JP3865414B2 - ベーンポンプ - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、半径方向に可動な翼を有しているロータを備え、翼が、ポンプケーシング内に配置されるストロークリングの内側輪郭に沿って可動であり、ストロークリングが、直径方向に対称な二重のストローク輪郭を有し、且つ直径方向に対向している二つのポンプ室を形成しているベーンポンプであって、ポンプ室の領域において内側輪郭が三つの同じ 大きさの部分に分割されており、それぞれ１つの吸い込み領域と、圧力領域と、それぞれのポンプ室の吸い込み領域と圧力領域との間にある仕切り領域とが形成されるようにした前記ベーンポンプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種のベーンポンプは知られている。ロータが回転すると、翼は、発生する遠心力と、付加的に被搬送媒体により翼の下に伝えられる圧力とにより、ストロークリングに沿って案内される。公知のダブルストローク型のベーンポンプでは、ストロークリングの内側輪郭は、直径方向に対向している二つのポンプ室のそれぞれにたいし吸い込み領域と圧力領域とを有している。吸い込み領域と圧力領域は仕切り領域によって互いに仕切られている。一つのポンプ室の吸い込み領域と他のポンプ室の圧力領域との間には、他の仕切り領域が形成されている。この他の仕切り領域はいわゆる小円によって形成され、一方一つのポンプ室の吸い込み領域と圧力領域の間の仕切り領域はいわゆる大円によって形成される。ベーンポンプの翼がストロークリングの内側輪郭に沿って移動可能であるので、ベーンポンプはそのストロークに依存して、半径方向において特定の速度特性または加速度特性を有する。この公知のベーンポンプの欠点は、翼が仕切り領域を通過するときに半径方向の加速度が飛躍し、翼の運動に半径方向の飛躍が生じることである。これによって漏れが増大するばかりでなく、翼がストロークリングの輪郭にたいして浮揚したり衝突したりするので、かなりの騒音を発生させる。
【０００３】
欧州特許第０１５１９８３号公報から知られているベーンポンプでは、直径方向に対向するポンプ室を備えたストロークリングと、８個の翼を備えたロータとが設けられている。ポンプ室はそれぞれ侵入曲線領域を有している。この侵入曲線領域は、定速曲線領域と、加速度曲線領域と、減速曲線領域とに分割されている。一つのポンプ室の圧力領域と他のポンプ室の吸い込み領域の間の仕切り領域に接続している侵入曲線領域を上記の如く構成するのは、漏れの発生を少なくさせるためである。しかし、ストロークリングの選定された内側輪郭は４５°の翼ピッチを必要とし、よって全部で８個の翼をロータに設けねばならないのが欠点である。従って多数の部品により組立が面倒であるばかりでなく、一つのポンプ室の圧力領域と他のポンプ室の吸い込み領域の間に仕切り領域を形成させねばならない。この欧州特許第０１５１９８３号公報から知られているベーンポンプでは、侵入曲線領域が形成されているために、翼が侵入曲線領域を通過している間に翼の半径方向の速度が飛躍することになる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、構成が簡潔で、少数の部品から組み立てることができ、個々のポンプ室の間での漏れが最小になるようなベーンポンプを提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、第１のポンプ小室を形成する吸い込み領域と、第２のポンプ小室を形成する圧力領域と、第３のポンプ小室を形成する仕切り領域とが同じ大きさであること、翼が、仕切り領域において、半径方向へ最大に走出した位置を持続することを特徴とするものである。
【０００６】
【実施例】
次に、本発明の実施例を添付の図面を用いて説明する。
図１にはベーンポンプ１０が図示されている。ベーンポンプ１０はポンプケーシング１２を有している。ポンプケーシング１２内には、凹部１４の中にストロークリング１６が配置されている。ストロークリング１６の内側には、駆動軸１８に固定されたロータ２０が配置されている。ロータ２０は、凹部１４またはストロークリング１６に同心に配置されている。ロータ２０は、半径方向に延びているスリット２２を有している。スリット２ ２内では、半径方向に可動な翼２４が案内されている。ロータ２０は全部で６個のスリット２２を有しており、これらのスリット２２は６０°のピッチでロータ２０の外周に沿って配置されている。
