JP4524169B2

JP4524169B2 - 流体ポンプ

Info

Publication number: JP4524169B2
Application number: JP2004305558A
Authority: JP
Inventors: 保明小田木; 昌樹西村
Original assignee: Asmo Co Ltd
Current assignee: Asmo Co Ltd
Priority date: 2004-10-20
Filing date: 2004-10-20
Publication date: 2010-08-11
Anticipated expiration: 2024-10-20
Also published as: JP2006118398A

Description

本発明は流体ポンプに係り、特に流入口から吐出口までの流路からステータ部等への流体の浸入が防止された流体ポンプに関する。

キャン構造を有するモータポンプは、流路外に配設されたステータ部とポンプ室との間がシール部材によってシールされ、ポンプ室側からステータ部側へ流体が浸水しないように構成されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載のモータポンプでは、ケーシング内の流路にロータが回転可能に配設されており、流路の外周側にステータ部が配設されている。ケーシングは、複数の部材によって構成されており、シール部材によって流路とステータ部を配設する空間とが水密的に隔てられている。

特開２０００−３３７２９２号公報（図１）

しかしながら、特許文献１に記載のモータポンプでは、流体の温度変化や圧力変動等により、シール部からの漏れが発生し、ステータ部側に流体が浸入してしまうおそれがあった。
本発明の目的は、上記課題に鑑み、流体の温度変化や圧力変動等によって流体が浸入してしまうおそれのあるシール部を採用することなく、確実に流体が流路からステータ部等へ漏洩してしまうことを防止できる流体ポンプを提供することにある。

前記課題は、本発明の流体ポンプによれば、流入口から吐出口まで連続する管状部材と、該管状部材の内周側に回転可能に軸支されたインペラを有するロータ部と、前記管状部材の外周側に前記ロータ部と対向して配設されたステータ部と、を備え、前記管状部材の内周側には、内周面から径方向内側に延出し前記インペラの回転軸の一端側を支持する第１ガイド部が一体に形成されると共に、前記ロータ部に対して前記第１ガイド部と軸方向の反対側に前記回転軸の他端側を支持する第２ガイド部が配設され、前記第１ガイド部は、前記内周面と一体に形成された円環部と、該円環部の内周側から放射状に形成された軸支材と、該軸支材の径方向内側端部に形成された軸支持部と、を有し、前記軸支材は前記軸支持部から前記管状部材の流入口側へ傾斜して形成されることにより解決される。

このように本発明では、流入口から吐出口まで連続して流路を構成する管状部材の内側に、インペラを有するロータ部が回転可能に配設され、管状部材の外側に、ロータ部と対向してステータ部が配設される。これにより、流路内とステータ部とは、管状部材によって仕切られるので、流路側から流体が漏洩して、ステータ部側へ浸水することが防止される。このとき、流路側とステータ部とは、シール部材によってシール面を形成して仕切られる構成ではなく、管状部材によって元々仕切られた構成であるので、流体の温度変化や圧力変動、経年劣化等によって浸水するおそれがないので好適である。
また、インペラの回転軸の一端側を支持する第１ガイド部が管状部材の内周面から延出して一体に形成され、回転軸の他端側を支持する第２ガイド部がロータ部を介して軸方向の反対側に配設される。これにより、インペラを管状部材内に回転可能に保持することができる。また、第１ガイド部が管状部材と一体に形成される構成なので、部品点数が少なくて済み、製造コストを低減することができる。

