JP3599960B2

JP3599960B2 - ギアポンプ

Info

Publication number: JP3599960B2
Application number: JP16622697A
Authority: JP
Inventors: 靖志田原
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 1997-06-23
Filing date: 1997-06-23
Publication date: 2004-12-08
Anticipated expiration: 2017-06-23
Also published as: JPH1113643A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、互いに噛み合う一対のギアの回転によりポンプ作用をなすギアポンプに関する。特に、一方のギアが、整流子付き電動モータによって駆動されるものに関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
ギアポンプは、簡単な構造を有する小型軽量のポンプとして種々の産業分野に用いられている。例えば、近年、上述のギアポンプを電動モータで駆動する電動ポンプユニットとして構成し、このユニットで発生した油圧によって、自動車の舵輪（ステアリングホイール）の操作力を軽減する電動ポンプ式パワーステアリング装置が考えられている。
【０００３】
このような電動ポンプ式パワーステアリング装置では、上述の電動ポンプユニットの電動モータに、整流子付きモータが適用されている。整流子付きモータには、外部回路から回転する電機子に通電するために、回転する整流子に接触する黒鉛電極等のブラシが、固定部材として備えられている。このため、このユニットで生ずる騒音には、モータのブラシに起因した騒音（モータ騒音）と、ギアポンプのギアに起因した騒音（ギア騒音）とが含まれており、これらの騒音が合わさった複合騒音が発生していた。
【０００４】
一方、電動ポンプ式パワーステアリング装置の電動ポンプユニットは静粛性を要望されている。また、電動ポンプ式パワーステアリング装置に限らず、電動ポンプユニットを用いた一般の装置においても、電動ポンプユニットの静粛性が要望されている。
そこで、本発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、共振に起因した複合騒音の発生を抑制できるギアポンプを提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本願発明者は以下の点に着目した。すなわち、モータ騒音は整流子数に比例する複数の周波数で騒音ピークを有しており、また、ポンプ騒音はギア歯数に比例する複数の周波数で騒音ピークを有している。従来、これらギア歯数と整流子数との関係は一切考慮されていなかったので、上述のモータ騒音とポンプ騒音との両騒音ピークがほぼ一致する周波数（共振周波数）が比較的に低い周波数帯域に現れ、その結果、両騒音が互いに共鳴して不快な大きさの音を発生しているのではないかとの知見を得るに至った。
【０００６】
これらの事柄に鑑みて、本願発明者は以下の本発明を完成したものである。
請求項１にかかる発明のギアポンプは、整流子付き駆動用モータで駆動されるギアを有するギアポンプにおいて、上記ギアの歯数および整流子数の最小公倍数を騒音低減に寄与できる所定値以上としたことを特徴とする。
ここで、騒音低減に寄与できる所定値以上とは、ギア騒音とモータ騒音との共振周波数が、人間にとって聴感が鈍くなる周波数、例えば１０ｋＨｚ以上を実現できるような、歯数および整流子数の最小公倍数の値であり、具体的には、１７ｋＨｚ以上（ポンプの回転速度４０００ＲＰＭ、ギアの歯数が１３、整流子数が２０の場合）である。
【０００７】
この構成によれば、ギア歯数および整流子数の最小公倍数を設定すると、ギア騒音とモータ騒音との共振周波数を決めることができる。この共振周波数を、聴感が鈍くなる周波数以上としたので、体感上の騒音を低減することができる。
請求項２にかかる発明のギアポンプは、請求項１に記載のギアポンプにおいて、上記歯数と整流子数とは、互いに素であることを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、請求項１にかかる発明の作用に加えて、歯数や整流子数を極端に多くすることなく、両者の最小公倍数を上述の所定値以上にすることができる。
ここで、歯数と整流子数との組合せとしては、（１３，２０）、（１１，２０）、（１７，２０）等の組合せを例示することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を、添付図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の一実施の形態にかかるギアポンプを含む電動ポンプユニットの概略構成を示す正面図である。図２は、図１のギアポンプの断面側面図であり、ハッチングを省略してある。
