JP2016089769A

JP2016089769A - 電動ポンプ

Info

Publication number: JP2016089769A
Application number: JP2014227263A
Authority: JP
Inventors: 宏仁寺島; Hirohito Terajima
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2014-11-07
Filing date: 2014-11-07
Publication date: 2016-05-23
Also published as: DE112015005074T5; WO2016072418A1

Abstract

【課題】一つの駆動軸で複数のポンプを駆動でき、電動モータに求められる駆動力を抑制できる電動ポンプを提供する。【解決手段】電動モータ１で回転駆動される一つの駆動軸３と、流体の吐出能力が互いに異なる複数のポンプＰ１，Ｐ２と、駆動軸３の回転動力をポンプＰ１，Ｐ２のいずれか一つに選択的に伝達する動力伝達部９と、動力伝達部９の作動を制御する制御部１０とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、一つの駆動軸で複数のポンプを駆動する電動ポンプに関する。

特許文献１には、電動モータで回転駆動される一つの駆動軸に直結された第１ポンプと、同じ駆動軸の回転動力がクラッチを介して伝達される第２ポンプとを有する電動ポンプが記載されている。
クラッチは、駆動軸と第２ポンプとの間に作用するトルクが設定トルク以下のときに第２ポンプに動力伝達し、設定トルクを越えると動力伝達を遮断する。

特許文献２には、電動モータで回転駆動される一つの駆動軸と、その駆動軸に直結された二つのポンプとを有する電動ポンプが記載されている。

特開２０１２−２０７６３７号公報特開２００８−６３９４７号公報

特許文献１，２に記載の電動ポンプは、二つのポンプを一つの電動モータで同時駆動する。
つまり、特許文献１に記載の電動ポンプは、駆動軸が第１ポンプに直結されているので、駆動軸と第２ポンプとの間に作用するトルクが設定トルク以下のときは、第１ポンプと第２ポンプとを同時に駆動する。
特許文献２に記載の電動ポンプは、常時、二つのポンプを同時に駆動する。
このため、二つのポンプを同時に駆動するときの各ポンプの最大駆動負荷を合計して得られる大きな駆動負荷を考慮して、駆動力が大きい電動モータを設ける必要がある。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、一つの駆動軸で複数のポンプを駆動でき、電動モータに求められる駆動力を抑制できる電動ポンプを提供することを目的とする。

本発明による電動ポンプの特徴構成は、電動モータで回転駆動される一つの駆動軸と、流体の吐出能力が互いに異なる複数のポンプと、前記駆動軸の回転動力を前記複数のポンプのいずれか一つに選択的に伝達する動力伝達部と、前記動力伝達部の作動を制御する制御部と、を有する点にある。

本構成の電動ポンプは、駆動軸の回転動力を複数のポンプのいずれか一つに選択的に伝達する動力伝達部と、動力伝達部の作動を制御する制御部とを有する。

これにより、複数のポンプが同時に駆動されることがないので、複数のポンプのうち駆動負荷が最大のポンプに対応する駆動力を備えた電動モータを設けることができる。

したがって、本構成の電動ポンプであれば、電動モータに求められる駆動力が最小限となり、一つの駆動軸で複数のポンプを駆動できるものでありながら、電動モータに求められる駆動力を抑制できる。

本発明の他の特徴構成は、前記複数のポンプが、前記流体の粘性が高いときに作動させる第１ポンプと、前記流体の粘性が低いときに作動させる第２ポンプとで構成される点にある。

例えば、流体温度が低くて粘性が高く、駆動負荷が大きいが液漏れが少ないと予想されるときは、第１ポンプを駆動して適正な吐出量と駆動負荷を得る。
逆に、例えば、流体温度が高くて粘性が低く、駆動負荷が小さいが液漏れが多いと予想されるときは、第２ポンプを駆動する。
したがって、本構成であれば、吐出能力が互いに異なる第１ポンプと第２ポンプとを流体の粘性や温度に応じて使い分け、適正な吐出量と駆動負荷を得ることができる。

