KR20010078145A

KR20010078145A - 인라인형 펌프

Info

Publication number: KR20010078145A
Application number: KR1020010004197A
Authority: KR
Inventors: 다쿠라도시야스; 다나베요시후미
Original assignee: 도시바테크 가부시키가이샤
Priority date: 2000-01-31
Filing date: 2001-01-30
Publication date: 2001-08-20
Also published as: KR100414722B1; EP1122441A2; JP2002285985A; EP1122441B1; DE60111879T2; CN1319724A; US20010051097A1; US6554584B2; JP3562763B2; EP1122441A3; CN1198056C; DE60111879D1

Abstract

(과제) 펌프의 출력 및 효율을 향상시킨다.

(해결수단) 통형상의 스테이터(3)의 내측에 축류날개를 갖는 로터(4)를 설치한 인라인형 펌프에 있어서, 축류날개에 의해 배출구(21)를 향해서 이송되는 유체의 회전운동에너지를 압력실(7)에 의해 정압에너지로 변환한 후에 배출구(119)로부터 배출되도록 하였다. 이것에 의해 구조의 소형화를 만족시킨 다음에 유체의 공급효율을 높힐 수 있어 펌프의 출력 및 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

인라인형 펌프{IN-LINE TYPE PUMP}

본 발명은 스테이터와 로터를 주요한 구성으로 하는 모터의 내부에 유로를 형성하여 이루어진 인라인형 펌프에 관한 것이다.

이 종류의 인라인형 펌프로서는 예를 들면 일본국 특개평 10-246193호 공보, 혹은 일본 특개평 1-230088호 공보에 기재되어 있는 바와 같이 스테이터의 내측에 설치된 로터는 외주에 돌출부와 오목부를 형성함으로써 축류날개의 기능을 구비하고, 이 로터를 회전시키므로써 로터의 일단측의 흡입구로부터 흡입되는 유체를 러터의 타단측의 배출구로부터 배출하는 구조로 되어 있다.

상기와 같은 인라인형 펌프는 축류날개에 의해 유체에 회전운동에너지가 부여되고, 그 운동에너지가 정압에너지로 변환되지 않는 상태대로 내주의 벽이나 배출구에서의 마찰손실이나 난류에 의한 소용돌이 손실로 되어 없어진 후에 이송되기 때문에 펌프로서의 효율이 나쁘다.

또 유체가 항상 로터의 축방향의 한 쪽으로만 흐르기 때문에 로터에는 유체의 반작용압력이 스러스트하중으로서 작용하고, 축받이의 수명이 단축되는 문제가 있다.

본 발명의 목적은 구조의 소형화를 만족시킨 다음에 유체의 공급효율을 높힐 수 있는 인라인형 펌프를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에서의 제 1의 실시형태를 도시하는 인라인형 펌프 전체의 단면도,

도 2는 본 발명에서의 제 1의 실시형태의 상면도,

도 3은 본 발명에서의 제 1의 실시형태의 로터의 정면도,

도 4는 본 발명에서의 제 1의 실시형태의 로터의 회전동작을 설명하기 위한 모식도,

도 5는 본 발명에서의 제 1의 실히형태의 로터의 회전동작을 설명하기 위한 모식도.

도 6은 제 2의 실시형태를 도시하는 인라인형 펌프의 전체의 단면도,

도 7은 제 3의 실시형태를 도시하는 인라인형 펌프의 전체의 정면도,

도 8은 제 3의 실시형태의 원심날개의 일부 단면도,

도 9는 본 발명의 제 4의 실시형태에서의 인라인형 펌프의 종단측면도,

도 10은 도 9에서의 화살표 A－A선 단면도,

도 11은 로터의 일부를 도시하는 종단측면도,

도 12는 본 발명의 제 5의 실시형태에서의 인라인형 펌프의 종단측면도,

도 13은 본 발명의 제 6의 실시형태에서의 인라인형 펌프의 종단측면도,

도 14는 도 13 에 도시하는 인라인형 펌프를 90도 상이한 방향에서 본 종단측면도, 및

도 15는 도 13에서의 화살표(B) 방향에서 본 인라인형 펌프의 바닥면도.

(부호의 설명)

3, 102 : 스테이터 4, 103 : 로터

7, 122, 132 : 압력실 16 : 로터의 돌출극

17 : 오목부 19, 117, 139 : 흡입구

21, 119, 134 : 배출구 23 : 정류부(경사부)

24, 135 : 원심날개 25 : 블레이드

108 : 축류날개 110 : 원주체

111 : 나선홈 121 : 간막이벽

123 : 제 2의 압력실 124 : 안내구멍

126 : 미끄럼축받이 127 : 지지부

128 : 리크유로 129 : 제 2의 축류날개

133 : 안내유로 141 : 흡입유로

청구항 1에 기재된 발명은, 통형상의 스테이터의 내측에 흡입구로부터 흡수되는 유체를 배출구를 향해서 축방향으로 송출하는 축류날개를 갖는 로터를 회전자유로이 설치한 인라인형 펌프에 있어서, 상기 로터의 상기 축류날개에 의해 상기 배출구를 향해서 이송되는 상기 유체의 회전운동에너지를 정압에너지로 변환하는압력실을 구비한다.

따라서 로터를 회전시키면, 흡입구로부터 흡입된 유체는 축류날개에 의해 압력실로 이송되어 이 압력실에서 회전운동에너지가 정압에너지로 변환되어 배출구로부터 배출된다.

여기서 상기 로터는 일례로서 외경에 복수개의 돌출극(突出極)을 구비하고, 외주에 축방향으로 연통한 오목부가 형성되므로써 상기 출류날개를 구성한다(청구항 2). 또 상기 압력실은 일례로서 상기 로터의 회전축과 직교하는 방향측에 적어도 상기 배출구의 내경보다 큰 내경을 갖는 공간이다(청구항 3). 이 경우, 상기 배출구는 상기 공간의 내경으로부터 외부에 연락되어 있어도 좋다(청구항 4).

