JP4924569B2 - 燃料ポンプ用モータ及び燃料ポンプ用モータへの印加電圧制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、モータ及びモータへの印加電圧制御方法に関する。

燃料タンク内の燃料ポンプを制御する燃料ポンプ制御装置として、特許文献１には、燃料ポンプコイル温度センサなどの出力結果に基づいて燃料ポンプの駆動電流を制御し、たとえば、燃料ポンプコイル温度センサの検出値等から算出したブラシ劣化推定量が所定値以上になったときに、警告表示をするものが記載されている。

しかし、特許文献１の構成では、燃料ポンプコイル温度センサによって検出された温度が高い場合には、単に燃料ポンプの駆動電流を制御するのみであるため、ユーザー等はこの温度上昇を知ることができない。また、警告表示も、ブラシ劣化推定量が所定値以上になったときにはじめて行われるものであり、上記の温度が高い場合に、ユーザーがこれを知ることはできない。
特開２００７−２６２９３５号公報

本発明は上記事実を考慮し、コイル部の発熱をユーザーに報知可能な燃料ポンプ用モータと、この燃料ポンプ用モータへの印加電圧制御方法を得ることを課題とする。

請求項１に記載の発明では、シャフトと、このシャフトの周囲に固定されたコア、及びコアに巻きかけられたコイル部を備え、シャフトの回転により燃料ポンプを回転駆動する回転体と、複数のセグメントを備え前記コイル部への電流の向きを変化させるための整流子と、複数の前記セグメントのそれぞれと前記シャフトとに電気的に接続され前記コイル部の温度変化に応じて電気抵抗を変化させることでシャフトの電位を検知可能な複数のサーミスタと、前記サーミスタの電気抵抗変化によって所定値以上の前記コイル部の温度変化が検知された場合にこれを報知する報知手段と、を有する。

この燃料ポンプ用モータでは、コアに巻きかけられたコイル部に通電され、整流子によってコイル部への電流の向きが変化されることでシャフトが回転する。そして、このシャフトの回転により燃料ポンプが回転駆動される。

また、この燃料ポンプ用モータでは、整流子が複数のセグメントを備え、サーミスタが、複数のセグメントのそれぞれとシャフトとに電気的に接続されている。サーミスタは、コイル部の温度変化に応じて電気抵抗を変化させることでシャフトの電位を検知可能である。そして、このサーミスタの電気抵抗変化によって所定値以上のコイル部の温度変化が検知された場合にこれを報知する報知手段を備えている。したがって、ユーザーは、コイル部の温度変化を報知手段による報知で知ることができる。必要に応じて、対策を講じることも可能となる。
特に、サーミスタは複数のセグメントとシャフトに電気的に接続されているので、セグメントごとに、対応するシャフトの電位変化を読み取ることで、コイル部の温度上昇を検知することが可能になる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前記シャフトと前記コアとが接触され、前記サーミスタが、前記コアを介して前記シャフトに接続されている。

シャフトとコアとは接触されており導通があるので、サーミスタをコアを介してシャフトに接続させることで、セグメントとシャフトにサーミスタを接続でき、回路構成を簡素化できる。

請求項３に記載の発明では、請求項１又は請求項２に記載の燃料ポンプ用モータへの印加電圧制御方法であって、前記整流子の複数のセグメントごとに前記シャフトの前記電位を検知し、特定のセグメントにおいて前記電位が低い場合に一時的に印加電圧を高くする。

したがって、特定のセグメントにおいてシャフトとの電位（電位差）が低い場合には、この特定のセグメントに対応する部材（たとえばブラシ）との間で、いわゆるフィルミング等により導通不良等が生じていると判断できる。この場合に、一時的に印加電圧を高くすることで整流火花によるクリーニング効果を発揮させ、導通不良を解消することが可能になる。

