JP2006083774A - インラインポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】吸込性能に優れた高効率のインラインポンプを提供すること。
【解決手段】ステータ２とその内部に回転可能に配された永久磁石３とで構成される電動モータ４と、該電動モータ４によって回転駆動されインペラ５を有するポンプ６とを共通のハウジング７内に組み込んで一体化するとともに、流体吸込ライン８とポンプ軸心とを一致させて成るインラインポンプ１において、前記電動モータ４の永久磁石３と前記ポンプ６のインペラ５とを一体化してロータ１４を構成し、該ロータ１４の軸心部を中空として該中空部を流体吸込ライン８とするとともに、ロータ１４を前記ハウジング７に回転可能に支持せしめる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動モータとポンプとを共通のハウジング内に組み込んで一体化して成るインラインポンプに関するものである。

例えばマンションにおいて、階上の上水道圧が弱い場合や部屋の増設に伴って上水道を新規に引く場合等には、加圧ポンプとしてインラインポンプが使用される。

ところで、従来のインラインポンプの大半は、流体吸込吐出ラインとポンプ軸心とが直交する構成（以下、「直交型」と称する）を採用していた。即ち、図５に従来の直交型のインラインポンプ１０１の構成を示すが、このインラインポンプ１０１においては、入口配管１５０からの流体の流れが水平方向から一旦垂直方向に変えられてポンプ軸心向きに下方から上向きに流体が吸い込まれ、インペラ１０５の遠心力によって流体が吐出配管１５１へと水平方向に吐出されるが、このような構成では、曲管や断面変化による圧力損失を招き、立体的に大きな空間を要する等の欠点があった。

又、直交型のインラインポンプでは、水平配管においてはポンプ部が空気溜となり、駆動源としてキャンドモータを使用した場合には、軸受部に潤滑水を十分供給することができず、軸受の摩耗が早くなってその耐久性が低下するという問題が発生していた。

そこで、流体吸込吐出ラインとポンプ軸心とを一致させた構成（以下、「一致型」と称する）が採用されているが、この種の一致型インラインポンプは以下の２つのタイプに分けられる。

即ち、１つは、図６に示すように、電動モータ２０４のロータ２０３の軸心部を貫通する回転軸２３０を設け、この回転軸２３０の両端をガイドベーン２３１，２３２のボス部２３３，２３４に軸受ブッシュ２３５，２３６を介して回転可能に支持せしめるとともに、該回転軸２３０の一端にインペラ２０５を結着する構成が採用されている（特許文献１参照）。

又、他の１つは、図７に示すように、電動モータ３０４のロータ３０３の軸心部に固定軸３３０を固設し、ロータ３０３と一体化されたインペラ３０５を軸受３３１を介して前記固定軸３３０に回転自在に支承せしめる構成が採用されている（特許文献２参照）。

特公昭４９−０１８２８２号公報 特開２０００−２７４３８６号公報

しかしながら、図６に示すインラインポンプ２０１にあっては、インペラ２０５は、その吸込口が外に向けられて回転軸２３０の端部に取り付けられているため、該インペラ２０５への流体の吸い込みは容易になされるが、インペラ２０５から吐出されて圧力を保持した流体がガイドベーン２３１，２３２を２度通過する他、ロータ支持パイプ２３７に開口する送出孔２３７ａを通過して排出されるため、圧力損失を招きポンプ効率が悪くなるという問題がある。

又、図７に示すインラインポンプ３０１にあっては、ロータ３０３と一体化されたインペラ３０５を軸受３３１を介して固定軸３３０に回転自在に支持せしめる構成が採用されているため、該インペラ３０５の吸込口径が必然的に大きくなり、流体の周方向速度の増加によって吸込性能が低下してポンプ効率の悪化を招くという問題がある。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、吸込性能に優れた高効率のインラインポンプを提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、ステータとその内部に回転可能に配された永久磁石とで構成される電動モータと、該電動モータによって回転駆動されるインペラを有するポンプとを共通のハウジング内に組み込んで一体化するとともに、流体吸込ラインとポンプ軸心とを一致させて成るインラインポンプにおいて、前記電動モータの永久磁石と前記ポンプのインペラとを一体化してロータを構成し、該ロータの軸心部を中空として該中空部を流体吸込ラインとするとともに、ロータを前記ハウジングに回転可能に支持せしめたことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記ロータの中空部の内径を配管の内径に略等しく設定したことを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記永久磁石を樹脂でモールドするとともに、該樹脂で前記インペラを一体に構成したことを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３の何れかに記載の発明において、前記電動モータをキャンドモータで構成するとともに、該キャンドモータのステータへの流体の浸入を防ぐステータキャンを樹脂で構成し、該ステータキャンの軸方向一端を軸方向に延長して吸込ノズルを形成したことを特徴とする。

