DE69103931T2 - Elektromagnetische Pumpe mit konvergiertem Magnetfluss. - Google Patents

Elektromagnetische Pumpe mit konvergiertem Magnetfluss.

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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K44/00Machines in which the dynamo-electric interaction between a plasma or flow of conductive liquid or of fluid-borne conductive or magnetic particles and a coil system or magnetic field converts energy of mass flow into electrical energy or vice versa
    • H02K44/02Electrodynamic pumps
    • H02K44/06Induction pumps

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  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromagnetische Pumpe zum Fördern geschmolzenen Metalls durch ein Rohr, indem von der Umgebung um das Rohr elektromagnetisch eine Schubkraft darauf ausgeübt wird, im besonderen auf eine elektromagnetische Pumpe mit konvergiertem Magnetfluß, die geschmolzenes Metall kraftvoll durch ein Rohr fördern kann, an das ein wanderndes Magnetfeld angelegt ist, das durch von Wirbelströmen, die von Mehrphasenwechselstromerregerspulen in einzeln zwischen diesen Spulen eingefügten Metallplatten erzeugt werden, in dem Rohr induzierte, konvergierte Magnetflüsse zusammen mit in diese Erregerspulen umgebenden Magnetmaterialrahmen induzierten Magnetflüssen gebildet wird.
  • Allgemein ist eine konventionelle Flügelradrotationspumpe (rotary blade type pump) als Pumpe zum Fördern geschmolzenen Metalls, z.B. geschmolzenen Metalls hoher Temperatur aus einem Hochofen, und im besonderen zum Kreisenlassen geschmolzenen Natriums als Kältemittel eines schnellen Brüters, der als eine Energiequelle der nächsten Generation in Betracht kommt, hinsichtlich der Sicherheit unzuverlässig, und daher wird normalerweise angenommen, daß eine elektromagnetische Induktionspumpe, im besonderen eine elektromagnetische Pumpe mit linearer Induktion dazu am besten geeignet ist. Verschiedene Formen von Pumpen dieses Typs sind als solche Pumpen mit kleiner Kapazität entwickelt und praktisch verwendet worden. Andererseits wird die Entwicklung solcher Pumpen mit großer Kapazität als drängendes und unmittelbar vor der tatsächlichen praktischen Anwendung des schnellen Brüters zu untersuchendes Problem international unter Hochdruck vorangetrieben.
  • Bei der konventionellen Form der elektromagnetischen Pumpe mit linearer Induktion ist jedoch die magnetische Fluß dichte des in dem Rohr zum Fördern geschmolzenen Metalls zum Ausüben der Schubkraft darauf erzeugten wandernden Magnetfelds vergleichsweise klein, d.h. nicht größer als etwa 3.000 Gauß, und daher ist die Ausstoßmenge der Pumpe unzureichend. Folglich kann die konventionelle Pumpe dieses Typs nur für vergleichsweise kleine Kapazitäten und kaum für große Kapazitäten verwendet werden.
  • Eine Aufgabe der Erfindung ist es, das oben erwähnte Problem zu lösen und eine elektromagnetische Pumpe anzugeben, die in der Lage ist, geschmolzenes Metall in einem Rohr durch eine einfache Struktur mit hoher Wirksamkeit kraftvoll zu fördern, und die daher geeignet ist, z.B. aus einem Hochofen entnommenes geschmolzenes Metall hoher Temperatur zu fördern oder große Menge wärmeaustauschenden geschmolzenen Natriums in einem schnellen Brüter kreisen zu lassen.
  • Eine elektromagnetische Pumpe nach der Erfindung ist im wesentlichen so aufgebaut, daß Erregerspulen abwechselnd mit Metallplatten gestapelt sind und mit einem Mehrphasenwechselstrom betrieben werden um mit in diesen Metallplatten erzeugten Wirbelströmen stark konzentrierte Magnetflüsse in Mittenlöchern dieser Metallplatten zu induzieren und ferner um in diese Erregerspulen umgebenden Magnetmaterialrahmen induzierte Magnetflüsse in diesen Mittenlöchern wirksam konvergieren zu lassen und im Ergebnis auf geschmolzenes Metall in einem durch diese Mittenlöcher verlaufenden nichtmagnetischen Rohr durch Erzeugen eines wandernden Magnetfeldes mit den resultierenden stark konzentrierenden Magnetflüssen eine starke Schubkraft auszuüben.
