JP2010144595A - 電動ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】軸受部の損耗を抑制できる電動ポンプを提供する。
【解決手段】電磁力によって回転するモータロータ１２と、アウタロータ２１及びインナロータ２２を備えたポンプ部２０と、一方にモータロータ１２を支持し、他方にインナロータ２２を支持してモータロータ１２からの回転力をポンプ部２０に伝達するシャフト３０と、モータロータ１２・ポンプ部２０・シャフト３０を収容するケース４０と、を備え、ケース４０は、少なくともシャフト３０のうちモータロータ１２とインナロータ２２との間の部位３１を支持する軸受部４４を有し、軸受部４４は、モータロータ１２の径方向内側でモータロータ１２とシャフト３０との間に延在する延在部４４ａを有する電動ポンプＸ。
【選択図】図１

Description

本発明は、電磁力によって回転するモータロータと、アウタロータ及びインナロータを備えたポンプ部と、一方にモータロータを支持し、他方にインナロータを支持して前記モータロータからの回転力を前記ポンプ部に伝達するシャフトと、モータロータ・ポンプ部・シャフトを収容するケースと、を備えた電動ポンプに関する。

上述した電動ポンプとしては、例えば特許文献１に、アウタロータおよびインナロータを備えたポンプ部と、電磁力によって回転するモータロータを備えたモータ部とを具備したものが開示してある。ポンプ部およびモータ部はケース内に収容される。

モータロータはシャフトに連結して回転子を形成する。当該回転子は、ケースの内周面に固定された固定子に対向配置されＮ極とＳ極とが周方向に交互に等配されたマグネットを有する。当該マグネットと、固定子に巻線したコイルとが相互作用して回転子が回転し、ポンプ部に回転力が伝達される。

シャフトは、その一端部が自由端となっており、他端部がポンプ部と一体回転可能に支持される。また、シャフトは、ケースに貫通形成された軸受部を挿通しており、当該シャフトにおけるモータロータとポンプ部との間の部位が当該軸受部によって軸支される。

特開２００７−２７０６７８号公報

回転子が回転する際には、マグネットとコイルとの間の吸引力により、シャフトを介して軸受部に回転子の径方向の荷重が作用する。そして、マグネットとコイルとの間の吸引力が働くモータ領域（作用領域）とシャフトを軸支する軸受部（支点）との距離が離間するほど、軸受部に回転子の径方向の荷重が大きく作用する。

特許文献１に記載の電動ポンプでは、シャフトは、その長さの中央より他端部の側（ポンプ部の側）で軸受部によって軸支してある。このように、作用領域であるモータ領域と、支点である軸受部との距離が大きいため、マグネットとコイルとの間の吸引力が軸受部に大きく作用する。そのため、軸受部における負荷が増大してフリクションが大きくなり、軸受部が損耗する虞がある。

従って、本発明の目的は、軸受部の損耗を抑制できる電動ポンプを提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る電動ポンプの第一特徴構成は、電磁力によって回転するモータロータと、アウタロータ及びインナロータを備えたポンプ部と、一方に前記モータロータを支持し、他方に前記インナロータを支持して前記モータロータからの回転力を前記ポンプ部に伝達するシャフトと、前記モータロータ・前記ポンプ部・前記シャフトを収容するケースと、を備え、前記ケースは、少なくとも前記シャフトのうち前記モータロータと前記インナロータとの間の部位を支持する軸受部を有し、前記軸受部は、前記モータロータの径方向内側で前記モータロータと前記シャフトとの間に延在する延在部を有する点にある。

本構成のように、延在部を、モータロータの径方向内側でモータロータとシャフトとの間に延在させ、モータロータのシャフト軸芯に沿った厚み領域内に突出するように形成することで、軸受部がシャフトを軸支する範囲を広く設定できる。

本構成であれば、軸受部（支点）の一部である延在部を、マグネットとコイルとの間の吸引力が働く領域（作用領域）に近づけることができる。そのため、当該吸引力が作用した場合であっても軸受部が受ける負荷およびフリクションを抑制することができ、軸受部が損耗するのを未然に防止することができる。

本発明に係る電動ポンプの第二特徴構成は、前記延在部は、前記モータロータの前記シャフトの軸方向における厚み中心を通り且つ前記シャフトの軸芯に垂直な平面と交わる点にある。

