JP4069760B2 - 燃料ポンプ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料タンクから吸引した燃料を内燃機関（以下、「内燃機関」をエンジンという）に供給する燃料ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料タンク内の燃料を吸引しエンジン側に供給する燃料ポンプとして、ハウジング内に永久磁石を円周上に複数設置し、永久磁石の内周側に回転可能に電機子を設置することにより駆動用モータを形成しているものが知られている（特許文献１参照）。電機子は、磁性材で形成されたコイルコアを覆うボビンにコイルを分布巻きして巻回した磁極コイル部を回転方向に複数設置している。複数のセグメントに分割された整流子から各コイルに電流が供給されることにより永久磁石と電機子との間に吸引力または反発力が発生する。電機子にトルクが発生するので、電機子は回転する。
【０００３】
【特許文献１】
特公平７−８５６４２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
電機子に発生するトルクを増加し、燃料の吐出量および圧力を増加するためには、電機子の外径を大きくしてボビンの巻回空間を大きくすることにより各ボビンに巻回する巻線の巻数を増やすことが考えられる。しかし、燃料ポンプが大型化するという問題がある。
【０００５】
また、燃料ポンプの設置空間の制約等により燃料ポンプを小型化したいことがある。例えば扁平化した燃料タンクに燃料ポンプを収容する場合等、燃料ポンプの軸長を短くすることが望ましい。しかし、燃料ポンプの外径を大きくすることなく軸長を短くすると、コアを通る磁束量が減少する。すると、発生トルクが低下するという問題がある。
本発明の目的は、巻線の巻回が容易であり、小型化またはトルクの増加が可能な燃料ポンプを提供することにある。
本発明の他の目的は、コイルの結線が容易な燃料ポンプを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１から１９記載の燃料ポンプによると、各コイルコアは中央コアと別体であるから、各コイルコアを覆うボビン毎に巻線を巻く集中巻きをしてから中央コアに各コイルコアを結合できる。各磁極コイル部のボビンに巻線を規則正しく容易に巻くことができるので、巻線の占積率が上昇する。ここで巻線の占積率とは、ボビンが形成する巻回空間に占める巻線面積の割合である。また、複数のボビンに連続して巻線を巻回する分布巻に比べ、集中巻きにすることによりボビン間で巻線が交差しない。
【０００７】
占積率が向上することにより、燃料ポンプの軸長および外径が同じであれば、巻線の径を大きくしても同じ巻数の巻線をボビンに巻回できる。巻線の径が大きくなることにより巻線抵抗が低下し巻線を流れる電流値が増加するので、発生トルクが増加する。したがって、燃料供給量を増加できる。
【０００８】
発生トルクを増加しないのであれば、巻数を減らすことができるので、コイルのインダクタンスが低下する。インダクタンスが低下すると、電機子の回転により整流子のセグメントからブラシが離れるときコイルに誘起される電圧が低下するので、整流子のセグメント間、または整流子とブラシとの間に火花が発生することを防止する。これにより、整流子およびブラシの摩耗を低減できる。
【０００９】
また発生トルクを増加しないのであれば、巻回空間を小さくすることができるので、燃料ポンプを小型化できる。例えば車両に設置される燃料タンク内に燃料ポンプを収容する場合、燃料タンクが扁平であっても、燃料ポンプの軸長を短縮することにより燃料タンク内に燃料ポンプを容易に収容できる。
【００１０】
また本発明の請求項１記載の燃料ポンプによると、吸引力発生手段により吸引した燃料を、永久磁石と電機子との間に形成されている空間部を介して燃料吐出口から吐出する。永久磁石内に電機子を回転可能に収容するために形成した空間部が燃料通路を兼ねているので、燃料ポンプを大型化することなく燃料ポンプ内を流れる燃料の通路を確保できる。
【００１１】
本発明の請求項２記載の燃料ポンプによると、電機子の外周に周上に設置される永久磁石は４個以上の偶数の磁極を形成する。永久磁石が形成する磁極の数が多いので、永久磁石およびハウジングの厚みを薄くすることができる。燃料ポンプの外径を大きくすることなく電機子を収容する空間が大きくなるので、ボビンが形成する巻線の巻回空間が大きくなる。したがって、同一の巻回空間の大きさであれば、燃料ポンプの軸長を短くしても、所定巻数の巻線を巻回できる。
