CN111373157A - 离心泵 - Google Patents

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Abstract

离心泵(10)包括：泵部(12)，其具有泵室(23)和加压输送流体的叶轮(33)，在该泵室(23)的内部收纳所述叶轮；以及马达部(14)，其具有壳体(18、19)和使所述叶轮旋转的中空的旋转轴(52)，在该壳体(18、19)的内部形成收纳所述旋转轴的马达室(43)。所述旋转轴在其内部形成有导出通路(70)，且具有与所述叶轮卡合的第1端部和使所述导出通路的一端开口的第2端部。所述导出通路的一端经由所述导出通路的另一端与所述泵室的低压区域连通，且经由所述壳体所形成的导入通路(72)与所述泵室的高压区域连通。

Description

离心泵
技术领域
本说明书中公开的技术涉及一种离心泵。
背景技术
离心泵包括：泵部，其具有泵室和加压输送流体的叶轮，在该泵室的内部收纳叶轮；以及马达部，其具有与叶轮卡合的旋转轴(例如参照日本特开2017－61919号公报)。离心泵通过利用马达部的驱动使泵部的叶轮旋转，从而加压输送流体。在日本特开2017－61919号公报中，在壳体的外表面设有多个散热片，在马达部的旋转轴设有冷却风扇。由此，通过使冷却风扇的风接触散热片来冷却壳体，从而抑制马达部的温度上升。
发明内容
发明要解决的问题
根据日本特开2017－61919号公报，虽然壳体被冷却，但马达部内难以被冷却，因而可能导致马达部的构成部件的劣化、强度降低。
本说明书所公开的技术的课题在于提供一种能够使马达部内的冷却性能提高而抑制马达部的构成部件的劣化、强度降低的离心泵。
用于解决问题的方案
为了解决上述课题，本说明书中公开的离心泵采用以下的手段。
即，一种离心泵，该离心泵包括：泵部，其具有泵室和加压输送流体的叶轮，在该泵室的内部收纳所述叶轮；以及马达部，其具有壳体和使所述叶轮旋转的中空的旋转轴，在该壳体的内部形成收纳所述旋转轴的马达室，其中，所述旋转轴在其内部形成有导出通路，且具有与所述叶轮卡合的第1端部和使所述导出通路的一端开口的第2端部，所述导出通路的一端经由所述导出通路的另一端与所述泵室的低压区域连通，且经由所述壳体所形成的导入通路与所述泵室的高压区域连通。
发明的效果
根据上述手段，能够使马达部内的冷却性能提高，抑制马达部的构成部件的劣化、强度降低。
附图说明
图1是表示实施方式1的离心泵的剖视图。
图2是表示离心泵的主要部分处的流体的流动的图。
图3是表示实施方式2的离心泵的主要部分的剖视图。
图4是表示实施方式3的旋转轴的螺旋槽的剖视图。
图5是表示实施方式4的离心泵的主要部分的剖视图。
图6是表示低温时的流量调节阀的剖视图。
图7是表示高温时的流量调节阀的剖视图。
具体实施方式
以下，使用附图说明实施方式。
[实施方式1]
在实施方式1中，例示了例如作为吹扫泵使用的离心泵，该吹扫泵搭载于汽车等车辆并用于补充自吸附罐向内燃机(发动机)的进气通路的吹扫量。图1是表示离心泵的剖视图。此外，以图1为基准确定上下左右的方位，但并不用于指定将离心泵搭载于车辆时的配置方向。
如图1所示，离心泵10包括在沿着后述的旋转轴52的方向即轴向(上下方向)上排列的泵部12和马达部14。作为离心泵10的外壳的壳体16包括在轴向(图1中的上下方向)上分割为三个的第1壳体构件17、第2壳体构件18以及第3壳体构件19。第1壳体构件17～第3壳体构件19利用多个螺栓20等紧固。在第1壳体构件17与第2壳体构件18之间夹着将两者之间密封的O型密封圈21。在第2壳体构件18与第3壳体构件19之间夹着将两者之间密封的O型密封圈22。
(泵部12)
