JP4239576B2 - Ｄｃポンプとその半径方向推力の軽減方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吐出側圧力による半径方向推力と羽根車重量の傾斜方向の成分とをバランスさせるＤＣポンプとその半径方向推力の軽減方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半径方向から吸込み、半径方向に吐き出す構造の薄型化に適した渦流ポンプ（摩擦ポンプ）は公知である。図１１は従来の渦流ポンプの構成図である（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
図１１の渦流ポンプにおいて、ポンプ軸受１０５がインサートされ、ポンプ軸１０４が装着されている。このポンプ軸受１０５の外周には被駆動マグネット１０６、最外周には羽根１０７がリング状に形成されている。被駆動マグネット１０６と羽根１０７は磁性樹脂材で一体成形されたものである。モータの回転動力が被駆動マグネット１０６に伝達され、被駆動マグネット１０６に伝達された回転動力により羽根１０７が回転し、吸込口１０１より半径方向に流入した液体は、通水路１０３を矢印の方向に流れ、吐出口１０２から流れ出る。
【０００４】
この従来の渦流ポンプにおいては、ポンプの吸込口１０１と吐出口１０２との圧力差に基づいてモータに作用する半径方向推力１０９は、駆動源であるポンプ軸１０４とポンプ軸受け１０５及びシール材との摺動に対する荷重となって釣り合っていた。これによりポンプの羽根１０７がポンプケーシング１０８等に接触することを防いでいた。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１−１２９６４２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の渦流ポンプの構成では、ポンプの圧力差を軸荷重と釣り合わせているため、機械損失が増大するという課題を有していた。さらに、動圧型の流体軸受けを使用してポンプの取扱い液である水による動圧でバランスをとる場合、ポンプの吐出口と吸込口との圧力差によって発生するモータの半径方向推力を考慮した動圧を発生させるため、溝加工量が数μｍという精密加工をしなければならないという課題を有していた。
【０００７】
そこで本発明は、吐出側からの半径方向推力を簡単に軽減でき、機械損失が少なく、高度な機械加工が不要なＤＣポンプを提供することを目的とする。
【０００８】
また本発明は、簡単に半径方向推力を軽減できるＤＣポンプの半径方向推力軽減方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明のＤＣポンプは、外周に多数の羽根が形成されたリング状の羽根車と、リング状の羽根車の内周に設けられたマグネットロータと、マグネットロータの内周側に配設され、先端に突極が形成された複数のティースに巻線された電機子と、羽根車とマグネットロータとを収容するためのポンプ室が設けられるとともに、該ポンプ室に羽根車外周方向から流体を吸込む吸込口と羽根車外周方向へ流体を吐出する吐出口とが設けられたポンプケーシングとを備え、ポンプケーシングが、水平面を基準にしたとき吸込口より吐出口の方が低い位置となるように下端面を傾斜されて設置されたことを特徴とする。
【００１０】
これにより、吐出側からの半径方向推力を簡単に軽減でき、機械損失が少なく、高度な機械加工が不要となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、外周に多数の羽根が形成されたリング状の羽根車と、リング状の羽根車の内周に設けられたマグネットロータと、
マグネットロータの内周側に配設され、先端に突極が形成された複数のティースに巻線された電機子と、羽根車とマグネットロータとを収容するためのポンプ室が設けられるとともに、該ポンプ室に羽根車外周方向から流体を吸込む吸込口と羽根車外周方向へ流体を吐出する吐出口とが設けられたポンプケーシングとを備え、ポンプケーシングが、水平面を基準にしたとき吸込口より吐出口の方が低い位置となるように下端面を傾斜されて設置されたことを特徴とするＤＣポンプであり、吐出口付近で発生する圧力差による半径方向推力と釣り合うようにポンプケーシングを傾斜して据え付け、羽根車の重量でバランスをとることができ、機械損失の低減が可能になる。軸と軸受けをなくした軸レスのＤＣポンプとすることができ、ポンプの長寿命化、低コスト化できる。また、動圧型の流体軸受けを使用して取扱い液の動圧でバランスをとる場合には、吐出側圧力による半径方向推力もバランスさせる流体軸受けのための高度な機械加工を不要とすることができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、勾配調整手段が設けられ、該勾配調整手段によってポンプケーシングの傾斜角を調整することを特徴とする請求項１記載のＤＣポンプであり、吐出口付近で発生する圧力差による半径方向推力と釣り合うようにポンプケーシングの傾斜角を調節して設置し、羽根車の重量でバランスをとることができ、機械損失の低減が可能になる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、勾配調整手段が１ケ所以上に設けられた螺合調節部であって、螺合により傾斜角を調整することを特徴とする請求項２記載のＤＣポンプであり、半径方向推力と釣り合うように螺合調節部で簡単に傾斜角を調整でき、機械損失の低減が可能になる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、ポンプケーシングの傾斜角を検出する勾配量検出手段が設けられ、該勾配量検出手段の出力信号に従ってポンプ能力を制御する制御手段を設けたことを特徴とする請求項１記載のＤＣポンプであり、ポンプケーシングの傾斜角を検出し、この傾斜角に応じて羽根車の重量の分力と釣り合うようにポンプ能力を可変させ、両者のバランスをとることにより、傾斜した状態で使用するポンプであっても機械損失の低減が可能になる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、ポンプケーシングを水平面に対して吸込口より吐出口を下方にして傾斜させ、羽根車に作用する吐出側圧力による半径方向推力と羽根車重量の傾斜方向の成分とをバランスさせることを特徴とするＤＣポンプの半径方向推力の軽減方法であり、吐出側圧力による半径方向推力と釣り合うようにポンプケーシングを傾斜して据え付け、羽根車の重量でバランスをとることができ、機械損失の低減が可能になる。軸と軸受けをなくした軸レスのＤＣポンプとすることができ、ポンプの長寿命化、低コスト化できる。また、動圧型の流体軸受けを使用して取扱い液の動圧でバランスをとる場合には、吐出側圧力による半径方向推力もバランスさせる流体軸受けのための高度な機械加工を不要とすることができる。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、ポンプケーシングを水平面に対して傾斜して流量を測定し、最大吐出流量を検出したときの傾斜角でポンプケーシングを設置することを特徴とするＤＣポンプの半径方向推力の軽減方法であり、半径方向推力と羽根車の重量のバランスを簡単にとることができ、機械損失の低減が可能になる。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、ポンプケーシングを水平面に対して傾斜してマグネットロータを回転させ、最大の回転数を検出したときの傾斜角でポンプケーシングを設置することを特徴とするＤＣポンプの半径方向推力の軽減方法であり、半径方向推力と羽根車の重量のバランスを簡単にとることができ、機械損失の低減が可能になる。
