モータポンプ
【課題】羽根車とモータ固定子との間に配置される隔壁を熱による変形から防ぐことができるモータポンプを提供する。
【解決手段】モータポンプは、複数の永久磁石５が埋設された羽根車１と、羽根車１を収容するポンプケーシング２と、複数の固定子コイル６Ｂを有するモータ固定子６と、モータ固定子６を収容するモータケーシング３と、羽根車１を支持する動圧軸受１０とを備える。動圧軸受１０およびモータ固定子６は、羽根車１の吸込側に配置され、モータケーシング２は、羽根車１と固定子コイル６Ｂとの間に位置する側壁部３２と、放射状に延びる複数のリブ３６とを有し、側壁部３２は複数のリブ３６に固定されている。
【解決手段】モータポンプは、複数の永久磁石５が埋設された羽根車１と、羽根車１を収容するポンプケーシング２と、複数の固定子コイル６Ｂを有するモータ固定子６と、モータ固定子６を収容するモータケーシング３と、羽根車１を支持する動圧軸受１０とを備える。動圧軸受１０およびモータ固定子６は、羽根車１の吸込側に配置され、モータケーシング２は、羽根車１と固定子コイル６Ｂとの間に位置する側壁部３２と、放射状に延びる複数のリブ３６とを有し、側壁部３２は複数のリブ３６に固定されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石が埋設された羽根車を、モータ固定子が発生する磁界により回転させるモータポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石が埋設された羽根車を、モータ固定子が発生する磁界により回転させるモータポンプの従来例として、特許文献１に記載されているポンプが知られている。この特許文献１に記載のモータポンプは、永久磁石が埋設された羽根車と、羽根車に対向して配置されたモータ固定子とを有し、羽根車は１つの球面軸受により回転自在に支持されている。この球面軸受はいわゆる動圧軸受であり、羽根車を回転自在に支持しつつ、傾動自在に支持することが可能となっている。
【０００３】
上記モータ固定子は複数の固定子コイルを有しており、これら固定子コイルに三相電流を流すと回転磁界が発生する。この回転磁界は羽根車に埋設されている永久磁石に作用し、羽根車を回転駆動する。ポンプが取り扱う液体がモータ固定子に接触すると漏電してしまうため、モータ固定子と羽根車との間には薄い隔壁が設けられており、液体のモータ固定子への浸入が防止されている。
【０００４】
モータ固定子が発生する回転磁界は、上記隔壁を介して羽根車の永久磁石に作用する。この隔壁が金属から形成されていると、回転磁界の通過に伴って渦電流が隔壁に発生し、隔壁の発熱やモータ効率の低下を引き起こしてしまう。そこで、このような渦電流の発生を防ぐため、隔壁は、通常、樹脂から形成されている。樹脂製の隔壁は、固定子コイルが隔壁に接触しても該固定子コイルの電気的絶縁が保たれ、地絡のおそれがないという利点がある。
【０００５】
しかしながら、上述したように隔壁は薄く形成されているので、移送される液体が高温であったり、または隔壁の温度が激しく変化するような条件下でポンプが使用されると、熱膨張または収縮によって隔壁が変形してしまう。また、通電によりモータ固定子自体が発熱し、隔壁を熱膨張により変形させるおそれがある。通常、羽根車と隔壁との間の隙間は小さいため、隔壁が変形すると、回転する羽根車が隔壁に接触するおそれがある。
【０００６】
さらに、羽根車と隔壁との隙間に滞留している液体は、モータ固定子からの熱を受けて加熱され、運転条件によっては沸点に達して蒸発することがある。液体が蒸発すると、動圧軸受の潤滑が阻害され、軸受が故障してしまう。また、ポンプの取り扱い液中に配管の錆びやごみなどの異物が含まれていると、動圧軸受に異物が入り込み、動圧軸受を破損させるおそれがある。さらに、磁性体からなる異物が液体に含まれていると、これら異物が永久磁石を内蔵した羽根車の表面に堆積し、ついには堆積した異物が隔壁と接触して該隔壁や羽根車を摩耗させてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第２５４４８２５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたもので、羽根車とモータ固定子との間に配置される隔壁を熱による変形から防ぐことができるモータポンプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、複数の永久磁石が埋設された羽根車と、前記羽根車を収容するポンプケーシングと、複数の固定子コイルを有するモータ固定子と、前記モータ固定子を収容するモータケーシングと、前記羽根車を支持する動圧軸受とを備えたモータポンプであって、前記動圧軸受および前記モータ固定子は、前記羽根車の吸込側に配置され、前記モータケーシングは、前記羽根車と前記固定子コイルとの間に位置する側壁部と、放射状に延びる複数のリブとを有し、前記側壁部は前記複数のリブに固定されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の好ましい態様は、前記モータケーシングには、前記モータ固定子を収容する収容空間が形成されており、前記モータケーシングは、前記収容空間を形成する内側周壁を有する内枠部と、前記収容空間を形成する外側周壁を有する外枠部を有し、前記複数のリブは、前記内側周壁および前記外側周壁に固定されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記羽根車から吐出された液体を、前記羽根車と前記側壁部との隙間から前記羽根車の液体入口に戻す少なくとも１つの戻り流路を設けたことを特徴とする。
【００１１】
本発明の好ましい態様は、前記モータケーシングには金属から形成されたモータカバーが取り付けられており、前記モータカバーは前記モータ固定子に接触していることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、冷却液が流れる冷却室が前記モータカバーに取り付けられていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の好ましい態様は、前記羽根車の外周面と前記ポンプケーシングとの内周面との間に配置されたストレーナをさらに備えたことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ストレーナは、前記ポンプケーシングのボリュート室の壁面と前記羽根車の外周面とを滑らかに繋ぐ形状を有する湾曲部を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
上述した本発明によれば、モータケーシングの側壁部（隔壁に相当）が複数のリブにより補強されるので、熱による側壁部の変形を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係るモータポンプを示す断面図である。
【図２】図１に示すモータポンプを矢印Ａ方向から観た図である。
【図３】羽根車に埋設されている永久磁石を示す平面図である。
【図４】図４（ａ）はモータ固定子を示す平面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）に示すＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】図５（ａ）はモータケーシングの平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）に示すＣ−Ｃ線断面図であり、図５（ｃ）は図５（ｂ）に示すモータケーシングの一部を矢印Ｄで示す方向からみた図である。
【図６】戻り流路を示す断面図である。
【図７】戻り流路の他の例を示す断面図である。
【図８】図１に示すモータポンプに冷却室を設けた変形例を示す図である。
【図９】本発明の他の実施形態に係るモータポンプを示す断面図である。
