JP6059465B2

JP6059465B2 - 電動デュアルポンプ

Info

Publication number: JP6059465B2
Application number: JP2012179739A
Authority: JP
Inventors: 山下　貴久; 貴久山下
Original assignee: Mahle Filter Systems Japan Corp
Current assignee: Mahle Filter Systems Japan Corp
Priority date: 2012-08-14
Filing date: 2012-08-14
Publication date: 2017-01-11
Anticipated expiration: 2032-08-14
Also published as: CN103591019A; EP2698539B1; CN103591019B; EP2698539A3; US20140050606A1; US9541089B2; EP2698539A2; JP2014037793A

Description

この発明は、オイルポンプ等として利用される電動ポンプに関し、特に２系統のポンプ機構を備えた電動デュアルポンプに関する。

例えば特定の車両運転条件下で車両駆動源の一つである内燃機関が停止するハイブリッド型自動車などでは、内燃機関の停止中の変速機等に対する油圧供給のために、電動オイルポンプを用いることが一般的であるが、要求される油圧や油量が異なる２つの油圧系統が存在する場合には、２系統のポンプ機構を具備したデュアルポンプとすることが望ましい。

特許文献１や特許文献２には、ハウジング内に複数のポンプ機構を並べて配置し、単一の駆動シャフトでもってこれら複数のポンプ機構を同時に駆動するようにした複合型のオイルポンプが開示されている。ここでは、個々のポンプ機構は、それぞれベーンポンプからなり、各ポンプ機構のロータが共通の駆動シャフトに取り付けられている。

また特許文献３は、本出願人が先に提案した新規な形式の電動ポンプを開示しており、コイルを備えたハウジングと永久磁石を備えたアウタロータとによって、一種の電動モータが構成され、アウタロータとともにインナロータが回転することにより、ポンプ作用が得られる構成となっている。

特表２００６−５１７６３４号公報実開昭５７−８３２９０号公報特開２０１２−６７７３５号公報

特許文献１や特許文献２の構成は、単純にベーンポンプを多連構造としたものであり、駆動トルクの増加に伴って必要な電動モータが大型化することから、モータを含めたポンプ全体としては大型の構成となってしまう。また、ハウジングの構成も複雑なものとなり易い。

本発明は、特許文献３のような形式のポンプ機構を利用して、モータを含めたポンプ全体が小型でかつ構成が単純な電動デュアルポンプを提供することを目的としている。

この発明に係る電動デュアルポンプは、
内周側が円筒面をなすとともに、吸入ポートおよび吐出ポートを各端部にそれぞれ有し、かつ周方向に複数個のコイルが配置されたハウジングと、
このハウジングの内周側に回転可能に配置され、かつ上記コイルと協働してモータ部を構成するように外周面に複数個の永久磁石を備えてなる円筒状のアウタロータと、
上記アウタロータ内周側を軸方向に第１のポンプ室と第２のポンプ室とに区画する仕切り板と、
上記アウタロータの中心に対し偏心した位置において上記ハウジングに支持されたシャフトと、
上記第１，第２のポンプ室内に、それぞれ、上記シャフトを回転中心として回転可能に配置され、該アウタロータとの間に上記吸入ポートおよび吐出ポートに連通する空間を構成するとともに、外周面に複数個のスロットが放射状に形成された第１のインナロータおよび第２のインナロータと、
上記アウタロータから各インナロータへ回転力を伝達するように、外周端が上記アウタロータ内周部に揺動可能に支持されるとともに内周端が上記スロット内に摺動可能に挿入され、かつ上記アウタロータと上記インナロータとの間の空間を複数個のチャンバに区画する複数個の連結プレートと、
を備え、
上記仕切り板は上記アウタロータと一体に回転するように該アウタロータに固定され、かつ、上記シャフトが貫通するとともに該シャフトの偏心量を考慮した口径の円形の開口部を有し、
上記第１，第２のインナロータの側面において上記開口部に重ならないように上記スロットが形成されている、ことを特徴としている。

上記の構成では、上記アウタロータが上記永久磁石とハウジング側のコイルとの協働によって回転する。このアウタロータの回転は、それぞれ複数の連結プレートを介して第１のインナロータおよび第２のインナロータへ伝達され、アウタロータと各インナロータとが実質的に同じ回転数で回転する。アウタロータとインナロータとの間には、全体として三日月形のような形に空間が存在し、この空間を上記連結プレートが複数個のチャンバに区画しているが、アウタロータおよびインナロータの回転に伴って各チャンバの容積が変化していくため、吸入ポートから吐出ポートへと流体を圧送するポンプ作用が得られる。

