JP5505683B2

JP5505683B2 - 電動ポンプ

Info

Publication number: JP5505683B2
Application number: JP2008327932A
Authority: JP
Inventors: 英記仲吉
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2008-12-24
Filing date: 2008-12-24
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2028-12-24
Also published as: JP2010150964A

Description

本発明は、電動ポンプに関し、詳しくは、駆動源からの回転力を駆動軸を介してポンプユニットに伝える構造を有する電動ポンプの改良に関する。

従来の電動ポンプは、例えば特許文献１に開示されているように、軸受が形成されているハウジングと、ハウジングに設けられたポンプ室と、ポンプ室に収容されたインナーロータ及びアウターロータと、ポンプ室に連通した吸入圧室及び吐出圧室とを備えている。回転軸の一端には、インナーロータが固定され、他端部には回転子が固定されている。電動モータは、回転子を備える他、モータカバーと、モータカバーに回転子の周囲に磁界を作用させる固定子とを備えている。

この特許文献１では、電動モータが駆動されると、この電動モータの回転子が回転軸と共にインナーロータを駆動し、インナーロータ及びアウターロータのポンプ作用により、吸入圧室に流体を吸入し、この吸入流体を吐出圧室から吐出する。

吐出圧室は、第一吐出圧室及び第二吐出圧室で構成され、第二吐出圧室は連絡流路で軸端収容室と連通されている。吐出圧室のインナーロータの非軸支側面に対向する開口面積は、インナーロータの軸支側面に対向する開口面積より大きくなっている。このため、吐出圧室の流体によってインナーロータの非軸支面側に作用する荷重は、連絡流路及び軸端収容室の開口面積の分だけ、インナーロータの軸支面側に作用する荷重より大きくなる。

つまり、吐出圧室のインナーロータの非軸支面側に作用する荷重を大きくすることにより、インナーロータの傾斜を抑制する。また、回転軸の一端に固定されたインナーロータの傾斜が抑制されると、回転軸の他端に固定された回転子の回転も抑制される。回転子の傾斜が抑制されると、回転子と固定子との間隙が適正でなくなり、１回転における回転速度（角速度）の乱れを招くことや、軸受に偏磨耗が生じる等の、回転に作用する摩擦力を増大させる不都合を抑制している。

特開２００６‐２３３８４４号公報

上記のように、特許文献１に記載された発明は、インナーロータに作用する吸入圧と吐出圧との流体圧差から発生するインナーロータの傾斜を抑制するものである。しかしながら、インナーロータの傾斜を抑制するためには、連絡流路及び軸端収納室を形成する必要があった。この結果、構造が複雑になり、改善の余地があった。

本発明の目的は、吸入圧と吐出圧とによってインナーロータに偏荷重が作用しても、偏荷重による影響を解消し得る電動ポンプを合理的に構成する点にある。

本発明の特徴は、電磁力によって回転するモータロータと、ドライブロータ及びドリブンロータを有するポンプユニットとを備え、当該電動ポンプのハウジングに支持されるシャフトの軸芯と同軸芯上に配置され、このシャフトに対して回転自在に摺接する筒状軸を備え、前記ドライブロータに形成された孔部に対して前記シャフトが接触状態で挿通することにより、このドライブロータが前記シャフトの軸芯と同軸芯で回転自在に外嵌し、前記筒状軸の一方に前記モータロータを連結し、前記筒状軸の他方に前記ドライブロータを連結し、前記筒状軸が、前記シャフトの軸芯方向に移動自在に支持され、前記筒状軸及び前記ドライブロータは、前記筒状軸と前記ドライブロータとが前記シャフトの軸芯方向に相対移動自在に係合する連結構造を備え、前記連結構造は、前記筒状軸の他方において、この筒状軸の軸芯方向に突出する形状の複数の係合片と、この係合片に対向する前記ドライブロータにおいて、このドライブロータの歯部に対して径方向内側で前記孔部に対し前記ドライブロータの軸芯方向に沿う溝状となり、この軸芯方向に沿う方向での前記ドライブロータの厚さより短い寸法となる複数の係合溝とで構成されている点にある。

