JP4158269B2 - 外部駆動形ラインポンプ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、駆動マグネットを周囲に配設するとともに、内部には昇圧のための羽根部が設けられたロータを有する小型、高揚程の外部駆動形ラインポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、特に機器組込み用のポンプは、機器の小型・軽量化の流れの中、ポンプ自体も小型軽量化が望まれている。その手段の１つとして、ステータで駆動するための駆動マグネットが周囲に配設され、内部に軸流羽根が設けられた羽根車を有する外部駆動形軸流ポンプは、例えば米国特許２，６９７，９８６号明細書によって知られている。
【０００３】
以下に、従来の技術についてすでに出願されている特許の記載例を用いて説明する。図２は従来の技術の外部駆動形軸流ポンプの構造図である。１０１は隔壁、１０２はポンプの吸込フランジ、１０３は流体を加圧する軸流羽根、１０４はポンプの吐出フランジ、１０５は軸流羽根１０３を回転自在に支持する軸、１０６は軸流羽根１０３のボス部に設けられた軸受、１０７は軸流羽根１０３が運転時の軸推力で吸込み側に移動したとき軸受１０６と当接してスラスト荷重を支える軸受板、１０８は吸込フランジ１０２と吐出フランジ１０４に設けられた軸１０５を支持する軸ホルダ、１０９は吸込フランジ１０２及び吐出フランジ１０４と軸ホルダ１０８を接続するリブ、１１０は軸流羽根１０３の外周に設けられ外部の磁界によって駆動される駆動マグネット、１１１は駆動マグネット１１０と軸流羽根１０３を内蔵したロータ、１１２は駆動マグネット１１０の周囲に設けられ通電することによりロータ１１１を回転させるための回転磁界を形成するステータである。隔壁１０１はステータ１１２を外部に保持するとともにロータ１１１を内蔵し、ロータ１１１とステータ１１２の間を仕切る構造である。軸流ポンプは環状の吸込フランジ１０２と吐出フランジ１０４で配管（図示しない）に接続され、配管にライン上で組込む構造となっている。
【０００４】
そこで、このように構成された従来の外部駆動形軸流ポンプの動作について図２に基づき説明する。回転磁界を形成するためステータ１１２に制御電流が通電されると、この回転磁界によって駆動マグネット１１０が軸１０５まわりのトルクを受け、軸１０５まわりにロータ１１１が隔壁１０１内で回転を開始する。このとき隔壁１０１内に水が導かれていると、ロータ１１１に設けられた軸流羽根１０３の作用でこの水を押し出し、昇圧する。このとき吐出圧力と流量はロータ１１１の回転数によって変化するが、このポンプは軸流羽根１０３の羽根作用だけで昇圧するため、比較的多量の流量を吐出することはできるものの、吐出圧力はあまり上がらないという特性を有するものであった。そして、回転数が低い間は回転数にほぼ比例して圧力と流量が上昇するという傾向を有すが、回転数をさらに上げていくとキャビテーションや軸流羽根１０３の設計点から外れて効率が大きく下がってしまうという問題を有していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明した従来の外部駆動形軸流ポンプは、ライン形のポンプを実現することができ、駆動モータのロータと羽根車を共用するため部品点数を削減できるなどの他のポンプにない特徴をもつものであったが、ライン形のポンプを実現するために軸流羽根を採用せざるをえず、本質的に高揚程のポンプを実現することは困難であった。ここで高揚程とは、４００Ｗを越えるような当然に高揚程となる一般的なポンプの揚程ではなく、水道水の供給や、機器に組み込まれ水を循環するのに必要な揚程のことであり、具体的には全揚程が４ｍ程度より高い場合である。そこで、回転数を上げて圧力を上げようとすると、上記した通り効率の悪いポンプになってしまうという問題があった。また、回転数を上げて高揚程化すると、羽根前後の差圧によるスラスト荷重が増え、軸受と軸受板の摺動による機械損失が、回転数の増加とスラスト荷重の増加の両方の影響により著しく増加し、回転数を上げることでの高揚程化は著しく効率を悪化させる問題があった。
【０００６】
