JP5567377B2

JP5567377B2 - 電動ウォーターポンプ

Info

Publication number: JP5567377B2
Application number: JP2010095927A
Authority: JP
Inventors: 啓祐若林; 真典梅野; 信幸樺澤
Original assignee: Yamada Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Apic Yamada Corp
Priority date: 2010-04-19
Filing date: 2010-04-19
Publication date: 2014-08-06
Anticipated expiration: 2030-04-19
Also published as: US8476795B2; JP2011226352A; US20110254410A1

Description

本発明は、電動ウォーターポンプの回路基板においてホールＩＣを最適位置に安定且つ耐久性のある状態で装着することができる電動ウォーターポンプに関する。

近年車両の電動化，ハイブリッド化の進展により車両への電動ウォーターポンプの搭載が増加している。電動ウォーターポンプの中でもモータの機能を有する部分とポンプの機能を有する部分が一体となった、いわゆる一体型の電動ウォーターポンプが使用されることが多い。一体型の電動ウォーターポンプでは、モータの固定子の役割を担うステータコア及びコイルからなるステータと，モータの回転子の役割を担うインナーマグネットと，該インナーマグネットと一体化されたインペラとが配置されている。そしてコイルへの通電を制御することによりステータの磁力を制御し、インナーマグネットを持続的に滑らかに回転させている。

ステータは固定されているがインナーマグネットは回転するため、ステータの磁極とインナーマグネットの磁極との相対角度は時々刻々と変化していく。そしてステータの磁極とインナーマグネットの磁極との相対角度が、ある決められた角度である決められた大きさでステータに磁力を発生させることでインナーマグネットを持続的に滑らかに回転させている。上記動作を達成するためインナーマグネットの磁界の大きさを測定することによって、その時々のインナーマグネットの磁極の角度方向の位置（位相）を検知しており、磁界の向き及び大きさを測定する手段として、ホールＩＣが広く一般に使用されている。

特開２００１−３０４１６７

ホールＩＣにてインナーマグネットの磁極の位相を検知する構成が開示された例として、特許文献１が挙げられる。まず特許文献１の従来の技術及び図３の構成では、羽根車(3)に着磁部(3c)が設けられ、該着磁部(3c)の磁界の大きさを測定する検出部(9)が設けられている。検出部(9)は、プリント基板(7)に一体的に形成された保持部(9a)に固定され配線されている。検出部(9)からの電気信号に対応してコイル(6)に羽根車(3)を回転させるた
めの駆動電力を供給する制御部(10)が配置されている。

しかしながら羽根車(3)の回転位置を検出するための検出信号としては、円筒部(3a)の
内面に着磁された着磁部(3c)の磁束を拾うように構成されているので、検出部(9)は、プ
リント基板(7)から離れた位置の着磁部(3c)に対向する位置に長尺な保持部(9a)を介して
配置する必要があり、保持部(9a)の歪等により検出のための位置精度を確保するのが困難となる。また、羽根車(3)が片持ち式に固定軸(15)に軸支されているので、円筒部(3a)が
揺動し検出部９との相対隙間が変化し易いので、検出のための位置精度を確保するのが困難となる。

また、特許文献１の実施例及び図１の構成では、プリント基板(22)に端子(13a,13b)を
介してコイル(6)が結合されており、ステータ(5)とプリント基板(22)とはそれぞれが直接連結されて固定されているものでは無いため、組み付け時にステータ(5)とプリント基板(22)の相対位置は誤差を含んだものとなる。そのためステータ(5)と検出部(21)との相対位
置も組み付け誤差を含んだものとなるため、ステータ(5)の磁極の切り替えタイミングに
誤差を含む可能性があり、モータとしての性能・特性を安定化させることには限界があった。

また、羽根車(20)の先端面(20b）の軸方向に対応した位置に検出部(21)が面実装されているため、ポンプ全体としての軸方向の長さが長くなってしまうという課題もあった。本発明が解決しようとする課題（技術的課題又は目的）は、電動ウォーターポンプの回路基板において、ホールＩＣを最適位置に安定且つ耐久性のある状態で装着することができ、しかも極めて簡単な構成にすることにある。

