JP6886314B2 - Vane pump - Google Patents
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Description
本発明は、例えば液体の様な非圧縮性の流体を作動流体とするベーンポンプに関する。 The present invention relates to a vane pump whose working fluid is an incompressible fluid such as a liquid.
カムリングとロータが偏芯しており、ロータに加工されている放射状溝内をベーン(羽根)が自由に動くベーンポンプは従来から種々提案されている(例えば、特許文献1参照)。
ベーンポンプは有用な技術ではあるが、作動流体が液体の場合、液体には圧縮性や膨張性が無いので、いわゆる「閉じ込み」やキャビテーションが発生しないようなポート形状の工夫が必要である、という問題が存在する。
以下、図8を参照して、従来のベーンポンプにおける問題点を説明する。
Various vane pumps have been conventionally proposed in which the cam ring and the rotor are eccentric and the vanes (blades) move freely in the radial groove processed in the rotor (see, for example, Patent Document 1).
Vane pump is a useful technology, but when the working fluid is a liquid, the liquid does not have compressibility or expansion, so it is necessary to devise a port shape so that so-called "confinement" or cavitation does not occur. There is a problem.
Hereinafter, problems in the conventional vane pump will be described with reference to FIG.
図8において、全体を符号100で示す従来のベーンポンプにおいては、中心が(カムリング内径が)偏芯している(図8では偏芯量を符号δで示す)カムリング101及びロータ102を有している。図示は省略されているが、ロータ102には半径方向に延在する複数のベーン溝(図示せず)が形成されており、当該ベーン溝内には図示しないベーンが挿入されている。図示しないベーンは、ベーン溝に沿って半径方向に移動可能に構成されている。
図8において、図示を省略したベーン及びベーン溝は、ロータ102においてロータ回転中心O1から半径方向外方へ延在する仮想線L1〜L6の各々に沿って設けられている。そしてベーンは、ベーン溝に対してプレッシャーローディングを行うことにより、半径方向外方に付勢されて突出し、ベーンの半径方向外方端部はカムリング101の内周面に摺動する。
In FIG. 8, in the conventional vane pump whose whole is indicated by
In FIG. 8, vanes and vane grooves (not shown) are provided along the virtual lines L1 to L6 extending outward in the radial direction from the rotor rotation center O1 in the
ある瞬間におけるカムリング101とロータ102の相対位置を示す図8において、仮想線L1で示すベーン(符号なし)と仮想線L2で示すベーン(符号なし)により画定された空間α(隙間、ポンプ室)は、ロータ102とカムリング101の間の隙間であり、ポンプ室である。図8で示す瞬間において、ポンプ室である隙間αは、入口ポート101Aとは連通しておらず、出口ポート101Bとも連通していない。
係る状態(入口ポート101Aとは連通しておらず、出口ポート101Bとも連通していない状態)でロータ102が回転(矢印R1方向)すると、隙間αは液体(作動流体)が供給されることなく拡大することになり、隙間α内に液体が存在しない空間(空洞)が発生してしまう。
当該空洞が発生した状態でさらに矢印R1側にロータ102が回転すると、空間αが出口ポート101B側に向かうに連れて隙間αが収縮して隙間αの圧力が高くなるため、当該空洞は急激に潰れる。そして当該空洞が急激に潰れることにより、大きな騒音が発生する。
In FIG. 8 showing the relative positions of the
When the
When the
ここで、入口ポートの位置を調整して、隙間αが入口ポートと連通しなくなった瞬間から、それ以上は当該隙間αが拡大しない様に構成することが可能である。
しかし、その場合にはロータが回転して隙間αが出口ポート側に向かうに連れて当該隙間が収縮するので、隙間αが出口ポートに連通するまでは隙間αは収縮するが隙間α内の液体は排出されない状態が続き、圧力が急激に上昇する。その結果、所謂「閉じ込み」という現象を惹起して、やはり騒音が発生する。
Here, the position of the inlet port can be adjusted so that the gap α does not expand further from the moment when the gap α does not communicate with the inlet port.
However, in that case, since the rotor rotates and the gap α contracts as the gap α moves toward the outlet port side, the gap α contracts until the gap α communicates with the outlet port, but the liquid in the gap α Continues to be unexhausted and the pressure rises sharply. As a result, a so-called "confinement" phenomenon is caused, and noise is also generated.
その様な騒音を防止するため、特許文献等では図示されてはいないが、作動流体が非圧縮性の液体である場合には、従来技術では、入口ポートと出口ポートの間の領域(図8では、仮想線L1と仮想線L3との間の領域)にポートを形成して、隙間空間αにおける圧力上昇を防止して、騒音の発生を防止していた。
しかし、その様なポート(仮想線L1と仮想線L3との間の領域に形成した図8では図示しないポート)を入口ポートと出口ポートとは別途形成することは、カムリング製造やポートの製造における労力及びコストを増加する。
さらに従来技術では、入口ポートと出口ポートとの間の領域に別途形成されたポートを複雑な形状に加工して、仮想線L1〜L6に沿って形成されたベーン溝内に、ポンプ吐出圧を導入してプレッシャーローディングを行う。しかし、その様な複雑な加工を行うことにより、製造のための労力及びコストがさらに増大してしまう。
In order to prevent such noise, although not shown in patent documents and the like, when the working fluid is an incompressible liquid, in the prior art, the region between the inlet port and the outlet port (FIG. 8). Then, a port was formed in the region between the virtual line L1 and the virtual line L3) to prevent the pressure from rising in the gap space α and prevent the generation of noise.
However, forming such a port (a port formed in the region between the virtual line L1 and the virtual line L3, which is not shown in FIG. 8) separately from the inlet port and the outlet port is used in cam ring manufacturing and port manufacturing. Increase labor and cost.
Further, in the prior art, a port separately formed in the region between the inlet port and the outlet port is processed into a complicated shape, and the pump discharge pressure is applied to the vane groove formed along the virtual lines L1 to L6. Introduce and perform pressure loading. However, such complicated processing further increases the labor and cost for manufacturing.
