JP2009156050A - ベーンポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な方法でロータ上面とケーシングの収納凹部との隙間を適正に保持させることができるベーンポンプを提供する。
【解決手段】ロータ４は、上部に配置された上側ロータ１８と、下部に配置された下側ロータ１９とからなり、上側ロータ１８の下面１８ａと下側ロータ１９の上面１９ａとは、同一磁極に着磁されているため、上側ロータ１８が磁力の反発力によって浮き上がり、ケーシングの凹部内面との隙間を適正に維持することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、モーターにより駆動され、液体を吸入して吐出するベーンポンプに関する。

ベーンポンプに類似するロータリ式圧縮機として、従来、特許文献１に開示されるものが知られている。

このロータリ式圧縮機では、外方側を覆う密閉容器にステータを固定し、中央部に配置した回転軸にロータを固定している。そして、回転軸の回転に伴い、ローラが偏心回動するとベーンが往復運動をする。また、ロータの磁力中心とステータの磁力中心とをずらして配置することにより、回転軸に対して軸方向に沿った磁気推力を発生させる構造が採用されている。
特開平１−７７７８３号公報

しかしながら、前記ロータの磁力中心とステータの磁力中心とをずらして配置することにより、ロータを浮上させてロータ天面（ロータ端面）とケーシングの凹部内面との隙間を適正に保持させようとすると、磁力の中心同士の位置合せをする作業が困難であるという問題があった。

そこで本発明は、簡単な方法でロータ端面とケーシングの収納凹部の内面との隙間を適正に保持させることができるベーンポンプを提供することを目的とする。

本発明に係るベーンポンプは、前記目的を達成するために、ケーシングの凹部内に、回転軸を中心にして回転可能に支持されたロータを収容し、該ロータにベーン収容部を設け、該ベーン収容部内にベーンをスライド可能に収容したベーンポンプであって、前記ロータは、互いに対向する第１のロータと第２のロータとに回転軸の軸方向に分離され、前記第１のロータにおける第２のロータ側の部位と第２のロータにおける第１のロータ側の部位とを同一の磁極に着磁することにより、これらの第１のロータと第２のロータとを回転軸方向に互いに離反可能に構成したことを特徴とする。

本発明に係るベーンポンプによれば、第１のロータと第２のロータとが磁力によって反発して回転軸の軸方向に離反する。これにより、第１のロータの端面と、ケーシングに形成された凹部内面との隙間を適正な距離に保持することができるため、この隙間が拡大したり変動したりすることによるリーク流量の増大を抑制することができる。

以下に、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。

図１は本発明の実施形態によるベーンポンプの回転軸と直交する断面での断面図、図２は本発明の実施形態によるベーンポンプの分解斜視図である。

まず、図１を参照して、ベーンポンプ１の作動流体の吸入および吐出に関わる構成について説明する。

本実施形態にかかるベーンポンプ１では、図１に示すように、ケーシング２内で、円環状のリング３の略円筒状の内周面３ａと回転軸Ａｘを中心に回転するロータ４の略円柱状の基体部５の外周面５ａとの間に、作動流体（液体）を収容する環状室６が形成されている。環状室６の幅ｗは、回転軸Ａｘの周方向に沿って変化している。本実施形態では、内周面３ａの中心Ｃと回転軸Ａｘとを平行にずらして、リング３の内周面３ａとロータ４の基体部５とを偏心させてある。このため、環状室６の幅ｗは、図１の右端の位置で最小となり、右端の位置から時計回り方向に徐々に拡がって左端の位置で最大となり、左端の位置から右端の位置に向けて時計回り方向に徐々に狭まって最小となっている。

基体部５には、ロータ４の回転軸Ａｘに対して放射状に伸びて径外方向に開口する複数（本実施形態では４つ）のベーン収容部７が形成されており、各ベーン収容部７には略角棒状または略帯板状のベーン８がスライド可能に収容されている。ベーン８は、ロータ４の回転に伴って生じる遠心力とベーン収容部７内の回転軸Ａｘ側に導入される作動流体の与圧によって、ベーン収容部７内で径外方向に付勢されている。このため、ベーン８は内周面３ａと摺接しながらロータ４とともに回転することになる。

