WO2007029549A1

WO2007029549A1 - ポンプ駆動装置

Info

Publication number: WO2007029549A1
Application number: PCT/JP2006/316905
Authority: WO
Inventors: Fumito Komatsu
Original assignee: Yugen Kaisha K, R And D
Priority date: 2005-09-08
Filing date: 2006-08-29
Publication date: 2007-03-15
Also published as: US20090155066A1; JP2007071147A

Abstract

　ポンプ室内における流体の逆流を抑えてポンプ効率を向上することができるポンプ駆動装置を提供する。　ポンプ室８内にモータＭの出力軸４と同軸状に設けられ、軸方向両側がポンプ室８を形成するケース内壁面２４とポンプ室８に収容されるインペラ９の軸芯側内壁面２５とに各々嵌め込まれて滑合するガイド筒２３を設けた。

Description

ポンプ駆動装置

技術分野

[0001] 本発明はポンプ室に設けられたインペラの回転により当該ポンプ室に軸芯方向に流体を吸込み周方向に流体を吐出するポンプ駆動装置に関する。

背景技術

[0002] 先ず、ポンプ駆動装置の一例について説明する。図 6において、ロータ（回転子） 5 1のバックヨーク 52に 180度ずつ 2極に着磁されたロータマグネット 53が設けられている。バックヨーク 52はマグネットケース 56と連繋している。マグネットケース 56の上面には、カップリング用のマグネット 55が嵌め込まれている。マグネットケース 56はモータ側固定軸 54aにベアリング 57を介して回転可能に嵌め込まれている。ポンプ室 5 8には、モータ側固定軸 54aとねじ嵌合により連結するポンプ側固定軸 54bがー体に設けられている。このポンプ側固定軸 54bには回転羽根 (インペラ） 59が軸受 60を介して嵌め込まれている。インペラ 59は軸受 60を介してポンプ側固定軸 54bの周囲を摺動回転する。インペラ 59にはカップリング用のマグネット 61がマグネット 55と対向して設けられている。マグネット 55、 61は例えば 6極に着磁されており、磁気的結合力（マグネットカップリング）によりロータ 51とインペラ 59とは一体となって回転する。

ポンプ室 58は、ポンプケース 62とモータケース 63とを仕切り板 64を介して一体にねじ止めされて形成される。ポンプ室 58は、ポンプケース 62と仕切り板 64との間に設けられた Oリング 67によりシールされている。モータを起動すると、ロータ 51とマグネットカップリングにより連繋するインペラ 59が回転し、流体を吸込み口 65から軸方向（矢印 P方向）にポンプ室 58内へ吸込み、図 7のポンプケース 62の外周側に設けられた吐出口 66より吐出する。図 8において、インペラ 59には、放射状の突条 67が内周側から外周側に向力つて形成されている。このインペラ 59の回転による遠心力により流体を突条 67に沿って図 6の軸芯側力外周側へ向かって矢印 Q方向に導くようになって!/、る (非特許文献 1参照)。

非特許文献 1 :公開技報 10194725号公報発明の開示

図 6に示すポンプ駆動装置において、ポンプ室 58にはインペラ 59の円滑な回転を確保するため、ポンプケース 62の内壁面との間には隙間 Sが形成される。この隙間 S は、以下の理由により設けられる。即ち、一体成形されるポンプケース 62の寸法精度力も干渉を防ぐ必要があること、放射状の突条 67が形成された上部とカップリング用のマグネット 61を内包した下部とが溶着されて形成されるインペラ 59の芯出しが難しく同軸度が精度よく製作し難いこと、或いは固定軸 54a、 54bの傾きによるインペラ 59 の軸芯ずれを防ぐため仕切り板 64の厚さを厚くすることも考えられるが、マグネット力ップリングによりインペラ 59とロータ 51との磁気吸引力が低下することなどの理由による。

吸込み口 65からポンプ室 58の軸芯側より吸い込まれた流体の多くはポンプ室 58 の外周側へ矢印 Q方向に送り出されて吐出口 66より吐出される。し力しながら、ボンプ室 58内に圧力差が生じ、高圧である外周側の流体がインペラ 59とポンプケース 6 2との隙間 Sを通じて低圧である軸芯側に矢印 R方向へ逆流し、矢印 P方向へ吸い込まれる流体と衝突してポンプ効率を低下させるという課題があった。また、固定軸 54a 、 54bが傾いた場合には、隙間 Sも変化することからポンプ室 58内の圧力変動が大きくポンプ動作が不安定になるという課題もある。

