JP3775625B2 - 整流子およびそれを用いたインタンク式燃料ポンプ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、整流子およびそれを用いた燃料ポンプに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、例えば自動車用の燃料ポンプとして、モータ部およびポンプ部を内蔵した電磁駆動式のインタンク式の燃料ポンプが多く使用されている。モータ部の複数に分割された整流子の接触部がブラシと摺動することによりコイルを巻回した電機子に電源から電圧が印加され、電機子が回転する。この電機子の回転によりポンプ部のインペラが回転し燃料が燃料タンクから吸い上げられ、内燃機関(以下、「内燃機関」をエンジンという)に供給される。
【0003】
このような燃料ポンプに用いられる整流子として米国特許番号第5175463号の明細書および図面に開示されるものが知られている。ここに開示される整流子はブラシとの接触部にカーボン材を用い、整流子の耐久性を向上させようとしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ポンプ部およびモータ部を内蔵したインタンク式の燃料ポンプでは、ブラシと整流子との摺動箇所を燃料が満たしている。整流子とブラシとが低速で摺動する場合、整流子とブラシとは電気的に良好に導通しているが、整流子とブラシとが高速で摺動する場合、整流子とブラシとの間に形成される燃料の液膜が厚くなり、整流子とブラシ間の接触電圧降下が増加する。整流子とブラシとの間の接触電圧降下が増加すると整流子からモータ部のコイルに印加される電圧が低下するので、モータ部で生じるトルクが低下し、燃料吐出量が減少するという問題がある。特に、軽油等の粘性の高い燃料を圧送する燃料ポンプでは、整流子とブラシ間の液膜の厚みが増加しやすいので、燃料吐出量が減少し易い。
【0005】
本発明の目的は、ブラシとの接触部との間の接触電圧降下を低減する整流子を提供することにある。
本発明の他の目的は、ブラシから整流子を経て印加される電圧の低下を低減し、燃料吐出量を増加するインタンク式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記載の整流子によると、複数のセグメントからなる接触部のブラシとの摺動側に各セグメント内の電気的導通を保持しながら凹部を形成している。液体中に整流子が配設されても、ブラシと接触部との間に存在する液体を整流子の回転とともに凹部が取り除くので、ブラシと接触部との間に形成される液膜の厚さを薄くすることができる。したがって、ブラシと接触部との間の接触電圧降下を低減することにより、整流子から電機子のコイルに所定の電圧を印加することができる。
【0007】
また、平板状に形成された接触部の回転中心から放射状に溝を形成することにより、この溝がブラシと接触部との間から液体をかきだすとともに、遠心力により溝を通って液体が径方向外側に流れる。したがって、ブラシと接触部との間に形成される液膜の厚さを薄くし、ブラシと接触部との間の接触電圧降下を低減することができる。
【0008】
また、溝の幅を0.1mm〜2mmにしている。なぜなら、0.1mmよりも溝の幅が狭いと液体をかきだす能力が低下し、ブラシと接触部との間に形成される液膜の厚さを薄くすることが困難になる。また、2mmよりも溝の幅が広いとブラシが溝を通過する際にブラシと整流子との電気的な非導通時間が長くなり、電機子で発生するトルクが低下するからである。
【0009】
本発明の請求項2記載の整流子によると、カーボン材を用いて接触部を形成することにより、燃料申の水分、酸または硫黄等による腐食がなくなり摩耗限界に達するまでの接触部の寿命が長くなる。したがって、整流子の耐久性を向上させることができる。
本発明の請求項3記載の整流子によると、金属材を用いて接触部を形成することにより接触部の加工が容易である。
【0010】
本発明の請求項4記載のインタンク式燃料ポンプによると、請求項1〜3のいずれか一項記載の整流子を用いることにより、燃料ポンプのモータ部に供給される電力の低下を防止できる。したがって、燃料ポンプの吐出能力の低下を防止することができる。
【0011】
【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について図に基づいて説明する。
(第1実施例)
本発明の整流子をインタンク式燃料ポンプに適用した第1実施例を図3に示す。燃料ポンプ10はポンプ部20とこのポンプ部20を駆動する電磁駆動部としてのモータ部30とから構成されている。モータ部30はブラシ付の直流モータであり、円筒状のハウジング11内に永久磁石を環状に配置し、この永久磁石の内周側に同心円上に電機子32を配置した構成となっている。
【0012】
ポンプ部20は、ケーシング本体21、ケーシングカバー22およびインペラ23等から構成され、ケーシング本体21およびケーシングカバー22は、例えばアルミのダイカスト成形により形成されている。ケーシング本体21はハウジング11の一方の端部内側に圧入固定されており、その中心に嵌着された軸受24が電機子32の回転シャフト35を回転自在に支持している。ポンプ部20で吸入された燃料はモータ部30の燃料室31に圧送される。一方、ケーシングカバー22は、ケーシング本体21に被せられた状態でハウジング11の一端にかしめ等により固定されている。このケーシングカバー22の中心にはスラスト軸受25が固定され、これによって回転シャフト35のスラスト荷重が受けられるようになっている。ケーシングカバー22には吸入口40が形成されており、図示しない燃料タンク内の燃料が吸入口40からポンプ部20のポンプ流路41に吸入される。ケーシング本体21およびケーシングカバー22により一つのケーシングが構成され、その内部にインペラ23が回転自在に収容されている。
