JP2012241905A - 駆動装置およびポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】シャフト（４）およびハブ（３）を備える特に自動車の駆動装置（２）を提供する。
【解決手段】シャフト（４）はハブ（３）の開口（５）内に配置され、トルクのシャフト（４）を通じたハブ（３）への伝達は、シャフト駆動表面（１１）を介して行われる。シャフト駆動表面（１１）は、シャフト（４）の外側輪郭（７）上に配置され、ハブ駆動表面（１２）に接触する。ハブ駆動表面（１２）はハブ（３）の内側輪郭（９）上に配置される。シャフト駆動表面（１１）は関連付けられたハブ駆動表面（１２）に向かって凹部であり、ハブ駆動表面（１２）は、関連付けられたシャフト駆動表面（１１）に向かって凸部である。本発明のポンプ（１）は駆動装置（２）およびポンプ（１）の送出手段を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は駆動装置に関する。本発明はさらにポンプ、そのような駆動装置を有する、特に容積式ポンプに関する。

駆動装置は、力、特にトルクを伝達する働きをする。駆動装置は、ハブおよびシャフトを備える。シャフトはハブの開口内に配置され、シャフトの外側輪郭は、少なくとも１つのシャフト駆動表面を有する。シャフト駆動表面は、ハブの内側輪郭のハブ駆動表面と接触する。従来の駆動装置のシャフト駆動表面およびハブ駆動表面は、シャフトの中心軸に対して横切るように走る開口を通る断面において２本の平らな直線を形成する。シャフトの回転はハブ駆動表面にシャフト駆動表面を介して伝達され、力つまりトルクの伝達が生じる。シャフトおよびハブ、よってハブ駆動表面と共にシャフト駆動表面は、さらに製造および組立に関連する公差を有し、これらは特にシャフト駆動表面およびハブ駆動表面間のギャップにつながる。これによりシャフト駆動表面は、シャフトの対応する回転の間にはハブ駆動表面には完全には接触しない。むしろシャフト駆動表面およびハブ駆動表面は線接触領域において互いに直線的に接触する。力つまりトルクの伝達の間には、高い機械的ストレスが、この線接触領域においてシャフト駆動表面およびハブ駆動表面の間に高まり、これはシャフトおよびハブ上の高い負荷につながり、破損につながり得て、よって駆動装置の寿命が短くなり得る。

本発明は、上述のタイプの駆動装置のための改良された、または少なくとも代替の実施形態を提供する。本発明は特に、駆動装置への負荷が低減されたことを特徴とする。

本発明によれば、この問題は独立請求項の主題によって解決される。有利な実施形態は従属請求項の主題である。

本発明は、駆動装置のシャフトのシャフト駆動表面をハブの開口内に配置するよう設計する全般的な思想に基づいている。ここで力つまりトルクを伝達するため、シャフト駆動表面は、ハブ駆動表面に向かって凹部をなすよう構成されて、シャフトの外側輪郭上に配置され、ハブのハブ駆動表面に接触する。よってシャフト駆動表面は、関連付けられたハブ駆動表面に向かって負の曲率を有する。代替として、または加えて、ハブ駆動表面は、関連付けられたシャフト駆動表面に向かって凸部をなすよう構成されて、関連付けられたシャフト駆動表面に向かって正の曲率を有する。ここで好ましくは、関連付けられた駆動表面の両方がそのような曲率を有する。ここで本発明は、シャフト駆動表面またはハブ駆動表面のそのような曲率によってシャフト駆動表面およびハブ駆動表面の間の面接触を実現することを利用する。換言すれば、本発明は、駆動装置が特に製造および組立に関連する公差のために、シャフト駆動表面およびハブ駆動表面の間にギャップを有する場合であってもそのような面接触が維持されることを利用する。

