JP4893991B2 - 燃料ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、ブラシレスモータを用いた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たものが知られている（例えば、特許文献１参照）。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。このようにブラシレスモータを用いて小型化された燃料ポンプは、特に自動二輪車に使用する上で好適である。

このようなブラシレスモータを用いた燃料ポンプにおいては、回転子の外周側に設置されたステータコアの外周側に燃料が漏れることを防止するために、ステータコアの外周をハウジングで覆っている。しかしながら、ブラシレスモータにおいて、ステータコアの外周を覆うハウジングは磁気回路としては不要である。また、特許文献１では、ステータコアの外周を覆う箇所のハウジングは厚肉化されているので、ブラシレスモータのステータコアの外周を覆うハウジングの外径が大きくなる。したがって、燃料ポンプの小型化が妨げられるという問題がある。

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、モータ部の外径を小径化する燃料ポンプを提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明では、ハウジングの内周面が形成する凹部内にステータコアを収容している。つまり、ステータコアを収容している箇所のハウジングを厚肉化することなく、ハウジング内にステータコアを収容しているので、燃料ポンプのモータ部の外径を小径化できる。

絶縁樹脂材がターミナルとステータコアとコイルとをインサート成形しているので、コイルと燃料との接触を防止し、コイルの腐食を防止できる。さらに、ステータコアの一方の軸方向端面の外周側端面の全周が絶縁樹脂材から露出し、このステータコアの外周側端面が凹部の軸方向端部に突き当てられている。したがって、ステータコアの一方の軸方向端面の外周側端面の全周を成形型に当接させた状態で成形型に絶縁樹脂材を充填することができる。すなわち、成形型に対するステータコアの位置決めが容易であるととともに、絶縁樹脂材の成形圧によりステータコアの位置が成形型に対してずれることを防止できる。
また、絶縁樹脂材を充填されたステータコアをハウジング内に組み付けるときに、ハウジングに対してステータコアを軸方向に容易に位置決めできる。

さらに、請求項１に記載の発明では、ステータコアの外周面と、ハウジングの内周面と、カバー部材の外周面とハウジングの内周面とが形成する燃料シールと、ハウジングの凹部の軸方向端部へのステータコアの外周側端面の突き当て箇所と、により空間が形成されている。

この構成によれば、充填された絶縁樹脂材のばりがステータコアの外周面側に脱落しても、ステータコアの外周面側の空間に樹脂ばりが保持される。これにより、燃料ポンプの摺動箇所に樹脂ばりが噛み込むことを防止できる。
また、絶縁樹脂材により一体成形されたカバー部材の外周面とハウジングの内周面とが接触することにより燃料シールを形成しているので、ステータコアの内周側から外周側に漏れ出した燃料をこの燃料シールがシールする。したがって、燃料ポンプが昇圧する燃料圧力の低下を防止できる。

請求項２に記載の発明では、ステータコアは、互いに別体に形成されて周方向に複数設置されたティースにより構成されており、ティースの各外周面に軸方向に延びる溝が形成されている。したがって、周方向に複数設置されたティースの内周側と外周側とを成形型で押さえて絶縁樹脂材を充填するときに、ティースの外周面に形成された溝に充填される絶縁樹脂材の成形圧により、互いに別体の各ティースは内周側の成形型に向けて押し付けられる。これにより、各ティースの内周面が成形型に沿って円周上に整列する。したがって、絶縁樹脂材を充填されたステータコアと、ステータコアの内周側に設置される回転子とのギャップが回転方向に均一になる。

以下、本発明の複数の実施形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による燃料ポンプを図１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。ハウジング１４の内周面１４ａは、突部１６を挟んで軸方向両側にそれぞれ凹部１８、１９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の凹部１８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字状のポンプ流路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（後述する第３実施形態の図３では、吸入口２０６を図示している）から吸入された燃料は、インペラ２４の回転によりポンプ流路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を通り、吐出口２０４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、ボビン４０およびコイル４２は、ハウジング１４の凹部１９内に収容されている。ステータコア３０は、軸方向に積層された磁性鋼板を互いにかしめて形成されており、モータ部１３の中心側に向けて突出するティース３２が周方向に等間隔に６個形成されている。各ティース３２にはボビン４０の周囲にコイル４２が巻回されている。

