泵和流体供应设备的制作方法

专利名称：泵和流体供应设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及泵和流体供应设备，尤其涉及由马达驱动以抽吸和 排出流体的泵以及具有这种泵的流体供给系统。
背景技术：
近来，市场上需要高扬程低流量泵(low flow high head bump)， 例如其中叶轮沿着同轴的旋转轴以多级方式布置的离心泵被用于 在不增大泵的外径的情况下实现高扬程(见例如日本公开文献 No.2001-65484)。在该结构中，当液体被顺序抽入以多级方式安装的叶轮的每一 个中时，能量通过叶轮传递给液体。因此，排出压力增大以实现高 扬程泵吸。但是，上述离心泵被以如下方式构造，即，使得经由入口孔抽 吸的液体通过每个叶轮旋转产生的离心力而向外排出。因此，为了 增大排出压力，必须使从叶轮的出口孔排出的液体的泄漏最小。但是，在以叶轮和具有永磁体的电机部分中的转子一起绕安装 在壳体中的旋转支承轴旋转的方式构造的传统离心泵中，在壳体和 转子的外周侧之间具有间隙。因此，从叶轮排出的高压流体可能通 过间隙泄漏，从而由于泄漏而增加流体损失。发明内容鉴于上述问题，构造本发明以减少从叶轮出口排出的高压流体
的泄漏损失。根据本发明的一个方面，提供一种泵，包括安装在电机部件 上的可旋转转子；以及安装在泵部件上的至少一个叶轮，所述叶轮 能够与转子一起一致地旋转。此处，转子和叶轮被容纳在壳体中， 并且叶轮在其内周上具有入口，在其外周上具有出口。另外，在叶 轮的轴向两侧布置外壳，外壳具有在其后侧部处结合至转子的外周 部，并且，外周部向外伸出到在转子的外周面和将转子可旋转地容 纳在其中的壳体的内周面之间形成的间隙之外。在上述结构的泵中，与叶轮的出口相邻的外壳的后侧部的外周 部向外突出。这样，可抑制从叶轮的出口排出的流体通过在转子的 外周面与壳体的内周面之间的间隙泄露，从而减小泵中流体的泄露 损失。优选地，外周部被插入到在壳体的内周面处形成的凹部中。利用这种结构，外壳的后侧部的突出外周部插入到在壳体的内 周面处形成的凹部中。这样，可进一步抑制从叶轮的出口排出的流 体通过在转子的外周面与壳体的内周面之间的间隙泄露。另外，优选地，在外周部和凹部的相互面对的表面上分别形成 在彼此面对的方向上突出的突起，使得突起在包括叶轮的旋转轴线 的平面上不彼此交叠。此处， 一侧的每个突起的前端比另一侧的每 个突起的前端更靠近另一侧的每个突起的基部。利用这种结构，由于在外周部和凹部的相互面对的表面上具有 突起，可进一步抑制从叶轮的出口排出的流体通过在转子的外周面 与壳体的内周面之间的间隙泄露。另外，优选地，外周部或凹部的突起的数量为两个，并且在叶 轮的径向上彼此间隔开，其中，除外周部或凹部的两个突起之外的
其余突起被插入到在外周部或凹部的两个突起之间形成的槽中。利用这种结构，其余突起插入到在上述两个突起之间形成的凹 槽中，可进一步抑制从叶轮的出口排出的流体通过在转子的外周面 与壳体的内周面之间的间隙泄露。另外，叶轮包括与之一体的轴承，所述轴承能够绕安装在壳体 上的旋转支承轴旋转以使得轴承的轴端部能够相对于壳体滑动地 旋转，其中，在外周部面向轴承的第一表面和凹部在轴向上面向第 一表面的第二表面中的至少之一上形成通过叶轮的旋转产生动压 的动压产生部。利用这种结构，由于通过旋转叶轮产生动压，连接至叶轮的轴 承被在与轴承的轴端部滑动地接触的壳体相反的方向上施加力，从 而可减小接触表面之间的接触阻力。因此，可减小轴承和壳体之间 的接触表面的磨损量。这样，叶轮可以高速旋转，并可提高泵的效 率和使用寿命。另外，优选地，动压产生部包括在叶轮的径向上延伸的至少一 个阶梯部。利用这种结构，由于具有阶梯部，可更可靠地产生动压。根据本发明的另一方面，提供一种包括上述结构的泵的流体供 应设备。利用这种结构，通过使用能够减小流体泄露的泵，可增强流体 供应设备的可靠性。如果优选，流体供应设备还包括冷却器，通过将从泵排出的 流体抽至生热部件以冷却生热部件，放热器，用于对通过在冷却 器处从生热部件获取热量而使温度升高的流体进行冷却并将被冷 却的流体供应至泵。
