JP6630206B2

JP6630206B2 - ベーンポンプ

Info

Publication number: JP6630206B2
Application number: JP2016058632A
Authority: JP
Inventors: 悟史上竹
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2016-03-23
Filing date: 2016-03-23
Publication date: 2020-01-15
Anticipated expiration: 2036-03-23
Also published as: JP2017172439A

Description

本発明は、主に車両に搭載されるベーンポンプに関する。

従来、例えば変速機にオイルを供給するオイルポンプとしてベーンポンプが用いられている。ベーンポンプは、エンジンの駆動力によってシャフトとロータとを一体的に回転させ、遠心力によってベーンをロータから突出させることで、ポンプ室の容積を可変させてオイルを吐出する。したがって、ベーンポンプは、エンジン回転数に応じてシャフトおよびロータが回転するため、変速機に供給するオイル量が少なくてよい場合にも、エンジン回転数に応じたオイル量が常に吐出されることになる。

そこで、特許文献１に記載のベーンポンプは、ベーンを磁性体部材で形成するとともに、磁性体のシャフトを磁化するためのコイルがシャフトの外周に巻回されている。そして、このベーンポンプでは、コイルが通電されるとシャフトが磁化されて磁性体のベーンを引き付けるので、ロータが回転してもベーンがロータから突出しなくなる。これにより、エンジン回転数に拘わらず、ベーンポンプはオイルを吐出しないようになされている。

特開２００９−１３３２２２号公報

しかしながら、特許文献１に記載のベーンポンプでは、ベーンをロータから突出させることでオイルを吐出させる場合と、ベーンをロータ内に保持させることでオイルを吐出させない場合との切り替えしか行うことができない。つまり、このベーンポンプは、吐出させるオイル量を可変することができない。

そこで、本発明は、吐出させるオイル量を段階的に可変することが可能なベーンポンプを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のベーンポンプは、ケーシング内で回転自在に収容されたロータと、前記ロータと一体的に回転するシャフトと、前記ロータの径方向に形成されたベーン溝に摺動可能に収容される複数のベーンと、前記ケーシングに設けられ、オイルが供給される吸入ポートと、前記ケーシングに設けられ、オイルが吐出される吐出ポートと、前記シャフトを磁化する磁化部と、を備え、前記複数のベーンは、磁性体のベーン、および、非磁性体のベーンが設けられ、回転方向に隣接する前記非磁性体のベーン同士は、回転方向において、前記吸入ポートおよび前記吐出ポートの最も近接した間隔よりも離隔し、かつ、前記吸入ポートおよび前記吐出ポートの中心の間隔よりも近接して配置されており、回転方向に隣接する前記磁性体のベーンおよび前記非磁性体のベーン同士は、前記回転方向において、前記吸入ポートおよび前記吐出ポートの最も離隔した間隔よりも近接して配置されている。

また、前記磁性体のベーンは、前記非磁性体のベーンの間に配されているとよい。

本発明によれば、吐出させるオイル量を調整することができる。

（ａ）は、ベーンポンプの構成を説明する図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるＩ−Ｉ断面図である。（ａ）は、コイルの通電時のベーンポンプを説明する図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるＩＩ−ＩＩ断面図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１（ａ）は、ベーンポンプ１の構成を説明する図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＩ−Ｉ断面図である。なお、図１（ａ）では、カバー３およびハウジング１３を省略して図示している。図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、ベーンポンプ１は、例えば変速機にオイルを供給するポンプであって、ボディ２およびカバー３で形成されるケーシング４内にカムリング５およびロータ６が収容される。

ボディ２およびカバー３は、カムリング５およびロータ６を収容し、ボディ２の対向面２ａとカバー３の対向面が当接した状態で、不図示の締結部材で締結される。

ボディ２の対向面２ａには、カムリング５およびロータ６が収容される収容穴７が設けられている。この収容穴７は、ボディ２の対向面２ａからロータ６の軸方向に窪む断面楕円形の穴に形成されており、カムリング５が収容穴７の内周面に亘って当接するように収容される。

