JP5803165B2 - 電動ポンプユニット - Google Patents

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。

自動車のトランスミッション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）。

特開２００８−２１５０８８号公報

上記の従来の電動ポンプユニットでは、ポンプとして、内接歯車ポンプが使用され、電動モータとして、ＤＣブラシレスモータが使用される。そして、電動モータのモータ軸がポンプロータであるインナギヤに直結され、モータ軸とインナギヤが同じ回転速度で回転する。

このため、電動ポンプユニット全体の効率の面で、次のような問題がある。

図４は、内接歯車ポンプおよびＤＣブラシレスモータにおける回転速度と効率の関係を表すグラフである。図４(a)はポンプ単体の効率（ポンプ効率）を、図４(b)はモータ単体の効率（モータ効率）をそれぞれ表し、横軸は回転速度を、縦軸は効率を表している。

一般に、内接歯車ポンプでは、回転速度が高くなるほど効率が低下する。これに対し、モータは、高回転低トルク型とした方が高効率となり、回転速度が高くなるほど効率が高くなる。このため、ポンプ効率が最高となる回転速度Ｓpとモータ効率が最高となる回転速度Ｓmの間には比較的大きな差があり、ポンプおよびモータの回転速度をＳpとＳmのいずれに設定しても、電動ポンプユニット全体として、高い効率は得られない。そこで、従来は、ポンプ効率とモータ効率の積が最も高くなるような回転速度（たとえばＳ）に設定されているが、これでも、電動ポンプユニット全体の効率は低くなる。

この発明の目的は、上記の問題を解決し、軽量化およびコンパクト化を図るとともに、全体の効率をより高くすることが可能な電動ポンプユニットを提供することにある。

この発明による電動ポンプユニットは、ポンプ駆動軸に連結されたポンプロータをポンプ本体内に有するポンプと、ポンプ本体に連なるモータハウジング内に設けられて、ポンプ駆動軸を駆動する電動モータとを備えている電動ポンプユニットにおいて、ポンプロータの内周とポンプ駆動軸との間に、ポンプ駆動軸の回転を変速してポンプロータに伝達する変速装置が組み込まれており、電動モータの回転速度をモータ効率が最も高くなるように設定したときにポンプ効率が最も高くなるように変速装置の減速比が設定されていることを特徴とするものである。

ポンプは、たとえば、電動モータにより駆動される。この場合、ポンプ駆動軸を電動モータのモータ軸とすることができる。ポンプ駆動軸の回転が、変速装置で変速されて、ポンプロータに伝達される。このため、効率が最も高くなる回転速度がポンプと電動モータで異なる場合でも、それぞれの回転速度をそれぞれの効率が高くなる領域に設定することができ、それにより、電動ポンプユニット全体の効率を高めることができる。

変速装置は、ポンプロータの内周に組み込まれているので、ポンプの軸方向の寸法が大きくなることがない。ポンプロータの内周に変速装置を組み込むために、ポンプロータの内径を大きくする必要があるが、ポンプロータの径方向の厚さを従来より小さくすることにより、場合によっては、ポンプロータの外径を従来と同じにすることができる。そうでなくても、ポンプロータの径方向の寸法増大を極力小さくすることができる。

たとえば、変速装置が、遊星歯車式減速機である。

遊星歯車式減速機は、太陽歯車、リング歯車および複数の遊星歯車を備えている。太陽歯車は、ポンプ駆動軸の外周に固定状に設けられる。リング歯車は、ポンプロータの内周に固定状に設けられる。遊星歯車は、太陽歯車とリング歯車の間に配置されて、両歯車とかみ合う。

この場合、ポンプ駆動軸の回転が、遊星歯車式減速機により減速されて、ポンプロータに伝達される。このため、ポンプが電動モータで駆動される場合であって、効率が最も高くなる回転速度が電動モータの方が高い場合でも、それぞれの回転速度をそれぞれの効率が高くなる領域に設定することができ、それにより、電動ポンプユニット全体の効率を高めることができる。ポンプ効率およびモータ効率が図４に示すようなものである場合、ポンプの回転速度をＳpに近い領域に、電動モータの回転速度をＳmに近い領域に設定することができる。

また、遊星歯車式減速機は、上記のような構成であるから、ポンプロータの内周に容易に組み込むことができる。

たとえば、ポンプは、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、内周に変速装置が組み込まれたポンプロータがインナギヤである。

この発明による電動ポンプユニットは、この発明によるポンプを備え、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モータ駆動用電動モータが設けられている。

この場合、電動モータのモータ軸をポンプ駆動軸とすることができる。そして、上記のポンプの場合と同様、電動ポンプユニット全体の効率を高めることができ、寸法増大を極力小さくすることができる。

この発明の電動ポンプユニットによれば、上記のように、軽量化およびコンパクト化を図るとともに、電動ポンプユニット全体の効率を高めることができる。

図１は、この発明の実施形態を示す電動ポンプユニットの主要部の縦断面図である。 図２は、図１の電動ポンプユニットの主要部の横断面図である。 図３は、図１のIII−III線に沿う拡大断面図である。 図４は、ポンプおよび電動モータにおける回転速度と効率の関係を示すグラフである。

