KR20130050240A - 방식 하우징을 가진 영구자석 캔드 모터 펌프 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 보강 브래킷, 모터 케이싱 및 모터 뒤쪽 케이싱을 포함하는 방식 하우징 내의 영구자석 캔드 모터 펌프에 관한 것이다. 보강 브래킷은 내식성 플라스틱으로 만들어지고, 모터 케이싱 및 모터 뒤쪽 케이싱은 알루미늄 합금으로 만들어진다. 따라서, 방식 하우징은 알루미늄 합금 구성요소들에 대한 약액의 부식을 방지할 수 있다. 또한, 영구자석 캔드 모터 펌프는 방식 하우징의 구조적 요구를 충족시키면서 열 방산 메커니즘을 제공해서, 모터는 충분한 속도로 열을 반산할 수 있다.

Description

방식 하우징을 가진 영구자석 캔드 모터 펌프{PERMANENT MAGNET CANNED MOTOR PUMP WITH CORROSION-PROTECTION HOUSING}
씰리스 펌프(sealless pump) 중 하나는, 권선 고정자가 내식성 격납 쉘에 의해 고립되며, 피복된 내부 회전자는 이송될 액체와 직접 접하는, 모터와 펌프가 완제품(complete unit)으로 통합된 장치인 영구자석 캔드 모터 펌프이고; 다른 하나는 기계적 씰을 대체하기 위해 씰리스 기능이 자성 결합을 사용하는, 유도 전동기에 의해 구동되는 자성 펌프이며; 따라서, 씰리스 펌프는 특히, 고온의, 유독성, 가연성 및 부식성 액체 전달 장치들의 산업들에서의 제로 누출(zero leakage) 요구를 충족시킬 수 있다. 본 발명은 방식 하우징을 가진 영구자석 캔드 모터 펌프에 초점을 맞추고 있으며, 방식 하우징은 알루미늄 합금 모터 케이싱, 알루미늄 합금 모터 뒤쪽 케이싱 및 내식성 플라스틱 보강 브래킷(reinforced bracket)으로 구성되고, 그러므로, PCB 제조 공정들 내의 약액(chemical liquid)과 같은 어떠한 외부의 화학 방울들(chemical droplets)이 떨어져도, 펌프의 부품들을 손상시키지 않을 것이다. 또한, 본 발명은 여과조 시스템(filter tank system) 내에 사용하기에 알맞으며, 영구자석 캔드 모터 펌프는 여과조 아래에 설치되고, 약액을 가압하기 위해 사용되어서, 필터가 대체되는 동안에, 펌프의 모터의 구성요소들에 약액이 떨어지거나 부식시키는 문제점이 방지된다. 모두가 펌프의 펌프 케이싱에 고정된 플라스틱 보강 브래킷에 의해 가능해서, 밀봉 표면 상의 제로 누출을 유지한다. 플라스틱 보강 브래킷으로 인해, 알루미늄 합금 모터 케이싱의 외부 표면의 열 방산 용량(heat dissipating capacity)이 제한된다. 따라서, 본 발명의 다른 목적은 모터에 의해 발생된 열을 충분한 속도(rate)로 방산하기 위한 새로운 열 방산 메커니즘을 제공하는 것이다.
영구자석 밀폐 펌프는 모터 및 펌프를 통합시킨 장치이며, 종래의 영구자석 밀폐 펌프는 권선 고정자를 가진 알루미늄 합금 모터 케이싱 및 알루미늄 합금 모터 뒤쪽 케이싱으로 구성된 외부 쉘을 구비하며, 이후, 캔드 모터 케이싱 및 모터 뒤쪽 케이싱으로 각각 나타낸다. 그러한 외부 쉘의 구성요소들은 충분한 열 방산 용량을 제공하기 위한 냉각 핀들을 구비하며, 부식성 방울들(corrosive drops)이 떨어질 수 있는 환경에서의 작동을 위해 (불소 수지와 같은) 내식성 재료로 코팅된다. 그러나, 장기 작동 동안에 이러한 종류의 해결책의 성능은 내식성 기능이 안전하지 않다. 구체적으로, 약액을 여과하기 위해 사용되는 여과조 시스템 장치들에서, 영구자석 캔드 모터 펌프가 약액을 주입하기 위해 사용된 여과조 아래에 설치될 때, 탱크 내측의 카트리지 필터가 제거되고 새로운 필터로 교환되는 작동 주기 후에, 이러한 상태에서, 일부 화학물질 방울들이 외부 쉘 상에 직접 떨어질 수 있다. 그리고, 외부 쉘의 부식성 약액에 저항하기 위한 능력이 개선되어야 한다. 부식성 약액에 저항하기 위한 외부 쉘의 능력을 개선하기 위한 하나의 해결책은 내식성 플라스틱으로 만들어진 모터 가드가 영구자석 캔드 모터 펌프 상에 배치되는 것이다. 그러나, 모터 가드는 파이프 라인들의 배열에 의해 국한되고, 예를 들어, 모터 가드의 길이는 짧고 제한되어서, 모터 가드로부터 노출된 금속 부분들은 약액의 부식성 방울들로부터 악화될 것이다.
본 발명은 내식성 플라스틱 보강 브래킷이 알루미늄 합금 모터 케이싱과 알루미늄 합금 모터 뒤쪽 케이싱을 보호하는 영구자석 밀폐 펌프의 방식 하우징에 초점을 맞추고 있다. 또한, 본 발명은 충분한 속도를 보장하는 모터에 의해 발생된 열을 방산하기 위한 새로운 열 방산 메커니즘을 제공한다.
아래는 종래의 영구자석 캔드 모터 펌프 및 종래의 자기 구동 펌프(magnetic drive pump)이며, 그것들 중 어떠한 것도 약액 방울 부식에 대한 효과적인 해결책을 제공하지 않는다.
2009년 공표된 대만 특허 TWM369391호(이하, '391이라 한다)는 고온에서 작동할 수 있고 화학적 부식에 저항할 수 있는 개선된 영구자석 캔드 모터 펌프를 개시한다.
