JP2015059432A - 燃料ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】 シャフトの軸受を収容するカバーエンドの破損を防止する燃料ポンプを提供する。
【解決手段】 燃料ポンプに設けられるカバーエンド４０は、ベース部４１、軸受収容部４３、接続部４４などから構成される。ベース部４１は、筒状に形成されるハウジングの端部を塞ぐよう設けられる。軸受収容部４３は、断面が環状となるよう形成され、内部に形成される柱状の収容空間４３０には、シャフト５２の端部５２１を回転可能に支持する軸受５５が収容される。軸受収容部４３とベース部４１とを接続する接続部４４は、シャフト５２の回転軸φ方向の厚みＲ４４が、ベース部４１の厚みＲ４１、及び、軸受収容部４３の厚みＲ４３より薄くなるよう形成されている。これにより、シャフト５２のみそすり運動によって軸受収容部４３に径外方向の力Ｆ１が作用するとき、軸受収容部４３が適度に振れ、カバーエンド４０の破損を防止することができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、燃料ポンプに関する。

ポンプ室内で回転可能なインペラと、インペラを回転駆動可能なモータとを備え、インペラの回転によって燃料タンクの燃料を内燃機関に圧送する燃料ポンプが知られている。特許文献１には、ステータと、ステータの径内方向に回転可能に支持されているロータとから構成されるモータを備え、ロータの回転運動を利用してインペラを回転駆動する燃料ポンプが記載されている。

特開２０１２−３１８０７号公報

特許文献１に記載の燃料ポンプでは、ロータと一体に回転するシャフトは燃料ポンプの二つの端部に設けられる二つの軸受に回転可能に支持されている。一方の軸受は、シャフトの一方の端部に接続されるインペラの近傍に設けられる。シャフトの他方の端部を支持する他方の軸受は、ステータ及びロータを収容するハウジングの端部に設けられるカバーエンドに収容されている。燃料ポンプが駆動するとき、ロータの回転によってシャフトのみそすり運動が発生する。このとき、シャフトの他方の端部は円を描くように旋回するため、他方の軸受がカバーエンドに固定されていると、軸受に作用する径方向の力によってカバーエンドが破損するおそれがある。

本発明の目的は、シャフトの軸受を収容するカバーエンドの破損を防止する燃料ポンプを提供することにある。

本発明は、筒状のハウジングと、燃料をハウジングの内部に吸入する吸入口を有しハウジングの一方の端部に設けられるポンプカバーと、燃料をハウジングの外部に吐出する吐出口を有しハウジングの他方の端部に設けられるカバーエンドと、ステータと、ロータと、ロータと同軸に設けられロータと一体に回転するシャフトと、カバーエンドに収容されシャフトのカバーエンド側の端部を回転可能に支持する軸受と、インペラと、を備える燃料ポンプであって、カバーエンドは、ハウジングの他方の端部を塞ぐベース部、ベース部に接続し吐出口を形成する吐出部、シャフトの回転軸に垂直な断面が環状となるよう形成され軸受を収容する収容空間を有する軸受収容部、ベース部と軸受収容部とを接続する接続部から形成され、接続部は、シャフトの回転軸方向の長さが、ベース部のシャフトの回転軸方向の長さ、及び、軸受収容部のシャフトの回転軸方向の長さより短いことを特徴とする。

燃料ポンプが駆動するとき発生するシャフトのみそすり運動は、軸受、及び、軸受を収容する軸受収容部に径方向の力を作用させる。本発明の燃料ポンプでは、接続部のシャフトの回転軸方向の長さをベース部のシャフトの回転軸方向の長さや軸受収容部のシャフトの回転軸方向の長さより短くなるよう形成し、接続部の剛性が軸受収容部やベース部に比べ低くなるように設けられている。また、軸受収容部のシャフトの回転軸に対して垂直な断面を環状とし、径方向に作用する力に対する耐久力が方向によって変わらないように設けられている。これにより、シャフトのみそすり運動によって作用する径方向の力を軸受収容部及び接続部の弾性変形によって吸収する。したがって、シャフトのみそすり運動によるカバーエンドの破損を防止することができる。