この構成によると、シャフトに回転自在に摺接する筒状軸がモータロータとともに回転し、この筒状軸の回転力がポンプユニットのドライブロータに伝えられる。また、ドライブロータから筒状軸に曲げ方向に力が作用する状況でも、この力はハウジングに支持されたシャフトに受け止められる。また、この構成によると、筒状軸をシャフトの軸芯方向に変位させる力が作用しても、モータロータからドライブロータに回転力を伝えながら筒状軸の変位を許す。特に、この構成では筒状軸の長さに多少の寸法誤差があってもロータからドライブロータに回転力を伝えることが可能となり製造を容易にする。更に、この構成によると、連結構造を構成する係合片と係合溝とによって筒状軸からドライブロータに回転力を伝えることが可能となる。従って、ポンプユニットから筒状軸に作用する偏荷重の影響を解消し得る電動ポンプが構成された。

本発明は、前記ハウジングは、前記シャフトの軸芯方向の一方から他方への並び順において、凹状空間が形成されたケースと、前記ポンプユニットを備えるポンプ支持部材と、ベース部材とを連結して構成されると共に、前記凹状空間には前記ロータが収容され、この凹状空間の開放側を閉塞する位置に前記ポンプ支持部材が配置され、前記シャフトは、前記凹状空間の内壁に一方が支持され、前記ベース部材に他方が支持されても良い。この構成によると、ハウジングに形成された凹状空間にロータを収容し、シャフトが凹状空間の内壁とベース部材とに支持されるのでシャフトの姿勢が安定する。また、ケースとポンプ支持部材とベース部材とが連結されることでハウジングが構成される。

本発明は、前記ポンプユニットが、前記ドライブロータとして歯部を外周に形成したインナーロータと、これに噛み合う歯部を内周に形成した前記ドリブンロータとしてのアウターロータとで内接ギヤ型に構成されても良い。この構成により例えば、トロコイド型のポンプユニットのように内接ギヤを有した電動ポンプを構成することが可能となる。

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、ケース１０と、ポンプ支持部材２０と、ベース部材３０とを連結してハウジングＨを構成すると共に、ケース１０に形成された凹状空間Ｓに収容したモータロータＲの回転力を、ポンプ支持部材２０に備えられたポンプユニットＰに伝える電動ポンプが構成されている。

この電動ポンプは自動車において潤滑用のオイル等の供給系に備えられるものであるが、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。

〔ハウジング〕
ケース１０は、全体の外形が軸芯Ｘ（後述するシャフト４０の軸芯Ｘと共通する軸芯）を中心とした円柱状で、軸芯Ｘに沿う方向での一方の端部に制御ユニット内装部１０Ａを形成し、軸芯Ｘに沿う方向で他方の端部にモータロータＲが収容される凹状空間Ｓを形成し、この凹状空間Ｓを取り囲む部位にコイルユニット内装部１０Ｂを形成している。このケース１０は、樹脂材料を用いることにより制御ユニット内装部１０Ａとコイルユニット内装部１０Ｂとを密封する構造に製造されている。

凹状空間Ｓは、軸芯Ｘを中心とするシリンダ内面状の内周壁１１と、軸芯Ｘに直交する姿勢の上壁１２とを有している。この凹状空間ＳにモータロータＲが収容され、結果として、コイルユニットＣに取り囲まれる空間にモータロータＲが配置される。

コイルユニット内装部１０Ｂには、積層磁性鋼板製のコア１３Ａに導体で成るコイル１３Ｂを巻回した複数の界磁コイル１３を軸芯Ｘを中心にして環状に配置したコイルユニットＣを内装している。

