特表 2023-545202 駆動装置を備えた遠心ポンプ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-10-26

(54)【発明の名称】駆動装置を備えた遠心ポンプ

(51)【国際特許分類】

   H02K 9/06 20060101AFI20231019BHJP

   F04D 29/58 20060101ALI20231019BHJP

   H02K 5/18 20060101ALI20231019BHJP

   H02K 5/20 20060101ALI20231019BHJP

【ＦＩ】

H02K9/06 F

F04D29/58 D

F04D29/58 E

H02K5/18

H02K5/20

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023523292

(86)(22)【出願日】2021-10-05

(85)【翻訳文提出日】2023-06-16

(86)【国際出願番号】 EP2021077415

(87)【国際公開番号】W WO2022078817

(87)【国際公開日】2022-04-21

(31)【優先権主張番号】102020006365.9

(32)【優先日】2020-10-16

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】591040649

【氏名又は名称】カーエスベー ソシエタス ヨーロピア ウント コンパニー コマンディート ゲゼルシャフト アウフ アクチェン

【氏名又は名称原語表記】ＫＳＢ ＳＥ ＆ Ｃｏ． ＫＧａＡ

(74)【代理人】

【識別番号】100099623

【弁理士】

【氏名又は名称】奥山 尚一

(74)【代理人】

【識別番号】100125380

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 綾子

(74)【代理人】

【識別番号】100142996

【弁理士】

【氏名又は名称】森本 聡二

(74)【代理人】

【識別番号】100166268

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 祐

(74)【代理人】

【識別番号】100169018

【弁理士】

【氏名又は名称】網屋 美湖

(72)【発明者】

【氏名】シュンク，アクセル

【テーマコード（参考）】

3H130

5H605

5H609

【Ｆターム（参考）】

3H130AA20

3H130AB22

3H130AB42

3H130AC30

3H130BA33E

3H130BA33G

3H130BA33H

3H130BA97H

3H130BA98H

3H130DD01Z

3H130DF02Z

5H605AA01

5H605BB05

5H605BB10

5H605CC01

5H605DD12

5H609BB03

5H609BB14

5H609PP05

5H609PP16

5H609QQ02

5H609QQ11

5H609QQ23

5H609RR03

5H609RR24

5H609RR52

5H609RR63

(57)【要約】

本発明は、モータ電子システム（１４）を有する駆動装置（１）を備える遠心ポンプに関する。モータ電子システム（１４）は、放熱装置（１２）によって支持される。駆動装置（１）は、第１の空気流を生成するためのファン（１９）を有する。放熱装置（１２）は、第２の空気流の流入のための少なくとも１つの開口部（２３）を有する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の空気流を生成するためのファン（１９）を有し、放熱装置（１２）によって支持されるモータ電子ユニット（１４）を有する駆動装置（１）を備えた遠心ポンプであって、
前記放熱装置（１２）は、第２の空気流の流入のための少なくとも１つの開口部（２３）を有することを特徴とする、遠心ポンプ。

【請求項2】

前記放熱装置（１２）が、表面拡大要素（２６）によって区切られた、第２の空気流の流入のための領域（２３）を有することを特徴とする、請求項１に記載の遠心ポンプ。

【請求項3】

前記ファン（１９）のカバー（２１）が、前記第１の空気流を導入するための少なくとも１つの開口部（２０）を有することを特徴とする、請求項１または２に記載の遠心ポンプ。

【請求項4】

前記ファン（１９）の前記カバー（２１）が、少なくとも１つの開口部（２３）内に少なくとも部分的に突出し、その結果、前記第１の空気流の流入のための空間（２９）と、前記第１の空気流および前記第２の空気流を混合するための空間（３０）とが形成されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の遠心ポンプ。

【請求項5】

前記放熱装置（１２）が、ファン近位の軸受カバー（１７）に直接接続されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の遠心ポンプ。

【請求項6】

前記放熱装置（１２）が、前記軸受カバー（１７）と一体になるように構成されることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項に記載の遠心ポンプ。