本発明の一実施形態による燃料ポンプの断面図である。 図１のＩＩ矢視図である。 図１のＩＩＩ部拡大図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

（一実施形態）
本発明の一実施形態による燃料ポンプについて、図１〜図３に基づいて説明する。

燃料ポンプ１は、モータ部３、ポンプ部４、ハウジング２０、ポンプカバー６０、及び、カバーエンド４０などから構成される。燃料ポンプ１では、モータ部３及びポンプ部４は、ハウジング２０、ポンプカバー６０、及び、カバーエンド４０により形成される空間に収容されている。燃料ポンプ１は、図１の下側に示す吸入口６１から図示しない燃料タンク内の燃料を吸入し、図１の上側に示す吐出口４２２から内燃機関に吐出する。なお、図１では、上側を「天側」、下側を「地側」とする。

ハウジング２０は、鉄などの金属により円筒状に形成されている。
ポンプカバー６０は、ハウジング２０の吸入口６１側の端部２０１を塞いでいる。ポンプカバー６０は、端部２０１の縁が内側へ加締められることにより、ハウジング２０の内側で固定され、軸方向への抜けが規制されている。

カバーエンド４０は、樹脂から成形され、ハウジング２０の吐出口４２２側の端部２０２を塞いでいる。カバーエンド４０は、ベース部４１、吐出部４２、軸受収容部４３、接続部４４などから構成されている。

ベース部４１は、略環状に形成され、ハウジング２０の端部２０２を塞ぐよう設けられる。ベース部４１は、ベース部４１の径方向外側の縁部４１１がハウジング２０の端部２０２の縁により加締められる。これにより、ハウジング２０の内側で固定され、軸方向への抜けが規制される。ベース部４１は、中心からずれた位置に吐出部４２の燃料通路４２１に連通する燃料通路４１２が形成されている。ベース部４１には、ハウジング２０の外部側に吐出部４２が接続する。

吐出部４２は、略筒状に形成され、ベース部４１の中心からずれた位置にハウジング２０の外側に延びるよう設けられる。吐出部４２は、ハウジング２０内の燃料が流れる燃料通路４２１、吐出口４２２を有する。

軸受収容部４３は、略有底筒状に形成され、ベース部４１の略中央からハウジング２０の内部の方向に延びるよう設けられている。軸受収容部４３は、内部にシャフト５２の端部５２１、及び、端部５２１を回転可能に支持する軸受５５が収容される収容空間４３０を有する。軸受収容部４３は、大内径部４３１、中内径部４３２、小内径部４３３から構成されている。軸受収容部４３は、シャフト５２の回転軸φに対して垂直な断面は、図２に示すように、一定の曲率を有する環状、すなわち、半径が異なる二つの真円を中心同士で重ねた形状となるよう形成されている。

大内径部４３１は、軸受収容部４３のモータ部３側に位置する。大内径部４３１には、軸受５５が圧入固定されている。

中内径部４３２は、大内径部４３１内の収容空間４３０の内径より小さい内径の柱状空間を内部に有する。中内径部４３２は、大内径部４３１と小内径部４３３とを接続する。中内径部４３２の内部には、シャフト５２の端部５２１が位置する。

小内径部４３３は、中内径部４３２内の収容空間４３０の内径より小さい内径の柱状空間を内部に有する。小内径部４３３は、中内径部４３２の大内径部４３１と接続する側とは反対側の端部に接続する。小内径部４３３は、収容空間４３０を形成しシャフト５２の回転軸φに対して略垂直に設けられる底壁４３４を有する

