JP5643664B2 - 電動ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、極めて簡単な構成によって、ステータと永久磁石であるロータとの同軸度の精度を高くすることができる電動ポンプに関する。

特許文献１は、内接歯車方式の電動オイルポンプが開示されており、ハウジング1は有底略円筒状のモータハウジング2を有底略円筒状のポンプハウジング3の底部により封じた形状である。モータハウジング2の内周面4には電磁力を発生するステータ5が圧入、接着、ねじ止め等の方法により固定されている。回転軸8の長手方向中央部の外周面には、永久磁石であるロータ10が上記ステータ5と対向するように固定されている。

一方、ポンプハウジング3は、有底略円筒状であり、ポンプハウジング3の底部11によりモータハウジング2の開口部を封じている。底部11の外面（ロータ側面）には円筒状の突出部12が設けられ、同突出部12の内周面にはすき間嵌め、しまり嵌めなどにより転がり軸受13が固定されている。更に、この転がり軸受13により回転軸8の一方の端部である前部端14が支承されている。

実際には、転がり軸受13を内周側及び外周側両方からしまり嵌め（圧入）により固定することは無く、一般に圧入固定されるのは内周側又は外周側のどちらか一方であり、通常は内周側の回転軸8と転がり軸受13とが圧入固定されるものである。つまり、円筒状の突出部12と転がり軸受13とは、すき間嵌めされるのが一般的である。上記構造とすれば、回転軸8と転がり軸受13とはしっかりと固定されるが、円筒状の突出部12と転がり軸受13とはしっかりとは固定されていない。

そのために、転がり軸受13は、円筒状の突出部12に対して軸方向位置がずれてしまうおそれがある。上記現象を防止するために、円筒状の突出部12の転がり軸受13より手前側（ステータ5側）に全周に亘って溝を形成し、その溝に止め輪、Ｃリング等をはめ込むことにより転がり軸受13の軸方向位置がずれることを防止している。

特開２００９−１９５２２

但し、特許文献１には、以下のような課題がまだ残されている。ステータ5と永久磁石であるロータ10の配置について検討すると、ステータ5，モータハウジング2，ポンプハウジング3，転がり軸受13，回転軸8，ロータ10の順番で各部品が接続されている。つまり、ステータ5と永久磁石であるロータ10の間には、４つの部品が存在していることになる。

図４は、従来技術の電動ポンプの概略図（この図において、符号には括弧を付して、本発明の符号と区別する）を示しているが、図４では、組付工程において、シャフトとステータコアとの間には、（i）乃至（v）までの部品同士の接続箇所が存在する。具体的には、ステータ5とモータハウジング2との接続点（i）,ロータ10と回転軸8との接続点（ii），回転軸8と軸受13との接続点（iii），ポンプハウジング3と転がり軸受13との接続点（iv）及びポンプハウジング3とモータハウジング2との接続点（v）の全部で５個の接続点が存在するものである。

このように多くの部品を接続していくと、図４に示したように、それぞれの部品単品の寸法バラツキ、及び組み付け時の組み付けバラツキの積み重ねによって、組み付けた時のステータ5と永久磁石であるロータ10の間隔（エアギャップ）Ｋのバラツキは大きいものとなってしまう。言い換えると、特許文献１の構成では、ステータ5と永久磁石であるロータ10との同軸度の精度を高くすることは困難となる。

ステータ5と永久磁石であるロータ10とが擦れてしまっては、モータとしての仕様が成立しないので、擦れないようにステータ5と永久磁石であるロータ10とのエアギャップをある程度大きくしておく必要がある。しかし、エアギャップの間隔Ｋが大きくなればそれだけ磁力は流れにくくなるため、磁気抵抗が大きくなり、磁気抵抗が大きくなればモータ効率が低下するという課題がある。

また、前述したように特許文献１の構成では、転がり軸受13を軸方向に固定するために、溝、止め輪、Ｃリング等の構成を必要とし、加工費や部品点数増加によるコストの上昇は避けられないという課題も存在する。本発明が解決しようとする課題（技術的課題）は、極めて簡単な構成によって、ステータと永久磁石であるロータとの同軸度の精度を高くすることにある。

