JP4696855B2 - 燃料ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、ブラシレスモータを駆動源として用い、モータ部を燃料が通過する燃料ポンプに関する。

燃料ポンプの駆動源としてブラシレスモータを用い、ポンプ部で昇圧された燃料がモータ部内を通過して吐出される燃料ポンプが知られている（例えば、特許文献１、２参照）。ブラシレスモータには、ブラシモータのように整流子とブラシとの摺動抵抗、整流子とブラシとの間の電気抵抗、ならびに整流子を各セグメントに分割するために設けた溝が受ける流体抵抗による損失の問題が生じない。その結果、ブラシレスモータのモータ効率はブラシモータに比べて高くなるので、燃料ポンプの効率が向上する。ここで燃料ポンプの効率とは、燃料ポンプに供給する電力に対して、燃料ポンプがする仕事量、すなわち（燃料吐出圧）×（燃料吐出量）の値の割合である。燃料ポンプの効率が高くなると、同等の仕事量であれば、ブラシモータを用いるよりもブラシレスモータを用いる方がモータ部が小さくなり、燃料ポンプを小型化できる。また、燃料ポンプの効率が高くなることにより、燃料ポンプに供給する電流値を低下し、燃料ポンプの消費電力を低下できる。このようにブラシレスモータを用いて小型化し消費電力を低下した燃料ポンプは、特に、燃料タンクが小さく供給電力が小さい自動二輪車に使用する上で好適である。

ところで、ポンプ部で昇圧された燃料がモータ部内を通過する燃料ポンプでは、モータ部のコイルと燃料とが接触することを防止することが望ましい。特許文献１、２では、モータ部のステータを樹脂で覆い、ステータのコイルと燃料との接触を防止している。また、特許文献１、２においては、ステータとロータとの間に形成されているギャップをモータ部を流れる燃料の燃料通路としている。

しかしながら、特許文献１、２のようにステータとロータとの間に形成されているギャップを燃料が通過する構成においては、燃料ポンプに要求される燃料吐出量を満たす通路面積を確保するためにステータとロータとのギャップを大きくすると、ロータとステータとの間に働く磁力が低下し、燃料ポンプの効率が低下するという問題がある。
また逆に、ステータとロータとのギャップを小さくしてロータとステータとの間に働く磁力を増加しようとすると、ステータとロータとの間に形成される燃料通路の通路面積が減少する。その結果、通路抵抗が大きくなって燃料ポンプの効率が低下するとともに、要求される燃料吐出量を確保できない恐れがある。

特開２００５−１１０４７７号公報 特開２００５−１１０４７８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、簡単な構成でモータ部を流れる燃料の通路面積を確保し、かつ燃料ポンプの効率を向上する小型の燃料ポンプを提供することを目的とする。

請求項１から５に記載の発明では、周方向に隣接しているティース同士の間にポンプ部で昇圧された燃料が通過するクリアランスを形成して絶縁樹脂材が成形されている。モータ部は、周方向に隣接する一方のティースに巻回されるコイルと他方のティースに巻回されるコイルとの間に前記絶縁樹脂材が充填されることで、ステータコアの内周面より径方向外側かつコイルより径方向内側にクリアランスを有する。これにより、ステータコアと回転子との間のギャップで形成される燃料通路に加え、周方向に隣接しているティース同士の間のクリアランスを燃料が通過する。したがって、ステータコアと回転子との間のギャップを大きくすることなく、モータ部を通過する燃料の通路面積を増加できる。その結果、ステータコアと回転子との間に働く磁力の低下を防止し、ポンプ効率が向上する。

また、周方向に隣接して設置されているティース同士の間に充填された絶縁樹脂材がコイルを覆っているので、コイルと燃料との接触を簡単な構成で防止できる。
ところで、ステータコアの各ティースと回転子の各磁極部とが周方向に形成している角度が異なる場合には、ステータコアと回転子との間に流れる磁束量は、ステータコアのティースと回転子の磁極部のうち、小さい方の周方向角度によりほぼ規定される。

そこで請求項２に記載の発明では、回転子の磁極の数がティースの数よりも多い構成を採用しているので、ティースの周方向角度を小さくして回転子の磁極部の周方向角度に近づけ、周方向に隣接しているティースの間に形成されるクリアランスを大きくしても、ステータコアと回転子との間に流れる磁束量は殆ど変化しない。したがって、ステータコアと回転子との間に働く磁力の大きさを維持しつつ、モータ部を流れる燃料の通路面積を容易に増加できる。

