JP4554988B2 - シリンダ状マグネット型ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、シリンダ状マグネット型ポンプに関し、特に、インナーロータに絡みつくエアーを迅速に排出して振動・異音の発生を抑制できるエアー抜き技術に関する。

特開平１１−８２３５７公報には、電動機の駆動マグネット（アウター）に水密壁を隔てて磁気結合で従動回転するシリンダ状マグネットを持つインナーロータを備え、このインナーロータの水車部とシリンダ状マグネットとの間に樹脂のひけを防止するための外周肉盗み部を有するシリンダ状マグネット型ポンプが開示されている。インナーロータは、外周肉盗み部内と水車部の半径流路内とをスラスト方向に連通するため、水車部の背面シュラウドに設けたバイパス孔を有している。ポンプを運転すると、水車部の前面シュラウド側の吸込口は負圧になると共に、水車部の外周側，吐出口，外周肉盗み部及び背面シュラウドにかけては正圧が発生するため、吸込口から吸い込まれた水は水車部の半径流路を経由して吐出口より排出されるものであるが、バイパス孔の前後では、水車部の半径流路が負圧となり、外周肉盗み部は正圧となっているので、水車部の外周側から外周肉盗み部，バイパス孔を介して水車部の半径流路に向かう循環水が流れ、外周肉盗み部内に溜まったエアーは、その循環水と共にバイパス孔を介して水車部の半径流路側へ吸込まれて吐出口から排出される。このため、外周肉盗み部内に溜まったエアーによる異音発生を抑制することができる。

また同公報には、樹脂のひけを防止するため、インナーロータは反水車部端で開口して軸受ホルダ壁とマグネットホルダ壁とを離隔分離する壁肉盗み部を有している。

特開平１１−８２３５７公報（段落番号００２３）

上記公報発明においては、外周肉盗み部からバイパス孔を介して水車部の半径流路に向かう最短経路の循環流を生じさせ、外周肉盗み部内に溜まったエアーをバイパス孔を介して水車部の半径流路に吸い出す作用を奏するものであるが、バイパス孔の孔径が大きすぎると、水車部の外周側から外周肉盗み部に向かう循環流が旺盛となり、ポンプ性能に大幅なロスを招く。従って、バイパス孔の直径としては１〜２ｍｍ程度が好ましいものとされている。

ところが、外周肉盗み部内に溜まったエアーが排出された後でも、外周肉盗み部からバイパス孔を介してインペラ部の半径流路に向かう短絡経路の循環流が発生し続けているため、不可避的な性能ロスを招いている。また、壁肉盗み部内に溜まったエアーは除去できないため、振動・異音が発生する。

そこで、上記問題点に鑑み、本発明の第１の課題は、ポンプ性能のロスを招かずに、外周肉盗み部内に溜まったエアーを排除できるシリンダ状マグネット型ポンプを提供することにある。

また、本発明の第２の課題は、壁肉盗み部内に溜まったエアーを除去でき振動・異音発生を抑制できるシリンダ状マグネット型ポンプを提供することにある。

上記第１及び第２の課題を解決するため、本発明は、電動機のアウター電機子又は駆動マグネットに対して水密壁を隔てて磁気結合で回転するシリンダ状マグネットと水車部を持つインナーロータを備え、このインナーロータは、シリンダ状マグネットと水車部との間に括れ部を形成する外周肉盗み部並びに反水車部側端で開口して軸受ホルダ壁とマグネットホルダ壁とを離隔分離する壁肉盗み部を有するシリンダ状マグネット型ポンプであって、インナーロータは、壁肉盗み部内から外周肉盗み部内へ略放射方向に連通する第１の孔を括れ部に有して成ることを特徴とする。

先ず、初期状態でポンプを一番始めに運転するために、水車部が収納されたポンプ室内に水を入れたとき、壁肉盗み部が第１の孔を介して外周肉盗み部に連通しているので、壁肉盗み部内に水が回り込んで流れ込むと、壁肉盗み部内のエアーが第１の孔を介して押し出されるため、注水時での壁肉盗み部内のエアー滞留量を従前に比し少なくできる。

ポンプを運転すると、吸込口は負圧になると共に、水車部の外周側，吐出口にかけては正圧が発生するため、吸込口から吸い込まれた水は水車部の半径流路を経由して吐出口より排出されるものであるが、その一部は水密壁とシリンダ状マグネットとの隙間を通りインナーロータの反水車部側端に回り込んで壁肉盗み部内に流入し、略放射方向の第１の孔の遠心作用によって外周肉盗み部側へ噴出するため、外周肉盗み部側に絡みつくエアーは第１の孔からの噴流と混合して遠心流となり、吐出口から排出される。このため、外周肉盗み部内に溜まったエアーを排除でき、振動・異音発生を抑制することができる。