ここで、上記アウタロータは、単一のアウタロータでもって２つのインナロータを駆動することになるので、デュアルポンプとすることで、必要な回転トルクは増加する。しかし、デュアルポンプとして第１，第２のポンプ室を有するように例えばアウタロータやハウジングの長さが長くなる結果、アウタロータ側の永久磁石やハウジング側のコイルを軸方向に拡大でき、容易に大きな回転トルクが得られる。つまり、ポンプ機構が２つとなることに伴って電動モータとしても自然に大トルクとなるため、多連のポンプ機構の駆動シャフトに別個の電動モータを接続する場合に比べて、非常に小型の電動デュアルポンプを得ることができる。

また、単一のアウタロータが２つのポンプ機構に共用されるので、構成が簡素であるとともに、各々のポンプ室内での油圧変動等に対してアウタロータが安定して回転する。

好ましい一つの態様では、上記仕切り板が上記アウタロータに一体に形成されている。

この発明によれば、デュアルポンプとするために必要なアウタロータおよびハウジングの寸法の拡大に伴って電動モータとしてのトルクも大きく得られるため、多連のポンプ機構の駆動シャフトに別個の電動モータを接続する従来の構成に比べて小型のデュアルポンプを提供することができ、かつその構成も単純なものとすることができる。

この発明に係る電動デュアルポンプの一実施例を示す横断面図。図１のＡ−Ａ線に沿った縦断面図。連結プレートの拡大断面図。このデュアルポンプの使用例の説明図。仕切り板の構成を変更した参考例を示す横断面図。図５のＡ−Ａ線に沿った縦断面図。

図１および図２は、この発明に係る電動デュアルポンプの一実施例としてハイブリッド自動車の２つのオイル系統にオイルを供給する電動オイルポンプ１の横断面および縦断面を示している。この電動オイルポンプ１は、内周側が円筒面をなす円筒状のハウジング２と、このハウジング２の内周に嵌合した円筒状のアウタロータ３と、このアウタロータ３の内周側の空間を軸方向に第１ポンプ室４と第２ポンプ室５とに区画する仕切り板６と、第１ポンプ室４および第２ポンプ室５にそれぞれ収容された第１インナロータ７および第２インナロータ８と、上記アウタロータ３と上記の各インナロータ７，８とを連結する複数の連結プレート９と、を備えている。

上記ハウジング２は、アウタロータ３とともにモータ部を構成するステータに相当する構成要素であって、この実施例では、円筒状の周壁１１および一端の底壁１２を有するボディ部２Ａと、このボディ部２Ａの他端の開口を覆うエンドプレート２Ｂと、に分割して構成されており、両者が図示せぬボルト等によって一体に締結されている。なお、ボディ部を両端が開口した円筒状とし、その両端の開口を別個のエンドプレートでそれぞれ覆う構成とすることも可能である。

上記周壁１１の内部には、複数個、例えば９個のコイル１５が周方向に等間隔に配置されている。これらのコイル１５は、例えば図示せぬ積層鉄心に巻回されており、ハウジング２は、これらのコイル１５を積層鉄心とともに内部にモールド成形した合成樹脂製のものとなっている。なお、図では、コイル１５を簡略化して描いてあるが、図示した各々のコイル１５が、それぞれステータの磁極を構成している。また上記底壁１２の内側面には、ハウジング２内部の第１ポンプ室４に向かって開口するように、第１吸入ポート１６および第１吐出ポート１７が互いに適宜な角度だけ離れた位置に設けられている。これらの第１吸入ポート１６および第１吐出ポート１７は、図２に示すように、ハウジング２の底壁１２の外側面における第１吸入口１８および第１吐出口１９にそれぞれ連通している。同様に、エンドプレート２Ｂの内側面には、ハウジング２内部の第２ポンプ室５に向かって開口するように、第２吸入ポート２１および第２吐出ポート２２が互いに適宜な角度だけ離れた位置に設けられている。これらの第２吸入ポート２１および第２吐出ポート２２は、図２に示すように、エンドプレート２Ｂの外側面における第２吸入口２３および第２吐出口２４にそれぞれ連通している。なお、図１には第１吸入ポート１６および第１吐出ポート１７のみが図示されているが、第２吸入ポート２１および第２吐出ポート２２は、基本的にこれらの第１吸入ポート１６および第１吐出ポート１７と対称をなすように形成されており、換言すれば同一の位相位置にある。

