JP5959427B2 - 燃料ポンプおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
ポンプ用モータの種類により駆動回路は異なるが、ブラシモータであればバッテリなどのDC電源を直接モータに接続して駆動し、ブラシレスモータであればDC電源に接続された駆動回路により駆動される。小型化を図るため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検討されている。
また、ポンプ定格運転時にモータはポンプのインペラを定格トルクにより定格回転させている。この定格トルク、回転数は主にインペラ特性で決まるため、これにモータ特性を合わせる必要がある。すなわちDC電源をONしたとき、モータはこの定格トルクを発生し、定格回転で回転する必要があり、言い換えるとこの動作点がポンプ用モータの回転数−トルク特性(N−Tカーブ)上にある必要がある。
また、巻線時のテンションによる銅線伸びに起因するコイル抵抗のばらつき、各部品の寸法公差、組付け公差による同軸ずれによる機械損ばらつき、インペラの入るポンプ室の寸法公差に起因したインペラ特性ばらつきなどがあるため、一定量の吐出量を得るためのインペラ動作点がばらついてしまい、実際には吐出量とそのときの電源電流がばらつく。吐出量が定格以上ある場合、吐出量は問題ないが、必要以上に電源電流が流れて電力を消費してしまうという問題があった。電流を調整して吐出量を定格値にすればいいが、そのような機構は設けられていない。
また、回転数−トルク特性のモータ動作点を調整する必要がある場合、ポンプ用モータのハウジングに設けた穴からポンプ用モータのステータコアに補助コアを追加で設置するようにしたものである。
以下、この発明の実施の形態1における燃料ポンプを図1〜図4に基づいて説明する。
図1はこの発明の実施の形態1による燃料ポンプを示す断面図、図2は燃料ポンプの要部を拡大して示す断面図、図3はステータコアおよびその補助コアを示す正面図、図4は調整前後のポンプ用モータの回転数―トルク特性を示す図である。
ロータ11のスロットコンビは8極12スロットである。もちろん他のスロットコンビでもよい。磁石15は円筒形フェライト磁石で、8極に極異方性着磁されている。磁石15の材料はネオジム焼結磁石、プラスチック磁石など他の材料でもよく、形状はセグメント形などの他の形でもよく、ポンプ用モータ形式も埋め込み磁石型(IPM)でもよい。磁石配向方向はラジアル方向、パラレル方向でもよいが、表面磁石型ではバックヨークが必要となる。
即ち、補助コアA41の配置場所には、モールド前は補助コアA41の代わりに治具を配置し(図示せず)、モールド後に取り外すことで補助コアA41の挿入口43を形成し、補助コアA41が後で追加できるように設置場所を作製しておく。
補助コア41、42の軸方向の位置は、燃料漏れ経路が長くなるポンプ用モータ10の三相線取り出し部となる引出しターミナル34と反対側が望ましく、組立工程を考えるとポンプ用モータ10のロータ11を差し込む側に近い端の方がよい。
ただし、図3(b)に示すように、補助コア41、42の内径R1は既存のステータコア17の内径R2よりも大きくなっていることのみ異なり、この内径の違いによりコイル19の鎖交磁束を調整し、ポンプ用モータ10の特性(回転数−トルク特性)を調整する。
このため、インペラ21は膨潤しない金属材料を使用する、表面をメッキなどで金属薄膜でコートして膨潤を防ぐなどの対策も取られている。インペラ21は下側の軸受け部16を経て突き出したシャフト14の先端に形成されたDカット部分(シャフト先端部の断面が文字のDのように円の一部が欠けた形状)に嵌まっており、ポンプ用モータ10でインペラ21を回転させる。
ここでは補助コアA41をポンプ作製後(モールド樹脂硬化後)に設置するため、補助コアA41とモールドの樹脂部材33との接触面は隙間が大きくなり漏れやすいことが考えられるが、補助コアA41の周囲をモールドの樹脂部材33で囲んでいるため、外部へのパスは存在しない。従って補助コアA41の接触面を介して燃料が漏れることなく、ポンプ用モータ10の回転数−トルク特性を修正でき、吐出量を定格値に合わせることができる。
このようにして組み立てた燃料ポンプ作製後に、燃料ポンプ10に燃料を流してポンプ特性を取得する。定格燃圧で定格電圧により駆動時、吐出量が定格を越えている場合(回転数−トルク特性のモータ動作点を調整する必要がある場合)は、その超過分より設置する補助コアA41の内径を有限要素法(FEM=Finite Element Method)にて計算して決定する。以下に計算方法を述べる。
