JP2012167621A - Electric oil pump - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁力の効率を向上させることができると共に、部品点数を減少させて小型化できる簡易な構成とした電動オイルポンプに関する。 The present invention relates to an electric oil pump having a simple configuration that can improve the efficiency of magnetic force and can be reduced in size by reducing the number of components.
従来から使用されている電動オイルポンプは、駆動軸を有するモータと、回転軸を有するオイルポンプとを結合したものとなっている。このようなモータとオイルポンプとを結合した電動オイルポンプでは、モータ駆動軸とオイルポンプ回転軸との結合部のスペースがそれぞれ必要となるため、装置全体における小型化への障害となっている。 Conventionally used electric oil pumps are a combination of a motor having a drive shaft and an oil pump having a rotating shaft. In such an electric oil pump in which a motor and an oil pump are combined, a space for a connecting portion between the motor drive shaft and the oil pump rotation shaft is required, which is an obstacle to miniaturization of the entire apparatus.
そこで、モータ駆動軸とオイルポンプ回転軸とを共用して結合部を不要として小型化を図る構成が考えられ、そのような構成を有する電動オイルポンプを本明細書においては、一体型の電動オイルポンプと呼ぶ。そして、特許文献1には、このような一体型の電動オイルポンプが開示されている。
Therefore, a configuration in which the motor drive shaft and the oil pump rotation shaft are shared and a coupling portion is not required and the size can be reduced can be considered. In this specification, an electric oil pump having such a configuration is referred to as an integrated electric oil pump. Called a pump.
特許文献1に開示された電動内接ギヤポンプは、内接ギヤポンプの一種であるトロコイドポンプとして構成される。ポンプ1は、ハウジング2の内部に、モータ部3と、ロータ部4とを収納しているほか、モータ部3によって回転駆動される駆動軸であるとともに、ロータ部4の回転軸ともなる主軸5が回転自在に設けられている。主軸5の軸方向一方側の端部は、第1転がり軸受6によって回転自在に支持されており、主軸5の軸方向他方側の端部は、第2転がり軸受7によって回転自在に支持されている。
The electric internal gear pump disclosed in
このハウジング2は、主軸5の軸方向に2分割されたハウジング本体21と蓋体22とが連結されて構成されている。蓋体22は、例えば、鋼板製で、ハウジング本体21の開放側を塞ぐように円盤状に形成され、作動油が吸入される吸入口(図示せず)と、作動油が吐出される吐出口8とを有している。モータ部3は、ハウジング本体21の内側に設けられた固定子31と、固定子31の内側に配置された回転子32とを備えている。回転子32には、駆動軸となる主軸5が一体回転するように組み合わされており、回転子32から軸方向のロータ部4側へ主軸5が延びている。
The
主軸5は、中空円筒状の軸部51と、軸部51の一端に形成された径方向外方に延びるロータ延設部52とを備えている。ロータ部4のインナロータ42は、主軸5のロータ延設部52の外周面52aに一体回転可能に組み合わされている。回転子32とインナロータ42は、主軸5を介して一体回転する。そのためモータ部3の働きにより回転子32が回転すればインナロータ42も回転し、ロータ部4がポンプとしての機能を発揮することができる。
The
特許文献1には、以下に述べる課題が存在する。まず、転がり軸受6,7を用いているため、滑り軸受よりもコスト高となる。また、転がり軸受6,7を用いているため転がり軸受6,7の径方向の距離の分だけ電動内接ギヤポンプ全体としての外径が大きくなり、設置に大きなスペースが必要になる。
また、回転子32と軸部51とインナロータ42は、別部材であるため、部品点数が多く、そのために、組付け作業も加わることとなり、この点においてもコスト高の要因となっている。さらに、特許文献1では、モータ部3は、作動油中でも動作可能な油中モータで構成されているが、コイル等を含んだモータ部3の全ての領域が完全に絶縁されていないとモータとして成立しないため、コスト高となる。
In addition, since the
また、インナロータ42とアウタロータ41との材質が記載されていないので、材質については把握できないが、一般的に広く使用されている焼結金属だとすると、固定子31と回転子32の磁力がロータを通して逃げてしまうためモータの出力をそれほど高くできない。本発明が解決しようとする課題(技術的課題)は、磁力の効率を向上させることができると共に、部品点数を減少させて小型化できる簡易な構成とした一体型の電動オイルポンプを提供することにある。
In addition, since the material of the
