JP4158154B2 - 電動機およびそれを用いた燃料ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、電機子のいずれか一方の軸方向側をカバーで覆った電動機およびそれを用いた燃料ポンプに関する。

従来、特許文献１に開示されているように、電動機の回転駆動力によりポンプ部を駆動し、燃料タンクから吸入した燃料を昇圧して燃料消費装置、例えば内燃機関（以下、「内燃機関」をエンジンという）に供給する燃料ポンプが知られている。
例えばこのような燃料ポンプに用いられる電動機の回転子として、本出願人は図９に示す構成を考えている。図９において回転子３００は、電機子３１０と、電機子３１０の一方の軸方向側に設置された整流子３２０と、電機子の他方の軸方向側に設置されたカバー３３０とを有している。図９の（Ｂ）は、カバー３３０を取り外してカバー３３０側から見た電機子３１０を示している。

電機子３１０は、周方向に複数のボビンを設置し、各ボビン毎に巻線を巻回してコイル３１２を形成している。整流子３２０はコイル３１２の一方の軸方向端部と電気的に接続している。２個の接続端子３３２は、コイル３１２の他方の軸方向端部と電気的に接続している端子３１４同士を３個づつ電気的に接続している。つまり、コイル３１２は整流子３２０の反対側で３個づつ電気的に接続している。カバー３３０は、回転子３００が回転するときに回転子３００の抵抗を低減するために電機子３１０の他方の軸方向側を覆っている。Ｃリング３４０は回転子３００のシャフト３０２に圧入されており、カバー３３０がシャフト３０２から脱落することを防止している。

特許第２５０４０４２号公報

しかしながら図９に示す構成の回転子３００では、コイル３１２同士を電気的に接続する接続端子３３２と電機子３１０の他方の軸方向端部を覆うカバー３３０とが別部材であり、図１０に示すように、接続端子３３２およびカバー３３０をそれぞれ別々に電機子３１０に組み付けている。したがって、部品点数が増加し回転子３００の組付工数が増加する。
また、カバー３３０とカバー３３０の脱落を防止するＣリング３４０とが別部材であり、図１０に示すように、カバー３３０およびＣリング３４０をそれぞれ別々に電機子３１０に組み付けている。したがって、部品点数が増加し回転子３００の組付工数が増加する。
本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、回転子の組付工数を低減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を目的とする。

請求項１から４記載の発明では、接続端子とカバーとが電機子に一体に組付可能な構造体を形成している。したがって、接続端子およびカバーを有する構造体を電機子に組み付けることにより、電機子の他方の軸方向側においてコイル同士を接続端子が電気的に接続する組付作業と、電機子の他方の軸方向側をカバーが覆う組付作業とを一つの構造体の組付作業として処理できる。これにより、回転子の組付工数が低減する。

請求項２記載の発明によると、接続端子はカバー側から電機子側に向けて突出しているので、接続端子およびカバーを有する構造体を電機子に組み付ける方向で接続端子とコイルとを電気的に接続できる。
請求項３記載の発明では、カバー自体が電機子と嵌合することにより電機子からカバーが脱落することを防止しているので、電機子からカバーが脱落することを防止するための部材が不要である。したがって、部品点数が減少し、回転子の組付の工数が低減する。

請求項４記載の発明によると、カバーが金属製であるから、電機子の発生する熱を電機子の外部に放出しやすくなっている。したがって、電機子の温度上昇を抑制できる。
さらに請求項４記載の発明によると、接続端子とカバーとは一部材で形成された金属製であるから、接続端子およびカバーを有する構造体の製造工数が低減する。

請求項５記載の発明によると、金属製のカバーと電機子の回転軸との間にカバーと回転軸とを電気的に絶縁する間隙が形成されているので、カバーと電機子との短絡を防止できる。
請求項６記載の発明によると、金属製のカバーが回転子の外表面の一部に露出しているので、回転子内の熱を回転子の外部に放出しやくなっている。したがって、回転子の温度上昇を抑制できる。
請求項７記載の発明によると、電機子の他方の軸方向側を覆うカバーが水抜孔を有しているので、回転子の他方の軸方向側に水が溜まることを防止できる。したがって、回転子内に溜まった水により回転子内の電気部品が短絡することを防止できる。