  • Eine elektromagnetische Pumpe mit konvergiertem Magnetfluß nach der Erfindung zeichnet sich in anderen Worten dadurch aus, daß sie eine Anzahl Schichten von Erregerspulen, die koaxial zueinander verkoppelt und alle mit der gleichen Polarität gewickelt sind, eine Anzahl Schichten aus Leiterplatten, die einzeln zwischen allen einzelnen Schichten der Erregerspulen eingefügt und jeweils mit radialen, ihre äußeren Rändern erreichenden Schlitzen und mit Löchern versehen sind, wobei die Löcher zu den radialen Schlitzen und zueinander koaxial in mittigen Bereichen davon geführt sind, und eine Anzahl im wesentlichen U-förmiger, jeweilige äußere Ränder von Querschnitten der Erregerspulen und Leiterplatten umgebender Magnetmaterialrahmen zum Ausbilden geschlossener magnetischer Kreise durch die Löcher umfaßt, um ein magnetflußerzeugendes Einheitselement aufzubauen, und sich ferner auszeichnet durch Induzieren axial wandernder und durch die aufeinanderfolgend miteinander verbundenen Löcher verlaufender Magnetflüsse durch in den Leiterplatten durch Anlegen von Mehrphasenwechselströmen durch die Erregerspulen entlang der radialen Schlitze und um die Löcher erzeugte konvergierende Wirbelströme und durch konvergierende wandernde Magnetflüsse, die in den durch die Magnetmaterialrahmen gebildeten geschlossenen magnetischen Kreisen induziert und den wandernden Magnetflüssen in den Löchern in Phase überlagert werden, um eine axiale Schubkraft auf geschmolzenes Metall in einem aus nichtmagnetischem Material gebildeten und durch die aufeinanderfolgend miteinander verbundenen Löcher hindurchführenden Rohr auszuüben.
  • Aus dem oben Erwähnten ist klar, daß die elektromagnetische Pumpe mit konvergiertem Magnetfluß unter Anwendung des Prinzips des Generators starker Magnetfelder mit Vielschichtwirbelströmen aufgebaut ist, der vom Erfinder verschiedentlich vorgeschlagen worden ist. Dementsprechend kann das wandernde Magnetfeld mit sehr hoher Magnetflußdichte erhalten werden, und daraus ergibt sich die elektromagnetische Pumpe mit großer Kapazität, die im Vergleich mit der konventionellen Pumpe desselben Typs eine extrem große Leistung und eine ausreichende Ausstoßmenge hat.
  • Folglich kann die elektromagnetische Pumpe nach der Erfindung in den technischen Gebieten der Magnettechnologie, der Leistungsmagnete, der magnetischen Materialeigenschaften, der Kernfusion und dergleichen weitverbreitet angewendet werden, z.B. zum Fördern beim magnetischen Gießen und anderswo verwendeten geschmolzenen Metalls hoher Temperatur und zum Kreisenlassen als Kältemittel eines schnellen Brüters verwendeten geschmolzenen Natriums und ferner für ein zukünftiges elektromagnetisch angetriebenes Schiff, für MHD-Stromerzeugung und anderes.
  • Zum besseren Verständnis der Erfindung wird auf die beiliegende Zeichnung Bezug genommen, in der:
  • Fig. 1 eine abgewickelte perspektivische Ansicht ist, die eine umrissene Struktur einer geschichteten Spule vom Wirbelstromtyp zum Erzeugen eines starken magnetischen Wechselfeldes zeigt, auf der die Erfindung basiert;
  • Fig. 2 eine perspektivische Ansicht ist, die eine umrissene und teilweise durchbrochene Struktur eines mehrschichtigen, leistungssparenden Generators starker Magnetfelder vom Wirbelstromtyp, auf dem die Erfindung basiert;
  • Fig. 3 ein Aufriß ist, der ein Beispiel einer für die Erfindung verwendeten Spiralspule zeigt;
  • Fig. 4 ein Aufriß ist, der ein Beispiel einer für die Erfindung verwendeten Wirbelstromleiterplatte zeigt;
  • Fig. 5 ein Aufriß ist, der eine beispielhafte Struktur eines magnetflußerzeugenden Einheitselements nach der Erfindung zeigt;
  • Fig. 6 eine vertikale Querschnittsansicht ist, die eine beispielhafte Struktur einer elektromagnetischen Pumpe mit konvergiertem Magnetfluß nach der Erfindung zeigt;