【００１０】
電動ポンプユニットＡは、ギアポンプ１と、ギアポンプ１を駆動するモータ２と、モータ２の回転軸２１とギアポンプ１の駆動軸１１とを接続する軸継手３とを有している。モータ２は、ギアポンプ１のハウジング１２に取付部材（図示せず）を介して固定されている。
モータ２は、直流モータである。モータ２は、回転トルクを取り出すための回転軸２１を含み回転トルクを発生するための回転子２２と、回転子２２に外部回路から電流を供給するための複数のブラシ２３とを備えている。
【００１１】
ブラシ２３は、回転子２２の外周面に等配に配置された複数、例えば、２０個（整流子数Ｎｃ）の整流子と接触している。回転子２２が回転すると、ブラシ２３は各整流子に順次接触しながら、整流子を介して回転子２２の電機子巻線に給電する。各整流子は、回転子２２の外周面に配置された部分で、ブラシ２３の端面と接触している。ブラシ２３は炭素電極からなり、回転子２２の外周面に沿って配置された整流子の周囲に、等配に配置されている。
【００１２】
回転軸２１は、モータ２の一端より突出して設けられている。回転軸２１の端部には、軸継手３が取り付けられており、軸継手３はギアポンプ１の駆動軸１１に駆動連結されている。
ギアポンプ１は、中央部を貫通する長円形断面の空洞を有する本体筒１０ａと、本体筒１０ａの両側全面を覆う一対の蓋板１０ｂと、本体筒１０ａの空洞の両側から嵌挿された一対のサイドプレート１０ｃとによって構成されたハウジング１０を有している。ハウジング１０の内部には、略長円形のギア室１３が区画されている。ギアポンプ１は、ポンプ作用をなすために、ギア室１３内に配置された互いに対をなす駆動ギア１４および従動ギア１５を備えている。
【００１３】
ギア室１３は、両ギアの噛み合い位置を挟んだ両側に、吸込室１３ａと、吐出室１３ｂとを有している。吸込室１３ａおよび吐出室１３ｂは、ハウジング１０の対応位置に開口する吸込口１０ｅおよび吐出口１０ｆを介して、ハウジング１０外の図示しない吸込先および吐出先にそれぞれ接続されるようにしてある。また、ギア室１３の半円部の一方に駆動ギア１４が配置され、ギア室１３の半円部の他方に従動ギア１５が配置されている。
【００１４】
駆動ギア１４は、一体に形成された駆動軸１１によって、ギア室１３の半円部の一方の軸心上に位置してハウジング１０に回転自在に支持されている。従動ギア１５は、駆動軸１１に平行な軸線を有した支持軸１７によって、ギア室１３の他方の半円部の軸心上に位置してハウジング１０に回転自在に支持されている。駆動ギア１４と従動ギア１５とは、同数の歯を有し、互いに噛み合っており、駆動ギア１４の回転に伴って、従動ギア１５が従動回転するようにしてある。
【００１５】
このギアポンプ１では、吸込口１０ｅを経て吸込室１３ａに導入される油等の作動流体は、吸込室１３ａに臨む駆動ギア１４および従動ギア１５の歯間に受け入れられ、両ギアの回転により、それぞれの歯間と、ギア室１３の内周面との間に封止された状態で搬送され、吐出室１３ｂに送り出される。
駆動ギア１４は、その外周部に等間隔で配置された複数の歯を有している。この歯数Ｎｔは、例えば、１３であり、モータ２の整流子数Ｎｃに応じた値に設定されている。すなわち、歯数Ｎｔと整流子数Ｎｃとの最小公倍数Ｍが、後述するように騒音低減に寄与できる所定値Ｒ以上となる値に設定されている。ここで、騒音低減に寄与できる所定値Ｒ以上とは、ギア騒音とモータ騒音との共振周波数Ｆｒが、人間にとって聴感が鈍くなる周波数、例えば１０ｋＨｚ以上を実現できるような、歯数Ｎｔおよび整流子数Ｎｃの最小公倍数の値であり、具体的には、所定値Ｒは１７ｋＨｚ以上（ポンプの回転速度４０００ＲＰＭ、ギアの歯数が１３、整流子数が２０の場合）である。
【００１６】
なお、共振周波数Ｆｒは、１０ｋＨｚ以上であればよく、より高い周波数とすれば体感上の騒音をより確実に低減することができる。
また、駆動ギア１４の歯数Ｎｔは、モータ２の整流子数Ｎｃに対して、互いに素の関係にある値とされている。それゆえ、歯数Ｎｔおよび整流子数Ｎｃを極端に大きくすることなく、最小公倍数を大きくして所定値Ｒ以上にすることができる。
【００１７】
次に、この電動ポンプユニットＡの動作を説明する。
モータ２は、所定の運転条件、例えば、４０００ＲＰＭの回転速度で運転される。それに伴い、ギアポンプ１の駆動ギア１４および従動ギア１５も同じ回転速度で回転する。この動作に伴い、作動流体が送出される。
ところで、この電動ポンプユニットＡでは、モータ２のブラシ２３に起因したモータ騒音と、ギアポンプ１の駆動ギア１４に起因したギア騒音とが合わさった複合騒音が発生する場合がある。
【００１８】
図３は、電動ポンプユニットＡの騒音特性を説明するためのグラフであり、横軸に周波数（Ｈｚ）、縦軸に騒音の大きさを示し、（ａ）はモータ騒音、（ｂ）はギア騒音、（ｃ）は複合騒音を示す。
モータ騒音は、周波数特性で見ると、複数の騒音ピークを有している。これらの騒音ピークの各周波数Ｆ_Ｂ１，Ｆ_Ｂ２，…には、整流子数Ｎｃまたはその倍数（×２，×３，…）と、モータ２の回転軸２１の回転速度Ｖｍとに関連しているものがある。
