JP2012188970A - ベーンポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】ブラシレスモータにて駆動されるベーンポンプにおいて、部品点数の削減を図ることができるポンプを提供する。
【解決手段】空気を圧縮するベーン室８１の隣接に、吸入ポート２４及び排気口１３０（排気ポート１３０）を備えるとともにブラシレスモータ２８のロータ２８ｃを回動可能に軸支するベアリング１０２が底部側に嵌合された有底開口形状を呈するポンプボディと、このポンプボディ内に配置されているロータ２８ｃと、ポンプボディの開口部３６に設けられこの開口部３６をカバーするハウジング２０と、ポンプボディ内に設けられブラシレスモータ２８を制御する制御回路２５とを備えた。
【選択図】図５

Description

本発明は、ベーンポンプ、例えば車両用負圧ブースタの負圧を生成するために用いられるベーンポンプに関する。

この種のベーンポンプとして、自動車用電気エアポンプが提案されている（例えば、特許文献１（図２）参照。）。

特許文献１の図２に示されるベーンポンプは、ポンプ本体（１０１）（括弧付き数字は特許文献１に記載されている符号を示す。以下同じ。）とブラシレスモータ（１１９）とが同軸に設けられている。吸入ポート（１１３）及び吐出ポート（１１４）がフロントプレート（１１１）の側面に形成されている。

ところで、ブラシレスモータは制御回路が必要であり、制御回路が配置されたブラシレスモータが特許文献２に開示されている。
この特許文献２の技術を図面に基づいて以下に説明する。
図１０は従来のベーンポンプに設けられたブラシレスモータの断面図であり、ベーンポンプ２００は、ベーンポンプ本体２０１とブラシレスモータ２０２とからなり、ベーンポンプ本体２０１の中心軸とブラシレスモータ２０２の中心軸が合致している。

ブラシレスモータ２０２は、ケース部材２０３に設けられた軸受２０４と、この軸受２０４に回転自在に設けられた回転軸２０５と、この回転軸２０５と一体的に回転するように設けられた回転子２０６と、ケース部材２０３の開口側に設けられた制御回路２０７と、この制御回路２０７に接続されたステータコイル２０８とを備える。

ケース部材２０３は、取付部材２０９にスポット溶接により固定され、ナゲット２１０が形成されている。例えば、取付部材２０９をベーンポンプ本体２０１のフランジ部２１１にボルト２１２により締結することで、ベーンポンプ２００が組み立てられる。また、フランジ部２１１による結合であれば、通常はパッキン２１３を必要とする。すなわち、ベーンポンプ２００は、ベーンポンプ本体２０１とブラシレスモータ２０２と複数本のボルト２１２とパッキン２１３とからなり、部品点数が多い。

国際公開第２００４／０２９４６２号パンフレット 特開２００７−１８５０４０公報

本発明は、ブラシレスモータにて駆動されるベーンポンプにおいて、部品点数の削減を図ることができるポンプを提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、ブラシレスモータの軸と同軸に設けられこのブラシレスモータにより駆動されるベーンポンプであって、空気を圧縮するベーン室の隣接に、吸入ポート及び排気ポートの少なくとも一方を備えるとともに前記ブラシレスモータのロータを回動可能に軸支するベアリングが底部側に嵌合された有底開口形状を呈するポンプボディと、このポンプボディ内に配置されている前記ロータと、前記ポンプボディの開口部に設けられこの開口部をカバーするハウジングと、前記ポンプボディ内に設けられ前記ブラシレスモータを制御する制御回路とを備えたことを特徴とする。

請求項２に係る発明では、制御回路は、ポンプボディ内にベーン室と反対側に固定されていることを特徴とする。

請求項３に係る発明では、ハウジングは、ロータの軸の端部を回動可能に支持するエンドベアリングを備えることを特徴とする。

請求項４に係る発明では、ハウジングは、板状部材であり、この板状部材を折り曲げて形成したエンドベアリングを保持するエンドベアリング保持部を備えることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、ポンプボディ内にロータを配置し、ポンプボディがブラシレスモータのヨークを兼ねるようにした。兼用により、ヨークを省くことができる。結果、ブラシレスモータにて駆動されるベーンポンプにおいて、部品点数の削減を図ることができるポンプを提供することができる。