【請求項7】

前記放熱装置（１２）が、好ましくは前記放熱装置（１２）と一体化するように構成された表面拡大要素（２６）を有することを特徴とする、請求項１から６のいずれか１項に記載の遠心ポンプ。

【請求項8】

前記軸受カバー（１７）が、要素の前記放熱装置（１２）への少なくとも１つのガイドダクト（２８）を有し、前記１つまたは複数のガイドダクト（２８）が、前記モータ電子ユニット（１４）と固定子巻線（２２）との間の接続を確立することを特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載の遠心ポンプ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、放熱装置によって支持されるモータ電子ユニットと、第１の空気流を生成するためのファンとを有する駆動装置を備えた遠心ポンプに関する。

【背景技術】

【0002】

遠心ポンプ装置は、一般に、１つまたは複数の遠心ポンプ、１つまたは複数の電気モータ、および回転速度を調節し、周波数を変換するための電子機器を備える。特に、電気モータと関連するモータ電子ユニットには、適切な冷却が必要である。

【0003】

このタイプの典型的な電気モータは一般に知られている。モータ電子ユニットの配置は、多くの場合、モータ外壁に配置された電子ハウジングに設けられる。モータ電子ユニットの前記配置は、一般に、周波数インバータと、電力制御システムおよび／または回転速度調整システムとを含む。このような電子ハウジングは、電気モータによって排出される熱が電子機器に影響を与えないように、ベース上に配置されることが多い。しかしながら、結果として、モータの冷却空気流はもはや電子機器の配置に十分に到達せず、その結果、電子機器の別個の冷却がしばしば必要とされる。

【0004】

電気モータおよび周波数インバータ用のそのような冷却システムの径方向および軸方向の両方の設計が一般に知られている。ＤＥ１０３３９５８５Ａ１には、径方向に構築された端子ボックスを冷却するために、空気誘導要素を用いて偏向される、軸方向に生成された冷却空気流が記載されている。空気誘導要素は、十分な冷却の目標を達成するために可変的に配置することができる。これを行うには、技術者が操作中に冷却を適切に調整する必要がある。さらに、この発明は多くの個々の部品から構築されているため、コストが高くなり、取り付けが複雑になる。

【0005】

ＤＥ１０３６２０５１は、モータを冷却するためのファンと電力コンバータとの配置を記載しており、ファンインペラはモータ軸によって駆動される。したがって、空気の流れは、モータと電子機器を均一に冷却する。全体として、この配置は、Ｂ軸受フランジを備えた固定子ハウジング、ファンインペラ、評価電子回路、ブレーキ、および磁化可能なプラスチックホイール、ならびにファンカバーなど、複数の個別部品で構成される。結果として、構造は取り付けに関して非常に複雑であり、発明の焦点は主にファンインペラの位置の決定にある。

【0006】

ＤＥ１０２００８０５１６５０Ａ１は、モータとモータ電子機器の共通の冷却を伴う発明を開示しており、ファンインペラがモータフレームを冷却するために空気流を推進する前に、電子機器冷却システムの冷却フレームを通して空気流が引き込まれる。ここでの焦点は、軸方向と径方向の両方でモータの周りに構築された非常に大きなモータ電子ユニットの冷却である。

【発明の概要】

【0007】

本発明の目的は、電気モータとそのモータ電子ユニットとを１つのファンで同時に冷却できるようにデバイスを構成することである。冷却出力を高めるために、ファンは複数の空気流を導入できる必要がある。さらに、コンポーネントは熱伝導性材料で構成され、モータとモータ電子ユニットの両方から生じる熱を効果的に排出できる必要がある。さらに、コンポーネントの設計により、機械的インターフェースとシールの数を減らす必要がある。デバイスの構造により、交換部品の交換が容易になる。デバイスを簡単かつ低コストで実装することが可能になる。

【0008】

この目的は、本発明によれば、請求項１の特徴を有する駆動装置を備えた遠心ポンプによって達成される。好ましい変形は、従属請求項、明細書、および図面に見出すことができる。

