JP2006153806A - 回転子の検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 セグメント同士の短絡を低い検査電圧で検出する回転子の検査方法を提供する。
【解決手段】 回転子４０の電機子４２に巻回されたコイル６２は、整流子７０の各セグメント７２と電気的に接続されている。コンデンサ７８は、セグメント７２からブラシが離れるときに、セグメント７２とブラシとの間に放電が発生することを防止するものである。隣接するセグメント７２同士を電極としたときのＬＣ回路の共振周波数の交流電圧をセグメント７２の間に加え、セグメント７２の間の電位差を測定することにより、セグメント７２同士が異物により短絡されているか否かを検出する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、回転子を構成する整流子のセグメント同士の短絡を検出する検査方法に関する。

電機子に巻回されているコイルと電気的に接続している複数のセグメントを回転方向に配置して整流子を構成し、電機子の回転にともないブラシが順次各セグメントと接触することにより電機子に供給する駆動電流を整流するブラシモータを用いた燃料ポンプが知られている（例えば、特許文献１参照）。
このようなブラシモータを使用する場合、例えば回転方向に隣接するセグメントの間に形成された溝に導電材の異物が入り込んだり、セグメント７２の間に導電材の異物が跨ったりすると、セグメント同士が短絡するので所望の整流制御を行うことができない。したがって、回転方向に隣接するセグメント同士の短絡を検出する必要がある。

特公平７−８５６４２号公報

ここで、図１２に示すように、隣接するセグメントを電極とした場合の電機子のコイルの抵抗をＲ_L、セグメント同士を短絡する異物の抵抗をｒとすると、コイルの抵抗Ｒ_Lが異物の抵抗ｒに比べて非常に小さい場合、並列接続された抵抗Ｒ_Lと抵抗ｒとの合成抵抗値はコイルの抵抗Ｒ_Lの値にほぼ等しくなる。この場合、隣接するセグメントの間の抵抗値を測定してセグメント同士の短絡を検出することは困難である。

また、隣接するセグメントの間に高電圧を加えて短絡を検出することも考えられるが、回転子の回路構成によっては、高電圧による回路素子の破壊を招く恐れが有り、検査可能な回転子が限定されるという問題がある。
本発明の目的は、セグメント同士の短絡を低い検査電圧で検出する回転子の検査方法を提供することにある。

回転子を構成する電機子のコイルの抵抗は、直流電圧に対してはコイルを形成する巻線の長さ分だけの抵抗であり、その値は非常に小さい。しかし、交流電圧に対しては、交流電圧の周波数をｆ、コイルのインダクタンスをＬとすると、コイルの抵抗は２πｆＬで表されるインピーダンスになる。したがって、交流電圧を加えることにより、コイルの抵抗値は直流電圧を加える時よりも増加する。その結果、例えば隣接するセグメントの間に異物が入り込んでいるときに隣接するセグメントを電極としたしたときの並列接続されたコイルと異物との合成抵抗値と、セグメントの間に異物が入り込んでいないときのコイルだけの抵抗値との差は、直流電圧を加えるときに比べて大きくなる。

そこで、請求項１から６記載の発明によると、隣接するセグメントの間に交流電圧を加えることにより、セグメントの間に加える交流電圧が低電圧であっても、例えば、隣接するセグメントの間の電位差を測定することにより、隣接するセグメント同士の短絡を容易に検出することができる。
また、低電圧でセグメント同士の短絡を検出できるので、回転子の回路を構成する素子の種類に関わらず各種の回転子の検査が行える。

請求項２記載の発明のように、ブラシとセグメントとの間で放電が発生することをコンデンサで防止する回路構成においても、低電圧の交流電圧でセグメント同士の短絡を検出できるので、検査のために加える高電圧によりコンデンサが破壊されることを防止できる。
請求項３および４記載の発明では、セグメント同士の短絡を検出するためにセグメントの間に加える交流電圧の周波数がＬＣ回路の共振周波数であるから、セグメント同士が短絡していないときに測定するセグメント間の電位差と、セグメント同士が短絡しているときに測定するセグメント間の電位差との差が大きくなる。したがって、セグメント間の電位差を元にセグメント同士の短絡を検出する精度が向上し、セグメント同士の短絡を容易に検出できる。

