(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動源としてのモータと、このモータのロータ出力軸に連結して回転されこの回転により液体を移送させるインペラとを有するポンプ装置において、
上記モータは、通電部となるステータと、このステータの外周部分に対向するマグネットを備えたアウターロータ型のロータとを有し、
上記ロータ出力軸は、上下方向を軸方向として配置され、
上記インペラは、上記ロータ出力軸の下部に連結されると共に、上記モータは、上記インペラが回転自在に配置されるインペラ室の上側に配置され、
上記インペラは、上記インペラの回転に伴って上記ロータ出力軸と共に下方に推力を受けるように構成され、
上記ロータは、上記ステータの軸方向における磁気的中心と上記ロータの軸方向における磁気的中心とを軸方向にずらせて配置することにより、上記ステータと上記ロータとの磁気吸引力によって上方へ引っ張られることを特徴とするポンプ装置。
【請求項２】
前記インペラ及び前記ロータ出力軸が、前記液体の移送時及び非移送時においてスラスト軸受けと非接触または非接触に近い状態で回転可能であることを特徴とする請求項１記載のポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、洗濯機用のバスポンプ等のポンプ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の洗濯機、たとえば全自動洗濯機において、洗濯部位に洗浄用の流体を汲み上げる流体ポンプとして、たとえばお風呂の湯水を汲み上げて洗濯機の槽内に供給するバスポンプを備えたものがある。このようなバスポンプは、従来、ＤＣモータにポンプ部品を組み付けることによってポンプ装置を構成している。
【０００３】
なお、このタイプのポンプは、洗濯機と浴槽とをつなぐホース内に溜まった空気を吸い出した後に風呂水を吸い上げる必要があり、通常、この動作（自吸過程）が可能な自吸式ポンプとなっている。このような従来構造のポンプ装置は、たとえば、特開平８−１３５５９０号、特開平８−３０３３７９号、特開平１０−１９６５８２号公報等に開示されている。
【０００４】
上述したようなポンプ装置は、ケースに設けられた吐出口及び吸引口に連通されたインペラ室内で、ＤＣモータの駆動力によりインペラを回転させて液体を吸引口から吸い上げ、吸い上げた液体を吐出口から吐出させるように構成されている。図６（Ａ）及び（Ｂ）は、このようなポンプ装置のモータのロータ出力軸の先端に連結されるインペラの一例を示したものである。
【０００５】
ＤＣモータ（図示省略）のロータ出力軸１１０の先端部分には、自吸工程においては空気と液体とを攪拌すると共に、給水工程においては液体を移送するための羽根部材１０３を備えたインペラ１０１が固定されている。インペラ１０１には、筒状部１０２ｂが設けられており、この筒状部１０２ｂがモータ駆動により回転するロータ出力軸１１０にはめ込まれるようになっている。これにより、インペラ１０１がモータ駆動によりインペラ室（図示省略）内で回転するようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
なお、上述したように構成されたポンプ装置においては、インペラ１０１が回転すると羽根部材１０３が設けられた側の中心部から気体及び液体が取り込まれ、その液体等が遠心力によってインペラ１０１の外側へ飛ばされる。この動作が行われる際、すなわち自吸動作及び吸水動作が行われる際、その回転中心には負圧が発生する。そして、この負圧の発生によりインペラ室内で回転するインペラ１０１及びインペラ１０１を支持しているロータ出力軸１１０に対して軸方向への推力がかかる。より具体的には、インペラ１０１がモータの駆動部から離れる方向（図６において矢示Ｘ方向）に推力が働く。
【０００７】
なお、上述したような従来のポンプ装置は、モータを横置きとし、インペラを回転させるためのロータ出力軸がポンプケース内の液面と平行となる構成であるが、本出願人は液漏れによってステータ内に液体が浸入する不具合を解消する目的、及び自吸過程時における自吸効率を向上させる目的により、モータを縦置きとし、モータの下部にインペラが配置される構成のポンプ装置を先に出願した（特願平１１−２０７００１号参照）。このような縦置き型とすると、上述の推力に加えてロータの自重がスラスト軸受けにかかることとなる。
【０００８】
