JP3775625B2

JP3775625B2 - 整流子およびそれを用いたインタンク式燃料ポンプ

Info

Publication number: JP3775625B2
Application number: JP33178997A
Authority: JP
Inventors: 元也伊藤; 顕三清瀬
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1997-12-02
Filing date: 1997-12-02
Publication date: 2006-05-17
Anticipated expiration: 2017-12-02
Also published as: JPH11168859A

Description

【０００１】
【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

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。