そして、この外部駆動形軸流ポンプを小型化しようとすると、通常の大きさのポンプ特性をそのまま維持しながら小型にスケールダウンできないものであった。というのは、ポンプの大きさを相似に小型化して製作することはできても、損失の大きさは物理的大きさに比例してスケールダウンできないからである。例えば、機械損失や流体損失、漏れ損失などは相対的に小さくすることはできない。しかも、このポンプを小型化してさらに高揚程化しようとすると、回転数を上げる必要があり、こうした各種損失に加え、上記したような高速化に伴う効率の低下が起こり、きわめて効率の悪いポンプとなってしまうものであった。ここでの小型化とは、同じ出力における物理的大きさが小型であること、並びにポンプとして小出力（例えば家庭用の吸水ポンプや機器に組込まれる循環ポンプ等で出力が４００Ｗ以下）のポンプのことであり、とくに低出力で高揚程（４ｍ以上）・少流量（２０Ｌ／ｍｉｎ以下）のポンプで効率の低下が著しい。そして、高速化するとロータの吸込み側でキャビテーションが発生するし、水との比重差で発生するエアの滞留量も小型化とは逆に相対的に大きな影響をもつようになり、効率を損ない、機械の寿命を短くするものであった。例えば、高速化にともない軸受寿命は著しく低下する。特に加圧する水が高温（例えば８５℃）の場合は特に顕著であった。
【０００７】
では、高揚程化するために単純に軸流形ポンプという点を放棄して遠心形のポンプにすればよいかというと、半径方向の大きさが増して大型化してしまうし、同時にライン形のポンプという点まで放棄しなければなくなるものであった。さらに、外部駆動形という点を維持するためには、駆動系の方から制約があるし、駆動マグネットの配置や羽根車としての構造にも苦慮しなければならないという問題があった。小型のポンプを製作するため、多くの小さなパーツを用意して組み立てるのは組立上、製造上難しいという問題もあった。もしこれを一体型のポンプで製作すると、駆動マグネットをモールドするためロータの肉厚が不可避的に不均一なものとなって高品質のものを製造するのは難しいし、小型であればあるほど接触防止のため寸法精度が必要なはずであるが、精度がでなくなるという問題があった。もし精度がでない場合には接触したり、漏れが大きくなったりして損失が増大し、一方を改善すれば他方が悪化するといった悪循環が生じることになる。
【０００８】
以上説明したように、従来の外部駆動形軸流ポンプで、小型、高揚程でライン形のポンプを実現しようとすれば、多くの矛盾が生じ、事実上この種のポンプを実現することは困難であった。
【０００９】
そこで本発明はこれらの課題を解決するためのもので、小型、高揚程、高効率であり、簡単な構造で寸法精度を確保できる外部駆動形ライン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外部駆動形ラインポンプは、ステータが周囲に取り付けられるとともに、ロータを回転自在に支持する固定軸の保持部が中央部に設けられた隔壁を備え、該隔壁が一体成形され、前記ステータと前記ロータの間に配設され、前記羽根部の吐出縁が前記ロータのマウスリング部外周形状と一致し、前記羽根部の後面シュラウドが円錐状の形状をしており、ボリュートの中央部が円錐状の凸部を備え、所定の間隙をおいて対向配置されていることを特徴とする。
【００１１】
以上の構造により、小型、高揚程、高効率であり、簡単な構造で寸法精度を確保できる外部駆動形ラインポンプを提供することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載された発明は、駆動マグネットが周囲に配設され、内部には昇圧のための羽根部が設けられたロータと、前記ロータを回転させるための回転磁界を形成するステータを備えた外部駆動形ラインポンプであって、前記ステータが周囲に取り付けられるとともに、前記ロータを回転自在に支持する固定軸の保持部が中央部に設けられた隔壁を備え、該隔壁が一体成形され、前記ステータと前記ロータの間に配設されたことを特徴とする外部駆動形ラインポンプであるから、一体成形された隔壁を基準にして組み立てるため固定軸の組立公差を小さくすることでき、ロータと隔壁のギャップも狭く設定でき、ロータとステータの軸ずれによるモータ効率の低下を少なくするとともに、ロータと隔壁の隙間を通って還流する漏れ損失を低減できる。更に、前記羽根部の吐出縁が前記ロータのマウスリング部外周形状と一致しているため小型化することができ、前記羽根部の後面シュラウドが円錐状の形状をしており、ボリュートの中央部が円錐状の凸部を備え、所定の間隙をおいて対向配置されているため、ロータの慣性を小さくして応答性が高く軽量化することができ、ボリュートの軸の保持部の強度を増し、また後面シュラウド背面の２次的な流れを小さなものにすることで騒音が少なくなり、またボリュートと後面シュラウドとの流体損失も少なくなり、ポンプ効率を向上させることができる。
