JP2004176552A

JP2004176552A - Dc pump

Info

Publication number: JP2004176552A
Application number: JP2002340584A
Authority: JP
Inventors: Masamitsu Aizono; 譲光相園; Yasushi Niwatsukino; 恭庭月野; Yoichi Shukuri; 陽一宿里; Shigeru Narakino; 滋楢木野; Toshihiko Matsuda; 利彦松田; Shinya Koga; 愼弥古賀; Toshiyuki Kubota; 俊幸久保田; Toshisuke Sakai; 敏輔酒井; Seiji Urano; 誠二浦野; Ayanori Hirakawa; 文徳平川
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-11-25
Filing date: 2002-11-25
Publication date: 2004-06-24
Anticipated expiration: 2022-11-25
Also published as: JP4206734B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a DC pump with reduced mechanical loss, a long service life, low cost, and needing no high-level machine work when balancing by dynamic pressure. <P>SOLUTION: The DC pump is characterized in being equipped with a pump casing 4 provided on its periphery with a suction port 7 for sucking fluid into a pump chamber, and a discharge port 8 for discharging the fluid, and housing an armature which has a plurality of teeth with salient poles formed at the tip ends wound therearound, a ring-like magnet rotor 2 which is opposed to the salient poles and rotates around the salient poles, an impeller 1 having impellers 1 formed therearound and integrally formed with the magnet rotor 2, and the impellers 1, and in having an outer peripheral magnetic body 9 arranged on the outer peripheral side of the magnet rotor 2, and an inner peripheral magnetic body 10 on the inner peripheral side of the magnet rotor 2, on the line connecting the discharge port 8 and a shaft 6. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、長寿命で効率の高いＤＣブラシレスモータを用いたＤＣポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半径方向から吸込み、半径方向に吐き出す構造の薄型化に適した渦流ポンプ（摩擦ポンプ）は公知である。図８は、従来の渦流ポンプを示す図である（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
図８の渦流ポンプにおいて、ポンプ軸受１０５がインサートされ、ポンプ軸１０４が装着されている。ポンプ軸受１０５の外周に被駆動マグネット１０６、最外周には羽根１０７がリング状に形成されている。この被駆動マグネット１０６と羽根１０７とは磁性樹脂材で一体成形されている。モータの回転動力が被駆動マグネット１０６に伝達され、被駆動マグネット１０６に伝達された回転動力により羽根１０７が回転し、吸込口１０１より半径方向に流入した液体は、通水路１０３を矢印の方向に流れ、吐出口１０２から流れ出る。
【０００４】
図８の渦流ポンプは、ポンプの吸込口１０１及び吐出口１０２の圧力差により発生するモータのラジアル方向に対する力１０９は、駆動源であるポンプ軸１０４とポンプ軸受け１０５及びシール材との摺動に対する荷重となって釣り合っていた。これによりポンプの羽根１０７がポンプケーシング１０８等に接触することを防いでいた。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭５８−９１３９３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の渦流ポンプの構成では、ポンプの圧力差を軸荷重と釣り合わせているため、機械損失が増大するという課題を有していた。さらに、動圧型の流体軸受けを使い、ポンプの取扱い液である水による動圧でバランスをとる場合、ポンプの流入路と流出路の圧力差により発生するモータのラジアル方向に発生する力を打ち消すような動圧を発生させるための溝加工は、ポンプの大きさにもよるが、非常に微細な加工が必要で数μｍオーダの精密加工を必要とする場合も少なくなかった。
【０００７】
そこで、本発明は上記従来の問題点を解決するもので、機械損失を低減でき、ポンプの長寿命化、低コスト化が行え、動圧でバランスをとる場合には精密加工が不要なＤＣポンプを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明のＤＣポンプは、磁性体がマグネットロータの外周側及び／または内周側の位置で吐出口と該回転中心とを結ぶ線上に配置されたことを特徴とする。
