JP2017002749A - 電動ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】ポンプ部のシャフトの軸ぶれを適正に抑制できる電動ポンプを提供する。【解決手段】筒状のヨーク１４を有し電磁力によって回転するモータロータ１２と、アウタロータ２２及びインナロータ２１を有するポンプ部２０と、一方にモータロータ１２を固定し、他方にインナロータ２１を固定してモータロータ１２からの回転力をポンプ部２０に伝達するシャフト１１と、内周面にコイル部１３Ｂを固定し、コイル部１３Ｂの内側にモータロータ１２を収容するモータハウジング３１と、ポンプ部２０を収容するポンプボデー３２と、を備え、ポンプボデー３２は、シャフト１１のうちモータロータ１２とインナロータ２１との間の部位を支持する軸受部３３を有し、インナロータ２１は軸受部３３に対向する側にシャフト１１よりも大径の第１凹部２３が形成され、第１凹部２３に軸受部３３の一部３４が挿入配置される。【選択図】図１

Description

本発明は、電動モータによって駆動される電動ポンプに関する。

電動ポンプとして、例えば特許文献１に、アウタロータ及びインナロータを有するポンプ部と、電磁力によって回転するモータロータを有するモータ部とを具備したものが開示されている。ポンプ部及びモータ部はケース内に収容されている。

モータロータはシャフトの一端に連結されて回転子を形成する。当該回転子は、ケースの内周面に固定された固定子に対向配置されたマグネットを有する。シャフトの他端にはポンプ部のインナロータが連結されている。マグネットと固定子に巻線したコイルとが相互作用して回転子が回転することで、ポンプ部に回転力が伝達される。

シャフトは、モータロータとポンプ部との間の部位においてケースに設けられた軸受部により軸支される。ここで、モータロータのうちシャフトの軸芯方向に沿った領域に対して軸受部の領域が短いと、電磁力の影響によってモータロータが軸ぶれする方向の力を受けた場合に、シャフトの軸ぶれを確実に抑制することができない。このため、特許文献１に記載の電動ポンプでは、軸受部をモータロータの径方向の内側領域まで延長している。

特開２０１０−１４４５９５号公報

一方、ポンプ部においても、流体の吸引・吐出に伴って生じる力がインナロータに作用する。この力は、インナロータの回転軸芯の方向に沿うものであるが、この力によってインナロータの回転面が傾けられようとし、その結果、シャフトに曲げ力が作用する。この曲げ力によってシャフトに軸ぶれが生じると、異音や振動が発生し、軸受部やシャフトが損耗する虞がある。

このような実情に鑑み、ポンプ部のシャフトの軸ぶれを適正に抑制できる電動ポンプが望まれている。

本発明に係る電動ポンプの特徴構成は、筒状のヨークを有し電磁力によって回転するモータロータと、アウタロータ及びインナロータを有するポンプ部と、一方に前記モータロータを固定し、他方に前記インナロータを固定して前記モータロータからの回転力を前記ポンプ部に伝達するシャフトと、内周面にコイル部を固定し、前記コイル部の内側に前記モータロータを収容するモータハウジングと、前記ポンプ部を収容するポンプ本体と、を備え、前記ポンプ本体は、前記シャフトのうち前記モータロータと前記インナロータとの間の部位を支持する軸受部を有し、前記インナロータは前記軸受部に対向する側に前記シャフトよりも大径の第１凹部が形成され、前記第１凹部に前記軸受部の一部が挿入配置される点にある。

本構成のように、軸受部の一部をポンプ部のインナロータの径方向内側に延長することで、シャフトの軸支範囲を広げることができる。その上、シャフトに対するインナロータの取付位置と、シャフトを支持する軸受部の位置とがシャフトの長手方向に沿って近づく。これにより、インナロータの回転面を傾けようとする力がインナロータに作用し、更にこの力がシャフトに伝達された場合に、当該力が伝達されたシャフトの部位を軸受部が軸支しているから、シャフトが曲り変形する余地はない。この結果、軸受部は、単にシャフトが傾こうとする力を受け止めるだけで済むため、軸受部とシャフトとの間に生じる押し付け力や摩擦力の発生を大幅に減らすことができる。これにより、シャフトの回転動作が安定し、異音や振動の発生が抑制されて、軸受部やシャフトの損耗を抑制することができる。

