JP4180853B2 - ポンプ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はポンプ、特に液圧ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、流体を駆動するために用いられる様々な種類の電気機械式ポンプが存在し、この電気機械式ポンプは概して、基本的に固定子および回転子を具備する電磁気部分を有するチャンバと、基本的に液体を駆動する液圧タービンから成る液圧部分を備えた別のチャンバとから構成される。しかしながら、電気機械チャンバと液圧チャンバとは液体が固定子および回転子に到達して短絡が行われ且つ修復不能な損傷を受けてしまうことを防止するために互いに断絶されていることが必要である。したがって、チャンバ間の断絶を行いながらも回転子から液圧タービンに回転運動を伝達するために、回転軸、ローラベアリング、ベアリングジャーナル、冷却システム、液圧シール等の幾つかの機械的装置が必要とされる。
【０００３】
例えば、ローラベアリングジャーナルは回転子ケージが取付けられる回転子の回転軸を支持する機能を有し、これにより回転子ケージが固定子の磁力によって誘導せしめられると、ベアリングに補助されて回転子が回転する。もちろん、接触している部品間での摩擦および摩耗を減少させるためにジャーナルはオイルまたはグリースで潤滑せしめられる。
【０００４】
回転子の回転軸の一方の端部はブレードから形成される液圧タービンに連結せしめられ、この液圧タービンは回転子の誘導により、ポンプ駆動すべき液体を駆動するように回転運動を開始する。
【０００５】
固定子および回転子の作動中にこれら固定子および回転子の温度が所望でない温度にまで到達してしまうことを防止するために、通常ベンチレータから成る外部冷却システムが使用される。このような冷却システムでは、概してポンプの外部において液圧ポンプの反対側に位置する回転子の回転軸の端部にプロペラが連結され、このプロペラは回転子の回転を利用して固定子および回転子を冷却するように回転する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のポンプは、液体が液圧チャンバから電磁チャンバに流れるのを防止するのに、完全な状態で作動する物理的シールに依存している。上述したように、固定子および回転子と液体が接触してしまうと、短絡やジャーナルの潤滑が減少し、回転子が停止してしまうことがある。
【０００７】
したがって、従来のポンプは密にシールされたチャンバを有し、このチャンバ内に配置され且つ誘導される回転子が駆動軸を介して別の液体通過チャンバ内に配置された液圧タービンに回転力を伝える。この場合、これらポンプはポンプを実用不能にしてしまう損傷ができるのを防止するために複数のシール機構を有する必要がある。加えて、使用の結果として生じるこれらシール機構の摩耗で、このようなポンプは機械的効果を損なってしまう。こうして、この組合せの装置は、高価な部品と、複雑な製造工程と、このようなポンプを作動するように維持するための持続的なメンテナンスを必要とするため、この組合せの装置はコストが高くなってしまうという欠点を有する。
【０００８】
このことから、本発明の主要な目的は、物理的シールまたはガスケットのようなシール、およびローラベアリング、駆動軸および換気装置のような外部の冷却システムを除去することにより従来のポンプの構成を単純化し、これによりポンプが損傷してしまう機会を減少させることにある。この新しいポンプモータはさらに、特許出願ＰＩ０００４２０６−４号に記載されたように、ポンプ駆動された流体自体を循環させることによって固定子・回転子組立体を冷却する。
【０００９】
加えて、本発明の目的は従来のポンプよりコンパクトで、構成要素の点数が少ないことにより製造および組立が容易なポンプを提供することにあり、これにより良好に製造を自動化でき且つコストを低減させることができるようになる。
【００１０】
本発明の別の目的は、より効果的な、すなわちエネルギ損失の少ないポンプを提供することにある。
【００１１】