【０００９】
これにより、機械損失を低減でき、ポンプの長寿命化、低コスト化が行え、動圧でバランスをとる場合には精密加工が不要にすることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
上記課題を解決するためになされた請求項１の発明は、先端に突極が形成された複数のティースに巻線された電機子と、突極に対向しその周囲を回転するリング状のマグネットロータと、マグネットロータと一体化され周囲に羽根が形成された羽根車と、羽根車を収容し、ポンプ室内に流体を吸込む吸込口と該流体を吐出する吐出口とが該ポンプ室の周囲に設けられたポンプケーシングを備え、磁性体がマグネットロータの外周側及び／または内周側の位置で吐出口と該回転中心とを結ぶ線上に配置されたことを特徴とするＤＣポンプであるから、吐出口で発生する圧力差によるラジアル方向の力と釣り合うようにマグネットロータのバランスを磁性体でとることができ、機械損失の低減が可能になる。
【００１１】
請求項２の発明は、ポンプの吐出流量を検出する吐出流量検出手段を設け、吐出流量検出手段において吐出流量が最大になるときのマグネットロータと磁性体の最適距離を演算し、磁性体の位置を決定する制御部が設けられたことを特徴とする請求項１のＤＣポンプであるから、磁性体を最適位置にすることができ、吐出口で発生する圧力差によるラジアル方向の力と釣り合うようにマグネットロータのバランスがとれ、機械損失の低減が可能になる。
【００１２】
請求項３の発明は、マグネットロータの回転数を検出する回転数検出手段を設け、回転数検出手段において回転数が最大になるときのマグネットロータと磁性体の最適距離を演算し、磁性体の位置を決定する制御部が設けられたことを特徴とする請求項１のＤＣポンプであるから、磁性体を最適位置にすることができ、吐出口で発生する圧力差によるラジアル方向の力と釣り合うようにマグネットロータのバランスがとれ、機械損失の低減が可能になる。
【００１３】
請求項４の発明は、マグネットロータのマグネットの磁極位置を検出する磁極位置検出手段と、磁極位置手段の出力信号からマグネットロータの回転数を算出する回転数変換部と、回転数変換部の出力信号からマグネットロータと磁性体の位置を決定する制御部が設けられたことを特徴とする請求項１のＤＣポンプであるから、マグネットロータと磁性体を最適位置にすることができ、吐出口で発生する圧力差によるラジアル方向の力と釣り合うようにマグネットロータのバランスがとれ、機械損失の低減が可能になる。
【００１４】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１について図１（ａ）（ｂ），図２，図３に基づいて説明する。図１（ａ）は本発明の実施の形態１におけるＤＣポンプの断面図、図１（ｂ）は本発明の実施の形態１におけるＤＣポンプの制御構成図、図２は図１のＤＣポンプの構成を示す説明図、図３は本発明の実施の形態１におけるポンプケーシングとケーシングカーバーを示す説明図である。
【００１５】
図１〜３において、１は実施の形態１のＤＣポンプを構成する渦流型の羽根車であり、外周に所定ピッチで刻設された溝によって形成された多数の羽根が形成され、内周にはマグネットロータ２が設けられている。なお、本発明のＤＣポンプはＤＣブラシレスモータを駆動部にもつターボ型ポンプであって、このうちラジアル方向の力を流体から受けるどの型式のポンプであってもよいが、渦流ポンプがその典型である。ここで羽根車１は、羽根とマグネットロータ２とを違う材料で構成して嵌め合わせて一体化してもよいし、磁性樹脂材で構成して羽根とマグネットロータ２とを同一材料で一体化させてもよい。
【００１６】
３はマグネットロータ２の内周側に設けられ回転磁界を形成するためのステータコア、３ａは突極、３ｂはティース、３ｃはティース３ｂに巻回され電機子を構成するための巻線である。４は羽根車１を収容すると同時に羽根車１が流体に与えた運動エネルギーを圧力回復して吐出口８へと導くためのポンプ室を有するポンプケーシング、５は羽根車１を収納した後ポンプ室を密閉するためのケーシングカバーである。ケーシングカバー５はポンプケーシング４とともに、本発明のポンプケーシングを構成する。６はポンプケーシング４に固定されている軸（本発明の回転中心）であり、羽根車１の中心の貫通孔に挿入され、羽根車１が回転自在になっている。軸６は、別部品として圧入やインサート成形によりポンプケーシング４に固定されてもよく、ポンプケーシング４と同一材料で一体成形によって形成されてもよい。また、軸６は固定されるのではなく、ポンプケーシング４と摺動可能に設けられてもよい。
【００１７】
７は吸込口、８は吐出口であり、それぞれ羽根車１の回転の半径方向から流体が流入、流出される。９はマグネットロータ２の外周側の外周磁性体を示し、ポンプの吐出口８の周りに配置されている。１０はマグネットロータの内周側の内周磁性体であり、外周磁性体９、内周磁性体１０がマグネットロータ２を挟んで、吐出口８と回転中心とを結ぶ線上に配置される。外周磁性体９、内周磁性体１０は、いずれか一方にだけ設けてもよく、両方を設けてもよい。またポンプケーシング４とケーシングカバー５のいずれか一方にだけ設けてもよく、図２〜４に示すように双方に配置されていてもよい。そして、外周磁性体９、内周磁性体１０はマグネットロータ２との間で磁化され、距離に応じてそれぞれ磁力をマグネットロータ２に及ぼす。なお、以下、外周磁性体９、内周磁性体１０をあわせて磁性体という。
【００１８】
図１（ｂ）において、１１ａは吐出流量検出センサ、１１ｂは回転数検出センサ、１１ｃは磁極位置検出センサ、１２は制御部である。制御部１２は中央処理装置（ＣＰＵ）に制御プログラムをロードさせて機能する機能実現手段として構成される。そして制御部１２は、吐出流量センサ１１ａや回転数検出センサ１１ｂ、磁極位置検出センサ１１ｃからの検出信号に基づいて吐出流量制御やバランス調整を行なう。なお、これらの吐出流量センサ１１ａや回転数検出センサ１１ｂ、磁極位置検出センサ１１ｃを用いた制御の詳細については、実施の形態３，４において詳述する。
