電動式ポンプ及びブレーキ用電動式ポンプ
【課題】 大型化を招くことなく低コストで音や振動を抑制できる電動式ポンプを提供すること。
【解決手段】 モータの回転子のスロット数とポンプ一回転あたりの吐出回数の最小公倍数にモータの最低回転数に対応する一次回転数周波数を乗算した値が、所定の周波数以上となるように設定した。
【解決手段】 モータの回転子のスロット数とポンプ一回転あたりの吐出回数の最小公倍数にモータの最低回転数に対応する一次回転数周波数を乗算した値が、所定の周波数以上となるように設定した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動モータにより駆動されるポンプの技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電動モータにより駆動されるポンプとして特許文献１に記載の技術が開示されている。この特許文献１に記載のポンプでは、電動モータの回転力変動やポンプの吐出脈動に起因する音や振動を低減するために、モータ出力軸とポンプ駆動軸との噛み合い部分の一方に凸部を、他方に凹部を形成し、モータとポンプの脈動を周波数整合させると共に逆位相へ移相することで脈動成分を相殺し、音や振動を低減している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１９９３５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来技術にあっては、特殊な継ぎ手を供える必要があり、部品点数の増加やコストアップを招き、また大型化を招く。更に、周波数整合を図るためにモータのコギング回数とポンプギヤ数を一致させる必要があり、設計自由度が低下する問題があった。
【０００５】
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、大型化を招くことなく低コストで音や振動を抑制できる電動式ポンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明では、モータの回転子のスロット数とポンプ一回転あたりの吐出回数の最小公倍数にモータの最低回転数に対応する一次回転数周波数を乗算した値が、所定の周波数以上となるように設定した。
【発明の効果】
【０００７】
よって、共振周波数が高いため人に聞こえることがなく、また、高周波であることから振動も小さくなり、大型化を招くことなく低コストで音や振動を抑制した電動式ポンプを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例１の電動式ポンプを表す断面図である。
【図２】実施例１に適用されたギヤポンプを表す断面図である。
【図３】実施例１に適用された電動モータを表す断面図である。
【図４】実施例１の最小公倍数と一次モータ回転数との関係を表す特性図である。
【図５】実施例２のモータトルクとポンプ脈動との関係を表すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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。
【実施例１】
【００１０】
図１はブレーキユニットのポンプ及びモータ部の概要を表す部分断面図である。アルミブロックから形成された略直方体のハウジング１内にはギヤポンプ２が収装され、ハウジング１の一側面にはモータ３がボルトにより取り付けられている。ギヤポンプ２の駆動軸であるポンプシャフト２ａには凸型の２面幅が形成され、モータ３の駆動軸であるモータシャフト３ａには凹型の２面幅が形成され、それらが互いに直接嵌合している。ギヤポンプ２は、１つのポンプシャフト２ａにより駆動される二つのギヤポンプ２１，２２が設けられ、二系統を有するブレーキ装置にあっては、一つのギヤポンプで独立して一系統に油圧を供給可能に構成される。ブレーキの系統とは、例えばＸ配管がなされたブレーキ装置の場合、右前輪と左後輪の組み合わせを一系統と言い、左前輪と右後輪の組み合わせを他の一系統と言う。実施例１では、これら二つのギヤポンプ２１，２２のギヤ位置は一致されており、一方のギヤの位相に着目して設定することで両ギヤの位相が調整される。
【００１１】
図２はギヤポンプ２１の軸直角方向の断面図である。このギヤポンプ２は外接ギヤポンプであり、ポンプシャフト２ａと一体に回転するドライブギヤ４と、このドライブギヤ４と同一の歯数を有するドリブンギヤ５とが互いに噛み合っている。また、両ギヤの外周側にはシールブロック６が配置され、吸入ポートを形成すると共に、ギヤ歯先とシールブロック内周とでシール面を形成する。作動時には、シールブロック６内の吸入ポートからブレーキ液を吸い込み、両ギヤにより圧縮されたブレーキ液が吐出される。このとき、一回転あたり歯数分の噛み合いと吐出脈動を原因とする音や振動が発生する。
