JP6626212B2 - 自動車用電動式流体ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、ブラシレス電子整流式の電動駆動モータを有し、当該電動駆動モータに、ロータ回転位置の正確な検出のための複数のホールセンサが設けられた自動車用電動式流体ポンプに関する。

電動駆動モータは、複数のロータ磁極が設けられ、回転中心軸線を中心に回転する永久磁石式のモータロータと、複数のステータ側電磁コイルと、軸線を横切る方向に延びる平面内に位置するプリント配線基板とを備える。更に、電動駆動モータは、プリント配線基板の近位面に、モータロータに対向するように配置された、ステータ側の少なくとも２つのホールセンサを備え、ホールセンサは、ロータ磁極の軸線方向磁界を検出するように、回転中心軸線から外れた位置に配置される。更に、ホールセンサを互いに磁気的に直接結合するために、強磁性金属背面部材が、プリント配線基板の遠位面に設けられる。

ブラシレス電子整流式の電動駆動モータを有した自動車用電動式流体ポンプは、特許文献１により先行技術として知られている。モータロータの回転位置は、ＰＣＢ（プリント配線基板）に装着された３つのホールセンサによって検出されるようになっており、これらのホールセンサは、３つの磁界伝導ピンに接続されている。ＰＣＢにおいてホールセンサが設けられる面とは反対側となる面には、干渉リングが取り付けられる。

欧州特許出願公開第２７０１２９１号明細書

自動車用電動式流体ポンプは、電子整流式の電動駆動モータによって駆動されるが、そのモータロータの回転位置の正確な検出は、安全で効率的な作動を行う上で極めて重要である。電動駆動モータの高精度の制御には、モータロータの回転位置の正確な検出が要求される。電動駆動モータの高精度の制御により、いわゆるトグリング（toggling）など、起動時の問題のような、好ましくない作動状態を避けることができる。このような好ましくない作動状態は、容積式流体ポンプを用いる場合に、広範なトルク範囲に起因して生じる可能性がある。また、ステータコイルにおける正確な整流タイミングによって、全体的なエネルギ消費を最小化することが可能である。

モータロータの回転位置の正確な検出のために複数のホールセンサが用いられ、これらのホールセンサは、モータロータから軸線方向となる位置に配置することができる。これにより、ホールセンサには、ロータ磁極が生成する回転磁界が通過し、この回転磁界を検出することができる。ホールセンサが検出するロータ磁極の磁界の絶対磁界強度、及び干渉磁界の強度は、ホールセンサを用いたモータロータの回転位置検出の精度に関係する。

本発明の目的は、ブラシレス電子整流式の電動駆動モータを有し、より精度よくモータロータの回転位置を検出することが可能であると共に、より経済的に製造することが可能な自動車用電動式流体ポンプを提供することにある。

このような目的は、請求項１に示す特徴を有した自動車用電動式流体ポンプによって達成される。

本発明に係る自動車用電動式流体ポンプは、ホールセンサを互いに磁気的に直接結合する強磁性金属背面部材を備える。強磁性金属背面部材は、プリント配線基板の複数の開口内にそれぞれ延設される複数の軸線方向突出部を備える。軸線方向突出部は、それぞれ対応するホールセンサに対向する。これにより、強磁性金属背面部材とホールセンサとの距離が最小化される。ロータ磁極によって軸線方向に発せられる磁界に関わる磁気回路が大幅に改善され、即ち、ホールセンサの磁気回路における磁気抵抗が低減される。

ホールセンサの端部とロータ磁極との間には、磁気ギャップが設けられる。強磁性金属背面部材を用いることにより、磁気回路の質が改善される。これにより、それぞれのホールセンサにおける信号対雑音比が著しく増大し、より精度よくモータロータの回転位置を検出することが可能となる。そして、モータロータの好ましくない作動状態を回避することが可能となり、モータ制御を単純且つ安価なものとすることができる程度に、モータ制御の質を落とすことが可能となる。

本発明の好ましい態様において、強磁性金属背面部材は、ハンダ付けによってプリント配線基板に固定される。これにより、迅速且つ容易に強磁性金属背面部材をプリント配線基板に結合することができる。従って、より一層経済的に自動車用電動式流体ポンプを製造することが可能となる。

本発明の更に好ましい態様において、強磁性金属背面部材は、軸線を横切る方向に延びる平面内に位置する、切れ目のないリングを形成する。ホールセンサと強磁性金属背面部材との磁気結合は、切れ目のないリングによって改善する。従って、ホールセンサの磁気回路における磁気抵抗が低減されることにより、信号品質が改善される。

