(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円板形状で外周縁部に羽根部を有するインペラと、前記インペラを回転可能に支持し前記インペラの羽根部に沿って延在する円弧帯状のポンプ流路と該ポンプ流路の両端部に開口する吸入口と吐出口を配設したポンプケーシング組立体と、前記インペラの中心に嵌挿される中心軸と該中心軸に固着されるコアを有する回転子と、前記回転子の中心軸を回転可能に支持する軸受と、前記回転子の外周に同心状に配設された一対の永久磁石とを有する電動燃料ポンプにおいて、前記ポンプ流路内の圧力分布により前記インペラが受ける荷重の方向に対して反対方向の荷重を前記回転子に発生させるように、前記永久磁石をインペラが受ける荷重の方向に直交する回転子の中心線を基準に両側に配置すると共に前記荷重を発生させる側から見た時、反対側の永久磁石の軸方向中心をもう一方の永久磁石の軸中心よりもインペラ側にオフセットして配置したことを特徴とする電動燃料ポンプ。
【請求項２】
請求項１に記載の電動燃料ポンプにおいて、一方の永久磁石の軸方向中心とコアの軸方向中心のオフセット量が、もう一方の永久磁石の軸方向中心とコアの軸方向中心のオフセット量と同等で、オフセット方向が互いに反対方向であることを特徴とする電動燃料ポンプ。
【請求項３】
請求項１に記載の電動燃料ポンプにおいて、インペラに近い永久磁石が調整凸部により位置決めされることを特徴とする電動燃料ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電動駆動方式の流体ポンプに関し、特に車両用内燃機関において燃料タンクから燃料をエンジンに圧送する電動燃料ポンプ関する。
【背景技術】
【０００２】
第５図は、例えば特公平７−３２３９号公報に示された従来の電動燃料ポンプを示す縦断面図、第６図は、第５図の線ＶＩ−ＶＩに沿う拡大断面図、第７図はポンプ流路内に発生する半径方向荷重分布の説明図、第８図はインペラが受ける荷重に対する軸受反力の説明図である。
【０００３】
図において、１はポンプケーシングの組立体を示しており、このポンプケーシング組立体１はポンプケーシング本体２とカバー３とにより構成され、ポンプケーシング組立体１内には円板形状で外周縁部に沿って羽根部５を有するインペラ４が収納されており、このインペラ４は後述の中心軸６によって回転可能に支持されている。  ポンプケーシング組立体１は、インペラ４の羽根部５に沿って延在する円弧帯状のポンプ流路７を収納しており、ポンプ流路７の両端部には吸入口８及び吐出口９が開口している。また、インペラ４の中心には電動機１５の回転子１６の中心軸６が嵌挿され、回転子１６はその両端をポンプケーシング組立体１とブラケット２４の各々に配設された軸受１７及び軸受１８によって回転可能に支持されている。
【０００４】
ポンプケーシング組立体１とエンドカバー１９とは電動機１５の円筒状のヨーク２０によって互いに連結されており、ヨーク２０の内周部には永久磁石２５が環状に配設され、この永久磁石２５の内部に回転子１６が収容されている。また、ポンプケーシング組立体１とエンドカバー１９との間には吐出口９より吐出される燃料を貯容する液体室２１が配設され、この液体室２１はエンドカバー１９に設けられたチェック弁２２を有する液体出口２３に連通しており、ブラケット２４は回転子１６の巻線（図示しない）に電流を供給するための整流子２６に摺接する給電用ブラシ２７を配設している。
【０００５】
次に従来の電動燃料ポンプの動作について説明する。
上記のように構成された電動燃料ポンプにおいては、電動機１５によってインペラ４が時計廻り方向に回転駆動（第６図）されることにより、吸入口８より燃料がポンプ流路７の一端部に吸入され、この燃料はポンプ流路７を時計廻り方向へ流れながら昇圧され、その他端部の吐出口９より液体室２１を通り、チェック弁２２を介して液体出口２３から吐出される。
