JP2019100320A - ２系統駆動型ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン等の機械的出力と電動モータ７とで駆動可能な２系統駆動型オイルポンプを、軸方向寸法が小さなものとして提供する。【解決手段】オイルポンプは、アウタロータ１１と偏心したインナロータ１２とを組み合わせてなるペンデュラム型ポンプ機構５と、ポンプ機構５の外周に配置された遊星歯車機構６と、を有する。遊星歯車機構６は、アウタロータ１１と一体のサンギヤ２１と、エンジン等の回転が入力されるリングギヤ２２と、ピニオン２３と、電動モータ７の回転が入力されるキャリア２４と、からなる。ポンプ機構５と遊星歯車機構６とが同一平面上に並ぶので、軸方向寸法が小さくなる。【選択図】図３

Description

この発明は、例えば自動車のエンジンや自動変速機のオイルポンプ等として用いられる液体用のポンプに関し、特に、機械的な駆動と電気による駆動などの２系統の駆動が可能な２系統駆動型ポンプに関する。

特許文献１には、自動車の変速機のオイルポンプとして、内接ギヤポンプと遊星歯車機構とを直列に接続つまり多段に配置したオイルポンプシステムが開示されている。遊星歯車機構は、ポンプ駆動軸に設けられたサンギヤと、このサンギヤを囲むリングギヤと、サンギヤおよびリングギヤの間において両者に噛み合う３個のピニオンと、これらのピニオンを回転自在に支持するキャリアと、を備えており、キャリアがエンジンのクランクシャフトに連動し、かつリングギヤが電動モータに連動する構成となっている。このように遊星歯車機構を介在させることで、エンジンの動力と電動モータのいずれか一方での駆動が可能であるとともに、エンジンの回転速度が低いときに電動モータのトルクを付加してポンプ回転速度を確保することが可能である。

特許文献２は、２系統駆動型ではなく電動モータと一体化した電動ポンプであるが、アウタロータとインナロータとを組み合わせた内接ギヤポンプのインナロータの内周側に遊星歯車機構を配置した構成を開示している。すなわち、電動モータの回転軸にサンギヤが取り付けられているとともに、環状に構成されたインナロータの内周面にリングギヤが設けられており、両者間に３個のピニオンが介在している。ピニオンの回転軸は一定の位置に固定されている。この遊星歯車機構は、一定の減速比を有する単純な減速機構として用いられている。

特開２００９−１９１６４５号公報 特開２０１２−１８９０１２号公報

特許文献１に記載の従来の２系統駆動型ポンプでは、２系統の動力入力を可能とするための遊星歯車機構が内接ギヤポンプと直列に、つまり多段に配置された構成となるため、装置全体が大型化し、とりわけ軸方向の寸法が大きくなる。

また特許文献２は、２系統駆動型ではなく、遊星歯車機構は単純な減速機構に過ぎない。しかも、特許文献２のようにインナロータの内周に遊星歯車機構が収容されている構成では、遊星歯車機構を構成する各ギヤのギヤ径が制限されてしまう。ポンプの駆動には比較的大きなトルクが必要であるので、必要なトルクに応じて各ギヤの歯たけを大きく設定しようとすると、限られたギヤ径の中では歯数を確保できなくなる。従って、例えば油圧の高いオイルポンプなどに適用することは困難である。

この発明に係る２系統駆動型ポンプは、
アウタロータおよび該アウタロータの内周側において該アウタロータに対し偏心した位置に回転可能に支持されたインナロータを組み合わせてなり、上記アウタロータの回転によりポンプ作用を行うポンプ機構と、
上記アウタロータの外周面に一体に設けられた歯部からなるサンギヤ、このサンギヤを囲むように設けられ、かつ第１の駆動源によって回転駆動されるリングギヤ、上記サンギヤおよび上記リングギヤに噛み合う複数のピニオン、この複数のピニオンを回転自在に支持し、かつ第２の駆動源によって回転駆動されるキャリア、からなる遊星歯車機構と、
を備えている。

上記ポンプ機構としては、アウタロータとインナロータとが複数の連結プレートで連結されたペンデュラム型ポンプ機構を用いることができる。あるいは、上記ポンプ機構として、内接ギヤポンプ機構を用いることもできる。これらの形式のポンプ機構は、基本的に円盤型の構成となり、アウタロータを回転駆動すると偏心位置にあるインナロータが従動して回転し、両者間に画成されるチャンバの容積が増減変化することでポンプ作用が得られる。

