JP2017053358A - 燃料ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】振動を抑制可能な燃料ポンプを提供する。【解決手段】燃料ポンプは、筒状のハウジング、ハウジングの一端部に設けられている吸入側カバー、ハウジングの他端部に設けられている吐出側カバー、ハウジング内で吸入側カバーとの間にポンプ室を区画形成するケーシング、ポンプ室内で回転可能に設けられているインペラ、吐出側カバーに一体にモールドされている固定子、および、回転子を備えている。吸入側カバーは外部と連通可能な吸入通路を有する。吐出側カバーは外部と連通可能な吐出通路を有する。回転子は、固定子の内側で回転可能に設けられ、一端部がケーシングを挿通してインペラに連結されている。吐出側カバーは、ハウジングに圧入されている圧入部を有する。圧入部は、径方向内側の基端から径方向外側の先端にかけて軸方向の幅および周方向の幅が漸次小さくなるように形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、燃料ポンプに関する。

筒状のハウジング内に設けられたポンプ部およびモータ部を備え、モータ部がポンプ部を回転駆動することによって燃料を吸入し、昇圧して吐出する燃料ポンプが知られている。この種の燃料ポンプは、例えば車両の燃料タンクに設けられ、燃料を内燃機関に圧送するために用いられる。
例えば特許文献１に開示された燃料ポンプでは、モータ部の固定子は、ハウジングの端部に圧入された樹脂製の吐出側カバーと一体に成形されている。つまり、固定子は、吐出側カバーを介してハウジングに固定されている。吐出側カバーは、燃料が通る吐出通路を有するカバー部、および、カバー部からハウジング内に突き出して固定子をモールドしているモールド部を有している。

特開２０１３−０７０５７７号公報

ところで、特許文献１では、吐出側カバーと固定子との一体成形品は、軸方向の片側だけがハウジングに支持されている片持ち支持状態となっている。そのため、固定子の通電により回転磁界を発生させて回転子を回転させるとき、一体成形品のうち支持されていない側すなわち固定子側が振れ易い。したがって、一体成形品の固定子側がハウジングに衝突することに起因して振動が生じるおそれがある。
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、振動を抑制可能な燃料ポンプを提供することである。

本発明は、燃料を吸入し、昇圧して吐出可能な燃料ポンプであって、ハウジング、吸入側カバー、吐出側カバー、ケーシング、インペラ、固定子および回転子を備えている。
ハウジングは筒状である。吸入側カバーは、ハウジングの一端部に設けられ、外部と連通可能な吸入通路を有している。吐出側カバーは、ハウジングの他端部に設けられ、外部と連通可能な吐出通路を有している。

ケーシングは、ハウジング内で吸入側カバーとの間にポンプ室を区画形成し、ポンプ室から吐出側カバー側へ貫通する通路を有する。インペラは、ポンプ室内で回転可能に設けられている。
固定子は、ケーシングに対し吐出側カバー側に設けられ、吐出側カバーに一体にモールドされている。回転子は、固定子の内側で回転可能に設けられ、一端部がケーシングを挿通してインペラに連結されている。

吐出側カバーは、ハウジングに圧入されている圧入部を有する。圧入部は、径方向内側の基端から径方向外側の先端にかけて軸方向の幅および周方向の幅が漸次小さくなるように形成されている。

本発明の第１実施形態による燃料ポンプの縦断面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。 図１のＩＩＩ部分の拡大図である。 図１のＩＶ部分の拡大図である。 図４の吐出側カバーおよび固定子をＶ矢印方向に見た図である。 図２のＶＩ部分の拡大図である。 第１実施形態において第１の条件で回転子を回転させた時に生じた振動の周波数解析結果を示す図である。 第１実施形態において第２の条件で回転子を回転させた時に生じた振動の周波数解析結果を示す図である。 本発明の第２実施形態による燃料ポンプの横断面図である。 本発明の他の実施形態による燃料ポンプの横断面図である。 本発明の他の実施形態による燃料ポンプの縦断面図である。 比較形態による燃料ポンプの横断面図である。 比較形態において第１の条件で回転子を回転させた時に生じた振動の周波数解析結果を示す図である。 比較形態において第２の条件で回転子を回転させた時に生じた振動の周波数解析結果を示す図である。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づき説明する。実施形態同士で実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態による燃料ポンプは、車両の燃料タンク内に設置されるインタンク式のポンプであり、図１の下部に示す吸入口３２から燃料を吸入して昇圧し、図１の上部に示す吐出口３８から図示しない内燃機関に吐出する。

