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JP4498943B2 - キャンドモータポンプ - Google Patents

キャンドモータポンプ Download PDF

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JP4498943B2
JP4498943B2 JP2005030502A JP2005030502A JP4498943B2 JP 4498943 B2 JP4498943 B2 JP 4498943B2 JP 2005030502 A JP2005030502 A JP 2005030502A JP 2005030502 A JP2005030502 A JP 2005030502A JP 4498943 B2 JP4498943 B2 JP 4498943B2
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Description

本発明はキャンドモータポンプに関する。
従来、流体を圧送するポンプにキャンドモータを駆動源としたキャンドモータポンプがある。
キャンドモータの固定子と回転子とは、回転子と同軸的に配設され回転子側の領域がポンプ室内と連通する薄肉円筒状に形成された筒体によって分離されており、回転子は筒体内に満たされた流体中で回転する。よって、ポンプ部とモータ部とをパッキングやメカニカルシールなどでシールする必要がなく液漏れのおそれがない構成となっている。回転子の回転を支持する軸受の潤滑はポンプ室から筒体内に供給される流体によって維持されている。また、筒体内の流体を循環させることにより軸受周辺に発生した熱が排熱される。すなわち、筒体内を循環経路として流体を循環させることにより軸受けの潤滑の維持とモータの冷却とが行われる。
このようなキャンドモータを用いたキャンドモータポンプとして、例えば特許文献1に開示されているように、コイル及び軸受を冷却するために筒体内の流体を循環させる循環用インペラを回転子の軸方向一方側に配置し、軸方向他方側に向って流体を圧送する構成を有するものがある。
特開平9−88894号公報
しかしながら、このような構成のキャンドモータポンプは、回転子と筒体との間を流体が通過するように構成されている。回転子と筒体との距離は、回転子と固定子との間の磁束の流れを妨げないよう狭い方がよい。このため、回転子と筒体との間の隙間が流体の圧送に対する抵抗となり、回転子の回転軸に固定された循環用インペラに対する負荷となる。つまり回転子の回転に対して負荷となり、ポンプの出力低下を招くおそれがある。また、回転子と筒体との間により圧送される流体が抵抗を受けるため、回転子に対して循環用インペラと反対側に配設された軸受に対して流体を適切に供給することができない。
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、筒体内の流体を効率よく循環させることができるキャンドモータポンプを提供することにある。
上記課題を解決するため、請求項1に記載の発明は、流体を圧送するインペラが配設されるポンプ室を備えたポンプ部と、前記インペラを駆動するキャンドモータ部と、から構成されるキャンドモータポンプであって、前記キャンドモータ部は、固定子と、回転子と、前記回転子を支持する固定軸と、前記回転子と前記固定子とを分離し前記回転子側に前記流体が流入される筒体と、前記回転子の回転にともなって前記流体を軸方向に圧送する循環用インペラとを備え、前記回転子は、前記固定軸に対して回転可能に支持される回転支持部と、軸方向に貫通された流通経路とを備え、前記流通経路は、前記固定軸と同軸的に形成され、前記循環用インペラは、前記流通経路内に配設される。
また、請求項に記載の発明は、請求項1に記載のキャンドモータポンプにおいて、前記循環用インペラは、吸入側では負圧を発生させ、吐出側では正圧を発生させる。
また、請求項に記載の発明は、請求項又はに記載のキャンドモータポンプにおいて、前記回転支持部は、軸方向において前記流通経路内に配設される。
また、請求項に記載の発明は、請求項1〜の何れか1項に記載のキャンドモータポンプにおいて、前記回転支持部は、前記流体によって潤滑される潤滑面を備え、前記潤滑面は、軸方向一方側から他方側に延びる溝を有する。