請求項２に係る発明では、制御回路は、ポンプボディ内にベーン室と反対側に固定されている。ベーン室にベーンが摺接するためベーン室は発熱する。この熱が制御回路へも伝わる。本発明では制御回路をベーン室と反対側、すなわち、ベーン室から遠い所に配置した。結果、ベーン室の熱が制御回路に伝わり難くなり、熱影響を阻止することができる。

請求項３に係る発明では、ハウジングは、ロータの軸の端部を回動可能に支持するエンドベアリングを備える。ロータの軸の端部は振れ易い部位であるが、このような軸の端部をベアリングで支持するようにしたので、ロータ軸の回転同軸精度を高めることができる。

請求項４に係る発明では、ハウジングは、板状部材であり、この板状部材を折り曲げることでエンドベアリング保持部を一体形成した。板状の部材を折り曲げるだけで、エンドベアリングを保持する構造を部品点数を増やすことなく形成することができる。

本発明に係るベーンポンプの配置例を示す図である。 ポンプ部の分解斜視図である。 ベーンポンプの分解斜視図である。 制御回路及びブラシレスモータの組み付け手順を説明する図である。 ベーンポンプの断面図である。 図５の６−６線断面図である。 図５の７−７線断面図である。 接続管からポンプ部までの吸気の流れを説明する図である。 ポンプ部から排気口までの排気の流れを説明する図である。 従来のベーンポンプの原理図である。

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。

先ず、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１に示されるように、本発明のベーンポンプ１０は、車両に備えられる負圧ブースタ１１の負圧室１２内を、負圧にする真空ポンプの一種である。
ベーンポンプ１０を作動させると、負圧管１３、負圧室１２内及び変圧室１４内が負圧になっている。この状態でブレーキペダル１６を踏むと負圧室１２と変圧室１４とが遮断され、変圧室１４に空気が導入され、負圧室１２と変圧室１４との差圧により、ダイヤフラム１７がリターンばね１８を圧縮させる側へ変形し、プッシュロッド１９を押し出す。結果、小さな踏力で大きな制動力が得られる。ベーンポンプ１０は、車両の側のブラケット２１にボルト２２で固定される。

次にベーンポンプ１０のポンプ部について以下に詳しく述べる。
図２はポンプ部８０の分解斜視図であり、ポンプ部８０は、非円断面のベーン室８１及び複数（この例では４個）のボルト穴８２が設けられるケース８３と、複数のベーン溝８５が放射状に設けられ、中心にインボリュートスプライン穴８６が設けられ、非円断面のベーン室８１に回転自在に収納されるロータ８７と、複数のベーン溝８５に各々移動自在に収納されるベーン８８と、複数（この例では４個）のボルト穴９１及び上下２個の吸気孔９２、９３を有する吸気プレート９４と、複数（この例では４個）のボルト穴９６及び上下２個の排気孔９７、９８を有する排気プレート１０１と、ボルト穴９６、８２、９１に通される複数（この例では４本）のボルト３２とからなる。

ベーンポンプ１０の構造を以下に詳しく述べる。
図３に示されるように、ベーンポンプ１０は、吸入ポート２４を上部に有するポンプボディ４０と、このポンプボディ４０の一方の面側に複数（この例では２本）のビス２３で取付けられブラシレスモータを制御する制御回路２５と、この制御回路２５の近傍においてポンプボディ４０に収納されモータの軸２７がインボリュートスプライン軸であるブラシレスモータ２８（詳細後述）と、ポンプボディ４０の一方の面に複数（この例では２本）ビス２６で取付けられているハウジング２０と、ポンプボディ４０の他方の側面に設けられている複数（この例では４個）の雌ねじ穴３１に長いボルト３２をねじ込むことで取付けられるポンプ部８０と、吸入ポート２４にフィルタ部材３３を介して接続される接続管６０と、ポンプ部８０を覆うと共に、ポンプボディ４０の他方の面に設けられている複数（この例では４個）の雌ねじ穴３４にビス３６をねじ込むことで取付けられるカバー体７０とからなる。

