JP2015004337A - 液体用ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】小型化にも寄与し、ポンプ全体のエネルギー損失を低減することができる液体ポンプを提供する。
【解決手段】円筒状をなすハウジング２の軸心２ａに沿って配置されたシャフト３を回転駆動するモータ４を備えた液体用ポンプ１であって、前記モータ４が、前記シャフト３に設けられたロータ５と、このロータ５の周囲に配され前記ハウジング２の内側に設けられたステータ６とを備えており、前記ロータ５が、当該ロータ５の外面と前記ステータ６の内面との間に形成された液流通路２２内で回転する翼車７を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータによって駆動される翼車式の液体用ポンプに関する。

従来、この種の液体用ポンプとして、例えば、以下の特許文献１に示すものや、図３に示すようなものが知られている。

図３に概略的に示す液体用ポンプＹ１は、翼車室Ｙ２及びモータ室Ｙ３に区画された内部空間Ｙ４を有するハウジングＹ５と、一端側が前記モータ室Ｙ３に配されるとともに他端側が前記翼車室Ｙ２に配されるシャフトＹ６と、このシャフトＹ６の他端側に取り付けられる翼車Ｙ７と、この翼車Ｙ７を回転駆動すべく前記モータ室Ｙ３内に設けられ前記シャフトＹ６を回転駆動するモータＹ８とを備えたものである。

このような液体用ポンプにおいては、前記翼車室Ｙ２を通過する液体が前記モータ室Ｙ３に漏出してしまう、という不具合の発生を防止する必要がある。換言すれば、翼車がモータによって駆動されるターボ式の液体用ポンプには、なんらかの方法で液体が外部に漏れないようにするシール機構が必要であり、例えば、以下のような方法が考えられている。

１つ目の方法としては、前記翼車室とモータ室との間に接触式の軸シールを設ける方法が挙げられる。しかしながら、接触式の軸シールは磨耗等に弱く、翼車室とモータ室との間の液漏れを完全にゼロとすることは困難である。また、接触式の軸シールは使用可能回転速度の制約がある。そのため、翼車やモータの回転を高速にするべく、これら翼車やモータを小型化するには、大きな制約となる。

このような不具合を解消するべく、２つ目の方法としては、前記翼車室とモータ室との間に非接触式のマグネットカップリングを用いる方法が挙げられる。この方法では、液漏れをゼロにすることが可能であるが、マグネットカップリングは接触式の軸シールに比べ、大型で質量も重く、また高速回転や負荷変動に対する追従性に問題がある。

このような不具合を解消するべく、３つ目の方法としては、前記翼車室とモータ室との間のシール部をなくし、前記モータ室のロータ全体をシールする方法が挙げられる。この方法によれば、液漏れをゼロにできるだけでなく、翼車室とモータ室とが直結されており、その間にシール構造がないため、高速回転駆動も可能である。そのため、特に小型化・軽量化が求められる航空機分野などでは、この方法がよく用いられている。

しかしながら、前記ロータ全体をシールする方法では、モータ室内におけるロータ部の周囲も液体に浸漬されているため、モータを駆動すると、ロータ表面とその周囲の液体の間の摩擦によって余分なエネルギー損失が発生し、ポンプ全体の効率を下げてしまうという欠点がある。

特開２００９−１０６０８８号公報

本発明は以上の点に着目し、小型化に寄与するとともに、ポンプ全体のエネルギー損失を低減することができる液体ポンプを提供することを目的とする。

本発明は、以上のような課題を解決するために、次のような構成を採用したものである。すなわち、本発明に係る液体用ポンプは、円筒状をなすハウジングの軸心に沿って配置されたシャフトを回転駆動するモータを備えたものであって、前記モータが、前記シャフトに設けられたロータと、このロータの周囲に配され前記ハウジングの内側に設けられたステータとを備えており、前記ロータが、当該ロータの外面と前記ステータの内面との間に形成された液流通路内で回転する翼車を備えていることを特徴とする。

本発明は、以上のような構成であるから、小型化に寄与するとともに、ポンプ全体のエネルギー損失を低減することができる。

本発明の一実施形態にかかる液体ポンプの概略断面図。 本発明の変形例にかかる液体ポンプの概略断面図。 従来の液体ポンプの概略断面図。

以下、この発明の一実施形態を、図１を参照して説明する。

本実施形態にかかる回転機器である液体用ポンプ１は、航空機・飛翔体等に搭載される液体循環用のポンプであり、液体として、例えば、水よりも粘性の高い作動油を用いている。

