JP4625185B2

JP4625185B2 - 冷却水ポンプ

Info

Publication number: JP4625185B2
Application number: JP2000597554A
Authority: JP
Inventors: コッホシュテファン; コットハウスシュテファン; ヴォルフイェルク
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1999-02-02
Filing date: 2000-02-01
Publication date: 2011-02-02
Anticipated expiration: 2020-02-01
Also published as: JP2002536582A; EP1068455B1; BR0004532A; DE50012676D1; WO2000046507A1; DE19903817A1; EP1068455A1; US6450786B1

Description

【０００１】
本発明はポンプ、特に自動車の冷却水用のポンプであって、ポンプ室内に回転可能に支承されていて液体を圧送する羽根車と、羽根車を回転駆動するための励磁装置と、該励磁装置のための制御回路とが設けられている形式のものに関する。自動車の分野では、内燃機関の廃熱（Abwaerme）は例えば効率の改善によって減じられる。燃焼熱は、内室のための熱交換器とラジエータグリル（Kuehlergrill）とを介して導かれ、その結果冬の冷機時スタートに際しては車内は比較的ゆっくりとしか暖かくならない。快適性を高めるために、電気で稼働する付加ウォータポンプの使用が増え、これによって内室をより良好に加熱することが可能になる。
【０００２】
ポンプ室内に回転可能に支承された羽根車と、羽根車を回転駆動するための励磁装置と、励磁装置のための制御回路とを備えたこのようなポンプは、ドイツ連邦共和国特許出願公開第４４１１９６０号明細書に基づいて公知である。この公知のポンプでは、励磁装置と制御回路とは、ほぼ円筒形の共通の室内に収容されており、この室はポンプ室に対して気密にシールされていて、該ポンプ室内に係合している。
【０００３】
羽根車はリング状のロータと堅固に結合されており、このロータは、ポンプ室のリング状の部分内において励磁装置を取り囲んで延びている。この公知の構造では、励磁装置からポンプ液への廃熱はポンプ室の壁と、ポンプ室を軸方向で覆う羽根車とを通してしか流出することができない。半径方向における熱の流れは、２つの壁とロータを通してしか可能でない。プリント基板に取り付けられた制御回路は、廃熱に直接さらされてる。このポンプの最高の使用温度はしたがって、プリント基板の材料の制限された温度耐性及び／又は、プリント基板に制御回路を取り付けるために働くろう接部の軟化温度によって決定されている。
【０００４】
ポンプの取付け時には、励磁装置と制御回路を備えたプリント基板とを、背側の開口を通して相応な室に挿入し、次いで開口をカバーで閉鎖することが必要であり、このカバーには、制御回路の給電コンタクトのためのコネクタが一体成形されている。コネクタと制御回路との間の電気的なコンタクトはしたがって、複数のピンを用いて実現され、これらのピンはプリント基板に取り付けられていて、カバーの装着時に、該カバーに装着されたブシュに挿入される。ピンにおけるブシュの装着は見えない状態で行われるので、ピンとブシュとが不都合に係合している劣悪なコンタクトを、認識すること及び修正することは困難である。このような差込みコネクタの品質は、差込みコネクタが強い温度交番又は高い温度にさらされる場合に、低下することがある。
【０００５】
したがって、自動車技術においては、１３０〜１４０℃の継続使用温度に耐えることができる冷却水ポンプに対する需要が存在している。その理由は単に、より高い冷却水圧及び冷却水沸点温度が設けられることに因るのみならず、自動車に組み込まれる補助ユニット（冷却水ポンプもまたその１つである）の寸法が益々小さくなる中で、これらのユニットの出力密度が大きくなり、ひいてはユニットの運転温度が固有加熱に基づいて上昇することにも起因する。
【０００６】
