JP2003322242A - 磁気カップリング装置及びこれを用いた流体機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】磁気カップリング装置において、マグネットロ
ータの回転による渦電流損を抑え、所定のトルクを効率
良く伝達できるようにする。 【解決手段】駆動側マグネットロータと従動側マグネッ
トロータとの間に設ける隔壁に溝を形成し、渦電流回路
の分離や抵抗増大を図る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、駆動側マグネット
ロータと従動側マグネットロータとの間に隔壁を有する
磁気カップリング技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、磁気カップリング装置は、マグネ
ットポンプなどの流体機内に装着されたときにも、流体
による腐食や汚染などを防止できるようになっている。
従動側マグネットロータは、金属材料や樹脂で封止され
た構成や、インペラーと一体成形された構成を有し、ま
た、駆動側マグネットロータと従動側マグネットロータ
との間には円筒状の隔壁が挿入され、流体を遮断するよ
うになっている。隔壁の材質には、金属材や樹脂が用い
られるが、樹脂で構成された場合は、金属材と比べて剛
性や耐浸透性が劣るため、これらを補うためには、隔壁
の肉厚を厚くする必要がある。隔壁の厚さが増えること
によって、駆動側マグネットロータと従動側マグネット
ロータとの間の磁気空隙が大きくなってしまい、磁気抵
抗が増大し、磁束量が減少して、伝達トルクの低下や、
装置の大型化を招く。従って、小型の装置で所定のトル
クを効率良く伝達するためには、隔壁の材質には金属材
が用いられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、隔壁を
金属材で構成した場合には、マグネットロータの回転に
よる交番磁束によって交流電圧が誘起され、その結果、
渦電流が流れ、渦電流損が発生して、磁気カップリング
装置の動力伝達効率を低下させる。本発明の課題点は、
上記従来技術の状況に鑑み、磁気カップリング装置にお
いて、マグネットロータの回転による渦電流損を抑え、
所定のトルクを小型の装置でも効率良く伝達できるよう
にすることである。本発明の目的は、かかる課題点を解
決できる技術の提供にある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題点を解決するた
めに、本発明では、基本的に、金属材の隔壁に溝を設
け、該溝によって渦電流流路の抵抗を増大させて渦電流
を抑える。具体的には、磁気カップリング装置として、
（１）金属材で形成する隔壁（該当実施例：符号５、
５'）を、駆動側マグネットロータと従動側マグネット
ロータとの間の磁極対向領域に溝（該当実施例：符号１
２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２'ａ、１
２'ｂ、１２'ｃ、１２'ｄ、１２'ｅ、１３ａ、１３ｂ、
１３ｃ、１３ｄ、１３'ａ、１３'ｂ、１３'ｃ、１３'
ｄ）を有する構成とする。（２）金属材で形成する隔壁
（該当実施例：符号５、５'）を、駆動側マグネットロ
ータと従動側マグネットロータとの間の磁極対向領域に
溝（該当実施例：符号１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２
ｄ、１２ｅ、１２'ａ、１２'ｂ、１２'ｃ、１２'ｄ、１
２'ｅ、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３'ａ、１
３'ｂ、１３'ｃ、１３'ｄ）を有し、該溝が、該両マグ
ネットロータそれぞれのマグネット磁極の配列方向に伸
びた構成とする。（３）金属材で形成する隔壁（該当実
施例：符号５、５'）を、駆動側マグネットロータと従
動側マグネットロータとの間の磁極対向領域に溝（該当
実施例：符号１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２
ｅ、１２'ａ、１２'ｂ、１２'ｃ、１２'ｄ、１２'ｅ、
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３'ａ、１３'ｂ、
１３'ｃ、１３'ｄ）を有し、該溝が、該両マグネットロ
ータの回転方向に沿って伸びた構成とする。（４）上記
（１）から（３）のいずれかにおいて、上記溝は、複数
の溝が互いに平行に形成された構成とする。（５）上記
（１）から（３）のいずれかにおいて、上記溝は、螺旋
状または渦巻状に形成される構成とする。（６）上記
（１）において、上記溝は、上記隔壁の円筒状部分に形
成される構成とする。（７）駆動側マグネットロータと
従動側マグネットロータとの間で動力伝達を行う磁気カ
ップリング装置を備えた流体機械として、金属材で形成
されかつ上記駆動側マグネットロータと上記従動側マグ
ネットロータとの間の磁極対向領域に溝を有する隔壁
（該当実施例：符号５、５'）を、該両マグネットロー
タ間に備えた磁気カップリング装置と、上記従動側マグ
ネットロータに結合され、回転によって流体移動を行う
流体処理部材（該当実施例：符号８）とを備えた構成と
する。

