KR100965475B1 - 자기 구동 베인 펌프 - Google Patents

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겐 야마모토
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파나소닉 전공 주식회사
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Abstract

본 발명의 자기 구동 베인 펌프는, 펌프 공동을 가진 케이싱을 가진다. 복수개의 베인을 가진 회전자는, 유체를 펌프 공동 내로 유입시키고 공동으로부터 배출하기 위해 펌프 공동에 대해 편심축 주위로 회전될 수 있도록 펌프 공동 내에 배치된다. 회전자는, 회전자를 구동시키기 위해 펌프 공동 밖에서 케이싱에 장착된 고정자 자석에 자기적으로 결합된 회전자 자석을 가진다. 회전자 자석의 주요부는 고정자 자석에 대해 중첩되어 배치된다. 따라서, 회전자 자석은, 누수 없는 펌프를 구현하기 위해 회전자 자석과 고정자 자석 사이에 비밀봉 결합을 형성하도록 케이싱 밖에 배치된 고정자 자석으로부터 기계적으로 차단된다.
펌프 공동, 입구, 출구, 케이싱, 축, 편심축, 회전자 자석, 회전자, 고정자 자석, 내벽, 베인.

Description

자기 구동 베인 펌프{MAGNETIC DRIVE VANE PUMP}
본 발명은 자기 구동 베인 펌프에 관한 것이다.
베인 펌프는 예를 들면 일본국 특허공보 제53-2704 A에 개시된 바와 같이 종래기술에서 널리 알려져 있다. 일반적으로, 베인 펌프는 펌프 공동을 가진 케이싱, 및 펌프 공동 내에서 편심축 주위로 회전 가능한 회전자를 포함한다. 회전자는 복수개의 베인을 구비하는데, 베인은, 회전자가 회전할 때, 펌프 공동의 내벽에 대해 베인의 외부 단부가 밀봉 접촉된 상태가 유지되도록 방사방향으로 이동하여, 유체를 펌프 공동 내로 흡입 및 압축하여 펌프 공동 외부로 배출한다. 회전자는 외부 모터에 결합되어 회전 구동된다. 이러한 목적을 위해, 회전자에는, 모터와의 결합을 위해 케이싱 외부로 연장되는 샤프트가 구비된다. 따라서, 샤프트와 케이싱 사이는 밀봉된다. 그러나, 샤프트는 지속적으로 운동하는 부품이기 때문에, 장기간의 사용시에 밀봉이 저하될 수 있어, 유체를 유출시킨다는 문제가 항상 존재한다.
본 발명의 목적은 누수가 없는 구조를 가진 자기 구동 베인 펌프를 제공하는 것이다.
상기 문제점을 고려하여, 본 발명은 누수가 없는 구조를 가진 자기 구동 베인 펌프를 제공하도록 이루어졌다. 본 발명에 따른 베인 펌프는, 펌프 공동, 유체를 펌프 공동 내로 도입하기 위한 입구, 및 유체를 펌프 공동으로부터 배출하기 위한 출구를 가진 케이싱을 포함한다. 회전자는 펌프 공동의 축에 대해 편심된 편심축 주위로 회전 가능하도록 펌프 공동 내에 배치된다. 복수개의 베인은 회전자에 구비되고, 유체를 펌프 공동 내로 유입시키고 펌프 공동으로부터 배출하기 위해 회전자가 회전될 때 펌프 공동의 내벽과 밀봉 접촉되어 유지되도록 방사방향으로 이동된다. 회전자는, 회전자를 구동시키기 위해 펌프 공동 밖에서 케이싱에 장착된 고정자 자석에 자기적으로 결합된 회전자 자석을 가진다. 본 발명의 특징은, 회전자 자석의 주요부는 고정자 자석과 중첩되어 배치된다. 따라서, 회전자 자석은, 누수 없는 펌프를 제조하기 위해 회전자 자석과 고정자 자석 사이에 비밀봉 결합을 형성하도록, 케이싱 밖에 배치된 고정자 자석으로부터 기계적으로 차단되면서도, 펌프의 축방향에서의 펌프의 두께를 최소로 한다.
바람직하게는, 회전자 자석은, 고정자 자석이 고정자의 방사방향 크기 내에서 배치될 수 있도록, 고정자 자석 밖에 방사방향으로 배치되며, 이것은 방사방향 에 대해 펌프에 컴팩트한 구조를 확실히 제공한다.
또한, 바람직하게는, 고정자 자석은, 편심축에 대해 회전자로부터 회전자 자석보다 더 멀리 배치되도록 고정자 자석의 축방향 중심이 회전자 자석의 축방향 중심으로부터 벗어난다. 이러한 배치에 의해, 회전자는, 축방향 변동을 실질적으로 일으키지 않으면서 회전자가 축방향에 대해 일정한 레벨로 회전될 수 있도록, 축방향에서 고정자 자석을 향해 끌린다.