【００１８】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１におけるＤＣポンプとその半径方向推力の軽減方法について図１、図２に基づいて説明する。図１は本発明の実施の形態１におけるＤＣポンプの断面図、図２は図１のＤＣポンプの構成を示す説明図である。
【００１９】
図１、図２において、１はＤＣポンプのリング状の羽根車であり、外周に所定ピッチで刻設された溝によって構成された多数の羽根をもち、内周にはマグネットロータ２が設けられている。なお、本発明においては半径方向推力を流体から受けるターボ型のＤＣポンプのどの型式のポンプであってもよいが、渦流ポンプがその典型である。ここで羽根車１は、羽根とマグネットロータ２とを違う材料で構成して嵌め合わせて一体化しても良いし、磁性樹脂材で構成して羽根とマグネットロータ２とを同一材料で一体構造としてもよい。
【００２０】
３はマグネットロータ２の内周側に設けられたステータコアである。ステータコア３の先端には突極が形成され、複数のティースには巻線されて、電機子を構成してマグネットロータ２を回転駆動する。なお、ＤＣポンプというはこの電機子とマグネットロータ２で構成されるＤＣブラシレスモータで駆動されるポンプであることを意味する。４は羽根車１を収容すると同時に羽根車１が流体に与えた運動エネルギーを圧力回復して吐出口８へと導くためのポンプ室Ｃを有するポンプケーシング、５はケーシングカバーであってポンプケーシング４と共に羽根車１を収納したポンプ室Ｃを密閉する。ケーシングカバー５とポンプケーシング４とは実施の形態１のポンプケーシングを構成する。
【００２１】
６はポンプケーシング４に固定されている軸であり、羽根車１の中心の貫通孔に挿入され、羽根車１が回転自在に支持される。なお、軸６は別部品として圧入やインサート成形によりポンプケーシング４に固定されてもよく、また、ポンプケーシング４と同一材料による一体成形で形成されてもよい。また、軸６は固定されるのではなく、ポンプケーシング４と摺動（回転）可能に設けられてもよい。７は吸込口、８は吐出口であり、いずれも羽根車１の外周方向（羽根車回転面の外方向）から流体が流入、流出される。９はＤＣポンプ中の流体の圧力が最大になる吐出口８付近の部分であり、Ｒはその流体の圧力が羽根車に及ぼすラジアル方向の力（以下、半径方向推力）である。
【００２２】
本実施の形態１のＤＣポンプは、外部電源から電力を供給されると、ポンプに設けられた電気回路により制御された電流がステータコア３のコイルに流れ、回転磁界が発生する。この回転磁界がマグネットロータ２に作用するとマグネットロータ２に物理力が発生する。ところで、このマグネットロータ２は羽根車１と一体化されているため、羽根車１に回転トルクが作用し、この回転トルクにより羽根車１が回転を始める。羽根車１の外周に設けられた羽根は羽根車１の回転によって吸込口７から流入した流体に運動エネルギーを与え、その運動エネルギーによりポンプケーシング４内の流体の圧力が徐々に高められ吐出口８から吐き出される。
【００２３】
ところで、実施の形態１のＤＣポンプにおいては、吐出口８側の高圧が軸６方向へ作用する半径方向推力Ｒとなるが、これが直接軸６に作用すると大きな機械損失を招来する。そこで本発明の実施の形態１においては、この半径方向推力Ｒと釣り合うように羽根車１の重量を利用してマグネットロータ２のバランスをとり、軸６への荷重をなくすという手段を講じている。
【００２４】
すなわち、所定の水平面Ｈを基準にして、ＤＣポンプの下端面を傾斜し、吸込口７の位置より吐出口８の位置の方を低い位置に配置するものである。図３は本発明の実施の形態１におけるＤＣポンプの設置状態の説明図である。図３において、ｈ１は水平面Ｈからみたときの吐出口８側のポンプ設置高さ（ポンプケーシングの下端面を構成する平坦部の水平面Ｈからの設置高さ）であり、ｈ２はポンプ設置高さｈ１と対角線方向のポンプ設置高さであり、Ｌがこの対角線方向の長さである。このようにポンプ設置高さｈ２がポンプ設置高さｈ１より高い位置に設置されるため、ポンプケーシング４は傾斜した状態で設置され、羽根車１に作用する重力の傾斜方向の分力Ｆが半径方向推力Ｒとが相殺されてバランスをとることができる。
【００２５】
図４に基づいてこの釣り合いについて説明する。図４（ａ）は本発明の実施の形態１における半径方向推力の説明図、図４（ｂ）は本発明の実施の形態１における半径方向推力と羽根車の重量との釣り合いの説明図である。図４（ａ）のようにポンプ吐出口８側の高圧はラジアル方向、図４（ａ）においては軸６方向への力となる。そこで、図４（ｂ）のように水平面Ｈからの吐出口８側のポンプ設置高さｈ１をその対角線方向のポンプ設置高さｈ２と比較して低く位置することにより、羽根車１の重量をＭｇ（ｇは重力加速度）としたときＭｇ・ｓｉｎθ＝Ｍｇ（ｈ２−ｈ１）／Ｌの大きさの分力Ｆと半径方向推力Ｒとが釣り合う。なお、θは傾斜角である。
【００２６】
本実施の形態１のＤＣポンプは軸６に対する半径方向推力Ｒが重力の分力Ｆと釣り合っており、軸６の寿命を長くすることができ、羽根車１の回転が安定したものにできる。また、騒音、振動を低減できる。
【００２７】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２について図５、図６（ａ）、（ｂ）に基づいて説明する。また図１は基本的構成として参照する。実施の形態２のＤＣポンプは、実施の形態１の軸をなくし、羽根車１をリング状にし羽根車１の内側に溝１*を加工したものである。図５は本発明の実施の形態２におけるＤＣポンプで軸がない構成を示す説明図、図６（ａ）は本発明の実施の形態２におけるＤＣポンプの半径方向推力の説明図、図６（ｂ）は本発明の実施の形態２におけるＤＣポンプの半径方向推力と羽根車の重量との釣り合いの説明図である。
【００２８】
本実施の形態２のＤＣポンプは、実施の形態１で設けられていた軸をなくした軸レスポンプである。そして図６（ｂ）に示す実施の形態２のＤＣポンプは、実施の形態１と同様、所定の水平面Ｈを基準して、ＤＣポンプの吸込口７側のポンプの設置高さｈ２より吐出口８のポンプの設置高さｈ１の方を低い位置になるようにポンプケーシング下端面を傾斜して配置する。羽根車１の重量とＤＣポンプの半径方向推力Ｒとを釣り合わせるものである。