【００１２】
本発明の請求項３または４記載の燃料ポンプによると、複数のコイルはスター結線されている。スター結線とは複数のコイルの一方の端部を一箇所で電気的に接続する結線である。コイル同士の結線箇所を共通にし電気的接続箇所を低減できるので、コイル同士の結線が容易である。
【００１３】
本発明の請求項５記載の燃料ポンプによると、整流子は電機子の回転軸方向の一方側に設置され、複数のコイルの少なくとも一部は回転軸方向の他方側でスター結線の中性点を形成している。電機子の回転軸の一方側に電気接続が偏らないので、電気接続が容易である。
本発明の請求項６記載の燃料ポンプによると、整流子の端子と電機子の端子とを配線で電気的に接続するのではなく端子同士を直接電気的に接続する。端子同士の電気的接続のための配線を省略できるので、端子同士の電気的接続作業が容易である。
【００１４】
本発明の請求項１２記載の燃料ポンプによると、コイルコアの凸部と中央コアの凹部とは、電機子の回転軸方向に沿って一方に他方を挿入して嵌合しており、凸部は凹部に向けて幅が広くなっており、凹部は凸部に向けて幅が狭くなっている。凹部と凸部とが嵌合することにより、コイルコアが中央コアから半径方向外側に抜けることを防止できる。また、電機子の回転軸方向に延びた凹部と凸部とが嵌合しているので、コイルコアと中央コアとの結合力が大きい。
【００１５】
本発明の請求項１３記載の燃料ポンプによると、回転方向に隣接するコイルコアの外周部同士をボビンが磁気的に絶縁しているので、新たに絶縁部品を用意する必要がない。したがって、部品点数が減少し、電機子の組付工数が低減する。
本発明の請求項１４記載の燃料ポンプによると、永久磁石の内周面は凹円弧状に形成されており、外周部の外周面は凸円弧状に形成されている。磁極コイル部が形成する電機子の外周形状を円形にし、永久磁石の内周面と電機子の外周面との間に形成される磁気ギャップを回転方向に均一にできるので、発生トルクの変動を低減できる。
【００１６】
本発明の請求項１５記載の燃料ポンプによると、請求項１４記載の燃料ポンプの構成において、永久磁石の内周面とコイルコアの外周部の外周面との間に形成されている空間部を燃料が流れる。永久磁石の内周面とコイルコアの外周部の外周面との間に形成される流路面積は周方向にほぼ均一であり、永久磁石の内周面およびコイルコアの外周部の外周面は滑らかである。したがって、永久磁石の内周面とコイルコアの外周部の外周面との間に形成されている空間部を流れる燃料が受ける抵抗は小さく燃料が滑らかに流れる。
【００１７】
本発明の請求項１６記載の燃料ポンプによると、電機子の回転軸と直交する断面において、ボビンが形成するコイルの巻回空間は、コイル巻回部を挟み外周部側から中央コア側に向けて狭まる台形状に形成されている。回転方向に隣接する磁極コイル部の間に殆ど隙間を形成せずに電機子を構成することができる。電機子が占有する空間を無駄にすることなくボビンに巻線を巻回するので、巻線の巻数を増やすことができる。
【００１８】
また請求項１７記載の発明のように、吐出圧が２００ｋＰａ以上６００ｋＰａ以下であり、吐出量が５０Ｌ／ｈ以上３００Ｌ／ｈ以下とすれば、燃料ポンプとして好適である。
本発明の請求項１８または１９記載の燃料ポンプによると、ポンプ軸長／ポンプ径を２．５以下または２．０以下にしたことにより、扁平な燃料タンク内にも燃料ポンプを収容可能である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す複数の実施例を図に基づいて説明する。
（第１実施例）
本発明の燃料ポンプの第１実施例を図２に示す。燃料ポンプ１０は、例えば車両等の燃料タンク内に装着されるインタンク式ポンプである。ハウジング１２は吸入側カバー１４と吐出側カバー１８とをかしめ固定している。
【００２０】
ポンプケーシング１６は吸入側カバー１４とハウジング１２との間に挟持されている。吸入側カバー１４とポンプケーシング１６との間にＣ字状のポンプ流路１０２が形成されている。吸入側カバー１４とポンプケーシング１６とは吸入力発生手段としてのインペラ２０を回転可能に収容している。
【００２１】