本発明の思想によれば、シャフトのシャフト駆動表面は、関連付けられたハブ駆動表面に向かって凹部形状を有する。よってシャフト駆動表面は、ハブ駆動表面に向かって負の曲率を有するように設計される。ここで負の曲率、つまりシャフト駆動表面の凹部をなす設計は、シャフトの中心軸によって垂直に貫通される、その断面について定義される。よって関連付けられたハブ駆動表面に向かって凹部をなすシャフト駆動表面の設計形状（concave design）は、シャフトの中心軸に対して垂直をなす。

本発明のさらなる好ましい実施形態によれば、ハブ駆動表面は、関連付けられたシャフト駆動表面に向かって凸部形状を有するように設計される。よってハブ駆動表面は、関連付けられたシャフト駆動表面に向かって正の曲率を有するように設計される。ここでこの曲率は、シャフト駆動表面の凹部をなす設計のように、シャフトの中心軸によって垂直に貫通される断面におけるものである。よってハブ駆動表面の凹部湾曲は、同様に、シャフトの中心軸に垂直に定義される。ここで、凸部をなすよう設計されたハブ駆動表面は、平坦に設計された、またはハブ駆動表面に向かって凹部湾曲を有する関連付けられたシャフト駆動表面と相互作用し得る。これは、ハブ駆動表面または関連付けられたシャフト駆動表面の両方が凸形状または凹形状を有する実施形態が想定されるが、ハブ駆動表面が凹形状を有し、関連付けられたシャフト駆動表面が凸形状を有する実施形態も想定されることを意味する。

さらなる実施形態では、駆動装置は、複数のシャフト駆動表面及び／又は複数のハブ駆動表面を有し、ここでシャフト駆動表面の個数は実際にはハブ駆動表面の個数に対応する。さらに駆動装置は、関連付けられたハブ駆動表面に向かって凹部をなす設計である少なくとも１つのシャフト駆動表面を備える。代替として、または加えて、駆動装置は、関連付けられたシャフト駆動表面に向かって凸部をなす設計である少なくとも１つのハブ駆動表面、好ましくは関連付けられたハブ駆動表面を備える。

有利な駆動装置は、２つのシャフト駆動表面および２つの関連付けられたハブ駆動表面を備え、シャフト駆動表面は関連付けられたハブ駆動表面に向かって凹形状をそれぞれ有し、ハブ駆動表面は関連付けられたシャフト駆動表面に向かって凸形状をそれぞれ有する。さらに、シャフト駆動表面および関連付けられたハブ駆動表面は、好ましくは互いに直径方向に反対の位置に配置される。シャフト駆動表面およびハブ駆動表面をこのような直径方向に反対に配置すると共に、対応するような曲面形状を作ることで、一方では、シャフト駆動表面およびハブ駆動表面間での面接触によってシャフトおよびハブ間の機械的ストレスを低減でき、他方では、力つまりトルクの伝達を滑らかにすることを確保できる。

シャフト駆動表面および関連付けられたハブ駆動表面が、凹形状または凸形状をそれぞれ有するとき、ハブ駆動表面およびシャフト駆動表面は、対応する曲面が相補的であるように設計される。さらに好ましい実施形態では、凹形状のシャフト駆動表面および関連付けられた凸形状ハブ駆動表面は、それらが同じ曲率半径を有するようにさらに設計される。よってシャフト駆動表面は、関連付けられたハブ駆動表面に向かって負の曲率を有する。シャフト駆動表面は、シャフト駆動表面に向かって正の曲率半径で湾曲が付けられた、関連付けられたハブ駆動表面の曲率半径に対応する曲率半径を持つ。

ここで、駆動装置のシャフト駆動表面またはハブ駆動表面の全てが同じ曲率または同一の曲率半径を持たなくてもよい。ハブ駆動表面の関連付けられたシャフト駆動表面がそれぞれ相補的な曲率及び／又は同じ曲率半径を有し、他の関連付けられたシャフト駆動表面およびハブ駆動表面が、これらとは異なる曲率又は同じ曲率半径を有していてもよい。

