(57)【要約】【課題】性能の向上したモータポンプを提供する。【解決手段】モータポンプ１００は、軸線Ａ回りに回転可能な回転軸１と、回転軸１の外周に一体に固定されたロータコア２１、及びロータコア２１を外周側から囲うステータ２２を有する駆動部２と、回転軸１とともに回転することで作動流体を圧縮する圧縮部３と、これら回転軸１、駆動部２、及び圧縮部３を囲うケーシング４と、ケーシング４内でステータ２２が配置された第一空間Ｖ１と、ロータコア２１が配置された第二空間Ｖ２とを径方向に区画する仕切部材５と、第一空間Ｖ１と第二空間Ｖ２とを連通する連通流路６と、連通流路６上に設けられた均圧装置７と、を備え、均圧装置７は、筒状のシリンダ７１と、シリンダ７１内を第一空間Ｖ１側と第二空間Ｖ２側とに区画するピストン７２と、ピストン７２を第二空間Ｖ２側に付勢する弾性部材（ばね８０）と、を有する。【選択図】図１
2020139411.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線回りに回転可能な回転軸と、
該回転軸の外周に一体に固定されたロータコア、及び該ロータコアを外周側から囲うステータを有する駆動部と、
前記回転軸とともに回転することで作動流体を圧縮する圧縮部と、
これら回転軸、駆動部、及び圧縮部を囲うケーシングと、
前記ケーシング内で前記ステータが配置された第一空間と、前記ロータコアが配置された第二空間とを径方向に区画する仕切部材と、
前記第一空間と前記第二空間とを連通する連通流路と、
該連通流路上に設けられた均圧装置と、
を備え、
前記均圧装置は、
筒状のシリンダと、
該シリンダ内で進退可能であるとともに、前記シリンダ内を前記第一空間側と前記第二空間側とに区画するピストンと、
前記ピストンを前記第二空間側に付勢する弾性部材と、
を有するモータポンプ。
【請求項２】
前記ステータは、
前記軸線を中心とする環状のヨークと、
該ヨークから径方向内側に向かって延びるとともに、周方向に間隔をあけて配列された複数のティースと、
各前記ティースの径方向内側の端部から周方向に張り出す受け部と、
各前記ティースを囲うコイルと、
を有し、
前記仕切部材の内周面は、前記受け部の径方向内側の端面と当接している請求項１に記載のモータポンプ。
【請求項３】
前記連通流路は、前記ケーシングの外側を通るように設けられ、前記均圧装置は、前記ケーシングの外側に設けられている請求項１又は２に記載のモータポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばアンモニア等の有害物質を含む流体を圧送するための装置として、下記特許文献１に記載されたものが知られている。特許文献１には、シャフトを回転させるモータと、シャフトの回転に伴って流体を昇圧・圧送するポンプと、これらモータ、及びポンプを覆うケーシングと、圧力変動吸収手段と、を備えるモータポンプが記載されている。モータは、ケーシング側に設けられた固定子と、シャフトに設けられた回転子と、固定子及び回転子との間を区画する円筒状のキャンと、を有している。即ち、このモータポンプでは、モータ内部の空間がキャンによって区画されているため、一体のケーシングによってモータとポンプとを覆うことができる。これにより、モータとポンプとの間に軸封部を設ける必要がなくなるため、流体の漏洩が生じる可能性を低減することができる。
【０００３】
ここで、モータ内部における回転子側の空間（キャン内側の空間）では、ポンプによって昇圧された流体が流通することから、固定子側の空間（キャン外側の空間）よりも圧力が高くなっている。圧力変動吸収手段は、この圧力差を解消するために設けられている。圧力変動吸収手段は、キャン内側の空間からケーシングの外部に向かって延びる連通管と、連通管に設けられた容器と、容器内部の空間を区画する可撓性の膜材と、を有している。キャン内側の空間の圧力が高まると、膜材が変形することでキャン内側の空間の圧力がキャン外側の空間の圧力と同一に保たれるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６０−９８１９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記のキャンのように有底円筒状の部材は、内圧による張力には十分に抗し得る一方で、外圧による圧縮力には弱いことが知られている。即ち、キャンの耐圧性に鑑みて、上記特許文献１に係るモータポンプのようにキャンの内外圧を同一とすることは必ずしも最善とは言えない。即ち、上記特許文献１に記載された装置には依然として改善の余地がある。
