JP2006257912A - Pump device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、流体を循環させるポンプ装置に関する。 The present invention relates to a pump device for circulating a fluid.
流体を循環させるポンプ装置として電動式ポンプがある。このような電動式ポンプは、パワートランジスタ等の電子部品からなる制御部を有している。電動式ポンプにおいて、制御部によるポンプの駆動制御が頻繁に行われたり、駆動時間が長くなったりすると、制御部からの発熱量が大きくなる。従って、電動式ポンプにおいては、熱によるトラブルを未然に防止するために、制御部を冷却する必要が生じる。 There is an electric pump as a pump device for circulating a fluid. Such an electric pump has a control part which consists of electronic parts, such as a power transistor. In an electric pump, if the drive control of the pump by the control unit is frequently performed or the drive time is lengthened, the amount of heat generated from the control unit increases. Therefore, in the electric pump, it is necessary to cool the control unit in order to prevent trouble due to heat.
このような制御部を冷却するための構成を備えた電動式ポンプとして、以下に説明するような空冷式ウォーターポンプや、水冷式ウォーターポンプがあった(例えば、特許文献1を参照)。 As an electric pump provided with the structure for cooling such a control part, there existed an air cooling type water pump and a water cooling type water pump which are demonstrated below (for example, refer patent document 1).
特許文献1の図1に示されている空冷式ウォーターポンプは、発熱源である電子部品の表面を、ポンプのハウジングに内部から接触させ、これによってポンプが置かれた外部の雰囲気(空気)中に熱を放射している。また、前記ハウジングには、熱の放射効率を高めるため、表面処理が施されている。 In the air-cooled water pump shown in FIG. 1 of Patent Document 1, the surface of an electronic component, which is a heat source, is brought into contact with the pump housing from the inside, and thereby, in the external atmosphere (air) where the pump is placed. Radiates heat. Further, the housing is subjected to a surface treatment in order to increase heat radiation efficiency.
また、特許文献1の図2に示されている水冷式ウォーターポンプは、電子部品の表面と密接するように水冷ジャケットを設け、ポンプが圧送する水を迂回させてこの水冷ジャケットを通すことにより、電子部品から発生する熱を水に吸収させて冷却を行っている。 Further, the water-cooled water pump shown in FIG. 2 of Patent Document 1 is provided with a water-cooling jacket so as to be in close contact with the surface of the electronic component, and by bypassing the water pumped by the pump, Cooling is performed by absorbing water generated by electronic components in water.
ところが、特許文献1の図1に示される空冷式ウォーターポンプは、熱を外部雰囲気に放射することで冷却を行う方式であるため、外気温等によって熱の放射量が変動し易いという問題がある。空冷式ウォーターポンプを、特に自動車のエンジンのウォーターポンプとして使用する場合、例えば、夏期の日中などではエンジンルーム内の温度は非常に高くなるため、ウォーターポンプの冷却効率は悪くなる。このため、空冷式ウォーターポンプを使用する場合は、一定以上の冷却効率を維持するべく、特別な放熱部材を取付ける等の対策が必要であった。 However, since the air-cooled water pump shown in FIG. 1 of Patent Document 1 is a system that performs cooling by radiating heat to the external atmosphere, there is a problem that the amount of heat radiation is likely to vary depending on the outside air temperature or the like. . When the air-cooled water pump is used as a water pump for an automobile engine, for example, the temperature in the engine room becomes very high during the daytime in summer, for example, and the cooling efficiency of the water pump is deteriorated. For this reason, when an air-cooled water pump is used, measures such as attaching a special heat dissipating member are required to maintain a certain level of cooling efficiency.
