JP7681997B2 - 電動流体ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、電動流体ポンプに関する。

車両などに搭載される電動流体ポンプとして、例えば、アイドリングストップ機構（停車時にエンジンを自動停止する機構）を備える車両において、停車中のトランスミッション内の油圧を保持する電動オイルポンプが知られている。

この種の電動流体ポンプにおいては、流体圧の制御を行うため、コンデンサなどの種々の電子部品が搭載された基板（制御基板）を備えている。基板上の電子部品に電流が流れると、電子部品が発熱し、その発熱の影響により、回路動作の効率が低下したり、電子部品が破損したりする虞がある。

そのため、下記特許文献１及び下記特許文献２においては、電子部品及び基板の熱を放熱する放熱部材として、ヒートシンクを備える構成が開示されている。ヒートシンクを介して基板上の電子部品の熱が放熱されることにより、温度上昇に伴う電子部品の機能低下又は破損などを回避できる。

特開２０１７－１８４５４２号公報 特開２０２０－１９５１９６号公報

しかしながら、上記のようなヒートシンクなどの放熱部材を別途追加する対策は、部品点数の増加に加え、部品配置などの設計変更を強いられるという課題がある。

そこで、本発明は、新たに放熱部材を追加することなく、基板の放熱を効果的に行える電動流体ポンプを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、流体を搬送するポンプ部と、ポンプ部を駆動するモータ部と、モータ部を制御する制御回路が形成された基板と、ポンプ部を収容するポンプ収容部、モータ部を収容するモータ収容部、及び、基板を収容する基板収容部を備えたハウジングと、を有する電動流体ポンプであって、ポンプ収容部、モータ収容部、及び、基板収容部が、金属製の一体部材であることを特徴とする。

このように、本発明においては、ポンプ収容部、モータ収容部、及び、基板収容部が、金属製の一体部材であるので、ハウジングにおける伝熱性が向上し、ハウジングを介して基板の放熱を効果的に行うことができる。また、新たに放熱部材を追加する必要が無いので、大幅な設計変更も回避できる。

基板は、ハウジングに対して基板上の金属箔を介して接触することが好ましい。この場合、基板からハウジングへの熱伝導性が向上するので、基板の放熱性が向上する。

また、基板は、ハウジングに対して金属製の固定具によって固定されることが好ましい。この場合も、基板からハウジングへの熱伝導性が向上するので、基板の放熱性が向上する。

また、基板とハウジングは、基板のポンプ収容部側の面において接触することが好ましい。これにより、基板からポンプ収容部までの伝熱経路が短くなるので、基板の熱をポンプ収容部内の流体へ伝達しやすくなり、基板の放熱性がより一層向上する。

また、ハウジングが、基板を取り付ける複数の基板取り付け部を有する場合、複数の基板取り付け部のうち、一部の基板取り付け部は他の基板取り付け部よりもポンプ収容部側に配置されることが好ましい。この場合、特にポンプ収容部側の基板取り付け部を経由する伝熱経路が短くなるので、基板の熱をポンプ収容部へ伝達しやすくなる。

また、基板は、モータ部の軸心を通る円の接線方向に沿って配置されることが好ましい。この場合、基板と直交する方向において電動流体ポンプの小型化（薄肉化）を図ることができ、基板からポンプ収容部への伝熱経路が短くなるため、基板の熱をポンプ収容部へ伝達しやすくなる。

本発明によれば、新たに放熱部材を追加することなく、基板の放熱を効果的に行える。

本発明の一実施形態に係る電動オイルポンプの軸方向断面図である。 図１中のＩＩ－ＩＩ断面を示す断面図である。 図１中のＩＩＩ－ＩＩＩ断面を示す断面図である。 実装面側から見た基板の平面図である。 本実施形態に係る電動オイルポンプの斜視図である。 基板の取り付け構造を示す断面図である。 図１の一部を拡大して示す断面図である。 基板をモータ部の軸心方向から見た側面図である。