【００１３】
請求項２に記載された発明は、ロータの吐出側にボリュートが設けられ、ボリュートの中央部には固定軸の保持部が設けられたことを特徴とする請求項１記載の外部駆動形ラインポンプであるから、隔壁とボリュートの組み立て公差で固定軸を保持部に固定できるため、ロータとステータの中心のずれを少なくすることができ、磁気バランスのずれによる振動やそれに伴う軸受と軸の摺動抵抗の増加を低く押さえ、小型で効率が良く、また振動騒音の少ない外部駆動形ラインポンプを提供することができる。
【００１４】
請求項３に記載された発明は、隔壁の出口側に固定軸と同心の円周リブを設けるとともに、ボリュートの外周を前記固定軸と同心の円周とし、前記円周リブとボリュートの外周を嵌合させることを特徴とする請求項１または２記載の外部駆動形ラインポンプであるから、固定軸の保持部と円周リブ、また固定軸とボリュート外周を同一軸上で同心の円形の金型で成形でき、円形であるため金型の製造上の加工精度を向上させることができるし、成形時においても円形のため精度が出し易い。
【００１５】
請求項４に記載された発明は、ボリュートを吐出ハウジングと隔壁間に挟んで固定することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の外部駆動形ラインポンプであるから、簡単に組立てることができ、小型で効率が良く、また振動騒音の少ない外部駆動形ラインポンプを提供することができる。
【００１６】
請求項５に記載された発明は、ボリュートが円周方向に周回し、軸方向の張り出し量が徐々に増加する流路を備え、出口から吐出された流れは前記ボリュートの背面を求心方向に導かれることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の外部駆動形ラインポンプであるから、ボリュートの半径を拡大する必要がなく、小型で、ボリュートより吐出された流体を短い距離で吐出口に導くことができる。
【００１７】
請求項６に記載された発明は、吐出側ハウジングの中央に吐出口を設け、ボリュートより吐出された流体を前記吐出口に導く案内リブが前記ボリュートに向けて吐出ハウジングから突出されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の外部駆動形ラインポンプであるから、吐出ハウジングの内部に設けた案内リブで流体を導くことができ、簡単な構成で流路を構成できるとともに、吐出ハウジングの強度を向上させ、組立て易く、信頼性の高い外部駆動形ラインポンプを提供することができる。
【００１８】
請求項７に記載された発明は、羽根部の内部流路が軸方向から拡開方向に曲げられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の外部駆動形ラインポンプであるから、基本的にライン構造の羽根部で遠心力も利用することで高揚程とすることができる。
【００１９】
請求項８に記載された発明は、羽根部の内部流路の断面積が入口から吐出口まで一定であることを特徴とする請求項７記載の外部駆動形ラインポンプであるから、ロータ内では昇圧されず、エアの排出が円滑になり、内部通路内の流れが減速により複雑な流れになって効率を低下させることが少ない。
【００２０】
請求項９に記載された発明は、後面シュラウドの軸受端部近傍に還流穴が設けられたことを特徴とする請求項１〜８記載の外部駆動形ラインポンプであるから、後面シュラウド中心部分の軸受端部近傍に溜まるエアを後面シュラウドの還流穴より排出し、軸受への水潤滑を良好に行い、軸受の寿命の向上と機械損失の低減を行うことができる。
【００２１】
請求項１０に記載された発明は、ボリュートには吐出側と固定軸の保持孔近傍を連通する水路が設けられていることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の外部駆動形ラインポンプであるから、後面シュラウド中心部分に溜まるエアをボリュートの水路を通って還流する流体で押し流し、軸受の水潤滑を良好に行い、軸受の寿命の向上と機械損失の低減を行うことができる。
