JP2015008623A - 電気ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】インペラが回転できない場合等に過熱しない、電気ポンプが必要である。
【解決手段】液体ポンプ用のポンプは、ポンプ室（１１）内に配置されたインペラ（１４）を駆動する電気モータ（２０）を有する。モータ（２０）は、ステータ（２１）、ロータ（２２）、及び端末キャップ（３０）を有する。端末キャップ（３０）はプリント回路基板（３６）を有し、基板上には、サーミスタ（４４）を通ってモータ端子対（３８ａ／ｂ）に接続された２つのブラシ（３１）が取り付けられる。必要に応じて、モータは、単一的に又は組み合わせにて、ブラシ（３１）とモータ端子（３８ａ／ｂ）の間に位置する１つ以上のインダクタ（４０ａ／ｂ）、モータ端子（３８ａ／ｂ）間に電気的に接続された過電圧スパイクを防止するバリスタ（４６）、及びモータ端子（３８ａ／ｂ）を電気的に接地する１つ以上のコンデンサ（５０ａ／ｂ）を含むことができる。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は電気モータ駆動ポンプ、より詳細には過電流保護を有する電気ポンプに関する。

電気モータが過電流を引き込むと、過熱による損傷を受けうる。

モータが電流を引き込みすぎる状況としては、出力が妨げられるときがある。例えば電気ポンプにおいて、インペラが遮られると、モータシャフトが回転できず、モータの失速を引き起こしうる。このような状況において、モータは、過電流を引き込み過熱しうる。

例えば、自動車への利用においては、電気ポンプは、前面ガラスやヘッドランプ上へ水や清浄液を噴霧するのに使用されうる。氷点下まで温度が下がる寒い環境においては、ポンプ内の水や清浄液は凍結することがあり、インペラは回転できない。

ポンプモータの電源が投入されるもののインペラが動くことができない場合、モータは電力を引き込み続けることで、短期間に大量の熱を発生させ、潜在的にモータに損傷を与え、火災の危険を生むこととなる。この問題を解決するために、ヒューズが、モータと電源の間に置かれ、モータがある温度を超えるとブレークするように配置されうる。しかしながら、ヒューズの交換は追加的な維持費用がかかり、面倒な作業となりうる。

したがって、インペラが回転できないときに過熱しない、電気ポンプが必要である。加えて、電気ポンプは、ポンプが他の電気素子やデバイスと干渉しないように、電気ノイズ抑圧素子を含むことができる。

したがって、その１つの態様において、本発明は、液体ポンプ用の電気ポンプを提供する。前述した電気ポンプは、ポンプ室を定めるポンプハウジング、ポンプ室内に配置されたインペラ、及びインペラを駆動する電気モータ、を備える。前述したモータは、複数の磁極を定めるステータと、及びステータに対して回転するように構成されたロータと、を備える。前述したロータは、シャフトと、シャフトに固定されたロータコアと、ロータコアの一端に隣接したシャフトに固定された整流子と、及びロータコアの周りに巻きつけられて整流子と電気的に接続された複数の巻き線コイルと、を備える。前述した電気モータは、外部電源と接続されるように構成された第１モータ端子及び第２モータ端子と、整流子と摺動接触する第１ブラシ及び第２ブラシと、及びＰＴＣ（正温度係数）サーミスタと、を備える。ここで、第１ブラシはサーミスタを通って第１モータ端子に電気的に接続され、第２ブラシは第２モータ端子に電気的に接続される。

好ましくは、ブラシ、サーミスタ、及びモータ端子は、モータの軸端上に位置する端末キャップに取り付けられる。

好ましくは、ブラシ及びサーミスタは、モータの端末キャップに取り付けられたプリント回路基板に取り付けられる。

好ましくは、ポンプは、電源供給接続用のコネクタの中に配置されたモータ端子の第１端、及び端末キャップ上に配置された各ソケットの中に挿入されるモータ端子の第２端、を伴うモータ端子、を収容するコネクタのハウジングを組み込むポンプカバーを含む。

好ましくは、ポンプは、１つ以上のインダクタを有し、それぞれがブラシとモータ端子の間に電気的に接続される。

好ましくは、１つ以上のインダクタは、第１インダクタ及び第２インダクタを備え、第１ブラシは第１インダクタを通ってサーミスタに接続され、第２ブラシは第２インダクタを通って第２モータ端子に接続される。

