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KR20070033954A - 일체형 구동부를 구비한 편심 스크류 펌프 - Google Patents

일체형 구동부를 구비한 편심 스크류 펌프 Download PDF

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KR20070033954A
KR20070033954A KR1020067015387A KR20067015387A KR20070033954A KR 20070033954 A KR20070033954 A KR 20070033954A KR 1020067015387 A KR1020067015387 A KR 1020067015387A KR 20067015387 A KR20067015387 A KR 20067015387A KR 20070033954 A KR20070033954 A KR 20070033954A
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Abstract

본 발명은 고정자(2) 및 상기 고정자 내에서 작동하는 회전자(1), 및 상기 회전자를 구동시키기 위한 구동 모터를 포함하는 편심 스크류 펌프에 관한 것이다. 상기 구동 모터의 전기자(3)는 상기 회전자의 비회전 링크 연결되어 원통형 포트(5) 내부에서 편심 궤도로 회전한다. 상기 회전자를 구동시키기 위한 토크는 고정자 권선부(4)에 의해 발생된다.

Description

일체형 구동부를 구비한 편심 스크류 펌프 {ECCENTRIC SCREW PUMP WITH INTEGRATED DRIVE}
특히 고 점성 매체 또는 고체가 혼합된 매체를 이송하기 위해 이용되는 스크류 또는 편심 스크류 펌프에 관한 것이다.
종래 기술에 대응하는 편심 스크류 펌프는 일반적으로 고정된 외부 고정자 및 그 안에서 작동하는 회전자를 가진다. 회전자는 일반적으로 외부 전기 모터에 의해 구동되며, 외부 전기 모터는 카던 샤프트(Cardan shaft) 또는 가요성 샤프트에 의해 회전자에 연결된다. 아래 상세한 설명에서는, 스크류와 편심 스크류 펌프 사이에서 추가의 구별을 하지 않으며 이는 본 발명의 기본 원리에 영향을 미치지 않기 때문이다.
그러나, 공지된 편심 스크류 펌프는 전체적으로 긴 형상을 가지며 모터, 카던 샤프트 및 펌프 내의 다수의 가동 부품 때문에 정비가 요구된다. 또한, 이러한 장치에서, 펌프의 적어도 일 측부 상에 카던 샤프트에 대한 밀봉이 요구된다.
DE 102 51 846 A1으로부터의 배열은 본 명세서에서 상당히 개선된다. 편심 스크류 펌프의 로터는 동시에 모터의 부품이다. 따라서, 카던 샤프트는 특히 생략될 수 있다. 이러한 장치는 고가의 자기 재료가 구비된 특별한 회전자만이 사용될 수 있다는 단점을 가진다. 더욱이, 고정자의 나선형 배치의 결과로서, 상대적으로 복잡한 고정자 권선부가 얻어져, 상대적으로 높은 제조 비용을 초래한다.
해결책으로의 또 다른 접근은 DE 43 13 442 A1에 제시되어 있다. 예를 들면 도 24에 공개된 편심 스크류 펌프는 자기 커플링에 의해 구동되는 탄성 고정자 및 회전자를 구비한다. 이러한 배열의 결과로서, 자기 커플링은 간단한 베어링을 이용하여 장착될 수 있으며 이는 스크류의 이동이 탄성 고정자에 의해 보상되기 때문이다. 이러한 펌프는 재킷이 없는 고정자의 고 탄성의 결과와 같은 고압에 적절하지 않다.
EP 0 357 317 B1은 편심 스크류 펌프와 관련된 회전 운동 및 상승 운동을 동시에 실시하는 모터를 공개하고 있다. 여기서 또한 재킷이 없는 탄성 고정자는 스크류의 편심 운동에 대한 보상을 위해 이용된다. 따라서, 이러한 펌프는 고압에 적절하지 않다.
본 발명의 목적은 펌프를 구동하기 위해 요구되는 토크가 부가 수단 없이 공급될 수 있는 방식으로 편심 스크류 펌프를 구성하는 것으로, 여기서 부가 수단은 샤프트 밀봉 및 샤프트 베어링 없이 펌프의 전체 형상으로 연장하며 동시에 펌프가 높은 압력에도 적합하다.