以下、図面を参照して、この発明を自動車のトランスミッション用電動ポンプユニットに適用した実施形態について説明する。

図１は、この発明の実施形態を示す電動ポンプユニットの主要部の縦断面図である。以下の説明において、図１の左側を前、右側を後とする。

電動ポンプユニットは、ユニットハウジング(1)内に、油の吸入および吐出を行うポンプ(2)、ポンプ駆動用電動モータ(3)ならびに電動モータ(3)のコントローラ(4)が一体に組み込まれたものである。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(2)のポンプ本体(5)ならびに電動モータ(3)およびコントローラ(4)を内蔵したモータハウジング(6)よりなる。

ポンプ本体(5)は、後側のポンプハウジング(7)と前側のポンププレート(8)よりなる。ポンプハウジング(7)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(9)が形成されている。ポンプハウジング(7)の前面に、ポンププレート(8)がＯリング(10)を介して固定され、ポンプ室(9)の前面が塞がれている。ポンプ室(9)内に、外側ポンプロータであるアウタギヤ(11)が回転自在に収容され、アウタギヤ(11)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(12)が配置されている。図示は省略したが、ポンプハウジング(7)およびポンププレート(8)には、油吸入ポートおよび油吐出ポートが形成され、ポンププレート(8)には、油吸入ポートに連通する油吸入穴および油吐出ポートに連通する油吐出穴が形成されている。ポンプハウジング(7)およびポンププレート(8)は、たとえば、アルミニウム合金製である。

モータハウジング(6)は、円筒状の合成樹脂製モータケース(13)と、モータケース(13)の後端に固定された円板状の蓋(14)とからなる。モータケース(13)の前端が、Ｏリング(15)を介してポンプハウジング(7)の後面に固定されている。ポンププレート(8)、ポンプハウジング(7)およびモータケース(13)は、それらの外周から径方向外側に突出するように一体に形成された複数の連結部(8a)(7a)(13a)の部分において、ボルト(16)により互いに固定されている。モータケース(13)の後端開口が、蓋(14)により塞がれている。

ポンプハウジング(7)の後端面の中心に、モータケース(13)より小径の円筒部(7b)が一体に形成され、円筒部(7b)内の後部に設けられた軸受装置(17)により、前後方向にのびるポンプ駆動軸であるモータ軸(18)が片持ち支持されている。この例では、軸受装置(17)は、前後に隣接する２個の転がり軸受である単列深みぞ玉軸受(19)よりなり、各軸受(19)の内輪(19a)がモータ軸(18)に固定され、外輪(19b)が円筒部(7b)に固定されている。この例では、軸受(19)はグリース潤滑の密封型軸受である。モータ軸(18)の前部は、ポンプハウジング(7)の後壁に形成された穴(21)の部分を貫通してポンプ室(9)内に進入している。ポンプ室(9)内のモータ軸(18)の前端部に、後に詳しく説明するように、インナギヤ(12)が連結されている。円筒部(7b)内の軸受装置(17)より前側の部分とモータ軸(18)の間に、オイルシール(22)が設けられている。

円筒部(7b)より後方に突出したモータ軸(18)の後端部に、モータ(3)を構成するモータロータ(23)が固定されている。ロータ(23)は、モータ軸(18)の後端から半径方向にのびかつ軸受装置(17)の外周を囲む円筒状のロータ本体(24)の外周部に合成樹脂製の永久磁石保持部材(25)が固定状に設けられ、保持部材(25)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(26)が保持されたものである。モータ軸(18)、ロータ(23)およびポンプ(2)のインナギヤ(12)を含む回転部分の重心の軸方向位置が、軸受装置(17)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(17)を構成する２個の玉軸受(19)の間にある。

ロータ(23)に対向するモータケース(13)の内周に、モータ(3)を構成するモータステータ(27)が固定状に設けられている。ステータ(27)は、積層鋼板よりなるステータコア(28)にインシュレータ（合成樹脂製絶縁体）(29)が組み込まれ、インシュレータ(29)の部分にステータコイル(30)が巻きつけられたものである。この例では、ステータ(27)は、モータケース(13)の内周部に一体にモールドされている。

インシュレータ(29)の後端に、コントローラ(4)の基板(31)が固定され、基板(31)に、コントローラ(4)を構成する部品(32)が取り付けられている。図１には基板(31)の前面に取り付けられた部品(32)が１個だけ示されているが、部品は基板(31)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。図１に示された部品(32)は、たとえば電解コンデンサである。

図２は、モータケース(13)とステータ(27)の成型体を示す横断面図（後から見た横断面図）である。

図２に示すように、コア(28)は、環状部(28a)の内周を周方向に等分する複数箇所（この例では６箇所）に径方向内側に突出した極部(歯部）(28b)が一体に形成されたものである。各極部(28b)の先端部は周方向両側にのび、その内周面は１つの円筒面を形成している。

