JP2001317484A

JP2001317484A - ポンプ装置

Info

Publication number: JP2001317484A
Application number: JP2000139347A
Authority: JP
Inventors: Yukinobu Yumita; 行宣弓田
Original assignee: Sankyo Seiki Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Nidec Instruments Corp
Priority date: 2000-05-12
Filing date: 2000-05-12
Publication date: 2001-11-16
Anticipated expiration: 2020-05-12
Also published as: JP3869625B2

Abstract

(57)【要約】【課題】吸水時や自吸過程時におけるモータのロータ
出力軸のスラスト方向への荷重を軽減することが可能な
ポンプ装置を提供する。【解決手段】駆動源としてのモータ４と、このモータ
４のロータ出力軸４１ａに連結して回転されこの回転に
より液体を移送させるインペラ１とを有し、このインペ
ラ１の回転に伴ってインペラ１がロータ出力軸４１ａと
共に軸方向に推力を受けるポンプ装置において、モータ
４のステータ４２の軸方向における磁気的中心Ｃ２とモ
ータ４のロータ４１の軸方向における磁気的中心Ｃ１と
を軸方向にずらせて配置することにより、ロータ４１が
推力と反対方向へ磁気吸引力によって引っ張られるよう
にしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、洗濯機用のバスポ
ンプ等のポンプ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の洗濯機、たとえば全自動洗濯機に
おいて、洗濯部位に洗浄用の流体を汲み上げる流体ポン
プとして、たとえばお風呂の湯水を汲み上げて洗濯機の
槽内に供給するバスポンプを備えたものがある。このよ
うなバスポンプは、従来、ＤＣモータにポンプ部品を組
み付けることによってポンプ装置を構成している。

【０００３】なお、このタイプのポンプは、洗濯機と浴
槽とをつなぐホース内に溜まった空気を吸い出した後に
風呂水を吸い上げる必要があり、通常、この動作（自吸
過程）が可能な自吸式ポンプとなっている。このような
従来構造のポンプ装置は、たとえば、特開平８−１３５
５９０号、特開平８−３０３３７９号、特開平１０−１
９６５８２号公報等に開示されている。

【０００４】上述したようなポンプ装置は、ケースに設
けられた吐出口及び吸引口に連通されたインペラ室内
で、ＤＣモータの駆動力によりインペラを回転させて液
体を吸引口から吸い上げ、吸い上げた液体を吐出口から
吐出させるように構成されている。図６（Ａ）及び
（Ｂ）は、このようなポンプ装置のモータのロータ出力
軸の先端に連結されるインペラの一例を示したものであ
る。

【０００５】ＤＣモータ（図示省略）のロータ出力軸１
１０の先端部分には、自吸工程においては空気と液体と
を攪拌すると共に、給水工程においては液体を移送する
ための羽根部材１０３を備えたインペラ１０１が固定さ
れている。インペラ１０１には、筒状部１０２ｂが設け
られており、この筒状部１０２ｂがモータ駆動により回
転するロータ出力軸１１０にはめ込まれるようになって
いる。これにより、インペラ１０１がモータ駆動により
インペラ室（図示省略）内で回転するようになってい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】なお、上述したように
構成されたポンプ装置においては、インペラ１０１が回
転すると羽根部材１０３が設けられた側の中心部から気
体及び液体が取り込まれ、その液体等が遠心力によって
インペラ１０１の外側へ飛ばされる。この動作が行われ
る際、すなわち自吸動作及び吸水動作が行われる際、そ
の回転中心には負圧が発生する。そして、この負圧の発
生によりインペラ室内で回転するインペラ１０１及びイ
ンペラ１０１を支持しているロータ出力軸１１０に対し
て軸方向への推力がかかる。より具体的には、インペラ
１０１がモータの駆動部から離れる方向（図６において
矢示Ｘ方向）に推力が働く。

【０００７】なお、上述したような従来のポンプ装置
は、モータを横置きとし、インペラを回転させるための
ロータ出力軸がポンプケース内の液面と平行となる構成
であるが、本出願人は液漏れによってステータ内に液体
が浸入する不具合を解消する目的、及び自吸過程時にお
ける自吸効率を向上させる目的により、モータを縦置き
とし、モータの下部にインペラが配置される構成のポン
プ装置を先に出願した（特願平１１−２０７００１号参
照）。このような縦置き型とすると、上述の推力に加え
てロータの自重がスラスト軸受けにかかることとなる。

【０００８】この結果、ロータ出力軸１１０を支持する
スラスト軸受けに多大な荷重がかかり軸受けを破損する
おそれがある。また、多大な荷重を受けながらロータ出
力軸が回転するため、軸受け部分に発生する熱が異常に
高くなり、軸受けを焼損するという問題が生じる。な
お、このような問題は、縦置き型のポンプほど顕著では
ないにせよ、横置き型ポンプでも生じ得る。