強磁性金属背面部材は、円形リングを形成するのが好ましい。これにより、円形リングの中央部分の領域に、ロータシャフトを支障なく貫通させて延設することが可能となる。

実質的に軸線方向に向けられた磁界伝導ピンが、ホールセンサのそれぞれに対し、近接して割り当てられるのが好ましい。これにより、モータロータから軸線方向に距離を置いてホールセンサを配置することが可能となり、単一のプリント配線基板に、モータコントローラと共にホールセンサを配置することもできる。磁界伝導ピンの一端は、モータロータに対し、軸線方向に可能な限り近づけて配置される。磁界伝導ピンは、比較的低い磁気損失で、ロータ磁極の軸線方向磁界を集束させてそれぞれのホールセンサに導く。磁界伝導ピンは、強磁性金属背面部材と共に、低損失の磁気回路を提供し、それによってホールセンサに強力な信号を確保する。従って、ステータコイルから離れた位置にホールセンサを配置可能となり、磁気コイルによって生じる磁気干渉が比較的小さくなる。それでも信号は強力であるため、モータコントローラを比較的単純な構成とすることが可能となり、製造コストを節約することができる。

本発明の更に好ましい態様において、強磁性金属背面部材は、金属板部材である。金属板部材で形成される強磁性金属背面部材は、安価であり、打抜き加工及び深絞り加工によって容易に加工することが可能である。従って、強磁性金属背面部材を経済的に製造することができる。

また、軸線方向突出部は、深絞り加工によって設けられ、近接端部を形成するのが好ましい。強磁性金属背面部材には、更に別の部材を設ける必要がない。従って、強磁性金属背面部材は、単一部材として形成することができる。これにより、工程をいくつか省略することが可能となる。従って、強磁性金属背面部材を経済的に製造することができる。

また、軸線方向突出部のそれぞれは、軸線方向の長さが、プリント配線基板の厚さの８０％以上であるのが好ましい。本発明によれば、軸線方向突出部の軸線方向の長さは、開口内に延在する軸線方向突出部の長さとなる。これにより、強磁性金属背面部材の軸線方向突出部とホールセンサとの距離を短くすることが可能となり、信号品質を改善することができる。

本発明の更に好ましい態様において、軸線方向突出部のそれぞれは、プリント配線基板にそれぞれ対応して設けられた開口の径より、少なくとも０．７ｍｍ小さい径を有する。これにより、仮に開口の一部が軸線方向突出部の一部と厳密に整合していなくても、強磁性金属背面部材をプリント配線基板に取り付けることが可能となる。従って、製造誤差の制限が緩和され、より一層経済的に電動式流体ポンプを製造することが可能となる。

軸線方向突出部のそれぞれは、円錐形状に形成されるのが好ましい。本発明によれば、円錐形状の軸線方向突出部の径は、ホールセンサに近付くにつれて減少していく。特に、軸線方向突出部は、円錐台状に形成されるのが好ましい。

本発明の更に好ましい態様において、軸線方向突出部のそれぞれには、モータロータから遠い側の端部にカラー部が設けられる。本発明によるカラー部は、リング状の部材であって、軸線を横切る方向に延びる平面において軸線方向突出部を取り囲んでいる。これにより、開口内に入り込む軸線方向突出部の最大長が規制される。従って、軸線方向突出部とホールセンサとの最終的な距離が正確に調整される。

本発明の更なる利点は、図面と併せ、本発明の実施形態についての以下の詳細な説明から明らかになるであろう。

電動駆動モータとポンプユニットとを備えた自動車用電動式流体ポンプの概略図である。 図１に示す自動車用電動式流体ポンプの電動駆動モータの軸線方向断面図である。 強磁性金属背面部材を備えたプリント配線基板の平面図である。

図１は、２つのモジュール、即ち、電動駆動モータ１２とポンプユニット１４とを備えた自動車用電動式流体ポンプ１０の概略図である。ポンプユニット１４は、例えば、ベーンポンプ、回転ベーンポンプ、またはピストンポンプなどの容積式ポンプとすることができる。また、ポンプユニット１４は、遠心ポンプまたは渦巻ポンプなどの非容積式ポンプとすることも可能である。