しかし好ましい実施形態では、駆動装置は、複数のシャフト駆動表面および関連付けられたハブ駆動表面を備え、これらは互いに対して鏡像になるよう設計される。ここで、鏡映面は、シャフトの中心軸が位置する平面に対応し得る。ここで、特に好ましい実施形態は、シャフト駆動表面および関連付けられたハブ駆動表面を備え、これらは互いに直径方向に反対に位置するよう配置され、反対に位置するシャフト駆動表面および反対に位置するハブ駆動表面は、互いに対して鏡像の関係で実現される。ここで、対応する鏡映面は、シャフトの中心軸を通り、シャフト駆動表面またはハブ駆動表面の法線によって垂直に貫通される。そのような鏡像として描かれているシャフト駆動表面またはハブ駆動表面は、湾曲が付けられた設計の場合は、同じ曲率半径を有することが理解されよう。

凹形状のシャフト駆動表面または凸形状のハブ駆動表面の小さい曲率半径は、本発明の目的を達成することに注意されたい。ここでは、特に適切な曲率半径は、関連付けられたハブ駆動表面およびシャフト駆動表面の間の対応するギャップに依存する。シャフトおよびハブの公差、つまりシャフト駆動表面およびハブ駆動表面の間のギャップに依存して、曲率半径は、シャフト半径の２０倍に対応し得る。さらに本発明の思想は、関連付けられたハブ駆動表面に向かって凸形状であるシャフト駆動表面、及び／又は関連付けられたシャフト駆動表面に向かって凹形状であるハブ駆動表面に容易に転換でき、同様の結果が得られることに注意されたい。

さらなる実施形態では、シャフトの外側輪郭は、少なくとも１つのシャフトベアリング表面を備え、ハブの内側輪郭は、少なくとも１つのハブベアリング表面を備える。ここで、同じベアリング表面のうちの少なくとも１つは、特にハブに対してシャフトの中心を合わせる目的で、ハブベアリング表面のうちの１つに接触する。特に、これによってシャフトおよびハブの実質的な同軸構成が実現される。このようなセンタリングは、互いに対応するように接触する複数のシャフトベアリング表面および関連付けられたハブベアリング表面でも実現され得る。ここで、シャフトおよびハブの同軸構成は、シャフトの中心軸がハブの中心点を通ることにつながる。よってこの場合、シャフトの中心軸に対する対応する曲率は、ハブの中心点上へと移され（transfer）得る。

好ましい実施形態では、シャフトベアリング表面およびハブベアリング表面は、互いに直径方向に反対に位置するよう配置される。直径方向に反対に位置するハブベアリング表面に対して直径方向に反対に位置するシャフトベアリング表面は、さらに好ましくは鏡像対称をなすよう設計される。ここで、対応する鏡映面は、シャフトの中心軸を通り、対応するシャフトベアリング表面およびハブベアリング表面の法線によって垂直に貫通される。

有利なさらなる発展形では、本発明による駆動装置は、特にポンプのような送出装置において構成される。そのようなポンプの例として、容積式ポンプが挙げられ、特に自動車または自動車関連の応用例において採用される。そのようなポンプは例えば冷却液用ポンプ、重油ポンプまたは燃料ポンプである。そのようなポンプは、関連付けられたシャフトまたはハブの負荷が低減され、よってより長い寿命を有することを特徴とする。

本発明による駆動装置は、力つまりモーメントをシャフトによってハブへ伝達するためのものでなくてもよい。逆方向伝達、すなわち力つまりトルクをハブによってシャフトへ伝達することも同様に考えられ、本発明の思想には何ら直接的には影響しない。したがって本発明による駆動装置は、他の装置の一部であってもよい。電気モータ、ダイナモおよび発電機もその例として挙げられる。