本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、作動流体が非圧縮性の場合でも騒音の発生を防止することが出来て、しかも製造のための労力及びコストを低減することが出来るベーンポンプの提供を目的としている。 The present invention has been proposed in view of the above-mentioned problems of the prior art, and it is possible to prevent the generation of noise even when the working fluid is incompressible, and to reduce the labor and cost for manufacturing. The purpose is to provide a vane pump that can be used.
本発明のベーンポンプ(10)は、カムリング(1)と、カムリング(1)の内径中心に対して回転中心が偏芯(δ1)しているロータ(2)と、ロータ(2)の回転中心から半径方向外方に向かって形成されているベーン溝(2A)と、当該ベーン溝(2A)内を移動可能なベーン(3:羽根)とを有するベーンポンプ(10)において、
作動流体は非圧縮性であり(例えば、水やクーラント等の液体)、
カムリング(1)には入口ポート(1A)と出口ポート(1B)が設けられており、
入口ポート(1A)と出口ポート(1B)はカムリング(1)の内径中心に対して点対称となる位置に形成され、隣接するベーン(3)とロータ(2)とカムリング(1)により画定(区画)される隙間領域(α1:図4参照:ロータ2とカムリング1の隙間:ポンプ室)の容積が最大となる瞬間を除き、入口ポート(1A)或いは出口ポート(1B)の何れかが当該隙間領域(α1)と連通する位置に形成され、カムリング(1)の入口ポート(1A)と出口ポート(1B)の間の領域には補助ポートが形成されておらず、カムリング(1)の内周面であって前記容積が最大となる隙間領域(α1:ポンプ室)に対応する位置に連通溝(1D)が形成されており、
カムリング(1)の開放端部(図7の上下端部)を覆うサイドプレート(4、5)を有しており、
カムリング(1)の出口ポート(1B)にはサイドプレート(4、5)の何れか一方(例えば、図7の上方のサイドプレート4)側に連通する貫通孔(1C)が形成されており、
当該貫通孔(1C)が連通している側(図7では上方)のサイドプレート(4)には、貫通孔(1C)が連通する箇所から半径方向内方に向かう経路(4A)が形成されており、
ロータ(2)のベーン溝(2A)の半径方向内方端部(2AA)はサイドプレート(4)に形成された円環状の溝(4B)に連通しており、当該円環状の溝(4B)はサイドプレート(4)に形成された前記経路(4A)に連通していることを特徴としている。
ここで、「カムリング(1)の内径中心」という文言は、「カムリング(1)の内周面の曲率中心」を意味している。
In the vane pump (10) of the present invention, from the cam ring (1), the rotor (2) whose rotation center is eccentric (δ1) with respect to the inner diameter center of the cam ring (1), and the rotation center of the rotor (2). In a vane pump (10) having a vane groove (2A) formed outward in the radial direction and a vane (3: blade) movable in the vane groove (2A).
The working fluid is incompressible (eg, liquids such as water and coolant) and
The cam ring (1) is provided with an inlet port (1A) and an exit port (1B).
The inlet port (1A) and the outlet port (1B) are formed at positions symmetrical with respect to the center of the inner diameter of the cam ring (1), and are defined by adjacent vanes (3), rotors (2), and cam rings (1). Either the inlet port (1A) or the outlet port (1B) is applicable except for the moment when the volume of the gap region (α1: the gap between the
It has side plates (4, 5) that cover the open ends (upper and lower ends of FIG. 7) of the cam ring (1).
The outlet port (1B) of the cam ring (1) is formed with a through hole (1C) communicating with one of the side plates (4, 5) (for example, the upper side plate 4 in FIG. 7).
On the side plate (4) on the side where the through hole (1C) communicates (upper in FIG. 7), a path (4A) extending inward in the radial direction from the place where the through hole (1C) communicates is formed. And
The radial inner end (2AA) of the vane groove (2A) of the rotor (2) communicates with the annular groove (4B) formed in the side plate (4), and the annular groove (4B) is communicated with the annular groove (4B). ) Is communicating with the path (4A) formed on the side plate (4).
Here, the phrase "center of the inner diameter of the cam ring (1)" means "center of curvature of the inner peripheral surface of the cam ring (1)".
本発明において、駆動源については、DCモータ、ACモータの様な電動モータ、内燃機関、変速装置の出力軸その他、特に限定するものではない。 In the present invention, the drive source is not particularly limited to electric motors such as DC motors and AC motors, internal combustion engines, output shafts of transmissions, and the like.
上述の構成を具備する本発明によれば、隣接するベーン(3)とロータ(2)とカムリング(1)により画定(区画)される隙間領域(α1:図4参照:ポンプ室)の容積が最大となる瞬間を除き、入口ポート(1A)或いは出口ポート(1B)の何れかが当該隙間領域(α1)と連通する位置に形成されているので、隙間領域(α1:図4参照)が拡大する際には必ず入口ポート(1A)と連通しており、隙間領域(α1)が収縮する際には必ず出口ポート(1B)と連通する。
そのため、隙間領域(α1)が拡大する際には入口ポート(1A)から液体(作動流体)が供給されるので空洞が生じることがなく、空洞が潰れることによる騒音の発生が防止される。
また、隙間領域(α1)が収縮する際には出口ポート(1B)から液体が排出されるので、液体の圧力が(急激に)上昇してしまうことが無く、所謂「閉じ込み」現象の発生が防止されて、騒音の発生も防止される。
According to the present invention having the above-described configuration, the volume of the gap region (α1: see FIG. 4: pump chamber) defined (partitioned) by the adjacent vane (3), rotor (2) and cam ring (1) is Since either the inlet port (1A) or the exit port (1B) is formed at a position communicating with the gap region (α1) except for the moment when the maximum is reached, the gap region (α1: see FIG. 4) is expanded. It always communicates with the inlet port (1A), and when the gap region (α1) contracts, it always communicates with the outlet port (1B).
