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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Inline-Pumpe, bei der ein Strömungskanal
in einem Motor ausgebildet ist, der einen Stator und einen Rotor als
seine Hauptbauteile hat.
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Beschreibung
des Standes der Technik
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Wie
bereits in der Veröffentlichung
der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. Hei 10-246193 oder
der Veröffentlichung
der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. Hei 1-230088 beschrieben,
ist dieser Typ Inline-Pumpe so aufgebaut, dass der Rotor, der im
Inneren des Stators installiert ist, die Funktion eines Axialflügels (axial
flow vane) hat, da er sowohl einige Vorsprünge als auch einige Aussparungen
an seinem Außenumfang
aufweist, und der Rotor wird gedreht, um zu bewirken, dass Fluid,
das an einem Ansauganschluss an einer Endseite des Rotors angesaugt
wird, an einem Ausstoßanschluss
am anderen Ende des Rotors ausgestoßen wird.
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Bei
einer derartigen Inline-Pumpe, wie sie oben beschrieben ist, wird
Fluid durch den Axialflügel eine
kinetische Drehenergie verliehen, und die kinetische Energie geht
als ein Reibungsverlust an der Wand eines Innenumfangs oder der
Ausstoßöffnung oder
als ein Wirbelstromverlust verloren, der durch turbulente Strömung verursacht
wird, wobei die kinetische Energie nicht in statische Druckenergie
umgewandelt wird und die Energie anschließend übertragen wird, so dass die
Pumpe einen geringen Wirkungsgrad aufweist.
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Des
Weiteren kann, da das Fluid stets nur in einer axialen Richtung
des Rotors strömt,
ein Gegenwirkungsdruck des Fluids als eine Schublast auf den Rotor
wirken, was dahingehend ein Problem verursacht, dass eine Lebensdauer
des Lagers recht kurz wird.
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US 5,209,650 offenbart eine
Einheit aus Motor und Pumpe. Die Pumpe umfasst ein Flügelrad, das
sich in einem Statorgehäuse
dreht und von hydrostatischen Radial- und Axiallagern getragen wird.
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Das
Pumpe umfasst des Weiteren eine Einlass-Diffusorschaufelanordnung
sowie eine Auslass-Diffusorschaufelanordnung.
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US 5,079,488 offenbart eine
Vorrichtung zum Pumpen von Fluid. Die Vorrichtung hat ein Gehäuse mit
einem Einlass, einem Auslass und einer drehbaren Baugruppe, die
ein Flügelrad
enthält.
Die Vorrichtung ist mit Abschlusskappen versehen, die sich nach innen
axial erstreckende Flügel
aufweisen, um Fluidbewegung durch die Vorrichtung zu begradigen
und spiralförmige
Bewegung des Fluids zu unterdrücken.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Inline-Pumpe geschaffen, die umfasst:
einen
zylindrischen Stator, der zwischen einem Ansauganschluss und einem
Ausstoßanschluss
angeordnet ist;
einen Rotor, der drehbar im Inneren des Stators
angeordnet ist; und
einen Axialflügel, der integral mit dem Rotor
angeordnet ist, um über
den Ansauganschluss angesaugtes Fluid auf den Ausstoßanschluss
zuzuleiten; dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe umfasst:
eine
Druckkammer mit einem Innendurchmesser, wobei der Innendurchmesser
größer ist
als ein Außendurchmesser
des Rotors, so dass das Fluid, das über den Rotor ausgestoßen wird,
in der Druckkammer in Zirkulation versetzt und an einem Außenumfang
der Druckkammer verteilt wird, um so eine kinetische Drehenergie
des Fluids, die durch den Axialflügel verursacht wird, in eine
statische Druckenergie umzuwandeln;
eine zweite Druckkammer,
die zwischen der Druckkammer und dem Ausstoßanschluss angeordnet und mit
einer Trennwand von der Druckkammer getrennt ist; und
Leitlöcher, die
an einem Außenumfang
der Trennwand angeordnet sind und die Druckkammer sowie die zweite
Druckkammer verbinden.
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Ausführungen
der vorliegenden Erfindung schließen Inline-Pumpen ein, mit
denen ein Fluidzuführ-Wirkungsgrad
erhöht
werden kann, während gleichzeitig
zufriedenstellenderweise eine kleine Struktur erreicht wird.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Eine
umfassendere Einschätzung
der vorliegenden Erfindung und vieler der mit ihr einhergehenden
Vorteile wird durch besseres Verständnis derselben unter Bezugnahme
auf die folgende ausführliche Beschreibung
im Zusammenhang mit den beigefügten
Zeichnungen möglich,
wobei:
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1 eine
Schnittansicht ist, die eine Inline-Pumpe zeigt, die als ein veranschaulichendes Beispiel
dient.
