JP6070311B2 - 電動オイルポンプ装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動オイルポンプ装置に関するものである。

従来、電動オイルポンプ装置の具体的一例には、流体（油）を循環させるオイルポンプとオイルポンプを駆動する電動モータとを組み合わせたものがある。電動モータとオイルポンプとが回転軸を共用し、オイルポンプの中心軸方向に並んで配置され、モータハウジングをポンプハウジングに一体に結合して小型、軽量としている。また、この電動オイルポンプ装置には、電動モータを収容するモータハウジングのオイルポンプと反対側に制御室を形成し、この制御室にモータ制御用の制御基板を収納するようにしたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この制御基板は、モータハウジングに設けられた制御室内に収容されるとともに、カバーで覆われて防水性が確保されている。

特開２０１０−６３２２４号公報

上記のような電動オイルポンプ装置では、電動モータを駆動制御する電子回路部品が実装された制御基板を収容するモータハウジングと、そのモータハウジングの開口部を覆うカバーとの樹脂部材同士は溶着により接着されている。この電動オイルポンプ装置の使用環境において、電動モータの発熱による急激な温度変化に対応する必要がある。このため、カバーにモータハウジングの内部と外部とを貫通する呼吸孔を設け、この呼吸孔を通して空気を流通させて放熱し、モータハウジングの内部と外部とを同じ圧力または温度に保持している。しかしながら、電動オイルポンプ装置を車両に取り付けるときに、この呼吸孔を通して人体など外部から静電気がモータハウジング内に侵入する場合がある。このため、呼吸孔から制御基板上に搭載された回路部品までの距離が短いと、侵入した静電気が制御基板上の回路部品へ到達し、制御基板が誤動作、あるいは制御基板上の回路部品が破損する可能性がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、モータハウジング内に侵入した静電気による制御基板の誤動作および制御基板に搭載された電子回路部品の破損を防止できる電動オイルポンプ装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、ポンププレートとポンプハウジングとの間に形成されたポンプ室にポンプロータが回転軸線回りに回転可能に支承された金属製のオイルポンプと、前記オイルポンプに前記回転軸線方向に隣接して設けられ、前記ポンプロータを回転駆動する電動モータと、前記ポンプハウジングに回転可能に軸承され、前記ポンプロータと前記電動モータのロータとを連結する金属製の回転軸と、前記電動モータのハウジングに前記オイルポンプの反対側に形成された制御室に収納され、前記電動モータを駆動制御する制御基板と、前記制御室の開口部を覆うとともに、前記制御室を外部と連通する呼吸孔が前記回転軸線上に形成されたカバーと、前記カバーの内面に設けられ、前記呼吸孔を塞ぐフィルタと、周囲を金属筐体で覆われ、前記制御基板に前記呼吸孔に対向して実装された電子部品と、を備え、前記電子部品の前記金属筐体を前記制御基板のグランドラインに接続することを要旨とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電動オイルポンプ装置において、前記電子部品は、前記金属筐体と前記制御基板の前記グランドラインとを接続する金属製の接続端子を備えることを要旨とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の電動オイルポンプ装置において、前記電子部品は、前記回転軸線方向に前記呼吸孔直近に配置されることを要旨とする。

請求項１に係る発明によれば、制御基板上に金属筐体で覆われた電子部品が配置され、その金属筐体が制御基板のグランドラインに接続されるようにしたので、外部に発生した静電気が制御基板を覆うカバーに設けた外部と内部を連通する呼吸孔から侵入しても、放電電流は導電性部材である金属筐体を経由して制御基板のグランドラインへ流れる。このため、静電気が制御基板に実装された他の回路部品まで到達することが抑制され、電気的に回路部品を保護することが可能となる。この結果、制御基板上に搭載された電子回路部品に対する耐静電気性能を向上させることができる。

請求項２に係る発明によれば、電子部品の金属筐体と制御基板のグランドラインとは、金属製の接続端子で接続されているので、静電気の放電電流は、金属筐体および接続端子を通って制御基板内のグランドラインへ流れる。このため、静電気が制御基板に実装された他の回路部品まで到達することが抑制され、電気的に回路部品を保護することが可能となる。

