JP6518273B2 - 電動ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、電動ポンプに関する。

インペラをモータにより回転させる電動ポンプが知られている。このような電動ポンプでは、モータを収納するモータ収納部に対して、モータの回転軸心の方向の一方側にインペラを収納するインペラ収納部が位置し、インペラ収納部よりも更に一方側にインペラに流体を導入する導入管部が位置し、モータ収納部の他方側にモータのコイルに電気的に接続されたプリント基板が配置される（例えば特許文献１及び２を参照）。

特開２０１６−３５８０号公報 特開２０１６−２３６３５号公報

しかしながら上記の位置にプリント基板を配置すると、モータの回転軸心方向での電動ポンプの大きさが大型化する可能性がある。また、プリント基板にはモータのコイルが電気的に接続されており、またプリント基板はコイルの近くに配置されているため、プリント基板やプリント基板に実装されている電子部品が高温化する可能性がある。

そこで本発明は、モータの回転軸心の方向での大型化を抑制しつつ、プリント基板及びプリント基板に実装されている電子部品の高温化を抑制する電動ポンプを提供することを目的とする。

上記目的は、モータと、前記モータにより回転するインペラと、前記モータを収納したモータ収納部と、前記インペラを収納し、前記モータ収納部よりも前記モータの回転軸心の一方側に位置したインペラ収納部と、前記インペラ収納部内に流体を導入し、前記モータ収納部よりも前記一方側に位置した導入管部と、前記インペラ収納部から前記流体を排出する排出管部と、前記モータのコイルに電気的に接続され、前記モータ収納部よりも前記一方側に位置したプリント基板と、前記プリント基板に実装された電子部品と、を備え、前記プリント基板は、前記導入管部を逃がす切欠部を有し、前記インペラ収納部に対向している、電動ポンプによって達成できる。

本発明によれば、モータの回転軸心の方向での大型化を抑制しつつ、プリント基板及びプリント基板に実装されている電子部品の高温化を抑制する電動ポンプを提供できる。

図１Ａは、電動ポンプの上面図、図１Ｂは、電動ポンプの側面図である。 図２は、図１ＡのＡ−Ａ断面図である。 図３Ａは、ケースの上面図であり、図３Ｂは、図３ＡのＢ−Ｂ断面図である。 図４Ａは、プリント基板の底面図であり、図４Ｂは、プリント基板の側面図である。 図５Ａは、変形例であるケースの上面図、図５Ｂは、図５ＡのＣ−Ｃ断面図である。

図１Ａは、電動ポンプ１の上面図、図１Ｂは、電動ポンプ１の側面図、図２は、図１ＡのＡ−Ａ断面図である。電動ポンプ１は、互いに固定されたケース１０及び２０を備える。ケース２０には、モータＭを収納するモータ収納部ＲＨが形成されている。モータＭは、ロータＲ、鉄心３０、鉄心３０に巻回された複数のコイル３４を含む。モータ収納部ＲＨには、ロータＲを回転可能に収納するロータ室ＲＣを画定する。ロータＲには詳しくは後述するがインペラ部４８を含み、インペラ部４８はケース１０のインペラ収納部ＩＨが画定するインペラ室ＩＣ内に収納されている。また、コイル３４に導通ピン３９を介してプリント基板６０が電気的に接続されており、プリント基板６０は、ケース１０側に配置されている。プリント基板６０には、コイル３４の通電状態を制御してモータＭの駆動を制御する駆動回路が実装されている。また、ケース１０には、流体をインペラ収納部ＩＨ内に導入する導入管部１１、流体をインペラ収納部ＩＨから排出する排出管部１２が形成されている。ここで、流体は具体的には液体であるが、気体であってもよい。ケース１０は、アルミや黄銅等の金属製であってもよいし、熱伝導性の良い合成樹脂製であってもよい。

ケース２０は、断面視で略凹状であり、ロータＲの外周を包囲するように略筒状の周壁部２５と、ロータＲを回転可能に支持し略板状の底壁部２７とを含み、例えば合成樹脂製である。周壁部２５及び底壁部２７は、モータ収納部ＲＨを画定する。ケース２０は、鉄心３０、ロータＲを回転可能に支持する軸部材４０、軸部材４０の端部４２に固定された鍔部材５０と共にインサート成型されている。周壁部２５には、鉄心３０、コイル３４、導通ピン３９の一部が埋設されている。底壁部２７に、軸部材４０の端部４２、鍔部材５０が埋設されている。

