JP5316573B2 - 燃料ポンプの検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、燃料ポンプの検査方法に関し、特にブラシレスモータによって駆動されるポンプ部を備える燃料ポンプの検査方法に関する。

小型化および省電力化を図るために、ポンプ部を駆動する燃料ポンプの駆動源として、従来のブラシモータに代えてブラシレスモータの適用が提案されている（特許文献１、２，３参照）。このようなブラシレスモータの駆動回路は、ブラシレスモータを一定の高回転数に維持する。また、ブラシレスモータは、通電開始から極めて短期間で最高回転数に達する。そのため、従来のブラシモータと比較して低電圧の印加による低負荷の作動が困難である。その結果、ブラシレスモータの場合、例えば異物の介在あるいはロータのアンバランスなどのように低回転領域でのみ検出可能な回転阻害因子の検出は困難である。

特開昭６２−２４７７８６号公報 特開昭６２−２６７５６４号公報 特開平０３−２８４１８７号公報

そこで、ブラシレスモータのシャフトを回転させてトルクの変化、いわゆるコギングトルクの検出を行うことにより、低回転領域での作動状態を検出することが考えられる。
しかしながら、燃料ポンプでは、燃料シール性の観点から、シャフトをポンプ内部で支持する構造を採用しており、シャフトは外部に露出していない。そのため、ポンプ部とブラシレスモータとを組み付けた後は、シャフトの回転によるコギングトルクの検出は実施できない。その結果、燃料ポンプを組み付けた後は、ブラシレスモータの作動状態の検査が不十分になるという問題がある。

そこで、本発明の目的は、ブラシレスモータを備える燃料ポンプにおいて、低回転および低負荷における検査精度を向上する燃料ポンプの検査方法を提供することにある。

請求項１記載の発明では、ブラシレスモータに供給される電力を強制転流して所定の回転数まで上昇させた後にブラシレスモータへの電力の供給を遮断し、電力の供給の遮断からロータの回転停止までの期間に基づいて、電力の供給の遮断に対するロータの停止遅れを検出している。電力の供給の遮断からロータの回転停止までの期間は、誘起起電力に基づいて検出される。ブラシレスモータへの電力の供給を遮断したとき、ロータの回転バランスが安定していれば回生効果によりロータは短期間で停止する。一方、例えばロータのアンバランスあるいはポンプ部のアンバランスなど回転する部材にアンバランスが生じるとき、電力の供給の遮断に対するロータの回転停止に時期的な遅れが生じる。そこで、この電力の供給の停止に対するロータの停止遅れを検出することにより、低回転時におけるロータの不具合すなわち回転する部材のアンバランスが検出される。したがって、低回転時および低負荷時における検査精度を向上することができる。

本発明の一実施形態による検査方法の検査対象となる燃料ポンプの概略を示す断面図。 本発明の一実施形態による燃料ポンプの検査装置の概略を示すブロック図。 本発明の一実施形態による燃料ポンプの検査方法の手順を示す概略図。 燃料ポンプのブラシレスモータへの電力の供給停止からロータの回転停止までの収束所要期間を示す概略図であり、（Ａ）は検査合格の燃料ポンプの収束所要期間を示し、（Ｂ）は検査不合格の燃料ポンプの収束所要期間を示す図。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する
まず、検査対象となる燃料ポンプについて説明する。
図１に示す燃料ポンプ１０は、例えば排気量が１５０ｃｃ以下の二輪車両の燃料タンク内に設置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、ポンプ部１１とポンプ部１１を回転駆動するブラシレスモータ１２とを備えている。ハウジング１３は、ポンプ部１１およびブラシレスモータ１２の両方のハウジングを兼ねている。ハウジング１３は、軸方向の両端において径方向内側に折り曲げられており、ポンプケース１４、ポンプカバー１５およびエンドカバー１６をかしめにより固定している。ブラシレスモータ１２においてハウジング１３がステータコア１７の外周を覆っている部分は、薄肉化されている。このように磁気回路では不要であるステータコア１７の外周を覆うハウジング１３の厚みを低減することにより、ブラシレスモータ１２の外径を極力小径化している。

