JP2544825B2

JP2544825B2 - マグネツトポンプ

Info

Publication number: JP2544825B2
Application number: JP2123133A
Authority: JP
Inventors: 栄治宮本; 正矢ケ部; 善徳小島; 利也金森
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 1989-06-05
Filing date: 1990-05-15
Publication date: 1996-10-16
Anticipated expiration: 2011-10-16
Also published as: KR910001257A; KR100190807B1; JPH0388996A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、磁石を埋め込んだ羽根車を外部からの磁力
によって回転駆動するようにした、所謂マグネットポン
プに関し、特に羽根車の中に埋設された磁石が羽根車の
回転軸芯方向に離隔した位置にある永久磁石あるいはス
テータからの磁力によって回転駆動されるアキシャルギ
ャップ型の磁力伝達機構を採用しているマグネットポン
プに関し、接液部分の構造が簡単であるため各種薬液の
移送や循環に好適なものである。

〔従来の技術〕

上記したマグネットポンプの代表的な例を第６図及び
第７図に示す。第６図に示したマグネットポンプは、永
久磁石同士のマグネットカップリングの原理を利用して
ポンプの羽根車を回転駆動するようにしたものであっ
て、ポンプのケーシング１は、吸込カバー1aと背面カバ
ー1bとを組み合わせて成り、羽根車２を収容するポンプ
室1c、移送する流体を吸い込む吸込口1d及び羽根車２に
よって昇圧された流体を吐出する吐出口1eとが備えら
れ、背面カバー1bの非接液部には、図示しないモーター
等の駆動源によって回転駆動される主軸３に固定された
マグネットヨーク3aと、該マグネットヨーク3aの背面カ
バー1bに対向する面に環状に固着された永久磁石3bとが
備えられ、ポンプ室1cの内部に回転自在に収容された羽
根車２の内部には、同様に環状のマグネットヨーク2bに
環状の永久磁石2cが固着されて埋設され、主軸３の回転
によって羽根車２が回転駆動されて流体が移送される。
前記環状の永久磁石2cと永久磁石3bとはそれぞれリング
状に成型された１つの永久磁石であってもよく、また、
複数個の永久磁石を環状に配列してもよい。何れの場合
であっても永久磁石2c,3bが互いに対向する面において
はＮ極とＳ極とが交互に環状に配列されるように着磁さ
れている。羽根車２が静止している状態において羽根車
２に作用する力は、主として永久磁石2c,3bの磁気吸引
力F1であるため、羽根車２は背面カバー1bの側に押しつ
けられ、この状態からポンプは起動することになるの
で、背面カバー1bの側には固定側の軸受1fを設け、そし
て、羽根車２の背面には回転側の軸受1gを設けてスラス
ト荷重とラジアル荷重とを支えている。

この羽根車２の回転を支える軸受に関し、本明細書で
は必要に応じて、回転側の周動部材（軸受1g）、固定側
の周動部材（軸受1f）を各々軸受と称し、また、これら
を一組で軸受と称するものとする。

なお、第６図において、羽根車２に作用する磁気吸引
力F1の矢印は力の作用する位置を厳密に示したものでは
なく、単に、磁気吸引力の回転軸芯方向の分力を示した
ものである。

羽根車２が回転すると、流体は昇圧され、その流体圧
は羽根車２を吸込側へ押しつけるスラスト力F2として作
用する。従って、吸込カバー1aには固定側の軸受1hが設
けられ、また羽根車２の前記軸受1hに対向する部分には
回転側の軸受2jが設けられている。永久磁石2c,3bの磁
気吸引力F1の大きさは羽根車２にかかる流体の力によっ
て変化し、また、スラスト力F2の大きさも流体圧によっ
て変化する。いま、ポンプの羽根車の回転数を一定速度
で回転した場合について第6a図の圧力−流量性能曲線を
参照して説明すると、縦軸Ｈはポンプの吐出圧力を示
し、横軸Ｑはポンプの流量を示すものであり、通常第６
図のような遠心式ポンプは吐出側のバルブを締切状態に
してポンプを始動するのでポンプの運転点はＡ点にあ
り、吐出側のバルブの開度を徐々に開くとポンプの運転
点は実線ａに沿って右方向に移動し点Ｂに到達する。こ
の点Ａ−Ｂの間において、ポンプの羽根車２は磁気吸引
力F1よりも大きなスラスト力F2を受けて吸込カバー1a側
に押しつけられて回転しているが、点Ｂでは磁気吸引力
F1とスラスト力F2とが等しくなり、さらに、バルブの開
度を大きくして流量を大きくすると、磁気吸引力F1がス
ラスト力F2よりも大きくなり、羽根車２は背面カバー1b
側に押しつけられて回転する（点Ｃ）。点Ｃでは羽根車
２が吸込カバー1aから離れた位置で回転することになる
ので、高圧部と低圧部との軸受隙間が大きくなり、昇圧
された流体が吸込部分へ循環する量が多くなるので、ポ
ンプの吐出圧力は点Ｂよりも低下する。更にバルブの開
度を大きくするとポンプの運転点は実線に沿って点Ｄに
到達する。次に、点Ｄから徐々にバルブの開度を閉じて
いくと、ポンプの運転点は磁気吸引力F1がスラスト力F2
よりも大きいので点Ｃを経過して点Ｅに達する。点Ｅで
は磁気吸引力F1とスラスト力F2とが等しくなり、さらに
バルブの開度が小さくなると羽根車２がスラスト力F2に
よって吸込カバー1a側に押しつけられて回転するように
なり、運転点はＦ点に達する。このように、第６図のマ
グネットポンプでは、ポンプの圧力−流量性能曲線がヒ
ステリシス曲線を描くこととなり、これに伴い前述のよ
うに羽根車２は運転状態に応じて吸込カバー1aと背面カ
バー1bとの何れかの側に片寄って回転する。

