JPH09507892A - ロータリポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 車両のパワーステアリングシステム用のポンプとしての使用に適したロータリポンプは一体型モータを有する。ポンプはハウジング１６を含み、一端にポンプ回転子組立体５を有する回転軸４がハウジング１６を通じて延びる。ポンプ回転子組立体５はオイル空洞１５と流体連通し、前記オイル空洞１５はハウジング１６と良好な熱的接触をする。ハウジング１６はヒートシンクとして機能する。ハウジング１６の放射方向外方壁にはモータの固定子２０が装着され、固定子２０もハウジング１６と良好な熱的接触をしている。モータの回転子２６は固定子２０の放射方向外側に配置されており、また軸線方向に配置された磁石２７を有する。回転子２６は回転軸４へ放射方向延出壁２６ｂにより接続される。一体型ロータリポンプ及びモータは非常にコンパクトで且つ構成するのが簡単であり、また車両のステアリングシステムの高パワー要求時にモータ構成要素の発生した熱に耐えることができる。

Description

【発明の詳細な説明】 ロータリポンプ 本発明はロータリポンプに関し、特に電気的に駆動されるロータリポンプに関 する。本発明は車両のパワーステアリング用のポンプとして適当であるが、それ に限定されるわけではない。 車両のパワー補助ステアリングに使用されるポンプは通常、エンジンから直接 機械的に駆動される。ごく最近、電動モータ駆動ポンプが車両に使用されだした が、その理由はエンジンパワー及び燃料を節約し且つエンジンベイ(bay)に於け る実装がより簡単になるからである。従来、これらのモータはブラシ付き直流型 であり、また車両低速度及びパーキング時に、高パワーの要求に応えるのに十分 強力であることを必要とする。これら高パワー要求、例えば、１キロワットまで 、はモータ操作時間の約５％しか占めず、また短寿命であり、即ち要求は例えば 、１０秒以上続くことは期待されていない。有効的なより低いパワー、例えば、 ３０ないし１００ワット、が操作時間の約９５％に対して必要とされる。ブラシ レス直流モータは、ブラシ付きの従来モータと異なり、より良好に制御され、ま た突入（in-rush）電流を自動的に制限することができる。更に、ブラシは非常 に高パワーでは性能が悪く、最終的にはすり減ってしまう。故に、ブラシ付きモ ータと異なり、ブラシレスモータに短期間だけ所定のモータ寸法に対して過度の 電力を与えることが可能である。従来のブラシ付きモータ及びブラシレスモータ は回転内方巻線形固定子及び静止外 方磁石から成る。 パワー補助ステアリングポンプを駆動するのに使用される電動モータは普通は ポンプに隣接して装着され、個別に組立及び検査を必要とする。更に、特に低速 度操縦で高パワーが要求される時、モータが非常に高温を発する結果、困難に遭 遇してきた。これに対する一つの解決策としては、オイル内のモータの固定子を 完全に包囲して、モータの外方ケーシングの温度を下げ、それにより車両のボン ネットの下でそれを安全に使用することを可能ならしめ、非常に高温が発生する ことに起因する構成要素の故障を防ぐことである。しかしながら、これはモータ の効率を相当減少させる不利点を有する。 上記の理由だけでなく、車両のボンネットの下にモータを装着するのを可能に するモータ寸法が物理的に制限される理由で、従来の如く、システムの構成要素 の費用をかなり増加させることになるがシステムのパワー要求を満足させること ができる希土類から回転子磁石を構成する場合もある。 本発明はパワーステアリングポンプ用の従来モータに関して上で確認された困 難を少なくとも一部克服しようとするものである。この点に関して、本発明は簡 潔であるがなお車両のステアリングシステムのパワー要求を満足させることがで きる一体型ポンプ及びモータを提供しようとするものであり、またこれにより、 簡単でしかも費用効果の高い態様に伴う高温度に関連する問題が減少する。 第１の観点に於て、本発明は少なくとも一つの入口ポー トと、少なくとも一つの出口ポートと、ハウジングと、入口及び出口ポートに流 体連通したポンプ装置とを有するロータリポンプ組立体であって、前記ポンプ装 置はポンプ駆動部材を含み、前記ポンプ駆動部材は電動モータの回転子に接続さ れた回転軸に装着され、ハウジングの一部分は軸とモータの回転子との間で放射 方向に配置され且つモータの固定子がそれに装着されているロータリポンプ組立 体を提供する。 