JP5528759B2 - 燃料ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関のための燃料ポンプに係り、より詳細には、ブラシレス直流（ＢＬＤＣ）モータにより駆動される燃料ポンプに係る。

自動車では、液体燃料、典型的にガソリン又はジーゼルを、燃料タンクから内燃機関へ移送するために燃料ポンプが使用される。このポンプは、小型ＤＣモータによって駆動され、ベアリングシール等を通しての燃料漏れを最小にするため、燃料は、モータの内部を通過する。これは、整流子を有するモータでも、燃料がモータを冷却し、ブラシと整流子との間のスパーキングを除去するようにして、非常に良好に機能する。しかしながら、高アルコール燃料の出現に伴い、グラファイト整流子の使用を招いて整流子と燃料との間の化学反応が問題となり、燃料ポンプを駆動するためのブラシレスモータが新たに関心を集めている。ブラシレスモータは、特に、自動車の用途では、ブラシ及び整流子の使用を排除することにより、寿命が長い等、多数の効果がある。

燃料ポンプにＢＬＤＣモータを使用することに伴う１つの問題は、燃料がモータを通る非常に限定された通路しかなく、燃料の自由な流れに対して甚だしい制約を生じることである。その１つの理由は、ＢＬＤＣモータが巻線型固定子を有し、燃料の積極的な性質のために、固定子巻線を保護することが望まれることである。これは、通常、好ましくは、インサートモールディング技術を使用して、プラスチック材料又は樹脂材料のようなオーバーモールド材料で固定子、コア及び巻線をオーバーモールドすることにより行われる。この技術は、不都合にも、固定子を固体の塊へと変化させて、固定子コアと巻線との間の種々のギャップを閉じてしまう。固定子コアは、通常、ポンプハウジングへ押し込まれるので、燃料に対して残された唯一の通路は、固定子と回転子との間の小さなギャップを通るところである。しかしながら、このギャップは、モータの効率を高めるために意図的にできるだけ小さくされる。この小さなギャップ内の燃料は、片側の回転する回転子と他側の静止した固定子との間に捕えられ、燃料の摩擦加熱を引き起こすと共に回転子に著しい抗力を引き起こし、その結果、モータの効率を著しく低下させる。セグメント磁石で固定子が形成されたＰＭＤＣモータでは、個々の磁石間にチャンネルが存在するために、この問題が生じない。

ブラシレス直流モータという語は、ここでは、その最も広い意味で使用され、ＢＬＡＣモータとしても知られている特殊なＢＬＤＣモータを含むことも意図され、ＢＬＡＣモータは、ＢＬＤＣモータと同様の物理的構造を有するが、モータコントローラからの正弦波電力信号で動作するように設計されたものである。

そこで、モータの効率を維持しながらモータを通過する燃料の流れを制限しないＢＬＤＣモータ駆動燃料ポンプが要望されている。

これは、本発明においては、モータの固定子と燃料ポンプのハウジングとの間の燃料通路により達成される。

従って、本発明は、その１つの態様において、ハウジングと、このハウジング内に収容されたポンプと、このハウジング内に収容されたモータであって、固定子巻線が巻かれた複数の内方を向いた歯及びハウジングの内面に接触する外面を有する巻線型固定子を含むモータと、燃料を流すためにハウジングの内面と固定子の外面との間に形成された少なくとも１つの通路と、を備えた内燃機関用の燃料ポンプを提供する。

好ましくは、前記又は各々の経路は、固定子の外面に形成された軸方向に延びるトラフによって形成される。

好ましくは、前記又は各々のトラフは、固定子の選択された歯と整列される。

好ましくは、固定子の前記又は各々の選択された歯は、非巻線型である。

好ましくは、固定子は、燃料との化学的反応から巻線を保護するための材料でオーバーモールドされる。

好ましくは、モータは、ブラシレス直流モータである。

好ましくは、モータの固定子は、プラスチック又は樹脂材料で包まれる。

好ましくは、３つの通路があり、モータは、４個の回転子極及び９個の固定子極を有する。

以下、添付図面を参照し、本発明の好ましい実施形態を一例として説明する。２つ以上の図に現れる同じ構造物、要素又は部品は、一般的に、それらが現れる全ての図において同じ参照番号で示す。図示されたコンポーネント及び特徴部の寸法は、一般的に、表現の便宜上及び明瞭化のために選択されたものであって、必ずしも正しいスケールで示されていない。