【０００７】
ストロークリング１６は、対角線方向に対向している二つのポンプ室２８’と２８’’を形成している内側輪郭２６を有している。ポンプ室２８’と２８’’はそれぞれ、吸い込み穴に連通している吸い込み領域３０’，３０’’と、排出穴に連通している圧力領域３２’，３２’’とを有している。第１のポンプ室２８’の吸い込み領域３０’は、内側輪郭２６に形成された仕切り領域３４によって第２のポンプ室２８’’の圧力領域３２’’から仕切られている。この仕切り領域３４に対向して、第１のポンプ室２８’の圧力領域３２’と第２のポンプ室２８’’の吸い込み領域３０’’の間にも仕切り領域３４が形成されている。内側輪郭２６は、ポンプ室２８’，２８’’の領域にそれぞれ、各ポンプ室２８’，２８’’の吸い込み領域３０’，３０’’と圧力領域３２’，３２’’の間の仕切り領域３６を有している。
【０００８】
吸い込み領域３０’，３０’’と圧力領域３２’，３２’’と仕切り領域３６の形成により、ポンプ室２８’と２８’’はそれぞれ三つの部分４０，４２，４４に分割されている。各部分は６０°の角度範囲を占めている。従って各部分は等しい大きさで形成されている。部分４０には吸い込み領域３０’，３０’’が形成され、部分４２には仕切り領域３６が、部分４４には圧力領域３２’，３２’’が形成されている。
【０００９】
内側輪郭２６は仕切り領域３４に、固有の輪郭領域、特に円形領域を有しておらず、その結果内側輪郭は圧力領域３２’，３２’’の領域から吸い込み領域３０’，３０’’の領域の内側輪郭へスムーズに移行している。従って、角度が０°または対向して１８０°であるときの仕切り領域３４の範囲は、、ロータ２０の回転方向における翼２４の厚さに対応している。図１には、角度位置０°または１８０°を通る半径方向の線３８が図示されている。点Ａは０°を示し、点Ｂは１８０°を示している。この場合ロータ２０は反時計方向に移動可能である。
【００１０】
図１に図示したベーンポンプ１０は次のように作動する。
ベーンポンプ１０が作動している間、ロータ２０は駆動軸１８を介して回転せしめられ、その結果翼２４は遠心力により、且つ付加的にスリット２２内の翼２４の背面圧で外側へ押され、よって内側輪郭２６に沿って運動する。内側輪郭２６の構成により翼２４は吸い込み領域３０及び圧力領域３２において出入する。なお以下では、便宜的に吸い込み領域３０’，３０’’を吸い込み領域３０、圧力領域３２’，３２’’を圧力領域３０、ポンプ室２８’，２８’’をポンプ室２８と記す場合もある。翼２４が吸い込み領域３０及び圧力領域３２において出入する場合、翼２４は、ロータ２０が回転している間、半径方向の一定のストロークと、半径方向の一定の速度と、半径方向の一定の加速度に曝される（図２ないし図４を参照）。
【００１１】
ポンプ室２８の領域において翼２４が走出することにより、ポンプ室２８は翼２４の間にポンプ小室を形成する。全部で６個の翼２４が設けられているので、それぞれのポンプ室２８には最大で３個のポンプ小室が形成される。それぞれ１個の翼２４が位置Ａ、即ち０°を占め、１個の翼２４が位置Ｂ、即ち１８０°を占めるような位置にロータ２０があるとすると、第１のポンプ小室は吸い込み領域３０を形成し、第２のポンプ小室は圧力領域３２を、第１及び第２のポンプ小室の間にある第３のポンプ小室は各ポンプ室２８の吸い込み領域３０と圧力領域３２の間の仕切り領域３６を形成する。この時点でポンプ小室は前記部分４０，４２または４４と一致する。
【００１２】
対向する二つのポンプ室２８の圧力領域３２と吸い込み領域３０との分離は、それぞれ少なくとも１つの翼２４によって行われる。内側輪郭２６は、翼２４が吸い込み領域３０および圧力領域３２とは異なる運動を仕切り領域３４において実施するように構成され、即ち仕切り領域３４において翼２４の半径方向の速度がゼロであるように構成されている。
【００１３】
