JP2022098839A - 電動ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】様々な回路基板に適用可能な放熱構造を安価に構成できる電動ポンプを提供する。【解決手段】電動ポンプＰは、ロータ５及びステータ８を有するモータＭと、ハウジング１と、ポンプ部６と、回路基板２と、回路基板２に電気的に接続された基板用ターミナル２２と、ステータ８に電気的に接続されたモータ用ターミナル８２と、基板用ターミナル２２に接触している隔壁９と、を備え、基板用ターミナル２２とモータ用ターミナル８２とは、互いに電気的に接続された別部材で形成されており、隔壁９は、ロータ５とステータ８との間を流通する冷媒に接触している。【選択図】図１

Description

本発明は、モータの駆動力により回転するポンプ部とモータを駆動させる回路基板とを備えた電動ポンプに関する。

従来、上記電動ポンプとして、回路基板に実装された発熱素子からの熱を放熱する構造を備えたものが知られている（例えば、特許文献１～２参照）。

特許文献１に記載の電動ポンプは、モータのステータに内嵌される金属製のキャンを設け、このキャンの内部にモータのロータを収容して冷媒を流通させている。また、キャンと発熱素子とに放熱シートを接触させており、発熱素子からの熱は、放熱シート及びキャンを介して冷媒により放熱（冷却）される。

特許文献２に記載の電動ポンプは、回路基板を覆うアルミニウムから成るケース体を設け、このケース体に発熱素子と対向する凹状部を設けている。また、凹状部と発熱素子とに放熱シートを接触させており、発熱素子からの熱は、放熱シート及びケース体を介して大気に放熱される。

特開２００１－１９３６８３号公報 特開２００６－２８００８９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の電動ポンプは、キャンが必要となるため製造コストが上昇し、特許文献２に記載の電動ポンプは、アルミニウムのケース体に凹状部を設けているため、回路基板に実装する素子の配置自由度が低くなる。

そこで、様々な回路基板に適用可能な放熱構造を安価に構成できる電動ポンプが望まれている。

本発明に係る電動ポンプの特徴構成は、回転軸芯周りで回転するロータ及び当該ロータに対向して配置されたステータを有するモータと、前記モータを収容するハウジングと、前記モータを基準とした前記回転軸芯の一方側に配置され、前記モータの駆動力により回転して冷媒を圧送するポンプ部と、前記モータを基準とした前記回転軸芯の他方側に配置され、前記モータを駆動させる回路基板と、前記回路基板に電気的に接続された基板用ターミナルと、前記ステータに電気的に接続されたモータ用ターミナルと、前記回路基板と前記ロータとを仕切り、前記基板用ターミナルに接触している隔壁と、を備え、前記基板用ターミナルと前記モータ用ターミナルとは、互いに電気的に接続された別部材で形成されており、前記隔壁は、前記ロータと前記ステータとの間を流通する前記冷媒に接触している点にある。

本構成によると、基板用ターミナルとモータ用ターミナルとを別部材で構成し、これらターミナルどうしを電気的に接続し、基板用ターミナルを放熱部材として構成し、基板用ターミナルと接触している隔壁を介して冷媒により放熱（冷却）している。このため、金属ケースから放熱する場合に比べ、回路基板に実装する素子の配置に影響を与えることなく、放熱部材としての基板用ターミナルを配置することができる。また、モータ用ターミナルを回路基板に直接、電気的に接続する場合に比べて、ステータから発生した熱は、基板用ターミナルに伝熱し、この基板用ターミナルと接触している隔壁を介して冷媒により放熱される。その結果、ステータの熱が回路基板まで伝熱されることが抑制され、回路基板の損傷を防止することができる。

しかも、キャン等の別部材を設ける場合に比べて、回路基板とステータとを電気的に接続するターミナルを２部材とするだけで良いので、安価に構成することができる。このように、様々な回路基板に適用可能な放熱構造を安価に構成できる電動ポンプを提供できた。