Therefore, when the gap region (α1) expands, the liquid (working fluid) is supplied from the inlet port (1A), so that no cavity is generated, and noise generation due to the collapse of the cavity is prevented.
Further, when the gap region (α1) contracts, the liquid is discharged from the outlet port (1B), so that the pressure of the liquid does not rise (rapidly), and a so-called “confinement” phenomenon occurs. Is prevented, and the generation of noise is also prevented.
そのため、カムリング(1)の入口ポート(1A)と出口ポート(1B)の間の領域に補助ポートを形成しなくても騒音の発生が防止され、カムリング(1)やポンプ本体に複雑な加工を施す必要が無い。
また、入口ポート(1A)と出口ポート(1B)はカムリング(1)の内径中心に対して点対称となる様に配置され、直径方向に配置されることになるため、流路に折曲部(エルボ)や湾曲部を形成する必要が無い。そのため、流路の抵抗が小さくなり、効率が向上する。
Therefore, noise is prevented from being generated even if an auxiliary port is not formed in the area between the inlet port (1A) and the outlet port (1B) of the cam ring (1), and complicated processing is performed on the cam ring (1) and the pump body. No need to apply.
Further, the inlet port (1A) and the outlet port (1B) are arranged so as to be point-symmetrical with respect to the center of the inner diameter of the cam ring (1) and are arranged in the radial direction. There is no need to form (elbow) or curved parts. Therefore, the resistance of the flow path is reduced and the efficiency is improved.
ここで、隙間領域(α1:ポンプ室)が入口ポート(1A)と連通している際(隙間領域α1の容積が最大となる瞬間より前の状態)、入口ポート(1A)を介して隙間領域(α1)に流入する作動流体の流速が非常に速く(いわゆる「勢い良く」流入し)、流速が速い分だけ作動流体の圧力が低下し、隙間領域(α1)内の圧力が出口ポート(1B)側の昇圧された圧力に比較して遥かに低圧となってしまう場合が存在する。
その様な場合、当該隙間領域(α1:ポンプ室)が出口ポート(1B)と連通した直後(図5の状態)に、出口ポート(1B)に存在する高圧の作動流体の圧力が隙間領域(α1:ポンプ室)に作用し、当該隙間領域(α1)の圧力が急激に上昇して、騒音が発生してしまう。
また、隙間領域(α1)の作動流体の圧力が上昇することにより、当該上昇した圧力がベーン(3)の半径方向外方端部に作用し、ベーン(3)が半径方向内方に押し戻され、作動流体(液体)が隣接する隙間領域(例えば、図5に示す隙間領域α02)に漏洩してしまう場合がある。
これに対して、本発明によれば、カムリング(1)の内周面であって前記容積が最大となる隙間領域(α1)に対応する位置に連通溝(1D)を形成したので(することで)、隙間領域(α1)の圧力が(の)急激に(な)上昇しても(或いは当該急激な昇圧を回避する目的で)、連通溝(1D)を介して、隙間領域(α1)の圧力を入口ポート(1A)側に逃がすことが出来る。そのため、隙間領域(α1)の圧力が過大に上昇することがなく、騒音が発生することはない。そして、隙間領域(α1)の圧力が過大に上昇することが防止されるため、ベーン(3)が半径方向内方に押し戻されてしまうことも無い。
Here, when the gap region (α1: pump chamber) communicates with the inlet port (1A) (state before the moment when the volume of the gap region α1 becomes maximum), the gap region is passed through the inlet port (1A). The flow velocity of the working fluid flowing into (α1) is very fast (so-called “vigorous” inflow), the pressure of the working fluid decreases by the amount of the high flow velocity, and the pressure in the gap region (α1) becomes the outlet port (1B). There are cases where the pressure is much lower than the increased pressure on the) side.
In such a case, immediately after the gap region (α1: pump chamber) communicates with the outlet port (1B) (state in FIG. 5), the pressure of the high-pressure working fluid existing in the outlet port (1B) is applied to the gap region (1B). It acts on (α1: pump chamber), and the pressure in the gap region (α1) rises sharply, causing noise.
Further, as the pressure of the working fluid in the gap region (α1) rises, the increased pressure acts on the radial outer end of the vane (3), and the vane (3) is pushed back inward in the radial direction. , The working fluid (liquid) may leak to the adjacent gap region (for example, the gap region α02 shown in FIG. 5).
On the other hand, according to the present invention, the communication groove (1D) is formed at a position corresponding to the gap region (α1) on the inner peripheral surface of the cam ring (1) where the volume is maximized. Even if the pressure in the gap region (α1) rises sharply (or for the purpose of avoiding the sudden pressure increase), the gap region (α1) is passed through the communication groove (1D). Pressure can be released to the inlet port (1A) side. Therefore, the pressure in the gap region (α1) does not rise excessively, and noise is not generated. Further, since the pressure in the gap region (α1) is prevented from rising excessively, the vane (3) is not pushed back inward in the radial direction.