【０００５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例につき、図
面を用いて説明する。図１〜図４は、本発明の第１の実
施例の説明図である。図１はマグネットポンプの構成例
図、図２は磁気カップリング装置の隔壁の外観図、図
３、図４は、隔壁の表面展開図と断面図である。本第１
の実施例は円筒状の駆動側マグネットロータと従動側マ
グネットロータとを用いる場合の例である。図１におい
て、１はモータ、２は取付けフレーム、３は駆動側マグ
ネットロータ、４は、該駆動側マグネットロータ３を構
成する駆動側マグネット、５は、例えば非磁性ステンレ
ス等の金属材から成る隔壁、６はポンプフレーム、７は
シャフト、８はインペラー、９はポンプ室、１０は従動
側マグネットロータ、１１は、該従動側マグネットロー
タ１０を構成する従動側マグネットである。隔壁５は、
駆動側マグネットロータ３の配置された領域と、従動側
マグネットロータ１０の配置された領域とを分ける。モ
ータ１は、出力軸が駆動側マグネットロータ３に接続さ
れている。駆動側マグネット４と従動側マグネット１１
はそれぞれ、回転方向に複数の磁極が配列され、隔壁５
を介して互いに、Ｎ極とＳ極の磁極が対向（周面対向）
するようにされた構成を有し、互いに磁気力によって結
合（カップリング）されている。取付けフレーム２'
は、モータ１と、隔壁５と、ポンプ本体とを結合する。
流体の吸込口と吐出口を備えたポンプフレーム６はその
内部において、ポンプ室９内にシャフト７と回転自在な
インペラー８とが配されている。インペラー８には従動
側マグネット１１が取付けられている。駆動側マグネッ
ト４を含む駆動側マグネットロータ３、従動側マグネッ
ト１１を含む従動側マグネットロータ１０、隔壁５及び
インペラー８は磁気カップリング装置を構成する。かか
る構成において、モータ１によって駆動側マグネットロ
ータ３が回転駆動されると、該駆動側マグネットロータ
３に磁気カップリングされた従動側マグネットロータ１
０が従動的に回転する。従動側マグネットロータ１０が
回転すると、該従動側マグネットロータ１０に結合され
たインペラー８が回転する。該インペラー８の回転によ
って、ポンプフレーム６の吸込口から流体が吸込まれ、
該吸込まれた流体はポンプ室９内において増圧された
後、吐出口へと進む。隔壁５は、取付けフレーム２とポ
ンプフレーム６との間に固定されているため、駆動側マ
グネットロータ３と従動側マグネットロータ１０が上記
のように回転したとき、該隔壁５には、その厚さ方向
に、駆動側マグネット４と従動側マグネット１１の対向
磁極による磁束が交番状に変化した状態で通る。

