WO2016185825A1 - 電動ポンプ - Google Patents

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WO2016185825A1
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rotor
assembled
pump
rotor shaft
eccentric cam
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Inventor
王　東暉
臼井　弘明
Original Assignee
シナノケンシ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an electric pump that drives a pump with an electric motor used in, for example, OA equipment, home appliances, industrial equipment, medical equipment, and the like.
  • the following technologies have been proposed as an electric pump that drives a pump by changing a diaphragm facing the pump chamber into a reciprocating motion of a connecting rod by a crank mechanism.
  • a motor casing includes a rotor and a stator, a rotor shaft extending from the motor casing to the pump body, and a motor drive circuit board.
  • one end of a pair of connecting rods is assembled to a rotor shaft extending on the pump body side via a pair of bearing portions.
  • the pair of connecting rods are assembled at positions that are 180 ° out of phase.
  • the other ends of the pair of connecting rods are respectively connected to the diaphragm via a retainer.
  • a diaphragm, a valve seat, and a pump head are assembled to the pump body.
  • a cylindrical eccentric shaft for offsetting the eccentricity of the pair of connecting rods is assembled in the vicinity of the shaft end of the rotor shaft extending to the pump body side. Connecting rod is assembled.
  • Rotating the electric motor in the motor casing also rotates the eccentric shaft attached to the rotor shaft extending on the pump body side, thereby causing the connecting rod to reciprocate. At this time, the diaphragm is deformed, and the fluid in the pump chamber is discharged and sucked through the valve and the fluid passage (see Patent Document 1).
  • the electric pump shown in Patent Document 1 described above is an outer rotor type motor in which the rotor of the electric motor is formed in a cup shape, and is assembled with the top surface portion of the rotor yoke facing the shaft end, and on both sides in the axial direction of the rotor yoke. Both ends of the rotor shaft are rotatably supported by a pair of bearing portions provided in the motor casing.
  • the motor drive circuit board and stator housing are stacked and assembled at the interface between the motor casing and the pump body, the shaft length of the rotor shaft becomes longer, and the motor side bearing section (fulcrum) ) To the connecting rod (operating point), the device becomes larger in the axial direction, and the rotor shaft is likely to vibrate, which causes noise.
  • the present invention has been made to solve these problems, and an object of the present invention is to provide an electric pump having a small size in the axial direction, low vibration, low noise and high rotational stability.
  • the present invention comprises the following arrangement.
  • An electric pump in which an electric motor and a crank mechanism driven by the electric motor are integrally assembled in a case main body adjacent to the pump, the rotor extending from the electric motor side to the crank mechanism side in the case main body
  • a rotor formed in a cup shape that is integrally assembled to the shaft with the opening facing the motor-side shaft end and is rotatably supported by an intermediate bearing disposed in the opening, and the rotor
  • An eccentric cam provided integrally with the top surface portion and decentered from the axis of the rotor shaft, and a crankshaft having one end assembled to the eccentric cam via a cam bearing and the other end connected to the pump side.
  • the rotary drive of the eccentric cam about the rotor shaft is converted into the reciprocating motion of the crankshaft by driving the electric motor to drive the pump. .
  • the rotor space is utilized using the empty space in the opening of the rotor.
  • the intermediate bearing part can be placed close to the top surface part, and the rotor top surface part and the eccentric cam are provided integrally, so the distance from the intermediate bearing part to the eccentric cam to which the crankshaft is connected is made as short as possible.
  • the occurrence of vibration and noise can be suppressed, and the axial length of the rotor shaft can be shortened to reduce the size of the device in the axial direction.
  • the use of the intermediate bearing portion having a relatively large diameter in the opening of the rotor yoke improves the rotational stability of the rotor. Further, since the rotor yoke and the eccentric cam are assembled together, the inertia moment of the rotor is increased, and the thrust when the crankshaft reciprocates can be improved.
  • the eccentric cam is integrally formed with a balance weight portion that cancels the eccentric amount of the crankshaft assembled through the cam bearing.
  • the eccentric cam, and the balance weight portion are integrally provided, centering between the parts is performed and the amount of eccentricity is offset, so that vibration is small and the number of parts is small. Assembly time is reduced and assembly is improved.
  • a shaft end of the rotor shaft of the electric motor extending from the eccentric cam to the crank mechanism side is rotatably supported by a crank side bearing portion assembled to the case body. Accordingly, the shaft end on the crank mechanism side where an external force acts on the rotor shaft is rotatably supported by the crank side bearing portion assembled to the case body, thereby suppressing the shake of the rotor shaft.
  • crank side bearing portion when the crank side bearing portion is assembled to the case main body via an elastic body, the displacement of the centering between the rotor shaft and the crank side bearing portion is absorbed by deformation of the elastic body, and the rotor shaft Shaft end vibration can also be reduced.
  • the intermediate bearing portion When the intermediate bearing portion is assembled in the opening of the rotor close to the top surface portion of the rotor, the distance from the crankshaft connected to the eccentric cam to the intermediate bearing portion is made as short as possible. Therefore, the vibration of the reciprocating crankshaft is suppressed by the rotational drive of the electric motor, and the generation of noise is also suppressed.
