JP2002138990A - モータポンプ - Google Patents

モータポンプ

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JP2002138990A JP2000339170A JP2000339170A JP2002138990A JP 2002138990 A JP2002138990 A JP 2002138990A JP 2000339170 A JP2000339170 A JP 2000339170A JP 2000339170 A JP2000339170 A JP 2000339170A JP 2002138990 A JP2002138990 A JP 2002138990A
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fixed shaft
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Yoshio Miyake
良男 三宅
Eiji Tsutsui
栄治 筒井
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Ebara Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 極小水量で小出力の領域での使用に適し、構
造が比較的簡単で、小型コンパクト化を図ることができ
る遠心式（非容積式）ポンプを提供する。 【解決手段】 筒状のモータ固定子１０と、永久磁石３
０を有し、羽根車３２と一体に成形されてモータ固定子
１０の内部に配置されるモータ回転子２０と、羽根車３
２を覆うようにモータケーシング１２の開口端部に固定
されるポンプケーシング４４とを備え、羽根車３２の前
面と、該前面に対向するポンプケーシング４４の内面に
設けた螺旋溝との間で動圧軸受５４を構成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はモータポンプに係
り、特に、モータ回転子に永久磁石を備えたモータ（例
えば直流ブラシレスモータ）を使用し、極小水量で小出
力の領域での使用に適したモータポンプに関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】一般に、各種の装置に組み込まれて、毎
分１リットル以下から数リットルの流量範囲で使用され
るポンプ用途には、ギアポンプやダイアフラムポンプ等
の容積式ポンプが使用される場合が多い。これは、遠心
式ポンプ（非容積式ポンプ）では、比速度Nsの値が極め
て小さな値となる領域であり、実際上の設計対応が困難
であることが一因である。例えば、流量が毎分１リット
ル、揚程が１０メートルの遠心式ポンプを毎分１２００
０回転の回転速度で設計した場合、比速度Nsの値が６７
（ｍ３／ｍｉｎ，ｍ，ｍｉｎ−１）となる。一般に、遠
心式ポンプの効率は、比速度Nsの値が７０以下になると
著しく低下することが知られており、これでは、高い効
率が期待できない。なお、この場合の羽根車外径は２５
ｍｍ程度となる。
【０００３】一方、ギアポンプは、２つのギアを回転さ
せるために２つの軸及び２組の軸受が必要であり、遠心
式ポンプに比べて構造が複雑であり、高価である。ま
た、ダイアフラムポンプは、非金属製のフレキシブルな
ダイヤフラムを繰返し変形させて送液するようになって
おり、一般に、数千時間程度の運転でダイヤフラムを交
換する必要がある。このため、ポンプを各種の小型装置
に組み込んで使用する場合等には、メンテナンスコスト
が掛かり過ぎるという問題があった。このため、極小水
量で小出力の領域での使用に適した、容積式モータポン
プに替わる遠心式モータポンプの開発が強く望まれてい
た。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ここで、遠心式ポンプ
をより高速回転で設計した場合には、前記より大きな値
の比速度を確保できる。即ち、流量が毎分１リットル、
