JP2018096269A - 電動ポンプ - Google Patents

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俊宣 堀松
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直人 森下
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Abstract

【課題】ポンプ室の両側面の合わせ面精度やシール性を十分に確保して、ポンプ効率の低下のほか摺動部位の偏摩耗や摩擦抵抗の増加等の二次的不具合を抑制する。【解決手段】電動モータ5の回転子7の内周側にポンプ部8が配置されている電動ポンプである。ハウジング本体3およびカバー4とからなるハウジング2と、複数のコイル15を有している固定子6と、内側のアウタロータ16と外側の回転子本体17とで形成された回転子7と、回転子7の両側のサイドプレート11,12と、インナロータ9と、アウタロータ16とインナロータ9との間に介装された複数の連結プレート10と、を備えている。一対のサイドプレート11,12のうち一方のサイドプレート12が、圧縮コイルスプリング28により回転子7に押し付けられている。【選択図】図1

Description

本発明は、電動モータとポンプ部とが一体化されたいわゆるモータ一体型で且つ容積式の電動ポンプに関する。
例えば自動車のエンジンや変速機のオイルポンプ等として用いられるモータ一体型の電動ポンプとして、電動モータの回転子の内周側にポンプ部が配置されたタイプものが特許文献1〜3にて提案されている。
これらの特許文献1〜3に開示されたモータ一体型の電動ポンプでは、電動モータの回転子が容積型のポンプ部のアウタロータを兼ねていて、そのアウタロータの内周側に所定の間隙を隔てて同じくポンプ要素であるインナロータが偏心して配置されている点で共に共通している。そして、アウタロータとインナロータとでトロコイド式あるいは他の形式のポンプ部が形成されていて、アウタロータの回転に追従してインナロータが回転することで、両者の間の空間をポンプ室として所定のポンプ機能が発揮されるようになっている。
特開2011−7843号公報 特開2012−67735公報 特開2012−41867号公報
しかしながら、これらのモータ一体型の電動ポンプでは、電動モータの回転子の内周側にポンプ部が配置される構造上の特殊性から、特許文献1,3に記載されているように、ポンプ室の両側面を規制しているハウジング部材をポンプ部の中心から径方向に大きく離れた位置にてボルト締結する構造とならざるを得ない。そのため、ハウジング部材を肉厚が大きく且つ剛性の高いものにしないかぎりは、上記ボルト締結力をもってハウジング部材とアウタロータおよびインナロータとを正確に密着させることが難しく、ポンプ室の両側面の合わせ面精度の低下やシール性の低下が危惧される。その結果として、液漏れ等によるポンプ効率の低下や摺動部位の偏摩耗、さらには摩擦抵抗の増加を招きやすくなり、モータ一体型の電動ポンプとしてなおも改善の余地を残している。
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、ポンプ室の両側面の面合わせ精度やシール性を十分に確保して、ポンプ効率の低下のほか摺動部位の偏摩耗や摩擦抵抗の増加等の二次的不具合を抑制できるようにしたモータ一体型の電動ポンプを提供するものである。
本発明は、固定子と共に電動モータを形成している回転子の内周側に当該電動モータによって回転駆動されるポンプ部が配置されている電動ポンプであって、 密閉構造のハウジングと、上記ハウジング内に収容されて周方向に複数のコイルを有している固定子と、上記固定子の内周側に配置されてポンプ部のアウタロータを兼ねた回転子と、上記回転子の両側に配置された一対のサイドプレートと、上記回転子の内周側に偏心して配置されて当該回転子および一対のサイドプレートと共にポンプ部のポンプ室を形成していて、上記回転子の回転に伴って回転するインナロータと、を備えている。その上で、上記一対のサイドプレートのうち少なくとも一方のサイドプレートが弾性部材により回転子に押し付けられていることを特徴とするものである。
