JP2002349471A - 流体移送用ロータ及び電動ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】流量を増やすことができる電動ポンプを得るこ
とにある。 【解決手段】ステータ４内にロータ５を配置したモータ
の内部に流路を形成する電動ポンプ１を前提とする。ロ
ータ５を、マグネット３６を有した円筒部３１と、この
円筒部３１の内部に設けたインペラ３２を備えて形成
し、円筒部３１内を流路Ｆとする。この円筒部３１の両
端部外周を軸受３で支持することにより、流路Ｆ内から
軸受３をなくしてこの軸受３が流路抵抗とならないよう
にする。更に、インペラ３２が円筒部３１の一端部から
他端部にわたって螺旋状にねじられたブレード３９を有
する構成として、インペラ３９の翼面積を大きくしたこ
とを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、モータの内部に流
路を形成して気体や液体等の流体を移送するのに使用さ
れるロータ、及びこのロータを備えた電動ポンプに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】特開平１０−２４６１９３号公報には、
ステータ内にロータを配置したモータの内部に流路を形
成して、ロータの回転に伴い前記流路に流体を流通させ
る軸流式の電動ポンプが示されている。この電動ポンプ
では、ロータを突極構造としてその外周部に軸方向に連
通する凹部を形成し、この凹部とステータとにより軸方
向の流路を形成している。

【０００３】このようにロータとステータとの間に流路
を形成し、この流路が主としてロータの外周面からえぐ
られるように設けられた凹部で確保される電動ポンプで
は、トルク発生との兼ね合いにより無闇に凹部を大きく
することはできない。そのため、凹部により形成される
流路の断面積は小さく、それに応じて、流量が少ない点
で不利である。

【０００４】更に、前記構成の電動ポンプでは、そのロ
ータの中央部に位置する回転軸（ロータ軸）の両端部を
支持する軸受が、ロータを収容したステータの内側空間
の両端開口部に夫々配置されているとともに、この軸受
を支持するための部材も前記両端開口部に夫々配置され
ている。そのため、軸受及びその支持部材が流路抵抗と
なり、流体を移送する上での損失を生じ易いばかりでな
く、これら軸受及びその支持部材の体積に応じて流量が
少なくなる点で不利である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、流量を増やすことができる流体移送用ロー
タ及び電動ポンプを得ることにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、請求項１に係る発明の流体移送用ロータは、軸方向
両端が夫々開放されるとともにマグネットが取付けられ
た円筒部と、この円筒部の一端部から他端部にわたって
螺旋状にねじられたブレードを有して前記円筒部内に設
けられたインペラとを具備し、前記円筒部内を流路とし
たことを特徴としている。

【０００７】モータのステータ内に配置して液体や気体
等の流体の移送に好適に使用されるこの発明のロータ及
び以下の各発明において、マグネットにはプラスチック
マグネットや磁性金属材料製のマグネット等を用いるこ
とができ、特に強磁性金属材料、例えば希土類のマグネ
ットを使用すると、発生トルクをより大きく確保できる
点で好ましい。又、この発明及び以下の各発明におい
て、インペラは合成樹脂又は金属で形成できる。又、こ
の発明及び請求項２、３に係る発明のロータは、流路の
両端中央部に設けた軸受で支持して用いられ、好適には
流路外に配置されてロータの両端部外周を支持する軸受
で支持して用いられる。

【０００８】この請求項１の発明においては、マグネッ
トが取付けられた円筒部内にブレードを有するインペラ
を設けたので、この円筒部内を流路として用いることが
できる。そのため、この発明のロータは、そのマグネッ
トとステータとの間の磁気結合で回転されることによ
り、インペラによって流体を円筒部内を軸方向に通して
移送できる。

【０００９】この場合、円筒部内の流路と、前記ステー
タ及びマグネットからなるトルク発生部とが分けられる
ので、この発明のロータの外周に流路形成用の凹部を設
けてステータとの間に流路を形成する必要がなくなり、
インペラが設けられた円筒部の内側の流路断面積を、ロ
ータとステータとの間に流路を形成した場合の流路断面
積より大きくできる。その上、インペラは螺旋状にねじ
られたブレード状であるから、流体移送のための翼面積
を大きく確保できる。

【００１０】請求項２に係る発明は、請求項１に係る発
明の記載のインペラが前記円筒部の周方向に位置をずら
せて設けられた前記ブレードを複数枚有しており、隣接
するブレード間に前記流路を形成したことを特徴として
いる。