請求項８記載の発明によると、燃料ポンプの電動機として請求項１から７のいずれかの電動機を用いているので、燃料ポンプの組付工数が低減する。さらに、回転子の周囲を燃料が流れる場合、電機子の他方の端部側をカバーが覆っているので、燃料中で回転する回転子の抵抗を低減できる。
請求項９記載の発明によると、金属製のカバーと向き合っているポンプ部の少なくともポンプケーシングの表面は絶縁材で形成されているので、金属製のカバーとポンプ部との間で放電が発生することを防止できる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
本発明の一実施形態による電動機を用いた燃料ポンプを図１に示す。燃料ポンプ１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り、燃料タンク内の燃料を燃料消費装置であるエンジンに供給する。燃料ポンプ１は、吸入した燃料を昇圧するポンプ部２と、回転子４０の回転によりポンプ部２を駆動する電動機４とを備えている。ポンプ部２は、吸入側カバー１４、インペラケーシング１５およびインペラ１６を有している。電動機４は、直流モータを構成しており、永久磁石３０および回転子４０を有している。

燃料ポンプ１のハウジング１２は、回転子４０の回転軸であるシャフト４２の両端側に設置されている吸入側カバー１４と吐出側カバー２０とをかしめ固定している。ポンプケーシングである吸入側カバー１４およびインペラケーシング１５は回転部材であるインペラ１６を収容している。吸入側カバー１４とインペラケーシング１５との間にＣ字状のポンプ流路１００が形成されている。絶縁樹脂材で形成されているインペラケーシング１５は、回転子４０と軸方向で向き合い、内周側で軸受部材１７を支持している。

円板状に形成されたインペラ１６の外周縁部には多数の羽根溝が形成されている。インペラ１６が回転子４０の回転によりシャフト４２とともに回転すると、インペラ１６の羽根溝の前後で流体摩擦力により圧力差が生じ、これを多数の羽根溝で繰り返すことによりポンプ流路１００の燃料が昇圧される。インペラ１６の回転により吸入側カバー１４に形成された燃料吸入口１０２からポンプ流路１００に吸入された燃料タンク内の燃料は、インペラケーシング１５から回転子４０の整流子７０と反対側であるカバー構造体８０側に吐出される。カバー構造体８０は、金属で一部材に形成されており、特許請求の範囲に記載した構造体である。さらに燃料は、回転子４０の外周を通って整流子７０側に向かい、シャフト４２の周囲を囲むように吐出側カバー２０に４箇所形成された連通路１０５から燃料吐出口１０４を通り燃料ポンプ１からエンジン側に供給される。

吐出側カバー２０は樹脂製であり、電動機４の整流子７０側を覆っている。燃料吐出口１０４はシャフト４２の軸上で吐出側カバー２０のほぼ中央部に形成されている。受電コネクタ２２は、吐出側カバー２０の中央部からずれた外周側に形成されている。受電コネクタ２２内に吐出側カバー２０に圧入固定されている端子２４が設置されている。吐出側カバー２０には、燃料ポンプ１内の圧力を調圧する調圧弁２６が設置されている。調圧弁２６は、ボール２７と、ボール２７を一方に付勢するスプリング２８と、ボール２７が着座可能な弁座２９とを有している。燃料ポンプ１内の圧力が所定圧以上になるとスプリング２８の付勢力に抗してボール２７が弁座２９から離座し燃料ポンプ１内の圧力を低下させる。

４分の１の円弧状に形成されている永久磁石３０は、ハウジング１２の内周壁に円周上に４個取り付けられている。永久磁石３０は回転方向に極の異なる磁極を４個形成している。
図２に示すように、回転子４０は、電機子５０、整流子７０、およびカバー構造体８０を有している。電機子５０の一方の軸方向側に整流子７０が組み付けられ、電機子５０の整流子７０と反対側の他方の軸方向側をカバー構造体８０が覆っている。回転子４０のシャフト４２は、インペラケーシング１５と吐出側カバー２０とにそれぞれ支持されている軸受部材１７、１８により軸受けされている。

図３に示すように、電機子５０は、回転中央部に中央コア５２を有している。シャフト４２は中央コア５２に圧入されている。６個の磁極コイル部５４は中央コア５２の外周に回転方向に設置され、中央コア５２と結合している。各磁極コイル部５４は、コイルコア５６、ボビン６０、およびボビン６０毎に巻線を集中巻きして形成されているコイル６２を有している。６個の磁極コイル部５４は同一構成である。