略放射方向の第１の孔を介する噴流は外周肉盗み部内に溜まったエアーを放射方向へ押し出す作用であって、押し出されたエアーは水車部の半径流路に戻らずに吐出口から直接排出される。壁肉盗み部内と外周肉盗み部内との差圧で第１の孔を介する噴流が発生するというよりは、壁肉盗み部内又は外周肉盗み部内にエアー溜まりのある場合に、インナーロータの回転に基づく壁肉盗み部内の滞留水に作用する遠心力（振り切り作用）によって噴流が発生するものであるから、循環流は壁肉盗み部，第１の孔，外周肉盗み部，水密壁とシリンダ状マグネットとの隙間，及びインナーロータの反水車部側端と水密壁との隙間から成る経路で生じ、水車部の半径流路との間では循環流が形成されず、ポンプ性能に格別のロスを招かずに済む。しかも、外周肉盗み部内に溜まったエアーばかりではなく、壁肉盗み部内に溜まったエアーも壁肉盗み部内に流れる循環流に巻き込まれて第１の孔を介して外周肉盗み部側へ排出されるので、壁肉盗み部内に溜まったエアーも除去でき、その分一層、振動・異音発生を抑制できる。

ここで、第１の孔は括れ部の周りに２以上形設されていることが望ましい。第１の孔からの噴流によって外周肉盗み部内のエアーが吐出口から効率良く排出される時点は、インナーロータの回転によって第１の孔が概ね上位に来たときであろうが、２以上の第１の孔を設けることによって、エアー抜きの効率が高まる。

しかしながら、インナーロータの樹脂部分の成形においてはスラスト開閉方向の２つの上下金型と放射方向の２つのスライド型を用いることが通例であるところ、第１の孔を３つ以上形設するにはスライド型が３以上必要となる。そこで、第１の孔の孔数は２とし、２つの第１の孔同士は回転中心に関して１８０°の回転対称位置に形設されていることが望ましい。２つのスライド型でインナーロータを成形でき、製造コストを抑制できる。

壁肉盗み部は、軸受とシリンダ状マグネットとの間を樹脂で埋めると厚肉となり、樹脂のひけにより寸法精度が狂うのを防止するため、軸受ホルダ壁とマグネットホルダ壁とに離隔分離するためであるが、強度・耐久を確保するためには、軸受ホルダ壁とマグネットホルダ壁とをスラスト方向に亘って連結するリブを以って周回４等分に区画されていることが望ましい。しかしながら、このように周回溝をリブで周回４等分して４つの壁肉盗み部を持つインナーロータにあっては、２つのスライド型を用いる場合には第１の孔を付帯する壁肉盗み部は対向同士の２つに過ぎず、残り２つの壁肉盗み部内のエアーは除去できない。

そこで、残り２つの壁肉盗み部内に溜まったエアーも除去するために、インナーロータは、第１の孔が付帯しない壁肉盗み部から水車部の半径流路へ略スラスト方向に連通する第２の孔を括れ部に有して成ることが望ましい。第１の孔が付帯しない壁肉盗み部内に溜まったエアーは第２の孔を介して水車部の半径流路へ吸い出され、吐出口から排出される。４分割により壁肉盗み部内の容積は小さくなっているため、第２の孔の径を小さくしても構わず、また第１の孔が付帯しない壁肉盗み部内と半径流路との差圧は外周肉盗み部と半径流路との差圧よりも小さいため、従前に比し性能ロスにさほど影響しない。

なお、軸受ホルダ壁内には、その両側開口からメタル軸受をスラスト方向に夫々挿入した際に、メタル軸受が当り止めるための段差面を持つ肉厚部を一体的に有し、この段差面に軸受ホルダの内周面に沿う削り粉溜め部を設けることが望ましい。挿入途中、軸受ホルダ壁の内周面をメタル軸受が削って削り粉が発生しても、削り粉が削り粉溜め部に逃げ溜まるので、メタル軸受のチルト姿勢を防止できる。

以上の通り、第１の孔によって、ポンプ性能のロスを招かずに、外周肉盗み部内に溜まったエアーを排除でき、しかも、第２の孔によって、壁肉盗み部内に溜まったエアーを除去できるので、振動・異音発生を抑制できる。

次に、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。図１は本発明の実施例に係るシリンダ状マグネット型ポンプの側面断面図、図２（Ａ）は同シリンダ状マグネット型ポンプにおけるインナーロータを示す背面図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）中のｂ−ｂ′線に沿って切断した状態を示す断面図、図２（Ｃ）は同インナーロータの水車部側を示す正面図である。

