JP2012097583A - 電動ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】 コンパクト化を図ることが可能な電動ポンプを提供すること。
【解決手段】 本発明の電動ポンプは、モータロータとステータとを有する電動モータと、前記モータロータに接続されたロータ駆動軸と、前記ロータ駆動軸により駆動されるポンプ要素と、前記ポンプ要素を収容するポンプ収容部と、前記ステータを固定支持するモータ収容部と、前記モータロータを支持する支持部と、が一体成形されたハウジングと、を備え、前記モータロータを中空形状とし、前記支持部と径方向から見てオーバーラップするように配置した。
【選択図】 図５

Description

本発明は、電動モータにより駆動されるポンプに関する。

従来、ポンプロータとアウタロータとを有するトロコイド型のオイルポンプとして特許文献１に記載の技術が開示されている。この公報には、ポンプロータの内部に固定された駆動軸と電動モータとが連結され、電動モータによってポンプを駆動している。

特開２００７−９７９０号公報

しかし、特許文献１に記載の電動ポンプでは、電動モータのステータと、ロータとが別々のハウジング部材に支持され、これらハウジングを組みつける構成としているため、軸受け部から軸方向に並んでモータロータを配置する必要があり、軸方向の増大を招くという問題があった。
本発明の目的とするところは、コンパクト化を図ることが可能な電動ポンプを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の電動ポンプは、モータロータとステータとを有する電動モータと、前記モータロータに接続されたロータ駆動軸と、前記ロータ駆動軸により駆動されるポンプ要素と、前記ポンプ要素を収容するポンプ収容部と、前記ステータを固定支持するモータ収容部と、前記モータロータを支持する支持部と、が一体成形されたハウジングと、を備え、前記モータロータを中空形状とし、前記支持部と径方向から見てオーバーラップするように配置した。

よって、モータロータと支持部とがオーバーラップすることで軸方向の短縮化を図ることができ、コンパクトな電動ポンプを提供することができる。

実施例１の電動ポンプの正面図である。 実施例１の電動ポンプの側面図である。 実施例１の電動ポンプのＢ−Ｂ断面図である。 実施例１の電動ポンプの分解斜視図である。 実施例１の電動ポンプのＡ−Ａ断面図である。 実施例２の電動ポンプのＡ−Ａ断面図である。

［実施例１］
本発明の実施例１を図面に基づいて説明する。図１は実施例１の電動ポンプの正面図、図２は実施例１の電動ポンプの側面図、図３は実施例１の電動ポンプのＢ−Ｂ断面図、図４は実施例１の電動ポンプの分解斜視図、図５は実施例１の電動ポンプのＡ−Ａ断面図である。実施例１の電動ポンプは、アイドルストップ機能を備えた車両の自動変速機用に搭載されるポンプである。この自動変速機はベルト式無段変速機であり、エンジンにより駆動されるメインポンプを別途備えている。そして、アイドルストップ制御によるエンジンの停止時には、メインポンプによる油圧が確保できず、また、ベルト式無段変速機内の摩擦締結要素やプーリからのリーク等によって油圧が低下すると、再発進時に必要な油圧を確保するまでに時間がかかるため、運転性の低下を招く。そこで、メインポンプとは別に、エンジンの作動状態に関わらず油圧を吐出可能な実施例１の電動ポンプを備え、摩擦締結要素やプーリからのリーク分の油圧を担保することで、エンジン再始動及び再発進時の運転性を向上している。