청구항 5에 기재된 발명은, 청구항 1, 2, 3 또는 4에 기재된 인라인형 펌프에 있어서, 상기 로터의 일부는 상기 압력실에까지 돌출하여 배치되어 있다.

따라서 로터로부터 송출되는 유체의 진행방향이 로터의 회전축과 직교하는 방향으로 향하기 쉽게 되고, 로터로부터 송출되는 유체가 압력실의 바닥부 등에 충돌함으로 인한 난류의 발생이 방지된다.

청구항 6에 기재된 발명은, 청구항 1, 2, 3, 4 또는 5에 기재된 인라인형 펌프에 있어서, 상기 로터의 상기 축류날개에 의해 상기 배출구를 향해서 이송되는 상기 유체의 진행방향을 상기 로터의 회전축과 직교하는 방향으로 변환하는 정류부를 설치하였다.

따라서 로터로부터 송출되는 유체의 진행방향이 로터의 회전축과 직교하는 방향으로 향하기 쉽게 되고, 로터로부터 송출되는 유체가 압력실의 바닥부 등에 충돌하므로 인한 난류의 발생이 방지된다.

청구항 7에 기재된 발명은, 청구항 1, 2, 3, 또는 4에 개재된 인라인형 펌프에 있어서, 상기 압력실에 배치되고, 상기 로터와 일체로 회전함으로써 유체의 회전반경을 상기 로터의 외주방향으로 확대시키는 원심날개를 설치하였다.

따라서 로터로부터 송출되는 유체의 진행방향이 로터의 회전축과 직교하는 방향으로 향하기 쉽게 되고, 로터로부터 송출되는 유체가 압력실의 바닥부 등에 충돌함으로 인한 난류의 발생이 방지된다. 이 경우, 유체에 원심에너지를 부여하는 블레이드를 상기 원심날개에 설치한 경우에는 (청구항 8), 로터로부터 송출되는 유체의 진행방향이 로터의 회전축과 직교하는 방향에 의해 한층 더 향하기 쉽게 된다.

청구항 9에 기재된 발명은, 청구항 1에 기재된 인라인형 펌프에 있어서, 상기 압력실과 상기 배출구 사이에 배치되어 상기 압력실과는 간막이벽에 의해 구획된 제 2의 압력실과 상기 간막이벽의 외주부에 배치되어 상기 압력실과 상기 제 2의 압력실 사이를 접속하는 안내구멍을 구비한다.

따라서 로터를 회전시키면, 흡입구로부터 흡입된 유체는 축류날개에 의해 압력실에 이송되어 이 압력실에서 회저운동에너지가 정압에너지로 변환되고, 다시 안내구멍으로부터 제 2의 압력실을 경유하여 배출구로부터 배출된다.

청구항 10에 기재된 발명은, 청구항 9에 기재된 인라인형 펌프에 있어서, 상기 간막이벽의 중심에는 상기 로터의 회전축을 소정의 클리어런스를 가지고 회전자유로이 지지하는 미끄럼축받이가 설치되고, 상기 간막이벽에는 상기 제 2의 압력실과 상기 미끄럼축받이의 내주면을 연통하는 리크유로가 형성되어 있다.

따라서 로터의 회전축과 미끄럼축받이 사이에는 제 2의 압력실내의 유체가 균일한 압력분포를 가지고 사이에 있기 때문에 회전축의 윤활을 장기간에 걸쳐 양호하게 유지할 수 있다.

청구항 11에 기재된 발명은, 청구항 9 또는 10에 기재된 인라인형 펌프에 있어서, 상기 제 2의 압력실에는 상기 로터와 일체로 회전하는 제 2의 축류날개가 설치되어 있다.

따라서 스테이터의 내측에 설치된 축류날개와 제 2의 압력실에 설치된 제 2의 추류날개에 의해 압력을 분산하여 유체를 이송할 수 있다.

청구항 12에 기재된 발명은, 청구항 9, 10 또는 11에 기재된 인라인형 펌프에 있어서, 상기 로터의 축선을 중심으로 하는 반경이 최소로 되는 상기 축류날개의 오목부의 직경은 상기 미끄럼축받이을 지지하기 위하여 상기 간막이벽에 형성된 지지부의 직경보다 큰 직경으로 정해져 있다.

따라서 축류날개에 의해 이송된 유체와 미끄럼축받이을 지지하는 지지부의 충돌에 의한 소용돌이손실을 저감할 수 있고, 또 캐비테이션의 발생을 방지할 수 있다.

청구항 13에 기재된 발명은, 청구항 9, 10, 11, 또는 12에 기재된 인라인형 펌프에 있어서, 상기 축류날개는 원주체의 외주에 나선홈이 형성되어 이루어지고, 상기 나선홈의 폭과 깊이는 대략 동등한 값으로 정해져 있다.

따라서 나선홈의 폭과 깊이의 관계를 적정히 설정함으로써 유로저항을 작게하고 소용돌이의 발생을 억제할 수 있다. 이것에 의해 유체를 더 효율좋게 이송할 수 있다.

청구항 14에 기재된 발명은, 청구항 1에 기재된 인라인형 펌프에 있어서, 상기 압력실에 배치되어 상기 로터와 일체로 회전하는 윈심날개, 상기 흡수구로부터 흡입되는 상기 유체를 상기 스테이터의 외주부를 경유하여 상기 압력실에 유도하여 상기 원심날개의 상기 축류날개와는 반대측의 면을 향해서 이송시키도록 경로가 정해진 흡입유로, 및 상기 원심날개의 회전에 의해 상기 압력실내의 유체를 상기 압력실의 외주부로부터 배출구에 유도하는 안내유로를 구비한다.

따라서 로터를 회전시키면, 흡입구로부터 흡입된 유체는, 축류날개에 의해 압력실에 이송되어 이 압력실에서 회전운동에너지가 정압에너지로 변환됨과 동시에 별도계통의 흡입유로를 경유해서 압력실에 유도된다. 이 2계통의 경로를 경유하여 압력실에 유도된 유체는 원심날개의 회전에 의해 안내유로를 경유하여 배출구로부터 배출된다. 이것에 의해 유체를 효율좋게 이송할 수 있다. 이 경우 축류날개와 일체로 회전하는 원심날개는 축류날개에 의해 이송되는 유체의 압력과 흡입유로로부터 흡입되는 유체의 압력을 받는데, 쌍방향의 압력이 서로 상쇠되는 방향으로 작용하기 때문에 유체가 로터에 부여하는 스러스트하중을 경감하고 그 손실을 적게 할 수 있다.

