JP2012122451A - 電動ポンプ - Google Patents

Abstract

【目的】ポンプに電動機を一体的に組合わせたものにおいて、その電動機の発熱源であるステータを効果的に放熱する構造を備えた車両用の電動ポンプとすること。
【構成】ロータ室１１と吸入ポート１３と吐出ポート１４とを有し且つ吸入ポート１３及び吐出ポート１４のそれぞれに連通する吸入側オイル通路１６と吐出側オイル通路１７が形成されたポンプケース１と、駆動ロータ２１と従動ロータ２２とからなるポンプ部Ａと、焼結形成されたステータコア７１からなるステータ７とモータケース５と駆動ロータ２１を回転駆動させるシャフト４とその外周に装着されるインナーマグネット６とからなるモータ部Ｂとからなること。モータケース５の内周面５ａとステータコア７１の外周面７１ａとの間に空隙部Ｑが形成され、ポンプケース１とモータケース５との接合にて、空隙部Ｑは、吸入側オイル通路１６と吐出側オイル通路１７とにそれぞれ連通されること。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ポンプに電動機を一体的に組合わせたものにおいて、その電動機の発熱源であるステータを効果的に放熱する構造を備えた車両用の電動ポンプに関する。

車両用のオイルポンプに電動機が組み付けられたタイプのものが種々存在する。この種のものとして、特許文献１が挙げられる。特許文献１では、油圧供給装置に関するものであるが、この特許文献１の中で、電動モータMで駆動される電動油圧ポンプP2が開示されている。電動油圧ポンプP2は、特許文献１に記載された図３に示すように、センサレス・ブラシレス直流モータで成る電動モータMと、トロコイド型の油圧ポンプPとを連結した構造を有している。

電動モータMは、樹脂材料にて形成されたモータケース30に円筒状の内部空間Sを形成し、この内部空間Sを取り囲む位置に複数のコア31を配置している。前記トロコイド型の油圧ポンプPは前記駆動軸35を回転自在に支持する軸受部40Aを有し、内部空間を形成するポンプケース40と、アウタロータ42と、インナロータ41とを備えている。そして、作動油に圧力が作用し、該作動油を吐出する部位が吐出部47に設定され、作動油を吸引する部位が吸引部49に設定されている。

そして、特許文献１における電動モータMの放熱構造としては、図３に示すように、油圧ポンプPは吐出部47からの作動油の一部を軸受部40Aと駆動軸35との隙間を介して内部空間Sに供給し、この内部空間Sからの作動油をポンプケース40において駆動軸35と平行する戻し油路43から吸引部49に戻す構造となっている。上記構造により電動モータM、より詳細にはコア31で発生した熱は内部空間Ｓに存在する作動油に伝達し、作動油とともに戻し油路43から吸引部49に放熱することが可能となる。

特開２００８−６９８３８

しかし、特許文献１には、以下のような課題が残されている。すなわち、コア31の外周側には、樹脂材料で形成されたモータケース30が配置され、また特許文献１に開示された図３から読み取れるようにコア31はモータケース30に一体成形されている。一般に、樹脂材料は金属材料と比較すると熱伝導率が低いため、特許文献１の構造ではコア31の発熱はモータケース30の外周側からは放熱されにくい。そのため、特許文献１では、コア31の内周側から作動油を使用して放熱を行っている。

ところで、図３に記載されているコア31を見ると、多くの線が狭い間隔で平行に引かれていることが見て取れる。よって、具体的な記載はされていないものの、技術的常識からすると、コア31は積層鋼板を数多く貼り合せた構造である。そのため、特許文献１のようにコア31の内周側に作動油が存在すると、長期の使用に伴い、積層鋼板同士の微細隙間に作動油が徐々に浸入してきてしまい、耐久性に難があった。

また、上記作動油の浸入を阻止するために、例えばコア31の内周側を樹脂等でコーティングすると、永久磁石で形成されたロータ34とコア31との距離（いわゆるエアギャップ）を拡大するしかなく、これにより磁気抵抗が大きくなる。よって、電動モータMの効率が低下してしまうものであった。

また、回転駆動されるロータ34が作動油に油没しているため、回転時に抵抗となり、電動モータMの効率低下の要因となるものであった。そこで、本発明が解決しようとする課題（技術的課題）は、極めて簡単な構成によって、オイルによるコイルの温度上昇を抑制し、放熱効果を高くし、モータ効率を向上させると共に製造コストを低減し、装置全体をコンパクトにすることにある。