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2 eine
Draufsicht auf das erste veranschaulichende Beispiel ist;
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3 eine
Vorderansicht ist, die einen Rotor des ersten veranschaulichenden
Beispiels zeigt;
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4 eine schematische Ansicht ist, die einen
Drehvorgang des Rotors des ersten veranschaulichenden Beispiels
darstellt;
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5 eine schematische Ansicht ist, die einen
Drehvorgang des Rotors des ersten veranschaulichenden Beispiels
darstellt;
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6 eine
Schnittansicht ist, die eine Inline-Pumpe in einem zweiten veranschaulichenden Beispiel
zeigt;
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7 eine
Vorderansicht ist, die eine Inline-Pumpe in einem dritten veranschaulichenden
Beispiel zeigt;
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8 eine
Teilschnittansicht ist, die einen Zentrifugalflügel des dritten veranschaulichenden Beispiels
zeigt;
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9 eine
als Längsschnitt
ausgeführte
Seitenansicht ist, die eine Inline-Pumpe in einer ersten Ausführung der
vorliegenden Erfindung zeigt;
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10 eine
Schnittansicht entlang einer Pfeillinie A-A in 9 ist;
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11 eine
als Längsschnitt
ausgeführte Seitenansicht
ist, die einen Teil eines Rotors darstellt;
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12 eine
als Längsschnitt
ausgeführte Seitenansicht
ist, die eine Inline-Pumpe in einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung
darstellt;
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13 eine
als Längsschnitt
ausgeführte Seitenansicht
ist, die eine Inline-Pumpe in einem vierten veranschaulichenden
Beispiel darstellt;
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14 eine
als Längsschnitt
ausgeführte Seitenansicht
ist, die die in 13 gezeigte Inline-Pumpe aus
einer um 90° verschiedenen
Richtung darstellt; und
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15 eine
Unteransicht ist, die die Inline-Pumpe aus der Richtung der Pfeillinie
B in 13 gesehen zeigt.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG
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Unter
Bezugnahme auf die Zeichnungen werden veranschaulichende Beispiele
und Ausführungen
der vorliegenden Erfindung im Folgenden beschrieben.
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Erstes veranschaulichendes
Beispiel
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Zunächst wird
unter Bezugnahme auf 1 bis 5 ein
erstes veranschaulichendes Beispiel beschrieben.
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Eine
Inline-Pumpe 1 besteht, wie in 1 bis 5 dargestellt, aus einem Stator 3,
der den Hauptbauteilabschnitt des Motors 2 bildet, Rahmen 5, 6,
die einen Rotor 4 an einem Innendurchmesser des Stators 3 drehbar
tragen, und einer Druckkammer 7.
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Der
Stator 3 wird durch einen Statorkern 9, der sechs
Magnetpole 8 aufweist, die jeweils die gleiche Form haben
und in einem Abstand von 60° an seinem
Innenumfang angeordnet sind, sowie Wicklungen 10 an jedem
der Magnetpole 8 des Statorkerns 9 gebildet. Der
Statorkern 9 ist zylindrisch, und eine Vielzahl von Siliziumstahlblechen
sind axial geschichtet. Die Wicklungen 10 sind entgegen
dem Uhrzeigersinn als Phase A, Phase B, Phase C, Phase A, Phase
B und Phase C der Reihenfolge nach an jedem der Magnetpole 8 des
Statorkerns 9 gewickelt. Jede der Phasen ist mit einer
Y-Verbindungsleitung oder einer Δ-Verbindungsleitung
verdrahtet, drei Zuleitungsdrähte
werden herausgeführt,
Dreiphasen-Wechselstrom mit einer Phasendifferenz von 120° wird an
jede der Zuleitungen angelegt, und ihre Frequenzen werden verändert, um
eine Drehgeschwindigkeit ändern
zu können.
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Der
innere Teil, der die gesamte Innenumfangsfläche des Statorkerns 9 des
Stators 3 und die Wicklungen 10 enthält, wird
durch Formen von isolierendem Harz 11, wie beispielsweise
Polyester und dergleichen, so bearbeitet, dass ein wasserdichter Zustand
hergestellt wird.
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Der
Rotor 4 besteht, wie in 3 dargestellt, aus
einem Rotorkern 12 und einer Drehwelle 13, die den
Rotorkern 12 und dergleichen aufnimmt. Die Drehwelle 13 wird
an Lager-Trageabschnitten 15, 15 von Rahmen 5, 6 über die
Lager 14, 14 drehbar getragen.
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Der
Rotorkern 12 ist so ausgeführt, dass vier ausgeprägte Pole 16,
die so magnetisiert sind, dass sie in einer Umfangsrichtung abwechselnd
verschiedene Polaritäten
haben, in einer zylindrischen Form ausgebildet sind, und eine spiralförmige Aussparung 17 ist
an einem Außenumfangsteil
jedes der ausgeprägten
Pole ausgebildet. Ein Innendurchmesser des Stators 3 und
die Aussparung 17 bilden einen Strömungskanal für das Fluid
in einer axialen Richtung. Die spiralförmige Aussparung 17 kann
die Funktion des Axialflügels
erfüllen.