【００２９】
半径方向推力Ｒが羽根車１に作用する重力の分力Ｆとバランスよく釣り合っていることから、動圧を発生させるための羽根車の溝１*のみの形成を考えればよく、仮にこの分力Ｆまで釣り合わせようとすると溝１*の構成はかなり複雑になるが、こうした余計な圧力バランスを考慮しなくてすみ、溝１*の加工がし易くなる。
【００３０】
ここで、半径方向推力Ｒと羽根車１の重量の分力Ｆとでバランスをとることについて図６（ａ）、（ｂ）に基づいて説明する。図６（ａ）のようにポンプの吐出口８側の高い圧力は半径方向推力Ｒ、すなわち回転中心方向への力となる。そこで、図６（ｂ）のように水平面Ｈに関して、吐出口８側のポンプの設置高さｈ１を吸込口７側のポンプの設置高さｈ２より低くすることにより、羽根車１の重量Ｍｇにおける分力Ｆと吐出口８側の半径方向推力Ｒが相反して釣り合う。これは実施の形態１で説明したのと同様である。
【００３１】
本実施の形態２のＤＣポンプは、羽根車１のラジアル方向のバランスがよいので、軸をなくした軸レスポンプとすることができ、低コスト化が実現できる。そして、羽根車１がポンプケーシング４等に接触することを防げるため、長寿命のポンプを提供することができ、またこれによって振動、騒音を低減できる。さらに、ラジアル方向のバランスがよいため、動圧を発生させるための溝１*を加工するときに余計な力を考慮した加工が不要になる。
【００３２】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３のＤＣポンプについて図７に基づいて説明する。図７は本発明の実施の形態３におけるＤＣポンプを傾斜させてバランス調整する説明図である。図７（ａ）、（ｂ）において、１０はポンプケーシング４に設けた勾配調整手段の設置個所であり、１１は勾配調整手段を構成する雌ネジ、１２は雌ネジ１１に螺合してポンプケーシング４の傾斜角を調整するボルトである。雌ネジ１１，ボルト１２が、本発明の実施の形態３における螺合調節部を構成する。
【００３３】
吐出口８側の半径方向推力Ｒと羽根車１の重量の分力Ｆ（図４（ｂ）参照）とでバランスをとるために、ＤＣポンプを設置するとき傾斜させる。３ヶ所に設けた雌ネジ１１に３本のボルト１２を螺合し、その螺合程度を調節して、ボルト１２の３点支持によりポンプケーシング４の傾斜角の調整が可能になる。最適傾斜角は半径方向推力Ｒと羽根車１の重量のバランスをとり、最適傾斜角を設定する。これらについては、実施の形態４，５で説明する。なお、勾配調整に設けた３ヶ所の雌ネジ１１，ボルト１２は、このうち２本を固定して１本で調整したり、あるいはこれ以上の本数で調整することができる。
【００３４】
以上のように、本実施の形態３のＤＣポンプは、吐出口側と吸込口側の圧力差により発生する半径方向推力Ｒと釣り合うように羽根車１の分力Ｆでバランスをとることにより、軸への荷重をなくすことが実現できる。また、このような勾配調整手段により、最適なバランスを求めることができるため、軸への荷重負担が少なくなる。
【００３５】
軸に対する荷重が釣り合っており、実施の形態１と同様に軸の寿命を長くすることができ、羽根車１の回転が安定したものにできる。また、騒音、振動を低減できる。また、羽根車１のラジアル方向のバランスがよいので、実施の形態２と同様、軸を廃止した軸レスポンプにすることができ、低コスト化ができる。そして、羽根車１がポンプケーシング４等に接触することを防げるので、長寿命のＤＣポンプを提供することができ、またこれによって振動、騒音を低減できる。さらに、ラジアル方向のバランスがよいため、動圧を発生させるための溝１*を加工するときに余計な力を考慮した加工が不要になる。
【００３６】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４のＤＣポンプとその半径方向推力の軽減方法について図８に基づいて説明する。図８は本発明の実施の形態４におけるＤＣポンプの傾斜角とポンプ流量の関係図である。実施の形態４のＤＣポンプは、実施の形態２のような軸をなくしたＤＣポンプにおいて、実施の形態３の傾斜角を吐出流量より決定したＤＣポンプである。吐出流量Ｑは傾斜角ａに関して最大値をもった凸状曲線の流量特性を示す。そこで、図示しない吐出流量検出センサにより吐出流量Ｑを検出し、流量Ｑが最大になったＱｍａｘに対するａ１を求め、ＤＣポンプの最適傾斜角とするものである。
【００３７】
以上のように、実施の形態４のＤＣポンプとその半径方向推力の軽減方法は、流量Ｑが最大になったＱｍａｘを求めるだけできわめて簡単に傾斜角を決定することができる。この傾斜角を利用し、ポンプの圧力差により発生する半径方向推力Ｒと釣り合うように羽根車１の重量の分力Ｆでバランスをとることにより、羽根車１のラジアル方向のバランスがよいので軸レスポンプにおいても羽根車１がポンプケーシング４等に接触することを防ぐことができ、長寿命のＤＣポンプを提供することができ、またこれによって振動、騒音を低減できる。さらに、ラジアル方向のバランスがよいため、動圧を発生させるための溝１*を加工するときに余計な力を考慮した加工が不要になる。
【００３８】
（実施の形態５）
本発明の実施の形態５のＤＣポンプとその半径方向推力の軽減方法について図９に基づいて説明する。図９は本発明の実施の形態５におけるＤＣポンプの傾斜角とポンプ回転数の関係図である。実施の形態５のＤＣポンプは、実施の形態２のような軸がないＤＣポンプにおいて、実施の形態３の傾斜角をマグネットロータの回転数Ｎより決定したＤＣポンプである。回転数Ｎは傾斜角ａに関して最大値をもった凸状曲線の流量特性を示す。そこで、図示しない回転数検出センサにより回転数Ｎを検出し、回転数Ｎが最大となったＮｍａｘに対するａ１を求め、ＤＣポンプの最適傾斜角とするものである。
【００３９】
以上のように、実施の形態５のＤＣポンプとその半径方向推力の軽減方法は、回転数Ｎが最大となったＮｍａｘを求めるだけできわめて簡単に傾斜角を決定することができる。この傾斜角を利用し、ポンプの圧力差により発生する半径方向推力Ｒと釣り合うように羽根車１の重量の分力Ｆでバランスをとることにより、羽根車１のラジアル方向のバランスがよいので軸レスポンプにおいても羽根車１がポンプケーシング４等に接触することを防ぐことができ、長寿命のＤＣポンプを提供することができ、またこれによって振動、騒音を低減できる。さらに、ラジアル方向のバランスがよいため、動圧を発生させるための溝１*を加工するときに余計な力を考慮した加工が不要になる。
【００４０】
（実施の形態６）
本発明の実施の形態６のＤＣポンプについて図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に基づいて説明する。図１０（ａ）は本発明の実施の形態５におけるＤＣポンプの制御機能ブロック図、図１０（ｂ）は本発明の実施の形態５におけるＤＣポンプの勾配量検出手段の出力信号説明図、図１０（ｃ）は本発明の実施の形態５におけるＤＣポンプの電源電圧と傾斜角の関係図である。