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、ポンプボディ内に装着されたステータの内周側にインナーロータ下部のロータマグネットが配置されると共に前記ポンプボディに装着されたシャフトに回転自在に前記ロータマグネットが設けられた電動オイルポンプにおいて、前記ステータは、絶縁性焼結体にて形成され、且つ円筒状のコア本体の内周側より中心に向かって突出するように形成されたステータポールと該ステータポールの内端に形成された下ティース片とからなる下部ステータコアと、前記ステータポールに巻着されるコイルと、前記下ティース片の上端に形成されると共に上ティース片を有する上部ステータコアとからなり、前記インナーロータと前記ロータマグネットとは、樹脂にて一体形成されると共に、前記ステータの磁極と吸引及び反発する磁極が前記インナーロータ及び前記ロータマグネットにプラスチックマグネット又は埋め込み磁石にて設けられてなる電動オイルポンプとしたことにより、上記課題を解決した。 In view of the above, the inventor has intensively and intensively studied to solve the above-mentioned problems. As a result, the rotor magnet below the inner rotor is disposed on the inner peripheral side of the stator mounted in the pump body. In the electric oil pump in which the rotor magnet is provided rotatably on a shaft mounted on the pump body, the stator is formed of an insulating sintered body and is centered from the inner peripheral side of the cylindrical core body. A lower stator core composed of a stator pole formed so as to protrude toward the inner side and a lower teeth piece formed at the inner end of the stator pole, a coil wound around the stator pole, and an upper end of the lower teeth piece And an upper stator core having an upper teeth piece, and the inner rotor and the rotor magnet are made of resin. Together are integrally formed by pole and suction and magnetic poles repel the stator has an electric oil pump which thus provided a plastic magnet or the embedded magnets on the inner rotor and the rotor magnet, the above-mentioned problems are eliminated.
請求項2の発明を、請求項1において、前記ポンプボディのポンプ室を覆うポンプカバーに対して前記シャフトの他端が固定されてなる電動オイル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又は2において、前記インナーロータに対応するアウターロータは、非磁性金属にて構成されてなる電動オイルポンプとしたことにより、上記課題を解決した。 According to a second aspect of the invention, in the first aspect, the electric oil pump in which the other end of the shaft is fixed to a pump cover that covers the pump chamber of the pump body solves the above problem. According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the outer rotor corresponding to the inner rotor is an electric oil pump made of a nonmagnetic metal, thereby solving the above-mentioned problem.
請求項1の発明では、ポンプボディ内に装着されたステータに対して、一体化されたロータマグネットと、インナーロータとが回転自在に装着され、ポンプボディに固定されたシャフトに回転自在となるように構成されている。そして、前記ステータの磁極と吸引及び反発する磁極が前記ロータマグネット及び前記インナーロータにプラスチックマグネット又は埋め込み磁石にて設けられている。これによって、ステータに対して、一体化されたロータマグネットとインナーロータとは、軸方向及び直径方向の2面駆動となるためモータトルクが向上し、小型・軽量化及び高効率化が図れる。 According to the first aspect of the present invention, the integrated rotor magnet and the inner rotor are rotatably mounted on the stator mounted in the pump body so as to be rotatable on the shaft fixed to the pump body. It is configured. A magnetic pole that attracts and repels the magnetic pole of the stator is provided on the rotor magnet and the inner rotor by a plastic magnet or an embedded magnet. As a result, the rotor magnet and inner rotor integrated with the stator are driven in two directions in the axial direction and the diametrical direction, so that the motor torque is improved, and the size, weight and efficiency can be improved.