【００１９】
本実施の形態１のＤＣポンプは、外部電源から電力を供給されると、ポンプに設けられた電気回路により制御された電流がステータコア３のコイルに流れ、回転磁界が発生する。この回転磁界がマグネットロータ２に作用するとマグネットロータ２に物理力が発生する。ところで、このマグネットロータ２はリング羽根車１と一体化されているため、羽根車１に回転トルクが作用し、この回転トルクにより羽根車１が回転を始める。羽根車１の外周に設けられた羽根は羽根車１の回転によって吸込口７から流入した流体に運動エネルギーを与え、その運動エネルギーによりポンプケーシング４内の流体の圧力が徐々に高められ吐出口８から吐き出される。吐出口８の高い圧力は吐出口付近から軸方向への力となり、それと相反する力と釣り合うようにマグネットロータ２のバランスを外周磁性体９、内周磁性体１０でとることにより、軸６への荷重をなくす。
【００２０】
以上説明したように本実施の形態によれば、ポンプの圧力差により発生させるラジアル方向に対する力と相反する力と釣り合うようにマグネットロータ２のバランスを外周磁性体９、内周磁性体１０でとることで、軸６への荷重をなくすことが実現できる。
【００２１】
本実施の形態１のＤＣポンプは軸に対する荷重がバランスよく釣り合っており、軸の寿命を長くすることができ、羽根車の回転が安定したものにできる。また、騒音、振動を低減できる。
【００２２】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２について図４に基づいて説明する。実施の形態２のＤＣポンプは、実施の形態１の軸６をなくし、羽根車１をリング状にし羽根車１の内側に溝１^＊を加工したものである。羽根車１の回転する中心が軸６に相当する回転中心となる。図４は本発明の実施の形態２における軸レスのＤＣポンプの構成を示す説明図である。
【００２３】
本実施の形態２のＤＣポンプは、外周磁性体９と内周磁性体１０とがマグネットロータ２へ及ぼす合力と、ポンプの圧力差により発生するラジアル方向の力とがバランスよく釣り合うことにより、軸６を廃止した軸レスポンプである。ラジアル方向の力がバランスよく釣り合っていることから、動圧を発生させるための羽根車の溝１^＊のみを考えることができ、余計な圧力バランスを考慮しなくてすみ、溝１^＊の加工がしやすくなる。
【００２４】
本実施の形態２のＤＣポンプは、羽根車１のラジアル方向のバランスがよいので、軸６を廃止した軸レスポンプとすることができるため、低コスト化ができる。そして、羽根車がケーシング等にあたることを防ぐため、長寿命のポンプを提供することができ、振動、騒音を低減できる。さらに、ラジアル方向のバランスがよいため、動圧を発生させるための羽根車の溝１^＊の余計な圧力バランスを考慮した加工を不要とすることができる。
【００２５】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３について、図１（ａ）（ｂ）、図５に基づいて説明する。図５（ａ）は吐出流量検出センサからマグネットロータと磁性体の最適距離を演算する説明図、図５（ｂ）は本発明の実施の形態３におけるＤＣポンプの最適距離に制御するアクチュエータの説明図である。図５において、１３ａ，１３ｂはピエゾ素子等の圧電素子である。
【００２６】
実施の形態３のＤＣポンプは、吐出流量が最大になる場合のマグネットロータと磁性体の最適距離を演算されたものである。図１（ｂ）に示す吐出流量検出センサ１１ａより吐出流量を検出し、その流量の最大になるマグネットロータと磁性体の最適距離を制御部１２によって演算し、吐出圧に応じた最適距離を演算する。このとき、吐出流量が最大になったＱ_ｍａｘに対応するｄ１が、マグネットロータと磁性体の最適距離となる。制御部１２は最適距離調整のアクチュエータである。制御部１２は圧電素子１３ａ，１３ｂに通電して、外周磁性体９，内周磁性体１０の位置をそれぞれ調整できる。従って、マグネットロータ２と外周磁性体９、内周磁性体１０との間の距離が最適距離ｄ１に保持できるものである。
【００２７】
以上のように、ポンプの圧力差により発生させるラジアル方向に対する力と相反する力と釣り合うようにマグネットロータのバランスを外周磁性体９、内周磁性体１０でとることで、軸６への荷重をなくすことが実現できる。また、吐出流量により、最適なバランスを求めることができるため、軸６への荷重負担が少なくなる。
【００２８】
本実施の形態３のＤＣポンプは、軸６に対する荷重がバランスよく釣り合っており、軸６の寿命を長くすることができ、羽根車１の回転が安定したものにできる。また、騒音、振動を低減できる。また、羽根車１のラジアル方向のバランスがよいので、軸６を廃止した軸レスポンプとすることもできるため、低コスト化ができる。そして、羽根車１がケーシング等にあたることを防ぐため、長寿命のポンプを提供することができ、振動、騒音を低減できる。さらに、ラジアル方向のバランスがよいため、動圧を発生させるための羽根車の溝１^＊の余計な圧力バランスを考慮した加工を不要とすることができる。
【００２９】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４について、図１（ａ）（ｂ）、図６に基づいて説明する。図６は回転数検出センサからマグネットロータと磁性体の最適距離を演算する説明図である。
【００３０】
実施の形態４のＤＣポンプは、回転数が最大になる場合のマグネットロータと磁性体の最適距離を演算されたものである。図１（ｂ）に示す回転数検出センサ１１ｂより回転数を検出し、その回転数の最大になるマグネットロータ２の磁性体の最適距離を制御部１２によって演算し、回転数に応じた最適距離を演算する。このとき、回転数が最大になったＮ_ｍａｘに対応するｄ１が、マグネットロータ２と磁性体の最適距離となる。制御部１２はアクチュエータとしての圧電素子１３ａ，１３ｂに通電して、外周磁性体９，内周磁性体１０の位置をそれぞれ調整できる。従って、マグネットロータ２と外周磁性体９、内周磁性体１０との間の距離が最適距離ｄ１に保持できるものである。
【００３１】
