JP2014013029A - 流体ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】 流体がポンプ部からモータ部に、スムースに流入し得る技術を提供する。
【解決手段】 燃料ポンプは、ポンプ部とモータ部とを備える。モータ部は、ロータ５４と、ロータ５４の外周に沿って、互いに隣接して配置される複数個のコアを備えるステータ６０と、を備える。各コアは、ティースを備え、隣接するコアのティースの間には、ステータ６０とロータ５４との隙間に連通しており、ポンプ部側から吐出口側に向かって伸びる流体通路１００が設けられており、流体通路１００の少なくとも一部には、流体通路１００の流路面積が吐出口側からポンプ部側の端に向かって拡大する拡大区間Ｌ２が設けられている。
【選択図】 図７

Description

本明細書では、ポンプ部とモータ部とを備える流体ポンプを開示する。

特許文献１に、ポンプ部とモータ部とを備える燃料ポンプが開示されている。この燃料ポンプでは、ポンプ部によって燃料ポンプ内に吸入された燃料は、ポンプ部によって昇圧され、モータ部を通過して、燃料ポンプ外に吐出される。モータ部は、ロータとステータとを備える。ステータには、ロータの軸方向に伸びる溝状のクリアランスが形成されている。燃料は、ロータとステータとの隙間及びクリアランスを通過する。この構成では、ロータとステータとの隙間以外に燃料の流路が設けられている。

特開２００７−１２７０１３号公報

モータ効率の観点から、ステータとロータとの隙間を狭くすることが好ましい。一方、モータ部内の流路面積が小さい場合、ポンプ部で昇圧された流体が、モータ部にスムースに流入できずに、ポンプ効率が低下する場合がある。本明細書では、流体がポンプ部からモータ部に、スムースに流入し得る技術を提供する。

本明細書で開示される技術は、流体ポンプに関する。流体ポンプは、ハウジングと、ハウジングの一方の側に配置されているポンプ部と、ハウジングの他方の側に配置されていると共に、ポンプ部と連通するモータ部と、ハウジングの一方の側の端に設けられている吸入口と、ハウジングの他方の側の端に設けられている吐出口と、を備える。モータ部は、ロータと、ロータの外周に沿って、互いに隣接して配置される複数個のコアを備えるステータと、を備える。各コアは、ティースを備える。隣接するコアのティースの間には、ステータとロータとの隙間に連通しており、ポンプ部側から吐出口側に向かって伸びる流体通路が設けられている。流体通路の少なくとも一部には、流体通路の流路面積が吐出口側からポンプ部側の端に向かって拡大する拡大区間が設けられている。

この構成によれば、流体通路の流路面積が一定である場合と比較して、ポンプ部側の端における流体通路の流路面積を大きくし得る。このため、流体は、ポンプ部からモータ部にスムースに流入し得る。

燃料ポンプの正面図を示す。 燃料ポンプの平面図を示す。 図２のIII-III断面の断面図を示す。 図３のIV-IV断面の断面図を示す。 図３のV-V断面の断面図を示す。 図４のVI-VI断面の端面図を示す。 燃料の流れを説明するための図２のVII-VII断面の概略断面図を示す。 ステータ６０の概略側面図を示す。 変形例の図３のIV-IV断面の断面図を示す。 変形例の図３のV-V断面の断面図を示す。

以下に説明する実施例の主要な特徴を列記する。なお、以下に記載する技術要素は、それぞれ独立した技術要素であって、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る。

（特徴１）各コアは、ティースの側面の一部を一巡するボビンを備えていてもよい。拡大区間の両側に位置するボビンのロータの回転方向に沿った長さは、ポンプ部側の端から吐出口側に向かって徐々に長くなっていてもよい。

この構成によれば、隣接するコアに設けられているボビンの間に、拡大区間を容易に形成することができる。

（特徴２）各コアは、ティースの側面の一部を一巡するボビンを備えていてもよい。ボビンが一巡している部分のティースを、ティースに直交する断面で見たとき、ティースは、矩形状を有していてもよい。ボビンのティースの４個の角のそれぞれを覆う部分は、円弧形状を有しており、４個の円弧形状のうち、少なくとも１個の円弧形状の中心の位置は、ティースの内部に位置していてもよい。