また、請求項に記載の発明は、請求項に記載のキャンドモータポンプにおいて、前記溝は、前記固定軸の軸方向に直線状に形成されている。
また、請求項に記載の発明は、請求項に記載のキャンドモータポンプにおいて、前記溝は、前記回転支持部の回転にともなって前記流体を軸方向に促すよう形成されている。
また、請求項に記載の発明は、請求項に記載のキャンドモータポンプにおいて、前記溝は、前記固定軸に対して傾斜する。
また、請求項に記載の発明は、請求項に記載のキャンドモータポンプにおいて、前記溝は、螺旋状に形成される。
(作用)
請求項1に記載の発明によれば、回転子の軸方向における流体の流路が広くなるため流体の損失抵抗が軽減され流体が軸方向に流れやすくなり、回転子とともに回転する循環用インペラに作用する流体の圧送に対する抵抗が低減される。よって、キャンドモータ部に要求される回転子の回転に対する負荷が低減され、筒体内の流体を効率よく循環させることができる。
また、循環用インペラが流通経路内に配設されるため回転子に妨げられることなく流体を軸方向に圧送することができる。よって、流体を循環させるために要求される負荷を低減することに貢献することができる。また、圧送された流体が回転子に妨げられないため、回転子の軸方向両側にある回転支持部を均等に冷却することに貢献することができる。また、循環用インペラは回転子の軸方向幅内に配設されるため循環用インペラを回転子の軸方向に配設した場合と比較してキャンドモータを短尺化することが可能となりキャンドモータポンプの小型化に貢献することができる。また、回転子の軸方向に循環用インペラを配設したものと比較して循環経路が短尺化されるため流体の損失抵抗が低減され、モータの負荷を低減させることができる。
請求項に記載の発明によれば、循環用インペラによって流体を循環させることが可能となり、回転支持部の冷却を促進することができる。
請求項に記載の発明によれば、回転支持部が循環用インペラとともに流通経路内に配設されるため、循環用インペラによって圧送される流体に回転子の回転面の影響を与えることなく回転支持部に直接供給することができる。また、回転支持部が回転子の軸方向幅内に配設されるためキャンドモータ部の短尺化が可能となり、キャンドモータポンプの小型化に貢献することができる。
請求項に記載の発明によれば、溝が形成されるため、潤滑面においても軸方向に流体を循環させることが可能となる。よって、潤滑面の冷却が促進され潤滑面の潤滑性を向上することができる。また、潤滑面に侵入した異物を排出することが可能となり、潤滑面における異物の噛み込みの発生を妨げることに貢献することができる。
請求項に記載の発明によれば、溝を容易に形成することができる。
請求項に記載の発明によれば、潤滑面の流体の循環が促されるため潤滑面上にある摩擦熱などによって加熱された流体を排除することが可能となり潤滑性の向上に貢献することができる。また、潤滑面に侵入した異物の排出が促進されるため、潤滑面における噛み込みの発生を妨げることができる。
請求項に記載の発明によれば、固定軸に対して傾斜した溝を形成することにより潤滑面に対して流体を供給する面積が増加し潤滑性を向上させることができる。よって、キャンドモータ部に作用する抵抗を低減させることができる。
請求項に記載の発明によれば、螺旋状の溝を形成することにより潤滑面に対して流体を供給する面積が増加し潤滑性を向上させることができる。よって、キャンドモータ部に作用する抵抗を低減させることができる。
本発明によれば、筒体内の流体を効率よく循環させることができるキャンドモータポンプを得ることができる。
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図1に示すようにキャンドモータポンプは、キャンドモータ部としてのキャンドモータ1と、流体を圧送するポンプ部2とから構成されている。なお、以下の説明において、図1及び図2において図示状態で右側をポンプ部側とし、左側を反ポンプ部側とする。
まず、ポンプ部2について簡単に説明する。
ポンプ部2は、キャンドモータ1に固定された略円盤状のケーシング3と、ケーシング3の端面から突出する態様で形成された吸入口4と、ケーシング3の径方向に開口する吐出口5と、ケーシング3の略中央に形成され吸入口4及び吐出口5と連通するポンプ室6と、ポンプ室6内に収容されたインペラ7とから構成されている。
