JP2009007964A - 遠心ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】吸込口側の負圧によって生じる羽根車からポンプケースの吸込口側に向かって加わるスラスト荷重を軽減できて、長寿命化を実現でき、しかも効率良く駆動でき、尚且つ小型化できる遠心ポンプを提供することを課題とする。
【解決手段】ポンプケース１にポンプ収納部７とポンプ収納部７に開口する吸込口９及び吐出口１１を形成する。ポンプ収納部７に羽根車６を収納する。羽根車６をポンプ収納部７に設けた軸体２３により回転自在に軸支する。羽根車６を軸体２３を中心に回転駆動する駆動手段として、羽根車６に設けた永久磁石からなるロータ２８を駆動するステータ１３を設ける。駆動手段とは別に羽根車６に対して羽根車６の軸方向における吸込口９側と反対側に向かって磁力を付与する磁力付与手段を設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明はステータで羽根車を回転駆動する遠心ポンプに関する。

従来から、ポンプケースにポンプ収納部とポンプ収納部に開口する吸込口及び吐出口を形成し、ポンプ収納部に羽根車を収納し、駆動手段により羽根車を回転することで、吸込口から流体を吸い込むと共にこの流体を吐出口から吐出する遠心ポンプが知られている（例えば特許文献１）。

この種の遠心ポンプには、例えば図１に示すように羽根車６の中心に設けた軸受２２をポンプ収納部７に設けた軸体２３により回転自在に軸支し、ステータ１３により羽根車６を回転駆動するものがある。このポンプは、駆動時に羽根車６の中心から外周側に向けて流体が送り出されるため、ポンプ収納部７の吸込口９の近傍部分が負圧となり、軸体２３に対して軸方向に支持されていない羽根車６が吸込口９側に移動し、これにより軸受２２の端面が対向するポンプ収納部７の内底面７ｃに摺動して軸受２２やポンプ収納部７の内底面７ｃが磨耗する恐れがあり、このため従来では図１のように軸受２２の端面とポンプ収納部７の内底面７ｃとの間に軸受板２６ｂを配置し、該軸受板２６ｂで羽根車６の軸受２２を受けるようにしている。

しかし、上記軸受板２６ｂを設けたとしても、ポンプの出力を大きくした場合や流体の温度変化により流体の粘度が低下する等した場合には、軸受２２の端面と軸受板２６ｂの間で磨耗が生じ、特に軸受２２の磨耗はポンプ寿命を低下させる大きな要因となる。

また、特許文献１では、ステータを羽根車の軸方向にずらした位置に配置し、駆動時におけるステータの磁力を利用して、羽根車のスラスト荷重を軽減しているが、このようにステータに対して羽根車をずらした場合には、ステータからの磁力を羽根車に対して効率良く伝達できなかったり、ステータが大型化し、ひいては遠心ポンプが大型化するといった問題が生じる。
特開２０００−１３０３８７号公報

本発明は上記従来の問題点に鑑みて発明したものであって、吸込口側の負圧によって生じる羽根車からポンプケースの吸込口側に向かって加わるスラスト荷重を軽減できて、長寿命化を実現でき、しかも効率良く駆動でき、尚且つ小型化できる遠心ポンプを提供することを課題とする。

上記課題を解決するために本発明に係る遠心ポンプは、ポンプケース１にポンプ収納部７とポンプ収納部７に開口する吸込口９及び吐出口１１を形成し、ポンプ収納部７に羽根車６を収納し、羽根車６をポンプ収納部７に設けた軸体２３により回転自在に軸支し、羽根車６を軸体２３を中心に回転駆動する駆動手段として、羽根車６に設けた永久磁石からなるロータ２８を駆動するステータ１３を設け、該駆動手段とは別に羽根車６に対して羽根車６の軸方向における吸込口９側と反対側に向かって磁力を付与する磁力付与手段を設けて成ることを特徴とする。このように羽根車６に対して軸体２３の軸方向における吸込口９側と反対側に向けて磁力を付与する磁力付与手段を設けることで、遠心ポンプの駆動時において吸込口９側の負圧により吸込口９側への力が加わったとしても、吸込口９側の負圧により生じる羽根車６にかかる力と反対向きの力を羽根車６に付与することができ、これにより羽根車６からポンプケース１の吸込口９側に向かって加わるスラスト荷重を軽減できる。また、この磁力付与手段は駆動手段とは別に設けたものであるので、ステータ１３を羽根車６のロータ２８に対応する最適な位置に配置できる。