本構成によれば、延在部を、モータロータの前記厚み中心を通る平面よりモータロータの側に形成することができる。そのため、延在部を、少なくともモータロータの前記厚みの半分以上の厚み幅に亘って突出するように形成することができる。
従って、軸受部はシャフトを軸支できる範囲をより広く設定できる。さらに、軸受部（支点）を、マグネットとコイルとの間の吸引力が発生する領域（作用領域）により一層近づけることができるため、軸受部の損耗防止効果が高まる。

本発明に係る電動ポンプの第三特徴構成は、前記ケースが、前記シャフトの一方を封じる第１ケースと、前記軸受部を備える第２ケースと、前記シャフトの他方を封じる第３ケースとで構成した点にある。

本構成では、シャフトの両端を封じる第１ケース，第３ケースと、軸受部を備える第２ケースとをそれぞれ別部材として製造できる。従って、各ケース部材にシャフトを収容するための加工を個別に施すことができるため、ケースの加工が容易となる。

本発明に係る電動ポンプの第四特徴構成は、前記第１ケースおよび前記第２ケースには、互いに嵌合する内側嵌合部および外側嵌合部の何れか一方を各別に設けた点にある。

本構成によれば、第１ケースに第２ケースを密着させる場合には、例えば第２ケースに形成した内側嵌合部と第１ケースに形成した外側嵌合部とを嵌合させて組み立てることができる。これにより、第１ケースに第２ケースを密着させるだけで第１ケースと第２ケースとの相対的な位置関係を決めることができる。従って、第１ケースに対して想定された主軸芯と、第２ケースに想定された主軸芯とを精度高く一致させることが可能となる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。本発明の電動ポンプは自動車において潤滑用のオイル等の供給系に備えられるものであるが、用途は自動車に限るものではなく、オイル以外の流体の供給に使用しても良い。

図１〜４に示したように本発明の電動ポンプＸは、電磁力によって回転するモータロータ１２と、アウタロータ２１及びインナロータ２２を備えたポンプ部２０と、一方にモータロータ１２を支持し、他方にインナロータ２２を支持してモータロータ１２からの回転力をポンプ部２０に伝達するシャフト３０と、モータロータ１２・ポンプ部２０・シャフト３０を収容するケース４０と、を備える。
ケース４０は、少なくともシャフト３０のうちモータロータ１２とインナロータ２２との間の部位３１を支持する軸受部４４を有し、軸受部４４は、モータロータ１２の径方向内側でモータロータ１２とシャフト３０との間に延在する延在部４４ａを有する。

（モータロータ）
モータロータ１２は、ケース４０に配設したコイル部１１（後述）の内周に回転可能となるように隣接して設けてあり、シャフト軸芯Ｙを中心とするディスク状で磁気を有する成形物である。

モータロータ１２は、その外周部分に沿って複数の永久磁石１２ａを配置するとともに、当該永久磁石１２ａを保持するバックヨーク１２ｂを備える。永久磁石１２ａは、その複数個を周方向にＮ極とＳ極とが交互になるように配設してある。バックヨーク１２ｂは鉄などの強磁性体の薄板を積層したものである。永久磁石１２ａにバックヨーク１２ｂを近接配置することにより、永久磁石１２ｂの磁束の拡がりを抑制して磁束密度を高めている。
永久磁石１２ａおよびコイル部１１により、電磁力によって回転力を引き起こすモータ領域が形成される。

本実施形態では、バックヨーク１２ｂに永久磁石１２ａを保持した状態で、バックヨーク１２ｂ・永久磁石１２ａ・シャフト３０を樹脂一体成形した態様を例示する。このように樹脂一体成形することで、ディスク状部１２ｃが形成される。これら３つの部材（バックヨーク１２ｂ・永久磁石１２ａ・シャフト３０）は樹脂一体成形した回転子６０としてケース４０に組み付けられる。本構成では、回転子６０をケースに組み付ける際に、永久磁石１２ａとバックヨーク１２ｂとを接着する手間が省けるため、電動ポンプＸの組み立て効率が向上する。

（ポンプ部）
ポンプ部２０は、アウタロータ２１及びインナロータ２２を備える。インナロータ２２はシャフト軸芯Ｙ周りで回転し、アウタロータ２１はインナロータ２２の外部に配置される。アウタロータ２１はシャフト軸芯Ｙと偏芯する副軸芯Ｚ周りで回転自在にポンプ部２０に支持されている。インナロータ２２の中心部分にはシャフト３０の外形と等しい内径となる孔部２２ａが形成され、シャフト３０が当該孔部２２ａに挿通する。

