CN1340376A - 搅拌装置 - Google Patents

Abstract

搅拌装置,由具有一对旋转轴26a的驱动部20搅拌搅拌体10。搅拌体10具有具有适当长度的圆柱状的轴体11和在夹着该轴体11的长度方向的中央部的长度方向两侧以沿该轴体的断面的相互垂直的方向的状态分别被支承的一对平板状搅拌叶片12。在各搅拌叶片12的大致中央分别贯通着支承轴16,各支承轴16也分别垂直地贯通着轴体11。通过分别使驱动部的各旋转轴26a旋转,上述搅拌体10的轴体11一边绕其轴心旋转,一边以长度方向中央部为中心进行往复摇动。

Description

搅拌装置

本发明涉及一种使用于各种流体的搅拌、混合的搅拌装置，具体地是涉及一种由两个轴使具有搅拌叶片的搅拌体进行摇动及旋转运动来搅拌各种流体的搅拌装置。

作为使用于封闭水域、停滞水域等的水域、水池等中的储藏水的搅拌及其爆气处理、高分子化合物的搅拌、混合、溶解等的搅拌装置，通常使用其搅拌叶片安装在一个旋转轴上的旋转式搅拌机。这种旋转式搅拌机，由于其搅拌叶片的旋转对周围的液体作用很大的剪切力，因而给旋转叶片带来很大的阻力，存在电力消费量大的问题。另外，还有旋转式搅拌机对于流体只在旋转叶片周围产生涡流，不能在广区域中确实地搅拌流体的问题。

另外，以一个旋转轴旋转的搅拌叶片搅拌高分子化合物等粘度高的物质时，产生周围的液体附着在旋转轴的魏森贝格效应(WeisnbergEffect)，无法充分搅拌混合高粘度物质。

为了解决以上说述问题，于“特开昭61-74962号”公报中，公开了使用称为Oloid形状的立体形状的搅拌体的搅拌装置。在此公报所公开的搅拌装置中，在其立体形状的搅拌体上设置着隔开适当的间隔且相互垂直的两个支承轴，各支承轴分别可摇地安装在一对相互平行的旋转轴上。通过传递来自一个动力源的旋转而分别驱动各旋转轴使其运转，通过各旋转轴分别旋转，各支承轴将各自的摇动方向构成垂直状态地一边进行往复摇动一边进行旋转。

如上说述，由于由一对旋转轴使构成为立体形状的搅拌体一边进行摇动一边进行旋转，因此可以用比较低的能耗进行流体的搅拌。但是，此立体形状的搅拌机的搅拌领域仍然比较窄，并不能够在广范围的水域中确实可靠地搅拌流体。

上述公报中，由于各旋转轴由一个动力源旋转，因而动力源需要十分大的转矩。另外，还存在不容易使各旋转轴的旋转速度分别不同地进行旋转及使各旋转轴的同步地进行旋转的问题。

为了解决以上问题，也考虑过给两个旋转轴分别设置动力源由各驱动源分别使各旋转轴旋转的方法。例如，在各旋转轴上各设一个马达，各马达的运转通过蜗轮传递到各旋转轴。但是，此方案在上述地设置使各旋转轴旋转的马达时，会使装置大型化，另外，需要将各马达的旋转分别传递于各旋转轴的零件等，而且维修不容易，还损害了其经济性。

本发明用于解决以上说述的各项问题，其目的是提供能以低能耗在广范围确实地搅拌流体的搅拌装置。

本发明的其他目的是提供一种小型、保养容易、及经济性良好的搅拌装置。

此发明的搅拌装置，其特征在于，包括搅拌体和驱动部，该驱动部具有：构成为具有适当长度的圆柱状的轴体；在该轴体长方向两侧，在沿着该轴体断面的相互垂直方向的状态下分别被支承的一对平板状的搅拌叶片；分别垂直地贯通各搅拌叶片的基本中央部及轴体的一对支承轴，上述驱动部具有相互平行配置的且分别向相反的方向旋转的一对旋转轴，各旋转轴分别连接在上述搅拌体的各支承轴上，通过其旋转使上述搅拌体的轴体一边绕其轴心旋转一边以轴体长度方向中间为中心进行往复摇动。

另外，本发明的搅拌装置，其一个搅拌体由设在驱动部上的一对旋转轴支承，借助各旋转轴的旋转，该搅拌体一边摇动一边旋转，其特征在于，上述驱动部具有一对定子和一对转子，该一对定子分别具有沿周向隔开一定间隔并分别向内方突起地设置的定子铁心，上述一对转子在各定子内分别可旋转被配置的转子，在各转子的外周缘部沿全周分别设置具有高磁通量的磁铁，并且在各自的轴心部分别设置旋转轴。

