JP2013066258A - 磁気カップリングポンプの駆動装置及び磁気カップリングポンプユニット - Google Patents

Abstract

【課題】外部への磁束漏れ及び外部磁場の影響を抑える。
【解決手段】磁気カップリングポンプ１００の回転軸線Ａを基準にして、ポンプの従動磁石１９より外側に間隔をあけて従動磁石と対向する駆動磁石２１９と、強磁性材で形成され回転軸線Ａを中心として筒状を成すカップ円筒部２２１を有し、カップ円筒部の内側に駆動磁石が固定されているカップ２２０と、回転軸線回りにカップを回転させるモータ２１０と、常磁性材で形成され、筒状を成し、内側に間隔をあけてカップが配置されている円筒部２３２を有するケーシング本体２３１と、を備えている。
【選択図】図５

Description

本発明は、駆動磁石としての永久磁石を回転させることで、従動磁石としての永久磁石が設けられている羽根車を回転させる磁気カップリングポンプの駆動装置、及びこの駆動装置を備えている磁気カップリングポンプユニットに関する。

磁気カップリングポンプユニットとしては、例えば、以下の特許文献１に開示されているものがある。

特許文献１に記載の磁気カップリングポンプユニットのポンプは、羽根車と、この羽根車を回転軸線回りに回転可能に支持する動圧軸受部が形成されている固定体と、を有している。羽根車には、永久磁石で形成された従動磁石が設けられている。また、このポンプの羽根車を回転させる駆動装置は、ポンプの従動磁石と磁気結合しつつ回転軸線回りで回転する回転磁界を発生させる回転磁界発生手段を有している。

特許４１０８０５４号公報

上記特許文献１に記載の駆動装置は、ポンプ側に設けられている従動磁石と磁気結合する駆動磁石を回転させることでポンプを駆動させるため、外部に磁束が漏れて、外部の電子機器等に悪影響を及ぼすおそれがある、という問題点がある。また、外部に磁性体が存在すると、駆動磁石と従動磁石との磁気結合バランスが崩れ、羽根車の安定回転が損なわれるおそれがある、という問題点もある。

そこで、本発明は、上記従来技術の問題点に着目し、外部への磁束漏れ及び外部磁場の影響を抑えることができる磁気カップリングポンプの駆動装置、及びこれを備えている磁気カップリングポンプユニットを提供することを目的とする。

上記問題点を解決するための発明に係る磁気カップリングポンプの駆動装置は、
回転軸線回りに回転可能な羽根車と、永久磁石で形成され該羽根車に固定されている従動磁石とを有する磁気カップリングポンプの駆動装置において、前記磁気カップリングポンプが装着される装着部と、前記装着部に装着された前記磁気カップリングポンプの回転軸線を基準にして、該磁気カップリングポンプの前記従動磁石より外側に間隔をあけて該従動磁石と対向する駆動磁石と、強磁性材で形成され、前記装着部に装着された前記磁気カップリングポンプの回転軸線を中心として筒状を成す筒部を有し、該筒部の内側に前記駆動磁石が固定されている磁石保持環と、前記装着部に装着された前記磁気カップリングポンプの回転軸線回りに、前記磁石保持環を回転させるモータと、常磁性材で形成され、筒状を成し、内側に間隔をあけて前記磁石保持環が配置されている筒部を有する磁気シールド体と、を備えていることを特徴とする。

当該駆動装置では、強磁性材で形成された磁石保持環の内側に駆動磁石を固定しているので、従動磁石と駆動磁石とで形成される磁束のうち、外側に向う磁束及び周方向に向う磁束は、強磁性材で形成された磁石保持環を磁気回路の一部として、この磁石保持環内を通る。このため、当該駆動装置では、従動磁石と駆動磁石とで形成される磁束が磁石保持環より外側に漏れ出る量を極めて少なくすることができる。さらに、当該駆動装置では、磁石保持環の外側に間隔をあけて、常磁性材で形成された磁気シールド体が配されているので、この磁気シールド体の内側から外側への磁束の通り抜けを抑えることができる。

よって、当該駆動装置では、磁気シールド体の外部への磁束の漏れを最小限に抑えることができる。

また、当該駆動装置では、磁気シールド体の外部に磁性体が存在しても、外部の磁性体からの磁束が、常磁性材で形成された磁気シールド体の内側へ通り抜けるのを抑えることができる。さらに、当該駆動装置では、磁気シールド体の内側に強磁性材で形成された磁石保持環が配されているので、この磁石保持環の外側から内側への磁束の漏れを抑えることができる。

以上のように、当該駆動装置では、部材（強磁性材で形成された磁石保持環）内に磁束を積極的に通させて、部材からの磁束の漏れを抑える第一の磁気シールド法と、部材（常磁性材で形成された磁気シールド体）に対する磁束の通り抜けを抑える第二の磁気シールド法とを組み合わせているので、外部への磁束漏れ及び外部磁場の影響を効果的に抑えることができる。特に、当該駆動装置では、第一の磁気シールド法により、部材（強磁性材で形成された磁石保持環）から外側への磁束の漏れを抑えた上で、第二の磁気シールド法により、さらに外側への磁束の通り抜けを抑えているので、極めて効果的に外部への磁束漏れを抑えることができる。