  • Fig. 7 eine perspektivische Ansicht ist, die eine andere beispielhafte Struktur derselben zeigt;
  • Fig. 8 eine vertikale Querschnittsansicht ist, die noch eine andere beispielhafte Struktur derselben zeigt;
  • Fig. 9 ein Schaltbild ist, das ein Beispiel der Verbindung der Dreiphasenwechselspannungsbetriebs-Erregerspulen in derselben zeigt;
  • Fig. 10 ein Diagramm ist, das ein Beispiel einer Dreiphasenwechselspannung zum Betreiben derselben zeigt;
  • Fig. 11 ein Diagramm ist, das ein Beispiel für die Art der durch die dieselbe Betriebsdreiphasenwechselspannung erzeugten Magnetflußerzeugung zeigt;
  • Fig. 12 ein Diagramm ist, das ein anderes Beispiel derselben zeigt;
  • Fig. 13 ein Diagramm ist, daß Arten der Erzeugung eines wandernden Magnetfeldes und der Wirbelstromerzeugung zeigt, die durch die die elektromagnetische Pumpe nach der Erfindung betreibende Dreiphasenwechselspannung bewirkt werden;
  • Fig. 14 eine vertikale Querschnittsansicht ist, die eine umrissene Struktur einer ringförmigen elektromagnetischen Pumpe des iinearen Induktionstyps zeigt;
  • Fig. 15 eine vertikale Querschnittsansicht ist, die die Betriebsart derselben zeigt;
  • Fig. 16 eine vertikale Querschnittsansicht ist, die eine Betriebsart der elektromagnetischen Pumpe nach der Erfindung zeigt; und
  • Fig. 17 eine Kennlinie ist, die die Wirksamkeit der Schubkrafterzeugung zum Fördern geschmolzenen Metalls im Vergleich zwischen der konventionellen elektromagnetischen Pumpe und der elektromagnetischen Pumpe nach der Erfindung zeigt.
  • In den verschiedenen Figuren der Zeichnung bezeichnen:
  • 1 ... Spiralspule
  • 1a ... Erregerspule
  • 2 ... Wirbelstromleiterplatte
  • 3 ... Mittenloch
  • 4 ... Schlitz
  • 5 ... Freiraum
  • 6 ... Magnetmaterialrahmen
  • 7 ... Rohr
  • 8 ... zylindrischer magnetischer Kern
  • 9 ... Zwischenraum
  • 10 ... magnetische Flußdichtenverteilung
  • 11 ... Wirbelstrom
  • 12 ... Schubkraft
  • 13 ... effektiver Magnetfluß
  • 14 ... Leckmagnetfluß
  • 15 ... Kennlinie der Wirksamkeit der Schubkrafterzeugung der elektromagnetischen Pumpe der Erfindung
  • 16... Kennlinie der Wirksamkeit der Schubkrafterzeugung einer konventionellen elektromagnetischen Pumpe.
  • Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die beiliegende Zeichnung im folgenden in Einzelheiten beschrieben.
  • Zunächst ist in Fig. 4 eine axial abgewickelte perspektivische Ansicht einer "geschichteten Spule des Wirbelstromtyps für starke magnetische Wechselfelder" gezeigt, wie in der Beschreibung der japanischen Patentanmeldung Nr. 63-196,072 beschrieben, die vom Erfinder vorgeschlagen worden ist und auf der die elektromagnetische Pumpe der Erfindung basiert, während eine teilweise durchbrochene perspektivische Ansicht eines "mehrschichtigen, leistungssparenden Generators von starken magnetischen Wechselfeldern", wie in der Beschreibung der japanischen Patentanmeldung Nr. 1-19,431 und in der EP-A-0 383 497 beschrieben, in Fig. 2 gezeigt ist.
  • Die in Fig. 1 gezeigte geschichtete Spule des Wirbelstromtyps ist so aufgebaut, daß Spiralspulen 1 und kreisförmige Leiterplatten 2, die jeweils einzeln ein Mittenloch 3 und einen sich davon radial erstreckenden fächerförmigen Schlitz 4 aufweisen, abwechselnd aufeinandergestapelt sind und, wenn die aufeinanderfolgend miteinander verbundenen Spiralspulen 1 durch Anlegen einer Wechselspannung daran erregt werden, werden in den Randbereichen der kreisförmigen Leiterplatten 2 in der Umfangsrichtung Wirbelströme erzeugt, und weiterhin wird die Richtung dieser Wirbelströme entlang der Schlitze 4 in die radiale Richtung gelenkt, und daher konvergieren diese Wirbelströme um die Mittenlöcher 3 und im Ergebnis wird in den Mittenlöchern 3 in der axialen Richtung kontinuierlich ein starkes magnetisches Wechselfeld erzeugt.
