专利名称：管线泵的制作方法
技术领域：
本发明涉及在以定子和转子为主要结构的电机内部形成流路而构成的管线泵。
这种管线泵的结构，正如例如特开平10-246193号公报或特开平1-230088号公报所记载的，设于定子内侧的转子在外周形成突部和凹部从而具有轴流叶片的功能，通过使该转子旋转，将自该转子一端侧的吸入口吸入的流体自转子的另一端侧的排出口排出。
上述管线泵由轴流叶片赋予流体旋转运动能，该运动能不变换为静压能，而是直接作为在内周壁及排出口的磨擦损失或紊流引起的涡流损失而损耗，然后，将流体送出，故泵的效率较低。
由于流体总是向转子的轴向的一个方向流动，因此，流体的反作用压力会作为轴向负荷作用在转子上，缩短轴承的寿命。
本发明的目的在于，提供一种管线泵，不仅可满足结构的小型化，而且可提高流体的供给效率。
本发明适用于管线泵，该管线泵在筒状定子的内侧旋转自如地设有转子，该转子具有将自吸入口吸入的流体沿轴向向排出口送出的轴流叶片。设有将通过所述转子的所述轴流叶片向所述排出口送出的所述流体的旋转运动能变换为静压能的压力室，当使转子旋转时，自吸入口吸入的流体被轴流叶片送往压力室，在该压力室将旋转运动能变换为静压能，然后自排出口排出。
根据本发明，由于管线泵在筒状定子的内侧旋转自如地设有转子，该转子具有将自吸入口吸入的流体沿轴向向排出口送出的轴流叶片，由于该管线泵设有将通过所述转子的所述轴流叶片向所述排出口送出的所述流体的旋转运动能变换为静压能的压力室，故可高效地输送流体，因此可提高泵的效率。
根据本发明的第五方面，在本发明第一、二、三或四方面所述的管线泵中，所述转子的一部分一直突出设置到所述压力室，故可容易地使由转子送出的流体的前进方向朝向与转子旋转轴正交的方向，可防止转子送出的流体冲击压力室的底部等而产生紊流。
根据本发明的第六方面，在本发明第一、二、三、四或五方面所述的管线泵中，设有整流部，该整流部将由所述转子的所述轴流叶片向所述排出口输送的所述流体的前进方向变换为与所述转子的旋转轴正交的方向，故可容易地使由转子送出的流体的前进方向朝向与转子旋转轴正交的方向，可防止转子送出的流体冲击压力室的底部等而产生紊流。
根据本发明的第七方面，在本发明第一、二、三或四方面所述的管线泵中，设有配置于所述压力室的离心叶片，通过使该离心叶片和所述转子一体旋转，将流体的旋转半径向所述转子的外周方向扩大，因此，可容易地使由转子送出的流体的前进方向朝向与转子旋转轴正交的方向，可防止转子送出的流体冲击压力室的底部等而产生紊流。
根据本发明的第八方面，在本发明第七方面所述的管线泵中，在所述离心叶片上设置向流体赋予离心能的翼片，故可更容易地使由转子送出的流体的前进方向朝向与转子旋转轴正交的方向。
根据本发明的第九方面，在本发明第一方面所述的管线泵中，在通过压力室将由轴流叶片向排出口输送的流体的旋转运动能变换为静压能后，将所述流体经由第二压力室自排出口排出，故可更高效地输送流体，因此可提高泵的效率。
根据本发明的第十方面，在本发明第九方面所述的管线泵中，在划分第一、第二压力室的间隔壁的中心，设有以规定的间隙旋转自如地支承转子的旋转轴的滑动轴承，另外，在间隔壁上形成有连通第二压力室和用于支承旋转轴的滑动轴承的内周面的漏泄流路，故可使第二压力室内的流体按均匀的压力分布存在于转子的旋转轴和滑动轴承之间，因此，可长期良好地维持旋转轴的润滑。
根据本发明的第十一方面，在本发明第九或十方面所述的管线泵中，在第二压力室设有和转子一体旋转的第二轴流叶片，故可利用设在定子内侧的轴流叶片和设在第二压力室的第二轴流叶片使压力分散并输送流体。因此，在使转子小型化时，可利用第二轴流叶片补充轴流叶片输送性能的降低。由此，可实现进一步小型化，同时高效率地输送流体。