他の特徴構成は、前記基板用ターミナルは、前記回転軸芯方向視において、前記ステータのコイルに重複する重複部を有しており、当該重複部は前記コイルの近傍に配置されている点にある。

本構成のように、基板用ターミナルは、回転軸芯方向視でステータのコイルと近接して重複する重複部を有していれば、コイルから発生する熱が、重複部を介してステータから基板用ターミナルに伝熱され易くなる。その結果、ステータから発生した熱が基板用ターミナルを介して放熱され易くなり、回路基板の損傷を防止することができる。

他の特徴構成は、前記基板用ターミナルは、前記隔壁と一体化されている点にある。

本構成のように、基板用ターミナルを隔壁に一体化させれば、基板用ターミナルの姿勢が安定する。また、モータをハウジングにインサート成形する場合、基板用ターミナル及び隔壁を１つの部品としてインサート成形できるため、製造効率が高まる。さらに、隔壁に基板用ターミナルを一体化すれば、基板用ターミナルにより隔壁の熱伝導率が向上し、放熱効率が高まる。

他の特徴構成は、前記隔壁は、前記ハウジングよりも熱伝導率が高く、前記基板用ターミナルは、前記隔壁よりも熱伝導率が高い点にある。

本構成のように、ハウジングよりも熱伝導率の高い隔壁、及び、隔壁よりも更に熱伝導率の高い基板用ターミナルにより、隔壁を介した放熱効率が高まる。

本実施形態に係る全体構成を示す断面図である。 モータハウジングを示す斜視図である。 隔壁及び基板用ターミナルを示す斜視図である。 基板用ターミナルが電気的に接続されたモータの側面図である。 基板用ターミナルが電気的に接続されたモータの平面図である。

以下に、本発明に係る電動ポンプＰの実施形態について、図面に基づいて説明する。本実施形態では、車両のエンジンを冷却する冷却水（冷媒の一例）を循環させる電動ウォータポンプ（以下、単に「電動ポンプＰ」と称する。）を一例として説明する。ただし、以下の実施形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。

［基本構成］
図１には、本実施形態に係る電動ポンプＰの全体構成が示される。電動ポンプＰは、回転軸芯Ｘ周りで回転するロータ５及びロータ５に対向して配置されたステータ８を有するモータＭと、モータＭを収容する樹脂製のモータハウジング１（ハウジングの一例）と、モータＭを駆動させる回路基板２と、モータハウジング１に端部が固定された金属製のシャフト３と、シャフト３の外側に挿入され、ロータ５と一体回転する筒状のブッシュ４と、モータＭの駆動力により回転して冷却水を圧送するインペラ６（ポンプ部の一例）と、を備えている。また、電動ポンプＰは、回路基板２を収容する樹脂製の蓋部材１１と、インペラ６を収容する樹脂製のインペラケース１２とを備えており、これら蓋部材１１及びインペラケース１２は、モータハウジング１にボルトや融着等で固定されている。

ロータ５は、ブッシュ４をインサート成形する樹脂材として、例えばＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）で構成されている。ロータ５は、バックヨークと複数の永久磁石５４とを備えており、ステータ８を構成するステータコアにはコイル８１が巻回されている。モータＭは、ステータ８に通電することでロータ５に回転磁界を発生させる３相ブラシレスモータとして構成されている。ステータ８は、コイル８１が電気的に接続される３相分のモータ用ターミナル８２が直線状に立設した状態で、モータハウジング１にインサート成形されている。

モータハウジング１には、シャフト３，電源端子２３，ステータ８及び後述する放熱ユニットＵがインサート成形されている。このモータハウジング１には、蓋部材１１が装着されており、この蓋部材１１とモータハウジング１との間に形成される収容空間１１Ｓに、モータＭを制御する（駆動させる）回路基板２が収容されている。回路基板２とモータハウジング１との間には、放熱シートＳが設けられている。

