JP2022163761A - 燃料ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】静電容量を増加させた場合でも、寸法が増加することのない燃料ポンプを提供する。【解決手段】ブラシ付き直流モータを有する燃料ポンプにおいて、ブラシが軸方向から当接され、当該ブラシ摺動部が複数のセグメントに分割されている整流子において、セグメントの背面側空間であって、所定のセグメント間を短絡する導電部材において、導電部材の両極を電極とするコンデンサが導電部材の両面に配置されるとともに、コンデンサを保護するモールドに配設されたガイド壁により、接続端子から電機子への渡線が周方向に隣接するコンデンサ間を縫って配線されるようにする。【選択図】図１

Description

本願は、燃料ポンプに関するものである。

燃料ポンプのような小型の直流モータにおいて、ブラシに対して整流子が摺動状態で回転するために、ブラシ及び整流子が相互に摩耗するという問題点がある。この摩耗の問題はブラシと整流子の間に発生する火花に起因することが大きく、モータの回転にともない、ブラシから整流子のセグメントが離れるときに、コイルに蓄積された電磁エネルギーが放出されることによりブラシと整流子のセグメントの間で火花が発生し、摩耗を促進させるというものである。従って、従来から、ブラシと整流子の間における火花の発生を少なくするために、コンデンサなどによる火花消去素子を備えた直流モータが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許第４２２０４４５号公報

ところが、近年、車両に要求される高燃圧、高出力の燃料ポンプにおいては、高い電流値が発生し、上記公報のコンデンサを有する燃料ポンプでは火花を十分に抑制できず、ブラシおよび整流子の摩耗が促進され、燃料ポンプの使用寿命が低下するという問題が発生する。また、静電容量を大きくしようとすると、コンデンサの寸法が大きくなってしまうため、整流子、ひいては燃料ポンプが大きくなってしまうという欠点がある。

また、上記公報に記載の燃料ポンプにおいては、モータ部の巻線において、電機子と整流子の外周部に配設された接続端子に配線される渡線は、電機子と整流子の外周部に配設された接続端子間に支持点がない構成のため、電機子と整流子をモールドで一体成型する際に、渡線に負荷される樹脂圧により、渡線の形状が変形することで、燃料ポンプの特性にばらつきが生じるという課題がある。

本願は、上記のような課題を解消するための技術を開示するものであり、コンデンサを短絡用の導電部材の両面に配置することにより、コンデンサの寸法を増加することなくモータの総静電容量を増加させることができるとともに、高電流域においても、火花によるモータ部材の摩耗を十分に抑制することができ、出力ばらつきを抑制したモータを備えた燃料ポンプを得ることを目的とする。

本願に開示される燃料ポンプは、
筒状のハウジングと、
前記ハウジングの内側に設置され、燃料を吸入、昇圧、吐出するポンプ部と、
前記ハウジングの内側に、前記ポンプ部からは離隔させて前記ハウジングに同軸状に配置され、前記ポンプ部を駆動するモータ部と、
前記ハウジングに固着され、前記モータ部に被せるように配置されたカバーと、
を備え、
前記モータ部は、
前記ポンプ部と前記カバーにそれぞれ設けられた軸受により支持された回転軸に固定され、前記回転軸と一体で回転する電機子、
前記電機子の外側に当該電機子と同軸状に配置され、前記ハウジングに固着された固定磁石、
前記カバーに固定支持されたブラシ、
前記電機子の軸方向の端面のうち、前記ポンプ部が設置されている端面とは反対側の端面に配設され、前記電機子の巻線に接続されるとともに、
前記ハウジングの軸方向で前記ブラシに当接する当接面を有し、前記ハウジングの軸心を基準として扇状に区分けされた複数のセグメントを持つ摺動部と、前記摺動部とは軸方向の反対側に配設され、予め定められたセグメント同士を短絡させる短絡用の板状の導電部材と、この導電部材を挟むように前記導電部材の両面に配設されたコンデンサと、を持つ整流子、
を有することを特徴とするものである。

