JP3925643B2

JP3925643B2 - 電動機およびそれを用いた燃料ポンプ

Info

Publication number: JP3925643B2
Application number: JP2002292099A
Authority: JP
Inventors: 元也伊藤; 博美酒井; 恵介河野; 栄二岩成
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-10-04
Filing date: 2002-10-04
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2022-10-04
Also published as: JP2004129425A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機およびそれを用いた燃料ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
回転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、回転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回転子に供給する駆動電流を整流する電動機が知られている。
【０００３】
このような電動機において、回転子の回転にともないブラシからセグメントが離れるとき、コイルに蓄積されたエネルギーが放出されることによりブラシとセグメントとの間で放電が発生することがある。ブラシとセグメントとの間で放電が発生すると、ブラシまたはセグメントが放電摩耗を起こし、ブラシとセグメントとの接触不良を引き起こす恐れがある。特に、磁極毎にコイルを巻回する集中巻式の電動機において電動機の消費電力を低減するためにコイルの巻数を増加すると、コイルのインダクタンスが増加し、ブラシとセグメントとの間に発生する放電電圧が上昇し、放電摩耗が生じやすくなる。
ブラシから整流子の各セグメントが離れるときに放電が生じることを防止するため、バリスタを通してコイルの電気エネルギーを放出することが知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−６９７４７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、バリスタを通して放出できる電気エネルギーには限度があるので、コイルの巻数が多い電動機において、ブラシとセグメントとの間に発生する放電をバリスタを用いて防止することは困難である。
本発明の目的は、ブラシまたはセグメントの放電摩耗を防止する電動機およびそれを用いた燃料ポンプを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の電動機によると、ブラシと電気的に接続しているブラシ電極、ならびにセグメントと電気的に接続しているセグメント電極を放電電極は有し、回転子の回転にともないブラシ電極とセグメント電極との間で放電することによりコイルの電気エネルギーを放出する。ブラシとセグメントとの間で放電することを防止するので、ブラシおよびセグメントの両方が放電摩耗することを防止する。したがって、ブラシとセグメントとの電気的接触不良を防止できる。
また、回転子の回転にともないブラシからセグメントが離れるときブラシ電極とセグメント電極とは接触している。したがって、ブラシからセグメントが離れるときにブラシとセグメントとの間で放電が発生することを防止する。
また、放電電極の融点は１０００℃以上であるから、放電によって放電電極は摩耗しない。
【０００８】
本発明の請求項２記載の電動機によると、ブラシ電極はブラシと電気的に接続しておりブラシと別体であるから、ブラシ電極の位置の自由度が高い。さらに、ブラシ電極とブラシとを容易に電気的に接続できる。
【００１１】
本発明の請求項５記載の電動機によると、放電電極の抵抗値はブラシおよびセグメントの抵抗値よりも大きい。放電電極を通って流れる放電電流の値は、セグメントおよびブラシを通り正規のタイミングでコイルに流れる電流値よりも小さい。したがって、放電電流が電動機の回転を妨げることを防止する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す複数の実施例を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