回路基板２には、電源端子２３から電源供給を受けて駆動するインバータ回路、コイル、コンデンサ等の電子部品２１が実装されている。本実施形態における回路基板２は、回転軸芯Ｘに対してモータＭを基準としてインペラ６とは反対側（モータＭを基準とした回転軸芯Ｘの他方側）、且つ、モータＭの最外径よりも内側に配置されている。

ブッシュ４は、シャフト３と直接摺動する耐摩耗性や耐熱性の高い材料として、例えばカーボン繊維および樹脂の複合材やカーボンのみ等のカーボン軸受で構成されている。なお、ブッシュ４は、耐摩耗性や耐熱性の高い材料であれば特に限定されず、例えば樹脂やアルミなどの金属で構成しても良い。

インペラ６は、回転軸芯Ｘに対してモータＭを基準として回路基板２とは反対側（モータＭを基準とした回転軸芯Ｘの一方側）に配置されている。このインペラ６は、シュラウド６４の内側に湾曲した複数の羽根部材６３を有し、樹脂製のインペラケース１２で覆われている。これら羽根部材６３は、ロータ５の一端５１に例えば振動溶着されている。電動ポンプＰは、図示しない車両のＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）によって回路基板２を介してステータ８に巻回されたコイル８１への電流制御が実行されることで、ロータ５の永久磁石５４が交番磁界を受けて、ブッシュ４及びロータ５が一体回転するように構成されている。ブッシュ４及びロータ５が一体回転すると、ロータ５の一端５１に固定されたインペラ６も回転する。

また、回転軸芯Ｘに沿ったインペラケース１２とブッシュ４との間には、シャフト３とブッシュ４とが相対回転可能な状態で、シャフト３の先端部の外面に嵌合するワッシャ７を配置している。このワッシャ７は、ブッシュ４の抜け止めとして機能する。

ブッシュ４及びロータ５の一体回転と共にインペラ６が回転することで、冷却水は吸入口６１からインペラ６の外周側へと螺旋状に流動する。このとき、冷却水の大半は吐出口６２から外部に送り出される。冷却水の一部は、インペラ６の外周側から流出して、ロータ５とステータ８の間となるモータハウジング１内部の冷却空間１３を流通する。冷却水の一部がモータハウジング１の内部の冷却空間１３を流通することで、ロータ５やステータ８などが冷却される。

また、本実施形態では、インペラ６の外周側から流出してモータハウジング１の内部を流通する冷却水をインペラ６の側に戻す排出路５２を、回転軸芯Ｘに沿う状態でブッシュ４とロータ５との間に形成している。この排出路５２の出口５２ｂを、インペラ６の羽根部材６３よりシャフト３の中心側に設けている。この出口５２ｂは、モータハウジング１の内部の流体圧をインペラ６の側に逃がすための、所謂バランスホールとして兼用される。このバランスホールをインペラ６の回転による流体圧の影響が少ない羽根部材６３の内側に設けることで、冷却水をモータハウジング１の内部からインペラ６の側へと円滑に流出させることができる。

［放熱構造］
電動ポンプＰが駆動するとき、回路基板２の電子部品２１やステータ８のコイル８１に電流が流れ、発熱する。回路基板２が高温に晒されると、電子部品２１が損傷を受けるおそれがある。そこで、本実施形態における放熱構造は、モータ用ターミナル８２とは別部材で構成される基板用ターミナル２２を回路基板２と電気的に接続し、これらモータ用ターミナル８２と基板用ターミナル２２とを溶接等で電気的に接続して構成されている。基板用ターミナル２２は、回路基板２からの熱を放熱可能に構成されている。

図２～図５には、電動ポンプＰの放熱構造の詳細図が示されている。図１～図２に示すように、本実施形態における放熱ユニットＵは、基板用ターミナル２２と隔壁９とを備えており、モータハウジング１にインサート成形されることにより、モータハウジング１と一体化されている。