キャンドモータ1に通電されることによってインペラ7が回転する。流体は、インペラ7の回転により吸入口4からポンプ室6内に流入し、吐出口5から吐出する。
次に、キャンドモータ1について詳しく説明する。
キャンドモータ1は、有底円筒状に形成されポンプ部側に開口部を備えるハウジング10と、固定子としてのコア11と、略円柱状に形成された回転子12と、回転子12を回転可能に支持する固定軸13と、回転子12とコア11とを分離する筒体14とから構成されている。
ハウジング10は、その開口側をポンプ部2によって閉止されている。また、ハウジング10の内周側には回転子12の外周面に対向する態様で固定子としてのコア11が周方向に等間隔で配設されている。コア11は図示しない巻線が巻装されており巻線の給電態様が変化することにより回転子12が回転する。
固定軸13は、図面左端(基端)がハウジング10に固定され、回転子12の端面を貫く態様で該回転子12を回転可能に支持している。固定軸13の先端は、ハウジング10のポンプ部側端面10bよりも若干ポンプ部側へ突出し、ポンプ部2のケーシング3に設けられたキャップ部3aが被冠されている。
筒体14は、薄肉有底円筒状に形成されておりその底面14aからは固定軸13が開口部側へ略垂直に延びている。コア11及び回転子12はそれぞれ筒体14の外周側と内周側とに固定軸13と同軸的に配設される態様で分離されている。
なお、筒体14の内周側はポンプ部2のポンプ室6の反ポンプ部側に形成されたポンプ部開口部6aによってポンプ室6と連通しており、ポンプ部2で圧送される流体はポンプ部開口部6aから筒体14の内部に流入する(図1参照)。すなわち、筒体14の外周側に配設されるコア11は流体と接触することなく、回転子12はポンプ室6内の流体に充填された筒体14の内周側に配設される。
また、筒体14の内周壁14bと回転子12との間、及び、回転子12の端面12aとハウジング10の底面14aの間には径方向において若干の隙間14cが設けられており、回転子12は筒体14及び底面14aとは接触することなく固定軸13のみに支持されている。なお、図1図示状態では、回転子12の径方向において筒体14との間隔が広く描かれているが実際はこの間隔は狭くなっている。
回転子12は、そのポンプ部側の端面にハウジング10からポンプ部側へ突出する態様でインペラ7が形成されており回転子12の回転に伴ってインペラ7も回転する。
次に、回転子12の構成について詳しく説明する。図2は図1においてハウジング10及びケーシング3を除いたキャンドモータ1の一部断面図である。
図2に示すように、回転子12は、略円柱状に形成されたマグネット支持部20と、回転子12を回転可能に支持するポンプ部側軸受21及び反ポンプ部側軸受22と、ポンプ部側軸受21と反ポンプ部側軸受22と同軸的に配設される循環用インペラ23とを備えている。
マグネット支持部20は、その外周側に周方向に等間隔でコア11に対向する態様でマグネット20aが固定されている。また、その略中央には固定軸13を包囲する態様で形成された流通経路24が形成されている。すなわち、回転子12の両端面はマグネット支持部20に形成された流通経路24によって軸方向に貫かれている。なお、図1では省略したがキャップ部3aと回転子12との間には若干の隙間が存在し、流通経路24からポンプ室6へ流体が流出する。
流通経路24のポンプ部側と反ポンプ部側には、流通経路24の側面をさらに凹設して形成されたポンプ部側軸受収容部24a及び反ポンプ部側軸受収容部24bがそれぞれ形成されている。ポンプ部側軸受収容部24a及び反ポンプ部側軸受収容部24bにはそれぞれ回転支持部としてのポンプ部側軸受21及び反ポンプ部側軸受22が収容される。
ポンプ部側軸受21及び反ポンプ部側軸受22は、その内周面21a、22aにおいて固定軸13に当接し回転子12と一体回転する。回転子12はポンプ部側軸受21及び反ポンプ部側軸受22の内周面21a、22aによって固定軸13の径方向への移動が規制される。すなわち、本実施形態においては、ポンプ部側軸受21及び反ポンプ部側軸受22の内周面21a、22aが回転子12の潤滑面となり、流通経路24内にポンプ部側軸受21及び反ポンプ部側軸受22が収容されることにより潤滑面が回転子12の軸方向幅内に配設される。なお、ポンプ部側軸受21及び反ポンプ部側軸受22とを内周面21a、22aにおいて固定軸13に固定し、外周面を潤滑面としてもよい。
