JP2010007516A - 電動オイルポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】ポンプ効率の向上した電動オイルポンプを提供することにある。
【解決手段】シャフト３は、ケース１に対して、その中央部をベアリング５ａ，５ｂにより回転自在に支持されている。電動モータのモータロータ６は、シャフト１の一方の端部に固定されている。モータコア８は、ケース１の内部に固定されている。ポンプのインナーロータ２ｂは、シャフト３の他方の端部に、電動モータの駆動力は伝達されるが、シャフトのスラスト力は伝達されないように、スプライン軸により係合されている。ポンプのアウターロータ２ａは、インナーロータにより駆動されるとともに、ケースの内部に回転可能に保持されている。突出部２ｃは、インナーロータと一体的に形成され、ケースの内周と滑り軸受け構造により係合している。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動オイルポンプに係り、特に、ポンプの駆動力源としてブラシレスＤＣモータを用いるに好適な電動オイルポンプに関する。

従来、シャフトの一方の端部にポンプのインナーロータを固定し、他方の端部にブラシレスＤＣモータのロータを固定するとともに、このシャフトを滑り軸受けによりポンプボディに回転支持する構成の電動オイルポンプが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−３５３５３７号公報

ここで、特許文献１記載のものでは、シャフトは滑り軸受け構造により、ポンプボディに回転支持されているため、ポンプボディとシャフトの間には、僅かな隙間が形成されている。そのため、シャフトの軸は、ポンプボディの軸に対して僅かに傾く，すなわち、ガタを有している。一方、駆動力源として用いられるモータとして、バッテリの直流電力を３相交流に変換した上で駆動されるブラシレスＤＣモータ（３相同期モータ）を用いると、コギングトルクによるトルク脈動が発生する。ポンプボディとシャフトの間にガタがある状態で、シャフトにモータのトルク脈動が伝達されると、シャフトは、コニカルな動きを呈する。

ここで、前述したように、シャフトの一方の端部には、ポンプのインナーロータが固定されている。インナーロータの側面とポンプボディの間には、インナーロータの回転が可能である一方で、ポンプの吐出流体の漏れをできるだけ少なくするように、僅かな隙間（例えば、１０μｍ）が設けられている。しかし、シャフトのガタにより、シャフトがコニカルな動きをすると、シャフトに固定されたインナーロータの側面が才差運動をするため、インナーロータの側面がポンプボディに衝突しないようにするには、インナーロータの側面とポンプボディの間の隙間を、広げる必要がある。

また、モータやポンプで発生するスラスト力により、シャフトが軸方向に移動すると、インナーロータの側面がポンプボディに衝突するため、これを回避するには、インナーロータの側面とポンプボディの間の隙間を、広げる必要がある。

このようにして、特許文献１記載の構成の電動ポンプにおいては、インナーロータの側面とポンプボディの間の隙間を、広げる必要がある。このように、インナーロータの側面とポンプボディの間の隙間を広げると、この隙間からの吐出流体が漏れるため、ポンプ効率が低下することになる。例えば、インナーロータの側面とポンプボディの間の隙間が本来１０μｍであるべきものと、３０μｍに広げると、ポンプ効率は、１０％程度低下する。

本発明の目的は、ポンプ効率の向上した電動オイルポンプを提供することにある。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、電動モータにより駆動されるポンプを有する電動オイルポンプであって、ケースに対して、その中央部をベアリングにより回転自在に支持されたシャフトと、該シャフトの一方の端部に固定された前記電動モータのモータロータと、前記ケースの内部に固定されたモータコアと、前記シャフトの他方の端部に、前記電動モータの駆動力は伝達されるが、前記シャフトのスラスト力は伝達されないように、スプライン軸により係合された前記ポンプのインナーロータと、該インナーロータにより駆動されるとともに、前記ケースの内部に回転可能に保持された前記ポンプのアウターロータと、前記インナーロータと一体的に形成され、前記ケースの内周と滑り軸受け構造により係合する突出部を備えるようにしたものである。
かかる構成により、ポンプ効率を向上し得るものとなる。