  • the intermediate bearing portion may be assembled such that a plurality of bearing portions are close to each other in the axial direction. Thereby, even if it uses a small bearing part, the rotation stability of a rotor improves.
  • the rotor is assembled with a rotor hub and the rotor shaft that are assembled by closing an end face of the rotor yoke formed in a cylindrical shape, and is assembled between the rotor hub and the stator housing.
  • the rotor may be rotatably supported through the intermediate bearing portion.
  • the rotor is rotatably supported through an intermediate bearing portion assembled between the stator housing and the rotor hub, the intermediate bearing portion provided in the opening of the rotor can be provided to the eccentric cam as much as possible. Since the distance between the fulcrum and the action point is shortened, the rotational stability of the rotor is improved.
  • the other end of the crankshaft may be a diaphragm pump connected to a diaphragm facing the pump chamber.
  • the apparatus can be reduced in size in the axial direction, and an electric pump with low vibration, low noise, and high rotational stability can be provided.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the electric pump of FIG. 2 in the direction of arrow AA.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the electric pump of FIG. 2 in the direction of arrow BB.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the electric pump of FIG. 2 in the direction of arrow CC.
  • It is a top view which shows the application example of the electric pump which concerns on another example.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view in the direction of arrow DD in FIG. 6.
  • an electric pump and a crank mechanism driven by the electric motor are integrally assembled in a case body 2 adjacent to the pump case 1.
  • An outer rotor type DC brushless motor 3 is used as an example of an electric motor
  • a diaphragm pump 4 is used as an example of a pump.
  • another pump such as a piston pump in which a cylinder and a piston are provided in the case body 2 may be used.
  • the outer rotor type DC brushless motor 3 includes a stator 5 and a rotor 6.
  • a motor substrate 8 is assembled to a cylindrical stator housing 7 fixed to the case body 2, and a stator core 9 is assembled to each other.
  • the motor board 8 is assembled in an overlapping manner on the flange 7 a formed on the stator housing 7.
  • a flexible cable 8a connected to the motor board 8 is drawn out of the case body 2 (see FIGS. 1 and 2).
  • a motor coil (not shown) is wound around the pole teeth 9 a formed radially on the stator core 9.
  • the rotor 6 is formed in a cup shape with one axial end opened.
  • the rotor shaft 10 is integrally assembled to a rotor hub 6b that is assembled by closing one end surface of a rotor yoke 6a formed in a cylindrical shape. That is, the rotor 6 is assembled integrally with the rotor shaft 10 being press-fitted into the rotor hub 6b provided on the top surface portion with the opening of the rotor yoke 6a facing the motor shaft end.
  • An annular magnet 6c is provided on the inner peripheral surface of the rotor yoke 6a. The magnet 6 c is assembled at a position facing the pole teeth 9 a of the stator core 9.
  • An eccentric cam 6d is integrally formed with the rotor hub 6b. Further, a balance weight 6e (counter weight) is integrally formed with the eccentric cam 6d. This is provided in order to cancel the eccentric amount of the crankshaft 12 that is assembled at one end side to the eccentric cam 6d via the cam bearing 11.
  • the rotor 6 uses a rotor yoke 6a integrally formed in a cup shape by drawing a metal magnetic material (for example, galvanized steel plate), and an eccentric cam 6d is integrally formed on the top surface portion of the rotor yoke 6a. It may be assembled.
  • An intermediate bearing portion 13 is assembled between the stator housing 7 and the rotor hub 6b. That is, the intermediate bearing portion 13 is close to the top surface portion (rotor hub 6b) in the opening of the rotor 6. Is provided.
  • the intermediate bearing portion 13 supports the rotor 6 so as to be rotatable. As a result, the distance from the intermediate bearing portion 13 to the eccentric cam 6d to which the crankshaft 12 is linked can be shortened as much as possible to suppress the occurrence of vibration and noise, and the axial length of the rotor shaft 10 can be reduced.
  • the device can be shortened in the axial direction by shortening.
  • the rotational stability of the rotor 6 improves by providing the intermediate bearing part 12 in the opening part of the rotor 6 (rotor hub 6b).
  • the intermediate bearing portion 13 a plurality of bearing portions may be assembled close to each other in the axial direction.
  • the rotor shaft 10 is rotatably supported at one end side by a motor-side bearing portion 14 assembled to the end portion of the stator housing 7.
  • the motor-side bearing portion 14 is assembled to the stator housing 7 by applying a preload toward the outside in the axial direction and preventing the motor-side bearing portion 14 from coming off by an E-ring or the like.
  • the rotor shaft 10 is inserted through the stator housing 7, and the other end is extended to the crank mechanism side of the case body 1.
  • the other end of the rotor shaft 10 is rotatably supported by a crank side bearing portion 15 assembled to the case body 1.
  • the rotor shaft 10 is assembled to the case body 1 while being prevented from being detached by an E-ring or the like.