第７図に示した従来例のマグネットポンプは、羽根車
に埋設された磁石をステータで発生した電磁力によって
直接回転駆動するようにしたマグネットポンプであり、
ケーシング１と羽根車２の基本的な構成は第６図に示し
た従来例と同じであって、羽根車２を回転駆動するため
の手段である駆動磁力機構がステータ５である点で異な
っている。即ち、羽根車に埋設された磁石を駆動するた
めのステータ５は、環状に配列された鉄心5bにコイル5a
を巻回して羽根車２の磁石に対向した位置の背面カバー
1bの非接液部に設けられ、これらのコイル5aに図示しな
い電源制御回路から適宜通電することによって、所謂直
流ブラシレスモーターの作動原理によって羽根車２を回
転駆動するものである。この第７図のマグネットポンプ
も第6a図に示した第６図のポンプと同様の性能曲線の挙
動を示すものであり、ポンプの運転状況に応じて羽根車
２は吸込カバー1a側か背面カバー1b側か何れかの側に片
寄って回転することとなる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記した従来のマグネットポンプにおいては、ポンプ
を運転したときにその運転の状況に応じて羽根車２が羽
根車の回転軸芯20方向に移動することとなる。即ち、羽
根車２に作用する回転軸芯20方向の力に関して、羽根車
２に埋設された永久磁石2cとこれを回転駆動するための
駆動側の永久磁石3b又はステータ５との間に作用する磁
気吸引力F1と羽根車に作用する流体による水力学的スラ
ストF2との合成力の方向が吸込カバー1aの側に向かう運
転領域（第6a図の性能曲線ではＡ→Ｂ、Ｆ→Ａ）と、こ
れとは反対に背面カバー1bの側に向かう運転領域（同図
の性能曲線ではＣ→Ｄ、Ｄ→Ｅ）と、さらに両者間の過
渡的な領域である不安定領域（同図の性能曲線ではＢ→
Ｃ、Ｅ→Ｆ）とがあり、羽根車の位置はポンプの運転状
態によって様々に移動することとなる。この羽根車２の
軸方向の移動が生じる時には軸受に衝撃荷重がかかり、
この時、羽根車はそれなりの回転速度をもって偏心して
回転するので、軸受の摺動面では片当たり現象が生じて
軸受を破損する問題があった。

上記の現象は移送する流体中に気泡が含まれている場
合に特に問題視されるものであって、このように気泡を
含む流体を羽根車２の遠心作用によって昇圧するときに
は、その吐出圧力は激しく変化し、これに伴い流体圧に
よるスラスト力F2も変化し、結果として、羽根車２は回
転軸芯方向に振動することとなり、単に、ポンプの吐出
圧力が変動してポンプが異音を発生して振動するばかり
でなく、軸受が瞬時に破損することもある。また、上記
の従来例においては何れも羽根車の吸込カバー1a側の位
置と背面カバー1b側の位置とにそれぞれ軸受が備えら
れ、これらが全て互いに平行若しくは直角となるように
組み立てられていなければならず、各々の部品の加工上
に問題があり、またそれらの組立上にも問題があった。

更にまた、軸受が損傷しやすいということは、極めて
純度の高い流体を汚染することなく移送する場合に、軸
受の破片を流体中に混入することとなり、例えば軸受の
表面に耐食性をもたせた特殊な表面処理を施しているよ
うな場合には、その表面処理層を剥離することにもな
り、仮にポンプの機能が維持されていたとしても大きな
問題となっていた。

本発明は、ポンプの羽根車に作用する各種回転軸芯方
向の力を一方向になるようにして、羽根車の不安定な動
きをなくするようにしたマグネットポンプを提供するこ
とを目的とし、更に、純度の高い流体を汚染することな
く移送するのに適したマグネットポンプを提供すること
を目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために、本発明は、永久磁石を
埋設した羽根車を該羽根車の外部からの磁力によって回
転駆動するようにしたマグネットポンプにおいて、吸込
口と吐出口と及び羽根車が収容されるポンプ室とを有す
るポンプのケーシングと、該ケーシングの該ポンプ室に
回転可能に収容され、且つ、永久磁石を埋設してなる羽
根車と、一方が該ケーシングに固定され、他方が該羽根
車に固定された軸受と、該羽根車内の該永久磁石に磁力
を作用させて該羽根車を回転駆動させる手段であって、
該羽根車の回転軸芯方向に関して該羽根車と対向した位
置の該ケーシングの非接液部に設けられた駆動磁力機構
とを備え、該吸込口と該ポンプ室とを連通する流体の流
入路が該駆動磁力機構の中央部を貫通して形成され、該
流入路に沿って、上記一方が該ケーシングに固定され他
方が該羽根車に固定された軸受を設けたことを特徴とし
ている。

本発明の第２番目の発明は、特に永久磁石カップリン
グの原理を利用して羽根車を回転する形式のマグネット
ポンプに適した構成であって、永久磁石を埋設した羽根
車を該羽根車の外部からの磁力によって回転駆動するよ
うにしたマグネットポンプにおいて、吸込口と吐出口と
及び羽根車が収容されるポンプ室とを有するポンプのケ
ーシングと、該ケーシングの該ポンプ室に回転可能に収
容され、且つ、永久磁石を埋設してなる羽根車と、一方
が該ケーシングに固定され、他方が該羽根車に固定され
た軸受と、該羽根車内の該永久磁石に磁力を作用させて
該羽根車を回転駆動させる手段であって、該羽根車の回
転軸芯方向に関して該羽根車と対向した位置の該ケーシ
ングの非接液部分に回転自在に設けられた永久磁石を有
する駆動磁力機構とを備え、該吸込口と該ポンプ室とを
連通する流体の流入路が該駆動磁力機構の中央部を貫通
して形成され、該流入路に沿って、上記一方が該ケーシ
ングに固定され他方が該羽根車に固定された軸受を設け
たことを特徴とするものである。