本発明の好ましい実施形態による燃料ポンプの断面図である。 図１の燃料ポンプのＡ−Ａ線に沿った断面図である。 図１の燃料ポンプのモータの斜視図である。 図３のモータの固定子コア及び回転子の概略図である。

図１は、完全な燃料ポンプ４０の断面図である。この燃料ポンプは、円筒形状のハウジング４２を有し、その２つの開放端は、燃料ポンプを燃料管路に接続するエンドキャップ４４、４５によってシールされる。ハウジングは、ポンプ区分４６と、モータを収容するモータ区分５０とを有する。ポンプ区分４６は、渦形室４８内のモータにより回転されるように配置された羽根車４７を備え、第１エンドキャップ４４の燃料入口４９からポンプ区分へ燃料を引き込み、そしてモータ区分５０を経て燃料を強制的に通過させ、第２エンドキャップ４５の燃料出口５１から出すようにさせる。モータ区分５０に収容されたモータは、ハウジング４２へ押し込まれた固定子１２と、この固定子１２内に配置された回転子コア１７をもつ回転子１６とを備え、回転子シャフト１９は、その一端が、ポンプ渦形室４８のベアリングにジャーナル軸受され、そしてその他端が、第２エンドキャップ４５のベアリングにジャーナル軸受される。固定子１２は、固定子巻線２０を支持し、そしてこの巻線をポンプ輸送される燃料との化学的反応から保護するために、プラスチック材料又は樹脂材料のような材料でオーバーモールドされる。第２のエンドキャップは、２つの部分として示され、その第１部分は、ハウジング４２をシールすると共に、燃料出口と、モータを動作する電力用のコネクタとを形成し、そしてその第２部分は、回転子シャフトのためのベアリングを支持する。第２エンドキャップ４５は、ＢＬＤＣモータを動作する電子回路を受け入れるための電子モジュールを含むことができる。しかしながら、この実施形態では、電子モジュールは、燃料ポンプの外部に設けられる。

ポンプの燃料流路は、ブロック矢印６０で示すように、第１エンドキャップ４４の入口４９を通ってポンプ渦形室４８へ至り、ここで、羽根車４７によりハウジング４２の内部へ強制的に送り込まれ、（若干の燃料は、回転子コア１７と固定子コア１３との間を依然通過し得るが）固定子コア１３とハウジング４２との間の燃料通路５２を通過することによりモータを通過して、第２エンドキャップ４５へ至り、第２エンドキャップ４５の出口５１を通してポンプから出る。

図２は、図１の断面線Ａ−Ａに沿って見た燃料ポンプの横断面図である。図２は、固定子１２とハウジング４２との間の燃料通路５２を示す。好ましい実施形態では、３つの燃料通路５２が設けられる。又、図２は、固定子の端面が内実の壁として現れるように固定子のギャップをオーバーモールド材料でどのように埋めるかも示している。

固定子１２及び回転子１６のセットが図３に示されている。固定子コア１３に固定子巻線が形成された後に、固定子１２は、好ましくは、インサートモールディング操作により、プラスチック材料又は樹脂材料３０でオーバーモールドされる。好ましくは、固定子コア１３の極面及び半径方向外面は、オーバーモールド材料で覆われない。これは、固定子及び回転子の極面間に良好な磁束伝達を確保すると共に、固定子コアが好ましくはプレスフィットされるモータハウジングとの良好な嵌合も許す。

