JP2011109778A - 燃料ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】コギングトルクを抑えながらモータ部の出力を向上する。
【解決手段】燃料ポンプのモータ部では、ロータとステータの一方は、第１の円周面に沿って周方向に間隔を空けて配置される少なくとも一対の永久磁石部４１，４４と、隣接する永久磁石部の端部間に配置される磁性体５６ａ，５６ｂを有している。ロータとステータの他方は、永久磁石部に対向して配置される第１のヨーク４９を有しており、その第１のヨークには、複数のスロット５５が周方向に間隔を空けて形成されている。磁性体５６ａ，５６ｂのスロットとの対向面は、第１の円周面側の極性がＮ極となる永久磁石部４４側の端部を含む周方向の少なくとも一部の範囲において、第１の円周面からスロット５５との距離が長くなる方向にシフトしている。
【選択図】図２

Description

本発明は、ガソリン等の燃料を吸込んで昇圧し、昇圧した燃料を吐出する燃料ポンプに関するものである。

この種の燃料ポンプは、通常、モータ部と、そのモータ部によって駆動されるポンプ部を有している。モータ部によってポンプ部が駆動されると、燃料ポンプ外の燃料が燃料ポンプ内に吸引され、昇圧されて燃料ポンプ外に吐出される。この燃料ポンプにおいて、ポンプ出力を増大するためには、モータ部で発生するトルクを大きくする必要がある。このため、モータ部には、有効磁束を大きくするために、回転軸に直交する断面が円弧状（Ｃ字状）となる永久磁石（以下、円弧状の永久磁石とのみいう場合がある。）が用いられている。なお、このような燃料ポンプの一例は、特許文献１に開示されている。

しかしながら、モータ部に円弧状の永久磁石を用いると、永久磁石の有効磁束を大きくすることができる反面、モータ部にコギングトルクが発生する。このため、モータ部のコギングトルクを低減するための技術が開発されている（例えば、特許文献２）。特許文献２の技術では、ハウジングの内周面に円弧状の永久磁石が取付けられ、その隣接する永久磁石の端部間に導磁片（磁性体）が設置される。この導磁片によって、一方の永久磁石から他方の永久磁石への磁路が形成され、モータ部の周方向の磁気分布がなだらかとなる。これによって、モータ部のコギングトルクが低減される。

特開平６−８６４８４号 実開昭５６−８９６７９号

特許文献２の技術では、導磁片の内周面と、円弧状の永久磁石の内周面とを一致させている。このため、一方の永久磁石からロータに流れた磁束の一部が導磁片に流れてしまい、他方の永久磁石に向かっては流れない。その結果、導磁片に流れた永久磁石の分だけロータを流れる有効磁束が少なくなり、モータ部の出力が低下することとなる。

本願は、上記した実情に鑑みてなされたものであり、モータ部によってポンプ部が駆動する燃料ポンプにおいて、コギングトルクを抑えながらモータ部の出力を向上することができる燃料ポンプを提供することを目的とする。

本願の燃料ポンプは、モータ部と、そのモータ部によって駆動されるポンプ部を有している。この燃料ポンプのモータ部は、ロータと、ロータに対向して配置されるステータと、を有している。ロータとステータの一方は、第１の円周面に沿って周方向に間隔を空けて配置される少なくとも一対の永久磁石部と、隣接する永久磁石部の端部間に配置される磁性体と、を有している。一対の永久磁石部の第１の円周面側の極性は互いに異なっている。ロータとステータの他方は、永久磁石部に対向して配置される第１のヨークを有している。第１のヨークには、第１の円周面と同心状となる第２の円周面に沿って複数のスロットが周方向に間隔を空けて形成されている。永久磁石部がロータに設けられる場合の永久磁石部の外周面又はステータに設けられる場合の永久磁石部の内周面は、第１の円周面上に位置している。複数のスロットの先端面は、第２の円周面上に位置すると共に、第１の円周面上に位置する永久磁石部の内周面又は外周面に対向している。スロットと永久磁石部が対向している回転軸方向の範囲の少なくとも一部において、磁性体のスロットとの対向面は、第１の円周面側の極性がＮ極となる永久磁石部側の端部を含む周方向の少なくとも一部の範囲において、第１の円周面からスロットとの距離が長くなる方向にシフトしている。

この燃料ポンプは、隣接する永久磁石部の端部間に磁性体が配置されているため、モータ部の周方向の磁気分布がなだらかとなり、モータ部のコギングトルクを低減することができる。また、磁性体のスロットとの対向面は、第１の円周面側の極性がＮ極となる永久磁石部側の端部を含む周方向の少なくとも一部の範囲において、第１の円周面からスロットとの距離が長くなる方向にシフトしている。このため、第１の円周面側がＮ極となる永久磁石部から出る磁束が磁性体に流れてしまうことが抑制され、有効磁束として利用される磁束が増加する。これによって、モータ部の出力を向上することができる。

本願の燃料ポンプの一態様では、磁性体のスロットとの対向面は、その磁性体が隣接する永久磁石部の一方から他方までの周方向の全体に亘って、第１の円周面からスロットとの距離が長くなる方向にシフトさせることができる。このような構成によっても、コギングトルクを抑えながら、モータ部の出力を向上することができる。

