JP2003254280A - 磁気浮上型マグネットポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 インペラーを有するローターユニットを、永
久磁石による磁力により、常時、ポンプ室内の回転中心
に浮上させた状態に保持し、ローターユニットを支持す
るラジアル軸受けをなくしてローターユニットの支持構
造を簡素化し、保守性に優れた高性能の磁気浮上型マグ
ネットポンプを提供する。 【解決手段】 ポンプ室３内に配したローターユニット
１０の後部に設けたローター９を、外部原動機１４とマ
グネットカップリングを介して磁気的に結合したマグネ
ットポンプにおいて、ローターユニット１０に回転磁石
１６を装着し、該回転磁石１６に対応してポンプ室外側
周りに静止磁石１７を配装し、静止磁石１７と回転磁石
１６との間に生じる磁力で、常時、ローターユニット１
０をポンプ室３内の回転中心に浮上させてこの状態を保
持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、磁気浮上型マグネ
ットポンプに関するものであり、さらに詳しくは、イン
ペラーに回転を伝達するための回転軸が、ポンプ室後壁
を貫通しないシールレス構造で、腐食性流体を扱うのに
好適する磁気浮上型マグネットポンプに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、マグネットポンプとして、ポ
ンプを構成するブラケットの前部にフロントケーシング
を取着してポンプ室を形成し、ポンプ室後方でブラケッ
トに取着した椀状の隔壁内に主軸を設け、該主軸に、ポ
ンプ室内で回転するインペラーを有するローターユニッ
トを、すべり軸受けを介して回転自在に支持し、ロータ
ーユニットの後部に設けたローターにインナーマグネッ
トを配装し、該インナーマグネットに対応して隔壁外に
アウターマグネットを配し、これをモータ等の原動機の
出力軸に連結した磁気継手に装着し、ローターと磁気継
手を磁気的に結合してマグネットカップリングを形成
し、原動機の回転でローターユニットを同期回転される
構成のマグネットポンプが提案されている。

【０００３】この構成のマグネットポンプによる薬液の
移送では、薬液は、インペラー前面の吸込み口からイン
ペラー中心部に向けに吸入し、インペラーで径方向に加
圧してインペラー外周に対応してポンプ室に設けた吐出
口から吐出される。この時にインペラーからポンプ室に
吐出された薬液圧がインペラー背面に作用して生じるス
ラスト力でローターユニットは前方向けに移動するた
め、このスラスト力はインペラー背面側で主軸に設けた
スラストベアリングに、すべり軸受け前端面を当接させ
て受け止めるようにし、ローターユニットの荷重は、す
べり軸受けを介して主軸で支持される。

【０００４】この種のマグネットポンプは、ポンプ室内
のインペラーを駆動する従動側のインナーマグネット
と、ポンプ室外の駆動側のアウターマグネットが隔壁に
よって隔てられ、主軸はポンプ室内にあって隔壁を貫通
しない構造にできるため、軸が隔壁を貫通する部分をシ
ールする軸封装置が不要であるため、液漏洩のないノー
メンテナンスポンプとして、腐食性の強い薬液の移送等
に多用されている。

【０００５】また、これとは別のマグネットポンプとし
て、本出願人は、先に、ローターユニットにおいて、マ
グネットカップリングを形成するローターが、非磁性体
で良電導材料からなる円筒状のローターからなり、この
ローターをポンプ室後壁に設けた二重構造の内外円筒キ
ャン内に形成した隙間に挿入し、このローターに対応し
て内外円筒キャンの外側と内側に永久磁石筒を対向的に
配し、この両方の永久磁石筒をモーター等の原動機の出
力軸に連結した磁気継手に結合した構成のマグネットポ
ンプを提案した（特願２００１−２１４７７２号参
照）。