【００４１】
図１０（ａ）において、１３は勾配量検出センサ（本発明の勾配量検出手段）、１４は制御装置（本発明の制御手段）、１５は電源部である。実施の形態６のＤＣポンプは、図１０（ａ）に示すように実施の形態５のＤＣポンプを制御する方法で、勾配量検出センサ１３の出力信号が制御装置１４へ伝わりその制御された信号はＤＣポンプの電源部１５へ伝わり、電源部１５を可変することによりポンプ能力を制御する。水平面に対し平行に設置されたＤＣポンプの傾斜角を０度とし、吐出口が下向きになる傾斜角を９０度とし、その後回転し再び水平面と平行になる１８０度まで傾けた際に検出する勾配量検出センサ１３の出力信号（出力電圧）は、傾斜角との関係で図１０（ｂ）のように変化する。傾斜角が９０度となるときが、その出力信号である電圧が最大となるときである。
【００４２】
図１０（ｂ）に示す傾斜角に比例した信号が制御装置１４に伝わり、その後ポンプの電源部１５の電圧を図１０（ｃ）のように伝える。ＤＣポンプが水平面に対し平行になる傾斜角０度、１８０度の場合において羽根車１は水平面に対し平行になるが、吐出口８が下向きになる傾斜角９０度の場合、羽根車１の重量により羽根車１は吐出口８側に近づくため、制御装置１４が電源部１５の電源電圧を上げることで吐出口８側の圧力を上げてバランスさせるものである。
【００４３】
以上のように、ＤＣポンプの傾斜角を検出する勾配量検出センサ１３を設け、傾斜角に比例した勾配量検出センサ１３の信号を受け、ポンプ能力を可変する制御装置１４を設け電源部１５を制御することにより、軸への荷重負担が少なくなる。また、ノートパソコンを液冷する冷却用ポンプとしてＤＣポンプを使用した場合など、傾斜角の変わるノートパソコンの液晶部にこのＤＣポンプを設置しても液晶部の角度変化に応じたポンプ能力を提供し、半径方向推力Ｒと重量をバランスさせて円滑な運転を可能にすることができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のＤＣポンプは、吐出口付近で発生する圧力差による半径方向推力と釣り合うようにポンプケーシングを傾斜して据え付け、羽根車の重量でバランスをとることができ、機械損失の低減が可能になる。軸と軸受けをなくした軸レスのＤＣポンプとすることができ、ポンプの長寿命化、低コスト化できる。また、動圧型の流体軸受けを使用して取扱い液の動圧でバランスをとる場合には、吐出側圧力による半径方向推力もバランスさせる流体軸受けのための高度な機械加工を不要とすることができる。
【００４５】
勾配調整手段によって傾斜角を調整するから、半径方向推力と釣り合うようにポンプケーシングの傾斜角を調節して設置し、羽根車の重量でバランスをとることができ、機械損失の低減が可能になる。勾配調整手段が１ケ所以上に設けられた螺合調節部であるため、半径方向推力と釣り合うように螺合調節部で簡単に傾斜角を調整でき、機械損失の低減が可能になる。
【００４６】
勾配量検出手段の出力信号に従ってポンプ能力を制御するＤＣポンプであるから、ポンプケーシングの傾斜角を検出し、この傾斜角に応じて羽根車の重量と釣り合うようにポンプ能力を可変させ、両者のバランスをとることにより、傾斜した状態で使用するポンプであっても機械損失の低減が可能になる。
【００４７】
本発明のＤＣポンプの半径方向推力の軽減方法は、吐出側圧力による半径方向推力と釣り合うようにポンプケーシングを傾斜して据え付け、羽根車の重量でバランスをとることができ、機械損失の低減が可能になる。軸と軸受けをなくした軸レスのＤＣポンプとすることができ、ポンプの長寿命化、低コスト化できる。また、動圧型の流体軸受けを使用して取扱い液の動圧でバランスをとる場合には、吐出側圧力による半径方向推力もバランスさせる流体軸受けのための高度な機械加工を不要とすることができる。
【００４８】
最大吐出流量を検出したときの傾斜角でポンプケーシングを設置するから、半径方向推力と羽根車の重量のバランスを簡単にとることができ、機械損失の低減が可能になる。
【００４９】
最大の回転数を検出したときの傾斜角でポンプケーシングを設置するから、半径方向推力と羽根車の重量のバランスを簡単にとることができ、機械損失の低減が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１におけるＤＣポンプの断面図
【図２】図１のＤＣポンプの構成を示す説明図
【図３】本発明の実施の形態１におけるＤＣポンプの設置状態の説明図
【図４】（ａ）本発明の実施の形態１における半径方向推力の説明図
（ｂ）本発明の実施の形態１における半径方向推力と羽根車の重量との釣り合いの説明図
【図５】本発明の実施の形態２におけるＤＣポンプで軸がない構成を示す説明図
【図６】（ａ）本発明の実施の形態２におけるＤＣポンプの半径方向推力の説明図
（ｂ）本発明の実施の形態２におけるＤＣポンプの半径方向推力と羽根車の重量との釣り合いの説明図
【図７】本発明の実施の形態３におけるＤＣポンプを傾斜させてバランス調整する説明図
【図８】本発明の実施の形態４におけるＤＣポンプの傾斜角とポンプ流量の関係図
【図９】本発明の実施の形態５におけるＤＣポンプの傾斜角とポンプ回転数の関係図
【図１０】（ａ）本発明の実施の形態５におけるＤＣポンプの制御機能ブロック図
（ｂ）本発明の実施の形態５におけるＤＣポンプの勾配量検出手段の出力信号説明図
（ｃ）本発明の実施の形態５におけるＤＣポンプの電源電圧と傾斜角の関係図
【図１１】従来の渦流ポンプの構成図
【符号の説明】
１ 羽根車
１* 溝
２ マグネットロータ
３ ステータコア
４ ポンプケーシング
５ ケーシングカバー
６ 軸
７ 吸込口
８ 吐出口
９ ポンプ中の流体の圧力が最大になる部分
１０ 勾配調整手段の設置個所
１１ 雌ネジ
１２ ボルト
１３ 勾配量検出センサ
１４ 制御装置
１５ 電源部
１０１ 吸込口
１０２ 吐出口
１０３ 通水路
１０４ ポンプ軸
１０５ ポンプ軸受
１０６ 被駆動マグネット
１０７ 羽根
１０８ ポンプケーシング
１０９ 半径方向推力
Ｃ ポンプ室
Ｆ ラジアル方向の分力
Ｒ 半径方向推力
ｈ１，ｈ２ ポンプ設置高さ
Ｌ 対角線方向の長さ
Ｍｇ 重量
θ 傾斜角
【発明の属する技術分野】
本発明は、吐出側圧力による半径方向推力と羽根車重量の傾斜方向の成分とをバランスさせるＤＣポンプとその半径方向推力の軽減方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半径方向から吸込み、半径方向に吐き出す構造の薄型化に適した渦流ポンプ（摩擦ポンプ）は公知である。図１１は従来の渦流ポンプの構成図である（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
