JP2008190475A - 軸流ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】動翼によって流体に付与したエネルギーの損失が少なくて、エネルギー付与の効率に優れる軸流ポンプを提供すること。
【解決手段】インペラよりも流体の流れの下流側に、環状部５３と、環状部５３とケース１の内面との間に配置された静翼５７とを有する第２動圧軸受を配置する。
【選択図】図３

Description

この発明は、軸流ポンプに関し、例えば、自動車用エンジンの冷却水を循環させるのに使用される軸流ポンプに関する。

従来、自動車用エンジンの冷却水を循環させるのに使用される軸流ポンプとしては、特開平９−２２８９７７号公報（特許文献１）に記載されているものがある。

この軸流ポンプは、電動モータで、円筒形のケース内に配置された回転軸を駆動するようになっている。上記電動モータは、円筒状のロータと、円筒状のステータとを有し、円筒状のステータは、円筒形のケースの外側に配置される一方、円筒状のロータは、円筒形のケースの内側に回転可能に配置されている。流体に運動エネルギーを付与する動翼は、回転軸とロータとを接続するように回転軸とロータとの間に配置されている。

また、上記軸流ポンプは、ケースの内面からケースの径方向の内方に突出すると共に、回転軸の軸方向に間隔をおいて配置された第１および第２突出部を有している。上記第１および第２突出部は、動翼を挟むように配置されている。この第１突出部および第２突出部の夫々は、回転軸の外周面に径方向に対向する内周面を有している。

上記第１突出部の上記内周面と、この内周面に対向する回転軸の外周面部分とのうちの一方には、動圧発生溝が形成されている一方、上記第２突出部の上記内周面と、この内周面に対向する回転軸の外周面部分とのうちの一方には、動圧発生溝が形成されている。このようにして、回転軸を動圧で回転自在に支持している。

この軸流ポンプは、動力源として電動モータを使用することにより、冷却水の循環量を適宜調整できるようにし、かつ、軸流ポンプ設置部分での冷却水の漏れを防止するようにしている。

ここで、上述のような、流体におけるケースの軸方向の運動エネルギーを増大させる軸流ポンプにおいて、軸流ポンプを有する自動車等の燃費の低減のため、動翼によってエネルギーが付与された流体のエネルギー損失を低減したいという要請が存在している。このため、軸流ポンプによるエネルギー付与の効率の更なる向上が所望されている。
特開平９−２２８９７７号公報 特開２００５−１４６８９９号公報

そこで、この発明の課題は、動翼によって流体に付与したエネルギーの損失が少なくて、エネルギー付与の効率に優れる軸流ポンプを提供することにある。

上記課題を達成するため、この発明の軸流ポンプは、
筒状のケースと、
上記ケース内に配置された回転軸と、
上記回転軸の外周面に固定された動翼と、
上記ケースに取り付けられていると共に、上記動翼よりも流体の流れの上流側において、上記回転軸を動圧で支持する第１動圧軸受と、
上記ケースに取り付けられていると共に、上記動翼よりも流体の流れの下流側において、上記回転軸を動圧で支持する第２動圧軸受と、
上記動翼と上記第２動圧軸受との間に位置すると共に、上記ケースの内面に固定された静翼と
を備えることを特徴としている。

本発明者は、流体に動翼で運動エネルギーを付与する際に、渦状の流れになった流体が、そのまま動翼よりも下流側にある第２動圧軸受に衝突して第２動圧軸受を通過することが、流体のエネルギー損失が大きいことの要因の一つであることを突き止めた。

本発明によれば、エネルギーが付与された流体の渦状の流れが、上記第２動圧軸受に衝突する前に、上記静翼によって整流されるから、流体の流れが大きな渦状の流れのままで、上記第２動圧軸受に衝突することがない。したがって、流体が第２動圧軸受を通過するときの流体のエネルギーの損失を格段に抑制できる。したがって、静翼が第２動圧軸受の下流側に配置された軸流ポンプと比較して、エネルギーの損失を小さくできて、軸流ポンプによるエネルギー付与の効率を向上させることができる。

また、本発明の軸流ポンプは、
筒状のケースと、
上記ケース内に配置された回転軸と、
上記回転軸の外周面に固定された動翼と、
上記ケースに取り付けられていると共に、上記動翼よりも流体の流れの上流側において、上記回転軸を動圧で支持する第１動圧軸受と、
上記ケースに取り付けられていると共に、上記動翼よりも流体の流れの下流側において、上記回転軸を動圧で支持する第２動圧軸受と
を備え、
上記第２動圧軸受は、上記回転軸の周りに位置する環状部と、上記環状部と上記ケースの内面との間を連結するリブ部とを有し、
上記リブ部は、静翼であることを特徴としている。

