自動車用電動型液体ポンプ

本発明は、自動車用の電動型液体ポンプに関する。

自動車用電動型液体ポンプは、自動車のエンジンや他の装置に例えば冷却液又は潤滑液等の液体を送り込むために使用される。

従来、この種のポンプは3つの機能部分、即ち、電動モータを含むモータセクション、モータ制御の電子機器セクション及びポンプセクションに区分され、長手方向でみて、モータセクションはモータ制御の電子機器セクションとポンプセクションとの間の真ん中に備えられている。このような配置は、モータの電子機器と電動モータとの間の短い電気接続を可能にする。モータの電子機器は複数のパワー半導体を備え、これらパワー半導体は過熱及び損傷を回避するために冷却されなければならない。従来のポンプの場合、パワー半導体の冷却は通常、潤滑液で冷却されたハウジング及びポンプハウジング外の環境空気により実現されている。

しかしながら、液体ポンプセクションはモータ制御の電子機器セクションから遠く離れているので、液体自体はパワー半導体を十分且つ効率的に冷却するうえで役立たない。

本発明の目的は、複数のパワー半導体の冷却を改善した自動車用電動型液体ポンプを提供することにある。

請求項1に係る自動車用電動型液体ポンプはポンプハウジング及びロータを備え、該ロータはポンプの長手軸線を規定する。ポンプはステータコイルを含む電動モータを備え、該電動モータはポンプハウジングの一方の長手方向端に配置され、他の2つのセクション間にて軸線方向に配置されているものではない。ポンプハウジング内にはパワー電子機器室が規定され、該パワー電子機器室はポンプロータのステータコイルを電気的に励磁する複数のパワー半導体を備えている。パワー電子機器室はポンプハウジングの他方の長手方向端に配置され、他の2つのセクション間に配置されているものではない。他方の長手方向端のパワー電子機器室と一方の長手方向端に配置された電動モータと間にはポンプ室が備えられ、該ポンプ室では、電動モータによりロータ軸を介して駆動されるポンプロータがポンプ室入口からポンプ室出口に液体を送り出すべく回転する。換言すれば、ポンプロータを含むポンプ室は一方の長手方向側のパワー電子機器室と他方の長手方向側の電動モータとの間に配置されている。ポンプ室は幾何学的にみてポンプハウジングの長手方向の真ん中に配置される必要はない。

ポンプ室及びパワー電子機器室は金属製の分離壁によって区画され、該分離壁は長手軸線に対する横断面内に存在する。分離壁は吸い込まれた液体を含むポンプ室の1つの壁を規定するので、高い冷却能を備えた液体によって常時冷却される。付け加えて、ポンプ室内の液体とパワー半導体との間の総距離は非常に短く、数ミリメータ程度の短さである。自動車に適用される冷却液又は潤滑液の最高温度が120℃よりも高くなることは決してないので、このような配置は通常の環境下にて、分離壁が120℃よりも暖かくならないことを保証する。140℃〜150℃の最高作動温度のパワー半導体が入手可能であるので、これらパワー半導体の過熱を確実に排除可能となる。

本発明の好適な実施形態によれば、複数のパワー半導体は分離壁と熱伝導的に接続して備えられている。このことは、パワー半導体が分離壁に直接に接触していることを意味するものではない。しかし、パワー半導体と分離壁との間のエアギャップを無しにしてパワー半導体が分離壁に接続されていることは本質的なことである。

好ましくは、パワー半導体は、金属、熱伝導性のペースト及び/又は熱伝導性の糊又は接着剤等の良好な熱伝導性能を備えた材料のみによって分離壁に接続されている。

本発明の好適な実施形態によれば、ポンプ室入口はポンプ室に面する分離壁の面に設けた凹所として実現される。この特徴は総面積の増加を導き、これにより、ポンプ室内の液体と分離壁との間の熱交換が改善される。付け加えて、ポンプ室入口を通じてポンプ室内に流入する流入液体は、分離壁に近接且つ隣接した液体の乱れを増大させ、これはポンプ室内の液体と分離壁との間の熱交換を増加させる。