また、本発明の第３番目の発明は、羽根車を電磁力の
作用によって回転するようにしたマグネットポンプに適
した構成であって、永久磁石を埋設した羽根車を該羽根
車の外部からの磁力によって回転駆動するようにしたマ
グネットポンプにおいて、吸込口と吐出口と及び羽根車
が収容されるポンプ室とを有するポンプのケーシング
と、該ケーシングの該ポンプ室に回転可能に収容され、
且つ、永久磁石を埋設してなる羽根車と、一方が該ケー
シングに固定され、他方が該羽根車に固定された軸受
と、該羽根車内の該永久磁石に磁力を作用させて該羽根
車を回転駆動させる手段であって、該羽根車の回転軸芯
方向に関して該羽根車と対向した位置の該ケーシングの
非接液部分に固定されたステータによる駆動磁力機構と
を備え、該吸込口と該ポンプ室とを連通する流体の流入
路が該駆動磁力機構の中央部を貫通して形成され、該流
入路に沿って、上記一方が該ケーシングに固定され他方
が該羽根車に固定された軸受を設けたことを特徴として
いる。

更に本発明の第４番目の発明は、第２番目の発明と同
じく永久磁石カップリングの原理を利用して羽根車を回
転する形式のマグネットポンプに適した構成であって、
永久磁石を埋設した羽根車を該羽根車の外部からの磁力
によって回転駆動するようにしたマグネットポンプにお
いて、吸込口と吐出口と及び羽根車が収容されるポンプ
室とを有するポンプのケーシングと、該ケーシングの該
ポンプ室に回転可能に収容され、且つ、永久磁石を埋設
してなる羽根車と、一方が該ケーシングに固定され、他
方が該羽根車に固定された軸受と、該羽根車内の該永久
磁石に磁力を作用させて該羽根車を回転駆動させる手段
であって、該羽根車の回転軸芯方向に関して該羽根車と
対向した位置の該ケーシングの非接液部分に回転自在に
設けられた永久磁石による駆動磁力機構と、該駆動磁力
機構に回転を伝えるための手段であって、該駆動磁石機
構の反羽根車側の非接液部分に固定されたステータとを
備え、該吸込口と該ポンプ室とを連通する流体の流入路
が該駆動磁力機構の中央部と該ステータの中央部とを各
々貫通して形成され、該流入路に沿って、上記一方が該
ケーシングに固定され他方が該羽根車に固定された軸受
を設けたことを特徴としている。

前記羽根車に埋設された永久磁石は、無機質の容器に
収容されており、前記流入路は、前記ケージング側に固
定された軸受の中央部を貫通している。

また、前記軸受はセラミックで構成され、かつその一
方の摺動面に動圧発生用の溝が形成され、該セラミック
スは、炭化硅素焼結体を母材とし、母材表面に熱CVDに
よって炭化硅素の薄膜をコーティングして構成される。

〔作用〕

本発明は上記のように構成されているので、永久磁石
を埋設した羽根車を回転駆動する磁力は羽根車の外部に
ある駆動磁力機構からもたらされるものであり、この駆
動磁力機構はポンプのケーシングの吸込口側に位置する
ので、羽根車と駆動磁力機構との間に作用する磁気的な
力の羽根車の回転軸芯方向の分力は、常に羽根車を駆動
磁力機構の方向に押しつける力となり、更に羽根車の回
転によって昇圧された流体が羽根車に作用する回転軸芯
方向の力も羽根車を吸込口側、即ち、駆動磁力機構の方
向に押しつける力となるので、ポンプの運転状態がどの
ような場合であっても羽根車に作用する回転軸芯方向の
力は一定方向、即ち、羽根車を駆動磁力機構の方向に押
しつける力となり、不安定領域がない。

また、移送する流体に気泡が含まれていてポンプの吐
出圧力が変動する場合であっても、羽根車２に作用する
磁気吸引力とスラスト力との方向は何れも羽根車を駆動
磁力機構の側に押しつける方向に作用しているため、羽
根が回転軸芯方向に大きく変位することがない。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例を図面と共に説明する。

第１図は、本発明の第１番目の発明の実施例の縦断面
図であると共に、第３番目の発明の実施例でもある。

図において、ポンプのケーシング１は、流体の吸込口
1dを有する吸込カバー1aと、昇圧された流体の吐出口1e
を有する背面カバー1bとからなり、吸込カバー1aと背面
カバー1bとによって羽根車２を収容するポンプ室1cが形
成され、羽根車２と吸込カバー1aには回転側の軸受1gと
固定側の軸受1fがそれぞれ固定され、ポンプ室1cと吸込
口1dとは流入路1kによって連通されている。ケーシング
１を構成するこれらの部品の材質はポンプの用途に応じ
て移送する流体に対して耐食性を有するものでなければ
ならないが、少なくとも高磁束密度の磁界に置かれる吸
込カバー1aは非磁性材料であることが望ましい。

ポンプ室1cに回転可能に収容された羽根車２は、環状
に成型されたマグネットヨーク2bの吸込カバー1aの側の
面に環状の永久磁石2cを接着して埋設したものであっ
て、通常は、ナイロン、フッソ樹脂のような非磁性材料
を用い、熔着や熔接などの公知の手段によって密封し、
金属部分への流体の侵入を防止している。更に羽根車２
には所定のポンプ性能が発揮されるべく翼2gが備えら
れ、図においては、ポンプ効率を高めるために主板2hが
取付けられてクローズ羽根となっている。吸込カバー1a
の内面、即ちポンプ室1cに面する部分には、凹面を羽根
車２の側に向けた固定側の軸受1fが捩込まれ、これと羽
根車２の回転軸芯20方向に関して対向している羽根車２
の部分には、該固定側の軸受1fの凹面に対応する凸面を
該凹面に向けた回転側の軸受1gが捩込まれ、軸受1fと軸
受1gとの摺擦によって回転軸芯20方向のスラスト荷重と
回転軸芯と直角方向のラジアル荷重とを支えている。

さらに羽根車２の内部に埋設された永久磁石2cに磁力
を作用させて羽根車を回転駆動する手段である駆動磁力
機構としての役割をになうステータ５が、吸込カバー1a
の非接液部に配置され、図示しない電源供給部からの通
電によって磁力を発生し羽根車２を回転駆動するように
してあり、その中心部の羽根車２の回転軸芯20方向に沿
って、吸込口1dとポンプ室1cとを連通する流体の流入路
1kが形成されている。従って、ポンプに流入する流体は
駆動磁力機構の中心部分を羽根車２の回転軸芯20方向に
貫通し、ポンプ室1c内で回転している羽根車２の作用に
よって昇圧されてポンプ室1cを通り、吐出口1eからポン
プの外部へ導かれる。

