JP2014125955A - 電動ポンプ - Google Patents

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Abstract

【課題】回路基板において検出対象とは反対側面に温度センサを設置する構成としても、該温度センサによる検出対象の温度検出が良好な電動ポンプを提供する。
【解決手段】ハウジング12の底凹部12aを通じてオイルの温度を検出する温度センサ24は、そのハウジング12の底凹部12aとは反対側の回路基板21の搭載面21bに搭載される配置構成である。この配置構成において、ハウジング12の底凹部12aからの熱を温度センサ24に伝達するための伝熱部材として回路基板21にスルーホール21xが貫設される。
【選択図】図1

Description

本発明は、流体の温度検出を行う温度センサ内蔵のモータ一体型電動ポンプに関する。
流体を作動させる電動ポンプの一つに、自動車の変速機やエンジンにオイルを供給する電動オイルポンプが知られ、例えば特許文献1にて開示のものが知られている。この文献1にて開示の電動ポンプは、電動モータを駆動源としたトロコイド式ポンプであり、ポンプ機構と電動モータとが一体的に組み付けられてなるものである。
特開2011−74843号公報
ところで、特許文献1にて開示したような自動車に搭載する電動オイルポンプ等おいては、様々な環境で使用されることが想定されており、例えばオイル温度で−25℃の低温から+140℃の高温までの広い温度範囲で必要十分な油圧を供給することが求められている。
つまり、オイルは温度によって粘度が変化するため、例えば低温環境にてオイル粘度が高くなる場合では粘性抵抗が大きいためモータの入力を高くし、必要な油圧が発生するように制御し、逆に高温環境にてオイル粘度が低くなる場合では粘性抵抗が小さいためモータの入力を低くし、十分な油圧が発生するような制御を行えば、省電力等の効果が期待できる。その際、オイル温度をより正確に検出すれば、より高い制御効果が期待できる。
一方で、オイル温度を検出する温度センサを搭載した回路基板は、オイルポンプのポンプ室が構成されるハウジングの凹部(キャン)近傍に配置されるが、オイルポンプの構成上、回路基板の反対側面に温度センサを設置する構成としても、温度センサによるオイル温度の検出を良好に行うことが望まれている。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、回路基板において検出対象とは反対側面に温度センサを設置する構成としても、該温度センサによる検出対象の温度検出を良好に行うことができる電動ポンプを提供することにある。
上記課題を解決する電動ポンプは、流体を流動させるためのポンプ機構と、該ポンプ機構を作動させる駆動源としての電動モータとを一体的に組み付けてなるものであり、前記電動モータのモータハウジング内に前記流体の温度を検出する温度センサを搭載した回路基板を備え、該温度センサによる前記流体の温度検出に基づいて前記電動モータが駆動制御される電動ポンプであって、一側面が前記流体に晒される前記モータハウジングの部位を検出部位とし、前記回路基板においてその検出部位との対向面とは反対側面に前記温度センサを搭載するものであり、前記モータハウジングの検出部位からの熱を前記温度センサに伝達すべく前記回路基板に貫設される伝熱部材を備え、該伝熱部材にて伝達された熱から前記温度センサによる前記流体の温度検出を行うように構成される。
即ち、モータハウジングの検出部位を通じて流体の温度を検出する温度センサは、そのハウジングの検出部位とは反対側の回路基板の面に搭載される配置構成において、ハウジングの検出部位からの熱を温度センサに伝達するための伝熱部材が回路基板に貫設される。この構成によれば、検出対象との間に回路基板が介在する温度センサの配置構成であっても、回路基板に貫設された伝熱部材による検出対象側から温度センサへの熱伝達にて、温度センサによる検出対象の温度検出を良好に行うことが可能である。
また上記の電動ポンプにおいて、前記伝熱部材が前記モータハウジングの検出部位に直接又は間接的に空隙無く当接するように構成されるのが好ましい。
この構成によれば、回路基板に貫設される伝熱部材の一部がモータハウジングの検出部位に直接又は間接的に空隙無く当接することで、この相互の部材間の熱伝達ロスが小さくなり、検出対象からのより多くの熱が温度センサに伝達可能となる。