図２ないし図４には、ロータ２０の回転数が一定である場合の翼２４の動力学が図示されている。図２には、１個の翼２４のストロークと角度の関係が図示されている。このグラフからわかるように、翼２４の半径方向のストロークは０°及び１８０°において、即ち図１でＡとＢで示した位置に対応する角度で最小値を有する。ストロークは、急激な変化をせずに、圧力領域３２での下降カーブから、吸い込み領域３０での上昇カーブへ移行している。ストロークの最小値が数度の角度範囲にわたって持続することはなく、その結果ストロークはもっぱら０°または１８０°の角度位置で最小値を有する。これにより、第１ポンプ室２８’の圧力領域３２’は第２のポンプ室２８’’の吸い込み領域３０’’へ連続的に移行し、そして第２のポンプ室２８’’の圧力領域３２’’は第１ポンプ室２８’の吸い込み領域３０’へ連続的に移行している。翼２４が０°または１８０°の位置にあるときの、ロータ２０の回転方向における仕切り領域３４の範囲は、もっぱら翼２４のロータ回転方向における厚さだけで決定される。仕切り領域３６においては、即ち角度位置が６０°ないし１２０°のとき、または２４０°ないし３００°のとき、ストロークは最大値を持続する。
【００１４】
図３には、１個の翼２４の速度と角度の関係が図示されている。このグラフからわかるように、翼２４は、圧力領域３２と吸い込み領域３０の間の仕切り領域で、一定に変化する半径方向の速度を有している。この速度はちょうど位置ＡまたはＢにおいて、即ち０°または１８０°においてゼロになる。仕切り領域３４において翼２４の速度が一定レベルに持続することは、選定された内側輪郭２６によって避けられる。半径方向の速度は、圧力領域３２での負の最大値（翼２４がロータ２０の中へ半径方向に進入する）から、吸い込み領域３０での正の最大値（翼２４がロータ２０から半径方向へ走出する）へ連続的に移行する。このように、仕切り領域３４において半径方向の速度が連続的に変化することにより、図４に示すように、この領域では加速度の飛躍的な変化が回避される。仕切り領域３６でストロークが一定であるので、この領域では翼２４の半径方向の速度はゼロである。
【００１５】
図４は、翼２４の半径方向の加速度と角度の関係を示している。加速度は、仕切り領域３４と３６において、大体においてほぼ一定の変化を示す。というのも、加速度は時間による速度の導関数から得られるからである。仕切り領域３６において半径方向の加速度は一定の値、即ちゼロを有する。このように仕切り領域３４及び３６において加速度の飛躍がないので、これらの領域での翼２４の飛躍が回避され、その結果圧力領域３２と吸い込み領域３０の間の漏れは仕切り領域３４または３６において最小になる。
【００１６】
【発明の効果】
本発明によれば、ポンプ室の領域において内側輪郭が三つの同じ大きさの部分に分割されており、第１の部分が吸い込み領域を形成し、第２の部分が圧力領域を形成し、第３の部分が吸い込み領域と圧力領域の間にある仕切り領域を形成し、この場合それぞれの部分は６０°の角度範囲を有し、しかもロータの周方向に６０°の間隔で配置されている６個の翼がロータに設けられているので、ベーンポンプを少数の部品で組み立てることができ、しかも二つの翼の間に形成される小室を最大で６個に限定することができる。これによりベーンポンプの搬送流脈動特性を改善することができ、よって圧力脈動の改善と、騒音発生の減少を達成することができる。
【００１７】
また、本発明の有利な構成によれば、内側輪郭によって制御される翼の半径方向における速度が飛躍的に変化しないようにポンプ室が互いに移行し、且つ第１のポンプ室の圧力領域と第２のポンプ室の吸い込み領域の間の仕切り領域、及び第２のポンプ室の圧力領域と第１のポンプ室の吸い込み領域の間の仕切り領域において、内側輪郭は固有の円形領域を有していない。この構成により、翼にたいしては半径方向の独自な動力学的特性がこれらの領域にたいしてのみ適用されず、従って翼はこれらの領域においては半径方向の速度が飛躍的に変化せず、しかもストロークが小さな角度範囲にわたって連続的に変化するので、半径方向の速度は連続的に変化する。加速度は時間に関する速度の１次導関数を形成するので、仕切り領域における半径方向の加速度の飛躍的な変化が回避される。これにより翼が内側輪郭から離れるのを阻止することができ、その結果個々のポンプ室の間での漏れは最小になる。同時に、翼が内側輪郭から離れないことにより翼が内側輪郭に衝突して騒音を発生しないので、騒音の発生も回避される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるベーンポンプの断面図である。
