专利名称：电动泵及流体供给装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电动泵和包括该电动泵的流体供给装置。特别是，本发明涉及为了将通过设置在泵本体的入口端口吸入的流体通过排出端口排出，而利用无电刷无传感器马达驱动容纳在上述泵本体中的转子的电动泵，以及用该电动泵构成的流体供给装置。
背景技术：
为了将工作用油供给油压驱动部，运送流体的电动泵应用于，例如汽车的CVT(Continuously Variable Transmission无级变速装置)，以及动力转向装置。例如，以前的CVT具有用于油压驱动的作为机械泵的第1泵和作为电动泵的第2泵。在这种情形下，当发动机的转速等于或大于预定速度时，只有第1泵(即机械泵)将工作用油供给自动变速机。另一方面，当发动机的转速小于预定速度时，为了弥补第1泵所排放油量的不足，第1泵(即机械泵)和第2泵(即电动泵)共同将工作用油供给自动变速机。当发动机停止时，只有第2泵将工作用油供给CVT。
由于车辆的CVT使用的电动泵安装在发动机附近，所以电动泵是在高温环境下运行；由于雨水等，所以电动泵是在高度湿润环境下运行。为了解决诸如这种情况下产生的热量所引起的马达电刷的磨损、以及缺乏防水性的问题，例如可以采用无电刷马达。但是，无刷马达需要用于检测转子的角度位置的传感器，因此该传感器的耐久性也是一个问题。在那些情形下，无电刷无传感器马达作为CVT的辅助油压供给装置被采用(即日本专利2002-27776A)。
该无电刷无传感器马达采用了永磁的小型同步电动机。这种无电刷无传感器马达的驱动器具有变频器，将来自电池的直流电源变换成交流电源，然后输入马达。如果交流电源的电压一定、则频率增大时，马达的电流相位超前。如果电压及频率都一定，则例如泵的供油量增大而使负载上升时，马达的电流相位超前。在无电刷无传感器马达中，利用上述关系，采用频率控制马达。
通常，为了检测转子的角度位置，无电刷无传感器马达利用马达的反电动势作为转子的位置信号。即，从驱动器向马达施加低频的驱动电源。因此拉动转子，并且马达开始转动。马达开始转动后，在转子上产生与转速同步的反电动势。从这个反电动势的波形检测转子的角度位置。从这个反电动势的波形测出转子的转动频率，并控制电流，以达到预定的初始转速。无电刷无传感器马达可以采用这样的马达。
以前的装置中采用了进一步改进的无电刷无传感器马达。在上述一般的检测角度位置的方法中，供给转子的驱动电源必须是方波。因此，当驱动电源为正弦波时，不能检测转子的反电动势。另一方面，对于马达，就效率等特性来看，更希望采用正弦波的电流控制，而不是方波的电压控制。因此，可以使用如下马达，即不检测马达的转子的位置，而从驱动器向马达施加正弦波的电源，检测此时电压和电流的相位差，控制频率以使相位差变为零，且控制电流以使其频率为设定值。
但是，上述以前的无电刷无传感器马达在马达的负荷很小的情况下虽然能使转速的控制稳定，但在施加到马达上的负荷增大的情况下，有可能出现马达转动失调，甚至停止转动。
譬如，当发动机停止时，例如为了使CVT恢复到预定状态，有时需要利用辅助电动泵，将工作用油继续供给CVT。当发动机停止时，供给CVT工作用油的压力就降低，并且在供给路径中的工作用油开始回到油盘侧。因此，发动机停止后，需要由电动泵迅速向CVT供给工作用油。在这种情况下，发动机停止之后，过早利用电动泵将工作用油供给CVT时，在供给工作用油的路径中会残存大量工作用油，并且电动泵的排出端口的压力维持在高压力的状态。在这种情形下，即使试图使电动泵开始运转，转子受到来自排出端口的阻力，其转速也不能提高，从而会出现失调，并且转子可能无法启动。