また上記の電動ポンプにおいて、前記伝熱部材の少なくとも一部が前記回路基板の導電部材にて構成されるのが好ましい。
この構成によれば、伝熱部材の少なくとも一部が回路基板に一体形成される導電部材にて構成されるため、検出対象側から温度センサへの熱伝達経路の構成が容易となる。
また上記の電動ポンプにおいて、前記電動モータに供給する電流量の調整を行い該モータの駆動制御を行う半導体スイッチング素子を前記回路基板の前記温度センサと同一面に搭載するものであり、前記モータハウジングの検出部位と前記温度センサとの間に設けた前記伝熱部材を第1伝熱部材としたときに、前記半導体スイッチング素子からの熱を前記温度センサに伝達する第2伝熱部材を備え、該温度センサによる前記半導体スイッチング素子の温度検出を含めて前記半導体スイッチング素子による前記電動モータの駆動制御が行われるように構成されるのが好ましい。
この構成によれば、供給電流量を調整して電動モータの駆動制御を行う半導体スイッチング素子が回路基板の温度センサと同一面に搭載され、半導体スイッチング素子からの熱を温度センサに伝達する第2伝熱部材が備えられる。つまり、半導体スイッチング素子の温度を第2伝熱部材を通じた熱伝達により温度センサにて好適に検出できる。そのため、半導体スイッチング素子の異常な高温状態を検出した際に、該スイッチング素子の動作を停止したり制限したりする等の電動モータの駆動制御を行うことで、スイッチング素子の破損の未然防止が可能となる。
また上記の電動ポンプにおいて、前記第2伝熱部材の少なくとも一部が前記回路基板の導電部材にて構成されるのが好ましい。
この構成によれば、第2伝熱部材の少なくとも一部が回路基板に一体形成される導電部材にて構成されるため、半導体スイッチング素子側から温度センサへの熱伝達経路の構成が容易となる。
本発明の電動ポンプによれば、回路基板において検出対象とは反対側面に温度センサを設置する構成としても、該温度センサによる検出対象の温度検出を良好に行うことができる。
(a)は一実施形態における電動オイルポンプの全体の軸方向断面図、(b)はそのポンプの一部の拡大断面図である。 電動オイルポンプの軸直交方向断面図である。
以下、電動ポンプとしての電動オイルポンプの一実施形態について説明する。
図1(a)に示すように、本実施形態の電動オイルポンプ10は、例えば自動車の変速機やエンジンとの間でオイルを循環させるのに用いられ、駆動源としてブラシレスモータにて構成される電動モータ11と、トロコイド式のポンプ機構41とが一体的に組み付けられて構成されている。
電動モータ11は、有底円筒状のフロントハウジング12と、その開口部を閉塞するエンドカバー13とを備えている。フロントハウジング12は、有底円筒状の底部外側面の中央部が有底円筒状に内側に折り返された底凹部(キャン)12aを有している。フロントハウジング12内における底凹部12a周り、具体的には外側筒状部12b、底凹部12aの筒状部である内側筒状部12c、及びハウジング12の底部側を繋ぐ環状底部12dにて環状のステータ収容部14が形成されている。環状のステータ収容部14には、環状のステータ15が収容されている。
図1(a)及び図2に示すように、ステータ15は、外環部16aと該外環部16aから径方向内側に延びる本実施形態では10個のティース16bとを有する磁性金属製のステータコア16を備え、各ティース16bに巻線17が巻装されてなる。巻線17は、三相毎にそれぞれの結線がなされ、各相それぞれに対応する駆動電流が供給される。ステータ15は、ステータコア16の外環部16aがフロントハウジング12の外側筒状部12bの内周面に対して圧入等にて固定され、ティース16bの先端部(径方向内側端部)が内側筒状部12cに対向している。そして、ステータ15は、巻線17への給電に基づいてティース16bの先端部に回転磁界が生じるようになっている。因みに、ティース16bの先端部が対向する内側筒状部12cを含むフロントハウジング12は、非磁性の鉄系金属材料よりなるため、ティース16bの先端部に生じる磁界が内側筒状部12cを介して底凹部12aの内側空間においても生じるようになっている。