【０００６】このマグネットポンプは、内外円筒キャン
の外側と内側に対向的に配した永久磁石筒による磁界内
に円筒状のローターがあり、原動機により両方の永久磁
石筒が一体的に回転して回転磁界ができると、この回転
磁界内にあってローター内に誘起される電圧の下でロー
ターにうず電流が流れ、この電流と回転する磁束との間
に電磁力がはたらいてローターが永久磁石筒と同じ方向
に非同期回転してポンプ作用を発揮する。ここで、ロー
ターが内外円筒キャンの隙間内で回転すると、隙間内に
充満する薬液が流動してローターと内外円筒キャンとの
間にくさび効果が表れてローターを隙間内に浮上させ、
ローターユニットに対し前方向けに発生するスラスト力
は、インペラーの前面中心に設けた支持凹部に、ポンプ
室の吸込み口側の支承体に設けた支持突起を係合させて
インペラーを定位置に保持し、ポンプ運転中に、ポンプ
自体の振動やポンプ内を流動する薬液の圧力変化等によ
ってローターユニットをがたつかせる等してローターユ
ニットを後退移動させる時は、インペラー背面中心に設
けた支持凹部に、ポンプ室後壁に設けた支持突起を係止
させてインペラーを一時的に保持して回転を継続させる
ものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前記するように、ポン
プの内部構造として、ストレート径をなす固定された主
軸に、すべり軸受けを介してローターユニットを支持さ
せる構造のマグネットポンプの場合の軸受け部では、ロ
ーターユニットの荷重を支持するとともに、ローターユ
ニットに対し発生するスラスト力を受け止める複雑な構
造となり、摩擦損失も大きく、また、メンテナンスがや
り難いばかりでなく、ポンプの小型形化の妨げにもなっ
ている。

【０００８】また、ポンプの内部構造として、ローター
ユニットの前後中心部分と、これに対応する固定側に、
それぞれ支持凹部と支持突起を設け、両者を係合させる
構成のマグネットポンプの場合は、ポンプの通常運転時
には、支持凹部に支持突起が係合して回転部分に対し軸
心方向に生じるスラスト力を受け止めるスラスト軸受け
として機能するが、ポンプ停止時には、支持凹部と支持
突起が係合した状態で、ローターユニットの荷重を支持
するラジアル軸受けとして圧力負担が掛かるために、強
度的な面から支持凹部と支持突起は、耐荷重性の高い頑
丈な構造が求められる。

【０００９】そこで、本発明の課題は、インペラーを有
するローターユニットを、その重量に左右されることな
く、永久磁石による磁力により、常時、ポンプ室内の回
転中心に浮上させた状態に保持し、ポンプの内部構造と
してローターユニットの荷重を支持するラジアル軸受け
を必要とせず、ローターユニットの支持構造を簡素化
し、保守性に優れた高性能の磁気浮上型マグネットポン
プを提供することを目的としたものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の磁気浮上型マグネットポンプは、前部にイ
ンペラーを有するローターユニットをポンプ室内に配
し、該ローターユニットの後部に設けたローターを、隔
壁で隔てられた外部原動機とマグネットカップリングを
介して磁気的に結合したマグネットポンプにおいて、ロ
ーターユニットの中間部に回転磁石を装着し、該回転磁
石に対応してポンプ室周りに静止磁石を配装し、これら
の静止磁石の磁界が回転磁石の磁界に作用して生じる磁
力で、常時、ローターユニットを、その回転中心に浮上
させて保持するように、回転磁石及び静止磁石の磁極を
方向付けたことを特徴とする。

【００１１】ここで、回転磁石及び静止磁石は、共に磁
極の強さの強い高性能の永久磁石が使用される。形態等
については、特に制約はなく、静止磁石は回転磁石を取
り巻く複数の静止磁石であってもよいし、一つのリング
状の静止磁石であってもよい。要は、総合的に、静止磁
石の磁界が回転磁石の磁界に作用して生じる磁力で、ロ
ーターユニットを回転中心に浮上させた状態を保持でき
るようにする。磁石の数や配置等については、実験的に
設定される。また、ポンプ運転時に、ポンプ室に吐出さ
れる薬液圧がインペラー背面に作用して生じるスラスト
力で、ローターユニットが前方向けに移動するのを規制
するために、ポンプ室の吸込み口側の支承体に、インペ
ラーの前面中心に当接する円錐状の制動コーンを装着す
る。

【００１２】このように構成した本発明のマグネットポ
ンプによれば、ポンプ室外側周りに配装した複数個の静
止磁石の磁界に、ローターユニットに装着した回転磁石
の磁界に作用して生じる磁力で、ローターユニットを浮
上させて回転中心に保持するので、ポンプ運転時には、
原動機の回転に伴ってローターユニットは浮上した状態
のままで回転してポンプ作用を発揮する。そして、ポン
プの運転中は、ポンプ室に吐出される薬液圧がインペラ
ー背面に作用して生じるスラスト力でローターユニット
が前方向に移動するのは、制動コーンがインペラーの前
面中心に当接して規制され、定位置で回転してポンプ作
用を発揮する。