【００１１】この発明においては、ブレードが単一であ
る場合に比較して、その使用数に応じて、流体移送のた
めの翼面積を更に大きく確保できる。

【００１２】請求項３に係る発明は、請求項２に係る発
明に記載のインペラが、前記円筒部の中央部に軸方向に
延びて配置されるインペラ軸と、この軸の外周に螺旋状
に巻き付くように一体に支持された複数枚の前記ブレー
ドとを備えることを特徴としている。

【００１３】この発明においては、複数枚のブレードを
円筒部の中央部で支持するインペラ軸を備えているか
ら、複数のブレードを個々に円筒部に取付ける面倒がな
く一度に円筒部内にインペラを容易に組み付けることが
できる。更に、インペラ軸によって複数のブレード相互
の間隔を一定に保持できる。

【００１４】又、前記課題を解決するために、請求項４
に係る発明の電動ポンプは、ステータ内にロータを配置
したモータの内部に流路を形成する電動ポンプにおい
て、前記ロータに請求項１から３の内のいずれか１項に
記載の流体移送用ロータを用いるとともに、このロータ
を回転可能に支持する軸受を前記円筒部の外周を支持し
て設けたことを特徴としている。

【００１５】この発明において、流路を通過する流体を
ガイドしたり、又は整流するための部材を付設すること
は妨げるものではなく、又、ステータ及びロータの極数
は後述の実施形態には制約されないとともに、この発明
の電動ポンプは液体や気体等の流体移送用として好適に
使用できる。

【００１６】この請求項４に係る発明においては、請求
項１から３の内のいずれか一項のロータを備えることに
加えて、このロータの円筒部を外周で支持する軸受が流
路抵抗にならないので、ロータを回転させることに伴い
モータ内部の流路を通過する流量を増やすことができ
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図３を参照して本発
明の一実施形態を説明する。

【００１８】本実施形態に係る電動ポンプ１はブラシレ
ス型の電動モータにより形成され、図１に示すようにモ
ータケースを兼ねる防錆性のポンプケーシング２、複数
の軸受３、ステータ４、及びロータ５を備えている。

【００１９】ポンプケーシング２は、筒状のメインフレ
ーム１１と、このフレーム１１の軸方向両端部に夫々ね
じ止め等で連結された一対のサブフレーム１２と、これ
らサブフレーム１２にその厚み方向に重ねてねじ止め等
で連結された一対のエンドフレーム１３とで形成されて
いる。メインフレーム１１とサブフレーム１２との重な
り合った部分はＯリング１４でシールされている。サブ
フレーム１２とエンドフレーム１３とには、それらを厚
み方向に貫通しかつ互いに連通する開口１２ａ、１３ａ
が開けられており、これらによって流体通し口がポンプ
ケーシング２の軸方向両端部に夫々形成されている。

【００２０】メインフレーム１１の内周面にはステータ
４が密着して取付けられている。図１及び図２に示すよ
うにステータ４は、多数枚のコア板を積層してなるステ
ータコア１５と、このコア１５が有した例えば６個のＴ
形の突極に夫々巻付けられたステータ巻線１６と、この
ステータ巻線１６を埋設してモールドされた電気絶縁性
のモールド樹脂１７とを備えて形成されている。ステー
タ巻線１６は、ステータ４の径方向に対応して配置され
たもの同士を直列に接続して３組みの巻線をなして３相
接続されている。

【００２１】ステータ４の防水、防錆、防塵に有効なモ
ールド樹脂１７にはポリエステル樹脂等を好適に使用で
きる。このモールド樹脂１７の軸方向両端部には、円環
状の軸受取付け部１７ａが夫々形成されていて、これら
取付け部１７ａの先端部はサブフレーム１２の内側円筒
部１２ｂの外面に嵌合して支持されている。軸受取付け
部１７ａの先端部とサブフレーム１２の内側円筒部とが
重なり合った部分はＯリング１８でシールされている。

【００２２】モールド樹脂１７の一端部にはステータ巻
線１６への通電を中継するためのリング形の回路基板１
９が埋め込まれている。この基板１９には、ロータ５の
回転位置を検出するホール素子等の位置センサ２０が取
付けられているとともに、このセンサ等に接続された信
号線や通電用の電線等のケーブル２１が接続されてい
る。このケーブル２１は、メインフレーム１１とサブフ
レーム１２との一端部間を通って、ポンプケーシング２
外に引出され、図示しないモータドライバに接続されて
いる。なお、図１中２２はケーブル２１の引出し部をシ
ールするシール材を示している。