フロントハウジング12の開口部近傍には、ステータ15の巻線17に駆動電流を供給する回路基板21が回路ホルダ22にて保持されている。回路ホルダ22は、全体が樹脂にて構成、又は表面が樹脂コーティングされて構成され、フロントハウジング12の開口部内周面又はステータ15に対して固定されるものである。
回路基板21は、エポキシ樹脂製の基板を用いてなるものであり、その平面がモータ11の中心軸線L1に対して直交する姿勢で保持されている。回路基板21には、三相の駆動電流を生成するための各種電子部品として、FET等の半導体スイッチング素子23や、サーミスタ、サーマルダイオード等の温度センサ24等が搭載され、ステータ15に供給する駆動電流を制御する駆動制御回路25が構成されている。そして、この回路基板21を覆うように、フロントハウジング12の開口部にはエンドカバー13が取付ボルト18等にて装着されている。エンドカバー13には、外部から内蔵の回路基板21への給電や外部との信号の授受等を行うためのコネクタ部26が備えられている。
フロントハウジング12の底凹部12aには、モータ11のロータであるドライブロータ31が外側から挿入され、ドライブロータ31の中心軸線(回転中心)がモータ11(底凹部12a)の中心軸線L1と一致するように回転可能に収容されている。ドライブロータ31は、ステータ15や回路基板21等とは底凹部12aの壁面にて区画され、使用時にはオイル中で作動する。
ドライブロータ31は、ロータコア32と永久磁石33とを備え、中心部(ロータコア32の中心部)にポンプ室34を形成すべく円環状に構成されている。ドライブロータ31(ロータコア32)の外周縁近傍には、本実施形態では8個の永久磁石33が周方向等間隔に埋設状態で保持されている。また、ドライブロータ31(ロータコア32)における外周部の永久磁石33部分と中央部のポンプ室34との間には、本実施形態では8個のスリット35が周方向等間隔に軸方向に貫通するように形成されている。各スリット35は、隣接の永久磁石33の磁極中心間に延びるような円弧状に形成され、ロータコア32の中心部に向かう漏れ磁束低減のために設けられている。
ドライブロータ31(ロータコア32)の中心部は、ポンプ機構41を一体に構成するためのポンプ室34が形成されている。ポンプ室34は、本実施形態では5個の凹状部34aを周方向等間隔に有し、各凹状部34aの形状がトロコイド曲線に沿って形成されている。このポンプ室34には、ポンプ機構41のポンプ動作を行うドリブンロータ42が回転可能に収容されている。このドリブンロータ42はドライブロータ31と軸方向長さが同じで、同方向に全体が略重なるように構成され(図1(a)参照)、これにより電動オイルポンプ10の短軸化が図られている。
ドリブンロータ42は、ロータ本体43と回転軸44とを備えている。ドリブンロータ42(ロータ本体43)は、本実施形態では4個の凸状部43aを周方向等間隔に有し、各凸状部43aの形状がトロコイド曲線に沿って形成されている。ドリブンロータ42の中心部には回転軸44が嵌挿され固定されている。
ここで、底凹部12aは、フロントハウジング12の底部側から内側筒状部12cとして折り返され、その奥側に軸直交方向に延びる奥底部12eを有している。この奥底部12eには、ドリブンロータ42の回転軸44の基端部を回転可能に支持する支持凹部12fが形成されている。支持凹部12fは、ドリブンロータ42(回転軸44)の中心軸線L2がモータ11(ドライブロータ31)の中心軸線L1から偏倚した位置となるように設定されている。言い換えると、ドリブンロータ42は、ドライブロータ31の回転中心とは偏倚した位置にて回転するようになっている。
そのため、ドリブンロータ42は、回転中心が偏倚した側で自身の凸状部43aがドライブロータ31のポンプ室34の凹状部34aと噛み合い、その偏倚とは反対側で噛み合いが外れるように、ドライブロータ31とは偏心状態で回転する。そのため、ポンプ機構41の動作として、隣接する凸状部43aと凹状部34aとで囲まれるポンプ室34内の個々の空間の容積がその噛み合いが外れる側で拡大し、これにより負圧が生じることで該空間内にオイルが吸入される。一方、隣接する凸状部43aと凹状部34aとで囲まれる空間の容積がその噛み合い側で減少し、これにより空間内が加圧されることで該空間内のオイルが吐出される。
また、奥底部12eの外周縁には、更に凹設される環状凹部12gが形成されている。環状凹部12gは、吸入されたオイルの一部が流入してドライブロータ31との間でオイル溜まりとして機能し、ポンプ効率を高めている。また、環状凹部12gは、フロントハウジング12の内部においては膨出部12hである。
