JP2010242521A - ポンプ - Google Patents

Abstract

【課題】内部構造や生産工程の複雑化及び本体サイズの大型化を抑えて、ポンプ寿命を判定することができるポンプを提供する。
【解決手段】本発明のポンプ１は、マグネット３１を備えたロータ３と、ロータ３の回転軸１２の軸方向の一端に固定された羽根車５と、コイルの巻かれたティースを備えたステータ２と、ステータ２の通電制御を行う制御部４１を備えた回路部４と、を有している。そして、上記ロータ３の磁力を検知する磁力検知部６を上記ロータ３の回転軸１２の軸方向におけるマグネット３１の端部の側方に設けると共に、上記回路部４に上記磁力検知部６の検知情報からポンプ寿命に達しているか否かを判定する判定部４３を設けた。これにより、簡素な構造で容易にポンプ寿命の判定を行えるため、生産工程及び内部構造の複雑化と、サイズの大型化を抑制することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ポンプ、殊にポンプに備えた回転部位の磨耗に伴うポンプ寿命の検知に関するものである。

従来のポンプ１は、例えば図１０に示すように、ロータ３の回転に伴い液体や気体を吸排する羽根車５と、コイルを巻いたティースを備えたステータ２と、電子部品を備えた回路部４と、を有したものであった。

そして、上記ロータ３は回転中心である回転軸１２の軸周りに軸受１３を介して回転すると共に、ロータ３の回転時には羽根車５の回転により上記回転軸１２の軸方向に沿って推力が生じ、生じた推力がロータ３や軸受１３等にかかっていた。

そのため、上記推力に付勢された軸受１３と軸受１３を位置保持する受板１５とが摺動して軸受１３の受板１５との接触部位に磨耗を生じていた。

そして、上記磨耗が進行すると、ロータ３の振れ回りが増大して回転が不安定になり、ポンプ性能が低下すると共に、ロータ３がステータ２やポンプ１のケーシング１１等に接触して破損する等の不具合を生じるものであった。

そこで、ポンプが上記ポンプ性能の低下や不具合が生じた状態で使用されることを防止するため、回転部品の磨耗を検知してポンプ寿命を判定することが求められていた。

上記ポンプ寿命の判定するものとして、例えば、特許文献１に示すように、ターボ翼で吸排する気体がガス圧縮室からシール機構を介して漏洩する流量の変化からポンプ寿命を判定するガス圧縮機があった。

これは、転がり軸受のベアリング等の磨耗によるガタの増大に伴いシャフトの振れ回りが増すことで、シャフトに設けたシール機構の隙間が広がり、ガス圧縮室からシール機構を介して漏洩するガスの流量が増すことを利用したものである。

そして、漏洩するガスの流量を流量センサで検出し、検出した漏洩量が増大して所定以上となると転がり軸受の寿命が近づいていると判断するものであった。

また、特許文献２に示すように、ポンプケースのケースドレインの流量あるいは流量の変化率から部品の磨耗を検知し、検知された磨耗が所定レベルを越えるとポンプ寿命と判断するものがあった。

これは、ポンプにより吸排される流体の流量を流量センサで測定し、測定した流量をプロセッサが所定の定数と比較し、所定の定数を越えているとポンプ寿命と判断するものであった。

なお、前述した従来例の図１０中における符号１６はステータ２をロータ３及び流体から隔離する円筒形状の分離板である。そして、分離板１６にステータ２及び回路部４がモールド成形によって固定されている。また、回転軸１２の両端付近に夫々位置する符号１４は回転軸１２の軸方向の各端をケーシング１１あるいは分離板１６に固定保持する軸固定部である。

特開平１１−３５１１８５号公報 特開平７−２８０６８８号公報

しかし、特許文献１及び特許文献２のいずれも、流量からポンプ寿命を判定するため、流量センサとプロセッサだけでは精度が低く、精度の良い判定を行うには、圧力センサ、温度センサ等の多数の部品を備える必要があった。