  • the crank-side bearing portion 15 is assembled to the case body 1 via an elastic body 16 (O-ring, annular rubber, etc.).
  • the shaft end on the crank mechanism side on which an external force acts on the rotor shaft 10 is rotatably supported by the crank side bearing portion 15, thereby suppressing the shake of the rotor shaft 10.
  • the crank-side bearing portion 15 is assembled to the case body 1 via the elastic body 16, the displacement of the centering between the rotor shaft 10 and the crank-side bearing portion 15 is absorbed by the deformation of the elastic body 16, and The vibration at the shaft end of the rotor shaft 10 can also be reduced.
  • a cam bearing 11 is assembled on the outer periphery of the eccentric cam 6d assembled integrally with the top surface portion (rotor hub 6b) of the rotor 6.
  • One end of the crankshaft 12 is assembled via the cam bearing 11.
  • the other end of the crankshaft 12 is connected to a diaphragm 17 facing the pump chamber 18 on the diaphragm pump 4 side.
  • the diaphragm 17 is sandwiched and assembled in the pump case 1 in which the case body 2 and the pump chamber 18 are formed.
  • a pump head 19 is integrally assembled with the pump case 1 via a seal material 20.
  • the pump head 19 is fixed to the pump case 1 with bolts 21 at four corners.
  • the pump head 19 is formed with a suction port 19a and a discharge port 19b for fluid (gas, liquid, etc.).
  • the pump head 19 is formed with a suction passage 19c connected to the suction port 19a.
  • the pump case 1 is formed with a suction passage 1a connected to the suction passage 19c.
  • the suction passage 1 a communicates with the pump chamber 18.
  • a suction-side check valve 22 a is provided at the interface between the pump head 19 and the pump case 1.
  • the suction-side check valve 22a is provided at a position that partitions the suction passage 19a and the suction passage 1a connected thereto.
  • the suction-side check valve 22a opens when the fluid pressure in the pump chamber 18 becomes negative, and closes when the fluid pressure reaches equilibrium or positive pressure.
  • the pump head 19 is formed with a discharge passage 19d connected to the discharge port 19b.
  • the pump case 1 is formed with a discharge passage 1b connected to the discharge passage 19d.
  • the discharge passage 1 b communicates with the pump chamber 18.
  • a discharge-side check valve 22b is provided at the interface between the pump head 19 and the pump case 1.
  • the discharge-side check valve 22b is provided at a position that partitions the discharge passage 19b and the discharge passage 1b connected thereto.
  • the discharge-side check valve 22b opens when the fluid pressure in the pump chamber 18 becomes positive, and closes when the fluid pressure reaches equilibrium or negative pressure.
  • the rotor 6 formed in a cup shape is integrally assembled with the rotor shaft 10 with the opening facing the motor shaft end, the empty space in the opening of the rotor 6 is utilized. Since the intermediate bearing portion 13 can be disposed close to the top surface portion of the rotor 6 and the top surface portion of the rotor 6 and the eccentric cam 6d are integrally provided, the eccentric cam 6d in which the crankshaft 12 is linked from the intermediate bearing portion 13 is provided. Thus, the generation of vibration and noise can be suppressed, and the length of the rotor shaft 10 can be shortened to reduce the size of the apparatus in the axial direction.
  • the rotational stability of the rotor 6 is improved. Further, since the rotor 6 and the eccentric cam 6d are assembled together, the moment of inertia of the rotor 6 is increased, and the thrust when the crankshaft 12 is reciprocated can be improved.
  • the eccentric cam 6d and the balance weight 6e are provided integrally, the centering between the parts is performed and the amount of eccentricity is offset, so the number of parts is reduced and the number of assembling steps is reduced. Moreover, there is little vibration and the rotational stability of the rotor 5 is improved.
  • the shaft end on the crank mechanism side where an external force acts on the rotor shaft 10 is rotatably supported by the crank-side bearing portion 15, so that the swing of the rotor shaft 10 can be suppressed.
  • the crank-side bearing portion 15 is assembled to the case body 1 via the elastic body 16, the displacement of the centering between the rotor shaft 10 and the crank-side bearing portion 15 is absorbed by the deformation of the elastic body 16, and The vibration at the shaft end of the rotor shaft 10 can also be reduced.
  • the intermediate bearing portion 13 is assembled in the opening of the rotor 6 in the vicinity of the top surface portion of the rotor 6, the distance from the crankshaft 12 connected to the eccentric cam 6d to the intermediate bearing portion 13 is made possible. Therefore, the vibration of the crankshaft 12 that reciprocates by the rotational drive of the electric motor is suppressed, and the generation of noise is also suppressed.
  • crankshaft 12 is connected to the rotor shaft 10 at one location (the pump chamber 18 is provided at one location), but the crankshaft 12 is connected to the rotor shaft 10 at a plurality of locations.
  • a plurality of pump chambers 18 may be provided.
  • a pair of crankshafts 12 are provided via cam bearings 11 at positions 180 degrees out of phase with the rotor shaft 10, and a pair of balance weights 6e are provided on the eccentric cams 6d. ° Each may be provided at a position out of phase so as to be counterbalanced.
