JP2018127918A - 電動ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】ポンプ効率の低下や騒音の発生を抑制しながら小型化を図ることが可能な電動ポンプを提供する。【解決手段】電動ポンプ１は、アウターロータ２及びインナーロータ３を有するギヤポンプ部１０と、吸入ポート４１及び吐出ポート４２が形成されたポンププレート４と、ポンププレート４との間にギヤポンプ部１０を軸方向に挟むポンプハウジング５と、ポンプハウジング５に形成された軸孔５０を貫通してインナーロータ３に相対回転不能に連結されたモータシャフト７０の回転によってインナーロータ３をポンププレート４及びポンプハウジング５に対して回転させる電動モータ部７とを備える。インナーロータ３にポンプハウジング５側に開口する凹部３２を形成すると共にポンプハウジング５に小径円筒部５３を設け、凹部３２と小径円筒部５３との嵌合によりアウターロータ２に対するインナーロータ３の姿勢を安定化する。【選択図】図１

Description

本発明は、アウターロータ及びインナーロータを有するギヤポンプ部、及びインナーロータをアウターロータに対して回転させる電動モータ部を有する電動ポンプに関する。

従来、アウターロータ及びインナーロータを有するギヤポンプ部、及びギヤポンプ部を駆動する電動モータ部を有する電動ポンプが、電気自動車や所謂ハイブリッド車、あるいは停車時にエンジンを停止するアイドルストップ機能を有する車両等に搭載されている。このような電動ポンプは、例えばトランスミッションケースに固定され、トランスミッションの動作や潤滑のためのオイルの油圧を供給する（例えば、特許文献１，２参照）。

特許文献１に記載の電動ポンプは、アウターロータ及びインナーロータを有するギヤポンプ部と、吸入ポート及び吐出ポートが形成されたポンププレートと、ポンププレートとの間にギヤポンプ部を軸方向に挟むポンプハウジングと、インナーロータをポンププレート及びポンプハウジングに対して回転させる電動モータ部とを備えている。電動モータ部は、インナーロータ（インナギヤ）に連結された出力軸（モータ軸）が、その軸方向におけるモータステータの両側で転がり軸受により支持されている。

特許文献２に記載の電動ポンプは、特許文献１に記載の電動ポンプと同様にギヤポンプ部及び電動モータ部を備えているが、ギヤポンプ部が第１ハウジング部と第２ハウジング部とを組み合わせてなるポンプハウジングに収容され、インナーロータに連結された電動モータ部の出力軸（回転軸）が第１ハウジング部に形成された軸支凹部及び第２ハウジング部に形成された軸支持孔に支持されている。

特開２０１４−１５８８８号公報 特開２０１４−６２４８３号公報

このような車両用の電動ポンプは、例えばエンジンや高出力モータ等の駆動源やその補機類、あるいはステアリング装置や空調装置等の各種装置の車体への搭載上の都合により、小型化が求められている。この小型化の方策として、例えば特許文献２に記載の電動ポンプのように、転がり軸受を廃止してポンプハウジングに形成された孔の内面によって電動モータ部の出力軸を支持することが考えられる。しかし、この場合には、出力軸と孔の内面との間に形成される隙間等によってアウターロータとインナーロータとの相対的な位置関係の精度が低くなり、ポンプ効率の低下や騒音の発生を招来してしまうおそれがある。

そこで、本発明は、ポンプ効率の低下や騒音の発生を抑制しながら小型化を図ることが可能な電動ポンプを提供することを目的とする。

本発明は、上記の目的を達成するため、アウターロータ及びインナーロータを有するギヤポンプ部と、前記アウターロータの内周面と前記インナーロータの外周面との間に形成される複数のポンプ室に連通する吸入ポート及び吐出ポートが形成されたポンププレートと、前記ポンププレートとの間に前記ギヤポンプ部を軸方向に挟むポンプハウジングと、前記ポンプハウジングに形成された軸孔を貫通して前記インナーロータに相対回転不能に連結された出力軸を有し、前記出力軸の回転によって前記インナーロータを前記ポンププレート及び前記ポンプハウジングに対して回転させる電動モータ部とを備え、前記インナーロータには、前記ポンプハウジング側に開口する凹部が形成され、前記ポンプハウジングには、前記凹部内に配置される凸部が設けられ、前記凹部と前記凸部との嵌合により前記アウターロータに対する前記インナーロータの姿勢が安定化されている、電動ポンプを提供する。

