JP7052524B2 - インペラ及び流体ポンプ - Google Patents

Description

本発明は、インペラ及び流体ポンプに関する。

従来、流体ポンプに用いられるインペラとしては、次のものがある（例えば、特許文献１～３参照）。すなわち、このインペラは、第一円盤部と、第一円盤部の軸方向一方側の面に第一円盤部の中心部を中心にして渦巻き放射状に形成された複数の羽根部と、第一円盤部の軸方向一方側に第一円盤部と対向して配置され、複数の羽根部に組み付けられた第二円盤部とを備えるものがある。このようなインペラでは、複数の羽根部のうち幾つかの羽根部に第二円盤部の側に突出する凸部が一体に形成され、この凸部が第二円盤部の穴部に嵌合されることで、第二円盤部が複数の羽根部に組み付けられる。

実開昭５５－１４２６９３号公報 特許４８１９５７０号公報

上記のようなインペラでは、羽根部を薄肉に構成すると、インペラ内の容積を確保できるので、流体搬送効率を向上させることができる。しかしながら、複数の羽根部と第二円盤部との強固な固定のためには、凸部の幅を確保する必要がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、流体搬送効率を向上させつつ、複数の羽根部と第二円盤部とを強固に固定できるインペラを提供することを目的とする。

請求項１に記載のインペラは、第一円盤部と、前記第一円盤部の軸方向一方側の面に前記第一円盤部の中心部を中心にして渦巻き放射状に形成された複数の羽根部と、前記第一円盤部の軸方向一方側に前記第一円盤部と対向して配置され、前記複数の羽根部と当接する第二円盤部と、前記第二円盤部に形成され、前記第一円盤部の側に開口する穴部と、前記複数の羽根部のうち幾つかの羽根部に一体に形成されると共に、前記羽根部の厚さよりも幅広に形成され、かつ、前記第一円盤部から前記第二円盤部の側に延出し、先端部が前記穴部に嵌合された凸部と、を備え、前記凸部は、前記羽根部における凹湾曲側面から側方に突出する突出部を有すると共に、前記羽根部における凸湾曲側面よりも前記凹湾曲側面の側に位置する。

このインペラによれば、凸部は、羽根部の厚さよりも幅広に形成されている。したがって、凸部の幅が確保されるので、複数の羽根部と第二円盤部とを強固に固定できる。

また、換言すれば、羽根部は、凸部の幅よりも薄肉に形成されている。したがって、インペラ内の容積を確保できるので、流体搬送効率を向上させることができる。

また、このインペラによれば、凸部は、羽根部における凹湾曲側面から側方（内側）に突出する突出部を有するが、この凸部の全体は、羽根部における凸湾曲側面よりも凹湾曲側面の側に位置する。したがって、凸部の幅を確保しても、凸部が羽根部の凸湾曲側面から側方（外側）に突出しないことにより、凸湾曲側面を平坦にすることができる。これにより、凸湾曲側面に沿う流体の流れが阻害されることを抑制することができる。

請求項２に記載の流体ポンプは、請求項１に記載のインペラと、前記インペラを収容するポンプ室と、前記インペラと一体に回転するロータと、前記ロータに対して回転磁界を形成するステータと、を備える。

この流体ポンプによれば、インペラの流体搬送効率を向上させつつ、インペラの複数の羽根部と第二円盤部とを強固に固定できるので、性能を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る流体ポンプの縦断面図である。 図１のインペラ部材の斜視図である。 図２のインペラ部材の分解斜視図である。 図２の第一円盤部及び複数の羽根部の斜視図である。 図２の第一円盤部及び複数の羽根部の平面図である。

以下、本発明の第一実施形態について説明する。

図１に示されるように、本実施形態に係る流体ポンプ１０は、ステータ１２と、ロータ１４と、インペラ１６と、モータシャフト１８と、モータハウジング２０と、ポンプハウジング２２と、エンドハウジング２４と、回路基板２６とを備えている。矢印Ａ１は、流体ポンプ１０の軸方向一方側を示し、矢印Ａ２は、流体ポンプ１０の軸方向他方側を示している。

ステータ１２は、ステータコア３０と、インシュレータ３２と、巻線３４と、ステータホルダ３６とを有している。ステータコア３０は、放射状に延びる複数のティース部３１を有している。インシュレータ３２は、ステータ１２に装着されており、巻線３４は、インシュレータ３２を介してティース部３１に巻回されている。ステータホルダ３６は、有天円筒状に形成されており、筒状部３７と、天壁部３８とを有する。筒状部３７の内側には、ステータコア３０が圧入されている。このステータ１２は、全体として概略円環状に形成されており、後述するロータ１４の径方向外側にロータ１４と対向して配置されている。