また、請求項２は請求項１において、前記ロータ２８の吸込口９側と反対側に強磁性体からなる磁束漏れ防止部材３４を介して羽根車側永久磁石３２を設け、ポンプケース１に前記羽根車側永久磁石３２を吸込口９側と反対側に吸引するケース側磁石３３を設け、該羽根車側永久磁石３２及びケース側磁石３３で磁力付与手段を構成して成ることを特徴とする。この場合、磁力付与手段を永久磁石を利用した簡単な構成とでき、また羽根車６に対して吸込口９側と反対側に向かって力を確実に付与できる。

また、請求項３は請求項２において、ポンプケース１において前記ロータ２８の吸込口９側と反対側に離れた位置に圧粉磁心３９を設け、該圧粉磁心３９により磁力付与手段を構成して成ることを特徴とする。この場合、羽根車６に別途永久磁石等の特別な部材を設けることなく、磁力付与手段を簡単な構成とすることができる。また、圧粉磁心３９は渦電流の発生が少なくてエネルギーロス（鉄損）が非常に少ないため、ロータ２８を効率良く駆動できてポンプ効率を向上できる。

請求項１に係る発明では、磁力付与手段により羽根車からポンプケースの吸込口側に向かって加わるスラスト荷重を軽減でき、該スラスト荷重によって生じる羽根車の軸受等の磨耗を防止できてポンプ寿命をのばすことができる。また、この磁力付与手段は駆動手段とは別に設けたものであるので、ステータを羽根車のロータに対応する最適な位置に配置でき、ステータの磁力をロータに効率良く伝達でき、また、ステータ、ひいては遠心ポンプを小型化できる。

また請求項２に係る発明では、請求項１に係る発明の効果に加えて、磁力付与手段を永久磁石を利用した簡単な構成とでき、また羽根車に対して吸込口側と反対側に向かって力を確実に付与できる。

また請求項３に係る発明では、請求項１に係る発明の効果に加えて、羽根車に別途永久磁石等の特別な部材を設けることなく、磁力付与手段を簡単な構成とすることができ、また、圧粉磁心はエネルギーロスが非常に少なく、ロータを効率良く駆動できてポンプ効率を向上できる。

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基づいて説明する。図１に本実施形態の遠心ポンプの一例を示す。この遠心ポンプはコンピュータ等に内蔵される発熱部品を液体で冷却するための冷却循環装置におけるポンプとして利用され、水や不凍液等の冷媒を循環するために用いられる。なお、以下の説明では遠心ポンプの羽根車６の軸方向（即ち軸体２３の軸方向）の一方を上方、反対側の他方を下方として説明する。

外郭を構成するポンプケース１は、上方に開口する円形の凹部４を形成したケース本体２と、ケース本体２の上端部にパッキン５を介して取り付けられて凹部４の上開口を水密的に閉塞する蓋体３とで構成してあり、凹部４の内面と蓋体３とで囲まれた空間であるポンプ収納部７に羽根車６が収納される。即ち本例のポンプ収納部７はケース本体２と蓋体３で構成され、ポンプ収納部７の内周面７ａ及び一方の内底面７ｂは凹部４の内周面及び底面で構成され、ポンプ収納部７の他方の内底面７ｃは蓋体３の下面で構成される。

ポンプケース１の蓋体３には吸込流路８を形成してあり、吸込流路８の一端は外部に連通している。吸込流路８の他端はポンプ収納部７の内底面７ｃの中央部から開口してポンプ収納部７に連通し、この吸込流路８の他端開口で吸込口９を構成している。なお、吸込流路８の吸込口９と反対側の端部は外部配管に接続される接続口を構成する。