この場合において、上記回転子に関して、電動モータに要求される機能とポンプ部に要求される機能とを両立する上では、上記回転子は、上記一対のサイドプレートおよびインナロータと共にポンプ部のポンプ室を形成しているアウタロータと、上記アウタロータの外周側に嵌め合わされていて固定子側のコイルに対応する永久磁石が設けられた回転子本体と、から形成されていて、いわゆる機能分割されていることが望ましい。
また、上記ポンプ部としては、構造的に成立するならば、トロコイド式あるいは他の形式のポンプ部でも良いが、ここでは、上記ポンプ部は、例えば、上記アウタロータと一対のサイドプレートおよびインナロータに加えて、一端が上記アウタロータに揺動可能に支持されると共に、他端がインナロータに摺動可能に嵌め合わされていて、上記アウタロータとインナロータとの間のポンプ室空間を複数の領域に隔離しているプレート部材を有している構造のものとする。
また、ハウジングのより具体的な構造として、上記ハウジングは、上記回転子の軸心方向で二分されたハウジング本体とカバー部材とで形成されていて、上記アウタロータとインナロータおよびそれらの両側の一対のサイドプレートがハウジング本体とカバー部材とで圧締保持されていることが、各部材同士の密着性向上の上で望ましい。
さらに、回転子の回転性能に着目した場合には、上記アウタロータはその周縁部に回転子本体よりも長さの大きなリム部を有していると共に、上記リム部の長さ方向の両端部内周面とハウジング本体またはカバー部材との間にそれぞれに軸受が介装されていて、上記アウタロータと回転子本体とで形成される回転子が上記軸受により回転可能に両持ち支持されていることが望ましい。
したがって、本発明では、一対のサイドプレートのうち少なくとも一方のサイドプレートが弾性部材の弾性力により回転子に押し付けられていることにより、内周側にインナロータを有し且つポンプ部のアウタロータを兼ねている回転子が双方のサイドプレート間に弾性力で挟み込まれるかたちとなる。そのため、ポンプ部のアウタロータを兼ねている回転子およびインナロータと双方のサイドプレートとが確実に密着するようになり、その密着状態を安定して維持できることになる。
本発明によれば、ポンプ室を形成している一対のサイドプレートのうち少なくとも一方のサイドプレートが弾性部材により回転子に押し付けられていて、いわゆるフローティング構造となっているため、一対のサイドプレートとポンプ部のアウタロータを兼ねている回転子およびインナロータを互いに密着させることが可能となって、ポンプ室の両側面の面合わせ精度やシール性を十分に確保でき、ポンプ効率の低下や摺動部位の偏摩耗さらには摩擦抵抗の増大化を抑制できる。
本発明に係る電動ポンプを実施するためのより具体的な第1の形態を示す図で、図2のB−B線に沿った断面図。 図1のA−A線に沿った断面図。 図1,2に示した電動ポンプのカバーを取り外したときの分解斜視図。
図1〜3は本発明に係る電動ポンプを実施するためのより具体的な第1の形態を示し、特に図1は電動ポンプ1の全断面図として図2のB−B線に沿った断面図を示していて、図2は図1のA−A線に沿った断面図を示している。さらに、図3は図1,2に示した電動ポンプ1のカバー4を取り外したときの分解斜視図を示している。
図1〜3に示した電動ポンプ1は、ハウジング本体3とカバー4とで密閉された円形状のハウジング2内に、後述する電動モータ5とポンプ部8とが同心状に且つ軸心方向位置が一致するように収容配置されているものであり、ハウジング2を含む全体形状が略偏平形状をなしている。
図1,2に示すように、電動モータ5は、ハウジング2の円形内部空間の外周部を占める円環状の固定子(ステータ)6と、この固定子6の内側の内部空間を占める円筒状の回転子(ロータ)7と、から形成される。他方、回転子7は後述するポンプ部8のアウタロータを兼ねていて、ポンプ部8は、この回転子7と、回転子7の内周側に所定の隙間を隔てて偏心して配置されたインナロータ9と、回転子7とインナロータ9との間に放射状に介装された複数の連結プレート10と、インナロータ9の両側に配置される後述する一対のサイドプレート11,12と、から構成されている。
これらの電動モータ5とポンプ部8とを収容しているハウジング2は、図1,3に示すように、固定子6または回転子7の軸心方向においてハウジング本体3とカバー部材としてのカバー4とに二分割されたいわゆる半割り構造のものとして形成されている。そして、ハウジング本体3とカバー4とを突き合わせた上で、二本のボルト13により締結固定される。
