JP2760640B2 - 電磁ポンプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分） 本発明は導電性流体に外部から進行磁場を与えて該流
体に誘導電流を誘起させ、この誘導電流と外部磁場の相
互作用によりポンピング作用を起こさせる三相交流誘導
形の電磁ポンプに関する。

（従来の技術） 三相誘導形の電磁ポンプは三相交流巻線を電磁ポンプ
の流れの方向に各相の順に分布させて配置し、この巻線
に三相交流を流すと流体の流れの方向に進行磁界が発生
する。この進行磁界が導電性流体の中にも通るようにし
てあると、フレミングの右手の法則により流体中に電圧
が誘起され、それによって誘導電流が流れる。この誘導
電流と進行磁界の一部の成分とが作成して電磁力となり
流体が流れるように力を受けることによりポンプとして
働くことになる。

この電磁力は誘導電動機におけるトルク，リニアーモ
ータにおける推力と同じである。

三相誘導形の電磁ポンプは構造上大別して（１）フラ
ットリニア形電磁ポンプ、（２）アニュラリニア形電磁
ポンプの２種類に分けられる。

本発明はそのうちのアニュラリニア形電磁ポンプに関
するものであり、以下その構造について説明する。

アニュラリニア形電磁ポンプは流路断面が環状である
ことからALIP（Annular Linear Induction Pumpの略）
と呼ばれている。ダクト構造の信頼性、安全性が高いの
で、近年主流となっている電磁ポンプである。

第５図にALIPの基本的な構造を示す。

第５図において、導電性流体を流すダクトは外側ダク
ト４と内側ダクト５によって同心二重管構造となってお
り、流体が流れるアニュラス流路３を形成している。

固定子には交流磁場の磁気回路を形成するためのスロ
ット1aを有した鉄心を周方向に積み重ねた積層鉄心ブロ
ック１を外側ダクト４の外側に複数個周方向に配置して
ある。この場合、積層面がダクトに向いてさらにスロッ
ト1aが内側にくるようにして鉄心全体が放射状となるよ
うにしてある。このスロット1a内にはリング状の固定子
コイル２が配置されている。この固定子コイル２は軸方
向に多数配置され三相交流電流が進行磁場を作るように
結線されている。前記内側ダクト５の内部には磁気回路
を形成するための積層内部鉄心６が納められている。

以上の構成によって、流体は流体入り口７から電磁ポ
ンプ20内に入りアニュラス流路３を流れながら圧力が誘
起され流体出口８から出ていく。なお、外側ダクト４は
固定子コイル２を流体から隔離する機能を持っており、
ステンレス鋼などの金属をその材質としている。さら
に、コイル２は外部に設けられたファン（図示せず）に
よって循環するガスで冷却されている。

近年電磁ポンプの大容量化及び設置場所の制限をなく
し電磁ポンプを使用したプラントのより設計向上を目指
すため電磁ポンプをコンパクト化し、さらにこの電磁ポ
ンプの設置場所を節約しプラント全体の利点を出すため
に電磁ポンプを流体内に浸漬して運転することが要求さ
れてきた。

以上の要求を満たす方法としてはコイルを従来のよう
に強制ガス冷却で冷却するのではなく、冷却ガスを循環
させない外被表面冷却とする必要がる。

この様にすると冷却ガスを循環させるスペースが省略
でき外形寸法を小さくできる。さらに、冷却ガスを循環
させるための外部装置が不要となる。また、冷却ガスを
本体と外部装置の間を循環させるための配管が不要とな
るので浸漬型としては大きな利点がある。

さらに、外被表面冷却とすると、ある程度の大容量機
になった場合、従来機では出来なかった内部鉄心にもコ
イルを配置できるので、さらに電磁ポンプの出力が増大
しよりコンパクトに出来るようになる。

外被表面冷却とした電磁ポンプでは従来、コイルで発
生する熱損失はコイルから鉄心に伝達させ、鉄心からダ
クトに伝達させて流体内に熱を逃がしていた。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、出来るだけ電磁ポンプの出力を大きく
するにはコイルに多くの電流を流す。また一般に導電性
流体は温度の高いものを利用することが多いので、これ
に浸漬する電磁ポンプは高温の状態で運転されることに
なる。このためコイルの温度上昇は出来るだけ小さくす
る必要があった。

また、電磁ポンプの効率という観点から見ると、固定
子コイルの電流による発熱が損失となるので、固定子コ
イル温度が高くなるとコイル導体として通常用いられる
銅などの導電材料の電気抵抗が増大し、同一負荷電流に
対して損失が増し、効率を低下させる。従ってコイルの
温度上昇を小さくすることが重要である。

一方、電磁ポンプの損失には外周ダクト及び内周ダク
トの肉部を流れる誘導電流による損失があり、従来の電
磁ポンプでは導電性流体のバウンダリーとしての機能の
信頼性の観点からこれらのダクトをステンレス鋼などの
金属製としていたためこの損失は電磁ポンプの効率を著
しく低下させていた。