【０００６】
なお、上記の昇圧時において、インペラ４の外周縁部には、吸入口８から吐出口９にかけて増加していく圧力分布による半径方向荷重分布１０（第７図）がポンプ流路７内に発生し、その合力としてインペラ４に対して半径方向の荷重１１（以下インペラ荷重１１）が作用する。その結果、インペラ４に嵌挿されている回転子１６の中心軸６が、インペラ荷重１１を受けるとともに、中心軸６を回転可能に支持している軸受１７及び軸受１８から中心軸６に対して軸受反力１２、１３（第８図）が作用する。同時に軸受１７と軸受１８には、上記軸受反力１２、１３と反対向きで同じ大きさの軸受荷重が作用する。
【０００７】
車両用内燃機関の燃料ポンプとして使用する場合、例えば液体出口２３から燃料を吐出する時の吐出圧力が２５０ｋＰａのものにおいては、前記インペラ荷重１１は約１ｋｇｆにも達し、燃料ポンプの吐出圧力は燃料を供給する車両用内燃機関の効率改善及び排ガス改善等の目的から年々増加傾向にあり、それに応じてインペラ荷重も増加している。
【０００８】
従来の電動燃料ポンプは以上のように構成されているので、インペラ荷重１１による軸受１７，１８に加わる荷重が増加すると、中心軸６と軸受１７，１８間の摺動抵抗が増加することにより電動機１５の消費電力が増加して、電動燃料ポンプとしての効率が低下する。また、軸受１７，１８の中心軸６との接触部の摩耗が増加するという問題があった。
【０００９】
この発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、インペラ荷重による軸受荷重を低減することにより、燃料ポンプの効率低下及び軸受の摩耗が発生し難い、電動燃料ポンプを得ることを目的としている。
【発明の開示】
【００１０】
この発明に係わる電動燃料ポンプは、円板形状で外周縁部に羽根部を有するインペラと、インペラを回転可能に支持しインペラの羽根部に沿って延在する円弧帯状のポンプ流路と該ポンプ流路の両端部に開口する吸入口と吐出口を配設したポンプケーシング組立体と、インペラの中心に嵌挿される中心軸と該中心軸に固着されるコアを有する回転子と、回転子の中心軸を回転可能に支持する軸受と、回転子の外周に同心状に配設された一対の永久磁石とを有する電動燃料ポンプにおいて、永久磁石をポンプ流路内の圧力分布によりインペラが受ける荷重の方向に対して反対方向の荷重を回転子に発生させるように配置したものである。
【００１１】
また、永久磁石をインペラが受ける荷重の方向に直交する回転子の中心線を基準に両側に配置すると共に、前記の荷重を発生させる側から見た時、反対側の永久磁石の軸方向中心をもう一方の永久磁石の軸中心よりもインペラ側にオフセットして配置したものである。
【００１２】
また、一方の永久磁石の軸方向中心とコアの軸方向中心のオフセット量が、もう一方の永久磁石の軸方向中心とコアの軸方向中心のオフセット量と同等で、オフセット方向を互いに反対方向にしたものである。
また、インペラに近い永久磁石を調整凸部により位置決めしたものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
実施の形態１．
第１図はこの発明の一実施の形態における電動燃料ポンプの縦断面図、第２図は第１図の線ＩＩ−ＩＩに沿う拡大断面図、第３図は第１図の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿う拡大断面図、第４図は第３図の線ＩＶ−ＩＶに沿う要部部分側断面図である。図において、３０，３１は永久磁石、３２は磁性体で形成され、永久磁石３０，３１が発生した磁束を導く回転子１６のコア、１〜１３、１５〜２４、２６及び２７は上記背景技術で説明の装置と同様のものであり、その説明を省略する。
【００１４】