この結果、ロータ出力軸１１０を支持するスラスト軸受けに多大な荷重がかかり軸受けを破損するおそれがある。また、多大な荷重を受けながらロータ出力軸が回転するため、軸受け部分に発生する熱が異常に高くなり、軸受けを焼損するという問題が生じる。なお、このような問題は、縦置き型のポンプほど顕著ではないにせよ、横置き型ポンプでも生じ得る。
【０００９】
本発明の目的は、上述した問題点に鑑みて、吸水時や自吸過程時におけるモータのロータ出力軸のスラスト方向への荷重を軽減することが可能なポンプ装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記した目的に鑑みて、本発明は、駆動源としてのモータと、このモータのロータ出力軸に連結して回転されこの回転により液体を移送させるインペラとを有するポンプ装置において、モータは、通電部となるステータと、このステータの外周部分に対向するマグネットを備えるアウターロータ型のロータとを有し、ロータ出力軸は、上下方向を軸方向として配置され、インペラは、ロータ出力軸の下部に連結されると共に、モータは、インペラが回転自在に配置されるインペラ室の上側に配置され、インペラは、インペラの回転に伴ってロータ出力軸と共に下方に推力を受けるように構成され、ロータは、ステータの軸方向における磁気的中心とロータの軸方向における磁気的中心とを軸方向にずらせて配置することにより、ステータとロータとの磁気吸引力によって上方へ引っ張られるようにしている。そのため、インペラ及びロータ出力軸の回転時における推力が、磁気吸引力によって相殺されて低減され、スラスト軸受けに対する荷重を低減することが可能となる。
【００１１】
また、ロータ出力軸及びこのロータ出力軸に支えられたロータの重力が、磁気吸引力によって相殺されて低減され、スラスト軸受けに対する荷重を低減することが可能となる。
【００１２】
また、従来のポンプ装置は、通常、モータのロータ出力軸が横置きとなっている。そのため、自吸過程時においてインペラが回転すると、その際に発生する液体の渦が回転中心軸を横軸とする横渦となり自吸効率が良くないという問題がある。なお、インペラをモータの下部に配置する縦置きタイプとすると、自吸過程時における液体の渦が縦渦となり自吸効率が高くなる一方、回転時における推力にロータの重力が加わりスラスト荷重が増大するという問題が生じる。本発明は、縦置き配置としたことにより自吸効率を向上させると共に、一方ではスラスト荷重を軽減することができる。
【００１３】
また、他の発明は、上述のポンプ装置に加えて、インペラ及びロータ出力軸が、液体の移送時および非移送時においてスラスト軸受けと非接触で回転可能である。回転駆動時におけるインペラ及びロータ出力軸にかかるスラスト荷重は、その回転数によって比例的に増大するため、インペラ及びロータ出力軸が回転し始めより高速に回転すると、非回転駆動時における停止位置から徐々にスラスト方向に移動しスラスト軸受けに近づく。しかしながら、このスラスト荷重の増大によりステータとロータの磁気的中心のズレ量も増大する。このため、磁気吸引力も増大し、増大したスラスト荷重を大きな力により相殺することができる。このような物理現象を利用して、インペラ及びロータ出力軸の液体の移送時及び非移送時におけるスラスト軸受けとの接触を無くすように設定すれば、スラスト荷重に起因する問題を解消することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のポンプ装置の実施の形態について、図１から図３を参照しながら説明する。図１は、本発明のポンプ装置の平面図、図２は図１のＶ−Ｏ−Ｖ断面図であって、インペラに図に置いて下方向への推力が働いていない状態時におけるポンプ装置の状態を示している。なお、図３は、本発明の実施の形態のポンプ装置のインペラの構成を示す図である。
【００１５】
本実施の形態のポンプ装置３は、図１及び図２に示すように、内部に流体を吸引するための吸込口２ａと吸引した流体を外部に吐出するための吐出口２ｂとを有するケース２と、ケース２の内部に配置された駆動源としてのモータ４と、このモータ４のロータ出力軸４１ａの下端部分に連結されたインペラ１を有している。そして、モータ４の駆動力でインペラ１を回転させることにより、吸い込み孔２ａから液体を吸引して吐出口２ｂ側へ移送し、吐出口２ｂから外部へ吐出するものとなっている。
【００１６】