流体ポンプは入口ポートと連通した空洞を含み、前記空洞は回転軸のまわりに 配置できる。 上記“インサイドアウト（inside-out）”構造、即ち静止内方巻線形固定子及 び回転磁石では、より多くのパワーがモータの所定の物理的寸法に対して得られ る。費用及び寸法の理由から、短期間の高パワー要求に対処可能な定格値の低い モータを採用することが好ましい。上記ブラシレス直流モータの“インサイドア ウト”構造を利用する本発明に於て、従来よりも定格値の低いモータを採用する ことが可能である。理想的には、かかるモータが高パワーレベルで発した熱を感 知構成要素から伝導除去する手段も設けられる。 好適実施例に於て、ハウジングはヒートシンクであり、また電動モータの銅巻 線形固定子と熱的接触する。またヒートシンク形態のハウジングは、流体溜めを 少なくとも一つのポンプ入口へ接続する空洞の境界部を少なくとも一部画成でき る。 更なる好適実施例に於て、電動モータを制御する回路は 軸と回転子との間で放射方向にポンプハウジングへ装着できる。理想的には、ハ ウジングはヒートシンクであり、回路の少なくとも一部はヒートシンクと熱的接 触できる。 好ましくはロータリポンプは電動モータと一体である。 次に本発明を添付図面に関し単に例として述べる。図中、 図１は本発明の第１実施例による一体型ロータリポンプ及びモータを通る第１ 軸線方向断面図である。 図２は図１の一体型ロータリポンプ及びモータを通る第２軸線方向断面図であ る。 図３は図１のＡ−Ａ線に沿う放射方向断面図である。 図４は図２のＢ−線に沿って切り取られた上方から見た平面図である。 図５は本発明の第２実施例による一体型ロータリポンプ及びモータを通る第１ 軸線方向断面図である。 図６は本発明の第３実施例による一体型ロータリポンプ及びモータを通る軸線 方向断面図である。 ロータリポンプ及びその関連モータは図１に示され、これは車両のパワーステ アリングシステム用のポンプとしての使用に適する。ロータリポンプ及び一体型 モータは車両のステアリングラック又はギヤボックスに、あるいはステアリング ラックに近いシャーシに、又はエンジンに、直接装着できる。実際、ロータリポ ンプ及びモータは車両のどこにでも装着できるが、好ましくはステアリングラッ クに近いエンジンベイに装着される。好ましくは、ロータリポンプ／モータはス テアリングシステムの近くに装着し、そ れによりステアリングシステムからのパワー要求に対する応答の遅延を最小化し 、またバッテリの近くに装着し、それにより電気的損失を最小化するのが好まし い。ロータリポンプはそのケーシング１により車両の装着点へ、ベース１ａの位 置決め点及びカバー部材２の更なる二つの位置決め点２ａで取り付けられる。各 位置決め点はゴムブッシュを含むことができ、振動及び騒音の伝達を制限する。 ロータリポンプ及びモータはポンプハウジング１６が内部に配置されたケーシ ング１を含む。カバー部材２及び油溜め３はポンプハウジング１６へ取り付けら れる。回転可能軸４はケーシング１及びポンプハウジング１６内で軸線方向に取 り付けられ、また一端にポンプ回転子組立体５が接続されている。ポンプ素子は 、US 4659296に記載のロータリポンプの素子と一致させることができ、US 46592 96の内容を参照によりここに組み入れるが、この実施例では二つの入口ポートが 設けられている。ポンプ回転子５は平キー、六角形キー又は他の従来構成にでき るスプライン素子６により軸４へ接続される。ポンプ回転子５の一方の側にポー トプレート７が設けられ、このポートプレート７はポンプ回転子への低圧及び高 圧の出入口ポートを画成する。図３により明瞭に示された二つの低圧ポート８及 び二つの高圧ポート９がある。高圧ポート９は吐出導管１０と連通し、この導管 はカバー部材２に設けられ吐出ポート１１に通じる。吐出ポート１１はネジ切り することができ、ステアリングシステム（図示せず）との接続を可能にする。ま た密封部１２が各高圧ポート９のまわりに設けられる。密 封部１２の正確な位置決めを保証するために、密封部１２は単一ユニットで形成 でき、またピン（図示せず）によりポートプレート７の面に傾斜配置される。 