이러한 해결책은 펌프의 축 강도 개선에 초점을 맞추고 있고, 특징들 중 하나는 모터의 고강도 캔틸레버 고정축 및 반경방향 자기 갭(magnetic gap)이다. 상기 적용으로 인해, '391에서 피막(encapsulation) 두께는 3mm의 부식 저항력이 고려되어야 한다. 그것은 자기 갭의 전체 두께가 적어도 8mm가 된다는 것이다. 고온 및 고 출력 요구들의 작동 조건들을 만족시키기 위해서 강 합성(rigid composite) 고정축이 사용된다. '391은, 자석 연결기(magnetic coupler) 및 유도 전동기가 캔드 모터에 의해 대체되기 때문에, '391의 영구자석 캔드 모터 펌프의 구조가 자기 구동 펌프보다 더 간명해진다는 것을 개시한다. 그 결과, 영구자석 캔드 모터 펌프는 크기가 제한된 장비 내에 설치되기에 더욱 적합하다. 그러나, '391은 떨어진 부식성 약액에 의해 야기되는 부식의 문제에 대한 어떠한 해결책도 제공하지 않는다.
종래 여과조 시스템을 위한 다른 해결책은, 프린트 배선판(PCB)을 제조하기 위해 사용되는 도 1을 참조한다. 여과조 시스템(1)은 자기 구동 펌프(12), 주 프레임(114) 및 필터 챔버(113)로 구성된다. 자기 구동 펌프(12)는 주 프레임(114)으로 조립되고, 유입 파이프(121)는 PCB 제조 장치의 탱크에 연결되며, 탱크는 약액을 후용하기 위해 사용된다; 배출 파이프(122)는 가압된 약액을 필터 챔버(113)로 배출하기 위해 필터 챔버(113)의 유입구에 연결된다. 필터를 통과한 후에, 약액은 배출구(116)를 통해 PCB 제조 장치의 탱크로 되돌아 흐른다. 그러나, 일정 시간 후에, 필터 챔버(113) 내의 필터들은 필터 챔버(113)의 상부 덮개(115)를 열고 장애 필터(blockage filter)를 제거하는 것에 의해 대체될 필요가 있으며, 약액 방울들이 장애 필터의 표면으로부터 떨어질 수 있다. 자기 구동 펌프(12) 상에 약액이 떨어지는 것을 방지하기 위해서, 모터 가드(123)가 사용된다. 실제로, 주 프레임(114)은 높이에 제한이 있고, 배출구(116)의 높이는 PCB 제조 장치의 탱크의 유입 파이프의 높이와 일치되어야 한다. 그 결과, 모터 가드(123)는 자기 구동 펌프(12)의 모든 금속 구성요소들을 완전히 덮을 수는 없으며, 예를 들어, 도 1의 브래킷(124)은 주철로 만들어지고, 모터 가드(123)는 탱크 출구(116)의 높이와 간섭한다. 그러므로, 약액이 브래킷 상에 떨어져서 브래킷을 부식시킬 수 있다.
상기의 관점에서, 펌프의 유입구 및 배출구의 크기를 가진 영구자석 캔드 모터 펌프는 자기 펌프보다 세로 길이가 짧아질 것이라는 기준(standard)을 충족시키고, 이러한 특징을 가진 영구자석 캔드 모터 펌프는 제조 장치 내측에 더 쉽게 설치된다는 것을 알았다. 또한, 약액이 떨어질 수 있는 영역 역시 감소된다. 그러나, 떨어지는 약액의 문제가 개선될 뿐 근절될 수 없기 때문에, 약액에 의해 발생된 부식을 방지하기 위한 요구는 여전히 남아 있으며, 또한, 약액이 떨어지게 하는 작업자의 부주의(oversight)도 예측이 불가능하다. 따라서, 발명자는 이하의 문제점들이 극복될 필요가 있다는 것을 인식한다.
문제점 1: 모터의 열 방산
내식성 플라스틱으로 만들어진 보강 브래킷이 약액에 의해 야기된 부식의 문제를 방지할 수 있을지라도, 보강 브래킷은 외부 쉘의 냉각 핀들을 배열하는 데에 어려움들을 야기하기도 한다. 따라서, 모터를 위한 새로운 열 방산 메커니즘이 필요하다. IEC60034-30 표준의 IE3 효율 등급보다 더 높은 고효율을 특징으로 하는 영구자석 모터는 열 방산의 부담에 효과적인 감소를 초래할 수 있으나, 문제점은 여전히 남아있다.
문제점 2: 약액의 침투
'391의 알루미늄 합금 모터 케이싱은 펌프 케이싱에 연결되고, 약액의 누출을 방지하기 위해 격납 쉘의 플랜지에 대해서 압착한다. 그러나, 모터 케이싱 상에 떨어지는 약액은 나사 볼트의 나사산을 통하여 모터 케이싱의 앞쪽 플랜지의 나사 구멍 내로 침투할 수 있다. 그 후, 나사 구멍 내의 약액은 알루미늄 합금 모터 케이싱을 부식시키고 관통할 수 있어서, 권선 고정자가 부식될 수 있다.
본 발명의 개선점은 중간 크기 및 작은 크기 영구자석 캔드 모터 펌프들을 떨어지는 약액의 부식의 문제점으로부터 합리적인 비용으로 보호할 수 있다. 그리고, 열 방산의 문제는 상기 개선점에 의해 또한 극복된다. 그 결과, 본 발명의 영구자석 캔드 모터 펌프는 한정된 내부 공간을 가진 제조 장치 내에서 조립되기에 더욱 적합하다.
본 발명의 목적들 중 하나는 이후 밀폐 펌프로 나타내는 방식 하우징을 가진 영구자석 캔드 모터 펌프의 구성요소들에 대한 약액으로부터의 부식을 방지하는 것이고, 방식 하우징은 이후 모터 케이싱으로 나타내는 알루미늄 합금 모터 케이싱, 이후 모터 뒤쪽 케이싱으로 나타내는 알루미늄 합금 모터 뒤쪽 케이싱, 및 내식성 플라스틱으로 만들어진 보강 브래킷으로 구성되며, 이후 캔드 모터로 나타내는 밀폐 펌프의 영구자석 모터는 이하 모터 쉘로 나타내는 알루미늄 합금 모터 케이싱 및 알루미늄 합금 모터 뒤쪽 케이싱을 구비하고; 다른 목적은 모터의 열 방산 문제점에 대한 해결책을 찾는 것이다.
첫 번째로, 이하의 내용들은 모터 쉘의 구성요소들을 위한 약액의 부식의 문제점에 대한 해결책이다.