固定子巻線は、コントローラへ接続するために固定子端子に接続されるか、又はモータ端子へ直結され、そして端子は、それらが使用されるところでは、更なる電気的接続をなすためにオーバーモールドにより覆われない露出部分（図示せず）も有する。又、回転子コア１７は、燃料から回転子コアを保護すると共にモータに対する磁石の保持を助けるためにオーバーモールドされて示されている。又、オーバーモールド材料は、回転する本体により生じる抵抗であるウィンデージを減少するために、燃料の流れに対して滑らかな経路を形成すると共に、回転子の外面を滑らかすることにより、燃料ポンプの効率にも役立つ。

図４は、第１の好ましい実施形態のための三相ＢＬＤＣモータの配線図である。又、図４は、好ましい実施形態の固定子コアの構成も示す。固定子１２は、固定子コア１３を有し、６個の歯１４、１５が、以下に述べるように、固定子極を形成している。巻線２０は、交互の歯１４の周りに形成された３つのコイル２２しか有していない。巻線２０は、各相に１つの脚で、３つの脚を有する三相デルタ巻線であり、各脚の各端は、３つの固定子端子Ａ、Ｂ、Ｃのうちの２つに接続され、各端子は、脚のうちの２つに接続され、各脚の端が他の２つの脚に電気的に接続されるようにしている。従って、各脚は、１つのコイル２２しか有していない。しかしながら、巻線歯１４は、非巻線歯１５より周囲の広がりが大きく、極面に深い溝２６を有し、これは、歯１４の長さに対して軸方向に且つ歯へと半径方向外方に延び、極面を、２つの、好ましくは等しい部分に分割する。溝２６は、歯１４を２つの固定子極へと分割してダミースロットを形成する効果を有する。従って、固定子は、実際上、９個のスロット又は９個の固定子極を有する。溝２６は、コイルが巻かれないのでダミースロットと称され、固定子に簡単な巻線を与える。

実際に、デルタ巻線構成は、図４に示すように巻線接続を簡単化することにより幾つかの効果を与える。図示されたように、三相巻線のデルタ構成では、各相巻線が他の２つの相巻線に接続される。従って、巻き付け中に、ワイヤは、第１の固定子端子Ａに接続され、第１の固定子歯の周りに巻かれて第１の相巻線を形成し、第２の固定子端子Ｂに接続され、第２の固定子歯の周りに巻かれて第２の相巻線を形成し、第３の固定子端子Ｃに接続され、第３の固定子歯の周りに巻かれて第３の相巻線を形成し、そして最終的に、第１の固定子端子Ａへ戻るように接続される。ワイヤは、第１の固定子端子に２回目に接続された後にカットされるだけであり、共通のスター接続点を排除することで巻き付けを簡単にする。

又、図４は、固定子コアの形状も示す。固定子コア１３は、燃料ポンプのハウジング４２の内面に嵌合するための円形構造を有するが、固定子コア１３の半径方向外面は、軸方向に延びる複数のくぼみ２８を有する。このくぼみ２８は、固定子コア１３とハウジング４２との間に燃料通路を形成し、モータを通して燃料を流すことができるようにする。このくぼみ２８は、非巻線歯１５と整列されて示されている。これは、固定子の磁気回路に否定的な影響を与えずに、巻線歯１４に形成されるコイル２２のための最大スペースを許すと考えられる。

固定子コア１３は、複数のスチールラミネーションを型抜きし積層することにより形成されたラミネート化構造である。ラミネーションは、インターロック又は溶接のような適当な手段によって一緒に保持することができる。好ましい実施形態では、ラミネーションは、一緒に溶接される。これは、好ましくは、レーザ溶接機を使用して、図４に示すように、巻線歯１４に整列された固定子コアの外面の切欠部３３においてこの目的のために各ラミネーションに形成された小さなこぶ３２を一緒に溶接することにより行われる。オーバーモールド中に、この切欠部３３には、溶接部を保護するためにモールド材料が充填される。このオーバーモールド材料は、固定子の端を接続する固定子コアの外面に、図３に見られるストリップ３１を形成する。