Breite, Tiefe, Neigungswinkel sowie Spiralsteigung und dergleichen
der spiralförmigen
Aussparung 17 werden entsprechend einer gewünschten
Leistung der Pumpe ausgewählt.
Das heißt,
die Spiralsteigung kann je nach der Leistung in einem Bereich von
einem Gang bis N Gängen
ausgewählt
werden. Die Form der Aussparung kann an alle Arten von Formen, wie
beispielsweise V-Nut, U-Nut und dergleichen, angepasst werden.
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Ein
Rahmen 5 ist mit einem Ansaugteil 19 zum Ansaugen
von Fluid zwischen dem Rahmen 5 und einem Ende 18 des
Rotors 4 versehen, und der andere Rahmen 6 weist
einen Ausstoßanschluss 21 auf,
an dem das Fluid über
eine Druckkammer 7 zwischen dem Rahmen und dem anderen
Endteil 20 des Rotors 4 ausgestoßen wird.
Der Ansauganschluss 19 ist durch stationäre Leitflügel 22,
die den Rahmen 5 mit dem Lagerträger 15 überbrücken, in
vier Segmente unterteilt. Die Druckkammer 7 dient dazu,
das sich drehende Fluid zu glätten
und seine Strömungsgeschwindigkeit
zu verringern. Die Druckkammer 7 ist am anderen Ende des
Rotors 4 angeordnet. Die Lagerträger 15, 15 sind
weiter innen in Umfangsrichtung angeordnet als ein Durchmesser des
unteren Teils der Aussparung 17 des Rotors 4.
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Im
Folgenden wird unter Bezugnahme auf 4 und 5 ein Funktionsprinzip dieser Inline-Pumpe
beschrieben. Zunächst
wird, wenn die A-Phasen-Wicklung des Statorkerns 9 erregt
wird, der Magnetpol 8 dieser A-Phase zum S-Pol, und ein
ausgeprägter
Pol des N-Pols des Rotorkerns 12 gelangt, wie in 4 an (a) dargestellt, an die Position
des A-Magnetpols und wird stabilisiert. Dann wird, wenn die B-Phasen-Wicklung
erregt wird, der Magnetpol 8 dieser B-Phase ein S-Pol,
und der ausgeprägte
Pol des N-Pol in dem Rotor 12 gelangt, wie in 4 an (b) dargestellt, an die Position
des Magnetpols 8 der B-Phase und wird stabilisiert. Dann
wird, wenn die C-Phasen-Wicklung erregt wird, der Magnetpol 8 der C-Phase
ein S-Pol, und der ausgeprägte
Pol des N-Pols in dem Rotorkern 12 gelangt, wie in 4 an (c) dargestellt, an die Position
des Magnetpols 8 der C-Phase und wird stabilisiert.
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Dann
wird, wenn die A-Phasen-Wicklung erneut erregt wird, der Magnetpol 8 der
A-Phase der S-Pol, und der ausgeprägte Pol des N-Pols in dem Rotorkern 12 gelangt,
wie in 5 an (a) dargestellt, an die
Position des Magnetpols 8 der A-Phase und wird stabilisiert.
Dann wird, wenn die B-Phasen-Wicklung erregt wird, der Magnetpol 8 dieser
B-Phasen ein S-Pol, und der ausgeprägte Pol des N-Pols in dem Rotor 12 gelangt,
wie in 5 an (b) dargestellt, an die
Position des Magnetpols 8 der B-Phase und wird stabilisiert.
Dann wird, wenn die C-Phasen-Wicklung erregt wird, der Magnetpol 8 der C-Phase
der S-Pol, und der ausgeprägte
Pol des N-Pols in dem Rotorkern 12 gelangt, wie in 5 an (c) dargestellt, an die Position
des Magnetpols 8 der C-Phase und wird stabilisiert. Dann
wird, wenn die A-Phasen-Wicklung erneut weiter erregt wird, Magnetpol 8 der
A-Phase der S-Pol, er kehrt in den in 4 in
(a) dargestellten Zustand zurück,
und der Rotor ist einmal gedreht worden. Auf diese Weise wird der
Rotorkern 12 gedreht, indem die erregten Phasen der Reihe
nach wechseln und die Wechselgeschwindigkeit verändert wird, um zu bewirken, dass
sich die Motordrehzahl ändert.
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In
dem in der 1 dargestellten Aufbau strömt, wenn
der Rotor 4 gedreht wird, der axiale Strömungsflügel, der
aus der spiralförmigen
Aussparung am Außenumfang
des Rotors 4 besteht, gedreht wird, das Fluid von dem Ansaugteil,
wie mit einem Pfeil in der Figur dargestellt, das Fluid tritt durch
den Stator 3 und die spiralförmige Aussparung 17 des Rotors 4 hindurch,
und weiterhin tritt das Fluid durch die Druckkammer 7 hindurch
und strömt über den Ausstoßanschluss 21 aus.