このような運転条件のために適したプリント基板及びろう接のためには、しかしながら高いコストがかかる。
【０００７】
本発明の利点
第１の発明によれば、冒頭に述べた形式のポンプにおいて、制御回路と励磁装置とが、ポンプ室内の液体によって熱的に互いに切り離されており、羽根車が、励磁装置によって形成可能な磁界の領域において、磁性材料から成っており、ポンプが第１のケーシング部分を有していて、該第１のケーシング部分がポンプ室の側壁と第１の端壁とを形成しており、ポンプ室の側壁と第１のケーシング部分の外壁との間に、励磁装置を受容しているリング状の中空室が形成されていて、該中空室が側壁によって羽根車から隔てられており、制御回路がポンプ室の第１の端壁の切欠き内に配置されており、ポンプがさらに第２のケーシング部分を有していて、該第２のケーシング部分がリング状の中空室を閉鎖し、かつ制御回路を収容している前記切欠きを閉鎖しているようにした。
また第２の発明によれば、冒頭に述べた形式のポンプにおいて、制御回路と励磁装置とが、ポンプ室内の液体によって熱的に互いに切り離されており、羽根車が、励磁装置によって形成可能な磁界の領域において、磁性材料から成っており、ポンプが第１のケーシング部分を有していて、該第１のケーシング部分がポンプ室の側壁と第１の端壁とを形成しており、ポンプ室の側壁と第１のケーシング部分の外壁との間に、励磁装置を受容しているリング状の中空室が形成されていて、該中空室が側壁によって羽根車から隔てられており、ポンプがさらに第２のケーシング部分を有していて、該第２のケーシング部分が、外壁と該外壁の内側面に形成された突出部を有していて、制御回路が第２のケーシング部分に取り付けられていて、該第２のケーシング部分がリング状の中空室を閉鎖しており、該第２のケーシング部分の突出部により、中空室が、第１のケーシング部分の第１の端壁と第２のケーシング部分の底部との間に延びていて制御回路を収容している室に対して制限されているようにした。
このような配置形式では、励磁装置の廃熱は主として、ポンプ室を貫流する冷却水によって受容されて排出され、その結果廃熱は制御回路に達することができない。このようにして、冷却水の温度を超えて制御回路が加熱することは回避される。
さらに述べれば、羽根車が、励磁装置によって形成可能な磁界の領域において、磁性材料から成っていることによって、羽根車自体が、直接的に磁界と相互作用するロータの機能を引き受け、このことは、ポンプのより軽量かつコンパクトな構造を可能にする。
また本発明では、ポンプが第１のケーシング部分を有していて、該第１のケーシング部分がポンプ室の側壁と第１の端壁とを形成しており、ポンプ室の側壁と第１のケーシング部分の外壁との間に、励磁装置を受容しているリング状の中空室が形成されているが、このケーシング部分は、後で詳しく述べるように、ポンプの簡単な組立てのために重要である。
第１の発明におけるように、制御回路がポンプ室の第１の端壁の切欠き内に配置されていると、制御回路を励磁装置から良好に熱的に遮蔽することができると同時に、コンパクトな構造が可能となり、さらに、場合によっては羽根車の位置を検出するために必要な磁界センサ、つまり有効な作動のために羽根車からわずかな間隔をおいて配置されねばならない磁界センサを、制御回路の残りと共に１つのユニット有利には集積回路に、まとめることが可能になる。
【０００８】
励磁装置をポンプ室の周りにリング状に設けることによって、さらに、励磁装置の廃熱を効果的にポンプの周囲に、自動車冷却水ポンプの場合にはつまり機関室に、排出することが可能になる。この励磁装置は有利にはクローポール装置として構成されていることができる。
【００１３】
本発明の有利な構成（図１）では、制御回路が端壁と熱的に接触するように取り付けられており、その結果制御回路の温度は、圧送される液体の温度によって確実に制限することができる。この場合制御回路への給電のためのコネクタは、有利に端壁に一体成形されている。制御回路に対する電気的な導体は端壁内に加工されている。この構成は次のことによって達成することができる。すなわちこの場合、端壁もしくは、該端壁がその一部である第１のケーシング部分は、ＭＩＤ（Moulded Interconnection Device）として、つまり金属化されたゾーンを備えた射出成形品として形成されているか、又は導体が打抜き格子（Stanzgitter）の形で端壁に挿入されている。
