JP2018068004A - 燃料ポンプ用ｄｃモータ及びカーボンブラシ - Google Patents

Abstract

【課題】寿命を飛躍的に改善した燃料ポンプ用ＤＣモータ及びカーボンブラシを提供する。【解決手段】整流子２０の外周面に摺接するカーボンブラシ４０を有する燃料ポンプ用ＤＣモータ１００であって、カーボンブラシ４０は、整流子２３に摺接する面に、ロータ２０の回転方向に沿った凹部４０−１が形成され、カーボンブラシ４０と整流子２３とがロータ２０の軸方向で２箇所で摺接する形状からなり、ロータ２０の軸方向の２箇所で立ち上がる均一の厚さの立ち上がり部４０−２を有する。【選択図】図５

Description

本発明は、燃料ポンプ用ＤＣモータ及びカーボンブラシに関し、詳しくは、寿命を飛躍的に改善した燃料ポンプ用ＤＣモータ及びカーボンブラシに関する。

従来、カーボンブラシを用いるこの種のＤＣモータとしては、特許文献１に開示された「ＤＣモータ」が知られている。

この特許文献１に記載された「ＤＣモータ」には、ブラシホルダ１８に固定されたカーボンホルダ３１に内装されて支持され、コミテータ２６の外周面に摺接するカーボンブラシ３０が記載されている。

しかし、特許文献１に記載された「ＤＣモータ」で採用されているカーボンブラシ３０は、そのコミテータ（整流子）２６の外周面に摺接する面が平面状に形成されているため、この「ＤＣモータ」を例えば、二輪車の燃料ポンプに用いた場合、カーボンブラシ３０の磨耗により、その寿命が３０００時間に満たないという問題があった。

特開２０１０−００４６２４号公報

そこで、本発明は、寿命を飛躍的に改善した燃料ポンプ用ＤＣモータ及びカーボンブラシを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、請求項１の発明は、整流子の外周面に摺接するカーボンブラシを有する燃料ポンプ用ＤＣモータであって、前記カーボンブラシは、前記整流子に摺接する面に、ロータの回転方向に沿った凹部が形成され、前記カーボンブラシと前記整流子とが前記ロータの軸方向で２箇所で摺接する形状からなることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載の発明において、前記カーボンブラシは、前記ロータの軸方向の２箇所で立ち上がる均一の厚さの立ち上がり部を有することを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記カーボンブラシは、銅を含む高硬度、高抵抗率のカーボン材料からなることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項３に記載の発明において、前記カーボン材料は、銅を２０重量パーセント、カーボンを７７重量パーセント含み、硬さが２６ショア、抵抗率が２５００マイクロオーム・センチメートルの材料からなることを特徴とする。

請求項５の発明は、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の発明において、前記ロータがベアリング軸受けで軸支されていることを特徴とする。

請求項６の発明は、燃料ポンプ用ＤＣモータの整流子の外周面に摺接するカーボンブラシであって、前記整流子に摺接する面に、前記燃料ポンプ用ＤＣモータのロータの回転方向に沿った凹部が形成され、前記カーボンブラシと前記整流子とが前記ロータの軸方向で２箇所で摺接する形状からなることを特徴とする。

請求項７の発明は、請求項６に記載の発明において、前記ロータの軸方向の２箇所で立ち上がる均一の厚さの立ち上がり部を有することを特徴とする。

請求項８の発明は、請求項６又は７に記載の発明において、銅を含む高硬度、高抵抗率のカーボン材料からなることを特徴とする。

請求項９の発明は、請求項８に記載の発明において、前記カーボン材料は、銅を２０重量パーセント、カーボンを７７重量パーセント含み、硬さが２６ショア、抵抗率が２５００マイクロオーム・センチメートルの材質からなることを特徴とする。

