JP6042746B2

JP6042746B2 - 電動ポンプ

Info

Publication number: JP6042746B2
Application number: JP2013034975A
Authority: JP
Inventors: 義彦本田
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd
Priority date: 2013-02-25
Filing date: 2013-02-25
Publication date: 2016-12-14
Anticipated expiration: 2033-02-25
Also published as: US20140241903A1; US10161415B2; DE102014002476A1; DE102014002476B4; JP2014163279A

Description

本明細書では、ポンプ部と、ポンプ部を駆動するモータ部とを備える電動ポンプを開示する。

特許文献１には、ポンプ部とポンプ部を駆動するモータ部とを備える燃料ポンプが開示されている。モータ部は、制御回路部によって制御される。制御回路部は、ステンレス製の容器内に設置されている。容器は、樹脂材料によって覆われている。

特開平５−７１４３６号公報

特許文献１の技術では、制御回路部が樹脂材料によって覆われているため、制御回路部は、冷却されにくい。

本明細書では、制御回路を適切に冷却し得る技術を提供する。

本明細書で開示される技術は、インペラを備えるポンプ部と、ポンプ部を駆動するモータ部と、ポンプ部とモータ部とを収容するハウジングと、を備え、モータ部は、インペラを駆動するロータと、ロータを回転させるステータと、ロータの回転を制御する制御回路と、制御回路とハウジングとの間に充填されている樹脂部と、制御回路とハウジングとに接触する伝熱部であって、樹脂部よりも熱伝導率が高い伝熱部と、を備え、伝熱部は、制御回路を覆うカバーを備え、制御回路及び伝熱部は、ハウジング内に配置されており、伝熱部のカバーの端面は、ハウジングの端部からハウジングの外部に露出している、電動ポンプである。
本明細書で開示される別の技術は、燃料ポンプに関する。燃料ポンプは、インペラを備えるポンプ部と、ポンプ部を駆動するモータ部と、ポンプ部とモータ部とを収容するハウジングと、を備える。モータ部は、ロータと、ステータと、制御回路と、樹脂部と、伝熱部とを備える。ロータは、インペラを駆動する。ステータは、ロータを回転させる。制御回路は、ロータの回転を制御する。樹脂部は、制御回路とハウジングとの間に充填されている。伝熱部は、制御回路とハウジングとに接触する。伝熱部は、樹脂部よりも熱伝導率が高い。

制御回路は、伝熱部を介して、ハウジングに接続されている。ハウジングは、電動ポンプの外部の液体又は気体と接触している。この結果、制御回路の熱は、伝熱部とハウジングとを介して、電動ポンプ外に放熱される。この構成によれば、制御回路を、適切に冷却し得る。

第１実施例の燃料ポンプの縦断面図を示す。第１実施例の燃料タンクの構成を示す。第２実施例の燃料ポンプの縦断面図を示す。第３実施例の燃料ポンプの縦断面図を示す。

以下に説明する実施例の主要な特徴を列記する。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれ独立した技術要素であって、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものである。

（特徴１）伝熱部の少なくとも一部は、電動ポンプの外側に露出していてもよい。

この構成によれば、制御回路の熱は、伝熱部とハウジングとを介して、電動ポンプ外に放熱されると共に、伝熱部から直接的に電動ポンプ外に放熱される。この構成によれば、制御回路を、より的確に冷却し得る。

（特徴２）伝熱部は、制御回路を収容してもよい。

この構成では、制御回路は、伝熱部によって覆われている。この構成によれば、制御回路の一部が、樹脂部材によって覆われている構成と比較して、制御回路をより適切に冷却することができる。

（特徴３）伝熱部及びハウジングは、導電性を有していてもよい。伝熱部は、接地されており、制御回路よりも電動ポンプの外側に配置されていてもよい。

この構成によれば、制御回路で発生するスイッチングノイズを低減することができる。また、制御回路の放射ノイズを低減することができる。この結果、制御回路のノイズによって、電動ポンプ周辺に配置されている電子機器が影響を受けることを抑制することができる。

（特徴４）ステータは、筒状を有していてもよい。ロータは、ステータの内周側に配置されていてもよい。ポンプ部から吐出された液体は、ステータとロータとの間を通過して、ロータの上方から、電動ポンプ外に吐出されてもよい。制御回路は、ステータの軸線方向の一方の端から離間して配置されていてもよい。ステータの内径よりも大きい開口を有していてもよい。