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So
ist die spiralförmige
Aussparung 17, die axial mit der Drehwelle 13 in
Verbindung steht, am Außenumfang
des Rotors 4 ausgebildet, und der axiale Strömungsflügel ist
ausgebildet, so dass das Fluid, das durch den Axialflügel mit
der spiralförmigen Aussparung 17 des
Rotors 4 beschleunigt wird, in Zirkulation versetzt wird.
Die Druckkammer 7, die die kinetische Energie in Druck
umwandelt, ist an der Ausstoßseite
des Rotors 4 angeordnet. Das Fluid, das über den
Axialflügel
des Rotors 4 ausgestoßen
wird, wird in der Druckkammer 7 in Zirkulation versetzt
und an dem Außenumfang
verteilt. Die Strömungsgeschwindigkeit
des ausgestoßenen
Stroms wird an dem Außenumfang
weiter verringert, und sein Druck wird erhöht. Obwohl nahezu die gesamte
Last an dem Axialflügel,
die durch die Anordnung dieser Druckkammer 7 bewirkt wird,
ignoriert werden kann, ist ein Neigungswinkel des Flügels in
Bezug auf die axiale Richtung auf 45 bis 70° festgelegt. Dadurch konnten
der Ausstoßdruck
und die Strömungsgeschwindigkeit
im Vergleich zum Nichtvorhandensein einer Druckkammer 7 an
beliebigen Typen von Axialflügel
um ungefähr
50% verbessert werden.
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Des
Weiteren ist es, da die wasserdichte Verarbeitung ausgeführt wird,
indem der Stator 3 mit isolierendem Hair geformt wird,
auch möglich,
diese Inline-Pumpe in Wasser einzusetzen. Bei einer Anordnung wie
der oben beschriebenen kann, da es möglich ist, eine Kühlwirkung
zu verbessern, selbst wenn sie klein ausgeführt wird, eine ausreichende Wärmestrahlung
gewährleistet
werden.
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Zweites veranschaulichendes
Beispiel
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Im
Folgenden wird unter Bezugnahme auf 6 ein zweites
veranschaulichendes Beispiel beschrieben. Die gleichen Abschnitte
wie die des oben aufgeführten
ersten veranschaulichenden Beispiels sind mit den gleichen Bezugszeichen
gekennzeichnet, und die anderen Abschnitte werden im Folgenden beschrieben.
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Das
andere Ende 20 des Rotors 4 wird, wie in 6 dargestellt,
in die Druckkammer 7 hinein verlängert und dort angeordnet.
Dann wird der untere Teil der spiralförmigen Aussparung 17 des
Rotors 4 allmählich
verflacht, so dass die axiale Strömungskomponente in der Außenumfangsrichtung
gerichtet ist. Weiterhin wird ein Neigungsteil 23, der
als Strömungsbegradigungsteil
dient, an der Druckkammer 7 gegenüber dem Rotor 4 angeordnet,
so dass der austretende Strom von dem Axialflügel Erzeugung einer turbulenten
Strömung
verhindert, die durch das Auftreffen auf die Bodenfläche der
Druckkammer 7 in einer senkrechten Richtung verursacht
wird, und ein Druck in der Außenumfangsrichtung
kann erhöht werden.
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Drittes veranschaulichendes
Beispiel
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Unter
Bezugnahme auf 7 und 8 wird ein
drittes veranschaulichendes Beispiel im Folgenden beschrieben. Die
gleichen Abschnitte wie die jedes der oben aufgeführten veranschaulichenden Beispiele
sind mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, und die anderen
Abschnitte werden im Folgenden beschrieben.
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Ein
Zentrifugalflügel 24 hat,
wie in 7 und 8 dargestellt, einige Flügel 25,
die in einer Drehrichtung geneigt sind. Der Zentrifugalflügel 24 ist
an der Drehwelle 13 befestigt, wobei die Seite mit den Flügeln 25 dem
anderen Ende 20 des Rotors 4 gegenüberliegt
und der Zentrifugalflügel
in der Druckkammer 7 angeordnet ist. Da eine Zirkulationsgeschwindigkeit
des Fluids in den Pumpen der gleichen Größe erhöht wird, bewirkt diese Anordnung
eine Erhöhung
der Pumpenleistung sowie eine Verbesserung des maximalen Ausstoßdrucks.
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Des
Weiteren liegt natürlich,
obwohl in jedem der veranschaulichenden Beispiele das System mit dem
Rotor mit vierpoliger ausgeprägter
Polstruktur beschrieben worden ist, auf der Hand, dass diese Beispiele
nicht notwendigerweise auf dieses System beschränkt sind.
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Erste Ausführung
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Unter
Bezugnahme auf 9 bis 11 wird
eine erste Ausführung
der vorliegenden Erfindung im Folgenden beschrieben. 9 ist
eine als Längsschnitt
ausgeführte
Seitenansicht, die eine Inline-Pumpe zeigt, 10 ist
eine Schnittansicht entlang einer Pfeillinie A-A in 9,
und 11 ist eine als Längsschnitt ausgeführte Seitenansicht,
die einen Teil eines Rotors darstellt.