【図２】 図１のベーンポンプの翼の半径方向における距離の変化を示すグラフである。
【図３】 図１のベーンポンプの翼の半径方向における速度の変化を示すグラフである。
【図４】 図１のベーンポンプの翼の半径方向における加速度の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ ベーンポンプ
１６ ストロークリング
２０ ロータ
２６ 内側輪郭
２８’，２８’’ ポンプ室
３０，３０’，３０’’ 吸い込み領域
３２，３２’，３２’’ 圧力領域
３４，３６ 仕切り領域
４０，４２，４４ 内側輪郭の三つの部分

Claims (9)

1. 半径方向に可動な翼（２４）を有しているロータ（２０）を備え、翼（２４）が、ポンプケーシング（１２）内に配置されるストロークリング（１６）の内側輪郭（２６）に沿って可動であり、ストロークリング（１６）が、直径方向に対称な二重のストローク輪郭を有し、且つ直径方向に対向している二つのポンプ室（２８’，２８’’）を形成しているベーンポンプであって、ポンプ室（２８’，２８’’）の領域において内側輪郭（２６）が三つの同じ大きさの部分（４０，４２，４４）に分割されており、それぞれ１つの吸い込み領域と、圧力領域と、それぞれのポンプ室（２８’，２８’’）の吸い込み領域と圧力領域との間にある仕切り領域とが形成されるようにした前記ベーンポンプにおいて、
   第１のポンプ小室を形成する吸い込み領域（３０）と、第２のポンプ小室を形成する圧力領域（３２）と、第３のポンプ小室を形成する仕切り領域（３６）とが同じ大きさであること、
   翼（２４）が、仕切り領域（３６）において、半径方向へ最大に走出した位置を持続すること、
   を特徴とするベーンポンプ。
2. 前記部分（４０，４２，４４）がそれぞれ６０°の角度範囲を占めていることを特徴とする、請求項１に記載のベーンポンプ。
3. 内側輪郭（２６）によって制御される翼（２４）の運動の半径方向における速度が飛躍的に変化しないように、ポンプ室（２８’，２８’’）が互いに移行していることを特徴とする、請求項１または２に記載のベーンポンプ。
4. 第１のポンプ室（２８’）の圧力領域（３２）と第２のポンプ室（２８’’）の吸い込み領域（３０）の間の仕切り領域（３４）、及び第２のポンプ室（２８’’）の圧力領域（３２）と第１のポンプ室（２８’）の吸い込み領域（３０）の間の仕切り領域（３４）において、内側輪郭（２６）が固有の円形領域を有していないことを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１つに記載のベーンポンプ。
5. 仕切り領域（３４）における翼（２４）の半径方向の速度が負の最大値から正の最大値へ連続的に上昇していることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１つに記載のベーンポンプ。
6. 仕切り領域（３４）における半径方向の速度が、０°または１８０°においてのみゼロの値を有していることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１つに記載のベーンポンプ。
7. 翼（２４）が、仕切り領域（３４）において一定の半径方向の加速度を有していることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１つに記載のベーンポンプ。
8. 仕切り領域（３４）における翼（２４）のストロークが、もっぱら０°または１８０°の角度位置で最小値を有することを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１つに記載のベーンポンプ。
9. 内側輪郭（２６）が、仕切り領域（３６）において、半径方向の加速度がゼロの値を有するように円形に形成されていることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか１つに記載のベーンポンプ。

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