本願に開示される燃料ポンプによれば、コンデンサを短絡用の導電部材の両面に配置することにより、コンデンサの寸法を増加することなくモータの総静電容量を増加させることができるとともに、高電流域においても、火花によるモータ部材の摩耗を十分に抑制することができ、出力ばらつきを抑制したモータを備えた燃料ポンプを提供することができる。

実施の形態１に係る燃料ポンプの全容を示した断面図である。 実施の形態１に係る燃料ポンプを構成するモータ部のうち、整流子の構成を示す斜視図である。 実施の形態１に係る燃料ポンプを構成するモータ部のうち、整流子と電機子の接続回路図である。 実施の形態１に係る燃料ポンプのモータ部の主要構成要素の等価回路図である。 実施の形態１に係る燃料ポンプのモータ部の整流子の下面図、そのＡ-Ａ方向断面図、及びＢ方向から見た斜視図である。 実施の形態１に係る燃料ポンプのモータ部の整流子、電機子の正面図、及び整流子および渡線の下面図である。 実施の形態２に係る燃料ポンプのモータ部の整流子の下面図、そのＣ-Ｃ方向断面図、及びＤ方向から見た斜視図である。

実施の形態１．
本願の実施の形態１に係る燃料ポンプについて、図１に基づいて以下説明する。実施の形態１に係る燃料ポンプは、燃料タンクに装着されて内燃機関へ燃料を供給するものであり、大別してモータ部とポンプ部とから構成されている。実施の形態１の燃料ポンプは、特に燃料タンク内の燃料を貯留する貯留槽を備えた燃料ポンプに関するものであり、図１は、この実施の形態１の燃料ポンプの一例を示す断面図である。

図１において、燃料ポンプの主構成要素であるモータ部は、円筒状のハウジング１の内周にマグネット２（以下固定磁石２とも呼ぶ）が設置され、その内側には、巻線３を有する電機子４が配置されている。なお、この電機子４はシャフト５に取り付けられ、軸受６、７を介して回転自在に支持されている。

上記軸受６はハウジング１の上端に取り付けられたカバーアウト８（以下、単にカバー８とも呼ぶ）により保持されている。整流子９は電機子４と一体となるようシャフト５に取り付けられ、モールド１０(例えば、ポリアセタール樹脂製のもの)で一体成型され、カバー８により保持されたブラシ１１と整流子９のセグメントが軸方向に摺接するように構成されている。
また、ハウジング１の下端には、シャフト５と同軸上に、燃料の吸入、昇圧、吐出のためのポンプ部Ｐを備え、モータ部の回転により駆動するように構成されている。

図２は、本実施の形態１に係る燃料ポンプのモータ部のうち、整流子９の構成を示す斜視図である。図２（ａ）に示したように、この整流子９のセグメント１２は、図１の電機子のシャフト５に嵌装される軸孔１３を中心に配し、この軸孔１３を中心にして放射状、かつ、円盤状に配設されたものである。

このセグメント１２の背面には、図２（ｂ）に示したように、所定のセグメント間を短絡するための短絡用の導電部材１４（以下単に、導電部材１４とも呼ぶ）と、整流子９の外周に配設されるとともに、セグメント１２と接続されている接続端子１５（図２（ａ）参照）と、板状の導電部材１４の表面と裏面の両面に、電極をはんだで接続したコンデンサ１６（具体的には、表面にはコンデンサ１６１が裏面にはコンデンサ１６２が配置されている。）を備えている。なお、図２（ｂ）では、コンデンサ１６１とコンデンサ１６２は、導電部材１４の両面に対向する態様で示されているが、これ以外の態様、例えば、表面側のコンデンサと裏面側のコンデンサの配置が、多少ずれた位置になっていてもよい。

また、短絡用の導電部材１４とコンデンサ１６は、図２（ｂ）中に破線で示したモールド１７（例えば半導体封止用エポキシ樹脂）により、一体成型される。本モールドを実施することで、電機子の回転時の振動で、短絡用の導電部材１４とコンデンサ１６間のはんだ接続部が、はずれることを防ぐことができる。

