JP2016037961A - ポンプ体、ポンプ装置、流量計及び発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単かつ安価な構成で製作することができる汎用性に優れた構成を有するポンプ体、ポンプ装置、流量計及び発電機を提供する。【解決手段】管状部材２と、管状部材２内に配置され、吸込口６から吐出口７に向かう流動方向に所定ピッチで形成された雌ねじ形状の貫通孔を有するステータ３と、雄ねじ形状に形成され、ステータ３の貫通孔内に挿通されることにより、その内周面との間に搬送空間を形成し、回転することにより内周面に内接しながら搬送空間で流動体を吸込口６側から吐出口側へと移動させるロータ４とを備える。ステータ３から突出するロータ４の回転軸の外周部に永久磁石１０を配置し、永久磁石１０の外径側の極性を、周方向で交互に逆極性とする。【選択図】図１

Description

本発明は、ポンプ体、ポンプ装置、流量計及び発電機に関するものである。

従来、ステータ巻線に通電して磁界を発生させ、ロータに一体化したアーマチュアに磁力を作用させて、ステータ内でロータを回転させることにより、ステータとロータとで形成される搬送空間を軸方向に移動させ、流動体を搬送することができるようにした偏心ねじポンプが公知である（例えば、特許文献１参照）。
また雄ねじ型ロータを雌ねじ型ステータ内に挿入し、これらをロータ駆動部とステータ駆動部とによって別々に回転駆動するようにした一軸偏心ねじポンプが公知である（例えば、特許文献２参照）。

しかしながら、前記いずれのポンプであっても、ロータを駆動させるための機構が一体化された構成となっている。このため、構造が大型化し、安価に製作することが難しい。また組み込まれた駆動手段（ステータ巻線やステータ駆動部等）とロータとが一対一で対応し、汎用性に乏しい。

特表２００８−５０９３３５号公報 特開２００８−１７５１９９号公報

本発明は、簡単かつ安価な構成で製作することができる汎用性に優れた構成を有するポンプ体、ポンプ装置、流量計及び発電機を提供することを課題とする。

本発明は、前記課題を解決するための手段として、
管状部材と、
前記管状部材内に配置され、吸込口から吐出口に向かう流動方向に所定ピッチで形成された雌ねじ形状の貫通孔を有するステータと、
雄ねじ形状に形成され、前記ステータの貫通孔内に挿通されることにより、その内周面との間に搬送空間を形成し、回転することにより前記内周面に内接しながら前記搬送空間で流動体を吸込口側から吐出口側へと移動させるロータと、
を備え、
前記ステータから突出する前記ロータの回転軸の外周部に永久磁石を配置し、前記永久磁石の外径側の極性を、周方向で交互に逆極性としたことを特徴とするポンプ体を提供する。

この構成により、ロータの回転軸に設けた永久磁石に対して、順次、磁力を作用させるだけで、ステータ内でロータを回転させて、搬送空間を移動させることにより流動体を吸込口から吸い込んで、吐出口から吐出させることができる。

前記管状部材内に設けられ、前記ロータの軸方向への移動を阻止し、かつ、前記管状部材内での流動体の移動を許容する連通部を有するストッパを設けるのが好ましい。

この構成により、ステータ内をロータが回転する際の軸方向の移動を、ストッパによって確実に阻止することができる。

本発明は、前記課題を解決するための手段として、
管状部材と、
前記管状部材内に配置され、吸込口から吐出口に向かう流動方向に所定ピッチで形成された雌ねじ形状の貫通孔を有するステータと、
雄ねじ形状に形成され、前記ステータの貫通孔内に挿通されることにより、その内周面との間に搬送空間を形成し、前記ステータの回転に従って前記内周面に内接しながら前記搬送空間で流動体を吸込口側から吐出口側へと移動させるロータと、
を備え、
前記ステータの外周部に、周方向に複数の永久磁石を配置し、各永久磁石の外径側の極性を、周方向で交互に逆極性としたことを特徴とするポンプ体を提供する。

この構成により、ステータの外周部に設けた永久磁石に対して、順次、磁力を作用させるだけで、ステータを回転させて、搬送空間を移動させることにより流動体を吸込口から吸い込んで、吐出口から吐出させることができる。

本発明は、前記課題を解決するための手段として、
前記いずれかの構成のポンプ体と、
外径側の極性が周方向で交互に逆極性となる永久磁石を配置してなり、周方向に回転することにより前記ポンプ体の永久磁石に対して順次磁力を作用させて周方向に回転させる駆動体と、
を備えたことを特徴とするポンプ装置を提供する。

この構成により、ポンプ体の軸心方向に対して軸心が平行となるように駆動体を配置し、回転させるだけで、ロータ又はステータを回転させることができる。

前記ステータの中心軸と前記駆動体の回転中心とを異なる軸線上に配置することもできる。

前記ポンプ体を複数備え、
前記駆動体は、前記複数のポンプ体を同時に駆動可能とするのが好ましい。

この構成により、複数のポンプ体のロータ又はステータを回転させるために、単一の駆動体を用意するだけで対応することができる。

本発明は、前記課題を解決するための手段として、
前記いずれかの構成のポンプ体と、
前記ポンプ体の永久磁石に対して、順次、磁力が作用するように磁界を変化させる電磁石と、
を備えたことを特徴とするポンプ装置を提供する。