代替又は付加的に、ポンプ室出口は分離壁における平坦面に設けた凹所として実現され、ここでの凹所はポンプ入口が凹所である場合と同様な作用及結果をもたらす。

好ましくは、複数のパワー半導体はポンプ室出口よりもポンプ室入口に近接して配置されている。ポンプ室入口の周囲及びポンプ室入口に正対する領域は分離壁の最も冷たい領域となる。何故なら、これは、総面積の増加、その領域での液体の乱れの増大及びポンプ室からポンプ室出口を通じて流出する液体に比べて前記流入液体が冷たいという事実に依る。ポンプ室から流出する加圧液体はポンプ室出口での液体圧の増加に起因した熱力学効果でも暖められるので、流入液体は加圧流体よりも冷たい。この結果、ポンプ室入口に近接した箇所での冷却能は分離壁で得られる最高のものとなる。

本発明の好適な実施形態によれば、分離壁の径方向中央に中央凹所又はポケットが備えられ、これにより、中央凹所はロータ軸及び/又はポンプロータに対して軸線方向に向き合う。この特徴はポンプ室に面した分離壁の総面積を増加させ、ポンプ室内の液体と分離壁との間の熱交換を増加させる。

好ましくは、中央凹所はポンプ室出口に流体的に接続されている。ポンプ室出口での液体圧はポンプ室内よりも高く、中央凹所内の液体圧は分離壁から離れる方向に、中央凹所に対向したロータ軸及び又はポンプロータを押す。この結果、液体で満たされた十分なギャップが発生され、これにより、ギャップ内の液体の乱れはロータ軸及びポンプロータが回転している限り大きく、ポンプ室内の液体と分離壁との間の領域で強力な熱交換が実現される。好ましくは、ポンプ室出口と中央凹所との間の流体的な接続は接続通路としての分離壁の接続凹所によって実現される。

本発明の好適な実施形態によれば、電動モータのステータコイルは、分離壁から軸線方向に離れる方向にモータ軸及びポンプモータを引き付けるべく、モータロータに対して軸線方向にオフセットしている。この結果、液体で満たされた十分な横断ギャップが電動モータが電気的に活動している限り発生され、ここでのギャップは一方の側でのロータ軸及び/又はポンプロータと他方の側での分離壁との間に規定される。このことはその領域での液体と分離壁との間の熱交換を劇的に改善する結果となる。

一般的に、液体ポンプは、ねじ型圧縮機やベーンポンプ等の正圧の容量ポンプとして実現される。好ましくは、液体ポンプは潤滑液ポンプとして実現され、他の好適な実施形態によれば、ポンプはゲロータ型のポンプである。

以下、本発明の一実施形態が図面を参照して説明される。

パワー電子機器室からポンプ室を分離する分離壁を含んだ自動車用電動型液ポンプの概略的な縦断面図である。

ポンプ室に面した分離壁の面を示し、図1中、II-II線に沿うポンプの断面図である。

図1,2は自動車用の電動型液ポンプ10を示し、該電動型液ポンプ10は自動車の内燃機関のための加圧潤滑液を提供する潤滑液ポンプとして構成されている。

ポンプ10はポンプハウジング12を備え、該ポンプハウジング12は長手方向でみて、3つのセクション、即ち、一方のポンプ端での電動モータ20と、他方のポンプ端で電子機器セクション52を規定するパワー電子機器室50と、該パワー電子機器室50と電動モータ20との間に配置されたポンプセクションを規定するポンプ室30とを含む。ポンプ10にはロータ13が備えられ、該ロータ13は長手方向のロータ軸線17を規定するロータ軸15を含む。該ロータ軸15はハウジング12に2つのローラ軸受18,19によって回転自在に支持されている。ハウジング12は実質的にハウジング円筒20を含む、該ハウジング円筒20はハウジング12の長手方向の両端にて別個のカバー14,16によって閉塞されている。

