(57)【要約】【課題】羽根車のふらつきを抑えて、安定した運転を可能とするモータポンプを提供する。【解決手段】本発明に係るモータポンプは、複数の永久磁石５が埋設された羽根車１と、複数の永久磁石５に作用する磁界を発生するモータ固定子６と、吸込口１３及び吐出口１２を有し、羽根車１及びモータ固定子６を収容するケーシング２と、羽根車１を支持する１つの軸受１０とを備える。吐出口１２と羽根車１とは同心状に配置され、羽根車１の背面側には、羽根車１から吐き出された液体を吐出口１２に導く複数の戻り羽根１８が配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の永久磁石が埋設された羽根車と、
前記複数の永久磁石に作用する磁界を発生するモータ固定子と、
吸込口及び吐出口を有し、前記羽根車及び前記モータ固定子を収容するケーシングと、
前記羽根車を支持する１つの軸受とを備えたモータポンプであって、
前記吐出口と前記羽根車とは同心状に配置され、
前記羽根車の背面側には、前記羽根車から吐き出された液体を前記吐出口に導く複数の戻り羽根が配置されていることを特徴とするモータポンプ。
【請求項２】
前記軸受は、前記羽根車のラジアル荷重を支持するラジアル面と、前記羽根車のスラスト荷重を支持するスラスト面とを有し、
前記ラジアル面は前記羽根車の軸心と平行であり、
前記スラスト面は前記羽根車の軸心に対して垂直であることを特徴とする請求項１に記載のモータポンプ。
【請求項３】
前記吸込口と、前記吐出口と、前記羽根車とは同心状に配置されることを特徴とする請求項１に記載のモータポンプ。
【請求項４】
前記複数の永久磁石が埋設される、前記羽根車の磁石収容部の外周面と前記ケーシングとの間には、均一な隙間が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のモータポンプ。
【請求項５】
前記隙間の吐出側には、該吐出側に向かって、直径が徐々に大きくなる環状のテーパ流路が形成されていることを特徴とする請求項４に記載のモータポンプ。
【請求項６】
前記軸受と前記ケーシングとの間には、前記羽根車によって昇圧された液体の一部を前記羽根車の液体入口に戻す少なくとも１つの戻り流路が形成されていることを特徴とする請求項１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、永久磁石が埋設された羽根車を、モータ固定子が発生する磁界により回転させるモータポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石が埋設された羽根車を、モータ固定子が発生する磁界により回転させるモータポンプの従来例として、特許文献１に記載されているポンプが知られている。この特許文献１に記載のモータポンプは、永久磁石が埋設された羽根車と、羽根車に対向して配置されたモータ固定子とを有し、モータ固定子が発生する磁界により羽根車が回転するようになっている。羽根車はケーシングに収容され、１つの球面軸受により回転自在に支持されている。この球面軸受はいわゆる動圧軸受であり、羽根車を回転自在に支持しつつ、傾動自在に支持することが可能となっている。
【０００３】
この球面軸受は、羽根車に加わる荷重に応じて羽根車の傾動を許容することができるので、球面軸受に局所的な荷重が加わることがないという利点を有する。また、１つの球面軸受のみで羽根車を支持するため、液体の温度変化に起因してケーシングや羽根車が変形した場合でも、軸受間での軸心のずれがないので、羽根車の回転に影響を及ぼすことがない。
【０００４】
しかしながら、球面軸受は、その一方で、羽根車の回転が不安定になりやすいという問題がある。すなわち、羽根車に加わる外力（液体の圧力）が一様でないと、羽根車がふらつき、羽根車が振動してしまう。特に、起動時や低速回転時には、羽根車が大きく傾いて、ケーシングに接触することがあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第２５４４８２５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、羽根車のふらつきを抑えて、安定した運転を可能とする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】