利用这种结构，通过使用能够减小流体泄露的泵，通过冷却器 可改善冷却生热部件的效率。


本发明的其他优点和特征将根据通过例子形式并参考附图的 一些说明性实施例的描述而变得清楚。图1是根据本发明第一实施例的泵的剖视图；图2是使用图1的泵的流体供应设备的示意性结构图；图3是图1所示的泵的主要部件的放大剖视图；图4是根据本发明第二实施例的泵的主要部件的剖视图；图5是根据本发明第三实施例的泵的主要部件的剖视图。
具体实施方式
下面将结合构成说明书一部分的附图描述本发明的实施例。 (第一实施例)图1是根据本发明第一实施例的泵1的剖视图。泵l被用作图 2所示的流体供应设备中。图2所示的流体供应设备包括泵1;基板3;由安装在基板3 上的电子元件等构成的生热部件5;冷却器7，其通过利用从泵1排出的作为冷却剂的液体进行热交换以冷却生热部件5。流体供应设备还包括放热器9，其对由于热量从生热部件5传递至冷却器 7而使温度升高的液体进行冷却；以及储液槽ll，其中储放从放热 器9排出的液体R。此处，泵1、冷却器7、放热器9和储液槽11 通过管线13顺序连接。如图1所示，泵l包括布置在壳体15上部处的泵部件17; 以及布置在壳体15下部处的电机部19，其中，"上""下"以图1 所示限定。壳体15包括泵侧壳体21和电机侧壳体23，它们经由它们之间 的密封件25彼此结合起来。泵侧壳体21由塑料例如聚苯硫醚(PPS) 或金属例如不锈钢制成。而电机侧壳体23由金属例如铝或耐热塑 料制成。电机侧壳体23用于将电机部件19和泵部件17隔离以防止液 体R从泵部件17进入电机部件19。布置在电机侧壳体23中的电机部件19包括圆柱形定子29，定 子29被固定在定子容纳部31中，定子容纳部31被设置在电机侧 壳体23中并在其下侧具有开口区域，其中"下"以图l所示限定。电路板37被连接至电机侧壳体23使得电路板37覆盖定子容 纳部31的一部分，其中，电路板37包括具有电子元件33、 35 (例 如变压器、晶体管和/或类似物)的控制单元，以控制通过定子29 的导电性。另外，电机侧壳体23在图1中向下开口的一部分被填充有注 射在其中并硬化的树脂39，以保护定子29和具有电子元件33、 35 的控制单元。另外，电机侧壳体23向下开口并填充树脂39的部分 被上盖41紧紧地覆盖。在电机部件19中与定子29的外周相邻处安装具有永磁体等的 圆柱形转子43，使得转子43可通过定子29产生的磁场旋转。另外，泵部件17包括以多级方式沿轴向布置的多个叶轮(在 图示示例中，两个叶轮45、 47)，它们与转子43—起一致地旋转。 每个叶轮45、 47为大致盘形，并在它们的内周处具有入口 49或 51，在它们的外周处具有出口 53或55。另外，每个叶轮45、 47
由例如诸如PPS的塑料制成。位于叶轮47上游的叶轮45的入口 49与形成在泵侧壳体21的 上部处的壳体入口孔57相通。另一方面，位于叶轮45下游的叶轮 47的出口 55与形成在电机侧壳体23的上部处的壳体出口孔59相 通。另外，叶轮45、 47分别包括前罩61、 63和后罩65、 67,其中 前罩61、 63和后罩65、 67形成外壳。另外，叶轮45、 47分别在 前罩61和后罩65之间设置叶片69和在前罩63和后罩67之间设 置叶片71。因此，通过操作叶片69或71使叶轮45或47旋转，抽入入口 49或51的液体被沿着径向向外的方向通过叶轮45或47被向外压 出以经由出口 53或55排出。另外，环形结合突起67a从下游侧叶轮47的后罩67的近周部 的下侧向下突出，并且，结合突起67a的端部被固定地结合至电机 部件19中的转子43的上端。因此，在本发明的本实施例中，泵部件17中的叶轮47和电机 部件19中的转子43被以可一致地一起旋转的方式容纳在壳体15 中。形成下游侧叶轮47后侧的后罩67的外径大于下游侧叶轮47 的前罩63的外径，由此后罩67的外周部向外伸出以形成伸出端部 67b。另一方面，上游侧叶轮45的前罩61和后罩65的外径与下游 侧47的前罩63的外径基本相同。另外，在对应于突出端部67b的位置处将环形件73固定至电 机侧壳体23的内周面，以形成电机侧壳体23的一部分。如图3的 放大图所示，在环形件73的内周的下部处形成环形切除部73a。在
