WO2015104818A1

WO2015104818A1 - 燃料ポンプモジュール

Info

Publication number: WO2015104818A1
Application number: PCT/JP2014/050225
Authority: WO
Inventors: 智幸湧永; 敏夫小森
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2014-01-09
Filing date: 2014-01-09
Publication date: 2015-07-16
Also published as: JPWO2015104818A1

Abstract

　巻線の温度上昇を抑え、燃料ポンプの効率を高めた燃料ポンプモジュールを得る。ステータコア（６１ａ）の巻線溝（６１ｄ）にコイル（６１ｂ）が巻回されたステータ部（６１）と、このステータ部（６１）内に回転自在に支持されたロータ部（４０）と、円筒状に形成され内周面にステータ部（６１）が固着されるヨーク（１０）とを有するモータ部（６０）、ロータ部（４０）に係合して回転駆動されるインペラ（２０）により燃料を送給するポンプ部（５０）を備え、ステータ部（６１）の巻線溝（６１ｄ）の中に、燃料を流通させる流体通路となる貫通孔流路（７０）を設けるようにした。

Description

燃料ポンプモジュール

　本発明は、二輪車等の燃料タンクの開口部に保持されて燃料を燃料タンク外へ送出するための燃料ポンプモジュールに関するものである。

　従来のブラシレスモータを用いた燃料ポンプは、コイルが巻回された磁性体からなるコアを樹脂材料でモールド成形することにより覆って形成されるステータ部と、コアの内周側に回転自在に配置され、コイルへ通電されるとコアに形成された磁界を受けて回転するロータ部と、ロータの回転軸に固定されたインペラ、このインペラを回転自在に収容するポンプケース、ポンプケースをその外周側で保持するとともにステータ部に結合しているハウジングを有するポンプ部と、ステータ部を保持し、容器に設けられた開口部を覆うようにして容器に固定されることにより、燃料ポンプを容器に固定するフランジ部とを備え、ステータ部は、回転軸の一端側と回転自在に嵌合して支持する軸受けを保持する軸受け保持部を有し、且つ、この軸受け保持部はモールド成形により形成され、フランジ部はステータ部をモールド成形する際にステータ部と一体的に形成されており、燃料ポンプの吸込口には吸込フィルタを装着するようにしている（例えば、特許文献１を参照）。

　また、従来の燃料ポンプでは、ステータ部とロータ部との隙間に流体を流通させ、流体流路として利用している。
　さらにまた、ステータ部のステータコアに流体を流通させる流体流路を設けた回転電機は、例えば特許文献２に示すように提案されている。

特開２００９－２２２０５５号公報特開２００６－１０１６７２号公報

　従来の燃料ポンプは以上のように構成されており、ステータ部とロータ部との隙間に流体を流通させる構成となっている。この構造では、巻線と流体流路との間の熱伝導距離が長く、かつ、通常、熱伝導が悪い樹脂などを使用するため、巻線の温度上昇により電力損失が大きくなる問題があった。
　また、従来のこの構造では、流体中をロータ部が回転するため、回転抵抗が大きいという問題があった。一方で、ステータ部とロータ部との隙間を流体が流れるときの流体抵抗を低減させるには、この隙間を広くしたいが、この隙間を広げるとロータ部に与えるステータ部のコイルで発生させた磁気エネルギーが弱くなるため、ロータ部が同一の回転数を得るためには、より多くの電流を巻線に流す必要があり、効率が低下する問題があった。
　既に提案されているステータコアに流体を流通させる流体流路を設ける燃料ポンプは、ステータコアの磁気回路を狭めるため、回転電機の性能を低下させる問題があった。

　この発明に係る燃料ポンプモジュールは、ステータコアの巻線溝にコイルが巻回されたステータ部と、前記ステータ部内に回転自在に支持されたロータ部と、円筒状に形成され内周面に前記ステータ部が固着されるヨークとを有するモータ部、前記ロータ部に係合して回転駆動されるインペラにより燃料を送給するポンプ部、を備え、前記ステータ部の前記巻線溝の中に、前記燃料を流通させる流体通路となる貫通孔流路を設けたものである。