本発明の他の特徴構成は、前記第１ポンプおよび前記第２ポンプが容積ポンプであり、前記第１ポンプにおけるロータとハウジングとのサイドクリアランスを、前記第２ポンプにおけるロータとハウジングとのサイドクリアランスよりも大きく設定してある点にある。

粘性が高い流体は剪断抵抗（フリクション）が増大し易い。
そこで、流体の粘性が高いときに作動させる第１ポンプを、ロータ（インナロータとアウタロータの少なくとも一つ）とハウジングとのサイドクリアランスが大きい容積ポンプで構成する。これにより、剪断抵抗の増大が抑えられ、駆動力が小さい小型の電動モータを設けることができる。

一方、粘性が低い流体は液漏れが生じ易い。
よって、流体の粘性が低いときに作動させる第２ポンプをロータとハウジングとのサイドクリアランスが小さい容積ポンプで構成する。これにより、液漏れを減少させることができ、効率良く流体を供給することができる。

すなわち、液漏れが生じ難い第１ポンプを、サイドクリアランスが第２ポンプよりも大きい容積ポンプで構成して剪断抵抗の増大を抑制するので、粘性が高い流体を効率良く供給することができる。
また、剪断抵抗が増大し難い第２ポンプを、サイドクリアランスが第１ポンプよりも小さい容積ポンプで構成して液漏れを抑制するので、粘性が低い流体を効率良く供給することができる。
したがって、本構成であれば、粘度が高い流体も、粘度が低い流体も、効率良く供給することができる。

本発明の他の特徴構成は、前記動力伝達部は、前記駆動軸の回転方向を変更することで前記駆動軸から前記ポンプへの動力伝達を断続する一方向クラッチを、前記第１ポンプと前記第２ポンプの夫々に有している点にある。

本構成であれば、駆動軸の回転方向を変更する簡易な制御で、第１ポンプと第２ポンプとのいずれかを選択的に駆動することができる。

本発明の他の特徴構成は、前記流体は内燃機関が備えるオイルであり、前記制御部は、前記内燃機関における運転状態の検出情報に基づいて前記動力伝達部の作動を制御する点にある。

本構成であれば、内燃機関の運転状態に応じて、第１ポンプと第２ポンプのいずれかを的確に選択して駆動することができる。

電動ポンプの断面図である。第１又は第２ポンプを示す断面図である。エンジン始動時の制御フローである。第２実施形態における電動ポンプの断面図である。第２実施形態における電動ポンプの断面図である。第２実施形態における第１又は第２ポンプを示す断面図である。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
〔第１実施形態〕
図１〜図３は、本実施形態による電動ポンプＡを示し、例えば自動車用エンジンなどの内燃機関Ｂが備えるオイル流路に接続され、オイルパンＯＰから吸引したオイル（潤滑油）をオイル流路に吐出する電動オイルポンプとして装備される。
電動ポンプＡは、モータユニットＭとポンプユニットＰとを一体に組み付けて構成してある。

モータユニットＭは、単一のブラシレスＤＣモータ１と電源回路基板２ａなどを備えている。
ＤＣモータ１は、環状のステータ１ａと円筒状のモータロータ１ｂおよびモータロータ１ｂと一体回転する駆動軸３とを備えている。
ＤＣモータ１が「電動モータ」に相当し、駆動軸３が電動モータで回転駆動される「一つの駆動軸」に相当し、オイルが「流体」に相当する。

ポンプユニットＰは、カバーＣと第１ハウジングＨ１と第２ハウジングＨ２で構成されたハウジングの内部にオイルの吐出能力が互いに異なる第１ポンプＰ１と第２ポンプＰ２との二つの定容量型容積ポンプを有する。
「吐出能力」とは、例えば、一回転当たりの吐出量（理論吐出量）を意味する。