請求項５記載の発明は、請求項１〜４の何れかに記載の発明において、前記インペラの後流側に流体吐出ラインを前記流体吸込ラインと同軸に形成するとともに、インペラから径方向外方へ吐出される流体を折り返して前記流体吐出ラインへと導く返り流路を設け、該返り流路に複数のガイドベーンを設けたことを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項１〜５の何れかに記載の発明において、前記インペラの羽根幅を任意に変更可能とし、流量の変更を容易としたことを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項１〜６の何れかに記載の発明において、少なくとも液体に接する部品を耐食性の高い樹脂又はステンレスで構成したことを特徴とする。

請求項８記載の発明は、請求項１〜７の何れかに記載の発明において、前記ハウジングの少なくとも前記ステータの周囲を覆う部分をアルミニウム又はステンレスで構成したことを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、永久磁石とインペラとを一体化して成るロータの軸心部を中空として該中空部を流体吸込ラインとしたため、インペラの吸込口に至る流体吸込ラインがストレートとなり、その途中に曲がりや断面変化が存在せず、又、インペラを含むロータを支持する回転軸も存在しないため（所謂シャフトレスであるため）、吸込口径を必要以上に大きく取る必要がない。このため、インペラへの流体の吸込性能が改善されて高いポンプ効率が得られる。又、ロータの軸心部に形成された流体吸込ラインを流れる流体によってステータが冷却されるため、冷却手段を別途設ける必要がなく、構造の単純化とコストダウンを図ることができる。

請求項２記載の発明によれば、所謂シャフトレスが実現する結果、ロータの中空部の内径を小さく抑えて配管の内径に略等しく設定することができ、これによってインペラへの流体の吸込性能が改善されて高いポンプ効率が得られる。

請求項３記載の発明によれば、電動モータの永久磁石を樹脂でモールドするとともに、該樹脂でポンプのインペラを一体に構成したため、ロータを樹脂にて容易に一体成形することができる。

請求項４記載の発明によれば、キャンドモータにおいてステータへの流体の浸入を防ぐステータキャンを樹脂で構成したために軽量化が図られるとともに、該ステータキャンの軸方向一端を軸方向に延長してこれを吸込ノズルとして有効に利用することができる。

請求項５記載の発明によれば、インペラから径方向外方へ吐出される流体に付与された運動エネルギが返り流路を流れる過程で圧力エネルギに変換されて圧力回復がなされるが、返り流路を流れる流体はガイドベーンによって整流されるため、該流体が保有する運動エネルギの圧力エネルギへの変換が効率良くなされ、これによってポンプ効率が更に高められる。

請求項６記載の発明によれば、インペラの羽根幅を変更することによって、サイズと形状が同一のインラインポンプであっても、その流量を任意に変えることができる。具体的には、インペラの羽根幅を大きくする程、ポンプの流量を大きくすることができる。

請求項７記載の発明によれば、少なくとも液体に接する部品を耐食性の高い樹脂又はステンレスで構成したため、腐食性の高い薬品等の流体でも扱うことができ、部品の腐食を防いで高い耐久性を確保することができる。

請求項８記載の発明によれば、ハウジングの少なくともステータの周囲を覆う部分を放熱性の高いアルミニウム又はステンレスで構成したため、ステータからの熱が効率的に放熱されてステータの発熱が抑えられる。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

＜実施の形態１＞
図１は本発明の実施の形態１に係るインラインポンプの縦断面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図、図３は図１のＢ−Ｂ線断面図である。

本実施の形態に係るインラインポンプ１は、ステータ２とその内部に回転可能に配された永久磁石３とで構成される電動モータ４と、該電動モータ４によって回転駆動されるインペラ５を有するポンプ６とを共通のハウジング７内に組み込んで一体化するとともに、流体吸込ライン８とポンプ軸心とを一致させて成るものである。

