(57)【要約】【課題】  ブラシとセグメントとの間で放電が発生することを防止するためにコンデンサを用いた燃料ポンプの異常検出を高精度に行う燃料ポンプの検査方法を提供する。【解決手段】  燃料ポンプ１０の最低作動電圧よりも低い検査電圧を加えて燃料ポンプを作動させる。燃料ポンプ１０の異常検査は、燃料ポンプ１０を試験流体中で作動させて燃料ポンプ１０の吐出量等の測定をする前に、燃料ポンプ１０をドライ状態にして行う。まず、最低作動電圧よりも低い電圧を加えて検出した電流からノイズを除去する。次に、各セグメント７２に対応する駆動電流の１サイクルの時間幅、始点レベルおよび終点レベルを一致させる。さらに、１サイクル内の時間経過ｔにおける駆動電流を比較し、最大値をつないだ最大電流と、１サイクル内の時間経過ｔにおける最小値をつないだ最小電流との波形の面積差を求め、この面積差を判定して燃料ポンプの異常を検出する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
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、
前記電機子に巻回されたコイルと電気的に接続しているセグメントを回転方向に複数配置して前記電機子とともに回転し、回転方向に隣接す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、
前記電機子の回転により各セグメントと順次接触するブラシと、
前記整流子および前記電機子を含む回路と電気的に接続し、前記電機子の回転にともない前記コイルが放出する電磁エネルギーをバイパスし、前記ブラシと前記セグメントとの間で放電が発生することを防止するコンデンサと、
前記電機子により駆動され燃料を加圧するポンプ部と、
を備える燃料ポンプの検査方法であって、
前記燃料ポンプを使用するときの最低作動電圧よりも低い電圧を加えて前記電機子を回転させ、前記整流子により整流されて前記電機子に流れる駆動電流を検出する電流検出工程と、
前記整流子が１回転する間に各セグメントに対応して流れる前記駆動電流を１サイクルとし、各セグメントに対応する１サイクルの前記駆動電流の時間幅、始点レベルおよび終点レベルを一致させて駆動電流を整形する整形工程と、
前記整形工程で整形された整形電流に基づいて前記燃料ポンプの異常を検出する異常検出工程と、
を含むことを特徴とする燃料ポンプの検査方法。
【請求項２】
前記異常検出工程において、前記複数のセグメントにそれぞれ対応する１サイクルの整形電流の間で波形の面積を比較して前記燃料ポンプの異常を検出することを特徴とする請求項１記載の燃料ポンプの検査方法。
【請求項３】
前記整形工程において、前記複数のセグメントに対応する前記整形電流を比較し、１サイクル内の時間軸上の各ポイントにおける最大電流値をつなげた最大電流と、最小電流値をつなげた最小電流とを求め、
前記異常検出工程において、前記最大電流の波形と前記最小電流の波形との面積差を元に前記燃料ポンプの異常を検出することを特徴とする請求項１記載の燃料ポンプの検査方法。
【請求項４】
前記コイルはスター結線されてい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燃料ポンプの検査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブラシモータを用いた燃料ポンプの検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電機子に巻回されているコイルと電気的に接続している複数のセグメントを回転方向に配置して整流子を構成し、電機子の回転にともないブラシが順次各セグメントと接触することにより電機子に供給する駆動電流を整流するブラシモータを用いた燃料ポンプが知られている（例えば、特許文献１参照）。
そして、燃料ポンプを試験流体中で作動させて燃料ポンプの吐出量等の測定をする前に、ドライ状態で燃料ポンプの回転作動や整流状態を測定することにより、コイルの断線、磁石の割れ、セグメントの整流面の段差等の燃料ポンプの異常を検出する検査が行われている。
このような異常検査においては、実際に使用するときに燃料ポンプの作動を保証する最低作動電圧を燃料ポンプに加えて作動させ、整流子に整流されて電機子に流れる駆動電流の電流波形を検査することが知られている。
【０００３】
【特許文献１】特公平７−８５６４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ブラシモータでは、電機子の回転にともないブラシからセグメントが離れるとき、コイルに蓄積された電磁エネルギーが放出されることによりブラシとセグメントとの間で放電が発生することがある。ブラシとセグメントとの間で放電が発生すると、ブラシおよびセグメントが放電摩耗を起こし、ブラシとセグメントとの電気的接触不良を引き起こす恐れがある。