この液体ポンプ１は、円筒状をなすハウジング２の軸心２ａに沿って配置されたシャフト３を回転駆動するモータ４を備えた軸流式のものである。

前記ハウジング２は、内部空間２１を有する円筒形状をなすもので、後述するロータ５の外周面５１と協働して液流通路２２を形成するものである。このハウジング２の軸方向における一端部には、前記液体を外部から流入可能に開口された液入口部２３が設けられているとともに、前記軸方向の他端部には、前記液体を外部へと流出可能に開口された液出口部２４が設けられている。

前記シャフト３は、前記ハウジング２の内部空間２１に収納されたものであり、前記モータ４により円周方向に回転可能に設けられたものである。具体的には、このシャフト３は、軸心３ａが前記ハウジング２の軸心２ａに沿うように前記ハウジング２内に配されたものであり、一端部が第１の軸受部３１に軸支されるとともに、他端部が第２の軸受部３２に軸支されている。

前記モータ４は、例えばＤＣブラシレス式の電動モータ４であり、前記シャフト３に設けられたロータ５と、このロータ５の周囲に配され前記ハウジング２の内側に設けられたステータ６とを備えた、いわゆるインナーロータ型のモータ４である。前記ロータ５は、前記シャフト３と一体的に設けられており、当該シャフト３を回転駆動させるものである。具体的には、前記ロータ５は、前記シャフト３に外嵌させて固着された円筒形状をなすものであり、永久磁石５２を前記ロータ５の外周面５１内に埋め込むようにして形成されている。本実施形態では、シャフト３及び電動モータ４の駆動源として図示しないインバータを用いている。前記ステータ６は、前記ロータ５の周囲に一定の隙間８を介して配されたものであり、前記ハウジング２に支持されている。具体的には、前記ステータ６は、前記モータ４を駆動させるための電流が通電される巻き線６２を前記ハウジング２の内周面６１内に埋め込むようにして形成されている。そして、対向する前記ステータ６の内周面６１と前記ロータ５の外周面５１との間には、筒状をなす隙間８が形成されており、その隙間８が前記液流通路２２として用いられる。

しかして、本実施形態のロータ５は、当該ロータ５の外面と前記ステータ６の内面との間に形成された液流通路２２内で回転する翼車７を備えている。具体的には、前記翼車７は、いわゆる軸流翼車７の形状をなしており、機械加工によって当該ロータ５と一体的に形成されるものである。本実施形態では、前記翼車７が前記ロータ５の外周面５１から前記液流通路２２に向かって突設されている。具体的には、前記ロータ５の円周方向及び軸心５ａ方向に沿って、換言すれば、前記ロータ５の軸心５ａ方向に対して螺旋状に複数の翼車７を立設させている。

このような液体ポンプ１において、前記ステータ６の巻き線６２に通電されてロータ５が回転すると、前記ロータ５と一体的に前記翼車７が回転して、液体が液入口部２３から吸引され、翼車７によって圧力が上昇した後、液出口部２４から吐出される。

以上に述べたように、本実施形態に係る液体用ポンプ１は、円筒状をなすハウジング２の軸心２ａに沿って配置されたシャフト３を回転駆動するモータ４を備えた液体用ポンプ１であって、前記モータ４が、前記シャフト３に設けられたロータ５と、このロータ５の周囲に配され前記ハウジング２の内側に設けられたステータ６とを備えており、前記ロータ５が、対面するロータ５の外面と前記ステータ６の内面との間に形成された円環状をなす液流通路２２内で回転する複数の翼車７を備えている。

このようなものであるため、従来の翼車を使用する回転式の液体用ポンプと比べて、前記モータ４のロータ５を翼車７と兼用したことによって、これまでは単にエネルギー損失となっていたロータ表面の液接触部が、ポンプとしての役割を担うこととなる。したがって、ポンプ１とモータ４とからなる回転機器全体のエネルギー損失を低減させることができる。換言すれば、高い効率性を有する液体用ポンプ１を提供することができる。

その上、従来の構成では翼車室とポンプ室との２つの部位で構成されていたものが、１つに統合されるため、前記液体ポンプ１を配設するスペースをコンパクトにすることができ、回転機器全体の小型化・軽量化に寄与することができる。また、翼車室とポンプ室とが一体化されるため、保守・点検が簡単になり信頼性の向上にもつながる。

