(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体燃料を加圧するインペラ、インペラを回転駆動するスロットレスロータ、ロータの回転を支持する軸受、及びロータに回転力を発生させるステータを有する電動機一体型ポンプにおいて、ステータ及びロータを液体燃料で間接冷却する間接冷却機構と、軸受をオイルミストで冷却かつ潤滑するオイルミスト冷却機構と、を備え、
前記オイルミスト冷却機構は、ロータシャフトに設けられた液体燃料用中空孔から潤滑に必要十分な微量の液体燃料を導入するようにロータシャフトに設けられた半径方向孔と、この半径方向孔より軸受から離れた位置から軸受に向けて冷却空気を噴出するように設けられた冷却空気ノズルとからなり、前記半径方向孔から出た液体燃料が前記冷却空気ノズルから噴出された冷却空気によりミスト状となって前記軸受に供給されるようになっている、ことを特徴とする電動機一体型ポンプの冷却潤滑構造。
【請求項２】
前記間接冷却機構は、電動機のケーシングにステータを囲んで設けられた液体燃料用ジャッケットと、加圧された液体燃料を導入するようにロータシャフトに同心に設けられた液体燃料用中空孔とからなる、ことを特徴とする請求項１に記載の電動機一体型ポンプの冷却潤滑構造。
【請求項３】
前記軸受は内輪、外輪及びその間に配置された転動体からなり、前記内輪は前記半径方向孔と連通し内輪の内周面で開口する貫通孔を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の電動機一体型ポンプの冷却潤滑構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動機一体型ポンプに係わり、更に詳しくは、電動機一体型ポンプの冷却潤滑構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
羽根車（インペラ）をケーシング内で高速回転させ、液体にエネルギを与えるポンプを遠心ポンプという。図３はかかる遠心ポンプを電動機で駆動する電動機一体型ポンプの全体構成図であり、液体を導入するインデューサ１、液体を加圧するインペラ２、インペラの回転を支持する軸受３ａ，３ｂ、インペラを回転駆動する電動機４、等からなり、電動機４によりロータシャフト５を高速（例えば約４万ｒｐｍ）で回転させ、この回転力をインペラ２に伝達し、インペラ２の回転により液体にエネルギを与えて加圧するようになっている。なお、この図で６は、ポンプ本体である。
【０００３】
図４は、図３の部分拡大図である。上述した遠心ポンプでは、加圧された液体により、インペラ２の背面に大きなスラスト力Ｆ（図で左向き）が発生する。このスラスト力Ｆを支持するために、いわゆるバランスディスク構造（バランスピストン機構ともいう）が従来から用いられている。このバランスディスク構造は、図に示すように、インペラ２の背面（図で右側面）に加圧された液体が流れる流路７、インペラ２と共に回転するバランスディスク８、及びこれと対向する正面を有する固定ディスク９を設け、バランスディスク８と固定ディスク９の隙間Ａから流路７内の圧力をバランスディスク８の背面に逃がし、これによりバランスディスク正面に作用する圧力によりスラスト力ｆ（図で右向き）を発生させ、両方のスラスト力Ｆ，ｆが一致するようにバランスディスク８の位置を調節しスラスト力をバランスさせるようになっている。
【０００４】
バランスディスク８の位置調節は、図に示す隙間Ａにより行われる。すなわち、スラスト力Ｆ，ｆが一致するときに、高速回転に適した適当な隙間Ａがバランスディスク８と固定ディスク９の間に形成されており、スラスト力Ｆが増加するとバランスディスク８がわずかに左に移動し、隙間Ａが閉じてバランスディスク正面に作用する圧力が増加し、この結果、スラスト力ｆが増してスラスト力Ｆ，ｆがバランスする。また、逆にスラスト力Ｆが減少するとバランスディスク８がわずかに右に移動し、隙間Ａが広くなってバランスディスク正面に作用する圧力が低下し、この結果、スラスト力ｆが減ってスラスト力Ｆ，ｆがバランスする。従って、かかるバランスディスク構造により、軸受３ａ，３ｂに作用するスラスト力をほとんどゼロにすることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した電動機一体型ポンプでは、電動機４を構成するステータ４ａとロータ４ｂ、及び軸受３ａ，３ｂの４箇所で発熱が生じる。従って、これらの箇所を冷却すると共に、軸受３ａ，３ｂに潤滑剤を供給する必要がある。
このため、航空エンジンの補機として用いる従来の電動機一体型ポンプでは、電動機４のケーシング内にジェット燃料を供給し、ケーシング内をエジェクタで引くことで燃料を気化させ、ステータ４ａとロータ４ｂを冷却していた。また、軸受３ａ，３ｂの潤滑・冷却は、上述したバランスピストン機構における加圧燃料を流路７からロータシャフト５に設けた中心孔に導入し、これをロータシャフト及び軸受の内輪に設けた半径方向の孔から軸受に供給していた。