請求項３に係る発明によれば、金属筐体で覆われた電子部品は、高さが周辺の回路部品より高く呼吸孔に最も接近して配置されているので、呼吸孔から侵入した静電気の放電電流が電子部品の金属筐体を経由して制御基板のグランドラインへ流れる。このため、静電気が制御基板に実装された他の回路部品まで到達することが抑制され、電気的に回路部品を保護することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る電動オイルポンプ装置の縦断面図。 図１における制御基板部分の静電気の放電経路を示す概略図。 本発明の実施形態に係る電子部品としてのコンデンサの構造および制御基板との接続状態を示す概略図。

次に、本発明の一実施形態に係る電動オイルポンプ装置について、図に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る電動オイルポンプ装置１の縦断面図である。図１に示すように、電動オイルポンプ装置１は、自動車のトランスミッション用油圧ポンプとして用いられ、オイルポンプ（例えば、内接ギヤポンプ）２とオイルポンプ２を回転駆動する電動モータ（以下、ブラシレスモータという）３とがハウジング内に一体化されている。なお、ブラシレスモータ３は、３相巻線を有するブラシレスセンサレスモータである。また、ブラシレスモータ３を回転制御する制御基板（コントローラ）４もハウジング内に組み込まれている。

電動オイルポンプ装置１は、ポンププレート１４の端面に突出した複数のフランジ部を介して図示しないトランスミッションやエンジンケースに、取付穴を通して軸線中心に対して周方向に配置されたボルトで締結して固定されている。なお、以下の説明において、図面の左側を前、同右側を後とする。

オイルポンプ２は、ここではトロコイド曲線型ポンプを用いていて、トロコイド歯形を有する内歯を備えたポンプ用アウタロータ（以下、アウタロータという）１１の内周側に、外歯を備えたポンプ用インナロータ（以下、インナロータという）１２を噛み合わせ、ポンプハウジング１５内にこれらのアウタロータ１１およびインナロータ１２からなるポンプロータを偏心して回転自在に配置したものである。

インナロータ１２は、回転駆動軸（回転軸）７におけるロータ６を形成した部分より前方に寄った部分に外嵌固着されて、この回転駆動軸７とともに回転するようになっている。アウタロータ１１は、このインナロータ１２の外歯よりも１歯多い内歯を備え、回転駆動軸７に対して偏心した位置を中心にポンプハウジング１５内で回転自在となるように配置されている。また、インナロータ１２は、外歯がこのアウタロータ１１の内歯に全周の一部で噛み合うとともに、各外歯がこのアウタロータ１１の内面に全周の各所でそれぞれほぼ内接しながら回転するようになっている。

したがって、ブラシレスモータ３により回転駆動軸７が回転駆動されると、このオイルポンプ２のアウタロータ１１およびインナロータ１２の間隙の容積がこの回転駆動軸７の１回転の間に拡大と縮小を繰り返す。これにより、これらの間隙に通じるポンププレート１４に設けられたインポート（吸入口）からアウトポート（吐出口）に向けて油を送り出すポンプ動作が行われることになる。

オイルポンプ２のハウジングを構成するポンププレート１４、ポンプハウジング１５は、金属製の非磁性材料（例えば、アルミダイカストなど）により形成されている。ブラシレスモータ３を収容するモータハウジング１７およびカバー２０は、熱可塑性樹脂材料（例えば、ＰＰＳ、ＰＢＴ樹脂など）により形成されている。電動オイルポンプ装置１のハウジング本体は、上記ポンププレート１４，ポンプハウジング１５、モータハウジング１７、およびカバー２０により構成されている。ここで、モータハウジング１７およびカバー２０は、防水ハウジングを形成している。

モータハウジング１７は、円筒形状をなし、その前端が、オイルシール２５を介してポンプハウジング１５の後面外周寄りの部分に固定されている。モータハウジング１７の後端開口部が、カバー２０により塞がれている。