本実施形態のポンプ部２０では、トロコイド状の内歯を有するアウタロータ２１および当該内歯に噛み合う外歯を有するインナロータ２２を例示するが、この態様に限られるものではない。

インナロータ２２の外周にはトロコイド曲線に従う歯面形状の複数の歯部が形成されている（図４）。アウタロータ２１の内周には、インナロータ２２の歯数より１つ多い歯数の歯部が形成されている。このアウタロータ２１の歯形はインナロータ２２の回転時にインナロータ２２の歯部に接触する形状に成形されている。アウタロータ２１の内周とインナロータ２２の外周との間には多数のポンプ空間ＰＳが断続形成されている。

（シャフト）
シャフト３０は、一方にモータロータ１２を支持し、他方にインナロータ２２を支持してモータロータ１２からの回転力をポンプ部２０に伝達する。シャフト３０は、例えば鋼材などの金属材料で形成する。

後述するように、シャフト３０は、一方の端部３０ａを第１ケース４１の嵌合凹部４１ｅに、他方の端部３０bを第３ケース４３の嵌合凹部４３ｅに嵌め込むことにより、シャフト３０の両端部をケース４０に支持している。

シャフト３０は、その両端３０ａ，３０ｂが自由端となっており、その中央領域（モータロータ１２とインナロータ２２との間の部位３１）の外面がケース４０に設けた軸受部４４によって回転可能に支持される。シャフト３０の回転時には、モータロータ１２およびインナロータ２２はシャフト３０と一体回転する。

（ケース）
ケース４０は、モータロータ１２・ポンプ部２０・シャフト３０を収容する。ケース４０は、全体の外形がシャフト軸芯Ｙを中心とした円柱状となっている。

本実施形態ではケース４０を３つの部材で構成した場合について説明する。具体的には、ケース４０は、シャフト３０の一方を封じる第１ケース４１と、軸受部４４を備える第２ケース４２と、シャフト３０の他方を封じる第３ケース４３とで構成してある。

本構成では、シャフトの両端を封じる第１ケース４１，第３ケース４３と、軸受部４４を備える第２ケース４２とをそれぞれ別部材として製造できる。そのため、各ケース部材にシャフト３０を収容するための加工を個別に施すことができる。

これら第１ケース４１，第２ケース４２，第３ケース４３は、金属製あるいは樹脂製の何れであってもよい。

第１ケース４１，第２ケース４２の端部であるフランジ部４１ａ，４２ａにはボルト挿通孔４１ｂ，４２ｂがそれぞれ穿設してあり、第３ケース４３の端部であるフランジ部４３ａには雌ネジ部４３ｂが穿設してある。これらボルト挿通孔４１ｂ，４２ｂに挿通するボルト５０の雄ネジ部を雌ネジ部４３ｂに螺合させ締め付けることにより、第１ケース４１，第２ケース４２，第３ケース４３が連結されてケース４０が構成される。

第１ケース４１には、シャフト軸芯Ｙに沿う方向での一方の端部に制御ユニット部７０を形成し、シャフト軸芯Ｙに沿う方向で他方の端部にモータロータ１２が収容される凹状空間Ｓを形成し、この凹状空間Ｓを取り囲む部位にコイル部１１を形成している。

第１ケース４１は、例えば樹脂材料を用いることにより制御ユニット部７０とコイル部１１とを密封して形成する。凹状空間Ｓはシャフト軸芯Ｙを中心とする所定の半径で内周壁４１ｃが形成され、上壁４１ｄにはシャフト軸芯Ｙを中心としてシャフト３０の外形と一致する直径の嵌合凹部４１ｅが形成される。

制御ユニット部７０には、電力トランジスタで成るドライバ回路、および、界磁コイル１１ｂの逆起電力から回転子６０の回転姿勢を判定するセンシング処理部等を備えた基板７０ａが形成してある。

コイル部１１は、コア部材１１ａに界磁コイル１１ｂを巻線してある。コア部材１１ａは、シャフト軸芯Ｙの方向に複数の薄板である磁性鋼板１１ａを積層して筒状に形成される。この積層磁性鋼板は、磁性鋼板１１ａ同士の間に絶縁膜を挟み込むことにより磁性鋼板１１ａ同士の間での電流の流れを阻止する絶縁構造を有している。コイル部１１は、主軸芯Ｘを中心にしてその複数個を環状に配設してある（図２）。