ここで、膨出部12h及び支持凹部12fと当接、即ちフロントハウジング12の底凹部12aの奥底部12eと当接するように放熱部材27が設置され、上記した回路基板21がその放熱部材27と当接して設置されている。回路基板21に搭載されるスイッチング素子23及び温度センサ24等の電子部品は、放熱部材27と当接する当接面21aとは反対側の搭載面21b側に搭載されている。
図1(b)に示すように、回路基板21のスイッチング素子23が当接する部位、及び温度センサ24が当接する部位においては、内壁の銅パターンを通じて当接面21aと搭載面21bとの両面を貫通するスルーホール21x,21yが形成されている。つまり、温度センサ24は、熱抵抗の低いスルーホール21xを介して同じく熱抵抗の低い放熱部材27に熱的に接続され、スイッチング素子23についても、熱抵抗の低いスルーホール21yを介して同じく熱抵抗の低い放熱部材27に熱的に接続されている。
そして、温度センサ24は、スルーホール21x及び放熱部材27を介して底凹部12a内のオイルの温度を検出し、検出したオイル温度を含めた駆動制御回路25によるモータ11の制御(駆動電流の制御)に用いられる。この場合、温度センサ24へのオイルの温度伝達経路は、熱抵抗が低く(熱伝導度が高く)構成されることから、オイル温度の検出が良好に検出できるようになっている。また、温度センサ24は、スルーホール21y、放熱部材27及びスルーホール21xを介してスイッチング素子23の温度の検出も可能であり、駆動制御回路25はその検出した素子温度を含めたモータ11の制御が行われる。この場合においても、温度センサ24へのスイッチング素子23の温度伝達経路は、熱抵抗が低く(熱伝導度が高く)構成されることから、素子温度の検出が良好に検出できるようになっている。つまり、本実施形態では、温度センサ24と放熱部材27(底凹部12a)や、温度センサ24とスイッチング素子23はそれぞれ相互に近接配置されているものの、回路基板21の基板本体部分は熱抵抗が高い(熱伝導度が低い)ために、スルーホール21x,21y等による熱伝達経路を設けて検出対象から温度センサ24への熱伝達が良好となるようにしている。
フロントハウジング12の底部には、ポートブロック51が取付ボルト52等にて装着されている。ポートブロック51は、ドライブロータ31及びドリブンロータ42が収容された底凹部12aに嵌合する突出部51aを備え、突出部51aの外周側には環状のシール部材53がポートブロック51とフロントハウジング12とで挟持されている。つまり、底凹部12a(ポンプ室34)が密閉状態とされている。
突出部51aには、回転軸44の先端部を嵌挿して支持する支持凹部51bが形成されている。支持凹部51bの近傍のポートブロック51には、ポンプ室34に対してそれぞれ所定部位にて連通する吸入ポート54と吐出ポート55とが設けられ、各ポート54,55は、自動車の変速機やエンジンのオイル循環路と接続されている。
次に、本実施形態の電動オイルポンプ10の動作(作用)を説明する。
駆動制御回路25は、電動モータ11の駆動制御をパルス幅変調制御(PWM制御)にて行っており、ステータ15の巻線17に供給する駆動電流量をそのPWM制御(PWMデューティ)に基づくスイッチング素子23のスイッチング動作態様により調整している。このような巻線17への電流供給に基づいてステータ15に回転磁界が生じると、ハウジング12の底凹部12a内のドライブロータ31が回転し、これに伴いポンプ機構41のドリブンロータ42が連れ回りしてポンプ動作がなされ、オイルの流動が生じる。オイルの流動量は、モータ11に対するPWM制御により調整されている。
また、駆動制御回路25は、オイルの温度に応じてモータ11の出力制御も行っている。即ち、オイルの温度が低いとオイルの粘度が高く、オイルの温度が高くなるとオイル粘度が低くなるため、駆動制御回路25は、オイルの温度(粘度)に応じてモータ11の出力を必要十分に調整し、モータ11の省電力化等の効果が得られる制御を行っている。