図１１の渦流ポンプにおいて、ポンプ軸受１０５がインサートされ、ポンプ軸１０４が装着されている。このポンプ軸受１０５の外周には被駆動マグネット１０６、最外周には羽根１０７がリング状に形成されている。被駆動マグネット１０６と羽根１０７は磁性樹脂材で一体成形されたものである。モータの回転動力が被駆動マグネット１０６に伝達され、被駆動マグネット１０６に伝達された回転動力により羽根１０７が回転し、吸込口１０１より半径方向に流入した液体は、通水路１０３を矢印の方向に流れ、吐出口１０２から流れ出る。
【０００４】
この従来の渦流ポンプにおいては、ポンプの吸込口１０１と吐出口１０２との圧力差に基づいてモータに作用する半径方向推力１０９は、駆動源であるポンプ軸１０４とポンプ軸受け１０５及びシール材との摺動に対する荷重となって釣り合っていた。これによりポンプの羽根１０７がポンプケーシング１０８等に接触することを防いでいた。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１−１２９６４２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の渦流ポンプの構成では、ポンプの圧力差を軸荷重と釣り合わせているため、機械損失が増大するという課題を有していた。さらに、動圧型の流体軸受けを使用してポンプの取扱い液である水による動圧でバランスをとる場合、ポンプの吐出口と吸込口との圧力差によって発生するモータの半径方向推力を考慮した動圧を発生させるため、溝加工量が数μｍという精密加工をしなければならないという課題を有していた。
【０００７】
そこで本発明は、吐出側からの半径方向推力を簡単に軽減でき、機械損失が少なく、高度な機械加工が不要なＤＣポンプを提供することを目的とする。
【０００８】
また本発明は、簡単に半径方向推力を軽減できるＤＣポンプの半径方向推力軽減方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明のＤＣポンプは、外周に多数の羽根が形成されたリング状の羽根車と、リング状の羽根車の内周に設けられたマグネットロータと、マグネットロータの内周側に配設され、先端に突極が形成された複数のティースに巻線された電機子と、羽根車とマグネットロータとを収容するためのポンプ室が設けられるとともに、該ポンプ室に羽根車外周方向から流体を吸込む吸込口と羽根車外周方向へ流体を吐出する吐出口とが設けられたポンプケーシングとを備え、ポンプケーシングが、水平面を基準にしたとき吸込口より吐出口の方が低い位置となるように下端面を傾斜されて設置されたことを特徴とする。
【００１０】
これにより、吐出側からの半径方向推力を簡単に軽減でき、機械損失が少なく、高度な機械加工が不要となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、外周に多数の羽根が形成されたリング状の羽根車と、リング状の羽根車の内周に設けられたマグネットロータと、
マグネットロータの内周側に配設され、先端に突極が形成された複数のティースに巻線された電機子と、羽根車とマグネットロータとを収容するためのポンプ室が設けられるとともに、該ポンプ室に羽根車外周方向から流体を吸込む吸込口と羽根車外周方向へ流体を吐出する吐出口とが設けられたポンプケーシングとを備え、ポンプケーシングが、水平面を基準にしたとき吸込口より吐出口の方が低い位置となるように下端面を傾斜されて設置されたことを特徴とするＤＣポンプであり、吐出口付近で発生する圧力差による半径方向推力と釣り合うようにポンプケーシングを傾斜して据え付け、羽根車の重量でバランスをとることができ、機械損失の低減が可能になる。軸と軸受けをなくした軸レスのＤＣポンプとすることができ、ポンプの長寿命化、低コスト化できる。また、動圧型の流体軸受けを使用して取扱い液の動圧でバランスをとる場合には、吐出側圧力による半径方向推力もバランスさせる流体軸受けのための高度な機械加工を不要とすることができる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、勾配調整手段が設けられ、該勾配調整手段によってポンプケーシングの傾斜角を調整することを特徴とする請求項１記載のＤＣポンプであり、吐出口付近で発生する圧力差による半径方向推力と釣り合うようにポンプケーシングの傾斜角を調節して設置し、羽根車の重量でバランスをとることができ、機械損失の低減が可能になる。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、勾配調整手段が１ケ所以上に設けられた螺合調節部であって、螺合により傾斜角を調整することを特徴とする請求項２記載のＤＣポンプであり、半径方向推力と釣り合うように螺合調節部で簡単に傾斜角を調整でき、機械損失の低減が可能になる。
【００１４】
請求項４に記載の発明は、ポンプケーシングの傾斜角を検出する勾配量検出手段が設けられ、該勾配量検出手段の出力信号に従ってポンプ能力を制御する制御手段を設けたことを特徴とする請求項１記載のＤＣポンプであり、ポンプケーシングの傾斜角を検出し、この傾斜角に応じて羽根車の重量の分力と釣り合うようにポンプ能力を可変させ、両者のバランスをとることにより、傾斜した状態で使用するポンプであっても機械損失の低減が可能になる。
【００１５】
請求項５に記載の発明は、ポンプケーシングを水平面に対して吸込口より吐出口を下方にして傾斜させ、羽根車に作用する吐出側圧力による半径方向推力と羽根車重量の傾斜方向の成分とをバランスさせることを特徴とするＤＣポンプの半径方向推力の軽減方法であり、吐出側圧力による半径方向推力と釣り合うようにポンプケーシングを傾斜して据え付け、羽根車の重量でバランスをとることができ、機械損失の低減が可能になる。軸と軸受けをなくした軸レスのＤＣポンプとすることができ、ポンプの長寿命化、低コスト化できる。また、動圧型の流体軸受けを使用して取扱い液の動圧でバランスをとる場合には、吐出側圧力による半径方向推力もバランスさせる流体軸受けのための高度な機械加工を不要とすることができる。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、ポンプケーシングを水平面に対して傾斜して流量を測定し、最大吐出流量を検出したときの傾斜角でポンプケーシングを設置することを特徴とするＤＣポンプの半径方向推力の軽減方法であり、半径方向推力と羽根車の重量のバランスを簡単にとることができ、機械損失の低減が可能になる。
【００１７】
請求項７に記載の発明は、ポンプケーシングを水平面に対して傾斜してマグネットロータを回転させ、最大の回転数を検出したときの傾斜角でポンプケーシングを設置することを特徴とするＤＣポンプの半径方向推力の軽減方法であり、半径方向推力と羽根車の重量のバランスを簡単にとることができ、機械損失の低減が可能になる。
【００１８】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１におけるＤＣポンプとその半径方向推力の軽減方法について図１、図２に基づいて説明する。図１は本発明の実施の形態１におけるＤＣポンプの断面図、図２は図１のＤＣポンプの構成を示す説明図である。