円板状に形成されたインペラ２０の外周縁部には多数の羽根溝が形成されており、インペラ２０が後述する電機子４０とともに回転するとこの羽根溝の前後で流体摩擦力により圧力差が生じ、これを多数の羽根溝で繰り返すことによりポンプ流路１０２の燃料が加圧される。インペラ２０の回転により吸入側カバー１４に形成された燃料吸入口１００から吸入された燃料タンク内の燃料は、ポンプ流路１０２、ポンプケーシング１６に形成した連通路１０４からモータ室１０６に流入し、永久磁石３０の内周面と電機子４０の外周面との間に形成された空間部である燃料通路１０８、シャフト２２の一方の端部側周囲の吐出側カバー１８に形成された燃料吐出口１１０を通り燃料ポンプ１０からエンジン側に吐出される。
【００２２】
電機子４０の回転軸としてのシャフト２２は、吸入側カバー１４と吐出側カバー１８とに固定されている。パイプ２４はシャフト２２の外周側にシャフト２２に対し回転可能に取り付けられている。軸受け２６、２８はパイプ２４の外周側に嵌合し、パイプ２４とともに回転する。
４分の１の円弧状に形成されている永久磁石３０は、ハウジング１２の内周壁に円周上に４個取り付けられている。永久磁石３０は回転方向に交互に極の異なる磁極を４個形成している。永久磁石３０の内周面３１は滑らかな凹円弧状である。
【００２３】
電機子４０は、パイプ２４および軸受け２６、２８とともにシャフト２２を回転軸として回転する。図１に示すように、電機子４０は、回転中心に中央コア４２を有している。中央コア４２は断面六角形の筒状に形成されており、６面の各外周壁に回転軸方向に延びる凹部４４を有している。凹部４４は、半径方向外側に向かうにしたがい幅が狭くなっている。
【００２４】
６個の磁極コイル部５０は中央コア４２の外周に回転方向に設置されている。各磁極コイル部５０は、コイルコア５２、ボビン６０、およびボビン６０に巻線を巻回して形成されているコイル６２を有している。コイルコア５２およびボビン６０の外周面は電機子４０の最外周面を形成している。６個の磁極コイル部５０は同一構成であるので、図１において同一構成部分の符号を一部省略している。
【００２５】
コイルコア５２は、永久磁石３０と回転方向に沿って向き合っている外周部５４と、外周部５４から中央コア４２に向けて延びている板状のコイル巻回部５６とを有している。電機子４０の回転軸と直交する断面において、コイルコア５２はＴ字状に形成されている。外周部５４の外周面５５は滑らかな凸円弧状に形成されている。外周部５４の外周面５５と永久磁石３０の内周面３１とが回転方向に沿って形成する隙間の大きさは均一である。コイル巻回部５６は回転軸方向に延びる凸部５８を中央コア４２側に有している。凸部５８は中央コア４２側に向けて幅が広くなっている。回転軸方向の一方から凹部４４または凸部５８の一方に他方を挿入することにより凹部４４と凸部５８とは嵌合している。
【００２６】
ボビン６０は、外周部５４の外周面５５と凸部５８とを除きコイルコア５２を覆っている。ボビン６０は、回転方向に隣接するコイルコア５２の外周部５４同士を磁気的に絶縁している。電機子４０の回転軸と直交する断面において、ボビン６０はコイル巻回部５６を挟み外周部５４側から中央コア４２側に向け幅が狭くなる台形状の巻回空間を形成している。この巻回空間に巻線を巻回することによりコイル６２を形成している。図２に示すように、コイル６２の整流子７０側の端部は端子６４と電気的に接続しており、コイル６２の整流子７０と反対側であるインペラ２０側の端部は端子６６と電気的に接続している。図３の（Ｂ）に示すように、回転方向に連続して隣接している３個の端子６６は、端子８０により電気的に接続している。つまり、端子８０は３個のコイル６２を電気的に接続する中性点１２０（図４、図５参照）を形成している。端子８０は、回転方向に連続して隣接している３個の磁極コイル部５０にわたって周方向に延びており、Ｕ字状に形成された端子６６の爪に嵌合している。端子８０は、コイル６２の外周側、かつボビン６０の外周面よりも内周側に位置しており、ボビン６０と軸方向に重なっている。
【００２７】
図８に示すように、端子６４、６６はボビン６０の外周側に露出しているので、図８のように電機子４０を組み付けた状態で、コイル６２の断線、コイル６２と端子６４、６６との電気的接続不良を検査可能である。整流子７０が電機子４０に嵌合した状態でも、電機子４０の電気的接続不良検査は可能である。図２に示すように、コイル６２の整流子７０と反対側をカバー８２が覆っている。
