JP5583823B2 - モータおよびポンプ装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータおよびポンプ装置に関する。

従来、例えばケースにモータのシャフトを支持するとともに、シャフトの先端にインペラを取り付けて、モータとポンプを一体に組み付けたモータ駆動のポンプ装置がある。
このようなポンプ装置として、特開２００１−０９０６８５号公報に記載のものでは、ケーシング上部の凹部に駆動モータがそのシャフト（回転軸）を上下方向にして取り付けられ、凹部の底壁を貫通したシャフトの下端にインペラが取り付けられている。
そして、インペラが臨む室の水が駆動モータを収容している凹部へ浸入しないように、シャフトに嵌合したインペラの軸部と底壁の間にはシール部材としてのオイルシールが設けられている。

しかしながら、オイルシールはシャフトとの接触部に弾性体を用いているため、その弾性体の傷付きのほか、経時劣化、シャフトの振動に対する追従不足、糸くずなど異物の噛み込みなどによりシャフトとの間に隙間が発生したり、温度変化によるオイルシール内外の圧力差などに起因して、オイルシール部から凹部内へ水が漏れるおそれがある。

そこでこの対策として、凹部の上記底壁をケーシング外方へ進むにしたがって低くなる傾斜面にするとともに、凹部の外壁に傾斜面と連なる排出穴を設けている。
これにより、オイルシール部を経て凹部内に漏れ入った水は傾斜面を流れて排出穴から凹部外へ排出される一方、駆動モータはオイルシールよりも高い位置に配置されているので、駆動モータのコイル配線や、配線と配線コネクタの接続部などの通電部に水が到達することはない。

特開２００１−０９０６８５号公報

ところで、この種のポンプ装置は例えば洗濯機や食器洗浄機の循環ポンプとして利用されるが、その仕様によってはモータのシャフトを水平方向にしたいわゆる横置き配置が要求される場合がある。
シャフトを上下方向にした縦置き型においてモータを上部に配置した上述の従来ポンプ装置では、オイルシール部から凹部内に漏れ入った水は自重によって上昇を妨げられ、すべて底壁の傾斜面を流れて有効に排出されるが、当該ポンプ装置をそのまま横置き配置とした場合には、凹部自体にモータが収納されておりその通電部がカバーされているわけではないので、漏水の状況によっては水がこれらにかかるおそれがある。

したがって本発明は、上述の問題点に鑑み、シャフトの横置き配置において通電部など機能部品への防水を確実にしたモータを提供することを目的とする。

本発明は、ステータとロータを収納するモータハウジングが、シール部材を保持するシール部材保持部とシール部材保持部から離間して軸受を保持する貫通穴とを備える隔壁部材を有して、前記軸受にロータのシャフトを水平に支持するとともに、シャフトを軸受から延ばして前記シール部材を貫通させたモータにおいて、
前記モータハウジングは、有底ドラム状のケースの開口部を前記隔壁部材でカバーされて構成されており、
前記隔壁部材に、前記有底ドラム状のケースの開口部側から当該ケースの底部の近傍まで延出する筒部を設け、該筒部の内側に前記軸受を保持するとともに前記筒部の外周にヨークにコイルを巻いた前記ステータを取り付け、前記筒部の先端から前記ケース内に突出した前記シャフトの端部に、前記ステータの外方に永久磁石が取り付けられたドラムを結合して前記ロータを構成し、
前記ステータと前記ロータとを、前記ロータの径方向において前記筒部と前記ケースとの間に収納させ、
前記筒部における前記貫通穴の開口端面とシール部材の間にシール空間を形成し、
該シール空間の下部に開口して前記ケースの外部に連通する筒状の排水路を前記隔壁部材に設けるとともに、
前記排水路は、前記貫通孔の前記開口よりも下側に開口していることを特徴とするモータ。

本発明によれば、シール部材を通って漏れ入る水があっても、貫通穴の開口端面とシール部材の間は水密のシール空間であるから、シャフトが水平のためモータ側が高い位置になくても、漏れ入った水が通電部などにかかることはない。

実施の形態の全体構造を示す縦断面図である。 実施の形態の断面斜視図である。 実施の形態の外観斜視図である。 シャフト支持隔壁をモータハウジング側から見た斜視図である。 シャフト支持隔壁まわりの拡大断面図である。