　この発明の燃料ポンプモジュールによれば、巻線と流体流路との間の熱伝導距離を短くできることで、巻線の温度上昇を抑えることができる。その結果、巻線抵抗値を小さく抑えることができ、巻線での電力損失を低く抑えられ、燃料ポンプの効率を高くできる。
　磁気回路を構成するステータコアの磁気回路を狭めないため、燃料ポンプの性能が低下しない。また、流体がステータ部とロータ部との隙間を通らないため、流通抵抗が小さく、撹拌損失をなくすことができる。
　この発明の上記以外の目的、特徴、観点及び効果は、図面を参照する以下のこの発明の詳細な説明から、さらに明らかになるであろう。

この発明の実施の形態１における燃料ポンプモジュールの外観斜視図である。図１における燃料ポンプモジュールの縦断面図である。実施の形態１における燃料ポンプの斜視図である。図３における燃料ポンプの縦断面図である。実施の形態1における燃料ポンプの分解斜視図である。図４のステータ部の平面図である。図６にコイルを取り付けた平面図である。図３における燃料ポンプのＡ－Ａ線断面図である。

　以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。
　なお、各図面中において、同一符号は同一あるいは相当のものであることを示す。
実施の形態１．
　図１は、この発明の実施の形態１における燃料ポンプモジュールの外観斜視図である。まず、この発明の実施の形態１における燃焼ポンプモジュールについて、図１に基づき説明する。
　図１において、燃料ポンプモジュール１０１は、上側ケース１ａ、インジェクタ（図示なし）への燃料ホースなどが接続される吐出パイプ１ｂ、リターン配管１ｃ、およびコネクタ１ｄを一体成形によって具備する絶縁性樹脂であるフランジ１を有している。さらに燃料ポンプモジュール１は、このフランジ１、上側ケース１ａと固着することでフィルタケース５１を形成し、絶縁性樹脂により形成されている下側ケース２、この下側ケース２と例えばスナップフィットで係合され、後述する燃料ポンプを保持するポンプホルダ３、このポンプホルダ３の開口部より挿入され、燃料ポンプの吸入口に嵌着されるサクションフィルタ４、下側ケース２の側面に装着され、後述する燃料タンク内の燃料の油面を検出するフロート５ａを備えた液面検出器５により構成されている。
　なお、コネクタ１ｄからのリード線６は、燃料ポンプと接続される駆動用、液面検出器５と接続される信号用、および後述するアース用が具備されている。

　図２は、図１の燃料ポンプモジュールの縦断面図である。燃料ポンプモジュール１０１は図２に示すように、車両の燃料タンク９９内にフランジ１が燃料タンク９９の開口部９９ａを塞ぐように収容されている。この燃料タンク９９から燃料ポンプ７によって吸入した燃料１００は、上側ケース１ａに内包された高圧フィルタ８を介してインジェクタ（図示なし）側に供給される。なお、サクションフィルタ４において、燃料タンク９９内の夾雑物を取り除き、取り切れなかったものは、高圧フィルタ８にて捕捉することができる。
　また、プレッシャーレギュレータ９によって、インジェクタに供給される燃料の圧力が所定値に保たれている。燃料の圧力が所定値に保たれた結果、余剰となった燃料は、リターン配管１ｃを経由してプレッシャーレギュレータ９より排出され、サクションフィルタ４に達する。余剰となった燃料を排出するため、および燃料ポンプ７をポンプホルダ３に保持するために、クッションラバー１３を具備している。

