JP6990119B2 - モータポンプ - Google Patents

Description

本発明は、永久磁石が埋設された羽根車を、モータ固定子が発生する磁界により回転させるモータポンプに関する。

永久磁石が埋設された羽根車を、モータ固定子が発生する磁界により回転させるモータポンプの従来例として、特許文献１に記載されているポンプが知られている。この特許文献１に記載のモータポンプは、永久磁石が埋設された羽根車と、羽根車に対向して配置されたモータ固定子とを有し、羽根車は１つの球面軸受により回転自在に支持されている。この球面軸受はいわゆる動圧軸受であり、羽根車を回転自在に支持しつつ、傾動自在に支持することが可能となっている。

上記モータ固定子は複数の固定子コイルを有しており、これら固定子コイルに三相電流を流すと回転磁界が発生する。この回転磁界は羽根車に埋設されている永久磁石に作用し、羽根車を回転駆動する。ポンプが取り扱う液体がモータ固定子に接触すると漏電してしまうため、モータ固定子と羽根車との間にはモータケーシングが設けられており、モータケーシングによって液体のモータ固定子への浸入が防止されている。

モータ固定子が発生する回転磁界は、上記モータケーシングを介して羽根車の永久磁石に作用する。このモータケーシングが金属から形成されていると、回転磁界の通過に伴って渦電流がモータケーシングに発生し、モータケーシングの発熱やモータ効率の低下を引き起こしてしまう。そこで、このような渦電流の発生を防ぐため、モータケーシングは、通常、樹脂から形成されている。樹脂製のモータケーシングは、固定子コイルがモータケーシングに接触しても該固定子コイルの電気的絶縁が保たれ、地絡のおそれがないという利点がある。

特許第２５４４８２５号公報

しかしながら、移送される液体が高温であったり、またはモータケーシングの温度が激しく変化するような条件下でポンプが使用されると、熱膨張または収縮によってモータケーシングが変形してしまう。また、通電によりモータ固定子自体が発熱し、モータケーシングを熱膨張により変形させるおそれがある。通常、羽根車とモータケーシングとの間の隙間は小さいため、モータケーシングが変形すると、回転する羽根車がモータケーシングに接触するおそれがある。

そこで、本発明は、樹脂製のモータケーシングの機械的強度を確保しつつ、該モータケーシングの熱による変形を防ぐことができるモータポンプを提供することを目的とする。

本発明の一態様は、永久磁石が埋設された羽根車と、前記羽根車を収容するポンプケーシングと、複数の固定子コイルを有するモータ固定子と、前記モータ固定子を収容する樹脂製のモータケーシングとを備え、前記モータケーシングは、前記羽根車と前記固定子コイルとの間に位置する隔壁と、放射状に延びる複数のリブと、前記隔壁の内側縁部に接続された内枠部を有し、前記隔壁は前記複数のリブに固定されており、前記内枠部の外面には複数のガイド突起が形成されており、前記複数のガイド突起の間には複数の窪みが形成され、前記複数のガイド突起は、前記複数のリブにそれぞれ接続されていることを特徴とするモータポンプである。

本発明の好ましい態様は、前記モータ固定子の内周面は、前記複数のガイド突起の少なくとも１つの最外面に接触していることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記複数の窪みには、ポッティング材が充填されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記複数のガイド突起および前記複数の窪みは、前記モータケーシングの軸心の周りに等間隔で配列されていることを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記羽根車から吐出された液体を、前記羽根車と前記隔壁との隙間から前記羽根車の液体入口に戻す少なくとも１つの戻り流路をさらに備えたことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記モータケーシングよりも高い熱伝導率を有する材料からなる放熱部材をさらに備え、前記放熱部材は前記モータ固定子に接触していることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、冷却液が流れる冷却室が前記放熱部材に取り付けられていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記モータケーシングに形成された液体流路に連結され、かつ金属からなる吸込ポートをさらに備え、前記放熱部材は前記吸込ポートに接触していることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記吸込ポートは円筒状の軸部を有し、前記軸部の外周面には、ねじ部が形成されており、前記モータケーシングには、ねじ溝が形成されており、前記ねじ部は前記ねじ溝に螺合されており、前記放熱部材は、前記吸込ポートと前記モータケーシングとに挟まれていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記放熱部材は、金属またはセラミックからなることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記放熱部材は、前記モータ固定子を収容する収容空間を塞ぐモータカバーとして機能することを特徴とする。