次に本発明をポンプ装置に適用した実施の形態について説明する。
図１は実施の形態の全体構造を示す縦断面図、図２は同断面斜視図、そして図３は外観斜視図である。
ポンプ装置１は、ポンプＰとこれを駆動するモータＭとからなる。
ポンプ装置１のケース２は、モータハウジング５とポンプハウジング６からなっている。
第１ケース３は外周壁３ａを備える有底のドラム状で、その開口部をシャフト支持隔壁１０でカバーされて、モータハウジング５が形成される。また、シャフト支持隔壁１０と第２ケース４とでポンプハウジング６が形成される。すなわち、シャフト支持隔壁１０は両ハウジングの共有で、シャフト支持隔壁１０を挟んで第１ケース３と第２ケース４を対向させ、互いに結合してある。
これら第１ケース３、第２ケース４およびシャフト支持隔壁１０の３部材の結合は、順次に周方向複数箇所の爪を用いたバヨネット方式で連結し、ボルトなどで回り止めされる。このほか、３部材を多数のボルト・ナット等で同時に結合してもよい。

シャフト支持隔壁１０はポンプハウジング６側に膨んだ膨出部１２を有する。膨出部１２は後述するシャフト４０を軸心とする円筒状の外周壁１３と、外周壁１３から内方へ向かうディスク部１４とからなっており、ディスク部１４の中心部にボス部１５を有する。
ボス部１５にはポンプハウジング６側に開口したオイルシール保持部１６にシール部材としてのオイルシール（ＪＩＳ Ｂ２４０２／ＩＳＯ６１９４・Ｒｏｔａｒｙｓｈａｆｔｌｉｐｔｙｐｅｓｅａｌｓ）２０が保持されている。オイルシール２０は奥まった位置に保持され、開口端から引っ込んでいる。
一方、シャフト支持隔壁１０からモータハウジング５内へは、筒部１８が延びている。筒部１８はその根元の拡径部１７でボス部１５に接続している。

筒部１８は、後述するロータのシャフト４０を通す貫通穴１９を有し、貫通穴１９の両端にはシャフト４０を支持する軸受２６、２７が設けられている。シャフト４０は貫通穴１９からポンプハウジング６方向へ延び、オイルシール２０を貫通している。
ボス部１５の内部には、貫通穴１９の開口端面５０とオイルシール２０との間に、シール空間Ｓが形成されている。

筒部１８の外周には、ヨーク３１ａにコイル３１ｂを巻いたステータ３０が取り付けられている。
筒部１８の先端からモータハウジング５内に突出したシャフト４０の端部には、ステータ３０の外方に筒壁３５を位置させたドラム３４が結合されている。ドラムの筒壁３５内面には永久磁石３６が接着などにより取り付けられ、永久磁石３６の内周面がステータ３０の外周面との間に所定の間隙をもつように設定されている。これらドラム３４、永久磁石３６およびシャフト４０によりロータ３３が形成されている。
ステータ３０とロータ３３とによりモータＭが形成される。

外部電源ケーブルと接続するための図示省略の配線コネクタは、図１の断面とは異なる位置でモータハウジング５の側壁を貫通してケース２の外部に臨む。このため、シャフト支持隔壁１０をモータハウジング５側から見た斜視図である図４に示すように、配線コネクタの取り付け部５６がシャフト支持隔壁１０に形成されている。第１ケース３の外周壁３ａには、配線コネクタの取り付け部５６に対応する取り付け半部４５（図３参照）が形成されている。

図４には、シャフト支持隔壁１０から配線コネクタの取り付け部５６とは異なる方向に延びる排水路のためのトンネル８０が示されている。トンネル８０の外形は、シャフト支持隔壁１０の壁面を隆起させ、ボス部１５から直線状に延びるビード形状である。トンネル８０のモータ側に面した外壁は筒部１８の拡径部１７の端面と面一になっている。排水路については追って詳細に説明する。
なお、図中、４７はバヨネット爪である。