【０００６】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、さらに性能の向上したモータポンプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様に係るモータポンプは、軸線回りに回転可能な回転軸と、該回転軸の外周に一体に固定されたロータコア、及び該ロータコアを外周側から囲うステータを有する駆動部と、前記回転軸とともに回転することで作動流体を圧縮する圧縮部と、これら回転軸、駆動部、及び圧縮部を囲うケーシングと、前記ケーシング内で前記ステータが配置された第一空間と、前記ロータコアが配置された第二空間とを径方向に区画し、樹脂材料で形成された仕切部材と、前記第一空間と前記第二空間とを連通する連通流路と、該連通流路上に設けられた均圧装置と、を備え、前記均圧装置は、筒状のシリンダと、該シリンダ内で進退可能であるとともに、前記シリンダ内を前記第一空間側と前記第二空間側とに区画するピストンと、前記ピストンを前記第二空間側に付勢する弾性部材と、を有する。
【０００８】
上記構成によれば、ステータが配置された第一空間と、ロータコアが配置された第二空間とが連通流路によって連通されている。さらに、連通流路上には均圧装置が設けられている。均圧装置のシリンダ内では、ピストンが第二空間側に付勢されている。したがって、第二空間の圧力を第一空間の圧力よりもわずかに高くすることができる。即ち、仕切部材の内側の圧力が外側の圧力よりも高い状態となる。その結果、仕切部材に対する負荷を小さく抑えることができる。言い換えると、仕切部材に要求される厚さや強度を低くすることができる。そのため、仕切部材を例えば薄い金属材料や樹脂材料で形成することが可能となる。これにより、ステータとロータコアとの間で生じるうず電流等の損失（又はロス）が抑制され、駆動部の性能を向上させることができる。
【０００９】
上記モータポンプでは、前記ステータは、前記軸線を中心とする環状のヨークと、該ヨークから径方向内側に向かって延びるとともに、周方向に間隔をあけて配列された複数のティースと、各前記ティースの径方向内側の端部から周方向に張り出す受け部と、各前記ティースを囲うコイルと、を有し、前記仕切部材の内周面は、前記受け部の径方向内側の端面と当接していてもよい。
【００１０】
ここで、第二空間の圧力は第一空間の圧力よりも高くなっている。即ち、仕切部材には、軸線の径方向外側に向かう力が加わっている。上記構成によれば、仕切部材の外周面が、受け部の径方向内側の端面に当接していることから、この力を受け止めることができる。これにより、仕切部材に要求される厚さや強度をさらに下げることができる。その結果、ステータとロータコアとの間で生じるうず電流等の損失（又はロス）がさらに抑制され、駆動部の性能をより一層向上させることができる。
【００１１】
上記モータポンプでは、前記連通流路は、前記ケーシングの外側を通るように設けられ、前記均圧装置は、前記ケーシングの外側に設けられていてもよい。
【００１２】
上記構成によれば、連通流路、及び均圧装置がケーシングの外側に設けられていることから、例えばこれらがケーシング内に設けられている場合に比べてメンテナンスを容易に行うことができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、さらに性能の向上したモータポンプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態に係るモータポンプの構成を示す断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施形態について、図１を参照して説明する。本実施形態に係るモータポンプ１００は、例えばアンモニア等の有害物質を含む作動流体を外部に漏洩させることなく安全に圧送するために用いられる。図１に示すように、モータポンプ１００は、回転軸１と、駆動部２と、圧縮部３と、ケーシング４と、仕切部材５（ステータキャン）と、連通流路６と、均圧装置７と、を備えている。