청구항 15에 기재된 발명은, 청구항 14에 기재된 발명에 있어서, 상기 안내유로에서의 상기 압력실과의 접속부는, 흘리는 유체의 에너지가 상기 로터의 축선을 중심으로 하는 대칭위치에서 대략 동등하게 되도록 정해져 있다.

따라서 로터에 걸리는 레이디얼방향의 부하를 경감할 수 있다. 더욱이 유체에너지와는 유체의 유속과 압력의 곱에 의해 표시할 수 있는 에너지이다.

(발명의 실시형태)

이하 본 발명의 실시형태에 관해서 도면을 참조하여 설명한다.

(제 1의 실시형태)

먼저 본 발명의 제 1의 실시형태에 관해서 설명한다.

도 1로부터 도 5에 도시하는 바와 같이 인라인형 펌프(1)는 모터(2)의 주요부를 구성하는 스테이터(3), 이 스테이터(3)의 내경에 로터(4)를 회전가능하게 지지하는 프레임(5, 6), 및 압력실(7)로 구성되어 있다.

스테이터(3)는 내주에 6극의 동일형상의 자극(8)을 60°의 피치로 배치하는 스테이터 코어(9) 및 이 스테이터 코어(9)의 각 자극(8)에 코일(10) 등으로 구성되어 있다. 스테이터 코어(9)는 원통형상이고, 축방향으로 복수의 계소강판을 적층하여 형성되어 있다. 코일(10)은 스테이터 코어(9)의 각 자극(8)에 순서있게 A상, B상, C상, A상, B상, C상으로 하여 반시계방향으로 감겨장착되어 있다. 그리고 각 상을 Y결선 또는 Δ결선으로 배선처리하고, 외부에 3개의 리드선을 끌어내고, 그 각 리드선에 위상이 120°상이한 3상교류를 인가하고, 그 주파수를 변경함으로써 회전속도를 가변할 수 있도록 되어 있다.

스테이터(3)의 스테이터 코어(9)의 내주면 전체와 코일(10)을 포함하는 내부를 폴리에스테르 등의 절연성 수지(11)로 몰딩에 의해 방수처리 되어 있다.

도 3에 도시하는 바와 같이 로터(4)는 로터 코어(12) 및 로터 코어(12)를 유지하는 회전축(13) 등으로 구성되어 있다. 회전축(13)은 베어링(14, 14)을 통하여 프레임(5, 6)의 베어링 지지체(15, 15)에 회전가능하게 지지되어 있다.

로터 코어(12)는 원주방향으로 번갈아 상이극으로 되도록 자화된 4극의 돌출극(16)을 몰딩에 의해 원통형상으로 하고, 그 외주부에 나선형상의 오목부(17)를 형성하고 있다. 스테이터(3)의 내경과 이 오목부(17)로 축방향의 유체의 유로를 형성하고 있다. 이 나선형상의 오목부(17)가 축류날개의 기능을 달성하는 것이다. 이 오목부(17)의 폭·깊이·경사각·나선피치 등은 펌프가 원하는 성능에 의해 선택된다. 즉 성능에 따라서는 나선피치는 1조로부터 N조 사이에서 선택될 수 있다. 더욱이 오목부의 형상은 V홈, U홈 등 모든 형상에 대응할 수 있다.

한편 프레임(5)은 로터(4)의 알단부(18) 사이에 유체를 흡입하는 흡입구(19)를 형성함과 동시에, 다른 한편 프레임(6)은 로터(4)의 타단부(20)의 사이에 압력실(7)을 통하여 유체를 토출하는 배출구(21)를 형성한다. 흡입구(19)는 프레임(5)과 베어링 지지체(15)를 가교하는 고정안내 날개(22)에 의해 4분할되어 있다. 압력실(7)은 회전유체의 유속을 매끄럽게 하고 감속하는 작용을 갖는다. 이 압력실(7)은 로터(4)의 타단측에 배치되어 있다. 그리고 베어링 지지체(15, 15)는 로터(4)의 오목부(17)의 바닥부 직경보다 내주에 있도록 설치되어 있다.

다음에 이 인라인형 펌프의 동작원리에 관해서 도 4 및 도 5를 사용해서 설명한다. 먼저 스테이터 코어(9)의 A상 코일을 여자하면, 이 A상의 자극(8)이 S극으로 되고, 도 4a에 도시하는 바와 같이 로터 코어(12)의 N극의 돌출극이 A자극의 위치에 와서 안정된다. 다음에 B상 코일을 여자하면, 이 B상의 자극(8)이 S극으로 되고, 도 4b에 도시하는 바와 같이 로터 코어(12)는 N극의 돌출극이 B상의 자극(8)의 위치에 와서 안정된다. 다음에 C상 코일을 여자하면, 이 C상의 자극(8)이 S극으로 되고, 도 4c에 도시하는 바와 같이 로터 코어(12)의 N극의 돌출극이 C상의 자극(8)의 위치에 와서 안정된다.

다음에 재차 A상 코일을 여자하면, 이 A상의 자극(8)이 S극으로 되고, 도 5a에 도시하는 바와 같이 로터 코어(12)는 N극의 돌출극이 A상의 자극(8)의 위치에 와서 안정된다. 다음에 B상 코일을 여자하면, 이 B상의 자극(8)이 S극으로 되고, 도 5b에 도시하는 바와 같이 로터 코어(12)는 N극의 돌출극이 B상의 자극(8)의 위치에 와서 안정된다. 다음에 C상 코일을 여자하면, 이 C상의 자극(8)이 S극으로 되고, 도 5c에 도시하는 바와 같이 로터 코어(12)는 N극의 돌출극이 C상의 자극(8)의 위치에 와서 안정된다. 그리고 재차 A상 코일을 여자하면, 이 A상의 자극(8)이 S극으로 되고, 도 4a의 상태로 복귀하고 로터는 꼭 1회전하는 것으로 된다. 이와 같이 해서 여자상을 순차 변환함으로써 로터 코어(12)는 회전하고, 그 변환속도를 가변함으로써 모터의 속도가 변화된다.

