JP2004190562A

JP2004190562A - 小型渦流ポンプ

Info

Publication number: JP2004190562A
Application number: JP2002359073A
Authority: JP
Inventors: Toshisuke Sakai; 敏輔酒井; Shinya Koga; 慎弥古賀; Ayanori Hirakawa; 文徳平川
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2002-12-11
Filing date: 2002-12-11
Publication date: 2004-07-08

Abstract

【課題】小型・薄型化が可能で、さらに構造が簡単で低コスト化が実現できる小型渦流ポンプを提供することを目的とする。
【解決手段】外周上部に多数の羽根２が形成され、内周にローターマグネット３が設けられた羽根車１と、羽根車１が回転するための軸７と、ローターマグネット３の内周側に設けられたモーターステーター４と、羽根車１とモーターステーター４とを気密に仕切るとともに、吸込口９と吐出口とを有するポンプケーシング５と、から構成されたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は不凍液などの冷媒やメタノール・水などの液体を搬送する１０ｍｍ角で、厚み５ｍｍから３０ｍｍ角で、厚み１０ｍｍ程度の小型渦流ポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＣＰＵ等の電子部品を冷媒を循環させて冷却する冷媒式冷却システムや小型機器用の燃料電池が注目されてきている。また、このような冷却システムの冷媒循環用ポンプや燃料電池用メタノール搬送用ポンプは、搭載スペースに制約が多いことから小型、薄型化に対する要求が高まりつつある。
【０００３】
以下、従来の小型遠心ポンプについて図４を用いて説明する。図４は従来の小型遠心ポンプの構造図で、１０１は羽根車、１０２はこの羽根車１０１を回転自在に支承する固定軸、１０３は固定軸１０２の端部を固定し、羽根車１０１を収納すると同時に羽根車１０１が流体に与えた運動エネルギーを圧力回復して吐出口へと導くためのポンプ室を有するポンプケーシング、１０４は羽根車１０１の一部をなす後面シュラウド、１０５は同じく羽根車１０１の一部をなし羽根車１０１の中央に吸水開口が形成された前面シュラウド、１０６は羽根車１０１の後面シュラウド１０４に固定されたローターマグネット、１０７はローターマグネット１０６の内周側に設けられたモーターステータ−、１０８はローターマグネット１０６とモーターステーター１０７の間に設けられポンプ室を密閉するための防水隔壁、１０９は吸込口、１１０は吐出口である（例えば特許文献１参照。）。
【０００４】
この従来の遠心形ポンプの作用を説明すると、外部電源から電力を供給されると、遠心形ポンプに設けられた電気回路により制御された電流がモーターステーター１０７のコイルに流れ、回転磁界が発生する。この回転磁界がローターマグネット１０６に作用するとローターマグネット１０６に物理力が発生する。ところで、このローターマグネット１０６は羽根車１０１に固定されており、羽根車１０１は固定軸１０２に回転自在に支承されているため、羽根車１０１に回転トルクが作用し、この回転トルクにより羽根車１０１が回転を始める。羽根車１０１の前面シュラウド１０５および後面シュラウド１０４の間に設けられた羽根は、羽根車１０１の回転によって流体に運動量変化を与え、吸込口１０９から流入する流体は運動エネルギーを羽根車１０１から受取ることになる。もちろん、羽根車１０１内で羽根出口へ向けて流路面積が拡大しているのであれば、羽根車１０１内で一部圧力回復されることになる。羽根車１０１の羽根出口から流出した流体は、ケーシング１０３に設けられたディフューザーで与えられた運動エネルギーを圧力回復することになり、吐出口１１０へと導かれる。
【０００５】