この構成により、電磁石を励磁するだけでポンプ体のロータ又はステータを回転させることができる。

本発明は、前記課題を解決するための手段として、
前記いずれかの構成のポンプ体と、
前記ポンプ体の永久磁石の回転による磁界の変化に基づいて、前記ステータ又は前記ロータの回転数を検出する回転数検出手段と、
を備えたことを特徴とする流量計を提供する。

この構成により、流動体によってポンプ体のロータ又はステータが永久磁石と共に回転すると、その回転動作に伴う磁界の変化に基づいて、回転数検出手段によってロータ又はステータの回転数を読み取ることができる。

本発明は前記課題を解決するための手段として、
前記いずれかの構成のポンプ体と、
外径側の極性が周方向で交互に逆極性となる永久磁石を配置してなり、前記ポンプ体の回転により、該ポンプ体の永久磁石からの磁力を受けて周方向に回転する駆動体と、
前記駆動体の回転を利用して電気エネルギーを生成する発電部と、
を備えたことを特徴とする発電機を提供する。

本発明は前記課題を解決するための手段として、
前記いずれかの構成のポンプ体と、
前記ポンプ体を回転させ、各永久磁石を周方向に移動させることにより変化させた磁界に基づいて電気エネルギーを生成する発電部と、
を備えたことを特徴とする発電機を提供する。

これらの構成により、管状部材内で流動体が流動して、ロータ又はステータと共にそれらに設けた永久磁石が回転すると、駆動体が回転し、この回転力が発電部で電気エネルギーに変換される。管状部材を、例えば水道蛇口等に接続して水を流動させるだけで、発電させることができる。したがって、配電設備のない場所であっても、一般的な発電機のような高価な装置を必要とすることなく発電することができる。

本発明によれば、ステータ、ロータ及び永久磁石を備えただけの構成としたので、構成を簡略化して安価に製作することができる。また駆動機構は別に用意すればよいので、種々の場所に採用することができ、汎用性に優れている。

第１実施形態に係るポンプ装置（ポンプ体及び駆動体）の正面断面図である。 第２実施形態に係るポンプ体の正面断面図である。 図２Ａのストッパの側面図である。 第３実施形態に係るポンプ体の正面断面図である。 第４実施形態に係るポンプ体の正面断面図である。 第５実施形態に係るポンプ体の正面断面図である。 第６実施形態に係るポンプ装置の正面断面図である。 図６Ａに示す駆動体の側面断面図である。 図６Ａに示す駆動体の他の使用例を示す側面断面図である。 第７実施形態に係るポンプ装置の正面断面図である。 図８Ａに示すポンプ装置の側面断面図である。 第８実施形態に係るポンプ装置の正面断面図である。 図９Ａに示すポンプ装置の側面断面図である。 第９実施形態に係るポンプ装置の正面断面図である。 図１０Ａに示すポンプ装置の側面断面図である。 第１０実施形態に係るポンプ装置の正面断面図である。 図１１Ａに示すポンプ装置の側面断面図である。 第１１実施形態に係るポンプ装置の正面断面図である。 図１２Ａに示すポンプ装置の側面断面図である。 図１１Ａ及び図１２Ａのロータの支持構造の他の例を示す正面断面図である。 第１２実施形態に係るポンプ装置の適用例を示す正面断面図である。 第１３実施形態に係るポンプ装置の適用例を示す正面断面図である。 第１４実施形態に係るポンプ装置の適用例を示す正面断面図である。 第１５実施形態に係るポンプ体を採用した発電機の正面断面図である。

以下、本発明に係る実施形態を添付図面に従って説明する。なお、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物、あるいは、その用途を制限することを意図するものではない。また、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは相違する場合がある。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係るポンプ体１を示す。このポンプ体１は、管状部材２内にステータ３を取り付け、ステータ３内にロータ４を挿入したもので、ロータ４の一端部には磁石部５が一体化されている。

管状部材２は、筒状で、一端が吸込口６、他端が吐出口７となっている。但し、ステータ３及びロータ４が収容される管状部材本体に吸引管と吐出管を取り外し可能に装着した構成とすることも可能である。

ステータ３は、適宜移送する材料に応じて選択されるゴム、樹脂等の弾性材料（例えば、シリコンゴム、シリコンオイルを含有する化粧品等ではフッ素ゴム）を筒状（例えば、円筒状）に形成したものである。ステータ３の中心孔８は、その内周面の条数がｎ条で単段あるいは多段の雌ネジ形状とされている。ここでは、中心孔８は、ステータ３の中心線を中心とする所定ピッチの螺旋状に形成されている。

ロータ４は、金属材料からなる軸体を条数がｎ−１条で単段あるいは多段の雄ネジ形状としたもので、ここでは軸心を中心とする所定ピッチの螺旋状に形成されている。ロータ４は、ステータ３の中心孔８内に配置される。この状態では、ロータ４の軸心は、ステータ３の中心線から偏心している。そして、ステータ３とロータ４とで、長手方向につながった移送空間９が形成される。

磁石部５は、円柱状の永久磁石（以下、この永久磁石を従動磁石１０と記載する）を円筒状のカバー１１で覆ったものである。従動磁石１０は、軸心を通り、軸方向に沿う平面で２分割した各部位で逆極性となるように着磁されている。すなわち、一方の半円部がＮ極で、他方の半円部がＳ極とされている。従動磁石１０の一端部はロータ４の一端部に固定される連結部１２となっている。カバー１１は、一端が開口する筒状で、従動磁石側から装着され、連結部１２の外周部に嵌合一体化される。但し、カバー１１は樹脂封止によって従動磁石１０を覆うように形成することも可能である。