この構成によれば、ボビンの周方向の長さを短くすることができる。これにより、コイル線の巻回に掛かる時間を短縮することができる。

（特徴３）拡大区間では、ロータの回転方向の流体通路の長さと、ロータの半径方向の流体通路の長さの少なくとも一方の長さが、吐出口側からポンプ部側の端に向かって拡大していてもよい。

（特徴４）ステータは、ポンプ部側の端部と吐出口側の端部との両側において、ハウジングに圧入されているシール部をさらに備えていてもよい。

この構成によれば、樹脂層によってステータを保護することができ、シール部によって、ステータとハウジングとの間に、流体が浸入することを抑制することができる。

（特徴５）ステータは、ティースのロータに対向する面を覆う樹脂層をさらに備えていてもよい。

この構成によれば、ティースのロータに対向する面が、流体に直接接触することを防止することができる。このため、ティースが、流体によって腐食されることを防止することができる。

本実施例の燃料ポンプ１０は、燃料タンク（図示省略）内に配置され、自動車のエンジン（図示省略）に燃料（例えばガソリン等）を供給する。図１に示すように、燃料ポンプ１０は、両端が開口された円筒形状を有するハウジング２によって、側面が形成されている。図２に示すように、燃料ポンプ１０の上端には、吐出口１１と、リリーフ弁１２と、供給口１３と、端子７０とが配置されている。なお実施例では、図１の状態で上下を規定する。例えば、吐出口１１は、燃料ポンプ１０の上端に位置する、ということができる。吐出口１１は、エンジンに接続されている。リリーフ弁１２は、燃料ポンプ１０内の燃料の圧力を所定の圧力以下に維持するために設けられている。供給口１３は、ジェットポンプ（図示省略）に、燃料を供給する。

図３に示すように、燃料ポンプ１０は、モータ部５０とポンプ部３０を備える。モータ部５０とポンプ部３０は、ハウジング２内に配置されている。ポンプ部３０は、ケーシング３２とインペラ３４を備える。ケーシング３２は、ハウジング２の下端の開口を閉塞する。ケーシング３２の下端には、吸入口３８が設けられている。ケーシング３２の上端には、ケーシング３２内とモータ部５０とを連通する連通孔（図示省略）が設けられている。ケーシング３２内には、インペラ３４が収容されている。

モータ部５０は、ポンプ部３０の上方に位置する。モータ部５０は、ブラシレスモータであり、三相モータである。モータ部５０は、ロータ５４とステータ６０とを備える。モータ部５０は、ハウジング２の上端の開口を閉塞する。詳細には、後述するステータ６０の樹脂層６６ａによって、ハウジング２の上端の開口が閉塞されている。なお、樹脂層６６ａには、吐出口１１とリリーフ弁１２と供給口１３とが形成されている。ロータ５４は、永久磁石を備える。ロータ５４の中心には、シャフト５２が貫通して固定されている。シャフト５２の下端は、インペラ３４の中心部に挿入され、貫通している。ロータ５４は、シャフト５２の両端部に配置された軸受けによって、回転軸Ｒを中心に回転可能に支持されている。

ステータ６０は、６個（複数個）のコア９０と端子７０と樹脂層６６とを備える。６個のコア９０は、環状に配置されており、略円筒形状を形成する。６個のコア９０の中心部には、ロータ５４が配置されている。６個のコア９０は、２個のＵ相のコア９０と、２個のＶ相のコア９０と、２個のＷ相のコア９０とを備える。６個のコア９０は、複数個のコアプレート６２と、樹脂製の絶縁材６４とを備える。コアプレート６２は、磁性体の材料で作製されている。複数個のコアプレート６２は、積層されている。各コアプレート６２は、環状形状を有している。絶縁材６４は、複数個のコアプレート６２のうち外周面を除く表面を覆う。６個のコア９０は、同様の構成を備える。