【0009】

遠心ポンプの電気駆動装置のファンは、有孔ファンカバーを介して中央に第１の空気流を有利に導入し、その過程で冷却用の第１の空気流を生成し、後者は、モータハウジングおよびモータ電子ユニットの放熱装置の上を流れる。ファンカバーの構造とモータハウジング上の後者のコネクターとは、少なくとも１つの開口部を形成し、これにより、第１の空気流によって引き起こされる第２の空気流の誘導が可能になり、その結果、モータおよびモータ電子ユニットの冷却出力を特に強化することができる。

【0010】

本発明の１つの好ましい変形によれば、第２の空気流の流入のための開口部は、いずれの場合も領域として構成され、この領域は、放熱装置によって画定され、放熱装置はモータ電子ユニットの電子ハウジングベースの形で、冷却リブの形の表面拡大要素、およびファンカバーから形成される。

【0011】

ファンのカバーは、理想的には、前記カバーが第２の空気流の流入用の開口部に少なくとも部分的に突出するように配置され、その結果、第１の空気流の流入のためのダクトの形態の空間が形成され、前記ダクトは、第１の空気流が第２の空気流と混合される第２の空間に開口し、第２の空気流は、第１の空気流の吸引効果によって導入され、この第２の空間に進入する。その結果、特に集中的な空気流が生成され、この空気流は、さらなる流れプロファイルにおいて、モータ電子ユニットの熱および電気モータの熱を特に効率的に排出する。

【0012】

電気モータのファンは、有孔ファンカバーを通して第１の空気流を導入し、電気モータおよびモータ電子ユニットを冷却するために、第１の空気流をモータハウジング上で駆動する。この空気流はファンと直接接触するため、直接の主要な空気流になる。ダクトは、放熱装置と、モータハウジングと組み合わせた後者の冷却リブによって有利に形成される。ファンによって生成された第１の空気流は、周囲圧力よりも高い圧力でこれらのダクトを通って流れる。第２の空気流のための開口部による吸引は、理想的には、この第１の空気流によって生成される。第１の空気流の吸引効果によって生成されるこの第２の空気流は、間接的であると考えられるべきである。

【0013】

本発明によれば、ファン近位の軸受カバーが、モータ電子ユニット、特に周波数インバータの放熱装置に接続される。この軸受カバーは、モータハウジングのカバーの機能を有し、軸を取り付けるための軸受を支持し、軸は、軸受カバーに形状適合および／または圧入方式で組み込むことができる。放熱装置は、好ましくは冷却部材として具現化することができる。熱の排出とは別に、そのような冷却部材はモータ電子ユニットを支持する役割を持ち、理想的には電子ハウジングベースとして設計される。モータ電子ユニットは、このような電子ハウジングに直接的または間接的に固定することができる。本発明の代替的な実施形態では、モータ電子ユニットをフローティング方式で取り付けることもできる。モータ電子ユニットは、好ましくは、熱が最適な方法でこのように排出され得るので、全領域を支持し、滑りを防止するように配置される。軸受カバーが冷却部材に接続される構造の結果として、電気モータおよびモータ電子ユニットの冷却は、特に高い出力で有利に設計することができる。

【0014】

本発明の１つの特に有利な変形では、ファン近位の軸受カバー、例えばモータハウジングのファン近位端軸受カバーが、放熱装置に接続される。例として、この装置は、モータ電子ユニットの電子ハウジングベースであり、その設計実施形態に関して最適化され、モータ電子ユニットの熱を排出するための冷却リブを含み、モータ電子ユニットは周波数インバータ、ならびに出力フィードバック制御器、および回転速度制御器を含むことができる。接続された構造により、冷却面への熱伝導が改善される。さらに、ファンによって生成された冷却空気流は、適切に配置された空気ダクトによって、電気モータおよびモータ電子ユニットの熱を特に良好に排出することができる。

