(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプ部に装着されたモータ部に接続自在であり且つベース板を有する回路ケースと、回路基板と、パワーデバイスとからなるモータ制御部であって、前記ポンプ部，前記モータ部，前記モータ制御部の順に配置され、前記ベース板にはリードフレームがインサート成形されると共に、前記ベース板の外面側には前記リードフレームの一部が前記ベース板の板面と平行に露出する露出開口部が適所に形成され、前記ベース板の前記外面側では前記露出開口部を介して前記パワーデバイスの端子が溶接固着され、前記ベース板の内面側に形成された閉鎖周壁部には回路基板が配置され、該回路基板によって前記パワーデバイスが制御され、前記ベース板の前記内面側には前記外面側に形成された前記露出開口部に対応して同一位置となるように前記露出開口部が形成され、前記回路基板は前記閉鎖周壁部内の前記露出開口部に露出する前記リードフレームと通電可能に接触されてなることを特徴とする電動ポンプ。
【請求項２】
請求項１において、前記露出開口部は窪み状に形成されてなることを特徴とする電動ポンプ。
【請求項３】
請求項１において、前記露出開口部と前記リードフレームとは同一面状としてなることを特徴とする電動ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車載用の電動ポンプに具備されたモータ制御用の回路部の構成に関するものであって、特に回路基板及び電子部品の組付け性に優れ、且つこれらの耐衝撃性を向上させた電動ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年車両の電動化，ハイブリッド化の進展により車両への電動ポンプ（電動ウォーターポンプ等）の搭載が増加している。電動ポンプの中でもモータの機能を有する部分とポンプの機能を有する部分が一体となった、いわゆる一体型の電動ポンプが使用されることが多い。一体型の電動ポンプでは、モータの固定子の役割を担うステータコア及びコイルからなるステータと，モータの回転子の役割を担うインナーマグネットと，該インナーマグネットと一体化されたインペラとが配置されている。
【０００３】
そして、この種の電動ポンプは、エンジン冷却のためのウォーターポンプとして使用されるため、エンジン付近に装着されることが多く、それゆえに電動ポンプはエンジンの振動や、自動車走行時に発生する衝撃を直接受けるものである。このような条件の基に使用される電動ポンプでは、特に回路基板及び電子部品に振動や衝撃が加わり、これら回路基板と電子部品同士とを通電させるための電気的接続箇所にも振動や衝撃が伝達される。
【０００４】
回路基板や電子部品には耐衝撃性を有するものが使用されることで、問題は解決されるが、前記電気的接続箇所の接続が切断されて回路基板と電子部品同士の通電が途切れてしまうことがある。そこで、このような切断を防止するために、リードフレームがケーシングを構成する樹脂部材の内部にインサートされたものが存在している。このような構成が備わったものとして、特許文献１が挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２３７４２２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１では、リードフレーム1に一連に形成されたリードフレーム継ぎ手2を一次成形樹脂10より突出させて一次インサート成形し、リードフレーム継ぎ手2を介して電子部品3のリードを溶接し、その後、電子部品3も含めて二次インサート成形する。また特許文献１では、リードフレーム継ぎ手2を平板状の一次インサート成形品4から垂直に突出させてあって、リードフレーム継ぎ手2の凹部に電子部品3のリード15をのせて実装し、レーザによってリード15を溶かして溶接する。
【０００７】
平板状の一次インサート成形品4からリードフレーム継ぎ手2が垂直に突出しており、垂直に突出したリードフレーム継ぎ手2の側面に電子部品3が溶接されている構成が見て取れる。これにより特許文献１では、高温でも使用を可能としながら、小型化を図り、生産性を高め、機械的な強度等の品質を向上させることができると記載されている。
【０００８】
