JP2012167621A - 電動オイルポンプ - Google Patents

Abstract

【目的】本発明は、磁力の効率を向上させることができると共に、部品点数を減少させて小型化できる簡易な構成とした電動オイルポンプとすること。
【構成】ステータＡは、絶縁性焼結体にて形成され、且つ円筒状のコア本体１１の内周側より中心に向かって突出するように形成されたステータポール１２とステータポール１２の内端に形成された下ティース片１３とからなる下部ステータコア１と、ステータポール１２に巻着されるコイル１４と、下ティース片１３の上端に形成されると共に上ティース片２２を有する上部ステータコア２とからなること。インナーロータ４とロータマグネット３とは、樹脂にて一体形成され、ステータＡの磁極と吸引及び反発する磁極がインナーロータ４及びロータマグネット３にプラスチックマグネット又は埋め込み磁石にて設けらること。
【選択図】 図１

Description

本発明は、磁力の効率を向上させることができると共に、部品点数を減少させて小型化できる簡易な構成とした電動オイルポンプに関する。

従来から使用されている電動オイルポンプは、駆動軸を有するモータと、回転軸を有するオイルポンプとを結合したものとなっている。このようなモータとオイルポンプとを結合した電動オイルポンプでは、モータ駆動軸とオイルポンプ回転軸との結合部のスペースがそれぞれ必要となるため、装置全体における小型化への障害となっている。

そこで、モータ駆動軸とオイルポンプ回転軸とを共用して結合部を不要として小型化を図る構成が考えられ、そのような構成を有する電動オイルポンプを本明細書においては、一体型の電動オイルポンプと呼ぶ。そして、特許文献１には、このような一体型の電動オイルポンプが開示されている。

特許文献１に開示された電動内接ギヤポンプは、内接ギヤポンプの一種であるトロコイドポンプとして構成される。ポンプ1は、ハウジング2の内部に、モータ部3と、ロータ部4とを収納しているほか、モータ部3によって回転駆動される駆動軸であるとともに、ロータ部4の回転軸ともなる主軸5が回転自在に設けられている。主軸5の軸方向一方側の端部は、第１転がり軸受6によって回転自在に支持されており、主軸5の軸方向他方側の端部は、第２転がり軸受7によって回転自在に支持されている。

このハウジング2は、主軸5の軸方向に２分割されたハウジング本体21と蓋体22とが連結されて構成されている。蓋体22は、例えば、鋼板製で、ハウジング本体21の開放側を塞ぐように円盤状に形成され、作動油が吸入される吸入口（図示せず）と、作動油が吐出される吐出口8とを有している。モータ部3は、ハウジング本体21の内側に設けられた固定子31と、固定子31の内側に配置された回転子32とを備えている。回転子32には、駆動軸となる主軸5が一体回転するように組み合わされており、回転子32から軸方向のロータ部4側へ主軸5が延びている。

主軸5は、中空円筒状の軸部51と、軸部51の一端に形成された径方向外方に延びるロータ延設部52とを備えている。ロータ部4のインナロータ42は、主軸5のロータ延設部52の外周面52aに一体回転可能に組み合わされている。回転子32とインナロータ42は、主軸5を介して一体回転する。そのためモータ部3の働きにより回転子32が回転すればインナロータ42も回転し、ロータ部4がポンプとしての機能を発揮することができる。

特開２００４−２７８４４４号

特許文献１には、以下に述べる課題が存在する。まず、転がり軸受6,7を用いているため、滑り軸受よりもコスト高となる。また、転がり軸受6,7を用いているため転がり軸受6,7の径方向の距離の分だけ電動内接ギヤポンプ全体としての外径が大きくなり、設置に大きなスペースが必要になる。

また、回転子32と軸部51とインナロータ42は、別部材であるため、部品点数が多く、そのために、組付け作業も加わることとなり、この点においてもコスト高の要因となっている。さらに、特許文献１では、モータ部3は、作動油中でも動作可能な油中モータで構成されているが、コイル等を含んだモータ部３の全ての領域が完全に絶縁されていないとモータとして成立しないため、コスト高となる。