以下、本発明の実施形態を図１～図８に基づいて説明する。

本実施形態の電動オイルポンプは、エンジンの停止中にトランスミッションに油圧を供給するものである。トランスミッションケース底部のオイル溜りからオイルを吸引し、このオイルを吐出してトランスミッション内にオイルを圧送することにより、トランスミッション内で必要な油圧が確保される。

図１～図３に示すように、本実施形態の電動オイルポンプ１は、油圧を発生させるポンプ部２と、ポンプ部２を駆動するモータ部３と、基板４と、ポンプ部２、モータ部３、及び基板４を収容するハウジング５とを有する。以下、それぞれの部材又は要素を詳細に説明する。

なお、以下の説明において、モータ部３の軸心Ｏと平行な方向を「軸方向」と呼び、軸心Ｏを中心とする円の半径方向を「半径方向」と呼ぶ（「内径方向」及び「外径方向」も当該円の内径方向及び外径方向を意味する）。また、軸心Ｏを中心とする円の円周方向を「周方向」と呼ぶ。

図１及び図２に示すように、本実施形態のポンプ部２は、複数の外歯が形成されたインナロータ２１と、複数の内歯が形成されたアウタロータ２２と、インナロータ２１及びアウタロータ２２を収容する静止部材としてのポンプケース２３とを有するトロコロイドポンプである。アウタロータ２２の内径側にインナロータ２１が配置されている。アウタロータ２２は、インナロータ２１に対して偏心した位置にある。アウタロータ２２の一部の歯部がインナロータ２１の一部の歯部と噛み合っている。なお、インナロータ２１の歯数をｎとすると、アウタロータ２２の歯数は（ｎ＋１）である。

アウタロータ２２の外周面及びポンプケース２３の内周面はいずれも互いに嵌合可能な円筒面である。アウタロータ２２は、インナロータ２１の回転に伴って従動回転するように、ポンプケース２３の内周に回転可能に配置される。

図１に示すように、モータ部３はポンプ部２と軸方向に並べて配置される。モータ部３として、例えば３相ブラシレスＤＣモータが使用される。図１及び図３に示すように、モータ部３は、複数のコイル３０ａを有するステータ３０と、ステータ３０の内側に隙間をもって配置されたロータ３１と、ロータ３１に結合された出力軸３２とを有する。ステータ３０には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相に対応したコイル３０ａが形成されている。

出力軸３２はステータ３０の軸方向両側に突出している。出力軸３２のうち、ステータ３０から軸方向両側に突出した部分がそれぞれ軸受（例えば深溝玉軸受等の転がり軸受）３３，３４を介してハウジング５に対して回転可能に支持されている。

出力軸３２のポンプ部２側の端部には、ポンプ部２のインナロータ２１が装着されている。出力軸３２とポンプ部２の間に減速機は配置されておらず、インナロータ２１はモータ部３の出力軸３２に直結されている。軸方向ポンプ部２側に位置する軸受３３とインナロータ２１との間に、出力軸３２の外周面に摺接するシールリップを備えたシール３５が配置される。このシール３５によって、ポンプ部２からモータ部３へのオイルの漏洩が防止されている。軸方向ポンプ部２側の軸受３３とシール３５との間には、軸方向に圧縮された弾性部材３６が配置されている。

モータ部３におけるロータ３１の回転角を検出するため、モータ部３の回転側と静止側の間に回転角検出部３７が設けられる。本実施形態の回転角検出部３７は、図１に示すように、出力軸３２の反ポンプ部側の軸端にブラケット３８を介して取り付けられたセンサマグネット３７ａ（例えばネオジウムボンド磁石）と、静止側となるハウジング５に設けられたＭＲ素子等の磁気センサ３７ｂとで構成することができる。磁気センサ３７ｂは、出力軸３２の反ポンプ側の軸端と対向して配置され、かつ出力軸３２と直交する方向に配置されたサブ基板３９に取り付けられる。磁気センサ３７ｂの検出値は、後述する基板４（メイン基板）の制御回路に入力される。

なお、磁気センサ３７ｂとして、ホール素子を使用することもできる。また、回転角検出部３７としては、磁気センサの他、光学式エンコーダやレゾルバ等を用いることもできる。なお、センサレスでモータ部３を駆動することもできる。