  • FIGS. 6 and 7 Application examples of the electric pump P are shown in FIGS.
  • a plurality of diaphragm pumps 4 may be provided by providing crank mechanisms on both sides of the electric motor.
  • the case body 2 is provided with the pump case 1 and the pump head 19 at two locations.
  • the suction port 19 a and the discharge port 19 b are provided at positions inverted by 180 °.
  • FIG. 8 the basic configuration (left side of FIG. 8) of the electric pump (outer rotor type DC brushless motor 3 and diaphragm pump 4) is the same as FIG. To do. In addition, the same number is attached to the same member as FIG. 3, and description shall be used.
  • the rotor shaft 10 extends from the motor-side bearing 14 of the outer rotor type DC brushless motor 2, and the shaft end is rotatably supported by the additional-side bearing portion 23 of the case body 1.
  • the rotor shaft 10 is assembled to the case body 1 while being prevented from being detached by an E-ring or the like. Further, it is desirable that the extension-side bearing portion 23 is assembled to the case body 1 via the elastic body 16 (O-ring, annular rubber, etc.).
  • the extension-side eccentric cam 24 is integrally assembled with the rotor shaft 10 extended to the motor side.
  • the extension side eccentric cam 24 is integrally formed with a balance weight 24a (counter weight). This is provided in order to cancel the eccentric amount of the extension-side crankshaft 12 that is assembled at one end side to the extension-side eccentric cam 24 via the cam bearing 11. In order to suppress vibration, it is preferable that the extension-side eccentric cam 24 be arranged as close to the motor-side bearing 14 as possible.
  • the rotation of the rotor 6 of the same DC brushless motor 3 can be changed to the reciprocation of the two crankshafts 12 linked to the rotor shaft 10 to simultaneously drive the two diaphragm 4 pumps 4. it can.
  • the diaphragm pump 4 one pair (two cylinders) or two pairs (four cylinders) of piston pumps provided with a cylinder and a piston in the case body 2 may be provided.
  • the electric pump P is used in a wide range of equipment such as OA equipment, home appliances, industrial equipment, and medical equipment.

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Abstract