ポンプ部側軸受21及び反ポンプ部側軸受22の内周面21a、22aには、図3(a)及び(b)に示すように、両端面を連通する態様で軸方向に延びる4本の溝25が形成されている。
また、流通経路24の反ポンプ部側軸受収容部のポンプ部側には、インペラ収容部24cが形成されており循環用インペラ23が回転子12に圧入固定されている。
循環用インペラ23は、ポンプ部側軸受収容部24a及び反ポンプ部側軸受収容部24bの間に同軸的に配設される。
循環用インペラ23は、図4(a)及び(b)に示すように、略円筒状に形成されており、その内周壁23aには径方向内側に突出する態様で形成された4枚の羽根26が形成されている。羽根26は、循環用インペラ23の軸方向において固定軸13に対して平行に延びており固定軸13を中心として放射線状に配設されている。
なお、固定軸13(ハウジング10)に対する回転子12の軸方向への移動は、インペラ7がキャップ部3a(実際にはインペラ7を支持するポンプ部側軸受21とキャップ部3a)とが当接することによって規制される。
次に、図1に基づいて本実施形態に係るキャンドモータポンプにおける流体の循環態様について説明する。
キャンドモータに通電されることによりキャンドモータ1のインペラ7が回転する。
インペラ7が回転することによりポンプ部2の吸入口4から流体がポンプ室6内に流入し、インペラ7の遠心力により吐出口5から流体が吹出される。
ポンプ室6内に流入した流体は、ポンプ部開口部6aからキャンドモータ1の隙間14cを経てポンプ部側軸受21及び反ポンプ部側軸受22に形成された溝25から回転子12の流通経路24内に浸入する。このとき、ポンプ部側軸受21及び反ポンプ部側軸受22は、溝25に浸入した流体が潤滑面に供給されることにより潤滑が維持される。すなわち、回転子12の回転を支持するポンプ部側軸受21及び反ポンプ部側軸受22の潤滑は流通経路24内に浸入する流体によって維持され、流通経路24内の流体を循環させることによりポンプ部側軸受21及び反ポンプ部側軸受22周辺の加熱された流体が排除される。
流通経路24内に配設された循環用インペラ23は回転子12と一体回転するため流通経路24に浸入した流体は循環用インペラ23によって軸方向に圧送される。なお、本実施形態においては、反ポンプ部側軸受22と循環用インペラ23とが近接しているため、循環用インペラ23によって圧送された流体は主にポンプ部側へ流れる。
ポンプ部側へ圧送された流体はポンプ部側軸受21の溝25からキャップ部3aと回転子12との隙間(図示略)を介してポンプ室6へ排出される。
上記したように、本実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
(1)回転子12が流通経路24によって流体の流路が広くなるため流体の損失抵抗が軽減され流体が軸方向に流れやすくなり、回転子12とともに回転する循環用インペラ23に作用する流体の圧送に対する抵抗が低減される。よって、キャンドモータ1に要求される回転子12の回転に対する負荷が低減され、筒体14内の流体を効率よく循環させることができる。
(2)循環用インペラ23が流通経路24内に配設されるため、回転子12に妨げられることなく流体を軸方向に圧送することができる。よって、流体を循環させるために要求される負荷を低減することに貢献することができる。また、圧送された流体が回転子12に妨げられないため、回転子12の軸方向両側にある回転支持部としてのポンプ部側軸受21及び反ポンプ部側軸受22を均等に冷却することに貢献することができる。また、循環用インペラ23は回転子の軸方向幅内に配設されるため循環用インペラ23を回転子12の軸方向に配設した場合と比較してキャンドモータ1を短尺化することが可能となりキャンドモータポンプの小型化に貢献することができる。また、回転子12の軸方向に循環用インペラ23を配設したものと比較して循環経路が短尺化されるため流体の損失抵抗が低減され、キャンドモータ1の負荷を低減させることができる。