図４に示すように、各コア９０は、ティース７２を備える。なお、図４では、１個のコア９０の各部７２〜７４のみに符号を付している。ティース７２は、コア９０の外周縁から、ステータ６０の内周に向かって伸びている。ティース７２は、ティース本体７３とティース先端部７４とを備える。ティース本体７３は、複数個のコア９０によって形成される略円筒形状の外周縁から軸心に向かって伸びている。ティース先端部７４は、ティース本体７３の内周側の端に連結されている。ティース先端部７４は、ロータ５４の外周に沿って伸びており、ロータ５４の外周面に対向している。ティース先端部７４のロータ５４の外周面に対向する面は、絶縁材６４によって覆われている。この構成によれば、ロータ５４とステータ６０との間を燃料が通過する際に、ティース７２が、燃料に直接接触することを防止することができる。これにより、ティース７２が腐食することを防止することができる。

ティース７２の表面には、ボビン７５が配置されている。ボビン７５は、ティース本体７３の側面を一巡する。即ち、ボビン７５は、軸方向Ｒに伸びる２個の面及び軸方向Ｒの両端面を覆う。ボビン７５は、絶縁材６４によって形成されている。ボビン７５には、コイル線７６が巻回されている。コイル線７６は、端子７０に接続されている。隣接する２個のコア９０のティース７２及びコイル線７６の間には、樹脂層６６が充填されている。

隣接する２個のコア９０のティース７２の間には、燃料通路１００が設けられている。燃料通路１００は、ティース７２を覆う絶縁材６４と、ティース７２及びコイル線７６の間に充填されている樹脂層６６によって形成されている。燃料通路１００は、ステータ６０のポンプ部３０側の端（即ち下端）からロータ５４の上端よりも上方に連通している。燃料通路１００は、ポンプ部３０と吐出口１１とを連通する。燃料通路１００は、軸方向Ｒに沿って、溝状に伸びている。燃料通路１００は、軸方向Ｒに直交する断面で見たときに、ロータ５４とステータ６０との隙間に開口している。即ち、燃料通路１００は、全長に亘って、ロータ５４とステータ６０との隙間に連通している。変形例では、燃料通路１００は、一部の区間において、ロータ５４とステータ６０との隙間に連通していなくてもよい。

図７に示すように、燃料通路１００は、一定区間Ｌ１と拡大区間Ｌ２とを備える。一定区間Ｌ１は、燃料通路１００の上端から軸方向Ｒの中間位置までの区間である。一定区間Ｌ１において、燃料通路１００の流路面積（軸方向Ｒに直交する断面における燃料通路１００の面積）は、一定である。拡大区間Ｌ２は、一定区間Ｌ１の下端（即ち軸方向Ｒの中間位置）からポンプ部３０側の端（即ち下端）までの区間である。拡大区間Ｌ２において、燃料通路１００の流路面積は、一定区間Ｌ１の下端（即ち吐出口１１側）からポンプ部３０側の端に向かって拡大している。図５に示すように、拡大区間Ｌ２では、ロータ５４の半径方向における燃料通路１００の長さが、吐出口１１側からポンプ部３０側の端に向かって拡大している。

図６は、ティース７２をティース本体７３に直交する断面で見たときの端面図である。ティース本体７３は、矩形状を有している。ボビン７５は、ティース本体７３を一巡するように覆っている。ボビン７５のロータ５４の回転方向に沿った長さＷは、ポンプ部３０側の端の長さＷ２から上端部の長さＷ１に向かって徐々に長くなっている。この結果、拡大区間Ｌ２では、ボビン７５のロータ５４の回転方向に沿った長さＷは、ポンプ部３０側の端から上端に向かって徐々に長くなっている。この構成では、図４と図５とを比較して明らかなように、隣接する２個のコア９０のコイル線７６の間隔Ｄは、吐出口１１側の端における間隔Ｄ１よりもポンプ部３０側の端における間隔Ｄ２の方が大きくなる。この構成によれば、燃料通路１００の拡大区間Ｌ２を、コイル線７６の間隔Ｄが比較的に広い区間に形成することができる。このため、拡大区間Ｌ２を容易に形成することができる。

