JP5903764B2

JP5903764B2 - 電動ポンプユニット

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Publication number: JP5903764B2
Application number: JP2011053811A
Authority: JP
Inventors: 一幸川村
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2011-03-11
Filing date: 2011-03-11
Publication date: 2016-04-13
Anticipated expiration: 2031-03-11
Also published as: JP2012191772A

Description

この発明は、たとえば自動車のトランスミッション（変速機）などに油圧を供給する油圧ポンプとして使用される電動ポンプユニットに関する。

自動車のトランスミッションには油圧ポンプにより油圧が供給されるが、省エネルギなどの観点から停車時にエンジンを停止するいわゆるアイドルストップ（アイドリングストップ）を行う自動車では、アイドルストップ時にもトランスミッションへの油圧供給を確保するために、電動油圧ポンプが使用されるようになっている。

自動車のトランスミッション用電動油圧ポンプは、車体の限られたスペースに搭載されるため、コンパクト化が要求され、また、軽量化およびコスト低減も要求される。このような要求に応えるため、ポンプ、ポンプ駆動用電動モータおよび電動モータのコントローラが共通のユニットハウジング内に組み込まれた電動ポンプユニットが提案されている（たとえば特許文献１参照）。

このような従来の電動ポンプユニットでは、ポンプを構成するポンプ本体にモータハウジングが連結され、モータハウジング内に形成された密閉状のモータ室に電動モータおよびコントローラが内蔵されている。電動モータはモータ室内のポンプ本体側に配置され、ポンプ本体と反対側の電動モータの端面にコントローラの基板が固定されている。そして、基板には、コントローラを構成するコンデンサ、ＦＥＴなどの複数の電装部品（電気部品および電子部品）が取り付けられている。

また、上記の従来の電動ポンプユニットでは、モータハウジングの寸法管理の容易化および組立工数の低減を図るために、電動モータのモータステータが、モータハウジングを構成する合成樹脂製モータケースに一体に成形されている。モータステータは、環状部の内周に径方向内側に突出した複数の極部が一体に形成されたステータコアと、ステータコアに組み込まれた合成樹脂製インシュレータと、ステータコアの極部の部分にあるインシュレータに巻かれたコイルとを備えている。モータステータが合成樹脂製モータケースに一体に成形される場合、ステータコアの周方向に隣接する極部の間がモータケースで埋められることがある。

特開２０１０−０６３２２３号公報

自動車用電動ポンプユニットは自動車のエンジンルーム内に配置され、電動モータのステータコイルの発熱などにより、ステータの温度が上昇し、コントローラの部品の温度が上昇する。とくに、電解コンデンサやＦＥＴなどの部品は、自身の発熱もあって、限界温度を超えるおそれがある。これを防止するため、放熱フィンや放熱シートを用いて部品の放熱を行っているが、放熱フィンや放熱シートの設置スペースが必要で、コストも増大する。

とくに、上記のようにステータコアの周方向に隣接する極部の間が合成樹脂製モータケースで埋められて、ステータコイルがモータケースで覆われている場合、ステータコイルで発生した熱が逃げにくく、モータステータが高温になる。

この発明の目的は、上記の問題を解決し、軽量化およびコンパクト化を図るとともに、ポンプ駆動用電動モータのモータステータを冷却して、モータステータの昇温を防止できる電動ポンプユニットを提供することにある。

この発明による電動ポンプユニットは、油の吸入および吐出を行うポンプのポンプ本体に、ポンプ駆動用電動モータを内蔵したモータハウジングが固定され、電動モータのモータステータが、環状部の内周に径方向内側に突出した複数の極部が一体に形成されたステータコアと、ステータコアに組み込まれた合成樹脂製インシュレータと、ステータコアの極部の部分にあるインシュレータに巻かれたコイルとを備えている電動ポンプユニットにおいて、モータステータが、モータハウジングを構成する合成樹脂製モータケースに一体に成形されて、ステータコアの周方向に隣接する極部の間がモータケースによって埋められており、金属製伝熱部材が、極部の間のモータケース内に配置されて、ポンプ本体に接触させられていることを特徴とするものである。

ポンプ本体に、ポンプ駆動用電動モータを内蔵したモータハウジングが固定されているので、電動ポンプユニットの軽量化およびコンパクト化を図ることができる。さらに、モータステータがモータハウジングを構成する合成樹脂製モータケースに一体に成形されているので、モータハウジングの寸法管理が容易で、組立工数が低減する。