このように、従来の小型遠心ポンプではアウターローター方式で薄型羽根車を駆動することで、ポンプの小型、薄型化を図っている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−１３２６９９号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の小型遠心ポンプでは、流体を羽根車中央の吸水開口に供給させるためポンプ室には軸方向の吸込部が必要となるため、ポンプ全体の回転軸方向の長さを小さくして薄型化するためには障害となる構成であった。
【０００８】
また、半径方向から吸込み、半径方向に吐き出す構造の薄型化に適した渦流ポンプ（摩擦ポンプまたは再生ポンプともいう。以下、渦流ポンプという。）も公知であるが、ポンプを渦流ポンプにしたとしても、羽根車は中央の固定軸と連結されるため円盤状となりその上下にポンプ室を密封するための防水隔壁が必要で回転軸方向においてモーターステーターと防水隔壁および羽根車が重なるため、薄型化するのは限界があった。また、羽根車外周部上下に羽根を構成し、さらにその外周方向にポンプ室を形成するので小型化するにも限界があった。
【０００９】
そこで、本発明は、小型・薄型化が実現できる小型渦流ポンプを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために、本発明の小型渦流ポンプは、外周上側に多数の羽根が形成され、内周にローターマグネットが設けられた羽根車と、前記羽根車を支承する軸と、前記ローターマグネットの内周側に設けられたモーターステーターと、前記羽根車と前記モーターステーターとを気密に仕切る分離板と、吸込口と吐出口とを有するポンプケーシングとを備えたことを特徴とする。
【００１１】
これにより、ポンプの小型・薄型化が実現できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、外周上側に多数の羽根が形成され、内周にローターマグネットが設けられた羽根車と、羽根車を支承する軸と、ローターマグネットの内周側に設けられたモーターステーターと、羽根車とモーターステーターとを気密に仕切る分離板と、吸込口と吐出口とを有するポンプケーシングとを備えたことを特徴とする小型渦流ポンプであるから、羽根とローターマグネットを一体化して形成し、その中にモーターステーターを挿入することでポンプ全体の回転軸方向の長さを極力小さくでき、ポンプの薄型化が可能となるという作用を有する。また、羽根車の外周上側に羽根をその下部にローターマグネットを構成しローターマグネットの外周方向に羽根及びポンプ室が広がらない構成であるので、モーターステーターの大きさ、即ちモーター出力を犠牲にすることなくポンプの小型化が可能となるという作用を有する。さらに、羽根、及びローターマグネットを一体化することで、構造が簡単で低コスト化が実現できるという作用を有する。
【００１３】
本発明の請求項２に記載の発明は、軸が分離板またはポンプケーシングに固定され、該軸周りで羽根車が回転することを特徴とする請求項１に記載の小型渦流ポンプであるから、分離板またはポンプケーシングに対し軸を固定するため、組立て性が向上するという作用を有する。
【００１４】
本発明の請求項３に記載の発明は、軸が分離板またはポンプケーシングと一体形成されたことを特徴とする請求項２に記載の小型渦流ポンプであるから、分離板またはポンプケーシング成形時に軸をインサート成形等で形成できるため、組立て性が向上するという作用だけではなく軸の垂直度精度が向上するという作用を有する。また、ポンプケーシングと同一材料で形成することもできるので、部品点数を削減することができるという作用を有する。
【００１５】
本発明の請求項４に記載の発明は、軸が羽根車と分離板とポンプケーシングに対してそれぞれ回転自在に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の小型渦流ポンプであるから、軸と羽根車との摺動による摩擦が減少し、ポンプの高効率化、超寿命化が可能になるという作用を有する。
【００１６】
本発明の請求項５に記載の発明は、ローターマグネットとモーターステーターの各磁気中心がずれて配置され、磁力にスラスト成分を形成して該スラスト成分で羽根車のスラスト荷重を受けることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の小型渦流ポンプであるから、スラスト荷重及び羽根に発生する渦流によるスラスト方向の圧力を磁気軸受で受けることで、羽根車の底面を分離板と非接触で回転させることができ摩擦部を少なくできるため、さらなるポンプの高効率化、長寿命化が可能になるという作用を有する。