電動モータ5の固定子6は、円環状をなす金属製のステータコア14の内周側に複数のティース部14aが等ピッチで突出されていて、これらの各ティース部14aにコイル15を巻回した周知の構造のものであり、ティース部14aを含む各コイル15が磁極を形成している。他方、電動モータ5の回転子7はポンプ部8のアウタロータを兼ねているものであることは先に述べた通りである。本実施の形態では、電動モータ5の回転子として要求される機能と、ポンプ部8のアウタロータして要求される機能とを十二分に充足するべく、回転子7の内周側と外周側とで材質的に機能分割された複合構造となっていて、回転子7は、内周側の中空円筒状のアウタロータ16と、そのアウタロータ16の外周側に嵌め合わされた同じく中空円筒状の回転子本体17と、で形成されている。
そして、内周側のアウタロータ16が単一金属材料製のものであるのに対して、外周側の回転子本体17は例えば電磁鋼板等の鋼板積層体により形成されている。さらに、回転子本体17には円周方向の等ピッチ位置に軸心方向に貫通する複数(固定子6側のコイル15と同数)のスロット部18が形成されていて、これらの各スロット部18に永久磁石19が挿入された上で接着剤にて固定されている。なお、図1,2に示すように、固定子6側の各ティース部14aと回転子本体17の外周面との間には、いわゆるエアギャップに相当する微小隙間が確保されている。
また、図1に示すように、先に述べた回転子本体17と共に回転子7を形成しているアウタロータ16は、その外周縁部に回転子本体17よりも長さ(軸心方向長さ)が大きく且つ段差を有するリム部20が形成されていて、このリム部20は回転子本体17の両端から突出している。そして、回転子本体17の両端面に例えばアルミニウム板等の非磁性体からなるエンドプレート21を重ねて永久磁石19を被覆した上で、その回転子本体17をアウタロータ16のリム部20の小径部に圧入すると共に、ストッパーリング22を圧入することで、アウタロータ16の外周に回転子本体17が一体的に固定されている。これにより、少なくとも回転子本体17は固定子6と共に永久磁石埋め込み型の電動モータ5を形成している。
なお、非磁性体からなるエンドプレート21は、回転子本体17に埋め込まれた永久磁石19の磁束漏れによる出力低下を抑制するために設けられる。また、アウタロータ16と回転子本体17とからなる回転子7全体が鋼板積層体または他の金属材料で一体のものとして形成される場合には、当該回転子7は電動モータ5の回転子7とポンプ部8のアウタロータ16とを兼ねるものであることは先に述べた通りである。
図1,2に示すように、アウタロータ16の内周側にはそれ自体の軸心位置から偏心した位置に、アウタロータ16の内径よりも小径の円筒状のインナロータ9がアウタロータ16の内周面に内接するように配置されていて、両者の間の空間が容積型のポンプ部8のポンプ室Pとなっている。インナロータ9には外周面に開口しつつ径方向に延びる複数の角溝状のスロット部23が等ピッチで且つ放射状に形成されている。そして、各スロット部23にはプレート部材としての変形ベーン状をなす連結プレート10が摺動可能に、すなわち各スロット部23から出没可能に挿入支持されている。各連結プレート10は断面形状が略鍵穴状をなしていて、インナロータ9側の基部が太く、反対側のアウタロータ側の先端部が基部よりも細い円筒状の揺動軸部10aとして形成されている。
他方、アウタロータ16の内周面には軸心方向に延びる円筒スロット状の複数の支持孔24が等ピッチで形成されていて、これらの支持孔24に各連結プレート10の揺動軸部10aが回動可能に嵌合支持されている。これにより、各連結プレート10は揺動軸部10aを回転中心として揺動可能であって且つアウタロータ16からの離脱が阻止されていると共に、インナロータ9のスロット部23から基部が抜け出さない程度に当該スロット部23から出没可能となっている。このように、アウタロータ16とインナロータ9との間に複数の連結プレート10が架橋的に配置されていることによって、アウタロータ16とインナロータ9との間に形成されたポンプ室Pが複数の領域に隔離されるようになっている。