従って、本発明は、燃料ポンプのための新規な構造を提供する。この構造は、ＢＬＤＣモータをポンプに使用してポンプを駆動するのに良く適している。燃料ポンプに対して、固定子とハウジングとの間に燃料経路を設けることは、効果的であると考えられる。ＢＬＤＣモータ、特に、コギングトルクが減少されたＢＬＤＣモータの使用は、付加的な効果を与える。幾つかの実施形態は、大量生産に理想的に適している。

燃料ポンプのハウジングは、「円筒状」として説明され、又、図示された実施形態は、正円形の円筒であったが、この用語は、正円形断面をもつ円筒に制限されず、端が円筒の長手軸に垂直に形成されてもされなくてもよい一定断面を有する管状構造も包含することが意図される。

本発明は、１つ以上の好ましい実施形態を参照して説明したが、当業者であれば、種々の変更がなされ得ることが明らかであろう。それ故、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって決定されるものとする。

本発明の説明及び特許請求の範囲において、動詞「備える(comprise)」、「含む(include)」、「収容する(contain)」及び「有する(have)」並びにその変化は、各々、ここに述べたアイテムの存在を特定するために包括的な意味で使用され、付加的なアイテムの存在を除外するものではない。

１２：固定子
１３：固定子コア
１６：回転子
１７：回転子コア
１９：回転子シャフト
２０：固定子巻線
３１：ストリップ
３２：こぶ
３３：切欠部
４０：燃料ポンプ
４２：ハウジング
４４、４５：エンドキャップ
４６：ポンプ部分
４７：羽根車
４８：渦形室
４９：燃料入口
５０：モータ部分
５１：燃料出口
５２：燃料通路

Claims (8)

1. ハウジングと、
   前記ハウジング内に収容されたポンプと、
   前記ハウジング内に収容されたモータであって、固定子巻線が巻かれた複数の内方を向いた歯及びハウジングの内面に接触する外面を有する巻線型固定子を含むモータと、
   を備え、
   燃料を流すために前記ハウジングの内面と前記固定子の外面との間に少なくとも１つの通路が形成され、
   前記少なくとも１つの通路は、前記固定子の外面に形成された軸方向に延びるくぼみによって形成され、
   前記くぼみは、前記固定子の選択された歯と半径方向に整列され、
   前記固定子の選択された歯は、非巻線歯である、
   内燃機関用の燃料ポンプ。
2. 前記固定子は、燃料との化学的反応から前記固定子巻線を保護するための材料でオーバーモールドされる、請求項１に記載の燃料ポンプ。
3. 前記モータは、ブラシレス直流モータである、請求項１又は２に記載の燃料ポンプ。
4. 前記モータの固定子は、プラスチック材料又は樹脂材料で包まれる、請求項２に記載の燃料ポンプ。
5. 前記固定子は、積層された複数のラミネーションを有するコアを含み、各ラミネーションは、外周面に複数の切欠部を形成すると共に各切欠部にこぶを形成し、前記複数のラミネーションの複数の切欠部は、軸方向に整列し、前記複数のラミネーションの複数のこぶは、一緒に溶接されて複数のラミネーションを一緒に結合し、前記複数の切欠部に、溶接部を保護するために前記材料が充填される、請求項４に記載の燃料ポンプ。
6. 各切欠部に充填される前記材料は、１つのストリップを形成し、複数のストリップのすべては、前記固定子の外周面に沿って相互に離間され、隣接するストリップの間のラミネーションの外周面の部分は、前記材料によって覆われていない、請求項５に記載の燃料ポンプ。
7. 前記ラミネーションの各切欠部は、前記固定子の巻線歯と整列される、請求項５に記載の燃料ポンプ。
8. 前記少なくとも１つの通路は、３つの通路から成り、前記モータは、４個の回転子極及び９個の固定子極を有する、請求項１から７のいずれかに記載の燃料ポンプ。

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