TWI326743B - Pump and fluid supplying apparatus - Google Patents

Description

1326743 九、發明說明： L發明所屬之技術領域】 技術領域 本發明涉及泵和流體供應設備，尤其涉及由馬達驅動 5 以抽吸和排出流體的泵以及具有這種泵的流體供給系統。 L先前老 背景技術 近來，市場上需要高揚程低流量泵(low flow high head b ump)，例如其中葉輪沿著同軸的旋轉軸以多級方式佈置的 離心聚被用於在不增大泵的外徑的情況下實現鬲構移（ 例如日本公開文獻No.2001-65484)。 在該結構中，當液體被順序抽入以多級方式安裝的葉 L·，海^出 輪的每一個中時，能量通過葉輪傳遞給液體。因此 廢力增大以實現高揚程泵吸。 但是’上述離心泵被以如下方式構造，即，使得妙由 Ο % r^J 外 入口孔抽吸的液體通過每個葉輪旋轉産生的離心力而ΰ 排出。因此，爲了增大排出壓力，必須使從葉輪的出口 ？ 排出的液體的洩漏最小。 但是，在以葉輪和具有永磁體的電機部分中的轉手 Λ起繞安裝在殼體中的旋轉支承轴旋轉的方式構造的傳統離 2〇 〇·，從 心泵中，在殼體和轉子的外周側之間具有間隙。因此’ 禁輪排出的高壓流體可能通過間隙洩漏，從而由於·沒漏 增加流體損失。 C發明内容3 5 1326743 發明概要 鑒於上述問題，構造本發明以減少從葉輪出口排出的 高壓流體的洩漏損失。 根據本發明的一個方面，提供一種泵，包括：安裝在 5 電機部件上的可旋轉轉子；以及安裝在泵部件上的至少一 個葉輪，所述葉輪能夠與轉子一起一致地旋轉。此處，轉 子和葉輪被容納在殼體中，並且葉輪在其内周上具有入 口，在其外周上具有出口。另外，在葉輪的軸向兩側佈置 外殼，外殼具有在其後側部處結合至轉子的外周部，並且， 10 外周部向外伸出到在轉子的外周面和將轉子可旋轉地容納 在其中的殼體的内周面之間形成的間隙之外。 在上述結構的泵中，與葉輪的出口相鄰的外殼的後側 部的外周部向外突出。這樣，可抑制從葉輪的出口排出的 流體通過在轉子的外周面與殼體的内周面之間的間洩漏， 15 從而減小泵中流體的洩漏損失。 優選地，外周部被插入到在殼體的内周面處形成的凹 部中。 利用這種結構，外殼的後側部的突出外周部插入到在 殼體的内周面處形成的凹部中。這樣，可進一步抑制從葉 20 輪的出口排出的流體通過在轉子的外周面與殼體的内周面 之間的間隙洩漏。 另外，優選地，在外周部和凹部的相互面對的表面上 分別形成在彼此面對的方向上突出的突起，使得突起在包 括葉輪的旋轉軸線的平面上不彼此交疊。此處，一側的每 ⑧ 6 個突起的前端比另 每個突起的基部。 側的每個突_前端更靠近另 一侧的 用^種、、·σ構’由於在外周部和凹部的相互面對的表 2具有突起’可進―步抑難葉輪的出Π排出的流體通 .轉子的外周面與殼體的内周面之間的間隙茂漏。 另外，優選地，外周部或凹部的突起的數量爲兩個， 並且在葉輪的徑向上彼此間隔開，其中，除外周部或凹部 兩個犬起之外的其餘突起被插人到在外周部或凹部的兩 個突起之間形成的槽中。 利用這種，、、°構，其餘突起插入到在上述兩個突起之間 形成的凹槽中，可進—步抑制從葉輪的出σ排出的流體通 過在轉子的外周面與殼體的内周面之__浅漏。 ，外葉輪包括與之-體的軸承，所述軸承能夠繞安 裝在殼體上的旋轉支承轴旋轉以使得軸承的軸端部能夠相 對於殼體滑動地旋轉，其中，在外周部面向軸承的第一表 面和凹部在轴向上面向第—表面的第二表面中的至少之一 上形成通過葉輪的旋轉産生動壓的動壓產生部。 利用這種結構，由於通過旋轉葉輪産生動壓，連接至 葉輪的軸承被在與轴承的軸端部滑動地接觸的殼體相反的 方向上施加力，從而可減小接觸表面之間的接觸阻力。