図２は、電動駆動モータ１２の軸線方向断面図である。電動駆動モータ１２は、ブラシレス電子整流式駆動モータである。電動駆動モータ１２は、４つのロータ磁極３８_１，３８_２，３８_３，３８_４を有した永久磁石式のモータロータ３０を備えており、それぞれのロータ磁極には、永久磁石３６が埋め込まれている。ステータ側には、６つの電磁コイル４０が配置され、回転する磁界を生成する。これらの電磁コイル４０は、モータハウジング２０の内部に配置されている。モータハウジング２０は、ハウジング容器２２とハウジングカバー２４とによって形成される。モータロータ３０は、ポンプユニット１４のポンプシャフトを直接駆動するモータシャフト３２を備える。

電動駆動モータ１２において、軸線方向でポンプユニット１４から遠い方の端部の側には、プリント配線基板５０が配置されており、このプリント配線基板５０は、軸線を横切る方向に延びる平面内に位置する。プリント配線基板５０は、その近位面に導体回路５４を有した基板本体５２を備える。基板本体５２の近位面とは、軸線方向でモータロータ３０に対向する方の面である。また、基板本体５２の遠位面とは、軸線方向でモータロータ３０から遠い方の面である。制御用電子部品及び電力供給用電子部品は、いずれも基板本体５２の近位面の方に配置される。更に、基板本体５２の近位面には、３つのホールセンサ６０_１，６０_２，６０_３が配置される。これらホールセンサ６０_１，６０_２，６０_３は、回転中心軸線６１であるモータ軸線までの距離が、モータロータ３０の永久磁石３６とほぼ同じになるような位置に配置されている。

プリント配線基板５０上の電力供給用電子部品は、導体回路５４及び軸線方向配線６６によって、各電磁コイル４０と電気的に接続されている。３つのホールセンサ６０_１，６０_２，６０_３のそれぞれは、これらホールセンサ６０_１，６０_２，６０_３に対応し、それぞれ近接配置されて軸線方向に延びる強磁性体の３つの磁界伝導ピン６２_１，６２_２，６２_３と組み合わされている。これら磁界伝導ピン６２_１，６２_２，６２_３の、軸線方向でモータロータ３０に近い方の端部は、これに対向するモータロータ３０の端部からわずかな距離しか離間していない。

図２に示すように、プリント配線基板５０の遠位面には、強磁性金属背面部材７０が配置される。強磁性金属背面部材７０は、強磁性材料からなる単体部材として形成され、プリント配線基板５０にハンダ付けされている。強磁性金属背面部材７０は、円錐状の３つの軸線方向突出部７１_１，７１_２，７１_３を備えており、これら３つの軸線方向突出部７１_１，７１_２，７１_３に対応して設けられたプリント配線基板５０の３つの開口７２_１，７２_２，７２_３の中に、３つの軸線方向突出部７１_１，７１_２，７１_３が延びて、これらの軸線方向突出部７１_１，７１_２，７１_３が、それぞれ対応する３つのホールセンサ６０_１，６０_２，６０_３に軸線方向で対向するようになっている。３つの軸線方向突出部７１_１，７１_２，７１_３と、これらに対応する３つのホールセンサ６０_１，６０_２，６０_３との間には、比較的小さなギャップ７４が形成される。

更に、図２には、制御用電子部品、３つのホールセンサ６０_１，６０_２，６０_３、及び３つの磁界伝導ピン６２_１，６２_２，６２_３を含むプリント配線基板５０が、モノリシックプラスチックケース５５に一体成形された状態で示されている。プリント配線基板５０の導体回路５４は、接続用配線によりモータコネクタ６８に接続されている。

図３は、強磁性金属背面部材７０を備えたプリント配線基板５０の平面図である。強磁性金属背面部材７０は、リング状部材として形成されている。それぞれの軸線方向突出部７１_１，７１_２，７１_３は、軸線を横切る方向に延びる平面内に位置する円環カラー部材７６によって取り囲まれており、これら軸線方向突出部７１_１，７１_２，７１_３及び円環カラー部材７６が、３つの開口７２_１，７２_２，７２_３を塞いでいる。

図２から判るように、３つのホールセンサ６０_１，６０_２，６０_３から遠い方の遠位面に設けられた強磁性金属背面部材７０、これらホールセンサ６０_１，６０_２，６０_３に近接配置された３つの磁界伝導ピン６２_１，６２_２，６２_３、及び強磁性のモータロータ３０によって磁気回路が形成される。従って、全体的な磁気抵抗が低くなる。モータロータ３０の永久磁石３６によって生じる磁界は、３つのホールセンサ６０_１，６０_２，６０_３の周辺に比較的高い磁界強度を生成する。この結果、ホールセンサ６０_１，６０_２，６０_３においては、高い信号対雑音比が得られることになり、電力損失を低減すると共に製造を単純化することが可能な、一連の構造上及び構成上の簡素化が可能となる。