ロータマグネット及びインナーロータの中空孔及び中心孔は軸受け貫通孔としての役目をなし、ポンプボディに装着されたシャフトが貫通してロータマグネット及びインナーロータが回転する構成としているので、高価な転がり軸受は不要にすることができる。さらに、転がり軸受が不要のため、転がり軸受の径方向の距離の分だけポンプ全体としての外径を小さくすることができる。 The hollow hole and center hole of the rotor magnet and inner rotor serve as bearing through holes, and the shaft mounted on the pump body passes through the rotor magnet and inner rotor so that expensive rolling bearings are used. It can be made unnecessary. Furthermore, since the rolling bearing is unnecessary, the outer diameter of the pump as a whole can be reduced by the distance in the radial direction of the rolling bearing.
請求項2の発明では、前記シャフトは、その軸端がポンプボディだけでなくポンプカバー側にも固定されているので、シャフトが強固に固定され、ポンプ作動における振れを防止できるため耐久性が向上する。請求項3の発明では、アウターロータを樹脂又は非磁性金属材とすることで磁力がアウターロータを通して逃げにくくなり、インナーロータやステータの磁気ロスを防止することができ、モータトルクを更に大きくできる。
In the invention of
以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。本発明は、図1,図2,図5に示すように、主にステータAと、ロータマグネット3と、インナーロータ4と、アウターロータ5と、ポンプボディ6と、ポンプカバー7と、シャフト8とから構成される。ステータAは、図1(B)、図3等に示すように、全体が2つに区分され、下部ステータコア1と、上部ステータコア2とから構成される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention mainly includes a stator A, a
下部ステータコア1及び上部ステータコア2は焼結材(焼結金属)から形成されたもので、絶縁性焼結体として構成されたものである。本発明の電動オイルポンプには上下方向が存在し、ポンプボディ6に一体化されたロータマグネット3及びインナーロータ4が装着された状態で、インナーロータ4側が上方であり、ロータマグネット3側が下方となる。図示すると、図1(A)の配置が本発明における上下方向となる。
The
下部ステータコア1は、円筒状又は環状に形成されたコア本体11の内周側より中心に向かって突出するように形成された複数のステータポール12と、該ステータポール12の内端に形成された下ティース片13とからなる〔図3(A)参照〕。前記ステータポール12は、断面略方形状の角軸として形成され、前記下ティース片13は、断面円弧状の板片に形成されている。
The
ステータポール12は、4以上の偶数個が等間隔となるようにコア本体11に形成される。本発明の実施形態では、ステータポール12は、全部で6個形成されている〔図1(C)参照〕。そして、6個のステータポール12は、コア本体11の直径中心に対して60度の間隔をもって配置され、6個の磁極を有するようにして構成されている。また、下ティース片13の個数も、当然前記ステータポール12の個数と同一であり、本発明の実施形態では6個となる。複数の下ティース片13,13,…は、前記コア本体11の内周側において、等間隔に隙間を有する略円周壁面体を構成する。各ステータポール12には、コイル14が巻着される。
The
また、ポンプボディ6が鉄合金やアルミ合金から形成されたものであれば、ステータAの下部ステータコア1及び上部ステータコア2には絶縁用の樹脂製インシュレータで覆われ絶縁される構成とする。すなわち、ステータAとポンプボディ6との間が何らかの手段で絶縁されていれば良い。
If the
前記上部ステータコア2は、前記下部ステータコア1に対してその上方に形成される〔図3(A)参照〕。上部ステータコア2は、延長支持片21と上ティース片22とからなり、延長支持片21と上ティース片22とが断面的にL字状に形成される〔図3(B)参照〕。具体的には、前記下部ステータコア1のそれぞれの下ティース片13の上端から延長支持片21が形成され、該延長支持片21の上端に上ティース片22が形成されたものである。