因 此，可減小轴承和殼體之間的接觸表面的磨損量。這樣， 葉輪可以高速旋轉，並可提高泵的效率和使用壽命。 另外，優選地，動壓產生部包括在葉輪的徑向上延伸 的至少一個階梯部。 1326743 利用這種結構，由於具有階梯部，玎更可靠地産生動 壓。 根據本發明的另一方面，提供一種包括上述結構的泵 的流體供應設備。 5 利用這種結構，通過使用能夠減小流體洩漏的泵，可 增強流體供應設備的可靠性。 如果優選，流體供應設備還包括：冷卻器，通過將從 泵排出的流體抽至生熱部件以冷卻生熱部件，放熱器，用 於對通過在冷卻器處從生熱部件獲取熱量而使溫度升高的 10 流體進行冷卻並將被冷卻的流體供應至泵。 利用這種結構，通過使用能夠減小流體洩漏的泵，通 過冷卻器可改善冷卻生熱部件的效率。 圖式簡單說明 本發明的其他優點和特徵將根據通過例子形式並參考 15 附圖的一些說明性實施例的描述而變得清楚。 第1圖是根據本發明第一實施例的泵的剖視圖； 第2圖是使用第1圖的泵的流體供應設備的示意性結構 圖； 第3圖是第1圖所示的泵的主要部件的放大剖視圖； 2〇 第4圖是根據本發明第二實施例的泵的主要部件的剖 視圖； 第5圖是拫據本發明第三實施例的泵的主要部件的剖 視圖。 【實施令式】 8 1326743 具體實施方式 下面將結合構成說明書一部分的附圖描述本發明的實 施例。 (第一實施例） 5 第1圖是根據本發明第一實施例的泵1的剖視圖。泉i 被用作第2圖所示的流體供應設備中。 第2圖所示的流體供應設備包括：系1 ;基板3;由安裝 在基板3上的電子元件等構成的生熱部件5 ;冷卻器7，其通 過利用從泵1排出的作爲冷卻劑的液體進行熱交換以冷卻 10 生熱部件5。流體供應設備還包括：放熱器9’其對由於熱 量從生熱部件5傳遞至冷卻器7而使溫度升高的液體進行冷 卻；以及儲液槽11，其中儲放從放熱器9排出的液體R。此 處，泵卜冷卻器7、放熱器9和儲液槽Π通過管線π順序連 接。 15 如第1圖所示，泵1包括··佈置在殼體15上部處的泵部 件17，以及佈置在殼體15下部處的電機部19，其中，‘‘上，， “下”以第1圖所示限定。 殼體15包括泵側殼體21和電機侧殼體23，它們經由它 們之間的密封件25彼此結合起來。泵側殼體21由塑膠例如 20聚笨硫醚(PPS)或金屬例如不錄錦製成。而電機側殼體加 金屬例如鋁或耐熱塑膠製成。 電機側殼助用於將電機部件19料部件η隔離以防 止液體R從果部件17進入電機部件19。 佈置在電機側殼體23中的電機部件I9包括圓柱形定子 9 1326743 29，定子29被固定在定子容納部31中，定子容納部31被設 置在電機側殼體23中並在其下側具有開口區域，其中“下” 以第1圖所示限定。 電路板37被連接至電機侧殼體23使得電路板37覆蓋定 5 子容納部31的一部分，其中，電路板37包括具有電子元件 33、35(例如變壓器、電晶體和/或類似物）的控制單元，以 控制通過定子29的導電性。 另外，電機側殼體23在第1圖中向下開口的一部分被填 充有注射在其中並硬化的樹脂39，以保護定子29和具有電 1〇 子元件33、35的控制單元》另外，電機側殼體23向下開口 並填充樹脂39的部分被上蓋41緊緊地覆蓋。 在電機部件19中與定子29的外周相鄰處安裝具有永磁 體等的圓柱形轉子43，使得轉子43可通過定子29産生的磁 場旋轉。 15 另外’泵部件Π包括以多級方式沿軸向佈置的多個葉 輪(在圖示示例中’兩個葉輪45、47)，它們與轉子43—起一 致地旋轉°每個葉輪45、47爲大致盤形，並在它們的内周 處具有入口 49或51 ’在它們的外周處具有出口 53或55。