JP5643039B2

JP5643039B2 - 電動ポンプ

Info

Publication number: JP5643039B2
Application number: JP2010215736A
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: 2010-09-27
Filing date: 2010-09-27
Publication date: 2014-12-17
Anticipated expiration: 2030-09-27
Also published as: EP2447534A3; US20120076678A1; EP2447534B1; JP2012067735A; US8801401B2; EP2447534A2

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、外周側のモータ部と内周側のポンプ部とが実質的に一体化されてなる電動ポンプの改良に関する。

例えば車両用の内燃機関や自動変速機における電動オイルポンプとして、特許文献１には、電動モータとポンプとを直列に連結した従前の構成に代えて、トロコイドポンプのアウタロータに永久磁石を配し、ハウジング側のコイルによって直接に回転駆動するようにした構成のものが開示されている。すなわち、環状の永久磁石がアウタロータの外周面に固定されているとともに、その外周を囲むハウジングにコアおよびコイルが配置され、前者がモータのロータに、後者がステータに、それぞれ相当する構成となっている。そして、上記アウタロータの内周側には、公知のトロコイドポンプのインナロータが配置されており、アウタロータの回転に伴って該インナロータが回転することで、ポンプ作用を果たすようになっている。

特開２００３−１２９９６６号公報

上記の電動オイルポンプに用いられているトロコイドポンプは、例えば４つのローブを有するインナロータが５つの凹部を有するアウタロータに噛み合った一般的な構成であるが、このようなトロコイドポンプでアウタロータ側を回転駆動してインナロータを従動させようとすると、回転の伝達が主に一つのローブにおいて局部的になされるため、インナロータに駆動力を円滑に伝達することができない。また、アウタロータとインナロータとが直接に接触し、しかもインナロータの回転数はアウタロータの回転数よりも大（ローブと凹部の個数の比による）であるためアウタロータがインナロータを増速する形で駆動する必要があるので、摺動抵抗が非常に大きくなり、実際には、ポンプとして実用に供することが困難である。

この発明に係る電動ポンプは、吸入ポートおよび吐出ポートを有し、かつ周方向に複数個のコイルが配置され、内周側が円筒面をなすハウジングと、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、上記アウタロータの内周側に該アウタロータに対し偏心した位置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インナロータと、上記アウタロータから上記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、を備えて構成されている。

この構成では、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、複数の連結プレートを介してインナロータへ伝達され、アウタロータと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。

好ましい一つの態様では、上記アウタロータの内周面に、上記連結プレートの外周端が揺動可能に嵌合するプレート保持溝が凹設されている。そして、上記アウタロータの外周面においては、隣接する一対のプレート保持溝の間に対応する角度範囲にそれぞれ上記永久磁石が配置されている。つまり、内周側のプレート保持溝と外周側の永久磁石とが互いに重なり合わない位置に配置されており、これにより、アウタロータの半径方向の厚さが最小限のものとなる。

また一つの態様では、上記吸入ポートおよび上記吐出ポートの少なくとも一方が上記アウタロータの外周面に向かって形成されており、上記アウタロータには、該アウタロータの外周側と内周側とを連通する複数個の連通孔が形成されている。つまり、各連通孔を介して外周側の吸入ポートから各チャンバへ流体が導入され、あるいは、各チャンバから外周側の吐出ポートへ流体が吐出される。

この発明によれば、外周側のモータ部と内周側のポンプ部とが実質的に一体化した構成となるので、全体として小型の電動ポンプを提供できる。特に、直接は接触しないアウタロータとインナロータとを複数の連結プレートで連結し、アウタロータにインナロータを等速で従動させる構成であるので、摺動抵抗が非常に小さく、回転に要するトルクも小さくて済むため、両者が円滑に回転し、十分に実用性を有する電動ポンプとすることができる。

この発明に係る電動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。モータ部としての永久磁石とコイルとの関係の説明図。コイルの大きさを異ならせた電動ポンプの第２の実施例を示す横断面図。吸入ポートおよび吐出ポートを外周側に設けた第３の実施例を示す横断面図。連結プレートの形状が異なる第４の実施例を示す横断面図。