本発明によれば、エネルギーが付与された流体の渦状の流れが、上記第２動圧軸受を通過するのと同時に、上記静翼によって整流されるから、流体の流れが大きな渦状の流れのままで、上記第２動圧軸受を最後まで通過することがない。したがって、流体が第２動圧軸受を通過するときの流体のエネルギーの損失を格段に抑制できる。したがって、静翼が第２動圧軸受の下流側に配置された軸流ポンプと比較して、エネルギーの損失を小さくできて、軸流ポンプによるエネルギー付与の効率を向上させることができる。また、流体が、静翼と、この静翼と別体の第２動圧軸受とを、通過する場合と比較して、流体が接触する部材を一つ削減できるから、流体のエネルギー損失を大幅に低減できる。

また、本発明によれば、上記静翼と、上記第２動圧軸受の軸方向の位置が同一であるから、軸流ポンプの軸方向の寸法を大幅に低減できる。

本発明の軸流ポンプによれば、静翼が第２動圧軸受の下流側に配置された軸流ポンプと比較して、エネルギーの損失を小さくできて、軸流ポンプによるエネルギー付与の効率を向上させることができる。また、第２動圧軸受が、回転軸の周りに位置する環状部と、上記環状部とケースの内面との間を連結するリブ部とを有して、上記リブ部が、静翼である場合には、軸流ポンプの軸方向の寸法を大幅に低減できると共に、軸流ポンプによるエネルギー付与の効率を格段に向上させることができる。

以下、本発明を図示の形態により詳細に説明する。

図１は、本発明の第１実施形態の軸流ポンプの軸方向の模式断面図である。

この軸流ポンプは、例えば、水やクーラント等の流体を圧送するために用いられるものである。尚、図１において、矢印ａは、流体の流れの方向を示している。

この軸流ポンプは、円筒状のケース１と、ケース１内に配置された回転軸２と、回転軸２を回転駆動する電動モータ３と、動翼であるインペラ（羽根車）４と、第１動圧軸受５と、第２動圧軸受６と、静翼７とを備える。尚、図１と以下の図２においては、簡単のためケース１の径方向の厚さを省略したが、ケース１が径方向の厚みを有していることは、言うまでもない。

上記電動モータ３は、ケース１の外周面を囲むように配置された円筒状のステータ１０と、ステータ１０に対して径方向に対向するように、ケース１の内部に回動自在に配置された円筒状のロータ１１とを有する。上記ロータ１１は、多数の永久磁石片を有している。上記ロータ１１は、電動モータ３の効率を考慮して、非磁性体のケース１の内周面近傍に配置されている。

上記インペラ４は、回転軸２と、電動モータ３のロータ１１との間に配置されている。上記インペラ３の径方向の内方側の一端は、回転軸２の外周面に固着されている一方、インペラ３の径方向の外方側の他端は、ロータ１１の内周面に固着されている。上記回転軸２およびインペラ４は、ロータ１１の回動に付随して回動するようになっている。また、インペラ４が回動すると、インペラ４を通過する流体に運動エネルギーが付与されるようになっている。

上記第１動圧軸受５は、インペラ４よりも流体の流れの上流側に配置されている。具体的には、インペラ４の上記上流側には、ケース１の内面から径方向の内方に突出する環状の第１突出部１３が存在している。この第１突出部１３は、回転軸２の軸方向の上記上流側の一端部の第１外周面部１５に、径方向に対向する第１内周面１７を有している。上記第１外周面部１５と、第１内周面１７とのうちの少なくとも一方には、ヘリングボーン型、Ｖ字型、または、スパイラル型等の動圧発生溝（図示せず）が形成されている。このことから、流体が、第１外周面部１５と第１内周面１７との間を通過したとき、第１外周面部１５と第１内周面１７との間に径方向の動圧が発生するようになっている。上記第１突出部１３と第１外周面部１５とは、動圧軸受を構成している。尚、詳述しないが、上記第１突出部１３の径方向の中央部には、第１突出部１３を軸方向に貫通すると共に、回転軸１の直径よりも若干大きな口径を有する流体通過穴（図示せず）が、周方向に所定間隔に複数配置されている。流体の大部分は、この流体貫通穴を通過して下流に流れるようになっている。

