JP2015059496A - 回転斜板式プランジャポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】より小型かつ低コストを実現する回転斜板式プランジャポンプを提供することを目的とする。
【解決手段】外部に開口して形成された第一ポート４０ａと連通する液室と、液室１１内に配置され、回転可能に支持されるシャフト２１と、シャフト２１の軸線２１ａに垂直な面に対して傾斜するようにシャフト２１に固定された円盤状の斜板２２ａと、斜板２２ａの外周に固定され、電動モータのロータ２０を構成するマグネット２３と、ステータ３０と、液室１１に向けて開口する複数のシリンダ７２と、シリンダ７２に嵌合し、一端にて斜板２２ａに当接し、他端にてシリンダ７２内にポンプ室７４を画成するプランジャ９０と、を備え、ポンプ室７４と液室１１とを流入弁８０および吐出弁６０の一方を介して連通し、ポンプ室７４と外部に開口して形成された第二ポート４０ｂとを流入弁８０および吐出弁６０の他方を介して連通する、回転斜板式プランジャポンプ１。
【選択図】 図１

Description

本発明は、回転斜板式プランジャポンプに関する。

例えば、特許文献１には、回転することによりプランジャを押圧する斜板と電動モータのロータとを別体とし、かつ、シャフトの軸線方向に隔ててシャフトに固定する回転斜板式プランジャポンプが開示されている。

特開２０１１−２２６４４９号公報

しかしながら、特許文献１に示されている回転斜板式プランジャポンプにおいては、斜板とロータとを別体とし、かつシャフトの軸線方向に隔ててシャフトに固定しているため、シャフトが長くなる傾向にある。これにより、ポンプ全体がシャフトの軸線方向に大きくなり、ポンプ全体が大きくなるとコスト面に影響を及ぼす。また、シャフトが長くなることにより、寸法精度および強度の確保が困難となる。そして、シャフトの強度を確保するために、シャフトの軸径を太くすることや、材質を変更することは、さらにコスト面に影響を及ぼす。

本発明は、上述した問題を解消するためになされたもので、より小型かつ低コストを実現する回転斜板式プランジャポンプを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、請求項１に係回転斜板式プランジャポンプは、ハウジングに外部に開口して形成された第一ポートと連通する液室と、液室内に配置され、ハウジングに回転可能に支持されるシャフトと、液室内に収納され、シャフトの軸線に垂直な面に対して傾斜するようにシャフトに固定された円盤状の斜板と、斜板の外周に固定され、電動モータのロータを構成するマグネットと、マグネットに対向してハウジングに配置されたコアおよびコアを磁化させるコイルを有する電動モータのステータと、ハウジング内にシャフトの軸線方向に形成され、液室に向けて開口する複数のシリンダと、シリンダに嵌合し、一端にて斜板に当接し、他端にてシリンダ内にポンプ室を画成する複数のプランジャと、を備え、ポンプ室と液室とを流入弁および吐出弁の一方を介して連通し、ポンプ室とハウジングに外部に開口して形成された第二ポートとを流入弁および吐出弁の他方を介して連通する。

これによれば、ロータと斜板とを一体化しているため、シャフトの軸線方向の長さをより短くすることができる。よって、ポンプ全体の大きさをより小さくすることができる。また、液室内にて液体がロータにより撹拌された後に液室から導出されるため、液体が冷媒として作用し、電動モータおよび軸受の発熱を抑制することができる。

また、請求項２に係る発明は、請求項１に係る回転斜板式プランジャポンプにおいて、ポンプ室と液室とを、流入弁を介してシリンダよりシャフトの軸線側で連通し、第一ポートから液体を吸入し、第二ポートから液体を吐出する。
これによれば、ポンプ室と液室とを連通する流路をシリンダよりシャフトの軸線側に配置するため、ハウジング内のスペースを有効活用できる。よって、ポンプ全体をより小さくすることができる。

また、請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に係る回転斜板式プランジャポンプにおいて、シャフトを回転可能に支持する複数の軸受を有し、複数の軸受の間に斜板を配置する。
これによれば、斜板を挟むように複数の軸受でシャフトを支持しているため、斜板がプランジャを押圧するときに発生するシャフトの傾きをより抑制することができる。