ここで、前記駆動装置において、前記磁石保持環及び前記モータを覆う駆動装置ケーシングを備え、前記駆動装置ケーシングは、前記装着部及び前記磁気シールド体を有してもよい。

当該駆動装置では、駆動装置ケーシングの外部への磁束漏れ、及び駆動装置ケーシング外部の磁場の影響を抑えることができる

また、前記駆動装置において、前記駆動磁石は、ネオジウム磁石で形成されていてもよい。

当該駆動装置では、磁力が極めて高いネオジウム磁石を用いるので、駆動磁石を小型軽量化することができ、駆動装置の小型軽量化を図ることができると共に、回転体の回転慣性力を小さくすることできる。

また、前記駆動装置において、前記磁気シールド体の前記筒部は、外周側に、前記外側に向って凸形状の冷却フィンが形成されていてもよい。

当該駆動装置では、磁気シールド体及び磁気シールド体の内側の温度上昇を抑えることができる。このため、例えば、相対的に高い磁力を持つものの、温度上昇に伴う磁力の低下の割合が大きいＮｄ磁石を駆動磁石にしている場合には、温度上昇に伴う磁力の低下を抑えることができる。

また、前記駆動装置において、前記磁気シールド体の少なくとも前記筒部は、前記常磁性材であるアルミニウム合金で形成されていてもよい。

当該駆動装置では、磁気シールド体の少なくとも筒部が比重の比較的小さいアルミニウム合金で形成されているので、駆動装置を軽量化することができる。さらに、磁気シールド体の少なくとも筒部が熱伝導率の比較的高いアルミニウム合金で形成されているので、放熱効果を高めることができる。

前記問題点を解決するための発明に係る磁気カップリングポンプユニットは、
前記駆動装置と、前記磁気カップリングポンプとを備え、前記磁気カップリングポンプは、前記羽根車を回転可能に覆うポンプケーシングを有し、前記駆動磁石は、前記装着部に装着された前記ポンプの回転軸線を基準にして、前記ポンプケーシングよりも外側に間隔をあけて配置されていることを特徴とする。

前記問題点を解決するための発明に係る他の磁気カップリングポンプユニットは、
回転軸線回りに回転可能な羽根車と、永久磁石で形成され、前記羽根車に固定されている従動磁石と、永久磁石で形成され、前記回転軸線を基準にして前記従動磁石よりも外側に間隔をあけて配置されている駆動磁石と、強磁性材で形成され、前記回転軸線を中心として筒状を成す筒部を有し、該筒部の内側に前記駆動磁石が固定されている磁石保持環と、
前記磁石保持環を前記回転軸線回りに回転させるモータと、常磁性材で形成され、前記回転軸線を中心として筒状を成し、内側に間隔をあけて前記磁石保持環が配置されている筒部を有する磁気シールド体と、を備えていることを特徴とする。

これらの磁気カップリングポンプユニットでも、上記駆動装置と同様の磁石保持環及び磁気シールド体を備えているので、外部への磁束漏れ及び外部磁場の影響を抑えることができる。

ここで、前記磁気カップリングポンプユニットにおいて、前記羽根車は、前記回転軸線を中心として外周面が円筒状を成す円筒部を有し、前記ポンプケーシングは、前記羽根車の前記円筒部を覆い、内周面が円筒状を成して、該円筒部を非接触で回転可能に支持する動圧軸受形成部を有してもよい。

当該磁気カップリングポンプユニットでは、羽根車をポンプケーシングに対して非接触で回転可能に支持できる。

本発明では、外部への磁束漏れ及び外部磁場の影響を抑えることができる。

本発明に係る一実施形態における磁気カップリングポンプユニットの平面図である。 図１におけるII矢視図である。 図１におけるIII−III線断面図である。 本発明に係る一実施形態における磁気カップリングポンプの断面図である。 本発明に係る一実施形態における磁気カップリングポンプユニットの縦断面を模式的に描いた模式図である。 本発明に係る一実施形態における磁気カップリングポンプユニットの要部横断面図である。 比較例としての磁気カップリングポンプユニットの要部横断面図である。

以下、本発明に係る磁気カップリングポンプユニットの実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

本実施形態の磁気カップリングポンプユニット１は、図１〜図３に示すように、磁気カップリングポンプ１００と、この磁気カップリングポンプ１００を駆動させる駆動装置２００と、を備えている。

本実施形態の磁気カップリングポンプ１００は、図４に示すように、密閉型の羽根車１０と、この羽根車１０を回転軸線Ａ回りに回転可能に覆うポンプケーシング６０と、を備えている。

ポンプケーシング６０には、流体を吐出するための吐出口（図１及び図２参照）７が形成されていると共に、回転軸線Ａの延長線上に流体を吸い込むための吸込口６が形成されている。なお、以下では、回転軸線Ａが延びている軸線方向Ｄａで、ポンプケーシング６０の吸込口６側を前側、その反対側を後側とする。また、回転軸線Ａに垂直な方向の径方向Ｄｒで、回転軸線Ａに近づく向き側を内側、回転軸線Ａから遠ざかる向き側を外側とする。

