JP2009074433A - ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】ポンプ効率の向上及びポンプの小型化を図ることのできるポンプを提供する。
【解決手段】液体を吸排する羽根車１と、吸入口２及び吐出口３を有したポンプケース４と、羽根車１を回転自在に収容させるポンプ室５を前記ポンプケース４と対をなして形成する分離板６と、羽根車１を回転駆動させるマグネット７を有したロータ８と、ロータ８に回転駆動力を伝達する爪磁極９を有したステータ１０と、を備えたクローポール型モータを駆動源とするポンプであって、ステータ１０全体をモールド樹脂４０で被覆した構造とする。ステータ１０全体をモールド樹脂４０で被覆することで、モータの熱及び液体の熱を、このモールド樹脂４０で逃がすことができ、モータ効率を高めることが可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、クローポール型モータを使用したポンプに関し、詳細には、ポンプ効率及びポンプの小型化技術に関する。

例えば、液体を吸排するポンプには、羽根車を回転駆動させるモータとして爪磁極を有したクローポール型モータを使用したものが知られている（例えば特許文献１など参照）。クローポール型モータは、構造が単純であることから生産性が良く、しかも製造コストも低く抑えることができるという利点を有している。

通常、ポンプは、液体を吸排する羽根車と、吸入口及び吐出口を有したポンプケースと、羽根車を回転自在に収容させるポンプ室を前記ポンプケースと対をなして形成する分離板と、羽根車を回転駆動させるマグネットを有したロータと、ロータに回転駆動力を伝達する爪磁極を有したステータとを備え、前記分離板にて前記ロータと前記ステータとを水密状態に分離した構造となっている。
特表２００３−５０５６４８号公報

ところで、この種のポンプにおいては、液体の吸排能力（ポンプ効率）の更なる向上が求められると共に、より一層の小型化が求められている。

そこで、本発明は、ポンプ効率の向上及びポンプの小型化を図ることのできるポンプを提供することを目的とする。

クローポール型モータを駆動源とするポンプにおいて、ポンプ効率の向上及びポンプの小型化を図るためには、ステータ全体をモールド樹脂で被覆するか、又は、ステータを圧粉鉄心で構成する。

本発明のポンプによれば、ステータ全体をモールド樹脂で被覆することで、吸入口よりポンプ室内に吸い込んだ液体の熱及びモータ（ロータ及びステータ）が発生する熱を、このモールド樹脂を介して逃がすことができ、それによりポンプ効率を向上させることができる。また、本発明のポンプによれば、モールド樹脂が熱を逃がす作用をするので、新たに冷却装置を設置する必要が無くポンプ自体の小型化も実現できる。

また、本発明のポンプによれば、ステータを圧粉鉄心で構成することで、渦電流の発生を抑制することができるため、電流損失の減少によりポンプ効率を向上させることができる。また、本発明のポンプによれば、圧粉鉄心でステータを構成しているので、ステータ自体の厚みを薄でき、それによりポンプ自体の小型化も実現できる。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

「第１実施形態」
図１は第１実施形態のポンプの斜視図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。

第１実施形態のポンプは、液体を吸排する羽根車１と、液体を吸排させる吸入口２及び吐出口３を有したポンプケース４と、羽根車１を回転自在に収容させるポンプ室５を前記ポンプケース４と対をなして形成する分離板６と、羽根車１を回転駆動させるマグネット７を有したロータ８と、ロータ８に回転駆動力を伝達する爪磁極９を有したステータ１０と、ステータ１０で発生させた磁界を制御する制御基板１１と、を備えたクローポール型モータを駆動源としている。

そして、この第１実施形態のポンプは、分離板６を挟んで外側にロータ８を配置し且つ内側にステータ１０を配置した、いわゆるアウター型ロータ構造のクローポール型モータを駆動源としたポンプ構造となっている。

ポンプ室５は、天面中央に開口された吸入口２と側壁に設けられた吐出口３とを有したポンプケース４に、ロータ８とステータ１０を水密状態に分離（ポンプ部とモータ部を分離）する分離板６が結合されることにより形成されている。なお、ポンプケース４と分離板６の結合部分には、ポンプ部とモータ部を水密状態に仕切るために図示を省略するシール部材を介在させている。

羽根車１は、ポンプ室５に設けられた固定軸１２に対し軸受け部１３を介して回転自在に支承されている。かかる羽根車１は、固定軸１２を中心に回転することにより、吸入口２からポンプ室５内へと吸い込んだ液体に遠心力を与えて吐出口３からポンプ外へと排出する。この羽根車１で吸排される液体は、例えば８０℃程度の温水とされる。なお、軸受け部１３の上部には、受板４５が設けられている。