【００１９】
図１、図２において、１はＤＣポンプのリング状の羽根車であり、外周に所定ピッチで刻設された溝によって構成された多数の羽根をもち、内周にはマグネットロータ２が設けられている。なお、本発明においては半径方向推力を流体から受けるターボ型のＤＣポンプのどの型式のポンプであってもよいが、渦流ポンプがその典型である。ここで羽根車１は、羽根とマグネットロータ２とを違う材料で構成して嵌め合わせて一体化しても良いし、磁性樹脂材で構成して羽根とマグネットロータ２とを同一材料で一体構造としてもよい。
【００２０】
３はマグネットロータ２の内周側に設けられたステータコアである。ステータコア３の先端には突極が形成され、複数のティースには巻線されて、電機子を構成してマグネットロータ２を回転駆動する。なお、ＤＣポンプというはこの電機子とマグネットロータ２で構成されるＤＣブラシレスモータで駆動されるポンプであることを意味する。４は羽根車１を収容すると同時に羽根車１が流体に与えた運動エネルギーを圧力回復して吐出口８へと導くためのポンプ室Ｃを有するポンプケーシング、５はケーシングカバーであってポンプケーシング４と共に羽根車１を収納したポンプ室Ｃを密閉する。ケーシングカバー５とポンプケーシング４とは実施の形態１のポンプケーシングを構成する。
【００２１】
６はポンプケーシング４に固定されている軸であり、羽根車１の中心の貫通孔に挿入され、羽根車１が回転自在に支持される。なお、軸６は別部品として圧入やインサート成形によりポンプケーシング４に固定されてもよく、また、ポンプケーシング４と同一材料による一体成形で形成されてもよい。また、軸６は固定されるのではなく、ポンプケーシング４と摺動（回転）可能に設けられてもよい。７は吸込口、８は吐出口であり、いずれも羽根車１の外周方向（羽根車回転面の外方向）から流体が流入、流出される。９はＤＣポンプ中の流体の圧力が最大になる吐出口８付近の部分であり、Ｒはその流体の圧力が羽根車に及ぼすラジアル方向の力（以下、半径方向推力）である。
【００２２】
本実施の形態１のＤＣポンプは、外部電源から電力を供給されると、ポンプに設けられた電気回路により制御された電流がステータコア３のコイルに流れ、回転磁界が発生する。この回転磁界がマグネットロータ２に作用するとマグネットロータ２に物理力が発生する。ところで、このマグネットロータ２は羽根車１と一体化されているため、羽根車１に回転トルクが作用し、この回転トルクにより羽根車１が回転を始める。羽根車１の外周に設けられた羽根は羽根車１の回転によって吸込口７から流入した流体に運動エネルギーを与え、その運動エネルギーによりポンプケーシング４内の流体の圧力が徐々に高められ吐出口８から吐き出される。
【００２３】
ところで、実施の形態１のＤＣポンプにおいては、吐出口８側の高圧が軸６方向へ作用する半径方向推力Ｒとなるが、これが直接軸６に作用すると大きな機械損失を招来する。そこで本発明の実施の形態１においては、この半径方向推力Ｒと釣り合うように羽根車１の重量を利用してマグネットロータ２のバランスをとり、軸６への荷重をなくすという手段を講じている。
【００２４】
すなわち、所定の水平面Ｈを基準にして、ＤＣポンプの下端面を傾斜し、吸込口７の位置より吐出口８の位置の方を低い位置に配置するものである。図３は本発明の実施の形態１におけるＤＣポンプの設置状態の説明図である。図３において、ｈ１は水平面Ｈからみたときの吐出口８側のポンプ設置高さ（ポンプケーシングの下端面を構成する平坦部の水平面Ｈからの設置高さ）であり、ｈ２はポンプ設置高さｈ１と対角線方向のポンプ設置高さであり、Ｌがこの対角線方向の長さである。このようにポンプ設置高さｈ２がポンプ設置高さｈ１より高い位置に設置されるため、ポンプケーシング４は傾斜した状態で設置され、羽根車１に作用する重力の傾斜方向の分力Ｆが半径方向推力Ｒとが相殺されてバランスをとることができる。
【００２５】
図４に基づいてこの釣り合いについて説明する。図４（ａ）は本発明の実施の形態１における半径方向推力の説明図、図４（ｂ）は本発明の実施の形態１における半径方向推力と羽根車の重量との釣り合いの説明図である。図４（ａ）のようにポンプ吐出口８側の高圧はラジアル方向、図４（ａ）においては軸６方向への力となる。そこで、図４（ｂ）のように水平面Ｈからの吐出口８側のポンプ設置高さｈ１をその対角線方向のポンプ設置高さｈ２と比較して低く位置することにより、羽根車１の重量をＭｇ（ｇは重力加速度）としたときＭｇ・ｓｉｎθ＝Ｍｇ（ｈ２−ｈ１）／Ｌの大きさの分力Ｆと半径方向推力Ｒとが釣り合う。なお、θは傾斜角である。
【００２６】
本実施の形態１のＤＣポンプは軸６に対する半径方向推力Ｒが重力の分力Ｆと釣り合っており、軸６の寿命を長くすることができ、羽根車１の回転が安定したものにできる。また、騒音、振動を低減できる。
【００２７】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２について図５、図６（ａ）、（ｂ）に基づいて説明する。また図１は基本的構成として参照する。実施の形態２のＤＣポンプは、実施の形態１の軸をなくし、羽根車１をリング状にし羽根車１の内側に溝１*を加工したものである。図５は本発明の実施の形態２におけるＤＣポンプで軸がない構成を示す説明図、図６（ａ）は本発明の実施の形態２におけるＤＣポンプの半径方向推力の説明図、図６（ｂ）は本発明の実施の形態２におけるＤＣポンプの半径方向推力と羽根車の重量との釣り合いの説明図である。
【００２８】
本実施の形態２のＤＣポンプは、実施の形態１で設けられていた軸をなくした軸レスポンプである。そして図６（ｂ）に示す実施の形態２のＤＣポンプは、実施の形態１と同様、所定の水平面Ｈを基準して、ＤＣポンプの吸込口７側のポンプの設置高さｈ２より吐出口８のポンプの設置高さｈ１の方を低い位置になるようにポンプケーシング下端面を傾斜して配置する。羽根車１の重量とＤＣポンプの半径方向推力Ｒとを釣り合わせるものである。
【００２９】
半径方向推力Ｒが羽根車１に作用する重力の分力Ｆとバランスよく釣り合っていることから、動圧を発生させるための羽根車の溝１*のみの形成を考えればよく、仮にこの分力Ｆまで釣り合わせようとすると溝１*の構成はかなり複雑になるが、こうした余計な圧力バランスを考慮しなくてすみ、溝１*の加工がし易くなる。
【００３０】
ここで、半径方向推力Ｒと羽根車１の重量の分力Ｆとでバランスをとることについて図６（ａ）、（ｂ）に基づいて説明する。図６（ａ）のようにポンプの吐出口８側の高い圧力は半径方向推力Ｒ、すなわち回転中心方向への力となる。そこで、図６（ｂ）のように水平面Ｈに関して、吐出口８側のポンプの設置高さｈ１を吸込口７側のポンプの設置高さｈ２より低くすることにより、羽根車１の重量Ｍｇにおける分力Ｆと吐出口８側の半径方向推力Ｒが相反して釣り合う。これは実施の形態１で説明したのと同様である。
【００３１】