　続いて、この燃料ポンプモジュール１０１の組立手順を説明する。上側ケース１ａの紙面上、下側から高圧フィルタ８を挿入し、上側ケース１ａの天井に当接させることで、この高圧フィルタ８と吐出パイプ１ｂが連通するとともに、上側ケース１ａと高圧フィルタ８の下端面同士が面一（ツライチ）となる。この下端面に下側ケース２を、例えば熱板溶着することで、上側ケース１ａと下側ケース２の固着はもとより、高圧フィルタ８も固着されることから、前述したように、上側ケース１ａと下側ケース２を固着させることで形成させるものをフィルタケース５１と呼んでいる。この高圧フィルタ８のエレメント８ａを燃料が通過する際、静電気が発生する。しかし、この静電気はエレメント８ａが挟着される導電性樹脂で成形された内筒８ｂに蓄えられるため、前述した熱板溶着のときに、導電性樹脂で成形された端子部材（図示なし）を、フィルタケース５１から露出するように内筒８ｂと溶着させ、この端子部材に前述したアース線を接続すれば、静電気を容易に放散することができ好ましい。

　下側ケース２のリターン流路終端２ａに、Ｏリング１１を介してプレッシャーレギュレータ９を液密に嵌着する。その後、係合突起２ｂにポンプホルダ３の係合孔３ｃを係合させることで、下側ケース２（フィルタケース５１）とポンプホルダ３をスナップフィット係合させる。この係合により、プレッシャーレギュレータ９がポンプホルダ３に保持されるとともに、燃料ポンプ７の吐出口７ｃに冠着された接続管１２が、下側ケース２に設けた燃料吸入口２ｃに液密に嵌着されることになる。この燃料吸入口２ｃはエレメント８ａに連通している。この結果、サクションフィルタ４から吐出パイプ１ｂに至る燃料流路が確保されることになる。これに液面検出器５を装着し、リード線６をコネクタ１ｄに接続することで、図１で説明した燃料ポンプモジュール１０１が組み上がる。

　なお、この実施の形態１においては、高圧フィルタ８およびプレッシャーレギュレータ９は、燃料ポンプモジュール１０１に組み込まれている。しかし、必ずしもこれに限定されるわけではなく、高圧フィルタ８およびプレッシャーレギュレータ９は、どちらか一方、もしくは両方が燃料タンク９９の外、すなわち燃料ポンプモジュール１０１とインジェクタとの間に配設されていてもよい。

　図３は、実施の形態１における燃料ポンプの斜視図である。また、図４は、図３における燃料ポンプの縦断面図である。さらにまた、図５は図３における燃料ポンプの分解斜視図である。
　まず、図５を用いて、以下に燃料ポンプの構造について説明する。燃料ポンプ７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り、燃料タンク内の燃料を吸入し、燃料消費装置であるエンジンに供給する。燃料ポンプ７は、吸入した燃料を昇圧するポンプ部５０と、ポンプ部５０を駆動するステータ部６１を含むモータ部６０とを備えている。

　ポンプ部５０は、ポンプカバー１４、ポンプベース１６、及びインペラ（回転部材）２０を有している。このうち、ポンプベース１６およびポンプカバー１４は、例えばアルミのダイカスト成形により形成されている。これらポンプベース１６とポンプカバー１４により一つのケーシング部材（付番せず）が構成されている。このケーシング部材内部にインペラ（回転部材）２０が回転自在に収容されている。モータ部６０は、直流モータを構成しており、ステータ部６１とロータ部４０とを有している。

　ポンプベース１６は、ヨーク１０の一方の端部内側に圧入固定されている。このポンプベース１６を被せつつヨーク１０の一端にポンプカバー１４が、かしめなどにより固定されている。ポンプベース１６の中心に軸受２５が嵌着されている。また、ポンプカバー１４の中心にスラスト軸受２６が圧入固定されている。これにより、ロータ部４０のシャフト４１の一方の端部は、軸受２５により回転自在に径方向に支持されている。また、スラスト軸受２６によりスラスト方向の荷重が支持されている。なお、シャフト４１の他方の端部は軸受２７により回転自在に径方向に支持されている。