請求項３に記載の発明では、周方向に隣接しているティースの間に形成されるクリアランスと、ステータコアと回転子との間に形成される燃料通路との通路面積の合計を１．３ｍｍ²以上に設定しているので、少なくとも小型の自動二輪車に要求される燃料ポンプの燃料吐出量を確保している。
請求項４に記載の発明では、モータ部は、ティースの外側に嵌合する絶縁樹脂からなるボビンを有する。コイルは、ボビンを介してティースに巻回される。モータ部は、周方向に隣接している一方のティースの外側に嵌合するボビンと他方のティースの外側に嵌合するボビンとの間に絶縁樹脂材が充填されることで、ステータコアの内周面より径方向外側かつボビンより径方向内側にクリアランスを有する。
請求項５に記載の発明では、モータ部は、燃料通路及びクリアランスを通過した燃料が吐出される吐出口を形成してステータコアのポンプ部と反対側の端部を覆うエンドカバーをモータ部は有する。絶縁樹脂材とエンドカバーとは一体で成形される。

以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
本発明の一実施形態による燃料ポンプを図２に示す。本実施形態の燃料ポンプ１０は、例えば排気量が１５０ｃｃ以下の二輪自動車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、０．５ｍｍ程度の金属薄板をプレス加工して円筒状に形成されており、ポンプ部１２およびモータ部１３のハウジングを兼ねている。薄板で構成されたハウジング１４は、ポンプ部１２とモータ部１３との間において内周側に凹んだ突部１６を形成している。

ポンプ部１２は、ポンプケース２０、２２、およびインペラ２４を有しているタービンポンプである。ポンプケース２２はハウジング１４内に圧入され、ハウジング１４の突部１６に軸方向に突き当てられている。これにより、ポンプケース２２の軸方向の位置決めが成されている。ポンプケース２０はハウジング１４の一端側でかしめ固定されている。ハウジング１４の一端側でポンプケース２０をかしめ固定する場合、ハウジング１４の突部１６の外周側に挿入するかしめの受け治具により、ハウジング１４がポンプケース２０をかしめ固定するときの軸力を受ける。

ポンプケース２０、２２は、回転部材としてのインペラ２４を回転自在に収容するポンプケースである。ポンプケース２０、２２とインペラ２４との間に、それぞれＣ字状のポンプ通路２００が形成されている。ポンプケース２０に設けられた図示しない吸入口から吸入された燃料は、インペラ２４の回転によりポンプ通路２００で昇圧され、モータ部１３側に圧送される。モータ部１３側に圧送された燃料は、ステータコア３０と回転子５０との間の燃料通路２０２およびクリアランス２０４（図１参照）を通り、モータ部１３に対してポンプ部１２と軸方向反対側に形成されている吐出口２０６からエンジン側に供給される。

モータ部１３は、所謂ブラシレスモータであり、ステータコア３０、ボビン４０、コイル４２および回転子５０を有している。ステータコア３０は、６個のコア３２を周方向に設置して構成されている。図示しない制御装置が回転子５０の回転位置に応じてコイル４２への通電を三相全波制御することにより、回転子５０と向き合う各コア３２の内周面に形成される磁極が切り換えられる。

図１に示すように、各コア３２は、内側の回転子５０に向けて突出しているティース３３を有し、回転軸方向に積層した磁性鋼板を互いにかしめ固定して一体に構成されている。各コア３２には、絶縁樹脂で成形されたボビン４０が嵌合している。コイル４２は、燃料ポンプ１０を組み付ける前の各コア３２が単体の状態で、ボビン４０の周囲に巻線を集中巻きして形成される。各コイル４２は、図２に示すエンドカバー４８側でターミナル４４と電気的に接続している。

回転子５０は、シャフト５２および永久磁石５４を有し、ステータコア３０の内周に回転自在に設置されている。永久磁石５４は、ローレット加工が施されたシャフト５２の外周面に射出成形等により直接形成されている。シャフト５２の両端部は、軸受け２６により回転自在に支持されている。永久磁石５４は、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）、ＰＯＭ（ポリアセタール）等の熱可塑性樹脂材に磁性粉を練り込んで円筒状に形成されたプラスティックマグネットである。永久磁石５４は、回転方向に８個の磁極部５５を形成している。８個の磁極部５５は、ステータコア３０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。

絶縁樹脂材４６は、周方向に隣接しているティース３３の間に充填され、各コイル４２を覆って成形されている。さらに絶縁樹脂材４６は、ステータコア３０に対してポンプ部１２と反対側の端部を覆うエンドカバー４８を一体成形している。エンドカバー４８の外周面４９にハウジング１４の端部１５が圧入されている。