本発明の目的は、ポンプ室内における流体の逆流を抑えてポンプ効率を向上することができるポンプ駆動装置を提供することにある。

上記目的を達成するため本発明は次の構成を有する。

モータ側の回転子に磁気的に連繋して固定軸を中心に回転するインペラによりポンプ室に軸芯方向へ流体を吸込んで周方向へ吐出するポンプ駆動装置において、ポンプ室内に固定軸と同軸状に設けられ、軸方向両側がポンプ室を形成するケース壁面とポンプ室に収容されるインペラの軸芯側壁面とに各々嵌合して滑合するガイド筒を設けたことを特徴とする。

また、ケース壁面及びインペラの軸芯側壁面とガイド筒との滑合形態として代表的なものとして以下の形態がある。

即ち、ガイド筒の滑合面は、筒体の外周面部を外側に膨出させ固定軸の軸線上に中心を有する球面部であり、軸方向両側でポンプケース及びインペラの起立壁に各々嵌め込まれて滑合することを特徴とする。

また、ポンプケース及びインペラの滑合面は、ポンプ室内で軸方向に起立する起立壁外周面を外側に膨出させ固定軸の軸線上に中心を有する球面部であり、ガイド筒の筒孔に各々嵌め込まれて滑合することを特徴とする。

また、軸方向一端側において、ポンプケース又はインペラにはポンプ室内で軸方向に起立する起立壁外周面を外側に膨出させ固定軸の軸線上に中心を有する球面部が形成され該球面部はガイド筒の筒孔に嵌め込まれて滑合し、軸方向他端側において、ガイド筒には筒体の外周面部を外側に膨出させ固定軸の軸線上に中心を有する球面部が形成され該球面部はポンプケース又はインペラの起立壁に嵌め込まれて滑合することを特徴とする。

発明の効果

本発明に係るポンプ駆動装置を用いると、ポンプ室内に固定軸と同軸状に設けられ、軸方向両側がポンプ室を形成するケース壁面とポンプ室に収容されるインペラの軸芯側壁面とに各々嵌合して滑合するガイド筒を設けたので、インペラの回転によりポンプ室に軸芯方向へ低圧の流体を吸込んで周方向へ吐出する際に、ポンプ室内の圧力差により高圧の流体力 Sインペラとポンプケースとの隙間を通じてポンプ室の外周側から軸芯側へ逆流するがガイド筒により実質的に遮断できる。よって、ポンプ室内の圧力差により軸芯側で吸い込まれる低圧の流体とポンプ室を逆流する高圧の流体とが勢いよく衝突するのを防ぎ、ポンプ効率を向上させることができる。また、インべラとポンプケースとの間に設けられる隙間を減らすことができるのでポンプ室の無駄な容積を減らしてコンパクトにすることができる。

また、ガイド筒、ポンプケースやインペラのポンプ室内で軸方向に起立する起立壁に形成される滑合面は、例えば筒体や起立壁外周面部を外側に膨出させ固定軸の軸線上に中心を有する球面部であるので、ポンプ室内の圧力変動や固定軸の強度との関係力インペラが傾、たとしてもガイド筒が追従して傾斜するため、ガイド筒とケース壁面及びインペラの壁面との間の接触状態は保たれる。このため、ポンプ室内の圧力差により軸芯側で吸い込まれる低圧の流体と外周側から逆流する高圧の流体が勢いよく衝突するのを防ぐことができ、ポンプ室内の圧力変動が少なく安定したポンプ動作を維持できる。