実施例１の電動ポンプは、外歯を有するポンプロータ２２と内歯を有するアウタロータ２１とから構成されるポンプ要素と、ポンプロータ２２に接続されたモータロータ３３とステータ３とから構成されるモータ要素とを有する。これらポンプ要素及びモータ要素は、一つのセンターハウジング２に収容される。センターハウジング２は、軸方向外側に向けて両端において開口を有し、一方の開口内周にアウタロータ２１を回転可能に収装するポンプ要素収容部２４が形成された筒状のポンプ収容部２ａが形成され、他方の開口内周においてステータ３を固定支持すると共に内部にモータロータ等を収容するモータ収容部２ｂが形成され、更にモータ収容部２ｂよりも軸方向外側には、自動変速機に取り付けるためのブラケット２ｃが形成されている。ブラケット２ｃには、ボルト５が軸方向に貫通する貫通孔２５が形成されている。また、図５のＡ−Ａ断面図に示すように、センターハウジング２内部には、ロータ駆動軸３２を回転可能に支持する円筒状支持部２ｄと、この円筒状支持部２ｄをセンターハウジング２の外周と連結すると共にポンプ収容部２ａとモータ収容部２ｂとの間を画成する隔壁２ｅとを有する。そして、円筒状支持部２ｄの内周に支持孔2d1が形成され、この支持孔2d1によりロータ駆動軸３２を回転可能に支持する。また、円筒状支持部２ｄのモータ収容部２ｂ側の端部には、モータ収容部２ｂ内部と円筒状支持部２ｄ内周との間をシールするシール部材３１を収容する円筒状切り欠き2d3が設けられている。また、支持孔2d1内周の一部には、油戻し穴2d4が軸方向に形成され、吐出側の油を軸受部（2d1内周）に供給可能としている。これにより、軸受部（2d1内周）の焼き付き防止及びフリクションの低減を図っている。

ポンプカバー１は、ポンプ収容部２ａを軸方向外側から覆う部材であり、ポンプ要素の吐出領域と連通する円筒状に直線的に延在された吐出ポート１１と、ポンプ要素の吸入領域と連通する吸入ポート１２と、を有する。吐出ポート１１の先端外周には、シールリング１１ｂが取り付けられるシールリング溝１１ａが形成されている。また、ポンプカバー１には、周方向三箇所にボルト穴１３が形成され、センターハウジング２に形成されたボルト穴２３に対し、ボルト１４によって締め付け固定される。また、モータ収容部２ｂを閉塞するモータカバー４は、モータ収容部２ｂを閉塞する閉塞面４１と、閉塞面４１から立設されモータ収容部２ｂの内壁に挿入される円筒状立設部４２と、ブラケット２ｃのフランジ面と当接しシール部材１６を押圧すると共にボルト５が貫通する貫通孔４３を備えたフランジ面４４とを有する。これにより、モータ収容部２ｂ内は乾燥室として構成され、ポンプ収容部２ａの内部及びポンプ外周は湿室として構成される。

ポンプ要素は、外歯数Ｎｒ＝１２を備えたポンプロータ２２と、内歯数が１３のアウタロータ２１とを有する。ポンプロータ２２は、中心に連結孔２２ａが形成され、ロータ駆動軸３２へ圧入され、アウタロータ２１へ摺接可能に嵌合している。これにより、ロータ駆動軸３２とポンプロータ２２との回転方向相対位置が決定されると共に動力伝達が行われる。

モータ要素は、磁極数Ｎｍ＝４のモータロータ３３と、スロット数Ｎｓ＝６のステータ３とを有する。すなわち、ステータ３のステータコア３４に形成された６つのティースにそれぞれコイル３５が巻回されてスロットを形成している。モータロータ３３は、中空形状であって断面略コの字状の円筒部材であり、モータロータ３３の円筒を閉塞する支持面３３ｂと、円筒を形成する円筒部３３ｃとを有する。円筒部３３ｃの外周には、永久磁石331，332がＮ極とＳ極とが交互に並ぶように４つ取り付けられ、ステータ３との間にはエアギャップＡＧが形成されている。ここで、ステータ３もモータロータ３３（ロータ駆動軸３２）もセンターハウジング２に対して位置決めされており、一つの部材に対して位置決めすることで両者の組み付け精度の向上ひいてはエアギャップＡＧの縮小を図るものである。
また、円筒部３３ｃの内周は、中空状であって、内部に円筒状支持部２ｄが配置されている。言い換えると、円筒部３３ｃと円筒状支持部２ｄとが径方向から見てオーバーラップするように配置されている。また、支持面３３ｂの中心には、連結孔３３ａが形成され、ロータ駆動軸３２へ圧入される。これにより、ロータ駆動軸３２とモータロータ３３との回転方向相対位置が決定されると共に動力伝達が行われる。尚、磁極数Ｎｍ＝４に限定するものではない。