図1に示すように、ハウジング本体3の内底面の中央部には、固定子6に臨む空間R1を残して比較的大径の支持凸部3aが形成されている。同様に、カバー4の内底面の中央部には、固定子6に臨む空間R2を残して環状の支持凸部4aが形成されている。そして、ハウジング本体3側の支持凸部3aおよびカバー4側の支持凸部4aと、アウタロータ16におけるリム部20の長さ方向両端部との間には、それぞれに軸受としてボールベアリング25,26が介装されている。これにより、ハウジング本体3およびカバー4側のそれぞれの支持凸部3a,4aに両持ち支持されるかたちでアウタロータ16が、ひいては回転子7が回転可能に軸受支持されている。
インナロータ9の両側面には、アウタロータ16の一部にまたがるかたちでハウジング本体3側のサイドプレート11とカバー4側のサイドプレート12とが配置されている。これらの双方のサイドプレート11,12があることによって、図1に示すように、アウタロータ16とインナロータ9との間に形成されたポンプ室Pが軸心方向においても隔離されていることになる。これにより、アウタロータ16、インナロータ9、連結プレート10および双方のサイドプレート11,12により容積型のポンプ部8が形成されている。
また、図1に示すように、インナロータ9およびハウジング本体3側のサイドプレート11を貫通して、ハウジング本体3側の支持凸部3aおよびカバー4側のサイドプレート12にまたがるかたちで段付き軸状の軸部材27が配置されている。この軸部材27は長手方向の中央部でインナロータ9を回転可能に支持している一方、長手方向の両端部はハウジング本体3側の支持凸部3aおよびカバー4側のサイドプレート12に嵌合支持されている。このように、ハウジング本体3側の支持凸部3aに嵌合支持された軸部材27を基準に、ハウジング本体3側のサイドプレート11、インナロータ9およびカバー4側のサイドプレート12がそれぞれ組み付けられていることにより、各部材間の相対位置決めがなされている。
図1に示したカバー4側のサイドプレート12の背面側には段付き状のボス部12aが形成されていて、このボス部12aがカバー4側における環状の支持凸部4aの内周に軸心方向で摺動可能に嵌合支持されている。また、ボス部12aの小径部の外周には弾性部材として圧縮コイルスプリング28が配置されていて、この圧縮コイルスプリング28はボス部12aとカバー4側の支持凸部4aの内底面との間に圧縮状態で介装されている。これにより、カバー4側のサイドプレート12はいわゆるフローティング構造のものとなっていて、インナロータ9およびアウタロータ16に対してサイドプレート12が圧縮コイルスプリング28の弾性力で押し付けられている。このことは、インナロータ9およびアウタロータ16とそれらを挟んで両側に配置された双方のサイドプレート11,12とが、互いに密着するように押し付けられていることにほかならない。これらによって、インナロータ9とアウタロータ16および双方のサイドプレート11,12との間での密着性ひいてはシール性が確保されていることになる。
また、図1,2に示すように、ハウジング本体3側のサイドプレート11にはポンプ室Pに連通する吸入口29と吐出口30とが形成されている。その一方、カバー4側のサイドプレート12にも連結プレート10が挿入されるインナロータ9側のスロット部23を介して吸入口29と吐出口30にそれぞれ連通する凹部31,32が形成されている。吸入口29と吐出口30はハウジング本体3に形成された図示外の吸入ポートと吐出ポートにそれぞれ接続されている。また、双方のサイドプレート11,12のうちインナロータ9と対向する内側面には、軸部材27を取り囲むように環状溝33,34がそれぞれに形成されている。そして、一方のサイドプレート11に形成された吸入口29や吐出口30および環状溝33に相当する部分、および他方のサイドプレート12に形成された凹部31,32や環状溝34に相当する部分では、インナロータ9の側面との間に微小隙間としてサイドクリアランスがそれぞれに設定されている。
ここで、本実施の形態では、電動ポンプ1がオイルポンプである場合を想定していて、双方のサイドプレート11,12に形成された環状溝33,34は、各サイドプレート11,12とインナロータ9との摺動部での油潤滑のために、圧送対象となるオイルの一部を潤滑油として保有する空間となっている。