【００２２】
請求項１１に記載された発明は、羽根部の吐出縁が隔壁のボリュート当接面よりボリュート側に突出して配設されることを特徴とする請求項１記載の外部駆動形ラインポンプであるから、隔壁の外側でボリュートを取り付けることができて組立が容易であり、組立て時にロータを隔壁上に載置してゆっくり取り付けることができ、ステータとロータが磁力により引かれて軸受と軸受板が組立時に衝撃を受けて破損することを防止することができるとともに、メンテナンスにおいても容易にロータを交換することができる。
【００２３】
（実施の形態）
以下、本発明の一実施の形態について図１を用いて説明する。図１は本発明の一実施の形態における外部駆動形ラインポンプの構造図である。
【００２４】
図１において、１は隔壁、２はポンプの吸込口、３は流体を整流する整流板、４は詳細は後記する流体を加圧する羽根部、５は羽根部４より水に与えられた回転方向の流れのエネルギーを圧力エネルギーに変換し、ライン（軸）方向に吐出するボリュート、６はポンプの吐出口、７はボリュート５を隔壁１と挟んで固定し内部に吐出口６まで流体を導く案内リブ２６が設けられた吐出ハウジング、８は隔壁１とボリュート５に回転しないように固定された固定軸、９は隔壁１と固定軸８により固定された軸受板、１０は羽根部４の後記するボス２１に固定され羽根を回転自在に支持する軸受、１１は駆動マグネット、１２は駆動マグネット１１が周囲に配置され内部に羽根部４，軸受１０を設けたロータ、１３は通電することによりロータ１２を回転させる固定子巻線から構成されたステータ、１４はステータ１３に通電する電流を制御する制御部、１５は制御部１４に搭載された発熱部品の放熱とステータ１３の放熱を行う多数のフィンを備えた放熱板、１６は隔壁１の中心に設けられた固定軸８を保持する保持部、１７は入口側ハウジング、１８は駆動マグネット１１が周囲に円筒状に設けられるロータ１２のマウスリング部、１９は隔壁１に形成されたマウスリング部１８を収容する環状マウスリング収容溝を構成する内周側の溝壁面である内側円筒部、２０は内側円筒部１９と対になって環状マウスリング収容溝を構成する外周側の溝壁面である外側円筒部、２１は羽根部４の羽根等を中央で支持するロータ１２のボス、２２はボリュート５に設けられる固定軸８を保持する保持孔、２３はボス２１内に設けられた軸受１０の端部近傍に設けられた還流穴、２４はボリュート５の吐出側と保持孔２２近傍を連通する水路、２５は隔壁１の外周から突出し吐出ハウジング７と嵌合してボリュート５の外周を固定する円周リブ、２６はボリュート５の背面まで延び流体を吐出口６に導く案内リブである。
【００２５】
駆動マグネット１１は羽根部４の側面から軸方向に延びたロータ１２のマウスリング部１８内に軸方向に向けて収容されている。また、隔壁１は、このマウスリング部１８を微小な間隙を介して収容できる環状マウスリング収容溝、またこの環状マウスリング収容溝の内側円筒内に設けられた整流板３、さらにその内部に設けられた固定軸８を保持する保持部１６を一体成形されて一体で備えている。そして、隔壁１の外側円筒部２０の周囲にはステータ１３が設けられ、隔壁１の環状マウスリング収容溝内にマウスリング部１８を挿入したとき駆動マグネット１１と対向する位置に配設されている。内側円筒と保持部１６と整流板３はポンプの吸込口を構成している。
【００２６】
ロータ１２は、内部に設けられた羽根部４の中心付近がロータ１２のボス２１となっており、このボス２１が内部に軸受１０を保持している。軸受１０はロータ１２中央を貫通し、両端が隔壁１とボリュート５に保持された固定軸８に回転自在に取付けられている。
【００２７】
ステータ１３とロータ１２は以上記載した構成を有しているから、ロータ１２とステータ１３とでモータを構成している。すなわち、ステータ１３を流れる制御電流は、制御基板（図示しない）に設けられたコミュータ素子をスイッチングすることで切換えられ、ロータ１２が回転される。制御部１はマイコン等を用いてソフトウェア的に構成しても、ハード的に構成してもよい。
【００２８】