【０００９】本発明の目的は、上述した問題点に鑑み
て、吸水時や自吸過程時におけるモータのロータ出力軸
のスラスト方向への荷重を軽減することが可能なポンプ
装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記した目的に鑑みて、
本発明は、駆動源としてのモータと、このモータのロー
タ出力軸に連結して回転されこの回転により液体を移送
させるインペラとを有し、このインペラの回転に伴って
インペラがロータ出力軸と共に軸方向に推力を受けるポ
ンプ装置において、モータのステータの軸方向における
磁気的中心とモータのロータの軸方向における磁気的中
心とを軸方向にずらせて配置することにより、ロータが
推力と反対方向へ磁気吸引力によって引っ張られるよう
にしている。そのため、インペラ及びロータ出力軸の回
転時における推力が、磁気吸引力によって相殺されて低
減され、スラスト軸受けに対する荷重を低減することが
可能となる。

【００１１】また、他の発明は、駆動源としてのモータ
と、このモータのロータ出力軸に連結して回転されこの
回転により液体を移送させるインペラとを有するポンプ
装置において、モータのステータの軸方向における磁気
的中心とモータのロータの軸方向における磁気的中心と
を軸方向にずらせて配置することにより、ロータがこの
ロータの重力と反対方向へ磁気吸引力によって引っ張ら
れるようにしている。そのため、ロータ出力軸及びこの
ロータ出力軸に支えられたロータの重力が、磁気吸引力
によって相殺されて低減され、スラスト軸受けに対する
荷重を低減することが可能となる。

【００１２】また、他の発明は、上述のポンプ装置に加
えて、インペラはロータ出力軸の下部に連結され、ロー
タ出力軸は重力によって下方へ引き寄せられると共に、
磁気吸引力によって上方へ引っ張られるようにしてい
る。従来のポンプ装置は、通常、モータのロータ出力軸
が横置きとなっている。そのため、自吸過程時において
インペラが回転すると、その際に発生する液体の渦が回
転中心軸を横軸とする横渦となり自吸効率が良くないと
いう問題がある。なお、インペラをモータの下部に配置
する縦置きタイプとすると、自吸過程時における液体の
渦が縦渦となり自吸効率が高くなる一方、回転時におけ
る推力にロータの重力が加わりスラスト荷重が増大する
という問題が生じる。本発明は、縦置き配置としたこと
により自吸効率を向上させると共に、一方ではスラスト
荷重を軽減することができる。

【００１３】また、他の発明は、上述のポンプ装置に加
えて、インペラ及びロータ出力軸が、液体の移送時およ
び非移送時においてスラスト軸受けと非接触で回転可能
である。回転駆動時におけるインペラ及びロータ出力軸
にかかるスラスト荷重は、その回転数によって比例的に
増大するため、インペラ及びロータ出力軸が回転し始め
より高速に回転すると、非回転駆動時における停止位置
から徐々にスラスト方向に移動しスラスト軸受けに近づ
く。しかしながら、このスラスト荷重の増大によりステ
ータとロータの磁気的中心のズレ量も増大する。このた
め、磁気吸引力も増大し、増大したスラスト荷重を大き
な力により相殺することができる。このような物理現象
を利用して、インペラ及びロータ出力軸の液体の移送時
及び非移送時におけるスラスト軸受けとの接触を無くす
ように設定すれば、スラスト荷重に起因する問題を解消
することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明のポンプ装置の実施
の形態について、図１から図３を参照しながら説明す
る。図１は、本発明のポンプ装置の平面図、図２は図１
のＶ−Ｏ−Ｖ断面図であって、インペラに図に置いて下
方向への推力が働いていない状態時におけるポンプ装置
の状態を示している。なお、図３は、本発明の実施の形
態のポンプ装置のインペラの構成を示す図である。

【００１５】本実施の形態のポンプ装置３は、図１及び
図２に示すように、内部に流体を吸引するための吸込口
２ａと吸引した流体を外部に吐出するための吐出口２ｂ
とを有するケース２と、ケース２の内部に配置された駆
動源としてのモータ４と、このモータ４のロータ出力軸
４１ａの下端部分に連結されたインペラ１を有してい
る。そして、モータ４の駆動力でインペラ１を回転させ
ることにより、吸い込み孔２ａから液体を吸引して吐出
口２ｂ側へ移送し、吐出口２ｂから外部へ吐出するもの
となっている。

【００１６】ケース２は、上下方向の上側略半分でかつ
図２において左右方向左側半分を占めるモータ４を配置
させるためのモータ取り付け用凹部５を有し、この凹部
５内の空間と壁によって空間的に隔てられた内部空間を
この凹部５の右隣り及び下部に備えた本体部２１と、こ
の本体部２１の最下部に形成された開放部分を塞いで内
部空間を封止する底蓋部２２から構成されている。すな
わち、底蓋部２２は、このケース２全体の底面を形成す
るものとなっており、本体部２１の開放端に形成された
段部２１ａ内にＯリング２３を嵌め込んだ状態で本体部
２１にボルト２４によって固定される。これによって、
ケース２内部の流体が、本体部２１と底蓋部２２の合わ
せ面から外部に漏れ出るのを防止するようになってい
る。

