JP2021087315A - Motor and pump - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、モータ及びポンプに関する。 The present invention relates to motors and pumps.
自動車等の冷却水を循環させる装置として、電動ウォーターポンプが用いられる場合がある。その際、電動ウォーターポンプに用いられるモータを制御するための電子部品等についても冷却する必要がある。 An electric water pump may be used as a device for circulating cooling water of an automobile or the like. At that time, it is also necessary to cool the electronic parts for controlling the motor used in the electric water pump.
電子部品のうち、MOS−FET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor:MOS型の電界効果トランジスタ)素子等は、特に発熱が大きいが、従来においては十分な冷却がなされていなかった。 Among the electronic components, MOS-FET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) elements and the like generate a particularly large amount of heat, but have not been sufficiently cooled in the past.
本発明は、上記課題を一例とするものであり、電子部品を効率的に冷却できるモータ及びポンプを提供することを目的とする。 The present invention is an example of the above problems, and an object of the present invention is to provide a motor and a pump capable of efficiently cooling electronic components.
本発明の一態様に係るモータは、内周面と外周面とを有する収容部と、ステータと、ロータと、放熱部材とを備える。前記ステータは、前記収容部の外周面を囲む。前記ロータは前記収容部の内面に対して内側に配置される。径方向において、前記収容部の内面と前記ロータとの間には間隙が形成される。前記放熱部材は前記ロータとともに前記収容部の内面に対して内側に配置される。 A motor according to one aspect of the present invention includes an accommodating portion having an inner peripheral surface and an outer peripheral surface, a stator, a rotor, and a heat radiating member. The stator surrounds the outer peripheral surface of the accommodating portion. The rotor is arranged inside the inner surface of the accommodating portion. In the radial direction, a gap is formed between the inner surface of the accommodating portion and the rotor. The heat radiating member is arranged inside the accommodating portion with respect to the inner surface of the accommodating portion together with the rotor.
本発明の一態様によれば、電子部品を効率的に冷却できる。 According to one aspect of the present invention, electronic components can be efficiently cooled.
以下、実施形態に係るモータ及びポンプについて図面を参照して説明する。なお、図面における各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。各図面において、説明を分かりやすくするために、後に説明するステータ30における軸方向をZ軸正方向とする3次元の直交座標系を図示する場合がある。
Hereinafter, the motor and the pump according to the embodiment will be described with reference to the drawings. The dimensional relationship of each element in the drawing, the ratio of each element, and the like may differ from the reality. Even between drawings, there may be parts with different dimensional relationships and ratios. In each drawing, in order to make the explanation easy to understand, a three-dimensional Cartesian coordinate system in which the axial direction of the
図1は、実施形態に係るウォーターポンプの外観の一例を示す斜視図である。図1に示すように、ウォーターポンプ1は、筒部11aと底部11bとを有する容器11と、容器11の開口部11cを覆う蓋部12とを備えている。容器11、蓋部12は例えば樹脂部材又は金属部材で形成されている。また、ステータ30の軸方向(Z軸方向側)において、容器11の開口部11cは底部11bの反対側にある。容器11、蓋部12はハウジングを形成する。蓋部12は、パイプ13、14を備える。モータ2の一部は、容器11に収容されている。モータ2は、例えばブラシレスモータである。なお、モータ2が容器11を備えていても構わない。また、ウォーターポンプ1は、ポンプの一例である。