揚程が１０メートルの遠心式ポンプを毎分１８０００回
転の回転速度で設計した場合、比速度Nsの値は１０１
（ｍ３／ｍｉｎ，ｍ，ｍｉｎ−１）となり、効率の改善
が期待できる。しかしながら、この場合の羽根車外径は
１７ｍｍ程度となり、全体も極めて小型になるため、ア
キシャルスラスト荷重を支承するアキシャル軸受の取付
け寸法の確保や、羽根車吸込部の流路面積の確保等が困
難になる。
【０００５】本発明は上記に鑑みて為されたもので、極
小水量で小出力の領域での使用に適し、構造が比較的簡
単で、小型コンパクト化を図ることができる遠心式（非
容積式）モータポンプを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、筒状のモータ固定子と、永久磁石を有し、羽根車と
一体に成形されて前記モータ固定子の内部に配置される
モータ回転子と、前記羽根車を覆うようにモータケーシ
ングの開口端部に固定されるポンプケーシングとを備
え、前記羽根車の前面と、該前面に対向するポンプケー
シングの内面に設けた螺旋溝との間で動圧軸受を構成し
たことを特徴とするモータポンプである。
【０００７】これにより、モータ回転子の端部にコンパ
クトに動圧軸受（アキシャル軸受）を設けることがで
き、軸受構造が単純となる。しかも、非接触型軸受の一
種である動圧軸受は、極めて高い耐久性を期待できると
ともに、ライナリングの機能を兼ねることができるた
め、部品点数の削減にもつながる。従って、高速回転で
の設計によってポンプを小型・高効率化しながら、全体
の長寿命化と生産性の向上も達成することができる。な
お、このポンプは、アキシャル荷重のほとんどをモータ
回転子の永久磁石とモータ固定子の磁気吸引力で吸収す
るものであるが、これを補強するために動圧軸受が使用
される。
【０００８】請求項２に記載の発明は、筒状のモータ固
定子と、永久磁石を有し、羽根車と一体に成形されて前
記モータ固定子の内部に配置されるモータ回転子と、前
記羽根車を覆うようにモータケーシングの開口端部に固
定されるポンプケーシングとを備え、前記モータ回転子
の軸心部に設けた中心穴と、前記モータケーシングの反
開口端側の内面から突出させた前記中心穴に嵌合する固
定軸との間でラジアル軸受部を構成したことを特徴とす
るモータポンプである。
【０００９】これにより、羽根車の吸込部内を軸方向に
貫通する固定軸をなくして、羽根車の吸込部の流路面積
の確保を容易となし、しかも、高速回転であってもキャ
ビテーションを生じることをなくして、高効率なポンプ
を実現できる。
【００１０】請求項３に記載の発明は、前記中心穴は、
羽根車の吸込部から延びる連通穴に連通していることを
特徴とする請求項２記載のモータポンプである。これに
より、ラジアル軸受部から羽根車の吸込部へ向かう取扱
液の流れを生じさせ、この取扱液を、例えば固定側と回
転側の両面にセラミックまたはテフロン樹脂コーティン
グ等を施して構成されるラジアル軸受部の摺動部の潤滑
と冷却に使用して、これを確実に行うとともに、モータ
回転子に生じるアキシャル荷重（軸スラスト荷重）を軽
減する所謂バランスピストンとしても活用できる。
【００１１】請求項４に記載の発明は、筒状のモータ固
定子と、永久磁石を有し、羽根車と一体に成形されて前
記モータ固定子の内部に配置されるモータ回転子と、前
記羽根車を覆うようにモータケーシングの開口端部に固
定されるポンプケーシングとを備え、前記モータ固定子
の軸心に沿って延び、前記モータケーシングと前記ポン
プケーシングとの間に掛け渡した固定軸の軸心と偏心し
た位置にポンプケーシングの吸込口を設けたことを特徴
とするモータポンプである。
【００１２】これにより、固定軸の存在によって、羽根
車の吸込部の流路面積が減少することを防止するととも
に、吸込流路内での空気溜まりの発生を実質的に抑制す
ることができる。
【００１３】請求項５に記載の発明は、前記固定軸が地
面と水平になるよう据付けて使用する場合に、前記吸込
口の軸心の方が前記固定軸の軸心よりも地面に近い位置
に位置するように構成したことを特徴とする請求項４記
載のモータポンプである。