さらに重要な特徴および効果は、サブクレーム、図面、および図面に基づく関連する図面の説明から得られる。

上述の、および後述の特徴は、記載されているそれぞれの組み合わせにおいてだけ用いられるのではなく、本発明の範囲から逸脱することなく、他の組み合わせにおいても、またはそれらだけによっても用いられ得る。

本発明の好ましくは例示的実施形態は、図面に示され、より詳細に以下の記載において説明され、同じ参照符号は機能的に同一または類似の構成要素を表す。

駆動装置を持つポンプの断面図である。 前記駆動装置のある状態における図１の断面図の拡大された詳細図である。 前記駆動装置のある状態における図１の断面図の拡大された詳細図である。

図１に示されるように、ポンプ１は駆動装置２を備える。この駆動装置２は、ハブ３およびシャフト４を備える。ここでシャフト４は、ハブ２の開口５の中に配置される。さらにハブ３およびシャフト４が、シャフト４の外側輪郭７のシャフトベアリング表面６を通して同軸上に構成されることは、ハブベアリング表面８がハブ３の内側輪郭９に接触することを確実にする。ここで、シャフトベアリング表面６およびハブベアリング表面８は、ハブ３の開口５内に直径に沿って（diametrically）構成される。さらに、シャフトベアリング表面６およびハブベアリング表面８は、開口５の中心を通る鏡映面１０に対して互いに鏡像であるようにそれぞれ設計される。シャフト４の外側輪郭７は、２つのシャフト駆動表面１１をさらに備え、このシャフト駆動表面１１は、ハブ３の外側輪郭９の関連付けられたハブ駆動表面１２に接触し、これらと相互作用する。このプロセスにおいて、力つまりトルクは、ハブ駆動表面１２に伝達され、よって対応するシャフト駆動表面１１を介してハブにも伝達される。このように伝達される力は、ポンプ１を駆動するのに利用される。この目的のために、ハブ３はその円形の外側輪郭１３において凹部１４を有し、この凹部１４の中において固定子（stata）１６の回転ベーン１５は移動可能に構成される。ポンプ１の固定子１６はこの場合、環状に設計され、ここでハブ３に対向する面上にある対応する回転ベーン１５は、固定子１６上に回転可能に配置される。よって回転ベーン１５は、環状に設計された固定子１６に対して内側に向けられている。さらにハブ３は、固定子１６の内径よりも小さい外径を有する。よってシャフト４を介してハブ３に伝達されるトルクは、固定子１６の内側輪郭１７に沿った、ハブ３の外側輪郭１３上でのハブ３の回転につながる。これはハブ３および固定子１６の間でギャップが開いたり閉じたりすることにつながり、これにより対応するギャップ内に位置する液体が移動する。

この場合、シャフト４のシャフト駆動表面１１は、それらが負の曲率を有するように、よって関連付けられたハブ駆動表面１２に向かって凹部の形状を有するように設計される。さらに、ハブ駆動表面１２は、それらが正の曲率を有するように、よって関連付けられたシャフト駆動表面１１に向かって凸部の形状を有するように設計される。シャフト駆動表面１１およびハブ駆動表面１２の対応する凸部または凹部の湾曲は、図１において曲線１８によって示される。ここで関連付けられたシャフト駆動表面１１およびハブ駆動表面１２は、互いに相補的な曲面で構成され、同じ曲率半径を有する。さらにシャフト駆動表面１１およびハブ駆動表面１２は、シャフト４の外側輪郭７またはハブ３の内側輪郭上に、それらが互いに直径方向に反対に位置するよう配置される。これに加えて、全てのシャフト駆動表面１１および全てのハブ駆動表面１２は、同じ曲率半径を有する。よってシャフト駆動表面１１およびハブ駆動表面１２は、ハブ３の開口５またはシャフト４の中心を通る鏡映面１９に対して鏡像になるようそれぞれ設計される。