（２）上記（１）において、好ましくは、前記ケースは、前記電動モータのケースと前記ポンプのケースを兼ねているものである。

（３）上記（１）において、好ましくは、前記ケースの内部であって、前記電動モータと前記ポンプの間の位置に形成された液冷通路を備えるようにしたものである。

本発明によれば、ポンプ効率を向上させ得るものとなる。

以下、図１及び図２を用いて、本発明の第１の実施形態による電動オイルポンプの構成について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態による電動オイルポンプの構成を示す断面図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。

本実施形態の電動オイルポンプは、例えば、車両用自動変速のクラッチに作動油を強制的に供給するための電動オイルポンプとして用いられる。ポンプの駆動力源である電動モータは、バッテリの直流電力を３相交流に変換した上で駆動されるブラシレスＤＣモータ（３相同期モータ）を用いる。

また、電動モータにより駆動されるポンプとしては、内接歯車ポンプを用いている。

図示の例では、シャフト３の右側に電動モータが固定され、電動モータの駆動力はシャフト３を介して、シャフト３の左側に配置されたポンプに伝達される。ポンプは電動モータの駆動力により回転し、流体（オイル）を電動モータの回転数に応じて昇圧して吐出する。

ケース１は、モータ及びポンプに対して一体的に形成されている。シャフト３は、２個のボールベアリング５ａ，５ｂにより、ケース１の内部に形成された穴に回転可能に支持される。ボールベアリング５ａ，５ｂの内輪は、シャフト３の外周に固定され、ボールベアリング５ａ，５ｂの外輪は、ケース１の内部の穴に圧入される。

シャフト３の右側には、電動モータのモータロータ６がナット７により固定される。また、モータロータ６の外周には、隙間（エアーギャップ）を介して、モータコア８が配置されている。モータコア８は、ケース１の内周に固定されている。また、モータコア８のティースには、固定子コイル９が巻回されている。

ポンプは、図２に示すように、ケース１に対して回転可能なアウターロータ２ａと、インナーロータ２ｂとからなる内接歯車ポンプである。インナーロータ２ｂは、図２に示すように、４つの突起部を有する歯車形状である。また、アウターロータ２ａは、図２に示すように、５つの凹部を有する歯車形状である。インナーロータ２ｂが図示の矢印方向に回転すると、インナーロータ２ｂの突起部がアウターロータ２ａの凹部に係合することで、アウターロータ２ａも図示の矢印方向に回転する。これにより、アウターロータ２ａとインナーロータ２ｂとの間の容積が変化し、流体（オイル）を昇圧して、吐出（圧送）する。なお、ポンプのオイル流入口とオイル吐出口については図示していないが、内接歯車ポンプとして周知の構造である。

ここで、図２に示すように、インナーロータ２ｂと係合する部分のシャフト３の外周形状は、円形の一部を切り欠いた形状となっている。一方、シャフト３と係合するインナーロータ２ｂの内周形状は、シャフト３の外周形状と相似であると共に、僅かに大きく、両者の間には、僅かな隙間があるスプライン軸となっている。従って、シャフト３が電動モータにより回転駆動すると、その回転駆動力は、インナーロータ２ｂに伝達されるが、シャフト３がスラスト方向に移動しても、そのときシャフトのスラスト力は、インナーロータ２ｂには伝達されない構造となっている。

さらに、図１に示すように、インナーロータ２ｂの電動ポンプ側（図示の右側）には、一体的に突起部２ｃが形成されている。突起部２ｃの外周は、ケース１の内部の穴に回転可能に係合し、滑り軸受けを形成している。すなわち、シャフト３は、ボールベアリング５ａ，５ｂと、突起部２ｃとにより、大きく２カ所で回転可能に支持されている。なお、ボールベアリング５ａ，５ｂは２個用いているため、正確には、シャフト３は、ボールベアリング５ａ，５ｂと、突起部２ｃとにより、３カ所で回転可能に支持されている。