また、請求項４に係る発明は、請求項１乃至請求項３に係る回転斜板式プランジャポンプにおいて、マグネットは、プラスチックマグネットである。
これによれば、マグネットの形状を自由に設定できるため、ロータの部品点数をより少なくすることができ、また、ロータの組み付けをより容易にすることもできる。

本発明による回転斜板式プランジャポンプの第一実施形態の構成を示す断面図である。 図１に示すホルダの形状を示す平面図である。 図１に示すホルダの形状を示す側面図である。 図１に示すマグネットの形状を示す平面図である。 図１に示す４−４線に沿った回転斜板式プランジャポンプの断面図である。 本発明による回転斜板式プランジャポンプの第二実施形態の構成を示す断面図である。

本発明に係る回転斜板式プランジャポンプ１における第一実施形態について、図面を参照しながら説明する。回転斜板式プランジャポンプ１は、例えば、内燃機関の冷却用オイルを循環させるポンプや、車両用の油圧ポンプ等に用いられるものである。図１に示すように、本実施形態における回転斜板式プランジャポンプ１は、電動モータ部２およびポンプ部３を備えている。

電動モータ部２は、モータハウジング１０（特許請求の範囲のハウジングに相当）、ロータ２０およびステータ３０を備えている。モータハウジング１０は、液室１１および軸受１２を備えている。液体Ｌは、例えば内燃機関の冷却用オイルである。液室１１は、本実施形態において、モータハウジング１０の内側に、円柱状に形成されている。また、軸受１２は、ロータ２０を回転可能に支持するものであり、例えば、すべり軸受または玉軸受によって構成されている。

ロータ２０は、液室１１内に配置され、電動モータの回転子を構成するものである。ロータ２０は、シャフト２１、ホルダ２２およびマグネット２３を備えている。シャフト２１は、モータハウジング１０に回転可能に支持されるものである。シャフト２１は、具体的には、軸受１２によってモータハウジング１０に回転可能に支持されている。

ホルダ２２は、図２および図３に示すように、シャフト２１の軸線２１ａ方向に円筒状に形成され、内側に斜板２２ａを有している。斜板２２ａは、シャフト２１の軸線２１ａに垂直な面に対して傾斜するようにシャフト２１に固定された円盤状のものである。すなわち、斜板２２ａは、ロータ２０に一体に構成されている。斜板２２ａは、例えばスプライン結合によりシャフト２１に、シャフト２１に対して回転不能に固定されている。

マグネット２３は、図１および図４に示すように、シャフト２１の軸線２１ａ方向に円筒状に形成され、ホルダ２２の外周に、すなわち斜板２２ａの外周に固定されている。本実施形態において、マグネット２３は、プラスチックマグネット（例えば、フェライト系プラスチックマグネット）である。プラスチックマグネットは、マグネット原料に樹脂材料を混合し、射出成形により形成されるものである。そして、マグネット２３は、軸線２１ａの周方向に多極着磁されている。マグネット２３は、例えば、インサート成形によってホルダ２２に固定される。図４に示す凸部２３ａ〜２３ｄは、図２に示すホルダ２２に形成された凹部２２ｂ〜２２ｅに嵌合し、シャフト２１の周方向にホルダ２２とマグネット２３とを回転不能にするものである。

ステータ３０は、コア３１およびコイル３２を備えている。コア３１は、マグネット２３に対向してモータハウジング１０に配置される。具体的には、コア３１における軸線２１ａ方向の寸法が、マグネット２３における軸線２１ａ方向の寸法よりも大きくなるように形成され、コア３１がマグネット２３の外周面の全領域に対向するように配置されている。コア３１は、本実施形態において、複数の電磁鋼板が重ねられることにより構成される積層鋼板である。

コイル３２は、コア３１に設けられ、通電されることによりコア３１を磁化させるものである。コイル３２は、コア３１の周方向に複数個ならべて配置され、複数の相を有する。そして、後述する制御装置Ｓからの制御信号により、励磁されるコイル３２の相が切り替えられる。これにより、ロータ２０を回転させる回転磁界が発生する。