도 1의 구성에 있어서, 로터(4)가 회전하면, 이 로터(4)의 외주부의 나선형상의 오목부로 이루어지는 축류날개가 회전하고, 유체가 도면중 화살표로 도시하는 바와 같이 흡입부로부터 유체가 유입되고, 스테이터(3)와 로터(4)의 나선형상의 오목부(17)를 통과하고, 다시 압력실(7)을 통과해서 유체가 배출구(21)로부터 유출하게 된다.

이와 같이 로터(4)의 외주부에 회전축(13)의 축방향으로 연통된 나선형상의오목부(17)를 형성하고 축류날개를 형성하도록 하고 있으므로, 로터(4)의 나선형상의 오목부(17)에 의한 축류날개로 가속되는 유체는 선회된다. 이 운동에너지를 압력으로 변환하기 위한 압력실(7)이 로터(4)의 토출측에 설치되어 있다. 로터(4)의 축류날개로부터 토출된 유체는 압력실(7)내에서 선회하여 외주로 확산된다. 그 토출류는 외주일수록 유속이 감소하고, 압력은 증가한다. 이 압력실(7)을 설치함으로 인한 축류날개의 부하는 거의 무시될 수 있는데 날개의 축방향에 대한 경사각을 45∼70°로 하였다. 그 결과 어느 축류날개에 있어서도 압력실(7)이 없는 것에 배교해 50% 정도의 토출압 및 유량의 향상이 도모되었다.

더욱이 스테이터(3)를 절연성 수지(11)로 몰딩해서 방수처리를 하고 있으므로, 이 인라인형 펌프를 수중에서 사용할 수도 있다. 이것에 의해 냉각효과를 높일 수 있으므로 소형화해도 충분한 방열이 가능하다.

(제 2의 실시형태)

다음에 본 발명의 제 2의 실시형태에 관해서 설명한다. 또한 제 1의 실시형태와 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙이고, 상이한 부분에 관하여 설명한다.

도 6에 도시하는 바와 같이 로터(4)의 타단부(20)를 압력실(7) 내부까지 연장해서 배치해 있다. 그리고 로터(4)의 나선형상의 오목부(17)의 바닥을 차차로 얕게 함으로써 축류성분을 외주방향으로 향하도록 하고 있다. 더욱이 로터(4)에 대향하는 압력실(7)에 정류부로서의 경사부(23)를 설치함으로써 축류날개로부터의 토출류가 압력실(7) 바닥면과의 직각방향의 충돌에 의한 난류의 발생을 방지하고, 외주방향으로의 압력을 높일 수 있다.

(제 3의 실시형태)

다음에 본 발명의 제 3의 실시형태에 관해서 설명한다. 또한 상술한 각 실시형태와 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙이고, 상이한 부분에 관해서 설명한다.

도 7 내지 도 8에 도시하는 바와 같이 원심날개(24)는 회전방향으로 경사진 블레이드(25)를 갖는다. 이 원심날개(24)의 블레이드(25)측과 로터(4)의 타단부(20)에 대향하여 회전축(13)에 부착되고, 압력실(7)내에 배치되어 있다. 동일 치수의 펌프에서 유체의 선회속도가 향상되기 때문에 펌프출력의 증대 및 최대토출압력의 향상에 유효한 것으로 된다.

또한 각 실시형태에서는 4극 돌출극 구조의 로터를 사용한 것에 관해 설명했는데 반드시 이것에 한정되는 것은 아닌 것은 물론이다.

(제 4의 실시형태)

본 발명의 제 4의 실시형태를 도 9 내지 도 11에 근거하여 설명한다. 도 9는 인라인형 펌프(P1)의 종단측면도, 도 10은 도 9에서의 화살표 A-A선부의 단면도, 도 11은 로터의 일부를 도시하는 종단측면도이다.

도 9에서 101은 모터이다. 모터(101)는 통형상의 스테이터(102)와 로터(103)로 구성되어 있다. 스테이터(102)는 환상의 철심을 적층함으로써 형성된 스테이터 코어(104), 이 스테이터 코어(104)에 감겨진 코일(105), 및 이 코일(105)을 스테이터 코어(104)의 끝면과 함께 덮는 수지층(106)을 갖는다.

로터(103)는 중심에 회전축(107)을 고정적으로 구비한 축류날개(108)와 이 축류날개(108)의 외주의 일부에 설치된 자극(109)을 갖는다. 본 실시형태에서의 축류날개(108)는 원주체(110)의 외주에 나선홈(111)을 형성해서 이루어지며 도 11에 도시하는 바와 같이 나선홈(111)의 폭(w)과 깊이(h)는 대략 동등한 값으로 정해져 있다.

스테이터(102)의 일단에는 플랜지(112)가 고정되어 있다. 이 플랜지(112)는 베어링(113)을 지지하는 돔형상의 지지부(114)와 이 지지부(114)의 주위를 개구하는 개구부(115)를 가지며, 이 개구부(115)에는 복수의 정류판(116)이 방사상으로 형성되어 있다.