【００１４】
電気的な導体にボンディングされた接続部を備えた集積回路として制御回路を構成することによって、制御回路におけるろう接の使用を完全に省くことができる。
【００１５】
本発明の別の有利な構成（図２及び図３）では、制御回路が第２のケーシング部分と熱的に接触するように取り付けられている。この場合有利には、コネクタ及び導電体は、上において端壁との関連において述べたのと同様な形式で、第２のケーシング部分に一体成形又は第２のケーシング部分内に加工されている。
【００１６】
上に述べた導体の幾つかと励磁装置との間において必要な電気的な接続は、有利には形状結合的に、特に、抵抗溶接又は超音波溶接又はホット・ステイキングによって生ぜしめられている。
【００１７】
そしてまたもちろん、接触及び汚れに対する保護のためには、制御回路が熱伝導性のゲル又は樹脂内に埋め込まれていると有利である。
【００１８】
実施例の記載
次に図面を参照しながら本発明の有利な実施例を説明する。
【００１９】
図１には本発明の第１実施例が分解された断面図で示されている。第１のケーシング部分１は、円筒形の外壁３を有しており、この外壁３は図面で見て上端部に設けられたフランジ４によって、同心的な壁と結合されており、この壁はポンプ室６の側壁５を形成している。第１の端壁７はポンプ室を図面で見て下方に向かって閉鎖している。軸方向で底部７から延びている心棒８は、羽根車２を有しており、この羽根車２はポンプ室６の内部において自由に回転可能である。フランジ４に固定されるように設けられたカバー９は、ポンプ室６の、反対側に位置する第２の端壁を形成している。圧送される液体のための流入開口及び流出開口１０はカバー９を貫いて延びている。
【００２０】
外壁３、フランジ４及び側壁５はリング状の通路又は中空室１１を制限しており、この中空室１１内には励磁装置１２が設けられている。この励磁装置１２は、互いに逆方向に電流供給可能で軸方向において重ねられた２つの巻線１３，１４を有しており、両巻線１３，１４は金属製のケーシング１５によって取り囲まれており、このケーシング１５は、空隙１６を無視すれば、横断面で見て巻線１３，１４の周りを取り囲んで延びている。軸方向における空隙のポジションはケーシング１５の周囲に沿って変化し、そして空隙の位置に応じて両巻線１３，１４の一方の巻線の磁界は他方の巻線の磁界よりも強くポンプ室６内に貫通作用する。羽根車２は少なくとも、該羽根車が貫通作用する磁界によって捕捉される領域において、有利にはより簡単な製造のためにしかしながら完全に、磁性材料から、有利には磁性粒子を埋め込まれたプラスチックから成っている。これらの磁性粒子は、ポンプ室６内に貫通作用する磁界と相互作用して、巻線１３，１４の適当な接続形成時に羽根車２を回転させる。このような駆動原理はクローポールモータとして公知である。
【００２１】
ポンプ室６の端壁７には電気的な差込みコネクタ１７が一体成形されている。この差込みコネクタの構成は、使用もしくは顧客に合わせて変化可能である。差込みコネクタ１７のコンタクトピンは、端壁７に埋め込まれた導体１８を介して制御回路１９と接続されており、この制御回路１９は使用者固有（anwenderspezifisch）の集積回路において、巻線１３，１４を制御するため及び場合によっては羽根車のポジションを検出するために必要なすべての機能構成部材を有している。制御回路１９は非磁性の金属プレート３０に、例えば接着によって固定されており、この金属プレート３０と一緒に端壁７の切欠き２０内に挿入されている。ポンプ室６は切欠き２０の領域においては薄い壁厚しか有しておらず、この壁厚は主として、切欠き２０をポンプ室に対して簡単にシールするためにだけ働く。金属プレート３０は端壁７に必要な強度を提供し、制御回路１９からの廃熱を均一に分布させるため及びその効果的な排出のために働く。制御回路１９の運転温度はしたがって液体の温度によって効果的に制限される。
【００２２】
