(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、上記液体ポンプ装置では、上述したようにパワートランジスタによって発生した熱を、回路基板の片側のみから放熱している。また、上記液体ポンプ装置では、比較的熱伝達率の高い液体に当該熱を伝達しているが、液体を有効に活用するという点において改善の余地がある。
【0005】
本発明は、上記事実を考慮し、発熱部材に対する放熱効果を高くできる電動ポンプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
請求項1に記載された電動ポンプは、モータ部を駆動すると共に、板厚方向一側
面に発熱素子が実装され、前記発熱素子が実装される部位にビアホールが形成され
、前記ビアホールに回路パターンが接続された回路基板と、前記回路基板の板厚方向一側に設けられた流路内に配置され、前記モータ部が駆動されることで回転して前記流路内の液体を圧送するインペラと、前記回路基板の板厚方向一側に設けられ、前記流路と前記回路基板との間を仕切ると共に
、前記回路基板側へ突出された当接部が形成され、前記当接部の先端部が第1熱伝導部材を介して
前記発熱素子に当接されると共に、前記当接部の先端部に形成された段差部の底面が前記発熱素子と前記回路基板の板厚方向において対向して配置され、前記段差部の上面が前記回路基板の前記回路パターンに近接して配置された第1仕切部と、前記回路基板の板厚方向他側に設けられ、外部と前記回路基板との間を仕切ると共に、前記回路基板の板厚方向他側
面に第2熱伝導部材を介して当接された第2仕切部と、を備えている。
【0007】
上記構成の電動ポンプによれば、インペラが流路内に配置されている。そして、モータ部が駆動することで、インペラが回転して流路内の液体が圧送される。また、モータ部を駆動する回路基板には、板厚方向一側
面に発熱素子(例えば、FETやパワートランジスタ等)が実装されると共に、発熱素子が実装される部位にビアホールが形成されている。
【0008】
ここで、回路基板の板厚方向一側には、流路及び第1仕切部が設けられている。そして、流路と回路基板との間が第1仕切部によって仕切られている。また、回路基板の板厚方向他側には、第2仕切部が設けられており、電動ポンプの外部と回路基板との間が第2仕切部によって仕切られている。すなわち、回路基板の板厚方向において、流路内の液体、第1仕切部、回路基板、第2仕切部、及び電動ポンプの外部(の空気)が、この順に並んで配置されている。
【0009】
そして、第1仕切部が、回路基板の板厚方向一側面に実装された発熱素
子に第1熱伝導部材を介して当接されており、第2仕切部が、回路基板の板厚方向他側
面に第2熱伝導部材を介して当接されている。
【0010】
このため
、発熱素子によって発生した熱が、第1熱伝導部材及び第1仕切部を介して、流路内の液体へ伝達される。また、発熱素子によって発生した熱が、ビアホール、第2熱伝導部材、及び第2仕切部を介して、電動ポンプの外部の空気へ伝達される。
【0012】
このように、請求項1に記載の発明によれば、発熱素子によって発生した熱を回路基板の板厚方向両側から放熱できる。しかも、請求項1に記載の発明では、従来技術のように発熱素子によって発生した熱をキャン内の液体に伝達するのではなく、発熱素子によって発生した熱を流路内の液体に伝達している。そして、流路内ではインペラの回転によって液体が圧送されているため、流路内の液体流れを活用した対流構造を実現できる。以上により、発熱素子に対する放熱効果を高くすることができる。
【0014】
また、上記構成の電動ポンプによれば、発熱素子が回路基板の板厚方向一側面に実装されている。つまり、発熱素子が、回路基板に対して流路側に配置されている。そして、液体(例えば水)の熱伝達率は空気の熱伝達率に比べて高い。このため、発熱素子によって発生した熱を、熱伝達率の高い液体へ効率よく伝達できる。これにより、発熱素子に対する放熱効果を一層高くすることができる。