また、上記底壁１２と上記エンドプレート２Ｂとの間には、第１インナロータ７および第２インナロータ８の回転中心となるシャフト２５が配置されている。このシャフト２５は、ハウジング２の中心線と平行に延び、かつ該ハウジング２の中心から所定量偏心した位置にある。このシャフト２５は、例えば底壁１２とエンドプレート２Ｂとにそれぞれ凹設した孔によって両端部がそれぞれ支持されている。

上記アウタロータ３は、ポンプ部の一部を構成すると同時に、モータ部のロータに相当する構成要素であって、外周面３ａに、断面円弧形の板状をなす複数個（例えば６個）の永久磁石２６が等間隔に取り付けられている。一実施例では、このアウタロータ３は合成樹脂からなり、上記永久磁石２６を予め所定位置に配置した金型を用いて成形することにより、各永久磁石２６がアウタロータ３外表面３ａに埋め込まれた形となっている。この円筒状のアウタロータ３は、その外周面３ａと上記ハウジング２の内周面２ａとの間に微小な間隙２７（磁路のエアギャップに実質的に相当する）を確保した形で上記ハウジング２内に嵌合しており、従って、ハウジング２に対し回転自在となっている。なお、この実施例では、アウタロータ３の回転中心を規制する軸等は具備していないが、上記間隙２７内に形成される油膜を介してハウジング２に支持されるため、特に支障なくハウジング２と同心状に回転する。必要に応じ、例えばハウジング２の両端部に設けた環状の凹溝などの案内機構を設け、アウタロータ３を確実にセンタリングするようにしてもよい。

上記仕切り板６は、この実施例では、上記アウタロータ３に一体に形成されている。この仕切り板６は、アウタロータ３の軸方向の中間位置にあり、特に図示例では、第１ポンプ室４の軸方向寸法が第２ポンプ室５の軸方向寸法よりも僅かに大きくなるように、エンドプレート２Ｂ側に僅かに片寄って位置している。上記仕切り板６は、単純な円形の板状をなし、かつ中央部に上記シャフト２５が貫通する円形の開口部２９が開口している。上記シャフト２５が上記アウタロータ３の回転中心に対し偏心していることから、上記開口部２９は、この偏心量を考慮した口径を有している。

上記アウタロータ３の外周面３ａに取り付けられた永久磁石２６は、上記仕切り板６の位置を横切ってアウタロータ３の実質的に全長に亘って延びている。つまり、個々の永久磁石２６が第１ポンプ室４と第２ポンプ室５の双方に亘って配設されている。

また上記アウタロータ３の内周面つまり第１ポンプ室４側の内周面３ｂおよび第２ポンプ室５側の内周面３ｃには、それぞれ、図３に拡大して示すような断面円形のプレート保持溝３１が軸方向に沿って形成されている。このプレート保持溝３１は、等間隔に計６箇所にあり、特に、周方向に見て、外周側の永久磁石２６と重ならない位置にそれぞれ設けられている。つまり、隣接する２つのプレート保持溝３１の間の角度範囲に各々の永久磁石２６があり、換言すれば、隣接する２つの永久磁石２６の間の樹脂部分に、プレート保持溝３１が形成されている。なお、図示例では、第１ポンプ室４における６個のプレート保持溝３１と第２ポンプ室５における６個のプレート保持溝３１とは、互いに等しい周方向位置にある。

上記第１インナロータ７および上記第２インナロータ８は、上記ハウジング２および上記アウタロータ３の中心に対し偏心した位置にある上記のシャフト２５を介して回転自在に支持されているものであって、各々の外周面には、それぞれ６個のスロット３３が等間隔に放射状に形成されている。なお、図示例では、第１インナロータ７および第２インナロータ８は、軸方向寸法を除き同一の構成を有している。ここで図示例では、これらのインナロータ７，８は、各スロット３３を頂点位置に備えた略六角形をなしているが、外周面が円形断面をなす単純な円筒形に構成することも可能である。これらのインナロータ７，８は、アウタロータ３と同様に合成樹脂あるいは軽合金のダイキャストなどで構成することができる。なお、前述した仕切り板６における開口部２９は、上記スロット３３と重なり合うことはなく、従って、各インナロータ７，８の側面によって上記開口部２９が実質的に閉塞されている。

