JP5126588B2

JP5126588B2 - 電動ポンプ

Info

Publication number: JP5126588B2
Application number: JP2008001482A
Authority: JP
Inventors: 英記仲吉
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2008-01-08
Filing date: 2008-01-08
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2028-01-08
Also published as: EP2078859B1; US8038423B2; US20090175751A1; JP2009162146A; EP2078859A2; EP2078859A3

Description

本発明は、電動ポンプに関し、詳しくは、主軸芯周りで駆動回転するアウタロータと、このアウタロータの内周に対し、その外周が接触する状態で配置され、前記主軸芯から変位した副軸芯周りで回転するインナロータとで構成されたポンプ部を備えている電動ポンプに関する。

上記のように構成された電動ポンプとして特許文献１に記載されるものが存在する。つまり、この特許文献１では、外ロータ（本発明のアウタロータ）の内部に内ロータ（本発明のインナロータ）を備えてトロコイド型のポンプ部を構成している。また、外ロータの外周に永久磁石を備えて回転子を形成し、この外ロータを取り囲む位置に配置されたケーシングのうち、外ロータを取り囲む部位に複数の巻線を有した固定子を形成している。更に、固定子の各巻線にインバータ回路によって電力を供給することにより外ロータが回転し、この回転に連動して内ロータが回転することでポンプとして機能する。

特開２００６‐３３６４６９号公報（段落番号〔００１７〕〜〔００４７〕、図１〜図４）

車両のエンジンに潤滑用のオイルを供給するための電動ポンプを例に挙げると、供給されるオイルに過剰な圧力が作用する不都合を抑制するために電動ポンプから作動油が吐出される油路にリリーフ弁を備えるのが普通である。

また、電動ポンプからオイルが供給される油路径にリリーフ弁を備えるものでは油路系の組み立てに手間が掛かるものである。この油路系の組み立ての手間を軽減するために、図７に示す如く、電動ポンプの吸入ポートと吐出ポートとの間にリリーフ弁を備えることが考えられる。

具体的に説明すると、電動ポンプとして、外周部に永久磁石Ｍを備えたアウタロータ５と、このアウタロータ５の内周に接触して回転するインナロータ４とを備えると共に、アウタロータ５とインナロータ４との一方の側面に対向するベース部材１、及び、他方の側面に対向するサイドプレート部材６を備え、ハウジングＨのうちアウタロータ５を取り囲む部位に磁界発生部Ｈａを配置している。

ベース部材１には吸入ポート１０と吐出ポート１１とが形成され、この吸入ポートと吐出ポート１１との間に、ボール２３と圧縮コイルバネ２４とを有したリリーフ弁Ｒを備えている。尚、図７の電動ポンプの基本的な構造は後述する実施形態と共通するため、同図では実施形態と共通する番号・符号を付している。

このように、電動ポンプのベース部材１にリリーフ弁Ｒを備えたものでは、回転軸芯方向でベース部材１の厚さが大きくなり、図７に示すごとく、ベース部材１の端部からハウジングＨの端部までの寸法Ｌが大きくなり大型化に繋がるものとなる。

本発明の目的は、リリーフ弁を備えた電動ポンプを小型化に構成する点にある。

本発明の特徴は、ハウジングから作用する磁界によって主軸芯周りで回転するアウタロータと、前記アウタロータの内周に対し、その外周が接触する状態で前記主軸芯から変位した副軸芯周りで回転するインナロータと、前記アウタロータと前記インナロータとの一方の側面に対向するベース部材、及び、他方の側面に対向するサイドプレート部材と、前記インナロータを回転自在に支持するとともに、前記ベース部材から前記サイドプレート部材に亘って備えられたシャフトと、を備え、前記アウタロータと前記インナロータとから負圧が作用する負圧作用領域に連通する吸入ポートと、正圧が作用する正圧作用領域に連通する吐出ポートとを前記ベース部材に形成し、前記正圧作用領域に作用する圧力が設定値を超えた場合に、この正圧作用領域からの流体を前記サイドプレート部材において前記正圧作用領域と反対側の外面側に送り出すリリーフ弁と、を備え、前記サイドプレート部材の前記外面側から離間する位置に前記ハウジングの内壁面が形成され、前記リリーフ弁は、前記サイドプレート部材の前記外面側に形成された凹部と、この凹部に嵌め込まれた弁体と、この弁体を閉じ方向に付勢するため前記弁体と前記ハウジングの前記内壁面との間に配置されるバネとを有する点にある。