加えて、本発明の目的は、安全で保護され且つ耐食性の有るポンプを提供することにあり、これにより浸食的で且つ冷却の行われない環境に没入および設置することができるようになる。
【００１２】
本発明の更なる目的は、ノイズレベルが低く且つ循環する流体自体によって潤滑されるポンプを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ケーシングを具備するポンプによって上記目的を達成する。ケーシングは少なくとも一つの密にシールされた第一チャンバと、該第一チャンバに隣接した少なくとも一つの第二チャンバとを有する。第二チャンバは流体通路を備え且つ流体用の入口と出口とを有する。上記チャンバは、好ましくは射出成形された高分子材料から成る壁で分離せしめられる。
【００１４】
ポンプはさらに第一チャンバ内に配置された固定子を具備する。好適な実施形態では、固定子は第一チャンバと第二チャンバを分離する壁に近接した位置に配置され、これにより第二チャンバを通って循環する流体は熱伝達によって固定子を冷却する。
【００１５】
全体的に第二チャンバ内に配置された一体的な回転子・タービン組立体が提供され、この組立体の少なくとも一部は固定子に対して同軸に配置される。この組立体は固定子によって誘導され、流体を入口から出口へ駆動する。ポンプが作動すると、摩擦が少なくジャーナルが不必要な完全な回転を行うように、少なくとも流体膜が回転子・タービン組立体の周りに維持される。上記回転子・タービン組立体と固定子との間の空間、いわゆるギャップには実質的に第一チャンバと第二チャンバの壁が配置され、さらにこれらチャンバの壁の間で循環する流体膜が設けられる。
【００１６】
回転子ケージと呼ばれ、好ましくは鉄およびアルミニウムから成り、固定子によって誘導される金属製構成要素は、密にシールされた回転子・タービン組立体内に提供される。好適な実施形態では、このような回転子・タービン組立体は高分子材料から形成され、且つ回転子内にタービン用の通路を提供するために付加的に孔が開けられる。本発明の可能な実施形態では、上記回転子・タービン組立体のタービンは流体に遠心力を作用させるためのタービンブレードから成る。こうして、可能なポンプの実施形態の作動において、流体は、第二チャンバの入口を通った後に、回転子・タービン組立体に流入し、内部の通路を通過し、タービンブレードに到達したあとに出口に向かって駆動される。
【００１７】
しかしながら、流体の一部は、出口を通って直接退出する代わりに、第一チャンバ周りで循環し、熱伝達によって固定子を冷却する。こうして、循環している流体と駆動用組立体（回転子・タービン組立体および固定子）との間の熱交換により駆動用の組立体を冷却するので、外部の冷却システムの必要がなくなり、これにより駆動用の組立体の温度が常に良好な作動に適する所望のレベルに維持される。
【００１８】
加えて、循環する流体は潤滑剤として使用される。循環する流体の膜は第二チャンバと回転子・タービン組立体との壁の間を通り、これにより回転子・タービン組立体が誘導力により第二チャンバ内において浮動状態で回転運動することができるようになる。
【００１９】
上記より、本発明のポンプは、ポンプが基本的に固定子および回転子のような従来と同様な誘導手段および運動伝達手段とから成りながらも、換気装置、ローラベアリング、駆動軸および機械的シールを使用しなくてもよく、このため構成が単純で製造費用が安い。
【００２０】
以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は従来から用いられている今日のポンプを示す。このポンプはコイル状の固定子４と、回転子５と、回転軸９を支持するローラベアリング３とを具備し、回転軸９には回転子５のケージが取付けられる。回転軸９は固定子４の磁界の誘導による回転子５からの駆動力を確実に伝達する。なお、図１において、固定子・回転子組立体を確実に冷却するベンチレータ１と、回転子５の両側に配置され且つローラベアリングを支持するカバー２とが存在する。
【００２２】
加えて、このタイプのポンプモータが良好に作動するようにするために、回転子５は固定子４に対して完全に中央に位置決めされ、これによりこれらの磁鉄間での接触が防止される。図１に示したポンプモータでは、ギャップと呼ばれる回転子５と固定子４との間の空間が空気で満たされている。