図４に示すように、基板４は平面視で矩形状に形成される。図１及び図３に示すように、基板４は、モータ部３の出力軸３２と平行に配置され、基板４の実装面４０はモータ部３の軸心Ｏを中心とする円の接線方向に向けて延びている（図８参照）。基板４の前記接線方向の両端は、モータ部３の外周輪郭Ｍ（ステータの外周輪郭）よりも前記接線方向にはみ出した位置にある。

基板４の一方の面には、複数の電子部品４１が実装されている。図４に示すように、電子部品としては、コンデンサ（アルミ電解コンデンサ等の電解コンデンサ）４１ａ、ＣＰＵ４１ｂ、ＭＯＳ－ＦＥＴ等の半導体素子（インバータ）４１ｃがあり、その他にドライバＩＣ等の集積回路、抵抗器等が使用される。図２及び図３に示すように、基板４は、これら電子部品４１を実装した面（実装面）４０をポンプ部２及びモータ部３と対向させて配置される。

基板４には、外部電源からコネクタ４２を介して電力が供給される。基板４の制御回路では駆動電流の極性が制御される。制御された電流は、図１に示すように、基板４に接続したバスバー４３を介して、モータ部３のステータ３０に設けられた各コイル３０ａに供給される。基板４のうち、実装面４０と反対側の面４５には、放熱部材としての放熱シート４４が取り付けられている。放熱シート４４は、熱伝導性が高くかつ圧縮可能な材料で形成されている。放熱シート４４は、電子部品のうち高発熱の部品（例えば半導体素子４１ｃ）と接触するように配置されている。

ハウジング５は、両端を開口した筒状のハウジング本体５０と、ハウジング本体５０の軸方向ポンプ側の開口部を閉鎖する第一蓋部５１と、ハウジング本体５０の軸方向反ポンプ側の開口部を閉鎖する第二蓋部５２とを有する。第一蓋部５１及び第二蓋部５２はそれぞれ複数の締結用ボルトＢ１、Ｂ２を用いてハウジング本体５０に固定される。

第二蓋部５２は、反ポンプ部側の軸受３４を支持する円筒形状のベアリングケース５２ａと、ベアリングケース５２ａの反ポンプ部側開口部を閉鎖するカバー５２ｂとを有する。ベアリングケース５２ａの内径側にサブ基板３９が配置される。カバー５２ｂは、ベアリングケース５２ａに図示しない締結部材を用いて取り付けられる。

ハウジング本体５０は、ポンプ部２を収容するポンプ収容部５３、モータ部３を収容するモータ収容部５４、及び基板４を収容する基板収容部５５を一部品の形で一体に有する。ハウジング本体５０、第一蓋部５１、及び第二蓋部５２は導体でかつ熱伝導性が良好な金属材料、例えばアルミニウム合金で形成される。

ハウジング５のポンプ収容部５３は、ポンプ部２のポンプケース２３を含む概略円筒状の形態を有する。ポンプ収容部５３の内周面には、ハウジング内部をポンプ部２側とモータ部３側とに区画する隔壁５６が設けられる。隔壁５６の内周面は出力軸３２の外周面と近接する位置まで延びている。隔壁５６の内周面と出力軸３２の外周面は非接触の状態にあり、これにより出力軸３２の回転が許容されている。

モータ収容部５４は円筒状に形成される。モータ収容部５４の円筒状内周面（図３参照）に、モータ部３のステータ３０が圧入もしくは接着固定されている。モータ収容部５４のうち、モータ部３よりも軸方向ポンプ部２側の内周面に、既に述べたポンプ部２側の軸受３３とシール３５とが装着されている。軸受３３及びシール３５は、隔壁５６よりも軸方向反ポンプ部側に位置する。