たとえ、巻線１３，１４が運転中に液体の温度を超えて加熱したとしても、巻線１３，１４の廃熱は主としていずれにせよ側壁５を介した熱の流れによって、制御回路１９に達することができる。しかしながらこの側壁５は同様に液体によって冷却されるので、制御回路１９はポンプ室６によって効果的に巻線の廃熱に対して保護されている。
【００２３】
制御回路１９は導体１８と汎用の形式で細いボンディングワイヤを介して接続されている。この接続はろう接なしに行われているいるので、制御回路１９の確実性を損なうことなしに、１００℃〜１４０℃までの制御回路の運転温度が難なく可能である。
【００２４】
上に述べたポンプは第１のケーシング部分１を起点として、その中に予め組み込まれた導体路構造１８及びボンディング接続されの終わった制御回路１９と、数少ない簡単なステップにおいてまとめることができる。そのためにまず初めは励磁装置１２が中空室１１に挿入される。その際に注意すべきことは次のことである。すなわちこの場合、励磁装置の接続ループ２１（図面には簡単化のためにそのうちの１つだけが図示されている）を、そのために設けられている接続舌片２２を取り囲むように正確に設置することが必要である。次いで接続舌片２２は、「ホット・ステイキング（Hot Staking）」という名称で公知の方法において曲げられて、熱間プレスされ、これによって接続ループ２１は確実に捕まえられる。択一的に、例えば抵抗溶接又は超音波溶接のような結合技術を使用することも可能である。
【００２５】
次に必要なことは、第２のケーシング部分２３を被せ嵌めて、外壁３と結合することだけである。この第２のケーシング部分２３は孔２４を有しており、この孔２４には差込みコネクタ１７が貫通係合する。孔２４を通って汚れや腐食物質が制御回路１９に侵入することを阻止するために、また、空気を介しての励磁装置１２から制御回路１９への熱伝達を阻止するために、２つのケーシング部分１，２３は有利には次のように寸法設定されている。すなわちこの場合、第２のケーシング部分２３は端壁７に密に接触し、これによって切欠き２０が実質的に閉鎖された室を形成するようになっている。しかしながらいずれにせよ、制御回路は切欠き２０内において注入された熱伝導性のゲル又は樹脂によって取り囲まれており、このようなゲル又は樹脂は、たとえ汚れが孔２４を貫いて侵入した場合でも、汚れが制御回路１９及びそのボンディングワイヤに達することを阻止する。制御回路はこれによって、孔２４が存在するにもかかわらず、密に閉鎖されかつ保護されている。
【００２６】
次いで又は予め、羽根車２はポンプ室６に挿入され、そしてポンプ室６を閉鎖するために、カバー９がフランジ４に密に固定される。
【００２７】
このようにして得られるポンプ構造は、極めてコンパクトであり、かつ同時に快適であり、しかもブラインド組立てステップ（Blindfuegeschritt）が不要であることに基づいて、コントロール可能に組み立てることができる。
【００２８】
図２には本発明によるポンプの第２実施例が示されている。カバー９及び羽根車２は、第１実施例のカバー９及び羽根車２と異なっておらず、したがってこれについては新たな記載はしない。第１のケーシング部分１′は図１に示された第１のケーシングと異なっている点は、この第１のケーシング部分１′の端壁７′が滑らかであり、そこに制御回路を取り付けるようになっていないことである。励磁装置１２が図１に示された励磁装置と異なっているのは、単にその方向付け（Orientierung）だけである。すなわちこの場合励磁装置１２の接続ループ２１は励磁装置１２の（図面で見て）上側に位置している。
【００２９】
制御回路１９′はこの実施例では第２のケーシング部分２３′に取り付けられていて、したがってポンプの周囲と熱的に接続されている。この実施例では利用できる取付け室が大きくなったので、この実施例では、ディスクレート（diskret）な構成要素を備えた厚膜ハイブリッドの形の制御回路１９′の構成が可能である。ハイブリッドと結合された冷却体２５が第２のケーシング部分２３′内に挿入されている。端壁７′からの制御回路１９′の間隔は、組立て後はほんの数ｍｍであるので、ロータもしくは羽根車２のポジションを検出するために必要なセンサ、例えば、検出される対象からわずかな間隔を有する必要があるホールセンサ又は耐磁性（magnetoresistiv）の素子を、制御回路内に引き込むことができる。
