JP2009225625A - ブラシ付き電動モータ - Google Patents

Abstract

【課題】より小型化することが可能なブラシ付き電動モータを得る。
【解決手段】コイル部２１を、一端側腕部２２および他端側腕部２３にて、両端支持することで、ブラシ１５の整流子１４との摺接部分（接触面１５ａ）の摩耗により当該ブラシ１５の一端側腕部２２の支持部分が整流子１４側に移動するのに伴って、コイル部２１を図３中の下方向（かつやや左方向）に移動させるようにした。
【選択図】図３

Description

本発明は、ブラシをコイルスプリングによって整流子に押し付けるブラシ付き電動モータに関する。

従来、自動車の燃料送給に用いられる燃料ポンプは、燃料タンク内に収容されており、電動モータを一体に組み付けた構造となっている。その燃料ポンプに用いる電動モータとして、一般に、円筒型整流子を有するタイプと平型整流子を有するタイプとが存在する。

前者の円筒型整流子を有するタイプでは、整流子の外周にブラシとブラシスプリング（ねじりコイルスプリング）とを配置することからポンプ外径が大きくなるため、現在は後者の平型整流子の方式が主流となっている。

しかし、平型整流子を有するタイプでは径方向の寸法を小さくできるのであるが、ブラシとブラシスプリング（圧縮コイルスプリング）を燃料ポンプの軸方向に一列に配置しているため軸方向に長くなってしまう。

そこで、ねじりコイルスプリングを、その巻回中心線が燃料ポンプの軸方向に対して直交するように配置することにより、軸方向長さを短くした燃料ポンプが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−１２９６９４号公報

上記特許文献１に開示される燃料ポンプでは、コイルスプリングのコイル部をハウジング側に設けたスプリングポストに挿通して定位置に保持してある。そして、コイル部の一端側を延ばした腕部を、ブラシの押圧面に当接させてブラシを整流子に押し付けるようになっている。

このように、コイル部がスプリングポストによって定位置に保持されていると、上記一端側の腕部がブラシを押圧する接触点は、ブラシの摩耗に伴ってスプリングポストを中心として円弧を描くように移動することになる。

そして、接触点の軌跡が円弧を描くと、ブラシの摩耗によって接触点が整流子側に移動するのに伴って、当該接触点の横方向（すなわちブラシを整流子に押し付ける押圧方向と直交する方向）への移動距離も大きくなる。このため、ブラシの摩耗許容長を大きくするには、コイルスプリングの腕の長さならびにブラシの当該横方向のサイズを大きくせざるを得なくなり、装置構成が大型化する虞があった。

そこで、本発明は、より小型化することが可能なブラシ付き電動モータを得ることを目的とする。

本発明にあっては、コイルスプリングのコイル部の一端側に設けた一端側腕部をブラシで支持するとともに、コイル部の他端側に設けた他端側腕部を保持部材側で支持して、当該コイル部を両端支持することにより、ブラシの整流子との摺接部分の摩耗により当該ブラシの一端側の支持部分が整流子側に移動するのに伴って、コイル部が移動するように構成したことを最も主要な特徴とする。

本発明によれば、コイル部を両端支持して、ブラシの摩耗に伴ってコイル部が移動するように構成したため、コイルスプリングおよびブラシをより小型化し、ひいてはブラシ付き電動モータをより小型化することが可能となる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の複数の実施形態には、同様の構成要素が含まれている。したがって、それら同様の構成要素については共通の符号を付与するとともに、重複する説明を省略する。

（第１実施形態）図１〜図４は、本発明の第１実施形態にかかるブラシ付き電動モータを示している。このうち、図１は、本実施形態にかかる燃料ポンプの正面断面図、図２は、電動モータのブラシの取付部分を示す正面図、図３は、電動モータのブラシの取付部分を示す側面図、図４は、図３中IV−IV線に沿った断面図である。なお、各図中、ＡＤは電動モータ１０の回転軸１２の軸方向（一方側）、ＲＤは径方向（外側）、ＣＤは回転軸の周方向を示す。

