(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの入口ポート（８）；少なくとも一つの出口ポート（９）；前記少なくとも一つの入口ポート（８）と前記少なくとも一つの出口ポート（９）に流体連通しかつそれらの間に流体を循環するポンプ装置であって、回転可能軸（４）に装着されたポンプ回転子組立体（５）を含むポンプ装置；及び回転子（２６）及び固定子（２０）を有する電動モータであって、回転子（２６）が回転可能軸（４）に接続され、固定子（２０）が回転子（２６）と回転可能軸（４）の間に位置される電動モータを有する自動車用ロータリポンプ組立体において、ロータリポンプ組立体が固定子（２０）が装着されるヒートシンク（１６）をさらに含み、ヒートシンク（１６）が循環する流体と熱的接触し、それによって固定子（２０）からの熱がヒートシンク（１６）によって循環する流体に伝達され、循環する流体が固定子（２０）と回転子（２６）の間の領域から分離されていることを特徴とするロータリポンプ組立体。
【請求項２】
電動モータの操作制御のための少なくとも一つの電気構成要素がヒートシンク（１６）と熱的接触している請求項１記載のロータリポンプ組立体。
【請求項３】
少なくとも一つの電気構成要素が回転子（２６）の放射方向外側に位置されている請求項２記載のロータリポンプ組立体。
【請求項４】
ヒートシンク（１６）が循環する流体と接触している表面上に複数のフィン（１４）を含み、それによってヒートシンク（１６）から循環する流体への熱伝達が改良される請求項１〜３のいずれかに記載のロータリポンプ組立体。
【請求項５】
ヒートシンク（１６）が流体供給口とポンプ出口の間で循環する流体と熱的接触している請求項１〜４のいずれかに記載のロータリポンプ組立体。
【請求項６】
回転子が放射方向延出部材（２６ｂ）によって回転可能軸（４）に接続され、放射方向延出部材（２６ｂ）がポンプ回転子組立体（５）への回転可能軸（４）の接続から遠い回転可能軸（４）の端に接続されている請求項１〜５のいずれかに記載のロータリポンプ組立体。
【請求項７】
ポンプ回転子組立体（５）が容量形ポンプである請求項１〜６のいずれかに記載のロータリポンプ組立体。
【請求項８】
流体供給口をポンプ回転子組立体（５）に接続するための固定子（２０）と回転可能軸（４）の間に設けられた流体空洞（１５）をさらに含む請求項１〜７のいずれかに記載のロータリポンプ組立体。
【請求項９】
流体空洞（１５）がヒートシンク（１６）の一部によって部分的に画成される請求項８に記載のロータリポンプ組立体。
【請求項１０】
ヒートシンク（１６）がポンプ装置と電動モータの両方の一部を構成する請求項１〜９のいずれかに記載のロータリポンプ組立体。
【請求項１１】
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項１〜１０のいずれかに記載のロータリポンプ組立体。
【発明の詳細な説明】
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口ータリポンプ組立体であって、前記ポンプ装置はポンプ回転子組立体を含み、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可能軸に装着され、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 4659296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入口及び出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入口ポート８及び二つの高圧出口ポート９がある。高圧出口ポート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が各高圧出口ポート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の面に角度的に位置決めされる。
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から遠い空洞１５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へ角度的に位置決めすることもできる。
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２０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１６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２６ｃ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３は1/2リットルのオイルを保持するように構成される。閉鎖可能孔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３１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、戻りポート３０に入って来るオイルは、例えば、1/2バール以上の圧力がフィルタ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、高圧出口ポート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、高圧出口ポート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と低圧入口ポート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。
【図１】
0003872104.tif 000002
【図２】
0003872104.tif 000003
【図３】
0003872104.tif 000004
【図４】
0003872104.tif 000005
【図５】
0003872104.tif 000006
【図６】
0003872104.tif 000007