FIG. 1 is a perspective view showing an example of the appearance of the water pump according to the embodiment. As shown in FIG. 1, the water pump 1 includes a
次に、ウォーターポンプ1の内部構造について、図2乃至図5を用いて説明する。図2は、図1のA−A線における断面図である。図3は、実施形態に係るウォーターポンプの内部構造の一例を示す正面図である。図4は、実施形態に係るウォーターポンプの内部構造の一例を示す斜視図である。図4は、図3に示したウォーターポンプの内部構造を、下側(Z軸負方向側)から見た図を示す。図5は、実施形態に係るウォーターポンプの内部構造の一例を示す正面図である。図5は、図3に示す内部構造のうち、ステータ30、並びに後に説明する端子34、インペラ43及び軸受44を除外した内部構造を示す。
Next, the internal structure of the water pump 1 will be described with reference to FIGS. 2 to 5. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. FIG. 3 is a front view showing an example of the internal structure of the water pump according to the embodiment. FIG. 4 is a perspective view showing an example of the internal structure of the water pump according to the embodiment. FIG. 4 shows a view of the internal structure of the water pump shown in FIG. 3 from the lower side (Z-axis negative direction side). FIG. 5 is a front view showing an example of the internal structure of the water pump according to the embodiment. FIG. 5 shows an internal structure in which the
図2に示すように、容器11に収容されるモータ2は、収容部20と、ステータ30と、シャフト41と、スリーブ42と、ロータ51と、PCB(Printed Circuit Board:プリント基板)52と、電子部品53と、ヒートシンク60とを備える。また、蓋部12は、インペラ43を収容する。ヒートシンク60には軸受64が設けられ、インペラ43に形成された凹部43aと蓋部12との間には軸受44が設けられる。この軸受44はシャフト41に対して蓋部12を位置決めしている。なお、ヒートシンク60は、放熱部材の一例である。
As shown in FIG. 2, the
シャフト41は、モータ2の径方向の中心に位置し、スリーブ42を介してロータ51を回転可能に支持する。シャフト41の一部分(実施形態では底部11b側(Z軸負方向側)の端部41a)は、例えば、ヒートシンク60に設けられた軸受64に圧入される。また、シャフト41の端部41aは、ヒートシンク60に溶接されることにより、モータ2に固定される。すなわち、シャフト41の端部41aは、軸受64により支持されている。なお、軸受64は、例えば、鉄などの金属部材で形成されている。軸受64は、例えば、ヒートシンク60に圧入されることにより、モータ2に固定される。
The
また、シャフト41の他の部分(実施形態では蓋部12側(Z軸正方向側)の端部41b)は、軸受44により、蓋部12に対して位置決めされて支持されている。なお、軸受44は周方向に並んだ複数のスリット44aを備えており、このスリット44aを介して、液体が容器11内に流入出可能になっている。軸受44は、例えば樹脂部材で形成されている。
Further, the other portion of the shaft 41 (in the embodiment, the
収容部20は、後述する液体に対してステータ30を密閉する。また、図5に示すように、収容部20は、外周面21と内周面22とを有する筒部26と、筒部26の(Z軸正方向側における)端部26aに設けられたフランジ23とを有する。外周面21及び内周面22を有する筒部26は、モータ2の回転軸方向(Z軸方向)に延在する。収容部20の径方向における内側には、収容部20の底部となるヒートシンク60が配置される。筒部26は、ヒートシンク60と密着することでカップ状の形状を形成する。筒部26及びヒートシンク60がカップ状の形状を形成することで、液体がステータ30に接触することを抑止している。一方、内周面22は、ロータ51と、間隙Gを隔てて径方向において対向する。外周面21は、ステータ30と径方向において接する。フランジ23は、蓋部12と軸方向において対向する。フランジ23は、蓋部12と密着して密閉性を確保することにより、ハウジング外への液体の滲出を抑制する。なお、収容部20が樹脂部材で形成されている場合には、金属部材で形成されたヒートシンク60を収容部20に圧入することで、収容部20にヒートシンク60を固定し、収容部20とヒートシンク60との固定部分における、液体に対する密閉性を確保できる。また、必要に応じて、樹脂部材で形成された収容部20の一部分を溶かし、溶けた部分にヒートシンク60を挿入して固定することで、収容部20とヒートシンク60との固定部分における、液体に対する密閉性を確保することができる。また収容部20を樹脂で射出成形する際に、ヒートシンク60を形成する金属部材とともに一体に形成することで、収容部20とヒートシンク60との固定部分における、液体に対する密閉性を高めることができる。
The accommodating
ロータ51は、シャフト41を中心軸として、Z軸方向に延在する円筒状の磁性部材で形成されている。ロータ51は、モータ2の回転子の役割を担い、スリーブ42を介して、シャフト41に回転可能に軸支される。
The
スリーブ42は、例えば、シャフト41を中心軸とする、金属製の滑り軸受である。スリーブ42は、例えば、ロータ51に固着されている。すなわち、スリーブ42は、ロータ51と一体に回転する。
The
基板としてのPCB52は、モータ2への給電や制御を行うための配線52aを有する。この配線52aは、PCB52における容器11側(Z軸負方向側)の面に形成されている。PCB52の配線52aには、電子部品53が接続される。この電子部品53は、配線52aを介して端子34に電気的に接続される。端子34は図示しないコネクタを介して外部と電気的に接続される。また、PCB52は、収容部20の端部(ヒートシンク60側)とは軸方向(Z軸負方向側)に離間して配置される。