【0016】
さらに、上記構成の電動ポンプによれば、第1仕切部に形成された当接部が発熱素子と当接されており、当接部は第1仕切部から回路基板側へ突出されている。このため、当接部を発熱素子に近接して配置できる。これにより、例えば熱伝導性を有する接着剤等で第1熱伝導部材を構成した場合には、第1熱伝導部材の塗布量を少なくできる。また、例えば熱伝導性を有するシート等で第1熱伝導部材を構成した場合には、第1熱伝導部材の厚さを薄くできる。
【0018】
また、上記構成の電動ポンプによれば、例えば発熱素子と接続された回路パターンを段差部の上面に近接して配置することで、発熱素子によって発生した熱を、回路パターン及び当接部(第1仕切部)を介して流路内の液体に伝達できる。
【0019】
請求項
2に記載の電動ポンプは、請求項
1に記載の電動ポンプにおいて、前記当接部がリブ状に形成されている。
【0020】
上記構成の電動ポンプによれば、第1仕切部が当接部によって補強される。このため、第1仕切部の強度アップに寄与することができ、ひいては電動ポンプの強度アップに寄与することができる。
【0021】
請求項
3に記載の電動ポンプは、請求項1
又は請求項2に記載の電動ポンプにおいて、前記回路基板の板厚方向から見て、前記発熱素子が前記インペラの径方向外側に配置されている。
【0022】
上記構成の電動ポンプによれば、発熱素子によって発生した熱を、インペラの径方向外側を流れる液体に伝達できる。これにより、流路内の液体流れを有効に活用した対流構造を実現できる。すなわち、インペラの回転によって圧送される液体では、インペラの径方向外側領域における液体の流速が比較的速くなる。そして、発熱素子によって発生した熱が、第1熱伝導部材及び第1仕切部を介して、流路内における比較的流速の速い液体に伝達される。これにより、流路内の液体流れを有効に活用した対流構造を実現できる。
【発明を実施するための形態】
【0024】
以下、図面を用いて本実施の形態に係る電動ポンプ10について説明する。この電動ポンプ10は、車両(自動車)のエンジン冷却用のポンプとして用いられている。
図1に示されるように、電動ポンプ10は、車両のエンジン100に固定される「第1仕切部」としてのハウジング12と、ハウジング12に固定されたキャン20と、インペラ40を回転させるモータ部30と、モータ部30を駆動制御する回路基板60と、モータ部30及び回路基板60を覆うカバー70と、を含んで構成されている。以下、それぞれの構成について説明し、次いで本発明の要部である放熱構造80について説明する。また、以下の説明では、便宜上、図面に適宜示される矢印A方向を下方とし、矢印B方向を上方としている。
【0025】
ハウジング12は、金属製(本実施の形態ではアルミニウム合金製)とされると共に、略プレート状に形成されている。そして、ハウジング12に対して下方側(ハウジング12の板厚方向一側)に設けられた車両のエンジン100に、ハウジング12が固定されている。具体的には、エンジン100には、冷却水(液体)Wの流路102を構成する凹部104が形成されており、当該凹部104を塞ぐようにハウジング12がエンジン100に固定されている。すなわち、ハウジング12は、流路102の一部を構成している。また、ハウジング12がエンジン100に固定された状態では、ハウジング12とエンジン100との間がシール材106によってシールされている。
【0026】
図3にも示されるように、ハウジング12の略中央部には、後述するキャン20と流路102との間を連通するための円形状の連通孔14が貫通形成されている。この連通孔14の縁部には、円筒形状の連通孔フランジ部14Aが一体に形成されており、連通孔フランジ部14Aはハウジング12から上方側(ハウジング12の板厚方向他側)へ突出されている。また、ハウジング12には、連通孔フランジ部14Aの径方向外側の位置において、複数(本実施の形態では3箇所)のボス16(