また、絶縁樹脂材４６は、周方向に隣接しているティース３３の間の回転子５０側に、クリアランス２０４を形成して成形されている。したがって、ポンプ部１２で昇圧された燃料は、ステータコア３０の内周面と回転子５０の外周面との間のギャップである燃料通路２０２と、周方向に隣接しているティース３３の間のクリアランス２０４との両方を燃料通路としてモータ部１３内を流れる。
エンドカバー４８が形成する吐出口２０６内には、弁部材６０、ストッパ６２およびスプリング６４が収容されている。ポンプ部１２で昇圧された燃料が所定圧以上になると、弁部材６０はスプリング６４の荷重に抗してリフトし、吐出口２０６から燃料がエンジン側に吐出される。

本実施形態の燃料ポンプ１０が使用される１５０ｃｃ以下の小型自動二輪車においては、定格で５〜１０Ｌ／Ｈｒ程度の燃料流量がエンジン側で必要とされている。この燃料流量を確保するためには、燃料ポンプ１０からエンジンに燃料を供給する燃料配管等の通路抵抗を考慮すると、燃料ポンプ１０の燃料吐出量として１０〜２０Ｌ／Ｈｒ程度が必要である。この燃料吐出量を実現し、燃料が流れるモータ部１３内の通路抵抗を極力低減するためには、燃料通路２０２およびクリアランス２０４の通路面積の合計は１．３ｍｍ²以上であることが望ましい。

本実施形態では、絶縁樹脂材４６をポンプ部１２側から見た図３に示すように、通路断面がほぼ四角形状に形成された各クリアランス２０４において、ｄ１＝０．９ｍｍ、ｄ２＝０．５ｍｍとし、各クリアランス２０４の通路面積（ｄ１×ｄ２）を０．４５ｍｍ²に設定している。したがって、６箇所形成されるクリアランス２０４の合計の通路面積は２．７ｍｍ²となり、クリアランス２０４の合計通路面積だけで、１５０ｃｃ以下の小型自動二輪車において要求される１．３ｍｍ²以上の通路面積を満たしている。

このように、本実施形態では、周方向に隣接するティース３３同士の間に燃料が通過するクリアランス２０４を形成して絶縁樹脂材４６が成形されているので、ステータコア３０と永久磁石５４との間に形成される燃料通路２０２、つまりギャップを大きくすることなく、要求される燃料吐出量を実現する通路面積を確保することができる。したがって、ステータコア３０と永久磁石５４との間に働く磁力の大きさを維持しつつ、モータ部１３を流れる燃料の通路面積を容易に増加できる。

また本実施形態では、ステータコア３０のティース３３を６個としてステータコア３０およびコイル４２からなる固定子を６スロット、回転子５０の極数を８極にし、回転子５０の磁極数を固定子のスロット数よりも多くしている。この構成を採用することにより、ティース３３の周方向角度を回転子５０の各磁極部５５の周方向角度に近づけて小さくしても、ステータコア３０と永久磁石５４との間に流れる磁束量は殆ど変化しない。したがって、ステータコア３０と永久磁石５４との間に働く磁力の大きさを確保しつつ、周方向に隣接しているティース３３同士の間のクリアランス２０４を大きくし、モータ部１３を流れる燃料の通路面積を容易に増加できる。

また、絶縁樹脂材４６が周方向に隣接しているティース３３の間に充填されコイル４２を覆っているので、簡単な構成でコイル４２と燃料との接触を防止できる。
また本実施形態のように、熱可塑性樹脂材に磁性粉を練り込んで形成されたプラスティックマグネットを永久磁石５４として回転子５０に使用する場合、プラスティックマグネットが燃料により膨潤することがある。特に、劣化燃料や低質燃料を使用し、燃料温度が６０°〜８０°に達している場合、プラスティックマグネットが膨潤し、回転子５０の外径が０．５％程度増加することがある。このように回転子５０の外径が増加すると、回転子５０とステータコア３０との間に形成される燃料通路２０２の通路面積が減少する。その結果、通路抵抗が増加して燃料ポンプ１０の効率が低下する恐れがある。

しかし、本実施形態では、周方向に隣接しているティース３３の間に形成されているクリアランス２０４を燃料通路として使用できるので、膨潤により回転子５０の外径が大きくなり燃料通路２０２の通路面積が減少しても、モータ部１３内を燃料が流れるために必要な通路面積を確保し、燃料ポンプ１０の効率低下を極力低減できる。