ロータＲは、上述した軸部材４０周りに嵌合した軸受Ｂを介して回転可能に支持された保持部材４７、保持部材４７の基端側で保持されケース２０の周壁部２５と対向する複数の永久磁石４６、を含む。保持部材４７の先端側には、導入管部１１から流体を吸入し排出管部１２から排出するインペラ部４８が形成されている。インペラ部４８は、軸部材４０の端部４１側に位置する。コイル３４に電流が流れることにより、鉄心３０が所定の極性に励磁され、鉄心３０と永久磁石４６との間に作用する磁力によってロータＲが回転し、インペラ部４８が回転する。尚、本明細書では、モータＭの回転軸心の方向を軸心方向Ｄ１と称し、軸心方向Ｄ１に直交するモータＭの径方向を径方向Ｄ２と称する。

尚、ケース２０には周壁部２５から径方向Ｄ２の外側に略Ｃ字状の固定部２９が突出している。固定部２９は、電動ポンプ１を他の部材に固定するための機能を有している。

図２に示すように、ケース１０は、ケース２０よりも軸心方向Ｄ１の一方側、詳細には、インペラ部４８が位置している側でケース２０に固定されている。ケース１０は、導入管部１１、上壁部１３、周壁部１５、固定壁部１７、及び包囲壁部１８が一体に形成されている。導入管部１１は、軸心方向Ｄ１でケース２０側に延在している。尚、排出管部１２も、導入管部１１と隣接しており、ケース２０に対して同じ一方側に位置している。上壁部１３は、導入管部１１から湾曲しながら径方向Ｄ２の外側に延在している。周壁部１５は、上壁部１３から軸心方向Ｄ１のケース２０側に延在している。上壁部１３及び周壁部１５は、インペラ収納部ＩＨを画定する。固定壁部１７は、周壁部１５から径方向Ｄ２の外側に延在しケース２０の上面２３に固定されている。包囲壁部１８は、周壁部１５よりも径方向Ｄ２の外側に位置して固定壁部１７から立ち上がっている。包囲壁部１８は、図１Ａに示すように略円形状であるが、部分的に径方向Ｄ２の外側に突出した突壁部１８１が形成されている。

上壁部１３は、インペラ部４８の形状に対応するように、径方向Ｄ２の外側に従って、拡径するように湾曲しており、インペラ部４８と軸心方向Ｄ１で対向している。周壁部１５は、インペラ部４８の径方向Ｄ２の外側に位置している。インペラ室ＩＣは、詳細には、ケース１０のインペラ収納部ＩＨとケース２０の上面２３とにより画定されている。

プリント基板６０の中央部には、導入管部１１を逃がした切欠部６３が形成されている。また、プリント基板６０は、上壁部１３、周壁部１５、固定壁部１７、及び包囲壁部１８により画定される基板室ＰＣ内に、インペラ収納部ＩＨと対向するように配置されている。プリント基板６０は、モータ収納部ＲＨ側の面６１と、面６１とは反対側の面６２とを有し、電子部品Ｅ１等のプリント基板６０に実装されている電子部品であって、背が高い又は放熱が必要な電子部品の多くが面６１側に実装されている。

また、導通ピン３９の一部分は、包囲壁部１８に包囲される基板室ＰＣ内にまで延びてプリント基板６０に接続されている。また、基板室ＰＣ内には、プリント基板６０、後述する電子部品Ｅ１〜Ｅ３及び導通ピン３９等と共に、ポッティング樹脂ＰＲが充填されて硬化しており、これによりこれら部品は封止されている。このため、これらの部品の防水性や防塵性、外部からの耐衝撃性が確保されている。また、基板室ＰＣ内でのプリント基板６０のがたつきや、インペラ部４８が液体を攪拌する際の騒音の増大も抑制される。

図２に示すようにプリント基板６０は、ケース２０の上面２３から導入管部１１の上端までの軸心方向Ｄ１での高さＨの範囲内に配置され、詳細にはインペラ収納部ＩＨ及び導入管部１１に対向してインペラ収納部ＩＨ近傍に配置されている。このため、軸心方向Ｄ１での電動ポンプ１の大型化が抑制されている。

