(57)【要約】【課題】搭載性に優れた電動ポンプ装置を提供する。【解決手段】電動ポンプ装置１は、絶縁性を有する冷媒を循環させる電動ポンプ１０と、電動ポンプ１０が吸入する冷媒が流通される導電性の第１配管２０と、第１配管２０と２重構造で設けられ、電動ポンプ１０から吐出される冷媒が流通される導電性の第２配管３０と、を備え、第１配管２０及び第２配管３０は、一対の通電用配線として用いられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性を有する冷媒を循環させる電動ポンプと、
前記電動ポンプが吸入する前記冷媒が流通される導電性の第１配管と、
前記第１配管と２重構造で設けられ、前記電動ポンプから吐出される前記冷媒が流通される導電性の第２配管と、を備え、
前記第１配管及び前記第２配管は、一対の通電用配線として用いられている電動ポンプ装置。
【請求項２】
前記第１配管には前記電動ポンプの吸入ポートが含まれ、前記第２配管には前記電動ポンプの吐出ポートが含まれる請求項１に記載の電動ポンプ装置。
【請求項３】
前記電動ポンプのロータを支持する支持軸が導電材料で構成され、前記支持軸は、一方の端部が前記第１配管及び前記第２配管の一方と接続され、他方の端部が前記電動ポンプを駆動するモータを制御するモータ制御基板が有する電極と接続されている請求項１又は２に記載の電動ポンプ装置。
【請求項４】
前記電動ポンプを駆動するモータに備えられ、線材が巻き回されるステータコアが接地されている請求項１から３のいずれか一項に記載の電動ポンプ装置。
【請求項５】
前記電動ポンプを駆動するモータに備えられ、線材が巻き回されるステータコアは、前記線材とは異なる絶縁被覆された配線用部材が貫通挿入される少なくとも１つの孔部を有している請求項１から４のいずれか一項に記載の電動ポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータを冷却する絶縁性の冷媒を循環させる電動ポンプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、冷媒を循環させる電動ポンプの一つとして、液体に遠心力を付与して液体を流通させる遠心ポンプが利用されてきた。このような遠心ポンプの一例として例えば特許文献１に記載のものがある。
【０００３】
特許文献１に記載の遠心ポンプは、ポンプの側面に流入ポートが設けられ、ポンプ中央部に流出ポートが設けられる。ハウジングの内部には回転自在に羽根車が内蔵され、当該羽根車の回転により吸引力が発生する。この吸引力により液体が流入ポートを介して流入流路に流入する。流入経路に流入した液体は羽根車により遠心力が付与され、流出流路に駆出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１３２２５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の遠心ポンプは流入ポートと流出ポートとが夫々、ポンプの側面及び中央部に設けられる。このため、ハウジングにおいて異なる位置に流入ポートと流出ポートとを設ける必要があるので、ハウジングの加工が複雑になる。また、流入ポートと流出ポートとに接続される流路の引き回しが必要となることがあり、ポンプが大型化し、搭載性の自由度が損なわれる可能性もある。
【０００６】
そこで、搭載性に優れた電動ポンプ装置が求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る電動ポンプ装置の特徴構成は、絶縁性を有する冷媒を循環させる電動ポンプと、前記電動ポンプが吸入する前記冷媒が流通される導電性の第１配管と、前記第１配管と２重構造で設けられ、前記電動ポンプから吐出される前記冷媒が流通される導電性の第２配管と、を備え、前記第１配管及び前記第２配管は、一対の通電用配線として用いられている点にある。
【０００８】