【００２８】
整流子７０は、図３の（Ａ）に示すように回転方向に設置された６個のセグメント７２を有している。セグメント７２同士は空隙２００および絶縁樹脂材７６により電気的に絶縁されている。各セグメント７２は図２に示す端子７４と電気的に接続している。端子７４はそれぞれ電機子４０の端子６４と電気的に直接接続している。また図４に示すように、整流子７０において、セグメントＳ１とセグメントＳ４、セグメントＳ２とセグメントＳ５、セグメントＳ３とセグメントＳ６は電気的に接続されている。図４において、ａ１、ｂ１、ｃ１、ａ２、ｂ２、ｃ２は回転方向にこの順で電機子４０に設置されているコイル６２を表し、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６は回転方向にこの順で整流子７０に設置されているセグメント７２を表している。カーボン材で形成されたブラシ７８はスプリング７９によりセグメント７２に向けて付勢されている。図示しないターミナルから、ブラシ７８、セグメント７２、端子７４、端子６４を通りコイル６２に電流が供給される。
【００２９】
コイル６２の整流子７０側の端部とセグメント７２、ならびにコイル６２の整流子７０と反対側の端部同士は図４に示すように電気的に接続している。コイル６２の整流子７０と反対側の端部はスター結線の中性点１２０を形成している。つまり、図５に示すように、スター結線された３個のコイル６２が並列に結線されている。
【００３０】
次に、電機子４０の製造工程について説明する。
（１）図６に示すように、樹脂成形したボビン６０に巻線を巻回してコイル６２を形成し。端子６４、６６をコイル６２と電気的に接続する。
（２）コイルコア５２をコイル巻回部５６側からボビン６０の外周側に形成した開口部６１に挿入し、磁極コイル部５０を形成する。
【００３１】
（３）図７に示すように、パイプ２４を内周側に圧入した中央コア４２の凹部４４にコイルコア５２の凸部５８を回転軸方向の一方から挿入し嵌合する。６個の磁極コイル部５０が中央コア４２に嵌合することにより電機子４０が形成される。前述したように、凹部４４は半径方向外側、つまり凸部５８に向かうにしたがい幅が狭くなっており、凸部５８は中央コア４２側に向けて幅が広くなっている。さらに、凹部４４および凸部５８は電機子４０の軸方向に延びて連続して形成されている。したがって、凹部４４と凸部５８とは嵌合することにより強固に結合し、磁極コイル部５０は中央コア４２から半径方向外側に脱落しない。
なお、コイルコア５２側に凹部を形成し、中央コア４２側にコイルコア５２の凹部と嵌合する凸部を形成し、本実施例と同様に凹部と凸部とを嵌合することによりコイルコア５２と中央コア４２とを結合してもよい。
【００３２】
（４）図８に示すように、中央コア４２の外周に回転方向に磁極コイル部５０を組み付けた電機子４０に整流子７０を嵌合することにより、整流子７０の各端子７４とコイル６２の端子６４とが直接電気的に接続する。端子７４は絶縁樹脂材７６よりも磁極コイル部５０側に突出しており、端子６４はその外周部が略コ字状に形成されている。磁極コイル部５０側に突出した端子７４は、コ字状の端子６４に係合するようになっており、これにより端子６４と端子７４は電気的に接続するのである。
【００３３】
図８ではコイル６２の整流子７０と反対側をすでにカバー８２が覆っている。つまり、端子８０とコイル６２の端子６６とは、すでに電気に接続されている。端子８０とコイル６２の端子６６との電気的接続、ならびにカバー８２の組み付けは、整流子７０を組み付けた後で行ってもよい。
【００３４】
燃料タンク内の燃料をエンジンに供給する燃料ポンプ１０の吐出圧Ｐ［ｋＰａ］として、２００≦Ｐ≦６００が望まれている。また、燃料ポンプ１０の吐出量Ｑ［Ｌ／ｈ］として５０≦Ｑ≦３００が望まれている。燃料ポンプ１０に望まれる吐出圧Ｐおよび吐出量Ｑの最低値および最大値から求められる燃料ポンプ１０の吐出出力は、２．８Ｗ以上４９．５Ｗ以下である。ここで、電機子４０の回転速度をＮ、トルクをＴとすると、ポンプ効率は（Ｐ×Ｑ）／（Ｎ×Ｔ）で表される。（Ｎ×Ｔ）は燃料ポンプ１０のモータ出力である。図２に示す構成の燃料ポンプ１０では（Ｐ×Ｑ）／（Ｎ×Ｔ）＝０．３であるから、燃料ポンプ１０のモータ出力は９．３Ｗ以上１６５Ｗ以下が必要である。電機子の回転速度を６０００ｒｐｍ／ｍｉｎとすると、燃料ポンプ１０に必要なトルクＮ［Ｎ・ｍ］は、０．０１５≦Ｎ≦０．２７である。燃料ポンプ１０で平均して使用されるトルク範囲は、０．０５≦Ｎ≦０．１である。ここで、燃料ポンプ１０に加わる電圧をＶ、供給される電流をＩとすると、モータ効率は（Ｎ×Ｔ）／（Ｖ×Ｉ）で表される。（Ｖ×Ｉ）は燃料ポンプ１０に供給される電力である。燃料ポンプ１０として、０．０５≦Ｎ≦０．１の範囲で大きなモータ効率を実現することが求められる。