第1壳体构件17和第2壳体构件18构成泵部12的泵壳体。利用第1壳体构件17和第2壳体构件18形成有中空圆盘状的泵室23。在第1壳体构件17形成有向轴向外方(图1中的上方)突出的圆筒状的吸入端口24。在吸入端口24内形成有连通泵室23内外的吸入口25。另外，在第1壳体构件17形成有向规定后述的叶轮33的基板部34的圆形的切线方向(图1中的右方)突出的圆筒状的喷出端口26。在喷出端口26内形成有连通泵室23内外的喷出口27。
在第2壳体构件18的下表面，圆筒状的内筒部29和圆筒状的外筒部30形成为同心状，并一同形成双重环状。在内筒部29内形成有沿轴向贯通的中空孔。在内筒部29与外筒部30之间形成有环状空间部31。在第2壳体构件18形成有由沿上下方向贯通的贯通孔构成的导入孔32。导入孔32与环状空间部31连通。导入孔32沿周向以等间隔配置有多个。
在泵部12的泵室23内收纳有叶轮33。叶轮33具有：圆板状的基板部34；多片叶片部35，其沿周向以规定的间隔形成于基板部34的上表面；以及圆筒状的毂部36，其以同心状形成于基板部34的下表面。叶轮33以能够旋转的方式配置于泵室23内。毂部36以能够旋转的方式嵌合在第2壳体构件18的内筒部29内。在基板部34的中心部形成有由内径小于毂部36的内径的贯通孔构成的导出孔37。导出孔37配置在作为泵室23的低压区域的吸入口25附近。
(马达部14)
马达部14包括驱动叶轮33的无刷马达。第2壳体构件18和第3壳体构件19构成马达部14的马达壳体。第3壳体构件19形成为有底圆筒状，具有圆筒状的筒壁部39和封闭筒壁部39的下表面开口部的底壁部40。在筒壁部39的上端面的内周部形成有带台阶的凹部42。在带台阶的凹部42内嵌合有第2壳体构件18的外筒部30。外筒部30的下端面和带台阶的凹部42的底面隔开规定的间隔地分离。
利用第2壳体构件18和第3壳体构件19形成有马达室43。马达室43经由第2壳体构件18的环状空间部31以及导入孔32与泵室23连通。另外，第2壳体构件18的内筒部29的下端部以游隙嵌合状嵌合在第3壳体构件19的筒壁部39的内周面内。在内筒部29与筒壁部39之间的半径方向上的相对面间设定有规定的间隙(称作“第1间隙”)S1。在第3壳体构件19的底壁部40以同心状形成有有底圆筒状的支承凹部45。在支承凹部45内设有有底圆筒状的保持件46。
马达部14包括转子48、定子50等。转子48包括旋转轴52和永磁体53。旋转轴52由中空轴构成。永磁体53以相对于旋转轴52的中央部在周向上具有多个磁极的方式配置有多个，并利用固定于旋转轴52的上下一对定位板54定位。
转子48收纳于马达室43内。旋转轴52的一端部(上端部)借助轴承(称作“第1轴承”)56以能够旋转的方式支承于第2壳体构件18的内筒部29内。第1轴承56例如由滚珠轴承构成，内圈固定于内圈旋转轴52，外圈固定于第2壳体构件18的毂部36内。叶轮33的毂部36支承于内圈上。由此，在叶轮33的基板部34与第2壳体构件18之间的轴向上的相对面间设定有规定的间隙(称作“第2间隙”)S2。旋转轴52的上端部贯通第1轴承56。该旋转轴52的上端以能够一体地旋转的方式插入即卡合于叶轮33的毂部36内。
旋转轴52的另一端部(下端部)借助轴承(称作“第2轴承”)57以能够旋转的方式支承于第3壳体构件19的保持件46内。第2轴承57例如由桶型滚珠轴承构成，且内圈固定于旋转轴52，外圈具有间隙地嵌合于保持件46内。即，在保持件46与第2轴承57的外圈之间的半径方向上的相对面间设定有规定的间隙(称作“第3间隙”)S3。旋转轴52的中空部58与叶轮33的导出孔37连通。另外，在保持件46的下部内形成有连通旋转轴52的中空部58和第3间隙S3的连通室60。此外，旋转轴52的一端部即上端部相当于本说明书所述的“第1端部”，旋转轴52的另一端部即下端部相当于“第2端部”。
转子48的旋转轴52在壳体16内沿轴向(上下方向)延伸。转子48在壳体16内能够绕旋转轴52旋转。伴随转子48的旋转，使叶轮33一体地旋转。将转子48和叶轮33统称为旋转侧构件62。
