JP2008223547A - ベーンポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】ベーンの先端とポンプ室の内周面の間から作動流体が漏れることを防止でき、またロータの回転数を変更した場合にベーンに過剰な摺動抵抗がかかって磨耗することを防止できるベーンポンプを提供する。
【解決手段】ポンプ室２に収納したロータ３を備える。ロータ３に出入自在に設けた複数のベーン４を備える。ポンプ室２の内面とロータ３の外周面とベーン４とで囲まれてロータ３の回転駆動によりその容積を大小変化させる作動室５を備える。容積拡大過程の作動室５に作動流体を流入させる吸入口部６を備える。容積縮小過程の作動室５から作動流体を排出させる吐出口部７を備える。各ベーン４のポンプ室２の内周面２ａに摺接する先端部を永久磁石で構成する。各ベーン４よりもロータ３のラジアル方向における外側に、永久磁石で構成した各ベーン４の先端部を引き寄せる磁力を発生する電磁石９を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明はベーンポンプに関する。

従来のベーンポンプとして例えば特許文献１に示すものが知られている。このベーンポンプ１は、図４に示すようにケーシング１０内に形成したポンプ室２の偏心位置にロータ３を収納している。ロータ３には放射状に伸びるベーン溝１９を複数形成してあり、各ベーン溝１９には先端がポンプ室２の内周面２ａに摺接されるベーン４をロータ３のラジアル方向に摺動自在に設けている。ロータ３を回転駆動すると、各ベーン４の先端部はポンプ室２の内周面２ａに摺接し、これによりポンプ室２の内面とロータ３の外周面とベーン４とで囲まれた作動室５の容積が大小変化し、この作動室５を介して吸入口部６から作動流体を吸入すると共に吐出口部７から作動流体を排出する。なお、図４中２６はベーン溝１９に設けたばね材である。

ところで上記各ベーン４はロータ３の回転による遠心力の作用を受けてロータ３の外周面から外方へ突出し、これにより先端部がポンプ室２の内周面２ａに摺接するものであるが、ベーン４の先端がポンプ室２の内周面２ａに押し付けられる力が弱く、ベーン４の先端とポンプ室２の内周面２ａの間から作動流体が漏れてポンプ効率が低下する恐れがある。またロータ３の回転数を変更した場合にはベーン４にかかるロータ３の遠心力が変化する。このためロータ３の回転数が増すとベーン４のポンプ室２の内周面２ａに対する摺動抵抗が増し、ベーン４に過剰な摺動抵抗がかかって磨耗する恐れがある。
特開昭６２−２９１４８８号公報

本発明は上記従来の問題点に鑑みて発明したものであって、ベーンの先端をポンプ室の内周面に確実に押し付けて、ベーンの先端とポンプ室の内周面の間から作動流体が漏れることを防止でき、またロータの回転数を変更した場合にベーンに過剰な摺動抵抗がかかって磨耗することを防止できるベーンポンプを提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために本発明の請求項１に係るベーンポンプは、ポンプ室２と、ポンプ室２に収納したロータ３と、ロータ３に出入自在に設けた複数のベーン４と、ポンプ室２の内面とロータ３の外周面とベーン４とで囲まれてロータ３の回転駆動によりその容積を大小変化させる作動室５と、容積拡大過程の作動室５に作動流体を流入させる吸入口部６と、容積縮小過程の作動室５から作動流体を排出させる吐出口部７とを備え、各ベーン４のポンプ室２の内周面２ａに摺接する先端部を永久磁石で構成し、各ベーン４よりもロータ３のラジアル方向における外側に、前記永久磁石で構成した各ベーン４の先端部を引き寄せる磁力を発生する電磁石９を設けて成ることを特徴とする。