前記構成のポンプ体１は、駆動体１３とでポンプ装置を構成する。
駆動体１３は、前記磁石部５と同様な永久磁石（以下、この永久磁石を駆動磁石１４と記載する）を備える。駆動磁石１４は、円柱状で、縦方向に２分割された一方がＮ極で、他方がＳ極となるように着磁されている。駆動磁石１４の一端部には回転軸１５が連結され、駆動磁石１４と回転軸１５の周囲は筒状体１６で覆われている。駆動体１３は、図示しないモータ等の駆動手段によって回転する。

前記構成のポンプ体１と駆動体１３とで構成されるポンプ装置は、例えば、次のようにして使用する。
ポンプ体１の吸込口６側を吸引対象である流動体内に挿入し、吐出口７側を吐出先に配置する。この状態で、駆動体１３の軸心方向がポンプ体１の軸心方向と平行となるように接近して配置する（この場合、ポンプ体１又は駆動体１３の少なくともいずれか一方に、両者が正確に位置決めされるような位置決め部材を設けるようにしてもよい。）。そして、図示しない駆動手段によって駆動体１３を回転させる。これにより、ポンプ体１の従動磁石１０に対する駆動体１３の駆動磁石１４の位置が変化する。具体的には、駆動磁石１４が回転して、そのＮ極に従動磁石１０のＳ極が対向すると、互いに磁気結合された状態となる。このため、駆動磁石１４の回転に伴って従動磁石１０も回転する（互いの回転方向は逆）。そして、従動磁石１０のＳ極に隣接するＮ極が回転してきて、このＮ極に駆動磁石１４のＳ極が対向し、新たに次の磁気結合状態が得られる。以下同様にして、順次、磁気結合状態が形成され、駆動磁石１４の回転動作が従動磁石１０の回転動作へと変換される。この結果、吸込口６から流動体が吸引され、この流動体は吐出口７から連続的に吐出される。

流動体の吐出を停止する場合、駆動手段の駆動を停止する。これにより、ポンプ体１のロータ４の回転が停止し、流動体の吐出が停止される。ポンプ体１はロータ４とステータ３とで構成されており、ステータ３がロータ４との間でシール機能を発揮するので、ロータ４の回転を停止させることで、流動体が漏れ出ることがない。但し、流動体の漏出を確実に防止するために、ロータ４を一時的に逆回転させるようにしてもよい。

このように、前記第１実施形態に係るポンプ装置によれば、ポンプ装置をポンプ体１と駆動体１３とに分離したので、流動体内に配置するポンプ体１に密封構造が不要となり、安価に製作することができる。また、駆動体１３により非接触でポンプ体のロータを回転させるようにしたので、駆動体１３が流動体によって濡れる等を心配する必要がなく、防水構造は不要となる。さらに、駆動体１３を複数のポンプ体１に対して兼用することができる。

以下の実施形態では、図１に示すものと基本的構成は同じであるので、対応する部分に対応する符号を付してその説明を省略する。

（第２実施形態）
図２Ａは、第２実施形態に係るポンプ体１を示す。このポンプ体１は、図１に示す第１実施形態に係る構成に加えてストッパ１７を設けたものである。

ストッパ１７は、略円柱状で、一端が平坦面、他端が円錐面で構成されている。また、図２Ｂに示すように、外周面には周方向に等間隔で４箇所に断面円弧状の溝部１７ａが形成されている。これら溝部１７ａと管状部材２の内周面とで流動体が通過可能な流路が形成される。ストッパ１７は、管状部材２内に圧入され、その平坦面に磁石部５の先端が当接した状態で位置決めされる。これにより、ロータ４及び磁石部５の軸心方向の位置ずれが防止される。

前記構成のポンプ体１によれば、磁石部５の先端にはストッパ１７が当接しているので、図１に示す駆動体１３によって従動磁石１０を介してロータ４を回転させる場合、吸込口６側へのロータ４及び磁石部５の移動を阻止することができる。すなわち、ロータ４を回転させることにより、吸込口６から流動体を吸い込んで吐出口７から吐出させる場合、ロータ４は吸込口６側へと移動しようとする。この場合、図２Ａに示すように磁石部５の先端が当接するようにストッパ１７を設けることで、ロータ４が吸込口６側へと移動することを阻止することができる。
なお、図１に示す場合、あるいは、図２Ａでロータ４を逆回転させる場合、ロータ４の一端部が当接する位置にストッパ１７を設けることにより、この吐出口７側へのロータ４の移動を阻止することができる。

（第３実施形態）
図３は、第３実施形態に係るポンプ体１を示す。このポンプ体１は、図２Ａ、Ｂに示す第２実施形態に係る構成に加えて、軸受部１８によって磁石部５の先端側を回転可能に支持するようにしたものである。

磁石部５の先端側、すなわちカバー１１の先端部分には、小径の円柱状に形成された軸部１９が形成され、この軸部１９が軸受部１８に回転可能に支持されている。軸受部１８は、磁石部５と共に公転運動し、外周面が管状部材２の内周面に順次接触して転動する。これにより、ロータ４が回転する際の芯振れが抑制される。また軸受部１８によって管状部材２内の流路の大部分が閉鎖されることになるので、カバー１１の軸部１９には連通路２０が形成され、流動体の流れが確保されている。

