JP2019206919A

JP2019206919A - モータ直結形油圧ポンプ装置

Info

Publication number: JP2019206919A
Application number: JP2018101656A
Authority: JP
Inventors: 安藤　隆史; Takashi Ando; 隆史安藤; 将男岸; Masao Kishi; 達博寺田; Tatsuhiro Terada
Original assignee: Toyooki Kogyo Co Ltd
Current assignee: Toyooki Kogyo Co Ltd
Priority date: 2018-05-28
Filing date: 2018-05-28
Publication date: 2019-12-05

Abstract

【課題】高効率で安価なモータ直結形油圧ポンプ装置を提供するものである。【解決手段】モータ１と油圧ポンプ９とを一体的に結合し、出力軸５で入力軸１３を回転駆動して作動油を吸入吐出するモータ直結形油圧ポンプ装置であって、モータ１は、回転子に永久磁石を用いずに誘起電圧が発生しない同期リラクタンスモータ１とする。また、油圧ポンプ９は、半径方向に複数のベーン２０を摺動自在に挿入して入力軸１３とともに回転するロータ１７をポンプ本体１０内へ回転自在に設け、ロータ１７の外周を囲繞してベーン２０の先端が内周面２１Ａに摺接するリング状の可動リング２１を偏心移動自在に配置する可変容量形ベーンポンプ９とする。【選択図】図１

Description

本発明は、油圧ポンプとモータとを直結したモータ直結形油圧ポンプ装置に関する。

この種のモータ直結形油圧ポンプ装置は、油圧ポンプとモータとを一体的に結合し、モータの出力軸と油圧ポンプの入力軸とを駆動連結し、出力軸で入力軸を回転駆動して作動油を吸入吐出している。

特開２０１３−８５３８５号公報

ところが、かかる従来のモータ直結形油圧ポンプ装置では、モータとして誘導モータを用いているため、誘導モータは回転子導体でジュール損が生じて効率が低くなっていた。そこで、効率を高めるために、誘導モータに替えて永久磁石同期モータを用いると、永久磁石によって界磁磁束が得られるため、励磁電流が不要になり高効率とすることができた。しかし、永久磁石同期モータは、レアアースを用いた高性能な永久磁石が必要になるため、装置全体が高価になってしまうという問題点があった。

本発明の課題は、高効率で安価なモータ直結形油圧ポンプ装置を提供するものである。

かかる課題を達成すべく、本発明は次の手段をとった。即ち、
モータと油圧ポンプとを一体的に結合し、モータの出力軸と油圧ポンプの入力軸とを駆動連結し、出力軸で入力軸を回転駆動して作動油を吸入吐出するモータ直結形油圧ポンプ装置において、モータは、回転子に永久磁石を用いずに誘起電圧が発生しない同期リラクタンスモータとし、油圧ポンプは、半径方向に複数のベーンを摺動自在に挿入して入力軸とともに回転するロータをポンプ本体内へ回転自在に設け、ロータの外周を囲繞してベーンの先端が内周面に摺接するリング状の可動リングを偏心移動自在に配置し、ロータの回転により容積変化して作動油を吸入吐出する複数のポンプ室をロータと可動リングとベーンで区画形成し、可動リングをロータとの偏心量増加方向へ付勢するばねを設けた可変容量形ベーンポンプとしたことを特徴とするモータ直結形油圧ポンプ装置がそれである。

この場合、前記可変容量形ベーンポンプは、吸入吐出する作動油の吐出圧力と吐出量との積を略一定とした定馬力特性を有してもよい。また、前記出力軸と前記入力軸とを駆動連結する連結部に、前記可変容量形ベーンポンプの吸入吐出する作動油の一部を導き、この作動油で連結部を潤滑作用してもよい。