The
電子部品53は、例えば、モータ2の制御を行うための部品である。電子部品53は、例えば、MOS−FET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor:MOS型の電界効果トランジスタ)等の素子である。電子部品53は、ヒートシンク60に接触した状態で設けられ、PCB52と電気的に接続される。
The
ヒートシンク60は、電子部品53を冷却する。ヒートシンク60は、収容部20の底部に密着して設けられる。ヒートシンク60の構造については、後に詳しく説明する。
The
ステータ30は、シャフト41を中心として、Z軸方向に延在し、収容部20の外周面21を囲む円筒形状を有する。ステータ30は、モータ2の固定子の役割を担い、図2に示すように、ステータ30は、例えば、内周側にマグネットを構成部品として持つロータ51と、このロータ51に回転軸(シャフト)41が結合したインナーロータ型のブラシレスモータにおけるステータである。
The
ステータ30は、磁性部材(磁性体の一例)を有する。磁性部材は、例えばケイ素鋼板、電磁鋼板等の軟磁性鋼板等の板状の金属部材によって形成される。例えば、ステータ30は、この板状の金属部材が回転軸方向に複数積まれて形成されるステータコア31を有する。図3に示すように、ステータ30は、ステータコア31と、蓋部12側(Z軸正方向側)に設けられた上部インシュレータ32と、容器11側(Z軸負方向側)に設けられた下部インシュレータ33とを有する。
The
また、ステータ30の内周側には、コイル(不図示)が巻かれた複数のティース(不図示)が形成される。コイルは、例えば、上部インシュレータ32及び下部インシュレータ33を介して、ステータコア31に巻き回される。上部インシュレータ32及び下部インシュレータ33は、ステータコア31のティース部をステータコア31に巻回されるコイルに対して電気的に絶縁する部材であり、たとえば、絶縁性樹脂の射出成形によって形成される。上部インシュレータ32及び下部インシュレータ33は、例えば、ステータコア31が内部に埋め込まれるようなインサート成形で形成される。上部インシュレータ32は、ステータコア31を蓋部12側、すなわち軸方向の上側(Z軸正方向側)から覆っている。下部インシュレータ33は、ステータコア31を容器11側、すなわち軸方向の下側(Z軸負方向側)から覆っている。
Further, a plurality of teeth (not shown) around which a coil (not shown) is wound are formed on the inner peripheral side of the
かかる複数のティースと、図2に示すロータ51との間、例えばロータ51の外周部と、ティースに囲まれた収容部20の内周面22との間の間隙Gには磁気ギャップが形成される。すなわち、ステータ30は、外部から供給される交流電流を各ティースに巻かれたコイルに順次通電することで、ロータ51を回転するための磁界を形成する。また、モータ2の径方向において、ロータ51の外周部と収容部20の内周面22との間の間隙Gには磁気ギャップが形成されている。これにより、ロータ51がステータ30で発生する磁界によって回転する。
A magnetic gap is formed between the plurality of teeth and the
また、下部インシュレータ33には、例えば、端子34が差し込まれる挿入部が設けられる。端子34は、ステータ30とPCB52とを電気的に接続する。端子34には、コイルから引き出された導線が接続される。端子34の一端は、下部インシュレータ33の挿入部に埋め込まれ、端子34の他の一端は、例えば、PCB52に設けられた挿通孔に挿入される。ステータ30は、端子34を介して、PCB52に固定される。
Further, the
インペラ43は、スリーブ42の上側(Z軸正方向側)の一端に固定され、スリーブ42とともに回動する。すなわち、インペラ43は、図2に示すロータ51の回転に伴い回動する。インペラ43が回転することにより、液体はパイプ13からハウジング内に吸引され、矢印に示すように間隙Gを流動して、パイプ14から排出される。すなわち、本実施例におけるウォーターポンプ1において、パイプ13は液体の流入口となり、パイプ14は液体の排出口となる。また、パイプ13及び14は、インペラ43を介して、収容部20内の間隙Gとつながることにより、液体の流路を形成する。なお、パイプ13は第1パイプの一例であり、パイプ14は第2パイプの一例である。
The
図4に示されるように、PCB52は、ステータ30から離間して設けられる。PCB52は環状に形成されている。PCB52の開口部52bには、ヒートシンク60の一部(実施形態では底部60a)が配置されている。ヒートシンク60の底部60aはPCB52から容器11の底部11bに向けて突出している。また、電子部品53は、ヒートシンク60の底部60aに設けられた接触面62に接触した状態で配置される。電子部品53は、PCB52に形成された配線52aを介して外部と電気的に接続されている。なお、本実施形態においては、電子部品53を2つ含む構成について説明するが、ヒートシンク60上に設けられる電子部品53の数は、1つ又は3つ以上であってもよい。
As shown in FIG. 4, the
図5に示すように、収容部20の端部(Z軸負方向側)には、PCB52に接する第1部分24と、PCB52から離間した第2部分25とを有する。すなわち、収容部20のZ軸負方向側の端部において、第1部分24はPCB52に向けて突出した突出部となっている。
As shown in FIG. 5, the end portion (Z-axis negative direction side) of the
図6は、図5のB−B線における断面図である。図6に示すように、本実施形態において、ヒートシンク60の外周部は、収容部20の内周面22と密着することにより密閉性を確保する。これにより、収容部20の内周面22と外周面21とは仕切られるので、収容部20の内周面22の内側から、径方向において外周面21の外側に位置するステータ30や、軸方向においてヒートシンク60の下側に位置するPCB52への液体の浸入が抑制される。また、図6に示すように、スリーブ42の下側(Z軸負方向)の端部42aと、軸受64の上側(Z軸正方向)の端部64aとは、間隙を介して対向する。
FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. As shown in FIG. 6, in the present embodiment, the outer peripheral portion of the