또 플랜지(112)의 표면에는 유체를 흡인하는 흡입구(117)를 갖는 흡입구체(118)가 고정되어 있다. 스테이터(102)의 타단의 주위 가장자리에는 배출구(119)를 갖는 컵형상의 배출구체(120)의 주위 가장자리가 고정적으로 접합되고, 이 배출구체(120)의 내방에는 간막이벽(121)이 설치되어 있다. 이 간막이벽(121)은 배출구체((120)와 일체로 형성되어 있는데, 별도의 부재에 의해 형성되어 배출구체(120)에 고정해도 좋다. 이 간막이벽(121)과 스테이터(102) 및 로터(103)의 끝부와의 사이에는 압력실(122)이 형성되고, 간막이벽(121)과 배출구(119)와의 사이에는 제 2의 압력실(123)이 형성되고, 이들의 압력실(122, 123)은 간막이벽(121)의 외주부에 형성된 복수의 안내구멍(124)에 의해 접속되어 있다. 이들의 안내구멍(124)의 중심에는 도 10에 도시하는 바와 같이 배출구체(120)의 내주면과 간막이벽(121)의 외주 가장자리를 연결하는 리브(125)가 설치되어 있다. 이들의 리브(125)는 유체의 선회방향의 흐름을 축류방향으로 수정할 수 있도록 축류날개(108)의 회전축(107)에 대한 경사각이 정해져 있다.

또한 도 9에 도시하는 바와 같이 간막이벽(121)의 중앙부에는 미끄럼 축받이(126)의 외주를 지지하는 지지부(127)와 제2의 압력실(123)과 미끄럼 축받이(126)의 내주면을 연통하는 리크유로(128)가 형성되어 있다.

그리고 로터(103)의 회전축(107)은 베어링(113)과 미끄럼축받이(126)에 의해 회전자유로이 지지되어 있다. 또한 로터(103)의 축선(회전중심)을 중심으로 하는 반경이 최소로 되는 축류날개(108)의 오목부(이 예에서는 나선홈(111)의 바닥부)의 직경은 지지부(127)의 직경보다 큰 직경으로 정해져 있다.

이와 같은 구성에서, 흡입구(117)를 유체공급원에 접속하고 배출구(119)를 유체공급선에 접속하고, 코일(105)에 전류를 흘리면 모터(101)가 구동된다. 즉 축류날개(108)를 갖는 로터(103)가 회전된다. 이것에 의해 유체는 흡입구(117)로부터 흡입되고 플랜지(112)의 개구부(115)에 형성된 정류판(116)에 의해 정류되고, 축류날개(108)에 의해 압력실(122)에 압송되고, 다시 안내구멍(124)으로부터 제2의 압력실(123)을 경유하여 배출구(119)로부터 배출된다. 이 경우 축류날개(108)의 회전에 의해 유체는 선회하면서 이송되는데 압력실(122)에서 회전운동에너지가 정압에너지로 변환되기 때문에 유체를 효율좋게 배출구(119)로부터 송출할 수 있다.

즉 나선홈(111)으로부터 토출되는 유체의 회전속도는 그 회전의 반경이 외주방향으로 됨에 따라서 저속도로 되고, 그 운동에너지의 속도의 차분이 압력으로 변환되게 된다.

또 본 실시형태에서는, 간막이벽(121)의 중심에는 로터(103)의 회전축(107)을 소정의 클리어런스를 가지고 회전자유로이 지지하는 미끄럼축받이(126)가 설치되고, 간막이벽(121)에는 제 2 압력실(123)과 미끄럼축받이(126)의 내주면을 연통하는 리크유로(128)가 형성되어 있기 때문에 로터(103)의 회전축(107)과 미끄럼 축받이(126) 사이에는 제 2의 압력실(123)내의 유체가 균일한 압력분포를 가지고 사이에 있다. 따라서 회전축(107)의 윤활을 장기간에 걸쳐서 양호하게 유지할 수 있다.

또한 본 실시형태에서는 로터(103)의 축선을 중심으로 하는 반경이 최소로 되는 축류날개(108)의 오목부(이 예에서는 나선홈(111)의 바닥부)의 직경은 지지부(127)의 직경보다 큰 직경으로 정해져 있으므로, 유체를 안내구멍(124)이 형성되어 있는 압력실(122)의 외측을 향해서 유도하기 쉽게 할 수 있고, 축류날개(108)에 의해 이송된 유체와 미끄럼축받이(126)를 지지하는 지지부(127)와의 충돌에 의한 손실을 저감할 수 있다.

또한 지지부(127)의 직경보다 크게 하는 축류날개의 오목부와는 상기의 예에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면 일본국 특개평10-246193호 공부에 기재되어 있는 바와 같이 다수의 코어편을 적층함으로써 돌출극과 오목부를 갖는 축류날개에서의 오목부도 포함한다. 또 경사진 복수매의 날개를 갖는 스크루 혹은 임펠러라고 칭하는 축류날개를 사용한 경우에는 회전축에 대한 날개의 부착부분을 오목부로 한다.

즉 지지부(127)의 직경보다 축류날개의 오목부의 직경을 크게 하는 것과는, 환언하면 지지부(127)의 반경방향 외측으로 향해서 유체를 흐르기 쉽게 하도록 축류날개의 치수형상을 정한다는 것이다. 이 조건을 만족시키고 있는 것이 상기 축류날개(108)로서, 이 축류날개(108)를 사용함으로써 이송된 유체와미끄럼축받이(126)를 지지하는 지지부(127)의 충돌에 의한 손실을 저감할 수 있다.

도 10에 도시하는 바와 같이 축류날개(108)는 원주체(110)의 외주에 나선홈(111)을 형성하여 이루어진다. 이 경우 w와 h는 가능한 한 크게하면 할수록 유로저항이 감소하고 효율은 향상된다. 그러나 h를 일정하게 했을 때 w>h가 되도록 w를 크게 하면 할수록, 층류상태가 무너져서 나선홈(111)의 회전방향 후방부의 흡입측으로 복귀되는 난류가 발생하고 효율이 저하한다. 또 w<h에서는 상기 난류의 발생은 없으나 유로저항이 증가해서 효율을 저하시키고 만다. 그러나 본 실시형태에서는 나선홈(111)의 폭(w)과 깊이(h)는 대략 동등한 값으로 정해져 있으므로 유체를 더 효율좋게 이송할 수 있다.

(제 5의 실시형태)

다음에 본 발명의 제 5의 실시형태를 도 12에 근거하여 설명한다. 제 4의 실시형태와 동일한 부분은 동일부호를 사용해서 설명도 생략한다. 도 12는 인라인형 펌프(P2)의 종단측면도이다.