방식 하우징은 보강 브래킷을 이용하여 모터 쉘을 보호한다. 보강 브래킷의 형상은 양쪽 단부들에 개구를 가지는 기둥(column)이다. 보강 브래킷의 재료가 모터 쉘의 열 방산 능력을 제한할지라도, 보강 브래킷은 모터 쉘 상에 떨어지는 화학 약액들(chemical drops)의 부식을 방지하기 위한 것이다. 보강 브래킷의 바닥부는 밀폐 펌프를 설치하기 위해 사용된 블랭킷 발판(blanket foot plate)이다. 방식 하우징의 앞쪽 플랜지는 보강 브래킷의 브래킷 앞쪽 플랜지 및 모터 케이싱의 펌프측 플랜지에 의해서 형성되고, 수나사들(bolt screws)에 의해서 펌프 케이싱에 견고하게 결합하기 위해서 나사 구멍들이 앞쪽 플랜지 상에 형성되며, 앞쪽 플랜지는 수나사들에 의해서 펌프 케이싱에 대해서 압착된다. 그리고, 밀폐 펌프를 밀봉하고 밀폐 펌프로부터 부식성 액체의 누출을 방지하기 위한 격납 쉘의 쉘 플랜지는 뒤쪽 측면에서 앞쪽 플랜지에 의해서 압착되고, 모터 케이싱 내의 권선 고정자를 보호하기 위해서 O-링이 앞쪽 플랜지 표면 상에 배치된다. 모터 케이싱 및 수나사들로 떨어지는 부식성 약액들의 침투를 방지해서, 수나사들과 나사 구멍들 사이의 틈을 통한 또는 수나사들의 나사산들을 통한 약액의 침투를 방지하기 위해서, 브래킷 앞쪽 플랜지의 가장자리에 밀봉 가스켓이 위치될 수 있다.
이하는 캔드 모터를 조립하는 공정이다. 우선, 보강 브래킷의 내부 공간은 링 리브에 의해서 앞쪽 내부 공간 및 뒤쪽 내부 공간으로 분할되고, 캔드 모터의 권선 고정자는 모터 케이싱 내에 고정되며, 모터 케이싱은 앞쪽 내부 공간에 설치되고, 모터 뒤쪽 케이싱은 뒤쪽 내부 공간에 설치된다. 모터 케이싱 및 모터 뒤쪽 케이싱은 수나사들에 의해서 함께 조여지고, 보강 브래킷 내의 링 리브는 마주하는 측면들로 고정된 모터 케이싱 및 모터 뒤쪽 케이싱 사이에 있으며, 링 리브 상의 위치선정 블럭들이 모터 케이싱의 고정 슬롯들 내로 삽입되어서, 방식 하우징은 완제품인 방식 하우징으로 결합된다. 권선들을 위한 송전선은 모터 뒤쪽 케이싱의 단자함의 단자들에 전기적으로 연결된다. 그 후에, 임펠러 및 내부 회전자가 일체로 결합되고 격납 쉘의 내부 공간에 설치된다. 마지막으로, 앞쪽 플랜지는 펌프 케이스에 견고하게 결합되고, 격납 쉘의 쉘 플랜지에 대해서 압착되고 밀봉한다.
두 번째로, 모터를 위한 열 방산 메커니즘이 이하 설명된다.
모터를 위한 열 방산 메커니즘의 주요한 요인은, 권선 고정자에 의해 발생된 열이 열 이동 속도를 줄이지 않고 냉각 핀들로 이동되며, 냉각 핀들이 열 방산을 위한 충분한 표면 및 공간을 구비하는 것이다. 본 발명의 일부 실시예들은 전자 강판(magnetic steel sheet)의 열 전도도보다 4배 높은 알루미늄 합금의 열 전도도의 이점을 이용한다. 권선 고정자에 의해 발생된 열이 고정자의 요크들을 통해서 반경방향 바깥쪽으로 이동될 때, 고정자와 모터 케이싱 사이의 접촉 표면의 열 전도도는 표면 거칠기 및 단열 소실들(insulating vanishes)에 의해서 감소할 것이다. 그래서, 모터 케이싱의 반경방향 단면 영역은 고정자의 전자 강판들의 적층의 외부 표면 영역의 5분의 1과 비슷하다. 다시 말해서, 모터 케이싱의 단면은 더 낮은 열저항성(thermal resistance)을 가진 규소 강판(silicon steel plate)으로부터 길이방향으로 열을 전달할 수 있다. 그리고, 모터 케이싱의 세로 길이가 짧아서, 전자 강판들 적층의 외부 표면과 모터 케이싱의 뒤쪽 단부 사이에 작은 온도차를 구비한다. 즉, 고정자에 의해 발생된 열은 모터 케이싱의 뒤쪽 단부로 부드럽게 이동될 수 있다. 모터 케이싱의 컵 형상 구조는 모터 뒤쪽 케이싱으로 열을 이동하도록 설계된 큰 접촉 표면을 구비하고, 접촉 표면의 영역은 모터 케이싱의 반경방향 단면 영역보다 크거나 같으며; 모터 뒤쪽 케이싱의 형상은 원판(circular disc)이고, 축 뒤쪽 금속 지지부는 모터 뒤쪽 케이싱의 중심에 있으며 안쪽으로 돌출한다. 충분한 열 방산 표면들을 구비하는 모터 뒤쪽 케이싱의 수직 냉각 핀들 및 단자함은 내부에 열의 축적 없이 자연 대류에 의해 부드럽게 대기로 열을 방산하기 위해 바깥에 위치된다.
보강 브래킷의 브래킷 뒤쪽 단부는 원형 개구를 구비하고, 브래킷 뒤쪽 단부의 상부의 상부 덮개 판은 하부보다 더 길며, 원형 개구의 단면의 가장자리는 원호(arc)이고, 원형 개구의 하부는 냉각 핀들의 하부를 노출시켜서, 상대적으로 낮은 온도를 가진 대기가 냉각 핀들 사이의 좁은 공간으로 들어가며, 대기는 표면들로부터 열을 흡수하고 자연 대류에 의해 냉각 핀들의 하부에서 냉각 핀들의 상부로 위쪽으로 흘러가서, 뜨거운 대기가 보강 브래킷의 뒤쪽 단부의 상부로부터 흘러나온다. 하부 원형 개구는 단자함을 송전선에 전기적으로 연결하도록 설계되고; 상부 덮개 판은 단자함 및 냉각 핀들의 뒤쪽 부분들을 덮으며; 냉각 핀들 및 단자함을 보호하기 위해서, 하부 원형 개구의 높이는 단자함의 하부에 이른다.