【００２３】
図１はさらに物理的シール８を示す。これら物理的シール８は従来のポンプモータで広く使用されているものであり、換気すること、およびポンプモータの電気部分と液圧部分との間で分離することができるようにする。液圧部分はタービン７および渦形室６から成る。
【００２４】
他方、図２は本発明の好適な実施形態を示す。なお、図２では図１で示した幾つかの要素が省略されている。この実施形態は、ケーシング１４を具備するポンプ１０を示す。ケーシング１４はしっかりとシールされた第一チャンバ１９と中央の第二チャンバ１７とを有し、第二チャンバ１７は少なくとも一つの入口１５と一つの出口１６とを備え、これら入口１５と出口１６との間に通路１８が画成される。ケーシング１４は高分子材料または悪天候を含む特定の状態に適した任意の他の種類の材料から形成される。
【００２５】
一体的な回転子・タービン組立体１１がチャンバ１７内に配置され、このチャンバ１７を通過する流体を駆動する。この回転子・タービン組立体１１は高分子材料から形成され、加えて回転子内にタービン用の通路を画成するように孔が開けられる。この実施形態では、上記回転子・タービン組立体１１のタービンは流体に遠心力を作用させるためのブレードから成る。このため、作動時には、流体は、チャンバ１７の入口１５を通った後に、回転子・タービン組立体１１に流入し、内部の通路を通り、タービンのブレードに到達した後に、出口１６に向かって駆動せしめられる。
【００２６】
ケーシング１４は第二チャンバ１７を通って循環する流体からしっかりとシールされた第一チャンバ１９を有する。ケーシングの外壁と第一チャンバ１９から第二チャンバ１７を分離する壁とは射出成形可能な高分子材料から形成される。加えて、第一チャンバ１９内には当業者には公知の固定子１２が設けられ、この固定子１２は、流体が循環する第二チャンバ１７内に配置された回転子・タービン組立体１１の駆動を磁界によって誘導する。
【００２７】
本発明のポンプのこの実施形態では、第二チャンバに入口から出口へと通じる通路とは別の通路がさらに画成され、流体の一部がこのチャンバを通って循環する。この実施形態では、このような通路により、流体が第一チャンバ１９周りで循環し、熱伝達により第一チャンバ１９内に配置された固定子１２を冷却する。
【００２８】
加えて、入口１５に入り第二チャンバ１７を通って循環する僅かな一部の流体は第二チャンバ１７の壁の一部と回転子・タービン組立体１１との間の伝導手段１３を通過し、これにより均一な流体膜が形成される。この流体膜は、ポンプが作動している間に回転子・タービン組立体１１が第二チャンバ１７の壁と接触せずに液体中で自由に回転することができるようにする。このようにして、流体膜は回転子・タービン組立体１１を支承するものとして作用すると同時に、第二チャンバの壁と回転子・タービン組立体１１との間の摩擦を実際に無くす潤滑剤として作用し、そしてノイズレベルを非常に低くする。回転子・タービン組立体１１は第二チャンバ１７の壁と接触することなく液体内に入れられるが、固定子１２によって生成された磁界により回転子・タービン組立体１１がその軸線周りにバランスのとれた位置に維持される。こうして、回転運動において、磁力によって組立体が第二チャンバ１７の壁と接触するのが防止される。
【００２９】
上述したことに鑑み、液体が循環することができるようにする通路を第二チャンバ１７が有するので、ノイズレベルが低減される。さらに、このことにより専用の潤滑剤および外部の冷却システムの必要が無くなる。また、ポンプが基本的に射出成形可能な高分子材料から成り、また、従来に比べて構成要素の数が減少する（すなわち、シールがなくなる）ので、組み立てるのが簡単になり且つその費用が安くなる。加えて、回転子・タービン組立体１１と第二チャンバ１７の壁との間の摩擦が低減されるのでエネルギ損失が最小限となる。
【００３０】