切除部73a和电机侧壳体23之间形成向内开口的凹部75。另外，后罩67的突出端部67b被插入到凹部75中。此处，在 转子43的外周面和将转子43可旋转地容纳在其中的电机侧壳体 23的内周面之间形成间隙S。突出端部67b向外延伸到间隙S之外， 从而被凹部75围绕。另外，环形件73具有出口通道73c，出口通道73c形成在与电 机侧壳体23中的壳体出口孔59对应的位置处。出口通道73c与壳 体出口孔59相通，使得从下游侧叶轮47的出口 55排出的液体经 由出口通道73c流向壳体出口孔59。由金属例如不锈钢制成的盘形隔板76被设置在上游侧叶轮45 和下游侧叶轮47之间靠近下游侧叶轮47的位置处，从而在叶轮 45和47之间隔离。隔板76被插入固定到设置于隔板76上方的流 体引导件77和环形件73之间。流体引导件77包括盘形部件77a，其设置在上游侧叶轮45 和下游侧叶轮47之间靠近上游侧叶轮45的位置处；和引导叶片 77b，其向上延伸到盘形部件77a的外周部的上侧。另外，在盘形 部件77a下方设置返回叶片77c。流体引导件77由塑料例如PPS 制成。引导叶片77b将从叶轮45的出口 53排出的液体朝向流体引导 件77的外周部引导，从而经由形成在流体引导件77的外周端部中 的连通孔77d将液体引入形成在隔板76上方的空间中。同时，返 回叶片77c将被引入到形成在隔板76上方的空间中的液体朝向形 成在叶轮47的内周处的入口 51引导。另外，由烧结碳或成型碳(molded carbon)制成的轴承79和 81分别设置在上游侧叶轮45和下游侧叶轮47的旋转中心处。由金属例如不锈钢制成的旋转支承轴83被插入到轴承79和81中以 便可旋转地支承叶轮45和47。此处，旋转支承轴83的上端部被 插入到泵侧壳体21的连接孔21a中，并且旋转支承轴83的下端部 被插入电机侧壳体23的连接孔23a中。由陶瓷制成并被旋转支承轴83穿入的轴承板85和87被分别 设置在上轴承79的上端和泵侧壳体21之间和下轴承81的下端和 电机侧壳体23之间，从而使轴承板85和87分别接触轴承79的上 端和轴承81的下端。另外，上游侧叶轮45和下游侧叶轮47通过连接件89彼此固 定地结合，使得叶轮45和47—起一致地旋转。在以上述方式构造的泵1中，通过操作电机部件19使转子43 旋转，并且通过旋转转子43，两个叶轮45、 47—起一致地旋转。 通过叶轮45、 47的旋转，容纳在图2所示的储液槽11中的液体被 抽入壳体入口孔57中。然后，液体R经由入口 49被引入上游侧叶 轮45中，并被多个叶片69朝向叶轮45的外周强迫驱动。之后， 液体R穿过连通孔77d流入叶轮45和47之间的空间。然后，液体 R被经由入口 51抽入下游侧叶轮47。被引入叶轮47的液体R被多个叶片71朝向叶轮47的外周强 迫驱动，然后经由出口 55和壳体出口孔59供应至管13内。之后， 液体R被抽入图2中的冷却器7中以冷却生热部件5。通过冷却生 热部件5而使自身温度升高的液体R流至放热器9。在放热器9处 辐射热量以降低其温度之后，液体R返回至储液槽ll。此处，如图3的详细视图所示，在叶轮47的下游侧，后罩67 的外径大于前罩63的外径，使得后罩67的外周部的突出端部67b 插入到形成在电机侧壳体23和环形件73之间的凹部75中。这样， 叶轮47的后罩67被设计成使其突出端部67b被凹部75覆盖。