各コイル４２はターミナル４４と電気的に接続している。各コイル４２への通電は、回転子５０の回転位置に応じて制御される。エンドカバー４６は、ステータコア３０およびコイル４２を絶縁樹脂材で樹脂モールドするときに一体に樹脂成形されており、エンドカバー４６の外周面４７にハウジング１４の端部１５が圧入されている。図１では、コイル４２の内部の巻線を省略している。

回転子５０は、シャフト５２、回転コア５４および永久磁石５６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。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５６は、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルフィド）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り、回転コア５４の外周側に設置されている。永久磁石５６は、回転方向に８個の磁極部５７を形成している。８個の磁極部５７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。

エンドカバー４６が形成する吐出口２０４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２０４から燃料がエンジン側に吐出される。
第１実施形態では、ポンプ部１２とモータ部１３との間において、ほぼ均一な厚みの薄板で構成されたハウジング１４を内周側に凹ませて突部１６を形成し、突部１６を含むハウジング１４の内周面１４ａにより凹部１８、１９を形成した。そして、ハウジング１４の一部を厚肉化することなく、凹部１８、１９内にポンプ部１２およびモータ部１３の部品を収容している。したがって、ポンプ部１２およびモータ部１３の外径が小径化されている。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図２に示す。尚、第１実施形態と実質的に同一構成部分に同一符号を付す。
第２実施形態の燃料ポンプ７０では、ポンプ部１２とモータ部１３部との間において、金属製のハウジング７２に内周側に突出する厚肉部７４を形成している。そして、突部としての厚肉部７４の軸方向両側に、厚肉部７４よりも薄肉に形成されたハウジング７２の内周面７２ａにより凹部７５、７６がそれぞれ形成されている。凹部７５、７６には、ポンプ部１２およびモータ部１３部の部品がそれぞれ収容されている。厚肉部７４を含み凹部７５、７６を形成するハウジング７２の内周面７２ａは、ハウジング７２を鍛造した後に、切削により高精度に加工されている。したがって、凹部７６内に収容するステータコア３０とステータコア３０内に収容される回転子８０との軸合わせを高精度に行うことができる。さらに、ステータコア３０を軸方向に高精度に位置決めできる。

ハウジング７２の軸方向両端部は、ポンプケース２０およびエンドカバー４６をそれぞれかしめ固定しており、ステータコア３０およびポンプケース２２は、厚肉部７４の軸方向両端にそれぞれ突き当てられることにより軸方向の位置決めが成されている。
回転子８０は、シャフト８２と永久磁石８４とから構成されている。永久磁石８４は、ローレット加工が施されたシャフト８２の外周面に直接嵌め込まれている。永久磁石８４は、回転方向に８個の磁極部８５を形成している。８個の磁極部８５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。

第２実施形態では、ポンプ部１２とモータ部１３との間において、ハウジング７２に内周側に突出する厚肉部７４を形成することにより、ハウジング７２の内周面７２ａがポンプ部１２およびモータ部１３のそれぞれの部品を収容する凹部７５、７６を形成しているので、凹部７５、７６部分のハウジング７２の厚みが薄くなっている。したがって、燃料ポンプ７０の外径が小径化されている。
また第２実施形態では、厚肉部７４により凹部７５、７６を形成しているので、ハウジング７２の外周面に凹みが形成されていない。したがって、ハウジング７２の外周面に腐食防止のためのめっき処理を容易に、かつ均一に施すことができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態を図３に示す。尚、第１実施形態と実質的に同一構成部分に同一符号を付す。
第３実施形態の燃料ポンプ９０では、ハウジング９２は、外周ハウジング９４と内周ハウジング９６とから構成されている。外周ハウジング９４、内周ハウジング９６は、それぞれ金属薄板をプレス加工することにより円筒状に形成されている。突部としての内周ハウジング９６は、ポンプ部１２とモータ部１３部との間において外周ハウジング９４の内周側に圧入されている。これにより、内周ハウジング９６の軸方向両側に、ハウジング９２の内周面９２ａにより凹部９８、９９がそれぞれ形成されている。凹部９８、９９には、ポンプ部１２およびモータ部１３部の部品がそれぞれ収容されている。外周ハウジング９４の軸方向両端部は、ポンプケース２０およびステータコア３０をそれぞれかしめ固定しており、ポンプケース２２およびステータコア３０は、内周ハウジング９６の軸方向両端にそれぞれ突き当てられることにより軸方向の位置決めが成されている。

