JP3815885B2

JP3815885B2 - ポンプ装置

Info

Publication number: JP3815885B2
Application number: JP11927298A
Authority: JP
Inventors: 享村上
Original assignee: Nidec Corp
Current assignee: Nidec America Corp
Priority date: 1998-04-28
Filing date: 1998-04-28
Publication date: 2006-08-30
Anticipated expiration: 2018-04-28
Also published as: JPH11313466A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はとくに自動車のパワーステアリング装置に用いられるポンプ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車にパワーステアリング装置が採用されている場合、そのパワーステアリング装置を駆動するためにポンプ装置が必要となる。ポンプ装置はポンプユニットと、このポンプユニットを駆動するためのモータとから構成されている。このモータは制御ユニット（ＥＣＵ）によって駆動が制御されるようになっている。
【０００３】
ところで、自動車に用いられるポンプ装置の場合、自動車用のバッテリーは通常１２Ｖと低電圧なため、出力を上げるためには高電流を流さなければならないから、バッテリー電源を制御するためにパワーモジュール制御（ＰＷＭ制御）が行われる。
【０００４】
ＰＷＭ制御を行なう場合の主要な電気部品としては、インバータ、サージ吸収素子およびバッテリー電源から上記インバータへの給電を制御する可逆防止リレーなどが用いられる。
【０００５】
可逆防止リレーには機械式リレーと半導体スイッチとがある。しかしながら、機械式リレーは動作に伴う振動の発生や外形状が大きく小型化が難しいなどのことがあるため、他の電気部品と同一の制御基板に設けることに問題がある。そのため、機械式リレーを用いる場合には、この機械式リレーを他の電気部品とは別の制御基板に設けるようにしていたので、ＰＷＭ制御用の制御基板が２枚必要になるということがあった。
【０００６】
上記機械式リレーに代わり半導体スイッチを用いれば、動作に伴う振動の発生などがない。しかしながら、半導体スイッチは使用に伴う発熱が大きいため、他の電気部品に熱影響を及ぼす虞があるため、やはり機械式リレーと同様、他の電気部品と同一の制御基板に設けることが難しいということがあった。
【０００７】
一方、パワーステアリング装置に用いられる上記ポンプ装置は自動車のエンジンルームに設置される。エンジンルームは約−３０〜１４０℃の範囲で温度変化するばかりか、ポンプ装置のモータ自体も発熱する。
【０００８】
そのため、上記ＥＣＵは、通常、上記ポンプ装置と別体化して温度環境が適した場所に設置し、上記ポンプ装置とハーネスで接続してそのポンプ装置のモータの駆動を制御するようにしていた。
【０００９】
しかしながら、そのような構造によると、上記ハーネスにノイズが乗り、そのノイズによって上記ＥＣＵが誤動作するという虞があるばかりか、別々に設置するために設置空間を確保することが困難となったり、上記ＥＣＵを収容するためのケースが必要となったり、さらにはＥＣＵとポンプ装置とを接続するためのハーネスが必要となるなどのことによって部品点数の増大によるコストアップを招くということがある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このように、自動車のパワーステアリング装置に用いられるモータをＰＷＭ制御する回路には逆接防止用リレーが組み込まれるが、その逆接防止用リレーが機械式スイッチの場合には作動に伴う振動の発生があり、半導体スイッチの場合には発熱が大きいため、どちらのスイッチを用いる場合でも、他の電気部品と同一の制御基板に設けることができないということがあった。
【００１１】
また、モータとポンプユニットとを一体化したポンプ装置の場合、上記モータを制御するＥＣＵ（制御基板）も一体的に設けることが望ましいが、パワーステアリング装置の場合には使用環境の温度条件が厳しいので、一体的に設けることが難しいということもあった。
【００１２】