ポンプボディ４０は、側方に延びる突き出し部２９を有しており、この突き出し部２９にブラシレスモータ２８へ給電する中間コネクタ３５が設けられる。
ポンプボディ４０は、ブラシレスモータ２８をマウントするため及び車両に接続するための基盤であるため、厚くて剛性に富む、例えば鋳物などの金属製とすることが望まれる。ポンプボディ４０の底面に、車両側のブラケット（図１、符号２１）に取付けられる一対の固定部４１が下方に突出して設けられる。ポンプボディ４０の中心部にモータの軸２７が挿入される軸穴４２が設けられる。

ポンプボディ４０のうちポンプ部８０が取付けられる側面を、ポンプ取付け側面４３と呼ぶことにする。このポンプ取付け側面４３に、ポンプ取付け側面４３の外周に沿ってＯリングなどのシール材４４が設けられる。

また、ポンプ取付け側面４３に、軸穴４２の上方から下方にかけて、軸穴４２を中心とする半円形の吸気溝４６が設けられており、この吸気溝４６を囲うようにＯリングなどのシール材４７がポンプ取付け側面４３に設けられる。

さらに、ポンプ取付け側面４３に複数（実施例では４室）のチャンバー５１〜５４が設けられる。複数のチャンバー５１〜５４は、ボディ部４０の上下方向中央に配置され、ボディ部４０の外周に沿って形成される第１チャンバー５１と、この第１チャンバー５１と軸穴４２との間に配置され、第１チャンバー５１に第１連通溝５５を介して連通する第２チャンバー５２と、軸穴４２の下方に配置され、第２チャンバー５２に第２連通溝５６を介して連通する第３チャンバー５３と、この第３チャンバー５３の直下にてボディ部４０の外周に沿って形成され、チャンバー５１〜５３とは独立した第４チャンバー５４とからなる。

接続管６０は、ボディ部４０の上面に設けられている複数（この例では２個）の雌ねじ穴６１にビス６２をねじ込むことで締結される締結部６３と、この締結部６３から上方に突出する基部６５と、この基部６５からモータの軸２７の軸方向６７に延びるホース差込部６６とを主要素とし、Ｏリングなどのシール材６８を介して吸入ポート２４に接続される。

カバー体７０は、有底円筒であり、ポンプ取付け側面４３に対向する底部７１と、この底部７１からポンプ取付け側面４３に向けて延びる筒部７２と、この筒部７２の端部に鍔状に形成されるフランジ部７３とからなる。

次に制御回路及びブラシレスモータの組付手順を図４に基づいて説明する。
図４（ａ）に示すように、ポンプボディ４０には、ブラシレスモータ２８を収納部の近傍に制御回路２５を配置する凹部４５が設けられている。この凹部４５の奥側の軸穴４２にブラシレスモータ２８のモータの軸２７を挿入する。

図４（ｂ）に示すように、凹部４５に制御回路２５を入れ、この制御回路２５の穴３７にビス２３を通し、ビス２３により制御回路２５を回路取付部３９に固定する。

図４（ｃ）に示すように、ハウジング２０をポンプボディ４０の開口部３６に、この開口部３６をカバーするように配置する。ハウジングの穴３８にビス２６を通し、ビス２６によりハウジングをポンプボディ４０に固定する。

ベーンポンプの各部の構成を図５〜図８に基づいて、さらに詳細に説明する。
図５は、図２〜図４に基づいて組立てられたベーンポンプ１０の断面図である。
図５に示されるように、軸穴４２にベアリング１０２が設けられており、このベアリング１０２にモータの軸２７が支持される。モータの軸２７の先端部は、ロータ８７のインボリュートスプライン穴８６に嵌り、先端が排気プレート１０１の近傍まで達する。

カバー体７０のフランジ部７３はシール材４４の全周に接しており、このシール材４４によってカバー体７０内の気密性が確保される。
一方、シール材４７の全周に吸気プレート９４の表面が接しており、このシール材４７と吸気プレート９４で吸気溝４６の開口が塞がれ、吸気通路１０３が形成される。結果、接続管６０、吸入ポート２４、吸気通路１０３及び２個の吸気孔（図２、符号９２、９３）からなる吸気経路が形成される。