また、前記第１ガイド部は前記ロータ部に対して前記管状部材の流入口側に形成され、前記第２ガイド部は前記ロータ部に対して前記管状部材の吐出口側に配設されると好適である。ロータ部が回転すると、流体を押し出す反作用でロータ部には流入口側へ軸推力が掛かり、この軸推力によって流入口側の第１ガイド部にはロータ部からスラスト荷重を受ける。本発明では、流入口側の第１ガイド部が管状部材と一体に形成されるので、スラスト荷重が掛かっても第１ガイド部は軸方向に移動してしまうことがない。これに対し、流入口側のガイド部が別体に形成され、圧入等によって管状部材内に固定された場合には、スラスト荷重および流体の温度変化や圧力変化、経年劣化等によってガイド部が軸方向にずれてしまうおそれがある。このように、本発明のロータ部は、第１ガイド部によって軸方向の位置がずれることなく規定されるので、軸推力の作用によるガイド部の抜けやズレが無いことにより騒音が発生するおそれがなく、安定した吐出量を出力することができる。

また、前記第２ガイド部は、前記管状部材の内周面に圧入された状態で前記回転軸の他端側を支持してなるように構成することができる。
また、前記回転軸は、前記第１ガイド部と一体に形成されてなると好適である。このように、回転軸が第１ガイド部と一体に形成されると、部品点数が少なくなるので、組み付け工数、部品管理工数等を削減でき、製造コストを低減することが可能となる。

また、前記管状部材の外周側には、制御回路部が配設され、前記管状部材の外周側には、前記ステータ部および前記制御回路部を内部に収容する収容部が前記管状部材の外周面から延出して一体に形成されると好適である。このように、ステータ部や制御回路部を収容する収容部が、管状部材の外周側に一体に形成されると、部品点数を少なくすることができ、製造コストを低減することが可能となる。

本発明の流体ポンプによれば、流入口から吐出口まで連続する管状部材の内周側にロータ部を回転可能に配設し、外周側にステータ部等を配設した構成であるので、ステータ部と流路とが管状部材によって完全に仕切られる。このような構造により、流路側からステータ側への流体の浸入をシール部材等の他の部材を用いることなくＣＡＮ構造の機能を確保して、完全に防止することができる。
また、本発明の流体ポンプでは、インペラの回転軸の一端を支持する第１ガイド部が、管状部材の内周面から延出するように一体に形成されると共に、ステータ部等を収容する収容部が管状部材の外周面から延出するように一体に形成されるので、部品点数が少なく、きわめて簡単な構成とすることができる。

以下、本発明の一実施形態について、図を参照して説明する。なお、以下に説明する部材、配置等は、本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨に沿って各種改変することができることは勿論である。
図１〜図３は本発明の一実施形態に係るものであり、図１はモータポンプの断面説明図、図２はケーシングを吐出口側から見た正面図、図３は図１のモータポンプの組み付け手順を示す説明図である。図４および図５は本発明の他の実施形態に係るものであり、図４はケーシングの要部断面説明図、図５はモータポンプの要部断面説明図である。

本例のモータポンプ１は、例えば、ラジエータの冷却液を循環させるためのものであり、図１に示すようにケーシング１０と、ケーシング１０の内周側に回転可能に配設されたロータ部２０と、ケーシング１０の外周側に配設されたステータ部３０および制御回路部４０を主要構成要素とするＤＣブラシレス型のモータポンプである。
本例のケーシング１０は、例えば、非磁性材料としての合成樹脂材料によって一体成形された部材であり、略円形の開口である流入口１０ａと吐出口１０ｂが同軸上に配置された断面略円形の管状部材１１と、管状部材１１の内周面１１ａから径方向に延出するように一体に成形された第１ガイド部１３と、第１ガイド部１３と軸方向に対向するように圧入された第２ガイド部１５と、管状部材１１の外周側に一体成形された収容部１７と、収容部１７の円環状の開口を覆う蓋部１９を有して構成されている。なお、ケーシング１０は、合成樹脂材料に限らず他の非磁性材料、例えばアルミ合金で一体成形してもよい。

