JP4062007B2

JP4062007B2 - 電動燃料ポンプ

Info

Publication number: JP4062007B2
Application number: JP2002227431A
Authority: JP
Inventors: 浩吉岡; 真義石塚
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-08-05
Filing date: 2002-08-05
Publication date: 2008-03-19
Anticipated expiration: 2022-08-05
Also published as: JP2004068670A

Description

【０００１】
【発明の属する技術的分野】
この発明は、自動車等の燃料タンク内に装備され、エンジンへ燃料を圧送する電動燃料ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来からウェスコ型の電動燃料ポンプを用いて燃料を供給するものが知られている。特開昭60-192895号公報ウェスコ型の電動燃料ポンプにおけるインペラの外周に設けられた羽根片を不規則なピッチで配置し、全体の羽根片列を開示している。さらに、特開平11-50990号公報には、羽根片を乱数に従って不規則なピッチに配置するものを開示している。これらのように構成とすることで、羽根片が一定ピッチで配置され、全体の羽根片列を構成する場合に比較し、インペラの回転に伴って発生する（４９次のピーク周波数として）５.７５ｋHz近傍の音圧のピークを低減し、騒音を低減することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、筆者らの実験によれば、従来の不規則なピッチの羽根片を有するインペラを搭載した電動燃料ポンプは、５ｋHz近傍の音圧のピークを低減できるものの、羽根片が一定ピッチで配置されたものに比較し、駆動電源から同じ電流を供給したときに、吐出流量が低減することが判明した。
【０００４】
この発明は上述の課題を解決するためになされたもので、特定の周波数にピーク音圧が集中せず騒音を低減することができるとともに、吐出効率が良く、インペラの回転が安定する電動燃料ポンプを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る電動燃料ポンプは、外周縁部に設けられその円周方向に突出する多数の羽根片（３１）と各羽根片（３１）間に延在する隔壁（３２）とこの隔壁（３２）及びこの隔壁（３２）の前後に設けられた羽根片（３１）により形成される羽根溝（３３）とを有する円板形状のインペラ（３０）と、このインペラ（３０）を回転駆動するモータ部（３）と、前記インペラ（３０）を収納すると共に該インペラ（３０）の外周縁部に沿って延在する円弧帯状のポンプ流路（１３）を形成し、且つ、このポンプ流路（１３）の一端部に吸入口（１４）を、他端部に吐出口（１５）を有するポンプケーシング（７）とを備えたものにおいて、隣接する前記羽根片（３１）、（３１）間のピッチが前記インペラ一周において三角関数の一周期となるように連続的に変化するように形成され、前記モータ部（３）のシャフト（１２）の略Ｄ字状断面のＤカット部（１２ａ）が挿通する略Ｄ字形の挿入孔（３０ａ）の直線部が前記羽根片（３１）、（３１）のピッチが最大となる方に向いて設けられたものである。
【０００７】
また、前記羽根片（３１）は、前記インペラ（３０）の一端面側の羽根片（３１Ａ）と該インペラ（３０）の他端面側の羽根片（３１Ｂ）とを有するとともに、該一端面側の羽根片（３１Ａ）と他端面側の羽根片（３１Ｂ）とは該インペラ（３０）の円周方向に所定の距離ｄずらして配置され、該一端面側の羽根片（３１Ａ）と他端面側の羽根片（３１Ｂ）に夫々該インペラ（３０）の他端面側と一端面側から該インペラ（３０）の最外周まで延在し燃料を案内する案内面（３１ａ、３１ｂ）が形成され、前記隔壁（３２）は、インペラ（３０）の一端面側と他端面側から夫々延在し燃料を案内する案内面（３２ａ、３２ｂ）を有し、前記羽根溝（３３）は、前記インペラ（３０）の一端面側から該インペラ（３０）の最外周まで延在し燃料を案内する案内面（３１ｂ）と前記一端面側の羽根片（３１Ａ）により形成される溝部（３３Ａ）と、前記隔壁（３２）の両案内面（３２ａ、３２ｂ）が対向する隔壁（３２）周りに形成される溝部（３３Ｂ）と、前記インペラ（３０）の他端面側から該インペラ（３０）の最外周まで延在し燃料を案内する案内面（３１ａ）と前記他端面側の羽根片（３１Ｂ）により形成される溝部（３３Ｃ）とから構成されたものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下この発明の実施の形態１について説明する。