先ず、燃料ポンプ１０の全体構成について図１および図２を参照して説明する。
燃料ポンプ１０は、モータ部４０とポンプ部６０とに大別され、外郭がハウジング２０、吸入側カバー３０および吐出側カバー３５から構成されている。

（外郭）
ハウジング２０は、段付き円筒状であり、軸方向の一方から順に第１円筒部２１、第２円筒部２２および第３円筒部２３を形成している。第１円筒部２１および第３円筒部２３は、第２円筒部２２よりも薄肉である。第２円筒部２２は、第１円筒部２１に対し径方向内側に環状の端面２４を有し、また第３円筒部２３に対し径方向内側に環状の端面２５を有している。

吸入側カバー３０は、ハウジング２０の一端部、すなわち第１円筒部２１側の端部を塞いでおり、第１円筒部２１の縁が内側へ加締められることにより固定されている。また、吸入側カバー３０は、軸方向へ貫通する吸入通路３１を有している。吸入口３２は、吸入通路３１の入口である。

吐出側カバー３５は、ハウジング２０の他端部、すなわち第３円筒部２３側の端部を塞いでおり、第３円筒部２３の縁が内側へ加締められることにより固定されている。また、吐出側カバー３５は、ハウジング２０外へ突き出す筒部３６を形成しており、当該筒部３６を軸方向へ貫通する吐出通路３７を有している。吐出口３８は、吐出通路３７の出口である。また、吐出側カバー３５はハウジング２０内へ突き出す筒部３９を形成しており、当該筒部３９内には、軸受３４が嵌め込まれている。

（モータ部）
モータ部４０は、ブラシレスモータであり、固定子４１および回転子５３を備えている。
固定子４１は、ハウジング２０内に収容されており、ステータコア４２、インシュレータ４３、巻線４４および端子４５を有している。

ステータコア４２は、周方向に並ぶ複数のセグメント４６から構成されている。セグメント４６は、磁性材料から成り、ヨーク部４７と、ヨーク部４７から径方向内側に突き出すティース部４８とを有している。各ヨーク部４７は、多角筒状のヨークを形成している。本実施形態では、ステータコア４２は６つのセグメント４６から構成され、各ヨーク部４７は六角筒状のヨークを形成している。

インシュレータ４３は、セグメント４６のティース部４８に装着されている。巻線４４は、インシュレータ４３を介してセグメント４６のティース部４８に巻回されている。本実施形態では、巻線４４は、Ｕ相巻線部とＶ相巻線部とＷ相巻線部とを含み、３つの端子４５（１つは図示しない）を介して外部の制御装置と接続可能である。

固定子４１は、吐出側カバー３５に一体にモールドされている。つまり、吐出側カバー３５は、固定子４１が設置された型内に流し込まれた溶融樹脂を冷却固化することによって成形されている。これにより、固定子４１は、吐出側カバー３５を介してハウジング２０に固定されている。
ハウジング２０と固定子４１との間には燃料通路５１が区画形成されている。吐出側カバー３５は、燃料通路５２と吐出通路３７とを接続する燃料通路５２を有している。

回転子５３は、固定子４１の内側で回転可能に設けられており、シャフト５４およびロータコア５５を有している。
シャフト５４は、軸受３４および後述の軸受６５により回転可能に支持されている。ロータコア５５は、筒状であり、シャフト５４に嵌合して固定されている。本実施形態では、ロータコア５５は、シャフト５４に圧入されているインナーコア５６と、インナーコア５６の外側に設けられている複数の永久磁石５７とから構成されている。各永久磁石５７は、径方向外側の極性が周方向で交互に異なるように設けられている。