そして、制御部１４によってステータ１３に通電されると、ステータ１３に回転磁界が発生し、駆動マグネット１１がこの磁界による軸まわりのトルクを受け、ロータ１２が回転する。羽根部４は駆動マグネット１１を収納したロータ１２内に設けられているため、ロータ１２が回転すると羽根も回転する。このとき隔壁１の内部に流体が満たされていると、羽根の作用で流体がロータ１２から運動量を与えられる。そして、本実施の形態では整流板３が設けられているから、ロータ１２内に流れが形成されると、負圧により続いて吸引される流体は整流板３によって予旋回を与えられ、所定の入射角で羽根部４内の羽根に流入する。羽根部４通路を通過しながら、流体は羽根部４により運動エネルギーを与えられ、ロータ１２の周囲に設けられた羽根部４出口から吐出される。
【００２９】
吐出された流体は、ロータ１２の背後に設けられたボリュート５によって与えられたばかりの運動エネルギーを圧力エネルギーに変換され、圧力回復される。吐出後の流れはボリュート５出口から流れを求心方向に向け、戻り流路を通って吐出口６から軸方向に吐出される。
【００３０】
本実施の形態の外部駆動形ラインポンプは、基本的に以上のような動作を行うものであるが、以下各部の詳細について説明する。まず本実施の形態のロータ１２について説明する。ロータ１２内には羽根部４が設けられている。羽根部４は小型のラインポンプでありながら高揚程とするために、入口側に軸流羽根が設けられているほか、続けて斜流羽根が形成されている。軸流羽根はスクリュー形のものでよい。また、斜流羽根に代えて駆動マグネット１１の厚さより若干高さが高い遠心羽根でもよい。すなわち、羽根部４は内部流路が軸方向から拡開方向（斜流方向または遠心方向）に曲げられているものである。これにより羽根部４の羽根作用による昇圧のほか、ロータ１２が回転することによる遠心作用でより高い昇圧が可能になる。軸流羽根は流れを円滑に導入するためのインジューサとなっている。このインジューサの作用で小型、高揚程、高回転という条件で発生し易いキャビテーションを防止し、長寿命、キャビテーション騒音を防いでいる。とくに温水を扱うときのポンプでこれは発生し易い。また、斜流羽根（拡開方向羽根）の吐出縁はマウスリング部１８の外周面に一致した形状となっているから、吐出流の流速分布が後面シュラウド側に少し偏った分布となり、吐出後流れ方向を転換し易く、ボリュート５に円滑に流れ込ませることができる。この羽根部４の吐出縁は隔壁１のボリュート当接面よりボリュート５側に突出して配設されているため、ボリュート５の取り付けが容易であり、メンテナンスが容易であり、さらにはポンプ組立時にステータとロータ１２が磁力により引かれて軸受１０と軸受板９が衝撃を受けて破損することを防止できる。羽根部４はロータ１２への流路断面積は入口から出口まで一定になるように構成されており、これにより羽根部４内に流入したエアに対してもインジューサで予圧すると同時にロータ１２内では昇圧されずに比較的大きな内部流速で吐き出し、エアの排出が円滑になり滞留することが少ない。また、内部通路内の流れが減速されて複雑な流れとなって効率を低下させることも少ない。
【００３１】
斜流羽根の側方のマウスリング部１８に駆動マグネット１１が設けられているから、円筒状の空間を無駄無く利用でき、駆動マグネット１１の装着も容易である。ロータ１２の後面シュラウド側の側面形状は、斜流羽根が設けられ均一な肉厚となっているため、円錐状の窪みとなっている。この窪みが形成されていないと、慣性が大きくなって応答が悪くなるし、製造上内部にヒケを生じ易く、できれば窪みを形成するのがよい。しかしながら、ロータ１２のボス２１内には軸受１０が設けられているが、円錐状の窪み部分には流体との比重差でエアが溜まり易く、もしエアが滞留した場合には軸受１０が水中軸受であるため焼き付き易い。そこで、このエアを排出させるため後面シュラウドの内外を連通する還流穴２３を設けている。これにより高圧側から還流される流れによってエアが排出される。ただ、還流させることでポンプ効率は悪化するから、この面からは還流穴２３は設けない方がよいため、還流量、穴径は焼き付き防止とポンプ効率の観点から適宜選択されるべきである。
【００３２】