図3参照)が一体に形成されている。このボス16は、略円筒形状に形成されて、ハウジング12から上方側へ突出されると共に、連通孔フランジ部14Aの周方向に等間隔に配置されている。また、ハウジング12の外周部には、外周フランジ部18が一体に形成されており、外周フランジ部18はハウジング12から上方側へ突出されると共に、ハウジング12の外周全周に亘って形成されている。
【0027】
図1に示されるように、キャン20は、下方側へ開放された略有底円筒形状に形成されると共に、ハウジング12の上方側で且つハウジング12の連通孔14と同軸上に配置されている。また、キャン20の開放端部には、前述したボス16に対応した位置において、取付片22が一体に形成されており、取付片22は板厚方向を上下方向としてボス16の上方側に配置されている。そして、前述した連通孔フランジ部14Aがキャン20の開放端部の内側に嵌入された状態で、取付片22がネジ24によってボス16に締結固定されている。これにより、キャン20の内部と流路102とが連通されている。
【0028】
さらに、キャン20の内部には、円柱状の支持軸26が設けられており、支持軸26はキャン20(連通孔14)と同軸上に配置されている。そして、支持軸26の上端部がキャン20の上壁に固定されて、支持軸26がキャン20の上壁から下方側へ突出されている。
【0029】
モータ部30は、ロータ32とステータ50とを含んで構成されている。ロータ32は、キャン20の内側に収容されている。具体的には、ロータ32は、略円筒状に形成されると共に、支持軸26の径方向外側で且つ支持軸26と同軸上に配置されている。このロータ32の内部には、複数のマグネット34が設けられており、マグネット34はロータ32の周方向に沿って配置されている。また、ロータ32の径方向内側には、略円筒形状の軸受36が設けられている。この軸受36は、支持軸26と同軸上に配置されると共に、支持軸26に回転可能に支持されている。そして、軸受36とロータ32とが、樹脂材により構成されたモールド部38によって一体に成形されている。これにより、ロータ32が軸受36を介して支持軸26に回転可能に支持されている。
【0030】
また、モールド部38の下方側には、インペラ40を構成する第1円盤部42及びブレード44が設けられており、第1円盤部42及びブレード44は、円筒形状に形成された連結軸部48を介してモールド部38と一体に形成されている。第1円盤部42は、略円板状に形成されて、板厚方向を支持軸26の軸方向にして支持軸26と同軸上に配置されている。また、ブレード44は、第1円盤部42から下方側へ突出されている。さらに、ブレード44の下側には、インペラ40を構成する第2円盤部46が設けられている。第2円盤部46は、略円板状に形成されると共に、第1円盤部42とブレード44を介して対向するように配置されて、ブレード44と一体に結合されている。そして、インペラ40は、ハウジング12よりも下方側へ突出されて、流路102内に配置されている。なお、連結軸部48は支持軸26と同軸上に配置されている。
【0031】
ステータ50は、環状に形成されたステータコア52と、導電性を有する巻線(図示省略)と、を含んで構成されて、キャン20の径方向外側に配置されている。すなわち、ステータ50とロータ32とは、キャン20を介して支持軸26の径方向に対向して配置されている。ステータコア52は、所定の形状に打ち抜かれた複数の鋼板によって構成されており、当該鋼板が板厚方向を上下方向にして上下方向に積層されている。そして、図示は省略するが、ステータコア52には、自身の径方向外側へ延びる複数のティース部が形成されており、このティース部に巻線が巻回されている。
【0032】
また、ステータ50は、ステータホルダ54によって覆われている。ステータホルダ54は、鋼板で製作されると共に、下方側へ開放された略有底円筒形状に形成されている。また、ステータホルダ54の上壁には、円形状の配置孔54Aが上下方向に貫通形成されている。そして、ステータ50がステータホルダ54内に嵌入されており、この状態では、キャン20の上部が配置孔54Aの内側に配置されている。
