JPS63162997A - ポンプ組立体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （発明の分野） 本発明は、ポンプと、このポンプを駆動する電動モータ
とを備え、この電動モータのスピード及び／又はトルク
を静的な周波数コンバータによって変えることができる
ように構成した液体又は気体の搬送用ポンプ組立体に関
するものである。

（背景技術） ポンプは、工学的に最も頻出する機械である。

技術文献において、液圧ポンプのほかに低圧縮比で作動
するベンチレータ及びブラストエンジンは「ポンプ」と
して分類されている。ポンプの設計中、搬送される流体
の圧縮率を考慮に入れる必要はない。

容積式ポンプ同様流体流動ポンプには、以下のような既
知のモデル法則がある。すなわち、容積式ポンプに対す
る法則はＰ−ｎ−０３が適用され、流体流動ポンプに対
する法則はＰ’−ｎ３・Ｄ５が適用され、ここで、Ｄは
ポンプのエネルギ伝達モジュールの特徴的な寸法であり
、Ｐはパワーであり、ｎは回転速度である。容積式ポン
プのパワーは回転速度に対して直線的に増加し、一方、
流体流動ポンプのパワーは、回転速度の３乗で増加する
。

本発明は、上述した２つのタイプのポンプに関するもの
であるが、以下述べる場合は、流体流動ポンプを参照す
ることにする。今問題となっている流体流動ポンプの液
圧パワーにおけるスピードの効果をモデル法則が示して
いる。したがって、流体流動ポンプは、寸法、重量、価
格及び高速度でポンプ作動する場合のポンプ組立体の効
率に関してかなり有益である。

電動モータによってポンプを駆動するとき、ポンプのス
ピードは、大部分の場合、主要回路の周波数に依存して
いる。したがって、周波数コンバータの使用が増加する
原因となっている。周波数コンバータの使用は、以下の
ような利点を有している。例えば、異なった仕事を行う
ため、異なった速度で構造上同一の組立体を同時に作動
することを可能にし、このことと同時に、予備パーツの
ストックを減らすことができる。更に、また正確なスピ
ードを選択することによって無損失を実質的に満足させ
ることを組立体の条件としているので、使用者が組立体
の特性曲線を予め正確に算出しておくことを強いられる
ことはもはやない。最後に、組立体を交換することなし
に、スピードを単に変えることによって同一システム内
で種々の物を搬送することができる。このことはしばし
ば化学装置において必要とされる。

これらの利点を利用するのに必須なものは、周波数コン
バータの取付けである。既知のコンバータは、大きく、
しかも高価であるから、ポンプ組立体から離して取付け
られる必要がある。特に低出力の範囲内で、周波数コン
バータの価格は、通常、ポンプ組立体の価値をかなり吊
り上げている。

既知のコンバータの更に不利点な点は、周波数コンバー
タとポンプ組立体との間のケーブルによって発生する電
磁界に起因して周囲に悪影響を与えることである。この
ことは、広範囲の遮蔽を行うことつまり更にポンプ組立
体の移動度を少なくすることによってのみ回避すること
ができる。

（発明の概要） 本発明の目的は、周波数制御され、特に、小さくかつ中
間のパワー出力用のポンプ組立体を備え、この組立体を
安価にして一般向けてにし、上記利点を広範囲にわたる
装置に使用することにある。

更に、ポンプ組立体にふいて材料及びエネルギを節約す
ることによって、環境の負担が減少させられる。

上記目的及び利点を満足するために、本発明のポンプ組
立体は、高集積回路によって小型化された前記周波数コ
ンバータをポンプ組立体に又はポンプ組立体内に配置し
て、前記ポンプ組立体と共に構造ユニットを構成し、前
記ポンプ組立体によって搬送された又は搬送されるべき
流体で前記周波数コンバータの散逸熱を発散させること
を特徴としている。

このようなポンプ組立体のパワー及び散逸熱の形で発散
されるエネルギ損失は、ポンプ組立体の直線寸法の３乗
で増加する。周囲へ散逸熱を発散させるための表面は、
ポンプ組立体の直線寸法の２乗で増加するのみである。

したがって、所定のパワー出力を有するいかなる熱発生
体も最小サイズに形成される必要がある。一方、前記サ
イズは、物体の熱源と熱発散装置との間の温度差すなわ
ち周囲温度又は冷却液温度に依存し、他方前記サイズは
、流路の熱抵抗のサイズに依存する。熱工程が小さけれ
ば小さいほど組立体の寸法は小さくなる。

ここの説明は本発明の理論的背景を理解する上で重要で
ある。許容できる作動温度が限度を越えない場合、電子
工学の分野はポンプ組立体を大変率さな寸法にすること
を可能にする。低温用の熱発散装置が開発され、散逸熱
を発散する表面に対する熱伝達係数が増した場合、ポン
プ組立体の寸法が減少しても温度限界内に保つことがで
きる。

