JP2012202319A - 遠心ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】流体に含まれる鉄粉等の異物によりハウジングの内面が傷付けられることを防止する。
【解決手段】後面シュラウド１５の後方に磁気従動部６が設けられた羽根車２と、羽根車２を収納するハウジング３と、ハウジング３の外側に設けられて、磁気従動部６を磁気により回転駆動する磁気駆動部２５を備える。後面シュラウド１５は磁気従動部６よりも径外方向に突出する外周部５３を有する。外周部５３とこれに対向するハウジング３の対向部５６のうち少なくとも一方に、磁界を発生させる磁界発生部５４が設けられる。
【選択図】図１

Description

本発明は羽根車を磁気駆動する遠心ポンプに関する。

特許文献１には、ロータマグネットが設けられた羽根車と、ロータマグネットに磁気吸引力を及ぼすことにより羽根車を回転させるステータを備えた磁気結合ポンプが開示されている。

特開平９−４９４９６号公報

ところで、特許文献１のポンプにあっては、羽根車から外周側に吐出された流体が羽根車の後側に回り込む場合がある。この流体には異物として鉄粉等の強磁性体が含まれている場合があり、この異物はロータマグネットの磁力やステータで発生する磁界の影響を受けて、ロータマグネットの外周面やこれに対向するハウジングの内面に吸着する可能性がある。そして、このようにロータマグネットの外周面やこれに対向するハウジングの内面に異物が吸着した状態で羽根車が回転すると、異物によりハウジングの内面が傷付けられる恐れがある。また、場合によっては、前記傷付いた箇所から流体が漏れ出す恐れもある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、流体に含まれる鉄粉等の異物によりハウジングの内面が傷付けられることを防止する遠心ポンプを提供することを課題とする。

上記課題を解決するために本発明の遠心ポンプは、後面シュラウドの後方に磁気従動部が設けられた羽根車と、この羽根車を収納するハウジングと、このハウジングに設けられて、前記磁気従動部を磁気により回転駆動する磁気駆動部を備え、前記後面シュラウドは前記磁気従動部よりも径外方向に突出する外周部を有し、この外周部とこれに対向する前記ハウジングの対向部のうち少なくとも一方に、磁界を発生させる磁界発生部が設けられたことを特徴とする。

また、前記磁界発生部が設けられた前記ハウジングの対向部、又は前記磁界発生部が設けられた前記後面シュラウドの外周部、あるいは前記磁界発生部に、前記磁界発生部によって吸引された異物を保持するための保持部が形成されることが好ましい。

また、前記保持部は、前記磁界発生部が設けられた前記後面シュラウドの外周部又は前記磁界発生部から後方に突出して、磁界発生部に吸引された異物が後面シュラウドの中心側に流れることを防止する堰部を有することが好ましい。

前記保持部は、前記堰部の後端部から前記後面シュラウドの径外方向に突出する返し部を有することが好ましい。

本発明にあっては、流体に含まれる鉄粉等の異物により、ハウジングの内面が傷付けられることを防止できる。

第一実施形態の遠心ポンプの側断面図である。 同上の遠心ポンプの斜視図である。 図１のＡ１部拡大図である。 第二実施形態の要部断面図である。 第三実施形態の要部断面図である。 第四実施形態の要部断面図である。 第四実施形態の変形例の要部断面図である。 第五実施形態の要部断面図である。 第五実施形態の変形例の要部断面図である。

以下、本発明を添付図面に基づいて説明する。なお、以下の説明では、羽根車２の回転軸方向を前後方向と規定し、当該回転軸方向における吸込口１１側を前側と規定して説明する。

（第一実施形態）
図１に示される第一実施形態の遠心ポンプ１は、外郭を構成するハウジング３と、ハウジング３に収納された羽根車２を備えている。羽根車２の前部にはポンプ部４が設けられており、羽根車２の後部には磁気従動部６が設けられている。

ハウジング３は、前方に開口するローター室７が形成された駆動ブロック９と、後方に開口するポンプ室５が形成されたケーシング８で構成されている。

駆動ブロック９はケーシング８の後方に位置している。駆動ブロック９のローター室７はケーシング８のポンプ室５に通じており、ローター室７とポンプ室５で羽根車２全体を収納する収納室１８が構成されている。