ケース２は、上下方向の上側略半分でかつ図２において左右方向左側半分を占めるモータ４を配置させるためのモータ取り付け用凹部５を有し、この凹部５内の空間と壁によって空間的に隔てられた内部空間をこの凹部５の右隣り及び下部に備えた本体部２１と、この本体部２１の最下部に形成された開放部分を塞いで内部空間を封止する底蓋部２２から構成されている。すなわち、底蓋部２２は、このケース２全体の底面を形成するものとなっており、本体部２１の開放端に形成された段部２１ａ内にＯリング２３を嵌め込んだ状態で本体部２１にボルト２４によって固定される。これによって、ケース２内部の流体が、本体部２１と底蓋部２２の合わせ面から外部に漏れ出るのを防止するようになっている。
【００１７】
また、このモータ取り付け用凹部５の上端には、モータ４の上面側を覆うモータ収納用蓋５ａが被せられている。なお、モータ取り付け用凹部５は、中心部にはモータ４のロータ出力軸４１ａを回転自在に挿通支持すると共に、モータ４のステータ４２を支持固定する支持筒部５１が形成されている。この支持筒部５１は、モータ取り付け用凹部５の底面の中心位置に形成された円形の凸面部５２の中心部分に立設されたものとなっている。そして、この支持筒部５１の孔内両端には、ロータ出力軸４１ａを回転自在に支承するスラスト軸受け５１ａ，５１ｂが嵌め込まれている。また、スラスト軸受け５１ａの上部にはスラスト受け用ワッシャー５１ｄが、スラスト軸受け５１ｂの下部にはスラスト受け用ワッシャー５１ｅがそれぞれ配置されている。また、支持筒部５１の外周部分には、ステータ部４２を載置固定するための段部５１ｃが形成されている。
【００１８】
また、上述したように構成されたケース２の内部空間は、図１に示すように、上述した吸込口２ａ及び吐出口２ｂと、さらに呼び水供給口２ｃとによって外部と連通するようになっている。ケース２内部には、インペラ１を回転自在に配置したインペラ室６と、自吸過程時にインペラ１の回転により気液混合させた流体を気液分離するための気液分離室７とが備えられている。
【００１９】
インペラ室６は、モータ４の下部となるスペースの一部に形成されており、内部にはインペラ１が回転自在に配置されている。このインペラ室６は、インペラ１の周囲を囲繞するボリュート部９と、インペラ１の軸方向（図２において上下方向）両側に配置される上面部１０ａ及び下面部１０ｂとによって画成された内部空間となっている。インペラ１の上方に位置する上面部１０ａは、インペラ室６とモータ４との間に配置された壁となっており、このインペラ室６の上方部分の密封をオイルシール１５と協働して行うようになっている。この上面部１０ａは、ケース２の壁、すなわちモータ取り付け凹部５の底面を利用したものとなっている。したがって、インペラ１のケース２を隔てた上部は、モータ取り付け用凹部５となっており、ここにモータ４が装填されている。
【００２０】
なお、インペラ室６を画成する下面部１０ｂの中央部分には、インペラ室６内へ流体を取り込むための取り込み口１６が設けられている。この取り込み口１６は、後述する中継パイプ８を介して吸込口２ａと連結されている。下面部１０ｂは、中継パイプ８の構成部品となる第２パイプ部材８２の一部を利用したものとなっており、この部分をボリュート部９の先端部分に当接させることにより、上述した上面部１０ａとボリュート部９と協働してインペラ室６を形成するものとなっている。
【００２１】
また、気液分離室７は、ケース２の内部空間のうちのインペラ室６以外の大部分のスペースを占めている。具体的には、気液分離室７は、モータ取り付け用凹部５の下部のスペースのインペラ室６以外の部分（以下、（気液分離室７の）狭いスペース７ａという）とケース２の右側半分のうちの後述する中継パイプ８等によって仕切られた空間以外の部分（以下、（気液分離室７の）広いスペース７ｂという）とからなり、これらの両スペース７ａ，７ｂは一連のものとなっている。
【００２２】
ボリュート部９は、インペラ１の回転遠心力によりインペラ１の外方へ押しやられる流体をインペラ室６から気液分離室７側へ排出させる２つの出口部（図示省略）及び、自吸過程時に気体と分離された液体を気液分離室７からインペラ室６内へ戻すための戻し孔（図示省略）を備えている。
【００２３】
吸込口２ａは、モータ取り付け用凹部５の右隣となるケース２の上面の略中央に設けられている。この部分は、気液分離室７の広いスペース７ｂの上面７ｃとなっており、吸込口２ａは気液分離室７の上面７ｃの中央位置に形成されていることとなる。
【００２４】