また、インナロータ42とアウタロータ41との材質が記載されていないので、材質については把握できないが、一般的に広く使用されている焼結金属だとすると、固定子31と回転子32の磁力がロータを通して逃げてしまうためモータの出力をそれほど高くできない。本発明が解決しようとする課題（技術的課題）は、磁力の効率を向上させることができると共に、部品点数を減少させて小型化できる簡易な構成とした一体型の電動オイルポンプを提供することにある。

そこで、発明者は上記課題を解決すべく鋭意，研究を重ねた結果、請求項１の発明を、ポンプボディ内に装着されたステータの内周側にインナーロータ下部のロータマグネットが配置されると共に前記ポンプボディに装着されたシャフトに回転自在に前記ロータマグネットが設けられた電動オイルポンプにおいて、前記ステータは、絶縁性焼結体にて形成され、且つ円筒状のコア本体の内周側より中心に向かって突出するように形成されたステータポールと該ステータポールの内端に形成された下ティース片とからなる下部ステータコアと、前記ステータポールに巻着されるコイルと、前記下ティース片の上端に形成されると共に上ティース片を有する上部ステータコアとからなり、前記インナーロータと前記ロータマグネットとは、樹脂にて一体形成されると共に、前記ステータの磁極と吸引及び反発する磁極が前記インナーロータ及び前記ロータマグネットにプラスチックマグネット又は埋め込み磁石にて設けられてなる電動オイルポンプとしたことにより、上記課題を解決した。

請求項２の発明を、請求項１において、前記ポンプボディのポンプ室を覆うポンプカバーに対して前記シャフトの他端が固定されてなる電動オイルポンプとしたことにより、上記課題を解決した。請求項３の発明を、請求項１又は２において、前記インナーロータに対応するアウターロータは、非磁性金属にて構成されてなる電動オイルポンプとしたことにより、上記課題を解決した。

請求項１の発明では、ポンプボディ内に装着されたステータに対して、一体化されたロータマグネットと、インナーロータとが回転自在に装着され、ポンプボディに固定されたシャフトに回転自在となるように構成されている。そして、前記ステータの磁極と吸引及び反発する磁極が前記ロータマグネット及び前記インナーロータにプラスチックマグネット又は埋め込み磁石にて設けられている。これによって、ステータに対して、一体化されたロータマグネットとインナーロータとは、軸方向及び直径方向の２面駆動となるためモータトルクが向上し、小型・軽量化及び高効率化が図れる。

ロータマグネット及びインナーロータの中空孔及び中心孔は軸受け貫通孔としての役目をなし、ポンプボディに装着されたシャフトが貫通してロータマグネット及びインナーロータが回転する構成としているので、高価な転がり軸受は不要にすることができる。さらに、転がり軸受が不要のため、転がり軸受の径方向の距離の分だけポンプ全体としての外径を小さくすることができる。

請求項２の発明では、前記シャフトは、その軸端がポンプボディだけでなくポンプカバー側にも固定されているので、シャフトが強固に固定され、ポンプ作動における振れを防止できるため耐久性が向上する。請求項３の発明では、アウターロータを樹脂又は非磁性金属材とすることで磁力がアウターロータを通して逃げにくくなり、インナーロータやステータの磁気ロスを防止することができ、モータトルクを更に大きくできる。

（Ａ）は本発明の構成を示す縦断側面図、（Ｂ）は（Ａ）の（ア）部拡大図、（Ｃ）は（Ａ）のＸ1−Ｘ1矢視断面図である。 （Ａ）は図１（Ａ）のＸ2−Ｘ2矢視拡大断面図、（Ｂ）は図１（Ａ）のＸ3−Ｘ3矢視拡大断面図である。 （Ａ）はステータの斜視図、（Ｂ）は（Ａ）の（イ）部の分解拡大図。 （Ａ）は一体化されたロータマグネットとインナーロータの斜視図、（Ｂ）は一体化されたロータマグネットとインナーロータのロータマグネット側から見た底面図、（Ｃ）はロータマグネットの磁極を埋め込み磁石にて構成した要部拡大断面図である。 本発明の主要なる構成部材を分解した状態の縦断側面図である。 本発明の作用を示す要部拡大断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。本発明は、図１，図２，図５に示すように、主にステータＡと、ロータマグネット３と、インナーロータ４と、アウターロータ５と、ポンプボディ６と、ポンプカバー７と、シャフト８とから構成される。ステータＡは、図１（Ｂ）、図３等に示すように、全体が２つに区分され、下部ステータコア１と、上部ステータコア２とから構成される。