インシュレータ(29)は、前後１対の半体(33)(34)よりなる。各半体(33)(34)は、たとえばＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹脂）などの合成樹脂により成型され、環状部(28a)の外周面と極部(28b)の内周面を除くコア(28)の表面を覆うように、コア(28)に前後両側から組み込まれている。各半体(33)(34)には、コア(28)の極部(28b)の内周面を除く部分を覆うコイル装着部(33a)(34a)が形成されている。コア(28)の各極部(28b)において、両半体(33)(34)のコイル装着部(33a)(34a)で覆われた部分に、コイル(30)が巻かれている。後側半体(34)のコイル装着部(34a)の径方向外側の部分を周方向に等分する複数箇所（この例では６箇所）に、後方にのびた基板用突起部(34b)が一体に形成されている。各突起部(34b)の後端部の内側に、内周にめねじが形成された金属製めねじ部材(35)が埋め込まれている。

モータケース(13)は、型を用いてたとえばＰＡ６６（ポリアミド６６）などの合成樹脂をステータ(27)の外周側の部分にモールドすることにより、ステータ(27)と一体化されている。コア(28)の極部(28b)の内周面、インシュレータ(29)のコイル装着部(33a)(34a)の内周面および突起部(34b)の後端面を除いて、ステータ(27)の表面がモータケース(13)で覆われている。モータケース(13)の外周に、複数のピン(36)を備えたコネクタ(37)が一体に形成されている。

蓋(14)は、合成樹脂製で、熱溶着などの適宜な手段により、モータケース(13)の後端に固定されている。

コントローラ(4)の基板(31)は、インシュレータ(29)の突起部(34b)のめねじ部材(35)にねじはめられたねじ(39)によりインシュレータ(29)に固定されている。図示は省略したが、インシュレータ(29)とモータケース(13)の成型体には複数のバスバーが組み込まれており、これらのバスバーを用いて、ステータ(27)のコイル(30)が互いに電気的に接続されるとともに、基板(31)に電気的に接続されている。コネクタ(37)のピン(36)も、基板(31)に電気的に接続されている。

ポンプ(2)の部分の詳細が、図３に示されている。

ポンプ(2)のインナギヤ(12)は、変速装置(40)を介してモータ軸(18)に連結されている。変速装置(40)は、インナギヤ(12)の内周のモータ軸(18)との間に配置されている。この例では、変速装置(40)は、遊星歯車式減速機である。

変速装置(40)は、外歯太陽歯車(41)、内歯リング歯車(42)およびこれらにかみ合う複数（この例では３個）の遊星歯車(43)より構成されている。太陽歯車(41)は、モータ軸(18)の前端部に固定状に設けられている。リング歯車(42)は、インナギヤ(12)の内周に固定状に設けられている。遊星歯車(43)は、前後両端部がポンププレート(8)およびポンプハウジング(7)に固定された支持軸(44)に回転自在に支持されている。

上記の例では、インナギヤ(12)の内周にリング歯車(42)が固定されているが、インナギヤ(13)の内周に直接歯を形成してリング歯車を固定状に設けるようにしてもよい。太陽歯車(41)についても、上記の例では、モータ軸(18)の前端部の外周に固定されているが、モータ軸(18)の外周に直接歯を形成して太陽歯車を固定状に設けるようにしてもよい。

上記の変速装置(40)の減速比は、遊星歯車(43)の歯数に関係なく、太陽歯車(41)の歯数とリング歯車(42)の歯数によって決まる。ポンプ効率およびモータ効率が図４に示すようなものである場合、減速比を適宜設定することにより、インナギヤ(12)の回転速度をＳpに近い領域に、モータ軸(18)の回転速度をＳmに近い領域にそれぞれ設定することができる。それにより、電動ポンプユニット全体の効率が高くなる。

変速装置(40)は、遊星歯車式減速機に限らない。

上記の実施形態では、モータロータ(23)が、円筒状のロータ本体(24)の外周部に固定状に設けられた合成樹脂製の永久磁石保持部材(25)に、複数の永久磁石(26)が保持されているものであるから、永久磁石(26)をロータ本体(24)に接着剤で固定する必要がなく、永久磁石(26)の剥がれのおそれがない。

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、この発明は、トランスミッション用電動ポンプユニット以外の電動ポンプユニットにも適用できる。

(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
(11) アウタギヤ
(12) インナギヤ（ポンプロータ）
(18) モータ軸（ポンプ駆動軸）
(40) 変速装置

Claims (3)

1. ポンプ駆動軸に連結されたポンプロータをポンプ本体内に有するポンプと、
   ポンプ本体に連なるモータハウジング内に設けられて、ポンプ駆動軸を駆動する電動モータとを備えている電動ポンプユニットにおいて、
   ポンプロータの内周とポンプ駆動軸との間に、ポンプ駆動軸の回転を変速してポンプロータに伝達する変速装置が組み込まれており、電動モータの回転速度をモータ効率が最も高くなるように設定したときにポンプ効率が最も高くなるように変速装置の減速比が設定されていることを特徴とする電動ポンプユニット。
2. 変速装置が、遊星歯車式減速機であることを特徴とする請求項１の電動ポンプユニット。
3. ポンプが、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、内周に変速装置が組み込ま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または２の電動ポンプユニット。

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