そして本発明において、カムリング(1)の開放端部(図7の上下端部)を覆うサイドプレート(4、5)を有し、カムリング(1)の出口ポート(1B)にサイドプレート(4、5)の何れか一方(例えば、図7の上方のサイドプレート4)側に連通する貫通孔(1C)を形成し、貫通孔(1C)が連通している側(図7では上方)のサイドプレート(4)に貫通孔(1C)が連通する箇所から半径方向内方に向かう経路(4A)を形成し、ロータ(2)のベーン溝(2A)の半径方向内方端部(2AA)をサイドプレート(4)に形成された円環状の溝(4B)に連通し、当該円環状の溝(4B)をサイドプレート(4)に形成された前記経路(4A)に連通すれば、出口ポート(1B)を流れる昇圧された作動流体(液体)をロータ(2)のベーン溝(2A)の半径方向内方端部(2AA)に導入して、プレッシャーローディングを行うことが出来る。
その際に、カムリング(1)の入口ポート(1A)と出口ポート(1B)の間の領域にポート(補助ポート)を形成する必要が無く、当該補助ポートに複雑な加工を施す必要が無いので、カムリング(1)の製造がさらに容易となり、製造のための労力、コストをより一層節減することが可能になる。
Then, in the present invention, the side plate (4, 5) covering the open end portion (upper and lower end portions in FIG. 7) of the cam ring (1) is provided, and the side plate (4,) is connected to the outlet port (1B) of the cam ring (1). A through hole (1C) communicating with either one of 5) (for example, the upper side plate 4 in FIG. 7) is formed, and the side on the side (upper in FIG. 7) with which the through hole (1C) communicates. A path (4A) is formed in the plate (4) from the point where the through hole (1C) communicates inward in the radial direction, and the vane groove (2A) of the rotor (2) has an inward radial end (2AA). An outlet port can be obtained by communicating with the annular groove (4B) formed in the side plate (4) and communicating the annular groove (4B) with the path (4A) formed in the side plate (4). Pressure loading can be performed by introducing the boosted working fluid (liquid) flowing through (1B) into the radial inner end (2AA) of the vane groove (2A) of the rotor (2).
At that time, it is not necessary to form a port (auxiliary port) in the area between the inlet port (1A) and the exit port (1B) of the cam ring (1), and it is not necessary to perform complicated processing on the auxiliary port. , The production of the cam ring (1) becomes easier, and the labor and cost for production can be further reduced.
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。最初に図1、図2を参照して、実施形態に係るベーンポンプについて説明する。
図1において、ベーンポンプ10はカムリング1とロータ2を有しており、ロータ2は電動モータ20の回転軸により回転駆動される。そして図1において、ベーンポンプ10と電動モータ20は一体的に構成されている。
電動モータ20は、モータシャフト23と、モータロータ24と、モータステータ25を備えている。モータシャフト23はブッシュ21A、21Bを介してモータハウジング22に回転自在に支持されており、ブッシュ21Bはベーンポンプ10のポンプケース6に設けられている。モータロータ24は円周方向に並ぶ複数の永久磁石を有し、モータシャフト23に固定されている。モータステータ25はモータハウジング22の内周に固定され、コイル(図示せず)が巻かれている。
ここで、駆動源については電動モータ20に限定されるものではなく、内燃機関、変速装置の出力軸、その他、種々のものが適用可能であり、特に限定するものではない。
モータロータ24とモータステータ25は同心円状に配置され、モータロータ24とモータステータ25の間には僅かな隙間が存在する。
図1において、符号26はステータ鉄心、符号27A、27Bはスラストワッシャ、符号28はフレームを示す。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. First, the vane pump according to the embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2.
In FIG. 1, the
The
Here, the drive source is not limited to the
The
In FIG. 1,
モータシャフト23はベーンポンプ10のポンプケース6の内部に延設され、モータシャフト23のベーンポンプ10側端部(図1では右側端部)はブッシュ21Cに回転自在に支持されている。ブッシュ21Cは、ベーンポンプ10のポンプカバー7に設けられており、ポンプカバー7はポンプケース6の開口部(図1では右側端部)を覆う様に設けられている。
ベーンポンプ10のロータ2は、連結手段23A(固定キー)によりモータシャフト23に連結されている。ロータ2の半径方向中心から半径方向外方に向かって複数のベーン溝2A(図2)が形成されており、ベーン溝2A内には半径方向に移動可能なベーン3(羽根)が設けられている。そしてベーンポンプ10のカムリング1はロータ2を収容しており、カムリング1の内周面(カム面)には、ロータ2の回転に伴ってベーン3の先端部が摺接する。
概略円柱形状のロータ2の回転中心と、ロータ2の外径より大径の内周面(カム面)を有するカムリング1の内径中心(カムリング1の内周面の曲率中心)との偏芯量は、図2において符号δ1で示されている。換言すると、図2、図4において、ロータ2の回転中心とカムリング1の内径中心は、上下方向にδ1だけ偏芯している。
The
The
Amount of eccentricity between the center of rotation of the roughly
カムリング1の内周面(カム面)は特定の周方向位置(例えば、図2における最下部位置)においてロータ2の外周面と最も接近し、外周面との隙間が最少となる。そして、カムリング1の入口ポート1A、前記特定の周方向位置(図2における最下部位置)及びその反対側の周方向位置(図2における最上部位置)、カムリング1の出口ポート1Bにより、作動流体流路(図2では、ポンプ室α01、α02、α1で示される空間)が構成される。
そして前記作動流体流路は、ロータ2の外周面とカムリング1の内周面とサイドプレート4、5(図1)の内面により画定されている。
The inner peripheral surface (cam surface) of the
The working fluid flow path is defined by the outer peripheral surface of the
ロータ2の外周面には、半径方向に延在するベーン溝2Aが、ロータ2の円周方向に概略等間隔に複数(図示の実施形態では6本)の配列されている。6本のベーン溝2Aには各々ベーン3が収容され、ロータ2が回転する際にベーン3は常時半径方向外方に向かって付勢され、その先端部(半径方向外方の先端部)がカムリング1の内周面(カム面)に摺接する様に構成されている。
図1、図2において、カムリング1、ロータ2の両側面(図1では左右両側、図2では紙面に垂直な側)には、プレート部材としてのサイドプレート4、5が配置されている。
上述した様に、隣接して配置されたベーン3と、ロータ2の外周面と、カムリング1の内周面と、サイドプレート4、5により、隙間領域α(ポンプ室:α1、α01、α02、・・・)が画定(区画)されている。
On the outer peripheral surface of the
In FIGS. 1 and 2,
As described above, the gap regions α (pump chambers: α1, α01, α02,) are formed by the
図2において、カムリング1の外周には入口ポート1Aと出口ポート1Bが設けられており、入口ポート1Aと出口ポート1Bはカムリング1の内径中心に対して点対称(中心線に対して対称)となる位置に形成されている。
ポンプケース6において、カムリング1の入口ポート1Aに対応する位置には吸込流路6Aが設けられており、カムリング1の出口ポート1Bに対応する位置には吐出流路6Bが設けられている。吸込流路6Aは、配管アダプタ8の入口ポート8Aを介して図示しない非圧縮性作動流体供給源に連通しており、吐出流路6Bは、配管アダプタ9の出口ポート9Aを介して(ベーンポンプ10から吐出された)非圧縮性作動流体の供給先に連通している。
In FIG. 2, an
In the
図1、図2において、電動モータ20を駆動してモータシャフト23を回転すると、モータシャフト23に連結されたロータ2が回転する(図2の矢印R1方向)。そして図2で示す様に、非圧縮性の作動流体(液体等)が、ポンプケース6の吸込流路6A、カムリング1の入口ポート1Aを介して流入し、隣接して配置されたベーン3とロータ2とカムリング1により画定されるポンプ室α01、α02に流入する。
図2で示す状態において、ポンプ室α01、α02は、カムリング1の入口ポート1Aと連通しているので、密閉空間には該当しない。
図2において、非圧縮性の作動流体の流れは、矢印Aで示されている。
In FIGS. 1 and 2, when the
In the state shown in FIG. 2, since the pump chambers α01 and α02 communicate with the
In FIG. 2, the incompressible working fluid flow is indicated by arrow A.