電動モータは、たとえば、ポンプに連結されたモータ軸、モータ軸に固定状に設けられたモータロータおよび上記のように合成樹脂製モータケースに一体に成形されたモータステータを備えている。

伝熱部材は、たとえば、アルミニウム合金製である。

電動モータおよびそれによるポンプの作動時に、ポンプ本体内を比較的低温の油が流れる。ポンプ本体は、アルミニウム合金などの金属製で、伝熱性が良く、熱容量が大きい。ステータコアの極部の間のモータケースの部分に配置された伝熱部材は、金属製で、伝熱性が良く、熱容量が大きい。そして、極部に巻かれたステータコイルで発生した熱が、伝熱部材を伝わってポンプ本体に放熱される。それにより、モータステータが冷却され、その温度上昇が防止される。

モータハウジング内に電動モータのコントローラも内蔵されている場合、モータステータの温度上昇が防止されることにより、コントローラの部品の温度上昇も防止される。

伝熱部材は、ポンプハウジングに固定されていてもよい。伝熱部材は、ポンプハウジングに固定されずに、接触させられていてもよい。その場合、伝熱部材は、ポンプハウジングに直接接触させられていてもよいし、放熱シートなどを介してポンプハウジングに接触させられていてもよい。

たとえば、モータハウジング内に、ポンプ駆動用電動モータおよび電動モータを制御するコントローラが内蔵されており、ポンプ本体の反対側の部分においてモータケースから露出した金属製伝熱部材の先端面に、コントローラの基板を固定するためのねじ穴が形成されている。

この場合、コントローラの基板が、伝熱部材の先端面に当てられ、伝熱部材のねじ穴にねじはめられたねじ部材により固定される。このため、他に基板の固定手段を設ける必要がない。

この発明の電動ポンプユニットによれば、上記のように、軽量化およびコンパクト化を図るとともに、ポンプ駆動用電動モータのモータステータを冷却して、モータステータの昇温を防止することができる。

図１は、この発明の第１実施形態を示す電動ポンプユニットの主要部の縦断面図である。図２は、図１の電動ポンプユニットの主要部の横断面図である。図３は、この発明の第２実施形態を示す電動ポンプユニットの主要部の縦断面図である。図４は、図３の電動ポンプユニットの主要部の横断面図である。図５は、図３の電動ポンプユニットの主要部の斜視図である。図６は、図３の電動ポンプユニットの伝熱部材を示す斜視図である。

以下、図面を参照して、この発明を自動車のトランスミッション用電動ポンプユニットに適用した実施形態について説明する。

図１および図２は、第１実施形態を示している。

図１は、電動ポンプユニットの主要部の縦断面図である。以下の説明において、図１の左側を前、右側を後とする。

図１に示すように、電動ポンプユニットは、ユニットハウジング(1)内に、油の吸入および吐出を行うポンプ(2)、ポンプ駆動用電動モータ(3)ならびに電動モータ(3)のコントローラ(4)が一体に組み込まれたものである。この例では、ポンプ(2)は内接歯車ポンプ、モータ(3)は３相巻線を有するセンサレス制御ＤＣブラシレスモータである。

ユニットハウジング(1)は、ポンプ(2)のポンプ本体(5)ならびに電動モータ(3)およびコントローラ(4)を内蔵したモータハウジング(6)よりなる。

ポンプ本体(5)は、後側のポンプハウジング(7)と前側のポンププレート(8)よりなる。ポンプハウジング(7)は、前後方向と直交する方向に広がりを持つ厚肉板状のものであり、その中心に、前部が開口したポンプ室(9)が形成されている。ポンプハウジング(7)の前面に、ポンププレート(8)がＯリング(10)を介して固定され、ポンプ室(9)の前面が塞がれている。ポンプ室(9)内に、アウタギヤ(11)が回転自在に収容され、アウタギヤ(11)の内側に、これとかみ合うインナギヤ(12)が配置されている。図示は省略したが、ポンプハウジング(7)およびポンププレート(8)には、油吸入ポートおよび油吐出ポートが形成され、ポンププレート(8)には、油吸入ポートに連通する油吸入穴および油吐出ポートに連通する油吐出穴が形成されている。ポンプハウジング(7)およびポンププレート(8)は、たとえば、アルミニウム合金製である。

モータハウジング(6)は、円筒状の合成樹脂製モータケース(13)と、モータケース(13)の後端に固定された円板状の蓋(14)とからなる。モータケース(13)の前端が、Ｏリング(15)を介してポンプハウジング(7)の後面に固定されている。ポンププレート(8)、ポンプハウジング(7)およびモータケース(13)は、それらの外周から径方向外側に突出するように一体に形成された複数の連結部(8a)(7a)(13a)の部分において、ボルト(16)により互いに固定されている。モータケース(13)の後端開口が、蓋(14)により塞がれている。