図３に示すように、基板用ターミナル２２は、樹脂製の隔壁９にインサート成形されることにより、隔壁９と一体化されている。本実施形態における隔壁９は、モータハウジング１を形成する樹脂材料よりも熱伝導率が高い樹脂材料で形成されており、基板用ターミナル２２は、隔壁９よりも熱伝導率が高い金属材料で形成されている。

基板用ターミナル２２は、第一ターミナル２２Ａと第二ターミナル２２Ｂと第三ターミナル２２Ｃとを備えており、夫々が３相分のモータ用ターミナル８２と電気的に接続されている（図４も参照）。第一ターミナル２２Ａ及び第三ターミナル２２Ｃは、平面視で左右対称な半円弧状で形成されており、第二ターミナル２２Ｂは、第一ターミナル２２Ａと第三ターミナル２２Ｃとの間に位置し、平面視で直線状に形成されている。

第一ターミナル２２Ａは、モータハウジング１内部の冷却空間１３に対向する第一円弧状部２２Ａａと、第一円弧状部２２Ａａの一端から径方向外側に突出し、モータ用ターミナル８２に電気的に接続される第一モータ接続部２２Ａｂと、第一円弧状部２２Ａａの他端から径方向外側に突出し、回路基板２に電気的に接続される第一基板接続部２２Ａｃと、第一円弧状部２２Ａａ及び第一基板接続部２２Ａｃの間で、第一円弧状部２２Ａａから平板状に径方向外側に突出した複数（本実施形態では２つ）の第一突出部２２Ａｄ（重複部の一例）と、が一体形成されている。第一モータ接続部２２Ａｂは、第一円弧状部２２Ａａから平板状に延出する第一平板部２２ａと第一平板部２２ａから垂直に立設した第一立設部２２ｂとを有しており、第一立設部２２ｂがモータ用ターミナル８２と溶接等で接合（電気的に接続）される（図４も参照）。第一基板接続部２２Ａｃは、第一円弧状部２２Ａａから平板状に延出する第一延出部２２ｃと、第一延出部２２ｃからピン状に立設する第一ピン状部２２ｄとを有しており、第一ピン状部２２ｄが回路基板２のスルーホールに半田付け等で固定される。

第二ターミナル２２Ｂは、モータ用ターミナル８２に電気的に接続される第二モータ接続部２２Ｂｂと、回路基板２に電気的に接続される第二基板接続部２２Ｂｃとが、一体形成されている。第二モータ接続部２２Ｂｂは、第二平板部２２ｅと第二平板部２２ｅから垂直に立設した第二立設部２２ｆとを有しており、第二立設部２２ｆがモータ用ターミナル８２と溶接等で接合（電気的に接続）される（図４も参照）。第二基板接続部２２Ｂｃは、第二平板部２２ｅからピン状に立設する第二ピン状部２２ｇを有しており、第二ピン状部２２ｇが回路基板２のスルーホールに半田付け等で固定される。

第三ターミナル２２Ｃは、モータハウジング１内部の冷却空間１３に対向する第三円弧状部２２Ｃａと、第三円弧状部２２Ｃａの一端から径方向外側に突出し、モータ用ターミナル８２に電気的に接続される第三モータ接続部２２Ｃｂと、第三円弧状部２２Ｃａの他端から径方向外側に突出し、回路基板２に電気的に接続される第三基板接続部２２Ｃｃと、第三円弧状部２２Ｃａ及び第三基板接続部２２Ｃｃの間で、第三円弧状部２２Ｃａから径方向外側に突出した複数（本実施形態では２つ）の第三突出部２２Ｃｄ（重複部の一例）と、が一体形成されている。第三モータ接続部２２Ｃｂは、第三円弧状部２２Ｃａから平板状に延出する第三平板部２２ｈと第三平板部２２ｈから垂直に立設した第三立設部２２ｉとを有しており、第三立設部２２ｉがモータ用ターミナル８２と溶接等で接合（電気的に接続）される（図４も参照）。第三基板接続部２２Ｃｃは、第三円弧状部２２Ｃａから平板状に延出する第三延出部２２ｊと、第三延出部２２ｊからピン状に立設する第三ピン状部２２ｋとを有しており、第三ピン状部２２ｋが回路基板２のスルーホールに半田付け等で固定される。