【００１６】
回転軸１は、軸線Ａに沿って延びる柱状をなしている。回転軸１は、駆動部２によって回転力を付与されることで軸線Ａ回りに回転する。駆動部２は、回転軸１の外周に一体に固定されたロータコア２１と、ロータコア２１を外周側から囲うステータ２２と、これらロータコア２１、及びステータ２２を覆う駆動部ケーシング４１と、を有している。ロータコア２１は、永久磁石によって一体に形成されたロータコア本体２１Ａと、このロータコア本体２１Ａを外側から覆うロータキャン２１Ｂと、を有している。駆動部ケーシング４１は、ロータコア２１を軸線Ａに対する径方向外側から覆っている。ステータ２２は、この駆動部ケーシング４１の内周側に固定されている。ロータコア２１、及びステータ２２にそれぞれ電流を印加することで、これらロータコア２１、及びステータ２２の間で誘導電流に基づく電磁力が生じ、ロータコア２１、及び回転軸１が軸線Ａ回りに回転駆動される。
【００１７】
図２に示すように、ステータ２２は、ヨーク２２Ａと、ティース２２Ｂと、受け部２２Ｃと、コイルＣと、を有している。ヨーク２２Ａは、軸線Ａを中心とする環状をなしている。ヨーク２２Ａの径方向内側には、複数のティース２２Ｂが周方向に間隔をあけて配列されている。各ティース２２Ｂはヨーク２２Ａの内周面から径方向内側に向かって延びている。ティース２２Ｂの径方向内側の端部には、当該端部から周方向両側に向かって張り出す受け部Ｒが設けられている。コイルＣは、この受け部Ｒとヨーク２２Ａとの間でティース２２Ｂに線材を複数回巻き掛けることで形成されている。
【００１８】
再び図１に示すように、圧縮部３は、上記の回転軸１に一体に取り付けられた羽根車３１と、羽根車３１を外周側から覆う圧縮部ケーシング４２と、を有している。羽根車３１は、軸線Ａを中心とする円盤状のディスク３２と、ディスク３２の軸線Ａ方向一方側の面上に設けられた複数のブレード３３と、を有する。複数のブレード３３は、軸線Ａを中心として放射状に配列されている。各ブレード３３は、軸線Ａに対する径方向に延びている。さらに、軸線Ａを含む断面視においてブレード３３は、軸線Ａ方向一方側から他方側に向かうに従って、軸線Ａに対する径方向内側から外側に向かうように次第に湾曲している。
【００１９】
圧縮部ケーシング４２は、ブレード３３を外周側から覆うとともに、当該ブレード３３との間に作動流体が流通する圧縮流路Ｆを画成している。羽根車３１（回転軸１）の回転に伴って圧縮流路Ｆを流通することで、作動流体の圧力が上昇する。圧縮部ケーシング４２は、接続ケーシング４３を介して、上記の駆動部ケーシング４１と一体に接続されている。接続ケーシング４３は、軸線Ａを中心として、回転軸１を外周側から囲う円筒状をなしている。これら駆動部ケーシング４１、圧縮部ケーシング４２、及び接続ケーシング４３は、全体として一体に形成されたケーシング４を構成する。圧縮部ケーシング４２と接続ケーシング４３との間、及び接続ケーシング４３と駆動部ケーシング４１との間には継目や隙間が形成されていない。ケーシング４の軸線Ａ方向一方側の端部は、外部から圧縮前の作動流体を導入するための吸入口４４とされている。圧縮されて高圧となった作動流体は、ケーシング４に形成された不図示の吐出口から外部に取り出されて種々の利用に供される。ケーシング４（駆動部ケーシング４１）の内側における軸線Ａ方向他方側の端部には、回転軸１を回転可能に支持する軸受部４５が配置されている。なお、詳しくは図示しないが、ケーシング４の内側には軸受部４５とともに回転軸１を支持する他の軸受装置が設けられている。
【００２０】