【図１０】図９に示すストレーナの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るモータポンプを示す断面図であり、図２は図１に示すモータポンプを矢印Ａ方向から観た図である。このモータポンプは、複数の永久磁石５が埋設された羽根車１と、これらの永久磁石５に作用する磁力を発生するモータ固定子６と、羽根車１を収容するポンプケーシング２と、モータ固定子６を収容するモータケーシング３と、羽根車１のラジアル荷重およびスラスト荷重を支持する軸受１０とを備えている。モータ固定子６および軸受１０は、羽根車１の吸込側に配置されている。
【００１６】
ポンプケーシング２とモータケーシング３とは、図２に示す複数の連結ボルト８によって互いに固定されている。ポンプケーシング２とモータケーシング３との間にはシール部材としてのＯリング９が設けられている。羽根車１とモータケーシング３とは微小な隙間を介して対向しており、羽根車１は、モータ固定子６により発生する回転磁界が永久磁石５に作用することによって回転する。羽根車１とモータケーシング３との隙間は、互いに接触しない程度でできるだけ小さいことが好ましく、具体的には、０．５ｍｍ〜１ｍｍの範囲内で隙間を形成することが好ましい。
【００１７】
羽根車１は単一の軸受１０によって回転自在に支持されている。この軸受１０は液体の動圧を利用した滑り軸受（動圧軸受）である。この軸受１０は、互いに緩やかに係合する回転側軸受要素１１と固定側軸受要素１２の組み合わせから構成される。回転側軸受要素１１は、羽根車１に固定されており、羽根車１の液体入口を囲むように配置されている。固定側軸受要素１２はモータケーシング３に固定されており、回転側軸受要素１１の吸込側に配置されている。この固定側軸受要素１２は、羽根車１のラジアル荷重を支持するラジアル面１２ａと、羽根車１のスラスト荷重を支持するスラスト面１２ｂとを有している。ラジアル面１２ａは羽根車１の軸心と平行であり、スラスト面１２ｂは羽根車１の軸心に対して垂直である。
【００１８】
回転側軸受要素１１は環状の形状を有しており、回転側軸受要素１１の内周面が固定側軸受要素１２のラジアル面１２ａに対向し、回転側軸受要素１１の側面が固定側軸受要素１２のスラスト面１２ｂに対向している。回転側軸受要素１１の内周面とラジアル面１２ａとの間、および回転側軸受要素１１の側面とスラスト面１２ｂとの間には微小な隙間が形成されている。また、回転側軸受要素１１の内周面および側面には、動圧を発生させるための図示しないスパイラル溝が形成されている。
【００１９】
羽根車１から吐き出された液体の一部は、羽根車１とモータケーシング３との間の微小な隙間を通って軸受１０に導かれる。回転側軸受要素１１が羽根車１とともに回転すると、回転側軸受要素１１と固定側軸受要素１２との間に液体の動圧が発生し、これにより羽根車１が軸受１０によって非接触に支持される。固定側軸受要素１２は、直交するラジアル面１２ａおよびスラスト面１２ｂにより回転側軸受要素１１を支持しているので、羽根車１の傾動は軸受１０により規制される。軸受１０（回転側軸受要素１１および固定側軸受要素１２）は、セラミックまたはカーボンなどの耐摩耗性に優れた材料から形成されている。
【００２０】
モータケーシング３には、吸込口１５ａを有する吸込ポート１５が連結されている。この吸込ポート１５はフランジ形状を有しており、図示しない吸込ラインに接続される。吸込ポート１５、モータケーシング３、および軸受１０の中心部には、それぞれ液体流路１５ｂ，３ａ、１０ａが形成されている。これら液体流路１５ｂ，３ａ、１０ａは一列に連結され、吸込口１５ａから羽根車１の液体入口まで延びる１つの液体流路を構成する。ポンプケーシング２の側面には、吐出口１６ａを有する吐出ポート１６が設けられており、回転する羽根車１によって昇圧された液体は、吐出口１６ａを通って吐き出される。なお、本実施形態に係るモータポンプは、吸込口１５ａと吐出口１６ａが直交する、いわゆるエンドトップ型モータポンプである。
【００２１】
羽根車１は、滑りやすく、かつ摩耗しにくい非磁性材料から形成されている。例えば、テフロン（登録商標）やＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド）などの樹脂や、セラミックが好適に使用される。ポンプケーシング２およびモータケーシング３も羽根車１と同じ材料から形成することができる。なお、軸受１０の回転側軸受要素１１を省略し、羽根車１の一部にスパイラル溝を形成し、固定側軸受要素１２のラジアル面１２ａおよびスラスト面１０ｂで羽根車１を支持してもよい。
【００２２】
図３は羽根車１に埋設されている永久磁石５を示す平面図である。図３に示すように、複数の永久磁石５は環状に配列されており、Ｓ極とＮ極とが交互に配置されている。それぞれの永久磁石５は扇形の形状を有しており、本実施形態では、永久磁石５の数は８つ（すなわち８極）である。図１に示すように、羽根車１には複数の永久磁石５に隣接して環状のマグネットヨーク（磁性体）１９が埋設されている。永久磁石５はマグネットヨーク１９の吸込側に配置されている。永久磁石５とモータ固定子６とは互いに対向するように配置され、モータ固定子６は羽根車１の吸込側に配置されている。モータ固定子６はモータケーシング３内に配置されており、モータ固定子６が収容される収容空間はモータカバー２０によって塞がれている。
【００２３】
図４（ａ）はモータ固定子６を示す平面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）に示すＢ−Ｂ線断面図である。図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、モータ固定子６は、複数の歯６ａを有する固定子コア６Ａと、これらの歯６ａにそれぞれ巻回された固定子コイル６Ｂと、を有している。歯６ａおよび固定子コイル６Ｂは環状に配列されている。本実施形態では、６つの歯６ａにそれぞれ固定子コイル６Ｂが巻かれており、磁極数は６となっている。羽根車１およびモータ固定子６は、軸受１０および吸込口１５ａと同心状に配列されている。
【００２４】
固定子コイル６Ｂには、３本のリード線１７（図２参照）が接続されており、そのリード線１７の端子は図示しない駆動回路に接続される。この駆動回路は、スイッチング素子を用いて各固定子コイル６Ｂに供給する電流のタイミングを制御する機器である。より具体的には、駆動回路は、回転する永久磁石５の位置に基づいて各固定子コイル６Ｂに供給する電流のタイミングを制御する。永久磁石５の位置を検出する方法としては、ホール素子などの位置センサを用いる方法や、位置センサを用いずに固定子コイル６Ｂに発生する逆起電力を利用した方法などが挙げられる。本実施形態に係るモータポンプは、位置センサを用いたセンサ駆動方式または位置センサを用いないセンサレス駆動方式のいずれを採用してもよい。
【００２５】
上述した駆動回路は、永久磁石５の位置に基づいて固定子コイル６Ｂへの電流の通電を適宜切り替え、これによって永久磁石５、すなわち羽根車１が回転する。羽根車１が回転すると、液体は吸込口１５ａから羽根車１の液体入口に導入される。液体は羽根車１の回転によって昇圧され、吐出口１６ａから吐き出される。羽根車１が液体を移送している間、羽根車１の背面は昇圧された液体によって吸込側に（すなわち吸込口１５ａに向かって）押圧される。軸受１０は、羽根車１の吸込側に配置されているので、羽根車１のスラスト荷重を吸込側から支持する。本実施形態に係る構成によれば、１つの軸受１０により羽根車１のラジアル荷重およびスラスト荷重を非接触で支持することができるので、パーティクルを発生させることのないコンパクトなモータポンプを実現することができる。
【００２６】
図５（ａ）はモータケーシング３の平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）に示すＣ−Ｃ線断面図であり、図５（ｃ）は図５（ｂ）に示すモータケーシング３の一部を矢印Ｄで示す方向からみた図である。モータケーシング３は、外枠部３０と、内枠部３１と、外枠部３０および内枠部３１を連結する側壁部３２とを備えている。外枠部３０は、上述した連結ボルト８（図２参照）が挿入される複数の通孔３４が形成されている。内枠部３１は、略円筒形状を有しており、その中心部には液体が通過する液体流路３ａが形成されている。側壁部３２は、環状の形状を有しており、内枠部３１と外枠部３０とは側壁部３２によって連結されている。外枠部３０には外側周壁３０ａが形成され、内枠部３１には内側周壁３１ａが形成されている。そして、外側周壁３０ａと、内側周壁３１ａと、側壁部３２とにより、モータ固定子６が収容される環状の収容空間が形成されている。