【００１７】
本発明の請求項６に記載の発明は、羽根車が磁性体材料によって一体に構成されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の小型渦流ポンプであるから、羽根車を磁性樹脂材で構成してローターマグネットと羽根を一体化することで、構造が簡単で低コスト化が実現できるとともにマグネット部を大きくできるのでモーター性能、即ちポンプ性能を向上できるという作用を有する。
【００１８】
本発明の請求項７に記載の発明は、羽根車の少なくとも羽根を除く分離板とポンプケーシングに近い部分が撥水処理されていることを特徴とする請求項６に記載の小型渦流ポンプであるから、羽根車と分離板・ポンプケーシングとの間に生じる液体の表面張力が低下してポンプの起動トルクを低下させモーターの小型化が可能になるという作用を有する。
【００１９】
本発明の請求項８に記載の発明は、羽根車の撥水処理がフッ素コーティングによる皮膜であることを特徴とする請求項７に記載の小型渦流ポンプであるから、安価な材料で薄く長期間皮膜が剥がれない撥水皮膜形成が均一にできるという作用を有している。
【００２０】
本発明の請求項９に記載の発明は、羽根車が疎水性樹脂材料によって一体に構成されたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の小型渦流ポンプであるから、羽根車成型時に撥水処理ができるという作用を有する。
【００２１】
本発明の請求項１０に記載の発明は、羽根車が摩擦の少ない材料によって一体に構成されたことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の小型渦流ポンプであるから、軸と羽根車との摺動による摩擦が減少し、ポンプの高効率化、超寿命化が可能になるという作用を有する。
【００２２】
請求項１１に記載の発明によれば、ポンプの薄型化、小型化が可能となり、さらに、構造が簡単で低コスト化が実現できる。
【００２３】
請求項１２に記載の発明によれば、羽根車が疎水性樹脂材料によって構成されているので、羽根車と分離板、ポンプケーシングとの間に生じる液体の表面張力が低下してポンプの起動トルクを低下させモーターの小型化が可能になる。
【００２４】
請求項１３に記載の発明によれば、小型渦流ポンプの内側は撥水処理されているので、羽根車との間に生じる液体の表面張力が低下してポンプの起動トルクを低下させモーターの小型化が可能になる。
【００２５】
請求項１４に記載の発明によれば、羽根車の少なくとも羽根を除く分離板とポンプケーシングに近い部分が撥水処理されているので、羽根車と分離板・ポンプケーシングとの間に生じる液体の表面張力が低下してポンプの起動トルクを低下させモーターの小型化が可能になる。
【００２６】
請求項１５に記載の発明によれば、羽根車の撥水処理がフッ素コーティングによる皮膜であるので、安価な材料で薄く長期間皮膜が剥がれない撥水皮膜形成が均一にできる。
【００２７】
請求項１６に記載の発明は、羽根車が疎水性あるいは撥水性を有するので、羽根車と分離板、ポンプケーシングとの間に生じる液体の表面張力が低下してポンプの起動トルクを低下させモーターの小型化が可能になる。
【００２８】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図３を用いて説明する。
【００２９】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における小型渦流ポンプの側面の断面図、図２は同ポンプを回転軸方向から見た断面図、図３は同ポンプの分解斜視図である。
【００３０】