図５は、図１に示す電動オイルポンプ１を、上下を逆にしてポンプ部２側かつ基板収容部５５側から見た時の斜視図である。図５に示すように、ハウジング５の基板収容部５５は、半径方向から見て矩形枠状をなし、かつ半径方向の外径側を開口部とした周壁５５ａを有する。基板収容部５５内に配置した基板４の周囲が周壁５５ａによって囲まれる。基板４を基板収容部５５内に配置した後で、基板収容部５５の開口部が、閉鎖部としてのカバー５７により閉鎖される。カバー５７は締結部材Ｂ３を用いてハウジング本体５０に取り付けられる。締結部材は、タッピングねじを含むボルト全般を指す。この状態で、カバー５７は図１に示す放熱シート４４に接触している。これにより、基板４の高温となる電子部品４１からの熱を、放熱シート４４を介してカバー５７、さらにはハウジング本体５０に効率的に逃がすことができる。この際、熱経路が外気に触れたカバー５７を含むため、外気による冷却効果も期待できる。

図１に示すように、基板収容部５５の底面５５ｂは、ポンプ収容部５３の外周面及びモータ収容部５４の外周面で形成される。この底面５５ｂにおいて、ポンプ収容部５３の外周面とモータ収容部５４の外周面の間には半径方向の段差があり、ポンプ収容部５３の外周面はモータ収容部５４の外周面よりも半径方向でモータ部３の軸心Ｏに接近した位置にある。

図１及び図５に示すように、ハウジング本体５０の軸方向両側には、電動オイルポンプ１を取り付け対象（本実施形態ではトランスミッションケース）に取り付けるためのフランジ状の取り付け部５８、５９が一体に形成される。ポンプ部２側の取り付け部５８に二つの締結用孔５８ａが形成され、反ポンプ部側の取り付け部５９に二つの締結用孔５９ａが形成されている。これら締結用孔５８ａ、５９ａに図示しない締結部材を挿入し、当該締結部材を取り付け対象にねじ込むことで、電動オイルポンプ１が取り付け対象に取り付けられる。

取り付け部５８、５９の締結用孔５８ａ、５９ａ周辺には、取り付け対象に接触する平坦な取り付け面５８ｂ、５９ｂ（図５参照）が形成される。取り付け面５８ｂ、５９ｂは、基板収容部５５に収容された基板４と直交する方向に延びる共通の平面上に配置されている。

図１に示すように、ハウジング本体５０には、ポンプ部２に接続されるオイル流路６が設けられる。オイル流路６として、吸入側オイル流路６０と吐出側オイル流路６１とが互いに分離して設けられる。

図２に示すように、吸入側オイル流路６０は、インナロータ２１とアウタロータ２２の噛み合い部に開口する吸入側空間６０ａと、ハウジング本体５０の表面に開口する吸入孔６０ｂと、吸入側空間６０ａと吸入孔６０ｂの間を連通する吸入側連通路６０ｃとを有する。同様に、吐出側オイル流路６１は、インナロータ２１とアウタロータ２２の噛み合い部に開口する吐出側空間６１ａと、ハウジング本体５０の表面に開口する吐出孔６１ｂと、吐出側空間６１ａと吐出孔６１ｂを連通する吐出側連通路６１ｃとを有する。

吸入側空間６０ａ及び吐出側空間６１ａは、いずれもポンプ収容部５３のうち、ポンプ部２の軸方向反ポンプ部側の領域に設けられる。吸入側空間６０ａと吐出側空間６１ａは、いずれも出力軸３２の円周方向に延びる円弧状をなし、円周方向で１８０°対向する位置に設けられる。本実施形態では、吸入側空間６０ａを吐出側空間６１ａよりも基板４との接近側に配置している。また、吸入孔６０ｂ及び吐出孔６１ｂは、図５に示すようにハウジング５のうち、取り付け対象と対向する面に開口している。吸入孔６０ｂ及び吐出孔６１ｂは、取り付け部５８、５９の取り付け面５８ｂ、５９ｂを含む平面上に位置している。これにより、電動オイルポンプ１の周囲にオイル用配管を引き回す必要がなくなり、電動オイルポンプ１の周辺構造を簡略化することができる。

