JP2000297787A - ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低消費電力、高効率、低騒音、低振動、長寿
命のポンプを提供することを目的とする。 【解決手段】 ケーシング１の内部に形成した流路内に
配置され回転軸７を一体に備えたロータ４と、流路の外
に配置されロータ４を磁気界結合して回転駆動するステ
ータ１１と、ロータ４のラジアル方向を支持し軸線方向
への滑りが可能な滑り軸受１３と、回転軸７の軸線方向
の両端をそれぞれ受ける第１スラスト軸受１３と第２ス
ラスト軸受１４とを備え、回転軸７の両端と第１スラス
ト軸受１３及び第２スラスト軸受１４との受圧面を点接
触させ、回転軸７と第１，第２スラスト軸受１３，１４
との間の点接触によって摺動抵抗を低減するとともに調
心作用によってロータ４の回転を安定化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、機器組み込み用の
ライン型のポンプに係り、特にロータの回転軸に対する
摺動抵抗を抑えるとともに振動も抑えて高効率の運転が
できるようにしたポンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】各種のポンプの中で特に機器組込み用の
ポンプの分野では、機器の小型化及び軽量化の流れの中
で、ポンプ自体の小型軽量化が望まれている。このよう
なポンプの小型軽量化のため、従来から、ポンプの機械
的損失を低減してモータの必要トルクを下げるという試
みがなされている。このような機械的損失の低減と必要
トルクを小さくすることによって、モータのダウンサイ
ジングや軽量化だけでなく、ポンプの低消費電力化やポ
ンプ寿命の要因の一つである軸受の長寿命化が図られて
いる。

【０００３】このようなポンプの例として、たとえば特
開平６２−２９８６８７号公報に記載のものがある。こ
れはポットに用いられる給湯用ポンプであって、インペ
ラの軸受部形状を特殊なものにすることにより、インペ
ラのスラスト荷重を低減してモ−タを小型化しようとし
たものである。この公報に記載のポンプの構造の要部の
概略を図３に示す。

【０００４】図３において、ポンプのケーシング１０１
のポンプ室１１２の上端の中央部に開けたの吸込口にイ
ンペラ取付け用の固定軸１０２が配置され、この固定軸
１０２の下端部はインペラのボス部１０３の軸受孔１０
４に差し込まれる。すなわち、ボス部１０３は固定軸１
０２の滑り軸受を構成している。このボス部１０３には
主板が立設され、この主板に羽根１０８が取り付けられ
ている。羽根１０８の主板内には磁石１０６が内蔵さ
れ、この磁石１０６が隔壁板１１１によって区画された
部分に収納されたモータ１０５により回転駆動される磁
石１０７と磁気結合されている。これらの磁石１０６と
磁石１０７とは磁気継手を構成する。

【０００５】ここで、ボス部１０３の軸受孔１０４に挿
通される固定軸１０２の下端面１１３は、軸受孔１０４
の下端の軸受孔底面１１４に接触しないように隙間を開
けて配置されている。そして、ボス部１０３にはその下
端中央に隔壁板１１１側に突き出るほぼ半球状の軸受外
端部１０９を形成し、その球面１１０を隔壁板１１１に
点接触させている。

【０００６】このような構成のポンプでは、モ−タ１０
５が低速で回転を始めると、磁石１０６，１０７の間の
磁気結合でインペラも回転し、水は羽根１０８で加圧さ
れ外部に吐出される。このときインペラの軸受外端部１
０９の球面１１０は隔壁板１１１に点接触しているの
で、その摺動抵抗は小さい。そして、水量を増やすため
にインペラの回転数を高くすると、ポンプ室１１２内の
圧力が高くなり、インペラは下からの背圧によるスラス
ト荷重で浮き上るようになる。これに対し、磁石１０
６，１０７間の吸引力が働いて固定軸１０２の下端面１
１３と軸受孔底面１１４にかかる荷重が低減される。し
たがって、固定軸１０２とボス部１０３との間の摺動抵
抗は、このスラスト荷重と押圧力の差による摩擦力に依
存することになり極めて小さいものとなる。