【００１３】従って、本発明に係るマグネットポンプで
は、ポンプ内部構造として、ローターユニットをポンプ
内に支持するラジアル軸受けを必要としないので、ポン
プ構造を簡素化し、軸受け部の摩擦損失がなく、保守性
に優れた高性能のポンプが提供できる。

【００１４】また、本発明において、ローターユニット
の中間部に配装した主軸に、前後に離間して回転磁石を
装着し、両方の回転磁石に対応してポンプ室外側周りの
２個所に静止磁石をそれぞれ配装した構成にすると、ロ
ーターユニットを浮上させる２個所の浮上力を、インペ
ラー側とローター側の重量に見合った浮上力に設定する
ことで、ローターユニットは、その長さ等に無関係にバ
ランスよく浮上させることができてローターユニットの
安定性を高めることができる。

【００１５】また、本発明において、ローターユニット
を、その回転中心に浮上させる磁力に加え、同じ磁力に
より、ローターユニットを後方向けに移動させるスラス
ト力を生じさせるように、ポンプ室外側周りの静止磁石
の配装位置を設定し、ポンプ室の後部の隔壁に、ロータ
ーの後面中心に当接する制動コーンを設けた構成にする
と、常態、すなわち、ポンプが停止状態にある時に、磁
力によって後方向けに移動傾向を示すローターユニット
は、その後端面中心に制動コーンが当接して定位置に安
定し、ポンプの運転時には、この磁力に逆らってロータ
ーユニットは前方向けに移動させられるので、ポンプ運
転中に、インペラーの前面中心に当接する制動コーンが
受ける圧力負担を軽減して、効率のよい回転を実現す
る。

【００１６】また、前記のように、ローターユニットの
若干の前後動を許容して、その前後に制動コーンが対向
的に設けてあると、ポンプの空運転時や空気を吸い込む
ような時、または、キャビテーションが発生したりする
時に、逆方向にスラスト力を生じた時に、一時的にロー
ターユニットが後方向けのに移動することがあっても、
ローターユニットは、その後端部中心に制動コーンが当
接して移動が規制されるので、ポンプの運転時に生じる
軽微な異常発生によってポンプの運転が左右されるよう
なことはない。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面に基づいて説明する。

【００１８】図１は本発明の実施の形態を示す磁気浮上
型マグネットポンプの断面図である。

【００１９】図において、ブラケット１の前部にフロン
トケーシング２を取着してポンプ室３形成し、ブラケッ
ト１後部にリアケーシング４を取着し、このリアケーシ
ング４後端に、リアケーシング４側に絞り込み状に円筒
状壁部５ａを形成したリアケーシングカバー５を取着
し、円筒状壁部５ａをリアケーシング４後部に同心状に
入り込ませて二重構造の内外円筒キャン部６を形成して
いる。

【００２０】ポンプ室３内にあってインペラー７後部に
主軸８を介して非磁性体で良電導材料からなる円筒状の
ローター９を結合してローターユニット１０を形成し、
ローター９を内外円筒キャン部６の隙間６ａに緩挿して
いる。

【００２１】内外円筒キャン部６の外側と内側に永久磁
石筒１１，１２を対向的に配し、両方の磁石筒１１，１
０を磁気継手１３に結合し、この磁気継手１３をモータ
ー等の原動機１４の出力軸１５に連結して永久磁石筒１
１，１２と、その磁界内にあるローター９でマグネット
カップリングを構成している。すなわち、原動機１４に
より両方の永久磁石筒１１，１２が一体に回転して内外
円筒キャン部６を通り抜ける回転磁界ができると、ロー
ター９内に誘起される電圧の下でローター９にうず電流
が流れ、この電流と回転する磁束との間に電磁力がはた
らいてローター９が永久磁石筒１１，１２の回転と同じ
方向に非同期回転するようにしている。

【００２２】ローターユニット１０の主軸８に回転磁石
１６を装着し、この回転磁石１６に対応してポンプ室３
の外側周り、すなわち、図１においては、ブラケット１
の外側周りに複数個の静止磁石１７（１個のリング状の
静止磁石であってもよい。）を配装している。この静止
磁石１７は、磁石保持器１８に固定され、この磁石保持
器１８と一体でブラケット１に装着されている。

【００２３】回転磁石１６と静止磁石１７はともに、磁
極の強さの強い高性能の永久磁石が使用され、静止磁石
１７の磁界がブラケット１を通して回転磁石１６の磁界
に作用して生じる磁力Ｆ1（図２参照）で、常時、ロー
ターユニット１０を回転中心に浮上させた状態に保持す
るようにしている。このために、回転磁石１６及び静止
磁石１７の磁極が方向付けられ、また、静止磁石１７の
数や配置等については実験的に設定される。