ポンプ部３は、ポンプハウジング４０（特許請求の範囲のハウジングに相当）、底板５０、複数の吐出弁６０、シリンダブロック７０、複数の流入弁８０および複数のプランジャ９０を備えている。ポンプハウジング４０は、モータハウジング１０に、例えば螺子による締結によって固定され、液体Ｌの漏洩を防ぐＯリング４１を備えている。また、ポンプハウジング４０は、ポンプハウジング４０に外部に開口して形成された第一ポート４０ａおよび第二ポート４０ｂならびに有底の凹部４０ｃが形成されている。本実施形態において、凹部４０ｃは、円柱状に形成されている。また、凹部４０ｃの側面およびシリンダブロック７０の側面によって、第一ポート４０ａと液室１１とを連通する流路４０ｄが形成されている。流路４０ｄを介して、液室１１が第一ポート４０ａと連通する。また、本実施形態において、ポンプ１は、第一ポート４０ａを介して外部から液体Ｌを吸入し、第二ポート４０ｂを介して外部へ液体Ｌを吐出する。

底板５０は、凹部４０ｃの底面４０ｅに、例えば圧入により、密着した状態で当接するようにハウジング４０に対して回転不能に固定され、円板状に形成されるものである。底板５０は、底板５０を軸線２１ａ方向に貫通する複数の流路５１を有している。また、底板５０の第二ポート４０ｂ側の面および凹部４０ｃの底面４０ｅに形成された溝形状によって、第二ポート４０ｂと流路５１とを連通する流路４０ｆが形成されている。

各吐出弁６０は、流路４０ｆ内に配置され、流路５１をそれぞれ開閉するものである。吐出弁６０は、流路５１の直径より大きい直径を有する球状に形成されている。また、ポンプ部３は、複数のスプリング６１をさらに備えている。そして、吐出弁６０は、スプリング６１により、底板５０側に付勢されている。これにより、吐出弁６０が流路５１の端部に密着し、吐出弁６０が流路５１を閉状態とする。

シリンダブロック７０は、ポンプハウジング４０に固定され、斜板２２ａに対向する一端面７０ａおよび一端面７０ａから離間して形成された他端面７０ｂを有している。シリンダブロック７０は、他端面７０ｂを底板５０の液室１１側の面に密着した状態で接するように凹部４０ｃに、例えば圧入によりポンプハウジング４０に対し回転不能に固定され、例えば円柱状に形成されている。

また、シリンダブロック７０は、軸受７１および複数のシリンダ７２を備えている。軸受７１は、一端面７０ａ側に配置され、シャフト２１を回転可能に支持するものである。すなわち、ポンプ１は、シャフト２１を回転自在に支持する複数の軸受１２，７１を有し、複数の軸受１２，７１の間に斜板２２ａを配置する。軸受７１は、例えば、すべり軸受または玉軸受によって構成されている。

各シリンダ７２は、シリンダブロック７０内にシャフト２１の軸線２１ａ方向に形成され、液室１１に向けて開口するものである。本実施形態において、シリンダ７２は、シリンダブロック７０を貫通するように、円筒状に形成されている。すなわち、シリンダ７２における一端面７０ａ側の開口部は液室１１に対向する。一方、シリンダ７２における他端面７０ｂ側の開口部は、流路５１に対向するように形成されている。

また、シリンダブロック７０および底板５０によって、複数の流路７３が形成されている。各流路７３は、液室１１とシリンダ７２とを連通するものである。本実施形態において、流路７３は、シリンダブロック７０内に各シリンダ７２より軸線２１ａ側に形成された円筒部７３ａ，７３ｂおよび他端面７０ｂに形成された溝７３ｃ並びに底板５０の液室１１側の面により構成されている。また、円筒部７３ａの直径は、円筒部７３ｂ円筒部より小さく形成されている。

各流入弁８０は、流路７３内に配置され、流路７３をそれぞれ開閉するものである。本実施形態において、流入弁８０は、円筒部７３ｂに配置され、円筒部７３ａの直径より大きい直径を有する球状に形成されている。また、ポンプ部３は、複数のスプリング８１をさらに備えている。そして、流入弁８０は、スプリング８１により、斜板２２ａ側に付勢されている。これにより、流入弁８０が円筒部７３ａの端部に密着し、流入弁８０が流路７３を閉状態とする。