この吸込口２ａは、ケース２の内外にそれぞれ突出された筒形状で形成されており、外側に突出された部分は風呂等の貯水源に一端を浸したホースの他端の接続部となっている。この吸込口２ａは、ケース２の本体部２１と一体的に形成されている。このように形成された吸込口２ａのケース２の内部に突出された部分は、気液分離室７内を貫く中継パイプ８を介してインペラ室６に連結されており、吸込口２ａから浸入してくる流体がインペラ室６へ入るようになっている。
【００２５】
吐出口２ｂは、ケース２の右側のスペース、すなわち広いスペース７ｂを形成する側面上部に形成されている。本実施の形態では、自吸過程時にインペラ１の回転によってインペラ室６から吐き出される気液混合体が、中継パイプ８のストレート部分（吸込口２ａから真っ直ぐに下方に延出されている部分）の周囲を回転しながら上昇していく。吐出口２ｂは、自吸過程時においてこのように上昇する気液混合体が吐出しない位置に設けられている。また、呼び水供給口２ｃは、自吸過程時に予めケース２の内部空間内に水を供給するためのものとなっており、吐出口２ｂと並列的に設けられている。
【００２６】
中継パイプ８は、吸込口２ａの下端に接続された第１パイプ部材８１と、この第１パイプ部材８１に連結されると共に上述したインペラ室６の下面部１０ｂを構成している第２パイプ部材８２から構成されている。そして、これら第１のパイプ部材８１と第２のパイプ部材８２との繋ぎ目の部分には、流体の逆流を防止するための逆止弁８３が設けられている。このように形成された中継パイプ８は、吸込口２ａから入ってきた流体をインペラ室６内へ移送するための経路となっている。
【００２７】
また、インペラ室６内に回転自在に配置されたインペラ１は、図２及び図３に示すような形状となっている。インペラ１は、回転中心に配置される保持部材１１と、この保持部材１１に保持された複数の羽根部材１４と、各羽根部材１４を連結するドーナツ形状の連結部１７から主に構成されている。
【００２８】
保持部材１１は、各羽根部材１４を保持すると共にロータ出力軸４１ａへの取付部となっている。保持部材１１は、円板形状の平面部１１ａと、この平面部１１ａの一側の面の回転中心部に立設された筒状部１１ｂとを備えている。平面部１１ａは、複数の羽根部材１４を保持するための部位となっている。筒状部１１ｂの内側の穴は、インペラ１を上述のロータ出力軸４１ａの下端部分にはめ込むためのものとなっており、筒状部１１ｂをロータ出力軸４１ａにはめ込むことによりインペラ１はロータ出力軸４１ａと一体的に回転するようになっている。
【００２９】
各羽根部材１４は、流体を攪拌するための部材となっており、保持部材１１の平面部１１ａの筒状部１１ｂが形成された面とは反対側の面の外周端縁に保持されている。これらの羽根部材１４は、保持部材１１の回転中心から半径方向に所定寸法Ｌ１（図３参照）離れた位置において保持部材１１の半径方向及び軸方向に突出するように保持されている。
【００３０】
連結部１７は、各羽根部材１４の剛性を保つと共にポンプ駆動時にインペラ１にかかる推力を相殺するための逆方向への推力を起こすための部材となっている。連結部１７は、ドーナツ形状の円板部材で形成されている。この連結部材１７は、各羽根部材１４の軸方向に突出した側の端部の外周側部分を連結し、この外周側部分を軸方向において閉塞するように配置されている。
【００３１】
このように構成されたインペラ１は、図２に示すように、モータ４のロータ出力軸４１ａの下端部分に回転中心軸となる保持部材１１の筒状部１１ｂが挿入固定され、回転水平面Ｙが自吸過程時にケース２内に予め溜められる呼び水の液面Ｙ１に対して平行となるようにインペラ室６内に配置されている。インペラ１の回転中心は、上述した取り込み口１６と重なる位置に配置される。インペラ１がモータ４によって回転すると、インペラ１の回転中心部分に負圧が発生し吸込口２ａ側の流体がインペラ室６内に取り込まれ、インペラ１によって攪拌されながら、インペラ１の外周側に押しやられることとなる。
【００３２】
このとき、すなわち駆動時において、インペラ１の回転中心部分に発生した負圧によってインペラ１は、図２において下方向への推力を受ける。このため、インペラ１が回転し液体の移送を始めると、インペラ１およびロータ４１は、図２において下方向（重力の方向）に沈み込む。なお、自吸過程時であって、まだ液体の移送が始まっていない段階（自吸過程時は空気の移送のみである）においては、この沈み込み量は液体移送時よりも小さいが、やはり同様に推力を受けてインペラ１及びロータ４１が沈み込むこととなる。
【００３３】