本発明に係る電動ポンプによれば、ポンプ効率の低下や騒音の発生を抑制しながら小型化を図ることが可能となる。

本発明の実施の形態に係る電動ポンプの斜視外観図である。 電動ポンプの断面図である。 図２の部分拡大図である。 （ａ）及び（ｂ）は、インナーロータの斜視図である。 電動ポンプのギヤポンプ部の断面図である。

［実施の形態］
本発明の実施の形態について、図１乃至図５を参照して説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を実施する上での好適な具体例として示すものであり、技術的に好ましい種々の技術的事項を具体的に例示している部分もあるが、本発明の技術的範囲は、この具体的態様に限定されるものではない。

（電動ポンプの全体構成）
図１は、本発明の実施の形態に係る電動ポンプの斜視外観図である。図２は、電動ポンプの断面図である。図３は、図２の部分拡大図である。図４（ａ）及び（ｂ）は、インナーロータの斜視図である。図５は、電動ポンプのギヤポンプ部の断面図である。

この電動ポンプ１は、例えば駆動源として電動モータを有する電気自動車やハイブリッド車、あるいはアイドルストップ機能を有する車両に搭載され、トランスミッションの動作や潤滑あるいは冷却のためのオイルの油圧を供給するために用いられる。以下の説明では、説明の便宜上、図１乃至図３の上下に対応して「上」「下」の語を用いるが、この「上」「下」は、必ずしも車両に搭載された状態での鉛直方向の上下を特定するものではない。

電動ポンプ１は、アウターロータ２及びインナーロータ３を有するギヤポンプ部１０と、アウターロータ２の内周面２ａとインナーロータ３の外周面３ａとの間に形成される複数のポンプ室１００に連通する吸入ポート４１及び吐出ポート４２が形成されたポンププレート４と、ポンププレート４との間にギヤポンプ部１０を軸方向に挟むポンプハウジング５と、アウターロータ２及びインナーロータ３を収容する収容穴６０が形成されたポンプボディ６と、インナーロータ３をポンププレート４、ポンプハウジング５、及びポンプボディ６に対して回転させる電動モータ部７と、電動モータ部７の出力軸としてのモータシャフト７０を支持する転がり軸受８１及び軸受ブッシュ８２と、電動モータ部７を制御する制御部９と、電動モータ部７及び制御部９を収容するケース部材９０とを備えている。以下、モータシャフト７０の回転軸線Ｏ_１に平行な方向を軸方向という。

図５に示すように、アウターロータ２は複数の内歯２１を有する環状であり、その外周面が円筒状である。アウターロータ２は、外周面がポンプボディ６の収容穴６０の内周面を摺動し、収容穴６０内でポンプボディ６に対して回転可能である。収容穴６０は、ポンプボディ６を軸方向に貫通する丸孔である。アウターロータ２の回転軸線Ｏ_２は、収容穴６０の中心軸と一致している。なお、ポンプボディ６をポンプハウジング５に一体化してもよい。

インナーロータ３は、アウターロータ２の内歯２１の数よりも１つ少ない数の複数の外歯３１を有し、アウターロータ２の内側に配置されている。本実施の形態では、アウターロータ２が８つの内歯２１を有し、インナーロータ３が７つの外歯３１を有している。インナーロータ３は、モータシャフト７０と一体に、収容穴６０の中心軸に対して偏心したモータシャフト７０の回転軸線Ｏ_１を中心にポンプボディ６に対して回転する。これにより、インナーロータ３は、複数の外歯３１のうち一部の外歯３１がアウターロータ２の内歯２１に噛み合うと共に、それぞれの外歯３１がアウターロータ２の内周面２ａに内接しながら回転する。