図５に示すように、自動変速機のハウジング100には、電動ポンプを収容する電動ポンプ収容部が形成されている。具体的には、図外のコントロールバルブユニットに油圧を供給する円筒状に穿設された吐出油路103と、電動ポンプのポンプ部が収容された状態で吸入ポート１２と連通する吸入油路開口部102と、吸入油路開口部102よりも大径に形成されセンターハウジング２のモータ収容部２ｂの外周と略同一径を有するポンプ支持開口101と、ポンプ支持開口101のハウジング100外側開口縁に形成されたテーパ面１５とを有する。吐出油路103は吐出ポート１１の外周径と略同じであって、吐出ポート１１が吐出油路103内に挿入されることで、電動ポンプを径方向に支持する（第１支持部に相当、図５の104参照）。吸入油路開口部102は、吐出油路103を取り囲む位置に形成された円筒状の空間であって、図外のオイルパン内に開口するオイル吸い込み口と連通する。また、ポンプ支持開口101はモータ収容部２ｂの外周との間で嵌合することで電動ポンプを径方向に支持する（第２支持部に相当、図５の105参照：第２支持部は比較的重量が大きいモータ要素（ステータコア３４、コイル３５）の荷重を受ける。第２支持部は図５のＬ２の範囲であればどこでもよい）。また、テーパ面１５はモータ収容部２ｂ外周との間でシールリング１５を狭持する。電動ポンプはボルト５によりハウジング100の側壁に締め付け固定される。

（実施例に基づく作用効果）
ここで、特許文献１に記載のようにポンプ要素を収装するハウジングとモータ要素を収容するハウジングとを別々に構成した場合の問題点について検討する。
〔ハウジング一体化に係る作用効果についての検討〕
ａ１）別々のハウジングによって構成する際、ポンプは湿室を構成し、モータは乾燥室を構成するため、両ハウジングの合わせ面には外部との気密を保持するためのシール部材や、両ハウジングを締結するための締結部材が必要となり、部品点数や組み立て工数が多くなる。
ａ２）シール構造やそれぞれのハウジングにおける隔壁を構成するための肉厚が必要なため、合わせ面について見ると、その分だけ軸方向長さが増大してしまう。
ａ３）ポンプの回転軸とモータの回転軸との位置を一致させる必要があるため、ボスの嵌め合いやノックピン等、高い精度の加工や成形技術が必要となる。
ａ４）よって、精度の限界に応じて、モータロータの回転中心と、ステータの中心との位置が不安定となるおそれがあるため、エアギャップをある程度確保する必要があり、モータの駆動効率が低下する。これは、エンジン停止時に作動する電動ポンプである点を考慮すると、電力消費量の増大は回避しなければならない。

これらの観点から、実施例１の電動ポンプでは、一体成形されたセンターハウジング２にポンプ要素とモータ要素の両方を収装する構成とした。これにより、以下に列挙する効果が得られる。
ｂ１）ハウジングを一体化することで、特許文献１に比べて、モータ用のハウジングとポンプ用のハウジングとの合わせ面と外部との気密を確保する必要がなく、シール部材や締結部材といった部品を削減でき、また、組み立て工数の低減を図ることができる。
ｂ２）ポンプ部とモータ部の隔壁２ｅを共有化でき、シール構造も不要であるため、特許文献１に比べて軸方向の短縮化を図ることができる。
ｂ３）センターハウジング２が一体となっているため、センターハウジング２の加工のみでポンプの回転軸とモータの回転軸を合わせることができ、別体構造に比べて高い軸精度で製造することができる。
ｂ４）ポンプやモータの回転軸の位置合わせをするための構成（ボスの嵌め合いやノックピン）やシール溝が不要となり、高い精度が必要となる加工部位を削減することができる。
ｂ５）ポンプやモータの組み付け精度が高いため、エアギャップを小さく設定することができ、モータの駆動効率が向上するため、電力消費量を抑制できる。アイドルストップ車両に適用する際には、特に有利である。