下部ステータコア１及び上部ステータコア２は焼結材（焼結金属）から形成されたもので、絶縁性焼結体として構成されたものである。本発明の電動オイルポンプには上下方向が存在し、ポンプボディ６に一体化されたロータマグネット３及びインナーロータ４が装着された状態で、インナーロータ４側が上方であり、ロータマグネット３側が下方となる。図示すると、図１（Ａ）の配置が本発明における上下方向となる。

下部ステータコア１は、円筒状又は環状に形成されたコア本体１１の内周側より中心に向かって突出するように形成された複数のステータポール１２と、該ステータポール１２の内端に形成された下ティース片１３とからなる〔図３（Ａ）参照〕。前記ステータポール１２は、断面略方形状の角軸として形成され、前記下ティース片１３は、断面円弧状の板片に形成されている。

ステータポール１２は、４以上の偶数個が等間隔となるようにコア本体１１に形成される。本発明の実施形態では、ステータポール１２は、全部で６個形成されている〔図１（Ｃ）参照〕。そして、６個のステータポール１２は、コア本体１１の直径中心に対して６０度の間隔をもって配置され、６個の磁極を有するようにして構成されている。また、下ティース片１３の個数も、当然前記ステータポール１２の個数と同一であり、本発明の実施形態では６個となる。複数の下ティース片１３，１３，…は、前記コア本体１１の内周側において、等間隔に隙間を有する略円周壁面体を構成する。各ステータポール１２には、コイル１４が巻着される。

また、ポンプボディ６が鉄合金やアルミ合金から形成されたものであれば、ステータＡの下部ステータコア１及び上部ステータコア２には絶縁用の樹脂製インシュレータで覆われ絶縁される構成とする。すなわち、ステータＡとポンプボディ６との間が何らかの手段で絶縁されていれば良い。

前記上部ステータコア２は、前記下部ステータコア１に対してその上方に形成される〔図３（Ａ）参照〕。上部ステータコア２は、延長支持片２１と上ティース片２２とからなり、延長支持片２１と上ティース片２２とが断面的にＬ字状に形成される〔図３（Ｂ）参照〕。具体的には、前記下部ステータコア１のそれぞれの下ティース片１３の上端から延長支持片２１が形成され、該延長支持片２１の上端に上ティース片２２が形成されたものである。

したがって、上部ステータコア２では、延長支持片２１及び上ティース片２２は、下ティース片１３の個数と同一であり、本発明では、下ティース片１３の個数と同じ６個である。前記上ティース片２２は、延長支持片２１の上端から外方（コア本体１１の直径方向外方と同一方向である）に向かって形成されている。また、上ティース片２２の面は、下ティース片１３の面に対して直角となるように構成される〔図１（Ａ），（Ｂ）及び図６参照〕。

上ティース片２２の平面形状は、外方に向かってしだいに幅広となる略台形状又は略扇形状に形成されている〔図２（Ａ），図３参照〕。そして複数の上ティース片２２，２２，…は、前記コア本体１１の直径中心に対して放射状となるように配列されることになる〔図２（Ａ）参照〕。延長支持片２１は、前記下ティース片１３と略同一形状で、円弧状板片に形成される。

上部ステータコア２の延長支持片２１及び上ティース片２２は、一体形成されるものであるが、上部ステータコア２と下部ステータコア１とは、別部材としている〔図３（Ｂ）参照〕。そして、上部ステータコア２の延長支持片２１が、下部ステータコア１の下ティース片１３に接着剤等により接着固定される。

