!HU000004214T2! (19)
HU
(11) Lajstromszám:
E 004 214
(13)
T2
MAGYAR KÖZTÁRSASÁG Magyar Szabadalmi Hivatal
EURÓPAI SZABADALOM SZÖVEGÉNEK FORDÍTÁSA F04D 13/06
(21) Magyar ügyszám: E 05 009985 (22) A bejelentés napja: 2005. 05. 07. (96) Az európai bejelentés bejelentési száma: EP 20050009985 (97) Az európai bejelentés közzétételi adatai: EP 1719916 A1 2006. 11. 08. (97) Az európai szabadalom megadásának meghirdetési adatai: EP 1719916 B1 2008. 07. 23.
(51) Int. Cl.:
(72) Feltaláló: Sorensen, Jesper, Kok, 8800 Viborg (DK)
(73) Jogosult: Grundfos Management A/S, 8850 Bjerringbro (DK)
F04B 17/03
(2006.01) (2006.01)
(74) Képviselõ: Sipos József, DANUBIA Szabadalmi és Jogi Iroda Kft., Budapest (54)
Szivattyúaggregát
(57) Kivonat
HU 004 214 T2
A találmány tárgya szivattyúaggregát egy légrésbetétcsõvel (14) kialakított villamos hajtómotorral, amely egy permanens mágneses rotorként kiképzett rotorral (10) rendelkezik. A rotor (10) axiális kiterjedésének (X)
legalább egy résztartományában tengelymentesen és teljes egészében mágnesezhetõ anyagból van kialakítva, és a rotor (10) mágneses pólusai a mágnesezhetõ anyag mágnesezése útján vannak létrehozva.
1. ábra A leírás terjedelme 20 oldal (ezen belül 11 lap ábra) Az európai szabadalom ellen, megadásának az Európai Szabadalmi Közlönyben való meghirdetésétõl számított kilenc hónapon belül, felszólalást lehet benyújtani az Európai Szabadalmi Hivatalnál. (Európai Szabadalmi Egyezmény 99. cikk (1)) A fordítást a szabadalmas az 1995. évi XXXIII. törvény 84/H. §-a szerint nyújtotta be. A fordítás tartalmi helyességét a Magyar Szabadalmi Hivatal nem vizsgálta.
1
HU 004 214 T2
A találmány tárgya egy szivattyúaggregát. A modern szivattyúaggregátok, különösen mint fûtési keringtetõ szivattyúk, gyakran rendelkeznek olyan villamos hajtómotorokkal, amelyek permanens mágneses motorokként vannak kiképezve. Egy ilyen szivattyúaggregát ismert például az EP 0 438 334 A1 iratból. Ezek a permanens mágneses motorok egy rotorral rendelkeznek, amely permanens mágnesekkel van ellátva, és amely az állórésztekercsek árammal való megfelelõ ellátása esetén forgásba jön. Az ismert rotorok egy központi rotortengellyel rendelkeznek, amely csapágyakban, különösen csúszócsapágyakban van az állórészházban, illetve az állórészen forgathatóan ágyazva. A tulajdonképpeni rotor a permanens mágnesekkel a rotortengelyen van rögzítve. Ehhez az egyes permanens mágnesek például egy lemezköteg kivágásaiban vannak elrendezve, amely lemezköteg központi nyílásába van a rotortengely behelyezve. Alternatívaként lehetséges az egész rotortengelyt egy mágnesezhetõ anyaggal rotorként körülvenni, amelyben egyes mágneses pólusok célzottan irányított mágnesezéssel vannak kiképezve. Ezek az elrendezések egyrészrõl azzal a hátrányos tulajdonsággal rendelkeznek, hogy ezeknek annak érdekében, hogy kielégítõen erõs mágneses mezõket tudjanak létrehozni, egy meghatározott minimális keresztmetszettel kell rendelkezniük, azért, hogy kellõen nagy mágneseket lehessen elrendezni, illetve kiképezni. Másrészrõl, az ilyen rotorok elõállítási és szerelési költségei meglehetõsen nagyok. Ezért a találmány által megoldandó feladat egy olyan szivattyúaggregát létrehozása, amely egy kompaktabb módon kiképzett permanens mágneses rotor következtében a hajtómotor kompaktabb felépítését teszi lehetõvé és/vagy a rotornak és ezzel az egész szivattyúaggregátnak kedvezõbb költségekkel való elõállítását biztosítja. Ez a feladat egy, az 1. igénypontban megadott jellemzõkkel kialakított szivattyúaggregáttal oldható meg. Az elõnyös kiviteli alakok az aligénypontokból ismerhetõk meg. A találmány szerinti szivattyúaggregát egy villamos hajtómotorral rendelkezik, amely permanens mágneses motorként van kiképezve. Ennek megfelelõen a villamos hajtómotor egy olyan rotorral rendelkezik, amely permanens mágneses rotorként van kiképezve, azaz a rotor permanens mágneses pólusokkal rendelkezik, amelyek az állórész tekercseivel együttmûködnek úgy, hogy a tekercsek árammal való ellátásával a rotor mozgásba hozható. A rotor az egyik axiális végén az ismert szivattyúkhoz hasonlóan a szivattyú járókerekével össze van kötve. A találmány szerint a rotor úgy van kiképezve, hogy az axiális kiterjedésének legalább egy résztartományában tengelymentesen, és teljes egészében egy mágnesezhetõ anyagból van kiképezve. Ez azt jelenti, hogy a rotor egy axiális résztartományában, elõnyösen abban a tartományban, amely az állórész belsejében van elrendezve, azaz a hajtómotor állórészének tekercsei által körül van véve, a rotor úgy van kiképezve, hogy
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 2
2