そこで、発明者は上記課題を解決すべく鋭意，研究を重ねた結果、請求項１の発明を、ロータ室と吸入ポートと吐出ポートとを有し且つ前記吸入ポート及び吐出ポートのそれぞれに連通する吸入側オイル通路と吐出側オイル通路が形成されたポンプケースと前記ロータ室に収納される駆動ロータと従動ロータとからなるポンプ部と、焼結形成されたステータコアからなるステータと該ステータが装着されたモータケースと前記駆動ロータを回転駆動させるシャフトと該シャフトの外周に装着されるインナーマグネットとからなるモータ部とからなり、前記モータケースの内周面と前記ステータコアの外周面との間に空隙部が形成され、前記ポンプケースと前記モータケースとの接合にて、前記空隙部は、前記吸入側オイル通路と吐出側オイル通路とにそれぞれ連通されてなる電動ポンプとしたことにより、上記課題を解決した。

請求項２の発明を、請求項１において、前記モータケースの内周面には軸方向に沿う突起条が周方向に沿って複数形成されることにより前記空隙部が形成されてなる電動ポンプとしたことにより、上記課題を解決した。請求項３の発明を、請求項１において、前記ステータコアの外周面には軸方向に沿う突起条が周方向に沿って複数形成されることにより前記空隙部が形成されてなる電動ポンプとしたことにより、上記課題を解決した。

請求項４の発明を、請求項２又は３において、前記突起条はセレーションとして形成されてなる電動ポンプとしたことにより、上記課題を解決した。請求項５の発明を、請求項１において、前記モータケースの内周面は周方向に沿って波形状の凹凸面として形成されることにより前記空隙部が形成されてなる電動ポンプとしたことにより、上記課題を解決した。

請求項１の発明では、ステータコアの外周面と、モータケースとの内周面に形成される空隙部を利用し、該空隙部に連通する吸入側オイル通路及び吐出側オイル通路からオイルを送り込み、該オイルによって、ステータコアとモータケース間の伝熱性を向上させ、コイルの温度上昇を抑制させることができる。

これは、空隙部がステータコアとモータケースとの間の極僅かの隙間であり、単なる空気だけの断熱層では無く、オイルを充填させることよって伝熱が行われ、熱伝導性が極めて良好にさせるものである。これによって、コイルや電子部品の温度上昇を抑制することにより、これら部品の信頼性を高めることができる。また電子部品の熱負荷が軽減されることで、耐熱グレード（質）を下げた低価格な電子部品の選定が可能となるため、コスト低減にもつながる。

また、前記空隙部は、モータケースとステータコアとの接触面に形成される極僅かの隙間であればオイル介在面として十分であり、よってモータ部の外径が大きくなることを防止すると共に、コンパクトにまとめることができる。前記空隙部は、ステータコアの外周側に位置するので、ステータコアの内周側において、インナーマグネット以外に何も配置される必要がなく、インナーマグネットとステータコア間のエアギャップを縮小でき、モータ効率を向上させることができる。

請求項２及び請求項３では、極めて簡単且つ確実な空隙部を形成することができる。請求項４の発明では、複数の突起条がセレーションとして形成されることにより、製造が簡単にできる。請求項５の発明では、モータケースの内部の波形状の凹凸面は、通常、製造上発生してしまう程度の極僅かな凹凸を有する面である。そして、これを利用することでモータケースとステータコアとの間に空隙部を最も簡単に形成することができるものである。

（Ａ）は本発明の構成を示す縦断側面図、（Ｂ）は（Ａ）のＹ1−Ｙ1矢視断面図、（Ｃ）はステータコア及び一部切除したモータケースを組合わせた斜視図、（Ｄ）は（Ｂ）のＹ2−Ｙ2矢視断面図である。 （Ａ）は図１（Ａ）の（ア）部拡大詳細図、（Ｂ）は（Ａ）のＹ3−Ｙ3矢視断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＹ4−Ｙ4矢視断面図である。 （Ａ）は本発明の第２実施形態における構成の縦断正面図、（Ｂ）は（Ａ）のＹ5−Ｙ5矢視断面図である。 （Ａ）は第１実施形態における変形例の要部縦断正面図、（Ｂ）は第２実施形態における変形例の要部縦断正面図、（Ｃ）は第３実施形態におけるモータケースの縦断正面図である。

以下、本発明を図面に基づいて説明する。本発明は、電動ポンプであり、図１（Ａ）に示すように、主にオイルポンプとして使用されるポンプ部Ａと、ステータ７及びインナーマグネット６等からなるモータ部Ｂと、回路基板９やヒートシンク８等からなる回路部Ｃとから構成され、これらが組み合わされたものである。

