JP2001509859A - 燃料用の圧送ユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 １つのケーシング（１３）内に形成されたポンプ室（１４）と該ポンプ室（１４）内に配置されたポンプホイール又は回転ホイール（１６）とを有する流路型又は側路型ポンプとして構成された圧送ポンプ（１１）、ならびに軸方向において極めて扁平な構成形式を獲得するために、前記回転ホイール（１６）を駆動する電動モータ（１２）を備えた形式の燃料用の圧送ユニットにおいて、電動モータ（１２）が無ブラシ式に構成されており、かつ該電動モータのロータ（２９）が、圧送ポンプ（１１）の回転ホイール（１６）によって形成されている。付加的に流入通路を、回転ホイールの動翼内に半径方向に設計することも可能である。

Description

【発明の詳細な説明】 燃料用の圧送ユニット 背景技術 本発明は、請求項１に発明の上位概念として規定した形式の燃料用の圧送ユニ ットに関する。 燃料を燃料タンクから自動車の内燃機関へ圧送するための、国際特許９５／２ ５８８５号明細書に基づいて公知になっている前記形式の圧送ユニットでは、圧 送ポンプと、該圧送ポンプを駆動するための電動モータは１つのケーシング内に 並列的に配置されている。外周に複数の羽根又は回転ホイール動翼を備えたポン プホイール又は回転ホイールは、ロータ又は回転子の軸に相対回動不能に固着さ れており、前記ロータ又は回転子は、溝に組込まれているロータ巻線又は電機子 巻線を保持し、かつ複数の永久磁石セグメントを備えたステータ又は固定子内を 回転する。電機子巻線への給電は、ロータ軸に設けられている１つのコンミュテ ータつまり整流子と、ばね圧の作用を受けて前記整流子に対し半径方向に接触し ている２つの通電ブラシを介して行なわれる。 発明の利点 請求項１の特徴部に記載した構成手段を備えた本発明の燃料用の圧送ユニット は、圧送ユニットの回転部 分（要するに圧送ポンプの回転ホイールと電動モータのロータ）を１つの回転部 分に纏めることによって、極めて単純かつコンパクトな構造が得られ、ひいては 製作コストが低廉になるという利点を有している。殊に圧送ユニットは、著しく 扁平に、要するに極度に僅かな軸方向寸法で構成することができる。それに伴っ て増大する圧送ユニットの外径は、圧送ユニットの慣用構成との関連において決 して欠点とはならず、むしろ圧送ユニットの効率を改善すべく付加的手段を講じ る可能性を開く。整流子と通電ブラシとを省くことによって、通電ブラシの摩耗 がなくなるので、圧送ユニットの耐用寿命が高められる。電動モータを直流電動 モータとして構成した場合、固定子巻線において必要な整流は電子的に行なわれ る。 請求項２以降に記載した手段によって、請求項１に記載した圧送ユニットの有 利な構成と改良が可能になる。 本発明の有利な実施形態では、円筒形のポンプ室が、半径方向に延びて軸方向 では相互間隔をとって配置された２つの側壁と、前記の両側壁をその円形状の円 周に沿って互いに結合する１つの円周壁とによって画成されている。回転ホイー ルは、夫々ギャップ間隔をとって両側壁に対面配置されており、かつ、溝付きの 成層薄板によって形成されたステータのリング内面が、前記ポンプ室の円周壁を 形成している。回転ホイー ルは、円周方向で相互間隔をとって配置されて相互間に軸方向に開いた動翼室を 画成する多数の半径方向の回転ホイール動翼を有しており、該回転ホイール動翼 は１つのアウターリングによって互いに結合されている。永久磁石は前記アウタ ーリングの周面に固着されており、かつ圧送ユニットをプラスチックで形成する 場合には、該永久磁石はプラストフェライトから製作されているのが有利である 。 本発明の有利な実施形態によれば、ポンプ室の各側壁内に、前記ポンプ室の方 に向かって開いた１つの溝状の側路が、回転ホイール軸線に対して同心的に、流 動方向に関して側路始端部と側路終端部との間に中断ウェブを残存させるように 形成されている。