以上詳述したように、請求項１に記載の発明は、モータは、回転子に永久磁石を用いずに誘起電圧が発生しない同期リラクタンスモータとし、油圧ポンプは、半径方向に複数のベーンを摺動自在に挿入して入力軸とともに回転するロータをポンプ本体内へ回転自在に設け、ロータの外周を囲繞してベーンの先端が内周面に摺接するリング状の可動リングを偏心移動自在に配置し、ロータの回転により容積変化して作動油を吸入吐出する複数のポンプ室をロータと可動リングとベーンで区画形成し、可動リングをロータとの偏心量増加方向へ付勢するばねを設けた可変容量形ベーンポンプとした。このため、油圧ポンプを可変容量形ベーンポンプとしたから、可変容量形ベーンポンプは、吐出量を可変にすると共に、入力軸とともに回転駆動するロータを、ピストンポンプでシリンダブロックを回転駆動するものと比較し、小形にして低トルクで回転駆動することができるから、力率とトルクが背反関係にある同期リラクタンスモータで回転駆動することができる。そして、同期リラクタンスモータは、永久磁石を用いる永久磁石同期モータより安価にできると共に、ジュール損が生じて効率が低くなる誘導モータより高効率にでき、高効率で安価なモータ直結形油圧ポンプ装置とすることができる。

また、請求項２に記載の発明は、可変容量形ベーンポンプは、吸入吐出する作動油の吐出圧力と吐出量との積を略一定とした定馬力特性を有した。このため、可変容量形ベーンポンプは、吐出圧力が上昇すれば吐出量が低減し、吐出圧力が低下すれば吐出量が増加し、馬力を常時略一定にできるから、より一層低トルクで回転駆動することができる。

また、請求項３に記載の発明は、出力軸と入力軸とを駆動連結する連結部に、可変容量形ベーンポンプの吸入吐出する作動油の一部を導き、この作動油で連結部を潤滑作用した。このため、出力軸と入力軸との連結部を吸入吐出する作動油を流用して潤滑できるから、出力軸と入力軸との連結部を潤滑するための格別な潤滑手段を不要にでき、構成を簡素化することができる。

本発明の一実施形態を示し、要部を断面にしたモータ直結形油圧ポンプ装置の正面図である。図１の線Ａ−Ａに沿った断面図である。一実施形態および他実施形態のポンプ特性を示した吐出圧力―吐出量の特性図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づき説明する。
図１および図２において、１は回転子に永久磁石を用いずに誘起電圧が発生しない同期リラクタンスモータで、円筒状のケーシング２の軸方向一端側にフランジ部材３を設けると共に、ケーシング２の軸方向他端側にカバー４を設けている。ケーシング２には被取付部材に固定する取付脚２Ａを下方に一体形成している。５はケーシング２の内部に回転自在に設けた出力軸で、フランジ部材３に設けた軸受６で軸支し、先端を外部に露呈している。出力軸５は先端に直線状の凹部５Ａを窪み形成している。７はシール部材で、軸受６の軸方向外方に隣接してフランジ部材３に設け、出力軸５の軸端外周面に摺接し、ケーシング２内部を密封している。８はフランジ部材３に形成したドレン排出路で、一端を軸受６とシール部材７との間に開口すると共に、他端を外部に開口し、外部よりシール部材７を介してケーシング２内部にドレンが漏出した際に、このドレンを外部に排出する。

９は可変容量形ベーンポンプで、ポンプ本体１０の軸方向一端側に形成した円柱状の凸部１０Ａをフランジ部材３の大径孔３Ａにインローで嵌合し、蓋部材１１をポンプ本体１０に取付ける複数のボルト部材１２を兼用してポンプ本体１０をフランジ部材３に取付け、同期リラクタンスモータ１と一体的に結合している。そして、ポンプ本体１０の凸部１０Ａをフランジ部材３の大径孔３Ａに嵌合することで、凸部１０Ａに隣接してフランジ部材３内に密封空間３Ｂを区画形成する。１３は可変容量形ベーンポンプ９の入力軸で、ポンプ本体１０の軸方向一端側に突出し、先端に矩形状の凸部１３Ａを形成している。１４は出力軸５と入力軸１３とを駆動連結する連結部としてのオルダム継手で、密封空間３Ｂに配置し、出力軸５の凹部５Ａに係合する矩形状のキー部１４Ａを一側面に突出形成すると共に、一側面と対向する他側面に入力軸１３の凸部１３Ａを係合する凹部１４Ｂを窪み形成し、キー部１４Ａと凹部１４Ｂとは径方向に略直交して形成している。オルダム継手１４は、先ずキー部１４Ａを出力軸５の凹部５Ａに係合し、ポンプ本体１０の凸部１０Ａをフランジ部材３の大径孔３Ａにインローで嵌合すると、入力軸１３先端の凸部１３Ａが凹部１４Ｂに係合する。