しかし、特許文献１には、以下に述べるような課題が存在する。平板状の一次インサート成形品4からリードフレーム継ぎ手2が垂直に突出しており、垂直に突出したリードフレーム継ぎ手2の側面に電子部品3が溶接されていることから、平板状の一次インサート成形品4に対して電子部品3等が高い（離れた）位置に配置されるため、高さ方向に寸法が拡大してしまう。また電子部品3のリード15の数に対応したリードフレーム継ぎ手2を折り曲げ形成する必要があるため、折り曲げ形成する箇所が増加するため製造工程が増加し、生産性を高めることには限界がある。
【０００９】
また、平板状の一次インサート成形品4からリードフレーム継ぎ手2が垂直に突出しているため、リードフレーム継ぎ手2は片持ち支持となり、リードフレーム継ぎ手2の側面に電子部品３が溶接されていることから、エンジンからの振動等の外からの激しい振動や衝撃に対して電子部品も振動してしまい溶接部分の耐久性に向上のさらなる余地がある。本発明の目的（技術的課題）は、回路基板の電子部品相互の電気的接続部分をコンパクト化し、且つ組付け性に優れた電動ポンプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
そこで発明者は、上記課題を解決すべく、鋭意研究を重ねた結果、請求項１の発明を、ポンプ部に装着されたモータ部に接続自在であり且つベース板を有する回路ケースと、回路基板と、パワーデバイスとからなるモータ制御部であって、前記ポンプ部，前記モータ部，前記モータ制御部の順に配置され、前記ベース板にはリードフレームがインサート成形されると共に、前記ベース板の外面側には前記リードフレームの一部が前記ベース板の板面と平行に露出する露出開口部が適所に形成され、前記ベース板の前記外面側では前記露出開口部を介して前記パワーデバイスの端子が溶接固着され、前記ベース板の内面側に形成された閉鎖周壁部には回路基板が配置され、該回路基板によって前記パワーデバイスが制御され、前記ベース板の前記内面側には前記外面側に形成された前記露出開口部に対応して同一位置となるように前記露出開口部が形成され、前記回路基板は前記閉鎖周壁部内の前記露出開口部に露出する前記リードフレームと通電可能に接触されてなる電動ポンプとしたことにより、上記課題を解決した。
【００１１】
請求項２の発明を、請求項１において、前記露出開口部は窪み状に形成されてなる電動ポンプとしたことにより、上記課題を解決した。請求項３の発明を、請求項１において、前記露出開口部と前記リードフレームとは同一面状としてなる電動ポンプとしたことにより、上記課題を解決した。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明では、樹脂製の回路ケースのベース板にインサートされ、該ベース板に前記リードフレームの一部が露出する露出開口部が形成され、且つ該露出開口部からのリードフレームの露出部分は、ベース板と平行となるようにしている。これによって、回路ケースを成形する時に、前記露出開口部箇所には樹脂が配置されないように成形するのみで露出開口部が回路ケースの成形と共に形成され、専用の工程を必要とすること無く製造できる。
【００１３】
よって、製造のサイクルタイム及びコストは特別に増加しない。電気素子は回路ケースのベース板上に配置されるものであるため、リードフレームをベース板の板面に平行となるように露出されていることで、電気素子の端子の溶接を容易にできる。また、露出開口部は僅かに凹んだ面として形成されたものであり、リードフレームを回路ケースから外方に突出させるために略垂直に折り曲げる工程が不要となり、製造のサイクルタイム及びコストを低減することができる。
【００１４】
また、リードフレームが回路ケースから外方に突出していないので、電気素子を横にしたり寝かせたりするように配置すれば、回路部の高さ方向の寸法を最小限に抑えることができる。そして、露出開口部箇所でリードフレームに電気素子を溶接するので、外部からの振動によって電気素子がむやみに振動することが無く、耐久性を向上させることができる。
【００１５】
さらにベース板の内面側に回路基板が装着され、外面側にパワーデバイスが装着される構成とし、回路基板３とパワーデバイスとはベース板にインサートされたリードフレームにより接続されるのでパワーデバイスと回路基板とはベース板を境として分離状態となる。これによってリードフレームによる配線を通じてパワーデバイスから回路基板への熱の伝達を極力抑制することができ、回路基板の温度を低く抑えることができるため、回路基板に装着された電気素子の信頼性が向上し、よって回路基板に耐熱性の低い安価な電気素子であっても使用することができ、モータ制御部全体の価格を安価にすることができる。