【００１７】また、このモータ取り付け用凹部５の上端
には、モータ４の上面側を覆うモータ収納用蓋５ａが被
せられている。なお、モータ取り付け用凹部５は、中心
部にはモータ４のロータ出力軸４１ａを回転自在に挿通
支持すると共に、モータ４のステータ４２を支持固定す
る支持筒部５１が形成されている。この支持筒部５１
は、モータ取り付け用凹部５の底面の中心位置に形成さ
れた円形の凸面部５２の中心部分に立設されたものとな
っている。そして、この支持筒部５１の孔内両端には、
ロータ出力軸４１ａを回転自在に支承するスラスト軸受
け５１ａ，５１ｂが嵌め込まれている。また、スラスト
軸受け５１ａの上部にはスラスト受け用ワッシャー５１
ｄが、スラスト軸受け５１ｂの下部にはスラスト受け用
ワッシャー５１ｅがそれぞれ配置されている。また、支
持筒部５１の外周部分には、ステータ部４２を載置固定
するための段部５１ｃが形成されている。

【００１８】また、上述したように構成されたケース２
の内部空間は、図１に示すように、上述した吸込口２ａ
及び吐出口２ｂと、さらに呼び水供給口２ｃとによって
外部と連通するようになっている。ケース２内部には、
インペラ１を回転自在に配置したインペラ室６と、自吸
過程時にインペラ１の回転により気液混合させた流体を
気液分離するための気液分離室７とが備えられている。

【００１９】インペラ室６は、モータ４の下部となるス
ペースの一部に形成されており、内部にはインペラ１が
回転自在に配置されている。このインペラ室６は、イン
ペラ１の周囲を囲繞するボリュート部９と、インペラ１
の軸方向（図２において上下方向）両側に配置される上
面部１０ａ及び下面部１０ｂとによって画成された内部
空間となっている。インペラ１の上方に位置する上面部
１０ａは、インペラ室６とモータ４との間に配置された
壁となっており、このインペラ室６の上方部分の密封を
オイルシール１５と協働して行うようになっている。こ
の上面部１０ａは、ケース２の壁、すなわちモータ取り
付け凹部５の底面を利用したものとなっている。したが
って、インペラ１のケース２を隔てた上部は、モータ取
り付け用凹部５となっており、ここにモータ４が装填さ
れている。

【００２０】なお、インペラ室６を画成する下面部１０
ｂの中央部分には、インペラ室６内へ流体を取り込むた
めの取り込み口１６が設けられている。この取り込み口
１６は、後述する中継パイプ８を介して吸込口２ａと連
結されている。下面部１０ｂは、中継パイプ８の構成部
品となる第２パイプ部材８２の一部を利用したものとな
っており、この部分をボリュート部９の先端部分に当接
させることにより、上述した上面部１０ａとボリュート
部９と協働してインペラ室６を形成するものとなってい
る。

【００２１】また、気液分離室７は、ケース２の内部空
間のうちのインペラ室６以外の大部分のスペースを占め
ている。具体的には、気液分離室７は、モータ取り付け
用凹部５の下部のスペースのインペラ室６以外の部分
（以下、（気液分離室７の）狭いスペース７ａという）
とケース２の右側半分のうちの後述する中継パイプ８等
によって仕切られた空間以外の部分（以下、（気液分離
室７の）広いスペース７ｂという）とからなり、これら
の両スペース７ａ，７ｂは一連のものとなっている。

【００２２】ボリュート部９は、インペラ１の回転遠心
力によりインペラ１の外方へ押しやられる流体をインペ
ラ室６から気液分離室７側へ排出させる２つの出口部
（図示省略）及び、自吸過程時に気体と分離された液体
を気液分離室７からインペラ室６内へ戻すための戻し孔
（図示省略）を備えている。

【００２３】吸込口２ａは、モータ取り付け用凹部５の
右隣となるケース２の上面の略中央に設けられている。
この部分は、気液分離室７の広いスペース７ｂの上面７
ｃとなっており、吸込口２ａは気液分離室７の上面７ｃ
の中央位置に形成されていることとなる。

【００２４】この吸込口２ａは、ケース２の内外にそれ
ぞれ突出された筒形状で形成されており、外側に突出さ
れた部分は風呂等の貯水源に一端を浸したホースの他端
の接続部となっている。この吸込口２ａは、ケース２の
本体部２１と一体的に形成されている。このように形成
された吸込口２ａのケース２の内部に突出された部分
は、気液分離室７内を貫く中継パイプ８を介してインペ
ラ室６に連結されており、吸込口２ａから浸入してくる
流体がインペラ室６へ入るようになっている。

【００２５】吐出口２ｂは、ケース２の右側のスペー
ス、すなわち広いスペース７ｂを形成する側面上部に形
成されている。本実施の形態では、自吸過程時にインペ
ラ１の回転によってインペラ室６から吐き出される気液
混合体が、中継パイプ８のストレート部分（吸込口２ａ
から真っ直ぐに下方に延出されている部分）の周囲を回
転しながら上昇していく。吐出口２ｂは、自吸過程時に
おいてこのように上昇する気液混合体が吐出しない位置
に設けられている。また、呼び水供給口２ｃは、自吸過
程時に予めケース２の内部空間内に水を供給するための
ものとなっており、吐出口２ｂと並列的に設けられてい
る。

