JP2012189011A - ポンプおよび電動ポンプユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 作動時に、ポンプ駆動軸の先端部に固定されたポンプロータの傾きを抑制できるポンプを提供する。
【解決手段】 ポンプ2は、ポンプ本体5内に、軸方向片側の第１の端壁8aと反対側の第２の端壁9aで区画されたポンプ室10が形成され、第１の端壁8aを貫通してポンプ室10内に位置するポンプ駆動軸16の先端部にポンプロータ13が固定され、ポンプロータ13に対応する所定位置の第１の端壁8aおよび第２の端壁9aの対向面に吸入ポート30,31が形成されるとともに、ポンプロータ13に対応する所定位置の第１の端壁8aおよび第２の端壁9aの対向面に吐出ポート32,33が形成されているものである。第２の端壁9aの吐出ポート33のポンプロータ13に対向する面積が、第１の端壁8aの吐出ポート32のポンプロータ13に対向する面積より大きい。
【選択図】 図１

Description

この発明は、たとえば自動車のトランスミッション（変速機）などに油圧を供給する油圧ポンプとして使用されるポンプおよびそれを用いた電動ポンプユニットに関する。

自動車のトランスミッションには油圧ポンプにより油圧が供給されるが、省エネルギなどの観点から停車時にエンジンを停止するいわゆるアイドルストップ（アイドリングストップ）を行う自動車では、アイドルストップ時にもトランスミッションへの油圧供給を確保するために、電動油圧ポンプが使用されるようになっている。

自動車用電動油圧ポンプは、車体の限られたスペースに搭載されるため、コンパクト化が要求され、また、軽量化およびコスト低減も要求される。このような要求に応えるため、ポンプ、ポンプ駆動用電動モータおよび電動モータのコントローラが共通のユニットハウジング内に組み込まれた電動ポンプユニットが提案されている（たとえば特許文献１参照）。

図１は、このような従来の電動ポンプユニットの全体構成を示している。

電動ポンプユニットは、ユニットハウジング(1)内に、ポンプ(2)と、ポンプ(2)を回転駆動する電動モータ(3)が一体に組み込まれたものである。モータ(3)のコントローラ(4)も、ハウジング(1)内に組み込まれている。この例では、ポンプ(2)は内接歯車ポンプ、モータ(3)は３相巻線を有するセンサレス制御ＤＣブラシレスモータである。

ユニットハウジング(1)は、ポンプ本体(5)、モータハウジング(6)および蓋(7)よりなる。

ポンプ本体(5)は、後側のポンプハウジング(8)と前側のポンププレート(9)よりなる。ポンプハウジング(8)は、前後方向と直交する方向に広がりを持つ厚肉板状のものであり、その中心に、前部が開口したポンプ室(10)が形成されている。ポンプハウジング(8)の前面に、ポンププレート(9)がＯリング(11)を介して固定され、ポンプ室(10)の前面が塞がれている。ポンプ室(10)の後側のポンプハウジング(8)の部分がポンプ室(10)を区画する第１の端壁(8a)、ポンプ室(10)を塞ぐポンププレート(9)の部分がポンプ室(10)を区画する第２の端壁(9a)となっている。ポンプ室(10)内に、外側ポンプロータであるアウタギヤ(12)が回転自在に収容され、アウタギヤ(12)の内側に、これとかみ合う内側ポンプロータであるインナギヤ(13)が配置されている。

モータハウジング(6)は、円筒状をなし、その前端が、シール部材(14)を介してポンプハウジング(8)の後面外周寄りの部分に固定されている。モータハウジング(6)の後端開口が、蓋(7)により塞がれている。ポンプハウジング(8)、モータハウジング(6)および蓋(7)により、電動モータ(3)およびコントローラ(4)を収容するための防水空間が形成されている。

ポンプハウジング(8)の後端面の中心に、モータハウジング(6)より小径の円筒部(8b)が一体に形成され、円筒部(8b)内の後部に設けられた軸受装置(15)により、前後方向にのびるポンプ駆動軸であるモータ軸(16)が片持ち支持されている。この例では、軸受装置(15)は、前後に隣接する２個の転がり軸受である玉軸受(17)よりなり、各軸受(17)の内輪(17a)がモータ軸(16)に固定され、外輪(17b)が円筒部(8b)に固定されている。モータ軸(16)の前部は、ポンプハウジング(8)の第１の端壁(8a)に形成された穴(18)の部分を貫通してポンプ室(10)内に進入し、その前端部にインナギヤ(13)が固定されている。円筒部(8b)内の軸受装置(15)より前側の部分とモータ軸(16)の間に、オイルシール(19)が設けられている。