此外，在马达的转动处于稳定的状态下，当电动泵的排出侧端口的压力增大时，转子的转速减小。但是，利用进行电流控制的无电刷无传感器马达的结构，为了提高转速，则控制电流值进一步增大。结果，转子的转速与控制电流值之间的偏差增大，从而马达的失调程度增加。与此同时，马达的发热增加，这成为故障等的原因。
为了解决上述问题，例如在电动泵的排出端口可设置压力传感器，在确认工作用油的压力降低后，再启动电动泵。但是，设置另外的传感器会增加CVT的结构的复杂性，增大电动泵的制作工时，导致生产成本上升。
从而，需要一种能够可靠防止失调，结构简易的电动泵，以及具有这种电动泵的流体供给装置。
发明内容
如上所述，本发明提供一种电动泵，该电动泵包括泵本体、形成于上述泵本体内的入口端口、形成于上述泵本体内，用来排放从上述入口端口抽入流体的排出端口、容纳于上述泵本体内的转子、旋转上述转子的无电刷无传感器马达，以及通过控制上述排出端口内的液压不超过预定压力，防止上述无电刷无传感器马达失调的机构。
根据本发明，采用所述无电刷无传感器马达，所述电动泵能够在高温高湿环境下持久运行。因为在无电刷无传感器马达中，转子与感应电路不发生接触，所以随着排出端口的流体压力的增大，所述无电刷无传感器马达很有可能出现失调。但是，利用控制上述排出端口内的液压不超过预定压力的结构，能够将排出端口内的液压设定在预定的初始范围内。其结果是，电动泵能够有效防止无电刷无传感器马达失调，并在稳定供油方面表现出色。
根据本发明的另一方面，一种流体供给装置包括将流体从流体贮留池抽出的第1泵、将抽出的流体运送到供给流体的目的地的第1供给路、设在上述第1供给路上，防止上述第1供给路内的流体压力增大到等于或超过预定压力的卸载阀、将流体从上述流体贮留池或从分别设置的流体贮留池抽出的入口端口、具有排放抽出流体的排出端口的电动驱动第2泵、在上述第1泵和上述卸载阀之间与上述第1供给路合并的第2供给路、设在上述第2泵上并且由无电刷无传感器马达电动驱动的转子，以及通过控制上述排出端口内的液压不超过小于上述卸载阀运行压力的预定压力值，防止上述无电刷无传感器马达失调的机构。
根据本发明，除了利用第1泵供给流体外，也能够利用第2泵供给流体，从而能够获得具有供给流体辅助功能的流体供给装置，并能够在严酷环境下使用。在这种情况下，即使当作为主要的流体供给装置的第1泵的流体供给压力，与作为辅助的流体供给装置的第2泵的流体供给压力之间存在较大的差值时，通过采用解决了无电刷无传感器马达很可能失调等问题的第2泵，当第2泵运行时，所述转子能够可靠地开始转动。此外，由于一旦开始转动的转子能够可靠地维持其转动状态，从而能够获得具有优良的工作稳定性的流体供给装置。
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1A是根据本发明的实施例的电动泵的横截面图。
图1B是根据本发明的实施例的电动泵的局部横截面图，其中阻止失调的机构D在运转中。
图2是采用根据本发明的实施例的电动泵的流体供给装置的示意图。
图3说明根据本发明的实施例的电动泵的工作特性。
图4是根据本发明的实施例的电动泵改动部分的局部横截面图。
具体实施例方式
下面结合附图，说明本发明的实施例。在该实施例中，本发明应用于车辆的CVT(Continuously Variable Transmission无级变速装置)。
如图1所示，电动泵的泵本体1具有第1外壳1a、第2外壳1b、第3外壳1c。第1外壳1a设置有转动转子4的马达5和控制该马达5的控制机构或装置6。构成转子4的部分的转动轴7的第一端上设有转子8。转子8的外周安装有永磁体8a。转子8位于第1外壳1a的凹部9中。感应线圈10围绕转子8定位。马达5为众所周知的马达，利用无电刷无传感器构造转动转子8。