【００３０】
第２のケーシング部分２３′はさらに、一体に成形された差込みコネクタ１７′を保持していて、差込みコネクタ１７′の差込みコンタクトから延びている導体１８は、第２のケーシング部分２３′の壁の内部を延びている。
【００３１】
第２のケーシング部分２３′はこの場合円筒形の外壁２７を備えた浅いカップの形を有している。この外壁はその内側面に肩部もしくは突出部２６を形成しており、この突出部２６の働きは、一方では励磁装置１２を保持することであり、かつ他方では、完全に組み立てられたポンプにおいて励磁装置１２が収容される中空室１１を、室２０′に対して制限することであり、この場合室２０′は第１のケーシング部分１′の端壁７′と第２のケーシング部分２３′の底部との間において延びていて、この室２０′内には制御回路１９′が収容されている。このようにして突出部２６は、中空室１１と、制御回路１９′を内蔵する室２０′との間における空気通流を阻止し、このようにして室２０′の加熱を防止する。
【００３２】
第２のケーシング部分２３′の外壁２７は上側区分２８を有しており、この上側区分２８は、第１のケーシング部分１′の中空室１１内に係合もしくは進入するために、わずかに先細に形成されている。第２のケーシング部分２３′の内部を延びている導体１８の幾つかは、上側区分２８の上縁部にまで延びており、そこで接続舌片２２において終わっている。これらの接続舌片２２は図１の実施例におけるように、励磁装置１２への電流供給のための電気的な接続部を形成するために、設けられている。
【００３３】
この図２に示された構成は、特に簡単な組立てによって特徴付けられている。すなわちこの実施例では、図面において個々に離されて示されたすべての部材、つまり第２のケーシング部分２３′、励磁装置１２、ケーシング上側部分１′、羽根車２及びカバー９は単に順番に積み重ねられて、互いに固定されることができ、この場合そのために対応するポンプの方向付けを変化させる必要はない。このような構造は明らかに、コストを節減した自動的な製造のために特に適している。
【００３４】
図３には、図２に示された構成の変化実施例が示されており、この変化実施例では、制御回路１９′′は、ディスクレートな構成要素を両側に備えたプリント基板である。このような装着がスペースに関する理由から必要である場合には、第１のケーシング部分１′の端壁７′と第２のケーシング部分２３′との間において形成された、制御回路１９′′を受容する室２０′を、熱伝導性のゲル又は樹脂によって満たすと、有利であり、このようなゲル又は樹脂は、ポンプ室及び／又は周囲との良好な熱接触を保証し、かつ制御回路を励磁装置１２′による過熱から保護する。
【００３５】
ゲル又は樹脂は第１実施例におけるように、制御回路１９′もしくは制御回路１９′′の密な被覆部を形成するので、外壁２７の上側区分２８における第１のケーシング部分と第２のケーシング部分との間の結合部を、その全長にわたってシールすることは必ずしも必要ではなく、これによって製造はさらに簡単化される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す図である。
【図２】本発明の第２実施例を示す図である。
【図３】図２に示された実施例の変化実施例を示す図である。
【符号の説明】
１，１′ ケーシング部分、２羽根車、３外壁、４フランジ、５側壁、６ポンプ室、７，７′ 端壁、８心棒、９カバー、１０流入開口、流出開口、１１中空室、１２励磁装置、１３，１４巻線、１５ケーシング、１６空隙、１７差込みコネクタ、１８導体、１９，１９′，１９′′ 制御回路、２０切欠き、２１接続ループ、２２接続舌片、２３，２３′ ケーシング部分、２４孔、２６突出部、２８上側区分

Claims