図２は、ケーシング１０を吐出口１０ｂ側から見た正面図である。図２に示すように、管状部材１１は、流入口１０ａから吐出口１０ｂまで連続するように内周面１１ａによって連繋されており、外周側と内周側は完全に仕切られた状態となっている。すなわち、管状部材１１内の流路１２と収容部１７内とは管状部材１１によって隔てられており、Ｏ−リング等のシール部材を用いることなく、流路１２内の冷却液が収容部１７内のステータ部３０や制御回路部４０まで浸入することが防止されている。
第１ガイド部１３は、管状部材１１の内周面１１ａのうち流入口１０ａ側の部位から径方向内側に延出する円環部１３ａと、円環部１３ａの内径側から径方向内側へ放射状に延出する複数（本例では４本）の軸支材１３ｂと、複数の軸支材１３ｂの径方向内側端部に連繋する円柱状の軸支持部１３ｃとを備えている。軸支材１３ｂは、軸支持部１３ｃを管状部材１１の径方向の中心位置に保持している。複数の軸支材１３ｂ間には、流体が通り抜けられる隙間が形成されている。

軸支持部１３ｃの中央部には、吐出口１０ｂ側に開口するように軸方向に挿入孔１３ｄが凹設されている。そして、この挿入孔１３ｄにロータ部２０の回転軸としての回転シャフト２４が吐出口１０ｂ側から圧入され、軸支持部１３ｃは回転シャフト２４の一端側を支持している。軸支材１３ｂは、円環部１３ａから吐出口１０ｂ側へ軸中心側の端部が延出するように傾斜して形成されている。また、軸支持部１３ｃの吐出口１０ｂ側の端面には、セラミック製のスラスト軸受１４が取り付けられている。

第２ガイド部１５は、円環状に形成された円環部１５ａの内周面から径方向内側へ複数（本例では４本）の軸支材１５ｂが延出しており、この軸支材１５ｂの径方向内側端部にはこれらを連繋する円柱状の軸支持部１５ｃが一体に形成されている。円環部１５ａの外形寸法は管状部材１１の内径寸法と略同程度に設定されており、第２ガイド部１５は吐出口１０ｂ側から圧入して所定位置に固定することが可能となっている。第２ガイド部１５の軸支持部１５ｃの流入口１０ａ側には挿入孔１５ｄが凹設されており、第２ガイド部１５を圧入したときに、回転シャフト２４の他端部が挿入孔１５ｄに挿入され、第２ガイド部１５は圧入された状態で回転シャフト２４の他端部を支持することができる。これにより、回転シャフト２４の片持ちを避けると共に、インペラ２２の抜け止めを行っている。

また、管状部材１１の外周側には、外周面のうち第１ガイド部１３が形成されている軸方向の位置に相当する部位から径方向外側に延出するように円環状の壁部１７ａが一体に形成され、壁部１７ａの径方向外側端部から吐出口１０ｂ側へ軸方向に延出するように収容壁１７ｂが形成されている。収容壁１７ｂの軸方向の端部からは、径方向外側へ延出するようにフランジ部１７ｃが一体に形成されている。このように収容部１７は、壁部１７ａ，収容壁１７ｂ，フランジ部１７ｃによって構成されており、これら及び管状部材１１の外周面に囲まれて収容空間１８が形成されている。そして、収容空間１８は、吐出口１０ｂ側が円環状に開口しており、この開口を覆うように蓋部１９がフランジ部１７ｃにネジ１９ａによってネジ留めされている。フランジ部１７ｃには、ネジ孔１７ｄが軸方向に穿設されている。

この収容空間１８には、奥側に円環状の基板である制御回路部４０が軸方向に挿入されて固定されている。また、開口に近い手前側には鉄心に巻線が巻回されたステータ部３０が挿入され固定されている。制御回路部４０には、外部電源に接続された給電端子（不図示）が配設されており、ロータ部２０に配設された不図示のセンサマグネットと対向して配置された不図示のホール素子と接続されている。そして、制御回路部４０は、ステータ部３０に所定のタイミングで順次通電することによって回転磁界を発生させ、この回転磁界とロータ部２０のマグネット２１との磁気相互作用によってロータ部２０を所定の回転速度で回転させる。
以上のように本例のケーシング１０は、ステータ部３０や制御回路部４０を配設するため収容部１７，流路１２を形成する管状部材１１，ロータ部２０を支持する第１ガイド部１３が一体に形成されている。これにより、本例のモータポンプ１は、部品点数が極めて少なく抑えられており、製造コストを低減することができる。また、ステータ部３０や制御回路部４０を収容するための壁部１７ａや収容壁１７ｂが管状部材１１から延出して一体に形成されているので、熱伝導性が良好となり、放熱効果が向上する。