第１ポンプＰ１は、カバーＣと第１ハウジングＨ１との間に組み付けてあり、第１駆動軸４ａによる回転動力の伝達で駆動される。
第２ポンプＰ２は、第１ハウジングＨ１と第２ハウジングＨ２との間に組み付けてあり、第１駆動軸４ａよりも大径で、かつ、駆動軸３よりも小径の第２駆動軸４ｂによる回転動力の伝達で駆動される。
第１駆動軸４ａを第２駆動軸４ｂの一端側に一体に連結し、第２駆動軸４ｂの他端側を駆動軸３の一端側に一体に連結して、第１駆動軸４ａと第２駆動軸４ｂと駆動軸３とを同軸芯で一体に回転自在に設けてある。

第１ポンプＰ１は、互いに噛み合う第１インナロータ５ａと第１アウタロータ５ｂとを備え、オイルの粘性が高いときに作動させる低温オイル用のトロコイドポンプである。
第２ポンプＰ２は、互いに噛み合う第２インナロータ６ａと第２アウタロータ６ｂとを備え、オイルの粘性が低いときに作動させる高温オイル用のトロコイドポンプである。

第１インナロータ５ａと第２インナロータ６ａは互いに同一寸法の横断面形状（回転軸芯に直交する方向に沿う断面形状）を備え、第１アウタロータ５ｂと第２アウタロータ６ｂは互いに同一寸法の横断面形状を備えている。

低温オイルは粘性が高くて加圧し易く、オイル漏れも少ないので、理論吐出量が小さくても必要な油圧を発生させることができる。この点を考慮して、低温オイル用の第１ポンプＰ１の一回転当たりの吐出量を第２ポンプＰ２よりも少なく設定してある。
このため、第１インナロータ５ａと第１アウタロータ５ｂの回転軸芯Ｘの方向の長さが、第２インナロータ６ａと第２アウタロータ６ｂの回転軸芯Ｘの方向の長さよりも短く設定してある。

このように、吐出量が互いに異なる二つのポンプＰ１，Ｐ２を、回転軸芯方向の長さのみが異なるインナロータ５ａ，６ａとアウタロータ５ｂ，６ｂとを設けて構成してあると、電動ポンプの製作が容易である。
なお、図示しないが、第１ポンプＰ１を構成する第１インナロータ５ａおよび第１アウタロータ５ｂの横断面形状が、第２ポンプＰ２を構成する第２インナロータ６ａおよび第２アウタロータ６ｂと異なる横断面形状を備えていてもよい。

カバーＣと第１ハウジングＨ１との間に、第１ポンプＰ１用の第１ロータ収容部７ａと第１オイル吸入路７ｂと第１オイル吐出路７ｃとを設けてある。第２駆動軸４ｂを回転自在に支持する軸受孔７ｄを第１ハウジングＨ１に設けてある。
第１オイル吸入路７ｂに連通する第１吸入ポート７ｅと第１オイル吐出路７ｃに連通する第１吐出ポート７ｆとの夫々を、カバーＣと第１ハウジングＨ１とに亘って一連に形成してある。

第１アウタロータ５ｂは、第１ロータ収容部７ａの内壁面に沿って回転軸芯Ｘとは異なる回転軸芯Ｙ（図２参照）の周りで回転自在に第１ロータ収容部７ａに収容してある。
第１インナロータ５ａは、第１アウタロータ５ｂの内周側に回転軸芯Ｘの周りで回転自在に収容してある。

第１ハウジングＨ１と第２ハウジングＨ２との間に、第２ポンプＰ２用の第２ロータ収容部８ａと第２オイル吸入路８ｂと第２オイル吐出路８ｃとを設けてある。
第２オイル吸入路８ｂに連通する第２吸入ポート８ｄと第２オイル吐出路８ｃに連通する第２吐出ポート８ｅとの夫々を、第１ハウジングＨ１と第２ハウジングＨ２とに亘って一連に形成してある。

第２アウタロータ６ｂは、第２ロータ収容部８ａの内壁面に沿って回転軸芯Ｘとは異なる回転軸芯Ｙ（図２参照）の周りで回転自在に第２ロータ収容部８ａに収容してある。
第２インナロータ６ａは、第２アウタロータ６ｂの内周側に回転軸芯Ｘの周りで回転自在に収容してある。