【００１２】
図３にモータ軸直角方向の断面図を示す。モータ３は回転子であるモータコア３１と、モータハウジング７内壁に固定された永久磁石９とを有する。モータコア３１は複数のスロット１０（図３には９つのスロット）が形成されている。各スロット１０にはそれぞれコイル８が巻回されており、これら各コイル８に図外の整流子を介して次々に電流を印加することにより永久磁石との間で電磁力による吸引反発力を発生させ、回転力を得て作動を行う。分割されているスロット１０に電流を印加する際、各スロットの間においては一瞬電流の流れは遮断され、回転力を失い、その後次のスロットに電流が流れた際、再び回転力を得る。つまり、電動モータにおいては一回転あたりにスロットの数だけ回転数および回転力変動を原因とする音や振動が発生する。
【００１３】
（音，振動の特性）
音や振動は波動であり、別々の起震源から発生する音や振動の周波数成分同士が一致した場合、波の重ね合わせの原理により、振動が増幅され、周波数分析結果において鋭いピークを示す。このピークが音や振動としては問題となる。人間の可聴域は数十Ｈｚから２０ＫＨｚ程度までとされており、この範囲の周波数は人に何らかの違和感を与えるおそれがある。ただし、２ＫＨｚ以上の高周波領域では、振幅が非常に小さくなるため実質的には気にならないことが多い。例えば、自動車に搭載されるブレーキユニットにおいては車室内において２ＫＨｚ以下の周波数帯の音や振動が問題とされることが多く、周波数成分同士の一致点を２ＫＨｚ以上に設定することが望ましい。また、音や振動の性質として、基本周波数の２倍，３倍，・・Ｎ倍の次数成分を持ち、次数成分同士が一致した場合においても波の重ね合わせ原理が適用できる。
【００１４】
（ポンプ歯数とスロット数の最適な組み合わせ）
上記課題に鑑み、実施例１では起震源であるギヤポンプ２の歯数及びモータ３のスロット数の組み合わせについて以下のように設定することとした。まず、ギヤポンプ２とモータ３の最初の周波数一致点は、ギヤポンプ２の歯数とモータ３のスロット数の最小公倍数（以下、LCMと記載）である。次に、あるモータ一次回転数（rpm）を考えたとき、このモータ一次回転数は一分間当たりの回転数であるため、６０で割って（一分は６０秒だから）周波数に直す。これをモータ一次周波数と定義する。次に、モータ一次周波数にLCMを乗じることにより共振周波数を算出する。この共振周波数が２ＫＨｚ以上であれば、車の乗員にはほとんど違和感を与えることがないのである。図４は、モータ一次周波数と、モータ一次回転数と、LCMとの関係を表す表及び特性図である。すなわち、モータ３を作動させるときのモータ一次回転数に対し、LCMを斜線領域となるように設定すれば２ＫＨｚ以上の共振周波数を得ることができる。
【００１５】
例えば、モータ３を作動させるときに最も低い作動回転数は１２００rpm程度と考えられるとする。これは、ポンプを作動させてホイルシリンダを加圧して制動力を得るブレーキ装置において、通常ブレーキ相当の減速を得られる程度である。この場合、モータ一次周波数は２０Ｈｚである。今、共振周波数を２ＫＨｚ以上に設定したいのだから、２０Ｈｚ×LCM≧２０００Ｈｚとなればよい。よって、LCMを１００以上に設定すれば、全ての作動回転数領域で共振周波数を２ＫＨｚ以上に設定することができる。実施例１ではギヤポンプ２の歯数を１９とし、スロット数を９とすると、LCMは１７１となり、共振周波数は３４２０Ｈｚとなり、２ＫＨｚ以上に設定できる。一方、ギヤポンプ２の歯数を１８とすると、LCMは１８となり、共振周波数が３６０Ｈｚとなって２ＫＨｚ未満となってしまうため、乗員に違和感を与えることになる。この場合は、スロット数を１６に設定することで、共振周波数が２ＫＨｚ以上とできる。
【００１６】
次に、ギヤポンプ２の歯数とモータ３のスロット数をどのように設定してLCMを最適な値に設定するかについて説明する。図５は、モータが回転しているときの１つのスロットに着目したとき、モータ側でのトルク変化と、ポンプ側で発生する脈動との関係を表すタイムチャートである。１つのスロットが回転移動する間、その回転速度やモータトルクは一定値を取る。そこで、１つのスロットに対してより多くの歯数を設定すれば、脈動が小さく安定した吐出圧を得ることができる。これにより、音や振動の発生を抑制することができる。
【００１７】
以上説明したように、実施例１の電動式ポンプにあっては、下記に列挙する作用効果を得ることができる。