另 外’每個葉輪45、47由例如諸如ppS的塑膠製成。 2〇 位於葉輪47上游的葉輪45的入口 49與形成在泵側殼體 21的上部處的殼體入口孔57相通。另一方面，位於葉輪45 下游的葉輪47的出口 55與形成在電機側殼體23的上部處的 殼體出口孔59相通。 另外，葉輪45、47分別包括前罩61、63和後罩65、67， ⑧ 10 其中前罩61、63和後罩65、67形成外殼。另外，葉輪45、 47分別在前罩61和後罩65之間設置葉片69和在前罩63和後 罩67之間設置葉片71。 因此’通過操作葉片69或71使葉輪45或47旋轉，抽入 入口49或51的液體被沿著徑向向外的方向通過葉輪45或47 被向外壓出以經由出口 53或55排出。 另外’環形結合突起67a從下游側葉輪47的後罩67的近 周部的下側向下突出，並且，結合突起67a的端部被固定地 結合至電機部件19中的轉子43的上端。 因此’在本發明的本實施例中，泵部件17中的葉輪47 和電機部件19中的轉子43被以可一致地一起旋轉的方式容 納在殼體15中。 形成下游側葉輪47後側的後罩67的外徑大於下游侧葉 輪47的前罩63的外徑’由此後罩67的外周部向外伸出以形 成伸出端部67b。另一方面’上游側葉輪45的前罩61和後罩 65的外徑與下游側47的前罩63的外徑基本相同。 另外，在對應於突出端部67b的位置處將環形件73固定 至電機側殼體23的内周面’以形成電機侧殼體23的一部 分。如第3圖的放大圖所示，在環形件73的内周的下部處形 成環形切除部73a。在切除部73a和電機側殼體23之間形成 向内開口的凹部75。 另外，後罩67的突出端部67b被插入到凹部75中。此 處’在轉子43的外周面和將轉子43可旋轉地容納在其中的 電機側殼體23的内周面之間形成間隙S。突出端部67b向外 1326743 延伸到間隙s之外，從而被凹部75圍繞。 另外’環形件73具有出口通道73c，出口通道73c形成 在與電機側殼體23中的殼體出口孔59對應的位置處。出口 通道73c與殼體出口孔59相通，使得從下游側葉輪47的出口 5 55排出的液體經由出口通道73c流向殼體出口孔59。 由金屬例如不銹鋼製成的盤形隔板7 6被設置在上游侧 葉輪45和下游側葉輪47之間靠近下游侧葉輪47的位置處， 從而在葉輪45和47之間隔離。隔板76被插入固定到設置於 隔板76上方的流體引導件77和環形件73之間。 10 流體引導件77包括：盤形部件77a，其設置在上游側葉 輪45和下游側葉輪47之間靠近上游側葉輪45的位置處；和 引導葉片77b，其向上延伸到盤形部件77a的外周部的上 側。另外’在盤形部件77a下方設置返回葉片77c。流體引 導件77由塑膠例如PPS製成。 15 引導葉片77b將從葉輪45的出口 53排出的液體朝向流 體引導件77的外周部引導，從而經由形成在流體引導件77 的外周端部中的連通孔77d將液體引入形成在隔板76上方 的空間中。同時，返回葉片77c將被引入到形成在隔板76上 方的空間中的液體朝向形成在葉輪47的内周處的入口51引 20 導。 另外，由燒結碳或成型碳(molded carbon)製成的軸承79 和81分別設置在上游侧葉輪4 5和下游側葉輪4 7的旋轉中心 處。由金屬例如不錄鋼製成的旋轉支承軸83被插入到轴承 79和81中以便可旋轉地支承葉輪45和47。此處，旋轉支承 ⑧ 12 1326743 軸83的上端部被插入到泵側殼體21的連接孔21a中，並且旋 轉支承轴83的下端部被插入電機側殼禮23的連接孔23a中。 