ポンププレート４は、複数のボルト１１によってポンプボディ６に固定されている。ボルト１１は、ポンプボディ６のフランジ部６１に形成されたボルト挿通孔６１０を挿通し、ポンププレート４のフランジ部４３に形成されたねじ孔４３０に螺合している。ポンプボディ６の下面６ａ（図３参照）はポンププレート４の上面４ａに当接し、ポンプボディ６の下面６ａとポンププレート４の上面４ａとの間からのオイルの漏出がＯリング１２によって抑止されている。

ポンププレート４は、オイルを吸入する吸入口４１０が吸入ポート４１に連通し、オイルを吐出する吐出口４２０が吐出ポート４２に連通している。吸入ポート４１及び吐出ポート４２は円弧状であり、吸入ポート４１は複数のポンプ室１００のうちインナーロータ３の回転によって容積が拡大する行程にあるポンプ室１００に連通する。吐出ポート４２は、複数のポンプ室１００のうちインナーロータ３の回転によって容積が縮小する行程にあるポンプ室１００に連通する。インナーロータ３が電動モータ部７によって回転駆動されると、複数のポンプ室１００の容積が拡大と縮小を繰り返すので、吸入ポート４１からポンプ室１００に吸入されたオイルが吐出ポート４２に吐出されるポンプ動作が行われる。

ポンプハウジング５は、中心部にモータシャフト７０を挿通させる軸孔５０が形成された円盤状の本体部５１と、本体部５１の上面５１ｂからポンプボディ６とは反対側に突出する大径円筒部５２と、本体部５１の下面５１ａからポンププレート４側に突出する小径円筒部５３と、本体部５１の外周面から突出するフランジ部５４とを一体に有している。ポンププレート４、ポンプハウジング５、及びポンプボディ６は軸方向に並び、ポンププレート４とポンプハウジング５との間にポンプボディ６が挟持されている。ポンプハウジング５の本体部５１の下面５１ａは、ポンプボディ６の上面６ｂに当接し、ポンプハウジング５の本体部５１の下面５１ａとポンプボディ６の上面６ｂとの間からのオイルの漏出がＯリング１３によって抑止されている。

大径円筒部５２の内周面とモータシャフト７０の外周面との間には、電動モータ部７側へのオイルの漏出を抑止するシール部材１４が配置されている。ポンプハウジング５における本体部５１の上面５１ｂには環状溝５１０が形成され、本体部５１の下面５１ａには第１及び第２の円弧溝５１１，５１２が形成されている。第１の円弧溝５１１は吸入ポート４１の開口と軸方向に向かい合う位置に形成され、第２の円弧溝５１２は吐出ポート４２の開口と軸方向に向かい合う位置に形成されている。

小径円筒部５３は、その内径が大径円筒部５２の内径よりも小さく、その外径が大径円筒部５２の外径よりも大きく形成されている。軸孔５０は、本体部５１及び小径円筒部５３にわたってポンプハウジング５を軸方向に貫通し、小径円筒部５３の内面は、軸孔５０の内面となっている。軸孔５０内には、モータシャフト７０の外周面７０ａが摺接する円筒状の軸受ブッシュ８２が例えば圧入によって固定されている。

ポンププレート４、ポンプハウジング５、及びポンプボディ６は例えばアルミニウム合金からなる。軸受ブッシュ８２は、ポンプハウジング５よりも硬度が高い金属からなり、例えば銅合金からなる。軸受ブッシュ８２の内径はモータシャフト７０の外径よりも僅かに大きく、軸受ブッシュ８２の内周面８２ａとモータシャフト７０の外周面７０ａとの間には隙間が形成される。

