JP7231757B2 - 一体化された油圧ポンプ及びモータコントローラを有する電動モータ - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１９年７月１２日出願の米国仮特許出願第６２／８７３，３１５号、及び２０２０年１月３０日出願の米国仮特許出願第６２／９６７，８７７号に対する優先権を主張するものであり、上記仮特許出願はその全体が参照によって本出願に援用される。

油圧ポンプを駆動するために電動モータを使用できる。例えば、電動モータのロータに連結された出力シャフトを、油圧ポンプのシャフトに連結することにより、ロータの回転によって油圧ポンプの回転群を回転させ、流体流を供給できる。

モータコントローラは、典型的にはモータから分離しており、電動モータのステータの巻線にケーブルを介して接続される。モータコントローラは、直流電力を、モータを駆動するための三相交流電力に変換できる、切り替え可能なトランジスタのマトリックスを有するインバータを含むことができる。

油圧ポンプ及びモータコントローラを電動モータと一体化するアセンブリを有することが望ましい場合がある。このようにして、シャフト、軸受等の機械部品を、油圧ポンプとモータとの間で共有できる。更に、モータコントローラを電動モータと一体化することにより、コントローラと電動モータとの間のケーブルの数及び長さを削減できる。従ってこのような一体化された構成により、製造コストを削減でき、信頼性を高めることができ、またアセンブリを、別個の構成部品を有するものよりも小型化できる。本出願で行われる開示は、これらの考慮事項及び他の考慮事項に関して提示される。

本開示は、一体化された油圧ポンプ及びモータコントローラを有する電動モータに関連する実装形態を説明する。

第１の例示的実装形態では、本開示は：（i）中に内部チャンバを有するメインハウジング；（ii）上記メインハウジングの上記内部チャンバ内に配置され、（ａ）上記メインハウジングの上記内部チャンバ内に固定的に位置決めされたステータと、（ｂ）上記ステータ内に位置決めされたロータとを備える、電動モータ；（iii）上記メインハウジング内において少なくとも一部が上記電動モータの上記ロータ内に位置決めされた、油圧ポンプであって、上記油圧ポンプは、流入口から流体を受け取って、流体流を流出口に供給するように構成され、上記油圧ポンプは、上記電動モータの上記ロータに回転可能に連結されたポンプシャフトを備える、油圧ポンプ；（iv）上記メインハウジングに連結されたコントローラハウジング；及び（v）上記コントローラハウジング内に配置され、かつ上記電動モータを駆動するための電流を生成するよう構成された、１つ以上の回路基板を備える、モータコントローラを備える、アセンブリを記載する。

第２の例示的実装形態では、本開示は：直流電力源；流体リザーバ；油圧アクチュエータ；及びアセンブリを備えるシステムを記載する。上記アセンブリは：（i）中に内部チャンバを有するメインハウジング；（ii）上記メインハウジングの上記内部チャンバ内に配置され、（ａ）上記メインハウジングの上記内部チャンバ内に固定的に位置決めされたステータと、（ｂ）上記ステータ内に位置決めされたロータとを備える、電動モータ；（iii）上記メインハウジング内において少なくとも一部が上記電動モータの上記ロータ内に位置決めされた、油圧ポンプであって、上記油圧ポンプは、上記流体リザーバに流体連結された流入口から流体を受け取って、流体流を上記油圧アクチュエータに流体連結された流出口に供給するように構成され、上記油圧ポンプは、上記電動モータの上記ロータに回転可能に連結されたポンプシャフトを備える、油圧ポンプ；（iv）上記メインハウジングに連結されたコントローラハウジング；及び（v）上記コントローラハウジング内に配置された１つ以上の回路基板を備える、モータコントローラであって、上記１つ以上の回路基板は、上記直流電力源から直流電力を受け取って、上記電動モータを駆動するための電流を生成するよう構成される、モータコントローラを備える。

以上の概要は、例示的なものにすぎず、限定を意図したものでは決してない。上述の例示的態様、実装形態、及び特徴に加えて、更なる態様、実装形態、及び特徴が、図面及び以下の「発明を実施するための形態」を参照することにより明らかになるであろう。

実例の新規の特徴をなすと考えられる特徴部分は、添付の特許請求の範囲に記載される。しかしながら、これらの実例、並びにその使用の好ましいモード、更なる目的、及び説明は、本開示のある実例の以下の「発明を実施するための形態」を添付の図面と併せて参照することにより、最も良好に理解されるであろう。

図１は、ある例示的実装形態によるアセンブリの斜視図である。 図２は、ある例示的実装形態による図１のアセンブリの側面断面図である。 図３は、別の例示的実装形態による油圧ポンプ及びエンドカバーの側面断面図である。 図４は、ある例示的実装形態による、遊星ギヤボックス、油圧ポンプ、及びエンドカバーを示す、図１のアセンブリの部分分解斜視図である。 図５は、ある例示的実装形態による図４のエンドカバーの斜視図である。 図６は、ある例示的実装形態による図１のアセンブリの分解斜視図である。 図７Ａは、ある例示的実装形態によるモータコントローラの斜視図である。 図７Ｂは、ある例示的実装形態による図７Ａのモータコントローラの別の斜視図である。 図７Ｃは、ある例示的実装形態による、インバータボードを示す、モータコントローラの部分斜視図である。 図８は、ある例示的実装形態による、バッテリと、油圧アクチュエータと、電動モータ、油圧ポンプ、及びモータコントローラのアセンブリとを含むシステムのブロック図である。 図９は、ある例示的実装形態によるアセンブリの側面断面図である。

本開示は、構成部品を共有することによりコストを削減し、空間を節約し、信頼性を高めるコンパクトな構成を提供するアセンブリを得るために、油圧ポンプ及びモータコントローラ（インバータ等の電子駆動デバイスを含む）を、電動モータと一体化させる又は電動モータに埋め込むことに関する。