図面の簡単な説明

[0005] [図 1]ポンプ駆動装置の要部の部分断面図である。

[図 2]マグネットケースとバックヨークとの組み付け状態を示す斜視図である。

[図 3]図 3Aは、ポンプ駆動装置の組立て構成を示す分解斜視図、図 3Bは、ガイド筒の部分拡大図である。

[図 4]ガイド筒の滑合状態を示す模式図である。

[図 5]図 5 A〜図 5Cは、他例に係るガイド筒とポンプケース及びインペラの滑合形態を示す模式断面図である。

[図 6]従来のポンプ駆動装置の断面図である。

[図 7]従来のポンプ駆動装置の上視図である。

[図 8]従来のインペラの斜視図である。

発明を実施するための最良の形態

[0006] 以下、発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。

先ず、図 1乃至図 3を参照してポンプ駆動装置の全体構成について説明する。

図 1において、ポンプを駆動する駆動源の一例としてアウターロータ型の単相 2極ブラシレスモータ Mを用いた場合について説明する。単相 2極ブラシレスモータ Mには、ロータ（回転子） 1のバックヨーク 2に 180度ずつ 2極に着磁されたロータマグネット (図示せず）が設けられている。バックヨーク 2はマグネットケース 6に連繋している。マグネットケース 6の上面には、カップリング用のマグネット 5が嵌め込まれている。マグネットケース 6はモータ側固定軸 4aにベアリング 7を介して回転可能に嵌め込まれている。尚、ロータ 1は、ステータ固定端に設けられた予圧ばねによりマグネットケース 6 側へ軸方向で付勢されて、る。

ここで、単相 2極ブラシレスモータ Mは、単相交流電源の交流電流を整流ブリッジ回路により全波整流し、ロータ 1の回転角度に（マグネットの磁極位置）に応じて制御部がコイルを流れる整流電流の向きを変えて直流ブラシレスモータとして起動運転する。そして、ロータ 1の回転数が電源周波数と同期する回転数付近に到達したときに、同期運転に切り換えて同期運転に移行するようになっている。尚、駆動源としては、単相 2極ブラシレスモータ Mに限らず、単相 4極ブラシレスモータなど多極ブラシレスモータやブラシ付きモータなどの DCモータ、 ACモータ、更には誘導モータなど多様なモータを用いてもよい。また、モータはアウターロータ型に限らずインナーロータ型であってもよい。

図 2において、マグネットケース 6のベアリング 7が嵌め込まれるボス部 14の軸方向下側へ突設された部位には周方向に係合孔 15が形成されて、る。カップ状のノックヨーク 2の底部貫通孔 16には、周方向に係合突起 17が突設されている。マグネットケース 6とバックヨーク 2との当接部にはグリスが塗布されて摩擦トルクを減じるようになっており、マグネットケース 6とバックヨーク 2は相対的に回転方向に対して一定角度の遊びを持って係合して、る。

次に、ポンプ室 8側の構成について説明する。ポンプ室 8には、モータ側固定軸 4a とねじ嵌合により一体に連結するポンプ側固定軸 4bが設けられて、る。このポンプ側固定軸 4bには回転羽根 (インペラ） 9が軸受 10を介して嵌め込まれている。軸受 10 は金属含浸された円筒状のカーボンリング 11に、軸方向両端にスラスト方向の荷重を受けるセラミックリング 12が併設されている。カーボンリング 11はインペラ 9に接着されている。インペラ 9はカーボンリング 11を介してポンプ側固定軸 4bの周囲を摺動回転する。インペラ 9にはカップリング用のマグネット 13がマグネット 5と対向して設けられている。マグネット 5、 13は例えば 6極に着磁されており、磁気的結合力（マグネットカップリング）によりロータ 1とインペラ 9とは一体となって回転する。インペラ 9は、放射状の突条 9a (図 3A参照）が形成された上部とカップリング用のマグネット 13を内包した下部とが溶着されて一体に形成される。