ポンプ室或いは空間αの位置は、ロータ2が回転するのに伴い、カムリング1の円周方向位置に対応して、図2において符号α01で示す位置、符号α02で示す位置、符号α1で示す位置・・・に順次移動し、当該移動をするに連れてポンプ室或いは空間αの大きさ(容積)も変化する。
作動流体は、隣接するベーン3とロータ2とカムリング1により画定されるポンプ室αにより出口ポート1Bへと移送され、ポンプ室αの容積の変動(拡縮)により作動流体は入口ポート1Aから吸い込まれ、ヘッドを付加されて出口ポート1Bから吐出される。
なお、図2〜図5における符号1Dはカムリング1の内周面に形成された連通溝であり、連通溝1Dの詳細は後述する。
The position of the pump chamber or the space α corresponds to the position in the circumferential direction of the
The working fluid is transferred to the
次に図3をも参照して、ポンプ室α1、カムリング1の入口ポート1A、出口ポート1Bについて説明する。
図2を参照して上述した様に、ロータ2が回転することにより(図2の矢印R1方向)、非圧縮性の作動流体は入口ポート1Aから、ベーン3A、3B、ロータ2、カムリング1により画定されたポンプ室α01(隙間領域)、ベーン3B、3C、ロータ2、カムリング1により画定されたポンプ室(隙間領域)α02に流入する(矢印A)。
Next, the pump chamber α1, the
As described above with reference to FIG. 2, the rotation of the rotor 2 (in the direction of arrow R1 in FIG. 2) allows the incompressible working fluid to flow from the
図3で示される瞬間において、ポンプ室α01、α02は入口ポート1Aと連通している。
一方、図3で示される瞬間には、ベーン3C、3D、ロータ2、カムリング1により画定されたポンプ室α1は入口ポート1Aとは連通しておらず、出口ポート1Bとも連通していない。換言すれば、図3で示される瞬間に、ポンプ室α1(ポンプ室α02の時計方向に隣接する隙間領域)は入口ポート1Aと非連通状態となる。一方、図3で示される瞬間には、ポンプ室α1は出口ポート1Bと非連通状態であるが、出口ポート1Bと連通する直前の状態である。さらに別の表現をすれば、図3で示される瞬間の直前までは、ポンプ室α1はカムリング1の入口ポート1Aと連通しており、図3で示される瞬間の直後には、ポンプ室α1は出口ポート1Bと連通する。
At the moment shown in FIG. 3, the pump chambers α01 and α02 communicate with the
On the other hand, at the moment shown in FIG. 3, the pump chamber α1 defined by the
図3で示される瞬間において、ポンプ室α1は入口ポート1A、出口ポート1Bのどちらにも連通していない。そして、図3で示される瞬間においては、ポンプ室α1は、その容積が最大となる位置に存在する。
すなわち図示のベーンポンプ10は、図3で示す瞬間(隣接するベーン3とロータ2とカムリング1により画定されるポンプ室α1(隙間領域)の容積が最大となる瞬間)を除き、入口ポート1A或いは出口ポート1Bの何れかがポンプ室α1(隙間領域)と連通する様に構成されている。
そして図1〜図3から明らかな様に、カムリング1の入口ポート1Aと出口ポート1Bの間の領域には、補助ポートは一切設けられていない。
なお、図3における符号1Cは貫通口であり、貫通口1Cについては図7を参照して後述する。
At the moment shown in FIG. 3, the pump chamber α1 does not communicate with either the
That is, the illustrated
As is clear from FIGS. 1 to 3, no auxiliary port is provided in the area between the
Reference numeral 1C in FIG. 3 is a through-hole, and the through-hole 1C will be described later with reference to FIG. 7.