本例のシリンダ状マグネット型ポンプにおいては、電動機（ブラシレスモータ）１のモータブラケット２内にはアウター電機子（コアと巻線コイル）３が収納されている。このアウター電機子３に対して磁気結合して回転するインナーロータ１０がバックケーシング４を隔てて回転可能に設けられている。バックケーシング４のフランジはモータブラケット２とポンプカバー５とにＯリング６を介して挟持され、取付けボルト７を以って締め付け固定されている。なお、８はセンサー用基板、９は制御基板カバーである。ポンプカバー５は中心に突出した吸い込み部５ａと周囲に突出した吐き出し部５ｂとを一体的に備え、内部にインペラ室５ｃを有している。

インナーロータ１０は、アウター電機子３に磁気結合するシリンダ状マグネット１１と水車部１２を有し、シリンダ状マグネット１１と水車部１２との間には樹脂製括れ部１３を形成する外周肉盗み部１３ａを有している。またインナーロータ１０は、反水車部側端で開口して樹脂製軸受ホルダ壁１４と樹脂製マグネットホルダ壁１５とを離隔分離するスラスト方向の壁肉盗み部１４ａを有している。インナーロータ１０の樹脂製外周壁１０ａとマグネットホルダ壁１５との間にシリンダ状マグネット１１を収納した後、図３に示す如く、Ｏリング１６ａを装填した円環状の樹脂製キャップ１６を閉蓋して超音波溶着により外周壁１０ａとマグネットホルダ壁１５とに固着する。この際、樹脂製キャップ１６には外周壁１０ａの端部段差とマグネットホルダ壁１５の端部段差に当る環状突起１６ｂ，１６ｃが形成されているため、超音波溶着時の溶融部分として機能するので、固着の確実化を実現できる。なお、樹脂製キャップ１６の外面に設けた複数の穴１６ｄはインナーロータ１０の重心を調節するために錘ビスを捩じ込む錘埋め込み穴である。

図４に示す如く、インナーロータ１０の軸受ホルダ壁１４内には、両側開口からメタル軸受１７ａ，１７ｂをスラスト方向に挿入した際、メタル軸受１７ａ，１７ｂが当り止るための段差面を持つ肉厚部１４ｂが一体的に形成されているが、挿入途中、軸受ホルダ壁１４の内周面をメタル軸受１７ａ，１７ｂが削って削り粉が肉厚部１４ｂの段差面等に付着し、メタル軸受１７ａ，１７ｂの姿勢が軸心に対してチルトするのを防止するため、図５に示す如く、肉厚部１４ｂの段差面には軸受ホルダ壁１４の内周面に沿う削り粉溜め溝Ｓを夫々設けることが望ましい。削り粉が削り粉溜め溝Ｓに逃げ溜まるので、メタル軸受のチルト姿勢を防止できる。

メタル軸受１７ａ，１７ｂには、図１に示す如く両端側にＤ形カットを持つセラミック製の支軸１８が挿入され、その一端側にＤ形ワッシャー１８ａを嵌めてバックケーシング４の軸押さえ部４ａ内に突き入れ、その他端側にＤ形セラミックワッシャー１８ｂを嵌めてポンプカバー５のＤ形軸押さえ部５ｄで回り止めされている。

水車部１２は、括れ部１３と一体的な背面シュラウド１２ａとこれに対し面対向した前面シュラウド１２ｂを組み付けて成る。前面シュラウド１２ｂは図２（Ｃ）に示す複数の羽根Ｂを一体的に有している。

軸受ホルダ壁１４とマグネットホルダ壁１５とを離隔分離するスラスト方向の壁肉盗み部１４ａは、スラスト方向に亘って連結するリブＲを以って周回４等分に区画されている。そして、括れ部１３には第１の孔Ｈ_１が形成されている。この第１のＨ_１は回転中心に関して１８０°の回転対称位置にある壁肉盗み部１４ａ内から外周肉盗み部１３ａ内へ略放射方向に連通している。また、第１の孔Ｈ_１が付帯しない壁肉盗み部１４ａの底には第２の孔Ｈ_２が形成されている。この第２のＨ_２は壁肉盗み部１４ａ内から水車部１２の半径流路１２ｃ内へ略スラスト方向に連通している。