The
したがって、上部ステータコア2では、延長支持片21及び上ティース片22は、下ティース片13の個数と同一であり、本発明では、下ティース片13の個数と同じ6個である。前記上ティース片22は、延長支持片21の上端から外方(コア本体11の直径方向外方と同一方向である)に向かって形成されている。また、上ティース片22の面は、下ティース片13の面に対して直角となるように構成される〔図1(A),(B)及び図6参照〕。
Therefore, in the
上ティース片22の平面形状は、外方に向かってしだいに幅広となる略台形状又は略扇形状に形成されている〔図2(A),図3参照〕。そして複数の上ティース片22,22,…は、前記コア本体11の直径中心に対して放射状となるように配列されることになる〔図2(A)参照〕。延長支持片21は、前記下ティース片13と略同一形状で、円弧状板片に形成される。
The planar shape of the
上部ステータコア2の延長支持片21及び上ティース片22は、一体形成されるものであるが、上部ステータコア2と下部ステータコア1とは、別部材としている〔図3(B)参照〕。そして、上部ステータコア2の延長支持片21が、下部ステータコア1の下ティース片13に接着剤等により接着固定される。
The
下部ステータコア1と上部ステータコア2とを別部材として、接着剤で両者を固着する構成にすると、上部ステータコア2を下部ステータコア1に接着する前に、ステータポール12にコイル14を巻着することで、作業が極めて行い易くなる。好ましくは、ポンプボディ6に上ティース片22をセットする凹状箇所を形成し、該凹状箇所に上ティース片22を挿入すると良い。また、下ティース片13が延長支持片21と一致させるようにセットする。
If the
さらに、上部ステータコア2の変形例として、前記延長支持片21を設けずに、上ティース片22のみとし、下部ステータコア1では、下ティース片13の上端を上方に延長形成させて、下ティース片13の上端に直接、上ティース片22を形成して上部ステータコア2を形成することも可能である。また、下部ステータコア1と上部ステータコア2とを一体成形とすることもある。この場合には、焼結材から下部ステータコア1と上部ステータコア2とが一体成形可能な形状にする必要がある。
Further, as a modification of the
ステータAのコイル14に通電したときに、下ティース片13及び上ティース片22による磁極の極性は同一となる。そして、複数の下ティース片13と同数の上ティース片22とを有しているので、通常の電磁石では、1方向の磁束しか発生できなかったものであるが、下ティース片13と上ティース片22とによって、異なる2方向(軸方向及び直径方向)の磁束を発生させることができる(図6参照)。
When the
このとき、それぞれの下ティース片13と、組をなして構成された上ティース片22とは、励磁されたときには同一の極性を有する磁極となる。つまり、任意の組のステータポール12及び下ティース片13がS極となっているときには、該下ティース片13に形成された上部ステータコア2の上ティース片22にも磁気が及びS極となる。そして、コア本体11の周方向に配列された下ティース片13と上ティース片22との組は、周方向にS,N,S,N,…の配列で回転するように、制御回路が具備される。
At this time, each
次に、ロータマグネット3とインナーロータ4について説明する。ロータマグネット3及びインナーロータ4は、合成樹脂にて形成される。具体的には、プラスチックマグネットが使用される。ここで、プラスチックマグネットとは、磁石を含んだ樹脂であり、粉末状の磁石を樹脂と一緒に成形することによって作られる。ただし、通常は、磁石と樹脂との比率は約2:1であり、粉末状の磁石間の繋ぎとして樹脂が存在する。
Next, the
ロータマグネット3は、図4(A),(B)に示すように、中空円筒形状に形成されたものであり、インナーロータ4の直径中心の位置から、該インナーロータ4の直径方向に対して直角となるように一体形成されている。ロータマグネット3の外径は、インナーロータ4の最小外径部分(つまり、歯底円の直径)よりも格段に小さく形成されている〔図4(A),(B)参照〕。また、ロータマグネット3の外周側面31は、ポンプボディ6に装着された前記ステータAの複数の下ティース片13,13,…によって構成された円筒状内周壁の内周側に納まるようになっている。