１０ 自動車用電動式流体ポンプ
１２ 電動駆動モータ
１４ ポンプユニット
２２ ハウジング容器
２４ ハウジングカバー
３０ モータロータ
３２ モータシャフト
３６ 永久磁石
３８_１〜３８_３ ロータ磁極
４０ 電磁コイル
５０ プリント配線基板
５２ 基板本体
５４ 導体回路
５５ モノリシックプラスチックケース
６０_１〜６０_３ ホールセンサ
６１ 回転中心軸線
６２_１〜６２_３ 磁界伝導ピン
６６ 軸線方向配線
６８ モータコネクタ
７０ 強磁性金属背面部材
７１_１〜７１_３ 軸線方向突出部
７２_１〜７２_３ 開口
７４ ギャップ
７６ カラー部

Claims (11)

1. ブラシレス電子整流式の電動駆動モータ（１２）を有した自動車用流体ポンプ（１０）であって、
   前記電動駆動モータ（１２）が、
   複数のロータ磁極（３８_１，３８_２，３８_３）が設けられ、回転中心軸線（６１）を中心に回転する永久磁石式のモータロータ（３０）と、
   複数のステータ側電磁コイル（４０）と、
   軸線を横切る方向に延びる平面内に位置するプリント配線基板（５０）と、
   前記プリント配線基板（５０）の近位面に、前記モータロータ（３０）に対向するように配置された、ステータ側の少なくとも２つのホールセンサ（６０_１，６０_２，６０_３）とを備え、
   前記ホールセンサ（６０_１，６０_２，６０_３）が、前記ロータ磁極の軸線方向磁界を検出するように、前記回転中心軸線（６１）から外れた位置に配置され、
   前記ホールセンサ（６０_１，６０_２，６０_３）を互いに磁気的に直接結合するために、強磁性金属背面部材（７０）が、前記プリント配線基板（５０）の遠位面に設けられる
   自動車用流体ポンプ（１０）において、
   前記強磁性金属背面部材（７０）は、
   前記プリント配線基板（５０）の複数の開口（７２_１，７２_２，７２_３）の中にそれぞれ延設される複数の軸線方向突出部（７１_１，７１_２，７１_３）を備え、
   前記軸線方向突出部（７１_１，７１_２，７１_３）が、それぞれ対応する前記ホールセンサ（６０_１，６０_２，６０_３）に対向する
   ことを特徴とする自動車用流体ポンプ。
2. 前記強磁性金属背面部材（７０）は、ハンダ付けによって前記プリント配線基板（５０）に固定されることを特徴とする請求項１に記載の自動車用流体ポンプ。
3. 前記強磁性金属背面部材（７０）は、軸線を横切る方向に延びる平面内に位置する、切れ目のないリングを形成することを特徴とする請求項１または２に記載の自動車用流体ポンプ。
4. 前記強磁性金属背面部材（７０）は、円形リングを形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の自動車用流体ポンプ。
5. 実質的に軸線方向に向けられた磁界伝導ピン（６２_１，６２_２，６２_３）が、前記ホールセンサ（６０_１，６０_２，６０_３）のそれぞれに対し、近接して割り当てられることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の自動車用流体ポンプ。
6. 前記強磁性金属背面部材（７０）は、金属板部材であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の自動車用流体ポンプ。
7. 前記軸線方向突出部（７１_１，７１_２，７１_３）は、深絞り加工によって設けられ、近接端部を形成することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の自動車用流体ポンプ。
8. 前記軸線方向突出部（７１_１，７１_２，７１_３）のそれぞれは、軸線方向の長さが、前記プリント配線基板（５０）の厚さの８０％以上であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の自動車用流体ポンプ。
9. 前記軸線方向突出部（７１_１，７１_２，７１_３）のそれぞれは、前記プリント配線基板（５０）にそれぞれ対応して設けられた前記開口（７２_１，７２_２，７２_３）の径より、少なくとも０．７ｍｍ小さい径を有することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の自動車用流体ポンプ。
10. 前記軸線方向突出部（７１_１，７１_２，７１_３）のそれぞれは、円錐形状に形成されることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の自動車用流体ポンプ。
11. 前記軸線方向突出部（７１_１，７１_２，７１_３）のそれぞれには、前記モータロータ（３０）から遠い側の端部にカラー部（７６）が設けられることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の自動車用流体ポンプ。

Images