ロータ部２０は、回転することによって流入口１０ａ側から吐出口１０ｂ側へ軸方向に冷却液を圧送するインペラ２２と、インペラ２２の外周側に取り付けられた円筒状のマグネット２１と、インペラ２２の内周側に同心状に圧入固定されたカーボン製の滑り軸受２３と、滑り軸受２３と摺動することによってインペラ２２を回転可能に軸支する回転シャフト２４を主要構成要素としている。インペラ２２は、軸流羽根，遠心羽根またはこれらの複合型であってもよい。
マグネット２１は、ステータ部３０との間で磁気相互作用を及ぼし、回転駆動するために径方向に磁界が向くように磁化されている。そして、異磁性の磁極が周方向に交互に配列されている。
本例のロータ部２０は、第１ガイド部１３と第２ガイド部１５によって両端部が支持固定された回転シャフト２４を回動軸として、滑り軸受２３，インペラ２２，マグネット２１が回動可能となっている。

図３を参照して、本例のモータポンプ１の組み付け方法について説明する。まず、管状部材１１の内周面１１ａに第１ガイド部１３が一体成形されたケーシング１０を形成し、第１ガイド部１３の挿入孔１３ｄに、円柱形状の回転シャフト２４の一端部を吐出口１０ｂ側から圧入固定する。また、このときスラスト軸受１４も吐出口１０ｂ側から軸支持部１３ｃに取り付ける。
次に、回転シャフト２４に同じく吐出口１０ｂ側から外周側にマグネット２１，内周側に滑り軸受２３が一体に取り付けられたインペラ２２を挿入し、その後、第２ガイド部１５を吐出口１０ｂ側から圧入していき、挿入孔１５ｄに回転シャフト２４の他端部を挿入して固定する。

また、収容部１７に吐出口１０ｂ側の開口から制御回路部４０、ステータ部３０をこの順に挿入して収容部１７内に取り付ける。なお、本例では、ステータ部３０が制御回路部４０よりも吐出口１０ｂ側に配置されているが、制御回路部４０をステータ部３０よりも吐出口１０ｂ側に配置するようにモータポンプ１を構成してもよく、この場合は、挿入順は逆になる。そして、制御回路部４０、ステータ部３０を収容部１７内に取り付けた後、蓋部１９によって収容部１７の吐出口１０ｂ側の開口を塞ぎ、蓋部１９をフランジ部１７ｃに対して同じく吐出口１０ｂ側から軸方向に挿入するネジ１９ａによってネジ留めする。
このように、本例のモータポンプ１では、ケーシング１０に、インペラ２２，第２ガイド部１５，ステータ部３０，蓋部１９および制御回路４０等を同一方向から挿入又は圧入して組み付けることができ、さらにねじ留め方向も同一に構成されているので、組み付け工程が容易となり組み付け工数を低減することができる。

なお、本例では回転シャフト２４がケーシング１０とは別体に形成され、軸支持部１３ｃに凹設された挿入孔１３ｄに圧入固定される構成であるが、これに限らず、図４に示すように構成してもよい。すなわち、図４の例では、軸支持部１３ｃの吐出口１０ｂ側の側面の軸中心から軸方向に回転シャフト２４ａが延出するように一体に形成されている。この回転シャフト２４ａは、ケーシング１０を樹脂一体成形するときに同時に形成することができる。この回転シャフト２４ａによってインペラ２２等を回転可能に軸支することができる。このように、回転シャフト２４ａを一体に形成することによって、部品点数を減少させて、製造コストを低減することができる。