この構成により、正圧作用領域に作用する圧力が設定値を超えた場合には、この正圧作用領域からの流体を、サイドプレート部材において、この正圧作用領域と反対側の外面側にリリーフ弁が流し出し、正圧作用領域に作用する圧力を低減できる。また、リリーフ弁を介して送り出される流体はサイドプレート部材の裏面側に送られるので、従来技術として図７に示した構造のものように吸入ポートと吐出ポートとの間をバイパスする部位にリリーフ弁を備えるものと比較すると、ポンプ部から吸入ポート、吐出ポートに流体を送り出す経路を長くする必要がない。従って、リリーフ弁を備えた電動ポンプを小型化に構成できたのである。また、サイドプレート部材の一部を用いてリリーフ弁を構成するのでリリーフ弁を小型に構成して電動ポンプの小型化が可能となる。

本発明の特徴は、ハウジングから作用する磁界によって主軸芯周りで回転するアウタロータと、前記アウタロータの内周に対し、その外周が接触する状態で前記主軸芯から変位した副軸芯周りで回転するインナロータと、前記アウタロータと前記インナロータとの一方の側面に対向するベース部材、及び、他方の側面に対向するサイドプレート部材と、前記インナロータを回転自在に支持するとともに、前記ベース部材から前記サイドプレート部材に亘って備えられたシャフトと、を備え、前記アウタロータと前記インナロータとから負圧が作用する負圧作用領域に連通する吸入ポートと、正圧が作用する正圧作用領域に連通する吐出ポートとを前記ベース部材に形成し、前記正圧作用領域に作用する圧力が設定値を超えた場合に、この正圧作用領域からの流体を前記サイドプレート部材において前記正圧作用領域と反対側の外面側に送り出すリリーフ弁と、を備え、前記リリーフ弁は、前記シャフトに形成した油油路に嵌め込んだ弁体を有している。
この構成により、正圧作用領域に作用する圧力が設定値を超えた場合には、サイドプレート部材に設けたリリーフ弁が、この正圧作用領域からの流体を外面側に流出させ、正圧作用領域に作用する圧力を低減できる。また、リリーフ弁を介して送り出される流体はサイドプレート部材の裏面側に送られるので、従来技術として図７に示したもののように吸入ポートと吐出ポートとの間をバイパスする部位にリリーフ弁を備えるものと比較すると、ポンプ部から吸入ポート、吐出ポートに流体を送り出す経路を長くする必要がない。従って、リリーフ弁を備えた電動ポンプを小型化することができる。また、シャフトを有効に利用して電動ポンプの小型化が可能となる。

本発明では、前記リリーフ弁は、前記弁体を閉じる方向に付勢するバネを備えても良い。これによると、バネの付勢力でリリーフ弁を閉じることが可能となる。

本発明は、前記ハウジングが、前記アウタロータを取り囲む位置に配置される磁界発生部と、この磁界発生部を制御する電力制御部とを内装しており、前記リリーフ弁から送り出された流体を前記電力制御部と前記サイドプレート部材との間に送る冷却流路を形成したものでも良い。これによると、リリーフ弁から送り出される流体を冷却流路によってドライバ近傍に送り電力制御部の冷却が可能となる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔基本構成〕
図１〜図３に示すように、ベース部材１にトロコイド型のポンプ部Ｐを支持し、このポンプ部Ｐが嵌め込まれるハウジングＨをベース部材１にボルト２により連結固定して電動ポンプが構成されている。この電動ポンプは、自動車エンジン等の潤滑用のオイルを供給するために使用される。