【００２７】
モータケーシング３は、さらに、側壁部３２に固定される複数のリブ３６を備えている。これらのリブ３６は、側壁部３２を横切るように放射状に延びており、かつ周方向に等間隔に配列されている。リブ３６は、内側周壁３１ａおよび外側周壁３０ａに固定され、内枠部３１と外枠部３０とを連結している。側壁部３２の内側の表面は、放射状に延びるリブ３６に固定されており、これにより側壁部３２の機械的強度が補強されている。上述した収容空間は、リブ３６によって複数のセグメントに仕切られており、これらセグメント内にモータ固定子６の固定子コイル６Ｂがそれぞれ収容される。リブ３６の数は、本実施形態のように、固定子コイル６Ｂの数と同じであることが好ましい。この場合は、固定子コイル６Ｂの間に各リブ３６が挟まれる。
【００２８】
外枠部３０、内枠部３１、側壁部３２、およびリブ３６は、一体に形成されている。モータ固定子６の電気的絶縁を確保し、かつ渦電流の発生を防止する観点から、モータケーシング３は非金属材料から構成されている。モータケーシング３を構成する材料としては、樹脂が好ましく使用される。より具体的には、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）などの安価な樹脂が使用される。樹脂製のモータケーシング３は、固定子コイル６Ｂがモータケーシング３に接触しても該固定子コイル６Ｂの電気的絶縁が保たれ、地絡のおそれがないという利点がある。樹脂でモータケーシング３を形成する方法としては、射出成形が挙げられる。
【００２９】
モータケーシング３の側壁部３２は、図１に示すように、羽根車１の吸込側の側面に対向して配置される。すなわち、側壁部３２は、羽根車１と固定子コイル６Ｂとの間に位置しており、羽根車１とモータ固定子６とを仕切る隔壁として機能する。モータ固定子６が発生する回転磁界は、側壁部３２を通って羽根車１の永久磁石５に到達する。したがって、モータケーシング３の側壁部３２は、できるだけ薄いことが好ましい。例えば、モータケーシング３の側壁部３２は、数ｍｍの厚さとされる。
【００３０】
本実施形態に係るモータポンプは、幅広い範囲の温度（例えば、−４０℃〜２００℃）の液体を移送または循環する用途に使用される。モータポンプの運転中、モータケーシング３の側壁部３２は、モータ固定子６から発生した熱を受ける。これに加え、モータケーシング３の側壁部３２は、液体との接触によって加熱または冷却される。このような運転条件下でも、側壁部３２は複数のリブ３６により補強されているので、熱変形が起こりにくい。したがって、ポンプ運転中における羽根車１とモータケーシング３との接触を防止することができる。
【００３１】
さらに、各リブ３６は、側壁部３２に固定されるのみならず、内枠部３１および外枠部３０にも固定される。したがって、モータケーシング３全体の剛性を高めることができる。しかも、これらのリブ３６は、モータケーシング３の補強部材として機能するのみならず、隣接する固定子コイル６Ｂ間の電気的絶縁を確保する絶縁部材としても機能する。すなわち、固定子コイル６Ｂと同数のリブ３６を設けることにより、各リブ３６は固定子コイル６Ｂの間に挟まれることになり、リブ３６によって固定子コイル６Ｂ間の電気的絶縁が確保される。
【００３２】
図５（ｃ）に示すように、モータケーシング３の内枠部３１には、複数の（本実施形態では３本の）戻り流路３７が形成されている。これらの戻り流路３７は、内枠部３１の内周面に溝として形成されている。戻り流路３７は、リブ３６の径方向内側に設けることが好ましい。これは、リブ３６の端部には隅肉部（肉厚部）が設けられており、溝としての戻り流路３７を形成しつつ、モータケーシング３の強度を確保することができるからである。
【００３３】
図６は戻り流路３７を示す断面図である。図６に示すように、戻り流路３７は、羽根車１とモータケーシング３との間の隙間から、液体流路まで延びている。したがって、羽根車１によって昇圧された液体の一部は、羽根車１とモータケーシング３との隙間および戻り流路３７をこの順に通って羽根車１の液体入口に戻される。羽根車１とモータケーシング３との隙間を通過した液体の一部は、軸受１０の回転側軸受要素１１と固定側軸受要素１２との間に入り込み、羽根車１の支持に必要な動圧を発生させる。
【００３４】
戻り流路３７は、軸受１０に十分な液体を供給するために設けられている。軸受１０の回転側軸受要素１１と固定側軸受要素１２との間に液体が十分に存在しないと、軸受１０が焼きつくおそれがある。特に、モータ固定子６の発熱や流体摩擦により、羽根車１とモータケーシング３との隙間にある液体が沸騰すると、回転側軸受要素１１と固定側軸受要素１２との間の液体が枯渇してしまう。そこで、本実施形態では、戻り流路３７を設けることによって、羽根車１の吸込側側面とモータケーシング３との隙間に液体の流れが常に形成されるようにしている。この戻り流路３７を設けることによって、モータ固定子６からの熱による液体の蒸発が抑制され、軸受１０は羽根車１の支持に十分な動圧を発生させることができる。
【００３５】
なお、戻り流路３７の数が増えるに従って、ポンプ性能は低下するため、戻り流路３７の数はリブ３６の数と同じである必要はない。本実施形態では、６つのリブ３６に対して３つの戻り流路３７が設けられている。図６に示す戻り流路３７に代えて、図７に示すように、羽根車１の側面（吸込側の面）と軸受１０の回転側軸受要素１１との間に戻り流路３７を設けてもよい。この例においても、羽根車１によって昇圧された液体の一部は、羽根車１とモータケーシング３との隙間および戻り流路３７をこの順に通って羽根車１の液体入口に戻される。
【００３６】
図１に示すように、モータ固定子６は、モータケーシング３とモータカバー２０とによって挟まれている。モータカバー２０は、モータ固定子６の収容空間を塞ぐカバープレート２０ａと、カバープレート２０ａの表面からモータ固定子６に向かって突出する固定リング２０ｂとを備えている。これらのカバープレート２０ａと固定リング２０ｂとは一体に形成されている。カバープレート２０ａは、全体として円盤形状であり、その中央には吸込ポート１５が挿入される孔が形成されている。固定リング２０ｂはモータ固定子６の固定子コア６Ａに接触しており、モータ固定子６をモータケーシング３の側壁部３２に対して押圧する。このように、モータカバー２０は、モータ固定子６の収容空間の蓋として機能するのみならず、モータ固定子６の位置を固定する固定部材としても機能する。
【００３７】
モータカバー２０はステンレスなどの金属から構成されている。モータカバー２０を金属で構成する理由は次の通りである。モータ固定子６の固定子コイル６Ｂに電流を流すと、固定子コイル６Ｂが発熱する。熱の一部はモータケーシング３の側壁部３２を介して液体に伝達され、他の一部はモータケーシング３およびモータカバー２０を介して外気に放散される。しかしながら、モータケーシング３およびモータカバー２０のいずれもが樹脂から構成されていると、樹脂の熱伝導率が低いために、モータ固定子６で発生した熱を効率よく放散することが困難となる。
【００３８】
そこで、本実施形態のモータポンプでは、モータカバー２０を金属により構成し、モータ固定子６で発生した熱をモータカバー２０を介して効率よく外気に逃がすように構成されている。モータカバー２０の固定リング２０ｂはモータ固定子６に接触しているので、モータ固定子６の熱は、モータカバー２０に伝達され、さらにモータカバー２０から外気に放散される。なお、カバープレート２０ａと固定リング２０ｂとを別部材としてもよい。この場合も、カバープレート２０ａと固定リング２０ｂは、いずれも金属から形成される。
【００３９】