本願の燃料ポンプの他の態様では、磁性体のスロットとの対向面から第１の円周面までの距離は、第１の円周面側の極性がＮ極となる永久磁石部側の端部より、第１の円周面側の極性がＳ極となる永久磁石部側の端部において小さくすることができる。このような構成によっても、コギングトルクを抑えながら、モータ部の出力を向上することができる。

また、本願の技術は、ステータ側に永久磁石が配置された燃料ポンプに適用することができる。このような燃料ポンプの一例では、ステータは、永久磁石部と磁性体を有しており、さらに、永久磁石部の外周面が固定されるハウジングを有している。そして、永久磁石部の内周面は、第１の円周面上に位置している。磁性体は、その一端が隣接する永久磁石部の一方に当接する一方で、その他端が隣接する永久磁石部の他方に当接する板部材とすることができる。そして、板部材とハウジングとの間には、周方向の少なくとも一部の範囲においてギャップが形成されると共に、その板部材と前記第１の円周面との間にも、周方向の少なくとも一部の範囲においてギャップが形成されている。このような構成とすることで、ステータ側に永久磁石が配置された燃料ポンプにおいて、コギングトルクを抑えながら、モータ部の出力を向上することができる。

また、本願の技術は、ロータ側に永久磁石が配置された燃料ポンプに適用することもできる。この場合においては、例えば、ロータは、永久磁石部と磁性体を有しており、さらに、永久磁石部の内周面が固定される第２のヨークを有している。そして、永久磁石部の外周面が第１の円周面上に位置している。磁性体は、その一端が隣接する永久磁石部の一方に当接する一方でその他端が隣接する永久磁石部の他方に当接する板部材とすることができる。そして、板部材と第２のヨークとの間には、周方向の少なくとも一部の範囲においてギャップが形成されると共に、その板部材と第１の円周面との間にも、周方向の少なくとも一部の範囲においてギャップが形成されている。このような構成とすることで、ロータ側に永久磁石が配置された燃料ポンプにおいて、コギングトルクを抑えながら、モータ部の出力を向上することができる。

ロータ側に永久磁石が配置された燃料ポンプの他の例としては、ロータは、シャフトと、そのシャフトに固定されている第４のヨークと、その第４のヨーク内に埋設されている永久磁石を有している。第４のヨークは、永久磁石の外側の面に接すると共にその外周面が第１の円周面上に位置する第３ヨーク部と、永久磁石の内側の面に接する第２ヨーク部を有している。そして、第３ヨーク部と第２ヨーク部とは、ヨーク内に形成された空間によって分離されている。この場合は、永久磁石部は、永久磁石と、その永久磁石の外側の面に接する第３ヨーク部によって構成される。磁性体は、第２ヨーク部の一部であって、隣接する第３ヨーク部の間に位置する部位によって構成される。このような構成としても、コギングトルクを抑えながら、モータ部の出力を向上することができる。なお、ここでいう「空間によって分離」には、第３ヨーク部と第２ヨーク部とが空間によって完全に分離される場合だけでなく、第３ヨーク部と第２ヨーク部の一部が結合されているような場合も含まれる。

第１実施例に係る燃料ポンプの縦断面図。 図１のＩＩ−ＩＩ線断面図。 実施例１の燃料ポンプのモータ部の磁束の流れを説明するための図。 変形例１の燃料ポンプのモータ部における断面図（図１のＩＩ−ＩＩ線に対応する断面）。 変形例１の燃料ポンプのモータ部の磁束の流れを説明するための図。 比較例１の燃料ポンプのモータ部における断面図（図１のＩＩ−ＩＩ線に対応する断面）。 比較例１の燃料ポンプのモータ部の磁束の流れを説明するための図。 比較例２の燃料ポンプのモータ部における断面図（図１のＩＩ−ＩＩ線に対応する断面）。 比較例２の燃料ポンプのモータ部の磁束の流れを説明するための図。 比較例３の燃料ポンプのモータ部における断面図（図１のＩＩ−ＩＩ線に対応する断面）。 比較例３の燃料ポンプのモータ部の磁束の流れを説明するための図。 比較例４の燃料ポンプのモータ部における断面図（図１のＩＩ−ＩＩ線に対応する断面）。 比較例４の燃料ポンプのモータ部の磁束の流れを説明するための図。 実施例２の燃料ポンプのモータ部における断面図（図１のＩＩ−ＩＩ線に対応する断面）。 実施例２の燃料ポンプのモータ部の磁束の流れを説明するための図。 比較例５の燃料ポンプのモータ部における断面図（図１のＩＩ−ＩＩ線に対応する断面）。 比較例５の燃料ポンプのモータ部の磁束の流れを説明するための図。 トルクと回転数と電流の関係を示すグラフ（実施例１と比較例１，２）。 トルクと効率の関係を示すグラフ（実施例１と比較例１，２）。 トルクと効率の関係を示すグラフ（実施例１と変形例と比較例３）。 トルクと効率の関係を示すグラフ（実施例２と変形例と比較例４，５）。 実施例３の燃料ポンプのモータ部における断面図（図１のＩＩ−ＩＩ線に対応する断面）。 実施例３の燃料ポンプのモータ部の磁束の流れを説明するための図。 比較例６の燃料ポンプのモータ部における断面図（図１のＩＩ−ＩＩ線に対応する断面）。 比較例６の燃料ポンプのモータ部の磁束の流れを説明するための図。 比較例７の燃料ポンプのモータ部における断面図（図１のＩＩ−ＩＩ線に対応する断面）。 比較例７の燃料ポンプのモータ部の磁束の流れを説明するための図。 実施例４の燃料ポンプのモータ部における断面図（図１のＩＩ−ＩＩ線に対応する断面）。 実施例４の燃料ポンプのモータ部の磁束の流れを説明するための図。 比較例８の燃料ポンプのモータ部における断面図（図１のＩＩ−ＩＩ線に対応する断面）。 比較例８の燃料ポンプのモータ部の磁束の流れを説明するための図。