図１は、ある例示的実装形態によるアセンブリ１００の斜視図であり、図２は、アセンブリ１００の側面断面図である。アセンブリ１００は、一体化された電動モータ１０２、油圧ポンプ１０４、及びモータコントローラ１０６を備える。アセンブリ１００は、中に内部チャンバ１１２を有するメインハウジング１０８を含み、この中に電動モータ１０２及び油圧ポンプ１０４の構成部品が配置される。

電動モータ１０２は、メインハウジング１０８の内部チャンバ１１２内で固定的に位置決めされたステータ１１０を含む。ステータ１１０は、磁場を生成するよう構成される。特に、ステータ１１０は、ステータ１１０の本体（例えば積層スタック）の周りに巻き付けられた巻線（図示せず）を含むことができ、巻線を介して電流が供給されると、磁場が生成される。

電動モータ１０２は更に、ステータ１１０内の環状空間内に位置決めされたロータ１１４を含む。電動モータ１０２は更に、ステータ１１０とロータ１１４との間の環状空間内に、ロータ１１４に取り付けられた磁石１１６を含むことができる。磁石１１６は、ステータ１１０によって生成される磁場と相互作用して、ロータ１１４を回転させ、トルクを生成するよう構成される。他の例示的実装形態では、永久磁石を含まない異なるタイプの電動モータを使用してよい。

ロータ１１４は、筒部１１８及びスピンドル部１２０を有することができる。スピンドル部１２０は、ロータ１１４をメインハウジング１０８に対して回転させることができるように、メインハウジング１０８内で軸受１２２を介して支持される。複数の例では、スピンドル部１２０は、スプライン１２６を介して、ロータシャフト１２４に回転可能に連結できる。これらの例では、ロータシャフト１２４は、後述の遊星ギヤボックス１２８等のギヤボックスに回転可能に連結できる。

油圧ポンプ１０４は、メインハウジング１０８内において、少なくとも一部が、電動モータ１０２のロータ１１４及びステータ１１０内に取り付けられる。特に油圧ポンプ１０４はエンドカバー１３０に固定的に取り付けることができ、このエンドカバー１３０は、複数の留め具又はボルト１３２等のボルトを介してメインハウジング１０８に連結される。

図３は、ある例示的実装形態による、油圧ポンプ１０４及びエンドカバー１３０の側面断面図であり、図４は、遊星ギヤボックス１２８、油圧ポンプ１０４、及びエンドカバー１３０を示す、アセンブリ１００の部分分解斜視図である。図３及び４を合わせて説明する。

図４に示した遊星ギヤボックス１２８は、上述のロータシャフト１２４に回転可能に連結された太陽歯車３００を含むことができる。上述したように、ロータ１１４のスピンドル部１２０は、スプライン１２６を介してロータシャフト１２４に連結され、従ってロータ１１４が回転すると、ロータシャフト１２４及びこれに連結された太陽歯車３００も同様に回転できる。

遊星ギヤボックス１２８はまた、第１の遊星歯車３０２、第２の遊星歯車３０４、及び第３の遊星歯車３０６といった複数の遊星歯車を含むことができる。遊星ギヤボックス１２８は、遊星歯車３０２～３０６の各回転中心が太陽歯車３００の中心の周りで回転するように構成される。

遊星ギヤボックス１２８は更に、遊星歯車３０２～３０６の中心を太陽歯車３００の中心に連結するよう構成された遊星キャリア３０８を含むことができる。遊星キャリア３０８は、遊星歯車３０２～３０６を太陽歯車３００の周りで搬送しながら、回転できる。更に、遊星歯車３０２～３０６は、ギヤボックスリングギヤ３１０の内歯と係合するよう構成され、これにより遊星歯車３０２～３０６は、ギヤボックスリングギヤ３１０のピッチ円上を転がることができる。

この構成により、ロータ１１４が回転すると、ロータシャフト１２４及び太陽歯車３００が回転でき、これによって、遊星歯車３０２～３０６を、ギヤボックスリングギヤ３１０の内周上を転がりながら太陽歯車３００の周りを回転するようにし、これによって遊星キャリア３０８を同様に回転させる。遊星キャリア３０８は、内歯を有するハブ３１２を有することができ、上記内歯は、ポンプシャフト３１６に回転運動を伝達するために、ポンプシャフト３１６のスプライン３１４に係合するよう構成される。

遊星ギヤボックス１２８の構成は、例示のみを目的として一例として記述及び図示されていることを理解されたい。ギヤボックスの他の構成を用いることができる。遊星ギヤボックス１２８は、電動モータ１０２の回転速度を油圧ポンプ１０４のための比較的低い回転速度へと低減する減速機として使用できる。他の例示的実装形態では、ギヤボックスを使用しない場合があり、ポンプシャフト３１６を、スプライン３１４を介してスピンドル部１２０に直接連結できる。

油圧ポンプ１０４は例えばギヤポンプとして構成できる。特に、図中に示した例示的実装形態では、油圧ポンプ１０４は内接ギヤポンプとして構成され、これは、ポンプハウジング３２１内に配置された、ポンプピニオン３１８（例えば外歯が外周面に形成された外接平歯車）及びポンプリングギヤ３２０（例えば内歯が内周面に形成されたリングギヤ）を有し、従ってポンプピニオン３１８の外歯は、ポンプリングギヤ３２０の内歯と係合するよう構成される。図３～４に示したように、ポンプピニオン３１８はポンプシャフト３１６に取り付けられるか、又はポンプシャフト３１６の一体部分であり、ポンプピニオン３１８の歯はポンプリングギヤ３２０の歯と係合する。

図５は、ある例示的実装形態によるエンドカバー１３０の斜視図である。図１及び４～５に示したように、エンドカバー１３０は、（例えばいずれの油圧ラインのホースを介して）アセンブリ１００に流体連結された流体リザーバから流体を受け取るよう構成された、流入口３２２を有することができる。エンドカバー１３０はまた、油圧ポンプ１０４からアセンブリ１００に流体連結された油圧コンシューマ（例えば油圧アクチュエータ）へと出力される加圧流体を供給するための、流出口３２４を含む。エンドカバー１３０は更にドレン口３２６を有する。

