JP2013163988A - 電動ポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータ室の作動油量を調整することのできる電動ポンプ装置を提供する。
【解決手段】電動ポンプ装置１は、ポンプ室１５を構成するポンプケース１１と、ポンププレート１２と、モータ室１６を構成するモータケース１３と、カバー１４とからなるハウジング２を備え、作動油が吸入流路４１の外部開口４１ａからモータ室１６及び連通孔４２を介してポンプ室１５に吸入され、吐出流路４３の外部開口４３ａから吐出されるようにした。また、ポンププレート１２及びモータケース１３にフランジ部５３，５４を形成し、フランジ部５３，５４にハウジング２をブラケット５２に締結するための締結ボルト５１が挿通される貫通孔５５，５６を形成した。そして、貫通孔５５，５６を締結ボルト５１が挿通された状態で、鉛直方向と直交する中心軸線Ｌを中心としてハウジング２が回転することを許容する円弧形状とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動ポンプ装置に関する。

従来、ポンプをモータにより駆動して油圧を発生させる電動ポンプ装置として、ポンプとモータとを共通のハウジングに収容して一体化したものがある。こうした電動ポンプ装置は、例えば一時停車時にエンジンを自動停止する所謂アイドルストップ機能を備えた車両に搭載されており、アイドルストップ時におけるトランスミッション等への油圧供給を確保するようになっている。

また、こうした電動ポンプ装置には、ハウジング内におけるポンプが収容されるポンプ室とモータが収容されるモータ室とが連通孔を介して連通され、作動油がモータ室を介してポンプ室に供給されるもの（例えば、特許文献１）と、ポンプ室とモータ室とが気密に区画され、作動油がポンプ室に直接供給されるもの（例えば、特許文献２）とがある。そして、前者の電動ポンプ装置では、作動油によりモータを冷却することができるといった利点がある。

特開平５−１２２９０１号公報 特開２０１０−１１２３３０号公報

ところで、特許文献１のようにモータ室を作動油が流通する形式の電動ポンプ装置では、連通孔のモータ室内での相対的な鉛直方向位置に応じて、同モータ室内に貯留される作動油の量が決まる。そして、例えばモータ室内の作動油量を大きくすると、モータの冷却効率は高くなるが、モータのロータが回転する際の撹拌抵抗も大きくなることでロータを回転させるために必要なロータトルクが増大する。したがって、上記電動ポンプ装置では、作動油量がその用途や設置される周辺環境等に応じて最適な量となるように、連通孔の鉛直方向位置を設定することが好ましい。しかし、上記特許文献１には、連通孔（吸い込み通路）の鉛直方向位置を変更して作動油量を調整することに関しては何ら開示されていない。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、モータ室の作動油量を調整することのできる電動ポンプ装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、油圧を発生させるポンプと、前記ポンプを駆動するモータと、前記ポンプ及び前記モータを一体的に収容するとともに取付対象への取付部を有するハウジングとを備え、前記ハウジングには、前記モータが収容されるモータ室に開口する吸入口及び前記ポンプが収容されるポンプ室に開口する吐出口が形成されるとともに、前記モータ室と前記ポンプ室とを連通する連通孔が形成され、作動油は、前記吸入口から前記モータ室及び前記連通孔を介して前記ポンプ室に吸入され、前記吐出口から吐出される電動ポンプ装置において、前記取付部には、前記ハウジングを前記取付対象に締結するための締結部材が挿通される貫通孔が形成され、前記貫通孔は、該貫通孔に前記締結部材が挿通された状態で、鉛直方向と交差する基準線を中心として前記ハウジングが回転することを許容する形状とされたことを要旨とする。

上記構成によれば、基準線が鉛直方向と交差するため、ハウジングを該基準線周りに回転させることで連通孔のモータ室内での相対的な鉛直方向位置が変化することになる。したがって、ハウジングを回転させることで、モータ室の作動油量を様々な用途等に応じた最適な量に調整することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電動ポンプ装置において、前記吐出口は、前記基準線と同軸上に形成されたことを要旨とする。上記構成によれば、ハウジングを基準線周りに回転させても、吐出口の位置を一定に保つことができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の電動ポンプ装置において、前記ハウジングには、前記取付対象に形成された凹部又は凸部に対して回転可能に嵌合する凸部又は凹部が前記基準線と同軸上に形成されたことを要旨とする。上記構成によれば、安定してハウジングを基準線周りに回転させることができる。