この構成によれば、電動ポンプ内を流れる液体の流路を、制御回路を回避するように設置しなくて済む。これにより、電動ポンプ内で液体がスムースに流れるように、流路を形成することができる。この結果、ポンプ効率の低下を抑制することができる。

（特徴５）電動ポンプ内の液体の圧力を計測する圧力センサを、さらに備えていてもよい。制御回路は、圧力センサの計測結果を用いて、ロータの回転を制御してもよい。

この構成によれば、制御回路は、電動ポンプ内の液体の圧力に応じて、ロータの回転を制御することができる。これにより、電動ポンプから吐出される液体の圧力を、適切な圧力に調整することができる。

（第１実施例）
図２に示すように、燃料ポンプ１０は、燃料タンク４内に配置され、自動車のエンジン（図示省略）に燃料（例えばガソリン等）を供給する。図１に示すように、燃料ポンプ１０は、モータ部５０とポンプ部３０とハウジング２とを備える。モータ部５０とポンプ部３０は、ハウジング２内に配置されている。ハウジング２は、両端が開口された円筒形状を有する。ハウジング２は、金属製（例えばステンレス鋼製）である。従って、ハウジング２は、後述する樹脂部５６よりも熱伝導性が高い。

ポンプ部３０は、ケーシング３２とインペラ３４とを備える。ケーシング３２は、ハウジング２の下端の開口を閉塞する。ケーシング３２の下端には、吸入口３８が設けられている。ケーシング３２の上端には、ケーシング３２内とモータ部５０を連通する連通孔（図示省略）が設けられている。ケーシング３２内には、インペラ３４が収容されている。

モータ部５０は、ポンプ部３０の上方に位置する。モータ部５０は、ブラシレスモータである。モータ部５０は、三相モータである。モータ部５０は、ロータ５４とステータ６０と樹脂部５６と制御回路８０とカバー９０（伝熱部の一例）とを備える。ロータ５４は、永久磁石を備える。ロータ５４の中心には、シャフト５２が貫通して固定されている。シャフト５２の下端は、インペラ３４の中心部に挿入され、貫通している。ロータ５４は、シャフト５２の両端部に配置された軸受けによって、シャフト５２を中心に回転可能に支持されている。なお実施例では、図１の状態で上下を規定する。即ち、モータ部５０から見てポンプ部３０は「下」に位置し、ポンプ部３０から見てモータ部５０は「上」に位置する。

ロータ５４の外周には、ステータ６０が配置されている。ステータ６０は、複数個のティース９４を有するコア９１を備える。コア９１は、積層された複数個のコアプレートが積層されることによって構成されている。なお、図１では、見易さを優先して、コアプレート及びコイル線９６の断面を示す斜線を省略している。コア９１は、円筒形状を有する。６個のティース９４は、等間隔で配置され、コア９１の内周側に向かって伸びている。６個のティース９４の内周面は、ロータ５４の外周面に沿った形状を有する。６個のティース９４の内周面は、僅かな隙間を開けて、ロータ５４の外周面に対向する。

各ティース９４には、樹脂層６２を挟んで、コイル線９６が巻回されている。ステータ６０の上下端は、樹脂部５６によって覆われている。ステータ６０は、樹脂部５６に覆われている状態で、ハウジング２に圧入される。樹脂部５６は、ハウジング２の上端の開口を閉塞する。樹脂部５６の上端には、吐出口１１が形成されている。吐出口１１は、モータ部５０と燃料ポンプ１０外の燃料経路とを連通する。吐出口１１は、ポンプ部３０で昇圧された燃料を、燃料経路３（図２参照）に吐出するための開口である。燃料経路３は、エンジンまで伸びる燃料配管（図示省略）に接続される。

制御回路８０は、ステータ６０の軸線方向（即ちシャフト５２の軸線方向）の上端から離間して配置されている。制御回路８０は、リング状の基板に、複数の電子部品（例えばダイオード）が搭載されている。制御回路８０は、ロータ５４及びティース９４の内周面と同心上に配置される。制御回路８０の内径は、ロータ５４の外径よりも大きい。また、制御回路８０の内径は、ティース９４の内周面で構成される円筒の直径よりも大きい。

