JP2016041003A - Solenoid pump - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、電磁ポンプに関する。 Embodiments described herein relate generally to an electromagnetic pump.
従来、電磁力を用いて液体金属等の導電性流体を流動させる電磁ポンプが実用化されている。電磁ポンプは、例えば原子炉の循環ポンプとして使用される。図10は、従来のダブルステータ型の電磁ポンプ100の概略的な構成を示す断面図である。電磁ポンプ100は、導電性流体の流路が内部に形成された環状のダクト102と、このダクト102の周囲に設けられた鉄心103と、この鉄心103に覆われた励磁コイル111,112,113とを有している。
Conventionally, an electromagnetic pump that causes a conductive fluid such as a liquid metal to flow using electromagnetic force has been put into practical use. The electromagnetic pump is used, for example, as a reactor circulation pump. FIG. 10 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a conventional double stator
三相交流を励磁コイル111,112,113に流すことで、励磁コイルの周囲に移動磁場が発生する。この移動磁場がダクト102内の導電性流体を通過することで誘導電流が生じる。この誘導電流と磁場の相互作用によって生じる電磁力を用いて、導電性流体を電磁ポンプの軸方向に沿って流入口から流出口に向けて駆動する。
By flowing three-phase alternating current through the
鉄心103の透磁率は大気に比べて極めて大きい(数千倍程度)ため、鉄心103内に磁束が集中し、鉄心103中の磁束密度B1は大気中の磁束密度B2に比べて大幅に高くなる。これにより、多数の磁束がダクト102中の導電性流体を通過し、導電性流体の駆動力が大きくなる。その一方で、いわゆる「端部効果」により電磁ポンプの効率が低下することが知られている。
Since the magnetic permeability of the
ダクト102内を流動する導電性流体が、磁束密度が急激に変化する鉄心103の境界面Sに差し掛かると、境界面S前後の磁束密度の変化を打ち消すために誘導電流が流れる。この誘導電流と磁場との相互作用により、導電性流体の駆動方向とは逆向きの電磁力(以下、「負の電磁力」ともいう。)が生じる。この負の電磁力による導電性流体の駆動力の低下が端部効果であり、電磁ポンプの効率を低下させるものとして知られていた。
When the conductive fluid flowing in the
本発明が解決しようとする課題は、負の電磁力を低減することが可能な電磁ポンプを提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide an electromagnetic pump capable of reducing negative electromagnetic force.
実施形態に係る電磁ポンプは、導電性流体を軸方向に沿って流通させるための環状の流路が内部に形成されたダクトと、前記ダクトの周面に径方向に沿って設けられた環状の複数の励磁コイルと、前記ダクトの周面を覆うように設けられた鉄心とを備える。前記複数の励磁コイルのうち前記ダクトの端部に最も近い励磁コイルである端部励磁コイルの少なくとも一部が前記鉄心から露出し、その他の励磁コイルは前記鉄心内に配置されている。 The electromagnetic pump according to the embodiment includes a duct in which an annular flow path for allowing a conductive fluid to flow in the axial direction is formed inside, and an annular shape provided in a radial direction on the circumferential surface of the duct. A plurality of exciting coils and an iron core provided so as to cover the peripheral surface of the duct. Of the plurality of excitation coils, at least a part of the end excitation coil that is the excitation coil closest to the end of the duct is exposed from the iron core, and the other excitation coils are disposed in the iron core.