また、整流子９の外周に配設された接続端子１５１は、短絡用の導電部材１４の外周部の端子１４１とスポット溶接することで、短絡用の導電部材１４と電気的に接続しており、整流子の外周に配設された接続端子１５２は、電機子４の接続に使用されており、巻線３を当該接続端子１５２へからげた後、ヒュージングにより固定および導通される。

このように、各セグメントと電機子４は、接続端子１５と短絡用の導電部材１４を介して、電気的に接続され、等価的には、図３のような電気回路図を形成している。この図３において、図の上側の矩形で囲まれた各数字はセグメント番号（例えば、“１”はセグメント番号１であることを示す）を示しており、導電部材１４により、セグメント１とセグメント４とが、セグメント２とセグメント５とが、セグメント３とセグメント６とが、それぞれ、短絡されている。

この時、隣接する２つのセグメント間には、短絡用の導電部材１４の表面側と裏面側の両面に配設されたコンデンサ１６（具体的には、コンデンサ１６１とコンデンサ１６２）が接続されている。図３に示すように、本実施の形態では、ハウジングの軸方向の２つの面に配設されたコンデンサを１組として、３組のコンデンサ１６が接続されている。また、対向するセグメント（例えば、セグメント番号１とセグメント番号４）は、短絡用の導電部材１４で接続されていることから、モータ部は、等価的には、図４に示したようなデルタ結線を形成している。

この図３および図４から、コンデンサを短絡用の導電部材１４の表裏の２つの面に配置することで、コンデンサが並列な電気回路を形成し、回路全体の総静電容量が増加することが分かる。

さらに、整流子の詳細構造について、図５を用いて説明する。図５は、実施の形態１における燃料ポンプの整流子の下面図（図５（ａ）参照）および、そのＡ-Ａ方向断面図（図５（ｂ）参照）および、Ｂ方向からの斜視図（図５（ｃ）参照）である。

この図５（ａ）において、モールド１７には、形状の異なる２種類のガイド壁１９が設けられており、破線で示したコンデンサ１６２をモールドしている。なお、ガイド壁１９は、２つが、同じ形状である場合もある。なお、接続端子１５２には、以下で説明する渡線が接続される。

図５（ｂ）は、上記図５（ａ）のＡ-Ａ方向断面図を示している。この図に示したように、導電部材１４の表面と裏面にそれぞれ、コンデンサ１６１とコンデンサ１６２が配置されていることがわかる。

図５（ｃ）は、上記図５（ａ）の矢印Ｂ方向から見た図（Ｂ矢視）である。この図に示すように、ガイド壁１９は形状の異なる２種類のガイド壁１９１、およびガイド壁１９２で構成されていることがわかる。より詳しくは、鋭角状に折れ曲がった形状を有するガイド壁１９１、および鈍角状の折れ曲がり形状を有するガイド壁１９２の２種類のガイド壁で構成されている。

次に、上述の接続端子１５２に接続される渡線１８について、図６を用いて詳しく説明する。図６（ａ）は、実施の形態１における燃料ポンプのモータ部の整流子および電機子の正面図、図６（ｂ）は、モータ部の整流子および渡線の下面図である。

図６（ａ）に示すように、整流子の下方部分において、接続端子１５２に渡線１８が接続されている。この場合、図６（ｂ）に示したように、この渡線は全部で６本使用され、モールドのガイド壁に沿って渡っていることがわかる。

渡線１８は、図５（ａ）、図６（ａ）にそれぞれ示した接続端子１５２から、モールド１７の電機子側に設けたガイド壁１９の壁面に沿って、図６（ａ）に示したように、電機子４まで配線されている。

このように、当該ガイド壁１９が周方向に隣接したコンデンサ間を縫って、渡線１８を配線できるように配設することで、短絡用の導電部材１４の整流子側に配置されたコンデンサ１６１の裏側に、前記渡線と干渉することなく、コンデンサ１６２を配置することを可能にする。なお、図６（ａ）では渡線１８の状態を目視し易いように、電機子４は軸方向に離した状態で示されており、渡線１８は、軸方向に延びた一点鎖線に沿った線上の位置で、電機子４と接続されている。