本実施形態に係るモータポンプでは、取り扱い液に接触する構成部材（以下、接液部材という）には金属は使用されていない。すなわち、接液部材である吸込ポート１５、ポンプケーシング２、モータケーシング３、軸受１０、羽根車１、吐出ポート１６には、すべて耐薬品性の高い樹脂またはセラミックが使用されている。好ましい樹脂の例としては、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）やＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）などのフッ素樹脂、またはＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）などが挙げられる。
【００４０】
上述したモータカバー２０の中央に形成された孔には吸込ポート１５が挿入されており、モータカバー２０と吸込ポート１５とは別の部材として構成されている。したがって、金属から形成されたモータカバー２０はポンプの取り扱い液には接触しない。このように、本実施形態に係るモータポンプは接液部材に金属を使用していないので、腐食性の高い薬液や、金属イオンの流出を避けなければならない超純水の移送に使用することができる。
【００４１】
モータ固定子６の冷却効率を向上させるために、図８に示すように、モータカバー２０に冷却室４０を設けてもよい。図８は、図１に示すモータポンプに冷却室４０を設けた変形例を示す図である。図８に示すように、冷却室４０は、モータカバー２０の外側の表面に取り付けられている。この冷却室４０は環状の形状を有しており、冷却液入口４０Ａと冷却液出口４０Ｂとを有している。冷却液（例えば冷却水）は、図示しない冷却液供給源から冷却液入口４０Ａを通じて冷却室４０に流入し、冷却室４０の内部を流れて冷却液出口４０Ｂから排出される。このような構成によれば、モータ固定子６で発生した熱は、金属製のモータカバー２０を通じて冷却液に伝達されるので、モータ固定子６の熱をモータポンプの外部に効率よく逃がすことができる。
【００４２】
図９は、本発明の他の実施形態に係るモータポンプを示す断面図である。なお、特に説明しない本実施形態の構成は図１に示すモータポンプの構成と同様である。
ポンプの取り扱い液中に配管の錆びやごみなどの異物が含まれていると、動圧軸受である軸受１０に異物が進入し、軸受１０を破損させるおそれがある。さらに、磁性体からなる異物が液体に含まれていると、これら異物が永久磁石５を内蔵した羽根車１の表面に堆積し、ついには堆積した異物がモータケーシング３の側壁部３２と接触して側壁部３２や羽根車１を摩耗させてしまう。
【００４３】
そこで、液体から異物を取り除くストレーナ５０が羽根車１の外周面とモータケーシング３の内周面との間に配置されている。このストレーナ５０は、メッシュが形成された金属プレートからなるフィルタである。メッシュのサイズは、１μｍ〜１００μｍであり、好ましくは１０μｍ〜２０μｍである。図１０は、図９に示すストレーナ５０の断面図である。ストレーナ５０は環状であり、より具体的には、軸方向の長さが短い円筒形状を有している。ストレーナ５０の先端は、径方向内側に折り曲げられて湾曲部５０ａを構成している。この湾曲部５０ａは、ポンプケーシング２のボリュート室２ａの壁面位置に合わせて形成されている。
【００４４】
羽根車１の外周面とポンプケーシング２の内周面との間には液体が通る隙間が形成されており、この隙間にストレーナ５０が挿入される。ストレーナ５０の外周面がポンプケーシング２の内周面に嵌合することで、ストレーナ５０の位置が固定される。ストレーナ５０の湾曲部５０ａは、羽根車１の外周面とポンプケーシング２の内周面との隙間を塞ぐように形成され、これにより、隙間を通過する液体から異物がストレーナ５０によって除去される。ストレーナ５０を通過した液体は、羽根車１とモータケーシング３の側壁部３２との隙間を通って軸受１０に導かれる。したがって、異物が軸受１０に進入することがなく、軸受１０の性能が維持される。このように、本実施形態によれば、羽根車１を支持する軸受（動圧軸受）１０に異物が進入することを防いで、軸受１０の性能を維持することができるモータポンプを提供することができる。
【００４５】
ストレーナ５０の湾曲部５０ａは湾曲した断面を有しており、ポンプケーシング２のボリュート室２ａの壁面に滑らかに接続される形状となっている。さらに、湾曲部５０ａの先端は、羽根車１の外周面に近接して配置される。すなわち、ストレーナ５０はボリュート室２ａの壁面から羽根車１の外周面まで延び、湾曲部５０ａの全体がボリュート室２ａの壁面と羽根車１の外周面とを滑らかに繋ぐ形状となっている。羽根車１から吐き出された液体の大部分は、遠心力によりボリュート室２ａおよびストレーナ５０に沿って周方向に高速で回転し、ストレーナ５０に一旦捕捉された異物は液体の流れによって洗い流され、吐出口１６ａから液体とともに排出される。したがって、ストレーナ５０のメッシュに異物が詰まりにくく、ストレーナ５０のメンテナンスが不要となる。さらに、上述した形状を有するストレーナ５０の湾曲部５０ａはボリュート室２ａの壁面の延長部を構成するので、ボリュート室２ａでの液体の乱流が抑制され、ポンプ性能が改善される。
【００４６】
図１乃至図１０を参照して説明したモータポンプは、吸込口と吐出口が直交する、いわゆるエンドトップ型モータポンプであるが、吸込口と吐出口と羽根車が直線上に並ぶインライン型モータポンプにも本発明は適用可能である。
【００４７】
上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。
【符号の説明】
【００４８】
１ 羽根車
２ ポンプケーシング
３ モータケーシング
５ 永久磁石
６ モータ固定子
１０ 軸受
１１ 回転側軸受要素
１２ 固定側軸受要素
１５ 吸込ポート
１５ 吐出ポート
２０ モータカバー
３０ 外枠部
３１ 内枠部
３２ 側壁部（隔壁）
３６ リブ
３７ 戻り流路
４０ 冷却室
５０ ストレーナ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石が埋設された羽根車を、モータ固定子が発生する磁界により回転させるモータポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石が埋設された羽根車を、モータ固定子が発生する磁界により回転させるモータポンプの従来例として、特許文献１に記載されているポンプが知られている。この特許文献１に記載のモータポンプは、永久磁石が埋設された羽根車と、羽根車に対向して配置されたモータ固定子とを有し、羽根車は１つの球面軸受により回転自在に支持されている。この球面軸受はいわゆる動圧軸受であり、羽根車を回転自在に支持しつつ、傾動自在に支持することが可能となっている。
【０００３】
上記モータ固定子は複数の固定子コイルを有しており、これら固定子コイルに三相電流を流すと回転磁界が発生する。この回転磁界は羽根車に埋設されている永久磁石に作用し、羽根車を回転駆動する。ポンプが取り扱う液体がモータ固定子に接触すると漏電してしまうため、モータ固定子と羽根車との間には薄い隔壁が設けられており、液体のモータ固定子への浸入が防止されている。
【０００４】
モータ固定子が発生する回転磁界は、上記隔壁を介して羽根車の永久磁石に作用する。この隔壁が金属から形成されていると、回転磁界の通過に伴って渦電流が隔壁に発生し、隔壁の発熱やモータ効率の低下を引き起こしてしまう。そこで、このような渦電流の発生を防ぐため、隔壁は、通常、樹脂から形成されている。樹脂製の隔壁は、固定子コイルが隔壁に接触しても該固定子コイルの電気的絶縁が保たれ、地絡のおそれがないという利点がある。
【０００５】
しかしながら、上述したように隔壁は薄く形成されているので、移送される液体が高温であったり、または隔壁の温度が激しく変化するような条件下でポンプが使用されると、熱膨張または収縮によって隔壁が変形してしまう。また、通電によりモータ固定子自体が発熱し、隔壁を熱膨張により変形させるおそれがある。通常、羽根車と隔壁との間の隙間は小さいため、隔壁が変形すると、回転する羽根車が隔壁に接触するおそれがある。