本発明に係る電動ポンプの他の特徴構成は、前記モータロータは前記軸受部に対向する側に前記シャフトよりも大径の第２凹部が形成され、前記第２凹部に前記軸受部の一部が挿入配置される点にある。

本構成によれば、軸受部をモータロータの径方向内側に延長することができ、シャフトの軸支範囲をより広く設定できる。そのため、モータロータの揺動によるシャフトの軸ぶれが生じ難くなり、軸受部やシャフトの損耗防止効果も高まる。

本発明に係る電動ポンプの他の特徴構成は、前記ヨークは、前記コイル部の内周側に位置する第１ヨークと、前記第１ヨークに連続して設けられ前記ヨークの軸芯方向において前記第１ヨークに対して前記ポンプ部とは反対の側に突出する第２ヨークとを備え、前記第２ヨークに前記シャフトを固定可能な孔部が形成され、前記第１ヨークの前記軸受部に対向する側に前記第２凹部が形成される点にある。

軸受部を長くするために、モータロータに凹部を形成すると、モータロータのシャフトへの固定領域が短くなる。
そこで、本構成では、ヨークを、コイル部の内周側に位置し、第２凹部が形成された第１ヨークと、第１ヨークに連続して設けられ軸芯方向において第１ヨークに対してポンプ部とは反対の側に突出する第２ヨークとを備える。
こうして、第１ヨークに設けられた第２凹部においてモータ部のシャフトが軸支されることで、ヨークの磁力作用を確保しつつ、シャフトの軸ぶれを抑制することができる。一方、第２ヨークにはシャフトを固定可能な孔部が形成されているので、モータロータはシャフトに確実に固定される。ヨークに対してポンプ部とは反対側の部位は、コイルの配線を敷設するなどの都合から比較的スペースに余裕がある。よって、ここに第２ヨークを配置することでデッドスペースを有効に利用することできる。

本発明に係る電動ポンプの他の特徴構成は、前記ポンプ部から突出した前記シャフトの端部が前記ポンプ本体に軸支される点にある。

本構成の如く、シャフトの端部がポンプ本体に軸支されることで、シャフトはポンプ部を挟んだ２箇所で軸支されることとなる。これにより、シャフトは、ポンプ部に作用する外力による軸ぶれが起き難くなり回転状態が安定する。

本発明に係る電動ポンプの他の特徴構成は、前記シャフト及び前記軸受部が鉄系材料で構成されている点にある。

シャフトと軸受部とが別材料で構成されている場合、両者の熱膨張係数の差によっては、シャフトと軸受部とのクリアランスが大きく変化する。このため、シャフトと軸受部との間隔を厳格に設定することができず、温度変化等も影響してシャフトの支持状態が不安定になる。
そこで、本構成では、シャフトと軸受部とを同じ鉄系材料で構成することで、シャフトと軸受部とのクリアランスの変化を低減させている。これにより、シャフトと軸受部との間隔を厳格に設定することができ、軸受部によってシャフトの回転を安定的に保持することができる。

本発明に係る電動ポンプの他の特徴構成は、前記ヨークは、前記ヨークの軸芯方向に沿って連続する貫通孔が形成されるように積層された磁性体と、前記貫通孔に充填された樹脂部とを備える点にある。

本構成のように、ヨークが、軸芯方向に積層される磁性体の貫通孔に充填された樹脂部を備えることで、積層された磁性体の形状を確実に保持することができる。これにより、一体化された複数の磁性体を備えるヨークを簡易に構成することができる。

第１実施形態の電動ポンプの断面図である。 図１のＩＩ―ＩＩ線矢視断面図である。 図１のＩＩＩ―ＩＩＩ線矢視断面図である。 第２実施形態の電動ポンプの断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態の電動ポンプは例えば自動車において潤滑用のオイルの供給系等に備えられる。しかし、電動ポンプの用途は自動車に限るものではなく、オイル以外の流体の供給に使用しても良い。

図１〜図３に示すように、電動ポンプ１は、モータ部１０と、ポンプ部２０と、モータ部１０及びポンプ部２０を収容するケース３０と、を備える。ケース３０は、モータ部１０を収容するモータハウジング３１とポンプ部２０を収容するポンプボデー３２（ポンプ本体の一例）とを連結して構成されている。