【0015】

本発明によれば、放熱装置は、ファン近位の軸受カバーと一体になるように構成される。一体鋳造の設計実施形態では、冷却リブの形で表面拡大要素をその上に成形した電子ハウジングベースと、ファン近位の軸受カバーは、熱伝導に関して特に効率的である。さらに、一体型設計の結果、組み立てる部品とシール面が減少するため、組み立てが特に容易になる。同時に、交換部品の交換はそれほど複雑にすることなく可能である。

【0016】

本発明のさらなる変形では、軸受カバーへの放熱装置の接続は、ねじ接続の形で設計されるため、モータの幾何学的形状によって必要とされる組立て要件を組立てやすいように設計することができる。

【0017】

熱を排出し、冷却出力を高めるための装置として設計された電子ハウジングベースは、表面拡大要素を有し、特に有利である。理想的に大きな表面を有するプレート形状の冷却リブの形態の前記表面拡大要素は、熱を放散するために最適化され、電子ハウジングベースに一体化されるように構成される。冷却リブの表面は、モータ電子ユニットの予想される熱の発生を考慮してサイズ設定される。さらに、電子ハウジングの冷却リブは、モータハウジングの形状に適合している。

【0018】

本発明の１つの好ましい変形では、冷却リブがその上に成形された放熱装置は、空気流の増加に寄与し、高出力によるモータ電子ユニットの冷却を可能にする凹部と組み合わせた追加の空気バッフルを備える。

【0019】

本発明によれば、例えばモータハウジングのファン近位の軸受カバーとすることができる軸受カバーは、ケーブルおよびプラグ用の凹部およびフィードスルーを有する。このようにして、モータ電子ユニット、特に周波数インバータと固定子巻線自体との間のデータ通信を有利に実装することができる。

【0020】

放熱装置と一体化するように構成される、本発明による電気駆動装置の軸受カバーは、原則として非同期モータに、同期モータに、および同期リラクタンスモータに使用することができる。

【0021】

本発明の１つの好ましい変形は、ファン近位モータハウジングカバーおよび電子ハウジングベースの一体構成によって表される。放熱装置を有する軸受カバーは、熱伝導率の高い材料、特にアルミニウムから鋳造品として製造することができる。最適化された換気ダクトと、特に熱伝導性の高いアルミニウム材料を使用した表面拡大冷却リブと組み合わせたファンの形での冷却の実装は、非常に効果的であると考えられる。

【0022】

一体型軸受カバーの構造と放熱装置により、モータ電子ユニットと電気モータの同時冷却が有利に可能になる。以前は、２つの別個の冷却システムがよく使用されていたが、現在では特に効率的な１つの冷却システムに削減できる。

【0023】

本発明のさらなる特徴および利点は、図面を用いた例示的な実施形態の説明および図面自体に見出すことができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】接続要素および電気駆動装置を有する遠心ポンプの概略図である。

【図2】遠心ポンプの電気駆動装置の断面図である。

【図3】電気駆動装置の側面斜視図である。

【図4】軸受カバーの内部斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

図１は、電気駆動装置１によって駆動され、インペラ２とケーシング３とを備えた遠心ポンプの基本構造を示す。ケーシング３は、入口４および出口５を有する。この例示的な実施形態では、接続要素６は、電気駆動装置１によって供給される駆動力をインペラ２に伝達するのに役立つ。流体は、左側から入口４を通ってポンプ室に入り、インペラ２に軸方向に供給される。回転インペラ２は、先細りの圧力ノズルに蓄積された流体に運動エネルギーを伝達し、流体は出口５を介して上部のポンプ室を出る。接続要素６は、駆動装置１とポンプケーシングとの間の技術的に知られているすべての接続オプションを代表するものである。