本発明によれば、モータ室の作動油量を調整することのできる電動ポンプ装置を提供することができる。

電動ポンプ装置の断面図。 電動ポンプ装置の正面図。 ブラケットの正面図。 （ａ）は中心軸線周りにハウジングを回転させた状態での電動ポンプ装置の断面図、（ｂ）は同状態での電動ポンプ装置の正面図。 オイル割合とモータ温度及びロータトルクとの関係を示すグラフ。 エア排出量とモータ温度及びポンプの応答性との関係を示すグラフ。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図１に示す電動ポンプ装置１は、例えばアイドルストップ機能を備えた車両に搭載され、アイドルストップ時におけるトランスミッション等への油圧供給を確保するために用いられる。同図に示すように、電動ポンプ装置１は、略円筒形状に形成されたハウジング２を備えている。ハウジング２内には、油圧を発生させるポンプ３、ポンプ３を駆動するモータ４、及びモータ４の作動を制御する制御基板５が一体的に収容されている。なお、図１及び図４では、説明の便宜上、作動油６に点ハッチングを付している。

詳述すると、ハウジング２は、軸方向一端側（図１における右側）が開口する有底円筒状のポンプケース１１と、ポンプケース１１の軸方向一端側に配置されるポンププレート１２と、ポンプケース１１の軸方向他端側（図１における左側）に配置されるとともに軸方向一端側が開口する有底円筒状のモータケース１３とを備えている。また、モータケース１３には、その底部１３ａから軸方向他端側に延出される円筒状の延出部１３ｂが形成されており、延出部１３ｂの開口端は円板状のカバー１４により閉塞されている。そして、ポンプケース１１内がポンプ３を収容するポンプ室１５として構成され、モータケース１３の筒部１３ｃ内がモータ４を収容するモータ室１６として構成され、延出部１３ｂ内が制御基板５を収容する制御室１７として構成されている。なお、ポンプケース１１及びポンププレート１２は金属材料により構成され、モータケース１３及びカバー１４は樹脂材料により構成されている。また、モータケース１３の筒部１３ｃとポンププレート１２との間は、Ｏリング等のシール部材１８によりシールされている。

ポンプ３にはトロコイドポンプ（内接ギアポンプ）が採用されており、モータ４にはブラシレスモータが採用されている。具体的には、ポンプ３は、内周に歯部が形成されたアウタギア２１と、外周に歯部が形成されたインナギア２２とを備えている。アウタギア２１は、ポンプ室１５内に回転可能に配置され、インナギア２２は、アウタギア２１の内周側に配置されている。

モータ４は、モータ室１６内に固定されるステータ２３と、ステータ２３の内周に回転可能に配置されるロータ２４とを備えている。ステータ２３は、円環状に形成されたステータコア２５のティース２６にコイル２７が巻回されてなる。そして、コイル２７の接続端部２７ａは、制御室１７内に引き出されて制御基板５に接続されている。なお、ステータ２３は、インサート成形によりモータケース１３に一体に形成されており、その一部がモータケース１３の筒部１３ｃ内に埋設されている。一方、ロータ２４は、回転軸２８に固定されるロータコア２９と、ロータコア２９に固定されるマグネット３１とからなる。回転軸２８は、ポンプケース１１の底部１１ａ及びモータケース１３の底部１３ａに設けられた軸受３２，３３により回転可能に支持されるとともに、その一端部（図１における右端部）がポンプ室１５内に突出している。そして、回転軸２８の一端部には、ポンプ３のインナギア２２が一体回転可能に連結されている。