〔ポンプ部〕
ポンプ部Ｐは、板状のベース部材１と、このベース部材１に一方の端部を挿入固定したシャフト３と、このシャフト３の中間部に回転自在に支持したインナロータ４と、このインナロータ４の外周の歯部４Ｇに対して、その内周の歯部５Ｇを係合させたアウタロータ５と、シャフト３の他方の端部が挿通固定されるサイドプレート部材６とを備えている。

アウタロータ５は主軸芯Ｘ１を中心として回転し、インナロータ４は主軸芯Ｘ１と平行姿勢で所定距離だけ変位した位置の副軸芯Ｘ２を中心として回転する。インナロータ４には孔部４ａが形成され、この孔部４ａにシャフト３を相対回転自在に挿通している。尚、副軸芯Ｘ２はシャフト３の軸芯と一致する。

インナロータ４の外周にはトロコイド曲線に従う歯面形状の複数の歯部４Ｇが形成されている。アウタロータ５の内周には、インナロータ４の歯部４Ｇの歯数より１つ多い歯数の歯部５Ｇが形成されている。このアウタロータ５の歯部５Ｇは、アウタロータ５が主軸芯Ｘ１周りで回転し、これと連係してインナロータ４が副軸芯Ｘ２周りで回転した際に、このインナロータ４の歯部４Ｇに接触する歯面形状に設定されている。

尚、ベース部材１、シャフト３、インナロータ４、アウタロータ５、サイドプレート部材６夫々を金属材料を用いて製造することを想定しているが、インナロータ４とアウタロータ５とを樹脂材料の型成形によって製造することや、これら以外の部材を樹脂材料によって製造するものであっても良い。

インナロータ４とアウタロータ５との厚さ（主軸芯Ｘ１に沿う方向の寸法）が等しく設定され、ベース部材１とサイドプレート部材６とでインナロータ４、アウタロータ５夫々を挟み込んだ状態で、これらベース部材１、シャフト３、インナロータ４、アウタロータ５、サイドプレート部材６にてポンプ室を形成する。インナロータ４とアウタロータ５とに対する一方の側面のベース部材１と、他方の側面のサイドプレート部材６との間で一定の隙間が確保されている。

ベース部材１においてインナロータ４とアウタロータ５に対向する面をベース内面１ａと称し、この反対側の面をベース外面１ｂと称する。これと同様に、サイドプレート部材６においてインナロータ４とアウタロータ５に対向する面をプレート内面６ａと称し、この反対側の面をプレート外面６ｂと称する。

インナロータ４とアウタロータ５とが回転する際において、アウタロータ５の歯部５Ｇとインナロータ４の歯部４Ｇとの係合深さが回転に伴って浅くなる領域に負圧が作用し、この領域が負圧作用領域となる。この負圧作用領域に対応するベース内面１ａに吸入開口１ｃを形成している。また、アウタロータ５の歯部５Ｇとインナロータ４の歯部４Ｇとの係合深さが回転に伴って深くなる領域に正圧が作用し、この領域が正圧作用領域となる。この正圧作用領域に対応するベース内面１ａに吐出開口１ｄを形成している。

ベース外面１ｂには、吸入開口１ｃと連通する吸入ポート１０が形成されると共に、吐出開口１ｄと連通する吐出ポート１１が形成されている。また、サイドプレート部材６にはリリーフ弁Ｒ（このリリーフ弁Ｒについては後述する）を備えている。

アウタロータ５の外周には、アウタロータ５の厚さ（主軸芯Ｘ１方向での寸法）より長い寸法の筒状体７を備えている。この筒状体７の内周面に対してサイドプレート部材６の外周面が接触するようにサイドプレート部材６の外径が設定されている。そして、筒状体７の外周面のうち、ベース部材１から離間する方向にオフセットする位置に筒状の前記永久磁石Ｍを外嵌固定している。この永久磁石は周方向にＮ極とＳ極とが交互に表れるものが使用されている。

