JP2006046212A - 燃料ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】 扁平な燃料タンクへの搭載性をさらに向上する。
【解決手段】 本発明のアキシャル型の燃料ポンプ１０は、略円板形状のインペラ２０と、そのインペラ２０を回転可能に収容するケーシング１４，１６を備える。インペラ２０には永久磁石２３が配され、ケーシング１４には駆動用コイル４０が配されている。ケーシング１４の側面には、燃料吸入口２８ａ，３０ａが設けられる。ケーシング１６の上面には、燃料吐出口７０が設けられている。したがって、インペラ２０の径方向から吸込まれた燃料は、インペラの軸方向に吐出される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料を吸込んで昇圧し、昇圧した燃料を吐出する燃料ポンプに関するものである。特に、インペラの回転軸の方向と平行な磁界によってインペラを回転駆動するアキシャル型の燃料ポンプに関する。

燃料タンク内の燃料を内燃機関（例えば、自動車のエンジン等）に供給するための装置として燃料ポンプが知られている。燃料ポンプは燃料タンク内に設置されることから、燃料ポンプの形状は燃料タンクの形状によって制約を受ける。燃料ポンプの回転軸方向の寸法を小型化する燃料ポンプとして、アキシャル型の燃料ポンプが提案されている（特許文献１）。
特許文献１に開示された燃料ポンプは、ケーシング内に回転可能に収容されたインペラを備える。インペラには駆動コイルが一体化されており、その駆動コイルの外周には羽根が固定されている。駆動コイルと対向するケーシングの上下両面には永久磁石が配されている。ケーシングの下面には燃料吸入口が設けられ、ケーシングの上面には燃料吐出口が設けられている。
この燃料ポンプでは、駆動コイルに電流を流すと、その電流によって駆動コイルに発生する磁界とケーシングに配された永久磁石による磁界との相互作用で、インペラに回転トルクが発生し、インペラが回転する。インペラが回転すると、ケーシング下面の燃料吸入口から燃料が吸込まれる。吸込まれた燃料はインペラの羽根に導かれ、インペラの回転に伴って昇圧される。昇圧された燃料はケーシング上面の燃料吐出口から吐出される。
特開平７−１８９９７８号

最近の自動車は、車室内の居住性を向上するために、車体を大型化することなく車室容積を増大させたいという要求が強くなっている。かかる要求を満足するために、燃料タンクが配置できるスペースは限定され、燃料タンクはますます扁平化する傾向にある。上述した従来の燃料ポンプは、燃料タンクの扁平化にある程度は対応できるものの、今日の燃料タンクのさらなる扁平化の要請に十分に応えるものとはなっていない。例えば、上述した従来の燃料ポンプでは、ケーシングの下面に燃料吸入口が設けられている。このため、燃料タンク内に燃料ポンプを設置しようとすると、燃料タンク底面とケーシング下面との間にスペースを設ける必要がある。したがって、このスペースの分だけ燃料タンクへの搭載性が悪化し、燃料タンクの扁平化を阻害している。

本発明は、上述した実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、扁平な燃料タンクへの搭載性をより一層と向上させたアキシャル型の燃料ポンプを提供することである。

本発明の燃料ポンプは、略円板形状のインペラと、そのインペラを回転可能に収容するケーシングとを備え、インペラとケーシングのいずれか一方に永久磁石が配されると共に、他方に駆動用コイルが配されたアキシャル型の燃料ポンプである。そして、ケーシングの側面に燃料吸入口が設けられる一方で、ケーシングの上面に燃料吐出口が設けられており、インペラの径方向から吸込まれた燃料がインペラの軸方向に吐出されることを特徴としている。
この燃料ポンプでは、ケーシングの側面に燃料吸入口が設けられ、インペラの径方向から燃料を吸込む。このため、この燃料ポンプを燃料タンク内に設置する場合は、燃料ポンプ下面と燃料タンク底面の間にスペースを設ける必要はなく、その分だけ燃料タンクへの搭載性を向上させることができる。

上記の燃料ポンプでは、例えば、インペラに駆動コイルを配し、ケーシングに永久磁石を配することができる。この場合は、インペラに配した駆動コイルに電流を流すための整流子ブラシが必要となる。
整流子ブラシを不要とするためには、インペラに永久磁石を配し、ケーシングに駆動コイルを配すればよい。すなわち、インペラの少なくとも上面に永久磁石が配されており、その永久磁石と対向するケーシング内面に駆動コイルが配される。そして、燃料ポンプは駆動コイルを駆動する駆動回路をさらに備える。かかる場合は、インペラの上面側のケーシング内部に駆動回路を収容する回路室を形成し、前記燃料吸入口から吸入された燃料は回路室を通って前記燃料吐出口から吐出されることが好ましい。このような構成によると、回路室内を流れる燃料によって駆動回路を冷却することができる。