燃料ポンプ１は、例えば、図１の下方を下、かつ上方を上とする姿勢で、図示しない燃料タンク内に収容され、下方から吸引した燃料を上方から吐出するようになっている。

この燃料ポンプ１は、両端が開口する筒状のケーシング２を備えており、その底部側（図中下方）をポンプ部３によって閉塞するとともに、上部側（図中上方）をカバー体４によって閉塞してある。そして、ケーシング２内のポンプ部３とカバー体４との間となる位置に電動モータ１０を配置し、この電動モータ１０によってポンプ部３を駆動するようになっている。

ポンプ部３は、ケーシング２の底部側を閉塞した外側ハウジング３１およびその内側に配置した内側ハウジング３２と、これらハウジング３１，３２間に回転自在に設けたインペラ３３と、このインペラ３３の外周部に位置してハウジング３１，３２間に画成した燃料通路３４と、を備えている。

燃料通路３４の横断面形状を略Ｃ字状に形成してあり、燃料通路３４の一端部には外側ハウジング３１に形成した燃料吸込口３５が連通するとともに、燃料通路３４の他端部には内側ハウジング３２に形成した燃料排出口３６が連通している。そして、ポンプ部３の駆動によって燃料排出口３６から排出された燃料が、ケーシング２の内方を通過してカバー体４に形成した図示省略した燃料吐出口から吐出され、内燃機関の燃料供給系に送給されるようになっている。

電動モータ１０は、ケーシング２の内周に対向して固定された永久磁石からなる一対の固定子１１と、各固定子１１の内側に回転自在に配置されるとともにその中心部に回転軸１２が取り付けられた回転子１３と、この回転子１３の一端側に回転軸１２を中心に対向配置された複数の整流子片を持つ整流子１４と、整流子１４に摺接する一対のブラシ１５と、を備えている。

このとき、整流子１４は、ブラシ１５との摺接面１４ａを回転軸１２に対して直角に配置された平形整流子として構成してある。また、回転軸１２はポンプ部３方向に延びて、インペラ３３の中心部に一体に回転可能に取り付けてあり、電動モータ１０の駆動により回転する回転軸１２によってポンプ部３を作動するようになっている。

ブラシ１５は、図２〜図４に示すように、ケーシング２の上部側内側に固定した保持部材としてのブラシホルダ１６によって回転軸１２と平行な方向に摺動可能に保持されており、そのブラシ１５を付勢部材としてのコイルスプリング２０によって整流子１４に押し付けてある。これにより、ブラシ１５の接触面１５ａが整流子１４の摺接面１４ａに適宜な押圧力で圧接される。

コイルスプリング２０は、自由挙動を可能にしつつブラシ１５の押圧方向に対して直角方向に配置されたコイル部２１と、このコイル部２１の一端側２１ａを延ばしてその先端部をブラシ１５の押圧面１５ｂに係止した一端側腕部２２と、コイル部２１の他端側２１ｂを延ばしてその先端部をブラシホルダ１６に係止した他端側腕部２３と、を設けてある。もちろん、一端側腕部２２と他端側腕部２３とには、コイル部２１によって拡開方向の付勢力が付与される。すなわち、本実施形態では、コイル部２１は、一端側腕部２２がブラシ１５によって支持されるとともに、他端側腕部２３が保持部材としてのブラシホルダ１６によって支持されており、これら一端側腕部２２および他端側腕部２３にて、両端支持された状態となっている。

図４に示すように、ブラシ１５の断面は、略台形状に形成してあり、ブラシホルダ１６の断面は、そのブラシ１５の外側に沿う形状となっている。また、ブラシホルダ１６の一側面１６ａにはリード線１７が挿通するスリット部１６ｂを形成してある。そして、そのスリット部１６ｂからコイルスプリング２０の一端側腕部２２および他端側腕部２３をブラシホルダ１６内に挿入する一方、コイル部２１をブラシホルダ１６の側外方に配置してある。

また、コイル部２１は、その巻回中心線２１ｃがモータの回転軸１２の軸方向ＡＤと略直交する姿勢に配置してある。また、コイル部２１は、ブラシホルダ１６に対して、回転軸１２の周方向ＣＤに配置してある。