上記のように各インナロータ７，８が各ポンプ室４，５内において上記アウタロータ３の内周に対し偏心して位置することで、両者間には、全体として三日月形をなす空間が生じる。そして、第１ポンプ室４内の三日月形の空間に対しては、上記の第１吸入ポート１６および第１吐出ポート１７が開口し、第２ポンプ室５内の三日月形の空間に対しては、上記の第２吸入ポート２１および第２吐出ポート２２が開口する。これらのポンプ室４，５内の三日月形の空間は、さらに、それぞれ６個の連結プレート９によって、６個のチャンバ３５に区画されている。上記連結プレート９は、図３にも示すように、略三角形に近似した断面を有する板状をなし、外周端の断面円形をなす頭部９ａが上記アウタロータ３のプレート保持溝３１に揺動可能に嵌合しているとともに、内周端における周方向に膨らんだ膨出部９ｂが各インナロータ７，８のスロット３３内に摺動可能に挿入されている。

図１から容易に理解できるように、互いに偏心したアウタロータ３およびインナロータ７，８の回転位置に応じて、アウタロータ３内周面３ｂ，３ｃとインナロータ７，８外周面との間の距離が変化するとともに、各々のプレート保持溝３１とスロット３３との角度的な位置関係も変化するので、これに伴って、連結プレート９の膨出部９ｂ側がスロット３３内で揺動しつつ進退する。上記連結プレート９は、基本的に、上記アウタロータ３が図１の反時計回り方向（矢印Ｒ方向）へ回転した際に、インナロータ７，８を同方向に押していくように作用する。

上記の連結プレート９によって区画された各チャンバ３５の容積は、図１の右下側で最小となり、ここから上記の矢印Ｒ方向の回転に伴って徐々に増加し、図１の上部で最大となった後に再び減少していく。従って、公知のベーンポンプ等と同様に、図１右側の吸入ポート１６，２１から図１左側の吐出ポート１７，２２へオイルを圧送するポンプ作用が得られる。

つまり、アウタロータ３と第１インナロータ７と６個の連結プレート９とによって第１吸入ポート１６から第１吐出ポート１７へオイルを圧送する第１ポンプ部が構成され、アウタロータ３と第２インナロータ８と６個の連結プレート９とによって第２吸入ポート２１から第２吐出ポート２２へオイルを圧送する第２ポンプ部が構成される。

そして、上記のようにステータに相当するハウジング２とロータに相当するアウタロータ３とによって両ポンプ部を同時に駆動するモータ部が構成される。一つの実施例では、ハウジング２側にＵ１〜Ｕ３，Ｖ１〜Ｖ３，Ｗ１〜Ｗ３の９個のコイル１５が配置されているとともに、アウタロータ３側に交互にＮ極，Ｓ極となる６個の永久磁石２６が配置されており、全体として、三相６極９スロットのブラシレスモータに相当する構成となっている。コイル１１の結線としてはデルタ結線あるいはスター結線のいずれでもよく、図示せぬ駆動回路を介してアウタロータ３が前述したように反時計回り方向へ駆動される。なお、永久磁石２６およびコイル１５の個数については、例えば８極１２スロットなど種々の変更が可能である。

上記の第１ポンプ部および第２ポンプ部は、それぞれ要求油圧や油量が異なる別々の油圧系統に対するオイルの供給に利用することが可能である。例えば、図４に示すように、第１ポンプ部は、比較的高油量が要求される油圧系統例えば内燃機関や変速機等の各部の潤滑のために用いられ、第２ポンプ部は、比較的高油圧が要求される油圧系統例えば変速機の変速用油圧としてプレッシャレギュレータ３９を介して変速機に供給される。

上記のような実施例においては、多連のポンプ機構と電動モータを軸方向に直列に連結した従前の構成に比較して軸方向の寸法が大幅に小型になるのは勿論のこと、アウタロータ３が２つのポンプ部の構成要素とモータ部の構成要素とを兼ねたものとなることから、全体に非常に小型に構成できる。特に、モータ部を構成するハウジング２およびアウタロータ３は、基本的に各ポンプ部の軸方向寸法に対応した軸方向寸法が必要であり、デュアルポンプとしてアウタロータ３の回転駆動に必要なトルクが増加するのに対し、２つのポンプ室４，５を形成するのに必要なハウジング２およびアウタロータ３の軸方向寸法が長くなる結果、コイル１５や永久磁石２６を容易に長く確保できるので、必然的に大きなトルクのモータ部が得られる。従って、電動モータを含めた全体の寸法として非常に小型の電動デュアルポンプとなる。

また、第１ポンプ部と第２ポンプ部とで油圧の相違などにより各インナロータ７，８からそれぞれ異なる反力がアウタロータ３に作用するが、十分な剛性を有するアウタロータ３が２つのポンプ部に共用されるので、安定した回転が得られる。