〔ハウジング〕
ハウジングＨは、アウタロータ５に備えた永久磁石Ｍを取り囲む位置に配置される筒状の磁界発生部Ｈａと、磁界発生部Ｈａに供給する電力を制御する電力制御部Ｈｂとを連結した構造を有している。磁界発生部Ｈａは密封構造の樹脂ケース１３の内部に、導体で成るコイル１４が巻回された積層磁性鋼板製のコア１５を複数備えた構造を有している。電力制御部Ｈｂは密封構造の樹脂ケース１６の内部に、電力トランジスタで成るドライバ回路、コイル１４の逆起電力からアウタロータ５の回転姿勢を判定するセンシング処理部等を備えた基板１７を備えている。

ハウジングＨの電力制御部Ｈｂを取り囲む樹脂ケース１６のうち、ポンプ部に対向する面を内壁面１６ａと称し、これと反対側に露出する面を外壁面１６ｂと称する。

このハウジングＨの電力制御部Ｈｂからの駆動電力を磁界発生部Ｈａのコイル１４に選択的に電力を供給することにより、アウタロータの永久磁石Ｍに磁力を作用させてアウタロータ５を回転させる。

〔リリーフ弁〕
サイドプレート部材６のプレート内面６ａの正圧作用領域に連通する連通路２１を主軸芯Ｘ１と平行する姿勢で形成している。このサイドプレート部材６のプレート外面６ｂに対して、前記連通路２１と連通し、かつ、連通路２１より大径となる凹部２２を形成している。そして、この凹部２２に弁体として鋼製のボール２３を嵌め込み、このボール２３に閉じ方向に付勢力を作用させる圧縮コイルバネ２４を備えてリリーフ弁Ｒが構成されている。

このリリーフ弁Ｒは、正圧作用領域の圧力が設定値を超えた場合に、圧縮コイルバネ２４の付勢力に抗してボール２３を開放方向に移動させる。これにより正圧作用領域のオイルをサイドプレート部材６のプレート外面６ｂに流し出し正圧作用領域の圧力上昇を抑制している。

ハウジングＨの電力制御部Ｈｂを取り囲む樹脂ケース１６の内壁面１６ａには、圧縮コイルバネ２４の外端側を受け止める凹状部１６ｃが形成されている。

サイドプレート部材６のうち負圧作用領域に対応するプレート内面６ａからプレート外面６ｂに亘って主軸芯Ｘ１と平行する貫通孔２５が形成されている。サイドプレート部材６のプレート外面６ｂとハウジングＨの内壁面１６ａとの間にはオイルの流通が可能な流通空間Ｓが形成されている。この流通空間Ｓは冷却流路として機能するものであり、リリーフ弁Ｒから送り出されたオイルは流通空間Ｓから貫通孔２５に流れ、負圧作用領域に排出される。これにより、正圧作用領域の圧力上昇を抑制する。

〔作動形態〕
この電動ポンプでは、センシング処理部によって取得したアウタロータ５の回転姿勢に基づいて電力制御部が複数のコイル１４に選択的に電力を供給することによりアウタロータ５が主軸芯Ｘ１周りで駆動回転する。このようにアウタロータ５が回転することにより、このアウタロータ５の歯部５Ｇに、その歯部４Ｇが係合するインナロータ４もシャフト３の周り（副軸芯Ｘ２周り）で回転する。