第1a図及び第1b図は、第１図の実施例のマグネットポ
ンプの動力の伝達についての概要を示す模式図であり、
第1a図は縦断面図、第1b図は第1a図の右側から見た側面
図であって、マグネットヨーク2bを省略している。

図において、強磁性体からなるリンウ状の鉄心5bには
永久磁石2cに面する側に６個の突起S1〜S6が放射状に形
成され、各々の突起S1〜S6にはそれぞれコイルk1−k6が
巻回されている。この実施例においては、永久磁石2cは
扇状の永久磁石M1−M8を８個用いて環状に配列したもの
であり、この場合、各々の永久磁石M1−M8は予め着磁さ
れてステータ５に対向する面においてＳ極とＮ極とが交
互となるように配列されている。なお、永久磁石2cは扇
状の磁石M1−M8のように分割されて一つの環状の磁石を
形成しているが、必要に応じて一つの永久磁石を環状に
成型してＳ極とＮ極とを交互に配列するようにして着磁
して用いることも出来、このことは、後述の永久磁石1
2,22,32についても同様である。また、ステータ５は硅
素鋼板を積層したり、鉄の粉末を焼結して突起部S1〜S6
を含めて一体に成型して成るものであり、通常、突起部
S1〜S6の数は、羽根車２の起動を確実にし、回転を滑ら
かにするため永久磁石2cの極数（実施例では８極）とは
異なる極数が選定され、実施例では６個となっている。

永久磁石2cの回転は、図示しないホール素子の様な磁
極検知手段からの信号に基づいてコイルk1−k6への直流
電流の通電を各々適宜切り替えることによって成され
る。

上記のようにして、第１図のマグネットポンプは、ス
テータ５への電気の供給によって羽根車２が回転して流
体を昇圧し、移送する。この時、羽根車２の回転速度が
定格の回転速度であるとすると、羽根車２に作用する流
体の圧力は、第１図において羽根車２を左側の方に押し
つけるスラスト力が生じる。他方、ステータ５が羽根車
２に作用する力の羽根車の回転軸芯20方向の分力は、常
に同様に羽根車２を左側の方に押しつける力となるの
で、羽根車２はそのような運転点においてもその位置を
変えることなく安定した位置で運転を継続することが出
来る。

なお、羽根車２には前記のステータ５による磁力とポ
ンプによって昇圧された流体の力以外にも重力や軸受1
f,1g間の流体圧が作用しているが、重力については、第
１図のマグネットポンプが縦置きに設置されるか横置き
に設置されるかによって重力の作用方向が異なるものの
実用上影響しないので説明から省き、更に、軸受におけ
る流体圧については、軸受が正常に機能し、摺動面に流
体膜が形成されているのであれば、軸受に加わる荷重に
等しい反力が生じているので、ここではその大きさにつ
いて格別の説明をしない。

第２図は、第２番目の発明に対応する実施例であると
共に後述の第４番目の発明の実施例でもあり、前記の実
施例とは駆動磁力機構の構成が異なっている。即ち、第
２番目の発明においては、永久磁石を埋設した羽根車２
を外部からの磁力によって回転駆動する手段としての駆
動磁石機構に永久磁石を利用したものであって、ケーシ
ングの非接液部に、永久磁石を回転自在に設け、この磁
石リングの磁力を直接羽根車２の内部に埋設された永久
磁石に作用させて羽根車２を回転駆動する様に成したも
のである。従って、第１図と共通する部分についての詳
細な説明を省略してその概要を説明する。

図において、吸込口1d、吐出口1e、及びポンプ室1cを
有するケーシング１は、吸込カバー1aと背面カバー1bと
からなり、ポンプ室1cの内部には羽根車２が収容されて
いる。ケーシング１の外側は、各々背面ケーシングカバ
ー11b、吸込ケーシングカバー11a、及び、該吸込ーシン
グカバー11aに固定された補強板11cによって補強されて
いる。ケーシング１の非接液部に位置する前記吸込ケー
シングカバー11aの内周にはボールベアリング10が固定
され、その内輪には環状の永久磁石12が固定されてい
る。従って、羽根車２を回転駆動するための駆動磁力機
構である環状の永久磁石12は、内部に流体の影響が少な
いケーシング１の非接液部に回転可能に設けられること
となる。

上記の永久磁石12は、基本的には羽根車２の内部に埋
設された永久磁石2cと磁力によって互いに引き合うもの
であるが、駆動磁力機構側の該永久磁石12も、羽根車２
側の永久磁石と同様に第2a図に示すように、磁極が交互
に配列されているために、駆動磁力機構側の該永久磁石
12が回転すると羽根車２もこれと同期して回転する。更
に、この駆動磁力機構側の永久磁石12は、羽根車２を直
接回転駆動するための駆動磁力機構であるばかりでな
く、それ自体が回転するための磁力の作用をステータ５
から受けるものである。従って、永久磁石12の着磁状態
は、第2a図及び第2b図に示すように、環状の永久磁石12
の羽根車２に対向する面と反対の側の面とでは互いに反
対の磁極が着磁されている。このようにして該永久磁石
12は羽根車２に対しては駆動源としての機能を持ち、ス
テータ５に対しては従動体としての機能を併せ持つ。該
永久磁石12は図においては一体のリング状の永久磁石と
なっているが、複数個の永久磁石を分割して環状に配列
し、Ｎ極とＳ極とを交互に配列するようにしてもよい。

なお、この第２図の実施例にあっては、ポンプ室1cと
吸込口1dとを連通する流入路1kが羽根車２の回転軸芯20
に沿って駆動磁力機構である永久磁石12とステータ５の
各々中央部を貫通しているが、第２番目の発明にあって
は、駆動磁力機構を回転するための手段として例えば歯
車を介してタービンやモーターによって永久磁石12を回
転するようにしてもよく、これらのタービンやモーター
は必ずしも前記駆動磁力機構と同一軸芯上に配置されて
いる必要はない。

