JP6057566B2

JP6057566B2 - 流体ポンプ

Info

Publication number: JP6057566B2
Application number: JP2012150198A
Authority: JP
Inventors: 進成邱; 欣政林; 嘉興簡
Original assignee: 基益企業股▲ふん▼有限公司
Priority date: 2012-07-04
Filing date: 2012-07-04
Publication date: 2017-01-11
Anticipated expiration: 2032-07-04
Also published as: JP2014013002A

Description

本発明は、流体ポンプに関し、より詳しくは冷却システムを備えた電動流体ポンプに関する。

エンジン等に用いられる流体ポンプとして、例えば図９に示された冷却システムを備えたポンプモータが知られている（例えば特許文献１参照）。このポンプモータは、所定の設置空間を有する中空状ポンプハウジング１１を有し、ポンプハウジング１１内にはベアリングウォール１１１と、ベアリングウォール１１１の近くに配置された隔壁１１２と、ベアリングウォール１１１と隔壁１１２とが相俟って画成されたインペラチャンバー１１４と、取付チャンバー１１５と、冷却チャンバー１１６と、インペラチャンバー１１４及び冷却チャンバー１１６に空間的に連通する冷却通路１１７と、冷却チャンバー１１６を取り囲んで設けられたステーターチャンバー１１８と、が区画されている。ポンプハウジング１１内において、インペラチャンバー１１４内にインペラ１２が配置され、冷却チャンバー１１６内にローター１３が取り付けられている。駆動軸１４は、インペラ１２及びローター１３と共に連動可能に設けられ、駆動軸１４には、冷却チャンバー１１６及びインペラチャンバー１１４に空間的に連通する軸孔１４１が開けてある。ステーターチャンバー１１８内には、ローター１３に対応してステーター１５が設けられている。取付チャンバー１１５内には、ステーター１５に電気的に連結された電子制御ユニット１６が配置されている。

このポンプモータでは、ローター１３が電子制御ユニット１６によって回転されると、駆動軸１４の回転にインペラ１２が連動して回転される。インペラチャンバー１１４の入り口１１９を介して流体が流れ込んで出口１１０から流出するが、流体の一部は冷却通路１１７より冷却チャンバー１１６に入り込み、軸孔１４１を通ってインペラ１２のセンター部近くに流入される。インペラ１２が回転すると、センター部よりも外側部の圧力が高いため、冷却通路１１７に入った流体はインペラチャンバー１１４に円滑に流入することができる。このようにしてローター１３、ステーター１５及び電子制御ユニット１６より発生した熱を流体の流動と共に放出させることができる。

米国特許第５９９７２６１号明細書

従来のポンプモータでは、インペラの回転によって発生した圧力差による流体の流れにより冷却することができるが、より大きな冷却効果を得ようとすると、同一構造では流体の冷却通路１１７での流速や流量を変えることができない問題点がある。所定の冷却効果を得るために、冷却通路１１７及び対応する部分の断面積の大きさを新たに設計構成しなければならないが、新たな構成や仕様によって出口１１０から流出した流体の圧力値にも影響を及ぼしてしまうので、製造が煩雑になる問題点もある。

本発明は、ポンプの基本構造や仕様を変えることなく流体の出力圧力値を変更することができ、所望の冷却効果を得ることができる流体ポンプを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、周壁により所定の取付空間を画成する中空状のポンプハウジングであって、前記取付空間内に隔壁ユニットによりインペラチャンバー、冷却チャンバー及び前記インペラチャンバーと前記冷却チャンバーとを連通する冷却通路を画成してなるポンプハウジングと、前記ポンプハウジング内に前記隔壁ユニットによって支持され回転可能に設けられた駆動軸、前記駆動軸内に前記インペラチャンバーと前記冷却チャンバーとを空間的に連通して設けられた連動通路、前記駆動軸と連動可能に連結されており前記インペラチャンバー内に設けられたインペラ及び前記連動通路を貫通して前記駆動軸の回転と連動して回転可能に設けられた螺旋ブレードを有するスラストユニットと、前記駆動軸を回転可能に駆動する駆動ユニットと、を備え、前記駆動軸が前記駆動ユニットによって回転駆動されたとき、前記インペラが前記駆動軸の回転に連動して回転されると、前記インペラチャンバーに導入された流体が所定の輸送方向に従って前記インペラチャンバーを通って流れ、また、前記螺旋ブレードも前記駆動軸の回転に連動して回転されると、前記流体の一部が前記連動通路を流れる量を変えることを特徴とする流体ポンプを提供する。