そこで、発明者は上記課題を解決すべく鋭意，研究を重ねた結果、請求項１の発明を、ロータ室と軸孔を有するポンプボディーと前記ロータ室に収納される駆動ロータと従動ロータとを有するポンプ部と、モータハウジングと該モータハウジング内に装着される焼結形成されたステータコアと前記駆動ロータを駆動するシャフトと該シャフトに取り付けられ前記ステータコアに対向する永久磁石を備えたモータロータとからなるモータ部と、前記シャフトを支持するベアリングとからなり、前記モータハウジングと接合する前記ポンプボディーの接続側面には前記軸孔と連通する被挿入凹部が形成され、前記ステータコアには軸方向に沿って端部より外方に突出し且つ内周側に前記ベアリングを適正位置に装着する位置決め段差部を有するホルダーが形成され、該ホルダーに前記ベアリングが抱持されつつ前記ホルダーが前記ポンプボディーの前記被挿入凹部に挿入されると共に前記モータハウジングと前記ポンプボディーとが接合されてなる電動ポンプとしたことにより、上記課題を解決した。

請求項２の発明を、請求項１において、前記ベアリングは前記ホルダーに軽圧入により固定されてなる電動ポンプとしたことにより、上記課題を解決した。請求項３の発明を、請求項１又は２において、前記ポンプボディーの軸孔には該軸孔と同一心となる装着凹部が形成され、該装着凹部にはオイルシールが装着されてなる電動ポンプとしたことにより、上記課題を解決した。請求項４の発明を、請求項１，２又は３のいずれか１項の記載において、前記ベアリング及び前記ポンプボディーは非磁性材としてなる電動ポンプとしたことにより、上記課題を解決した。

請求項１の発明では、ホルダーが形成されたステータコアのホルダーにベアリングが直接的に装着され、該ベアリングを介してシャフトがステータコアに装着されるものである。すなわち、本発明における電動ポンプの組付においてシャフトとステータコアとの間にはベアリングのみが介在されるものであり、従来技術のように、ステータコアとシャフトとが組み付けられるまでに多数の部材が介在するものではない。

したがって、シャフトに装着されたインナーマグネットの直径中心と、ステータコアの直径中心との位置を同一とし、軸方向に対して極めて高い精度にて装着することができる。したがって、ステータコアの内周と、インナーマグネットとの距離（エアギャップ）及びバラツキを小さいものにできる。さらに、ステータコアに形成されたホルダーには位置決め段差部が形成されているので、ベアリングをホルダーに装着する際にホルダーの適正位置に装着することができ、通常では、２個のベアリングを隣接して使用することが多いものであるが、このような複数のベアリングの装着も安定させることができる。

また、位置決め段差部によって位置決めされたベアリングは、ポンプ部とモータ部との接続により、ポンプボディーの接続側面と、モータハウジングの位置決め段差部とにより固定され、ベアリングは長期に亘って位置ずれしない安定した状態を維持できる。このように、位置決め段差部によって組み付け時にベアリングの軸方向位置を正確に決めることができることで、止め輪、Ｃリング等でベアリングを固定する構成を不要にできるので、加工費、部品費等を削減できる。

請求項２の発明では、ベアリングはホルダーに軽圧入により固定されるので、組付作業にて、ステータコアのホルダーにベアリングを装着する工程でステータコアに負担をかけずに装着することができる。請求項３の発明では、ポンプボディーの軸孔には該軸孔と同一心となる装着凹部が形成され、該装着凹部にはオイルシールが装着されるので、ポンプ部側からモータ部側への漏れオイルの浸入を防止することができる。

請求項４の発明では、通常、コイルで発生した磁束はスタータコアで収束され、ティース部からインナーマグネットに伝達されるが、本構成によって、ベアリング及びポンプボディーを非磁性材とすることで、ベアリング及びポンプボディーを磁路としてティース部間をリークしないようにでき、ステータで発生した磁力を極力多くモータロータの回転駆動に使用できるため、ステータの能力を十分に発揮することができる。

（Ａ）は本発明の構成を示す縦断側面図、（Ｂ）は（Ａ）の（ア）部拡大詳細図、（Ｃ）は（Ｂ）のＹ1−Ｙ1矢視断面図である。 （Ａ）はシャフトとステータコアとをベアリングを介して装着する構成を示す分離した縦断側面図、（Ｂ）はポンプ部とモータ部とを組み付けようとする縦断側面図である。 （Ａ）はステータコアとベアリングの分離した斜視図、（Ｂ）はステータコアの正面図、（Ｃ）は（Ｂ）のＹ2−Ｙ2矢視断面図である。 従来技術を示す縦断側面図である。