このような特徴構成とすれば、電動ポンプが吸入する冷媒が流通される第１配管と、電動ポンプから吐出される冷媒が流通される第２配管とが、一対の通電用配線として用いられるので、第１配管及び第２配管とは別に一対の通電用配線を設ける場合に比べて、電動ポンプ装置を小型化することができる。また、一対の通電用配線の引き回しと、第１配管及び第２配管の配置とを同時に行うことができるので、電動ポンプ装置を配置する上で周囲に設けられる他の装置等との干渉を生じ難くすることができる。したがって、電動ポンプ装置の搭載上の自由度を高めることができる。
【０００９】
また、前記第１配管には前記電動ポンプの吸入ポートが含まれ、前記第２配管には前記電動ポンプの吐出ポートが含まれると好適である。
【００１０】
このような構成とすれば、電動ポンプの給電ポート及び吐出ポートを一対の通電用配線として利用することができるので、電動ポンプに給電を行う配線の引き回しが容易となる。
【００１１】
また、前記電動ポンプのロータを支持する支持軸が導電材料で構成され、前記支持軸は、一方の端部が前記第１配管及び前記第２配管の一方と接続され、他方の端部が前記電動ポンプを駆動するモータを制御するモータ制御基板が有する電極と接続されていると好適である。
【００１２】
このような構成とすれば、モータ制御基板に給電する一対の給電線の一方を支持軸と併用することができる。したがって、電動ポンプ装置の部材費のコストアップを抑制し、軽量化及び小型化を図ることができる。
【００１３】
また、前記電動ポンプを駆動するモータに備えられ、線材が巻き回されるステータコアが接地されていると好適である。
【００１４】
このような構成とすれば、電動ポンプを駆動するモータのステータコアに生じる起電力を低減できる。したがって、当該起電力に起因するノイズの発生を抑制できる。
【００１５】
また、前記電動ポンプを駆動するモータに備えられ、線材が巻き回されるステータコアは、前記線材とは異なる絶縁被覆された配線用部材が貫通挿入される少なくとも１つの孔部を有していると好適である。
【００１６】
このような構成とすれば、ステータコアに貫通挿入される配線用部材をインダクタとして利用することができる。例えば、配線用部材をインバータの入力段に設けられるπ型フィルタのインダクタに用いることで、コモンモードノイズを抑制できる。また、部材費の低減も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】電動ポンプ装置の側方断面図である。
【図２】インバータ装置を模式的に示した構成図である。
【図３】吸入ポート及び吐出ポート近傍の斜視図である。
【図４】ステータコアの上面図である。
【図５】ステータコアに生じる電圧の波形を示した図である。
【図６】ステータコアに設けられる棒状部材を示した図である。
【図７】その他の実施形態に係る電動ポンプ装置の側方断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明に係る電動ポンプ装置は、所定の装置を冷却する冷媒の循環に利用される。以下、本実施形態の電動ポンプ装置１について説明する。図１には、本実施形態の電動ポンプ装置１の側方断面図が示される。電動ポンプ装置１は、電動ポンプ１０、第１配管２０、第２配管３０を備えて構成される。
【００１９】
電動ポンプ１０は、絶縁性を有する冷媒を循環させる。「絶縁性を有する冷媒」とは、一対の電極間に冷媒が介在している場合であっても、当該一対の電極が短絡しないような材料で冷媒が形成されていることを意味する。冷媒は、上述したように所定の装置を冷却するために流通される。本実施形態では、冷媒が図２に示されるようなインバータ７０を冷却する例を挙げて説明する。
【００２０】
本実施形態では、電動ポンプ１０は遠心ポンプとして構成される。電動ポンプ１０は、モータ４０が有するロータ４１から伝達される回転力により、ハウジング１３に内包された羽根車１１が回転される。回転された羽根車１１により、冷媒が吸入ポート１２から吸入される。吸入ポート１２から吸入された冷媒は、羽根車１１により遠心力が付与され、羽根車１１の径方向外側に向けて流通される。径方向外側に流通された冷媒は、第１配管２０と第２配管３０との間を通って、吐出ポート１４から吐出される。