根据本发明的第十二方面，在本发明第九、十或十一方面所述的管线泵中，以转子轴线为中心的半径最小的轴流叶片的凹部的直径，被设定为大于为支承支承转子旋转轴的滑动轴承而形成于间隔壁的支承部直径，故可降低由轴流叶片输送的流体和支承滑动轴承的支承部的冲击所引起的损失。
根据本发明的第十三方面，在本发明第九、十、十一或十二方面所述的管线泵中，轴流叶片在圆柱体的外周形成螺旋槽，该螺旋槽的宽度和深度被设定为大致相等的值，故可减小流路阻力，抑制涡流发生。由此可更高效地输送流体。
根据本发明第十四方面，在本发明第一方面所述的管线泵中，将自吸入口吸入的流体由轴流叶片向排出口输送，将该流体的旋转运动能导入压力室，变换为静压能，同时，经由另一系统的吸入流路导入压力室，将经由该两个系统的经路导入压力室的流体，利用离心叶片的旋转经由导向流路自排出口排出，这种结构可更高效地输送流体，因此可提高泵的效率。并且，由轴流叶片输送的流体作用于离心叶片的压力、和经由吸入流路的流体作用于离心叶片的压力相抵，因此可降低流体赋予转子的轴向负荷。
根据本发明第十五方面，在本发明第十四方面所述的管线泵中，导向流路中与压力室的连接部设定为使得流过的流体的能量在以转子的轴线为中心的对称位置大致相等，因此可降低施加于转子的径向负荷。
附图的简要说明如下图1是表示本发明实施例1的管线泵整体的剖面图；图2是该实施例的上面图；图3是该实施例的转子的正面图；图4A、图4B、图4C是用于说明该实施例的转子的旋转动作的示意图；图5A、图5B、图5C是用于说明该实施例的转子的旋转动作的示意图；图6是表示本发明实施例2的管线泵整体的剖面图；图7是表示本发明实施例3的管线泵整体的正面图；图8是实施例3的离心叶片的局部剖面图；图9是本发明实施例4的管线泵的纵断侧面图；图10是图9的箭头A-A线的剖面图；图11是表示转子的局部的纵断侧面图；图12是本发明实施例5的管线泵的纵断侧面图；图13是本发明实施例6的管线泵的纵断侧面图；图14是转换90度自不同方向看图13所示的管线泵时的纵断侧面图；图15是图13的自箭头B方向看的管线泵的底面图。
下面，参照
本发明的实施例。
实施例1首先，参照图1～图5说明本发明的实施例1。
如图1至图5所示，管线泵1包括构成电机2的主要部分的定子3、将转子4可旋转地支承在该定子3的内径上的框架5、6和压力室7。
定子3由将6个同形状的磁极8以60°的间隔配置在内周上的定子芯9、及该定子芯9的各磁极8上的线圈10等构成。定子芯9呈圆筒状，轴向层积多层硅钢板而形成。线圈10以逆时针方向，按A相、B相、C相、A相、B相、C相的顺序卷绕在定子芯9的各磁极8上。然后，将各相以Y接线或△接线进行配线处理，向外部拉出3根引线，向该各引线施加相位120°不同的三相交流电，通过改变其频率，可改变旋转速度。
对包括定子3的定子芯9的整个内周面和线圈10的内部利用聚酯等绝缘性树脂11模制，进行防水处理。
如图3所示，转子4由转子芯12及保持该转子芯12的旋转轴13等构成。旋转轴13经由轴承14、14可旋转地支承在框架5、6的轴承支承体15、15上。
转子芯12将磁化为沿圆周方向极性交替不同的4个显极16模制成圆筒状，在其外周部形成螺旋状的凹部17。由定子3的内径和该凹部17形成轴向的流体流路。该螺旋状的凹部17实现轴流叶片的功能。该凹部17的宽度、深度、倾斜角、螺旋节距等根据泵所要求的性能选定。也就是说，根据性能，螺旋节距可在1条或N条间选择。另外，凹部的形状可选定V形槽、U形槽等所有形状。
在一个框架5上在其与转子4的一端部18之间形成吸入流体的吸入口19，同时，另一框架6在其与转子4的另一端部20之间形成通过压力室7将流体排出的排出口21。吸入口19由桥接于框架5和轴承支承体15上的固定导向叶片22分割为4分。压力室7具有使旋转流体的流速平滑减速的作用。该压力室7配置在转子4的另一端侧。轴承支承体15、15设置在转子4的凹部17的底部直径的内周。