回転子１００は、シャフト１０２と永久磁石８４とから構成されている。永久磁石８４は、面取り１０３が施されたシャフト１０２の外周面に直接嵌め込まれている。
第３実施形態では、ポンプ部１２とモータ部１３との間において、外周ハウジング９４の内周側に内周ハウジング９６を圧入することにより、ポンプ部１２およびモータ部１３のそれぞれの部品を収容する凹部９８、９９を形成しているので、凹部９８、９９を形成する箇所の外周ハウジング９４の厚みが薄くなっている。したがって、燃料ポンプ９０の外径を小径化できる。

また第３実施形態では、外周ハウジング９４の内周側に内周ハウジング９６が圧入されるという簡単な構成で、外周ハウジング９４を厚肉化することなくステータコア３０を収容する凹部９９を容易に形成できる。内周ハウジング９６は、溶接により外周ハウジング９４の内周側に固定されてもよい。
第３実施形態では、円筒状の外周ハウジング９４の内周側に内周ハウジング９６を圧入し、凹部９８、９９を形成しているので、外周ハウジング９４の外周面に凹みが形成されていない。したがって、外周ハウジング９４の外周面に腐食防止のためのめっき処理を容易に、かつ均一に施すことができる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態を図４から図６に示す。尚、既述の実施形態と実質的に同一構成部分に同一符号を付す。
図４に示す燃料ポンプ１１０では、エンドカバー４６に形成された軸受け穴１１２がシャフト８２の一方の軸方向端部を直接軸受けしている。軸受け穴１１２は、モータ部１３から吐出口２０４に燃料を導く燃料通路と一部が重なり連通している。エンドカバー４６の外周面１１４がハウジング７２の内周面７２ａと接触し、ハウジング７２の軸方向端部がエンドカバー４６をかしめることにより、ハウジング７２の内周面７２ａとエンドカバー４６の外周面１１４とは燃料シールを形成している。この燃料シールにより、ステータコア３０の内周側から外周側に漏れた燃料が燃料ポンプ１１０の外部に漏れ出すことを防止し、燃料ポンプ１１０が昇圧する燃料圧力の低下を防止できる。

ステータコア３０のポンプ部１２側の軸方向端面３４においては、ボビン４０の外周側に位置する軸方向端面３４の外周側端面３５の全周が、ステータコア３０およびコイル４２に充填されエンドカバー４６を成形している絶縁樹脂材から露出している。そして、外周側端面３５は、ハウジング７２がエンドカバー４６をかしめることにより、凹部７６の一方の軸方向端部７６ａに突き当てられている。これにより、ハウジング７２に対してステータコア３０を軸方向に容易に位置決めできる。

ステータコア３０の外周側には、ステータコア３０の外周面と、ハウジング７２の内周面７２ａと、エンドカバー４６の外周面１１４とハウジング７２の内周面７２ａとが形成する燃料シールと、凹部７６の軸方向端部７６ａへのステータコア３０の外周側端面３５の突き当て箇所とにより、空間２０８が形成されている。
また、図５に示すように、ステータコア３０の各ティース３２の外周面には、軸方向に延びる溝３６が形成されている。この溝３６には、エンドカバー４６を形成する絶縁樹脂材が充填されている。