以下、実施形態に係る電磁ポンプについて図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, an electromagnetic pump according to an embodiment will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態に係る電磁ポンプ1について説明する。
(First embodiment)
An
電磁ポンプ1は、図1に示すように、導電性流体を流通させる流路を有するダクト2と、移動磁場を発生させてダクト2内の導電性流体を電磁力により流動させる複数の励磁コイル(三相交流コイル)11a〜19a,11b〜19bと、移動磁場を効率的にダクト2内に導くための鉄心3とを備えている。
As shown in FIG. 1, the
このように電磁ポンプ1は、ダクト2の外側の励磁コイル11a〜19a、およびダクト2の内側の11b〜19bを有するダブルステータ型の電磁ポンプである。なお、電磁ポンプ1は、シングルステータ型の電磁ポンプであってもよい。
Thus, the
ダクト2は、図1に示すように、導電性流体をダクト2の軸方向に沿って流通させるための環状の流路が内部に形成されている。導電性流体は、例えば、液体ナトリウムや水銀等の液体金属である。ダクト2の端部2cは電磁ポンプ1の出口側(流出口)であり、ダクト2の端部2dは電磁ポンプ1の入口側(流入口)である。
As shown in FIG. 1, the
励磁コイル11a〜19a,11b〜19bは、ダクト2の周面に設けられた環状のコイルである。より詳しくは、励磁コイル11a〜19aは、ダクト2の外側周面2aにダクト2の径方向に沿って設けられ、励磁コイル11b〜19bは、ダクト2の内側周面2bにダクト2の径方向に沿って設けられている。
The
励磁コイル11a〜19a,11b〜19bには三相交流が流され、移動磁場が励磁コイルの周囲に発生する。より詳しくは、励磁コイル11a,11b,14a,14b,17a,17bにはU相の交流電圧が印加され、励磁コイル12a,12b,15a,15b,18a,18bにはV相の交流電圧が印加され、励磁コイル13a,13b,16a,16b,19a,19bにはW相の交流電圧が印加される。
A three-phase alternating current flows through the
なお、電磁ポンプ1に設けられる励磁コイルの数は、図1に示す数に限られるものではない。また、三相以外の多相交流を用いて移動磁場を発生させてもよい。
The number of exciting coils provided in the
以下の説明において、励磁コイル11a〜19a,11b〜19bのうち、ダクト2の端部2cに最も近い励磁コイル(即ち、励磁コイル11a,11b)、および端部2dに最も近い励磁コイル(即ち、励磁コイル19a,19b)のことを「端部励磁コイル」ともいう。
In the following description, among the
鉄心3は、ダクト2の周面を覆うように設けられている。より詳しくは、図1に示すように、鉄心3は、外側鉄心3aおよび内側鉄心3bから構成される。外側鉄心3aはダクト2の外側周面2aを覆い、内側鉄心3bはダクト2の内側周面2bを覆う。なお、図1において、仮想線Vは、従来の電磁ポンプの鉄心の外形線を示している。
The
第1の実施形態に係る電磁ポンプ1では、図1に示すように、端部励磁コイルである励磁コイル11a,11bが鉄心3から露出し、その他の励磁コイルは鉄心3内に配置されている。即ち、励磁コイル11a,11bのみが、鉄心3で覆われず、鉄心3の端面3cに露出している。これにより、図1に示すように、磁束が電磁ポンプ1の流出口近傍の鉄心3内に収束せず、電磁ポンプ1の流出口に向けて拡散する。このため、磁束密度は、鉄心3の端面3cから離れるにつれて徐々に低下する。即ち、ダクト2を貫通する磁束密度が電磁ポンプの軸方向に沿って緩やかに変化する。よって、第1の実施形態によれば、負の電磁力を低減することができる。
In the
図2は、電磁ポンプ1を流れる導電性流体に作用する電磁力を二次元解析により求めた結果を示している。電磁ポンプ1の出口側において負の電磁力が大幅に低減されていることがわかる。
FIG. 2 shows the result of obtaining the electromagnetic force acting on the conductive fluid flowing through the
また、第1の実施形態によれば、従来の電磁ポンプに比べて鉄心の重量が減少するため、電磁ポンプを軽量化することができる。 Further, according to the first embodiment, the weight of the iron core is reduced as compared with the conventional electromagnetic pump, so that the electromagnetic pump can be reduced in weight.