ポンプ回転子５の反対側に端プレート１３が設けられ、この端プレート１３は ポンプハウジング１６の機械凹所に配置される。フィン１４は軸４のまわりに位 置するオイル空洞１５の境界壁を画成し、端プレート１３は空洞１５からのポン プ回転子への入口ポートを提供する。フィン１４はヒートシンクとしても機能す るポンプハウジング１６から空洞１５内のオイルへの熱伝達を保証する。故に端 プレート１３はオイル空洞１５の一端を画成し、端プレート１３から遠い空洞１ ５の他端はオイル密封部材１７により閉鎖される。オイルは入口通路（gallery ）１６ａにより空洞１５に供給され、これは図２により明瞭に示される。オイル 密封部材１７に隣接して軸受１８が設けられ、この軸受は従来の設計にでき、ま たヒートシンク１６に関して適正位置で軸４を支持して軸４の相対回転を可能な らしめる。軸４は端プレート１３の孔内で流体力学的に回転する。 ポンプハウジング１６はポンプ回転子５、端プレート１３及びオイル空洞１５ を包囲し、上述の如く、ヒートシンクとして機能する。ヒートシンク１６は任意 の適当な熱的に大きい材料、例えば、アルミニウムから作ることができる。ヒー トシンク１６は一つ又はそれ以上、例えば、４本のボルト１９により、あるいは 他の適当な取り付け装置によりカバー部材２へ取り付けられる。ポートプレート ７ へオイル密封部１２を位置決めするための先に言及したピン（図示せず）を延出 させて、ポンプのカム及び端プレート１３をフィン１４の一つへ又はヒートシン ク１６の体へ傾斜配置することもできる。 ヒートシンク１６の放射方向外側に電動モータの固定子２０がある。固定子２ ０はヒートシンク１６の第１部分の外壁に装着される。モータの巻線２１は、通 常は銅から作られるが、固定子２０上に巻かれている。固定子２０はヒートシン ク１６の第１部分の外壁へ締り嵌めされる。しかして、銅巻線形固定子とヒート シンク１６との間で良好な熱的接触が確立される。また固定子２０とヒートシン ク１６との熱的接続は、固定子２０とヒートシンク１６との間の熱伝導材料によ り得られる。巻線２１は、カバー部材２から遠いヒートシンク１６の端に装着さ れた制御回路装置２２へ接続される。巻線２１は電気的絶縁リング部材２１ａに よりポンプハウジング１６又はヒートシンク１６から保護される。 制御回路２２は、一つ又はそれ以上のネジ２３あるいは他の従来の取付装置に よりヒートシンク１６又はポンプハウジング１６へ取り付けられた印刷回路板（ ｐｃｂ）上に設けられる。一つ又はそれ以上の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ） ２４は制御回路２２の一部を形成する。図１に於て、ＦＥＴ２４はｐｃｂの下方 側に装着され、また電気絶縁体としても機能するように、アルマイト（anodised -aluminium）から成ることができる熱的ブリッジ部材２２ａによりヒートシンク １６と熱的接触されるべく配置される。 あるいは、図５に示す如く、ＦＥＴはヒートシンク１６の溝又はチャンネル２５ に配置できる。８個又は４個のＦＥＴ２４が図に示すロータリポンプ及びモータ に設けられるが、図には二つしか示されていない。ＦＥＴ２４はヒートシンク１ ６のまわりで円周方向に配置される。 図６の場合、ｐｃｂ２２の制御回路はケーシング１の壁のスロットに配置され る。この実施例に於てＦＥＴ２４はポンプハウジング１６と接触した熱的ブリッ ジ２２ａへ取付けられる。しかして、図６でわかるように、ＦＥＴを含む制御回 路はモータの放射方向外側に配置され、それにより一体型ポンプ及びモータの軸 線方向の全長の増加が回避される。 固定子２０の放射方向外側に回転子２６が設けられ、それによりブラシレスモ ータを形成する。回転子２６は、磁石２７がセメント混合物の如き適当な接着材 料により取り付けられた軸線方向延出壁２６ａを有する。磁石２７の配置は従来 通りで、異極を有する磁石のセグメントを交互に配置している。従来的には１４ 個のセグメントが採用される。回転子２６の軸線方向延出壁２６ａの一端に、軸 ４へ軸線方向延出壁２６ａを接続する放射方向延出部材２６ｂが設けられる。軸 ４に隣接する放射方向延出部材２６ｂの端に、軸４が貫通した孔が軸係合壁２６ ｃにより画成される。軸４は圧入で軸係合壁２６ｃにより保持される。また軸受 保持器又はカラー４０も設けられる。 