つまり、従来技術ではポンプ寿命を精度良く判定するために、内蔵部品の増加及び配線等の構造の複雑化をまねいており、ポンプが大型化すると共に、生産工程及び生産コストが増大するという問題があった。

そこで、本発明は上記事情に鑑みて発明したものであり、判定精度を低下させることなく、内部構造の複雑化やポンプの大型化及び生産コストの増加を抑えて、ポンプ寿命を判定できるポンプを提供することを課題とした。

上記課題を解決するために、本発明のポンプ１は、マグネット３１を備えたロータ３と、ロータ３の回転軸１２の軸方向の一端に固定された羽根車５と、コイルの巻かれたティースを備えたステータ２と、ステータ２の通電制御を行う制御部４１を備えた回路部４と、を有している。そして、ロータ３の磁力を検知する磁力検知部６をロータ３の回転軸１２の軸方向におけるマグネット３１の端部の側方に設けると共に、回路部４に磁力検知部６の検知情報からポンプ寿命に達しているか否かを判定する判定部４３を設けたことを特徴としている。

このような構成としたことで、磁力検知部６の検知した磁力の変化からロータ３の軸受１３等の回転部分の磨耗状況によるポンプ寿命の判定を判定部４３が行えるため、ポンプ寿命を判定するための用いる検知部の数及びその種類を抑えることができる。

また、請求項２に係る発明は、磁力検知部６をロータ３に羽根車５が固定された側と反対に位置する端部の側方に設けたものであることを特徴としている。

また、請求項３に係る発明は、ロータ３の磁極位置を検知してロータ３の回転制御を行うための回転検知部７を磁力検知部６とステータ２との回転軸１２の軸方向に沿った間に配置したものであることを特徴としている。

また、請求項４に係る発明は、磁力検知部６がロータ３の磁極位置を検知する回転検知部７を兼ねたものであることを特徴としている。

また、請求項５に係る発明は、判定部４３がポンプ寿命と判定すると、回路部４がステータ２への通電を停止する制御を行うものであることを特徴としている。

上記のように、本発明のポンプは磁力検知部により回転部分の磨耗に伴うポンプ寿命の判定を行えるため、判定部がポンプ寿命を判定するための検知部の数及び種類を低減でき、ポンプの内部構造の大型化を抑制することができるものとなっている。そして、上記ポンプ寿命を判定するための検知部が一種類であるため、内部構造の複雑化及び生産工程の多様化による複雑化を防止でき、生産時間の増加を抑えられ、生産コストを低減することができる。

また、磁力検知部をロータに羽根車が固定された側と反対に位置する端部の側方に設けたことで、回転時で生じる推力がロータを羽根車側に向けて引っ張るものによる回転部分の磨耗状況の検知に対応でき好ましい。

また、磁力検知部よりステータ側に回転検知部を設けたことで、回転部分が磨耗しても、ポンプ寿命と判定されるまでは回転検知部が磁極位置を安定して検知することができ好ましい。

また、磁力検知部が回転検知部を兼ねたことで、内部構造をより簡素にすることができると共に、生産コストをより低減することができ好ましい。

また、ポンプ寿命と判定された際に回路部がステータへの通電を停止することで、ポンプ寿命時にロータが回転しないため、寿命となったポンプの使用による事故を防止でき、ポンプの安全性を向上することができ好ましい。

本発明の実施形態１のポンプの初期状態の説明図である。 同上のポンプ寿命と判定される軸受が磨耗した状態の説明図である。 同上のポンプの回路部及び検知部に関するブロック図である。 同上のポンプ寿命の判定処理のフロー図である。 実施形態２のポンプの初期状態の説明図である。 同上のポンプ寿命と判定される軸受が磨耗した状態の説明図である。 同上のポンプの回路部及び検知部に関するブロック図である。 実施形態３のポンプの回路部及び検知部に関するブロック図である。 同上のポンプ寿命の判定処理のフロー図である。 従来例のポンプの説明図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態について説明する。なお、前述の図１０を用いた従来例で説明した内容と同一の構成には同じ符号を付加して説明は省略し、従来例で説明を行わなかった構成や差異点である本実施例の特徴を以下に述べる。