ヒートシンク60の構成について、図7を用いて説明する。図7は、図6のヒートシンク付近の部分的拡大図である。図7に示すように、ヒートシンク60は、複数のフィン61と、接触面62と、凹部63とを有する。ヒートシンク60は放熱性を有するアルミニウムなどの金属部材で形成されている。なお、フィン61は放熱部材の一部分の一例であり、接触面62は放熱部材の他の一部分の一例である。
The configuration of the
フィン61は、ヒートシンク60のロータ51側(Z軸正方向側)に形成され、収容部20と組み合わされることで形成されるカップ状の部分の底部を形成する。すなわち、フィン61は、収容部20の径方向における内部であって、間隙Gを流動する液体と接触する位置に設けられる。
The
接触面62は、ヒートシンク60のフィン61とZ軸方向の反対側に位置し、電子部品53が配置される面である。凹部63は、軸受64が圧入され、またシャフト41が溶接されることにより固着される部分である。凹部63は、フィン61の中心部に設けられる。
The
本実施形態における電子部品53の面に接触するヒートシンク60において、少なくともヒートシンク60の一部分であるフィン61が、収容部20の内周面22の径方向における内側に設けられる。これにより、フィン61は、収容部20とロータ51との間隙Gを流動する液体に触れることにより冷却されるので、ヒートシンク60はより効率的に電子部品53を冷却することができる。
In the
また、他の例においては、電子部品の放熱のために、PCBや収容部と離間して電子部品を配置していた。一方、本実施形態においては、フィン61により電子部品53の冷却を効率的に行うことができるため、電子部品53とPCB52とを近接して設けることができる。
Further, in another example, the electronic components are arranged apart from the PCB and the accommodating portion in order to dissipate heat from the electronic components. On the other hand, in the present embodiment, since the
以上説明したように、実施形態にかかるモータ2は、外周面21と内周面22とを有する収容部20と、ステータ30と、ロータ51と、放熱部材60とを備える。ステータ30は、収容部20の外周面21を囲む。ロータ51は収容部20の内面に対して内側に配置される。径方向において、収容部20の内面とロータ51との間には間隙Gが形成される。放熱部材60はロータ51とともに収容部20の内面に対して内側に配置される。これにより、電子部品を効率的に冷却できる。
As described above, the
以上、本発明の実施形態及び変形例について説明したが、本発明は上記実施形態及び変形例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。例えば、ヒートシンク60が、収容部20の底部の全体を覆う構成について説明したが、これに限られず、収容部20が、一部に開口が設けられた底部を有し、ヒートシンク60が当該開口に接着されるような構成であってもよい。かかる構成において、ヒートシンク60は、カップ状の部分の底部の全体ではなく、底部の一部を形成する。
Although the embodiments and modifications of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments and modifications, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, the configuration in which the
例えば、上述した実施形態では、モータ2が車載用に用いられるインナーロータ型の電動ブラシレスモータである場合について説明したが、モータ2は、車載用以外に用いられるモータであってもよく、アウターロータ型のブラシレスモータであってもよく、またブラシ付きモータやステッピングモータなどの公知の他のモータであってもよい。
For example, in the above-described embodiment, the case where the
また、ヒートシンク60により冷却される電子部品53はMOS−FETに限られず、コンデンサ等のその他の熱を生じる電子部品であってもよい。また、PCB52には、ヒートシンク60とは別個に、放熱シリコン等の放熱部材をさらに設けてもよい。
Further, the
また、Z軸正方向からパイプ13に吸引された液体が、パイプ14からX軸負方向に排出される構成について説明したが、これに限られず、パイプ14から吸引された液体をパイプ13から排出するような構成であってもよい。また、モータ2が、ウォーターポンプではなく、気体を吸引するポンプに用いられるような構成であってもよい。この場合においても、フィン61が間隙Gを流動する気体に触れることにより、ヒートシンク60は効果的に電子部品53を冷却することができる。
Further, the configuration in which the liquid sucked into the
なお、図6に示すように、スリーブ42の端部42aと軸受64の端部64aとの間には間隙が設けられているが、モータ2の振動等により、スリーブ42の端部42aが軸受64の端部64aに接触する場合がある。このため、スリーブ42の端部42aにおいて、軸受64と接触する面は最小限であることが好ましい。例えば、図6に示すように、スリーブ42の端部42aは湾曲していてもよい。また、軸受64の端部64aは、滑らかな表面形状を有することが好ましい。
As shown in FIG. 6, a gap is provided between the
また、上記実施の形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。 Moreover, the present invention is not limited by the above-described embodiment. The present invention also includes a configuration in which the above-mentioned components are appropriately combined. Further, further effects and modifications can be easily derived by those skilled in the art. Therefore, the broader aspect of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made.