前記構成のポンプ体１によれば、磁石部５のカバー１１がその軸部１９を軸受部１８によって回転可能に支持され、軸受部１８の外周面は管状部材２の内周面を転動するように構成されている。したがって、磁石部５の従動磁石１０が駆動体１３の駆動磁石１４から磁力を受けて回転する際、磁力によって外径方向に吸引されたとしても芯振れすることはない。このため、ロータ４の回転状態が変動することがなく、流動体の流動状態を脈動のない安定したものとすることが可能となる。

（第４実施形態）
図４は、第４実施形態に係るポンプ体１を示す。このポンプ体１は、図３に示す第３実施形態に係る磁石部５及びそれを支持する構成を、ロータ４の両端部に設けたものである。

ロータ４の一端側には第１磁石部２１が一体化され、他端側には第２磁石部２２が一体化されている。第１磁石部２１と第２磁石部２２の駆動には、図１に示すのと同様な駆動体１３が使用され、第１磁石部２１と第２磁石部２２に対して軸心が平行になるようにそれぞれ配置されている。これら駆動体１３は同期して回転させる必要があり、同一の回転軸１５に一体化した構成とするのが好ましい。

この構成によれば、ロータ４に対して両端部で動力を伝達するようにしているので、図３に示す構成に比べてより一層ロータの回転動作を安定させることができる。
なおここでは、第１磁石部２１と第２磁石部２２は共に、駆動体１３からの駆動力を伝達する動力伝達機構として機能させたが、第１磁石２１又は第２磁石部２２のいずれか一方の周囲に磁気センサを配置することにより流量計としての機能を持たせるようにしてもよい（流量計として機能させる場合の構成については後述する。）

（第５実施形態）
図５は、第５実施形態に係るポンプ体１を示す。このポンプ体１は、図３に示す第３実施形態に係る磁石部５の従動磁石１０の長さを２倍にしたものである。この場合、駆動体１３の駆動磁石１４の長さも２倍とする。

この構成によれば、駆動体１３から受ける磁力がほぼ２倍となり、ロータ４の回転トルクを大きくすることができる。したがって、流動体が粘性の高い材料で構成されていてもスムーズに流動させることができる。

なお、従動磁石１０及び駆動磁石１４の長さは２倍に限らず、流動体の性状に応じた適切な回転トルクをロータ４に作用させることができるのであれば、いずれの寸法としてもよい。

（第６実施形態）
図６Ａ、Ｂは、第６実施形態に係るポンプ装置を示す。このポンプ装置では、ポンプ体１は図２に示す構成と同一であるが、駆動体１３の構成が相違している。

駆動体１３は、回転軸１５の一端部に形成した大径部２３に配置される４つの駆動磁石１４を備えた、いわゆる４極の構成である。大径部２３は、ケーシング２４によって覆われている。ケーシング２４と回転軸１５との間には軸受部２５が設けられ、回転軸１５が回転する際、ケーシング２４は回転しないようになっている。

大径部２３には、周囲に等間隔で４箇所に平面視矩形状の凹部２６がそれぞれ形成されている。
各駆動磁石１４は略直方体形状で、大径部２３の各凹部２６内に配置されている。各凹部２６に配置された状態では、長手方向に延びる１つの矩形面が回転軸１５の軸心に対して平行となる。このように配置された駆動磁石１４では、回転軸１５に対する内面側と外面側とで極性が相違する。また、極性は周方向に配置される駆動磁石１４の間でも相違する。具体的に、ある駆動磁石１４の外面の極性がＮ極であれば、回転方向に９０°ずれた位置ではＳ極、続いて９０°ずれた位置ではＮ極、さらに９０°ずれた位置ではＳ極となる。

前記構成のポンプ装置によれば、駆動体１３を４極の駆動磁石１４で構成するようにしたので、ポンプ体１の従動磁石１０に対して作用させる磁束の変化を、２極の場合に比べて２倍の速度とすることができる。このため、同じ労力で２倍の量の流動体を流動させることができる。

また、前記構成の駆動体１３を使用すれば、図７に示すように、ポンプ装置として、１つの駆動体１３で４つのポンプ体１を同時に動作させることができる。但し、同時に動作可能なポンプ体１の数量は４つに限らず、３、５、６…等であっても構わない。この場合、駆動体１３の外面を偶数倍の多角形とすることにより、６、８、…個のポンプ体１を同時に回転駆動させるようにするのが好ましい。

（第７実施形態）
図８Ａ、Ｂは、他の実施形態に係るポンプ装置を示す。このポンプ装置では、ポンプ体１の従動磁石１０と駆動体１３の構成に特徴を有する。

ポンプ体１の従動磁石１０は、周方向に４箇所等分で、それぞれ隣接するもの同士が逆極性となるように着磁されている。

駆動体１３は、ポンプ体１の外周部に配置されるケーシング２７内に、周方向に６箇所等分で電磁石２８を配置したものである。ケーシング２７は、平面視矩形状の有底筒状に形成された本体２７ａと、その開口部を閉鎖する蓋体２７ｂとで構成されている。本体２７ａに形成される収容凹部は平面視円形状とされている。各電磁石２８は、両端に鍔部を有するスプール２９にコイル３０を巻回したもので、環状のホルダー３１に周方向に６箇所等分で保持されている。