装置を軸方向に小型化し低振動かつ低騒音で回転安定性の高い電動ポンプを提供することを課題とする。　解決手段として、ケース本体（２）内でモータ（３）側からクランク機構側へ延設された回転子軸（１０）に、開口部をモータ側軸端に向けて一体に組み付けられると共に開口部内に配置された中間軸受部（１３）に回転可能に支持されたカップ状に形成された回転子（６）と、回転子（６）の軸方向天面部と一体に設けられ回転子軸（１０）の軸心より偏心した偏心カム（６ｄ）と、偏心カム（６ｄ）の外周に一端側がカム軸受（１１）を介して組み付けられ、他端側がポンプ側に連なるクランク軸（１２）と、を具備し、中間軸受部（１３）からクランク軸（１２）が連繋する偏心カム（６ｄ）までの距離を可及的に短くして、振動の発生や騒音の発生を抑えると共に回転子軸（１０）の軸長を短縮して装置を軸方向に小型化する。

Description

電動ポンプ
　本発明は、例えばＯＡ機器、家電製品、産業機器、医療機器などに用いられる電動機でポンプを駆動する電動ポンプに関する。
　ポンプ室に臨むダイアフラム（diaphragm pump）を、電動機の駆動をクランク機構によりコネクティングロッドの往復運動に変えてポンプを駆動する電動ポンプとして以下の技術が提案されている。
　電動機としてモータケーシング内に回転子及び固定子と、モータケーシングからポンプ本体側に延設された回転子軸と、モータ駆動回路基板を備えている。またポンプ本体側に延設された回転子軸には、１対のコネクティングロッドの一端が一対の軸受部を介して各々組み付けられている。一対のコネクティングロッドは１８０°位相がずれた位置に各々組み付けられている。１対のコネクティングロッドの他端はリテーナを介してダイアフラムに各々連結されている。ポンプ本体には、ダイアフラムとバルブシートとポンプヘッド部が組み付けられている。ポンプ本体側に延設された回転子軸の軸端近傍には、１対のコネクティングロッドの偏心量を相殺するための筒状の偏心軸が組み付けられ、この偏心軸に対して軸受部を介してコネクティングロッドが組み付けられる。
　モータケーシング内の電動機を回転させると、ポンプ本体側に延設された回転子軸に取り付けられた偏心軸も回転し、これによりコネクティングロッドが往復動する。このとき、ダイアフラムが変形してポンプ室内の流体がバルブ、流体通路を通じて吐出吸入される（特許文献１参照）。
特開２０００－２９７７４４号公報
　上述した特許文献１に示す電動ポンプは、電動機の回転子がカップ状に形成されたアウターロータ型のモータであり、ロータヨークの天面部を軸端に向けて組み付けられ、ロータヨークの軸方向の両側でモータケーシングに設けられた一対の軸受部によって回転子軸の両端が回転可能に支持されている。また、モータケーシングとポンプ本体との界面部には、モータ駆動回路基板や固定子ハウジングが重ねて組み付けられているため、回転子軸の軸長が長くなるうえに、モータ側の軸受部（支点）からコネクティングロッド（作用点）までの距離が長くなり、装置が軸方向に大型化すると共に回転子軸が振動しやすくなりひいては騒音の要因となる。
　また、ポンプ本体側に延設された回転子軸に筒状の偏心軸を組み付けてから軸受部を介してコネクティングロッドが組み付けられるため、回転子軸、偏心軸、軸受部、コネクティングロッドなどの多くの組付部品間の芯出しのずれによりがたつきや振動が発生しやすくなる。
　また、電動機の回転安定性を考慮すると、モータ側に設けられる軸受部を小型化することは、回転子の回転安定性を低下させるため現実的ではない。
　本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、装置を軸方向に小型化し低振動かつ低騒音で回転安定性の高い電動ポンプを提供することにある。
　本発明は上記目的を達成するため、次の構成を備える。
　電動機と当該電動機によって駆動されるクランク機構がポンプに隣接するケース本体内に一体に組み付けられた電動ポンプであって、前記ケース本体内で前記電動機側から前記クランク機構側へ延設された回転子軸に、開口部を前記電動機側軸端に向けて一体に組み付けられると共に前記開口部内に配置された中間軸受部に回転可能に支持されたカップ状に形成された回転子と、前記回転子の天面部と一体に設けられ前記回転子軸の軸心より偏心した偏心カムと、前記偏心カムにカム軸受を介して一端側が組み付けられ、他端側が前記ポンプ側に連なるクランク軸と、を具備し、前記電動機を回転駆動することで前記回転子軸を中心とする前記偏心カムの回転運動を前記クランク軸の往復運動に変換して前記ポンプを駆動することを特徴とする。
　上記構成によれば、カップ状に形成された回転子の開口部を電動機側軸端に向けて回転子軸に一体に組み付けられるので、回転子の開口部内の空スペースを利用して回転子の天面部に近づけて中間軸受部を配置できると共に回転子の天面部と偏心カムが一体に設けられているため、中間軸受部からクランク軸が連繋する偏心カムまでの距離を可及的に短くして、振動の発生や騒音の発生を抑えることができ、回転子軸の軸長を短縮して装置を軸方向に小型化することができる。また、回転子ヨークの開口部内に比較的大径の中間軸受部を用いることで、回転子の回転安定性が向上する。
　また、回転子ヨークと偏心カムを一体に組み付けられることにより、回転子の慣性モーメントが増大し、クランク軸が往復動する際の推力を向上させることができる。