(3)回転支持部としてのポンプ部側軸受21及び反ポンプ部側軸受22が循環用インペラ23とともに流通経路内に配設される。よって、循環用インペラ23によって圧送される流体を回転子12の回転面の影響を与えることなくポンプ部側軸受21及び反ポンプ部側軸受22に直接供給することができる。また、ポンプ部側軸受21及び反ポンプ部側軸受22が回転子12の軸方向幅内に配設されるためキャンドモータ1の短尺化が可能となり、キャンドモータポンプの小型化に貢献することができる。
(4)溝25が形成されるため、潤滑面としての内周面21a、22aにおいても軸方向に流体を循環させることが可能となる。よって、潤滑面の冷却が促進され潤滑面の潤滑性を向上することができる。また、潤滑面に侵入した異物を排出することが可能となり、潤滑面における異物の噛み込みの発生を妨げることに貢献することができる。
(5)溝25は固定軸13に対して平行に形成されるため加工が容易である。
尚、本発明の実施形態は、以下のように変更してもよい。
○循環用インペラ23は上記実施形態に示したような軸方向に平行に延びて形成された羽根26を持つものに変えて、図7(a)及び(b)に示すように螺旋状の羽根26aを持つ循環用インペラ27や、図8(a)及び(b)に示すように軸方向に対して傾斜させた羽根26bを持つ循環用インペラ28を用いても良い。
このような構成によれば、循環用インペラ27,28によって吸入側では負圧を発生させ、吐出側では正圧を発生させることができるため流体を循環させることが可能となる。よって、回転支持部の冷却が促進され潤滑性が向上し、ポンプ部側軸受21及び反ポンプ部側軸受22に流体の循環を促すための加工が不要となりポンプ部側軸受21及び反ポンプ部側軸受22を容易に形成することができる。また、回転子12の軸方向幅内においても同一方向に流体の循環を促すことが可能となり、流体の損失抵抗が低減されキャンドモータ1の負荷を低減させることができる。また、循環用インペラ27,28によって流体の循環が促されるため回転子12の軸方向に循環用インペラを配設する必要がなくなる。なお、羽根26の枚数は一枚であってもよく適宜変更可能である。
○ポンプ部側軸受21及び反ポンプ部側軸受22の内周面21a、22aに形成された溝25は上記実施形態に示したような軸方向に平行に延びて形成されたものに限定されない。例えば、図5に示すように螺旋状の溝25aを有する軸受29や、図6(a)及び(b)に示すように軸方向に対して傾斜させた溝25bを有する軸受30を用いても良い。
このような構成によれば、内周面29a、30aの流体の循環が促されるため内周面29a、30a上にある摩擦熱などによって加熱された流体を排除することが可能となり潤滑性の向上に貢献することができる。また、内周面29a、30aに侵入した異物の排出が促進されるため、潤滑面における噛み込みの発生を妨げることができる。また、螺旋状や傾斜させることにより潤滑面に対して流体を供給する面積が増加するため潤滑性を向上させることができる。なお、溝25,25a,25bの本数は一本でもよく、その本数は適宜変更可能である。また、ポンプ部側軸受21及び反ポンプ部側軸受22の何れか一方のみに溝が形成されているものや、ポンプ部側軸受21及び反ポンプ部側軸受22に形成された溝の形状が異なっていてもよい。
○上記実施形態において、ポンプ部側軸受21及び反ポンプ部側軸受22が回転子12の軸方向幅内に配設されているがこのような態様に限らずポンプ部側軸受21及び反ポンプ部側軸受22の何れか一方を回転子12の軸方向幅内に収容することによっても上述した(3)と同様軸方向において短尺化することに貢献することができる。
また、ポンプ部側軸受21及び反ポンプ部側軸受22を回転子12の軸方向幅内に収容しなければ流通経路24がポンプ部側軸受21及び反ポンプ部側軸受22によってふさがれないため流路がさらに広くなり、上述した(1)及び(2)の効果はさらに顕著に表れると考えられる。なお、この場合の構成としては例えば循環用インペラ23の径方向内側に固定軸13に当接する回転支持部を有する環状部材を配設するなど、回転子12を固定軸13に対して支持するための構成が考えられる。
○上記実施形態において、キャンドモータポンプにおける流体の循環経路はポンプ室6のポンプ部開口部6aから筒体14内に浸入し、流通経路24内を反ポンプ部側からポンプ部側へ流れるものとしたがこのような態様に限定されない。例えば、流通経路24内をポンプ部側から反ポンプ部側へ流れるものであってもよい。