そこで、発明者は、上記課題を解決すべく、鋭意，研究を重ねた結果、請求項１の発明を、モータハウジングと、樹脂製のインシュレータにて被覆されたステータコアとコイルとからなるステータと、回路基板と、該回路基板に装着されるホルダと、該ホルダに装着されるホールＩＣとからなり、前記ホルダの底面部が前記回路基板の所定位置に固定され、前記インシュレータには、前記ホルダが挿入されるホルダ収納部が形成され、前記モータハウジング内に前記ステータが配置固定され、前記回路基板が前記モータハウジングに適正に装着されると共に、前記ホルダが前記ホルダ収納部に挿入支持され、前記インシュレータには周方向に複数の筋状の空隙となるスロットが形成され、前記ホルダ収納部は前記任意のスロットに連続形成され、前記ホルダの頂面部には前記スロットに挿入支持される固定突起条が形成されてなる電動ウォーターポンプとしたことにより、上記課題を解決した。

請求項１の発明では、ホールＩＣを装着するホルダを備え、該ホルダは回路基板に固定されている。また、ステータのインシュレータには、前記ホルダを収納するホルダ収納部を設けている。よって、モータハウジングにステータ及び回路基板を装着固定するのみで、ホールＩＣが装着されたホルダは、回路基板とホルダ収納部によって安定した状態で固定され、極めて簡単な構成にて正確な位置に取り付けることができる。また、ステータのインシュレータにホルダ収納部が形成され、ホルダが納められるので、電動ウォーターポンプは径方向及び軸方向に寸法が拡大することは無く、省スペース化を実現することもできる。これは、配置されるべき部材であるインシュレータ内をホルダ収納部として使用することで、スペースの増大を無くしている。

さらに請求項１の発明では、ホルダの頂面部に固定突起条が形成され、該固定突起条がステータの空隙部であるスロットに挿入される構成としたことで、ホルダの上下両側が回路基板とスロットによって確実に固定されることになる。これは、ホルダが上下方向において両端支持構成となり、ホールＩＣは、ホルダを介して確実に設置されるため、外部からの振動の影響を受けても、ホールＩＣ自身の振動を抑制できる。したがって、インナーマグネットの正確な磁界の測定が行え、もってより一層高い精度で正確なモータ制御を行うことが可能となる。

（Ａ）は本発明の縦断側面図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ1−Ｘ1矢視断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＸ2−Ｘ2矢視断面図である。（Ａ）はステータと回路基板とホルダとを組み付けた状態の一部切除した斜視図、（Ｂ）はステータと回路基板とホルダとを組み付けた状態の横断平面図。（Ａ）は回路基板とホルダの斜視図、（Ｂ）は図２（Ａ）のＹ1−Ｙ1矢視図である。（Ａ）はホルダにホールＩＣを装着した斜視図、（Ｂ）はホルダの斜視図、（Ｃ）はホルダの平面図、（Ｄ）はホルダの下面図、（Ｅ）は（Ｂ）のＸ3−Ｘ3矢視断面図、（Ｆ）は（Ｂ）のＹ2−Ｙ2矢視断面図である。（Ａ）はホルダが装着された回路基板とステータとを組み付けようとする断面図、（Ｂ）はステータにホルダが装着された一部切除した斜視図、（Ｃ）はステータにホルダを組み付けようとする一部切除した斜視図である。

以下、本発明の実施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、モータ部Ａとポンプ部Ｂとから構成されている。さらにモータ部Ａは、モータハウジング１と，ステータ２と，インナーマグネット３と，シャフト４と，回路基板５と，ホルダ６と，ホールＩＣ７とから構成される。モータハウジング１は、樹脂製であり、内部に前記ステータ２及びインナーマグネット３が配置される。