上述した課題を解決するために、本発明の一態様は、複数の永久磁石が埋設された羽根車と、前記複数の永久磁石に作用する磁界を発生するモータ固定子と、吸込口及び吐出口を有し、前記羽根車及び前記モータ固定子を収容するケーシングと、前記羽根車を支持する１つの軸受とを備えたモータポンプであって、前記吐出口と前記羽根車とは同心状に配置され、前記羽根車の背面側には、前記羽根車から吐き出された液体を前記吐出口に導く複数の戻り羽根が配置されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明の好ましい態様は、前記軸受は、前記羽根車のラジアル荷重を支持するラジアル面と、前記羽根車のスラスト荷重を支持するスラスト面とを有し、前記ラジアル面は前記羽根車の軸心と平行であり、前記スラスト面は前記羽根車の軸心に対して垂直であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記吸込口と、前記吐出口と、前記羽根車とは同心状に配置されることを特徴とする。
【０００９】
本発明の好ましい態様は、前記複数の永久磁石が埋設される、前記羽根車の磁石収容部の外周面と前記ケーシングとの間には、均一な隙間が形成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記隙間の吐出側には、該吐出側に向かって、直径が徐々に大きくなる環状のテーパ流路が形成されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記軸受と前記ケーシングとの間には、前記羽根車によって昇圧された液体の一部を前記羽根車の液体入口に戻す少なくとも１つの戻り流路が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、吐出口と羽根車とは同心状に配置されているので、羽根車から吐き出された液体は均一な流れを形成して吐出口に向かう。したがって、羽根車の外周部には、液体からの均一な圧力が加わり、その結果、羽根車のふらつきを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係るモータポンプを示す断面図である。
【図２】図１に示すモータポンプを矢印II方向から観た図である。
【図３】側板に固定された戻り羽根を図１の吐出側から見た図である。
【図４】羽根車に埋設されている永久磁石を示す平面図である。
【図５】モータ固定子を示す平面図である。
【図６】図１に示すVI-VI線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るモータポンプを示す断面図であり、図２は図１に示すモータポンプを矢印II方向から観た図である。このモータポンプは、複数の永久磁石５が埋設された羽根車１と、これらの永久磁石５に作用する磁力を発生させるモータ固定子６と、羽根車１及びモータ固定子６を収容するケーシング２とを備えている。ケーシング２は、羽根車１を収容するポンプケーシング２Ａと、モータ固定子６を収容するモータケーシング２Ｂとから基本的に構成されている。ポンプケーシング２Ａとモータケーシング２Ｂとは、図２に示す複数の連結ボルト８によって互いに固定されている。ポンプケーシング２Ａとモータケーシング２Ｂとの間にはシール部材としてのＯリング９が設けられている。
【００１３】
羽根車１は単一の軸受１０によって回転自在に支持されている。この軸受１０は環状に形成された滑り軸受であり、羽根車１の前面の中央に形成された液体入口１ａを囲むように配置されている。ここで、羽根車１の前面とは、羽根車１の吸込側の面、すなわち液体入口１ａが設けられている側の面であり、羽根車１の背面とは、羽根車１の前面とは反対側の面、すなわち、羽根車１の吐出側の面をいう。
【００１４】
軸受１０は、羽根車１のラジアル荷重を支持するラジアル面１０ａと、羽根車１のスラスト荷重を支持するスラスト面１０ｂとを有している。ラジアル面１０ａは羽根車１の軸心と平行であり、スラスト面１０ｂは羽根車１の軸心に対して垂直となっている。羽根車１の傾動は軸受１０により規制され、羽根車１とケーシング２との接触が防止されている。ラジアル面１０ａおよびスラスト面１０ｂに対向する羽根車１の表面には、図示しないスパイラル溝が形成されている。
【００１５】