カムリング５は、外周形状が収容穴７の内周面の形状と略同一となるように断面楕円形に形成されているとともに、内周面が断面円形に形成されており、内周面内にロータ６が収容される。

ボディ２およびカバー３には、カムリング５の中心に対して偏心した位置に貫通孔が形成されており、これら貫通孔にシャフト８が挿通される。シャフト８は、磁性体部材でなり、例えばエンジンの駆動力によって、図１（ａ）中、反時計回りに回転駆動される。

ロータ６は、中央にシャフト８が挿通され、シャフト８と一体的に回転する。ロータ６には、回転軸を中心として回転方向に４５°間隔で、径方向に沿って８つのベーン溝６ａが形成されている。ベーン溝６ａには、それぞれベーン９が摺動可能に収容される。

ベーン９は、磁性体のベーン９ａ、および、非磁性体のベーン９ｂがそれぞれ４つずつ設けられており、磁性体のベーン９ａ、および、非磁性体のベーン９ｂが回転方向に交互に配置される。したがって、磁性体のベーン９ａの回転方向の両隣には非磁性体のベーン９ｂが配置され、非磁性体のベーン９ｂの回転方向の両隣には磁性体のベーン９ａが配置される。

ベーン９は、ロータ６が回転すると、遠心力によりカムリング５の内周面に当接するまで突出する。このとき、ベーン９とロータ６の外周面とカムリング５の内周面とによって囲まれたポンプ室１０が複数形成されることになる。

カバー３には、吸入ポート１１および吐出ポート１２が設けられている。吸入ポート１１は、ポンプ室１０のうち、ロータ６の回転に伴ってポンプ室１０の容積を拡大する範囲に開口しており、容積拡大による負圧作用でポンプ室１０にオイルを導く。吐出ポート１２は、吸入ポート１１よりもロータ６の回転方向後方であって、ロータ６の回転に伴ってポンプ室１０の容積を縮小する範囲に開口しており、容積縮小による圧縮作用で圧縮されたポンプ室１０内のオイルが吐出される。

また、吸入ポート１１および吐出ポート１２は、回転方向において、隣り合うベーン９同士の間隔よりも広く、かつ、２つ隣のベーン９同士の間隔よりも狭くなっている。より具体的には、図１（ａ）に示すように、２つ隣のベーン９がそれぞれ吸入ポート１１および吐出ポート１２に対向する位置となった場合に、吸入ポート１１の開口面積の半分未満が回転方向後方側のポンプ室１０と連通している際に、吐出ポート１２の開口面積の半分未満が、吸入ポート１１と連通したポンプ室１０の回転方向に１つ後方のポンプ室１０と連通する。

換言すると、回転方向に隣接する磁性体のベーン９ａおよび非磁性体のベーン９ｂは、吸入ポート１１および吐出ポート１２の互いに最も離隔した箇所の間隔よりも回転方向において近接して配置されている。また、回転方向に隣接する非磁性体のベーン９ｂ同士、および、磁性体のベーン９ａ同士は、吸入ポート１１および吐出ポート１２の互いに最も近接した箇所の間隔よりも回転方向において離隔して配置されている。

また、図１（ｂ）に示すように、ベーンポンプ１は、変速機のハウジング１３に固定され、シャフト８は、ハウジング１３に形成されたシャフト穴１３ａまで挿通されている。

また、ベーンポンプ１には、シャフト８を磁化する磁化部２０が設けられている。磁化部２０は、コイル２１、スイッチ２２および電源２３を含んで構成され、コイル２１、スイッチ２２および電源２３が直列に接続された回路を構成している。

コイル２１は、ハウジング１３のシャフト穴１３ａにおいて、シャフト８の外周面に沿って電線が巻回されることで形成される。スイッチ２２は、制御装置３０によって制御され、オンにすることで電源２３からコイル２１に電力が供給され（電流が流れ）、オフにすることで電源２３からコイル２１に対する電力の供給（電流）を遮断する。