ポンプケース１のケース本体２には吐出流路１０を形成してあり、該吐出流路１０の一端は外部に連通している。吐出流路１０の他端はポンプ収納部７の内周面７ａの上端部の周方向の一部から開口してポンプ収納部７に連通し、この吐出流路１０の他端開口で吐出口１１を構成している。なお、吐出流路１０の吐出口１１と反対側の端部は外部配管に接続される接続口を構成する。

ケース本体２の下面には収納凹所１２を形成している。収納凹所１２の上部には内周が凹部４の周壁で構成される環状のステータ用凹部１４を形成してあり、ステータ用凹部１４には駆動手段として磁界を発生させる円筒形状のステータ１３を収納している。収納凹所１２の下部にはステータ１３を制御する制御部１５を設けてあり、ステータ１３及び制御部１５は収納凹所１２の下開口に設けた蓋１６によって閉塞されている。制御部１５は例えばトランスやトランジスタ等の電子部品を備えている。

ポンプ収納部７に収納した流体を吸排するための羽根車６は、例えばＰＰＳ等のプラスチックで構成され、吸込口９側の円板状の前面シュラウド１７と吸込口９とは反対側の後面シュラウド１８とが複数の羽根１９（インペラ）を介して溶着され、羽根１９、１９間の空間が流体通路２０となっている。

上記複数の羽根１９は後面シュラウド１８の中心側から外周側に向けて放射状に延設され、各羽根１９は中心側から外周側に向かうほど羽根車６の回転方向に対して後傾するように湾曲している。

後面シュラウド１８の中心部には軸受嵌入孔３８を貫通形成している。軸受嵌入孔３８は後面シュラウド１８の中心部から下方に突出した小径筒部２１で構成してあり、該軸受嵌入孔３８には焼成カーボン或いはモールドカーボンからなる円筒状の軸受２２を嵌入している。軸受２２の内側には羽根車６の回転中心となる軸体２３を回転自在に挿入してあり、軸受２２は羽根車６が軸方向に移動するすべり軸受となっている。なお、軸受２２の吸込口９側の端部は後面シュラウド１８の上面よりもわずかに突出している。

軸体２３は円柱形状で例えばステンレス等の金属で形成される。軸体２３の下端部はポンプ収納部７の内底面７ｂの中央部に形成した嵌着穴２４に嵌着して固定してある。また、蓋体３の吸込口９の中央に形成されてポンプ収納部７の内底面７ｃを構成する部分（蓋体３から突設したボスの端面部）には、下方に開口する穴からなる軸支持部２５を形成している。軸支持部２５には軸体２３の吸込口９側の端部である上端部をわずかな隙間を介して挿入してあり、この状態で軸体２３はポンプケース１に支持されている。

羽根車６の軸受２２の両端面とこれに対向するポンプ収納部７の内底面７ｂ、７ｃとの間には、セラミック等からなる円環状の軸受板２６ａ、２６ｂを配置している。各軸受板２６ａ、２６ｂの中央孔には前記軸体２３の上端部及び下端部を回転自在に挿通してあり、各軸受板２６ａ、２６ｂで羽根車６の回転により生じるスラスト荷重（軸方向の荷重）を受けて、ポンプ収納部７の内底面７ｂと軸受２２の間、及び内底面７ｃ（詳しくは軸支持部２５の周縁部）と軸受２２の間で磨耗が生じることを防止する。また、羽根車６の軸受板２６ａ、２６ｂによって受けられる部分は羽根車６をラジアル方向において支持する軸受２２で構成されるため、羽根車６に別途スラスト荷重を受けるための受部を設ける必要がなく、単純な構造となってポンプの小型化及び低コスト化を実現できる。

上記後面シュラウド１８の外周側には、羽根車６の中心と同心円状の大径筒部２７が突設され、大径筒部２７の外周側には円筒形状のロータ２８が一体に取り付けられている。ロータ２８は周方向に交互に磁極を形成した永久磁石で構成され、凹部４の周壁を挟んでステータ１３と対向配置されている。なお図中２９は後面シュラウド１８の内周側に設けた通水口であり、羽根車６と凹部４の底面との間にある流体を羽根車６の流体通路２０に戻して吸込口９側と反対側の圧力バランスを調節する。