下部ステータコア１と上部ステータコア２とを別部材として、接着剤で両者を固着する構成にすると、上部ステータコア２を下部ステータコア１に接着する前に、ステータポール１２にコイル１４を巻着することで、作業が極めて行い易くなる。好ましくは、ポンプボディ６に上ティース片２２をセットする凹状箇所を形成し、該凹状箇所に上ティース片２２を挿入すると良い。また、下ティース片１３が延長支持片２１と一致させるようにセットする。

さらに、上部ステータコア２の変形例として、前記延長支持片２１を設けずに、上ティース片２２のみとし、下部ステータコア１では、下ティース片１３の上端を上方に延長形成させて、下ティース片１３の上端に直接、上ティース片２２を形成して上部ステータコア２を形成することも可能である。また、下部ステータコア１と上部ステータコア２とを一体成形とすることもある。この場合には、焼結材から下部ステータコア１と上部ステータコア２とが一体成形可能な形状にする必要がある。

ステータＡのコイル１４に通電したときに、下ティース片１３及び上ティース片２２による磁極の極性は同一となる。そして、複数の下ティース片１３と同数の上ティース片２２とを有しているので、通常の電磁石では、１方向の磁束しか発生できなかったものであるが、下ティース片１３と上ティース片２２とによって、異なる２方向（軸方向及び直径方向）の磁束を発生させることができる（図６参照）。

このとき、それぞれの下ティース片１３と、組をなして構成された上ティース片２２とは、励磁されたときには同一の極性を有する磁極となる。つまり、任意の組のステータポール１２及び下ティース片１３がＳ極となっているときには、該下ティース片１３に形成された上部ステータコア２の上ティース片２２にも磁気が及びＳ極となる。そして、コア本体１１の周方向に配列された下ティース片１３と上ティース片２２との組は、周方向にＳ，Ｎ，Ｓ，Ｎ，…の配列で回転するように、制御回路が具備される。

次に、ロータマグネット３とインナーロータ４について説明する。ロータマグネット３及びインナーロータ４は、合成樹脂にて形成される。具体的には、プラスチックマグネットが使用される。ここで、プラスチックマグネットとは、磁石を含んだ樹脂であり、粉末状の磁石を樹脂と一緒に成形することによって作られる。ただし、通常は、磁石と樹脂との比率は約２：１であり、粉末状の磁石間の繋ぎとして樹脂が存在する。

ロータマグネット３は、図４（Ａ），（Ｂ）に示すように、中空円筒形状に形成されたものであり、インナーロータ４の直径中心の位置から、該インナーロータ４の直径方向に対して直角となるように一体形成されている。ロータマグネット３の外径は、インナーロータ４の最小外径部分（つまり、歯底円の直径）よりも格段に小さく形成されている〔図４（Ａ），（Ｂ）参照〕。また、ロータマグネット３の外周側面３１は、ポンプボディ６に装着された前記ステータＡの複数の下ティース片１３，１３，…によって構成された円筒状内周壁の内周側に納まるようになっている。

ロータマグネット３には軸方向に沿って中空孔３２が形成されており、後述するシャフト８が挿入する（図１、図２参照）。中空孔３２の直径は、インナーロータ４の中心孔４２の直径と同一であり、段差が生じないように形成されている。ロータマグネット３及びインナーロータ４は後述するシャフト８によって回転自在となる。ロータマグネット３とインナーロータ４とは、共に同一の材質から形成されるものであり、一体形成されることが最も好適な構成となる。

また、ロータマグネット３とインナーロータ４とがそれぞれ別々に形成され、接着剤にてインナーロータ４とロータマグネット３とが固着される構成としてもかまわない。実際には、インナーロータ４とロータマグネット３とが一体形成されることによって、装置全体の部品数を削減することができ、ロータマグネット３の中空孔３２とインナーロータ４の中心孔４２とが一体的に形成されるので、軸方向に段差が全く生じない正確なシャフト用の軸受孔を形成することができる（図５参照）。