この実施例においては、羽根車２に作用する磁気吸引
力F1と流体によるスラスト力F2とは何れも羽根車２を駆
動磁力機構の側に押しつける力となり、その荷重は羽根
車２に固定された回転側の軸受1gと、これと対向して吸
込カバー1aに固定された固定側の軸受1fとの間の周動面
において支えられ、第１図の実施例と同様に、羽根車２
は安定した位置で回転することとなる。なお、図におい
て、７はステータ５を収容するモーターカバー、7bは図
示しない電源供給部から電気を供給するためのコネクタ
ー、7cはステータ５部分に冷却空気を供給するための空
気供給口である。

第３図は、第４番目の発明に対応する実施例であり、
前記第１図の実施例とは駆動磁力機構の構成が異なって
いる。従って、これらの相違点を中心に説明する。

図において、吸込口1d、吐出口1e、及びポンプ室1cを
有するケーシング１は、吸込カバー1aと背面カバー1bと
からなり、ポンプ室1cの内部には羽根車２が回転可能に
収容されている。ケーシング１の外側は各々背面ケーシ
ングカバー11b、吸込ケーシングカバー11a、及び該吸込
ケーシングカバー11aに固定された補強板11cによって補
強されている。ケーシング１の非接液部に位置する前記
吸込ケーシングカバー11aの内周にはボールベアリング1
0が固定され、その内輪には駆動磁石機構の永久磁石22
を取付けたマグネットヨーク23が固定され、更に、その
反羽根車２側にはステータ５の磁力を受ける従動側の永
久磁石32を取付けたマグネットヨーク34がネジ35によっ
て固定され、駆動磁力機構側の永久磁石22と従動側の永
久磁石32とが一体となって回転するようになっている。

上記従動側の永久磁石32を回転するためのステータ５
は、ケーシング１の非接液部に当たる、前記吸込ケーシ
ングカバー11aと一体に接続されたモーターカバー７の
内部に固定されて収容され、その鉄心5bの突起部Ｓは従
動側の永久磁石32に対向配置されている。図示しない電
源供給部からの電気をコネクター7bを介してコイル5aへ
供給すると鉄心5bの突起部Ｓに磁界が生じ、この突起部
Ｓの回転軸芯20方向に離隔して対向している従動側の永
久磁石32は、この磁界によって回転し、更に、従動側の
マグネットヨーク34と一体となって回転可能に支持され
た駆動磁力機構側のマグネットヨーク23は、従動側のマ
グネットヨーク34と共に回転し、このように駆動磁力機
構の永久磁石22が回転し、羽根車２を回転させる駆動磁
力が生起される。なお、この第３図の実施例において、
羽根車２に埋設された永久磁石2cと駆動磁力機構の永久
磁石22とはそれぞれ同一の数の磁極が着磁され、また、
従動側の永久磁石32についてはステータ５との関係で最
適な動力伝達がなされるような極数だけ磁極が交互に着
磁されるのが望ましい。

このようにして第３図の実施例では、羽根車２の内部
に埋設された永久磁石2cを直接回転駆動する駆動磁力機
構に永久磁石22が用いられていると共に、この駆動磁力
機構を回転するための手段としてステータ５が用いられ
ており、各々の中央部、即ち、羽根車２の回転軸芯に沿
って吸込口1dとポンプ室1cとを連通する流入路1kが形成
されている。

この場合にも、羽根車２に作用する流体のスラスト力
F2と羽根車２の作用する磁気吸引力の回転軸芯方向の分
力F1とは、何れも羽根車２の駆動磁力機構の側に押しつ
ける方向に作用するものであり、その荷重は羽根車２に
固定された回転側の軸受1gと、これと対向して吸込カバ
ー1aに固定された固定側の軸受1fとの間の摺動面におい
て支えられ、第１図及び第２図に示した本発明の実施例
と同じく、羽根車２は安定した位置において回転を行な
う。

また、本発明においては、羽根車２と駆動磁力機構と
の間の動力の伝達が前記第２番目の実施例（第２図）と
同じく永久磁石カップリングの原理を用いているため、
動力（磁力）の伝達過程における動力の損失は、吸込カ
バー1a、補強板11cの材質を適切に選定するかぎり全く
無視することができ、しかも、駆動磁力機構を回転する
ための手段として機能するステータ５と駆動磁力機構と
は、何れも非接液部にある。そして、ステータ５での電
気から回転トルクへのエネルギー変換はかなりの損失を
伴う過程であり、一般には、磁気ギャップが大きな因子
となっている。ところが、第３図の実施例から明らかな
ように、ステータ５での回転トルクを発生する構成が非
接液部にあるため、磁気ギャップを小さくすることがで
き、これがため、効率の良いマグネットポンプが構築で
きる。

なお、図において、７はステータ５を収容するモータ
ーカバー、7bは図示しない電源供給部から電気を供給す
るためのコネクター、7cはステータ５部分に冷却空気を
供給するための空気供給口、7dは冷却空気の排気口であ
る。

第４図、第５図は、本願発明のマグネットポンプにお
いて好ましい実施態様について要素別に説明するための
もので、第４図は軸受についてまとめたものであり、第
５図は羽根車についてのものである。

第４図（ａ）（ｂ）（ｃ）は、本発明のマグネットポ
ンプに適した異った実施例を示す軸受の概要を示す平面
図（イ）と断面図（ロ）である。本発明のマグネットポ
ンプにおいては、その軸受としてポンプ室1c内部の流体
を潤滑液とする自液潤滑方式の動圧軸受が望ましく、特
に、負荷容量が大きいことから一方の周動面に10ミクロ
ン程度の溝を形成したスパイラルグループ軸受がもっと
も好ましい。そして、軸受の材料としては容易に変形し
ない脆性材料であるセラミックが好適であり、通常の場
合には炭化硅素焼結体、窒化硅素焼結体、酸化アルミニ
ウム焼結体のようなセラミック焼結体でよいが、作用の
強い薬品を取り扱う場合には、セラミック焼結体の全表
面に高純度のセラミックの薄膜を形成したものがよい。
中でも、炭化硅素焼結体の表面に熱CVDによって100−20
0ミクロンの炭化硅素を成膜し、そのCVD層の表面にスパ
イラル溝を形成してなるスパイラルグループ軸受は耐食
性に優れるばかりでなく、耐摩耗性にも優れ、しかも、
母材の炭化硅素焼結体と熱CVDによってその表面に形成
される炭化硅素薄膜との物理的性質が類似しているため
に相互の付着強度が大きく、熱変化や衝撃にも強いので
信頼性が高い軸受となる。以下に述べる軸受も上記の材
料を適用できるものであって、基本的には全て自己潤滑
方式の動圧軸受であり、中でもスパイラルグループ軸受
と称されるものである。