制御回路８０は、外部端子７０に接続されている。外部端子７０は、制御回路８０から、樹脂層６２の上方まで伸びている。外部端子７０は、自動車のバッテリと制御回路８０とを接続する。外部端子７０は、正極端子と負極端子とを備える。制御回路８０は、ステータ６０の端子８２に接続されている。端子８２は、三相のそれぞれに対応する３個の供給端子と、三相に共通する共通端子とを備える。制御回路８０は、バッテリから供給される直流電流を三相交流電流に変換して、３個の供給端子に供給する。

端子８２の３個の供給端子のそれぞれは、６個のティース９４のうちの３個のティース９４のそれぞれに巻回されているコイル線９６に接続されている。３個のティース９４のコイル線９６のそれぞれは、他の３個のティース９４のコイル線９６のそれぞれに接続されている。この結果、コイル線９６に供給される電流の位相に応じて、６個のティース９４は、２個のＵ相のティース９４と、２個のＶ相のティース９４と、２個のＷ相のティース９４とに分類される。端子８２の共通端子は、上記の他の３個のティース９４のコイル線９６に接続されている。

制御回路８０の上側は、カバー９０によって覆われている。カバー９０は、樹脂部５６よりも熱伝導率が高い材料であって、導電性を有する材料（例えばアルミニウム合金、ステンレス鋼）で作製されている。カバー９０は、円環形状に形成されている。カバー９０は、制御回路８０と同心上に配置される。カバー９０の内径は、ロータ５４の外径よりも大きい。また、カバー９０の内径は、ティース９４の内周面で構成される円筒の直径よりも大きい。カバー９０は、下端が開放されている円環形状の溝を有する。カバー９０と、カバー９０の下方に位置する樹脂部５６とによって、円環形状の空間が画定される。制御回路８０は、カバー９０の上壁の下面に接着され、円環形状の空間に収容されている。カバー９０の外周面は、カバー９０の全周に亘ってハウジング２に接触している。なお、変形例では、カバー９０の外周面は、カバー９０の周方向に一部において、ハウジング２に接触していてもよい。また、カバー９０は、外部端子７０の負極端子に電気的に接続されている。

図２に示すように、燃料ポンプ１０は、燃料タンク４内に配置されているリザーバカップ６内に収容されている。燃料ポンプ１０は、ポンプケース７によって、リザーバカップ６に支持されている。リザーバカップ６には、燃料ポンプ１０の駆動中、ジェットポンプ８からリザーバカップ６外の燃料が供給される。なお、ジェットポンプ８は、プレッシャレギュレータ９から吐出される余剰燃料を利用して、リザーバカップ６外の燃料を、リザーバカップ６内に吸引する。このため、リザーバカップ６外の燃料の液位が、例えば、液位Ｙに低下しても、リザーバカップ６内の燃料の液位Ｘは、燃料ポンプ１０の上端付近に維持される。

自動車のエンジンが駆動されると、制御回路８０に電力が供給され、燃料ポンプ１０が駆動する。制御回路８０は、ステータ６０に三相交流電流を供給する。制御回路８０は、ロータ５４の回転に応じて、ステータ６０に供給する電流を制御する。これにより、ロータ５４の回転が制御される。ロータ５４の回転に伴って、インペラ３４が回転する。これにより、ポンプ部３０は、フィルタ５を介して、リザーバカップ６内の燃料を吸引し、昇圧して、モータ部５０に吐出する。

モータ部５０内では、燃料は、ロータ５４とステータ６０との間を通過して、吐出口１１に向かって流れる。制御回路８０及びカバー９０は、その内径が、ロータ５４の外径よりも大きく、ティース９４の内周面で構成される円筒の直径よりも大きい。このため、制御回路８０及びカバー９０は、燃料ポンプ１０内の燃料の流路上に配置されない。燃料ポンプ１０内を流れる燃料の流路を、制御回路８０及びカバー９０を回避するように設置しなくて済む。これにより、燃料ポンプ１０内で燃料がスムースに流れるように、流路を形成することができる。この結果、燃料ポンプ１０のポンプ効率の低下を抑制することができる。