본 발명에 따른 이러한 목적의 해결책은 독립 청구항 1에 제공된다. 더욱이 본 발명의 개선책은 종속 청구항들의 주요 구성이다.
본 발명에 따른 장치는 고정자(2) 및 그 안에서 작동하는 회전자(1)를 포함하는, 편심 스크류 펌프를 포함한다. 구동 모터는 회전자에 연결되는 회전자(1)를 구동하기 위해 제공된다. 이러한 구동 모터는 전기자(3) 및 회전자 권선부(4)를 포함한다. 전기자는 거의 실린더형 전기자로서 구성되고 회전자로의 강성 연결의 결과로서 개략적으로 거의 원통형 포트(5) 내부의 편심 궤도를 회전한다. 이러한 포트(5)는 고정자 권선부(4)에 의해 적어도 부분적으로 덮혀져 있다. 이와 달리, 고정자 권선부는 이러한 포트에 일체로 형성될 수도 있다. 이러한 배열의 결과로서, 구동부 및 펌프는 단일 유닛으로 매우 공간 절약적 방식으로 일체로 형성된다 동시에, 기계적 구성이 실질적으로 단순화된다. 따라서, 취약한 카던 샤프트가 요구되지 않으며 이는 회전자가 고정자와 연결된 라인을 포함하는 시스템 내에서 완전히 폐쇄되기 때문이다. 회전자로부터 시스템 외부의 지점들로의 연결부 또는 콘택이 요구되지 않는다. 따라서, 회전자 및 고정자로 이루어지는 펌프는 부가적인 연결 및 샤프트 밀봉부 없이 현재 파이프로 플랜지 장착될 수 있다.
본 발명에 따른 배열의 결과로서, 예를 들면 구동 모터의 편심 회전의 회전자의 편심 운동으로의 전환을 위한 카던 샤프트 또는 가요성 샤프트와 같은 전환 부재도 생략될 수 있다.
본 발명의 특히 유용한 일 실시예에서, 제 2 전기자(3a)가 거의 원통형 전기자로서 제공된다. 이러한 전기자는 제 1 전기자와 마주하고 있는 회전자(1)의 단부 상에 배치된다. 이러한 전기자는 회전자에 강성으로 연결되어 제 2 포트(5a) 내부의 편심 궤도 상에서 회전한다. 이러한 제 2 포트는 제 2 고정자 권선부에 의해 둘러싸이고 제 2 고정자 권선부를 포함한다.
본 발명의 다른 유용한 실시예는 전기자(3)와 고정자 권선부(4)를 포함하는 모터가 자기 저항 모터의 형태로 실시된다. 이를 위해, 고정자 권선부는 회전 자기장을 형성하기 위한 코일을 가진다. 전기자에는 예를 들면 철과 같은 자기 전도성 또는 연질 자기 재료로 제조되는 바람직하게는 치형 부품이 배치된다. 이 경우, 치형부는 자기장을 따라 정렬된다. 회전자의 회전은 자기장의 회전에 의해 달성될 수 있다.
제어 유닛은 고정자 권선부(4)의 대응하는 부품을 제어하기 위해 제공된다. 이는 지금부터 토크를 생산하도록 자속이 바람직하게는 전기자(3)의 표면으로부터 최소 거리에 있는 포트(5)의 영역을 통하여 안내되는 방식으로 고정자 권선부를 통한 전류 흐름을 제어한다.
고정자에 관련된 전기자 또는 회전자의 정확한 위치를 나타내는 위치 센서는 코일의 정확한 제어를 위해 제공되는 것이 바람직하다. 이러한 위치 센서는 예를 들면 회전자에 일체로 형성된 자석을 이용하여 실시될 수 있다.
본 발명의 추가의 유용한 일 실시예에서, 모터는 동기 모터의 형태로 설계된다. 이를 위해, 전기자는 저항 전기자 또는 바람직하게는 단락 전기자로서 실시된다. 더욱이, 회전하는 필드(field)를 형성하기 위해 권선은 고정자 권선부에 제공된다. 회전하는 필드는 회전자 권선부 또는 전도 회전자 구조에 전압을 유도하여 권선부 또는 전도 회전자 구조의 전기 저항에 따라 대응하는 전류를 초래한다. 이러한 전류는 차례로 자기장을 발생시키고 이에 따라 토크를 발생시킨다. 선택적인 제어 회로, 유용하게는 주파수 인버터가 가변 주파수의 위상 이동 신호를 발생하도록 권선부를 제어하기 위해 제공되어 원하는 회전 주파수의 회전하는 필드를 발생한다.
로터 권선부를 수용하기 위한 그루브가 선택적으로 회전자에 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는 바람직하게는 전기자(3)에 제공되고 매체가 유동될 수 있는 축방향 홀을 제공한다. 따라서, 매체용 유출 채널이 더 이상 필요하지 않다. 특히 장치의 컴팩트하고 공간 절약형 구조가 얻어 진다.