図１〜３に示すように、１は羽根車であり、外周上側に多数の羽根２が形成され、内周にローターマグネット３が設けられ、ここで羽根車１は、羽根２とローターマグネット３とを違う材料で構成してはめ合わせて一体化してもよいし、磁性樹脂材で構成して羽根２とローターマグネット３とを同一材料で一体化させてもよい。また、羽根車１は、少なくとも羽根２を除く後述するポンプケーシング５と分離板６に近い部分がフッ素コーティングにより撥水処理されている。ここで羽根車１は、撥水処理を必要としないフッ素系樹脂などの疎水性樹脂で一体に構成されてもよい。さらに後述する軸７との摺動による摩擦を減らすためにカーボンも一体に構成されている。４はローターマグネット３の内周側に設けられたモーターステータ−、５は羽根車１を収容すると同時に羽根車１が流体に与えた運動エネルギーを圧力回復して吐出口へと導くためのポンプ室を有するポンプケーシング、６はポンプケーシング５の一部をなしモーターステータ−４とローターマグネット３の間に配設され、気密に仕切るための隔壁８を備えた分離板である。７はポンプケーシング５に固定されている軸であり、羽根車１の中心の貫通孔に挿入され、羽根車１が摺動可能な構成となっている。軸７は、別部品として圧入やインサート成形によりポンプケーシング５または分離板６に固定されても良く、また、ポンプケーシング５または分離板６と同一材料による一体成形で形成されてもよい。また、羽根車１、ポンプケーシング５、分離板６のそれぞれとの間で回転自在として摺動できるようにしてもよい。９は吸込口、１０は吐出口であり、いずれも羽根車１の回転の半径方向から流体が流入、流出される。尚、羽根車１、ポンプケーシング５、分離板６は、ＰＰＳなどの耐薬品性、特に耐メタノール性に優れた樹脂で主に構成されている。
【００３１】
本実施の形態１に示す小型渦流ポンプの外形の大きさは、１０ｍｍ角〜３０ｍｍ角の大きさで、厚みが５ｍｍ〜１０ｍｍの大きさで、不凍液などの冷媒やメタノール・水などの液体を搬送し、液体電池の燃料の搬送、液冷装置の液体の搬送等に用いられる。外形は用途、配置場所等により、四角形、円形、六角形等の形状を適宜選択される。
【００３２】
次に、本実施の形態１の小型渦流ポンプの作用を説明すると、外部電源から電力を供給されると、小型渦流ポンプに設けられた電気回路により制御された電流がモーターステーター４のコイルに流れ、回転磁界が発生する。この回転磁界がローターマグネット３に作用するとローターマグネット３に物理力が発生する。ところで、このローターマグネット３はリング羽根車１と一体化されているため、羽根車１に回転トルクが作用し、この回転トルクにより羽根車１が回転を始める。このとき、羽根車１には撥水処理がされているため液体との表面張力による起動時の負荷が軽減されているため小さなモーター起動トルクで起動できる。羽根車１の外周上側に設けられた羽根２は羽根車１の回転によって吸込口９から流入した流体に運動エネルギーを与え、その運動エネルギーによりポンプケーシング５内の流体の圧力が徐々に高められ吐出口１０から吐き出される。そのとき、羽根車１と軸７との摺動による摩擦は羽根車１がカーボンを一体形で構成しているので低減しモーター効率が向上する。
【００３３】
以上説明したように本実施の形態によれば、羽根２とローターマグネット３とを一体化して羽根車１を形成し、その中にモーターステーター４を挿入することでポンプ全体の回転軸方向の長さを極力小さくでき、ポンプの薄型化を実現できる。また、羽根車１の外周上側に羽根２をその下部にローターマグネット３を構成し、撥水処理を行うことにより起動トルクが小さなモーターを使用でき、モーターステーター４の大きさ、即ちモーター出力を犠牲にすることなくポンプの小型化を実現できる。さらに、羽根２とローターマグネット３、及びポンプケーシング５または分離板６と軸７とをそれぞれ一体化することで、構造が簡単で低コスト化が実現できる。そして、ローターマグネット３とモーターステーター４の磁気中心をずらし、磁力にスラスト成分を形成してこのスラスト成分で羽根車１のスラスト荷重及び羽根２に発生する渦流によるスラスト方向の圧力を受けることで、スラスト磁気軸受を構成すれば、スラスト荷重及び渦流によるスラスト方向の圧力を磁気軸受で受けるので、回転による摩擦を少なくでき、さらなるポンプの高効率化、長寿命化が可能になる。
【００３４】
さらに、羽根車１を磁性材料で構成してローターマグネット３及び羽根２とを一体化することで、構造が簡単で低コスト化が実現できるとともにマグネット部を大きくできるのでモーター性能、即ちポンプ性能を向上できる。そして、ポンプを高揚程が可能で気泡の排出能力の高い渦流ポンプにすることで、管路抵抗の大きい循環系でも必要流量を確保できるとともに、流入した気泡を滞留させることなく連続的に排出できる。