この発明は、可逆防止用の半導体スイッチを他の電気部品と同一の制御基板に設けるようにしても、上記半導体スイッチの熱影響が他の電気部品に及ぶことが内容にしたモータを用いられたポンプ装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、オイルを循環させるためのポンプ装置において、中空状に形成されたヒートシンクと、このヒートシンクの一側に設けられ、回転軸が前記ヒートシンクを貫通して該ヒートシンクの他側に突出したモータと、上記ヒートシンクの他側に設けられ、内装したポンプ機構の駆動軸が前記回転軸に連結されて上記モータによって駆動されることで上記オイルを循環させるポンプユニットと、インバータおよび逆接防止用の半導体スイッチが設けられ、上記ヒートシンクの中空部における上記ポンプユニットが設けられた他側の内面に接合配設された上記モータの駆動を制御する金属製の制御基板とを具備し、前記ポンプユニットは、熱伝導性に優れた金属材料により形成され前記ヒートシンクの他側に接合されるポンプサポートと、該ポンプサポートと液密状に接合されるポンプケースとを備え、前記ポンプ機構は、前記ポンプサポートと前記ポンプケースとに囲まれた空間に配置されており、前記駆動軸と前記回転軸とは、前記ポンプサポートに形成された通孔内にて連結されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記ヒートシンクは、一側の第１の部材と他側の第２の部材とにより構成され、前記第１の部材及び第２の部材には前記回転軸が挿通する通孔が透設されており、前記第１の部材における前記通孔に前記回転軸を支持する軸受が支持されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２の発明において、前記ポンプユニットは、前記ポンプ機構の駆動によりオイルが循環する構成であり、前記ポンプサポートの前記ヒートシンクに接合する部分の一部に循環オイルが前記ヒートシンクに近接するよう薄肉部が形成されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項１の発明によれば、モータを中空状ヒートシンクの一側に取付け、このヒートシンクの中空部における他側内面に金属製制御基板を取付け、ヒートシンクの他側にポンプユニットを設けるようにしたことで、上記ヒートシンクを上記ポンプユニットによって循環される流体によって冷却できるから、モータ及び制御基板の熱をヒートシンクへ放散させることが可能となり、特に、制御基板に設けられた半導体スイッチからの熱を上記制御基板を通じて上記ヒートシンクへ放散させることができるため、上記半導体スイッチと他の電気部品とを同一の制御基板に設けることが可能となり、温度変化の大きい使用環境であっても、使用可能となる。
【００１７】
請求項２の発明によれば、中空状ヒートシンクを２分割構成とし、一方の第１の部材にモータの回転軸を支持する軸受を設けるようにしたので、モータとヒートシンクとが一体的に構成することが可能となる。
【００１８】
請求項３の発明によれば、ポンプユニットにおける金属製ポンプサポートのヒートシンクに接合する部分の一部に薄肉部を形成したので、ポンプユニット内を循環するオイルとヒートシンクとの熱交換効率を向上させることができ、ヒートシンクによる制御基板の冷却効率を向上させることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。図１に示すこの発明のポンプ装置は中空状のヒートシンク１を備えている。このヒートシンク１はアルミニウムなどの熱伝導性に優れた金属材料によって形成された平板状の第１の部材２と、一側面が開放した容器状に形成されその一側面に上記第１の部材２が接合固定された、アルミニウムなどの熱伝導性に優れた金属材料によって形成された第２の部材３とからなる。
【００２０】
上記第１の部材２の外面にはモータ４が取付けられている。このモータ４はモータフレーム５を有する。このモータフレーム５にはフランジ５ａが形成され、このフランジ５ａが上記第１の部材２に接合固定されている。
【００２１】
上記モータフレーム５の内部にはコイル６が巻装された環状のステータ７が収容保持され、このステータ７内には回転軸８を有するとともに外周面に永久磁石９が取着されたロータ１１が回転自在に収容されている。
【００２２】
上記回転軸８の一端部は上記モータフレーム５内に設けられた第１の軸受１２に回転自在に保持され、中途部は上記第１の部材２に形成された通孔２ａに設けられた第２の軸受１３に回転自在に支持されている。上記回転軸８の他端部は上記第２の部材３に形成された通孔１４からヒートシンク１の外部に突出している。
【００２３】
上記ヒートシンク１の第２の部材３の外面にはポンプユニット１５が設けられている。このポンプユニット１５は、アルミニウムなどの熱伝導性に優れた材料によって形成され上記第２の部材３の外面に一側面を接合させて固定されたポンプサポート１６を有する。このポンプサポート１６の他側面にはポンプケース１７がそのフランジ１８をパッキング１９を介して液密に接合させて固定されている。
【００２４】