図１に示すように、各コイル６２の整流子７０側の端部は端子６４と電気的に接続している。端子６４は電機子５０の外周面よりも僅かに内側に位置しているので、端子６４が電機子５０の外周を流れる燃料の抵抗となることを防止できる。端子６４は整流子７０の端子７４に嵌合し電気的に接続している。コイル６２の整流子７０と反対側であるカバー構造体８０側の端部は端子６６と電気的に接続している。回転方向に連続して隣接している６個の端子６６は、カバー構造体８０により電気的に接続している。

整流子７０は一体に形成されたカセット式である。整流子７０は回転方向に設置された６個のセグメント７２を有している。セグメント７２は例えばカーボンで形成されており、回転方向に隣接しているセグメント７２同士は電気的に絶縁されている。セグメント７２は中間端子７３を介して端子７４と電気的に接続している。端子７４は径方向の反対側に設置されているセグメント７２同士を電気的に接続している、電機子５０の回転により、各セグメント７２は図示しないブラシと順次接触する。

図４および図５に示すように、カバー構造体８０は、円板状のカバー８２および端子８８を有している。カバー構造体８０は、黄銅に錫めっきを施して金属で一部材に形成されている。黄銅は導電性が高くて安価であり、錫は錆び防止の効果が高い。これ以外の金属材でカバー構造体８０を形成してもよい。
図４および図５に示すように、カバー８２は、カバー８２の外周面から径方向外側に突出し周方向に等間隔に設けられた爪８３を３個有している。図６に示すように、爪８３は、ボビン６０の側壁を貫通して形成された窓６１に嵌合し、カバー構造体８０が電機子５０から脱落することを防止している。

また、図４および図５に示すように、カバー８２の中央部は、軸受け１７を支持しているインペラケーシング１５の中央部の一部を収容するため、電機子５０側に凹んでいる。カバー８２の中心部にシャフト４２を挿入するための貫通孔８４が形成されている。図２に示すように、貫通孔８４を形成するカバー８２とシャフト４２の外周面との間には、カバー構造体８０とシャフト４２とを電気的に絶縁するための間隙が形成されている。図４および図５に示すように、水抜孔８５は、カバー８２の底部に形成されている。カバー構造体８０内に溜まる水は水抜孔８５から排出される。切り欠き８６はカバー８２の外周縁に形成されている。この切り欠き８６からもカバー構造体８０内に溜まる水を回転子４０から排出できる。

端子８８は、カバー８２側から電機子５０側に向け軸方向に突出し、カバー８２の周方向に６個形成されている。６個の端子８８はカバー８２により互いに電気的に接続しており、カバー８２の一部および端子８８により特許請求の範囲に記載した接続端子が形成されている。電機子５０にカバー構造体８０を組み付け端子８８が電機子５０の端子６６と嵌合することにより、コイル６２のカバー構造体８０側の端部は、図７に示すように互いに電気的に接続されている。また、径方向の反対側に設置されたセグメント７２同士は端子７４により電気的に接続されているので、コイル６２の整流子７０側の端部は図７に示すように電気的に接続されている。

図８に示すように、電機子５０に対して軸方向にカバー構造体８０を組み付けることにより、カバー８２で電機子５０の他方の軸方向側を覆い、電機子５０の端子６６と端子８８とが電気的に接続し、電機子５０のボビン６０と爪８３とが嵌合する。
以上説明した本発明の上記実施形態では、電機子５０の他方の軸方向側を覆うカバー８２と、カバー８２の一部および端子８８により各ボビン６０毎に巻回されたコイル６２同士を電気的に接続する接続端子とを金属の一部材で形成したので、部品点数が減少する。したがって、回転子４０の組付工数が低減する。

さらに、電機子５０にカバー構造体８０を組み付ける方向、つまりカバー８２側から電機子５０の端子６６側に向けて端子８８が突出しているので、電機子５０にカバー８２を組み付ける動作と端子６６に端子８８を嵌合し電気的に接続する動作とを同じ組付動作で行える。したがって、組付工数が低減する。
また、カバー８２に一体に設けた爪８３が電機子５０と嵌合することによりカバー構造体８０が電機子５０から脱落することを防止している。したがって、カバー構造体８０が電機子５０から脱落することを防止する部材を新たに設ける必要がなく、部品点数が減少する。したがって、回転子４０の組付工数が低減する。
また、カバー構造体８０と向き合っているインペラケーシング１５を絶縁樹脂材で形成したので、カバー構造体８０とインペラケーシング１５、つまり回転子４０とポンプ部２との間で放電が発生することを防止できる。