本発明の実施形態１のポンプ１は、図１−４に示すように、分離板１６の円筒内周側にロータ３が配置されており、円筒外周側にステータ２が配置されている。

そして、ロータ３のマグネット３１の外周部３２と、ステータ２のティースの内周部とが分離板１６を挟んでラジアル方向に沿って向き合ったものとなっている。

また、上記ロータ３により回転する羽根車５は上記分離板１６より軸方向に向かって外方に位置しており、回転により羽根車５に生じる推力は軸方向に沿ってロータ３を羽根車５側に引き寄せる向きでかかるものとなっている。

つまり、ロータ３の回転に伴い羽根車５が回転すると、生じた推力に付勢されてロータ３及び羽根車５が回転軸１２の軸方向に沿って羽根車５側の外方に向かって引き寄せられる。

そして、前述の受板１５のうち、軸受１３より羽根車５側に配置された受板１５と軸受１３の羽根車５側の端部とが摺動して、軸受１３の受板１５に接触した端部に磨耗を生じるものとなっている。

また、上記分離板１６の羽根車５と反対に位置する側は底部１７となっており、上記底部１７より軸方向に沿った外方に上記回路部４が底部１７に対向して配置されている。

そして、上記回路部４の上記対向面には、ステータ２と、ロータ３の回転を検知する回転検知部７と、上記磨耗に伴うロータ３の位置ずれを検知する磁力検知部６と、が電気的に接続されている。

更に、回路部４の対向面の裏面側には、ステータ２の通電制御を行う制御部４１と、外部に露出して回路部４と外部を電気的に接続する外部コネクタ４４と、が配設されている。

詳しくは、上記回路部４からステータ２に向けて突設されたホルダー４５に上記回転検知部７と、上記磁気検知部６とが軸方向に並んで取り付けられており、回転検知部７が磁力検知部６よりステータ２に近い位置となっている。

また、上記回転検知部７はその検知面７１をマグネット３１の外周部３２と対向させたものとなっている。

つまり、回転検知部７は、ステータ２とロータ３の間に生じる磁束のうち、上記検知面７１に流れた磁束からロータ３の磁力の極性や強弱等から磁極位置を検知して、回路部４を介して制御部４１に検知信号を出力するものである。

そして、上記制御部４１は入力された検知信号に基づいてロータ３の回転状況を判断し、ステータ２のコイル通電を制御することで、ロータ３を安定して回転させ、ポンプ性能にばらつきが生じることを防止している。

また、上記磁力検知部６は回転軸１２の羽根車５と反対に位置する分離板１６の底部１７側の端部の外周に位置して、回転軸１２の軸方向に沿って底部１７側に位置するマグネット３１の端部と磁力検知部６とがラジアル方向に並んでいる。

そして、上記磁力検知部６の検知面６１はロータ３の回転中心へ向いてロータ３の回転軸１２の軸方向における分離板１６の底部１７側の端部の側方に配置されており、上記検知面６１がマグネット３１の外周部３２と対向したものとなっている。

つまり、軸受１３が推力により動く方向を前方とすると、マグネット３１の羽根車５側の端部が前端となり、他端が後端となり、磁力検知部６は検知面６１をマグネット３１の外周部３２の後端付近の部位に向けて配置したものとなっている。

そして、磁力検知部６は、例えば、ホール素子であり、ステータ２とロータ３との間に生じる磁束のうち、検知面６１を流れた磁束の磁力レベルを検知し、検知した磁力レベルを出力電圧として出力するものである。