本実施の形態２のＤＣポンプは、羽根車１のラジアル方向のバランスがよいので、軸をなくした軸レスポンプとすることができ、低コスト化が実現できる。そして、羽根車１がポンプケーシング４等に接触することを防げるため、長寿命のポンプを提供することができ、またこれによって振動、騒音を低減できる。さらに、ラジアル方向のバランスがよいため、動圧を発生させるための溝１*を加工するときに余計な力を考慮した加工が不要になる。
【００３２】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３のＤＣポンプについて図７に基づいて説明する。図７は本発明の実施の形態３におけるＤＣポンプを傾斜させてバランス調整する説明図である。図７（ａ）、（ｂ）において、１０はポンプケーシング４に設けた勾配調整手段の設置個所であり、１１は勾配調整手段を構成する雌ネジ、１２は雌ネジ１１に螺合してポンプケーシング４の傾斜角を調整するボルトである。雌ネジ１１，ボルト１２が、本発明の実施の形態３における螺合調節部を構成する。
【００３３】
吐出口８側の半径方向推力Ｒと羽根車１の重量の分力Ｆ（図４（ｂ）参照）とでバランスをとるために、ＤＣポンプを設置するとき傾斜させる。３ヶ所に設けた雌ネジ１１に３本のボルト１２を螺合し、その螺合程度を調節して、ボルト１２の３点支持によりポンプケーシング４の傾斜角の調整が可能になる。最適傾斜角は半径方向推力Ｒと羽根車１の重量のバランスをとり、最適傾斜角を設定する。これらについては、実施の形態４，５で説明する。なお、勾配調整に設けた３ヶ所の雌ネジ１１，ボルト１２は、このうち２本を固定して１本で調整したり、あるいはこれ以上の本数で調整することができる。
【００３４】
以上のように、本実施の形態３のＤＣポンプは、吐出口側と吸込口側の圧力差により発生する半径方向推力Ｒと釣り合うように羽根車１の分力Ｆでバランスをとることにより、軸への荷重をなくすことが実現できる。また、このような勾配調整手段により、最適なバランスを求めることができるため、軸への荷重負担が少なくなる。
【００３５】
軸に対する荷重が釣り合っており、実施の形態１と同様に軸の寿命を長くすることができ、羽根車１の回転が安定したものにできる。また、騒音、振動を低減できる。また、羽根車１のラジアル方向のバランスがよいので、実施の形態２と同様、軸を廃止した軸レスポンプにすることができ、低コスト化ができる。そして、羽根車１がポンプケーシング４等に接触することを防げるので、長寿命のＤＣポンプを提供することができ、またこれによって振動、騒音を低減できる。さらに、ラジアル方向のバランスがよいため、動圧を発生させるための溝１*を加工するときに余計な力を考慮した加工が不要になる。
【００３６】
（実施の形態４）
本発明の実施の形態４のＤＣポンプとその半径方向推力の軽減方法について図８に基づいて説明する。図８は本発明の実施の形態４におけるＤＣポンプの傾斜角とポンプ流量の関係図である。実施の形態４のＤＣポンプは、実施の形態２のような軸をなくしたＤＣポンプにおいて、実施の形態３の傾斜角を吐出流量より決定したＤＣポンプである。吐出流量Ｑは傾斜角ａに関して最大値をもった凸状曲線の流量特性を示す。そこで、図示しない吐出流量検出センサにより吐出流量Ｑを検出し、流量Ｑが最大になったＱｍａｘに対するａ１を求め、ＤＣポンプの最適傾斜角とするものである。
【００３７】
以上のように、実施の形態４のＤＣポンプとその半径方向推力の軽減方法は、流量Ｑが最大になったＱｍａｘを求めるだけできわめて簡単に傾斜角を決定することができる。この傾斜角を利用し、ポンプの圧力差により発生する半径方向推力Ｒと釣り合うように羽根車１の重量の分力Ｆでバランスをとることにより、羽根車１のラジアル方向のバランスがよいので軸レスポンプにおいても羽根車１がポンプケーシング４等に接触することを防ぐことができ、長寿命のＤＣポンプを提供することができ、またこれによって振動、騒音を低減できる。さらに、ラジアル方向のバランスがよいため、動圧を発生させるための溝１*を加工するときに余計な力を考慮した加工が不要になる。
【００３８】
（実施の形態５）
本発明の実施の形態５のＤＣポンプとその半径方向推力の軽減方法について図９に基づいて説明する。図９は本発明の実施の形態５におけるＤＣポンプの傾斜角とポンプ回転数の関係図である。実施の形態５のＤＣポンプは、実施の形態２のような軸がないＤＣポンプにおいて、実施の形態３の傾斜角をマグネットロータの回転数Ｎより決定したＤＣポンプである。回転数Ｎは傾斜角ａに関して最大値をもった凸状曲線の流量特性を示す。そこで、図示しない回転数検出センサにより回転数Ｎを検出し、回転数Ｎが最大となったＮｍａｘに対するａ１を求め、ＤＣポンプの最適傾斜角とするものである。
【００３９】
以上のように、実施の形態５のＤＣポンプとその半径方向推力の軽減方法は、回転数Ｎが最大となったＮｍａｘを求めるだけできわめて簡単に傾斜角を決定することができる。この傾斜角を利用し、ポンプの圧力差により発生する半径方向推力Ｒと釣り合うように羽根車１の重量の分力Ｆでバランスをとることにより、羽根車１のラジアル方向のバランスがよいので軸レスポンプにおいても羽根車１がポンプケーシング４等に接触することを防ぐことができ、長寿命のＤＣポンプを提供することができ、またこれによって振動、騒音を低減できる。さらに、ラジアル方向のバランスがよいため、動圧を発生させるための溝１*を加工するときに余計な力を考慮した加工が不要になる。
【００４０】
（実施の形態６）
本発明の実施の形態６のＤＣポンプについて図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に基づいて説明する。図１０（ａ）は本発明の実施の形態５におけるＤＣポンプの制御機能ブロック図、図１０（ｂ）は本発明の実施の形態５におけるＤＣポンプの勾配量検出手段の出力信号説明図、図１０（ｃ）は本発明の実施の形態５におけるＤＣポンプの電源電圧と傾斜角の関係図である。
【００４１】
図１０（ａ）において、１３は勾配量検出センサ（本発明の勾配量検出手段）、１４は制御装置（本発明の制御手段）、１５は電源部である。実施の形態６のＤＣポンプは、図１０（ａ）に示すように実施の形態５のＤＣポンプを制御する方法で、勾配量検出センサ１３の出力信号が制御装置１４へ伝わりその制御された信号はＤＣポンプの電源部１５へ伝わり、電源部１５を可変することによりポンプ能力を制御する。水平面に対し平行に設置されたＤＣポンプの傾斜角を０度とし、吐出口が下向きになる傾斜角を９０度とし、その後回転し再び水平面と平行になる１８０度まで傾けた際に検出する勾配量検出センサ１３の出力信号（出力電圧）は、傾斜角との関係で図１０（ｂ）のように変化する。傾斜角が９０度となるときが、その出力信号である電圧が最大となるときである。
【００４２】
図１０（ｂ）に示す傾斜角に比例した信号が制御装置１４に伝わり、その後ポンプの電源部１５の電圧を図１０（ｃ）のように伝える。ＤＣポンプが水平面に対し平行になる傾斜角０度、１８０度の場合において羽根車１は水平面に対し平行になるが、吐出口８が下向きになる傾斜角９０度の場合、羽根車１の重量により羽根車１は吐出口８側に近づくため、制御装置１４が電源部１５の電源電圧を上げることで吐出口８側の圧力を上げてバランスさせるものである。