また、このガイド壁１９は、従来の渡線から、一部径方向へ形状を迂回するのみの変化点に抑えることができるため、コンデンサ１６２の配置の変更、あるいは違いによる軸方向長さを増加させることなく、モータ部を形成することができる機能を備えている。

さらに、本実施の形態では、渡線１８がモールド１７に配設された、ガイド壁１９の壁面に沿って、密着するように配線されることから、設置された際に形状の安定した渡線を形成することが可能となり、電機子のスロットごとに発生する（巻線の設置の際に生ずる）形状差を抑えることができる。また、電機子４と整流子をモールド１０で一体成型する２次成型時（例えばポリアセタール樹脂）の樹脂圧による巻崩れを低減し、燃料ポンプの特性のばらつきをおさえることで、性能品質の向上も可能にする。

本実施の形態１の燃料ポンプは、以上説明したように、モータ部の一端に設置されると共にモータ巻線に接続され、かつ、ブラシに摺接するようになされた整流子において、整流子の各セグメントを短絡させる短絡用の導電部材の両面にコンデンサを配置する構造を有し、並列にコンデンサを配置した電気回路を形成するようにしたことにより、モータの総静電容量を増加させることができる。

また、整流子は短絡用導電部材の軸方向両面に配置したコンデンサを保護するモールドを備え、そのモールドの電機子側の下部にガイド壁を有した整流子を構成したことにより、コンデンサの静電容量が増加した場合でも、燃料ポンプの寸法の増加を抑制することができる。また、出力のばらつきを抑制した燃料ポンプを得ることができる。

すなわち、コンデンサを短絡用導電部材の両面に配置することにより、コンデンサの寸法増加を抑制し、コンデンサ寸法を増加することなくモータの総静電容量を増加させ、高電流域においても火花によるブラシあるいは整流子の摩耗を十分に抑制することができるモータを有した燃料ポンプを提供することができる。

また、短絡用導電部材の両面にコンデンサを配置しながら、巻線側の短絡用導電部材に配置されたコンデンサを保護するモールド樹脂に、整流子の外周部に配設された接続端子から電機子への渡線を誘導するガイド壁を設けることで、燃料ポンプの寸法増加を抑制することができる。

さらに、上記のガイド壁の壁面に沿って、渡線を配線することで、２次成型時の巻崩れを抑制し、性能の特性のばらつきが少ない燃料ポンプを提供することができる。

実施の形態２．
以下に、本願の実施の形態２に係る燃料ポンプについて図７に基づいて説明する。図７（ａ）は、実施の形態２における燃料ポンプのモータ部の整流子の下面図、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＣ-Ｃ方向断面図、図７（ｃ）は、図７（ａ）のＤ方向から見た斜視図（Ｄ矢視）である。

短絡用の導電部材１４の電機子側に配置されたコンデンサ１６２を保護するモールド樹脂に配設されたガイド壁の一部を軸方向に変形させる（凹ませる）ことで、２つのガイド壁の間に形成される、図７（ａ）、図７（ｂ）、図７（ｃ）にそれぞれ示したような、溝形状を形成するガイド溝２０（より詳しくは、サイズの小さいガイド溝２０１と、サイズの大きいガイド溝２０２を有する）を有するガイド壁においても、上記実施の形態１と同様に、渡線１８をガイドする機能を備えている。従って、ガイド溝２０を有するガイド壁１９を用いた場合においても、短絡用の導電部材１４の両面にコンデンサ１６を配置しながら、寸法の増加を抑制する、上記実施の形態１と同様の燃料ポンプを得ることができる。

