JP4879408B2

JP4879408B2 - 軸流ポンプ

Info

Publication number: JP4879408B2
Application number: JP2001190339A
Authority: JP
Inventors: 浩一岸本
Original assignee: 日本電産テクノモータホールディングス株式会社
Priority date: 2001-06-22
Filing date: 2001-06-22
Publication date: 2012-02-22
Anticipated expiration: 2021-06-22
Also published as: JP2003003993A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体を吐出するための軸流ポンプに関し、特に車載用ラジエータ装置や給湯器などの装置に組み込み使用するのに適した小型、軽量で耐久性に優れた高性能の軸流ポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車載用ラジエータ装置の冷却液循環用ポンプや給湯器の給湯用ポンプなど、各種装置に組み込み使用される小型ポンプは、各種装置の小型軽量化、高性能化、長寿命化などの要求に伴い、それぞれの要求特性に沿った性能の向上がポンプにも望まれている。
【０００３】
例えば、自動車のラジエータ装置では、エンジンの運転温度を適度に保つために、冷却液がエンジンとラジエータの間を循環している。このラジエータ装置では、冷却液循環用のポンプとポンプ駆動装置のモータなどを別に備え、両者に設けられたプーリーをＶベルトで連結しポンプを駆動するようになっている。そのため、ラジエータ装置の車載スペースが大きく、かつ重量が重いので、自動車の小型化、軽量化の妨げとなっている。
【０００４】
従って、自動車の小型軽量化、高性能化の要求を満たすために、車載用ラジエータ装置において小型軽量化、高性能化を満足する必要があり、それに使用する冷却液循環用ポンプにおいても同様の要求が高まっている。
【０００５】
また、給湯器などに使用される給湯用ポンプとしては、例えば、図６の概略断面図に示すような、小型ポンプ１００が挙げられる。この小型ポンプ１００は、電動機１０１と、電動機１０１の駆動軸１０２に取り付けられたマグネット１０３と、このマグネット１０３に対向して設けられたマグネット１０４を備えた羽根車１０５と、この羽根車１０５を内部に収納してポンプ室１０６を形成し、電動機１０１に取り付けられた第１ケーシング１０７と、水を吸入する吸入口１０８と排水するための吐出口（図示せず）を備え、内部に水を循環させるための水路１０９が形成された第２ケーシング１１１とで構成され、電動機１０１を駆動させることにより、マグネット１０３とマグネット１０４が同期して羽根車１０５を回転させ、揚水運転を行うようになっている。
【０００６】
この小型ポンプ１００では、ポンプ室１０６を形成する第１ケーシング１０７と、水路１０９を収納する第２ケーシング１１１と、電動機１０１が軸方向に連結し電動機１０１の側面にポンプを配設した構造であり、ポンプ外形が大きく、重量も重くなっている。また、複雑な水路を有するため揚水効率も十分に満足せず、これを用いた給湯器などの小型、軽量化を困難にしている。
【０００７】
上記のポンプの小型、軽量化、及び高性能化の要求に応えるものとして、回転子をケーシング内部に設け、固定子がその周囲に配設されて、これらを入口側ケーシングと出口側ケーシングで挟持した外部駆動形軸流ポンプが多数検討され出願されているが、未だ充分に満足できるものではない。
【０００８】