少なくとも１つの側路の前記側路始端部は吸込みポートと連通 し、かつ前記側路終端部は吐出口と連通しており、しかも流入通路の軸線及び流 出通路の軸線は、吸込みポートから吐出口へ軸方向にか、或いは有利には半径方 向に方位づけられている。燃料を特に有利にポンプ室内へ半径方向に流入させ、 かつポンプ室から半径方向に流出させることによって、流動損失の顕著な減少が 得られ、これに伴ってポンプ効率が改善される。半径方向に流入・流出させるこ とは、慣用の側路型ポンプとは逆に、圧送ユニットの外径が本発明の構成に基づ いて増大されたことによって、なんの問題もなく可能になる。何の問題も無いと いうのは、圧送ユニット外 径の増大によって、流入通路及び流出通路を設けるのに充分な半径方向空間が存 在しているからである。 図面 図１は圧送ユニットの縦断面図又は子午線断面図であり、しかも上半部は圧送 ユニットに形成された流動領域の断面図、下半部は圧送ユニットの吸込み領域の 断面図である。 図２は変化実施形態による圧送ユニット部分の図１相当縦断面図である。 図３は図１に示した圧送ユニットに設けた周方向に延びる電機子巻線の第１変 化態様の端面図である。 図４は図１に示した圧送ユニットに設けた半径方向に延びる電機子巻線の第２ 変化態様の端面図である。 図５は第１変化態様を図３のＶ−Ｖ断面線に沿って示した縦断面図である。 図６は第２変化態様を図４のＶＩ−ＶＩ断面線に沿って示した縦断面図である 。 図７は圧送ユニットにおける半径方向流入・流出部の断面図である。 図８は半径方向流入部の別の構成の端面図である。 図９は図３による圧送ユニットの構成図である。 図１０は図４による圧送ユニットの構成図である。 図１１は被覆ジャケットを有するステータの断面図である。 図１２は図１０のＸＩＩ−ＸＩＩ断面線及びＸＩＩ Ｉ−ＸＩＩＩ断面線に沿った流入部の縦断面図と共に示した図１１のステータの 断面図である。 実施例の説明 次に図面に基づいて本発明の実施例を詳説する。 図１に概略的に図示した圧送ユニットは、貯蔵槽から自動車の内燃機関へ燃料 を圧送するために使用される。該圧送ユニットは通常、フィルタポットと共に所 謂「タンク内蔵ユニット」として燃料槽又は自動車の燃料タンク内に配置されて いる。圧送ユニットは、流路型ポンプ又は側路型ポンプとして構成された圧送ポ ンプ１１と、該圧送ポンプ１１を駆動する電動モータ１２を有している。圧送ポ ンプ１１と電動モータ１２は、１つの共通のケーシング１３内に収容されている 。圧送ポンプ１１の構造及び作用態様は公知であり、例えばドイツ連邦共和国特 許出願公開第４０２０５２１号明細書に記載されている。ケーシング１３内には ポンプ室１４が形成されており、該ポンプ室は、軸方向では軸方向相互間隔をと って半径方向に延びる２つの側壁１４１，１４２によって、また周方向では前記 の両側壁１４１，１４２をその円形状の円周に沿って互いに結合する１つの円周 壁１４３によって画成されている。ポンプ室１４内にはポンプホイール又は回転 ホイール１６が配置されており、該回転ホイールは軸１７に相対回動不能に固着 されている。該軸１７は両方の軸端部でもって、両側壁１４１，１４２内に構成 された２つの軸受１８，１９に軸支されている。軸１７の軸線は、回転ホイール 軸線１６１及びポンプ室１４の軸線と同一線を成している。回転ホイール１６は 、周方向で相互間隔をとって配置された多数の半径方向の回転ホイール動翼２０ を有している。但し図面では回転ホイール動翼２０は２枚だけ図示されているに すぎない。多数の回転ホイール動翼２０は１つのアウターリング２１によって互 いに結合されている。夫々２枚の回転ホイール動翼２０はその間に、軸方向に開 いた動翼室２２を形成している。回転ホイール１６はギャップ間隔をとって両側 壁１４１，１４２に向き合っており、またアウターリング２１はポンプ室１４の 円周壁１４３と相俟って半径方向ギャップを形成している。