JP4904250B2

JP4904250B2 - 電動ウォータポンプ

Info

Publication number: JP4904250B2
Application number: JP2007305006A
Authority: JP
Inventors: 竜一根岸; 成敏宮田
Original assignee: Yamada Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Yamada Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2007-11-26
Filing date: 2007-11-26
Publication date: 2012-03-28
Anticipated expiration: 2027-11-26
Also published as: JP2009127570A

Description

本発明は、稼動中におけるステータコアと巻線の発熱を冷却水によって逃すと共に、ステータコアの接続端子が防水性を維持したままで、且つ回路基板への熱伝導を低減することができる電動ウォータポンプに関する。

自動車用の電動ウォータポンプとして、ポンプハウジング内における隔壁の外周側にステータとしての電磁石が配置され、インナーロータとしての磁石を内蔵したインペラとによってモータを構成し、前記インナーロータの回転に伴ってインペラが回転するタイプのモータ部分と、ポンプ部分が一体化された一体型電動ウォータポンプが近年採用されるようになってきている。このような一体型電動ウォータポンプの例として特許文献１が挙げられる。

特許文献１に開示されたものは、隔壁の外周側にステータ（電磁石）が設けられ、隔壁の内周側にインナーロータとしての磁石を内蔵したインペラが配置されたものである。そして、ステータとインナーロータとの磁気吸引反発作用によりインペラが回転し、特許文献１の図３の符号『Ｆ』に示されるように冷却水が運搬される構造となっている。

特許文献１に見られるような一体型電動ウォータポンプの場合、ステータとインペラの相互の磁石の相対角度（位相）関係によりステータに巻かれた巻線の電流の向きを制御・変更し、インペラを回転させ続けるものである。このような制御を行うために、ポンプには制御回路が一体となって組み込まれている。
特開２００６−２９９９７５

一体型電動ウォータポンプにおいて、インペラ及びマグネットを備えたロータを回転させるためにステータコアが存在する。このステータコアは、通常、積層した鋼板と絶縁するための樹脂製のインシュレータにより設けられたものである。ポンプ稼動のために、巻線に通電するが、それによって生じる発生熱の周囲への伝達が低かったり、駆動時間が長くなったりすると巻線からの発熱量が大きい場合、巻線自体の温度が上昇し、巻線の電気抵抗が増加する。

そのため、ステータコアに巻かれた巻線からの発熱量が大きい場合、巻線自体の温度が上昇する。この温度上昇により制御系統にトラブルが発生するおそれがあり、また電気抵抗値の増大により、効率が低下するおそれもある。具体的には、ポンプハウジング内において、ステータコアの近くに装着されている制御回路基板に、熱が伝わるため、基板上の素子の温度も上昇する。また、ステータコアの巻線による電気抵抗の増加により、電流が低下するため効率が低下し、また前記基板上の素子の温度が上昇することにより回路基板の素子の寿命が低下する恐れがある。

以上のことにより、ステータコアの巻線の発熱をいかに冷却するかが長年の課題となっている。このような課題の解決法として提案されたものに前述の特許文献１が存在する。この特許文献１では、ステータコアが樹脂でモールドされ、そのモールドされたステータコアの軸方向両端面及び外周面に水路が設けられ、ステータコアを冷却水によって直接に冷却しようとするものである。この特許文献１によって、ステータコアの巻線からの発熱の大部分を直接冷却水に逃がすことができる。

しかし、特許文献１には、以下のような課題も存在する。すなわち、巻線自体に電力を供給する必要があるため、巻線と回路基板との間に接続端子部が必ず存在する。前記ステータコア自体は水密的に被覆されポンプハウジング内を流通する冷却水を利用して冷却されるものであるが、接続端子部を含む面については、ポンプの冷却水から離れるようにして、回路基板に接続されている。接続端子部分は、冷却水に直接、接触させることが出来ないので、ステータコア外側の全ての面を冷却水と接触させることが不可能である。

具体的には、特許文献１の図１に開示されているように、ステータコア２６の内周側及び回路側内周部はステータコア２６の支持及び配線のため冷却水に接触させることができない。そのために、巻線に電力を供給する接続端子を介して熱伝導が行われた場合に、その接続端子が冷却される手段が講じられておらず、巻線の熱が接続端子を介して回路基板に熱伝導されてしまい、回路基板の素子の寿命が低下する恐れがある。

このように、接続端子の積極的な冷却構造が施されていないため、接続端子を介した熱伝導が大きくなり、作動電流を大きくすると、より一層熱伝導が大きくなり、電子回路の素子の寿命が低下する恐れがある。このために、モータの高出力化ができない。さらに、発熱によるステータコアの巻線の電気抵抗値の増大によっても、モータ効率が低くなる等の種々の課題がある。本発明の目的（技術的課題）は、巻線に生じた熱がステータコアやポンプハウジングを介して回路基板に伝わったり、巻線に生じた熱が接続端子を介して回路基板に伝導することを防止し、より効果的な冷却により、モータ効率を向上させると共に、回路基板を熱から保護することにある。