　モータ部６０及びポンプ部５０を収容する円筒形のヨーク１０は、軸方向の両端側に薄肉部２１、２２をそれぞれ有し、薄肉部２１、２２の間に厚肉部２３を有している。薄肉部２１、２２は、ポンプカバー１４とカバーアウト１８とをかしめ固定している。
　図６は、図４のステータ部６１の概略平面図であり、図７は図６にコイル６１ｂを取り付けた平面図である。図６及び図７においては、ロータ部４０の図示は省略し、ステータ部６１について図示されている。
　また、図８は、図３における燃料ポンプのＡ－Ａ線断面図である。モータ部６０には、ブラシレスモータが採用されている。図８に示すように、モータ部６０は、磁性体からなるステータコア６１ａとこのステータコア６１ａに巻回されたコイル６１ｂから成るステータ部６１、及び、円筒状に成型されたプラスチックマグネット４０ａと中心に嵌挿されたシャフト４１から成るロータ部４０により構成されている。

　ステータ部６１はステータコア６１ａに巻回されたコイル６１ｂに流れる電流が制御されることにより、ステータコア６１ａの内周面に周方向に形成される磁極が切り換わる。シャフト４１がスラスト軸受２６により回転自在に支持されたロータ部４０は、ステータコア６１ａの内周で回転自在に設置されており、ステータコア６１ａ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。

　なお、ステータコア６１ａは、軸方向に積層された複数の磁性鋼板が固着されて形成されている。ステータコア６１aには、その表面を覆うように絶縁材質からなるインシュレータ６１ｃが設けられている。インシュレータ６１ｃの周囲にコイル６１ｂが巻回されている。コイル６１ｂに制御装置（図示なし）から三相交流電流が供給され、周方向に回転磁界を発生するように例えばスター結線されて、後述の３つの負荷端子６３ａ、６３ｂ、６３ｃ（図３参照）に接続されている。
　負荷端子６３ａ、６３ｂ、６３ｃは、ステータ端子６４ａ、６４ｂ、６４ｃと勘合され、ステータに電力が供給される。

　ステータコア６１ａ、コイル６１ｂから成るステータ部６１、およびコイル６１ｂに電気的に接続された負荷端子６３ａ、６３ｂ、６３ｃは、例えば、ポリアセタール樹脂などの熱可塑性樹脂で一体的にインサートして成型されている。樹脂材料が充填されることにより、燃料がコイル６１ｂには直接接触せず、劣化燃料や低質燃料を使用しても、コイル６１ｂの腐食を防止できるものである。

　ステータ部６１の貫通孔流路７０は、例えば、巻線溝６１ｄのコイル６１ｂを巻いていない部分に金属の棒を挿入し樹脂材料を充填した後に、この金属の棒を抜き取ることで形成する。または、巻線溝６１ｄを樹脂で充填した後に、例えば、ドリルで貫通孔を開けることでも形成できる。コイル６１ｂ表面を樹脂で覆って貫通孔流路７０を形成することで、貫通孔流路７０の凹凸が少ないため、流体の乱れが少なく結果として流体抵抗を低減できる効果がある。貫通孔流路７０は、複数設けられており、例えば図８においては１２個の貫通孔流路７０が巻線溝６１ｄ内に設けられている。また、貫通孔流路７０は、全ての巻線溝６１ｄの中に設けられていてもよいし、部分的に一部の巻線溝６１ｄ中に設けられていてもよい。さらにまた、貫通孔流路７０の形状は、例えばチューブ状となっている。
　また、樹脂モールドしたステータ部６１の上面および下面には、貫通孔流路７０を通り繋がっている同心円状の流路溝７１がそれぞれ設けられている。

　図４及び図５に示すように、円板状に形成されたインペラ（回転部材）２０の外周縁部には多数の羽根溝が形成されている。インペラ（回転部材）２０が、ロータ部４０の回転によりロータ部４０のシャフト４１と共に回転すると、インペラ（回転部材）２０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１４ａの燃料が加圧される。インペラ（回転部材）２０の回転により、ポンプカバー１４に形成された燃料吸入口１４ｂからポンプ流路１４ａに吸入された燃料タンク９９内の燃料１００は、ポンプカバー１４からステータ部６１下面の流路溝７１、貫通孔流路７０、ステータ部６１上面の流路溝７１、カバーアウト１８の燃料通路１９を通って燃料ポンプ７からエンジン側に吐出される。