また、特許文献1の図2に示される水冷式ウォーターポンプは、発熱源である電子部品を冷却するための水冷ジャケットと、それに付随する配管を別途設ける必要がある。ところが、このような配管類を設けると、ポンプの構造が複雑化あるいは大型化するという問題が発生する。そして、このようなポンプの複雑化・大型化は、点検やメンテナンス等の負担を増大させることにもなる。 Further, the water-cooled water pump shown in FIG. 2 of Patent Document 1 needs to separately provide a water-cooling jacket for cooling an electronic component that is a heat source and a pipe associated therewith. However, when such piping is provided, there arises a problem that the structure of the pump becomes complicated or enlarged. And the complexity and enlargement of such a pump will also increase the burden of inspection and maintenance.
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、外部雰囲気の状態による影響を受け難くし、駆動コイルの制御部から発生する熱を効率よく除去することができ、簡易な構成で小型のポンプ装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and its object is to make it less susceptible to the influence of the external atmosphere and to efficiently remove the heat generated from the control unit of the drive coil. It is possible to provide a small pump device with a simple configuration.
本発明に係るポンプ装置の特徴構成は、内部空間を有するハウジングと、前記内部空間を、流体が動通可能な流体室と制御室とに隔てる隔壁と、前記流体室内に配置されて磁石を有するロータと、前記制御室内に配置されて磁界を発生させて前記ロータを回転駆動する駆動コイルおよびこの駆動コイルを制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記隔壁に対して直接的に、または熱伝導部材を介して間接的に接触するように配置されている点にある。 The pump apparatus according to the present invention includes a housing having an internal space, a partition that divides the internal space into a fluid chamber and a control chamber through which fluid can move, and a magnet disposed in the fluid chamber. A rotor, a drive coil that is disposed in the control chamber and generates a magnetic field to rotationally drive the rotor, and a control unit that controls the drive coil, and the control unit directly to the partition wall, Or it exists in the point arrange | positioned so that it may contact indirectly through a heat conductive member.
本構成のポンプ装置では、駆動コイルを制御する制御部が、流体室と制御室とを隔てる隔壁に直接的に、または熱伝導部材を介して間接的に接触するように配置されているので、制御部で発生した熱は、前記隔壁を介して流体室内を流動する流体に伝達される。すなわち、流体との熱交換によって制御部の冷却が行われる。このような冷媒(冷却水)との熱交換方式のポンプ装置は、従来の空冷式ポンプ装置と比較して冷却効率が高いことに加えて、外部雰囲気の状態に影響され難く、その信頼性を向上させることができる。 In the pump device of this configuration, the control unit that controls the drive coil is disposed so as to be in direct contact with the partition wall that separates the fluid chamber and the control chamber or indirectly through the heat conducting member. The heat generated in the control unit is transmitted to the fluid flowing in the fluid chamber through the partition wall. That is, the control unit is cooled by heat exchange with the fluid. In addition to high cooling efficiency compared to conventional air-cooled pump devices, the heat exchange type pump device with such a refrigerant (cooling water) is hardly affected by the state of the external atmosphere, and its reliability is improved. Can be improved.
また、ポンプ装置の制御部から発生する熱を、ポンプ装置が循環させている流体室内の流体に伝達することができるため、制御部を冷却するための新たな冷却用配管類や、放熱部材等を設ける必要がない。このため、ポンプの構成を簡略化することができる。 In addition, since heat generated from the control unit of the pump device can be transferred to the fluid in the fluid chamber circulated by the pump device, new cooling pipes for cooling the control unit, heat radiating members, etc. There is no need to provide. For this reason, the structure of a pump can be simplified.
本発明のポンプ装置においては、前記制御部は基板上に実装され、この基板の前記制御部が実装されている面と反対側の面が前記隔壁に対して前記熱伝導部材を介して間接的に接触するように配置すると好適である。 In the pump device according to the present invention, the control unit is mounted on a substrate, and a surface of the substrate opposite to the surface on which the control unit is mounted is indirectly connected to the partition via the heat conducting member. It is preferable to arrange so as to be in contact with each other.