ポンプハウジング１５は、径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１３が形成されている。ポンプハウジング１５の前面に、ポンププレート１４がＯリング１６を介して固定され、ポンプ室１３の前面が塞がれている。ポンプ室１３内に、オイルポンプ２を構成するアウタロータ１１が回転自在に収容され、アウタロータ１１の内側に、これと噛み合うインナロータ１２が配置されている。ポンププレート１４には、軸線方向に貫通する吸入口および吐出口が設けられている。

次に、ブラシレスモータ３は、回転するモータ用ロータ（以下、ロータという）６と、このロータ６の外周面の外側に固定されたモータ用ステータ（以下、ステータという）５とで構成されている。ロータ６は、回転駆動軸７の外周面に、例えば、複数個の永久磁石８を周方向に沿って並べて配置して形成したものである。回転駆動軸７は、ブラシレスモータ３とオイルポンプ２とで共用する金属製の回転軸である。

ポンプハウジング１５の後端面の中心に、モータハウジング１７より小径の円筒部が一体に形成され、円筒部内の後部に設けられた軸受２６，２７により、前後方向に延びる回転駆動軸７が片持ち支持されている。この例では、軸受２６，２７は、前後に隣接する２個の転がり軸受である玉軸受よりなり、各軸受２６，２７の内輪が回転駆動軸７に固定され、外輪が円筒部に固定されている。回転駆動軸７の前部は、ポンプハウジング１５の後壁に形成された穴の部分を貫通してポンプ室１３内に進入し、その前端がインナロータ１２に連結されている。円筒部内周の軸受２６，２７より前側の部分と回転駆動軸７との間に、オイルシール２５が設けられている。

円筒部より後方に突出した回転駆動軸７の後端部に、ブラシレスモータ３を構成するロータ６が固定されている。ロータ６は、回転駆動軸７の後端から半径方向に延び、かつ軸受２６，２７の外周を囲む円筒状に形成され、その外周に永久磁石８が設けられている。さらに詳しくは、ロータ６は、ロータコア１０の穴開き円板部と、その外周に一体に形成された円筒部とからなり、円板部の内周が回転駆動軸７に固定され、円筒部の外周に永久磁石８が設けられている。回転駆動軸７、ロータ６およびオイルポンプ２のインナロータ１２を含む回転部分の重心の軸線方向位置が、軸受２６，２７の軸線方向範囲内にある。本実施形態では、上記重心の軸線方向位置が、軸受２６，２７を構成する２個の玉軸受の間にある。

ステータ５は、ロータ６の外周面の外側にわずかなエアギャップを介してステータコア９の内向きの突極(ティース)を複数配置している。このステータコア９の各ティースには、それぞれコイル１９が巻回されている。ここで、コイル１９をステータコア９から絶縁するために、ステータコア９の軸線方向両端側からインシュレータ１８が装着されている。

また、本実施形態の電動オイルポンプ装置１には、ブラシレスモータ３を制御するためのコントローラとして制御基板４がモータハウジング１７後端に形成された制御室２１に収容されモータハウジング１７に取り付けられている。制御基板４には、直流電源を交流に変換してブラシレスモータ３の各コイル１９に駆動電流を供給するインバータ回路と、ホール素子などのセンサが検出したアウタロータ１１の回転位置の情報に基づいて、このインバータ回路を制御する制御回路とが実装されている。制御基板４の両面には、制御基板４を構成する上記回路のマイコンやＩＣ、コンデンサ、抵抗、コイルなどの回路部品２２が搭載されている。

そして、上記構成により、制御基板４によって制御された駆動電流がブラシレスモータ３の各コイル１９に供給されるようになっている。これにより、コイル１９に回転磁界が発生し、永久磁石８にトルクが生じてロータ６が回転駆動される。このようにして、インナロータ１２が回転駆動されると、アウタロータ１１がこれに従動して回転し、これらのアウタロータ１１の内歯と，インナロータ１２の外歯の間隙が拡縮を繰り返すので、吸入口および吐出口を通じて油を吸入・吐出するポンプ動作が行われる。