  • Auf der anderen Seite ist der in Fig. 2 gezeigte leistungssparende Generator von starken magnetischen Wechselfeldern so aufgebaut, daß Spiralspulen 1 und kreisförmige Leiterplatten 2, die jeweils einzeln ein Mittenloch 3 und einen sich davon radial erstreckenden fächerförmigen Schlitz 4 aufweisen, abwechselnd aufeinandergestapelt sind und weitere die Mittenlöcher 3 der kreisförmigen Leiterplatten 2 umgebende Bereiche, mit Ausnahme der Teile, in denen Schlitze 4 ausgebildet sind, ausgehöhlt sind, um im wesentlichen ringförmige Freiräume 5 zu bilden, durch die hindurch rahmenförmige Eisenkerne 6 mit gleichen Freiräumen dazwischen angeordnet sind und daher geschlossene magnetische Kreise herstellen, die radiale Querschnitte der abwechselnd gestapelten Strukturen von Spiralspulen 1 und kreisförmigen Leiterplatten 2 umgeben und daher diese Spiralspulen 1 kreuzen, mit dem Ergebnis, daß die erregende Impedanz vergrößert wird, und daher der Eingangsstrom davon vermindert wird, um die in Fig. 1 gezeigte Struktur durch Beschicken mit diesen rahmenförmigen Eisenkernen 6 zum Erleichtern der Erzeugung des starken Magnetfeldes in den Mittenlöchern mit kleiner elektrischer Leistung zu verbessern.
  • Die elektromagnetische Pumpe mit konvergiertem magnetischem Fluß nach der Erfindung erhält man durch Verbessern des besagten Generators starker magnetischer Wechselfelder, im besonderen, indem man die Eigenschaften des Generators starker magnetischer Wechselfelder, wie in Fig. 2 gezeigt, soweit wie möglich verbessert, um ihn in die Lage zu versetzen, geschmolzenes Metall mit hoher Temperatur zu fördern.
  • In der elektromagnetischen Pumpe mit konvergiertem Magnetfluß nach der Erfindung sind Spiralspulen 1, wie in Fig. 3 gezeigt, und Wirbelstromleiterplatten 2, die konventionell kreisförmig oder, wie in Fig. 4 gezeigt, achteckig und die einzeln mit Löchern 3 in mittigen Bereichen und sich radial von den Löchern 3 zu Rändern erstreckenden Schlitzen 4 versehen sind, abwechselnd aufeinandergestapelt, um abwechselnde Stapelstrukturen zu bilden, deren Ränder von Magnetmaterialrahmen 6, die zum Beispiel aus geschichteten Eisenkernen bestehen, wie im Aufriß in Fig. 5 und in der Querschnittsansicht in Fig. 6 gezeigt, um eir magnetflußerzeugendes Einheitselement A zu bilden, von dem die erforderlichen Anzahlen axial zueinander angeordnet sind und in dem die Nittenlöcher 3 der Wirbelstrom-Leiterplatten 2 zueinander geführt sind, in welche Löcher ein Rohr 7 ausfüllend eingeführt ist, das aus widerstandsfähigem Material besteht, wie etwa Edelstahl oder verstärkte Keramiken, und die daher das Fördern geschmolzenen Metalls mit hoher Temperatur aushalten können, und in die ein zylindrischer magnetischer Kern 8 aus ferromagnetischem Material eingeführt und auf der Mittelachse in ihnen mit einem zwischen dem Rohr 7 und dem magnetischen Kern 8 gegebenen Zwischenraum 9 gehalten ist, der breit genug ist, geschmolzenes Metall zu fördern. Fig. 5 zeigt den Außenaufriß des magnetflußerzeugenden Einheitselementes A, während Fig. 6 den axialen Querschnitt dreier axial dicht aneinander angeordneter magnetflußerzeugender Einheitselemente A&sub1; bis A&sub3; zeigt.