第２ケース４２は例えば金属材料で形成する。第１ケース４１に対向する面には凹状空間Ｓに嵌り込む突出部４２ｃが形成され、この突出部４２ｃにはシャフト軸芯Ｙを中心とする貫通孔４２ｄが形成される。当該貫通孔４２ｄにシャフト３０が貫通する。突出部４２ｃは内周壁４１ｃの半径と一致する半径の円柱状に成形されている。

突出部４２ｃには、副軸芯Ｚを中心としてアウタロータ２１の半径と一致する半径の円形凹部４２ｅが形成されている。当該円形凹部４２ｅは第３ケース４３の側に形成され、その内部にはポンプ部２０が支持される。円形凹部４２ｅの内周にアウタロータ２１の外周が摺接するように嵌め込まれる。

アウタロータ２１とインナロータ２２との厚さ(シャフト軸芯Ｙに沿う方向での寸法)と円形凹部４２ｅの深さ（シャフト軸芯Ｙに沿う方向での深さ）とは一致する。従って、第３ケース４３が円形凹部４２ｅを閉塞する位置に配置されることにより、この第３ケース４３と第２ケース４２とに挟み込まれる位置にアウタロータ２１とインナロータ２２とが配設される。

軸受部４４は、シャフト３０が挿通して回転可能となるように、第２ケース４２に一体形成してある。軸受部４４には、その軸芯が貫通孔４２ｄと一致する軸受孔４４ｂが形成してあり、当該軸受孔４４ｂにはシャフト３０が貫通する。当該軸受孔４４ｂの第１ケース４１側の挿通口４４ｃには、ポンプ部２０からオイルが第１ケース４１の側に漏洩するのを防止するシール部材を設けてもよい。

本実施形態の軸受部４４は、シャフト３０におけるモータロータ１２とインナロータ２２との間の部位３１の外面と軸受孔４４ｂの内面とが摺接するように構成する。また、軸受部４４の外面は、回転子６０とは摺接しない。

軸受部４４は、少なくともシャフト３０のうちモータロータ１２とインナロータ２２との間の部位３１を支持する。また、軸受部４４は、モータロータ１２の径方向内側でモータロータ１２とシャフト３０との間に延在する延在部４４ａを有する。

延在部４４ａは、第２ケース４２から第１ケース４１の側に、シャフト軸芯Ｙに沿った厚み領域内に突出するように形成することができる。そのため、軸受部４４がシャフト３０を軸支する範囲を広く設定できる。
このように延在部４４ａは、前記厚み領域内に突出形成されるため、軸受部４４（支点）を、永久磁石１２ａおよびコイル部１１の間の吸引力が発生するモータ領域（作用領域）に近づけることができる。そのため、モータロータ１２の回転時に吸引力が作用した場合であっても軸受部４４が受ける負荷およびフリクションを抑制することができ、軸受部４４が損耗するのを未然に防止することができる。

本実施形態では、軸受部４４において、延在部４４ａは、モータロータ１２のシャフト３０軸芯Ｙ方向における厚み中心Ｐを通り且つシャフト３０軸芯Ｙに垂直な平面（厚み中心）Ｐと交わるように構成する場合を示す。

本構成によれば、延在部４４ａを、モータロータ１２の前記厚み中心を通る平面よりモータロータ１２の側に形成することができる。そのため、延在部４４ａを、少なくともモータロータ１２の前記厚みの半分以上の厚み幅に亘って突出するように形成することができる。
従って、軸受部４４はシャフト３０を軸支できる範囲をより広く設定できる。さらに、軸受部４４（支点）を、永久磁石１２ａおよびコイル部１１の間の吸引力が発生するモータ領域（作用領域）により一層近づけることができるため、軸受部４４の損耗防止効果が増大する。

尚、上述した「厚み中心」には、当該モータロータ１２における見かけの回転重心が存在する。本構成のように、延在部４４ａを、モータロータ１２の前記厚み中心を通る平面よりモータロータ１２の側に形成すれば、延在部４４ａによって前記回転重心を確実に支持できるため、当該回転時にシャフト３０の軸ブレが生じ難くなる。そのため、安定した回転を得ることができる。

第１ケー４１および第２ケース４２には、互いに嵌合する内側嵌合部および外側嵌合部の何れか一方が各別に設けてある。本実施形態では、第１ケース４１に形成した内周壁４１ｃを外側嵌合部とし、第２ケース４２に形成した突出部４２を内側嵌合部とした場合を例示する。