【００３５】
次に、モータ効率を向上するための要因である、スロット面積および占積率について説明する。スロット面積は、磁極コイル部５０のボビン６０が形成するコイル巻回面積の合計である。図９に示すように、永久磁石の極数を増やすと、ハウジングおよび永久磁石の厚みが薄くなり永久磁石の内周側に形成される断面積が増加する。その結果、燃料ポンプの外径が同じでも電機子の外径を大きくできるので、図１０に示すように、スロット面積が増加する。磁極コイル部の数であるスロット数は永久磁石の極数とともに増加する。スロット数は電機子に発生する回転力が偶力となるように偶数が望ましい。整流子のセグメント数は、スロット数が増加すると増加する。
【００３６】
また、本実施例では、巻線を集中巻きしてコイル６２を形成しているので、図１１に示すように、分布巻きする場合に比べ１スロット当たりの占積率が向上している。本実施例では占積率が７４％と高くなっているが、占積率は５０％以上であれば好ましい。巻回面積の大きさが同じである場合、巻線の線径が同一であればコイルの巻数を増やせる。また、巻数が同じであれば、巻線の線径を太くしコイルの抵抗を小さくすることができる。したがって、図１０に示すように、永久磁石の極数を増やすと、燃料ポンプのモータ効率が向上する。永久磁石の数が４、スロット数が６を越えると、モータ効率が殆ど上昇しないので、モータ効率に着目すれば、永久磁石の数を４、スロット数を６にすることが望ましい。
【００３７】
図１２に、永久磁石の数を４、スロット数を６にしたときの電機子の回転速度およびモータ効率とトルクとの関係を示す。前述した０．０５≦Ｎ≦０．１のトルク範囲で、モータ効率が大きくなっている。したがって、永久磁石の数を４、スロット数を６にすることにより、要求される吐出圧および吐出量を満たし、モータ効率の高い燃料ポンプを実現している。
【００３８】
また本実施例では、永久磁石３０の数を４にして永久磁石３０の厚みを薄くしたことにより、永久磁石３０の内径が大きくなっている。さらに、集中巻きにしたことにより占積率が向上している。したがって、図２に示す燃料ポンプ１０のポンプ径ｄを大きくしないでポンプ軸長Ｌを短くし燃料ポンプ１０を扁平にしても、高いモータ効率で所望のトルクを生成し、要求される吐出圧および吐出量を実現できる。本実施例では、Ｌ／ｄはほぼ１．７であるが、Ｌ／ｄ≦２．５であればよく、Ｌ／ｄ≦２であることが望ましい。このように燃料ポンプ１０を大径化することなく扁平にすることにより、扁平な燃料タンクに燃料ポンプ１０を容易に収容できる。また、燃料ポンプ１０を大径化することなく扁平にしているので、燃料ポンプを収容するために燃料タンクに形成する取付孔の径を大きくする必要がない。したがって、燃料タンクの剛性を維持し、燃料タンクの変形を防止できる。
【００３９】
第１実施例では、電機子４０に整流子７０を組み付けるとき、セグメント７２の端子７４はコイル６２の端子６４と直接電気的に接続する。セグメント７２の端子７４とコイル６２の端子６４とを電気的に接続する配線が不要であるから、端子同士の接続作業が容易である。
【００４０】
第１実施例では、コイル６２の整流子７０と反対側の端部を端子８０で電気的に接続し並列に接続されたスター結線のそれぞれの中性点を形成している。コイル６２の結線を電機子４０の回転軸方向の両側に分散しているので、結線が容易である。また、スター結線をすることによりコイル６２の電気的接続箇所が低減するので、コイル６２同士の結線が容易である。
第１実施例では、コイル６２の結線を電機子４０の回転軸方向の両側に分散したが、コイル６２同士の結線、ならびにコイル６２とセグメント７２との結線を電機子４０の回転軸方向の一方側である整流子７０において行ってもよい。
【００４１】
（第１参考例、第２参考例）
本発明の第１参考例を図１３に、第２参考例を図１４に示す。コイル６２とセグメント７２との結線、ならびにコイル６２同士の結線以外は第１実施例と実質的に同一構成である。