動作中、ロータ１１４が回転すると、ポンプシャフト３１６は上述したように回転する。ポンプピニオン３１８がポンプリングギヤ３２０内で回転すると、これらは、流入口３２２に流体連結された油圧ポンプ１０４の吸込側において分離又は係合解除されて、空所及び吸引が生成され、続いて上記空所は、流入口３２２からの流体で充填される。流体は、ポンプピニオン３１８及びポンプリングギヤ３２０のギヤ歯によって、流出口３２４に流体連結された油圧ポンプ１０４の吐出側に運ばれる。ポンプピニオン３１８及びポンプリングギヤ３２０のギヤ歯の噛合は流体を移動させ、流体はその後、流出口３２４に供給される油圧ポンプ１０４の内圧を低下させるために、油圧ポンプ１０４からドレンラインを介してドレン口３２６へと、流体を排出できる。

図４に示したように、油圧ポンプ１０４は、内側クレセント３２８、及び外側又は上部クレセント３３０を含む。内側クレセント３２８と外側又は上部クレセント３３０とをピボットピン３３２によって支持することにより、クレセントの配向が保持され、ポンプリングギヤ３２０及びポンプピニオン３１８が半径方向に封止される。クレセント３２８、３３０はまた、半径方向補償装置としても動作する。

クレセント３２８、３３０を板ばね３３４によって支持することにより、ポンプリングギヤ３２０及びポンプピニオン３１８を封止できる。また、油圧ポンプ１０４は、内側クレセント３２８と外側又は上部クレセント３３０との間に配置され、かつ更なる板ばね３３８によって支持された、逆止弁ピン３３６を含み、これにより、動作中の、油圧ポンプ１０４内の高圧流体を有する通路又は容積から低圧流体を有する通路又は容積への漏れを防ぐ。

ポンプリングギヤ３２０及びポンプピニオン３１８は更に、ポンプリングギヤ３２０及びポンプピニオン３１８の両側で、スラストプレート３４０、３４２によって軸方向に支持される。スラストプレート３４０、３４２は、漏れを低減できる軸方向補償装置として動作でき、油圧ポンプ１０４の効率を改善できる。

スラストプレート３４０、３４２はまた、第１又はフロントカバー３４４及び第２又はバックカバー３４６によって支持される。フロントカバー３４４及びバックカバー３４６は、圧力シール３５０及びバックシール３５２によって支持された圧力補償ポケット３４８を有することができる。圧力補償ポケット３４８は、スラストプレート３４０、３４２を通して受け取った加圧流体で充填でき、加圧流体はその後、封止のために、スラストプレート３４０、３４２をポンプリングギヤ３２０及びポンプピニオン３１８に対して押し付けるのを助ける。

バックカバー３４６は更に、ポンプ端部取付カバー３５４によって軸方向に支持される。ポンプ端部取付カバー３５４は、ロータ１１４内への漏れを防止するためにリップシール３５６を含むことができる。ポンプ端部取付カバー３５４のキャビティ（この中にリップシール３５６が配置される）は、ドレン通路３５８を通してドレン口３２６に接続され、これにより、高圧流体がこのリップシールキャビティから排出される。

図５に示したように、エンドカバー１３０は、ボルト孔３６０等の４つのボルト孔を含む。図４及び５を参照すると、油圧ポンプ１０４の構成部品を位置合わせして積み重ねた後、エンドカバー１３０の１つ以上のボルト孔３６０に受承されるボルト３６２等のソケットヘッドボルトを用いて固定することによって、油圧ポンプ１０４を組み立てることができる。

ギヤポンプは本明細書中では例示のための一例として用いられている。ベーンポンプ又はピストンポンプといった他のタイプのポンプを同様に使用してよいことを理解されたい。

図１～２に戻ると、アセンブリ１００は更に、メインハウジング１０８に連結されたコントローラハウジング１３４を含む。コントローラハウジング１３４は更に、ボルト１３８等の複数のボルトを介して、コントローラハウジングカバー１３６に連結される。この構成により、コントローラハウジング１３４及びコントローラハウジングカバー１３６はエンクロージャを形成し、この中にモータコントローラ１０６が配置される。

図６は、ある例示的実装形態によるアセンブリ１００の分解斜視図である。図６に示したように、コントローラハウジング１３４及びコントローラハウジングカバー１３６は、モータコントローラ１０６を取り囲む。このようにして、モータコントローラ１０６はアセンブリ１００内に埋め込まれ、アセンブリ１００の中で電動モータ１０２及び油圧ポンプ１０４と一体化される。

モータコントローラ１０６は、図示されているように、互いから軸方向にずらされたコントローラボード６００及びインバータボード６０２を含むことができる。コントローラボード６００及びインバータボード６０２は、プリント回路基板（ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｏａｒｄ：ＰＣＢ）として構成できる。ＰＣＢは、電子部品（例えばマイクロプロセッサ、集積チップ（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｈｉｐ：ＩＣ）、キャパシタ、抵抗器等）を機械的に支持し、またこれらを、導電性トラック、パッド、並びに非導電性基板のシート層の上に及び／又は上記シート層の間に積層された銅製の１つ以上のシート層からエッチングされた他の特徴部分を用いて、電気的に接続する。構成部品は一般にＰＣＢ上にはんだ付けされ、これによってこれらは電気的に接続され、かつＰＣＢに機械的に固定される。

図７Ａは、ある例示的実装形態によるモータコントローラ１０６の斜視図であり、図７Ｂはモータコントローラ１０６の別の斜視図であり、図７Ｃは、コントローラボード６００を伴わずにインバータボード６０２を示す、モータコントローラ１０６の部分斜視図である。図７Ａ～７Ｃを合わせて説明する。