羽根車１０は、回転軸線Ａを中心として設けられた複数の羽根１１と、複数の羽根１１の前側を覆う前シュラウド２０と、複数の羽根１１の後側を覆う後シュラウド４０と、を有している。この羽根車１０は、以上のように、複数の羽根１１の前後が前シュラウド２０及び後シュラウド４０により覆われることにより、密閉型の羽根車を成している。羽根車１０の複数の羽根１１、前シュラウド２０、後シュラウド４０は、互いに接合されている。

前シュラウド２０は、回転軸線Ａを中心として円筒状を成し、軸線方向Ｄａの前側の開口がポンプケーシング６０の吸込口６と対向する羽根車入口１２を成す入口筒部２１と、入口筒部２１の後端に設けられ、複数の羽根１１の前側を覆う前側板部３１と、を有している。また、後シュラウド４０は、複数の羽根１１の後側を覆う後側板部４１と、後側板部４１に後端に設けられ、回転軸線Ａを中心として円柱状の軸部５１と、を有している。

前シュラウド２０の前側板部３１及び後シュラウド４０の後側板部４１は、軸線方向Ｄａから見た形状がいずれも回転軸線Ａを中心とした円形である。前側板部３１と後側板部４１とは、軸線方向Ｄａに離れており、これら前側板部３１と後側板部４１との間に複数の羽根１１が固定されている。前側板部３１と後側板部４１との間であって径方向Ｄｒの外縁は、羽根車出口１３を成している。入口筒部２１内、及び前側板部３１と後側板部４１との間であって複数の羽根１１の相互間は、羽根車内流路Ｐｒを形成している。

後シュラウド４０の軸部５１には、軸線方向Ｄａに回転軸線Ａ上を貫通し、軸部５１の後端面５３とポンプケーシング６０との間と羽根車内流路Ｐｒとを連通させる貫通孔５６が形成されている。この軸部５１には、その外周面５２と貫通孔５６の内周面との間の位置に、強磁性体で形成された筒状の従動ヨーク１９ｙと、永久磁石で形成された複数の従動磁石１９とが埋め込まれている。複数の従動磁石１９は、筒状の従動ヨーク１９ｙの外周に設けられている。

ポンプケーシング６０は、羽根車１０の前シュラウド２０を覆うポンプ前ケーシング６１と、羽根車１０の後シュラウド４０を覆うポンプ後ケーシング８１とを有している。

ポンプ前ケーシング６１は、吸込ホースが接続される略円筒状の吸込ホース接続管部６２と、吸込ホース接続管部６２の後端から後側に向って次第に内径が拡径されている拡径管部６５と、拡径管部６５の後端に設けられ前シュラウド２０の入口筒部２１の外周面２２と間隔を開けて対向する内周面６８が形成されている前軸受形成部６７と、前軸受形成部６７の後端に設けられ前シュラウド２０の前側板部３１を覆う前ケーシング本体部７１と、を有している。

吸込ホース接続管部６２の前端は開口しており、この開口がポンプケーシング６０の吸込口６を成している。

前ケーシング本体部７１は、前軸受形成部６７の後端から外側に広がり、前シュラウド２０の前側板部３１の前面３２と軸線方向Ｄａに間隔をあけて対向する平板リング状の前面対向部７２と、回転軸線Ａを中心として略円筒状を成し、前面対向部７２の外周縁から後側に延びる前本体筒部７５と、を有している。前本体筒部７５の内周面７６の回転軸線Ａに対して垂直な断面での形状は、ボリュート形状を成している。この前本体筒部７５の内周面７６は、前シュラウド２０の前側板部３１の外周縁と間隔をあけて対向している。

ポンプ後ケーシング８１は、前ケーシング本体部７１の後端に設けられ後シュラウド４０の後側板部４１を覆う後ケーシング本体部９１と、後ケーシング本体部９１に設けられ後シュラウド４０の軸部５１の外周面５２と間隔をあけて対向する内周面８３が形成されている後軸受形成部８２と、後軸受形成部８２の後端に設けられ後シュラウド４０の軸部５１と軸線方向Ｄａに間隔をあけて対向する平板円形の後壁板部８５と、を有している。

後ケーシング本体部９１は、回転軸線Ａを中心として略円筒状を成し、前ケーシング本体部７１の後端から後側に延びる後本体筒部９２と、後本体筒部９２の後端から内側に広がり、後シュラウド４０の後側板部４１の後面４２と軸線方向Ｄａに間隔をあけて対向する平板リング状の後面対向部９５と、を有している。この後面対向部９５の内縁に、ここから後方に延在するよう後軸受形成部８２が設けられている。

ポンプケーシング６０は、図１及び図２に示すように、吐出ホースが接続される略円筒状の吐出ホース接続管部９を有している。略円筒状の吐出ホース接続管部９の軸Ａｄは、回転軸線Ａに対して垂直な面に平行である。また、この吐出ホース接続管部９は、その軸Ａｄを通る平面で前後方向に二分割されており、一方が接続管前割部７８として、ポンプ前ケーシング６１の前本体筒部７５に設けられており、他方が接続管後割部９８として、ポンプ後ケーシング８１の後本体筒部９２に設けられている。この吐出ホース接続管部９の外側端は開口しており、この開口がポンプケーシング６０の吐出口７を成している。