【００２６】中継パイプ８は、吸込口２ａの下端に接続
された第１パイプ部材８１と、この第１パイプ部材８１
に連結されると共に上述したインペラ室６の下面部１０
ｂを構成している第２パイプ部材８２から構成されてい
る。そして、これら第１のパイプ部材８１と第２のパイ
プ部材８２との繋ぎ目の部分には、流体の逆流を防止す
るための逆止弁８３が設けられている。このように形成
された中継パイプ８は、吸込口２ａから入ってきた流体
をインペラ室６内へ移送するための経路となっている。

【００２７】また、インペラ室６内に回転自在に配置さ
れたインペラ１は、図２及び図３に示すような形状とな
っている。インペラ１は、回転中心に配置される保持部
材１１と、この保持部材１１に保持された複数の羽根部
材１４と、各羽根部材１４を連結するドーナツ形状の連
結部１７から主に構成されている。

【００２８】保持部材１１は、各羽根部材１４を保持す
ると共にロータ出力軸４１ａへの取付部となっている。
保持部材１１は、円板形状の平面部１１ａと、この平面
部１１ａの一側の面の回転中心部に立設された筒状部１
１ｂとを備えている。平面部１１ａは、複数の羽根部材
１４を保持するための部位となっている。筒状部１１ｂ
の内側の穴は、インペラ１を上述のロータ出力軸４１ａ
の下端部分にはめ込むためのものとなっており、筒状部
１１ｂをロータ出力軸４１ａにはめ込むことによりイン
ペラ１はロータ出力軸４１ａと一体的に回転するように
なっている。

【００２９】各羽根部材１４は、流体を攪拌するための
部材となっており、保持部材１１の平面部１１ａの筒状
部１１ｂが形成された面とは反対側の面の外周端縁に保
持されている。これらの羽根部材１４は、保持部材１１
の回転中心から半径方向に所定寸法Ｌ１（図３参照）離
れた位置において保持部材１１の半径方向及び軸方向に
突出するように保持されている。

【００３０】連結部１７は、各羽根部材１４の剛性を保
つと共にポンプ駆動時にインペラ１にかかる推力を相殺
するための逆方向への推力を起こすための部材となって
いる。連結部１７は、ドーナツ形状の円板部材で形成さ
れている。この連結部材１７は、各羽根部材１４の軸方
向に突出した側の端部の外周側部分を連結し、この外周
側部分を軸方向において閉塞するように配置されてい
る。

【００３１】このように構成されたインペラ１は、図２
に示すように、モータ４のロータ出力軸４１ａの下端部
分に回転中心軸となる保持部材１１の筒状部１１ｂが挿
入固定され、回転水平面Ｙが自吸過程時にケース２内に
予め溜められる呼び水の液面Ｙ１に対して平行となるよ
うにインペラ室６内に配置されている。インペラ１の回
転中心は、上述した取り込み口１６と重なる位置に配置
される。インペラ１がモータ４によって回転すると、イ
ンペラ１の回転中心部分に負圧が発生し吸込口２ａ側の
流体がインペラ室６内に取り込まれ、インペラ１によっ
て攪拌されながら、インペラ１の外周側に押しやられる
こととなる。

【００３２】このとき、すなわち駆動時において、イン
ペラ１の回転中心部分に発生した負圧によってインペラ
１は、図２において下方向への推力を受ける。このた
め、インペラ１が回転し液体の移送を始めると、インペ
ラ１およびロータ４１は、図２において下方向（重力の
方向）に沈み込む。なお、自吸過程時であって、まだ液
体の移送が始まっていない段階（自吸過程時は空気の移
送のみである）においては、この沈み込み量は液体移送
時よりも小さいが、やはり同様に推力を受けてインペラ
１及びロータ４１が沈み込むこととなる。

【００３３】なお、本実施の形態では、上述したように
回転駆動時における下方向への推力を低減するようにイ
ンペラ１の形状を構成しているが、それでもそれなりの
推力を受ける。図４は、液体移送時におけるインペラ１
が受ける推力とインペラ１の回転数との関係を実験に基
づいて示したグラフである。図４のグラフによれば、約
６０００ｒｐｍで約３０ｇｆ、約６７００ｒｐｍで約４
０ｇｆ、約７３００ｒｐｍで約５０ｇｆ、約７９００ｒ
ｐｍで約６０ｇｆと、ロータ４１の回転数の増加に比例
してインペラ１及びロータ４１が受ける推力が増大す
る。なお、液体の移送を伴わない自吸過程時において
も、液体移送時に比して数値は低いものの、インペラ１
の回転数の増加に比例してインペラ１が受ける推力は増
大する（図示省略）。