次に、本例のモータポンプ１の動作について説明する。制御回路部４０からステータ部３０に制御電圧が印加されると、ステータ部３０には回転磁界が発生する。この回転磁界によってロータ部２０のマグネット２１には吸引反発力が働き、ロータ部２０は回転シャフト２４を回動中心として一方向へ回転し始める。ロータ部２０の回転により、インペラ２２が回転し、流路１２内の冷却水には、流入口１０ａから吐出口１０ｂへの軸方向の流れが生起される。これにより、冷却水は循環され、不図示のラジエータに冷却水が供給される。
このとき、インペラ２２には、冷却水を押し出す反作用で軸方向（流入口１０ａ側）への推力が掛かる。この軸推力によってインペラ２２は第１ガイド部１３側へ移動し、滑り軸受２３の側端面は第１ガイド部１３の側面に固定されたスラスト軸受１４と摺接する。

これにより、第１ガイド部１３はロータ部２０からスラスト荷重を受ける。このように、本例のモータポンプ１は、作動中は常時、第１ガイド部１３がスラスト荷重を受ける。しかし、本例の第１ガイド部１３は、管状部材１１と一体に樹脂成形されているので、スラスト荷重によって軸方向に動いてしまうことがない。すなわち、第１ガイド部１３が別体に形成され、管状部材１１に圧入されている場合には、上記スラスト荷重が第１ガイド部１３に常時掛かると、冷却水の温度変化，圧力変化，経年劣化等に起因して第１ガイド部１３が軸方向に移動してしまうおそれがあるが、本例では、第１ガイド部１３が圧入ではなく一体成形されているため、軸方向に移動することがない。
このように、第１ガイド部１３が軸方向に移動してしまうことがないので、ロータ部２０は常時、ステータ部３０と正対する正規の位置に保持される。ロータ部２０がステータ部３０と正対する正規の位置に保持されることにより、本例のモータポンプ１は長期間使用しても冷却水の圧送力が低減することがなく、また、騒音の発生が防止される。

また、本例の第１ガイド部１３は、円環部１３ａから軸支材１３ｂが吐出口１０ｂ側へ軸中心側の端部が延出するように傾斜して形成されている（すなわち、軸支材１３ｂは軸支持部１３ｃから流入口１０ａ側へ傾斜して円環部１３ａに連繋している）ので、スラスト軸受１４を介して軸支持部１３ｃに掛かるスラスト荷重は、軸支材１３ｂを圧縮する方向に軸支材１３ｂの長さ方向に沿って掛かる。これにより、スラスト荷重に対して十分な強度を確保することができ、第１ガイド部１３、特に軸支材１３ｂが破損してしまうことが防止されている。

また、上記実施形態では、ロータ部２０を構成する回転シャフト２４がケーシング１０側に固定された構成であるが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、図５に示すように、ロータ部２０が、外周側にマグネット２１が取り付けられたインペラ２２の軸中央に形成された貫通孔２２ａに回転シャフト２４を圧入固定した構成であってもよい。なお、上記実施形態と同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
第１ガイド部１３は、内周面１１ａに円環部１３ａが一体に形成され、円環部１３ａの内周側から放射状に複数の軸支材１３ｂが一体に形成され、これら複数の軸支材１３ｂの径方向内側端部に軸支持部１３ｃが形成されている。この軸支持部１３ｃには、軸方向に貫通する貫通孔１３ｅが形成されており、貫通孔１３ｅに円筒形状の滑り軸受１３ｆが配設されている。また、スラスト軸受１４は軸支持部１３ｃの吐出口１０ｂ側の側面に取り付けられており、ロータ部２０の回転時にインペラ２２の流入口１０ａ側の側面と摺接する。