永久磁石３０，３１はポンプ流路７内の圧力分布によりインペラ４が半径方向に受ける荷重１１（以下インペラ荷重１１）の方向に直交する回転子１６の中心線ＣＬを基準に両側に配置（第３図）されると共に、永久磁石３１の軸方向中心３１ａが、もう一方の永久磁石３０の軸方向中心３０ａよりもインペラ４側にオフセットして配置され、永久磁石３１の軸方向中心３１ａとコア３２の軸方向中心３２ａのオフセット量Ｌ１は、永久磁石３０の軸方向中心３０ａとコア３２の軸方向中心３２ａのオフセット量Ｌ２と同等で、オフセット方向が互いに反対方向になるように配置（第４図）されている。
【００１５】
次に、このように構成された電動燃料ポンプの動作について説明する。
電動機１５によってインペラ４が時計廻り方向に回転駆動（第２図）されることにより吸入口８より燃料がポンプ流路７の一端部に吸入され、この燃料はポンプ流路７を時計廻り方向へ流れながら昇圧され、その他端部の吐出口９から液体室２１を通り、チェック弁２２を介して液体出口２３から吐出（第１図）される。
【００１６】
なお、上記の昇圧時において、インペラ４の外周縁部には、吸入口８から吐出口９にかけて増加していく圧力分布による半径方向荷重分布１０（第７図参照）がポンプ流路７内に発生し、その合力としてインペラ荷重１１（第２図）が作用する。その結果、第４図に示すように、インペラ４に嵌挿されている回転子１６の中心軸６がインペラ荷重１１を受け、中心軸６を回転可能に支持している軸受１７及び軸受１８から中心軸６に対して軸受反力１２、１３が作用する。同時に軸受１７及び軸受１８には、上記軸受反力１２、１３と反対向きで同じ大きさの軸受荷重が作用する。
【００１７】
永久磁石３１の軸方向中心３１ａは、磁性体であるコア３２の軸方向中心３２ａに対してインペラ４側にＬ１だけオフセットして配置されており、永久磁石３１とコア３２には互いに軸方向中心が同位置になろうとする力が発生する。しかし、永久磁石３１はヨーク２０に固定されており、その結果、コア３２に下向きの磁気吸引力Ｆ１が作用する。
【００１８】
また、永久磁石３０の軸方向中心３０ａは、磁性体であるコア３２の軸方向中心３２ａに対して永久磁石３１のオフセット方向と反対側にＬ２だけオフセットして配置されており、永久磁石３０とコア３２には互いに軸方向中心が同位置になろうとする力が発生する。しかし、永久磁石３０はヨーク２０に固定されており、その結果、コア３２に上向きの磁気吸引力Ｆ２が作用する。
【００１９】
上記の結果、回転子１６にはベクトルとしてのＦ１とＦ２の終点を結んだ線とコア３２の軸方向中心線３２ａとの交点Ｏを回転中心にして、回転モーメントＭが発生する。回転中心ＯからベクトルＦ１の始点までの距離をｒ１、ベクトルＦ２の始点までの距離をｒ２とすると、回転モーメントＭは下式で表される。
Ｍ＝Ｆ１・ｒ１＋Ｆ２・ｒ２
【００２０】
回転モーメントＭにより、中心軸６に対して軸受１７から軸受反力Ｆ４が作用し、軸受１８から軸受反力Ｆ３が作用する。回転子１６の回転中心Ｏから軸受１８までの距離をｒ３、軸受１７までの距離をｒ４とすると、Ｆ３とＦ４と回転モーメントＭとの関係は下式で表される。
Ｆ３・ｒ３＋Ｆ４・ｒ４＝Ｍ
【００２１】
永久磁石３０，３１はポンプ流路７内の圧力分布により発生するインペラ４が半径方向に受けるインペラ荷重１１の方向に直交する回転子１６の中心線ＣＬを基準に両側に配置されているため、軸受反力Ｆ３、Ｆ４はインペラ荷重１１の反力として作用する軸受反力１２、１３に対して、同一線上で反対方向に作用する。
【００２２】
その結果、軸受１７、１８から中心軸６に対して作用する軸受反力Ｆ３、Ｆ４により、インペラ荷重１１の反力として作用する軸受反力１２、１３は軽減され、軸受１７と軸受１８に加わっていたインペラ荷重１１による軸受荷重も低減される。
【００２３】