(1)永久磁石９を用いた回転式の電動モータ３と、該電動モータ３の回転軸により回転駆動されるポンプ２とから構成される電動式ポンプにおいて、LCM（モータ３のスロット数とポンプ一回転あたりの吐出回数の最小公倍数）にモータ３の最低回転数に対応する一次周波数を乗算した値が、ブレーキ制御に許容される２ＫＨｚ以上となるように設定した。よって、共振周波数が高いため人に聞こえることがなく、また、高周波であることから振動も小さくなり、大型化を招くことなく低コストで音や振動を抑制した電動式ポンプを提供できる。尚、実施例１では車両に搭載されるブレーキユニットに適用する例であり、ブレーキユニットに許容される周波数が２ＫＨｚであるため、そのように設定したが、車両以外に適用されるような電動式ポンプであっても、人の可聴領域の上限である４ＫＨｚ以上となるように設定すれば、いずれにせよ音や振動が違和感となることはない。すなわち適用箇所において許容される周波数以上にLCMを設定すれば発明の目的は達成される。また、LCMの組み合わせを検討するに当たり、スロット数よりも歯数が多くなるように設定することが好ましい。これにより、更に音や振動を抑制することができる。
【符号の説明】
【００１８】
１ ハウジング
２ ギヤポンプ
３ モータ
４ ドライブギヤ
５ ドリブンギヤ
１０ スロット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動モータにより駆動されるポンプの技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電動モータにより駆動されるポンプとして特許文献１に記載の技術が開示されている。この特許文献１に記載のポンプでは、電動モータの回転力変動やポンプの吐出脈動に起因する音や振動を低減するために、モータ出力軸とポンプ駆動軸との噛み合い部分の一方に凸部を、他方に凹部を形成し、モータとポンプの脈動を周波数整合させると共に逆位相へ移相することで脈動成分を相殺し、音や振動を低減している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１９９３５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来技術にあっては、特殊な継ぎ手を供える必要があり、部品点数の増加やコストアップを招き、また大型化を招く。更に、周波数整合を図るためにモータのコギング回数とポンプギヤ数を一致させる必要があり、設計自由度が低下する問題があった。
【０００５】
本発明は、上記問題に着目してなされたもので、大型化を招くことなく低コストで音や振動を抑制できる電動式ポンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明では、モータの回転子のスロット数とポンプ一回転あたりの吐出回数の最小公倍数にモータの最低回転数に対応する一次回転数周波数を乗算した値が、所定の周波数以上となるように設定した。
【発明の効果】
【０００７】
よって、共振周波数が高いため人に聞こえることがなく、また、高周波であることから振動も小さくなり、大型化を招くことなく低コストで音や振動を抑制した電動式ポンプを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例１の電動式ポンプを表す断面図である。
【図２】実施例１に適用されたギヤポンプを表す断面図である。
【図３】実施例１に適用された電動モータを表す断面図である。
【図４】実施例１の最小公倍数と一次モータ回転数との関係を表す特性図である。
【図５】実施例２のモータトルクとポンプ脈動との関係を表すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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。
【実施例１】
【００１０】
図１はブレーキユニットのポンプ及びモータ部の概要を表す部分断面図である。アルミブロックから形成された略直方体のハウジング１内にはギヤポンプ２が収装され、ハウジング１の一側面にはモータ３がボルトにより取り付けられている。ギヤポンプ２の駆動軸であるポンプシャフト２ａには凸型の２面幅が形成され、モータ３の駆動軸であるモータシャフト３ａには凹型の２面幅が形成され、それらが互いに直接嵌合している。ギヤポンプ２は、１つのポンプシャフト２ａにより駆動される二つのギヤポンプ２１，２２が設けられ、二系統を有するブレーキ装置にあっては、一つのギヤポンプで独立して一系統に油圧を供給可能に構成される。ブレーキの系統とは、例えばＸ配管がなされたブレーキ装置の場合、右前輪と左後輪の組み合わせを一系統と言い、左前輪と右後輪の組み合わせを他の一系統と言う。実施例１では、これら二つのギヤポンプ２１，２２のギヤ位置は一致されており、一方のギヤの位相に着目して設定することで両ギヤの位相が調整される。