隔壁９は、基板用ターミナル２２が一体化された円環状の基板部９１と、基板部９１からロータ５に向かって延出する筒状部９２とが一体形成されている。基板部９１の回路基板２側の上面には、モータハウジング１を成形する際に溶融樹脂が流動する複数（本実施形態では３つ）の樹脂流路９１ａが形成されている。基板部９１のロータ５側の下面は、内周部位が冷却空間１３を流通する冷却水と接触しており、外周部位がモータハウジング１にインサート成形される（図１も参照）。筒状部９２は、断面Ｌ字状に形成されており、モータハウジング１にインサート成形される（図１も参照）。

図４に示すように、３相夫々のモータ用ターミナル８２は、直線状に立設した平板状部８２ａと、平板状部８２ａの一側方に延出し、コイル８１を把持する把持部８２ｂとを有している。平板状部８２ａは、夫々、基板用ターミナル２２の立設部２２ｂ，２２ｆ，２２ｉと、面で対向して接合されている。このため、モータ用ターミナル８２と基板用ターミナル２２との間における伝熱が円滑に行われる。

上述したように、基板用ターミナル２２とモータ用ターミナル８２とを別部材で構成し、これらターミナル２２，８２どうしを電気的に接続し、基板用ターミナル２２を放熱部材として構成し、基板用ターミナル２２と接触している隔壁９を介して冷却水により放熱（冷却）している。このため、回路基板２に実装する電子部品２１の配置に影響を与えることなく、放熱部材としての基板用ターミナル２２を配置することができる。また、モータ用ターミナル８２を回路基板２に直接、電気的に接続する場合に比べて、ステータ８から発生した熱は、基板用ターミナル２２に伝熱し、この基板用ターミナル２２と接触している隔壁９を介して冷媒により放熱される。その結果、ステータ８の熱が回路基板２まで伝熱されることが抑制され、回路基板２の損傷を防止することができる。しかも、回路基板２とステータ８とを電気的に接続するターミナル２２，８２を２部材とするだけで良いので、安価に構成することができる。

また、基板用ターミナル２２を隔壁９に一体化させれば、基板用ターミナル２２の姿勢が安定する。モータＭをモータハウジング１にインサート成形するとき、基板用ターミナル２２及び隔壁９を１つの部品としてインサート成形できるため、製造効率が高まる。さらに、隔壁９に基板用ターミナル２２を一体化すれば、隔壁９よりも熱伝導率が高い基板用ターミナル２２により隔壁９の熱伝導率が向上し、放熱効率が高まる。この隔壁９は、モータハウジング１よりも熱伝導率が高く、基板用ターミナル２２は、隔壁９よりも熱伝導率が高いので、隔壁９を介した放熱効率が高まる。

図５に示すように、基板用ターミナル２２における複数（本実施形態では４つ）の第一突出部２２Ａｄ及び第三突出部２２Ｃｄは、コイル８１の近傍の位置に配置されており、回転軸芯Ｘ方向視において、何れもステータ８のコイル８１に重複している。ここで、コイル８１の近傍の位置とは、第一突出部２２Ａｄ及び第三突出部２２Ｃｄが、絶縁被膜を有するコイル８１に当接していても良いし、コイル８１から離間していても良い。これにより、コイル８１から発生する熱が、第一突出部２２Ａｄ及び第三突出部２２Ｃｄを介してステータ８から基板用ターミナル２２に伝熱され易くなる。その結果、ステータ８から発生した熱が基板用ターミナル２２により放熱され易くなり、回路基板２の損傷を防止することができる。なお、本実施形態では、第一ターミナル２２Ａ及び第三ターミナル２２Ｃにおける、平板部２２ａ，２２ｈと延出部２２ｃ，２２ｊとの間を接続する円弧状部２２Ａａ，２２Ｃａを最短形状としたため、４つの第一突出部２２Ａｄ及び第三突出部２２Ｃｄのみがコイル８１に重複している。