図4をも参照して、ポンプ室α1と入口ポート1Aと出口ポート1Bの相対的な位置関係について、さらに説明する。ここで図4ではベーン3及びベーン溝2Aは図示されていないが、ロータ2の回転中心から半径方向外方へ延在する仮想線L1〜L6の各々がベーン3及びベーン溝2Aの位置を示している。
図2を参照して上述した様に、概略円柱形状のロータ2の回転中心O1と、ロータの外径より大径の内周面(カム面)を有するカムリング1の内径中心O2は、符号δ1で示す量だけ偏芯している。
図4で示す瞬間において、仮想線L1に位置するベーン(図示しない)と仮想線L2に位置するベーン(図示しない)とカムリング1とロータ2により画定されたポンプ室α1(隙間領域)は、カムリング1の入口ポート1Aと連通しておらず、出口ポート1Bとも連通していない。
The relative positional relationship between the pump chamber α1, the
As described above with reference to FIG. 2, the rotation center O1 of the
At the moment shown in FIG. 4, the vane located on the virtual line L1 (not shown), the vane located on the virtual line L2 (not shown), the
しかし、ロータ1が矢印R1方向に回転する中で、ポンプ室α1(隙間領域)が入口ポート1Aと出口ポート1Bの何れにも連通していないのは、図4で示す瞬間、すなわちポンプ室α1(隙間領域)の容積が最大となる瞬間だけである。
すなわち、図4に示す瞬間の直前まではポンプ室α1の容積は膨張(拡大)し、ポンプ室α1(隙間領域)は入口ポート1Aと連通している。そのため、隙間領域α1が拡大する際には入口ポート1Aから隙間領域α1に作動流体が供給される。
一方、図4に示す瞬間以降はポンプ室α1の容積が減少(収縮)するが、ポンプ室α1(隙間領域)は出口ポート1Bと連通した状態となる。そのため、隙間領域α1が収縮して非圧縮性の作動流体を加圧する際には出口ポート1Bと連通しており、ポンプ室α1内の作動流体が出口ポート1Bに排出される。
However, while the
That is, the volume of the pump chamber α1 expands (expands) until just before the moment shown in FIG. 4, and the pump chamber α1 (gap region) communicates with the
On the other hand, after the moment shown in FIG. 4, the volume of the pump chamber α1 decreases (contracts), but the pump chamber α1 (gap region) communicates with the
そのため、ポンプ室α1(隙間領域)が拡大(膨張)する際には入口ポート1Aから作動流体が供給されるので、ポンプ室α1内に空洞が生じることがなく、図3、図4で示す瞬間(ポンプ室α1の容積が最大となる瞬間)以降、ポンプ室α1の容積が減少して作動流体が加圧されても、空洞が潰れることによる騒音の発生が防止される。
また、図3、図4で示す瞬間(ポンプ室α1の容積が最大となる瞬間)の直後にポンプ室α1は出口ポート1Bと連通するので、ポンプ室α1(隙間領域)が収縮する際には出口ポート1Bから作動流体が排出され、作動流体の圧力が上昇してしまうことが無く、所謂「閉じ込み」現象の発生が防止されて、騒音の発生も防止される。
Therefore, when the pump chamber α1 (gap region) expands (expands), the working fluid is supplied from the
Further, since the pump chamber α1 communicates with the
そのため、カムリング1の入口ポート1Aと出口ポート1Bの間の領域に補助ポートを形成しなくても騒音の発生が防止され、カムリング1やポンプ本体に複雑な加工を施す必要が無い。
また、入口ポート1Aと出口ポート1Bはカムリング1の内径中心に対して点対称(中心線に対して対称)となる様に配置され(直径方向に配置され)るので、流路に折曲部(エルボ)や湾曲部を形成する必要が無く、作動流体の流路における抵抗が小さくなり、効率が向上する。
Therefore, noise is prevented from being generated even if the auxiliary port is not formed in the region between the
Further, since the
上述した様に、カムリング1の内周面には連通溝1Dが形成されている。
図5は、ポンプ室α1(隙間領域)の容積が最大となる瞬間(図2〜図4で示される瞬間)から収縮し、出口ポート1Bと連通した直後の状態を示している。図5において、ポンプ室α1の容積が最大となる瞬間(図2〜図4で示される瞬間)におけるベーン3C、3D(図3)の位置を、それぞれ仮想線L1、L2で示している。
図5の状態、すなわちポンプ室α1が出口ポート1Bと連通した直後の状態においては、ポンプ室α1の容積が最大となる瞬間に比較すると、ロータ2は矢印R1方向に僅かに回転し、ベーン3Dは吐出口1B側に僅かに進入している。
As described above, the
FIG. 5 shows a state immediately after the pump chamber α1 (gap region) contracts from the moment when the volume becomes maximum (the moment shown in FIGS. 2 to 4) and communicates with the
In the state of FIG. 5, that is, the state immediately after the pump chamber α1 communicates with the
ここで、ポンプ室α1が入口ポート1Aと連通している状態(ポンプ室α1の容積が最大となる瞬間以前の状態)では、吸入流路6A(図2)、入口ポート1Aを介してポンプ室α1に流入する(矢印A)作動流体の流速が非常に速いと、ポンプ室α1の圧力が低下する。そのため、高圧の出口ポート1Bの圧力との圧力差が遥かに大きくなる場合がある。
カムリング1の内周面に連通溝1Dが形成されていなければ、ポンプ室α1と出口ポート1Bの圧力の圧力差が大きいと、ポンプ室α1の容積が最大となる瞬間(図2〜図4の状態)から収縮して、図5で示す様にポンプ室α1が出口ポート1Bと連通した直後には、出口ポート1B内の吐出圧がポンプ室α1内に作用する(図5の矢印P1)。その結果、ポンプ室α1の作動流体の圧力が急激に上昇し、騒音が発生する。
また、ポンプ室α1(隙間領域)の作動流体の圧力が上昇することにより、当該上昇した圧力がベーン3の半径方向外方端部に作用して、ベーン3が半径方向内方に押し戻されてしまう場合がある。図5で示す状態でベーン3が半径方向内方に押し戻されると、カムリング1の内周面とベーン3の半径方向外方端部の間に隙間が形成されて、当該隙間から、作動流体(液体)が隣接するポンプ室(例えば、ポンプ室α02)に漏れてしまう。
Here, in the state where the pump chamber α1 communicates with the
If the
Further, as the pressure of the working fluid in the pump chamber α1 (gap region) rises, the increased pressure acts on the radial outer end of the
これに対して図示の実施形態では、図5に示す様に、カムリング1の内周面であって容積が最大となるポンプ室α1(隙間領域)に対応する位置に、連通溝1Dを形成している。連通溝1Dの入口ポート1A側の端部は、入口ポート1Aの近傍にあるが、入口ポート1Aと連通していない。また、連通溝1Dの出口ポート1B側の端部は、出口ポート1Bの近傍にあるが、出口ポート1Bと連通していない。