なお、上記実施例では、第１ポンプ部と第２ポンプ部とが、軸方向寸法を除き実質的に同一の構成となっているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、第１ポンプ室４におけるアウタロータ３の内周面３ｂの径と第２ポンプ室５におけるアウタロータ３の内周面３ｃの径を異ならせた構成としてもよく、あるいは第１インナロータ７と第２インナロータ８の外周面の径をそれぞれ異ならせることもできる。なお、アウタロータ３中心に対するシャフト２５の偏心量の設定によっても各ポンプ部の吐出容量の変更が可能である。また、各ポンプ部における連結プレート９およびスロット３３の数を異なるものとし、各々の特性のチューニングを行うこともできる。この場合、アウタロータ３のプレート保持溝３１の個数を多く加工しておき、その一部に連結プレート９を組み付けるようにすれば、アウタロータ３を種々の特性のものに共用することが可能となる。

また上記実施例では、各インナロータ７，８がシャフト２５に対し回転自在な構成となっているが、各インナロータ７，８をシャフト２５に固定し、該シャフト２５をハウジング２に回転自在に支持する構成とすることも可能である。

さらに、上記実施例では、各インナロータ７，８の回転中心の位置つまりシャフト２５のアウタロータ３中心に対する偏心量が固定的に定まっているが、シャフト２５の支持部に可動機構を設けてアウタロータ３中心に対する偏心量を変更できるようにすれば、各ポンプ部の吐出容量の可変制御が可能である。なお構成は複雑となるが、シャフト２５を各ポンプ部毎に別体のものとして、個々に偏心量を変更できるようにすれば、各ポンプ部毎に吐出容量を調整することも可能である。

次に、図５および図６は、仕切り板６の構成を変更した参考例を示す。この参考例においては、仕切り板６がシャフト２５に固定されている。つまり、円形をなす仕切り板６は、その中心から偏心した位置に取付孔６ａを有し、該取付孔６ａを貫通したシャフト２５に取り付けられている。そして、その外周縁６ｂがアウタロータ３の内周に対し相対回転可能なように接している。図示例では、仕切り板６外周縁６ｂとアウタロータ３との間のシール性確保のために、アウタロータ３内周面に設けた突起と仕切り板６外周縁６ｂの切欠部とをステップ状に係合させた構成となっている。

この参考例の構成においても、前述した実施例と同様に、実質的に独立した第１ポンプ部と第２ポンプ部とが構成され、例えば高流量が要求される油圧系統と高油圧が要求される油圧系統とにそれぞれオイルを供給することが可能である。

なお、上記シャフト２５を、第１ポンプ部と第２ポンプ部とで別の部材とし、仕切り板６部分において１本に連結するような構成とすることもできる。

１…電動オイルポンプ
２…ハウジング
３…アウタロータ
４…第１ポンプ室
５…第２ポンプ室
６…仕切り板
７…第１インナロータ
８…第２インナロータ
９…連結プレート
１５…コイル
１６…第１吸入ポート
１７…第１吐出ポート
２１…第２吸入ポート
２２…第２吐出ポート
２５…シャフト
２６…永久磁石
３３…スロット

Claims

内周側が円筒面をなすとともに、吸入ポートおよび吐出ポートを各端部にそれぞれ有し、かつ周方向に複数個のコイルが配置されたハウジングと、
このハウジングの内周側に回転可能に配置され、かつ上記コイルと協働してモータ部を構成するように外周面に複数個の永久磁石を備えてなる円筒状のアウタロータと、
上記アウタロータ内周側を軸方向に第１のポンプ室と第２のポンプ室とに区画する仕切り板と、
上記アウタロータの中心に対し偏心した位置において上記ハウジングに支持されたシャフトと、
上記第１，第２のポンプ室内に、それぞれ、上記シャフトを回転中心として回転可能に配置され、該アウタロータとの間に上記吸入ポートおよび吐出ポートに連通する空間を構成するとともに、外周面に複数個のスロットが放射状に形成された第１のインナロータおよび第２のインナロータと、
上記アウタロータから各インナロータへ回転力を伝達するように、外周端が上記アウタロータ内周部に揺動可能に支持されるとともに内周端が上記スロット内に摺動可能に挿入され、かつ上記アウタロータと上記インナロータとの間の空間を複数個のチャンバに区画する複数個の連結プレートと、
を備え、
上記仕切り板は上記アウタロータと一体に回転するように該アウタロータに固定され、かつ、上記シャフトが貫通するとともに該シャフトの偏心量を考慮した口径の円形の開口部を有し、
上記第１，第２のインナロータの側面において上記開口部に重ならないように上記スロットが形成されている、
ことを特徴とする電動デュアルポンプ。
上記仕切り板が上記アウタロータに一体に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電動デュアルポンプ。