また、インペラ室ＩＣや導入管部１１には流体が流れるため、プリント基板６０や電子部品Ｅ１〜Ｅ３の熱をポッティング樹脂ＰＲや上壁部１３等を介して流体に逃がすことができ、プリント基板６０及びプリント基板６０に実装されており詳しくは後述する電子部品Ｅ１〜Ｅ３の高温化が抑制されている。また、プリント基板６０には導入管部１１を逃がす切欠部６３が形成されているため、プリント基板６０をできる限りインペラ収納部ＩＨ近傍に配置できる。これにより、プリント基板６０及び電子部品Ｅ１〜Ｅ３の熱を、インペラ室ＩＣを流れる流体に効率的に逃がすことができ、プリント基板６０及び電子部品Ｅ１〜Ｅ３の高温化が更に抑制されている。

次にプリント基板６０に関する構造について詳細に説明する。図３Ａは、ケース１０の上面図であり、図３Ｂは、図３ＡのＢ−Ｂ断面図である。図３Ａ及び図３Ｂでは、プリント基板６０を組み付ける前のケース１０のみを示している。図３Ａに示すように、インペラ収納部ＩＨはモータＭの回転軸心方向から見て、排出管部１２と周壁部１５とが接続した巻始位置１５１から時計方向に従ってモータＭの回転軸心からの径が徐々に増大するように渦巻状に形成されているが、円形状であってもよい。排出管部１２は、インペラ収納部ＩＨから外側に延びており、包囲壁部１８内から外部へと延びている。図４Ａはプリント基板６０の底面図であり、図４Ｂはプリント基板６０の側面図である。プリント基板６０の面６１には、高さの異なる複数の電子部品Ｅ１〜Ｅ３が実装されている。電子部品Ｅ１〜Ｅ３は、モータＭの駆動を実現するために設けられた電子部品であり、例えばトランジスタやコンデンサ、コイル等である。図４Ｂに示すように、電子部品Ｅ１〜Ｅ３のうち、電子部品Ｅ１が最も背が低く、電子部品Ｅ３が最も背が高い。電子部品Ｅ１及びＥ２は、インペラ収納部ＩＨの上壁部１３に軸心方向Ｄ１で対向し、電子部品Ｅ３は、インペラ収納部ＩＨの周壁部１５に径方向Ｄ２に対向する。また、プリント基板６０は、略円形状の部分から径方向Ｄ２の外側に突出したコネクタ部６９を有する。コネクタ部６９には、導通ピン３９の先端が接続される。

また、プリント基板６０の外縁近傍には、３つの孔６６１〜６６３が形成されている。図３Ａに示すように、包囲壁部１８で包囲された部分には、軸心方向Ｄ１に延び、軸心周りに略等角度間隔に配置された３つの支持ピン１６１〜１６３が設けられている。孔６６１〜６６３にそれぞれ支持ピン１６１〜１６３が嵌合することにより、プリント基板６０は支持ピン１６１〜１６３に支持される。支持ピン１６１は、排出管部１２上に形成されている。支持ピン１６２は、インペラ収納部ＩＨ、具体的には、包囲壁部１８と周壁部１５との間に形成されている。支持ピン１６３は、包囲壁部１８と周壁部１５の間であるが、周壁部１５から離れて包囲壁部１８側に形成されている。支持ピン１６１及び１６２は、基板支持部の一例である。

また、上壁部１３及び排出管部１２の一部には、軸心方向Ｄ１の一方側に突出した、電子部品Ｅ１及びＥ２を支持するための複数の支持リブ１３Ｅが設けられている。支持リブ１３Ｅは、部品支持部の一例である。複数の支持リブ１３Ｅは、略平行に並んだ形状であるがこのような形状に限定されない。例えば、支持リブ１３Ｅは、円柱状や角柱状であってもよい。ここで、モータＭの駆動を実現するために用いられる電子部品Ｅ１〜Ｅ３の温度は、一般的にインペラ室ＩＣ内を流れる流体の温度よりも高い。従って、支持リブ１３Ｅは、インペラ室ＩＣ内を流れる流体によって電子部品Ｅ１及びＥ２の温度よりも低い温度に維持される。このため、電子部品Ｅ１及びＥ２を冷却でき、電子部品Ｅ１及びＥ２の高温化を抑制できる。尚、電子部品Ｅ１及びＥ２と支持リブ１３Ｅとの間に、熱伝導性が良いシリコンや放熱シートを介在させてもよい。