As shown in FIGS. 4A and 4B, the
ロータマグネット3には軸方向に沿って中空孔32が形成されており、後述するシャフト8が挿入する(図1、図2参照)。中空孔32の直径は、インナーロータ4の中心孔42の直径と同一であり、段差が生じないように形成されている。ロータマグネット3及びインナーロータ4は後述するシャフト8によって回転自在となる。ロータマグネット3とインナーロータ4とは、共に同一の材質から形成されるものであり、一体形成されることが最も好適な構成となる。
A
また、ロータマグネット3とインナーロータ4とがそれぞれ別々に形成され、接着剤にてインナーロータ4とロータマグネット3とが固着される構成としてもかまわない。実際には、インナーロータ4とロータマグネット3とが一体形成されることによって、装置全体の部品数を削減することができ、ロータマグネット3の中空孔32とインナーロータ4の中心孔42とが一体的に形成されるので、軸方向に段差が全く生じない正確なシャフト用の軸受孔を形成することができる(図5参照)。
The
前記インナーロータ4とロータマグネット3は、何れもプラスチックマグネット又は埋め込み磁石m〔図4(C)参照〕にて、円周方向に偶数等分されて交互の配列となるS極,N極,…が設けられる。ここでは、4個の磁極とした場合について述べる。また、ロータマグネット3の磁極を示す箇所には符号3mを付し、インナーロータ4の磁極を示す箇所には符号を4mとし、図中に付しておいた。
Each of the
まず、円筒状のロータマグネット3では、外周側面31の周方向に沿って90度の間隔をおいて4等分され、S極,N極,…と交互になるように永久磁石として磁極が構成されている。インナーロータ4についても、円周方向に90度の間隔をおいて4等分されて、S極,N極,…と交互になるように永久磁石として構成されている。
First, in the
ここで、ロータマグネット3側の磁極の配列と、インナーロータ4側の磁極の配列とは同一位相となるように構成される〔図4(A),(B)参照〕。本発明のような6極ステータではコイル14への通電により4極が磁化し、ロータマグネット3の磁極中心に対応するステータAの磁極中心は一致しておらず、よって磁極の位相のズレによりロータマグネット3に回転方向の位相を変化させる力が生じ、ロータマグネット3が回転する。
Here, the arrangement of the magnetic poles on the
インナーロータ4は、後述するアウターロータ5と共にトロコイド形状の歯車ポンプを構成するものであり〔図2(B)参照〕、インナーロータ4は、その外周に外歯部41が形成されている。該外歯部41は、具体的にはトロコイド歯形であり、後述するアウターロータ5の内歯部51と噛み合い、トロコイドポンプを構成するものである。インナーロータ4の直径中心位置には、後述するシャフト8が貫通する中心孔42が形成されている〔図4(A)、図5参照〕。
The
アウターロータ5は、環状に形成され、その内周側より中心側に向かって突出する内歯部51が形成されている〔図2(B)参照〕。そして、アウターロータ5の内周側に前記インナーロータ4が配置され、該インナーロータ4の外歯部41と、前記アウターロータ5の内歯部51とが組み合わさって歯間空間であるセルJが形成される。アウターロータ5は樹脂又は非磁性金属材とすることで磁力がアウターロータ5を通して逃げにくくなり、インナーロータ4やステータAの磁気ロスを防止することができ、モータトルクを更に大きくできる。
The
ポンプボディ6は、非磁性鉄合金,非鉄金属等の非磁性金属,アルミ合金又は樹脂から形成され、内部奥側からモータ室61及びポンプ室62が形成されている。このような構成とすることから、ポンプボディ6は中空円筒形状のものが好適である。ポンプ室62は、後述するポンプカバー7が接合する面において、アウターロータ5が回転自在に収納される凹状の窪みとして形成される。モータ室61には、前記ステータAが装着される。
The
モータ室61へのステータAの装着は、ポンプボディ6が合成樹脂製の場合には、ポンプボディ6を分割してステータAを組み付けたり、鋳込みによるインサート装着となる。また、ポンプボディ6が金属製の場合には、ポンプボディ6が2部材からなる構成とし、ポンプボディ6を分解してステータAが装着し易い構造とするものである。しかし、前述したようなステータAのポンプボディ6への装着手段に限定されものではなく、どのような装着手段であってもかまわない。
When the