本発明は上記構成としたので、コイル部の発熱をユーザーに報知可能となる。

図１には、本発明の第１実施形態の燃料ポンプ用モータ１４を備えた燃料ポンプ１２の概略構成が示されている。燃料ポンプ１２は図示しない燃料タンク内に配置されており、燃料タンク内の燃料を外部の装置、たとえばエンジンに送出するために用いられる。

燃料ポンプ１２は、略円筒状に形成されたハウジング１６を有している。本実施形態では特に、ハウジング１６を導電性を有する材料（金属材料）で形成している。

ハウジング１６の底部には、ポンプ室ケーシング１８が嵌め込まれている。ポンプ室ケーシング１８も導電性を有する材料（金属材料）で形成されており、その中央に、スラストベアリング２０が備えられている。スラストベアリング２０は、後述するシャフト２４を回転可能に支持している。また、スラストベアリング２０の上方には、樹脂製のタービンポンプ本体２２が備えられている。シャフト２４の回転に伴って、タービンポンプ本体２２が燃料タンク内の燃料を上方へ送る。

ハウジング１６の中央部分には、燃料ポンプ用モータ１４が収容されている。燃料ポンプ用モータ１４は、中央に位置するシャフト２４と、シャフト２４の周囲に配置されたコア２６を有している。コア２６は金属製とされ、その中央にシャフト２４が圧入されている。したがって、シャフト２４とコア２６とは電気的に接続されていることになる。

シャフト２４の下端は上記したようにスラストベアリング２０によって回転可能に支持されているが、シャフト２４の上部もベアリング２８によって回転可能に保持されている。そして、ベアリング２８とコア２６の間に、コンミテータ３０が配置されている。コンミテータ３０の上部には複数のブラシ３２が配置されており、直流電源３４からの電力供給を受けるようになっている。

コア２６の上面には、コンミテータ３０の各セグメントに対応する複数のサーミスタ３６が取り付けられている。本実施形態では、まず、図２（Ａ）に示すように、コア２６に導線５８（図２（Ｂ）参照）を巻きかける前段階で、サーミスタ３６の一端（下面）がコア２６に半田付け等によって接続され、他端は導線（被覆線）５４によってコンミテータ３０（対応するセグメント）に接続される。したがって、サーミスタ３６の一端は、コア２６を介してシャフト２４と電気的に接続されていることになる。そして、図２（Ｂ）に示すように、このサーミスタ３６とコア２６の外側から、これらを覆うよう導線５８が巻きかけられてコイル部３８とされる。これにより、全体として、シャフト２４、コア２６及びコイル部３８（その内部にサーミスタ３６を含む）を備えた回転体４０（アーマチャ）が構成されている。

そして、コイル部３８への電流の向きがコンミテータ３０により変化されることで、シャフト２４及びコア２６の連続した回転が可能になる。本実施形態では、コンミテータ３０の複数のセグメントのそれぞれに対応して、サーミスタ３６を設けている。本実施形態では特に、サーミスタ３６として、ＣＴＲ（ｃｒｉｔｉｃａｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｒｅｓｉｓｔｅｒ）サーミスタを用いている。

なお、ハウジング１６の内面側には、コア２６に対応する位置にマグネット４２が取り付けられている。

ハウジング１６の上部は蓋部材４４によって覆われている。蓋部材４４の下面側には、ベアリング２８を収容する収容凹部４４Ａと、ブラシ３２を収容する収容凹部４４Ｂが形成されており、収容凹部４４Ｂからは外部に向けて電力供給線５２が延出されている。直流電源３４からの電力は、この電力供給線５２から燃料ポンプ用モータ１４（ブラシ３２）に供給される。さらに、電力供給線５２の中間部分（直流電源３４のプラス側の途中）とハウジング１６との間には、導線５６により表示メーター４６が接続されている。表示メーター４６は、たとえば車室内のインストルメントパネル等に取り付けられており、指針をユーザーが視認できるようになっている。