ポンプ室１４の各側 壁１４１，１４２内には、ポンプ室１４の方に向かって開いた溝状の側路２３， ２４が夫々１つ形成されており、該側路は、回転ホイール軸線１６１に対して同 心的に配置されており、かつ周方向で見て側路始端部から側路終端部へほぼ３３ ０°にわたって延びており、しかも側路終端部と側路始端部との間には中断ウェ ブが残存している。図１の断面図の下部部分には側路２３，２４の側路始端部２ ３１，２４１だけが図示されている。側路終端部は該側路始端部に対して円周角 を約３３０°ずらして配置されている。各側路２３，２４は、半径方向に方位づ けられた流入通路２５，２６を介して圧送ユニットの 吸込みポート２７と連通している。この図面からは看取できない両側路２３，２ ４の側路終端部は、夫々１つの流出通路を介して圧送ユニットの吐出接続管片と 連通している。本発明の別の実施態様では、側路２３の側路始端部２３１だけが １つの流入通路２５と接続され、かつ側路２４の側路終端部だけが１つの流出通 路と接続されている。この場合、断面図右手の流入通路２６は省かれ、かつ側路 ２４はこの領域では、破線で略示したような横断面を有している。また前記流入 通路２５，２６を軸方向に配置することも可能ではあるが、半径方向の方位づけ は、流動損失が僅かになるという利点を有し、かつ圧送ユニットの外径が比較的 大きい故に、容易に実現することができる。 所謂インナーポール回転子でもって形成された電動モータ１２は公知のように １つのステータ２８と１つのロータ２９を有し、該ロータは、極度に扁平な圧送 ユニット構造を得るために、圧送ポンプ１１の回転ホイール１６内に一体に組込 まれている。その磁極は複数の永久磁石セグメント３０によって形成され、該永 久磁石セグメントは、回転ホイール１６のアウターリング２１の外周面に固着さ れている。ステータ２８は、溝付き成層薄板３１として回転ホイール軸線１６１ に対して共軸にケーシング１３内に配置されて、前記溝付き成層薄板３１のリン グ内面はポンプ室１４の円周壁１４３を形成している。溝付き成層薄板３１の溝 内には、慣用のように電機子巻線３２が配置されており、図１の概略図では、前 記電機子巻線３２の両端面側の巻線ヘッド３２１，３２２及び接続リード線３２ ３，３２４が図示されているにすぎない。直流駆動の場合、電動モータ１２は電 子的に整流される。 圧送ポンプ１１の回転ホイール１６がプラスチック材料から製作される場合に は、永久磁石セグメント３０がプラストフェライトから製作されるという製造上 の利点が得られる。 図２の断面図において部分的に示した圧送ユニットの別の実施例は、ケーシン グ１３内における回転ホイール１６の支承の点で変化されているにすぎず、その 他の点では前述の実施例に合致しているので、同一の構成要素には同一の符号を 付した。ポンプ室１４の側壁１４１，１４２は本実施例では、ケーシング１３の 端面を閉鎖するカバー１３１と、ケーシング１３内に配置された半径方向のケー シングフランジ１３２とによって形成されている。ケーシングフランジ１３２に は、ポンプ室１４内へ直角に侵入する短軸３３が一体に形成されており、該短軸 の外周面に回転ホイール１６が回転自在に支承されている。回転ホイール１６を 挿嵌した後にカバー１３１がケーシング１３に液密に装着されて該ケーシングと 固定的に結合される。 図３には、電機子巻線３２の第１巻線３４が、ほぼ周方向に延びるように回転 ホイール軸線１６１をめぐ って配置されている第１態様が示されている。ここで云う「ほぼ」とは、第１巻 線３４が、回転ホイール軸線１６１を中心とする仮想円に僅かな傾斜によって交 差する準接線を形成できることを意味している。前記傾斜は電機子巻線３２の製 作上の条件に関連している。同時にポンプ回転ホイールでもあるロータ２９は円 周に沿って複数の永久磁石３５を有している。