定子50包括芯64。芯64是借助树脂制的线圈架66将线圈67卷绕于芯主体65而成的，该芯主体65是沿轴向(上下方向)层叠多个芯板而成的。芯64被形成第3壳体构件19的筒壁部39的树脂层全面覆盖。芯64以与转子48的永磁体53对应的方式配置。将壳体16、保持件46以及定子50统称为固定侧构件68。
在第3壳体构件19的筒壁部39与转子48之间的半径方向上的相对面间设定有规定的间隙(称作“第4间隙”)S4。第4间隙S4与第3间隙S3连通。
利用旋转轴52的中空部58和叶轮33的导出孔37构成导出通路70。导出通路70形成于旋转侧构件62，为一端在旋转轴52的与叶轮33相反的一侧的端部(下端部)开口、且另一端在泵室23的低压区域开口的通路。
利用第2壳体构件18的导入孔32、马达室43中的环状空间部31、第1间隙S1、第4间隙S4、第3间隙S3以及连通室60构成导入通路72。导入通路72形成于固定侧构件68的马达室43内，为一端在泵室23的高压区域开口且另一端与导出通路70的另一端连通的通路。
此外，在第3壳体构件19的下侧部配置有进行对马达部14的供电控制的控制电路(未图示)。在第3壳体构件19形成有连接器部74。在连接器部74内配置有与控制电路连接的端子75。在连接器部74连接有与未图示的外部电源(例如搭载于车辆的电池)连接的外部连接器(未图示)。控制电路将自外部电源供给的电力向马达部14供给。
(离心泵10的动作)
通过自外部电源供给电力而驱动马达部14。于是，转子48旋转，伴随该旋转，使包含叶轮33在内的旋转侧构件62旋转，从而加压输送流体。即，利用叶轮33的旋转，流体(吹扫气体)自吸入口25被吸入泵室23内(参照图1中的箭头Y1)。该流体在泵室23内利用叶轮33的旋转而升压后，自喷出口27喷出(参照图1中的箭头Y2)。此时，在泵室23内，下游侧(喷出口27侧)的流体的压力变得高于上游侧(吸入口25侧)的流体的压力。即，在泵室23内产生压差。此外，泵室23的吸入口25的附近相当于本说明书所述的“低压区域”。另外，泵室23的外周部相当于本说明书所述的“高压区域”。
利用在泵室23内产生的压差，泵室23内的流体的一部分自泵室23的高压区域经由第2间隙S2被导入导入通路72，接着在流过了导出通路70之后，被向泵室23的低压区域导出。详细而言，泵室23内的第2间隙S2的流体经由导入通路72的导入孔32、环状空间部31、第1间隙S1、第4间隙S4以及第3间隙S3向连通室60流动(参照图2中的实线箭头)。另外，连通室60的流体经由导出通路70的中空部58和导出孔37向泵室23的低压区域流动(参照图2中的虚线箭头)。
另外，第2间隙S2的流体的一部分经由第2壳体构件18的内筒部29与叶轮33的毂部36之间的径向上的间隙和第1轴承56的构件相互之间的间隙(相当于内圈与外圈之间的间隙、内圈与滚珠之间的间隙以及外圈与滚珠之间的间隙)向第4间隙S4流动。另外，第4间隙S4的流体的一部分经由第2轴承57的构件相互之间的间隙(相当于内圈与外圈之间的间隙、内圈与滚珠之间的间隙以及外圈与滚珠之间的间隙)向连通室60流动。
(离心泵10的优点)
根据实施方式1的离心泵10，利用在导入通路72和导出通路70中流动的流体来吸收马达部14的固定侧构件68和旋转侧构件62的热，并向泵室23的低压区域的流体散热。由此，能够使马达部14内的冷却性能提高，而抑制马达部14的构成部件的劣化、强度降低。
另外，利用在转子48与固定侧构件68之间的第4间隙S4中流动的流体，能够有效地冷却转子48与固定侧构件68之间的相对部位。
另外，利用在旋转轴52的中空部58中流动的流体，能够有效地从内部冷却旋转轴52。
另外，利用在保持件46与第2轴承57之间的第3间隙S3中流动的流体，能够有效地冷却第2轴承57。
另外，利用在第1轴承56的构件相互之间的间隙中流动的流体，能够有效地冷却第1轴承56。另外，利用在第2轴承57的构件相互之间的间隙中流动的流体，能够有效地冷却第2轴承57。