ケーシング４（駆動部ケーシング４１）の内側には、仕切部材５が設けられている。仕切部材５は、軸線Ａを中心とする円筒状をなしており、駆動部ケーシング４１の内側の空間を径方向に２つに区画している。仕切部材５よりも径方向外側の空間は、上記のステータ２２が配置される第一空間Ｖ１とされている。第一空間Ｖ１は、軸線Ａを中心とする円環状をなしている。仕切部材５よりも径方向内側の空間は、上記のロータコア２１が配置される第二空間Ｖ２とされている。第二空間Ｖ２は、軸線Ａを中心とする円柱状をなしている。第一空間Ｖ１と第二空間Ｖ２との間では、仕切部材５によって気密性・液密性が保たれている。仕切部材５は、例えばＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）を含む樹脂材料で一体に形成されている。第二空間Ｖ２内には、圧縮部３から圧送された作動流体の一部が流通している。なお、上記の仕切部材５に加えて、ロータキャン２１ＢをＰＥＥＫ等の樹脂で形成することも可能である。
【００２１】
ここで、図２に示すように、上述のステータ２２の受け部Ｒにおける径方向内側の端面Ｓ１は、仕切部材５の外周面Ｓ２に径方向外側から当接している。つまり、仕切部材５に対して内周側から圧力が加わった場合、この圧力は受け部Ｒの端面Ｓ１によって径方向外側から支持されることが可能となっている。
【００２２】
図１に示すように、連通流路６は、ケーシング４の外側を通って上記の第一空間Ｖ１と第二空間Ｖ２とを接続する配管である。連通流路６上には均圧装置７が設けられている。均圧装置７は、筒状のシリンダチューブ７１（シリンダ）と、シリンダチューブ７１内で進退可能なピストン７２と、を有している。ピストン７２は、シリンダチューブ７１内の空間を、低圧空間７３と高圧空間７４の２つに区画している。低圧空間７３は上記の第一空間Ｖ１側に連通し、高圧空間７４は上記の第二空間Ｖ２側に連通している。
【００２３】
シリンダチューブ７１内における低圧空間７３側には、ピストン７２を高圧空間７４側に向かって付勢する弾性部材としてのバネ８０が設けられている。このバネ８０の付勢力によって、ピストン７２はシリンダチューブ７１内で高圧空間７４側にわずかに変位した状態となっている。特に、第一空間Ｖ１と第二空間Ｖ２との圧力差によらず、上記のように、ピストン７２は高圧空間７４側に変位した状態を維持する。このようにピストン７２が変位することで高圧空間７４側の容積は低圧空間７３側の容積よりも小さくなる。これにより、高圧空間７４の圧力は、低圧空間７３の圧力よりも高くなっている。つまり、高圧空間７４と連通している第二空間Ｖ２の圧力は、第一空間Ｖ１の圧力よりも高くなっている。
【００２４】
続いて、本実施形態に係るモータポンプ１００の動作について説明する。モータポンプ１００を駆動するに当たっては、まず駆動部２に電力が供給される。これにより、駆動部２は回転軸１を軸線Ａ回りに回転させる。回転軸１の回転に伴って上述の羽根車３１が回転する。その結果、吸入口４４から導入された作動流体は、軸線Ａ方向一方側から他方側に向かって流通し、その中途で圧縮部３を通過することで昇圧される。高圧となった作動流体は、ケーシング４に形成された吐出口を通じて外部に取り出される。
【００２５】
ここで、上記の仕切部材５のように有底円筒状の部材は、内圧（内周側からの圧力）による張力には十分に抗し得る一方で、外圧（外周側からの圧力）による圧縮力には弱いことが知られている。したがって、仕切部材５の耐久性を維持する上では、仕切部材５の内側の空間（即ち、第二空間Ｖ２）の圧力が、仕切部材５の外側の空間（即ち、第一空間Ｖ１）の圧力よりもわずかに高い状態であることが望ましい。
【００２６】
そこで、本実施形態では、上述の均圧装置７によって、第二空間Ｖ２の圧力を第一空間Ｖ１の圧力よりもわずかに高い状態としている。具体的には、バネ８０の付勢力によって、ピストン７２はシリンダチューブ７１内で高圧空間７４側にわずかに変位した状態となっている。特に、第一空間Ｖ１と第二空間Ｖ２との圧力差によらず、上記のように、ピストン７２は高圧空間７４側に変位した状態を維持する。このようにピストン７２が変位することで高圧空間７４側の容積は低圧空間７３側の容積よりも小さくなる。これにより、高圧空間７４の圧力は、低圧空間７３の圧力よりも高くなっている。つまり、高圧空間７４と連通している第二空間Ｖ２の圧力波、第一空間Ｖ１の圧力よりも高くなっている。