nem rendelkezik egy külön központi tengellyel, amint ez az ismert motoroknál megvalósításra kerül. A találmány szerint a rotor ebben a tartományban teljes egészében mágnesezhetõ anyagból van kiképezve, azaz a rotor központi tartománya is, amelyben egyébként szokásosan egy külön tengely van elrendezve, mágnesezhetõ anyagból van kiképezve, amely így összességében a rotor tartó funkcióját is átveszi. A mágnesezhetõ anyagban a rotor mágneses pólusai az anyag célzottan irányított mágnesezésével maradandóan, azaz permanens mágnesesen vannak kiképezve. Ez a találmány szerinti elrendezés azzal az elõnnyel jár, hogy nincs szükség a rotor nagyszámú egyedi darabokból történõ, nagy ráfordítást igénylõ szerelésére, minthogy a rotor legalább bizonyos résztartományaiban egy darabban, mágnesezhetõ anyagból állítható elõ, például szinterelhetõ. Továbbá ez a kialakítás azzal az elõnnyel jár, hogy a rotor központi tartománya is mágnesezhetõ anyagból áll, miáltal vagy azonos rotornagyságnál a rotorban több mágnesezhetõ anyag áll rendelkezésre, vagy azonos mágnesezésnél a rotor kisebbre is kiképezhetõ, minthogy a rotor központi tartománya is hasznosítható mágneses hatású anyagként. Különösen elõnyös, ha az egész rotor egy darabban van a mágnesezhetõ anyagból kiképezve. Ez lehetõvé teszi a rotor rendkívül kedvezõ költséggel való elõállítását, minthogy az egész rotor egy munkamenetben állítható elõ, és nincs szükség a rotor egyedi darabokból történõ, nagy ráfordítást igénylõ szerelésére. Például lehet a rotort mágnesezhetõ anyagból kisajtolni és szinterelni. Elõnyös továbbá, ha a mágnesezhetõ anyag a rotornak legalább egy csapágyfelületét is képezi radiális és/vagy axiális irányban. Így a rotor csapágyfelületei az egész rotorral egy darabban lehetnek kiképezve. A csapágyfelületek az állórészen, illetve az állórészházon lévõ szemben fekvõ csapágyfelületekkel csúszócsapágyakat képeznek, amelyek elõnyösen folyadékkal vannak kenve, minthogy a hajtómotor nedvesen futóként van kiképezve, amint ez például a fûtési keringtetõ szivattyúknál többnyire kialakításra kerül. Azáltal, hogy nem kell külön csapágyelemeket a rotorral összekötni, a rotor szerelése és gyártása, és ezzel az egész szivattyúaggregát tovább egyszerûsödik és olcsóbbá válik. A mágnesezhetõ anyag elõnyösen egy színterelt anyag, amely keramikus tulajdonságokkal rendelkezik, úgyhogy a csapágyfelületeknek megfelelõ a keménységük és a kopásállóságuk. A rotornak legalább egy csapágyfelülete – a találmány egy további kiviteli alakja szerint – egy, a mágnesezhetõ anyaggal összekötött csapágyperselybõl alakítható ki, ahol a csapágypersely elõnyösen össze van sajtolva a rotor mágnesezhetõ anyagával. Ez a kiviteli alak akkor elõnyös, ha a csapágyanyaggal szemben speciális követelményeket támasztunk, ha például a csapágyterhelés következtében egy keményebb vagy kopásállóbb anyagra van szükség a csapágyfelület részére. Elõnyösen a csapágypersely mereven és tartósan össze van kötve a rotorral. Ez például azáltal tör-
1
HU 004 214 T2
ténhet meg, hogy a mágnesezhetõ anyagnak a rotor formájába való besajtolásánál a csapágypersely azonnal, azzal együtt besajtolásra kerül. Így válik lehetõvé, hogy a rotor szinterelésénél a mágnesezhetõ anyagot tartósan és mereven összekössük a csapágypersellyel. A szivattyúaggregátban emellett elõnyösen a rotor csapágyfelületeivel együttmûködõ, rögzített helyzetû csapágyfelületek vannak egy keramikus anyagból vagy széntartalmú anyagból elrendezve. Ezek az anyagok a rotor csapágyfelületeinek csapágyanyagaival egy megfelelõ anyagpárosítást biztosítanak. A rotor egy radiális irányban hatást kifejtõ csapágyfelülete, azaz egy, a rotor külsõ kerülete mentén, a rotor forgástengelyéhez képest koncentrikusan elhelyezkedõ csapágyfelület elõnyösen úgy van kiképezve, hogy a csapágyfelület legalább egyik axiális végén a rotor külsõ kerületén, egy gyûrû alakú mélyedés van kiképezve. Ez a mélyedés beszúrásként vagy beköszörülésként lehet kiképezve, és az az elõnye, hogy meg tudja akadályozni a szennyezõdések behatolását a csapágytartományba, úgyhogy a rotorcsapágy tartóssága megnövekszik. A találmány egy további különleges kiviteli alakja szerint a rotornak legalább az egyik axiális homlokoldalán egy, a homlokoldalról kinyúló tengelycsonk van elrendezve. Ez a tengelycsonk a rotor csapágyazására és/vagy például a rotornak a szivattyú járókerekével való összekötésére szolgálhat. Lehetséges a rotort mindkét axiális végén megfelelõ tengelycsonkokkal csapágyazni. Alternatívaként lehetséges egy ilyen tengelycsonkot csak az egyik axiális oldalon kiképezni, és a rotor másik axiális oldalán olyan csapágyfelületeket kiképezni, mint ezek a fentiekben leírásra kerültek. Továbbá ugyancsak lehetséges ilyen csapágyfelületeket és a tengelycsonkot a rotornak ugyanazon az axiális végén kiképezni, ahol a tengelycsonk például csak a rotornak a járókerékkel való összekötésére szolgál, a rotor csapágyazása azonban a fent leírt csapágyfelületekkel történik. Egy ilyen tengelycsonk, amely egy nem mágnesezhetõ anyagból állhat, behelyezhetõ a rotor axiális homlokoldalán egy megfelelõ nyílásba, ahova elõnyösen be van sajtolva, és így sajtolóillesztés útján tartósan be van fogva. Alternatívaként lehetséges a tengelycsonkot a rotor gyártásánál, azaz a rotor sajtolásánál, illetve szinterelésénél úgy beformázni, hogy a tengelycsonk alakzáróan legyen a rotorral, illetve a rotor mágnesezhetõ anyagával összekötve. A rotor mágnesezhetõ anyaga elõnyösen egy ferritanyag. A ferritanyag alkalmazásának elõnye abban van, hogy ez az anyag nem korrodál, úgyhogy egy nedvesen futó módon kiképzett hajtómotornál is mellõzhetõ a rotor tokozása. Ezenkívül, a ferritanyag olyan keramikus tulajdonságokkal rendelkezik, amelyek azt mint csapágyanyagot is alkalmazhatóvá teszik, úgyhogy miként azt fentebb leírtuk, a rotor csapágyfelületei a rotor csúszócsapágyazásához közvetlenül a mágnesezhetõ anyag felületén képezhetõk ki, azaz a csapágyfelületek ugyancsak ebbõl az anyagból állnak.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 3