先ず、初期状態でポンプを一番始めに運転するために、水車部１２が収納されたポンプ室内に水を入れたとき、壁肉盗み部１４ａが第１の孔Ｈ_１を介して外周肉盗み部１３ａに連通しているので、壁肉盗み部１４ａ内に水が回り込んで流れ込むと、壁肉盗み部１４ａ内のエアーが第１の孔Ｈ_１を介して押し出されるため、注水時での壁肉盗み部１４ａ内のエアー滞留量を従前に比し少なくできる。

インナーロータ１０を駆動回転し、ポンプを運転すると、吸い込み部５ａ内は負圧になると共に、水車部１２の外周側，吐き出し部５ｂ内にかけては正圧が発生するため、吸い込み部５ａから吸い込まれた水は水車部１２の半径流路１２ｃを経由して吐き出し部５ｂより排出されるものであるが、その一部はバックケーシング４とインナーロータ１０の外周壁１０ａとの隙間を通りインナーロータ１０の反水車部側端に回り込んで壁肉盗み部１４ａ内に流入し、略放射方向の第１の孔Ｈ_１の遠心作用によって外周肉盗み部１３ａ側へ噴出するため、外周肉盗み部１３ａ側に絡みつくエアーは第１の孔Ｈ_１からの噴流と混合して遠心流となり、吐き出し部５ｂから排出される。このため、外周肉盗み部１３ａ内に溜まったエアーを排除でき、振動・異音発生を抑制することができる。

ここで、略放射方向の第１の孔Ｈ_１を介する噴流は外周肉盗み部１３ａ内に溜まったエアーを放射方向へ押し出す作用であって、押し出されたエアーは水車部１２の半径流路１２ｃに戻らずに吐き出し部５ｂから直接排出される。壁肉盗み部１４ａ内と外周肉盗み部１３ａ内との差圧で第１の孔Ｈ_１を介する噴流が発生するというよりは、壁肉盗み部１４ａ内又は外周肉盗み部１３ａ内にエアー溜まりのある場合に、インナーロータ１０の回転に基づく壁肉盗み部１４ａ内の滞留水に作用する遠心力（振り切り作用）によって噴流が発生するものであるから、循環流は壁肉盗み部１４ａ，第１の孔Ｈ_１，外周肉盗み部１３ａ，バックケーシング４とインナーロータ１０の外周壁１０ａとの隙間，及びインナーロータ１０の反水車部側端とバックケーシング４との隙間から成る経路で生じ、水車部１２の半径流路１２ｃとの間では循環流が形成されず、ポンプ性能に格別のロスを招かずに済む。しかも、外周肉盗み部１３ａ内に溜まったエアーばかりではなく、壁肉盗み部１４ａ内に溜まったエアーも壁肉盗み部１４ａ内に流れる循環流に巻き込まれて第１の孔Ｈ_１を介して外周肉盗み部１３ａ側へ排出されるので、壁肉盗み部１４ａ内に溜まったエアーも除去でき、その分一層、振動・異音発生を抑制できる。

第１の孔Ｈ_１は括れ部１３の周りであって回転中心に関して１８０°の回転対称位置にある壁肉盗み部１４ａに付帯している。第１の孔Ｈ_１からの噴流によって外周肉盗み部１３ａ内のエアーが吐き出し部５ｂから効率良く排出される時点は、インナーロータ１０の回転によって第１の孔Ｈ_１が概ね上位に来たときであろうが、２以上の第１の孔Ｈ_１を設けることによって、エアー抜きの効率が高まる。また、インナーロータ１０の樹脂部分の成形においてはスラスト開閉方向の２つの上下金型と放射方向の２つのスライド型を用いることが通例であるところ、第１の孔Ｈ_１を３つ以上形設するにはスライド型が３以上必要となるが、第１の孔Ｈ_１の孔数は２とし、２つの第１の孔Ｈ_１同士は回転中心に関して１８０°の回転対称位置に形設されているので、２つのスライド型でインナーロータ１０の樹脂部分を成形でき、製造コストを抑制できる。

ところで、壁肉盗み部１４ａは、軸受１７ａ，１７ｂとシリンダ状マグネット１１との間を樹脂で埋めると厚肉となり、樹脂のひけにより寸法精度が狂うのを防止するため、軸受ホルダ壁１４とマグネットホルダ壁１５とに離隔分離するためであるが、強度・耐久を確保するためには、軸受ホルダ壁１４とマグネットホルダ壁１５とをスラスト方向に亘って連結するリブＲを以って周回４等分に区画されている。このように周回溝をリブＲで周回４等分して４つの壁肉盗み部１４ａを持つインナーロータ１０にあっては、２つのスライド型を用いる場合には第１の孔Ｈ_１を付帯する壁肉盗み部１４ａは対向同士の２つに過ぎず、残り２つの壁肉盗み部１４ａ内のエアーは除去できない。