上述した本発明によれば、以下のような効果が得られる。
（１）内枠部の外面に形成されている複数のガイド突起は、補強リブとして機能し、内枠部の機械的強度を高めることができる。
（２）複数のガイド突起の間には複数の窪みが形成されているので、内枠部の全体を薄肉化することができる。したがって、内枠部は、モータ固定子から伝わった熱を、モータケーシングに接触する液体に効率よく放散することができる。結果として、熱によるモータケーシングの変形を防止することができる。
（３）モータ固定子の内周面は、モータ固定子は複数のガイド突起によって位置決めされる。つまり、モータ固定子の内周面をモータケーシングに嵌合させることで、モータ固定子とモータケーシングとの芯出しが達成される。
（４）複数の窪みを含むモータケーシングの内部は、ポッティング材で充填される。窪みは、ポッティング材を充填するときの流路として機能し、ポッティング材の流れを改善することができる。結果として、ポッティング材の充填作業を格段に向上させることができるとともに、充填後のポッティング材の状態を確認する作業が容易になる。さらに、モータケーシングの内部に充填されたポッティング材は、電気的絶縁材としてのみならず、補強材および放熱材としても機能するので、熱によるモータケーシングの変形を防止することができる。

本発明の一実施形態に係るモータポンプを示す断面図である。 図１に示すモータポンプを矢印Ａ方向から見た図である。 羽根車に埋設されている永久磁石を示す平面図である。 図４（ａ）はモータ固定子を示す平面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）に示すＢ－Ｂ線断面図である。 モータケーシングの平面図である。 図５に示すＣ－Ｃ線断面図である。 モータケーシング内に充填されたポッティング材を示す模式図である。 モータケーシングとモータ固定子の寸法の一例を示す部分断面図である。 モータケーシングとモータ固定子の寸法の他の例を示す部分断面図である。 図６に示すモータケーシングの一部を矢印Ｄで示す方向から見た図である。 戻り流路を示す断面図である。 モータカバーとしての放熱部材に冷却室が設けられた一実施形態を示す断面図である。 本発明の他の実施形態に係るモータポンプを示す断面図である。 図１３に示すストレーナの断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るモータポンプを示す断面図であり、図２は図１に示すモータポンプを矢印Ａ方向から見た図である。このモータポンプは、複数の永久磁石５が埋設された羽根車１と、これらの永久磁石５に作用する磁力を発生するモータ固定子６と、羽根車１を収容するポンプケーシング２と、モータ固定子６を収容するモータケーシング３と、羽根車１のラジアル荷重およびスラスト荷重を支持する軸受１０とを備えている。モータ固定子６および軸受１０は、羽根車１の吸込側に配置されている。

ポンプケーシング２とモータケーシング３とは、図２に示す複数の連結ボルト８によって互いに固定されている。ポンプケーシング２とモータケーシング３との間にはシール部材としてのＯリング９が設けられている。羽根車１とモータケーシング３とは微小な隙間を介して対向しており、羽根車１は、モータ固定子６により発生する回転磁界が永久磁石５に作用することによって回転する。羽根車１とモータケーシング３との隙間は、互いに接触しない程度でできるだけ小さいことが好ましく、具体的には、０．５ｍｍ～１ｍｍの範囲内で隙間を形成することが好ましい。

羽根車１は単一の軸受１０によって回転自在に支持されている。この軸受１０は液体の動圧を利用した滑り軸受（動圧軸受）である。この軸受１０は、互いに緩やかに係合する回転側軸受要素１１と固定側軸受要素１２の組み合わせから構成される。回転側軸受要素１１は、羽根車１に固定されており、羽根車１の液体入口を囲むように配置されている。固定側軸受要素１２はモータケーシング３に固定されており、回転側軸受要素１１の吸込側に配置されている。この固定側軸受要素１２は、羽根車１のラジアル荷重を支持するラジアル面１２ａと、羽根車１のスラスト荷重を支持するスラスト面１２ｂとを有している。ラジアル面１２ａは羽根車１の軸心と平行であり、スラスト面１２ｂは羽根車１の軸心に対して垂直である。

回転側軸受要素１１は環状の形状を有しており、回転側軸受要素１１の内周面が固定側軸受要素１２のラジアル面１２ａに対向し、回転側軸受要素１１の側面が固定側軸受要素１２のスラスト面１２ｂに対向している。回転側軸受要素１１の内周面とラジアル面１２ａとの間、および回転側軸受要素１１の側面とスラスト面１２ｂとの間には微小な隙間が形成されている。また、回転側軸受要素１１の内周面および側面には、動圧を発生させるための図示しないスパイラル溝が形成されている。

羽根車１から吐き出された液体の一部は、羽根車１とモータケーシング３との間の微小な隙間を通って軸受１０に導かれる。回転側軸受要素１１が羽根車１とともに回転すると、回転側軸受要素１１と固定側軸受要素１２との間に液体の動圧が発生し、これにより羽根車１が軸受１０によって支持される。固定側軸受要素１２は、直交するラジアル面１２ａおよびスラスト面１２ｂにより回転側軸受要素１１を支持しているので、羽根車１の傾動は軸受１０により制限される。軸受１０（回転側軸受要素１１および固定側軸受要素１２）は、セラミックまたはカーボンなどの耐摩耗性に優れた材料から形成されている。