본 실시형태에서의 인라인형 펌프(P2)는 로터(103)의 회전축(107)이 제 2의 압력실(123)까지 뻗어나가고, 그 뻗어나간부분에 제 2의 축류날개(129)가 고정적으로 설치되어 있다. 이 제 2의 축류날개(129)는 복수의 날개를 갖는 축류임펠러를 사용하고 있다.

이와 같은 구성에 있어서, 스테이터(102)의 내측에 설치된 축류날개(108)와 제 2의 압력실(123)에 설치된 제 2의 축류날게(129)에 의해 압력을 분산하여 유체를 이송할 수 있다. 또 모터(101)의 동력도 분산할 수 있다. 이와 같이 함으로써로터(103)를 소형화했을 때에 축류날개(108)의 유체 이송성능의 저하분을 제 2의 축류날개(129)에 의해 보충할 수 있다. 이것에 의해 모터(101)의 소형화를 도모하는 것을 만족시키면서 유체를 효율좋게 이송할 수 있다.

(제 6의 실시형태)

다음에 본 발명의 제 6의 실시형태를 도 13 내지 도 15에 근거하여 설명한다. 제 4의 실시형태와 동일부분은 동일부호를 사용하여 설명도 생략한다. 도 13은 인라인형 펌프(P3)의 종단측면도, 도 14는 도 13에 도시하는 인라인형 펌프(P3)를 90도 상이한 방향에서 본 종단측면도이다.

본 실시형태에서의 모터(101)는 스테이터(102)의 외주를 덮는 원통(130)을 구비하고 있다. 이 모터(101)의 일단(도 13 및 도 14에서 하단)에는 접속구체(131)가 고정되어 있다. 이 접속구체(131)는 로터(103)가 갖는 축류날개(108)에 의해 흡입되는 유체의 회전운동에너지를 정압에너지로 변환하는 압력실(132)과 이 압력실(132)의 외주부에서 1180도의 간격을 사이에 둔 위치로부터 하방으로 돌출하는 파이프형상의 2개의 안내유로(133)를 갖는다. 이들의 안내유로(133)는 로터(103)의 중심의 연장선상에서 합류되고, 이 합류점의 앞에는 배출구(134)가 형성되어 있다. 그리고 압력실(132)에는 로터(103)의 회전축(107)의 하단에 고정된 원심날개(135)가 설치되어 있다. 원십날개(135)를 관통하는 회전축(107)의 일단은 접속구체(131)의 중심에 설치된 지지부(136)에 의해 지지된 축받이(137)에 의해 회전자유로이 지지되어 있다.

138은 용기형상으로 형성된 흡입케이스이다. 이 흡입케이스(138)의 개구면은중앙부에 흡입구(139)가 형성된 흡입구체(140)에 의해 덮혀 있다. 모터(101)와 접속구체(131)의 일부는 흡입케이스(138)에 수납되어 있다.

도 15는 도 13에서의 화살표(B) 방향에서 본 인라인형 펌프(P3)의 바닥면도이다. 도면중 132a는 압력실(132)의 바닥면이고, 이 바닥면(132a)은 원통형상의 모터(101)의 바닥면에 맞추어서 원판형상으로 정해져 있는데, 안내유로(133)만은 흡입케이스(138)의 하방에서 노출하는 것 같은 치수형상으로 형성되어 있다.

그리고 모터(101)의 외주 및 접속구체(131)의 외주와 흡입케이스(138)의 내면 사이에 유체를 흡입하는 흡입유로(141)가 형성되어 있다. 이 흡입유로(141)는 도 13 및 도 14에 화살표를 가지고 도시하는 바와 같이 흡입구(139)로부터 흡입되는 유체를 스테이터(102)의 외주부를 경유하여 압력실(132)에 유도하고 원심날개(135)의 축류날개(108)와는 반대측의 면을 향해서 이송하도록 경로가 정해져 있다. 즉 이 흡입유로(141)는 도 13에 도시하는 바와 같이 회전축(107)의 중심을 사이에 두고 접속구체(131)의 압력실(132)의 바닥부의 대칭위치에 형성된 2개의 접속구멍(142)에 접속된 접속부(141a)를 구비하고 있다. 이 접속부(141a)는 도 13에서 명백한 바와 같이 접속구체(131)의 압력실(132)의 바닥면(132a)과 안내유로(133) 사이를 잠입해서 빠져나가도록 배치되어 있다.

이와 같은 구성에 있어서, 로터(103)를 회전시켜면 흡입구(139)로부터 흡입된 유체는 플랜지(112)의 개구부(115)에 형성된 정류판(116)에 의해 정류되고, 축류날개(108)에 의해 압력실(132)에 압송되어 이 압력실(132)에서 회전운동에너지가 정압에너지로 변환됨과 동시에, 별도의 계통의 흡입유로(141)를 경유하여압력실(132)에 유도된다. 이 2계통의 경로를 경유하여 압력실(132)에 유도된 유체는 원심날개(135)의 회전에 의해 안내유로(133)를 경유하여 배출구(134)로부터 배출된다. 이것에 의해 유체를 효율좋게 이송할 수 있다.

이 경우 축류날개(108)와 일체로 회전하는 원심날개(135)는 축류날개(108)에 의해 이송되는 유체의 압력을 도 13 및 도 14에서 상면에서 받고, 흡입유로(141)의 접속부(141a)를 통하여 이송되는 유체의 압력을 하면에서 받는다. 즉 쌍방향의 압력이 서로 상쇄하는 방향으로 작용하기 때문에 유체가 로터(103)에 부여하는 스러스트하중을 경감할 수 있다.