モータ室61にステータAを装着する構成において、前記下ティース片13の表面は、モータ室61の内周壁面から露出した状態である〔図1(A)、図5、図6参照〕。モータ室61に装着されたステータAの複数の下ティース片13,13,…によって、等間隔に隙間を有する略円筒孔状の内周壁面部が構成される。また、ステータAの複数の上ティース片22,22,…は、その表面が前記ポンプ室62の底面62aから露出された状態で配置される〔図2(A)、図6参照〕。
In the configuration in which the stator A is mounted in the
さらに、ポンプボディ6のモータ室61からポンプ室62に向かってシャフト8が装着される〔図1(A)、図5参照〕。具体的には、シャフト8の軸方向は、ポンプボディ6には、複数の下ティース片13,13,…によって構成される円筒状内周壁面部の直径中心位置を通過するようにして、ポンプボディ6に装着されている。該シャフト8は、ステンレス等の硬くて錆びにくい金属製のもので、中実(中身の詰まった)円筒形状の軸であり、シャフト8の軸方向一端が、ポンプボディ6のモータ室61の底部に埋め込み等による固着手段にて固着されている。
Further, the
シャフト8が一体化されたロータマグネット3とインナーロータ4の中空孔32及び中心孔42を貫通するようにして挿入される。つまり、一体化されたインナーロータ4及びロータマグネット3は、固定されたシャフト8を中心にして周方向に回転する構造となっている。したがって、インナーロータ4の中心孔42及びロータマグネット3の中空孔32は、シャフト8に対して円滑且つガタツキを生じさせずに回転できるための表面仕上げが行われることが好ましい。
The
ロータマグネット3は、ポンプボディ6のモータ室62において、下ティース片13,13,…によって構成される円筒状内周壁面部に収まり、複数の下ティース片13,13,…による磁極と、ロータマグネット3の周方向に設けた磁極とが対向する〔図1(A),(B),図6参照〕。
In the
また、インナーロータ4は、ポンプボディ6のポンプ室62に収まり、ポンプ室62の底面62aの複数の上ティース片22,22,…の磁極と、インナーロータ4の円周方向に設けた磁極とが対向する。これによって、ステータAの下ティース片13及び上ティース片22からの軸方向及び直径方向の2面方向で、磁力を発生することとなり、一体化されたロータマグネット3とインナーロータ4とがその磁力の影響を受け、モータトルクが向上し、小型・軽量化及び高効率化が図れる(図6参照)。
Further, the
ポンプカバー7は、ポンプボディ6と同様に、非鉄性鉄合金,非鉄金属等の非磁性金属,アルミ合金又は樹脂から形成されたものであり、吸入ポート71と吐出ポート72が形成されており、前記ポンプボディ6のポンプ室62の開口を覆うようにしてボルト等の固着具によって接合され、閉鎖されたスペースとなるポンプ室62を構成する〔図1(A),図5参照〕。ポンプカバー7には、前記シャフト8の軸方向端部を不動となるように固定するための、シャフト受孔73が形成されることもある。
The pump cover 7 is formed of a non-magnetic metal such as a non-ferrous iron alloy and a non-ferrous metal, an aluminum alloy, or a resin, like the
該シャフト受孔73が形成されることによって、前記シャフト8は軸方向両端が支持固定されることにより、ポンプ作動時において振れの生じない安定したポンプ動作にすることができる。このようにして、構成された本発明の電動オイルポンプでは、通電することによって下部ステータコア1及び上部ステータコア2の複数の磁極に回転磁界が発生し、この回転磁界によってロータマグネット3及びインナーロータ4が回転する。
By forming the
A…ステータ、1…下部ステータコア、11…コア本体、12…ステータポール、
13…下ティース片、2…上部ステータコア、22…上ティース片、
3…ロータマグネット、4…インナーロータ、6…ポンプボディ、8…シャフト。
A ... Stator, 1 ... Lower stator core, 11 ... Core body, 12 ... Stator pole,
13 ... Lower teeth piece, 2 ... Upper stator core, 22 ... Upper teeth piece,
3 ... rotor magnet, 4 ... inner rotor, 6 ... pump body, 8 ... shaft.
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