このように構成されたモータ部４０では、固定子４１の巻線４４の各相巻線部にそれぞれ位相差を持つ電流が流れると回転磁界が発生し、この回転磁界が回転子５３の磁極を引っ張ることによって回転子５３が回転する。

（ポンプ部）
ポンプ部６０は、吸入側カバー３０、ケーシング６１およびインペラ６２を備えている。吸入側カバー３０は、燃料ポンプ１０の外郭を構成するとともに、ポンプ部６０も構成している。
ケーシング６１は、有底筒状であり、吸入側カバー３０と固定子４１との間に設けられ、吸入側カバー３０との間にポンプ室６３を区画形成している。ケーシング６１は、中心部で軸方向へ貫通する通孔６４を有している。この通孔６４には、軸受６５が嵌め込まれている。

インペラ６２は、円板状の羽根車であり、ポンプ室６３に収容されている。インペラ６２は、中心部で軸方向へ貫通する嵌合孔６６を有している。嵌合孔６６は、シャフト５４の一端部５８に対応するようＤ字状に形成されている。インペラ６２は、シャフト５４の一端部５８が嵌合孔６６に嵌合することによって、シャフト５４に回転伝達可能に連結されている。

吸入側カバー３０のうちインペラ６２側の壁部には、吸入通路３１と接続する周方向溝６７が形成されている。また、ケーシング６１のうちインペラ６２側の壁部には、周方向溝６８が形成されている。ケーシング６１は、周方向溝６７の底面から吐出側カバー３５側に貫通する通路６９を有している。

このように構成されたポンプ部６０では、モータ部４０の回転子５３と共にインペラ６２が回転すると、吸入口３２から吸入通路３１を経由してポンプ室６３に燃料が吸入される。この燃料は、インペラ６２と周方向溝６７、６８との間を螺旋状に旋回するように流れ、吸入通路３１から通路６９に向かうに従い昇圧される。昇圧された燃料は、通路６９、燃料通路５１および燃料通路５２を経由して吐出通路３７に導かれ、吐出口３８から吐出される。

次に、吐出側カバー３５の特徴構成について図１〜図６を参照して説明する。
図１に示すように、吐出側カバー３５は、ハウジング２０のうち第３円筒部２３側の端部の内側に嵌合しているカバー部７１と、カバー部７１からハウジング２０外に突き出す筒部３６と、カバー部７１の中心部からハウジング２０内に突き出す筒部３９と、カバー部７１の外周部からハウジング２０内に突き出し、固定子４１の一方のコイルエンドをモールドしている第１モールド部７４と、固定子４１の他方のコイルエンドをモールドしている第２モールド部７５と、第１モールド部７４と第２モールド部７５とを接続するようステータコア４２の外壁に沿って軸方向へ延びている接続部７６とを形成している。本実施形態では、図２に示すように、セグメント４６のヨーク部４７は、周方向の中央で軸方向へ延び且つ溝７７を有する突出部７８を形成しており、図１および図２に示すように、吐出側カバー３５の接続部７６は、突出部７８の外壁に沿って軸方向へ延びている。

図１に示すように、吐出側カバー３５のカバー部７１は、ハウジング２０の第２円筒部２２に圧入されている第１圧入部８１を有している。本実施形態では、第１圧入部８１は、外周面の全てが圧入されている。
図１および図２に示すように、吐出側カバー３５の接続部７６は、第１圧入部８１に対しケーシング６１側でハウジング２０の第２円筒部２２に圧入されている第２圧入部８２を有している。本実施形態では、第２圧入部８２は、周方向の６箇所で径方向外側に突き出す突起８３から構成されている。

各突起８３は、周方向に等間隔に形成されている。また突起８３の数は、ステータコア４２が有するティース部４８の数の倍数と等しい。本実施形態では、突起８３の数は６個であり、ティース部４８の数と同じ（等倍）である。また突起８３は、ステータコア４２が有するヨーク部４７の軸方向の中央位置８４に対しケーシング６１側であって、ステータコア４２のケーシング６１側の端部に設けられている。