モータ部１０は、軸芯Ｘを中心に回転自在に支持されるシャフト１１と、シャフト１１の一方に固定され、シャフト１１と一体的に回転するモータロータ１２と、界磁コイル１３（ステータ）とを備えて構成されている。界磁コイル１３はモータハウジング３１のモータロータ１２を取り囲む領域に配置されている。界磁コイル１３は、電磁鋼板を積層したステータコアの複数のティース部１３Ａと、ティース部１３Ａの上下に配置されるコイル支持枠１３Ｃと、コイル支持枠１３Ｃに巻回されるコイル部１３Ｂとによって構成されている。

モータロータ１２は、電磁鋼板（磁性体の一例）を積層して形成された筒状のヨーク１４とヨーク１４に配置される永久磁石１５とを有する。ヨーク１４は、シャフト１１の軸芯Ｘの方向において、ポンプボデー３２に近い側から順に、第１ヨーク１６と第２ヨーク１７とが重ねられて構成されている。電磁鋼板が積層されることで、筒状のヨーク１４には、軸芯Ｘ方向に沿って連続する貫通孔１６ａが形成される。貫通孔１６ａには永久磁石１５が挿入される。永久磁石１５は、複数個を周方向にＮ極とＳ極とが交互になるように配設してある。モータロータ１２は界磁コイル１３の電磁力を受けて回転する。

ポンプ部２０は、シャフト１１のモータ部１０とは反対の側（他方）に固定され、モータ部１０の駆動力により回転するインナロータ２１と、インナロータ２１の外周側に配置されるアウタロータ２２とを備えてトロコイドポンプとして構成されている。トロコイドポンプは、インナロータ２１の外周にトロコイド曲線に従う歯面形状の複数の歯部が形成され、アウタロータ２２の内周にはインナロータ２１の歯部より１つ歯数が多い歯部が形成されている。インナロータ２１は軸芯Ｘを中心に回転し、アウタロータ２２は軸芯Ｘと離間する偏心軸を中心に回転する。

ケース３０において、モータハウジング３１が樹脂材で形成され、ポンプボデー３２が金属材料で形成されている。モータハウジング３１とポンプボデー３２とは軸芯Ｘに沿う方向に重ね合わせる形態でボルト等によって連結されている。

モータハウジング３１は筒状体であって、内周面に界磁コイル１３が固定され、界磁コイル１３の内周側にモータロータ１２の収容空間Ｓ２を有する。ポンプボデー３２は軸芯Ｘの方向においてモータロータ１２とは反対側に凹状に形成されたポンプ部２０の収容空間Ｓ１を有する。モータハウジング３１の端面には制御基板６０が配置されており、制御基板６０は蓋部６１に覆われている。ポンプボデー３２の収容空間Ｓ１が形成された端面にはポンプカバー５０が設けられている。本実施形態では、ポンプボデー３２とポンプカバー５０によってポンプ本体が構成されている。ポンプカバー５０は例えば金属材料のプレートで形成されており、吸入ポート５１及び吐出ポート５２を備える。

ポンプボデー３２は、モータ部１０とポンプ部２０との間の部位にシャフト１１を支持する軸受部３３を有する。シャフト１１と軸受部３３とは鉄系材料で構成されている。
シャフト１１と軸受部３３とが同じ鉄系材料であると、両者の熱膨張係数が近いものとなり、シャフト１１と軸受部３３との間のクリアランスの変化は小さくなる。このため、シャフト１１と軸受部３３との間隔を厳格に設定することができる。これにより、シャフト１１の回転を軸受部３３によって安定的に保持することができる。なお、本実施形態では、ポンプボデー３２自体を鉄系材料で構成されている。

軸受部３３は、ポンプ部２０の収容空間Ｓ１に位置する第１延在部３４と、モータロータ１２の収容空間Ｓ２に位置する第２延在部３５とを備える。軸受部３３にはシャフト１１が挿通する軸受孔３６が形成されている。

ポンプ部２０のインナロータ２１には、軸芯Ｘ方向において軸受部３３に近い側から順に、第１凹部２３と、第１凹部２３よりも小径の圧入孔部２４とが形成されている。第１凹部２３は第１延在部３４が挿入可能な径を有する。第１凹部２３は、軸芯Ｘ方向においてポンプボデー３２に対向する側に形成されているが、ポンプボデー３２に設けられる不図示の吸入室及び吐出室とは連通していない。