由陶瓷製成並被旋轉支承軸83穿入的轴承板85和87被 分別設置在上軸承79的上端和泵側殼體21之間和下軸承81 5的下端和電機側殼體23之間，從而使軸承板85和87分別接 觸軸承79的上端和軸承81的下端。 另外，上游側葉輪45和下游側葉輪47通過連接件89彼 此固定地結合，使得葉輪45和47—起一致地旋轉。 在以上述方式構造的栗1中，通過操作電機部件19使轉 10 子43旋轉’並且通過旋轉轉子43，兩個葉輪45、47—起一 致地旋轉。通過葉輪45、47的旋轉，容納在第2圖所示的儲 液槽11中的液體被抽入殼體入口孔57中。然後，液體R經由 入口 49被引入上游側葉輪45中’並被多個葉片69朝向葉輪 45的外周強迫驅動。之後，液體r穿過連通孔77d流入葉輪 15 45和47之間的空間。然後，液體R被經由入口 51抽入下游侧 葉輪47。 被引入葉輪47的液體R被多個葉片71朝向葉輪47的外 周強迫驅動，然後經由出口55和殼體出口孔59供應至管π 内。之後，液體R被抽入第2圖中的冷卻器7中以冷卻生熱部 20件5。通過冷卻生熱部件5而使自身溫度升高的液體R流至放 熱器9。在放熱器9處輻射熱量以降低其溫度之後，液體R 返回至儲液槽Η。 此處，如第3圖的詳細視圖所示，在葉輪47的下游側， 後罩67的外徑大於前罩63的外徑，使得後罩67的外周部的 13 1326743 突出端部67b插入到形成在電機側殼體23和環形件73之間 的凹部75中。這樣，葉輪47的後罩67被設計成使其突出端 部67b被凹部75覆蓋。 因此，由於突出端部67b形成如下形狀，即，其覆蓋位 5 於轉子43和電機侧殼體23之間的間隙S，因此，可抑制從下 游側葉輪47經由出口 55排出的高壓液體從間隙S洩漏，從而 減少流體的洩漏損失。因此，通過以同轴結構佈置葉輪45、 47’可以在減小高揚程低流速泵的尺寸的同時實現高效率。 另外，如第2圖所示，由於生熱部件5被從已經減小了 10 洩漏損失的高效率泵1排出的液體冷卻時，可增強冷卻器7 的冷卻效率。這樣，就提高了流體供應設備的可靠性。 (第二實施例） 第4圖是根據本發明第二實施例的泵的主要部件的剖 視圖。第二實施例中除了第4圖所示不同結構外，其餘結構 15與第1圖至第3圖中所示的第一實施例的結構相同，相同的 附圖標記表示相同的部件。在第二實施例中，在下游侧葉 輪47的後罩67的突出端部67b與形成凹部75的環形件73的 切除部73a之間設置防浪漏部件91。 防洩漏部件91包括環形下突起67c、67d，它們被設置 20在突出端部67b的面對葉輪45的表面上。下突起67c、07d在 葉輪47的徑向上彼此間隔開特定距離。另外，環形上突起 73b形成在切除部73a上的、面對環形下突起67e、67d的表 面上並且位於-不穴起67(;和67{}之間，使得上突起乃匕插入 到形成在下突起67c和67d之間的環形槽67e中。 ⑧ 14 以 ο/43 也就是說，在第二實施例中，環形下突起67c、67(1和 環形上突起73b(它們在彼此相對的方向上突出）分別形成在 後罩67的突出端部67b和電機側殼體23的凹部乃的相互面 對的表面上，使得下突起67c、67d和上突起73b被佈置成在 5包括葉輪47的旋轉轴線的平面上不彼此交疊。另外，一側 的每個突起的前端(例如每個突起67c、67d)比另一側的每個 突起(例如73b)的前端更靠近另一側的每個突起的基部。 在上述結構的第二實施例中’形成在環形件73上的上 突起73b插入到在突出端部67b上形成的突起67c、67d之間 10形成的環形槽67e中。因此，從下游側葉輪47的出口 55排出 的高壓液體被更可靠地防止從間隙s洩漏，從而與第二實施 例相比進一步減小了流體的洩漏損失。 另外，防洩漏部件91的結構並不限於第4圖所示。