DE102004003146B4

DE102004003146B4 - Motor, Kraftstoffpumpe, Kommutator und Verfahren zur Herstellung eines Kommutators

Info

Publication number: DE102004003146B4
Application number: DE102004003146.0A
Authority: DE
Inventors: Kiyonori Moroto; Motoya Ito; Kenzo Kiyose; Eiji Iwanari; Masayuki Kobayashi
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd
Current assignee: Aisan Kogyo Obu Shi Jp KK
Priority date: 2003-01-22
Filing date: 2004-01-21
Publication date: 2023-08-24
Anticipated expiration: 2024-01-22
Also published as: US20040150280A1; US7084547B2; DE102004003146A1

Abstract

Motor miteinem Permanentmagneten (30), der aus einer Vielzahl aus magnetisch sich unterscheidenden Polen geformt ist, die in abwechselnder und umlaufender Weise angeordnet sind,einem Anker (40), der rotierbar innerhalb eines inneren Umlauf des Permanentmagneten (30) angeordnet ist, wobei der Anker (40) darum gewickelte Spulen (62) aufweist, undeinem Kommutator (70), der eine Vielzahl von Segmenten (72) aufweist, die in einer Rotationsrichtung angeordnet sind, und mit den um den Anker (40) gewickelten Spulen (62) elektrisch verbunden sind, wobei die Segmente (72) in Rotationsrichtung zueinander benachbart sind und gegeneinander isoliert sind,einer Bürste (80, 82), die aufeinanderfolgend jedes der Segmente (72) aufgrund der Rotation des Ankers (40) berührt, undeinem Kondensator (78), der elektrisch mit einer Schaltung verbunden ist, die den Kommutator (70) und den Anker (40) umfasst, wobei der Kondensator (78) elektromagnetische Energie speichert, die von den Spulen (62) während der Rotation des Ankers (40) freigegeben wird, um ein Auftreten einer Entladung zwischen der Bürste (80, 82) und den Segmenten (72) zu vermeiden,wobei ein Aussparungsabschnitt (300) in dem Anker (40) in der Nähe des Kommutators (70) geformt ist, und der Kondensator (78) derart angeordnet ist, dass er an einer Seite des Kommutators (70), die am nächsten zu dem Anker (40) liegt, vorspringt, und in dem Aussparungsabschnitt (300) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Motor, eine Kraftstoffpumpe, einen Kommutator und ein Verfahren zur Herstellung eines Kommutators.
Die DE 43 38 345 A1 als nächstliegender Stand der Technik beschreibt einen Elektromotor zum Antrieb einer Kraftstofförderpumpe für Brennkraftmaschinen. Der Elektromotor weist einen zwei Permanentmagnete aufweisenden Stator auf, in dem ein Rotor umläuft, der mittels einer Rotorwelle ein Förderglied der Förderpumpe rotierend antreibt. Auf seiner der Förderpumpe abgewandten Stirnseite ist der Rotor mit einem auf der Rotorwelle geführten Kommutator verbunden, der zwischen zwei mit unterschiedlichem elektrischen Potential beaufschlagten Kommutatorbürsten umläuft. Dabei weist der Kommutator zur Unterdrückung der Störspannungen eine Entstöreinrichtung auf, die erfindungsgemäß aus in den Grundkörper des Kommutators integrierten Entstörelementen gebildet ist, wobei jeweils zwischen zwei benachbarten Kommutatorsegmenten ein Entstörelement geschaltet ist, das vollständig von der Preßmasse des Grundkörpers umschlossen ist.
Es sind Motoren bekannt, die einen Kommutator verwenden, der eine Vielzahl von Segmenten aufweist, die in kreisförmiger Weise in Rotationsrichtung angeordnet sind und elektrisch mit um den Anker gewickelte Spulen verbunden sind, so dass ein dem Anker zugeführter Antriebsstrom durch Bürsten umgewandelt wird, die die Segmente bei der Rotation des Ankers aufeinanderfolgend berühren. Die japanische Offenlegungsschrift JP H07 - 85 642 B2 offenbart einen derartigen Motor.
Bei dieser Art des Motors tritt gelegentlich eine Entladung zwischen einer Bürste und den Segmenten auf, wenn die Segmente sich in Zusammenhang mit der Rotation des Ankers von der Bürste trennen, weil eine in den Spulen aufgebaute elektromagnetische Energie freigelassen wird. Wenn eine Entladung zwischen der Bürste und den Segmenten auftritt, besteht die Möglichkeit, dass die Bürste und die Segmente durch einen Entladungsverschleiß (Verschleiß durch Entladung) beeinträchtigt werden, was zu einem unzureichenden elektrischen Kontakt zwischen der Bürste und den Segmenten führt. Daher liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Motor, eine Kraftstoffpumpe, einen Kommutator und ein Verfahren zur Herstellung eines Kommutators bereitzustellen, die in der Lage sind, einen Entladungsverschleiß der Bürste und deren Segmenten zu vermeiden.
Viele Motoren weisen eine Vielzahl von Segmenten auf, die in Rotationsrichtung angeordnet sind und elektrisch mit um einen Anker gewickelten Spulen verbunden sind und einen Ankerstrom umwandeln, der dem Anker durch Bürsten zugeführt wird, die aufeinanderfolgend jedes Segment in Zusammenhang mit der Rotation des Ankers berühren. Unter diesen Motoren gibt es bekannte Konfigurationen, bei denen Segmente auf demselben Potential elektrisch miteinander verbunden sind.
Beispielsweise sind gemäß den japanischen Offenlegungsschriften JP 2000-166 185 A , JP 2000 - 60 073 A , JP 2000 - 60 074 A und JP 2000-224 822 A eine Vielzahl von Verbindungsanschlüssen in axialer Richtung abwechselnd mit dazwischen gelegten Isolierplatten beschichtet, wobei an jedem Verbindungsanschluss Ausgleichsverbinder angeordnet sind, so dass sie sich in radialer Richtung zu der entgegengesetzten Seite erstrecken. Für jeden Verbindungsanschluss sind an unterschiedlichen Positionen in Rotationsrichtung angeordnete Ausgleichsverbinder zu den Segmenten hin gebogen, und Segmente auf demselben Potential sind elektrisch miteinander durch die Ausgleichsverbinder verbunden.
Gemäß der japanischen Offenlegungsschrift JP 2000 - 60 077 A sind gegeneinander isolierte gedruckte Schaltungsplatinen in der axialen Richtung geschichtet, und Verbindungsplatten sind an jeder gedruckten Schaltungsplatine an unterschiedlichen Positionen in Rotationsrichtung für jede gedruckte Schaltungsplatine gebildet. Vorsprünge, die aus den Segmenten auf gleichem Potential vorspringen, gelangen durch die gedruckten Schaltungsplatinen, um eine elektrische Verbindung mit den Verbindungsplatten der gedruckten Schaltungsplatinen in entsprechenden geschichteten Positionen herzustellen.
Jedoch ist bei den vorstehend beschriebenen Beispielen, die in den Patentveröffentlichungen offenbart sind, die axiale Länge der Verbinder zur elektrischen Verbindung der Segmente auf demselben Potential lang, da Verbindungsanschlüsse oder gedruckte Schaltungsplatinen in axialer Richtung geschichtet sind, wobei Isolierplatten oder Isolierschichten dazwischen angeordnet sind, um Segmente auf demselben Potential zu verbinden. Dementsprechend ist die axiale Länge des Motors nachteilig lang.
Zusammenfassung der Erfindung
Im Hinblick auf das vorstehend Beschriebene ist es daher eine Aufgabe der vorliegende Erfindung, einen Motor bereitzustellen, bei dem ein Anstieg der axialen Länge im Hinblick auf die elektrische Verbindung von Segmenten auf demselben Potential eingeschränkt ist. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Motor, eine Kraftstoffpumpe, und einen Kommutator bereitzustellen, die in der Lage sind, einen Entladeverschleiß der Bürste und deren Segmenten zu verhindern.
Diese Aufgabe wird durch einen Motor gelöst, wie er in Patentanspruch 1 angegeben ist, und alternativ durch einen Kommutator gelöst, wie er in Patentanspruch 14 angegeben ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Figurenliste
Die vorliegende Erfindung ist nachstehend anhand der ausführlichen Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben. Es zeigen:

1A eine perspektivische Darstellung eines Kommutators von einer Ankerseite aus gesehen, wobei dessen isolierender Harzabschnitt entfernt ist, gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
1B eine perspektivische Darstellung des Kommutators gemäß 1A von der Ankerseite aus gesehen, wobei dieser nach Eingießen des isolierenden Harzabschnitts gezeigt ist,
2 eine Querschnittsdarstellung einer Kraftstoffpumpe gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
3 eine Querschnittsdarstellung, die entlang der Linie III-III gemäß 2 genommen ist,
4A eine perspektivische Darstellung eines zentralen Kerns und eines äußeren Kerns vor deren Zusammenbau,
4B eine perspektivische Darstellung des zentralen Kerns und des äußeren Kerns gemäß 4A nach deren Zusammenbau,
5 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung des Kommutators gemäß 1A ohne dessen isolierenden Harzabschnitt,
6 eine perspektivische Darstellung des Kommutators gemäß 1B und eines Ankers unmittelbar vor deren Zusammenbau gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
7 eine perspektivische Darstellung des Ankers gemäß 6 von dem Kommutator aus gesehen, wobei Platzierungsstellen von Kondensatoren gezeigt sind,
8A eine perspektivische Darstellung eines Motors gemäß der vorliegenden Erfindung von den Bürsten aus gesehen,
8B eine Querschnittsdarstellung, die entlang der Linien VIIIB-VIIIB gemäß 8A genommen ist,
9A eine Darstellung des Motors von den Bürsten aus gesehen,
9B eine Querschnittdarstellung, die entlang der Linie IXB-IXB gemäß 9A genommen ist,
10 eine schematische Darstellung, die Verbindungen von Spulen und Kondensatoren gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel darstellt,
11 ein Schaltbild, das Verbindungen von Spulen und Kondensatoren gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel darstellt,
12 ein Schaltbild, das den Stromfluss während einer Entladung darstellt,
13 eine schematische Darstellung, die Verbindungen von Spulen und Kondensatoren gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel veranschaulicht,
14 ein Schaltbild, das Verbindungen von Spulen und Kondensatoren gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel veranschaulicht,
15A eine perspektivische Darstellung eines Kommutators von der Kommutatoroberflächenseite gesehen, gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
15B eine perspektivische Darstellung des Kommutators gemäß 15A von der Ankerseite aus gesehen,
16 eine auseinander gezogene perspektivische Darstellung eines Herstellungsprozesszusammenbaus eines ersten Formkorpers,
17 eine perspektivische Darstellung des ersten Formkörpers vor Einfüllen von Harz,
18 eine perspektivische Darstellung des ersten Formkörpers,
19 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung eines Herstellungsprozesszusammenbaus eines zweiten Formkörpers,
20A eine perspektivische Darstellung des zweiten Formkörpers vor Einfüllen von Harz,
20B eine perspektivische Darstellung des zweiten Formkörpers nach Einfüllen von Harz,
21 ein Blockschaltbild, das Verbindungen von Spulen und Kondensatoren gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel veranschaulicht,
22 ein Schaltbild, das Verbindungen von Spulen und Kondensatoren gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel veranschaulicht,
23A eine perspektivische Darstellung eines Kommutators gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung von einer Ankerseite aus gesehen, wobei ein isolierender Harzabschnitt entfernt ist,
23B eine perspektivische Darstellung des Kommutators gemäß 23A, von der Ankerseite aus gesehen, nach Guss eines isolierenden Harzabschnitts,
24 eine schematische Darstellung von Verbindungen von Spulen und Kondensatoren gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel,
25 ein Schaltbild, das Verbindungen von Spulen und Kondensatoren gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel veranschaulicht,
26A eine Aufrissdarstellung von Verbinderanschlüssen gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel,
26B eine perspektivische Darstellung der Verbinderanschlüsse gemäß 24A, die in der Richtung des Pfeils XXVIB in 26A gezeigt sind,
27 eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung des Herstellungsprozesszusammenbaus des Kommutators gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel,
28A eine perspektivische Darstellung des Herstellungsprozess des Kommutators gemäß 27,
28B eine perspektivische Darstellung des Herstellungsprozesses des Kommutators gemäß 27,
29A eine perspektivische Darstellung des Herstellungsprozesses des Kommutators gemäß 27,
29B eine perspektivische Darstellung des Herstellungsprozesses des Kommutators gemäß 27,
30 eine perspektivische Darstellung eines Kommutators, wobei dessen isolierender Harzabschnitt entfernt ist, von einer Ankerseite aus gesehen, gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
31 eine auseinander gezogene perspektivische Darstellung des Kommutators gemäß 30 mit den Segmenten, Zwischenanschlüssen und Verbinderanschlüssen, und
32A, 32B und 32C perspektivische Darstellungen, die jeweilige Paare der Segmente, der Mittelanschlüsse und der Verbinderanschlüsse desselben Potential gemäß 30 veranschaulichen.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Die nachstehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele dient lediglich als Beispiel und soll in keiner Weise die Erfindung, deren Anwendung oder Verwendungen beschränken.