モータケーシング３には、吸込口１５ａを有する吸込ポート１５が連結されている。この吸込ポート１５は、ステンレス鋼などの金属からなり、図示しない吸込ラインに接続される。吸込ポート１５、モータケーシング３、および軸受１０の中心部には、それぞれ液体流路１５ｂ，３ａ，１０ａが形成されている。これら液体流路１５ｂ，３ａ，１０ａは一列に連結され、吸込口１５ａから羽根車１の液体入口まで延びる１つの液体流路１４を構成する。

吸込ポート１５は、円筒状の基部１５ｃと、該基部１５ｃよりも小さい直径を有する、円筒状の軸部１５ｄとを有する。基部１５ｃと軸部１５ｄとは、一体に構成されており、軸部１５ｄは、基部１５ｃからモータケーシング３内に延びている。基部１５ｃおよび軸部１５ｄの中心軸は、吸込ポート１５の中心軸に一致し、基部１５ｃおよび軸部１５ｄの内周面によって、液体流路１５ｂが形成されている。吸込ポート１５の液体流路１５ｂは、モータケーシング３の液体流路３ａに接続されている。軸部１５ｄの外周面の一部には、ねじ部１５ｅが形成され、モータケーシング３には、ねじ溝３ｂが形成される。吸込ポート１５のねじ部１５ｅをモータケーシング３のねじ溝３ｂに係合させることにより、吸込ポート１５がモータケーシング３に固定される。

軸部１５ｄの先端側の外周面には、ねじ部１５ｅは形成されていない。ねじ部１５ｅが形成されていない軸部１５ｄの外周面には、環状溝１５ｆが設けられる。この環状溝１５ｆ内には、モータケーシング３と吸込ポート１５との間の隙間をシールするＯリング１３が配置される。

ポンプケーシング２の側面には、吐出口１６ａを有する吐出ポート１６が設けられており、回転する羽根車１によって昇圧された液体は、吐出口１６ａを通って吐き出される。なお、本実施形態に係るモータポンプは、吸込口１５ａと吐出口１６ａが直交する、いわゆるエンドトップ型モータポンプである。

羽根車１は、滑りやすく、かつ摩耗しにくい非磁性材料から形成されている。例えば、テフロン（登録商標）やＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド）などの樹脂や、セラミックが好適に使用される。ポンプケーシング２およびモータケーシング３も羽根車１と同じ材料から形成することができる。なお、軸受１０の回転側軸受要素１１を省略し、羽根車１の一部にスパイラル溝を形成し、固定側軸受要素１２のラジアル面１２ａおよびスラスト面１０ｂで羽根車１を支持してもよい。

図３は羽根車１に埋設されている永久磁石５を示す平面図である。図３に示すように、複数の永久磁石５は環状に配列されており、Ｓ極とＮ極とが交互に配置されている。それぞれの永久磁石５は扇形の形状を有しており、本実施形態では、永久磁石５の数は８つ（すなわち８極）である。図１に示すように、羽根車１には複数の永久磁石５に隣接して環状のマグネットヨーク（磁性体）１９が埋設されている。永久磁石５はマグネットヨーク１９の吸込側に配置されている。永久磁石５とモータ固定子６とは互いに対向するように配置され、モータ固定子６は羽根車１の吸込側に配置されている。モータ固定子６はモータケーシング３内に配置されており、モータ固定子６が収容される収容空間は放熱部材２０によって塞がれている。本実施形態では、複数の永久磁石５が設けられているが、本発明は本実施形態に限定されず、複数の磁極が着磁された１つの永久磁石を用いてもよい。具体的には、Ｓ極とＮ極とが交互に着磁された、複数の磁極を有する１つの環状の永久磁石を用いてもよい。

図４（ａ）はモータ固定子６を示す平面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）に示すＢ－Ｂ線断面図である。図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、モータ固定子６は、複数の歯６ａおよびヨーク部６ｂを有する固定子コア６Ａと、これらの歯６ａにそれぞれ巻回された固定子コイル６Ｂを有している。ヨーク部６ｂは環状であり、歯６ａはヨーク部６ｂと一体に構成されている。歯６ａは、ヨーク部６ｂの一方の面上に等間隔で並んでいる。歯６ａおよび固定子コイル６Ｂは、モータ固定子６の周方向に沿って配列されている。本実施形態では、６つの歯６ａに固定子コイル６Ｂがそれぞれ巻かれており、磁極数は６となっている。羽根車１およびモータ固定子６は、軸受１０および吸込口１５ａと同心状に配列されている。

固定子コイル６Ｂには、３本のリード線１７（図２参照）が接続されており、そのリード線１７の端子は図示しない駆動回路に接続される。この駆動回路は、スイッチング素子を用いて各固定子コイル６Ｂに供給する電流のタイミングを制御する機器である。より具体的には、駆動回路は、回転する永久磁石５の位置に基づいて各固定子コイル６Ｂに供給する電流のタイミングを制御する。永久磁石５の位置を検出する方法としては、ホール素子などの位置センサを用いる方法や、位置センサを用いずに固定子コイル６Ｂに発生する逆起電力を利用した方法などが挙げられる。本実施形態に係るモータポンプは、位置センサを用いたセンサ駆動方式または位置センサを用いないセンサレス駆動方式のいずれを採用してもよい。