図１および図２は、この発明に係る電動ポンプの一実施例として電動オイルポンプ１を示す横断面図および縦断面図であって、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の内周側に位置するインナロータ４と、上記アウタロータ３と上記インナロータ４とを連結する複数の連結プレート５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、周壁の内部に、複数個、例えば９個のコイル１１が周方向に等間隔に配置されている。これらのコイル１１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１１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１では、コイル１１を簡略化して描いてあるが、図示した各々のコイル１１が、後述するようにそれぞれステータの磁極を構成している。また軸方向の両端部には、ハウジング２内部の空間に向かって開口するように、吸入ポート１２および吐出ポート１３が互いに適宜な角度だけ離れた位置に設けられている。これらの吸入ポート１２および吐出ポート１３は、図２に示すように、ハウジング２外側面の吸入口１４および吐出口１５に連通している。なお、図２の例では、軸方向の各々の端面に吸入ポート１２と吐出ポート１３の双方が設けられているが、一方の端面に吸入ポート１２のみを設け、他方の端面に吐出ポート１３のみを設けた構成も可能である。

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１８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１８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１８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１９（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１９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。

上記アウタロータ３の内周面３ｂには、図３に拡大して示すような断面円形のプレート保持溝２１が軸方向に沿って形成されている。このプレート保持溝２１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１８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２１の間の角度範囲に各々の永久磁石１８があり、換言すれば、隣接する２つの永久磁石１８の間の樹脂部分３ｃに、プレート保持溝２１が形成されている。このように永久磁石１８とプレート保持溝２１とが周方向に重なり合わないことで、アウタロータ３の強度を確保しつつ該アウタロータ３の半径方向の肉厚を小さく設定することが可能となる。

上記インナロータ４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、その外周面には、６個のスロット２６が等間隔に放射状に形成されている。なお、図示例では、上記シャフト２５がハウジング２に固定され、該シャフト２５にインナロータ４の中心孔が嵌合しているが、インナロータ４に固定したシャフト２５をハウジング２側で軸受するように構成してもよい。また、図示例では、インナロータ４は、外周面４ａが円形断面をなす単純な円筒形をなしているが、外周面４ａが例えば多角形（この場合は六角形）などの非円形をなすことも可能である。このインナロータ４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。また図１に示すように、インナロータ４の外周面４ａの一箇所はアウタロータ３の内周面３ｂに近接しており、微小間隙を介してほぼ接した状態となっているが、これは必ずしも必須ではなく、最も接近している箇所においてインナロータ４とアウタロータ３とが多少離れている構成も可能である。

上記のようにインナロータ４が上記アウタロータ３の内周に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、この空間に上記の吸入ポート１２および吐出ポート１３が開口することとなるが、この空間は、さらに、６個の連結プレート５によって、６個のチャンバ３０に区画されている。上記連結プレート５は、図３にも示すように、略Ｓ字形に屈曲した板状をなし、外周端の断面円形をなす頭部５ａが上記アウタロータ３のプレート保持溝２１に揺動可能に嵌合しているとともに、内周端５ｂが上記インナロータ４のスロット２６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４の回転位置に応じて、アウタロータ３内周面３ｂとインナロータ４外周面４ａ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２１とスロット２６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５の内周端５ｂ側がスロット２６内で進退し、かつスロット２６に対する姿勢が変化する。上記連結プレート５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４を同方向に押していくように作用するものであり、図示するような略Ｓ字形をなすことで、スロット２６内で進退しつつ傾斜でき、かつスロット２６内壁面との間に生じる隙間が比較的小さくなっている。

上記の連結プレート５によって区画された各チャンバ３０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１２から図１左側の吐出ポート１３へオイルを圧送するポンプ作用が得られる。

図４の説明図は、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とからなるモータ部の構成を示している。図示するように、この実施例では、ハウジング２側にＵ１〜Ｕ３，Ｖ１〜Ｖ３，Ｗ１〜Ｗ３の９個のコイル１１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１８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１８およびコイル１１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。

図１と図４とを対比すれば明らかなように、本発明では、永久磁石１８は必ず偶数個となり、従って、各永久磁石１８の間に配置される連結プレート５の個数も同数の偶数個となる。