○上記実施の形態においては、回転子12の端面にインペラ7が形成されているがこのような態様に限定されず、回転子12の回転にともなってインペラ7が回転する構成であれば適宜変更可能である。
○上記実施形態では、回転支持部としてポンプ部側軸受21及び反ポンプ部側軸受22が配設されているがこのような構成に限らず、例えば回転子12とポンプ部側軸受21及び反ポンプ部側軸受22とが一体的に構成されていてもよい。
○上記実施形態では、ケーシング3のキャップ部3aは回転子12(インペラ7)の軸方向への移動を規制しているが、固定軸13の支持構造はこのようなものに限定されない。例えば、固定軸13はケーシング3とハウジング10とによって両端から支持されていてもよい。
○上記実施形態では、潤滑面(内周面21a、22a)に溝25を形成したが、潤滑面以外(例えば、軸受21,22の外周面)に溝が形成されていてもよい。このような構成によれば溝が流体の流路となり流体をより効率よく循環させることができる。
本実施形態に係るキャンドモータポンプの一部断面図。 本実施形態に係るキャンドモータの一部断面図。 (a)本実施の形態に係るキャンドモータの側面図、(b)本実施の形態に係るキャンドモータの平面図。 (a)本実施の形態に係るキャンドモータの平面図、(b)本実施の形態に係るキャンドモータの斜視図。 本実施の形態の別例を示す側面図。 (a)本実施の形態の別例の側面図、(b)本実施の形態の別例の平面図。 (a)本実施の形態の別例の平面図、(b)本実施の形態の別例の斜視図。 (a)本実施の形態の別例の平面図、(b)本実施の形態の別例の斜視図。
符号の説明
1…キャンドモータ、2…ポンプ部、6…ポンプ室、7…インペラ、11…固定子としてのコア、11a…巻線、12…回転子、12a…端面、13…固定軸、14…筒体、21a,22a,29a,30a…潤滑面としての内周面、23,27,28…循環用インペラ、24…流通経路、25,25a,25b…溝。

Claims (8)

  1. 流体を圧送するインペラが配設されるポンプ室を備えたポンプ部と、前記インペラを駆動するキャンドモータ部と、から構成されるキャンドモータポンプであって、
    前記キャンドモータ部は、固定子と、回転子と、前記回転子を支持する固定軸と、前記回転子と前記固定子とを分離し前記回転子側に前記流体が流入される筒体と、前記回転子の回転にともなって前記流体を軸方向に圧送する循環用インペラとを備え、
    前記回転子は、前記固定軸に対して回転可能に支持される回転支持部と、軸方向に貫通された流通経路とを備え
    前記流通経路は、前記固定軸と同軸的に形成され、
    前記循環用インペラは、前記流通経路内に配設され
    ことを特徴とするキャンドモータポンプ。
  2. 請求項1に記載のキャンドモータポンプにおいて、
    前記循環用インペラは、吸入側では負圧を発生させ、吐出側では正圧を発生させる
    ことを特徴とするキャンドモータポンプ。
  3. 請求項又はに記載のキャンドモータポンプにおいて、
    前記回転支持部は、軸方向において前記流通経路内に配設される
    ことを特徴とするキャンドモータポンプ。
  4. 請求項1〜の何れか1項に記載のキャンドモータポンプにおいて、
    前記回転支持部は、前記流体によって潤滑される潤滑面を備え、
    前記潤滑面は、軸方向一方側から他方側に延びる溝を有する
    ことを特徴とするキャンドモータポンプ。
  5. 請求項に記載のキャンドモータポンプにおいて、
    前記溝は、前記固定軸の軸方向に直線状に形成されている
    ことを特徴とするキャンドモータポンプ。
  6. 請求項に記載のキャンドモータポンプにおいて、
    前記溝は、前記回転支持部の回転にともなって前記流体を軸方向に促すよう形成されている
    ことを特徴とするキャンドモータポンプ。
  7. 請求項に記載のキャンドモータポンプにおいて、
    前記溝は、前記固定軸に対して傾斜する
    ことを特徴とするキャンドモータポンプ。
  8. 請求項に記載のキャンドモータポンプにおいて、
    前記溝は、螺旋状に形成される
    ことを特徴とするキャンドモータポンプ。
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