【０００６】図３は、図１中における磁気カップリング
装置の円筒状の金属材から成る隔壁５の表面展開図
（（ａ））と断面図（（ｂ））である。図３において、
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２'ａ、
１２'ｂ、１２'ｃ、１２'ｄ、１２'ｅはそれぞれ、隔壁
５の外周面と内周面の磁極対向領域に設けられた互いに
平行な溝である。該溝１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２
ｄ、１２ｅは、隔壁５の外周面において、駆動側マグネ
ットロータ３と従動側マグネットロータ１０の回転方
向、すなわち駆動側マグネット４、従動側マグネット１
１のそれぞれの磁極の配列方向に沿って伸びた構成であ
り、また、該溝１２'ａ、１２'ｂ、１２'ｃ、１２'ｄ、
１２'ｅは、隔壁５の内周面において、駆動側マグネッ
トロータ３と従動側マグネットロータ１０の回転方向、
すなわち駆動側マグネット４、従動側マグネット１１の
それぞれの磁極の配列方向に沿って伸びた構成である。
駆動側マグネットロータ３と従動側マグネットロータ１
０が回転すると、該隔壁５内の該磁極対向領域には磁束
変化が発生し、該磁束変化を妨げるように渦電流が流れ
る。上記隔壁５がもしも、図４のように溝をもたない平
坦な表面の金属材で構成される場合には、該渦電流は、
同図４のように、上記磁極対向領域のほぼ全体にわたる
ループ規模の電流路を構成して流れる。該渦電流の大き
さは、磁束量の２乗と磁束変化速度の２乗との積に比例
し、電流路内の抵抗に反比例する。磁気カップリング装
置においてカップリング力（結合力）を上げるには、磁
極対向部の磁束量を増大させることになるため、該渦電
流が増大することになる。上記図３の構成の場合、上記
溝１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２'
ａ、１２'ｂ、１２'ｃ、１２'ｄ、１２'ｅがそれぞれ、
渦電流の電流路を該溝部において分離して小ループに分
割し、該電流路の電気抵抗を増大させ、磁束量が増大し
た場合においても渦電流の増大を抑える。上記溝は、上
記円筒状の隔壁５の外周面または内周面のいずれか一方
に設けてもよい。また、上記溝は、上記円筒状の隔壁５
の外周面、内周面のいずれか一方または両方に、例えば
螺旋状にして設けてもよい。また、溝の断面形状は矩形
状に限定されない。

【０００７】上記第１の実施例によれば、磁気カップリ
ング装置における隔壁５における渦電流を抑え、渦電流
損を抑えて、モータの負荷を低減することができる。こ
の結果、渦電流損を抑えた状態で、駆動側マグネット
４、従動側マグネット１１のそれぞれによる磁束量の増
大や、磁束変化速度の増大を図ることができる。該磁束
量の増大は、隔壁５の、少なくとも上記両マグネット
４、１１の磁極対向領域の部分を薄肉化して磁気ギャッ
プを縮小し磁気抵抗を低減したり、該両マグネット４、
１１に、例えばネオジウム磁石などの高性能磁石を用い
磁極の発生磁束を増大すること等によって可能である。
また、磁束変化速度の増大は、例えば、上記両マグネッ
ト４、１１の回転方向の配列磁極数を増やすことによっ
て可能である。磁束量の増大によっては、磁気カップリ
ング装置のカップリング力（結合力）を上げて伝達力の
増大が可能となるし、磁束変化速度の増大によっては、
回転速度を上げて、マグネットポンプにおける流体の流
量を増やすことができる。また、隔壁を金属材で構成す
るため、隔壁の剛性や、扱う流体に対する耐浸透性、密
封性等を高めることも可能である。

【０００８】図５、図６は本発明の第２の実施例の説明
図である。図５はマグネットポンプの構成例図、図６は
隔壁の表面展開図と断面図である。本第２の実施例は回
転軸方向に磁極面を有する円板状の駆動側マグネットと
従動側マグネットとを用いる場合の例である。図５にお
いて、１はモータ、２'は取付けフレーム、３'は駆動側
マグネットロータ、４'は、該駆動側マグネットロータ
３'を構成する駆動側マグネット、５'は、金属材から成
る隔壁、６はポンプフレーム、７はシャフト、８はイン
ペラー、９はポンプ室、１０'は従動側マグネットロー
タ、１１'は、該従動側マグネットロータ１０'を構成す
る従動側マグネットである。隔壁５'は、駆動側マグネ
ットロータ３'の配置された領域と、従動側マグネット
ロータ１０'の配置された領域とを分ける。モータ１
は、出力軸が駆動側マグネットロータ３'に接続されて
いる。駆動側マグネット４'と従動側マグネット１１'は
それぞれ、円板状の平面内において回転軸周りに複数の
磁極が配列され、隔壁５'を介して互いに、Ｎ極とＳ極
の磁極が対向（面対向）するようにされた構成を有し、
互いに磁気力によって結合（カップリング）されてい
る。取付けフレーム２'は、モータ１と、隔壁５'と、ポ
ンプ本体とを結合する。ポンプフレーム６は、流体の吸
込口と吐出口を備え、ポンプ室９内にシャフト７とイン
ペラー８とが配されている。インペラー８には従動側マ
グネット１１'が取付けられている。駆動側マグネット
４'を含む駆動側マグネットロータ３'、従動側マグネッ
ト１１'を含む従動側マグネットロータ１０'、隔壁５'
及びインペラー８は磁気カップリング装置を構成する。
かかる構成において、モータ１によって駆動側マグネッ
トロータ３'が回転駆動されると、該駆動側マグネット
ロータ３'に磁気カップリングされた従動側マグネット
ロータ１０'が従動的に回転する。従動側マグネットロ
ータ１０'が回転すると、該従動側マグネットロータ１
０'に結合されたインペラー８が回転する。該インペラ
ー８の回転によって、ポンプフレーム６の吸込口から流
体が吸込まれ、該吸込まれた流体はポンプ室９内におい
て増圧された後、吐出口へと進む。隔壁５'は、取付け
フレーム２とポンプフレーム６との間に固定されている
ため、駆動側マグネットロータ３'と従動側マグネット
ロータ１０'が上記のように回転したとき、該隔壁５'に
は、その厚さ方向に、駆動側マグネット４'と従動側マ
グネット１１'の対向磁極による磁束が、交番状に変化
した状態で通る。