또한, 바람직하게는, 회전자 자석은, 케이싱의 중심으로부터 축방향으로 연장되는 샤프트 주위에 장착되며, 회전자 자석과 샤프트 사이에 진동 흡수 부재가 삽입된다. 진동 흡수 부재는 회전자의 편심 회전 이동에 의해 발생될 수 있는 방사방향 진동을 양호하게 흡수할 수 있어, 유연하고 조용한 회전 이동을 보장한다.
또한, 회전자 내에 있는 방사방향 홈에 각각 미끄러질 수 있게 장착된 각각의 베인은 축방향으로는 변동되지 않으면서 방사방향으로만 이동될 수 있다. 이러한 목적을 위해, 각각의 베인의 양쪽 면에, 상기 회전자의 양쪽 면에 형성되어 상기 회전자의 양쪽 면 사이에 방사방향 홈을 형성하는 안내 홈 내에 결합되는 리브가 형성된다.
본 발명의 이들 및 다른 바람직한 특징들은, 첨부된 도면과 관련하여 본 발명의 바람직한 실시예의 다음의 설명으로부터 더욱 명백하게 될 것이다.
이제 도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 자기 구동 베인 펌프가 도시되어 있다. 펌프는, 펌프 공동(12)의 축으로부터 벗어난 편심축 을 가진 회전자(40)를 내부에 수용하는 원통형 펌프 공동(12)이 내부에 형성된 케이싱(10)을 포함한다. 케이싱(10)은, 밀봉 링(14)을 개재하여 서로 고정되는 하반부(20)와 상반부(30)로 구성된다. 하반부(20) 및 상반부(30)에는 각각, 펌프 공동(12)을 형성하도록 함께 작용하는 하부 리세스(21)와 상부 리세스(31)가 형성된다. 도 3 및 도 4에 도시되었듯이, 하반부(20)는, 샤프트(23)를 고정시키는 중앙 스터드(22), 및 중앙 스터드(22)와 주변벽(28) 사이에 있는 환형 돌출부(26)를 갖도록 형성된다. 샤프트(23)는 중앙 스터드(22)로부터 하반부(20)의 중앙 오목부(29) 내로 돌출되어 편심축을 형성하고, 베어링 슬리브(24)에 의해 둘러싸인다. 링(32)은 상반부(30)의 내부에 장착되어, 링(32)의 축방향 일단부가 하반부(20)의 주변벽(28)에 놓인 상태에서 상부 리세스(31)의 둘레를 따라 연장된다. 상반부(30)에는, 유체를 링(32) 내의 포트(35)를 통해 펌프 공동(12) 내로 도입하기 위한 입구(34), 및 유체를 링(32)의 포트(37)를 통해 펌프 공동으로부터 배출하기 위한 출구(36)가 형성된다.
회전자(40)는 상부 리세스(31) 내에 위치된 디스크로 형성되고, 원주방향으로 이격된 방사방향 슬릿(42) 내에 각각 미끄러질 수 있게 수용되는 복수개의 베인(50)을 가진다. 회전자(40)가 회전되도록 구동될 때, 각각의 베인(50)은 원심력에 의해 방사방향 외향으로 이동되어, 베인(50)의 외부 단부가 링(32)의 내면과 밀봉 접촉됨으로써, 인접 베인들 사이와 링(32)과 회전자 사이에 갇힌 변위 챔버를 형성한다. 회전자(40)가 편심축 주위로 회전될 때, 변위 챔버는 팽창 및 수축되어, 유체를 펌프 공동(12) 내로 유입시키고 펌프 공동(12)으로부터 배출한다.
회전자(40)는, 케이싱(10)의 외부에 배치된 고정자 자석(70)에 자기적으로 결합되어 회전되는 회전자 자석(60)을 구비한다. 회전자 자석(60)은, 회전자(40)와 일체화되어 단일 구조를 형성하는 영구 자석이다. 회전자 자석(60)은, 회전자(40)의 축방향 일 단부면에 고정된 얇은 기부(62), 기부(62)의 중심으로부터 축방향으로 돌출된 허브(64), 및 기부(62)의 둘레로부터 축방향으로 돌출된 외부 링(67)을 가지도록 형성된다. 허브(64)는 편심축에 대한 방사방향에 대해 고정자 자석(70)과 중첩되도록 중앙 오목부(29) 내에 수용된다. 허브(64)에는 베어링 구멍(65)이 형성되며, 샤프트(23)는 베어링 슬리브(24)와 함께 베어링 구멍(65) 내로 연장되어, 회전자 자석(60)은 회전자(40)와 함께 샤프트(23) 주위로 자유롭게 회전될 수 있다. 외부 링(67)은, 역시 방사방향에 대해 고정자 자석(70)과 중첩되도록, 환형 돌출부(26)와 하반부(20)의 주변벽(28) 사이에 형성된 환형 홈(27) 내로 돌출된다. 외부 링(67)과 허브(64)는, 고정자 자석(70)과 중첩되도록 고정자 자석(70)의 외부에 방사방향으로 배치된 회전자 자석(60)의 주요부를 구성하여, 펌프의 축방향 크기 및 방사방향 크기를 최소화하는 데에 기여한다.