2
A rotorban elõnyösen legalább egy radiálisan és/vagy axiálisan húzódó légtelenítõcsatorna van kiképezve. Egy ilyen csatorna a rotorban például központosan az egyik axiális homlokoldaltól a szemben fekvõ axiális homlokoldalig terjedhet. Alternatívaként a csatorna lehet oly módon kiképezve, hogy a rotor kerülete felé radiálisan húzódó csatornákon át is nyitott. A légtelenítõcsatorna arra szolgál, hogy légtelenítse a rotor és az állórész közötti rést a szivattyúaggregát üzembe helyezésénél, így ez a rés a légtelenítést követõen feltöltõdik a szállítandó folyadékkal, fõként vízzel. Alternatívaként vagy járulékosan a rotor kerületén legalább egy légtelenítõhorony lehet kiképezve, amely elõnyösen csavarvonal alakban húzódik a rotor kerületén. Nem feltétlenül szükséges, hogy a légtelenítõhorony csavarvonal alakban a rotor teljes kerületére kiterjedjen, lehet a hornyot megfelelõen nagy emelkedéssel a rotor kerületének csak egy résztartományán is kialakítani. Itt a horony elõnyösen a rotor egyik axiális homlokoldalától a szemben fekvõ axiális homlokoldalig terjed. Így a szivattyúaggregát üzembe helyezésénél a horony a rotor és az állórész közötti teljes rés légtelenítését biztosítani tudja. A szivattyúaggregát hajtómotorja egy légrésbetétcsöves motorként, elõnyösen egy rozsdamentes fémbõl vagy mûanyagból elõállított légrésbetétcsõvel ellátott motorként van kiképezve, ahol a légrésbetétcsõ szigeteli az állórészt a hajtómotor folyadékkal töltött belsõ teréhez képest. Kedvezõ megoldásként lehetséges, hogy a légrésbetétcsõ a belsõ kerületén egy elõnyösen csavarvonal alakban húzódó légtelenítõhoronnyal rendelkezik. Ez a horony is elõnyösen az állórész, illetve a légrésbetétcsõ egyik axiális homlokoldalától a szemben fekvõ axiális homlokoldalig terjed, úgyhogy a rotor és a légrésbetétcsõ közötti rés légtelenítése a szivattyú járókereke irányában lehetségessé válik. Itt a horony csavarvonal alakban tekeredhet például a légrésbetétcsõ belsõ kerületének egy tartományára kiterjedõen. Lehetséges több, a kerületen elosztott hornyot is kiképezni a légrésbetétcsõben. Különösen elõnyös, ha a rotor mágnesezhetõ anyagában csak a rotornak a hajtómotor állórészével radiálisan szemben fekvõ tartománya van mágnesezve a mágneses pólusok kiképzéséhez. Ez azt jelenti, hogy a mágneses pólusok, amelyek a motor üzemeltetéséhez szükségesek, a rotornak csak abban a tartományában vannak kiképezve, amely az állórész belsõ kerületével szemben fekszik. Ezáltal a rotornak csak azon része kerül ténylegesen mágnesezésre, amelyet az állórész mágneses mezeje befolyásol. Elõnyös továbbá, ha a rotor – elõnyösen a rotor egyik axiális végén – a mágnesezhetõ anyag mágnesezésével létrehozott mágneses pólussal rendelkezik, amely egy elfordulási szög érzékelõ részét képezi. Az ilyen elfordulási szög érzékelõk permanens mágneses motoroknál azért kerülnek alkalmazásra, hogy a rotor helyzetét megállapítsák annak érdekében, hogy az állórésztekercseket a rotor szöghelyzetétõl függõen árammal tudják ellátni. Ehhez például egy Hall-érzékelõt al-
1
HU 004 214 T2
kalmazható, amely a rotorban egy mágneses pólus mezejét érzékeli. Ehhez felhasználhatók azok a mágneses pólusok, amelyek a rotor hajtására szolgálnak. Ennél az elrendezésnél a Hall-érzékelõ például a légrésbetétcsõ tartományában van elrendezve. Ez azonban nem mindig lehetséges, úgyhogy elõnyös lehet a Hall-érzékelõt a rotor axiális végének tartományában elrendezni. Ez esetben a találmány szerinti mágnesezhetõ anyagból álló, egy darabban készült rotornál igen egyszerû a rotor egy olyan tartományában is, amely nem esik az állórészen belülre, mágnesezéssel egy vagy több mágneses pólust kiképezni, amelyek csak a mágneses érzékelõ, különösen a Hall-érzékelõ részére vannak a rotor szöghelyzetének megállapításához elrendezve. Egy különleges kiviteli alak szerint a rotor a teljes axiális hosszában egy állandó átmérõvel rendelkezik. Ez azt jelenti, hogy a rotor hengeresen, állandó keresztmetszettel, a kerületén lépcsõzés nélkül van kiképezve. Ez lehetõvé teszi a rotor nagyon kedvezõ költségekkel való elõállítását, minthogy a rotor külsõ kerületének felülete egy munkafolyamatban folyamatosan megmunkálható, például köszörülhetõ. Továbbá a rotorban a magfeszültségek is elkerülhetõk. Az elõzõekben ismertetett szivattyúaggregát mellett a találmány tárgyát képezi egy permanens mágneses rotor is egy ilyen szivattyúaggregát részére. A találmány szerint ez a permanens mágneses rotor az axiális kiterjedésének legalább egy résztartományában, elõnyösen azonban az egész axiális kiterjedésében tengelymentesen, és teljes egészében egy mágnesezhetõ anyagból van kiképezve. Ez azt jelenti, hogy a rotor belsejében nincs külön rotortengely elrendezve, a mágnesezhetõ anyag egyidejûleg tartórészt is képez, és a forgatónyomaték átvitelére szolgál. A rotor mágneses pólusai, amelyek a permanens mágneses rotor permanens mágneseit képezik, a mágnesezhetõ anyag mágnesezésével tartósan vannak a rotorban kiképezve. Egy ilyen permanens mágneses rotor a fentiekben az egész szivattyúaggregáttal kapcsolatban ismertetett elõnyökkel rendelkezik. A találmányt a továbbiakban kiviteli példák kapcsán, a mellékelt rajz alapján ismertetjük részletesebben. A mellékelt rajzon az 1. ábra a találmány szerinti szivattyúaggregát egy elsõ kiviteli alakjának metszete, a 2. ábra a találmány szerinti szivattyúaggregát légrésbetétcsövének és rotorjának részletes nézete metszetben, a 3. ábra a légrésbetétcsõ és a rotor nézete metszetben, a találmány egy további kiviteli alakja szerint, a 4. ábra a légrésbetétcsõ és a rotor nézete metszetben, a találmány egy további kiviteli alakja szerint, az 5. ábra a légrésbetétcsõ és a rotor nézete metszetben, a találmány egy további kiviteli alakja szerint, a 6. ábra a légrésbetétcsõ és a rotor nézete metszetben, a találmány egy további kiviteli alakja szerint,