ポンプ部１１は、ポンプケース１４、ポンプカバー１５およびインペラ１８を有しているタービンポンプである。ポンプケース１４は、ハウジング１３の段差部１９に軸方向へ突き当てられている。これにより、ポンプケース１４は軸方向の位置が決定される。ポンプカバー１５は、ハウジング１３の一方の端部側でかしめによって固定されている。

ポンプケース１４およびポンプカバー１５は、回転部材としてのインペラ１８を回転可能に収容する。ポンプケース１４と、ポンプカバー１５と、インペラ１８との間には、燃料ポンプ１０の周方向へＣ字形状のポンプ通路２１が形成されている。ポンプカバー１５に設けられた吸入口２２から吸入された燃料は、インペラ１８の回転によりポンプ通路２１で昇圧される。昇圧された燃料は、ブラシレスモータ１２側に圧送される。ブラシレスモータ１２側に圧送された燃料は、ステータコア１７とロータ３０との間の燃料通路２３および吐出通路２４を経由して吐出口２５からエンジン側へ供給される。

ブラシレスモータ１２は、ブラシおよび整流子を有していないセンサレス駆動のブラシレスモータである。ブラシレスモータ１２は、ステータコア１７、ボビン２６、コイル２７およびロータ３０を有している。ステータコア１７は、六個のコア３１を周方向に配置して構成されている。図示しない制御装置がロータ３０の回転位置に応じてコイル２７への通電を制御することにより、ロータ３０と向き合う各コア３１の内周面に形成される磁極は切り換えられる。

各コア３１には、絶縁樹脂で形成されたボビン２６がはめ込まれている。各コア３１の外周部は周方向に幅の等しい円弧状に形成されており、六個のコア３１が環状のコアを形成している。コイル２７は、六個のコア３１が周方向に設置されステータコア１７を構成する前の単体の状態において、ボビン２６の外周にコア３１毎に巻線を集中巻して形成されている。各コイル２７は、エンドカバー１６側でターミナル２８、２９と電気的に接続している。ターミナル２８は、コイル２７と電気的に接続している部分からエンドカバー１６の外側に露出している。これにより、ターミナル２８は、図示しないコネクタと接続される。ターミナル２９は、エンドカバー１６から露出せず、コイル２７同士を電気的に接続するために使用される。ターミナル２８、２９は、エンドカバー１６の中心部に形成された軸受穴４１からほぼ等距離の位置にインサート成形されている。これにより、ターミナル２８、２９と、径方向外側の金属製のハウジング１３との間には距離が確保され、ターミナル２８、２９とハウジング１３との間の絶縁が確保されている。

絶縁樹脂材４２は、周方向に隣接しているコア３１の間に充填され、コイル２７を覆っている。また、絶縁樹脂材４２は、ステータコア１７に対してポンプ部１１と反対側の端部を覆うエンドカバー１６と一体に成形されている。エンドカバー１６は、ロータ３０の回転軸を構成するシャフト３２を回転可能に支持する軸受穴４１と、ターミナル２８、２９の支持部と、吐出口２５とを絶縁樹脂材４２により一体に成形している。エンドカバー１６は、シャフト３２を支持するための軸受穴４１を中央部に有している。軸受穴４１は、シャフト３２を直接支持している。エンドカバー１６には、軸受穴４１から偏心して吐出通路２４が形成されている。吐出通路２４は直線状にエンドカバー１６を軸方向へ貫いている。