以上のように、ポンプの圧力差により発生させるラジアル方向に対する力と相反する力と釣り合うようにマグネットロータのバランスを外周磁性体９、内周磁性体１０でとることで、軸への荷重をなくすことが実現できる。また、回転数検出センサにより、最適なバランスを求めることができるため、軸への荷重負担が少なくなる。
【００３２】
本実施の形態４のＤＣポンプは、軸に対する荷重がバランスよく釣り合っており、軸の寿命を長くすることができ、羽根車の回転が安定したものにできる。また、騒音、振動を低減できる。また、羽根車のラジアル方向のバランスがよいので、軸を廃止した軸レスポンプとすることもできるため、低コスト化ができる。そして、羽根車がケーシング等にあたることを防ぐため、長寿命のポンプを提供することができ、振動、騒音を低減できる。更に、ラジアル方向のバランスがよいため、動圧を発生させるための羽根車溝１^＊の余計な圧力バランスを考慮した加工を不要とすることができる。
【００３３】
（実施の形態５）
本発明の実施の形態５について図７に基づいて説明する。図７（ａ）は突極がマグネットロータへ及ぼす力のグラフ、図７（ｂ）は（ａ）のＤＣポンプの制御回路図である。実施の形態５のＤＣポンプは、図７（ｂ）において、１４はマグネットの極が変わるタイミングを磁極位置検出センサ１１ｃの出力信号とし、その信号からマグネットロータ２の回転数に変換する回転数変換部である。
【００３４】
図７（ｂ）に示すように、マグネットの磁極位置を検出する磁極位置検出センサ１１ｃと、磁極位置検出センサ１１ｃの出力信号からマグネットロータの回転数に変換する回転数変換装置と、回転数変換部の出力信号からマグネットロータと磁性体の最適距離を決定する制御装置を有するものである。ステータコアの突極によりマグネットロータへ力が発生するが、突極と突極の間にマグネットロータの極の変わり目が来る場合には力が働くなる。
【００３５】
また、図７（ａ）において、１３はコギングが発生する領域である。領域１３の部分は突極から発生するマグネットロータ２への力がなくなるところであり、コギングが発生するところである。そこで、ステータコアの突極と突極の間に磁極位置検出センサ１１ｃを配置し、マグネットの極が変わるタイミングを磁極位置検出センサ１１ｃの出力信号として、その信号からマグネットロータ２の回転数に変換する回転数変換部１４を設ける。さらに、磁極位置検出センサ１１ｃからの信号をマグネットロータ２と磁性体の最適距離を決定する制御部１２を設ける。以上のように、回転数変換部１４とマグネットロータ２と磁性体の最適距離を決定する制御部１２とを設けることで、滑らかな回転をすることができる。
【００３６】
以上のように、ポンプの圧力差により発生させるラジアル方向に対する力と相反する力と釣り合うようにマグネットロータのバランスを外周磁性体９、内周磁性体１０でとることで、軸への荷重をなくすことが実現できる。さらに、回転数変換装置とマグネットロータと磁性体の最適距離を決定する制御装置を用いることで回転が滑らかになる。
【００３７】
本実施の形態５のＤＣポンプは、羽根車がケーシング等にあたることを防ぎ、滑らかに回転するため、長寿命のポンプを提供することができ、振動、騒音を低減できる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のＤＣポンプは、ポンプの圧力差により発生させるラジアル方向に対する力と相反する力と釣り合うようにマグネットロータのバランスをとるため、機械損失を低減でき、軸にかかる荷重を軽減できるし、あるいは軸及び軸受け等を廃止し、ポンプの長寿命化、低コスト化、騒音・振動の低減ができる。
【００３９】
また、動圧型の流体軸受けを使用する際、ポンプの取扱い液である水による動圧でバランスをとる場合、ポンプの流入路と流出路の圧力差により発生するモータのラジアル方向に発生する力も考慮した動圧を発生させるための高度な機械加工を不要とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明の実施の形態１におけるＤＣポンプの断面図
（ｂ）本発明の実施の形態１におけるＤＣポンプの制御構成図
【図２】図１のＤＣポンプの構成を示す説明図
【図３】本発明の実施の形態１におけるポンプケーシングとケーシングカーバーを示す説明図
【図４】本発明の実施の形態２における軸レスのＤＣポンプの構成を示す説明図
【図５】（ａ）吐出流量検出センサからマグネットロータと磁性体の最適距離を演算する説明図
（ｂ）本発明の実施の形態３におけるＤＣポンプの最適距離に制御するアクチュエータの説明図
【図６】回転数検出センサからマグネットロータと磁性体の最適距離を演算する説明図
【図７】（ａ）突極がマグネットロータへ及ぼす力のグラフ
（ｂ）（ａ）のＤＣポンプの制御回路図
【図８】従来の渦流ポンプを示す図
【符号の説明】
１羽根車
１^＊溝
２マグネットロータ
３ステータコア
３ａ突極
３ｂティース
３ｃ巻線
４ポンプケーシング
５ケーシングカバー
６軸
７吸込口
８吐出口
９外周磁性体
１０内周磁性体
１１ａ吐出流量検出センサ
１１ｂ回転数検出センサ
１１ｃ磁極位置検出センサ
１２制御部
１３コギングが発生する領域
１３ａ圧電素子
１３ｂ圧電素子
１４回転数変換部
１０１吸込口
１０２吐出口
１０３通水路
１０４ポンプ軸
１０５ポンプ軸受
１０６被駆動マグネット
１０７羽根
１０８ポンプケーシング
１０９力[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a DC pump using a DC brushless motor having a long life and high efficiency.
[0002]
[Prior art]
A vortex pump (friction pump) suitable for thinning a structure that sucks in from the radial direction and discharges in the radial direction is known. FIG. 8 is a view showing a conventional vortex pump (for example, see Patent Document 1).