また、前記軸流ポンプは給湯器などの高温度の使用条件で用いられる装置に使用されると、ポンプの各部に熱が伝達し、例えば基板の電子部品や配線が高温度となって熱劣化したり、湿度による影響や結露により断線や漏電を生じて、給湯器の性能低下や故障を発生し問題となる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の問題点を解決するものであり、小型、軽量であって性能に優れ、耐久性を向上した軸流ポンプであり、特に車載用ラジエータ装置や給湯器などの装置に組み込み使用されるのに適した軸流ポンプを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、固定子を収納した筒状のハウジングと、前記ハウジングの中空部の一方に配され、流体の流路の入口側を形成する入口側ケーシングと、前記ハウジングの中空部の他方に配され、流体の流路の出口側を形成する出口側ケーシングと、前記固定子の内側にあって、前記入口側ケーシングと前記出口側ケーシングによって形成された流路に配された回転子とからなる軸流ポンプであって、前記回転子は、前記入口側ケーシングと前記出口側ケーシングの間に固定された固定軸に回転自在に支持された羽根車と、複数のブレードと、前記ブレードの先端側に配され、磁性樹脂材料により円筒状マグネット部とシュラウドが一体に成形された円筒状シュラウドとを、有し、前記羽根車と、前記ブレードと、前記円筒状シュラウドとは、前記入口側に設けられ、前記回転子のマグネット部外周部に、軸方向に対して所定の角度を有する溝を所定間隔を置いて設けることを特徴とする軸流ポンプである。
【００１１】
この軸流ポンプによれば、固定子及び基板の電子部品や配線、リード線がモールド樹脂により成形されてハウジング内に内蔵されているので、外部からの振動や熱及び湿度などの影響を受け難くなり、部品の損傷を防ぎ、長寿命化が計れ、軸流ポンプの耐久性が大幅に向上すると同時に、固定子が収納されたハウジング内側の中空部に、回転子を兼ねた羽根車を設けて、かつ回転子内に流路を形成したケーシングにより軸流ポンプが構成されるので、軸流ポンプの構造が非常にコンパクトになり、ポンプの小型、軽量化が可能となる。
【００１２】
また、この軸流ポンプでは、回転子が、固定軸に支持された羽根車と、複数のブレードと、シュラウドとマグネット部とから構成され、前記シュラウドと前記マグネット部とが磁性樹脂材料により一体物に成形された円筒状シュラウドを構成しているので、ブレードにより加速された流体をシュラウドで案内し流路を確保することができ、さらにマグネット部と固定子との距離を小さくできモータ性能を向上することができる。また、部品の一体化により部品点数を削減でき、組立工数を低減することができる。
【００１３】
また、この軸流ポンプによれば、回転子のマグネット部とその外周部のケーシング壁との距離を保つことで回転子の回転効率を損なわず、マグネット部外周部に設けた溝が液体の通路となるので、液体の潤滑性が改善され回転子の回転ロスを低減させることができ、また流体中の異物やエアーを吐出しやすくなるのでポンプ効率が向上する。
【００１４】
請求項２の発明は、前記溝がスパイラル状であることを特徴とする請求項１に記載の軸流ポンプであり、電気特性を維持して、溝面積を増加することができ、吐出効率をさらに向上することができる。
【００１５】
請求項３の発明は、前記ハウジングは、モールド樹脂により成形され固定子を内蔵することを特徴とする請求項１及び請求項２に記載の軸流ポンプである。
【００１６】
請求項４の発明は、車載用ラジエータ装置の冷却液の循環に用いることを特徴とする請求項１乃至３に記載の軸流ポンプである。
【００１７】
この軸流ポンプによれば、モータ駆動部を内蔵した小型化、軽量化された高性能ポンプであるので、これを車載用ラジエータ装置の冷却液循環に使用すれば、ポンプ自体の小型、軽量化に加えて、従来必要としていたポンプ駆動用モータや伝達ベルトが不要となり、車載用ラジエータ装置の小型、軽量化と共に、これを装備する自動車の小型、軽量化及びスペースの有効利用が計れる。
【００１８】
請求項５の発明は、給湯器に用いることを特徴とする請求項１乃至３に記載の軸流ポンプである。
【００１９】