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In 9 kennzeichnet
Bezugszeichen 101 einen Motor. Der Motor 101 besteht
aus einem zylindrischen Stator 102 und einem Rotor 103.
Der Stator 102 hat einen Statorkern 104, der ausgebildet
wird, indem ringförmige
Eisenkerne geschichtet werden, eine Wicklung 105, die um
den Statorkern 104 herumgewickelt ist, und eine Harzschicht 106,
die diese Wicklung 105 zusammen mit der Abschlussfläche des
Statorkerns 104 abdeckt.
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Der
Rotor 103 hat einen Axialflügel 108, in dessen
Mitte die Drehwelle 107 befestigt ist, sowie Magnetpole 109,
die an einem Teil des Außenumfangs
des Axialflügels 108 angeordnet
sind. Der axiale Strömungsflügel 108 ist
in dieser Ausführung
so ausgebildet, dass eine Spiralnut 111 am Außenumfang
einer Säule 110 ausgebildet
ist, und eine Breite (w) sowie eine Tiefe (h) der Spiralnut 110 sind,
wie in 11 dargestellt, auf einen annähernd gleichen Wert
eingestellt.
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An
einem Ende des Stators 102 ist ein Flansch 112 befestigt.
Dieser Flansch 112 hat einen kuppelförmigen Trageteil 114,
der das Lager 113 trägt,
sowie eine Öffnunug 115,
die sich am Umfang des Trageteils 114 öffnet, wobei eine Vielzahl
von Richtplatten 116 radial an der Öffnung 115 ausgebildet
sind.
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Des
Weiteren ist an der Oberfläche
des Flansches 112 ein Ansauganschlusselement 111 mit
einem Ansauganschluss 117 zum Ansaugen des Fluids befestigt.
Am Umfangs rand des anderen Endes des Stators 102 ist der
Umfangsrang des schalenförmigen
Ausstoßanschlusselementes 120,
das einen Ausstoßanschluss 119 aufweist,
fest angebracht, und eine Trennwand 121 ist im Inneren
des Ausstoßanschlusselementes 120 angeordnet.
Obwohl die Trennwand 121 integral mit dem Ausstoßanschlusselement 120 ausgebildet
ist, ist es auch möglich, dass
sie durch ein separates Element gebildet wird und an dem Ausstoßanschlusselement 120 befestigt wird.
Eine Druckkammer 122 ist zwischen der Trennwand 121,
den Endabschnitten des Stators 102 und des Rotors 103 ausgebildet,
und eine zweite Druckkammer 123 ist zwischen der Trennwand 121 und dem
Ausstoßanschluss 119 ausgebildet.
Diese Druckkammern 122, 123 werden durch eine
Vielzahl von Leitlöchern 124 verbunden,
die am Außenumfang
der Trennwand 121 ausgebildet sind. In den Mitten dieser
Leitlöcher 124 sind,
wie in 10 dargestellt, Rippen 125 angeordnet,
die die Innenumfangsfläche
des Ausstoßanschlusselementes 120 mit
dem Außenumfangsrand
der Trennwand 121 verbinden. Diese Rippen 125 sind
so eingerichtet, dass ein Neigungswinkel des Axialflügels 108 in
Bezug auf die Drehwelle 107 ausgebildet wird, um die Zirkulationsrichtung
des Fluidstroms auf die axiale Strömungsrichtung korrigieren zu
können.
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Im
Mittelteil der Trennwand 121 sind, wie in 9 dargestellt,
ein Trageteil 127, der den Außenumfang des Gleitlagers 126 trägt, und
ein Austritts-Strömungskanal 128 ausgebildet,
der die zweite Druckkammer 123 und die Innenumfangsfläche des Gleitlagers 126 verbindet.
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Die
Drehwelle 107 des Rotors 103 wird von dem Lager 113 und
dem Gleitlager 126 drehbar getragen. Ein Durchmesser der
Aussparung (bei diesem Beispiel der Bodenteil der Spiralnut 111)
des Axialflügels 108,
der den minimalen Radius um die Achse (den Drehmittelpunkt) des
Rotors 103 herum hat, ist so eingerichtet, dass er ein
größerer Durchmesser
ist als der des Trageteils 127.
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Bei
einer Anordnung, wie sie oben aufgeführt ist, wird, wenn der Ansauganschluss 117 mit
der Fluidzuführquelle
verbunden wird, der Ausstoßanschluss 119 mit
der Fluidzuführstelle
verbunden wird und ein elektrischer Strom in die Wicklung 105 geleitet
wird, der Motor 101 angetrieben. Das heißt, der Rotor 103 mit
dem Axialflügel 108 wird
gedreht. Bei einer Anordnung, wie sie oben aufgeführt ist,
wird das Fluid an dem Ansauganschluss 117 angesaugt, sein
Strom wird durch die Richtplatten 116 begradigt, die an dem Öffnungsteil 115 des
Flansches 112 ausgebildet sind, das Fluid wird unter Druck
durch den Axialflügel 108 in
die Druckkammer 122 geleitet, und des Weiteren wird das
Fluid über
die Leitlöcher 127 durch
die zweite Druckkammer 123 an dem Ausstoßanschluss 119 ausgestoßen. In
diesem Fall wird, obwohl das Fluid durch Drehung des Axialflügels 108 zugeführt wird,
während
es in Zirkulation ist, die kinetische Drehenergie in eine statische
Druckenergie an der Druckkammer 122 umgewandelt, so dass
das Fluid wirkungsvoll an dem Ausstoßanschluss 119 abgeleitet
werden kann.