モータハウジング１７とカバー２０とは、固定したモータハウジング１７に対し、カバー２０を回転させながら当接し、回転による摩擦熱により両者を溶着する、例えば、スピン溶着により接合されている。ここで、カバー２０の中央部には、オイルポンプ２の使用環境におけるブラシレスモータ３の急激な温度変化などによるモータハウジング１７内外の気圧（圧力）差を調整するため、モータハウジング１７の外部と内部の空間を連通し、オイルポンプ２の軸線方向に一方の面から反対側の面に抜ける円形の呼吸孔２３が設けられている。また、カバー２０の前面（内面）側には呼吸孔２３を覆うフィルタ２４が固着されており、このフィルタ２４は、液体を遮断して気体を通過させる。

図２は、図１における制御基板４部分の静電気の放電経路を示す概略図である。なお、以下の説明において、図面の下側を前、同上側を後とする。図２に示すように、モータハウジング１７は、円柱形状をしており、カバー２０との溶着面には全周にわたり凹部が形成されている。モータハウジング１７の開口部を覆うカバー２０の前面側には、円環状の溶着用リブが形成されている。モータハウジング１７およびカバー２０は、ともに樹脂材料により形成されており、カバー２０を回転させながら溶着用リブを加熱溶融させ、固定した相手部材のモータハウジング１７の凹部に押し付けることで溶着される。ここでは、この接合方法としてスピン溶着が用いられる。

制御基板４に対向したカバー２０の中央部には、溶着後の使用環境でのブラシレスモータ３の急激な温度変化によるモータハウジング１７内外の圧力差を調整するために、モータハウジング１７の外部と内部とを連通する呼吸孔２３が設けられている。例えば、本実施形態では、呼吸孔２３は、小径部と大径部とからなる段付きの円形の貫通孔が形成されている。

また、回路部品２２が搭載された制御基板４をモータハウジング１７内の制御室２１に気密を保って収容するため、カバー２０の前面（内面）側には呼吸孔２３を塞ぐ防水・防塵用の樹脂製のフィルタ（例えば、防水透湿性素材）２４が貼り付けて固着されている。このフィルタ２４は、液体（例えば、水）を遮断して気体（例えば、空気）を通過させる通気膜を備えた、例えば、ベントフィルタなどが使用されている。これにより、呼吸孔２３およびフィルタ２４を通して空気が流通し、ブラシレスモータ３の温度が急激に変化しても、モータハウジング１７内外が同じ圧力に保たれる。

本実施形態に係る静電気の放電経路となる電子部品として、アルミ電解コンデンサ２８が使用されている。軸線方向に高さが周辺の回路部品２２（図１参照）よりも高いアルミ電解コンデンサ２８は、呼吸孔２３に最も接近した直下に配置され、誘電部材としても機能している。すなわち、呼吸孔２３から侵入した静電気は、耐静電気性能が高く、導電性のよい金属製のアルミケース３０およびアース端子３７により形成される放電経路を通って制御基板４内のグランドライン（ＧＮＤプレーン）２９へ流れる（図２、矢印破線参照）。

次に、図３は、本発明の実施形態に係るアルミ電解コンデンサ２８の構造および制御基板４との接続状態を示す概略図である。アルミ電解コンデンサ２８は、図示しない正負電極アルミ箔および電解紙を巻き込んだものに電解液を含浸させた素子（本体）３６、電極箔から引き出された端子（アルミタブ（リード板）３５およびリード端子３３）、これらを封止する封口材３２、中に入れて固定するアルミケース３０、および内圧上昇時における爆発を防止するため、上部に切り込みを入れて設けられた圧力弁３１により構成されている。そして、アルミ電解コンデンサ２８は、組立後、絶縁性のスリーブ３４により被覆されている。