第１凹部２３に第１延在部３４を挿入することで、軸受部３３はポンプ部２０のインナロータ２１の径方向内側まで延長される。これにより、軸受部３３がシャフト１１を軸支する領域を広く設定できる。その上、シャフト１１に対するインナロータ２１の取付位置と、シャフト１１を支持する軸受部３３の位置とがシャフト１１の長手方向に沿って近づく。これにより、インナロータ２１の回転面を傾けようとする力がインナロータ２１に作用し、更にこの力がシャフト１１に伝達された場合に、当該力が伝達されたシャフト１１の部位を軸受部３３が軸支しているため、シャフト１１が曲り変形する余地はない。軸受部３３は、単にシャフト１１が傾こうとする力を受け止めるだけで済むから、軸受部３３とシャフト１１との間に生じる押し付け力や摩擦力の発生を大幅に減らすことができる。その結果、シャフト１１の回転動作が安定して、異音や振動の発生が抑制され、軸受部３３の損耗を抑制することができる。

モータロータ１２のヨーク１４は、軸芯Ｘの方向において、ポンプボデー３２に近い側から順に、第１ヨーク１６と第２ヨーク１７とが重ねられて構成されている。第１ヨーク１６はコイル部１３Ｂの内周側に位置する。一方、第２ヨーク１７は、第１ヨーク１６に連続して設けられ軸芯Ｘの方向においてポンプ部２０とは反対の側に突出している。第１ヨーク１６に第２凹部１８が形成され、第２ヨーク１７に第２凹部１８よりも小径の圧入孔部１９が形成される。第１ヨーク１６の第２凹部１８にシャフト１１と軸受部３３の第２延在部３５とが挿入配置され、第２ヨーク１７の圧入孔部１９にシャフト１１の端部が圧入固定される。

こうして、軸受部３３がモータロータ１２の径方向内側まで延長して配置されることで、軸受部３３がシャフト１１を軸支できる領域を広く設定することができる。その上、モータロータ１２の径方向内側に軸受部３３（第２延在部３５）が位置するため、モータロータ１２の揺動によるシャフト１１の軸ぶれが抑制される。これにより、シャフト１１の回転動作がより安定し、軸受部３３の損耗防止効果も高まる。

軸受部３３の第２延在部３５の外周面と第１ヨーク１６の内周面との間の距離は、第１ヨーク１６の外周面と界磁コイル１３との間の距離よりも大きく設定されている。第１ヨーク１６と界磁コイル１３とはモータ部１０において電磁力が効率よく作用するよう極力狭い間隔で配置される。一方、第２延在部３５と第１ヨーク１６とは両者が接触しない間隔で配置されていればよく、厳密な間隔の設定は要求されない。

ヨーク１４を構成する積層された電磁鋼板には各々にダボ４１が形成されており、このダボ４１によって複数の電磁鋼板が筒状に積層されている。筒状のヨーク１４は、第１ヨーク１６の内部と、第２ヨーク１７における外周側からシャフト１１の端部側の面に亘って充填された樹脂部４２を備える。第１ヨーク１６の樹脂部４２は、貫通孔１６ａのうち永久磁石１５の両端側の空間に充填された樹脂によって構成されている。積層される電磁鋼板が樹脂部４２によって接続されることでヨーク１４の形状が保持される。樹脂部４２は少なくともモータロータ１２の軸芯Ｘの方向に備えていればよい。

〔第２実施形態〕
本実施形態では、図４に示すように、シャフト１１は、ポンプボデー３２の軸受部３３に加えて、ポンプ部２０から突出する端部がポンプ部２０に近接配置される部材に軸支される。具体的には、図４に示すように、ポンプ部２０を覆うポンプカバー５０によってシャフト１１の端部が軸支される。ポンプカバー５０はポンプボデー３２に接続されている。ポンプカバー５０には、軸芯Ｘを中心とする凹部５３が形成され、凹部５３にシャフト１１の端部が軸支されている。このように、シャフト１１が軸芯Ｘの方向の２箇所（軸受部３３、凹部５３）で軸支されるので、シャフト１１は安定的に支持されて回転動作が安定する。