회전자(40)가 편심축 주위로 회전할 때 발생할 수 있는 회전자(40)의 방사방향 진동을 감소시키기 위해, 진동 흡수 부재(25)는 샤프트(23)의 베어링 구멍(65)과 베어링 슬리브(24) 사이에 삽입된다.
고정자 자석(70)은, 환형 돌출부(26) 아래에 형성된 개방 공간 내에 장착되고 중앙 스터드(22) 둘레에 연장된 복수개의 전자석으로 구성된다. 도 3에 도시되었듯이, 고정자 자석(70)은 회전자(40)로부터 제1 거리만큼 이격되어 있는 축방향에서의 길이방향 중심(C70)을 갖고, 회전자 자석은(60)은 회전자(60)로부터 제2 거리만큼 이격되어 있는 축방향에서의 길이방향 중심(C60)을 갖는다. 여기서, 상기 제1 거리가 제2 거리보다 커서 고정자 자석(70)의 축방향에서의 길이방향 중심(C70)이 회전자 자석(60)의 축방향에서의 길이방향 중심(C60)에 대해 이격되고, 고정자 자석(70)은 상기 편심축의 축방향에 대해 회전자 자석(60)보다 회전자(40)로부터 더 멀리 떨어져 배치된다. 따라서, 고정자 자석(70)은 회전자 자석(60) 및 회전자(40)를 고정자 자석(70)을 향해 축방향으로 당기는 인력을 발생시켜, 회전자 자석(60)이 환형 돌출부(26)의 상면에 대해 계속 맞닿도록 함으로써, 회전자(40)의 회전시에 회전자(40)의 축방향 변동을 최소화한다.
도 5에 도시되었듯이, 각각의 베인(50)의 양쪽 면에, 베인(50)이 슬릿으로부터 축방향으로 이동되지 않고 방사방향 슬릿(42) 내에서만 미끄러질 수 있게 유지되도록, 양쪽 면에 형성되어 방사방향 슬릿(42)을 형성하는 안내 홈(44) 내로 미끄러질 수 있게 수용되는 리브(54)가 형성된다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 베인 펌프를 도시하고 있는데, 이러한 베인 펌프는, 회전자(40) 자체가 회전자 자석(60)을 구성하도록 영구 자석으로 제조된다는 점을 제외하고는, 제1 실시예와 기본적으로 동일하다. 유사한 부품은 유사한 도면 부호로 표시되며, 간결성을 위해 중복 설명은 하지 않는다. 회전자(40)는, 케이싱(10)의 하반부(20)와 상반부(30) 사이에 형성되고 링(32)의 원주 내에 갇힌 펌프 공동(12) 내에 배치된다. 회전자(40)는, 방사방향으로 미끄러질 수 있는 베인(50)을 각각 수용하는 복수개의 원주방향으로 이격된 방사방향 슬릿(42)을 가지고, 회전자(40)가 샤프트(13)에 의해 형성된 편심축 주위로 자유롭게 회전될 수 있도록 샤프트(13)와 베어링 슬리브(24)를 수용하기 위해 회전자(40)의 중심에 베이링 구멍(65)을 갖도록, 일반적으로 평평한 디스크로 형성된다. 고정자 자석(70)은 하반부(20)와 상반부(30) 사이에서 방사방향으로 링(32)의 외부에 배치 되며, 각각 코일(74)을 가진 복수개의 원주방향으로 배치된 코어(73)를 가진 요우크 링(72)을 가진 전자석 조립체로 구성된다.