図示したように、インバータボード６０２をコントローラボード６００から分離させて、支持棒７００等の支持棒を介してコントローラボード６００に連結できる。インバータボード６０２は、コントローラハウジングカバー１３６と接続されるインバータボード６０２の端面を横断して横方向に配置された、バスバー７０１等の複数のバスバーを含むことができる。バスバーは導電性であり、直流（ＤＣ）電力を受け取って、インバータボード６０２の反対側に取り付けられた構成部品に電力を供給するよう構成される。

一例として、ＤＣ電力を、バッテリから、正のＤＣリード７０２及び負のＤＣリード７０４（例えば電気アース）等のリードを介して、インバータボード６０２に供給できる。この構成により、ＤＣ電力がバスバーに供給され、その後バスバーはこの電力を、インバータボード６０２の他の構成部品に伝送する。

インバータボード６０２は、インバータボード６０２において受け取ったＤＣ電力を、電動モータ１０２を駆動するためにステータ１１０の巻線に供給できる三相交流（ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ ｃｕｒｒｅｎｔ：ＡＣ）電力に変換する、電力変換器として構成できる。図７Ｃに示したように、インバータボード６０２は半導体スイッチングマトリックス７０６を含み、これはインバータボード６０２に取り付けられ、正のＤＣリード７０２に接続された正のＤＣ端子及び負のＤＣリード７０４に接続された負のＤＣ端子に電気的に接続されるよう構成される。インバータボード６０２は更に、インバータボード６０２とコントローラボード６００との間の軸方向空間に配置された、キャパシタ７０７等の複数のキャパシタを含むことができる。

半導体スイッチングマトリックス７０６は、ＤＣ‐三相電力変換を支援できる半導体スイッチングデバイスのいずれの構成を含むことができる。例えば、半導体スイッチングマトリックス７０６は、ブリッジ素子によって（ＤＣリード７０２、７０４に連結された）ＤＣ入力端子に電気的に連結され、三相ＡＣ出力端子７０８、７１０、７１２に接続された、三相インバータを含むことができる。

例えば、半導体スイッチングマトリックス７０６は、トランジスタ７１４（例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ又は金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）等の複数のトランジスタを含むことができる。トランジスタは、例えばコントローラボード６００に取り付けられたマイクロプロセッサによって供給されるパルス幅変調（ｐｕｌｓｅ ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｅｄ：ＰＷＭ）信号によって、作動又は「オン（ｏｎ）」状態と停止又は「オフ（ｏｆｆ）」状態との間で切り替え可能である。マイクロプロセッサは１つ以上のプロセッサを含むことができる。プロセッサとしては、汎用プロセッサ（例えばＩＮＴＥＬ（登録商標）シングルコアマイクロプロセッサ若しくはＩＮＴＥＬ（登録商標）マルチコアマイクロプロセッサ）、又は専用プロセッサ（例えばデジタル信号プロセッサ、グラフィックスプロセッサ、若しくは特定用途向け集積回路（ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ：ＡＳＩＣ）プロセッサ）が挙げられる。プロセッサは、コンピュータ可読プログラム命令（ｃｏｍｐｕｔｅｒ‐ｒｅａｄａｂｌｅ ｐｒｏｇｒａｍ ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ：ＣＲＰＩ）を実行するよう構成できる。プロセッサは、（例えばＣＲＰＩによって）ソフトウェアコーディングされた機能に加えて又はその代わりに、ハードコーディングされた機能を実行するよう構成できる。

半導体スイッチングマトリックス７０６のトランジスタが、ＰＷＭ信号によって特定の時点において作動又は停止すると、ＡＣ出力端子７０８、７１０、７１２においてＡＣ電圧波形が生成される。従って、ＡＣ出力端子７０８、７１０、７１２における電圧波形は、電位ＤＣ＋と電位ＤＣ－との間で変調されスイングするパルスである。その後、ＡＣ電圧波形は、電動モータ１０２を駆動するためにステータ１１０の巻線に提供される。

モータコントローラ１０６は、複数のセンサを含むことができる。例えば、モータコントローラ１０６は、電動モータ１０２の動作温度及び／又は油圧ポンプ１０４を通って流れる作動液の流体温度を示す情報を提供するよう構成された温度センサを含むことができる。モータコントローラ１０６はまた、電動モータ１０２の巻線における電流レベルを示す情報を提供するホール効果電流センサを含むことができる。

モータコントローラ１０６は更に、圧力センサと、ロータシャフト１２４又はポンプシャフト３１６の角度位置を示すセンサ情報を提供するよう構成された回転位置センサとを含むことができる。回転位置センサ情報を、電動モータ１０２を制御するマイクロプロセッサが使用することによって、ロータ１１４によって生成された速度及びトルクを閉ループフィードバック制御構成で制御できる。

例えば、コントローラボード６００は、ロータ１１４のスピンドル部１２０の近くに取り付けられることになるエンコーダ７１６を含むことができる。エンコーダ７１６は、ロータシャフト１２４に連結された、図２に示した磁石７１８と相互作用するよう構成できる。エンコーダ７１６は、ロータシャフト１２４の角度位置又は運動を、電動モータ１０２を制御するマイクロプロセッサに供給されるアナログ又はデジタル出力信号に変換する、電気機械装置として構成される。

モータコントローラ１０６は更に、コントローラボード６００の導電性トラックに電気的に接続できる複数の導体ピンを収容する中空プラスチック構成部品として構成された、電気コネクタ７２０を含むことができる。メス型ピンを有するコネクタソケット（図示せず）は、導体ピンがコネクタソケットのメス型ピンに接触するように、電気コネクタ７２０に取り付けることができる。メス型ピンにワイヤを接続して、電気コネクタ７２０の導体ピンに信号を供給し、また電気コネクタ７２０の導体ピンから信号を受信できる。