また、液体として作動油を想定しているため、この作動油が軸受部３１、３２に供給されることで潤滑油としての効果も得られる。

なお、本発明は以上に述べた実施形態に限られない。

例えば、図２に示す回転機器である液体用ポンプは、前述した実施形態の液体用ポンプと翼車の形状が異なるものである。以下、上述した実施形態と同一または対応する部分には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

この液体用ポンプ１は、円筒状をなすハウジング２の軸心２ａに沿って配置されたシャフト３を回転駆動するモータ４を備えたものであって、前記モータ４が、前記シャフト３に設けられたロータ５と、このロータ５の周囲に配され前記ハウジング２の内側に設けられたステータ６とを備えており、前記ロータ５が、当該ロータ５の外面と前記ステータ６の内面との間に形成された円環状をなす液流通路２２内で回転する翼車７を備えている。

具体的には、前記ロータ５は、前記シャフト３に外嵌させて固着された円筒形状をなすものであり、永久磁石５２を前記ロータ５の外周面５１内に埋め込むようにして形成されている。前記ステータ６は、前記モータ４を駆動させるための電流が通電される巻き線６２を前記ハウジング２の内周面６１に取り付けて形成されている。対向する前記ステータ６の内周面６１と前記ロータ５の外周面５１との間には、筒状をなす隙間８が形成されており、その隙間８が前記液流通路２２として用いられる。

本変形例のロータ５は、当該ロータ５の外面と前記ステータ６の内面との間に形成された液流通路２２内で回転する翼車７を備えている。具体的には、前記翼車７は、軸方向に伸びるらせん形状をなす溝９が設けられることによって隣接する溝９、９間に形成された前記ロータ５の外周面５１が当該翼車７として機能するものである。前記翼車７は、前記ロータ５の表面に直接機械加工を施すことにより形成されるものである。本変形例では、前記翼車７が前記液流通路２２に向かって突設されている。具体的には、前記ロータ５には前記溝９が複数本設けられており、当該ロータ５の円周方向及び軸心５ａ方向に沿って、換言すれば、前記ロータ５の軸心５ａ方向に対して螺旋状に複数の翼車７を立設させている。

このようなものであれば、上述した実施形態と同一またはこれに準ずる効果が得られる。

なお、翼車の形状は、上述したいわゆる軸流翼車の形状やらせん状の溝形状に限られず種々変更可能であり、例えば、ロータの表面に複数の直線状の溝を形成することによって作られるもの等であってもよい。また、溝も連続的に形成されるもののみならず、所定の長さを有する複数の溝が間欠的に形成されるものであってもよい。

また、ロータに翼車を設ける方法についてもどのようなものであってもよく、圧入や焼きばめ、接着、溶接、ろう付け、またはロータ表面を直接機械加工して翼車形状を得る方法など種々変更可能である。

さらに、永久磁石はロータの外面側に埋め込まれるものであっても、ロータの外面に取り付けて形成されるものであってもよい。永久磁石は、ロータの外面側から突出するように設けられるもの、または、ロータの外面側から突出しないように設けられるもののいずれであってもよい。同様に、巻き線は、ステータの内面側から突出するように設けられるもの、または、ステータの内面側から突出しないように設けられるもののいずれであってもよい。また、ロータに巻き線を設けるとともに、ステータに永久磁石を設けるようにしてもよい。また、本発明のモータとして、永久磁石を利用しない誘導モータを使用してもよい。

本発明の液体ポンプは、航空機や飛翔体等の搭載用のものに限られず、小型化を要求される液体ポンプに種々適用可能である。

その他、本発明の趣旨を損ねない範囲で種々に変更してよい。

１…液体用ポンプ
２…ハウジング
２ａ…軸心
２２…液流通路
３…シャフト
４…モータ
５…ロータ
６…ステータ
７…翼車

Claims (1)

1. 円筒状をなすハウジングの軸心に沿って配置されたシャフトを回転駆動するモータを備えた液体用ポンプであって、
   前記モータが、前記シャフトに設けられたロータと、このロータの周囲に配され前記ハウジングの内側に設けられたステータとを備えており、
   前記ロータが、当該ロータの外面と前記ステータの内面との間に形成された液流通路内で回転する翼車を備えていることを特徴とする液体用ポンプ。

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