請求項１の発明を、ポンプハウジングと、巻線が巻着されたステータコアと、該ステータコアを樹脂被覆するコア被覆部と、該コア被覆部から露出した接続端子と、該接続端子を樹脂被覆する軟質性を有してなる接続端子被覆部と、前記巻線への電流を制御する回路基板とからなり、前記コア被覆部及び前記接続端子被覆部は、一体形成されて前記ポンプハウジング内の冷却水の流通領域に設置され、前記コア被覆部は前記ポンプハウジング内に極小部分で支持固定され、前記回路基板は冷却水の非流通領域に設置されてなる電動ウォータポンプとしたことにより、上記課題を解決した。

請求項１の発明によれば、前記コア被覆部と接続端子被覆部は、前記ポンプハウジング内の冷却水流通領域に設置され、回路基板は冷却水の非流通領域に設置されているので、接続端子は接続端子被覆部によって水密性が維持されながら、冷却水によってポンプ稼動時には常時冷却される構造となる。したがって、回路基板への熱伝導を冷却水により低減させることができ、作動電流を向上させモータ出力を高出力化、及び信頼性を向上させることができる。

すなわち、接続端子は接続端子被覆部を介して冷却水の流通領域に位置しているので、接続端子は積極的に冷却される構造となり、作動電流を多くしても、接続端子の熱伝導を冷却水により高めておくことができ、ロータの回転数を上げることができ、高出力化、及び信頼性の向上を確保することができる。

また、前記コア被覆部と接続端子被覆部とは一体形成されているので、コア被覆部と接続端子被覆部との水密性が良好であり、安定した状態で使用することができる。また、前記コア被覆部と接続端子被覆部とは一体形成されているため安価である。また、前記コア被覆部は軟質性を有することによって、流通領域での冷却水の流れの変化に対して、フレキシブルに変形することにより、接続端子被覆部の耐久性をより一層向上させることができる。なお、前記コア被覆部と接続端子被覆部とは別部材とし、接続端子被覆部の長さを種々揃えておくことにより、種々のポンプハウジングのサイズのものに適応させることができる。つまり、ポンプハウジングのサイズが多少異なっていても金型を共用できるため、トータルとして安価にできる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本発明の構成は、図１（Ａ）に示すように、主にポンプハウジング１と、ロータ３と、該ロータ３の周囲を包囲する積層鋼板４ａとインシュレータ４ｂとで構成されるステータコア４と、該ステータコア４に巻着された巻線５と、接続端子６と、前記ステータコア４及び巻線５を被覆する樹脂被覆体７と、前記ステータコア４の巻線５の電流を制御する回路基板８とから主に構成される。

カバー部１ａとモータ部１ｂとからなるポンプハウジング１は、図１（Ａ）に示すように、ポンプ室１１,ロータ室１２及び回路基板収納室１３とから構成され、前記ロータ室１２と回路基板収納室１３とは仕切り壁部１４によって仕切られている。前記ポンプ室１１には、吸入ポート１１ａと吐出ポート１１ｂとが備わっている。前記ロータ室１２は、後述するロータ３及びステータコア４等が収納される部位である。前記回路基板収納室１３は、後述する回路基板８が装着される部位である。

そして、このポンプ室１１及びロータ室１２は、冷却水が流通する室であり、流通領域Ｓａと称する（図１参照）。また、前記回路基板収納室１３は、冷却水が全く流通しない室であり、非流通領域Ｓｂと称する。仕切り壁部１４は、前述したように、前記ポンプハウジング１の内部において、回路基板収納室１３を前記ポンプ室１１及びロータ室１２から仕切る壁であって、ポンプハウジング１は、前記仕切り壁部１４によって冷却水の流通領域Ｓａと非流通領域Ｓｂとに分けられることになる（図１参照）。

前記ロータ３は、図１に示すように、マグネットロータ部３１と、インペラ部３２とから構成されている。前記マグネットロータ部３１は、円筒状に形成され直径中心部の貫通孔３１ａに後述するロータ回転支持軸１５が挿通し、止輪等の固着具によって軸方向に固定される。インペラ部３２は、羽根ベース３２ａと羽根片３２ｂとから構成され、羽根ベース３２ａの表面上に羽板片３２ｂが放射状に複数設けられたものである。