【0033】
さらに、ステータホルダ54の開放端(下端)には、ホルダ側フランジ部54Bが一体に形成されている。このホルダ側フランジ部54Bは、ステータホルダ54の開放端からステータホルダ54の径方向外側へ延出されて、後述するカバー70に固定されている。
【0034】
回路基板60は、板厚方向を上下方向にして、ハウジング12の上方側で且つキャン20の径方向外側に配置されている。すなわち、回路基板60と流路102との間がハウジング12によって仕切られている。また、
図2に示されるように、回路基板60の下面(板厚方向一側面)には、発熱素子62(例えば、FETやパワートランジスタ等)が実装されている。この発熱素子62は、回路基板60の板厚方向から見て、インペラ40の径方向外側に配置されると共に、流路102とオーバーラップして配置されている。また、回路基板60には、発熱素子62に対応する部位においてビアホール64が形成されており、回路基板60の下面には、ビアホール64(発熱素子62)に接続された回路パターン66が形成されている。さらに、回路基板60には、上述したステータ50の巻線の端末部が接合されると共に、図示しない外部コネクタと接続されるターミナル(図示省略)が接合されている。
【0035】
図1に示されるように、カバー70は、金属製(本実施の形態では、アルミニウム合金製)とされている。このカバー70は、下方側へ開放された凹状に形成されて、モータ部30及び回路基板60を上方側から覆うと共に、ハウジング12を塞ぐようにハウジング12に固定されている。具体的には、カバー70は、モータ部30を覆うモータカバー部72と、回路基板60を覆う「第2仕切部」としての基板カバー部74とを含んで構成されている。モータカバー部72は、下方側へ開放された略有底円筒形状に形成されており、モータカバー部72内にステータホルダ54が嵌入されている。また、モータカバー部72の上壁には、略円筒形状の支持部72Aが一体に形成されている。支持部72Aは、モータカバー部72の上壁から下方側に突出されており、支持部72A内にキャン20の上部が挿入されている。
【0036】
基板カバー部74は、略板状に形成されると共に、板厚方向を上下方向にしてモータカバー部72の開放端部からモータカバー部72の径方向外側へ延出されている。また、基板カバー部74は、回路基板60を上方側から覆うと共に、回路基板60の上面(板厚方向一側面)に近接して配置されている。これにより、回路基板60と電動ポンプ10の外部(の空気)との間が、基板カバー部74によって仕切られている。
【0037】
また、カバー70の開放端部には、外周フランジ部76が一体に形成されている。外周フランジ部76は、カバー70の開放端部から下方側へ突出されると共に、カバー70の外周全周に亘って形成されている。そして、外周フランジ部76が、ハウジング12の外周フランジ部18の内側に嵌合された状態で、カバー70がハウジング12に固定されている。
【0038】
次に本発明の要部である放熱構造80について説明する。
【0039】
図2に示されるように、放熱構造80は、電動ポンプ10における回路基板60の発熱素子62の周辺に適用されている。そして、上述したように、電動ポンプ10では、回路基板60と流路102との間がハウジング12によって仕切られ、回路基板60と電動ポンプ10の外部との間が基板カバー部74によって仕切られている。すなわち、電動ポンプ10の放熱構造80では、回路基板60の板厚方向において、流路102内の冷却水W、ハウジング12、発熱素子62、回路基板60、基板カバー部74、及び電動ポンプ10の外部の空気が、この順に並んで配置するようになっている。
【0040】
また、
図3にも示されるように、前述したハウジング12には、「当接部」としての当接リブ82が一体に形成されている。この当接リブ82は、ハウジング12の幅方向(
図3の矢印C方向及び矢印D方向)に沿って延在されると共に、第1リブ84と第2リブ86とによって構成されている。
【0041】