[0003]
In the vortex pump of FIG. 8, a pump bearing 105 is inserted and a pump shaft 104 is mounted. A driven magnet 106 is formed on the outer periphery of the pump bearing 105, and a blade 107 is formed on the outermost periphery in a ring shape. The driven magnet 106 and the blade 107 are integrally formed of a magnetic resin material. The rotational power of the motor is transmitted to the driven magnet 106, the blade 107 rotates by the rotational power transmitted to the driven magnet 106, and the liquid flowing in the radial direction from the suction port 101 flows through the water passage 103 in the direction of the arrow. It flows out of the outlet 102.
[0004]
In the vortex pump of FIG. 8, the force 109 in the radial direction of the motor, which is generated by the pressure difference between the suction port 101 and the discharge port 102 of the pump, is caused by the sliding between the pump shaft 104, which is the driving source, the pump bearing 105, and the sealing material. It became a load and was balanced. This prevents the pump blades 107 from contacting the pump casing 108 and the like.
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-58-91393
[Problems to be solved by the invention]
However, the configuration of the conventional vortex pump described above has a problem that the mechanical loss increases because the pressure difference of the pump is balanced with the axial load. Furthermore, when using a dynamic pressure type fluid bearing and balancing with the dynamic pressure of water, which is the handling liquid of the pump, cancel the radial force of the motor generated by the pressure difference between the inflow path and the outflow path of the pump. Groove processing for generating an appropriate dynamic pressure depends on the size of the pump, but requires extremely fine processing and often requires precision processing on the order of several μm.
[0007]
Therefore, the present invention solves the above-mentioned conventional problems, and can reduce the mechanical loss, extend the service life of the pump, reduce the cost, and does not require precision machining when balancing with dynamic pressure. The purpose is to provide.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, a DC pump according to the present invention is characterized in that the magnetic material is disposed on a line connecting the discharge port and the rotation center at a position on the outer peripheral side and / or the inner peripheral side of the magnet rotor. .
[0009]
As a result, mechanical loss can be reduced, the life of the pump can be prolonged, the cost can be reduced, and precision machining can be made unnecessary when balancing with dynamic pressure.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
In order to solve the above-mentioned problem, an invention according to claim 1 is an armature wound around a plurality of teeth each having a salient pole formed at a tip thereof, and a ring-shaped magnet that faces the salient pole and rotates around the armature. A rotor, an impeller integrated with the magnet rotor and having blades formed therearound, a suction port for housing the impeller, sucking fluid into the pump chamber, and a discharge port for discharging the fluid around the pump chamber. The DC pump is provided with a pump casing provided, wherein the magnetic material is disposed on a line connecting the discharge port and the rotation center at a position on the outer peripheral side and / or the inner peripheral side of the magnet rotor. The magnet rotor can be balanced with the magnetic material so as to balance the radial force due to the pressure difference generated at the discharge port, and the mechanical loss can be reduced.
[0011]
According to a second aspect of the present invention, there is provided a discharge flow rate detecting means for detecting a discharge flow rate of the pump, and the discharge flow rate detecting means calculates an optimum distance between the magnet rotor and the magnetic body when the discharge flow rate is maximum, and calculates a position of the magnetic body. The DC pump according to claim 1, further comprising a control unit for determining the position of the magnetic material, so that the magnetic body can be positioned at an optimum position, and the magnetic material can be balanced with a radial force due to a pressure difference generated at the discharge port. In addition, the balance of the magnet rotor is improved, and the mechanical loss can be reduced.
[0012]
According to a third aspect of the present invention, there is provided a rotational speed detecting means for detecting the rotational speed of the magnet rotor, and the rotational speed detecting means calculates an optimum distance between the magnet rotor and the magnetic body when the rotational speed is maximized. 2. The DC pump according to claim 1, further comprising a control unit for determining a position, wherein the magnetic body can be positioned at an optimum position, and is balanced with a radial force due to a pressure difference generated at the discharge port. As described above, the balance of the magnet rotor can be maintained, and the mechanical loss can be reduced.
[0013]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a magnetic pole position detecting means for detecting a magnetic pole position of a magnet of a magnet rotor, a rotation number conversion unit for calculating a rotation number of the magnet rotor from an output signal of the magnetic pole position means, and an output of the rotation number conversion unit. The DC pump according to claim 1, further comprising a control unit for determining the positions of the magnet rotor and the magnetic material from the signal, so that the magnet rotor and the magnetic material can be located at the optimum positions. The balance of the magnet rotor is balanced so as to balance the radial force due to the generated pressure difference, so that the mechanical loss can be reduced.
[0014]
(Embodiment 1)
Hereinafter, Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 (a), 1 (b), 2 and 3. FIG. 1A is a cross-sectional view of a DC pump according to the first embodiment of the present invention, FIG. 1B is a control configuration diagram of the DC pump according to the first embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 3 is an explanatory diagram showing a configuration, and FIG. 3 is an explanatory diagram showing a pump casing and a casing carver according to Embodiment 1 of the present invention.
[0015]
In FIGS. 1 to 3, reference numeral 1 denotes a vortex impeller constituting the DC pump according to the first embodiment, in which a number of blades formed by grooves formed at a predetermined pitch on the outer circumference are formed, and the inner circumference is formed on the inner circumference. Is provided with a magnet rotor 2. The DC pump of the present invention is a turbo pump having a DC brushless motor as a drive unit. Among them, any type of pump that receives a radial force from a fluid may be used, but a vortex pump is a typical example. is there. Here, the impeller 1 may be configured by integrating the blades and the magnet rotor 2 with different materials and fitting them together, or may be configured by a magnetic resin material and integrating the blades and the magnet rotor 2 with the same material. You may.