図４〜図６に示すように、突起８３は、径方向内側の基端８５から径方向外側の先端８６にかけて軸方向の幅および周方向の幅が漸次小さくなるようにテーパ状に形成されている。本実施形態では、突起８３は四角錐状に形成され、突起８３の先端８６は、ハウジング２０の内面に沿うよう曲面に形成されている。

以上説明したように、第１実施形態では、吐出側カバー３５は、ハウジング２０の第２円筒部２２の端部に圧入されている第１圧入部８１、および、第１圧入部８１に対しケーシング６１側でハウジング２０の第２円筒部２２に圧入されている第２圧入部８２を有している。
このように構成することで、吐出側カバー３５と固定子４１との一体成形品は、軸方向の片側のみならず、固定子４１側も第２圧入部８２を介してハウジング２０に支持される。そのため、一体成形品は、軸方向の片側だけが支持される比較形態と比べて振れ難い。

ここで、回転子の回転時に生じた振動の周波数解析結果を上述の比較形態と第１実施形態とで比較する。
図１２に示すように、比較形態では、吐出側カバー１０１の接続部１０２は、ハウジング２０に圧入されていない。そのため、吐出側カバー１０１と固定子４１との一体成形品のうち固定子４１側の端部は、ハウジング２０との間に全周で隙間があり、またハウジング２０に対向する１２個の凸部がある構成となっている。上記凸部は、固定子４１のステータコア４２のヨークの角部１０３、および、吐出側カバー１０１の接続部１０２である。また、固定子４１および回転子５３は、４極６スロットのモータ部４０を構成している。したがって、一体成形品の振れに起因して生じる振動の大きさは、回転子５３の回転周波数の１２倍の周波数成分（１２次成分）および２４倍の周波数成分（２４次成分）を見ればわかる。

そこで、従来形態における振動の周波数解析結果を示す図１３、図１４を見ると、破線で示す１２次成分と点線で示す２４次成分とが確認できる。これに対し、第１実施形態における振動の周波数解析結果を示す図７（図１３に対応）、図８（図１４に対応）を見ると、破線で示す１２次成分と点線で示す２４次成分とが従来形態のものと比べて小さくなっている。
したがって、第１実施形態によれば、一体成形品の振れに起因する振動を抑制可能である。

また、第１実施形態では、第２圧入部８２は、周方向の６箇所で径方向外側に突き出す突起８３から構成されている。
そのため、一体成形品を安定的に支持することができる。また、各突起８３間に燃料通路５１を形成することができる。

また、第１実施形態では、吐出側カバー３５の突起８３は、周方向に等間隔に形成されている。また、突起８３の数は６個であり、ティース部４８の数と同じである。
そのため、一体成形品をより安定的に支持することができる。

また、第１実施形態では、吐出側カバー３５の突起８３は、ステータコア４２が有するヨーク部４７の軸方向の中央位置８４に対しケーシング６１側であって、ステータコア４２のケーシング６１側の端部に設けられている。
これにより、軸方向の２箇所の支持部位の間隔が長く設定されるので、一体成形品をより安定的に支持することができる。

また、第１実施形態では、吐出側カバー３５の突起８３は、径方向内側の基端８５から径方向外側の先端８６にかけて軸方向の幅および周方向の幅が漸次小さくなるように四角錐状に形成されている。
そのため、突起８３の強度を高めることができると共に、突起８３が撓んだときハウジング２０に対する突起８３の当たり面積を可及的に大きくすることができる。

＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態による燃料ポンプ９０の特徴構成について図９を参照して説明する。
燃料ポンプ９０の吐出側カバー９１の第２圧入部９２は、６個の突起８３と、各突起８３の間で径方向外側に突き出す６個の突起９３とから構成されている。各突起８３、９３は、周方向に等間隔に形成されている。また、突起８３、９３の数の合計は１２個であり、ティース部４８の数の２倍である。
第２実施形態によれば、第１実施形態と同様の効果を得ることができ、さらに、吐出側カバー９１の第２圧入部９２を構成する突起８３、９３の数が第１実施形態の２倍であるので、一体成形品をより一層安定的に支持することができる。