円筒部(8b)より後方に突出したモータ軸(16)の後端部に、モータ(3)を構成するモータロータ(20)が固定されている。ロータ(20)は、モータ軸(16)の後端から半径方向にのびかつ軸受装置(15)の外周を囲む円筒状のロータ本体(21)の外周部に合成樹脂製の永久磁石保持部材(22)が固定状に設けられ、保持部材(22)を周方向に等分する複数箇所にセグメント形状の永久磁石(23)が保持されたものである。モータ軸(16)、ロータ(20)およびポンプ(2)のインナギヤ(13)を含む回転部分の重心の軸方向位置が、軸受装置(15)の軸方向範囲内にある。この例では、上記重心の軸方向位置が、軸受装置(15)を構成する２個の玉軸受(17)の間にある。

ロータ(20)に対向するモータハウジング(6)の内周に、モータ(3)を構成するモータステータ(24)が固定状に設けられている。ステータ(24)は、積層鋼板よりなるコア(25)にインシュレータ（合成樹脂製絶縁体）(26)が組み込まれ、インシュレータ(26)の部分にステータコイル(27)が巻きつけられたものである。この例では、ステータ(24)は、コア(25)の外周において接着などの適宜な手段によりモータハウジング(6)の内周に固定されている。

インシュレータ(26)の後端に、コントローラ(4)の基板(28)が固定され、基板(28)に、コントローラ(4)を構成する部品(29)が取り付けられている。部品は基板(28)の前面および後面の少なくとも一方の所定位置に配置されるが、図面には、基板(28)の後面に取り付けられた部品(29)が１個示されている。

ポンプ(2)のインナギヤ(13)とアウタギヤ(12)のかみ合い部分（この例では下側のかみ合い部分）に対応する第１の端壁(8a)と第２の端壁(9a)の対向面に、弧状の吸入ポート(30)(31)が形成されている。インナギヤ(13)とアウタギヤ(12)のかみ合い部分（この例では上側のかみ合い部分）に対応する第１の端壁(8a)と第２の端壁(9a)の対向面に、弧状の吐出ポート(32)(33)が形成されている。ポンププレート(9)には、吸入ポート(31)に連通する吸入穴(34)および吐出ポート(33)に連通する吐出穴(35)が形成されている。第１の端壁(8a)に、穴(18)と吸入ポート(30)を連通する逃がしみぞ(36)が形成されている。

図２は、図１におけるポンプハウジング(8)を右側に、ポンププレート(9)を左側に開いて第１の端壁(8a)および第２の端壁(9a)の対向面を示した図である。図２において、(12a)はアウタギヤ(12)のピッチ円を、(13a)はインナギヤ(13)のピッチ円をそれぞれ示している。

図２に示すように、両吸入ポート(30)(31)の形状は同じで、それらの面積も互いにほぼ等しい。また、両吐出ポート(32)(33)の形状は同じで、それらの面積も互いにほぼ等しい。そして、両吐出ポート(32)(33)のインナギヤ(13)に対向する面積も、互いにほぼ等しい。

特開２０１０−２０７０７５号公報

電動モータ(3)によりポンプ(2)が駆動されて、インナギヤ(13)およびアウタギヤ(12)が回転するとき、吸入ポート(30)(31)は低圧で、吐出ポート(32)(33)は高圧になる。両吐出ポート(32)(33)がインナギヤ(13)に対向する面積、すなわち、インナギヤ(13)が各吐出ポート(32)(33)から圧力を受ける受圧面積は互いにほぼ等しいので、吐出ポート(32)(33)の部分においてインナギヤ(13)が前後から受ける力はほぼ平衡している。一方、ポンプ(2)の作動中、吐出ポート(32)(33)に対応する部分において、インナギヤ(13)とアウタギヤ(12)のかみ合い部分の油も高圧になり、これにより、インナギヤ(13)はアウタギヤ(12)から離れる方向（この例では下向き）の力を受ける。インナギヤ(13)が固定されたモータ軸(16)の前側部分は片持ち支持であるから、この下向きの力により、モータ軸(16)の前端部が下方に弾性変形し、その結果、インナギヤ(13)は、吐出ポート(32)(33)に対応する上側が前方に、吸入ポート(30)(31)に対応する下側が後方になるように傾く。このため、インナギヤ(13)の上部前側が第２の端壁(9a)に、インナギヤ(13)の下部後側が第１の端壁(8a)に接触して回転することになり、騒音が発生し、インナロータ(13)および両端壁(8a)(9a)が摩耗し、異物が発生して油に混入する、という問題がある。

