JP2011032978A - 電動ポンプユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 ポンプの騒音低減およびモータロータの放熱が可能な電動ポンプユニットを提供する。
【解決手段】 電動ポンプユニット1は、アウタギヤ10およびインナギヤ11を備え、油0の吸入および吐出を行う内接歯車ポンプ4と、ポンプ4のインナギヤ11に連結されたモータ軸12、モータ軸12に固定状に設けられたモータロータ13およびモータロータ13の周囲に配置されたモータステータ14を有するポンプ駆動用電動モータ5とが、ハウジング2内に設けられているものである。インナギヤ11の内周側部分11aおよびモータ軸12が鉄系材料よりなり、インナギヤ11の外周側部分11bが合成樹脂よりなる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、たとえば自動車のトランスミッション（変速機）などに油圧を供給する油圧ポンプとして使用される電動ポンプユニットに関する。

近年、自動車の油圧ポンプとして、その起動・停止をきめ細かく制御して省エネルギを図るため、また、アイドルストップ（アイドリングストップ）によりエンジンが停止しているときにもトランスミッションなどの駆動系への油圧供給を確保するために、電動ポンプユニットが使用されるようになっている。

自動車用電動ポンプユニットは、車体の限られたスペースに搭載されるため、コンパクト化が要求され、また、軽量化およびコスト低減も要求される。この要求に応える電動ポンプユニットとして、共通のユニットハウジング内にポンプ、ポンプ駆動用電動モータおよびモータのコントローラが一体に組み込まれたものが提案されている（たとえば特許文献１参照）。

特開２００８−２１５０８８号公報

上記の従来の電動ポンプユニットは、トランスミッションの外側にねじなどで固定され、配管によってトランスミッションと接続される。

このため、ユニットハウジングはシールによって防水され、また、ユニットハウジング内部にも、電動モータやコントローラの電装品の防水のためのシールが必要である。

ユニットのコンパクト化のため、ポンプにはアウタギヤの内側でインナギヤが回転する内接歯車ポンプが用いられ、ポンプの騒音低減および軽量化のために、ポンプのインナギヤを合成樹脂で構成することが考えられる。

一方、モータについては、ステータのコイルやロータで発熱が生じ、これを放熱する必要がある。ステータの熱はハウジングに放熱することが可能であるが、ロータの熱は放熱が困難である。

この発明の目的は、上記の問題を解決し、ポンプの騒音低減およびモータロータの放熱が可能な電動ポンプユニットを提供することにある。

この発明による電動ポンプユニットは、アウタギヤおよびインナギヤを備え、油の吸入および吐出を行う内接歯車ポンプと、ポンプのインナギヤに連結されたモータ軸、モータ軸に固定状に設けられたモータロータおよびモータロータの周囲に配置されたモータステータを有するポンプ駆動用電動モータとが、ハウジング内に設けられており、インナギヤの内周側部分およびモータ軸が鉄系材料よりなり、インナギヤの外周側部分が合成樹脂よりなることを特徴とするものである。

アウタギヤとかみ合うインナギヤの外周側部分が合成樹脂よりなるので、騒音が低減される。

モータロータにはモータステータからの輻射熱およびうず電流による発熱が生じるが、これに接するモータ軸およびインナギヤの内周側部分が鉄系材料よりなるので、モータロータの熱が、モータ軸およびインナロータの内周側部分を通して油に放熱される。

たとえば、鉄系材料よりなる内周側部分の外周に合成樹脂のコーティング層が形成されることにより、外周側部分が形成される。

たとえば、ポンプおよび電動モータが、モータ軸が水平になるように、油が入るトランスミッションハウジング内に設けられており、モータステータがトランスミッションハウジングに接触し、モータステータの下部が油に浸漬させられている。