【0013】
インペラ23の周縁部には羽根片が形成されており、インペラ23の回転により吸入口40からポンプ流路41に吸入された燃料は燃料室31に圧送される。
電機子32はモータ部30内に回転自在に収容され、コイルがコア32aの外周に巻回されている。整流子60は電機子32の図1の上部に配設されている。図示しない電源から、コネクタ45に埋設されたターミナル46、図示しないブラシ、整流子60を介してコイルに電力が供給される。
【0014】
整流子60は、図1および図2に示すようにブラシと摺動する接触部61と、接触部61を支持する樹脂製の支持部69とからなる。接触部61は銅または他の金属で形成されており、全体として円板状に形成されている。接触部61は溝64により等角度間隔に8個のセグメント62に分割されている。溝64は支持部69にまで達しているので、各セグメント62は互いに電気的に絶縁されている。爪部62aは外周側に突出しており、コイルの端部をヒュージングすることにより爪部62aはコイルと電気的に接続している。
【0015】
凹部としての溝65は各セグメント62のブラシとの摺動側に放射状に一つずつ形成されている。溝65の深さはセグメント62の厚みよりも浅いので、溝65を挟んだ各セグメント62の両側は電気的に導通している。溝65の幅は0.1〜2mmの範囲内で設定されている。図2に示す62b、69aは溝64に面したセグメント62、支持部69の端面を示し、62cは溝65に面したセグメント62の端面を示している。
【0016】
図4は第1実施例に示す整流子の変形例であり、接触部66をカーボン材で形成したものである。整流子以外の構成は第1実施例と同一である。接触部66は溝64により8個のセグメント67に分割されており、銅製の端子も溝64により8個の端子68に分割されている。各セグメント67と各端子68とは、はんだ付け等により電気的に接続されている。図4において、67a、68aは溝64に面したセグメント67、端子68の端面を示し、67b、68bは溝65に面したセグメント67、端子68の端面を示している。
【0017】
第1実施例および変形例の作動について説明する。
整流子60からコイルに電圧が印加され電機子32が回転すると、電機子32の回転シャフト35とともにインペラ23が回転する。インペラ23が回転すると、吸入口40からポンプ流路41内に燃料が吸入され、この燃料がインペラ23の各羽根片から運動エネルギーを受けてポンプ流路41内から燃料室31に圧送される。燃料室31に圧送された燃料は、電機子32の周囲を通過して燃料吐出口43から燃料ポンプ外に吐出される。
【0018】
整流子は燃料室31の中に配置されているので、ブラシと接触部との摺動箇所は燃料で満たされている。電機子32が低速で回転しているときブラシと各セグメント62とは互いに確実に摺動しているので、ブラシとセグメント62との電気的導通は良好に行われる。しかし、図5に示すように電機子32の回転数が増加すると、ブラシと各セグメントとの間に形成される燃料の液膜が厚くなり、ブラシと接触部との間の接触電圧降下が大きくなる。
【0019】
同じ整流子の構成では、図5の◇と◆とで示すグラフから分かるように、ガソリンよりも粘性の高い軽油の方がブラシと接触部との間に形成される液膜が厚くなるので回転数の増加に伴う接触電圧降下が大きくなる。また、図5の◇と●とで示すグラフから分かるように、同じ燃料を用い、セグメントを電気的に絶縁する溝64だけを形成した場合には、接触部をカーボン材で形成したものよりも銅で形成したものの方が回転数の増加に伴う接触電圧降下が小さくなる。
【0020】
そして、図5の◆と▲とで示すグラフから分かるように、各セグメントを絶縁する溝64だけを形成したものよりも溝65を追加したものの方が回転数の増加に伴う接触電圧降下が高回転時において2V低減している。図5ではカーボン材で接触部を形成し、同じ燃料を使用した場合の溝65の有無を◆および▲で示したが、銅で接触部を形成した場合も、溝64だけを形成したものよりも溝65を追加したものの方が回転数の増加に伴う接触電圧降下が低減する。
【0021】
これは、整流子の回転に伴い溝64に加え溝65がブラシと接触部との間の燃料をかきだすとともに、整流子の遠心力により放射状に形成された溝65に沿って燃料が径方向外側に流出することにより、ブラシと接触部との間に形成される液膜の厚さが薄くなるからである。
以上説明した第1実施例および変形例では、接触部を銅またはカーボン材のいずれで形成しても、セグメントを絶縁する溝64だけを形成するよりも、さらに溝65を追加した方が回転数の増加に伴うブラシと接触部との間の接触電圧降下を低減できる。
【0022】
さらに、変形例のようにカーボン材で接触部を形成することにより燃料中の水分、酸または硫黄等による腐食がなくなるので、燃料ポンプの寿命を延ばすことができる。
(第2実施例)
本発明の第2実施例を図6および図7に示す。第1実施例と実質的に同一構成部分には同一符号を付す。