この発明の目的は、上記の問題を解決し、作動時に、ポンプ駆動軸の先端部に固定されたポンプロータの傾きを抑制できるポンプおよび電動ポンプユニットを提供することにある。

この発明によるポンプは、ポンプ本体内に、軸方向片側の第１の端壁と反対側の第２の端壁で区画されたポンプ室が形成され、第１の端壁を貫通してポンプ室内に位置するポンプ駆動軸の先端部にポンプロータが固定され、ポンプロータに対応する所定位置の第１の端壁および第２の端壁の対向面に吸入ポートが形成されるとともに、ポンプロータに対応する所定位置の第１の端壁および第２の端壁の対向面に吐出ポートが形成されているポンプにおいて、第２の端壁の吐出ポートのポンプロータに対向する面積が、第１の端壁の吐出ポートのポンプロータに対向する面積より大きいことを特徴とするものである。

ポンプの作動中、高圧になる吐出ポートに対応する部分において、ポンプ駆動軸の先端部に固定されたポンプロータが高圧の油により径方向の力を受けて、第２の端壁側に傾く。一方、第２の端壁の吐出ポートのポンプロータに対向する面積が、第１の端壁の吐出ポートのポンプロータに対向する面積より大きいので、ポンプロータが第２の端壁の吐出ポートから圧力を受ける受圧面積は、ポンプロータが第１の端壁の吐出ポートから圧力を受ける受圧面積より大きい。このため、ポンプロータが両端壁の吐出ポートから受ける力は、第２の端壁側が大きくなり、これが上記のポンプロータの傾きを抑制する方向に働く。その結果、ポンプロータの傾きが小さく、騒音、ポンプロータおよび両端壁の摩耗、異物の発生が低減する。

たとえば、ポンプは、ポンプ室内に回転自在に収容されたアウタギヤの内側に、アウタギヤとかみ合って回転するインナギヤが配置された内接歯車ポンプであり、ポンプ駆動軸の先端部に固定されたポンプロータがインナギヤである。

この場合も、上記と同様に、ポンプ作動中のインナギヤの傾きが抑制され、騒音、インナギヤおよび両端壁の摩耗、異物の発生が低減する。

たとえば、ポンプ本体は、内部にポンプ室が形成されたポンプハウジングと、ポンプハウジングに固定されてポンプ室を塞ぐポンププレートとから構成され、ポンプ駆動軸がポンプハウジングを貫通してポンプ室内に進入する。その場合、ポンプハウジング側が第１の端壁、ポンププレート側が第２の端壁となる。

この発明による電動ポンプユニットは、この発明のポンプを備え、ポンプ本体に連なるモータハウジング内に、ポンプ駆動軸を駆動するポンプ駆動用電動モータが設けられていることを特徴とするものである。

この発明のポンプおよび電動ポンプユニットによれば、上記のように、ポンプの作動時に、ポンプ駆動軸の先端部に固定されたポンプロータの傾きを抑制することができ、その結果、騒音、ポンプロータおよび両端壁の摩耗、異物の発生を低減させることができる。

図１は、従来例を示す電動ポンプユニットの縦断面図である。 図２は、図１のポンプハウジングおよびポンププレートを開いて示した端面図である。 図３は、この発明の第１実施形態を示す図２相当の図面である。 図４は、この発明の第２実施形態を示す図２相当の図面である。