そして、コイルスプリング２０の他端側腕部２３は、コイル部２１の他端側２１ｂから接線方向に直線状に延ばして形成され、その先端部にブラシホルダ１６に係止する係止部２３ａを形成してある。一方、一端側腕部２２には、コイル部２１の一端側２１ａから一旦他端側２１ｂ方向にクランク状に折曲する折曲部２２ａ（図４参照）を形成するとともに、その折曲部２２ａからブラシホルダ１６の一側面１６ａに沿う方向に直線状に延設した先端部にブラシ１５に係止する係止部２２ｂを形成してある。

また、ブラシ１５の押圧面１５ｂには、一端側腕部２２の先端係止部２２ｂを係止する溝部１５ｃをブラシ１５の周方向ＣＤの中心（中間）位置に形成するとともに、ブラシホルダ１６の天壁１６ｃの内面には他端側腕部２３の先端係止部２３ａを係止する溝部１６ｄを形成してある。

したがって、ブラシホルダ１６のスリット部１６ｂから挿入したコイルスプリング２０の一端側腕部２２および他端側腕部２３の係止部２２ｂ，２３ａを、ブラシおよびブラシホルダ１６の溝部１５ｃ，１６ｄに係止することにより、両腕部２２，２３間の拡開方向の付勢力でブラシ１５を整流子１４に押し付けることができる。

また、このようにコイルスプリング２０の両腕部２２，２３をブラシ１５およびブラシホルダ１６に、係止部２２ｂ，２３ａおよび溝部１５ｃ，１６ｄを介して係止したことにより、コイル部２１を自由挙動状態で両端支持できる。

図９は、本実施形態にかかる電動モータのコイルスプリングの配置を示す平面図である。図９において、４０は、ケーシング２の他端側に設けられた有蓋円筒状の吐出カバーで、該吐出カバー４０の中心側に位置して下向きに延設された有底円筒状の軸受筒４１と、該軸受筒４１を挟んで径方向の両側に配設され、略台形の角筒状に形成された左右一対のブラシホルダ１６，１６が設けられている。そして、吐出カバー４０内は、図９に示すように、軸受筒４１を挟んだ左右のブラシホルダ１６，１６によって前後二つの空間４０Ａ，４０Ｂに区分されている。

また、吐出カバー４０には、一方の空間４０Ｂ側に位置した一対のチョークコイル４３，４３が配置され、各チョークコイル４３を位置決めする左右一対の位置決め突部４２，４２，４２，４２が設けられている。

また、１７，１７は、予め各ブラシ１５に接続されたピッグテールと呼ばれる可撓性のリード線で、該各リード線１７は細い銅線を編み込むように形成した編組線からなり、その先端側はプレートコネクタ４４，４４に接続されている。そして、各リード線１７は、図３に示すように、各ブラシホルダ１６に形成した細幅のスリット１６ｂ内に挿入され、各ブラシホルダ１６内で各ブラシ１５の変位に追従して各スリット１６ｂ内を移動可能となっている。

そして、コイルスプリング２０も図３に示すように固定され、吐出カバー４０内で左右に一対配置されている。

以上の構成により、本実施形態にかかる電動モータ１０によれば、コイルスプリング２０の他端側腕部２３の先端係止部２３ａをブラシホルダ１６に係止した状態で、一端側腕部２２の先端係止部２２ｂをブラシ１５の押圧面１５ｂに係止したことにより、その一端側腕部２２でブラシ１５を整流子１４の摺接面１４ａに押し付けることができる。このように、ブラシ１５が整流子１４に押し付けられることにより、ブラシ１５と整流子１４との間の電気的導通状態を良好に保ち、電動モータ１０の性能が低下するのを抑制できる。

このとき、コイルスプリング２０のコイル部２１（の巻回中心線２１ｃ）は、ブラシ５の押圧方向、つまり、回転軸１２の軸方向ＡＤに対して、略直交する方向に沿って配置してある。よって、本実施形態によれば、電動モータ１０の軸方向ＡＤの長さを短くすることができる。