第１実施例では、整流子７０と反対側、つまり整流子７０の外部でコイル６２の端部を結線した。これに対し第１参考例では、整流子９０において、コイル６２の一方の端部とセグメント７２、ならびにコイル６２の他方の端部同士が結線されている。第１参考例におけるコイル６２の結線は、コイル（ａ１）６２とコイル（ａ２）６２、コイル（ｂ１）６２とコイル（ｂ２）６２、コイル（ｃ１）６２とコイル（ｃ２）６２をそれぞれ直列に接続したものを１組とし３組をスター結線した直列スター結線である。
【００４２】
第２参考例では、整流子９２において、コイル６２の一方の端部とセグメント７２、ならびにコイル６２の他方の端部同士が結線されている。第２参考例におけるコイル６２の結線は、コイル（ａ１）６２とコイル（ａ２）６２、コイル（ｂ１）６２とコイル（ｂ２）６２、コイル（ｃ１）６２とコイル（ｃ２）６２をそれぞれ直列に接続したものを１組とし３組をデルタ結線したものである。
【００４３】
第１参考例および第２参考例では、整流子９０、９２において、コイル６２の一方の端部とセグメント７２、ならびにコイル６２の他方の端部同士が結線されているので、整流子における結線が異なる整流子を用いることにより、整流子以外の結線を変更することなくコイル６２の結線を変更できる。
【００４４】
以上説明した本発明の上記の実施例では、４分の１の円弧状に形成した永久磁石３０で４極の磁極を形成しているので、燃料ポンプの外径が同じ場合、２分の１の円弧状に形成した永久磁石で２極の磁極を形成する構成に比べ、永久磁石３０の内径が大きくなる。電機子４０の外径が大きくなりボビン６０が形成する巻回空間を大きくできるので、同じ巻数であればボビン６０に巻回する巻線の径を大きくすることができる。巻線抵抗が低下し電機子４０に生じるトルクが増加するので、同じ電力を燃料ポンプに供給する場合、燃料ポンプからエンジン側に供給する燃料供給量を増加できる。
【００４５】
また、発生トルクを増加しないのであれば巻線の巻数を減らすことができるので、コイル６２のインダクタンスが低下する。これにより、整流子７０のセグメント７２からブラシ７８が離れるとき、コイル６２に誘起される電圧が低下する。したがって、ブラシ７８がセグメント７２から離れるときに、隣接するセグメント７２間、またはセグメント７２とブラシ７８との間で火花が発生することを防止できる。これにより、セグメント７２およびブラシ７８の摩耗を低減できる。
【００４６】
また、各コイルコア５２が中央コア４２と別体であるから、各磁極コイル部５０毎に巻線を巻回する集中巻きを行ってから、中央コア４２に磁極コイル部５０を組み付け結合することができる。したがって、各磁極コイル部５０のボビン６０に規則正しく容易に巻線を巻回できる。したがって、巻線の占積率が向上する。
発生トルクを増加しないのであれば、巻回空間を小さくし燃料ポンプを小型化できる。燃料ポンプの軸長を短縮すれば、扁平な燃料タンクに燃料ポンプを容易に収容できる。
【００４７】
上記の実施例では、永久磁石３０の内周面３１とコイルコア５２の外周面５５とが回転方向に沿って均一な隙間を形成するので、電機子４０に発生するトルクの変動が低減する。また、永久磁石３０の内周側に電機子４０を回転可能に収容するために形成された空間部が燃料通路１０８となっているので、ポンプ径を大きくすることなく、燃料ポンプ内を流れる燃料の通路を確保できる。さらに、永久磁石３０の内周面３１とコイルコア５２の外周面５５との間を燃料が流れるので、燃料通路１０８を流れる燃料が受ける流路抵抗が小さく燃料が滑らかに流れる。
【００４８】
上記の実施例では、巻線を巻回するためのボビン６０が、回転方向に隣接するコイルコア５２の外周部５４同士を磁気的に絶縁する絶縁部品を兼ねている。したがって、部品点数が減少し、電機子４０の組付工数が低減する。
上記の実施例では、電機子４０の回転軸と直交する断面において、ボビン６０が形成する巻回空間は、外周部５４側から中央コア４２側に向けて幅が狭くなる台形状に形成されている。回転方向に隣接する磁極コイル部５０同士の間に殆ど隙間を形成せずに電機子４０を構成できるので、電機子４０が占有する空簡を効率よく使用し、ボビン６０に巻線を巻回できる。したがって、巻線の巻数を増やすことができる。
【００４９】