一対の固定部４１、４１の間に排気口１３０（詳細後述）が設けられる。
第３チャンバー５３と排気口１３０とは、第１排出通路１０４によって連通される。第１排出通路１０４は、第３チャンバー５３の内壁からモータ２８側へ延びる横通路１０６と、この横通路１０６の端部から下方に延びて排気口１３０に開口する縦通路１０７とからなる。第４チャンバー５４と排気口１３０とは、鉛直方向に延びる第２排出通路１０８によって連通される。

ブラシレスモータ２８は、ヨークの機能を兼ねているポンプボディ４０の内周２８ａと、内周２８ａに固定されているステータ２８ｂと、軸穴４２に設けられモータの軸２７を回転可能に軸支するベアリング１０２と、ハウジング２０に設けられモータの軸２７の一端を回転可能に軸支するエンドベアリング１０５と、このベアリング１０５及びベアリング１０２に回転可能に支持されているモータの軸２７と、このモータの軸２７に一体的回転するように設けられているロータ２８ｃとを備えている。

ハウジング２０は、板状部材２０であり、この板状部材２０を折り曲げて形成したエンドベアリング１０５を保持するエンドベアリング保持部１０９を備えている。

次に、複数のチャンバーの構成を図６及び図７に基づいて詳しく説明する。
図６に示されるように、チャンバー５１〜５４、連通溝５５、５６は、各々、ポンプ部（図３、符号８０）側に開口する。

第１チャンバー５１は、モータの軸２７を中心とする円弧状に形成され且つ幅Ｗ１で帯状に形成される。第４チャンバー５４は、左右に延びる直線とモータの軸２７を中心とした円弧とで囲われるような外形を有する。図において、第４チャンバー５４の中央で最大となる幅（上下方向）をＷ２で示し、左右方向の全長をＬ１で示す。

図７は、図６の構造にポンプ部８０及びカバー体７０を取付けた形態を示す図である。
図７に示されるように、第２・第３チャンバー（図６、符号５２、５３）、第１・第２連通溝（図６、符号５５、５６）の各々の開口は、吸気プレート９４で全体が塞がれる。

一方、ボディ部４０の外周に沿って形成される第１チャンバー５１及び第４チャンバー５４は、開口の一部が、カバー体７０及び吸気プレート９４で塞がれる。

カバー体７０の筒部７２のうち、第１チャンバー５１に対峙する部位が、モータの軸２７に向かって突出するように窪んでおり、この窪んだ部位１２４で、第１チャンバー５１の開口うち筒部７２側を塞ぐ。また、第１チャンバー５１の開口のうちモータの軸２７側を吸気プレート９４で塞ぐ。

この結果、第１チャンバー５１は、幅Ｗ１より格段に小さい幅Ｗ３の隙間によって、カバー体７０内と連通する。この幅Ｗ３の狭い隙間が排気通路１２６となる。排気孔９７、９８からの排気は、カバー体７０内から排気通路１２６で絞られて第１チャンバー５１に流れる。

また、カバー体７０の筒部７２のうち、第４チャンバー５４に対峙する部位が、モータ軸２７に向かって突出するように窪んでおり、この窪んだ部位１２５で、第４チャンバー５４の開口下部を塞ぐ。また、第４チャンバー５４の開口上部を吸気プレート９４で塞ぐ。

この結果、第４チャンバー５４は、幅Ｗ２より格段に小さい幅Ｗ４の隙間と、長さＬ１より格段に小さい長さＬ２の左右の隙間によって、カバー体７０内と連通する。幅Ｗ４の狭い隙間が排気通路１２７となり、長さＬ２の左右の狭い隙間が排気通路１２８、１２８となる。排気孔９７、９８からの排気は、カバー体７０内から排気通路１２７及び排気通路１２８、１２８で絞られて第４チャンバー５４に流れる。

以上に述べた負圧ポンプの作用を次に述べる。
図８に示されるように、モータ（図３、符号２８）が作動すると、ポンプ部８０の吸引作用により、外気が接続管６０内に吸入される。この吸気は、接続部構造１１０及びフィルタ部材３３を通過して吸入ポート２４に吸入される（矢印（１））。