この軸流ポンプによれば、小型、軽量化して高い給湯性能を有する給湯器が得られる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について、以下に図面に基づいて説明する。
【００２１】
（第１の実施形態）
本発明の一実施形態の軸流ポンプ１について、図１に基づいて説明する。
【００２２】
図１は、本実施形態の軸流ポンプ１の主要部縦断面図である。
【００２３】
軸流ポンプ１は、軸流ポンプ部分の構成と、それを駆動させるＤＣブラシレスモータの構成を一体にしたものであり、以下、その構造について説明する。
【００２４】
軸流ポンプ１の筺体となるハウジング３は、モールド樹脂４より形成され、その内部にＤＣブラシレスモータを構成する固定子２と、ＤＣブラシレスモータを駆動制御する電子部品を有する基板５と、基板５へのリード線６の一端部分が内蔵されている。すなわち、ハウジング３をモールドする際に固定子２，基板５，リード線６に一端部分を同時にモールドするものである。
【００２５】
前記固定子２の内側のハウジング３中空部には、羽根車８に取り付けられた複数のブレード１１と、このブレード１１の先端側に設けられた磁性樹脂材料からなるマグネット部９とシュラウド１０を一体化した円筒状シュラウド３０とから構成される回転子７が収納され、この回転子７は２個の軸受１３ａ，１３ｂとスラストワッシャー１３ｃを介して、羽根車８の軸孔を固定軸１２に通して回転自在に支持されている。
【００２６】
入口側ケーシング１４は、流体の吸入口１５とそれに続く流路１６を形成して、前記ハウジング３の入口側中空部に配され、また出口側ケーシング１８は流体の流路２０と吐出口１９を形成して、前記ハウジング３の出口側中空部に配され、そして２つのケーシング１４と１８の中心線上に設けられた支持部１７，２１において前記固定軸１２を固定し、回転子７をケーシング内部に収納し、ネジ２２により締結され軸流ポンプ１を形成している。
【００２７】
以上の構成による軸流ポンプ１は、固定子２に通電されると、固定子２に回転磁界が発生し、マグネット部９に回転トルクが生じ、回転子７が回転し、羽根車８に接続された複数のブレード１１の回転により流体に遠心作用が生じ、流体は吸入口１５から吸引されケーシング内の流路１６と２０を通過して吐出口１９から吐出され、軸流ポンプ１の吐出運転が開始される。
【００２８】
従って、この実施形態による軸流ポンプは、固定子を収納する筒状ハウジング３と、その中空部に収納された回転子７と、入口側と出口側の２つのケーシング１４，１８とで構成されモータ駆動部とポンプ室が同一断面上に配置されるので、ポンプ軸方向の寸法が大幅に短縮され、さらに、流路が直線状に単純化されるので、図６に示した従来の小型ポンプの第２ケーシング内に収容されていた吸水、排水用水路も不要となり、ポンプ断面積も大きく縮小されるので、従来のポンプに比べ大幅な小型化、軽量化が実現される。
【００２９】
また、構成部品数が少なくなり、しかも複雑な部品形状を必要としないので、ポンプの組立性も向上する。
【００３０】
さらに、上記構成による軸流ポンプでは、ポンプ軸方向に沿って直線上に流路が形成されるので、流体損失が少なくポンプ効率を向上させることが容易となる。
【００３１】
また、この軸流ポンプ１では、固定子２とそれに接続する基板５、及びリード線６の一端部がモールド樹脂で充填されたハウジング３内に内蔵され、モールド樹脂で固定されて保護されている。
【００３２】
従って、軸流ポンプ１が、自動車の車載用ラジエータ装置の冷却液循環用ポンプのように、振動を絶えず受ける装置に組み込み使用された場合にも、振動による断線や部品接続の緩みなどに対する耐久性を有しているので、基板５の電子部品あるいは固定子の巻線やリード線６などの損傷発生を抑えることができ、装置の正常な運転を長期間保つことができる。
【００３３】