因此，由于突出端部67b形成如下形状，gp，其覆盖位于转子 43和电机侧壳体23之间的间隙S，因此，可抑制从下游侧叶轮47 经由出口 55排出的高压液体从间隙S泄露，从而减少流体的泄露 损失。因此，通过以同轴结构布置叶轮45、 47，可以在减小高扬 程低流速泵的尺寸的同时实现高效率。另外，如图2所示，由于生热部件5被从已经减小了泄露损失 的高效率泵1排出的液体冷却时，可增强冷却器7的冷却效率。这 样，就提高了流体供应设备的可靠性。(第二实施例)图4是根据本发明第二实施例的泵的主要部件的剖视图。第二 实施例中除了图4所示不同结构外，其余结构与图1至3中所示的 第一实施例的结构相同，相同的附图标记表示相同的部件。在第二 实施例中，在下游侧叶轮47的后罩67的突出端部67b与形成凹部 75的环形件73的切除部73a之间设置防泄露部件91。防泄露部件91包括环形下突起67c、 67d，它们被设置在突出 端部67b的面对叶轮45的表面上。下突起67c、 67d在叶轮47的 径向上彼此间隔开特定距离。另外，环形上突起73b形成在切除部 73a上的、面对环形下突起67c、 67d的表面上，并且位于下突起 67c和67d之间，使得上突起73b插入到形成在下突起67c和67d 之间的环形槽67e中。也就是说，在第二实施例中，环形下突起67c、 67d和环形上 突起73b (它们在彼此相对的方向上突出)分别形成在后罩67的 突出端部67b和电机侧壳体23的凹部75的相互面对的表面上，使 得下突起67c、 67d和上突起73b被布置成在包括叶轮47的旋转轴
线的平面上不彼此交叠。另外， 一侧的每个突起的前端(例如每个突起67c、 67d)比另一侧的每个突起(例如73b)的前端更靠近另 一侧的每个突起的基部。在上述结构的第二实施例中，形成在环形件73上的上突起73b 插入到在突出端部67b上形成的突起67c、 67d之间形成的环形槽 67e中。因此，从下游侧叶轮47的出口 55排出的高压液体被更可 靠地防止从间隙S泄露，从而与第二实施例相比进一步减小了流体 的泄露损失。另外，防泄露部件91的结构并不限于图4所示。例如，与图4 相比，可在切除部73a上形成两个突起，在突出端部67b的面对叶 轮45的表面上可形成一个被插入到在上述两个突起之间形成的环 形槽中的突起。另外，图4所示的两个突起67c、 67d的其中之一 可被去除。可选地，防泄露部件可形成在位于凹部75内的电机侧壳体23 的上表面和突出端部67b上与叶轮45相对的表面(即，图4中的 突出端部67b的下表面)之间。另外，防泄露部件可形成在突出端 部67b的外周部的端部(即，图4中的突出端部67b的右前端)和 在凹部75内的、切除部73a上与之相对的一侧之间。(第三实施例)图5是根据本发明第三实施例的泵的主要部件的剖视图。第三 实施例中除了图5所示不同结构外，其余结构与图1至3中所示的 第一实施例的结构相同，相同的附图标记表示相同的部件。在第三 实施例中，在下游侧叶轮47的后罩67的突出端部67b上设置动压 产生部93，通过旋转下游侧叶轮47动压产生部93产生动态压力。动压产生部93包括阶梯部，即，多个从突出端部67b的面对
叶轮47之前罩63的表面突出的突起67f。此处，每个突起67f在 叶轮47的径向方向上是细长的。此外，在突出端部67b上可形成槽而不是突起67f作为阶梯部。 另外，阶梯部可形成在面对突出端部67b的、其上形成有图5所示 的突起67f的表面的切除部73a上。换句话说，动压产生部93可 形成在下述两个表面中的至少一个上后罩67的突出端部67b的 面向轴承79的表面；和凹部75的、在电机侧壳体23的内周面上 的、在轴向上与突出端部67b相面对的表面。在上述第三实施例中，当后罩67旋转迫使叶轮47旋转时，由 于存在形成在突出端部67b上的防漏突起67f,在突出端部67b和 环形件73之间产生动压。由于动压，叶轮47受到图1和图5中所 示的向下施加的力。