吸入ポート２４に入った吸気は、吸気孔９２からポンプ部８０に入り、加圧されて排気孔９７から排出される（矢印（２））、又は、吸気通路１０３を通って吸気孔９３からポンプ部８０に入り、加圧されて排気孔９８から排出される（矢印（３））。上下の排気孔９７、９８から排出された排気は、カバー体７０内に流入する。

図９に示されるように、カバー体７０内において、排気は２つの排気経路のうち、いずれかの経路で排気口１３０へ導かれる。一方の経路では、排気はポンプ部８０の側部とカバー体７０との間の隙間を流れた後、排気通路（図７、符号１２６）を介して第１チャンバー５１に流入する（矢印（４）、（５））。第１チャンバー５１に流入した排気は第１連通溝５５を介して第２チャンバー５２に移る（矢印（６））。第２チャンバー５２に流入した排気は第２連通溝５６を介して第３チャンバー５３に移る（矢印（７））。第３チャンバー５３に流入した排気は、第１排出通路１０４を通って栓部材１３２に達すると、栓部材１３２を回避するように、空間部１４３を抜け、排気通路１３３から大気中に放出される（矢印（８））。

他方の排気経路では、排気はポンプ部８０の下面とカバー体７０との間の隙間を流れ（矢印（９））、排気通路１２７又は排気通路１２８を介して第４チャンバー５４に流入する（矢印（１０））。第４チャンバー５４に流入した排気は、第２排出通路１０８を通って栓部材１３２に達すると、栓部材１３２を回避するように空間部１４３を抜け、排気通路１３３から大気中に放出される（矢印（１１））。

以上のように作用する負圧ポンプによれば、次に述べる効果が得られる。
図６に示されるように、第１チャンバー５１及び第４チャンバー（図７、符号５４）は、ボディ部４０にカバー体（図７、符号７０）を重ねることで形成される。ボディ部４０には凹部を形成するだけでよいため、チャンバーは容易に形成される。

チャンバーの開口の一部を塞ぐ手段として、プレートなどの専用部品を新規に調達することが考えられるが、専用部品を調達すると、部品点数が増えて製品コストが高くなる。
この点、本実施例では、カバー体の窪んだ部位（図７、符号１２４、１２５）で、第１チャンバー５１及び第４チャンバー（図７、符号５４）の各々の開口の一部を塞ぐようにしたので、専用部品は不要である。結果、製品コストを抑えることができる。

また、吸気プレート（図７、符号９４）で、複数のチャンバー及び複数の連通溝を覆うようにしたので、専用部品が不要になる。すなわち、チャンバーや連通溝を覆う部品として吸気プレートを兼用することで、部品点数の増加を抑えることができる。

また、排気がポンプ部（図７、符号８０）とカバー体（図７、符号７０）との間の隙間を流れ、排気通路（図７、符号１２６〜１２８）へ向かうので、排気孔から排気通路に排気を導くための専用の通路をポンプ部などに加工する必要がない。結果、部品の加工コストを抑えることができる。

また、図９に示されるように、排気口１３０における排気経路は、第１排出通路１０４、第２排出通路１０８、複雑な形状の空間部１４３及び複数の排気通路１３３からなる迷路である。この複雑な迷路によって、排気通路１３３の出口から水が万一侵入しても、水が栓部材１３２よりも上流側（ポンプ側）に逆流することを防止することができる。したがって、モータ停止時（負圧ポンプ停止時）であっても、排気口１３０からポンプ部（図５、符号８０）への水の侵入を防止できる。結果、負圧ポンプの機能及び耐久性を維持することができる。

上記の図５に示されるように、ブラシレスモータ２８の軸２７と同軸に設けられこのブラシレスモータ２８により駆動されるベーンポンプ１０であって、空気を圧縮するベーン室（図２、符号８１）の隣接に、吸入ポート２４及び排気口１３０（排気ポート１３０）の少なくとも一方を備えるとともにブラシレスモータ２８のロータ２８ｃを回動可能に軸支するベアリング１０２が底部側に嵌合された有底開口形状を呈するポンプボディ４０と、このポンプボディ４０内に配置されているロータ２８ｃと、ポンプボディ４０の開口部３６に設けられこの開口部３６をカバーするハウジング２０と、ポンプボディ４０内に設けられブラシレスモータ２８を制御する制御回路２５とを備えた。