本発明に係る流体ポンプによれば、インペラチャンバーにおけるインペラの回転による圧力差によって流体がインペラチャンバーから冷却チャンバーへ、また駆動軸内に設置された螺旋ブレードによる螺旋推進力により、流体の流れを変えることができる。また螺旋ブレードによる螺旋推進力を変化させることにより、流体の流れの量をも変えることができる。従って、所望の放熱効率が得られる流体ポンプを得ることができる。

本発明の実施例１に係る電動流体ポンプを示す平面図である。図１のＩＩ―ＩＩ線における断面図である。図１において第１のエンドカバーを取り除いた状態を示す平面図である。実施例１の第２のエンドカバーを示す斜視図である。実施例１における駆動シャフトとシャフト内に設けられた螺旋ブレードとを示す図である。本発明の実施例２に係る電動流体ポンプを示す断面図である。本発明の実施例３に係る電動流体ポンプに用いられた螺旋ブレードを示す図である。本発明の実施例４に係る電動流体ポンプを示す断面図である。従来のポンプモータの一例を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施例１）
本発明の実施例１に係る電動流体ポンプは、流体が所定の輸送方向２９へ流れるように電力で駆動されるものであり、中空状のポンプハウジング２は、概ねスラストユニット３と、駆動ユニット４と、を備えている。なお、流体の一例は水である。

ポンプハウジング２は、周壁２１により両端が開放された所定の取付空間を画成するメインハウジング２０１と、メインハウジング２０１の両端開口に取り付けられている第１のエンドカバー２０２及び第２のエンドカバー２０３と、から中空状筐体に形成されており、筐体内に設けられている隔壁ユニット２２に仕切られて所定の複数のチャンバーが画成されている。

隔壁ユニット２２には、メインハウジング２０１の第１のエンドカバー２０２側の縁部からフランジ状の第１の隔壁２２１が内向きに突出して設けられており、第２のエンドカバー２０３の内周面の一部からフランジ状の第２の隔壁２２２が内向きに突出して設けられている。

第１のエンドカバー２０２には、外部と空間的に連通する流体の入り口２３１と出口２３２とが形成されており、メインハウジング２０１及び第１のエンドカバー２０２の間に第１の隔壁２２１で仕切られて入り口２３１及び出口２３２と空間的に連通するインペラチャンバー２３が設けられ、第１の隔壁２２１と第２の隔壁２２２とにより冷却チャンバー２４が画成されている。第１の隔壁２２１の内側には、インペラチャンバー２３と冷却チャンバー２４との間を空間的に流通する冷却通路２７が形成されている。そして、周壁２１の内側に冷却チャンバー２４を囲んでステーターチャンバー２５が設けられ、第２のエンドカバー２０３の内側に第２の隔壁２２２との間に取付チャンバー２６が設けられている。

隔壁ユニット２２には、第１の隔壁２２１と第２の隔壁２２２との間に配置され、且つ冷却チャンバー２４とステーターチャンバー２５とに仕切る環状隔壁２２３が更に設けられている。環状隔壁２２３の一端側には、第１の隔壁２２１の内側に所定の角度間隔をおいて複数の第１の取付ブロック２２５、２２５、・・・が設けられ、複数の第１の取付ブロック２２５、２２５、・・・によってそれらの内側に第１の取付孔２２４が形成されている。環状隔壁２２３の他端側には、第２の隔壁２２２より所定の角度間隔をおいて複数の第２の取付ブロック２２７、２２７、・・・が冷却通路２７へ向かって突出して設けられ、複数の第２の取付ブロック２２７、２２７、・・・によってそれらの内側に第２の取付孔２２６が形成されている。冷却通路２７には、複数の第１の取付ブロック２２５、２２５、・・・によって仕切られた複数の流通口２７１、２７１、・・・が形成されている。

冷却チャンバー２４は、流通口２７１を介してインペラチャンバー２３と連通するアッパーチャンバー部２４１と、第２の隔壁２２２側のボトムチャンバー部２４２と、複数の第２の取付ブロック２２７、２２７、・・・によって仕切られておりアッパーチャンバー部２４１とボトムチャンバー部２４２とを連通する複数の連通チャンバー部２４３と、を有する。