前記ポンプハウジング１のモータ部１ｂの仕切り壁部１４には、前記ロータ回転支持軸１５が形成されており、該ロータ回転支持軸１５に、前記マグネットロータ部３１とインペラ部３２の直径方向中心位置を貫通して装着されている。前記ポンプ室１１には前記ロータ回転支持軸１５の軸端部を支持する軸受部１６が形成され、該軸受部１６によって前記ロータ回転支持軸１５の軸端部を支持している（図１参照）。また、前記マグネットロータ部３１は、円筒形状に形成されたプラスチックマグネットにより製造されることもある。

ステータコア４は、略リング状の積層鋼板４ａに巻線５が装着されたものであり、さらに前記積層鋼板４ａは、図１，図２に示すように、外側弧状部４１と内側弧状部４２とが適宜の間隔を有して巻芯支持部４３にて接続され、平面的に見て略『Ｈ』字形状が連続した形状又は繰り返した形状をなしている〔図３（Ａ）参照〕。前記積層鋼板４ａの巻芯支持部４３には、巻線５が巻着されている。具体的には、巻芯支持部４３にコイルが多数回巻き付けられたものである。

このようにして、積層鋼板４ａに巻線５が装着され、そのまわりにインシュレータ４ｂが被覆するようにして設けられている。そして、前記巻線５を接続し、後述する回路基板８に接続するための接続端子６が飛び出すようにして設けられている〔図１（Ｂ），図３（Ｃ）参照〕。具体的には、前記巻線５の一部から引出線５ａが引き出され、該引出線５ａが前記接続端子６に巻き付けられるようにして、接続されている。前記ステータコア４は、後述する回路基板８によって、電流を制御し、磁界及び磁力の強さを制御して、前記ロータ３を回転させるものである。該ロータ３は、マグネットロータ部３１が前記ポンプハウジング１内に形成されたロータ回転支持軸１５によって、ロータ室１２内で回転自在となるように装着されている。

ステータコア４，巻線５及び接続端子６は、図１，図３（Ｂ），（Ｃ）等に示すように、樹脂被覆体７によって被覆されている。樹脂被覆体７は、合成樹脂により形成されたもので、コア被覆部７１と接続端子被覆部７２とから構成されたものである。前記コア被覆部７１は、前記ステータコア４及び巻線５が全面的に水密性を有して密閉状態で収納されるものである〔図４（Ａ）参照〕。このようなコア被覆部７１は、前記ステータコア４及び巻線５が収納可能となる形状をなしている。

さらに、前記接続端子被覆部７２は、図１（Ａ），図２等に示すように、前記コア被覆部７１から露出する接続端子６を被覆するものである。前記接続端子被覆部７２は、管状（チューブ状）に形成され、内部に接続端子６が挿通される構造となっている。前記コア被覆部７１と接続端子被覆部７２とは、一体形成され、コア被覆部７１と接続端子被覆部７２によって、その内部に収納される巻線５と接続端子６とは水密的に被覆される。具体的には、前記コア被覆部７１においてステータコア４の内側弧状部４２が位置する場所に接続端子被覆部７２が形成されている（図３参照）。

また、前記コア被覆部７１と接続端子被覆部７２とは、図５に示すように、別部材として形成される実施形態も存在する。この実施形態でも、接続端子被覆部７２は、コア被覆部７１に対して水密状に連結されるものであり、前記コア被覆部７１には、前記接続端子被覆部７２の内径に対して圧入状態で接続される管状の接続部７１ａが形成されている。そして管状の接続端子被覆部７２が前記接続部７１ａと圧入状態で接続され、コア被覆部７１と接続端子被覆部７２とが水密状に接続される。さらに、樹脂被覆体７は、樹脂の鋳込み成形によって前記ステータコア４と巻線５が埋め込まれるようにして形成される実施形態も存在する。

前記ステータコア４，巻線５及び接続端子６が樹脂被覆体７（コア被覆部７１及び接続端子被覆部７２）によって水密状に被覆されたものが略円弧ブロック形状の電磁体Ａを構成し、この電磁体Ａが略リング体を構成する〔図３（Ａ）参照〕。本発明の実施形態では、電磁体Ａに磁極が６個有るが、この磁極を８個又は１０個としたものであってもよい。その磁極の個数については、設計・実験等により決定されるものである。

前記電磁体Ａは、前述したように、ポンプハウジング１のロータ室１２に配置されるものである。該ロータ室１２は、冷却水の流通領域Ｓａであり、前記電磁体Ａは、冷却水によって冷却される。該電磁体Ａは、冷却水によって、効果的に冷却されるようにするため、前記樹脂被覆体７は、ロータ室１２内において略全面に冷却水が行き渡るように、支持部材２によって、ロータ室１２内に極小部分で支持固定されている（図１参照）。該支持部材２は、前記ロータ室１２の内周壁面と樹脂被覆体７との間に介在される部材であり、ポンプ室の適正な通水路が形成されるようになっている。また、コア被覆部７１をポンプ室１１のカバー部１ａで支持し、コア被覆部７１で通水路を形成することで支持部材２は、不要とすることもできる。