【００１６】
また、請求項１の発明では、前記モータ制御部の回路ケースにおけるベース板の内面側及び外面側のそれぞれに形成された露出開口部は、相互に対応するように同一位置に形成されてなる電動ポンプとしたことにより、ベース板の内面側及び外面側にパワーデバイス等の電子部品を抵抗溶接にてリードフレームに接続するのに極めて好適な構成となる。抵抗溶接は、溶接を行う箇所の両面に電極を押し当て、荷重を加えた状態で大電流を加えて固着するものである。ベース板にインサートされたリードフレームは、ベース板の内面側及び外面側の両面にて対応する同一位置に露出開口部を介して外部に露出しており、これによって、リードフレームの両面に電極を押し当てることが可能となり、抵抗溶接を行うのに極めて好適な構成である。
【００１７】
請求項２の発明では、前記露出開口部は窪み状に形成されたことにより、リードフレームにパワーデバイスの端子を溶接固着する場合に、溶融金属が露出開口部内に納まり、溶接固着は良好な仕上がりにできる。請求項３の発明では、前記露出開口部と前記リードフレームとは同一面状としたことにより、パワーデバイスの端子を設置し易いので、作業を行い易くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】（Ａ）は本発明の電動ポンプの縦断側面図、（Ｂ）はモータ制御部の拡大縦断側面図である。
【図２】（Ａ）は回路ケースの縦断側面図、（Ｂ）は回路ケースの内面側より見た図、（Ｃ）は回路ケースの外面側より見た図である。
【図３】（Ａ）は回路基板の内面側より見た斜視図、（Ｂ）は（Ａ）の（ア）部拡大図、（Ｃ）は（Ｂ）のＸ−Ｘ矢視断面図、（Ｄ）は（Ｃ）の変形例であって外面側の露出開口部とリードフレームとを略同一面状とした拡大縦断側面図である。
【図４】（Ａ）はリードフレームの配列を示す平面図、（Ｂ）はリードフレームの形状を示す斜視図、（Ｃ）は露出開口部を介してリードフレームとパワーデバイスの端子を抵抗溶接する状態を示す拡大図である。
【図５】（Ａ）は回路ケースにおけるパワーデバイスの装着状態を示す外面側より見た平面図、（Ｂ）は（Ａ）の（イ）部拡大図、（Ｃ）は（Ｂ）のＹａ−Ｙａ矢視断面図、（Ｄ）は（Ｃ）のＹｂ−Ｙｂ矢視断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本発明における電動ポンプの構成は、図１（Ａ）に示すように、モータ制御部Ａと、モータ部Ｂと、ポンプ部９とからなる。モータ制御部Ａは、図１（Ｂ）に示すように、回路ケース１と、リードフレーム２と、回路基板３と、ＦＥＴ等のパワーデバイス４とから構成される。回路ケース１は、合成樹脂にて形成され、略円板形状のベース板１１の外周に両側面より突出する円筒形状の外周側部１２が形成されている。
【００２０】
前記ベース板１１には、図２に示すように、内面側１ａと外面側１ｂとが存在し、内面側１ａは、前記モータハウジング１に接続される側であり、回路基板３が装着される。また、内面側１aには、後述する閉鎖周壁部１３が形成される〔図２（Ａ），（Ｂ）参照〕。前記外面側１ｂには、パワーデバイス４が組み込まれる。回路ケース１のベース板１１には、図１（Ｂ），図２に示すように、リードフレーム２がインサート成形されている。
【００２１】
リードフレーム２は、図４（Ａ），（Ｂ）に示すように、帯板状の導体が３次元的に折り曲げられて形成されたものであり、具体的には、直線状帯板片が平面的に直交して連続形成され、且つ直線状の帯板片に上下方向に段差が生じるようにして段差部が適宜形成されたものである。また、リードフレーム２は、一つのみでなく、異なる形状の複数個から構成されるものである〔図４（Ａ）参照〕。リードフレーム２のベース板１１へのインサートは、回路ケース１が樹脂成形される際に、リードフレーム２が鋳込みされることによって出来上がる。
【００２２】
リードフレーム２のインサート構造では、ベース板１１に対して外部に露出する部位が存在する。その露出する部位は、パワーデバイス４の端子４１が抵抗溶接にて固着される部位となる〔図２，図３（Ａ）参照〕。リードフレーム２がベース板１１の外部に露出する部位はベース板１１に開口孔として露出開口部１４が形成され、ベース板１１の内部にインサートされたリードフレーム２の一部が前記露出開口部１４から外部に露出するようにしたものである〔図２（Ａ），図３（Ｃ），（Ｄ）参照〕。