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 4
2
a 7. ábra a légrésbetétcsõ és a rotor robbantott nézetének metszete a találmány egy kiviteli alakja szerint, a 8. ábra egy légrésbetétcsõ és egy találmány szerinti rotor metszeti nézete két alternatív rotorral, a 9. ábra egy légrésbetétcsõ és egy rotor robbantott nézetének metszete a találmány egyik kiviteli alakja szerint egy alternatív rotorral, a 10. ábra egy légrésbetétcsõ és egy rotor robbantott nézetének metszete a találmány egy további kiviteli alakja szerint, míg a 11. ábra a légrésbetétcsõ, a rotor és a járókerék metszeti nézete a találmány egy további kiviteli alakja szerint. Az 1. ábra segítségével, amely egy fûtési keringtetõ szivattyú keresztmetszetét szemlélteti, a találmány szerinti szivattyúaggregát, illetve a találmány szerinti permanens mágneses rotor elvi felépítését ismertetjük. Lényeges komponensekként a szemléltetett szivattyúaggregát egy 2 szivattyúházzal és egy abban elrendezett 4 járókerékkel rendelkezik. A 2 szivattyúház egy 6 állórészházzal van összekötve, amelyben a szivattyúaggregát hajtómotorjának 8 állórésze van elrendezve. A 8 állórész ismert módon több állórésztekerccsel rendelkezik. A 8 állórészben van a találmány szerinti 10 rotor elrendezve, amely permanens mágneses rotorként van kiképezve. A 10 rotor elsõ 12 axiális végével a 2 szivattyúházba nyúlik be, és ott a 4 járókerékkel mereven össze van kötve. A 10 rotor a 8 állórész belsejében egy 14 légrésbetétcsõben van elrendezve, amely az állórészt a belsõ térhez képest, amelyben a 10 rotor van elrendezve, és a 2 szivattyúházhoz képest letömíti. Ez azt jelenti, hogy a hajtómotor nedvesen futó motorként van kiképezve, amelynél a rés a 10 rotor és a 8 állórész, illetve a 14 légrésbetétcsõ között a szállítandó folyadékkal, különösen vízzel van kitöltve. A találmány szerint a 10 rotor teljes egészében egy mágnesezhetõ anyagból van kiképezve, amelyben a rotor permanens mágneses pólusai célzottan irányított mágnesezéssel vannak létrehozva. Ez azt jelenti, hogy az egész rotor lényegében egy darabban van kiképezve, és nem rendelkezik külön központi tengellyel. Ily módon mindenekelõtt a rotor tartományában, amely a 8 állórész belsejében helyezkedik el, az egész rotorkeresztmetszet mint mágnesezhetõ anyag áll rendelkezésre, úgyhogy azonos rotorátmérõnél egy erõsebb mágnesezés, és azonos mágnesezésnél egy kisebb rotorátmérõ érhetõ el. A találmány szerint felépített rotor egyes kiviteli alakjait a 2–6. ábrák segítségével ismertetjük részletesebben, amelyek mind csak a 14 légrésbetétcsõ keresztmetszetét szemléltetik, az abban elrendezett 10 rotorral és a szivattyúnak a rotorra felszerelt 4 járókerekével. A találmány egy elsõ kiviteli alakja szerint, amelyet a 2. ábra szemléltet, a 10 rotor lényegében egy darabban, mágnesezhetõ anyagból, például egy ferritanyag-
1
HU 004 214 T2
ból van kiképezve. A rotor 12 és 16 axiális végeinek tartományában elvékonyítva van kiképezve, és ott a 14 légrésbetétcsõben van csapágyazva. A 12 axiális végen a rotor továbbá, amint azt az 1. ábra kapcsán már említettük, a 4 járókerékkel össze van kötve. Csapágyként, ismert módon, a 14 légrésbetétcsõ belsejében 18 és 20 csapágyperselyek vannak elrendezve, amelyek például kerámiából vagy széntartalmú anyagból vannak képezve. Ezek a 18 és 20 csapágyperselyek a 10 rotor 12 és 16 axiális végeinek külsõ kerületén lévõ szemben fekvõ csapágyfelületekkel csúszócsapágyakat képeznek, amelyek a rotort radiális és axiális irányban vezetik. A csúszócsapágyak ehelyütt a szállítandó folyadékkal, különösen vízzel, vannak kenve. A 2. ábrán szemléltetett példában a 22 és 24 csapágyfelületek a 10 rotorba integrált 26 és 28 csapágyperselyek útján vannak kiképezve. A gyûrû alakú 26 és 28 csapágyperselyek a rotor X forgás¹, illetve hossztengelye irányában fekvõ keresztmetszeti síkjában fecskefark alakú keresztmetszeti alakkal rendelkeznek, amely alakzáró kapcsolatot létesít a 10 rotor mágnesezhetõ anyagával. A 26 és 28 csapágyperselyek a 10 rotornak a mágnesezhetõ anyagból való gyártásánál a mágnesezhetõ anyaggal összesajtolásra és/vagy szinterelésre kerülnek, úgyhogy azok tartósan és szilárdan integrált módon össze vannak kötve a 10 rotor mágnesezhetõ anyagával. A 26 és 28 csapágyperselyek egy alkalmas csapágyanyagból, például keramikus anyagból vagy egy széntartalmú anyagból kerülnek elõállításra. Ez a kiviteli alak a behelyezett 26, 28 csapágyperselyekkel abban az esetben elõnyös, ha a csapágyanyagoknak más tulajdonságokkal kell rendelkezniük, mint a 10 rotor mágnesezhetõ anyagának. A két csapágyazás a 10 rotor mindkét 12 és 16 axiális végén radiális ágyazásra szolgál. Az axiális ágyazást üzem közben lényegében a 18 csapágypersely