【0026】

遠心ポンプの電気駆動装置１の断面を図２に示す。軸７は、ポンプ近位の軸受カバー９とファン近位の軸受カバー１７によって支持され取り付けられ、その結果として軸７の回転運動が同時に可能になる。これらの軸受カバー９、１７はそれぞれ軸受キャリア１０、１８を含み、その中にいずれの場合も転がり軸受が形状適合および／または圧入方式で埋め込まれている。同時に、これらの軸受カバー９、１７は、モータハウジング１１のカバーとしても機能し、したがって、電気駆動装置１を閉じる。軸７は回転子２５を有する。固定子巻線２２内の回転磁場は、回転子２５内に反対方向の磁場を誘導し、その結果、回転子を動かす。固定子巻線２２は、固定子プレート２４によって固定される。

【0027】

モータハウジング１１は、ポンプ近位軸受カバー９およびファン近位軸受カバー１７と協働して、電気駆動装置１を閉じ、同時に固定子プレート２４を固定する。軸７に接続されたファンインペラ１９は、ファン近位の軸受カバー１７上の回転子／固定子空間の外側に位置する。ファンカバー２１は、ファン１９の空間を取り囲み、したがって、回転している可能性のあるファンインペラへの無防備なアクセスを防止する。ファン１９は、有孔ファンカバー２１の中心を通して空気流を引き込み、したがって第１の空気流を生成し、これは、ファンカバー２１と軸受カバー１７の構造によって制限され、環状ダクト内にガイドされ、モータハウジング１１を冷却するためにモータハウジング１１上を流れる。ファンカバー２１は、放熱装置１２の下、特に電子ハウジングベースの下に、ダクト２９が形成されるように、軸受カバー１７に隣接し、これにより、第１の空気流が下流で第２の空気流を伴い、後者はより大きな混合ダクト３０で第１の空気流と混合する。次に、電気駆動装置１の冷却およびモータ電子ユニット１４の冷却は、その上に成形された冷却リブを有する放熱装置１２によって強化される。

【0028】

図２の本発明の例示的な実施形態では、ファン近位の軸受カバー１７は、放熱装置１２と一体になるように設計される。周波数インバータ１３は、装置１２内に熱を放散するように配置および接続される。装置１２は、モータ電子ユニット１４を操作するための操作ユニット１５が配置された電子ハウジングカバー１６で閉じられる。

【0029】

図３は、斜視側面図で電気駆動装置１を示す。モータハウジング１１は、軸受キャリア１０に接続されている。ファンカバー２１は、第１の空気流を導入するための開口部２０を有し、ファン側でモータハウジング１１の終端を形成する。放熱装置１２は、ファン近位の軸受カバー１７（図示せず）と一体となるように構成され、操作ユニット１５が取り付けられた電子ハウジングカバー１６で閉じられるモータ電子機器ユニット１４を支持する。第２の空気流の流入のための開口部２３は、放熱装置１２とファンカバー２１との間に配置される。この例示的な実施形態では冷却リブとして成形された表面拡大要素２６は、ファンカバー２１および放熱装置１２と共同で、第２の空気流の流入のための空間からダクトが構成されるように、開口部２３を画定する。

【0030】

図４は、斜視内部図で放熱装置１２を示し、これは、本発明のこの例示的な実施形態では、ファン近位の軸受カバー１７と一体になるように設計されている。ガイドダクト２８は、モータハウジング１１のカバーとして構成された軸受キャリア１８に対する放熱装置１２の移行部に組み込まれている。図４に示すように、このようなダクト２８は、長方形、円形、および／または正方形のダクトとして構成することも考えられるが、鋳物内の凹部の形で実装することもできる。周波数インバータ１３と固定子巻線２２との間の接続のための１つまたは複数の要素は、そのようなダクト２８を通過する。第２の空気流のための開口部２３は、放熱装置１２、表面拡大要素２６、およびファンカバー２１（図示せず）によって画定される。この図には示されていないが、締結要素２７を使用して固定することができるモータハウジング１１は、境界の下側を形成し、その結果、第１の空気流および第２の空気流のための多数のダクトが構成され、前記ダクトは、電気駆動装置１およびモータ電子ユニット１４の熱を効率的に放散することができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【国際調査報告】