以下、図３および図４を参照して、この発明を自動車の油圧ポンプに使用される電動ポンプユニットに適用した２つの実施形態について説明する。

図３は第１実施形態を、図４は第２実施形態を示している。図３および図４は、図２に相当するポンプハウジング(8)およびポンププレート(9)の端面図である。

第１および第２実施形態における電動ポンプユニットの構成は、吐出ポート(32)(33)の構成を除いて、図１の従来例のものと同じである。

第１および第２実施形態のいずれの場合も、第２の端壁(9a)の吐出ポート(33)のインナギヤ(13)に対向する面積が、第１の端壁(8a)の吐出ポート(32)のインナギヤ(13)に対向する面積より大きくなっている。第１実施形態の場合、第２の端壁(9a)の吐出ポート(33)は従来のままで、第１の端壁(8a)の吐出ポート(32)の径方向内側の部分が狭められて、第１の端壁(8a)の吐出ポート(32)のインナギヤ(13)に対向する面積が第２の端壁(9a)の吐出ポート(33)のそれより小さくなっている。第２実施形態の場合、第１の端壁(8a)の吐出ポート(32)は従来のままで、第２の端壁(9a)の吐出ポート(33)の径方向内側の部分が広げられて、第２の端壁(9a)の吐出ポート(33)のインナギヤ(13)に対向する面積が第１の端壁(8a)の吐出ポート(32)のそれより大きくなっている。

第２の端壁(9a)の吐出ポート(33)のインナギヤ(13)に対向する面積は、インナギヤ(13)が第２の端壁(9a)の吐出ポート(33)から圧力を受ける受圧面積であり、第１の端壁(8a)の吐出ポート(32)のインナギヤ(13)に対向する面積は、インナギヤ(13)が第１の端壁(8a)の吐出ポート(32)から圧力を受ける受圧面積である。したがって、第２の端壁(9a)側の受圧面積が、第１の端壁(8a)側の受圧面積より大きくなっている。アウタギヤ(12)が両吐出ポート(32)(33)と対向する面積すなわち受圧面積は、互いにほぼ等しい。

ポンプ(2)の作動中、インナギヤ(13)とアウタギヤ(12)のかみ合い部分の高圧の油により、インナギヤ(13)は下向きの力を受け、吐出ポート(32)(33)に対応するインナギヤ(13)の部分が前側に傾く。一方、第１および第２実施形態のいずれの場合も、吐出ポート(32)(33)に対応するインナギヤ(13)の部分の受圧面積は、第２の端壁(9a)側が大きいので、インナギヤ(13)は後向きの力を受ける。この力はインナギヤ(13)の上記の傾きを抑制する方向に働き、その結果、騒音、インナギヤおよび両端壁の摩耗、異物の発生が低減する。

ポンプ(2)の作動中、吐出ポート(32)内の油の一部が、第１の端壁(9a)とインナギヤ(13)の間から穴(18)内に入るが、穴(18)の内側が逃がしみぞ(36)により低圧の吸入ポート(30)と連通しているため、穴(18)内の油が高圧になることがない。このため、油がオイルシール(19)を通過して軸受装置(15)側に漏れることがない。

電動ポンプユニットの全体構成および各部の構成は、上記実施形態のものに限らず、適宜変更可能である。また、ポンプ(2)の構成も、上記実施形態のものに限らず、適宜変更可能である。

また、この発明は、自動車用電動ポンプユニット以外の電動ポンプユニット、電動ポンプユニット以外のポンプにも適用できる。

(2) ポンプ
(3) 電動モータ
(5) ポンプ本体
(6) モータハウジング
(8) ポンプハウジング
(8a) 第１の端壁
(9) ポンププレート
(9a) 第２の端壁
(10) ポンプ室
(12) アウタギヤ
(13) インナギヤ（ポンプロータ）
(16) モータ軸（ポンプ駆動軸）
(30)(31) 吸入ポート
(32)(33) 吐出ポート

Claims (3)

1. ポンプ本体内に、軸方向片側の第１の端壁と反対側の第２の端壁で区画されたポンプ室が形成され、第１の端壁を貫通してポンプ室内に位置するポンプ駆動軸の先端部にポンプロータが固定され、ポンプロータに対応する所定位置の第１の端壁および第２の端壁の対向面に吸入ポートが形成されるとともに、ポンプロータに対応する所定位置の第１の端壁および第２の端壁の対向面に吐出ポートが形成されているポンプにおいて、
   第２の端壁の吐出ポートのポンプロータに対向する面積が、第１の端壁の吐出ポートのポンプロータに対向する面積より大きいことを特徴とするポンプ。
2. ポンプ室内に回転自在に収容されたアウタギヤの内側に、アウタギヤとかみ合って回転するインナギヤが配置された内接歯車ポンプであり、ポンプ駆動軸の先端部に固定されたポンプロータがインナギヤであることを特徴とする請求項１のポンプ。
3. 請求項１または２のポンプを備え、
   ポンプ本体に連なるモータハウジング内に、ポンプ駆動軸を駆動するポンプ駆動用電動モータが設けられていることを特徴とする電動ポンプユニット。

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