【０００６】
さらに、羽根車と隔壁との隙間に滞留している液体は、モータ固定子からの熱を受けて加熱され、運転条件によっては沸点に達して蒸発することがある。液体が蒸発すると、動圧軸受の潤滑が阻害され、軸受が故障してしまう。また、ポンプの取り扱い液中に配管の錆びやごみなどの異物が含まれていると、動圧軸受に異物が入り込み、動圧軸受を破損させるおそれがある。さらに、磁性体からなる異物が液体に含まれていると、これら異物が永久磁石を内蔵した羽根車の表面に堆積し、ついには堆積した異物が隔壁と接触して該隔壁や羽根車を摩耗させてしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第２５４４８２５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたもので、羽根車とモータ固定子との間に配置される隔壁を熱による変形から防ぐことができるモータポンプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した目的を達成するために、本発明の一態様は、複数の永久磁石が埋設された羽根車と、前記羽根車を収容するポンプケーシングと、複数の固定子コイルを有するモータ固定子と、前記モータ固定子を収容するモータケーシングと、前記羽根車を支持する動圧軸受とを備えたモータポンプであって、前記動圧軸受および前記モータ固定子は、前記羽根車の吸込側に配置され、前記モータケーシングは、前記羽根車と前記固定子コイルとの間に位置する側壁部と、放射状に延びる複数のリブとを有し、前記側壁部は前記複数のリブに固定されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の好ましい態様は、前記モータケーシングには、前記モータ固定子を収容する収容空間が形成されており、前記モータケーシングは、前記収容空間を形成する内側周壁を有する内枠部と、前記収容空間を形成する外側周壁を有する外枠部を有し、前記複数のリブは、前記内側周壁および前記外側周壁に固定されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記羽根車から吐出された液体を、前記羽根車と前記側壁部との隙間から前記羽根車の液体入口に戻す少なくとも１つの戻り流路を設けたことを特徴とする。
【００１１】
本発明の好ましい態様は、前記モータケーシングには金属から形成されたモータカバーが取り付けられており、前記モータカバーは前記モータ固定子に接触していることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、冷却液が流れる冷却室が前記モータカバーに取り付けられていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の好ましい態様は、前記羽根車の外周面と前記ポンプケーシングとの内周面との間に配置されたストレーナをさらに備えたことを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記ストレーナは、前記ポンプケーシングのボリュート室の壁面と前記羽根車の外周面とを滑らかに繋ぐ形状を有する湾曲部を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
上述した本発明によれば、モータケーシングの側壁部（隔壁に相当）が複数のリブにより補強されるので、熱による側壁部の変形を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係るモータポンプを示す断面図である。
【図２】図１に示すモータポンプを矢印Ａ方向から観た図である。
【図３】羽根車に埋設されている永久磁石を示す平面図である。
【図４】図４（ａ）はモータ固定子を示す平面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）に示すＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】図５（ａ）はモータケーシングの平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）に示すＣ−Ｃ線断面図であり、図５（ｃ）は図５（ｂ）に示すモータケーシングの一部を矢印Ｄで示す方向からみた図である。
【図６】戻り流路を示す断面図である。
【図７】戻り流路の他の例を示す断面図である。
【図８】図１に示すモータポンプに冷却室を設けた変形例を示す図である。
【図９】本発明の他の実施形態に係るモータポンプを示す断面図である。
【図１０】図９に示すストレーナの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るモータポンプを示す断面図であり、図２は図１に示すモータポンプを矢印Ａ方向から観た図である。このモータポンプは、複数の永久磁石５が埋設された羽根車１と、これらの永久磁石５に作用する磁力を発生するモータ固定子６と、羽根車１を収容するポンプケーシング２と、モータ固定子６を収容するモータケーシング３と、羽根車１のラジアル荷重およびスラスト荷重を支持する軸受１０とを備えている。モータ固定子６および軸受１０は、羽根車１の吸込側に配置されている。
【００１６】
ポンプケーシング２とモータケーシング３とは、図２に示す複数の連結ボルト８によって互いに固定されている。ポンプケーシング２とモータケーシング３との間にはシール部材としてのＯリング９が設けられている。羽根車１とモータケーシング３とは微小な隙間を介して対向しており、羽根車１は、モータ固定子６により発生する回転磁界が永久磁石５に作用することによって回転する。羽根車１とモータケーシング３との隙間は、互いに接触しない程度でできるだけ小さいことが好ましく、具体的には、０．５ｍｍ〜１ｍｍの範囲内で隙間を形成することが好ましい。
【００１７】
羽根車１は単一の軸受１０によって回転自在に支持されている。この軸受１０は液体の動圧を利用した滑り軸受（動圧軸受）である。この軸受１０は、互いに緩やかに係合する回転側軸受要素１１と固定側軸受要素１２の組み合わせから構成される。回転側軸受要素１１は、羽根車１に固定されており、羽根車１の液体入口を囲むように配置されている。固定側軸受要素１２はモータケーシング３に固定されており、回転側軸受要素１１の吸込側に配置されている。この固定側軸受要素１２は、羽根車１のラジアル荷重を支持するラジアル面１２ａと、羽根車１のスラスト荷重を支持するスラスト面１２ｂとを有している。ラジアル面１２ａは羽根車１の軸心と平行であり、スラスト面１２ｂは羽根車１の軸心に対して垂直である。
【００１８】
回転側軸受要素１１は環状の形状を有しており、回転側軸受要素１１の内周面が固定側軸受要素１２のラジアル面１２ａに対向し、回転側軸受要素１１の側面が固定側軸受要素１２のスラスト面１２ｂに対向している。回転側軸受要素１１の内周面とラジアル面１２ａとの間、および回転側軸受要素１１の側面とスラスト面１２ｂとの間には微小な隙間が形成されている。また、回転側軸受要素１１の内周面および側面には、動圧を発生させるための図示しないスパイラル溝が形成されている。
【００１９】
羽根車１から吐き出された液体の一部は、羽根車１とモータケーシング３との間の微小な隙間を通って軸受１０に導かれる。回転側軸受要素１１が羽根車１とともに回転すると、回転側軸受要素１１と固定側軸受要素１２との間に液体の動圧が発生し、これにより羽根車１が軸受１０によって非接触に支持される。固定側軸受要素１２は、直交するラジアル面１２ａおよびスラスト面１２ｂにより回転側軸受要素１１を支持しているので、羽根車１の傾動は軸受１０により規制される。軸受１０（回転側軸受要素１１および固定側軸受要素１２）は、セラミックまたはカーボンなどの耐摩耗性に優れた材料から形成されている。
【００２０】