ロータ８は、羽根車１に一体的に設けられた円筒体として形成され、その円筒部の内壁に磁気回路（磁束）を構成するマグネット７を設けている。マグネット７と分離板６との間には、ロータ８の回転時に接触しない程度の隙間（クリアランス）が確保されている。

ステータ１０は、円筒体をなすロータ８の内側に分離板６を挟んで対向配置されている。かかるステータ１０は、複数個の爪磁極（クローポール）９を有した鉄心に絶縁板１４を介して環状コイル（巻線）１５を配置させた構成とされている。なお、ステータ１０と分離板６を面接触状態で接触させてもよい。そして、ステータ１０は、例えば不飽和ポリエステルなどからなるモールド樹脂４０でその全体が被覆されている。

このクローポール型のステータ１０では、環状コイル１５に通電することで発生した磁界を、爪磁極９からロータ８へと効率良く伝達することができる。

制御板１１は、ステータ１０の背面に設けられており、図示を省略した位置検出部からの信号を受けて環状コイル１５で発生した磁界を制御する。そして、この制御板１１は、前記したステータ１０と共にモールド樹脂４０で被覆されている。

このように構成されたポンプにおいては、環状コイル１５への通電により発生する磁界が爪磁極９からマグネット７へと伝達されることにより該マグネット７が吸引反発することで、前記ロータ８と一体的に設けられた羽根車１が、前記固定軸１２を中心として回転する。そして、この羽根車１の回転に伴いポンプ作用が発生し、液体が吸入口２よりポンプ室５内へと吸込まれ、このポンプ室５内で加圧されて周囲方向へ圧送された液体は吐出口３からポンプ外へと吐出される。

ステータ１０は、環状コイル１５への通電により発熱しており、羽根車１で吸排する液体は、前記したように８０℃程度の温水であるため、モータが熱くなり吸排効率（モータ効率）が低下する。しかしながら、本実施形態では、ステータ全体をモールド樹脂４０で被覆しているので、モータの熱及び液体の熱をこのモールド樹脂４０を介してモータ外へと逃がすことができる。したがって、本実施形態のポンプによれば、新たな冷却装置を使用することなく、モータを冷却することが可能となり、モータ効率を向上させることができ且つモータの小型化も図れる。

また、本実施形態のポンプでは、ステータ１０全体をモールド樹脂４０で被覆しているので、このモールド樹脂４０によってステータ１０を保護することができると共に強度も高めることができる。

また、本実施形態のポンプでは、羽根車１が回転すると、ポンプ室５は内圧が高まることから、その圧力が分離板６に作用する。通常、この圧力に対抗出来るだけの耐圧を確保するために分離板６の厚みを厚くするが、そうするとモータが大型化してしまう。そこで、分離板６にステータ１０を面接触状態で接触させた構造とすれば、分離板６に作用した圧力をステータ１０で受け止めて軽減することができる。これにより、本実施形態のポンプでは、分離板６の厚みを厚くすることなくポンプの耐水圧を高めることができる。また、本実施形態のポンプでは、分離板６の厚みを薄くできることから材料費も低減可能となる。

「第２実施形態」
第２実施形態のポンプは、ステータ１０を圧粉鉄心で構成した例である。その他のポンプ構造は、ステータ１０をモールド樹脂４０で被覆する構成を除いた以外は、第１実施形態で説明したアウター型ロータ構造のポンプと同一である。第２実施形態では、第１実施形態と異なる部分のみ説明し、共通部分に関してはその説明を省略するものとする。

図３は第２実施形態のポンプの断面図である。第２実施形態のポンプでは、金型のキャビティー内に磁性粉を充填し圧縮することにより成形した圧粉鉄心からなるステータ１０を使用している。圧粉鉄心は、鉄粉個々の表面を無機絶縁皮膜でコーティングし、粒子間を樹脂でバインドした構造とされたもので、高周波での鉄損失が低く（渦電流損失が低く）、また飽和磁束密度が大きくしかも耐熱性に優れるという利点を備えている。

このように、第２実施形態のポンプでは、ステータ１０を圧粉鉄心で構成しているので、これまでステータ１０に使用されて来た電磁鋼板やフェライトでは満足出来ない数百ｋＨｚの高周波数域で使用することができる他、従来同等の性能でより小型化される。

「第３実施形態」
第３実施形態のポンプは、第１実施形態に第２実施形態を組み合わせたポンプ構造の例である。この第３実施形態のポンプ構造は、第１実施形態で示した図１及び図２と同一であるが、ステータ１０全体をモールド樹脂４０で被覆した構造（第１実施形態の構造）に、ステータ１０を圧粉鉄心で構成した構造（第２実施形態の構造）を合体させたものとしている。

第３実施形態のポンプによれば、第１実施形態の効果に加えて第２実施形態の効果も備えるため、モータの熱及び液体の熱を効率良く逃がしてモータ効率を高めることが出来ると共にポンプを小型化することができ、加えて高周波数域での使用が可能となる。