好ましくは、バリスタは、サーミスタと直列に、２つのモータ端子に接続される。

好ましくは、第１コンデンサは、第１モータ端子へ接続されず、サーミスタの端子を接地し、第２コンデンサは、第２モータ端子を接地する。

好ましくは、コンデンサは、モータのモータハウジングに接続される接地端子に接続される。

好ましくは、ポンプは、自動車の前面ガラス上へ、水又は清浄液をポンプでくみ出すように構成される。

好ましい及び／又は任意の特徴は、独立請求項に記載する。

添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態をほんの一例として説明する。図面において、１つ以上の図面に現れる同一の構造、構成要素、又は部分は、一般的に、その図面が現れる全ての図面において同じ参照番号でラベルされる。図示されたコンポーネント及び特徴部の大きさは、一般的に、表現の便宜上及び明瞭化のために選択されたものであり、必ずしも一定の比率で示されていない。図面は以下に記載する。

図１Ａは、本発明の好ましい実施形態に従ったモータを有する電気ポンプの斜視図である。 図１Ｂは、図１Ａのポンプの断面図である。 図２Ａは、図１Ａのモータ用の端末キャップアセンブリを説明する。 図２Ｂは、図１Ａのモータ用の端末キャップアセンブリを説明する。 図３は、図２Ａ及び図２Ｂの端末キャップアセンブリにおいて使用される回路基板アセンブリを説明する。 図４は、図３の回路基板アセンブリの略図である。 図５は、図１Ａのモータにおいて使用されるサーミスタの電気特性を示すグラフである。

図１Ａ及び図１Ｂは、本発明の好ましい実施形態に従った、液体をポンプでくみ上げるのに使用される電気ポンプ１０を説明する。図１Ｂは、モータの軸と同軸である、ポンプの軸に沿ってとられた縦断面図である。この実施形態においては、液体ポンプ１０は、前面ガラス上へ、水、清浄液、又は他の種類の液体を噴霧する車両において使用される。当然のことながら、他の実施形態においては、ポンプ１０は液体のポンプに関するあらゆる種類の利用において使用されうる。

ポンプ１０は、モータ２０、ポンプ室１１、及び、モータ２０に接続されモータ２０によって駆動されるインペラ１４、を備える。インペラは、ポンプ室内に収容される。ポンプ室１１は、ポンプ室を液体源（例えば、水又は清浄液の容器）に連結する注入口５２、及び少なくとも１つの排出口５４を有し、使用するときは、排出口５４を通って液体は放出される。動作中、モータ２０はインペラ１４を回転させ、遠心力を作り出すことによって、注入口５２から流れてくる液体は、排出口５４を通って放出される。ポンプ室は、ポンプハウジング１２とポンププレート１３の間に作られる空間によって定められる。

図１Ａで示される実施形態においては、ポンプは、切換え弁１７によって相互に連結する２つの排出口５４を有する。本実施形態においては、インペラの回転方向によって、どちらの排出口を通って液体がポンプで送り出されるかが決められる。

図１Ｂにおいて示されるように、モータ２０は、ステータ２１、ステータ２１に回転自在に取り付けられたロータ２２、及び端末キャップアセンブリ３０、を備える。ステータ２１は、モータハウジング２４、及びモータハウジング２４の内壁に固定された複数の磁石２５、を備える。磁石２５は永久磁石であるが、当然のことながら磁石２５は、磁場を発生できる、及び／又は磁極を定めることができる、あらゆる種類の素子を含むことができる。好ましくは、モータハウジング２４は、実質的に円柱状である。最も好ましくは、モータハウジングは、１つの開口端と１つの閉口端を有する、深絞りカップ形状の金属部品である。

ロータ２２は、シャフト２６と、シャフト２６に取り付けられた整流子２７及びロータコア２８と、及びロータコア２８の周りに巻かれ、整流子２７に接続された複数の巻き線コイル２９と、を備える。シャフト２６の一方の軸端は、モータハウジング２４の一端に、好ましくは、ベアリング２３によって閉口端に、回転可能に取り付けられる。シャフト２６の他方の軸端は、他のベアリング２３によって、端末キャップアセンブリ３０に、回転可能に取り付けられる。ベアリング２３は、ボールベアリング、ベアリングスリーブ、又は、ロータ２２がステータ２１に対して回転することができるよう可動部と固定部の間に機械的結合を与える、その他あらゆる素子、であることができる。