本発明の第１実施例による電動機を用いた燃料ポンプを図２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、吸入側カバー１４と吐出側カバー１８とをかしめ固定している。ポンプケーシング１６は、吸入側カバー１４とハウジング１２との間に挟持されている。吸入側カバー１４とポンプケーシング１６との間にポンプ流路１７が形成されている。吸入側カバー１４及びポンプケーシング１６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。インペラ２０は円板状に形成され、外周縁部に多数の羽根溝を有している。インペラ２０が後述する回転子４０とともに回転するとき、流体摩擦力により羽根溝の前後に圧力差が生じ、それが多数の羽根溝で繰り返されることによってポンプ流路１７内の燃料が加圧される。燃料タンク内の燃料は、インペラ２０の回転によって吸入側カバー１４の図示しない燃料吸入口からポンプ流路１７に吸入され、モータ室２２及び図示しない燃料吐出口を順次通過してエンジン側に吐出される。
【００１３】
磁石部３０は、４個の永久磁石３１から構成されている。各永久磁石３１は約４分の１周の円弧状に形成され、円周上に並ぶようにしてハウジング１２の内周壁に装着されている。各永久磁石３１の内壁面３１ａは滑らかな凹円弧状に形成されている。各永久磁石３１は内壁面３１ａ側に磁極を形成している。周方向に隣接する永久磁石３１同士では、内壁面３１ａ側の磁極の極性が互いに異なっている。
軸受け３４、３５は、それぞれポンプケーシング１６と吐出側カバー１８とに固定されている。回転軸３８は、磁石部３０の内周側に同軸上に配設されている。回転軸３８はその両端部を軸受け３４、３５により軸受けされている。
【００１４】
回転子４０は磁石部３０の内周側に磁石部３０と同軸上に配設され、回転軸３８の外周に回転軸３８とともに回転可能に装着されている。回転子４０は、回転中心に中央コア４２を有し、外周側に６個のコイルコア５２を有している。以下、回転子４０の構成説明において、回転子４０の軸方向を単に軸方向、回転子４０の周方向を単に周方向、回転子４０の径方向を単に径方向という。
【００１５】
中央コア４２は概ね六角形断面の筒状に形成されている。回転方向に配置されている６個のコイルコア５２はそれぞれ、集中巻線されたボビン６０に被覆されており、中央コア４２の外壁部４３に装着されている。コイルコア５２は断面Ｔ字状に形成され、周方向に沿って永久磁石３１と向き合う外周部５３と、外周部５３の周方向中央部分から径方向内側に延伸する巻線部５４とを有している。外周部５３の外周面は滑らかな凸円弧状に形成され、永久磁石３１の内壁面３１ａとの間に周方向で均一な大きさの間隙を形成している。中央コア４２とコイルコア５２とは、中央コア４２からコイルコア５２が径方向外側に脱落することを防止するように嵌合している。
【００１６】
ボビン６０は樹脂で形成されコイルコア５２を覆っている。ボビン６０は、周方向に隣接するコイルコア５２の外周部５３同士を磁気的に絶縁する絶縁材である。回転軸と直交する断面においてボビン６０は、巻線部５４を挟み外周部５３側から中央コア４２側に向かって狭幅となる台形状の巻線空間を形成している。この巻線空間内に集中巻きされた線材でコイル６２が形成されている。コイル６２には、給電端子からブラシ８０および整流子７０を介して電流が供給される。整流子７０とブラシ８０とは回転子４０の回転軸方向に向き合って接触する。整流子７０のセグメント７１およびブラシ８０はカーボンで形成されている。
本実施例では、磁石部３０、回転子４０、整流子７０およびブラシ８０等が電動機を構成している。
【００１７】
図１の（Ｂ）に示すように、整流子７０は、回転方向に配置されている６個のセグメント７１から構成されている。整流子７０の径方向外側に６個のセグメント電極７４が回転方向に配置されている。放電電極としてのセグメント電極７４は同じ回転位置にあるセグメント７１と電気的に接続されており、セグメント７１と同電位である。回転方向に隣接しているセグメント７１同士およびセグメント電極７４同士の間にはスリット７２が形成されており、スリット７２自体またはスリット７２に充填されている絶縁材により回転方向に隣接しているセグメント７１同士およびセグメント電極７４同士は絶縁されている。セグメント電極７４はＮｉ系合金またはＷ合金等の高融点材料で形成されており、融点は１０００℃以上である。
【００１８】