【００２７】
以上、説明したように、上記構成によれば、ステータ２２が配置された第一空間Ｖ１と、ロータコア２１が配置された第二空間Ｖ２とが連通流路６によって連通されている。さらに、連通流路６上には均圧装置７が設けられている。均圧装置７のシリンダチューブ７１内では、ピストン７２が第二空間Ｖ２側に付勢されている。したがって、第二空間Ｖ２の圧力を第一空間Ｖ１の圧力よりもわずかに高くすることができる。即ち、仕切部材５の内側の圧力が外側の圧力よりも高い状態となる。その結果、仕切部材５に対する負荷を小さく抑えることができる。言い換えると、仕切部材５に要求される厚さや強度を低くすることができる。そのため、上記構成のように、仕切部材５を樹脂材料で形成することが可能となる。これにより、例えば仕切部材５を金属材料で形成した場合に比べて、ステータ２２とロータコア２１との間で生じるうず電流等の損失（又はロス）が抑制され、駆動部２の性能を向上させることができる。
【００２８】
ここで、上記のように第二空間Ｖ２の圧力は第一空間Ｖ１の圧力よりも高くなっている。即ち、仕切部材５には、軸線Ａの径方向外側に向かう力が加わっている。上記構成によれば、仕切部材５の外周面が、ステータ２２の受け部Ｒの径方向内側の端面に当接していることから、当該受け部Ｒによってこの力を受け止めることができる。これにより、仕切部材５に要求される厚さや強度をさらに下げることができる。その結果、ステータ２２とロータコア２１との間で生じるうず電流等の損失（又はロス）がさらに抑制され、駆動部２の性能をより一層向上させることができる。
【００２９】
上記構成によれば、第一空間Ｖ１内に、作動流体よりも高い電気絶縁性を有する流体が流通する。その結果、ロータコア２１とステータ２２との間で生じる損失（又はロス）がさらに低減されるため、駆動部２の性能をさらに向上させることができる。
【００３０】
上記構成によれば、連通流路６、及び均圧装置７がケーシング４の外側に設けられていることから、例えばこれらがケーシング４内に設けられている場合に比べてメンテナンスを容易に行うことができる。
【００３１】
以上、本発明の実施形態について説明した。なお、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、上記の構成に種々の変更や改修を施すことが可能である。例えば、圧縮部３の設けられる数は上記に限定されず、２つ以上の圧縮部３を備える多段圧縮機に上記構成を適用することも可能である。また、上記実施形態では、弾性部材としてばね８０を用いた例について説明した。しかしながら、弾性部材の態様は上記に限定されず、ピストン７２を付勢することができる限りにおいては、いかなるものも弾性部材として用いることが可能である。弾性部材の他の例として、比較的に大きく弾性変形することが可能なゴムやシリコンで形成された棒状の部材が挙げられる。また、上記実施形態では、駆動部２が永久磁石を用いたマグネットモータである例に説明した。しかしながら、駆動部２は誘導モータであってもよい。さらに、上記実施形態では、仕切部材５とロータキャン２１ＢとをいずれもＰＥＥＫ等の樹脂材料で形成する例について説明した。しかしながら、仕切部材５、及びロータキャン２１Ｂを薄い金属材料で形成することも可能である。さらに、仕切部材５のみを樹脂材料で形成し、ロータキャン２１Ｂを金属材料で形成することも可能である。
【符号の説明】
【００３２】
１…回転軸
２…駆動部
３…圧縮部
４…ケーシング
５…仕切部材
６…連通流路
７…均圧装置
２１…ロータコア
２１Ａ…ロータコア本体
２１Ｂ…ロータキャン
２２…ステータ
３１…羽根車
３２…ディスク
３３…ブレード
４１…駆動部ケーシング
４２…圧縮部ケーシング
４３…接続ケーシング
４４…吸入口
７１…シリンダチューブ
７２…ピストン
７３…低圧空間
７４…高圧空間
８０…ばね（弾性部材）
１００…モータポンプ
Ａ…軸線
Ｆ…圧縮流路
Ｓ１…端面
Ｓ２…外周面
Ｖ１…第一空間
Ｖ２…第二空間
【図１】
2020139411.tif 000003
【図２】
2020139411.tif 000004