（実施例１） 本願の実施例１に係る燃料ポンプについて図面を参照して説明する。まず、燃料ポンプ１０の全体の概略構成について説明する。図１は、燃料ポンプ１０の縦断面図である。燃料ポンプ１０は自動車用であり、燃料タンク内の燃料に浸漬した状態で動作し、エンジンに燃料を圧送する。図１に示されているように、燃料ポンプ１０は、モータ部４０とポンプ部１２とから構成されている。

モータ部４０は、ハウジング４２とモータカバー４３とマグネット４１，４４とロータ４６を備えている。ハウジング４２は略円筒状に形成されている。モータカバー４３は、ハウジング４２の上端４２ａ（図１の上下を燃料ポンプ１０の上下とする）を内側にカシメることによってハウジング４２に固定されている。モータカバー４３には、上方に向かって開口している吐出ポート４３ａが形成されている。マグネット４１，４４は、ハウジング４２の内壁に固定されている。マグネット４１，４４の間には磁性片５６ａ，５６ｂ（後で詳述する）が配置されている（図２参照）。

ロータ４６は、本体４７と、本体４７を上下に貫くシャフト４８を有している。本体４７は、シャフト４８に固定された鉄心（ヨーク）４９と、鉄心４９に巻付けられたコイル（図１では図示を省略）と、コイルの周りを充填する樹脂部５０を備えている。本体４７の上端にはコミュテータ５４が設けられている。コミュテータ５４の上端面には、ブラシ６０が当接している。ブラシ６０は、モータカバー４３に一端が固定されたスプリング６２によって下方に付勢されている。ブラシ６０が磨耗すると、その磨耗に応じてブラシ６０が下方に移動し、ブラシ６０とコミュテータ５４は当接した状態で維持される。シャフト４８の上端部４８ａは、ベアリング５１を介してモータカバー４３に回転可能に装着されている。シャフト４８の下端部４８ｂは、ベアリング５２を介してポンプ部１２のポンプカバー１４に回転可能に装着されている。

ポンプ部１２は、ケーシング１８とインペラ２０を備えている。インペラ２０は略円板状を呈している。インペラ２０の上面には、その外周部に周方向に連続して凹所２１が形成されている。インペラ２０の下面にも、その外周部に周方向に連続して凹所２２が形成されている。インペラ２０の上面の各凹所２１は、その底部でインペラ２０の下面の各凹所２２と連通している。また、インペラ２０の中心には、シャフト４８が嵌合する貫通孔が形成されている。

ケーシング１８は、ポンプカバー１４とポンプボディ１６が組合わされたものである。ポンプカバー１４のインペラ側の面（即ち下面）には、平面視すると円形の凹部１４ａが形成されている。凹部１４ａの深さは、インペラ２０の厚みとほぼ同じとされている。凹部１４ａに、インペラ２０が回転可能に嵌まり込んでいる。

ケーシング１８（ポンプカバー１４、ポンプボディ１６）は、ポンプカバー１４の凹部１４ａにインペラ２０を組込んだ状態で、ハウジング４２の下端４２ｂが内側にカシメられることによってハウジング４２に固定されている。シャフト４８の下端部４８ｂは、ベアリング５２に支持されている部位よりさらに下方の部位でインペラ２０の貫通孔に嵌合している。このため、ロータ４６が回転すると、それにともなってインペラ２０も回転する。シャフト４８の下端とポンプボディ１６の間には、ロータ４６のスラスト荷重を受止めるスラストベアリング３３が介装されている。

ポンプボディ１６のインペラ２０側の面（図１の上面）には、平面視すると略Ｃ字形状の溝３０が形成されている。溝３０は、インペラ２０下面の凹所群２２に対向する領域に形成されている。溝３０の上流端は、燃料吸入流路３１と連通している。燃料吸入流路３１は、溝３０からポンプボディ１６の下面（図１の下面）まで続いている。燃料吸入流路３１は、溝３０とケーシング１８外とを連通している。

ポンプカバー１４の凹部１４ａの底面には、平面視すると略Ｃ字形状の溝２４が形成されている。溝２４は、凹部１４ａに組込まれたインペラ２０上面の凹所群２１に対向する領域に形成されている。溝２４の下流端２４ｂは、燃料吐出流路２５と連通している。燃料吐出流路２５は、溝２４からポンプカバー１４の上面（図１の上面）まで続いている。燃料吐出流路２５は、溝２４とケーシング１８外とを連通している。