例 如，與第4圖相比，可在切除部73&上形成兩個突起，在突 15出端部67b的面對葉輪45的表面上可形成一個被插入到在 上述兩個突起之間形成的環形槽中的突起。另外，第4圖所 示的兩個突起67c、67d的其中之一可被去除。 可選地’防洩漏部件可形成在位於凹部75内的電機侧 殼體23的上表面和突出端部67b上與葉輪45相對的表面 20 (即，第4圖中的突出端部67b的下表面）之間。另外，防洩漏 部件可形成在突出端部671)的外周部的端部（即，第4圖中的 犬出端部67b的右前端）和在凹部乃内的、切除部73a上與之 相對的一側之間。 (第三實施例） 15 1326743 第5圖是根據本發明第三實施例的泵的主要部件的剖 視圖。第三實施例中除了第5圖所示不同結構外，其餘結構 與第1圖至第3圖中所示的第一實施例的結構相同，相同的 附圖標記表示相同的部件。在第三實施例中，在下游侧葉 5輪47的後罩67的突出端部67b上設置動壓産生部93，通過旋 轉下游侧葉輪47動壓産生部93産生動態壓力。 動壓産生部93包括階梯部，即，多個從突出端部67b 的面對葉輪47之前罩63的表面突出的突起67f。此處，每個 突起67f在葉輪47的徑向方向上是細長的。 10 此外’在突出端部67b上可形成槽而不是突起67f作爲 階梯部。另外，階梯部可形成在面對突出端部67b的、其上 形成有第5圖所示的突起67f的表面的切除部73a上。換句話 說’動壓産生部93可形成在下述兩個表面中的至少一個 上：後罩67的突出端部67b的面向軸承79的表面；和凹部75 15的、在電機側殼體23的内周面上的、在軸向上與突出端部 67b相面對的表面。 在上述第三實施例中，當後罩67旋轉迫使葉輪47旋轉 時’由於存在形成在突出端部67b上的防漏突起67f，在突 出端部67b和環形件73之間産生動壓。由於動壓，葉輪47受 20到第1圖和第5圖中所示的向下施加的力。 同時’當在泵1工作期間液體經由入口 49被引入上游側 葉輪45時，入口49的上游侧進入負壓狀態。因爲這個原因， 葉輪45受到第1圖和第5圖中所示的向上施加的力》 因此’上述動壓起到抵消（offset)施加給葉輪45的上述 ⑧ 16 1326743 向力的致果’從而可減小葉輪45和軸承79的上端與固定 至果側设體21的支承板85之間的接觸阻力。 因此’根據第三實施例，就可減小轴承79和支承板85 之間的接觸表面的磨損量。因此，葉輪45、47可以高速旋 5轉’並可提高泵的效率和使用壽命。 另外，根據第三實施例，與第一實施例類似，後罩67 的突出端部67b被電機側殼體23的凹部75覆蓋。因此，抑制 從下游侧葉輪47的出口 55排出的高壓液體通過間隙S汽 漏’從而減少液體的洩漏損失。 10 在本發明的上述實施例中，包括電子元件的用於冷卻 生熱部件5的設備已經作爲使用泵1的流體供應設備被描 述。但是，泵1也可用於各種不同的流體供應設備，例如井 泵系統、熱水供應系統、排水泵系統等。 另外，在本發明的上述實施例中’泵1被描述爲具有兩 15 個設置在軸向上的葉輪45、47。但是’泵1可只具有第1圖 所示的下游侧葉輪47而不具有上游側葉輪45。可選的，除 了下游側葉輪47 ’可沿軸線在葉輪47的上游側以多級方式 設置兩個或更多的葉輪。 儘管上面結合實施例描述了本發明，但是本領域技術 20 人員可以理解，可以對本發明進行各種修改和變化而不脫 離本發明的精神。 【圖式簡皁說明】 第1圖是根據本發明第—實施例的泵的剖視圖； 第2圖是使用第1圖的泵的流體供應設備的示意性結構 17 1326743 圖； 第3圖是第1圖所示的泵的主要部件的放大剖視圖； 第4圖是根據本發明第二實施例的泵的主要部件的剖 視圖， 5 第5圖是根據本發明第三實施例的泵的主要部件的剖 視圖。 