なお、本実施の形態では、上述したように回転駆動時における下方向への推力を低減するようにインペラ１の形状を構成しているが、それでもそれなりの推力を受ける。図４は、液体移送時におけるインペラ１が受ける推力とインペラ１の回転数との関係を実験に基づいて示したグラフである。図４のグラフによれば、約６０００ｒｐｍで約３０ｇｆ、約６７００ｒｐｍで約４０ｇｆ、約７３００ｒｐｍで約５０ｇｆ、約７９００ｒｐｍで約６０ｇｆと、ロータ４１の回転数の増加に比例してインペラ１及びロータ４１が受ける推力が増大する。なお、液体の移送を伴わない自吸過程時においても、液体移送時に比して数値は低いものの、インペラ１の回転数の増加に比例してインペラ１が受ける推力は増大する（図示省略）。
【００３４】
モータ４は、ステータ４２の外周部分に対向するマグネット４１ｂを備えたアウターロータで構成されたロータ４１と、通電部となるステータ４２とから構成されている。そして、このロータ４１の回転中心位置には、下端部分にインペラ１がはめ込まれたロータ出力軸４１ａが固定されている。
【００３５】
なお、本実施の形態のポンプ装置３は、モータ４がインペラ室６の上部に設けられたいわゆる「縦置き」タイプのもので、液体がステータ４２に浸入しにくいという効果を有しているが、一方で軸受けへのスラスト荷重は「横置き」に比べかかりやすいものとなっている。すなわち、軸受けへかかるスラスト荷重には、インペラ１の回転による発生する上述の推力の他に、ロータ４１の自重（ロータ出力軸４１ａ及びマグネット４１ｂ等の自重も含む。なお、本実施の形態における自重は９５ｇとなっている。）が加わるからである。具体的には、本実施の形態のポンプ装置３のインペラ１を、例えば約７３００ｒｐｍで回転させて液体を移送するとすると、上述の約５０ｇｆの推力にロータ４１の自重約９５ｇが加わり、図２における下方向へのスラスト荷重は約１４５ｇとなる。なお、本実施の形態では、以下のような構成によりこのスラスト荷重を低減させることができ、結果的にはこの条件時における下方向へのスラスト荷重を約５ｇ程度まで低減している。
【００３６】
すなわち、モータ４のロータ４１とステータ４２とは、ロータ４１を人為的に図２における上方向への引き上げによってインペラ１の上端をスラスト軸受け５１ｂに当接させた状態（ロータ４１は非駆動時及び駆動時において上述した推力や重力のため図２における下方に沈み込んだ状態で配置されるが、それを人為的に持ち上げた場合という意味）において、ロータ４１の磁気的中心Ｃ１がステータ４２の磁気的中心Ｃ２から見て軸方向下方に０．５ｍｍずれるように配置されている。言い換えると、ロータ４１を人為的に引き上げても、インペラ１の上端がスラスト軸受け５１ｂに接触してしまい磁気的中心Ｃ１，Ｃ２を合致できないようになっている。そのため、常にロータ４１の磁気的中心Ｃ１をステータ４２の磁気的中心Ｃ２に一致させようとする作用が働き、ロータ４１には上方へ上昇しようとする。
【００３７】
なお、このロータ４１を人為的に上方へ持ち上げた状態において、ロータ出力軸４１ａの上端近傍に形成された凸部４１ｃは、スラスト受け用ワッシャー５１ｄに対して約０．５ｍｍの隙間Ｇ１を持って臨んでいる。このため、インペラ１の回転によるロータ４１の沈み込みに対して０．５ｍｍの余裕がある。言い換えれば、インペラ１の回転により発生する推力によりロータ４１がスラスト方向下側へ沈み込んでも、最上位置から見てその距離が約０．５ｍｍを超えなければ凸部４１ｃがスラスト受け用ワッシャー５１ｄに当接しないようになっている。
【００３８】
したがって、ロータ４１を上述の磁気吸引力に抗して約０．５ｍｍ以上沈み込ませる程度の推力が発生しない限りは、ロータ４１のロータ出力軸４１ａはスラスト軸受け５１ａに対して非接触で回転することとなる。すなわち、上述した非駆動時においてはロータ４１が若干沈み込み、しかも凸部４１ｃがスラスト受け用ワッシャー５１に当接していない状態であるが、低速回転時（駆動初期時）においてもそれがしばらく継続されることとなる。このため、本実施の形態では、所定の回転数を超えない状況時においては、ロータ４１及びインペラ１をほぼ両スラスト軸受け５１ａ，５１ｂに対して非接触で回転させることが可能となる。加えて、高速回転時においては、ロータ４１は図２において上側に配置されたスラスト軸受け５１ａに対して接触状態で回転することとなるが、上述の磁気吸引力によってその摩擦負荷は軽減されたものとなる。
【００３９】