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Das
heißt,
eine Drehgeschwindigkeit des Fluids, das an der Spiralnut 111 ausgestoßen wird, verringert
sich, wenn ein Drehradius eine Außenumfangsrichtung wird, und
ein Geschwindigkeitsunterschied der kinetischen Energie wird in
einen Druck umwandelt.
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Des
Weiteren ist bei dieser Ausführung
der vorliegenden Erfindung der Mittelteil der Trennwand 121 mit
einem Gleitlager 126 versehen, das die Drehwelle 107 des
Rotors 103 mit einem vorgegebenen Zwischenraum drehbar
trägt,
die Trennwand 121 ist mit dem Austritts-Strömungskanal 128 versehen,
der die zweite Druckkammer 123 und die Innenumfangsfläche des
Gleitlagers 126 verbindet, so dass das Fluid in der zweiten
Druckkammer 123 bei gleichmäßiger Druckverteilung zwischen
der Drehwelle 107 des Rotors 103 und dem Gleitlager 125 vorhanden ist.
Dementsprechend ist es möglich,
die Drehwelle 107 über
einen langen Zeitraum hervorragend zu schmieren.
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Des
Weiteren ist bei dieser Ausführung
der vorliegenden Erfindung ein Durchmesser der Aussparung des Axialflügels 108 (in
diesem Beispiel der Bodenteil der Spiralnut 111), an der
der Radius mit der Achse des Rotors 103 als Mittelpunkt
einen minimalen Wert annimmt, so eingerichtet, dass er ein größerer Durchmesser
ist als der des Trageteils 127, so dass es möglich ist,
das Fluid leicht auf den Außenteil der
Druckkammer 122 zuzuleiten, an dem die Leitlöcher 124 ausgebildet
sind, und es des Weiteren möglich
ist, Verlust zu reduzieren, der durch die Aufschlagwirkung zwischen
dem Fluid, das durch den Axialflügel 108 zugeführt wird,
und dem Trageteil 127, der das Gleitlager 126 trägt, verursacht
wird.
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Weiterhin
ist der Aussparungsteil des Axialflügels, dessen Durchmesser größer eingerichtet
ist als der des Trageteils 127 nicht auf das oben aufgeführte Beispiel
beschränkt.
So sind beispielsweise wie in der Veröffentlichung der japanischen
Patentoffenlegungs schrift Nr. Hei 10-246193 beschrieben, viele Kernteile
laminiert, so dass die Aussparung eine Aussparung in dem Axialflügel mit
ausgeprägten
Polen und einer Aussparung einschließt. Weiterhin ist in dem Fall,
in dem entweder eine Schraube oder ein Axialflügel, der als Flügelrad bezeichnet
wird, mit einer Vielzahl geneigter Flügel eingesetzt wird, der Fuß des Flügels in
Bezug auf die Drehwelle als eine Aussparung ausgebildet.
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Das
heißt,
Vergrößerung eines
Durchmessers der Aussparung des Axialflügels auf mehr als den Durchmesser
des Trageteils 127 definiert mit anderen Worten eine Größe und Form
des Axialflügels so,
dass das Fluid leicht zur Außenseite
der radialen Richtung des Trageteils 127 strömen kann.
Das Element, das diese Bedingung erfüllt, ist der obenerwähnte axiale
Strömungsflügel 108.
Einsatz des Axialflügels 108 ermöglicht es,
Verlust, der durch Aufschlag zwischen dem zugeführten Fluid und dem Trageteil 127 verursacht
wird, das das Gleitlager 126 trägt, zu verringern.
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Der
axiale Strömungsflügel 108 ist,
wie in 11 dargestellt, mit einer Spiralnut 111 am
Außenumfang
der Säule 110 versehen.
In diesem Fall wird, da die Werte von (w) und (h) so groß wie möglich ausgeführt werden,
der Strömungsdurchlasswiderstand
verringert, und seine Effektivität
wird verbessert. Wenn jedoch der Wert von (h) konstant gehalten wird
und der Wert von (w) so groß wie
möglich
ausgeführt
wird, so dass eine Beziehung w > h
erreicht wird, bricht der Laminarströmungszustand zusammen, eine
turbulente Strömung,
die zur Ansaugseite des hinteren Teils in der Drehrichtung der Spiralnut 111 zurückgeführt wird,
wird erzeugt, so dass der Wirkungsgrad verringert wird. Wenn w < h gilt, wird, obwohl
die erwähnte
turbulente Strömung
nicht erzeugt wird, der Strömungsdurchlasswiderstand
erzeugt, so dass der Wirkungsgrad verringert wird. Bei dieser Ausführung der
vorliegenden Erfindung jedoch ist es, da die Breite (w) und die
Tiefe (h) der Spiralnut 111 ungefähr auf den gleichen Wert eingestellt werden,
möglich,
das Fluid effizienter zuzuführen.