veszi át, minthogy az axiális erõk, amelyek üzem közben a szivattyún fellépnek, a 2 szivattyúház, illetve a 4 járókerék irányában hatnak. Axiális csapágyfelületként itt a 18 csapágyperselynek a 4 járókeréktõl távolabb esõ homlokoldala szolgál, amelyen egy 30 közbensõ gyûrû fekszik fel, amely elasztomerbõl vagy széntartalmú anyagból van elõállítva. A 22 és 24 csapágyfelületeken, azoknak a 4 járókerék felé esõ végein kerületi 32 és 34 beszúrások, illetve mélyedések vannak kialakítva, amelyek a 10 rotor külsõ kerületén gyûrû alakú hornyokat képeznek a 22, 24 csapágyfelületek axiális végeinek tartományában. Ezek a beszúrások, illetve hornyok megakadályozzák a szállítandó folyadékban elõforduló szennyezések bejutását a 22 csapágyfelület és a 18 csapágypersely, illetve a 24 csapágyfelület és a 20 csapágypersely közötti csapágyrésekbe. A 10 rotor azon kiviteli alak szerint, amelyet a 2. ábra szemléltet, rendelkezik továbbá egy központi 36 légtelenítõcsatornával, amely a 10 rotor teljes axiális hosszában központosan az X forgástengely mentén húzódik, és a 10 rotor mindkét axiális homlokoldala felé nyitott. A 36 légtelenítõcsatorna a 10 rotor 12 axiális végén levõ homlokoldalon a 4 járókerék közepébe tor-
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 5
2
kollik, és ezzel a szivattyú szívónyílása felé esik. Ily módon a 36 csatorna a szivattyú indulásánál légteleníteni tudja a 4 járókeréktõl távolabb esõ tartományt a 10 rotor és a 14 légrésbetétcsõ között, úgyhogy a 10 rotor és a 14 légrésbetétcsõ közötti rés teljesen feltölthetõ a szállítandó folyadékkal. A 3. ábra a 2. ábrán szemléltetett nézetnek megfelelõen a találmány egy második kiviteli alakjának nézetét ábrázolja. Ez a kiviteli alak a 2. ábrán bemutatott kiviteli alaktól abban különbözik, hogy a 10 rotorban elrendezett 26 és 28 csapágyperselyek elmaradnak. Ez azért lehetséges, mert a 10 rotor mágnesezhetõ anyaga önmaga olyan tulajdonságokkal rendelkezik, amelyek azt mint csapágyanyagot a 22 és 24 csapágyfelületek számára alkalmassá teszik. Amennyiben szükséges, a 22 és 24 csapágyfelületek tartományában a 10 rotor mágnesezhetõ anyagának felületkezelésére kerülhet sor annak érdekében, hogy az anyag szükséges keménysége, illetve szilárdsága, valamint a szükséges csúszási tulajdonságok létrejöjjenek. Alkalmas erre például egy ferritanyag. Egy ilyen ferritanyag lényegében ugyanazon tulajdonságokkal rendelkezik, mint egy kerámiaanyag, úgyhogy közvetlenül alkalmazható csapágyanyagként. Továbbá elõnye még a ferritnek, hogy érzéketlen vízzel szemben, és ezért nedvesen futáskor a 10 rotor külsõ kerületén járulékos tokozás nélkül alkalmazható. A 22 és 24 csapágyfelületek – amint ezt a 2. ábra kapcsán ismertettük – együttmûködnek a 18 és 20 csapágyperselyekkel a 14 légrésbetétcsõben. A 3. ábra szerinti kiviteli alak többi jellemzõje megfelel a 2. ábra kapcsán már ismertetett jellemzõknek. A találmány szerinti 10 rotor egy további kiviteli alakját a 4. ábra segítségével ismertetjük. A 4. ábra szerinti kiviteli alak abban különbözik a 3. ábra szerinti kiviteli alaktól, hogy a rotor 16 axiális vége nincs lépcsõsen kiképezve, hanem azzal a konstans keresztmetszettel rendelkezik, amely a 10 rotor központi tartományában, azaz a 8 állórész belsejében fekvõ tartományában lévõ keresztmetszetének felel meg. Csak a 4 járókerék felé esõ 12 axiális vég, van – az elõzõekben ismertetett kiviteli példákhoz hasonlóan – lépcsõzetesen kiképezve. A 10 rotor lépcsõzet, illetve elvékonyítás nélküli kialakítása axiális irányban lehetõvé teszi a 10 rotor külsõ kerületének egyszerûbb felületi megmunkálását és ezzel az egész 10 rotor egyszerûbb elõállítását. A 4. ábra szerinti kiviteli alak további különbsége az elõzõekben ismertetett kiviteli alakokhoz képest abban áll, hogy a 30 közbensõ gyûrû nem kerül alkalmazásra, azaz az axiális csapágyazást a 4. ábra szerint a 10 rotor közvetlen felfekvése képezi a 18 csapágyperselynek a 4 járókeréktõl távolabb esõ homlokoldalán. Ez esetben a 10 rotor egy, a rotorátmérõ elvékonyítása útján a 12 axiális vég irányában képzett 37 vállal fekszik fel a 18 csapágyperselyen. A többi, 4. ábrán szemléltetett jellemzõ megfelel a 2. és 3. ábra kapcsán ismertetett jellemzõknek. Az 5. ábra a találmány szerinti 10 rotor egy további kiviteli alakját szemlélteti, amely a teljes axiális hosszá-
1
HU 004 214 T2
ban állandó keresztmetszettel, illetve átmérõvel van kiképezve, azaz a különbség a 4. ábra szerinti kiviteli alakhoz képest abban áll, hogy az 5. ábra szerinti kiviteli alak esetében a 12 axiális vég irányában kialakított lépcsõzet, amely a 4 járókerék felé esik, nem kerül kialakításra. A rotor egy ilyen kiképzése a rotor külsõ kerületének különösen egyszerû megmunkálását teszi lehetõvé, minthogy a rotor például egy folyamatos eljárásban a külsõ kerületén köszörülhetõ. A 6. ábra a találmány szerinti rotor egy további kiviteli alakját szemlélteti. Ez a rotor lényegében megfelel a 3. ábrán szemléltetett rotornak azzal a különbséggel, hogy a 10 rotor a 16 axiális végén, azaz a 4 járókeréktõl távolabb esõ végén, egy 38 axiális meghosszabbítással rendelkezik. A 38 axiális meghosszabbítás, amely az X forgástengelyhez képest koncentrikusan helyezkedik el, a 14 légrésbetétcsõnek egy axiális 40 üreges nyúlványába nyúlik be. A 38 axiális meghosszabbítás