【００３４】モータ４は、ステータ４２の外周部分に対
向するマグネット４１ｂを備えたアウターロータで構成
されたロータ４１と、通電部となるステータ４２とから
構成されている。そして、このロータ４１の回転中心位
置には、下端部分にインペラ１がはめ込まれたロータ出
力軸４１ａが固定されている。

【００３５】なお、本実施の形態のポンプ装置３は、モ
ータ４がインペラ室６の上部に設けられたいわゆる「縦
置き」タイプのもので、液体がステータ４２に浸入しに
くいという効果を有しているが、一方で軸受けへのスラ
スト荷重は「横置き」に比べかかりやすいものとなって
いる。すなわち、軸受けへかかるスラスト荷重には、イ
ンペラ１の回転による発生する上述の推力の他に、ロー
タ４１の自重（ロータ出力軸４１ａ及びマグネット４１
ｂ等の自重も含む。なお、本実施の形態における自重は
９５ｇとなっている。）が加わるからである。具体的に
は、本実施の形態のポンプ装置３のインペラ１を、例え
ば約７３００ｒｐｍで回転させて液体を移送するとする
と、上述の約５０ｇｆの推力にロータ４１の自重約９５
ｇが加わり、図２における下方向へのスラスト荷重は約
１４５ｇとなる。なお、本実施の形態では、以下のよう
な構成によりこのスラスト荷重を低減させることがで
き、結果的にはこの条件時における下方向へのスラスト
荷重を約５ｇ程度まで低減している。

【００３６】すなわち、モータ４のロータ４１とステー
タ４２とは、ロータ４１を人為的に図２における上方向
への引き上げによってインペラ１の上端をスラスト軸受
け５１ｂに当接させた状態（ロータ４１は非駆動時及び
駆動時において上述した推力や重力のため図２における
下方に沈み込んだ状態で配置されるが、それを人為的に
持ち上げた場合という意味）において、ロータ４１の磁
気的中心Ｃ１がステータ４２の磁気的中心Ｃ２から見て
軸方向下方に０．５ｍｍずれるように配置されている。
言い換えると、ロータ４１を人為的に引き上げても、イ
ンペラ１の上端がスラスト軸受け５１ｂに接触してしま
い磁気的中心Ｃ１，Ｃ２を合致できないようになってい
る。そのため、常にロータ４１の磁気的中心Ｃ１をステ
ータ４２の磁気的中心Ｃ２に一致させようとする作用が
働き、ロータ４１には上方へ上昇しようとする。

【００３７】なお、このロータ４１を人為的に上方へ持
ち上げた状態において、ロータ出力軸４１ａの上端近傍
に形成された凸部４１ｃは、スラスト受け用ワッシャー
５１ｄに対して約０．５ｍｍの隙間Ｇ１を持って臨んで
いる。このため、インペラ１の回転によるロータ４１の
沈み込みに対して０．５ｍｍの余裕がある。言い換えれ
ば、インペラ１の回転により発生する推力によりロータ
４１がスラスト方向下側へ沈み込んでも、最上位置から
見てその距離が約０．５ｍｍを超えなければ凸部４１ｃ
がスラスト受け用ワッシャー５１ｄに当接しないように
なっている。

【００３８】したがって、ロータ４１を上述の磁気吸引
力に抗して約０．５ｍｍ以上沈み込ませる程度の推力が
発生しない限りは、ロータ４１のロータ出力軸４１ａは
スラスト軸受け５１ａに対して非接触で回転することと
なる。すなわち、上述した非駆動時においてはロータ４
１が若干沈み込み、しかも凸部４１ｃがスラスト受け用
ワッシャー５１に当接していない状態であるが、低速回
転時（駆動初期時）においてもそれがしばらく継続され
ることとなる。このため、本実施の形態では、所定の回
転数を超えない状況時においては、ロータ４１及びイン
ペラ１をほぼ両スラスト軸受け５１ａ，５１ｂに対して
非接触で回転させることが可能となる。加えて、高速回
転時においては、ロータ４１は図２において上側に配置
されたスラスト軸受け５１ａに対して接触状態で回転す
ることとなるが、上述の磁気吸引力によってその摩擦負
荷は軽減されたものとなる。

【００３９】このようにロータ４１には常に上方へ上昇
しようとする力が常に働いている。この状態は、換言す
ると、ロータ４１に上述した下方向へのスラスト荷重を
相殺するための上方向へのスラスト荷重がかかっている
こととなる。このように、本実施の形態においては、こ
の磁気的中心の位置ズレによって発生する磁気吸引力に
より、インペラ１及びロータ４１に上方向へのスラスト
荷重（下方向へのスラスト荷重を相殺するための荷重）
がかかっている。

【００４０】図５は、磁気的中心Ｃ１，Ｃ２のズレ量
と、この位置ズレによって生じる磁気吸引力との関係を
示したグラフとなっている。図５によれば、磁気的中心
Ｃ１，Ｃ２のズレ量が０．５ｍｍのときに発生する磁気
吸引力は約７０ｇ、磁気的中心Ｃ１，Ｃ２のズレ量が
１．０ｍｍのときに発生する磁気吸引力は約１４０ｇと
なっており、その関係は比例関係となっている。