該永久磁石の有利な極数は図示の ように８個であるが、得ようとする励磁作用及び回転モーメントの発生に関連し て８個以上又は８個以下に異ならせることもできる。ステータ２８自体が複数の 溝３６を有している。これらの溝３６は、２つの溝３６間に介在するウェブ３７ を巻線３２で囲繞するようにして利用される。電機子巻線３２のストランド数は ３条であるのが有利である。これは原則として、ステータ２８内に充分な電気的 な回転磁界を発生するのに充分である。図示のように有利に第１ストランド３８ 、第２ストランド３９及び第３ストランド４０が直接並列的に溝３６内に配置さ れている。第１、第２及び第３ストランド３８，３９，４０は互いに交互にステ ータ２８の円周をめぐって延び、かつ夫々ウェブ３７をめぐる囲繞巻線を形成す る。図３ではウェブ３７の３つの囲繞巻線、つまり各ストランド３８，３９，４ ０の１つの囲繞巻線が図示されているにすぎない。このように並列配置する以外 に、ストランド３８，３９，４０は、溝３６によって 比較的大きな相互間隔をとって仕切ることもできる。このために溝の個数は１２ 個〜２４個である。このようにして充分な個数の溝３６及びウェブ３７が、電気 的な回転磁界の発生を微分割できるように供用される。 図４には、電機子巻線３２の第２巻線４１を、ほぼ半径方向に延びるように回 転ホイール軸線１６１をめぐって配置した第２態様が図示されている。ここで云 う「ほぼ」とは、第２巻線４１が例えば製作上の条件に基づいて、半径方向に対 して僅かな傾斜を有することもできることを意味している。第２巻線４１は溝３ ６を使用し、しかも該第２巻線は、環状コア型変圧器のように、部分的にステー タ２８をめぐって延びている。その他の構造は、図３に基づいて既知の事項に相 当している。 図３に示した第１態様が、電気的な回転磁界を発生するために広幅のウェブ３ ７を必要とするのに対して、図４に示した第２態様による第２巻線の配置の場合 には寧ろ、第２巻線４１によって囲繞されるステータ２８の材料の幅と高さが決 定的である。それ故に両態様の寸法に関しては、偏差が当然存在することができ る。 図５及び図６には、図３もしくは図４に示した両態様が夫々、図３のＶ−Ｖ断 面線もしくは図４のＶＩ−ＶＩ断面線に沿った縦断面図で図示されている。図５ 及び図６は、図１に類似して、電動モータ１２が完全にケーシング１３内に組込 まれていることを示している。圧送ユニットにおいてこのように構成された側路 型ポンプでは、ロータ外径Ｌ_Aにおけるトルク伝達は、無ブラシ型の直流サーボ モータとしての電動モータ１２によって行なわれる。燃料圧送ユニットとして使 用するために該燃料圧送ユニットは、有利なガソリン圧送の場合、巻線高さＳ_B 、成層薄板厚さＢ_D、ステータ外径Ｓ_A、回転ホイール幅Ｌ_B、動翼室の中点に対 する直径Ｄ_M並びにロータ外径Ｌ_Aによって表示される寸法を有している。ステー タ２８及びロータ２９の有利な構成では、ステータ２８は回転ホイール幅Ｌ_Bよ りも大きな軸方向長を有している。このことは、巻線高さＳ_Bが回転ホイール幅 Ｌ_Bよりも大であることを意味している。これは図５及び図６においても図示さ れている。これによって圧送ユニットはその寸法をコンパクトにし、しかもｎ＝ ４０００〜８０００ｒｐｍのロータ２９の回転数領域において１６０Ｎｍｍ〜４ ０Ｎｍｍの範囲のトルクが可能になる。動翼室の中点に対する距離を表す直径Ｄ_M はＤ_M＝２５−４２ｍｍの領域にあるのが有利である。ステータ２８は薄板層か ら成っているが、１部材から成ることもでき、かつケーシング１３内に適当な継 手４２を介して組込まれているのが有利である。圧送ユニットを組立てる場合、 これによってステータ２８に対する回転ホイール１６に おける永久磁石セグメント３０の位置を所望の位置に調整することが可能である 。 図７には、半径方向流入・流出部を有する圧送ユニットの構成が図示されてい る。