請求項５記載の発明では、隣接するセグメント同士を１組とし、各組で測定した電位差を相対的に比較してセグメントの間の短絡を検出するので、測定した電位差と正常値とを絶対的に比較する検出方法に比べ、印加する交流電圧の電圧値に関わらずにセグメント同士の短絡を検出できる。

以下、本発明の複数の実施形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による燃料ポンプを図１に示す。燃料ポンプ１０は、例えば車両等の燃料タンク内に装着されるインタンク式ポンプである。ハウジング１２はポンプ部１４およびモータ部１５の共通のハウジングである。ハウジング１２は、ポンプカバー１６とエンドサポートカバー１９とをかしめ固定している。

ポンプケーシング１８はポンプカバー１６とハウジング１２との間に挟持されている。ポンプカバー１６およびポンプケーシング１８がインペラ２０と軸方向に向き合う壁面にＣ字状のポンプ流路２４が形成されている。ポンプカバー１６およびポンプケーシング１８は、回転部材としてのインペラ２０を回転可能に収容しているケース部材である。ポンプカバー１６、ポンプケーシング１８およびインペラ２０はポンプ部１４を構成している。ポンプケーシング１８は、内周側で軸受部材２６を支持している。

円板状に形成されたインペラ２０の外周縁部には多数の羽根溝が形成されている。インペラ２０が回転子４０の回転によりシャフト２２とともに回転すると、インペラ２０の羽根溝の前後で流体摩擦力により圧力差が生じ、これを多数の羽根溝で繰り返すことによりポンプ流路２４の燃料が加圧される。インペラ２０の回転によりポンプカバー１６に形成された燃料吸入口８０からポンプ流路２４に吸入された燃料タンク内の燃料は、ポンプケーシング１８の連通路８２から回転子４０側に吐出される。さらに燃料は、回転子４０と永久磁石３０との間に形成された燃料通路８４を通って整流子７０側に向かい、燃料吐出口８６を通り燃料ポンプ１０からエンジン側に吐出される。

図２に示すように、４分の１の円弧状に形成されている永久磁石３０は、ハウジング１２の内周壁に円周上に４個取り付けられている。永久磁石３０は回転方向に極の異なる磁極を４個形成している。
図１に示すように、回転子４０は、電機子４２と整流子７０とからなり、シャフト２２を回転軸として永久磁石３０の内周側に回転自在に設置されている。シャフト２２は、ポンプケーシング１８とエンドサポートカバー１９とにそれぞれ収容されている軸受部材２６、２７により軸受けされている。

図２に示すように、電機子４２は、回転中央部に中央コア４４を有している。シャフト２２は中央コア４４に圧入されている。中央コア４４は断面六角形の筒状に形成されており、６面の各外周壁に回転軸方向に延びる凹部４６を有している。凹部４６は、半径方向外側に向かうにしたがい幅が狭くなっている。
６個の磁極コア５０は中央コア４４の外周に回転方向に設置されている。各磁極コア５０にはボビン６０が嵌合し、このボビン６０の外周に巻線を集中巻きしてコイル６２が形成されている。磁極コア５０の内周側端部は、中央コア４４の凹部４６に嵌合している。

図１に示すように、各コイル６２の整流子７０側の端部はコイル端子６４と電気的に接続している。コイル端子６４は整流子７０側の整流子端子７４と嵌合して電気的に接続している。コイル６２の整流子７０と反対側であるインペラ２０側の端部はコイル端子６６と電気的に接続している。６個のコイル端子６６は、環状端子６８により電気的に接続している。つまり、６個のコイル６２はスター結線されている。