【００４１】なお、ロータ４１の自重が約９５ｇ、ズレ
量が０．５ｍｍのときに発生する磁気吸引力は約７０ｇ
という設定では、下方向への荷重の方が大きく、ロータ
に推力が働いていない状態時においてはロータ４１は自
重により下方向へ沈み込んでいる。しかしながら、その
沈み込み量は若干であって、限度幅となる隙間Ｇ１（約
０．５ｍｍ）いっぱいの沈み込みとはならない。沈み込
みにより磁気的中心の位置ズレ量が大きくなると、その
分磁気吸引力が増えるからである。上述の隙間Ｇ１が
０．５ｍｍなので、限度幅いっぱいまで沈み込むとする
と、磁気的中心Ｃ１，Ｃ２の位置ズレ量は元々の位置ズ
レの０．５ｍｍに隙間Ｇ１の０．５ｍｍが加わって１．
０ｍｍとなり、この際に発生する磁気吸引力は１４０ｇ
となる。これに対し、上述したようにロータ４１の自重
は９５ｇであるため、上方への力が下方への力に勝るこ
ととなる。したがって、非駆動時においては、限度幅ま
で行かない程度沈み込んでいることとなり、ロータ４１
がスラスト軸受５１ａに対して非接触な状態となってい
る。

【００４２】なお、図２は、本実施の形態のポンプ装置
３の構成を説明するために、ロータ４１を上方に限界位
置まで人為的に引き上げた状態を示しているが、実際に
は上述したように非駆動時においてロータ４１が下方へ
若干沈み込んだ状態であり、回転駆動が開始されるとこ
の沈み込みの量がさらに増加するものとなる。すなわ
ち、通常の使用方法においては、インペラ１の上端部分
はスラスト軸受け５１ｂの下部に配置されたスラストワ
ッシャー５１ｅに対し常に非接触で回転するように設定
されている。

【００４３】このように本実施の形態では、図２におけ
る下側に配置されたスラスト軸受け５１ｂ及びスラスト
ワッシャー５１ｅは、通常の動作においてはスラスト受
け部材として機能するものではなく、インペラ１が水圧
を受けたり等することによって軸方向へのがたつきが発
生した場合にのみその動作の規制をするように設けられ
ている。しかしながら、上述の磁気的中心のズレによる
磁気吸引力をもっと強いものに設定し、磁気吸引力がロ
ータ４１の重力に勝るような設定とすれば、図２におけ
る下側に配置されたスラスト軸受け５１ｂ及びスラスト
ワッシャー５１ｅは、非駆動時及び低速駆動時における
磁気吸引力によるロータ４１の上方向への移動を規制す
るスラスト受け部材となる。このような設定とすると、
下方向への推力及び重力にさらに強力に対抗できるよう
な構成となる。

【００４４】ここで上述した関係数値を、上述の条件、
すなわちロータ４１を約７３００ｒｐｍで回転させた場
合に当てはめると、上述の下方向への荷重となる約１４
５ｇ（ロータ４１の自重９５ｇ＋インペラ１が受ける推
力５０ｇ）から、とりあえず上方向への荷重の最小値と
なる約７０ｇ（上述したように人為的にロータ４１を持
ち上げた状態時においても磁気的中心のズレ量が０．５
ｍｍはあるため）を引くと、下方向へ約７５ｇの荷重が
かかっていることとなる。

【００４５】このように計算上、下方向へ約７５ｇのス
ラスト荷重がかかるということは、当然ながらロータ４
１は沈み込むことを示している。なお、この沈み込みの
量は、上述した隙間Ｇ１の寸法によって規制されてお
り、それ以上は沈まない。したがって、０．５ｍｍだけ
沈む計算となる。このため、インペラ１に推力が働いて
いない状態時において約０．５ｍｍ以上約１．０ｍｍ未
満であった磁気的中心の位置ズレが推力が働く液体移送
時においては完全に約１．０ｍｍに増大する。この位置
ズレ量の増大に伴い、上述の下方向へのスラスト荷重を
相殺する上方向への荷重が約１４０ｇに増大する。すな
わち、上述の計算により、ロータ４１を約７３００ｒｐ
ｍで回転させた場合は、結果的には下方向にかかる約１
４５ｇのスラスト荷重を上方向への約１４０ｇの力によ
って相殺し、最終的には図２において上側に配置された
スラスト軸受け５１ａの上端面に対して下方向にかかる
スラスト荷重が約５ｇとなる。このように構成されてい
るため、約７３００ｒｐｍで液体を移送している場合
は、ロータ４１から凸部４１ｃを介してスラスト軸受け
５１ａの上端面に対して下方向にかかるスラスト荷重が
約５ｇ程度と軽い状態でインペラ１が回転していること
となる。