本発明によれば、整流子の外周面に摺接するカーボンブラシを有する燃料ポンプ用ＤＣモータであって、前記カーボンブラシを、前記整流子に摺接する面に、ロータの回転方向に沿った凹部が形成され、前記カーボンブラシと前記整流子とが前記ロータの軸方向で２箇所で摺接する形状からなるように構成したので、燃料ポンプ用ＤＣモータ及びカーボンブラシの寿命を飛躍的に改善できるという効果を奏する。

図１は、本発明に係る燃料ポンプ用ＤＣモータの一実施例の左側面図、正面図、右側面図及び斜視図である。 図２は、図１に示した燃料ポンプ用ＤＣモータのＡ−Ａ断面図である。 図３は、図１に示した燃料ポンプ用ＤＣモータのブラケットに収容されるカーボンブラシ組立体の正面図、側面図、裏面図及び斜視図である。 図４は、図１に示した燃料ポンプ用ＤＣモータのブラケットの左側面図、Ｂ−Ｂ断面図、右側面図及び斜視図である。 図５は、図１に示した燃料ポンプ用ＤＣモータのカーボンブラシの上面図、正面図、側面図及び斜視図である。 図６は、図１に示した燃料ポンプ用ＤＣモータにおけるカーボンブラシの長寿命化を説明する図である。

以下、本発明を実施するための実施例について、願書に添付した図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明に係る燃料ポンプ用ＤＣモータの一実施例を示すもので、図１（Ａ）は、その左側面図、図１（Ｂ）は、その正面図、図１（Ｃ）は、その右側面図、図１（Ｄ）は、その斜視図である。また、図２は、図１（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。

図１及び図２において、本発明に係る燃料ポンプ用ＤＣモータ１００は、筒状のハウジング１０内に、ロータ２０と、マグネット３０とが収容され、一端にカーボンブラシ組立体４００が収容されるブラケット５０が設けられて構成される。

ここで、ロータ２０は、シャフト２４と、このシャフト２４に取り付けられ、それぞれコイル２１が巻設された電機子を構成する、例えば、３極のロータコア２２と、シャフト２４に取り付けられ、ロータコア２２のコイル２１に順次電流を流すための整流子２３とを有している。

ロータ２０のシャフト２４は、ハウジング１０に設けられたベアリング軸受け１１をとブラケット５０に設けられたベアリング軸受け５１とで軸支され、ハウジング１０の中心軸上に位置するように収容される。

マグネット３０は、燃料ポンプ用ＤＣモータ１００の固定子を構成するもので、ハウジング１０の内周面に沿って取り付けられた、例えば、２つのマグネット３０からなっている。

ブラケット５０は、カーボンブラシ４０を含む一対のカーボンブラシ組立体４００を収容するもので、カーボンブラシ組立体４００に含まれるカーボンブラシ４０はロータ２０の整流子２３の外周面に摺接される。このカーボンブラシ組立体４００及びブラケット５０の詳細については、後に図３及び図４を参照して詳述し、カーボンブラシ４０の詳細については、後に、図５及び図６を参照して詳述する。

上記構成からなる燃料ポンプ用ＤＣモータ１００は、シャフト２４に図示ないインペラが取り付けられ、例えば、二輪車用の燃料ポンプに適用される。

図３は、図１に示した燃料ポンプ用ＤＣモータ１００のブラケット５０に収容されるカーボンブラシ組立体４００の正面図、側面図、裏面図及び斜視図である。また、図４は、図１に示した燃料ポンプ用ＤＣモータ１００のブラケット５０の左側面図、Ｂ−Ｂ断面図、右側面図及び斜視図である。

カーボンブラシ組立体４００は、図３に示すように、ブラシバネ４１の先端にカーボンブラシ４０が取り付けられ、ブラシバネ４１の他端には、ブラケット５０に取り付けるための取付部４３が設けられている。また、カーボンブラシ４０には、電流を供給するための端子４２が設けられている。また、ブラシバネ４１の上面には、防振ゴム４４が取り付けられている。