ポンプ前ケーシング６１及びポンプ後ケーシング８１は、それぞれ、樹脂による一体成形品である。ポンプ前ケーシング６１とポンプ後ケーシング８１とは、接着剤により接合されている。

駆動装置２００は、図３及び図５に示すように、回転する出力軸２１１を有するモータ２１０と、有底円筒状を成すカップ（磁石保持環）２２０と、カップ２２０の内周側に固定されている複数の駆動磁石２１９と、モータ２１０及びカップ２２０を覆う駆動装置ケーシング２３０と、駆動装置ケーシング２３０に装着された磁気カップリングポンプ１００の装着を維持するためのロック部材２５０と、を備えている。

カップ２２０は、例えば、強磁性材であるＳＳ４００等の炭素鋼で形成され、複数の駆動磁石２１９のヨークとしての役目を担っている。このカップ２２０は、円筒状のカップ円筒部２２１と、このカップ円筒部２２１の一方の開口を塞ぐ平板円形のモータ接続部２２５とを有している。モータ接続部２２５上であって、カップ円筒部２２１の軸の延長線上には、モータ２１０の出力軸２１１が固定されている。カップ円筒部２２１の内周側には、前述したように複数の駆動磁石２１９が固定されている。この駆動磁石２１９は、永久磁石であり、例えば、Ｎｄ（ネオジウム）磁石である。

カップ円筒部２２１の内径は、ポンプ後ケーシング８１の後軸受形成部８２の外径よりも大きい。また、カップ円筒部２２１の軸から各駆動磁石２１９の内面までの半径方向の距離の２倍の長さ（以下、磁石配列径とする）は、ポンプ後ケーシング８１の後軸受形成部８２の外径よりも大きい。

駆動装置ケーシング２３０は、有底円筒状のケーシング本体（磁気シールド体）２３１と、ケーシング本体２３１の開口を塞ぐキャップ２４１と、を有している。

ケーシング本体２３１は、例えば、常磁性材であるＡｌ（アルミニウム）合金で形成されている。ケーシング本体２３１は、内径がカップ２２０の外径及びモータ２１０の外径よりも大きい円筒状のケーシング円筒部２３２と、ケーシング円筒部２３２の一方の開口を塞ぐ平板円形のケーシング底部２３５と、を有している。

モータ２１０は、このケーシング本体２３１内に入れられ、ケーシング底部２３５にネジ等で固定されている。ケーシング円筒部２３２の外周の一部は、径方向Ｄｒに凹凸形状を成し、凸部が放熱フィン２３３を形成している。また、ケーシング円筒部２３２の他の一部には、モータ２１０の電源ケーブルを通すための電源ケーブル板２３４を構成している。

キャップ２４１は、例えば、エンジニアリングプラスチック等の樹脂で形成されている。このキャップ２４１は、有底円筒状を成しポンプ後ケーシング８１の後軸受形成部８２及び後壁板部８５が内側に嵌まり込むポンプ嵌合部２４２と、有底円筒状のポンプ嵌合部２４２の開口縁から外側に広がり平板リング状を成すポンプ受け部２４４と、ポンプ受け部２４４の外周縁に形成されケーシング本体２３１の開口縁部と係合する係合部２４６と、を有している。なお、このキャップ２４１は、磁気カップリングポンプ１００が装着される装着部を構成している。

有底円筒状のポンプ嵌合部２４２の内径は、ポンプケーシング６０の後軸受形成部８２の外径と実質的に同じである。よって、キャップ２４１のポンプ嵌合部２４２内に、ポンプケーシング６０の後軸受形成部８２を嵌めることができる。また、このポンプ嵌合部２４２は、その外径がカップ円筒部２２１の内径及び前述の磁石配列径よりも小さく、有底円筒状のカップ２２０内に、このカップ２２０に固定されている駆動磁石２１９と非接触状態で入り込んでいる。

次に、以上で説明した磁気カップリングポンプユニットの操作、及びこの操作に基づく当該磁気カップリングポンプユニットの動作について説明する。

磁気カップリングポンプ１０を駆動させる際には、オペレータは、まず、磁気カップリングポンプ１００の吸込ホース接続管部６２に吸込ホースを接続すると共に、吐出ホース接続管部９に吐出ホースを接続する。

次に、ポンプケーシング６０の後軸受形成部８２を駆動装置ケーシング２３０のキャップ２４１のポンプ嵌合部２４２内に嵌め込んで、磁気カップリングポンプ１００を駆動装置２００に取り付ける。この際、ポンプケーシング６０の後面対向部９５とキャップ２４１のポンプ受け部２４４とが接する。次に、ロック部材２５０により、ポンプケーシング６０を駆動装置ケーシング２３０に固定する。

磁気カップリングポンプユニット１は、この状態で、磁気カップリングポンプ１００の軸部５１内に埋め込まれている従動磁石１９と、駆動装置２００のカップ２２０に固定されている駆動磁石２１９とが、径方向Ｄｒで非接触状態で対向し、両磁石が磁気結合している。また、モータ２１０の出力軸２１１は、磁気カップリングポンプ１００の回転軸線Ａの延長線上に位置している。