【００２１】
図２には、インバータ７０を有するインバータ装置２の一例が示される。インバータ装置２は、例えば、車両に搭載されるポンプＰを駆動するモータＭの運転を制御するのに利用される。ポンプＰは、油圧で制御される油圧駆動装置にオイルを流通させるオイルポンプや、車両に搭載される装置（例えばハイブリッド車両の駆動用モータの運転を制御するインバータ装置）を冷却する冷媒を流通させるウォーターポンプが相当する。
【００２２】
図２に示されるように、インバータ装置２は、インバータ７０、ＰＷＭ制御部７５、フィルタ部８０を備えて構成される。ＰＷＭ制御部７５は、モータＭの回転の制御に係る種々の処理を行うために、ＣＰＵを中核部材としてハードウェア又はソフトウェア或いはその両方で構築されている。
【００２３】
インバータ７０は、直流電源Ｂから出力される直流電力を交流電力に変換してモータＭに供給する。直流電源Ｂは、直流電圧及び直流電流からなる直流電力を出力し、車両に搭載される所謂バッテリが相当する。インバータ７０は、直流電源ＢとポンプＰを駆動するモータＭとの間に接続される。モータＭは、本実施形態では３相モータが用いられ、永久磁石を備えるロータと、当該ロータに回転力を与えるための磁界を発生させるステータとを備えて構成される。ステータは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相のコイル（以下「ステータコイル」とする）ＳＣを備える。各ステータコイルＳＣは、スター結線であってもデルタ結線であっても良い。図２にはデルタ結線の例が示される。インバータ７０はこのようなモータＭを制御対象とする。
【００２４】
インバータ７０は、複数のスイッチング素子Ｑを備えて構成される。本実施形態では、スイッチング素子Ｑとして、直流電源Ｂの正端子側に接続されたハイサイドのトランジスタＱ１、Ｑ３、Ｑ５と、直流電源Ｂの負端子側に接続されたローサイドのトランジスタＱ２、Ｑ４、Ｑ６と、の合計６つのトランジスタＱ１〜Ｑ６が用いられる。トランジスタＱ１〜Ｑ６のソース端子とドレイン端子との間には、夫々ダイオードＤ１〜Ｄ６が配設される。
【００２５】
トランジスタＱ１〜Ｑ６は、ＰＷＭ制御部７５により所定のデューティ比でＰＷＭ制御される。ＰＷＭ制御とは、公知のパルス幅変調（pulse width modulation）制御であるので説明は省略する。
【００２６】
フィルタ部８０は、インダクタＬと一対のコンデンサＣ１，Ｃ２とを備えて構成される。インダクタＬは、直流電源Ｂとインバータ７０とを接続する電源ライン２００に直列に設けられる。すなわち、インダクタＬは、直流電源Ｂの正端子と、トランジスタＱ１，Ｑ３，Ｑ５のソース端子との間に設けられる。したがって、インバータ７０には、直流電源Ｂからの直流電力がインダクタＬを介して供給される。
【００２７】
一対のコンデンサＣ１，Ｃ２の夫々は、インダクタＬの一対の端子Ｌａ，Ｌｂの夫々と接地電位Ｇとの間に設けられる。すなわち、インダクタＬが有する端子Ｌａと接地電位Ｇとの間にコンデンサＣ１が配置され、インダクタＬが有する端子Ｌｂと接地電位Ｇとの間にコンデンサＣ２が配置される。したがって、フィルタ部８０は、所謂π型フィルタとして構成される。
【００２８】
インバータ装置２は、このような構成でモータＭを駆動するが、この時、インバータ７０はモータＭに通電される電流の大きさに応じて発熱する。電動ポンプ装置１は、このようなインバータ７０を冷却する冷媒を流通させるのに利用される。
【００２９】
図１に戻り、第１配管２０は、電動ポンプ１０が吸入する冷媒が流通される。上述したように、電動ポンプ１０は吸入ポート１２から冷媒が吸入される。本実施形態では、第１配管２０に、上述した電動ポンプ１０の吸入ポート１２が含まれる。第１配管２０は、導電性の材料を用いて構成される。第１配管２０は、絶縁材料で被覆されていても良いし、被覆されていなくても良い。