遊星歯車機構は、このように円盤型に構成されるポンプ機構の外周に構成される。すなわち、アウタロータの外周面に設けられたサンギヤを中心として複数のピニオンおよびリングギヤが配置される。第１の駆動源がリングギヤを回転駆動すれば、ピニオンを介してサンギヤが回転するので、アウタロータつまりポンプ機構が駆動される。第２の駆動源がキャリアを回転駆動すれば、やはりピニオンを介してサンギヤが回転するので、ポンプ機構が駆動される。また、第１の駆動源と第２の駆動源の双方を用いたポンプ機構の駆動も可能である。

好ましい一つの実施例では、上記アウタロータの外周面に上記歯部が直接に形成されており、上記アウタロータと上記サンギヤとが一部材として構成されている。なお、これに限らず、円筒状に形成したサンギヤを別部材からなるアウタロータの外周面に嵌合装着して両者を一体化するようにしてもよい。

また好ましい一つの態様では、２系統駆動型ポンプは、上記第１の駆動源に接続される動力入力部として、上記リングギヤの外周面に設けられた第２の歯部に噛み合う駆動用ピニオンを有し、上記第２の駆動源として上記キャリアの回転軸と同軸に配置された電動モータを備えている。

さらに、上記第１の駆動源もしくは上記第２の駆動源を構成する電動モータがブレーキ機構を備えていてもよい。このブレーキ機構により電動モータを固定することで、他方の駆動源でもって駆動しているときに電動モータにトルクを生じさせる必要がなくなる。

この発明によれば、アウタロータとインナロータとでもって円盤型に構成されるポンプ機構の外周に遊星歯車機構が配置されているので、軸方向の寸法の小さな２系統駆動型ポンプを提供することができる。また、サンギヤやリングギヤのギヤ径の制約がなく、大きなトルクに抗しうる遊星歯車機構として構成することが可能となる。

この発明に係る２系統駆動型ポンプの一実施例を示す断面図であって、図２のＢ−Ｂ線に沿った断面図。 図１のＡ−Ａ線に沿った断面図。 ピニオンの中心軸を通る図２のＣ−Ｃ線に沿った断面図。 図３と同様の断面における断面斜視図。 電磁ブレーキを備えた第２実施例を示す図１と同様の断面図。

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１〜図４は、この発明に係る２系統駆動型ポンプの第１実施例を示している。この実施例は、例えば、エンジンと走行用モータとを備えたハイブリッド自動車におけるベルト式無段変速機（いわゆるＣＶＴ）に用いられるオイルポンプとして構成したものである。

このオイルポンプは、全体として略円筒形をなしており、図１の中心線ＣＬは、この略円筒形をなす装置全体の中心線である。オイルポンプは、ハウジングとして、円形のベースプレート１と、円筒状のポンプハウジング２と、一端が閉じた円筒状をなすモータハウジング３と、を備えており、ポンプハウジング２の一端にベースプレート１が接続され、他端にモータハウジング３が接続されている。ベースプレート１は、例えば変速機のハウジング等に取り付けられるものであり、ハウジング側への取付面に図示せぬ油入口および油出口を備えている。

ポンプハウジング２の内部には、ポンプ機構５と遊星歯車機構６とが収容されている。モータハウジング３の内部には、ステータコイルを含むステータ８とロータ９とからなる永久磁石型電動モータ７が収容されている。なお、電動モータ７の内部構成は本発明の要部ではないので、ステータ８やロータ９は単純化して図示してある。

ポンプ機構５は、この実施例ではペンデュラム型ポンプ機構からなる。ペンデュラム型ポンプ機構は、特開２０１７−０５７７４４号公報や特開２０１５−１４８２２８号公報等によって公知の構成であり、図２に示すように、円環状のアウタロータ１１と、このアウタロータ１１の内周側に位置するインナロータ１２と、両者を連結するとともに複数のチャンバ１４を画成する連結プレート１３と、を備えている。連結プレート１３は、外周端の頭部がアウタロータ１１内周の溝に嵌合して揺動可能に支持されており、かつ内周側の板状部分が、インナロータ１２に放射状に設けられたスロットに摺動可能に嵌合している。