　前記偏心カムには、前記カム軸受を介して組み付けられる前記クランク軸の偏心量を打ち消すバランスウェイト部が一体に形成されていることが好ましい。この場合には、回転子ヨーク、偏心カム及びバランスウェイト部が一体化して設けられているので、部品間の芯出しが行われかつ偏心量も相殺されているので振動が少なく、部品点数が少なく組み付け工数も減り組立性が向上する。
　前記電動機の回転子軸の前記偏心カムより前記クランク機構側に延設された軸端は、前記ケース本体に組み付けられたクランク側軸受部により回転可能に支持されているのが好ましい。
　これにより、回転子軸に外力が作用するクランク機構側の軸端をケース本体に組み付けられたクランク側軸受部により回転可能に支持することで、回転子軸の振れを抑えることができる。
　特に前記クランク側軸受部は弾性体を介して前記ケース本体に組み付けられていると、回転子軸とクランク側軸受部の芯出しのずれ量を弾性体の変形によって吸収し、かつ回転子軸の軸端の振動を低減することもできる。
　前記回転子の開口部内に当該回転子の天面部に近接して前記中間軸受部が組み付けられていると、偏心カムに連繋するクランク軸から中間軸受部までの距離を可及的に短くすることができるので、電動機の回転駆動によって往復動するクランク軸の振動が抑えられ、騒音の発生も抑えられる。
　前記中間軸受部は複数の軸受部が軸方向に近接して組み付けられていてもよい。これにより、小型の軸受部を用いても回転子の回転安定性が向上する。
　前記回転子は、筒状に形成された前記回転子ヨークの端面を閉止して組み付けられる回転子ハブと前記回転子軸が一体に組み付けられ、前記回転子ハブと固定子ハウジングとの間に組み付けられた前記中間軸受部を介して前記回転子が回転可能に支持されていてもよい。
　これにより、回転子を構成する回転子ヨークと回転子ハブを分けて製造することで回転子ハブと偏心カムを芯出しして一体に形成しやすくなる。また、回転子ハブと回転子ヨークとの組み付け、回転子ハブ及び偏心カムと回転子軸の組み付けも容易に行える。
　また、固定子ハウジングと回転子ハブとの間に組み付けられた中間軸受部を介して回転子が回転可能に支持されるので、回転子の開口部内に設けられる中間軸受部を偏心カムに可及的に近づけて配置できるため、支点－作用点間の距離が短くなり、回転子の回転安定性が向上する。
　前記クランク軸の他端はポンプ室に臨むダイアフラムに連結されているダイアフラムポンプであってもよい。これにより、小型で振動の少ない電動ダイアフラムポンプを提供することができる。
　上述した電動ポンプを用いれば、装置を軸方向に小型化し低振動かつ低騒音で回転安定性の高い電動ポンプを提供することができる。
電動ポンプの斜視図である。 電動ポンプの平面図である。 図２の電動ポンプの矢印Ａ－Ａ方向断面図である。 図２の電動ポンプの矢印Ｂ－Ｂ方向断面図である。 図２の電動ポンプの矢印Ｃ－Ｃ方向断面図である。 他例に係る電動ポンプの応用例を示す平面図である。 図６の電動ポンプの正面図である。 図６の矢印Ｄ－Ｄ方向断面図である。
　以下、本発明に係る電動ポンプの実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。図１に示すように、電動ポンプＰは、電動機と当該電動機によって駆動されるクランク機構がポンプケース１に隣接するケース本体２内に一体に組み付けられている。電動機の一例としてアウターロータ型ＤＣブラシレスモータ３が用いられ、ポンプの一例としてダイアフラムポンプ４が用いられる。尚、ダイアフラムポンプ４に変えてケース本体２にシリンダ及びピストンを設けたピストンポンプなどの他のポンプであってもよい。
　まず、アウターロータ型ＤＣブラシレスモータ３の構造について図３を参照して説明する。アウターロータ型ＤＣブラシレスモータ３は固定子５と回転子６を備えている。固定子５は、ケース本体２に固定された筒状の固定子ハウジング７にモータ基板８が組み付けられ、固定子コア９が各々組み付けられている。モータ基板８は、固定子ハウジング７に形成された鍔部７ａに重ねて組み付けられている。モータ基板８としては、ホール素子等を搭載したセンサ基板やモータコイルへの給電端子等が設けられる。モータ基板８に接続するフレキシブルケーブル８ａがケース本体２より外側に引き出される（図１，図２参照）。固定子コア９に放射状に形成された極歯９ａには、図示しないモータコイルが巻き付けられている。
　回転子６は、軸方向一端が開口したカップ状に形成されている。具体的には、筒状に形成された回転子ヨーク６ａの一端面を閉止して組み付けられる回転子ハブ６ｂに回転子軸１０が一体に組み付けられている。即ち、回転子６は、回転子ヨーク６ａの開口部を電動機側軸端に向けて天面部に設けた回転子ハブ６ｂに回転子軸１０が圧入されて一体に組み付けられている。回転子ヨーク６ａの内周面には環状のマグネット６ｃが設けられている。マグネット６ｃは、固定子コア９の極歯９ａと対向する位置に組み付けられている。また、回転子ハブ６ｂには偏心カム６ｄが一体に形成されている。更には、偏心カム６ｄには、バランスウェイト６ｅ（カウンターウェイト）が一体に形成されている。これは、偏心カム６ｄにカム軸受１１を介して一端側が組み付けられるクランク軸１２の偏心量を打ち消すために設けられている。
　尚、回転子６は、金属磁性体（例えば亜鉛めっき鋼板）を絞り加工してカップ状に一体成形した回転子ヨーク６ａを用いて、この回転子ヨーク６ａの天面部に偏心カム６ｄが一体に組み付けられていてもよい。