可変容量形ベーンポンプ９は、ポンプ本体１０に軸方向一端側より円筒孔１５を穿設すると共に、円筒孔１５に連接して円筒孔１５の穿設方向と直交方向に収装孔１６を穿設し、円筒孔１５の一端側開口を蓋部材１１で閉塞している。１７はポンプ本体１０の円筒孔１５へ回転自在に収装したロータで、一方の側面に入力軸１３を一体形成すると共に、他方の側面に軸部１７Ａを突出形成している。入力軸１３はブッシュ１８Ａによりポンプ本体１０に、軸部１７Ａはブッシュ１８Ｂにより蓋部材１１にそれぞれ軸支している。ロータ１７の一方の側面には入力軸１３が貫通する円板状の第１側板１９Ａを、ロータ１７の他方の側面には軸部１７Ａが貫通する円板状の第２側板１９Ｂをそれぞれ摺接して回転不能に配置している。ロータ１７には周方向へ等間隔に１３個のベーン収納用スリット溝１７Ｂを外周面に開口している。ベーン収納用スリット溝１７Ｂはベーン２０を半径方向へ摺動自在に挿入し、半径方向内方の基端部を円形に形成している。２１はロータ１７の外周を囲繞したリング状の可動リングで、円筒孔１５の第１側板１９Ａと第２側板１９Ｂとの間に配置し、図２の左右方向へロータ１７に対して偏心移動自在に設けている。

可動リング２１はその内周面２１Ａをカム面とし、ベーン２０の先端を摺接している。２２はポンプ室で、ロータ１７と可動リング２１とベーン２０で複数個を区画形成し、ロータ１７の矢印Ｂ方向への回転により容積変化して作動油を吸入吐出する。２３は作動油を吸入する吸入流路、２４は作動油を吐出する吐出流路で、それぞれ蓋部材１１に穿設している。２５はポンプ室２２の容積が拡大する吸入領域に開口する吸入ポートで、第１吸入ポート部２５Ａと第２吸入ポート部２５Ｂから構成している。第１吸入ポート部２５Ａは、ロータ１７の他方の側面が摺接する第２側板１９Ｂの側面へ半円弧状に窪み形成し、底面に連設して第２側板１９Ｂを貫通する連通孔２５Ｃで吸入流路２３と連通している。第２吸入ポート部２５Ｂは、第１吸入ポート部２５Ａと略同一形状で、第１吸入ポート部２５Ａとロータ１７を介した軸方向の対向位置に、ロータ１７の一方の側面が摺接する第１側板１９Ａの側面へ半円弧状に窪み形成している。２６はポンプ室２２の容積が縮小する吐出領域に開口する吐出ポートで、第１吐出ポート部２６Ａと第２吐出ポート部２６Ｂから構成している。第１吐出ポート部２６Ａは第１吸入ポート部２５Ａと中心を介した半径方向の対向位置で、ロータ１７の他方の側面が摺接する第２側板１９Ｂの側面へ半円弧状に窪み形成し、底面に連設して第２側板１９Ｂを貫通する連通孔２６Ｃで吐出流路２４と連通している。第２吐出ポート部２６Ｃは第１吐出ポート部２６Ａと略同一形状で、第１吐出ポート部２６Ａとロータ１７を介した軸方向の対向位置に、ロータ１７の一方の側面が摺接する第１側板１９Ａの側面へ半円弧状に窪み形成している。ロータ１７の矢印Ｂ方向への回転により容積変化するポンプ室２２は、吸入ポート２５から吸入した作動油を搬送して吐出ポート２６から吐出する。