また、本実施形態では、一端側腕部２２がブラシ１５によって支持されるとともに、他端側腕部２３が保持部材としてのブラシホルダ１６によって支持されており、これら一端側腕部２２および他端側腕部２３にて、両端支持された状態となっている。よって、ブラシ１５の整流子１４との摺接部分（接触面１５ａ）の摩耗により当該ブラシ１５の一端側腕部２２の支持部分が整流子１４側に移動するのに伴って、コイル部２１が図３中の下方向（かつやや左方向）に移動することになる。つまり、本実施形態によれば、コイル部２１を自由挙動可能に配置したことで、一端側腕部２２の先端係止部２２ｂを、主として押圧方向（すなわち回転軸１２の軸方向ＡＤ）に移動させ、当該押圧方向と直交する方向には殆ど移動させずに済むため、従来に比べて、コイルスプリングの腕の長さを短くでき、また、押圧面１５ｂを広く確保する必要が無くなって、装置構成をより小型化することができる。また、一端側腕部２２の先端部をブラシ１５の押圧面１５ｂに係止してほぼ台形中心部の定位置に維持できるため、ブラシ１５に作用する押圧力がブラシ１５の重心位置近傍に作用する分、ブラシ１５の挙動を安定化することができ、振動や異音の発生、ブラシ１５の偏摩耗等の異常摩耗等を抑制できるという利点もある。

さらに、本実施形態では、コイル部２１を保持部材としてのブラシホルダ１６に対して回転軸１２の周方向ＣＤに配置したため、ブラシ１５、ブラシホルダ１６、およびコイルスプリング２０を含む部分が、径方向ＲＤならびに軸方向ＡＤに大きくなるのを抑制し、ひいては、燃料ポンプ１の大型化を抑制することができるので、特に、高周波の振動が生じる二輪車用のポンプとして有利である。

図５は、第１実施形態の変形例を示しており、図４と同位置での断面図である。すなわち、この変形例では、コイル部２１を、保持部材としてのブラシホルダ１６に対して回転軸１２の径方向ＲＤの外側に配置してある。したがって、この変形例によれば、ブラシ１５、ブラシホルダ１６、およびコイルスプリング２０を含む部分が、周方向ＣＤならびに軸方向ＡＤに大きくなるのを抑制し、ひいては、燃料ポンプ１の大型化を抑制することができる。

また、本変形例では、コイル部２１を、保持部材としてのブラシホルダ１６に対して、巻回中心線２１ｃに沿う方向にずらして配置してある。図４や図５の二点鎖線に示す上記第１実施形態では、ブラシ１５の摩耗が進むと、コイル部２１がブラシホルダ１６に徐々に接近することになるため、予めこれらが干渉しないよう、初期状態では当該接近距離を考慮して、コイル部２１をブラシホルダ１６から離間させて配置することになる。この点、本実施形態によれば、コイル部２１をブラシホルダ１６に対して巻回中心線２１ｃに沿う方向にずらしてあるため、ブラシ１５の摩耗が進んでコイル部２１が移動しても、コイル部２１とブラシホルダ１６との干渉が生じないため、よりコンパクトに構成することが可能となる。

（第２実施形態）図６〜図８は、本発明の第２実施形態を示している。このうち、図６は、電動モータのブラシの取付部分を示す正面図、図７は、電動モータのブラシの取付部分を示す側面図、図８は、図６中VIII−VIII線に沿った断面図である。

本実施形態でも、コイル部２１は、一端側腕部２２Ａがブラシ１５によって支持されるとともに、他端側腕部２３Ａが保持部材としてのブラシホルダ１６によって支持されており、これら一端側腕部２２Ａおよび他端側腕部２３Ａにて、両端支持された状態となっている。よって、ブラシ１５の整流子１４との摺接部分（接触面１５ａ）の摩耗により当該ブラシ１５の一端側腕部２２Ａの支持部分が整流子１４側に移動するのに伴って、コイル部２１が図６中の下方向（かつやや右方向）に移動することになる。したがって、本実施形態によっても、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