図１はこの発明の実施の形態１における電動燃料ポンプを一部破断して示す側面図である。図２は図１の電動燃料ポンプのインペラの正面図である。図３は図２のインペラの周方向角度における羽根ピッチの関係を示す図である。図４は図２の電動燃料ポンプのインペラ羽根片部分の拡大斜視図である。図５は図４のインペラの羽根片部分のV−V線断面拡大図である。
【０００９】
図１において、電動燃料ポンプ１はポンプ部２とこのポンプ部２を駆動するモータ部３から構成されている。モータ部３は例えば、図示しないブラシ付の直流モータを有し、円筒状のハウジング４内に永久磁石５を環状に配置し、この永久磁石５の内周側に同心状に電機子６を配置した構成となっている。
ポンプ部２はポンプカバー８とポンプベース９から成るポンプケーシング７、ポンプケーシング７の内部に収納されたインペラ３０で構成され、ポンプカバー８とポンプベース９は例えばアルミダイキャスト成形や樹脂成形により形成されている。
ポンプベース９はハウジング４の一端に圧入固定され、その中心に嵌着された軸受１１で、電機子６と一体に形成された回転シャフト１２を貫通支持している。一方、ポンプカバー８はポンプベース９に被せられた状態でハウジング４の一端にかしめ付け等により固定されている。
【００１０】
インペラ３０の中心には、ほぼＤ字形の挿入孔３０ａが形成され、この挿入孔３０ａに回転シャフト１２のＤカット部１２ａが緩挿されている。これにより、インペラ３０は回転シャフト１２と一体的に回転するとともに、シャフト１２の軸方向に摺動可能となっている。また、図２に示すように、Ｄ字形の挿入孔（３０ａ）の直線部を羽根片（３１）、（３１）のピッチが最大となる方（周方向１８０度の方）に向いて設けている。他方、羽根片３１を三角関数にしたがって配置しその配置にアンバランスが発生するが、上述したように、Ｄ字形の挿入孔（３０ａ）の直線部を羽根片（３１）、（３１）のピッチが最大となる方に向いて設けたので、インペラ３０の重心が、インペラ３０の回転中心に近くなり、インペラ３０の回転が安定する。
【００１１】
ポンプケーシング７を形成するポンプカバー８とポンプべース９の各内側面には円弧帯状のポンプ流路１３が形成され、ポンプカバー８にポンプ流路１３の一端に連通する吸込口１４が形成され、ポンプベース９にポンプ流路１３に連通する吐出口１５が形成されている。これら吸込口１４と吐出口１５との間には逆流を防止するためのラジアルシール部（図示しない）が形成され、吐出口１５はモータ部３内の空間に連通しており、吐出口１５から吐出された燃料はモータ部３内を通りモータ部３に隣接して設けられた燃料出ロパイプ１６からエンジン（図示しない）へ圧送されるようになっている。
【００１２】
インペラ３０は、例えばフェノール樹脂などにより一体成形されており、外周に羽根片３１と羽根溝３３を円周方向に交互に有している。隣接する羽根片３１、３１間のピッチは、インペラ３０の周方向にみて三角関数となるように連続的に変化するように、即ち図３に示すように、周方向の角度φにおける羽根片３１、３１間のピッチ角度Ｐ_φが三角関数で連続的に変化するように形成されている。
【００１３】
羽根片３１はインペラ３０の一端面側の羽根片３１Ａと、インペラ３０の他端面側の羽根片３１Ｂとからなる。羽根片３１Ａと羽根片３１Ｂとはインペラ３０の円周方向に所定の距離ｄ例えば羽根片３１周方向長さの半分の距離ずらして配置されている。インペラ３０の一端面側の羽根片３１Ａには、インペラ３０の他端面側からインペラ３０の最外周まで延在し燃料を案内する案内面３１ａが形成されている。同様に、インペラ３０の他端面側の羽根片３１Ｂには、インペラ３０の一端面側からインペラ３０の最外周まで延在し燃料を案内する案内面３１ｂが形成されている。案内面３１ａ、３１ｂの最外周部はインペラ３０における厚さ方向の中心線と一致している。
【００１４】
隔壁３２は、インペラ３０の一端面側と他端面側から夫々延在し燃料を案内する案内面３２ａ、３２ｂと、羽根片３１の最外周面３１ｃよりも内周側に設けられた最外周面３２ｃを有している。隔壁３２の案内面３２ａ、３２ｂは、インペラ３０の外周方向に行くにしたがって近接するように、例えばインペラ３０の径方向において所定の曲率で形成されている。また、隔壁３２の案内面３２ａ、３２ｂは、羽根片３１Ｂ、３１Ａの案内面３１ｂ、３１ａと同じ面形状に形成されている。即ち、隔壁３２の案内面３２ａ、３２ｂは、羽根片３１Ｂ、３１Ａの案内面３１ｂ、３１ａの羽根片３１の付根部分から隔壁３２の最外周面３２ｃまでにおいて同じ曲率で形成されている。隔壁３２の最外周面３２ｃは平坦面である。