【００２３】
露出開口部１４からベース板１１の外部に露出するリードフレーム２の一部は、ベース板１１の板面と平行に配置されている〔図２（Ａ）参照〕。前記露出開口部１４は、ベース板１１の内面側１a及び外面側１ｂの両方に複数個形成される。露出開口部１４は、正方形又は長方形等の方形状に形成されることが好ましいが、特に方形状に限定されるものではなく、必要に応じて円形状にしても構わない。
【００２４】
そして、ベース板１１の内面側１a及び外面側１ｂに形成される複数の露出開口部１４，１４，…の位置は、内面側１aと外面側１ｂとで同一位置で対応する位置に形成される〔図２（Ｂ），（Ｃ），図３（Ｃ），（Ｄ）参照〕。つまり、ベース板１１の内面側１aに形成された露出開口部１４の位置と同一位置となるように、外面側１ｂにも露出開口部１４が形成されることになる〔図３（Ｃ），（Ｄ）参照〕。
【００２５】
また、ベース板１１にインサートされるリードフレーム２は、ベース板１１の表面からの深さによって、前記露出開口部１４の形状は変化し、たとえば、リードフレーム２がベース板１１の表面（内面側１a，外面側１ｂ）から深い位置にあれば、露出開口部１４は窪み形状となる〔図３（Ｃ）参照〕。また、リードフレーム２がベース板１１の表面（内面側１a，外面側１ｂ）から極めて浅い位置で、単にリードフレーム２を薄膜で被覆するような場合では、ベース板１１の表面とリードフレーム２とは略同一面状となる〔図３（Ｄ）参照〕。
【００２６】
リードフレーム２のベース板１１に対するインサート構造では、リードフレーム２が露出開口部１４を介してベース板１１の外部に露出するものであり、そのために、回路ケース１を樹脂成形する際に露出開口部１４の箇所が形成される金型を使用することで、露出開口部１４と共にリードフレーム２の一部がベース板１１の外部に露出させることが容易にできる。露出開口部１４からベース板１１の外部に露出したリードフレーム２の一部にパワーデバイス４の各端子４１，４１，…が抵抗溶接により固着される。また回路基板３は、内面側１aの閉鎖周壁部１３に設置される。
【００２７】
前述したように、ベース板１１の内面側１a及び外面側１ｂに露出開口部１４，１４，…の位置を同一位置で対応するように構成することで、ベース板１１の内面側１a及び外面側１ｂにパワーデバイス４等の電子部品を抵抗溶接にてリードフレーム２に接続するのに極めて好適な構成である。抵抗溶接は、リードフレーム２とパワーデバイス４の端子４１を接触させ、リードフレーム２の両面に電極Ｔ，Ｔを押し当て、荷重を加えた状態で大電流を加えて固着する。このように、抵抗溶接による溶接手段を使用するのに都合の良い構成である。
【００２８】
回路ケース１のベース板１１は、実際には完全な平坦面では無く、回路基板３及びパワーデバイス４等が装着されるために多少の凹凸を有しているので、露出開口部１４におけるリードフレーム２の露出部の高さ方向の位置も、それぞれ異なる。したがって、前述したように、リードフレーム２は、段差部を介して帯板には上下方向に段差面が形成され、ベース板１１の内面側１a及び外面側１ｂのそれぞれの位置に対応できるように高さ方向の位置を変えている。すなわち、リードフレーム２は、帯板に直角な折曲部位と、段差による平行部位とを適宜且つ複雑に組み合わせた形状となっている〔図４（Ｂ）参照〕。
【００２９】
パワーデバイス４は、前述したように、リードフレーム２の露出面に端子４１，４１，…が抵抗溶接される。これにより、パワーデバイス４の端子４１，４１，…を回路ケース１のベース板１１に平行且つ横倒し状態で抵抗溶接することが可能となり、ベース板１１からのパワーデバイス４の高さ方向の寸法を最小限に抑えることができる。
【００３０】
パワーデバイス４の端子４１，４１，…とベース板１１の露出開口部１４から露出した一部のリードフレーム２との固着については通電可能であれば良く、例えば抵抗溶接、レーザ溶接、スポット溶接、かしめ、半田付け等の固着手段であっても構わない。リードフレーム２は、回路ケース１のベース板１１にインサートされた構成であり、パワーデバイス４によるパワー系の回路は、基板上に存在せず、回路ケース１のベース板１１の外面側１ｂに直接装着される。そしてパワーデバイス４の各電気素子間の配線は、ベース板１１にインサートされたリードフレーム２が担うことになり、パワー系の基板を不要にしている。これにより制御系の回路としての回路基板３と、パワー系の回路としてのパワーデバイス４とは、ベース板１１によって、略分離させる構造にできる〔図１（Ｂ）参照〕。