次に、ボリュート５について説明する。ボリュート５は、ロータ１２によって与えられた運動エネルギーを圧力エネルギーに変換して圧力回復するものである。圧力回復装置としては通常渦巻きが用いられることが多いが、本実施の形態では、渦巻きケーシングを用いるとポンプ外径が拡大するため、ロータ１の出口近傍に設けられた入口から３６０°周回する円周溝となっている。ただ、圧力回復を図れるようにその流路断面積は溝の軸方向の深さを増すことにより拡大する形状となっている。流れはボリュート５を３６０°周回した後、ボリュート５出口から流れを求心方向に向け、吐出ハウジング７からボリュート５背面に向けて突出した案内リブ２６により形成された戻り流路を通り、吐出口６から軸方向に吐出される構成となっている。ボリュート５の中央には固定軸８を保持する保持孔２２が設けられている。上記した後面シュラウドには円筒状の窪みがあるがそれをそのまま残しておくと、シュラウド背面に大きく循環する２次的な流れが形成されて流体損失が大きくなるし、エアも滞留し易くなる。そこで、ボリュート５の中央に円錐状の凸部を形成し、後面シュラウドから所定間隙をおいて対向配置している。これにより、流体損失は著しく低減される。さらに、ボリュート５には吐出側と固定軸８の保持部１６の近傍を連通する水路２４を設けるのが適当である。この水路２４により、吐出側から吐出側の流体が還流され、滞留しているエアを押し流すし、軸受１０への水潤滑の流体の供給を行うことができる。
【００３３】
続いて、ロータ１２と隔壁１、ボリュート５、吐出ハウジング７、入口ハウジング１７、さらにこれらによる外部駆動形ポンプの組立について説明する。隔壁１には、マウスリング部１８の入口側を収容する環状マウスリング収容溝、この環状マウスリング収容溝の内側円筒内に設けられた整流板３、さらにその内部に設けられた保持部１６が一体で設けられている。整流板３は保持部１６と隔壁１の内側円筒を一体で連結する支持部材としての性格も有している。また、隔壁１の外側円筒部２０の周囲にはステータ１３が設けられ、隔壁１の環状マウスリング収容溝内にマウスリング部１８を挿入したとき駆動マグネット１１と径方向で対向する位置になるように配設されている。ステータ１３は隔壁１に吸込口２を組み込んで入口ハウジングを締め付けることで固定される。
【００３４】
隔壁１中央の保持部１６の孔内には固定軸８が軸受板９を介して嵌合もしくはモールドされて一体化される。この固定軸８にロータ１２の軸受１０を圧入し、マウスリング部１８を隔壁１の環状マウスリング収容溝内に挿入する。この状態で、固定軸８の他端側をボリュート５の中心に設けた保持孔２２に挿し、保持する。これと同時に、隔壁１の吐出側端面から突出した固定軸８と同心の円周リブ２５の内側に、ボリュート５の固定軸８と同心の円周形状の外周面を嵌合し、隔壁１のボリュート当接面に当接するまで押し込んで、外側から吐出ハウジング７で挟み込んで固定して、外部駆動形ラインポンプの組立が終了する。
【００３５】
ところで、隔壁１は、マウスリング部１８を収容する環状マウスリング収容溝、さらにはこの環状マウスリング収容溝を構成するための内側円筒部１９及び外側円筒部２０がすべて樹脂で一体成形されている。このため、ロータ１２とステータ１３を同一部品である隔壁１を基準にして内外でそれぞれ位置決めすることができ、小型化したときの効率悪化の主要原因である間隙管理を極めて正確にでき、小型でも効率のよいポンプとすることができる。そして、固定軸８を隔壁１と別部品で作製して後づけして挿入する場合に比べると、組立による軸ずれ（組立公差）がなく、ロータ１２と隔壁１の位置が一意的に確実に定まるためロータ１２と隔壁１のギャップを公差分狭くすることができ、ロータ１２の吐出側より吸込み側に還流する漏れ量を低減することができる。また同時に、駆動マグネット１１とステータ１３のギャップも狭くすることができ、モータ効率を向上することができ、小型高効率のポンプを実現できる。さらに、隔壁１は一体成形されて円周リブ２５も一体であるから、ボリュート５の位置決めも確実なものとなる。これにより駆動マグネット１１とステータ１３の位置、すべてのギャップも確実にコントロールできる。
【００３６】
このように、隔壁１やボリュート５が同一の金型で成形できるため個々の部分の精度が高い上に、以上説明した構成により組み立て精度も高くなるから、ポンプ全体としてきわめて高い間隙管理が実現できる。さらに、動バランスや磁気バランスの問題がなく、これらのずれによる振動や騒音を著しく低減することができる。また、ボリュート５を隔壁１と吐出ハウジング７で挟み込んで固定するため、組立を行う場合、まずロータ１２を隔壁１内の固定軸８に挿入し、続いてボリュート５を組み付け、さらに吐出ハウジング７を重ねあわせてネジ締めまたはカシメ等で固定すればよい。順に組み付けるだけであるから組立を簡単に行うことができ、精度も確保することができる。
【００３７】