上述した燃料ポンプ１０においてインペラ２０が回転すると、ポンプボディ１６の燃料吸入流路３１からケーシング１８内に燃料が吸い込まれる。ケーシング１８内に吸い込まれた燃料は、インペラ２０の下面の凹所群２２とポンプボディ１６の溝３０とで構成される燃料流路と、インペラ２０の上面の凹所群２１とポンプカバー１４の溝２４とで構成される燃料流路を、上流側から下流側に昇圧されながら流れる。ケーシング１８内で昇圧された燃料は、燃料吐出流路２５を通ってモータ部４０のハウジング４２内に送り出される。ハウジング４２内に送り出された燃料は、ハウジング４２内を上方に向けて流れ、モータカバー４３の吐出ポート４３ａから吐出される。

次に、モータ部４０の構成（特に、ロータ４６の鉄心４９と、マグネット４１，４４と磁性片５６ａ，５６ｂ）について、図２を参照して詳細に説明する。図２に示すように、ロータ４６の鉄心（ヨーク）４９には、その外周に複数のスロット５５（５５ａ，５５ｂ・・）が形成されている。複数のスロット５５は、周方向に間隔を空けて配置されている。複数のスロット５５の先端面（外周面）は、シャフト４８の軸心を中心とする同一円周上に位置している。

コイル５３は、シャフト４８を挟んで対向するスロット５５に巻回されている。例えば、シャフト４８を挟んで対向するスロット５５ａ，５５ｂには、コイル５３ａが巻回されている。（なお、図２では、スロット５５に巻回されているコイル５３を矩形状に簡略化して示している。）コイル５３には、コミュテータ５４を介して電流が流れる。コイル５３の電流が流れる方向は、コイル５３に電流が流れたときにロータ４６が図２の矢印Ａの方向に回転するように設定されている。

ロータ４６の外側には、マグネット４１，４４が配置されている。マグネット４１は、ロータ４６を挟んでマグネット４４と対向している。マグネット４１，４４は、シャフト４８の軸線に垂直な方向の断面が円弧状（Ｃ字状）となる形状をしている。マグネット４１，４４は、シャフト４８の軸線方向に伸びており、鉄心４９が配置された軸方向の全域で鉄心４９と対向している（図１参照）。マグネット４１，４４の内周面は、シャフト４８の軸心を中心とする同一円周上に位置し、スロット５５の先端面（外周面）と所定の間隔（ギャップ）を空けて対向している。マグネット４１の内周面はＳ極に着磁されており、マグネット４１の外周面はＮ極に着磁されている。一方、マグネット４４の内周面はＮ極に着磁されており、マグネット４４の外周面はＳ極に着磁されている。マグネット４１，４４の外周面は、ハウジング４２の内壁に固定されている。ハウジング４２は、磁性体によって形成されている。

マグネット４１，４４の間には、磁性体（例えば、鉄製）の板材によって形成された磁性片５６ａ，５６ｂが配置されている。磁性片５６ａ，５６ｂは、マグネット４１，４４と同様に、シャフト４８の軸線方向に伸びており、鉄心４９が配置された軸方向の全域で鉄心４９と対向している。図２に示すように、磁性片５６ａ，５６ｂは、シャフト４８の軸線に垂直な方向の断面では、ハウジング４２からシャフト４８側に向かって伸びる端部５９ａ，５９ｂと、その両端部を接続する中央部６１ａ，６１ｂ（周方向に伸びる部分）から構成されている。磁性片５６ａ，５６ｂの一方の端部５９ａ，５９ｂは、ハウジング４２に当接すると共にマグネット４１に当接している。磁性片５６ａ，５６ｂの他方の端部５９ａ，５９ｂは、ハウジング４２に当接すると共にマグネット４４に当接している。磁性片５６ａ，５６ｂの中央部６１ａ，６１ｂは、マグネット４１，４４の内周面を延長して形成される円周面からハウジング４２の方向にシフトしている。すなわち、磁性片５６ａ，５６ｂの中央部６１ａ，６１ｂと鉄心４９とのギャップは、マグネット４１，４４の内周面と鉄心４９とのギャップよりも大きくされている。なお、磁性片５６ａ，５６ｂの中央部６１ａ，６１ｂと鉄心４９とのギャップは周方向に略一定となっている。また、磁性片５６ａ，５６ｂの中央部６１ａ，６１ｂとハウジング４２との間には空間（ギャップ）が形成され、磁性片５６ａ，５６ｂの中央部６１ａ，６１ｂとハウジング４２とが接触しないようになっている。

次に、上記したモータ部４０の磁束の流れについて説明する。図３に示すように、マグネット４４の内周面（Ｎ極側の面）の中央から出る磁束φ１，φ２は、ロータ４６の鉄心（ヨーク）４９を通ってマグネット４１の内周面（Ｓ極側の面）に流れる。また、マグネット４４の端部から出る磁束φ５は、鉄心（ヨーク）４９と磁性片５６ａとの間に比較的大きなギャップが形成されているため、鉄心（ヨーク）４９を通ってマグネット４１の内周面（Ｓ極側の面）に流れる（後述する比較例３を参照）。すなわち、磁束φ５は、有効磁束としてロータ４６の回転トルクへの変換に利用される。また、マグネット４１の外周面（Ｎ極側の面）から出る磁束φ４，φ６は、その一部φ４がハウジング４２内を流れてマグネット４４の外周面（Ｓ極側の面）に流れると共に、その一部φ６が磁性片５６ａをマグネット４１側からマグネット４４側に流れる。このため、モータ部４０の周方向の磁気分布がなだらかとなり、コギングトルクが低減される。