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Zweite Ausführung
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Unter
Bezugnahme auf 12 wird eine zweite Ausführung der
vorliegenden Erfindung beschrieben. Die gleichen Abschnitte wie
die der ersten Ausführung
sind mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, und ihre Beschreibung
wird weggelassen. 12 ist eine als Längsschnitt
ausgeführte Seitenansicht,
die eine Inline-Pumpe P2 zeigt.
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Die
Inline-Pumpe P2 in dieser Ausführung der
vorliegenden Erfindung ist so ausgeführt, dass eine Drehwelle 107 des
Rotors 103 nach außen
zu einer zweiten Druckkammer 123 verlängert ist, und ein zweiter
Axialflügel 129 fest
an dem verlängerten Abschnitt
angeordnet ist. Als der zweite Axialflügel 129 wird das Axialflügelrad mit
einer Vielzahl von Flügeln
eingesetzt.
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Bei
einer Anordnung wie sie oben aufgeführt ist, ist es möglich, den
Druck zu verteilen und das Fluid durch den Axialflügel 108,
der im Inneren des Stators 102 angeordnet ist, und den
zweiten Axialflügel 129 zuzuführen, der
an der zweiten Druckkammer 123 angeordnet ist. Des Weiteren
kann die Energie des Motors 101 ebenfalls verteilt werden.
Bei einer Anordnung wie sie oben aufgeführt ist, kann, wenn der Rotor 103 klein
ausgeführt
wird, der geringere Betrag der Fluidzuführleistung des Axialflügels 108 durch
den zweiten Axialflügel 129 ergänzt werden.
Bei diesem Aufbau kann das Fluid effizient zugeführt werden, wobei gleichzeitig
eine kleine Ausführung
des Motors 101 möglich
ist.
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Viertes veranschaulichendes
Beispiel
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Unter
Bezugnahme auf 13 bis 15 wird
im Folgenden ein viertes veranschaulichendes Beispiel beschrieben.
Die gleichen Abschnitte wie die der ersten Ausführung sind mit den gleichen
Bezugszeichen gekennzeichnet, und ihre Beschreibung wird weggelassen. 13 ist
eine als Längsschnitt
ausgeführte
Seitenansicht, die eine Inline-Pumpe
P3 zeigt, und 14 ist eine als Längsschnitt
ausgeführte
Seitenansicht, die die Inline-Pumpe P3, die in 13 dargestellt
ist, aus einer um 90° verschiedenen
Richtung gesehen zeigt.
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Der
Motor 101 in dem vierten veranschaulichenden Beispiel der
vorliegenden Erfindung ist mit einem Zylinder 130 versehen,
der einen Außenumfang
des Stators 102 abdeckt. An einem Ende des Motors 101 (in 13 und 14 gesehen
dem unteren Ende) ist ein Verbindungsanschlusselement 131 befestigt.
Dieses Verbindungsanschlusselement 131 hat eine Druckkammer 132,
in der eine kinetische Drehenergie des Fluids, das durch den Axialflügel 108 angesaugt
wird, der in dem Rotor 103 enthalten ist, in eine statische
Druckenergie umgewandelt wird, sowie zwei rohrartige Leit-Strömungskanäle 133,
die von um 180° beabstandeten
Positionen am Außenumfang
der Druckkammer 132 nach unten vorstehen. Diese Leit-Strömungskanäle 133 laufen auf
einer verlängerten
Linie der Mitte des Rotors 103 zusammen, und so wird ein
Ausstoßanschluss 134 am
vorderen Ende des Vereinigungspunktes ausgebildet. Die Druckkammer 132 ist
mit einem Zentrifugalflügel 135 versehen,
der an einem unteren Ende der Drehwelle 107 des Rotors 103 befestigt
ist. Ein Ende der Drehwelle 107, das durch den Zentrifugalflügel 135 hindurchtritt,
wird von einem Lager 137 drehbar getragen, das von einem
Trageabschnitt 136 getragen wird, der in der Mitte des
Verbindungsanschlusselementes 131 angeordnet ist.
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Bezugszeichen 138 kennzeichnet
ein Ansauggehäuse,
das in einer Behälterform
ausgebildet ist. Die Öffnungsfläche des
Ansauggehäuses 138 ist mit
dem Ansauganschlusselement 140 abgedeckt, das in seinem
Mittelteil mit einem Ansauganschluss 139 versehen ist.
Der Motor 101 und ein Teil des Verbindungsanschlusselementes 131 sind
in dem Ansauggehäuse 138 untergebracht.