接続部４４は、軸受収容部４３の小内径部４３３の径方向外側でベース部４１と軸受収容部４３とを接続する部位である。接続部４４は、図３に示すように、シャフト５２の回転軸φ方向の長さである厚みＲ４４が、ベース部４１の回転軸φ方向の長さである厚みＲ４１、及び、軸受収容部４３の回転軸φ方向の長さである厚みＲ４３より薄くなるよう形成されている。これにより、ベース部４１の径方向内側の内壁４１３と軸受収容部４３の外壁４３５との間には、円環状の溝４４１が形成される。溝４４１を形成する「内壁」としての底壁４４２は、収容空間４３０を形成する底壁４３４に比べ地側に位置する。なお、接続部４４の厚みＲ４４は、ハウジング２０内の燃料の圧力に耐えられる程度の厚みを有している。

モータ部３は、ステータ１０、ロータ５０、シャフト５２などから構成されている。モータ部３は、ブラシレスモータであって、ステータ１０に電力が供給されると回転磁界が生じ、ロータ５０がシャフト５２とともに回転する。

ステータ１０は、円筒状を呈し、ハウジング２０内の径方向外側に収容されている。ステータ１０は、６つのコア１２、６つのボビン、６つの巻線、及び、３つの通電端子などを有している。ステータ１０は、これらを樹脂１８によりモールドすることにより一体に形成される。

コア１２は、それぞれ板状の鉄など磁性材料が複数枚重なることにより形成されている。コア１２は、周方向に並べられ、ロータ５０の磁石５４に対向する位置に設けられている。

ボビン１４は、樹脂材料から形成されており、形成時にそれぞれコア１２がインサートされてコア１２と一体となって設けられる。ボビン１４は、吐出口４２２側に形成される上端部１４１、コアがインサートされているインサート部１４２、及び、吸入口６１側に形成される下端部１４３から構成されている。

巻線は、例えば表面が絶縁皮膜で被覆された銅線である。巻線は、コア１２がインサートされたボビン１４に巻回される。巻線は、ボビン１４の上端部１４１に巻回される上端巻回部１６１、ボビン１４のインサート部に巻回されるインサート巻回部、及び、ボビン１４の下端部１４３に巻回される下端巻回部１６３などから構成される。巻線は、燃料ポンプ１の天側に設けられるＷ相端子３７、Ｖ相端子３８、及び、Ｕ相端子３９のいずれかと電気的に接続する。

Ｗ相端子３７、Ｖ相端子３８、及び、Ｕ相端子３９は、それぞれ異なるボビン１４の上端部１４１に圧入により固定され、軸方向に突出している。Ｗ相端子３７、Ｖ相端子３８、及び、Ｕ相端子３９には、図示しない電源装置からの３相電力が供給される。

ロータ５０は、ステータ１０の内側に回転可能に収容される。ロータは、鉄心５３の周囲に磁石５４が設けられる。「磁極」としての磁石５４は、図２（ａ）に示すように、周方向にＮ極とＳ極とが交互に配置されている。一実施形態では、Ｎ極及びＳ極は４極対、計８極設けられている。

シャフト５２は、ロータ５０の回転軸上に形成された軸穴５１に圧入固定されており、ロータ５０とともに回転する。

次にポンプ部４の構成について説明する。
ポンプカバー６０は、図１に示すように、地側に開口する筒状の吸入口６１を有している。吸入口６１の内側には、ポンプカバー６０をシャフト５２の回転軸方向に貫く吸入通路６２が形成されている。
ポンプカバー６０とステータ１０との間には、ポンプケーシング７０が略円板状に設けられている。ポンプケーシング７０の中心部には、ポンプケーシング７０を板厚方向に貫く穴７１が形成されている。穴７１には、軸受５６が嵌め込まれている。軸受５６は、カバーエンド４０の軸受５５とともに、シャフト５２のポンプ室７２側の端部５２２を回転可能に支持している。これにより、ロータ５０及びシャフト５２は、カバーエンド４０及びポンプケーシング７０に対し回転可能となっている。

インペラ６５は、樹脂により略円板状に形成されている。インペラ６５は、ポンプカバー６０とポンプケーシング７０との間のポンプ室７２に収容されている。シャフト５２のポンプ室７２側の端部は、外壁の一部がカットされたＤ字形状となっている。シャフト５２の端部５２２は、インペラ６５の中心部に形成された対応するＤ字形状の穴６６に嵌め込まれている。これにより、インペラ６５は、シャフト５２の回転によってポンプ室７２内で回転する。