본 발명의 또 다른 유용한 실시예에서, 전기자 내의 자기 성분 또는 영구 자석 및 고정자 내의 코일은 미리 결정된 힘이 회전자 상에서 축방향으로 가해지도록 배치된다. 축방향 힘이 동일한 강도를 가지는 펌프 압력에 반작용하는 경우 특히 유용하다. 바람직하게는 위치 제어기가 회전자 위치를 모니터링하기 위해 이용되며 위치 제어기는 하나 이상의 위치 센서를 이용하여 회전자의 위치를 제어한다.
본 발명의 추가 실시예는 회전자를 제공하며, 이 회전자는 축방향 힘에 의해 축방향으로 변위될 수 있다. 펌프를 시동할 때 분리 토크(break-away torque)의 감소는 이러한 변위 가능성에 의해 달성될 수 있다. 또한, 펌프 유출구는 예를 들면, 회전자 자체에 의해 폐쇄될 수 있다. 이와 달리, 밸브 바디는 회전자의 축방향 운동에 의해 자연적으로 작동될 수도 있다. 특히, 계량 펌프의 경우, 이는 특히 미세한 계량이 허용되어, 오버런(overrun)이 발생하지 않는다.
본 발명의 추가의 유용한 일 실시예에서, 전기자 내의 코일은 회전자로 토크를 전달하는 코일에 대해 반대 전극을 가진다. 이러한 제어가능한 반대 전극의 결과로서, 펌핑된 매체의 흐름 방향에 대한 반대 방향으로 작용하는 힘이 회전자에 발생되어 회전자의 전방 측부 상의 매체에 의해 발생되는 유압력을 보상 또는 감소시킨다. 반대 전극의 코일의 요구되는 개수는 발생되는 이송 압력에 대해 가변적으로 적용된다.
본 발명은 전체적인 발명의 사상을 제한하지 않고 도면을 참조로 하여 실시예들을 이용하게 본 명세서에서 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 장치를 일반적인 형태로 도시하는 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 장치를 일반적인 형태로 도시하는 사시도이다.
도 3은 제 2 전기자를 구비한 본 발명에 따른 장치를 보여주는 도면이다.
도 4는 제 2 전기자를 구비한 본 발명에 따른 장치를 보여주는 사시도이다.
도 1은 본 발명에 따른 장치를 회전 축선에 대해 수직한 단면으로 도시한 개략도이다. 편심 스크류 펌프는 고정자(2)에서 운동하는 회전자(1)를 가진다. 회전자(1)는 전기자(3)에 강성으로 연결된다. 전기자는 포트(5) 내부의 편심 궤도에서 회전한다. 이러한 경우, 이송되는 매체는 포트(5)를 통과한다. 하나 이상의 고정자 권선부(4)가 토크를 발생시키기 위해 제공된다. 전형적인 실시예에서, 고정자 권선부가 포트에 일체로 형성되지만 바람직하게는 포트 외부 즉 매체 외부에 배치될 수 있다. 그러나, 선택적으로 포트(pot)에 일체로 형성될 수 있으며 예를 들면 포트화(potted)될 수 있다. 고정자 권선부는 개별 코일을 포함한다. 이러한 코일은 선택적으로 제어 회로에 의해 전류가 공급될 수 있다.
고정자 또는 포트에 대한 회전자 또는 전기자의 정확한 위치를 나타내는 위치 센서는 코일의 정확한 위치를 위해 제공되는 것이 바람직하다. 이러한 위치 센서가 예를 들면 회전자에 일체로 형성된 자석에 의해 또는 자석의 도움으로 실시될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 장치를 사시도로 도시한 도면이다.
도 3은 제 2 전기자(3a)를 구비한 본 발명에 따른 또 다른 장치를 보여준다. 이러한 제 2 전기자는 제 1 전기자의 반대쪽의 회전자의 단부에 배치된다. 따라서, 제 2 포트(5a) 및 제 2 고정자 권선부(4a)는 토크를 발생시키기 위해 제 2 전기자에 배치된다. 이러한 장치에서 두 개의 전기자가 미리결정된 위치에서 두 개의 전기자 및 회전자를 홀딩하고 서로를 향하여 지향되는 축방향 추력을 발생하도록 구성된 경우 유용하다. 이를 위해 전기자가 적어도 약간 테이퍼지게 구성되는 것이 유용할 수 있다.
도 4는 도 3에 도시된 장치를 사시도로 도시한 도면이다.
도면부호 리스트
1 회전자
2 고정자
3 전기자
4 권선부
5 포트