シャフト２４、スラストベアリング２０、ポンプ室ケーシング１８及びハウジング１６は、いずれも導電性材料で構成されているので、表示メーター４６の指針は、シャフト２４の電位に対応して振れることになる。また、サーミスタ３６は、温度変化に対する電気抵抗の変化の大きい抵抗体であるため、コイル部３８内にサーミスタ３６を配置した本実施形態の構成では、コイル部３８の温度に応じてサーミスタ３６の電気抵抗が変化する。ここで、サーミスタ３６は、コンミテータ３０のセグメントとシャフト２４との間に接続されているので、結果的に、直流電源３４のプラス側からサーミスタ３６を通過した電流の電圧を、表示メーター４６の指針によって知ることができる。

蓋部材４４には、上下方向に貫通する送出孔４８が形成されており、タービンポンプ本体２２によって上方へ送られた燃料が送出孔４８から外部に送出されるようになっている。

このような構成とされた本実施形態の燃料ポンプ用モータ１４では、コイル部３８が発熱して所定値以上の温度になるとサーミスタ３６の電気抵抗も大きく変化し、これが表示メーター４６の指針の触れとして表示される。したがって、ユーザーは、コイル部３８の温度上昇を知ることができ、必要に応じた対策を採ることも可能になる。なお、ここでいう「所定値」はサーミスタ３６の特定等に応じてあらかじめ設定できる。

特に本実施形態では、サーミスタ３６をコンミテータ３０のセグメントとシャフトの間に接続している。したがって、直流電源３４のプラス側からサーミスタ３６を通過した電流の電圧を、表示メーター４６の指針によって知ることができる。しかも、シャフト２４はコア２６に圧入されており、これらの間には導通がある。したがって、シャフト２４の電位を検知するための回路構成を簡易に得ることができる。

しかも、本実施形態では、サーミスタ３６は回転体４０のコア２６に直接的に貼着されている。したがって、コイル部３８の熱を直接的にサーミスタ３６に作用させることで、より正確な検知が可能になる。

なお、このようにコイル部３８の発熱を検知して報知するためには、サーミスタ３６は少なくとも１つ配置されていればよいが、本実施形態では、コンミテータ３０の各セグメントに対応して複数のサーミスタ３６を設けている。したがって、発熱しているコイル部３８を特定することも可能である。

サーミスタ３６としては、コイル部３８の想定される温度変化に対して電気抵抗が確実に変化し、この温度変化を検出可能なものであれば限定されないが、たとえば、上記したＣＴＲサーミスタは、特定の温度（励起温度）を超えたときの電気抵抗の変化が大きく、検出能力が高いので、本実施形態に用いることが好ましい。

また、励起温度の異なる複数のサーミスタを使用し、コイル部３８での発熱のレベルに応じた検出ができるようにしてもよい。たとえば、励起温度の低いサーミスタによってコイル部３８の発熱の予兆を知ることができるので、早い段階で表示メーター４６などによりこれを表示し、早期の対策をユーザーに促すことが可能になる。

さらに、コンミテータ３０の各セグメントに、ＰＴＣ（ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｔｅｍｐｒｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）サーミスタ又は、ＮＴＣ（ｎｅｇａｔｉｖｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）サーミスタを接続し、セグメントごとにシャフト２４に発生する電位を検出できるようにしてもよい。この構成では、コイル部３８の発熱に応じて、ＰＴＣサーミスタによる電気抵抗の増大と、ＮＴＣサーミスタによる電気抵抗の減少とが、それぞれ異なる励起温度で生じることになるので、発熱状態に応じたこれらサーミスタの電気抵抗の変化の組み合わせを電位として検出でき、各コイル部３８の発熱状態をより正確に知ることができるようになる。

上記した各構成では、いすれも、コンミテータ３０の各セグメントにサーミスタ３６を接続している。したがって、セグメントごと、換言すればコイル部３８ごとの相対的な温度変化を検出し、特定のセグメント（コイル部３８）の温度が他のセグメントと比較して高い場合に、表示メーター４６で表示するようにすれば、コイル部３８の温度上昇が小さくても、これを検出することが可能となる。