另外，通过使马达部14的冷却性能提高，能够降低两轴承56、57的周边部的热应力。另外，能够降低由热导致的马达部14的故障风险。另外，能够抑制定子50的线圈67的电阻的上升，并抑制马达效率的降低。另外，能够抑制相对于马达部14的热劣化的寿命降低，能够使离心泵10长寿命化。
[实施方式2]
实施方式2是对实施方式1(参照图1)施加变更而成的，因而对该变更部分进行说明，并省略重复的说明。图3是表示离心泵的主要部分的剖视图。如图3所示，在固定侧构件68形成有绕过第4间隙S4的迂回通路78。迂回通路78由形成于第3壳体构件19的纵通路部79和横通路部80以及形成于保持件46的连通孔81构成。
纵通路部79以在定子50的外侧的附近沿纵向(上下方向)延伸的方式形成于第3壳体构件19的筒壁部39。纵通路部79的一端部(上端部)在带台阶的凹部42的底面开口，并经由第2壳体构件18的外筒部30与带台阶的凹部42之间的轴向上的间隙与环状空间部31连通。另外，横通路部80以在定子50的下侧的附近沿横向(底壁部40的半径方向)延伸的方式形成于第3壳体构件19的底壁部40。横通路部80的一端部(外端部)与纵通路部79的另一端部(下端部)连通。另外，连通孔81以连通横通路部80的另一端部(内端部)和第3间隙S3的方式形成于保持件46。此外，第3壳体构件19相当于本说明书所述的“壳体的壁部”。另外，迂回通路78相当于本说明书所述的“导入通路的局部”。
根据实施方式2，环状空间部31内的流体的一部分经由迂回通路78向第3间隙S3流动(参照图3中的点划线箭头)。因而，利用在迂回通路78中流动的流体，能够有效地冷却定子50。
[实施方式3]
实施方式3是对实施方式1(参照图1)施加变更而成的，因而对该变更部分进行说明，并省略重复的说明。图4是表示旋转轴的螺旋槽的剖视图。如图4所示，在旋转轴52的内周面(中空部58的壁面)形成有螺纹槽状的螺旋槽83。螺旋槽83的螺旋方向设定为利用旋转侧构件62的旋转来促进流体的流动的方向。
根据实施方式3，利用旋转轴52的螺旋槽83，能够利用旋转轴52的旋转来促进在中空部58中流动的流体的流动。由此，使在导出通路70和导入通路72(参照图1)流动的流量增加，从而能够使马达部14的冷却性能提高。此外，螺旋槽83也可以形成于叶轮33的导出孔37的内周面。
[实施方式4]
实施方式4是对实施方式2(参照图3)施加变更而成的，因而对该变更部分进行说明，并省略重复的说明。图5是表示离心泵的主要部分的剖视图，图6是表示低温时的流量调节阀的剖视图，图7是表示高温时的流量调节阀的剖视图。如图5所示，在迂回通路78的横通路部80设有根据流体的温度调节通路面积的双金属式阀85。双金属式阀85例如利用由温度变化导致的双金属86的伸缩来调节通路面积。双金属86形成为圆弧形板状，其一端部(基端部)固定于迂回通路78的通路壁面即第3壳体构件19的底壁部40。双金属式阀85通过在低温时双金属86收缩而使通路面积减小(参照图6)。另外，双金属86通过在高温时双金属86伸长而使通路面积增大(参照图7)。此外，双金属式阀85相当于本说明书所述的“流量调节阀”、“感温式的流量调节阀”。
根据实施方式4，利用根据流体的温度调节通路面积的双金属式阀85，在流体的低温时(参照图6)，迂回通路78的横通路部80的通路的通路面积减小，而其流量减小。由此，能够抑制泵效率的降低。另外，在流体的高温时(参照图7)，迂回通路78的横通路部80的通路面积增大，而流量增大。由此，能够使马达部14的冷却性能提高。
此外，双金属式阀85也可以设于迂回通路78的纵通路部79。另外，双金属式阀85还可以设于导入通路72或导出通路70。另外，也可以是，代替双金属式阀85，而使用波纹管阀、蜡阀等感温式的流量调节阀。另外，也可以是，流量调节阀使用电磁式的流量调节阀来代替感温式的流量调节阀。
[其他实施方式]