粘性が高い低温オイルはサイドクリアランスの拡大によるオイル漏れが少なく、吐出性能に与える影響は少ない。
このため、第１ポンプＰ１が備える第１インナロータ５ａおよび第１アウタロータ５ｂと第１ロータ収容部７ａの壁面との間隔であるサイドクリアランスを、第２ポンプＰ２が備える第２インナロータ６ａおよび第２アウタロータ６ｂのサイドクリアランスよりも大きく設定してある。

電動ポンプＡは、駆動軸３の回転動力を第１ポンプＰ１と第２ポンプＰ２とのいずれか一つに選択的に伝達する動力伝達部９と、動力伝達部９の作動を制御する制御部（ＥＣＵ）１０とを有する。
動力伝達部９は、駆動軸３の回転方向を変更することで、駆動軸３からインナロータ５ａ，６ａへの動力伝達を断続する一方向クラッチ９ａ，９ｂを第１ポンプＰ１と第２ポンプＰ２との夫々に有している。

第１ポンプＰ１用の第１一方向クラッチ９ａは、第１駆動軸４ａと第１インナロータ５ａとの間に設けてあり、第１駆動軸４ａが第１回転方向に回転するときに回転動力を第１インナロータ５ａに伝達し、第１回転方向とは逆向きの第２回転方向に回転するときは回転動力を伝達しない。

第２ポンプＰ２用の第２一方向クラッチ９ａは、第２駆動軸４ｂと第２インナロータ６ａとの間に設けてあり、第２駆動軸４ｂが第２回転方向に回転するときに回転動力を第２インナロータ６ａに伝達し、第１回転方向に回転するときは回転動力を伝達しない。

制御部１０はドライバ２を備え、ＤＣモータ１の駆動中に検出された内燃機関Ｂの運転状態の検出情報に基づいて動力伝達部９の作動を制御する。
内燃機関Ｂの運転状態の検出情報は内燃機関Ｂの制御部から入力され、例えば、オイル流路を流通するオイルの温度または圧力または内燃機関Ｂの回転数または回転負荷の少なくとも一つである。

図３は、オイルの温度（油温）の検出情報に基づいて動力伝達部９の作動を制御する場合におけるエンジン始動時の制御フローを示す。
すなわち、油温が例えば１００℃という「しきい値」以上か否かを判定し（ステップ＃０１）、「しきい値」未満のときはオイルの粘性が高いので低温オイル用の第１ポンプＰ１を駆動する。
このために、油温が「しきい値」未満のときは、第１一方向クラッチ９ａによる第１駆動軸４ａへの動力伝達が可能な「第１回転方向」に駆動軸３を回転させる（ステップ＃０２）。
これにより、第１ポンプＰ１が駆動される（ステップ＃０３）。

ステップ＃０１において油温が「しきい値」以上のときはオイルの粘性が低いので高温オイル用の第２ポンプＰ２を駆動する。
このために、第２一方向クラッチ９ｂによる第２駆動軸４ｂへの動力伝達が可能な「第２回転方向」（「第１回転方向」と逆の回転方向）に駆動軸３を回転させる（ステップ＃０４）。
これにより、第２ポンプＰ２が駆動される（ステップ＃０５）。

本実施形態の電動ポンプＡは、第１ポンプＰ１と第２ポンプＰ２のいずれかを選択的に駆動するために、電動モータ１の回転を一時的に停止させて、駆動軸３の回転方向を正逆に切り替える。
このため、例えば走行用電動モータによる走行と内燃機関による走行とに切り替えるハイブリット車において、走行用電動モータの停止タイミングに連係して、駆動軸３の回転方向を正逆に切り替えることができる。
また、例えばアイドリングストップシステムを装備しているハイブリット車や電気自動車において、走行用電動モータの回転を停止させるアイドリングストップのタイミングに連係して、駆動軸３の回転方向を正逆に切り替えることができる。

〔第２実施形態〕
図４〜図６は、本発明の別実施形態を示す。
本実施形態の電動ポンプＡは、第１ポンプＰ１を有する第１ポンプユニットＰａと、第２ポンプＰ２を有する第２ポンプユニトＰｂとの夫々を、モータユニットＭに一体に組み付けてある。
第１ポンプユニットＰａと第２ポンプユニトＰｂは、モータユニットＭを回転軸芯Ｘの方向から挟む両側に振り分けて配置してある。