一方、シャフト４０の軸受２６からポンプハウジング６側へ延びた端部には、樹脂製のインペラ６０が取り付けられている。
インペラ６０は、断面ハット形状のベース壁６１の外面（シャフト支持隔壁１０から離れる側）に羽根６３を備える。また、インペラ６０のシャフト支持隔壁１０に対向する裏面側には、大径部６７を介して、これより小径で外周に金属筒６６がモールドされた結合筒部６５を備えるとともに、大径部６７から径方向外側に離間したリング壁６８を備えている。

シャフト４０の端部にはローレット４１が形成されており、結合筒部６５をシャフト４０の端部に圧入することにより、インペラ６０がシャフト４０に直接結合される。これにより、インペラ６０はモータＭ側のみから保持された片持ち構造となる。

インペラ６０がシャフト４０に結合された状態において、羽根６３、大径部６７およびリング壁６８はポンプハウジング６内に位置する一方、結合筒部６５はオイルシール２０を貫通してその先端が筒部１８における貫通穴１９の開口端面５０の近傍まで延びている。そして、その金属筒６６がオイルシール２０のリップとの摺動面となっている。
なお、インペラ６０とシャフト４０の結合は、ローレット４１のほか、スプラインやボルト結合その他によっても可能である。

第２ケース４はその側壁４ａの内周が円筒形状であり、その開口端はシャフト支持隔壁１０の膨出部１２の外周壁１３に対してインローで嵌合する。第２ケース４と外周壁１３との嵌合面にはシールリング７が設けられている。第２ケース４の底壁４ｂはシャフト支持隔壁１０から離間しており、この底壁４ｂには、シャフト４０の延長線上に整合させて水吸込口８が設けられるとともに、側壁４ａには水吐出口９が設けられている。これにより、水吸込口８から流入した水がモータＭで駆動されて回転するインペラ６０により、水吐出口９から吐出される。

インペラ６０の大径部６７はオイルシール保持部１６の開口径より小径に設定され、オイルシール保持部１６の開口内に臨んでいる。
膨出部１２のディスク部１４には、インペラ６０のリング壁６８の先端を受けるように、リング状の凹部７０が形成されている。凹部７０とオイルシール保持部１６の開口は隣接しており、このため、オイルシール保持部１６の開口部分はリング壁６９をなしてインペラ６０の大径部６７とリング壁６８の間に入り込んだ状態となっている。
これらインペラ６０のリング壁６８および大径部６７と、シャフト支持隔壁１０の凹部７０およびリング壁６９とにより、ラビリンスシールが形成され、ポンプハウジング６内における水流の影響がオイルシール２０部に直接及ばないようにしている。

つぎに、オイルシールまわりの詳細について説明する。
図５は、シャフト支持隔壁１０まわりの拡大断面図である。
シャフト支持隔壁１０のオイルシール保持部１６はその底壁を突当て部１６ａとしている。
オイルシール２０は、例えばＳＵＳ３０４（ＪＩＳ）製の断面Ｌ形状の金属環２１に弾性体をモールドしたベース部２２と、ベース部２２の弾性体とは離間して金属環２１の内端に接合した弾性体のリップ２３、２４とからなる。

オイルシール２０は、ベース部２２をその先端が突当て部１６ａに当接するまで弾性圧入して押し込むことにより、オイルシール保持部１６内に位置決めされ、前述のようにそのリップ２３、２４をインペラ６０の結合筒部の金属筒６６に摺接させる。
ベース部２２の内周壁２２ａは傾斜しており、突当て部１６ａ側において、シール空間Ｓにおける突当て部１６ａから貫通穴１９の開口端面５０の間に至る内周壁５７と同径で、突当て部１６ａから遠のくほど小径となっている。

筒部１８は、その根元の拡径部１７でボス部１５に接続している。
シャフト４０を支持する軸受２６は、円筒状のすべり含油軸受であり、筒部１８の根元側において貫通穴１９の端部を座ぐり状に拡径した軸受保持部４９に配置されている。筒部先端側の軸受２７も同様である。

つぎに、シャフト支持隔壁１０のモータハウジング５内に面する側には、内部に直線穴８１が形成されたトンネル８０が設けられている。図５に示すように、直線穴８１は、その一端８１ａが、シール空間Ｓの突当て部１６ａから貫通穴１９の開口端面５０の間に至る円形断面の内周壁５７に開口し、他端８１ｂが、モータハウジング５の外方に向って開口している。
直線穴８１はシャフト４０の軸心を通る線上に配置されており、この直線穴８１はシャフト支持隔壁１０の成型時にスライドコアを用いて同時に形成される。