ポンプハウジング(7)の後端面の中心に、モータケース(13)より小径の円筒部(7b)が一体に形成され、円筒部(7b)内の後部に設けられた軸受装置(17)により、前後方向にのびるモータ軸(18)が片持ち支持されている。この例では、軸受装置(17)は、前後に隣接する２個の転がり軸受である単列深みぞ玉軸受(19)よりなり、各軸受(19)の内輪(19a)がモータ軸(18)に固定され、外輪(19b)が円筒部(7b)に固定されている。この例では、軸受(19)はグリース潤滑の密封型軸受である。モータ軸(18)の前部は、ポンプハウジング(7)の後壁に形成された穴(21)の部分を貫通してポンプ室(9)内に進入し、その前端部にインナギヤ(12)が嵌合固定されている。円筒部(7b)内の軸受装置(17)より前側の部分とモータ軸(18)の間に、オイルシール(22)が設けられている。

円筒部(7b)より後方に突出したモータ軸(18)の後端部に、モータ(3)を構成するモータロータ(23)が固定されている。ロータ(23)は、モータ軸(18)の後端から半径方向にのびかつ軸受装置(17)の外周を囲む円筒状のロータ本体(24)の外周部に合成樹脂製の永久磁石保持部材(25)が固定状に設けられ、保持部材(25)を周方向に等分する複数箇所にセグメント形状の永久磁石(26)が保持されたものである。モータ軸(18)、ロータ(23)およびポンプ(2)のインナギヤ(12)を含む回転部分の重心の軸方向位置が、軸受装置(17)の軸方向範囲内にある。この例では、上記重心の軸方向位置が、軸受装置(17)を構成する２個の玉軸受(19)の間にある。

ロータ(23)に対向するモータケース(13)の内周に、モータ(3)を構成するモータステータ(27)が固定状に設けられている。ステータ(27)は、積層鋼板よりなるステータコア(28)にインシュレータ（合成樹脂製絶縁体）(29)が組み込まれ、インシュレータ(29)の部分にステータコイル(30)が巻きつけられたものである。この例では、ステータ(27)は、モータケース(13)の内周部に一体にモールドされている。

インシュレータ(29)の後端に、コントローラ(4)の基板(31)が固定され、基板(31)に、コントローラ(4)を構成する部品(32)が取り付けられている。図１には基板(31)の前面に取り付けられた部品(32)が１個だけ示されているが、部品は基板(31)の前面および後面の少なくとも一方の所定位置に配置される。図１に示された部品(32)は、たとえば電解コンデンサである。

図２は、モータケース(13)とステータ(27)の成型体を示す横断面図（後から見た横断面図）である。

図２に詳細に示すように、コア(28)は、環状部(28a)の内周を周方向に等分する複数箇所（この例では６箇所）に径方向内側に突出した極部(歯部）(28b)が一体に形成されたものである。各極部(28b)の先端部は周方向両側にのび、その内周面は１つの円筒面を形成している。

インシュレータ(29)は、前後１対の半体(33)(34)よりなる。各半体(33)(34)は、たとえばＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹脂）などの合成樹脂により成型され、環状部(28a)の外周面と極部(28b)の内周面を除くコア(28)の表面を覆うように、コア(28)に前後両側から組み込まれている。各半体(33)(34)には、コア(28)の極部(28b)の内周面を除く部分を覆うコイル装着部(33a)(34a)が形成されている。コア(28)の各極部(28b)において、両半体(33)(34)のコイル装着部(33a)(34a)で覆われた部分に、コイル(30)が巻かれている。後側半体(34)のコイル装着部(34a)の径方向外側の部分を周方向に等分する複数箇所（この例では６箇所）に、後方にのびた基板用突起部(34b)が一体に形成されている。各突起部(34b)の後端部の内側に、内周にめねじが形成された金属製めねじ部材(35)が埋め込まれている。

モータケース(13)は、型を用いてたとえばＰＡ６６（ポリアミド６６）などの合成樹脂をステータ(27)の外周側の部分にモールドすることにより、ステータ(27)と一体化されている。コア(28)の極部(28b)の内周面、インシュレータ(29)のコイル装着部(33a)(34a)の内周面および突起部(34b)の後端面を除いて、ステータ(27)の表面がモータケース(13)で覆われている。モータケース(13)の外周に、複数のピン(36)を備えたコネクタ(37)が一体に形成されている。