なお、以上では、吸込ホースや吐出ホースの接続後に、磁気カップリングポンプ１００を駆動装置２００に取り付けているが、磁気カップリングポンプ１００の取付後に、吸込ホースや吐出ホースの接続を行ってもよい。

次に、駆動装置２００のモータ２１０に電力を供給して、このモータ２１０の出力軸２１１を回転させ、この出力軸２１１に固定されているカップ２２０及びカップ２２０に固定されている複数の駆動磁石２１９を回転させる。駆動装置２００の駆動磁石２１９が回転すると、この駆動磁石２１９と磁気結合している磁気カップリングポンプ１００の従動磁石１９も、駆動磁石２１９の回転に伴って、回転軸線Ａ回りに回転する。磁気カップリングポンプ１００の従動磁石１９は、羽根車１０の軸部５１内に埋め込まれている。このため、駆動装置２００の駆動磁石２１９が回転すると、この従動磁石１９と共に羽根車１０は、ポンプケーシング６０内で回転軸線Ａ回りに回転する。

以上のように、本実施形態では、複数の駆動磁石２１９の内側に、羽根車１０の軸部５１を配置し、この軸部５１内に従動磁石１９を埋め込んだので、駆動磁石の外側に従動磁石を配置するよりも、羽根車１０の軸部５１の外径を小さくすることができる。よって、本実施形態によれば、羽根車１０の小型化及び軽量化を図ることができると共に、羽根車１０の回転に関する慣性力を小さくすることができる。

ポンプケーシング６０内で羽根車１０が回転し始めると、図５に示すように、ポンプケーシング６０の吸込口６からポンプケーシング６０内に流体が吸い込まれる。ポンプケーシング６０内に吸い込まれた流体は、羽根車入口１２から羽根車１０内の羽根車内流路Ｐｒに入る。

羽根車流路Ｐｒ内に入った流体は、回転する複数の羽根１１から遠心力を受けて、羽根車出口１３から流出した後、ポンプケーシング６０の吐出口７から吐出する。

羽根車出口１３から流出した流体の一部は、ポンプ前ケーシング６１の前面対向部７２の内面７３と前シュラウド２０の前側板部３１の前面３２との間から、ポンプ前ケーシング６１の前軸受形成部６７の内周面６８と前シュラウド２０の入口筒部２１の外周面２２との間を経て、ポンプ前ケーシング６１の拡径管部６５内に戻る。そして、再び、羽根車入口１２から羽根車内流路Ｐｒに入る。

また、羽根車出口１３から流出した流体の他の一部は、ポンプ後ケーシング８１の後面対向部９５の内面９６と後シュラウド４０の後側板部４１の後面４２との間から、ポンプ後ケーシング８１の後軸受形成部８２の内周面８３と後シュラウド４０の軸部５１の外周面５２との間、ポンプ後ケーシング８１の後壁板部８５の内面８６と後シュラウド４０の軸部５１の後端面５３との間、さらに、後シュラウド４０の貫通孔５６を経て、羽根車内流路Ｐｒに戻る。

ポンプ前ケーシング６１の前軸受形成部６７の内周面６８の母線と前シュラウド２０の入口筒部２１の外周面２２の母線とは、互いに平行である。言い換えると、前軸受形成部６７の内周面６８と入口筒部２１の外周面２２との間隔は、軸線方向Ｄａにおいて一定である。また、ポンプ前ケーシング６１の前軸受形成部６７の内周面６８、及び前シュラウド２０の入口筒部２１の外周面２２の回転軸線Ａに対して垂直な断面形状は、いずれも円である。このため、前軸受形成部６７の内周面６８と入口筒部２１の外周面２２とは、それぞれ、動圧ラジアル軸受面を成し、両面６８，２２間を流れる流体が潤滑流体として機能する。よって、羽根車１０は、羽根車１０の入口筒部２１の部分がポンプケーシング６０により、径方向Ｄｒに非接触で回転可能に支持される。なお、羽根車１０の回転開始時等、羽根車１０の回転数が低いときには、前軸受形成部６７の内周面６８の一部と入口筒部２１の外周面２２の一部とは、互いに接触しており、羽根車１０の回転数が所定回転数以上になると、両面６８，２２間に働く流体の動圧により、内周面６８に対して入口筒部２１が浮上して、前述したように、羽根車１０の入口筒部２１が内周面６８により非接触で回転可能に支持される。

また、ポンプ後ケーシング８１の後軸受形成部８２の内周面８３の母線と後シュラウド４０の軸部５１の外周面５２の母線とは、互いに平行である。言い換えると、後軸受形成部８２の内周面８３と軸部５１の外周面５２との間隔は、軸線方向Ｄａにおいて一定である。また、ポンプ後ケーシング８１の後軸受形成部８２の内周面８３、及び後シュラウド４０の軸部５１の外周面５２の回転軸線Ａに垂直な断面形状は、いずれも円である。このため、後軸受形成部８２の内周面８３と軸部５１の外周面５２とは、それぞれ、動圧ラジアル軸受面を成し、内周面８３と外周面５２との間を流れる流体が潤滑流体として機能する。よって、羽根車１０は、羽根車１０の軸部５１の部分がポンプケーシング６０により、径方向Ｄｒに非接触で回転可能に支持される。なお、羽根車１０の軸部５１も、入口筒部２１と同様、羽根車１０の回転数が低いときには、後軸受形成部８２の内周面８３の一部と軸部５１の外周面５２の一部とは、互いに接触しており、羽根車１０の回転数が所定回転数以上になると、両面８３，５２間に働く流体の動圧により、内周面８３に対して軸部５１が浮上して、羽根車１０の軸部５１が内周面８３により非接触で回転可能に支持される。