モータ２０は、ポンプ室１１の壁を形成するポンププレート１３に取り付けられる。モータ２０及びポンププレート１３はポンプハウジング１２内に配置され、ポンプカバー６０は、ポンプハウジングの開口端を閉じる。ポンプカバー６０は、好ましくは、モータ２０を環境から保護するための防沫である。ポンプカバー６０は、取付突起部６４を有し、電源供給をモータ端子と接続するコネクタ６２を形成する。シャフトシール１８は、シャフト２６をポンププレート１３に対して密封する。Ｏリングシール１９は、ポンププレート１３をポンプハウジング１２に対して密封し、防水のポンプ室１１を提供する。

図２Ａ及び図２Ｂは、好ましい実施形態の端末キャップアセンブリ３０を説明する。端末キャップアセンブリ３０は、整流子２７と摺動接触するように配置された、複数のブラシ３１を備える。モータ２０が作動するとき、ブラシ３１が、整流子２７を通して巻き線コイル２９へ電力を供給することで、ロータ２２はステータ２１内で回転し、インペラ１４を駆動する。

端末キャップアセンブリ３０は、端末キャップ３２、及び端末キャップ３２に固定された回路基板アセンブリ３４、を備える。図３において説明されるように、モータ２０が組み立てられるときに、ブラシ３１は整流子２７の表面と摺動接触を維持できるように、ブラシ３１は、回路基板アセンブリ３４に接続され、整流子２７を挟んで位置する。説明されたブラシは、リーフブラシタイプであり、回路基板に固定されたブラシ端子３１ａ、整流子と摺動接触するように配置され、弾性的なブラシアーム３１ｃによって、電気的に機械的にブラシ端子に接続されるブラシ本体３１ｂ、を有する。ブラシ本体は、炭素系物質であり、ブラシアームは、整流子に対してブラシ本体を押しつける。しかしながら、他の種類のブラシが使用されることがある。

回路基板アセンブリ３４は、プリント回路基板（ＰＣＢ）３６、及び複数の電気素子を備え、電気素子は、モータ端子対３８ａ／３８ｂ、コイル又はインダクタ対４０ａ／４０ｂ、ソケット対４２ａ／４２ｂ、バリスタ４６、コンデンサ５０ａ／５０ｂ、及びＰＴＣサーミスタ４４、を含む。図５は、好ましい実施形態に従ったＰＴＣサーミスタ４４の電気特性を説明するグラフである。

ある実施形態においては、ＰＣＢ３６は、電気素子（例えば、インダクタ４０ａ／４０ｂ、及びサーミスタアセンブリ４４）のいくつかは、ＰＣＢ３６の一面に配置され、ＰＣＢ３６の反対側は、図４で説明される回路略図に従った電気素子を接続する複数の電気トレースを持つように、構成される。ブラシ３１、インダクタ４０ａ／４０ｂ、ソケット４２ａ／４２ｂ、バリスタ４６、及びＰＴＣサーミスタ４４は、はんだ付けによってＰＣＢ３６に接続される。

モータ端子３８ａ／３８ｂは、電池、発電機、コンセントのような外部電源（図示せず）に接続されるように配置される。モータ端子３８ａ／３８ｂは、ソケット４２ａ／４２ｂの中へ押しつけられることによって、ＰＣＢ３６上の電気素子と接続する。好ましい実施形態においては、ソケット４２ａ／４２ｂは、実質的にＵ形であり、各々締付端（clamping end）４３対を有する。締付端４３の各対の少なくとも一端は、実質的にＶ形であり、締付端４３の各対の端の最小間隙がモータ端子の厚さよりも小さくなるように配置され、これによりモータ端子３８ａ／３８ｂは、対応するソケット４２ａ／４２ｂに挿入されて締付端４３によって適切な位置で支えられるようになる。好ましくは、締付端各対の両方の締付端は、Ｖ形であり、緩和状態においてＶの先端にてお互いに接触する。図４において説明されるように、モータ端子３８ａは、ＰＴＣサーミスタ４４及びインダクタ４０ａを通ってブラシ３１の一方に電気的に接続され、モータ端子３８ｂは、インダクタ４０ｂを通ってもう一方のブラシ３１に接続される。