駆動ブロック９は、分離板２４、磁気駆動部２５、制御部３３、及び外郭をなすモールド樹脂３４を有している。

分離板２４は合成樹脂製であって、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂によって形成されている。分離板２４は前方に開口する容器状に形成されており、前面が開口すると共に後面が底部により閉塞された有底円筒状の収納部２６と、収納部２６の周壁部２８の前縁部から径外方向に突出したフランジ部２７で構成されている。収納部２６の内側はローター室７になっている。また、フランジ部２７は周壁部２８の周方向全長に亘って形成されている。

収納部２６の底部中央には前方に向けて突出する後固定部３５が形成されており、後固定部３５には、羽根車２を回転自在に支持するセラミックス製の軸２３の後端部が固定されている。

磁気駆動部２５は、電磁鋼板で形成されたステーターコア３１と、電気的な絶縁を図りながらステーターコア３１に巻き付けられたコイル３２を有するステーターであって、収納部２６の周壁部２８を囲んでいる。

制御部３３は磁気駆動部２５を制御する制御基板であって、分離板２４及び磁気駆動部２５の後方に位置している。制御部３３は磁気駆動部２５のコイル３２に電気的に接続されている。制御部３３により磁気駆動部２５のコイル３２に通電がなされると、磁気駆動部２５では羽根車２の磁気従動部６を回転させる磁界が発生する。

モールド樹脂３４は不飽和ポリエステル樹脂によって形成されている。モールド樹脂３４は、分離板２４の外側に位置し、分離板２４、磁気駆動部２５、及び制御部３３を一体的に包含している。

羽根車２は、磁気従動部６がローター室７に収納されており、ポンプ部４がポンプ室５に収納されている。磁気従動部６は、合成樹脂製のローター部２０と、ローター部２０の外周側に設けられたマグネット部１９と、ローター部２０の中心部に設けられた軸受け２１で構成されている。ローター部２０はポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）樹脂製であり、マグネット部１９はフェライト製であり、軸受け２１はカーボン製である。

ローター部２０は、前後方向に貫通する筒状の軸受固定部２２と、軸受固定部２２を囲むマグネット固定部３６を有している。

軸受固定部２２は、後部の小径部４５と、前部の大径部４６を備えており、大径部４６よりも直径の小さい小径部４５の内側には軸受け２１が挿入固定されている。軸受け２１には軸２３が挿通され、軸２３により羽根車２は前後軸回り方向に回転自在に支持されている。

マグネット固定部３６は円筒状に形成されており、マグネット固定部３６の内周面の前部は軸受固定部２２の大径部４６に一体に接続されている。マグネット固定部３６の外周面にはマグネット収納溝４０が形成されている。マグネット収納溝４０には、マグネット固定部３６の前後両端の外周面と略面一となるように、ステンレス製のマグネットカバー３８により被覆されたマグネット部１９が収納され、固定されている。このローター部２０の外周部に設けられたマグネット部１９は磁気駆動部２５の内側に位置しており、マグネット部１９と磁気駆動部２５の間には、分離板２４の収納部２６の周壁部２８が配置されている。なお、前記マグネットカバー３８は省略可能である。

磁気従動部６の前方に位置するポンプ部４は、羽根車２の周方向に複数設けられた羽根部１３と、各羽根部１３の後側を覆う後面シュラウド１５と、各羽根部１３の前側を覆う前面シュラウド１４で構成されている。

円板状に形成された後面シュラウド１５の中央部には、ローター部２０の前端が接続されている。マグネット部１９、マグネットカバー３８、及び軸受け２１は、後面シュラウド１５及びローター部２０を成形する金型に挿入されることで、後面シュラウド１５及びローター部２０と一体的に設けられる。つまり、後面シュラウド１５及び磁気従動部６はインサート成形品である。

円板状に形成された前面シュラウド１４の中央部には、前後方向に貫通する吸入口部１６が形成されている。前面シュラウド１４の外周縁と後面シュラウド１５の外周縁は、羽根車２のラジアル方向において同位置に配置されている。前面シュラウド１４の外周縁部と後面シュラウド１５の外周縁部の間には隙間が形成されている。この隙間は両シュラウド１４，１５間において隣り合う羽根部１３の間に形成された流路５２を介して吸入口部１６に通じており、この隙間によりポンプ部４の吐出部１７が構成されている。

各羽根部１３は、前面シュラウド１４の内周縁から前面シュラウド１４の外周縁（すなわち後面シュラウド１５の外周縁）に至るまでの範囲で形成されている。各羽根部１３の前端は前面シュラウド１４の後面に一体に接続されており、各羽根部１３と前面シュラウド１４は一体に成形されている。各羽根部１３の後端は後面シュラウド１５の前面に取り付けられている。