上記ポンプケース１７内には、ポンプ機構２１が上記ポンプサポート１６の他側面に液密に接合して設けられている。このポンプ機構２１は駆動軸２２によって駆動されるようになっており、この駆動軸２２は上記ポンプサポート１６に厚さ方向に貫通して形成された通孔２３内に突出している。
【００２５】
上記第２の部材３に形成された通孔１４からヒートシンク１の外部に突出した上記回転軸８の他端部は上記ポンプサポート１６の通孔２３に挿通され、ここで上記駆動軸２２とカップリング２４によって連結されている。したがって、上記ポンプ機構２１は上記モータ４の回転軸８によって駆動されるようになっている。
【００２６】
上記ポンプケース１７には吸引管２５が設けられ、上記ポンプサポート１６には上記ポンプ機構２１の図示しない吐出口に一端を連通させた排出路２６が形成されている。
【００２７】
上記吸引管２５と排出路２６は図示しない自動車のステアリング装置に配管接続され、上記ポンプ機構２１が作動することでオイルが上記ステアリング装置とポンプユニット１５との間で循環させられるようになっている。
【００２８】
上記ポンプサポート１６の上記ポンプケース１７内に位置する他側面には凹部２７が形成され、この凹部２７によって上記ポンプサポート１６の一部を他の部分に比べて十分に薄い、薄肉部２７ａに形成している。それによって、この薄肉部２７ａがポンプケース１７内を循環するオイルとヒートシンク１との熱交換効率を高めることができるようになっている。
【００２９】
上記ヒートシンク１の内部で、外面に上記ポンプサポート１６が接合された上記第２の部材３の内面には上記モータ４の駆動を制御するために制御ユニット２８が設けられている。この制御ユニット２８は、上記第２の部材３の内面に接合固定された制御基板２９と、この制御基板２９に実装されたパワーモジュール制御用の後述する電気部品とからなる。上記制御基板２９は熱伝導性に優れたアルミニウムなどの金属によって形成され、上記ヒートシンク１との熱交換を効率よく行うことができるようになっている。
【００３０】
なお、上記制御ユニット２８には図示しない車載用バッテリに接続された給電用ハーネス３２と、パワーモジュール制御された電流を上記モータ４へ出力する出力用ハーネス３３とが接続されている。
【００３１】
上記制御基板２９の構成を図２に示す。すなわち、制御基板２９には、上記電気部品として上記車載用バッテリのプラス側とマイナス側に接続される一対の端子３２間に設けられた６つの半導体スイッチ３３ａからなるインバータ３３と、上記車載用のバッテリのプラス側の端子３２と上記インバータ３３との間に設けられた逆接防止用の半導体スイッチ３４と、この半導体スイッチ３４と上記インバータ３３との間に、このインバータ３３と並列に接続されたサージ吸収素子３５とが設けられている。
【００３２】
上記インバータ３３にはモータ４のコイル６が上記出力用ハーネス３３を介して接続され、さらに上記インバータ３３の各半導体スイッチ３３ａは上記ヒートシンク１の内部に設けられた図示しない信号基板からの制御信号によって制御され、それによって上記モータ４がインバータ制御されるようになっている。なお、上記給電用ハーネス３２は上記端子３２に接続されている。
【００３３】
上記構成のポンプ装置によれば、モータ４を作動させ、ポンプユニット１５のポンプ機構２１を駆動してステアリング装置を作動させるためのオイルを循環させると、ポンプケース１７内に流入するオイルは、ステアリング装置およびこのステアリング装置と吸引管２５とを接続した図示しない配管を流れてくることで冷却される。冷却されたオイルはポンプサポート１６を介してヒートシンク１を冷却する。
【００３４】
したがって、制御ユニット２８がバッテリからの電源をパワーモジュール制御することで発熱しても、上記制御ユニット２８はオイルによって冷却されたヒートシンク１と熱交換して冷却されるため、その温度上昇が抑制されることになる。
【００３５】
上記制御ユニット２８の制御基板２９は、熱伝導性の良好な金属材料によって形成されているから、制御ユニット２８の制御基板２９とヒートシンク１との間の熱交換が効率よく行われることになる。そのため、逆接防止用リレーとして半導体スイッチ３４を用いることで、この半導体スイッチ３４が発熱しても、その熱は制御基板２９へ逃げ、さらにヒートシンク１に伝わって放散されるから、上記制御基板２９に設けられた各電器部品３３，３４，３５の温度上昇が抑制されることになる。
【００３６】
つまり、１枚の制御基板２９に半導体スイッチ３４、インバータ３３、サージ吸収素子３５などの電気部品を設けても、上記半導体スイッチ３４の発熱によって他の電気部品に熱影響を与えるのを抑制することができる。言い換えれば、制御基板２９を従来のように２枚必要としないから、部品点数の減少による小型化やコストの低減を図ることができる。
【００３７】