倒れ防止部材４３は、中央に軸方向へ貫く穴を有する環状に形成されている。倒れ防止部材４３は、ポンプ部１１と反対側のボビン２６の端部に係止されている。倒れ防止部材４３は、ターミナル２８、２９がはめ込まれる穴を有している。この穴にターミナル２８、２９がはめ込まれた状態で絶縁樹脂材４２が形成される。これにより、絶縁樹脂材４２を形成するとき、ターミナル２８、２９の倒れによる周囲の部品との干渉は低減される。

ロータ３０は、シャフト３２および永久磁石３３を有している。ロータ３０は、ステータコア１７の内周に回転可能に設置されている。シャフト３２の一方の端部は軸受部４４により回転可能に支持され、他方の端部は軸受穴４１に回転可能に支持されている。永久磁石３３は、例えばＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）などの熱可塑性樹脂材に磁性体の粉末を練り込んで円筒状に形成したプラスチックマグネットである。永久磁石３３は、ローレット加工が施されたシャフト３２の外周に射出成形などにより直接形成されている。永久磁石３３は、回転方向に八つの磁極を形成している。八つの磁極は、ステータコア１７と向き合う外周面側に回転方向に交互に異なる磁極を形成するように着磁されている。

エンドカバー１６が形成する吐出口２５の内部には、逆止弁５０が設置されている。逆止弁５０は、弁部材５１、ストッパ５２およびスプリング５３を有している。ポンプ部１１で昇圧された燃料の圧力が所定圧力以上になると、弁部材５１はスプリング５３の押し付け力に抗して開弁し、吐出口２５から燃料がエンジン側へ吐出される。また、弁部材５１は、燃料ポンプ１０から吐出される燃料の逆流を防止する。

次に、上記の構成の燃料ポンプ１０を検査するための検査装置６０の概略を図２に示す。
検査装置６０は、主に電源６１、ドライバ６２およびオシロスコープ６３を備えている。電源６１は、電源スイッチ６４を経由してドライバ６２に電力を供給する。ドライバ６２は、検査対象となる燃料ポンプ１０のブラシレスモータ１２を駆動する電子回路である。燃料ポンプ１０のブラシレスモータ１２は、オシロスコープ６３に接続されている。オシロスコープ６３は、燃料ポンプ１０のブラシレスモータ１２の位相であるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電圧波形を表示する。検査装置６０は、図２に示す回路構成を有することにより、ドライバ６２から燃料ポンプ１０のブラシレスモータ１２への電力の供給を瞬間的に遮断する。すなわち、ドライバ６２には電荷を蓄えるコンデンサが設置されていない。そのため、ドライバ６２から燃料ポンプ１０のブラシレスモータ１２への電力の供給を停止すると、ドライバ６２からブラシレスモータ１２への電力の供給は瞬間的に遮断される。

また、検査装置６０は、オシロスコープ６３により燃料ポンプ１０のブラシレスモータ１２の各相から出力される電圧波形を検出する。ブラシレスモータ１２に限らずモータは、電力の供給を停止し慣性力により回転するとき、発電機として機能する。そのため、ブラシレスモータ１２は、電力の供給を停止すると、慣性力により回転するとき、各相から誘起起電力を発生する。そこで、オシロスコープ６３では、ブラシレスモータ１２から発生する各相の起電力を波形として表示する。

次に、上記構成の検査装置６０を用いた燃料ポンプ１０の検査方法について図３に基づいて説明する。
検査対象となる燃料ポンプ１０は、検査装置６０に取り付けられる（Ｓ１０１）。燃料ポンプ１０のターミナル２８、２９は、図示しないコネクタを経由してドライバ６２と接続される。検査装置６０に燃料ポンプ１０が取り付けられると、電源スイッチ６４がオンされる（Ｓ１０２）。

燃料ポンプ１０が取り付けられ、電源スイッチ６４がオンになると、ドライバ６２は燃料ポンプ１０のブラシレスモータ１２へ駆動信号を出力するとともに、ロータ３０の回転位置を検出する（Ｓ１０３）。ドライバ６２は、ブラシレスモータ１２の各相へ所定の周波数の電力を供給し、ブラシレスモータ１２を駆動する。このとき、ドライバ６２は、ブラシレスモータ１２へ強制転流しつつ電力を供給する。これにより、ブラシレスモータ１２は、所定のタイミングで所定の角度回転する。