出力された上記出力電圧は回路部４に設けた信号増幅部４２で増幅された後、判定部４３に出力されており、判定部４３が増幅された出力電圧と予め記憶された基準電圧値とを比較することで、磨耗に伴うポンプ寿命か否かの判定が行われている。

上記判定部４３によるポンプ寿命の判定は増幅された出力電圧が上記基準電圧値を上回るか否かの比較判定であり、出力電圧が基準電圧値以下であると判定すると、磨耗が進行しておりポンプ寿命に達していると、判決を下すものとなっている。

なお、上記基準電圧値はポンプ１に不具合が生じた際に検知される予想出力電圧に所定の安全率を付加して算出されたものであり、これはポンプ１に不具合が生じる前にポンプ寿命と判定してポンプ１の不具合による事故の発生を防止している。

つまり、軸受１３が磨耗すると、ロータ３の位置が羽根車５側にずれるため、磁力検知部６の検知面６１の検知する磁束の磁力レベルが低下して、磁力検知部６の検知結果である出力電圧も磨耗前の初期状態に比べ低下したものとなる。

そして、軸受１３の磨耗が進行して、図２に示すように、磁力検知部６の検知面６１とマグネット３１の端部とが軸方向に所定量離れると、出力電圧が基準電圧値と略同じあるいは基準電圧値を下回るものとなり、判定部４３がポンプ寿命と判定する。

そして、上記比較判定によりポンプ寿命と判定されると、判定部４３から制御部４１に寿命信号が出力され、制御部４１は寿命信号を受け取るとステータ２への通電を中止してポンプ１を停止させる。

つまり、判定部４３から寿命信号が出力されると、制御部４１がポンプ寿命と判定されたポンプ１の駆動を停止し、且つポンプ１の使用を禁止するため、不具合の生じたポンプ１による事故を防止でき、安全性の向上したポンプ１となっている。

また、このとき、ポンプ１の回転も不安定となっているため、制御部４１は安定した回転を行えない状態のポンプ１を使用することも禁止するものとなっている。

従って、マグネット３１の羽根車５と反対側の端部の外周部３２に対向して磁力検知部６の検知面６１を設けたことで、一つの磁力検知部６でロータ３の軸受１３の磨耗状況を検知することができるポンプ１となっている。

そして、磁力検知部６で検知する磁力レベルの変化は軸受１３の磨耗によるロータ３のずれであるため、軸受１３の磨耗状況に直接影響された変化を検知したものとなっている。

そのため、軸受１３の磨耗の進行と対応した検知情報が得られ、軸受１３の磨耗によるポンプ寿命を精度良く判定することができるポンプ１となっている。

更に、磁力検知部６と、信号増幅部４２及び判定部４３とでポンプ寿命を判定できるため、判定精度を低下させることなく、寿命判定のための構造を簡素にでき、ポンプ１の大型化を抑制することができると共に、生産コストも抑えることができる。

また、回路部４に回転検知部７を保持固定するホルダー４５に磁力検知部６を取り付けたことで、磁力検知部６用の取付部を別途設ける必要が無くなり、磁力検知部６に要する製造工程が増加することを抑制でき、生産コストを低減することができる。

そして、回転検知部７を磁力検知部６より軸方向に沿って羽根車５側に近い位置に取り付けたため、軸受１３に磨耗が生じても磁力検知部６が寿命と検知するまでは回転検知部７の検知面７１とマグネット３１の外周部３２との対向を保つことができる。

つまり、寿命到達まで上記回転検知部７とマグネット３１との対向が保たれるため、寿命前に回転検知部７の検知信号に不具合を生じることを防止でき、寿命到達まで安定したポンプ性能で動作するポンプ１となっている。

なお、磁力検知部６による磁力レベルの検知はポンプ１起動後、所定時間経過してから行われるものとしてもよく、これはロータ回転初期の不安定な磁束での判定を防止でき好ましい。

そして、上記回転検知部７と磁力検知部６をティース間の円周方向の隙間に配置し、同一円周上に上記各検知部とステータ２とが並んだものとしてもよく、これはロータ３の軸方向の寸法をステータ２と略同じにできてポンプ１の小型化を行なえ好ましい。