この構成により、ポンプボディ４０がブラシレスモータ２８のヨークを兼ねるようにした。兼用により、ヨークを省くことができる。結果、ブラシレスモータ２８にて駆動されるベーンポンプ１０において、部品点数の削減を図ることができるポンプ１０を提供することができる。

上記の図５に示されるように、制御回路２５は、ポンプボディ４０内にベーン室８１と反対側に固定されている。
この構成により、ベーン室８１にベーン８８が摺接するためベーン室８１は発熱する。この熱が制御回路２５へも伝わる。本発明では制御回路２５をベーン室８１と反対側、すなわち、ベーン室８１から遠い所に配置した。結果、ベーン室８１の熱が制御回路２５に伝わり難くなり、熱影響を阻止することができる。

上記の図５に示されるように、ハウジング２０は、ロータ２８ｃの軸２７の端部を回動可能に支持するエンドベアリング１０５を備える。
この構成により、ロータ２８ｃの軸２７の端部は振れ易い部位であるが、このような軸２７の端部をエンドベアリング１０５で支持するようにしたので、ロータの軸２７の回転同軸精度を高めることができる。

上記の図５に示されるように、ハウジング２０は、板状部材２０であり、この板状部材２０を折り曲げて形成したエンドベアリング１０５を保持するエンドベアリング保持部１０９を備える。
この構成により、板状部材２０を折り曲げるだけで、エンドベアリング１０５を保持する構造を部品点数を増やすことなく形成することができる。

尚、本発明のベーンポンプは、車両に備えられる負圧ブースタの負圧室内を、負圧にするための車両用のベーンポンプに好適であるが、用途を格別に限定するものではなく、一般機械用、汎用機械用、一般設備用に適用することは差し支えない。また、本発明のベーンポンプは実施例の構成に限定されず、ベーン及びロータが構成を為すポンプであれば、ベーンポンプの形状や形式も任意である。

本発明のベーンポンプは、車両に備えられる負圧ブースタの負圧室内を、負圧にするための車両用のベーンポンプに好適である。

１０…ベーンポンプ、２０…ハウジング（板状部材）、２４…吸入ポート、２５…制御回路、２７…モータの軸、２８…ブラシレスモータ、２８ｃ…ロータ、３６…開口部、４０…ポンプボディ、８１…ベーン室、１０２…ベアリング、１０５…エンドベアリング、１０９…エンドベアリング保持部、１３０…排気口（排気ポート）。

Claims (4)

1. ブラシレスモータの軸と同軸に設けられこのブラシレスモータにより駆動されるベーンポンプであって、
   空気を圧縮するベーン室の隣接に、吸入ポート及び排気ポートの少なくとも一方を備えるとともに前記ブラシレスモータのロータを回動可能に軸支するベアリングが底部側に嵌合された有底開口形状を呈するポンプボディと、
   このポンプボディ内に配置されている前記ロータと、
   前記ポンプボディの開口部に設けられこの開口部をカバーするハウジングと、
   前記ポンプボディ内に設けられ前記ブラシレスモータを制御する制御回路とを備えたことを特徴とするベーンポンプ。
2. 請求項１記載のベーンポンプにおいて、
   前記制御回路は、前記ポンプボディ内に前記ベーン室と反対側に固定されていることを特徴とするベーンポンプ。
3. 請求項１又は請求項２記載のベーンポンプにおいて、
   前記ハウジングは、前記ロータの軸の端部を回動可能に支持するエンドベアリングを備えることを特徴とするベーンポンプ。
4. 請求項３記載のベーンポンプにおいて、
   前記ハウジングは、板状部材であり、
   この板状部材を折り曲げて形成した前記エンドベアリングを保持するエンドベアリング保持部を備えることを特徴とするベーンポンプ。

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