モータケース１３の筒部１３ｃには、モータ室１６と外部とを連通する吸入流路４１が形成されており、吸入流路４１における外部に開口する外部開口４１ａから作動油６がモータ室１６内に吸入される。つまり、本実施形態では、外部開口４１ａが作動油６を吸入するための吸入口に相当する。また、ポンプケース１１の底部１１ａには、軸方向に貫通してポンプ室１５とモータ室１６とを連通する連通孔４２が形成されている。連通孔４２は、ポンプ室１５においてアウタギア２１とインナギア２２との間の隙間がモータ４の回転に伴って大きくなる位置に形成されている。そして、ポンププレート１２には、ポンプ室１５と外部とを連通する吐出流路４３が形成されており、吐出流路４３の外部に開口する外部開口４３ａからポンプ室１５内の作動油６が吐出される。つまり、本実施形態では、外部開口４３ａがポンプ室１５から作動油６を吐出するための吐出口に相当する。また、吐出流路４３のポンプ室１５に開口する内部開口４３ｂは、ポンプ室１５においてアウタギア２１とインナギア２２との間に形成される隙間がモータ４の回転に伴って小さくなる位置に形成されている。なお、モータ室１６と制御室１７とは気密に区画されている。

このように構成された電動ポンプ装置１では、制御基板５からモータ４に駆動電力が供給されてロータ２４が回転することにより、インナギア２２が回転する。これにより、図示しない油溜まりから作動油６が吸入流路４１の外部開口４１ａ（吸入口）を介してモータ室１６内に吸入され、さらに連通孔４２を介してポンプ室１５内に吸入される。そして、ポンプ室１５から吐出流路４３の外部開口４３ａ（吐出口）を介してトランスミッション等に作動油６が吐出される。このように電動ポンプ装置１では、作動油６がモータ室１６を介してポンプ室１５に吸入されるため、作動油６によってモータ４及び制御基板５が冷却されるようになっている。

なお、ポンプ停止時には、外部開口４１ａ（吸入口）及び外部開口４３ａ（吐出口）から徐々に作動油６が排出されることで、作動油６の液面の高さは下がる。そして、ポンプ３を長時間停止した状態から起動させる際には、ポンプ停止時における作動油６の液面の高さとポンプ作動時における作動油６の液面の高さとの差に応じた量の空気が、ポンプ室１５から一時的に排出されるようになっており、排出される空気量は上記差が大きいほど多くなる。なお、図１及び図４における作動油６の液面の高さは、ポンプ作動時での位置を示している。

次に、本実施形態の電動ポンプ装置の取付構造について説明する。
電動ポンプ装置１は、締結部材としての締結ボルト５１によって車両本体（図示略）に固定された取付対象としてのブラケット５２に取り付けられている。なお、本実施形態の電動ポンプ装置１は、ハウジング２の中心軸線Ｌが鉛直方向（重力方向）と直交するように取り付けられている。そして、電動ポンプ装置１は基準線としての中心軸線Ｌ周りにハウジング２を回転させることにより、連通孔４２の鉛直方向位置を変更可能に構成されている。

詳述すると、ポンププレート１２及びモータケース１３の筒部１３ｃの開口端には、径方向外側に延出される円環状のフランジ部５３，５４がそれぞれ形成されている。フランジ部５３，５４には、締結ボルト５１が挿通される複数（本実施形態では、２つ）の貫通孔５５，５６が軸方向において対向する位置にそれぞれ形成されている。つまり、フランジ部５３，５４が取付部に相当する。そして、貫通孔５５，５６は、貫通孔５５，５６に締結ボルト５１が挿通された状態で、中心軸線Ｌを中心としたハウジング２の回転を許容する形状とされている。

具体的には、図２に示すように、貫通孔５５，５６は、ハウジング２の中心軸線Ｌを中心とする円弧状にそれぞれ形成されている。そして、各貫通孔５５は、ポンププレート１２のフランジ部５３に対して中心軸線Ｌを中心とした回転対称となる位置（周方向に等間隔となる位置）に形成され、各貫通孔５６は、モータケース１３のフランジ部５４に対して中心軸線Ｌを中心とした回転対称となる位置に形成されている。