第１ケース４１に第２ケース４２を密着させる場合には、突出部（内側嵌合部）４２ｃが凹状空間Ｓに嵌り込むことにより内周壁（外側嵌合部）４１ｃと嵌合する。これにより、第１ケース４１と第２ケース４２との相対的な位置関係が決まり、第１ケース４１に対して想定されたシャフト軸芯Ｙと、第２ケース４２に想定されたシャフト軸芯Ｙとを精度高く一致させることが可能となる。
尚、第１ケース４１に第２ケース４２を略全周に亘って密着させれば、ケース４０内の密封度を高めることができる。

第３ケース４３は例えば金属材料でプレート状に形成され、第２ケース４２に対して第１ケース４１の反対側に連結される。第３ケース４３には、当該第２ケース４２に対応する部位には吸込ポート４３ｃと吐出ポート４３ｄとが穿設してある。具体的には、アウタロータ２１とインナロータ２２との相対的な回転によりオイルに高い圧力が作用する領域に吐出ポート４３ｄを配し、オイルに低い圧力が作用する領域に吸込ポート４３ｃを配置する。
さらに第３ケース４３には、シャフト軸芯Ｙと中心としてシャフト３０の外形と一致する直径の嵌合凹部４３ｅが形成してある。

本発明の電動ポンプＸは、制御ユニット部７０によって複数の界磁コイル１１ｂに供給する電力を制御することにより、モータロータ１２の永久磁石１２ａに作用する磁気が回転し、この磁気の回転により回転子６０が回転する。この回転力はシャフト３０を介してポンプ部２０のインナロータ２２に伝えられ、当該インナロータ２２を回転させ、この回転に連動させてアウタロータ２１を回転させる。
このアウタロータ２１とインナロータ２２との相対的な回転により夫々の歯部が深く噛み合うことによりオイルに高い圧力が作用する領域のオイルが吐出ポート４３ｄから吐出し、夫々の歯部の噛み合が浅くオイルに低い圧力が作用する領域に対して吸込ポート４３ｃからオイルが供給されることになる。

〔別実施の形態〕
上述した実施形態の軸受部４４は、シャフト３０における前記部位３１の外面と軸受孔４４ｂの内面とが摺接するように構成した。しかし、このような態様に限定されるものではなく、図５に示したように、シャフト３０における前記部位３１の外面が、軸受孔４４ｂの内面に摺接しないように構成することができる。
本構成では、軸受部４４の外面がモータロータ１２の内面と摺接する。本構成であれば、回転子６０が径方向に揺動した場合であっても、シャフト３０と軸受部４４とが接触しないため、シャフト３０が損傷することはない。

本発明の電動ポンプの断面視概略図 図１のＩＩ―ＩＩ線における断面視概略図 本発明の電動ポンプを分解した断面視概略図 ポンプ部の断面視概略図 別実施形態の電動ポンプの断面視概略図

符号の説明

Ｘ 電動ポンプ
Ｐ 平面（厚み中心）
Ｙ シャフト軸芯
１２ モータロータ
２０ ポンプ部
２１ アウタロータ
２２ インナロータ
３０ シャフト
３１ 部位
４０ ケース
４１ 第１ケース
４２ 第２ケース
４３ 第３ケース
４４ 軸受部
４４ａ 延在部

Claims (4)

1. 電磁力によって回転するモータロータと、
   アウタロータ及びインナロータを備えたポンプ部と、
   一方に前記モータロータを支持し、他方に前記インナロータを支持して前記モータロータからの回転力を前記ポンプ部に伝達するシャフトと、
   前記モータロータ・前記ポンプ部・前記シャフトを収容するケースと、を備え、
   前記ケースは、少なくとも前記シャフトのうち前記モータロータと前記インナロータとの間の部位を支持する軸受部を有し、
   前記軸受部は、前記モータロータの径方向内側で前記モータロータと前記シャフトとの間に延在する延在部を有する電動ポンプ。
2. 前記延在部は、前記モータロータの前記シャフトの軸芯方向における厚み中心を通り且つ前記シャフトの軸芯に垂直な平面と交わる請求項１に記載の電動ポンプ。
3. 前記ケースが、前記シャフトの一方を封じる第１ケースと、前記軸受部を備える第２ケースと、前記シャフトの他方を封じる第３ケースとで構成してある請求項１又は２に記載の電動ポンプ。
4. 前記第１ケースおよび前記第２ケースには、互いに嵌合する内側嵌合部および外側嵌合部の何れか一方が各別に設けてある請求項３に記載の電動ポンプ。

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