JP2022098839A - 電動ポンプ - Google Patents

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Shinsuke Isotani
満 池田
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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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