図 1において、ポンプ室 8は、ポンプケース 18とモータケース 19とを仕切り板 20を介して一体にねじ止めされて形成される。ポンプ室 8は、ポンプケース 18と仕切り板 2 0との間に設けられた Oリング 28によりシールされている。ポンプケース 18の軸芯側には流体の吸込み口 21が形成され、外周縁部には流体の吐出口 22 (図 3A参照）が形成されている。ポンプ室 8内には、ガイド筒 23がポンプ側固定軸 4bと同軸状に設けられる。即ち、ガイド筒 23は、ポンプ室 8を形成するケース内壁面 24とインペラ 9の軸芯側に起立する起立壁 26の内壁面 25とに嵌め込まれて滑合するようになつている。ガイド筒 23の軸方向両端はポンプケース 18とインペラ 9によって規定されている。インペラ 9はガイド筒 23の外周面に接したまま摺動回転するようになっている。また、図 3Bにおいて、ガイド筒 23の滑合面は、筒体の外周面部を外側に膨出させた形態をしている。具体的には、モータ側固定軸 4bの軸線 M上に中心 Oを有する球面部 23aが軸方向で 2箇所に形成されている。図 4において、本実施例では、軸線 M 力ケース内壁面 24及び軸線 Mからインペラ 9の軸芯側に設けられる起立壁内壁面 25までの距離が各々 rであるため、滑合面に半径 rの球面部 23aが 2箇所に形成されて!、る。この半径 rは軸線 Mからケース内壁面 24の距離とインペラ 9の起立壁内壁面 25までの距離が異なっている場合には異なる値であってもよい。図 4において、仮にポンプ側固定軸 4bが軸線 M力軸線 M'のように傾きインペラ 9が同様に傾いたとしても、球面部 23aとケース内壁面 24及び球面部 23aとインペラ 9の起立壁内壁面 25 との接触位置は変化するがガイド筒 23とポンプケース 18及びインペラ 9との滑合状態に変化はない。このため、ガイド筒 23によってインペラ 9とポンプケース 18との隙間 Sを実質的に遮断することができる。

モータを起動すると、ロータ 1とマグネットカップリングにより連繋するインペラ 9が回転し、流体を吸込み口 21から軸方向（矢印 P方向）にポンプ室 8内へ吸込み、インべラ 9の回転によりポンプケース 18の軸芯側から外周側へ向力つて矢印 Q方向へ導かれ、図 3Aのポンプケース 18の外周側に設けられた吐出口 22より吐出される。インべラ 9の回転による遠心力によりポンプ室 8内に圧力差が生じて高圧である外周側の流体は、インペラ 9とポンプケース 18との隙間 Sを通じて低圧である軸芯側に矢印 R方向へ逆流しょうとするがガイド筒 23により実質的に遮断される。よって、軸芯側へ逆流する流体が吸込み口 21から吸、込まれる流体と勢!、よくぶつかりあうことがな!、ので、ポンプ効率が 20%〜30%以上向上することが見込まれる。

尚、ガイド筒 23の球面部 23aとケース内壁面 24及び起立壁内壁面 25とは摺動することにより流体の軸芯側へのわずかな戻りが生ずる力ポンプ動作に与える影響はほとんど生じない。また、ガイド筒 23は、図 4に示すように、ポンプ側固定軸 4bが傾斜しても追従して傾斜して滑合状態は維持されるため、隙間 Sを逆流した流体が吸込み口 21から吸、込まれる流体と勢!、よく衝突することはな、。

ここで、ポンプ駆動装置の組立工程の一例にっ、て図 3を参照して説明する。モータ側の組立ての詳細は、モータの態様に特に限定はないことから割愛し、ボンプ側の組立てを中心に説明する。

モータ Mのモータ側固定軸 4aには、カップリング用のマグネット 5が嵌め込まれたマグネットケース 6がベアリング 7を介して嵌め込まれている（図 1参照）。モータケース 1 9の上面にはポンプ室と仕切りとなる仕切り板 20がねじ止めされている。ポンプ側固定軸 4bには、カーボンリング 11の両端側でセラミックリング 12が嵌め込まれる。カーボンリング 11はインペラ 9の軸孔に接着固定される。

ポンプ側に突設されたポンプ側固定軸 4bには、カーボンリング 11を介してインペラ 9が嵌め込まれ、カップリング用のマグネット 13がロータ側のマグネット 5とマグネット力ップリングにより連結される。インペラ 9の軸芯側には起立壁 26が設けられており、起立壁内壁面 25にガイド筒 23の下端側が嵌め込まれて球面部 23aと滑合する。更に、ポンプケース 18をモータケース 19に重ね合わせてねじ 27により固定する。このとき、ガイド筒 23の上端側が軸芯側のケース内壁面 24に嵌め込まれて球面部 23aと滑合する（図 1、図 4参照)。

上述したポンプ駆動装置によれば、インペラ 9の回転によりポンプ室 8へ軸方向に流体を吸込んで周方向へ送り出しを行なう際に、ポンプ室 8の圧力差によりインペラ 9 とポンプケース 18との隙間 Sを通じて逆流する高圧の流体がガイド筒 23により実質的に遮断されて軸芯側で吸!ヽ込まれる低圧の流体と衝突するのを防ぎ、ポンプ効率を向上させることができる。また、インペラ 9とポンプケース 18との間に設けられる隙間 Sを減らすことができるので、ポンプ室 8の無駄な容積を減らしてコンパクトにすることができる。