さらに、具体的な構成としては、ポンプ部Ａは、ポンプケース１と、駆動ロータ２１と、従動ロータ２２と、オイルシール３とから構成される。前記ポンプケース１には、ロータ室１１が形成され、該ロータ室１１の中心位置には軸受孔１２が形成され、該軸受孔１２を中心として略左右対称に吸入ポート１３と吐出ポート１４とが形成されている。駆動ロータ２１と従動ロータ２２のタイプは、内接歯車タイプのロータを採用している〔図１（Ａ）参照〕。また、特に図示しないが、前記駆動ロータ２１と前記従動ロータ２２とを外歯歯車同士を組み合わせた外接歯車タイプのロータが採用されたものであっても構わない。

本発明では、図１（Ａ）に示すように、駆動ロータ２１及び従動ロータ２２は、内接歯車タイプが使用されるものとして説明する。したがって、駆動ロータ２１はインナーロータが使用され、従動ロータ２２はアウターロータが使用される。前記駆動ロータ（インナーロータ）２１は、複数のトロコイド形状の外歯を有し、前記従動ロータ（アウターロータ）２２は、前記駆動ロータ２１より１枚以上多くした内歯を有するものであり、駆動ロータ２１の外歯と従動ロータ２２の内歯とが滑らかに接触しつつ相互に回転し続ける。

駆動ロータ２１の外歯と、従動ロータ２２の内歯とによって構成される空隙を歯間空間Ｓ（セル）と称する。駆動ロータ２１の回転中心にはボス孔が形成されモータ部Ｂのシャフト４が挿通され、駆動ロータ２１とシャフト４とは、一体となって回転するようにキー等にて周方向に固定される。

ポンプケース１には、後述するモータ部Ｂのモータケース５との接続側面１ａにオイルシール３のための窪み部１５が形成されている。該窪み部１５は、前記軸受孔１２の周囲に円形の段差装状部として形成され、オイルシール３が圧入等の固定手段にて装着されるようになっている。オイルシール３は、ロータ室１１からポンプケース１とシャフト４との間の隙間を漏れてきたオイルをモータ部Ｂ側に漏れることを防止する役目をなしている〔図１（Ａ）参照〕。

ポンプケース１には、ロータ室１１からモータ部Ｂへの接続側面１ａに向かって、２本の孔状通路が形成されている〔図１（Ａ）参照〕。ロータ室１１側において、この２本の孔状通路のうちの１本は吸入ポート１３の近傍に形成され、これを吸入側オイル通路１６と称する。またもう１本は吐出ポート１４の近傍に形成され、これを吐出側オイル通路１７と称する。吸入側オイル通路１６及び吐出側オイル通路１７は共にオイルを流通させる役目をなす。

ポンプの稼動時において、吐出ポート１４近傍の方が吸入ポート１３よりも圧力が高いため、吐出ポート１４近傍の吐出側オイル通路１７から後述するオイル介在面を経由して吸入ポート１３近傍の吸入側オイル通路１６に向かってオイルが流れる〔図２（Ａ）参照〕。そして、吸入側オイル通路１６及び吐出側オイル通路１７が形成され、２本のオイル通路をオイルが流れ、放熱効果は高まる。また、例え圧力差が僅かでオイルが流動しない状態であったとしても、モータケース５の内周面５ａと、ステータコア７１の外周面７１aとの間の極僅かの空隙部Ｑは、オイルで満たされることになり、単に組み付けた時のように空気が介在するよりも高い放熱効果を有する。

吸入側オイル通路１６及び吐出側オイル通路１７には、ポンプ始動の初期にオイルが流動しなくてもコイルの温度上昇により吸入側オイル通路１６及び吐出側オイル通路１７や後述するオイル介在面に対流が発生し、その結果、オイルの流動を発生させ、オイルの熱移動による放熱が行われる。

モータ部Ｂは、図１（Ａ），（Ｂ）に示すように、モータケース５，シャフト４，インナーマグネット６、ステータ７から構成される。ステータ７は、ステータコア７１とコイル７２とから構成される。インナーマグネット６は、回転ベース６１の外周に永久磁石６２が筒状に装着されたものである。前記回転ベース６１は略カップ形状をなし、底部６１ａ及び円筒側部６１ｂとから構成される。底部６１ａは、円板形状に形成され、直径中心に前記シャフト４の軸端部が固着されている。

インナーマグネット６は、シャフト４と一体化され、インナーマグネット６の回転によりシャフト４も回転する。回転ベース６１は、永久磁石６２のバックヨークとしての役割を有しているため、磁性体すなわち鉄系金属となっている。上記バックヨークとは、マグネット間の磁路を形成し、空間を通るより、磁気抵抗を低減させるものである。