[0016]
Reference numeral 3 denotes a stator core provided on the inner peripheral side of the magnet rotor 2 for forming a rotating magnetic field, 3a denotes salient poles, 3b denotes teeth, and 3c denotes windings wound around the teeth 3b to form an armature. Reference numeral 4 denotes a pump casing having a pump chamber for accommodating the impeller 1 and simultaneously recovering the kinetic energy given to the fluid by the impeller 1 and guiding it to the discharge port 8. This is a casing cover for sealing the casing. The casing cover 5 and the pump casing 4 constitute a pump casing of the present invention. Reference numeral 6 denotes a shaft (rotation center of the present invention) fixed to the pump casing 4, which is inserted into a through hole at the center of the impeller 1 so that the impeller 1 is rotatable. The shaft 6 may be fixed to the pump casing 4 as a separate part by press-fitting or insert molding, or may be integrally formed of the same material as the pump casing 4. Further, the shaft 6 may be provided so as to be slidable with the pump casing 4 instead of being fixed.
[0017]
Reference numeral 7 denotes a suction port, and reference numeral 8 denotes a discharge port. Fluid flows in and out of the impeller 1 in a radial direction of rotation. Reference numeral 9 denotes an outer peripheral magnetic body on the outer peripheral side of the magnet rotor 2, which is arranged around the discharge port 8 of the pump. Reference numeral 10 denotes an inner circumferential magnetic body on the inner circumferential side of the magnet rotor. The outer circumferential magnetic body 9 and the inner circumferential magnetic body 10 are arranged on a line connecting the discharge port 8 and the rotation center with the magnet rotor 2 interposed therebetween. The outer peripheral magnetic body 9 and the inner peripheral magnetic body 10 may be provided on only one of them, or both may be provided. Further, it may be provided on only one of the pump casing 4 and the casing cover 5, or may be provided on both as shown in FIGS. The outer magnetic body 9 and the inner magnetic body 10 are magnetized with the magnet rotor 2 and exert magnetic force on the magnet rotor 2 according to the distance. Hereinafter, the outer peripheral magnetic body 9 and the inner peripheral magnetic body 10 are collectively referred to as a magnetic body.
[0018]
In FIG. 1B, reference numeral 11a denotes a discharge flow rate detection sensor, 11b denotes a rotation speed detection sensor, 11c denotes a magnetic pole position detection sensor, and 12 denotes a control unit. The control unit 12 is configured as a function realizing unit that functions by loading a control program into a central processing unit (CPU). The control unit 12 performs discharge flow control and balance adjustment based on detection signals from the discharge flow rate sensor 11a, the rotation speed detection sensor 11b, and the magnetic pole position detection sensor 11c. The details of control using the discharge flow rate sensor 11a, the rotation speed detection sensor 11b, and the magnetic pole position detection sensor 11c will be described in Embodiments 3 and 4.
[0019]
In the DC pump according to the first embodiment, when power is supplied from an external power supply, a current controlled by an electric circuit provided in the pump flows through the coil of the stator core 3 to generate a rotating magnetic field. When this rotating magnetic field acts on the magnet rotor 2, a physical force is generated on the magnet rotor 2. By the way, since the magnet rotor 2 is integrated with the ring impeller 1, a rotational torque acts on the impeller 1, and the rotational torque causes the impeller 1 to start rotating. The blades provided on the outer periphery of the impeller 1 give kinetic energy to the fluid flowing from the suction port 7 by the rotation of the impeller 1, and the kinetic energy gradually increases the pressure of the fluid in the pump casing 4 so that the discharge port 8 Exhaled from. The high pressure of the discharge port 8 becomes a force in the axial direction from the vicinity of the discharge port, and the magnet rotor 2 is balanced by the outer magnetic body 9 and the inner magnetic body 10 so as to balance the opposing force. Eliminate the load.
[0020]
As described above, according to the present embodiment, the outer peripheral magnetic body 9 and the inner peripheral magnetic body 10 balance the magnet rotor 2 so as to balance the force in the radial direction generated by the pressure difference between the pumps and the force opposite to the radial direction. This makes it possible to eliminate the load on the shaft 6.
[0021]
In the DC pump according to the first embodiment, the load on the shaft is balanced and balanced, the life of the shaft can be extended, and the rotation of the impeller can be stabilized. Also, noise and vibration can be reduced.
[0022]
(Embodiment 2)
Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIG. The DC pump according to the second embodiment is obtained by eliminating the shaft 6 of the first embodiment, making the impeller 1 ring-shaped, and forming a groove 1 ^* inside the impeller 1. The center of rotation of the impeller 1 is the center of rotation corresponding to the shaft 6. FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating a configuration of a shaftless DC pump according to Embodiment 2 of the present invention.
[0023]
In the DC pump according to the second embodiment, the resultant force exerted on the magnet rotor 2 by the outer peripheral magnetic body 9 and the inner peripheral magnetic body 10 and the radial force generated by the pressure difference between the pumps are well balanced. This is a shaftless pump in which 6 is eliminated. Since the force in the radial direction are balanced well-balanced, only the grooves 1 ^* impeller for generating a dynamic pressure can be considered, it is not necessary considering the extra pressure balance, the groove 1 ^* processing of Easier to do.