図１及び図２に示す如く、回転子２６の軸線方向外側ではあるがケーシング１ 内の空間は追加の制御構成要素、例 えば、パワースパイクの抑制に使用されるフィルタコンデンサ４２、を保持する のに使用できる。パワーリード４１は、回転子２６の外側のまわりの固定子２０ からフィルタコンデンサ４２まで延びたものとして示される。内方ケーブルシー ルド４４はリード４１が回転子２６と接触するのを防ぐ。コンデンサ４２は制御 入力も提供する正負動力接続部４３間で並列接続される。 図６に於て、フィルタコンデンサ４２及び追加構成要素はモータの放射方向外 側にｐｃｂ２２と共に配置されることが判るであろう。同様に、電気接続部４３ は回転子２６から遠くでケーシングに設けられる。 図１、図２、図５及び図６の上方部分に関して、カバー部材２及び油溜め３は 一般に従来通りの設計である。溜め 鎖可能孔２８は溜め３の一端に設けられ、オイルの除去及び付加を可能ならしめ る。ネジ切りされた蓋部材２９を図１に示す。溜め３は、オイル量又は流体レベ ルの変動に対処するベント２９ａを含む。図１に点線で示されるオイル戻しポー ト３０は、ステアリングシステムから戻ってくるオイルの入口ポートの役割をす る。次いで、戻りオイルはリングフィルタ３１を貫通し、このリングフィルタは 圧力制限器として作用するバネ板３２へ一端で取り付けられる。溜め３の本体か らオイルをポンプへ送出できるフィンガの形態であるバネ板３２は、フィルタ３ １が詰まった場合、カバー部材２の突出壁３３に対接した位置からフィルタ３１ を持ち上げるように構成される。このように、戻り の圧力がフィルタ３１の上流に発生した場合、フィルタ３１の下流を通ることが できる。フィルタ３１は従来の設計にでき、各端でスチール又はゴムの端末キャ ップ３４へ取り付けられたペーパ素子から成るものにできる。あるいは、フィル タ３１はナイロンメッシュから構成できる。 油溜め３は少なくとも一つのＯリング３５を介してカバー部材２へ接続される 。溜め３は、カバー部材２の外壁の周囲に形成されたラグ２ｂにスナップ嵌めす ることによりカバー部材２へ取り付けられる。同様のＯリング３６は、カバー部 材２に対接したヒートシンク１６の面の溝に配置される。 圧力逃がし弁手段３７が設けられ、高圧ポート９から出るオイルの圧力が所定 値を越えると、高圧の吐出導管１０を低圧の入口通路１６ａと連通させる。故に 、圧力逃がし弁３７への入口３８は高圧導管１０と連通し、また圧力逃がし出口 ３９は油溜め３と連通する。 図１には、高圧ポート９及び高圧吐出出口１１が示される。また他方、図２に は、オイル空洞１５と低圧ポート８との連通が示される。低圧通路１６ａが示さ れ、また明瞭に示される如く、通路１６ａはヒートシンク又はポンプハウジング １６及びロータリポンプ組立体の壁により画成される。入口通路１６ａは溜め３ と空洞１５とを流体接続する。 ロータリポンプと共に使用される従来のモータと異なり、回転子２６は固定子 ２０の外側に配置されて回転する ことは判るであろう。更に、ポンプハウジング１６の少なくとも一部は軸と回転 子２６との間に配置される。この構成によりロータリポンプ及びモータの従来構 成に勝る幾つかの有意な利点が得られる。第１に、モータの固定子２０はヒート シンク１６と熱的接触し、一方、ヒートシンク１６は空洞１５のオイルと熱的接 触している。故に、固定子２０から発生した熱はオイルへと伝達され、次いでそ のオイルはステアリングシステムのまわりにポンプ輸送され、そこで冷却される 。同様にＦＥＴ２４もヒートシンクと熱的接触し、発生した熱はオイルへ伝達で きる。これは有効にケーシング１の温度を下げ、それによりロータリポンプ及び モータを車両のボンネットの下で安全に使用することが可能になり、また、内方 構成要素を故障発生温度以下に更に有効に維持する。 また、回転子２６はモータの外側にあるので従来の回転子２６よりも大きく、 回転子磁石を所定のパワーに対して希土類よりもむしろフェライト材料から作る ことを可能ならしめる。 図１ないし図５の場合、制御回路２２が回転子２６の包被空間内にあることに より、制御回路２２は損傷から保護され、また制御回路の電気及び磁気シールド が得られる。ケーシング１は付加シールドを提供する。またそれは所望に応じた 、ケーシング１の外側への単一制御／動力接続を考慮に入れている。