また本発明の請求項２に係るベーンポンプは、ポンプ室２と、ポンプ室２に収納したロータ３と、ロータ３に出入自在に設けた複数のベーン４と、ポンプ室２の内面とロータ３の外周面とベーン４とで囲まれてロータ３の回転駆動によりその容積を大小変化させる作動室５と、容積拡大過程の作動室５に作動流体を流入させる吸入口部６と、容積縮小過程の作動室５から作動流体を排出させる吐出口部７とを備え、各ベーン４のポンプ室２の内周面２ａに摺接する先端部を磁性体で構成し、各ベーン４よりもロータ３のラジアル方向における外側に、前記磁性体で構成した各ベーン４の先端部を引き寄せる磁力を発生する電磁石９を設けて成ることを特徴とする。

また本発明の請求項３に係るベーンポンプは、ポンプ室２と、ポンプ室２に収納したロータ３と、ロータ３に出入自在に設けた複数のベーン４と、ポンプ室２の内面とロータ３の外周面とベーン４とで囲まれてロータ３の回転駆動によりその容積を大小変化させる作動室５と、容積拡大過程の作動室５に作動流体を流入させる吸入口部６と、容積縮小過程の作動室５から作動流体を排出させる吐出口部７とを備え、各ベーン４のポンプ室２の内周面２ａに摺接する側と反対側の後端部を永久磁石で構成し、各ベーン４よりもロータ３のラジアル方向における内側に、前記永久磁石で構成した各ベーン４の後端部をロータ３のラジアル方向の外側に遠ざける磁力を発生する電磁石９を設けて成ることを特徴とする。

上記請求項１乃至３に係る発明では、電磁石９の電磁力とロータ３の遠心力によりベーン４の先端をポンプ室２の内周面２ａに確実に押し付けることができる。またロータ３の回転数を変更した場合に、変化するロータ３の遠心力に応じて各電磁石９で発生させる電磁力の強弱を調節して、ベーン４をポンプ室２の内周面２ａに押し付ける力を一定にできる。

請求項１乃至３に係る発明では、電磁力とロータの遠心力によりベーンの先端をポンプ室の内周面に確実に押し付けて、ベーンの先端とポンプ室の内周面の間から作動流体が漏れることを防止できる。またロータの回転数を変更した場合に、変化するロータの遠心力に応じて各電磁石で発生させる電磁力の強弱を調節して、ベーンをポンプ室の内周面に押し付ける力を一定にでき、ポンプ室の内周面に対するベーンの摺動抵抗をロータの回転数に拘わらず一定にでき、ベーンに過剰な摺動抵抗がかかって磨耗することを防止できる。

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて説明する。図１に示す本実施形態の一例のベーンポンプ１は、ケーシング１０内に形成したポンプ室２にロータ３を偏心させて収納し、先端がポンプ室２の内周面２ａに摺接される複数のベーン４をロータ３に設け、ケーシング１０に吸入口部６及び吐出口部７をポンプ室２に至るように設け、ロータ３をステータ２３により回転駆動させることでポンプ室２の内面とロータ３の外周面とベーン４とで囲まれた空間である作動室５の容積を大小変化させて、作動室５を介して吸入口部６からの作動流体を吐出口部７から排出するものである。なお以下ではロータ３のスラスト方向（ロータ３の軸方向）の一方を上方、反対側の他方を下方として説明する。

ロータ３を収納するケーシング１０は上ケース１１と下ケース１２で構成してある。上ケース１１は下方に開口する上凹所１５を有し、上凹所１５には円環状のリング材１７を嵌入している。下ケース１２は底部から上方に向けて円筒部２４を突設してあり、該円筒部２４をＯリングからなるパッキン１３を介して上凹所１５の下部に嵌合することでケーシング１０が形成される。なお上ケース１１と下ケース１２は図示しない締結具で締結してある。

下ケース１２の円筒部２４内は上方に開口する下凹所１６となっている。下凹所１６の底部の中央には下側軸着穴２１ａを形成してあり、また上ケース１１の上凹所１５の底部中央には上側軸着穴２１ｂを形成している。下側軸着穴２１ａ及び上側軸着穴２１ｂには軸部材３２ａの下端部及び上端部の夫々を嵌入して回転不能に固定してあり、該軸部材３２ａはリング材１７の内側に形成された平面視円形のポンプ室２の偏心位置に位置して、ロータ３を回転自在に支持する軸部３２を構成する。そしてポンプ室２は、上凹所１５の底面と、リング材１７の内周面と、下凹所１６の内面とで構成されている。