ポンプ組立体上に又は内に周波数コンバータを取付ける
ことで、熱発散装置としての搬送流体の使用を簡単に可
能にする。知られているように、周波数コンバータを別
個に取付けた場合、散逸熱は自然対流によって周囲空気
に発散され、これに対して、熱損失は強制対流すなわち
乱流によって発散させることができる。水で冷却する場
合、熱伝達係数は、自然対流の場合の熱伝達係数よりも
２ケタ又は３ケタ大きくなる。

熱い流体を搬送する場合、特に流体流路内に周波数コン
バータを全て又は部分的に取付けることに代えて、ポン
プの迂回路内に周波数コンバータを取付けることが有利
な場合がしばしばある。周囲に熱を発散した後、迂回路
内の流体を周波数コンバータ用の熱発散装置及び冷却液
として使用することができる。

荒っぽい操作に対して、周波数コンバークは、ポンプと
電動モータとの間に載置される。熱の発散を改良するた
めに、ロータを呈するポンプとモータとの間でベンチレ
ータすなわちクラッチによって、ダクト化された冷却体
を備える。別体の冷却システムに周波数コンバータを連
結することもできる。

熱抵抗を減少しかつ熱発敗を改良するための別の可能性
は、特別な方法で、周波数導体及びこのハウジング及び
導体の自由なハウジング空間を形成することである。し
たがって、前記周波数コンバータのハウジングは、周囲
の方へ向かって耐圧性及び耐漏洩性を有するカプセルか
ら構成されると共に、前記カプセルの表面から散逸熱を
発散させるために熱導体として作用する充填物を備える
。

高い外圧が予想される場合であっても、充填物がカプセ
ルの形状を安定させることができ、一方、熱伝導の良さ
を確保するために、カプセルの壁を比較的薄くしている
。通常、充填物は流動可能な固体又は液体のような誘電
材料からなる。

前記充填物は液体に対して固体を流動可能に　、この液
体は固体粒子間の空間の一部分を充填して、散逸熱を生
じる所で前記液体が気化され、そして散逸熱を発散する
間にカプセルの内面上で前記気体が変化するようなヒー
トパイプシステムを形成する。次に、散逸熱を生じた場
合、凝縮水が所定領域に逆流する。

前記周波数コンバータのあるタイプの出力信号は作動回
路素子によって変化させられる。これら回路素子は、カ
プセル内に収められた周波数コンバータ内に存し、容易
に近づくことができない。

したがって、前記回路素子は、前記カプセルの壁を通し
て外側から間接的に機械的又は電磁的に作動させられる
べきである。

（好適な実施例の説明）・ 第１図に示すように、搬送される水は、吸い上げ筒部１
を介してポンプの固定部２に入ると共に、ポンプ４のポ
ンプステップ部３を通って流れ、そして、ポンプの頂部
５内に設けた圧力筒部６を通ってポンプから吐出される
。前記ステップ部３にはロータが設けられている。ポン
プを駆動するモータ７は、連結部８によってポンプの頂
部５に連結されている。ポンプ及びモータ７のシャフト
端更には連結部８のクラッチはカバーで覆われ、見るこ
とができない。

この実施例において、高集積回路によって小型化された
周波数コンバータ９はポンプの固定部２内に配置されて
いる。コンバータ９の表面部分は、吸い上げ筒部１を通
ってポンプ４内に入る水の流路内に設けられている。周
波数コンバータ９は、壁１０を介してコンバータの散逸
熱を水の方へ発散する。

第１図は、破線で表した周波数コンバータ９ａを配置す
ることが更に可能であることを示している。

この実施例において、周波数コンバータ９ａは、２つの
ポンプステップ部の迂回路内に配置されていると共に、
ポンプによって搬送される水の一部分の流れによって冷
却される。迂回路から離れて分かれた水は、周波数コン
バータ内に設けた冷却通路（図示せず）を通って流れ、
コンバータの散逸熱を吸収した後ポンプ４に戻る。

迂回路内に設けた周波数コンバータの他の配置としては
、第２図に示されたものがある。第２図に示されたイン
ラインポンプ組立体は、十分既知であると共に、別設説
明を要しないであろう。単ステップのポンプに設けたハ
ウジング１１には、吸い上げ筒部１２と圧力筒部１３で
圧力差を測定するための孔１４．１５が備えられている
。連結体１６（好適には所定領域内に冷却リブ１７が設
けられている）が孔１５から周波数コンバータ９ｂまで
設けられ、そして、別の連結体１８が孔１４に帰着する
場合、周波数コンバータは迂回路内でポンプに配置され
る。