以下、本発明を図面に基づいて説明する。本発明は、図１（Ａ）に示すように、電動ポンプであり、主にオイルポンプとして使用されるポンプ部Ａと、ステータ７及びインナーマグネット６等からなるモータ部Ｂとから構成されたものである。ポンプ部Ａは、ポンプボディー１と、駆動ロータ２１と従動ロータ２２と、オイルシール３とから構成される。ポンプボディー１は、ボルト等の固着具による固定手段によってポンプカバー１８及び後述するモータハウジング５と接合固定される。

本発明では、駆動ロータ２１及び従動ロータ２２は、内接歯車タイプが使用されるものとして説明する。したがって、駆動ロータ２１はインナーロータが使用され、従動ロータ２２はアウターロータが使用される。前記駆動ロータ（インナーロータ）２１は、複数のトロコイド形状の外歯を有し、前記従動ロータ（アウターロータ）２２は、前記駆動ロータ２１より１枚以上多く有するものであり、駆動ロータ２１の外歯と従動ロータ２２の内歯とが滑らかに接触しつつ相互に回転し続ける。

駆動ロータ２１の外歯と、従動ロータ２２の内歯とによって構成される空隙を歯間空間（セル）と称する。駆動ロータ２１の回転中心には駆動孔が形成されシャフト４が挿通され、駆動ロータ２１とシャフト４とは、一体となって回転するようにキー等にて周方向に固定される。

ロータ室１１に収納される駆動ロータ２１と従動ロータ２２のタイプは、内接歯車タイプのロータを採用している。また、特に図示しないが、前記駆動ロータ２１と前記従動ロータ２２とを外歯歯車同士を組み合わせた外接歯車タイプのロータが採用されたものであっても構わない。

前記ポンプボディー１には、ロータ室１１が形成され、該ロータ室１１の中心位置には軸孔１２が形成され、該軸孔１２を中心として略左右対称に吸入ポート１３と吐出ポート１４とが形成されている〔図２（Ｂ）参照〕。軸孔１２は、ポンプボディー１を軸方向（厚さ方向）に貫通し、後述するシャフト４が挿通する。

また、ポンプボディー１と後述するモータ部Ｂのモータハウジング５との接続箇所である部分を接続側面１ａと称する〔図２（Ｂ）参照〕。該接続側面１ａには前記軸孔１２と同心円となり、且つ前記オイルシール３を装着するための円筒状の装着凹部１５が形成されている。該装着凹部１５は、軸孔１２よりも内径が大きく形成されている。さらに、前記軸孔１２及び前記装着凹部１５と同心円となる円筒状の被挿入凹部１６が形成されている〔図２（Ｂ）参照〕。

被挿入凹部１６は、前記装着凹部１５よりも直径が大きく形成されている。つまり、軸孔１２，装着凹部１５，被挿入凹部１６は、軸方向に沿って連通し、ポンプボディー１のロータ室１１側より接続側面１ａ側に向かって、軸孔１２，装着凹部１５，被挿入凹部１６の順番で、段付き孔形状に形成される〔図２（Ｂ）参照〕。

オイルシール３は、装着凹部１５に圧入固定される。前記被挿入凹部１６には、後述するステータ７のホルダーが挿入されるものであり、被挿入凹部１６の深さ寸法は、挿入されるホルダーの突出寸法よりも極僅かに大きく形成される。オイルシール３によって、シャフト４の外周が圧入状態で且つ弾性により締め付けられてシールされ、ロータ室１１のオイルが後述するベアリング、モータロータに浸入することを防止する。

次に、モータ部Ｂは、図１，図２（Ａ）に示すように、主にモータハウジング５，インナーマグネット６及びステータ７とから構成される。モータハウジング５は、アルミニウム合金又は鉄合金により形成され、または樹脂により形成されることもあり、アルミニウム合金又は鉄合金により形成された場合には放熱性を高め、耐久性を高くすることが可能であり、樹脂により形成された場合には軽量化が可能となる。

シャフト４は、インナーマグネット６のモータロータ６１が装着されている。そして、該モータロータ６１は、シャフト４と共に前記ステータ７の内方側に収納されるようにして、周方向に回転自在とする。シャフト４は、ポンプボディー１の接続側面１ａからロータ室１１に亘って連続して挿入するシャフト４が軸方向に配置され、該シャフト４は駆動ロータ２１と一体となって回転する〔図１（Ａ）参照〕。