【０００５】
そこで本出願人は、図１３に示すように、回転方向に隣接するセグメント３００同士をコンデンサ３２０で接続し、セグメント３００からブラシ３０２が離れるときに、高周波の放電電流Ｉがコンデンサ３２０を通ってセグメント３００をバイパスし、隣接するコイル３１０間を流れる構成を考えた。これにより、セグメント３００からブラシ３０２が離れても、セグメント３００とブラシ３０２との間に放電が発生しないので、セグメント３００およびブラシ３０２の放電摩耗を防止できる。
【０００６】
しかしながら、セグメント３００とブラシ３０２との間に放電が発生することを防止するためにコンデンサ３２０を使用すると、燃料ポンプに流れる駆動電流に発生するサージ電流が大きくなり、燃料ポンプに加える電圧が最低作動電圧であっても、駆動電流の波形は図１４に示すように変動する。この波形では、波形の変動が、燃料ポンプの異常、サージ電流、またはノイズにより生じたものかを識別することが困難であり、燃料ポンプの異常検査の精度が低下する。
本発明の目的は、ブラシとセグメントとの間で放電が発生することを防止するためにコンデンサを用いた燃料ポンプの異常検出を高精度に行う燃料ポンプの検査方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１から４記載の発明によると、燃料ポンプを使用するときの最低作動電圧よりも低い電圧を加えて電機子を回転させるので、ブラシとセグメントとの間に発生する放電を防止するために用いたコンデンサに蓄積される電磁エネルギーが減少する。その結果、電機子に流れる駆動電流に発生するサージ電流が小さくなり、波形の識別が容易になる。
【０００８】
しかし、燃料ポンプを使用するときの最低作動電圧よりも低い電圧を加えて電機子を回転させると、摺動抵抗や磁気抵抗により電機子の回転速度にばらつきが生じる。その結果、各セグメントに対応する駆動電流の１サイクルの長さ、始点レベルまたは終点レベルがばらつくので、このままの波形に基づいて燃料ポンプの異常を検出することは困難である。
【０００９】
そこで、請求項１から４記載の燃料ポンプの検査方法によると、各セグメントに対応する１サイクルの駆動電流の時間幅、始点レベルおよび終点レベルを一致させて駆動電流を整形するので、最低作動電圧を加えたことにより生じた外的要因による駆動電流の波形の乱れを除去できる。したがって、駆動電流を整形した整形電流の波形に基づいて燃料ポンプの異常を高精度に検出できる。
【００１０】
ところで、例えば電機子が１回転するときのセグメントの数に等しいサイクル数の整形電流について平均電流値（実効値）を求め正常な基準電流の平均電流値と比較しても、整流電流の異常が平均化され、その異常が整形電流の平均電流値に現れないことがある。また、整形電流の振幅差を求めて基準電流の振幅差と比較しても、振幅差は振幅の最大値と最小値との２点の差であるから、最大値と最小値との間で整形電流の波形に異常がある場合は、その異常を検出できない。
【００１１】
そこで請求項２記載の発明によると、複数のセグメントにそれぞれ対応する１サイクルの整形電流同士の間で波形の面積差を判定することにより、１サイクルにおける波形同士の違いが顕在化する。したがって、燃料ポンプの異常を高精度に検出できる。
しかし、このように各セグメントに対応した１サイクルの整形電流の間で波形の面積差を判定する場合、面積差が小さくても、整形電流の波形が大きく異なっていることがある。この場合、面積差の判定では異常を検出できないことがある。
【００１２】
そこで請求項３記載の発明によると、整流子を構成する複数のセグメントに対応する整形電流を比較し、１サイクル内の時間軸上の各ポイントにおける最大電流値をつなげた最大電流と、最小電流値をつなげた最小電流との電流波形の面積差を比較することにより、１サイクルのそれぞれの整形電流同士の面積差では現れない整形電流の異常を検出できる。
【００１３】
請求項４記載の発明のようにコイルがスター結線されている場合、ブラシとセグメントとの間に発生する放電を防止するためにコンデンサを用いると、駆動電流に発生するサージ電流が大きくなる傾向がある。しかしながら、請求項４記載の発明では、請求項１から３記載の発明を適用し最低作動電圧よりも低い電圧を加えて検査をしているので、駆動電流に発生するサージ電流を低減し、高精度に燃料ポンプの異常を検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の複数の実施形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による燃料ポンプを図１および図２に示す。燃料ポンプ１０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る。ハウジング１２はポンプ部１４およびモータ部１５の共通のハウジングである。ハウジング１２は、ポンプカバー１６とエンドサポートカバー１９とをかしめ固定している。