前記インナーロータ４とロータマグネット３は、何れもプラスチックマグネット又は埋め込み磁石ｍ〔図４（Ｃ）参照〕にて、円周方向に偶数等分されて交互の配列となるＳ極，Ｎ極，…が設けられる。ここでは、４個の磁極とした場合について述べる。また、ロータマグネット３の磁極を示す箇所には符号３ｍを付し、インナーロータ４の磁極を示す箇所には符号を４ｍとし、図中に付しておいた。

まず、円筒状のロータマグネット３では、外周側面３１の周方向に沿って９０度の間隔をおいて４等分され、Ｓ極，Ｎ極，…と交互になるように永久磁石として磁極が構成されている。インナーロータ４についても、円周方向に９０度の間隔をおいて４等分されて、Ｓ極，Ｎ極，…と交互になるように永久磁石として構成されている。

ここで、ロータマグネット３側の磁極の配列と、インナーロータ４側の磁極の配列とは同一位相となるように構成される〔図４（Ａ），（Ｂ）参照〕。本発明のような６極ステータではコイル１４への通電により４極が磁化し、ロータマグネット３の磁極中心に対応するステータＡの磁極中心は一致しておらず、よって磁極の位相のズレによりロータマグネット３に回転方向の位相を変化させる力が生じ、ロータマグネット３が回転する。

インナーロータ４は、後述するアウターロータ５と共にトロコイド形状の歯車ポンプを構成するものであり〔図２（Ｂ）参照〕、インナーロータ４は、その外周に外歯部４１が形成されている。該外歯部４１は、具体的にはトロコイド歯形であり、後述するアウターロータ５の内歯部５１と噛み合い、トロコイドポンプを構成するものである。インナーロータ４の直径中心位置には、後述するシャフト８が貫通する中心孔４２が形成されている〔図４（Ａ）、図５参照〕。

アウターロータ５は、環状に形成され、その内周側より中心側に向かって突出する内歯部５１が形成されている〔図２（Ｂ）参照〕。そして、アウターロータ５の内周側に前記インナーロータ４が配置され、該インナーロータ４の外歯部４１と、前記アウターロータ５の内歯部５１とが組み合わさって歯間空間であるセルＪが形成される。アウターロータ５は樹脂又は非磁性金属材とすることで磁力がアウターロータ５を通して逃げにくくなり、インナーロータ４やステータＡの磁気ロスを防止することができ、モータトルクを更に大きくできる。

ポンプボディ６は、非磁性鉄合金，非鉄金属等の非磁性金属，アルミ合金又は樹脂から形成され、内部奥側からモータ室６１及びポンプ室６２が形成されている。このような構成とすることから、ポンプボディ６は中空円筒形状のものが好適である。ポンプ室６２は、後述するポンプカバー７が接合する面において、アウターロータ５が回転自在に収納される凹状の窪みとして形成される。モータ室６１には、前記ステータＡが装着される。

モータ室６１へのステータＡの装着は、ポンプボディ６が合成樹脂製の場合には、ポンプボディ６を分割してステータＡを組み付けたり、鋳込みによるインサート装着となる。また、ポンプボディ６が金属製の場合には、ポンプボディ６が２部材からなる構成とし、ポンプボディ６を分解してステータＡが装着し易い構造とするものである。しかし、前述したようなステータＡのポンプボディ６への装着手段に限定されものではなく、どのような装着手段であってもかまわない。

モータ室６１にステータＡを装着する構成において、前記下ティース片１３の表面は、モータ室６１の内周壁面から露出した状態である〔図１（Ａ）、図５、図６参照〕。モータ室６１に装着されたステータＡの複数の下ティース片１３，１３，…によって、等間隔に隙間を有する略円筒孔状の内周壁面部が構成される。また、ステータＡの複数の上ティース片２２，２２，…は、その表面が前記ポンプ室６２の底面６２ａから露出された状態で配置される〔図２（Ａ）、図６参照〕。

さらに、ポンプボディ６のモータ室６１からポンプ室６２に向かってシャフト８が装着される〔図１（Ａ）、図５参照〕。具体的には、シャフト８の軸方向は、ポンプボディ６には、複数の下ティース片１３，１３，…によって構成される円筒状内周壁面部の直径中心位置を通過するようにして、ポンプボディ６に装着されている。該シャフト８は、ステンレス等の硬くて錆びにくい金属製のもので、中実（中身の詰まった）円筒形状の軸であり、シャフト８の軸方向一端が、ポンプボディ６のモータ室６１の底部に埋め込み等による固着手段にて固着されている。