また、軸流ポンプ１が、給湯器のように高温の流体を扱う装置に使用された場合では、高温の流体や装置自体が発生する湿気や粉塵の侵入を不飽和ポリエステル樹脂やエポキシ樹脂などでなるモールド樹脂が遮断するので、基板５の電子部品、巻線やリード線６などの配線の熱劣化や湿度による断線や漏電などの発生を防ぐことができ、給湯器などの故障を防止することができる。
【００３４】
従って、この軸流ポンプ１によれば、上記したポンプの小型、軽量化及び高性能で組立性に優れた性能に加えて、振動や熱あるいは湿気などの影響を受け難く、過酷な使用条件に対しても耐久性が著しく向上し、これを組み込み用いた装置の安定した長期間の運転を実現する、軸流ポンプを提供することができる。
【００３５】
また、前記回転子７を構成する、シュラウド１０とマグネット部９が磁性樹脂材料により一体に形成された円筒状シュラウド３０は、円筒状マグネット部９により回転トルクを発生し、シュラウド１０部でブレード１１により加速された流体を流路に案内し、ポンプ効率の損失を少なくすることができる。
【００３６】
さらに、マグネット部９は、従来の焼結マグネットに比べ異物の混入などに対する耐衝撃性が向上した磁性樹脂材料で形成されているので、その外周のケーシング１４との隙間を小さくして固定子２との距離を小さくでき、回転子７の回転性能を向上することができる。
【００３７】
前記円筒状シュラウド３０は、図２に示す正面図及び側面図のように、外周部のマグネット部９と側面部のシュラウド１０が、磁性樹脂材料により一体化され形成されているので、焼結マグネットを回転子に接着する工程が不要となり、部品点数を削減でき、回転子７の組立工数を低減することができる。
【００３８】
前記の磁性樹脂材料としては、例えば、磁性粉体とポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、或いはポリアミド樹脂（ナイロン）、或いは四ふっ化エチレン樹脂（登録商標「テフロン」）などの可塑性樹脂との混合物であり、磁界をかけた状態で金型を用いて通常の可塑性樹脂の成型法に従い成型加工することにより、円筒状シュラウド３０を作成することができる。
【００３９】
以上の実施形態では、モールド樹脂４によって成形されたハウジング３内に固定子２を内蔵した軸流ポンプ１に従い本発明を説明したが、前記ハウジングが鋼板、或いはアルミダイキャスト、或いは樹脂材により形成されポンプ外殻を構成するものであっても、本発明の軸流ポンプの小型化、軽量化は達成される。
【００４０】
また、ブレード１１はシュラウド１０と一体に形成したものでもよい。
【００４１】
（第２の実施形態）
図３は、第２の実施形態の軸流ポンプの円筒状シュラウド４０の側面図である。
【００４２】
この実施形態では、上記第１の実施形態で説明した軸流ポンプ１の吐出効率をさらに改良したものである。
【００４３】
図５は、上記第１の実施形態の軸流ポンプの部分拡大断面図であり、図に示すように、回転子７の磁性体からなるマグネット部９と固定子２との距離Ａが小さい程、回転子７の回転効率が向上するが、両者の間には電気特性を制約する入口側ケーシング１４が配置されポンプを形成する構造であり、入口側ケーシング１４を薄くして距離Ａを短縮するのはケーシング強度の点から限界がある。
【００４４】
また、前記マグネット部９と入口側ケーシング１４の内壁との距離Ｂを小さくして距離Ａを短縮することも、両者間を流れる流体の粘性が働き、回転子７の回転ロスを生じて吐出効率を低下させるので、距離Ｂの短縮にも限界がある。
【００４５】
第２の実施形態では、図３に示すように、円筒状シュラウド４０は磁性樹脂材料で形成され、その外周部のマグネット部表面４２には軸方向（Ｘ−Ｘ線）に対して所定の角度を有する溝４１が所定間隔を置いて設けられている。
【００４６】
上記溝４１を設けることにより、前記の距離ＡやＢを維持して、流体の通路となる流体面積を大きくすることができ、流体の潤滑性を改善し、また流体の粘性による回転ロスを低減し、吐出効率を改善することができる。
【００４７】