【００１５】
ポンプケーシング１８はポンプカバー１６とハウジング１２との間に挟持されている。ポンプカバー１６とポンプケーシング１８との間にＣ字状のポンプ流路２４が形成されている。ポンプカバー１６およびポンプケーシング１８は、回転部材としてのインペラ２０を回転可能に収容しているケース部材である。ポンプカバー１６、ポンプケーシング１８およびインペラ２０はポンプ部を構成している。ポンプケーシング１８は、内周側で軸受部材２６を支持している。
【００１６】
円板状に形成されたインペラ２０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２０が電機子４０の回転によりシャフト２２とともに回転すると、インペラ２０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２４の燃料が加圧される。インペラ２０の回転によりポンプカバー１６に形成された燃料吸入口８０からポンプ流路２４に吸入された燃料タンク内の燃料は、ポンプケーシング１８の連通路８２から電機子４０側に吐出される。さらに燃料は、電機子４０と永久磁石３０との間に形成された燃料通路８４を通って整流子７０側に向かい、燃料吐出口８６を通り燃料ポンプ１０からエンジン側に吐出される。
【００１７】
図２に示すように、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１に示すように、電機子４０のインペラ２０と反対側の軸方向端部側に整流子７０が組み付けられている。電機子４０の回転軸としてのシャフト２２は、ポンプケーシング１８とエンドサポートカバー１９とにそれぞれ収容され支持されている軸受部材２６、２７により軸受けされている。
【００１８】
図２に示すように、電機子４０は、回転中央部に中央コア４２を有している。シャフト２２は中央コア４２に圧入されている。中央コア４２は断面六角形の筒状に形成されており、６面の各外周壁に回転軸方向に延びる凹部４４を有している。凹部４４は、半径方向外側に向かうにしたがい幅が狭くなっている。
６個の磁極コア５０は中央コア４２の外周に回転方向に設置されている。各磁極コア５０にはボビン６０が嵌合し、このボビン６０の外周に巻線を集中巻きしてコイル６２が形成されている。磁極コア５０の内周側端部は、中央コア４２の凹部４４に嵌合している。
【００１９】
図１に示すように、各コイル６２の整流子７０側の端部はコイル端子６４と電気的に接続している。コイル端子６４は整流子７０側の整流子端子７４と嵌合して電気的に接続している。コイル６２の整流子７０と反対側であるインペラ２０側の端部はコイル端子６６と電気的に接続している。６個のコイル端子６６は、環状端子６８により電気的に接続している。
【００２０】
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（図３の（Ａ）参照）。セグメント７２は例えばカーボンで形成されており、回転方向に隣接するセグメント７２同士は、空隙および絶縁樹脂材７６により電気的に絶縁されている。図３の（Ａ）に示すように、６個のセグメント７２のうち、径方向に向き合うセグメント７２同士は対向結線され、電気的に接続されている。したがって、対向結線されているセグメント７２と接続しているコイル６２同士は並列に接続されていることになる。また、６個のセグメント７２のうち、回転方向に隣接する４個のセグメント７２同士は、３個のコンデンサ７８により互いに接続されている。これにより、対向結線されているセグメント７２と接続し並列に接続されている２個のコイル６２を１個のコイル６２とみなすと、コイル６２とコンデンサとは図３の（Ｂ）に示すように接続している。図３の（Ｂ）において符号９０は、環状端子６８によりコイル６２が接続された中性点である。コンデンサ７８は、具体的には整流子７０の反整流面側（ブラシとの接触面とは反対側）に設けられている。
【００２１】
このようにコンデンサ７８を設置することにより、図１３で説明したように、セグメント７２（図１３では符号３００）から図示しないブラシ３０２が離れるときには、高周波の放電電流Ｉはコンデンサ７８（図１３では符号３００）を通ってセグメント７２をバイパスし、隣接するコイル６２（図１３では符号３１０）間を流れる。セグメント７２からブラシ３０２が離れても、セグメント７２とブラシ３０２との間に放電が発生しないので、セグメント７２およびブラシ３０２の放電摩耗を防止できる。したがって、セグメント７２とブラシ３０２との良好な電気的接触を維持できる。セグメント７２とブラシ３０２とが接触しているときは、コイル６２からの電流がセグメント７２を介してブラシ３０２に流れる。