본 명세서의 내용 중에 포함되어 있음.
이하, 본 발명은 단지 이해를 돕기 위하여 제공되어서 본 발명을 제한하지 않는 상세한 설명으로부터 보다 충분히 이해될 것이다.
도 1은 PCB들을 제조하기 위해 사용된 종래의 여과 시스템이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 방식 하우징을 가진 영구자석 캔드 모터 펌프의 실시예이다.
도 3은 도 2의 보강 브래킷의 개략적인 도면이다.
도 4는 캔드 모터의 열방산 경로의 개략적인 도면이다.
도 5는 도 2의 냉각 핀들의 개략적인 도면이다.
도 6은 도 2의 모터 케이싱의 개략적인 도면이다.
이하, 본 발명의 상세한 특징들 및 이점들이 아래의 실시예들을 통해 더욱 상세하게 설명되며, 본 상세한 설명의 내용은 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들이 본 발명의 기술적 내용을 이해하고 본 명세서의 발명을 실행하기에 충분할 것이다. 명세서의 내용, 청구항 및 도면들에 기초해서, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들은 본 발명의 관련된 목적들 및 이점들을 쉽게 이해할 수 있다.
앞으로 밀폐 펌프로 불리게 될, 본 발명의 실시예에 따른 방식 하우징을 가진 영구자석 캔드 모터 펌프의 실시예인 도 2를 참조한다. 보강 브래킷은 모터 케이싱 및 모터 뒤쪽 케이싱을 보호하도록 설계된다. 모터 케이싱의 펌프측 플랜지 및 보강 브래킷의 브래킷 앞쪽 플랜지는 함께 방식 하우징의 앞쪽 플랜지를 형성한다. 또한, 보강 브래킷 상에 나사 구멍들이 형성되고, 내측에 나사 너트들이 있어서, 나사들은 보강 브래킷을 견고하게 고정하고 격납 쉘(containment shell)의 쉘 플랜지를 밀봉하기 위해서 모터 케이싱 상의 관통 구멍들 내에 설치된다. 그 결과, 영구자석 캔드 모터 펌프로부터의 부식성 액체의 누출이 방지된다. 밀폐 펌프는 펌프 케이싱(4), 삼각형 앞쪽 지지부(31), 임펠러(5), 격납 쉘(41), 정지축(stationary shaft)(3) 및 캔드 모터(8)를 포함한다.
펌프 케이싱(4)은 임펠러(5)를 수용하도록 설계된 흐름 도관(47), 유입구(44) 및 유출구(45)를 구비한다. 앞쪽 스러스트 링(46)은 펌프 케이싱(4)의 내부 표면 상에 그리고 임펠러(5)의 유입구 근처 위치에 위치되어서, 임펠러(5)의 유입구측 근처에 있는 앞쪽 스러스트 링(46) 및 스러스트 베어링(53)은 함께 축방향 스러스트 베어링을 형성한다. 펌프 케이싱(4) 및 보강 브래킷(9)의 브래킷 앞쪽 플랜지(911)는 함께 결합되고, 격납 쉘(41)의 쉘 플랜지(411)에 고정하고 밀봉하도록 설계된다.
삼각형 앞쪽 지지부(31)는 펌프 케이싱(4)의 유입구 근처에 고정되고, 고정축(stationary shaft)(3)의 단부를 지지하기 위해 임펠러(5)의 중심 구멍(54)을 축방향으로 통과한다.
임펠러(5)는 펌프 케이싱(4) 내에 수용된다. 중심 판(52)이 내부 회전자(7)의 축방향으로 연장된 부분(76)에 연결되어서, 임펠러(5) 및 내부 회전자(7)는 하나로 통합된다.
격납 쉘(41)의 형상은 컵과 유사하고, 격납 쉘(41)의 바닥은 비어있는 뒤쪽 축 지지부(blank rear shat support)(413)를 구비한다. 또한, 격납 쉘(41)은 어떠한 관통 구멍도 구비하지 않아서, 격납 쉘(41)로부터의 부식성 액체의 누출이 방지된다. 밀폐 펌프로부터 부식성 액체의 누출을 방지하기 위해서, 격납 쉘(41)의 앞쪽 단부에 있는 쉘 플랜지(411)는 펌프 케이싱(4) 및 모터 케이싱(82)의 펌프측 플랜지(811) 사이에 고정된다. 비어있는 뒤쪽 축 지지부(413)는 격납 쉘의 바닥의 중심에 위치되고, 뒤쪽 스러스트 링(414)은 축방향 스러스트 베어링을 형성하기 위해 내부 회전자(7)의 (도 4에 도시된) 세라믹 베어링(79)이 맞물린(mated) 가장자리에 설치된다. 비어있는 뒤쪽 축 지지부(413)는 서로 단단히 부착되는 모터 뒤쪽 케이싱(82)의 (도 4에 도시된) 축 뒤쪽 금속 지지부(824)에 의해 외부 표면으로부터 지지된다.
내식성 그리고 내마모성 세라믹 재료로 만들어진 고정축(3)은 양쪽 맞은편 단부들에서 지지된다. 구체적으로, 고정축(3)의 앞쪽 단부는 삼각형 앞쪽 지지부(31)에 의해서 지지되고; 고정축(3)의 뒤쪽 단부는 축방향으로 뻗는 비어있는 뒤쪽 축 지지부(413)에 의해서 지지되고 고정된다. 앞쪽 단부와 뒤쪽 단부 사이의 중간 부분이 내부 회전자(7)를 지지하기 위한 (도 4에 도시된) 세라믹 베어링(79)과 맞물려서, 내부 회전자(7)는 고정축(3)을 따라서 회전할 수 있다.
방식 하우징을 가진 밀폐 펌프의 캔드 모터(8)는 권선 고정자(windings stator)(83), 내부 회전자(7), 모터 케이싱(81), 모터 뒤쪽 케이싱(82) 및 보강 브래킷(9)을 포함한다.