なお、励磁コイル11a,11bは図1に示すように全て鉄心3から露出する場合に限らず、励磁コイル11a,11bの少なくとも一部を鉄心3から露出させてもよい。例えば、励磁コイル11a,11bの下側半分が鉄心3内に配置されてもよいし、あるいは、励磁コイル11a,11bの上面のみが鉄心3から露出するようにしてもよい。
The
また、上記の説明では、電磁ポンプ1の出口側の端部励磁コイル(励磁コイル11a,11b)が鉄心3から露出していたが、入口側の端部励磁コイル(励磁コイル19a,19b)が鉄心3から露出していてもよい。また、電磁ポンプ1の出口側および入口側の両方の端部励磁コイルが鉄心3から露出していてもよい。
Further, in the above description, the end excitation coils (
また、ダブルステータ型の電磁ポンプの場合、端部励磁コイルのうち片方の励磁コイルは鉄心3で覆われていてもよい。例えば、励磁コイル11aおよび11bのうちいずれか一方は鉄心3の内部に配置されていてもよい。この場合、内側鉄心3bよりも外側鉄心3aを削除する方が鉄心3全体の重量削減に寄与するため、励磁コイル11bが鉄心3に覆われるようにすることが好ましい。
In the case of a double stator type electromagnetic pump, one of the end excitation coils may be covered with the
次に、第1の実施形態に係る変形例について図3を参照して説明する。 Next, a modification according to the first embodiment will be described with reference to FIG.
(変形例)
変形例に係る電磁ポンプ1Aでは、図3に示すように、励磁コイル11aは鉄心3から延長された延長鉄心3a1内に配置されている。延長鉄心3a1を設けることにより、図3に示すように、鉄心3の端面3cから大気に放出された磁束は、延長鉄心3a1に向けて収束するため、電磁ポンプの効率の低下を抑制することができる。また、延長鉄心3a1の軸方向長さを変えることで、磁場の広がりを制御することができる。
(Modification)
In the
よって、本変形例によれば、磁束密度を緩やかに変化させて負の電磁力を低減するとともに、電磁ポンプの外部に漏出する磁束を低減することで電磁ポンプの効率の低下を抑制することができる。 Therefore, according to the present modification, the magnetic flux density is gradually changed to reduce the negative electromagnetic force, and the magnetic flux leaking to the outside of the electromagnetic pump can be reduced to suppress the decrease in the efficiency of the electromagnetic pump. it can.
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態に係る電磁ポンプ1Bについて、図4を参照して説明する。図4では図1と同様の構成については同じ符号を付している。第2の実施形態と第1の実施形態との相違点の一つは、鉤爪鉄心4の有無である。以下、相違点を中心に第2の実施形態について説明する。
(Second Embodiment)
Next, an
第2の実施形態に係る電磁ポンプ1Bは、図4に示すように、ダクト2、励磁コイル11a〜19a,11b〜19bおよび鉄心3に加えて、鉤爪鉄心4をさらに備えている。鉤爪鉄心4は、外側鉄心3aおよび内側鉄心3bの各々に設けられている。なお、鉤爪鉄心4は、鉄心3と一体的に形成されてもよいし、あるいは、別体として形成された後、鉄心3に固定されたものであってもよい。
As shown in FIG. 4, the
鉤爪鉄心4は、図4に示すように、励磁コイル11a,11bが露出した端面3cから立ち上がる第1の鉄心部4aと、第1の鉄心部4aからダクト2に向かって延在する第2の鉄心部4bとを有している。
As shown in FIG. 4, the
第1の鉄心部4aは、励磁コイル11a,11bの径方向に沿って環状に形成されている。第2の鉄心部4bは、励磁コイル11a,11bを全て覆うことのないように形成される。即ち、第2の鉄心部4bは励磁コイル11a,11bの一部を覆うようにしてもよい。
The first iron core portion 4a is formed in an annular shape along the radial direction of the excitation coils 11a and 11b. The second
なお、第2の鉄心部4bの先端部は、図4に示すように、角部を有しない曲面状に形成されることが好ましい。
In addition, it is preferable that the front-end | tip part of the 2nd
また、鉤爪鉄心4は、励磁コイル11a,11bの径方向に沿って連続的に環状に形成される場合に限らず、部分的にダクト2の半径方向に途切れるように形成されていてもよい。
Further, the
鉄心3上に鉤爪鉄心4を設けることにより、図4に示すように、鉤爪鉄心4の先端から磁束が放出され、大気を通過することで拡散したのち、もう一方の第2の鉄心部4bに収束する。このように磁束が一度拡散することにより、ダクト2を貫通する磁束密度を電磁ポンプの軸方向に沿って緩やかに変化させつつ、電磁ポンプ1Bの外部に漏出する磁束を低減することができる。
By providing the
よって、第2の実施形態によれば、電磁ポンプの効率の低下を抑制しつつ、負の電磁力を低減することができる。 Therefore, according to the second embodiment, it is possible to reduce the negative electromagnetic force while suppressing a decrease in the efficiency of the electromagnetic pump.
