JP4952180B2 - 燃料ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、モータ部の内部に燃料を流す燃料ポンプに関する。

モータ部によりポンプ部のインペラ等の回転部材を回転駆動し、ポンプ部で昇圧した燃料をモータ部の内部に流す燃料ポンプが知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。モータ部は、周方向に複数の磁極を形成する磁石と、この磁石の内周側に回転自在に設置された電機子等により構成される。図４に示すように、特許文献１〜３においては、燃料ポンプのポンプ部で昇圧された燃料は、回転部材を収容するポンプケース３００の吐出口３０２から、モータ部の磁石３１０側に向けて吐出される。吐出口３０２から吐出された燃料は、図示しない電機子の外周面と磁石３１０の内周面との間に形成されている隙間、ならびに周方向に隣り合う磁石３１０と磁石３１０との間に形成されている隙間３１２を通ってモータ部の内部を流れる。
しかしながら、ポンプケース３００の吐出口３０２から吐出される燃料が、磁石３１０の吐出口３０２側の端面３１４に衝突すると、磁石３１０と磁石３１０との間の隙間３１２に燃料が滑らかに流入せず、燃料流れの圧損が大きくなるという問題がある。

特開平５−１８７３８２号公報 特開平６−１６７２９１号公報 特開平６−２２９３９０号公報

本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、昇圧した燃料をモータ部の磁石側に滑らかに流入させる燃料ポンプを提供することを目的とする。

請求項１から４に記載の発明では、回転部材を回転自在に収容するポンプケースは、回転部材の回転により昇圧された燃料を吐出口からモータ部の磁石側に向けて吐出する。そして、請求項１に記載の発明では、ポンプケースに設けた吐出口は、回転部材の軸方向で磁石と重なるようにして形成され、かつ、吐出口の回転方向前方の内側面に沿って燃料吐出方向に延びる仮想直線は、ポンプケースの磁石側の端面に対し、回転方向前方に向かうにしたがい磁石側に１０°以上６０°以下の角度で傾斜することで、周方向に隣り合う磁石のポンプケース側の端部の間を通っている。この構成によれば、ポンプケースの吐出口から吐出された燃料が磁石のポンプケース側の端面に衝突することを抑制し、吐出口の回転方向前方の内側面に沿って、モータ部の磁石と磁石との間に形成されている隙間に燃料が滑らかに流入する。
また、請求項１に記載の発明では、吐出口の回転方向前方の内側面に沿って燃料吐出方向に延びる仮想直線は、ポンプケースの磁石側の端面に対し、回転方向前方に向かうにしたがい磁石側に１０°以上６０°以下の角度で傾斜している。この構成によれば、回転部材の回転により昇圧された燃料は、吐出口において燃料流れの向きを大きく変えることなく、吐出口の回転方向前方の内側面に沿ってモータ部の磁石側に向けて滑らかに吐出される。

このように、請求項１に記載の発明では、回転部材の回転により昇圧されポンプケースの吐出口から吐出された燃料がモータ部の磁石と磁石との間に形成されている隙間に滑らかに流入することにより、モータ部の磁石側に流入する燃料流れの圧損を低減できる。また、昇圧された燃料がモータ部の磁石側に滑らかに流入することにより、燃料流れにより生じる流動音を低減できる。

ところで、モータ部の磁石とポンプケースの吐出口とを軸方向に極力接近させ、燃料ポンプを小型化する構成においては、磁石と磁石との間の位置とポンプケースの吐出口との位置が周方向に大きくずれていると、ポンプケースの吐出口から吐出された燃料がモータ部の磁石と磁石との間に流入するときに燃料流れの向きが大きく変わり、圧損が増加する。

そこで、請求項１記載の発明の構成を採用することにより、請求項２に記載の発明のように、吐出口の磁石側の開口と磁石のポンプケース側の端面との距離を１０ｍｍ以下に接近させ燃料ポンプを小型化する構成においても、燃料流れの向きを大きく変えることなく、ポンプ部で昇圧した燃料をモータ部の磁石と磁石との間に滑らかに流入させることができる。