ロータ１４は、本体部４０と、軸受４２と、ロータマグネット４４と、ロータコア４６とを有している。本体部４０は、樹脂製であり、概略円筒状に形成されている。軸受４２は、本体部４０の内周部に設けられており、ロータコア４６は、本体部４０の外周部に設けられている。ロータコア４６は、内周部及び外周部を有する二重の円筒構造となっており、ロータマグネット４４は、ロータコア４６の内周部と外周部との間に設けられている。

このロータ１４は、全体として概略円筒状（軸芯部に孔を有する概略円柱状）に形成されている。軸受４２の内側には、モータシャフト１８が挿入されており、ロータ１４は、モータシャフト１８に回転可能に支持されている。ロータ１４（ロータマグネット４４）は、ステータ１２の径方向内側にステータ１２と対向して配置されている。このロータ１４は、ステータ１２と共にモータ部を構成している。

インペラ１６は、ロータ１４の軸方向一方側に配置されている。インペラ１６は、一例として樹脂製であり、第一円盤部５０と、複数の羽根部５２と、第二円盤部５４とを有する。第一円盤部５０及び第二円盤部５４は、インペラ１６の軸方向を板厚方向として形成されている。第二円盤部５４は、第一円盤部５０の軸方向一方側に配置されており、第一円盤部５０と対向している。

複数の羽根部５２は、第一円盤部５０と第二円盤部５４との間に配置されている。つまり、このインペラ１６は、複数の羽根部５２の軸方向の両側が円盤部によって塞がれたクローズドインペラとなっている。このインペラ１６は、ロータ１４と共にインペラ部材８０を構成している。インペラ１６のより詳細な構造については後に説明する。

モータハウジング２０は、いずれも円筒状である内筒部６０及び外筒部６２を有する二重構造となっている。内筒部６０は、モータハウジング２０の軸方向一方側に開口し、外筒部６２は、モータハウジング２０の軸方向他方側に開口している。内筒部６０の内側には、ロータ１４が回転可能に収容されており、内筒部６０と外筒部６２との間には、ステータ１２が収容されている。

内筒部６０におけるインペラ１６と反対側の端部は、底壁部６４によって閉止されている。この底壁部６４には、モータハウジング２０の軸方向一方側に開口する凹状のシャフト支持部６６が形成されており、このシャフト支持部６６には、流体ポンプ１０の軸方向に沿って配置されたモータシャフト１８が圧入されている。内筒部６０と外筒部６２との間には、連結壁部６８が形成されており、内筒部６０及び外筒部６２におけるインペラ１６側の端部同士は、連結壁部６８によって連結されている。

ポンプハウジング２２は、モータハウジング２０の軸方向一方側に配置され、モータハウジング２０に組み付けられている。このポンプハウジング２２は、上述の連結壁部６８側に開口する凹状に形成されている。連結壁部６８と、凹状のポンプハウジング２２とによって囲まれた空間は、ポンプ室７０として形成されており、このポンプ室７０には、インペラ１６が回転可能に収容されている。

このポンプハウジング２２は、インレットパイプ７２と、アウトレットパイプ７４とを有している。インレットパイプ７２は、ポンプハウジング２２の中心部からポンプハウジング２２の軸方向に延びており、アウトレットパイプ７４は、ポンプハウジング２２の外周部からポンプハウジング２２の接線方向に延びている。インレットパイプ７２には、ポンプ室７０と連通する吸入口７６が形成されており、アウトレットパイプ７４には、ポンプ室７０と連通する吐出口７８が形成されている。

エンドハウジング２４は、モータハウジング２０の軸方向他方側に配置されており、ステータホルダ３６及びモータハウジング２０に組み付けられている。このエンドハウジング２４は、モータハウジング２０側に開口する凹状に形成されている。

回路基板２６は、ステータ１２及びロータ１４の軸方向他方側に配置されており、エンドハウジング２４に収容されている。回路基板２６には、ステータ１２から延びる巻線３４の端末部が接続されている。この回路基板２６には、巻線３４に電流を供給するためのモータドライバや、モータドライバを制御するための制御素子等が実装されている。