次に、第2の実施形態に係る変形例について図5を参照して説明する。 Next, a modification according to the second embodiment will be described with reference to FIG.
(変形例)
変形例に係る電磁ポンプ1Cは、図5に示すように、外側鉄心3aに鉤爪鉄心4が設けられ、内側鉄心3bは励磁コイル11bを覆っている。このような構成であっても、第2の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。なお、図5に示す構成とは反対に、内側鉄心3bに鉤爪鉄心4を設け、外側の励磁コイル11aが外側鉄心3aに覆われるようにしてもよい。
(Modification)
As shown in FIG. 5, in the
(第3の実施形態)
次に、本発明の第3の実施形態に係る電磁ポンプ1Dについて、図6を参照して説明する。図6では図1と同様の構成については同じ符号を付している。第3の実施形態と第1の実施形態との相違点の一つは、低透磁率鉄心5の有無である。以下、相違点を中心に第3の実施形態について説明する。
(Third embodiment)
Next, an
第3の実施形態に係る電磁ポンプ1Dは、図6に示すように、励磁コイル11a,11bが露出した鉄心3の端面3c上に設けられ、端面3cを被覆する低透磁率鉄心5をさらに備えている。この低透磁率鉄心5は、透磁率が空気よりも大きく且つ鉄心3よりも小さい材料からなる。
As shown in FIG. 6, the
なお、低透磁率鉄心5は、鉄心3の端面3cを部分的に被覆してもよい。
Note that the low magnetic permeability core 5 may partially cover the
鉄心3上に低透磁率鉄心5を設けることにより、磁束は低透磁率鉄心5内において鉄心3内よりも拡散し易くなる。このため、低透磁率鉄心5の磁束密度は鉄心3の磁束密度よりも低下する。一方、低透磁率鉄心5の透磁率は空気よりも大きいため、低透磁率鉄心5の磁束密度は空気中の磁束密度よりも高い。低透磁率鉄心5を設けることで、鉄心3の端面3cの前後における磁束密度の急激な変化を防ぐことができる。即ち、ダクト2を貫通する磁束密度を電磁ポンプの軸方向に沿って緩やかに変化させることができる。
By providing the low permeability iron core 5 on the
よって、第3の実施形態によれば、負の電磁力を低減することができる。 Therefore, according to the third embodiment, negative electromagnetic force can be reduced.
さらに、第3の実施形態によれば、低透磁率鉄心5を設けることで、電磁ポンプの外部に漏出する磁束が第1の実施形態に比べて低減するため、電磁ポンプの効率の低下を抑制することができる。 Furthermore, according to the third embodiment, by providing the low-permeability iron core 5, the magnetic flux leaking to the outside of the electromagnetic pump is reduced as compared with the first embodiment. can do.