このようにすれば、従来の電動ポンプユニットのユニットハウジングは不要であり、したがって、ユニットハウジングの防水も不要である。電動モータのコントローラはトランスミッションハウジング内には設けられないので、その防水も不要である。モータステータが熱容量の大きいトランスミッションハウジングに接触しているので、モータステータで発生した熱が効率良く放熱される。さらに、モータステータで発生した熱は、油に浸漬させられている部分からも放熱される。このため、放熱のために電動ポンプユニットの体格を大きくする必要がなく、コンパクト化ならびに重量およびコストの低減が可能である。

この場合、好ましくは、モータロータが、円筒状のロータ本体の外周部に固定状に設けられた合成樹脂製の永久磁石保持部材に、複数の永久磁石が保持されているものである。

このようにすれば、永久磁石をロータ本体に接着剤で固定する必要がなく、剥がれのおそれがない。

たとえば、ロータ本体の外周面が円筒面で、ロータ本体の両端部において外周部の周方向複数箇所に、回り止め凹部が形成されており、永久磁石保持部材が、ロータ本体の両端面外周部に密着する円環部と、ロータ本体の外周面において両円環部を連結するとともに永久磁石を保持する連結部とからなり、永久磁石保持部材に、ロータ本体の回り止め凹部にはまる複数の回り止め凸部が一体に形成されている。

このようにすれば、ロータ本体の回り止め凹部に永久磁石保持部材の回り止め凸部がはまり合っているため、ロータ本体の外周面が円筒面であっても、回転によりロータ本体に対して永久磁石保持部材が円周方向に滑ることがなく、永久磁石保持部材の固定が確実である。ロータ本体の外周面が円筒面であるから、その加工が容易で、安価に製作できる。

ロータ本体に形成される回り止め凹部は、たとえば、ロータ本体の端面外周部から外周面端部にわたる切欠き状のものである。この場合、永久磁石保持部材の回り止め凸部は、両円環部の互いに対向する面に形成される。回り止め凹部は、ロータ本体の端面および外周面の一方の複数箇所または両者の複数箇所に形成された有底穴状のものでもよい。いずれの場合も、永久磁石保持部材の回り止め凸部は、ロータ本体の回り止め凹部に対応する位置に設けられる。

たとえば、永久磁石保持部材の連結部が、軸方向にのびて両円環部を連結する複数の棒状部からなり、各棒状部の円環部より径方向外側にのびた部分に、周方向両側に張り出した永久磁石保持用爪部が一体に形成され、隣接する棒状部の爪部の間に永久磁石が保持されるようになされている。

このようにすれば、永久磁石保持部材を軽量化し、かつ、爪部によって永久磁石を確実に保持することができる。

たとえば、モータ軸が水平に配置され、モータステータの下部が油に浸漬させられている。

この発明の電動ポンプユニットによれば、上記のように、ポンプの騒音を低減するとともに、モータロータの発熱を効率良く放熱することができる。

図１は、この発明の実施形態を示す電動ポンプユニットの縦断面図である。 図２は、図１のII−II線に沿う拡大矢視図である。 図３は、図２のIII−III線に沿う拡大断面図である。 図４は、モータロータの仮想的な分解斜視図である。 図５は、ポンプの主要部を拡大して示す斜視図である。

(1) 電動ポンプユニット
(2) トランスミッションハウジング
(4) 内接歯車ポンプ
(5) 電動モータ
(10) アウタギヤ
(11) インナギヤ
(11a) 内周側部分
(11b) 外周側部分
(12) モータ軸
(13) モータロータ
(14) モータステータ
(22) 永久磁石
(28) ロータ本体
(29) 永久磁石保持部材
(0) 油

以下、図面を参照して、この発明の実施形態について説明する。

図１は、自動車のトランスミッションに内蔵されたアイドルストップ用電動ポンプユニット(1)を示す縦断面図である。以下の説明において、図１の左側を前、右側を後とする。

図１に示すように、トランスミッションハウジング(2)を構成する鉛直状の縦壁(2a)の後面（外面）に、後部が開口した有底円形穴(3)が形成されており、この穴(3)内にポンプユニット(1)が配置されている。