本実施形態では、このようなモータ11の制御に用いるオイルの温度検出を行うための温度センサ24は、回路基板21に設けたスルーホール21x及び放熱部材27を介してハウジング12の底凹部12aに当接し、ハウジング12の当接部位の温度検出、即ち該ハウジング12を通じてオイルの温度検出を間接的に行っている。その際、ハウジング12から温度センサ24までの熱伝達経路の熱抵抗が低く構成されることから、回路基板21の反対側面である搭載面21bに設置の温度センサ24でもオイル温度の検出を良好に行うことが可能となっている。そのため、駆動制御回路25の制御による省電力化等の効果が期待できる。
また、スイッチング素子23のスイッチング動作による発熱もスルーホール21y、放熱部材27及びスルーホール21xによる熱抵抗の低い熱伝達経路にて温度センサ24に良好に入力される。そのため、駆動制御回路25は、温度センサ24を通じてスイッチング素子23の異常な高温状態を検出でき、スイッチング素子23の異常高温状態を検出した際にはスイッチング素子23の動作を停止したり制限したりする制御を行い、スイッチング素子23の破損を未然に防止することも行っている。
次に、本実施形態の特徴的な効果を記載する。
(1)本実施形態では、一側面がオイルに晒されるハウジング12の底凹部(キャン)12aを通じてオイルの温度を検出する温度センサ24は、そのハウジング12の底凹部12aとは反対側の回路基板21の搭載面21bに搭載される配置構成としている。この配置構成において、ハウジング12の底凹部12aからの熱を温度センサ24に伝達するための伝熱部材として回路基板21にスルーホール21xが貫設される。つまり、検出対象との間が回路基板21の介在にて熱的に遮断されるような配置構造ではあるが、回路基板21に貫設された熱抵抗の低いスルーホール21xによる検出対象側から温度センサ24への熱伝達が行われ、温度センサ24による検出対象の温度検出を良好に行うことができる。結果、その時々のオイルの粘性抵抗に適した駆動制御回路25のモータ制御による省電力化等の効果が期待できる。
(2)回路基板21に貫設される伝熱部材としてのスルーホール21xがハウジング12の底凹部12aに熱抵抗の低い放熱部材27を介して空隙無く当接することで、この相互の部材間の熱伝達ロスが小さくなり、検出対象からのより多くの熱を温度センサ24に伝達することができ、該センサ24での検出態様をより良好とすることができる。
(3)伝熱部材(第1伝熱部材)としてのスルーホール21xは回路基板21に一体形成される導電部材であるため、検出対象側から温度センサ24への熱伝達経路を容易に構成することができる。
(4)供給電流量を調整して電動モータ11の駆動制御を行う半導体スイッチング素子23が回路基板21の温度センサ24と同一の搭載面21bに搭載され、半導体スイッチング素子23からの熱を温度センサ24に伝達する第2伝熱部材としてスルーホール21y等が備えられる。つまり、半導体スイッチング素子23の温度をスルーホール21y等を通じた熱伝達により温度センサ24にて好適に検出することができる。そのため、半導体スイッチング素子23の異常な高温状態を検出した際に、該スイッチング素子23の動作を停止したり制限したりする等の制御を行うことで、スイッチング素子23の破損を未然に防止することが可能である。
(5)第2伝熱部材としてのスルーホール21yは回路基板21に一体形成される導電部材であるため、半導体スイッチング素子23側から温度センサ24への熱伝達経路を容易に構成することができる。
尚、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・温度センサ24に熱伝達を行う回路基板21のスルーホール21xをハウジング12の底凹部12aの支持凹部12fに対向させたが、温度センサ24の配置変更等により底凹部12aのその他の部位に対向するようにしてもよい。
・温度センサ24に熱伝達を行う回路基板21のスルーホール21xをハウジング12の底凹部12aに放熱部材27を介して間接的に空隙無く当接させたが、放熱部材27を省略してハウジング12の底凹部12aに直接的に当接させてもよい。また、温度センサ24に熱伝達を行う回路基板21のスルーホール21xとハウジング12の底凹部12aとの間に空隙を有する構成としてもよい。