【００２４】ポンプ室３内にあって、回転中心に浮上状
態にあるローターユニット１０が前方向け（インペラー
７側）へ移動するのを規制するために、インペラー７の
前面中心に対応してポンプ室３の吸込み口３ａ側の支承
部材１９に、円錐状の制動コーン２０を設け、また、ロ
ーターユニット１０が後方向けに移動するのを規制する
ために、ローター９の後面中心に対応してリアケーシン
グカバー４の内端面に制動コーン２１を設けている。

【００２５】主軸８に装着する回転磁石１６と、これに
対応してブラケット１の外側周りに配装する静止磁石１
７の位置の設定に当たって、実施の形態では、ローター
ユニット１０を回転中心に浮上させる磁力に加え、同じ
磁力により、ローターユニット１０を後方向けに移動さ
せるスラスト力を生じさせるように、回転磁石１６に対
して静止磁石１７の位置を前方向にずらしている。

【００２６】このような静止磁石１７の位置設定によ
り、図３に示すように、ローターユニット１０を後方向
けに移動させるスラスト力を生じさせる磁力Ｆ2は、ポ
ンプ運転時に生じるローターユニット１０を前方向けに
移動させるスラスト力に逆らうことになるので、インペ
ラー７の前面中心部に当接する制動コーン２０が受ける
圧力負担が軽減される。

【００２７】上記構成において、本発明に係る磁気浮上
型マグネットポンプでは、ローターユニット１０に装着
した回転磁石１６を、ブラケット１の外側周りに配装し
た複数個の静止磁石１７が取り巻き、静止磁石１７の磁
界が回転磁石１６の磁界に作用して生じる磁力で、常
時、ローターユニット１０を浮上させて回転中心に保持
する。

【００２８】ポンプ運転時には、原動機１４の起動によ
り内外円筒キャン部６周りに永久磁石筒１１，１２が回
転して回転磁界ができると、この回転磁界内にあるロー
ター９にうず電流が流れて電磁力がはたらき、回転磁界
と同じ方向にローターユニット１０は、その回転中心に
浮上した状態のままで回転する。このローターユニット
１０の回転で、インペラー７が回転すると、吸込み口３
ａからインペラー７向けに吸い込まれた薬液は、インペ
ラー７で径方向に加圧されてインペラー７外周からポン
プ室３内に吐出されて吐出口３ｂからポンプ外に吐出さ
れる。

【００２９】こうして、ポンプ運転中は、ポンプ室３に
吐出される薬液圧がインペラー７背面に作用して生じる
スラスト力でローターユニット１０は前方向けに移動す
るが、この移動は、支承部材１９に設けた制動コーン２
０がインペラー７の前面中心に当接して規制され、イン
ペラー７は定位置で回転して安定したポンプ作用を発揮
する。

【００３０】また、ポンプ運転中に生じる振動等によっ
てインペラー７に生じる逆方向のスラスト力でローター
ユニット１０が後方向けに移動をするような時は、リア
ケーシングカバー５の内端面に設けた制動コーン２１が
ローター９の後面中心に当接してローターユニット１０
の後退移動を規制する。従って、一時的にしても、ロー
ターユニット１０は固定部と擦れ合うようなことがなく
円滑に回転を継続する。

【００３１】図４は、主軸を長尺構成にした比較的長尺
のローターユニットに適用した実施の形態を示すもの
で、この実施の形態では、ブラケット１内に、後方に延
びるリアケーシング４ａを同軸状に配し、このリアケー
シング４ａ内にあってインペラー７後部に長尺構成の主
軸８ａを介して非磁性体で良電導材料からなる円筒状の
ローター９を結合してローターユニット１０ａを形成
し、このローターユニット１０ａの浮上時のバランスを
採る上で、主軸８ａに装着する回転磁石１６ａ，１６ｂ
を、所定の間隔を採って主軸８ａの両端寄りに装着し、
両方の回転磁石１６ａ，１６ｂに対応してリアケーシン
グ４ａの外側周りに複数個の静止磁石１７ａ，１７ｂ
（２個のリング状の静止磁石であってもよい。）を配装
している。この場合の前後する静止磁石１７ａ，１７ｂ
は、ブラケット１とリアケーシング４ａの間にあって、
ともに磁石保持器１８ａ，１８ｂに固定され、前後する
静止磁石１７ａ，１７ｂ間の間隔をスペーサ２２で保持
し、後部の磁石保持器１８ｂを保持器押え２３を用いて
ブラケット１に固定している。