この構成により、モータコントローラ１０６は例えば、セントラルコントローラから、又は機械の入力装置（例えばホイールローダ、バックホウ、若しくは掘削機といった油圧式機械のジョイスティック）から、油圧ポンプ１０４によって提供されることになる所望の流体圧力及び流体流量を示すコマンド信号を受信できる。そしてモータコントローラ１０６は、ステータ１１０に供給されるＡＣ電力を制御して、ポンプシャフト３１６において特定の速度及びトルクを生成して所望の流体圧力レベル及び流量を提供できる。モータコントローラ１０６はまた、電気コネクタ７２０を介して、（例えばエンコーダ７１６からの）センサ信号を別のセントラルコントローラに提供できる。

コントローラボード６００及びインバータボード６０２は、これらの間での信号及び電力の送受信、並びにアセンブリ１００の他の構成部品又は外部構成部品への信号及び電力の伝送を容易にするための、複数の接合部を含むことができる。

一例では、アセンブリ１００は更に、アセンブリ１００に連結されるよう構成された油圧マニホルドを含むことができる。例えば、マニホルドはエンドカバー１３０に取り付けることができ、マニホルドは複数のソレノイド弁及び流路を含むことができ、ここでソレノイド弁は、このような流路を通る流体流を制御する。よってマニホルドは、流入口３２２、流出口３２４、及びドレン口３２６への、並びにこれらからの、流体流を制御できる。

コントローラボード６００は、マニホルドのソレノイド弁のソレノイドコイルに供給される電流及び電圧信号を制御して、ソレノイド弁の作動、及び動作の状態を制御する、電子弁ドライバを含むことができる。このようにして、モータコントローラ１０６は更に、ソレノイド弁の動作及びマニホルドを通る流体流を制御するよう構成できる。

動作中、アセンブリ１００は、電動モータ１０２が油圧ポンプ１０４を駆動する場合、又は油圧ポンプ１０４が、電動モータ１０２を発電機として駆動する場合に使用できる。従って、油圧ポンプ１０４は、エネルギ回収及び油圧アクチュエータへの流体動力の供給が可能な４象限双方向ポンプとして動作できる油圧ポンプ／モータとして構成できる。

図８は、ある例示的実装形態による、バッテリ８０２等の直流電力源、油圧アクチュエータ８０３、及びアセンブリ１００を含むシステム８００のブロック図である。バッテリ８０２は、モータコントローラ１０６に（例えばコントローラボード６００及びインバータボード６０２に）電力を供給するよう構成できる。モータコントローラ１０６はその後、電動モータ１０２を制御して油圧ポンプ１０４を駆動する。油圧ポンプ１０４は、流入口３２２を通して流体リザーバ８０１から流体を引くことができ、また（例えば流出口３２４を介して）油圧アクチュエータ８０３に流体流を供給する、又は油圧アクチュエータ８０３から流体流を受け取ることによって、油圧アクチュエータ８０３の動作を制御できる。

油圧アクチュエータ８０３はまた、流体リザーバに流体連結でき、これにより流体リザーバに戻り流体流を供給できる。油圧アクチュエータ８０３は例えば、直線運動できるピストンを中に有する油圧式リニアシリンダアクチュエータ、又は油圧モータとすることができる。

上述したように、コントローラボード６００は、１つ以上のプロセッサ、例えばコントローラボード６００に連結されたメモリ８０５に記憶できるコンピュータ可読プログラム命令（ＣＲＰＩ）を実行するよう構成されたプロセッサ８０４を有することができる。メモリ８０５は、プロセッサ８０４によって実行されたときにシステム８００に本明細書中に記載の動作を実行させるプログラムコードを記憶するために、例えばディスク又はハードドライブを含む記憶デバイス等の、いずれのタイプのコンピュータ可読媒体（非一時的媒体）又はメモリを含むことができる。コントローラボード６００はまた、上述のエンコーダ７１６を含む１つ以上のセンサ８０６を含むことができる。

上述したように、例示的実装形態では、マニホルドをエンドカバー１３０に連結でき、このようなマニホルドは、アセンブリ１００に流入しアセンブリ１００から流出する流体の流体流及び圧力レベルを制御する複数のソレノイド弁を含むことができる。これらの実装形態では、コントローラボード６００は更に、コマンド信号を受信し、それに応答して電流又は電圧を生成して弁のソレノイドアクチュエータを作動させるよう構成された、電子弁駆動装置８０８（例えばアナログ弁駆動装置回路又はマイクロプロセッサベースのソレノイドコントローラ）を含んでよい。

コントローラボード６００は、ソレノイド弁のソレノイドコイル等の外部構成部品に電気的に接続されるよう構成された接合部８１０を有することができる。複数の例では、バッテリ８０２は、接合部８１０を介してコントローラボード６００に電気的に連結できる。

コントローラボード６００は、インバータボード６０２の接合部８１４に電気的に連結されるよう構成された別の接合部８１２を有することができ、これにより、これらの間の信号の交換が容易になる。例えばインバータボード６０２は、半導体スイッチングマトリックス７０６を含むゲート駆動論理モジュール８１６を含むことができる。コントローラボード６００は、接合部８１２、８１４を介して、上述のＰＷＭ信号をインバータボード６０２に送信することにより、ゲート駆動論理モジュール８１６を作動させて、電動モータ１０２を駆動する三相ＡＣ電力を生成することができる。

他方では、インバータボード６０２は、電動モータ１０２のステータ１１０の巻線に供給される電流を測定するよう構成されたホール効果電流センサ８１８を含むことができる。インバータボード６０２は、接合部８１２、８１４を介して、ホール効果電流センサ８１８からコントローラボード６００のプロセッサ８０４にセンサ情報を提供できる。そしてプロセッサ８０４は、電動モータ１０２を制御して、電動モータ１０２に連結された油圧ポンプ１０４から特定の流量を供給するための、閉ループフィードバック制御戦略を実装できる。

