JP2007006633A - 電動機およびそれを用いた燃料ポンプ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 電動機の永久磁石32は、円周上に等間隔に4個取り付けられており、回転方向に極の異なる磁極を交互に形成している。永久磁石32の内周側に回転自在に設置された6個のコイル62、63はそれぞれ集中巻きされており、全体として環状にデルタ結線されている。整流子のセグメント72は、永久磁石32の数をp、電機子のコイル62の数をnとすると、s=n×p/2で表される最大数sである12個設置されている。径方向反対側に設置されているセグメント72はそれぞれ電気的に接続されている。回転にともないカーボン製のブラシ120、122と各セグメント72が接触および離間を繰り返すことにより、セグメント72に加わるセグメント電圧が変化する。
【選択図】 図3
Description
このような電動機において、コイル毎に巻線を巻回する集中巻を採用すると、コイル毎に巻線を高密度に巻回することができるので、コイルの巻数を増やすことができる。その結果、供給電力に対して発生するトルクが増加するので、モータ効率が上昇する。また、モータ効率が同じであれば、電動機を小型化できる。
しかしながら、集中巻によりコイルの巻数が増えるとコイルのインダクタンスが増加する。その結果、コイルに蓄積される電磁エネルギーが大きくなるので、整流子とブラシとの間の整流性が不利になる。
請求項3記載の発明では、永久磁石の数をpとすると、+側のブラシと−側のブラシとの角度間隔を360°/pに設定している。この構成により、永久磁石の異なる磁極の角度間隔と、ブラシによる電気的な極性の切り換え角度とを一致させている。
その結果、同一面上に設置された接続端子ですべての対向セグメントを電気的に接続する必要がないので、各接続端子群において接続端子が電気的に接続する対向セグメントの数が少なくなる。したがって、本発明のように整流子のセグメントの数sを、s=n×p/2を満たす最大数にする場合にも、各接続端子群において対向セグメントを電気的に接続できる。ここで、接続端子群という表現は、接続端子群が1個の接続端子で構成される場合も含むものとすると。
したがって、カーボンブラシを使用し、E/(s/p)=E/(n/2)≦5[V]に設定することにより、カーボンブラシから離れる直前のセグメントの電圧とカーボンブラシから離れた直後のセグメント電圧とはほぼ等しくなる。したがって、カーボンブラシからセグメントが離れるときに、整流子カーボンブラシと整流子との間の整流性が向上する。
本発明の一実施形態による燃料ポンプを図1に示す。燃料ポンプ10は、ポンプ部20と、ポンプ部20のインペラ26を回転駆動する電動機としてのモータ部30と、エンドサポートカバー14とを備えている。ハウジング12は、ポンプ部20およびモータ部30の外周を囲み、ポンプ部20およびモータ部30の共通のハウジングである。エンドサポートカバー14は、モータ部30のポンプ部20と反対側を覆い、燃料の吐出口204を形成している。
電機子40のポンプ部20と反対側に整流子70が組み付けられている。永久磁石32、電機子40、整流子70およびブラシ120、122(図3参照)は直流電動機を構成している。電機子40の回転軸としてのシャフト41は、ポンプケーシング24とベアリングホルダ16とにそれぞれ収容され支持されている軸受部材18により軸受けされている。電機子40のポンプ部20側の端部は樹脂66が充填されることにより全体が覆われている。このように樹脂66で覆うことにより、燃料中で回転する電機子40の回転抵抗を低減するとともに、電機子40内への異物の進入を防止している。
6個のティース50は中央コア42の外周に回転方向に設置されている。各ティース50は、コイルコア52、ボビン60、およびボビン60に巻線を巻回して形成されているコイル62、63を有している。
図3の(B)および図4の(A)に示す状態において、S5のセグメント電圧は図5の(A)の機械角および電気角の0°付近に示す0Vとする。電機子40が図3の(B)に示す回転方向に回転しS5がブラシ122から離れ図4の(B)に示す状態になると、12Vの電源電圧がコイルa1、b1およびc1に加わるので、図5の(A)に示すように、電源電圧によりS5に加わるセグメント電圧は4Vになる。
電機子40が回転し、対向結線によりブラシ120の電圧がS6だけに加わる図4の(D)に示す状態になると、図5の(A)に示すようにS5のセグメント電圧は8Vになる。