環状室６は、周方向に一定のピッチで配置された複数のベーン８によって、同数（本実施形態では４つ）のポンプ室９に区画されている。ロータ４およびベーン８の回転に伴い、ポンプ室９の容積は、環状室６の幅ｗの変化に従って変化することになる。すなわち、各ポンプ室９の容積は、図１の右端の位置で最小となっている。そして、ロータ４の回転方向ＲＤ（図１の時計回り方向）への回転に伴って漸増し、左端の位置で最大となる。その位置からさらにロータ４が時計回り方向に回転すると、ポンプ室９の容積は漸減し、右端の位置で最小となる。つまり、本実施形態では、ロータ４の１周回のうち図１の下半分の区間でポンプ室９の容積が拡大し、上半分の区間でポンプ室９の容積が縮小する。このため、リング３の内周面３ａおよびケーシング２（第１のケーシング１０）に、ポンプ室９の容積が拡大する区間に臨ませて吸入開口１１を設けるとともに、ポンプ室９の容積が縮小する区間に臨ませて吐出開口１２を設けてある。吸入開口１１は、第１のケーシング１０の側面上に突設された吸入パイプ１３内の吸入通路１４と連通し、吐出開口１２は、吸入パイプ１３と平行に突設された吐出パイプ１５内の吐出通路１６と連通している。

したがって、図１において、ロータ４が回転方向ＲＤに回転すると、隣接する２枚のベーン８によって区画されるポンプ室９は、右端の位置から容積を拡大させながら左端の位置まで移動する。このため、吸入通路１４から吸入開口１１を介してポンプ室９内に作動流体が流入する。そして、ポンプ室９は、左端の位置から容積を縮小しながら右端の位置まで移動する。このため、ポンプ室９から吐出開口１２を介して吐出通路１６に作動流体が流出する。複数のポンプ室９についてこのような作動流体の流入および流出が順次行われ、ベーンポンプ１による連続的な作動流体の吸入および吐出が実現されている。

次に、図２を参照して、本実施形態にかかるベーンポンプ１の各部の構成を詳細に説明する。

図２に示すように、ロータ４の基体部５に形成されたベーン収容部７は、軸方向他方側となる下側において底壁部１７によって塞がれており、ベーン８は、この底壁部１７と摺接しながらベーン収容部７内を往復動する。なお、底壁部１７には、ベーン収容部７の径内側に連通する連通孔１７ａ（図１参照）が形成されており、この連通孔１７ａを介してベーン収容部７内に、底壁部１７の裏側（軸方向他方側）から作動流体の与圧が導入されるようになっている。

また、図１，図２に示すように、基体部５の外周面５ａは一定のピッチで径内方向に凹設され、これにより羽根部５ｂが形成されている。この羽根部５ｂは、ロータ４の基体部５とともに回転し、吸入開口１１と対峙するときにはポンプ室９への作動流体の吸入性能を高めるとともに、吐出開口１２と対峙するときにはポンプ室９からの作動流体の排出性能を高めている。そして、ロータ４は、ケーシング２内の凹部によって形成される内部空間内で回転軸Ａｘ回りに回転するように構成されている。

リング３は、図２に示すように、環状室６の外周面を形成する筒状部３ｂと、筒状部３ｂの軸方向他方側から回転軸Ａｘの径外方向に張り出すフランジ部３ｃとを備え、さらに、吸入通路１４および吐出通路１６の側壁の一部を成すリブ３ｄを備えている。円板環状のフランジ部３ｃから回転軸Ａｘの軸方向に筒状部３ｂとリブ３ｄとが略同じ高さで立設された形状となっている。

このリング３は、第１のケーシング１０に形成された凹部内に収容される。すなわち、この凹部は、リング３の筒状部３ｂとリブ３ｄを嵌合する形状に凹設されている。また、リング３のフランジ部３ｃの外周部３ｅは、凹部の反対側で第２のケーシング２３の環状壁部２３ａと接触しており、この部分が第１のケーシング１０と第２のケーシング２３とによって挟持されることで、リング３が回転軸Ａｘの軸方向に固定されている。

第２のケーシング２３には、略円環状の凹部２３ｂと、ロータ４の軸受部のうち第２のケーシング２３側（軸方向他方側）に突出する部分を収容する凹部２３ｃとが形成されている。