スラストユニット３は、図１、図２及び図５に示されているように、メインハウジング２０１のほぼ真ん中に貫通して設けられ、インペラチャンバー２３と冷却チャンバー２４とを空間的に連通して設けられた連動通路３１１を有する中空状の駆動軸３１と、第１の取付ブロック２２５、２２５、・・・の間に駆動軸３１を回転可能に支えるように設けられた第１の軸受け３２と、第２の取付ブロック２２７、２２７、・・・の間に駆動軸３１を回転可能に支えるように設けられた第２の軸受け３３と、駆動軸３１と連動可能に連結されておりインペラチャンバー２３内に設けられているインペラ３４と、連動通路３１１を貫通して設けられた螺旋ブレード３５と、を有する。駆動軸３１が駆動回転されると、インペラ３４が連動して回転されることにより、流体が入り口２３１を介してインペラチャンバー２３へ流入し、図１における矢印で示されているように、出口２３２から流出するようになる。

駆動軸３１は、図５に示されているように、囲い壁３１２によって細長い連動通路３１１を画成してなる中空状筒体であり、インペラチャンバー２３側の第１の冷却口３１４と冷却チャンバー２４側の第２の冷却口３１５とを有し、囲い壁３１２の外面に後記のローター４１と係合して一緒に回転するための複数のリブ３１３、３１３、・・・が突出して設けられている。

螺旋ブレード３５は、帯状ブレード部材を用いて例えば右巻きにらせん状に形成されてなるもので、第２の冷却口３１５側の第１の端３５１と第１の冷却口３１４側の第２の端３５２とを有し、駆動軸３１の回転に連動して回転されると、流体を冷却チャンバー２４側の第２の冷却口３１５からインペラチャンバー２３側の第１の冷却口３１４側へ送らせるよう連動通路３１１内に軸方向に移動不能且つ回転可能に設けられている。

駆動ユニット４は、アッパーチャンバー部２４１内に設けられたローター４１と、ステーターチャンバー２５内に設けられたステーター４２と、ステーター４２と電気的に接続されるように取付チャンバー２６内に設けられている電子制御装置４３と、を有し、駆動軸３１を回転可能に駆動するように構成される。ローター４１には、駆動軸３１をローター４１の回転によって連動回転可能に取り付けるための軸孔４１１が設けられている。

次に、以上のように構成された本発明に係る流体ポンプの動作を説明する。

流体ポンプに動力が供給されたとき、ステーター４２はローター４１及び駆動軸３１を回転させる磁界を発生させ、駆動軸３１が回転される。駆動軸３１の回転につれてインペラ３４が連動して回転し、入り口２３１を介して導入された流体が強制的にインペラチャンバー２３に向かって流れ、出口２３２を通って流出する。インペラチャンバー２３に流れた流体の一部は冷却通路２７を通ってアッパーチャンバー部２４１に向かって流れ、そして、連通チャンバー部２４３を通ってボトムチャンバー部２４２に向かって流れる。このように流体の流れによってステーター４２、ローター４１、電子制御装置４３、第１の軸受け３２や、第２の軸受け３３等の熱を発散させることができる。

また、インペラ３４が回転されたとき、中央付近の圧力が外周の圧力よりも低くなるため、その圧力差により、冷却チャンバー２４に流れた流体がボトムチャンバー部２４２から連動通路３１１を通ってインペラチャンバー２３へ戻って流れるようになる。また、螺旋ブレード３５は駆動軸３１の回転に連動して回転されると、流体が強制的に第２の冷却口３１５から連動通路３１１及び第１の冷却口３１４を通ってインペラチャンバー２３へと流れるようになる。

以上により、インペラチャンバー２３におけるインペラ３４の回転による圧力差によって流体がインペラチャンバー２３から冷却チャンバー２４へ、また螺旋ブレード３５の回転による螺旋推進力により、流体が連動通路３１１を通って冷却チャンバー２４からインペラチャンバー２３へ戻るように流れることができる。また駆動軸３１の回転速度を高めれば流体の流速を速めることができる。従って、本発明によれば放熱効率が高く冷却効果が良い流体ポンプを得ることができる。

（実施例２）
図６は、本発明の実施例２に係る電動流体ポンプを示す断面図である。本実施例が、実施例１と異なるところは、螺旋ブレード３５Ａが、左巻きにらせん状に形成されており、インペラチャンバー２３側の第１の端３５１と冷却チャンバー２４側の第２の端３５２とを有する点である。螺旋ブレード３５Ａが駆動軸３１の回転に連動して回転されると、流体がインペラチャンバー２３側の第１の冷却口３１４から冷却チャンバー２４側の第２の冷却口３１５側へ流れるようになっている。