上述した駆動回路は、永久磁石５の位置に基づいて固定子コイル６Ｂへの電流の通電を適宜切り替え、これによって永久磁石５、すなわち羽根車１が回転する。羽根車１が回転すると、液体は吸込口１５ａから羽根車１の液体入口に導入される。液体は羽根車１の回転によって昇圧され、吐出口１６ａから吐き出される。羽根車１が液体を移送している間、羽根車１の背面は昇圧された液体によって吸込側に（すなわち吸込口１５ａに向かって）押圧される。軸受１０は、羽根車１の吸込側に配置されているので、羽根車１のスラスト荷重を吸込側から支持する。本実施形態に係る構成によれば、１つの軸受１０により羽根車１のラジアル荷重およびスラスト荷重を非接触で支持することができるので、パーティクルを発生させることのないコンパクトなモータポンプを実現することができる。

図５はモータケーシング３の平面図であり、図６は図５に示すＣ－Ｃ線断面図である。モータケーシング３は、外枠部３０と、内枠部３１と、外枠部３０および内枠部３１を連結する隔壁３２とを備えている。内枠部３１には、吸込ポート１５のねじ部１５ｅが螺合されるねじ溝３ｂが形成されている。外枠部３０は、上述した連結ボルト８（図２参照）が挿入される複数の通孔３４が形成されている。内枠部３１は、略円筒形状を有しており、その中心部には液体が通過する液体流路３ａが形成されている。隔壁３２は、環状の形状を有している。隔壁３２の内側縁部は内枠部３１に接続されており、隔壁３２の外側縁部は外枠部３０に接続されている。そして、外枠部３０と、内枠部３１と、隔壁３２とにより、モータ固定子６が収容される環状の収容空間が形成されている。

モータケーシング３は、隔壁３２に固定された複数のリブ３６をさらに備えている。これらのリブ３６は、隔壁３２を横切るように放射状に延びており、かつ周方向に等間隔に配列されている。リブ３６の内端は内枠部３１に固定され、リブ３６の外端は外枠部３０に固定されている。隔壁３２の内側の表面は、放射状に延びるリブ３６に固定されており、これにより隔壁３２の機械的強度が補強されている。上述した収容空間は、リブ３６によって複数のセグメントに仕切られており、これらセグメント内にモータ固定子６の固定子コイル６Ｂがそれぞれ収容される。リブ３６の数は、本実施形態のように、固定子コイル６Ｂの数と同じであることが好ましい。この場合は、固定子コイル６Ｂの間に各リブ３６が配置される。

内枠部３１の外面には、複数のガイド突起４０が形成されている。これらガイド突起４０はモータケーシング３の軸心ＣＬの周りに等間隔で配列されている。本実施形態では、各ガイド突起４０は、軸心ＣＬと平行に延びている。モータケーシング３の軸心ＣＬから複数のガイド突起４０の最外面４０ａまでの距離は、互いに同じである。本実施形態では、ガイド突起４０の数は、リブ３６の数と同じであり、かつモータケーシング３の周方向におけるガイド突起４０の位置も、モータケーシング３の周方向におけるリブ３６の位置と同じである。ガイド突起４０はリブ３６にそれぞれ接続されている。より具体的には、リブ３６の内端はガイド突起４０の最外面４０ａにそれぞれ接続されている。

ガイド突起４０は、補強リブとして機能し、内枠部３１の機械的強度を高めることができる。一実施形態では、ガイド突起４０の数は、リブ３６の数よりも少なくてもよいが、内枠部３１の機械的強度を確保する観点から、少なくとも２つのガイド突起４０を設けることが好ましい。複数のガイド突起４０の間には、複数の窪み４４が形成されている。ガイド突起４０と窪み４４は、モータケーシング３の軸心ＣＬの周りに交互に配列されている。複数の窪み４４も、モータケーシング３の軸心ＣＬの周りに等間隔で配列されている。

外枠部３０、内枠部３１、隔壁３２、リブ３６、およびガイド突起４０は、一体構成である。モータ固定子６の電気的絶縁を確保し、かつ渦電流の発生を防止する観点から、モータケーシング３は非金属材料から構成されている。モータケーシング３を構成する材料としては、樹脂が好ましく使用される。より具体的には、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）などの安価な樹脂が使用される。樹脂製のモータケーシング３は、固定子コイル６Ｂがモータケーシング３に接触しても該固定子コイル６Ｂの電気的絶縁が保たれ、地絡のおそれがないという利点がある。樹脂でモータケーシング３を形成する方法としては、射出成形が挙げられる。