なお、マグネット４１，４４の間に配置する磁性片は、種々の態様を採ることができる。例えば、図４の変形例１に示すような磁性片５７ａ，５７ｂとすることができる。図４に示すように、磁性片５７ａ，５７ｂは、実施例１よりも、ロータ４６の鉄心（ヨーク）４９とのギャップが大きくされている。また、磁性片５７ａ，５７ｂの端部は、マグネット４１，４４と接触していない。このような磁性片５７ａ，５７ｂを用いても、図５に示すように、マグネット４４の端部から出る磁束の一部φ５は、鉄心（ヨーク）４９を通ってマグネット４１の内周面（Ｓ極側の面）に流れる。また、マグネット４１の外周面（Ｎ極側の面）から出る磁束の一部φ６が、磁性片５６ａをマグネット４１側からマグネット４４側に流れる。このため、コギングトルクを低減しながら、モータ部４０の出力を向上することができる。

ここで、上述した実施例１に係る燃料ポンプ１０のモータ部４０の利点を理解し易くするために、いくつかの比較例のモータ部の作用効果を説明する。図６，７に示す比較例１では、マグネット４１，４４の間に磁性片が配置されていない。図７に示すように、比較例１のモータ部では、マグネット４４の端部から出る磁束φ３が、鉄心（ヨーク）４９を介してハウジング４２に流れる。また、ハウジング４２から出た磁束φ３が鉄心（ヨーク）４９を介してマグネット４１の端部に流れる。すなわち、磁束φ３が反磁束となり、有効磁束として利用されない。このため、モータ部４０の出力が低下する。また、モータ部４０の磁気分布が周方向で急激に変化するため、コギングトルクが増大する。

また、図８，９に示す比較例２では、マグネット４１，４４の間にマグネット６４ａ，６４ｂが配置されている。マグネット６４ａ，６４ｂのマグネット４４側の端部はＮ極であり、マグネット４１側の端部はＳ極とされている。図９に示すように、比較例２では、マグネット４１，４４の間にマグネット６４ａ，６４ｂを配することで、マグネット４１，４４の端部から出る磁束が反磁束となることが防止されている。しかしながら、マグネット４１のＮ極から出る磁束φ４と、マグネット６４ａのＮ極から出る磁束φ７がハウジング４２を流れる。その結果、ハウジング４２が磁気的に飽和し、モータ部４０の出力を上げることができない。なお、比較例２では、マグネット６４ａ，６４ｂによってモータ部４０の燃料流路が塞がれるため、モータ部４０を燃料が流れる際の圧力損失を増大させる。また、マグネット４１，４４の極性（Ｎ極，Ｓ極）は半径方向に配置されているのに対して、マグネット６４ａ，６４ｂの極性（Ｎ極，Ｓ極）は周方向に配置される。このため、ハウジング４２にマグネット４１，４４，６４ａ，６４ｂを組付けた後に、これらに着磁するといった製造方法を用いることができない。

また、図１０，１１に示す比較例３では、マグネット４１，４４の間に配置された磁性片６６ａ，６６ｂの中央部の内周面が、マグネット４１，４４の内周面を延長した面と一致している。図１１に示すように、比較例３では、磁性片６６ａとロータ４６の鉄心（ヨーク）４９との距離が短いため、マグネット４４の端部から鉄心（ヨーク）４９に流れた磁束φ５が磁性片６６ａに流れ、また、磁性片６６ａから鉄心（ヨーク）４９に流れた磁束φ５がマグネット４１の端部に流れる。その結果、マグネット４１，４４の端部からの磁束が有効磁束として利用されず、モータ部４０の出力を上げることができない。

また、図１２，１３に示す比較例４では、マグネット４１，４４の間に磁性体６８ａ，６８ｂが配置されるが、磁性体６８ａ，６８ｂの設置向きが実施例１と異なる。すなわち、磁性片６８ａ，６８ｂの中央部がハウジング４２に接触し、磁性片６８ａ，６８ｂの両端面が、マグネット４１，４４の内周面を延長した面に位置している。図１３に示すように、比較例４では、マグネット４４の端部から出る磁束φ３が反磁束となり、有効磁束として利用されない。このため、モータ部４０の出力を上げることができない。

図１８には、上述した実施例１と比較例１と比較例２のそれぞれについて、「トルク−回転数」の関係と「トルク−電流値」の関係を計算した結果が示されている。図中、点線で示しているのが「トルク−回転数」の関係であり、実線で示しているのが「トルク−電流値」の関係である。図１９には、上述した実施例１と比較例１と比較例２のそれぞれについて、図１８の計算結果を利用して「トルク−効率」の関係を計算した結果が示されている。図１９より明らかなように、実施例１の燃料ポンプ１０は、自動車用の燃料ポンプとして使用されるトルク範囲（３０〜８０Ｎ・ｍ）において、比較例１や比較例２の燃料ポンプよりも高効率となっている。