凹部２３ｂの外周にある環状壁部２３ａより径外側の領域は、第１のケーシング１０との当接面となる。この当接面には、Ｏリング３４用の溝部２３ｄを略円環状に形成し、この溝部２３ｄ内に装着したＯリング３４によって、第１のケーシング１０と第２のケーシング２３との境界部分でのシールを確保してある。なお、この境界部分以外の部材同士の境界部分（例えばリング３のフランジ部３ｃと第１のケーシング１０との間の境界面等）にも適宜にシール部材（例えばガスケットやＯリング等）を介在させ、各境界部分のシール性能を向上させるようにしてもよい。

シャフト２２は、ロータ４の中心に設けた軸受部を貫通し、該軸受部に回転自在に支持されている。

また、図２に示すように、凹部２３ｂと凹部２３ｃとの間には、ロータ４の反対側（軸方向他方側、図２の下側）からロータ４側に向けて突設された環状の突起部２３ｆが形成されており、この突起部２３ｆの裏側となる環状の凹部内にモータを構成するステータコア２０が収容されている。

ステータコア２０は、図２に示すように、基板２４の表面２４ａの中央に取り付けられており、回転軸Ａｘと同心で中央に位置する円筒部２０ｂと、円筒部２０ｂから放射状に伸びてコイルが巻回された複数のティース２０ａとを備えている。

そして、基板２４のステータコア２０を設けた表面２４ａに各種電子部品が実装され、モータの駆動回路やその他の回路が形成されている。本実施形態では、基板２４に形成された駆動回路によって各ティース２０ａに巻回されたコイルの通電状態を適宜に切り替えてティース２０ａの外周部分における極性を切り替え、これにより、ティース２０ａに対して径外方向に対向する着磁部に周方向の推力を与え、以て、ロータ４を回転させるようになっている。よって、第２のケーシング２３のうち、少なくとも、ステータコア２０（ティース２０ａ）の外周部とスカート部との間に介在する隔壁部２３ｇは、透磁性を有するものとする必要がある。このため、隔壁部２３ｇあるいは第２のケーシング２３の全体が、透磁性を有する材料（例えば、ステンレススチールや、樹脂材料等）で形成される。

基板２４は、凹部２３ｃをロータ４の反対側（軸方向他方側）から塞ぐようにして取り付けられており、さらに、基板２４を、基板カバー２５によって、ロータ４の反対側（軸方向他方側）から覆ってある。基板カバー２５には、基板２４との間に電子部品を配置する間隔を確保するため、突条２５ａを設けてある。

第１のケーシング１０および第２のケーシング２３は、いずれも回転軸Ａｘに沿う軸方向視で略正方形状の外形状を呈している。そして、これらケーシング１０，２３の四隅に、これらを締結するねじ２６の貫通孔１０ａ，２３ｊを形成してある。これら貫通孔１０ａ，２３ｊおよび基板カバー２５の四隅に形成された貫通孔２５ｂにねじ２６を挿通して、ナット２７を螺結することで、ベーンポンプ１が組み立てられる。

なお、ベーンポンプ１をなす前記各構成部品の材料や製造方法は、前述した着磁性や透磁性の他、耐摩耗性、耐食性、耐膨潤性、成形性、部品精度等を考慮して適宜に選択される。また、符号３０はワッシャである。

次いで、本発明の実施形態によるロータの構造を簡単に説明する。

図３は、本発明の実施形態によるロータの側面図である。

ロータ４は、回転軸の軸方向に互いに離間して配置された第１のロータである上側ロータ１８と第２のロータである下側ロータ１９とからなる。図３の上方には上側ロータ１８が配置され、図３の下方には下側ロータ１９が配置されている。前記上側ロータ１８の上部には、径方向中央部に基体部５が固定され、該基体部５のベーン収容部７内にベーン８が収容されている。前記上側ロータ１８における下側ロータ１９側の部位となる下面１８ａと、前記下側ロータ１９における上側ロータ１８側の部位となる上面１９ａとは対向配置されて同一の磁極に着磁されている。また、上側ロータ１８の上面１８ｂは、下面１８ａと逆の磁極に着磁されており、下側ロータ１９の下面１９ｂは、上面１９ａと逆の磁極に着磁されている。

例えば、下面１８ａがＮ極の場合、上面１９ａもＮ極となる。そして、上面１８ｂはＳ極、下面１９ｂもＳ極となる。一方、下面１８ａがＳ極の場合、上面１９ａもＳ極となる。そして、上面１８ｂはＮ極、下面１９ｂもＮ極となる。