半径方向の回転ホイール動翼２０を備えた回転ホイール１６は第１流入通路 ４４と第２流入通路４５とを介して流体を受取る。図示の構成では第１流入通路 と第２流入通路はステータ２８の周りに沿って案内されるので、回転ホイール動 翼２０内へ流入する流体は、半径方向流動成分並びに軸方向流動成分を有してい る。 図８には、側路２３への流入通路の別の構成が図示されている。矢印によって 示唆した流体は、側路始端部２３１の領域並びに側路出口４６の領域において、 純然たる半径方向成分を有している。この半径方向は、側路２３に対して流体を 低損失で流入・流出するという顕著な利点を有している。この流入・流出原理の 実現を次の２つの図面において、図３及び図４に示した第１態様及び第２態様に 基づいて詳説する。 図９及び図１０には、個々のストランド３８，３９，４０間の間隙４７を活用 して、図３及び図４に示した圧送ユニットを構成した有利な実施形態が図示され ている。図９において実現された第１態様は、詳細な図示を省いた側路のために 、流入通路としての入口Ｅと流出通路としての出口Ａとを有し、前記の入口Ｅと 出口Ａは、溝３６を介して半径方向に延びるように配 置されている。図１０では、入口Ｅ及び出口Ａは成層薄板のウェブ３７を介して 案内されている。これは、すでに図６に示したように、成層薄板厚さＢ_Dが回転 ホイール幅Ｌ_Bよりも小さく構成されているという利点を活用する。更に溝３６ の個数のバリエーションによって、出口Ａと入口Ｅとの間の円周角γの大きさを 設計的に確定するために必要な自由度が、或る限度範囲内で得られる。要するに 入口Ｅも出口Ａも共に、厳密に半径方向に延びる必要はなく、半径方向線に対し て傾度を有することもできる。 図１１には、ステータ２８をその電機子巻線３２及び成層薄板３１と共に被覆 ジャケット４８によって被覆した別の有利な実施形態が図示されている。該被覆 ジャケット４８は例えば注型樹脂又は射出成形樹脂であり、これによってステー タ２８は完全に被覆注型又は被覆射出成形されている。これによってステータ２ ８には平滑な表面が得られるので、漏れが最小限に抑えられる一方、僅少粗面の 高い表面平滑度が得られる。回転ホイール１６の永久磁石セグメント３０と円周 壁１４３との間の距離は小さく維持することができる。成層薄板３１が円周壁１ ４３の近傍で同じく被覆されていることによって、円周壁１４３はこの領域で同 じく全く平滑な表面を有している。更に又、このようにして成層薄板３１は少な くともこの領域では、２流式の側路型ポンプを通流する流体に対しても防護され る。 図１２には、図１０のＸＩＩ−ＸＩＩ断面線及びＸＩＩＩ−ＸＩＩＩ断面線に 沿って流入通路を縦断面した、図１１に示したステータが図示されている。回転 ホイール１６への２流式流入は、流入通路としての上位入口Ｅ_Oと下位入口Ｅ_Uと によって実現される。成層薄板４３は被覆ジャケット４８を有し、これによって 被覆ジャケット４８の第１表面４９及び第２表面５０は、上位入口Ｅ_Oの部分及 び下位入口Ｅ_Uの部分として同時に役立つことができる。上位入口Ｅ_Oと下位入口 Ｅ_Uは専ら半径方向に回転ホイール軸線１６１の方に向かって延びている。上位 入口Ｅ_O及び下位入口Ｅ_Uの長さにわたる流れの軸方向案内に基づく渦流損失は、 これによって除かれる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ミヒャエル ヒューベル ドイツ連邦共和国 Ｄ―70839 ゲルリン ゲン ロルシャー ヴェーク １