モータケーシング３には、吸込口１５ａを有する吸込ポート１５が連結されている。この吸込ポート１５はフランジ形状を有しており、図示しない吸込ラインに接続される。吸込ポート１５、モータケーシング３、および軸受１０の中心部には、それぞれ液体流路１５ｂ，３ａ、１０ａが形成されている。これら液体流路１５ｂ，３ａ、１０ａは一列に連結され、吸込口１５ａから羽根車１の液体入口まで延びる１つの液体流路を構成する。ポンプケーシング２の側面には、吐出口１６ａを有する吐出ポート１６が設けられており、回転する羽根車１によって昇圧された液体は、吐出口１６ａを通って吐き出される。なお、本実施形態に係るモータポンプは、吸込口１５ａと吐出口１６ａが直交する、いわゆるエンドトップ型モータポンプである。
【００２１】
羽根車１は、滑りやすく、かつ摩耗しにくい非磁性材料から形成されている。例えば、テフロン（登録商標）やＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド）などの樹脂や、セラミックが好適に使用される。ポンプケーシング２およびモータケーシング３も羽根車１と同じ材料から形成することができる。なお、軸受１０の回転側軸受要素１１を省略し、羽根車１の一部にスパイラル溝を形成し、固定側軸受要素１２のラジアル面１２ａおよびスラスト面１０ｂで羽根車１を支持してもよい。
【００２２】
図３は羽根車１に埋設されている永久磁石５を示す平面図である。図３に示すように、複数の永久磁石５は環状に配列されており、Ｓ極とＮ極とが交互に配置されている。それぞれの永久磁石５は扇形の形状を有しており、本実施形態では、永久磁石５の数は８つ（すなわち８極）である。図１に示すように、羽根車１には複数の永久磁石５に隣接して環状のマグネットヨーク（磁性体）１９が埋設されている。永久磁石５はマグネットヨーク１９の吸込側に配置されている。永久磁石５とモータ固定子６とは互いに対向するように配置され、モータ固定子６は羽根車１の吸込側に配置されている。モータ固定子６はモータケーシング３内に配置されており、モータ固定子６が収容される収容空間はモータカバー２０によって塞がれている。
【００２３】
図４（ａ）はモータ固定子６を示す平面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）に示すＢ−Ｂ線断面図である。図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、モータ固定子６は、複数の歯６ａを有する固定子コア６Ａと、これらの歯６ａにそれぞれ巻回された固定子コイル６Ｂと、を有している。歯６ａおよび固定子コイル６Ｂは環状に配列されている。本実施形態では、６つの歯６ａにそれぞれ固定子コイル６Ｂが巻かれており、磁極数は６となっている。羽根車１およびモータ固定子６は、軸受１０および吸込口１５ａと同心状に配列されている。
【００２４】
固定子コイル６Ｂには、３本のリード線１７（図２参照）が接続されており、そのリード線１７の端子は図示しない駆動回路に接続される。この駆動回路は、スイッチング素子を用いて各固定子コイル６Ｂに供給する電流のタイミングを制御する機器である。より具体的には、駆動回路は、回転する永久磁石５の位置に基づいて各固定子コイル６Ｂに供給する電流のタイミングを制御する。永久磁石５の位置を検出する方法としては、ホール素子などの位置センサを用いる方法や、位置センサを用いずに固定子コイル６Ｂに発生する逆起電力を利用した方法などが挙げられる。本実施形態に係るモータポンプは、位置センサを用いたセンサ駆動方式または位置センサを用いないセンサレス駆動方式のいずれを採用してもよい。
【００２５】
上述した駆動回路は、永久磁石５の位置に基づいて固定子コイル６Ｂへの電流の通電を適宜切り替え、これによって永久磁石５、すなわち羽根車１が回転する。羽根車１が回転すると、液体は吸込口１５ａから羽根車１の液体入口に導入される。液体は羽根車１の回転によって昇圧され、吐出口１６ａから吐き出される。羽根車１が液体を移送している間、羽根車１の背面は昇圧された液体によって吸込側に（すなわち吸込口１５ａに向かって）押圧される。軸受１０は、羽根車１の吸込側に配置されているので、羽根車１のスラスト荷重を吸込側から支持する。本実施形態に係る構成によれば、１つの軸受１０により羽根車１のラジアル荷重およびスラスト荷重を非接触で支持することができるので、パーティクルを発生させることのないコンパクトなモータポンプを実現することができる。
【００２６】
図５（ａ）はモータケーシング３の平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）に示すＣ−Ｃ線断面図であり、図５（ｃ）は図５（ｂ）に示すモータケーシング３の一部を矢印Ｄで示す方向からみた図である。モータケーシング３は、外枠部３０と、内枠部３１と、外枠部３０および内枠部３１を連結する側壁部３２とを備えている。外枠部３０は、上述した連結ボルト８（図２参照）が挿入される複数の通孔３４が形成されている。内枠部３１は、略円筒形状を有しており、その中心部には液体が通過する液体流路３ａが形成されている。側壁部３２は、環状の形状を有しており、内枠部３１と外枠部３０とは側壁部３２によって連結されている。外枠部３０には外側周壁３０ａが形成され、内枠部３１には内側周壁３１ａが形成されている。そして、外側周壁３０ａと、内側周壁３１ａと、側壁部３２とにより、モータ固定子６が収容される環状の収容空間が形成されている。
【００２７】
モータケーシング３は、さらに、側壁部３２に固定される複数のリブ３６を備えている。これらのリブ３６は、側壁部３２を横切るように放射状に延びており、かつ周方向に等間隔に配列されている。リブ３６は、内側周壁３１ａおよび外側周壁３０ａに固定され、内枠部３１と外枠部３０とを連結している。側壁部３２の内側の表面は、放射状に延びるリブ３６に固定されており、これにより側壁部３２の機械的強度が補強されている。上述した収容空間は、リブ３６によって複数のセグメントに仕切られており、これらセグメント内にモータ固定子６の固定子コイル６Ｂがそれぞれ収容される。リブ３６の数は、本実施形態のように、固定子コイル６Ｂの数と同じであることが好ましい。この場合は、固定子コイル６Ｂの間に各リブ３６が挟まれる。
【００２８】
外枠部３０、内枠部３１、側壁部３２、およびリブ３６は、一体に形成されている。モータ固定子６の電気的絶縁を確保し、かつ渦電流の発生を防止する観点から、モータケーシング３は非金属材料から構成されている。モータケーシング３を構成する材料としては、樹脂が好ましく使用される。より具体的には、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド）、ＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）などの安価な樹脂が使用される。樹脂製のモータケーシング３は、固定子コイル６Ｂがモータケーシング３に接触しても該固定子コイル６Ｂの電気的絶縁が保たれ、地絡のおそれがないという利点がある。樹脂でモータケーシング３を形成する方法としては、射出成形が挙げられる。
【００２９】
モータケーシング３の側壁部３２は、図１に示すように、羽根車１の吸込側の側面に対向して配置される。すなわち、側壁部３２は、羽根車１と固定子コイル６Ｂとの間に位置しており、羽根車１とモータ固定子６とを仕切る隔壁として機能する。モータ固定子６が発生する回転磁界は、側壁部３２を通って羽根車１の永久磁石５に到達する。したがって、モータケーシング３の側壁部３２は、できるだけ薄いことが好ましい。例えば、モータケーシング３の側壁部３２は、数ｍｍの厚さとされる。
【００３０】
本実施形態に係るモータポンプは、幅広い範囲の温度（例えば、−４０℃〜２００℃）の液体を移送または循環する用途に使用される。モータポンプの運転中、モータケーシング３の側壁部３２は、モータ固定子６から発生した熱を受ける。これに加え、モータケーシング３の側壁部３２は、液体との接触によって加熱または冷却される。このような運転条件下でも、側壁部３２は複数のリブ３６により補強されているので、熱変形が起こりにくい。したがって、ポンプ運転中における羽根車１とモータケーシング３との接触を防止することができる。
【００３１】