ここで、前記電動モータ４は、複数の珪素鋼板を積層して成る前記ステータ２とフェライト等から成る永久磁石３及びステータ２への流体の浸入を防ぐための樹脂製のステータキャン９でを含むキャンドモータで構成されている。

又、前記ハウジング７は、樹脂製のモータハウジング１０と同じく樹脂製のポンプケーシング１１とを、間に前記ステータキャン９を挟んで複数本のボルト１２（図１には１本のみ図示）によって結合することによって構成されており、略円筒状のモータハウジング１０内には電動モータ４が組み込まれ、ポンプケーシング１１とステータキャン９とで構成されるポンプ室１３内には前記インペラ５が回転可能に組み込まれている。

ところで、本実施の形態では、電動モータ４の永久磁石３を樹脂でモールドするとともに、該樹脂で前記インペラ５を一体に形成することによって、永久磁石３とインペラ５を一体化して成るロータ１４を構成し、このロータ１４の軸方向両端をハウジング７に回転可能に支持せしめている。ここで、ロータ１４の軸中心部は中空状に成形され、その中空部は前記流体吸込ライン８を構成している。そして、この流体吸込ライン８の一端は、モータハウジング１０の中心部に形成された吸込ノズル１０ａに接続され、他端はインペラ５の吸込口に連なっている。尚、流体吸込ライン８の内径は、モータハウジング１０の吸込ノズル１０ａの内径及び吸込ノズル１０ａに接続される不図示の配管の内径に略等しく設定されている。

又、ロータ１４の一端にはステンレス製のスリーブ１５が結着されており、同ロータ１４の他端のインペラ５の軸中心部から外方に向かって水平に突出する軸部５ａの外周にはステレンレス製のスリーブ１６が結着されている。尚、スリーブ１５の外周にはスラスト用の鍔部１５ａが一体に形成されている。

他方、前記ステータキャン９の一端は小径のスリーブ状に形成され、その内周部にはＰＴＦＥ（ポリテトロフルオロエチレン）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）等の耐食性の高い材料で構成された円筒状の軸受１７が嵌着されており、この軸受１７の端部外周にはスラスト用の鍔部１７ａが一体に形成されている。又、前記ポンプケーシング１１に一体に形成されたリターンガイド１１ａの内周部には、ＰＴＦＥ、ＰＥＥＫ等の耐食性の高い材料で構成された円筒状の軸受１８が嵌着されている。

而して、ロータ１４の軸方向一端は、前記スリーブ１５が前記軸受１７によって支承されることによってステータキャン９を介してモータハウジング１０に回転可能に支持され、同ロータ１４の軸方向他端は、前記スリーブ１６が前記軸受１８によって支承されることによってポンプケーシング１１（リターンガイド１１ａ）に回転可能に支持されている。尚、スリーブ１５に形成された前記鍔部１５ａは、軸受１７に形成された前記鍔部１７ａに当接している。

ところで、インペラ５は、図２に示すような形状を有する５枚の羽根５ｂを有しており、該インペラ５の後流側のポンプケーシング１１の軸中心部には、流体吐出ライン１９が流体吸込ライン９と同軸に形成されるとともに、インペラ５から径方向外方へ吐出される流体を折り返して前記流体吐出ライン１９へと導く返り流路２０が設けられている。ここで、返り流路２０の一部は、前記ステータキャン９によって構成されており、該返り流路２０には、図３に示すような形状を有する６枚のガイドベーン２１が形成されている。尚、ポンプケーシング１１の軸中心部に形成された吐出ノズル１１ｂには不図示の配管が接続される。又、本実施の形態では、インペラ５の羽根５ｂの枚数を５枚、ガイドベーン２１の枚数を６枚としたが、通常、インペラ５の羽根５ｂ枚数は４〜６枚、ガイドベーン２１の枚数は５〜７枚の範囲の任意の枚数とされる。又、モータハウジング１０とステータキャン９との間はＯリング２２によってシールされている。