また、上記の燃料ポンプにおいては、インペラの上下両面に燃料が吸引され、上下両面から燃料が吐出されることが好ましい。すなわち、インペラの外周近傍には周方向に繰返す凹所群がインペラの上下両面のそれぞれに形成される。インペラの上面と対向するケーシング内面には、インペラの凹所群に対向する領域を上流端から下流端まで伸びている第１溝が形成される。インペラの下面に対向するケーシング内面には、インペラの凹所群に対向する領域を上流端から下流端まで伸びている第２溝が形成される。ケーシングには、第１溝の上流端近傍及び第２溝の上流端近傍を燃料吸入口に連通させる燃料吸入流路と、第１溝の下流端近傍及び第２溝の下流端近傍を回路室に連通させる燃料吐出流路が形成される。このような構成によると、インペラの上下両面に作用する燃料圧力の差が小さくなるため、インペラに作用するスラスト方向の力の不釣合いを改善することができる。このため、モータ効率の向上や騒音の低減を図ることができる。
なお、インペラの上下両面に形成される凹所群の底部同士は連通していてもよい。また、ラジアルシールを不要とするために、インペラの上下両面に形成される凹所群はインペラの外周壁によってインペラの外周面から隔てられていてもよい。

また、インペラに形成される凹所群は、永久磁石が配された位置よりも外側に配されることが好ましい。磁石の外側に凹所群を配することで凹所群の周速を高めることができ、それに応じてインペラの回転数を低くすることができる。インペラの回転数を低くできると、燃料ポンプの騒音を低減することができる。また、インペラが回転する際の燃料との粘性抵抗が低下するため、ポンプ効率を向上することもできる。

上記の燃料ポンプでは、インペラの一方の面にだけ永久磁石を配し、ケーシングの一方の面にだけ駆動コイルを配することができるが、インペラの上面と下面の両面に永久磁石を配することもできる。この場合は、インペラの上面と対向するケーシング内面とインペラの下面と対向するケーシング内面の両方に、駆動コイルを配することが好ましい。例えば、インペラの回転軸中心から所定距離だけ離れた位置に円筒形の永久磁石を配する。その永久磁石の上面はインペラの上面に露出し、その永久磁石の下面はインペラの下面に露出する。そして、その永久磁石の上下両面と対向するケーシング内壁面に駆動コイルを配する。このような構成によると、インペラの上下両面から駆動コイルの磁力が作用するため、インペラに作用するスラスト方向の力の不釣合いを改善することができる。

なお、上記の燃料ポンプに用いられる駆動コイルには、コア付きコイル、シート型コイルのいずれをも用いることができる。シート型コイルを用いると、コアを無くすことができる分だけ駆動コイルを薄くでき、燃料ポンプをよりコンパクトにすることができる。

後述する実施例の主要な特徴を記載する。
（形態１）燃料ポンプは、ポンプ部と、ポンプ部の上方に設けられた回路部とから構成される。ポンプ部は、略円板形状のインペラと、インペラを回転可能に収容するポンプケーシングとから構成される。インペラには永久磁石が配設され、インペラの上面及び／又は下面と対向するポンプケーシング内面には駆動コイルが配設される。永久磁石と駆動コイルは互いに対向している。
（形態２）回路部は、モータ駆動回路と、回路ケーシングとから構成される。モータ駆動回路は、外部から供給される直流電力を多相電力に変換して駆動コイルに供給する。回路ケーシングには回路室が形成されている。回路室にはモータ駆動回路が収容されている。
（形態３）ポンプケーシングの側面（インペラの径方向）には燃料吸入口が形成されている。ポンプケーシングには、燃料吸入口から吸込んだ燃料をインペラに導くための燃料吸入路が形成されている。さらに、ポンプケーシングには、インペラで昇圧された燃料を回路ケーシングの回路室に導くための燃料吐出流路が形成されている。
（形態４）回路ケーシングはポンプケーシング上に載置され、その状態で両者は固定されて一体化されている。回路ケーシングの上面には、回路室内の燃料を吐出するための吐出ポートが形成されている。