【０００９】図６は、図５中における磁気カップリング
装置の平板状の金属材から成る隔壁５'の表面展開図
（（ａ））と断面図（（ｂ））である。図６において、
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄはそれぞれ、隔壁５'
の両平面の磁極対向領域に互いに平行に設けられた溝で
ある。該溝１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３'
ａ、１３'ｂ、１３'ｃ、１３'ｄはそれぞれ、隔壁５'の
両側の平面において、駆動側マグネットロータ３'と従
動側マグネットロータ１０'の回転方向、すなわち駆動
側マグネット４'、従動側マグネット１１'のそれぞれの
磁極の配列方向に沿って伸びた構成である。駆動側マグ
ネットロータ３'と従動側マグネットロータ１０'が回転
すると、該隔壁５'内の該磁極対向領域には磁束変化が
発生し、該磁束変化を妨げるように渦電流が流れる。上
記溝１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３'ａ、１３'
ｂ、１３'ｃ、１３'ｄはそれぞれ、渦電流の電流路の電
気抵抗を増大させ、磁束量が増大した場合においても渦
電流が増大しないようにしている。上記溝は、上記円板
状の隔壁５'の一方の平面に設けてもよい。また、上記
溝は、上記円板状の隔壁５'のいずれか一方の平面また
は両方の平面に、例えば渦巻状にして設けてもよい。ま
た、溝の断面形状は矩形状に限定されない。

【００１０】上記第２の実施例によれば、上記第１の実
施例の場合と同様、磁気カップリング装置における隔壁
５'における渦電流を抑え、渦電流損を抑えて、モータ
の負荷を低減することができる。この結果、渦電流損を
抑えた状態で、駆動側マグネット４'、従動側マグネッ
ト１１'のそれぞれによる磁束量の増大や、磁束変化速
度の増大を図ることができる。該磁束量の増大は、隔壁
５'を薄肉化して磁気ギャップを縮小し磁気抵抗を低減
したり、駆動側マグネット４'、従動側マグネット１１'
に、例えばネオジウム磁石などの高性能磁石を用い磁極
の発生磁束を増大すること等によって可能である。ま
た、磁束変化速度の増大は、例えば、駆動側マグネット
４'、従動側マグネット１１'の配列磁極数を増やすこと
によって可能である。磁束量の増大によっては、磁気カ
ップリング装置のカップリング力（結合力）を上げて伝
達力の増大が可能となるし、磁束変化速度の増大によっ
ては、回転速度を上げて、マグネットポンプにおける流
体の流量を増やすことができる。また、隔壁を金属材で
構成するため、隔壁の剛性や、扱う流体に対する耐浸透
性、密封性等を高めることも可能である。

【００１１】上記各実施例における上記溝は、切削加
工、エッチング加工、レーザー加工、ローレット加工、
プレス加工等種々の加工方法によって製作可能である。
溝の断面形状を、半円形や半楕円形などとした場合は、
応力集中部分をなくして機械的な強度を向上させること
ができる。