ポンプカバー６０のインペラ６５側の面には、吸入通路６２と接続する溝６３が形成されている。また、ポンプケーシング７０のインペラ６５側の面には、溝７３が形成されている。溝７３には、ポンプケーシング７０をシャフト５２の回転軸方向に貫く燃料通路７４が連通している。インペラ６５には、溝６３及び溝７３に対応する位置に羽根部６７が形成されている。

燃料ポンプ１では、モータ部３の巻線に電力が供給されるとロータ５０及びシャフト５２とともにインペラ６５が回転する。インペラ６５が回転すると、燃料ポンプ１を収容する燃料タンク内の燃料は、吸入口６１を経由して溝６３に導かれる。溝６３に導かれた燃料は、インペラ６５の回転により昇圧されつつ溝７３に導かれる。昇圧された燃料は、燃料通路７４を通り、ポンプケーシング７０とモータ部３との間に形成される中間室７５に導かれる。中間室７５に導かれた燃料は、モータ部３を縦断する燃料通路を流れる。

本実施形態の燃料ポンプ１では、モータ部３を縦断する燃料通路として複数の燃料通路が形成されている。中間室７５に導かれた燃料の一部は、ロータ５０の外壁とステータ１０の内壁との間の燃料通路７７、及び、カバーエンド４０の軸受収容部４３の外壁４３５とボビン１４の内壁１４４との間の燃料通路７８を経由する。また、中間室７５に導かれた燃料の別の一部は、ステータ１０の外壁とハウジング２０の内壁との間の燃料通路７９を経由する。燃料通路７７、７８、７９を流れる燃料は、モータ部３とカバーエンド４０との間に形成される中間室７６に導かれる。

中間室７６は、軸受収容部４３の径外方向に形成されている溝４４１と連通している。このため、燃料通路７７、７８、７９を流れる燃料の一部は、溝４４１に滞留する。中間室７６を流れる燃料は、燃料通路４２１及び吐出口４２２を介して外部に吐出される。

燃料ポンプでは、モータ部においてロータが回転すると、シャフトのみそすり運動が発生する。このみそすり運動では、インペラが接続されていない側のシャフトの端部が円を描くように旋回する。一実施形態による燃料ポンプ１では、シャフト５２の端部５２１が回転軸φ上の点を略中心として円を描くように振れるため、図３に示すように、端部５２１、及び、軸受収容部４３の大内径部４３１に径外方向の力Ｆ１が作用する。燃料ポンプ１の軸受収容部４３は、断面形状が異なる半径を有する二つの真円を中心同士で重ねた形状となっており、かつ、肉厚が比較的薄い接続部４４を介してベース部４１と接続している。これにより、力Ｆ１に対する耐久力が方向によって変わらないよう軸受収容部４３が設けられるとともに、剛性が比較的低い接続部４４の弾性変形によって力Ｆ１の作用を軸受収容部４３の適度な振れによって緩和する。したがって、シャフト５２のみそすり運動によるカバーエンド４０の破損を防止することができる。

また、一実施形態による燃料ポンプ１では、軸受収容部４３の径外方向に燃料が通る燃料通路７８及び溝４４１が形成されている。これにより、軸受収容部４３がシャフト５２の端部５２１がみそすり運動によって旋回するとき、燃料通路７８や溝４４１の燃料がダンパーとして機能し、軸受収容部４３のふれを減衰する。したがって、シャフト５２のみそすり運動によるカバーエンド４０の破損をさらに防止することができる。

また、シャフト５２の端部５２１及び軸受５５が収容される収容空間４３０の底壁４３４は、溝４４１の底壁４４２に比べ地側に形成されている。これにより、シャフト５２の端部５２１及び軸受５５の径外方向には燃料が充満している。
シャフト５２のみそすり運動によってシャフト５２の端部５２１と軸受５５との間には熱が発生する。このみそすり運動によって発生する熱は、軸受５５を介して軸受収容部４３に伝わる。燃料ポンプ１では、熱が伝わる軸受収容部４３は、燃料通路７８や溝４４１を通る燃料によって冷却される。これにより、軸受５５及び軸受収容部４３が加熱されることを防止する。したがって、カバーエンド４０の熱変形などを防止することができる。