システム８００の構成部品は、互いに、及び／又は各システムに連結された他の構成部品と、相互接続された様式で動作するよう構成してよい。本明細書に記載のシステム８００の動作又は構成部品のうちの１つ以上を、更なる動作的構成要素又は物理的構成部品に分割することも、より少ない動作的構成要素又は物理的構成部品へと結合することもできる。いくつかの更なる例では、更なる動作的構成要素及び／又は物理的構成部品を、図８に示した例に追加してよい。また更に、システム８００の構成部品又はモジュールのうちのいずれは、本明細書中に記載の論理動作を実装するための１つ以上の命令を含むプログラムコードを実行するよう構成された、プロセッサ（例えばマイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ等）を含んでよいか、又は上記プロセッサの形態で提供してよい。一例では、システム８００は、他のシステム内に含まれていてよい。

複数の構成のバリエーションを、図１～８に示した例示的実装形態に実装できる。例えば、メインハウジング１０８を、別個のハウジングとして形成されたコントローラハウジング１３４に連結させるのではなく、両方のハウジングを結合して単一のハウジングとすることができる。別の例として、内接ギヤポンプを使用するのではなく、外接ギヤポンプ又は異なるポンプのタイプを使用できる。また、別の例示的実装形態では、遊星ギヤボックスを使用しなくてもよく、ロータをポンプシャフトに直接連結してよい。また、油圧ポンプ１０４はステータ１１０内に部分的に配置されているが、別の例示的実装形態では、ポンプ全体をステータの巻線内に配置してもよい。

これらの例示的なバリエーションを、図９に関して以下で説明する。しかしながら、図１～８の実装形態及び図９の実装形態の特定の態様を、多様な異なる構成で配置して組み合わせることができ、これらは全て本出願中で考慮されるものであることを理解されたい。更に、文脈がそうでないことを示唆していない限り、図１～８の実装形態において例示した特徴は、図９の実装形態において例示される特徴と組み合わせて用いてよい。

図９は、ある例示的実装形態によるアセンブリ９００の側面断面図である。アセンブリ９００は、ポンプ‐モータチャンバ９０４及びコントローラチャンバ９０６を有するハウジング９０２を備える。ポンプ‐モータチャンバ９０４は、電動モータ９０８及び油圧ポンプ９１０を収容又は内包し、コントローラチャンバ９０６は、モータコントローラ９１２を収容又は内包する。

この構成により、２つの別個のハウジング、即ちポンプ及び電動モータ用の１つのハウジング並びにモータコントローラ用のもう１つのハウジングではなく、ハウジング９０２は、電動モータ９０８及び油圧ポンプ９１０用のチャンバと、モータコントローラ９１２用の別のチャンバとを有する、（例えば単一のハウジング又は単一のブロックとして作製された）単体構造を有する。また、図１～６の構成と同様に、電動モータ９０８、油圧ポンプ９１０、及びモータコントローラ９１２は、アセンブリ９００内で一体化される。

電動モータ９０８は、ハウジング９０２のポンプ‐モータチャンバ９０４内に固定的に位置決めされたステータ９１４を含む。ステータ９１４は、ステータ１１０と同様に構成され、電流がステータ９１４の巻線を通して供給されたときに磁場を生成する。ステータ９１４は、ステータ９１４がポンプ‐モータチャンバ９０４の略全長を通って軸方向に延在するという点で、ステータ１１０とは異なる。

電動モータ９０８は更に、ステータ９１４内の環状空間内に位置決めされたロータ９１６を更に含む。ロータ９１６は、ステータ９１４が磁場を生成すると回転する。ロータ９１６は、筒部９１８及びスピンドル部９２０を有する。スピンドル部９２０は、ロータ９１６をハウジング９０２に対して回転させることができるように、ハウジング９０２内で支持軸受９２２を介して支持される。スペーサ９２４は、支持軸受９２２を互いから離す。別の例では、図２の構成と同様に単一の軸受を使用する。

油圧ポンプ９１０は、ハウジング９０２内において、全体が電動モータ１０２のステータ９１４内に取り付けられる。換言すると、油圧ポンプ９１０は、ステータ９１４と略同じ程度、軸方向に延在する。油圧ポンプ９１０はエンドカバー９２６に固定的に取り付けられ、このエンドカバー９２６は、ボルト９２７等の複数のボルトを介してハウジング９０２に連結される。

油圧ポンプ９１０と油圧ポンプ１０４とは、これらが両方ともギヤポンプであるという点で類似している。しかしながら、油圧ポンプ９１０は、リングギヤ内に配置された外接ギヤを有する（油圧ポンプ１０４のような）内接ギヤポンプではなく、２つの外接ギヤを有する外接ギヤポンプである。

特に油圧ポンプ９１０は、ポンプハウジング９３２内に配置されたポンプピニオン９２８（例えば外周面に形成された外歯を有する外接平歯車）及びポンプ外接ギヤ９３０（例えば外周面に形成された外歯を有する外接平歯車）を有し、従ってポンプピニオン９２８の外歯は、ポンプ外接ギヤ９３０の外歯と係合するよう構成される。ポンプピニオン９２８は駆動シャフト９３４に取り付けられるか、又は駆動シャフト９３４一体部分であり、ポンプ外接ギヤ９３０は、駆動シャフト９３４に対して平行に配置されたポンプシャフト９３６に取り付けられる。駆動シャフト９３４は、ロータ９１６の回転運動が駆動シャフト９３４に伝送されるように、スピンドル部９２０の内スプライン９３７と係合する外スプラインを有する。

ポンプ外接ギヤ９３０及びポンプピニオン９２８は、これらの両側で、スラストプレート９３８、９４０によって軸方向に支持される。スラストプレート３４０、３４２と同様に、スラストプレート９３８、９４０は、漏れを低減する軸方向補償装置として動作し、油圧ポンプ９１０の効率を改善できる。