Claims (12)

  1. 고정자(2) 및 상기 고정자 내에서 작동하는 회전자(1), 및 상기 회전자(1)에 연결되어 상기 회전자를 구동시키기 위한 구동 모터를 포함하며,
    상기 구동 모터는 고정자 권선부(4), 및 전기자(3, 3a)를 포함하고, 상기 전기자는 거의 원통형 전기자로서 구성되어 거의 원통형 포트(5) 내부의 편심 궤도 상에서 회전하며, 상기 편심형 포트 상에 상기 고정자 권선부(4)가 배치되며,
    상기 전기자 및 상기 회전자가 강성으로 연결되는,
    편심 스크류 펌프.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전기자 반대쪽의 상기 회전자(1)의 단부에 거의 원통형 전기자로서 제 2 전기자(3a)가 배치되고 상기 제 2 전기자는 상기 제 2 고정자 권선부(4a)가 배치되는 거의 원통형 포트(5a) 내부의 편심 궤도 상에서 회전하는 것을 특징으로 하는,
    편심 스크류 펌프.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    각각 상기 전기자(3)를 가지는 다수의 회전자(1)가 전기자와 회전자의 체인부 내에 배치되는 것을 특징으로 하는,
    편심 스크류 펌프.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기자(3)에 영구 자석, 자기저항 자석, 또는 연질 자기 재료가 제공되는 것을 특징으로 하는,
    편심 스크류 펌프.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    토크가 상기 회전자에 가해지는 방식으로 상기 전기자(3)의 위치에 따라 상기 회전자 권선부(4)의 대응 부분을 조절하는 제어 유닛이 제공되고, 바람직하게는 자속이 상기 전기자(3)의 표면으로부터 최소 거리를 가지는 상기 포트(5)의 영역을 통하여 안내되는 것을 특징으로 하는,
    편심 스크류 펌프.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기자(3)는 매체가 관통하여 유동할 수 있는 홀을 가지는 것을 특징으로 하는,
    편심 스크류 펌프.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    미리 결정된 축방향 힘이 상기 회전자(1)에 가해지는 방식으로, 상기 전기자(3) 내부에 영구 자석 및 추가 코일(4)이 배치되는 것을 특징으로 하는,
    편심 스크류 펌프.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기자(3) 내부에 영구 자석 또는 코일(4)이 그룹으로 배치되고 상기 개별 그룹의 축방향 힘은 상기 회전자 상에 바람직하게는 반대 방향으로 작용하는 것을 특징으로 하는,
    편심 스크류 펌프.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 회전자는 상기 축방향 힘에 의해 축방향으로 변위될 수 있는 것을 특징으로 하는,
    편심 스크류 펌프.
  10. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 펌프가 시동될 때 분리력을 감소시키기 위해 부가 축방향 운동이 실행되거나 부가 축방향 힘이 가해지는 것을 특징으로 하는,
    편심 스크류 펌프.
  11. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 펌프 유출구를 폐쇄하거나 밸브 바디를 작동시키기 위해 부가 축방향 운동이 이용되는 것을 특징으로 하는,
    편심 스크류 펌프.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 펌프 유출구를 페쇄하거나 밸브 바디를 작동시키기 위해 부가 축방향 운동이 이용되는 것을 특징으로 하는,
    편심 스크류 펌프.
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