モータハウジング１には、円筒カップ形状の隔壁部１１が形成されている（図１参照）。該隔壁部１１の周壁部１１ａと底部１１ｂとから構成され、該底部１１ｂには軸支部１１ｃが形成されている〔図１（Ａ）参照〕。該軸支部１１ｃには、シャフト４が装着され、隔壁部１１の内方側にインナーマグネット３が前記シャフト４によって回転自在に軸支され、前記隔壁部１１の周壁部１１ａの外側にステータ２が装着されるようになっている。すなわち、ステータ２とインナーマグネット３とは隔壁部１１によって水密的に仕切られる構造となる。

モータハウジング１は、前記隔壁部１１の開口部から外方に向かってハウジングベース１２が形成されている。ハウジングベース１２の下面はベース開口部１２ａが形成され、該ベース開口部１２ａからモータハウジング１内にステータ２及び回路基板５が装着される構成である。ステータ２の具体的構成については、後述する。

インナーマグネット３は、後述するインペラ９が一体形成されたものである。インナーマグネット３は円筒形状のマグネット材３１に樹脂製のマグネット外筒部３２にて被覆され、マグネット材３１の直径中心には前記シャフト４が挿通する軸孔３３が形成されている。インナーマグネット３は、周方向に沿って角度が均等となるように偶数の磁極が形成されている〔図２（Ｂ）参照〕。なお、マグネット材３１と、樹脂製のマグネット外筒部３２はプラスチックマグネットにて一体形成しても良い。

回路基板５は、前記モータハウジング１の隔壁部１１の底部１１ｂに近接するようにしてベース開口部１２ａに配置され、回路基板５が前記シャフト４に対して垂直となるようにしてモータハウジング１内に配置される。回路基板５には、コイルに電力を供給する電子部品群と、該電力を供給する電子部品群を制御する電子部品群が配置されている。回路基板５上の電子部品は、モータハウジング１に一体形成されたコネクタから電力を供給される。

モータハウジング１のベース開口部１２ａから封止樹脂ｒが流し込まれ、加熱固化させることで、回路基板５及びモータ部Ａの全領域が封止樹脂ｒにて被覆される。このような構成によりステータ２，回路基板５及び該回路基板５上の電子部品等のポンプ部Ｂ以外の部材が封止樹脂ｒで包まれる。封止樹脂ｒは放熱，防塵，水かかり防止（防水）等の機能を有する。

ホールＩＣ７は、インナーマグネット３の磁極の位相を検知する役目をなすセンサである。インナーマグネット３を滑らかに回転させ続けるためには、ステータ２のコイル２７に順番に電力を供給する。コイル２７に電力を供給するタイミングは、インナーマグネッ
ト３の磁極の位相（角度位置）を検知することによって判断している。ホールＩＣ７とは、磁界の向きと大きさを測定するセンサであり、このホールＩＣ７にてインナーマグネット３の磁極の位相を検知し、その磁極の位相を基に制御を行い、適切なタイミングで適切な大きさの電力をコイル２７に供給する。ホールＩＣ７は、ホルダ６に装着される。

ホルダ６は、回路基板５の所定位置に取り付けられる〔図３（Ａ）参照〕。すなわち、回路基板５がモータハウジング１のベース開口部１２ａ内に適正に装着された状態で、前記ホールＩＣ７の向きがインナーマグネット３の直径中心に向かうように回路基板５に設置される〔図１（Ｂ），（Ｃ）及び図２（Ｂ）参照〕。ホルダ６は、図４（Ａ）乃至（Ｅ）に示すように、略五角柱形状の筐体状に形成されたものであり、高さ方向の一端の底面部６１が回路基板５の所定位置に当接している。ホルダ６の回路基板５への装着については、前記底面部６１に３つの小突起状の取付ピン６１ａ，６１ａ，…が形成され、該取付ピン６１ａ，６１ａ，…が回路基板５の所定位置に形成された３つの取付孔５ａ，５ａ，…に挿入されることによって固定される〔図３（Ｂ），図４（Ｆ）参照〕。ホルダ６の取付ピン６１ａは、回路基板５の取付孔５ａに対して圧入嵌合される程度の構成であることが好ましく、また必要に応じて、取付ピン６１ａと取付孔５ａとが接着剤によって、固着されてもよい。