〔モータロータの構成に係る作用効果についての検討〕
ｃ１）特許文献１のように、軸受け部→オイルシール→モータロータと軸方向に並んで配置している場合、オイルシールの位置から更に軸方向に移動した場所でモータロータを配置する必要があり、軸方向長さの増大を招く。
ｃ２）ステータコイルの発熱を受けてモータロータに配置された磁石が加熱されるため、磁石の減磁が大きくなり、モータ特性の低下を招きやすい。
ｃ３）別体のハウジングを組み付ける際、ボス部の外周でモータ側ハウジングの嵌め合いにより位置決めしており、ボス部よりポンプ側にはスペースを確保できない。

これらの観点から、実施例１の電動ポンプでは、モータロータ３３を中空形状とし、一体成形されたセンターハウジング２に円筒状支持部２ｄを形成し、この円筒状支持部２ｄと径方向から見てオーバーラップするようにモータロータ３３を配置した。詳しくは、モータロータ３３の軸方向長さをＬとすると、円筒状支持部２ｄが、モータロータ３３の内方へ、その軸方向長さＬ／２以上入れ子状態に配置されている。これにより、以下に列挙する効果が得られる。
ｄ１）特許文献１のように、別体のハウジングを組みつけていないため、円筒状支持部２ｄの外周がボス部として機能する必要がない。よって、円筒状支持部２ｄの外周を覆うようにモータロータ３３を配置することができ、軸方向の短縮化を図ることができる。
ｄ２）円筒状支持部２ｄは、ポンプロータ２２の吐出側から油戻し穴2d4を介して支持穴2d1へ潤滑油が供給されていることから、油温と略一致する。この油温は、ステータ３の温度よりも低い。また、モータロータ３３内周と円筒状支持部２ｄ外周との間には隙間があるため、この隙間の空気が対流することで、ステータ３の発熱により熱せられた磁石を冷却することができる。これにより、磁石の減磁を抑制することができ、モータ特性の低下を抑えることができる。

〔電動ポンプの支持構造に係る作用効果についての検討〕
ｅ１）特許文献１のように、電動ポンプをポンプカバーの部材と一体のブラケットによって自動変速機等に取り付けると、片持ち支持構造となり、耐久性の悪化等の原因となりやすい。

これに対し、実施例１の電動ポンプでは、吐出ポート１１が吐出油路103内に挿入されることで、電動ポンプを径方向に支持し、ポンプ支持開口101はモータ収容部２ｂの外周との間で嵌合することで電動ポンプを径方向に支持する。また、モータ収容部２ｂの開口端部から径方向に延在されボルトが貫通する貫通孔が形成されたブラケット２ｃが形成されている。これにより、以下に列挙する効果が得られる。
ｆ１）吐出ポート１１のパイプと、ハウジングであって、モータ側の外周で支持することで両持ち支持構造となり、電動ポンプの径方向の耐震性の向上を図ることができる。
ｆ２）ブラケットによって電動ポンプを軸方向からボルトにより締め付け固定することで、軸方向での耐震性の向上を図ることができる。