この回転時には、負圧作用領域に負圧が作用し、正圧作用領域に正圧が作用する。このため、吸入ポート１０からオイルを吸入し、吐出ポート１１からオイルを吐出する。

また、電動ポンプとしてオイルの吸排を行っている際に、吐出ポート１１に作用する負荷が上昇した場合のように吐出側のオイルの圧力が上昇した場合には、正圧作用領域の圧力が上昇する。この圧力が設定値を超えた場合には、圧縮コイルバネ２４の付勢力に抗してボール２３が開放位置まで移動し、正圧作用領域のオイルをサイドプレート部材６のプレート外面６ｂに流し出す。

このようにリリーフ弁Ｒからプレート外面６ｂに流し出されたオイルは、流通空間Ｓから貫通孔２５に流れ、正圧作用領域の圧力上昇を抑制する。

〔実施例の効果〕
このように本発明によると、サイドプレート部材６にリリーフ弁Ｒを備えることにより、このリリーフ弁Ｒから流し出されたオイルをサイドプレート部材６のプレート外面６ｂから、流通空間Ｓ、貫通孔２５に順次流し、負圧作用領域に流し出すことが可能となる。つまり、吸入ポート１０と吐出ポート１１との間にバイパスを形成するようにリリーフ弁を備える構造を採用しなくとも、サイドプレート部材の簡単な加工によってリリーフ弁Ｒを配置し、電動ポンプ全体の小型化を実現する。また、流通空間Ｓにオイルが流れる際には、ハウジングＨの電力制御部Ｈｂの内壁面１６ａにオイルが接触して電力制御部Ｈｂの冷却を行えるのである。

〔別実施形態〕
本発明は、上記した実施の形態以外に以下のように構成しても良い。

（ａ）図４に示すように、リリーフ弁Ｒをシャフト３に内装する。つまり、シャフト３において、ベース部材側の端部からサイドプレート部材側の端部に亘ってシャフト３の軸芯と同軸芯上に主油路３１を形成する。

主油路３１は、サイドプレート部材６を貫通する部位からベース部材側の端部近くの部位まで所定値の内径で形成され、これよりベース部材１に至る部位が前記所定値より小さい値の内径で形成されている。ベース部材１に対して、このベース部材１の吐出ポート１１とシャフト３内の主油路３１とに連通する油路孔３２を形成する。

そして、主油路３１に弁体としてボール２３を嵌め込み、このボール２３を閉じ方向に付勢する圧縮コイルバネ２４を主油路３１にセットする。

このようにリリーフ弁Ｒを構成したので、正圧作用領域の圧力が設定値を超えた場合には圧縮コイルバネ２４の付勢力に抗してボール２３が開放方向に移動する。この移動の結果、正圧作用領域のオイルを油路孔３２、主油路３１、プレート外面６ｂ側の流通空間Ｓに順次送り、サイドプレート部材６の貫通孔２５から吸入ポート１０に流し出し、正圧作用領域の圧力上昇を抑制する。

（ｂ）図５に示すように、サイドプレート部材６のうち、正圧作用領域に面する部位を弾性変形可能に構成することによってリリーフ弁Ｒを構成する。つまり、サイドプレート部材６のうち、正圧作用領域に面する部位の厚さを、他の部位より薄く形成して弾性変形可能な開閉弁体Ｖとして構成する。

また、サイドプレート部材６のうち負圧作用領域に対応するプレート内面６ａからプレート外面６ｂに亘って貫通孔２５を形成する。更に、サイドプレート部材６のプレート外面６ｂとハウジングＨの内壁面１６ａとの間にオイルの流通が可能な流通空間Ｓを形成する。

この開閉弁体Ｖは、正圧作用領域の圧力が設定値未満である場合には、図６（ａ）に示す如く、開閉弁体Ｖがアウタロータ５の外周近くに接触する状態を維持する。これに対して、正圧作用領域の圧力が設定値を超えた場合には、図６（ｂ）に示す如く、アウタロータ５の外周から離間する方向に弾性変形する。この弾性変形により開閉弁体Ｖの周囲からのオイルが流通空間Ｓ、貫通孔２５に順次流れ、負圧作用領域に排出される。これにより、正圧作用領域の圧力上昇を抑制する。