【００３０】
第２配管３０は、第１配管２０と２重構造で設けられ、電動ポンプ１０から吐出される冷媒が流通される。「第１配管２０と２重構造で設けられる」とは、第１配管２０及び第２配管３０の一方が、他方の径方向内側に配置されることをいう。この時、第１配管２０と第２配管３０とは同軸芯上に設けても良いし、偏芯していても良い。本実施形態では、第１配管２０が、第２配管３０の径方向内側に位置するように設けられる。
【００３１】
また、上述したように、電動ポンプ１０は吐出ポート１４から冷媒が吐出される。本実施形態では、第２配管３０に、上述した電動ポンプ１０の吐出ポート１４が含まれる。第２配管３０は、導電性の材料を用いて構成される。第２配管３０は、絶縁材料で被覆されていても良いし、被覆されていなくても良い。
【００３２】
第１配管２０及び第２配管３０は、一対の通電用配線として用いられる。一対の通電用配線とは、正の配線と負の配線とをいう。上述したように第１配管２０及び第２配管３０は、導電性の材料を用いて構成される。この導電性の材料の部分が一対の通電用配線として利用される。
【００３３】
電動ポンプ１０のロータを支持する支持軸１５は導電材料で構成される。電動ポンプ１０のロータとは電動ポンプ１０の回転部分であり、上述した羽根車１１が相当する。支持軸１５とは、羽根車１１の径方向中央部を軸方向に貫通して、羽根車１１が回転自在に支持する。したがって、支持軸１５は羽根車１１とは異なり、回転するものではない。また、支持軸１５は、モータ４０が有するロータ４１の径方向中央部も軸方向に貫通する。ロータ４１に対しても、当該ロータ４１が回転自在に支持する。したがって、支持軸１５は、一体に回転する羽根車１１及びロータ４１の軸芯部を通って、羽根車１１及びロータ４１が回転可能に羽根車１１及びロータ４１を支持する。このような支持軸１５は、第１配管２０や第２配管３０と同様に、導電材料を用いて形成される。
【００３４】
支持軸１５は、一方の端部が第１配管２０及び第２配管３０の一方と接続される。本実施形態では、図１に示されるように、支持軸１５の一方の端部は中心電極ガイド１７を介して第１配管２０と電気的に接続される。
【００３５】
図３には、吸入ポート１２及び吐出ポート１４の近傍の斜視図が示される。中心電極ガイド１７は、内側環状部１８と径方向接続部１９とを有する。本実施形態では、吸入ポート１２の径方向中央部に中心電極ガイド１７が設けられており、吸入ポート１２の内周面と内側環状部１８の外周面とが、径方向接続部１９により接続されている。内側環状部１８の径方向内側には孔部１６が形成され、当該孔部１６に支持軸１５の一方の端部が嵌合挿入されることにより、支持軸１５と第１配管２０とが電気的に接続される。
【００３６】
この時、図１及び図３に示されるように、支持軸１５と孔部１６との嵌合部分において、支持軸１５は先端部ほど外形が小さくなるように形成し、孔部１６は開口側から奥側に向って内形が小さくなるように構成すると良い。これにより、互いを嵌合した際に、カシメ効果により支持軸１５と孔部１６との接続を強固にすることが可能となる。
【００３７】
なお、図３の例では、径方向接続部１９は周方向に沿って３つ備えられているように示したが、３つ未満であっても良いし、３つ以上であっても良い。ただし、この径方向接続部１９の数が多い程、インダクタンス成分が小さくなる傾向が強いが、多い場合には冷媒が流通する際の流通抵抗が大きくなるので、好ましくは４枚程度にすると良い。
【００３８】
図１に戻り、支持軸１５は、他方の端部が電動ポンプ１０を駆動するモータ４０を制御するモータ制御基板４２が有する電極（正電極）と接続される。モータ制御基板４２とは、例えばモータ４０を駆動する駆動回路が搭載された基板である。このモータ制御基板４２の所定の位置に電極を設けておき、支持軸１５と電気的に接続される。この時、支持軸１５と電極とは半田を溶着して接続しても良いし、導電性ペースト材を用いて接続しても良い。