以下根据附图来说明本发明的实施例。

图1是表示本发明的搅拌装置的一实施例的简略构造图。

图2是此搅拌装置所使用的搅拌体的侧视图。

图3是此搅拌装置所使用的搅拌体的正视图。

图4是图1所示的搅拌装置的驱动部所使用的定子支持板的平面图。

图5是表示图1所示的搅拌装置的驱动部的控制的一例的时间图表。

图6是表示图1所示的搅拌装置的驱动部的控制的另一例的时间图表。

图7是表示本发明的搅拌装置的另一实施例的简略构造图。

图1是表示本发明的搅拌装置的一实施例的简略构成图。此装置由搅拌体10及驱动此搅拌体10的动力部20构成。

图2及图3为搅拌体12的侧视图及正视图。搅拌体10具有适当长的圆柱状的轴体11和与安装在该轴体11上的一对搅拌叶片12。各搅拌叶片12由不锈钢板等的平板材料形成为相同的梯形状。

各搅拌叶片12具有直线状延伸的长边部12a，从长边部12a的两端连接设置短边部12b，该短边12b相对长边部12a成钝角地倾斜着。在各短边部12b分别连接设置着相对短边12b成钝角地倾斜的斜边部12c。因此，各斜边部12c随着从长边部12a离开而相互接近地成为相对长边部12a倾斜的状态。各斜边部12c分别形成为若干向外侧鼓出的圆弧状。各斜边部12c的前端部彼此由向外侧鼓出的圆弧状前端边部12d相连接。

在轴体11上，在夹着其长度方向的中央部的各侧部，从各端面到轴体11的中央部附近分别形成着沿分别相互垂直的直径方向的各槽部，在各槽部内支承着搅拌叶片12。各搅拌叶片12以各自的长边部12a的夹着轴体11的长度方向的中央部且相互垂直的方式分别插入各槽中、并在将各长边部12a的垂直二等分线沿轴体11的轴心的状态下被支承着。搅拌叶片12的前端边部12c分别从轴体11的端面突出适当的长度。

在轴体11上，在各搅拌叶片12的大致中央部分别设有以与搅拌叶片12垂直的状态贯通轴体11的中空的轴承部13。

在各轴承部13内分别插入支承轴16。各支承轴16在其各自的端部从轴承部13突出的态度下一体地安装在各轴承部13上。各支承轴16的端部以架设在分别由一对支杆部15a构成为V字状的连接构件15的各支杆部15a前端部间的状态支持着。

如上所述的搅拌体10由驱动部20驱动，轴体11一边以长度方向的中央部为中心摇动一边绕其轴心旋转。如图1所示，驱动部20具有隔着适当间隔相互平行地被配置的一对支承板21及22以及在两支承板21及22之间与支承板21及22等间隔并与支承板21及22平行地配置的定子支承板23。各支承板21与22其相对的各角部彼此由连接轴24相连接，另外，定子支承板23的各角部分别支承在连接轴24的中央部。

在定子支承板23上分别形成着一对贯通孔23a，在各贯通孔23a的外周缘部内分别形成着台阶。在各台阶23a上分别安装构成马达的定子25。在各定子25内设有沿周向隔开等间隔并向内方突出的12个定子铁心25a，在各定子铁心25a上分别绕有线圈25b。

在各定子25的中央部分别设置了转子26。各转子26具有以与定子25同心状态配置的旋转轴26a。各旋转轴26a的各端部分别由设置在支承板21及22上的轴承27可旋转地支承。在各转子26的旋转轴26a的轴向中央部分别以与转轴26a同心的状态设置了外径比旋转轴26a的外径大的圆板部26b。各圆板部26b分别配置定子25的各定子铁心25a内，在各圆板部26b的外周缘部分别沿全周设置了高磁通量磁铁26c。

分别由定子25及转子26构成的各马达所具有的转矩与由分别安装在转子26中的高磁通量磁石26c的磁密度及各高磁通量磁石26c的宽度(半径方向的长度)及厚度决定的磁场强度成正比。与分别绕在各定子25的定子铁心25a上的线圈25b内流过的电流量成正比的斥力成为转矩。因此，通过增加安装在各转子26上的高磁通量磁铁26c的宽度、或者增加设在定子25上的线圈25b的密度，可以提高各转子26的对各定子25的斥力，可以分别提高各转子26的转矩。

各转子26的旋转轴26a的一端部分别从一支承板21突出，在从支承板21突出的旋转轴26a的端部分别安装着与各旋转轴26a一体地旋转的万向连轴节28。

各万向联轴节28与上述的搅拌体10的各连接构件15的一对支杆部15a的结合部相连接，因此，搅拌体10的轴体11以相对旋转轴26a倾斜45度的状态并以可摇动旋转的状态安装在驱动部20上。