前記構成のポンプ装置では、電磁石２８から磁石部５に向かう磁極を交互に変化させる。すなわち、各電磁石２８はＮ極とＳ極に交互に変化させる。また隣接する電磁石同士は逆極性となるように励磁する。例えば、図８Ｂ中、０時の位置にある電磁石２８をＮ極とし、同時に、右回り方向に順番に位置するものをＳ極、Ｎ極…とする。続いて、０時の位置にある電磁石２８をＳ極に変化させ、このとき同時に、右回り方向に順番に位置するものをＮ極、Ｓ極…とする。但し、ロータ４の回転開始時には、吐出方向に流動体を流動可能とする回転方向とする必要がある。例えば、０時と６時の位置にある電磁石２８のみを励磁してＮ極とし、続いて、２時と８時の位置にある電磁石２８のみを励磁してＮ極とし、順次回転方向に励磁位置を変化させるようにすればよい。

前記構成のポンプ装置によれば、磁石部５の周囲に配置した電磁石２８によって均等に磁力を作用させることができるので、外部から永久磁石で駆動する場合のように磁力によって磁石部５が引き寄せられて偏心し、回転状態が安定しなくなるといった心配がない。また電磁石２８の励磁、消磁状態を自由に設定することができるので、流動体の種類の違い、必要とする流動速度の違い等に応じた適切な回転トルクをロータ４に作用させることができる。

（第８実施形態）
図９Ａ、Ｂは、第８実施形態に係るポンプ装置を示す。このポンプ装置では、磁石部５の両端部に第１ポンプ体３２及び第２ポンプ体３３をそれぞれ配置し、磁石部５を駆動磁石１４を有する駆動体１３によって回転させるようにした構成に特徴を有する。

第１ポンプ体３２及び第２ポンプ体３３は前記実施形態に係るポンプ体１と同様な構成である。第２ポンプ体３３の一端部にはストッパ１７が設けられている。ストッパ１７は、吐出圧によってロータ４がステータ３から吸込方向に突出することを防止する。

前記構成のポンプ装置によれば、磁石部５の両端部に設けたポンプ体１によって磁石部５の回転状態を安定させることができる。前記実施形態のように別途軸受部を設ける必要がない。
なお、前記駆動体１３に使用する駆動磁石１４は４極としたが、２極等、他の偶数極であっても構わない。

（第９実施形態）
図１０Ａ、Ｂは、第９実施形態に係るポンプ装置を示す。このポンプ装置は、図９Ａ、Ｂに示すものと駆動体１３の構成が相違する以外は、同一構成である。また駆動体１３は、図８Ａ、Ｂに示すものと同一構成である。

（第１０実施形態）
図１１Ａ、Ｂは第１０実施形態に係るポンプ装置を示す。このポンプ装置では、前述のようにロータ４を回転させるのではなく、その周囲に配置したステータ３を回転させるようにしている。

ステータ３は、管状部材２の内周側で両端部をストッパ３ａ、３ｂによって軸方向への移動を阻止された状態で回転可能となっている。ステータ３の外周面４箇所には永久磁石（従動磁石）４３が配置されている。図１１Ｂ中、上下に位置する永久磁石４３の外径側をＳ極、内径側をＮ極とし、左右に位置する永久磁石４３の外径側をＮ極、内径側をＳ極としている。管状部材２の外周側には、ステータ３に対応する位置に、図８Ａ、Ｂに示すものと同様な構成の電磁石２８が配置されている。これにより、前記同様、電磁石２８を励磁して永久磁石４３に対して作用させる磁力を変化させてステータ３を回転させることが可能となっている。

ロータ４の一端部には、図８Ａに示すものと同様な構成の磁石部５が一体化されている。磁石部５の先端部分にストッパ１７が配置されて軸方向への位置ズレが防止されているのも同様である。また管状部材２の外周側には、前記磁石部５に対応する位置に永久磁石４４が配置されている。永久磁石４４は、ロータ４の回転を防止するためのものである。永久磁石４４と磁石部５の間で磁力を作用させてロータ４の回転を阻止しつつ、ロータ４の公転運動すなわちステータ３の回転に伴うロータ４の周方向の移動を可能としている。

前記構成のポンプ装置によれば、電磁石２８を励磁してステータ３の永久磁石４３に向かう磁極を交互に変化させることにより、ステータ３を回転させることができる。この間、前述のように、ロータ４の一端部に設けた磁石部５が永久磁石４４に吸引されておりロータ４の回転が阻止されている。したがって、ステータ３の回転によってロータ４も一緒に回転することはなく、ステータ３の中心線の回りに公転運動する。この結果、ロータ４との間に形成される移送空間９を軸心方向へと移動させて、流動体を移送することが可能となる。

（第１１実施形態）
図１２Ａ、Ｂは第１１実施形態に係るポンプ装置を示す。このポンプ装置では、図１１Ａ、Ｂに示す電磁石２８に代えて、複数の永久磁石４５ａを備えた回転体４５が配置されている。

回転体４５は、４つの永久磁石４５ａをインサート成形等によって円筒状としたものである。図１２Ｂ中、上下に位置する永久磁石４５ａの外径側をＳ極、内径側をＮ極とし、左右に位置する永久磁石４５ａの外径側をＮ極、内径側をＳ極としている。回転体４５は、管状部材２の外周面に固定した支持ケース４６の内周面にベアリング４７を介して回転可能に支持されている。また回転体４５の外周部には、モータ（図示せず）の回転軸４８との間にベルト４９が掛け渡されている。そして、モータを駆動すると、ベルト４９を介して回転体４５が回転するようになっている。