電動モータ部７は、モータシャフト７０と、モータシャフト７０に固定されたモータロータ７１と、モータロータ７１の外周面に固定された複数の永久磁石７１１と、軟磁性金属からなる環状のステータコア７２と、ステータコア７２に装着された複数のインシュレータ７３と、インシュレータ７３を介してステータコア７２に巻き回された複数のコイル７４と、複数のコイル７４への集配電のための集配電リング７５と、複数の磁極を有する円盤状のセンサマグネット７６と、センサマグネット７６をモータシャフト７０に固定するマグネットホルダ７７とを有している。

モータシャフト７０は、ポンプハウジング５に形成された軸孔５０を貫通してインナーロータ３に相対回転不能に連結されている。具体的には、モータシャフト７０の一端部が二面幅形状の嵌合部７０１として形成され、この嵌合部７０１がインナーロータ３に形成された嵌合孔３０に嵌合されることにより、モータシャフト７０がインナーロータ３に相対回転不能に連結されている。電動モータ部７は、モータシャフト７０の回転によってインナーロータ３を回転させる。なお、嵌合部７０１におけるモータシャフト７０の形状は、二面幅形状に限らず、例えば周方向の一部が切り欠かれた断面Ｄ字状の柱形状であってもよい。

本実施の形態では、集配電リング７５がＵ相，Ｖ相，Ｗ相，及び中性相の４つのバスリング７５１からなり、コイル７４に三相交流電流を供給する。すなわち、本実施の形態では、電動モータ部７がブラシレス三相モータとして構成されている。ただし、電動モータ部７の構成はこれに限らず、電力によってインナーロータ３に回転力を付与するものであれば、適宜の構成のものを採用し得る。

モータシャフト７０は、ステータコア７２に挿通された部分を挟む軸方向の２箇所において、転がり軸受８１及び軸受ブッシュ８２によって回転可能に支持されている。本実施の形態では、転がり軸受８１が、内輪及び外輪と、内輪及び外輪の間に配置された複数の球状転動体とを有する玉軸受である。ただし、転がり軸受８１に替えて例えば金属製の筒状体からなる軸受ブッシュによってモータシャフト７０の上端部を支持してもよい。

センサマグネット７６は、例えば周方向の異なる位置に設けられた１つのＮ極及び１つのＳ極を有し、後述する制御部９の基板９１に実装された磁気センサ９２に対向している。センサマグネット７６がモータシャフト７０と共に回転すると、磁気センサ９２によって検出される磁界の向きが回転速度に応じた周期で変化する。

ケース部材９０は、モータロータ７１及びステータコア７２を収容する円筒状の第１ケース部材９０１と、転がり軸受８１を保持すると共に第１ケース部材９０１におけるポンプハウジング５とは反対側の開口を塞ぐ第２ケース部材９０２と、主として制御部９を収容する第３ケース部材９０３とを有している。

第１ケース部材９０１と第２ケース部材９０２とは、複数のボルト１５によって互いに固定されている。ボルト１５は、軸部１５１及び頭部１５２を有し、軸部１５１がポンプボディ６のフランジ部６２、ポンプハウジング５のフランジ部５４、及び第１ケース部材９０１のフランジ部９００にそれぞれ形成されたボルト挿通孔に挿通されている。ボルト１５の頭部１５２はポンプボディ６とポンププレート４との間に配置され、軸部１５１の先端部に設けられた雄ねじ部１５１ａが第２ケース部材９０２に設けられた雌ねじ９０２ａに螺合している。また、第２ケース部材９０２と第３ケース部材９０３とは、複数のボルト１６（図１参照）により締結されている。第１ケース部材９０１と第２ケース部材９０２との間にはＯリング１７が、第１ケース部材９０１とポンプハウジング５との間にはＯリング１８が、それぞれ配置されている。