（第１実施例） 本発明の一実施例に係る燃料ポンプについて図面を参照して説明する。本実施例の燃料ポンプは自動車用であり、自動車に装備された燃料タンク内に設置される。燃料ポンプが燃料タンク内に設置された状態では、燃料ポンプの下面が燃料タンク底面に当接する。燃料ポンプは、燃料に浸漬した状態で動作し、燃料タンク内の燃料をエンジンに圧送する。
図１は燃料ポンプ１０の縦断面図である。図１に示すように、燃料ポンプ１０は、回路部６０と、ポンプ部１２から構成されている。なお、図１の上下は、燃料ポンプ１０が燃料タンク内に装着された状態における上下と一致している。

回路部６０は、回路ケーシング１６と基板６２等を備える。回路ケーシング１６は、略円筒状に形成されたハウジング１８の上端１８ａを内側にカシメることによって、ハウジング１８に固定されている。回路ケーシング１６には、上方に向かって開口する吐出ポート７０と、外部電源（図示省略）に接続される端子６８が設けられている。回路ケーシング１６には回路室６３が形成されている。回路室６３は吐出ポート７０に連通している。
回路室６３には基板６２が収容されている。基板６２は、樹脂６１によって回路ケーシング１６内に固定されている。基板６２上にはモータ制御回路６４が実装されている。モータ制御回路６４は、複数の電子素子によって構成される。モータ制御回路６４は、端子６８を介して外部電源から供給された直流電力を３相電力に変換する。モータ制御回路６４によって変換された３相電力は、電力供給ライン６６を介して駆動コイル４０（後述）に供給される。なお、モータ制御回路６４は、燃料に対して抵抗力のある非電導性材料（例えば、樹脂等）によって保護されている。

ポンプ部１２は、ポンプケーシング１４と、ポンプケーシング１４に収容されるインペラ２０等を備えている。図３にインペラ２０の平面図が示されている。図１，３に示すように、インペラ２０は略円板状に形成されている。インペラ２０の上下両面には、周方向に複数並んだ凹所群（２２，２４）が形成されている。凹所群（２２，２４）は、インペラの全周にわたって形成されている。インペラの上面に形成された凹所２４とインペラ２０の下面に形成された凹所２２は、その底部で連通されている。凹所群（２２，２４）は、インペラ２０の外周壁２５によってインペラ２０の外周面２５ｓから隔てられている。なお、インペラ２０の外周面２５ｓと、ポンプケーシング１４との間には、わずかな隙間が形成されている（図１では図示を省略）。この隙間は、インペラ２０がスムーズに回転するために設けられている。

インペラ２０の中心部には、厚さ方向に貫通する貫通孔２７が形成されている。貫通孔２７には、その両端がポンプケーシング１４に固定されたシャフト５０が挿通されている。シャフト５０とインペラ２０との間にはベアリング５２が介装され、シャフト５０（すなわちポンプケーシング１４）に対してインペラ２０が回転可能に組み付けられている。
また、インペラ２０には、その回転軸から所定距離だけ離れた位置（ただし、凹所群２４より内側の位置）に円筒形状のマグネット２３（永久磁石）が配設されている。マグネット２３は、その上面がＮ極となる第１マグネット部材２３ａと、その上面がＳ極となる第２マグネット部材２３ｂによって構成される。第１マグネット部材２３ａと第２マグネット部材２３ｂは交互に配置されている。なお、マグネット２３の裏面にはロータヨーク２１が配されている（図１参照）。

ポンプケーシング１４は、インペラ２０を回転可能に収容した状態でハウジング１８の下端１８ｂが内側にカシメられることによって、ハウジング１８に固定されている。この状態では、ポンプケーシング１４上に回路ケーシング１６が載置され、両者が一体化されている。なお、ポンプケーシング１４と回路ケーシング１６の外周シールは、樹脂溶着やＯリング等によって行うことができる。

図２にポンプケーシング１４のインペラ２０の上面と対向する面（以下、ポンプケーシング上内面という）を下方向から見た図が示されている。図２に示すように、ポンプケーシング上内面には、インペラ２０の上面に形成された凹所群２４に対向する領域を、インペラの回転方向に沿って、上流端３２ａから下流端３２ｂまで伸びる上面側溝３２が形成されている。ポンプケーシング１４の側面には燃料吸入口３０ａ，２８ａが形成されている。上面側溝３２の上流端３２ａと燃料吸入口３０ａとは、ポンプケーシング１４に形成された吸入流路３０によって連通している。上面側溝３２の下流端３２ｂは、ポンプケーシング１４に形成された吐出流路３６によって回路ケーシング１６の回路室６３に連通している。