ここで、アウタロータ１１は、図１，図４に示すように、一端面を閉塞する端板部１１ａを有するカップ状に形成されている。そして、端板部１１ａとは反対の開口端側においては、連結プレート１３を具備するアウタロータ本体部１１ｂから軸方向に延びた円筒状の延長部１１ｃを有し、かつこの延長部１１ｃの先端から僅かに大径となって軸方向に延びた円筒部１１ｄを備えている。アウタロータ１１の内周面においては、アウタロータ本体部１１ｂと延長部１１ｃとの境界に、両者の口径差に基づく段部１１ｅが存在する。

このようなアウタロータ１１の形状に対応して、ベースプレート１は、先端側の小径部１６ａと基端側の大径部１６ｂとを含む円柱状のボス部１６を備えている。このボス部１６は、上記中心線ＣＬを中心として形成されており、小径部１６ａおよび大径部１６ｂはそれぞれ中心線ＣＬを中心とした円筒面を外周に備えている。上記のカップ状をなすアウタロータ１１は、このボス部１６を覆うように配置されており、延長部１１ｃの内周面が小径部１６ａの外周面に微小間隙を介して嵌合しているとともに、アウタロータ本体部１１ｂと延長部１１ｃとの境界となる段部１１ｅがボス部１６（小径部１６ａ）の先端面１６ｃに接している。そして、端部の円筒部１１ｄがベアリング１８を介してボス部１６の大径部１６ｂ外周に嵌合しており、これによってアウタロータ１１は回転自在に支持されている。ボス部１６は中心線ＣＬを中心として形成されているので、アウタロータ１１は、中心線ＣＬを中心として回転することとなる。なお、ベアリング１８は、図では単純化して図示してあるが、ニードルベアリングを用いることが望ましい。

このようなアウタロータ１１の回転中心（つまり中心線ＣＬ）に対し、インナロータ１２は一方に偏心した回転中心を有する。具体的には、ベースプレート１のボス部１６の先端面１６ｃに、中心線ＣＬから所定量偏心した中心を有するインナロータ支持軸１９が設けられており、インナロータ１２は、このインナロータ支持軸１９によって回転自在に支持されている。インナロータ１２および連結プレート１３の軸方向寸法は、アウタロータ１１のアウタロータ本体部１１ｂの内周側での軸方向寸法に等しい。すなわち、インナロータ１２は、アウタロータ１１の端板部１１ａの内側面とボス部１６の先端面１６ｃとに挟まれた状態で回転運動し、ポンプ作用を果たす。ポンプ機構５に必要な吸入ポートおよび吐出ポート（いずれも図示せず）は、アウタロータ１１とインナロータ１２との間のチャンバ１４に対応してボス部１６の先端面１６ｃに形成されている。

ポンプ機構５を駆動する遊星歯車機構６は、アウタロータ１１の外周面に一体に設けられた歯部２１ａからなるサンギヤ２１と、このサンギヤ２１を囲むように設けられたリングギヤ２２と、サンギヤ２１とリングギヤ２２との間に位置し、両者と噛み合った複数個、具体的には３個のピニオン２３と、この３個のピニオン２３を回転自在に支持するキャリア２４と、を備えて構成されている。

サンギヤ２１は、この実施例では、アウタロータ１１の外周面に直接に歯部２１ａを加工形成することにより構成されており、つまり、サンギヤ２１とアウタロータ１１は、実際には一つの部材として構成されている。サンギヤ２１となる歯部２１ａは、アウタロータ本体部１１ｂと延長部１１ｃとの両者に亘って延びている。つまり、歯部２１ａの歯幅は、実質的なポンプ機構となるインナロータ１２や連結プレート１３の軸方向寸法よりも大きい。

内周面に歯部２２ａを有するリングギヤ２２は、半径方向の肉厚に比べて軸方向寸法が大きな略円筒状をなしており、その軸方向の一端部（ベースプレート１側の一端部）に、内周側に延びたフランジ部２２ｃならびに該フランジ部２２ｃを介して支持された小径円筒部２２ｂを備えている。そして、上記小径円筒部２２ｂがベアリング２６を介してアウタロータ１１の円筒部１１ｄの外周面に嵌合している。これにより、リングギヤ２２は、中心線ＣＬを中心として回転自在に支持されている。なお、ベアリング２６は、図では単純化して図示してあるが、ニードルベアリングを用いることが望ましい。