制御装置３０は、例えばＴＣＵ（Transmission Control Unit）であり、エンジン回転数およびエンジン負荷に基づいてスイッチ２２のオンオフを制御する。例えば、制御装置３０は、エンジン回転数が高く、エンジン負荷が低い場合、変速機へのオイル供給量を減少させるため、スイッチ２２をオンに制御する。また、制御装置３０は、エンジン回転数が低く、エンジン負荷が高い場合、変速機へのオイル供給量を増加させるため、スイッチ２２をオフに制御する。

ここで、スイッチ２２がオンした場合と、スイッチ２２がオフした場合とで、ベーンポンプ１によって吐出されるオイル量が異なる。以下では、スイッチ２２がオンした場合と、スイッチ２２がオフした場合とにおけるベーンポンプ１の動作について説明する。

まず、スイッチ２２がオフしている場合について図１（ａ）および図１（ｂ）を用いて説明する。スイッチ２２がオフしている場合、コイル２１に電流が流れないため、コイル２１はシャフト８に対して何ら作用することはない。

この場合、磁性体のベーン９ａおよび非磁性体のベーン９ｂがともにロータ６の遠心力によってカムリング５の内周面に当接するまで突出することになる。つまり、ベーンポンプ１では、８つのベーン９が全てポンプ室１０を形成するベーンとして機能することになる。

このとき、吸入ポート１１に連通されたポンプ室１０と、吐出ポート１２に連通されたポンプ室１０とは、少なくとも１つのベーン９によって分けられているので、吸入ポート１１からポンプ室１０に吸入されたオイルが、その後、吐出ポート１２から吐出されることになる。

図２（ａ）は、コイル２１の通電時のベーンポンプ１を説明する図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）におけるＩＩ−ＩＩ断面図である。一方、スイッチ２２がオンした場合、コイル２１に電気が流れ、シャフト８の軸方向に磁界を発生させる。そうすると、コイル２１が発生させた磁界によってシャフト８が磁化することになり、シャフト８が磁化することで発生する磁力によって、ベーン９のうち、磁性体のベーン９ａがシャフト８に引き付けられる。

これにより、ベーンポンプ１では、図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、８つのベーン９のうち、非磁性体のベーン９ｂのみがロータ６の遠心力によってカムリング５の内周面に当接するまで突出することになり、磁性体のベーン９ａはロータ６のベーン溝６ａ内で保持される。なお、磁化部２０では、シャフト８と磁性体のベーン９ａとの間に生じる引力が、磁性体のベーン９ａに生じる遠心力よりも大きくなるように、コイル２１、電源２３がそれぞれ設定されている。

つまり、ベーンポンプ１では、８つのベーン９のうち、非磁性体のベーン９ｂのみがポンプ室１０を形成するベーンとして機能することになる。より具体的には、ロータ６には磁性体のベーン９ａと非磁性体のベーン９ｂとが交互に配置されているので、磁性体のベーン９ａがシャフト８に引き付けられることで、非磁性体のベーン９ｂとロータ６の外周面とカムリング５の内周面とによって囲まれた空間がポンプ室１０となる。したがって、スイッチ２２がオフである場合と比べて、１つのポンプ室１０の大きさが約２倍となる。

また、図２（ａ）に示すように、ロータ６の回転に伴って非磁性体のベーン９ｂが吸入ポート１１と対向する位置に移動してきた場合に、その非磁性体のベーン９ｂよりも回転方向後方の非磁性体のベーン９ｂが吐出ポート１２と対向する位置に移動してくることになる。このとき、これら２つの非磁性体のベーン９ｂによって区画されたポンプ室１０は、吸入ポート１１および吐出ポート１２に連通されることになる。

そして、吸入ポート１１および吐出ポート１２にポンプ室１０が連通されると、吐出ポート１２側が高圧であるため、吐出ポート１２から吸入ポート１１に向かってオイルが逆流する。ただし、吸入ポート１１および吐出ポート１２が同じポンプ室１０に連通している時間は、吸入ポート１１および吐出ポート１２が同じポンプ室１０に連通していない時間に比べて十分に短くなるように吸入ポート１１および吐出ポート１２の位置が予め設定されている。

