動ポンプユニットとすることができる。

また、従来ロータコアの両端側に配置されていた軸受４１，４２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したことにより、これら軸受４１，４２の占有していた軸方向スペースを縮小す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、従来の製品に比して、ユニット全体の重量を低減することができるとともに、その軸方向寸法を短縮することが可能になる。

なお、ロータコア２５や主軸２４の形状は、この実施形態における例に限定されるものではなく、これらロータコア２５とを主軸２４とを一体に形成しても良い。また、例えば、主軸２４の大径部２４ａの端面から軸方向に貫通する穴を周方向等配に複数形成する方法等によっても、このモータを更に軽量化することが可能である。

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。

本発明の第１実施形態における電動ポンプユニットの構造を示す軸方向断面図である。 図１のＡ−Ａ線矢視断面図である。 本発明の第１実施形態における電動ポンプユニットの別の構造例を示す軸方向断面図である。 本発明の第２実施形態における電動ポンプユニットの構造を示す軸方向断面図である。 従来の電動ポンプユニットの構造を示す軸方向断面図である。 図５のＢ−Ｂ線矢視断面図である。

符号の説明

１，１１，２１ ハウジング
１ａ，１１ａ，２１ａ モータハウジング
１ｂ，１１ｂ，２１ｂ ポンプハウジング
１ｃ，１１ｃ，２１ｃ ポンププレート
２ モータ部
３ ポンプ部
４ 主軸
５ ロータコア（バックヨーク）
６ リング状マグネット
７ ステータコア
８ インシュレータ
９ コイル
１４ 中空状シャフト（主軸）
１６ リング状マグネット
２４ 主軸
２４ａ 大径部
２５ ロータコア
２６ リング状マグネット
３４ 主軸
３５ ロータコア（バックヨーク）
３６ リング状マグネット
４１，４２ 転がり軸受
４３ オイルシール
４４ インナギア
４５ アウタギア
Ｐ 中空部

Claims (3)

1. ハウジングと、この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を備え、前記回転軸の一端側には、流体を吸引・吐出するポンプ部が形成されているとともに、前記回転軸の他端側には、リング状の永久磁石を備えるモータロータと、このモータロータの周囲に配置されたモータステータとからな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、
   前記永久磁石が極異方性リング磁石であるとともに、この永久磁石が、中空部を備えるロータコアを介して、前記回転軸の周囲に取り付けられていることを特徴とする電動ポンプユニット。
2. 前記中空部が、軸方向のどちらか一方に向けて開口する環状空間として形成されているとともに、前記軸受のうちの少なくとも１つが、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請求項１に記載の電動ポンプユニット。
3. ハウジングと、この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を備え、前記回転軸の一端側には、流体を吸引・吐出するポンプ部が形成されているとともに、前記回転軸の他端側には、リング状の永久磁石を備えるモータロータと、このモータロータの周囲に配置されたモータステータとからな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、
   前記永久磁石が極異方性リング磁石であるとともに、この永久磁石が、中空状に形成された前記回転軸の外周に直接固定されていることを特徴とする電動ポンプユニット。
   

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