流体ポンプに動力が供給されたとき、駆動軸３１の回転によりインペラ３４が連動して回転すると、入り口２３１を介して導入された流体が強制的にインペラチャンバー２３に向かって流れ、出口２３２を通って流出する。インペラチャンバー２３に流れた流体の一部は冷却通路２７を通ってアッパーチャンバー部２４１及びボトムチャンバー部２４２に向かって流れる。そのとき、流体は第２の冷却口３１５を通って連動通路３１１に流れようとするが、螺旋ブレード３５Ａの巻き方向により冷却通路２７を通って連動通路３１１に流れる流体に対して抵抗を掛けることができるので、連動通路３１１への流体の量が減る。これにより、入り口２３１から出口２３２へ向かって流出する量が増えるので、流体の流出圧力値が大きくなる。

このように、螺旋ブレード３５Ａの巻き方向を変えることによって、連動通路３１１を通る流体に対して抵抗力をかけることができるので、流体がインペラチャンバー２３を通って出口２３２から出る圧力値を変えることができる。また、螺旋ブレード３５Ａの巻きのリード角を変えることによって、流体の流れに対する抵抗性を変えることができる。従って、螺旋ブレード３５Ａの巻き設計により簡単に流体の流速を変えることができるため、効率よく放熱する構成が簡単に得られる。

（実施例３）
図７は、本発明の実施例３に係る電動流体ポンプに用いられた螺旋ブレードを示す図である。本実施例に用いられる螺旋ブレード３５Ｂは、図示のごとく、４枚のブレード部材３５３から多重巻き状に構成されている。

この実施例によっても、上記実施例と同様な効果が得られる。

なお、螺旋ブレード３５Ｂのブレード部材３５３の個数等は図示例に限らず、必要に応じて適宜増減することができ、上記実施形態と同様な作用効果を得ることができる。

（実施例４）
図８は、本発明の実施例４に係る電動流体ポンプを示す断面図である。この実施例４は、上記実施例１と類似する構成を有する他、隔壁ユニット２２Ａには、取付チャンバー２６寄りに第２の隔壁２２２とある間隔をおいて対向する第３の隔壁２２８が更に設けられている。ポンプハウジング２Ａ内の第２の隔壁２２２と第３の隔壁２２８とにより、冷却チャンバー２４と取付チャンバー２６との間に補助冷却チャンバー２８を画成する。第３の隔壁２２８には、補助冷却チャンバー２８に向かって凹凸面２８１が形成されている。このようにすると、取付チャンバー２６の熱放出効果がより一層向上することができる。

以上の通り、本発明に係る流体ポンプは、駆動軸３１内に取り付けられた所定の巻き方向を有する螺旋ブレード３５（３５Ａ、３５Ｂ）により、連動通路３１１を通る流体の流れ量を変えることができるので、ポンプ本体の基本構造や仕様を変えることなく、流体の出力圧力値を変えることができる。また、本発明に係る流体ポンプは螺旋ブレード３５（３５Ａ、３５Ｂ）のブレード部材の数、巻き角度により流体の流れの速度や量を変えることができるので、ポンプ本体の基本構造や仕様を変えることなく、所望の冷却効果を得るポンプを構成することができる。

本発明に係る流体ポンプは、冷却システムを備えた駆動軸付きのポンプモータに有用である。

２、２Ａポンプハウジング２２、２２Ａ隔壁ユニット
２０１メインハウジング２２１第１の隔壁
２０２第１のエンドカバー２２２第２の隔壁
２０３第２のエンドカバー２２３環状隔壁
２１周壁２２４第１の取付孔
２２５第１の取付ブロック３１駆動軸
２２６第２の取付孔３１１連動通路
２２７第２の取付ブロック３１２囲い壁
２２８第３の隔壁３１３リブ
２３インペラチャンバー３１４第１の冷却口
２３１入り口３１５第２の冷却口
２３２出口３２第１の軸受け
２４冷却チャンバー３３第２の軸受け
２４１アッパーチャンバー部３４インペラ
２４２ボトムチャンバー部３５、３５Ａ、３５Ｂ螺旋ブレード
２４３連通チャンバー部３５１第１の端
２５ステーターチャンバー３５２第２の端
２６取付チャンバー３５３ブレード部材
２７冷却通路４駆動ユニット
２７１流通口４１ローター
２８補助冷却チャンバー４１１軸孔
２８１凹凸面４２ステーター
２９輸送方向４３電子制御装置
３スラストユニット