【００１４】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。図１及び図２は、本発明の第１の実
施の形態のモータポンプを示す。このモータポンプは、
円筒状のモータ固定子１０を有し、このモータ固定子１
０は、例えばポリエステル樹脂のモールド成形によっ
て、一端を閉塞させ他端を開口させたカップ状のモータ
ケーシング１２の内部に一体に埋設されている。このモ
ータケーシング１２の反開口側内面には、軸心方向に沿
って内方に突出する固定軸１４が一体に連接されてい
る。
【００１５】このモータ固定子１０の樹脂モールドは、
例えば、珪素鋼板等の外周部を金型に位置決めした状態
で先ず内周部に施され、その後、モールド成形された内
周部を金型に位置決めした状態で外周部に施される。な
お、押込み圧力の低い用途など、モータケーシング１２
の強度があまり必要ではない場合には、モータ固定子１
０の外周部のモールド成形を省略して塗装を施すように
しても良い。
【００１６】モータケーシング１２の内部には、略円柱
状のモータ回転子２０が配置され、このモータ回転子２
０の内部に、モータケーシング１２の反開口側から軸方
向に沿って該モータ回転子２０のほぼ中央付近まで延び
る中心穴２２が設けられている。そして、この中心穴２
２に前記固定軸１４を嵌合することで、中心穴２２の内
周面と固定軸１４の外周面との間にラジアル軸受部２４
が構成されている。この中心穴２２の内径は、例えば６
ｍｍ程度に、固定軸１４の外径は、これより僅かに細く
なるようにそれぞれ設定され、固定軸１４の外周面に
は、セラミックまたはテフロン（登録商標）樹脂コーテ
ィングによりコーティング層２６が、中心穴２２の内周
面にも、セラミックまたはテフロン樹脂コーティングに
よりコーティング層２８がそれぞれ形成されて、耐久性
が確保されている。なお、このコーティング層２６，２
８の代わりに、例えば摺動性に優れたテフロン製のチュ
ーブを使用しても良い。
【００１７】これにより、下記の羽根車３２の吸込部を
軸方向に貫通する固定軸をなくして、羽根車３２の吸込
部における流路面積を容易に確保し、しかも、高速回転
であってもキャビテーションを生じることをなくして、
高効率なポンプを実現できる。
【００１８】モータ回転子２０は、例えばポリエステル
樹脂からなり、モータ固定子１０に対向する外周に位置
して、モータ固定子１０の発生する磁界に伴って回転す
るリング状の永久磁石３０が、モールド成型によって、
モータ回転子２０の内部に一体に埋設されている。
【００１９】モータ回転子２０の軸方向の他端には、フ
ロントシュラウドを備えたクローズ型の羽根車３２がモ
ータ回転子２０と一体に連接されてる。更に、モータ回
転子２０の内部には、中心穴２２と羽根車３２の吸込部
とを連通する、例えば直径が１．５ｍｍ程度の細い連通
穴３４が設けられている。
【００２０】これによって、ラジアル軸受部２４から羽
根車３２の吸込部へ向かう取扱液の流れを生じさせ、こ
の取扱液を、ラジアル軸受部２４のコーティング層２
６，２８からなる摺動部の潤滑と冷却に使用して、これ
を確実に行うとともに、モータ回転子２０に生じるアキ
シャル荷重（軸スラスト荷重）を軽減する所謂バランス
ピストンとしても活用できるようになっている。
【００２１】モータケーシング１２の開口端部には、吸
込ノズル４０と吐出ノズル４２とを有し、羽根車３２の
周囲を覆うカップ状のポンプ形状を成すポンプケーシン
グ４４が複数のボルト等を介して取付けられている。こ
のポンプケーシング４４は、例えばポリエステル樹脂製
であり、モータケーシング１２とポンプケーシング４４
の当接部には、Ｏリング４６が介装されている。
【００２２】ポンプケーシング４４のカップ形状の底部
の羽根車３２の前面と対向する位置には、例えばステン
レスまたはテフロン樹脂からなる軸受板５０が配置さ
れ、この軸受板５０の羽根車３２の前面と対向する面に
は、図２に示すように、深さ０．０１ｍｍ程度の複数の
螺旋溝（スパイラルグルーブ）５２が設けられ、これに
よって、羽根車３２を回転軸受、軸受板５０を固定軸受