또한 모터(101) 및 압력실(132)의 외주 사이에서 형성되는 흡입유로(141)의 대부분은 원환상의 형상을 가지고 균등한 유로단면적을 가지며, 또한 흡입유로(141)의 일부를 이루는 접속부(141a) 및 접속구체(131)의 안내유로(133)는 로터(103)의 회전축(107)의 축선을 중심으로 하여 대칭위치에 대칭적인 형상치수를 가지고 형성되어 있다. 즉 흡입유로(141)와 안내유로(133)는, 흘리는 유체의 에너지가 로터(103)의 축선을 중심으로 하는 대칭위치에서 대략 동등하게 되도록 정해져 있는 것으로 된다. 따라서 로터(103)에 걸리는 레이디얼방향의 부하를 경감할 수 있다. 이것에 의해 베어링(113) 및 축받이(137) 그리고 회전축(107)의 수명을 늘리고 장기간에 걸쳐 모터(101)를 원활히 회전시킬 수 있다.

본 발명은 각 실시형태에 한정되는 것이 아니며, 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 여러가지 변형이 가능한 것은 명백하다.

청구항 1에 기재된 발명에 의하면, 통형상의 스테이터의 내측에 흡입구로부터 흡입되는 유체를 배출구를 향해서 축방향으로 송출하는 축류날개를 갖는 로터를 회전자유로이 설치한 인라인형 펌프에 있어서, 상기 로터의 상기 축류날개에 의해 상기 배출구를 향해서 이송되는 상기 유체의 회전운동에너지를 정압에너지로 변환하는 압력실을 구비하므로, 유체를 효율좋게 이송할 수 있고, 따라서 펌프효율의 향상을 도모할 수 있다.

청구항 5에 기재된 발명에 의하면, 청구항 1, 2, 3 또는 4에 기재된 인라인형 펌프에 있어서, 상기 로터의 일부는 상기 압력실에까지 돌출하여 배치되어 있으므로 로터로부터 송출되는 유체의 진행방향을 로터의 회전축과 직교하는 방향으로 향하기 쉽게 할 수 있고, 로터로부터 송출되는 유체가 압력실의 바닥부 등에 충돌함으로 인한 난류의 발생을 방지할 수 있다.

청구항 6에 기재된 발명에 의하면, 청구항 1, 2, 3, 4 또는 5에 기재된 인라인형 펌프에 있어서, 상기 로터의 상기 축류날개에 의해 상기 배출구를 향해서 이송되는 상기 유체의 진행방향을 상기 로터의 회전축과 직교하는 방향으로 변환하는 정류부를 설치하였으므로 로터로부터 송출되는 유체의 진행방향을 로터의 회전축과 직교하는 방향으로 향하기 쉽게 할 수 있고, 로터로부터 송출되는 유체가 압력실의 바닥부 등에 충돌함으로 인한 난류의 발생을 방지할 수 있다.

청구항 7에 기재된 발명에 의하면, 청구항 1, 2, 3 또는 4에 기재된 인라인형펌프에 있어서, 상기 압력실에 배치되고 상기 로터와 일체로 회전함으로써 유체의 회전반경을 상기 로터의 외주방향으로 확대시키는 원심날개를 설치하였으므로로터로부터 송출되는 유체의 진행방향을 로터의 회전축과 직교하는 방향으로 향하기 쉽게 할 수 있고, 로터로부터 송출되는 유체가 압력실의 바닥부 등에 충돌함으로 인한 난류의 발생을 방지할 수 있다.

청구항 8에 기재된 발명에 의하면, 청구항 7에 기재된 인라인형 펌프에 있어서, 유체에 원심에너지를 부여하는 블레이드를 상기 원심날개에 설치하였으므로 로터로부터 송출되는 유체의 진행방향을 로터의 회전축과 직교하는 방향에 의해 한층 더 향하기 쉬게 할 수 있다.

청구항 9에 기재된 발명에 의하면, 청구항 1에 기재된 인라인형 펌프에 있어서, 축류날개에 의해 배출구를 향해서 이송되는 유체의 회전운동에너지를 압력실에 의해 정압에너지로 변환한 후에 제 2의 압력실을 경유하여 배출구로부터 배출하도록 구성하였으므로 유체를 효율좋게 이송할 수 있고, 따라서 펌프효율의 향상을 도모할 수 있다.

청구항 10에 기재된 발명에 의하면, 청구항 9에 기재된 인라인형 펌프에 있어서, 제 1, 제 2의 압력실을 구획하는 간막이벽의 중심에는 로터의 회전축을 소정의 클리어런스를 가지고 회전자유로이 지지하는 미끄럼축받이가 설치되고, 또 간막이벽에는 제 2의 악력실과 회전축을 지지하기 위한 미끄럼축받이의 내주면을 연통하는 리크유로가 형성되어 있으므로 로터의 회전축과 미끄럼축받이 사이에 제 2의 압력실내의 유체를 균일한 압력분포를 가지고 사이에 있도록 할 수 있고, 따라서 회전축의 윤활을 장기간에 걸쳐 양호하게 유지할 수 있다.

청구항 11에 기재된 발명에 의하면, 청구항 9 또는 10에 기재된 인라인형 펌프에 있어서, 제 2의 압력실에는 로터와 일체로 회전하는 제 2의 축류날개가 설치되어 있으므로 스테이터의 내측에 설치된 축류날개와 제 2의 압력실에 설치된 제 2의 축류날개에 의해 압력을 분산하여 유체를 이송할 수 있다. 따라서 로터를 소형화했을 때에 축류날개의 유체이송성능의 저하분을 제 2의 축류날개에 의해 보충할 수 있다. 이것에 의해 말할 것도 없이 소형화를 도모하는 것을 만족시키면서 유체를 효율좋게 이송할 수 있다.

청구항 12에 기재된 발명에 의하면, 청구항 9, 10 또는 11에 기재된 인라인형 펌프에 있어서, 로터의 축선을 중심으로 하는 반경이 최소로 되는 축류날개의 오목부의 직경은 로터의 회전축을 지지하는 미끄럼 축받이를 지지하기 위햐여 간막이벽에 형성된 지지부의 직경보다 큰 직경으로 정해져 있으므로 축류날개에 의하여 이송된 유체와 미끄럼축받이를 지지하는 지지부의 충돌에 의한 손실을 저감할 수 있다.