次に、実施例に基づく本願発明の作用効果について以下に列挙する。
（１）モータロータ３３とステータ３とを有するモータ要素（電動モータ）と、モータロータ３３に接続されたロータ駆動軸３２と、ロータ駆動軸３２により駆動されるポンプ要素と、ポンプ要素を収容するポンプ収容部２ａと、ステータ３を固定支持するモータ収容部２ｂと、モータロータ３３を支持する円筒状支持部２ｄ（支持部）と、が一体成形されたセンターハウジング２（ハウジング）と、を備えた電動ポンプにおいて、モータロータ３３を中空形状とし、円筒状支持部２ｄと径方向から見てオーバーラップするように配置した。
よって、ハウジングの一体化に伴う上記ｂ１〜ｂ５に記載の作用効果に加え、電動ポンプの軸方向の短縮化を図ることができる。

（２）支持部は、ポンプ収容部２ａとモータ収容部２ｂとの間に形成された円筒状支持部２ｄの内周に貫通形成された支持孔2d1によりロータ駆動軸３２を軸支することでモータロータ３３を支持する。よって、モータロータ３３内周と円筒状支持部２ｄ外周との間に隙間を形成することができ、この隙間で空気が対流することで、ステータ３の発熱により熱せられた磁石を冷却することができる。これに伴い、磁石の減磁を抑制することができ、モータ特性の低下を抑えることができる。

[実施例２]
次に、実施例２について説明する。基本的な構成は実施例１と同じであるため、異なる点についてのみ説明する。図６は実施例２の電動ポンプのＡ−Ａ断面図である。実施例１では、ロータ駆動軸３２を円筒状支持部２ｄの内周に形成された支持孔2d1により支持していた。このとき、円筒状支持部２ｄの外周とモータロータ３３の円筒部３３ｃ内周との間には隙間が形成されていた。これに対し、実施例２では、モータロータ３３の円筒部３３ｃ'内周と円筒状支持部２ｄの外周とが摺動接触し、これによりモータロータ３３を回転可能に支持する構成とした。また、実施例１では支持孔2d1'は、ロータ駆動軸３２よりも大径とされており、非接触とされ、ロータ駆動軸３２の摺動抵抗を軽減している。
ここで、実施例１では、モータロータ３３の冷却にあたり、隙間での空気の対流を利用した。これに対し、実施例２では、モータロータ３３から円筒状支持部２ｄに直接熱伝達が行われるため、空気の対流よりも高い冷却性能を得ることができる。
以上説明したように、実施例２にあっては、下記の作用効果を得ることができる。
（３）支持部は、ポンプ収容部２ａとモータ収容部２ｂとの間に形成された円筒状支持部２ｄの外周においてモータロータ３３を支持することとした。よって、モータロータ３３の冷却性能を確保することができ、発熱に伴う減磁を回避することができ、モータ特性の低下を抑制することができる。

２ センターハウジング
２ａ ポンプ収容部
２ｂ モータ収容部
３ ステータ
４ モータカバー
５ ボルト
１１ 吐出ポート
１２ 吸入ポート
２１ アウタロータ
２２ ポンプロータ
２２ａ，３３ａ 連結孔
３３ モータロータ
３３ａ 連結孔
３４ ステータコア
３５ コイル
103 吐出油路
331，332 永久磁石

Claims (3)

1. モータロータとステータとを有する電動モータと、
   前記モータロータに接続されたロータ駆動軸と、
   前記ロータ駆動軸により駆動されるポンプ要素と、
   前記ポンプ要素を収容するポンプ収容部と、前記ステータを固定支持するモータ収容部と、前記モータロータを支持する支持部と、が一体成形されたハウジングと、
   を備え、
   前記モータロータを中空形状とし、前記支持部と径方向から見てオーバーラップするように配置したことを特徴とする電動ポンプ。
2. 請求項１に記載の電動ポンプにおいて、
   前記支持部は、前記ポンプ収容部と前記モータ収容部との間に形成された円筒状支持部の内周に貫通形成された支持孔により前記ロータ駆動軸を軸支することで前記ロータモータを支持することを特徴とする電動ポンプ。
3. 請求項１に記載の電動ポンプにおいて、
   前記支持部は、前記ポンプ収容部と前記モータ収容部との間に形成された円筒状支持部の外周において前記モータロータを支持することを特徴とする電動ポンプ。

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