［その他の実施形態］
（１）上述した実施形態では、放熱ユニットＵとして基板用ターミナル２２と隔壁９とを一体化させ、基板用ターミナル２２及び隔壁９をモータハウジング１にインサート成形したが、基板用ターミナル２２をモータハウジング１にインサート成形して、モータハウジング１の一部を隔壁９としても良い。
（２）基板用ターミナル２２を隔壁９に接着等で固定して双方を接触させても良く、基板用ターミナル２２と隔壁９との接触形態は特に限定されない。
（３）上述した実施形態における基板用ターミナル２２は、回転軸芯Ｘ方向視において、ステータ８のコイル８１に重複した４つの第一突出部２２Ａｄ及び第三突出部２２Ｃｄを設けたが、全てのコイル８１に重複した突出部２２Ａｄ，２２Ｃｄを設けても良いし、突出部２２Ａｄ，２２Ｃｄを省略しても良い。
（４）上述した実施形態では、排出路５２を、ブッシュ４とロータ５との間におけるロータ５の側に形成したが、ブッシュ４とロータ５との間におけるブッシュ４の側に形成しても良い。また、排出路５２を、ブッシュ４とロータ５とに跨った状態で形成しても良い。
（５）電動ポンプＰは、エンジンの冷却水を循環させるポンプに限定されず、エンジンオイルを循環させても良いし、車両以外の用途に用いても良い。また、電動ポンプＰの駆動方式は、交番磁界を発生させるブラシレスモータに限定されず、ブラシ付きモータを使用しても良い。

本発明は、各種流体を循環させるための電動ポンプに利用可能である。

１ モータハウジング（ハウジング）
２ 回路基板
２２ 基板用ターミナル
２２Ａｄ 第一突出部（重複部）
２２Ｃｄ 第三突出部（重複部）
５ ロータ
６ インペラ（ポンプ部）
８ ステータ
８１ コイル
８２ モータ用ターミナル
９ 隔壁
Ｍ モータ
Ｘ 回転軸芯
Ｐ 電動ポンプ

Claims (4)

1. 回転軸芯周りで回転するロータ及び当該ロータに対向して配置されたステータを有するモータと、
   前記モータを収容するハウジングと、
   前記モータを基準とした前記回転軸芯の一方側に配置され、前記モータの駆動力により回転して冷媒を圧送するポンプ部と、
   前記モータを基準とした前記回転軸芯の他方側に配置され、前記モータを駆動させる回路基板と、
   前記回路基板に電気的に接続された基板用ターミナルと、
   前記ステータに電気的に接続されたモータ用ターミナルと、
   前記回路基板と前記ロータとを仕切り、前記基板用ターミナルに接触している隔壁と、を備え、
   前記基板用ターミナルと前記モータ用ターミナルとは、互いに電気的に接続された別部材で形成されており、
   前記隔壁は、前記ロータと前記ステータとの間を流通する前記冷媒に接触している電動ポンプ。
2. 前記基板用ターミナルは、前記回転軸芯方向視において、前記ステータのコイルに重複する重複部を有しており、当該重複部は前記コイルの近傍に配置されている請求項１に記載の電動ポンプ。
3. 前記基板用ターミナルは、前記隔壁と一体化されている請求項１又は２に記載の電動ポンプ。
4. 前記隔壁は、前記ハウジングよりも熱伝導率が高く、前記基板用ターミナルは、前記隔壁よりも熱伝導率が高い請求項１から３の何れか一項に記載の電動ポンプ。

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