図４に示す倒れ防止部材１２０は、中央に貫通孔を有する環状に形成されており、ポンプ部１２と反対側のボビン４０の端部に当接している。倒れ防止部材１２０には、ターミナル４４が嵌合する嵌合穴が形成されている。
図６に、ステータコア３０およびコイル４２に充填されエンドカバー４６を成形する絶縁樹脂材の成形型３００を示す。成形型３００は、外型３０２と内型３０４とを有している。この外型３０２と内型３０４との間に、ボビン４０の周囲にコイル４２を巻回したステータコア３０を設置する。内型３０４のステータコア３０と向き合う側には、周方向に隣接するティース３２とティース３２との隙間に内周側から嵌合し、ティース３２の周方向位置を決める突起３０６が形成されている。ステータコア３０のポンプ部１２側の外周側端面３５は、ボビン４０の外周側で成形型３００の底部に当接している。倒れ防止部材１２０はボビン４０の端部に当接しており、倒れ防止部材１２０の嵌合穴にターミナル４４が嵌合している。

このようにして、ステータコア３０、ボビン４０、コイル４２、ターミナル４４および倒れ防止部材１２０等のインサート部品を成形型３００に設置した状態で、倒れ防止部材１２０側から成形型３００内に絶縁樹脂材を充填し、エンドカバー４６を射出成形する。このとき、ステータコア３０のポンプ部１２側の外周側端面３５が成形型３００の底部に当接しているので、成形型３００に対するインサート部品の位置決めが容易であるとともに、ステータコア３０に倒れ防止部材１２０側から軸方向に成形圧が加わっても、成形型３００に対してステータコア３０の軸方向位置がずれることを防止できる。

また、成形型３００に充填される絶縁樹脂材は各ティース３２の外周面に形成された溝３６にも充填されるので、各ティース３２は成形圧により内型３０４に向けて押し付けられる。その結果、各ティース３２の回転子８０側の内周面は、内型３０４の外周面に沿って円周上に整列する。したがって、エンドカバー４６を成形後に、ステータコア３０と永久磁石８４との間に形成されるギャップを、回転方向に均一にすることができる。

また、エンドカバー４６の成型後に溝３６に充填された絶縁樹脂材、あるいは各ティース３２の間に充填された絶縁樹脂材がステータコア３０の外周側でばりとなって脱落しても、脱落した樹脂ばりはステータコア３０の外周側に形成される空間２０８に保持される。したがって、樹脂ばりが燃料ポンプ１１０の摺動部に噛み込み、燃料ポンプ１１０の昇圧を妨げることを防止できる。
また、倒れ防止部材１２０の嵌合穴にターミナル４４が嵌合した状態で射出成形するので、樹脂成形圧によりターミナル４４が倒れ、周囲部品と干渉することを防止できる。

以上説明した第１実施形態〜第４実施形態では、金属ハウジングの内周面が形成している凹部内にステータコア３０を収容しているので、ステータコア３０の外周を覆うハウジングを薄肉化し、ブラシレスモータの外径を小径化できる。その結果、モータ効率の高いブラシレスモータを用いて小型化した燃料ポンプをさらに小型化できるので、特に自動二輪車のように燃料タンクが小さい場合にも、燃料タンク内に燃料ポンプを搭載できる。また、自動二輪車において燃料タンクが鞍型の場合にも、燃料タンク内の限られたスペースに燃料ポンプを搭載できる。

（第５実施形態）
本発明の第５実施形態を図７に示す。尚、既述の実施形態と実質的に同一構成部分に同一符号を付す。
第５実施形態の燃料ポンプ１３０では、ハウジング１３２は、金属薄板をプレス加工することにより円筒状に形成されている。ハウジング１３２は、ポンプ部１２の部品を収容する収容部１３４よりも内周側に凹ませた収容部１３５内に、ステータコア３０を含むモータ部１３の部品を収容している。つまり、収容部１３５の外径は収容部１３４の外径よりも小径であり、収容部１３４と収容部１３５との間には径差により段差１３６が形成されている。

ハウジング１３２のポンプ部１２と反対側の端部１３８はエンドカバー４６の外周面１４０に圧入されている。さらに、端部１３８が外周面１４０に形成された段部１４２に軸方向に突き当てられていることにより、エンドカバー４６およびステータコア３０とハウジング１３２との軸方向の位置決めが成されている。
ポンプケース２２は、ハウジング１３２の収容部１３４内に圧入され、ハウジング１３２の段差１３６に軸方向に突き当てられている。

