JP2020051256A - ブラシレスモーター一体型ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】２系統の歯車ポンプと回転軸を共用して前記歯車ポンプへ駆動力を付加するためのモーターとを一体に有するブラシレスモーター一体型ポンプにおいて、高効率・高耐久性であるとともに、低圧側作動媒体および高圧側作動媒体の少なくとも一方を選択して使用することを可能にする。【解決手段】ブラシレスモーター７の回転軸６を駆動源として共用する低圧側歯車ポンプ５ａと高圧側歯車ポンプ５ｂの順に流入させて加圧した高圧側作動媒体１０ｂをモーターケース４内に導入した後にモーターカバー３に形成したケース体吐出口４１から流出させるとともに、低圧側歯車ポンプ５ａから流出される低圧側作動媒体１０ａの低圧流出路１１と、高圧側歯車ポンプ５ｂから流出される高圧側作動媒体１０ｂの高圧流出路１２が配置されているとともに低圧流出路１１と高圧流出路１２とが低圧流出路１１側に開弁する逆止弁１３を備えた連結通路１４により連通されている。【選択図】図１

Description

本発明は、ランキンサイクルを初めとする、廃熱回収システムの作動媒体を圧送するための歯車ポンプと、前記歯車ポンプと回転軸を共用し、前記歯車ポンプへ駆動力を付加するためのモーターとを一体に有するブラシレスモーター一体型ポンプに関し、特に、歯車ポンプとして複数系統の回転ポンプを備えたものに関する。

昨今、廃熱回収システムの作動媒体などを圧送するために、ブラシレスモーターに歯車ポンプを一体化して回転軸を共用する構造として、かつ高効率・高耐久性を実現可能なブラシレスモーター一体型ポンプが、特開２０１６−１０１０４２号公報に提示されている
。

このブラシレスモーター一体型ポンプは、ブラシレスモーターの回転軸に軸着されたロ
ーターと、前記ローターの周囲に配置されたステータが、ケース体の一部を構成するモーターケース内に収容されているとともに前記モーターケースの開口部に前記回転軸を貫通
・突出させたモーターカバーが被蓋されており、前記モーターカバーの表面に設置されて前記モーターケースとともにケース体を構成するポンプカバー内に前記ブラシレスモータ
ーの回転軸を共用する歯車ポンプが収装されていて前記ポンプカバーに設けた吸入口から導入した作動媒体を前記モーターカバーに形成した歯車ポンプの吐出口である接続口を介して前記モーターケース内に導入した後に前記モーターカバーに形成した吐出口から流出させるものである。

ところで、従来から例えば１つの回転ポンプでは所望の高圧側作動媒体を得られない場合や例えばスリップ防止のブレーキ装置のように低圧作動媒体と高圧作動媒体の２系統の圧力源を必要とする場合があり、これらの場合に２個の歯車ポンプを１つの回転軸を共有させて回転軸方向に並べて構成した低圧と高圧の異なる圧力の作動媒体を吐出する２系統の歯車ポンプを備えたものが例えば特開２０００−１６１２４３号公報、特表２０１４−５１０８６４号公報に提示されている。

そこで、これらの２系統の歯車ポンプにも前記ブラシレスモーター一体型ポンプを適用することが考えられる。

しかしながら、前記特開２０００−１６１２４３号公報に提示されている多段式の歯車ポンプは２系統の歯車ポンプが互いに隔離された状態であり、低圧と高圧の２系統の歯車ポンプからの吐出口を個別にブラシレスモーターへ流入させる必要があり互いに遮断されている個々の歯車ポンプについて１つのブラシレスモーターと一体的に構成することはきわめて困難である。また、例えば低圧側歯車ポンプはそのまま作動媒体として使用し、高圧側歯車ポンプをモーターと一体化した場合には例えば低圧側歯車ポンプからの作動媒体を使用する場合にも高圧側歯車ポンプを常に所定の回転速度で駆動しないとモーターが冷却されず、経済的でない。勿論、最高圧は高圧側歯車ポンプに委ねられるという問題がある。

一方、特表２０１４−５１０８６４号公報に提示されている歯車ポンプでは、２系統の歯車ポンプは低圧側歯車ポンプの吐出口が高圧ポンプの吸入口と連結されているのでこれらの２系統の歯車ポンプに前記ブラシレスモーター一体型ポンプを適用することは容易である。また、２系統の歯車ポンプを加えた高圧の作動媒体を得ることができる反面低圧の作動媒体を必要とする場合には高圧の吐出口から流出された高圧の作動媒体を減圧して使用することになり経済的な損失がある。