電機子40が回転し、対向結線によりブラシ120の電圧がS5およびS6に加わる図4の(E)に示す状態になると、図5の(A)に示すようにS5のセグメント電圧は12Vになる。
さらに電機子40が回転すると、図5の(A)に示すようにS5のセグメント電圧は順次低下する。以下、電機子40の回転にともない、S5は図5の(A)に示すセグメント電圧の変化を繰り返す。他のセグメント72においてもセグメント電圧は同様に変化する。
さらに電機子40が回転し、対向結線によりブラシ120の電圧がS4およびS5に加わる図7の(C)に示す状態になると、S4のセグメント電圧は12Vになる。
比較形態では、コイル62の数および永久磁石32の数は本実施形態と同じであるが、コイル62をスター結線し、セグメント72の数が6個になったことにより、セグメント電圧の変化量が図5の(B)に示すように6Vになっている。
また、ブラシ120、122が回転方向に連続するセグメント72と2個までしか接触しないので、ブラシ120とブラシ122との間に接続されるコイル62、63の数を極力多くすることができる。これにより、電機子40の回転にともないブラシ120、122と接触する各セグメント72のセグメント電圧の変化量を低減できる。
また、構造体100、110の接続端子群がコイル62、63の結線を兼ねており、整流子70と電機子40とを組み付けることによりコイル62、63がデルタ結線されるので、コイル62、63の結線作業が容易である。また、コイル62、63を結線する部品点数を減少できる。
上記実施形態では、永久磁石32が形成する磁極の数pを4極、コイル62、63の数(ティース50の数)nの合計を6とし、s=n×p/2からセグメント72の数sを12としたが、これ以外にも、s=n×p/2を満たすのであれば、永久磁石が形成する磁極の数pは偶数であればよく、また、ティースの数についても6以外の数でもよい。なお、コイルの数nと永久磁石が形成する磁極の数pとは、n=p+2を満たすことが望ましい。
上記実施形態では、回転方向に隣接するコイル62、63の巻回方向を逆方向にして異なる磁極を発生させたが、コイルの巻回方向を同じにし、接続端子の結線を変更することにより回転方向に隣接するコイルに流れる電流を逆方向にして異なる磁極を発生させてもよい。
また、本実施形態では、本発明を燃料ポンプに適用した実施形態について説明したが、本発明はこれに限らず種々の電動機に適用してもよい。
このように、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
Claims (6)
- 周上に設置され交互に極の異なる複数の磁極を形成する永久磁石と、
回転方向に設置されている複数のコイルを有し、前記永久磁石の内周側に回転自在に設置されている電機子と、
ブラシと、
前記コイルと電気的に接続し、前記電機子とともに回転して前記ブラシと接触することにより前記コイルに供給する電流を整流する整流子であって、回転方向に複数のセグメントに分割され、隣接してい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、
を備え、
前記コイルは集中巻きされて互いにデルタ結線されており、前記ブラシと前記整流子との接触箇所において、前記ブラシの回転方向幅は前記整流子のセグメントの回転方向幅以下であり、前記整流子のセグメントの数をs、前記永久磁石の数をp、前記コイルの数をnとすると、s=n×p/2である電動機。 - 前記永久磁石の数をp、前記コイルの数をnとすると、n=p+2である請求項1記載の電動機。
- 前記永久磁石の数をpとすると、+側の前記ブラシと−側の前記ブラシとの角度間隔は、360°/pである請求項1または2記載の電動機。
- 前記整流子の前記電機子側に複数設置されており、径方向反対側に設置されている前記整流子の各セグメント同士を電気的に接続している接続端子であって、前記電機子の軸方向にずれて設置された複数の接続端子群を構成している接続端子をさらに備える請求項1から3のいずれか一項記載の電動機。
- 前記ブラシはカーボンブラシであり、電源電圧をE[V]、前記セグメントの数をs、前記永久磁石の数をpとすると、E/(s/p)≦5[V]である請求項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、
前記電動機の回転駆動力により燃料を吸入する吸入力を発生するポンプ部と、
を備える燃料ポンプ。
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