上記実施例において、コア３２の軸方向中心３２ａに対する永久磁石３０の軸方向中心３０ａのオフセット量Ｌ２と、コア３２の軸方向中心３２ａに対する永久磁石３１の軸方向中心３１ａのオフセット量Ｌ１を加えたオフセット量Ｌにより軸受反力Ｆ３、Ｆ４の大きさが異なるため、オフセット量Ｌは、インペラ荷重１１の大きさに応じて調整する必要があるが、実験的に求められたオフセット量Ｌと同寸法の調整凸部２４ａをブラケット２４に一体的に配設（第１図）しておくことにより、ブラケット２４をヨーク２０に嵌挿する時に、自動的に調整凸部２４ａの作用で永久磁石３１の固定位置が決定される。なお、車両用内燃機関の燃料ポンプの場合、オフセット量Ｌは例えば、０．５〜５ミリメートルである。
【００２４】
また、上記実施例においては、永久磁石３１の軸方向中心３１ａを永久磁石３０の軸方向中心３０ａよりもインペラ側にオフセットして配置し、永久磁石３０の軸方向中心３０ａとコア３２の軸方向中心３２ａのオフセット量と、永久磁石３１の軸方向中心３１ａとコア３２の軸方向中心３２ａのオフセット量を同等になるように配置したが、インペラ荷重１１を発生する側から見た時、反対側の永久磁石の軸方向中心がインペラ４側にオフセットさせて配置するだけでも、軸受反力Ｆ３、Ｆ４が発生するので、上記実施例と同様にインペラ荷重１１による軸受荷重を低減できるものである。
【００２５】
さらに、上記実施例においては、回転子１６のコア３２と永久磁石３０，３１間の空隙寸法は均一なものとして形成させたが、この空隙寸法を軸方向位置で異なる、例えば永久磁石３０のコア３２との対抗面をインペラ４側に近づくにつれて空隙が狭くまるように形成させ、回転子１６に回転モーメントＭが発生するようにすれば、軸受反力Ｆ３、Ｆ４が発生するので、上記実施例と同様にインペラ荷重１１による軸受荷重を低減できるものである。
【００２６】
上記のように構成された電動燃料ポンプでは、インペラ荷重による軸受荷重を低減させ、燃料ポンプの効率低下や軸受の摩耗を防止できるものである。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
この発明に係わる電動燃料ポンプは、円板形状で外周縁部に羽根部を有するインペラと、インペラを回転可能に支持しインペラの羽根部に沿って延在する円弧帯状のポンプ流路と該ポンプ流路の両端部に開口する吸入口と吐出口を配設したポンプケーシング組立体と、インペラの中心に嵌挿される中心軸と該中心軸に固着されるコアを有する回転子と、回転子の中心軸を回転可能に支持する軸受と、回転子の外周に同心状に配設された一対の永久磁石とを備え、永久磁石をポンプ流路内の圧力分布によりインペラが受ける荷重の方向に対して反対方向の荷重を回転子に発生させるように配置したので、軸受荷重を低減させ、燃料ポンプの効率低下や軸受の摩耗を防止できるものである。
【００２８】
また、この発明は電動燃料ポンプの電動機の軸受に加わる軸受荷重の低減に関するものであるが、燃料ポンプ以外の電動機において、軸受に荷重が加わるものに適用すれば、同様に摩耗を低減させることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
第１図はこの発明の一実施の形態における電動燃料ポンプの縦断面図である。
第２図は第１図の線ＩＩ−ＩＩに沿う拡大断面図である。
第３図は第１図の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿う拡大断面図である。
第４図は第３図の線ＩＶ−ＩＶに沿う要部部分側断面図である。
第５図は従来の従来の電動燃料ポンプを示す縦断面図である。
第６図は第５図の線ＶＩ−ＶＩに沿う拡大断面図である。
第７図はポンプ流路内に発生する半径方向荷重分布の説明図である。
第８図はインペラが受ける荷重に対する軸受反力の説明図である。
【図１】
0003931655.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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