[0024]
The DC pump according to the second embodiment has a good radial balance of the impeller 1, and can be a shaftless pump in which the shaft 6 is eliminated, so that the cost can be reduced. In addition, since the impeller is prevented from hitting the casing or the like, a long-life pump can be provided, and vibration and noise can be reduced. In addition, since the radial balance is good, it is not necessary to take into account the extra pressure balance of the groove 1 ^* of the impeller for generating the dynamic pressure.
[0025]
(Embodiment 3)
Third Embodiment A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 5A is an explanatory diagram for calculating an optimum distance between a magnet rotor and a magnetic body from a discharge flow rate detection sensor, and FIG. 5B is an explanation of an actuator for controlling an optimum distance of a DC pump according to a third embodiment of the present invention. FIG. In FIG. 5, reference numerals 13a and 13b denote piezoelectric elements such as piezo elements.
[0026]
In the DC pump according to the third embodiment, the optimum distance between the magnet rotor and the magnetic body when the discharge flow rate is maximized is calculated. The discharge flow rate is detected by the discharge flow rate detection sensor 11a shown in FIG. 1B, and the optimum distance between the magnet rotor and the magnetic body at which the flow rate becomes maximum is calculated by the control unit 12, and the optimum distance according to the discharge pressure is calculated. I do. In this case, d1 the discharge flow rate corresponding to Q _max that is the maximum becomes the optimal distance of the magnet rotor and the magnetic body. The control unit 12 is an actuator for adjusting the optimum distance. The control unit 12 can adjust the positions of the outer magnetic body 9 and the inner magnetic body 10 by supplying current to the piezoelectric elements 13a and 13b. Therefore, the distance between the magnet rotor 2 and the outer magnetic body 9 and the inner magnetic body 10 can be maintained at the optimum distance d1.
[0027]
As described above, the load on the shaft 6 is reduced by balancing the magnet rotor with the outer magnetic body 9 and the inner magnetic body 10 so as to balance the force in the radial direction generated by the pressure difference between the pumps and the force contradictory to the force in the radial direction. It can be eliminated. Further, since the optimum balance can be obtained by the discharge flow rate, the load on the shaft 6 is reduced.
[0028]
In the DC pump according to the third embodiment, the load on the shaft 6 is well-balanced, the life of the shaft 6 can be prolonged, and the rotation of the impeller 1 can be stabilized. Also, noise and vibration can be reduced. In addition, since the radial balance of the impeller 1 is good, a shaftless pump in which the shaft 6 is eliminated can be used, so that the cost can be reduced. Further, since the impeller 1 is prevented from hitting the casing or the like, a long-life pump can be provided, and vibration and noise can be reduced. In addition, since the radial balance is good, it is not necessary to take into account the extra pressure balance of the groove 1 ^* of the impeller for generating the dynamic pressure.
[0029]
(Embodiment 4)
Embodiment 4 of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 6 is an explanatory diagram for calculating the optimum distance between the magnet rotor and the magnetic body from the rotation speed detection sensor.
[0030]
In the DC pump according to the fourth embodiment, the optimum distance between the magnet rotor and the magnetic body when the rotation speed is maximized is calculated. The rotation speed is detected by a rotation speed detection sensor 11b shown in FIG. 1B, and the control unit 12 calculates the optimum distance of the magnetic body of the magnet rotor 2 at which the rotation speed becomes maximum, and the optimum distance according to the rotation speed. Is calculated. At this time, d1 corresponding to _Nmax at which the number of rotations is the maximum is the optimum distance between the magnet rotor 2 and the magnetic body. The controller 12 can adjust the positions of the outer peripheral magnetic body 9 and the inner peripheral magnetic body 10 by energizing the piezoelectric elements 13a and 13b as actuators. Therefore, the distance between the magnet rotor 2 and the outer magnetic body 9 and the inner magnetic body 10 can be maintained at the optimum distance d1.
[0031]
As described above, the load on the shaft is eliminated by balancing the magnet rotor with the outer magnetic body 9 and the inner magnetic body 10 so as to balance the force in the radial direction generated by the pressure difference between the pumps and the force opposite to the radial direction. Can be realized. Further, since the optimum balance can be obtained by the rotation speed detection sensor, the load on the shaft is reduced.
[0032]
In the DC pump according to the fourth embodiment, the load on the shaft is well-balanced, the life of the shaft can be prolonged, and the rotation of the impeller can be stabilized. Also, noise and vibration can be reduced. In addition, since the radial balance of the impeller is good, a shaftless pump in which the shaft is eliminated can be used, so that the cost can be reduced. In addition, since the impeller is prevented from hitting the casing or the like, a long-life pump can be provided, and vibration and noise can be reduced. Furthermore, since the balance in the radial direction is good, it is not necessary to perform processing in consideration of unnecessary pressure balance of the impeller groove 1 ^* for generating dynamic pressure.
[0033]
(Embodiment 5)
Embodiment 5 of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7A is a graph of the force exerted by the salient poles on the magnet rotor, and FIG. 7B is a control circuit diagram of the DC pump of FIG. In the DC pump according to the fifth embodiment, in FIG. 7B, reference numeral 14 denotes a rotation speed conversion for converting the timing at which the pole of the magnet changes as an output signal of the magnetic pole position detection sensor 11 c and converting the signal into the rotation speed of the magnet rotor 2. Department.