燃料ポンプ１０の駆動中、制御回路８０の電子部品が発熱する。制御回路８０は、カバー９０を介して、ハウジング２に接続されている。ハウジング２は、リザーバカップ６内の燃料と接触している。この結果、制御回路８０の熱は、比較的に熱伝導率が高いカバー９０とハウジング２とを介して、燃料ポンプ１０外に放熱される。この構成によれば、制御回路８０を、適切に冷却することができる。

さらに、燃料ポンプ１０がリザーバカップ６内に配置されているために、燃料ポンプ１０は、通常、燃料に浸漬されている。この構成によれば、燃料ポンプ１０が燃料タンク２内の気体に接触している場合と比較して、制御回路８０の冷却効率が向上する。

また、カバー９０は、導電性を有しており、負極端子に接続されている。この構成によれば、制御回路８０で発生するスイッチングノイズを低減することができる。また、制御回路８０の放射ノイズを低減することができる。この結果、制御回路８０のノイズによって、燃料ポンプ１０周辺に配置されている電子機器（例えば燃料の液位を特定するための液位センサ）が影響を受けることを抑制することができる。

さらに、カバー９０は、制御回路８０の上側を覆っている。即ち、カバー９０は、燃料ポンプ１０の中央位置から見て、制御回路８０よりも外側に位置する。この構成によれば、制御回路８０が発生するノイズを、適切に低減することができる。

また、カバー９０によって、樹脂部５６の耐圧強度が向上される。

（第２実施例）
第１実施例と異なる点を説明する。図３に示すように、第２実施例の燃料ポンプ１０は、カバー９０に替えて、ケース１９０（伝熱部の一例）を備える。ケース１９０は、底面１９２と、カバー１９４とを備える。カバー１９４は、カバー９０と同一の構成を有する。底面１９２は、カバー１９４の下端の円環形状の開放部分を閉塞している。ケース１９０は、カバー９０と同様の材料で作製されている。カバー１９４の上面は、全周に亘って、樹脂部５６に覆われておらず、リザーバカップ６内の燃料に露出している。制御回路８０は、ケース１９０に収容されている。この構成によれば、制御回路８０の熱は、ケース１９０とハウジング２とを介して、燃料ポンプ１０外に放熱されると共に、ケース１９０から直接的に燃料ポンプ１０外に放熱される。これにより、制御回路８０の冷却効率が向上する。また、制御回路８０は、ケース１９０によって覆われている。この構成によれば、制御回路８０の一部が、樹脂部材によって覆われている構成と比較して、制御回路８０の冷却効率が向上する。

燃料ポンプ１０は、圧力センサ１００をさらに備える。圧力センサ１００のセンシング部は、ロータ５４の上方において、燃料ポンプ１０内の燃料に露出している。センシング部は、例えば、ダイヤフラムを備える。圧力センサ１００は、センシング部で検出した燃料の圧力変化を、電気信号に変換して制御回路８０に供給する。

制御回路８０は、燃料ポンプ１０内の燃料の圧力に応じて、ロータ５４の回転を調整することによって、ポンプ部３０を制御する。具体的には、燃料ポンプ１０内の燃料の圧力が高くなった場合、ロータ５４の回転速度を遅くして、燃料ポンプ１０内の燃料の圧力を低下させる。一方において、燃料ポンプ１０内の燃料の圧力が低くなった場合、ロータ５４の回転速度を速くして、燃料ポンプ１０内の燃料の圧力を上昇させる。この構成によれば、制御回路８０は、燃料ポンプ内の燃料の圧力に応じて、ポンプ部３０を制御することができる。これにより、燃料ポンプ１０から吐出される燃料の圧力を、適切な圧力に調整することができる。

また、第２実施例の燃料ポンプ１０によっても、第１の実施例の燃料ポンプと同様の効果を奏することができる。

（第３実施例）
第１実施例と異なる点を説明する。図４に示すように、第２実施例の燃料ポンプ１０では、カバー９０は、ハウジング２と一体で作製されている。また、カバー９０の上面は、全周に亘って、樹脂部５６に覆われておらず、リザーバカップ６内の燃料に露出している。この構成によっても、第１実施例と同様の効果を奏する。また、第２実施例と同様に、カバー９０の一部が、燃料に露出しているために、冷却効率が向上する。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。