上記の実施例では、永久磁石３０が形成する磁極の数を４極、磁極コイル部５０の数を６とした。これ以外にも、永久磁石が形成する磁極の数は２極または４極以上の偶数であればよい。また、磁極コイル部の数は永久磁石が形成する磁極の数よりも多いことが望ましい。さらに、磁極コイル部の数は永久磁石が形成する磁極の数よりも２個多い偶数であることが望ましい。
上記実施例では、吸引力発生手段としてのインペラ２０が回転することにより燃料タンクから燃料を吸引する吸引力を発生した。インペラ以外にも、吸引力発生手段としてギアポンプ等の構成を採用することは可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例による燃料ポンプを示す図２のＩ−Ｉ線断面図である。
【図２】第１実施例による燃料ポンプを示す縦断面図である。
【図３】（Ａ）は電機子を整流子側から見た矢視図であり、（Ｂ）は電機子をインペラ側から見た矢視図である。
【図４】第１実施例におけるコイルの結線を示す模式的説明図である。
【図５】第１実施例におけるコイルの結線を示す回路図である。
【図６】磁極コイル部の製造工程を示す説明図である。
【図７】磁極コイル部と中央コアとの組付けを示す説明図である。
【図８】整流子とコイルとの結線工程を示す説明図である。
【図９】極数／スロット数と、磁石厚さ、ハウジング厚さ、セグメント数および電機子外径との関係を示す特性図である。
【図１０】極数／スロット数と、スロット面積およびモータ効率との関係を示す特性図である。
【図１１】分布巻きおよび集中巻きの占積率を示す特性図である。
【図１２】トルクと、回転速度およびモータ効率との関係を示す特性図である。
【図１３】第２実施例におけるコイルの結線を示す模式的説明図である。
【図１４】第３実施例におけるコイルの結線を示す模式的説明図である。
【符号の説明】
１０ 燃料ポンプ
１２ ハウジング
２０ インペラ（吸引力発生手段）
２２ シャフト（回転軸）
３０ 永久磁石
３１ 内周面
４０ 電機子
４２ 中央コア
４４ 凹部
５０ 磁極コイル部
５２ コイルコア
５４ 外周部
５５ 外周面
５６ コイル巻回部
５８ 凸部
６０ ボビン
６２ コイル
６４、６６ 端子
７０ 整流子
７２ セグメント
７４ 端子
７８ ブラシ
１０８ 燃料通路（空間部）
１２０ 中性点

Claims (22)

1. 燃料タンクから吸引した燃料を内燃機関に供給する燃料ポンプにおいて、
   ハウジング内周面において周上に複数個設置され、交互に極の異なる磁極を形成する永久磁石と、
   前記永久磁石の内周側に回転可能に設置されている電機子であって、前記電機子の回転中心に設置されている中央コア、前記中央コアと磁気的に接続し前記中央コアと別体であり前記中央コアの外周に回転方向に設置されている複数のコイルコア、各コイルコアを覆っているボビン、ならびに各ボビンに巻線を集中巻きして形成されているコイルを有した電機子と、
   前記永久磁石と前記電機子との間に形成されている空間部と、
   各コイルと電気的に接続している複数のセグメントを有し、前記電機子とともに回転する整流子と、
   前記電機子とともに回転し、前記燃料タンクから燃料を吸引する吸引力を発生する吸引力発生手段と、
   前記電機子の少なくとも一方の軸方向端部を覆い、前記電機子の前記吸引力発生手段側において中性点を形成する端子を有するカバー部とを備え、
   前記吸引力発生手段により吸引した燃料を、前記空間部を介して燃料吐出口から吐出することを特徴とする燃料ポンプ。
2. 燃料タンクから吸引した燃料を内燃機関に供給する燃料ポンプにおいて、
   周上に設置され、交互に極の異なる４個以上の偶数個の磁極を形成する永久磁石と、
   前記永久磁石の内周側に回転可能に設置されている電機子であって、前記電機子の回転中心に設置されている中央コア、前記中央コアと磁気的に接続し前記中央コアと別体であり前記中央コアの外周に回転方向に設置されている複数のコイルコア、各コイルコアを覆っているボビン、ならびに各ボビンに巻線を集中巻きして形成されているコイルを有し、前記コイルコア、前記ボビンおよび前記コイルから構成される磁極コイル部の数が前記永久磁石が形成する磁極数よりも多い電機子と、
   各コイルと電気的に接続している複数のセグメントを有し、前記電機子とともに回転する整流子と、
   前記電機子とともに回転し、前記燃料タンクから燃料を吸引する吸引力を発生する吸引力発生手段と、