【００３１】
パワーデバイス４は、例えばＦＥＴ等のパワー系電子部品であり、モータ部のコイルに電力を供給する役目をなすものである。回路基板３は、前記パワーデバイス４を制御する役目をなすものである。そしてベース板１１の内面側１aに形成された閉鎖周壁部１３に回路基板３が設置され、該回路基板３は閉鎖周壁部１３内の露出開口部１４に露出するリードフレーム２と通電可能に接触される。閉鎖周壁部１３内に設置された回路基板３上にシリコーンゲル等の被覆樹脂Ｒが充填されて回路基板３が樹脂で被覆される構成となる。
【００３２】
この被覆樹脂Ｒは、回路基板３を覆うように充填がされ、回路基板３上の電気素子の保護や放熱もしくは断熱の役目をなすもので、シリコーンゲル等のポッティング材やウレタン，セラミック，エポキシ等の材質が使用される。発熱部品であるパワーデバイス４は、後述するヒートシンクＣの裏面に接触又は近接して配置され、ヒートシンクＣのフィンによりパワーデバイスを効果的に放熱させることができる。
【００３３】
前記閉鎖周壁部１３は、平面状において閉鎖された周壁を構成するものであり、具体的にはベース板１１の内面側１a上に載置された回路基板３の外周を完全に包囲するものであり、溶融した被覆樹脂が閉鎖周壁部１３内に充填され、前記回路基板３を保護する。閉鎖周壁部１３は、回路基板３の平面外周形状と略同一となるように形成される。
【００３４】
モータ部Ｂは、モータハウジング５の内部に鉄合金製のステータ６及びインナーマグネット７が装着されている。ステータ６は、ステータコア６１にコイル６２が巻き付けられており、これらが樹脂６３に被覆され防水性も有する。そして、ステータコア６１に巻かれたコイル６２の通電を制御により順番に切り替えていくことで磁界が切り替わり、軸中心寄りに配置されたインナーマグネット７を回転駆動させることができる。インナーマグネット７がステータ６の磁力により回転すれば、インナーマグネット７に一体的に装着されているインペラが回転し、ポンプとしての機能を果たすことができる。
【００３５】
モータ部Ｂの軸中心寄りであり、インナーマグネット７及びインペラシャフト９２が配置される領域まではエンジンの冷却水が浸入して来る。つまりモータ部Ｂの内周側の領域にも冷却水が存在している。そのためインペラ９１の羽根から遠い側且つインペラシャフト９２の軸端部近傍にはモータ部Ｂとモータ制御部Ａとを区画する樹脂製又はアルミニウム合金製の区画壁５１が略円板状に形成されている。該区画壁５１はモータ部Ｂとモータ制御部Ａとの境界であり、冷却水を密封するための壁である〔図１（Ａ）参照〕。
【００３６】
モータ部Ｂには、モータハウジング５内周側まで流体が浸入する構成となっている。一般にステータ６は発熱部品であるため、モータハウジング５内周側に浸入する流体によってステータ６の熱が放熱される。よってステータ６の熱はモータ制御部Ａ側の回路基板３に伝わり難くなっている。また流体と回路基板３とが前記区画壁５１を介して近接しているので、流体によって回路基板３の熱は放熱され易く、該回路基板３の温度上昇も抑制できる。
【００３７】
ポンプ部９は、複数枚の羽根が放射状に周方向角度均等に配置された樹脂製のインペラ９１と、該インペラ９１に固着され、該インペラの回転中心に配置された鉄合金製のインペラシャフト９２とからなる。インペラ９１は、モータ部Ｂに配置される永久磁石であるインナーマグネット７と一体となっている。なおインナーマグネット７はプラスチックマグネットにて形成されている。
【００３８】
回路ケース１の外面側１ｂには、ヒートシンクＣが装着される。該ヒートシンクＣはアルミニウム合金製であり、ＦＥＴ等のパワーデバイス４が装着される。パワーデバイス４は、ヒートシンクＣの裏面に接触又は近接して配置されることにより効果的に放熱させることができる。
【符号の説明】
【００３９】
Ａ…モータ制御部、Ｂ…モータ部、１…回路ケース、１１…ベース板、
１４…露出開口部、２…リードフレーム、３…回路基板、４…パワーデバイス、
４１…端子、８…ポンプ部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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