【０００７】このように、ボス部１０３と隔壁板１１１
との間及び固定軸１０２と軸受１０３の間のそれぞれの
摺動抵抗をともに低減できるので、小トルクで小型のモ
ータで対応できる。したがって、ケーシング１０１とモ
ータ１０５との組合せによるポンプ構造の小型化が図ら
れることになる。

【０００８】

【本発明が解決しようとする課題】図３に示した従来の
技術では、モータ１０５とインペラの磁気結合の方向が
軸方向であれば、インペラの回転時のスラスト荷重の摺
動トルク低減には有効といえる。

【０００９】しかしながら、ボス部１０３の軸受外端部
１０９のみが球面１１０であるため、運転時に発生する
吸込み圧と吐出し圧の差圧によるスラスト荷重を受ける
のには球面１１０は役に立たない。このため、スラスト
荷重が大きいときなどには、軸受が設けられていない側
でスラスト荷重を受けることになり、インペラの軸損失
は低減されず、また固定軸１０２は片持支持の構造にな
るので、インペラに取り付けられた磁石１０６とモータ
１０５側の磁石１０７の磁気的アンバランスやインペラ
の重量アンバランスに起因するインペラの振動及び騒音
を吸収できない。

【００１０】このようなインペラの振動やスラスト荷重
は、ボス部１０３の寿命に大きく影響する。すなわち。
インペラの振動によるエネルギ損失によって消費電力が
増加し、結果的にモータ１０５の出力は大きくする必要
がある。したがって、モータ１０５の容量を大きくして
対応することいになり、その寸法及び重量も大きくな
り、ポンプ全体の小型化に支障をきたす。

【００１１】また、インペラの振動発生は、流体との間
でのエネルギー授受に関与しているボス部１０３，固定
軸１０２，ケーシング１０１等について、インペラへの
負荷を増やすことになるので、その寿命にも大きく影響
する。このため、これらの部材の強度を確保するために
は部材の寸法を大きくする必要があり、このような制約
もポンプの小型化を難しくしている。

【００１２】本発明は、低消費電力、高効率、低騒音、
低振動、長寿命のポンプを提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、ケーシングの
内部に形成した流路内に配置され回転軸を一体に備えた
ロータと、前記流路の外に配置され前記ロータを磁気結
合して回転駆動するステータと、前記ロータのラジアル
方向負荷を支持し軸線方向への滑りが可能な滑り軸受
と、前記回転軸の軸線方向の両端をそれぞれ支持する第
１スラスト軸受と第２スラスト軸受とを備え、前記回転
軸の両端と前記第１スラスト軸受及び第２スラスト軸受
との受圧面を点接触させたことを特徴とする。

【００１４】このような構成によれば、回転軸の両端と
第１，第２スラスト軸とは球面状の受圧面によって点接
触し、回転軸に対する摺動抵抗を小さくでき、インペラ
に作用する軸線方向の力の向きに関わらず軸受と回転軸
との摺動損失が低減できる。このため、低消費電力とな
り、ポンプ効率は著しく改善され、軸受で発生する摺動
騒音も著しく低減される。

【００１５】

【発明の実施の形態】請求項１に記載の発明は、ケーシ
ングの内部に形成した流路内に配置され回転軸を一体に
備えたロータと、前記流路の外に配置され前記ロータを
磁気結合して回転駆動するステータと、前記ロータのラ
ジアル方向負荷を支持し軸線方向への滑りが可能な滑り
軸受と、前記回転軸の軸線方向の両端をそれぞれ支持す
る第１スラスト軸受と第２スラスト軸受とを備え、前記
回転軸の両端と前記第１スラスト軸受及び第２スラスト
軸受との受圧面を点接触させたことを特徴とするポンプ
であり、回転軸の両端と第１，第２スラスト軸受とがそ
れぞれ点接触しているため、スラスト力が軸線方向のど
ちらの方向にかかっても摺動による機械的損失を低減す
るという作用を有する。