【００３２】このように、主軸８ａ上で間隔を採って２
個所で浮上力を生じさせる構成の場合は、２個所の浮上
力を、インペラー７側とローター９側の重量に見合った
浮上力に設定することによって、ローターユニット１０
ａの長さ等に無関係に、ローターユニット１０ａをバラ
ンスよく回転中心に浮上させることができる。

【００３３】また、主軸８ａの２個所に回転磁石１６
ａ，１６ｂを装着した構成では、両方の回転磁石１６
ａ，１６ｂに対応する静止磁石１７ａ，１７ｂの位置設
定によっては、図５に示すように、互いに打ち消す方向
に磁力Ｆ3、Ｆ4を向けたり、磁力Ｆ3、Ｆ4を同一方向に
向けたりすることが自由にできる。従って、磁力Ｆ3、
Ｆ4によるスラスト力の大きさ及び方向は、ポンプの運
転条件に合わせて総合的に考慮して設定される。

【００３４】

【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、本発明によれば、インペラーを有するローター
ユニットを、その重量に左右されることなく、永久磁石
による磁力により、常時、ポンプ室内の回転中心に浮上
させた状態に保持し、これを原動機によりマグネットカ
ップリングを介して回転させてポンプ作用を発揮するよ
うにしたので、ポンプ内でローターユニットを支持する
ラジアル軸受け機構を必要とせず、ローターユニットの
支持構造を簡素化し、保守性に優れ、ポンプの高性能化
と小型化を可能にしたものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す磁気浮上型マグネッ
トポンプの断面図である。

【図２】ローターユニットが磁力により回転中心に浮上
する状態を説明のためのローターユニットの概略縦断面
図である。

【図３】ローターユニットに対し後方向けにスラスト力
を生じさせる磁力を説明のためのローターユニットの概
略側面図である。

【図４】比較的長尺のローターユニットに適用した本発
明の実施の形態を示す磁気浮上型マグネットポンプの断
面図である。

【図５】図４に示すローターユニットに対し２方向にス
ラスト力を生じさせる磁力を説明のためのローターユニ
ットの概略側面図である。

【符号の説明】

１ ブラケット ２ フロントケーシング ３ ポンプ室 ３ａ 吸込み口 ３ｂ 吐出口 ４，４ａ リアケーシング ５ リアケーシングカバー ５ａ 円筒状壁部 ６ 内外円筒キャン部 ６ａ 隙間 ７ インペラー ８，８ａ 主軸 ９ ローター １０，１０ａ ローターユニット １１，１２ 永久磁石筒 １３ 磁気継手 １４ 原動機 １５ 出力軸 １６，１６ａ，１６ｂ 回転磁石 １７，１７ａ，１７ｂ 静止磁石 １８，１８ａ，１８ｂ 磁石保持器 １９ 支承部材 ２０，２１ 制動コーン ２２ スペーサ ２３ 保持器押え

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 前部にインペラーを有するローターユニ
   ットをポンプ室内に配し、該ローターユニットの後部に
   設けたローターを、隔壁で隔てられた外部原動機とマグ
   ネットカップリングを介して磁気的に結合したマグネッ
   トポンプにおいて、ローターユニットの中間部に回転磁
   石を装着し、該回転磁石に対応してポンプ室周りに静止
   磁石を配装し、これらの静止磁石の磁界が回転磁石の磁
   界に作用して生じる磁力で、常時、ローターユニット
   を、その回転中心に浮上させて保持するように、回転磁
   石及び静止磁石の磁極を方向付けたことを特徴とする磁
   気浮上型マグネットポンプ。
2. 【請求項２】 ローターユニットの中間部に配装した主
   軸に、前後に離間して回転磁石を装着し、両方の回転磁
   石に対応してポンプ室外側周りの２個所に静止磁石をそ
   れぞれ配装したことを特徴とする請求項１記載の磁気浮
   上型マグネットポンプ。
3. 【請求項３】 ローターユニットを、その回転中心に浮
   上させる磁力に加え、同じ磁力により、ローターユニッ
   トを後方向けに移動させるスラスト力を生じさせるよう
   に、ポンプ室外側周りの静止磁石の配装位置を設定し、
   ポンプ室の後部の隔壁に、ローターの後面中心に当接す
   る制動コーンを設けたことを特徴とする請求項１又は２
   記載の磁気浮上型マグネットポンプ。