また、燃料通路７８や溝４４１を通る燃料は、軸受収容部４３を介してハウジング２０などに伝わるポンプ部４の振動を減衰する。これにより、ポンプ部４で発生する振動の伝達を抑え、燃料ポンプ１が発生する騒音を小さくすることができる。

（他の実施形態）
（ア）上述の実施形態では、軸受収容部のシャフトの回転軸に垂直な断面は、一定の曲率を有する環状、すなわち、半径が異なる二つの真円を中心同士で重ねた形状になるとした。しかしながら、軸受収容部の断面形状はこの形状に限定されない。一定の曲率を有していない場合でも環状に形成され、軸受収容部に作用する径方向の力に対して等方性の耐久性を有する形状で有ればよい。

（イ）上述の実施形態では、軸受収容部の収容空間を形成する底壁は、溝を形成する底壁に比べ地側に形成されているとした。しかしながら、収容空間の底壁と溝の底壁との位置関係をこれに限定されない。

以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の形態により実施可能である。

１ ・・・燃料ポンプ、
１０ ・・・ステータ、
２０ ・・・ハウジング、
４０ ・・・カバーエンド、
４１ ・・・ベース部、
４３ ・・・軸受収容部、
４３０ ・・・収容空間、
４４ ・・・接続部、
５０ ・・・ロータ、
５２ ・・・シャフト、
５５ ・・・軸受、
６０ ・・・ポンプカバー、
φ ・・・回転軸。

Claims (3)

1. 筒状のハウジング（２０）と、
   燃料を前記ハウジングの内部に吸入する吸入口（６１）を有し、前記ハウジングの一方の端部（２０１）に設けられるポンプカバー（６０）と、
   燃料を前記ハウジングの外部に吐出する吐出口（４２２）を有し、前記ハウジングの他方の端部（２０２）に設けられるカバーエンド（４０）と、
   複数の巻線（１６１、１６３）が巻回され、前記ハウジングの内側に収容される筒状のステータ（１０）と、
   前記ステータの径方向内側に回転可能に設けられるロータ（５０）と、
   前記ロータと同軸に設けられ、前記ロータと一体に回転するシャフト（５２）と、
   前記カバーエンドに支持され、前記シャフトの前記カバーエンド側の端部（５２１）を回転可能に支持する軸受（５５）と、
   前記シャフトの前記ポンプカバー側の端部（５２２）に設けられ、前記シャフトとともに回転すると、前記吸入口から流入した燃料を加圧し前記吐出口から吐出するインペラ（６５）と、
   を備え、
   前記カバーエンドは、前記ハウジングの他方の端部を塞ぐベース部（４１）、前記ベース部に接続し前記吐出口を形成する吐出部（４２）、前記シャフトの回転軸（φ）に垂直な断面が環状となるよう形成され前記軸受を収容する収容空間（４３０）を有する軸受収容部（４３）、前記ベース部と前記軸受収容部とを接続する接続部（４４）から形成され、
   前記接続部は、前記シャフトの回転軸方向の長さ（Ｒ４４）が前記ベース部の前記シャフトの回転軸方向の長さ（Ｒ４１）、及び、前記軸受収容部の前記シャフトの回転軸方向の長さ（Ｒ４３）より短いことを特徴とする燃料ポンプ。
2. 前記軸受収容部は、前記シャフトの回転軸に垂直な断面が一定の曲率を有する環状となるよう形成されることを特徴とする請求項１に記載の燃料ポンプ。
3. 前記収容空間を形成する底壁（４３４）は、前記接続部の内壁（４４２）に比べ前記ハウジングの内部側に位置することを特徴とする請求項１または２に記載の燃料ポンプ。

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