図３に示すように、整流子７０において、セグメントＳ１とセグメントＳ４、セグメントＳ２とセグメントＳ５、セグメントＳ３とセグメントＳ６は電気的に接続されている。図３において、ａ１、ｂ１、ｃ１、ａ２、ｂ２、ｃ２は回転方向にこの順で回転子４０に設置されているコイル６２を表し、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６は回転方向にこの順で整流子７０に設置されているセグメント７１を表している。
【００１９】
コイル６２の整流子７０側の端部とセグメント７１、ならびにコイル６２の整流子７０と反対側の端部同士は図３に示すように電気的に接続している。コイル６２の整流子７０と反対側の端部はスター結線の中性点１００を形成している。つまり、図４に示すように、スター結線された３個のコイル６２が並列に結線されている。
【００２０】
図１の（Ａ）に示す２個のブラシ８０は図示しないスプリングの付勢力により整流子７０側に付勢されている。ブラシ８０の一方は＋側であり、他方は−側（アース側）である。ブラシ８０はピグテール８２により給電端子と電気的に接続されている。放電電極としてのブラシ電極８４はブラシ８０の径方向外側に、ブラシ８０よりも回転子４０の回転方向前方に位置している。ブラシ電極８４は給電端子と電気的に接続されているので、ブラシ８０とブラシ電極８４とは同電位である。ブラシ電極８４は弾性を有し、図５の（Ｂ）に示すようにセグメント電極７４と弾性力で接触する。ブラシ電極８４はセグメント電極７４と同じくＮｉ系合金またはＷ合金等の高融点材料で形成されており、融点は１０００℃以上である。セグメント電極７４およびブラシ電極８４の抵抗値は、セグメント７１およびブラシ８０よりも大きい。
【００２１】
次に、第１実施例の電動機の作動について説明する。
ブラシ８０を通しコイル６２に供給される電力により整流子７０は回転子４０とともに図５の矢印に示す方向に回転する。図５の（Ａ）および（Ｂ）において、左側と右側の図はそれぞれ同じタイミングにおけるブラシ８０およびブラシ電極８４の回転位置を示している。図６は、ブラシ８０の回転方向前方端とセグメント７１、ならびにブラシ電極８４とセグメント電極７４との接触状態を示している。
【００２２】
ブラシ電極８４は前述したようにブラシ８０よりも回転子４０の回転方向前方に位置しているので、図５（Ａ）の左および図６に示すようにブラシ８０がセグメント７１から離れるとき、図５（Ｂ）の左および図６に示すようにブラシ電極８４はブラシ８０が離れようとしているセグメント７１と同電位のセグメント電極７４と接触している。ブラシ８０とブラシ８０から離れようとしているセグメント７１とは電気的に接続されている状態である。したがって、ブラシ８０とブラシ８０から離れようとしているセグメント７１との間で放電は発生しない。
【００２３】
図５の（Ａ）の右および図６に示すようにブラシ８０からセグメント７１が離れ回転子４０の回転方向後方に隣接している次のセグメント７１にブラシ８０が接触している状態で、図５の（Ｂ）の右および図６に示すようにブラシ電極８４からセグメント電極７４が離れると、ブラシ電極８４とセグメント電極７４との間で放電が発生する。前述したように、ブラシ電極８４およびセグメント電極７４は、Ｎｉ系合金またはＷ合金等の高融点材料で形成されているので、ブラシ電極８４とセグメント電極７４との間で放電が発生しても、ブラシ電極８４およびセグメント電極７４ともに放電摩耗しない。
【００２４】
したがって、ブラシ８０とセグメント７１との電気的接触不良を防止できる。また、ブラシ電極８４およびセグメント電極７４の抵抗値は、ブラシ８０およびセグメント７１の抵抗値よりも大きく、ブラシ電極８４とセグメント電極７４との間で放電したときにコイル６２に流れる放電電流値が正規のタイミングでコイル６２に流れる電流値よりも小さくなるように設定されている。回転子４０を回転させる正規のタイミング以外にコイル６２に流れる電流値が小さいので、回転子４０の回転が妨げられることを防止する。
【００２５】
（第２実施例）
本発明の第２実施例を図７に示す。第１実施例と実質的に同一構成部分に同一符号を付す。
ブラシ電極９２はブラシ９０の径方向外側に位置し、接着等によりブラシ９０に一体に結合している。ブラシ９０は、カーボンまたは銅等の電気抵抗の小さい材料で形成されている。ブラシ電極９２は、Ｎｉ系合金またはＷ合金等の電気抵抗が大きく高融点の材料で形成されており、ブラシ９０と電気的に接続している。ブラシ電極９２はブラシ９０よりも整流子７０の回転方向前方に突出し、セグメント７１と直接接触している。
【００２６】