スラストプレート９３８、９４０は、フロントカバー９４２及びバックカバー９４４によって支持される。フロントカバー３４４及びバックカバー３４６と同様に、フロントカバー９４２及びバックカバー９４４は圧力補償ポケットを有することができ、これはスラストプレート９３８、９４０を通して受け取った加圧流体で充填され、続いて加圧流体は、封止のために、スラストプレート９３８、９４０をポンプ外接ギヤ９３０及びポンプピニオン９２８に対して押し付けるのを助ける。

アセンブリ９００は更に、ボルト９４８等の複数のボルトを介してハウジング９０２に連結されたハウジングカバー９４６を含む。この構成により、ハウジング９０２及びハウジングカバー９４６はエンクロージャ、即ちコントローラチャンバ９０６を形成し、この中にモータコントローラ９１２が配置される。このようにして、モータコントローラ９１２はアセンブリ９００内に埋め込まれ、アセンブリ９００の中で電動モータ９０８及び油圧ポンプ９１０と一体化される。

モータコントローラ９１２は、図示されているように、互いから軸方向にずらされたコントローラボード９５０及びインバータボード９５２を含むことができる。コントローラボード９５０及びインバータボード９５２は、ＰＣＢとして構成でき、上述のコントローラボード６００及びインバータボード６０２と同様の様式で動作できる。

アセンブリ９００は更に、ロータ９１６のスピンドル部９２０の近くに取り付けられたエンコーダ９５４を含む。エンコーダ７１６と同様に、エンコーダ９５４は、ロータ９１６の角度位置又は運動を、電動モータ９０８を制御するマイクロプロセッサに供給されるアナログ又はデジタル出力信号に変換する、電気機械装置として構成できる。他のタイプの角度位置センサを使用してもよい。

以上の「発明を実施するための形態」は、添付の図面を参照して、本開示のシステムの様々な特徴及び動作を記載している。本明細書中に記載される例示的実装形態は、限定を意図したものではない。本開示のシステムの特定の態様は、多様な異なる構成で配置して組み合わせることができ、これらは全て本出願中で考慮されるものである。

更に、文脈がそうでないことを示唆していない限り、各図に示した複数の特徴を互いに組み合わせて用いてよい。よって、図面は全体として、１つ以上の総体的な実装形態の構成要素の態様として検討されるものとし、例示された特徴が各実装形態に必要であるとは限らないことを理解されたい。

更に、本明細書又は特許請求の範囲における要素、ブロック、又はステップのいずれの列挙は、明確性を目的としたものである。よって、このような列挙は、これらの要素、ブロック、若しくはステップが特定の構成の通りであること、又は特定の順序で実施されることを要求する、又は暗示すると解釈されるべきではない。

更にデバイス又はシステムは、図面に提示された機能を実行するために使用又は構成できる。いくつかの例では、デバイス及び／又はシステムの構成部品を、これらの機能を実行するように構成してよく、従ってこれらの構成部品は、実際にこのような実行を実現できるように（ハードウェア及び／又はソフトウェアによって）構成及び構造化される。他の例では、デバイス及び／又はシステムの構成部品は、例えばある特定の様式で動作した場合に、機能の実行に適合される、機能の実行が可能である、又は機能の実行に好適となるように、配置してよい。

用語「略（ｓｕｂｓｔａｎｔｉａｌｌｙ）」は、記載されている特性、パラメータ、又は値が必ずしも厳密に達成されず、例えば公差、測定誤差、測定精度の限界、及び当業者に公知の他の因子を含む偏差又はばらつきが、上記特性が提供しようとしている効果を排除しないような量で発生し得ることを意味する。

本明細書中で記載される配置は、例示のみを目的としたものである。従って、当業者は、他の配置並びに他の要素（例えば機械、インタフェース、操作、順序、及び操作のグループ化等）を代わりに使用でき、所望の結果に応じて一部の要素を完全に省略してよいことを理解するであろう。更に、記載される要素の多くは、個別の若しくは分散された構成部品として、又はいずれの好適な組み合わせ及び位置において他の構成部品と共に実装できる、機能エンティティである。

様々な態様及び実装形態を本明細書中で開示したが、当業者には他の態様及び実装形態が明らかとなるであろう。本明細書中で開示される様々な態様及び実装形態は、例示を目的としたものであり、限定を意図したものではなく、真の範囲は、以下の特許請求の範囲と、特許請求の範囲が権利を与えられた均等物の全範囲とによって示される。また、本明細書中で使用される術語は、特定の実装形態を説明することのみを目的としており、限定を意図したものではない。

Claims (19)