上記羽根車６の前面シュラウド１７の中心側には、ポンプケース１の吸込口９側に向けて突出して吸込口９に対向する円筒状の吸入口マウス部３０を設けている。吸入口マウス部３０の口径は吸込口９よりも大きく形成され、吸入口マウス部３０の先端部はポンプ収納部７の内底面７ｃに吸込口９を囲むように形成した環状凹所３１に挿入している。

次に動作を説明する。制御部１５によりステータ１３に制御電流が印加されると、ステータ１３が磁界を発生させ、この磁界によりロータ２８が回転駆動する。ロータ２８が回転駆動すると、ロータ２８と一体化された羽根車６が回転駆動する。これにより吸込流路８の吸込口９から流体が吸い込まれて、吸入口マウス部３０を通って羽根車６内の流体通路２０に吸入されると共に回転する複数の羽根１９により外周方向に向かう遠心力が付与されて、吐出流路１０の吐出口１１から吐出される。

ここで、本発明の遠心ポンプにあっては、駆動手段とは別に、羽根車６に対して羽根車６の軸方向における吸込口９側と反対側に向けて磁力を付与する磁力付与手段を設けている。

図１及び図２は磁力付与手段を、ロータ２８に設けた羽根車側永久磁石３２と、ポンプケース１のケース本体２に設けたケース側磁石３３で構成した例である。ロータ２８と大径筒部２７のポンプ収納部７の内底面７ｂ側の端面は面一としてあり、この面一となった羽根車６の吸込口と反対側の面で取付面３５を構成している。この取付面３５に強磁性体からなる磁束漏れ防止部材３４を介して羽根車側永久磁石３２を取り付けている。

磁束漏れ防止部材３４は平面視円環状の珪素鋼板からなり、該磁束漏れ防止部材３４により永久磁石からなるロータ２８の磁束漏れが防止される。羽根車側永久磁石３２は磁束漏れ防止部材３４と同様の平面視円環状且つ板状であって、磁束漏れ防止部材３４に重ねて取り付けられる。図２のように羽根車側永久磁石３２は厚み方向（羽根車６の軸方向）の両側が異極となるよう磁化してあり、該羽根車側永久磁石３２の磁束漏れ防止部材３４と反対側の面はポンプ収納部７の内底面７ｂにわずかな隙間３６を介して対向している。

ケース側磁石３３は、ケース本体２のポンプ収納部７内と外部を仕切り、ポンプ収納部７の内底面７ｂを構成する仕切板３７の下面（ポンプ収納部７内と反対側の外面）に取り付けてある。ケース側磁石３３は平面視円環状且つ板状の永久磁石からなり、仕切板３７を介してポンプ収納部７内の羽根車側永久磁石３２に対向している。ケース側磁石３３は厚み方向（羽根車６の軸方向）の両側が異極となるよう磁化してある。そして、羽根車側永久磁石３２及びケース側磁石３３は仕切版３７を介して互いに対向する極が異極となるようにしてあり、これにより羽根車側永久磁石３２にはケース側磁石３３側に吸引される磁力が働く。

このように本例の遠心ポンプは、羽根車６に対して羽根車６の軸方向における吸込口９側と反対側に向けて磁力を付与する磁力付与手段を設けているので、遠心ポンプの駆動時において吸込口９側の負圧により吸込口９側への力が加わったとしても、吸込口９側の負圧により生じる羽根車６にかかる力と反対向きの力を羽根車６に付与して、羽根車６の軸受２２から軸受板２６ｂに加わる力を軽減でき、軸受２２と軸受板２６ａの間で生じる磨耗を防止できる。また、この磁力付与手段は駆動手段とは別に設けたものであるので、ステータ１３をロータ２８に対応する最適な位置に配置でき、ステータ１３からの磁力をロータ２８に効率良く伝達でき、またステータ１３、ひいては遠心ポンプを小型化できる。