（ｃ）リリーフ弁Ｒとして、ボールに代えて、バネで付勢されるスプール、あるいは、バネで付勢されるポペットを弁体として用いる。

ベース部材とハウジングとの配置を示す電動ポンプの断面図図１のII−II線断面図ポンプ部とリリーフ弁との分解斜視図別実施形態（ａ）の電動ポンプの構造を示す断面図別実施形態（ｂ）の電動ポンプの構造を示す断面図別実施形態（ｂ）の開閉弁体の作動形態を示す断面図従来の電動ポンプの構造を示す断面図

符号の説明

１ベース部材
３シャフト
４インナロータ
５アウタロータ
６サイドプレート部材
１０吸入ポート
１１吐出ポート
２２凹部
２３弁体（ボール）
２４バネ（圧縮コイルバネ）
３１主油路
Ｈハウジング
Ｈａ磁界発生部
Ｈｂ電力制御部
Ｐポンプ部
Ｒリリーフ弁
Ｓ冷却流路（流通空間）
Ｘ１主軸芯
Ｘ２副軸芯

Claims

ハウジングから作用する磁界によって主軸芯周りで回転するアウタロータと、
前記アウタロータの内周に対し、その外周が接触する状態で前記主軸芯から変位した副軸芯周りで回転するインナロータと、
前記アウタロータと前記インナロータとの一方の側面に対向するベース部材、及び、他方の側面に対向するサイドプレート部材と、
前記インナロータを回転自在に支持するとともに、前記ベース部材から前記サイドプレート部材に亘って備えられたシャフトと、を備え、
前記アウタロータと前記インナロータとから負圧が作用する負圧作用領域に連通する吸入ポートと、
正圧が作用する正圧作用領域に連通する吐出ポートとを前記ベース部材に形成し、前記正圧作用領域に作用する圧力が設定値を超えた場合に、この正圧作用領域からの流体を前記サイドプレート部材において前記正圧作用領域と反対側の外面側に送り出すリリーフ弁と、を備え、
前記サイドプレート部材の前記外面側から離間する位置に前記ハウジングの内壁面が形成され、
前記リリーフ弁は、前記サイドプレート部材の前記外面側に形成された凹部と、この凹部に嵌め込まれた弁体と、この弁体を閉じ方向に付勢するため前記弁体と前記ハウジングの前記内壁面との間に配置されるバネとを有する電動ポンプ。
ハウジングから作用する磁界によって主軸芯周りで回転するアウタロータと、
前記アウタロータの内周に対し、その外周が接触する状態で前記主軸芯から変位した副軸芯周りで回転するインナロータと、
前記アウタロータと前記インナロータとの一方の側面に対向するベース部材、及び、他方の側面に対向するサイドプレート部材と、
前記インナロータを回転自在に支持するとともに、前記ベース部材から前記サイドプレート部材に亘って備えられたシャフトと、を備え、
前記アウタロータと前記インナロータとから負圧が作用する負圧作用領域に連通する吸入ポートと、
正圧が作用する正圧作用領域に連通する吐出ポートとを前記ベース部材に形成し、前記正圧作用領域に作用する圧力が設定値を超えた場合に、この正圧作用領域からの流体を前記サイドプレート部材において前記正圧作用領域と反対側の外面側に送り出すリリーフ弁と、を備え、
前記リリーフ弁は、前記シャフトに形成した主油路に嵌め込んだ弁体を有する電動ポンプ。
前記リリーフ弁は、前記弁体を閉じる方向に付勢するバネを備える請求項２記載の電動ポンプ。
前記ハウジングが、前記アウタロータを取り囲む位置に配置される磁界発生部と、この磁界発生部を制御する電力制御部とを内装しており、前記リリーフ弁から送り出された流体を前記電力制御部と前記サイドプレート部材との間に送る冷却流路を形成している請求項１〜３のいずれか一項に記載の電動ポンプ。