本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１ ハウジング、２ マグネット（固定磁石）、３ 巻線、４ 電機子、５ シャフト、６、７ 軸受、８ カバー（カバーアウト）、９ 整流子、１０ モールド、１１ ブラシ、１２ セグメント、１３ 軸孔、１４ 導電部材、１４１ 端子、１５、１５１、１５２ 接続端子、１６、１６１、１６２ コンデンサ、１７ モールド、１８ 渡線、１９、１９１、１９２ ガイド壁、２０、２０１、２０２ ガイド溝、Ｐ ポンプ部

本願に開示される燃料ポンプは、
筒状のハウジングと、
前記ハウジングの内側に設置され、燃料を吸入、昇圧、吐出するポンプ部と、
前記ハウジングの内側に、前記ポンプ部からは離隔させて前記ハウジングに同軸状に配置され、前記ポンプ部を駆動するモータ部と、
前記ハウジングに固着され、前記モータ部に被せるように配置されたカバーと、
を備え、
前記モータ部は、
前記ポンプ部と前記カバーにそれぞれ設けられた軸受により支持された回転軸に固定され、前記回転軸と一体で回転する電機子、
前記電機子の外側に当該電機子と同軸状に配置され、前記ハウジングに固着された固定磁石、
前記カバーに固定支持されたブラシ、
前記電機子の軸方向の端面のうち、前記ポンプ部が設置されている端面とは反対側の端面に配設され、前記電機子の巻線に接続されるとともに、
前記ハウジングの軸方向で前記ブラシに当接する当接面を有し、前記ハウジングの軸心を基準として扇状に区分けされた複数のセグメントを持つ摺動部と、前記摺動部とは軸方向の反対側に配設され、予め定められたセグメント同士を短絡させる短絡用の板状の導電部材と、この導電部材を前記軸方向に挟むように前記導電部材の両面に一組として配設されることにより、並列な電気回路を形成したコンデンサと、を持つ整流子、
を有することを特徴とするものである。

Claims (4)

1. 筒状のハウジングと、
   前記ハウジングの内側に設置され、燃料を吸入、昇圧、吐出するポンプ部と、
   前記ハウジングの内側に、前記ポンプ部からは離隔させて前記ハウジングに同軸状に配置され、前記ポンプ部を駆動するモータ部と、
   前記ハウジングに固着され、前記モータ部に被せるように配置されたカバーと、
   を備え、
   前記モータ部は、
   前記ポンプ部と前記カバーにそれぞれ設けられた軸受により支持された回転軸に固定され、前記回転軸と一体で回転する電機子、
   前記電機子の外側に当該電機子と同軸状に配置され、前記ハウジングに固着された固定磁石、
   前記カバーに固定支持されたブラシ、
   前記電機子の軸方向の端面のうち、前記ポンプ部が設置されている端面とは反対側の端面に配設され、前記電機子の巻線に接続されるとともに、
   前記ハウジングの軸方向で前記ブラシに当接する当接面を有し、前記ハウジングの軸心を基準として扇状に区分けされた複数のセグメントを持つ摺動部と、前記摺動部とは軸方向の反対側に配設され、予め定められたセグメント同士を短絡させる短絡用の板状の導電部材と、この導電部材を挟むように前記導電部材の両面に配設されたコンデンサと、を持つ整流子、
   を有することを特徴とする燃料ポンプ。
2. 前記整流子は、前記摺動部の外周部分に配設され、前記セグメントと電気的に接続された接続端子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。
3. 前記コンデンサは、モールド樹脂により前記導電部材と一体成型されるとともに、前記モールド樹脂の電機子側に、前記接続端子から前記電機子への渡線をガイドするガイド壁であって、周方向に隣接する前記コンデンサ間を縫って前記渡線を配線するガイド壁を有することを特徴とする請求項２に記載の燃料ポンプ。
4. 前記導電部材の電機子側に配置されたコンデンサを保護するモールド樹脂は、前記接続端子と前記電機子とを繋ぐ渡線をガイドするガイド壁を備え、前記ガイド壁が、当該ガイド壁の一部を前記整流子の軸方向へ変形させて形成した溝を有していることを特徴とする請求項２または３に記載の燃料ポンプ。

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