Erstes Ausführungsbeispiel
Gemäß 2 ist eine Kraftstoffpumpe 10 eine Pumpe der in dem Tank vorhandenen Bauart, die beispielsweise in einem Fahrzeugkraftstofftank eingebaut ist. Die Kraftstoffpumpe 10 weist ein Gehäuse 12 sowie eine Einlassabdeckung 14 und eine Auslassabdeckung 19 auf, die durch das Gehäuse 12 mittels Abdichten (calking or sealing) befestigt sind.
Ein Pumpengehäuse 16 ist zwischen der Einlassabdeckung 14 und dem Gehäuse 12 gehalten. Ein C-förmiger Fluidkanal 110 für die Pumpe ist zwischen der Einlassabdeckung 14 und dem Pumpengehäuse 16 geformt. Die Einlassabdeckung 14 und das Pumpengehäuse 16 sind Gehäuseteile, in denen ein Flügelrad 20 als rotierendes Teil rotierbar enthalten ist. Die Einlassabdeckung 14, das Pumpengehäuse 16 und das Flügelrad 20 bilden einen Pumpabschnitt. Der Pumpabschnitt 16 ist das Teil der das Flügelrad 20 enthaltenen Gehäuseteile, das sich am Nächsten zu einem Anker 40 befindet. Das Pumpengehäuse 16 stützt ein erstes Achsenlager 26 an einem inneren Umlauf davon.
Verschiedene Schaufelnuten sind an einer äußeren umlaufenden Kante des scheibenförmigen Flügelrads 20 geformt. Wenn das Flügelrad 20 zusammen mit einer Welle 41 auf Grund der Rotation des Ankers 40 rotiert, tritt ein Druckunterschied (Druckdifferential) auf Grund einer Fluidreibung vor und nach den Schaufelnuten des Flügelrads 20 auf, wobei durch Wiederholung davon durch verschiedene Schaufelnuten bewirkt wird, dass Kraftstoff innerhalb der Fluidkanäle 110 unter Druck gesetzt wird. Kraftstoff in dem Kraftstofftank wird zunächst durch die Rotation des Flügelrads 20 in den Fluidkanal 110 aus einem in der Einlassabdeckung 14 geformten (nicht gezeigten) Kraftstoffeinlass hereingezogen und wird schließlich aus einem (nicht gezeigten) Verbindungsdurchlass des Pumpengehäuses 16 in der Nähe einer Abdeckung 90 ausgestoßen, die an einem axialen Ende des Ankers 40 angeordnet ist. Der Kraftstoff fließt weiter, indem er entlang eines äußeren Umlaufs des Ankers 40 zu einem Kommutator 70 gelangt, und gelangt schließlich durch einen (nicht gezeigten) Kraftstoffauslass, um aus der Kraftstoffpumpe 10 weiter zu einer (nicht gezeigten) Brennkraftmaschine ausgegeben zu werden.
Ein Permanentmagnet 30, der in vier bogenförmigen Stücken geformt ist, von denen jedes Stück ein Viertelbogen ist, ist umlaufend an einem inneren Umlauf des Gehäuses 12 angebracht. Der Permanentmagnet 30 ist in vier Stücke geformt, die Magnetpole mit unterschiedlicher Polarität aufweisen, die in Richtung der Rotation folgen.
An dem anderen axialen Ende des Ankers 40 entgegengesetzt zu der Abdeckung 90 ist der Kommutator 70 angebracht, und das axiale Ende des Ankers 40 entgegengesetzt zu dem Kommutator 70 ist durch die Abdeckung 90 abgedeckt. Die Welle 41, die als Rotationsachse des Ankers 40 agiert, wird rotierbar durch das erste Achsenlager 26 und ein zweites Achsenlager 27 gestützt, die jeweils in dem Pumpengehäuse und der Auslassabdeckung 19 enthalten und gestützt sind.
Wie es in 3 gezeigt ist, weist der Anker 40 einen zentralen Kern 42 in dessen zentralen rotierenden Abschnitt auf. Die Welle 41 ist in den zentralen Kern 42 pressgepasst. Der zentrale Kern 42 ist mit einem röhrenförmigen, hexagonal geformten Querschnitt geformt und weist vertiefte Abschnitte 44 auf, die sich axial an den sechs äußeren umlaufenden Flächen des zentralen Kerns 42 erstrecken. Die Breite der vertieften Abschnitte 44 verringert sich allmählich in radialer Richtung, je kürzer der Abstand zu den äußeren umlaufenden Flächen des zentralen Kerns 42 wird.
Sechs mit Spulen versehene Polabschnitte 50 sind in Rotationsrichtung an dem äußeren Umfang des zentralen Kerns 42 angeordnet. Jeder der mit Spulen versehenen Polabschnitte 50 weist Spulenkerne 52, Spulenkörper 60 und Spulen 62 auf, die durch konzentrische Wicklungen um die Spulenkörper 60 geformt sind. Da alle sechs mit Spulen versehene Polabschnitte 50 dieselbe Struktur aufweisen, sind in 3 einige Bezugszeichen ausgelassen worden.
Wie es in 4A gezeigt ist, sind die Spulenkerne 52 von dem zentralen Kern 42 getrennte Teile. Gemäß 3 weist der Spulenkern 52 einen äußeren Umlaufabschnitt 54, der dem Permanentmagneten 30 entlang der Rotationsrichtung zugewandt ist, und einen Spulenwicklungsabschnitt 56 auf, der plattenförmig ist und sich von dem äußeren Umlaufsabschnitt 54 zu den zentralen Kern 42 erstreckt. Jede der Spulenkerne 52 ist somit in einer T-Form geformt, wenn sie in einem Querschnitt senkrecht zu der Welle 41 des Ankers 40 betrachtet wird. Eine Randfläche 55 des äußeren Umlaufabschnitts 54 ist in Form eines gleichförmigen Bogens geformt. Die Größe eines Freiraums, der entlang der Rotationsrichtung durch die Randfläche 55 des äußeren Umlaufsabschnitts 54 und der inneren Randfläche 31 des Permanentmagneten 30 gebildet wird, ist gleichförmig. Der Spulenwicklungsabschnitt 56 weist einen angehobenen Abschnitt 58 auf, der sich zu der Rotationswelle an einem Abschnitt davon erstreckt, der sich am Nächsten zu dem zentralen Kern 42 befindet. Die Breite des angehobenen Abschnitts 58 steigt allmählich in radialer Richtung zu den zentralen Kern 42 hin an. Die vertieften Abschnitte 54 und die angehobenen Abschnitte 58 werden miteinander verbunden, indem die angehobenen Abschnitte 58 in die vertieften Abschnitte 44 entlang der axialen Richtung jeweils eingesetzt werden.
Der Spulenkörper 60 deckt den Spulenkern 52 mit Ausnahme der Randfläche 55 des äußeren Umlaufabschnitts 54 und des angehobenen Abschnitts 58 ab. Der Spulenkörper 60 isoliert magnetisch die äußeren Umlaufsabschnitte 54 der Spulenkerne 52, die in Rotationsrichtung zueinander benachbart sind. In Querschnitten durch und mit der Welle 41 schließt der Spulenkörper 60 den Spulenwicklungsabschnitt 56 sandwichartig ein und bildet einen Trapezoidwicklungsraum, dessen Breite und Richtung von dem äußeren Umlaufsabschnitt 54 zu dem zentrale Kern 42 hin sich verringert. Die Spule 62 ist durch Wickeln von Spulen in diesem Wicklungsraum geformt.
Gemäß 2 ist ein Ende jeder Spule 62 nahe an dem Kommutator 70 elektrisch mit dem ersten Anschluss 64 verbunden. Die ersten Anschlüsse 64 entsprechen der Stelle jeder der Spulen 62 in Rotationsrichtung und passt zu zweiten Anschlüssen 74 nahe an dem Kommutator 20, um elektrisch damit verbunden zu werden. Enden der Spule 62 in der Nähe des Flügelrads 20, die entgegengesetzt zu dem Kommutator 70 liegen, sind elektrisch mit dritten Anschlüssen 66 verbunden. Die dritten Anschlüsse 66 sind drei aufeinanderfolgend benachbarte Anschlüsse, die nacheinander in Rotationsrichtung angeordnet sind, und sind elektrisch mit vierten Anschlüssen 68 verbunden.
Der Kommutator 70 ist von einer Kartuschenbauart (cartridge-style) und ist als einzelner Körper geformt. Mit der in den zentralen Kern 42 pressgepassten Welle 41 ist die Welle 41 in einer Bohrung 71 des Kommutators 70 eingesetzt, um den Kommutator 70 an den Anker 40 anzubringen, wobei Klauen 74a der zweiten Anschlüsse 74, die zu dem Anker 40 hin vorspringen, jeweils an die ersten Anschlüsse 64 des Ankers 40 montiert sind, um elektrisch damit verbunden zu werden. Ein erster C-Ring 100 ist auf die Welle 41 pressgepasst, um ein Loslösen des Kommutators 70 von der Welle 41 zu verhindern.
Der Kommutator 70 weist sechs Segmente 72 auf, die in Rotationsrichtung angeordnet sind. Die Segmente 72 sind beispielsweise aus Karbon hergestellt und sind gegeneinander elektrisch durch einen Luftspalt oder durch einen isolierenden Harzabschnitt 76 isoliert. Jeder der Segmente 72 ist elektrisch mit den zweiten Anschlüssen 74 über Mittelanschlüsse 73 verbunden. Der Kommutator 70 ist durch Einsetzgießen (Insert-Molding) des isolierenden Harzabschnitts 76 geformt, um die Segmente 72 (mit Ausnahme von Oberflächen, die im weiteren Verlauf der Beschreibung beschriebene Bürsten 80 und 82 berühren), die Mittelanschlüsse 73, die zweiten Anschlüsse 74 (mit der Ausnahme von deren Endabschnitten) und (nachstehend beschriebene) Kondensatoren 78 in einem einzelnen Körper zu verbinden. Gemäß 10 berührt jeder der Segmente 72 aufeinanderfolgend die Bürsten 80 und 82, wenn der Kommutator 70 zusammen mit dem Anker 40 rotiert. Die erste Bürste 80 ist die positive Bürste, und die zweite Bürste 82 ist die negative Bürste (Massenseite). Elektrische Leistung gelangt durch einen fünften Anschluss 79, der in die Auslassabdeckung 19 pressgepasst ist, die erste Bürste 80, die Segmente 72, die Mittelanschlüsse 73, die zweiten Anschlüsse 74 und die ersten Anschlüsse 64, um den Spulen 62 des Ankers 40 zugeführt zu werden. Der Permanentmagnet 30, der Anker 40, der Kommutator 70 und die Bürsten 80 und 82 bilden einen Gleichstrommotor.