【００１６】請求項２に記載の発明は、前記回転軸の軸
線方向の両端に球面状の凸面を形成し、前記第１スラス
ト軸受と第２スラスト軸受の受圧面を前記受け面の曲率
半径よりも大きい曲率半径で構成したことを特徴とする
請求項１記載のポンプであり、回転軸と第１，第２スラ
スト軸受との間での調心作用が得られ回転軸の揺動及び
振動を抑えるという作用を有する。

【００１７】請求項３に記載の発明は、前記第１スラス
ト軸受と前記第２スラスト軸受の少なくとも一方には、
前記回転軸のスラスト荷重を受ける受圧面の背後から前
記回転軸を付勢して支持する弾性体が設けられているこ
とを特徴とする請求項１または２に記載のポンプであ
り、ロータによる軸線方向の振動は第１，第２スラスト
軸受に伝達されて弾性体により吸収されるので、運転時
の振動を抑えるという作用を有する。

【００１８】請求項４に記載の発明は、前記回転軸と前
記第１スラスト軸受及び前記第２スラスト軸受を、それ
ぞれセラミック材で構成したことを特徴とする請求項１
から３のいずれかに記載のポンプであり、セラミック材
の耐摩耗性によって部材の摺動摩耗を抑えるという作用
を有する。

【００１９】以下、本発明の実施の形態について図面に
基づいて説明する。

【００２０】図１は本発明の実施の形態におけるポンプ
の構造図である。

【００２１】図１において、吸引口２と吐出口６とを同
軸上に形成したケーシング１の内部に、流体を整流する
整流板３、被駆動用の永久磁石と流体を加圧する羽根と
回転軸が一体に形成されたロータ４、このロータ４より
流体に与えられた回転方向の流れのエネルギを圧力エネ
ルギに変換するボリュート部５がそれぞれ配置されてい
る。

【００２２】ロータ４には両端に球面形状の凸面を持つ
回転軸７を固定し、ケーシング１には球面状の受圧面を
有する第１スラスト軸受８を固定し、整流板３には同様
に球面状の受圧面を有する第２スラスト軸受９が固定さ
れている。また、ロータ４のマウスリングの中に永久磁
石１０が設けられ、ケーシング１の内周にはこの永久磁
石１０に対応させてステータ１１を配置している。この
ステータ１１は通電する電流を制御する制御部１２によ
って回転駆動される。

【００２３】ロータ４に一体化された回転軸７は、軸線
方向の両端部を第１スラスト軸受８及び第２スラスト軸
受９によって支持されるとともに、整流板３の中に配置
された滑り軸受１３によってラジアル荷重が支持され
る。なお、滑り軸受１３は軸方向への回転軸７の滑りを
許すものである。そして、第１スラスト軸受８及び第２
スラスト軸受９はそれぞれ回転軸７のスラストを受ける
弾性体１４によって軸方向に付勢されている。このよう
な構成により、ロータ４に固定された回転軸７と第１ス
ラスト軸受８，第２スラスト軸受９とが点接触で支持さ
れ、しかも弾性体１４によっても付勢されて弾性支持さ
れる。

【００２４】以上の構成において、制御部１２よりステ
ータ１１に通電されるとステータ１１に回転磁界が発生
し、ロータ４が回転して、吸引口２から流体を吸引して
加圧しボリュート部５を経由して吐出口６から吐出す
る。