直線穴８１の一般断面は四角形で、トンネル８０の外方端８０ａから先は、溝８２として延びている。なお、図１、図５には溝８２の側壁が示されているが、簡単のため溝より紙面奥側のバヨネット爪４７などは図示省略してある。
また直線穴８１は、図５に示すように、シャフト４０の軸に平行な方向において上記シール空間Ｓへの開口より広幅で、貫通穴の開口端面５０よりもモータハウジング５内側（図中、左方）へ拡がっている。

トンネル８０の外方端８０ａは、第１ケース３の外周壁３ａに当接するように設定されている。外周壁３ａのトンネル８０が当接する部位には、トンネル内の直線穴８１に整合させた切り欠き８３が形成されている。これにより、シール空間Ｓは直線穴８１、溝８２および切り欠き８３を通じて、配線コネクタの取り付け部５６から離間した部位でモータハウジング５外に連通する。すなわち、これら直線穴８１（および溝８２）と切り欠き８３により排水路Ｄが形成される。
排水路Ｄは、ポンプ装置１の設置状態において、直線穴８１がシール空間Ｓの最底部に開口し、垂直下方に向いている。

この排水路Ｄにより、ポンプハウジング６側からオイルシール２０を通って漏れ入った水がシール空間Ｓに溜まろうとしても、直ちにケース外部へ排出されるから、軸受２６が溜まり水に浸ってしまうことがない。また、排水路Ｄは独立した経路で水を直接ケース外部へ排出するから、途中で通電部などにかかることもない。

さらに、直線穴８１がシャフト４０の軸心に向かっており、排水路Ｄを介してケース外部からシャフト４０あるいはシャフトに結合したインペラ６０の結合筒部６５が直接視認できるので、ポンプ装置組立後でもレーザ光の照射によりシャフト４０やインペラ６０の回転数や振れを測定することができる。
すなわち、回転数測定の場合には、シャフト４０あるいは結合筒部６５の周方向一部に反射特性の異なる部材や反射角度を異ならせた傾斜面を設けたり、周方向に凹凸を付しあるいは面粗度を変化させた仕様に設定しておき、反射光強度の変化速度を検知すればよい。
また、振れ測定の場合には、シャフト４０あるいは結合筒部６５の全周または周方向等間隔に反射部材を設定しておき、反射光による反射部材までの距離変化を検知すればよい。

以上のように構成されたポンプ装置１では、ポンプ作動中でシャフト４０が回転している場合に、ポンプハウジング６側から漏れ入った水は結合筒部６５から遠心力により飛散してシール空間Ｓの周壁に付着するが、オイルシール２０のベース部２２は突当て部１６ａから遠のくほどに内周壁２２ａが小径となっているので、ベース部２２の上部に付着した水は傾斜した内周壁２２ａにそって軸受２６から離間する方向へ流れながらオイルシール２０のベース部２２の底部に落下する。落下した水は、ベース部の内周壁２２ａが傾斜しているので、上部に付着したときとは逆にモータハウジング５方向へ流れ、その手前の直線穴８１の開口８１ａから排水路Ｄによりケース外へ排水される。
シャフト４０が回転していない場合は、水は直接ベース部の内周壁２２ａの底部に落下するから、その後同様に、排水路Ｄによりケース外へ排水される。

本実施の形態では、シャフト支持隔壁１０が発明における隔壁部材に該当する。また、オイルシール２０がシール部材に、そしてオイルシール保持部１６がシール部材保持部に該当する。

実施の形態は以上のように構成され、モータのステータ３０とロータ３３を収納するモータハウジング５が、オイルシール２０を保持するオイルシール保持部１６とオイルシール保持部から離間して軸受２６を保持する貫通穴１９とを備えるシャフト支持隔壁１０を有し、軸受２６にロータのシャフト４０を水平に支持するとともに、シャフト４０を軸受２６から延ばしてオイルシール２０を貫通させ、さらに、シャフト支持隔壁１０には、貫通穴１９の開口端面５０とオイルシール２０の間にシール空間Ｓが形成されるとともに、該シール空間Ｓの下部に開口してモータハウジング５の外部に直接連通する排水路Ｄが、シャフト支持隔壁１０にトンネル状に設けられているものとしたので、オイルシール２０を通って漏れ入る水があっても、水密のシール空間Ｓから水が通電部などにかかることはない。