複数のガイド突起４０の間には複数の窪み４４が形成されているので、内枠部３１の全体を薄肉化することができる。したがって、内枠部３１は、モータ固定子６から伝わった熱を、モータケーシング３の液体流路３ａを流れる液体に効率よく放散することができる。結果として、熱によるモータケーシング３の変形を防止することができる。

図１に示すように、モータ固定子６の内周面６ｃは、複数のガイド突起４０の最外面４０ａに接触している。このような配置によれば、モータ固定子６は複数のガイド突起４０によって位置決めされる。つまり、モータ固定子６の内周面６ｃをモータケーシング３に嵌合させることで、モータ固定子６とモータケーシング３との芯出し、すなわちモータ固定子６の径方向の位置決めが達成される。さらに、複数のガイド突起４０の最外面４０ａは、モータ固定子６の内周面６ｃに接触しているので、固定子コイル６Ｂで発生した熱は、モータケーシング３に効率よく伝わり、モータケーシング３の液体流路３ａを流れる液体に熱を逃すことができる。モータ固定子６の内周面６ｃと、複数の最外面４０ａのうちのいずれかとの間に、微小な隙間が形成されてもよい。この場合でも、他の最外面４０ａは、モータ固定子６の内周面６ｃに接触するので、モータ固定子６の径方向の位置決めが達成され、かつ、固定子コイル６Ｂで発生した熱を、モータケーシング３に伝達することができる。

図７は、モータケーシング３内に充填されたポッティング材５０を示す模式図である。図７に示すように、複数の窪み４４を含むモータケーシング３の内部は、ポッティング材５０で充填されている。固定子コア６Ａおよび固定子コイル６Ｂは、ポッティング材５０で覆われている。窪み４４は、ポッティング材５０を充填するときの流路として機能し、ポッティング材５０の流れを改善することができる。結果として、ポッティング材５０の充填作業を格段に向上させることができるとともに、充填後のポッティング材５０の状態を確認する作業が容易になる。さらに、モータケーシング３の内部に充填されたポッティング材５０は、電気的絶縁材としてのみならず、補強材および放熱材としても機能するので、熱によるモータケーシング３の変形を防止することができる。なお、図１ではポッティング材５０の図示は省略されている。

モータケーシング３の隔壁３２は、図１に示すように、羽根車１の吸込側の側面に対向して配置される。すなわち、隔壁３２は、羽根車１と固定子コイル６Ｂとの間に位置しており、羽根車１とモータ固定子６とを仕切る機能を有する。モータ固定子６が発生する回転磁界は、隔壁３２を通って羽根車１の永久磁石５に到達する。したがって、モータケーシング３の隔壁３２は、できるだけ薄いことが好ましい。例えば、モータケーシング３の隔壁３２は、数ｍｍの厚さとされる。

本実施形態に係るモータポンプは、幅広い範囲の温度（例えば、－４０℃～２００℃）の液体を移送または循環する用途に使用される。モータポンプの運転中、モータケーシング３の隔壁３２は、モータ固定子６から発生した熱を受ける。これに加え、モータケーシング３の隔壁３２は、液体との接触によって加熱または冷却される。このような運転条件下でも、隔壁３２は複数のリブ３６により補強されているので、熱変形が起こりにくい。したがって、ポンプ運転中における羽根車１とモータケーシング３との接触を防止することができる。

さらに、各リブ３６は、隔壁３２に固定されるのみならず、内枠部３１および外枠部３０にも固定されている。したがって、リブ３６はモータケーシング３全体の剛性を高めることができる。しかも、これらのリブ３６は、モータケーシング３の補強部材として機能するのみならず、隣接する固定子コイル６Ｂ間の電気的絶縁を確保する絶縁部材としても機能する。すなわち、固定子コイル６Ｂと同数のリブ３６を設けることにより、各リブ３６は固定子コイル６Ｂの間に挟まれることになり、リブ３６によって固定子コイル６Ｂ間の電気的絶縁が確保される。

本実施形態のモータポンプには、図１に示すように、モータ固定子６の固定子コア６Ａおよび吸込ポート１５に接触する放熱部材２０が設けられている。放熱部材２０は、モータケーシング３よりも高い熱伝導率を有する材料からなる。このような材料は、例えば、ステンレス鋼またはアルミニウムなどの金属、またはセラミックである。

図１に示すように、モータ固定子６は、モータケーシング３内に形成された収容空間に収容されており、該収容空間は、図１に示すように放熱部材２０により塞がれる。したがって、本実施形態の放熱部材２０は、モータ固定子６の収容空間を塞ぐモータカバーとして機能する。モータ固定子６は、モータケーシング３と放熱部材２０とによって挟まれている。放熱部材２０は、モータ固定子６の収容空間を塞ぐカバープレート２０ａと、カバープレート２０ａの表面からモータ固定子６に向かって突出する固定リング２０ｂとを備えている。これらのカバープレート２０ａと固定リング２０ｂとは一体に形成されている。カバープレート２０ａと固定リング２０ｂとを別部材としてもよい。この場合も、カバープレート２０ａと固定リング２０ｂは、いずれもモータケーシング３よりも高い熱伝導率を有する材料からなる。