前記構成のポンプ装置によれば、モータを駆動して回転体４５を回転させると、回転体４５の永久磁石４５ａとステータ３の永久磁石４３との間に作用する磁力により、ステータ３が連れ回りする。これにより、図１１Ａ、Ｂのものと同様に、ステータ３とロータ４の間に形成される移送空間９を軸心方向に移動させて、流動体を移送することが可能となる。

なお、図１１Ａ、図１２Ａでは、ロータ４の一端部に磁石部５を一体化するようにしたが、これに代えて、図１３に示すように、ロータ４の一端部とストッパ１７との間をフレキシブルジョイント５０で連結することでロータ４の公転（偏心）を許容するようにしてもよい。

（第１２実施形態）
図１４は、図６Ａに示すポンプ装置の適用例を示す。図１４では、流動体を収容する貯留容器３４の内側にポンプ体１を配置し、外側に駆動体１３を配置して、貯留容器３４内の流動体を循環移動させるようにしている。筒状の管状部材２の吸込口６は、貯留容器３４の下部に配置されている。管状部材２は流動体の液面から突出し、貯留容器３４の上方で水平方向に曲がり、その先の吐出口７は下方に向かっている。駆動体１３は、その軸心方向が鉛直方向に向かい、駆動磁石１４がポンプ体１の従動磁石１０に並設されるように、貯留容器３４の外側面に沿って配置される。

このように、防水構造の必要のないポンプ体１のみを貯留容器３４の内側に配置し、駆動体１３は貯留容器３４の外側に配置することができる。したがって、駆動体１３には防水構造が不要となり、安価に製作することができる。また複数の貯留容器３４に対してポンプ体１のみをそれぞれ配置すればよく、駆動体１３は共用化することができる。
なお、駆動体１３には、４極の駆動磁石１４を使用する例について説明したが、この駆動磁石１４は、２極、６極、８極…とすることもできる。

（第１３実施形態）
図１５は、図１４と同様な構成の第１貯留容器３５と、第２貯留容器３６とに対して、単一の駆動体１３を設けた例を示す。
第１貯留容器３５では、管状部材２の吐出口側が流路断面積の小さくなったノズル３７で構成されている。ノズル３７は、斜め下方に向かっており、液面に対して吸い上げた流動体を吹き付けることができるようになっている。

第２貯留容器３６は、第１貯留容器３５に採用される図６Ａに示す構成と同様な第１ポンプ体３８のほか、その下流側（上方側）に流量計３９として機能する第２ポンプ体４０とを備える。第２ポンプ体４０は、磁石部５の周囲に磁気センサ等の検出手段４２が設けられている。検出手段４２は、流動体が通過することによりロータ４と共に回転する磁石部５の回転数を検出する。ロータ４の回転数と流量との関係は明確であるため、検出した回転数に基づいて流量を算出する。

駆動体１３は、モータ４１によって駆動磁石１４が回転駆動するように構成されている。駆動磁石１４には２極のものが図示されているが、４極、６極、８極…等であっても構わない。

（第１４実施形態）
図１６は、基本的な流動体の流動はポンプ５１にて行い、配管途中に配置したポンプ体１により、その動力の不足分を補うようにしたものである。ポンプ体１は、ステータ３及びロータ４に前記各実施形態と同様な構成を採用することができ、ステータ３又はロータ４のいずれか一方を回転させるようになっている（図１６では、ロータ４を回転させるように構成されている。）。但し、管状部材２が配管の途中に着脱可能となっている点で相違する（勿論、前記各実施形態でもこのようなポンプ体１を着脱する構成を採用することが可能である。）。

この構成によれば、ポンプ５１のみの駆動では流動体を適切に流動させることができない場合、例えば、粘性の高い流動体を流動させる場合に、駆動体１３によってポンプ体１のステータ３又はロータ４を回転させるようにすればよい。これにより、ポンプ５１のみによっては流動させることが困難であった流動体の流動をスムーズに行わせることができる。配管途中に設けるポンプ体１及び駆動体１３の組み合わせは１組に限らず、必要に応じて２組以上とすることも可能である。

（第１５実施形態）
前記実施形態に係るポンプ体は発電機として利用することも可能である。以下、図２Ａ、図６Ａ及び図８Ａに開示されるポンプ体１を発電機として利用する場合について説明する。

図２Ａに示すポンプ体１であれば、図１７に示すように、駆動体１３の回転軸１５の一端側（駆動磁石１４とは反対側）に発電部６０を設けて発電機としている。ポンプ体１を構成するステータ３によるロータ４の締め代が、０又はほぼ０となるようにステータ３とロータ４の寸法を設定している。発電部６０としては、永久磁石の周囲に巻回したコイルを配置したもの等、従来公知の種々の構成を採用することができる。

このように、ポンプ体１を採用した発電機によれば、一般的なタービンを採用した発電機に比べて径方向の寸法を大幅に低減することができる。また内部に流動体を流動させることができる条件であれば発電を行うことができる。したがって、例えば、水道管や下水管の途中に配置する等、設置スペースを気にすることなく簡単に配置することが可能となる。