청구항 13에 기재된 발명에 의하면, 청구항 9, 10, 11 또는 12에 기재된 인라인형 펌프에 있어서, 축류날개는 원주체의 외주에 나선홈을 형성하여 이루어지고, 그 나선홈의 폭과 깊이는 대략 동등한 값으로 정해져 있으므로 유로저항을 작게하고 소용돌이의 발생을 억제할 수 있다. 이것에 의해 유체를 더 효율좋게 이송할 수 있다.

청구항 14에 기재된 발명에 의하면, 청구항 1에 기재된 인라인형 펌프에 있어서, 흡입구로부터 흡입되는 유체를 축류날개에 의하여 배출구를 향해서 이송되는 유체의 회전운동에너지를 압력실에 유도하여 정압에너지로 변환함과 동시에 별도의계통의 흡입유로를 경유하여 압력실에 유도하고 이 2계통의 경로를 경유하여 압력실에 유도된 유체를 원심날개의 회전에 의하여 안내유로를 경유하여 배출구로부터 배출하도록 구성하였으므로 유체를 효율좋게 이송할 수 있고, 따라서 펌프효율의 향상을 도모할 수 있다. 더욱이 축류날개에 의해 이송되는 유체로부터 원심날개에 작용하는 압력과 흡입유로를 경유하는 유체로부터 원심날개에 작용하는 압력이 상쇄하도록 구성하였으므로 유체가 로터에 부여하는 스러스트하중을 경감할 수 있다.

청구항 15에 기재된 발명에 의하면, 청구항 14에 기재된 인라인형 펌프에 있어서, 안내유로에서의 압력실과의 접속부와 흘리는 유체의 에너지가 로터의 축선을 중심으로 하는 대칭위치에서 대략 동등하게 되도록 정해져 있으므로 로터에 걸리는 레이디얼방향의 부하를 경감할 수 있다.

Claims

통형상의 스테이터의 내측에, 흡입구로부터 흡입되는 유체를 배출구를 향해서 축방향으로 송출하는 축류날개를 갖는 로터를 회전자유로이 설치한 인라인형 펌프에 있어서,

상기 로터의 상기 축류날개에 의해 상기 배출구를 향해서 이송되는 상기 유체의 회전운동에너지를 정압에너지로 변환하는 압력실을 설치한 것을 특징으로 하는 인라인형 펌프.
제 1 항에 있어서, 상기 로터는 외경에 복수개의 돌출극을 구비하고, 외주에 축방향으로 연통한 오목부가 형성되므로써 상기 축류날개를 구성하는 것을 특징으로 하는 인라인형 펌프.
제 1 항에 있어서, 상기 압력실은 상기 로터의 회전축과 직교하는 방향측으로 적어도 상기 배출구의 내경보다도 큰 내경을 갖는 공간인 것을 특징으로 하는 인라인형 펌프.
제 3 항에 있어서, 상기 배출구는 상기 공간의 내경으로부터 외부로 연락되어 있는 것을 특징으로 하는 인라인형 펌프.
제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 로터의 일부는 상기 압력실에까지 돌출하여 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 인라인형 펌프.
제 1 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 로터의 상기 축류날개에 의해 상기 배출구를 향해서 이송되는 상기 유체의 진행방향을 상기 로터의 회전축과 직교하는 방향측으로 변환하는 정류부를 설치한 것을 특징으로 하는 인라인형 펌프.
제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 압력실에 배치되고, 상기 로터와 일체로 회전함으로써 유체의 회전반경을 상기 로터의 외주방향으로 확대시키는 원심날개를 설치한 것을 특징으로 하는 인라인형 펌프.
제 7 항에 있어서, 유체에 원심에너지를 부여하는 블레이드를 상기 원심날개에 설치한 것을 특징으로 하는 인라인형 펌프.
제 1 항에 있어서, 상기 압력실과 상기 배출구 사이에 배치되어 상기 압력실과는 간막이벽에 의해 구획된 제 2의 압력실과,

상기 간막이벽의 외주부에 배치되어서 상기 압력실과 상기 제 2의 압력실과의 사이를 접속하는 안내구멍을 구비하는 것을 특징으로 하는 인라인형 펌프.
제 9 항에 있어서, 상기 간막이벽의 중심에는 상기 로터의 회전축을 소정의 클리어런스를 가지고 회전자유로이 지지하는 미끄럼축받이가 설치되고, 상기 간막이벽에는 상기 제 2의 압력실과 상기 미끄럼축받이의 내주면을 연통하는 리크유로가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 인라인형 펌프.
제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 상기 제 2의 압력실에는 상기 로터와 일체로 회전하는 제 2의 축류날개가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 인라인형 펌프.
제 9 항 내지 제 11 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 로터의 축선을 중심으로 하는 반경이 최소로 되는 상기 축류날개의 오목부의 직경은 상기 미끄럼축받이를 지지하기 위하여 상기 간막이벽에 형성된 지지부의 직경보다 큰 직경으로 정해져 있는 것을 특징으로 하는 인라인형 펌프.
제 9 항 내지 제 12 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 축류날개는 원주체의 외주에 나선홈을 형성하여 이루어지고, 상기 나선홈의 폭과 깊이는 대략 동등한 값으로 정해져 있는 것을 특징으로 하는 인라인형 펌프.
제 1 항에 있어서,

상기 압력실에 배치되어 상기 로터와 일체로 회전하는 원심날개,

상기 흡입구로부터 흡입되는 상기 유체를 상기 스테이터의 외주부를 경유하여 상기 압력실에 유도하고 상기 원심날개의 상기 축류날개와는 반대측의 면을 향해서 이송하도록 경로가 정해진 흡입유로, 및

상기 원심날개의 회전에 의해 상기 압력실내의 유체를 상기 압력실의 외주부로부터 배출구에 유도하는 안내유로,

를 구비하는 것을 특징으로 하는 인라인형 펌프.
제 14 항에 있어서, 상기 안내유로에서의 상기 압력실과의 접속부는, 흘리는 유체의 에너지가 상기 로터의 축선을 중심으로 하는 대칭위치에서 대략 동등하게 되도록 정해져있는 것을 특징으로 하는 인라인형 펌프.