蓋(14)は、合成樹脂製で、熱溶着などの適宜な手段により、モータケース(13)の後端に固定されている。

コントローラ(4)の基板(31)は、インシュレータ(29)の突起部(34b)のめねじ部材(35)にねじはめられたねじ(39)によりインシュレータ(29)に固定されている。図示は省略したが、インシュレータ(29)とモータケース(13)の成型体には複数のバスバーが組み込まれており、これらのバスバーを用いて、ステータ(27)のコイル(30)が互いに電気的に接続されるとともに、基板(31)に電気的に接続されている。インシュレータ(29)の６つの突起部のうちの３つにおいて、バスバーの一端部が端面に露出して、基板(31)に電気的に接続されるようになっている。コネクタ(37)のピン(36)も、基板(31)に電気的に接続されている。

コア(28)の極部(28b)の間にあるモータケース(13)の部分（極部間部分）(13b)に、この部分を前後方向に貫通する穴(40)が形成されている。前後方向にのびる金属製伝熱部材(41)が穴(40)に挿入され、伝熱部材(41)の前端面がポンプハウジング(7)に接触させられている。モータケース(13)の極部間部分(13b)は６つあるが、この例では、６つの極部間部分(13b)の全てに伝熱部材(41)が１つずつ配置されている。伝熱部材(41)は、たとえば、アルミニウム合金製である。たとえば、伝熱部材(41)はポンプハウジング(7)に固定され、モータケース(13)の成形時に極部間部分(13b)に穴(40)が形成されており、モータケース(13)をポンプハウジング(7)に組み付けるときに、伝熱部材(41)が穴(40)に挿入される。あるいは、たとえば、伝熱部材(41)は、モータケース(13)の極部間部分(13b)に一体に成形されており、モータケース(13)をモータハウジング(7)に組み付けることにより、モータハウジング(7)に接触させられる。この場合、伝熱部材(41)の前端面は、モータハウジング(7)に直接接触させられてもよいし、モータハウジング(7)との間に挟まれた放熱シートなどを介してモータハウジング(7)に接触させられてもよい。

電動モータ(3)およびそれによるポンプ(2)の作動時に、ポンプ本体(5)内を比較的低温の油が流れる。ポンプ本体(5)は、アルミニウム合金などの金属製で、伝熱性が良く、熱容量が大きい。モータケース(13)の極部間部分(13b)に配置された伝熱部材(41)は、アルミニウム合金などの金属製で、伝熱性が良く、熱容量が大きい。そして、コア(28)の極部(28b)に巻かれたコイル(30)で発生した熱が、伝熱部材(41)を伝わってポンプ本体(5)に放熱される。それにより、モータステータ(27)が冷却され、その温度上昇が防止される。モータステータ(27)の温度上昇が防止されることにより、コントローラ(4)の基板(31)上の部品(32)の温度上昇も防止される。

上記の例では、モータケース(13)の１つの極部間部分(13b)に１つの伝熱部材(41)が設けられているが、１つの極部間部分(13b)に複数の伝熱部材が設けられてもよい。伝熱部材は、全ての極部間部分(13b)に設けられるのが好ましいが、一部の極部間部分(13b)に設けられてもよい。

図３〜図６は、第２実施形態を示している。

図３は第１実施形態の図１に相当する電動ポンプユニットの主要部の縦断面図、図４は第１実施形態の図２に相当するモータケース(13)とステータ(27)の成型体を後から見た横断面図、図５は同成型体を後から見た斜視図、図６は伝熱部材(42)の斜視図である。図３〜図５において、第１実施形態と同じ部分には同一の符号を付している。

第２実施形態の場合、伝熱部材(42)は、板状円環部(42a)の後面に後方にのびる複数（この例では３つ）の伝熱棒状部(42b)が周方向に等間隔をおいて設けられたものである。モータケース(13)の１つおきの３つの極部間部分(13b)に、この部分を前後方向に貫通する穴(40)が形成されている。伝熱部材(42)の棒状部(42b)が穴(40)に挿入され、円環部(42a)がモータケース(13)の前端面に接触させられている。モータケース(13)がポンプハウジング(7)に固定された状態で、円環部(42a)が、ポンプハウジング(7)の後面に形成された環状みぞ(43)にはめられて、ポンプハウジング(7)に接触させられている。棒状部(42b)の後部はモータケース(13)より後方に突出しており、その後端面にねじ穴(44)が形成されている。コントローラ(4)の基板(31)は、棒状部(42b)のねじ穴(44)にねじはめられたねじ(45)により棒状部(42b)に固定されている。