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1. １つのケーシング（１３）内に形成されたポンプ室（１４）と該ポンプ室（ １４）内に配置されたポンプホイール又は回転ホイール（１６）とを有する流路 型又は側路型ポンプとして構成された圧送ポンプ（１１）及び、電機子巻線（３ ２）と複数の永久磁石（３０）並びに前記の電機子巻線と永久磁石を交互に受容 するステータ（２８）とロータ（２９）を有していて前記回転ホイール（１６） を駆動する電動モータ（１２）を備えた形式の燃料用の圧送ユニットにおいて、 電動モータ（１２）が無ブラシ式に構成されており、かつ該電動モータのロータ （２９）が、圧送ポンプ（１１）の回転ホイール（１６）によって形成されてい ることを特徴とする、燃料用の圧送ユニット。 2. 複数の永久磁石（３０）が回転ホイール（１６）の円周に沿って配置されて おり、かつ、電機子巻線（３２）を保持するステータ（２８）が、回転ホイール 軸線（１６１）に対して共軸にケーシング（１３）内に収容されている、請求項 １記載の圧送ユニット。 3. 円筒形のポンプ室（１４）が、半径方向に延びて軸方向では相互間隔をとっ て配置された２つの側壁（１４１，１４２）と、前記の両側壁（１４１，１ ４２）をその円形状の円周に沿って互いに結合する１つの円周壁（１４３）とに よって画成されており、回転ホイール（１６）が、夫々ギャップ間隔をとって両 側壁（１４１，１４２）に対面配置されており、かつ、溝付きの成層薄板（３１ ）によって形成されたステータ（２８）のリング内面が、前記ポンプ室（１４） の円周壁（１４３）を形成している、請求項１又は２記載の圧送ユニット。 4. 回転ホイール（１６）が、円周方向で相互間隔をとって配置されて相互間に 軸方向に開いた動翼室（２２）を画成する多数の半径方向の回転ホイール動翼（ ２０）を有しており、該回転ホイール動翼が１つのアウターリング（２１）によ って互いに結合されており、かつ永久磁石（３０）が前記アウターリング（２１ ）の周面に固着されている、請求項３記載の圧送ユニット。 5. 永久磁石（３０）が、プラストフェライトから製作されている、請求項４記 載の圧送ユニット。 6. ポンプ室（１４）の両側壁（１４１，１４２）内に夫々、前記ポンプ室（１ ４）の方に向かって開いた１つの溝状の側路（２３，２４）が、回転ホイール軸 線（１６１）に対して同心的に、側路始端部（２３１，２４１）と側路終端部と の間に中断ウェブを残存させるように形成されており、少なくとも一方の側路（ ２３，２４）の前記側路始端部（２３１ ，２４１）が流入通路（２５，２６）を介して吸込みポート（２７）と連通し、 かつ前記側路終端部が流出通路を介して吐出口と連通している、請求項３から５ までのいずれか１項記載の圧送ユニット。 7. 流入通路（２５，２６；４４，４５）及び流出通路が半径方向に方位づけら れている、請求項６記載の圧送ユニット。 8. 入口（Ｅ）及び出口（Ａ）の少なくとも大部分が半径方向にだけ延びている 、請求項７記載の圧送ユニット。 9. 流入通路（２５，２６）及び流出通路が軸方向に方位づけられている、請求 項６記載の圧送ユニット。 10．電機子巻線（３２）の第１巻線（３４）が、ほぼ周方向に延びるように回転 ホイール軸線（１６１）を中心として配置されている、請求項１から９までのい ずれか１項記載の圧送ユニット。 11．電機子巻線（３２）の第２巻線（４１）が、ほぼ半径方向に延びるように回 転ホイール軸線（１６１）を中心として配置されている、請求項１から９までの いずれか１項記載の圧送ユニット。 12．電機巻線（３２）が少なくとも部分的にステータ（２８）の溝（３６）内に 配置されている、請求項１０又は１１記載の圧送ユニット。 13．ステータ（２８）が注型又は被覆射出成形されて いる、請求項１２記載の圧送ユニット。 14．流入通路（２５，２６）及び流出通路が夫々ステータ（２８）の１つの溝（ ３６）を介して延びている、請求項７から１２までのいずれか１項記載の圧送ユ ニット。 15．流入通路（２５，２６）及び流出通路が夫々ステータ（２８）の１つのウェ ブ（３７）を介して延びている、請求項７から１２までのいずれか１項記載の圧 送ユニット。 16．ステータ幅Ｓ_Bが回転ホイール幅Ｌ_Bよりも大きい、請求項１から１５までの いずれか１項記載の圧送ユニット。