次に、以上の構成を有するインラインポンプ１の作用について説明する。

前記電動モータ４のステータ２に通電されると、該ステータ２に回転磁界が発生し、この回転磁界によって永久磁石３に回転トルクが発生するため、該永久磁石３を一体的に含むロータ１４が回転駆動され、ロータ１４の端部のインペラ５がポンプ室１３内で一体的に回転駆動される。

而して、上述のようにインペラ５が回転駆動されると、モータハウジング１０の吸込ノズル１０ａに接続された不図示の配管から水等の流体が回転体１４の軸中心に形成されたストレート状の流体吸込ライン８を通ってインペラ５に吸引され、この流体は、インペラ５の羽根５ｂによって運動エネルギを与えられて遠心力によって径方向外方へと流れ、インペラ５の外周部から吐出されて返り流路２０に沿って流れ、その過程で該流体が保有する運動エネルギが圧力エネルギに変換される。このとき、流体はガイドベーン２１によって整流されるため、該流体が保有する運動エネルギの圧力エネルギへの変換が効率良くなされ、圧力が高められた流体は、返り流路２０から流体吐出ライン１９へと流れ、ポンプケーシング１１の吐出ノズル１１ｂ及びこれに接続された不図示の配管へと吐出される。尚、インペラ５によるポンプ作用によってロータ１４に発生する吸込方向のスラスト力は、スリーブ１５の鍔部１５ａを介して軸受１７の鍔部１７ａによって受けられる。

以上において、本実施の形態に係るインラインポンプ１においては、永久磁石３とインペラ５とを一体化して成るロータ１４の軸心部を中空として該中空部を流体吸込ライン８としたため、インペラ５の吸込口に至る流体吸込ライン８がストレートとなり、その途中に曲がりや断面変化が存在せず、又、インペラ５を含むロータ１４を支持する回転軸も存在しないため（所謂シャフトレスであるため）、吸込口径を必要以上に大きく取る必要がない。このため、インペラ５への流体の吸込性能が改善されて高いポンプ効率が得られる。

又、回転体１４の軸心部に形成された流体吸込ライン８を流れる流体によって電動モータ４のステータ３が冷却されるため、冷却手段を別途設ける必要がなく、構造の単純化とコストダウンを図ることができる。

更に、本実施の形態に係るインラインポンプ１によれば、所謂シャフトレスが実現する結果、ロータ１４の中空部の内径を小さく抑えて配管の内径に略等しく設定することができ、これによってインペラ５への流体の吸込性能が改善されて高いポンプ効率が得られる。そして、本実施の形態では、返り流路２０に複数のガイドベーン２１を設けたため、返り流路２０を流れる流体はガイドベーン２１によって整流され、該流体の保有する運動エネルギの圧力エネルギへの変換が効率良くなされ、これによってポンプ効率が更に高められる。

又、本実施の形態に係るインラインポンプ１においては、電動モータ４の永久磁石３を樹脂でモールドするとともに、該樹脂でポンプ６のインペラ５を一体に構成したため、ロータ１４を樹脂にて容易に一体成形することができる。更に、電動モータ４をキャンドモータで構成し、そのステータ２への流体に浸入を防ぐステータキャン９を樹脂で構成したため、誘導電流の発生を防いで電動モータ４の効率を高めることができるとともに、当該インラインポンプ１の軽量化を図ることができる。

その他、本実施の形態においては、少なくとも液体に接する部品を耐食性の高い材料、具体的には、ハウジング７（モータハウジング１０とポンプケーシング１１）、ステータキャン９及びロータ１４を樹脂で構成し、スリーブ１５，１６をステンレスで構成し、軸受１７，１８をＰＴＦＥやＰＥＥＫ等の耐食性の高い材料で構成したため、腐食性の高い薬品等の流体でも扱うことができ、部品の腐食を防いで高い耐久性を確保することができる。

尚、本実施の形態においては、リターンガイド１１ａの削り代を調整することによってインペラ５の羽根５ｂの幅を任意に変更することができ、サイズと形状が同一のインラインポンプであっても、その流量を任意に変えることができる。具体的には、インペラ５の羽根５ｂの幅を大きくする程、ポンプ１の流量を大きくすることができる。

＜実施の形態２＞
次に、本発明の実施の形態を図４に基づいて説明する。

図４は本発明の実施の形態２に係るインラインポンプの縦断面図であり、本図においては、図１に示したものと同一要素には同一符号を付しており、以下、それらについての再度の説明は省略する。