同図（ａ）は、上記の実施例に示した球面型の動圧軸
受であって、その回転側軸受のみを示したものであり、
周動面50は球面形状をしており、その球面状の面50には
スパイラル状の溝51が形成されている。他方、図示しな
い固定側の軸受の表面は前記球面50とは反対に凹面の球
面となっている。矢印52は軸受Ｂの回転方向を示し、こ
の方向に軸受が回転することによって摺動面50には負荷
に応じて、ちょうど釣り合いがとれるような剛性を有す
る流体膜が形成される。摺動面50が球面状をしているた
めにスラスト力とラジアル力の両方の荷重を支えること
が出来る。

同図（ｂ）は、円錐状のスパイラルグループ軸受であ
り、その回転側軸受を示したものであって、この場合、
図示しない固定側の軸受の摺動面は回転側の摺動面55と
はちょうど反対の形状をした凹面となっている。この回
転側軸受が矢印52の方向へ回転することによってスラス
ト力とラジカル力の両方の荷重を支えることが可能であ
り、特に、この軸受の場合には、羽根車２の位置がより
確実に特定される。

同図（ｃ）は、従来例において例示したクイル型のス
パイラルグループ軸受の具体例であり、その回転側軸受
を示したものであって、スラスト力を支える平板のスパ
イラルグループ軸受部56とラジアル力を支える円筒のス
パイラルグループ軸受部57とからなり、やはり同様に、
図示しない固定側の軸受の摺動面においては回転側の摺
動面56,57と一致する摺動面を備えることが必要であ
る。

なお、スパイラルグループ軸受においては、溝を形成
する摺動面は回転側であっても、固定側であってもよ
く、さらに、上記に例示した同図（ａ）（ｂ）（ｃ）の
回転側の軸受が固定側に取付られてもよい。

第５図は、羽根車２の要部断面図であり、鉄製のマグ
ネットヨーク2bとこれに固定された永久磁石2cとは何れ
も腐食され易い材料である。そのため、単に、有機高分
子材料（ナイロン、PTFE、PFA等）で密封するばかりで
なく、気密性の高い無機材料でも覆い、金属材料の耐食
性を高めたものであって、PFAのような耐食性に優れた
樹脂によって上流カバー60b、下流カバー60cを作り、さ
らに上部カバー60bと下部カバー60cにマグネットヨーク
2b、永久磁石2cを収容して上流カバー60bと下流カバー6
0cの合わせ面60dを熔接して金属部品を埋設し、更に、
これらをセラミックの容器61b,61cに収容し、そして最
外周をPTFE製の上流羽根車62bと下流羽根車62cとで覆
い、その接合面62dを熔接してローター部分を密封せし
めている。流体を昇圧するための翼63は下流羽根車62c
と一体に予め形成され、主板64が翼63に熔接されてい
る。このようにすれば、外周のPTFEの上流及び下流羽根
車62b,62cを流体がガス状または液体状として浸透した
としても、無機材料で構成された容器61b,61cによって
浸透は阻止されるので、永久磁石2c、マグネットヨーク
2bは健全に維持される。なお、第５図に図示した容器61
b,61cは熱CVDによって形成した炭化硅素薄膜で構成され
ているので、その接合部61dにはPFAの薄膜を介在させて
シールしている。

このようにすることによって、例えば弗化水素酸のよ
うに浸透性が高く、腐食性も高い流体を移送する場合で
も、羽根車２に埋設された金属部品はほとんど腐食され
ることがないか、若しくは、長期間にわたって腐食され
ることがない。

なお、取り扱う流体が硫酸や硝酸、塩酸のように石英
を侵すことがないものであれば、第５図の容器61b,61c
は石英で構成し、その接合面61dはレーザー等の公知の
手段によって熔接することで完全な密封が達成される。

また、前記のように弾性材料による上流カバー60b、
下流カバー60cを永久磁石2cやマグネットヨーク2bの様
な金属部材と脆い容器61b,61cとの間に介在させること
によって、容器の破損を防止することにもなる。

更にまた、前記のように容器を石英の様なガラス質の
材料で構成し、その接合面を熔接、熔着等のような手段
で完全に密封することができるものであれば、前記上流
カバー60b、下流カバー60cのように金属部材を密封する
必要はなく、単に、金属部材と容器（無機材料）とが点
接触することがないように緩衝性を持たすためだけに使
用すればよい。

以上の第４図及び第５図に関して述べたことは、本願
発明の何れのマグネットポンプにおいても共通して適用
できるものである。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、マグネットポ
ンプにおいて、吸込口と吐出口と及び羽根車が収容され
るポンプ室とを有するポンプのケーシングと、該ケーシ
ングの該ポンプ室に回転可能に収容され、且つ、永久磁
石を埋設してなる羽根車と、一方が該ケーシングに固定
され、他方が該羽根車に固定された軸受と、該羽根車内
の該永久磁石に磁力を作用させて回転駆動させる手段で
あって、該羽根車の回転軸芯方向に関して該羽根車と対
向した位置の該ケーシングの非接液部に設けられた駆動
磁力機構とを備え、該吸込口と該ポンプ室とを連通する
流体の流入路が該羽根車の回転軸芯方向に該駆動磁力機
構の中央部を貫通して形成され、該流入路に沿って、上
記一方が該ケーシングに固定され他方が該羽根車に固定
された軸受を設けたことにより、次のような効果が奏さ
れる。