本発明の別の重要な特徴に関して、従来のポンプの固定子４と回転子５との間の空間、いわゆるギャップは空気で満たされていた。一方、本発明では、液体層１３に加えて、第二チャンバ１７の壁と回転子・タービン組立体１１の壁とは高分子材料から成り、また、固定子１２の磁性体と回転子・タービン組立体１１とが完全な芯合わせされることができるようにされ、さらに回転子・タービン組立体１１がその駆動軸線周りに良好にバランスがとられて配置される。これにより、回転において、第二チャンバ１７の壁との接触は回避される。
【００３１】
加えて、本発明は樹脂で覆われた表面が流体と接触するので、耐食性のポンプを提供する。したがって、流体はポンプモータに如何なる損傷をも与えることなく動き回る。加えて、液体自体が冷却剤として使用されるため、本発明のポンプは換気されたり冷却媒体内に沈められたりすることなく設置される。
【００３２】
本発明の好適な実施形態の例を説明したが、本発明の範囲は他の変更例も含むものであり、特許請求の範囲の内容のみによって限定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の典型的なポンプモータの断面側面図である。
【図２】本発明の液体を駆動するための装置の断面側面図である。
【符号の説明】
１１…回転子・タービン組立体
１２…固定子
１４…ケーシング
１５…入口
１６…出口
１７…第一チャンバ
１８…通路

Claims (7)

1. 少なくとも一つの密にシールされた第一チャンバ（１９）と、該第一チャンバに隣接した少なくとも一つの第二チャンバ（１７）とを有するケーシング（１４）であって、該第二チャンバが流体用の通路（１８）を画成すると共に流体用の入口（１５）と出口（１６）とを有し、第一チャンバと第二チャンバとが壁によって分離せしめられる、ケーシング（１４）と、
   上記第一チャンバ（１９）内に配置された固定子（１２）と、
   回転子及びタービンを備える回転子・タービン組立体（１１）であって、上記固定子によって誘導されて上記入口（１５）から上記出口（１６）へ流体を駆動することができ、該回転子・タービン組立体の少なくとも一部が上記固定子に対して同軸に配置される回転子・タービン組立体（１１）と、を具備し、
   上記回転子およびタービンは一体的であって、作動時に流体膜（１３）が上記回転子・タービン組立体（１１）を支持すべく該回転子・タービン組立体（１１）と、上記第一チャンバ（１９）及び第二チャンバ（１７）間の壁との間に維持されるように全体として第二チャンバ内に配置され、上記回転子・タービン組立体には内部流体通路を画成する孔が開けられ、上記一体的な回転子・タービン組立体は作動時に上記流体膜によりポンプ内に支持されて浮動状態での回転運動を行う、遠心液圧ポンプ（１０）。
2. 上記第一チャンバ（１９）および第二チャンバ（１７）の壁は射出成形可能な高分子材料から形成されることを特徴とする請求項１に記載の遠心液圧ポンプ（１０）。
3. 上記回転子・タービン組立体（１１）は高分子材料から成り、固定子（１２）によって誘導されることができる金属製構成要素を内部に有することを特徴とする請求項１又は２に記載の遠心液圧ポンプ（１０）。
4. 上記金属製構成要素は鉄またはアルミニウムから成ることを特徴とする請求項３に記載の遠心液圧ポンプ（１０）。
5. 上記固定子（１２）は、循環する流体が熱伝達によって固定子を冷却することができるように、上記第一チャンバ（１９）と第二チャンバ（１７）とを分離する壁に近接した位置に配置されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の遠心液圧ポンプ（１０）。
6. 上記回転子・タービン組立体のタービンは流体に遠心力を作用させるためのブレードから成ることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の遠心液圧ポンプ（１０）。
7. 上記回転子・タービン組立体（１１）と固定子（１２）との間の空間には実質的に第一チャンバ（１９）と第二チャンバ（１７）との壁が配置されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の遠心液圧ポンプ（１０）。

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