ロータ３は平面視円形に形成してあり、上部のロータ本体８と下部の永久磁石からなるマグネット部２２で構成してある。ロータ３は、ロータ本体８の外周面８ａがポンプ室２の内周縁部を構成するリング材１７の内周面に対向し、且つ一方のスラスト面となるロータ本体８の上面がポンプ室２の内底面を構成する上凹所１５の底面に近接対向するようポンプ室２に収納される。

平面視円形のロータ本体８にはロータ３のラジアル方向に伸びるベーン溝１９を周方向に等間隔で複数条（本例では４条）放射状に形成してあり、各ベーン溝１９はロータ本体８の外周面８ａから開口し、またロータ３のラジアル方向における外側端部は上方に開口している。各ベーン溝１９にはベーン４をロータ３のラジアル方向に摺動自在に収納してあり、これにより各ベーン４はロータ本体８の外周面８ａから出入自在となっている。

マグネット部２２は下凹所１６に収納してあり、ロータ３には上下に貫通する軸受用孔２９を穿設している。軸受用孔２９には軸受部材２０を嵌入してあり、軸受部材２０はロータ３の中心に位置している。管状の軸受部材２０には回転自在となるように軸部材３２ａを挿入してあり、これによりロータ３は軸部材３２ａを中心に回転自在となっている。

上ケース１１には作動室５となるポンプ室２にそれぞれ連通した吸入口部６及び吐出口部７を設けてあり、ロータ３の駆動時には吸入口部６から作動流体を作動室５に引き込むと共に吐出口部７から作動流体を作動室５から排出する。

下ケース１２の下面にはステータ収納凹所３４を形成してあり、該ステータ収納凹所３４にステータ２３を配設している。即ちロータ３、各ベーン４、軸部材３２ａを密閉空間となったポンプ室２内に配置しているのに対して、ステータ２３をポンプ室２外に配置してあり、該ポンプ室２外に配置したステータ２３の電磁力によりケーシング１０を介してポンプ室２内に配置されたロータ３を回転駆動する。ステータ２３によるロータ３の駆動は一般的なものと同様、ステータ２３とマグネット部２２との間の磁気作用によってマグネット部２２に回転トルクを発生させ、この回転トルクによりマグネット部２２、ひいてはロータ３を回転駆動するものである。なおロータ３の回転駆動方向は図１の矢印ａに示す方向である。

ロータ３をステータ２３にて回転駆動させた際には、各ベーン４はロータ３が回転することによる遠心力の作用を受けてロータ本体８の外周面８ａから外方へ突出し、その先端をポンプ室２の内周面２ａに摺接させるものである。この時、ポンプ室２の内面（内周面２ａ及び内底面）とロータ本体８の外周面８ａとベーン４とで囲まれた作動室５をポンプ室２に複数形成する。ロータ本体８はリング材１７の内側に形成されるポンプ室２の偏心位置にあるから、ポンプ室２の内周面２ａ（リング材１７の内周面）とロータ本体８の外周面８ａとの距離はロータ３の回転位置に応じて異なると共にベーン４のロータ３からの突出量もロータ３の回転位置に応じて異なり、ロータ３を回転駆動させることで各作動室５はロータ３の回転方向に移動しながらその容積を大小に変化させる。即ち、各作動室５は吸入口部６に連通する位置にある時にはロータ３の回転に伴い容積が増大し、吐出口部７に連通する位置にある時にはロータ３の回転に伴い容積が減少するようにされる。従ってロータ３を回転駆動すれば、作動流体が吸入口部６からこれに連通する作動室５内に流入し、この作動室５内で圧縮された後に吐出口部７から吐出されてポンプとして機能する。