  • In diesem Zusammenhang: Der die abwechselnde Stapelstruktur der Spiralspule 1 und der Leiterplatte 2 umgebende Magnetmaterialrahmen 6 ist im Grunde im wesentlichen U-förmig gestaltet, wie in Fig. 6 gezeigt. Es ist jedoch günstig für eine Magnetflußverteilung mit hoher Dichte, wie später erwähnt, in dem Rohr zum Fördern geschmolzenen Metalls, die spitzen Enden des U-förmigen Rahmens 6 bis zur Berührung mit dem Rohr 7 auszudehnen und in einer solchen Form auszubilden, daß unerwünschtes Auslecken von magnetischem Fluß vermindert wird. In Fig. 6 ist gezeigt, daß die Magnetmaterialrahmen 6 jedes Einheitselements A&sub1; bis A&sub3; einzeln in U-Form ausgebildet sind. Solange jedoch die spitzen Enden des U-förmigen Rahmens 6 wie oben erwähnt ausgebildet sind, können diese Magnetmaterialrahmen 6 jedes Einheitselementes A&sub1; bis A&sub3; in einem Körper einheitlich zusammengefaßt sein.
  • Als nächstes zeigt Fig. 7 eine äußere perspektivische Ansicht von sechs axial dicht aneinander angeordneten magnetflußerzeugenden Einheitselementen A&sub1; bis A&sub6;, während Fig. 8 eine axiale Querschnittsansicht von fünf axial dicht aneinander angeordneten magnetflußerzeugenden Einheitselementen A&sub1; bis A&sub5; ist, wie zusammen mit den in den geschlossenen magnetischen Kreisen induzierten, mit den durchbrochenen Linien gezeigten magnetischen Flüssen gezeigt.
  • Mehrere Einheiten wie oben erwähnt ausgebildeter magnetflußerzeugender Elemente A sind aufeinanderfolgend angeordnet, und mehrere Spiralspulen 1 jedes einzelnen Einheitselementes A sind sich einreihend in der gleichen Polarität verbunden, und weiterhin sind alle Gruppen Spulen 1 von aufeinanderfolgenden Einheitselementen A entsprechend miteinander kombiniert und werden zum Beispiel durch Anlegen von Dreiphasenwechselspannung betrieben. In dieser Situation werden durch in den Wirbelstromleiterplatten 2 fließende Wirbelströme induzierte magnetische Flüsse und in aus Magnetmaterialrahmen 6 durch Spiralspulen 1 gebildeten geschlossenen magnetischen Kreisen induzierte magnetische Flüsse in dem Rohr 7 axial konvergiert, im besonderen in dem in das Rohr 7 eingeführten zylindrischen magnetischen Kern 8, und daher werden magnetische Flüsse in im wesentlichen radialer Richtung in dem zylindrischen Zwischenraum 9 zwischen dem Rohr 7 und dem zylindrischen magnetischen fern 8 einzeln in jedem Einheitselement A konvergiert, so daß konvergierte magnetische Flußdichten in jedem Einheitselement A in der axialen Richtung entsprechend einem wandernden magnetischem Feld wandern, in dem sich die sinusförmige Variation der Intensität in der axialen Richtung ansprechend auf die Phasenverschiebung der angelegten Dreiphasenwechselspannung verschiebt. Im Ergebnis wird geschmolzenes Metall in dem Rohr 7 unter der darauf durch die Wechselwirkung zwischen dem obigen wandernden Magnetfeld und innerhalb des geschmolzenen Metalls in dem zylindrischen Zwischenraum 9 induzierten Wirbelströmen in Umfangsrichtung ausgeübte axiale Schubkraft gefördert, und daher werden die wie oben erwähnt aufeinanderfolgend angeordneten magnetflußerzeugenden Elemente als eine elektromagnetische Pumpe betrieben.
  • In anderen Worten sind in diesen wie oben erwähnt aufeinanderfolgend angeordneten magnetflußerzeugenden Elementen alle Gruppen Spiralspulen 1 in den aufeinanderfolgenden Einheitselementen A&sub1; bis A&sub6; miteinander in der dementsprechenden Kombination verbunden, zum Beispiel wie in Fig. 9 gezeigt, und werden durch Anlegen einer Dreiphasenwechselspannung U, V, W erregt, deren Phasen Q&sub1; bis Q&sub6; sich mit einer Winkelgeschwindigkeit verschieben, wie in Fig. 10 gezeigt. In dieser Situation werden in dem durch den Zwischenraum 9 von dem jede Gruppe Spiralspulen 1 in jedem Einheitselement A&sub1; bis A&sub6; umgebenden Magnetmaterialrahmen 6 und dem zylindrischem magnetischen Kern 8 in dem Rohr 7 zusammengesetzten geschlossenen magnetischen Kreis magnetische Wechselflüsse induziert, die sich einreihenden Einheitselementen A&sub1; bis A&sub6; entsprechende Phasen und Intensitäten zeigen, die in Fig. 11 gezeigt. In Verbindung mit Fig. 11 werden magnetische Flüsse, wie mit den Einheitselementen A&sub3;, A&sub4;, A&sub5; jeweils entsprechenden gestrichelten Linien gezeigt, in der den durchgezogenen Linien, die den Einheitselementen A&sub1;, A&sub2;, A&sub6; jeweils entsprechen, entgegengesetzten Richtung induziert.