整流子７０は、電機子４２のインペラ２０と反対側の軸方向端部側に組み付けられており、回転方向に設置された６個のセグメント７２を有している（図３の（Ａ）参照）。各セグメント７２は整流子端子７４と電気的に接続している。セグメント７２は例えばカーボンで形成されており、回転方向に隣接するセグメント７２同士は、空隙および絶縁樹脂材７６により電気的に絶縁されている。図３の（Ａ）に示すように、６個のセグメント７２のうち、径方向に向き合うセグメント７２同士は対向結線され、電気的に接続されている。６個のセグメント７２のうち、回転方向に隣接する４個のセグメント７２同士は、３個のコンデンサ７８により互いに接続されている。コンデンサ７８は、具体的には整流子７０の反整流面側（ブラシとの接触面とは反対側）に設けられている。

このようにコンデンサ７８を設置することにより、図４に示すように、セグメント７２からブラシ９０が離れるときに、コイル６２に蓄積されたエネルギーにより放電される高周波の放電電流Ｉはコンデンサ７８を通ってセグメント７２をバイパスし、隣接するコイル６２間を流れる。その結果、セグメント７２からブラシ９０が離れても、セグメント７２とブラシ９０との間に放電が発生しないので、セグメント７２およびブラシ９０の放電摩耗を防止できる。したがって、セグメント７２とブラシ９０との良好な電気的接触を維持できる。セグメント７２とブラシ９０とが接触しているときは、コイル６２からの電流がセグメント７２を介してブラシ９０に流れる。

次に、隣接するセグメント７２同士の短絡を検出する回転子４０の検査方法について説明する。本実施形態では、径方向に向き合うセグメント７２同士が対向結線されているので、コイルＬ１、Ｌ２と電気的に接続しているセグメント７２同士、コイルＬ２、Ｌ３と電気的に接続しているセグメント７２同士、コイルＬ３、Ｌ４と電気的に接続しているセグメント７２同士の短絡を検出すれば、６個のセグメント７２同士の短絡を検出できる。

図５に、回転子４０において、コイルＬ１、Ｌ２と電気的に接続しているセグメント７２を電極としたときの回路図を示す。本実施形態では、各コイル６２のインダクタンス、、各コンデンサ７８の容量は同じであるから、コイルＬ２、Ｌ３と電気的に接続しているセグメント７２を電極としたときの回路、ならびにコイルＬ３、Ｌ４と電気的に接続しているセグメント７２を電極としたときの回路は図５の回路と等価である。本実施形態では、隣接するセグメント７２同士を電極としたときの図５に示すＬＣ回路の共振周波数の交流電圧をセグメント７２の間に加え、セグメント７２同士の短絡を検出する。

図６に示す回路図は、図５の回路図からコイル、コンデンサをそれぞれ抜き出したものである。前述したように、コイル６２のインダクタンス、コンデンサ７８の容量は等しいので、図６の（Ａ）に示す６個のコイル６２が形成する合成コイル１００の合成インダクタンスＬ₀は、コイル６２のインダクタンスをＬ₁［Ｈ］とすると、Ｌ₀＝Ｌ₁である。また、図６の（Ｂ）に示す３個のコンデンサ７８が形成する合成コンデンサ１０２の合成容量Ｃ₀は、コンデンサ７８の容量をＣ₁［Ｆ］とすると、Ｃ₀＝３Ｃ₁／２である。したがって、図５に示す隣接するセグメント７２同士を電極とした回転子４０のＬＣ回路の共振周波数ｆは、ｆ＝１／｛２π（Ｌ₀Ｃ₀）^1/2｝＝１／｛２π（３Ｌ₁Ｃ₁／２）^1/2｝である。例えば、Ｌ₁＝０．３７ｍＨ、Ｃ₁＝１．０μＦとすると、共振周波数は、ｆ≒０．６８×１０⁴となり、約６．８ＫＨ_Zである。計算値としては共振周波数は６．８ＫＨ_Zであるが、実際に短絡検出をする場合は、回転子４０の共振周波数を実測して使用する。