　固定子ハウジング７と回転子ハブ６ｂとの間には、中間軸受部１３が組み付けられている、即ち、中間軸受部１３は、回転子６の開口部内に天面部（回転子ハブ６ｂ）に近接して設けられている。中間軸受部１３は、回転子６を回転可能に支持している。これにより、中間軸受部１３からクランク軸１２が連繋する偏心カム６ｄまでの距離を可及的に短くして、振動の発生や騒音の発生を抑えることができ、回転子軸１０の軸長を短縮して装置を軸方向に小型化することができる。また、回転子６（回転子ハブ６ｂ）の開口部内に中間軸受部１２を設けることで、回転子６の回転安定性が向上する。尚、中間軸受部１３としては、複数の軸受部が軸方向に近接して組み付けられていてもよい。
　回転子軸１０は、一端側を固定子ハウジング７の端部に組み付けられた電動機側軸受部１４によって回転可能に支持されている。電動機側軸受部１４は軸方向外側に向かって予圧をかけかつＥリング等に抜け止めされて固定子ハウジング７に組み付けられている。また、回転子軸１０は固定子ハウジング７を挿通して他端側はケース本体１のクランク機構側に延設されている。回転子軸１０の他端は、ケース本体１に組み付けられたクランク側軸受部１５に回転可能に支持されている。回転子軸１０は、ケース本体１に対してＥリング等に抜け止めされて組み付けられている。また、クランク側軸受部１５は、弾性体１６（Ｏリング、環状ゴム等）を介してケース本体１に組み付けられている。
　これにより、回転子軸１０に外力が作用するクランク機構側の軸端をクランク側軸受部１５により回転可能に支持することで、回転子軸１０の振れを抑えることができる。特にクランク側軸受部１５は弾性体１６を介してケース本体１に組み付けられていると、回転子軸１０とクランク側軸受部１５の芯出しのずれ量を弾性体１６の変形によって吸収し、かつ回転子軸１０の軸端の振動を低減することもできる。
　回転子６の天面部（回転子ハブ６ｂ）と一体に組み付けられた偏心カム６ｄの外周には、カム軸受１１が組み付けられている。このカム軸受１１を介してクランク軸１２の一端が組み付けられている。クランク軸１２の他端はダイアフラムポンプ４側のポンプ室１８に臨むダイアフラム１７に連結されている。
　ダイアフラム１７は、ケース本体２とポンプ室１８が形成されたポンプケース１に挟み込まれて組み付けられている。ポンプケース１には、ポンプヘッド１９がシール材２０を介して一体に組み付けられている。ポンプヘッド１９は４隅においてボルト２１によりポンプケース１に固定されている。ポンプヘッド１９には、流体（気体、液体等）の吸込み口１９ａと吐出口１９ｂが形成されている。
　図４に示すように、ポンプヘッド１９には吸込み口１９ａに連なる吸込通路１９ｃが形成されている。ポンプケース１には、吸込通路１９ｃに連なる吸込通路１ａが形成されている。吸込通路１ａは、ポンプ室１８に連通している。また、ポンプヘッド１９とポンプケース１との界面部には吸込側逆止弁２２ａが設けられている。吸込側逆止弁２２ａは、吸込み通路１９ａとこれに連なる吸込通路１ａとを仕切る位置に設けられている。吸込側逆止弁２２ａは、ポンプ室１８内の流体圧が負圧になると開弁し、流体圧が平衡若しくは正圧になると閉弁する。
　図５に示すように、ポンプヘッド１９には吐出口１９ｂに連なる吐出通路１９ｄが形成されている。ポンプケース１には、吐出通路１９ｄに連なる吐出通路１ｂが形成されている。吐出通路１ｂは、ポンプ室１８に連通している。また、ポンプヘッド１９とポンプケース１との界面部には吐出側逆止弁２２ｂが設けられている。吐出側逆止弁２２ｂは、吐出通路１９ｂとこれに連なる吐出通路１ｂとを仕切る位置に設けられている。吐出側逆止弁２２ｂは、ポンプ室１８内の流体圧が正圧になると開弁し、流体圧が平衡若しくは負圧になると閉弁する。
　図３において、電動機（アウターロータ型ＤＣブラシレスモータ３）を回転駆動することで、回転子軸１０を中心とする偏心カム６ｄの回転運動をクランク軸１２の往復運動に変換してダイアフラム１７を変形させてポンプ室１８内の流体を吐出口１９ｂから吐出し若しくは吸込み口１９ａから吸引する動作を繰り返す。
　以上説明したように、カップ状に形成された回転子６が開口部を電動機側軸端に向けて回転子軸１０に一体に組み付けられるので、回転子６の開口部内の空スペースを利用して回転子６の天面部に近づけて中間軸受部１３を配置できると共に回転子６の天面部と偏心カム６ｄが一体に設けられているため、中間軸受部１３からクランク軸１２が連繋する偏心カム６ｄまでの距離を可及的に短くして、振動の発生や騒音の発生を抑えることができ、回転子軸１０の軸長を短縮して装置を軸方向に小型化することができる。また、回転子６の開口部内に比較的大径の中間軸受部１３を用いることで、回転子６の回転安定性が向上する。
　また、回転子６と偏心カム６ｄが一体に組み付けられることにより、回転子６の慣性モーメントが増大し、クランク軸１２を往復動させる際の推力を向上させることができる。
　また、回転子６、偏心カム６ｄ及びバランスウェイト６ｅが一体化して設けられているので、部品間の芯出しが行われかつ偏心量も相殺されているので、部品点数が少なく組み付け工数も減り、しかも振動が少なく回転子５の回転安定性も向上する。
　また、回転子軸１０に外力が作用するクランク機構側の軸端をクランク側軸受部１５により回転可能に支持することで、回転子軸１０の振れを抑えることができる。特にクランク側軸受部１５は弾性体１６を介してケース本体１に組み付けられていると、回転子軸１０とクランク側軸受部１５の芯出しのずれ量を弾性体１６の変形によって吸収し、かつ回転子軸１０の軸端の振動を低減することもできる。