【００１１】
図２はギヤポンプ２１の軸直角方向の断面図である。このギヤポンプ２は外接ギヤポンプであり、ポンプシャフト２ａと一体に回転するドライブギヤ４と、このドライブギヤ４と同一の歯数を有するドリブンギヤ５とが互いに噛み合っている。また、両ギヤの外周側にはシールブロック６が配置され、吸入ポートを形成すると共に、ギヤ歯先とシールブロック内周とでシール面を形成する。作動時には、シールブロック６内の吸入ポートからブレーキ液を吸い込み、両ギヤにより圧縮されたブレーキ液が吐出される。このとき、一回転あたり歯数分の噛み合いと吐出脈動を原因とする音や振動が発生する。
【００１２】
図３にモータ軸直角方向の断面図を示す。モータ３は回転子であるモータコア３１と、モータハウジング７内壁に固定された永久磁石９とを有する。モータコア３１は複数のスロット１０（図３には９つのスロット）が形成されている。各スロット１０にはそれぞれコイル８が巻回されており、これら各コイル８に図外の整流子を介して次々に電流を印加することにより永久磁石との間で電磁力による吸引反発力を発生させ、回転力を得て作動を行う。分割されているスロット１０に電流を印加する際、各スロットの間においては一瞬電流の流れは遮断され、回転力を失い、その後次のスロットに電流が流れた際、再び回転力を得る。つまり、電動モータにおいては一回転あたりにスロットの数だけ回転数および回転力変動を原因とする音や振動が発生する。
【００１３】
（音，振動の特性）
音や振動は波動であり、別々の起震源から発生する音や振動の周波数成分同士が一致した場合、波の重ね合わせの原理により、振動が増幅され、周波数分析結果において鋭いピークを示す。このピークが音や振動としては問題となる。人間の可聴域は数十Ｈｚから２０ＫＨｚ程度までとされており、この範囲の周波数は人に何らかの違和感を与えるおそれがある。ただし、２ＫＨｚ以上の高周波領域では、振幅が非常に小さくなるため実質的には気にならないことが多い。例えば、自動車に搭載されるブレーキユニットにおいては車室内において２ＫＨｚ以下の周波数帯の音や振動が問題とされることが多く、周波数成分同士の一致点を２ＫＨｚ以上に設定することが望ましい。また、音や振動の性質として、基本周波数の２倍，３倍，・・Ｎ倍の次数成分を持ち、次数成分同士が一致した場合においても波の重ね合わせ原理が適用できる。
【００１４】
（ポンプ歯数とスロット数の最適な組み合わせ）
上記課題に鑑み、実施例１では起震源であるギヤポンプ２の歯数及びモータ３のスロット数の組み合わせについて以下のように設定することとした。まず、ギヤポンプ２とモータ３の最初の周波数一致点は、ギヤポンプ２の歯数とモータ３のスロット数の最小公倍数（以下、LCMと記載）である。次に、あるモータ一次回転数（rpm）を考えたとき、このモータ一次回転数は一分間当たりの回転数であるため、６０で割って（一分は６０秒だから）周波数に直す。これをモータ一次周波数と定義する。次に、モータ一次周波数にLCMを乗じることにより共振周波数を算出する。この共振周波数が２ＫＨｚ以上であれば、車の乗員にはほとんど違和感を与えることがないのである。図４は、モータ一次周波数と、モータ一次回転数と、LCMとの関係を表す表及び特性図である。すなわち、モータ３を作動させるときのモータ一次回転数に対し、LCMを斜線領域となるように設定すれば２ＫＨｚ以上の共振周波数を得ることができる。
【００１５】
例えば、モータ３を作動させるときに最も低い作動回転数は１２００rpm程度と考えられるとする。これは、ポンプを作動させてホイルシリンダを加圧して制動力を得るブレーキ装置において、通常ブレーキ相当の減速を得られる程度である。この場合、モータ一次周波数は２０Ｈｚである。今、共振周波数を２ＫＨｚ以上に設定したいのだから、２０Ｈｚ×LCM≧２０００Ｈｚとなればよい。よって、LCMを１００以上に設定すれば、全ての作動回転数領域で共振周波数を２ＫＨｚ以上に設定することができる。実施例１ではギヤポンプ２の歯数を１９とし、スロット数を９とすると、LCMは１７１となり、共振周波数は３４２０Ｈｚとなり、２ＫＨｚ以上に設定できる。一方、ギヤポンプ２の歯数を１８とすると、LCMは１８となり、共振周波数が３６０Ｈｚとなって２ＫＨｚ未満となってしまうため、乗員に違和感を与えることになる。この場合は、スロット数を１６に設定することで、共振周波数が２ＫＨｚ以上とできる。
【００１６】