図２および３は、図１において楕円について示される駆動装置２の詳細２０をそれぞれ示す。図２はこの詳細２０を、シャフト駆動表面１１がいかなる力もまたはいかなるトルクもハブ駆動表面１２に伝達しない状態において示す。この状態では、ギャップ２１は、シャフト駆動表面１１およびハブ駆動表面１２の間にギャップが見えるが、これは特に製造関係の、または組立関係の公差から生じるものである。

ここでシャフトが図１において矢印２２によって示されるトルクをハブに伝達するときには、シャフト駆動表面１１およびハブ駆動表面１２は図３に示されるように、ある面積で互いに接触する。この面積的な接触、およびそれによるトルクのシャフト駆動表面１１によるハブ駆動表面１２への面積的伝達によって、シャフト駆動表面１１およびハブ駆動表面１２の領域における機械的ストレスが低減し、その結果、シャフト４およびハブ３への負荷、およびそれによるポンプ１の駆動装置２への負荷も低減する。

Claims (9)

1. シャフト（４）およびハブ（３）を備える特に自動車の駆動装置（２）であって、
   前記ハブ（３）は開口（５）を備え、
   前記シャフト（４）は前記ハブ（３）の前記開口（５）内に配置され、
   前記シャフト（４）の外側輪郭（６）は、少なくとも１つのシャフト駆動表面（１１）を備え、シャフト駆動表面は、トルクを伝達するために、前記ハブ（３）の内側輪郭（８）の関連付けられたハブ駆動表面（１２）と接触し、
   前記シャフト駆動表面（１１）は、前記関連付けられたハブ駆動表面（１２）に向かって凹部となるよう設計され、及び／又は前記ハブ駆動表面（１２）は、前記関連付けられたシャフト駆動表面（１１）に向かって凸部となるよう設計される
   駆動装置。
2. 凹部となる設計された前記シャフト駆動表面（１１）および凸部となる設計された前記ハブ駆動表面（１２）は相補的な曲面である請求項１に記載の駆動装置。
3. 凹部となる設計された前記シャフト駆動表面（１１）および凸部となる設計された前記ハブ駆動表面（１２）は同じ曲率半径を有する請求項１または２に記載の駆動装置。
4. 前記シャフト（４）は２つのシャフト駆動表面（１１）を有し、前記ハブは２つのハブ駆動表面（１２）を有し、前記シャフト駆動表面（１１）および前記関連付けられたハブ駆動表面（１２）は互いに直径方向に反対に配置される
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の駆動装置。
5. 互いに直径方向に反対の位置に配置される前記シャフト駆動表面（１１）は、互いに対して鏡像の関係にあり、及び／又は、互いに直径方向に反対の位置に配置される前記ハブ駆動表面（１２）は、互いに対して鏡像の関係にある
   請求項４に記載の駆動装置。
6. 前記シャフト（４）の前記外側輪郭（６）は、少なくとも１つのシャフトベアリング表面（７）を備え、前記ハブ（３）の前記内側輪郭（８）は、少なくとも１つのハブベアリング表面（９）を備え、
   前記ハブ（３）に対して前記シャフト（４）をセンタリングするために前記シャフトベアリング表面（７）のうちの１つは、前記ハブベアリング表面（９）のうちの１つに接触する
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の駆動装置。
7. 前記シャフト（４）は、２つのシャフトベアリング表面（７）を備え、前記ハブ（３）は２つのハブベアリング表面（９）を備え、前記シャフトベアリング表面（７）および前記関連付けられたハブベアリング表面（９）は、直径方向に反対の位置に配置される
   請求項１〜６のいずれか１項に記載の駆動装置。
8. 直径方向に反対の位置に配置される前記シャフトベアリング表面（７）は、互いに対して鏡像の関係にあり、及び／又は直径方向に反対の位置に配置されるハブベアリング表面（９）は、互いに対して鏡像の関係にある
   請求項７に記載の駆動装置。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の駆動装置（２）と、前記駆動装置と相互作用する送出手段とを有する、特に容積式ポンプであるポンプ（１）。

Images