Der Aufbau der Mittelanschlüsse 73 und der zweiten Anschlüsse 74 des Kommutators 70 ist nachstehend unter Bezugnahme auf 1A und 1B beschrieben. 1A zeigt den Kommutator 70 ohne den isolierenden Harzabschnitt 76, und 1B zeigt den Kommutator 70 nach Guss des isolierenden Harzabschnitts 76. Das Bezugszeichen 78 in 1B stellt die Stelle der Kondensatoren 78 dar, wenn sie durch den isolierenden Harzabschnitt 76 abgedeckt sind.
Gemäß 1A werden die Mittelanschlüsse 73 zwischen den zweiten Anschlüssen 74 und den Segmenten 72 derart gehalten, dass die zweiten Anschlüsse 74 elektrisch mit den Segmenten 72 über die Mittelanschlüsse 73 verbunden sind. Die Mittelanschlüsse 73 erstrecken sich radial nach innen innerhalb des Kommutators 70. Die Anzahl der zweiten Anschlüsse 74 beträgt 6, so dass sie mit der Anzahl der Segmente 72 übereinstimmt. Jeder der zweiten Anschlüsse 74 weist eine der Klauen 74a passend zu den ersten Anschlüsse 64 des Ankers 40 auf. Drei der sechs zweiten Anschlüsse 74 sind abwechselnd (nicht nebeneinander) in Rotationsrichtung angeordnet, wobei die drei jeweils bogenförmige Verbindungsverlängerungen 77b aufweisen, die sich in derselben Rotationsrichtung erstrecken. Der Endabschnitt jeder der Verbindungsverlängerungen 77b springt zu den Mittelanschlüssen 73 vor. Jeder der Verbindungsverlängerungen 77b verläuft durch eine radial innere Seite der zweiten Anschlüsse 74, die in der verlängerten Richtung angeordnet sind, wobei sie gegenseitigen Kontakt vermeiden, und die Endabschnitte der Verbindungsverlängerungen 77b sind elektrisch mit den Mittelanschlüssen 73 verbunden, die radial entgegengesetzt zugewandt sind. Somit sind Paare der Segmente 72, die einander zugewandt sind und radial gegenüber liegen, elektrisch miteinander verbunden. Die Kondensatoren 78 sind kastenförmig, wobei Anschlüsse an einer Fläche davon freiliegen. Die Kondensatoren 78 sind an einer Oberfläche des Kommutators 70 auf der Seite angeordnet, die entgegengesetzt zu der Kommutatoroberfläche liegen (die Seite, die entgegengesetzt zu der Oberfläche ist, die die erste Bürste 80 berührt), d.h., an einer Oberfläche angeordnet, die sich am Nächsten zu dem Anker 40 befindet. Anschlüsse der Kondensatoren 78 sind direkt an die zweiten Anschlüsse 74 gelötet, die in Rotationsrichtung benachbart sind, und sind somit elektrisch verbunden.
5 zeigt eine perspektivische Darstellung des Kommutators 70 ohne den isolierenden Harzabschnitt 76, wie es in 1A dargestellt ist, wobei jedes Teil offen liegt. Größere Vorsprünge 72a sind an den Segmenten 72 geformt. Die Segmente 72 und die Mittelanschlüsse 73 sind durch Anbringen der großen Vorsprünge 72a mit großen Öffnungen 73a, die in den Mittelanschlüssen 73 geformt sind, verbunden. Erste kleine Vorsprünge 74a sind an dem äußeren Umlauf der Segmente 72 geformt und umkreisen die großen Öffnungen 73a. Jede der Segmente 72 weist einen der ersten kleinen Vorsprünge 74a auf. Zweite kleine Vorsprünge 75b sind innerhalb des inneren Umlaufs der großen Öffnungen 73a an den Mittelanschlüssen 73 geformt, die mit den Verbindungsverlängerungen 77b verbunden sind. Erste kleine Öffnungen 76a sind an jeden der zweiten Anschlüsse 74 nahe an den Klauen 74a geformt, und zweite kleine Öffnungen 74d sind in den Endabschnitten der Verbindungsverlängerungen 77b geformt. Die Mittelanschlüsse 73 und die zweiten Anschlüsse 74 sind durch Einpassen der ersten kleinen Vorsprünge 74a in die ersten kleinen Öffnungen 76a und ebenfalls durch Einpassen der zweiten kleinen Vorsprünge 75b in die zweiten kleinen Öffnungen 74b miteinander verbunden.
Gemäß 10 sind durch Verbindung der Segmente 72, der Mittelanschlüsse 73, der zweiten Anschlüsse 74 und der Kondensatoren 78, wie vorstehend beschrieben, ein Segment S1 und ein Segment S4 elektrisch miteinander verbunden, wie gleichermaßen ein Segment S2 und ein Segment S5 sowie ein Segment S3 und Segment S6 des Kommutators 70 verbunden sind. Segmente der Segmente 72, die in Rotationsrichtung zueinander benachbart sind, sind durch die Kondensatoren 78 miteinander verbunden. In 10 bezeichnen die Bezugszeichen a1, b1, c1, a2, b2 und c2 die Spulen 72, die an dem Anker 40 in Rotationsrichtung in dieser Reihenfolge angeordnet sind, und die Bezugszeichen S1, S2, S3, S4, S5 und S6 stellen die Segmente 72 dar, die an dem Kommutator 70 in Rotationsrichtung in dieser Reihenfolge angeordnet sind.
Wie es in 6 und 7 dargestellt ist, entsprechen die Stellen in Rotationsrichtung der Kondensatoren 78, die durch den isolierenden Harzabschnitt 76 abgedeckt sind (das Bezugszeichen 78 in 6 gibt die Stelle der Kondensatoren 78 an, die durch den isolierenden Harzabschnitt 76 abgedeckt sind), Aussparungsabschnitten 300, die zwischen den in Rotationsrichtung nahe dem Kommutator 70 benachbarten Spulen 62 geformt sind. Die Kondensatoren 78 sind ebenfalls zwischen den ersten Anschlüssen 64, die in Rotationsrichtung zueinander benachbart sind, als auch zwischen den Klauen 74a der zweiten Anschlüsse 74 in der Nähe des Kommutators 70 angeordnet, die in die ersten Anschlüsse 74 nahe an dem Anker 40 eingepasst sind. 6 zeigt eine perspektivische Darstellung des Kommutators 70 von dem Anker 40 aus gesehen und des Ankers 40 von dem Kommutator 70 aus gesehen. 7 zeigt eine Darstellung des Ankers 40 aus der Richtung der Kommutators 70 gesehen. Weiterhin sind die Stellen der Kondensatoren 78 an den Stellen der Querschnitte gemäß 8a und 9a jeweils in 8b und 9b dargestellt. Indem die Kondensatoren 78 in die Nähe der Aussparungsabschnitte 300 gebracht werden, die zwischen den ersten Anschlüssen 64 benachbart in der Rotationsrichtung vorhanden sind, um den Anker 40 mit dem einstückigen Körper des Kommutators 70 und der Kondensatoren 78 zusammenzubauen, die durch Gießen des isolierenden Harzabschnitts 76 geformt werden, kann die axiale Länge des Motors mit dem Kommutator 70 und dem Anker 40 verkürzt werden. Da der Kommutator 70 und die Kondensatoren 78 harzvergossen sind und einen einzelnen, einstückig Formkörper bilden, können diese leicht mit dem Anker 40 zusammengebaut werden.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel sind die Stellen in Rotationsrichtung der Kondensatoren 78 mit den Aussparungsabschnitten 300 angepasst, die zwischen den Spulen 62 benachbart in Rotationsrichtung in der Nähe des Kommutators 70 geformt sind. Jedoch können die Stellen der Kondensatoren 78 in Rotationsrichtung mit einer beliebigen Art von Aussparungsabschnitten in Übereinstimmung gebracht werden, solange die Aussparungsabschnitte 300 in dem Anker 40 in der Nähe des Kommutators 70 geformt sind.
Wenn die Nennausgangsleistung eines Motors, d.h., der Kraftstoffpumpe 10 O[W] beträgt, die Anzahl der Polpaare der Permanentmagneten 30 P beträgt und die gesamte elektrostatische Kapazität der Kondensatoren 78 C[µF] beträgt, wird die gesamte elektrostatische Kapazität C derart vorbestimmt, dass die Gleichung (1) erfüllt wird. Die Anzahl der Polpaare der Permanentmagneten 30 ist gleich der (Gesamtzahl der Permanentmagnete 30)/2. $0.20 * O * P < C < 0,2 * O * P$
Wenn somit beispielsweise die Nennausgangsleistung O zwischen 20 und 30 Watt liegt, und die Anzahl der Polpaare P mit der Kraftstoffpumpe 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel 2 beträgt (Gesamtzahl der Permanentmagnete 30) /2 = 2), ist ein Bereich, in dem die gesamte elektrostatische Kapazität C der sechs Kondensatoren 78 die Gleichung (1) erfüllt, definiert als 0,8 bis 1,2 < C < 8,0 bis 12,0.
Enden der Spulen 62 in der Nähe des Kommutators 70 sind elektrisch mit den Segmenten 72 verbunden, und die Enden der Spulen 72, die entgegengesetzt zu dem Kommutator 70 sind, sind elektrisch miteinander verbunden. Die Enden der Spulen 72, die entgegengesetzt zu dem Kommutator 70 sind, bilden einen Neutralpunkt 200 einer Sternverbindung. Das heißt, dass gemäß 11 drei der Spulen 72, die eine Sternschaltung bilden, parallel verbunden sind.
Gemäß 2 deckt die Abdeckung 90 das axiale Ende des Ankers 40 entgegen gesetzt zu dem Kommutator 70 ab, weshalb der Widerstand des Ankers 40, der in dem Kraftstoff rotiert, verringert wird. Die Abdeckung 90 weist einen großen vertieften Abschnitt 92 in deren mittleren Abschnitt auf, der die Welle 41 umgibt. Ein Abschnitt von sowohl dem ersten Achsenlager 26 als auch dem Pumpengehäuse 16 ist innerhalb des großen vertieften Abschnitts 92 angeordnet. Ein zweiter C-Ring 102 ist auf die Welle 41 pressgepasst, um ein Lösen der Abdeckung 90 von der Welle 41 zu verhindern.
Gemäß 12 gibt es, wenn die erste Bürste 80 sich von den Segmenten 72 in Zusammenhang mit der Rotation des Ankers 40 trennt, eine unerwünschte Möglichkeit, dass in den Spulen 72 aufgebaute elektromagnetische Energie zwischen den Segmenten 72 und der ersten Bürste 80 fließt, und dass eine Entladung zwischen den Segmenten 72 und der ersten Bürste 80 auftritt. Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird, da die Kondensatoren 78 elektrisch mit den zweiten Anschlüssen 74 der Segmente 72 verbunden sind, die in Rotationsrichtung zueinander benachbart sind, die in den Spulen 72 aufgebaute elektromagnetische Energie zeitweilig in den Kondensatoren 78 aufgebaut, wenn die erste Bürste 80 sich von den Segmenten 72 trennt. Dementsprechend wird eine plötzliche Addition von aus den Spulen 62 entladener elektromagnetische Energie zwischen den Segmenten 72 und der Bürste 80 verhindert. Als Ergebnis tritt, selbst wenn die erste Bürste 80 sich von den Segmenten 72 trennt, keine Entladung zwischen der ersten Bürste 80 und den Segmenten 72 auf, weshalb ein Entladungsverschleiß der Segmente 72 und der ersten Bürste 80 verhindert werden kann. Dementsprechend kann ein ausreichender elektrischer Kontakt zwischen den Segmenten 72 und der Bürste 80 beibehalten werden. Wenn die Segmente 72 und die erste Bürste 80 sich in Kontakt befinden, fließt ein Strom aus den Spulen 62 zu der ersten Bürste 80 über die Segmente 72.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist durch Verbindung der Spulen 72 in einer Sternschaltung die an die Spulen 72 angelegte Spannung kleiner im Vergleich zu einer Dreieckschaltung gemäß einem nachfolgend beschriebenen zweiten Ausführungsbeispiel. Die in den Spulen 72 aufgebaute elektromagnetische Energie ist kleiner, weshalb die elektrostatische Kapazität der Kondensatoren 78 kleiner ausgeführt werden kann, um in den Bereich zu fallen, in dem die Gleichung (1) erfüllt ist.