そして、この流体ポンプ１０では、ステータ１２によって回転磁界が形成されると、ロータマグネット４４に吸引及び反発力が作用し、ロータ１４が回転する。また、ロータ１４と一体にインペラ１６が回転する。そして、インレットパイプ７２の吸入口７６から流体が吸入され、この流体がインペラ１６の内側に流入する。また、インペラ１６の内側にポンプ室７０に流入した流体は、アウトレットの吐出口７８から外部に吐出される。

続いて、インペラ１６の詳細な構造について説明する。図２、図３に示されるように、複数の羽根部５２は、第一円盤部５０の軸方向一方側の面に形成されている。この複数の羽根部５２は、第一円盤部５０の中心部を中心にして渦巻き放射状に形成されている。第二円盤部５４は、第一円盤部５０及び複数の羽根部５２と別体に構成されている。

複数の羽根部５２における高さ方向の上端部は、当接部５２Ａとして形成されており、第二円盤部５４が複数の羽根部５２に組み付けられた状態において、当接部５２Ａは、第二円盤部５４と当接する。インペラ１６は、第二円盤部５４を複数の羽根部５２に組み付けるための構成として、複数の穴部５６及び複数の凸部５８を有する。

複数の穴部５６は、第二円盤部５４に形成されている。この複数の穴部５６は、第二円盤部５４の同一円周上に等間隔に配置されている。各穴部５６は、「第一円盤部の側に開口する穴部」の一例として、第二円盤部５４の軸方向に貫通している。複数の凸部５８は、複数の羽根部５２のうち幾つかの羽根部５２に一体に形成されている。凸部５８は、第一円盤部５０から第二円盤部５４の側に延出している。凸部５８の先端部５８Ａは、当接部５２Ａから第二円盤部５４の側へ突出している。

複数の凸部５８は、複数の穴部５６のそれぞれと対応する位置に形成されており、第一円盤部５０の同一円周上に等間隔に配置されている。そして、複数の凸部５８の先端部５８Ａが複数の穴部５６とそれぞれ嵌合され、その後、例えば、各先端部５８Ａが穴部５６と溶着されることにより、第二円盤部５４は、複数の羽根部５２に固定される。

図４、図５に示されるように、複数の羽根部５２は、同一の形状となっている。複数の羽根部５２は、矢印Ｒで示されるように、インペラ１６が一方の側に回転することを前提とした形状となっている。

つまり、各羽根部５２は、インペラ１６の回転方向の前側に凸を成すように湾曲した形状となっている。各羽根部５２の外側の側面、すなわち、各羽根部５２におけるインペラ１６の回転方向の前側に位置する側面は、インペラ１６の回転時に正圧側となる凸湾曲側面５２Ｂとして形成されている。

各羽根部５２の内側の側面、すなわち、各羽根部５２におけるインペラ１６の回転方向の後側に位置する側面は、インペラ１６の回転時に負圧側となる凹湾曲側面５２Ｃとして形成されている。凸湾曲側面５２Ｂは、インペラ１６の回転方向の前側に凸む凸状を成すように湾曲して形成されており、凹湾曲側面５２Ｃは、インペラ１６の回転方向の前側に凹む凹状を成すように湾曲して形成されている。

ところで、このような流体ポンプ１０のインペラ１６では、羽根部５２を薄肉に構成すると、インペラ１６内の容積を確保できるので、流体搬送効率を向上させることができる。しかしながら、複数の羽根部５２と第二円盤部５４との強固な固定のためには、凸部５８の幅を確保する必要がある。

ここで、羽根部５２を薄肉にしつつ凸部５８の幅を確保することも考えられるが、このようにすると、凸部５８が羽根部５２における凸湾曲側面５２Ｂから側方（外側）へ突出することが考えられる。ところが、羽根部５２における凸湾曲側面５２Ｂは、羽根部５２に沿って流体が流れる正圧面であるため、上述のように凸部５８が羽根部５２における凸湾曲側面５２Ｂから側方へ突出すると、凸湾曲側面５２Ｂに沿う流体の流れが阻害される虞がある。