本実施の形態に係るインラインポンプ１’は、ステータキャン９の軸方向一端を軸方向に延長して吸込ノズル９ａを一体に形成するとともに、電動モータ４の周囲を覆うモータハウジング１０を熱伝導率の高いアルミニウムで構成したことを特徴としており、モータハウジング１０とステータキャン９との間はＯリング２２によってシールされている。

而して、本実施の形態に係るインラインポンプ１’は、前記実施の形態１に係るインラインポンプ１と基本的には同じ構成を有しているため、実施の形態１と同様の効果が得られるが、電動モータ４を覆うモータハウジング１０を放熱性の高いアルミニウムで構成したため、ステータ２からの熱が効率的に放熱されて該ステータ２の発熱が抑えられるという効果が得られる。又、本実施の形態に係るインラインポンプ１’においては、ステータキャン９の軸方向一端を軸方向に延長してこれを吸込ノズル９ａとして有効に利用することができるという効果も得られる。

尚、本実施の形態では、モータハウジング１０をアルミニウムで構成したが、樹脂よりも熱伝導率の高いステンレス等の金属で構成しても良い。

本発明は、電動モータとポンプとを共通のハウジング内に組み込んで一体化して成るインラインポンプであって、流体配管の途中に接続されて任意の用途に供せられるものに対して適用可能である。

本発明の実施の形態１に係るインラインポンプの縦断面図である。 図１のＡ−Ａ線断面図である。 図１のＢ−Ｂ線断面図である。 本発明の実施の形態２に係るインラインポンプの縦断面図である。 従来の直交型インラインポンプの一部を破断した縦断面図である。 従来の一致型インラインポンプの縦断面図である。 従来の一致型インラインポンプの縦断面図である。

符号の説明

１，１’ インラインポンプ
２ ステータ
３ 永久磁石
４ 電動モータ
５ インペラ
５ａ 軸部
５ｂ インペラ羽根
６ ポンプ
７ ハウジング
８ 流体吸込ライン
９ ステータキャン
９ａ 吸込ノズル
１０ モータハウジング
１１ ポンプケーシング
１１ａ リターンガイド
１２ ボルト
１３ ポンプ室
１４ ロータ
１５，１６ スリーブ
１７，１８ 軸受
１９ 流体吐出ライン
２０ 返り流路
２１ ガイドベーン
２２ Ｏリング

Claims (8)

1. ステータとその内部に回転可能に配された永久磁石とで構成される電動モータと、該電動モータによって回転駆動されるインペラを有するポンプとを共通のハウジング内に組み込んで一体化するとともに、流体吸込ラインとポンプ軸心とを一致させて成るインラインポンプにおいて、
   前記電動モータの永久磁石と前記ポンプのインペラとを一体化してロータを構成し、該ロータの軸心部を中空として該中空部を流体吸込ラインとするとともに、ロータを前記ハウジングに回転可能に支持せしめたことを特徴とするインラインポンプ。
2. 前記ロータの中空部の内径を配管の内径に略等しく設定したことを特徴とする請求項１記載のインラインポンプ。
3. 前記永久磁石を樹脂でモールドするとともに、該樹脂で前記インペラを一体に構成したことを特徴とする請求項１又は２記載のインラインポンプ。
4. 前記電動モータをキャンドモータで構成するとともに、該キャンドモータのステータへの流体の浸入を防ぐステータキャンを樹脂で構成し、該ステータキャンの軸方向一端を軸方向に延長して吸込ノズルを形成したことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のインラインポンプ。
5. 前記インペラの後流側に流体吐出ラインを前記流体吸込ラインと同軸に形成するとともに、インペラから径方向外方へ吐出される流体を折り返して前記流体吐出ラインへと導く返り流路を設け、該返り流路に複数のガイドベーンを設けたことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のインラインポンプ。
6. 前記インペラの羽根幅を任意に変更可能とし、流量変更を容易としたことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のインラインポンプ。
7. 少なくとも液体に接する部品を耐食性の高い樹脂又はステンレスで構成したことを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載のインラインポンプ。
8. 前記ハウジングの少なくとも前記ステータの周囲を覆う部分をアルミニウム又はステンレスで構成したことを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載のインラインポンプ。

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