　また回転子６の開口部内に当該回転子６の天面部に近接して中間軸受部１３が組み付けられていると、偏心カム６ｄに連繋するクランク軸１２から中間軸受部１３までの距離を可及的に短くすることができるので、電動機の回転駆動によって往復動するクランク軸１２の振動が抑えられ、騒音の発生も抑えられる。
　上述した電動ポンプＰは、クランク軸１２が回転子軸１０に１カ所で連繋する場合（ポンプ室１８は１カ所）について説明したが、回転子軸１０にクランク軸１２が複数箇所で連繋して複数のポンプ室１８が設けられていてもよい。
　例えば、回転子軸１０に１８０°位相がずれた位置で一対のクランク軸１２がカム軸受１１を介して各々設けられており、偏心カム６ｄには、一対のバランスウェイト６ｅがクランク軸１２と１８０°位相がずれた位置に各々設けられカウンターバランスを取るようになっていてもよい。
　電動ポンプＰの応用例について図６乃至図８に示す。
　電動ポンプＰの応用例として、電動機の両側にクランク機構を設けてダイアフラムポンプ４を複数設けるようにしてもよい。図６及び図７に示すように、ケース本体２にはポンプケース１及びポンプヘッド１９が２カ所に設けられている。図６に示すように、左右一対のダイアフラムポンプ４において、吸込み口１９ａと吐出口１９ｂは１８０°反転した位置に設けられている。
　図８において、電動ポンプ（アウターロータ型ＤＣブラシレスモータ３及びダイアフラムポンプ４）の基本構成（図８左側）は、図３と同様であるので異なる構成（図８右側の増設分）を中心に説明する。尚、図３と同一部材には同一番号を付いて説明を援用するものとする。回転子軸１０は、アウターロータ型ＤＣブラシレスモータ２の電動機側軸受１４より延設され、軸端がケース本体１の増設側軸受部２３に回転可能に支持されている。回転子軸１０は、ケース本体１に対してＥリング等に抜け止めされて組み付けられている。また、増設側軸受部２３は、弾性体１６（Ｏリング、環状ゴム等）を介してケース本体１に組み付けられていることが望ましい。
　電動機側に延設された回転子軸１０には、増設側偏心カム２４が一体に組み付けられている。増設側偏心カム２４には、バランスウェイト２４ａ（カウンターウェイト）が一体に形成されている。これは、増設側偏心カム２４にカム軸受１１を介して一端側が組み付けられる増設側クランク軸１２の偏心量を打ち消すために設けられている。尚、振動を抑えるため増設側偏心カム２４は可能な限り電動機側軸受１４に近づけて配置することが好ましい。
　上記構成によれば、同一のＤＣブラシレスモータ３の回転子６の回転を、回転子軸１０に連繋する２つのクランク軸１２の往復動に変えて２つのダイアフラム４ポンプ４を同時に駆動することができる。
　尚、ダイアフラムポンプ４に変えてケース本体２にシリンダ及びピストンを設けたピストンポンプを１対（２気筒）若しくは２対（４気筒）設けてもよい。
　上記電動ポンプＰはＯＡ機器、家電製品、産業機器、医療機器など幅広い機器に用いられる。

 

Claims (8)

  1. 　電動機と当該電動機によって駆動されるクランク機構がポンプに隣接するケース本体内に一体に組み付けられた電動ポンプであって、
    　前記ケース本体内で前記電動機側から前記クランク機構側へ延設された回転子軸に、開口部を前記電動機側軸端に向けて一体に組み付けられると共に前記開口部内に配置された中間軸受部に回転可能に支持されたカップ状に形成された回転子と、
    　前記回転子の天面部と一体に設けられ前記回転子軸の軸心より偏心した偏心カムと、
    　前記偏心カムにカム軸受を介して一端側が組み付けられ、他端側が前記ポンプ側に連なるクランク軸と、を具備し、
    　前記電動機を回転駆動することで前記回転子軸を中心とする前記偏心カムの回転運動を前記クランク軸の往復運動に変換して前記ポンプを駆動することを特徴とする電動ポンプ。
  2. 　前記偏心カムには、前記カム軸受を介して組み付けられる前記クランク軸の前記回転子軸の軸心に対する偏心量を打ち消すバランスウェイトが一体に形成されている請求項１記載の電動ポンプ。
  3. 　前記電動機の回転子軸の前記偏心カムより前記クランク機構側に延設された軸端は、前記ケース本体に組み付けられたクランク側軸受部により回転可能に支持されている請求項１又は請求項２記載の電動ポンプ。
  4. 　前記クランク側軸受部は弾性体を介して前記ケース本体に組み付けられている請求項３記載の電動ポンプ。
  5. 　前記回転子の開口部内に当該回転子の天面部に近接して前記中間軸受部が組み付けられている請求項１乃至請求項４のいずれか１項記載の電動ポンプ。
  6. 　前記中間軸受部は複数の軸受部が軸方向に近接して組み付けられている請求項５記載の電動ポンプ。
  7. 　前記回転子は、筒状に形成された前記回転子ヨークの端面を閉止して組み付けられる回転子ハブと前記回転子軸が一体に組み付けられ、前記回転子ハブと固定子ハウジングとの間に組み付けられた前記中間軸受部を介して前記回転子が回転可能に支持されている請求項１乃至請求項６のいずれか１項記載の電動ポンプ。
  8. 　前記クランク軸の他端はポンプ室に臨むダイアフラムに連結されているダイアフラムポンプである請求項１乃至請求項７のいずれか１項記載の電動ポンプ。

     
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