上述第1外壳1a在上述旋转轴7的延伸方向与第2外壳1b相邻并连接。在第2外壳1b中，设置有具有内转子41、和外转子42的泵机构。内转子41上形成的外齿轮配合到上述旋转轴7的第二端。具有内齿轮的外转子42偏心地与该内转子41啮合。这样，由于内齿轮41和外齿轮42之间偏心啮合，上述外齿轮与上述内齿轮之间形成的空间11作为泵室。第2外壳1b中形成有与该空间11连通的入口端口2和排出端口3。
上述第2外壳1b又与在上述旋转轴7的延伸方向相邻的第3外壳1c连接。上述第1外壳1a、上述第2外壳1b和上述第3外壳1c通过连接螺栓12连接在一起。上述第3外壳1c中设置有调节从上述排出端口3出来的流体的排出压力而适当维持转子4的旋转的防止失调的机构D。因为本发明的该实施例所采用的无电刷无传感器马达中，转子8与感应线圈10彼此分离(不发生接触)，所以当转子4受到的流体阻力增大时，转子8与感应线圈10可能出现失调。
图3表示无电刷无传感器马达运行时的排放压力与流体流量之间的关系。横轴为流体的排放压力，纵轴为流体流量。如图3中A线所示，随着压力的增大，流体流量呈直线降低。因为当流体排放时，排出端口3的流体压力的增大对应阻力增大，因此排放流量必然降低。该马达5进行电流控制、随着排放压力的增大而使转子8的转速降低时，控制机构6则增加施加在感应线圈10上的电流值，以提高转子8的转速。结果，转子8的转动开始呈现失调倾向。但是，转子8和转子4的旋转不会立即停止，转子8和转子4的转速会维持在某种程度，并且排放压力和流体流量的工作点沿着A线向右移动。但是，当压力到达压力Pc点时，失调程度过大，从而不能维持转子8和转子4的旋转，转子8和转子4停止旋转。
为了解决上述问题，根据本发明实施例的电动泵设置有抑制排出端口3的压力增高的防止失调的机构D。具体来说，如图1所示，在上述第3外壳1c上，形成具有与上述排出端口3连通的排放侧开口部13、和与上述入口端口2连通的入口侧开口部14的缸15。该缸15的延伸方向与上述旋转轴7的延伸方向大致呈直角。通过这种配置，设置在第2外壳1b上的排出端口3和入口端口2经由缸15能够自然地连接在一起。此外，因为第3外壳1c不会向上述旋转轴7的延伸方向突出很多，从而电动马达能够小型化。
上述排放侧开口部13形成于上述缸15的长度方向的侧壁，并与入口端口2连通。上述入口侧开口部14形成在上述缸15的侧壁，并与排出端口3连通。配置在该缸15内部的活塞16上设有形成于该活塞16内的连通通路17。该连通通路17的第一端向朝着上述排放侧开口部13的活塞16的顶部开口。该连通通路17的第二端通过沿圆周方向均匀间隔的多个孔(比如四个孔)，向活塞16的外圆周表面开口。通过提供多个孔(比如四个孔)，即使活塞16的工作中发生转动，其中一孔能与入口侧开口部14连通，从而能与入口端口2连通。
利用螺旋弹簧18a将活塞16持续压向上述排放侧开口部13。在排出端口3的流体压力不显著上升的正常状态下，活塞16与排放侧开口部13接触(如图1A所示)。当排出端口3的流体压力上升时，活塞16反抗作为弹力部件(或偏压部件)18的螺旋弹簧18a的弹力或偏压力，压到与排出侧开口部13相反的一侧。结果，入口侧开口部14与入口端口2之间通过连通通路17连通(即图1b)。排出端口3内部的流体返回到压力低于该排出端口3中压力的入口端口2，排出端口3的压力减少。由于排出端口3的流体压力降低，所以妨碍上述转子4转动的阻力减少，从而适当地维持转子4的转动。