上記第２動圧軸受６は、インペラ４よりも流体の流れの下流側に配置されている。具体的には、インペラ４の上記下流側には、ケース１の内面から径方向の内方に突出する環状の第２突出部２３が存在している。この第２突出部２３は、回転軸２の軸方向の上記下流側の他端部の第２外周面部２５に、径方向に対向する第２内周面２７を有している。上記第２外周面部２５と、第２内周面２７とのうちの少なくとも一方には、ヘリングボーン型、Ｖ字型、または、スパイラル型等の動圧発生溝（図示せず）が形成されている。このことから、流体が、第２外周面部２５と第２内周面２７との間を通過したとき、第２外周面部２５と第２内周面２７との間に径方向の動圧が発生するようになっている。上記第２突出部２３と第２外周面部２５とは、動圧軸受を構成している。尚、詳述しないが、上記第２突出部２３の径方向の中央部には、第２突出部２３を軸方向に貫通すると共に、回転軸１の直径よりも若干大きな口径を有する流体通過穴（図示せず）が、周方向に所定間隔に複数配置されている。流体の大部分は、この流体貫通穴を通過して下流に流れるようになっている。

上記静翼７は、軸方向において、インペラ４と第２動圧軸受６との間に配置されている。上記静翼７は、羽根形状を有し、ケース１の内周面から径方向の内方に延在している。上記静翼７は、流体の渦状の流れにおける周方向成分を低減し、流体の流れを軸方向の流れに整流するようになっている。

尚、詳述しないが、参照番号３０および３１は、スラスト荷重支持部材を示している。上記スラスト荷重支持部材３０,３１は、そのスラスト荷重支持部材３０,３１を軸方向に貫通する流体の通過のための流体通路を有している。上記スラスト荷重支持部材３０,３１の夫々は、回転軸２の端部を、当接支持することにより、インペラ４の回転時に発生するアキシアル荷重を支持するようになっている。

上記第１実施形態の軸流ポンプによれば、インペラ４からエネルギーが付与された際に生じる流体の渦状の流れが、第２動圧軸受６に衝突する前に、静翼７によって整流されて、流体の流れにおける周方向の成分が小さくなっているから、流体の流れが整流されずに渦状の流れのままで上記第２動圧軸受に衝突する場合と比較して、流体が第２動圧軸受６を通過するときの流体のエネルギーの損失を格段に小さくできる。そして、静翼が第２動圧軸受の下流側に配置された軸流ポンプと比較して、エネルギーの損失を小さくできて、軸流ポンプによるエネルギー付与の効率を向上させることができる。

尚、上記第１実施形態の軸流ポンプでは、動圧軸受５,６に穴形状の流体通路を形成した。しかしながら、この発明では、動圧軸受の突出部を、回転軸の外周面に径方向に対向する内周面を有する環状部と、周方向に所定間隔に配置されると共に、径方向に延在して、上記環状部とケースの内周面（またはケースの内周面に固定された環状部材の内周面）とを連結する複数の柱部とで構成して、周方向に隣接する柱部の間に、略扇状の開口を有する流体通路を形成しても良い。

図２は、本発明の第２実施形態の軸流ポンプの軸方向の模式断面図である。

第２実施形態の軸流ポンプは、インペラ４よりも流体の流れの下流側の動圧軸受５６と、静翼５７とが一体化されている点が、第１実施形態の軸流ポンプと異なる。

第２実施形態の軸流ポンプでは、第１実施形態の軸流ポンプの構成部と同一構成部には同一参照番号を付して説明を省略することにする。また、第２実施形態の軸流ポンプでは、第１実施形態の軸流ポンプと共通の作用効果および変形例については説明を省略することにし、第１実施形態の軸流ポンプと異なる構成および作用効果についてのみ説明を行うことにする。

第２実施形態においても、インペラ４の下流側の第２突出部６３の内周面と、この内周面に径方向に対向する回転軸２の外周面部とのうちの少なくとも一方は、動圧発生溝を有し、第２突出部６３と、回転軸２の外周面とで第２動圧軸受を構成している。また、第２実施形態の軸流ポンプは、上述のように、インペラ４よりも流体の流れの下流側の動圧軸受５６と、静翼５７とが一体化されている。

図３は、インペラ４の下流側の第２突出部６３の径方向の断面図である。

図３に示すように、第２突出部６３は、環状部５３と、この環状部５３の外周面とケース１の内周面とを連結しているリブ部とを有する。第２突出部６３のリブ部は、羽根形状を有し、径方向に延在している。第２突出部６３のリブ部は、静翼５７になっている。