本構成のポンプ装置では、基板の制御部が実装されている面と反対側の面が隔壁側に向くことになるので、制御部内部で発生した熱が最も良く伝達される部位である制御部の配線部分(例えば、パワートランジスタの端子部分)を隔壁に対して熱伝達可能に接触させることができる。従って、制御部と冷却水との間でより効率的な熱交換を行うことができる。 In the pump device of this configuration, since the surface opposite to the surface on which the control unit of the substrate is mounted faces toward the partition wall, the control unit that is the part to which the heat generated inside the control unit is best transmitted The wiring portion (for example, the terminal portion of the power transistor) can be brought into contact with the partition wall so that heat can be transferred. Therefore, more efficient heat exchange can be performed between the control unit and the cooling water.
本発明のポンプ装置においては、前記隔壁を、非磁性ステンレス鋼により構成すると好適である。 In the pump device of the present invention, it is preferable that the partition wall is made of nonmagnetic stainless steel.
本構成のポンプ装置では、従来は樹脂材料で形成されることが多かった隔壁を非磁性ステンレス鋼により構成しているので、必要な強度を確保しつつ隔壁を薄くすることができる。したがって、隔壁を挟んで対向して配置されているロータの磁石と駆動コイルとの距離を短くすることができ、駆動コイルで発生した駆動力をロータに効率的に伝達することが可能となる。また、隔壁を非磁性ステンレス鋼で構成したことにより、上記のように隔壁を薄くすることができるとともに、樹脂材料で構成する場合に比べて熱伝導性も高くすることができるので、制御部で発生した熱を流体室内の流体に効率的に伝達することができる。 In the pump device of this configuration, the partition wall that has been conventionally formed of a resin material is made of nonmagnetic stainless steel, so that the partition wall can be made thin while ensuring the necessary strength. Therefore, the distance between the magnet and the drive coil of the rotor arranged opposite to each other with the partition wall interposed therebetween can be shortened, and the drive force generated by the drive coil can be efficiently transmitted to the rotor. In addition, since the partition walls are made of non-magnetic stainless steel, the partition walls can be made thinner as described above, and the thermal conductivity can be increased as compared with the case of being made of a resin material. The generated heat can be efficiently transferred to the fluid in the fluid chamber.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、本発明をエンジンの冷却水循環ポンプに適用した場合について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, a case where the present invention is applied to an engine cooling water circulation pump will be described.
図1は、本実施形態のポンプ装置100による冷却水の循環経路を示す概略図である。ポンプ装置100は、自動車等に搭載される水冷式エンジン60とラジエータ50との間の冷却水循環経路中に配置される。ポンプ装置100から吐出された冷却水は、水冷式エンジン60に送られてエンジン燃焼により発生した熱を吸収し、次いでラジエータ50に送られてその吸収した熱を放射することで冷却され、その後ポンプ装置100に戻る。このようにして、冷却水の循環が行われる。