【００１９】
ギア騒音は、周波数特性で見ると、複数の騒音ピークを有している。これらの騒音ピークの各周波数Ｆ_Ｇ１，Ｆ_Ｇ２，…には、駆動ギア１４の歯数Ｎｔまたはその倍数（×２，×３，…）と、駆動ギア１４の回転速度Ｖｐとに関連しているものがある。なお、本実施の形態では、回転速度Ｖｐ＝回転速度Ｖｍである。
また、複合騒音は、周波数特性で見ると、複数の騒音ピークを有している。これらの騒音ピークの各周波数Ｆ_Ｃ１，Ｆ_Ｃ２，…には、ギア騒音の各周波数Ｆ_Ｇ１，Ｆ_Ｇ２，…と、モータ騒音の各周波数Ｆ_Ｂ１，Ｆ_Ｂ２，…との少なくとも一方と一致しているものがある。例えば、周波数Ｆ_Ｃ１は周波数Ｆ_Ｂ１と一致している。また、歯数Ｎｔと整流子数Ｎｃとの最小公倍数に関連している周波数Ｆ_Ｃ２６０（共振周波数Ｆｒ）は、１７．３ｋＨｚ（モータ２が４０００ＲＰＭのとき）と高く、聴感が鈍くなる周波数、例えば、１０ｋＨｚ以上にできているので、モータ騒音とギア騒音の騒音ピーク同士が重なり合って、大きな騒音ピークとなっていても問題ない。
【００２０】
このように本実施の形態によれば、以下の効果を奏する。すなわち、駆動ギア１４の歯数Ｎｔと整流子数Ｎｃの最小公倍数を設定すると、ギア騒音とモータ騒音との共振周波数Ｆｒを決めることができる。この共振周波数Ｆｒを、歯数Ｎｔと整流子数Ｎｃの最小公倍数を所定値Ｒ以上とすることによって、聴感が鈍くなる周波数以上としたので、体感上の騒音を低減することができる。
【００２１】
また、歯数Ｎｔと整流子数Ｎｃとを互いに素とすることによって、歯数Ｎｔと整流子数Ｎｃの両者の最小公倍数を所定値Ｒ以上にするために、歯数Ｎｔと整流子数Ｎｃを極端に多くする必要がないので、上述のように騒音の低減を図る際に、ギアポンプ１や電動ポンプユニットＡの大型化を回避することができる。従って、従来のギアポンプや電動ポンプユニットとほぼ同じ大きさ、能力を維持しつつ、騒音の低減を実現することができる。
【００２２】
例えば、整流子数Ｎｃ＝２０、歯数Ｎｔ＝１３の本発明の場合には、最小公倍数を２６０と、整流子数Ｎｃ＝２０、歯数Ｎｔ＝１２の従来の場合の最小公倍数が６０であるのに比べて格段に大きくすることができる。従って、共振周波数Ｆｒを約４．３倍に高くすることができる。しかも、本実施形態の歯数（１３）は、従来の歯数（１２）との差も小さいので、ギアポンプとして構成した場合にポンプ能力やポンプの大きさを従来と同程度とすることができる。
【００２３】
なお、上述の実施の形態では、駆動ギア１４の回転速度は、モータ２の回転速度と等しく設定されていたが、異なっていても構わない。
また、歯数Ｎｔおよび整流子数Ｎｃの組合せは、上述の組合せ（１３，２０）の他に（１１，２０）、（１７，２０）等の組合せを例示することができる。
また、上述の実施の形態では、歯数Ｎｔと整流子数Ｎｃとの最小公倍数の所定値Ｒを設定したが、換言すれば、この所定値Ｒを電動ポンプユニットＡの運転条件に応じた値に設定してもよく、要は、ギア騒音とモータ騒音との共振周波数Ｆｒが、人間にとって聴感が鈍くなる周波数以上を実現できるような、歯数Ｎｔと整流子数Ｎｃの最小公倍数の値であればよい。
【００２４】
その他、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【００２５】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、以下の効果を奏する。すなわち、ギア歯数および整流子数の最小公倍数を所定値以上に設定することによって、ギア騒音とモータ騒音との共振周波数を、聴感が鈍くなる周波数以上にできるので、体感上の騒音を低減することができる。その結果、低騒音のギアポンプを実現することができる。
【００２６】
請求項２に係る発明によれば、請求項１にかかる発明の効果に加えて、歯数と整流子数とを互いに素とすることによって、上述のように騒音を低減するために歯数や整流子数を極端に多くする必要がないので、ギアポンプ、ひいては電動ポンプユニットの大型化を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態にかかるギアポンプを含む電動ポンプユニットの概略構成を示す正面図である。
【図２】図１のギアポンプの断面側面図であり、図１のＩＩ─ＩＩ線に沿う断面図であってハッチングを省略してある。
【図３】図１の電動ポンプユニットの騒音特性を説明するためのグラフであり、横軸に周波数（Ｈｚ）、縦軸に騒音の大きさを示し、（ａ）はモータ騒音、（ｂ）はギア騒音、（ｃ）は複合騒音を示す。
【符号の説明】
１ギアポンプ
２モータ
１４駆動ギア（ギア）
２３ブラシ

Claims

整流子付き駆動用モータで駆動されるギアを有するギアポンプにおいて、
上記ギアの歯数および整流子数の最小公倍数を騒音低減に寄与できる所定値以上としたことを特徴とするギアポンプ。
請求項１に記載のギアポンプにおいて、
上記歯数と整流子数とは、互いに素であることを特徴とするギアポンプ。