インナーマグネット６の永久磁石６２は、中空円筒形状に形成され、回転ベース６１の外周側壁面に固着される。また、永久磁石６２には、偶数の磁極が周方向に等間隔に設けられている。永久磁石６２とステータ７との間は回転時に互いに擦れ無い程度の隙間が設けられている。

ステータ７は、その外周面７１aがモータケース５の内周面５ａに焼ばめ、圧入、キー、ボルト、接着等の方法により固定される。ステータ７は、焼結体であるステータコア７１と、該ステータコア７１を完全に被覆するように配置される薄い樹脂製のインシュレータと、インシュレータに巻き付けられるコイル７２とからなる。ステータコア７１の外周側は完全に一周に亘って繋がり、円筒形状に形成されており、磁極ごとに分割されてはいない。ステータコア７１の内周側には磁極ごとに周方向等分に分割され、偶数個のティース部７１ｂ，７１ｂ，…が形成される。

ステータコア７１の外周面７１ａと，モータケース５の内周面５ａとは、略類似（相補）形状となるように製造される。モータケース５内にステータコア７１が収納された状態で、モータケース５の内周面５ａと、ステータコア７１の外周面７１ａとの間に空隙部Ｑが形成される。そして、ポンプケース１とモータケース５を接合することにより、モータケース５側の空隙部Ｑに、ポンプケース１側の吸入側オイル通路１６及び吐出側オイル通路１７がそれぞれ連通する構成となっており、空隙部Ｑにオイルが送り込まれる。空隙部Ｑに介在するオイルにより、極めて薄いオイル介在層がモータケース５とステータコア７１との間に構成されることになる。

空隙部Ｑを構成するための実施形態は、以下に述べるように、複数存在する。まず第１実施形態では、前記モータケース５の内周面５ａには軸方向に沿う突起条５１，５１,…が周方向に沿って複数形成されることにより前記空隙部Ｑが形成される。モータケース５内に軸方向に沿って収納されるステータコア７１は、前記突起条５１，５１,…にのみ当接する。そして、複数の突起条５１，５１,…の間に空隙部Ｑが形成されることになる。

モータケース５に形成される突起条５１，５１,…については、モータケース５におけるポンプケース１との接合側の開口付近には突起条５１，５１,…の未形成部分５１ｎが存在することもある〔図１（Ｄ）参照〕。つまり、突起条５１の長手方向の端部は、モータケース５の内周面５ａの軸方向全体に亘って形成されるものではなく、モータケース５の開口箇所は突起条５１，５１,…が存在しない部分となっている。

これら突起条５１の未形成部分５１ｎによって、モータケース５とポンプケース１との接合部分では、吸入側オイル通路１６及び吐出側オイル通路１７により送り込まれたオイルが、突起条５１の未形成部分５１ｎを流れて、該突起条５１に妨げられることなく、空隙部Ｑの軸方向及び周方向全体に略均等となるように流れ込むようにすることができる。また、突起条５１の長手方向の他方側端部も内周面５ａの軸方向における端部箇所で未形成部分５１ｎが形成されることもあり、空隙部Ｑの周方向におけるオイルの流れをより一層円滑にすることができる。

次に、空隙部Ｑの第２実施形態では、前記ステータコア７１の外周面７１aに突起条７１１，７１１，…が周方向に沿って複数形成され、空隙部Ｑが形成されるものである。この第２実施形態では、モータケース５側には前記突起条５１，５１,…は形成されない。このような構成により、ステータコア７１はモータケース５の内周面５ａに対して、突起条７１１，７１１，…で当接する。そして、複数の突起条７１１，７１１，…の間に空隙部Ｑが形成されることになる。

この第２実施形態においても、モータケース５に収納されたステータコア７１のポンプケース１側寄りとその反対側寄りのそれぞれの付近では、突起条７１１，７１１，…の未形成部分７１１ｎが存在する〔図３（Ｂ）参照〕。これによって、第１実施形態と同様に、ポンプケース１側の吸入側オイル通路１６と吐出側オイル通路１７とから送り込まれるオイルが、空隙部Ｑの軸方向及び周方向に均等に流れ込むようにすることができる。

また、第１及び第２実施形態の変形例として、前記ステータコア７１側の突起条７１１，７１１，…、或は前記モータケース５側の突起条５１，５１,…が、セレーションとして形成されることもある〔図４（Ａ），（Ｂ）参照〕。突起条５１又は突起条７１１がセレーションとして形成される場合には、モータケース５とステータコア７１との接触部分が多数形成されることになり、ステータコア７１がモータケース５に収納されるときには、極めて強固に固定することができる。この変形例においても、突起条５１及び突起条７１１には、それぞれに前述した未形成部分が形成される。