また、ハウジング本体3側のサイドプレート11に形成された吸入口29または吐出口30は、例えば図1に示したボールベアリング25に臨んでいて、圧送対象となる油の一部が双方のボールベアリング25,26や固定子6を含むハウジング本体3側およびカバー4側のそれぞれの空間R1,R2にも充満するようになっている。これにより、双方のボールベアリング25,26のほか、各コイル15を含む固定子6や回転子7が圧送対象となる油のなかに浸漬されるかたちとなって、双方のボールベアリング25,26の潤滑と共に、固定子6や回転子7が油冷却されるようになっている。
したがって、このように構成された電動ポンプ1では、図1,2に示すように、回転子7と共に電動モータ1を形成している固定子6の各コイル15に通電することにより、各コイル15に対応する永久磁石19が埋設されている回転子7、すなわち永久磁石19が埋設されている回転子本体17とアウタロータ16とが一体化されている回転子7が、双方のボールベアリング25,26に案内されながら、例えば図2の時計回り方向である矢印M方向に回転することになる。
なお、図1では、軸部材27と双方のサイドプレート11,12とが同心状に描かれているが、図2から明らかなように、実際には回転子7の両側に配置される双方のサイドプレート11,12の軸心に対して軸部材27の軸心は偏心しているので、回転子7の回転に伴って双方のサイドプレート11,12までも回転してしまうことがない。
先に述べた回転子7の回転は、アウタロータ16とインナロータ9との間に介在している複数の連結プレート10を介して内側のインナロータ9に伝達される。図2に示すように、回転子7の軸心に対してインナロータ9の軸心は偏心しているので、インナロータ9はアウタロータ16と一体的に回転する一方で、同時に軸部材27を回転中心としてインナロータ9自体もまた、アウタロータ16の内周面に内接しながら且つその内接位置を連続的に変化させながら回転することになる。
このようなアウタロータ16の内周面に内接しながらの軸部材27を回転中心とするインナロータ9の回転運動に伴い、そのインナロータ9の各スロット部23に挿入されているそれぞれの連結プレート10が揺動軸部10aを中心に揺動しながら各スロット部23からの出没を繰り返すことになるので、ポンプ室P内での各連結プレート10の出没によっていわゆる容積型のポンプとしての機能が発揮されるとになる。
より具体的には、アウタロータ16とインナロータ9との間に配置された複数の連結プレート10は、ポンプ室Pを複数の領域に隔離しているので、隣接する二つの連結プレート10同士で挟まれた領域が図2の略三日月状の吸入口29を通過する過程が吸い込み(吸入)行程となり、同様に隣接する二つの連結プレート10同士で挟まれた領域が図2の略三日月状の吐出口30を通過する過程が吐出行程となる。そして、このような挙動が連続して繰り返されることで、先に述べたようにポンプ部8による容積型のポンプとしての機能が発揮されることになる。
このようなポンプ部8が容積型のポンプとしての機能を発揮する過程において、図1に示したように、カバー4側のサイドプレート12がアウタロータ16およびインナロータ9の側面に圧縮コイルスプリング28により押し付けられていて、そのサイドプレート12の押し付け力を受けたアウタロータ16およびインナロータ9がハウジング本体3側のサイドプレート11に押し付けられている。このことは、アウタロータ16とインナロータ9の両側に配置された双方のサイドプレート11,12が、圧縮コイルスプリング28の弾性力で両者の間にアウタロータ16とインナロータ9を挟み込んでいることを意味している。そのため、図1に示したように、ボルト13によるハウジング本体3とカバー4との締結固定位置がポンプ部8から比較的大きく離れていたとしても、ポンプ部8の主要素であるアウタロータ16とインナロータ9の側面に双方のサイドプレート11,12が常に密着していて、両者の合わせ面精度の向上と共にシール性の向上が図られていることになる。それによって、アウタロータ16およびインナロータ9の回転が安定して行われると共に、ポンプ室Pからの油漏れが抑制されてポンプ効率も向上することになる。
その上、先に述べたように、アウタロータ16およびインナロータ9に対する双方のサイドプレート11,12の密着面の一部にサイドクリアランスが設定されていて、その部分に油が介在して油潤滑が行われるようになっている。そのため、当該部分での偏摩耗を抑制できると共に、摩擦抵抗を低減することができ、これによってもまたアウタロータ16およびインナロータ9が回転がより安定して行われるようになる。