同时，当在泵1工作期间液体经由入口 49被引入上游侧叶轮 45时，入口 49的上游侧进入负压状态。因为这个原因，叶轮45 受到图1和图5中所示的向上施加的力。因此，上述动压起到抵消(offset)施加给叶轮45的上述向上 力的效果，从而可减小叶轮45和轴承79的上端与固定至泵侧壳体 21的支承板85之间的接触阻力。因此，根据第三实施例，就可减小轴承79和支承板85之间的 接触表面的磨损量。因此，叶轮45、 47可以高速旋转，并可提高 泵的效率和使用寿命。另外，根据第三实施例，与第一实施例类似，后罩67的突出 端部67b被电机侧壳体23的凹部75覆盖。因此，抑制从下游侧叶 轮47的出口 55排出的高压液体通过间隙S泄露，从而减少液体的泄露损失o
在本发明的上述实施例中，包括电子元件的用于冷却生热部件5的设备已经作为使用泵1的流体供应设备被描述。但是，泵1也 可用于各种不同的流体供应设备，例如井泵系统、热水供应系统、 排水泵系统等。另外，在本发明的上述实施例中，泵l被描述为具有两个设置 在轴向上的叶轮45、 47。但是，泵1可只具有图1所示的下游侧 叶轮47而不具有上游侧叶轮45。可选的，除了下游侧叶轮47，可 沿轴线在叶轮47的上游侧以多级方式设置两个或更多的叶轮。尽管上面结合实施例描述了本发明，但是本领域技术人员可以 理解，可以对本发明进行各种修改和变化而不脱离本发明的精神。
权利要求
1.一种泵，包括安装在电机部件上的可旋转转子；以及安装在泵部件上的至少一个叶轮，所述叶轮能够与转子一起一致地旋转，其中，转子和叶轮被容纳在壳体中，并且叶轮在其内周上具有入口，在其外周上具有出口，以及其中，在叶轮的轴向两侧布置外壳，外壳具有在其后侧部处结合至转子的外周部，并且，外周部向外伸出到在转子的外周面和将转子可旋转地容纳在其中的壳体的内周面之间形成的间隙之外。
2. 根据权利要求l所述的泵，其中，所述外周部被插入到在 壳体的内周面处形成的凹部中。
3. 根据权利要求2所述的泵，其中，在外周部和凹部的相互 面对的表面上分别形成在彼此面对的方向上突出的突起，使得突 起在包括叶轮的旋转轴线的平面上不彼此交叠，其中， 一侧的每个突起的前端比另一侧的每个突起的前端更 靠近另一侧的每个突起的基部。
4. 根据权利要求3所述的泵，其中，外周部或凹部的突起的 数量为两个，并且在叶轮的径向上彼此间隔开，以及其中，除外周部或凹部的两个突起之外的其余突起被插入到 在外周部或凹部的两个突起之间形成的槽中。
5. 根据权利要求2至4所述的泵，其中，叶轮包括与之一体的轴承，所述轴承能够绕安装在壳体上的旋转支承轴旋转以使得 轴承的轴端部能够相对于壳体滑动地旋转，以及其中，在外周部面向轴承的第一表面和凹部在轴向上面向第 一表面的第二表面中的至少之一上形成通过叶轮的旋转产生动压 的动压产生部。
6. 根据权利要求5所述的泵，其中，动压产生部包括在叶轮 的径向上延伸的至少一个阶梯部。
7. 包括根据权利要求1至4中任一所述的泵的流体供应设备。
8. 根据权利要求7所述的流体供应设备，还包括 冷却器，通过将从泵排出的流体抽至生热部件以冷却生热部件，放热器，用于对通过在冷却器处从生热部件获取热量而使温 度升高的流体进行冷却并将被冷却的流体供应至泵。
全文摘要
一种泵，包括安装在电机部件上的可旋转转子；以及安装在泵部件上的至少一个叶轮，所述叶轮能够与转子一起一致地旋转。转子和叶轮被容纳在壳体中，并且叶轮在其内周上具有入口，在其外周上具有出口。在叶轮的轴向两侧布置外壳，外壳具有在其后侧部处结合至转子的外周部，并且，外周部向外伸出到在转子的外周面和将转子可旋转地容纳在其中的壳体的内周面之间形成的间隙之外。
文档编号F04D5/00GK101149054SQ20071015349
公开日2008年3月26日 申请日期2007年9月20日 优先权日2006年9月22日
发明者松隈元彦, 福木晴海, 酒井敏辅, 阿南哲也 申请人:松下电工株式会社