Außerdem sind gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel die Kondensatoren 78 in dem Kommutator 70 angeordnet und sind elektrisch mit den zweiten Anschlüssen 74 der Segmente 72 verbunden. Jedoch können die Kondensatoren 78 an jeder geeigneten Stelle angeordnet und verbunden werden, solange sie mit einer Schaltung verbunden sind, die durch die Spulen 62 und die Segmente 72 gebildet ist, und zeitweilig die in den Spulen 62 aufgebaute elektromagnetische Energie aufbauen können.
Zweites Ausführungsbeispiel
Ein zweites Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist in 13 und 14 dargestellt. Strukturelle Abschnitte davon, die im Wesentlichen dieselben wie diejenigen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel sind, sind mit demselben Bezugszeichen bezeichnet. Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel sind drei der Spulen 62, die in Rotationsrichtung zueinander benachbart sind, parallel durch eine Dreieckschaltung verbunden. Im Vergleich zu der Sternschaltung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel ist die an den Spulen 62 angelegte Spannung hoch, weshalb die in den Spulen 62 aufgebaute elektromagnetische Energie groß ist. Dementsprechend ist die elektrostatische Kapazität der Kondensatoren 120, die elektromagnetische Energie speichern, gelegentlich größer als die der Kondensatoren 78 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel innerhalb eines Bereichs, in dem die Gleichung (1) erfüllt ist.
Drittes Ausführungsbeispiel
Ein drittes Ausführungsbeispiel für einen Kommutator gemäß der vorliegenden Erfindung ist in 15A und 15B dargestellt. Strukturelle Abschnitte des Kommutators, die im Wesentlichen dieselben wie diejenigen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel sind, sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Ein Kommutator 130 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel weist einen ersten (nachstehend als Formkörper bezeichneten) geformten Körper 140 in der Nähe der Segmente 72 und einen zweiten (nachstehend als Formkorper bezeichneten) geformten Körper 150 in der Nähe der Kondensatoren 260 auf (in 15A und 15B nicht gezeigt, jedoch im weiteren Verlauf der Beschreibung beschrieben). Jedes Teil des ersten Formkörpers 140 wird durch einen ersten isolierenden Harzabschnitt 142 gestützt, und jeder Teil des zweiten Formkörpers 150 wird durch einen zweiten isolierenden Harzabschnitt 152 gestützt. Klauen 132, die ein Abschnitt der Kommutatoranschlüsse des Kommutators 130 sind, weisen erste Verbindungsklauen 234 von (nachstehend beschriebenen) ersten Verbindungsanschlüssen 232 des ersten Formkörpers 140 und zweite Verbindungsklauen 255 von (in weiteren Verlauf beschriebenen) zweiten Verbindungsanschlüssen 254 des zweiten Formkörpers 150 auf, die elektrisch miteinander durch Schweißen verbunden sind. Jeder der Segmente 72 ist durch Schlitze 144 isoliert, und Nuten 145 sind auf der Kommutatoroberflächenseite jedes der Segmente 72 geformt, um Kraftstoff, d.h., eine Filmschicht von Kraftstoff abfließen zu lassen.
Nachstehend ist ein Verfahren zur Herstellung des Kommutators 130 unter Bezugnahme auf 16 bis 20 beschrieben. Das Verfahren zur Herstellung des ersten Formkörpers 140 ist zunächst beschrieben.
Jedes Grundmaterial, das den ersten Formkörper 140 bildet, ist in 16 gezeigt. Jedes der Grundmaterialien 210, 220 und 230 ist gezeigt, bevor sie in jeweils die Segmente 72 unterteilt werden. Die Grundmaterialien (Basismaterialien) weisen ein Segment-Grundmaterial 210 für die Segmente 72, ein Mittelgrundteil 220 für Mittelanschlüsse entsprechend den Mittelanschlüssen 73 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, und ein erstes Verbindungsanschluss-Grundmaterial 230 für die ersten Verbindungsanschlüsse 232 auf. Gemäß 15A und 15B sind die Mittelanschlüsse durch einen ersten isolierenden Harzabschnitt 142 abgedeckt und sind daher nicht gezeigt. Erste Anschlüsse, die Mittelanschlüsse und die ersten Verbindungsanschlüsse 232 sind, und (nachstehend beschriebene) zweite Anschlüsse, die die zweiten Verbindungsanschlüsse 254 sind, bilden die Kommutatoranschlüsse. Das Mittel-Grundmaterial 220 und das erste Verbindungsanschluss-Grundmaterial 230 bilden die ersten Anschlussgrundmaterialien. Die Form der Mittelanschlüsse, die aus dem Mittel-Grundmaterial 220 zu formen sind, als auch die Form der ersten Verbindungsanschlüsse 232, die aus dem ersten Verbindungsanschluss-Grundmaterial 230 zu formen sind, unterscheiden sich von den Mittelanschlüssen 73 und den zweiten Anschlüssen 74 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Jedoch sind deren elektrische Verbindungen untereinander und deren elektrische Verbindungen mit den Segmenten 72 dieselben wie diejenigen gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Das Mittel-Grundmaterial 220 weist einen dünnen Abschnitt 222, der als eine Scheibe geformt ist, und dicke Abschnitte 224 auf, die für jedes der Segmente 72 angeordnet sind. Die ersten Verbindungsanschlüsse 232 des ersten Verbindungsanschluss-Grundmaterials 230 sind miteinander durch einen Ringrahmen 240 verbunden. Die Dicke des ersten Verbindungsanschluss-Grundmaterials 230 ist dünner als und beträgt fast die Hälfte der Dicke des zweiten Anschlusses 74 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
Verbindungsprozess
Die großen Vorsprünge 72a werden auf dem Segment-Grundmaterial 210 geformt, und die großen Vorsprünge 72a werden in große Öffnungen 222a eingepasst, die in dem Mittel-Grundmaterial 220 geformt sind, um das Segment-Grundmaterial 210 und das Mittel-Grundmaterial 220 miteinander zu verbinden. Erste kleine Vorsprünge 224a sind an den dicken Abschnitten 242 geformt, die an dem äußeren Umlauf des Mittel-Grundmaterials 220 vorhanden sind, um die großen Öffnungen 222a einzukreisen. Zweite kleine Vorsprünge 222b sind innerhalb des inneren Umlaufs der großen Öffnungen 222a geformt, wo der dünne Abschnitt 222 mit Verbindungsverlängerungen 235 der ersten Verbindungsanschlüsse 232 verbunden ist. Erste kleine Öffnungen 232a sind an jedem der ersten Verbindungsanschlüsse 232 des ersten Verbindungsanschluss-Grundmaterial 230 in der Nähe der ersten Verbindungsklaue 234 geformt, und zweite kleine Öffnungen 232b sind in den Endabschnitten der Verbindungsverlängerungen 235 geformt. Erste Vorsprünge 242a werden in die ersten kleinen Öffnungen 232a eingepasst, und die zweiten kleinen Vorsprünge 222b werden in die zweiten kleinen Öffnungen 232b eingepasst, um das Mittel-Grundmaterial 220 mit dem ersten Verbindungsanschluss-Grundmaterial 230 zu verbinden.
Erster Formprozess
Das Segment-Grundmaterial 210, das Mittel-Grundmaterial 220 und das erste Verbindungsanschluss-Grundmaterial 230 gemäß 16 sind in 17 als eine verbundene Struktur dargestellt. Der erste isolierende Harzabschnitt 142 wird um diese Struktur derart eingefüllt, dass das Segment-Grundmaterial 210, das Mittel-Grundmaterial 220 und das erste Verbindungsanschluss-Grundmaterial 230 durch den ersten isolierenden Harzabschnitt 142 gestützt werden.
Unterteilungsprozess
Während des Unterteilens (Sektionierens) des Ringrahmens 240 durch Stanzen (press-working) werden die ersten Verbindungsklauen 234 der ersten Verbindungsanschlüsse 232 gebogen. Danach werden, während der Zustand der Stützung durch den ersten isolierenden Harzabschnitt 142 beibehalten wird, die Schlitze 144 von der Kommutatoroberflächenseite des Segment-Grundmaterials 210 durch den dünnen Abschnitt 222 des mittleren Grundabschnitts 220 geformt, wodurch diese in die Segmente 72 unterteilt werden. Die Schlitze 144 werden beispielsweise durch Rotieren einer dünnen Scheibe mit Klingen mit etwa demselben Umlauf wie die Scheibe geformt, um das Segment-Grundmaterial 210 und das Mittel-Grundmaterial 220 zu unterteilen. Die Nuten 145 werden ebenfalls an der Kommutatoroberfläche jeder der Segmente 72 zum Ablaufen lassen (draining) irgendeines Kraftstofffilms geformt. Die Nuten 145 sind flacher als die Schlitze 144. Daraufhin werden die Kommutatoroberflächenseiten der Segmente 72 poliert, um die Herstellung des ersten Formkörpers 140 gemäß 18 abzuschließen. Die Mittelanschlüsse und die ersten Verbindungsanschlüsse 232, die durch Unterteilen des Mittel-Grundmaterials 220 und des ersten Verbindungsanschluss-Grundmaterials 230 für jedes der Segmente 72 geformt werden, bilden erste Anschlüsse.
Ein Verfahren zur Herstellung des zweiten Formkörpers 150 ist nachstehend beschrieben. Ein zweites Verbindungsanschluss-Grundmaterial 250, das als zweites Anschlussgrundmaterial (Grundmaterial für den zweiten Anschluss) dient, weist die zweiten Verbindungsanschlüsse 254, die als zweite Anschlüsse dienen, und einen Scheibenabschnitt 252 auf, der innerhalb des inneren Umlaufs der zweiten Verbindungsanschlüsse 254 angeordnet ist und die zweiten Verbindungsanschlüsse 254 jeweils miteinander verbindet. Die zweiten Verbindungsanschlüsse 254 weisen die zweiten Verbindungsklauen 255 und Quetschabschnitte 256 auf. Die Dicke des zweiten Verbindungsanschluss-Grundmaterials 250 ist dünner und beträgt fast die Hälfte der Dicke der zweiten Anschlüsse 74 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Die Kondensatoren 260 weisen Hauptkondensatorenkörper 262 und Leitungsdrähte 264 auf, die als flexible Anschlüsse dienen, die sich von den Hauptkondensatorenkörpern 262 erstrecken.
Erster Verbindungsprozess
Gemäß 20A werden die Leitungsdrähte 264 der Kondensatoren 260 eingesetzt, um durch die Quetschabschnitte 256 des zweiten Verbindungsanschluss-Grundmaterials 250 eingeklemmt zu werden, und es wird ein Heiß-Pressformen (hot swaging) durchgeführt, wodurch die zweiten Verbindungsanschlüsse 254 des zweiten Verbindungsanschluss-Grundmaterials 250 und die Kondensatoren 260 elektrisch verbunden werden. Dann wird der Abschnitt des Scheibenabschnitts 262 innerhalb der Linien mit Doppelpunkten 270 gemäß 19 durch eine Stanze oder eine ähnliche Einrichtung ausgestanzt und ausgestoßen, wobei das zweite Verbindungsanschluss-Grundmaterial 250 für jeden der zweiten Verbindungsanschlüsse 254 unterteilt wird. Jeweils zwei Anschlüsse der zwei Verbindungsanschlüsse 254, die in Umlaufsrichtung benachbart sind, werden als ein Paar durch die Kondensatoren 260 verbunden. Auf diese Weise ist die Anzahl der Kondensatoren 260, die für die sechs zweiten Verbindungsanschlüsse 254 verwendet werden, drei.
Zweiter Formungsprozess
Gemäß 20A wird durch Heiß-Pressformen der Leitungsdrähte 264 der Kondensatoren 260 mit den Quetschabschnitten 256 der zweiten Verbindungsanschlüsse 254 und Einfüllen des zweiten isolierenden Harzabschnitts 152 um die für jeden der zweiten Verbindungsanschlüsse 254 unterteilte Struktur, um die zweiten Verbindungsanschlüsse 254 und die Kondensatoren 260 zu stützen, die Herstellung des zweiten Formkörpers 150 zu vervollständigen.