図３に示すように、アルミケース３０下部に先端がピン状の金属製のアース端子３７が溶接、圧着などにより接合されている。このアース端子３７は、制御基板４のグランドパターンまたはスルーホールを介してグランドライン２９に接続されており、呼吸孔２３から侵入した静電気の放電電流は、グランドライン２９を経由してポンププレート１４（図１参照）から外部のアース（接地）された金属部分へ流れる。

次に、上記のように構成された本実施形態である電動オイルポンプ装置１の作用および効果について説明する。

上記構成によれば、オイルポンプ２の回転軸線方向にオイルポンプ２、ブラシレスモータ３および制御基板４が並んで配置された電動オイルポンプ装置１において、コントローラの回路部品が実装された制御基板４は、モータハウジング１７内の後端部の制御室２１に収容され、カバー２０がモータハウジング１７の開口部を覆っている。モータハウジング１７およびカバー２０は、樹脂材料により形成されており、例えば、スピン溶着により接着されている。このとき、オイルポンプ２の使用環境におけるブラシレスモータ３の急激な温度変化などにより発生するモータハウジング１７内外の圧力差を調整するために、呼吸孔２３がカバー２０の中央部に設けられている。

円形の呼吸孔２３は、カバー２０外部（後面）側の小径部と内部（前面）側の大径部とからなる段差が形成され、カバー２０の前面（内面）側にフィルタ２４が貼り付けられ大径部を塞いでいる。静電気耐性が高く、導電性のよいアルミケース３０を備えた高さが周辺の回路部品２２よりも高いアルミ電解コンデンサ２８が軸線方向に呼吸孔２３に最も接近した直下に配置されている。このアルミ電解コンデンサ２８のアルミケース３０下部に金属製のアース端子３７が接合され、制御基板４内のグランドライン２９に接続されている。

これにより、静電気が呼吸孔２３から侵入しても、放電電流は、呼吸孔２３に最も接近したアルミ電解コンデンサ２８のアルミケース３０およびアース端子３７を通って制御基板４内のグランドライン２９へ流れる。このため、静電気が制御基板４上の他の回路部品２２へ到達することが抑制され、電気的に回路部品２２を保護することが可能となる。この結果、制御基板４上に搭載された回路部品２２に対する耐静電気性能を向上させることができる。また、静電気対策として、モータハウジング１７およびカバー２０のサイズ変更や別部品（例えば、絶縁シートなど）を新たに設ける必要がなく、基板設計の段階でコンデンサなど部品配置を考慮して静電気耐性向上を行なうことによりコストアップを抑えることができる。

以上のように、本実施形態によれば、モータハウジング内に侵入した静電気による制御基板の誤動作および制御基板に搭載された電子回路部品の破損を防止できる電動オイルポンプ装置を提供できる。

以上、本発明に係る一実施形態について説明したが、本発明はさらに他の形態で実施することも可能である。

上記実施形態では、呼吸孔２３をカバー２０の中央部に軸線方向に貫通して形成したが、これに限らず、例えば、カバー２０外側の中央部から離れた位置から内側中央部に連通する貫通孔を設け、途中屈曲してカバー２０の径方向に延びる経路が形成されたものであってもよい。また、呼吸孔２３は、カバー２０を軸線方向に連通する段差のない均一な穴径を有する貫通孔としてもよい。

上記実施形態では、アルミケース３０下部に先端がピン状のアース端子３７を接合して制御基板４のスルーホールを介してグランドライン２９に接続する例を示したが、これに限らず、板状のアース端子３７を制御基板４のグランドパターンにはんだ付け、または溶接などにより接続するようにしてもよい。

上記実施形態では、静電気の放電経路を形成する電子部品としてアルミケース３０を備えたアルミ電解コンデンサ２８を用いたが、これに限らず、他の回路部品、例えば、外部接続用の金属製コネクタピン（例えば、プログラム書き込み用のコネクタなど）または金属ケースに収容された機械式リレーなどを用いて同様のアース端子３７を接続するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、アルミケース３０で覆われて形成されているアルミ電解コンデンサ２８を用いて放電経路にする例を示したが、これに限らず、部品本体（例えば、低背回路部品など）が別部品の金属ケースで覆われて高さが他の回路部品２２より高くなるように一体的に形成された回路部品を用いるようにしてもよい。