ポンプユニット(1)は、内接歯車ポンプ(4)とポンプ駆動用電動モータ(5)が蓋(6)と一体化されたものである。蓋(6)の前面にモータ(5)が配置され、モータ(5)の前にポンプ(4)が配置されている。ポンプ(4)およびモータ(5)が穴(3)内にはめられ、蓋(6)が穴(3)の後部開口を密閉している。この例では、モータ(5)は３相巻線を有するＤＣブラシレスセンサレスモータである。

ポンプ(1)は短円柱状のポンプハウジング(7)を備えており、ハウジング(7)内に形成されたポンプ室(8)内にアウタギヤ（アウタロータ）(10)が回転自在に収容され、アウタギヤ(10)の内側に、これとかみ合うインナギヤ（インナロータ）(11)が配置されている。

モータ(5)は、水平に配置されたポンプ駆動モータ軸(12)と、モータ軸(12)の後部に固定されたモータロータ(13)と、モータロータ(13)の周囲に配置されたモータステータ(14)とを備えている。

蓋(6)は円板状をなし、穴(3)の周囲において、図示しないボルトなどの適宜な手段によりＯリング(15)を介して縦壁(2a)の後面に固定されている。蓋(6)の前面（内面）に、穴(3)と同心の小径短円筒部(6a)が一体に形成され、蓋(6)の後面（外面）にコネクタ(16)が形成されている。

ステータ(14)は、積層鋼板よりなるコア(17)にインシュレータ（合成樹脂製絶縁体）(18)が組み込まれ、インシュレータ(18)の部分にコイル(19)が巻きつけられたものである。インシュレータ(18)の後端面が、接着などの適宜な手段により蓋(6)の前面に固定されている。ステータ(14)の一部が穴(3)の周壁(3a)に接触している。図示は省略したが、コイル(19)はコネクタ(16)に接続されている。ポンプハウジング(7)の後端面が、接着などの適宜な手段によりインシュレータ(18)の前端面に固定されている。

モータ軸(12)は鉄系材料より、その後端部が、蓋(6)の小径短円筒部(6a)内に設けられた軸受装置(20)に回転自在に支持されている。この例では、軸受装置(20)は、１個の転がり軸受である玉軸受よりなる。モータ軸(12)の前部は、ポンプハウジング(7)の後壁(7a)に形成された穴(21)の部分を貫通してポンプ室(8)内に進入し、その前端部がポンプ(4)のインナギヤ(11)に連結されている。モータ軸(12)と穴(21)の周壁との間にはブシュ(27)が介在しており、この部分にシールは設けられていない。ブシュ(27)は穴(21)に内嵌しており、ブシュ(27)の内周面とモータ軸(12)の外周面とで摺動し、すべり軸受を構成する。

ロータ(13)は、モータ軸(12)の後部から半径方向外側にのびかつステータ(14)の内側においてモータ軸(12)を囲む円筒状のものであり、その外周に永久磁石(22)が設けられている。ポンプハウジング(7)の外周面と穴(3)の周壁(3a)との間には隙間が設けられており、ポンプハウジング(7)の周壁(7b)の下部に吸入口(23)が設けられている。ポンプハウジング(7)の前壁(7c)の適当箇所に吐出口(24)が形成され、吐出口(24)に吐出管(25)が接続している。吐出管(25)は、トランスミッションハウジング(2)の穴(3)の底壁（前壁）(2b)を貫通しており、図示は省略したが、トランスミッションの所要箇所に接続されるか、あるいは、他の管を介してトランスミッションの所要箇所に接続されている。

ハウジング縦壁(2a)の穴(3)の底壁(2b)の下部に、図示しないオイルパンと連通する吸入穴(26)が形成され、この穴(26)を通して、穴(3)内に油(0)が入るようになっている。そして、ステータ(14)の下部が油(0)に浸漬させられている。

図２〜図４は、ロータ(13)の詳細を示している。図２は図１のII−II線に沿う拡大矢視図、図３は図２のIII−III線に沿う拡大断面図、図４はロータ(13)の仮想的な分解斜視図である。