권선 고정자(83)는 (도 2에서 표시되지 않은) 치들(teeth) 둘레로 감기고 모터 케이싱(81) 내에 고정된 권선들을 구비한다. 내부 회전자(7)의 자기장과 상호작용하는 자속을 발생시키기 위해 PWM 전원이 권선들에 연결되어서, 내부 회전자(7)의 회전을 구동하기 위한 토크가 발생되고, 내부 회전자(7)는 유압(hydraulic power)을 발생시키기 위해 임펠러(5)를 구동한다. 격납 쉘(41)은 부식성 액체에 의해 야기되는 부식으로부터 고정자를 보호한다.
내부 회전자(7)는 주 자석 세트, 주 요크(yoke) 및 축방향으로 연장된 부분(76)을 포함하는 링 형상 구조이다. 또한, 내부 회전자(7)는 내식성 플라스틱으로 싸이고 (도 2 및 4에 도시된) 밀봉된 회전자 수지 벽(sealed rotor resin enclosure)(74)을 형성하며, 링 형상이고, 내측에 (도 4에 도시된) 세라믹 베어링(79)이 설치된다. 내부 회전자(7)의 축방향으로 연장된 부분(76)은 중심 판(52)에 연결되어서, 내부 회전자(7) 및 임펠러(5)는 완전체(complete thing)로 결합된다.
모터 케이싱(81)은 보강 브래킷(9)에 고정되고, 펌프측 플랜지(811)는 격납 쉘의 쉘 플랜지(411)의 뒷면에 대해서 압착된다. 펌프측 플랜지(811)의 (도 6에 도시된) 플랜지 외경(811a)에 위치된 O-링은 부식성 액체의 누출을 방지할 수 있다. 모터 케이싱 뒤쪽 측면(812) 내에 (도 6에 도시된) 구멍(812a)을 가진 컵형 구조(cup shaped structure)를 구비해서, 모터 케이싱(81)은 열을 전달하기 위한 큰 영역을 구비한다. 구멍(812a)을 가진 컵 구조는 나사들에 의해서 모터 뒤쪽 케이싱(82)을 고정하기 위해서 사용된다. 열이 모터 뒤쪽 케이싱(82)의 냉각 핀(821)과 단자함(822)으로 전달될 수 있도록, 모터 케이싱의 두께가 설계된다.
모터 뒤쪽 케이싱(82)은 모터 케이싱(81)의 컵형 구조를 통해서 보강 브래킷(9) 내에 고정되고, 냉각 핀들(821) 및 단자함(822)은 자연 대류를 통해 열을 대기로 분산시킬 수 있으며, 축방향 안쪽으로 연장된 축 뒤쪽 금속 지지부(824)는 고정축(3)에 강한 지지를 제공하고, 권선 고정자(83)는 모터 케이싱(81)의 구멍(821a)을 통과하는 전선에 의해서 단자함(822)의 단자들(825)에 전기적으로 연결되며, 단자들(825)은 케이블 어댑터(823)를 통해서 전력선으로부터 전원에 연결된다.
보강 브래킷(9)은 양 단부에 개구를 가지며 내식성 플라스틱으로 만들어진 기둥(column)이다. (도 3에 표시하지 않은) 나사 구멍들이 보강 브래킷 상에 형성되고, 그 내측에 (도 3에 도시되지 않은) 나사 너트들이 있어서, 보강 브래킷(9)을 견고하게 고정하고 격납 쉘(41)의 쉘 플랜지(411)를 밀봉하기 위해서 (도 2에 도시되지 않은) 나사들이 모터 케이싱(4) 상의 (도 2에 도시되지 않은) 관통 구멍들에 설치된다. 브래킷 앞쪽 플랜지(911)와 펌프 케이싱(4) 사이에 밀봉 면을 만들기 위해, 브래킷 앞쪽 플랜지(911)가 나사들에 의해서 펌프 케이싱(4)에 고정되어서, 약액(chemical liquid)이 밀봉 면을 통해 침투할 수 없고, 나사들의 나사산들과 알루미늄 합금으로 만들어진 모터 케이싱(81)의 나사 구멍 사이의 틈으로 들어갈 수 없다. (도 3에 도시된) 브래킷 앞쪽 플랜지(911)의 밀봉 슬롯(911a)은 격납 쉘(41)의 쉘 플랜지(411)의 뒤쪽 측면에 대해서 압착하고, 그 결과, (도 2에 표시하지 않은) 쉘 플랜지(411)와 펌프 케이싱(4) 사이의 밀봉 O-링은 부식성 액체의 누출을 방지하도록 압착된다. 어떤 가혹한 조건들에서, 부식성 약액들(corrosive drops)이 브래킷 앞쪽 플랜지(911)와 펌프 케이싱(4) 사이의 밀봉 면들로 침투하는 것을 방지하고 나사 구멍들 내의 나사들을 약액으로부터 보호하기 위해서, (도 2에 도시되지 않은) 밀봉 가스켓이 브래킷 앞쪽 플랜지(911)의 가장자리에 설치될 수 있다. 또한, 보강 브래킷(9)은 보강 브래킷(9)의 뒤쪽 단부가 모터 뒤쪽 케이싱(82)의 단자함(822) 및 냉각 핀들(821)을 덮을 만큼 충분히 길다.
(도 3에 도시된) 위치선정 블럭들(917)을 가진 링 리브(916)는 보강 브래킷(9)의 내부 표면의 중앙부에 위치된다. 링 리브(916)는 보강 브래킷(9)의 내부 공간을 (도 3에 도시된) 앞쪽 내부 공간(914) 및 뒤쪽 내부 공간(915)으로 분할한다. 모터 케이싱(81)은 앞쪽 내부 공간(914) 내에 고정되고, 모터 뒤쪽 케이싱(82)은 뒤쪽 내부 공간(915) 내에 고정되며, 모두 나사들에 의해서 견고하게 함께 조립되고, 링 리브(916)의 위치선정 블럭들(917)이 모터 케이싱(81)의 뒤쪽 표면 상에 형성된 (도 6에 도시된) 고정 슬롯(813) 내로 삽입되어서, 모터 케이싱(81), 모터 뒤쪽 케이싱(82) 및 보강 브래킷(9)은 (도 5에 도시된) 완제품인 방식 하우징으로 조립되며, 캔드 모터(8)는 블랭킷 발판(blanket foot plate)(912)에 의해 견고하게 지지되고, 방식 하우징은 블랭킷 발판(912)에 의해 견고하게 설치된다. 방식 하우징의 앞쪽 플랜지 표면은 보강 브래킷(9)의 브래킷 앞쪽 플랜지(911) 및 모터 케이싱(81)의 펌프측 플랜지(811)에 의해서 형성된다. O-링은 알루미늄 합금 모터 케이싱(81)의 펌프측 플랜지(811)의 (도 2 및 6에 도시된) 플랜지 외경(811a) 내에 위치되고, 펌프측 플랜지(811) 및 고정자(83) 권선들의 침식을 방지할 수 있다. 펌프측 플랜지(811)는 격납 쉘(41)의 쉘 플랜지(411)의 뒤쪽 측면에 대해 압착하고, 밀봉을 위해 그리고 밀폐 펌프로부터 부식성 액체의 누출을 방지하기 위해 펌프측 플랜지(811)와 펌프 케이싱(4) 사이의 O-링을 압착한다.