ホルダ６の側面部６２は、５つの面からなるものであり、回路基板５をモータハウジング１のハウジングベース１２に適正に装着した状態で、前記隔壁部１１の周壁部１１ａに近接した位置に正面６２ａが位置する。該正面６２ａを幅方向両側に位置する２つ横側面６２ｂ，６２ｂにおいて、１つの横側面６２ｂは正面６２ａに対して略直角に形成され、他方の面は鈍角となるように形成されている。また、前記正面６２ａと背面６２ｃとは、略平行である。残りの面は、特に限定されるものではない。

ホルダ６の前記正面６２ａの上方には、素子支持部６４が形成されている。該素子支持部６４は、ホールＩＣ７が装着される凹状収納部である〔図４（Ｂ），（Ｃ）参照〕。素子支持部６４は、略直方体状に凹む空隙であり、ホルダ６の頂面部６３からホールＩＣ７を挿入するようにして装着できる構成となっている〔図４（Ａ）参照〕。素子支持部６４の幅方向両側には、幅方向中心に向かうと共に上下方向に沿う突起条６４ａ，６４ａが形成される。両突起条６４ａ，６４ａは、左右対称に形成され、両突起条６４ａ，６４ａ間から素子支持部６４に収納されたホールＩＣ７の検知面となる素子本体７１が露出する〔図４（Ａ）参照〕。

また、前記素子支持部６４の下方には、素子リード７２，７２，…が挿通するリード支持通路６５，６５，…が形成されている。前記ホールＩＣ７の素子リード７２，７２，…は、３本有り、前記リード支持通路６５も３個形成される。そして、リード支持通路６５，６５，…は、ホルダ６の正面６２ａにおいて、前記素子支持部６４の下端より溝状に２本形成され、残りの１個は、ホルダ６内において貫通孔状に形成されている〔図４（Ｃ）乃至（Ｆ）参照〕。

ホールＩＣ７の３本の素子リード７２，７２，…は、その先端が三角形の頂点を構成するようにして回路基板５に設置されるので、ホルダ６内部のリード支持通路６５は、他のリード支持通路６５，６５に対してホルダ６の底面部６１に向かうに従い次第に間隔が広がるように形成されている。このときホルダ６内を貫通孔として形成されたリード支持通路６５は、素子支持部６４の下端に略長方形状の開口が形成され、底面部６１に向かって次第に略正方形となるように狭くなる形状に形成されている〔図４（Ｆ）参照〕。ホルダ６の頂面部６３には、一方側の横側面６２ｂに沿って固定突起条６６が形成されている〔図４（Ｂ），（Ｃ）参照〕。該固定突起条６６は、横側面６２ｂの全長に亘って形成される。

前記ステータ２のインシュレータ２４には、ホルダ収納部２６が形成されている〔図２（Ａ），図３（Ｂ），図５（Ｂ）参照〕。ステータ２は、複数の磁極が形成されるものであって、鉄合金からなるステータコア２１と、ティース部２２と、該ステータコア２１を覆う樹脂製のインシュレータ２４と、該インシュレータ２４及びステータコア２１を多数回巻くコイル２７とからなる〔図２（Ｂ）参照〕、ステータコア２１とティース部２２とは、一体的に形成され、ステータコア２１が外周側で、ティース部２２が内周側となるようにして配置され、樹脂製のインシュレータ２４によって被覆され、完全な円環形状としたステータ２を構成している〔図２（Ｂ）参照〕。

ステータ２は、前述したように、外周側は完全な円環形状になっているが、内周側に円環状に配列されたティース部２２，２２，…の隣接箇所で、インシュレータ２４に離間した空隙部であるスロット２５，２５，…が存在する。ステータコア２１とティース部２２とはそれぞれ、偶数個が設けられたもので、具体的には６個設けられている。したがって、前記スロット２５，２５，…は６個存在する。