この場合、周波数コンバータは、熱水の搬送中、流体に
よって冷却される。なぜなら、迂回路を通る一部分の流
れが、連結体１６及び冷却リブ１７を介して大部分の熱
を周囲へ発散するからである。したがって、流体の温度
レベルをかなり減少させることができるので、流体は周
波数コンバータ用の冷却液として使用することができる
。

第３図に示された実施例において、周波数コンバータ９
ｃがモータとポンプ４との間に配置されている。ロータ
すなわち別個に分離して取付けられたロータ（図示せず
）のように形成されたクラッチ１９は周波数コンバータ
の冷却用に使用するものである。

周波数コンバータの外形寸法がステップ状チャンバ３の
外形寸法に適合する場合、周波数コンバータ９ｄは、第
３図に示すように流体の流路内で２つのポンプステップ
部３の間に配列することができる。

大変加熱した流体に関しては、第２図に示すように、周
波数コンバータの冷却をダクト化したものを使用するこ
とが好ましい。連結体１６．１８が取外され、そして孔
１４．１５が閉鎖された場合、周波数コンバータ９ｂは
、２つの連結体２０．２１　（破線で示されている）を
介して外部の冷却装置に連結される。コンバータには、
周波数コンバータの冷却通路を通って流れかつ、散逸熱
を吸収し、かつ連結体２１を介して熱を発散する冷却液
が備えられている。

第４図は、更に別の周波数コンバータ９の実施例を断面
図において示している。この周波数コンバータ９は、２
つの部分２２と２３から成る耐流体性カプセルを有し、
このカプセルには、カプセルを安定にし流動可能な固体
の充填物２４が設けられている。カプセルの底部２３内
で支持体２５上に配置された周波数コンバータの電子装
置２６は固体充填物２４及び液体２７で包囲されており
、周波数コンバータはヒートパイプシステムとして作用
する。カプセルの底部分において、散逸熱が十分高い場
合、固体の粒子間の空間部を満たす液体が気化する。

その後、気体は固体の粒子間を上昇し、最後にカプセル
の壁２２で液化する。この液化物はカプセルの底部分に
戻るよう流動する。

周波数コンバータの出力信号を作動回路素子によって変
えることができることは既に知られている。周波数コン
バータはカプセル内に閉じ込められているため、これら
回路素子２８は、外側からもはや近づくことができない
。したがって、回路素子２８は、カプセルの壁２２を通
して外側から機械的に又は電磁的に作動される必要があ
る。例えば、周波数コンバータは、カプセルの比較的薄
い壁を工具で変形させることによって機械的に作動させ
られ、この場合、回路素子２８は応答する電子工程を引
き起こすように配置されている。別の可能性は、電磁石
によって回路素子の接点を作動させることであり、した
がって周波数コンバータの所定の出力信号を調整する。

更に、プラグ接触体２９を有する周波数コンバータを備
えることが好適であり、前記プラグ接触体２９は周波数
コンバータの一端に設けられた出力部及び他端に設けら
れた人力部に連結されていると共に、主回路、固定巻線
及び外部センサに関して、連結体を構成するためのカウ
ンタ接点上で摺動可能である。

ポンプ又はモータ内に周波数コンバータを配置すること
は、周囲に対して十分遮蔽する結果となる。したがって
、別の場合として、ポンプ組立体から所定距離で取付け
られた外部の周波数コンバータに連結されかつ遮蔽され
ず通常長い連結体が必要なくなる。

周波数コンバータは高集積回路によって小型化され、電
界制御トランジスタは周波数コンバータの出力回路内に
適切に使用される。周波数コンバータの小型化は、特に
、上述した散逸熱の申し分のない発散を行うことで達成
される。

また、周波数コンバータの全ての部分をカプセル内に取
付ける必要はない。第４図に示すように、カプセルの内
側に設けた周波数コンバータの中間回路の蓄電器３０は
第２図においてカプセルの外側に配列されている。周波
数コンバータが蓄積電流で作用し、蓄積電圧で作用しな
い場合、中間回路のインダクタンスに応じて同じことが
当てはまる。中間回路の外部への配列が周波数コンバー
タの小型化を更に促進する。本発明の「周波数コンバー
タ」内に、中間回路なくして作動するいわゆる直流変圧
器を有する。