ここで本発明のベーンポンプ１はベーン４の先端をポンプ室２の内周面２ａに押し付ける手段として電磁石９を設けている。

図１の例では各ベーン４を永久磁石で構成し、また電磁石９をポンプ室２外で且つロータ３のラジアル方向における各ベーン４よりも外側の位置に配設している。各ベーン４はポンプ室２の内周面２ａに摺接する先端側が全て同極のＮ極、反対の後端側が全てＳ極となるように着磁した永久磁石で構成してある。電磁石９はロータ３の周方向に等間隔で複数個（図示例では８個）設けている。各電磁石９はリング材１７の外周面に接するようにケーシング１０の上ケース１１に内装して固定してあり、ロータ３の回転駆動時において各電磁石９に電流を流した際には、各電磁石９のロータ３の中心側の端部がＳ極となって、各ベーン４の先端側と異極となるように設定してある。

従ってロータ３の回転駆動時においては、各電磁石９を励磁して各ベーン４をロータ３のラジアル方向の外側に引き寄せる電磁力を生じさせることができ、この電磁力と既述のロータ３の回転駆動時に生じる遠心力によりベーン４の先端をポンプ室２の内周面２ａに確実に押し付けて、ベーン４の先端とポンプ室２の内周面２ａの間から作動流体が漏れることを防止できる。またロータ３の回転数を変更した場合に、変化するロータ３の遠心力に応じて各電磁石９で発生させる電磁力の強弱を調節して、ベーン４をポンプ室２の内周面２ａに押し付ける力を一定にできる。このためポンプ室２の内周面２ａに対するベーン４の摺動抵抗をロータ３の回転数に拘わらず一定にでき、ベーン４に過剰な摺動抵抗がかかって磨耗することを防止できる。なお、本例では各ベーン４の先端側をＮ極とし、後端側をＳ極としたが、各ベーン４の先端側をＳ極とし、後端側をＮ極としても良く、この場合、各電磁石９は電流を流した際にロータ３の中心側の端部がＮ極となるように設定する。また本例ではベーン４の全体を永久磁石で構成したが、ベーン４の少なくとも先端部が永久磁石で構成してあれば良い。

図２に他例のベーンポンプ１を示す。なお以下の本例の説明では図１に示すベーンポンプ１と同じ構成については説明を省略する。本例のベーンポンプ１は各ベーン４を鉄等の磁性体で構成してある。このようにベーン４を磁性体で構成した場合も、ロータ３の回転駆動時においては、各電磁石９を励磁して各ベーン４をロータ３のラジアル方向の外側に引き寄せる電磁力を生じさせ、図１の例と同様に各電磁石９の電磁力とロータ３の遠心力によりベーン４の先端をポンプ室２の内周面２ａに確実に押し付けることができる。なお、本例の各電磁石９は、電流を流した際にロータ３の中心側の端部がＳ極となるように設定してあるが、Ｎ極となっても良い。また本例ではベーン４の全体を磁性体で構成したが、ベーン４の少なくとも先端部が磁性体で構成してあれば良い。

図３にさらに他例のベーンポンプ１を示す。なお以下の本例の説明では図１に示すベーンポンプ１と同じ構成については説明を省略する。本例のベーンポンプ１は各電磁石９をロータ３のラジアル方向における各ベーン４よりも内側の位置に配設してあり、電磁石９はロータ３の周方向に等間隔で複数個（図示例では４個）設けている。各電磁石９は上ケース１１の上面に形成した凹部２７内に収納してあり、ロータ３の回転駆動時において各電磁石９に電流を流した際には、各電磁石９のロータ３のラジアル方向における外側の端部がＳ極となって、各ベーン４の後端側（ポンプ室２の内周面２ａに摺接する側と反対側）と同極となるように設定してある。