ボビン７５のティース本体７３の４個の角のそれぞれを覆う部分７５ａ，７５ｂは、円弧形状を有している。４個の部分７５ａ，７５ｂのうち、上方の部分７５ａの中心の位置７５ｃは、ティース本体７３の内部に位置する。この構成によれば、ボビン７５の周方向の長さを短くすることができる。これにより、コイル線７６の巻回に掛かる時間を短縮することができる。

図８に示すように、ステータ６０のポンプ部３０側の端部（即ち下端部）と吐出口１１側の端部（即ち上端部）とは、樹脂層６６によって覆われている。ステータ６０の上端部を覆う樹脂層６６ａとステータ６０の下端部を覆う樹脂層６６ｂとは、隣接するティース７２の間に充填されている樹脂層６６によって連結されている。樹脂層６６は、コアプレート６２の外周面を覆っていない。即ち、コアプレート６２の外周面は露出している。樹脂層６６は、成形型を用いて成形される。成形型内には、絶縁材６４に覆われている６個のコア９０が配置される。成形型は、コアプレート６２の外周面を基準に、成形型に対するコア９０の位置決めをすることができる。

樹脂層６６ａは、ハウジング２に圧入される圧入部６６ｄを備える。樹脂層６６ｂは、ハウジング２に圧入される圧入部６６ｅを備える。圧入部６６ｅの上方には、当接面６６ｃが設けられている。当接面６６ｃは、ハウジング２の当接面に当接している。この構成によれば、圧入部６６ｄ，６６ｅが、ステータ６０の両端部に配置されているため、ステータ６０がハウジング２に対して傾くことを抑制することができる。この結果、ステータ６０とロータ５４との隙間を適切に確保することができる。

外部電源から端子７０を介して燃料ポンプ１０に電力が供給されると、ティース７２が磁化されて、ロータ５４が回転する。この結果、インペラ３４が回転することによって、燃料タンクから吸入口３８を通過して、ポンプ部３０に燃料が吸入される。燃料は、ポンプ部３０で昇圧され、モータ部５０に流入する。モータ部５０に流入した燃料は、ロータ５４とステータ６０との隙間を通過して、吐出口１１側に流れる。また、図７に示すように、モータ部５０に流入した燃料は、燃料通路１００を通過して、吐出口１１側に流れる。ステータ６０の上方に到達した燃料の一部は、吐出口１１からエンジンに吐出される。また、ステータ６０の上方に到達した燃料の他の一部は、リリーフ弁１２又は供給口１３に流れる。

燃料通路１００のポンプ部３０側には、拡大区間Ｌ２が設けられている。このため、燃料通路１００の流路面積が一定区間Ｌ１と同様に、一定である場合と比較して、ポンプ部３０側の端における流体通路の流路面積を大きくすることができる。この結果、燃料は、ポンプ部３０からモータ部５０にスムースに流入することができる。また、拡大区間Ｌ２において、燃料通路１００の流路面積は、吐出口１１側（即ち下流側）に向かって徐々に小さくなっている。この構成によれば、燃料の流れの乱れを小さくして、圧損を低減することができる。

また、樹脂層６６ａ，６６ｂの圧入部６６ｄ，６６ｅを、ハウジング２に圧入することによって、ハウジング２とステータ６０との間に燃料が浸漬しないように、シールすることができる。

以上、本発明の実施形態について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、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。

（１）上記の実施例では、燃料通路１００は、拡大区間Ｌ２において、ロータ５４の半径方向の燃料通路１００の長さが、吐出口１１側からポンプ部３０側の端に向かって拡大している。しかしながら、図９，１０に示すように、拡大区間Ｌ２において、燃料通路２００のロータ５４の半径方向の燃料通路１００の長さは一定であってもよい。拡大区間Ｌ２において、燃料通路２００のロータ５４の回転方向の長さが、吐出口１１側からポンプ部３０側の端に向かって拡大していてもよい。あるいは、拡大区間Ｌ２において、燃料通路２００のロータ５４の半径方向の燃料通路１００の長さとロータ５４の回転方向の長さとの両方が、吐出口１１側からポンプ部３０側の端に向かって拡大していてもよい。