また、プリント基板６０をケース１０に組み付ける際にも、支持ピン１６１〜１６３と共に支持リブ１３Ｅによってもプリント基板６０を安定して支持できるため、プリント基板６０のケース１０への組付作業や、その後の基板室ＰＣ内へのポッティング樹脂ＰＲを充填する作業が容易となる。

図３Ａには、電子部品Ｅ３が配置される位置を点線で示している。プリント基板６０に実装された電子部品のうち最も背の高い電子部品Ｅ３は、周壁部１５よりも径方向Ｄ２の外側に配置される。これにより、電子部品Ｅ３とインペラ収納部ＩＨとの干渉を防止しつつ、デッドスペースを有効活用して、軸心方向Ｄ１での電動ポンプ１の大型化が抑制される。また、電子部品Ｅ３は、図３Ａに示すように、巻始位置１５１から時計方向にα度、具体的には約６０度の範囲内に位置している。ここで、インペラ収納部ＩＨの周壁部１５は巻始位置１５１から時計方向に徐々に径が増大するが、上記の範囲内であれば比較的周壁部１５の径は小さい。このように周壁部１５の径が小さい領域の径方向Ｄ２の外側に背の高い電子部品Ｅ３が配置されるため、電動ポンプ１の径方向Ｄ２の大型化も抑制されている。また、電子部品Ｅ１及びＥ２のみならず電子部品Ｅ３も、プリント基板６０の面６１に実装されて、インペラ収納部ＩＨ近傍に配置されるため、高温化が抑制される。

また、導通ピン３９は、図２に示すように、コイル３４から径方向Ｄ２の外側に延びて途中で折れ曲がり、軸心方向Ｄ１にプリント基板６０に向かって延びた略Ｌ字状である。また、導通ピン３９の先端は、図３Ａに示した突壁部１８１と固定壁部１７との隙間Ｇを通過して、図４Ａに示したコネクタ部６９に接続されている。コネクタ部６９は、隙間Ｇに重なって突壁部１８１に対応するように配置される。コネクタ部６９は、インペラ収納部ＩＨよりも径方向Ｄ２の外側に位置しており、導通ピン３９も同様にインペラ収納部ＩＨよりも径方向Ｄ２の外側に位置して延びている。このため、導通ピン３９がインペラ収納部ＩＨに干渉することなく、モータ収納部ＲＨに対して同じ一方側に配置されたインペラ収納部ＩＨ及びプリント基板６０の導通性を確保できる。また、コネクタ部６９は、排出管部１２及び電子部品Ｅ１〜Ｅ３から退避した位置に設けられているため、導通ピン３９が排出管部１２や電子部品Ｅ１〜Ｅ３と干渉せずに導通性が確保されている。

また、図３Ａに示すように、隙間Ｇ、即ちコネクタ部６９は、モータＭの回転軸心周りに巻始位置１５１から時計方向にα度からβ度、具体的には約６０度〜３６０度の範囲内に位置し、電子部品Ｅ３は、上述したように巻始位置１５１から時計方向に約６０度の範囲内に位置している。これにより、導通ピン３９と電子部品Ｅ３と干渉することなく、プリント基板６０とコイル３４との導通性を確保できる。尚、導通ピン３９は、図２に示すように断面視で略Ｌ字状であるが、これに限定されない。また、導通ピン３９の代わりに、導電性のコイルやその他の部材であってもよい。導通ピン３９は、導通部材の一例である。

また、電動ポンプ１は、ケース１０に対して、ロータＲ、ケース２０、及びプリント基板６０を、全て同じ側から組み付けることができる。このため、電動ポンプ１の組立作業性が向上している。