そこで、本実施形態に係るインペラ１６では、次のような構造となっている。すなわち、凸部５８は、羽根部５２の厚さよりも幅広に形成されている。羽根部５２の厚さは、凸湾曲側面５２Ｂと凹湾曲側面５２Ｃとの間の長さである。凸部５８は、羽根部５２における凹湾曲側面５２Ｃから側方（内側）に突出するが、羽根部５２における凸湾曲側面５２Ｂよりも凹湾曲側面５２Ｃの側に位置している。すなわち、凹湾曲側面５２Ｃには、凸部５８の一部が突出部５８Ｂとして突出するが、凸湾曲側面５２Ｂは、凸部５８が突出しない平坦面となっている。なお、突出部５８Ｂは、第一円盤部５０と先端部５８Ａとを繋ぐ凸部５８の基端部に相当する。

次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。

以上詳述したように、本実施形態に係るインペラ１６によれば、凸部５８は、羽根部５２の厚さよりも幅広に形成されている。したがって、凸部５８の幅が確保されるので、複数の羽根部５２と第二円盤部５４とを強固に固定できる。

また、換言すれば、羽根部５２は、凸部５８の幅よりも薄肉に形成されている。したがって、インペラ１６内の容積を確保できるので、流体搬送効率を向上させることができる。

さらに、凸部５８は、羽根部５２における凹湾曲側面５２Ｃから側方（内側）に突出する突出部５８Ａを有するが、羽根部５２における凸湾曲側面５２Ｂよりも前記凹湾曲側面の側に位置する。したがって、凸部５８の幅を確保しても、凸部５８が羽根部５２の凸湾曲側面５２Ｂから側方（外側）に突出しないことにより、凸湾曲側面５２Ｂを平坦にすることができる。これにより、凸湾曲側面５２Ｂに沿う流体の流れが阻害されることを抑制することができる。

また、本実施形態に係る流体ポンプ１０によれば、インペラ１６の流体搬送効率を向上させつつ、インペラ１６の複数の羽根部５２と第二円盤部５４とを強固に固定できるので、性能を向上させることができる。

次に、本実施形態の変形例について説明する。

上記実施形態において、凸部５８は、穴部５６と溶着されるが、溶着されずに、単に穴部５６に圧入されるだけでも良い。

また、上記実施形態において、穴部５６は、第二円盤部５４に貫通して形成されているが、例えば、凸部５８が穴部５６に圧入される場合、穴部５６は、第一円盤部５０の側に開口する凹状に形成されていても良い。

また、上記実施形態において、インペラ１６は、ロータ１４と一体に形成されているが、ロータ１４と別体に構成された上で、ロータ１４と一体回転可能に固定されていても良い。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。

１０…流体ポンプ、１２…ステータ、１４…ロータ、１６…インペラ、１８…モータシャフト、２０…モータハウジング、２２…ポンプハウジング、２４…エンドハウジング、２６…回路基板、３０…ステータコア、３１…ティース部、３２…インシュレータ、３４…巻線、３６…ステータホルダ、３７…筒状部、３８…天壁部、４０…本体部、４２…軸受、４４…ロータマグネット、４６…ロータコア、５０…第一円盤部、５２…羽根部、５２Ａ…当接部、５２Ｂ…凸湾曲側面、５２Ｃ…凹湾曲側面、５４…第二円盤部、５６…穴部、５８…凸部、５８Ａ…先端部、５８Ｂ…突出部、６０…内筒部、６２…外筒部、６４…底壁部、６６…シャフト支持部、６８…連結壁部、７０…ポンプ室、７２…インレットパイプ、７４…アウトレットパイプ、７６…吸入口、７８…吐出口、８０…インペラ部材

Claims (2)

1. 第一円盤部と、
   前記第一円盤部の軸方向一方側の面に前記第一円盤部の中心部を中心にして渦巻き放射状に形成された複数の羽根部と、
   前記第一円盤部の軸方向一方側に前記第一円盤部と対向して配置され、前記複数の羽根部と当接する第二円盤部と、
   前記第二円盤部に形成され、前記第一円盤部の側に開口する穴部と、
   前記複数の羽根部のうち幾つかの羽根部に一体に形成されると共に、前記羽根部の厚さよりも幅広に形成され、かつ、前記第一円盤部から前記第二円盤部の側に延出し、先端部が前記穴部に嵌合された凸部と、
   を備え、
   前記凸部は、前記羽根部における凹湾曲側面から側方に突出する突出部を有すると共に、前記羽根部における凸湾曲側面よりも前記凹湾曲側面の側に位置する、
   インペラ。
2. 請求項１に記載のインペラと、
   前記インペラを収容するポンプ室と、
   前記インペラと一体に回転するロータと、
   前記ロータに対して回転磁界を形成するステータと、
   を備える流体ポンプ。

Images