上記のような実施例においては、電気モータとポンプと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。そして、上記構成では、アウタロータ３の回転が６個の連結プレート５を介してインナロータ４に伝達され、インナロータ４がアウタロータ３と等速で回転するので、回転力がインナロータ４の周方向の複数箇所に分散して伝達されることになり、かつインナロータ４とアウタロータ３との間で無理な接触（摩擦を伴う接触）を生じることがなく、インナロータ４が円滑にアウタロータ３に従動する。従って、効率や耐久性等の点で十分に実用に供しうる小型の電動オイルポンプ１を提供することができる。また、上記実施例では、アウタロータ３において永久磁石１８とプレート保持溝２１とが周方向に重ならないように配置されているので、アウタロータ３の半径方向の厚さを最小限にでき、結果として、電動オイルポンプ１全体の外径が小さくなる。

図５は、この発明に係る電動オイルポンプ１の第２の実施例を示している。この実施例は、周方向に配列された複数のコイル１１の中の一部の巻数を多くし、かつ一部の巻数を少なくしたものである。具体的には、４つの相対的に巻数の多い大型のコイル１１Ａと５つの相対的に巻数の少ない小型のコイル１１Ｂを有する。

次に、図６は、この発明に係る電動オイルポンプ１の第３の実施例を示している。この実施例では、吸入ポート１２および吐出ポート１３が、ハウジング２の周壁部分に設けられており、１８０°離れた２箇所において、アウタロータ３の外周面３ａに面して開口している。そして、アウタロータ３には、該アウタロータ３の外周側と内周側とを連通する６個の連通孔３５が半径方向に沿って放射状に形成されている。従って、各連通孔３５は、その内周端が各チャンバ３０に向かって開口しており、吸入ポート１２もしくは吐出ポート１３と合致する回転位置では、各チャンバ３０がこの連通孔３５を介して吸入ポート１２もしくは吐出ポート１３と連通する。なお、図示例では、永久磁石１８と連通孔３５とが周方向に重なり合わないように永久磁石１８を小型化し、その側縁に隣接してプレート保持溝２１を形成してあるが、永久磁石１８に切欠あるいは開口部を設け、ここに連通孔３５を配置することで、永久磁石１８の寸法の制約を排除することもできる。また図示例では、ハウジング２の周方向の一部を吸入ポート１２および吐出ポート１３が占有し、残りの部分に６個のコイル１１を配置した不均一な６スロットのモータ構成として図示されているが、吸入ポート１２および吐出ポート１３を軸方向の一端部に偏って配置することで、軸方向の残りの部分にコイル１１を配置することができ、例えば図１に示したものと同様の９スロットのモータ構成とすることが可能である。

この図６の実施例によれば、吸入ポート１２および吐出ポート１３を外周側に配置できるので、電動オイルポンプ１としてのレイアウトの自由度が増え、特に、軸方向の寸法をより小さくすることができる利点がある。

また、図７は、第４の実施例として、連結プレート５を平坦な板状に単純化した実施例を示している。このような単純な板状の連結プレート５であっても、複数箇所でアウタロータ３とインナロータ４とが連結されていることから、インナロータ４は十分円滑にアウタロータ３に従動して回転し、ポンプ作用を達成することが可能である。

１…電動オイルポンプ
２…ハウジング
３…アウタロータ
４…インナロータ
５…連結プレート
１１…コイル
１２…吸入ポート
１３…吐出ポート
１８…永久磁石
２６…スロット
３５…連通孔

Claims

吸入ポートおよび吐出ポートを有し、かつ周方向に複数個のコイルが配置され、内周側が円筒面をなすハウジングと、
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、
上記アウタロータの内周側に該アウタロータに対し偏心した位置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インナロータと、
上記アウタロータから上記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、
上記アウタロータの内周面に、上記連結プレートの外周端が揺動可能に嵌合するプレート保持溝が凹設されているとともに、上記アウタロータの外周面においては、隣接する一対のプレート保持溝の間に対応する角度範囲にそれぞれ上記永久磁石が配置されていることを特徴とする電動ポンプ。
上記吸入ポートおよび上記吐出ポートの少なくとも一方が上記アウタロータの外周面に向かって形成されており、上記アウタロータには、該アウタロータの外周側と内周側とを連通する複数個の連通孔が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電動ポンプ。