Zweiter Verbindungsprozess
Danach wird der in 18 gezeigte erste Formkörper 140 und der in 20B gezeigte zweite Formkörper derart miteinander verbunden, dass die ersten Verbindungsklauen 234 und die zweiten Verbindungsklauen 255 überlappt werden. Dann werden die ersten Verbindungsklauen 234 und die zweiten Verbindungsklauen 255 geschweißt und dadurch elektrisch miteinander verbunden. Die Herstellung des Kommutators 130 wird auf diese Weise vervollständigt.
Die elektrische Verbindung zwischen den auf diese Weise geformten Kommutator 130 und den Spulen 62 ist in 21 und 22 gezeigt. Mit der Ausnahme, dass die Anzahl der Kondensatoren 260 von sechs auf drei reduziert ist, ist die Struktur dieselbe wie diejenige gemäß 10 und 11 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Das heißt, dass gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel die Spulen 62 in derselben Weise wie gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einer Sternschaltung verbunden sind. Dementsprechend sind, solange die Nennausgangsleistung O der Kraftstoffpumpe 10, die elektrostatische Kapazität C der Kondensatoren 260 und die Anzahl der Polpaare P der Permanentmagneten 30 dieselben wie gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel sind, anhand der Gleichung (1) die elektrostatische Kapazität jeder der Kondensatoren 260 doppelt so groß wie die der Kondensatoren 78 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel sein.
Mit dem Verfahren zur Herstellung des Kommutators 130 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel werden der erste Formkörper 140 in der Nähe der Segmente 72 und der zweite Formkörper 150 in der Nähe der Kondensatoren 260 jeweils zunächst getrennt geformt, woraufhin diese verbunden werden, um die Herstellung des Kommutators 130 zu vervollständigen. Somit wirkt bei dem Unterteilungsprozess eine Vibration, die bei der Unterteilung des Segment-Grundmaterials 210 und des Mittel-Grundmaterials 220 in die Segmente 72 auftritt, nicht an Stellen ein, an denen die Kondensatoren 260 und die zweiten Verbindungsanschlüsse 264 elektrisch miteinander verbunden sind. Somit können ebenfalls die elektrischen Verbindungen zwischen den Kondensatoren 260 und den zweiten Verbindungsanschlüssen 254 beibehalten werden. Da weiterhin die Kondensatoren 260 die Leitungsdrähte 264 mit einer Flexibilität anwenden, um als Kondensatoranschlüsse zu dienen, wird, selbst wenn auf Grund eines Kühlens kontraktive Kräfte durch den zweiten Isolierharzabschnitt 152 auftreten, oder expansive oder kontraktive Kräfte durch Temperaturänderungen bewirkt werden, die nach Einfüllen des zweiten isolierenden Harzabschnitts 152 auf die Kondensatoren 260 einwirken, die an den Stellen auftretende Kraft, an denen die Leitungsdrähte 264 und die zweiten Verbindungsanschlüsse 254 elektrisch miteinander verbunden sind, durch Deformieren der Leitungsdrähte 264 verringert. Somit können die elektrischen Verbindungen zwischen den Leitungsdrähten 264 der Kondensatoren 260 und den zweiten Verbindungsanschlüssen 254 beibehalten werden.
Bei den verschiedenen beschriebenen Ausführungsbeispielen gemäß der vorliegenden Erfindung bauen Kondensatoren zeitweilig elektromagnetische Energie auf, die in den Spulen 62 gesammelt worden ist, um zu vermeiden, dass elektromagnetische Energie plötzlich zwischen der ersten Bürste 80 und den Segmenten 72 addiert wird, weshalb keine Entladung zwischen den Segmenten 72 und der ersten Bürste 80 auftritt. Da die Segmente 72 und die erste Bürste 80 mithin nicht von einem Entladungsverschleiß beeinträchtigt werden, kann ein guter elektrischer Kontakt zwischen den Segmenten 72 und der ersten Bürste 80 beibehalten werden.
Gemäß den verschiedenen beschriebenen Ausführungsbeispielen ist in einem Querschnitt durch die Welle 41 des Ankers 40 ein durch jeweils die Spulenkörper 60 geformter Wicklungsraum als ein Trapezoid mit einer Breite geformt, die in einer Richtung von den äußern Umlaufsabschnitten 54 zu dem zentralen Kern 42 enger wird. Der Anker 40 kann derart aufgebaut werden, dass fast kein Spalt zwischen den mit Spulen versehenen Polabschnitten 50 geformt ist, die zueinander in Rotationsrichtung benachbart sind. Somit kann der durch den Anker 40 belegte Raum effizient in Bezug auf die Spulenwicklungen um die Spulenkörper 60 genutzt werden. Mithin kann die Anzahl der Spulenwicklungen erhöht werden.
Andere Ausführungsbeispiele
Gemäß den verschiedenen beschriebenen Ausführungsbeispielen beträgt die Anzahl der durch die Permanentmagneten 30 gebildeten Magnetpole 4, und die Anzahl der mit Spulen versehenen Polabschnitte 50 beträgt 6, jedoch kann die Anzahl der durch die Permanentmagneten 30 gebildeten Pole 2,4 oder irgendeine größere gerade Zahl sein, und die Anzahl der mit Spulen versehenen Polabschnitte 50 kann gleichermaßen irgendeine andere Zahl außer sechs sein. Weiterhin ist es vorzuziehen, dass die Anzahl der mit Spulen versehenen Polabschnitte größer als die Anzahl der durch die Permanentmagnete geformten Pole ist. Es ist weiterhin vorzuziehen, dass die Anzahl der mit Spulen versehenen Polabschnitte eine gerade Zahl ist, die um zwei größer als die Zahl der Pole ist, die durch die Permanentmagnete geformt sind.
Die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung wurden derart beschrieben, dass sie bei einem Motor mit einer konzentrischen Wicklung angewandt werden, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung bei einem Motor mit einer verteilten Wicklung angewandt werden.
Weiterhin wird gemäß den verschiedenen beschriebenen Ausführungsbeispielen eine Ziehkraft (drawing force) zum Ziehen von Kraftstoff aus einem Kraftstofftank durch Rotation des Flügelrads 20 erzeugt, das als rotierendes Teil einer Pumpe dient. Ein Zahnrad usw. kann ebenfalls als rotierendes Teil der Pumpe an Stelle eines Flügelrads angewandt werden. Weiterhin ist gemäß den verschiedenen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung eine Anwendung auf eine Kraftstoffpumpe gerichtet, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann auf verschiedene Arten von Motoren angewandt werden.
Gemäß den verschiedenen beschriebenen Ausführungsbeispielen sind sechs oder drei Kondensatoren derart angeordnet, dass sie sich zwischen den Segmenten 72 erstrecken, jedoch ist die Anzahl der Kondensatoren nicht auf diese Weise beschränkt, solange zumindest einer vorhanden ist.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen dritten Ausführungsbeispiel sind die Leitungsdrähte 264 der in dem zweiten Formkörper 150 verwendeten Kondensatoren 260 flexibel, jedoch sind gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung Kondensatoranschlüsse in einer äußeren Oberfläche der Hauptkondensatorenkörper angeordnet, und die Kondensatoranschlüsse und die zweiten Verbindungsanschlüsse 254 können zusammengelötet werden. Außerdem kann, solange wie Kondensatoren mit Leitungsdrähten, die eine Flexibilität aufweisen und als Kondensatoranschlüsse dienen, verwendet werden, der isolierende Harzabschnitt zum Stützen des Segment-Grundmaterials, des Kommutatoranschluss-Grundmaterials und der Kondensatoren mit einem isolierenden Harzabschnitt alle auf einmal ohne getrenntes Formen von Formkörpern für die Segmente und die Kondensatoren jeweils gegossen werden.
Viertes Ausführungsbeispiel
Unter Bezugnahme auf 2, 3, 4A, 4B, 5, 23A, 23B, 24, 25, 26A, 26B, 27, 28A, 28B, 29A und 29B ist ein viertes Ausführungsbeispiel für einen Motor und eine Kraftstoffpumpe dargestellt, die den Motor gemäß der vorliegenden Erfindung verwenden. 2 zeigt eine Kraftstoffpumpe gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Kraftstoffpumpe 10 ist eine im Tank angeordnete Pumpe (In-Tank-Pumpe), die, wenn sie installiert ist, beispielsweise sich innerhalb des Kraftstofftanks eines Fahrzeugs befindet. Die Kraftstoffpumpe 10 weist ein Gehäuse 12 und eine Einlassabdeckung 14 sowie eine Auslassabdeckung 19 auf, die an ihrem Platz durch das Gehäuse 12 mittels Abdichtung (calking) gesichert sind.
Ein Pumpengehäuse 16 ist zwischen der Einlassabdeckung 14 und dem Gehäuse 12 gehalten. Zwischen der Einlassabdeckung 14 und dem Pumpengehäuse 16 ist ein C-förmiger Fluidkanal 110 für die Pumpe geformt. Die Einlassabdeckung 14 und das Pumpgehäuse 16 sind Gehäuseteile, in denen ein Flügelrad 20 rotierbar als rotierendes Teil enthalten ist. Die Einlassabdeckung 14, das Pumpengehäuse 16 und das Flügelrad 20 bilden einen Pumpenabschnitt. Von den Gehäuseteilen, die das Flügelrad 20 enthalten, ist das Pumpengehäuse 16 das Teil, das sich am Nächsten zu dem Anker 40 befindet. Das Pumpengehäuse 16 stützt ein erstes Achsenlager 26 an einem inneren Umlauf davon.
Verschiedene Schaufelnuten sind an der äußeren umlaufenden Kante des scheibenförmigen Flügelrads 20 geformt. Wenn das Flügelrad 20 zusammen mit einer Welle 41 aufgrund der Rotation des Ankers 40 rotiert, tritt ein unterschiedlicher Druck (Differentialdruck) aufgrund einer Fluidreibung vor und nach den Schaufelnuten des Flügelrads 20 auf, und nimmt durch Wiederholung davon durch verschiedene Schaufelnuten der Kraftstoff innerhalb des Fluidkanals 110 Druck an. Kraftstoff in einem (nicht gezeigtem) Kraftstofftank wird zunächst durch die Rotation des Flügelrads in den Fluidkanal 110 aus einem (nicht gezeigten) Kraftstoffeinlass hineingezogen, der in der Einlassabdeckung 14 geformt ist, und wird schließlich aus einem (nicht gezeigten) Verbindungsdurchlass des Pumpengehäuses 16 in der Nähe einer Abdeckung 90 ausgestoßen, die an einem axialen Ende des Ankers 40 angeordnet ist. Der Kraftstoff verläuft weiter, indem er entlang einem äußeren Umlauf des Ankers 40 zu einem Kommutator 70 hin gelangt, und gelangt schließlich durch einen (nicht gezeigten) Kraftstoffauslass, um aus der Kraftstoffpumpe 10 einer (nicht gezeigten) Brennkraftmaschine zugeführt zu werden.
Ein Permanentmagnet 30 ist mit vier bogenförmigen Stücken geformt, wobei jedes Stück die Form eines Viertelkreises aufweist, und umlaufend an einem inneren Umlauf der Gehäuses 12 angebracht ist. Der Permanentmagnet 30 ist in vier Stücke mit Magnetpolen unterschiedlicher Polarität geformt, die der Rotationsrichtung nachfolgen. Die vier Stücke des Permanentmagneten 30 sind an ihrer Stelle durch einen Harzabschnitt 38 gehalten.