以上のように、本実施形態では、羽根車１０の入口筒部２１及び軸部５１の二箇所が、内周面６８，８３により、径方向Ｄｒに非接触で回転可能に支持される、言い換えると、羽根車１０が径方向Ｄｒに非接触で回転可能に両持ち支持される。しかも、羽根車１０は、その重心位置を基準にして前側と後側の二箇所で支持される。よって、本実施形態によれば、回転軸線Ａに垂直な軸回りのモーメントが発生しても、羽根車１０を安定支持することができる。

また、本実施形態では、前述したように、羽根車１０の軸部５１の外径を小さくすることができるため、この軸部５１の周速度を抑えることができる。よって、本実施形態によれば、軸部５１の外周面５２とポンプ後ケーシング８１の後軸受形成部８２の内周面８３との間を流れる流体に作用するせん断ひずみを小さくすることができ、例えば、流体中にゼリー状の粒等が混じっている場合には、この粒等の損傷を抑えることができる。

本実施形態では、ポンプケーシング６０に対する羽根車１０の軸線方向Ｄａの位置は、羽根車１０内の従動磁石１９と駆動装置２００の駆動磁石２１９との間の磁気結合力により、保持されている。磁気結合力により保持されている羽根車１０の軸線方向Ｄａの位置は、軸線方向Ｄａで互いに対向する羽根車１０の面とポンプケーシング６０の面とが互いに接触しない位置である。すなわち、本実施形態では、羽根車１０は、軸線方向Ｄａに関しても、非接触で回転可能に支持されている。

以上のように、本実施形態では、羽根車１０内に埋め込まれている従動磁石１９と磁気結合している駆動磁石２１９を回転させることで、従動磁石１９と共に羽根車１０を回転させている。このため、本実施形態のように、磁気結合を利用して羽根車を回転させるポンプでは、従動磁石や駆動磁石からの磁束が外部に漏れて、外部の電子機器等に悪影響を及ぼすおそれがある。また、このようなポンプでは、外部に磁性体が存在すると、駆動磁石と従動磁石との磁気結合バランスが崩れ、羽根車の安定回転が損なわれるおそれもある。

そこで、本実施形態では、図６に示すように、回転軸線Ａを中心として、最外周に、有底円筒状で常磁性材であるＡｌ（アルミニウム）合金で形成されたケーシング本体（磁気シールド体）２３１を配し、その内側に間隔をあけて、有底円筒状で強磁性材であるＳＳ４００等の炭素鋼で形成されたヨークとしてのカップ（磁石保持環）２２０を配し、このカップ（磁石保持環）２２０の内周側に複数の駆動磁石２１９を固定し、複数の駆動磁石２１９の内周側（回転軸線Ａ側）に間隔をあけて複数の従動磁石１９を配している。

仮に、本実施形態において、図７に示すように、ケーシング本体（磁気シールド体）２３１及びカップ（磁石保持環）２２０を配さなければ、従動磁石１９と駆動磁石２１９とで形成される磁束の一部Φｓは、駆動磁石２１９よりも外側に大きくはりだした位置を通ることになる。

しかしながら、本実施形態では、強磁性材で形成されたカップ（磁石保持環）２２０の内周側に駆動磁石２１９を固定しているので、従動磁石１９と駆動磁石２１９とで形成される磁束のうち、外側に向う磁束及び周方向に向う磁束Φｔは、強磁性材で形成されたカップ（磁石保持環）２２０を磁気回路の一部として、このカップ２２０内を通る。このため、本実施形態では、従動磁石１９と駆動磁石２１９とで形成される磁束がカップ２２０より外側に漏れ出る量を極めて少なくすることができる。さらに、本実施形態では、カップ２２０の外側に間隔（エアーギャップ）をあけて、常磁性材で形成されたケーシング本体（磁気シールド体）２３１が配されているので、このケーシング本体２３１の内側から外側への磁束の通り抜けを抑えることができる。

よって、本実施形態では、駆動装置ケーシング２３０の外部への磁束の漏れ最小限に抑えることができる。

また、本実施形態では、駆動装置ケーシング２３０の外部に磁性体が存在しても、この磁性体からの磁束が、常磁性材で形成されたケーシング本体（磁気シールド体）２３１の内側へ通り抜けるのを抑えることができる。さらに、本実施形態では、ケーシング本体（磁気シールド体）２３１の内側に強磁性材で形成されたカップ（磁石保持環）２２０が配されているので、このカップ２２０の外側から内側への磁束の漏れを抑えることができる。