第1リブ84は、断面略矩形に形成されて、ハウジング12から上方側へ突出されると共に、ハウジング12の幅方向に沿って延在されている。第2リブ86は、第1リブ84に対して連通孔14側に隣接して配置されると共に、第1リブ84の長手方向一方側(
図3の矢印C方向側)の部分に沿って延在されている。すなわち、第2リブ86の長手方向の長さが、第1リブ84の長手方向の長さよりも短く設定されている。また、第2リブ86の突出高さが第1リブ84の突出高さよりも低く設定されている。これにより、当接リブ82の長手方向一方側の部分における先端部には、段差部88が形成されている。
【0042】
そして、
図2に示されるように、段差部88の底面88Aが、発熱素子62と上下方向に対向して配置され且つ発熱素子62に近接している。また、段差部88の上面88Bが、回路基板60の回路パターン66と上下方向に対向して配置され且つ回路パターン66に近接している。さらに、図示は省略するが、回路基板60の板厚方向から見て、回路パターン66が第2リブ86に沿うように延在されている。
【0043】
また、段差部88の底面88Aと発熱素子62との間、及び段差部88の上面88Bと回路基板60(回路パターン66)との間には、「第1熱伝導部材」としての第1熱伝導性接着剤90が介在されている。この第1熱伝導性接着剤90は、粘性及び熱伝導性を有する粘土状の接着剤であり、これにより、当接リブ82の第2リブ86と発熱素子62とが第1熱伝導性接着剤90を介して当接されると共に、当接リブ82の第1リブ84と回路基板60(回路パターン66)とが第1熱伝導性接着剤90を介して当接されている。
【0044】
また、回路基板60の上面と基板カバー部74との間には、「第2熱伝導部材」としての第2熱伝導性接着剤92が介在されている。この第2熱伝導性接着剤92は、第1熱伝導性接着剤90と同様に、粘性及び熱伝導性を有する粘土状の接着剤であり、これにより、回路基板60(ビアホール64)と基板カバー部74とが第2熱伝導性接着剤92を介して当接されている。
【0045】
次に本実施の形態の作用及び効果について説明する。
【0046】
上記のように構成された電動ポンプ10では、外部コネクタから回路基板60に電力が供給されてモータ部30が駆動されると、モータ部30のロータ32及びインペラ40が支持軸26の軸線回りに回転する。これにより、流路102内の冷却水Wが圧送される。
【0047】
また、回路基板60は、キャン20の径方向外側に設けられており、回路基板60の下面(板厚方向一側面)に発熱素子62が実装されている。さらに、回路基板60には、発熱素子62が実装される部位において、ビアホール64が形成されている。
【0048】
ここで、回路基板60の下方側(板厚方向一側)には、ハウジング12及び流路102が設けられており、流路102と回路基板60との間がハウジング12によって仕切られている。また、回路基板60の上方側(板厚方向他側)には、基板カバー部74が設けられており、電動ポンプ10の外部と回路基板60との間が基板カバー部74によって仕切られている。すなわち、回路基板60の板厚方向において、流路102内の冷却水W、ハウジング12、回路基板60、基板カバー部74、及び電動ポンプ10の外部(の空気)が、この順に並んで配置されている。
【0049】
また、回路基板60の下面には、発熱素子62が実装されている。そして、ハウジング12の当接リブ82が、第1熱伝導性接着剤90を介して発熱素子62に当接されており、基板カバー部74が第2熱伝導性接着剤92を介して回路基板60の上面(ビアホール64)に当接されている。これにより、発熱素子62によって発生した熱が、第1熱伝導性接着剤90及びハウジング12を介して流路102内の冷却水Wへ伝達される。また、発熱素子62によって発生した熱が、ビアホール64、第2熱伝導性接着剤92、及び基板カバー部74を介して、電動ポンプ10の外部の空気へ伝達される。
【0050】