このように行うことで、ポンプ用モータ10のステータコア17に外部への燃料漏れ無しに燃料ポンプ作製後に所望の補助コアA41を設置できる。
ポンプ用モータ10の回転数−トルク特性は、ポンプ用モータ10の構造、駆動回路、電源電圧が決まると一意に決定する。これらの要因は、従来はポンプ作製後には固定されているので特性ばらつきにより吐出量が定格以上となった場合、回転数−トルク特性上の高回転側に動作点が移動している。この発明ではポンプ用モータ10の構造を再調整することで、この回転数−トルク特性を移動させるようにしている。
なお、ポンプ用モータ10の動作点の調整に関与しない補助コアB42を既存ステータコア17に設置し、関与する部分のみ補助コアA41を追加で設置することで設置作業が容易になる。
また、追加設置する補助コアA41の内径を既存のステータコア17の内径よりも大きくし、その度合いによりポンプ用モータ10の実効的なギャップ長を変えることができるため、ポンプ用モータ10の動作点を容易に調整できる。
また、追加設置する補助コアA41は、ポンプ用モータ10のロータを差し込む側に近い端に設置することにより、補助コア設置場所がロータ差し込み穴の開口面に近く、作業スペースが確保しやすいため、補助コアA41の設置が簡単になり、作業時間を短縮し、設置精度を向上できる。
次に、この発明の実施の形態2における燃料ポンプを図5に基づいて説明する。図5はこの発明の実施の形態2による燃料ポンプの補助コアA41の正面図を示す。
実施の形態1の補助コアA41の内径R1はステータコア17の内径R2よりも大きくしたものであったが、図5に示す実施の形態2の補助コアA41は内径側にダミースロット44を備えている。その他の燃料ポンプ100の構成は実施の形態1と同じである。
具体的にはダミースロット44を備えた補助コアA41を用いた回転数−トルク特性を直接FEM計算し、実施の形態1と同様にダミースロット形状を決定する。さらにダミースロット44以外の部分はステータコア17と同一内径となっているため、補助コアA41を設置するとき、この同一内径で位置合わせすることで設置位置合わせが容易になる。
この構成により、設置する補助コアA41のダミースロット44の大きさを任意に設定することでモータの実効的なギャップ長を変えることができるため、モータ動作点の調整をでき、かつ内径部分で既存コアと合わせることで設置精度を高めることができる。
次に、この発明の実施の形態3における燃料ポンプを図6に基づいて説明する。図6はこの発明の実施の形態3による燃料ポンプの補助コアの正面図を示す。
図6(a)はステータコア17、補助コアA41、補助コアB42を配置した場合の軸方向からの位置関係を示している。図6(b)は補助コアB42の一部(1/12)を示しており、中央部には補助コアA41を嵌め込む楔状の穴47が配置されている。図6(c)は補助コアA41を示しており、内径側と反対側の端が楔形状48となっている。
このような構成により、追加設置した補助コアが既存の補助コアに強固に固定できるため、補助コア設置後のポンプ使用時に追加補助コアが外れ難くなる。
次に、この発明の実施の形態4における燃料ポンプを図7に基づいて説明する。図7はこの発明の実施の形態4による燃料ポンプの要部の断面図を示す。
実施の形態4においても実施の形態1と同様の補助コアA41、B42が設置されている。同時にポンプ用モータ10のロータ11の磁石15、シャフト14も図示されているが、磁石15の軸方向長さがステータコア17よりも長く、オーバーハングしている。
オーバーハングした分の長さは、補助コアA41の厚さAを含めた長さよりも寸法Bだけ長くなるように設定されている。こうすることにより、補助コアA41を設置した場合でも、ロータ11の軸方向の軸ずれが起こっても補助コアの効果は失われない。
次に、この発明の実施の形態5における燃料ポンプを図8および図9に基づいて説明する。図8は実施の形態5による燃料ポンプの要部の断面図を、図9は補助コアの正面図を示す。
実施の形態5の燃料ポンプは、図8に示すように、ポンプ用モータ10のハウジング1に穴5を設け、追加設置する補助コアA41がポンプ外部から穴5を通じて設置できるにようにしたものである。
補助コアB42は既存のステータコア17と共にモールドの樹脂部材33で一体にされてステータ12を構成している。その場合、ハウジング1に空けてある穴5に対応する個所の補助コアA41が配置される場所には、モールド前は補助コアA41の代わりに治具を配置し、モールド後に取り外すことで補助コアA41の配置個所を形成し、補助コアA41が後で追加できるようにしている。