【０００６】
しかし、かかる従来の冷却潤滑構造では、▲１▼ケーシング内を単にエジェクタで減圧しただけではジェット燃料を完全に気化させることができず、冷却能力が不足するばかりでなく、冷却効果のバラツキが大きく、ステータ巻線の部分的な過熱が生じる、▲２▼ジェット燃料が完全に気化せず内部に液体状態で残るため、高速（例えば約４万ｒｐｍ）で回転するロータの攪拌抵抗が過大となる、▲３▼高速回転時には、軸受の発熱量が相対的に大きくなるため、少量のジェット燃料では、軸受の冷却が不十分で過熱が避けられず、逆に大量のジェット燃料を用いるとその攪拌抵抗が過大となり、効率低下の原因となる、等の問題点があった。
【０００７】
本発明はかかる問題点を解決するために創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、高速回転するステータ及びロータを均一かつ十分に冷却できると共に、これを支持する軸受を十分に冷却及び潤滑することができ、かつロータ及び軸受の攪拌抵抗を大幅に低減でき、高い効率を得ることができる電動機一体型ポンプの冷却潤滑構造を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、液体燃料を加圧するインペラ、インペラを回転駆動するスロットレスロータ、ロータの回転を支持する軸受、及びロータに回転力を発生させるステータを有する電動機一体型ポンプにおいて、ステータ及びロータを液体燃料で間接冷却する間接冷却機構と、軸受をオイルミストで冷却かつ潤滑するオイルミスト冷却機構と、を備え、前記オイルミスト冷却機構は、ロータシャフトに設けられた液体燃料用中空孔から潤滑に必要十分な微量の液体燃料を導入するようにロータシャフトに設けられた半径方向孔と、この半径方向孔より軸受から離れた位置から軸受に向けて冷却空気を噴出するように設けられた冷却空気ノズルとからなり、前記半径方向孔から出た液体燃料が前記冷却空気ノズルから噴出された冷却空気によりミスト状となって前記軸受に供給されるようになっている、ことを特徴とする電動機一体型ポンプの冷却潤滑構造が提供される。
【０００９】
本発明の好ましい実施形態によれば、前記間接冷却機構は、電動機のケーシングにステータを囲んで設けられた液体燃料用ジャッケットと、加圧された液体燃料を導入するようにロータシャフトに同心に設けられた液体燃料用中空孔とからなる。また、前記軸受は内輪、外輪及びその間に配置された転動体からなり、前記内輪は前記半径方向孔と連通し内輪の内周面で開口する貫通孔を有する。
【００１０】
上記本発明の構成によれば、従来のようにケーシング内に液体燃料を直接導入せず、ケーシングにステータを囲んで設けられたジャッケット内に液体燃料を供給して、このジャッケット内の液体燃料でステータを間接冷却するので、ステータ全体を周囲から均一に冷却できると共に、ケーシング内に液体が存在しないので高速回転するロータの攪拌抵抗を大幅に低減することができる。
【００１１】
また、ロータはスロットレスロータであるので発熱が小さく、ロータシャフトに設けた中空孔からの間接冷却（すなわちロータシャフト中空孔からのシャフト冷却）で十分に冷却することができる。
更に、軸受には液体燃料用中空孔から半径方向孔を通して潤滑に必要十分な微量の液体燃料が導入され、この液体燃料が冷却空気ノズルから噴出する冷却空気で、軸受に向けてミスト状になりながら強制的に移動するので、軸受をオイルミスト空気で十分に冷却できると共に、使用する液体燃料が微量であるため攪拌抵抗を増大させることなく潤滑効果を発揮することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態を図面を参照して説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
図１は、本発明による電動機一体型ポンプの冷却潤滑構造図であり、図２は、図１のＡ部拡大図である。図１及び図２に示すように、本発明の冷却潤滑構造を適用する電動機一体型ポンプ１０は、液体燃料１１を加圧するインペラ（図示せず、図３参照）、インペラを回転駆動するスロットレスロータ１４、ロータ１４の回転を支持する軸受１６，１７、及びロータ１４に回転力を発生させるステータ１８を備えている。ロータ１４はロータシャフト１２と一体に回転し、このロータシャフト１２が軸受１６，１７で回転支持されている。
【００１３】
液体燃料１１は、この例ではジェット燃料であり、航空エンジンの補機として用いる場合に、冷却媒体及び潤滑剤として用いることができる。なお、ジェット燃料以外であっても、冷却媒体及び潤滑剤として機能する限りで同様に適用することができる。またロータ１４はこの例では、スロットレスロータである。すなわち電動機としてスロットレスモータを用いることにより、ロータ発熱を大幅に減らしている。