【００３５】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、羽根とローターマグネットを一体化して形成し、その中にモーターステーターを挿入することでポンプ全体の回転軸方向の長さを極力小さくでき、ポンプの薄型化が可能となる。また、羽根車の外周上側に羽根をその下部にローターマグネットを構成しローターマグネットの外周方向に羽根及びポンプ室が広がらない構成であるので、モーターステーターの大きさ、即ちモーター出力を犠牲にすることなくポンプの小型化が可能となる。さらに、羽根、及びローターマグネットを一体化することで、構造が簡単で低コスト化が実現できる。
【００３６】
請求項２及び３に記載の発明によれば、分離板またはポンプケーシングに対し軸を固定し、更に分離板またはポンプケーシング成形時に軸をインサート成形等で形成できるため、組立て性を向上することができる。また、分離板、ポンプケーシングと同一材料で形成することもできるので、部品点数を削減することができ、低コストで組立て性も向上することができる。
【００３７】
請求項４に記載の発明によれば、軸と羽根車、分離板、ポンプケーシングとの摺動による摩擦が減少し、ポンプが高効率化され、ポンプの寿命を向上させることができる。
【００３８】
請求項５に記載の発明によれば、スラスト荷重及び羽根にかかるスラスト方向の圧力を磁気軸受で受けることで、羽根車の底面を分離板と非接触で回転させることができ摩擦部を少なくできるため、さらなるポンプの高効率化、長寿命化が可能になる。
【００３９】
請求項６に記載の発明によれば、羽根車を磁性樹脂材で構成してローターマグネットと羽根を一体化することで、構造が簡単で低コスト化が実現できるとともにマグネット部を大きくできるのでモーター性能、即ちポンプ性能を向上できる。
【００４０】
請求項７に記載の発明によれば、羽根車の少なくとも羽根を除く分離板とポンプケーシングに近い部分が撥水処理されているので、羽根車と分離板・ポンプケーシングとの間に生じる液体の表面張力が低下してポンプの起動トルクを低下させモーターの小型化が可能になる。
【００４１】
請求項８に記載の発明によれば、羽根車の撥水処理がフッ素コーティングによる皮膜であるので、安価な材料で薄く長期間皮膜が剥がれない撥水皮膜形成が均一にできる。
【００４２】
請求項９に記載の発明によれば、羽根車が疎水性樹脂材料によって一体に構成することで、羽根車成型時に撥水処理ができる。
【００４３】
請求項１０に記載の発明によれば、羽根車が摩擦の少ない材料によって一体に構成することで、軸と羽根車との摺動による摩擦が減少し、ポンプの高効率化、超寿命化が可能になる。
【００４４】
請求項１１に記載の発明によれば、ポンプの薄型化、小型化が可能となり、さらに、構造が簡単で低コスト化が実現できる。
【００４５】
請求項１２に記載の発明によれば、羽根車が疎水性樹脂材料によって構成されているので、羽根車と分離板、ポンプケーシングとの間に生じる液体の表面張力が低下してポンプの起動トルクを低下させモーターの小型化が可能になる。
【００４６】
請求項１３に記載の発明によれば、小型渦流ポンプの内側は撥水処理されているので、羽根車との間に生じる液体の表面張力が低下してポンプの起動トルクを低下させモーターの小型化が可能になる。
【００４７】
請求項１４に記載の発明によれば、羽根車の少なくとも羽根を除く分離板とポンプケーシングに近い部分が撥水処理されているので、羽根車と分離板・ポンプケーシングとの間に生じる液体の表面張力が低下してポンプの起動トルクを低下させモーターの小型化が可能になる。
【００４８】
請求項１５に記載の発明によれば、羽根車の撥水処理がフッ素コーティングによる皮膜であるので、安価な材料で薄く長期間皮膜が剥がれない撥水皮膜形成が均一にできる。
【００４９】
請求項１６に記載の発明によれば、羽根車が疎水性あるいは撥水性を有するので、羽根車と分離板、ポンプケーシングとの間に生じる液体の表面張力が低下してポンプの起動トルクを低下させモーターの小型化が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における小型渦流ポンプの側面の断面図