請求項３に記載の発明では、磁石は周方向に２個設置されている。このように、磁石が２磁極を形成するモータ部の構成においては、必要なトルクを電機子に発生させるために磁気的に要求される磁石の円周角の大きさは、１８０°よりも数十°小さくてよい。例えば、請求項４に記載した発明のように、磁石の円周角を１２０°以上１５０°以下に設定できる。その結果、周方向に隣り合う磁石と磁石との間に形成される隙間が大きくなるので、ポンプ部で昇圧した燃料がモータ部の磁石と磁石との間に流入するときの圧損を低減できる。

以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による燃料ポンプを図２に示す。燃料ポンプ１０は、例えば二輪自動車または四輪自動車等に搭載された図示しない燃料タンク内に収容されるインタンク式のタービンポンプである。燃料ポンプ１０は、燃料タンクから吸入した燃料を昇圧しエンジン側に供給する。

燃料ポンプ１０は、ポンプ部１２と、ポンプ部１２を回転駆動するモータ部１３とを備えている。ハウジング１４は、ポンプ部１２およびモータ部１３のハウジングを兼ねており、軸方向両端部でポンプケース２０およびエンドカバー７４をそれぞれかしめている。ハウジング１４がポンプケース２０をかしめることにより、ポンプケース２２はポンプケース２０とハウジング１４の段差１５との間に挟持されている。また、ハウジング１４がエンドカバー７４をかしめることにより、ベアリングホルダ７０はエンドカバー７４とハウジング１４の段差１６との間に挟持されている。ベアリングホルダ７０およびエンドカバー７４は樹脂製である。

ポンプ部１２は、ポンプケース２０、２２、およびインペラ３０を有しているタービンポンプである。ポンプ部１２は、モータ部１３に対し電機子５０の回転軸方向の一方側に設置されている。電機子５０の回転軸としてのシャフト５６に、回転部材としてのインペラ３０が組み付けられている。ポンプケース２０、２２は、インペラ３０を回転自在に収容するケース部材である。ポンプケース２０には、ポンプ通路２０２に燃料を吸入するための吸入口２００が形成されている。ポンプ通路２０２は、インペラ３０の外周縁に沿ってインペラ３０の回転軸方向両側にＣ字状に形成されている。円板状に形成されたインペラ３０の外周縁部には回転方向に複数の羽根溝が形成されている。インペラ３０が電機子５０の回転によりシャフト５６とともに回転すると、回転方向前方の羽根溝から回転方向後方の羽根溝に向けて燃料が流出、流入を多数繰り返すことにより、燃料は旋回流となってポンプ通路２０２で昇圧される。

インペラ３０の回転により吸入口２００から吸入された燃料は、インペラ３０の回転によりポンプ通路２０２で昇圧される。インペラ３０の回転軸方向両側のポンプ通路２０２で昇圧された燃料は、モータ部１３側のポンプケース２２に設けられた吐出口２０４で合流し、吐出口２０４からモータ部１３の永久磁石４０側に吐出される。

図１に示すように、吐出口２０４の回転方向前方の内側面２０５に沿って燃料吐出方向に延びる仮想直線２２０は、隣り合う永久磁石４０のポンプケース２２側の端部の間を通っている。仮想直線２２０は、ポンプケース２２の永久磁石４０側の端面２３に対し、回転方向前方に向かうにしたがい永久磁石４０側に傾斜している。仮想直線２２０とポンプケース２２の端面２３とが形成する角度αは、１０°≦α≦６０°に設定されている。吐出口２０４は、永久磁石４０の間に周方向に２箇所形成されている隙間２０８のうち、板ばね４２が設置されている隙間２０８に対応する周方向位置付近に形成されている。板ばね４２は薄板で形成されているので、隙間２０８を通過する燃料流れの圧損を極力低減できる。

図２において、ポンプ部１２の吐出口２０４から吐出された燃料は、永久磁石４０と永久磁石４０との間に形成された隙間２０８、ならびに永久磁石４０の内周面と電機子５０の外周面との間に形成された燃料通路２１０を通り、エンドカバー７４に設けられた吐出口２１２からエンジン側に供給される。このように、ポンプ部１２で昇圧された燃料がモータ部１３の内部を流れるので、燃料は、モータ部１３を冷却するとともに、モータ部１３の内部の摺動部を潤滑する。吐出口２１２には逆止弁９０が収容されており、この逆止弁９０が吐出口２１２から吐出された燃料の逆流を防止している。