(第4の実施形態)
次に、本発明の第4の実施形態に係る電磁ポンプ1Eについて、図7を参照して説明する。図7では図1と同様の構成については同じ符号を付している。第4の実施形態と第1の実施形態との相違点の一つは、鉄心入りケース6の有無である。以下、相違点を中心に第4の実施形態について説明する。
(Fourth embodiment)
Next, an
第4の実施形態に係る電磁ポンプ1Eは、図7に示すように、励磁コイル11a,11bが露出した鉄心3の端面3c上に設けられた鉄心入りケース6をさらに備えている。この鉄心入りケース6は、セラミック等の非磁性の材料からなる。また、鉄心入りケース6の内部には、複数の球状鉄心7が詰められている。なお、図7においては、鉄心入りケース6を透視して図示している。
As shown in FIG. 7, the
球状鉄心7の透磁率が鉄心3と同程度であっても、球状鉄心7間に空隙が存在するため、鉄心入りケース6の実質的な透磁率は鉄心3よりも小さくなる。球状鉄心7の形状・大きさ(直径等)や、鉄心入りケース6内の空隙率を変えることにより、鉄心入りケース6の実質的な透磁率を制御することも可能である。
Even if the magnetic permeability of the
鉄心3上に鉄心入りケース6を設けることにより、第3の実施形態で説明した低透磁率鉄心5を用いなくとも、第3の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。即ち、図7に示すように、鉄心入りケース6の実質的な透磁率が鉄心3よりも小さいため、鉄心入りケース6において磁束は拡散し易くなり、鉄心3よりも磁束密度が低下する。これにより、鉄心3の端面3cの前後における磁束密度の急激な変化を防ぎ、ダクト2を貫通する磁束密度を電磁ポンプの軸方向に沿って緩やかに変化させることができる。
By providing the iron
よって、第4の実施形態によれば、負の電磁力を低減することができる。 Therefore, according to the fourth embodiment, negative electromagnetic force can be reduced.
さらに、第4の実施形態によれば、鉄心入りケース6を設けることで、電磁ポンプの外部に漏出する磁束が第1の実施形態に比べて低減するため、電磁ポンプの効率の低下を抑制することができる。
Furthermore, according to 4th Embodiment, since the magnetic flux which leaks outside the electromagnetic pump reduces compared with 1st Embodiment by providing the
なお、電磁ポンプ1Eは、図7に示すように、鉄心入りケースを厚さ方向に貫通し、かつダクト2に巻き付けられた管状鉄心8をさらに備えてもよい。これにより、電磁ポンプの外部に漏出する磁束がさらに減少するため、電磁ポンプの効率の低下をより抑制することができる。管状鉄心8の透磁率は、鉄心3と同程度であってもよい。
As shown in FIG. 7, the
また、鉄心入りケース6を複数積層させて鉄心3上に設けてもよい。例えば、実質的な透磁率が異なる鉄心入りケースを用意し、鉄心3の端面3cから離れた位置に設けられる鉄心入りケースほど実質的な透磁率が小さくなるように、これらの鉄心入りケースを積層してもよい。
Further, a plurality of
次に、第4の実施形態に係る変形例について図8を参照して説明する。 Next, a modification according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG.