このように補助コアA41を燃料ポンプ100の外側から設置できるようにすることで補助コア設置の際の作業スペースが広くなり、補助コアの設置がし易くなるため、設置作業時間を短縮し、設置精度を向上できる。
11:ロータ、 12:ステータ、 13:エアギャップ、
14:シャフト、 15:磁石、 16:軸受け部、 17:ステータコア、
18:インシュレータ、 19:コイル、 20:ポンプ室、
21:インペラ、 22:ポンプカバーA、 23:ポンプカバーB、
31:流入口、 32:吐出口、 33:樹脂部材、 34:ターミナル、
41:補助コアA、 42:補助コアB、 43:補助コア挿入口、
44:ダミースロット、 47:楔状穴、 48:楔、
100:燃料ポンプ。
Claims (13)
- ステータコアおよび補助コアを有するステータと、前記ステータコアおよび前記補助コアに対向するロータとを具備するポンプ用モータを備え、前記補助コアは、第1の補助コアと前記第1の補助コアに連接される第2の補助コアとからなり、前記第2の補助コアにおける軸方向に垂直な断面形状は、前記ステータコアにおける軸方向に垂直な断面形状の一部と同一であり、前記ステータにおける前記第1の補助コアの端部側位置には、前記ステータの内径側または外径側に前記第1の補助コアを挿入可能な大きさの穴が形成されている燃料ポンプ。
- 前記補助コアの周囲の一部が樹脂部材で囲まれていることを特徴とした請求項1に記載の燃料ポンプ。
- 前記補助コアは、前記ステータコアの軸方向端に設置されていることを特徴とした請求項1または請求項2に記載の燃料ポンプ。
- 前記第1の補助コアの内径が前記ステータコアの内径より大きいことを特徴とした請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の燃料ポンプ。
- 前記第1の補助コアの材料が前記ステータコアの材料と異なることを特徴とした請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の燃料ポンプ。
- 前記第1の補助コアの内周側にダミースロットが設けてあることを特徴とした請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の燃料ポンプ。
- 前記第1の補助コアと前記第2の補助コアとの接続部が楔形になっていることを特徴とした請求項3から請求項5のいずれか1項に記載の燃料ポンプ。
- 前記第1の補助コアの厚み分以上に前記ポンプ用モータの前記ロータの磁石がオーバーヘッドしている請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の燃料ポンプ。
- 前記第1の補助コアは前記ポンプ用モータの三相線取り出し部と反対側の軸方向端に設置してあることを特徴とした請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の燃料ポンプ。
- 前記第1の補助コアは前記ポンプ用モータの前記ロータを差し込む側に設置してあることを特徴とした請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の燃料ポンプ。
- 前記ポンプ用モータのハウジングにおける前記第1の補助コアと同じ軸方向位置に前記第1の補助コアを挿入可能な大きさの穴が設けられている請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の燃料ポンプ。
- 燃料ポンプの作製後に燃料を流してポンプ特性を測定し、ポンプ内部に設置されたポンプ用モータの回転数−トルク特性のモータ動作点を調整する必要がある場合、前記燃料ポンプからポンプ室と前記ポンプ用モータのロータを取り外して、前記ポンプ用モータのステータコアに補助コアを追加で設置するようにした燃料ポンプの製造方法。
- 燃料ポンプの作製後に燃料を流してポンプ特性を測定し、ポンプ内部に設置されたポンプ用モータの回転数−トルク特性のモータ動作点を調整する必要がある場合、前記ポンプ用モータのハウジングに設けた穴から前記ポンプ用モータのステータコアに補助コアを追加で設置するようにした燃料ポンプの製造方法。
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