【００２２】
次に、燃料ポンプの検査方法について説明する。
通常、燃料ポンプ１０を使用するときのバッテリ電圧は１２Ｖであるが、バッテリの放電等による電圧低下を考慮して、６Ｖの最低作動電圧まで燃料ポンプ１０の作動は保証されている。これに対し、本実施形態では、１．５Ｖ±０．１Ｖの検査電圧を加えて燃料ポンプを作動させ、以下の各工程にしたがって燃料ポンプ１０の異常を検出する。本実施形態における燃料ポンプ１０の異常検査は、燃料ポンプ１０を試験流体中で作動させて燃料ポンプ１０の吐出量等の測定をする前に、燃料ポンプ１０をドライ状態にして行う。
【００２３】
（１）電流検出工程
図４の（Ａ）は、１．５Ｖ±０．１Ｖの検査電圧を加えて燃料ポンプ１０を作動させたときに、整流子７０により整流され電機子４０に流れる駆動電流を検出した電流波形１００である。電流波形１００のデータは、時間軸上でサンプリングした電流値のデジタルデータとして得られている。
最低作動電圧よりも低い電圧を加えて検出した図４の（Ａ）に示す電流波形１００と、図１４に示すように最低作動電圧を加えたときの駆動電流の波形とを比較すると、電流波形１００では周期的な波形の変化が明瞭に現れている。しかし、このままでは、駆動電流にノイズが生じているので、デジタルフィルタでノイズを除去して図４の（Ｂ）に示す波形１１０を得る。
【００２４】
ところで、通常使用する最低作動電圧よりも低い電圧で燃料ポンプ１０を作動させると、電機子４０を回転させるトルクが小さいために、摺動抵抗および磁気抵抗等により電機子４０の回転速度にばらつきが生じる。その結果、図５に示すように、各セグメント７２にそれぞれ対応する１サイクルの駆動電流の波形１１１、１１２、１１３、１１４、１１５、１１６を比較すると、１サイクルの時間幅（ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５、ｔ６）、１サイクルの始点レベルまたは終点レベルに差が生じている。
【００２５】
（２）整形工程
このままの波形１１０では、駆動電流の波形の違いが、燃料ポンプ１０の異常により生じているのか、電圧を低下したことにより生じているのかが判定できない。そこで、図６に示すように、例えばｔ１およびｔ２のサイクル時間に対応する１サイクルの時間幅の異なる波形１１１、１１２を、時間方向に伸長または圧縮して同じ時間幅ｔ０にする。さらに、駆動電流の始点レベルおよび終点レベルを同じ値に合わせて整形波形１２１、１２２を得る。図６では、波形１１１と波形１１２、ならびに整形波形１２１と整形波形１２２との違いを明瞭にするために、波形１１１および整形波形１２１を実線で、波形１１２および整形波形１２２を点線で表した。
【００２６】
時間幅をｔ０に合わせた後の駆動電流の始点レベルおよび終点レベルの具体的な合わせ方は、まず、セグメント７２に対応した駆動電流の１サイクルの始点を電流方向に平行移動して始点レベルを合わせる。
次に、図７に示すように、１サイクル内での始点からの時間経過ｔにおける電流レベルをＩ、始点の電流レベルＩｓと終点の電流レベルＩｅとのレベル差をΔＩ＝Ｉｅ−Ｉｓとすると、整形後の整形波形１２１の時間経過ｔにおける電流レベルをＩ−ΔＩ×（ｔ／ｔ０）として求める。これにより、１サイクル内において電流レベル差ΔＩを比例配分して始点と終点のレベルを合わせる。このようにして、１サイクルの時間幅、始点レベルおよび終点レベルを一致させて得られた各セグメント７２に対応する１サイクルの６個の整形電流を図８の（Ａ）に示す。
次に、図８の（Ａ）に示す６個の整形波形について、さらに１サイクル内の時間経過ｔにおける最大値をつないだ最大電流１３０、１サイクル内の時間経過ｔにおける最小値をつないだ最小電流１３２を求める。
【００２７】
（３）異常検出工程
そして、最大電流１３０のエンベローブ波形の面積と最小電流１３２のエンベローブ波形の面積との差を求め、その差が所定値以下の場合は異常なし、所定値よりも大きい場合は異常有りと判定する。図８の（Ｂ）に示す最大電流１３０と最小電流１３２との波形の比較では、面積差が小さく異常なしと判定する。
【００２８】
これに対し、異常有りの燃料ポンプから検出した駆動電流からノイズを除去した波形１４０を図９に示す。このままでは、駆動電流の１サイクルの時間幅、始点レベルおよび終点レベルがばらついているので、異常の有無を判定できない。そこで、前述したように、１サイクルの時間幅、始点レベルおよび終点レベルを合わせて図１０の（Ａ）に示す波形を得る。
【００２９】