リングギヤ２２は、図２に示すように、さらに外周面に第２の歯部２２ｄを有しており、この第２の歯部２２ｄに外周側から駆動用ピニオン２８が噛み合っている。この駆動用ピニオン２８は、第１の駆動源に接続される動力入力部となる入力軸２９に固定されている。入力軸２９は、図１に示すように、一対のベアリング３０，３１を介してポンプハウジング２およびベースプレート１に支持されている。

第１の駆動源としては、例えば、エンジンの機械的出力が用いられ、エンジンのクランクシャフトの回転が適宜な伝動機構を介して入力軸２９に入力される。あるいは、車両の駆動輪の回転をデファレンシャルギヤ装置等から取り出して入力軸２９に入力するようにしてもよい。後者の場合には、エンジンが停止して走行用モータでもって走行している場合でも、入力軸２９に機械的な回転が入力される。

キャリア２４は例えば円板状をなし、アウタロータ１１の端板部１１ａに対向して位置しているとともに、該端板部１１ａとの間に適宜な間隔を有している。ピニオン２３は、このキャリア２４の１２０°間隔の３箇所に固定されたピニオン支持軸３３に回転自在に支持されている。ピニオン支持軸３３は、キャリア２４によっていわゆる片持ち状に支持されている。

キャリア２４は、円板状部分から軸方向の一方へ延びた回転軸２４ａを備えており、この回転軸２４ａに電動モータ７のロータ９が取り付けられている。換言すれば、キャリア２４の回転軸２４ａが電動モータ７の回転軸を兼ねたものとなっており、電動モータ７がキャリア２４を直接に回転駆動する構成となっている。回転軸２４ａは、２つのベアリング３４，３５を介してポンプハウジング２およびモータハウジング３に支持されている。従って、キャリア２４は、中心線ＣＬを中心として回転する。

なお、リングギヤ２２の歯数とサンギヤ２１の歯数との比は、種々の要素を考慮して適宜に設定することができ、図示例では、２：１の歯数比に構成されている。

また、図示例では、モータハウジング３の頂部中央に、電動モータ７の回転速度（換言すればキャリア２４の回転速度）を検出する回転センサ３７が配置されている。

以上のように構成されたオイルポンプにおいては、第１の駆動源となるエンジンの回転（あるいは走行に伴う駆動輪の回転）が入力軸２９に入力されると、リングギヤ２２が回転し、この回転がピニオン２３を介してサンギヤ２１（つまりアウタロータ１１）に伝達されることで、ポンプ機構５が駆動される。なお、このときピニオン２３を支持するキャリア２４に反力が作用するので、キャリア２４が静止状態を保つように電動モータ７に適宜な通電がなされる。

また、エンジンが停止あるいは車両が停止している状態では、リングギヤ２２が静止しているので、電動モータ７によってキャリア２４を回転駆動することにより、ピニオン２３を介してサンギヤ２１（アウタロータ１１）が回転する。従って、ポンプ機構５が駆動される。

また、エンジンが回転しているものの当該エンジンの回転速度が低いような状況では、同様に電動モータ７によってキャリア２４を回転駆動することにより、ポンプ機構５の回転駆動を高めることができる。いわゆる電動モータ７を用いたアシストが可能である。

ここで、上記実施例の２系統駆動型オイルポンプは、扁平な円盤状の構成となるポンプ機構５の外周に遊星歯車機構６が配置されているので、装置全体の軸方向寸法が小さくなる。図示例では、図１等に明らかなように、実質的なポンプ機構となるアウタロータ本体部１１ｂやインナロータ１２と同一平面上にサンギヤ２１、ピニオン２３およびリングギヤ２２が並んでおり、しかもアウタロータ本体部１１ｂやインナロータ１２の軸方向寸法はピニオン２３等の軸方向寸法よりも小さいので、実質的に、遊星歯車機構６のサンギヤ２１の中にポンプ機構５が収容された形となる。従って、軸方向寸法が最小限となる。

また、遊星歯車機構６の存在によってポンプハウジング２の外径が多少大きくなるとしても、電動モータ７を扁平化するに伴ってモータハウジング３の外径が拡大する傾向があるので、図示例のように両者の外径寸法を同等とすることによって、装置全体としてコンパクトに構成することが可能である。