如图3所示，电动泵运行中，当排出端口3的压力上升时，压力和流量的工作点沿直线A向右移动。但是，通过设置上述防止失调的机构D，当压力高到预定程度时，推动上述活塞16，使得入口端口2与排出端口3之间连通。如图3所示，当压力达到预定的压力Pa时，工作点沿线B下降。即，上述排出端口3与上述入口端口2连通时，排放压力为预定压力Pa。如果排放压力超过预定压力Pa后继续上升，则进一步推动上述活塞16。其结果是，流体的排放压力逐渐增加，当排放压力到达预定压力Pb时，流体流量为零。在这种情况下，从转子4排放的全部流体流回入口端口2，电动泵开始空转。该预定压力Pb设定在转子4不发生失调的排放压力范围内。具体来说，基于活塞16的截面尺寸、螺旋弹簧18a的弹力等来确定预定压力Pb。例如，通过更换具有各种弹性系数的螺旋弹簧18a，预定压力Pb可以变化。如图1所示，通过拆卸螺栓，可以非常容易地更换该螺旋弹簧18a。
以上述方式构成防止失调的机构D后，即使不另外设置压力传感器，仅利用偏压部件18的偏压力，电动泵就能够处理排出端口3的压力变动。即，由于可以防止产生超过电动泵的运转极限的负荷，从而能够可靠地防止无电刷无传感器马达发生失调。此外，通过调节偏压部件18的偏压力，可以将作用在活塞16的流体压力设定为适当值，从而能够增大该电动泵的适用范围。
防止失调的机构D并不局限于如上所述的将排出端口3的流体流回入口端口2的结构。例如，如图4所示，根据本发明实施例的一项改动，防止失调的机构D’具有活塞116、连通通路117，以及通过连通通路117使油盘120与排放侧开口部分113连通的缸118。此项改动的其余构造与本发明实施例相同。这种构造中，将排出端口3的流体排出泵本体1，并且流回分离设置的贮留部。
此外，防止失调的机构D并不局限于如上所述的采用活塞16和缸15的柱塞型装置，也可以采用其他的构造。例如，也可以采用具有摇动阀体以及球型止回阀等其他卸载功能的机构。简而言之，只要能够随着排出端口3的流体压力的增高，将排出端口3的流体流回入口端口2，或者将排出端口3与泵本体1的外部连通从而能够排出流体，可以采用任何机构。
如图2所示，根据本发明的实施例，电动泵应用于CVT的工作油供给装置。该工作油供给装置具有从作为流体贮留部20的油贮留部20a吸取油的第1泵P1、和将吸取的油运送到油供给目的地的CVT的第1供给路R1。该第1泵P1为利用发动机的曲轴等的旋转力的机械泵。该第1供给路R1中具有防止油压力增加而等于或超过预定压力的卸载阀21。
与第1泵P1和第1供给路R1并联，还设有从上述油贮留部20a或者从单独设置的油贮留部120吸取油的第2泵P2，以及具有单向阀22的第2供给路R2。该第2泵P2采用具有防止失调的机构D的无电刷无传感器马达。在上述第1泵P1和上述卸载阀21之间，第2供给路R2与上述第1供给路R1合并。
该第2泵P2用于在例如发动机停止时，向CVT供给工作油的场合。为了达到上述要求，需要在发动机停止后立即供给工作油。但是，发动机停止后的瞬时，第1供给路R1的油压还处于很高的状态。在该状态下，如果试图操作第2泵P2，排出端口3的油压足够高，形成对第2泵启动的阻力，从而出现转子4不能开始转动、或者失调等问题。在本发明实施例所述的构造中，在排出端口3的油压处于很高的状态下，连通排出端口3与入口端口2，或者连通排出端口3与第2泵P2的外部，降低排出端口3的压力，从而维持转子4合理的旋转状态。