上記構成からなる１対のカーボンブラシ組立体４００ａ及び４００ｂは、図４に示すように、取付部４３ａ及び４３ｂをブラケット５０に螺子止めすることにより、ブラケット５０内に収容される。

ここで、カーボンブラシ組立体４００ａのカーボンブラシ４０ａ及びカーボンブラシ組立体４００ｂの４０ｂは、ブラシバネ４１ａ及び４１ｂにより、ロータ２０の整流子２３の外周面に摺接され、ロータコア２２のコイル２１に順次電流が供給され、ロータ２０が回転する。

図５は、図１に示した燃料ポンプ用ＤＣモータ１００のカーボンブラシ５０の詳細を示すもので、図５（Ａ）は、その上面図、図５（Ｂ）は、その正面図、図５（Ｃ）は、その側面図、図５（Ｄ）は、その及び斜視図である。また、図６は、図１に示した燃料ポンプ用ＤＣモータ１００におけるカーボンブラシ７０の長寿命化を説明する図で、図６（Ａ）は、初期状態におけるカーボンブラシ７０とロータ２０の整流子２３との位置関係を示す図、図６（Ｂ）から図（Ｄ）は、カーボンブラシ７０の磨耗が進むに従ったカーボンブラシ７０とロータ２０の整流子２３との位置関係の推移を示す図である。

図５に示すように、カーボンブラシ４０は、整流子２３に摺接する面に、ロータ２０の回転方向に沿った凹部４０−１が形成され、カーボンブラシ４０と整流子２３とがロータ２０の軸方向で２箇所で摺接する形状から形成されている。

また、このカーボンブラシ４０には、ロータ２０の軸方向の２箇所で立ち上がる均一の厚さの立ち上がり部４０−２が設けられている。

このカーボンブラシ４０は、銅を含む高硬度、高抵抗率のカーボン材料から形成され、このカーボン材料としては、例えば、銅を２０Ｗｔ％（重量パーセント）、カーボンを７７Ｗｔ％（重量パーセント）含み、硬さが２６ＨＳ（ショア）、抵抗率が２５００μΩ・ｃｍ（マイクロオーム・センチメートル）の材料を用いることができる。

この場合の、カーボン材料の見掛比重は、２．１ｇ／ｃｍ3、摩擦計数は０．１４〜０．１６μ、接触電圧降下は、０．５〜１．５Ｖである。

上記構成のカーボンブラシ４０を用いると、燃料ポンプ用ＤＣモータ１００の寿命を６０００時間以上に延ばすことができる。

その理由は、カーボンブラシ４０の整流子２３に摺接する面に、ロータ２０の回転方向に沿った凹部４０−１を形成したので、カーボンブラシ４０と整流子２３とがロータ２０の軸方向で２箇所で摺接することになり、これによりカーボンブラシ４０の整流子２３に摺接する面の電流密度が高くなったためと考えられる。

すなわち、カーボンブラシ４０の整流子２３に摺接する面の電流密度が高くなると、カーボンブラシ４０の整流子２３に摺接する面での皮膜形成が良好となり、これにより、カーボンブラシ４０の磨耗が少なくなったためと考えられる。

これに対して、カーボンブラシ４０の整流子２３に摺接する面が平面状で、カーボンブラシ４０の全面が整流子２３に摺接していると、カーボンブラシ４０の整流子２３に摺接する面の電流密度は低くなり、この結果、カーボンブラシ４０の整流子２３に摺接する面での皮膜形成が不十分な状態となって、カーボンブラシ４０の整流子２３による磨耗が大きくなり、カーボンブラシ４０の磨耗も大きくなると考えられる。