さらに、ポンプユニット１５のポンプサポート１６には凹部２７が形成され、この凹部２７によって上記ポンプサポート１６に薄肉部２７ａを形成することで、ポンプケース１７内を循環するオイルとヒートシンク１との熱交換効率を向上させるようにしているから、上記ヒートシンク１による上記制御ユニット２８の冷却効率を向上させることができる。
【００３８】
上記ヒートシンク１を第１の部材２と第２の部材３とによって中空状に形成し、その内部に制御ユニット２８を設けるようにしたことで、この制御ユニット２８が外気、とくにポンプ装置が設置されるエンジンルーム内の温度影響を受けにくいばかりか、モータ４をヒートシンク１の第１の部材２に接合させて取付けたことで、このモータ４も上記ヒートシンク１によって冷却されるため、モータ４の熱により制御ユニット２８が温度上昇するのも抑制される。
【００３９】
実験によると、制御ユニット２８をオイルによって冷却しないでモータ４を駆動した場合、その制御基板２９の温度は１３５℃に上昇したが、この発明のようにオイルを循環させたところ、基板２９の温度上昇は１２０℃に抑制されることが確認された。
【００４０】
この発明は上記一実施の形態に限定されず、変形可能であり、たとえばヒートシンクの構造は第１の部材と第２の部材とを接合させて形成したが、第１の部材を用いずに、第２の部材だけとし、その開放した側面にモータのフレームのフランジを接合固定するようにしてもよい。
【００４１】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、中空状ヒートシンクにモータとポンプユニットとを一体的に設け、モータの回転軸をヒートシンクを通してポンプユニットに連結してモータによりポンプ機構を駆動すると共に、ヒートシンクの中空部にモータの制御基板を配設するようにした。
そのため、上記ヒートシンクが上記ポンプユニットによって循環されるオイルによって冷却されるから、温度変化の大きい使用環境で上記制御基板、ポンプユニット及びモータを一体化した状態で使用しても、制御基板が温度上昇するのを抑制することができる。
【００４２】
請求項２の発明によれば、中空状ヒートシンクを２分割構成とし、一方の第１の部材にモータの回転軸を支持する軸受を設けるようにした。
そのため、モータとヒートシンクとを一体的に構成することが可能となる。
【００４３】
請求項３の発明によれば、ポンプユニットにおける金属製ポンプサポートのヒートシンクに接合する部分の一部に薄肉部を形成した。
そのため、ポンプユニット内を循環するオイルとヒートシンクとの熱交換効率を向上させることができ、ヒートシンクによる制御基板の冷却効率をより向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施の形態のポンプ装置を示す断面図。
【図２】同じく制御基板の平面図。
【符号の説明】
１…ヒートシンク
４…モータ
１５…ポンプユニット
２１…ポンプ機構
２８…制御ユニット
２９…金属基板
３３…インバータ（電気部品）
３４…逆接防止用の半導体スイッチ（電気部品）
３５…サージ吸収素子（電気部品）

Claims

オイルを循環させるためのポンプ装置において、
中空状に形成されたヒートシンクと、
このヒートシンクの一側に設けられ、回転軸が前記ヒートシンクを貫通して該ヒートシンクの他側に突出したモータと、
上記ヒートシンクの他側に設けられ、内装したポンプ機構の駆動軸が前記回転軸に連結されて上記モータによって駆動されることで上記オイルを循環させるポンプユニットと、
インバータおよび逆接防止用の半導体スイッチが設けられ、上記ヒートシンクの中空部における上記ポンプユニットが設けられた他側の内面に接合配設された上記モータの駆動を制御する金属製の制御基板とを具備し、
前記ポンプユニットは、熱伝導性に優れた金属材料により形成され前記ヒートシンクの他側に接合されるポンプサポートと、
該ポンプサポートと液密状に接合されるポンプケースとを備え、
前記ポンプ機構は、前記ポンプサポートと前記ポンプケースとに囲まれた空間に配置されており、
前記駆動軸と前記回転軸とは、前記ポンプサポートに形成された通孔内にて連結されていることを特徴とするポンプ装置。
前記ヒートシンクは、一側の第１の部材と他側の第２の部材とにより構成され、前記第１の部材及び第２の部材には前記回転軸が挿通する通孔が透設されており、前記第１の部材における前記通孔に前記回転軸を支持する軸受が支持されていることを特徴とする請求項１に記載のポンプ装置。
前記ポンプユニットは、前記ポンプ機構の駆動によりオイルが循環する構成であり、前記ポンプサポートの前記ヒートシンクに接合する部分の一部に循環オイルが前記ヒートシンクに近接するよう薄肉部が形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のポンプ装置。