さらに、各リブ３６は、側壁部３２に固定されるのみならず、内枠部３１および外枠部３０にも固定される。したがって、モータケーシング３全体の剛性を高めることができる。しかも、これらのリブ３６は、モータケーシング３の補強部材として機能するのみならず、隣接する固定子コイル６Ｂ間の電気的絶縁を確保する絶縁部材としても機能する。すなわち、固定子コイル６Ｂと同数のリブ３６を設けることにより、各リブ３６は固定子コイル６Ｂの間に挟まれることになり、リブ３６によって固定子コイル６Ｂ間の電気的絶縁が確保される。
【００３２】
図５（ｃ）に示すように、モータケーシング３の内枠部３１には、複数の（本実施形態では３本の）戻り流路３７が形成されている。これらの戻り流路３７は、内枠部３１の内周面に溝として形成されている。戻り流路３７は、リブ３６の径方向内側に設けることが好ましい。これは、リブ３６の端部には隅肉部（肉厚部）が設けられており、溝としての戻り流路３７を形成しつつ、モータケーシング３の強度を確保することができるからである。
【００３３】
図６は戻り流路３７を示す断面図である。図６に示すように、戻り流路３７は、羽根車１とモータケーシング３との間の隙間から、液体流路まで延びている。したがって、羽根車１によって昇圧された液体の一部は、羽根車１とモータケーシング３との隙間および戻り流路３７をこの順に通って羽根車１の液体入口に戻される。羽根車１とモータケーシング３との隙間を通過した液体の一部は、軸受１０の回転側軸受要素１１と固定側軸受要素１２との間に入り込み、羽根車１の支持に必要な動圧を発生させる。
【００３４】
戻り流路３７は、軸受１０に十分な液体を供給するために設けられている。軸受１０の回転側軸受要素１１と固定側軸受要素１２との間に液体が十分に存在しないと、軸受１０が焼きつくおそれがある。特に、モータ固定子６の発熱や流体摩擦により、羽根車１とモータケーシング３との隙間にある液体が沸騰すると、回転側軸受要素１１と固定側軸受要素１２との間の液体が枯渇してしまう。そこで、本実施形態では、戻り流路３７を設けることによって、羽根車１の吸込側側面とモータケーシング３との隙間に液体の流れが常に形成されるようにしている。この戻り流路３７を設けることによって、モータ固定子６からの熱による液体の蒸発が抑制され、軸受１０は羽根車１の支持に十分な動圧を発生させることができる。
【００３５】
なお、戻り流路３７の数が増えるに従って、ポンプ性能は低下するため、戻り流路３７の数はリブ３６の数と同じである必要はない。本実施形態では、６つのリブ３６に対して３つの戻り流路３７が設けられている。図６に示す戻り流路３７に代えて、図７に示すように、羽根車１の側面（吸込側の面）と軸受１０の回転側軸受要素１１との間に戻り流路３７を設けてもよい。この例においても、羽根車１によって昇圧された液体の一部は、羽根車１とモータケーシング３との隙間および戻り流路３７をこの順に通って羽根車１の液体入口に戻される。
【００３６】
図１に示すように、モータ固定子６は、モータケーシング３とモータカバー２０とによって挟まれている。モータカバー２０は、モータ固定子６の収容空間を塞ぐカバープレート２０ａと、カバープレート２０ａの表面からモータ固定子６に向かって突出する固定リング２０ｂとを備えている。これらのカバープレート２０ａと固定リング２０ｂとは一体に形成されている。カバープレート２０ａは、全体として円盤形状であり、その中央には吸込ポート１５が挿入される孔が形成されている。固定リング２０ｂはモータ固定子６の固定子コア６Ａに接触しており、モータ固定子６をモータケーシング３の側壁部３２に対して押圧する。このように、モータカバー２０は、モータ固定子６の収容空間の蓋として機能するのみならず、モータ固定子６の位置を固定する固定部材としても機能する。
【００３７】
モータカバー２０はステンレスなどの金属から構成されている。モータカバー２０を金属で構成する理由は次の通りである。モータ固定子６の固定子コイル６Ｂに電流を流すと、固定子コイル６Ｂが発熱する。熱の一部はモータケーシング３の側壁部３２を介して液体に伝達され、他の一部はモータケーシング３およびモータカバー２０を介して外気に放散される。しかしながら、モータケーシング３およびモータカバー２０のいずれもが樹脂から構成されていると、樹脂の熱伝導率が低いために、モータ固定子６で発生した熱を効率よく放散することが困難となる。
【００３８】
そこで、本実施形態のモータポンプでは、モータカバー２０を金属により構成し、モータ固定子６で発生した熱をモータカバー２０を介して効率よく外気に逃がすように構成されている。モータカバー２０の固定リング２０ｂはモータ固定子６に接触しているので、モータ固定子６の熱は、モータカバー２０に伝達され、さらにモータカバー２０から外気に放散される。なお、カバープレート２０ａと固定リング２０ｂとを別部材としてもよい。この場合も、カバープレート２０ａと固定リング２０ｂは、いずれも金属から形成される。
【００３９】
本実施形態に係るモータポンプでは、取り扱い液に接触する構成部材（以下、接液部材という）には金属は使用されていない。すなわち、接液部材である吸込ポート１５、ポンプケーシング２、モータケーシング３、軸受１０、羽根車１、吐出ポート１６には、すべて耐薬品性の高い樹脂またはセラミックが使用されている。好ましい樹脂の例としては、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）やＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）などのフッ素樹脂、またはＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）などが挙げられる。
【００４０】
上述したモータカバー２０の中央に形成された孔には吸込ポート１５が挿入されており、モータカバー２０と吸込ポート１５とは別の部材として構成されている。したがって、金属から形成されたモータカバー２０はポンプの取り扱い液には接触しない。このように、本実施形態に係るモータポンプは接液部材に金属を使用していないので、腐食性の高い薬液や、金属イオンの流出を避けなければならない超純水の移送に使用することができる。
【００４１】
モータ固定子６の冷却効率を向上させるために、図８に示すように、モータカバー２０に冷却室４０を設けてもよい。図８は、図１に示すモータポンプに冷却室４０を設けた変形例を示す図である。図８に示すように、冷却室４０は、モータカバー２０の外側の表面に取り付けられている。この冷却室４０は環状の形状を有しており、冷却液入口４０Ａと冷却液出口４０Ｂとを有している。冷却液（例えば冷却水）は、図示しない冷却液供給源から冷却液入口４０Ａを通じて冷却室４０に流入し、冷却室４０の内部を流れて冷却液出口４０Ｂから排出される。このような構成によれば、モータ固定子６で発生した熱は、金属製のモータカバー２０を通じて冷却液に伝達されるので、モータ固定子６の熱をモータポンプの外部に効率よく逃がすことができる。
【００４２】
図９は、本発明の他の実施形態に係るモータポンプを示す断面図である。なお、特に説明しない本実施形態の構成は図１に示すモータポンプの構成と同様である。
ポンプの取り扱い液中に配管の錆びやごみなどの異物が含まれていると、動圧軸受である軸受１０に異物が進入し、軸受１０を破損させるおそれがある。さらに、磁性体からなる異物が液体に含まれていると、これら異物が永久磁石５を内蔵した羽根車１の表面に堆積し、ついには堆積した異物がモータケーシング３の側壁部３２と接触して側壁部３２や羽根車１を摩耗させてしまう。
【００４３】
そこで、液体から異物を取り除くストレーナ５０が羽根車１の外周面とモータケーシング３の内周面との間に配置されている。このストレーナ５０は、メッシュが形成された金属プレートからなるフィルタである。メッシュのサイズは、１μｍ〜１００μｍであり、好ましくは１０μｍ〜２０μｍである。図１０は、図９に示すストレーナ５０の断面図である。ストレーナ５０は環状であり、より具体的には、軸方向の長さが短い円筒形状を有している。ストレーナ５０の先端は、径方向内側に折り曲げられて湾曲部５０ａを構成している。この湾曲部５０ａは、ポンプケーシング２のボリュート室２ａの壁面位置に合わせて形成されている。