制御部９は、第２ケース部材９０２にボルト１９１、スペーサ１９２、及びナット１９３によって固定された基板９１と、基板９１に実装された磁気センサ９２及び複数の電子部品９３，９４とを有している。第３ケース部材９０３には、複数の電源端子９５１及び信号端子９５２（図１参照）を有するコネクタ９５が取り付けられており、制御部９は、コネクタ９５から供給される電力によって電動モータ部７を制御する。制御部９は、例えば車両の上位コントローラから速度指令を受け、この速度指令に応じた速度でモータシャフト７０が回転するように電動モータ部７を制御する。具体的には、１２０°ずつ位相がずれたＵ相，Ｖ相，及びＷ相の三相電流を直流電圧のスイッチングにより生成し、集配電リング７５を介して複数のコイル７４に供給する。

モータシャフト７０が回転すると、ギヤポンプ部１０においてインナーロータ３が回転し、インナーロータ３の外歯３１とアウターロータ２の内歯２１との噛み合いによってアウターロータ２が回転する。このインナーロータ３及びアウターロータ２の回転によって吸入ポート４１から吸入されたオイルが吐出ポート４２に吐出されるポンプ動作が行われ、トランスミッション等の供給対象装置にモータシャフト７０の回転速度に応じた量のオイルが供給される。

上記のように構成された電動ポンプ１において、インナーロータ３の回転軸が所期の位置（インナーロータ３の外歯３１とアウターロータ２の内歯２１との噛み合わせが適切に行われる位置）から径方向にずれたり、あるいはインナーロータ３の回転軸が収容穴６０の中心軸に対して傾くと、隣り合う２つのポンプ室１００のうち圧力が高いポンプ室１００から圧力の低いポンプ室１００にオイルが漏れてポンプ効率が低下したり、正常時よりも大きな騒音が発生してしまうおそれがある。本実施の形態では、次に述べるインナーロータ３の支持構造により、アウターロータ２に対するインナーロータ３の姿勢の安定化が図られている。

（インナーロータの支持構造）
インナーロータ３には、図３及び図４（ａ）に示すように、ポンプハウジング５側の軸方向端面である上面３ａからポンププレート４側に向かって窪んで形成された凹部３２が形成されると共に、上面３ａとは反対側の下面３ｂから軸方向に沿ってポンププレート４側に突出した円筒状のボス部３３が設けられている。インナーロータ３の上面３ａは、ポンプハウジング５における本体部５１の下面５１ａに接触し得る平面であり、凹部３２はポンプハウジング５側に開口している。インナーロータ３の下面３ｂは、吸入ポート４１及び吐出ポート４２が開口するポンププレート４の上面４ａに接触し得る平面である。

インナーロータ３の凹部３２の内面は、円筒状の内周面３２ａ及び円形の底面３２ｂによって形成されている。底面３２ｂの中心部には、モータシャフト７０の嵌合部７０１が嵌入する嵌合孔３０が開口している。凹部３２の軸方向の深さは外歯３１の軸方向長さよりも浅く、嵌合孔３０はボス部３３を貫通している。なお、本実施の形態では、凹部３２の内径がボス部３３の外径よりも大きく設定されているが、これに限らず、凹部３２の内径がボス部３３の外径以下でもよい。

インナーロータ３の凹部３２内には、ポンプハウジング５の小径円筒部５３が配置されている。この小径円筒部５３は、本発明の「凸部」に対応し、凸部としての小径円筒部５３とインナーロータ３の凹部３２との嵌合により、アウターロータ２に対するインナーロータ３の姿勢が安定化されている。

図３に示すように、小径円筒部５３の外周面５３ａと凹部３２の内周面３２ａとの間、及び小径円筒部５３の先端面５３ｂと凹部３２の底面３２ｂとの間には、ポンプハウジング５に対してインナーロータ３を回転自在とする僅かな隙間が形成されている。この隙間の幅Ｗ_１は、例えば１０〜５０μｍである。インナーロータ３の径方向への位置ずれは、凹部３２の内周面３２ａが小径円筒部５３の外周面５３ａに当接することにより規制される。また、アウターロータ２に対するインナーロータ３の傾きは、凹部３２の内周面３２ａの小径円筒部５３の外周面５３ａとの当接、あるいは凹部３２の底面３２ｂの小径円筒部５３の先端面５３ｂとの当接によって規制される。なお、図３では、説明の明確化のため、幅Ｗ_１の大きさを誇張して図示している。