各羽根部１３は、羽根車２の回転時において、吸入口部１６を介して前記流路５２に導入された流体（本実施例では液体）に対してラジアル方向の圧力を加える。これにより、吸入口部１６から流路５２に供給された流体は羽根車２の外周側に送られ、吐出部１７からポンプ部４の外周側に吐出される。

ケーシング８は合成樹脂製であって、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂によって形成されている。図１のように、ケーシング８は後方に開口する容器状に形成されている。ケーシング８は、ポンプ室５の内周面を構成する外周壁部４３を有しており、外周壁部４３の後縁には、径外方向に突出する鍔部３０が周方向の全長に亘って形成されている。鍔部３０はフランジ部２７の前面外周端部に当接され、ローター室７の前側はケーシング８によって覆われている。ケーシング８の鍔部３０は、複数のねじ１０により駆動ブロック９のフランジ部２７を含む外周部に取り付けられている。また、ケーシング８には、収納室１８の中央部に位置する前固定部４２が設けられており、前固定部４２には軸２３の前端部が固定されている。なお、図１中符号５９，６０は、軸受け２１にかかるスラスト方向の荷重を受ける軸受板である。

ケーシング８の中央部には、前方に突出する筒状の吸込口１１が形成されており、吸込口１１は羽根車２の吸入口部１６に対向している。ケーシング８の外周壁部４３には外方に突出する筒状の吐出口１２（図２参照）が形成されており、吐出口１２はポンプ室５の外周部の周方向の一部に通じている。

ケーシング８の外周壁部４３は、分離板２４の周壁部２８よりも外側に位置しており、ポンプ室５の外周部はローター室７よりも径外方向に膨出している。この膨出部分には、磁気従動部６よりも径外方向に突出したポンプ部４の外周部が位置しており、この外周部の後面（後面シュラウド１５の後面）はフランジ部２７の内周部の前面に対向している。

遠心ポンプ１の駆動は、制御部３３によってコイル３２に通電することにより行われる。コイル３２に電流が流れると、磁気駆動部２５において磁界が発生する。すると、磁気駆動部２５に対して羽根車２が有するマグネット部１９が吸引・反発して磁気従動部６が軸２３を中心に回転し、これによりポンプ部４が前後軸回りに回転する。そして、このようにポンプ部４が回転すると、吸込口１１から吸入口部１６を介してポンプ部４の流路５２に導入された流体が、吐出部１７からポンプ部４の外周側に吐出され、この後、吐出口１２を経て遠心ポンプ１の外部に吐出される。

マグネット固定部３６の大径部４６の内側に形成された孔４８は前端が後面シュラウド１５の中心部から前方に開口している。

羽根車２には、軸受け２１と軸２３の間に流体を供給して、軸受け２１に対する軸２３の回転を潤滑にするために、還流孔４９が形成されている。還流孔４９は、軸受固定部２２の大径部４６に形成されており、これにより、遠心ポンプ１の駆動時には、吐出部１７から吐出された流体が、後面シュラウド１５とフランジ部２７の間に形成された隙間４４からローター室７側に供給される。そして、この流体は、羽根車２の外周側と背面側に順に回り込み、この後、還流孔４９及び孔４８を経てポンプ部４の流路５２に戻る。このように流体が還流する際には、流体の一部が軸受け２１と軸２３の間に供給され、これにより軸２３の回転が潤滑になる。

ここで、遠心ポンプ１は、前記吐出部１７から隙間４４を介してローター室７側に送られる流体に異物６８（図５等参照）として鉄粉等の強磁性体が含まれている場合に、この異物６８がローター室７側に供給されるのを防止できるようになっている。

図３に示すように、後面シュラウド１５の磁気従動部６よりも径外方向に突出する外周部５３の後面には、磁界を発生させる磁界発生部５４として永久磁石５５が設けられている。永久磁石５５は、後面シュラウド１５の外周部５３の周方向の全長に亘る円環板状に形成されている。永久磁石５５は、内周端面がマグネット固定部３６の前端部の外周端面に当接しており、外周端面が後面シュラウド１５の外周端面と面一になっている。

このように本実施形態では、後面シュラウド１５の磁気従動部６よりも径外方向に突出する外周部５３に、永久磁石５５が設けられている。このため、前記吐出部１７からローター室７側に送られる鉄粉等の強磁性体である異物６８は、隙間４４を通過する際に、永久磁石５５で発生する磁力によって後面シュラウド１５側に吸着する。このため、ローター室７側には、鉄粉等の異物６８が送られ難くなり、鉄粉等の異物６８によりハウジング３の内面が傷付けられることを防止できる。

