【日】 井上昌弘

0 前言

近年来，出于节能环保的需求，排放法规呈逐年收紧的趋势，各汽车制造商都在积极引进能改善车辆燃油经济性的技术。作为新技术研发的中心，混合动力车被赋予极为重要的地位。然而，相比普通的汽油车，混合动力车结构复杂，成本较高。因此，作为能改善汽油车5%～10%燃油经济性的技术，在行驶过程中短暂停车时停止发动机运转的怠速停止系统已进入实用化阶段，由于这一技术能显著降低燃油耗，配装该系统的车辆现已逐年增加。

在采用怠速停止系统的车辆上，为确保发动机起动后变速器（包括无级变速器（CVT）和自动变速器（AT））离合器接合所需的液压，如图1所示，必须配备在发动机停止运转时工作的电动机油泵（EOP）。怠速停止系统是成本较低的实用技术，但为了将其安装在现有车辆空间内，其安装受限较为苛刻，必须开发出能够设置在各种车型不同安装空间内的小型、高效率EOP。此外，轻量高效率的EOP也有利于降低汽车的燃油耗。基于JTEKT公司以往的产品销售情况及市场调查结果，研究人员设定了图2所示技术开发目标，着手开发小型高效的EOP产品。

1 开发成果

为了在现有汽油车的结构基础上，在最低限度改造车辆的前提下配装怠速停止系统，要求设计出小型、低成本的EOP。相比传统的产品，新开发的怠速停止系统专用EOP通过结构优化设计及削减零件数量等技术措施（表1），获得了显著的效果，电动机体积缩小约30%，效率提高约47%，成本降低约50%。下文将介绍应用于新型EOP的技术实例。

2 开发过程

EOP是安装在变速器周边狭窄空间内的，有尺寸上的限制，因此，为了能够配装于各种不同车型，必须将其设计得更为小型化。然而，如单纯考虑小型化的设计要求，会导致经由电动机本身的电流增加，进而产生发热现象，这会缩短电子元件及绕组线的使用寿命。

因此，要在维持输出功率的同时实现产品的小型化，就必须抑制电动机的发热现象。作为相应对策，可采取抑制电流值，以及降低由电动机内部到外机的热阻等方法，而前文所述技术措施都能对提高汽车的效率作出贡献。因此，将这些技术作为主要的开发项目，着力开展研究，致力于开发出高效率化、小型化以及低成本的EOP产品。

表1 开发技术概要

2.1 过度功率输出控制

图3示出了EOP的输出功率特性及其负荷特性曲线，图中EOP的工作点位于功率输出特性曲线与负荷特性曲线的交汇处。图3中虚线为传统EOP的特性曲线，按这一工作特性曲线所示，负荷下的机油泄漏量越少，液压就越高，也就有可能产生超出必要性能范围的多余液压。

作为上述问题的对策，为新开发的EOP配备了过度功率控制装置。在新开发的EOP控制回路中，基于转速、电流及机油温度推定吐出压力，当吐出压力超过必要的性能范围时，降低电动机的转速，控制多余液压，从而实现最大降低47%耗电量的开发目标。

2.2 电动机的小型化

重新评价零部件的一体化设计与结构，使电动机尽可能小型化且结构简单。本次开发的结果是，电动机的质量得以减轻，这有利于改善车辆的燃油经济性，同时还有利于提高部件的可装配性。

2.2.1 扁平型电动机

为了缩小EOP的尺寸，开发了扁平型的电动机。其理由是，由于电动机的扭矩与铁心长度成正比，与直径的平方成正比，因此，如扩大铁心直径，就能缩小单位输出功率的电动机体积，实现提高效率的开发目标。

此外，通过采用空心的转子，降低惯性，从而抑制起动时的冲击电流，并且可以在转子内部设置轴承。采用基于烧结工艺加工而成的转子，无须机加工工序，可以降低成本，优化性能与成本之间的平衡。开发的结果是，相比传统产品，新电动机的轴向长度缩短了32%（图4、图5）。

2.2.2 磁铁固定装置的应用

传统的电动机是应用将环形磁铁粘结固定在转子上的结构型式。另外，在对磁铁进行分区的过程中，在环形磁铁基础上安装磁铁的相位极为重要，所以，迄今为止所采用的粘结工艺，将难以确保新产品具备与传统产品同等的品质。因此，在本次开发中，着眼于电动机的低扭矩，基于利用对转子的吸引力固定磁铁的构想，在设计上取消粘结工序，并在转子上设置树脂固定框架，以保持扇形分区磁铁之间的定位间隔（图6）。

此时，最大的课题是由磁铁与树脂之间的热膨胀系数差异所导致的热应力，为此，开发了将成形时残余应力及填料流动等因素都考虑在内的流动解析方法，从而在设计阶段就将热应力降至最低程度（图7）。开发结果表明，由于完全取消粘结工序，降低了管理成本，并将传统的环形磁铁改为扇形分区的磁铁后，使钕磁铁的用量减少约30%。

2.2.3 采用树脂定子架

传统EOP的定子架采用铝合金结构（图8）。本次开发中，为了缩小体积，降低成本，在零部件设计上应用一体化结构型式。

采用以下2项措施，设计了新型EOP的结构（图9）：（1）定子架采用树脂材料；（2）减少零件数量。由于采用扁平型电动机，提高了扭矩常数，降低了电流，因而，也降低了绕组线的铜损，抑制了电子部件的发热现象，最终使树脂制定子架的应用成为可能。由此，也可以直接在定子架内部进行定子铁心的模压成形处理，从而取消铝合金定子架的切削工序，以及定子铁心的连接螺栓。

此外，由于电源部分的金属配件也在定子上实施模内处理，同时连接器与树脂制定子架均采用一体化成形工艺，因此，在保持绝缘性的同时，减少了以防水为目的的金属封油环，由此也减少了装配工序。电动机的支架改为与定子架相同的树脂构件，利用旋转熔敷工艺实现一体化结构，从而减少了螺栓、O型密封圈，以及金属封油环等零件的数量。并且，在此基础上，重新评价泵叶片等零件的尺寸，最终采用前文所述扁平型电动机的设计方案。相比传统EOP，新产品的体积缩小约30%。同时，由于直接减少了材料费和零件数量，成本降低约50%。

3 结语

怠速停止系统能以较低的成本实现降低汽油车燃油耗的目标，是今后值得重视的技术。本次开发的EOP在满足用户对产品性能要求的同时，相比传统的同类产品，体积缩小约30%，效率提高约47%，成本降低约50%，这样的成果对于进一步扩大怠速停止系统的应用范围将会作出极大贡献。在本次开发成果的基础上，今后应继续开展以下工作。

（1）进一步扩大怠速停止系统的应用车型范围。随着配装怠速停止系统车型范围的扩大，为确保变速器离合器接合的液压，EOP的市场也在不断扩展。此次开发的EOP具备小型、低成本的特点，可作为怠速停止系统的标准装备迅速推广应用。

（2）今后也应将EOP推广应用于混合动力车及电动车。除了应用于汽油车的怠速停止系统外，EOP还可用于混合动力车及电动车的电动机、逆变器、减速器等部件的冷却和润滑系统。

（3）作为小型化与低成本化技术推广应用。在此次开发过程中所获得的融合了电气与机械的设计（机电一体化）技术、有利于降低成本的树脂成形技术，以及有利于小型化和低成本化的机械部件控制转换技术等，都有望在今后为日益发展的电动液压执行器产品的研发作出贡献。