軸受ブッシュ８２は、その一部が凹部３２内に配置されている。換言すれば、モータシャフト７０の長手方向に沿う軸方向における軸受ブッシュ８２の一端部が、インナーロータ３の上面３ａよりも凹部３２の底面３２ｂ側に位置している。この構成により、モータシャフト７０を軸受ブッシュ８２によってより長い距離にわたって支持することができ、ポンプハウジング５に対するモータシャフト７０及びインナーロータ３の傾きが抑制されている。

一方、ポンププレート４には、インナーロータ３のボス部３３がすきま嵌めにより内嵌された嵌合穴４０が形成されている。嵌合穴４０は、その円筒状の内周面４０ａがボス部３３の外周面３３ａとの間に僅かな隙間を介して対向する。この隙間の幅Ｗ_２は、例えば１０〜５０μｍである。ポンププレート４に対するインナーロータ３の径方向への位置ずれ又は傾きは、ボス部３３の外周面３３ａが嵌合穴４０の内周面４０ａに当接することにより規制される。

この支持構造により、インナーロータ３のアウターロータ２に対する姿勢が安定化され、ポンプ効率の低下や騒音の発生が抑制される。また、ポンプハウジング５の小径円筒部５３がインナーロータ３の凹部３２に嵌合する支持構造は、電動ポンプ１の軸方向寸法の増加をもたらさないので、電動ポンプ１の小型化を図ることも可能となる。すなわち、本実施の形態によれば、ポンプ効率の低下や騒音の発生を抑制しながら電動ポンプ１の小型化を図ることが可能となる。

（付記）
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、これらの実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。また、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することが可能である。

１…電動ポンプ １０…ギヤポンプ部
１００…ポンプ室 ２…アウターロータ
３…インナーロータ ３２…凹部
３３…ボス部 ４…ポンププレート
４０…嵌合穴 ４１…吸入ポート
４２…吐出ポート ５…ポンプハウジング
５０…軸孔 ５３…小径円筒部（凸部）
７…電動モータ部 ７０…モータシャフト（出力軸）
８２…軸受ブッシュ ９…制御部

Claims (3)

1. アウターロータ及びインナーロータを有するギヤポンプ部と、
   前記アウターロータの内周面と前記インナーロータの外周面との間に形成される複数のポンプ室に連通する吸入ポート及び吐出ポートが形成されたポンププレートと、
   前記ポンププレートとの間に前記ギヤポンプ部を軸方向に挟むポンプハウジングと、
   前記ポンプハウジングに形成された軸孔を貫通して前記インナーロータに相対回転不能に連結された出力軸を有し、前記出力軸の回転によって前記インナーロータを前記ポンププレート及び前記ポンプハウジングに対して回転させる電動モータ部とを備え、
   前記インナーロータには、前記ポンプハウジング側に開口する凹部が形成され、
   前記ポンプハウジングには、前記凹部内に配置される凸部が設けられ、
   前記凹部と前記凸部との嵌合により前記アウターロータに対する前記インナーロータの姿勢が安定化されている、
   電動ポンプ。
2. 前記ポンプハウジングにおける前記軸孔内に前記出力軸の外周面が摺接する筒状の軸受ブッシュが固定され、
   前記軸受ブッシュは、その一部が前記凹部内に配置されている、
   請求項１に記載の電動ポンプ。
3. 前記インナーロータには、前記ポンププレート側に突出する円筒状のボス部が設けられ、
   前記ポンププレートには、前記ボス部がすきま嵌めにより内嵌された嵌合穴が形成されている、
   請求項１又は２に記載の電動ポンプ。

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