羽根車１は、滑りやすく、かつ摩耗しにくい非磁性材料から形成されている。例えば、テフロン（登録商標）やＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド）などの樹脂や、セラミックが好適に使用される。ポンプケーシング２Ａ及びモータケーシング２Ｂも羽根車１と同じ材料から形成することができる。
【００１６】
羽根車１が回転すると、ラジアル面１０ａおよびスラスト面１０ｂと羽根車１との間に液体の動圧が発生し、これにより羽根車１が軸受１０によって非接触に支持される。軸受１０はセラミックまたはカーボンなどの耐摩耗性に優れた材料から形成されている。なお、ラジアル面１０ａおよびスラスト面１０ｂに対向する摺接部材を羽根車１に設けてもよい。この場合は、羽根車１に代えて、摺接部材に上記スパイラル溝が形成される。この摺接部材は、軸受１０と同様に、セラミックまたはカーボンなどの耐摩耗性に優れた材料から形成することが好ましい。
【００１７】
ポンプケーシング２Ａには吐出口１２が形成され、モータケーシング２Ｂには吸込口１３が形成されている。羽根車１の液体入口１ａは吸込口１３に連通している。吸込口１３、軸受１０、羽根車１、及び吐出口１２は、同心状に配列されている。すなわち、吸込口１３の中心および吐出口１２の中心は、羽根車１の中心軸Ｃｒ上に位置している。羽根車１の背面側には、複数の戻り羽根１８が設けられている。これらの戻り羽根１８は、略円盤状の側板１９とポンプケーシング２Ａとの間に配置されている。
【００１８】
図３は側板に固定された戻り羽根を図１の吐出側から見た図である。図３に示すように、戻り羽根１８は外周方向に向かってスパイラル状に延びている。これらの戻り羽根１８により、回転する羽根車１から吐き出された液体はスムーズに吐出口１２に案内される。本実施形態では、羽根車１と吐出口１２は同心状に配列されているので、液体は、羽根車１の外周から戻り羽根１８を通じて吐出口１２に向かう均一な流れを形成する。したがって、羽根車１に作用する液体の圧力は羽根車の全周に亘って一様であり、これにより羽根車１のふらつきが防止される。
【００１９】
図４は羽根車１に埋設されている永久磁石５を示す平面図である。図４に示すように、複数の永久磁石５は環状に配列されており、Ｓ極とＮ極とが交互に配置されている。本実施形態では、それぞれの永久磁石５は扇形の形状を有しており、永久磁石５の数は８つ（すなわち８極）である。図１に示すように、羽根車１には複数の永久磁石５に隣接して環状のマグネットヨーク（磁性体）１５が埋設されている。永久磁石５はマグネットヨーク１５の吸込側に配置されている。永久磁石５とモータ固定子６とは互いに対向するように配置されている。モータ固定子６は羽根車１よりも吸込側に配置されている。モータ固定子６はモータケーシング２Ｂ内に配置されており、モータ固定子６が収容される空間はモータカバー１６によって塞がれている。
【００２０】
図５は、モータ固定子６を示す平面図である。図５に示すように、モータ固定子６は、複数の歯６ａを有する固定子鉄心６Ａと、これらの歯６ａにそれぞれ巻回された固定子巻線６Ｂとを有している。歯６ａ及び固定子巻線６Ｂは環状に配列されている。本実施形態では、６つの歯６ａにそれぞれ固定子巻線６Ｂが巻かれており、磁極数は６となっている。環状に配列された永久磁石５の中心と、環状に配列された歯６ａの中心とは互いに一致している。さらに、永久磁石５およびモータ固定子６は、羽根車１、軸受１０、吸込口１３、及び吐出口１２と同心状に配列されている。
【００２１】
固定子巻線６Ｂには、３本のリード線１７（図２参照）が接続されており、そのリード線１７の端子は図示しない駆動回路に接続される。この駆動回路は、スイッチング素子を用いて各固定子巻線６Ｂに供給する電流のタイミングを制御する機器である。より具体的には、駆動回路は、回転する永久磁石５の位置に基づいて各固定子巻線６Ｂに供給する電流のタイミングを制御する。永久磁石５の位置を検出する方法としては、ホール素子などの位置センサを用いる方法や、位置センサを用いずに固定子巻線６Ｂに発生する逆起電力を利用した方法などが挙げられる。本実施形態に係るモータポンプは、位置センサを用いたセンサ駆動方式または位置センサを用いないセンサレス駆動方式のいずれを採用してもよい。
【００２２】