【００１５】
羽根溝３３は、案内面３１ｂと羽根片３１Ａにより形成される溝部３３Ａと、隔壁３２の両案内面３２ａ、３２ｂが対向する隔壁３２周りに形成される即ち両案内面３２ａ、３２ｂと最外周面３２ｃとを境界とする隣接する羽根片３１間の空間である溝部３３Ｂと、案内面３１ａと羽根片３１Ｂにより形成される溝部３３Ｃとから構成されている。
【００１６】
次に前記のように構成した電動燃料ポンプの動作について説明する。
モータ部３の電機子６のコイル（図示しない）に通電すると、電機子６が回転し、電機子６と一体に形成された回転シャフト１２と回転シヤフト１２のＤカット部１２ａに係合した挿入孔３０ａを有するインペラ３０が回転する。これにより、インペラ３０の外周部にある羽根片３１が円弧帯状のポンプ流路１３に沿って回転し、羽根溝３３内に旋回流Ａが発生し、旋回流Ａがポンプ流路１３内を回転移動することにより、ポンプ流路１３内の流体に運動エネルギー伝達され、ポンプ作用を生じる。
【００１７】
この結果、燃料タンク（図示しない）内の燃料は吸込口１４からポンプ流路１３に吸い込まれて、各羽根溝３３内に流れ込み、ポンプ流路１３内を回転移動した後、吐出口１５側へ圧送され、モータ部３内を通過して燃料出ロパイプ１６からエンジン（図示しない）へ圧送される。
【００１８】
以上のように、周方向の角度φにおける羽根片３１、３１間のピッチ角度Ｐ_φが三角関数で連続的に変化するように構成したので、ピッチ角度Ｐ_φに対応して発生するピーク音圧の周波数を連続的に変化させることができる。したがって、特定の周波数にピーク音圧が集中しないので騒音を低減することができる。さらに、ピッチ角度Ｐ_φの変化が連続的であるため、隣り合う羽根溝３３、３３の各々で発生する旋回流の流速の差が小さくなり、ポンプ流路１３内の流れに乱れが生じにくく、吐出効率の良い電動燃料ポンプを提供することができる。
【００１９】
さらに、羽根片３１Ａ、３１Ｂをインペラ３０の周方向に所定の距離ｄだけずらしたので、ポンプ作動時の騒音が低く、ポンプ効率が高い電動燃料ポンプを得ることができる。つまり、インペラ３０の一端面に存在する羽根溝３３Ａ内の燃料をインペラ３０の他端面に存在する羽根片３１Ｂの案内面３１ｂに沿って案内する。この際、案内面３１ｂがインペラ３０の最外周面まで延在しているので、旋回流Ａが効率良く発生する。同様に、案内面３１ａがインペラ３０の最外周面まで延在しているので、旋回流Ａが効率良く発生する。また、隔壁３２の最外周面３２ｃがインペラ３０の最外周面よりも内周側に配置されており、隔壁３２の最外周面３２ｃの真上に逆流域（ポンプ作用を妨げる領域）が生成し難い。これら二つの作用によりポンプ効率が向上する。また、案内面３１ａ、３１ｂの最外周部はインペラ３０における厚さ方向の中心線と一致しているので、旋回流Ａが滑らかに合流することができ効率よく旋回流Ａが発生する。
【００２０】
実施例１．
実施の形態１における実施例１を説明する。図６は実施の形態１における実施例１の発生音の周波数分布を示す図、図７は実施の形態１における比較例１の発生音の周波数分布を示す図である。
【００２１】
（試験条件）
表１に示すように、インペラ３０の形状として、直径、羽根片の枚数（なお図２は４０枚の例を示している）、羽根片３１の周方向厚さ、隔壁の径方向高さ、表裏の羽根片３１Ａ、３１Ｂのずらし量を変えてインペラ３０を製作した羽根片３１、３１間のピッチは、実施例１が図３に示すように羽根ピッチ角度Ｐ_φが6.4deg〜8.3degの間で連続的に変化する三角関数で形成されたもの、比較例１が等ピッチ（羽根ピッチ角度7.3degで一定）で形成されたもの、比較例２、３は従来と同様に不均一なピッチ（羽根ピッチ角度Ｐ_φを6.4deg〜8.3degの間で発生させた乱数によって設定）で形成されている。これらのインペラ３０を搭載した電動燃料ポンプを燃料タンク内に装着した状態で、電動燃料ポンプに一定の供給電流3.3Ａを供給した。そのときの発生音の周波数分布および吐出流量（Ｌ／ｈ）を計測した。
【００２２】
（一定ピッチと対比した試験結果）
実施例１のインペラと一定ピッチのインペラを対比した試験結果について表１を参照して説明する。
【００２３】
【表１】