シャフト３は、ボールベアリング５ａ，５ｂと、突起部２ｃとにより、３カ所で回転可能に支持される構成としているため、シャフト３と突起部２ｃの接触部から、シャフト３とボールベアリング５ｂの接触部までの距離が長くできるため、突起部２とシャフト３の間の隙間、ボールベアリング５ａ，５ｂとシャフト３の間の隙間により、シャフト３のガタは、特許文献１記載の構成に比べて格段に小さくできるため、電動モータにトルク脈動が発生したとしても、シャフトのコニカルな動き量が少なくなるため、インナーロータの側面とポンプボディであるケース１との間の隙間を狭くすることができる。

また、モータやポンプでスラスト力が発生し、シャフトが軸方向に移動しても、シャフト３とポンプのインナーロータ２ｂとはスラスト軸により契合しており、スラスト力はポンプのインナーロータ２ｂには伝達されないため、インナーロータの側面とポンプボディであるケース１との間の隙間を狭くすることができる。 その結果、インナーロータの側面とポンプボディの間の隙間は、本来の１０μｍとすることができ、ポンプ効率を向上できる。なお、インナーロータの側面とポンプボディの間の隙間には、ポンプにより圧送されるオイルが介在することで、潤滑剤として作用し、摩耗を防止するようにしている。

シャフト３の外周と、ケース１の内周の間であって、電動モータとポンプの間には、オイルシール４が設けられている。オイルシール４により、ポンプ側のオイルが、モータロータ６の側に漏れるのを防止している。

また、ベアリング５ａの外輪と、ベアリング５ｂの外輪の間には、ベアリングの２つの外輪に与圧を加える弾性部材１３が設けられている。これにより、ベアリング５ａ，５ｂのガタつきを低減している。

ケース１の右側には、基板ケース１０が取り付けられる。基板ケース１０には、電動モータを駆動するためのモータ駆動回路の基板１１が固定される。基板１１と、発熱部であるモータコア８のコイル９の間は十分な距離が得られるように、長めのコネクタ１４により、基板１１とモータコアの固定子コイル９とが接続される。基板ケース１０には、ステータ８や固定子コイル９から隔離する隔壁１０ａを設ける。固定子コイル９は通電時には、最高１８０℃程度まで昇温する場合がある。一方、基板１１に取り付けられる半導体チップなどの耐熱温度は１２５℃程度である。しかしながら、前述したように、固定子コイル９と基板１１の距離を大きくし、また、隔壁１０ａを設けることで、固定子コイル９の発熱が基板１１の半導体チップ等に及ぶのを低減するようにしている。また、基板ケース１０には、カバーケース１２が取り付けられる。これにより、基板１１は、基板ケース１１とカバーケース１２により覆われるため、密閉構造とすることができる。さらに、カバーケース１２には、複数の冷却用フィンを一体的に設けることで、半導体チップ自身の発熱を外部に放熱することができる。

以上のような構成の本実施形態の電動オイルポンプでは、ポンプロータ２ｂには一体的に構成された突起部２ｃによる滑り軸受けが設けられ、シャフトのガタによるシャフトの偏芯は低減できる。従ってポンプのインナーロータ２ｂの側面のケース１との間のサイド間隙を最小にすることができる。

また、電動モータのモータロータ６は、ベアリング５ａ，５ｂで回転を支持され、モータ側で発生したモータのラジアル荷重Ｆｍや、モータのスラスト荷重Ｆｓは、ベアリング５ａ，５ｂで受けるため、突起部２ｃによる滑り軸受けには加わらない。従って、ポンプロータの突起部２ｃによる滑り軸受けの面積も小さくできる。