【００４６】なお、上述の実施の形態では、ロータ４１
の軸方向への移動距離を０．５ｍｍに規制したが、この
距離を増やせばロータ４１の沈み込み量を増加させるこ
とができさらなる高速回転時においてもロータ４１を上
側に配置したスラスト軸受け５１ａに対して非接触で回
転させることが可能となる。しかしながら、その場合、
インペラ１の軸方向へのガタが大きいものとなり、ポン
プ性能に影響がでるおそれが生じるため、本実施の形態
ではポンプ性能に影響がでにくくかつ上述のスラスト荷
重を低減するのに有効な０．５ｍｍ程度というスラスト
方向の余裕分を設定している。このようにスラスト荷重
対策として０．５ｍｍの隙間Ｇ１を設け、スラスト方向
に若干移動可能ではあるが、その移動可能距離がわずか
なものであるため、ロータ４１はそれ程がたつかずに回
転可能となる。このため、ポンプ特性にそれ程の影響の
ないものとなっている。

【００４７】上述したように構成したため、スラスト軸
受け５１ａ及びスラスト受け用ワッシャー５１ｄの高荷
重による損傷や異常に高い摩擦熱の発生による焼損等の
不具合が生じない。そのため、スラスト軸受け５１ａ及
びスラストワッシャー５１ｄを、それ程耐熱性の高くな
い部材で構成することも可能となり、材料コストを低減
することができる。なお、この実施の形態では、磁気的
中心Ｃ１，Ｃ２が約０．５ｍｍずれているが、このズレ
量は上述したように限定されるものではない。また、こ
の実施の形態では、ロータ４１を人為的に上方へ引き上
げた状態におけるロータ出力軸４１ａの凸部４１ｃとス
ラスト受け用ワッシャー５１ｄとの隙間を約０．５ｍｍ
としたが、この隙間量も限定されるものではない。

【００４８】上述したように構成された本実施の形態の
自吸式のポンプ装置３の動作について説明する。

【００４９】ケース２の内部空間には、予め少なくとも
インペラ１が浸かる程度の呼び水が溜められる。この呼
び水の液面Ｙ１は、ロータ出力軸４１ａに対して垂直な
面、すなわち、インペラ１の回転水平面Ｙと平行な面と
なる。この程度の量の呼び水がケース２内に供給された
後、モータ４のステータ４２に電力を供給する。する
と、ロータ４１が、ロータ出力軸４１ａを回転中心とし
て回転し、これによってインペラ１が回転する。

【００５０】インペラ１の回転により、インペラ室６内
は負圧になり、逆止弁８３が開いて吸込口２ａに接続さ
れているホース（図示しない）よりまず空気が吸い込ま
れる。続いて混合した空気と水、または空気が取り込み
口１６からインペラ室６に吸い込まれ、インペラ１の回
転によって攪拌されながら混合し、インペラ室６のボリ
ュート部９に形成された２つの出口部から気液分離室７
側へ吐き出される。このときの気液分離室７の広いスペ
ース７ｂ内での流路は、気液分離室７内を貫く中継パイ
プ８のストレート部分を周回しながら「縦渦」状態で上
昇するものとなる。

【００５１】このため、流体の流れによって形成された
「縦渦」の中心位置が真空となり、呼び水がその真空部
分に引き寄せられる。この結果、気液分離室７内で形成
される「縦渦」では、空気と水とが容易に分離される。
すなわち、この自吸動作中、気液分離室７内では、激し
く気液混合体がかき回された状態で移動するが、液体の
流れが「縦渦」を形成しているため、「横渦」と比べる
と気液混合体が上部に達するまでに時間がかかる。この
結果、気液混合体が気液分離室７の上部に達するまでに
空気と水とが確実に分離され、液体が上部に形成された
吐出口２ｂから吐出されにくい。このようにして気液分
離されると、質量の軽い空気は気液分離室７の上部へ溜
まり、その後吐出口２ｂから排出され、質量の重い水は
気液分離室７の下部へ落ちてきて、主に広いスペース７
ｂ側に形成された戻し孔からインペラ室６内に戻り、再
び空気とかき混ぜられた後、気液分離室７側に吐き出さ
れる。

【００５２】この動作を繰り返すことにより、インペラ
１によって気液分離室７へ吐き出された呼び水と空気の
うち、空気のみが吐出口２ｂから排出されていく。空気
が排出されると、徐々に水がホース内を上昇してくる。

【００５３】なお、上述のような動作を継続し、ホース
内の空気が全て排出され、ホース内が水で満たされる
と、自吸運転状態から定常の給水運転状態（液体を移送
している状態）になり、吸込口２ａからの水が連続的に
吐出口２ｂから排出される。なお、本実施の形態のポン
プ装置３は、この給水運転時においても上述したように
図２における下方向へのスラスト荷重が大幅に軽減され
ているため、ロータ４１がスラスト軸受け５１ａに対し
てほぼ非接触（若干のスラスト荷重がかかるもののそれ
はわずかな力である）で回転することとなる。このた
め、スラスト軸受け５１ａ及びスラスト受け用ワッシャ
ー５１ｄの高荷重による損傷や異常に高い摩擦熱の発生
による焼損等の不具合が生じない。