【００３９】
また、第２配管３０とモータ制御基板４２の電極（負電極）とは、第２配管３０とモータ制御基板４２とに亘って設けられる導電性の接続棒３１を介して接続すると良い。このような構成とすることにより、第１配管２０及び第２配管３０からモータ制御基板４２に給電することが可能となる。また、ハウジング１３（第２配管３０）や第１配管２０や支持軸１５を介して給電するので、別途接続線を設ける必要がなく、電動ポンプ装置１をコンパクトに構成することができる。
【００４０】
図４には、モータ４０のステータコイル４５の上面図が示される。ステータコイル４５は、環状のステータコア４６と線材を巻き回して構成された巻線４７とから構成される。ステータコア４６は、ドーナツ状の環状部５７と当該環状部５７の内周面から軸心方向に向かって突出する複数の歯部５８が周方向に沿って形成され、当該歯部５８に線材が巻き回されて巻線４７が形成される。
【００４１】
巻線４７への通電に伴い、ステータコア４６には起電力が生じる。このような起電力を測定した結果が図５に示される。図５の（Ｉ）〜（ＩＩＩ）は、横軸は時間軸であり、縦軸は電圧軸である。図５の（Ｉ）において、（ａ）がステータコア４６に生じる起電力の電圧波形であり、（ｂ）、（ｃ）、及び（ｄ）は、夫々、モータ４０のＵ相電圧、Ｖ相電圧、Ｗ相電圧の電圧波形である。
【００４２】
図５の（Ｉ）の（ａ）に示されるように、モータ４０の回転に合わせて、ステータコア４６にもピークｔｏピークで５Ｖ程度の起電力が発生している。このような起電力は、周囲に対してノイズの影響となり低減することが望まれる。そこで、本実施形態では、電動ポンプ１０を駆動するモータ４０に備えられ、線材が巻き回されるステータコア４６が接地されている。「接地されている」とは、所定の抵抗値を介してアースされていることをいう。図５の（ＩＩ）には、抵抗値が１ｋΩの抵抗器を用いてステータコア４６を接地した場合の測定結果が示され、図５の（ＩＩＩ）には、抵抗値が１Ωの抵抗器を用いてステータコア４６を接地した場合の測定結果が示される。図５の（ＩＩ）の（ａ）に示されるように、１ｋΩの抵抗器を介して接地することにより、図５の（Ｉ）の（ａ）に比べてステータコア４６に生じる起電力の振幅を小さくすることができる。また、図５の（ＩＩＩ）の（ａ）に示されるように、１Ωの抵抗器を介して接地した場合には、当該振幅を更に小さくすることができる。このように、所定の抵抗値を介してステータコア４６を接地することで、ノイズの発生を抑制できる。好ましくは、抵抗値は、１ｋΩ以下とすると良い。
【００４３】
図４に戻り、ステータコイル４５の巻線４７はモータ４０を駆動する際に通電されるが、その際、ステータコア４６には磁路が形成される。この磁路の大部分は環状部５７のうち、互いに隣接する２つの歯部５８の間に多く形成され、歯部５８の径方向外側部には磁路が形成され難い。したがって、歯部５８の径方向外側部は、モータ４０を回転させる上で、ステータコア４６の機能上、有効に活用されていない。
【００４４】
そこで、本実施形態では、ステータコア４６は、絶縁被覆された配線用部材６０が貫通挿入される少なくとも１つの孔部４９（図４参照）を有している。配線用部材６０とは、巻線４７を構成する線材とは異なるものである。本実施形態では、孔部４９はステータコア４６に１つ形成され、上述した環状部５７のうち歯部５８の径方向外側の位置に、ステータコア４６の軸心と平行に、ステータコア４６を軸方向に貫通するように構成される。孔部４９は、四角形状の中央孔部５１と、中央孔部５１の各角部から対角線に沿って延出するスリット部５２とから構成される。このような孔部４９に、配線用部材６０として導体を貫通挿入することにより、導体が孔部４９に圧入された状態となり、導体をステータコア４６に固定することができる。
【００４５】