第５実施形態では、ポンプ部１２の部品を収容する収容部１３４よりも内周側に凹ませてモータ部１３の部品を収容する収容部１３５を形成しているので、ハウジング１３２を厚肉化することなくステータコア３０を収容する収容部１３５を容易に形成し、モータ部１３の外径が小径化されている。このように、モータ部１３の外径が小径化されているので、自動二輪車のように燃料タンクが小さい場合にも、燃料タンク内に燃料ポンプを搭載できる。
また、ハウジング１３２の外周面には、収容部１３４と収容部１３５との径差による段差１３６が形成されているだけなので、ハウジング１３２の外周面に腐食防止のためのめっき処理を容易に、かつ均一に施すことができる。

（他の実施形態）
上記複数の実施形態では、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。
また上記複数の実施形態では、ハウジング１４、７２、外周ハウジング９４、内周ハウジング９６、ハウジング１３２を金属で形成したが、これらハウジングを金属以外に、例えば樹脂で形成してもよい。

上記第４実施形態では、ステータコア３０のポンプ部１２側の軸方向端面３４において、外周側端面３５の全周が絶縁樹脂材から露出している。これに対し、外周側端面３５の一部を成形型に当接させて絶縁樹脂材を充填し、外周側端面３５の周方向の一部が絶縁樹脂材から露出している構成となってもよい。
このように、本発明は、上記複数の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。

第１実施形態による燃料ポンプを示す断面図である。 第２実施形態による燃料ポンプを示す断面図である。 第３実施形態による燃料ポンプを示す断面図である。 第４実施形態による燃料ポンプを示す断面図である。 図４のＶ−Ｖ線断面図である。 成形型にインサート部品を設置した状態を示す断面図である。 第５実施形態による燃料ポンプを示す断面図である。

符号の説明

１０、７０、９０、１１０、１３０：燃料ポンプ、１２：ポンプ部、１３：モータ部（ブラシレスモータ）、１４、７２、９２、１３２：ハウジング、１４ａ、７２ａ、９２ａ：内周面、１６：突部、１９、７６、９９：凹部、２０、２２：ポンプケース、３０：ステータコア、３２：ティース、３４：軸方向端面、３５：外周側端面、３６：溝、４２：コイル、４４：ターミナル、４６：エンドカバー（カバー部材、絶縁樹脂材）、５０、８０、１００：回転子、５６、８４：永久磁石、７４：厚肉部（突部）、７６ａ：軸方向端部、９４：外周ハウジング、９６：内周ハウジング（突部）、１１４：外周面、１３５：収容部、２０８：空間、３００：成形型

Claims (3)

1. ステータコアと、
   前記ステータコアに巻回され、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、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ている回転子と、
   前記回転子により回転駆動される回転部材を有し、前記回転部材の回転により燃料を吸入し昇圧するポンプ部と、
   内周面が形成する凹部内に前記ステータコアを収容するハウジングと、
   前記コイルと電気的に接続し一部が外部に露出しているターミナルと、
   前記ステータコア、前記コイルおよび前記ターミナルをインサート成形している絶縁樹脂材と、
   を備え、
   前記ステータコアの一方の軸方向端面の外周側端面の全周が前記絶縁樹脂材から露出しており、前記外周側端面は前記凹部の軸方向端部に突き当てられており、
   前記絶縁樹脂材から露出している前記外周側端面は、前記ステータコアの前記ポンプ部側に形成され、前記絶縁樹脂材は前記ステータコアの前記ポンプ部と軸方向反対側を覆うカバー部材を形成し、前記カバー部材の外周面は前記ハウジングの前記内周面と接触して燃料シールを形成し、
   前記ステータコアの外周面と、前記ハウジングの前記内周面と、前記カバー部材の前記外周面と前記ハウジングの前記内周面との接触箇所と、前記凹部の前記軸方向端部への前記外周側端面の突き当て箇所と、により空間が形成されている燃料ポンプ。
2. 前記ステータコアは、前記コイルが巻回され、互いに別体に形成されて周方向に複数設置されているティースを有し、前記ティースの外周面に軸方向に延びる溝が形成されており、前記溝内に前記絶縁樹脂材が充填されている請求項１に記載の燃料ポンプ。
3. 前記ハウジングは金属製である請求項１または２に記載の燃料ポンプ。

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