1. 中に内部チャンバを有するメインハウジング；
   前記メインハウジングの前記内部チャンバ内に配置され、（i）前記メインハウジングの前記内部チャンバ内に固定的に位置決めされたステータと、（ii）前記ステータ内に位置決めされたロータとを備える、電動モータ；
   前記メインハウジング内において少なくとも一部が前記電動モータの前記ロータ内に位置決めされた、油圧ポンプであって、前記油圧ポンプは、流入口から流体を受け取って、流体流を流出口に供給するように構成され、前記油圧ポンプは、前記電動モータの前記ロータに回転可能に連結されたポンプシャフトを備える、油圧ポンプであって、前記油圧ポンプは：
   （１）前記メインハウジングの前記内部チャンバ内において少なくとも一部が前記ロータ内に配置された、ポンプハウジング；
   （２）前記ポンプハウジング内に配置されたポンプリングギヤ；及び
   （３）ポンプピニオンであって、前記ポンプシャフトに連結され、前記ポンプピニオンの外歯が前記ポンプリングギヤの内歯と係合するように前記ポンプリングギヤ内に配置されるよう構成された、ポンプピニオン
   を備える、油圧ポンプ；
   前記メインハウジングに連結されたコントローラハウジング；及び
   前記コントローラハウジング内に配置され、かつ前記電動モータを駆動するための電流を生成するよう構成された、１つ以上の回路基板を備える、モータコントローラ
   を備える、アセンブリ。
2. 前記メインハウジングに連結された、前記流入口及び前記流出口を備えるエンドカバーを更に備える、請求項１に記載のアセンブリ。
3. 前記ロータは、筒部及びスピンドル部を備え、
   前記ポンプシャフトは、前記スピンドル部に回転可能に連結される、請求項１に記載のアセンブリ。
4. 前記ロータの前記スピンドル部に連結されたロータシャフトを更に備え、前記ポンプシャフトは、前記ロータシャフトに回転可能に連結される、請求項３に記載のアセンブリ。
5. 前記ロータの前記筒部内に配置され、前記ロータシャフトを前記ポンプシャフトに連結して、前記ポンプシャフトの回転速度を前記ロータシャフトに対して低下させるよう構成された、ギヤボックスを更に備える、請求項４に記載のアセンブリ。
6. 前記ギヤボックスは：
   前記ロータシャフトに連結された太陽歯車；
   前記太陽歯車と係合する複数の遊星歯車；
   前記複数の遊星歯車に連結された遊星キャリア；及び
   ギヤボックスリングギヤ
   を備える遊星ギヤボックスであり、
   前記複数の遊星歯車は、前記ギヤボックスリングギヤの内歯に係合するよう構成され、
   前記遊星キャリアは前記ポンプシャフトに連結される、請求項５に記載のアセンブリ。
7. 前記ロータの前記スピンドル部は、前記メインハウジング内において、前記メインハウジングに対する前記ロータの回転を可能とする少なくとも１つの軸受上に支持される、請求項４に記載のアセンブリ。
8. コントローラハウジングカバーであって、前記コントローラハウジングカバー及び前記コントローラハウジングが、前記モータコントローラの前記１つ以上の回路基板が中に配置されるエンクロージャを形成するように、前記コントローラハウジングに連結される、コントローラハウジングカバーを更に備える、請求項１に記載のアセンブリ。
9. 前記１つ以上の回路基板は：
   半導体スイッチングマトリックスが取り付けられたインバータボードであって、前記半導体スイッチングマトリックスは、直流電力を、前記電動モータを駆動するための三相交流電力に変換するよう構成された、複数の半導体スイッチングデバイスを備える、インバータボード；及び
   前記インバータボードから軸方向にずらされ、前記インバータボードに電気的に連結された、コントローラボードであって、前記コントローラボードは、前記半導体スイッチングマトリックスを動作させるためのスイッチング信号を生成するよう構成されたプロセッサを備える、コントローラボード
   を備える、請求項１に記載のアセンブリ。
10. 前記コントローラボードは、前記コントローラボードに取り付けられ、前記ロータの回転位置を示すセンサ情報を前記プロセッサに送信するよう構成された、エンコーダを更に備える、請求項９に記載のアセンブリ。
11. 前記インバータボードに取り付けられた複数のバスバー；及び
    前記複数のバスバーに連結され、バッテリから直流電力を受け取るよう構成された、バッテリリード
    を更に備える、請求項９に記載のアセンブリ。
12. 前記油圧ポンプは、全体が、前記電動モータの前記ステータ内に軸方向に位置決めされる、請求項１に記載のアセンブリ。
13. 前記メインハウジング及び前記コントローラハウジングは、（i）前記油圧ポンプ及び前記電動モータを内包するポンプ‐モータチャンバと、（ii）前記モータコントローラを内包するコントローラチャンバとを備える、単一のブロックとして構成された、単一のハウジングを形成する、請求項１に記載のアセンブリ。
14. 直流電力源；
    流体リザーバ；
    油圧アクチュエータ；及び
    アセンブリ
    を備える、システムであって、
    前記アセンブリは：
    中に内部チャンバを有するメインハウジング；
    前記メインハウジングの前記内部チャンバ内に配置され、（i）前記メインハウジングの前記内部チャンバ内に固定的に位置決めされたステータと、（ii）前記ステータ内に位置決めされたロータであって、筒部及びスピンドル部を備えたロータとを備える、電動モータ；
    前記メインハウジング内において少なくとも一部が前記電動モータの前記ロータ内に位置決めされた、油圧ポンプであって、前記油圧ポンプは、前記流体リザーバに流体連結された流入口から流体を受け取って、流体流を前記油圧アクチュエータに流体連結された流出口に供給するように構成され、前記油圧ポンプは、前記電動モータの前記ロータの前記スピンドル部に回転可能に連結されたポンプシャフトを備える、油圧ポンプ；
    前記メインハウジングに連結されたコントローラハウジング；及び
    前記コントローラハウジング内に配置された１つ以上の回路基板を備える、モータコントローラであって、前記１つ以上の回路基板は、前記直流電力源から直流電力を受け取って、前記電動モータを駆動するための電流を生成するよう構成される、モータコントローラ
    を備える、システム。
15. 前記１つ以上の回路基板は：
    半導体スイッチングマトリックスが取り付けられたインバータボードであって、前記半導体スイッチングマトリックスは、直流電力を、前記電動モータを駆動するための三相交流電力に変換するよう構成された、複数の半導体スイッチングデバイスを備える、インバータボード；及び
    前記インバータボードから軸方向にずらされ、前記インバータボードに電気的に連結された、コントローラボードであって、前記コントローラボードは、前記半導体スイッチングマトリックスを動作させるためのスイッチング信号を生成するよう構成されたプロセッサを備える、コントローラボード
    を備える、請求項１４に記載のシステム。
16. 前記コントローラボードは、前記コントローラボードに取り付けられ、前記ロータの回転位置を示すセンサ情報を前記プロセッサに送信するよう構成された、エンコーダを更に備える、請求項１５に記載のシステム。
17. 前記インバータボードに取り付けられ、前記直流電力源に電気的に連結された、複数のバスバーを更に備える、請求項１５に記載のシステム。
18. 前記インバータボードは、前記電動モータの電流を測定するよう構成された複数のホール効果電流センサを更に備える、請求項１５に記載のシステム。
19. 前記コントローラボードは、ソレノイド弁の動作を制御するよう構成された電子弁駆動装置を更に備える、請求項１５に記載のシステム。

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