各プランジャ９０は、シリンダ７２に嵌合し、一端９０ａにて斜板２２ａに当接するものである。本実施形態において、プランジャ９０は、シリンダ７２に斜板２２ａ側から挿入され、プランジャ９０の側面がシリンダ７２の内周面に対して密着かつ摺動可能に形成されている。また、プランジャ９０は、斜板２２ａに対して摺動可能に当接するように構成されている。本実施形態において、プランジャ９０における斜板２２ａ側の一端９０ａは、球状に形成されている。そして、プランジャ９０は、ポンプ部３がさらに備える複数のスプリング９１により、斜板２２ａ側に付勢されている。これにより、プランジャ９０の一端９０ａが斜板２２ａに摺動可能に当接する。

さらに、プランジャ９０は、他端９０ｂにてシリンダ７２内にポンプ室７４を画成するものである。ポンプ室７４は、液体Ｌの圧力を高め、液体Ｌを移送するポンプを構成するものである。すなわち、ポンプ室７４に流入する液体Ｌがポンプ室７４にて圧縮され、液体Ｌの圧力が高められた後に、ポンプ室７４から吐出される。本実施形態において、ポンプ室７４は、シリンダ７２内において、プランジャ９０の他端９０ｂと底板５０との間に形成される。そして、流路５１および流路７３がポンプ室７４に連通する。すなわち、ポンプ１は、ポンプ室７４と液室１１とを流入弁８０を介して連通し、ポンプ室７４と第二ポート４０ｂとを吐出弁６０を介して連通する。また、ポンプ１は、ポンプ室７４と液室１１とを、流入弁８０を介してシリンダ７２よりシャフト２１の軸線２１ａ側で流路７３を介して連通する。

また、図５に示すように、本実施形態において、流路５１、シリンダ７２、流路７３、ポンプ室７４、およびプランジャ９０は、軸線２１ａの周方向に各３個ずつ均等に配置されている。よって、吐出弁６０、スプリング６１、流入弁８０、スプリング８１およびスプリング９１も同様に、軸線２１ａの周方向に各３個ずつ均等に配置されている。

また、ポンプ１は、直流電圧変換器としてのコンバータＣ（図示せず）に電気的に接続されている。そして、コンバータＣは、ポンプ1を制御する制御装置Ｓ（図示せず）に電気的に接続されている。制御装置Ｓは、液体Ｌの吐出量を所定の吐出量にするように、ロータ２０を所定回転数にて駆動または停止するように制御する。具体的には、制御装置Ｓは、コンバータＣに制御指令を送信し、ステータ３０に所定の直流電圧を供給または供給を停止するように制御する。

次に、ポンプ１における作動について説明する。ポンプ１が作動していない状態においては、吐出弁６０および流入弁８０はスプリング６１，８１により、流路５１，７３を閉じている状態である。そして、第一ポート４０ａは、液体Ｌが貯留されている図示しないタンクに図示しない管によって接続されている。

制御装置Ｓからの制御信号によって、コンバータＣから所定電圧がステータ３０に供給されることにより、液室１１内に回転磁界が発生する。これにより、ロータ２０が所定回転数にて回転し、斜板２２ａが回転駆動する。斜板２２ａの回転駆動により、斜板２２ａが各プランジャ９０を周期的にシリンダブロック７０側に押し下げる。一方、各スプリング９１が各プランジャ９０を押し上げる方向に付勢しているため、各プランジャ９０が往復運動する。各プランジャ９０が往復運動することにより、各ポンプ室７４が周期的に膨張と圧縮とを繰り返す。

ここで、ポンプ室７４が膨張するときに、ポンプ室７４に負圧が発生する。そして、ポンプ室７４に発生する負圧と液室１１内の圧力の差によって生じる荷重が流入弁８０に作用し、流入弁８０がスプリング８１の付勢力に抗して底板５０側に移動する。これにより、流路７３が開かれた状態になるため、液室１１とポンプ室７４が連通する。そして、外部から第一ポート４０ａ、流路４０ｄ、液室１１および流路７３を介して、液体Ｌがポンプ室７４に流入する。なお、ポンプ室７４が膨張する場合は、吐出弁６０は底板５０側に付勢されているため作動せず、流路５１を閉じた状態が保たれることにより、液体Ｌの逆流を防止する。