従ってロータ３の回転駆動時においては、各電磁石９を励磁して各ベーン４をロータ３のラジアル方向の外側に遠ざける電磁力を生じさせることができ、図１の例と同様に各電磁石９の電磁力とロータ３の遠心力によりベーン４の先端をポンプ室２の内周面２ａに確実に押し付けることができる。

なお、本例では各ベーン４の先端側をＮ極とし、後端側をＳ極としたが、各ベーン４の先端側をＳ極とし、後端側をＮ極としても良く、この場合、各電磁石９は電流を流した際には各電磁石９のロータ３のラジアル方向における外側の端部がＮ極となるように設定する。また本例ではベーン４の全体を永久磁石で構成したが、ベーン４の少なくとも後端部が永久磁石で構成してあれば良い。

また上記各例では軸部３２をケーシング１０に固定的に設けて該軸部３２でロータ３に固定的に設けた軸受部材２０からなる軸受けを回転自在に支持したが、逆にロータ３に対して軸部を固定的に設け、該軸部をケーシング１０に固定的に設けた軸受けに回転自在に軸支しても良い。また、上記各例ではロータ３を回転駆動させる駆動部は磁気作用を発生させるステータ２３とマグネット部２２とで構成しているが、駆動部としてはロータ３に固定した軸をモータにて回動駆動させる構造を採用してもよい。またロータ室２の内周面２ａを形成するリング材１７の内周面は平面視円形であるが、楕円形であっても良い。またベーンポンプ１の作動流体としては水やアルコール、不凍液等の液体が挙げられるが、気体であっても良い。

本発明の実施の形態の一例のベーンポンプを示し、（ａ）は水平断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 他例のベーンポンプを示し、（ａ）は水平断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。 更に他例のベーンポンプを示し、（ａ）は水平断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。 従来のベーンポンプの断面図である。

符号の説明

１ ベーンポンプ
２ ポンプ室
３ ロータ
４ ベーン
５ 作動室
６ 吸入口部
７ 吐出口部
９ 電磁石

Claims (3)

1. ポンプ室と、ポンプ室に収納したロータと、ロータに出入自在に設けた複数のベーンと、ポンプ室の内面とロータの外周面とベーンとで囲まれてロータの回転駆動によりその容積を大小変化させる作動室と、容積拡大過程の作動室に作動流体を流入させる吸入口部と、容積縮小過程の作動室から作動流体を排出させる吐出口部とを備え、各ベーンのポンプ室の内周面に摺接する先端部を永久磁石で構成し、各ベーンよりもロータのラジアル方向における外側に、前記永久磁石で構成した各ベーンの先端部を引き寄せる磁力を発生する電磁石を設けて成ることを特徴とするベーンポンプ。
2. ポンプ室と、ポンプ室に収納したロータと、ロータに出入自在に設けた複数のベーンと、ポンプ室の内面とロータの外周面とベーンとで囲まれてロータの回転駆動によりその容積を大小変化させる作動室と、容積拡大過程の作動室に作動流体を流入させる吸入口部と、容積縮小過程の作動室から作動流体を排出させる吐出口部とを備え、各ベーンのポンプ室の内周面に摺接する先端部を磁性体で構成し、各ベーンよりもロータのラジアル方向における外側に、前記磁性体で構成した各ベーンの先端部を引き寄せる磁力を発生する電磁石を設けて成ることを特徴とするベーンポンプ。
3. ポンプ室と、ポンプ室に収納したロータと、ロータに出入自在に設けた複数のベーンと、ポンプ室の内面とロータの外周面とベーンとで囲まれてロータの回転駆動によりその容積を大小変化させる作動室と、容積拡大過程の作動室に作動流体を流入させる吸入口部と、容積縮小過程の作動室から作動流体を排出させる吐出口部とを備え、各ベーンのポンプ室の内周面に摺接する側と反対側の後端部を永久磁石で構成し、各ベーンよりもロータのラジアル方向における内側に、前記永久磁石で構成した各ベーンの後端部をロータのラジアル方向の外側に遠ざける磁力を発生する電磁石を設けて成ることを特徴とするベーンポンプ。

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