とした動圧軸受５４が構成されている。つまり、羽根車
３２の回転によって、軸受板５０の螺旋溝５２の内周側
へ取扱液が移動し、行き場を失った取扱液が羽根車３２
を浮上させるように作用して、非接触で耐久性高くアキ
シャル荷重を支承できるようになっている。なお、この
例では、ポンプケーシング４４に軸受板５０を取付けた
例を示しているが、これらを同一材料にて一体に成形す
るようにしてもよい。
【００２３】これにより、モータ回転子２０の端部にコ
ンパクトに動圧軸受（アキシャル軸受）５４を設けるこ
とができ、軸受構造が単純となる。しかも、非接触型軸
受の一種である動圧軸受５４は、極めて高い耐久性を期
待できるとともに、ライナリングの機能を兼ねることが
できるため、部品点数の削減にもつながる。従って、高
速回転での設計によってポンプを小型・高効率化しなが
ら、全体の長寿命化と生産性の向上も達成することがで
きる。
【００２４】なお、このポンプは、アキシャル荷重のほ
とんどをモータ回転子２０の永久磁石３０とモータ固定
子１０の磁気吸引力で吸収するものであるが、これを補
強するために動圧軸受５４が使用される。また、このモ
ータは、直流ブラシレスモータであり、電源リード線５
６から電流が供給され、例えば毎分１８０００回転程度
の回転速度で使用される。
【００２５】この実施の形態のモータポンプによれば、
電源リード線５６から電流を供給すると、モータ回転子
２０が回転し、ポンプケーシング４４の吸込ノズル４０
から吸込まれた取扱液は、モータ回転子２０と一体に回
転する羽根車３２によって昇圧されて、その大部分は、
吐出ノズル４２からポンプケーシング４４の外へ吐出さ
れる。一部の取扱液は、羽根車３２から出たあとモータ
回転子２０の外周面とモータケーシング１２の内周面の
隙間を通り、ラジアル軸受部２４に導かれ、ラジアル軸
受部２４の摺動面の潤滑と冷却を行い、しかる後、モー
タ回転子２０の軸心部の連通穴３４を通って羽根車３２
の吸込部へ戻る。このとき、モータ回転子２０の反羽根
車側の端面には、羽根車３２の吐出圧よりも減圧された
圧力が作用するため、モータ回転子２０に働く羽根車３
２方向への軸スラスト荷重（アキシャル荷重）が軽減さ
れる。また一部の取扱液は、羽根車３２から出たあと動
圧軸受５４に導かれ、前述の通り軸受作用を成した後、
羽根車３２の吸込部へ戻る。
【００２６】図３は、本発明の第２の実施の形態のモー
タポンプを示し、これは、モータケーシング１２の反開
口側内面に、例えばセラミック製の棒部材６０の一端を
埋設して軸心方向に沿って内方に突出させ、この棒部材
６０で固定軸１４を構成したものである。その他の構成
は、第１の実施の形態と同様である。この実施の形態に
よれば、固定軸１４をセラミック等で構成することで、
固定軸として十分な強度を持たせることができる。
【００２７】図４は、本発明の第３の実施の形態のモー
タポンプを示し、これは、モータケーシング１２とポン
プケーシング４４との間に、例えばセラミック製で廻り
止め部６２ａを有する、例えば直径３ｍｍ程度の固定軸
６２を掛け渡し、この固定軸６２をモータ回転子２０の
軸心に沿って延びる貫通孔６４内を挿通させてラジアル
軸受部６６を構成し、更に、この固定軸６２の軸心と距
離Ｌだけ偏心した位置に、ポンプケーシング４４の吸込
ノズル４０が位置するようにしたものである。モータ回
転子２０の貫通孔６４の内周面には、耐久性を確保する
ため、セラミックまたはテフロン樹脂コーティングによ
りコーティング層６８が形成されている。その他の構成
は、第１の実施の形態と同様である。
【００２８】固定軸６２の軸心上にポンプケーシング４
４の吸込ノズル４０を設けると、吸込流路面積の確保が
困難となり、また、無理に面積を確保しようとすると吸
込流路に不都合な空気溜まりが生じてしまうが、この実
施の形態によれば、固定軸６２の軸心と距離Ｌだけ偏心
した位置にポンプケーシング４４の吸込ノズル４０が位
置するようにすることで、このような弊害を防止するこ
とができる。
【００２９】そして、特に固定軸６２が地面と水平方向