特開２０１６−１０１０４２号公報 特開２０００−１６１２４３号公報 特表２０１４−５１０８６４号公報

本発明は歯車ポンプと回転軸を共用し、前記歯車ポンプへ駆動力を付加するためのモーターとを一体に有するブラシレスモーター一体型ポンプに関し、特に、歯車ポンプとして２系統の回転ポンプを備えたブラシレスモーターに歯車ポンプを一体化して回転軸を共用する小型で冷却能力に優れたブラシレスモーター一体型ポンプにおいて、前記歯車ポンプとして２系統の歯車ポンプを用いて高効率・高耐久性であるとともに、殊に、低圧側作動媒体および高圧側作動媒体の少なくとも一方を選択して使用することができるブラシレスモーター体型ポンプを提供することを課題とする。

前記課題を解決するためになされた本発明であるブラシレスモーター一体型歯車ポンプは、ブラシレスモーターの回転軸に軸着されたローターと、前記ローターの周囲に配置されたステータが、ケース体の一部を構成するモーターケース内に収容されているとともに前記モーターケースの開口部に前記回転軸を貫通・突出させたモーターカバーが被蓋されており、前記モーターカバーの表面に設置されて前記モーターケースとともにケース体を構成するポンプカバー内に前記ブラシレスモーターの回転軸を駆動源として共用する低圧側歯車ポンプと高圧側歯車ポンプが多段式に収装されており、前記低圧側歯車ポンプにおける加圧空間に形成された低圧側吐出口と高圧側歯車ポンプにおける加圧空間の高圧側吸入口が連通されていて前記ポンプカバーに設けた前記低圧側吸入口から導入した作動媒体を前記低圧側歯車ポンプと高圧側歯車ポンプの順に流入させて加圧して前記モーターカバ
ーに形成した前記高圧側歯車ポンプの高圧側吐出口である接続口を介して前記モーターケ
ース内に導入した後に前記モーターケースに形成したケース体吐出口から流出させるとともに、前記低圧側歯車ポンプの加圧空間から吐出される低圧側作動媒体の低圧側吐出口または前記高圧側歯車ポンプの高圧側吸入口に連通して前記ポンプカバーに形成した低圧側歯車ポンプの低圧側吐出口から流出される低圧側作動媒体の低圧流出路と、前記モーターケースに形成したケース体吐出口から流出させる前記高圧側歯車ポンプの加圧空間から吐出される高圧側作動媒体の高圧流出路が配置されているとともに前記低圧流出路と高圧流出路とが前記低圧流出路側に開弁する逆止弁を備えた連結通路により連通されていることを特徴とする。

また、本発明において、前記連結通路に備えられている逆止弁が電磁弁であることで所望圧力の作動媒体を確実に得ることができる。

更に、前記低圧側歯車ポンプの流量が前記高圧側歯車ポンプの流量よりも小さくすることにより回転軸を共有しても低圧および高圧の作動媒体をそれぞれ取得することができる
。

本発明によれば、２系統の歯車ポンプと回転軸を共用して前記歯車ポンプへ駆動力を付加するためのモーターとを一体に有するブラシレスモーター一体型ポンプにおいて、高効率・高耐久性であるとともに、殊に、低圧側作動媒体および高圧側作動媒体の少なくとも一方を選択して使用することができる。

本発明における好ましい実施の形態におけるブラシレスモーター一体型ポンプの縦断面図および作動媒体の流路を示す説明図。 図１における高圧側歯車ポンプの概要を示す説明図。 同一回転速度で回転する高圧側ポンプの流量と低圧側ポンプの流量とから両ポンプのシステム要求流量範囲を求める関係図。 図３に示したシステム要求流量範囲から求めた流量、高圧側および低圧側の歯車ポンプについてのポンプ回転数と流量との関係図であり、高圧側歯車ポンプおよび低圧側歯車ポンプの流量の組み合わせを設定する。 歯車ポンプにおける理想流量とポンプ実測値とにおけるポンプ回転数と流量との関係図。