ロータ(13)は、円筒状のロータ本体（バックヨーク）(28)の外周に合成樹脂製の永久磁石保持部材(29)が固定状に設けられ、保持部材(29)を周方向に等分する複数箇所（この例では８箇所）にセグメント形状の永久磁石(22)が保持されたものである。

ロータ本体(28)は、たとえば鉄系材料の焼結体であり、モータ軸(12)に固定されたフランジ部(28a)と、フランジ部(28a)の外周端に一体に形成されてモータ軸(12)を囲むように前方にのびた円筒部(28b)とからなる。円筒部(28b)の外周面全体が円筒面で、外周面の横断面形状は円形である。円筒部(28b)の両端部の外周部において、周方向に等分する複数箇所（この例では８箇所）に、回り止め凹部(30)が形成されている。この例では、凹部(30)は、円筒部(28b)の両端面の最外周部に形成されて、円筒部(28b)の端面外周部から外周面端部にわたる切欠き状のものである。

保持部材(29)は、型を用いて合成樹脂を円筒部(28b)の外周部にモールドすることにより、円筒部(28b)と一体化されている。保持部材(29)は、円筒部(28b)の両端面外周部に密着する円環部(31)と、円筒部(28b)の外周面において両円環部(31)を連結するとともに永久磁石(21)を保持する連結部(32)とからなる。両円環部(31)の互いに対向する面に、円筒部(28b)の凹部(30)にはまる複数の回り止め凸部(33)が一体に形成されている。連結部(32)は、軸方向にのびて両円環部(31)を連結する複数の棒状部(34)からなる。棒状部(34)は、円環部(31)を周方向に等分する複数箇所（この例では８箇所）で、凸部(33)と同じ周方向位置に形成されている。棒状部(34)は円環部(31)より径方向外側にのびた横断面Ｖ状の部分を有し、この部分の両側先端部に、周方向両側に張り出した永久磁石保持用爪部(35)が一体に形成されている。そして、隣接する棒状部(34)の爪部(35)の間に永久磁石(21)が軸方向から挿入されて保持されている。

なお、保持部材(29)はロータ本体(28)に一体に成形されたものであるから、両者は分離されることはないが、両者の構成を理解しやすくするために、図４では両者を分離した分解斜視図として示している。

ロータ本体(28)の円筒部(28b)に形成される回り止め凹部は、上記のような円筒部(28b)の端面から外周面にわたる切欠き状の凹部(30)ではなく、円筒部(28b)の端面および外周面の一方の複数箇所または両者の複数箇所に形成された有底穴でもよい。その場合、保持部材(29)の回り止め凸部は、有底穴である凹部に対応する位置に設けられる。ロータ本体が焼結体である場合、穴の加工は困難であるから、上記のような切欠き状の凹部(30)が好ましい。

図５は、ポンプ(4)を構成するアウタギヤ(10)とインナギヤ(11)を拡大して示す斜視図である。インナギヤ(11)の内周側部分(11a)は鉄系材料よりなり、アウタギヤ(10)とかみ合うインナギヤ(11)の外周側部分(11b)は合成樹脂よりなる。この例では、内周側部分(11a)の外周面に合成樹脂コーティング層が形成されることにより、外周側部分(11b)が形成され、内周側部分(11a)がインナギヤ(11)の大部分を占めている。この場合、内周側部分(11a)の外周のみに合成樹脂コーティング層を形成することにより、インナギヤ(11)を構成することができる。また、内周側部分(11a)の全面に合成樹脂コーティング層を形成した後、両端面を加工してコーティング層を除去することにより、インナギヤ(11)を構成することもできる。

モータ(5)のコントローラ（図示略）は、トランスミッションの外に配置され、蓋(6)のコネクタ(16)を介してモータ(5)に接続されている。

車両の走行中は、モータ(5)は停止し、したがって、ポンプ(4)も停止している。

車両停止中に、モータ(5)が動作し、これによりポンプ(4)も動作する。ポンプ(4)が動作すると、穴(3)内の油(0)が吸入口(22)から吸入されて、吐出口(23)から吐出管(24)に吐出され、吐出管(24)を通してトランスミッションの所要箇所に供給される。