【００１２】なお、上記各実施例では、溝を、駆動側マ
グネットロータと従動側マグネットロータの回転方向、
すなわち、駆動側マグネット、従動側マグネットのそれ
ぞれの磁極の配列方向に沿って設けているが、本発明は
これに限定されず、溝を、他の方向に設けてもよいし、
また、平行状の溝や渦巻状の溝とせず、他の形状の溝と
してもよい。さらに、隔壁の両面に溝を設ける構成で
は、一方の面側に設ける溝と他方の面側に設ける溝と
で、互いに、位置をずらせたり、溝数、溝形状、深さな
どを異ならせるようにしてもよい。

【００１３】

【発明の効果】本発明によれば、磁気カップリング装置
の隔壁における渦電流を抑え、渦電流損を抑えて、駆動
負荷を低減することができる。また、渦電流損を抑えた
状態で、磁気カップリング装置のカップリング力（結合
力）を上げ、伝達力を増大させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の説明図であって、マグ
ネットポンプの構成例図である。

【図２】磁気カップリング装置の隔壁の外観を示す図で
ある。

【図３】図１の構成の磁気カップリング装置に用いる隔
壁の構成例を示す図である。

【図４】溝のない隔壁の表面展開と断面を示す図であ
る。

【図５】本発明の第２の実施例の説明図であって、マグ
ネットポンプの構成例図である。

【図６】図５の構成の磁気カップリング装置に用いる隔
壁の構成例を示す図である。

【符号の説明】

１…モータ、 ２、２'…取付けフレーム、 ３、３'…
駆動側マグネットロータ、 ４、４'…駆動側マグネッ
ト、 ５、５'…隔壁、 ６…ポンプフレーム、７…シ
ャフト、８…インペラー、 ９…ポンプ室、 １０、１
０'…従動側マグネットロータ、 １１、１１'…従動側
マグネット、 １２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２
ｅ、１２'ａ、１２'ｂ、１２'ｃ、１２'ｄ、１２'ｅ、
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３'ａ、１３'ｂ、
１３'ｃ、１３'ｄ…溝。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 天池 将 千葉県習志野市東習志野七丁目１番１号 株式会社日立産機システム内 (72)発明者 金子 彰 千葉県習志野市東習志野七丁目１番１号 株式会社日立産機システム内 (72)発明者 岡田 和夫 千葉県習志野市東習志野七丁目１番１号 株式会社日立産機システム内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】駆動側マグネットロータと従動側マグネッ
   トロータとの間に隔壁を有する磁気カップリング装置で
   あって、 上記隔壁が、金属材で形成され、上記両マグネットロー
   タ間の磁極対向領域に溝を有する構成であることを特徴
   とする磁気カップリング装置。
2. 【請求項２】駆動側マグネットロータと従動側マグネッ
   トロータとの間に隔壁を有する磁気カップリング装置で
   あって、 上記隔壁が、金属材で形成され、上記両マグネットロー
   タ間の磁極対向領域に、該両マグネットロータそれぞれ
   のマグネット磁極の配列方向に伸びた溝を有する構成で
   あることを特徴とする磁気カップリング装置。
3. 【請求項３】隔壁で仕切られ互いに磁気的に結合された
   駆動側マグネットロータと従動側マグネットロータ間で
   動力伝達を行う磁気カップリング装置であって、 上記隔壁が、金属材で形成され、上記両マグネットロー
   タ間の磁極対向領域に、該両マグネットロータの回転方
   向に沿って伸びた溝を有する構成であることを特徴とす
   る磁気カップリング装置。
4. 【請求項４】上記溝は、複数の溝が互いに平行に形成さ
   れている請求項１から３のいずれかに記載の磁気カップ
   リング装置。
5. 【請求項５】上記溝は、螺旋状または渦巻状に形成され
   ている請求項１から３のいずれかに記載の磁気カップリ
   ング装置。
6. 【請求項６】上記溝は、上記隔壁の円筒状部分に形成さ
   れる請求項１に記載の磁気カップリング装置。
7. 【請求項７】駆動側マグネットロータと従動側マグネッ
   トロータとの間で動力伝達を行う磁気カップリング装置
   を備えた流体機械であって、 金属材で形成されかつ上記駆動側マグネットロータと上
   記従動側マグネットロータとの間の磁極対向領域に溝を
   有する隔壁を、該両マグネットロータ間に備えた磁気カ
   ップリング装置と、 上記従動側マグネットロータに結合され、回転によって
   流体移動を行う流体処理部材と、 を備えた構成を特徴とする流体機械。