An dem anderen axialen Ende des Ankers 40, entgegengesetzt zu der Abdeckung 90, ist der Kommutator 70 angebracht, und das zu dem Kommutator 70 entgegengesetzte axiale Ende des Ankers 40 ist durch die Abdeckung 90 abgedeckt. Der Permanentmagnet 30, der Anker 40, der Kommutator 70 und (nicht gezeigte) Bürsten bilden einen Gleichstrommotor. Die Welle 41, die die Rotationsachse des Ankers 40 ist, wird rotierbar durch das erste Achsenlager 26 und ein zweites Achsenlager 27 gestützt, die jeweils in dem Pumpengehäuse 16 und der Auslassabdeckung 19 enthalten und gestützt sind.
Wie es in 3 gezeigt ist, weist der Anker 40 einen zentralen Kern 42 in dessen zentralen Rotationsabschnitt auf. Die Welle 41 ist in den zentralen Kern 42 pressgepasst. Der zentrale Kern 42 ist in einer im Querschnitt röhrenförmigen, hexagonalen Form geformt, und weist vertiefte Abschnitte 44 auf, die sich axial an sechs äußeren umlaufenden Flächen davon erstrecken. Die Breite der vertieften Abschnitte 44 verringert sich allmählich in radialer Richtung, je kürzer der Abstand zu den äußeren umlaufenden Flächen wird.
Sechs mit Spulen versehene Polabschnitte 50 sind in der Rotationsrichtung an dem äußeren Umlauf des zentralen Kerns 42 angeordnet. Jeder der mit Spulen versehenen Polabschnitte 50 weist Spulenkerne 52, Spulenkörper 60 und Spulen 62 auf, die durch konzentrische Wicklungen um die Spulenkörper 60 geformt sind. Da alle sechs mit Spulen versehenen Polabschnitte 50 dieselbe Struktur aufweisen, sind einige Bezugszeichen in 3 nicht dargestellt.
Wie es in 4A gezeigt ist, sind die Spulenkerne 52 Teile, die von den zentralen Kern 42 getrennt sind. Gemäß 3 weist der Spulenkern 52 einen äußeren Umlaufsabschnitt 54 auf, der dem Permanentmagneten 30 entlang der Rotationsrichtung zugewandt ist, und weist einen Spulenwicklungsabschnitt 56 auf, der plattenförmig ist und sich von dem äußeren Umlaufsabschnitt 54 zu dem zentralen Kern 42 hin erstreckt. Jeder der Spulenkerne 52 ist somit in einer T-Form geformt, wenn in einem Querschnitt senkrecht zu der Welle 41 des Ankers 40 betrachtet. Eine Randfläche 55 des äußeren Umlaufsabschnitts 54 ist derart geformt, dass sie eine glatte Kurvenform aufweist. Die Größe eines Freiraums, der entlang der Rotationsrichtung durch die Randfläche 55 des äußeren Umlaufabschnitts 54 und der inneren Randfläche 31 des Permanentmagneten 30 geformt ist, ist gleichförmig. Der Spulenwicklungsabschnitt 56 weist einen angehobenen Abschnitt 58 auf, der sich zu der Rotationswelle an einem Abschnitt davon erstreckt, der am Nächsten zu dem zentralen Kern 42 liegt. Die Breite des angehobenen Abschnitts 58 steigt allmählich in radialer Richtung zu dem zentralen Kern 42 an. Die vertieften Abschnitte 44 und die angehobenen Abschnitte 58 werden durch Einsetzen der angehobenen Abschnitte 58 in die vertieften Abschnitte 44 entlang der axialen Richtung miteinander verbunden.
Der Spulenkörper 60 deckt den Spulenkern 52 mit Ausnahme der Randfläche 55 des äußeren Umlaufsabschnitts 54 und des angehobenen Abschnitts 58 ab. Der Spulenkörper 60 isoliert magnetisch die äußeren Umlaufsabschnitte 54 der Spulenkerne 52, die in Rotationsrichtung zueinanderbenachbart sind. In Querschnitten durch und mit der Welle 41 umschließt der Spulenkörper 60 den Spulenwicklungsabschnitt 56 sandwichartig und bildet einen trapezoiden Wicklungsraum, dessen Breite in Richtung von dem äußeren Umlaufsabschnitt 54 zu dem zentralen Kern 42 sich verringert. Die Spule 62 wird durch Wickeln von Spulen in diesem Wicklungsraum geformt.
Gemäß 2 ist ein Ende jeder der Spulen 62 in der Nähe des Kommutators elektrisch mit dem ersten Anschluss 64 verbunden. Die ersten Anschlüsse 54 sind an die zweiten Anschlüsse 74 und Klauen 74a von Verbinderanschlüssen 77 in der Nähe des Kommutators 70 angepasst und elektrisch verbunden. Enden der Spulen 62 in der Nähe des Flügelrads 20, entgegengesetzt zu dem Kommutator 70, sind elektrisch mit dritten Anschlüssen 66 verbunden. Die dritten Anschlüsse 66 sind aufeinanderfolgend benachbarte drei Anschlüsse, die nacheinander in Rotationsrichtung angeordnet sind und elektrisch durch vierte Anschlüsse 68 verbunden sind.
Der Kommutator 70 ist von einer Kartuschenbauart (cartridge-style) und ist als einzelner Körper geformt. Mit der in den zentralen Kern 42 pressgepassten Welle 41 wird die Welle 41 in eine Bohrung 71 des Kommutators 70 eingesetzt, um den Kommutator 70 an den Anker 40 anzubringen, wobei jede der Klauen 74a, die aus dem Kommutator 70 zu dem Anker 40 hin vorspringen, jeweils mit den ersten Anschlüssen 64 des Ankers 40 im Eingriff steht, um damit elektrisch verbunden zu werden. Ein erster C-Ring 100 ist auf die Welle 41 pressgepasst, um ein Lösen des Kommutators 70 von der Welle 41 zu verhindern. Der Kommutator 70 weist sechs Segmente 72 auf, die in Rotationsrichtung angeordnet sind. Die Segmente 72 sind beispielsweise aus Karbon hergestellt und werden voneinander elektrisch durch einen Luftspalt oder durch einen isolierenden Harzabschnitt 76 gegeneinander isoliert.
Mittelanschlüsse 73 befinden sich in direkter elektrischer Verbindung mit den Segmenten 72. Jedes der Segmente 72 ist elektrisch mit den zweiten Anschlüssen 74 und den Verbinderanschlüssen 77 über die Mittelanschlüsse 73 verbunden. Die Verbinderanschlüsse 77 sind von den jeweiligen Oberflächen der Segmente 72 beabstandet, die sich am nächsten zu dem Anker 40 befinden, und, wie es in 23A gezeigt ist, verbinden Verbinderverlängerungen 77b der Verbinderanschlüsse 77 elektrisch die Paare der Mittelanschlüsse 73, die radial zueinander entgegengesetzt sind. Somit weisen die Segmente 72, die radial zueinander entgegengesetzt (diametral) zueinander positioniert sind, dasselbe Potential auf. Verbindungsanschlüsse sind in einer Plattenform durch die Mittelanschlüsse 73, die als Verbindungsabschnitte dienen, und die Verbinderanschlüsse 77 geformt, die als Verdrahtungsabschnitte dienen. Die Verbinderabschnitte der Verbindungsanschlüsse, die die Segmente 72 auf demselben Potential miteinander verbinden, mit Ausnahme der Klauen 74a der Verbinderanschlüsse 77 sind im Wesentlichen in derselben Ebene angeordnet. Gemäß 2 wird ein isolierender Harzabschnitt 76 um die Segmente 72 (mit Ausnahme der Oberflächen, die die Bürste berühren), den Mittelanschlüssen 73, den zweiten Anschlüssen 74 und den Verbinderanschlüssen 77 (mit der Ausnahme von Extremitäten) durch Einsetzgießen (Insert-Gießen) gegossen. Leistung gelangt durch einen fünfte Anschluss 79, der in die Auslassabdeckung 19 pressgepasst ist, die Bürsten, die Segmente 72, die Mittelanschlüsse 73, die zweiten Anschlüsse 74 und die Verbinderanschlüsse 77, um den Spulen 62 des Ankers 40 zugeführt zu werden. Dadurch, dass der Kommutator 70 zusammen mit dem Anker 40 rotiert, berührt jedes der Segmente 72 aufeinanderfolgend die Bürsten.
Gemäß 24 sind ein Segment S1 und ein Segment S4 als ein Paar und gleichermaßen ein Segment S2 und ein Segment S5 sowie ein Segment S3 und ein Segment S6 des Kommutators 70 elektrisch miteinander verbunden und weisen dasselbe Potential auf, auf Grund der Verbindung der Segmente 72, der Mittelanschlüsse 73 und der Verbinderanschlüsse 77, wie vorstehend beschrieben worden ist. In 24 stellen die Bezugszeichen A1, B1, C1, A2, B2 und C2 die Spulen 62 dar, die an dem Anker 40 in dieser Reihenfolge in Rotationsrichtung angeordnet sind, und stellen die Bezugszeichen S1, S2, S3, S4, S5 und S6 die Segmente 72 dar, die an dem Kommutator 70 in dieser Reihenfolge in Rotationsrichtung angeordnet sind.
Die Enden der Spulen 62 in der Nähe des Kommutators 70 und die Segmente 72 sind elektrisch verbunden, wie es die Enden der Spulen 62 entgegengesetzt zu dem Kommutator 70 miteinander sind. Die Enden der Spulen 62 entgegengesetzt zu dem Kommutator 70 bilden einen Neutralpunkt 120 einer Sternschaltung. Das heißt, dass gemäß 25 drei der Spulen 62 parallel durch eine Sternschaltung verbunden sind.
Gemäß 2 deckt die Abdeckung 90 das axiale Ende des Ankers 40 entgegengesetzt zu dem Kommutator 70 ab, so dass der Widerstand des Ankers 40, der in Kraftstoff rotiert, verringert wird. Die Abdeckung 90 weist einen großen vertieften Abschnitt 92 in einem zentralen Abschnitt davon auf, der die Welle 41 umgibt. Ein Abschnitt sowohl des ersten Achsenlagers 26 und des Pumpengehäuses 16 sind innerhalb des großen vertieften Abschnitts 92 angeordnet. Ein zweiter C-Ring 102 ist auf die Welle 41 pressgepasst, um zu verhindern, dass sich die Abdeckung 19 von der Welle 41 löst.
Der Aufbau der Mittelanschlüsse 73, der zweiten Anschlüsse 74 und der Verbinderanschlüsse 77, die den Kommutator 70 bilden, ist nachstehend unter Bezugnahme auf 4, 23A, 23B, 26A und 26B beschrieben. 23A zeigt den Kommutator 70 ohne den isolierenden Harzabschnitt 80, und 23B zeigt den Kommutator 70 nach Eingießen des isolierenden Harzabschnitts 80.
Wie es in 23A gezeigt ist, werden die Mittelanschlüsse 73 zwischen den zweiten Anschlüssen 74 und den Verbinderanschlüssen 77 auf der einen Seite und den Segmenten 72 auf der anderen gehalten, und sowohl die zweiten Anschlüsse 74 als auch die Verbinderanschlüsse 77 sind elektrisch über die Mittelanschlüsse 73 mit den Segmenten 72 verbunden. Die Mittelanschlüsse 73 sind an dem Abschnitt der Segmente 72 angeordnet, der sich am Nächsten zu dem Anker 40 befindet, und befindet sich in einer direkten elektrischen Verbindung mit den Segmenten 72. Gemäß 5 weisen die Mittelanschlüsse 73 dünne Abschnitte 75 an einem inneren Umlauf davon auf und weisen dicke Abschnitte 74 an einem äußeren Umlauf davon auf. Die Dicke der dünnen Abschnitte 75 ist geringer als die der dicken Abschnitte 74, und auf Grund dieses Unterschieds ist ein gestufter Abschnitt auf der von den Segmenten 72 abgelegenen Seite der Mittelanschlüsse 73 geformt. Die zweiten Anschlüsse 74 und die Verbinderanschlüsse 77 sind abwechselnd in Rotationsrichtung auf der von den Segmenten 72 abgelegenen Seite angeordnet und elektrisch mit den Mittelanschlüssen 73 verbunden.