上記のトランスミッションでは、ポンプ(4)およびポンプ駆動用電動モータ(5)がトランスミッションハウジング(2)内に設けられているので、従来の電動ポンプユニットのユニットハウジングは不要であり、したがってユニットハウジングの防水も不要である。電動モータ(5)のコントローラはトランスミッションハウジング(2)内には設けられないので、その防水も不要である。ステータ(14)の下部だけが油(0)に浸漬させられているので、ポンプ(4)と電動モータ(5)の間のシールも不要である。したがって、電動ポンプユニット(1)のコンパクト化ならびに重量およびコストの低減が可能である。なお、電動ポンプユニット(1)は車両停止中に動作するため、作動油(0)の油量管理のみで油面(0a)の高さの管理が可能である。

モータロータ(13)において、永久磁石(22)をロータ本体(28)に接着剤で固定することが考えられるが、接着剤は油がかかる環境で使用すると、永久磁石(21)が剥がれるおそれがある。上記の実施形態では、モータロータ(13)が、円筒状のロータ本体(28)の外周部に固定状に設けられた合成樹脂製の永久磁石保持部材(29)に、複数の永久磁石(22)が保持されているものであるから、永久磁石(22)をロータ本体(28)に接着剤で固定する必要がなく、剥がれのおそれがない。

さらに、ロータ本体(28)の回り止め凹部(30)に永久磁石保持部材(29)の回り止め凸部(33)がはまり合っているため、ロータ本体(29)の外周面全体が円筒面で、外周面の横断面形状が円形であっても、回転によりロータ本体(28)に対して永久磁石保持部材(29)が円周方向に滑ることがなく、永久磁石保持部材(29)の固定が確実である。そして、ロータ本体(28)の外周面が円筒面であるから、その加工が容易で、安価に製作できる。

しかしながら、ロータ本体(28)および保持部材(29)の構成は、上記実施形態のものに限らず、適宜変更可能である。

モータステータ(14)の一部が熱容量の大きいトランスミッションハウジング(3)に接触しているいので、ステータ(14)で発生した熱を効率良く放熱される。さらに、ステータ(14)で発生した熱は、油(0)に浸漬させられている部分からも放熱される。このため、放熱のために電動ポンプユニット(1)の体格を大きくする必要がなく、電動ポンプユニット(1)のコンパクト化ならびに重量およびコストの低減が可能である。

モータ(5)の動作中、モータロータ(13)にはうず電流により発熱が生じるが、鉄系材料よりなるモータ軸(12)およびインナギヤ(11)の内周側部分(11a)を通して油に放熱される。このため、モータ(5)に大きな電流を流すことが可能になり、寸法を大きくしなくても、モータ(5)の出力を大きくすることができる。

電動ポンプユニット(1)の各部の構成は、上記実施形態のものに限らず、適宜変更可能である。

また、この発明は、自動車用電動ポンプユニット以外の電動ポンプユニットにも適用できる。

Claims (3)

1. アウタギヤおよびインナギヤを備え、油の吸入および吐出を行う内接歯車ポンプと、ポンプのインナギヤに連結されたモータ軸、モータ軸に固定状に設けられたモータロータおよびモータロータの周囲に配置されたモータステータを有するポンプ駆動用電動モータとが、ハウジング内に設けられており、
   インナギヤの内周側部分およびモータ軸が鉄系材料よりなり、インナギヤの外周側部分が合成樹脂よりなることを特徴とする電動ポンプユニット。
2. ポンプおよび電動モータが、モータ軸が水平になるように、油が入るトランスミッションハウジング内に設けられており、モータステータがトランスミッションハウジングに接触し、モータステータの下部が油に浸漬させられていることを特徴とする請求項１の電動ポンプユニット。
3. モータロータが、円筒状のロータ本体の外周部に固定状に設けられた合成樹脂製の永久磁石保持部材に、複数の永久磁石が保持されているものであることを特徴とする請求項２の電動ポンプユニット。

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