ドライバ６２からブラシレスモータ１２へ供給する電力を強制転流することにより、ロータ３０は所定の角度回転する。ドライバ６２は、センサレスのブラシレスモータ１２を駆動する場合、所定の周期でＵ相、Ｖ相、Ｗ相のうちのいずれか二つの相に通電し、残る一つを非通電とする。このとき、非通電の相からは、ロータ３０の回転にともなう起電力が出力される。そこで、ドライバ６２は、この非通電の相から出力される起電力からロータ３０の回転角度を検出する。

ここで、燃料ポンプ１０に不具合があるとき、強制転流のタイミングとロータ３０の回転位置との間にはずれが生じる。すなわち、燃料ポンプ１０に不具合があるとき、強制転流を行ってからロータ３０が所定の回転位置まで回転するまでに時期的な遅延が生じる。そこで、ドライバ６２でこの時期的な遅延を検出することにより、燃料ポンプ１０のブラシレスモータ１２の低回転域における不具合を検出することができる。ここで、検出される燃料ポンプ１０の不具合は、例えば軸受部４４もしくは軸受穴４１とシャフト３２との軸ずれにともなう摺動の不具合、ロータ３０とステータコア１７との間への異物の介在、もしくはポンプ通路２１における異物の介在にともなうブラシレスモータ１２の回転の不具合、またはポンプ通路２１とインペラ１８との位置ずれにともなうブラシレスモータ１２の回転の不具合など、ブラシレスモータ１２のロータ３０の回転に抵抗が生じる場合に発生する。このように、ドライバ６２からブラシレスモータ１２へ供給する強制転流のタイミングとロータ３０の回転のずれとから、燃料ポンプ１０の不具合を検出することができる。

強制転流による不具合の検出が終了すると、ドライバ６２はブラシレスモータ１２を所定の回転数まで上昇させる（Ｓ１０４）。すなわち、ドライバ６２は、ブラシレスモータ１２を強制転流による初期動作から安定動作へ移行させる。そして、ブラシレスモータ１２が所定の回転数に達すると、所定の期間その回転数を維持して運転の安定を図る。ブラシレスモータ１２が安定して運転しているとき、高回転で実施すべき検査項目の検査を実施する（Ｓ１０５）。

高回転で実施すべき検査項目の検査が終了すると、検査装置６０の回路を切り換えてドライバ６２からブラシレスモータ１２への電力の供給を瞬間的に遮断するとともに、電力の供給の遮断に同期してブラシレスモータ１２とオシロスコープ６３とを接続する（Ｓ１０６）。そして、ドライバ６２からブラシレスモータ１２への電力の供給停止からロータ３０の回転の停止までの期間を検出する。

ブラシレスモータ１２への電力の供給を遮断することにより、ブラシレスモータ１２のロータ３０は数十ミリ秒程度の短期間で停止する。上述のように慣性力によってロータ３０が回転しているとき、ブラシレスモータ１２は発電機として機能する。そのため、ブラシレスモータ１２の各相からは、ロータ３０の回転が停止するまで誘起起電力にともなう電圧が出力される。

図４（Ａ）に示すように製品として合格の燃料ポンプ１０の場合、ドライバ６２からの電力の供給の停止からロータ３０が停止するまで、すなわち誘起起電力が０になるまでの期間である収束所要期間ｔ１は短い。これは、製品として合格の燃料ポンプ１０の場合、例えばロータ３０の回転バランスが成立しており、誘起起電力の発生による発電抵抗によってロータ３０が速やかに停止するからである。