Claims

周壁により所定の取付空間を画成する中空状のポンプハウジングであって、前記取付空間内に隔壁ユニットによりインペラチャンバー、冷却チャンバー及び前記インペラチャンバーと前記冷却チャンバーとを連通する冷却通路を画成してなるポンプハウジングと、
前記ポンプハウジング内に前記隔壁ユニットによって支持され回転可能に設けられた駆動軸、前記駆動軸内に前記インペラチャンバーと前記冷却チャンバーとを空間的に連通して設けられた連動通路、前記駆動軸と連動可能に連結されており前記インペラチャンバー内に設けられたインペラ及び前記連動通路を貫通して前記駆動軸の回転と連動して回転可能に設けられた螺旋ブレードを有するスラストユニットと、
前記駆動軸を回転可能に駆動する駆動ユニットと、を備え、
前記駆動軸が前記駆動ユニットによって回転駆動されたとき、前記インペラが前記駆動軸の回転に連動して回転されると、前記インペラチャンバーに導入された流体が所定の輸送方向に従って前記インペラチャンバーを通って流れ、また、前記螺旋ブレードも前記駆動軸の回転に連動して回転されると、前記流体の一部が前記連動通路を流れる量を変え、
前記ポンプハウジングには、前記隔壁ユニットにより、前記冷却チャンバーを囲むステーターチャンバーと、前記インペラチャンバーから離れて前記冷却チャンバーの近くに取付チャンバーと、が更に画成されており、
前記駆動ユニットは、前記冷却チャンバー内に設けられたローターと、前記ステーターチャンバー内に設けられたステーターと、前記ステーターと電気的に接続されるように前記取付チャンバー内に設けられている電子制御装置と、を有し、
前記隔壁ユニットは、前記インペラチャンバーと前記冷却チャンバーとに仕切る第１の隔壁と、前記冷却チャンバーと前記取付チャンバーとに仕切る第２の隔壁と、前記第１の隔壁と前記第２の隔壁との間に設けられ前記冷却チャンバーと前記ステーターチャンバーとに仕切る環状隔壁と、を有し、
前記第１の隔壁には、前記駆動軸が貫通する第１の取付孔と、前記第１の取付孔を取り囲んで設けられた複数の第１の取付ブロックと、が設けられ、
前記第２の隔壁には、前記駆動軸が貫通する第２の取付孔と、前記第２の取付孔を取り囲んで設けられた複数の第２の取付ブロックと、が設けられ、
前記スラストユニットは、前記複数の第１の取付ブロックの間に前記駆動軸を回転可能に支えるように設けられた第１の軸受けと、前記複数の第２の取付ブロックの間に前記駆動軸を回転可能に支えるように設けられた第２の軸受けと、を更に有することを特徴とする流体ポンプ。
前記連動通路は前記インペラチャンバー側の第１の冷却口と、前記冷却チャンバー側の第２の冷却口と、を有し、
前記螺旋ブレードは、前記第２の冷却口側の第１の端と、前記第１の冷却口側の第２の端と、を有し、
前記螺旋ブレードが前記駆動軸の回転に連動して、流体を前記第２の冷却口から前記第１の冷却口側へ送らせるように推進することを特徴とする請求項１に記載の流体ポンプ。
前記連動通路は前記インペラチャンバー側の第１の冷却口と、前記冷却チャンバー側の第２の冷却口と、を有し、
前記螺旋ブレードは、前記第１の冷却口側の第１の端と、前記第２の冷却口側の第２の端と、を有し、
前記螺旋ブレードが前記駆動軸の回転に連動して、前記冷却通路を通って前記連動通路に流れる流体に対して抵抗をかけるようにすることを特徴とする請求項１に記載の流体ポンプ。
前記螺旋ブレードは、複数枚のブレード部材から多重巻き状に構成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかの項に記載の流体ポンプ。
前記ポンプハウジング内には、前記隔壁ユニットにより前記冷却チャンバーと前記取付チャンバーとの間に補助冷却チャンバーが更に画成されており、
前記隔壁ユニットにおける前記補助冷却チャンバーを画成した一部には、前記補助冷却チャンバーに向かって凹凸面が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の流体ポンプ。
前記ローターには、前記駆動軸を前記ローターの回転によって連動回転可能に取り付けるための軸孔が設けられ、
前記駆動軸は、囲い壁によって前記連動通路を画成してなる中空状筒体であり、前記囲い壁の外面に前記軸孔内に係合するための複数のリブが突出して設けられていることを特徴とする請求項５に記載の流体ポンプ。
前記冷却通路には、前記複数の第１の取付ブロックによって仕切られる複数の流通口が形成され、
前記冷却チャンバーは、前記流通口を介して前記インペラチャンバーと連通して前記ローターが取り付けられるためのアッパーチャンバー部と、前記第２の隔壁側のボトムチャンバー部と、前記複数の第２の取付ブロックによって仕切られており前記アッパーチャンバー部と前記ボトムチャンバー部との間を連通する複数の連通チャンバー部と、を有することを特徴とする請求項６に記載の流体ポンプ。