【図２】同ポンプを回転軸方向から見た断面図
【図３】同ポンプの分解斜視図
【図４】従来の小型遠心ポンプの構造図
【符号の説明】
１羽根車
２羽根
３ローターマグネット
４モーターステーター
５ポンプケーシング
６分離板
７軸
８隔壁
９吸込口
１０吐出口

Claims

外周上側に多数の羽根が形成され、内周にローターマグネットが設けられた羽根車と、前記羽根車を支承する軸と、前記ローターマグネットの内周側に設けられたモーターステーターと、前記羽根車と前記モーターステーターとを気密に仕切る分離板と、吸込口と吐出口とを有するポンプケーシングとを備えたことを特徴とする小型渦流ポンプ。
前記軸が前記分離板またはポンプケーシングに固定され、該軸周りで前記羽根車が回転することを特徴とする請求項１に記載の小型渦流ポンプ。
前記軸が前記分離板またはポンプケーシングと一体形成されたことを特徴とする請求項２に記載の小型渦流ポンプ。
前記軸が前記羽根車と前記分離板と前記ポンプケーシングに対してそれぞれ回転自在に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の小型渦流ポンプ。
前記ローターマグネットと前記モーターステーターの各磁気中心がずれて配置され、磁力にスラスト成分を形成して該スラスト成分で前記羽根車のスラスト荷重を受けることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の小型渦流ポンプ。
前記羽根車が磁性体材料によって一体に構成されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の小型渦流ポンプ。
前記羽根車の少なくとも羽根を除く前記分離板と前記ポンプケーシングに近い部分が撥水処理されていることを特徴とする請求項６に記載の小型渦流ポンプ。
前記羽根車の撥水処理がフッ素コーティングによる皮膜であることを特徴とする請求項７に記載の小型渦流ポンプ。
前記羽根車が疎水性樹脂材料によって一体に構成されたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の小型渦流ポンプ。
前記羽根車が摩擦の少ない材料によって一体に構成されたことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の小型渦流ポンプ。
外周一端部側に多数の羽根が形成され、内周にローターマグネットが設けられた羽根車と、前記羽根車を支承する軸と、前記ローターマグネットの内周側に設けられたモーターステーターと、前記羽根車と前記モーターステーターとを気密に仕切る分離板と、吸込口と吐出口とを有するポンプケーシングとを備えたことを特徴とする小型渦流ポンプ。
液体を流動させる多数の羽根とローターマグネットが設けられた羽根車と、前記羽根車を支承する軸と、前記ローターマグネットに対向して設けられたモーターステーターと、前記羽根車と前記モーターステーターとを気密に仕切る分離板と、吸込口と吐出口とを有するポンプケーシングとを備えたで小型渦流ポンプあって、前記羽根車が疎水性樹脂材料によって構成されたことを特徴とする小型渦流ポンプ。
液体を流動させる多数の羽根とローターマグネットが設けられた羽根車と、前記羽根車を支承する軸と、前記ローターマグネットに対向して設けられたモーターステーターと、前記羽根車と前記モーターステーターとを気密に仕切る分離板と、吸込口と吐出口とを有するポンプケーシングとを備えたで小型渦流ポンプあって、撥水処理されていることを特徴とする小型渦流ポンプ。
前記羽根車の少なくとも羽根を除く前記分離板と前記ポンプケーシングに近い部分が撥水処理されていることを特徴とする請求項１３に記載の小型渦流ポンプ。
前記羽根車の撥水処理がフッ素コーティングによる皮膜であることを特徴とする請求項１４に記載の小型渦流ポンプ。
液体を流動させる多数の羽根とローターマグネットが設けられた羽根車と、前記羽根車を支承する軸と、前記ローターマグネットに対向して設けられたモーターステーターと、前記羽根車と前記モーターステーターとを気密に仕切る分離板と、吸込口と吐出口とを有するポンプケーシングとを備えたで小型渦流ポンプあって、前記羽根車が疎水性あるいは撥水性を有することを特徴とする小型渦流ポンプ。ことを特徴とする。