伝熱部材(42)は、モータケース(13)と一体に形成されてもよいし、モータケース(13)の成型後にそれに組み込まれてもよい。

コントローラ(4)の基板(31)は伝熱部材(42)の棒状部(42b)を利用して固定されるので、インシュレータ(29)の後側半体(34)には、コイル(30)を基板(31)に電気的に接続するために必要な３つの突起部(34b)だけが設けられている。図５には、これら３つの突起部(34b)と、コイル(30)を基板(31)に電気的に接続するための３つのバスバー(47)が示されている。バスバー(47)はＵ字状をなし、その両端部を除く部分がモータケース(13)に埋め込まれている。各バスバー(47)の一端部（コイル側端部）(47a)は突起部(34b)のないモータケース(13)の後面から後方に突出し、他端部（基板側端部）(47b)は突起部(34b)の後端面のめねじ部材(35)の周囲に露出している。各バスバー(47)のコイル側端部(47a)は、コイル(30)に接続される。そして、基板(31)がねじ(39)で突起部(34b)に取り付けられることにより、バスバー(47)が基板(31)に電気的に接続され、それにより、コイル(30)が基板(31)に電気的に接続される。

他は、第１実施形態の場合と同様である。

第２実施形態の場合も、第１実施形態の場合と同様、コイル(30)で発生した熱が、伝熱部材(42)の棒状部(42b)および円環部(42a)を伝わってポンプ本体(5)に放熱される。

上記の例では、伝熱部材(42)の棒状部(42b)が、モータケース(13)の３つの極部間部分(13b)に配置されているが、全ての極部間部分(13b)に配置されてもよい。その場合、基板(31)の固定に必要な少なくとも３つの棒状部(42b)以外の棒状部については、後端面にねじ穴を設ける必要がなく、モータケース(13)の後面より後方に突出させる必要もない。また、インシュレータ(29)の突起部(34b)、めねじ部材(35)、ねじ(39)およびバスバー(47)は、コイル(30)を基板(31)に電気的に接続するために設けられているが、突起部(34b)などを設けずに、他の手段によってコイル(30)を基板(31)に電気的に接続するようにしてもよい。

上記の実施形態では、モータロータ(23)が、円筒状のロータ本体(24)の外周部に固定状に設けられた合成樹脂製の永久磁石保持部材(25)に、複数の永久磁石(26)が保持されているものであるから、永久磁石(26)をロータ本体(24)に接着剤で固定する必要がなく、永久磁石(26)の剥がれのおそれがない。

電動ポンプユニットの全体構成および各部の構成は、上記実施形態のものに限らず、適宜変更可能である。

また、この発明は、トランスミッション用電動ポンプユニット以外の電動ポンプユニットにも適用できる。

(2) ポンプ
(3) 電動モータ
(4) コントローラ
(5) ポンプ本体
(6) モータハウジング
(13) モータケース
(13b) 極部間部分
(27) ステータ
(28) コア
(28a) 環状部
(28b) 極部
(29) インシュレータ
(30) ステータコイル
(31) 基板
(41)(42) 伝熱部材
(42b) 伝熱棒状部
(44) ねじ穴

Claims

油の吸入および吐出を行うポンプのポンプ本体に、ポンプ駆動用電動モータを内蔵したモータハウジングが固定され、電動モータのモータステータが、環状部の内周に径方向内側に突出した複数の極部が一体に形成されたステータコアと、ステータコアに組み込まれた合成樹脂製インシュレータと、ステータコアの極部の部分にあるインシュレータに巻かれたコイルとを備えている電動ポンプユニットにおいて、
モータステータが、モータハウジングを構成する合成樹脂製モータケースに一体に成形されて、ステータコアの周方向に隣接する極部の間がモータケースによって埋められており、少なくとも棒状部を有する金属製伝熱部材の該棒状部が、極部の間のモータケース内のステータコイルに挟まれる位置に配置されて、内部を油が流れるポンプ本体に接触させられていることを特徴とする電動ポンプユニット。
モータハウジング内に、ポンプ駆動用電動モータおよび電動モータを制御するコントローラが内蔵されており、ポンプ本体の反対側の部分においてモータケースから露出した金属製伝熱部材の先端面に、コントローラの基板を固定するためのねじ穴が形成されていることを特徴とする請求項１の電動ポンプユニット。