egy mágneses mezõ érzékelõvel, például egy Hall-érzékelõvel való együttmûködésre szolgál, amely érzékelõ a 40 üreges nyúlvány külsõ kerületén, azaz a 14 légrés-betétcsövön kívül lehet elrendezve. A 38 axiális meghosszabbításban a mágnesezhetõ anyag – amelybõl az egész 10 rotor ki van alakítva – mágnesezésével egy vagy több mágneses pólus képezhetõ ki, amelyeket egy, a 14 légrésbetétcsövön kívül a 40 üreges nyúlvány tartományában elrendezett mágneses mezõ érzékelõ érzékelni tud. Ily módon megállapítható a rotor szöghelyzete, ami az állórésztekercsek árammal való ellátásához szükséges. Ez a kiviteli alak alkalmazható olyan esetekben, amelyekben egy megfelelõ érzékelõ az állórésztekercsek tartományában nem rendezhetõ el annak érdekében, hogy a 10 rotornak ebben a tartományban kiképzett mágneses pólusai érzékelhetõk legyenek. A 6. ábrán szemléltetett kiviteli alaknál a 36 légtelenítõcsatorna a 16 axiális végen nincs az axiális homlokoldalig kiképezve. Ennél a kiviteli alaknál ehelyett radiális irányú csatornák vannak elrendezve, amelyek a 10 rotor külsõ kerülete felé nyitottak. Ezek a csatornák a 6. ábrán nincsenek ábrázolva, és a következõ ábrák segítségével kerülnek még ismertetésre. A többi 6. ábrán szemléltetett jellemzõ megfelel a 2–5. ábrán ismertetett jellemzõknek. A találmány szerinti 10 rotornak a 2–6. ábrákon szemléltetett jellemzõi és kiviteli alakjai más módon is kombinálhatók egymással. Így például lehetséges egy olyan rotornál, amely a teljes hossza mentén azonos átmérõvel rendelkezik, amint ezt például az 5. ábra szemlélteti, 26 és 28 csapágyperselyeket elrendezni a 10 rotorban. Továbbá lehetséges a 2–5. ábrákon bemutatott kiviteli alakoknál egy 38 axiális meghosszabbítást kialakítani, amint azt a 6. ábra mutatja. A 30 közbensõ gyûrû elrendezése is lehetséges azoknál a kiviteli alakoknál, amelyeknél a 30 közbensõ gyûrû nincs szemléltetve. Lehetséges továbbá csak egyet elrendezni a 26 és 28 csapágyperselyek közül, például a 10 rotornak a 4 járókerék felé esõ ágyazásában. A másik 24 csapágyfelület lehet azután a 10 rotor mágnesezhetõ anyagából kiképezve.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60 6
2
A 7–10. ábrák segítségével, amelyek a 2–6. ábrák kapcsán leírt 10 rotorok részleteit szemléltetik, a továbbiakban a 10 rotor és a 14 légrésbetétcsõ közötti rotorlégrés légtelenítésére szolgáló légtelenítõ csatornák és légtelenítõhornyok különbözõ kiviteli példáit ismertetjük. A 7. ábra egy 14 légrésbetétcsövet szemléltet egy 10 rotorral és egy 4 járókerékkel a találmány 4. ábrán bemutatott kiviteli alakja szerint. A 4. ábrán szemléltetett 10 rotorhoz képest a különbség abban áll, hogy a 7. ábra szerinti 10 rotor nem rendelkezik központi 36 légtelenítõcsatornával. Ezzel szemben a 14 légrésbetétcsõ belsõ kerületén csavarvonal alakjában elhelyezkedõ 42 légtelenítõhornyok vannak kiképezve, amelyek közül a 7. ábrán csak egy van ábrázolva. Elõnyösen két 42 légtelenítõhorony van a 14 légrésbetétcsõ átmérõsen ellentett oldalain kiképezve. A 42 légtelenítõhornyok az axiális hossz mentén a 14 légrésbetétcsõ X forgástengelyének irányában húzódnak, és eközben a kerület mentén meg vannak csavarva, úgyhogy egy csavarvonal alakú, illetve ferde pálya alakul ki, ahol a 42 hornyoknak nem kell a 14 légrésbetétcsõ teljes kerületére kiterjedniük. A 42 légtelenítõhornyok – mint az elõzõekben leírt 36 légtelenítõcsatorna – arra szolgálnak, hogy a szivattyúaggregát üzembe helyezésénél a 14 légrésbetétcsõ és a 10 rotor közötti rést légtelenítsék és ezt a tartományt a szállítandó folyadékkal, például vízzel, teljesen feltöltsék, miáltal a motor nedvesen futása biztosítottá válik. A 8. ábra a találmány szerinti 10 rotor egy további kiviteli alakját szemlélteti. A 8. ábra közepén a 10 rotor elrendezése van ábrázolva a 14 légrésbetétcsõben a 4 járókerékkel együtt Ez esetben az elrendezés lényegében megfelel a 3–6. ábrákon ismertetett kialakításnak, azzal a különbséggel, hogy a 4. ábra szerinti kiviteli alaktól eltérõen nem a 12 axiális vég átmérõje van elvékonyítottan kiképezve, hanem a 4 járókeréktõl távolabb esõ 16 axiális vég. A 8. ábrán balra és jobbra két különbözõ 10 rotor van ábrázolva különbözõen kialakított 36 légtelenítõcsatornákkal. A 8. ábrán baloldalt szemléltetett példánál a 36 légtelenítõcsatorna a 10 rotor 12 axiális végétõl a 16 axiális végig terjed, azaz a homlokoldaltól homlokoldalig, az X forgástengely irányában. Járulékosan a 36 csatornától kinyúlóan radiális irányú 44 csatornák vannak kialakítva a 10 rotor kerületi felülete irányában. A 8. ábrán jobb oldalt szemléltetett példánál a 36 csatorna az X forgástengelytõl kiindulva a 12 axiális vég homlokoldalától csak a 10 rotor középsõ tartományáig nyúlik be, azonban tovább, a 16 axiális végig nincs kialakítva. A 36 légtelenítõcsatornának a 12 axiális végtõl távolabb esõ végén egy 44 csatorna húzódik radiális irányban a 10 rotor kerületi felületéig. Jóllehet, a 8. ábrán radiálisan kinyúló 44 csatornák csak az egyik oldalirányában vannak ábrázolva, lehetséges több 44 csatornát is elrendezni, amelyek különbözõ radiális irányokban, azaz egymáshoz képest szöget bezáróan helyezkednek el. A 9. ábra egy 4 járókerékkel és 14 légrésbetétcsõvel ellátott 10 rotort szemléltet, a 9. ábrán jobbra pedig a 10 rotor egy alternatív kialakítása van ábrázolva.