２７は吸入領域に位置するベーン収納用スリット溝１７Ｂの基端部に連通して吸入圧を導入する吸入側円弧状溝で、第２側板１９Ｂに設けた第１吸入側円弧状溝部２７Ａと第１側板１９Ａに設けた第２吸入側円弧状溝部２７Ｂとから構成している。第１吸入側円弧状溝部２７Ａは、第１吸入ポート部２５Ａより半径方向の内方位置でベーン収納用スリット溝１７Ｂの基端部と半径方向で略同一位置に設け、半円弧状に窪み形成し、底面に連設して第１側板１９Ｂを貫通する連通孔２７Ｃで吸入流路２３と連通している。第２吸入側円弧状溝部２７Ｂは、第１吸入側円弧状溝部２７Ａと略同一形状で、第１吸入側円弧状溝部２７Ａとロータ１７を介した軸方向の対向位置で、第１側板１９Ａに窪み形成している。２８は吐出領域に位置するベーン収納用スリット溝１７Ｂの基端部に連通して吐出圧を導入する吐出側円弧状溝で、第２側板１９Ｂに設けた第１吐出側円弧状溝部２８Ａと第１側板１９Ａに設けた第２吐出側円弧状溝部２８Ｂとから構成している。第１吐出側円弧状溝部２８Ａは、第１吸入側円弧状溝部２７Ａと同心状でベーン収納用スリット溝１７Ｂの基端部と半径方向で略同一位置に設け、半円弧状に窪み形成し、底面に連設して第２側板１９Ｂを貫通する連通孔２８Ｃで吐出流路２４と連通している。第２吐出側円弧状溝部２８Ｂは、第１吐出側円弧状溝部２８Ａと略同一形状で、第１吐出側円弧状溝部２８Ａとロータ１７を介した軸方向の対向位置で、第１側板１９Ａに窪み形成している。

入力軸１３外周面とブッシュ１８Ａ内周面との間には作動油を流す供給隙間３０を形成している。供給隙間３０は、ロータ１７と第１側板１９Ａとの間から漏出する吐出ポート２６側の吐出作動油が流れて、オルダム継手１４と入力軸１３および出力軸５との連結個所を潤滑作用する。３１は作動油を導出する導出路で、ポンプ本体１０に形成して密封空間３Ｂと円筒孔１５との間を連通し、オルダム継手１４と入力軸１３および出力軸５との連結個所を潤滑作用した作動油を吸入ポート２５側に還流する。ポンプ室２２は内部に発生する吐出圧力による作用力を可動リング２１の内周面２１Ａに、可動リング２１をロータ１７との偏心量減少方向（図２の左方向）へ移動するよう作用させる。３２は収装孔１６の開口を閉塞する蓋部材で、ポンプ本体１０に固定している。３３は収装孔１６に収装したばねで、一端部にホルダ３４を装着すると共に、一端部と軸方向に対向する他端部にばね受け部材３５を装着している。ばね３３はホルダ３４を介して可動リング２１の外周面に当接し、可動リング２１を偏心量増加方向（図２の右方向）へ付勢している。３６は蓋部材３２に回動自在に螺合した調圧部材で、ばね受け部材３５を介してばね３３の他端部に当接し、回動操作で進退自在に設けている。調圧部材３６は回動操作で進退し、ばね３３を伸縮してばね力を変更操作自在に設けている。３７は調圧部材３６に螺合したロックナット部材で、蓋部材３２へ接離自在に設け、蓋部材３２への当接で調圧部材３６の回動操作を規制する。