ロータ室１２内に固定された電磁体Ａの樹脂被覆体７は、前記接続端子被覆部７２が前記仕切り壁部１４に形成された連通部１４ａに連結され、前記接続端子被覆部７２内を挿通する接続端子６を回路基板収納室１３に装着された回路基板８に水密状態で接続させる。前記連通部１４ａは、仕切り壁部１４に形成された貫通孔であり、段差状の孔となっており、接続端子被覆部７２の端部と前記連通部１４ａの周囲には、Ｏリング等のシール材７３が装着され、水密性をより一層向上させることもある（図２参照）。

さらに、樹脂被覆体７において、接続端子被覆部７２を軟質な合成樹脂によって形成することもある。これは、接続端子被覆部７２を軟質な合成樹脂にて形成することによって、接続端子被覆部７２はフレキシブルな構造となり、冷却水の流通領域Ｓａにおいて、冷却水の流速の変化等が生じた場合や、外部から何らかの原因で振動衝撃等が加わった場合に、接続端子被覆部７２は冷却水の流れや、振動衝撃に対応して柔軟性を有して適宜に変形することができる。これによって、接続端子被覆部７２がコア被覆部７１から折損することを防止できる（図６参照）。また前記コア被覆部７１と前記接続端子被覆部７２とが一体形成の場合には、コア被覆部７１も軟質樹脂となる。

また、前述したように樹脂被覆体７においてコア被覆部７１と接続端子被覆部７２とを別の部材とした実施形態では、該接続端子被覆部７２を異なる長さとしたものを複数種揃えておけば、使用するポンプハウジング１のサイズが異なっても適正な長さの接続端子被覆部７２を使用することで、十分に対応することができる。たとえば、接続端子被覆部７２の長さにおいて、短いサイズＬａのものや、長いサイズＬｂのものをそろえることで、大小異なるポンプハウジング１に対応して、装着することができるものである〔図５（Ｃ）参照〕。また、コア被覆部７１は、同一形状の物が流用可能である。

上記構造により、樹脂被覆体７のコア被覆部７１は、冷却水により略全面が覆われているために巻線５の発熱の略全部が冷却水に逃げる。さらに、前記接続端子被覆部７２は、ロータ室１２内の冷却水の流通領域Ｓａによって、常時冷却される構造となり、前記接続端子被覆部７２の内部に挿通された接続端子６も冷却水によって冷却され、該接続端子６が接続する回路基板８への熱伝導を低減することができる。

（Ａ）は本発明の縦断側面図、（Ｂ）は（Ａ）の要部拡大図である。（Ａ）は接続端子被覆部付近の拡大断面図、（Ｂ）は接続端子被覆部と仕切り壁部との連結状態を示す拡大断面図である。（Ａ）は電磁体によってリング体が構成された状態を示す略示図、（Ｂ）は電磁体の横断平面図、（Ｃ）は電磁体の縦断側面図である。（Ａ）は電磁体の一部断面とした斜視図、（Ｂ）は樹脂被覆体の横断平面図、（Ｃ）は樹脂被覆体の縦断側面図、（Ｄ）は（Ｃ）の（ア）部拡大図である。（Ａ）はコア被覆部と接続端子被覆部とを別材とした実施形態の縦断側面図、（Ｂ）は（Ａ）の要部拡大図、（Ｃ）は異なる長さの接続端子被覆部を具備した樹脂被覆体の要部拡大断面図である。（Ａ）は接続端子被覆部を軟質材とした実施形態の要部拡大断面図、（Ｂ）は軟質材の接続端子被覆部をコア被覆部とは別の部材とした実施形態の要部拡大断面図である。

符号の説明

１…ポンプハウジング、５…巻線、４…ステータコア、７１…コア被覆部、
７２…接続端子被覆部、６…接続端子、８…回路基板、Ｓａ…流通領域、
Ｓｂ…非流通領域。

Claims

ポンプハウジングと、巻線が巻着されたステータコアと、該ステータコアを樹脂被覆するコア被覆部と、該コア被覆部から露出した接続端子と、該接続端子を樹脂被覆する軟質性を有してなる接続端子被覆部と、前記巻線への電流を制御する回路基板とからなり、前記コア被覆部及び前記接続端子被覆部は、一体形成されて前記ポンプハウジング内の冷却水の流通領域に設置され、前記コア被覆部は前記ポンプハウジング内に極小部分で支持固定され、前記回路基板は冷却水の非流通領域に設置されてなることを特徴とする電動ウォータポンプ。