また本実施形態では、各コア３２が単体の状態で巻線を巻回するので、各コア３２に巻線を容易に巻回できる。また、巻線を集中巻きしてコイル４２を形成するので、巻線の占積率が上昇する。巻線の占積率とは、巻線を巻回する巻回空間に占める巻線面積の割合である。占積率が上昇することにより、同じ巻線量であれば巻線面積が減少するのでコイル４２を小型化できる。その結果、燃料ポンプ１０をさらに小型化できる。
また本実施形態では、軸受け２６によりシャフト５２が軸受けされている箇所に燃料が流れるので、軸受け２６を支持するエンドカバー４８の支持部をシールする必要がない。さらに、燃料がシャフト５２と軸受け２６との摺動箇所を潤滑するので、摺動抵抗を低減できる。

（他の実施形態）
本実施形態では、ステータコア３０およびコイル４２からなる固定子を６スロット、回転子５０を８極として、回転子５０の極数を固定子のスロット数よりも多くすることにより、クリアランス２０４を極力大きくしたが、回転子の極数が固定子のスロット数よりも多いのであれば、例えば４極３スロット、１０極８スロットの組み合わせでもよい。

また、周方向に隣接しているティースの間に充填されコイルを覆う絶縁樹脂材が周方向に隣接しているティースの間にクリアランスを形成して成形されるのであれば、本実施形態とは逆に、固定子のスロット数よりも回転子の極数を多くしてもよい。
また本実施形態では、インペラ２４を用いたタービンポンプでポンプ部１２を構成したが、ポンプ部を他のポンプ構成、例えばギアポンプで構成してもよい。
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）は本実施形態による燃料ポンプを示す図２のＩ−Ｉ線断面図、（Ｂ）は周方向に隣接しているティースを示す拡大断面図。 本実施形態による燃料ポンプを示す断面図。 コイルを覆う絶縁樹脂材をポンプ部側から見た説明図。

符号の説明

１０：燃料ポンプ、１２：ポンプ部、１３：モータ部（ブラシレスモータ）、３０：ステータコア、３３：ティース、４２：コイル、４６：絶縁樹脂材、５０：回転子、５４：永久磁石、５５：磁極部、２０２：燃料通路、２０４：クリアランス

Claims (5)

1. モータ部と、前記モータ部に駆動されることにより燃料を昇圧するポンプ部とを備える燃料ポンプにおいて、
   前記モータ部は、
   周方向に複数設置されているティースを有するステータコアと、
   前記ティースに巻回され、通電を制御されることにより前記ステータコアの内周面に周方向に形成する磁極を切り換えるコイルと、
   前記ステータコアの内周側に回転自在に設置されて回転方向に交互に異なる磁極を前記ステータコアと向き合う外周面に形成し、前記外周面と前記ステータコアの前記内周面との間に前記ポンプ部で昇圧された燃料が通過する燃料通路を形成している回転子と、
   周方向に隣接している前記ティース同士の間に充填されて前記コイルを覆い、周方向に隣接している前記ティース同士の間に前記ポンプ部で昇圧された燃料が通過するクリアランスを形成して成形されている絶縁樹脂材と、を有すると共に、
   周方向に隣接する一方の前記ティースに巻回される前記コイルと他方の前記ティースに巻回される前記コイルとの間に前記絶縁樹脂材が充填されることで、前記ステータコアの前記内周面より径方向外側かつ前記コイルより径方向内側に前記クリアランスを有することを特徴とする燃料ポンプ。
2. 前記回転子の前記磁極の数は、前記ティースの数よりも多いことを特徴とする請求項１に記載の燃料ポンプ。
3. 前記燃料通路および前記クリアランスの通路面積の合計は、１．３ｍｍ²以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料ポンプ。
4. 前記モータ部は、前記ティースの外側に嵌合する絶縁樹脂からなるボビンを有し、
   前記コイルは、前記ボビンを介して前記ティースに巻回され、
   前記モータ部は、周方向に隣接している一方の前記ティースの外側に嵌合する前記ボビンと他方の前記ティースの外側に嵌合する前記ボビンとの間に前記絶縁樹脂材が充填されることで、前記ステータコアの前記内周面より径方向外側かつ前記ボビンより径方向内側に前記クリアランスを有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料ポンプ。
5. 前記モータ部は、前記燃料通路及び前記クリアランスを通過した燃料が吐出される吐出口を形成して前記ステータコアの前記ポンプ部と反対側の端部を覆うエンドカバーを有し、
   前記エンドカバーと前記絶縁樹脂材とは一体で成形されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃料ポンプ。

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