図３に示すように、径方向の断面において、静翼５７は、略扇形の形状をしており、径方向の外方に行くに従って、周方向の幅が線形的に増加する形状をしている。上記静翼５７は、環状部５３の周方向に所定間隔に３つ配置されている。流体の大部分は、周方向に隣接する静翼５７の間を通過するようになっており、羽根状の静翼５７によって、整流等されるようになっている。尚、図示しないが、上記環状部５３の内周面は、回転軸２の外周面と径方向に対向している。上記環状部５３の内周面と、この内周面に径方向に対向する回転軸２の外周面における他端部のうちの少なくとも一方には、上述のように、動圧発生溝が形成されている。

上記第２実施形態の軸流ポンプによれば、エネルギーが付与された流体の渦状の流れが、第２動圧軸受５６を通過するのと同時に、静翼５７によって整流されるから、流体の流れが大きな渦状の流れのままで、第２動圧軸受５６を最後まで通過することがない。したがって、流体が第２動圧軸受５６を通過するときの流体のエネルギーの損失を格段に抑制できる。したがって、静翼が第２動圧軸受の下流側に配置された軸流ポンプと比較して、エネルギーの損失を小さくできて、軸流ポンプによるエネルギー付与の効率を向上させることができる。また、流体が、静翼５７と、この静翼５７と別体の第２動圧軸受５６とを、通過する場合と比較して、流体が接触する部材を一つ削減できるから、流体のエネルギー損失を大幅に低減できる。

また、上記第２実施形態の軸流ポンプによれば、第２動圧軸受５６と、静翼５７との軸方向の位置が同一であるから、第２動圧軸受６と静翼７との軸方向の位置が異なる第１実施形態と比較して、軸流ポンプの軸方向の寸法を、略静翼７の軸方向の寸法分だけ大幅に低減できる。

尚、インペラ部の形状や配置、静翼である羽根の形状や配置、あるいは、電動モータの構造や配置等は、この例に限定されるものではないことは、言うまでもない。例えば、静翼である羽根の個数は、３つ以外の複数個であっても良く、電動モータは、インペラの軸方向外側に配置されていても良い。また、回転軸を回転駆動する装置として、電動モータ以外の駆動装置、例えば、油圧を用いた駆動装置等を用いても良い。

また、上記第１および第２実施形態では、第１突出部１３、第２突出部２３,６３および静翼７は、ケース１の内周面から径方向の内方に突出しているとした。ここで、この発明では、第１突出部、第２突出部および静翼の夫々は、ケースと一体であっても、ケースと一体でなくても、どちらでも良い。そして、第１突出部、第２突出部および静翼のうちの少なくとも一つが、ケースと一体でない場合、例えば、ケースと一体でない第１突出部、第２突出部および静翼のうちの少なくとも一つは、ケースの内周面に当接できると共に、ケースの内周面に対応する外周面を有する環状部を有し、この環状部をケースの内周面に固定する構造であっても良い。尚、静翼がこの構造を有する場合、静翼が、ケースの内周面に対応する外周面を有する環状部と、この環状部から径方向の内方に突出すると共に、羽根形状を有する本体部とで構成されることは言うまでもない。

本発明の第１実施形態の軸流ポンプの軸方向の模式断面図である。 本発明の第２実施形態の軸流ポンプの軸方向の模式断面図である。 第２実施形態のインペラの下流側の第２突出部の径方向の断面図である。

符号の説明

１ ケース
２ 回転軸
３ 電動モータ
４ インペラ
５ 第１動圧軸受
６,５６ 第２動圧軸受
７,５７ 静翼
１３ 第１突出部
２３,６３ 第２突出部
５３ 環状部

Claims (2)

1. 筒状のケースと、
   上記ケース内に配置された回転軸と、
   上記回転軸の外周面に固定された動翼と、
   上記ケースに取り付けられていると共に、上記動翼よりも流体の流れの上流側において、上記回転軸を動圧で支持する第１動圧軸受と、
   上記ケースに取り付けられていると共に、上記動翼よりも流体の流れの下流側において、上記回転軸を動圧で支持する第２動圧軸受と、
   上記動翼と上記第２動圧軸受との間に位置すると共に、上記ケースの内面に固定された静翼と
   を備えることを特徴とする軸流ポンプ。
2. 筒状のケースと、
   上記ケース内に配置された回転軸と、
   上記回転軸の外周面に固定された動翼と、
   上記ケースに取り付けられていると共に、上記動翼よりも流体の流れの上流側において、上記回転軸を動圧で支持する第１動圧軸受と、
   上記ケースに取り付けられていると共に、上記動翼よりも流体の流れの下流側において、上記回転軸を動圧で支持する第２動圧軸受と
   を備え、
   上記第２動圧軸受は、上記回転軸の周りに位置する環状部と、上記環状部と上記ケースの内面との間を連結するリブ部とを有し、
   上記リブ部は、静翼であることを特徴とする軸流ポンプ。

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