  • Als ein Ergebnis des oben Erwähnten ist die axiale Intensitätsverteilung 10 der im wesentlichen in der radialen Richtung in dem zylindrischen Zwischenraum 9 zwischen den beiden Spitzendbereichen der U-förmigen Magnetmaterialrahmen in den aufeinanderfolgenden Einheitselementen A&sub1; bis A&sub6; und dem zylindrischen magnetischen Kern 8 induzierten magnetischen Flüsse sinusförmig, wie in Fig. 12 gezeigt. Diese sinusförmige Verteilung der Magnetflußintensität wandert in der axialen Richtung mit der Winkelgeschwindigkeit ω ansprechend auf die Phasenverschiebung der angelegten Dreiphasenwechselspannung, um das wandernde Magnetfeld zu bilden. In den Fig. 9, 11 und 12 die Situation, in der die Gruppen Spulen 1 in jedem Einheitselement so in Kombination miteinander verbunden sind, daß positive und negative magnetische Pole durch sechs Einheiten von magnetflußerzeugenden Elementen gebildet sind, so daß das wie oben erwähnt gebildete wandernde Magnetfeld in der axialen Richtung über die sechs Einheitselementen entsprechende Strecke innerhalb des einen Zyklusintervalls der Wechselspannung wandert.
  • Fig. 13 zeigt die Art der Erzeugung der auf geschmolzenes Metall in dem Zwischenraum durch das oben erwähnte wandernde Magnetfeld 10 ausgeübten Schubkraft, durch das in geschmolzenem Metall in dem zylindrischen Zwischenraum 9 ein Wirbelstrom 11 in Umfangsrichtung erzeugt wird. Als ein Ergebnis der Wechselwirkung zwischen dem Wirbelstrom 11 und dem wandernden Magnetfeld 10 wird auf das geschmolzene Metall eine Schubkraft 12 entlang der Wanderrichtung des wandernden Magnetfeldes 10 ausgeübt, und daher wirken diese magnetflußerzeugenden Elemente als eine elektromagnetische Pumpe.
  • Im Vergleich zwischen der oben erwähnten elektromagnetischen Pumpe nach der Erfindung und der zuvor erwähnten konventionellen elektromagnetischen Pumpe mit linearer Induktion ist die letztere - nach konventioneller Betrachtung mit der höchsten Wirksamkeit betrieben - aus der dichten Anordnung mehrerer Einheiten von magnetflußerzeugender Elemente A&sub1; bis A&sub6; in der axialen Richtung gebildet, wie in Fig. 14 gezeigt, in Bezug auf die skizzierte Struktur ähnlich wie die erstere, wie in Fig. 8 gezeigt, und weiterhin ist in jedem Einheitselement auch der letzteren ein zylindrischer magnetischer Kern 8 in ein Mittenloch 7 eines U-förmigen Magnetmaterialrahmens 6 eingeführt, der eine Erregerspule 1a mit einem um den zylindrischen Magnetkern 8 herum vorgesehenen zylindrischen Zwischenraum 9 umgibt. Offensichtlich verschieden von der elektromagnetischen Pumpe nach der Erfindung, in der, wie in Fig. 8 gezeigt, der Magnetmaterialrahmen 6 die abwechselnd gestapelte Struktur der Spiralspulen 1 und der Wirbelstromleiterplatten 2 umgibt, ist jedoch, daß in der konventionellen elektromagnetischen Pumpe, wie in Fig. 14 gezeigt, nur die Erregerspule 1a von dem Magnetmaterialrahmen 6 umgeben ist und daß weiterhin die Erregerspule 1a von dem Rohr 7 entfernt ist, um den Einfluß der hohen Temperatur des geschmolzenen Metalls in dem Rohr 7 zu vermeiden. So daß nichts, was zumindest den Durchgang von magnetischem Fluß stört, in einem weiten Freiraum zwischen der Erregerspule 1a und dem Rohr 7 vorhanden ist.