次に、ギヤポンプ２の歯数とモータ３のスロット数をどのように設定してLCMを最適な値に設定するかについて説明する。図５は、モータが回転しているときの１つのスロットに着目したとき、モータ側でのトルク変化と、ポンプ側で発生する脈動との関係を表すタイムチャートである。１つのスロットが回転移動する間、その回転速度やモータトルクは一定値を取る。そこで、１つのスロットに対してより多くの歯数を設定すれば、脈動が小さく安定した吐出圧を得ることができる。これにより、音や振動の発生を抑制することができる。
【００１７】
以上説明したように、実施例１の電動式ポンプにあっては、下記に列挙する作用効果を得ることができる。
(1)永久磁石９を用いた回転式の電動モータ３と、該電動モータ３の回転軸により回転駆動されるポンプ２とから構成される電動式ポンプにおいて、LCM（モータ３のスロット数とポンプ一回転あたりの吐出回数の最小公倍数）にモータ３の最低回転数に対応する一次周波数を乗算した値が、ブレーキ制御に許容される２ＫＨｚ以上となるように設定した。よって、共振周波数が高いため人に聞こえることがなく、また、高周波であることから振動も小さくなり、大型化を招くことなく低コストで音や振動を抑制した電動式ポンプを提供できる。尚、実施例１では車両に搭載されるブレーキユニットに適用する例であり、ブレーキユニットに許容される周波数が２ＫＨｚであるため、そのように設定したが、車両以外に適用されるような電動式ポンプであっても、人の可聴領域の上限である４ＫＨｚ以上となるように設定すれば、いずれにせよ音や振動が違和感となることはない。すなわち適用箇所において許容される周波数以上にLCMを設定すれば発明の目的は達成される。また、LCMの組み合わせを検討するに当たり、スロット数よりも歯数が多くなるように設定することが好ましい。これにより、更に音や振動を抑制することができる。
【符号の説明】
【００１８】
１ ハウジング
２ ギヤポンプ
３ モータ
４ ドライブギヤ
５ ドリブンギヤ
１０ スロット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石を用いた回転式の電動モータと、該電動モータの回転軸により回転駆動されるポンプとから構成される電動式ポンプにおいて、
前記モータの回転子のスロット数と前記ポンプ一回転あたりの吐出回数の最小公倍数に前記モータの最低作動回転数に対応する一次回転数周波数を乗算した値が、所定の周波数以上となるように設定したことを特徴とする電動式ポンプ。
【請求項２】
永久磁石を用いた回転式の電動モータと、該電動モータの回転軸により回転駆動されるポンプとから構成されるブレーキ用電動式ポンプにおいて、
前記モータの回転子のスロット数と前記ポンプ一回転あたりの吐出回数の最小公倍数に前記モータの最低作動回転数に対応する一次周波数を乗算した値が、ブレーキ制御に許容される２ＫＨｚ以上となるように設定したことを特徴とするブレーキ用電動式ポンプ。
【請求項１】
永久磁石を用いた回転式の電動モータと、該電動モータの回転軸により回転駆動されるポンプとから構成される電動式ポンプにおいて、
前記モータの回転子のスロット数と前記ポンプ一回転あたりの吐出回数の最小公倍数に前記モータの最低作動回転数に対応する一次回転数周波数を乗算した値が、所定の周波数以上となるように設定したことを特徴とする電動式ポンプ。
【請求項２】
永久磁石を用いた回転式の電動モータと、該電動モータの回転軸により回転駆動されるポンプとから構成されるブレーキ用電動式ポンプにおいて、
前記モータの回転子のスロット数と前記ポンプ一回転あたりの吐出回数の最小公倍数に前記モータの最低作動回転数に対応する一次周波数を乗算した値が、ブレーキ制御に許容される２ＫＨｚ以上となるように設定したことを特徴とするブレーキ用電動式ポンプ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−１７４７１４（Ｐ２０１０−１７４７１４Ａ）
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７５３２（Ｐ２００９−１７５３２）
【出願日】平成２１年１月２９日（２００９．１．２９）
【出願人】（５０９１８６５７９）日立オートモティブシステムズ株式会社 (2,205)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月１２日（２０１０．８．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月２９日（２００９．１．２９）
【出願人】（５０９１８６５７９）日立オートモティブシステムズ株式会社 (2,205)
【Ｆターム（参考）】
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