下面，参照图4及图5说明该管线泵的工作原理。首先当使定子芯9的A相线圈励磁时，该A相的磁极8形成S极，如图4A所示，转子芯12的N极的显极到达A磁极的位置而稳定。然后，使B相线圈励磁，则该B相的磁极8形成S极，如图4B所示，转子芯12的N极的显极到达B相的磁极8的位置而稳定。然后，使C相线圈励磁，则该C相的磁极8形成S极，如图4C所示，转子芯12的N极的显极到达C相的磁极8的位置而稳定。
然后，当再次将A相线圈励磁时，则该A相的磁极8形成S极，如图5A所示，转子芯12的N极的显极到达A相的磁极8的位置而稳定。然后，使B相线圈励磁，则该B相的磁极8形成S极，如图5B所示，转子芯12的N极的显极到达B相的磁极8的位置而稳定。然后，使C相线圈励磁，则该C相的磁极8形成S极，如图5C所示，转子芯12的N极的显极到达C相的磁极8的位置而稳定。然后，当再次将A相线圈励磁时，则该A相的磁极8形成S极，返回图4A的状态，转子正好旋转一圈。通过这样依次替换励磁相，使转子芯12旋转，通过变化其替换速度，改变电机的速度。
在图1的结构中，当使转子4旋转时，则该转子4的外周部的螺旋状凹部构成的轴流叶片旋转，如图中箭头所示，使流体自吸入部流入，通过定子3和转子4的螺旋状凹部17，再通过压力室7，使流体自排出口21流出。
这样，在转子4的外周部形成连通旋转轴13的轴向的螺旋状凹部17，形成轴流叶片，因此，由转子4的螺旋状凹部17经轴流叶片加速的流体被旋绕流动。用于将该运动能变换为压力的压力室7设在转子4的排出侧。自转子4的轴流叶片排出的流体在压力室7内回旋，向外周扩散。该排出流越靠外周流速越小，压力越大。设置该压力室7引起的轴流叶片的负荷几乎可以忽略，但叶片相对于轴向的倾斜角为45～70°。其结果，任何轴流叶片与无压力室7的情况比排出压及流量均提高50％左右。
由于对定子3用绝缘性树脂11模制进行了防水处理，故水中也可使用该管线泵。由此，可提高冷却效果，即使小型化，也可进行充分地放热。
实施例2下面参照附图6说明本发明的实施例2。对与实施例1相同的部分赋予相同的标号，就其不同部分进行说明。
如图6所示，将转子4的另一端部20延长配置到压力室7内部。而且，通过使转子4的螺旋状凹部17的底逐渐变浅，使轴流成分朝向外周。进而，通过在与转子4相对的压力室7设置作为整流部的倾斜部23，可防止来自轴流叶片的排出流与压力室7底面的直角方向的冲击引起的紊流的产生，提高朝向外周方向的压力。
实施例3下面参照图7及图8说明本发明的实施例3。对与上述各实施例相同的部分赋予相同的标号，就其不同部分进行说明。
如图7～图8所示，离心叶片24具有沿旋转方向倾斜的翼片25。该离心叶片24的翼片25侧和转子4的另一端部20相对，安装在旋转轴13上，配置在压力室7内。对同一尺寸的泵而言，提高了流体的回旋速度，有利于增大泵输出及提高最大排出压力。
另外，在各实施例中，对采用4个显极结构的转子的情况进行了说明，但当然并不限于此。
实施例4根据图9及图11说明本发明的实施例4。图9是管线泵P1的纵断侧面图，图10是图9的箭头A-A线部的剖面图，图11是表示转子的一部分的纵断侧面图。
在图9中，标号101是电机。电机101由筒状的定子102和转子103构成。定子102包括层积环状的铁心而形成的定子芯104、卷绕在该定子芯104上的线圈105、以及将该线圈105和定子芯104的端面一起覆盖的树脂层106。
转子103包括中心固定地设有旋转轴107的轴流叶片108和设于该轴流叶片108的外周的一部分上的磁极109。本实施例中的轴流叶片108是在圆柱体110的外周形成螺旋槽111而构成的，如图11所示，螺旋槽111的宽度w和深度h被设定为大致相等的值。
在定子102的一端固定有凸缘112。该凸缘112具有支承轴承113的圆顶状支承部114、和将该支承部114周围开口的开口部115，在该开口部115上放射状地形成有多个整流板116。