制御ユニット内装部１０Ａには、電力トランジスタで成るドライバ回路、界磁コイル１３の逆起電力からモータロータＲ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１５を有した制御ユニットＤを内装している。尚、積層磁性鋼板は、磁性鋼板同士の間に絶縁膜を挟み込むことにより磁性鋼板同士の間での電流の流れを阻止する絶縁構造を有している。

ポンプ支持部材２０は、金属材料又は樹脂材料でプレート状に形成されるものであり、ケース１０に対向する面にはケース１０の凹状空間Ｓに嵌り込む突出部２１が形成され、この突出部２１には軸芯Ｘを中心とする貫通孔２２が形成され、この突出部２１にポンプユニットＰが支持される。

凹状空間Ｓは軸芯Ｘを中心とする所定の半径で内周壁１１が形成され、突出部２１は内周壁１１の半径と一致する半径の円柱状に成形されている。

ベース部材３０は、金属材料又は樹脂材料でプレート状に形成され、ポンプ支持部材２０に対して反ケース側に連結される。このポンプ支持部材２０に対応する部位には吸入ポート３１と吐出ポート３２とが穿設されている。このベース部材３０の外端のフランジ部には雌ネジ部３３が形成され、ケース１０のフランジ部とポンプ支持部材２０のフランジ部とに穿設されたボルト挿通孔１０Ｈ、２０Ｈに挿通するボルト３４の雄ネジ部を雌ネジ部に螺合させ締め付けることにより、これらが連結されハウジングＨが構成される。

ケース１０とベース部材３０とに亘って軸芯Ｘと同軸芯上に鋼材等の金属製のシャフト４０が備えられている。つまり、ケース１０の凹状空間Ｓの上壁１２には軸芯Ｘを中心としてシャフト４０の外形と一致する直径の嵌合凹部１６が形成され、ベース部材３０には軸芯Ｘと中心としてシャフト４０の外形と一致する直径の嵌合凹部３５が形成され、夫々の嵌合凹部に対してシャフト４０の端部を嵌め込むことにより、このシャフト４０の両端部がハウジングＨに強固に支持される。

〔モータロータ〕
モータロータＲは、軸芯Ｘを中心とするディスク状で磁気を有する成形物である。具体的には、外周部分に沿って複数の永久磁石４１を配置し、この永久磁石４１より軸芯Ｘ側に積層磁性鋼板製のバックヨーク４２を配置し、これらをインサート成形の技術により一体化してディスク状部４３を形成した構造を有している。

尚、モータロータＲの外周にはＮ極とＳ極とが交互に現れるように夫々の永久磁石４１が配置され、夫々の永久磁石にバックヨーク４２が近接することにより、モータロータＲの外周の磁束密度を高めている。

シャフト４０には、筒状軸４５が回転自在、かつ、軸芯Ｘの方向に移動自在に摺接している。この筒状軸４５の一方の端部にモータロータＲのディスク状部４３が連結しており、この筒状軸４５の他方の端部（ポンプユニットＰ側の端部）には一対の係合片４５Ａが軸芯Ｘの方向に突出形成されている。

筒状軸４５は、モータロータＲの成形時に一体的に形成されるものであるが、筒状軸４５とモータロータＲとを個別に製造し連結しても良い。その一例として、モータロータＲのディスク状部４３を金属で製造し、筒状軸４５を金属で製造し、筒状軸４５をディスク状部４３に圧入することで夫々を一体化することが考えられる。尚、ディスク状部４３を製造する金属として鉄材を用いた場合には、この鉄材をバックヨーク４２に用いることができる。

この電動ポンプでは、ポンプ支持部材２０の貫通孔２２を介してポンプユニットＰのオイルがモータロータＲの方向に流れ、シャフト４０と筒状軸４５との間に潤滑油として供給することが可能となる。これにより、モータロータＲの円滑な回転を実現すると同時に、モータロータＲの軸芯Ｘの方向への移動を容易に行わせる。