   前記電機子の少なくとも一方の軸方向端部を覆い、前記電機子の前記吸引力発生手段側において中性点を形成する端子を有するカバー部と、
   を備えることを特徴とする燃料ポンプ。
3. 前記複数のコイルはスター結線されていることを特徴とする請求項１または２記載の燃料ポンプ。
4. 前記複数のコイルは並列にスター結線されていることを特徴とする請求項３記載の燃料ポンプ。
5. 前記整流子は前記電機子の回転軸方向の一方側に設置され、前記複数のコイルの少なくとも一部は回転軸方向の他方側でスター結線の中性点を形成していることを特徴とする請求項３または４記載の燃料ポンプ。
6. 前記整流子の端子と前記コイルの端子とは直接電気的に接続していることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の燃料ポンプ。
7. 前記コイルコア、前記ボビンおよび前記コイルから構成される磁極コイル部の数は、前記永久磁石が形成する磁極数よりも２個多いことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項記載の燃料ポンプ。
8. 前記永久磁石が形成する磁極数は４または６であることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項記載の燃料ポンプ。
9. 前記永久磁石が形成する磁極数は４であり、前記磁極コイル部の数は６であることを特徴とする請求項８記載の燃料ポンプ。
10. 前記コイルコアまたは前記中央コアの一方は凸部を有し、前記コイルコアまたは前記中央コアの他方は前記凸部と嵌合する凹部を有していることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項記載の燃料ポンプ。
11. 前記コイルコアは前記中央コア側に前記凸部を有し、前記中央コアは前記凸部と嵌合する前記凹部を各コイルコア毎に回転方向に有していることを特徴とする請求項１０記載の燃料ポンプ。
12. 前記凸部および前記凹部は前記電機子の回転軸方向に延びて形成されており、前記凸部と前記凹部とは前記電機子の回転軸方向に沿って一方に他方を挿入して嵌合しており、前記凸部は前記凹部に向けて幅が広くなっており、前記凹部は前記凸部に向けて幅が狭くなっていることを特徴とする請求項１０または１１記載の燃料ポンプ。
13. 前記コイルコアは、前記永久磁石と回転方向に沿って向き合う外周部と、前記外周部から前記中央コア側に延びているコイル巻回部とを有し、前記電機子の回転軸と直交する断面においてＴ字状に形成されており、前記ボビンは回転方向に隣接している前記コイルコアの外周部同士を磁気的に絶縁していることを特徴とする請求項１ら１２のいずれか一項記載の燃料ポンプ。
14. 前記永久磁石の内周面は凹円弧状に形成されており、前記外周部の外周面は凸円弧状に形成されていることを特徴とする請求項１３記載の燃料ポンプ。
15. 前記永久磁石の内周面と前記外周部の外周面との間に形成されている空間部を燃料が流れることを特徴とする請求項１４記載の燃料ポンプ。
16. 前記電機子の回転軸と直交する断面において、前記ボビンが形成する巻線の巻回空間は、前記コイル巻回部を挟み前記外周部側から前記中央コア側に向けて狭まる台形状に形成されていることを特徴とする請求項１から１５のいずれか一項記載の燃料ポンプ。
17. 吐出圧が２００ｋＰａ以上６００ｋＰａ以下であり、吐出量が５０Ｌ／ｈ以上３００Ｌ／ｈ以下であることを特徴とする請求項１から１６のいずれか一項記載の燃料ポンプ。
18. ポンプ軸長／ポンプ径が２．５以下であることを特徴とする請求項１から１７のいずれか一項記載の燃料ポンプ。
19. ポンプ軸長／ポンプ径が２．０以下であることを特徴とする請求項１８記載の燃料ポンプ。
20. 前記カバー部は、前記整流子の一部を構成していることを特徴とする請求項１から１９のいずれか一項記載の燃料ポンプ。
21. 前記カバー部は、前記電機子の前記吸引力発生手段側に設けられていることを特徴とする請求項１から１９のいずれか一項記載の燃料ポンプ。
22. 前記整流子は、前記複数のセグメントからそれぞれ前記電機子側に突出し、前記コイルのいずれかに接続される端子を有することを特徴とする請求項１から２１のいずれか一項記載の燃料ポンプ。

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