次に、１サイクル内の時間経過ｔにおける最大値をつないだ最大電流１５０、１サイクル内の時間経過ｔにおける最小値をつないだ最小電流１５２を求める。このようにして得られた最大電流１５０のエンベローブ波形の面積と最小電流１５２のエンベローブ波形の面積との差は、図８の（Ｂ）に比べて大きく、所定範囲を越えているので、燃料ポンプに異常有りと判定する。
【００３０】
ここで、図４の（Ｂ）および図９に示す波形のように、ノイズは除去しているが、１サイクルの時間幅、始点レベルおよび終点レベルを合わせる前、つまり整形前の駆動電流の状態では、図１１に示すように、電流の平均値（実効値）、最大値、最小値、整流子が１回転する間の駆動電流の波形全体の面積に殆ど差はなく、燃料ポンプが異常であるか正常であるかの判定は困難である。
【００３１】
しかし、１サイクルの時間幅、始点レベルおよび終点レベルを合わせ、さらに、１サイクル内の時間経過ｔにおける最大値をつないだ最大電流と、１サイクル内の時間経過ｔにおける最小値をつないだ最小電流とを求めた整形後の波形の面積差には、明らかな差が生じている。したがって、最大電流の波形と最小電流の波形との面積差を所定の面積差と比較することにより、燃料ポンプの異常を高精度に検出できる。
【００３２】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図１２に示す。第２実施形態で異常判定する燃料ポンプはコイル２００がデルタ結線されており、第１実施形態と同様に、セグメントとブラシとの間で放電が発生することを防止するために、図１２に示すようにコンデンサ２０２が接続されている。
【００３３】
このようにコイル２００をデルタ結線した場合も、放電防止用のコンデンサ２０２を使用することにより、駆動電流中のサージ電流の成分が大きくなる。したがって、第１実施形態と同様に、燃料ポンプの最低作動電圧よりも低い電圧を燃料ポンプに加え、駆動電流を整形し、整形電流の波形の面積差を求めることにより、燃料ポンプの異常を検出できる。
【００３４】
（他の実施形態）
第１実施形態では、図８の（Ａ）の波形をさらに処理して図８の（Ｂ）の波形を求めてから最大電流と最小電流の波形の面積差を求めて燃料ポンプの異常を検出したが、図８の（Ａ）の状態で、波形同士の面積差を求めることにより、燃料ポンプ１０の異常を検出してもよい。
また、第１実施形態では、３個のコンデンサ７８を回転方向に隣接する４個のセグメント７２間に跨るように設けているが、コンデンサ７８の設置数はこれに限らず、少なくとも１個あればよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１実施形態による燃料ポンプを示す断面図である。
【図２】図１のII−II線断面図である。
【図３】（Ａ）は、セグメントとコイルとコンデンサとの接続状態を示す模式的構成図であり、（Ｂ）はコンデンサとコイルとの接続状態を示す回路図である。
【図４】（Ａ）は検出した駆動電流の生波形図であり、（Ｂ）は検出した駆動電流からノイズを除去した波形図である。
【図５】図４の（Ｂ）における整流子の１回転分の波形を示す拡大図である。
【図６】（Ａ）は２個のセグメントに対応する１サイクルの駆動電流を重ねた波形図であり、（Ｂ）は、駆動電流の時間幅、始点レベルおよび終点レベルを一致させた整形電流を示す波形図である。
【図７】（Ａ）は駆動電流の時間幅を一致させた整形電流を示す波形図であり、（Ｂ）は駆動電流の始点レベルおよび終点レベルを一致させた整形電流を示す波形図である。
【図８】６個のセグメントに対応する整形電流を重ねた波形図であり、（Ｂ）は（Ａ）の６個の整形電流の最大値と最小値をそれぞれつなげた波形図である。
【図９】異常のある燃料ポンプの図４の（Ｂ）に対応する波形図である。
【図１０】図９に示す駆動電流に対応する整形電流を重ねた波形図であり、（Ｂ）は（Ａ）の６個の整形電流の最大値と最小値をそれぞれつなげた波形図である。
【図１１】異常の有無による波形の整形前後の燃料ポンプの検査値を示す比較図である。
【図１２】本発明の第２実施形態によるコイルをデルタ結線した場合の回路図である。
【図１３】ブラシとセグメントの間で放電が発生することを防止するためにコンデンサを用いた回路を示す説明図である。
【図１４】図１３の回路で検出した駆動電流を示す波形図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０  燃料ポンプ、１４  ポンプ部、４０電機子、６２  コイル、７０  整流子、７２  セグメント、７８  コンデンサ、３０２  ブラシ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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