（イ）羽根車に埋設された永久磁石と羽根車を直接回転
駆動するための手段である駆動磁力機構との間に作用す
る磁気的吸引力の回転軸芯方向の分力が羽根車に作用す
る方向は、常に羽根車を該駆動磁力機構の側に押しつけ
る方向であり、また、羽根車の回転によって生じる流体
の力が羽根車に作用する方向も、常に羽根車を該駆動磁
力機構の側に押しつける方向であるため、ポンプの運転
点がどのような位置にあっても羽根車は軸芯方向に関し
て安定した位置で回転するので、軸受に衝撃荷重が加わ
らず、該軸受の破損も防止される。

また、従来のマグネットポンプのようにポンプ圧力−
流量性能曲線においてヒステリシス現象も生じない。

（ロ）取り扱う流体に気泡が含まれていて、ポンプの吐
出圧力が変動するような場合であっても、ポンプ圧力−
流量性能曲線においてヒステリシス現象がないので、羽
根車は常に安定した位置で回転することができ、従っ
て、異常な振動が抑制される。

（ハ）羽根車が駆動磁力機構の側に押しつけられて回転
しているので、駆動磁力機構と羽根車の間の磁気ギャッ
プは可能なかぎり最小の距離となっている。従って、羽
根車を回転せしめる力は常に最大の値をとるので、ポン
プ性能を最大限に発揮できる。

（ニ）羽根車が常に駆動磁力機構の側で回転しているの
で、荷重を支えるための軸受は羽根車と駆動磁力機構側
のケーシングとの間に１組設ければよく、経済的であ
る。

（ホ）前述のように、ポンプ圧力−流量性能曲線におい
てヒステリシス現象が生じないので、軸受の摺動面にお
いて片当たり現象がなく、軸受の損傷も著しく軽減され
る。

特に、本発明の第２番目及び第４番目の発明において
は、（ヘ）羽根車を回転駆動するための駆動磁力機構が永久
磁石であるため、羽根車に作用する磁気吸引力は羽根車
の位置を回転軸芯の直角方向に関して一定の位置に保持
するような求心作用をも併せ持つものであるから、特別
の羽根車を半径方向の所定の位置に保持する軸がなくと
も、この磁力に基づく求心作用によって羽根車を好適な
位置に保持することができる。

他方、本発明の第３番目の発明においては、（ト）駆動磁力機構としてステータが用いられているの
で、このマグネットポンプでは、回転運動をする部分が
ポンプの羽根車だけとなり、その他の部分は静止してい
るので、クリーンルームのように清浄な環境においても
パーティクルを外部に放出することがなく、さらに、注
油する部分もないので、油分による汚染を嫌う場所にお
いて使用するのに適している。

（チ）極めて小さいマグネットポンプとすることができ
る。

さらに、本発明の第４番目の発明においては、（リ）羽根車に回転のための磁力を及ぼす駆動磁力機構
が永久磁石を有するものであり、マグネットポンプの出
力の大小、あるいは、磁気ギャップの大小にかかわら
ず、羽根車と駆動磁力機構との間の動力の伝達について
は、羽根車と駆動磁力機構との間に介在するケーシング
やその補強部材の材質を適切に選定すれば動力損失はほ
とんどなく、従って、この動力伝達過程では発熱を伴わ
ず、そして、駆動磁力機構とこの駆動磁力機構を回転す
るためのステータとは非接液部に位置するため、効率の
良い動力の伝達（エネルギー変換）が行なわれ、動力損
失に由来する発熱の問題を解消することができ、しか
も、効率の良いマグネットポンプを構成することができ
る。

さらに、本発明の第５番目の発明において、（ヌ）羽根車の内部に収容された磁石やマグネットヨー
ク等の金属部材が無機質の容器に収容されているので、
流体中の腐食成分の浸透を好適に阻止、若しくは低減す
ることができ、ポンプの寿命をより長いものとすること
ができ、さらに、流体中に対して前記金属部材に由来す
る腐食生成物を放出する確率を著しく低減できる。

さらに、本発明の第６番目の発明において、（ル）流入路がケーシング側に固定された軸受の中央部
を貫通しているので、軸受は回転軸芯方向に関してほぼ
羽根車と駆動磁力機構との間にあり、その位置で羽根車
を支えるため、羽根車に作用する磁気吸引力F1、羽根車
スラスト力F2、ラジアル力及び羽根車に作用する重力な
ど羽根車に作用する諸々の力をその作用点の近傍若しく
は中心で荷重を支えることとなり、効果的な荷重の支持
ができる。

さらに、本発明の第７番目の発明において、（ヲ）軸受がセラミックで構成され、かつその摺動面に
動圧発生用の溝が形成されているので、該軸受は耐食性
に優れるばかりでなく、耐摩耗性にも優れている。

さらに、本発明の第８番目の発明において、（ワ）軸受として、炭化硅素焼結体の表面に熱CVDによ
って炭化硅素の薄膜をコーティングし、スパイラルグル
ープ軸受としたものは、200度摂氏以下の温度領域では
ほとんどの液体に対して構成成分を溶出しないので、極
めて高純度の薬品を取り扱う場合には好適である。