一方、図４（Ｂ）に示すように製品として不合格の燃料ポンプ１０の場合、ドライバ６２からの電力の供給の停止からロータ３０が停止するまで、すなわち誘起起電力が０になるまでの収束所要期間ｔ２は合格品の燃料ポンプ１０の収束所要時間ｔ１に比較して長くなる。これは、製品として不合格の燃料ポンプ１０の場合、ロータ３０の回転バランスが低下し、ロータ３０の回転にアンバランスが生じる。ロータ３０に生じるアンバランスとしては、例えばロータ３０の重量的なアンバランスや中心軸のずれにともなうアンバランスなどである。その結果、発電抵抗が生じても、ロータ３０のアンバランスによって生じる慣性力により、ロータ３０が回転し続け、収束所要期間が延長するためである。このように、ブラシレスモータ１２への電力の供給を瞬間的に遮断してから、ロータ３０が回転を停止するまでの期間、すなわちオーバーランの期間を検出することにより、燃料ポンプ１０の不具合を検出することができる。
以上の手順により、燃料ポンプ１０の低回転時における不具合の検査が終了する。

上述した本発明の一実施形態では、ドライバ６２からブラシレスモータ１２へ供給する電力の強制転流時にロータ３０の回転遅れを検出している。これにより、ブラシレスモータ１２の低回転域でしか検出することのできない異物の介在などの回転抵抗の増大について検査することができる。
また、本発明の一実施形態では、ドライバ６２からブラシレスモータ１２への電力の供給を瞬間的に遮断することによって、ロータ３０の慣性力による回転期間を検出している。これにより、ロータ３０に生じるアンバランスを検出することができる。

さらに、本発明の一実施形態では、上述の回転抵抗の増大とロータ３０のアンバランスとを継続して検査している。例えばロータ３０にアンバランスが生じており、かつロータ３０の回転抵抗が大きいとき、ドライバ６２からブラシレスモータ１２へ供給する電力を停止すると、大きな回転抵抗によってロータ３０が短期間で回転を停止することが考えられる。この場合、燃料ポンプ１０は、製品として不合格であるにも関わらず、不具合が相殺されて検査の結果は合格であると判断される可能性がある。しかし、本実施形態の場合、ロータ３０のアンバランスの検査に先立って過大な回転抵抗を検査しているため、燃料ポンプ１０の不具合が確実に検査される。したがって、燃料ポンプ１０の検査精度を高めることができる。

本発明の一実施形態では、燃料ポンプ１０のブラシレスモータ１２の強制転流に対する回転の遅れ、および電力の供給停止からロータ３０の回転停止までの期間に基づいて燃料ポンプ１０の不具合を検査している。そのため、ブラシレスモータ１２の不具合だけでなく、ブラシレスモータ１２が組み付けられた燃料ポンプ１０の不具合についても検査される。したがって、燃料ポンプ１０の不具合を確実に検査することができる。

以上説明した本発明の一実施形態では、ブラシレスモータ１２の強制転流による検査と、ブラシレスモータ１２への電力の供給の遮断による検査とを継続して行う例について説明した。しかし、検査の手順および手法によっては、強制転流による検査または電力の供給の遮断による検査のいずれか一方のみを行ってもよい。
上述した本発明は、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。

１０：燃料ポンプ、１１：ポンプ部、１２：ブラシレスモータ、３０：ロータ、６０：検査装置

Claims (1)

1. ロータを有するブラシレスモータと、前記ブラシレスモータにより駆動されるポンプ部とを備える燃料ポンプの検査方法であって、
   前記ブラシレスモータに供給される電力を強制転流して所定の回転数まで上昇させた後に前記ブラシレスモータへの電力の供給を遮断する工程と、
   電力の供給の遮断から前記ロータの回転停止までの期間に基づいて、電力の供給の遮断に対する前記ロータの停止遅れを検出する工程と、
   を含み、
   電力の供給の遮断から前記ロータの回転停止までの期間は、誘起起電力に基づいて検出される燃料ポンプの検査方法。

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