また、図２０には、上述した実施例１と変形例と比較例４のそれぞれについて、「トルク−効率」の関係を計算した結果が示されている。図２０に示されるように、実施例１と変形例とでは略同一の効率となり、また、実施例１や変形例は比較例４よりも高効率となっている。

上述したことから明らかなように、本実施形態の燃料ポンプ１０では、マグネット４１，４４の間に磁性片５６ａ，５６ｂが配置されている。このため、モータ部４０に発生するコギングトルクを低減することができる。
また、本実施形態の燃料ポンプ１０では、従来技術（比較例４）と比較して、磁性片５６ａ，５６ｂと鉄心（ヨーク）４９との間に大きなギャップを形成する。このため、ロータ４６の鉄心（ヨーク）４９を流れる有効磁束が増大し、モータ部４０の出力を増大することができる。また、磁性片５６ａ，５６ｂと鉄心４９との間、および、磁性片５６ａ，５６ｂとハウジング４２との間に空間が形成されるため、モータ部４０に充分な燃料流路を形成することができる。このため、燃料がモータ部４０を流れる際の圧力損失を低減することができる。これらにより、燃料ポンプ１０のポンプ効率を向上することができる。
さらに、本実施形態の燃料ポンプ１０では、マグネット４１，４４の間に磁性片５６ａ，５６ｂを配置するだけである。このため、着磁されていないマグネット４１，４４をハウジング４２に組み付け、その後に、マグネット４１，４４を着磁することができる。従って、燃料ポンプ１０を容易に製造することができる。

なお、上述した実施例１においては、磁性片５６ａ，５６ｂと鉄心４９のギャップを周方向において略一定となるようにしたが、本願の技術はこのような例に限られない。例えば、図１４，１５に示す実施例２のように、鉄心４９とのギャップが周方向に一定とならない磁性片７０ａ，７０ｂとしてもよい。磁性片７０ａ，７０ｂは、マグネット４４（内周面がＮ極となるマグネット）側において鉄心（ヨーク）４９とのギャップが大きく、マグネット４１（内周面がＳ極となるマグネット）側において鉄心（ヨーク）４９とのギャップが小さくされている。具体的には、磁性片７０ａ，７０ｂの内周面は、マグネット４１側において、マグネット４１の内周面を延長した円周面上に位置する。

図１５に示すように、実施例２の燃料ポンプでも、マグネット４４の端部から出る磁束φ５は、鉄心（ヨーク）４９を通ってマグネット４１の内周面（Ｓ極側の面）に流れる。また、マグネット４１の外周面（Ｎ極側の面）から出る磁束の一部φ６が、磁性片７０ａをマグネット４１側からマグネット４４側に流れる。このため、コギングトルクを低減しながら、モータ部４０の出力を向上することができる。

なお、図１６，１７に示す比較例５のように、磁性片７２ａ，７２ｂの内周面を、マグネット４４側において、マグネット４４の内周面を延長した円周面上となるようにし、マグネット４１側において、マグネット４４の内周面を延長した円周面よりもハウジング４２側にシフトさせた場合は、実施例２と比較して、モータ効率を向上することはできない。すなわち、図１７に示すように、磁性片７２ａと鉄心４９との距離が短いため、マグネット４４の端部から鉄心４９に流れた磁束φ５が磁性片７２ａに流れてしまう。その結果、磁束φ５が有効磁束として利用されず、モータ部の出力を向上することができない。

図２１には、上述した実施例２と変形例と比較例４と比較例５のそれぞれについて、「トルク−効率」の関係を計算した結果が示されている。図２１に示されるように、実施例２は変形例と略同一の効率となり、また、実施例２は比較例４や比較例５よりも高効率となっている。

上述した各実施例は、ステータ側（ハウジング４２側）にマグネット（永久磁石）が取付けられたタイプのモータ部であったが、本願の技術は、ロータ側にマグネット（永久磁石）が取付けられたタイプのモータ部にも適用することができる。

例えば、図２２，２３に示す実施例３のように、ロータ８０側にマグネット８４ａ〜８４ｄを配置する一方、ハウジング４２側のスロット７４にコイル７８を巻回するようにしてもよい。すなわち、ロータ８０は、シャフト４８に固定されたヨーク８２と、ヨーク８２の外周面に固定されたマグネット８４ａ〜８４ｄと、隣接するマグネット間に配置された磁性片８６ａ〜８６ｄを有している。マグネット８４ａ，８４ｃは、その外周面側がＮ極となり、その内周面側がＳ極となるように着磁されている。マグネット８４ｂ，８４ｄは、その外周面側がＳ極となり、その内周面側がＮ極となるように着磁されている。マグネット８４ａ〜８４ｄの外周面は、シャフト４８の軸心を中心とする同一円周面上に位置している。磁性片８６ａ〜８６ｄは、磁性体（例えば、鉄製）の板材によって形成されている。磁性片８６ａ〜８６ｄは、隣接するマグネットに当接すると共にヨーク８２に当接している。磁性片８６ａ〜８６ｄの外周面は、マグネット８４ａ〜８４ｄの外周面を延長した円周面よりシャフト４８側にシフトしている。なお、マグネット８４ａ〜８４ｄと磁性片８６ａ〜８６ｄは、シャフト４８の軸線方向に伸びており、スロット７４が形成された軸方向の全域でスロット７４と対向している。