このようにロータ４１には常に上方へ上昇しようとする力が常に働いている。この状態は、換言すると、ロータ４１に上述した下方向へのスラスト荷重を相殺するための上方向へのスラスト荷重がかかっていることとなる。このように、本実施の形態においては、この磁気的中心の位置ズレによって発生する磁気吸引力により、インペラ１及びロータ４１に上方向へのスラスト荷重（下方向へのスラスト荷重を相殺するための荷重）がかかっている。
【００４０】
図５は、磁気的中心Ｃ１，Ｃ２のズレ量と、この位置ズレによって生じる磁気吸引力との関係を示したグラフとなっている。図５によれば、磁気的中心Ｃ１，Ｃ２のズレ量が０．５ｍｍのときに発生する磁気吸引力は約７０ｇ、磁気的中心Ｃ１，Ｃ２のズレ量が１．０ｍｍのときに発生する磁気吸引力は約１４０ｇとなっており、その関係は比例関係となっている。
【００４１】
なお、ロータ４１の自重が約９５ｇ、ズレ量が０．５ｍｍのときに発生する磁気吸引力は約７０ｇという設定では、下方向への荷重の方が大きく、ロータに推力が働いていない状態時においてはロータ４１は自重により下方向へ沈み込んでいる。しかしながら、その沈み込み量は若干であって、限度幅となる隙間Ｇ１（約０．５ｍｍ）いっぱいの沈み込みとはならない。沈み込みにより磁気的中心の位置ズレ量が大きくなると、その分磁気吸引力が増えるからである。上述の隙間Ｇ１が０．５ｍｍなので、限度幅いっぱいまで沈み込むとすると、磁気的中心Ｃ１，Ｃ２の位置ズレ量は元々の位置ズレの０．５ｍｍに隙間Ｇ１の０．５ｍｍが加わって１．０ｍｍとなり、この際に発生する磁気吸引力は１４０ｇとなる。これに対し、上述したようにロータ４１の自重は９５ｇであるため、上方への力が下方への力に勝ることとなる。したがって、非駆動時においては、限度幅まで行かない程度沈み込んでいることとなり、ロータ４１がスラスト軸受５１ａに対して非接触な状態となっている。
【００４２】
なお、図２は、本実施の形態のポンプ装置３の構成を説明するために、ロータ４１を上方に限界位置まで人為的に引き上げた状態を示しているが、実際には上述したように非駆動時においてロータ４１が下方へ若干沈み込んだ状態であり、回転駆動が開始されるとこの沈み込みの量がさらに増加するものとなる。すなわち、通常の使用方法においては、インペラ１の上端部分はスラスト軸受け５１ｂの下部に配置されたスラストワッシャー５１ｅに対し常に非接触で回転するように設定されている。
【００４３】
このように本実施の形態では、図２における下側に配置されたスラスト軸受け５１ｂ及びスラストワッシャー５１ｅは、通常の動作においてはスラスト受け部材として機能するものではなく、インペラ１が水圧を受けたり等することによって軸方向へのがたつきが発生した場合にのみその動作の規制をするように設けられている。しかしながら、上述の磁気的中心のズレによる磁気吸引力をもっと強いものに設定し、磁気吸引力がロータ４１の重力に勝るような設定とすれば、図２における下側に配置されたスラスト軸受け５１ｂ及びスラストワッシャー５１ｅは、非駆動時及び低速駆動時における磁気吸引力によるロータ４１の上方向への移動を規制するスラスト受け部材となる。このような設定とすると、下方向への推力及び重力にさらに強力に対抗できるような構成となる。
【００４４】
ここで上述した関係数値を、上述の条件、すなわちロータ４１を約７３００ｒｐｍで回転させた場合に当てはめると、上述の下方向への荷重となる約１４５ｇ（ロータ４１の自重９５ｇ＋インペラ１が受ける推力５０ｇ）から、とりあえず上方向への荷重の最小値となる約７０ｇ（上述したように人為的にロータ４１を持ち上げた状態時においても磁気的中心のズレ量が０．５ｍｍはあるため）を引くと、下方向へ約７５ｇの荷重がかかっていることとなる。
【００４５】
このように計算上、下方向へ約７５ｇのスラスト荷重がかかるということは、当然ながらロータ４１は沈み込むことを示している。なお、この沈み込みの量は、上述した隙間Ｇ１の寸法によって規制されており、それ以上は沈まない。したがって、０．５ｍｍだけ沈む計算となる。このため、インペラ１に推力が働いていない状態時において約０．５ｍｍ以上約１．０ｍｍ未満であった磁気的中心の位置ズレが推力が働く液体移送時においては完全に約１．０ｍｍに増大する。この位置ズレ量の増大に伴い、上述の下方向へのスラスト荷重を相殺する上方向への荷重が約１４０ｇに増大する。すなわち、上述の計算により、ロータ４１を約７３００ｒｐｍで回転させた場合は、結果的には下方向にかかる約１４５ｇのスラスト荷重を上方向への約１４０ｇの力によって相殺し、最終的には図２において上側に配置されたスラスト軸受け５１ａの上端面に対して下方向にかかるスラスト荷重が約５ｇとなる。このように構成されているため、約７３００ｒｐｍで液体を移送している場合は、ロータ４１から凸部４１ｃを介してスラスト軸受け５１ａの上端面に対して下方向にかかるスラスト荷重が約５ｇ程度と軽い状態でインペラ１が回転していることとなる。