ポンプケーシング上内面には複数の駆動コイル４０が配設されている。これらの駆動コイル４０は、マグネット２３と対向する領域に円周状に配置されている。駆動コイル４０は、コア４２と、コア４２に巻き付けられたコイル４１により構成される。各駆動コイル４０のコイル４１には、モータ制御回路６４からの電力がそれぞれ供給される。モータ制御回路６４は、各駆動コイル４０に供給する電力を切換え、ポンプケーシング１４に対してインペラ２０を回転させる。これら駆動コイル４０が配された領域の内側に、シャフト５０とベアリング５２が配されている。

ポンプケーシング１４のインペラ２０の下面と対向する面（以下、ポンプケーシング下内面という）にも、上述したポンプケーシング上内面と同様に、インペラ２０の下面に形成された凹所群２２に対向する領域を、インペラの回転方向に沿って、上流端から下流端まで伸びる下面側溝３４が形成されている（図１参照）。下面側溝３４の上流端は吸入流路２８によって燃料吸入口２８ａと連通し、下面側溝３４の下流端は吐出流路３８によって回路ケーシング１６の回路室６３に連通している。
なお、ポンプケーシング下内面には、インペラ２０に埋設されたマグネット２３と対向する領域に空間１５が形成されている。空間１５は、マグネット２３からの磁束がポンプケーシング下内面側に漏れることを規制している。

上述した燃料ポンプ１０においては、駆動コイル４０に電力が供給されることでインペラ２０が回転する。インペラ２０が回転すると、インペラ２０の下面に形成された凹所２２とポンプケーシング１４の下面側溝３４との間に燃料の旋回流が発生する。燃料は、旋回しながら下面側溝３４の上流から下流に向かって流れ、その過程で昇圧される。燃料が昇圧されると、それにともなって外部の燃料が燃料吸入口２８ａから吸入流路２８に吸い込まれる。下面側溝３４で昇圧された燃料は、吐出流路３８から回路ケーシング１６の回路室６３に流れる。回路室６３内の燃料は、吐出ポート７０から燃料ポンプ１０の外部に送り出される。
インペラ２０の上面側凹所２４とポンプケーシング１４の上面側溝３２との間にも、燃料の旋回流が発生する。燃料は、上面側溝３２の上流から下流に向かって流れながら昇圧される。燃料が昇圧されると、それにともなって外部の燃料が燃料吸入口３０ａから吸入流路３０に吸い込まれる。上面側溝３４で昇圧された燃料は、吐出流路３６から回路ケーシング１６の回路室６３に流れる。回路室６３内の燃料は、吐出ポート７０から燃料ポンプ１０の外部に送り出される。
本実施例の燃料ポンプ１０では、インペラ２０の上下両面に燃料が吸引されると共に、上下両面から燃料が吐出される。このため、インペラ２０に作用するスラスト方向の力の不釣合いが軽減される。また、インペラ２０の上面側凹所２４と下面側凹所２２が底部で連通しているため、両者を流れる燃料の圧力が略同一となる。このことによっても、インペラ２０に作用するスラスト方向の力の不釣合いが軽減される。

上述したことから明らかなように、本実施例の燃料ポンプ１０は、その側方に燃料吸入口２８ａ，３０ａが設けられている。このため、燃料ポンプ１０を燃料タンク内に設置する際に、燃料ポンプ１０の底面を燃料タンクの底面に当接させることができる。このため、扁平な燃料タンクへの搭載性を向上することができる。
また、燃料ポンプ１０内に吸込まれた燃料は、回路室６３を通って吐出ポート７０より外部に吐出される。このため、モータ制御回路６４が駆動コイル４０に電力を供給することで発熱しても、回路室６３を流れる燃料によって冷却することができる。
さらに、インペラ２０には、マグネット２３の外側に凹所群２２，２４が形成されている。したがって、インペラ２０を大径化することによって凹所群２２，２４の周速を上げることができる。このため、インペラ２０を低速で回転させることができ、これによって騒音等を低減することができる。また、インペラ２０を低速で回転させることができると、燃料による粘性抵抗も低減されるため、燃料ポンプ１０のポンプ効率を向上することができる。
なお、インペラ２０が大径化しても、インペラ２０の上下両面に燃料が吸引され、かつ、上下両面から燃料が吐出される。このため、インペラ２０のスラスト方向の力の不釣合いが軽減され、インペラ２０のカタギが抑制されるようになっている。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、上述した実施例では、インペラ２０の上側にのみ駆動コイル４０を配したが、本発明はこのような形態に限られず、インペラ２０の上下両側に駆動コイル４０を配するようにしてもよい。図４にはインペラの上下両側に駆動コイルを配した燃料ポンプの縦断面図が示されている。図４に示すように、ポンプケーシング上内面及び下内面には駆動コイル４０ａ，４０ｂがそれぞれ配される。インペラ２０には、その上面が駆動コイル４０ａと対向し、その下面が駆動コイル４０ｂと対向する、マグネット２６が配される。このような実施例では、インペラ２０にインペラ２０の上下両側から駆動コイル４０ａ，４０ｂの磁界が作用するため、インペラ２０の回転トルクを大きくすることができる。また、インペラ２０の上下両側から磁界が作用するため、インペラ２０のスラスト方向の力の不釣合いがより軽減される。