（他の実施形態）
上記実施形態では、カバー８２と端子８８とを有するカバー構造体８０を金属の一部材で形成したが、金属で別部材に形成したカバー８２と端子８８とを溶接等により接続し、カバー構造体８０を一体に形成してもよい。また本発明では、図９に示す従来の回転子３００において、金属製の接続端子３３２を樹脂製のカバー３３０にインサート成形し、カバー３３０および接続端子３３２を一体に形成した構造体を用いてもよい。

上記実施形態では、ボビン６０の窓６１にカバー８２に設けた爪８３を嵌合することによりカバー８２を有するカバー構造体８０が電機子５０から脱落することを防止したが、図９および図１０に示した従来の回転子３００のように、カバーとは別部材であるＣリング等により、電機子５０からカバーが脱落することを防止してもよい。また、カバー構造体に設けた端子と電機子５０の端子６６との嵌合力だけで電機子５０からカバーが脱落することを防止してもよい。

また、インペラケーシング１５を全て絶縁樹脂材で形成する代わりに、カバー構造体８０と向き合っているインペラケーシングの対向面側だけを絶縁材で形成してもよい。また、カバー構造体８０に設けた貫通孔８４とシャフト４２との間に絶縁材を嵌め込み、シャフト４２とカバー構造体８０とを電気的に絶縁してもよい。
また、燃料ポンプの電動機に限らず、他の用途に用いられる電動機として本発明の電動機を用いてもよい。

本発明の一実施形態によるる燃料ポンプを示す断面図である。 （Ａ）は回転子の断面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ方向矢視図である。 図１のIII−III線断面図である。 （Ａ）はカバー構造体を電機子側から見た図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。 カバー構造体を電機子側から見た斜視図である。 カバー構造体と電機子との嵌合状態を示す断面図である。 本実施形態におけるコイルの接続状態を示す回路図である。 電機子とカバーとの組み付けを示す矢視図である。 従来の回転子を示す断面図であり、（Ｂ）はカバーを外した状態でのＢ方向矢視図である。 電機子と接続端子、カバー、Ｃリングとの組み付けを示す矢視図である。

符号の説明

１ 燃料ポンプ、２ ポンプ部、４ 電動機、１５ インペラケーシング（ポンプケーシング）、１６ インペラ（回転部材、ポンプ部）、４０ 回転子、５０ 電機子、８０ カバー構造体、８２ カバー（接続端子）、８３ 爪，８４ 貫通孔、８５ 水抜孔、８８端子（接続端子）

Claims (9)

1. 周上に複数設置され、交互に極の異なる磁極を形成する磁石と、
   前記磁石の内周側に設置されている回転子であって、周方向に複数のボビンを設置し、各ボビンに巻線を巻回してコイルを形成している電機子、前記電機子の一方の軸方向側に設置され、前記コイルと電気的に接続している複数のセグメントを有する整流子、前記電機子の他方の軸方向側において前記コイル同士を電気的に接続している接続端子、ならびに前記電機子の他方の軸方向側を覆うカバーを有する回転子と、
   を備え、
   前記接続端子と前記カバーとは前記電機子に一体に組付可能な構造体を形成していることを特徴とする電動機。
2. 前記接続端子は前記カバー側から前記電機子側に向けて突出していることを特徴とする請求項１記載の電動機。
3. 前記カバーは、前記電機子と嵌合することにより前記電機子から脱落することを防止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。
4. 前記構造体は一部材で形成された金属製であ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。
5. 前記カバーと前記電機子の回転軸との間に前記カバーと前記回転軸とを電気的に絶縁する間隙が形成されていることを特徴とする請求項４記載の電動機。
6. 前記カバーは前記回転子の外表面の一部に露出していることを特徴とする請求項４または５記載の電動機。
7. 前記カバーは水抜孔を有していることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項記載の電動機。
8. 燃料タンク内の燃料を吸入し燃料消費装置に供給する燃料ポンプであって、
   請求項１から７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前記燃料タンクから燃料を吸入する吸入力を発生するポンプ部と、
   を備えることを特徴とする燃料ポンプ。
9. 前記カバーは金属製であり、前記カバーと向き合っている前記ポンプ部の少なくともポンプケーシングの表面は絶縁材で形成されていることを特徴とする請求項８記載の燃料ポンプ。

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