＜他の実施形態＞
本発明の他の実施形態では、吐出側カバーの第２圧入部を構成する突起は、ステータコアを構成するセグメントのヨーク部の中央以外に設けられてもよい。また各突起は、周方向に等間隔に設けられなくてもよい。例えば、図１０に示すように、吐出側カバー９４の第２圧入部９５を構成する突起９６は、セグメント４６のヨーク部４７の端部に設けられてもよい。
また、突起は、５個以下、７個〜１１個、または、１３個以上であってもよい。
また、突起は、吐出側カバーと固定子との一体成形品のうち、ステータコアのケーシング側の端部と重なる軸方向位置以外に設けられてもよい。例えば、図１１に示すように、突起９８は、ステータコア４２が有するヨーク部４７の軸方向の中央位置８４に対しケーシング６１とは反対側であって、ステータコア４２のうちケーシング６１とは反対側の端部に設けられてもよい。

本発明の他の実施形態では、吐出側カバーの第２圧入部を構成する突起は、四角錐状に限らず、例えば円錐状など他の形状であってもよい。また、突起の先端は、ハウジングの内壁面に沿う曲面でなくてもよい。
本発明の他の実施形態では、ハウジングと固定子との間には燃料通路が形成されず、ポンプ部から出た燃料は固定子と回転子との間を通じて吐出通路に流れるように構成してもよい。その場合、吐出側カバーの第２圧入部を構成する突起は、周方向でハウジングと隙間無く密着する環状の突起であってもよい。
本発明の他の実施形態では、回転子の磁極数は４以外であってもよいし、固定子のスロット数は６以外であってもよい。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

１０、９０・・・燃料ポンプ
２０ ・・・ハウジング
３０ ・・・吸入側カバー
３１ ・・・吸入通路
３５ ・・・吐出側カバー
３７ ・・・吐出通路
４１ ・・・固定子
５３ ・・・回転子
６１ ・・・ケーシング
６２ ・・・インペラ
６３ ・・・ポンプ室
６９ ・・・通路
８１ ・・・第１圧入部
８２ ・・・第２圧入部

Claims (4)

1. 燃料を吸入し、昇圧して吐出可能な燃料ポンプ（１０、９０）であって、
   筒状のハウジング（２０）と、
   前記ハウジングの一端部に設けられ、外部と連通可能な吸入通路（３１）を有する吸入側カバー（３０）と、
   前記ハウジングの他端部に設けられ、外部と連通可能な吐出通路（３７）を有する吐出側カバー（３５）と、
   前記ハウジング内で前記吸入側カバーとの間にポンプ室（６３）を区画形成し、前記ポンプ室から前記吐出側カバー側へ貫通する通路（６９）を有するケーシング（６１）と、
   前記ポンプ室内で回転可能に設けられているインペラ（６２）と、
   前記ケーシングに対し前記吐出側カバー側に設けられ、前記吐出側カバーに一体にモールドされている固定子（４１）と、
   前記固定子の内側で回転可能に設けられ、一端部（５８）が前記ケーシングを挿通して前記インペラに連結されている回転子（５３）と、
   を備え、
   前記吐出側カバーは、前記ハウジングに圧入されている圧入部を有しており、
   前記圧入部は、径方向内側の基端から径方向外側の先端にかけて軸方向の幅および周方向の幅が漸次小さくなるように形成されている燃料ポンプ。
2. 前記圧入部は、周方向の３箇所以上で径方向外側に突き出している請求項１に記載の燃料ポンプ。
3. 前記圧入部は周方向に等間隔に形成されている請求項２に記載の燃料ポンプ。
4. 前記固定子は、筒状のヨーク（４７）、当該ヨークから径方向内側に放射状に突き出す複数のティース（４８）、および、前記ティースに巻回されている巻線（４４）を有し、
   前記圧入部の数は前記ティースの数の倍数と等しい請求項２または３に記載の燃料ポンプ。

Images