[0034]
As shown in FIG. 7B, a magnetic pole position detection sensor 11c for detecting the magnetic pole position of the magnet, a rotation speed conversion device for converting the output signal of the magnetic pole position detection sensor 11c into a rotation speed of the magnet rotor, and a rotation speed conversion device And a control device for determining an optimum distance between the magnet rotor and the magnetic body from an output signal of the section. A force is generated on the magnet rotor by the salient poles of the stator core. However, when a change of the poles of the magnet rotor comes between the salient poles, the force acts.
[0035]
In FIG. 7A, reference numeral 13 denotes an area where cogging occurs. The portion of the region 13 is where the force on the magnet rotor 2 generated from the salient poles disappears, and where cogging occurs. Therefore, the magnetic pole position detection sensor 11c is arranged between the salient poles of the stator core, and the timing at which the pole of the magnet changes is used as an output signal of the magnetic pole position detection sensor 11c, and the signal is converted into the rotation speed of the magnet rotor 2. A rotation speed conversion unit 14 is provided. Further, there is provided a control unit 12 for determining a signal from the magnetic pole position detection sensor 11c to determine an optimum distance between the magnet rotor 2 and the magnetic body. As described above, by providing the rotation speed conversion unit 14, the control unit 12 for determining the optimum distance between the magnet rotor 2 and the magnetic body, smooth rotation can be achieved.
[0036]
As described above, the load on the shaft is eliminated by balancing the magnet rotor with the outer magnetic body 9 and the inner magnetic body 10 so as to balance the force in the radial direction generated by the pressure difference between the pumps and the force opposite to the radial direction. Can be realized. Further, the rotation is smoothed by using a rotation speed conversion device and a control device for determining an optimum distance between the magnet rotor and the magnetic body.
[0037]
The DC pump according to the fifth embodiment prevents the impeller from hitting the casing or the like and rotates smoothly, so that a long-life pump can be provided, and vibration and noise can be reduced.
[0038]
【The invention's effect】
As described above, the DC pump of the present invention balances the magnet rotor so as to balance the force in the radial direction generated by the pressure difference between the pump and the force in the radial direction, so that the mechanical loss can be reduced and the load on the shaft can be reduced. Can be reduced, or the shaft and bearings can be eliminated, so that the life of the pump can be extended, the cost can be reduced, and noise and vibration can be reduced.
[0039]
In addition, when using a dynamic pressure type fluid bearing, when balancing with the dynamic pressure of water, which is the liquid handled by the pump, consider the radial force of the motor generated by the pressure difference between the inflow path and the outflow path of the pump. This eliminates the need for sophisticated machining for generating a dynamic pressure.
[Brief description of the drawings]
1A is a cross-sectional view of a DC pump according to a first embodiment of the present invention; FIG. 2B is a control configuration diagram of the DC pump according to the first embodiment of the present invention; FIG. FIG. 3 is an explanatory view showing a pump casing and a casing carver according to the first embodiment of the present invention. FIG. 4 is an explanatory view showing a configuration of a shaftless DC pump according to a second embodiment of the present invention. (A) Explanatory diagram for calculating the optimum distance between the magnet rotor and the magnetic body from the discharge flow rate detection sensor (b) Explanatory diagram for an actuator that controls the DC pump to the optimum distance according to the third embodiment of the present invention. FIG. 7 (a) is a graph of the force exerted by the salient poles on the magnet rotor from the detection sensor, and FIG. 7 (b) is a control circuit diagram of the DC pump of FIG. 8 (a). Conventional Shows a vortex flow pump [Description of symbols]
1 Impeller 1 ^* Groove 2 Magnet rotor 3 Stator core 3a Salient pole 3b Teeth 3c Winding 4 Pump casing 5 Casing cover 6 Shaft 7 Suction port 8 Discharge port 9 Outer magnetic body 10 Inner magnetic body 11a Discharge flow rate detection sensor 11b Detection sensor 11c Magnetic pole position detection sensor 12 Control unit 13 Region 13 where cogging occurs 13a Piezoelectric element 13b Piezoelectric element 14 Number of rotations conversion unit 101 Suction port 102 Discharge port 103 Water passage 104 Pump shaft 105 Pump bearing 106 Driven magnet 107 Blade 108 Pump Casing 109 force

Claims

An armature wound around a plurality of teeth having salient poles formed at the tip, a ring-shaped magnet rotor facing the salient poles and rotating therearound, and a vane formed integrally with the magnet rotor. And a pump casing that houses the impeller, and a suction port that sucks fluid into the pump chamber and a discharge port that discharges the fluid are provided around the pump chamber. A DC pump, which is arranged on a line connecting the discharge port and the rotation center at a position on an outer peripheral side and / or an inner peripheral side of a rotor.

A control for providing a discharge flow rate detecting means for detecting a discharge flow rate of a pump, calculating an optimum distance between the magnet rotor and the magnetic body when the discharge flow rate is maximum in the discharge flow rate detecting means, and determining a position of the magnetic body; 2. The DC pump according to claim 1, further comprising a unit.

Rotation speed detection means for detecting the rotation speed of the magnet rotor is provided, and the rotation speed detection means calculates the optimum distance between the magnet rotor and the magnetic material when the rotation speed is maximized, and determines the position of the magnetic material. The DC pump according to claim 1, further comprising a control unit.

Magnetic pole position detecting means for detecting the magnetic pole position of the magnet of the magnet rotor, a rotation speed conversion unit for calculating the rotation speed of the magnet rotor from an output signal of the magnetic pole position means, and a magnet rotor based on the output signal of the rotation speed conversion unit. 2. The DC pump according to claim 1, further comprising a controller for determining a position of the magnetic material.