よって、本実施形態では、駆動装置ケーシング２３０の外部に磁性体が存在しても、従動磁石１９と駆動磁石２１９とで形成される磁束へ影響を最小限に抑えることができる。

以上のように、本実施形態では、部材（強磁性材で形成されたカップ２２０）内に磁束を積極的に通させて、部材からの磁束の漏れを抑える第一の磁気シールド法と、部材（常磁性材で形成されたケーシング本体２３１）に対する磁束の通り抜けを抑える第二の磁気シールド法とを組み合わせているので、外部への磁束漏れ及び外部磁場の影響を効果的に抑えることができる。特に、本実施形態では、第一の磁気シールド法により、部材（強磁性材で形成されたカップ２２０）から外側への磁束の漏れを抑えた上で、第二の磁気シールド法により、さらに外側への磁束の通り抜けを抑えているので、極めて効果的に外部への磁束漏れを抑えることができる。

また、本実施形態では、前述したように、駆動磁石２１９としてＮｄ磁石を用いている。このＮｄ磁石は、非常に高い磁力を持つ一方で、温度変化に伴う磁力の変化が大きいという性質がある。例えば、Ｎｄ磁石の次に磁力が高いとされているＳｍ‐Ｃｏ（サマリウム・コバルト）磁石では、温度変化に伴う磁力の変化を示す温度係数が−０．０３であるのに対して、Ｎｄ磁石の温度係数は−０．０９〜−０．１２と大きい。すなわち、Ｎｄ磁石は、Ｓｍ‐Ｃｏ磁石よりも高い磁力を持つものの、温度上昇に伴う磁力の低下の割合が大きい。

そこで、本実施形態では、Ｎｄ磁石で形成されている駆動磁石２１９をカップ２２０と共に回転させて、この駆動磁石２１９を空冷すると共に、この駆動磁石２１９の外周を覆うケーシング本体２３１に放熱フィン２３３を形成して、ケーシング本体２１内の温度上昇を抑えることで、駆動磁石２１９の温度上昇を抑えている。

なお、以上の実施形態は、ポンプの一例として、動圧軸受型のポンプを例示したが、本発明は動圧軸受型のポンプに限定されるものではなく、磁気結合を利用して羽根車を回転させるタイプのポンプであれば、如何なるポンプに本発明を適用してもよい。

また、以上の実施形態では、磁気カップリングポンプ１００が駆動装置１００に脱着可能なものであるが、ポンプが駆動装置に対して脱着可能でなくてもよく、ポンプと駆動装置とが一体的であってもよい。この場合、駆動装置には、ポンプが装着される装着部を設けなくてもよい。

１：磁気カップリングポンプユニット、６：吸込口、７：吐出口、９：吐出ホース接続管部、１０：羽根車、１１：羽根、１２：羽根車入口、１３：羽根車出口、１９：従動磁石、２０：前シュラウド、２１：入口筒部、２２：（入口筒部の）外周面、３１：前側板部、３２：前面、４０：後シュラウド、４１：後側板部、４２：後面、５１：軸部、５２：（軸部の）外周面、５３：（軸部の）後端面、５６：貫通孔、６０：ポンプケーシング、６１：ポンプ前ケーシング、６２：吸込ホース接続管部、６５：拡径管部、６７：前軸受形成部、６８：（前軸受形成部の）内周面、７１：前ケーシング本体部、７２：前面対向部、７３：（前面対向部の）内面、７５：前本体筒部、８１：ポンプ後ケーシング、８２：後軸受形成部、８３：（後軸受形成部の）内周面、８５：後壁板部、９１：後ケーシング本体部、９２：後本体筒部、９５：後面対向部、９６：（後面対向部の）内面、１００：磁気カップリングポンプ、２００：駆動装置、２１０：モータ、２１１：出力軸、２１９：駆動磁石、２２０：カップ（磁石保持環）、２３０：駆動装置ケーシング、２３１：ケーシング本体（磁気シールド体）、２４１：キャップ（装着部）

上記問題点を解決するための発明に係る磁気カップリングポンプの駆動装置は、
回転軸線回りに回転可能な羽根車と、永久磁石で形成され該羽根車に固定されている従動磁石とを有する磁気カップリングポンプの駆動装置において、前記磁気カップリングポンプが装着される装着部と、前記装着部に装着された前記磁気カップリングポンプの回転軸線を基準にして、該磁気カップリングポンプの前記従動磁石より外側に間隔をあけて該従動磁石と対向する駆動磁石と、強磁性材で形成され、前記装着部に装着された前記磁気カップリングポンプの回転軸線を中心として筒状を成す筒部を有し、該筒部の内側に前記駆動磁石が固定されている磁石保持環と、前記装着部に装着された前記磁気カップリングポンプの回転軸線回りに、前記磁石保持環を回転させるモータと、常磁性材であるアルミニウム合金で形成され、筒状を成し、内側に間隔をあけて前記磁石保持環が配置されている筒部を有する磁気シールド体と、を備えていることを特徴とする。