第３実施形態の空隙部Ｑでは、モータケース５の内周面５ａに沿って波形状の凹凸面として形成されたものである〔図４（Ｃ）参照〕。実際には、モータケース５の形成時における精度のバラツキを若干大きく（悪く）することによって、ステータコア７１の外周面７１ａと、モータケース５の内周面５ａとの間に、局所的に生じる極僅かの隙間を空隙部Ｑとして使用されるものである。空隙部Ｑは、極僅かの隙間であるが、ステータコア７１の外周側面１ａとモータケース５の内周面５ａとの極僅かの隙間に全周に亘ってオイル介在面を配置することができるものである。

さらに、前記モータ部Ｂにおいて、前記ポンプ部Ａとは軸方向において反対側に外気に露出するように多数のフィンを有したヒートシンク８が配置装着される〔図１（Ｂ）参照〕。ヒートシンク８の軸方向奥側且つモータ部寄りには回路基板９が配置される。該回路基板９は、モータケース５に取り付けられ、回路基板９上にはステータ７のコイル７２を制御する電子部品が搭載される。ステータ７は、モータケース５に固定され、回路基板９もモータケース５に固定されている。

したがって従来は、ステータ７のコイル７２で発生した熱はモータケース５を伝わって回路基板９上の電子部品に到達してしまうものであるが、本発明では、オイル介在面やオイル通路（吸入側オイル通路１６及び吐出側オイル通路１７が形成されており、回路基板９に装着された電子部品に到達する熱量を低減させることができる。

本発明では、ステータ７を構成するステータコア７１が焼結材により形成されたものである。これによって、ステータコア７１は、気密構造体となりオイルが浸入することができないものとなる。これは、従来の積層鋼板によるステータコアとは異なる構造であり、積層鋼板のステータコアでは鋼板間の接合面にオイルが毛細管現象により浸入するものであり、オイルがステータコア内に浸入してオイル漏れを発生する恐れがあった。

これに対して、焼結材製のステータコア７１では、全体が気密構造体であるため、オイルが直接、接したとしてもオイルがステータコア７１の内部に浸入することがなく、したがって、ステータコア７１を介してオイルがモータケース５の中心部に漏れてくることが無い。つまり、焼結材製としたステータコア７１そのものがモータケース５内におけるシール部材としての機能を有する。そして、空隙部Ｑのオイルは、ステータコア７１に直接、接する構成であるため放熱効果を高くすることができる。

Ａ…ポンプ部、Ｂ…モータ部、１１…ロータ室、１３…吸入ポート、１４…吐出ポート、１６…吸入側オイル通路、１７…吐出側オイル通路、２１…駆動ロータ、
２２…従動ロータ、４…シャフト、５…ポンプケース、５ａ…内周面，５１…突起条、
６…インナーマグネット、７…ステータコア、７１ａ…外周面、７１１…突起条、
Ｑ…空隙部。

Claims (5)

1. ロータ室と吸入ポートと吐出ポートとを有し且つ前記吸入ポート及び吐出ポートのそれぞれに連通する吸入側オイル通路と吐出側オイル通路が形成されたポンプケースと前記ロータ室に収納される駆動ロータと従動ロータとからなるポンプ部と、焼結形成されたステータコアからなるステータと該ステータが装着されたモータケースと前記駆動ロータを回転駆動させるシャフトと該シャフトの外周に装着されるインナーマグネットとからなるモータ部とからなり、前記モータケースの内周面と前記ステータコアの外周面との間に空隙部が形成され、前記ポンプケースと前記モータケースとの接合にて、前記空隙部は、前記吸入側オイル通路と吐出側オイル通路とにそれぞれ連通されてなることを特徴とする電動ポンプ。
2. 請求項１において、前記モータケースの内周面には軸方向に沿う突起条が周方向に沿って複数形成されることにより前記空隙部が形成されてなることを特徴とする電動ポンプ。
3. 請求項１において、前記ステータコアの外周面には軸方向に沿う突起条が周方向に沿って複数形成されることにより前記空隙部が形成されてなることを特徴とする電動ポンプ。
4. 請求項２又は３において、前記突起条はセレーションとして形成されてなることを特徴とする電動ポンプ。
5. 請求項１において、前記モータケースの内周面は周方向に沿って波形状の凹凸面として形成されることにより前記空隙部が形成されてなることを特徴とする電動ポンプ。

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