ステータコア２１の略全体を覆うように樹脂製の薄いインシュレータ２４が形成されている。つまりステータコア２１が樹脂製のインシュレータ２４にて覆われ、ステータコア２１にインシュレータ２４を介してコイル２７が巻き付けられている。インシュレータ２４は、ステータコア２１及びティース部２２を被覆している部分とステータコア２１及びティース部２２が存在しない樹脂肉部分のみの箇所が存在する。すなわち、インシュレータ２４は、ステータコア２１とティース部２２とを被覆すると同時にステータコア２１とティース部２２よりも大きめの体積を有するように形成される〔図１（Ａ），図３（Ｂ）参照〕。

そして、インシュレータ２４の回路基板５寄りの部分は、樹脂肉部のみとなるように構成され、ホルダ収納部２６を形成しても、前記ステータコア２１及びティース部２２とは全く干渉しないようにできる〔図３（Ｂ）参照〕。前述したように、ステータ２の下方位置では、インシュレータ２４内に、前記ステータコア２１及びティース部２２が存在しない、樹脂肉部のみの部分が存在する。この樹脂肉部のみの部分にホルダ収納部２６が形成されており、該ホルダ収納部２６にホルダ６が収まり、前記スロット２５に固定突起条６６が挿入する〔図２，図３（Ｂ）参照〕。

ステータコア２１のホルダ収納部２６が形成される部位は、インナーマグネット３から最も遠い部分であり、この部分には、前述したように、ステータコア２１及びティース部２２が存在しない。インナーマグネット３から最も遠い部分であっても、ホールＩＣ７は、インナーマグネット３の他の部位と同様に磁力を測定することができる範囲である。ホールＩＣ７が装着されたホルダ６が、モータハウジング１に固定されたステータ２のインシュレータ２４のホルダ収納部２６に収納され、ホルダ６の底面部６１が回路基板５に支持固定されている。さらに、ホルダ６の頂面部６３に形成された固定突起条６６がステータ２のスロット２５に挿入支持される。

このようにして、ホルダ６は底面部６１，側面部６２及び頂面部６３が全て支持されることになる〔図２（Ａ），図３（Ｂ）参照〕。これにより、ホルダ６は、上下方向両端及び中間が確実に支持され、ホルダ６に装着されたホールＩＣ７も正確に配置され、車両から伝達されてくる振動やポンプ自身から発生する振動がホールＩＣ７に到達しても、該ホールＩＣ７の振動を最小限に抑えられるため、正確な磁力の測定が行え、結果としてモータ制御が正確に行えるものである。

ポンプ部Ｂは、樹脂製のポンプカバー部８と、樹脂製のインペラ９とからなる〔図１（
Ａ）参照〕。ポンプカバー部８は、冷却水を吸入する吸入口８１と，冷却水を吐出する吐出口８２と，前記シャフト４の軸方向一端を軸支する軸支部８３が設けられている。インペラ９は、前記インナーマグネット３と一体的に組み合わされてモータ部Ａの働きによりインペラ９が回転し、インペラ９が冷却水を吸入口から吸込み、吐出口から吐き出す。

１…モータハウジング、２…ステータ、２１…ステータコア、
２４…インシュレータ、２５…スロット、２６…ホルダ収納部、
３…インナーマグネット、５…回路基板、６…ホルダ、６６…固定突起条、
７…ホールＩＣ、９…インペラ。

Claims

モータハウジングと、樹脂製のインシュレータにて被覆されたステータコアとコイルとからなるステータと、回路基板と、該回路基板に装着されるホルダと、該ホルダに装着されるホールＩＣとからなり、前記ホルダの底面部が前記回路基板の所定位置に固定され、前記インシュレータには、前記ホルダが挿入されるホルダ収納部が形成され、前記モータハウジング内に前記ステータが配置固定され、前記回路基板が前記モータハウジングに適正に装着されると共に、前記ホルダが前記ホルダ収納部に挿入支持され、前記インシュレータには周方向に複数の筋状の空隙となるスロットが形成され、前記ホルダ収納部は前記任意のスロットに連続形成され、前記ホルダの頂面部には前記スロットに挿入支持される固定突起条が形成されてなることを特徴とする電動ウォーターポンプ。