また、本願発明に係るカーボンブラシ４０の形状によれば、ロータ２０の軸方向の２箇所で立ち上がる均一の厚さの立ち上がり部４０−２を有しているので、図６（Ａ）から図６（Ｃ）の状態になるまでは、カーボンブラシ４０は整流子２３とロータ２０の軸方向で２箇所で摺接することになり、これにより、カーボンブラシ４０の整流子２３に摺接する面の電流密度は高い状態に維持されるので、カーボンブラシ４０の整流子２３に摺接する面での良好な皮膜形成が維持されて、カーボンブラシ４０の磨耗は小さくなるので、この結果、燃料ポンプ用ＤＣモータ１００の長寿命化が図れる。

更に、本願発明に係る燃料ポンプ用ＤＣモータ１００においては、ロータ２０のシャフト２４がベアリング軸受け１１及び５１で軸支されているので、カーボンブラシ４０の長寿命化だけでなく、燃料ポンプ用ＤＣモータ１００の全体の長寿命化が図れる。

なお、上記実施例では、本発明の燃料ポンプ用ＤＣモータ１００を二輪車用の燃料ポンプに適用する場合を示したが、本発明の燃料ポンプ用ＤＣモータ１００は、他の燃料ポンプにも同様に適用することができる。

本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内であれば、当業者の通常の創作能力によって多くの変形が可能である。

１０…ハウジング
１１…ベアリング軸受け
２０…ロータ
２１…コイル
２２…ロータコア
２３…整流子
２４…シャフト
４０、４０ａ、４０ｂ…カーボンブラシ
４０−１…凹部
４０−２…立ち上がり部
４１、４１ａ、４１ｂ…ブラシバネ
４２、４２ａ、４２ｂ…端子
４３、４３ａ、４３ｂ…取付部
４４、４４ａ、４４ｂ…防振ゴム
１００…燃料ポンプ用ＤＣモータ
４００、４００ａ、４００ｂ…カーボンブラシ組立体

Claims (9)

1. 整流子の外周面に摺接するカーボンブラシを有する燃料ポンプ用ＤＣモータであって、
   前記カーボンブラシは、
   前記整流子に摺接する面に、ロータの回転方向に沿った凹部が形成され、前記カーボンブラシと前記整流子とが前記ロータの軸方向で２箇所で摺接する形状からなることを特徴とする燃料ポンプ用ＤＣモータ。
2. 前記カーボンブラシは、
   前記ロータの軸方向の２箇所で立ち上がる均一の厚さの立ち上がり部を有することを特徴とする請求項１に記載の燃料ポンプ用ＤＣモータ。
3. 前記カーボンブラシは、
   銅を含む高硬度、高抵抗率のカーボン材料からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料ポンプ用ＤＣモータ。
4. 前記カーボン材料は、
   銅を２０重量パーセント、カーボンを７７重量パーセント含み、硬さが２６ショア、抵抗率が２５００マイクロオーム・センチメートルの材料からなることを特徴とする請求項３に記載の燃料ポンプ用ＤＣモータ。
5. 前記ロータがベアリング軸受けで軸支されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の燃料ポンプ用ＤＣモータ。
6. 燃料ポンプ用ＤＣモータの整流子の外周面に摺接するカーボンブラシであって、
   前記整流子に摺接する面に、前記燃料ポンプ用ＤＣモータのロータの回転方向に沿った凹部が形成され、前記カーボンブラシと前記整流子とが前記ロータの軸方向で２箇所で摺接する形状からなることを特徴とするカーボンブラシ。
7. 前記ロータの軸方向の２箇所で立ち上がる均一の厚さの立ち上がり部を有することを特徴とする請求項６に記載のカーボンブラシ。
8. 銅を含む高硬度、高抵抗率のカーボン材料からなることを特徴とする請求項６又は７に記載のカーボンブラシ。
9. 前記カーボン材料は、
   銅を２０重量パーセント、カーボンを７７重量パーセント含み、硬さが２６ショア、抵抗率が２５００マイクロオーム・センチメートルの材質からなることを特徴とする請求項８に記載のカーボンブラシ。

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