1
HU 004 214 T2
A 9. ábrán szemléltetett rotor elvileg megfelel az 5. ábra kapcsán ismertetett rotornak, azzal a különbséggel, hogy a 10 rotorban a 36 légtelenítõcsatorna lényegében a 8. ábra kapcsán ismertetett kialakítással rendelkezik. A 36 légtelenítõcsatornának a 9. ábra bal oldalán szemléltetett pályája a radiálisan kinyúló 44 csatornával megfelel a 8. ábrán jobb oldalt ábrázolt csatornapályának. A 9. ábrán jobb oldalt egy olyan kiviteli alak van szemléltetve, amelynél a 36 légtelenítõcsatorna a X forgástengely irányában a 10 rotor 12 axiális végén lévõ homlokoldaltól a 10 rotor belsejébe nyúlik be, azonban nem terjed ki a 16 axiális végen szemben lévõ homlokoldalig. A központi 36 csatornából kiindulva radiálisan kifelé 44 csatornák nyúlnak ki a 10 rotor külsõ kerületéig, amelyek egymástól az X axiális irányban távközzel helyezkednek el. A 9. ábra szerinti kiviteli alaknál a 14 légrésbetétcsõben járulékosan egy 42 légtelenítõhorony vagy több 42 légtelenítõhorony van kiképezve, amint az a 7. ábra során ismertetésre került. A 10. ábra a 9. ábra bal oldalán ábrázolt kiviteli alaknak megfelelõen egy 14 légrésbetétcsövet, 10 rotort és egy 4 járókereket szemléltet, ahol azonban a 10 rotor a külsõ kerületén kialakított lépcsõzeteit illetõen a 4. ábrán ismertetett kiviteli alaknak megfelelõen van kiképezve. A 11. ábra a 36 és 44 csatornák egy további kiviteli alakját szemlélteti, ahol a 10 rotor kialakítása lényegében a 3. ábra kapcsán leírt felépítésnek felel meg, jóllehet a 30 közbensõ gyûrû a 4. ábrán szemléltetett kiviteli alakhoz hasonlóan el van hagyva. A 11. ábra szerinti kiviteli alaknál egy-egy központi 36 csatorna van kialakítva az X forgástengely irányában a 12 és 16 axiális végeken lévõ homlokoldalaktól kiindulva a 10 rotor belsejébe benyúlóan. Ez esetben a 36 csatornák azonban csak a 10 rotor azon tartományának határáig nyúlnak be, amely tartomány a 8 állórészben van elrendezve, azaz azon tartomány határáig, amelyben a mágnesezéssel a 10 rotor mágneses pólusai ki vannak képezve. A 36 csatornáknak a 10 rotor belsejében levõ végeitõl 44 csatornák nyúlnak ki radiális irányban kifelé a 10 rotor külsõ felületéhez, és a 10 rotor és a 14 légrésbetétcsõ közötti résbe torkollnak. Ezen 36 és 44 csatornák segítségével a hajtómotor üzembe helyezésénél a 10 rotor és a 14 légrésbetétcsõ közötti rés és a 16 axiális végen a 10 rotor és a 14 légrésbetétcsõ közötti rés teljesen légteleníthetõ. A 10 rotornak azon a tartományán, amely a 8 állórészben helyezkedik el és mágneses hatást fejt ki, nincsenek csatornák, úgyhogy a rotor itt a mágnesezhetõ anyagból tömören van kiképezve. Így ebben a tartományban az egész 10 rotor, illetve annak teljes volumene mágnesezhetõ, úgyhogy a 10 rotorban a mágneses pólusok mágneses mezejének maximálisan lehetséges erõssége érhetõ el a rendelkezésre álló rotortérfogatnál. A 36 és 44 légtelenítõcsatornáknak, illetve a 14 légrésbetétcsövön lévõ 42 légtelenítõhornyoknak a 711. ábrák kapcsán ismertetett pályái vonatkozásában megemlíthetõ, hogy ezek a kiviteli alakok a 10 rotornak más kialakításaival is, mint amelyek szemléltetésre ke-
5
10
15
20
25
2
rültek, kombinálhatók. Így a csatornák és hornyok pályái a különbözõ kiviteli alakok szerinti 10 rotor valamennyi egyéb jellemzõivel, amelyek például a 2–6. ábrák kapcsán ismertetésre kerültek, kombinálhatók. A horony¹, illetve csatornapályák a különbözõ csapágykialakításokkal és a rotor külsõ kerületének különbözõ kialakításaival kombinálhatók. A 14 légrésbetétcsõ belsõ kerületén ferdén húzódó horonyhoz járulékosan vagy ahelyett a 10 rotor külsõ kerületén is kiképezhetõ egy megfelelõ horony. Egy ilyen horony vagy az X forgástengellyel párhuzamosan vagy ugyancsak csavarvonal alakban lehet kialakítva, hasonlóan a 42 horonyhoz. A hornyoknak a rotoron való elrendezésénél mindazonáltal elõnyösen a kerületen egyenletesen elosztva több hornyot kell elrendezni annak érdekében, hogy a kiegyensúlyozatlanságok elkerülhetõk legyenek. A hornyok a 10 rotor külsõ kerületén vagy a 14 légrésbetétcsõ belsõ kerületén húzódnak, amint ez bemutatásra került, egy elõnyös kiviteli alak szerint csavarvonal alakjában, ahol a hornyok vagy balra vagy jobbra csavartan fútnak. Ha több horony van a 10 rotoron vagy a 14 légrésbetétcsövön elrendezve, ezek a hornyok vagy azonos irányba vagy különbözõ, azaz ellentétes irányba csavarodhatnak, úgyhogy például egy horony balmenetszerûen egy másik horony pedig jobbmenetszerûen van kiképezve. Ezáltal a légtelenítés tovább javítható.