漏れ入った水が及び得るのはシール空間Ｓに開口する貫通穴１９内の軸受２６であるが、漏れ入った水はシール空間Ｓから排水路Ｄによりモータハウジング５外へ直接排出されるので、軸受２６が水に浸かることがないのはもちろんのこと、軸受２６を経てモータＭ内部へ水が浸入するおそれもない。

また、シール空間Ｓにおいて排水路Ｄは、貫通孔１９の開口よりも下側であって、シール空間Ｓの最底部に開口しているので、シール空間Ｓに漏れ入った水は直ちに排出され、したがって溜まることがない。このため、たとえ湯が漏れ入った場合でも滞留した湯からの蒸気が貫通穴１９の軸受２６を通ってモータ内部へ侵入するおそれやシャフト４０などの金属部品や水自体の腐食のおそれもなく、あるいは屋外に設置されて滞留した水が凍結してシャフト４０の固着、オイルシール２０の破損、膨張によるシャフト支持隔壁１０の破損等のおそれもない。

さらに、シャフト支持隔壁１０をモータハウジング５と共有するポンプハウジング６を備え、該ポンプハウジング内に位置させたインペラ６０をシャフト４０に直接結合させているので、ケース構成の簡単なポンプ装置１が実現するとともに、モータＭの回転軸とインペラ６０の駆動軸とが同一のシャフト４０であるから、インペラ６０の振れが小さく、振動のない円滑な回転特性が得られる。

また、インペラ６０の結合筒部６５はオイルシール２０を貫通してシール空間Ｓ内に延びているので、軸受２６に近い部位でシャフト４０に結合でき、これによってさらにインペラ６０の回転振れを小さく抑えられる。

さらに、排水路Ｄはシール空間Ｓへの開口から外方端まで直線状となっているので、スライドコアを用いてシャフト支持隔壁１０の成型時に簡単に形成できる。
そして、排水路Ｄはその外方端からシール空間Ｓ内のシャフト４０または結合筒部６５を視認可能の線上に設けてあるので、レーザ光の照射によりシャフト４０やインペラ６０の回転数や振れを測定することができる。

また、シャフト支持隔壁１０とインペラ６０の間にはラビリンスシールが形成されているので、ポンプハウジング６内の水流の圧力変動がオイルシール２０に及ばず、オイルシール部における水漏れが抑制される。

なお、実施の形態では、排水路の直線穴の一般断面を四角形としたが、これに限定されず、円断面その他任意の断面形状を採用することができる。
モータハウジング５は、有底のドラム状の第１ケース３と、その開口部をカバーするシャフト支持隔壁１０とで形成するものとしたが、これに限定されず、例えばシャフト支持隔壁がその周縁から延びてロータ３３およびステータ３０を収納するドラム部を備え、ドラム部の開口を平板状のカバー部材で閉じてモータハウジングを形成したものにも本発明はそのまま適用される。

また、軸受２６、２７はすべり含油軸受けとしたが、モータの要求仕様に応じて、ボールベアリングやローラ／ニードルベアリングであってもよい。
インペラ６０はその結合筒部６５をシール空間Ｓ内まで延ばし、オイルシールのリップ２３、２４が結合筒部外周の金属筒に摺接するものとしたが、インペラをポンプハウジング６内でシャフト４０に結合し、オイルシールのリップ２３、２４の摺接相手がシャフト４０となるようにしてもよい。

なお、排水路Ｄの直線穴は、使用環境によっては、シール空間Ｓ内の水面が貫通穴１９に達しないように、シール空間Ｓへの開口の下縁が貫通穴１９の下縁より低い範囲で、シール空間Ｓの側面に開口し斜めに延びるようにしてよいが、実施の形態のように、シール空間Ｓの最底部に開口し、垂直下方に向くものとするのが、蒸気の侵入や凍結の要因となる水の滞留を招かない点で、より好ましい。