また、第３実施形態のポンプによれば、圧粉鉄心からなるステータ１０は強度的に脆いが、モールド樹脂４０でステータ１０全体を被覆することで、ステータ１０を外力から保護することができる。

「第４実施形態」
第４実施形態のポンプは、ステータ全体をモールド樹脂４０で被覆した構造に加えて、分離板６もモールド樹脂４０で被覆したポンプ構造の例である。その他のポンプ構造は、第１実施形態で説明したアウター型ロータ構造のポンプと同一である。第４実施形態では、第１実施形態と異なる部分のみ説明し、共通部分に関してはその説明を省略するものとする。

図４は第４実施形態のポンプの断面図である。第４実施形態のポンプでは、ステータ１０全体をモールド樹脂４０で被覆した構造（第１実施形態の構造）に加えて、分離板６全体をモールド樹脂４０で被覆した構造としている。

このように、第４実施形態のポンプでは、第１実施形態の効果に加えて、分離板６全体もモールド樹脂４０で被覆されているので、分離板６とモールド樹脂４０との接触面積が増えることからこの分離板６を通して伝達されるモータの熱及び液体の熱をより一層放熱させることができる。したがって、第４実施形態のポンプによれば、更なるモータ効率を高めることができる。

なお、通常、この種のポンプでは、図５に示すようにモータ駆動方式は回転子にマグネット７を使用し、磁極をホールセンサ４１で検知して電流を流すタイミングを制御している。この例のように、ホールセンサ４１を使用すれば、ポンプ自体の大きさが大型化してしまう。そこで、マグネット７からの磁極を電流波形から察知することでホールセンサ４１を不要とする。マグネット７からの磁極を電流波形から察知することに関しては、この第４実施形態のポンプだけでなく第１、第２及び第３実施形態のポンプの全てに適用できる。こうすることで、ホールセンサ４１をロータ８の近傍に設置する必要がなくなるため、ポンプ自体を小型化することが可能となる。

「第５実施形態」
第５実施形態のポンプは、分離板を挟んで内側にロータを配置し且つ外側にステータを配置したインナー型ロータ構造のクローポール型モータを駆動源としたポンプである。図６は第５実施形態のポンプの断面図である。

第５実施形態のポンプは、液体を吸排する羽根車２１と、液体を吸排させる吸入口２２及び吐出口２３を有したポンプケース２４と、羽根車２１を回転自在に収容させるポンプ室２５を前記ポンプケース２４と対をなして形成する分離板２６と、羽根車２１を回転駆動させるマグネット２７を有したロータ２８と、ロータ２８に回転駆動力を伝達する爪磁極（図示は省略する）を有したステータ３０と、ステータ３０で発生させた磁界を制御する制御基板３１と、を備えたクローポール型モータを駆動源としている。

そして、この第５実施形態のポンプは、分離板２６を挟んで内側にロータ２８を配置し且つ外側にステータ３０を配置した、いわゆるインナー型ロータ構造のクローポール型モータを駆動源としたポンプ構造となっている。

ポンプ室２５は、天面中央に開口された吸入口２２と側壁に設けられた吐出口２３とを有したポンプケース２４に、ロータ２８とステータ３０を水密状態に分離（ポンプ部とモータ部を分離）する分離板２６が結合されることにより形成されている。なお、ポンプケース２４と分離板２６の結合部分には、ポンプ部とモータ部を水密状態に仕切るためにシール部材２９を介在させている。

ロータ２８は、羽根車２１に一体的に設けられた円筒体として形成され、その円筒部の外壁に磁気回路（磁束）を構成するマグネット２７を設けている。かかるロータ２８は、ポンプケース２４に設けられた軸支え部３２と分離板２６に設けられた軸支え部３３に各端部を挿入嵌合させた固定軸３４に対して、軸受け部３５を介して回転自在に支承されている。固定軸３４は、その両端側に取り付けられた回り止め板３６、３７により回転不可能とされている。なお、マグネット２７と分離板２６との間には、ロータ２８の回転時に接触しない程度の隙間（クリアランス）が確保されている。

羽根車２１は、ロータ２８と一体化されていることから固定軸３４を中心に回転し、吸入口２２からポンプ室２５内へと吸い込んだ液体に遠心力を与えて吐出口２３からポンプ外へと排出する。

ステータ３０は、ロータ２８の外側に分離板２６を挟んで対向配置されている。かかるステータ３０は、複数個の爪磁極（クローポール）を有した鉄心に絶縁板（図示は省略する）を介してコイル（巻線）３８を配置させた構成とされている。なお、ステータ３０と分離板２６を面接触状態で接触させてもよい。このクローポール型のステータ３０では、コイル３８に通電することで発生した磁界を、爪磁極からロータ２８へと効率良く伝達することができる。