（２）上記の実施例では、燃料通路１００は、一定区間Ｌ１を備える。しかしながら、燃料通路１００は、拡大区間Ｌ２のみであってもよい。即ち、燃料通路１００の通路面積は、吐出口１１側の端からポンプ部３０側の端に向かって、燃料通路１００の全長に亘って、徐々に拡大していてもよい。

（３）上記の実施例では、燃料通路１００は、各コア９０の間に配置されている。しかしながら、燃料通路１００は、各コア９０の間に配置されていなくてもよい。言い換えると、燃料通路１００は、少なくとも隣接する２個のコア９０の間に配置されていればよい。

（４）上記の実施例では、樹脂層６６ａは、ハウジング２の上端の開口を閉塞している。しかしながら、ハウジング２の上端の開口を閉塞する蓋部は、樹脂層６６ａと別体で構成されていてもよい。この場合、蓋部に、吐出口１１とリリーフ弁１２と供給口１３とが形成されていてもよい。また、蓋部は、樹脂層６６ａと当接していてもよい。蓋部と樹脂層６６ａとの当接位置は、樹脂層６６ａとハウジング２との接触部分よりも吐出口１１側に位置していてもよい。この構成によれば、蓋部と樹脂層６６ａとの当接位置に、燃料が侵入する場合に、燃料は、樹脂層６６ａとハウジング２とが接触することによってシールしている部分を越えて、ハウジング２とステータ６０との間に燃料が侵入することを抑制することができる。

（５）本明細書で開示される流体ポンプは、燃料ポンプ１０以外に、冷却水用の冷却水ポンプであってもよく、一般手的は、流体ポンプは、水等の液体用ポンプであってもよい。

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。

２：ハウジング
１０：燃料ポンプ
１１：吐出口
３０：ポンプ部
３８：吸入口
５０：モータ部
５４：ロータ
６０：ステータ
６６：樹脂層
７０：端子
７２：ティース
７３：ティース本体
７４：ティース先端部
７５：ボビン
９０：コア
１００：燃料通路

Claims (6)

1. ハウジングと、
   ハウジングの一方の側に配置されているポンプ部と、
   ハウジングの他方の側に配置されていると共に、ポンプ部と連通するモータ部と、
   ハウジングの一方の側の端に設けられている吸入口と、
   ハウジングの他方の側の端に設けられている吐出口と、を備える流体ポンプであって、
   モータ部は、
   ロータと、
   ロータの外周に沿って、互いに隣接して配置される複数個のコアを備えるステータと、
   を備え、
   各コアは、ティースを備え、
   隣接するコアのティースの間には、ステータとロータとの隙間に連通しており、ポンプ部側から吐出口側に向かって伸びる流体通路が設けられており、
   流体通路の少なくとも一部には、流体通路の流路面積が吐出口側からポンプ部側の端に向かって拡大する拡大区間が設けられている、流体ポンプ。
2. 各コアは、ティースの側面の一部を一巡するボビンを備え、
   拡大区間の両側に位置するボビンのロータの回転方向に沿った長さは、ポンプ部側の端から吐出口側に向かって徐々に長くなっている、請求項１に記載の流体ポンプ。
3. 各コアは、ティースの側面の一部を一巡するボビンを備え、
   ボビンが一巡している部分のティースを、ティースに直交する断面で見たとき、
   ティースは、矩形状を有しており、
   ボビンのティースの４個の角のそれぞれを覆う部分は、円弧形状を有しており、４個の円弧形状のうち、少なくとも１個の円弧形状の中心の位置は、ティースの内部に位置する、請求項１又は２に記載の流体ポンプ。
4. 拡大区間では、ロータの回転方向の流体通路の長さと、ロータの半径方向の流体通路の長さの少なくとも一方の長さが、吐出口側からポンプ部側の端に向かって拡大している、請求項１から３のいずれか一項に記載の流体ポンプ。
5. ステータは、ポンプ部側の端部と吐出口側の端部との両側において、ハウジングに圧入されているシール部をさらに備える、請求項１から４のいずれか一項に記載の流体ポンプ。
6. ステータは、ティースのロータに対向する面を覆う樹脂層をさらに備える、請求項１から５のいずれか一項に記載の流体ポンプ。

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