モータ部１３は、永久磁石４０、電機子５０、整流子６０、ブラシ８０、およびチョークコイル８２等から構成されている。永久磁石４０は、円弧状に形成されており、ハウジング１４の内周壁に周方向に２個取り付けられている。そして、永久磁石４０は、周方向に極の異なる２磁極を形成している。
図１に示すように、永久磁石４０の円周角θは、１２０°≦θ≦１５０°に設定されている。したがって、周方向に設置された２個の永久磁石４０の間には隙間２０８が２箇所形成されている。隙間２０８には、図２に示す板ばね４２と、整流子６０側からポンプ部１２側に延びるベアリングホルダ７０の支持部７２とが設置されている。板ばね４２および支持部７２は、永久磁石４０の周方向の位置ずれを防止している。また、永久磁石４０のポンプケース２２側の端面４１と吐出口２０４の永久磁石４０側の開口２０６との距離ｄは、ｄ≦１０ｍｍに設定されている。

電機子５０は、永久磁石４０の内周側に回転自在に設置されている。電機子５０のシャフト５６は、ロータコア５２に圧入されており、軸方向両端部で金属製のベアリング２４、２６に軸受けされている。ベアリング２４はポンプケース２２に支持され、ベアリング２６はベアリングホルダ７０に支持されている。電機子５０は、磁性鋼板を軸方向に積層して形成されたロータコア５２と、ロータコア５２に巻回されたコイルとからなる。ロータコア５２は、回転方向に複数の磁極コア５４を形成している。コイルは各磁極コア５４に巻線を巻回して形成されている。

整流子６０は、平らな円板状に形成されており、電機子５０に対しインペラ３０と反対側のシャフト５６の軸方向端部に組み付けられている。整流子６０は、回転方向に設置された複数のセグメント６２を有している。セグメント６２は例えばカーボンで形成されており、回転方向に隣り合うセグメント６２同士は隙間または絶縁樹脂材により電気的に絶縁されている。整流子６０の各セグメント６２は、電機子５０のコイルと電気的に接続している。電機子５０の回転にともない、電機子５０に対して軸方向反対側の各セグメント６２の端面がブラシ８０と順次接触することにより、電機子５０のコイルに供給される駆動電流が整流される。ポンプ端子６４は、エンドカバー７４に圧入されている。ポンプ端子６４から、ブラシ８０、整流子６０を通り、電機子５０のコイルに駆動電流が供給される。

以上説明した第１実施形態では、吐出口２０４の回転方向前方の内側面２０５に沿って燃料吐出方向に延びる仮想直線２２０が、２個の永久磁石４０のポンプケース２２側の端部の間を通っているので、ポンプ部１２で昇圧され吐出口２０４から吐出された燃料は、永久磁石４０の間に２箇所形成された隙間２０８のうち、吐出口２０４に近い板ばね４２が設置されている隙間２０８に滑らかに流入する。これにより、ポンプ部１２で昇圧された燃料が永久磁石４０と永久磁石４０との間に流入するときの燃料流れの圧損を低減できる。また、ポンプ部１２で昇圧された燃料が永久磁石４０と永久磁石４０との間に滑らかに流入するので、ポンプ部１２からモータ部１３側に流入する燃料流れにより生じる流動音を低減できる。

また、永久磁石４０の円周角θを１２０°≦θ≦１５０°に設定しているので、周方向に設置された２個の永久磁石４０の間に形成される隙間２０８を極力大きくすることができる。これにより、ポンプ部１２から永久磁石４０の間の隙間２０８に流入する燃料流れの圧損を低減できる。
また、第１実施形態のように、永久磁石４０のポンプケース２２側の端面４１と吐出口２０４の永久磁石４０側の開口２０６との距離ｄをｄ≦１０ｍｍに設定し、ポンプ部１２とモータ部１３とを軸方向に接近させた構成においても、仮想直線２２０が２個の永久磁石４０の吐出口２０４側の端部の間を通っているので、ポンプ部１２で昇圧した燃料が永久磁石４０の間の隙間２０８に滑らかに流入する。したがって、ポンプ部１２からモータ部１３に流入する燃料流れの圧損を低減しつつ、ポンプ部１２とモータ部１３とを接近させ、燃料ポンプ１０を小型化できる。