【００４３】
以上のように、ＤＣポンプの傾斜角を検出する勾配量検出センサ１３を設け、傾斜角に比例した勾配量検出センサ１３の信号を受け、ポンプ能力を可変する制御装置１４を設け電源部１５を制御することにより、軸への荷重負担が少なくなる。また、ノートパソコンを液冷する冷却用ポンプとしてＤＣポンプを使用した場合など、傾斜角の変わるノートパソコンの液晶部にこのＤＣポンプを設置しても液晶部の角度変化に応じたポンプ能力を提供し、半径方向推力Ｒと重量をバランスさせて円滑な運転を可能にすることができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のＤＣポンプは、吐出口付近で発生する圧力差による半径方向推力と釣り合うようにポンプケーシングを傾斜して据え付け、羽根車の重量でバランスをとることができ、機械損失の低減が可能になる。軸と軸受けをなくした軸レスのＤＣポンプとすることができ、ポンプの長寿命化、低コスト化できる。また、動圧型の流体軸受けを使用して取扱い液の動圧でバランスをとる場合には、吐出側圧力による半径方向推力もバランスさせる流体軸受けのための高度な機械加工を不要とすることができる。
【００４５】
勾配調整手段によって傾斜角を調整するから、半径方向推力と釣り合うようにポンプケーシングの傾斜角を調節して設置し、羽根車の重量でバランスをとることができ、機械損失の低減が可能になる。勾配調整手段が１ケ所以上に設けられた螺合調節部であるため、半径方向推力と釣り合うように螺合調節部で簡単に傾斜角を調整でき、機械損失の低減が可能になる。
【００４６】
勾配量検出手段の出力信号に従ってポンプ能力を制御するＤＣポンプであるから、ポンプケーシングの傾斜角を検出し、この傾斜角に応じて羽根車の重量と釣り合うようにポンプ能力を可変させ、両者のバランスをとることにより、傾斜した状態で使用するポンプであっても機械損失の低減が可能になる。
【００４７】
本発明のＤＣポンプの半径方向推力の軽減方法は、吐出側圧力による半径方向推力と釣り合うようにポンプケーシングを傾斜して据え付け、羽根車の重量でバランスをとることができ、機械損失の低減が可能になる。軸と軸受けをなくした軸レスのＤＣポンプとすることができ、ポンプの長寿命化、低コスト化できる。また、動圧型の流体軸受けを使用して取扱い液の動圧でバランスをとる場合には、吐出側圧力による半径方向推力もバランスさせる流体軸受けのための高度な機械加工を不要とすることができる。
【００４８】
最大吐出流量を検出したときの傾斜角でポンプケーシングを設置するから、半径方向推力と羽根車の重量のバランスを簡単にとることができ、機械損失の低減が可能になる。
【００４９】
最大の回転数を検出したときの傾斜角でポンプケーシングを設置するから、半径方向推力と羽根車の重量のバランスを簡単にとることができ、機械損失の低減が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１におけるＤＣポンプの断面図
【図２】図１のＤＣポンプの構成を示す説明図
【図３】本発明の実施の形態１におけるＤＣポンプの設置状態の説明図
【図４】（ａ）本発明の実施の形態１における半径方向推力の説明図
（ｂ）本発明の実施の形態１における半径方向推力と羽根車の重量との釣り合いの説明図
【図５】本発明の実施の形態２におけるＤＣポンプで軸がない構成を示す説明図
【図６】（ａ）本発明の実施の形態２におけるＤＣポンプの半径方向推力の説明図
（ｂ）本発明の実施の形態２におけるＤＣポンプの半径方向推力と羽根車の重量との釣り合いの説明図
【図７】本発明の実施の形態３におけるＤＣポンプを傾斜させてバランス調整する説明図
【図８】本発明の実施の形態４におけるＤＣポンプの傾斜角とポンプ流量の関係図
【図９】本発明の実施の形態５におけるＤＣポンプの傾斜角とポンプ回転数の関係図
【図１０】（ａ）本発明の実施の形態５におけるＤＣポンプの制御機能ブロック図
（ｂ）本発明の実施の形態５におけるＤＣポンプの勾配量検出手段の出力信号説明図
（ｃ）本発明の実施の形態５におけるＤＣポンプの電源電圧と傾斜角の関係図
【図１１】従来の渦流ポンプの構成図
【符号の説明】
１ 羽根車
１* 溝
２ マグネットロータ
３ ステータコア
４ ポンプケーシング
５ ケーシングカバー
６ 軸
７ 吸込口
８ 吐出口
９ ポンプ中の流体の圧力が最大になる部分
１０ 勾配調整手段の設置個所
１１ 雌ネジ
１２ ボルト
１３ 勾配量検出センサ
１４ 制御装置
１５ 電源部
１０１ 吸込口
１０２ 吐出口
１０３ 通水路
１０４ ポンプ軸
１０５ ポンプ軸受
１０６ 被駆動マグネット
１０７ 羽根
１０８ ポンプケーシング
１０９ 半径方向推力
Ｃ ポンプ室
Ｆ ラジアル方向の分力
Ｒ 半径方向推力
ｈ１，ｈ２ ポンプ設置高さ
Ｌ 対角線方向の長さ
Ｍｇ 重量
θ 傾斜角
Claims (7)
- 外周に多数の羽根が形成されたリング状の羽根車と、
前記リング状の羽根車の内周に設けられたマグネットロータと、
前記マグネットロータの内周側に配設され、先端に突極が形成された複数のティースに巻線された電機子と、
前記羽根車と前記マグネットロータとを収容するためのポンプ室が設けられるとともに、該ポンプ室に羽根車外周方向から流体を吸込む吸込口と羽根車外周方向へ流体を吐出する吐出口とが設けられたポンプケーシングとを備え、
前記ポンプケーシングが、水平面を基準にしたとき前記吸込口より前記吐出口の方が低い位置となるように下端面を傾斜されて設置されたことを特徴とするＤＣポンプ。 - 勾配調整手段が設けられ、該勾配調整手段によって前記ポンプケーシングの傾斜角を調整することを特徴とする請求項１記載のＤＣポンプ。
- 前記勾配調整手段が１ケ所以上に設けられた螺合調節部であって、螺合により傾斜角を調整することを特徴とする請求項２記載のＤＣポンプ。
- ポンプケーシングの傾斜角を検出する勾配量検出手段が設けられ、該勾配量検出手段の出力信号に従ってポンプ能力を制御する制御手段を設けたことを特徴とする請求項１記載のＤＣポンプ。
- ポンプケーシングを水平面に対して吸込口より吐出口を下方にして傾斜させ、羽根車に作用する吐出側圧力による半径方向推力と羽根車重量の傾斜方向の成分とをバランスさせることを特徴とするＤＣポンプの半径方向推力の軽減方法。
- ポンプケーシングを水平面に対して傾斜して流量を測定し、最大吐出流量を検出したときの傾斜角で前記ポンプケーシングを設置することを特徴とするＤＣポンプの半径方向推力の軽減方法。
- ポンプケーシングを水平面に対して傾斜してマグネットロータを回転させ、最大の回転数を検出したときの傾斜角で前記ポンプケーシングを設置することを特徴とするＤＣポンプの半径方向推力の軽減方法。
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