もちろん、本発明のポンプ１は、ロータ３が分離板１６の外周、ステータ２が内周に位置したものや、ロータ３にコイルが形成されており回転軸１２の軸方向におけるコイルの端部の側方に磁力検知部６を配置したものであってもよい。

また、実施形態２として、図５−７に示すように、磁力検知部６が回転検知部７を兼ねた例を説明する。なお、前述の従来例あるいは実施例で説明した内容と同一の構成には同じ符号を付加して説明は省略して本実施例の特徴を以下に述べる。

本例は磁力検知部６の出力電圧を、信号増幅部４２と、制御部４１と、に夫々出力することで、磁力検知部６が回転検知部７を兼ねたものとなっている。

そのため、配置空間を広く取る必要が無くなると共に、マグネット３１の軸方向に沿った寸法を小さくでき、ポンプ１をより小型化したものとなっている。

そして、検知部が一つとなったため、ポンプ１の内部構造を簡素にできると共に、生産コストを低減することができる。

また、実施形態３として、図８及び図９に示すように、判定部４３が判定結果を外部コネクタ４４に出力する例を説明する。なお、前述の従来例あるいは実施例で説明した内容と同一の構成には同じ符号を付加して説明は省略して本実施例の特徴を以下に述べる。

判定部４３が寿命信号を外部コネクタ４４に出力しており、外部コネクタ４４と電気的に接続された外部装置に寿命信号が出力されるものとなっている。

例えば、外部コネクタ４４に報知部が接続されていると、寿命信号に基づいて報知部によりポンプ１の寿命を外部に表示や音声で報知され、容易にポンプ寿命を使用者に報知することができる。

もちろん、判定部４３が寿命信号を外部コネクタ４４と制御部４１の双方に夫々出力し、制御部４１による停止と、外部コネクタ４４に接続された外部装置による動作とを両方行うものであってもよい。

なお、各実施形態において、判定部４３が寿命時の寿命信号だけでなく非寿命時に出力電圧と基準電圧値との差も制御部４１あるいは外部コネクタ４４に出力するものであれば、出力先でポンプ寿命到達までの予想稼働時間を演算することもできる。

１ ポンプ
１１ ケーシング
１２ 回転軸
１３ 軸受
１４ 軸固定部
１５ 受板
１６ 分離板
１７ 底部
２ ステータ
３ ロータ
３１ マグネット
４ 回路部
４１ 制御部
４２ 信号増幅部
４３ 判定部
４４ 外部コネクタ
４５ ホルダー
５ 羽根車
６ 磁力検知部
７ 回転検知部

Claims (5)

1. マグネットを備えたロータと、ロータの回転軸の軸方向の一端に固定された羽根車と、コイルの巻かれたティースを備えたステータと、ステータの通電制御を行う制御部を備えた回路部と、を有するものであり、上記ロータの磁力を検知する磁力検知部を上記ロータの回転軸の軸方向におけるマグネットの端部の側方に設けると共に、上記回路部に上記磁力検知部の検知情報からポンプ寿命に達しているか否かを判定する判定部を設けたことを特徴とするポンプ。
2. 前記磁力検知部は前記ロータに羽根車が固定された側と反対に位置する端部の側方に設けたものであることを特徴とする請求項１に記載のポンプ。
3. 前記ロータの磁極位置を検知して前記ロータの回転制御を行うための回転検知部を前記磁力検知部と前記ステータとの前記回転軸の軸方向に沿った間に配置したものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のポンプ。
4. 前記磁力検知部が前記ロータの磁極位置を検知する回転検知部を兼ねたものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のポンプ。
5. 前記判定部がポンプ寿命と判定すると、前記回路部が前記ステータへの通電を停止する制御を行うものであることを特徴とする請求項１〜４に記載のポンプ。

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