〔ポンプユニット〕
ポンプユニットＰは、図４、図５に示すように筒状軸４５と一体的に軸芯Ｘ周りで回転するインナーロータ５１（ドライブロータの一例）と、この外部に配置されるアウターロータ５２（ドリブンロータの一例）とを備えている。アウターロータ５２は軸芯Ｘに対して偏芯する副軸芯Ｙ周りで回転自在にポンプ支持部材２０に支持されている。

インナーロータ５１の中心部分にはシャフト４０の外形と等しい内径となる孔部５１Ａと一対の係合溝５１Ｂとが形成され、そ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が形成されている。係合溝５１Ｂはインナーロータ５１の軸芯方向に沿う溝状で、一対の係合片４５Ａが係入可能に形成されている。

アウターロータ５２の内周には、インナーロータ５１の歯数より１つ多い歯数でインナーロータ５１の歯部と噛み合う歯部が形成されている。このアウターロータ５２の歯形はインナーロータ５１の回転時にインナーロータ５１の歯部に接触する形状に成形されている。

ポンプ支持部材２０の突出部２１には、軸芯Ｘに沿う方向視で前記貫通孔２２と、前記副軸芯Ｙを中心としてアウターロータ５２の半径と一致する半径の円形凹部２３が形成されている。貫通孔２２にはシャフト４０が貫通すると共に、筒状軸４５の端部の係合片４５Ａが入り込んでおり、このシャフト４０がインナーロータ５１の孔部５１Ａに挿通し、係合片４５Ａがインナーロータ５１の係合溝５１Ｂに係合する。また、円形凹部２３の内周にアウターロータ５２の外周が摺接するように嵌め込まれる。

特に、筒状軸４５の一対の係合片４５Ａとインナーロータ５１の一対の係合溝５１Ｂとが連結構造となる。この連結構造は、筒状軸４５とインナーロータ５１（ドライブ部材）とをトルク伝達自在、かつ、軸芯Ｘの方向に相対移動自在に連結する機能を有する。この連結構造を備えることにより、筒状軸４５が軸芯Ｘ方向に変位しても筒状軸４５の回転力をインナーロータ５１に伝えることが可能となる。尚、係合片４５Ａと係合溝５１Ｂとを２つ以上形態しても良い。

インナーロータ５１とアウターロータ５２との厚さ(軸芯Ｘに沿う方向での寸法）と円形凹部２３の深さ（軸芯Ｘに沿う方向での深さ）とが一致している。従って、ベース部材３０が円形凹部２３を閉塞する位置に配置されることにより、このベース部材３０とポンプ支持部材２０とに挟み込まれる位置にインナーロータ５１とアウターロータ５２とが配置される。インナーロータ５１とアウターロータ５２との相対的な回転によりオイルに高い圧力が作用する領域に吐出ポート３２が配置され、オイルに低い圧力が作用する領域に吸入ポート３１が配置されている。

〔電動ポンプの組み立て〕
このような構成であるため、電動ポンプを組み立てる際には、コイルユニットＣと制御ユニットＤを内装したケース１０の凹状空間ＳにモータロータＲを収容し、このモータロータＲに一体形成された筒状軸４５にシャフト４０を挿通し、このシャフト４０の一方の端部を上壁１２の嵌合凹部１６に嵌合する。また、シャフト４０は、ケース１０とインサート成形にて固定させても良い。次に、ケース１０の凹状空間Ｓを閉じる位置にポンプ支持部材２０を配置し、ケース１０に密着させる。この配置時にはシャフト４０と筒状軸４５の端部とがポンプ支持部材２０の貫通孔２２に挿通する。

ケース１０にポンプ支持部材２０を密着させる場合には、ポンプ支持部材２０に形成した突出部２１が凹状空間Ｓに嵌り込むことにより、ケース１０とポンプ支持部材２０との相対的な位置関係が決まり、ケース１０に対して想定された軸芯と、ポンプ支持部材２０に想定された軸芯とを精度高く一致させる。