３８はポンプ本体１０に螺合した案内ねじ部材で、可動リング２１におけるホルダ３４の当接個所と略直角方向の外周面に当接し、吐出ポート２６の位置に対応して可動リング２１の内周面２１Ａに作用する吐出圧力による作用力の図２上方向分力を受け、可動リング２１の図２左右方向への移動を案内するよう設けている。そして、案内ねじ部材３８は回動操作により進退自在に設けて可動リング２１の図２上下方向位置を調整自在に設けている。３９は案内ねじ部材３８に螺合したロックナット部材で、ポンプ本体１０へ接離自在に設け、ポンプ本体１０への当接で案内ねじ部材３８の回動操作を規制する。４０はポンプ本体１０に螺合した吐出量調整部材で、ホルダ３４との対向位置で可動リング２１の外周面に当接し、可動リング２１の最大偏心量を規制して最大吐出量を設定する。４１は吐出量調整部材４０に螺合したロックナット部材で、ポンプ本体１０へ接離自在に設け、ポンプ本体１０への当接で吐出量調整部材４０の回動操作を規制する。４２は吐出流路２４に配設した逆止め弁で、吐出ポート２６側から図示しない負荷側への流れを許容すると共に、その逆方向への流れを阻止している。

図３に示す如く、可変容量形ベーンポンプ９は、実線Ｃのとおり、吸入吐出する作動油の吐出圧力と吐出量との積を略一定とした定馬力特性を有し、Ｐ１で示すカットオフ圧力で吐出量が減少しはじめ、Ｐで示すフルカットオフ圧力で吐出量が略零となる。そして、フルカットオフ圧力Ｐをばね３３のばね力で設定している。なお、ばね３３をばね定数の低いものに変更することで、実線Ｄで示すように、カットオフ圧力Ｐ２を高く設定してフルカットオフ圧力Ｐとの圧力差を小さくしたシャープカット特性に変更することができる。同期リラクタンスモータ１は、定格出力が０．７５ｋＷ〜２．２ｋＷのもので、定格出力の１５０％〜２００％の瞬間出力を許容できればよい。この瞬間出力を許容できる同期リラクタンスモータ１で、可変容量形ベーンポンプ９を回転駆動することが可能となる。

次に、かかる構成の作動を説明する。
図１および図２に示す状態は、可変容量形ベーンポンプ９の可動リング２１が最大偏心位置にある。この状態で、同期リラクタンスモータ１を通電すると、出力軸５が回転してオルダム継手１４を介して入力軸１３を回転駆動し、ロータ１７を矢印Ｂ方向に回転する。可変容量形ベーンポンプ９は吸入ポート２５よりポンプ室２２に吸入した作動油を吐出ポート２６より吐出して最大吐出量が得られる。そして、可動リング２１の内周面２１Ａに図２の左方向へ作用する吐出圧力による作用力がばね３３のばね力によるカットオフ圧力Ｐ１（図３に示す）を上回ると、可動リング２１はホルダ３４を押圧しながら図２の左方向へ偏心量を減少しながら案内ねじ部材３８で案内されて移動して吐出量を減少する。そして、吐出圧力がフルカットオフ圧力Ｐに達すると、可動リング２１がロータ１７と略同心位置になり吐出量が略零になる。また、吐出量が略零になり吐出圧力がフルカットオフ圧力Ｐより低下すると、可動リング２１はばね３３のばね力により押圧されて図２の右方向へ偏心量を増加しながら案内ねじ部材３８で案内されて移動して吐出量を増加する。このようにして、吐出圧力と吐出量との積を略一定とする定馬力特性を得ることができる。

このとき、吸入吐出する作動油の一部は、吐出ポート２６側からロータ１７と第１側板１９Ａとの間、供給隙間３０を流れて密封空間３Ｂに導入され、オルダム継手１４と入力軸１３および出力軸５との連結個所を潤滑作用する。そして、潤滑作用した作動油は、導出路３１を流れて吸入ポート２５側に還流する。