以下に、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１および図２は本発明の好ましい実施の形態におけるブラシレスモーター一体型ポンプを示すものであり、ポンプカバー２、モーターカバー３、モーターケース４からなるケ
ース体１内に前記ポンプカバー２に設けられたカバー体吸入口２１から作動媒体１０を導入し、前記モーターカバー３に設けられた接続口３１を経由して前記モーターケース４に設けられたケース体吐出口４１へ前記作動媒体１０を流通させるための前記ポンプカバー２内に収装された低圧側歯車ポンプ５ａと高圧側歯車ポンプ５ｂとの２系統の歯車ポンプの回転軸６を共用する直流のブラシレスモーター７を有し、前記モーターカバー３と前記モーターケース４の間に設置され前記接続口３１と接続される整流部材８を有し、前記ケ
ース体１外に前記ブラシレスモーター７の回転数を制御するための制御装置９を配置している。

そして、前記ブラシレスモーター７は、ステータ７１とローター７２、およびブッシュ６１に支持された前記回転軸６から構成され、前記ステータ７１はステータコア７１１およびコイル７１２からなり、前記ステータコア７１１の切欠部７１３に巻き付けられた前記コイル７１２の外側の空間は、前記作動媒体１０が通過する作動媒体通路７１４となる
。

また、前記ステータコア７１１の端面の少なくとも一部が前記モーターケース１の外周面と段差部４２の隙間を通過しない構造となっているか、もしくは通過しても前記作動媒体通路７１４を通過する流量と比較し少量となっている。

また、前記ローター７２は前記回転軸６に軸着された略円筒形状のローターコア７２１と、前記ローターコア７２１に嵌着されたマグネット７２２とからなる。

尚、前記ローターコア７２１は、軸方向の両端面を貫通する複数の貫通孔（図示せず）が軸対称に設けられていると、軽量化・省費用化が望めるため特に好ましい。

また、本実施の形態におけるブラシレスモーター一体型ポンプは、液密に構成された前記ケース体１外に前記ブラシレスモーター７のステータ７１のコイル７１２に電流を供給する電源（図示せず）および前記ブラシレスモーター７のローター７２の回転数を制御するための前記制御装置９が配置されているため、前記ケース体１内を満たす前記作動媒体１０に液没して各部品が破損するなどの故障を回避することができる。

一方、前記ポンプカバー２内に収装された低圧側と高圧側との２系統の歯車ポンプ５ａ
，５ｂは、例えば図２に示したように従来の内接歯車ポンプを前記ブラシレスモーター７のモーターカバー３の頂面に突出させた回転軸６を共用してその軸線方向に沿って多段式に収装したものであり、各歯車ポンプ５ａ（５ｂ）は前記回転軸６に軸着された内歯車５
１ａ（５１ｂ）とその周囲に配置されたアウターベアリング５２ａ（５２ｂ）に内接される外歯車５３ａ（５３ｂ）とが一部において噛合状態で設置されるとともに内歯車５１ａ（５１ｂ）と外歯車５３ａ（５３ｂ）との間に高低圧仕切り用の三日月形のクレセントシ
ール５４ａ（５４ｂ）が配置されており、低圧側吸入口５５ａ，高圧側吸入口５５ｂから吸入された作動媒体１０が前記クレセントシール５４ａ（５４ｂ）を挟んで形成される内歯車５１ａ（５１ｂ）と外歯車５３ａ（５３ｂ）との間に形成される吸入側空間５６ａ（
５６ｂ）から加圧空間５７ａ（５７ｂ）に移動して加圧され、加圧空間５７ａ（５７ｂ）に形成された低圧側吐出口５８ａ、高圧側吐出口５８ｂから吐出されるものである。

殊に、本実施の形態では低圧側歯車ポンプ５ａと高圧側歯車ポンプ５ｂを軸方向に向けて多段式に形成したものであり、前記低圧側歯車ポンプ５ａの低圧側吐出口５８ａと高圧側歯車ポンプ５ｂの高圧側吸入口５５ｂとが連通されている。

また、低圧側歯車ポンプ５ａの流量が高圧側歯車ポンプ５ｂの流量よりも小さいものとなっている。この点について本実施の形態では低圧側歯車ポンプ５ａの流量が高圧側歯車ポンプ５ｂと共通の回転軸６を用いているので相互に回転数を変化させることが困難であることから、例えば内歯車５１ａ（５１ｂ）の径を相互に変えて加圧空間の容積を変化させることなどで対処することができる。