・半導体スイッチング素子23の熱伝達を行う回路基板21のスルーホール21yをハウジング12の底凹部12aの膨出部12h(環状凹部12g)に対向させたが、半導体スイッチング素子23の配置変更等により底凹部12aのその他の部位に対向するようにしてもよい。また、半導体スイッチング素子23から温度センサ24への熱伝達経路をスルーホール21y、放熱部材27及びスルーホール21xにて構成したが、これに限らず、例えば回路基板21の搭載面21bの配線パターンを用いて、半導体スイッチング素子23から温度センサ24への熱伝達経路を直接的に行うようにする等、適宜変更してもよい。
・伝熱部材として回路基板21に一体形成される導電部材のスルーホール21x,21yを用いて構成したが、回路基板21の表面の導電部材(配線パターン)を用いて構成してもよい。また、別部材の伝熱部材を回路基板21に貫設させて構成してもよい。
・回路基板21をモータ11の軸直交方向とは異なる姿勢で保持するようにしてもよい。また、モータ11の駆動制御回路25を構成しない回路基板を用いてもよい。例えば、モータ11内に備える回路基板を温度センサ24やその他のセンサ等を搭載するのを主目的とし、駆動制御を行う回路は外部に設ける態様であってもよい。
・上記の他、モータ11の構成を適宜変更してもよい。例えば、ハウジング12を非磁性の鉄系金属材料以外の金属製としてもよく、また樹脂製であってもよい。また例えば、ドライブロータ31とともにステータ15もハウジング12の外側に配置してもよい。
・ポンプ機構41をトロコイド式以外の容積式にて構成してもよく、また非容積式であってもよい。
・電動オイルポンプ10を自動車の変速機やエンジンのオイル以外のオイル循環のための電動ポンプに適用してもよく、またオイル以外の流体を循環させる電動ポンプに適用してもよい。
11…電動モータ、12…フロントハウジング(モータハウジング)、12a…底凹部(検出部位)、13…エンドカバー(モータハウジング)、21…回路基板、21x…スルーホール(伝熱部材、第1伝熱部材、導電部材)、21y…スルーホール(第2伝熱部材、導電部材)、21b…搭載面(反対側面)、21a…当接面(対向面)、23…半導体スイッチング素子、24…温度センサ、41…ポンプ機構。

Claims (5)

  1. 流体を流動させるためのポンプ機構と、該ポンプ機構を作動させる駆動源としての電動モータとを一体的に組み付けてなるものであり、前記電動モータのモータハウジング内に前記流体の温度を検出する温度センサを搭載した回路基板を備え、該温度センサによる前記流体の温度検出に基づいて前記電動モータが駆動制御される電動ポンプであって、
    一側面が前記流体に晒される前記モータハウジングの部位を検出部位とし、前記回路基板においてその検出部位との対向面とは反対側面に前記温度センサを搭載するものであり、
    前記モータハウジングの検出部位からの熱を前記温度センサに伝達すべく前記回路基板に貫設される伝熱部材を備え、該伝熱部材にて伝達された熱から前記温度センサによる前記流体の温度検出を行うように構成されたことを特徴とする電動ポンプ。
  2. 請求項1に記載の電動ポンプにおいて、
    前記伝熱部材が前記モータハウジングの検出部位に直接又は間接的に空隙無く当接するように構成されたことを特徴とする電動ポンプ。
  3. 請求項1又は2に記載の電動ポンプにおいて、
    前記伝熱部材の少なくとも一部が前記回路基板の導電部材にて構成されたことを特徴とする電動ポンプ。
  4. 請求項1〜3のいずれか1項に記載の電動ポンプにおいて、
    前記電動モータに供給する電流量の調整を行い該モータの駆動制御を行う半導体スイッチング素子を前記回路基板の前記温度センサと同一面に搭載するものであり、
    前記モータハウジングの検出部位と前記温度センサとの間に設けた前記伝熱部材を第1伝熱部材としたときに、前記半導体スイッチング素子からの熱を前記温度センサに伝達する第2伝熱部材を備え、該温度センサによる前記半導体スイッチング素子の温度検出を含めて前記半導体スイッチング素子による前記電動モータの駆動制御が行われるように構成されたことを特徴とする電動ポンプ。
  5. 請求項4に記載の電動ポンプにおいて、
    前記第2伝熱部材の少なくとも一部が前記回路基板の導電部材にて構成されたことを特徴とする電動ポンプ。
JP2012283014A 2012-12-26 2012-12-26 電動ポンプ Active JP6052987B2 (ja)

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