一方、図３に示すように、ブラケット５２は、フランジ部５３，５４と略同一の外径を有する円板状に形成されている。ブラケット５２には、複数（本実施形態では、２つ）のネジ孔５７が軸方向において貫通孔５５，５６と対向する位置に形成されている。各ネジ孔５７は、ブラケット５２に対して中心軸線Ｌを中心とした回転対称となる位置に形成されている。そして、図１に示すように、電動ポンプ装置１は、締結ボルト５１が貫通孔５５，５６を介してブラケット５２のネジ孔５７に螺着されることにより、ブラケット５２に取り付けられている。なお、ポンププレート１２とブラケット５２との間は、Ｏリング等のシール部材５８によりシールされている。

また、上記吐出流路４３の外部開口４３ａ（吐出口）は、ハウジング２の中心軸線Ｌと同軸上に形成されるとともに、外部開口４３ａの周囲には、ブラケット５２側に突出する円筒状の凸部６１が形成されている。一方、ブラケット５２の中心（ハウジング２の中心軸線Ｌ上）には、吐出流路４３の外部開口４３ａに接続される接続流路６２が形成されるとともに、接続流路６２の周囲にはハウジング２側に開口する丸穴状の凹部６３が形成されている。そして、凹部６３は、上記ポンププレート１２の凸部６１の外径と略同一の内径を有しており、凸部６１が回転可能に嵌合している。さらに、ポンプケース１１とポンププレート１２とは、位置決めピン６５により相対回転することが規制されており、モータケース１３とポンププレート１２とは、位置決めピン６６により相対回転することが規制されている。

したがって、電動ポンプ装置１では、ハウジング２を貫通孔５５，５６の範囲内で中心軸線Ｌ周りに回転させることが可能になる。この中心軸線Ｌは、鉛直方向に対して直交するため、ハウジング２を中心軸線Ｌ周りに回転させることで、例えば図４（ａ），（ｂ）に示すように、連通孔４２のモータ室１６内での相対的な鉛直方向位置が変化する。なお、ブラケット５２は回転せず、ネジ孔５７の位置は変化しない。そして、モータ室１６内に貯留される作動油量は、連通孔４２のモータ室１６内での相対的な鉛直方向位置に応じて変化するため、電動ポンプ装置１では、連通孔４２の鉛直方向位置の設定を通じてモータ室１６内の作動油量を調整可能となっている。

次に、連通孔の鉛直方向位置（モータ室内の作動油量）の設定について説明する。
１つ目の連通孔４２の鉛直方向位置を決める方法は、モータ室１６内に占める作動油６の割合（オイル割合）を指標として、オイル割合とモータ温度及びロータトルクとの関係に基づいて決める。具体的には、図５に示すように、モータ室１６内の作動油量が多いと、モータ４の冷却効率が高くなるため、オイル割合が大きくなるにつれて、モータ温度は低くなる。これに対し、モータ室１６の作動油量が多いと、ロータ２４が回転する際の撹拌抵抗も大きくなるため、オイル割合が大きくなるにつれてロータトルクは増大する。そこで、同図に示すように、オイル割合の適正範囲の下限値Ｏｌをモータ温度が制御基板５の回路素子等を十分に保護できる所定温度（例えば、１３０℃程度）Ａとなる値に設定し、上限値Ｏｕをロータトルクがモータ４の出力トルクに対して過大にならない所定トルク（例えば、最大出力トルクの１３％程度）Ｂとなる値に設定することが好ましい。そして、モータ温度が所定温度Ａ以下となり、且つロータトルクが所定トルクＢ以下となるオイル割合の適正範囲、及びオイル割合と連通孔４２の鉛直方向位置との関係を予め実験等により求めておき、オイル割合が適正範囲となるように、ハウジング２（電動ポンプ装置１）を回転させて連通孔４２の鉛直方向位置を設定する。