30 SZABADALMI IGÉNYPONTOK
35
40
45
50
55
60 7
1. Szivattyúaggregát egy légrésbetétcsõvel kialakított villamos hajtómotorral, amely egy permanens mágneses rotorként kiképzett rotorral (10) rendelkezik, amely az egyik axiális végén a szivattyúaggregát járókerekével van összekötve, azzal jellemezve, hogy a rotor (10) axiális kiterjedésének (X) legalább egy résztartományában tengelymentesen és teljes egészében mágnesezhetõ anyagból van kialakítva és a rotor (10) mágneses pólusai a mágnesezhetõ anyag mágnesezése útján vannak létrehozva. 2. Az 1. igénypont szerinti szivattyúaggregát, azzal jellemezve, hogy az egész rotor (10) elõnyösen egy darabban van kialakítva egy mágnesezhetõ anyagból. 3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti szivattyúaggregát, azzal jellemezve, hogy a mágnesezhetõ anyag a rotor (10) legalább egy csapágyfelületét (22, 24) képezi radiális és/vagy axiális irányban. 4. Az 1–3. igénypontok egyike szerinti szivattyúaggregát, azzal jellemezve, hogy a rotor (10) legalább egy csapágyfelületét (22, 24) egy, a mágnesezhetõ anyaggal összekötött csapágypersely (26, 28) képezi, ahol a csapágypersely (26, 28) elõnyösen össze van sajtolva a rotor (10) mágnesezhetõ anyagával. 5. A 3. vagy 4. igénypont szerinti szivattyúaggregát, azzal jellemezve, hogy a szivattyúaggregátban a rotor (10) csapágyfelületeivel (22, 24) együttmûködõ, keramikus anyagból vagy széntartalmú anyagból elõállított
1
HU 004 214 T2
rögzített helyzetû csapágyfelületek (18, 20) vannak elrendezve. 6. A 3–5. igénypontok egyike szerinti szivattyúaggregát, azzal jellemezve, hogy a rotor egy radiális irányban hatást kifejtõ csapágyfelülete (22, 24) oly módon van kiképezve, hogy a csapágyfelületek (22, 24) legalább egyik axiális végén a rotor (10) külsõ kerületén egy gyûrû alakú mélyedés (32, 34) van kiképezve. 7. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti szivattyúaggregát, azzal jellemezve, hogy a rotor (10) legalább egyik axiális homlokoldalán egy, a homlokoldalról kiálló módon kialakított tengelycsonk van elrendezve. 8. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti szivattyúaggregát, azzal jellemezve, hogy a mágnesezhetõ anyag egy ferritanyag. 9. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti szivattyúaggregát, azzal jellemezve, hogy a rotorban legalább egy radiálisan és/vagy axiálisan húzódó légtelenítõcsatorna (36, 44) van kiképezve. 10. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti szivattyúaggregát, azzal jellemezve, hogy a rotor (10) külsõ kerületén legalább egy légtelenítõhorony van kiké-
2
pezve, amely elõnyösen csavarvonal alakban húzódik a rotor kerületén. 11. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti szivattyúaggregát, azzal jellemezve, hogy a hajtómotor 5 egy rozsdamentes fémbõl vagy mûanyagból elõállított légrésbetétcsõvel (14) van kiképezve. 12. A 11. igénypont szerinti szivattyúaggregát, azzal jellemezve, hogy a légrésbetétcsõ (14) a belsõ kerületén egy elõnyösen csavarvonal alakban húzódó 10 légtelenítõhoronnyal (42) rendelkezik. 13. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti szivattyúaggregát, azzal jellemezve, hogy a rotornak (10) csak a hajtómotor állórészével (8) radiálisan szemben fekvõ tartománya rendelkezik mágnesezéssel létreho15 zott mágneses pólusokkal. 14. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti szivattyúaggregát, azzal jellemezve, hogy a rotor (10) elõnyösen az egyik axiális végén (16) egy elfordulási szög érzékelõnek a mágnesezhetõ anyag mágnesezésével 20 létrehozott mágneses pólusával rendelkezik. 15. Az elõzõ igénypontok bármelyike szerinti szivattyúaggregát, azzal jellemezve, hogy a rotor (10) a teljes axiális hosszában konstans külsõ átmérõvel rendelkezik.
8
HU 004 214 T2 Int. Cl.: F04D 13/06
9
HU 004 214 T2 Int. Cl.: F04D 13/06
10
HU 004 214 T2 Int. Cl.: F04D 13/06
11
HU 004 214 T2 Int. Cl.: F04D 13/06
12
HU 004 214 T2 Int. Cl.: F04D 13/06
13
HU 004 214 T2 Int. Cl.: F04D 13/06
14
HU 004 214 T2 Int. Cl.: F04D 13/06
15
HU 004 214 T2 Int. Cl.: F04D 13/06
16
HU 004 214 T2 Int. Cl.: F04D 13/06
17
HU 004 214 T2 Int. Cl.: F04D 13/06
18
HU 004 214 T2 Int. Cl.: F04D 13/06
19
Kiadja a Magyar Szabadalmi Hivatal, Budapest Felelõs vezetõ: Törõcsik Zsuzsanna Windor Bt., Budapest