またポンプ体１は、次のように構成することにより、流動体の流動によって回転しやすくすることができる。これらの構成は、ポンプ体１を発電機として利用する場合に限らず、本実施形態で述べる全ての態様に採用することができる。

例えば、ステータ３とロータ４のピッチ寸法を大きな値とすれば、ステータ３又はロータ４を回転しやすくすることができる。これにより、流量が少ない場合であってもステータ３又はロータ４を回転させることが可能となる。すなわち、ステータ３とロータ４のピッチ寸法を大きくすれば、ステータ３とロータ４の間に形成される隙間が所定値以下となる領域（最小隙間領域）が軸心方向に長くなる。つまり、流動体が流動する際の抵抗が増大し、ステータ３又はロータ４を回転させるための回転力が大きくなる。またステータ３とロータ４の条数を増やすようにしても、最小隙間領域の数が増え、流動体が流動する際の抵抗の総計値が増大し、ステータ３又はロータ４が回転しやすくなる。この場合、流動体の粘度もステータ３又はロータ４の回転に十分に影響を与える。流動体の粘度が大きくなるに従ってステータ３又はロータ４を回転させやすくなる。逆に言えば、流動体の粘度が小さくなるに従ってステータ３又はロータ４を回転しにくくなるので、ステータ３とロータ４のピッチ寸法を大きくしたり、ステータ３とロータ４の条数を増やしたりして、ステータ３又はロータ４を回転しやすくする必要がある。

また、図１７に示すように、ロータ４及び磁石部５を貫通する貫通孔５２を形成し、磁石部５の端面にこの貫通孔５２に連通する凹部５３を形成して、ロータ４を回転しやすくすることもできる。すなわち、ロータ４の一端側端面（磁石部５と連結されたのとは反対側の端面）には流動体の流れによって軸心方向に力が作用する。そしてこの力が、ロータ４の他端側に一端側を連結した磁石部５の他端面をストッパ１７に押圧させる方向に作用する。一方、貫通孔５２を流動した流動体は凹部５３内に流れ込み、凹部５３内とストッパ１７の一端面によって囲まれた空間内の圧力を増大させ、凹部５３の底面を押圧する力が発生する。つまり、ロータ４の一端面が流動体に押圧されることにより磁石部５の一端面を押圧する力Ｆ１が、凹部５３内に流入した流動体がその底面を押圧する力Ｆ２によって相殺される。この場合、凹部５３の径とロータの径とは略同一とするのが好ましい。この結果、磁石部５の他端面がストッパ１７を押圧する力を軽減し、ロータ４の回転をスムーズに行わせることが可能となる。

図６Ａに示すポンプ体１であっても、前記図２Ａに示すポンプ体１と同様に、回転軸１５の一端側（駆動磁石１４とは反対側）に発電部６０を設けて発電機とすればよい。

図８Ａに示すポンプ体１であれば、磁石部５の外周側に配置した駆動体１３が、構成そのままで発電部６０として機能する。すなわち、駆動体１３は、ケーシング２７内に電磁石２８を収容した構成で、電磁石２８は、両端に鍔部を有するスプール２９にコイル３０を巻回したものが、環状のホルダー３１に周方向に６箇所等分で保持された構成となっている。したがって、流動体の流れによってロータ４及び磁石部５が回転すると、駆動体１３では電磁誘導作用によって電力が発生する。

なお、本発明は、前記実施形態に記載された構成に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。

前記実施形態では、駆動体１３をモータ、電磁石２８、等の駆動手段で構成するようにしたが、電力を使用しない手動式の回転手段で構成することもできる。これによれば、例えば石油プラント等での流動体の搬送等、防爆用途で使用することができる。また火災現場や被災地等、電力を直ぐに提供できない環境での使用にも適している。

前記実施形態では、駆動体１３をポンプ体１とは別体で構成しているが、一体化することで、永久磁石同士を所望の位置関係とすることができる。

前記実施形態では、駆動体１３として永久磁石を使用する場合、１箇所だけでなく、対称な位置等の複数箇所に配置することもできる。これによれば、磁石部５に作用する磁力を周方向に均等なものとすることができ、ロータ４の回転状態を安定させることが可能となる。

前記実施形態では、ポンプ装置の用途について、図１４から図１６に示す例を説明したが、例えば、次のような用途で使用することも可能である。
前記ポンプ体１は、いわゆる中間ブースト用ポンプとして機能させることができる。すなわち、流動体を長距離流動させる場合の圧力損失、高い位置に流動させる場合の水圧低下等に対して、前記ポンプ体１を配管途中に設置することで、ロータ４の回転により流動体の吐出圧を高め、圧力損失等により失われたエネルギーを補うことができる。この場合、配管をポンプ体１の管状部材２として機能させるようにしてもよい。

前記ポンプ装置は、トルクリミッターとして使用することができる。すなわち、ロータ４は回転する際、ステータ３から回転抵抗を受けており、その回転抵抗値は回転速度を増大させるに従って大きくなる。このため、駆動体１３の回転速度がある速度を超えると、駆動体１３の駆動磁石１４とポンプ体１の磁石部５の従動磁石１０との間に作用する磁力を超える回転抵抗値が発生し、駆動体１３によっては磁石部５を回転させることができなくなる。これにより、ステータ３等の損傷を防止することが可能となる。