さらに、ロータ１２のマウスリング部１８と隔壁１の環状マウスリング収容溝との間隙を以下のようにコントロールすることにより、本実施の形態の外部駆動形ラインポンプは漏れ損失や機械損失を最小のものにし、運転時の安定性を格段に上げている。すなわち、マウスリング部１８と内側円筒部１９の間に形成される内側の間隙を、マウスリング部１８と外側円筒部２０の間に形成される外側の間隙より小さくしているので、間隙を通しての漏れ損失が内側の間隙で絞られ小さくなる。さらに、この漏れ流れはロータ１２と隔壁１間に液膜を形成して一種の水中軸受となるから、ロータ１２の運転時の安定性を上げることができ、ロータ１２の入口側と出口側の圧力差がもたらす軸推力が軸受１０に与えるスラスト荷重を減少させることにより、軸受板９の摺動による機械損失を低減し、軸受１０からの漏れ損失を低減することができる。そして軸受１０と軸受板９の摩擦を低減することから、ロータ１２を高速で回転させることができ、高揚程化、小型化と効率の向上を同時に行うことができる。なお、マウスリング部１８と内側円筒部１９の間に形成される内側の間隙を、マウスリング部１８と外側円筒部２０の間に形成される外側の間隙より小さくするのに代えて、内側円筒部１９とマウスリング部１８との間隙を一部狭めるのでもよい。このようにしても、ロータ１２の吐出側から還流する流体を一部狭められた間隙の部分で制限することができ、漏れ損失を低減でき、隔壁１とロータ１２の間隙間に形成される液膜で水中軸受の作用をもたせることができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の請求項１に記載された発明によれば、一体成形された隔壁を基準に組み立てられるため固定軸の組立公差を小さくすることでき、ロータと隔壁のギャップも狭く設定でき、ロータとステータの軸ずれによるモータ効率の低下を少なくするとともに、ロータと隔壁の隙間を通って還流する漏れ損失を低減できる。更に、前記羽根部の吐出縁が前記ロータのマウスリング部外周形状と一致しているため小型化することができ、前期ロータの慣性を小さくして応答性が高く軽量化することができ、ボリュートの軸の保持部の強度を増し、また後面シュラウド背面の２次的な流れを小さなものにすることで騒音が少なくなり、またボリュートと後面シュラウドとの流体損失も少なくなり、ポンプ効率を向上させることができる。
【００３９】
請求項２に記載された発明によれば、隔壁とボリュートの組み立て公差で固定軸を保持部に固定できるため、ロータとステータの中心のずれを少なくすることができ、磁気バランスのずれによる振動やそれに伴う軸受と軸の摺動抵抗の増加を低く押さえ、小型で効率が良く、また振動騒音の少ない外部駆動形ラインポンプを提供することができる。
【００４０】
請求項３に記載された発明によれば、固定軸の保持部と円周リブ、また固定軸とボリュート外周を同一軸上で同心の円形の金型で成形でき、円形であるため金型の製造上の加工精度を向上させることができるし、成形時においても円形のため精度が出し易い。簡単な構成で固定軸の精度を出すことができる。
【００４１】
請求項４に記載された発明によれば、簡単に組立てることができ、小型で効率が良く、また振動騒音の少ない外部駆動形ラインポンプを提供することができる。
【００４２】
請求項５に記載された発明によれば、ボリュートの半径を拡大する必要がなく、小型で、ボリュートより吐出された流体を短い距離で吐出口に導くことができる。
【００４３】
請求項６に記載された発明によれば、吐出ハウジングの内部に設けた案内リブで流体を導くことができ、簡単な構成で流路を構成できるとともに、吐出ハウジングの強度を向上させ、組立て易く、信頼性の高い外部駆動形ラインポンプを提供することができる。
【００４４】
請求項７に記載された発明によれば、基本的にライン構造の羽根部で遠心力も利用することで高揚程とすることができる。
【００４５】
請求項８に記載された発明によれば、ロータ内では昇圧されず、エアの排出が円滑になり、内部通路内の流れが減速により複雑な流れになって効率を低下させることが少ない。
【００４６】
請求項９に記載された発明によれば、後面シュラウド中心部分の軸受端部近傍に溜まるエアを後面シュラウドの還流穴より排出し、軸受への水潤滑を良好に行い、軸受の寿命の向上と機械損失の低減を行うことができる。
【００４７】