また、仮想直線２２０と端面２３とが形成する角度αは、１０°≦α≦６０°に設定されているので、インペラ３０の回転方向に向けてポンプ通路２０２を流れる燃料は、吐出口２０４において燃料流れの向きを大きく変えることなく、吐出口２０４の回転方向前方の内側面２０５に沿って吐出口２０４から滑らかに吐出される。

（参考例）
本発明の参考例を図３に示す。尚、第１実施形態と実質的に同一構成部分に同一符号を付す。
図３に示す参考例では、吐出口２０４の永久磁石４０側の開口２０６の回転方向前方端部２０７は、周方向に設置された２個の永久磁石４０の間に位置している。したがって、吐出口２０４から吐出された燃料は、隣り合う永久磁石４０の間の隙間２０８に滑らかに流入する。これにより、ポンプ部１２で昇圧された燃料がモータ部１３側に流入するときの燃料流れの圧損を低減できる。また、ポンプ部１２で昇圧された燃料が隣り合う永久磁石４０の間に滑らかに流入するので、ポンプ部１２からモータ部１３側に流入する燃料流れにより生じる流動音を低減できる。
参考例において、永久磁石４０の円周角θと、永久磁石４０のポンプケース２２側の端面４１と吐出口２０４の永久磁石４０側の開口２０６との距離ｄと、仮想直線２２０とポンプケース２２の端面２３とが形成する角度αとは、第１実施形態と同じ範囲に設定されている。

（他の実施形態）
上記実施形態では、周方向に２個設置された永久磁石４０の円周角θを、１２０°≦θ≦１５０°に設定した。これに対し、永久磁石４０の円周角θを、１２０°≦θ≦１５０°以外の範囲に設定してもよい。また、永久磁石を２個ではなく、４個以上設置してもよい。
また、永久磁石４０のポンプケース２２側の端面４１と吐出口２０４の永久磁石４０側の開口２０６との距離ｄを、ｄ＞１０ｍｍに設定してもよい。

また、仮想直線２２０と端面２３とが形成する角度αを、１０°≦α≦６０°以外の範囲に設定してもよい。
このように、本発明は、上記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実施形態に適用可能である。

（Ａ）は第１実施形態のモータ部側のポンプケースをインペラから見た図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図。 第１実施形態の燃料ポンプを示す断面図。 （Ａ）は参考例のモータ部側のポンプケースをインペラから見た図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図。 （Ａ）は従来のモータ部側のポンプケースをインペラから見た図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図。

符号の説明

１０：燃料ポンプ、１２：ポンプ部、１３：モータ部、２０、２２：ポンプケース、２３：端面、３０：インペラ（回転部材）、４０：永久磁石、４１：端面、５０：電機子、５６：シャフト（回転軸）、６０：整流子、２０２：ポンプ通路、２０４：吐出口、２０５：内側面、２０６：開口、２０７：回転方向前方端部、２０８：隙間、２２０：仮想直線

Claims (4)

1. 周方向に複数設置され交互に極の異なる磁極を形成する磁石であって、周方向に隣り合う前記磁石と前記磁石との間に燃料が流れる隙間を形成している磁石と、
   前記磁石の内周側に回転自在に設置されている電機子と、
   前記電機子に対し前記電機子の回転軸方向の一方側に設置され前記電機子とともに回転することにより燃料を昇圧する回転部材と、
   前記回転部材を回転自在に収容し、前記回転部材の回転により昇圧された燃料を前記磁石側に向けて吐出する吐出口を有するポンプケースと、
   を備え、
   前記吐出口は、前記回転部材の軸方向で前記磁石と重なるようにして形成され、かつ、前記吐出口の回転方向前方の内側面に沿って燃料吐出方向に延びる仮想直線は、前記ポンプケースの前記磁石側の端面に対し、回転方向前方に向かうにしたがい前記磁石側に１０°以上６０°以下の角度で傾斜することで、周方向に隣り合う前記磁石の前記ポンプケース側の端部と端部との間を通っている燃料ポンプ。
2. 前記吐出口の前記磁石側の開口と前記磁石の前記ポンプケース側の端面との距離は、１０ｍｍ以下である請求項１に記載の燃料ポンプ。
3. 前記磁石は周方向に２個設置されている請求項１または２に記載の燃料ポンプ。
4. 前記磁石の円周角は、１２０°以上１５０°以下である請求項３に記載の燃料ポンプ。

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