【００２３】図１及び図２に示すようにロータ５は、軸
方向両端が夫々開放された円筒部３１と、この円筒部３
１内に設けられたインペラ３２とを備えて形成されてい
る。

【００２４】円筒部３１は、例えば防錆性に優れたステ
ンレス鋼製の円筒体３５の外周面（表面）に所定間隔毎
に装着された複数のマグネット３６とから形成されてい
る。ロータ５の極数を例えば４極とするためにマグネッ
ト３６は４個使用されており、それらは断面円弧状であ
って、円筒部３１の表面に露出されている。

【００２５】各マグネット３６はその厚み方向に着磁さ
れている。これらのマグネット３６は、円筒部３１の表
面にその周方向に交互にＮ極とＳ極とが２対設けられる
ように配設されている。なお、前記マグネット３６に代
えて、９０度毎の領域が着磁された円筒形のマグネット
を用いることもできる。マグネット３６は希土類の強磁
性金属材料又はプラスチックマグネット等で形成されて
いる。前記円筒体３５の両端部は夫々軸受取付け部３５
ａとして用いられており、これら取付け部３５ａ間にマ
グネット３６が配置されている。

【００２６】図１〜図３に示すように前記インペラ３２
は、インペラ軸３８と、この外周に設けられた１以上、
好ましくは複数、より最適には２枚のブレード３９とか
ら形成されている。このインペラ３２は例えば合成樹脂
の一体成形品からなる。インペラ軸３８は円筒部３１の
軸長と略同じ長さの丸棒である。この軸３８の直径は、
後述の流路断面積を大きくするためにできる限り小径と
することが望ましい。

【００２７】各ブレード３９の全長は円筒部３１の軸長
と略同じであり、これらは、インペラ軸３８の軸回りに
所定間隔を離して、例えば１８０度位置をずらしてイン
ペラ軸３８の周面から一体に突設されている。これらブ
レード３９は、インペラ軸３８の一端部から他端部にわ
たって螺旋状にねじられ、互いに平行に設けられてい
る。ブレード３９のねじれは１ピッチ以上とすることが
望ましく、本実施形態では１ピッチ半としてある。隣接
した両ブレート３９の対向面間の空間により、ブレード
３９と同様に螺旋状にねじれた流路Ｆが一対形成されて
いる。

【００２８】前記構成のインペラ３２は、その両ブレー
ド３９を円筒体３５の内周に接触させてこの円筒体３５
に固定されている。この固定は、接着剤で接着し、又は
円筒体３５を外周から貫通するねじでブレード３９をね
じ止めし、或はブレード３９に設けた突起を円筒体３５
に通しこの突起を溶かし広げて溶着する等により実施で
きる。こうしてインペラ３２を円筒体３５に内装するこ
とでロータ５が組立てられる。組立てられたロータ５に
おいては、図１に示すようにインペラ軸３８が円筒部３
１の中心部を軸方向に貫通して配置されるとともに、両
ブレード３９が円筒部３１の一端部から他端部に亘って
配置される。

【００２９】そして、組立てられたロータ５はステータ
４の内側に一対の前記軸受３を介して回転自在に配置さ
れる。一対の軸受３は、ステータ４及びロータ５の相対
応する軸受取付け部１７ａ、３５ａ間に夫々挟設されて
いて、円筒部３１の両端部外周を回転可能に支持してい
る。このように流路Ｆに対してロータ５の径方向外側に
配置された軸受３には、本実施形態では転がり軸受を使
用しているが、これに代えてスリーブ状の滑り軸受を用
いることができ、この滑り軸受はＰＯＭ樹脂、ＰＰＳ樹
脂、又はセラミックス等で形成すればよい。なお、図１
中４０は軸受３の接して設けた防水用のオイルシールを
示している。

【００３０】以上のステータ４に対するロータ５の配置
状態において、ロータ５の円筒部３１の表面はステータ
４の突極先端面に近接対向しており、両対向面間には磁
気間隙Ｇが形成されている。又、同配置状態において、
ロータ５の一方の開放端は一方のサブフレーム１２の開
口１２ａに接近対向してこれに連通されており、同様
に、ロータ５の他方の開放端は他方のサブフレーム１２
の開口１２ａに接近対向してこれに連通されている。し
たがって、前記構成の電動ポンプ１は長手方向に延びて
その両端が開放された通路を有しており、この通路の両
端部以外を除く部分に前記流路Ｆを形成する前記インペ
ラ３２が配置されている。