制御板１１は、分離板２６の背面に設けられており、位置検出センサである位置検出部３９からの信号を受けてコイル３８で発生した磁界を制御する。そして、ステータ３０と制御板３１を含めた分離板２６は、例えば不飽和ポリエステルなどからなるモールド樹脂４０でその全体が被覆されている。

このように構成されたポンプにおいては、コイル３８への通電により発生する磁界が爪磁極からマグネット２７へと伝達されることにより該マグネット２７が吸引反発することで、前記ロータ２８と一体的に設けられた羽根車２１が、前記固定軸３４を中心として回転する。そして、この羽根車２１の回転に伴いポンプ作用が発生し、液体が吸入口２２よりポンプ室２５内へと吸込まれ、このポンプ室２５内で加圧され周囲方向へ圧送された液体は吐出口２３からポンプ外へと吐出される。

この第５実施形態のポンプでは、インナー型ロータ構造のクローポール型モータの全体をモールド樹脂４０で被覆しているので、モータの熱及び液体の熱をこのモールド樹脂４０を介してモータ外へと逃がすことができ、新たな冷却装置を使用することなく、モータを冷却できる。したがって、モータ効率を向上させることができ且つモータの小型化も図れる。

また、本実施形態のポンプでは、ポンプケース４を除く部位全てをモールド樹脂４０で被覆した構造であるから制御板３１を含めたモータ部全体をこのモールド樹脂４０で保護することができると共に強度も高めることができる。

また、第５実施形態のポンプでは、羽根車２１が回転すると、ポンプ室２５は内圧が高まることから、その圧力が分離板２６に作用する。そこで、分離板２６にステータ３０を面接触状態で接触させた構造にすれば、分離板２６に作用した圧力をステータ３０で受け止めて軽減することができる。これにより、本実施形態のポンプでは、分離板２６の厚みを厚くすることなくポンプの耐水圧を高めることができる。また、本実施形態のポンプでは、分離板２６の厚みを薄くできることから材料費も低減可能となる。

なお、この第５実施形態のポンプ構造において、第２実施形態のようにステータ３０を圧粉鉄心で構成しても良い。または、この第５実施形態のポンプにおいて、モールド樹脂４０による被覆をせずに、ステータ３０を圧粉鉄心で構成したポンプ構造としてもよい。

図１は第１実施形態のポンプの斜視図である。 図２は図１のＡ−Ａ線断面図である。 図３は第２実施形態のポンプの断面図である。 図４は第４実施形態のポンプの断面図である。 図５はホールセンサで磁極を検知する構成の従来ポンプの断面図である。 図６は第５実施形態のポンプの断面図である。

符号の説明

１、２１…羽根車
２、２２…吸入口
３、２３…吐出口
４、２４…ポンプケース
５、２５…ポンプ室
６、２６…分離板
７、２７…マグネット
８、２８…ロータ
９…爪磁極
１０、３０…ステータ
１１、３１…制御基板
１５…環状コイル
３８…コイル
４０…モールド樹脂
４５…受板

Claims (5)

1. 液体を吸排する羽根車と、
   前記液体を吸排させる吸入口及び吐出口を有したポンプケースと、
   前記羽根車を回転自在に収容させるポンプ室を前記ポンプケースと対をなして形成する分離板と、
   前記羽根車を回転駆動させるマグネットを有したロータと、
   前記ロータに回転駆動力を伝達する爪磁極を有したステータと、を備えたクローポール型モータを駆動源とするポンプであって、
   少なくとも前記ステータ全体をモールド樹脂で被覆した
   ことを特徴とするポンプ。
2. 液体を吸排する羽根車と、
   前記液体を吸排させる吸入口及び吐出口を有したポンプケースと、
   前記羽根車を回転自在に収容させるポンプ室を前記ポンプケースと対をなして形成する分離板と、
   前記羽根車を回転駆動させるマグネットを有したロータと、
   前記ロータに回転駆動力を伝達する爪磁極を有したステータと、を備えたクローポール型モータを駆動源とするポンプであって、
   前記ステータを、磁性粉を圧縮して成形した圧粉鉄心で構成した
   ことを特徴とするポンプ。
3. 請求項１に記載のポンプであって、
   前記ステータを、磁性粉を圧縮して成形した圧粉鉄心で構成した
   ことを特徴とするポンプ。
4. 請求項１から請求項３の何れかに記載のポンプであって、
   前記クローポール型モータは、前記分離板を挟んで外側にロータを配置し且つ内側にステータを配置したアウター型ロータ構造である
   ことを特徴とするポンプ。
5. 請求項１から請求項３の何れかに記載のポンプであって、
   前記クローポール型モータは、前記分離板を挟んで内側にロータを配置し且つ外側にステータを配置したインナー型ロータ構造である
   ことを特徴とするポンプ。

Images