前記モータロータ６１は、円筒形状のカップ状に形成され、周方向に角度均等に磁極が配置されたものであり、プラスチックマグネット等の永久磁石６２が貼り付けられるように固着された構成である。インナーマグネット６は、ステータコア７１の内方側に収納されたステータ７との、磁力の相互作用により回転し、前記インナーマグネット６のモータロータ６１に固着されたシャフト４が回転するものである。

モータハウジング５は、図２（Ａ）に示すように、前記ポンプボディー１と接続する部分は開口されており、その接続部分の形状はポンプボディー１の接続側面１ａの形状と略同形である。モータハウジング５は、ポンプボディー１との接続部分には鍔形状のフランジが形成されている。該フランジ部分には、前記ポンプボディー１との接続を行うためのボルト貫通孔が形成されている。

モータハウジング５の内周側には、周方向で且つ角度均等に偶数個の磁極を有したステータ７が配置される。該ステータ７は、磁極ごとに別ピースの場合もあれば、全周一体に形成されている場合がある。ステータ７は、図２（Ａ），図３に示すように、焼結製のステータコア７１、コイル７３及び絶縁用のインシュレータ等からなり、ステータコア７１の各ティース部７１１，７１１，…に巻き付けられたコイル７３，７３，…に所定の順番に通電することにより、それぞれのティース部７１１，７１１，…が所定の順番に磁力を発生する。ここで、焼結製のステータコア７１は、磁性体の粉末を高温で焼き固めたものである。

焼結製のステータコア７１の軸方向の一方の端部には軸方向に沿って外方に突出形成されたホルダー７２が存在する〔図１（Ｂ），図２（Ａ），図３参照〕。該ホルダー７２にはベアリング８が装着され、該ベアリング８を介してシャフト４がステータコア７１の直径方向の中心を回転中心として回転自在となるように軸支される。すなわち、インナーマグネット６の円筒状の永久磁石６２は、ステータコア７１の各ティース部７１１，７１１，…の内方側板７１１ａの面との間隔ΔＴを、僅少にすることができるのであり、すなわち最小のエアギャップにて高効率に回転させることができる〔図１（Ｂ）参照〕。

前記ホルダー７２は、ステータコア７１の一部が軸方向に延長されるようにして形成されたものであり、ホルダー７２はステータコア７１と一体化するようにして、焼結にて形成されたものである。具体的には、それぞれのティース部７１１，７１１，…の内方側板７１１ａの部分がステータコア７１の軸方向に沿って外方に突出形成されたものである。そして、各内方側板７１１ａ，７１１ａ，…の軸方向に突出する延長部位は、それぞれホルダー周壁部７２ａ，７２ａ，…と称する。つまり、ホルダー７２の複数のホルダー周壁部７２ａ，７２ａ，…によって、円周方向に所定間隔をおいて均等に配列されて形成されるもので、仮想円筒形状を構成している。

ホルダー７２には、内周側にベアリング装着部７２１が形成されている〔図１（Ｂ），図２（Ａ），図３参照〕。すなわち、ベアリング装着部７２１は、ホルダー周壁部７２ａ，７２ａ，…の内周側である。ベアリング装着部７２１の内径Ｄａに対して、ベアリング８の外径Ｄｃは、軽圧入乃至僅かな隙間嵌め（いわゆる中間嵌め）で保持されるものとする〔図２（Ｂ）参照〕。また、ベアリング８は、前記シャフト４に対しては、圧入固定である。

前記ベアリング装着部７２１には、２個のベアリング８，８が軸方向に隣接した状態で装着される程度の軸方向深さを有している〔図１（Ｂ）参照〕。ベアリング装着部７２１の軸方向深さにおいて、２個のベアリング８，８が軸方向に隣接して丁度収まる位置には、位置決め段差部７２１ａが形成されている。該位置決め段差部７２１ａは、各ホルダー周壁部７２ａ，７２ａ，…に段差状に形成された部位であり、ベアリング８を挿入したときに停止する位置となる。実際にベアリング装着部７２１の装着深さ（軸方向深さ）は、隣接する２個のベアリング８，８の外側ベアリング８の側面がホルダー７２の先端と同一若しくは僅かに引っ込んだ位置となるように設定される〔図１（Ｂ）参照〕。

また、ホルダー７２の外径Ｄｂは、前記ポンプボディー１の被挿入凹部１６の内径Ｄｄよりは極僅かに小さく形成されている〔図２（Ｂ）参照〕。また前述したようにホルダー７２の軸方向の寸法は、被挿入凹部１６の軸方向深さよりも僅かに小さく相互に接触しない程度の寸法としている。なお、前述した「僅か」とは、数十乃至数百μｍを想定している。