電動モータ20はブラシレスDCモータであって、モータ制御の電子機器によって電気的に整流され、モータ制御の電子機器はパワー電子機器室50内に備えられている。モータ20は永久磁石のモータロータ24及びステータコイル22を備え、該ステータコイル22は幾つかのパワー半導体56によって電気的に励磁される。パワー半導体56はパワー電子機器室50内に配置されている。

モータセクションは、ポンプ室30を備えたポンプセクション32から第1の横断分離壁26によって分離されている。ポンプ室30内には、内側ポンプロータ36及び外側ポンプロータ34が備えられ、これらロータ36,35はゲロータを形成し、ポンプ室入口43からポンプ室出口45に潤滑液を送り込む。

モータ室30は、パワー電子機器室50を液密にして含む電子機器セクション52から第2の横断分離壁40によって分離されている。該第2の横断分離壁40には、ポンプ室13に面した第1平坦面41及びパワー電子機器室50に面した第2平坦面51が備えられている。第2の横断分離壁40は第1平坦面41に幾つかの凹所を備え、これら凹所は図2の平面図に示されている。側方を向いたポンプ室入口43は、三日月形の入口凹所42によって形成され、側方を向いたポンプ室出口45は他の三日月形の出口凹所44によって形成されている。

第2の横断分離壁の第2平坦面51にはその中央に中央凹所46が備えられ、該中央凹所46はポンプ室出口45に径方向通路となる凹所48によって流体的に接続されている。凹所48は第2の横断分離壁40に設けられている。ポンプ室出口45での流体圧力は通常、ポンプ室内の全ての領域で最も高い。中央凹所46がポンプ室出口45に流体的に接続されているので、ポンプ室出口45での高い流体圧は中央凹所46にも存在する。この結果、ロータ軸15及びポンプロータ36は第2の横断分離壁40から離間する方向に押され、ポンプロータ36を含む一方の側となるロータ軸15とポンプ室30と面した第2の横断分離壁の他方の側となる第2平坦面41との間には常時、十分なギャップ57が確保されている。該ギャップ57はポンプ液で満たされ、該ポンプ液は本実施形態では潤滑液である。

図1から明らかなように、電動モータのステータコイル22はモータロータ24に対し、長手方向にオフセットXだけオフセットしている。ステータコイル22が励磁されたなら、永久磁石のモータロータ24及びポンプロータ36を含み且つモータロータに接続されたロータ軸15は、ポンプ室30及びパワー電子機器室50を分離している第2の横断分離壁40から離間するように軸線方向に引き付けられ、これにより、液充満ギャップ57の生成がもたらされる。該液充満ギャップ57は、ロータ13側の複数の回転部分と第2の横断分離壁40との間の摩擦接触を回避させ、ポンプ室30と第2の横断分離壁40との間の熱交換を改善する。

パワー半導体56はプリント配線基板54に取り付けられ、また、該プリント配線基板54はパワー半導体56を制御する電子制御装置を含んでいる。パワー半導体56は複数のパワーモス電界効果トランジスタ(MOSFETs)又は他の種類のパワー半導体である。プリント配線基板54の裏面は第2の横断分離壁40に熱伝導性の糊又は接着剤によって接続され、パワー半導体56と金属からなる第2の横断分離壁40との間の熱伝導的な接続及び結合が保証されている。

図2から明らかなように、パワー半導体56は全て、ポンプ室出口45ではなく、ポンプ室入口43に隣接し且つポンプ室入口43の反対側に備えられている。液体の温度は一般的にポンプ室入口43にて、より低いので、ポンプ室入口43に近接したパワー半導体56の配置はパワー半導体56の冷却を改善する。