(変形例)
変形例に係る電磁ポンプ1Fでは、図8に示すように、鉄心入りケース6の内部に、複数の板状鉄心9が積層された状態で内部に詰められている。なお、鉄心入りケース6の実質的な透磁率を所望の値に調整するために、板状鉄心9を千鳥状に積層したり(図8参照)、あるいは階段状に積層してもよい。
(Modification)
In the
本変形例の構成によっても、第4の実施形態と同様の作用効果を得ることができる。また、本変形例によれば、板状鉄心9の特性(平面形状、面積、厚み等)や積層方法を変えることにより、比較的容易に透磁率を調整することができる。
Also according to the configuration of this modification, the same effects as those of the fourth embodiment can be obtained. Moreover, according to this modification, the magnetic permeability can be adjusted relatively easily by changing the characteristics (planar shape, area, thickness, etc.) of the plate-
(第5の実施形態)
次に、本発明の第5の実施形態に係る電磁ポンプ1Gについて、図9を参照して説明する。図9では図1と同様の構成については同じ符号を付している。第5の実施形態と第1の実施形態との相違点の一つは、励磁コイル間の間隔である。以下、相違点を中心に第5の実施形態について説明する。
(Fifth embodiment)
Next, an
第5の実施形態に係る電磁ポンプ1Gでは、図9に示すように、間隔L1は間隔L2よりも大きい。ここで、間隔L1は、励磁コイル11aと、この励磁コイル11aにダクト2の長手方向に隣接する第1の隣接励磁コイル12aとの間の間隔である。間隔L2は、第1の隣接励磁コイル12aと、この第1の隣接励磁コイル12aに長手方向に隣接する第2の隣接励磁コイル13aとの間の間隔である。
In the
間隔L1を間隔L2よりも大きくすることにより、間隔L1における磁束密度が低減する。これにより、鉄心3の端面3cの前後における磁束密度の変化をさらに緩和することができる。
By making the interval L1 larger than the interval L2, the magnetic flux density in the interval L1 is reduced. Thereby, the change of the magnetic flux density before and after the
よって、第5の実施形態によれば、負の電磁力を低減することができる。 Therefore, according to the fifth embodiment, negative electromagnetic force can be reduced.
なお、上記各実施形態においては、ダブルステータ型の電磁ポンプについて説明したが、本発明はこれに限るものではなく、ダクトの外側および内側のいずれか一方に励磁コイルが設けられたシングルステータ型の電磁ポンプにも適用可能である。 In each of the above embodiments, the double stator type electromagnetic pump has been described. However, the present invention is not limited to this, and a single stator type electromagnetic pump in which an excitation coil is provided on either the outside or the inside of the duct. It can also be applied to electromagnetic pumps.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
1,1A,1B,1C,1D,1E,1F,1G,1H,100 電磁ポンプ
2,102 ダクト
2a (ダクトの)外側周面
2b (ダクトの)内側周面
2c,2d 端部
3,103 鉄心
3a 外側鉄心
3b 内側鉄心
3a1 延長鉄心
3c 端面
4 鉤爪鉄心
4a 第1の鉄心部
4b 第2の鉄心部
5 低透磁率鉄心
6 鉄心入りケース
7 球状鉄心
8 管状鉄心
9 板状鉄心
11a,11b,12a,12b,13a,13b 励磁コイル
14a,14b,15a,15b,16a,16b 励磁コイル
17a,17b,18a,18b,19a,19b 励磁コイル
111,112,113 励磁コイル
L1,L2 (励磁コイル間の)間隔
S (従来の電磁ポンプの)境界面
V 仮想線
1,1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F, 1G, 1H, 100 Electromagnetic pump 2,102
Claims (8)
前記ダクトの周面に径方向に沿って設けられた環状の複数の励磁コイルと、
前記ダクトの周面を覆うように設けられた鉄心と、
を備え、
前記複数の励磁コイルのうち前記ダクトの端部に最も近い励磁コイルである端部励磁コイルの少なくとも一部が前記鉄心から露出し、その他の励磁コイルは前記鉄心内に配置されていることを特徴とする電磁ポンプ。 A duct formed therein with an annular flow path for flowing the conductive fluid along the axial direction;
A plurality of annular exciting coils provided along the radial direction on the circumferential surface of the duct;
An iron core provided to cover the circumferential surface of the duct;
With
Among the plurality of excitation coils, at least a part of the end excitation coil that is the excitation coil closest to the end of the duct is exposed from the iron core, and the other excitation coils are disposed in the iron core. And electromagnetic pump.
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