Gemäß 26B sind die zweiten Anschlüsse 74 und die Verbinderanschlüsse 77 im Wesentlichen in derselben Ebene angeordnet und weisen die Klauen 74a auf, die an den ersten Anschlüssen 64 des Ankers 40 angepasst sind. Die Verbinderanschlüsse 77 weisen die bogenförmigen Verbinderverlängerungen 77b auf, die sich jeweils in der gleichen Rotationsrichtung erstrecken. Die Verbinderverlängerungen 77b sind in einem Spiralmuster angeordnet, deren Anzahl drei beträgt. Äußere Enden der Verbinderverlängerungen 77b springen zu den Mittelanschlüssen 73 vor, wie es aus 26A hervorgeht. Jede der Verbinderverlängerungen 77b ist an einem Ende davon elektrisch mit einem der dicken Abschnitte der Mittelanschlüsse 73 verbunden. Jede der Verbinderverlängerungen 77b geht, unter Vermeidung von Kontakt zueinander, davon als ein sich erstreckender Abschnitt (Verlängerungsabschnitt) entlang des inneren Umfangs der zweiten Anschlüsse 74 weiter, die sich auf unterschiedlichem Potential befinden und außerdem nahe an dem Erweiterungsabschnitten der Verbinderverlängerungen 77b angeordnet sind. Jeder der Erweiterungsabschnitte gelangt ebenfalls entlang den dünnen Abschnitten 75 der mittleren Abschlüsse 73 mit unterschiedlichem Potential, wobei sie Kontakt damit vermeiden, und enden schließlich an einem anderen Ende der Verbinderverlängerung 77b, die elektrisch mit einem der dünnen Abschnitte 75 der Mittelanschlüsse 73 verbunden ist, der radial gegenüber liegt. Somit sind die Segmente 72 eines Segmentpaars, die einander zugewandt sind und radial gegenüber liegen (diametral gegenüberliegen) elektrisch durch die Verbinderanschlüsse 7 verbunden und weisen dasselbe Potential auf. Gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel bilden die Differenz in der Dicke der Mittelanschlüsse 73 als auch die Verbinderverlängerungen 77b der Verbinderanschlüsse 77, die als Verdrahtungsabschnitte agieren, die in Spiralform angeordnet sind, eine Struktur zur Vermeidung eines Kontakts der Verbindungsanschlüsse.
5 zeigt eine auseinandergezogene Darstellung des Kommutators 70, wobei der in 23A gezeigte isolierende Harzabschnitt 80 davon entfernt ist, um jedes Teil zu zeigen. Große Vorsprünge 72a sind an den Segmenten 72 geformt. Die großen Vorsprünge 72a passen zu großen Einpassöffnungen 73a, die in dem mittleren Anschluss 73 geformt sind, um die Segmente 72 und die Mittelanschlüsse 73 zu verbinden. An jedem der Mittelanschlüsse 73 sind erste kleine Vorsprünge 74a an deren kombinierten äußeren Umlauf geformt, um die großen Einpassungsöffnungen 75a zu umkreisen. An den dünnen Abschnitten 75 der Mittelanschlüsse 73, die mit den äußeren Enden der Verbinderverlängerungen 77b verbunden sind, sind zweite kleine Vorsprünge 75b innerhalb des inneren Umlaufs der großen Einpassungsöffnungen 75a geformt. Zweite Anschlusseinpassungsöffnungen 76a und erste Einpassungsöffnungen 77a sind jeweils an Abschnitten des zweiten Anschlusses 74 und der Verbinderanschlüsse 77 jeweils nahe an den Klauen 74a geformt, und an den äußeren Enden der Verbinderverlängerungen 77b sind zweite Einpassungsöffnungen 77c geformt. Die Mittelanschlüsse 73 sind mit den zweiten Anschlüssen 74 und mit den Verbinderanschlüssen 77 durch erste kleine Vorsprünge 74a, die in die zweiten Anschlusspassungsöffnungen 76a und in die ersten Passungsöffnungen 77a hineinpassen, und den zweiten kleinen Vorsprüngen 75b verbunden, die in die zweiten Passungsöffnungen 77c hineinpassen.
Nachstehend ist das Herstellungsverfahren des Kommutators 70 unter Bezugnahme auf 27 bis 29b beschrieben. Ein erstes Grundmaterial 200 wird zuerst für die Segmente 72 geformt, ein zweites Grundmaterial 210 wird für die Mittelanschlüsse 73 geformt, und ein drittes Grundmaterial 220 wird für die zweiten Anschlüsse 74 und die Verbinderanschlüsse 77 geformt. Die Grundmaterialien 200, 210 und 220 sind so gezeigt, wie sie vor Unterteilung für jedes der Segmente 72 erscheinen.
Die dicken Abschnitte 74 der Mittelanschlüsse 73 sind für jedes der Segmente 72 vorab unterteilt, wohingegen die dünnen Abschnitte 75 der Mittelanschlüsse 73 in Umlaufsrichtung mit dem zweiten Grundmaterial 210 in einem unverarbeiteten Zustand verbunden verbleiben. Die zweiten Anschlüsse 74 und die Verbinderanschlüsse 77, die aus dem dritten Grundmaterial 220 zu formen sind, sind miteinander an jeweiligen Klauen 74a davon durch einen kreisförmigen Rahmen 222 miteinander verbunden, ohne dass die Klauen 74a gebogen sind.
Gemäß 28A werden dann die Grundmaterialien 200, 210 und 220 miteinander durch das Einpassen der großen Vorsprünge 72a in die großen Passungsoffnungen 75a, der ersten kleinen Vorsprunge 74a in sowohl die zweiten Anschlusspassungsöffnungen 76a als auch die ersten Passungsöffnungen 77a, und der zweiten kleine Vorsprünge 75b in die zweiten Passungsöffnungen 77c miteinander verbunden. Der isolierende Harzabschnitt 76 wird dann um die miteinander verbundenen Grundmaterialien 200, 210 und 220 durch Einsetzgießen (Insert-Gießen) gegossen, wie es in 28B dargestellt ist.
Wie es in 29A gezeigt ist, werden Schlitze 82 beginnend von einer Oberfläche des ersten Grundmaterials 200, die die Bürsten berühren wird, bis zu den dünnen Abschnitten 75 der Mittelanschlüsse 73 geformt, und eine Unterteilung für jedes der Segmente 72 wird durchgeführt. Flache Nuten 83 werden für jedes Segment 72 geformt, um einen Ölfilm von den Bürstenkontaktoberflächen abfließen zu lassen. Gemäß 29B wird nach der Formung der Schlitze 82 und der flachen Nuten 83 die Herstellung des Kommutators 70 abgeschlossen, indem der kreisförmige Rahmen 222 weggeschnitten wird und die Klauen 74a gebogen werden.
Fünftes Ausführungsbeispiel
Ein fünftes Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf 30 bis 32C beschrieben. Die Bezugszeichen sind für die Elemente und Abschnitte davon, die im Wesentlichen dieselben wie gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel sind, dieselben.
Ein Kommutator ist in 30 ohne einen isolierenden Harzabschnitt gezeigt, und Mittelanschlüsse 23 als auch Verbinderanschlüsse 240, 243 und 246 sind für jedes der Segmente 72 unterteilt. Die Mittelanschlüsse 230 werden zwischen den Verbinderanschlüssen 240, 243 und 246 sowie den Segmenten 72 gehalten. Verbindungsanschlüsse weisen Mittelanschlüsse 230 als Verbindungsabschnitte und Verbinderanschlüsse 240, 243 und 246 als Verdrahtungsabschnitte auf. Die Verdrahtungsabschnitte der Verbindungsanschlüsse, die Paare der Segmente 72 auf demselben Potential verbinden, sind im Wesentlichen in derselben Ebene mit Ausnahme der Klauen 230a der Mittelanschlüsse 230 angeordnet. 31 zeigt die Anordnung gemäß 30 als eine auseinander gezogene Darstellung, wobei die Anordnung die Segmente 72, die Mittelanschlüsse 230 und die Verbinderanschlüsse 240, 243 und 246 aufweist. 32A bis 32C zeigen eine weitere auseinander gezogene Darstellung der Anordnung gemäß 30, wobei Paare von Segmenten 72 auf demselben Potential dargestellt sind.
Gemäß 31 sind die Mittelanschlüsse 230 derart geformt, dass sie dieselbe Dicke aufweisen, und weisen die Klauen 230a auf, die mit den ersten Anschlüssen 64 nahe an den Anker 40 verbunden sind. An den Mittelanschlüssen 230 sind große Passungsöffnungen 230b geformt, die zu großen Vorsprüngen 72a der Segmente 72 passen, als auch erste kleine Vorsprünge 230c und zweite kleine Vorsprünge 230d geformt, die zu (nicht gezeigten) Passungsöffnungen der Verbinderanschlüsse 240, 243 und 246 passen.
Gemäß 32C sind erste große Passungsöffnungen 247a, die zu den großen Vorsprüngen 72a der Segmente 72 passen, an dem Verbinderanschluss 240 an denselben Stellen wie die zweiten großen Passungsöffnungen 230b der Mittelanschlusse 230 geformt. Aus 14A und 14B geht hervor, dass kein Teil an Stellen der Verbinderanschlüsse 243 und 246 entsprechend den großen Vorsprüngen 72a vorhanden ist. Rahmenabschnitte 250, die an dem inneren Umlauf der ersten Kontaktanschlüsse 241 und an dem äußeren Umlauf der zweiten Kontaktanschlüsse 244 geformt sind, sind Überreste eines Rahmens, der die Verbinderanschlüsse 240, 243 und 246 vor Unterteilung für jedes der Segmente 72 verbunden hat.
Die Verbinderanschlüsse 240, 243 und 246 sind jeweils als einzelner Körper in einer Ringform geformt und sind von der Oberfläche der Segmente 72 beabstandet, die sich am Nächsten zu dem Anker 40 befindet. Die Verbinderanschlüsse 240, 243 und 246 weisen jeweils erste Kontaktanschlüsse 241, zweite Kontaktanschlüsse 244 und dritte Kontaktanschlüsse 247 auf, die jeweils radial gegenüber liegende Abschnitte (diametral gegenüberliegende Abschnitte) aufweisen, sowie ringförmig Anschlüsse 242, 245 und 248 auf, die konzentrisch angeordnet sind und jeweils die Kontaktanschlüsse 241, 244 und 247 verbinden. Die Kontaktanschlüsse 241, 244 und 247 sind elektrisch mit den Mittelanschlüssen 230 verbunden, die elektrisch mit Paaren der Segmente 72 auf demselben Potential verbunden sind. Die Ringanschlüsse 242, 245 und 248 sind von den Kontaktanschlüssen der anderen Verbindungsanschlüsse, die sich im Potential unterscheiden, in der Richtung zu dem Anker 40 hin beabstandet. Gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel bilden konzentrisch angeordnete Ringanschlüsse 242, 245 und 248 eine Struktur zur Vermeidung eines Kontakts der Verbindungsanschlüsse.
Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung sind die Verbindungsanschlüsse, die die Mittelanschlüsse und die Verbinderanschlüsse aufweisen, im Wesentlichen in derselben Ebene angeordnet, so dass die axiale Länge der Verdrahtungsabschnitte, die die Segmente 72 auf demselben Potential verbinden, verkürzt ist. Somit kann die axiale Länge des Motors verkürzt werden. Indem außerdem die Verbindungsanschlüsse, die elektrisch die Segmente 72 desselben Potentials miteinander verbinden, aus den Mittelanschlüssen und den Verbinderanschlüssen geformt werden, die separate Teile sind, wird die Struktur der Mittelanschlüsse und der Verbinderanschlüsse, die die Verbindungsanschlüsse bilden, vereinfacht, weshalb die Herstellung erleichtert wird. Die Segmente werden mit den Mittelanschlüssen sowie die Mittelanschlüsse mit den Verbinderanschlüssen verbunden, indem Vorsprünge in Passungsöffnungen zur Herstellung einer elektrischen Verbindung eingepasst werden. Somit wird im Vergleich zu einem Beispiel, bei dem Segmente desselben Potentials mit Draht miteinander verbunden werden, die Herstellung in Bezug auf die Verbindung erleichtert.