本说明书中公开的技术并不限定于所述的实施方式，而能够以其他的各种方式来实施。例如，离心泵10也可以应用于吹扫气体以外的流体例如空气等的气体、或水、燃料等的液体的加压输送所使用的泵。另外，离心泵10并不限定于吹扫泵，还可以应用于使内燃机的冷却水循环的水泵。另外，马达部14的无刷马达也可以由有刷马达代替。
以上在本说明书中以各种各样的方式进行了技术的公开。该技术的第一方式为一种离心泵，该离心泵包括：泵部，其具有泵室和加压输送流体的叶轮，在该泵室的内部收纳所述叶轮；以及马达部，其具有壳体和使所述叶轮旋转的中空的旋转轴，在该壳体的内部形成收纳所述旋转轴的马达室，其中，所述旋转轴在其内部形成有导出通路，且具有与所述叶轮卡合的第1端部和使所述导出通路的一端开口的第2端部，所述导出通路的一端经由所述导出通路的另一端与所述泵室的低压区域连通，且经由所述壳体所形成的导入通路与所述泵室的高压区域连通。
根据第1方式，通过利用马达部的驱动使泵部的叶轮旋转，从而加压输送流体。此时，利用泵室内产生的压差，泵室内的流体的一部分自高压区域被导入导入通路，接着在流过导出通路之后，被向低压区域导出。因而，利用在导入通路和导出通路中流动的流体，吸收马达部特别是壳体和旋转轴周边的热，并向泵室的低压区域的流体散热。由此，能够使马达部内的冷却性能提高，而抑制马达部的构成部件的劣化、强度降低。
第2方式基于第1方式的离心泵，其中，所述马达部具有转子，所述导入通路的局部为形成在所述转子与所述壳体之间的间隙。
根据第2方式，利用在转子与壳体之间的间隙中流动的流体，能够有效地冷却转子与壳体之间的相对部位。
第3方式基于第1或第2方式的离心泵，其中，所述马达部具有定子，所述壳体具有覆盖所述定子的壁部，所述导入通路的局部形成于所述壳体的壁部内。
根据第3方式，利用在壳体的覆盖定子的壁部内流动的流体，能够有效地冷却定子。
第4方式基于第1～第3方式中的任一方式的离心泵，其中，所述导出通路在其内周面具有螺旋槽，该螺旋槽利用所述旋转轴的旋转来促进所述流体的流动。
根据第4方式，利用螺旋槽，能够利用旋转轴的旋转促进在导出通路中流动的流体的流动。由此，在导出通路和导入通路中流动的流量增加，从而能够使马达部的冷却性能提高。
第5方式基于第1～第4方式中的任一方式的离心泵，其中，所述导入通路和所述导出通路中的至少一者具有根据流体的温度调节通路面积的流量调节阀。
根据第5方式，利用根据流体的温度调节通路面积的流量调节阀，在流体的低温时，该通路的通路面积减小，而其流量减小。由此，能够抑制泵效率的降低。另外，在流体的高温时，该通路的通路面积增大，而流量增大。由此，能够使马达部的冷却性能提高。

Claims (5)

1.一种离心泵，该离心泵包括：
泵部，其具有泵室和加压输送流体的叶轮，在该泵室的内部收纳所述叶轮；以及
马达部，其具有壳体和使所述叶轮旋转的中空的旋转轴，在该壳体的内部形成收纳所述旋转轴的马达室，其中，
所述旋转轴在其内部形成有导出通路，且具有与所述叶轮卡合的第1端部和使所述导出通路的一端开口的第2端部，
所述导出通路的一端经由所述导出通路的另一端与所述泵室的低压区域连通，且经由所述壳体所形成的导入通路与所述泵室的高压区域连通。
2.根据权利要求1所述的离心泵，其中，
所述马达部具有转子，
所述导入通路的局部为形成在所述转子与所述壳体之间的间隙。
3.根据权利要求1或2所述的离心泵，其中，
所述马达部具有定子，
所述壳体具有覆盖所述定子的壁部，
所述导入通路的局部形成于所述壳体的壁部内。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的离心泵，其中，
所述导出通路在其内周面具有螺旋槽，该螺旋槽利用所述旋转轴的旋转来促进所述流体的流动。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的离心泵，其中，
所述导入通路和所述导出通路中的至少一者具有根据流体的温度调节通路面积的流量调节阀。
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