【００５４】上述のように、本発明の実施の形態につい
て説明したが、本発明はこれに限らず種々の変形、応用
が可能である。例えば、上述の実施の形態では、自吸式
ポンプ装置の例を説明したが、上述したインペラ１は自
吸式ではない種々のポンプ装置にも適用可能である。加
えて、上述の実施の形態では、モータ４がインペラ１の
上部に配置され、ロータ出力軸４１ａがケース２内の液
面に対して垂直となる「縦置き」型のポンプ装置の例を
説明したが、インペラ１は「横置き」のポンプ装置にも
適用可能である。

【００５５】また、上述の実施の形態では、インペラ１
自体の構成を、図２における下方向へのスラスト荷重を
低減するように工夫した構成としたが、インペラ１はこ
のような工夫を施したものに限定されるものではない。
すなわち、本発明は、ステータ４２とロータ４１の各磁
気的中心をずらして配置し、これによりインペラ１の回
転により受ける推力と反対方向への力を得ることによ
り、推力を低減するものとなっており、推力を低減させ
る工夫を施していないインペラを用いたポンプ装置にお
いてもある程度効果を奏するようになっている。

【００５６】

【発明の効果】本発明のポンプ装置では、モータのステ
ータの軸方向における磁気的中心とロータの軸方向にお
ける磁気的中心とを軸方向にずらせて配置することによ
り、ロータが推力と反対方向へ磁気吸引力によって引っ
張られるようにしている。そのため、インペラ及びロー
タ出力軸の回転時における推力が、磁気吸引力によって
相殺されて低減され、スラスト軸受けに対する荷重を低
減することが可能となる。これにより、大きなスラスト
荷重によって生じる軸受け等の摩耗や摩擦熱の発生によ
る部材の焼損等の不具合を解消することができる。

【００５７】また、加えて、インペラをロータ出力軸の
下部に連結した、モータ縦置きタイプとすると、自吸過
程時における液体の渦が縦渦となり自吸効率が高くな
り、かつ液漏れによりステータ部分に水分が浸入してし
まうことを防止できるという各効果に加え、さらにこの
タイプでは大きな問題となるスラスト荷重を大幅に低減
することが可能となる。

【００５８】また、上述の磁気的吸引力を利用して推力
に逆行する力を得、この力と通常のポンプ動作時に発生
する推力とを微妙にバランスさせることにより、通常の
ポンプ動作時においてインペラ及びロータ出力軸をスラ
スト軸受けに対して非接触で回転させるようにすれば、
スラスト荷重に起因する問題をさらに解消することが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態のポンプ装置を示す平面図
である。

【図２】図１のポンプ装置のＶ−Ｏ−Ｖ断面図であっ
て、非駆動時の状態を示したものである。

【図３】図２のポンプ装置のインペラを図２の上側から
見た場合の平面図である。

【図４】本発明の実施の形態のポンプ装置の液体移送時
におけるインペラが受ける推力と、インペラの回転数と
の関係を示したグラフである。

【図５】本発明の実施の形態のポンプ装置のステータと
ロータの磁気的中心ズレ量と、この位置ズレによって生
じる磁気吸引力との関係を示したグラフである。

【図６】従来技術のポンプ装置の要部となるインペラを
示す図で、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）を矢示Ｖ
Ｉ方向から見た底面図である。

【符号の説明】

１インペラ３ポンプ装置４モータ４１ロータ４１ａロータ出力軸４２ステータＣ１（ロータの）磁気的中心Ｃ２（ステータの）磁気的中心５１ａ，５１ｂスラスト軸受け

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】駆動源としてのモータと、このモータの
ロータ出力軸に連結して回転されこの回転により液体を
移送させるインペラとを有し、このインペラの回転に伴
って上記インペラが上記ロータ出力軸と共に軸方向に推
力を受けるポンプ装置において、上記モータのステータ
の軸方向における磁気的中心と上記モータのロータの軸
方向における磁気的中心とを軸方向にずらせて配置する
ことにより、上記ロータが上記推力と反対方向へ磁気吸
引力によって引っ張られるようにしたことを特徴とする
ポンプ装置。
【請求項２】駆動源としてのモータと、このモータの
ロータ出力軸に連結して回転されこの回転により液体を
移送させるインペラとを有するポンプ装置において、上
記モータのステータの軸方向における磁気的中心と上記
モータのロータの軸方向における磁気的中心とを軸方向
にずらせて配置することにより、上記ロータがこのロー
タの重力と反対方向へ磁気吸引力によって引っ張られる
ようにしたことを特徴とするポンプ装置。
【請求項３】前記インペラは前記ロータ出力軸の下部
に連結され、前記ロータ出力軸は重力によって下方へ引
き寄せられると共に、前記磁気吸引力によって上方へ引
っ張られるようにしたことを特徴とする請求項１または
２記載のポンプ装置。
【請求項４】前記インペラ及び前記ロータ出力軸が、
前記液体の移送時及び非移送時においてスラスト軸受け
と非接触または非接触に近い状態で回転可能であること
を特徴とする請求項１，２または３記載のポンプ装置。