该油供给装置具有作为消除油压力增高的机构或装置并设置在第1供给路R1中的卸载阀21、和设置在第2供给路R2的防止失调的机构D。在这种情况下，卸载阀21和防止失调的机构D的功能完全不同。上述卸载阀21能够防止向油供给目的地CVT供给过高压力的油。因为第1泵P1为机械泵，所以第1泵P1能够容易地供给压力高的油。但是，根据油供给目的地的驱动机构，不一定需要高压的油。因此，为了供给最佳压力的油，将上述卸载阀21设置在第1供给路R1上。通过设置在第2供给路R2中的单向阀22，在第1泵P1工作期间，高压油不会逆流到第2泵P2侧。
另一方面，设置在上述第2泵P2处的防止失调的机构D通过抑制油的油压所产生的过高负荷，维持转子4的旋转。在第1泵P1停止时，或者供给的油处于低温状态时，第2泵P2辅助第1泵P1供油，或者代替第1泵P1第2泵P2还辅助第1泵P1向CVT供给油。但是，根据第2泵P2的运行开始时刻，因为第1供给路R1的油压过大，所以第2泵P2不能运转，甚至在第2泵P2运行中马达还会发生失调等问题。因此，计算第2泵P2合适的开始运行时刻非常重要。但是，计算这种合适的时刻不容易实现，例如必需另外设置传感器。采用具有这种防止失调的机构D的无电刷无传感器马达所构成的该油供给装置能够解决失调等问题，并能够在各种环境下使用，而且结构简单，工作稳定。
根据本发明的实施例，采用所述无电刷无传感器马达，所述电动泵能够在高温高湿环境下持久运行。因为在无电刷无传感器马达中，转子与感应电路不发生接触，所以随着排出端口的流体压力的增大，所述无电刷无传感器马达很有可能出现失调。但是，利用将排出端口的流体的一部分流回入口端口，或排出到泵本体的外部这种构造，能够将排出端口内的液压设定在预定的初始范围内。其结果，电动泵能够有效防止无电刷无传感器马达失调，并在稳定供油方面表现出色。
根据本发明的实施例，通过具有所述缸、所述活塞、以及所述偏压元件而不设有单独的压力传感器的防止失调的所述机构，抑制所述排出端口流体压力的上升。因为防止失调的所述机构通过平衡所述偏压元件的偏压力和所述排出端口的流体压力，确定所述活塞的位置，使得装置结构简单并且可靠性高。此外，因为流回所述排出端口的流体压力的设置能够轻易更改，例如，通过更换不同弹性系数的所述偏压部件，从而能够增大电动泵的适用范围。
根据本发明的实施例，除了利用第1泵供给流体外，也能够利用第2泵供给流体，从而能够获得具有供给流体辅助功能的流体供给装置，并能够在严酷环境下使用。在这种情况下，即使作为主要的流体供给装置的第1泵的流体供给压力，与作为辅助的流体供给装置的第2泵的流体供给压力之间存在较大的差值，由于采用解决了无电刷无传感器马达很可能失调等问题的第2泵，当第2泵运行时，所述转子能够可靠地开始转动。此外，由于一旦开始转动的转子能够可靠地维持其转动状态，从而能够获得具有优良的工作稳定性的流体供给装置。
权利要求
1.一种电动泵，包括泵本体(1)；形成于上述泵本体内的入口端口(2)；形成于上述泵本体内，用来排放从上述入口端口抽入的流体的排出端口(3)；容纳于上述泵本体内的转子(4)；以及旋转上述转子的无电刷无传感器马达(5)；其特征在于还包括机构(D，D’)，该机构(D，D’)通过控制上述排出端口内的液压不超过预定压力，防止上述无电刷无传感器马达失调。
2.根据权利要求1所述的电动泵，其中用于防止失调的上述机构包括具有连通上述排出端口的排放侧开口部(13)和连通上述入口端口的入口侧开口部(14)的缸(15)、和利用偏压元件(18)压向上述排放侧开口部的活塞(16)；其中当上述活塞借助从上述排出端口的液压反抗上述偏压元件的偏压力而移动超过预定位置时，连通上述排放侧开口部和上述入口侧开口部。