【００３１】前記構成の電動ポンプ１はそのステータ４
に通電することにより駆動されて例えば給水等を行な
う。前記通電は順次励磁相を切り換えて行なわれ、それ
に伴いステータ４の周方向に進行する回転磁界が発生す
るので、この磁界とロータ５の各マグネット３６とが磁
気結合する。それにより、ステータ４とマグネット３６
との間で回転トルクが発生するので、軸受３で両端支持
されたロータ５はその内部のインペラ３２を伴って回転
される。又、前記励磁相の切り換えをモータドライバで
逆にすることにより、ロータ５をその内部のインペラ３
２を伴って逆回転させることができる。

【００３２】ロータ５が回転されると、その回転方向に
したがってインペラ３２が有したブレード３９での送り
作用によって、両ブレード３９間の一対の流路Ｆを流体
が移送される。したがって、流体を電動ポンプ１の軸方
向一端から吸入し他端から吐出して移送することができ
る。又、この移送方向は既述のように励磁相を切り換え
ることで逆方向にできる。

【００３３】以上のように駆動される電動ポンプ１は、
ロータ５の円筒部３１内にインペラ３２を設けたので、
この円筒部３２内に形成される流路Ｆと、ステータ４及
びこれに対向するロータ５のマグネット３６からなるト
ルク発生部とが分けられる。そのため、ロータ５の外周
に流路形成用の凹部を設けてステータ４との間に流路を
形成する構成、つまり、流路とトルク発生部とが分化さ
れていない構成とは異なり、前記トルク発生部でのトル
ク発生性能が流路Ｆによって制限されることがない。

【００３４】そのため、磁束を発生させるマグネット３
６の表面積を多く確保できるので、発生トルクが増やさ
れて流体の移送能力を向上でき、それに伴い流量を増加
できる。したがって、電動ポンプ１を小径にする場合に
も、流体移送に必要十分なトルクを発生させることがで
きるので、小型化を促進するのに好適である。

【００３５】しかも、既述のようにロータ５が、インペ
ラ３２を収容した円筒部３１を備え、この円筒部３１の
内部を流路Ｆとして用いたから、この流路Ｆの断面積
を、ロータ５とステータ４との間に流路を形成した場合
の流路断面積より遥かに大きく確保できる。この点にお
いても、ロータ５の回転に伴って移送される流量を多く
できる。

【００３６】又、前記流体移送において、電動ポンプ１
を軸方向に貫通する流体が流れる前記通路内には、ロー
タ５を支持する軸受３は存在せず、これらの軸受３は前
記通路から外れているので、軸受３及びこれを支持する
部分は、流路抵抗とはならないとともに、本実施形態で
の流路Ｆの投影面積は、従来のように流路Ｆ内に配置さ
れた軸受を含めた流路の投影面積と同一ロータ径で比較
した場合に、約１．５倍とできた。

【００３７】そのため、流れに渦等を生じ難く流路抵抗
が低減されて電動ポンプ１の軸方向に流体を円滑に流通
させることができるので、電動ポンプ１を軸方向に貫通
する流量が増えてポンプ効率を向上できる。しかも、既
述のようにロータ５の外周を支持する軸受３には、ロー
タ５の径に応じて大きいものが採用されるに伴い、その
強度等が十分に確保されるので、耐久性に優れる。

【００３８】更に、流体の移送力を担うロータ５のイン
ペラ３２が有するブレード３９は電動ポンプ１の軸方向
に延びてねじられているから、その翼面積を円筒部３１
内の限られたスペースの中で大きく確保できる。しか
も、２枚のブレード３９を用いたので、更に前記翼面積
を増やすことができる。その上、一対の軸受３を前記通
路から外して配置したので、これら軸受３間の距離に制
約を受けることなく、ロータ５内の有効流路長さＡを、
前記軸受３間距離Ｂよりも長く、円筒部３１の軸方向長
さに略等しくできる。この点においてもブレード３９の
翼面積を増加できる点で好ましい。ちなみに、同一ロー
タ径での比較において、本実施形態での翼面積は従来の
２〜３倍増やすことができた。したがって、電動ポンプ
１を軸方向に貫通する流量が更に増えて、ポンプ効率を
より向上できる。

【００３９】この場合、ブレード３９が２枚である点は
以下の点でも優れている。つまり、流路Ｆの長さには制
限があるので、ブレード３９の数を３枚以上にすると、
インペラ３２全体の翼面積は増えるが、増加されたブレ
ード３９の肉厚分だけ流路断面積が減って流路Ｆが絞ら
れるので、翼面積の増加の割には流量を大きく増やすこ
とができない。したがって、実用的には２枚のブレード
３９を有したインペラ３２とすることで、ブレード３９
の肉厚分による流量の損失を最小に抑制しつつ大きな流
量を得ることができるとともに、ブレード数も少ないの
でインペラ３２の製造コストをも低減できる点で優れて
いる。