各连接构件15在各自的摇动中心轴15b相互垂直地使各自的相位错开90度的状态下安装在万向联轴节28上。

各转子26的另一端，即与万向联轴节28相连接的端部相反的一端上分别装有电磁式启动装置29。各启动装置29分别具有螺线管29a，在各螺线管29a的柱塞29b的前端部上安装着圆柱状的转动件29c，该转动件29c通过与旋转轴26a结合而使旋转轴26a在45～90度范围中旋转。

回转件29c设置于插棒式铁芯29b上，通过插棒式铁芯29b沿着轴方向滑动而使回转部29c一边向同向滑动一边沿规定方向转动。另外，回转件29c支承在设在螺线管29a与支持板22之间的支持件29d内，在回转部29c的外周面上设有螺旋状的槽沟，在其槽沟内可旋转地配置许多的滚珠29e。因此，回转件29c由许多的滚珠29e可相对支持件29d回转及滑动地被支承。

在回转件29c与支承板22之间设置了压缩弹簧29f，在对螺线管29a通电而使柱塞29b向与支承板22接近的方向滑动时，回转件29c则反抗压缩弹簧29f的弹压力与旋转轴26a结合。在这个状态下，由于回转部29c沿规定方向旋转，使旋转轴26a以规定方向旋转45至90度。与此相反，在停止对螺线管29a通电时，由于压缩弹簧29f的反弹力，回转件29c向螺线管29a侧滑动，解除回转件29c与旋转轴26a的结合。

各启动装置29在分别旋转驱动部20的各旋转轴26a时，分别对螺线管29a通电，设在柱塞29b先端的回转件29c与旋转轴26a结合，使各旋转轴26a分别以45至90度的角度内转动。由此，各旋转轴26a分别得到约100kg·f·m的起动转矩，顺利地开始旋转。当旋转轴26a开始旋转时，其后，旋转轴26由起动时的转矩的三分之一至五分之一的转矩驱动旋转。

分别设置于各转子26上的各旋转轴26a在最初的启动时及其发生故障后再次启动时，需要很大的转矩。在这时，通过对各启动装置29的螺线管29a短时间通电，各螺线管29a的插棒式铁芯29b分别瞬间被作动，旋转轴26a由高转矩转动。

一般的马达在启动时使用齿轮传动马达使转子旋转而得到很高的转矩，在这种情况下，需要消费很多电力。与此相反，使用具有螺线管29a的启动装置的话，只需给予螺线管29a通以短时间的电流，即可使旋转轴26a旋转，可以大幅度减少能耗。

在以上所述的搅拌装置中，在驱动部20中，构成马达的各转子26分别以相反的方向运转。这时，其中一个转子26以高于规定的基准旋转速度旋转，其时，另一转子26以低于其基准旋转速度旋转。比如，各转子26每旋转π/2(相位)，则转子26的高速运转与低速运转进行互相交替。

图5是表示该情况下的各转子26的旋转的时间图。x轴表示各转子26的相位，y轴表示各转子26的旋转速度。y轴上的SO为各转子26的基准旋转速度，各转子26的旋转速度分别由点划线及双点划线表示。在各转子26上分别安装着表示旋转位置的位置传感器。(图中未表示)

图6是各转子26以高速SH及低速SL交替运转时的时间图表。高速度SH与低速度SL的平均值为基准旋转速度SO。各转子26分别每旋转π/2(相位)，交替反复进行相对基准旋转速度SO分别具有相等的旋转速度差的一定的高速旋转SH和低速旋转SL。即当一个转子26进行高速旋转SH时，另一转子26则进行低速旋转SL。而且，各转子26在每旋转了π/2(90度)后，各转子26的旋转速度相互分别切换为高速和低速。

如上所述，通过控制各转子26的旋转轴26a的旋转，可以使搅拌体10之轴体11的旋转角速度可以均匀化。或者也可以控制各转子26之旋转轴26a的转矩的和为一定，来达到搅拌体10之轴体11的旋转角速度的均一化之目的。

通过使各转子26交替地反复进行高速和低速运转，通过万向联轴节28分别与旋转轴26a连接的搅拌体10之轴体11绕其轴心旋转90度(＝π/2)，同时轴体11的倾斜方向也变化90度。因此，在一个搅拌叶片12一边由上向下摇动，一边在轴体11的周围旋转π/2相位期间，另一方的搅拌叶片12则一边由下向上摇动一边在轴体11的周围旋转π/2相位。而且，通过搅拌体10依次反复进行这样的动作，致使各搅拌叶片12进行间歇的旋转运动。