図７に、回転子４０のセグメント７２同士の短絡を検出する回路構成を示す。検査装置１１０は、交流発生器１１２から発生する共振周波数の交流電圧を隣接するセグメント７２の間に加え、セグメント７２の間の電位差を電圧計１１４で測定する。交流発生器１１２からセグメント７２の間に加える電圧値は、例えば５Ｖ〜７Ｖ程度の低電圧である。

ここで、隣接するセグメント７２の間に入り込んだりセグメント７２の間に跨ったりしてセグメント７２同士を短絡する異物の抵抗値と、共振周波数の交流電圧を加えたときに測定されるセグメント７２間の電位差との関係を図８に示す。異物の抵抗値が大きくなると、異物がセグメント７２同士を短絡していない場合に比べ、急激に電位差が小さくなることが分かる。例えば、セグメント７２の間に異物１２０（図７参照）が入り込んでいないときに測定するセグメント７２の間の電位差の測定電圧２００を図９の（Ａ）に示し、セグメント７２の間に異物１２０（図７参照）が入り込んでいるときに測定するセグメント７２の間の電位差の測定電圧２０２を図９の（Ｂ）に示す。このように、セグメント７２を短絡する異物１２０の有無により、測定するセグメント７２の間の電位差が異なる。

本実施形態では、コイルＬ１、Ｌ２と電気的に接続しているセグメント７２の間、コイルＬ２、Ｌ３と電気的に接続しているセグメント７２の間、コイルＬ３、Ｌ４と電気的に接続しているセグメント７２の間に順に共振周波数の交流電圧を加え、各組の電位差の差から短絡の有無を検出する。各組の電位差がほぼ等しい場合は、セグメント７２の間に異物は入り込んでいないと判断する。一方、各組の電位差に差がある場合は、セグメント７２の間に異物が入り込み、セグメント７２同士が短絡していると判断する。
第１実施形態では、各組の電位差の差から相対的に短絡の有無を検出するので、測定した各組の電位差を短絡のない正常時の電位差と絶対的に比較する場合に比べ、交流発生器１１２が発生する電圧に関わらず、セグメント７２同士の短絡を検出できる。

第１実施形態では、回転子４０を構成するコイル６２とコンデンサ７８とからなるＬＣ回路に、電圧値が数Ｖであり、周波数が回転子４０を形成するＬＣ回路の共振周波数である交流電圧をセグメント７２の間に加え、隣接するセグメント７２同士の短絡を検出できるので、コンデンサ７８が印加電圧により破壊されることを防止できる。

また、共振周波数の交流電圧を加えるので、印加する交流電圧が低電圧であっても、セグメント７２同士が短絡していない正常時と、セグメント７２同士が短絡している異常時との電位差の差が大きい。したがって、セグメント７２同士の短絡の検出精度が向上し、セグメント同士の短絡の検出が容易である。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図１０に示す。尚、第１実施形態と実質的に同一構成部分には同一符号を付す。第２実施形態の燃料ポンプに使用する回転子１３０は、図１０に示すようにデルタ結線であり、回転方向に隣接するセグメント１３２同士をコイル１３４が接続している。

第２実施形態では、セグメント１３２とブラシとの間の放電防止用のコンデンサを設置していない。そこで、図１１に示すように、短絡を検出する検査装置１４０にコンデンサ１４２を設置している。そして、各コイル１３４とコンデンサ１４２とで形成されるＬＣ回路の共振周波数の交流電圧を交流発生器１１２から隣接するセグメント１３２の間に加え、隣接するセグメント１３２の間の電位差を順次電圧計１１４で測定する。測定した電位差の差を比較することにより、相対的にセグメント１３２同士の短絡を検出できる。

