(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動源に連結された駆動用マグネットと隔壁を挟んでマグネットカップリングされる従動用マグネットを合成樹脂により一体に形成したインペラを有し、このインペラを回転させて流体を移送する構成のポンプ装置において、
前記インペラは、固定軸に回転自在に支持されるとともに前記従動用マグネットは前記駆動用マグネットと軸方向に離間距離を保って平行に相対し、前記駆動源としてモータを用い、このモータのロータと一体に固定されたモータ出力軸を有し、該モータ出力軸には、軸方向の一端に前記駆動用マグネットが装着され、前記ロータへ作用する前記マグネットカップリングの前記駆動用マグネットが前記従動用マグネット側に吸引される吸引力に抗して、前記吸引力とは反対方向の磁力を前記ロータに作用させる磁気的手段と、前記モータ出力軸のスラストを受けるスラスト軸受の軸方向反対側への引抜きを防止するため前記モータ出力軸の軸方向の他端に嵌入された抜け止め用止め輪とを有し、前記モータはアウタロータ構造であって、前記モータ出力軸に固定されたカップ状のロータヨークの内部に前記磁気的手段であるカウンタマグネットを前記ロータヨークと軸方向に対向するように内設させ、前記カウンタマグネットによって前記止め輪にかかる抜け止め荷重を低減させたことを特徴とするポンプ装置。
【請求項２】
前記吸引力は、前記反対方向に作用する磁力によって相殺することを特徴とする請求項１に記載のポンプ装置。
【請求項３】
前記反対方向に作用する磁力を前記吸引力より大きくし、前記駆動用マグネットを一端に固定した前記ロータの出力軸の他端に、スラスト軸受を設けたことを特徴とする請求項２に記載のポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マグネットカップリングを構成要素とするポンプ装置に係わり、より具体的には、マグネットカップリング駆動モータの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３に示すように、マグネットカップリング方式を適用した給水ポンプにおいて、通常は、モータ出力軸１００に駆動マグネット１０１を直結し、インペラ１０２側の従動マグネット１０３を駆動しているので、駆動マグネット１０１と従動マグネット１０３の磁力により協働で構成するカップリング１０４間の吸引力で、モータ出力軸１００は常にモータ１０５から引出される状態（矢印Ａ）で回転する。このため、矢印Ａで示す軸方向の抜け止めに設けた座金１０７が、図３（ｂ）に（ａ）の円で囲んだ部分を拡大して示したような状態で、モータ１０５内部の軸受メタル１０６の端面１０６ａに当接してスラスト方向（矢印Ａ）に作用する吸引力を支持している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したモータ構造では、出力軸１００の軸受メタル１０６が基本的にラジアル軸受であるにも拘らず、軸受メタル１０６の端面１０６ａが抜け止め座金１０７と摺接するので、標準的モータに備わっている出力軸１００のスラスト軸受１０８は用をなさない。軸受メタル１０６の寿命の限界を考慮すると、仕様用途が限られてしまう。また、抜け止め座金１０７の出力軸１００に対する取付位置はスラスト方向に不安定なために、負荷によっては出力軸１００の回転が安定せず、特性に狂いを生じるばかりでなく騒音発生の原因となる。
【０００４】
そこで本発明の目的は、駆動モータのロータにマグネットカップリングの吸引力に対して逆方向の力を働かせて、軸受、抜け止めにかかる荷重を低減し、これらの長寿命化を図ることによりモータまたはポンプ駆動モータの長寿命化を図ることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明に係わるポンプ装置は、駆動源に連結された駆動用マグネットと隔壁を挟んでマグネットカップリングされる従動用マグネットを合成樹脂により一体に形成したインペラを有し、このインペラを回転させて流体を移送する構成のポンプ装置において、前記インペラは、固定軸に回転自在に支持されるとともに前記従動用マグネットは前記駆動用マグネットと軸方向に離間距離を保って平行に相対し、前記駆動源としてモータを用い、このモータのロータと一体に固定されたモータ出力軸を有し、該モータ出力軸には、軸方向の一端に前記駆動用マグネットが装着され、前記ロータへ作用する前記マグネットカップリングの前記駆動用マグネットが前記従動用マグネット側に吸引される吸引力に抗して、前記吸引力とは反対方向の磁力を前記ロータに作用させる磁気的手段と、前記モータ出力軸のスラストを受けるスラスト軸受の軸方向反対側への引抜きを防止するため前記モータ出力軸の軸方向の他端に嵌入された抜け止め用止め輪とを有し、前記モータはアウタロータ構造であって、前記モータ出力軸に固定されたカップ状のロータヨークの内部に前記磁気的手段であるカウンタマグネットを前記ロータヨークと軸方向に対向するように内設させ、前記カウンタマグネットによって前記止め輪にかかる抜け止め荷重を低減させたことを特徴とする。
【０００７】