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15 ist
eine Unteransicht, die eine Inline-Pumpe P3 aus einer Richtung eines
Pfeils B in 13 gesehen darstellt. In der
Figur kennzeichnet Bezugszeichen 132a eine Bodenfläche der
Druckkammer 132. Diese Bodenfläche 132a ist entsprechend
der Bodenfläche
des zylindrischen Motors 101 in einer Scheibenform ausgebildet.
Nur der Leit-Strömungskanal 133 ist
jedoch so groß und
so geformt ausgebildet, dass er unter dem Ansauggehäuse 138 freiliegt.
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Ein
Ansaug-Strömungskanal 141 zum
Ansaugen von Fluid ist zwischen dem Außenumfang des Motors 101,
dem Außenumfang
des Verbindungsanschlusselementes 131 und dem Ansauggehäuse 138 ausgebildet.
Der Ansaug-Strömungskanal 141 bildet
einen Strömungskanal,
so dass, wie in 13 und 14 mit
einem Pfeil dargestellt, das über
den Ansauganschluss 139 angesaugte Fluid durch den Außenumfangsteil
des Stators 102 zu der Druckkammer 132 geleitet
und weiter in Richtung der Fläche
gegenüber
dem Axialflügel 108 des
Zentrifugalflügels 135 zugeführt wird.
Das heißt,
der Ansaug-Strömungskanal 141 ist,
wie in 13 dargestellt, mit einem Verbindungsteil 141a versehen,
der mit den zwei Verbindungslöchern 142 verbunden
ist, die an einer symmetrischen Position des Bodenteils der Druckkammer 132 des
Verbindungsanschlusselementes 131 ausgebildet sind, wobei
die Mitte der Drehwelle 107 dazwischen angeordnet ist.
Der Verbindungsteil 141a ist, wie in 13 zu
sehen ist, so angeordnet, dass er zwischen der Bodenfläche 132a der
Druckkammer 132 des Verbindungsanschlusselementes 131 und
dem Leit-Strömungskanal 133 hindurchtritt.
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Bei
einer Anordnung, wie sie oben aufgeführt ist, wird, wenn der Rotor 103 gedreht
wird, das über den
Ansauganschluss 139 angesaugte Fluid in seinem Strom durch
die Richtplatten 116 begradigt, die am Öffnungsteil 115 des
Flansches 112 ausgebildet sind, durch den Axialflügel 108 unter
Druck zu der Druckkammer 132 geleitet, die kinetische Drehenergie
wird in der Druckkammer 132 in eine statische Druckenergie
umgewandelt und gleichzeitig tritt das Fluid durch den Ansaug-Strömungskanal 141 eines anderen
Systems hindurch und wird zu der Druckkammer 132 geleitet.
Das Fluid, das durch die Strömungskanäle in den
zwei Systemen geführt
und zu der Druckkammer 132 geleitet wird, tritt durch den Leit-Strömungskanal 133 unter
Drehung des Zentrifugalflügels 135 hindurch
und wird an dem Ausstoßanschluss 134 ausgestoßen. Mit
einer Anordnung wie der oben aufgeführten ist es möglich, Fluid
effizient zuzuführen.
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In
diesem Fall empfängt
der Zentrifugalflügel 135,
der integral mit dem Axialflügel 108 gedreht wird,
an einer Oberseite einen Druck des Fluids, das durch den Axialflügel 108 weitergeleitet
wird und empfängt
an einer Unterseite einen Druck des Fluids, das durch den Verbindungsteil 14a des
Ansaug-Strömungskanals 141 geleitet
wird. Das heißt,
da Drücke in
beiden Richtungen in der einander aufhebenden Richtung wirken können, ist
es möglich,
eine Schublast zu verringern, die durch Fluid auf den Rotor 103 ausgeübt wird.
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Des
Weiteren hat nahezu der gesamte Ansaug-Strömungskanal 141, der
zwischen dem Motor 101 und dem Außenumfang der Druckkammer 132 ausgebildet
ist, eine gleiche Strömungskanal-Querschnittsfläche mit
einer Ringform, wobei der Verbindungsteil 141a, der einen
Teil des Ansaug-Strömungskanals 141 bildet,
und der Leit-Strömungskanal 133 des
Verbindungsanschlusselementes 131 so ausgebildet sind,
dass sie eine symmetrische Form und Größe an der symmetrischen Position
zur Achse der Drehwelle 107 des Rotors 103 haben,
die als Mittelpunkt dient. Das heißt, der Ansaug-Strömungskanal 141 und
der Leit-Strömungskanal 133 sind
so ausgebildet, dass Energien des strömenden Fluids an den symmetrischen
Positionen zur Achse des Rotors 103, die als ein Mittelpunkt
dient, im Wesentlichen gleich sein können. Dementsprechend ist es möglich, eine
Last in einer radialen Richtung zu verringern, die auf den Rotor 103 wirkt.
Bei einer Anordnung, wie sie oben aufgeführt ist, ist es möglich, eine Lebensdauer
jedes der Lager 113, Lager 137 und der Drehwelle 107 zu
verlängern
und eine ungehinderte Drehung des Motors 101 über einen
langen Zeitraum durchzuführen.