FIG. 1 is a schematic view showing a cooling water circulation path by the
図2は、本実施形態のポンプ装置100の内部構成図である。ポンプ装置100は、ハウジング10内の内部空間が隔壁20によって流体室30と制御室40とに分離されている。本実施形態では、ハウジング10は、ロータハウジング10aと、中間ハウジング10bと、駆動コイルハウジング10cと、制御部ハウジング10dとから構成されている。
FIG. 2 is an internal configuration diagram of the
隔壁20は、例えば、非磁性ステンレス鋼板を深絞り成形して、軸方向一端側に開口を有する円筒形状にしたものである。隔壁20の開口部の周囲にはフランジ部20aが形成されており、このフランジ部20aは、ロータハウジング10aと、中間ハウジング10bとの間で締結部材1によって挟持固定されている。また、隔壁20の軸方向他端側には、後述するロータ32を保持するための保持部20bが形成されている。
The
この隔壁20の厚さは、必要な強度を確保できる範囲内で可能な限り薄くするのが好適である。すなわち、隔壁20を薄くすることにより、ロータ32の磁石31と駆動コイル41との距離を短くすることができる。したがって、駆動コイル41で発生した駆動力のロータ32の磁石31への伝達効率を高めることができる。なお、適切な隔壁20の厚さはポンプ装置100の大きさによって異なるが、本例に示すような冷却水循環用のポンプの場合であれば、例えば、0.3〜1mm程度とすることができる。
The thickness of the
流体室30は、ロータハウジング10aと隔壁20とで囲まれた空間で規定される。従って、図2に示すように、冷却水の吸入部33及び吐出部34に連通するとともにロータ32のインペラ32cが配置されるポンプ室30aと、このポンプ室30aに連通して形成される円筒形の空間であってロータ32の磁石31を備えた円筒部32aが配置される回転子室30bとを有している。また、制御室40は、駆動コイルハウジング10cと、制御部ハウジング10dと、隔壁20とで囲まれた空間で規定される。従って、図2に示すように、駆動コイルハウジング10c内に形成されて駆動コイル41が配置される駆動コイル室40aと、隔壁20の保持部20bよりも軸方向他端側において制御部ハウジング10dに囲まれて形成され、制御部42が配置されるドライバ室40bとを有している。ハウジング同士の各接続部分はシール部材3を介して水密的に固定されている。
The
流体室30には、冷却水を流動させるための磁石31を有するロータ32が配置されている。ロータ32は、円筒部32aと、この円筒部32aに内接して固定されたシャフト32bと、シャフト32bの先端側(吸入部33側)に取付けられたインペラ32cとから構成されている。本実施形態では、図2に示すように、インペラ32cはポンプ室30aに配置され、円筒部32a及びシャフト32bは回転子室30bに配置されている。
In the
また、ロータ32は、円筒部32aの壁部を部分的に厚肉化し、この厚肉化した部分の中に磁石31を収容している。従って、磁石31とロータ32とは一体的に回転することが可能である。ロータ32が回転すると、ラジエータ50において冷却された冷却水が、流体室30に接続された吸入部33から流体室30内に流入する。この冷却水はロータ32のインペラ32cの回転円接線方向に開口部を有する吐出部34から吐出され、水冷式エンジン60のエンジンブロック61(図1参照)へ送られる。
Moreover, the
制御室40には、流体室30側のロータ32を回転駆動させるための駆動コイル41と、この駆動コイル41を制御する制御部42とが収容されている。本実施形態では、駆動コイル41は駆動コイル室40aに配設され、制御部42はドライバ室40bに配設されている。この制御部42には、例えば、パワートランジスタ42aが使用される。駆動コイル41およびパワートランジスタ42aには、ハウジング10から基板43にかけて設けたコネクタ2に、図示しないハーネスを接続して電力を供給する。駆動コイル41に電流が流れると磁界が発生し、この磁界は隔壁20を透過してロータ32の磁石31に作用する。
The
駆動コイル41は、ロータ32の回転軸周りに、所定の角度毎に複数個(例えば、120°毎に3個)配置することができる。パワートランジスタ42aは、この複数個の駆動コイル41を順次ON/OFF制御することにより、ロータ32を連続回転させることができる。
A plurality of drive coils 41 can be arranged around the rotation axis of the
パワートランジスタ42aは、隔壁20に向けて配置される。その配置方法の一つとして、例えば、熱伝導部材70を介して間接的にパワートランジスタ42aを隔壁20に接触させる方法がある。ここで、隔壁20は、金属材料である非磁性ステンレス鋼により構成されている。したがって、隔壁20を薄くできるとともに従来の樹脂材料に比べて熱伝導性も高くなるので、パワートランジスタ42aで発生した熱を効率的に流体室30内の冷却水に伝達することができる。また、非磁性ステンレス鋼は、冷却水と接触しても錆がほとんど発生しないので、冷却水の流路で錆の影響による不具合が発生することを防止できる。このような隔壁20を構成する非磁性ステンレス鋼としては、例えば、SUS304LやSUS316L等を用いることができる。
The
パワートランジスタ42aと隔壁20との間に介在させる熱伝導部材70は、公知の熱伝導性樹脂であって柔軟性を有するものを使用することができる。このような熱伝導性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、フッ素ゴム、シリコーンゴム等を用いることができる。