【００４０】しかも、前記構成の電動ポンプ１のロータ
５が備えるインペラ３２は、２枚のブレード３９を円筒
部３１の径方向中央部で支持するインペラ軸３８を備え
ている。そのため、２枚のブレード３９を個々に円筒部
３１に取付ける面倒がなく、一度に円筒部３１内にイン
ペラ３２を容易に組み付けて、ロータ５を容易に組立て
ることができる点で優れている。

【００４１】更に、インペラ軸３８の外周に巻き付くよ
うに２枚のブレード３９を一体に突設しているから、イ
ンペラ軸３８によって隣接するブレード３９相互の間隔
を一定に保持できる。言い換えれば、一対の流路Ｆに部
分的に狭い所ができたり部分的に広い所ができたりする
ことがない。そのため、これら流路Ｆを通って吐出され
る単位時間当たりの流量のばらつきが防止され、流量を
安定できる点でも優れている。

【００４２】

【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、以下に記載されるような効果を奏する。

【００４３】請求項１に係る発明によれば、ロータがそ
の円筒部内を流路とするインペラを備え、この円筒部内
の流路の断面積を大きく確保することが可能であるとと
もに、前記インペラを螺旋状にねじられたブレード状と
して流体移送のための翼面積を大きく確保したので、流
量を増やすことができる流体移送用ロータを提供でき
る。

【００４４】請求項２に係る発明によれば、複数のブレ
ードによって流体移送のための翼面積を大きく確保した
ので、流量を増やすのに有効な流体移送用ロータを提供
できる。

【００４５】請求項３に係る発明によれば、インペラ軸
によって一定の間隔を保って支持された複数枚のブレー
ドを、一度に円筒部内に取付けることができるので、組
立てが容易であるとともに、前記間隔保持に伴い流量を
安定するのに有効な流体移送用ロータを提供できる。

【００４６】請求項４に係る発明によれば、請求項１か
ら３の内のいずれか一項のロータを備えることに加え
て、このロータの円筒部を外周で支持する軸受が流路抵
抗にならないので、ロータを回転させることに伴いモー
タ内部の流路を通過する流量を増やすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る電動ポンプを示す断
面図。

【図２】図１中Ｚ−Ｚ線に沿う断面図。

【図３】図１の電動ポンプが備えるインペラを示す斜視
図。

【符号の説明】

１…電動ポンプ ３…軸受 ４…ステータ ５…ロータ ３１…円筒部 ３２…インペラ ３５…円筒体 ３６…マグネット ３８…インペラ軸 ３９…ブレード Ｆ…流路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０４Ｄ 29/04 Ｆ０４Ｄ 29/04 Ｇ 29/18 １０１ 29/18 １０１Ｚ Ｆターム(参考） 3H022 AA03 BA01 BA03 BA04 BA06 CA11 DA00 3H033 AA01 AA11 BB01 BB08 BB13 CC01 CC03 CC05 CC06 DD01 DD02 DD29 DD30 EE19 3H069 AA01 AA05 BB04 CC03 DD01 DD27 DD41 DD42 DD43 DD44 DD48 EE09 EE14 EE41 EE47

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軸方向両端が夫々開放されるとともにマ
   グネットが取付けられた円筒部と、この円筒部の一端部
   から他端部にわたって螺旋状にねじられたブレードを有
   して前記円筒部内に設けられたインペラとを具備し、前
   記円筒部内を流路としたことを特徴とする流体移送用ロ
   ータ。
2. 【請求項２】 前記インペラが前記円筒部の周方向に位
   置をずらせて設けられた前記ブレードを複数枚有してお
   り、隣接するブレード間に前記流路を形成したことを特
   徴とする請求項１に記載の流体移送用ロータ。
3. 【請求項３】 前記インペラが、前記円筒部の中央部に
   軸方向に延びて配置されるインペラ軸と、この軸の外周
   に螺旋状に巻き付くように一体に支持された複数枚の前
   記ブレードとを備えることを特徴とする請求項２に記載
   の流体移送用ロータ。
4. 【請求項４】 ステータ内にロータを配置したモータの
   内部に流路を形成する電動ポンプにおいて、前記ロータ
   に請求項１から３の内のいずれか１項に記載の流体移送
   用ロータを用いるとともに、このロータを回転可能に支
   持する軸受を前記円筒部の外周を支持して設けたことを
   特徴とする電動ポンプ。