また、液体Ｌが液室１１を介してポンプ室７４に流入するため、液室１１内において、液体Ｌがロータ２０によって撹拌される。これにより、斜板２２ａにおけるプランジャ９０との摺動面および軸受１２，７１が潤滑される。また、ロータ２０とステータ３０との間に液体Ｌが流通する。

一方、ポンプ室７４が圧縮するときに、ポンプ室７４に流入した液体Ｌが加圧される。そして液体Ｌの圧力と流路４０ｆの圧力の差によって生じる荷重が吐出弁６０に作用し、吐出弁６０がスプリング６１の付勢力に抗して第二ポート４０ｂ側に移動する。これにより、流路５１が開かれた状態になるため、ポンプ室７４と流路４０ｆが連通する。そして、ポンプ室７４から流路５１、流路４０ｆおよび第二ポート４０ｂを介して、外部へ液体Ｌが吐出する。なお、ポンプ室７４が圧縮する場合は、吐出弁６０は、斜板２２ａ側に付勢されているため作動せず、流路７３を閉じた状態が保たれることにより、液体Ｌの逆流を防止する。そして、プランジャ９０の往復運動の周期に合わせ、ポンプ室７４が圧縮されるため、ポンプ室７４から液体Ｌが周期的に吐出する。

ここで、斜板２２ａが所定回転数にて回転し、かつ３個のプランジャ９０が軸線２１ａの周方向に均等に配置されているため、各プランジャ９０の往復運動の周期に一定のずれが、各プランジャ９０の間に等しく生じる。これにより、各ポンプ室７４から各流路５１に液体Ｌを吐出する周期に一定のずれが、各ポンプ室７４の間に等しく生じるため、第二ポート４０ｂから外部へ液体Ｌが脈動の少ない状態で一定の吐出量にて吐出する。なお、液体Ｌの吐出量は、ロータ２０の回転数、ポンプ室７４における体積の変化量および各流路面積等によって定まる。

本実施形態によれば、ポンプ１は、ロータ２０と斜板２２ａとを一体化しているため、シャフト２１の軸線２１ａ方向の長さをより短くすることができる。よって、ポンプ全体の大きさをより小さくすることができ、シャフト２１の強度および寸法精度をより容易に確保することができる。したがって、ポンプ１をより低コストにすることができる。また、液体Ｌが液室１１内でロータ２０により撹拌された後に液室１１から導出されるため、液体Ｌが冷媒として作用し、電動モータ部２および軸受１２、７１の発熱を抑制することができる。そして、斜板２２ａにおける各プランジャ９０との摺動面および軸受１２，７１を液体Ｌによって潤滑することができる。

また、ポンプ室７４と液室１１とを連通する各流路７３をシリンダ７２よりシャフト２１の軸線２１ａ側に配置するため、ポンプハウジング４０内のスペースを有効活用できる。よって、ポンプ全体をより小さくすることができる。

また、各プランジャ９０が、軸線２１ａから半径方向に離間した位置にて斜板２２ａを押圧しているため、シャフト２１に傾きを生じさせるモーメントが発生する。しかし、ロータ２０および斜板２２ａを挟むように軸受１２、７１でシャフト２１を支持しているため、斜板２２ａが各プランジャ９０を押圧するとき、および、斜板２２ａが各プランジャ９０によって押圧されるときに発生するシャフト２１の傾きをより抑制することができる。よって、シャフト２１の精度をより容易に確保することができる。

また、マグネット２３は、プラスチックマグネットであるため、マグネット２３の形状を自由に設定できる。よって、ロータ２０の部品点数をより少なくすることができ、また、ロータ２０の組み付けをより容易にすることもできる。よって、ポンプ１をより低コストにすることができる。