具有吸入流体的吸入口117的吸入口体118固定在凸缘112的表面上。在定子102的另一端的周缘上，固定接合有具有排出口119的杯状排出口体120的周缘，在该排出口体120内侧设有间隔壁121。该间隔壁121与排出口体120一体形成，但是也可由其他部件形成然后固定在排出口体120。在该间隔壁121和定子102及转子103的端部之间形成压力室122，在间隔壁121和排出口119之间形成第二压力室123，这些压力室122、123由形成于间隔壁121的外周部的多个导向孔124连接。在这些导向孔124的中心，如图10所示，设有连结排出口120的内周面和间隔壁121的外周缘的肋125。这些肋125设定了相对于轴流叶片108的旋转轴107的倾斜角，从而可将流体的回旋方向的流动修正到轴流方向。
并且，如图9所示，在间隔壁121的中央部形成有支承滑动轴承126的外周的支承部127、和连通第二压力室123及滑动轴承126内周面的漏泄流路128。
转子103的旋转轴107由轴承113和滑动轴承126旋转自如地支承着。并且，以转子103的轴线(旋转中心)为中心的半径最小的轴流叶片108的凹部(本例中为螺旋槽111的底部)的直径设定为大于支承部127的直径的直径。
在这种结构中，将吸入口117连接到流体供给源，将排出口119连接到流体供给目的部位，当向线圈105通电时，电机101被驱动。也就是说，使具有轴流叶片108的转子103旋转。这样，流体自吸入口117被吸入，由形成于凸缘112开口部115的整流板116被整流，由轴流叶片108被压送到压力室122，然后，自导向孔124经第二压力室123，由排出口119排出。这种情况下，利用轴流叶片108的旋转，流体一边回旋一边被输送，由于在压力室122将旋转运动能变换为静压能，故可将流体高效地自排出口119送出。
也就是说，自螺旋槽111排出的流体的旋转速度随着其旋转半径向外周方向变化而降低，其运动能的速度差分就变换为压力。
在本实施例中，在间隔壁121的中心设有滑动轴承126，该滑动轴承126以规定的间隙旋转自如地支承转子103的旋转轴107，在间隔壁121上形成有连通第二压力室123和滑动轴承126的内周面的漏泄流路128，故在转子103的旋转轴107和滑动轴承126之间第二压力室123内的流体以均匀的压力分布存在。因此，可长期良好地保持旋转轴107的润滑。
并且，在本实施例中，以转子103的轴线为中心的半径最小的轴流叶片108的凹部(本例中为螺旋槽111的底部)的直径，被设定为大于支承部127的直径的直径，故可容易地将流体导向形成有导向孔124的压力室122的外侧，可降低由轴流叶片108送出的流体与支承滑动轴承126的支承部127的冲突所引起的损失。
另外，直径大于支承部127的直径的轴流叶片的凹部不限于上述例子。也包括例如，如特开平10-246193号公报所记载的，通过层积多个芯片而位于具有显极和凹部的轴流叶片的凹部。另外，在采用具有倾斜的多片叶片的被称作螺旋桨或叶轮的轴流叶片的情况下，以相对于旋转轴的叶片的安装根部为凹部。
也就是说，使轴流叶片的凹部的直径大于支承部127的直径，换句话说，就是确定轴流叶片的尺寸形状，使得流体易于向支承部127的半径方向外侧流动。满足该条件的就是上述轴流叶片108，通过采用该轴流叶片108，可降低被输送的流体和支承滑动轴承126的支承部127的冲突引起的损失。
如图10所示，轴流叶片108是在圆柱体110的外周形成螺旋槽111而构成的。这种情况下，越使w和h尽可能大，流路阻抗就越小，效率越高。但是，在h一定时，越增大w使得w＞h，层流状态就越会被打破，就会产生返回螺旋槽111的旋转方向后侧部的吸入侧的紊流，从而降低效率。而，若w＜h，虽不会发生上述紊流，但流路阻抗会增大，从而导致效率小将。但是，在本实施例中，由于螺旋槽111的宽度w和深度h被设定为大致相等的值，故可更高效地输送流体。