また、プリント基板６０の外周縁は、基板室ＰＣを画定する包囲壁部１８により包囲されている。このため、基板室ＰＣ内にポッティング樹脂ＰＲが充填される前においても、プリント基板６０を直接触れることなく作業者はケース１０や電動ポンプ１を取り扱うことができる。これによっても作業性が向上している。

包囲壁部１８は、図２に示すように、プリント基板６０と共に導入管部１１の少なくとも一部、具体的には導入管部１１の根元部であって、導入管部１１とインペラ収納部ＩＨとの境界付近を包囲している。更に包囲壁部１８は、図３Ａに示すように、排出管部１２の根元部であって、排出管部１２とインペラ収納部ＩＨとの境界付近をも包囲している。これにより、電動ポンプ１に外部から衝撃が加えられた場合に、プリント基板６０への衝撃を抑制できると共に、導入管部１１や排出管部１２の根元部にも衝撃が加わることが抑制され、プリント基板６０や導入管部１１、排出管部１２が損傷することが抑制される。

上記実施例では、プリント基板６０を包囲する包囲壁部１８は、ケース１０に一体に形成されている。このため、ケース１０とは別体に包囲壁部を形成した場合と比較して、部品点数が抑制されている。

上記実施例では、基板室ＰＣ内にポッティング樹脂ＰＲが充填されて硬化しているが、これに限定されず、例えば、導入管部１１を逃がす切欠部が形成された蓋体を、ケース１０に取り付けてもよい。この場合、基板室ＰＣを画定する包囲壁部は、上記実施例のようにケース１０に一体に形成されていてもよいが、蓋体に一体に形成されていてもよい。これによっても、インペラ収納部ＩＨが外周から包囲されるため、インペラ部４８からの騒音を抑制できる。

上記実施例では、プリント基板６０は高温化抑制の観点からはインペラ収納部ＩＨに近い方が望ましいが、図２に示した高さＨ内に配置されていればよい。軸心方向Ｄ１での大型化が抑制されるからである。

プリント基板を支持する基板支持部は、排出管部１２にのみ設けられていてもよいし、上壁部１３にのみ設けられていてもよい。同様に、電子部品を支持する部品支持部は、排出管部１２にのみ設けられていてもよいし、上壁部１３にのみ設けられていてもよい。

上記実施例では、図２及び図３Ｂに示すように、インペラ収納部ＩＨの上壁部１３の軸心方向Ｄ１での高さは、径方向Ｄ２の外側から内側に近づくほど、即ち、導入管部１１に近づくほど高くなる。このため、例えば、プリント基板６０の面６１側に背の高さの異なる複数の電子部品が上壁部１３に実装し、背の低い電子部品を導入管部１１に近くに配置し、背の高い電子部品を背の低い電子部品よりも導入管部１１から離して配置してもよい。これにより、軸心方向Ｄ１での大型化が抑制される。また、この場合、背の高い電子部品を、インペラ収納部ＩＨよりも径方向Ｄ２の外側に位置してもよい。

周壁部１５と包囲壁部１８とが共通の壁部により実現されていてもよい。即ち、単一の周壁部によって、インペラ収納部ＩＨを画定すると共に基板室ＰＣを画定する構成であってもよい。

次に、変形例であるケース１０ａについて説明する。尚、ケース１０ａに関して、上述したケース１０と同一、類似の構成については、同一、類似の符号を付することにより重複する説明を省略する。図５Ａは、変形例であるケース１０ａの上面図、図５Ｂは、図５ＡのＣ−Ｃ断面図である。尚、図５Ａ及び図５Ｂは、ケース２０への組み付け前であって基板室ＰＣａにポッティング樹脂ＰＲを充填する前の状態のケース１０ａを示している。

導入管部１１ａは、インペラ室ＩＣａよりも径方向Ｄ２の外側に延びており、排出管部１２ａと略平行に延びている。プリント基板６０ａは、導入管部１１ａを逃がすように、直線状に切欠部６３ａが形成されている。また、インペラ室ＩＣａは、上述したインペラ室ＩＣと比較して扁平状である。インペラ収納部ＩＨａの上壁部１３ａもほぼ径方向Ｄ２に平行に形成されている。プリント基板６０ａは、インペラ収納部ＩＨａ、包囲壁部１８ａ、及び突壁部１８１に包囲される基板室ＰＣａ内に配置されている。周壁部１５ａも、上述した周壁部１５と比較して、軸心方向Ｄ１での高さが小さく形成されている。固定壁部１７ａは、上述した固定壁部１７と同様にケース２０に固定される。