したがって、ベーンポンプ１は、スイッチ２２をオンにしてシャフト８を磁化し、磁性体のベーン９ａをロータ６のベーン溝６ａ内で保持することにより、吐出されるオイル量を低減することが可能となる。

このように、ベーンポンプ１は、吐出されるオイル量を低減しない場合には、スイッチ２２をオフにして全てのベーン９（磁性体のベーン９ａおよび非磁性体のベーン９ｂ）をロータ６から突出させることで、吸入ポート１１および吐出ポート１２を連通させずにオイルを吐出させる。

一方、ベーンポンプ１は、吐出されるオイル量を低減する場合には、スイッチ２２をオンにしてコイル２１に電流を流すことでシャフト８を磁化し、磁化したシャフト８に磁性体のベーン９ａを引き付ける。これにより、１つのポンプ室１０を拡大し、吸入ポート１１および吐出ポート１２を、ポンプ室１０を介して連通させることで、オイルを逆流させるようにした。

これにより、ベーンポンプ１は、吐出させるオイル量を段階的に可変することが可能となり、ベーンポンプ１の駆動トルク、損失仕事を低減し、燃費を向上させることができる。

以上、添付図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されないことは勿論であり、特許請求の範囲に記載された範疇における各種の変更例又は修正例についても、本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。

上記実施形態では、ベーンポンプ１が変速機にオイルを供給する場合について説明したが、これに限らず、エンジンにオイルを供給するオイルポンプなどにベーンポンプ１を適用してもよい。

また、上記実施形態では、磁性体のベーン９ａおよび非磁性体のベーン９ｂが交互に配置されるようにしたが、磁性体のベーン９ａおよび非磁性体のベーン９ｂの配置関係はどのような配置関係であってもよい。ただし、シャフト８が磁化して磁性体のベーン９ａを引き付けた場合に、吸入ポート１１および吐出ポート１２がポンプ室１０を介して連通し、シャフト８が磁化しておらず磁性体のベーン９ａを引き付けていない場合に、吸入ポート１１および吐出ポート１２がポンプ室１０を介して連通することがないように配置されていればよい。

また、上記実施形態では、磁化部２０がコイル２１、スイッチ２２および電源２３により構成されているようにしたが、磁化部２０はシャフト８を磁化および非磁化に切り替えることができるものであれば、他の構成であってもよい。

本発明は、主に車両に搭載されるベーンポンプに利用できる。

１ベーンポンプ
４ケーシング
６ロータ
９ベーン
９ａ磁性体のベーン
９ｂ非磁性体のベーン
１１吸入ポート
１２吐出ポート

Claims

ケーシング内で回転自在に収容されたロータと、
前記ロータと一体的に回転するシャフトと、
前記ロータの径方向に形成されたベーン溝に摺動可能に収容される複数のベーンと、
前記ケーシングに設けられ、オイルが供給される吸入ポートと、
前記ケーシングに設けられ、オイルが吐出される吐出ポートと、
前記シャフトを磁化する磁化部と、
を備え、
前記複数のベーンは、磁性体のベーン、および、非磁性体のベーンが設けられ、
回転方向に隣接する前記非磁性体のベーン同士は、回転方向において、前記吸入ポートおよび前記吐出ポートの最も近接した間隔よりも離隔し、かつ、前記吸入ポートおよび前記吐出ポートの中心の間隔よりも近接して配置されており、
回転方向に隣接する前記磁性体のベーンおよび前記非磁性体のベーン同士は、前記回転方向において、前記吸入ポートおよび前記吐出ポートの最も離隔した間隔よりも近接して配置されていることを特徴とするベーンポンプ。
前記磁性体のベーンは、前記非磁性体のベーンの間に配されていることを特徴とする請求項１に記載のベーンポンプ。