实施例5下面，根据附图12说明本发明的实施例5。与实施例4相同的部分采用相同的标号，并省略其说明。图12是管线泵P2的纵断侧面图。
本实施例的管线泵P2的转子103的旋转轴107延伸至第二压力室123，在该延伸部分固定设置有第二轴流叶片129。该第二轴流叶片129采用具有多个叶片的轴流叶轮。
在这种结构中，可通过设于定子102内侧的轴流叶片108和设于第二压力室123的第二轴流叶片129将压力分散而输送流体。另外，也可分散电机101的动力。这样，在使转子103小型化时，可由第二轴流叶片129补充轴流叶片108的输送流体性能降低的部分。由此，可实现电机101的小型化，同时，可高效地输送流体。
实施例6下面，根据附图13～15说明本发明的实施例6。与实施例4相同的部分采用相同的标号，并省略其说明。图13是管线泵P3的纵断侧面图。图14是自90°不同的方向看图13所示的管线泵P3的纵断侧面图。
本实施例中的电机101具有覆盖定子102外周的圆筒130。在该电机101的一端(图13及图14中为下端)固定有连接口体131。该连接口体131包括压力室132，将流体的旋转运动能变换为静压能，该流体是由具有转子103的轴流叶片108吸入的；和管状的两根导向流路133，该管状的两根导向流路133在该压力室132的外周部自间隔180度的位置向下方突出。这些导向流路133在转子103的中心的延长线上合流，该合流点的前方形成有排出口134。在压力室132设有固定于转子103的旋转轴107的下端的离心叶片135。贯通离心叶片135的旋转轴107的一端由轴承137旋转自如地支承着，该轴承137由设于连接口体131中心的支承部136支承。
标号138是形成容器状的吸入壳。该吸入壳138的开口面由中央部形成有吸入口139的吸入口体140覆盖。电机101和连接口体131的一部分被收纳在该吸入壳138中。
图15是自图13的箭头B方向看的管线泵P3的底面图。图中，标号132a是压力室132的底面，该底面132a对应圆筒形状的电机101的底面而被设定为圆板形状，但是，仅导向流路133形成在吸入壳138的下侧露出的尺寸形状。
在电机101的外周及连接口体131的外周和吸入壳138的内面之间，形成有吸入流体的吸入流路141。该吸入流路141如图13及图14箭头所示，将自吸入口139吸入的流体经由转子102的外周部导向压力室132，设定经路，使得流体被送入离心叶片135的与轴流叶片108相反侧的面。也就是说，如图13所示，该吸入流路141具有连接部141a，该连接部141a与两个连接孔142连接，该两个连接孔142形成于以旋转轴107的中心为中心的连接口体131的压力室132的底部的对称位置上。由图13可知，该连接部141a设置为将连接口体131的压力室132的底面132a和导向流路133之间钻通。
在这种结构中，当使转子103旋转时，自吸入口139吸入的流体通过形成于凸缘112的开口部115的整流板116而整流，由轴流叶片108压送到压力室132，在该压力室132，旋转运动能被变换为静压能，同时经由另一系统的吸入流路141，被导向压力室132。经由该两系统的经路导向压力室132的流体利用离心叶片135的旋转，经由导向流路133自排出口134排出。由此，可高效地输送流体。
这种情况下，与轴流叶片108一体旋转的离心叶片135在图13及图14中，由上面承受由轴流叶片108输送的流体的压力，通过吸入流路141的连接部141a输送的流体的压力由下面承受。也就是说，由于双向压力作用于相抵的方向，故可减轻流体赋予转子103的轴向负荷。