また、燃料ポンプに用いることができる駆動コイルには、上述した実施例で用いたコア付きコイル以外にも種々のコイルを用いることができる。例えば、図５に示すようなシート型コイル４５を用いることもできる。シート型コイル４５は、マグネット２３に対向するコイル４７と、コイル４７の上面に配されたステータヨーク４６とで構成することができる。シート型コイル４５を用いると、コアが不要となるため、その分だけ燃料ポンプの軸方向の寸法を小さくすることができる。また、シート型コイル４５は、コイル線の巻数を多くすることができるため、インペラ２０に作用する回転トルクを大きくできる。なお、シート型コイル４５を、図４に示すように、インペラ２０の上下両面に配するようにしてもよい。

さらに、上述した実施例では、回路ケーシング１６の回路室６３と基板６２との間に空間を形成し、その空間内を燃料が流れるように構成したが、この空間内をポッティング法等によって樹脂で封止するようにしてもよい。この場合は、ポンプケーシング１４の吐出流路３６，３８を吐出ポート７０に直接連通するようにすればよい。

また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

第１実施例に係る燃料ポンプの縦断面図である。 ポンプケーシング上内面を下方から見た図である。 インペラの平面図である。 第１実施例の変形例に係る燃料ポンプの縦断面図である。 第１実施例の他の変形例に係る燃料ポンプの縦断面図である。

符号の説明

１０：燃料ポンプ
１２：ポンプ部
１４：ポンプケーシング
１６：回路ケーシング
１８：ハウジング
２０：インペラ
２２，２４：凹所
２３：マグネット
２８ａ，３０ａ：燃料吸入口
４０：駆動コイル
４２：コア
６０：ポンプ部
７０：吐出ポート

Claims (6)

1. 略円板形状のインペラと、そのインペラを回転可能に収容するケーシングとを備え、インペラとケーシングのいずれか一方に永久磁石が配されると共に、他方に駆動用コイルが配されているアキシャル型の燃料ポンプであって、
   ケーシングの側面に燃料吸入口が設けられる一方で、ケーシングの上面に燃料吐出口が設けられており、インペラの径方向から吸込まれた燃料がインペラの軸方向に吐出されることを特徴とする燃料ポンプ。
2. インペラの少なくとも上面に永久磁石が配されると共に、その永久磁石と対向するケーシング内面に駆動コイルが配されており、その駆動コイルを駆動する駆動回路をさらに備える請求項１に記載の燃料ポンプであって、
   インペラの上面側のケーシング内部には駆動回路を収容する回路室が形成されており、前記燃料吸入口から吸入された燃料は回路室を通って前記燃料吐出口から吐出されることを特徴とする燃料ポンプ。
3. インペラの外周近傍には、周方向に繰返す凹所群がインペラの上下両面のそれぞれに形成されており、
   インペラの上面と対向するケーシング内面には、インペラの凹所群に対向する領域を上流端から下流端まで伸びている第１溝が形成されており、
   インペラの下面に対向するケーシング内面には、インペラの凹所群に対向する領域を上流端から下流端まで伸びている第２溝が形成されており、
   ケーシングには、第１溝の上流端近傍及び第２溝の上流端近傍を前記燃料吸入口に連通させる燃料吸入流路と、第１溝の下流端近傍及び第２溝の下流端近傍を前記回路室に連通させる燃料吐出流路が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の燃料ポンプ。
4. 凹所群は、永久磁石が配された位置よりも外側に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の燃料ポンプ。
5. インペラの下面にも永久磁石が配されており、その永久磁石と対向するケーシング内壁面にも駆動コイルが配されていることを特徴とする請求項２に記載の燃料ポンプ。
6. 駆動コイルがシート型コイルであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の燃料ポンプ。

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