도 8 및 도 9는 본 발명의 제3 실시예에 따른 베인 펌프를 도시하고 있는데, 이러한 베인 펌프는, 회전자(40) 자체가 회전자 자석(60)을 구성하도록 영구자석으로 제조되고, 고정자 자석(70)이 회전자(40)의 직경 내에 배치되는 것을 제외하고는, 제1 실시예와 기본적으로 동일하다. 유사한 부품은 유사한 도면 부호로 표시되고, 간결성을 위해 중복 설명은 하지 않는다. 회전자는 케이싱의 하반부(20)와 상반부(30) 사이에 형성되고 링(32)의 원주 내에 갇힌 펌프 펌프 공동(12) 내에 배치된다. 회전자(40)는, 브리지(69)에 의해 일체적으로 연결된 허브(64)와 외부 링(67)을 갖도록 형성된다. 허브(64)는, 회전자(40)가 샤프트(13) 또는 샤프트(13)에 의해 형성된 편심축 주위로 자유롭게 회전 가능하도록 하반부(20)에 지지되도록, 베어링 슬리브(24)와 함께 샤프트(13)가 장착되는 베어링 구멍(65)을 가진다. 상반부(30)에는, 고정자 자석(70)을 환형 홈(38) 내에 수용하도록 회전자(40)의 허브(64)와 외부 링(67) 사이에서 연장되는 환형 홈(38)이 형성된다. 따라서, 고정자 자석(70)은 편심축에 대한 방사방향에 대해 회전자 자석(60) 또는 회전자(40)와 중첩되도록 배치되어, 펌프의 축방향 크기를 최소화한다. 고정자 자석(70)은, 각각 코일(74)을 가진 복수개의 코어(73)로 구성된 전자석 조립체이다.
본 발명은 상기 실시예를 참조하여 구체적으로 설명되었지만, 상기 실시예에 제한되지 않고, 상기 실시예에 기술된 각각의 특징의 임의의 조합을 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 베인 펌프의 분해 사시도이다.
도 2는 상기 베인 펌프의 수평 단면도이다.
도 3은 도 2의 X-X 선을 따른 단면도이다.
도 4는 도 2의 Y-Y 선을 따른 단면도이다.
도 5는 상기 베인 펌프의 일부의 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 베인 펌프의 수평 단면도이다.
도 7은 도 6의 7-7 선을 따른 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 베인 펌프의 수평 단면도이다.
도 9는 도 8의 9-9 선을 따른 단면도이다.

Claims (5)

  1. 펌프 공동, 유체를 상기 펌프 공동 내로 도입하기 위한 입구, 및 유체를 상기 펌프 공동으로부터 배출하기 위한 출구를 가진 케이싱,
    상기 펌프 공동의 축에 대해 편심된 편심축 주위로 회전 가능하도록 상기 펌프 공동 내에 배치되고, 회전자 자석을 가진 회전자, 및
    상기 펌프 공동 밖에서 상기 케이싱에 장착되며, 상기 회전자를 회전 구동시키기 위해 상기 회전자 자석에 자기적으로 결합된 고정자 자석
    을 포함하고,
    상기 회전자는 회전될 때 상기 펌프 공동의 내벽과 밀봉 접촉되어 유지되도록 방사방향으로 이동되는 복수개의 베인을 구비하며,
    상기 회전자 자석은 상기 회전자의 축방향 일 단부면에 고정된 기부와, 상기 기부의 둘레로부터 축방향으로 돌출된 외부 링을 구비하며,
    상기 회전자 자석은 상기 외부 링이 상기 편심축에 대한 방사방향에 대해 상기 고정자 자석과 중첩되도록 배치된,
    자기 구동 베인 펌프.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 회전자 자석은 상기 고정자 자석 밖에 방사방향으로 배치된, 자기 구동 베인 펌프.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 고정자 자석은 상기 회전자로부터 제1 거리만큼 이격되어 있는 축방향에서의 길이방향 중심을 갖고,
    상기 회전자 자석은 상기 회전자로부터 제2 거리만큼 이격되어 있는 축방향에서의 길이방향 중심을 가지며,
    상기 제1 거리가 상기 제2 거리보다 크고, 그로 인해 상기 고정자 자석의 축방향에서의 길이방향 중심은 상기 회전자 자석의 축방향에서의 길이방향 중심으로부터 이격되고, 상기 고정자 자석은 상기 편심축의 축방향에 대해 상기 회전자 자석보다 상기 회전자로부터 더 멀리 떨어져 배치된,
    자기 구동 베인 펌프.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 케이싱에, 상기 편심축을 형성하는 샤프트가 구비되고,
    상기 회전자 자석은 상기 샤프트 주위에 장착되며,
    상기 회전자 자석과 상기 샤프트 사이에 진동 흡수 부재가 삽입된,
    자기 구동 베인 펌프.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 베인은, 상기 회전자 내에 형성된 방사방향 슬릿 내에 각각 미끄러질 수 있게 장착되고,
    각각의 상기 베인의 양쪽 면에, 상기 회전자의 양쪽 면에 형성되어 상기 회전자의 양쪽 면 사이에 방사방향 슬릿을 형성하는 안내 홈 내에 각각 결합되는 리브가 형성된,
    자기 구동 베인 펌프.
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