ただし、本実施形態では、コイル部２１を、ブラシホルダ１６に対して回転軸１２の径方向ＲＤ（径外方向）に配置した点が、上記第１実施形態と相違している。すなわち、コイル部２１をブラシホルダ１６の径方向ＲＤの外方に配置し、この状態で、一端側腕部２２Ａをブラシホルダ１６のスリット部１６ｂから挿入して、その先端部に円弧状に形成した係止部２２Ａａを、ブラシ１５の押圧面１５ｂに形成した溝部１５ｃに係止してある。また、他端側腕部２３Ａをブラシホルダ１６の外側に廻して、その先端部に折曲形成した係止部２３Ａａをブラシホルダ１６の天壁１６ｃの側方に形成した挿入孔１６ｅに挿入して係止してある。

したがって、本実施形態によれば、コイル部２１を保持部材としてのブラシホルダ１６に対して回転軸１２の径方向ＲＤに配置したため、ブラシ１５、ブラシホルダ１６、およびコイルスプリング２０Ａを含む部分が、周方向ＣＤならびに軸方向ＡＤに大きくなるのを抑制し、ひいては、燃料ポンプ１の大型化を抑制することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず、種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、ブラシホルダ１６のスリット１６ｂをブラシホルダ１６の径方向ＲＤの外側に形成したが、これを周方向ＣＤに形成し、同様な構成をとってもよい。また、上記実施形態では、本発明にかかるブラシ付き電動モータを燃料ポンプに内蔵して実施した場合を例示したが、他の駆動装置に内蔵して実施してもよい。さらに、ブラシ１５の形状も上記実施形態には限定されず、例えば円筒状を呈していてもよい。また、本発明は、自動車用の燃料ポンプはもとより、二輪車用の燃料ポンプにも適用することができる。

本発明の実施形態にかかる電動モータを内蔵する燃料ポンプの正面断面図である。 本発明の第１実施形態にかかる電動モータのブラシの取付部分を示す正面図である。 本発明の第１実施形態にかかる電動モータのブラシの取付部分を示す側面図である。 図３中IV−IV線に沿った断面図である。 本発明の第１実施形態の変形例にかかる電動モータの図４と同等位置での断面図である。 本発明の第２実施形態にかかる電動モータのブラシの取付部分を示す正面図である。 本発明の第２実施形態にかかる電動モータのブラシの取付部分を示す側面図である。 図６中VIII−VIII線に沿った断面図である。 本発明の実施形態にかかる電動モータのコイルスプリングの配置を示す平面図である。

符号の説明

１ 燃料ポンプ
１０ ブラシ付き電動モータ
１４ 整流子
１５ ブラシ
１５ｂ 押圧面
１６ ブラシホルダ（保持部材）
１６ａ ブラシホルダの一側面
２０，２０Ａ コイルスプリング
２１ コイル部
２１ａ 一端側
２１ｂ 他端側
２１ｃ 巻回中心線
２２，２２Ａ 一端側腕部
２３，２３Ａ 他端側腕部

Claims (5)

1. 回転する整流子に摺接するブラシと、前記整流子と摺接して摩耗する前記ブラシを保持する保持部材と、前記ブラシを前記整流子に押し付けるコイルスプリングと、を備えたブラシ付き電動モータにおいて、
   前記コイルスプリングのコイル部の一端側に設けた一端側腕部を前記ブラシで支持するとともに、コイル部の他端側に設けた他端側腕部を前記保持部材側で支持して、当該コイル部を両端支持することにより、
   前記ブラシの整流子との摺接部分の摩耗により当該ブラシの前記一端側の支持部分が整流子側に移動するのに伴って、前記コイル部が移動するように構成したことを特徴とするブラシ付き電動モータ。
2. 前記コイル部を、その巻回中心線がモータの回転軸の軸方向と略直交する姿勢に配置したことを特徴とする請求項１に記載のブラシ付き電動モータ。
3. 前記コイル部を、前記保持部材に対して回転軸の周方向に配置したことを特徴とする請求項２に記載のブラシ付き電動モータ。
4. 前記コイル部を、前記保持部材に対して回転軸の径方向に配置したことを特徴とする請求項２に記載のブラシ付き電動モータ。
5. 前記コイル部を、前記保持部材に対して、当該コイル部の巻回中心線に沿う方向にずらして配置したことを特徴とする請求項２〜４のうちいずれか一つに記載のブラシ付き電動モータ。

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