カバープレート２０ａは、全体として円盤形状であり、その中央には吸込ポート１５が挿入される孔が形成されている。吸込ポート１５のねじ部１５ｅはモータケーシング３のねじ溝３ｂに螺合されている。放熱部材２０のカバープレート２０ａの一部が、吸込ポート１５の基部１５ｃとモータケーシング３との間に挟まれている。この状態で、放熱部材２０の固定リング２０ｂはモータ固定子６の固定子コア６Ａに接触しており、モータ固定子６をモータケーシング３の隔壁３２に対して押圧している。このように、本実施形態の放熱部材２０は、固定子コア６Ａおよび吸込ポート１５に接触すると共に、モータ固定子６の位置を固定する固定部材としても機能する。

モータ固定子６の固定子コイル６Ｂに電流を流すと、固定子コイル６Ｂが発熱する。熱の一部はモータケーシング３を介して液体に伝達され、他の一部はモータケーシング３および放熱部材２０を介して外気に放散される。モータ固定子６で発生した熱は、モータケーシング３よりも高い熱伝導率を有する放熱部材２０に伝達され、この放熱部材２０から効率良く外気に放散される。

放熱部材２０は金属またはセラミックから構成されている。放熱部材２０を金属またはセラミックで構成する理由は、モータ固定子６で発生した熱を放熱部材２０を介して効率よく外気に逃がすためである。放熱部材２０の固定リング２０ｂはモータ固定子６に接触しているので、モータ固定子６の熱は、放熱部材２０に伝達され、さらに放熱部材２０から外気に放散される。

放熱部材２０は、吸込ポート１５に接触している。吸込ポート１５は、ステンレス鋼などの金属からなるので、高い熱伝導率を有している。したがって、放熱部材２０から吸込ポート１５に伝達された熱は、吸込ポート１５からも効率良く外気に放散される。さらに、吸込ポート１５は、その液体流路１５ｂ内を流れる液体と接触している。したがって、吸引ポート１５に伝達された熱は、液体流路１５ｂ内を流れる液体に伝達される。その結果、モータ固定子６で発生した熱をさらにモータポンプの外部に効率良く放散することができるので、モータ固定子６の温度の上昇を効率良く抑制することができる。

放熱部材２０の固定リング２０ｂの内周面は、ガイド突起４０の最外面４０ａに接触している。したがって、放熱部材２０の径方向の位置決めは、固定リング２０ｂとガイド突起４０の最外面４０ａとの接触により達成される。固定リング２０ｂの内周面と、複数の最外面４０ａのうちのいずれかとの間に、微小な隙間が形成されてもよい。この場合でも、他の最外面４０ａは、固定リング２０ｂの内周面に接触することができるので、放熱部材２０の径方向の位置決めが達成される。

図８は、モータケーシング３とモータ固定子６の寸法の一例を示す部分断面図である。図８に示すように、リブ３６の高さＨ１（軸心ＣＬに沿ったリブ３６の寸法）は、固定子コア６Ａの歯６ａの高さＨ２（軸心ＣＬに沿った歯６ａの寸法）よりも小さい。したがって、固定子コア６Ａの歯６ａは隔壁３２に接触し、その一方で固定子コア６Ａのヨーク部６ｂとリブ３６との間には微小な隙間Ｇ１が形成されている。このような構成によれば、ポンプケーシング２内の液体の圧力が上昇したとき、液体の圧力を受けた隔壁３２は、リブ３６によって支持されるとともに、歯６ａによっても支持される。このように、隔壁３２は、リブ３６と歯６ａの両方によってモータ側から支持されるので、隔壁３２の変形が防止できる。

図９は、モータケーシング３とモータ固定子６の寸法の他の例を示す部分断面図である。この例では、図９に示すように、リブ３６の高さＨ３（軸心ＣＬに沿ったリブ３６の寸法）は、固定子コア６Ａの歯６ａの高さＨ４（軸心ＣＬに沿った歯６ａの寸法）よりも大きい。したがって、固定子コア６Ａの歯６ａと隔壁３２との間には微小な隙間Ｇ２が形成され、その一方で固定子コア６Ａのヨーク部６ｂはリブ３６に接触している。このような構成によれば、ポンプケーシング２内の液体の圧力が上昇したとき、隔壁３２はリブ３６に支持されるとともに、リブ３６を介して固定子コア６Ａのヨーク部６ｂによって支持される。このように、隔壁３２は、リブ３６とヨーク部６ｂの両方によってモータ側から支持されるので、隔壁３２の変形が防止できる。