第１ポンプＰ１は、第１ポンプ用のハウジングＨ１ａとカバーＣ１との間に組み付けてある低温オイル用のトロコイドポンプである。第１インナロータ５ａに一体形成してある第１支軸１１ａをカバーＣ１に形成してある軸受孔１２ａに回転自在に支持してある。

第２ポンプＰ２は、第２ポンプ用のハウジングＨ２ａとカバーＣ２との間に組み付けてある高温オイル用のトロコイドポンプである。第２インナロータ６ａに一体形成してある第２支軸１１ｂをカバーＣ２に形成してある軸受孔１２ｂに回転自在に支持してある。

第１ポンプ用のハウジングＨ１ａとカバーＣ１との間には、第１ポンプＰ１用の第１ロータ収容部７ａと第１オイル吸入路７ｂと第１オイル吐出路７ｃとを設けてある。
第１オイル吸入路７ｂに連通する第１吸入ポート７ｅと第１オイル吐出路７ｃに連通する第１吐出ポート７ｆとの夫々を、ハウジングＨ１ａとカバーＣ１とに亘って一連に形成してある。

第２ポンプ用のハウジングＨ２ａとカバーＣ２との間には、第２ポンプＰ２用の第２ロータ収容部８ａと第２オイル吸入路８ｂと第２オイル吐出路８ｃとを設けてある。
第２オイル吸入路８ｂに連通する第２吸入ポート８ｄと第２オイル吐出路８ｃに連通する第２吐出ポート８ｅとの夫々を、ハウジングＨ２ａとカバーＣ２とに亘って一連に形成してある。

ＤＣモータ１のモータロータ１ｂと一体回転する駆動軸３は、第１ポンプ用のハウジングＨ１ａと第２ポンプ用のハウジングＨ２ａとに両端が回転軸芯Ｘの周りで回転自在に支持された円筒状ケース３ａと、円筒状ケース１３の内部に回転軸芯Ｘの方向に移動自在に嵌合されたピストン部材３ｂとを有する。
ピストン部材３ｂの長手方向中間部には、両端部がピストン外周面に突出するピン２０を挿通してある。円筒状ケース１３の内側には、ピン２０の端部の夫々が回転軸芯Ｘの方向に移動自在に係合する長溝２１を形成してある。
そして、ピン２０の両端部と長溝２１との係合により、ピストン部材３ｂを円筒状ケース１３に対して回転軸芯Ｘの方向に移動自在、かつ、円筒状ケース１３と一体回転自在に設けてある。
なお、ピストン部材３ｂと円筒状ケース１３とのスプライン嵌合により、ピストン部材３ｂを円筒状ケース１３に対して回転軸芯Ｘの方向に移動自在、かつ、円筒状ケース１３と一体回転自在に設けてあってもよい。

動力伝達部９は、ピストン部材３ｂの両端に回転軸芯Ｘと同芯で固定した第１シャフト１４ａおよび第２シャフト１４ｂと、ピストン部材３ｂを第１ポンプユニットＰａの側に向けて移動付勢するコイルバネ１５と、ピストン部材３ｂのカバーＣ１の側の端部と円筒状ケース３ａとの間に形成されたシリンダ室１６と、円筒状ケース３ａの外周面に形成された周溝１３と、周溝１３とシリンダ室１６とを連通する周方向で複数の連通路１３ａと、オイルサービスバルブ１７からシリンダ室１６に周溝１３および連通路１３ａを介して油圧を導入する導入路１８とを備えている。
第１シャフト１４ａが第１駆動軸４ａとして機能し、第２シャフト１４ｂが第２駆動軸４ｂとして機能する。