尚、本実施の形態は異なる流量低圧側歯車ポンプ５ａと高圧側歯車ポンプ５ｂを共通の回転軸６により駆動するものであることから同一回転速度になることから、システム要求流量はそれぞれのポンプ５ａ，５ｂの吐出流量から設定する必要がある。

図３は高圧側歯車ポンプ５ｂの流量ＱＨと低圧側歯車ポンプ５ａの流量ＱＬとの関係から高圧側歯車ポンプ５ｂのシステム要求流量範囲を示すものであり、また、図４は前記図３に示したシステム要求範囲における高圧側歯車ポンプの流量ＱＨと低圧側歯車ポンプの流量ＱＬの和（ＱＨ＋ＱＬ）および低圧側歯車ポンプ５ａおよび高圧側歯車ポンプ５ｂについてのポンプの回転数と流量との関係を示すものであり、例えば図３に示した高圧側歯車ポンプ５ｂの流量ＱＨがａであってシステム要求流量（前記高圧側歯車ポンプの流量ＱＨと低圧側歯車ポンプの流量ＱＬの和（ＱＨ＋ＱＬ））におけるＡ点における交点から低圧側ポンプ５ｂの流量を決定することになる。

尚、歯車ポンプにおける理想流量とポンプ実測値とにおけるポンプ回転数と流量との関係図からわかるように、実際の歯車ポンプでは内部漏れがあるのでその分を考慮して決定する。

また、本実施の形態では、連通している前記低圧側歯車ポンプ５ａの低圧側吐出口５８ａと前記高圧側歯車ポンプ５ｂの高圧側吸入口５５ｂ間に更に連通して前記ポンプカバー２に形成されたカバー体吐出口２２から低圧側作動媒体１０ａを流出させる低圧流出路１
１と、前記モーターケース４に形成したケース体吐出口４１から高圧側作動媒体１０ｂを流出させる高圧流出路１２が配置されているとともに前記低圧流出路１１と高圧流出路１
２とが前記低圧流出路１１側に開弁する逆止弁１３を備えた連結通路１４により連通されている。

以上の構成を有する本実施の形態は、図１および図２において、ブラシレスモーター７が駆動すると、回転軸６を共用する低圧側歯車ポンプ５ａおよび高圧側歯車ポンプ５ｂが同期して作動し、作動媒体１０がポンプカバー２に形成したカバー体吸入口２１から低圧側歯車ポンプ５ａの低圧側吸入口５５ａに生じる負圧によって内部に吸入され、内歯車５
１ａと外歯車５３ａとの噛合により加圧空間５７ａに送られて加圧されて低圧側作動媒体１０ａとして低圧側吐出口５８ａへ圧送される。

そして、前記低圧歯車ポンプ５ａの低圧側吐出口５８ａはブラシレスモーター７側に配置された高圧側歯車ポンプ５ｂの高圧側吸入口５５ｂに連結されており、前記低圧側歯車ポンプ５ａの低圧側吐出口５８ａから圧送された低圧側作動媒体１０ａが高圧側歯車ポンプ５ｂの高圧側吸入口５５ｂから内部に吸入されて前記低圧歯車ポンプ５ａと同様に更に加圧されて高圧側吐出口５８ｂへ圧送される。

更に、高圧側歯車ポンプ５ｂの高圧側吐出口５８ｂはモーターカバー３とモーターケース４との間に設置された接続口３１に接続されており、前記低圧側歯車ポンプ５ｂの低圧側吐出口５８ｂから吐出された高圧側作動媒体１０ｂが接続口３１から整流部材８によって、ローター７２の回転方向と同一の方向に流れを調整されて、モーターケース４内部へ導入され、モーターケース４内部へ導入された高圧作動媒体１０ｂは、作動媒体通路７１
４（切欠部７１３）を通して回転するステータ７を冷却して熱交換を行い、モーターケース４に設けられたケース体吐出口４１から流出することとなり、前記コイル７１２の発熱を抑えるとともに軸受部の摩擦や高圧側作動媒体１０ｂから受ける圧力等の抗力による負荷を低減したことによる耐久性の向上を図ることができる。

そして、本実施の形態では、前記ポンプカバー２に形成したカバー体吐出口２２から流出される低圧側作動媒体１０ａおよび前記モーターカバー４に形成したケース体吐出口４
１から流出される高圧側作動媒体１０ｂが前記低圧流出路１１および高圧流出路１２を介して従来と同様に従来周知のランキンサイクル等の廃熱回収システム（図示せず）へと送出されることとなり、１つの動力源で互いに異なる圧力の作動媒体を用いる２系統の圧力源を必要とする作動機構（図示せず）に対応することができるのでスペースの有効利用、省力化を図ることができる。