펌프가 가동중일 때, 흐름 유선(6)을 따르는 유동 유체는 밀폐 펌프의 유입구로 들어가고, 유입구 흐름 유선(61)을 따르는 유동 유체는 임펠러(5)를 통과해서, 유동 유체는 임펠러(5)의 밖으로 가압되며, 가압된 유체는 배출구(45)를 통해 방출된다. 또한, 유동 유체의 적은 일부는 흐름 유선(62)과 임펠러 출구를 따라서 되돌아 오고, 임펠러(5)의 뒤쪽을 통해 지나가며, 격납 쉘(41)의 내부 공간(415)으로 들어간다. 그 후에, 내부 공간(415) 내의 유동 유체는 내부 회전자(7)의 외부 표면과 격납 쉘(41)의 내부 표면 사이의 틈을 통해서 격납 쉘(41)의 바닥으로 흐르고, 고정축(3)과 세라믹 베어링(79) 사이의 틈을 통해 흘러서, 결국, 유체는 유선(65)과 같이 중심 구멍(54)을 통해 임펠러(5)의 유입구로 되돌아 와서 밖으로 흐른다. 그러한 순환 내의 유체는 세라믹 베어링(79)을 윤활하고, 내부 회전자(7)에 의해 발생된 열을 제거한다.
도 2의 보강 브래킷(9)의 사시도인 도 3을 참조한다. 보강 브래킷(9)은 양 단부들에 개구를 가진 기둥이며, 내식성 플라스틱으로 만들어지고, 밀봉 슬롯(911)을 가진 브래킷 앞쪽 플랜지(911)는 바닥부에 평판이 있는 블랭킷 발판(912)이 일단부에 있으며, 위치선정 블럭들(917)을 가진 링 리브(916)가 내부 표면의 중앙에 위치되고, 또한, 링 리브(916)는 보강 브래킷(9)의 내부 공간을 앞쪽 내부 공간(914) 및 뒤쪽 내부 공간(915)으로 분할하며, (도 2에 도시된) 모터 케이싱(81)은 앞쪽 내부 공간(914) 내에 고정되고, (도 2에 도시된) 모터 뒤쪽 케이싱(82)은 뒤쪽 내부 공간(915) 내에 고정된다. 보강 브래킷(9)은 (도 5에 도시된) 하부 원형 개구(913b)를 가진 브래킷 뒤쪽 단부(913)를 포함하고, (도 5에 도시된) 모터 뒤쪽 케이싱(82)의 (도 5에 도시된) 냉각 핀들(821)의 하부는 노출된다. 브래킷 뒤쪽 단부(913)는 (도 5에 도시된) 단자함(822)과 냉각 핀들(821) 모두의 뒤쪽 단부들을 덮는 상부 덮개 판(913a)을 더 포함한다. 또한, (도 5에 도시된) 하부 원형 개구(913b)의 높이는 단자함(822)의 하부에 이르러서, (도 5에 도시된) 냉각 핀들(821)과 (도 5에 도시된) 단자함(822)이 보호된다.
열방산 경로 및 캔드 모터의 냉각 핀들의 개략적인 도면들인 도 4 및 5를 참조한다. 구체적으로, 도 4는 열 전도 메커니즘 및 냉각 핀들(821)의 기능을 도시하기 위한 캔드 모터(8)의 단면도이다. 권선 고정자(83)에 의해 발생된 열이 치(tooth)로부터 반경방향으로 바깥으로 그리고 권선 고정자(83)의 요크를 통해 옮겨지는 동안에, 열은 우선 고정자로부터 열 이동 경로 나타낸 것과 같이 모터 케이싱(81)으로 이동된다. 고정자(83)와 모터 케이싱(81) 사이의 접촉 표면의 열전도율은 표면 거칠기 및 단열 소실들(insulating vanishes)에 의해서 거의 감소하지 않을 것이다. 모터 케이싱(81)의 반경방향 단면 영역은 고정자(83)의 전자 강판들(magnetic steel sheets)의 적층물의 외부 표면 영역의 5분의 1 정도이다. 다시 말해서, 모터 케이싱(81)의 반경방향 단면 영역은 하부 열저항(thermal resistance)을 가진 전자 강판들의 적층물로부터 길이방향으로 열을 옮길 수 있다. 모터 케이싱(81)의 세로 길이가 짧아서, 모터 케이싱으로부터 열 이동 경로(67)를 나타낸 전자 강판들 적층물의 외부 표면과 모터 케이싱(81)의 뒤쪽 단부 사이에 작은 온도차를 구비한다. 또한, 모터 케이싱 뒤쪽 측면(812) 내의 모터 케이싱(81)의 컵형 구조는 모터 케이싱(81)의 반경방향 단면적의 1.5배 이상인 큰 접촉 표면을 구비해서, 열은 냉각 핀들을 향한 열 이동 경로(68)로 나타낸 것과 같이 모터 뒤쪽 케이싱(82)으로 쉽게 이동된다. 모터 뒤쪽 케이싱(82)의 냉각 핀들(821) 및 단자함(822)은 충분한 열 방산 표면들을 구비하고, 바깥으로 돌출한다. 냉각 핀들(821) 및 단자함(822)의 열 방산 표면들의 면적들의 총합은 고정자(83)의 외부 표면의 면적의 4배 이상이어서, 자연 대류 흐름 유선(69)으로 나타낸 것과 같이, 내부에 열의 축적 없이 순조롭게 자연 대류에 의해서 대기로 방산될 수 있다.