1 ウォーターポンプ、2 モータ、11 容器、12 蓋部、13,14 パイプ、20 収容部、21 外周面、22 内周面、23 フランジ、24 第1部分、25 第2部分、26 筒部、30 ステータ、31 ステータコア、32 上部インシュレータ、33 下部インシュレータ、34 端子、41 シャフト、42 スリーブ、43 インペラ、44,64 軸受、51 ロータ、52 PCB(プリント基板)、53 電子部品(MOS−FET)、60 ヒートシンク、61 フィン、62 接触面、63 凹部 1 Water pump, 2 motors, 11 containers, 12 lids, 13, 14 pipes, 20 accommodating parts, 21 outer peripheral surfaces, 22 inner peripheral surfaces, 23 flanges, 24 first parts, 25 second parts, 26 cylinders, 30 Stator, 31 stator core, 32 upper insulator, 33 lower insulator, 34 terminals, 41 shaft, 42 sleeve, 43 impeller, 44,64 bearing, 51 rotor, 52 PCB (printed board), 53 electronic components (MOS-FET), 60 Heat sink, 61 fins, 62 contact surfaces, 63 recesses
Claims (7)
ステータと、
ロータと、
放熱部材と、
を備え、
前記ステータは、前記収容部の外周面を囲んでおり、
前記ロータは前記収容部の内面に対して内側に配置されており、
径方向において、前記収容部の内面と前記ロータとの間には間隙が形成されており、
前記放熱部材は前記ロータとともに前記収容部の内面に対して内側に配置されている、モータ。 An accommodating portion having an inner peripheral surface and an outer peripheral surface,
With the stator
With the rotor
Heat dissipation member and
With
The stator surrounds the outer peripheral surface of the accommodating portion.
The rotor is arranged inside the inner surface of the accommodating portion.
In the radial direction, a gap is formed between the inner surface of the accommodating portion and the rotor.
A motor in which the heat radiating member is arranged inside the accommodating portion together with the rotor.
前記放熱部材の一部分は、前記収容部内にある、請求項3に記載のモータ。 The heat radiating member includes a part that comes into contact with the gas or liquid and another part that comes into contact with the electronic component.
The motor according to claim 3, wherein a part of the heat radiating member is in the accommodating portion.
前記パイプは前記間隙とつながっている、請求項1から5のいずれか1つに記載のモータ。 A housing with a lid having a pipe and a container
The motor according to any one of claims 1 to 5, wherein the pipe is connected to the gap.
前記蓋部内に配置されたインペラを備え、
前記蓋部は、前記パイプを第1パイプとして、第2パイプを備え、
前記第1パイプは液体を吸引する吸引口を備え、
前記第2パイプは液体を排出する排出口を備えるポンプ。 The motor according to claim 6 and
The impeller arranged in the lid is provided.
The lid portion includes a second pipe with the pipe as the first pipe.
The first pipe is provided with a suction port for sucking a liquid.
The second pipe is a pump provided with a discharge port for discharging liquid.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2019215702A JP2021087315A (en) | 2019-11-28 | 2019-11-28 | Motor and pump |
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JP2005330877A (en) * | 2004-05-19 | 2005-12-02 | Asmo Co Ltd | Canned motor pump |
-
2019
- 2019-11-28 JP JP2019215702A patent/JP2021087315A/en active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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