【００１４】
本発明によれば、ステータ１８及びロータ１４を液体燃料１１で間接冷却する間接冷却機構と、軸受１６，１７をオイルミストで冷却かつ潤滑するオイルミスト冷却機構と、を備えている。
【００１５】
間接冷却機構は、電動機のケーシング１５にステータ１８を囲んで設けられた液体燃料用ジャッケット１５ａと、加圧された液体燃料１１を導入するようにロータシャフト１２に同心に設けられた液体燃料用中空孔１２ａとからなる。液体燃料用ジャッケット１５ａには、外部から低温の液体燃料１１が供給され、ケーシング１５全体をほぼ同一の温度に保持するようになっている。また、加圧された液体燃料１１は、例えばバランスピストン機構の流路７（図４参照）からロータシャフト１２に斜めに設けられた貫通孔を通して供給される。
【００１６】
オイルミスト冷却機構は、ロータシャフト１２に設けられた半径方向孔１２ｂと、ケーシング側に設けられた冷却空気ノズル２０とからなる。半径方向孔１２ｂは、液体燃料用中空孔１２ａから潤滑に必要十分な微量の液体燃料１１を導入するように従来に較べて十分に細くなっている。また、冷却空気ノズル２０は、半径方向孔１２ｂより軸受１６，１７から離れた位置（外側）から軸受に向けて大量の冷却空気を噴出するように設けらている。軸受１６，１７の冷却は主としてこの冷却空気で行われる。更に、軸受１６，１７の内輪にも、半径方向孔１２ｂと整合する半径方向孔１６ａ，１７ａが設けられている。
【００１７】
上述した本発明の構成によれば、従来のようにケーシング内に液体燃料を直接導入せず、ケーシング１５にステータ１８を囲んで設けられたジャッケット１５ａ内に液体燃料１１を供給して、このジャッケット１５ａ内の液体燃料１１でステータ１８を間接冷却するので、ステータ１８全体を周囲から均一に冷却できると共に、ケーシング１５内に液体が存在しないので高速回転するロータの攪拌抵抗を大幅に低減することができる。
【００１８】
また、ロータ１４はスロットレスロータであるので発熱が小さく、ロータに設けた中空孔１２ａからの間接冷却（すなわちロータ中空孔からのシャフト冷却）で十分に冷却することができる。更に、軸受１６，１７には液体燃料用中空孔１２ａから半径方向孔１２ｂを通して潤滑に必要十分な微量の液体燃料１１が導入され、この液体燃料１１が冷却空気ノズル２０から噴出する冷却空気で、軸受１６，１７に向けてミスト状になりながら強制的に移動するので、軸受をオイルミスト空気で十分に冷却できると共に、使用する液体燃料１１が微量であるため攪拌抵抗を増大させることなく潤滑効果を発揮することができる。また、この際、軸受１６，１７の内輪に貫通孔１６ａ，１７ａを設け、この孔から導入された潤滑油（微量の液体燃料）が、高速回転する内輪の傾斜面を遠心力で上がって転動体に流れるので、微量の液体燃料により効果的に軸受１６，１７を潤滑することができる。
【００１９】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。例えば、本発明は電動機一体型ポンプの回転抵抗低減を実現するものであり、航空エンジン補機ばかりでなく、宇宙機器や民生品にも広く適用できる。
【００２０】
【発明の効果】
上述したように、本発明は低攪拌抵抗の冷却・潤滑構造であり、これにより、巻線温度のバラツキが少なくなり、かつ回転抵抗が低下するので、巻線電流を十分に流せるようになり、高効率の電動機一体型ポンプを実現できる。
すなわち、本発明の電動機一体型ポンプの冷却潤滑構造は、高速回転するステータ及びロータを均一かつ十分に冷却できると共に、これを支持する軸受を十分に冷却及び潤滑することができ、かつロータ及び軸受の攪拌抵抗を大幅に低減でき、高い効率を得ることができる等の優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による電動機一体型ポンプの冷却潤滑構造図である。
【図２】  図１のＡ部拡大図である。
【図３】  従来の遠心ポンプの全体構成図である。
【図４】  図３の部分拡大図である。
【符号の説明】
１ インデューサ
２ インペラ
３ａ，３ｂ 軸受
４ 電動機
５ ロータ
６ ポンプ本体
７ 流路
８ バランスディスク
９ 固定ディスク
１０ 電動機一体型ポンプ
１１ 液体燃料
１２ ロータシャフト
１２ａ 中空孔
１２ｂ 半径方向孔
１４ スロットレスロータ
１５ ケーシング
１５ａ ジャケット
１６，１７ 軸受
１６ａ，１７ａ 貫通孔
１８ ステータ
２０ 空気ノズル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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