図３において説明されるように、ＰＴＣサーミスタ４４は、サーミスタ端子４４ａ及び４４ｃに作られる金属片対の間に取り付けられる、サーミスタ素子４４ｂを備える。一方のサーミスタ端子４４ｃは、モータ端子３８ａに接続され、もう一方のサーミスタ端子４４ａは、インダクタ４０ａに接続される。この配置は、ＰＴＣサーミスタ４４の物理的強度を改善するのに使用されうる。加えて、サーミスタ端子の塊によって、サーミスタの温度上昇は、わずかに鈍りうる。それによって、突然の一時的過電流に対するＰＴＣサーミスタの感度を低くできる。

モータ２０の動作中、インペラ１４の回転が妨げられたら（例えばポンプ室１１内の液体の凍結によって引き起こされる）、モータ２０を通って流れる電流は急増し、サーミスタ４４の温度上昇を引き起こしうる。図５で説明されるように、サーミスタ４４がある温度を超えると、サーミスタ４４の抵抗は著しく増える。サーミスタ４４の抵抗が増えることによって、モータ２０を通って流れる電流量が減り、効果的にモータをオフにし、それによってモータ２０が過電流引き込みによる損傷を被らないようにする。サーミスタ４４の温度が低下すると、サーミスタの抵抗は標準に戻り、いったんインペラ１４が再度回転できるようにすれば、モータ２０が標準動作を再開できるようになる。

ポンプの標準動作中、モータを通る電流は、整流子による転流に起因して、急激に変動する傾向がある。このことにより、電力供給装置に伝達される電気ノイズがもたらされる。電気ノイズは、他の電気製品と干渉しうるため望ましくない。作られた電気ノイズを低減するため、インダクタ４０は、ブラシ３１とモータ端子３８の間に直列接続され、インダクタの誘導的性質は、巻き線コイル２９を通って流れる電流を安定させる働きをする。説明された実施形態においては、各モータ端子３８ａ／３８ｂは、各々のインダクタ４０ａ／４０ｂに接続される。

さらに電気ノイズの抑圧を強めるため、モータ端子は、コンデンサ５０ａ／５０ｂを経由して接地されうる。この目的を達成するために、回路基板アセンブリ３４は、接地端子４８をさらに含み、各コンデンサ５０ａ／５０ｂの一方の端子は、接地端子４８に接続される。もう一方の端子は、モータ端子３８ａ／３８ｂに接続されるインダクタ４０ａ／４０ｂの端子に、それぞれ電気的に接続される。好ましい実施形態においては、端末キャップアセンブリ３０がモータハウジング２４に組み立てられるとき、接地端子４８はモータハウジング２４に接続されるように、接地端子４８は、ＰＣＢ３６に固定され、端末キャップ３２の端部に接続される。

より好ましい実施形態においては、回路基板アセンブリ３４は、バリスタ４６をさらに含み、バリスタ４６の端子の一方は、モータ端子３８ａに接続されるインダクタ４０ａの端子に電気的に接続され、バリスタ４６のもう一方の端子は、モータ端子３８ｂに接続されるインダクタ４０ｂの端子に電気的に接続される。バリスタ４６は、低電圧で高い抵抗を示すが、高電圧で低い抵抗を示す。動作中、モータ端子を通した電圧が、例えば転流により引き起こされる電圧スパイクのような突然の変動を経験するならば、電圧スパイクによって引き起こされる過電流はバリスタを通って分流されうる、そして電圧スパイクの大きさを制限し、かくしてモータ２０によって引き出される電流をさらに安定させる。

当然のことながら、図示された実施形態は、ステータ２１内に収容され、ステータ２１内で回転するように構成されたロータ２２の内側ロータ設計を有するモータ２０を説明するが、他の構成は他の実施形態において、例えば、ブラシ無しモータ、ロータ内に収容されたステータの外側ロータ設計を有するモータにおいて、使用されうる。例えば、ブラシ無しモータにおいては、インダクタ４０ａ／４０ｂは、電気ブラシ３１の代わりに１つ以上のステータ巻き線コイルに接続されうる。

本発明は、１つ以上の好ましい実施形態を参照して説明されるが、当然のことながら、当業者であれば種々の変更がなされ得る。例えば、記載された素子の多くの間での、順序又は空間的関係は、変わりうる。加えて、本質的でない特徴は、完全に除外され、又は、特別には記載していない様々な組み合わせに含められうる。したがって、本明細書及び図面は、限定的意味ではなく、説明的および解説的なものだとみなすことができる。それ故に、本発明の範囲は、請求項を参照して決定される。