また、本例では、ロータ２８の吸込口９側と反対側に強磁性体からなる磁束漏れ防止部材３４を介して羽根車側永久磁石３２を設け、ポンプケース１に羽根車側永久磁石３２を吸込口９側と反対側に吸引するケース側磁石３３を設け、該羽根車側永久磁石３２及びケース側磁石３３で磁力付与手段を構成しているので、永久磁石を利用した簡単な構成で、羽根車６に対して吸込口９側と反対側に向かって力を確実に付与できる磁力付与手段を構成できる。

なお、図示例では羽根車側永久磁石３２のケース側磁石３３側をＮ極、ケース側磁石３３の羽根車側永久磁石３２側をＳ極としたが、勿論、羽根車側永久磁石３２のケース側磁石３３側をＳ極、ケース側磁石３３の羽根車側永久磁石３２側をＮ極としても良い。

次に他例の遠心ポンプを図３に示す。なお、以下の説明では一例の遠心ポンプと同一の構成については同一の番号を付与し、重複する説明は省略する。

本例は、磁力付与手段を、鉄などの金属磁性粉末を絶縁被膜でコーティングして合成樹脂でバインドしてなる圧粉磁心３９により構成した例であり、圧粉磁心３９は仕切板３７の下面に取り付けてある。圧粉磁心３９は平面視円環状且つ板状をしており、仕切板３７を介してポンプ収納部７内のロータ２８の端面に対向している。従って、ケース本体２に固定した圧粉磁心３９には永久磁石からなるロータ２８側に吸引される方向の磁力が働き、これにより羽根車６に対して吸込口９側と反対側に向かって磁力が付与されることとなる。なお、本例のロータ２８の吸込口９と反対側の端面はポンプ収納部７の内底面７ｂを構成する仕切板３７にわずかな隙間４０を介して対向している。

このように、ポンプケース１においてロータ２８の吸込口９側と反対側に離れた位置に圧粉磁心３９を設け、該圧粉磁心３９により磁力付与手段を構成することで、羽根車６に別途永久磁石等の特別な部材を設けることなく、磁力付与手段を簡単な構成とすることができる。しかも圧粉磁心３９の金属磁性粉末は絶縁されているため、渦電流の発生が少なくてエネルギーロス（鉄損）が非常に少なく、このためステータ１３によりロータ２８を効率良く駆動できてポンプ効率を向上できる。

本発明の実施の形態の一例の遠心ポンプを示す断面図である。 同上の要部拡大図である。 他例の遠心ポンプの要部拡大図である。

符号の説明

１ ポンプケース
６ 羽根車
７ ポンプ収納部
９ 吸込口
１１ 吐出口
１３ ステータ
２３ 軸体
２８ ロータ
３２ 羽根車側永久磁石
３３ ケース側磁石
３４ 磁束漏れ防止部材
３９ 圧粉磁心

Claims (3)

1. ポンプケースにポンプ収納部とポンプ収納部に開口する吸込口及び吐出口を形成し、ポンプ収納部に羽根車を収納し、羽根車をポンプ収納部に設けた軸体により回転自在に軸支し、羽根車を軸体を中心に回転駆動する駆動手段として、羽根車に設けた永久磁石からなるロータを駆動するステータを設け、該駆動手段とは別に羽根車に対して羽根車の軸方向における吸込口側と反対側に向かって磁力を付与する磁力付与手段を設けて成ることを特徴とする遠心ポンプ。
2. 前記ロータの吸込口側と反対側に強磁性体からなる磁束漏れ防止部材を介して羽根車側永久磁石を設け、ポンプケースに前記羽根車側永久磁石を吸込口側と反対側に吸引するケース側磁石を設け、該羽根車側永久磁石及びケース側磁石で磁力付与手段を構成して成ることを特徴とする請求項１に記載の遠心ポンプ。
3. ポンプケースにおいて前記ロータの吸込口側と反対側に離れた位置に圧粉磁心を設け、該圧粉磁心により磁力付与手段を構成して成ることを特徴とする請求項１に記載の遠心ポンプ。

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