次に、本発明に係る回転斜板式プランジャポンプ１の第二実施形態について図６を参照しながら説明する。第一実施形態において、ポンプ１は、液体Ｌを第一ポート４０ａから流入し、第二ポート４０ｂから吐出していたが、これに代えて、液体Ｌを第二ポート４０ｂから流入し、第一ポート４０ａから流入するようにしても良い。この場合、弁６０，８０を図６に示すように、シャフト２１の軸線２１ａ方向において、第一実施形態とは反対方向に各スプリング６１，８１によって付勢するように底板５０、各吐出弁６０、軸受７１、各流路７３および各流入弁８０を構成すると良い。具体的には、底板５０に流入弁８０およびスプリング８１を配置するように底板５０を形成する。また、流路７３において、円筒部７３ａを円筒部７３ｂよりも直径を大きくするように形成し、円筒部７３ａに吐出弁６０およびスプリング６１を配置する。そして、軸受７１は、スプリング８１を保持するように形成し、流路７３と液室１１とを連通する貫通穴７１ａを形成すると良い。すなわち、ポンプ１は、ポンプ室７４と液室１１とを吐出弁６０を介して連通し、ポンプ室７４と第二ポート４０ｂとを流入弁８０を介して連通する。

なお、本発明による回転斜板式プランジャポンプ１の他の実施形態として、各実施形態がマグネット２３をプラスチックマグネットにて構成していたが、これに代えて、複数の磁石をホルダ２２の周方向に配置しても良い。この場合、ホルダ２２の周方向において、マグネットの磁極を交互に配置するようにすると良い。

また、各実施形態において、流路５１、吐出弁６０、スプリング６１，シリンダ７２、流路７３、ポンプ室７４、流入弁８０、スプリング８１、プランジャ９０およびスプリング９１は、シャフト２１の軸線２１ａの周方向に各３個ずつ均等に配置されているが、各３個以外の個数としても良い。この場合、液体Ｌの吐出する際に生じる脈動を小さくするために、奇数個かつ多数個とすると良い。
また、第一実施形態において、シャフト２１は、軸受１２，７１によって支持されているが、これに代えて、軸受１２のみによってシャフト２１を支持するようにしても良い。

１…回転斜板式プランジャポンプ、２…電動モータ部、３…ポンプ部、１０…モータハウジング（ハウジング）、１１…液室、１２…軸受、２０…ロータ、２１…シャフト、２１ａ…軸線、２２…ホルダ、２２ａ…斜板、２３…マグネット、３０…ステータ、３１…コア、３２…コイル、４０…ポンプハウジング（ハウジング）、４０ａ…第一ポート、４０ｂ…第二ポート、４０ｆ…流路、５０…底板、６０…吐出弁、７０…シリンダブロック、７２…シリンダ、７３…流路、７４…ポンプ室、８０…流入弁、９０…プランジャ、９０ａ…一端、９０ｂ…他端、Ｌ…液体。

Claims (4)

1. ハウジングに外部に開口して形成された第一ポートと連通する液室と、
   前記液室内に配置され、前記ハウジングに回転可能に支持されるシャフトと、
   前記液室内に収納され、前記シャフトの軸線に垂直な面に対して傾斜するように前記シャフトに固定された円盤状の斜板と、
   前記斜板の外周に固定され、電動モータのロータを構成するマグネットと、
   前記マグネットに対向して前記ハウジングに配置されたコアおよび前記コアを磁化させるコイルを有する前記電動モータのステータと、
   前記ハウジング内に前記シャフトの軸線方向に形成され、前記液室に向けて開口する複数のシリンダと、
   前記シリンダに嵌合し、一端にて前記斜板に当接し、他端にて前記シリンダ内にポンプ室を画成する複数のプランジャと、を備え、
   前記ポンプ室と前記液室とを流入弁および吐出弁の一方を介して連通し、前記ポンプ室と前記ハウジングに外部に開口して形成された第二ポートとを前記流入弁および前記吐出弁の他方を介して連通する回転斜板式プランジャポンプ。
2. 前記ポンプ室と前記液室とを、前記流入弁を介して前記シリンダより前記シャフトの前記軸線側で連通し、
   前記第一ポートから前記液体を吸入し、前記第二ポートから前記液体を吐出する、請求項１の回転斜板式プランジャポンプ。
3. 前記シャフトを回転可能に支持する複数の軸受を有し、前記複数の軸受の間に前記斜板を配置する請求項１または請求項２の回転斜板式プランジャポンプ。
4. 前記マグネットは、プラスチックマグネットである、請求項１乃至請求項３の何れか一項の回転斜板式プランジャポンプ。

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