ブラシ９０がセグメント７１から離れるとき、ブラシ電極９２はブラシ９０が離れようとしているセグメント７１と接触している。ブラシ９０とブラシ９０から離れようとしているセグメント７１とは電気的に接続されている状態である。したがって、ブラシ９０からセグメント７１が離れるときにブラシ９０とブラシ９０から離れようとしているセグメント７１との間で放電は発生しない。
【００２７】
ブラシ９０からセグメント７１が離れてから、ブラシ電極９２からセグメント７１が離れると、ブラシ電極９２とセグメント７１との間で放電が発生する。ブラシ電極９２はＮｉ系合金またはＷ合金等の高融点材料で形成されている。したがって、ブラシ電極９２とセグメント７１との間で放電が発生しても、ブラシ電極９２の放電摩耗を防止できる。また、カーボンに代え、Ｎｉ系合金またはＷ合金等の高融点材料でセグメント７１を形成すれば、セグメント７１の放電摩耗を防止できる。
【００２８】
第２実施例では、ブラシ電極９２が直接セグメント７１と接触し、ブラシ電極９２とセグメント７１との間で放電を発生させた。これに対し、第１実施例と同様にセグメント電極７４を設置し、ブラシとセグメント電極７４とを直接接触させてもよい。ブラシを高融点材料で形成すれば、ブラシとセグメント電極７４との間で放電が発生しても、ブラシおよびセグメント電極７４の放電摩耗を防止できる。
【００２９】
上記複数の実施例では、整流子とブラシとは回転子の回転軸方向に向き合って接触したが、回転子の回転軸と直交する方向で向き合う構成でもよい。
また上記複数の実施例では本発明の電動機を燃料ポンプに用いた例について説明したが、本発明は燃料ポンプ用以外の電動機にも用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例における燃料ポンプにおいて、（Ａ）はブラシを整流子側からみた矢視図であり、（Ｂ）は整流子をブラシ側から見た矢視図である。
【図２】第１実施例による電動機を用いた燃料ポンプを示す断面図である。
【図３】第１実施例におけるコイルの結線を示す模式的説明図である。
【図４】第１実施例におけるコイルの結線を示す回路図である。
【図５】第１実施例による電動機の作動を示す説明図であり、（Ａ）はブラシとセグメントとの接触状態、（Ｂ）はブラシ電極とセグメント電極との接触状態を示している。
【図６】第１実施例によるブラシとセグメント、ならびにブラシ電極とセグメント電極との接触状態を示すタイムチャートである。
【図７】本発明の第２実施例におけるブラシおよびブラシ電極とセグメントとの接触状態を示す模式的説明図である。
【符号の説明】
１０燃料ポンプ
２０インペラ（回転部材）
３０磁石部
３１永久磁石
３８回転軸
４０回転子（電動機）
４２中央コア
５２コイルコア
５４巻線部
６０ボビン（絶縁材）
６２コイル
７０整流子（電動機）
７１セグメント
７２スリット
７４セグメント電極（放電電極、電動機）
８０、９０ブラシ（電動機）
８４、９２ブラシ電極（放電電極、電動機）

Claims

コイルが巻回されている回転子と、
前記コイルと電気的に接続しているセグメントを回転方向に複数配置し、回転方向に隣接するセグメント同士が互いに電気的に絶縁されている整流子と、
前記回転子の回転により各セグメントと順次接触するブラシと、
前記ブラシと電気的に並列接続しているブラシ電極、ならびに前記セグメントと電気的に並列接続しているセグメント電極を有する放電電極と、
を備え、
前記放電電極の融点は１０００℃以上であり、
前記回転子の回転にともない前記ブラシから前記セグメントが離れるとき前記ブラシ電極と前記セグメント電極とは接触しており、前記ブラシから前記セグメントが離れてから前記ブラシ電極と前記セグメント電極とは離れ、前記ブラシ電極と前記セグメント電極との間で放電することにより前記ブラシと前記セグメントとの間で放電することを防止することを特徴とする電動機。
前記ブラシと前記ブラシ電極とは別体であることを特徴とする請求項１記載の電動機。
前記放電電極は前記ブラシよりも径方向外側に位置していることを特徴とする請求項１または２記載の電動機。
前記ブラシと前記整流子とは前記回転子の回転軸方向に向き合っていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の電動機。
前記放電電極の抵抗値は前記ブラシおよび前記セグメントよりも大きい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電動機。
請求項１から５のいずれか一項記載の電動機と、
前記回転子とともに回転し、燃料を吸引し吐出する駆動力を発生する回転部材と、
を備えることを特徴とする燃料ポンプ。