第２実施形態においても、共振周波数の交流電圧を加えるので、印加する交流電圧が低電圧であっても、セグメント１３２の間が短絡していない正常時と、図１１に示すようにセグメント１３２同士を異物１５０が短絡している異常時との電位差の差は大きい。したがって、セグメント１３２同士の短絡の検出精度が向上し、セグメント同士の短絡の検出が容易である。

（他の実施形態）
上記第１実施形態では、セグメント７２とブラシ９０との間の放電を防止するためにコンデンサ７８を回転子４０に設置したが、コンデンサ７８を設置しない構成においても、第２実施形態のように、検査装置側にコンデンサを設置し、隣接するセグメントの間に共振周波数の交流電圧を加えてセグメント同士の短絡を検出してもよい。

また、交流電圧を加えるとコイルのインダクタンスが抵抗となることを利用し、回転子および検査装置にコンデンサを設置せず、隣接するセグメントの間の電位差から抵抗値を測定することにより、セグメント同士の短絡を検出してもよい。この場合にも、低電圧の交流電圧を加えて、隣接するセグメントの間の短絡を検出できる。
上記複数の実施形態では、隣接するセグメントの間の電位差を測定し、各組の電位差を比較して相対的に短絡を検出したが、測定した各組の電位差を短絡のない正常時の電位差と比較して絶対的に短絡の有無を検出してもよい。

本発明の第１実施形態による燃料ポンプを示す断面図である。 図１のII−II線断面図である。 セグメントとコイルとコンデンサとの接続状態を示す模式的構成図である。 ブラシとセグメントの間で放電が発生することを防止するためにコンデンサを用いた回路を示す説明図である。 コンデンサとコイルとの接続状態を示す回路図である。 図５からコイル、コンデンサをそれぞれ抜き出した回路図である。 セグメント同士の短絡を検出する回路図である。 隣接するセグメント同士を短絡する異物の抵抗値と、セグメント間の電位差との関係を示す特性図である。 （Ａ）は短絡してない測定電圧を示し、（Ｂ）は短絡している測定電圧を示す説明図である。 本発明の第２実施形態によるセグメントとコイルとの接続状態を示す回路図である。 セグメント同士の短絡を検出する回路図である。 セグメントの間に入り込んだ異物とコイルとを示す回路図である。

符号の説明

１０ 燃料ポンプ、１４ ポンプ部、１５ モータ部、４０ 回転子、４２電機子、６２、１３４ コイル、７０ 整流子、７２、１３２ セグメント、７８ コンデンサ、９０ ブラシ、１１０、１４０ 検査装置、１２０、１５０ 異物

Claims (6)

1. コイルを巻回した電機子と、前記コイルと電気的に接続し、ブラシと摺動するセグメントを回転方向に複数配置して前記電機子とともに回転する整流子とを備える回転子の検査方法であって、
   隣接する前記セグメントの間に交流電圧を加えることにより、隣接する前記セグメント同士の短絡を検出することを特徴とする回転子の検査方法。
2. 前記回転子は、前記整流子および前記電機子を含む回路と電気的に接続し、前記電機子の回転にともない前記コイルが放出する電磁エネルギーをバイパスし、前記ブラシと前記セグメントとの間で放電が発生することを防止するコンデンサをさらに備えることを特徴とする請求項１記載の回転子の検査方法。
3. 前記交流電圧の周波数は、前記コイルおよび前記コンデンサで形成されたＬＣ回路の共振周波数であることを特徴とする請求項２記載の回転子の検査方法。
4. 前記交流電圧を加えるときに前記コイルにコンデンサを接続してＬＣ回路を形成し、前記交流電圧の周波数は前記ＬＣ回路の共振周波数であることを特徴とする請求項１記載の回転子の検査方法。
5. 隣接する前記セグメント同士を１組とし、各組で測定した電位差を比較して隣接する前記セグメント同士の短絡を検出することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の回転子の検査方法。
6. 前記コイル同士はスター結線されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の回転子の検査方法。
   

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