図5では、ポンプ室α1(隙間領域)と出口ポート1Bとは連通しており(連通部を符号Eで表示する)、ポンプ室α1と入口ポート1Aとはカムリング1の内周面の連通溝1Dを介して連通している。
図5には明確には示されないが、連通溝1Dは、比較的幅広で且つ浅い断面形状となる様に形成されている。連通溝1Dの断面形状を比較的幅広で且つ浅くした理由については、図6を参照して後述する。
On the other hand, in the illustrated embodiment, as shown in FIG. 5, a
In FIG. 5, the pump chamber α1 (gap area) and the
Although not clearly shown in FIG. 5, the
図5において、出口ポート1Bにおける吐出圧がポンプ室α1(隙間領域)に作用しても(矢印P1)、ポンプ室α1の作動流体の圧力は連通溝1Dを経由して入口ポート1A側に逃げる(矢印P2)。そのため、ポンプ室α1の圧力が過大に昇圧してしまうことはなく、騒音は発生しない。
ポンプ室α1の圧力が過大に昇圧しないため、ベーン3が半径方向内方に押し戻されることもなく、カムリング1の内周面とベーン3の半径方向外方端部の間に隙間が形成されてしまうことも防止される。そして、ポンプ室α1の圧力が隣接するポンプ室(例えば、ポンプ室α02)に作用することもない。
連通溝1Dにより、ポンプ室α1の圧力を入口ポート1A側に逃がす(矢印P2)際に、ポンプ室α1内の作動流体も入口ポート1A側(のポンプ室α02)へ漏れてしまい、その分だけポンプ効率は低下するが、当該作動流体の漏れ量は、連通溝1Dを経由してポンプ室α1からポンプ室α02に漏れてしまう作動流体の量や、ベーン3が半径方向内方に押し戻された場合における漏れ量に比較して、遥かに少ない。そのため、連通溝1Dを形成することにより、ポンプ効率が低下する恐れもない。
In FIG. 5, even if the discharge pressure in the
Since the pressure in the pump chamber α1 is not excessively increased, the
When the pressure in the pump chamber α1 is released to the
上述した様に、カムリング1に形成する連通溝1Dの断面形状は、比較的幅広で且つ浅い形状である。
発明者の実験によると、連通溝1Dを幅が狭く深い断面形状とすると、例えば図5において、出口ポート1Bの吐出圧がポンプ室α1に作用した場合に、連通溝1Dを経由して、ポンプ室α1からポンプ室α02に漏れてしまう作動流体の量が多くなる。
それに対して、連通溝1Dを幅広で且つ浅い断面形状にすると、連通溝1Dを経由して漏れてしまう(ポンプ室α1の)作動流体の量は微小になる。
図6を参照して、係る実験結果を説明する。
As described above, the cross-sectional shape of the
According to the inventor's experiment, assuming that the
On the other hand, if the
The experimental results will be described with reference to FIG.
図6において、横軸はポンプ室α1内の作動流体流路の幅方向位置、図5におけるポンプ室α1における半径方向位置であり、図6で右端はロータ1の外周面の位置であり、図6の左端はカムリング1の内周面の位置を示している。図6における縦軸は作動流体の流速を示している。
図6(A)は連通溝1Dが比較的幅広で且つ浅い断面形状である場合における作動流体の流速分布であり、図6(B)は連通溝1Dの幅が狭く且つ深い断面形状である場合における作動流体の流速分布である。
In FIG. 6, the horizontal axis is the position in the width direction of the working fluid flow path in the pump chamber α1, the position in the radial direction in the pump chamber α1 in FIG. 5, and the right end in FIG. 6 is the position of the outer peripheral surface of the
FIG. 6A shows the flow velocity distribution of the working fluid when the
連通溝1Dが比較的幅広で且つ浅い断面形状の場合(図6(A)で示す場合)、流路の幅方向位置がカムリング1の内周面(図6(A)の左端)における作動流体の流速は殆どゼロである。したがって、カムリング1の内周面に形成される連通溝1Dを流れる作動流体の流量は微小であり、連通溝1Dを経由して入口ポート1A側(のポンプ室α02)へ漏れてしまう作動流体の流量も微小である。
一方、連通溝1Dの幅が狭く深い断面形状の場合(図6(B)の場合)、流路の幅方向位置によっては作動流体の流速はあまり変化せず、カムリング1の内周面(図6(B)で左端)における流速は図6(A)における同位置の流速(殆どゼロ)に比較してはるかに大きい。そのため、連通溝1Dを流れる作動流体の流速及び流量が大きくなり、連通溝1Dを経由して入口ポート1A側(のポンプ室α02)へ漏れてしまう作動流体の流量も多量になってしまう。
そのため、連通溝1Dは比較的幅広で且つ浅い断面形状であるのが好適である。
When the
On the other hand, when the width of the
Therefore, it is preferable that the
次に主として図7を参照して、ベーン3を半径方向外方に付勢して突出させるためベーン溝2Aに対して圧力を供給する機構(プレッシャーローディングを行う機構)について説明する。
図7において、内部にロータ2を収容したカムリング1の開放端部(図7の上下両端部)は、サイドプレート4、5により覆われている。
カムリング1の出口ポート1Bにはサイドプレート4側に貫通する貫通孔1Cが穿孔されており、サイドプレート4には貫通孔1Cが連通する箇所から半径方向内方に向かう経路4Aが形成されている。
Next, a mechanism for supplying pressure to the
In FIG. 7, the open ends (upper and lower ends of FIG. 7) of the
The
サイドプレート4には、ベーン溝2Aの半径方向内方端部2AAに対向する位置に、半径方向内方端部2AAを連通する様に形成された円環状の溝4Bが設けられている。複数(図示の例では6本)のベーン溝2Aの半径方向内方端部2AAに連通する円環状の溝4Bは、サイドプレート4に形成された経路4Aにも連通している。
そのため、出口ポート1Bを流れる昇圧された作動流体は、カムリング1の貫通孔1C、サイドプレート4の経路4A、円環状の溝4Bを介して、ベーン溝2Aの半径方向内方端部2AAに供給される(導入される)。係る作動流体の流れは、図7において矢印Bで示されている。
The side plate 4 is provided with an annular groove 4B formed so as to communicate the inner end portion 2AA in the radial direction at a position facing the inner end portion 2AA in the radial direction of the
Therefore, the boosted hydraulic fluid flowing through the
図1〜図4を参照して上述した様に、図3、図4で示す瞬間よりもロータ2が回転することによりポンプ室α1の容積が収縮すると、ポンプ室α1内の作動流体は加圧されて出口ポート1Bから排出される(図7の矢印A)。
加圧されて出口ポート1Bから排出された作動流体の一部が貫通口1C、経路4A、円環状の溝4Bを流れ、ベーン溝2Aの半径方向内方端部2AAに供給される(導入される)ことにより、ベーン溝2A内のベーン3に対してプレッシャーローディングが為され、ベーン3は半径方向外方に付勢される。ベーン3を半径方向外方に付勢する力は、図7では矢印Fで示されている。