この溝４１の断面形状は、マグネット部表面部が開放されたものであれば特に限定されず、例えばＵ字型、Ｖ字型の溝が考えられる。
【００４８】
また、ケーシングに残留する流体中に含まれる異物やエアーを、溝４１を通じて吐出することができ、円筒状シュラウド４０やケーシング１４の損傷、摩耗を防ぎ、吐出効率を向上することができる。
【００４９】
さらに、溝４１は、軸方向に対して角度を有しているので、羽根の作用による吐出効率の向上効果もある。
【００５０】
この実施形態では、マグネット部とシュラウドが一体化された円筒状シュラウドの例により説明したが、上記溝はマグネット部とシュラウドが別部体の場合にも、マグネット部表面に溝を形成し実施することができ、また下記の変形例においても同様である。
【００５１】
（変形例）
図４は、上記第２の実施形態の変形例である軸流ポンプの円筒状シュラウド５０の側面図である。
【００５２】
この円筒状シュラウド５０では、溝５１がマグネット部外周５２上にスパイラル状に形成されたものであり、マグネット部外周５２の周方向に沿って連続状に溝５１が形成されるので、固定子２と回転子７との電気特性を維持して、溝の液流面積を増加することができ、回転子の回転効率を損なうことがなく、吐出効率をさらに向上することができる。
【００５３】
（第３の実施形態）
第３の実施形態は、上記の軸流ポンプ１を車載用ラジエータ装置に使用するものであり、自動車などの水冷式エンジンの冷却液循環用に用いたものである。
【００５４】
この実施形態では、エンジンで発生した熱を交換した冷却液は、軸流ポンプによりエンジン部とラジエータ部を強制循環させられ、ラジエータ部から熱を放散し冷やされた冷却液を再びエンジン部に戻すことにより、運転中のエンジン温度を適度に保ち、エンジンの過熱によるピストンの焼き付き、燃料の異常燃焼などの不具合を防止し、長時間の連続運転を可能とするものである。
【００５５】
この軸流ポンプでは、ポンプ自体の小型、軽量化に加え、従来のようにウォーターポンプを駆動させるための駆動装置、例えば別の駆動モータが不要となり、それに伴うプーリーやＶベルトも不要となるので、車載用ラジエータの冷却液循環装置の占めるスペースが大幅に縮小され、エンジン周りのコンパクトな設計を容易とし、自動車の小型、軽量化に大きく貢献することができる。
【００５６】
また、第１の実施形態で説明した通り、軸流ポンプ１の耐久性向上により、車載用ラジエータ装置の連続運転が可能となり、信頼性が大きく向上される。
【００５７】
この実施形態においては、回転子７を構成するシュラウド１０とマグネット部９が磁性樹脂材料により一体に形成された円筒状シュラウド３０を持つ軸流ポンプ１により説明したが、シュラウドとマグネット部を別部品（焼結マグネットを使用）とする回転子を備えた軸流ポンプでも使用できる。
【００５８】
また、軸流ポンプ１に代わり、ハウジングが鋼板、或いはアルミダイキャスト、或いは樹脂材により形成されポンプ外殻を構成する軸流ポンプも使用することができる。
【００５９】
さらに、第２の実施形態及びその変形例で説明した、マグネット部外周部に溝を形成した軸流ポンプを使用することができる。
【００６０】
（第４の実施形態）
第４の実施形態は、上記の軸流ポンプ１を給湯器の給湯用ポンプに使用したものであり、家庭用の給湯器、例えば風呂などの給湯循環システムや床暖房システムの温水循環装置に使用できるもので、給湯や循環を効率よく短時間に行うことができる。
【００６１】
特に、高温の湯を扱う装置では、耐熱性、耐湿性や結露に対する耐久性に優れ、電気部品の断線や漏電を防止して、装置の小型、軽量化を実現すると共に長寿命化を可能とする。
【００６２】
この第４の実施形態においても、回転子７を構成するシュラウド１０とマグネット部９が磁性樹脂材料により一体に形成された円筒状シュラウド３０を持つ軸流ポンプ１により説明したが、シュラウドとマグネット部を別部品（焼結マグネットを使用）とする回転子を備えた軸流ポンプでも、もちろん使用できる。