ハウジング４２の内壁面には、ステータ側のヨーク７２が固定されている。ヨーク７２は、ハウジング４２に固定されるリング状部７６と、リング状部７６の内周側に形成された複数のスロット７４を有している。複数のスロット７４は、周方向に間隔を空けて配置されている。複数のスロット７４の先端面（内周面）は、シャフト４８の軸心を中心とする同一円周面上に位置し、マグネット８４ａ〜８４ｄの外周面とわずかなギャップを空けて対向している。各スロット７４には、コイル７８が巻回されている（いわゆる、集中巻きでコイル７８が巻回されている。）。

上記したモータ部では、図２３に示すように、マグネット８４ｂの内周面（Ｎ極側）から出る磁束φ４は、ヨーク８２を通ってマグネット８４ａの内周面（Ｓ極側の面）に流れる。マグネット８４ａの外周面（Ｎ極側）から出る磁束φ１，φ２は、ステータ側のヨーク７２を流れ、マグネット８４ｂの外周面（Ｓ極側）に流れる。また、マグネット８４ａの端部から出る磁束φ５は、磁性片８６ａがシャフト４８側にシフトしているため（すなわち、マグネット８４ｂの外周面とより大きなギャップが形成されているため）、ヨーク７２側に突出してからマグネット８４ｂに流れる。このため、マグネット８４ａの端部から出る磁束φ５が有効磁束として利用される。一方、マグネット８４ｂの端部から出る磁束φ６は、磁性片８６ａをマグネット８４ａの方向に流れる。このため、周方向の磁気分布がなだらかとなり、コギングトルクが低減される。

一方、図２４，２５に示す比較例６のように、マグネット８５ａ〜８５ｄの端面を当接させた場合は、実施例３と比較して、モータ効率を向上することはできない。すなわち、図２５に示すように、マグネット８５ａの端部から出る磁束φ５がマグネット８４ｂの端部に直線的に流れ、ステータ側のヨーク７２に向かって突出するようには流れない。このため、マグネット８５ａの端部から出る磁束φ５が、有効磁束として利用されず、モータ部の出力を向上することができない。

また、図２６，２７に示す比較例７のように、マグネット８４ａ〜８４ｄの端部間に配置する磁性片８７の外周面を、マグネット８４ａ〜８４ｄの外周面の延長面上に位置するようにした場合は、実施例３と比較して、モータ効率を向上することはできない。すなわち、図２７に示すように、マグネット８４ａの端部から出る磁束φ５が磁性片８７に流れてしまい、有効磁束として利用されない。

上記したことから明らかなように、実施例３の燃料ポンプにおいても、隣接するマグネット間に配置した磁性片８６ａ〜８６ｄをシャフト４８側にシフトすることで、コギングトルクを低減しながら、モータ部の出力を上げることができる。

なお、ロータ側にマグネット（永久磁石）が取付けられたタイプのモータ部とする場合には、図２８，２９に示される実施例４の構成を採ることができる。図２８から明らかなように、実施例４のステータ側（ハウジング４２，ヨーク７２，コイル７８）の構成は、実施例３のステータ側の構成と同一であり、ロータ側の構成のみが異なる。実施例４のロータは、シャフト４８に固定されたヨーク９０と、ヨーク９０内に埋設されたマグネット９２ａ〜９２ｄを有している。マグネット９２ａ，９２ｃは、外側の面がＮ極となり、内側の面がＳ極となるように着磁されている。また、マグネット９２ｂ，９２ｄは、外側の面がＳ極となり、内側の面がＮ極となるように着磁されている。

ヨーク９０は、マグネット９２ａ〜９２ｄの外側に位置する第３ヨーク部８９と、マグネット９２ａ〜９２ｄの内側に位置する第２ヨーク部８８を有している。第３ヨーク部８９と第２ヨーク部８８とは、ヨーク９０内に形成された空間９４によって、磁気的に分離されている。なお、第３ヨーク部８９と第２ヨーク部８８は、空間９４の外側で結合することができる。これによって、第３ヨーク部８９と第２ヨーク部８８の間にマグネット９２ａ〜９２ｄを安定して保持することができる。この際、第３ヨーク部８９と第２ヨーク部８８の結合幅は微小な幅とされ、第３ヨーク部８９と第２ヨーク部８８の磁気的な分離が確保される。第３ヨーク部８９の外周面は、シャフト４８の軸心を中心とする同一円周面上に位置している。なお、実施例４では、マグネット９２ａ〜９２ｄと第３ヨーク部８９によって、請求項でいう永久磁石部が構成されている。隣接する永久磁石部（マグネット９２と第３ヨーク部８９によって構成される）の間には、第２ヨーク部８８の角部９６が配置されている。角部９６は、第３ヨーク部８９と第２ヨーク部８８を分離する空間９４によって挟まれている。角部９６の外周面は、第３ヨーク部８９の外周面を延長した円周面よりも、シャフト４８の方向にシフトしている。