さらに、図２から容易に理解できるように、遊星歯車機構６を構成するサンギヤ２１等のギヤ径ならびに歯数を十分に確保することができ、ポンプ機構５の駆動に必要な大きなトルクに抗することができる。これは、特にＣＶＴ用オイルポンプのような高い油圧が要求されるオイルポンプにおいて有利となる。

次に、図５は、電動モータ７にブレーキ機構として電磁ブレーキ４１を付加した第２実施例を示している。電磁ブレーキ４１は、電動モータ７の回転軸となるキャリア２４の回転軸２４ａの端部に取り付けられた回転ディスク４２と、この回転ディスク４２に対向して配置されたクラッチディスク４３と、このクラッチディスク４３を回転ディスク４２へ向けて押し付けるように支持ブラケット４４とクラッチディスク４３との間に配設されたスプリング４５と、このスプリング４５の付勢力に抗してクラッチディスク４３を回転ディスク４２から引き離すためのソレノイド４６と、を備えている。なお、図には、電磁ブレーキ４１の構成が概略的に示されている。この電磁ブレーキ４１は、一端が閉じた円筒状をなすブレーキハウジング４７によって覆われている。

従って、電動モータ７によってポンプ機構５を駆動する際には、電動モータ７への電力供給と同時にソレノイド４６に通電すれば、電磁ブレーキ４１が開放され、電動モータ７による駆動が可能である。

他方、電動モータ７を使用せずにエンジンないし走行時の機械的出力のみによってポンプ機構５を駆動する場合には、ソレノイド４６への通電を停止すれば電磁ブレーキ４１が締結状態となって電動モータ７の回転が拘束される。従って、ピニオン２３からキャリア２４へ作用する反力に対して電動モータ７への通電を行う必要がない。

以上、この発明の一実施例を詳細に説明したが、この発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。

上記実施例では、ポンプ機構５としてペンデュラム型ポンプ機構を用いているが、ポンプ機構５として、内周に複数の歯（ローブ）を有するアウタロータと外周に相対的に個数が少ない複数の歯（ローブ）を有するインナロータとを互いに偏心状態に組み合わせてなる内接ギヤポンプ機構（例えばトロコイドポンプ）を用いることもできる。内接ギヤポンプ機構の基本的な構成は公知であり、その一例は、例えば特許文献２に記載されている。図示は省略するが、内接歯車ポンプ機構のアウタロータおよびインナロータを上記第１実施例と同様の態様で回転可能に支持することができる。

１…ベースプレート
５…ポンプ機構
６…遊星歯車機構
７…電動モータ
１１…アウタロータ
１２…インナロータ
２１…サンギヤ
２２…リングギヤ
２３…ピニオン
２４…キャリア
４１…電磁ブレーキ

Claims (6)

1. アウタロータおよび該アウタロータの内周側において該アウタロータに対し偏心した位置に回転可能に支持されたインナロータを組み合わせてなり、上記アウタロータの回転によりポンプ作用を行うポンプ機構と、
   上記アウタロータの外周面に一体に設けられた歯部からなるサンギヤ、このサンギヤを囲むように設けられ、かつ第１の駆動源によって回転駆動されるリングギヤ、上記サンギヤおよび上記リングギヤに噛み合う複数のピニオン、この複数のピニオンを回転自在に支持し、かつ第２の駆動源によって回転駆動されるキャリア、からなる遊星歯車機構と、
   を備えてなる２系統駆動型ポンプ。
2. 上記アウタロータの外周面に上記歯部が直接に形成されており、上記アウタロータと上記サンギヤとが一部材として構成されている、ことを特徴とする請求項１に記載の２系統駆動型ポンプ。
3. 上記ポンプ機構は、上記アウタロータと上記インナロータとが複数の連結プレートで連結されたペンデュラム型ポンプ機構からなる、ことを特徴とする請求項１または２に記載の２系統駆動型ポンプ。
4. 上記ポンプ機構は、内接ギヤポンプ機構からなる、ことを特徴とする請求項１または２に記載の２系統駆動型ポンプ。
5. 上記第１の駆動源に接続される動力入力部として、上記リングギヤの外周面に設けられた第２の歯部に噛み合う駆動用ピニオンを有し、
   上記第２の駆動源として上記キャリアの回転軸と同軸に配置された電動モータを備えている、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の２系統駆動型ポンプ。
6. 上記第１の駆動源もしくは上記第２の駆動源を構成する電動モータがブレーキ機構を備えている、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の２系統駆動型ポンプ。

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