かかる作動において、モータは、回転子に永久磁石を用いずに誘起電圧が発生しない同期リラクタンスモータ１とし、油圧ポンプは、半径方向に複数のベーン２０を摺動自在に挿入して入力軸１３とともに回転するロータ１７をポンプ本体１０内へ回転自在に設け、ロータ１７の外周を囲繞してベーン２０の先端が内周面２１Ａに摺接するリング状の可動リング２１を偏心移動自在に配置し、ロータ１７の回転により容積変化して作動油を吸入吐出する複数のポンプ室２２をロータ１７と可動リング２１とベーン２０で区画形成し、可動リング２１をロータ１７との偏心量増加方向へ付勢するばね３３を設けた可変容量形ベーンポンプ９とした。このため、油圧ポンプを可変容量形ベーンポンプ９としたから、可変容量形ベーンポンプ９は、吐出量を可変にすると共に、入力軸１３とともに回転駆動するロータ１７を、ピストンポンプでシリンダブロックを回転駆動するものと比較し、小形にして低トルクで回転駆動することができるから、力率とトルクが背反関係にある同期リラクタンスモータ１で回転駆動することができる。そして、同期リラクタンスモータ１は、永久磁石を用いる永久磁石同期モータより安価にできると共に、ジュール損が生じて効率が低くなる誘導モータより高効率にでき、高効率で安価なモータ直結形油圧ポンプ装置とすることができる。

また、可変容量形ベーンポンプ９は、吸入吐出する作動油の吐出圧力と吐出量との積を略一定とした定馬力特性を有した。このため、可変容量形ベーンポンプ９は、吐出圧力が上昇すれば吐出量が低減し、吐出圧力が低下すれば吐出量が増加し、馬力を常時略一定にできるから、より一層低トルクで回転駆動することができる。

また、出力軸５と入力軸１３とを駆動連結するオルダム継手１４の入力軸１３および出力軸５との連結個所に、可変容量形ベーンポンプ９の吸入吐出する作動油の一部を導き、この作動油でオルダム継手１４の入力軸１３および出力軸５との連結個所を潤滑作用した。このため、オルダム継手１４の入力軸１３および出力軸５との連結個所を、吸入吐出する作動油を流用して潤滑できるから、出力軸と入力軸との連結部を潤滑するための格別な潤滑手段を不要にでき、構成を簡素化することができる。

なお、前述の一実施形態では、出力軸５と入力軸１３とをオルダム継手１４で駆動連結したが、これに限定されるものではなく、出力軸と入力軸とをキーで駆動連結してもよいことは勿論である。

１：同期リラクタンスモータ
５：出力軸
９：可変容量形ベーンポンプ
１０：ポンプ本体
１３：入力軸
１７：ロータ
２０：ベーン
２１：可動リング
２１Ａ：内周面
２２：ポンプ室
３３：ばね

Claims

モータと油圧ポンプとを一体的に結合し、モータの出力軸と油圧ポンプの入力軸とを駆動連結し、出力軸で入力軸を回転駆動して作動油を吸入吐出するモータ直結形油圧ポンプ装置において、モータは、回転子に永久磁石を用いずに誘起電圧が発生しない同期リラクタンスモータとし、油圧ポンプは、半径方向に複数のベーンを摺動自在に挿入して入力軸とともに回転するロータをポンプ本体内へ回転自在に設け、ロータの外周を囲繞してベーンの先端が内周面に摺接するリング状の可動リングを偏心移動自在に配置し、ロータの回転により容積変化して作動油を吸入吐出する複数のポンプ室をロータと可動リングとベーンで区画形成し、可動リングをロータとの偏心量増加方向へ付勢するばねを設けた可変容量形ベーンポンプとしたことを特徴とするモータ直結形油圧ポンプ装置。
前記可変容量形ベーンポンプは、吸入吐出する作動油の吐出圧力と吐出量との積を略一定とした定馬力特性を有することを特徴とする請求項１に記載のモータ直結形油圧ポンプ装置。
前記出力軸と前記入力軸とを駆動連結する連結部に、前記可変容量形ベーンポンプの吸入吐出する作動油の一部を導き、この作動油で連結部を潤滑作用したことを特徴とする請求項１または２に記載のモータ直結形油圧ポンプ装置。