しかも、前記吸引力は反対方向に作用する磁力によって相殺する。あるいは、前記反対方向に作用する磁力を前記吸引力より大きくし、前記駆動用マグネットを一端に固定した前記ロータの出力軸の他端に、スラスト軸受を設けるとよい。すなわち、吸引力を凌ぐ付勢力で、出力軸端面がスラストを支持することになるため、接触角が小さくなって耐摩耗性を向上させるのに有利となる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係わるモータ構造の実施の形態を一実施例の図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係わるポンプ装置１０の全体を示す側面図で、一部断面で図示される。ポンプ装置１０は駆動部１２と、ポンプ部１４とから構成されている。駆動部１２には駆動モータとしてブラシレスＤＣモータ１６が内蔵される。
【０００９】
また、ポンプ部１４には、ポンプケース１８内中央に固定軸２０が直立に固設され、滑性を有する耐摩耗性樹脂からなる軸受部２２をインサートモールドで一体に内設した磁性体合成樹脂成形によるインペラ２４が、固定軸２０に回転自在に支持されている。ポンプ部１４は、空間的に駆動部１２から離間し、ポンプケース１８の下面を画定する非磁性体底板１８ａによって隔離されている。
【００１０】
ポンプケース１８内に充填された流体１９内で固定軸２０を中心に回転することにより流体１９を付勢して加圧流動させ移送するインペラ２４は磁性体で成形され適当な磁力が着磁されて、一対のマグネットカップリング２６の中の従動側カップリング２６ａとして機能する。駆動部１２は、従動カップリング２６ａに回転を伝達するリング状マグネットを駆動側カップリング２６ｂとして出力軸３０に固定したモータ１６と、その駆動モータ１６を覆うケーシング１７と、ケーシング１７の底面１７ａに駆動モータ１６として設けたブラシレスＤＣモータの駆動回路を搭載した基板３３とからなる。３３ａはコネクタ、３３ｂは基板３３とコネクタ３３ａとを電気接続するフレキシブルフラットケーブル（ＦＦＣ）である。また３３ｃは、図示しない制御盤と電気接続をするためのコネクタ端子である。
【００１１】
いずれも着磁された磁性体からなる従動カップリング２６ａと駆動カップリング２６ｂとは、ポンプケース底板１８ａを介して共通の回転軸上で離間距離ｄを保って平行に相対し、それぞれの磁力を相互におよぼし合う回転磁性面を備え、協働してマグネットカップリング２６を構成するもので、両者を連結する軸などによる機械的手段はない。本実施例においては、従動カップリング２６ａはポンプケース１８内を満たす液体１９内で回転自在に支持され、駆動カップリング２６ｂは空気中でモータ１６の直接駆動で自由に回転する。
【００１２】
図２に本発明に係わる駆動モータ１６の構造を軸断面による側面図で示す。駆動モータ１６は、アウターロータ型のブラシレスＤＣモータで、モータ基板１６ａに直立させて固定した有底円筒軸受ケース４０内に管状軸受メタル４２が埋入されて固定される。モータ出力軸３０には、一方の端部に磁性体で形成したカップ状ロータヨーク４４が一体に固定され、さらにその外端部に駆動カップリング２６ｂが装着されて軸受メタル４２に回転自在に軸支される。
【００１３】
ステータ４６は電磁鋼板４６ａの積層体で、基部４６ｂに穿設した中央孔４６ｃを軸受ケース４０の外側面に嵌着して固定される。ステータ４６の基部４６ｂから放射状に延在する鉄心４６ｄが形成する適当数のスロットには、電気絶縁材４８を介して鉄心４６ｄに巻回された巻線（コイル）５０が収められる。ロータ５２のロータヨーク４４に固着された環状マグネット５４は、内面５４ａが鉄心４６ｄ外周面（ステータティース）４６ｅと同心で、微小な一定の間隙を介して相対し、出力軸３０を中心に回転駆動される。環状マグネット５４にはスロット数に対応する磁極数が所要のモータ出力に応じて設定され着磁されている。５６はホール素子で、環状マグネット５４の磁極によりロータ５２の位置を検出して回転を制御する。
【００１４】
管状軸受メタル４２に回転自在に支持されたモータ出力軸３０において、駆動カップリング２６ｂを装着した先端と反対側の端面３０ａは球面に形成され有底円筒軸受ケース４０の底部内面４０ａに対向する。そこで、出力軸端面３０ａと軸受ケース底部内面４０ａとの間にスラスト軸受５８を挟装する。また、出力軸端面３０ａ近傍の外周に環状溝３０ｂを凹設して止め輪３１を強制的に嵌入し、出力軸３０が予測しない外力によって図中上方に引抜かれるのを防止する。
【００１５】
ステータ４６を支持する軸受ケース４０の開端４０ｃ側にロータヨーク４４に対向させてリング状のカウンタマグネット６０を固着し、マグネットカップリング２６間の吸引力より強力にロータ５２をステータ４６方向に押し付ける牽引力が発生する磁場を設定する。このため、カウンタマグネット６０の磁力、大きさロータヨーク４４との距離が適当に選択される。このようにして、カウンタマグネット６０によってロータヨーク４４に働くステータ４６方向の付勢力は、ロータヨーク４４と一体の出力軸端面３０ａをスラスト軸受５８に圧接する接触圧として作用する。さらに、カウンタマグネット６０は磁性体で形成したロータヨーク４４に覆われた位置にセットされるから、磁束の漏洩は少なく、カウンタマグネット６０を装着したことによる他の機器への影響は少ない。