在电机101及压力室132的外周之间形成的吸入流路141的大部分具有圆环状的形状，具有均等的流路断面积，并且，形成吸入流路141的一部分的连接部141a及连接口体131的导向流路133以转子103的旋转轴107的轴线为中心、以对称的形状尺寸形成于对称位置。也就是说，吸入流路141和导向流路133设置成使得流动的流体的能量在以转子103的轴线为中心的对称位置大致相等。因此，可减轻施加于转子103的径向负荷。由此，可增加轴承113及轴承137和旋转轴107的寿命，可长期使电机101顺畅地旋转。
权利要求
1.一种管线泵，包括筒状的定子，配置在吸入口和排出口之间；转子，旋转自如地设置在所述定子的内侧；轴流叶片，与所述转子一体设置，将自所述吸入口吸入的流体沿轴向向所述排出口送出；压力室，将通过所述转子的所述轴流叶片向所述排出口输送的所述流体的旋转运动能变换为静压能。
2.如权利要求1所述的管线泵，其特征在于，所述转子在外径上具有多个显极，外周上形成有轴向连通的凹部，从而构成所述轴流叶片。
3.如权利要求1所述的管线泵，其特征在于，所述压力室在与所述转子的旋转轴正交的方向侧是内径至少大于所述排出口内径的空间。
4.如权利要求3所述的管线泵，其特征在于，所述排出口自所述空间的内径与外部连通。
5.如权利要求1～4任一项所述的管线泵，其特征在于，所述转子的一部分一直突出到所述压力室而配置。
6.如权利要求1～4任一项所述的管线泵，其特征在于，设有整流部，该整流部将由所述转子的所述轴流叶片向所述排出口输送的所述流体的前进方向变换为与所述转子的旋转轴正交的方向侧。
7.如权利要求1所述的管线泵，其特征在于，设有配置于所述压力室的离心叶片，通过使该离心叶片和所述转子一体旋转，将流体的旋转半径向所述转子的外周方向扩大。
8.如权利要求7所述的管线泵，其特征在于，在所述离心叶片上设置有向流体赋予离心能的翼片。
9.如权利要求1所述的管线泵，其特征在于，包括第二压力室，配置在所述压力室和所述排出口之间，由间隔壁与所述压力室隔开；导向孔，配置在所述间隔壁的外周部，连接所述压力室和所述第二压力室之间。
10.如权利要求9所述的管线泵，其特征在于，在所述间隔壁的中心设有以规定的间隙旋转自如地支承所述转子的旋转轴的滑动轴承，在所述间隔壁上形成有连通所述第二压力室和所述滑动轴承的内周面的漏泄流路。
11.如权利要求9所述的管线泵，其特征在于，在所述第二压力室设有和所述转子一体旋转的第二轴流叶片。
12.如权利要求9所述的管线泵，其特征在于，以所述转子轴线为中心的半径最小的所述轴流叶片的凹部的直径，被设定为大于为支承所述滑动轴承而形成于所述间隔壁的支承部的直径。
13.如权利要求9～12任一项所述的管线泵，其特征在于，所述轴流叶片是在圆柱体的外周形成螺旋槽而构成的，所述螺旋槽的宽度和深度被设定为大致相等的值。
14.如权利要求1所述的管线泵，其特征在于，还包括离心叶片，配置在所述压力室，和所述转子一体旋转；吸入流路，确定流体的经路，将自所述吸入口吸入的所述流体经由所述定子的外周部导向所述压力室，朝向所述离心叶片的与所述轴流叶片相反侧的面送入；导向流路，利用所述离心叶片的旋转，将所述压力室内的流体自所述压力室的外周部导向排出口。
15.如权利要求14所述的管线泵，其特征在于，所述导向流路的与压力室的连接部设定为使得流过的流体的能量在以所述转子的轴线为中心的对称位置大致相等。
全文摘要
一种管线泵,在筒状定子的内侧设有具有轴流叶片的转子。通过压力室,将由轴流叶片向排出口输送的流体的旋转运动能变换为静压能,然后,自排出口将流体排出。由此,可在实现小型化的基础上,提高流体的供给效率,可提高泵的输出及效率。
文档编号F04D29/046GK1319724SQ0110175
公开日2001年10月31日 申请日期2001年1月31日 优先权日2000年1月31日
发明者田仓敏靖, 田边佳史 申请人:东芝泰格有限公司