このように、本実施の形態の電動ポンプ10によれば、発熱素子62によって発生した熱を回路基板60の板厚方向両側から放熱できる。換言すると、発熱素子62によって発生した熱を、ハウジング12を介して流路102内の冷却水Wへ放熱でき、基板カバー部74を介して電動ポンプ10の外部の空気へ放熱できる。
【0051】
しかも、本実施の形態の電動ポンプ10では、従来技術のように発熱素子62によって発生した熱をキャン20の内部の冷却水Wへ伝達するのではなく、発熱素子62によって発生した熱を流路102内の冷却水Wに伝達している。そして、流路102内ではインペラ40の回転によって冷却水Wが圧送されているため、流路102内の冷却水Wの流れを活用した対流構造を実現できる。以上により、発熱素子62に対する放熱効果を高くすることができる。
【0052】
さらに、上述したように、回路基板60の下面に発熱素子62が実装されているため、発熱素子62が、回路基板60に対して流路102側に配置されている。そして、冷却水Wの熱伝達率は空気の熱伝達率に比べて高い。このため、発熱素子62によって発生した熱を、熱伝達率の高い冷却水Wへ効率よく伝達できる。これにより、発熱素子62に対する放熱効果を一層高くすることができる。
【0053】
また、ハウジング12には、当接リブ82が形成されており、当接リブ82はハウジング12から上方側(回路基板60側)へ突出されている。このため、仮に当接リブ82が省略された場合と比べて、第1熱伝導性接着剤90の塗布量を少なくできる。
【0054】
さらに、当接リブ82の先端部には、段差部88が形成されている。そして、段差部88の底面88Aと発熱素子62とが、近接して配置されると共に、第1熱伝導性接着剤90を介して当接されている。また、段差部88の上面88Bと、回路基板60におけるビアホール64に接続された回路パターン66とが、近接して配置されると共に、第1熱伝導性接着剤90を介して当接されている。このため、回路パターン66を利用した放熱構造を実現できる。すなわち、発熱素子62によって発生する熱を、回路パターン66、第1熱伝導性接着剤90、及びハウジング12を介して流路102内の冷却水Wへ伝達できる。
【0055】
また、当接リブ82はリブ状に形成されて、ハウジング12の幅方向に延在されている。これにより、ハウジング12が当接リブ82によって補強されるため、ハウジング12の強度アップに寄与することができ、ひいては電動ポンプ10の強度アップに寄与することができる。その結果、例えば車両のエンジン100の振動等に対する電動ポンプ10の耐力を向上できる。
【0056】
また、回路基板60の板厚方向から見て、発熱素子62がインペラ40の径方向外側に配置されている。このため、発熱素子62によって発生した熱をインペラ40の径方向外側を流れる冷却水Wに伝達できる。これにより、流路102内の冷却水Wの流れを有効に活用した対流構造を実現できる。
【0057】
すなわち、インペラ40の回転によって圧送される冷却水Wでは、インペラ40の径方向外側領域における冷却水Wの流速が比較的速くなる。そして、発熱素子62によって発生した熱が、第1熱伝導性接着剤90及びハウジング12を介して、流路102内における比較的流速の速い冷却水Wに伝達される。これにより、流路102内の冷却水Wの流れを有効に活用した対流構造を実現できる。
【0059】
また、本実施の形態では、第1熱伝導部材(第2熱伝導部材)として、粘性及び熱伝導性を有する粘土状の第1熱伝導性接着剤90(第2熱伝導性接着剤92)を用いているが、第1熱伝導部材(第2熱伝導部材)の形態は、これに限らない。例えば、第1熱伝導部材(第2熱伝導部材)を、弾性及び熱伝導性を有するシートで構成してもよい。
【0062】
さらに、本実施の形態では、基板カバー部74が略板状に形成されているが、基板カバー部74の上面に複数のフィンを形成してもよい。これにより、基板カバー部74からの放熱効果をより一層高くできる。
【0063】
また、本実施の形態では、流路102内の液体が冷却水Wとされているが、流路102内の液体をオイル等としてもよい。