また、回転子7が、回転中心位置に近い部分ではなく、径方向の外側部分で双方のボールベアリング25,26により両持ち支持形態で軸受支持されているので、回転子7の回転も安定して行われることになり、ボールベアリング25,26を含む電動ポンプ1の耐久性も向上することになる。
さらに、ハウジング本体3とカバー4とで形成されるハウジング2全体を厚肉にしたりあるいは剛性の高いものにする必要もなく、電動モータ5とポンプ部8とが一体化された電動ポンプ1として、図1に示すように偏平形状で且つコンパクトな構造とすることができる。
ここで、本実施の形態では、図2に示したように、アウタロータ16とインナロータ9との間に複数の連結プレート10が架橋的に介配置されているタイプのポンプ部8を例にとって説明したが、ポンプ部8の形式はこれに限定されるものではなく、例えばトロコイド式をはじめとする他の形式のポンプ部であっても良い。
また、本実施の形態では、図2に示したように、回転子7に関して、電動モータ5に要求される機能とポンプ部8に要求される機能とを共に十分に充足するべく、当該回転子7をアウタロータ16と回転子本体17とで形成したが、必要に応じて両者を同じ材質で完全に一体化された構造のものとして形成しても良い。
1…電動ポンプ
2…ハウジング
3…ハウジング本体
4…カバー(カバー部材)
5…電動モータ
6…固定子
7…回転子
8…ポンプ部
9…インナロータ
10…連結プレート(プレート部材)
11…サイドプレート
12…サイドプレート
15…コイル
16…アウタロータ
17…回転子本体
19…永久磁石
20…リム部
25…ボールベアリング(軸受)
26…ボールベアリング(軸受)
28…圧縮コイルスプリング(弾性部材)
P…ポンプ室

Claims (5)

  1. 固定子と共に電動モータを形成している回転子の内周側に当該電動モータによって回転駆動されるポンプ部が配置されている電動ポンプであって、
    密閉構造のハウジングと、
    上記ハウジング内に収容されて周方向に複数のコイルを有している固定子と、
    上記固定子の内周側に配置されてポンプ部のアウタロータを兼ねた回転子と、
    上記回転子の両側に配置された一対のサイドプレートと、
    上記回転子の内周側に偏心して配置されて当該回転子および一対のサイドプレートと共にポンプ部のポンプ室を形成していて、上記回転子の回転に伴って回転するインナロータと、
    を備えていて、
    上記一対のサイドプレートのうち少なくとも一方のサイドプレートが弾性部材により回転子に押し付けられていることを特徴とする電動ポンプ。
  2. 上記回転子は、
    上記一対のサイドプレートおよびインナロータと共にポンプ部のポンプ室を形成しているアウタロータと、
    上記アウタロータの外周側に嵌め合わされていて固定子側のコイルに対応する永久磁石が設けられた回転子本体と、
    から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。
  3. 上記ポンプ部は、
    上記アウタロータと一対のサイドプレートおよびインナロータに加えて、
    一端が上記アウタロータに揺動可能に支持されると共に、他端がインナロータに摺動可能に嵌め合わされていて、上記アウタロータとインナロータとの間のポンプ室空間を複数の領域に隔離しているプレート部材を有していることを特徴とする請求項2に記載の電動ポンプ。
  4. 上記ハウジングは、
    上記回転子の軸心方向で二分されたハウジング本体とカバー部材とで形成されていて、
    上記アウタロータとインナロータおよびそれらの両側の一対のサイドプレートがハウジング本体とカバー部材とで圧締保持されていることを特徴とする請求項3に記載の電動ポンプ。
  5. 上記アウタロータはその周縁部に回転子本体よりも長さの大きなリム部を有していると共に、
    上記リム部の長さ方向の両端部内周面とハウジング本体またはカバー部材との間にそれぞれに軸受が介装されていて、
    上記アウタロータと回転子本体とで形成される回転子が上記軸受により回転可能に両持ち支持されていることを特徴とする請求項4に記載の電動ポンプ。
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