なお、本実施形態では、磁界発生部５４を鉄粉等の異物６８を吸着させる永久磁石５５で構成したが、電磁石等、鉄粉等の異物６８を吸引する磁界を発生させる手段で構成しても構わない。また、本実施形態では、羽根車２に還流孔４９を形成したが、還流孔４９は省略してもよく、また、吐出部１７から吐出された流体の体の一部をローター室７に積極的に送らなくてもよい。

（第二実施形態）
次に第二実施形態について説明する。なお、以下の第二実施形態の説明では、第一実施形態と同一の構成については同一の番号を付与し、重複する説明は省略する。

本実施形態では、図４に示すように、磁界発生部５４が、ハウジング３において後面シュラウド１５の外周部５３に対向する対向部５６に設けられている。対向部５６は、駆動ブロック９における分離板２４のフランジ部２７と、この後方に充填されたモールド樹脂３４により構成されている。

フランジ部２７には、前方に開口する凹部５７がフランジ部２７の周方向の全長に亘って形成されている。分離板２４の周壁部２８とこの外側に位置する凹部５７の間には、周方向の全長又は一部に亘って、遠心ポンプ１の駆動時において磁界６２を発生させるステーターコア３１の延出部５８が配置されている。この延出部５８は、ステーターコア３１において、収納部２６の周壁部２８外面に沿う部分を前方に延ばし出したものである。そして、本実施形態では、延出部５８により磁界発生部５４が構成されている。また、延出部５８の外周側に位置する凹部５７により、延出部５８によって吸引された異物６８を保持するための保持部６１が構成されている。

このように、本実施形態では、ハウジング３において後面シュラウド１５の外周部５３に対向する対向部５６にステーターコア３１の延出部５８が設けられている。このため、前記吐出部１７からローター室７側に送られる鉄粉等の異物６８は、隙間４４を通過する際に、延出部５８で発生する磁界６２により対向部５６側に吸引され、凹部５７の内面部に吸着するようになる。このため、ローター室７側には、鉄粉等の異物６８が送られ難くなり、鉄粉等の異物６８によりハウジング３の内面が傷付けられることを防止できる。

また、本実施形態では、延出部５８によって吸引された異物６８を凹部５７内に収めて保持することができる。特に凹部５７の内周側に位置する壁部６４は、延出部５８によって吸引された異物６８が後面シュラウド１５の中心側に向かって流れることを阻止する役割を果たす。このため、鉄粉等の異物６８がローター室７側に更に送られ難くなる。

なお、本実施形態では、磁界発生部５４をステーターコア３１の一部で構成したが、対向部５６に磁界発生部５４として永久磁石を設けても構わない。また、第一実施形態及び第二実施形態では、磁界発生部５４を、後面シュラウド１５の外周部５３とハウジング３の対向部５６のうちの一方にのみ設けたが、後面シュラウド１５の外周部５３とハウジング３の対向部５６の両方に磁界発生部５４を設けてもよい。

（第三実施形態）
次に第三実施形態について説明する。なお、以下の第三実施形態の説明では、第一実施形態と同一の構成については同一の番号を付与し、重複する説明は省略する。

本実施形態では、図５のように、後面シュラウド１５の後面に設けられた永久磁石５５の後面に、永久磁石５５によって吸引された異物６８を保持するための保持部６１として、凹部６３が形成されている。凹部６３は環状の永久磁石５５の周方向の全長に亘っており、後方に開口している。

このように後面シュラウド１５の外周部５３に凹部６３を設けることにより、永久磁石５５によって吸引された異物６８を凹部６３内に収めて保持することができる。特に凹部６３の羽根車２の内側に位置するの壁部６５は、永久磁石５５によって吸引された異物６８が羽根車２の内側に向かって移動することを阻止する役割を果たす。このため、鉄粉等の異物６８がローター室７側に更に送られ難くなる。

（第四実施形態）
次に第四実施形態について説明する。なお、以下の第四実施形態の説明では、第一実施形態と同一の構成については同一の番号を付与し、重複する説明は省略する。

本実施形態では、図６のように後面シュラウド１５の後面の外周部５３に、後方及び外周側に開口する凹段部６７が周方向の全長に亘って形成されている。永久磁石５５は凹段部６７に収納された状態で後面シュラウド１５に取り付けられており、永久磁石５５の前面は凹段部６７の後面に当接し、永久磁石５５の内周端面は凹段部６７の内周面に当接している。