以上の構成を有する電動オイルポンプにおいて、モータ部３を駆動することで、インナロータ２１が回転する。インナロータ２１が回転することで、これに噛み合ったアウタロータ２２が従動回転し、両者の歯部の間に形成される空間が回転に伴って拡大及び縮小する。そのため、トランスミッションケース内の油溜りに溜まったオイルが吸入側オイル流路６０を介してポンプ部２に吸入され、これが吐出側オイル流路６１を介してトランスミッション内部に吐出される。

以上の構成を有する本実施形態に係る電動オイルポンプは、以下の特徴を有する。

上述のように、本実施形態に係る電動オイルポンプにおいては、ポンプ収容部５３、モータ収容部５４、及び、基板収容部５５を備えるハウジング５（ハウジング本体５０）が、熱伝導性が良好なアルミニウム合金により一体に形成されているので、ハウジング５における伝熱性が向上する。このため、基板４及び電子部品４１の熱が、ハウジング５及びハウジング５内で循環するオイルに伝わりやすくなる。図１に、基板４から伝達される熱の経路の一部を矢印Ｈにて示す。

このように、本実施形態においては、基板４からハウジング５への伝熱性が向上するので、ハウジング５を介して基板４及び電子部品４１の放熱を効果的に行うことができる。これにより、温度上昇に伴う電子部品４１の機能低下及び損傷を効果的に抑制でき、電動オイルポンプの信頼性及び耐久性が向上する。加えて、本実施形態においては、新たに放熱部材を追加することなく、基板の放熱を効果的に行えるため、大幅な設計変更も回避できる。

また、本実施形態においては、図６に示すように、基板４が、ハウジング本体５０に設けられた凸状の基板取り付け部５０ａに対して、回路パターンを形成する金属箔（銅箔）６２を介して接触していると共に、金属製の固定具（ねじ）６３によって固定されているので、これらの金属部材（金属箔６２及び固定具６３）を介して基板４からハウジング５へ熱が良好に伝達される。このため、基板４及び電子部品４１の放熱性が向上する。

また、本実施形態においては、図６に示すように、基板４とハウジング本体５０の基板取り付け部５０ａが、基板４のポンプ収容部５３側の面において接触しているので、基板４からポンプ収容部５３までの伝熱経路が短くなり、基板４及び電子部品４１の熱をポンプ収容部５３内のオイルへ伝達しやすくなる。さらに、本実施形態においては、図４に示す４つの基板取り付け部５０ａのうち、２つの基板取り付け部５０ａ１が他の２つの基板取り付け部５０ａ２よりも、モータ部３の軸心Ｏの方向においてポンプ収容部５３側にあるので（図６参照）、特にポンプ収容部５３側の基板取り付け部５０ａ１を経由する伝熱経路が短くなる。このように、本実施形態においては、基板４からポンプ収容部５３への伝熱経路を極力短くする構成が採用されているため、基板４の熱をポンプ収容部５３及びその内部のオイルに効率良く伝達でき、基板４及び電子部品４１の放熱を効果的に行える。すなわち、オイルと、ポンプ収容部５３と、基板４と、電子部品４１のそれぞれの温度の大小関係は、オイル温度＜ポンプ収容部５３の温度＜基板４の温度＜電子部品４１の温度となる。

また、本実施形態は、下記のような構造的特徴を備えているため、放熱に有利な効果が得られる。

上述のように、本実施形態においては、基板収容部５５の底面５５ｂに半径方向の段差があるので、図７に示すように、ポンプ収容部５３と半径方向で対向する領域を、基板４の電子部品４１のうち、高背部品（例えば電解コンデンサ４１ａ）の配置スペースとして活用することができる。一方、基板４のうち、モータ収容部５４と半径方向で対向する領域には、低背部品（例えば半導体素子４１ｃ、集積回路、あるいは抵抗器）を集中して配置する。

これにより、基板４を基板収容部５５の底面５５ｂに接近させて配置することが可能となる。従って、基板４と直交する方向で電動オイルポンプ１の小型化（薄肉化）を図ることができ、基板４からポンプ収容部５３への伝熱経路が短くなるため、基板４及び電子部品４１の熱をポンプ収容部５３内のオイルへ良好に伝達できる。また、この効果を得るためには、図１に示すように、ポンプ部２の外径寸法ｄが、モータ部３の外径寸法Ｄよりも小さいことが好ましい（ｄ＜Ｄ）。