図６の実施 例に於て、制御用ｐｃｂ２２は、回転子２６の外方部ではあるが依然としてモー タケーシング１内で装着される。またこれによりポンプ及びモ ータが、個別パワーユニットとして、構築且つ検査が可能となる。 図により明瞭に示された如く、また上記構成によりロータリポンプが少なくと も部分的に、理想としては全体的に、モータの軸線方向及び放射方向寸法内で配 置できるようになる。これは結果として、有意的により小さいポンプ及びモータ ユニットとなり、ヒートシンク１６によりポンプがモータと一体化される。また これによりポンプ及びモータを分離して個々に検査するのではなくむしろ１セッ トの検査を必要とする一体型ユニットとしてポンプ及びモータが製造できる。 ポンプ組立体は回転キャリア及び関連カム部材を有するベーン形態のポンプ装 置から成る必要がないことが判るであろう。あるいは、ポンプ装置は回転可能軸 上に装着された斜板又はカムを有する二つ又はそれ以上のギヤ又はピストンから 成ることができる。 他の構成及び機能的に均等な構成要素が予想されるが、それは添付の請求の範 囲で記載された本発明の精神及び範囲内に留まる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＪＰ，ＵＳ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．少なくとも一つの入口ポートと、少なくとも一つの出口ポートと、ハウジ ングと、入口及び出口ポートに流体連通したポンプ装置とを有するロータリポン プ組立体であって、前記ポンプ装置はポンプ駆動部材を含み、前記ポンプ駆動部 材は電動モータの回転子に接続された回転軸に装着され、ハウジングの一部分は 軸とモータの回転子との間で放射方向に配置され且つモータの固定子がそれに装 着されているロータリポンプ組立体。 ２．固定子はハウジングの外面に装着される請求の範囲第１項記載のロータリ ポンプ組立体。 ３．ハウジングはヒートシンクである請求の範囲第１項又は第２項記載のロー タリポンプ組立体。 ４．熱伝導材料をハウジングの外面と固定子との間に設けた請求の範囲第３項 記載のロータリポンプ組立体。 ５．流体供給部を少なくとも一つの入口ポートへ接続する流体空洞をハウジン グ内に設けた請求の範囲第１項ないし第４項の何れか一項記載のロータリポンプ 組立体。 ６．流体空洞は軸の外面の一部及びハウジングの内壁により画成される請求の 範囲第５項記載のロータリポンプ組立体。 ７．ハウジングの内壁は熱伝導フィンを含む請求の範囲第６項記載のロータリ ポンプ組立体。 ８．流体空洞は電動モータの回転子と軸との間で全体的に放射方向に配置され る請求の範囲第５項ないし第７項の何れか一項記載のロータリポンプ組立体。 ９．電動モータの操作制御回路が電動モータの回転子と軸との間で放射方向に ハウジングへ装看される請求の範囲第１項ないし第８項の何れか一項記載のロー タリポンプ組立体。 10．回路の構成要素の少なくとも一つはハウジングと熱的接触する請求の範囲 第９項及び第３項記載のロータリポンプ組立体。 11．電動モータの回転子は軸線方向延出磁石部分と、軸線方向延出磁石部分を 軸へ接続する放射方向延出部分とを含み、前記回路は軸と、回転子の軸線方向延 出部分と、放射方向延出部分とにより画成された空間で配置される請求の範囲第 ９項又は第１０項記載のロータリポンプ組立体。 12．ポンプ装置は回転キャリア中に配置された複数個のローラ翼及び関連カム 部材を有する請求の範囲第１項ないし第１１項の何れか一項記載のロータリポン プ組立体。 13．ポンプ装置は回転キャリア中に配置された複数個の平板羽根及び関連カム 部材を有する請求の範囲第１項ないし第１１項の何れか一項記載のロータリポン プ組立体。 14．ポンプ装置は複数個のギヤ部材を含む請求の範囲第１項ないし第１１項の 何れか一項記載のロータリポンプ組立体。 15．ポンプ装置は少なくとも一つのピストンを含み、ポンプ駆動部材は回転軸 に装着された斜板又はカムである請求の範囲第１項ないし第１１項の何れか一項 記載のロータリポンプ組立体。 16．電動モータと一体化された請求の範囲第１項ないし 第１５項の何れか一項記載のロータリポンプ組立体。 17．車両のパワーステアリングシステムでの使用のために構成された請求の範 囲第１項ないし第１６項の何れか一項記載のロータリポンプ組立体。