当該駆動装置では、強磁性材で形成された磁石保持環の内側に駆動磁石を固定しているので、従動磁石と駆動磁石とで形成される磁束のうち、外側に向う磁束及び周方向に向う磁束は、強磁性材で形成された磁石保持環を磁気回路の一部として、この磁石保持環内を通る。このため、当該駆動装置では、従動磁石と駆動磁石とで形成される磁束が磁石保持環より外側に漏れ出る量を極めて少なくすることができる。さらに、当該駆動装置では、磁石保持環の外側に間隔をあけて、常磁性材で形成された磁気シールド体が配されているので、この磁気シールド体の内側から外側への磁束の通り抜けを抑えることができる。さらに、当該駆動装置では、磁気シールド体の筒部が比重の比較的小さいアルミニウム合金で形成されているので、駆動装置を軽量化することができる。また、磁気シールド体の筒部が熱伝導率の比較的高いアルミニウム合金で形成されているので、放熱効果を高めることができる。

前記問題点を解決するための発明に係る他の磁気カップリングポンプユニットは、
回転軸線回りに回転可能な羽根車と、永久磁石で形成され、前記羽根車に固定されている従動磁石と、永久磁石で形成され、前記回転軸線を基準にして前記従動磁石よりも外側に間隔をあけて配置されている駆動磁石と、強磁性材で形成され、前記回転軸線を中心として筒状を成す筒部を有し、該筒部の内側に前記駆動磁石が固定されている磁石保持環と、
前記磁石保持環を前記回転軸線回りに回転させるモータと、常磁性材であるアルミニウム合金で形成され、前記回転軸線を中心として筒状を成し、内側に間隔をあけて前記磁石保持環が配置されている筒部を有する磁気シールド体と、を備えていることを特徴とする。

Claims (8)

1. 回転軸線回りに回転可能な羽根車と、永久磁石で形成され該羽根車に固定されている従動磁石とを有する磁気カップリングポンプの駆動装置において、
   前記磁気カップリングポンプが装着される装着部と、
   前記装着部に装着された前記磁気カップリングポンプの回転軸線を基準にして、該磁気カップリングポンプの前記従動磁石より外側に間隔をあけて該従動磁石と対向する駆動磁石と、
   強磁性材で形成され、前記装着部に装着された前記磁気カップリングポンプの回転軸線を中心として筒状を成す筒部を有し、該筒部の内側に前記駆動磁石が固定されている磁石保持環と、
   前記装着部に装着された前記磁気カップリングポンプの回転軸線回りに、前記磁石保持環を回転させるモータと、
   常磁性材で形成され、筒状を成し、内側に間隔をあけて前記磁石保持環が配置されている筒部を有する磁気シールド体と、
   を備えていることを特徴とする磁気カップリングポンプの駆動装置。
2. 請求項１に記載の磁気カップリングポンプの駆動装置において、
   前記磁石保持環及び前記モータを覆う駆動装置ケーシングを備え、
   前記駆動装置ケーシングは、前記装着部及び前記磁気シールド体を有する、
   ことを特徴とする磁気カップリングポンプの駆動装置。
3. 請求項１又は２に記載の磁気カップリングポンプの駆動装置において、
   前記駆動磁石は、ネオジウム磁石で形成されている、
   ことを特徴とする磁気カップリングポンプの駆動装置。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載の磁気カップリングポンプの駆動装置において、
   前記磁気シールド体の前記筒部は、外周側に、前記外側に向って凸形状の冷却フィンが形成されている、
   ことを特徴とする磁気カップリングポンプの駆動装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の磁気カップリングポンプの駆動装置において、
   前記磁気シールド体の少なくとも前記筒部は、前記常磁性材であるアルミニウム合金で形成されている、
   ことを特徴とする磁気カップリングポンプの駆動装置。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の磁気カップリングポンプの駆動装置と、
   前記磁気カップリングポンプと、を備え、
   前記磁気カップリングポンプは、前記羽根車を回転可能に覆うポンプケーシングを有し、
   前記駆動磁石は、前記装着部に装着された前記ポンプの回転軸線を基準にして、前記ポンプケーシングよりも外側に間隔をあけて配置されている、
   ことを特徴とする磁気カップリングポンプユニット。
7. 回転軸線回りに回転可能な羽根車と、
   永久磁石で形成され、前記羽根車に固定されている従動磁石と、
   永久磁石で形成され、前記回転軸線を基準にして前記従動磁石よりも外側に間隔をあけて配置されている駆動磁石と、
   強磁性材で形成され、前記回転軸線を中心として筒状を成す筒部を有し、該筒部の内側に前記駆動磁石が固定されている磁石保持環と、
   前記磁石保持環を前記回転軸線回りに回転させるモータと、
   常磁性材で形成され、前記回転軸線を中心として筒状を成し、内側に間隔をあけて前記磁石保持環が配置されている筒部を有する磁気シールド体と、
   を備えていることを特徴とする磁気カップリングポンプユニット。
8. 請求項６又は７に記載の磁気カップリングポンプユニットにおいて、
   前記羽根車は、前記回転軸線を中心として外周面が円筒状を成す円筒部を有し、
   前記ポンプケーシングは、前記羽根車の前記円筒部を覆い、内周面が円筒状を成して、該円筒部を非接触で回転可能に支持する動圧軸受形成部を有する、
   ことを特徴とする磁気カップリングポンプユニット。

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