　フランジ１は、図示しない燃料配管を介して加圧燃料をエンジン（図示せず）へ送出する吐出パイプ１ｂ、及びコイル６１ｂに電力を供給するためのコネクタ１ｄが、例えば、ＰＰＳ（Poly　Phenylene　Sulfide）樹脂、あるいはＰＯＭ（polyacetalまたはpolyoxymethylene）樹脂などの熱可塑性樹脂材にて一体的に成型により構成されている。フランジ１は、軸方向（図１において上下方向）に直交する平板状に形成されており、燃料タンク９９の円形の開口部９９ａに嵌挿され、且つ平板部を燃料タンク９９の外側表面との間にパッキン１７を挟装させ密着させた状態で、図示しない固定用金具等で締結することにより、燃料タンク９９に固定される。

　次に、以上のように構成された燃料ポンプモジュール１０１の動作を説明する。コネクタ１ｄからリード線６、負荷端子６３ａ、６３ｂ、６３ｃを介してコイル６１ｂに制御回路（図示なし）から駆動電流が供給され、ステータ部６１のロータ部４０と向き合う対向面に回転磁界を生成させる。
　ロータ部４０は、ステータ部６１の回転磁界に追従して回転し、ロータ部４０のシャフト４１に係合したインペラ（回転部材）２０も回転し、Ｃ字状のポンプ流路１４ａ内で旋回流が発生する。燃料タンク９９内の燃料１００が、サクションフィルタ４を介してポンプカバー１４に設けられた吸入口１４ｂから流入し、インペラ（回転部材）２０の回転によりポンプ流路１４ａ内を流れつつ昇圧され、モータ部６０側（図５においてポンプ部５０の上方）に圧送される。

　モータ部６０側に圧送された燃料１００は、ステータ部６１の巻線溝６１ｄに設けた貫通孔流路７０を通り、高圧フィルタ８を介してフランジ１に形成された燃料通路１ｅに供給される。燃料通路１ｅに流入した燃料は、プレッシャーレギュレータ９で所望圧力に調圧されて吐出パイプ１ｂから車両のエンジン（図示なし）などの内燃機関に吐出される。
　図４のモータ部６０は、ロータ部４０をステータ部６１の内側に配設したインナーロータ型であるが、ロータ部４０をステータ部６１の外側に配設したアウターロータ型でも同様に構成することができる。
　なお、この発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

Claims

　ステータコアの巻線溝にコイルが巻回されたステータ部と、前記ステータ部内に回転自在に支持されたロータ部と、円筒状に形成され内周面に前記ステータ部が固着されるヨークとを有するモータ部、
　前記ロータ部に係合して回転駆動されるインペラにより燃料を送給するポンプ部、を備え、
　前記ステータ部の前記巻線溝の中に、前記燃料を流通させる流体通路となる貫通孔流路を設けたことを特徴とする燃料ポンプモジュール。
　前記インペラを収容し、吸入口を有するポンプカバーと、
　前記ポンプ部と反対側の前記ヨークに固定され、吐出口を有するカバーアウトとをさらに備え、
　前記流体通路は、前記燃料が前記ポンプカバーの前記吸入口から前記巻線溝中の前記貫通孔流路を経由し、前記カバーアウトの前記吐出口に至るように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料ポンプモジュール。
　前記ステータ部の上面および下面には、前記貫通孔流路と繋がる前記流体通路となる同心円状の流路溝がそれぞれ設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の燃料ポンプモジュール。
　前記貫通孔流路は、全ての前記巻線溝に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の燃料ポンプモジュール。
　前記貫通孔流路は、前記巻線溝の一部に設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の燃料ポンプモジュール。
　前記貫通孔流路は、チューブ状であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の燃料ポンプモジュール。