そこで、残り２つの壁肉盗み部１４ａ内に溜まったエアーも除去するために、インナーロータ１０は、第１の孔Ｈ_１が付帯しない壁肉盗み部１４ａから水車部１２の半径流路１２ｃへ略スラスト方向に連通する第２の孔Ｈ_２を括れ部１３に有して成る。第１の孔Ｈ_１が付帯しない壁肉盗み部１４ａ内に溜まったエアーは第２の孔Ｈ_２を介して水車部１２の半径流路１２ｃへ吸い出され、吐き出し部５ｂから排出される。４分割により壁肉盗み部１４ａ内の容積は小さくなっているため、第２の孔Ｈ_２の径を小さくしても構わず、また第１の孔Ｈ_１が付帯しない壁肉盗み部１４ａ内と半径流路１２ｃとの差圧は外周肉盗み部１３ａと半径流路１２ｃとの差圧よりも小さいため、従前に比し性能ロスにさほど影響しない。

なお、上記アウター電機子３の代わりに、モータシャフトに連結して回転する駆動マグネットを用いても構わない。

本発明の実施例に係るシリンダ状マグネット型ポンプの側面断面図である。 （Ａ）は同シリンダ状マグネット型ポンプにおけるインナーロータを示す背面図、（Ｂ）は（Ａ）中のｂ−ｂ′線に沿って切断した状態を示す断面図、（Ｃ）は同インナーロータの水車部側を示す正面図である。 同インナーロータにおいて樹脂製キャップを外周壁とマグネットホルダ壁とに固着する態様を示す断面図である。 同インナーロータにおいて軸受メタルを組み付ける態様を示す断面図である。 同インナーロータにおいて軸受メタルを組み付ける別の態様を示す断面図である。

符号の説明

１…電動機
２…モータブラケット
３…アウター電機子
４…バックケーシング
４ａ…軸押さえ部
５…ポンプカバー
５ａ…吸い込み部
５ｂ…吐き出し部
５ｃ…インペラ室
５ｄ…Ｄ形軸押さえ部
６，１６ａ…Ｏリング
７…取付けボルト
８…センサー用基板
９…制御基板カバー
１０…インナーロータ
１０ａ…外周壁
１１…シリンダ状マグネット
１２…水車部
１２ａ…背面シュラウド
１２ｂ…前面シュラウド
１２ｃ…半径経路
１３…括れ部
１３ａ…外周肉盗み部
１４…軸受ホルダ壁
１４ａ…壁肉盗み部
１４ｂ…肉厚部
１５…マグネットホルダ壁
１６…樹脂製キャップ
１６ｂ，１６ｃ…環状突起
１６ｄ…錘埋め込み穴
１７ａ，１７ｂ…メタル軸受
１８…支軸
１８ａ…Ｄ形ワッシャー
１８ｂ…Ｄ形セラミックワッシャー
Ｂ…羽根
Ｈ_１…第１の孔
Ｈ_２…第２の孔
Ｒ…リブ
Ｓ…削り粉溜め溝

Claims (5)

1. 電動機のアウター電機子又は駆動マグネットに対して水密壁を隔てて磁気結合で回転するシリンダ状マグネットと水車部を持つインナーロータを備え、このインナーロータは、前記シリンダ状マグネットと前記水車部との間に括れ部を形成する外周肉盗み部並びに反水車部側端で開口して軸受ホルダ壁とマグネットホルダ壁とを離隔分離する壁肉盗み部を有するシリンダ状マグネット型ポンプであって、
   前記インナーロータは、前記壁肉盗み部内から前記外周肉盗み部内へ略放射方向に連通する第１の孔を前記括れ部に有して成ることを特徴とするシリンダ状マグネット型ポンプ。
2. 請求項１において、前記第１の孔は前記括れ部の周りに２以上形設されていることを特徴とするシリンダ状マグネット型ポンプ。
3. 請求項２において、前記第１の孔の孔数は２であって、２つの第１の孔同士は回転中心に関して１８０°の回転対称位置に形設されていることを特徴とするシリンダ状マグネット型ポンプ。
4. 請求項３において、前記壁肉盗み部は、前記軸受ホルダ壁と前記マグネットホルダ壁とをスラスト方向に亘って連結するリブを以って周回４等分に区画されていることを特徴とするシリンダ状マグネット型ポンプ。
5. 請求項４において、前記インナーロータは、前記第１の孔が付帯しない前記壁肉盗み部内から前記水車部の半径流路内へ略スラスト方向に連通する第２の孔を前記括れ部に有して成ることを特徴とするシリンダ状マグネット型ポンプ。

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