충분한 열 방산 표면들에 더해서, 자연 대류 속도 역시 또 다른 중요한 요소이다. 보강 브래킷(9)의 뒤쪽 단부의 하부 원형 개구(913b)는 모터 뒤쪽 케이싱(82)의 냉각 핀들(821)의 하부를 노출해서, 냉각 핀들(821)의 표면 위로 부유하는 상대적으로 낮은 온도를 가진 대기가 자연 대류에 기인하여 열을 흡수하기 쉽다. 그리고, 자연 대류 흐름 유선(69a, 69b, 69c)으로 나타낸 것과 같이, 뜨거운 대기는 보강 브래킷(9)의 뒤쪽 단부의 상부로부터 흘러나온다.

Claims (12)

  1. 고온, 유독성, 가연성 및 부식성 액체 전달 장치 내의, 방식 하우징을 가진 영구자석 캔드 모터 펌프로서,
    펌프 케이싱, 삼각형 지지부, 임펠러, 격납 쉘, 고정축 및 캔드 모터를 포함하고,
    펌프 케이싱은 임펠러, 유입구, 배출구, 및 펌프 케이싱의 내부 표면 상에 그리고 유입구 근처의 위치에 배치된 앞쪽 스러스트 링을 포함해서; 앞쪽 스러스트 링 및 임펠러의 유입구 측면 근처에 있는 스러스트 베어링은 함께 축방향 스러스트 베어링을 형성하고;
    삼각형 지지부는 펌프 케이싱의 유입구 내측에 고정되고, 고정축의 단부를 지지하기 위해 임펠러의 중심 구멍을 축방향으로 통과하며;
    임펠러는 펌프 케이싱 내에 수용되고, 중심 판은 내부 포터의 축방향으로 연장된 부분에 연결되어서, 임펠러 및 캔드 모터의 내부 회전자는 하나의 유닛으로 통합되고;
    격납 쉘은 컵(cup)과 유사하고, 격납 쉘의 바닥의 중앙에는 모터 뒤쪽 케이싱의 축 뒤쪽 금속 지지부에 의해서 외부 표면으로부터 지지되는 축방향으로 안쪽으로 연장하는 비어있는 뒤쪽 축 지지부를 구비하며, 비어있는 뒤쪽 축 지지부 및 축 뒤쪽 금속 지지부는 서로 단단히 부착되고; 뒤쪽 스러스트 링이 설치된 비어있는 뒤쪽 축 지지부의 가장자리에는 축방향 스러스트 베어링을 형성하기 위해서 내부 회전자의 세라믹 베어링이 맞물리며; 밀폐 펌프의 부식성 액체의 누출을 방지하기 위해서, 격납 쉘의 앞쪽 단부에 있는 쉘 플랜지는 펌프 케이싱과 방식 하우징의 앞쪽 플랜지 사이에 고정되고;
    내식성 그리고 내마모성 세라믹 재료로 만들어진 고정축은 양쪽 맞은편 단부들에서 지지되고, 구체적으로, 고정축의 앞쪽 단부는 삼각형 앞쪽 지지부에 의해서 지지되며, 고정축의 뒤쪽 단부는 비어있는 뒤쪽 축 지지부에 의해서 지지되고 고정되며; 앞쪽 단부와 뒤쪽 단부 사이의 중간부는 내부 회전자를 지지하기 위해 세라믹 베어링과 맞물려서, 내부 회전자는 고정축을 따라서 회전할 수 있으며;
    방식 하우징을 가진 밀폐 펌프의 캔드 모터는 권선 고정자, 내부 회전자, 모터 케이싱, 모터 뒤쪽 케이싱, 및 보강 브래킷을 포함하고;
    모터 케이싱 내측에 삽입된 권선 고정자는 치들(teeth) 둘레에 감긴 권선들을 구비하고, 내부 회전자의 회전을 구동하기 위한 토크는 내부 회전자와 권선 고정자 사이의 자성 상호작용(magnetic interacts)으로부터 발생되며, 내부 회전자는 회전하여 유압을 발생시키도록 임펠러를 구동하고, 격납 쉘은 부식성 액체의 의해 야기되는 부식으로부터 권선 고정자를 보호하며;
    내부 회전자는 주 자석 세트, 주 요크 및 축방향으로 연장된 부분을 포함하는 링 형상 구조이고; 내부 회전자는 내식성 플라스틱으로 싸이고 밀봉된 회전자 수지 벽을 형성하며, 세라믹 베어링이 내측에 설치되고; 내부 회전자의 축방향으로 연장된 부분은 중심 판에 연결되어서, 내부 회전자 및 임펠러는 일체로 결합되며;
    모터 케이싱은 뒤쪽 측면에 구멍을 가진 컵형 구조이고, 권서 고정자가 내측에 삽입되며;
    원판 형상의 모터 뒤쪽 케이싱은 수직 냉각 핀들, 단자함 및 축 뒤쪽 금속 지지부를 가지고; 축 뒤쪽 금속 지지부는 고정축에 강한 지지를 제공하기 위하여 모터 케이싱의 구멍을 통해 축방향 안쪽으로 연장되며; 권선 고정자는 구멍을 통과하는 전선에 의해서 단자함의 단자들에 전기적으로 연결되고;
    보강 브래킷은 내식성 플라스틱으로 만들어지고 양 단부들에 개구를 가진 기둥(column)이며; 보강 브래킷의 바닥부는 평판인 블랭킷 발판이고; 링 리브는 보강 브래킷의 내부 공간을 앞쪽 내부 공간 및 뒤쪽 내부 공간으로 분할하며; 앞쪽 내부 공간 내에 고정된 모터 케이싱 및 뒤쪽 내부 공간 내에 고정된 모터 뒤쪽 케이싱은 완제품인 방식 하우징으로 결합되고;
    방식 하우징의 앞쪽 플랜지는 보강 브래킷의 브래킷 앞쪽 플랜지 및 모터 케이싱의 펌프측 플랜지에 의해서 형성되며; 펌프 케이싱에 견고하게 결합하기 위해 앞쪽 플랜지 상에 나사 구멍들이 형성되고; 밀폐 펌프로부터의 부식성 액체의 누출을 밀봉하고 방지하기 위해서, 앞쪽 플랜지는 격납 쉘의 쉘 플랜지의 뒤쪽 측면에 기대어 있으며; 펌프 케이싱에 대해서 압착하는 보강 브래킷의 앞쪽 단부는 화학 방울들(chemical drops)의 침투를 방지하도록 설계되고; 방식 하우징은 보강 브래킷의 블랭킷 발판에 의해서 견고하게 설치되며; 또한, 보강 브래킷은 보강 브래킷의 뒤쪽 단부가 모터 뒤쪽 케이싱의 단자함 및 냉각 핀들을 덮을 만큼 충분히 긴 것을 특징으로 하는 방식 하우징을 가진 영구자석 캔드 모터 펌프.