【0023】
第2実施例の整流子70では、ブラシと接触部61との間に形成される液膜を薄くするための凹部としての溝71は放射状に、かつ折り曲げて形成されている。第2実施例においても、整流子70の回転に伴い溝71がブラシと接触部61との間の燃料をかきだすとともに、整流子70の回転に伴い発生する遠心力により放射状に形成された溝71に沿って燃料が径方向外側に流出する。したがって、ブラシと接触部61との間に形成される液膜の厚さを薄くし、回転数の増加に伴うブラシと接触部との間の接触電圧降下を低減できる。
【0024】
(第3実施例)
本発明の第3実施例を図8および図9に示す。第1実施例と実質的に同一構成部分には同一符号を付す。
第3実施例の整流子75では、ブラシと接触部61との間に形成される液膜を薄くするための凹部としての溝76は環状に形成されている。整流子75の回転に伴い発生する遠心力により、環状の溝76内の燃料は溝64を通って径方向外側に流出する。したがって、ブラシと接触部61との間に形成される液膜の厚さを薄くし、回転数の増加に伴うブラシと接触部との間の接触電圧降下を低減できる。
【0025】
(第4実施例)
本発明の第4実施例を図10および図11に示す。
整流子80は、ブラシと摺動する接触部81と、接触部81の内周側に接触部81と一体に形成され接触部81を支持する樹脂製の支持部85とからなる。接触部81は銅または他の金属で形成されており、全体として円柱状に形成されている。接触部81は溝83により等角度間隔に12個のセグメント82に分割されている。溝83は支持部85にまで達しているので、各セグメント82は互いに電気的に絶縁されている。爪部82aは外周側に突出しており、コイルの端部をヒュージングすることにより爪部82aはコイルと電気的に接続している。
【0026】
凹部としての溝84は各セグメント82のブラシとの摺動側に軸方向に形成されている。溝84の深さはセグメント82の厚みよりも浅いので、溝84により各セグメント82は電気的導通を保っている。図11に示す82b、85aは溝83に面したセグメント82、支持部85の端面を示し、82cは溝84に面したセグメント82の端面を示している。
【0027】
第4実施例においても、整流子80の回転に伴い溝84がブラシと接触部81との間の燃料をかきだす。したがって、ブラシと接触部81との間に形成される液膜の厚さを薄くし、回転数の増加に伴うブラシと接触部81との間の接触電圧降下を低減できる。
以上説明した本発明の実施の形態を示す上記複数の実施例では、接触部のブラシと摺動する側に各セグメントを電気的に絶縁する溝以外の溝を形成することにより、ブラシと接触部との間から燃料がかきだされるか、またはブラシと接触部との摺動箇所から燃料が流出する。したがって、ブラシと接触部との間に形成される液膜の厚さが薄くなり、ブラシと接触部との間の接触電圧降下を低減するこができるので、燃料ポンプのモータ部に印加される電圧が増加し、燃料ポンプの燃料吐出量が増加する。
【0028】
また、ブラシと接触部との間に形成される液膜を薄くするための凹部は、格子状または梨地状に形成してもよいし、小さな凹みを接触部に均一に形成してもよい。
また本実施例は、インタンク式の燃料ポンプに本発明の整流子の構成を適用したものであるが、燃料ポンプに限らず液体中に整流子が配設される使用分野であればどのような分野においても本発明の整流子を用いることが効果的である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例による整流子を示す平面図である。
【図2】図1のII−II線断面図である。
【図3】第1実施例による燃料ポンプを示す断面図である。
【図4】第1実施例の変形例による整流子を示す断面図である。
【図5】接触部の材質、液膜低減用溝の有無および燃料の違いによる回転数と接触電圧降下との関係を示す特性図である。
【図6】本発明の第2実施例による整流子を示す平面図である。
【図7】図6のVII −VII 線断面図である。
【図8】本発明の第3実施例による整流子を示す平面図である。
【図9】図8のIX−IX線断面図である。
【図10】本発明の第4実施例による整流子を示す平面図である。
【図11】図10のXI−XI線断面図である。
【符号の説明】
10 燃料ポンプ
11 ハウジング
20 ポンプ部
30 モータ部
32 電機子
60 整流子
61 接触部
62 セグメント(接触部、整流子)
69 支持部(整流子)
Claims (4)
- 燃料ポンプに用いられる整流子であって、
ブラシと摺動する接触部は互いに電気的に絶縁された複数のセグメントを有し、各セグメント内での電気的導通を保持しながら前記接触部の前記ブラシとの摺動側に凹部を形成しており、前記接触部は平板状に形成され、前記凹部は前記接触部の回転中心側から放射状に形成される溝であり、前記溝の幅は0.1mm〜2mmであり、かつ前記溝の深さは前記セグメントの厚みよりも浅いことを特徴とする整流子。 - 前記接触部はカーボンを用いて形成されていることを特徴とする請求項1記載の整流子。
- 前記接触部は金属材を用いて形成されていることを特徴とする請求項1記載の整流子。
- 請求項1〜3のいずれか一項記載の整流子を用いることを特徴とするインタンク式燃料ポンプ。
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