Außerdem können gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Verbindungsanschlüsse, die die Mittelanschlüsse und die Verbinderanschlüsse aufweisen, aus einem gemeinsamen Grundmaterial geformt werden. Segmente können außer aus Karbon aus Kupfer, usw. oder einem anderen Metall geformt werden.
Gemäß den verschiedenen beschriebenen Ausführungsbeispielen ist in einem Querschnitt des Ankers 40 orthogonal zu der Welle 41 der Wicklungsraum, der durch den Spulenkörper 60 geformt ist, in einer Trapezform geformt, die eine Breite aufweist, die in Richtung von den äußeren Umlaufsabschnitten 54 zu dem zentralen Kern 42 hin sich verringert. Da der Anker 40 derart strukturiert werden kann, dass fast kein Spalt zwischen den zueinander in Rotationsrichtung benachbarten mit Spulen versehenen Polabschnitten 50 gebildet wird, kann der durch den Anker 40 belegt Raum effektiv verwendet werden, und Spulen können um den Spulenkörper 60 gewickelt werden. Somit kann die Anzahl der Wicklungen erhöht werden.
Außerdem ist gemäß den verschiedenen beschriebenen Ausführungsbeispielen die Anzahl der durch den Permanentmagneten 30 gebildeten Magnetpole 4, und ist die Anzahl der mit Spulen versehenen Polabschnitte 50 6, jedoch kann die Anzahl der Magnetpole 2, 4 oder irgendeine andere beliebige gerade Zahl von Polen sein, gleichermaßen kann irgendeine beliebige Anzahl von mit Spulen versehenen Polabschnitten vorhanden sein. Es ist vorzuziehen, dass die Anzahl der mit Spulen versehenen Polabschnitte größer als die Anzahl der durch die Permanentmagnete geformten Magnetpole ist. Weiterhin ist es vorzuziehen, dass die Anzahl der mit Spulen versehenen Polabschnitte eine gerade Zahl ist und um zwei größer als die Anzahl der durch die Permanentmagnete gebildeten Magnetpole ist.
Gemäß den verschiedenen Ausführungsbeispielen wurde die Erfindung in Bezug auf Ausführungsbeispiele beschrieben, die auf einem Motor mit konzentrischen Wicklungen gerichtet ist, jedoch ist die Erfindung nicht auf diese Weise beschränkt, sondern kann auf einen Motor mit einer verteilten Wicklung angewandt werden.
Gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird eine Entnahmekraft (drawing-power) zur Entnahme von Kraftstoff aus einem Kraftstofftank durch die Rotation des Flügelrads erzeugt, das als rotierendes Teil einer Kraftstoffpumpe agiert. Jedoch können andere Pumpbauarten wie eine Zahnradpumpe als rotierendes Teil einer Kraftstoffpumpe 10 angewandt werden. Außerdem wurde gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf Ausführungsbeispiele beschrieben, die auf eine Kraftstoffpumpe gerichtet sind, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht in dieser Weise beschränkt, und kann daher auf verschiedene Motoren angewandt werden.
Die Beschreibung der Erfindung dient lediglich als Beispiel, weshalb Variationen, die nicht von der erfinderischen Idee abweichen, innerhalb des Umfangs der Erfindung enthalten sein sollen. Derartige Variationen sind nicht als ein Abweichen von dem Geist und dem Umfang der Erfindung gedacht.
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, weist ein Kommutator 70 sechs Segmente 72 auf, die in Rotationsrichtung angeordnet sind und ist an einem axialen Ende des Ankers 40 angebracht. Dadurch, dass der Kommutator 70 zusammen mit dem Anker 40 rotiert, berührt jedes der Segmente 72 aufeinanderfolgend eine Bürste 80, 82. Jedes der Segmente 72 ist elektrisch mit Anschlüssen über Mittelanschlüsse 73 verbunden. Drei der sechs Anschlüsse 73, die nicht benachbart sind und abwechselnd in Rotationsrichtung angeordnet sind, sind elektrisch direkt mit Mittelanschlüssen 73 verbunden, und liegen sich radial gegenüber. Kondensatoren 78 sind elektrisch direkt mit den benachbarten Anschlüssen in Rotationsrichtung verbunden. Eine Entladung tritt zwischen der Bürste 80, 82 und den Segmenten 72 nicht auf, wenn die Bürste 80, 82 sich von den Segmenten 72 in Zusammenhang mit der Rotation des Ankers 40 trennt, da eine in den Spulen 62 des Ankers 40 aufgebaute elektromagnetische Energie zeitweilig in den Kondensatoren 78 aufgebaut wird.

Claims

Motor mit einem Permanentmagneten (30), der aus einer Vielzahl aus magnetisch sich unterscheidenden Polen geformt ist, die in abwechselnder und umlaufender Weise angeordnet sind, einem Anker (40), der rotierbar innerhalb eines inneren Umlauf des Permanentmagneten (30) angeordnet ist, wobei der Anker (40) darum gewickelte Spulen (62) aufweist, und einem Kommutator (70), der eine Vielzahl von Segmenten (72) aufweist, die in einer Rotationsrichtung angeordnet sind, und mit den um den Anker (40) gewickelten Spulen (62) elektrisch verbunden sind, wobei die Segmente (72) in Rotationsrichtung zueinander benachbart sind und gegeneinander isoliert sind, einer Bürste (80, 82), die aufeinanderfolgend jedes der Segmente (72) aufgrund der Rotation des Ankers (40) berührt, und einem Kondensator (78), der elektrisch mit einer Schaltung verbunden ist, die den Kommutator (70) und den Anker (40) umfasst, wobei der Kondensator (78) elektromagnetische Energie speichert, die von den Spulen (62) während der Rotation des Ankers (40) freigegeben wird, um ein Auftreten einer Entladung zwischen der Bürste (80, 82) und den Segmenten (72) zu vermeiden, wobei ein Aussparungsabschnitt (300) in dem Anker (40) in der Nähe des Kommutators (70) geformt ist, und der Kondensator (78) derart angeordnet ist, dass er an einer Seite des Kommutators (70), die am nächsten zu dem Anker (40) liegt, vorspringt, und in dem Aussparungsabschnitt (300) angeordnet ist.
Motor nach Anspruch 1, weiterhin mit einem zentralen Kern (42) und einem äußeren Kern (52), wobei der zentrale Kern (42) und der äußere Kern (52) durch eine Verbindung derart verbunden sind, dass, wenn aufeinanderfolgende äußere Kerne (52) mit dem zentralen Kern (42) verbunden werden, die Spule (62), wenn sie gewickelt wird, eine trapezoide Form bildet.
Motor nach Anspruch 1 oder 2, wobei elektrischer Strom aus den Spulen (62) zu den Bürsten (80, 82) über die Segmente (72) fließt, wenn die Segmente (72) und die Bürste (80, 82) sich in Kontakt befinden, und die aus den Spulen (62) entladene elektromagnetische Energie zeitweilig durch den Kondensator (78) aufgebaut wird, wenn die Bürste (80,82) sich von den Segmenten (72) trennt.
Motor nach einem der Ansprüche 2 bis 3, wobei der Kondensator (78) in dem Kommutator (70) angeordnet ist.
Motor nach Anspruch 4, wobei der Kommutator (70) eine Vielzahl von Anschlüssen (74a) aufweist, die elektrisch mit den jeweiligen Segmenten (72) verbunden sind, wobei der Kondensator (78) elektrisch direkt mit zumindest zwei der Anschlüsse (74a) verbunden sind, die in der Rotationsrichtung benachbart sind.
Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Anzahl der Segmente (72) geradzahlig ist und Paare der Anschlüsse (74a), die radial zueinander entgegengesetzt angeordnet sind, direkt elektrisch verbunden sind.
Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Anker (40) aufweist: eine Vielzahl von Ankerstücken, die in Rotationsrichtung angeordnet sind, eine Vielzahl von Spulen (62), die um die jeweiligen Ankerstücke gewickelt sind, und eine Vielzahl von Spulenanschlüssen (64) entsprechend den jeweiligen Spulen (62), wobei der Kondensator (78) auf einer Seite des Kommutators (70) angeordnet ist, die sich am nächsten zu dem Anker (40) befindet, so dass er zwischen den Spulenanschlüssen (64) angeordnet ist.
Motor nach Anspruch 7, wobei der Ort des Kondensators (78) in der Rotationsrichtung dem Aussparungsabschnitt (300) entspricht, der nahe an dem Kommutator (70) zwischen den Spulen (62) in Rotationsrichtung benachbart geformt ist.
Motor nach einem der Ansprüche 1, 7 und 8, wobei die Segmente (72) und der Kondensator (78) durch Einsetzgießen eines isolierenden Harzabschnitts (76) verbunden sind.
Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der Anker (40) eine Vielzahl von Spulenkörpern (60) aufweist, die in Rotationsrichtung angeordnet sind, wobei Spulen (62) durch Wickeln einer Spule um jeweils die Spulenkörper geformt sind.
Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Spulen (62), die um den Anker (40) gewickelt sind, miteinander in einer Sternschaltung verbunden sind.
Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die nachstehende Gleichung erfüllt wird, wobei O eine Nennausgangsleistung des Motors [W] ist, P die Anzahl der Polpaare der Permanentmagneten (30) ist und C die gesamte elektrostatische Kapazität der Kondensatoren [µP] ist: $0,02 * O * P < C < 0,2 * O * P .$
Kraftstoffpumpe, die einen Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 12 anwendet, wobei die Kraftstoffpumpe (10) weiterhin einen Pumpenabschnitt (14, 16, 20) aufweist, der eine Entnahmekraft zur Entnahme von Kraftstoff auf Grund einer Rotationsantriebskraft des Ankers (40) erzeugt.
Kommutator, der zusammen mit einem Anker (40) rotiert und elektrischen Strom umwandelt, der um den Anker (40) gewickelten Spulen (62) zugeführt wird, wobei der Kommutator (130) aufweist: eine Vielzahl von Segmenten (72), die elektrisch mit den Spulen (62) verbunden sind und Bürsten (80, 82) in Zusammenhang mit der Rotation des Ankers (40) berühren, wobei die Segmente (72) in Rotationsrichtung angeordnet sind, und Paare von Segmenten (72) die in Rotationsrichtung benachbart sind, voneinander elektrisch isoliert sind, und einen Kondensator (78), der elektrisch mit den Segmenten (72) verbunden ist und zeitweilig elektromagnetische Energie aufbaut, die durch die Spulen (62) in Zusammenhang mit der Rotation des Ankers (40) entladen wird, wobei ein Aussparungsabschnitt (300) in dem Anker (40) in der Nähe des Kommutators (130) geformt ist, und der Kondensator (78) derart angeordnet ist, dass er an einer Seite des Kommutators (130), die am nächsten zu dem Anker (40) liegt, vorspringt, und in dem Aussparungsabschnitt (300) angeordnet ist.
Kommutator nach Anspruch 14, weiterhin mit einer Vielzahl von Kommutatoranschlüssen (74a), die elektrisch mit den jeweiligen Segmenten (72) verbunden sind, wobei der Kondensator (62) elektrisch direkt mit zumindest zwei der Kommutatoranschlüsse (74a) verbunden ist, die in Rotationsrichtung benachbart sind, wobei der Kondensator (260) weiterhin aufweist: einen Hauptkondensatorkörper (262) und einen flexiblen Anschluss (264), der sich von dem Hauptkondensatorkörper (262) erstreckt.
Kommutator nach Anspruch 15, weiterhin mit einer Vielzahl von Kommutatoranschlüssen (74a), die elektrisch mit den jeweiligen Segmenten (72) verbunden sind, wobei der Kondensator (260) elektrisch direkt mit zumindest zwei der Kommutatoranschlüsse (74a) verbunden ist, die in Rotationsrichtung benachbart sind, wobei die Kommutatoranschlüsse (74a) erste Anschlüsse (73, 232), die elektrisch direkt mit den jeweiligen Segmenten (72) verbunden sind, und zweite Anschlüsse (254) aufweist, die elektrisch direkt mit den Kondensatoren (260) verbunden sind.