次に、ポンプケース 18及びインペラ 9とガイド筒 23との滑合形態の他例について図 5A〜図 5Cを参照して説明する。

図 5Aにおいて、ポンプケース 18、インペラ 9には、ポンプ室内で軸方向に起立する起立壁 29、起立壁 26が各々形成されている。起立壁 29、 26には外周面を外側に膨出させ固定軸の軸線 M上に中心 Oを有する球面部 29a、 26aが各々形成されている。これらの起立壁 29、起立壁 26は、ガイド筒 23の筒孔に各々嵌め込まれて滑合するようになっている。

図 5Bにおいて、ポンプケース 18、インペラ 9には、ポンプ室内で軸方向に起立する起立壁 29、起立壁 26が各々形成されている。また、ガイド筒 23は大径部 30と小径部 31が各々形成されている。起立壁 29には外周面を外側に膨出させ固定軸の軸線 M上に中心 Oを有する球面部 29aが形成されている。また、ガイド筒 23には小径部 3 1の外周面部を外側に膨出させ固定軸の軸線 M上に中心 Oを有する球面部 31aが形成されている。軸方向一端側において起立壁 29はガイド筒 23の筒孔に嵌め込まれて球面部 29aが滑合し、軸方向他端側において小径部 31は起立壁 26に嵌め込まれて球面部 3 laが滑合するようになって、る。

尚、図 5Bのガイド筒 23の大径部 30と小径部 31を上下反対にし、ポンプケース 18 に替えてインペラ 9の起立壁 26に外周面を外側に膨出させ固定軸の軸線 M上に中心 Oを有する球面部を形成してもよヽ。

図 5Cにおいて、ポンプケース 18、インペラ 9には、ポンプ室内で軸方向に起立する起立壁 29、起立壁 26が各々形成されている。これらの起立壁 29、起立壁 26の内壁面には突面部（曲面部、球面部など） 29b、 26bが形成されている。突面部 29b、 26b は必ずしも球面部に限定されないが、少なくともガイド筒 23の外周面に上下で押接する必要がある。ガイド筒 23は、軸方向両側でポンプケース 18及びインペラ 9の起立壁 29、 26に各々嵌め込まれて突面部 29b、 26bと各々滑合するようになつている。尚、上述した各滑合形態は例示であり、滑合面に形成される球面部や突面部を入れ替えた様々な滑合面の態様を採用し得る。

Claims

請求の範囲

[1] モータ側の回転子に磁気的に連繋して固定軸を中心に回転するインペラによりポンプ室に軸芯方向へ流体を吸込んで周方向へ吐出するポンプ駆動装置において、ポンプ室内に固定軸と同軸状に設けられ、軸方向両側がポンプ室を形成するケース壁面とポンプ室に収容されるインペラの軸芯側壁面とに各々嵌合して滑合するガイド筒を設けたことを特徴とするポンプ駆動装置。

[2] ガイド筒の滑合面は、筒体の外周面部を外側に膨出させ固定軸の軸線上に中心を有する球面部であり、軸方向両側でポンプケース及びインペラの起立壁に各々嵌め込まれて滑合することを特徴とする請求項 1記載のポンプ駆動装置。

[3] ポンプケース及びインペラの滑合面は、ポンプ室内で軸方向に起立する起立壁外周面を外側に膨出させ固定軸の軸線上に中心を有する球面部であり、ガイド筒の筒孔に各々嵌め込まれて滑合することを特徴とする請求項 1記載のポンプ駆動装置。

[4] 軸方向一端側において、ポンプケース又はインペラにはポンプ室内で軸方向に起立する起立壁外周面を外側に膨出させ固定軸の軸線上に中心を有する球面部が形成され該球面部はガイド筒の筒孔に嵌め込まれて滑合し、軸方向他端側において、ガイド筒には筒体の外周面部を外側に膨出させ固定軸の軸線上に中心を有する球面部が形成され該球面部はポンプケース又はインペラの起立壁に嵌め込まれて滑合することを特徴とする請求項 1記載のポンプ駆動装置。