また、第２ガイド部１５は、円環部１５ａの内周側から放射状に複数の軸支材１５ｂが延出し、軸支材１５ｂの端部に軸支持部１５ｃが形成されている。軸支持部１５ｃには軸方向に貫通孔１５ｅが形成され、貫通孔１５ｅに円筒形状の滑り軸受１５ｆが配設されている。
ロータ部２０の回転シャフト２４は、両端部が第１ガイド部１３の滑り軸受１３ｆ，第２ガイド部１５の滑り軸受１５ｆに挿入支持されており、ロータ部２０は滑り軸受１３ｆ，１５ｆによって回転可能に軸支されている。

このような構成によっても、ロータ部２０の回転時に、スラスト荷重がスラスト軸受１４を介して軸支持部１３ｃに掛かり、管状部材１１と一体に形成された第１ガイド部１３によって、このスラスト荷重を支持することができる。

本発明の一実施形態に係るモータポンプの断面説明図である。本発明の一実施形態に係るケーシングを吐出口側から見た正面図である。図１のモータポンプの組み付け手順を示す説明図である。本発明の他の実施形態に係るケーシングの要部断面説明図である。本発明の他の実施形態に係るモータポンプの要部断面説明図である。

符号の説明

１・・モータポンプ（流体ポンプ）、１０・・ケーシング、１０ａ・・流入口、１０ｂ・・吐出口、１１・・管状部材、１１ａ・・内周面、１２・・流路、１３・・第１ガイド部、１３ａ・・円環部、１３ｂ・・軸支材、１３ｃ・・軸支持部、１３ｄ・・挿入孔、１３ｅ・・貫通孔、１３ｆ・・滑り軸受、１５ｄ・・軸受、１４・・スラスト軸受、１５・・第２ガイド部、１５ａ・・円環部、１５ｂ・・軸支材、１５ｃ・・軸支持部、１５ｄ・・挿入孔、１５ｅ・・貫通孔、１５ｆ・・滑り軸受、１７・・収容部、１７ａ・・壁部、１７ｂ・・収容壁、１７ｃ・・フランジ部、１８・・収容空間、１９・・蓋部、１９ａ・・ネジ、２０・・ロータ部、２１・・マグネット、２２・・インペラ、２２ａ・・貫通孔、２３・・滑り軸受、２４，２４ａ・・回転シャフト（回転軸）、３０・・ステータ部、４０・・制御回路部

Claims

流入口から吐出口まで連続する管状部材と、
該管状部材の内周側に回転可能に軸支されたインペラを有するロータ部と、
前記管状部材の外周側に前記ロータ部と対向して配設されたステータ部と、を備え、
前記管状部材の内周側には、内周面から径方向内側に延出し前記インペラの回転軸の一端側を支持する第１ガイド部が一体に形成されると共に、前記ロータ部に対して前記第１ガイド部と軸方向の反対側に前記回転軸の他端側を支持する第２ガイド部が配設され、
前記第１ガイド部は、前記内周面と一体に形成された円環部と、該円環部の内周側から放射状に形成された軸支材と、該軸支材の径方向内側端部に形成された軸支持部と、を有し、
前記軸支材は前記軸支持部から前記管状部材の流入口側へ傾斜して形成されたことを特徴とする流体ポンプ。
前記第１ガイド部は前記ロータ部に対して前記管状部材の流入口側に形成され、前記第２ガイド部は前記ロータ部に対して前記管状部材の吐出口側に配設されたことを特徴とする請求項１に記載の流体ポンプ。
前記第２ガイド部は、前記管状部材の内周面に圧入された状態で前記回転軸の他端側を支持してなることを特徴とする請求項１に記載の流体ポンプ。
前記回転軸は、前記第１ガイド部と一体に形成されてなることを特徴とする請求項１に記載の流体ポンプ。
前記管状部材の外周側には、制御回路部が配設され、
前記管状部材の外周側には、前記ステータ部および前記制御回路部を内部に収容する収容部が前記管状部材の外周面から延出して一体に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の流体ポンプ。