本出願の記載及び特許請求の範囲において、各動詞「備える」、「含む」、「収容する」、「有する」、及びそれらの派生語は、記載されたアイテムの存在を特定するために包括的な意味で使用され、追加的なアイテムの存在を排除するものではない。

１０ 電気ポンプ
１１ ポンプ室
１２ ポンプハウジング
１３ ポンププレート
１４ インペラ
１７ 切換え弁
１８ シャフトシール
１９ Ｏリングシール
２０ モータ
２１ ステータ
２２ ロータ
２３ ベアリング
２４ モータハウジング
２５ 磁石
２６ シャフト
２７ 整流子
２８ ロータコア
２９ 巻き線コイル
３０ 端末キャップアセンブリ
３１ ブラシ
３２ 端末キャップ
３４ 回路基板アセンブリ３４
３６ プリント回路基板（ＰＣＢ）
３８ａ モータ端子対
３８ｂ モータ端子対
４０ａ コイル又はインダクタ対
４０ｂ コイル又はインダクタ対
４２ａ ソケット対
４２ｂ ソケット対
４３ 締付端
４４ ＰＴＣサーミスタ
４６ バリスタ
４８ 接地端子
５０ａ コンデンサ
５０ｂ コンデンサ
５２ 注入口
５４ 排出口
６０ ポンプカバー
６２ コネクタ
６４ 取付突起部

Claims (10)

1. 液体ポンプ用の電気ポンプであって、
   ポンプ室を定めるポンプハウジング、
   前記ポンプ室内に配置されたインペラ、及び
   前記インペラを駆動する電気モータ、を備え、
   前記モータは、
   複数の磁極を定めるステータと、及び
   前記ステータに対して回転するように構成されたロータと、を備え、
   前記ロータは、
   シャフト
   前記シャフトに固定されたロータコア、
   前記ロータコアの一端に隣接した前記シャフトに固定された整流子、及び
   前記ロータコアの周りに巻きつけられ、前記整流子と電気的に接続された複数の巻き線コイル、を備え、
   前記モータは、
   外部電源と接続されるように構成された第１モータ端子及び第２モータ端子と、
   前記整流子と摺動接触する第１ブラシ及び第２ブラシと、及び
   ＰＴＣサーミスタと、を備え、
   前記第１ブラシは前記サーミスタを通って前記第１モータ端子に電気的に接続され、
   前記第２ブラシは前記第２モータ端子に電気的に接続される、電気ポンプ。
2. 前記ブラシ、前記サーミスタ、及び前記モータ端子は、前記モータの軸端上に位置する端末キャップに取り付けられる、請求項１に記載のポンプ。
3. 前記ブラシ及び前記サーミスタは、前記モータの前記端末キャップに取り付けられたプリント回路基板に取り付けられる、請求項２に記載のポンプ。
4. 前記ポンプは、電源供給接続用のコネクタの中に配置された前記モータ端子の第１端、及び前記端末キャップ上に配置された各ソケットの中に挿入される前記モータ端子の第２端を伴う前記モータ端子、を収容する前記コネクタのハウジングを組み込むポンプカバーをさらに備える、請求項２又は請求項３に記載のポンプ。
5. 前記ポンプは、１つ以上のインダクタを備え、それぞれが前記ブラシと前記モータ端子の間に電気的に接続される、請求項１から４のいずれか一つに記載のポンプ。
6. 前記１つ以上のインダクタは、第１インダクタ及び第２インダクタを備え、前記第１ブラシは前記第１インダクタを通って前記サーミスタに接続され、前記第２ブラシは前記第２インダクタを通って前記第２モータ端子に接続される、請求項５に記載のポンプ。
7. 前記ポンプは、バリスタをさらに備え、
   前記バリスタは、前記サーミスタと直列に、２つの前記モータ端子に接続される、請求項１から６のいずれか一つに記載のポンプ。
8. 前記ポンプは、第１コンデンサ及び第２コンデンサをさらに備え、
   前記第１コンデンサは、前記第１モータ端子へ接続されず、前記サーミスタの端子を接地し、前記第２コンデンサは、前記第２モータ端子を接地する、請求項１から７のいずれか一つに記載のポンプ。
9. 前記コンデンサは、前記モータのモータハウジングに接続される接地端子に接続される、請求項８に記載のポンプ。
10. 前記ポンプは、自動車の前面ガラス上へ、水又は清浄液をポンプでくみ出すように構成される、請求項１から９のいずれか一つに記載のポンプ。

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