【００２４】
実施例１は、高い可聴音域の音圧のピークが5.0kHz〜6.5kHzに分散し、この間の発生音は30dBA未満で、高い可聴音域の音は聞こえなかった。
比較例１は、高い可聴音域の音圧のピーク、即ち４９次のピーク周波数である5.75ｋHzにピークが発生し、その発生音は36dBAで、高い可聴音域の音が聞こえた。
以上のように羽根片３１、３１のピッチ角度Ｐ_φをサイン波形により連続的に変化させた実施例１は、高い可聴音域の音を減らすとともに、この際に、吐出流量が低下しない。
【００２５】
実施例１のインペラと不均等なピッチのインペラを対比した試験結果について表２を参照して説明する。
【００２６】
（不均等なピッチと対比した試験結果）
【表２】

【００２７】
比較例２は、実施例１と同様に、高い可聴音域の音圧のピークが5.0kHz〜6.5kHzに分散し、この間の発生音は30dBA未満で、高い可聴音域の音は聞こえなかったものの、吐出流量が低下した。そこで、電動燃料ポンプへの供給電流を大きくし、回転数を上昇させたが、吐出流量68L／ｈを達成できなかった。
比較例３は、比較例２の吐出流量の低下を防ぐため、羽根片３１の枚数を６７枚に増加させ、同一の供給電流を電動燃料ポンプに供給したときに、その回転数を増加させ、吐出流量を達成させたものである。吐出流量と高い可聴音域の音に関する問題は解消するものの、比較例３のインペラ３０は、羽根片３１の枚数を増やしたため、羽根片３１の周方向厚さが薄くなり強度が弱くなるという欠点、さらに直径30mmに67枚もの羽根片３１を形成する必要があり、製作自体が困難になるという欠点を有している。
【００２８】
【発明の効果】
この発明に係る電動燃料ポンプは、外周縁部に設けられその円周方向に突出する多数の羽根片（３１）と各羽根片（３１）間に延在する隔壁（３２）とこの隔壁（３２）及びこの隔壁（３２）の前後に設けられた羽根片（３１）により形成される羽根溝（３３）とを有する円板形状のインペラ（３０）と、このインペラ（３０）を回転駆動するモータ部（３）と、前記インペラ（３０）を収納すると共に該インペラ（３０）の外周縁部に沿って延在する円弧帯状のポンプ流路（１３）を形成し、且つ、このポンプ流路（１３）の一端部に吸入口（１４）を、他端部に吐出口（１５）を有するポンプケーシング（７）とを備えたものにおいて、隣接する前記羽根片（３１）、（３１）間のピッチが前記インペラ一周において三角関数の一周期となるように連続的に変化するように形成され、前記モータ部（３）のシャフト（１２）の略Ｄ字状断面のＤカット部（１２ａ）が挿通する略Ｄ字形の挿入孔（３０ａ）の直線部が前記羽根片（３１）、（３１）のピッチが最大となる方に向いて設けられたので、特定の周波数にピーク音圧が集中せず騒音を低減することができるとともに、吐出効率が良く、インペラ（３０）の重心がインペラ（３０）の回転中心に近くなりインペラ（３０）の回転が安定する電動燃料ポンプを提供できる。
【００３１】
また、前記羽根片（３１）は、前記インペラ（３０）の一端面側の羽根片（３１Ａ）と該インペラ（３０）の他端面側の羽根片（３１Ｂ）とを有するとともに、該一端面側の羽根片（３１Ａ）と他端面側の羽根片（３１Ｂ）とは該インペラ（３０）の円周方向に所定の距離ｄずらして配置され、該一端面側の羽根片（３１Ａ）と他端面側の羽根片（３１Ｂ）に夫々該インペラ（３０）の他端面側と一端面側から該インペラ（３０）の最外周まで延在し燃料を案内する案内面（３１ａ、３１ｂ）が形成され、前記隔壁（３２）は、インペラ（３０）の一端面側と他端面側から夫々延在し燃料を案内する案内面（３２ａ、３２ｂ）を有し、前記羽根溝（３３）は、前記インペラ（３０）の一端面側から該インペラ（３０）の最外周まで延在し燃料を案内する案内面（３１ｂ）と前記一端面側の羽根片（３１Ａ）により形成される溝部（３３Ａ）と、前記隔壁（３２）の両案内面（３２ａ、３２ｂ）が対向する隔壁（３２）周りに形成される溝部（３３Ｂ）と、前記インペラ（３０）の他端面側から該インペラ（３０）の最外周まで延在し燃料を案内する案内面（３１ａ）と前記他端面側の羽根片（３１Ｂ）により形成される溝部（３３Ｃ）とから構成されたので、さらに騒音を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１における電動燃料ポンプを一部破断して示す側面図である。
【図２】図１の電動燃料ポンプのインペラの正面図である。
【図３】図２のインペラの周方向角度における羽根ピッチの関係を示す図である。
【図４】図２の電動燃料ポンプのインペラ羽根片部分の拡大斜視図である。
【図５】図４のインペラの羽根片部分のV−V線断面拡大図である。
【図６】実施の形態１における実施例１の発生音の周波数分布を示す図である。
【図７】実施の形態１における比較例１の発生音の周波数分布を示す図である。
【符号の説明】
３モータ部、７ポンプケーシング、１２シャフト、１２ａＤカット部、１３ポンプ流路、１４吸入口、１５吐出口、３０インペラ、３０ａ挿入孔、３１、３１Ａ、３１Ｂ羽根片、３１ａ、３１ｂ案内面、３２隔壁、３２ａ、３２ｂ案内面、３３羽根溝、３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃ溝部