また、モータロータ１２に充填される樹脂部４２は、軸芯Ｘに沿う方向のみに設けられ、第２ヨーク１７においてシャフト１１の端部側には設けられていない。ただし、本実施形態では、第１実施形態に比べて第２ヨーク１７の軸芯Ｘの方向の厚みが大きく設定されている。これにより、モータロータ１２とシャフト１１との接続領域を拡張されるため、モータ部１０におけるシャフト１１の回転動作がより安定する。

〔他の実施形態〕
（１）上記実施形態では、樹脂部４２がモータロータ１２の軸芯Ｘに沿う方向と第２ヨーク１７におけるシャフト１１の端部側の面とに設けられる例を示したが、樹脂部４２は第１ヨーク１６のポンプボデー３２に対向する面に設けてもよい。樹脂部４２がモータロータ１２の軸芯Ｘ方向の両端面に存在することで、ヨーク１４が樹脂部４２によって挟まれて軸芯Ｘ方向の形状が安定する。その他、モータロータ１２は複数の永久磁石１５を第１ヨーク１６の外周面に配設し、隣接する永久磁石１５の間において軸芯Ｘ方向に樹脂を充填して樹脂部４２を形成してもよい。

（２）上記実施形態では、ダボ４１と樹脂部４２とを併用して筒状のヨーク１４の形状を保持する例を示したが、樹脂部４２のみによってヨーク１４の形状が保持できる場合には、ヨーク１４の鋼板にダボ４１を設けてなくてもよい。その他、樹脂部４２を設けずに、積層される電磁鋼板を溶接することでヨーク１４の形状を保持してもよい。

（３）上記実施形態では、ポンプ本体をポンプボデー３２及びポンプカバー５０の２部材で構成する例を示したが、ポンプ本体はポンプボデー３２とポンプカバー５０とが一体となった１部材で構成してもよい。

本発明は、モータ部とポンプ部とを収容する電動ポンプに広く利用することができる。

１ 電動ポンプ
１１ シャフト
１２ モータロータ
１３Ｂ コイル部
１４ ヨーク
１６ 第１ヨーク
１６ａ 貫通孔
１７ 第２ヨーク
１８ 第２凹部
１９ 圧入孔部（孔部）
２０ ポンプ部
２１ インナロータ
２２ アウタロータ
２３ 第１凹部
３１ モータハウジング
３２ ポンプボデー（ポンプ本体）
３３ 軸受部
４２ 樹脂部

Claims (6)

1. 筒状のヨークを有し電磁力によって回転するモータロータと、
   アウタロータ及びインナロータを有するポンプ部と、
   一方に前記モータロータを固定し、他方に前記インナロータを固定して前記モータロータからの回転力を前記ポンプ部に伝達するシャフトと、
   内周面にコイル部を固定し、前記コイル部の内側に前記モータロータを収容するモータハウジングと、
   前記ポンプ部を収容するポンプ本体と、を備え、
   前記ポンプ本体は、前記シャフトのうち前記モータロータと前記インナロータとの間の部位を支持する軸受部を有し、
   前記インナロータは前記軸受部に対向する側に前記シャフトよりも大径の第１凹部が形成され、前記第１凹部に前記軸受部の一部が挿入配置される電動ポンプ。
2. 前記モータロータは前記軸受部に対向する側に前記シャフトよりも大径の第２凹部が形成され、前記第２凹部に前記軸受部の一部が挿入配置される電動ポンプ。
3. 前記ヨークは、前記コイル部の内周側に位置する第１ヨークと、前記第１ヨークに連続して設けられ前記ヨークの軸芯方向において前記第１ヨークに対して前記ポンプ部とは反対の側に突出する第２ヨークとを備え、
   前記第２ヨークに前記シャフトを固定可能な孔部が形成され、前記第１ヨークにおいて前記軸受部に対向する側に前記第２凹部が形成される請求項２に記載の電動ポンプ。
4. 前記ポンプ部から突出した前記シャフトの端部が前記ポンプ本体に軸支される請求項１〜３の何れかに記載の電動ポンプ。
5. 前記シャフト及び前記軸受部が鉄系材料で構成されている請求項１〜４の何れか一項に記載の電動ポンプ。
6. 前記筒状のヨークは、前記ヨークの軸芯方向に沿って連続する貫通孔が形成されるように積層された磁性体と、前記貫通孔に充填された樹脂部とを備える請求項１〜５の何れか一項に記載の電動ポンプ。

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