As the heat
ところで、パワートランジスタ42aは、通常は周囲を封止材で覆われており、端子42bだけが外部に露出した構成となっている。このため、パワートランジスタ42aの内部で発生した熱は、端子42bの部分に最も良く伝達されることになる。従って、基板43のパワートランジスタ42aが実装されている面と反対側の面(すなわち、パワートランジスタ42aの端子42bが露出している方の面P)を隔壁側に向け、この面Pが熱伝導部材70を介して間接的に隔壁20に接触するように配置すれば、パワートランジスタ42aで発生した熱の隔壁20への伝達を効率的に行うことができる。
By the way, the
このように、ポンプ装置100の制御部42から発生する熱を、隔壁20を介して流体室30内を流動する冷却水に伝達することにより、従来の空冷式ポンプ装置と比較して冷却効率を高めることができるとともに、外部雰囲気の状態に影響され難い構成とすることができる。
As described above, the heat generated from the
また、本発明では、ポンプ装置100の制御部42を冷却する冷媒として、ポンプ装置100が循環させている水冷式エンジン60の冷却水を利用できるため、制御部42を冷却するための新たな冷却用配管類を設ける必要がない。このため、ポンプの構成を簡略化・小型化することができ、ポンプに特別な放熱部材を取付けたりする等の対策も必要がなくなる。
Further, in the present invention, since the cooling water of the water-cooled
<別実施形態>
(1)上記実施形態では、ハウジング10を、ロータハウジング10aと、中間ハウジング10bと、駆動コイルハウジング10cと、制御部ハウジング10dとから構成される4ピース構造とした。しかし、本発明はこれに限定されず、例えば、ロータハウジング10aと、中間ハウジング10bとを一体化して、3ピース構造とすることも可能である。
<Another embodiment>
(1) In the above embodiment, the
(2)上記実施形態では、熱伝導部材70を介して、パワートランジスタ42aを隔壁20に間接的に接触させる場合について説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、例えば図3に示すように、パワートランジスタ42aを隔壁20に直接的に接触させる構成とすることも可能である。この場合、パワートランジスタ42aが隔壁20を若干付勢するように、基板43を隔壁20に近接する位置に固定すると好適である。これにより、パワートランジスタ42aと隔壁20との確実な接触が得られる。また、図3に示す例では、パワートランジスタ42aと隔壁20との接触面積を広げるために、パワートランジスタ42aの周囲に熱伝導部材70を配置しているが、このような熱伝導部材70を全く設けない構成とすることも当然に可能である。
(2) In the above-described embodiment, the case where the
(3)本発明のポンプ装置100は、自動車等のエンジンにおいて使用するウォーターポンプの他にも種々の応用が可能である。例えば、自動車用エンジンの各種オイルポンプ、産業用エンジンにおいて使用する各種ポンプ、空調機器の冷媒搬送用ポンプ等に使用することも可能である。
(3) The
10 ハウジング
20 隔壁
30 流体室
31 磁石
32 ロータ
40 制御室
41 駆動コイル
42 制御部
43 基板
70 熱伝導部材
100 ポンプ装置
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記内部空間を、流体が動通可能な流体室と制御室とに隔てる隔壁と、
前記流体室内に配置されて磁石を有するロータと、
前記制御室内に配置されて磁界を発生させて前記ロータを回転駆動する駆動コイルおよびこの駆動コイルを制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記隔壁に対して直接的に、または熱伝導部材を介して間接的に接触するように配置されているポンプ装置。 A housing having an internal space;
A partition that divides the internal space into a fluid chamber and a control chamber through which fluid can move;
A rotor having a magnet disposed in the fluid chamber;
A drive coil that is disposed in the control chamber and generates a magnetic field to rotationally drive the rotor, and a control unit that controls the drive coil;
The said control part is a pump apparatus arrange | positioned so that it may contact with respect to the said partition directly or indirectly through a heat conductive member.
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