Claims

外周縁部に設けられその円周方向に突出する多数の羽根片（３１）と各羽根片（３１）間に延在する隔壁（３２）とこの隔壁（３２）及びこの隔壁（３２）の前後に設けられた羽根片（３１）により形成される羽根溝（３３）とを有する円板形状のインペラ（３０）と、このインペラ（３０）を回転駆動するモータ部（３）と、前記インペラ（３０）を収納すると共に該インペラ（３０）の外周縁部に沿って延在する円弧帯状のポンプ流路（１３）を形成し、且つ、このポンプ流路（１３）の一端部に吸入口（１４）を、他端部に吐出口（１５）を有するポンプケーシング（７）とを備えたものにおいて、
前記インペラは、隣接する羽根片（３１）、（３１）間のピッチが前記インペラ一周において三角関数の一周期となるように連続的に変化するように形成され、前記モータ部（３）のシャフト（１２）の略Ｄ字状断面のＤカット部（１２ａ）が挿通する略Ｄ字形の挿入孔（３０ａ）の直線部が前記羽根片（３１）、（３１）のピッチが最大となる方に向いて設けられたことを特徴とする電動燃料ポンプ。
前記羽根片（３１）は、前記インペラ（３０）の一端面側の羽根片（３１Ａ）と該インペラ（３０）の他端面側の羽根片（３１Ｂ）とを有するとともに、該一端面側の羽根片（３１Ａ）と他端面側の羽根片（３１Ｂ）とは該インペラ（３０）の円周方向に所定の距離ｄずらして配置され、該一端面側の羽根片（３１Ａ）と他端面側の羽根片（３１Ｂ）に夫々該インペラ（３０）の他端面側と一端面側から該インペラ（３０）の最外周まで延在し燃料を案内する案内面（３１ａ、３１ｂ）が形成され、前記隔壁（３２）は、インペラ（３０）の一端面側と他端面側から夫々延在し燃料を案内する案内面（３２ａ、３２ｂ）を有し、前記羽根溝（３３）は、前記インペラ（３０）の一端面側から該インペラ（３０）の最外周まで延在し燃料を案内する案内面（３１ｂ）と前記一端面側の羽根片（３１Ａ）により形成される溝部（３３Ａ）と、前記隔壁（３２）の両案内面（３２ａ、３２ｂ）が対向する隔壁（３２）周りに形成される溝部（３３Ｂ）と、前記インペラ（３０）の他端面側から該インペラ（３０）の最外周まで延在し燃料を案内する案内面（３１ａ）と前記他端面側の羽根片（３１Ｂ）により形成される溝部（３３Ｃ）とから構成されたことを特徴とする請求項１記載の電動燃料ポンプ。