  2. 제1항에 있어서,
    수나사들에 의해서 펌프 케이싱을 조이기 위해서 브래킷 앞쪽 플랜지 상에 나사 구멍들이 형성되고,
    밀폐 펌프를 밀봉하고 밀폐 펌프에서 부식성 액체의 누출을 방지하기 위해서, 브래킷 앞쪽 플랜지는 펌프 케이싱에 대해서 그리고 격납 쉘의 쉘 플랜지의 뒤쪽 측면에서 수나사들에 의해서 압착되는 방식 하우징을 가진 영구자석 캔드 모터 펌프.
  3. 제1항에 있어서,
    모터 케이싱 및 모터 뒤쪽 케이싱은 내부 공간 내측에 고정되고 수나사들에 의해서 조여지며,
    모터 케이싱과 모터 뒤쪽 케이싱 사이의 보강 브래킷 내의 링 리브 상의 위치선정 블럭들은 모터 케이싱의 고정 슬롯들 내로 삽입되는 방식 하우징을 가진 영구자석 캔드 모터 펌프.
  4. 제1항에 있어서,
    방식 기능을 향상시키기 위해, 밀봉 표면을 통해 부식성 액체의 침투를 방지하기 위해서, 펌프 케이싱에 대해서 압착하기 위해 보강 브래킷의 브래킷 앞쪽 플랜지 상에 밀봉 가스켓이 위치되는 방식 하우징을 가진 영구자석 캔드 모터 펌프.
  5. 제1항에 있어서,
    보강 브래킷의 뒤쪽 단부는 하부보다 상부가 더 긴 원형 개구를 구비하고, 원형 개구의 단면의 가장자리는 원호(arc)이며, 원형 개구의 하부는 냉각 핀들의 하부를 노출시키고, 하부 원형 개구는 단자함을 송전선에 전기적으로 연결하도록 설계되며; 상부 원형 덮개 판은 단자함 및 냉각 핀들의 뒤쪽 부분들을 덮고, 하부 원형 개구의 높이는 냉각 핀들 및 단자함을 보호하기 위해 단자함의 하부에 달하는 방식 하우징을 가진 영구자석 캔드 모터 펌프.
  6. 제1항에 있어서,
    모터 케이싱은 보강 브래킷 내에 고정되고, 모터 케이싱의 펌프측 플랜지에 위치된 O-링은 부식성 액체의 침투를 방지할 수 있는 방식 하우징을 가진 영구자석 캔드 모터 펌프.
  7. 제1항에 있어서,
    브래킷 앞쪽 플랜지는 부식성 액체의 침투를 방지하도록 O-링을 수용하기 위해 밀봉 슬롯을 구비하는 방식 하우징을 가진 영구자석 캔드 모터 펌프.
  8. 제1항에 있어서,
    밀폐 펌프에서의 누출을 방지하기 위해 펌프 케이싱과 쉘 플랜지 사이의 O-링을 압착하기 위해서, 모터 케이싱의 펌프측 플랜지는 격납 쉘의 쉘 플랜지의 뒤쪽 측면에 기대는 방식 하우징을 가진 영구자석 캔드 모터 펌프.
  9. 고온, 유독성, 가연성 및 부식성 액체 전달 장치들 내의, 방식 하우징을 가진 영구자석 캔드 모터 펌프로서,
    캔드 모터의 열 방산 메커니즘과 관련된 구성요소들은 권선 고정자, 모터 케이싱, 모터 뒤쪽 케이싱 및 보강 브래킷을 포함하고,
    권선 고정자에 의해 발생된 열은 고정자의 요크를 통해 권선들의 치(tooth)로부터 반경방향으로 바깥쪽으로 이동되고, 상기 열은 우선 모터 케이싱으로 이동되며;
    모터 케이싱의 컵 형상 구조의 바닥의 뒤쪽 측면은 모터 뒤쪽 케이싱에 열을 전달하도록 설계된 큰 접촉 표면을 구비하고;
    원판 형태의 모터 뒤쪽 케이싱은 모터 케이싱의 바닥을 통해 열을 전달하며, 수직의 냉각 핀들 및 단자함의 표면은 자연 대류에 의해 대기로 열을 방산하고;
    보강 브래킷의 브래킷 뒤쪽 단부는 원형 개구를 구비하고, 개구의 상부는 하부보다 더 길며, 원형 개구의 단면의 가장자리는 원호이고, 원형 개구의 하부가 냉각 핀들의 하부를 노출시켜서, 상대적으로 낮은 온도를 가진 대기가 냉각 핀들 사이의 좁은 공간으로 들어가며, 대기는 표면들로부터 열을 흡수하고 자연 대류로 인해 냉각 핀들의 하부에서 상부로 위쪽으로 흘러가서, 뜨거운 대기가 보강 브래킷의 뒤쪽 단부의 상부로부터 흘러나오는 방식 하우징을 가진 영구자석 캔드 모터 펌프.
  10. 제9항에 있어서,
    권선 고정자에 의해 발생된 열은 고정자의 요크들을 통해 권선들의 치로부터 반경방향 바깥쪽으로 이동되고, 열은 우선 모터 케이싱으로 이동되며, 모터 케이싱의 반경방향 단면 영역은 고정자의 전자 강판들(magnetic steel sheets)의 적층물의 외부 표면 영역의 5분의 1과 같은 방식 하우징을 가진 영구자석 캔드 모터 펌프.
  11. 제9항에 있어서,
    모터 뒤쪽 케이싱의 수직 냉각 핀들 및 단자함은 고정자의 전자 강판들의 적층물의 외부 표면 영역의 4배 이상을 구비하는 방식 하우징을 가진 영구자석 캔드 모터 펌프.
  12. 제9항에 있어서,
    모터 케이싱 뒤쪽 측면 내의 모터 케이싱의 컵 형상 구조의 접촉 표면은 모터 케이싱의 반경방향 단면 영역보다 같거나 큰 방식 하우징을 가진 영구자석 캔드 모터 펌프.
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