【００６３】
また、軸流ポンプ１に代わり、ハウジングが鋼板、或いはアルミダイキャスト、或いは樹脂材により形成されポンプ外殻を構成する軸流ポンプも使用することができ、給湯器の小型、軽量化を達成することができる。
【００６４】
さらに、第２の実施形態及びその変形例で説明した、マグネット部外周部に溝を形成した軸流ポンプを使用できるのももちろんである。
【００６５】
以上説明したように、本発明の軸流ポンプは小型、軽量であって性能に優れ、かつ耐久性が大幅に向上するものである。従って、この軸流ポンプを使用した各種装置や機器は、小型、軽量化を実現するだけでなく、液体の輸送、循環性能が大幅に改善され、装置の確実な運転が可能となる信頼性の高い長寿命の装置を提供することができる。
【００６６】
なお、上記実施形態で説明した車載用ラジエータ装置、給湯器以外の装置、機器にも、本軸流ポンプが使用できるのはもちろんである。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の軸流ポンプよれば、ポンプ部分とそれを駆動させるモータ部の構成を一体にしたものであり、ポンプの軸方向の寸法及び断面積の縮小が可能となり、大幅なポンプの小型化と軽量化が実現できる。
【００６８】
また、ハウジングをモールド樹脂で成形し、固定子を内蔵することにより、振動や熱などに対する耐久性が大幅に向上し、高効率で長寿命の軸流ポンプを得ることができる。
【００６９】
従って、車載用ラジエータ装置や給湯器などの装置への組み込み用に適した、超小型、軽量、高性能であり、かつ耐久性に優れた軸流ポンプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態の軸流ポンプの縦断面図である。
【図２】第１の実施形態の円筒状シュラウドの正面図及び側面図である。
【図３】第２の実施形態の円筒状シュラウドの側面図である。
【図４】第２の実施形態の変形例の円筒状シュラウドの側面図である。
【図５】第１の実施形態の円筒状シュラウドを説明する軸流ポンプの部分拡大断面図である。
【図６】従来例の小型ポンプの縦断面図である。
【符号の説明】
１……軸流ポンプ
２……固定子
３……ハウジング
４……モールド樹脂
５……基板
６……リード線
７……回転子
８……羽根車
９……円筒状マグネット部
１０……シュラウド
１１……ブレード
１２……固定軸
１４……入口側ケーシング
１５……吸入口
１６，２０……流路
１８……出口側ケーシング
１９……吐出口
３０，４０，５０……円筒状シュラウド
４１，５１……溝

Claims

固定子を収納した筒状のハウジングと、
前記ハウジングの中空部の一方に配され、流体の流路の入口側を形成する入口側ケーシングと、
前記ハウジングの中空部の他方に配され、流体の流路の出口側を形成する出口側ケーシングと、
前記固定子の内側にあって、前記入口側ケーシングと前記出口側ケーシングによって形成された流路に配された回転子とからなる軸流ポンプであって、
前記回転子は、前記入口側ケーシングと前記出口側ケーシングの間に固定された固定軸に回転自在に支持された羽根車と、
複数のブレードと、
前記ブレードの先端側に配され、磁性樹脂材料により円筒状マグネット部とシュラウドが一体に成形された円筒状シュラウドとを、有し、
前記羽根車と、前記ブレードと、前記円筒状シュラウドとは、前記入口側に設けられ、
前記回転子のマグネット部外周部に、軸方向に対して所定の角度を有する溝を所定間隔を置いて設けることを特徴とする軸流ポンプ。
前記溝がスパイラル状であることを特徴とする請求項１に記載の軸流ポンプ。
前記ハウジングは、モールド樹脂により成形され固定子を内蔵することを特徴とする請求項１及び請求項２に記載の軸流ポンプ。
車載用ラジエータ装置の冷却液の循環に用いることを特徴とする請求項１乃至３に記載の軸流ポンプ。
給湯器に用いることを特徴とする請求項１乃至３に記載の軸流ポンプ。