次に、ポンプ支持部材２０の円形凹部２３に対してインナーロータ５１とアウターロータ５２とを嵌め込む。この際に、インナーロータ５１の孔部５１Ａにシャフト４０を貫通させ、インナーロータ５１の係合溝５１Ｂに筒状軸４５の係合片４５Ａを係合させる。

この後、ポンプ支持部材２０の円形凹部２３をベース部材３０で覆うと共に、シャフト４０の他方の端部をベース部材３０の嵌合凹部３５に嵌合させる状態でベース部材３０をポンプ支持部材２０に密着させる。これにより軸芯Ｘ方向でケース１０と、ポンプ支持部材２０と、ベース部材３０とが並ぶ位置関係となる。

この状態でポンプ支持部材２０とベース部材３０とに穿設されたボルト挿通孔１０Ｈ、２０Ｈに挿通するボルト３４の雄ネジ部をベース部材３０の雌ネジ部３３に螺合させ締め付け固定することで電動ポンプが完成する。

この構成の電動ポンプでは、制御ユニットＤによって複数の界磁コイル１３に供給する電力を制御することにより、モータロータＲの永久磁石４１に作用する磁気が軸芯Ｘ周りで回転し、この磁気の回転により結果として、電磁力によりモータロータＲを回転させる。この回転力は筒状軸４５から連結構造を介してポンプユニットＰのインナーロータ５１に伝えられ、このインナーロータ５１を回転させ、この回転に連動させてアウターロータ５２を回転させる。

このインナーロータ５１とアウターロータ５２との相対的な回転により夫々の歯部が深く噛み合うことによりオイルに高い圧力が作用する領域のオイルが吐出ポート３２から吐出し、夫々の歯部の噛み合が浅くオイルに低い圧力が作用する領域に対して吸入ポート３１からオイルが供給されることになる。

〔実施形態の効果〕
この電動ポンプでは、ポンプユニットＰにおいてオイルに作用する圧力に対応した圧力がインナーロータ５１に作用し、この圧力が筒状軸４５とシャフト４０とに曲げ方向に作用することになる。しかしながら、シャフト４０は両端部が支持されていることからシャフト４０も筒状軸４５の位置が変化することなく適正な姿勢を維持され、モータロータＲは軸芯Ｘ周りでの回転が維持される。

この電動ポンプは、シャフト４０に支持されたモータロータＲが軸芯Ｘの方向に移動自在に支持されているので、永久磁石４１に作用する磁気が軸芯Ｘに沿う方向で最も安定する位置までモータロータＲが移動することになる。このようにモータロータＲが磁力的に最も安定した位置まで移動することにより、モータロータＲに不要な外力が作用する現象を抑制して安定的な回転を実現する。

特に、モータロータＲが軸芯Ｘに沿って移動する力が作用した場合には、筒状軸４５の係合片４５Ａとインナーロータ５１の係合溝５１Ｂとが、トルク伝動自在、かつ、軸芯Ｘの方向へ移動自在に係合して連結構造を構成しているので、この連結構造が回転力を伝える状態を維持しながらモータロータＲの移動を許すものとなる。

〔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６に示すように、モータロータＲの外周にプラスチックマグネット４８を備え、このモータロータＲ以外の構成は前述した実施形態と共通する構成を採用する。プラスチックマグネット４８は、フェライト粉末等の磁性材料を樹脂の原料に混入し、この原料を金型内に射出した後に磁化させたものであり、極異方マグネットとして磁化させることによりモータロータＲの外周部分にＮ極とＳ極とを交互に現れるようにしてバックヨークを備えずに済む。