  • In der konventionellen elektromagnetischen Pumpe mit linearer Induktion, wie in Fig. 15 gezeigt, sind neben in dem Magnetmaterialrahmen 6 durch die von den Spulen 1a in jedem Einheitselement ausgeübte Erregung induzierten Magnetflüssen durch die oben erwähnten Freiräume innerhalb der Erregerspulen 1a hindurch verlaufende magnetische Leckflüsse 14 extrem erhöht, während wirksame magnetische Flüsse 13, die durch den zylindrischen Magnetkern 8 in dem Rohr 7 von beiden Spitzendbereichen des Magnetmaterialrahmens 6 weiterhin durch den Zwischenraum 9 hindurch verlaufen, und daher im Prinzip zu der Ausübung der Schubkraft in der axialen Richtung auf geschmolzenes Metall in dem Zwischenraum 9 durch die Wechselwirkung mit den darin induzierten Wirbelströmen beitragen, das heißt die axiale Richtung rechtwinklig kreuzende Magnetflußkomponenten, durch den Zuwachs der Leckmagnetflüsse vermindert sind, und im Ergebnis die Wirksamkeit der Erzeugung der auf das geschmolzene Metall ausgeübten Schubkraft extrem vermindert ist.
  • Auf der anderen Seite sind in der elektromagnetischen Pumpe nach der Erfindung, wie in Fig. 16 im Vergleich zu Fig. 15 gezeigt, die Wirbelstromleiterplatten 2, die einzeln zwischen jede Schicht Spiralspulen 1 eingesetzt sind, ausgedehnt, bis diese Platten 2 das Rohr 7 berühren, um als magnetisch abschirmende Platten gegen die Erzeugung der besagten Leckmagnetflüsse zu wirken. So daß die Leckmagnetflüsse im Vergleich zu der konventionellen Pumpe extrem vermindert sind, und im Ergebnis die wirksamen Magnetflüsse 13, die durch den zylindrischen Magnetkern 8 und weiterhin durch den Zwischenraum 9 hindurch verlaufen und daher zu der Erzeugung der auf geschmolzenes Metall ausgeübten Schubkraft beitragen, zusammen mit den durch die in den Leiterplatten 2 erzeugten Wirbelströme genau nach der Erfindung induzierten Magnetflüssen im Vergleich mit denen im konventionellen Fall extrem vergrößert sind, und daher die Wirksamkeit der Erzeugung der Schubkraft in der axialen Richtung bemerkenswert verbessert ist.
  • Fig. 17 zeigt die Resultate der praktischen Messung der Wirksamkeit der Erzeugung der Schubkraft in der axialen Richtung im Vergleich zwischen der konventionellen elektromagnetischen Pumpe und der elektromagnetischen Pumpe mit konvergiertem Magnetfluß nach der Erfindung unter den gleichen Bedingungen, das heißt genauer mit und ohne die Wirbelstrom- und gleichzeitig magnetische Abschirmplatte gegen die Erzeugung von Leckmagnetflüssen. Wie aus dem in Fig. 17 gezeigten Vergleich zwischen den Kennlinien 15 der durch die an die Erregerspule in der elektromagnetischen Pumpe, die der Leiterplatte nach der Erfindung versehen ist, angelegte Spannung erzeugten Schubkraft und den ähnlichen mit der konventionellen elektromagnetischen Pumpe ohne irgendeine Leiterplatte erhaltenen Kennlinien 16 offensichtlich ist, ist die Wirksamkeit der Erzeugung der Schubkraft in der elektromagnetischen Pumpe nach der Erfindung bemerkenswert verbessert im Vergleich zu derselben der konventionellen elektromagnetischen Pumpe.
  • Wie weiterhin aus der obigen Beschreibung hervorgeht, ist das Grundprinzip des zuvor von dem gleichen Erfinder vorgeschlagenen Generators starker Magnetwechselfelder des Wirbelstromtyps nach der Erfindung geschickt auf die elektromagnetische Pumpe zum Fördern geschmolzenen Metalls mit hoher Temperatur angewendet, und im Ergebnis ist die Herstellung der elektromagnetischen Pumpe dieser Art mit großen Abmessungen und großer Kapazität erleichtert, die bei Anwendung der konventionellen Pumpe dieser Art kaum herzustellen ist. Die elektromagnetische Pumpe der Erfindung beruht auf der abwechselnd geschichteten Struktur der Spiralspule und der mit dem sich radial von dem Mittenloch zum Rand erstreckenden Schlitz versehenen Wirbelstromleiterplatte und dem diese geschichtete Struktur umgebenden Magnetmaterialrahmen.