【００４６】
なお、上述の実施の形態では、ロータ４１の軸方向への移動距離を０．５ｍｍに規制したが、この距離を増やせばロータ４１の沈み込み量を増加させることができさらなる高速回転時においてもロータ４１を上側に配置したスラスト軸受け５１ａに対して非接触で回転させることが可能となる。しかしながら、その場合、インペラ１の軸方向へのガタが大きいものとなり、ポンプ性能に影響がでるおそれが生じるため、本実施の形態ではポンプ性能に影響がでにくくかつ上述のスラスト荷重を低減するのに有効な０．５ｍｍ程度というスラスト方向の余裕分を設定している。このようにスラスト荷重対策として０．５ｍｍの隙間Ｇ１を設け、スラスト方向に若干移動可能ではあるが、その移動可能距離がわずかなものであるため、ロータ４１はそれ程がたつかずに回転可能となる。このため、ポンプ特性にそれ程の影響のないものとなっている。
【００４７】
上述したように構成したため、スラスト軸受け５１ａ及びスラスト受け用ワッシャー５１ｄの高荷重による損傷や異常に高い摩擦熱の発生による焼損等の不具合が生じない。そのため、スラスト軸受け５１ａ及びスラストワッシャー５１ｄを、それ程耐熱性の高くない部材で構成することも可能となり、材料コストを低減することができる。なお、この実施の形態では、磁気的中心Ｃ１，Ｃ２が約０．５ｍｍずれているが、このズレ量は上述したように限定されるものではない。また、この実施の形態では、ロータ４１を人為的に上方へ引き上げた状態におけるロータ出力軸４１ａの凸部４１ｃとスラスト受け用ワッシャー５１ｄとの隙間を約０．５ｍｍとしたが、この隙間量も限定されるものではない。
【００４８】
上述したように構成された本実施の形態の自吸式のポンプ装置３の動作について説明する。
【００４９】
ケース２の内部空間には、予め少なくともインペラ１が浸かる程度の呼び水が溜められる。この呼び水の液面Ｙ１は、ロータ出力軸４１ａに対して垂直な面、すなわち、インペラ１の回転水平面Ｙと平行な面となる。この程度の量の呼び水がケース２内に供給された後、モータ４のステータ４２に電力を供給する。すると、ロータ４１が、ロータ出力軸４１ａを回転中心として回転し、これによってインペラ１が回転する。
【００５０】
インペラ１の回転により、インペラ室６内は負圧になり、逆止弁８３が開いて吸込口２ａに接続されているホース（図示しない）よりまず空気が吸い込まれる。続いて混合した空気と水、または空気が取り込み口１６からインペラ室６に吸い込まれ、インペラ１の回転によって攪拌されながら混合し、インペラ室６のボリュート部９に形成された２つの出口部から気液分離室７側へ吐き出される。このときの気液分離室７の広いスペース７ｂ内での流路は、気液分離室７内を貫く中継パイプ８のストレート部分を周回しながら「縦渦」状態で上昇するものとなる。
【００５１】
このため、流体の流れによって形成された「縦渦」の中心位置が真空となり、呼び水がその真空部分に引き寄せられる。この結果、気液分離室７内で形成される「縦渦」では、空気と水とが容易に分離される。すなわち、この自吸動作中、気液分離室７内では、激しく気液混合体がかき回された状態で移動するが、液体の流れが「縦渦」を形成しているため、「横渦」と比べると気液混合体が上部に達するまでに時間がかかる。この結果、気液混合体が気液分離室７の上部に達するまでに空気と水とが確実に分離され、液体が上部に形成された吐出口２ｂから吐出されにくい。このようにして気液分離されると、質量の軽い空気は気液分離室７の上部へ溜まり、その後吐出口２ｂから排出され、質量の重い水は気液分離室７の下部へ落ちてきて、主に広いスペース７ｂ側に形成された戻し孔からインペラ室６内に戻り、再び空気とかき混ぜられた後、気液分離室７側に吐き出される。
【００５２】
この動作を繰り返すことにより、インペラ１によって気液分離室７へ吐き出された呼び水と空気のうち、空気のみが吐出口２ｂから排出されていく。空気が排出されると、徐々に水がホース内を上昇してくる。
【００５３】