3.根据权利要求2所述的电动泵，其中上述活塞(16)包括连通通路(17)，该连通通路(17)包括多个孔，当上述活塞反抗上述偏压元件的偏压力而移动超过上述预定位置时，该多个孔在上述入口侧开口部(14)和上述排放侧开口部(13)之间建立连通。
4.根据权利要求1所述的电动泵，其中用于防止失调的上述机构通过将从上述排出端口排出的部分流体流回上述入口端口，控制上述排出端口内的液压。
5.根据权利要求4所述的电动泵，其中用于防止失调的上述机构包括具有连通上述排出端口的排放侧开口部(13)和连通上述入口端口的入口侧开口部(14)的缸(15)、和利用偏压元件(18)压向上述排放侧开口部的活塞(16)；其中当上述活塞借助从上述排出端口的液压反抗上述偏压元件的偏压力而移动超过预定位置时，连通上述排放侧开口部和上述入口侧开口部。
6.根据权利要求5所述的电动泵，其特征在于上述活塞(16)包括连通通路(17)，该连通通路(17)包括多个孔，当上述活塞反抗上述偏压元件的偏压力而移动超过上述预定位置时，该多个孔在上述入口侧开口部(14)和上述排放侧开口部(13)之间建立连通。
7.根据权利要求1所述的电动泵，其中用于防止失调的上述机构通过将从上述排出端口排出的流体排到上述泵本体外，控制上述排出端口内的液压。
8.根据权利要求7所述的电动泵，其中用于防止失调的上述机构包括具有连通上述排出端口的排放侧开口部(13)和连通上述入口端口的入口侧开口部(14)的缸(15)、和利用偏压元件(18)压向上述排放侧开口部的活塞(16)；其中当上述活塞借助从上述排出端口的液压反抗上述偏压元件的偏压力而移动超过预定位置时，连通上述排放侧开口部和上述入口侧开口部。
9.根据权利要求8所述的电动泵，上述活塞(16)包括连通通路(17)，该连通通路(17)包括多个孔，当上述活塞反抗上述偏压元件的偏压力而移动超过上述预定位置时，该多个孔在上述入口侧开口部(14)和上述排放侧开口部(13)之间建立连通。
10.一种流体供给装置，包括将流体从流体贮留池(20，120)抽出的第1泵(P1)、将抽出的流体运送到供给流体的目的地的第1供给路(R1)、设在上述第1供给路上的卸载阀(21)，该卸载阀防止上述第1供给路内的流体压力增大到等于或超过预定压力、将流体从上述流体贮留池(20)或从单独设置的流体贮留池(120)抽出的入口端口(2)、具有用于排放抽出流体的排出端口(3)的电动驱动第2泵(P2)、在上述第1泵和上述卸载阀之间与上述第1供给路合并的第2供给路(R2)、以及设在上述第2泵上并且由无电刷无传感器马达(5)电动驱动的转子(4)；其特征在于还包括机构(D，D’)，该机构(D，D’)通过控制上述排出端口内的液压不超过小于上述卸载阀运行压力的预定压力值，防止上述无电刷无传感器马达失调。
11.根据权利要求10所述的流体供给装置，其中用于防止失调的上述机构通过从上述排出端口排出的流体流回上述入口端口，控制液压。
12.根据权利要求10所述的流体供给装置，其中用于防止失调的上述机构通过将从上述排出端口排出的流体排到上述第2泵外，控制液压。
全文摘要
一种电动泵包括泵本体(1)、形成于上述泵本体内的入口端口(2)、形成于上述泵本体内，用来排放从上述入口端口抽入的流体的排出端口(3)、容纳于上述泵本体内的转子(4)，以及旋转上述转子的无电刷无传感器马达(5)；其特征在于机构(D，D’)通过控制上述排出端口内的液压不超过预定压力，防止上述无电刷无传感器马达失调。
文档编号H02P27/06GK1825747SQ20061000887
公开日2006年8月30日 申请日期2006年2月23日 优先权日2005年2月24日
发明者栗田洋孝, 宫地永治, 仲吉英记 申请人:爱信精机株式会社