なお、このように各セグメント（コイル部３８）にサーミスタ３６を設けた構成では、特定のセグメントの温度が低下している（発熱量が少ない）ことを検出することも可能になる。たとえば、ブラシ３２とコンミテータ３０との間にいわゆるフィルミングが生じている場合には、導通不良により、上記の温度低下が発生していると判断できる。この場合には、手動により、あるいは、図示しないエンジンコントロールコンピュータからの指示により一時的に印加電圧を高くし、整流火花によるクリーニング効果によってフィルミング等の不具合を除去できる。

上記では、導電性を有するハウジング１６を利用して表示メーター４６を接続した構成を挙げたが、要するに、サーミスタ３６としては、コイル部３８の温度上昇（発熱）を検出して、表示メーター４６で表示可能とされていればよい。たとえば、図３に示す第２実施形態の燃料ポンプ用モータ６４ように、ハウジング１６に代えて、ベアリング２８に表示メーター４６を接続してもよい。

また、サーミスタ３６の位置としても、第２実施形態では、コア２６の側面としている。このように、表示メーター４６の接続部位やサーミスタ３６の位置は特に限定されない。ただし、サーミスタ３６の一端をコア２６に接触させると、コア２６を介してシャフト２４と導通されることができ、回路構成を簡素化できる。なお、第２実施形態では、第１実施形態と異なる点を概略的に示しており、第１実施形態と同一の構成要素については同一符号を付して詳細な説明を省略する。また、第２実施形態では、燃料ポンプを構成するハウジング等の一部の部材の図示を省略している。

また、本発明の報知手段としても、上記した表示メーター４６に限定されず、たとえば、ランプや音声などで報知する構成でもよい。

本発明の第１実施形態の燃料ポンプ用モータが適用された燃料ポンプを部分的に破断して示す概略断面図である。 本発明の第１実施形態の燃料ポンプ用モータを構成するプロセスの一部を（Ａ）〜（Ｂ）へと順に示す説明図である。 本発明の第２実施形態の燃料ポンプ用モータを示す概略正面図である。

符号の説明

１２ 燃料ポンプ
１４ 燃料ポンプ用モータ
１６ ハウジング
１８ ポンプ室ケーシング
２０ スラストベアリング
２２ タービンポンプ本体
２４ シャフト
２６ コア
２８ ベアリング
３０ コンミテータ（整流子）
３２ ブラシ
３４ 直流電源
３６ サーミスタ
３８ コイル部
４０ 回転体
４２ マグネット
４６ 表示メーター（報知手段）
６４ 燃料ポンプ用モータ

Claims (3)

1. シャフトと、このシャフトの周囲に固定されたコア、及びコアに巻きかけられたコイル部を備え、シャフトの回転により燃料ポンプを回転駆動する回転体と、
   複数のセグメントを備え前記コイル部への電流の向きを変化させるための整流子と、
   複数の前記セグメントのそれぞれと前記シャフトとに電気的に接続され前記コイル部の温度変化に応じて電気抵抗を変化させることでシャフトの電位を検知可能な複数のサーミスタと、
   前記サーミスタの電気抵抗変化によって所定値以上の前記コイル部の温度変化が検知された場合にこれを報知する報知手段と、
   を有する燃料ポンプ用モータ。
2. 前記シャフトと前記コアとが接触され、
   前記サーミスタが、前記コアを介して前記シャフトに接続されている請求項１に記載の燃料ポンプ用モータ。
3. 請求項１又は請求項２に記載の燃料ポンプ用モータへの印加電圧制御方法であって、
   前記整流子の複数のセグメントごとに前記シャフトの前記電位を検知し、
   特定のセグメントにおいて前記電位が低い場合に一時的に印加電圧を高くする印加電圧制御方法。

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