このような構成を採用することにより、永久磁石とバックヨークとを備えるものと比較して部品点数を低減してコストダウンを図ることが可能となる。

（ｂ）ポンプユニットＰとして、駆動側のドライブギヤ（ドライブロータの一例）とこれに咬合するドリブンギヤ（ドリブンロータの一例）との２つのギヤを備えたギヤポンプを用いる。尚、ドライブギヤには筒状軸４５からの動力が連結構造を介して伝えられる。

このようにポンプユニットＰをギヤポンプ型に構成したものでもギヤの噛み合い部において発生する圧力がシャフトや筒状軸に対して曲げ方向に作用する。これに対して、シャフト４０が両端をハウジングに支持することが可能となるので、このシャフト４０の傾きを抑制して、このシャフト４０の姿勢と適正に維持できる。

（ｃ）連結構造として、筒状軸４５の端部の外周にスパーギヤ状の歯部を形成し、インナーロータ５１にはスパーギヤの歯部が噛み合う複数の溝を形成することでプライン型のものを採用する。又は、連結構造として、筒状軸４５の外面を４角形や６角形等の多角形状に成形し、インナーロータ５１には筒状軸４５の端部が嵌り込む多角形状の孔を形成する。

電動ポンプの断面図図１のII−II線断面図分解状態の電動ポンプの断面図ポンプユニット構造を示す図筒状軸とインナーロータとの連結構造を示す斜視図別実施形態（ａ）のモータロータの断面図

符号の説明

１０ケース
１２内壁（上壁）
１３界磁コイル
２０ポンプ支持部材
３０ベース部材
４０シャフト
４５筒状軸
４５Ａ係合片
５１ドライブロータ・インナーロータ
５１Ｂ係合溝
５２ドリブンロータ・アウターロータ
Ｈハウジング
Ｐポンプユニット
Ｒモータロータ
Ｓ凹状空間
Ｘ軸芯（シャフトの軸芯）

Claims

電磁力によって回転するモータロータと、
ドライブロータ及びドリブンロータを有するポンプユニットとを備え、
当該電動ポンプのハウジングに支持されるシャフトの軸芯と同軸芯上に配置され、このシャフトに対して回転自在に摺接する筒状軸を備え、
前記ドライブロータに形成された孔部に対して前記シャフトが接触状態で挿通することにより、このドライブロータが前記シャフトの軸芯と同軸芯で回転自在に外嵌し、
前記筒状軸の一方に前記モータロータを連結し、前記筒状軸の他方に前記ドライブロータを連結し、
前記筒状軸が、前記シャフトの軸芯方向に移動自在に支持され、
前記筒状軸及び前記ドライブロータは、前記筒状軸と前記ドライブロータとが前記シャフトの軸芯方向に相対移動自在に係合する連結構造を備え、
前記連結構造は、前記筒状軸の他方において、この筒状軸の軸芯方向に突出する形状の複数の係合片と、この係合片に対向する前記ドライブロータにおいて、このドライブロータの歯部に対して径方向内側で前記孔部に対し前記ドライブロータの軸芯方向に沿う溝状となり、この軸芯方向に沿う方向での前記ドライブロータの厚さより短い寸法となる複数の係合溝とで構成されている電動ポンプ。
前記ハウジングは、前記シャフトの軸芯方向の一方から他方への並び順において、凹状空間が形成されたケースと、前記ポンプユニットを備えるポンプ支持部材と、ベース部材とを連結して構成されると共に、
前記凹状空間には前記モータロータが収容され、この凹状空間の開放側を閉塞する位置に前記ポンプ支持部材が配置され、
前記シャフトは、前記凹状空間の内壁に一方が支持され、前記ベース部材に他方が支持されている請求項１に記載の電動ポンプ。
前記ポンプユニットが、前記ドライブロータとして歯部を外周に形成したインナーロータと、これに噛み合う歯部を内周に形成した前記ドリブンロータとしてのアウターロータとで内接ギヤ型に構成されている請求項１又は２に記載の電動ポンプ。