  • Nach der Erfindung können die folgenden bemerkenswerten Wirkungen auf der Grundlage der oben erwähnten Grundstruktur erreicht werden.
  • (1) Der große Erregerstrom kann durch die angelegte zum Erzeugen des starken Magnetfeldes erforderliche niedrige Spannung erhalten werden.
  • (2) Der um das Mittenloch der Wirbelstromleiterplatte konvergierte Wirbelstrom kann erhalten werden, und die Leiterplatte bietet die Abschirmwirkung gegen den Leckmagnetfluß aus dem Magnetmaterialrahmen, und im Ergebnis ist der wirksame magnetische Fluß, der durch den zylindrischen Magnetkern und weithin durch den in dem Rohr zum Fördern geschmolzenen Metalls ausgebildeten Zwischenraum hindurch verläuft und daher zu der Erzeugung der auf geschmolzenes Metall ausgeübten Schubkraft beiträgt, im Vergleich zu demselben in der konventionellen Pumpe dieser Art extrem erhöht.
  • (3) Die besagte Wirkung des erhöhten wirksamen Magnetflusses ist in dem Fall besonders bemerkenswert erreicht, daß der Innendurchmesser der Spiralerregerspule sehr viel größer als der Außendurchmesser des Rohres zum Fördern geschmolzenen Metalls mit hoher Temperatur ist, und im Ergebnis kann die Wärmeleitung von dem Hochtemperaturrohr durch Aufweiten des Freiraumes zwischen der Erregerspule und dem Hochtemperaturrohr einfach verhindert werden. In diesem Zusammenhang ist nach dem Arbeitsprinzip der Innendurchmesser des Mittenloches im wesentlichen der gleiche wie der Außendurchmesser des Rohres. Mit dieser Bedingung sind jedoch keine Schwierigkeiten verbunden, weil das Problem der Isolation vernachlässigbar ist.

Claims (3)

1. Elektromagnetische Pumpe mit konvergiertem Magnetfluß mit einer Anzahl Schichten von Erregerspulen (1), die koaxial zueinander und alle mit der gleichen Polarität gewickelt sind, mit einer Anzahl Schichten aus Leiterplatten (2), die einzeln zwischen benachbarten Schichten der Erregerspulen (1) eingefügt und jeweils mit radialen, ihre äußeren Ränder erreichenden Schlitzen (4) und mit Löchern (3) in ihren mittigen Bereichen versehen sind, wobei die Löcher (3) koaxial und mit den Schlitzen (4) verbunden sind, und mit einer Anzahl im wesentlichen U-förmiger, jeweilige äußere Ränder von Querschnitten der Erregerspulen (1) und Leiterplatten (2) umgebender Magnetmaterialrahmen (6) zum Ausbilden geschlossener magnetischer Kreise durch die Löcher (3), um ein magnetflußerzeugendes Einheitselement (A) zu bilden, wodurch axial wandernde, durch die aufeinanderfolgenden Löcher (3) verlaufende Magnetflüsse von in den Leiterplatten (2) von Mehrphasenwechselströmen, die durch die Erregerspulen (1) entlang den radialen Schlitzen (4) und um die Löcher (3) herum angelegt sind, erzeugten konvergierenden Wirbelströmen induziert werden und konvergierende wandernde Magnetflüsse in den durch die Magnetmaterialrahmen (6) gebildeten geschlossenen magnetischen Kreisen induziert und den wandernden Magnetflüssen in den Löchern (3) in Phase überlagert werden, um in der Lage zu sein eine axiale Schubkraft auf geschmolzenes Metall in einem aus nicht-magnetischem Material gebildeten und durch die Löcher (3) hindurchführenden Rohr (7) auszuüben.
2. Elektromagnetische Pumpe nach Anspruch 1, in der in dem nicht-magnetischen Rohr (7) zumindest ein zylindrischer Kern (8) aus magnetischem Material vorgesehen ist, um sich einreihend entsprechende Teile der geschlossenen magnetischen Kreise zu bilden.
3. Elektromagnetische Pumpe nach Anspruch 1 oder 2, in der eine Anzahl der magnetflußerzeugenden Einheitselemente (A&sub1;, A&sub2;, ...) koaxial in Folge angeordnet sind.
DE1991603931 1990-03-09 1991-03-08 Elektromagnetische Pumpe mit konvergiertem Magnetfluss. Expired - Fee Related DE69103931T2 (de)

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