図４は図３の支軸近傍の断面を拡大した図、図５は図４のＢ−Ｂ線による断面図である。

図４に示すように、上側ロータ１８の下面における中央部には、支軸４１が突設されており、該支軸４１は、下側ロータ１９の係合穴４２に嵌合されている。この支軸４１は、図５に示すように、両側に平面が形成されており、係合穴４２に嵌合した状態で回り止めの作用を奏する。また、支軸４１と係合穴４２の形状は、適宜変更して設定することができる。

以下に、本発明の実施形態によるベーンポンプの作用効果を説明する。

ケーシング２の凹部内に、回転軸を中心に回転可能に軸支されたロータ４を設け、該ロータ４の径方向に沿ってベーン収容部７を延設し、該ベーン収容部７内にスライド可能なベーン８を収容したベーンポンプであって、前記ロータ４は、互いに対向する上側ロータ（第１のロータ）１８と下側ロータ（第２のロータ）１９とに回転軸の軸方向に分離され、前記上側ロータ１８における下側ロータ１９側の部位と下側ロータ１９における上側ロータ１８側の部位とを同一の磁極に着磁することにより、これらの上側ロータ１８と下側ロータ１９とを回転軸方向に離反可能に構成している。

従って、図３に示すように、上側ロータ１８と下側ロータ１９とが磁力によって反発して上下方向に離反する。これにより、図２に示すように、上側ロータ１８に設けられた基体部５の端面５ｃと、第１のケーシング１０の下面に形成された凹部内面との隙間を適正な距離に保持することができるため、この隙間が拡大したり変動したりすることによるリーク流量の増大、ひいてはポンプ効率の低下を抑制できると共に、ベーンポンプ１の吐出量のばらつき（個体差）を低減することができる。

本発明の実施形態によるベーンポンプの回転軸と直交する断面での断面図である。 本発明の実施形態によるベーンポンプの分解斜視図である。 本発明の実施形態によるロータの側面図である。 図３の支軸近傍の断面を拡大した図である。 図４のＢ−Ｂ線による断面図である。

符号の説明

Ａｘ…回転軸
Ｃ…中心
ＲＤ…回転方向
ｗ…幅
１…ベーンポンプ
２…ケーシング
３…リング
３ａ…内周面
３ｂ…筒状部
３ｃ…フランジ部
３ｄ…リブ
３ｅ…外周部
４…ロータ
５…基体部
５ａ…外周面
５ｂ…羽根部
５ｃ…端面
６…環状室
７…ベーン収容部
８…ベーン
９…ポンプ室
１０…第１のケーシング（ケーシング）
１０ａ，２３ｊ…貫通孔
１１…吸入開口
１２…吐出開口
１３…吸入パイプ
１４…吸入通路
１５…吐出パイプ
１６…吐出通路
１７…底壁部
１７ａ…連通孔
１８…上側ロータ（第１のロータ）
１８ａ…下面
１８ｂ…上面
１９…下側ロータ（第２のロータ）
１９ａ…上面
１９ｂ…下面
２０…ステータコア
２０ａ…ティース
２０ｂ…円筒部
２２…シャフト
２３…第２のケーシング（ケーシング）
２３ａ…環状壁部
２３ｂ，２３ｃ…凹部
２３ｄ…溝部
２３ｆ…突起部
２３ｇ…隔壁部
２４…基板
２４ａ…表面
２４ｂ…裏面
２５…基板カバー
２５ａ…突条
２５ｂ…貫通孔
２７…ナット
３０…ワッシャ
３４…Ｏリング
４１…支軸
４２…係合穴

Claims (1)

1. ケーシングの凹部内に、回転軸を中心にして回転可能に支持されたロータを収容し、該ロータにベーン収容部を設け、該ベーン収容部内にベーンをスライド可能に収容したベーンポンプであって、
   前記ロータは、互いに対向する第１のロータと第２のロータとに回転軸の軸方向に分離され、前記第１のロータにおける第２のロータ側の部位と第２のロータにおける第１のロータ側の部位とを同一の磁極に着磁することにより、これらの第１のロータと第２のロータとを回転軸方向に互いに離反可能に構成したことを特徴とするベーンポンプ。

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