（１）上記の各実施例では、制御回路８０は、円環形状を有する。しかしながら、他の形状を有していてもよい。例えば、制御回路８０は、多角形の環状形状を有していてもよい。あるいは、制御回路８０は、矩形状の平板であってもよい。この場合、燃料ポンプ１０内の燃料の流路に干渉しないように、制御回路８０に開口が形成されていてもよく、制御回路８０が複数個に分割されていてもよい。この場合、カバー９０及びケース１９０は、制御回路８０の形状に合わせて、多角形の環状形状であってもよく、多面体の筐体であってもよい。

（２）上記の各実施例では、燃料ポンプ１０は、１個の制御回路８０を備える。しかしながら、燃料ポンプ１０は、複数個の制御回路を備えていてもよい。この場合、１個の制御回路に、発熱量の多い電子部品を配置し、他の制御回路に、発熱量の少ない電子部品を配置してもよい。この場合、発熱量の多い電子部品が配置された制御回路を、カバー９０又はケース１９０に接触させ、発熱量の少ない電子部品ｓが配置された制御回路を、カバー９０又はケース１９０に接触させなくてもよい。

（３）上記の各実施例では、カバー９０及びケース１９０は、負極端子に接続されている。しかしながら、カバー９０及びケース１９０は、負極端子に接続されていなくてもよい。この場合、カバー９０及びケース１９０は、導電体を介して接地されていてもよい。例えば、ハウジング２が接地されている場合、カバー９０及びケース１９０は、ハウジング２を介して接地されていてもよい。

（４）カバー９０及びケース１９０は、導電性を有していなくてもよい。この場合、カバー９０及びケース１９０は、接地されていなくてもよい。

（５）上記の各実施例では、カバー９０及びケース１９０は、ハウジング２に直接的に接触している。しかしながら、カバー９０及びケース１９０は、熱伝導率が高い材料で作製された部材を介して、ハウジング２に接触していてもよい。

（６）本明細書の「伝熱部」は、カバー９０及びケース１９０以外に、制御回路８０に接触すると共に、ハウジング２に接触する熱伝導率が高い部材であってもよい。例えば、「伝熱部」は、矩形状の平板であってもよい。

（７）本明細書の「電動ポンプ」は、燃料ポンプ１０以外に、冷却水用の電動ポンプ等の様々な電動ポンプであってもよい。

また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

２：ハウジング、４：燃料タンク、６：リザーバカップ、８：ジェットポンプ、９：プレッシャレギュレータ、１０：燃料ポンプ、３０：ポンプ部、５０：モータ部、５４：ロータ、５６：樹脂部、６０：ステータ、７０：外部端子、９０：カバー、１００：圧力センサ、１９０：ケース

Claims

インペラを備えるポンプ部と、
ポンプ部を駆動するモータ部と、
ポンプ部とモータ部とを収容するハウジングと、を備え、
モータ部は、
インペラを駆動するロータと、
ロータを回転させるステータと、
ロータの回転を制御する制御回路と、
制御回路とハウジングとの間に充填されている樹脂部と、
制御回路とハウジングとに接触する伝熱部であって、樹脂部よりも熱伝導率が高い伝熱部と、を備え、
伝熱部は、制御回路を覆うカバーを備え、
制御回路及び伝熱部は、ハウジング内に配置されており、
伝熱部のカバーの端面は、ハウジングの端部からハウジングの外部に露出している、電動ポンプ。
伝熱部の少なくとも一部は、電動ポンプの外側に露出している、請求項１に記載の電動ポンプ。
伝熱部は、制御回路を収容する、請求項１又は２に記載の電動ポンプ。
伝熱部及びハウジングは、導電性を有し、
伝熱部は、接地されており、制御回路よりも電動ポンプの外側に配置されている、請求項１から３のいずれか一項に記載の電動ポンプ。
ステータは、筒状を有しており、
ロータは、ステータの内周側に配置されており、
ポンプ部から吐出された液体は、ステータとロータとの間を通過して、ロータの上方から、電動ポンプ外に吐出され、
制御回路は、
ステータの軸線方向の一方の端から離間して配置されており、
ステータの内径よりも大きい開口を有する、請求項１から４のいずれか一項に記載の電動ポンプ。
電動ポンプ内の液体の圧力を計測する圧力センサを、さらに備え、
制御回路は、圧力センサの計測結果を用いて、ロータの回転を制御する、請求項１から５のいずれか一項に記載の電動ポンプ。