【００２５】ロータ４に固定された回転軸７の両端部は
球面状の凸面であって、この球面状の凸面が第１，第２
スラスト軸受８，９によって支持されている。そして、
回転軸７の両端の球面の曲率半径を、第１，第２スラス
ト軸受８，９の球面状の受け面の曲率半径よりも小さく
しておくことで、回転軸７の両端を点接触によって第
１，第２スラスト軸受８，９により支持することができ
る。したがって、ロータ４の回転によって第１，第２ス
ラスト軸受８，９にスラスト方向に加えられる負荷が大
きくても、点接触によって回転軸７と第１，第２スラス
ト軸受８，９との間の摺動抵抗を小さく抑えることがで
きる。なお、受圧円の曲率半径は無限として平面とした
場合でも、点接触させることができる。

【００２６】また、回転軸７の両端の球面形状と、第
１，第２スラスト軸受８，９の球面状の受圧面との関係
によって、これらの部材の間を調心させることができ
る。したがって、回転軸７はケーシング１内に固定され
た第１，第２スラスト軸受８，９に常に調心状態にあ
り、無用な振れ周りがなく振動の発生もなくなる。この
ため、各部材への負荷も小さくなり部材の小型化が可能
となる。

【００２７】更に、第１，第２スラスト軸受８，９はそ
れぞれ弾性体１４によって付勢されているので、ロータ
４によるスラスト方向の振動が発生しても弾性体１４が
この振動を吸収する。したがって、ロータ４のスラスト
方向への振動による影響も抑えることができ、スラスト
方向の振動を吸収することができる。

【００２８】このように、回転軸７の軸線周りの振動や
スラスト方向の振動の発生が共に低減されるので、ロー
タ４の安定した回転が維持され、低消費電力で高効率の
運転が可能となり、騒音の発生も抑えることができる。

【００２９】図２は本発明の別の実施の形態におけるポ
ンプの構造図である。この図２に示す実施の形態はロー
タの主板背面にトルク発生部を備える点が図１の例と相
違するだけで、その他の構成は図１のものと同様であ
る。図１と同じ構成部材については異なる符号で指示し
ているが、構成部材の名称は図１のものと共通としその
詳細な説明は省略する。

【００３０】図２において、本実施の形態におけるポン
プは、ケーシング２１，吸込口２２，流体を整流する整
流板２３，回転により流体を加圧するロータ２４，この
ロータ２４より流体に与えられた回転方向の流れのエネ
ルギを圧力エネルギに変換するボリュート部２５，吐出
口２６，ロータ２４に固定され両端に球面状の凸面を持
つ回転軸２７，ボリュート部２５に固定され球面状の受
圧面を有する第１スラスト軸受２８，整流板２３に固定
され球面状の受圧面を有する第２スラスト軸受２９，ロ
ータ２４の主板背面に設けたトルク発生部３０，ロータ
２４を回転させるステータ３１，ステータ３１に通電す
る電流を制御する制御部３２，回転軸２７のラジアル方
向を支持する滑り軸受３３，第１スラスト軸受２８及び
第２スラスト軸受２９を支持する弾性体３４により構成
されている。すなわち、トルク発生部３０がマウスリン
グではなく主板側に或る点で図１に示した実施の形態の
構成と相違している。

【００３１】このような構成でも、回転軸２７の軸線周
りの振動は第１，第２スラスト軸受２８，２９によって
抑えられ、スラスト方向の振動も弾性体３４によって抑
えられる。そして、ロータ２４の主板背面に質量の高い
トルク発生部３０を設けているので慣性が大きくなり、
回転トルクを高くした運転としても、ロータ２４の安定
した回転が維持され低消費電力で高効率の作動が可能と
なり、騒音の発生も抑えられる。

【００３２】

【発明の効果】本発明では、ロータの回転軸の両端とこ
れを支持する第１，第２スラスト軸受の受圧面との間を
点接触させているので、ロータのスラスト方向の負荷の
向きに関係なく回転軸とスラスト軸受との間の摺動抵抗
を抑えることができる。したがって、機械損失が低減さ
れるた低消費電力での運転が可能となり、ポンプ効率も
向上する。