As described above with reference to FIGS. 1 to 4, when the volume of the pump chamber α1 contracts due to the rotation of the
A part of the working fluid that is pressurized and discharged from the
出口ポート1Bの貫通孔1Cを介して、加圧されて吐出された作動流体の一部がベーン溝2Aの半径方向内方端部2AAに導入され、プレッシャーローディングが行われるので、カムリング1の入口ポート1Aと出口ポート1Bの間の領域にポートを形成する必要が無く、当該ポートに複雑な加工を施す必要が無い。
そのため、カムリング1やポンプ本体の製造がさらに容易となり、製造のための労力、コストをより一層節減することが可能になる。
A part of the working fluid pressurized and discharged through the through hole 1C of the
Therefore, the
図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではないことを付記する。
例えば、ロータに形成するベーン溝の数と、当該ベーン溝に配置するベーンの数は、図示の実施形態では「6」であるが、それ以外の数、例えば「8」、「10」、その他の数とすることも出来る。
また、ベーンポンプの駆動源としては、電動モータ、内燃機関、変速装置の出力軸、その他の各種機器が適用可能であり、特に限定されるものではない。
It should be added that the illustrated embodiment is merely an example and is not a description intended to limit the technical scope of the present invention.
For example, the number of vanes formed in the rotor and the number of vanes arranged in the vanes are "6" in the illustrated embodiment, but other numbers such as "8", "10", etc. It can also be the number of.
Further, the drive source of the vane pump can be applied to an electric motor, an internal combustion engine, an output shaft of a transmission, and various other devices, and is not particularly limited.
1・・・カムリング
1A・・・入口ポート
1B・・・出口ポート
1C・・・貫通孔
1D・・・連通溝
2・・・ロータ
2A・・・ベーン溝
2AA・・・半径方向内方端部
3、3A、3B、3C、3D・・・ベーン(羽根)
4、5・・・サイドプレート
4A・・・経路
4B・・・円環状の溝
6・・・ポンプケース
6A・・・吸込流路
6B・・・吐出流路
7・・・ポンプカバー
8、9・・・配管アダプタ
8A・・・入口ポート
9A・・・出口ポート
10・・・ベーンポンプ
20・・・電動モータ
21A、21B、21C・・・ブッシュ
22・・・モータハウジング
23・・・モータシャフト
23A・・・連結手段
24・・・モータロータ
25・・・モータステータ
26・・・ステータ鉄心
27A、27B・・・スラストワッシャ
28・・・フレーム
α1、α01、α02・・・ポンプ室(隙間領域)
1 ...
4, 5 ...
Claims (1)
作動流体は非圧縮性であり、
カムリングには入口ポートと出口ポートが設けられており、
入口ポートと出口ポートはカムリングの内径中心に対して点対称となる位置に形成され、隣接するベーンとロータとカムリングにより画定される隙間領域の容積が最大となる瞬間を除き、入口ポート或いは出口ポートの何れかが当該隙間領域と連通する位置に形成され、カムリングの入口ポートと出口ポートの間の領域には補助ポートが形成されておらず、カムリングの内周面であって前記容積が最大となる隙間領域に対応する位置に連通溝が形成されており、
カムリングの開放端部を覆うサイドプレートを有しており、
カムリングの出口ポートにはサイドプレートの何れか一方側に連通する貫通孔が形成されており、
当該貫通孔が連通している側のサイドプレートには、貫通孔が連通する箇所から半径方向内方に向かう経路が形成されており、
ロータのベーン溝の半径方向内方端部はサイドプレートに形成された円環状の溝に連通しており、当該円環状の溝はサイドプレートに形成された前記経路に連通していることを特徴とするベーンポンプ。
A cam ring, a rotor whose rotation center is eccentric with respect to the inner diameter center of the cam ring, a vane groove formed radially outward from the rotation center of the rotor, and a vane that can move in the vane groove. In a vane pump with and
The working fluid is incompressible and
The cam ring has an inlet port and an exit port.
The inlet port and outlet port are formed at points symmetrical with respect to the center of the inner diameter of the cam ring, and the inlet port or outlet port is excluded except at the moment when the volume of the gap area defined by the adjacent vane, rotor and cam ring is maximized. Is formed at a position communicating with the gap region, no auxiliary port is formed in the region between the inlet port and the outlet port of the cam ring, and the inner peripheral surface of the cam ring has the maximum volume. A communication groove is formed at a position corresponding to the gap area.
It has a side plate that covers the open end of the cam ring
The outlet port of the cam ring has a through hole that communicates with either side of the side plate.
On the side plate on the side where the through hole communicates, a path is formed inward in the radial direction from the place where the through hole communicates.
The radial inner end of the vane groove of the rotor communicates with the annular groove formed on the side plate, and the annular groove communicates with the path formed on the side plate. Vane pump.
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