請求項１０に記載された発明によれば、後面シュラウド中心部分に溜まるエアをボリュートの水路を通って還流する流体で押し流し、軸受の水潤滑を良好に行い、軸受の寿命の向上と機械損失の低減を行うことができる。
【００４８】
請求項１１に記載された発明によれば、隔壁の外側でボリュートを取り付けることができて組立が容易であり、組立て時にロータを隔壁上に載置してゆっくり取り付けることができ、ステータとロータが磁力により引かれて軸受と軸受板が組立時に衝撃を受けて破損することを防止することができるとともに、メンテナンスにおいても容易にロータを交換することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施の形態における外部駆動形ラインポンプの構造図
【図２】 従来の技術の外部駆動形軸流ポンプの構造図
【符号の説明】
１，１０１ 隔壁
２ 吸込口
３ 整流板
４ 羽根部
５ ボリュート
６ 吐出口
７ 吐出ハウジング
８ 固定軸
９，１０７ 軸受板
１０，１０６ 軸受
１１，１１０ 駆動マグネット
１２，１１１ ロータ
１３，１１２ ステータ
１４ 制御部
１５ 放熱板
１６ 保持部
１７ 入口側ハウジング
１８ マウスリング部
１９ 内側円筒部
２０ 外側円筒部
２１ ボス
２２ 保持孔
２３ 還流穴
２４ 水路
２５ 円周リブ
２６ 案内リブ
１０２ 吸込フランジ
１０３ 軸流羽根
１０４ 吐出フランジ
１０５ 軸
１０８ 軸ホルダ
１０９ リブ

Claims (11)

1. 駆動マグネットが周囲に配設され、内部には昇圧のための羽根部が設けられたロータと、前記ロータを回転させるための回転磁界を形成するステータを備えた外部駆動形ラインポンプであって、前記ステータが周囲に取り付けられるとともに、前記ロータを回転自在に支持する固定軸の保持部が中央部に設けられた隔壁を備え、該隔壁が一体成形され、前記ステータと前記ロータの間に配設され、前記羽根部の吐出縁が前記ロータのマウスリング部外周形状と一致し、前記羽根部の後面シュラウドが円錐状の形状をしており、ボリュートの中央部が円錐状の凸部を備え、所定の間隙をおいて対向配置されていることを特徴とする外部駆動形ラインポンプ。
2. ロータの吐出側にボリュートが設けられ、ボリュートの中央部には固定軸の保持部が設けられたことを特徴とする請求項１記載の外部駆動形ラインポンプ。
3. 隔壁の出口側に固定軸と同心の円周リブを設けるとともに、ボリュートの外周を前記固定軸と同心の円周とし、前記円周リブとボリュートの外周を嵌合させることを特徴とする請求項１または２記載の外部駆動形ラインポンプ。
4. ボリュートを吐出ハウジングと隔壁間に挟んで固定することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の外部駆動形ラインポンプ。
5. ボリュートが円周方向に周回し、軸方向の張り出し量が徐々に増加する流路を備え、出口から吐出された流れは前記ボリュートの背面を求心方向に導かれることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の外部駆動形ラインポンプ。
6. 吐出側ハウジングの中央に吐出口を設け、ボリュートより吐出された流体を前記吐出口に導く案内リブが前記ボリュートに向けて吐出ハウジングから突出されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の外部駆動形ラインポンプ。
7. 羽根部の内部流路が軸方向から拡開方向に曲げられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の外部駆動形ラインポンプ。
8. 羽根部の内部流路の断面積が入口から吐出口まで一定であることを特徴とする請求項７記載の外部駆動形ラインポンプ。
9. 後面シュラウドの軸受端部近傍に還流穴が設けられたことを特徴とする請求項１〜８記載の外部駆動形ラインポンプ。
10. ボリュートには吐出側と固定軸の保持孔近傍を連通する水路が設けられていることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の外部駆動形ラインポンプ。
11. 羽根部の吐出縁が隔壁のボリュート当接面よりボリュート側に突出して配設されることを特徴とする請求項１記載の外部駆動形ラインポンプ。

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