上述した駆動回路は、永久磁石５の位置に基づいて固定子巻線６Ｂへの直流電流の通電を適宜切り替え、これによって永久磁石５、すなわち羽根車１が回転する。羽根車１が回転すると、液体は吸込口１３から羽根車１の液体入口１ａに導入される。液体は羽根車１の回転によって昇圧され、吐出口１２から吐き出される。羽根車１が液体を移送している間、羽根車１の背面は昇圧された液体によって吸込側に（すなわち吸込口１３に向かって）押圧される。軸受１０は、羽根車１の吸込側に配置されているので、羽根車１のスラスト荷重を吸込側から支持する。本実施形態に係る構成によれば、１つの軸受１０により羽根車１を非接触で支持することができるので、パーティクルを発生させることのないコンパクトなモータポンプを実現することができる。
【００２３】
羽根車１の磁石収容部（永久磁石５が埋設される部分）の外周面とポンプケーシング２Ａの内周面との間には隙間２０が形成されている。この隙間２０の大きさδは、羽根車１の周方向及び軸方向において均一である。すなわち、羽根車１の磁石収容部の外周面と、この磁石収容部の外周面に対向する、ポンプケーシング２Ａの内周面の部分との隙間２０が均一となっている。なお、図１に示す符号γは、隙間２０の軸方向の幅を示している。この隙間２０では、羽根車１の回転によって発生する液体の動圧がジャーナル軸受（ラジアル軸受）として羽根車１に均一に作用する。その結果、羽根車１が安定して回転する。
【００２４】
図６は図１のVI-VI線断面図である。軸受１０とモータケーシング２Ｂとの間には、複数の（図６では４本の）戻り流路２２が設けられている。この戻り流路２２は、羽根車１の前面とモータケーシング２Ｂとの間の隙間から、羽根車１の液体入口１ａまで延びている。羽根車１によって昇圧された液体の一部は、羽根車１の外周面とポンプケーシング２Ａとの隙間２０と、羽根車１の前面とモータケーシング２Ｂとの隙間と、戻り流路２２とをこの順に通って羽根車１の液体入口１ａに戻される。
【００２５】
戻り流路２２は、軸受１０に十分な液体を供給するために設けられている。軸受１０と羽根車１との間に液体が十分に存在しないと、軸受１０が焼きつくおそれがある。特に、モータ固定子６の発熱や流体摩擦により、羽根車１の前面とモータケーシング２Ｂとの隙間にある液体が沸騰すると、軸受１０と羽根車１との間の液体が枯渇してしまう。本実施形態では、戻り流路２２を設けることによって、羽根車１の前面とモータケーシング２Ｂとの隙間に液体の流れが常に形成される。したがって、液体の温度上昇が抑制され、羽根車１の支持に十分な液体を軸受１０に供給することができる。
【００２６】
図１に示すように、隙間２０の下流側（吐出側）には、テーパ流路２３が形成されている。このテーパ流路２３は、吐出側に向かって、その直径が徐々に大きくなる形状を有している。羽根車１から吐き出された液体は回転成分を持つため、遠心力によりポンプケーシング２Ａの内周面に押し付けられる。そこで、羽根車１の液体出口から戻り羽根１８に向かう流路をテーパ流路２３とすることにより、液体は遠心力の作用により下流側に強制的に流され、戻り羽根１８にスムーズに導かれる。
【００２７】
本実施形態に係るモータポンプは、吸込口１２、羽根車１、及び吐出口１２が同心状に並んだ、いわゆるインライン型のポンプである。このタイプのポンプは、既存のパイプなどに比較的容易に組み込むことができるので、適用範囲が広いという特徴がある。また、羽根車１と吐出口１２とが同心状に配置されているので、回転する羽根車１から吐き出された液体は、一様な流れを形成して吐出口１２から排出される。したがって、羽根車１に径方向外側から作用する外力は、羽根車１の全周に亘って均一となり、羽根車１の回転が安定する。さらに、本実施形態では、羽根車１の傾動が軸受１０によって規制されるので、さらに安定した羽根車１の回転が可能となる。
【００２８】
以上述べた実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲とすべきである。
【符号の説明】
【００２９】
１      羽根車
２      ケーシング
５      永久磁石
６      モータ固定子
８      連結ボルト
９      Ｏリング
１０      軸受
１２      吐出口
１３      吸込口
１５      マグネットヨーク
１６      モータカバー
１７      リード線
１８      戻り羽根
１９      側板
２０      隙間
２２      戻り流路
２３      テーパ流路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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