なお、上述のような動作を継続し、ホース内の空気が全て排出され、ホース内が水で満たされると、自吸運転状態から定常の給水運転状態（液体を移送している状態）になり、吸込口２ａからの水が連続的に吐出口２ｂから排出される。なお、本実施の形態のポンプ装置３は、この給水運転時においても上述したように図２における下方向へのスラスト荷重が大幅に軽減されているため、ロータ４１がスラスト軸受け５１ａに対してほぼ非接触（若干のスラスト荷重がかかるもののそれはわずかな力である）で回転することとなる。このため、スラスト軸受け５１ａ及びスラスト受け用ワッシャー５１ｄの高荷重による損傷や異常に高い摩擦熱の発生による焼損等の不具合が生じない。
【００５４】
上述のように、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限らず種々の変形、応用が可能である。例えば、上述の実施の形態では、自吸式ポンプ装置の例を説明したが、上述したインペラ１は自吸式ではない種々のポンプ装置にも適用可能である。加えて、上述の実施の形態では、モータ４がインペラ１の上部に配置され、ロータ出力軸４１ａがケース２内の液面に対して垂直となる「縦置き」型のポンプ装置の例を説明したが、インペラ１は「横置き」のポンプ装置にも適用可能である。
【００５５】
また、上述の実施の形態では、インペラ１自体の構成を、図２における下方向へのスラスト荷重を低減するように工夫した構成としたが、インペラ１はこのような工夫を施したものに限定されるものではない。すなわち、本発明は、ステータ４２とロータ４１の各磁気的中心をずらして配置し、これによりインペラ１の回転により受ける推力と反対方向への力を得ることにより、推力を低減するものとなっており、推力を低減させる工夫を施していないインペラを用いたポンプ装置においてもある程度効果を奏するようになっている。
【００５６】
【発明の効果】
本発明のポンプ装置では、モータのステータの軸方向における磁気的中心とロータの軸方向における磁気的中心とを軸方向にずらせて配置することにより、ロータが推力と反対方向へ磁気吸引力によって引っ張られるようにしている。そのため、インペラ及びロータ出力軸の回転時における推力が、磁気吸引力によって相殺されて低減され、スラスト軸受けに対する荷重を低減することが可能となる。これにより、大きなスラスト荷重によって生じる軸受け等の摩耗や摩擦熱の発生による部材の焼損等の不具合を解消することができる。
【００５７】
また、加えて、インペラをロータ出力軸の下部に連結した、モータ縦置きタイプとすると、自吸過程時における液体の渦が縦渦となり自吸効率が高くなり、かつ液漏れによりステータ部分に水分が浸入してしまうことを防止できるという各効果に加え、さらにこのタイプでは大きな問題となるスラスト荷重を大幅に低減することが可能となる。
【００５８】
また、上述の磁気的吸引力を利用して推力に逆行する力を得、この力と通常のポンプ動作時に発生する推力とを微妙にバランスさせることにより、通常のポンプ動作時においてインペラ及びロータ出力軸をスラスト軸受けに対して非接触で回転させるようにすれば、スラスト荷重に起因する問題をさらに解消することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態のポンプ装置を示す平面図である。
【図２】図１のポンプ装置のＶ−Ｏ−Ｖ断面図であって、非駆動時の状態を示したものである。
【図３】図２のポンプ装置のインペラを図２の上側から見た場合の平面図である。
【図４】本発明の実施の形態のポンプ装置の液体移送時におけるインペラが受ける推力と、インペラの回転数との関係を示したグラフである。
【図５】本発明の実施の形態のポンプ装置のステータとロータの磁気的中心ズレ量と、この位置ズレによって生じる磁気吸引力との関係を示したグラフである。
【図６】従来技術のポンプ装置の要部となるインペラを示す図で、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）を矢示ＶＩ方向から見た底面図である。
【符号の説明】
１  インペラ
３  ポンプ装置
４  モータ
４１  ロータ
４１ａ  ロータ出力軸
４２  ステータ
Ｃ１  （ロータの）磁気的中心
Ｃ２  （ステータの）磁気的中心
５１ａ，５１ｂ  スラスト軸受け
【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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