【００３３】また、回転軸の両端を球面状の凸面とし、
第１，第１スラスト軸の受圧面を回転軸の球面部分の曲
率半径よりも大きな曲率半径としているため、同様に点
接触による支持が可能となるほか、第１，第２スラスト
軸受の回転軸に対する調心作用が得られ、回転軸の無用
な振れ周りがなくなり、安定したロータの回転が維持で
きる。

【００３４】更に、第１，第２スラスト軸受の少なくと
も一方を弾性体により付勢して弾性支持するので、ロー
タのスラスト方向の振動も吸収でき、ロータをより一層
安定して回転させることができる。また、回転軸や軸受
材料を耐摩耗性のセラミック材としたものでは、部材の
摺動摩耗が低減され、低消費電力、高効率、低騒音、低
振動、長寿命のポンプが得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態におけるポンプの構造図

【図２】本発明の別の実施の形態におけるポンプの構造
図

【図３】従来の技術のポンプの構造図

【符号の説明】

１，２１，１０１ ケーシング ２，２２ 吸込口 ３，２３ 整流板 ４，２４ ロータ ５，２５ ボリュート部 ６，２６ 吐出口 ７，２７ 回転軸 ８，２８ 第１スラスト軸受 ９，２９ 第２スラスト軸受 １０ 永久磁石 １１，３１ ステータ １２，３２ 制御部 １３，３３ 滑り軸受 １４，３４ 弾性体 ３０ トルク発生部 １０２ 固定軸 １０３ ボス部 １０４ 軸受孔 １０５ モータ １０６，１０７ 磁石 １０８ 羽根 １０９ 軸受外端部 １１０ 球面 １１１ 隔壁板 １１２ ポンプ室 １１３ 下端面 １１４ 軸受孔底面

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ１６Ｃ 33/24 Ｆ１６Ｃ 33/24 Ａ Ｈ０２Ｋ 7/08 Ｈ０２Ｋ 7/08 Ｚ Ｆターム(参考） 3H022 AA01 BA04 BA06 CA13 CA15 CA17 DA08 DA11 DA13 3H033 AA01 AA11 BB01 BB07 CC01 CC06 DD13 DD30 EE06 EE09 EE11 EE14 EE19 3J011 AA03 AA10 AA11 AA20 BA02 BA10 KA02 KA03 KA04 MA02 PA02 QA11 SD01 5H607 AA04 BB01 BB14 CC01 CC05 DD01 DD02 DD03 DD16 FF08 FF12 GG02 GG29 KK08

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ケーシングの内部に形成した流路内に配置
   され回転軸を一体に備えたロータと、前記流路の外に配
   置され前記ロータを磁気結合して回転駆動するステータ
   と、前記ロータのラジアル方向負荷を支持し軸線方向へ
   の滑りが可能な滑り軸受と、前記回転軸の軸線方向の両
   端をそれぞれ支持する第１スラスト軸受と第２スラスト
   軸受とを備え、前記回転軸の両端と前記第１スラスト軸
   受及び第２スラスト軸受との受圧面を点接触させたこと
   を特徴とするポンプ。
2. 【請求項２】前記回転軸の軸線方向の両端に球面状の凸
   面を形成し、前記第１スラスト軸受と第２スラスト軸受
   の受圧面を前記受け面の曲率半径よりも大きい曲率半径
   で構成したことを特徴とする請求項１記載のポンプ。
3. 【請求項３】前記第１スラスト軸受と前記第２スラスト
   軸受の少なくとも一方には、前記回転軸のスラスト荷重
   を受ける受圧面の背後から前記回転軸を付勢して支持す
   る弾性体が設けられていることを特徴とする請求項１ま
   たは２に記載のポンプ。
4. 【請求項４】前記回転軸と前記第１スラスト軸受及び前
   記第２スラスト軸受を、それぞれセラミック材で構成し
   たことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の
   ポンプ。