上記したモータ部では、図２９に示すように、マグネット９２ａの外側の面（Ｎ極側）から出る磁束φ５は、第３ヨーク部８９ａからステータ側のヨーク７２に向かって突出するように流れてから第３ヨーク部８９ｂに流れる。このため、磁束φ５が有効磁束として利用され、モータ部の出力を上げることができる。

一方、図３０，３１に示す比較例８では、第２ヨーク部８８の角部の外周面が、第３ヨーク部８９の外周面を延長した円周面と一致している。この場合は、図３１に示すように、マグネット９２ａから出る磁束φ３は、第３ヨーク部８９から第２ヨーク部８８の角部に流れ、ステータ側のヨーク７２に向かって突出するようには流れない。このため、マグネット９２ａから出る磁束φ３が有効磁束としては利用されず、モータ部の出力を上げることができない。

上記したことから明らかなように、実施例４の燃料ポンプにおいても、隣接する永久磁石部間に配置される第２ヨーク部８８の角部をシャフト４８側にシフトさせることで、モータ部の出力を上げることができる。

以上、本発明のいくつかの具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１０：燃料ポンプ
１２：モータ部
４１，４４：マグネット
４６：ロータ
４９：鉄心（ヨーク）
５３：コイル
５５：スロット
５６ａ，５６ｂ：磁性片

Claims (6)

1. モータ部と、そのモータ部によって駆動されるポンプ部を有している燃料ポンプであって、
   モータ部は、ロータと、ロータに対向して配置されるステータと、を有しており、
   ロータとステータの一方は、第１の円周面に沿って周方向に間隔を空けて配置される少なくとも一対の永久磁石部と、隣接する永久磁石部の端部間に配置される磁性体と、を有しており、前記一対の永久磁石部の第１の円周面側の極性は互いに異なっており、
   ロータとステータの他方は、永久磁石部に対向して配置される第１のヨークを有しており、その第１のヨークには、前記第１の円周面と同心状となる第２の円周面に沿って複数のスロットが周方向に間隔を空けて形成されており、
   永久磁石部がロータに設けられる場合の永久磁石部の外周面又はステータに設けられる場合の永久磁石部の内周面は、前記第１の円周面上に位置しており、
   複数のスロットの先端面は、前記第２の円周面上に位置すると共に、前記第１の円周面上に位置する永久磁石部の内周面又は外周面に対向しており、
   スロットと永久磁石部が対向している回転軸方向の範囲の少なくとも一部において、前記磁性体のスロットとの対向面は、前記第１の円周面側の極性がＮ極となる永久磁石部側の端部を含む周方向の少なくとも一部の範囲において、前記第１の円周面からスロットとの距離が長くなる方向にシフトしていることを特徴とする燃料ポンプ。
2. 前記磁性体のスロットとの対向面は、その磁性体が隣接する永久磁石部の一方から他方までの周方向の全体に亘って、前記第１の円周面からスロットとの距離が長くなる方向にシフトしていることを特徴とする請求項１に記載の燃料ポンプ。
3. 前記磁性体のスロットとの対向面から前記第１の円周面までの距離は、前記第１の円周面側の極性がＮ極となる永久磁石部側の端部の端部より、前記第１の円周面側の極性がＳ極となる永久磁石部側の端部において小さいことを特徴とする請求項１に記載の燃料ポンプ。
4. ステータは、前記永久磁石部と前記磁性体を有すると共に、前記永久磁石部の外周面が固定されるハウジングをさらに有しており、永久磁石部の内周面が前記第１の円周面上に位置しており、
   磁性体は、その一端が隣接する永久磁石部の一方に当接する一方で、その他端が隣接する永久磁石部の他方に当接する板部材であり、
   その板部材とハウジングとの間には、周方向の少なくとも一部の範囲においてギャップが形成されると共に、その板部材と前記第１の円周面との間にも、周方向の少なくとも一部の範囲においてギャップが形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料ポンプ。
5. ロータは、前記永久磁石部と前記磁性体を有すると共に、前記永久磁石部の内周面が固定される第２のヨークをさらに有しており、永久磁石部の外周面が前記第１の円周面上に位置しており、
   磁性体は、その一端が隣接する永久磁石部の一方に当接する一方でその他端が隣接する永久磁石部の他方に当接する板部材であり、
   その板部材と第２のヨークとの間には、周方向の少なくとも一部の範囲においてギャップが形成されると共に、その板部材と前記第１の円周面との間にも、周方向の少なくとも一部の範囲においてギャップが形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料ポンプ。
6. ロータは、シャフトと、そのシャフトに固定されている第４のヨークと、その第４のヨーク内に埋設されている永久磁石を有しており、
   第４のヨークは、永久磁石の外側の面に接すると共にその外周面が前記第１の円周面上に位置する第３ヨーク部と、永久磁石の内側の面に接する第２ヨーク部を有しており、第３ヨーク部と第２ヨーク部とは、ヨーク内に形成された空間によって分離されており、
   前記永久磁石部は、永久磁石と、その永久磁石の外側の面に接する第３ヨーク部によって構成されており、
   前記磁性体は、第２ヨーク部の一部であって、隣接する第３ヨーク部の間に位置する部位によって構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料ポンプ。

Images