２つ目の連通孔４２の鉛直方向位置を決める方法は、長時間停止した状態からモータ４を起動させた際にポンプ室１５から排出される空気量（エア排出量）を指標として、エア排出量とモータ温度及び電動ポンプ装置１で所望の油圧を発生させるために必要な応答時間（応答性）との関係に基づいて決める。なお、エア排出量は、上記のようにポンプ停止時における作動油の液面の高さとポンプ作動時における作動油の液面の高さとの差が大きいほど多くなるため、作動油量が多いほど該エア排出量は多くなる。

具体的には、図６に示すように、モータ室１６内の作動油量が多いと、モータ４の冷却効率が高くなるため、エア排出量が多くなるにつれて、モータ温度は低くなる。これに対し、エア排出量が多くなると、応答時間が長くなるため応答性は低くなる。そこで、エア排出量の適正範囲の下限値Ｅｌをモータ温度が所定温度Ａとなる値に設定し、上限値Ｅｕを応答時間が電動ポンプ装置１の用途等に応じて許容できる所定時間（例えば、０．２ｓｅｃ程度）Ｃとなる値に設定することが好ましい。そして、モータ温度が所定温度Ａ以下となり、且つ応答時間が所定時間Ｃ以下となるエア排出量の適正範囲、及びエア排出量と連通孔４２の鉛直方向位置との関係は予め実験等により求めておき、エア排出量が適正範囲となるように、ハウジング２（電動ポンプ装置１）を回転させて連通孔４２の鉛直方向位置を設定する。

３つ目の連通孔４２の鉛直方向位置を決める方法は、１つ目の方法と２つ目の方法の双方を用いて決める。
以上記述したように、本実施形態によれば、以下の作用効果を奏することができる。

（１）フランジ部５３，５４に、ハウジング２をブラケット５２に締結するための締結ボルト５１が挿通される貫通孔５５，５６を形成し、貫通孔５５，５６を締結ボルト５１が挿通された状態で、鉛直方向と直交する中心軸線Ｌを中心としてハウジング２が回転することを許容する円弧形状とした。そのため、ハウジング２を中心軸線Ｌ周りに回転させることで連通孔４２の鉛直方向位置を変更でき、モータ室１６内の作動油量を様々な用途等に応じた最適な量に調整することができる。

（２）吐出流路４３の外部開口４３ａ（吐出口）を中心軸線Ｌと同軸上に形成したため、ハウジング２を中心軸線Ｌ周りに回転させても、外部開口４３ａの位置を一定に保つことができる。

（３）ポンププレート１２における中心軸線Ｌを同軸上に、ブラケット５２に形成された凹部６３に対して回転可能に嵌合する凸部６１を形成したため、安定してハウジング２を中心軸線Ｌ周りに回転させることができる。

なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の態様にて実施することもできる。
・上記実施形態において、連通孔４２の鉛直方向位置を作動油の割合とモータ温度及びロータトルクとの関係、及びエア排出量とモータ温度及びポンプの応答性との関係以外の関係に基づいて設定してもよい。

・上記実施形態では、ポンプケース１１とポンププレート１２、モータケース１３とポンププレート１２とが相対回転することを位置決めピン６５，６６により規制したが、これに限らず、ボルト等の位置決め手段でこれらの相対回転を規制してもよい。また、位置決めピン６５，６６等の位置決め手段を設けなくてもよい。

・上記実施形態では、凸部６１を円筒状に形成するとともに凹部６３を丸穴状に形成したが、これに限らず、凸部６１が凹部６３に回転可能に嵌合すれば、例えば凸部６１の外形形状を凹部６３に内接する多角形状にしてもよい。また、ブラケット５２に凸部を形成し、この凸部に回転可能に嵌合する凹部をポンププレート１２に形成してもよい。なお、ポンププレート１２及びブラケット５２に凹部又は凸部を形成せず、これらの対向面を平坦な形状としてもよい。

・上記実施形態では、吐出流路４３の外部開口４３ａを中心軸線Ｌと同軸上に形成したが、外部開口４３ａを中心軸線Ｌからずれた位置に形成してもよい。
・上記実施形態では、ブラケット５２に接続流路６２を形成したが、これに限らず、例えばブラケット５２を円環状に形成し、吐出流路４３の外部開口４３ａに配管を直接接続してもよい。