前記構成のポンプ装置を流量調整用として利用することもできる。すなわち、ポンプ体１をホースや配管の先端に取り付け、駆動体１３の回転速度を調整するようにすれば、流動体の吐出量を調整することができる。この構成によれば、流量の調整は無段階で行うことができ、使用状況に応じた所望の量の流動体を供給することが可能となる。この場合、ホースや配管をポンプ体１の管状部材２として機能させるようにしてもよい。

前記実施形態では、ステータ３又はロータ４のいずれか一方のみを回転駆動するように構成したが、双方を共に回転駆動させることも可能である。この場合、ステータ３とロータ４の回転動作を同期させるのが好ましい。

本発明は、配管等に設置して流動体を流動させるために使用するポンプ、流動する流動体の流量を計測するための流量計、配管等に設置して水流を電力へと変換するための発電機等として利用することができる。

１…ポンプ体
２…管状部材
３…ステータ
３ａ、３ｂ…ストッパ
４…ロータ
５…磁石部
６…吸込口
７…吐出口
８…中心孔
９…移送空間
１０…従動磁石
１１…カバー
１２…連結部
１３…駆動体
１４…駆動磁石
１５…回転軸
１６…筒状体
１７…ストッパ
１８…軸受部
１９…軸部
２０…連通路
２１…第１磁石部
２２…第２磁石部
２３…大径部
２４…ケーシング
２５…軸受部
２６…凹部
２７…ケーシング
２８…電磁石
２９…スプール
３０…コイル
３１…ホルダー
３２…第１ポンプ体
３３…第２ポンプ体
３４…貯留容器
３５…第１貯留容器
３６…第２貯留容器
３７…ノズル
３８…第１ポンプ体
３９…流量計
４０…第２ポンプ体
４１…モータ
４２…検出手段
４３、４４、４５ａ…永久磁石
４５…回転体
４６…支持ケース
４７…ベアリング
４８…回転軸
４９…ベルト
５０…フレキシブルジョイント
５１…ポンプ
５２…貫通孔
５３…凹部
６０…発電部

Claims (10)

1. 管状部材と、
   前記管状部材内に配置され、吸込口から吐出口に向かう流動方向に所定ピッチで形成された雌ねじ形状の貫通孔を有するステータと、
   雄ねじ形状に形成され、前記ステータの貫通孔内に挿通されることにより、その内周面との間に搬送空間を形成し、回転することにより前記内周面に内接しながら前記搬送空間で流動体を吸込口側から吐出口側へと移動させるロータと、
   を備え、
   前記ステータから突出する前記ロータの回転軸の外周部に永久磁石を配置し、前記永久磁石の外径側の極性を、周方向で交互に逆極性としたことを特徴とするポンプ体。
2. 前記管状部材内に設けられ、前記ロータの軸心方向の移動を阻止し、かつ、前記管状部材内での流動体の移動を許容する連通部を有するストッパを設けたことを特徴とする請求項１に記載のポンプ体。
3. 管状部材と、
   前記管状部材内に配置され、吸込口から吐出口に向かう流動方向に所定ピッチで形成された雌ねじ形状の貫通孔を有するステータと、
   雄ねじ形状に形成され、前記ステータの貫通孔内に挿通されることにより、その内周面との間に搬送空間を形成し、前記ステータの回転に従って前記内周面に内接しながら前記搬送空間で流動体を吸込口側から吐出口側へと移動させるロータと、
   を備え、
   前記ステータの外周部に、周方向に複数の永久磁石を配置し、各永久磁石の外径側の極性を、周方向で交互に逆極性としたことを特徴とするポンプ体。
4. 前記請求項１から３のいずれか１項に記載のポンプ体と、
   外径側の極性が周方向で交互に逆極性となる永久磁石を配置してなり、周方向に回転することにより前記ポンプ体の永久磁石に対して順次磁力を作用させて周方向に回転させる駆動体と、
   を備えたことを特徴とするポンプ装置。
5. 前記ステータの中心軸と前記駆動体の回転中心とを異なる軸線上に配置したことを特徴とする請求項４に記載のポンプ装置。
6. 前記ポンプ体を複数備え、
   前記駆動体は、前記複数のポンプ体を同時に駆動可能としたことを特徴とする請求項５に記載のポンプ装置。
7. 前記請求項１から３のいずれか１項に記載のポンプ体と、
   前記ポンプ体の各永久磁石に対して、順次、磁力が作用するように磁界を変化させる電磁石と、
   を備えたことを特徴とするポンプ装置。
8. 前記請求項１から３のいずれか１項に記載のポンプ体と、
   前記ポンプ体の永久磁石の回転による磁界の変化に基づいて、前記ステータ又は前記ロータの回転数を検出する回転数検出手段と、
   を備えたことを特徴とする流量計。
9. 前記請求項１から３のいずれか１項に記載のポンプ体と、
   外径側の極性が周方向で交互に逆極性となる永久磁石を配置してなり、前記ポンプ体の回転により、該ポンプ体の永久磁石からの磁力を受けて周方向に回転する駆動体と、
   前記駆動体の回転を利用して電気エネルギーを生成する発電部と、
   を備えたことを特徴とする発電機。
10. 前記請求項１から３のいずれか１項に記載のポンプ体と、
    前記ポンプ体を回転させ、各永久磁石を周方向に移動させることにより変化させた磁界に基づいて電気エネルギーを生成する発電部と、
    を備えたことを特徴とする発電機。

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