【００１６】
出力軸３０のスラスト軸受５８はスラストを受けて軸受ケース底部内面４０ａに圧着され、軸受ケース４０がモータ出力軸３０を含むロータ５２全体のスラスト方向に作用する応力を支持する。従って、スラスト軸受５８は、出力軸３０のスラスト方向の摺接圧を支持して摩擦を軽減し、安定に円滑な回転を保証するように機能する。また、球面に形成された出力軸端面３０ａは常にスラスト軸受５８に点接触に近い態様で圧接されているから負荷に影響されない安定した特性が得られる。
【００１７】
以上、実施例について説明したが、本発明は図示の実施例に限定されるものではなく、その形状や構成等について、本発明の構成要件から逸脱しない範囲で、例えばカウンタマグネットの大きさ・形状や取付位置などについて細部に関する多様な変更や部品の再構成等の改変をなし得ることが予期される。
【００１８】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、請求項１に記載の本発明に係わるポンプ装置によれば、駆動源に連結された駆動用マグネットと隔壁を挟んでマグネットカップリングされる従動用マグネットを合成樹脂により一体に形成したインペラを有し、このインペラを回転させて流体を移送する構成のポンプ装置において、前記インペラは、固定軸に回転自在に支持されるとともに前記従動用マグネットは前記駆動用マグネットと軸方向に離間距離を保って平行に相対し、前記駆動源としてモータを用い、このモータのロータと一体に固定されたモータ出力軸を有し、該モータ出力軸には、軸方向の一端に前記駆動用マグネットが装着され、前記ロータへ作用する前記マグネットカップリングの前記駆動用マグネットが前記従動用マグネット側に吸引される吸引力に抗して、前記吸引力とは反対方向の磁力を前記ロータに作用させる磁気的手段と、前記モータ出力軸のスラストを受けるスラスト軸受の軸方向反対側への引抜きを防止するため前記モータ出力軸の軸方向の他端に嵌入された抜け止め用止め輪とを有し、前記モータはアウタロータ構造であって、前記モータ出力軸に固定されたカップ状のロータヨークの内部に前記磁気的手段であるカウンタマグネットを前記ロータヨークと軸方向に対向するように内設させ、前記カウンタマグネットによって前記止め輪にかかる抜け止め荷重を低減させたことにより、逆方向の力が相殺する磁力でない時は、止め輪の寿命が延びる。また相殺する磁力の時は、軸端面を受ける標準的スラスト軸受を採用できる。しかも、前記モータは、アウタロータ構造で、カップ状のロータヨークの内部に前記磁気的手段であるカウンタマグネットを上記ロータヨークに対向するよう内設したことにより、磁性体で形成されているロータ外部への磁気的影響が抑制でき、特に取付のための台座や空間を要しないからコンパクトに構成できる。その上、ポンプ装置とモータとの間で性能のマッチングをとる必要がなくなり、モータとは別体にして単独でポンプ装置の修理、交換、管理等が可能になる。
【００２１】
そして、請求項２に記載の本発明に係わるポンプ装置によれば、前記吸引力は反対方向に作用する磁力によって相殺するので、モータ軸端面でスラストを受けるため接触角が小さく耐摩耗性が向上する。しかもモータシャフトに加わるスラスト加重が低減され軸受寿命が伸びる。すなわち、耐久性が向上し長寿命化を図ることができる。理想的には、スラスト加重を限り無くゼロに近付けることができる。
【００２２】
さらには、請求項３に記載の本発明に係わるポンプ装置によれば、前記反対方向に作用する磁力を前記吸引力より大きくし、前記駆動用マグネットを一端に固定した前記ロータの出力軸の他端に、スラスト軸受を設けたので、出力軸端とスラスト軸受とは常に一定方向に一定の接触圧で摺接するから、モータの芯振れや軸方向のガタ付がなくなり、円滑な運転が可能となる。従って、負荷によって特性が変動することはない。しかも、重力の影響が無視できるから、設置姿勢が自由に選択でき、出力軸を横向きに設置することも天地を逆にすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるポンプ装置の一実施例を一部断面で示す概略側面図である。
【図２】本発明に係わるモータ構造の一部を断面で示す概略側面図である。
【図３】従来のポンプ装置の一実施例の一部を部分的に断面で示した側面図で、（ｂ）は（ａ）の円ｂで囲んだ部分の拡大図示である。
【符号の説明】
１０  ポンプ装置
１２  駆動部
１４  ポンプ部
１６  ブラシレスＤＣモータ
１８  ポンプケース
２０  固定軸
２４  インペラ
２６  マグネットカップリング
３０  モータ出力軸
４０  円筒軸受ケース
４２  管状軸受メタル
４４  ロータヨーク
４６  ステータ
５０  コイル
５２  ロータ
５４  環状マグネット
５８  スラスト軸受
６０  カウンタマグネット
【図１】
0004046986.tif 000002
【図２】
0004046986.tif 000003
【図３】
0004046986.tif 000004