シャフト８が一体化されたロータマグネット３とインナーロータ４の中空孔３２及び中心孔４２を貫通するようにして挿入される。つまり、一体化されたインナーロータ４及びロータマグネット３は、固定されたシャフト８を中心にして周方向に回転する構造となっている。したがって、インナーロータ４の中心孔４２及びロータマグネット３の中空孔３２は、シャフト８に対して円滑且つガタツキを生じさせずに回転できるための表面仕上げが行われることが好ましい。

ロータマグネット３は、ポンプボディ６のモータ室６２において、下ティース片１３，１３，…によって構成される円筒状内周壁面部に収まり、複数の下ティース片１３，１３，…による磁極と、ロータマグネット３の周方向に設けた磁極とが対向する〔図１（Ａ），（Ｂ），図６参照〕。

また、インナーロータ４は、ポンプボディ６のポンプ室６２に収まり、ポンプ室６２の底面６２ａの複数の上ティース片２２，２２，…の磁極と、インナーロータ４の円周方向に設けた磁極とが対向する。これによって、ステータＡの下ティース片１３及び上ティース片２２からの軸方向及び直径方向の２面方向で、磁力を発生することとなり、一体化されたロータマグネット３とインナーロータ４とがその磁力の影響を受け、モータトルクが向上し、小型・軽量化及び高効率化が図れる（図６参照）。

ポンプカバー７は、ポンプボディ６と同様に、非鉄性鉄合金，非鉄金属等の非磁性金属，アルミ合金又は樹脂から形成されたものであり、吸入ポート７１と吐出ポート７２が形成されており、前記ポンプボディ６のポンプ室６２の開口を覆うようにしてボルト等の固着具によって接合され、閉鎖されたスペースとなるポンプ室６２を構成する〔図１（Ａ），図５参照〕。ポンプカバー７には、前記シャフト８の軸方向端部を不動となるように固定するための、シャフト受孔７３が形成されることもある。

該シャフト受孔７３が形成されることによって、前記シャフト８は軸方向両端が支持固定されることにより、ポンプ作動時において振れの生じない安定したポンプ動作にすることができる。このようにして、構成された本発明の電動オイルポンプでは、通電することによって下部ステータコア１及び上部ステータコア２の複数の磁極に回転磁界が発生し、この回転磁界によってロータマグネット３及びインナーロータ４が回転する。

Ａ…ステータ、１…下部ステータコア、１１…コア本体、１２…ステータポール、
１３…下ティース片、２…上部ステータコア、２２…上ティース片、
３…ロータマグネット、４…インナーロータ、６…ポンプボディ、８…シャフト。

Claims (3)

1. ポンプボディ内に装着されたステータの内周側にインナーロータ下部のロータマグネットが配置されると共に前記ポンプボディに装着されたシャフトに回転自在に前記ロータマグネットが設けられた電動オイルポンプにおいて、前記ステータは、絶縁性焼結体にて形成され、且つ円筒状のコア本体の内周側より中心に向かって突出するように形成されたステータポールと該ステータポールの内端に形成された下ティース片とからなる下部ステータコアと、前記ステータポールに巻着されるコイルと、前記下ティース片の上端に形成されると共に上ティース片を有する上部ステータコアとからなり、前記インナーロータと前記ロータマグネットとは、樹脂にて一体形成されると共に、前記ステータの磁極と吸引及び反発する磁極が前記インナーロータ及び前記ロータマグネットにプラスチックマグネット又は埋め込み磁石にて設けられてなることを特徴とする電動オイルポンプ。
2. 請求項１において、前記ポンプボディのポンプ室を覆うポンプカバーに対して前記シャフトの他端が固定されてなることを特徴とする電動オイルポンプ。
3. 請求項１又は２において、前記インナーロータに対応するアウターロータは、非磁性金属にて構成されてなることを特徴とする電動オイルポンプ。

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