図１０は図６に示すモータケーシング３の一部を矢印Ｄで示す方向から見た図である。図１０に示すように、モータケーシング３の内枠部３１には、複数の（本実施形態では３本の）戻り流路３７が形成されている。これらの戻り流路３７は、内枠部３１の内面に溝として形成されている。戻り流路３７は、リブ３６の径方向内側に設けることが好ましい。これは、リブ３６の端部には隅肉部（肉厚部）が設けられており、溝としての戻り流路３７を形成しつつ、モータケーシング３の強度を確保することができるからである。

図１１は戻り流路３７を示す断面図である。図１１に示すように、戻り流路３７は、羽根車１とモータケーシング３の隔壁３２との間の隙間から、液体流路１４まで延びている。したがって、羽根車１によって昇圧された液体の一部は、羽根車１とモータケーシング３の隔壁３２との隙間および戻り流路３７をこの順に通って羽根車１の液体入口に戻される。羽根車１と隔壁３２との隙間に存在する液体の一部は、軸受１０の回転側軸受要素１１と固定側軸受要素１２との間に入り込み、羽根車１の支持に必要な動圧を発生させる。

戻り流路３７は、軸受１０に十分な液体を供給するために設けられている。軸受１０の回転側軸受要素１１と固定側軸受要素１２との間に液体が十分に存在しないと、軸受１０が焼きつくおそれがある。特に、モータ固定子６の発熱や流体摩擦により、羽根車１と隔壁３２との隙間にある液体が沸騰すると、回転側軸受要素１１と固定側軸受要素１２との間の液体が枯渇してしまう。そこで、本実施形態では、戻り流路３７を設けることによって、羽根車１の吸込側側面と隔壁３２との隙間に液体の流れが常に形成されるようにしている。この戻り流路３７を設けることによって、モータ固定子６からの熱による液体の蒸発が抑制され、軸受１０は羽根車１の支持に十分な動圧を発生させることができる。

なお、戻り流路３７の数が増えるに従って、ポンプ性能は低下するため、戻り流路３７の数はリブ３６の数と同じである必要はない。本実施形態では、６つのリブ３６に対して３つの戻り流路３７が設けられている。

モータ固定子６の冷却効率を向上させるために、図１２に示すように、放熱部材２０に冷却室５３を設けてもよい。図１２は、図１に示すモータポンプに冷却室５３を設けた変形例を示す図である。図１２に示すように、冷却室５３は、放熱部材２０の外側の表面に取り付けられている。この冷却室５３は環状の形状を有しており、冷却液入口５３Ａと冷却液出口５３Ｂとを有している。冷却液（例えば冷却水）は、図示しない冷却液供給源から冷却液入口５３Ａを通じて冷却室５３に流入し、冷却室５３の内部を流れて冷却液出口５３Ｂから排出される。このような構成によれば、モータ固定子６で発生した熱は、金属製の放熱部材２０を通じて冷却液に伝達されるので、モータ固定子６の熱をモータポンプの外部に効率よく逃がすことができる。

図１３は、本発明の他の実施形態に係るモータポンプを示す断面図である。なお、特に説明しない本実施形態の構成は図１に示すモータポンプの構成と同様であるので、その重複する説明を省略する。ポンプの取り扱い液中に配管の錆びやごみなどの異物が含まれていると、動圧軸受である軸受１０に異物が進入し、軸受１０を破損させるおそれがある。さらに、磁性体からなる異物が液体に含まれていると、これら異物が永久磁石５を内蔵した羽根車１の表面に堆積し、ついには堆積した異物がモータケーシング３の隔壁３２と接触して隔壁３２や羽根車１を摩耗させてしまう。

そこで、異物を液体から取り除くストレーナ５５が羽根車１の外周面とモータケーシング３の内周面との間に配置されている。このストレーナ５５は、メッシュが形成された金属プレートからなるフィルタである。メッシュのサイズは、１μｍ～１００μｍであり、好ましくは１０μｍ～２０μｍである。図１４は、図１３に示すストレーナ５５の断面図である。ストレーナ５５は環状であり、より具体的には、軸方向の長さが短い円筒形状を有している。ストレーナ５５の先端は、径方向内側に折り曲げられて湾曲部５０ａを構成している。この湾曲部５０ａは、ポンプケーシング２のボリュート室２ａの壁面位置に合わせて形成されている。

羽根車１の外周面とポンプケーシング２の内周面との間には液体が通る隙間が形成されており、この隙間にストレーナ５５が挿入される。ストレーナ５５の外周面がポンプケーシング２の内周面に嵌合することで、ストレーナ５５の位置が固定される。ストレーナ５５の湾曲部５０ａは、羽根車１の外周面とポンプケーシング２の内周面との隙間を塞ぐように形成され、これにより、隙間を通過する液体から異物がストレーナ５５によって除去される。ストレーナ５５を通過した液体は、羽根車１とモータケーシング３の隔壁３２との隙間を通って軸受１０に導かれる。したがって、異物が軸受１０に進入することがなく、軸受１０の性能が維持される。このように、本実施形態によれば、羽根車１を支持する軸受（動圧軸受）１０に異物が進入することを防いで、軸受１０の性能を維持することができるモータポンプを提供することができる。