【主要元件符號說明】 l···泵 33、35…電子元件 3…基板 37…電路板 5…生熱部件 39…樹脂 7…冷卻器 41…蓋 9…放熱器 43…轉子 11…儲液槽 45、47…葉輪 13…管線 49、51…入口 15…殼體 53、55.·.出口 17…泵部件 57.··入口孔 19…電機部件 59…出口孔 21…泵側殼體 61、63…前罩 21a…連接孔 65、67…後罩 23…電機側殼體 67a…結合突起 23a…連接孔 67b…端部 25…密封件 67c、67d…下突起 29…定子 67e…環形槽 31…定子容納部 67f·..突起 18 1326743 69、71…葉片 73…環形件 73a…切除部 73b…上突起 73c···出口通道 75···凹部 76…隔板 77…流體引導件 77a…盤形部件 77b…引導葉片 77c···返回葉片 77d…連通孔 79、81…轴承 83…旋轉支承轴 85、87…轴承板 89…連接件 91…洩漏部件 93…動壓產生部 R…液體 S…間隙 19

Claims (1)

1326743 第96135393號專利申請案申請專利範圍修正本99.02. 十、申請專利範圍： 1. 一種泵，包括： 安裝在一電機部件上的一可旋轉轉子；以及 安裝在一泵部件上的至少一個葉輪，該葉輪能夠與 ' 該轉子一起一致地旋轉， 其中，該轉子和該葉輪被容納在一殼體中，並且該 葉輪在其内周上具有一入口、在其外周上具有一出口、 並且具有一外殼， 其中，該外殼具有耦合至該轉子的一轉子側後罩之 一外周部，該外周部具有向外突出超過面向該後罩的一 前罩的一外周部的一突出端部、並且設置在該轉子之一 . 相對側上，又，該突出端部向外突出到位在該轉子的一 外周面和將該轉子可旋轉地容納在其中的該殼體的一 内周面之間的一間隙之外， 其中，該突出端部被插入到形成於該殼體之一内周 面處的一凹部中，其中該轉子係可旋轉地被容納。 2. 如申請專利範圍第1項的泵，其中，在該後罩的外周部 和該凹部的相互面對的表面上分別朝彼此面對的方向 突出而形成的突起，使得該等突起配置成未在包括有該 葉輪的一旋轉轴線的平面上彼此交疊， 其中，一側的每個突起的前端比另一側的每個突起 的前端更靠近該另一側的每個突起的基部。 3. 如申請專利範圍第2項的果，其中，該後罩的任一外周 部或該凹部的該等突起的數量爲兩個，並且在該葉輪的 20 1326743 徑向上彼此間隔開，以及 其中，除該任一外周部或該凹部的兩個突起之外的 其餘突起被插入到在該任一外周部或該凹部的兩個突 起之間形成的一槽中。 4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項的泵，其中，該葉輪 包括與之一體的軸承，該轴承能夠繞安裝在該殼體上的 一旋轉支承軸旋轉，以使得該軸承的一軸端部能夠相對 於該殼體滑動地旋轉，以及 其中，在該後罩的外周部面向該軸承的一第一表面 和該凹部在一軸向上面向該第一表面的一第二表面中 的至少一者上，形成經由該葉輪的旋轉而産生動壓的一 動壓産生部。 5. 如申請專利範圍第4項的泵，其中，該動壓產生部包括 在該葉輪的一徑向上延伸的至少一個階梯部。 6. —種包括如申請專利範圍第1至3項中任一項的泵的流 體供應設備。 7. 如申請專利範圍第6項的流體供應設備，逛包括： 一冷卻器，經由使從該泵排出的流體抽至一生熱部 件以冷卻該生熱部件， 一放熱器，用於對經由在該冷卻器處從該生熱部件 獲取熱量而使溫度升高的流體，進行冷卻並將被冷卻的 流體供應至該泵。 ⑧ 21