搅拌体10设置在需要进行搅拌或混合的流体内。比如，为了使水槽中的水进行流动，在水中设置搅拌体10，在将驱动部20的各转子26分别以规定的周期高速及低速交替地运转，轴体11每旋转了π/2周期，搅拌体10之各搅拌叶片12则反复进行反复摇动动作。因此，反复进行反复摇动动作及其高速及低速交替运转的搅拌叶片12在其旋转时推动水，形成水流。

在以上的情况下，作为流体的水给予搅拌叶片12的阻力十分小，搅拌叶片12旋转所消耗的电力与其说不会比使用立体形状的搅拌体时得到同样的搅拌效果所需的电力高，还不如说其电耗降低。

因此，我们认为，比如当流体是水的情况下，通过使分别为平板型的搅拌叶片12一边摇动一边间歇地进行旋转运动，使水依次地流入由各搅拌叶片12所推出而产生的空间内，流入的水形成小涡流的集团，而且，频繁地置换小涡流，流入的水和停止的水的分界处的摩擦阻力显著减小。一般很容易绕在搅拌叶片上的线头即使接近搅拌叶片12的旋转区域也不容易被吸入。其结果，被认为是用于使搅拌叶片12旋转的能耗降低的原因。

如上所述，在一边使搅拌叶片12摇动一边间歇地进行旋转运动而推出水时，由推出的水形成一个主水流带。此主水流带相对其轴心的偏摆角度(流域幅)小，成为流速的分布宽度窄高流速。其结果，可分别使由各搅拌叶片12所产生的主水流带到达远方。

与此相反，螺旋桨等立体形状的搅拌叶片中，其体积越大，产生的主水流带相对其轴心的偏摆角度(流域幅)越大，同时，旋转速度越快，在叶片周围形成自吸引作用所产生的激烈的流动。结果，在立体形状的搅拌叶片上施加很大的阻力，由立体搅拌叶片给予水很大的推进力。但是，在此情况下，推出的水流的流域宽度很宽，不能使形成的主水流带到达远方。

如上所述，各转子26通过分别反复进行同样的高速旋转及低速旋转，搅拌体10的各搅拌叶片12分别以同样的力量推动水，形成主水流。但，通过只利用其中的一片搅拌叶片12推动水，使另一片搅拌叶片12产生水推出极小，可以形成的主水带的流域宽度更加窄，也可以使主水带到达远方。在此情况下，如图6所示，只需要把一个转子26的高速旋转SH和低速旋转SL与基准运转速度的差分别设定得大，而将另一个转子的高速旋转SH和低速旋转SL与基准旋转速度SO的差分别设定得小即可。

在使用在各转子26的外周缘部分别设置了高磁通量磁铁26c的驱动部20的情况下，不仅可以使用具有平板状搅拌叶片12的搅拌体10，还可以使用如图7所示的立体形状的搅拌体30。此立体形状的搅拌体30的详细情况记载于“特开平11-276874号”公报中，是使图1所示的搅拌体10的平板状的各搅拌叶片12随着成为另一方的搅拌叶片12的远方侧而渐渐膨胀，成为相互一体化的形状，即形成此立体形状的搅拌体30。

本发明的搅拌装置由设置在驱动部的一对旋转轴的旋转，使搅拌体的轴体一边进行旋转一边进行往复摇动，通过设在搅拌体上的一对搅拌叶片推动流体到达远方。因此，可以以低的电能耗高效率地搅拌液体。

另外，本发明的搅拌装置的驱动部带动旋转轴旋转，此驱动部由其外周缘部设有高磁通量磁铁转子及定子构成，因此，其构造的简单，从而使机械的维护十分简便，经济性显著提高。

Claims (2)

1.搅拌装置，其特征在于，包括搅拌体和驱动部，该驱动部具有：构成为具有适当长度圆柱状的轴体；在该轴体长方向两侧，在沿着该轴体断面的相互垂直方向的状态下分别被支承的一对平板状的搅拌叶片；分别垂直地贯通各搅拌叶片的基本中央部及轴体的一对支承轴，上述驱动部具有相互平行配置的且分别向相反的方向旋转的一对旋转轴，各旋转轴分别连接在上述搅拌体的各支承轴上，通过其旋转使上述搅拌体的轴体一边绕其轴心旋转一边以轴体长度方向中间为中心进行往复摇动。

2.搅拌装置，其一个搅拌体由设在驱动部上的一对旋转轴支承，借助各旋转轴的旋转，搅拌体一边摇动一边旋转，其特征在于，上述驱动部具有一对定子和一对转子，该一对定子分别具有沿周向隔开一定间隔并分别向内方突起地设置的定子铁心，上述一对转子在各定子内分别可旋转地被配置，在各转子的外周缘部沿全周分别设置具有高磁通量磁铁，并且在各自的轴心部分别设置旋转轴。

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