ストレーナ５５の湾曲部５０ａは湾曲した断面を有しており、ポンプケーシング２のボリュート室２ａの壁面に滑らかに接続される形状となっている。さらに、湾曲部５０ａの先端は、羽根車１の外周面に近接して配置される。すなわち、ストレーナ５５はボリュート室２ａの壁面から羽根車１の外周面まで延び、湾曲部５０ａの全体がボリュート室２ａの壁面と羽根車１の外周面とを滑らかに繋ぐ形状となっている。羽根車１から吐き出された液体の大部分は、遠心力によりボリュート室２ａおよびストレーナ５５に沿って周方向に高速で回転し、ストレーナ５５に一旦捕捉された異物は液体の流れによって洗い流され、吐出口１６ａから液体とともに排出される。したがって、ストレーナ５５のメッシュに異物が詰まりにくく、ストレーナ５５のメンテナンスが不要となる。さらに、上述した形状を有するストレーナ５５の湾曲部５０ａはボリュート室２ａの壁面の延長部を構成するので、ボリュート室２ａでの液体の乱流が抑制され、ポンプ性能が改善される。

図１乃至図１４を参照して説明したモータポンプは、吸込口と吐出口が直交する、いわゆるエンドトップ型モータポンプであるが、吸込口と吐出口と羽根車が直線上に並ぶインライン型モータポンプにも本発明は適用可能である。

上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。

１ 羽根車
２ ポンプケーシング
３ モータケーシング
５ 永久磁石
６ モータ固定子
１０ 軸受
１１ 回転側軸受要素
１２ 固定側軸受要素
１３ Ｏリング
１４ 液体流路
１５ 吸込ポート
１６ 吐出ポート
２０ 放熱部材
３０ 外枠部
３１ 内枠部
３２ 隔壁
３６ リブ
３７ 戻り流路
４０ ガイド突起
４４ 窪み
５０ ポッティング材
５３ 冷却室
５３Ａ 冷却液入口
５３Ｂ 冷却液出口
５５ ストレーナ

Claims (11)

1. 永久磁石が埋設された羽根車と、
   前記羽根車を収容するポンプケーシングと、
   複数の固定子コイルを有するモータ固定子と、
   前記モータ固定子を収容する樹脂製のモータケーシングとを備え、
   前記モータケーシングは、前記羽根車と前記固定子コイルとの間に位置する隔壁と、放射状に延びる複数のリブと、前記隔壁の内側縁部に接続された内枠部を有し、
   前記隔壁は前記複数のリブに固定されており、
   前記内枠部の外面には複数のガイド突起が形成されており、前記複数のガイド突起の間には複数の窪みが形成され、
   前記複数のガイド突起は、前記複数のリブにそれぞれ接続されていることを特徴とするモータポンプ。
2. 前記モータ固定子の内周面は、前記複数のガイド突起の少なくとも１つの最外面に接触していることを特徴とする請求項１に記載のモータポンプ。
3. 前記複数の窪みには、ポッティング材が充填されていることを特徴とする請求項１または２に記載のモータポンプ。
4. 前記複数のガイド突起および前記複数の窪みは、前記モータケーシングの軸心の周りに等間隔で配列されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のモータポンプ。
5. 前記羽根車から吐出された液体を、前記羽根車と前記隔壁との隙間から前記羽根車の液体入口に戻す少なくとも１つの戻り流路をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のモータポンプ。
6. 前記モータケーシングよりも高い熱伝導率を有する材料からなる放熱部材をさらに備え、前記放熱部材は前記モータ固定子に接触していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のモータポンプ。
7. 冷却液が流れる冷却室が前記放熱部材に取り付けられていることを特徴とする請求項６に記載のモータポンプ。
8. 前記モータケーシングに形成された液体流路に連結され、かつ金属からなる吸込ポートをさらに備え、前記放熱部材は前記吸込ポートに接触していることを特徴とする請求項６または７に記載のモータポンプ。
9. 前記吸込ポートは円筒状の軸部を有し、
   前記軸部の外周面には、ねじ部が形成されており、
   前記モータケーシングには、ねじ溝が形成されており、
   前記ねじ部は前記ねじ溝に螺合されており、前記放熱部材は、前記吸込ポートと前記モータケーシングとに挟まれていることを特徴とする請求項８に記載のモータポンプ。
10. 前記放熱部材は、金属またはセラミックからなることを特徴とする請求項６乃至９のいずれか一項に記載のモータポンプ。
11. 前記放熱部材は、前記モータ固定子を収容する収容空間を塞ぐモータカバーとして機能することを特徴とする請求項６乃至１０のいずれか一項に記載のモータポンプ。

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