【図面の簡単な説明】第１図は本発明の実施例を示す縦断面図、第1a図は第１
図の要部を示す模式図、第1b図は第1a図の要部の平面
図、第２図は本発明の他の実施例を示す縦断面図、第2a
図は第２図の磁石の状態を示す模式図、第2b図は第2a図
の縦断面図、第３図は本発明のさらに他の実施例を示す
縦断面図、第４図（ａ）（ｂ）（ｃ）は本発明の軸受の
異った実施例を示す概要図で（イ）は平面図、（ロ）は
断面図、第５図は本発明の羽根車の実施例を示す要部縦
断面図、第６図は従来のマグネットポンプを示す縦断面
図、第6a図は従来のマグネットポンプの圧力−流量性能
曲線、第７図は他の従来のマグネットポンプを示す縦断
面図である。１……ケーシング、1a……吸込カバー、1b……背面カバ
ー、1c……ポンプ室、1d……吸込口、1e……吐出口、1f
……固定側軸受、1g……回転側軸受、1k……流入路、２
……羽根車、2b……マグネットヨーク、2c……永久磁
石、2g……翼、2h……主板、５……ステータ、5b……鉄
心、5c……コイル、７……モーターカバー、7b……コネ
クター、7c……空気供給口、10……ボールベアリング、
11a……吸込ケーシングカバー、11b……背面ケーシング
カバー、11c……補強板、12……永久磁石、20……回転
軸芯、22……永久磁石、23……マグネットヨーク、32…
…永久磁石、34……マグネットヨーク、35……ネジ、50
……摺動面（球面）、51……溝、52……矢印（回転方
向）、54……ネジ部、55……摺動面（円錐面）、56……
摺動面（平面）、57……摺動面（円筒面）、60b……上
流カバー、60c……下流カバー、60d……接合部、61b…
…容器、61c……容器、61d……接合部、62b……上流羽
根車、62c……下流羽根車、62d……接合面、63……翼、
64……主板、F1……磁気吸引力、F2……スラスト力、S,
S1−S6……突起、k1−k6……コイル、M1−M8……永久磁
石、Ｂ……軸受。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者金森利也東京都大田区羽田旭町11番１号株式会社荏原製作所内 (56)参考文献特開昭63−295891（ＪＰ，Ａ) 特開平２−99792（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】永久磁石を埋設した羽根車を該羽根車の外
部からの磁力によって回転駆動するようにしたマグネッ
トポンプにおいて、吸込口と吐出口と及び羽根車が収容
されるポンプ室とを有するポンプのケーシングと、該ケ
ーシングの該ポンプ室に回転可能に収容され、且つ、永
久磁石を埋設してなる羽根車と、一方が該ケーシングに
固定され、他方が該羽根車に固定された軸受と、該羽根
車内の該永久磁石に磁力を作用させて該羽根車を回転駆
動させる手段であって、該羽根車の回転軸芯方向に関し
て該羽根車と対向した位置の該ケーシングの非接液部に
設けられた駆動磁力機構とを備え、該吸込口と該ポンプ
室とを連通する流体の流入路が該駆動磁力機構の中央部
を貫通して形成され、該流入路に沿って、上記一方が該
ケーシングに固定され他方が該羽根車に固定された軸受
を設けたことを特徴とするマグネットポンプ。
【請求項２】永久磁石を埋設した羽根車を該羽根車の外
部からの磁力によって回転駆動するようにしたマグネッ
トポンプにおいて、吸込口と吐出口と及び羽根車が収容
されるポンプ室とを有するポンプのケーシングと、該ケ
ーシングの該ポンプ室に回転可能に収容され、且つ、永
久磁石を埋設してなる羽根車と、一方が該ケーシングに
固定され、他方が該羽根車に固定された軸受と、該羽根
車内の該永久磁石に磁力を作用させて該羽根車を回転駆
動させる手段であって、該羽根車の回転軸芯方向に関し
て該羽根車と対向した位置の該ケーシングの非接液部分
に回転自在に設けられた永久磁石を有する駆動磁力機構
とを備え、該吸込口と該ポンプ室とを連通する流体の流
入路が該駆動磁力機構の中央部を貫通して形成され、該
流入路に沿って、上記一方が該ケーシングに固定され他
方が該羽根車に固定された軸受を設けたことを特徴とす
るマグネットポンプ。
【請求項３】永久磁石を埋設した羽根車を該羽根車の外
部からの磁力によって回転駆動するようにしたマグネッ
トポンプにおいて、吸込口と吐出口と及び羽根車が収容
されるポンプ室とを有するポンプのケーシングと、該ケ
ーシングの該ポンプ室に回転可能に収容され、且つ、永
久磁石を埋設してなる羽根車と、一方が該ケーシングに
固定され、他方が該羽根車に固定された軸受と、該羽根
車内の該永久磁石に磁力を作用させて該羽根車を回転駆
動させる手段であって、該羽根車の回転軸芯方向に関し
て該羽根車と対向した位置の該ケーシングの非接液部分
に固定されたステータによる駆動磁力機構とを備え、該
吸込口と該ポンプ室とを連通する流体の流入路が該駆動
磁力機構の中央部を貫通して形成され、該流入路に沿っ
て、上記一方が該ケーシングに固定され他方が該羽根車
に固定された軸受を設けたことを特徴とするマグネット
ポンプ。
【請求項４】永久磁石を埋設した羽根車を該羽根車の外
部からの磁力によって回転駆動するようにしたマグネッ
トポンプにおいて、吸込口と吐出口と及び羽根車が収容
されるポンプ室とを有するポンプのケーシングと、該ケ
ーシングの該ポンプ室に回転可能に収容され、且つ、永
久磁石を埋設してなる羽根車と、一方が該ケーシングに
固定され、他方が該羽根車に固定された軸受と、該羽根
車内の該永久磁石に磁力を作用させて該羽根車を回転駆
動させる手段であって、該羽根車の回転軸芯方向に関し
て該羽根車と対向した位置の該ケーシングの非接液部分
に回転自在に設けられた永久磁石による駆動磁力機構
と、該駆動磁力機構に回転を伝えるための手段であっ
て、該駆動磁石機構の反羽根車側の非接液部分に固定さ
れたステータとを備え、該吸込口と該ポンプ室とを連通
する流体の流入路が該駆動磁力機構の中央部と該ステー
タの中央部とを各々貫通して形成され、該流入路に沿っ
て、上記一方が該ケーシングに固定され他方が該羽根車
に固定された軸受を設けたことを特徴とするマグネット
ポンプ。
【請求項５】羽根車に埋設された永久磁石が無機質の容
器に収容されていることを特徴とする請求項１ないし４
の何れか１記載のマグネットポンプ。
【請求項６】流入路がケーシング側に固定された軸受の
中央部を貫通していることを特徴とする請求項１ないし
５の何れか１記載のマグネットポンプ。
【請求項７】軸受の材質がセラミックであり、かつ、そ
の一方の摺動面に動圧発生用の溝が形成されていること
を特徴とする請求項１ないし６の何れか１記載のマグネ
ットポンプ。
【請求項８】セラミックが炭化硅素焼結体を母材とし、
母材表面に熱CVDによって炭化硅素の薄膜をコーティン
グしていることを特徴とする請求項７記載のマグネット
ポンプ。