次に、本発明において、ポンプ部Ａとモータ部Ｂの組付について、説明する。まず、シャフト４に、インナーマグネット６のモータロータ６１を装着する〔図２（Ａ）参照〕。さらにシャフト４に２個のベアリング８，８を隣接した状態で適正位置に圧入手段で固着する。そして、前記ベアリング８，８がステータ７のホルダー７２のベアリング装着部７２１に隙間嵌め又は軽圧入で保持される。

ここまでの組付工程で、ステータコア７１とインナーマグネット６とがベアリング８，８を介して一体化される〔図２（Ｂ）参照〕。つまり、シャフト４とステータ７とを接続するための接続点は、ベアリング８を介してベアリング８の内輪側とシャフト４の接続点（I）及びベアリング８の外輪とホルダー７２との接続点（II）の２つの接続点のみである〔図１（Ｂ）参照〕 。すなわち、ステータコア７１に対してインナーマグネット６は極めて高い精度で回転自在に装着でき、さらにその後の工程で両者の組付に誤差が生じることはない。

ステータコア７１は、モータハウジング５に収納される。そして、シャフト４の軸端部をポンプボディーの接続側面１ａに形成された装着凹部１５に装着されたオイルシール３及び軸孔１２に挿入し、駆動ロータ２１に装着させつつ、ホルダー７２をポンプボディー１の被挿入凹部１６に挿入する。そして、ボルトにてポンプボディー１とモータハウジング５とを接続固定する。

ベアリング８及びポンプボディー１は、その材質を非磁性材（非磁性金属や樹脂）としている。これによって、ステータ７で発生した磁力は逃げないようにでき、ステータ７で発生した磁力を無駄なくインナーマグネット６の回転駆動に使用できるため、ステータ７の能力を十分に発揮することができる。つまり、ベアリング８及びポンプボディー１が磁性材であると、ステータ７で発生した磁力の一部がステータコア７１のホルダー７２を介してベアリング８及びポンプボディー１に伝わって逃げてしまうものである。

磁力が焼結ステータコア７１に逃げてしまうと、逃げた分の磁力がインナーマグネット６を回転駆動させるために使用できなくなる。そのため、ステータ７としてのインナーマグネット６の回転駆動のための磁力が弱くなってしまうものであるが、このような不都合をベアリング８及びポンプボディー１を非磁性材とすることで防止できる。

Ａ…ポンプ部、１…ポンプボディー、１ａ…接続側面、１１…ロータ室、
１６…被挿入凹部、１２…軸孔、１５…装着凹部、２１…駆動ロータ、
２２…従動ロータ、４…シャフト、Ｂ…モータ部、５…モータハウジング、
６１…モータロータ、６２…永久磁石、７１…ステータコア、７２…ホルダー、
７２１ａ…位置決め段差部、８…ベアリング。

Claims (4)

1. ロータ室と軸孔を有するポンプボディーと前記ロータ室に収納される駆動ロータと従動ロータとを有するポンプ部と、モータハウジングと該モータハウジング内に装着される焼結形成されたステータコアと前記駆動ロータを駆動するシャフトと該シャフトに取り付けられ前記ステータコアに対向する永久磁石を備えたモータロータとからなるモータ部と、前記シャフトを支持するベアリングとからなり、前記モータハウジングと接合する前記ポンプボディーの接続側面には前記軸孔と連通する被挿入凹部が形成され、前記ステータコアには軸方向に沿って端部より外方に突出し且つ内周側に前記ベアリングを適正位置に装着する位置決め段差部を有するホルダーが形成され、該ホルダーに前記ベアリングが抱持されつつ前記ホルダーが前記ポンプボディーの前記被挿入凹部に挿入されると共に前記モータハウジングと前記ポンプボディーとが接合されてなることを特徴とする電動ポンプ。
2. 請求項１において、前記ベアリングは前記ホルダーに軽圧入により固定されてなることを特徴とする電動ポンプ。
3. 請求項１又は２において、前記ポンプボディーの軸孔には該軸孔と同一心となる装着凹部が形成され、該装着凹部にはオイルシールが装着されてなることを特徴とする電動ポンプ。
4. 請求項１，２又は３のいずれか１項の記載において、前記ベアリング及び前記ポンプボディーは非磁性材としてなることを特徴とする電動ポンプ。

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