また、本実施形態においては、図８に示すように、基板４が、モータ部３の軸心Ｏを通る円の接線方向に沿って配置されているため、基板４と直交する方向において電動オイルポンプ１の小型化（薄肉化）を図れる。また、この接線方向においては、基板４の両端（図の右端及び左端）がモータ部の軸心Ｏを挟む両側の領域に延びている。そのため、この接線方向における基板４の端部では、その中央部に比べてモータ収容部５４の円筒面状の外周面からの距離が大きくなる。従って、基板４の接線方向の両端部を高背部品（電解コンデンサ４１ａ）の配置スペースとして利用することができる。

特に、本実施形態においては、図８に示すように、接線方向における基板４の中心Ｐが、モータ部３の軸心Ｏに対して前記接線方向にずれて配置されている（ずれ幅α）。このため、接線方向の一方の基板端部で、モータ収容部５４の外周面までの距離をさらに拡大することができる。これにより、基板４のうち、接線方向の一方の端部に、高背部品である電解コンデンサ４１ａの設置スペースを確実に確保することができ、基板４と直交する方向における電動オイルポンプ１の小型化をより一層図りやすくなる。このように、本実施形態においては、基板４と直交する方向における電動オイルポンプ１の小型化が可能であるので、基板４からポンプ収容部５３への熱伝達性が向上し、基板４及び電子部品４１の放熱をより効果的に行えるようになる。

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

上述の実施形態においては、本発明を電動オイルポンプに適用した場合を例に説明したが、本発明は、オイルを用いた電動ポンプに適用される場合に限らない。本発明は、冷却水を送り出すウォータポンプなど、オイル以外の流体を送り出す電動流体ポンプにも適用可能である。

１ 電動オイルポンプ（電動流体ポンプ）
２ ポンプ部
３ モータ部
４ 基板
５ ハウジング
５３ ポンプ収容部
５４ モータ収容部
５５ 基板収容部
６２ 金属箔（金属部材）
６３ 固定具（金属部材）

Claims (6)

1. 流体を搬送するポンプ部と、
   前記ポンプ部を駆動するモータ部と、
   前記モータ部を制御する制御回路が形成された基板と、
   前記ポンプ部を収容するポンプ収容部、前記モータ部を収容するモータ収容部、及び、前記基板を収容する基板収容部を備えたハウジングと、
   を有する電動流体ポンプであって、
   前記ポンプ収容部、前記モータ収容部、及び、前記基板収容部が、金属製の一体部材であり、
   前記基板収容部の前記ポンプ収容部側及び前記モータ収容部側に配置される底面は、前記モータ収容部側よりも前記ポンプ収容部側において前記ポンプ収容部へ接近する段差を有し、
   前記基板の前記基板収容部の底面に対向する面には、前記段差を境界として前記モータ収容部側よりも前記ポンプ収容部側において、背が高い電子部品が実装されることを特徴とする電動流体ポンプ。
2. 前記基板は、前記ハウジングに対して前記基板上の金属箔を介して接触する請求項１に記載の電動流体ポンプ。
3. 前記基板は、前記ハウジングに対して金属製の固定具によって固定される請求項１又は２に記載の電動流体ポンプ。
4. 前記基板と前記ハウジングは、前記基板の前記ポンプ収容部側の面において接触する請求項１から３のいずれか１項に記載の電動流体ポンプ。
5. 前記ハウジングは、前記基板を取り付ける複数の基板取り付け部を有し、
   前記複数の基板取り付け部のうち、一部の基板取り付け部は他の基板取り付け部よりも前記ポンプ収容部側に配置される請求項１から４のいずれか１項に記載の電動流体ポンプ。
6. 前記基板は、前記モータ部の軸心を中心とする円の接線方向に沿って配置される請求項１から５のいずれか１項に記載の電動流体ポンプ。

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