液体用のポンプ、特に冷却水用のポンプであって、ポンプ室（６）内に回転可能に支承されていて液体を圧送する羽根車（２）と、羽根車（２）を回転駆動するための励磁装置（１２）と、該励磁装置（１２）のための制御回路（１９）とが設けられている形式のものにおいて、制御回路（１９）と励磁装置（１２）とが、ポンプ室（６）内の液体によって熱的に互いに切り離されており、羽根車（２）が、励磁装置（１２）によって形成可能な磁界の領域において、磁性材料から成っており、ポンプが第１のケーシング部分（１）を有していて、該第１のケーシング部分がポンプ室（６）の側壁（５）と第１の端壁（７）とを形成しており、ポンプ室（６）の側壁（５）と第１のケーシング部分（１）の外壁（３）との間に、励磁装置（１２）を受容しているリング状の中空室（１１）が形成されていて、該中空室（１１）が側壁（５）によって羽根車（２）から隔てられており、制御回路（１９）がポンプ室（６）の第１の端壁（７）の切欠き（２０）内に配置されており、ポンプがさらに第２のケーシング部分（２３）を有していて、該第２のケーシング部分（２３）がリング状の中空室（１１）を閉鎖し、かつ制御回路（１９）を収容している前記切欠き（２０）を閉鎖していることを特徴とするポンプ。
励磁装置（１２）がリング状にポンプ室（６）の周りを延びている、請求項１記載のポンプ。
制御回路（１９）が金属プレート（３０）に固定されていて、端壁（７）と該金属プレート（３０）を介して接触するように取り付けられている、請求項１又は２項記載のポンプ。
制御回路（１９）及び／又は励磁装置（１２）に給電するためのコネクタ（１７）が、端壁（７）に一体成形されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のポンプ。
制御回路（１９）に対する電気的な導体（１８）が端壁（７）内に加工されている、１から４までのいずれか１項記載のポンプ。
制御回路（１９）が集積回路であり、電気的な導体（１８）にボンディング接続されている、請求項５記載のポンプ。
励磁装置の接続部（２１）が、導体（１８）のうちの励磁装置（１２）のための接続舌片（２２）と結合されている、請求項６記載のポンプ。
制御回路（１９）が、切欠き（２０）内に注入された熱伝導性のゲル又は樹脂によって取り囲まれている、請求項１から７までのいずれか１項記載のポンプ。
液体用のポンプ、特に冷却水用のポンプであって、ポンプ室（６）内に回転可能に支承されていて液体を圧送する羽根車（２）と、羽根車（２）を回転駆動するための励磁装置（１２）と、該励磁装置（１２）のための制御回路（１９′，１９′′）とが設けられている形式のものにおいて、制御回路（１９′，１９′′）と励磁装置（１２）とが、ポンプ室（６）内の液体によって熱的に互いに切り離されており、羽根車（２）が、励磁装置（１２）によって形成可能な磁界の領域において、磁性材料から成っており、ポンプが第１のケーシング部分（１′）を有していて、該第１のケーシング部分がポンプ室（６）の側壁（５）と第１の端壁（７′）とを形成しており、ポンプ室（６）の側壁（５）と第１のケーシング部分（１′）の外壁（３）との間に、励磁装置（１２）を受容しているリング状の中空室（１１）が形成されていて、該中空室（１１）が側壁（５）によって羽根車（２）から隔てられており、ポンプがさらに第２のケーシング部分（２３′）を有していて、該第２のケーシング部分（２３′）が、外壁（２７）と該外壁（２７）の内側面に形成された突出部（２６）を有していて、制御回路（１９′，１９′′）が第２のケーシング部分（２３′）に取り付けられていて、該第２のケーシング部分（２３′）がリング状の中空室（１１）を閉鎖しており、該第２のケーシング部分（２３′）の突出部（２６）により、中空室（１１）が、第１のケーシング部分（１′）の第１の端壁（７′）と第２のケーシング部分（２３′）の底部との間に延びていて制御回路（１９′，１９′′）を収容している室（２０′）に対して制限されていることを特徴とするポンプ。
制御回路（１９′，１９′′）及び／又は励磁装置（１２）に対する給電のための差込みコネクタ（１７）が、第２のケーシング部分（２３′）に一体成形されている、請求項９記載のポンプ。
制御回路（１９′，１９′′）に対する電気的な導体（１８）が第２のケーシング部分（２３′）内に加工されている、９又は１０記載のポンプ。
励磁装置の接続部（２１）が、導体（１８）のうちの励磁装置（１２）のための接続舌片（２２）と結合されている、請求項１１記載のポンプ。
室（２０′）を熱伝導性のゲル又は樹脂によって満たすことにより、制御回路（１９′，１９′′）が熱伝導性のゲル又は樹脂内に埋め込まれている、請求項９から１２までのいずれか１項記載のポンプ。