上記実施形態では、モータハウジング１７とカバー２０の樹脂材料同士の接着方法として、スピン溶着による場合を示したが、これに限らず、熱板溶着、超音波溶着、振動溶着、赤外線溶着など、または、接着剤による接着であってもよい。

また、上記実施形態では、オイルポンプ２として内接ギヤ式ポンプを用いる場合を示したが、これに限定されるものでなく、ベーン駆動や外接ギヤなどを用いた回転ポンプであってもよい。さらに、内接ギヤポンプとして、アウタロータ１１の内周側に内歯を設け、外歯を備えたインナロータ１２と噛み合わせながら偏心して回転させることにより、アウタロータ１１とインナロータ１２との間の内接する部分で仕切られた間隙の容積が拡縮変化を繰り返す内接ギヤポンプであれば、必ずしも上述のようなトロコイド曲線型ポンプには限定されない。また、アウタロータ１１の内歯やインナロータ１２の外歯は、必ずしも明確ないわゆる歯形に形成されたものに限らず、突出部、突起部または係合部であってもよい。

さらに、上記実施形態では、ブラシレスモータ３のロータ６として、回転駆動軸７の外周部に複数個の永久磁石８を配置し固着する場合を示したが、これに限定されるものでなく、リング形状の永久磁石を固着したものを用いるようにしてもよい。

１：電動オイルポンプ装置、２：オイルポンプ、３：ブラシレスモータ（電動モータ）、４：制御基板、５：モータ用ステータ、６：モータ用ロータ、７：回転駆動軸（回転軸）、８：永久磁石、９：ステータコア、１０：ロータコア、１１：ポンプ用アウタロータ、
１２：ポンプ用インナロータ、１３：ポンプ室、１４：ポンププレート、
１５：ポンプハウジング、１６：Ｏリング、１７：モータハウジング、
１８：インシュレータ、１９：モータコイル、２０：カバー、２１：制御室、
２２：回路部品、２３：呼吸孔、２４：フィルタ、２５：オイルシール、
２６，２７：軸受、２８：アルミ電解コンデンサ（電子部品）、２９：グランドライン（ＧＮＤ）、３０：アルミケース（金属筐体）、３１：圧力弁、３２：封口材、
３３：リード端子、３４：絶縁スリーブ、３５：アルミタブ、３６：コンデンサ素子、
３７：アース端子（接続端子）

Claims (3)

1. ポンププレートとポンプハウジングとの間に形成されたポンプ室にポンプロータが回転軸線回りに回転可能に支承された金属製のオイルポンプと、
   前記オイルポンプに前記回転軸線方向に隣接して設けられ、前記ポンプロータを回転駆動する電動モータと、
   前記ポンプハウジングに回転可能に軸承され、前記ポンプロータと前記電動モータのロータとを連結する金属製の回転軸と、
   前記電動モータのハウジングに前記オイルポンプの反対側に形成された制御室に収納され、前記電動モータを駆動制御する制御基板と、
   前記制御室の開口部を覆うとともに、前記制御室を外部と連通する呼吸孔が前記回転軸線上に形成されたカバーと、
   前記カバーの内面に設けられ、前記呼吸孔を塞ぐフィルタと、
   周囲を金属筐体で覆われ、前記制御基板に前記呼吸孔に対向して実装された電子部品と、を備え、
   前記電子部品の前記金属筐体を前記制御基板のグランドラインに接続することを特徴とする電動オイルポンプ装置。
2. 請求項１に記載の電動オイルポンプ装置において、
   前記電子部品は、前記金属筐体と前記制御基板の前記グランドラインとを接続する金属製の接続端子を備えることを特徴とする電動オイルポンプ装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の電動オイルポンプ装置において、
   前記電子部品は、前記回転軸線方向に前記呼吸孔直近に配置されることを特徴とする電動オイルポンプ装置。

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