第１インナロータ５ａには、第１シャフト１４ａが係脱自在に嵌合する第１嵌合穴１９ａが形成されている。第２インナロータ６ａには、第２シャフト１４ｂが係脱自在に嵌合する第２嵌合穴１９ｂが形成されている。
図６に示すように、第１シャフト１４ａと第１嵌合穴１９ａおよび第２シャフト１４ｂと第２嵌合穴１９ｂは断面形状が互いに嵌合する多角形（六角形）の異径に形成されている。
第１シャフト１４ａは、第１嵌合穴１９ａに嵌合するように円筒状ケース３ａを貫通して配置してある。

制御部１０は、ＤＣモータ１の駆動中に検出された内燃機関Ｂの運転状態の検出情報に基づいてオイルサービスバルブ１７の作動を制御することにより、駆動軸３の回転動力を第１ポンプＰ１に伝達する状態と第２ポンプＰ２に伝達する状態とのいずれか一つに選択的に切り替える。
すなわち、図４に示すようにシリンダ室１６に油圧を導入しない状態では、ピストン部材３ｂがコイルバネ１５の付勢力により第１ポンプユニットＰａの側に移動し、第１シャフト１４ａが第１嵌合穴１９ａに嵌合する。
これにより、第１ポンプＰ１が駆動される。

また、図５に示すようにシリンダ室１６に油圧を導入している状態では、ピストン部材３ｂがコイルバネ１５の付勢力に抗して第２ポンプユニットＰｂの側に移動し、第２シャフト１４ｂが第２嵌合穴１９ｂに嵌合するる。
これにより、第２ポンプＰ２が駆動される。

本実施形態であれば、駆動軸３の回転方向を正逆に切り替えることなく、つまり、駆動軸３の回転を一時的に停止することなく、効率良く運転することができる。
その他の構成は第１実施形態と同様である。

〔その他の実施形態〕
１．本発明による電動ポンプは、駆動軸の回転動力を三つ以上のポンプのいずれか一つに選択的に伝達する動力伝達部を有していてもよい。
２．本発明による電動ポンプは、複数のポンプの夫々が、一つの共通の駆動軸にギア連動する入力軸を備え、それらの入力軸と駆動軸との連動経路に、駆動軸の回転動力を複数のポンプのいずれか一つに選択的に伝達する動力伝達部を設けてあってもよい。

本発明は、内燃機関に装備される電動オイルポンプ以外にも、自動変速装置（ＡＴ）や無段変速装置（ＣＶＴ）などの各種用途の電動オイルポンプ或いは電動ウォータポンプに利用することができる。

１電動モータ
３駆動軸
５ａ第１インナロータ
５ｂ第１アウタロータ
６ａ第２インナロータ
６ｂ第２アウタロータ
９動力伝達部
９ａ第１一方向クラッチ
９ｂ第２一方向クラッチ
１０制御部
Ｂ内燃機関
Ｃ，Ｃ１，Ｃ２，Ｈ１，Ｈ２ハウジング
Ｐ１第１ポンプ
Ｐ２第２ポンプ

Claims

電動モータで回転駆動される一つの駆動軸と、
流体の吐出能力が互いに異なる複数のポンプと、
前記駆動軸の回転動力を前記複数のポンプのいずれか一つに選択的に伝達する動力伝達部と、
前記動力伝達部の作動を制御する制御部と、
を有する電動ポンプ。
前記複数のポンプが、
前記流体の粘性が高いときに作動させる第１ポンプと、前記流体の粘性が低いときに作動させる第２ポンプとで構成される請求項１記載の電動ポンプ。
前記第１ポンプおよび前記第２ポンプが容積ポンプであり、
前記第１ポンプにおけるロータとハウジングとのサイドクリアランスを、前記第２ポンプにおけるロータとハウジングとのサイドクリアランスよりも大きく設定してある請求項２記載の電動ポンプ。
前記動力伝達部は、前記駆動軸の回転方向を変更することで前記駆動軸から前記ポンプへの動力伝達を断続する一方向クラッチを、前記第１ポンプと前記第２ポンプの夫々に有している請求項２又は３記載の電動ポンプ。
前記流体は内燃機関が備えるオイルであり、
前記制御部は、前記内燃機関における運転状態の検出情報に基づいて前記動力伝達部の作動を制御する請求項１〜４のいずれか１項記載の電動ポンプ。