さらに、実施の形態はモータＭをポンプＰと一体に組み付けたポンプ装置を例に説明したが、本発明はポンプ装置に一体化したものに限らず、シャフトをオイルシールから外部へ突出させて当該シャフトが液体に曝される使用環境で用いられる種々のモータに適用できる。

１ ポンプ装置
２ ケース
３ 第１ケース
３ａ 外周壁
４ 第２ケース
４ａ 側壁
４ｂ 底壁
５ モータハウジング
６ ポンプハウジング
７ シールリング
８ 水吸込口
９ 水吐出口
１０ シャフト支持隔壁
１２ 膨出部
１３ 外周壁
１４ ディスク部
１５ ボス部
１６ オイルシール保持部
１６ａ 突当て部
１７ 拡径部
１８ 筒部
１９ 貫通穴
２０ オイルシール
２１ 金属環
２２ ベース部
２２ａ 内周壁
２３、２４ リップ
２６、２７ 軸受
３０ ステータ
３１ａ ヨーク
３１ｂ コイル
８３３ ロータ
３４ ドラム
３５ 筒壁
３６ 永久磁石
４０ シャフト
４１ ローレット
４５ 取り付け半部
４７ バヨネット爪
４９ 軸受保持部
５０ 開口端面
５６ 取り付け部
５７ 内周壁
６０ インペラ
６１ ベース壁
６３ 羽根
６５ 結合筒部
６６ 金属筒
６７ 大径部
６８ リング壁
６９ リング壁
７０ 凹部
８０ トンネル
８１ 直線穴
８２ 溝
８３ 切り欠き
Ｄ 排水路
Ｍ モータ
Ｐ ポンプ
Ｓ シール空間

Claims (8)

1. ステータとロータを収納するモータハウジングが、シール部材を保持するシール部材保持部とシール部材保持部から離間して軸受を保持する貫通穴とを備える隔壁部材を有して、前記軸受にロータのシャフトを水平に支持するとともに、シャフトを軸受から延ばして前記シール部材を貫通させたモータにおいて、
   前記モータハウジングは、有底ドラム状のケースの開口部を前記隔壁部材でカバーされて構成されており、
   前記隔壁部材に、前記有底ドラム状のケースの開口部側から当該ケースの底部の近傍まで延出する筒部を設け、該筒部の内側に前記軸受を保持するとともに前記筒部の外周にヨークにコイルを巻いた前記ステータを取り付け、前記筒部の先端から前記ケース内に突出した前記シャフトの端部に、前記ステータの外方に永久磁石が取り付けられたドラムを結合して前記ロータを構成し、
   前記ステータと前記ロータとを、前記ロータの径方向において前記筒部と前記ケースとの間に収納させ、
   前記筒部における前記貫通穴の開口端面とシール部材の間にシール空間を形成し、
   該シール空間の下部に開口して前記ケースの外部に連通する筒状の排水路を前記隔壁部材に設けるとともに、
   前記排水路は、前記貫通孔の前記開口よりも下側に開口していることを特徴とするモータ。
2. 前記排水路は、前記シール空間の最底部に開口していることを特徴とする請求項１に記載のモータ。
3. 前記排水路は、前記シール空間への開口から外方端まで直線状に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のモータ。
4. 請求項１から請求項３の何れか一項に記載のモータの前記隔壁部材を共有するポンプハウジングを備え、該ポンプハウジング内に位置させたインペラを前記シャフトに直接結合させたことを特徴とするポンプ装置。
5. 前記インペラは前記シャフトと結合する結合筒部を備え、該結合筒部は前記シール部材を貫通して前記シール空間内に延びていることを特徴とする請求項４に記載のポンプ装置。
6. 前記排水路は前記シール空間への開口から外方端まで直線状に形成されていることを特徴とする請求項４または請求項５に記載のポンプ装置。
7. 前記排水路は、その外方端から前記シール空間内の前記シャフトまたは結合筒部を視認可能の線上に設けられていることを特徴とする請求項６に記載のポンプ装置。
8. 前記隔壁部材とインペラの間にラビリンスシールを形成してあることを特徴とする請求項７に記載のポンプ装置。

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