周波数コンバータの出力回路によって決定される演算値
は、内部又は外部信号によって制御されることも可能で
ある。この目的を達成するため、周波数コンバータには
、電流、電圧又は温度に反応するような内部センサが設
けられるか、さもなければ、周波数コンバータの制御部
に連結された外部センサ及びサーボコンポーネントのう
ちの全てが設けられる。前記外部センサは、例えばポン
プ組立体の圧力、流動体積及び温度に反応することがで
きる。前記外部サーボコンポーネントは、例えば所定時
間中周波数コンバータのある作動モードでスイッチの切
換を行う時限コンポーネントである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例に係る多段ステップを有する
直立の遠心ポンプ組立体の部分切欠正面図、 第２図は、本発明の他の実施例に係る湿式モータを有す
るポンプ組立体の縦断面図、 第３図は、本発明の更に他の実施例に係る遠心ポンプ組
立体の部分切欠正面図、 第４図は、本発明に係るポンプ組立体に使用する周波数
コンバータの断面図である。 １．１２・・・吸い上げ筒部 ２・・・固定部　　　　　３・・・ステップ状チャンバ
４・・・ポンプ　　　　　５・・・頂部６．１３・・・
圧力筒部　　７・・・モータ訃・・連結部 ９、９ａ、　　９ｂ、　　９ｃ、　　９ｃｌ・・・周波
数コン共−タ１０・・・壁　　　　　　　１１・・・ポ
ンプハウジング１４、１５・・・孔　　　　　１６．１
８・・・連結体１７・・・冷却リブ １９・・・クラッチ（ロータ、ベンチレータ）２０、２
１・・・連結体（冷却体） ２２、２３・・・カプセル ２４、２７・・・充填物　　２５・・・支持体２６・・
・電子装置（高集積回路） ２８・・・回路素子

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ポンプと、このポンプを駆動する電動モータとを備
   え、この電動モータのスピード及び／又はトルクを静的
   な周波数コンバータによって変えることができるように
   構成した液体又は気体の搬送用ポンプ組立体において、
   高集積回路（２６）によって小型化された前記周波数コ
   ンバータ（９）をポンプ組立体（４、７）に又はポンプ
   組立体（４、７）内に配置して、前記ポンプ組立体と共
   に構造ユニットを構成し、前記ポンプ組立体によって搬
   送された又は搬送されるべき流体で前記周波数コンバー
   タの散逸熱を発散させることを特徴とするポンプ組立体
   。 ２、前記流体の流路内に、前記周波数コンバータ（９）
   を少なくとも部分的に配列したことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載のポンプ組立体。 ３、前記散逸熱を発散させるために、前記周波数コンバ
   ータ（９）を前記ポンプ（４）の迂回路（１６、１７、
   １８）に連結したことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載のポンプ組立体。 ４、前記周波数コンバータ（９ｃ）は、前記ポンプ（４
   ）と電動モータ（７）との間に配置されているとともに
   、ベンチレータ（１９）によってダクト冷却がなされる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３項のい
   ずれか一項に記載のポンプ組立体。 ５、前記ポンプのシャフトと前記モータのシャフトとの
   間に設けたクラッチをロータ（１９）のように形成した
   ことを特徴とする特許請求の範囲第４項記載のポンプ組
   立体。 ６、数個のポンプステップ部を備え、特許請求の範囲第
   １項又は第２項に記載のポンプ組立体において、周波数
   コンバータ（９ｄ）の外形寸法を前記ポンプのステップ
   状チャンバ（３）の外形寸法に適合させたことを特徴と
   するポンプ組立体。 ７、前記周波数コンバータ（９ｂ）の散逸熱を、別体の
   冷却体（２０、２１）で発散させることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項又は第４項記載のポンプ組立体。 ８、前記周波数コンバータのハウジングは、周囲の方へ
   向かって耐圧性及び耐漏洩性を有するカプセル（２２、
   ２３）から構成されると共に、前記カプセルの表面から
   散逸熱を発散させるために熱導体として作用する充填物
   （２４、２７）を備えることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項乃至第７項のいずれか一項に記載のポンプ組立
   体。 ９、前記充填物（２４、２７）はカプセル（２２、２３
   ）の形状を安定させることを特徴とする特許請求の範囲
   第８項記載のポンプ組立体。 １０、前記充填物（２４）は流動可能な固体であること
   を特徴とする特許請求の範囲第８項又は第９項に記載の
   ポンプ組立体。 １１、前記充填物（２７）は液体であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第８項又は第９項に記載のポンプ組立
   体。 １２、前記充填物（２４、２７）は流動可能な固体及び
   液体であり、この液体は固体粒子間の空間の一部分を充
   填して、散逸熱を生じる所で前記液体が気化され、そし
   て散逸熱を発散する間にカプセルの内面上で前記気体が
   変化するようなヒートパイプシステムを形成することを
   特徴とする特許請求の範囲第８項又は第９項に記載のポ
   ンプ組立体。 １３、前記周波数コンバータの出力信号を作動回路素子
   によって変えることができるよう構成した特許請求の範
   囲第８項乃至第１２項のいずれか一項に記載のポンプ組
   立体において、前記回路素子（２８）は、前記カプセル
   の壁（２２）を通して外側から間接的に機械的又は電磁
   的に作動可能としたことを特徴とするポンプ組立体。