になるよう据付けて使用する場合に、ポンプケーシング
４４に設けた吸込ノズル４０の軸心を固定軸６２の軸心
よりも地面に近い位置で地面と水平になるようにする。
これにより、固定軸６２の存在による羽根車３２の吸込
部の流路面積の減少と、吸込流路での空気溜まりの発生
を実質的に抑制することができる。吸込ノズル４０から
吸込まれた取扱液は、固定軸６２の側周部からゆったり
と羽根車３２の吸込部へ導かれる。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
極小水量で小出力の領域での使用に適し、耐久性に優
れ、構造が簡単で、小型・コンパクトであり、且つ生産
性の良好な高速回転設計の遠心式（非容積式）ポンプを
提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態のモータポンプの断
面図である。
【図２】動圧軸受を構成する軸受板の羽根車前面と対向
する側の表面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態のモータポンプの断
面図である。
【図４】本発明の第３の実施の形態のモータポンプの断
面図である。
【符号の説明】
１０ モータ回転子 １２ モータケーシング １４ 固定軸 ２０ モータ回転子 ２２ 中心穴 ２４，６６ ラジアル軸受部 ２６，２８，６８ コーティング層 ３０ 永久磁石 ３２ 羽根車 ３４ 連通穴 ４０ 吸込ノズル ４２ 吐出ノズル ４４ ポンプケーシング ５０ 軸受板 ５２ 螺旋溝 ５４ 動圧軸受 ５６ 電源リード線 ６０ 棒部材（固定軸） ６２ 固定軸 ６４ 貫通孔
フロントページの続き Ｆターム(参考） 3H022 BA06 CA13 CA15 CA17 CA19 DA00 DA13 DA20 3H034 AA01 BB06 BB13 CC03 CC06 DD02 DD14 EE11 EE12

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 筒状のモータ固定子と、 永久磁石を有し、羽根車と一体に成形されて前記モータ
    固定子の内部に配置されるモータ回転子と、 前記羽根車を覆うようにモータケーシングの開口端部に
    固定されるポンプケーシングとを備え、 前記羽根車の前面と、該前面に対向するポンプケーシン
    グの内面に設けた螺旋溝との間で動圧軸受を構成したこ
    とを特徴とするモータポンプ。
  2. 【請求項２】 筒状のモータ固定子と、 永久磁石を有し、羽根車と一体に成形されて前記モータ
    固定子の内部に配置されるモータ回転子と、 前記羽根車を覆うようにモータケーシングの開口端部に
    固定されるポンプケーシングとを備え、 前記モータ回転子の軸心部に設けた中心穴と、前記モー
    タケーシングの反開口端側の内面から突出させた前記中
    心穴に嵌合する固定軸との間でラジアル軸受部を構成し
    たことを特徴とするモータポンプ。
  3. 【請求項３】 前記中心穴は、羽根車の吸込部から延び
    る連通穴に連通していることを特徴とする請求項２記載
    のモータポンプ。
  4. 【請求項４】 筒状のモータ固定子と、 永久磁石を有し、羽根車と一体に成形されて前記モータ
    固定子の内部に配置されるモータ回転子と、 前記羽根車を覆うようにモータケーシングの開口端部に
    固定されるポンプケーシングとを備え、 前記モータ固定子の軸心に沿って延び、前記モータケー
    シングと前記ポンプケーシングとの間に掛け渡した固定
    軸の軸心と偏心した位置にポンプケーシングの吸込口を
    設けたことを特徴とするモータポンプ。
  5. 【請求項５】 前記固定軸が地面と水平になるよう据付
    けて使用する場合に、前記吸込口の軸心の方が前記固定
    軸の軸心よりも地面に近い位置に位置するように構成し
    たことを特徴とする請求項４記載のモータポンプ。
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