更に、本実施の形態では２系統の内で高圧流出路１２からの高圧側作動媒体１０ｂは前記低圧側歯車ポンプ５ａと高圧側歯車ポンプ５ｂとに加圧された高圧のものが得られる。

更にまた、本実施の形態では２系統である低圧流出路１１と高圧流出路１２とが逆止弁１３を介して連結通路１４により連結されているので、逆止弁１３を開くことにより１つの動力源で２系統の低圧側作動媒体１０ｂの供給源として対応可能であり、逆止弁の開度を調節することで低圧流出路１１と高圧流出路１２を流れる低圧側作動媒体１０ａと高圧側作動媒体１０ｂの圧力を変化可能であり、所望の２系統作動媒体の供給源として利用することができる。

１ ケース体、２ ポンプカバー、３ モーターカバー、４ モーターケース、５ａ 低圧側歯車ポンプ、５ｂ 高圧側歯車ポンプ、６ 回転軸、７ ブラシレスモーター、８ 整流部材、９ 制御装置、１０ 作動媒体、１０ａ 低圧側作動媒体、１０ｂ 高圧側作動媒体、１１ 低圧流出路、１２ 高圧流出路、１３ 逆止弁、１４ 連結通路、２１ カバー体吸入口、２２ カバー体吐出口、３１ 接続口、４１ ケース体吐出口、５１ａ（５１ｂ） 内歯車、５２ａ（５２ｂ） アウターベアリング、５３ａ（５３ｂ） 外歯車、５４ａ（５４ｂ） クレセントシール、５５ａ 低圧側吸入口、５５ｂ 高圧側吸入口、５６ａ（５６ｂ） 吸入側空間、５７ａ（５７ｂ） 加圧空間、５８ａ 低圧側吐出口、５８ｂ 高圧側吐出口、６１ ブッシュ、７１ ステータ、７２ ローター、７１
１ ステータコア、７１２ コイル、７１３ 切欠部、７１４ 作動媒体通路、７２１ ローターコア、７２２ マグネット

Claims (3)

1. ブラシレスモーターの回転軸に軸着されたローターと、前記ローターの周囲に配置されたステータが、ケース体の一部を構成するモーターケース内に収容されているとともに前記モーターケースの開口部に前記回転軸を貫通・突出させたモーターカバーが被蓋されており、前記モーターカバーの表面に設置されて前記モーターケースとともにケース体を構成するポンプカバー内に前記ブラシレスモーターの回転軸を駆動源として共用する低圧側歯車ポンプと高圧側歯車ポンプが多段式に収装されており、前記低圧側歯車ポンプにおける加圧空間に形成された低圧側吐出口と高圧側歯車ポンプにおける加圧空間の高圧側吸入口が連通されていて前記ポンプカバーに設けた前記低圧側吸入口から導入した作動媒体を前記低圧側歯車ポンプと高圧側歯車ポンプの順に流入させて加圧して前記モーターカバーに形成した前記高圧側歯車ポンプの高圧側吐出口である接続口を介して前記モーターケース内に導入した後に前記モーターケースに形成したケース体吐出口から流出させるとともに、
   前記低圧側歯車ポンプの加圧空間から吐出される低圧側作動媒体の低圧側吐出口または前記高圧側歯車ポンプの高圧側吸入口に連通して前記ポンプカバーに形成した低圧側歯車ポンプの低圧側吐出口から流出される低圧側作動媒体の低圧流出路と、前記モーターケースに形成したケース体吐出口から流出させる前記高圧側歯車ポンプの加圧空間から吐出される高圧側作動媒体の高圧流出路が配置されているとともに前記低圧流出路と高圧流出路とが前記低圧流出路側に開弁する逆止弁を備えた連結通路により連通されていることを特徴とするブラシレスモーター一体型ポンプ。
2. 前記連結通路に備えられている逆止弁が電磁弁であることを特徴とする請求項１記載のブラシレスモーター一体型ポンプ。
3. 前記低圧側歯車ポンプの流量が前記高圧側歯車ポンプの流量よりも小さいことを特徴とする請求項１または２記載のブラシレスモーター一体型ポンプ。