・上記実施形態において、制御基板５をハウジング２内に一体的に収容せず、ハウジング２の外部に配置してもよい。
・上記実施形態では、中心軸線Ｌが鉛直方向に対して直交するようにハウジング２をブラケット５２に取り付けたが、中心軸線Ｌが鉛直方向に対して斜交するように取り付けてもよい。

・上記実施形態では、貫通孔５５，５６を中心軸線Ｌを中心とする円弧状としたが、これに限らず、ハウジング２を中心軸線Ｌ周りで回転させることが可能であれば、例えば締結ボルト５１の軸部を貫通孔５５，５６の幅に比べて細く形成し、貫通孔５５，５６を長方形状等の他の形状にしてもよい。

・上記実施形態では、ハウジング２の中心軸線Ｌを基準線とし、この中心軸線Ｌ周りにハウジング２が回転可能となるように貫通孔５５，５６を形成したが、これに限らず、鉛直方向と交差する直線であれば、他の直線を基準線としてもよい。

・上記実施形態において、ポンプ３にベーンポンプ等の他のポンプを採用してもよく、またモータ４にブラシレスモータ以外の他のモータを採用してもよい。
・上記実施形態では、本発明をアイドルストップ時におけるトランスミッション等への油圧供給を確保するための電動ポンプ装置１に適用したが、これに限らず、例えば油圧パワーステアリングに油圧供給するもの等に適用してもよい。

次に、上記実施形態及び別例から把握できる技術的思想について以下に追記する。
（イ）請求項１〜３のいずれか一項に記載の電動ポンプ装置において、前記連通孔の鉛直方向位置を該モータ室内に占める作動油の割合とモータ温度及びロータを回転させるために必要なロータトルクとの関係に基づいて調整することを特徴とする電動ポンプ装置。

（ロ）請求項１〜３のいずれか一項に記載の電動ポンプ装置において、前記連通孔の鉛直方向位置をモータ起動時に前記吐出口から排出される空気量とモータ温度及び前記ポンプの応答性との関係に基づいて調整することを特徴とする電動ポンプ装置。

１…電動ポンプ装置、２…ハウジング、３…ポンプ、４…モータ、５…制御基板、６…作動油、１１ポンプケース、１２…ポンププレート、１３…モータケース、１４…カバー、１５…ポンプ室、１６…モータ室、１７…制御室、４１…吸入流路、４１ａ…外部開口、４２…連通孔、４３…吐出流路、４３ａ…外部開口、４３ｂ…内部開口、５１…締結ボルト、５２…ブラケット、５３，５４、フランジ部、５５，５６…貫通孔、６１…凸部、６３…凹部。

Claims (3)

1. 油圧を発生させるポンプと、前記ポンプを駆動するモータと、前記ポンプ及び前記モータを一体的に収容するとともに取付対象への取付部を有するハウジングとを備え、
   前記ハウジングには、前記モータが収容されるモータ室に開口する吸入口及び前記ポンプが収容されるポンプ室に開口する吐出口が形成されるとともに、前記モータ室と前記ポンプ室とを連通する連通孔が形成され、
   作動油は、前記吸入口から前記モータ室及び前記連通孔を介して前記ポンプ室に吸入され、前記吐出口から吐出される電動ポンプ装置において、
   前記取付部には、前記ハウジングを前記取付対象に締結するための締結部材が挿通される貫通孔が形成され、
   前記貫通孔は、該貫通孔に前記締結部材が挿通された状態で、鉛直方向と交差する基準線を中心として前記ハウジングが回転することを許容する形状とされたことを特徴とする電動ポンプ装置。
2. 請求項１に記載の電動ポンプ装置において、
   前記吐出口は、前記基準線と同軸上に形成されたことを特徴とする電動ポンプ装置。
3. 請求項１又は２に記載の電動ポンプ装置において、
   前記ハウジングには、前記取付対象に形成された凹部又は凸部に対して回転可能に嵌合する凸部又は凹部が前記基準線と同軸上に形成されたことを特徴とする電動ポンプ装置。