また、ベアリング５ａ、５ｂは、同一のケース１で支持されるため偏芯がなく、シャフト３とポンプのインナーロータ２ｂの隙間を狭くでき、騒音を低下できる。

また、軸受けが回路側に無いため、断熱のための空間を広く取ることが可能になり、回路への伝熱を防止できる。

また、ケース１は、モータ及びポンプに対して一体的に用いられ、ポンプロータ２ａ，２ｂやベアリング５ａ，５ｂ、ステータ８を一体にできるため、各部品間の偏芯を防止できるため騒音や振動の発生を防止できる。

次に、図３を用いて、本発明の第２の実施形態による電動オイルポンプの構成について説明する。
図３は、本発明の第２の実施形態による電動オイルポンプの構成を示す断面図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。

本実施形態では、図１に示した構成にくわえて、ケース１に冷却用の水通路１ａを、ポンプと電動モータとの間に設けている。本実施形態の電動オイルポンプは、例えば、車両用自動変速のクラッチに作動油を強制的に供給するための電動オイルポンプとして用いられる。従って、ポンプにより圧送する流体（オイル）の温度は、１５０℃程度まで上昇する。流体（オイル）の温度が上昇すると、その熱は、電動モータ側にも伝熱し、さらに、基板１１の半導体チップまで伝熱する恐れがある。それに対して、ポンプと電動モータとの間に冷却用の水通路１ａを設けることで、流体（オイル）の熱が、電動モータや基板１１の半導体チップに伝熱することを防止できる。また、電動モータの発熱も冷却することができる。また、軸受け（ボールベアリング）を中央に配置することで可能になる。

次に、図４を用いて、本発明の第３の実施形態による電動オイルポンプの構成について説明する。
図４は、本発明の第３の実施形態による電動オイルポンプの構成を示す断面図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。

本実施形態では、図１に示した構成におけるボールベアリング５ａ，５ｂに代えて、一体の複列ベアリング５を用いている。複列ベアリング５の内輪は、シャフト３に固定し、外輪はケース１に固定している。これにより、一つのベアリングのみの取り付けでよいため、製作性が向上する。

本発明の第１の実施形態による電動オイルポンプの構成を示す断面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 本発明の第２の実施形態による電動オイルポンプの構成を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態による電動オイルポンプの構成を示す断面図である。

符号の説明

１…ボディ
１ａ…水通路
２…ポンプロータ
２ａ…アウターロータ
２ｂ…インナーロータ
２ｃ…突出部
３…シャフト
４…オイルシール
５…複列ベアリング
５ａ，５ｂ…ベアリング
６…モータロータ
７…ナット
８…モータコア
９…固定子コイル
１０…基板ケース
１１…基板
１２…カバーケース
１３…弾性部材

Claims (3)

1. 電動モータにより駆動されるポンプを有する電動オイルポンプであって、
   ケースに対して、その中央部をベアリングにより回転自在に支持されたシャフトと、
   該シャフトの一方の端部に固定された前記電動モータのモータロータと、
   前記ケースの内部に固定されたモータコアと、
   前記シャフトの他方の端部に、前記電動モータの駆動力は伝達されるが、前記シャフトのスラスト力は伝達されないように、スプライン軸により係合された前記ポンプのインナーロータと、
   該インナーロータにより駆動されるとともに、前記ケースの内部に回転可能に保持された前記ポンプのアウターロータと、
   前記インナーロータと一体的に形成され、前記ケースの内周と滑り軸受け構造により係合する突出部を備えることを特徴とする電動オイルポンプ。
2. 請求項１記載の電動オイルポンプにおいて、
   前記ケースは、前記電動モータのケースと前記ポンプのケースを兼ねていることを特徴とする電動オイルポンプ。
3. 請求項１記載の電動オイルポンプにおいて、
   前記ケースの内部であって、前記電動モータと前記ポンプの間の位置に形成された液冷通路を備えることを特徴とする電動オイルポンプ。

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