永久磁石５５が設けられた後面シュラウド１５の外周部５３には、永久磁石５５の内周側に隣接して位置して永久磁石５５の後面よりも後方に突出する堰部６６が一体に形成されている。堰部６６は後面シュラウド１５の周方向の全長に亘って形成されている。また、後面シュラウド１５の堰部６６よりも内周側に位置する後面は、堰部６６の後端よりも前方に位置している。

そして、本実施形態では、堰部６６により永久磁石５５によって吸引された異物６８を保持するための保持部６１が構成されている。

本実施形態では、堰部６６により、永久磁石５５によって吸引された異物６８が羽根車２の内側に向かって移動することを阻止することができ、異物６８がローター室７側に更に送られ難くなる。

なお、図７のように永久磁石５５に堰部６９を設けてもよい。図７の例では、永久磁石５５の内周縁部から後方に突出する堰部６９が永久磁石５５と一体に周方向の全長に亘って形成されている。このように永久磁石５５に堰部６９が形成されることで、堰部６９で発生する磁力を用いて異物６８を吸引することができ、異物６８がより一層ローター室７側に送られ難くなる。

（第五実施形態）
次に第五実施形態について説明する。なお、以下の第五実施形態の説明では、第四実施形態と同一の構成については同一の番号を付与し、重複する説明は省略する。

本実施形態では、図８に示すように、図６の例における堰部６６の後縁部に後面シュラウド１５の径外方向に突出する返し部７０が周方向の全長に亘って形成されており、堰部６６と返し部７０により保持部６１が構成されている。

返し部７０は堰部６６の後端部から永久磁石５５の径方向における中程に至るまで延びており、返し部７０とこの後方の永久磁石５５の間には後面シュラウド１５の径外方向にのみ開口する凹溝部７２が形成されている。

このように堰部６６の後端部に後面シュラウド１５の径外方向に突出する返し部７０を形成することで、堰部６６により塞き止められた異物６８が後方に流れることを阻止し、この異物６８を凹溝部７２に収めることができる。このため、異物６８は更にローター室７側に送られ難くなる。

なお、本実施形態では、図９のように永久磁石５５に図７の例と同様の堰部６９を設けても構わない。図９の例では、永久磁石５５の内周縁部に後方に突出する堰部６９が周方向の全長に亘って形成されている。堰部６９は内周面が堰部６６の外周面に当接し、後端面が返し部７０の前面に当接している。そして、堰部６６、返し部７０、及び堰部６９により、保持部６１が構成されている。

このように永久磁石５５に堰部６９が形成されることにより、堰部６９で発生する磁力を用いて異物６８を吸引することができ、異物６８がより一層ローター室７側に送られ難くなる。

１ 遠心ポンプ
２ 羽根車
３ ハウジング
６ 磁気従動部
１５ 後面シュラウド
２５ 磁気駆動部
５３ 外周部
５４ 磁界発生部
５６ 対向部
６１ 保持部
６６ 堰部
６９ 堰部
６８ 異物
７０ 返し部

Claims (4)

1. 後面シュラウドの後方に磁気従動部が設けられた羽根車と、この羽根車を収納するハウジングと、このハウジングに設けられて、前記磁気従動部を磁気により回転駆動する磁気駆動部を備え、前記後面シュラウドは前記磁気従動部よりも径外方向に突出する外周部を有し、この外周部とこれに対向する前記ハウジングの対向部のうち少なくとも一方に、磁界を発生させる磁界発生部が設けられたことを特徴とする遠心ポンプ。
2. 前記磁界発生部が設けられた前記ハウジングの対向部、又は前記磁界発生部が設けられた前記後面シュラウドの外周部、あるいは前記磁界発生部に、前記磁界発生部によって吸引された異物を保持するための保持部が形成されたことを特徴とする請求項１に記載の遠心ポンプ。
3. 前記保持部は、前記磁界発生部が設けられた前記後面シュラウドの外周部又は前記磁界発生部から後方に突出して、磁界発生部に吸引された異物を後面シュラウドの中心側に流れることを防止する堰部を有することを特徴する請求項２に記載の遠心ポンプ。
4. 前記保持部は、前記堰部の後端部から前記後面シュラウドの径外方向に突出する返し部を有することを特徴とする請求項３に記載の遠心ポンプ。

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