このようにステータコア４６に貫通挿入された導体の配置例が図６に示される。ステータコア４６が無い場合の導体のインダクタンスは約３０ｎＨであったが、図６の（Ｉ）に示されるようにステータコア４６に導体を貫通挿入した場合には約２５０ｎＨまで大きくすることができた。なお、この時のステータコア４６の比透磁率は４０００である。一方、図６の（ＩＩ）に示されるように導体の一部がステータコア４６から露出している場合にはインダクタンスは約６１ｎＨであり、図６の（ＩＩＩ）に示されるように導体をステータコア４６の近傍に配置しただけである場合には、インダクタンスは約３８ｎＨであった。このように、導体をステータコア４６に貫通挿入することにより、導体をインダクタとして利用することが可能となる。
【００４６】
このように導体をインダクタと利用する場合には、コモンモードノイズの除去用フィルタに利用することが可能である。具体的には、例えば図２におけるフィルタ部８０を構成するインダクタＬとして用いることが可能である。これにより、別途インダクタＬを設ける必要がないので、部材費のコストアップを抑制できる。
【００４７】
〔その他の実施形態〕
上記実施形態では、電動ポンプ１０が遠心ポンプの例を挙げて説明したが、本発明は遠心ポンプ以外の電動ポンプに適用することも可能である。
【００４８】
上記実施形態では、第１配管２０は電動ポンプ１０の吸入ポート１２が含まれ、第２配管３０は電動ポンプ１０の吐出ポート１４が含まれるとして説明したが、例えば図７に示されるように第１配管２０及び第２配管３０が、電動ポンプ１０の吸入ポート１２及び吐出ポート１４とは独立して構成されている場合にも本発明を適用することは可能である。この場合でも、図７に示されるように、第１配管２０及び第２配管３０の間に電源を接続し、夫々一対の通電用配線として用いることが可能である。
【００４９】
上記実施形態では、支持軸１５は、一方の端部が第１配管２０及び第２配管３０の一方と接続され、他方の端部が電動ポンプ１０を駆動するモータ４０を制御するモータ制御基板４２が有する電極と接続され、支持軸１５が通電経路として利用されるとして説明したが、支持軸１５は通電経路として利用しないように構成することも可能である。
【００５０】
上記実施形態では、ステータコア４６が接地されているとして説明したが、ステータコア４６を接地せずに用いることも可能である。
【００５１】
上記実施形態では、ステータコア４６に孔部４９が１つ設けられているとして説明したが、孔部４９を設けずにステータコア４６を構成することも可能であるし、孔部４９を複数設けることも可能である。また、孔部４９は、四角形状の中央孔部５１と、中央孔部５１の各角部から対角線に沿って延出するスリット部５２とを有するとして説明したが、他の形状で構成することも可能である。
【００５２】
また、孔部４９は、ステータコア４６を軸方向に貫通して設けられるとして説明したが、他の方向に沿って孔部４９を設けることも可能である。
【００５３】
上記実施形態では、支持軸１５を介してモータ制御基板４２に通電されるとして説明したが、支持軸１５をモータ制御基板４２の接地電極と接続し、ハウジング１３を介して通電するように構成することも可能である。
【００５４】
本発明は、インバータを冷却する絶縁性の冷媒を循環させる電動ポンプに用いることが可能である。
【符号の説明】
【００５５】
１：電動ポンプ装置
１０：電動ポンプ
１１：羽根車（ロータ）
１２：吸入ポート
１４：吐出ポート
１５：支持軸
２０：第１配管
３０：第２配管
４０：モータ
４２：モータ制御基板
４６：ステータコア
４９：孔部
６０：配線用部材
【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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【図６】
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【図７】
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