このような構成においても、プリント基板６０ａは、軸心方向Ｄ１でのケース２０の上面２３から導入管部１１ａの上端までの高さＨａの範囲内に配置されてインペラ収納部ＩＨａ及び導入管部１１ａに対向して配置され、切欠部６３ａによりインペラ収納部ＩＨａの近傍に配置されているため、軸心方向Ｄ１での大型化及びプリント基板６０ａ及びプリント基板６０ａに実装されている電子部品の高温化が抑制される。また、図５Ｂでは図示を省略してあるが、プリント基板６０ａの面６１ａには、面６２ａよりも多くの電子部品が実装されているため、電子部品の高温化も抑制できる。また、上壁部１３ａには支持ピン１６１ａが形成されているため、プリント基板６０ａを安定して支持することができ、作業性が向上している。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、変形・変更が可能である。

プリント基板６０及び６０ａは、共に略円形状であるがこれに限定されず、切欠部６３及び６３ａの形状も図示した例に限定されない。プリント基板６０の面６１に実装されている電子部品の数が、面６２に実装されている電子部品の数より多ければ、面６２に電子部品が実装されていてもよい。プリント基板６０ａについても同様である。尚、上記実施例及び変形例では、プリント基板６０及び６０ａ自体を上述のように配置することによって高温化が抑制されているため、例えば面６２に実装されている電子部品があっても、この電子部品についても高温化が抑制される。また、上記変形例では、導入管部１１ａの上部にプリント基板６０ａを配置してもよい。

１ 電動ポンプ
１０、２０ ケース
１１ 導入管部
１２ 排出管部
１３ 上壁部
１５ 周壁部
１３Ｅ 支持リブ
３０ 鉄心
３４ コイル
４８ インペラ部
６０ プリント基板
６３ 切欠部
Ｍ モータ
ＩＨ インペラ収納部
ＲＨ モータ収納部
Ｅ１〜Ｅ３ 電子部品

Claims (6)

1. モータと、
   前記モータにより回転するインペラと、
   前記モータを収納したモータ収納部と、
   前記インペラを収納し、前記モータ収納部よりも前記モータの回転軸心の一方側に位置したインペラ収納部と、
   前記インペラ収納部内に流体を導入し、前記モータ収納部よりも前記一方側に位置した導入管部と、
   前記インペラ収納部から前記流体を排出する排出管部と、
   前記モータのコイルに電気的に接続され、前記モータ収納部よりも前記一方側に位置したプリント基板と、
   前記プリント基板に実装された電子部品と、を備え、
   前記プリント基板は、前記導入管部を逃がす切欠部を有し、前記インペラ収納部に対向し、
   前記電子部品は、前記プリント基板からの高さが異なる第１及び第２電子部品を含み、
   前記インペラ収納部には、前記第１及び第２電子部品をそれぞれ支持する第１及び第２部品支持部が一体に設けられており、
   前記第１及び第２部品支持部は、それぞれ、前記第１及び第２電子部品に対応するように高さが異なっており、
   前記第１部品支持部は、前記インペラの形状に沿って湾曲した前記インペラ収納部の曲面上から突出し、前記第１電子部品を支持する複数の支持リブを含む、電動ポンプ。
2. 前記排出管部は、前記モータ収納部よりも前記一方側に位置する、請求項１の電動ポンプ。
3. 前記電子部品は、第３電子部品を含み、
   前記プリント基板は、前記排出管部に対向しており、
   前記排出管部には、前記第３電子部品を支持する第３部品支持部が設けられている、請求項２の電動ポンプ。
4. 前記インペラ収納部には、前記プリント基板を支持する基板支持部が設けられている、請求項１乃至３の何れかの電動ポンプ。
5. 前記プリント基板は、前記排出管部に対向しており、
   前記排出管部には、前記プリント基板を支持する基板支持部が設けられている、請求項２の電動ポンプ。
6. 前記コイルは、前記モータ収納部の周壁部に埋設されている、請求項１乃至５の何れかの電動ポンプ。
   

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