【００４４】
羽根車１の外周面とポンプケーシング２の内周面との間には液体が通る隙間が形成されており、この隙間にストレーナ５０が挿入される。ストレーナ５０の外周面がポンプケーシング２の内周面に嵌合することで、ストレーナ５０の位置が固定される。ストレーナ５０の湾曲部５０ａは、羽根車１の外周面とポンプケーシング２の内周面との隙間を塞ぐように形成され、これにより、隙間を通過する液体から異物がストレーナ５０によって除去される。ストレーナ５０を通過した液体は、羽根車１とモータケーシング３の側壁部３２との隙間を通って軸受１０に導かれる。したがって、異物が軸受１０に進入することがなく、軸受１０の性能が維持される。このように、本実施形態によれば、羽根車１を支持する軸受（動圧軸受）１０に異物が進入することを防いで、軸受１０の性能を維持することができるモータポンプを提供することができる。
【００４５】
ストレーナ５０の湾曲部５０ａは湾曲した断面を有しており、ポンプケーシング２のボリュート室２ａの壁面に滑らかに接続される形状となっている。さらに、湾曲部５０ａの先端は、羽根車１の外周面に近接して配置される。すなわち、ストレーナ５０はボリュート室２ａの壁面から羽根車１の外周面まで延び、湾曲部５０ａの全体がボリュート室２ａの壁面と羽根車１の外周面とを滑らかに繋ぐ形状となっている。羽根車１から吐き出された液体の大部分は、遠心力によりボリュート室２ａおよびストレーナ５０に沿って周方向に高速で回転し、ストレーナ５０に一旦捕捉された異物は液体の流れによって洗い流され、吐出口１６ａから液体とともに排出される。したがって、ストレーナ５０のメッシュに異物が詰まりにくく、ストレーナ５０のメンテナンスが不要となる。さらに、上述した形状を有するストレーナ５０の湾曲部５０ａはボリュート室２ａの壁面の延長部を構成するので、ボリュート室２ａでの液体の乱流が抑制され、ポンプ性能が改善される。
【００４６】
図１乃至図１０を参照して説明したモータポンプは、吸込口と吐出口が直交する、いわゆるエンドトップ型モータポンプであるが、吸込口と吐出口と羽根車が直線上に並ぶインライン型モータポンプにも本発明は適用可能である。
【００４７】
上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうることである。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。
【符号の説明】
【００４８】
１ 羽根車
２ ポンプケーシング
３ モータケーシング
５ 永久磁石
６ モータ固定子
１０ 軸受
１１ 回転側軸受要素
１２ 固定側軸受要素
１５ 吸込ポート
１５ 吐出ポート
２０ モータカバー
３０ 外枠部
３１ 内枠部
３２ 側壁部（隔壁）
３６ リブ
３７ 戻り流路
４０ 冷却室
５０ ストレーナ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の永久磁石が埋設された羽根車と、
前記羽根車を収容するポンプケーシングと、
複数の固定子コイルを有するモータ固定子と、
前記モータ固定子を収容するモータケーシングと、
前記羽根車を支持する動圧軸受とを備えたモータポンプであって、
前記動圧軸受および前記モータ固定子は、前記羽根車の吸込側に配置され、
前記モータケーシングは、前記羽根車と前記固定子コイルとの間に位置する側壁部と、放射状に延びる複数のリブとを有し、前記側壁部は前記複数のリブに固定されていることを特徴とするモータポンプ。
【請求項２】
前記モータケーシングには、前記モータ固定子を収容する収容空間が形成されており、
前記モータケーシングは、前記収容空間を形成する内側周壁を有する内枠部と、前記収容空間を形成する外側周壁を有する外枠部を有し、
前記複数のリブは、前記内側周壁および前記外側周壁に固定されていることを特徴とする請求項１に記載のモータポンプ。
【請求項３】
前記羽根車から吐出された液体を、前記羽根車と前記側壁部との隙間から前記羽根車の液体入口に戻す少なくとも１つの戻り流路を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載のモータポンプ。
【請求項４】
前記モータケーシングには金属から形成されたモータカバーが取り付けられており、前記モータカバーは前記モータ固定子に接触していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のモータポンプ。
【請求項５】
冷却液が流れる冷却室が前記モータカバーに取り付けられていることを特徴とする請求項４に記載のモータポンプ。
【請求項６】
前記羽根車の外周面と前記ポンプケーシングとの内周面との間に配置されたストレーナをさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のモータポンプ。
【請求項７】
前記ストレーナは、前記ポンプケーシングのボリュート室の壁面と前記羽根車の外周面とを滑らかに繋ぐ形状を有する湾曲部を有することを特徴とする請求項６に記載のモータポンプ。
【請求項１】
複数の永久磁石が埋設された羽根車と、
前記羽根車を収容するポンプケーシングと、
複数の固定子コイルを有するモータ固定子と、
前記モータ固定子を収容するモータケーシングと、
前記羽根車を支持する動圧軸受とを備えたモータポンプであって、
前記動圧軸受および前記モータ固定子は、前記羽根車の吸込側に配置され、
前記モータケーシングは、前記羽根車と前記固定子コイルとの間に位置する側壁部と、放射状に延びる複数のリブとを有し、前記側壁部は前記複数のリブに固定されていることを特徴とするモータポンプ。
【請求項２】
前記モータケーシングには、前記モータ固定子を収容する収容空間が形成されており、
前記モータケーシングは、前記収容空間を形成する内側周壁を有する内枠部と、前記収容空間を形成する外側周壁を有する外枠部を有し、
前記複数のリブは、前記内側周壁および前記外側周壁に固定されていることを特徴とする請求項１に記載のモータポンプ。
【請求項３】
前記羽根車から吐出された液体を、前記羽根車と前記側壁部との隙間から前記羽根車の液体入口に戻す少なくとも１つの戻り流路を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載のモータポンプ。
【請求項４】
前記モータケーシングには金属から形成されたモータカバーが取り付けられており、前記モータカバーは前記モータ固定子に接触していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のモータポンプ。
【請求項５】
冷却液が流れる冷却室が前記モータカバーに取り付けられていることを特徴とする請求項４に記載のモータポンプ。
【請求項６】
前記羽根車の外周面と前記ポンプケーシングとの内周面との間に配置されたストレーナをさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載のモータポンプ。
【請求項７】
前記ストレーナは、前記ポンプケーシングのボリュート室の壁面と前記羽根車の外周面とを滑らかに繋ぐ形状を有する湾曲部を有することを特徴とする請求項６に記載のモータポンプ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−１０６３２３（Ｐ２０１１−１０６３２３Ａ）
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２６１５２５（Ｐ２００９−２６１５２５）
【出願日】平成２１年１１月１７日（２００９．１１．１７）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月１７日（２００９．１１．１７）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
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