この点に鑑み、電磁ポンプの効率を向上することも大
きな課題であった。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は、アニュラス流路に導電性流体を流しアニュ
ラス流路の外周上に配置されスロットを有する複数の積
層鉄心ブロックと、この積層鉄心ブロックのスロットに
配置された前記アニュラス流路に進行磁場を作るための
交流電流を流す複数の固定子コイルと、前記アニュラス
流路の内側に配置された内部鉄心とを備えた電磁ポンプ
において、固定子コイル及び積層鉄心ブロックの周囲は
前記導電性流体の雰囲気とし、固定子コイルには雰囲気
に対し内部を気密に保つ被覆を設けたことを特徴とす
る。

（作用） 固定子コイルに被覆を設けた事により、固定子コイル
及び外側鉄心の周囲を導電性液体で満たすことが可能と
なり、固定子コイルからの放熱が著しく改善できる。ま
た、従来の電磁ポンプで固定子コイルと導電性液体を隔
離していた金属製ダクトが不要となる。従ってダクト内
部の誘導電流による損失が無くなる。これらの改善によ
って電磁ポンプの効率を向上させることができる。

（実施例） 以下、第１図を参照しながら本発明に係る電磁ポンプ
の一実施例を説明する。なお、第１図は電磁ポンプ21の
構成を示す縦断面図である。

すなわち、複数の積層鉄心ブロック１は円周方向にほ
ぼ等間隔に配置されており、導電性流体中に浸漬されて
いる。この積層鉄心ブロック１の内部には固定子コイル
２が軸方向に複数配置されている。また積層鉄心ブロッ
ク１内には内部鉄心６が設けられており、その隙間でア
ニュラス流路３が形成されている。

第１図で示すアニュラス流路３の下側は導電性流体が
流入する流体入口７で上側は流体出口８となっており、
流体入口７は金属製のフレーム９により、流体出口８は
金属製の配管10により流路を形成されている。前記フレ
ーム９には開口部11が形成されているのでその内部は導
電性流体で満たされ、導電性流体の液面12は図示のよう
に固定子コイル２よりも上方に形成される。

第２図は固定子コイル２の部分拡大図である。固定子
コイル２は絶縁ワイヤーをコイル状に成型した巻線13の
表面を絶縁層14で覆い、その周囲は被覆15によって密閉
され気密が保たれる。絶縁層14は高温で電気絶縁性の良
好な材料、例えばセラミック繊維などが用いられ、被覆
15は導電性流体との共存性が良好で非磁性の高強度材
料、例えばオーステイト系のステンレス鋼が用いられ
る。また、積層鉄心ブロック１及び内部鉄心６の表面は
望ましくは、導電性流体との共存性の高い絶縁材、例え
ばアルミナなどの被覆で覆われている。

本実施例の電磁ポンプ21では固定子コイル２の発熱は
被覆15を介して周囲の導電性流体と積層鉄心ブロック１
に伝達されアニュラス流路内の導電性流体へ放出され
る。これを従来の電磁ポンプ20と較べると、従来の電磁
ポンプ20の伝熱経路において大きな熱抵抗を占めていた
積層鉄心ブロック１と外側ダクト４の制御熱抵抗が解消
される。また、従来、熱伝導率の極めて小さかった固定
子コイル２のまわりのガス空間部を熱伝導性の高い導電
性流体が占めるようになったため大幅な伝熱性の改善が
可能となる。これによって固定子コイル２の温度が低下
し、コイルの電気抵抗が小さくなるため発熱量が低下す
る。

従ってポンプの損失が減少し効率を向上させることが
できる。また、従来固定子コイル２を導電性流体と隔離
していた外側ダクト１は不要となり、従って外側ダクト
１内部に発生していた誘導電流は生じなくなり、損失が
なくなってポンプの効率が向上する。

なお、積層鉄心ブロック１と内部鉄心６に設けた被膜
は鉄心内部の絶縁層及び鉄心材料を外部の導電性流体か
ら保護する作用をもつものである。また固定子コイル２
への通電は導電性流体中で絶縁を保つケーブルによって
行われるが、これは従来から良く知られた技術なので特
に図示しない。

第３図は本発明の第２の実施例である。第３図は積層
鉄心ブロックの部分拡大図を示すもので、第１の実施例
と異なる積層鉄心ブロックの絶縁方法を示すものであ
る。すなわち積層鉄心ブロック１のアニュラス流路３に
面した表面はアルミナなどのセラミック板16で覆われて
おり、他の表面は絶縁膜17を介して非磁性の金属よりな
る被覆18で覆われている。セラミック板16と被覆18は気
密に接合されている。本実施例では固定子コイル２と絶
縁膜17が直接接触しないようになっているため、固定子
コイル２の熱膨張による摺動で絶縁膜17が損傷されるこ
とがないので、耐久性を向上することができる。

第４図は本発明の第３の実施例である。本実施例では
アニュラス流路の外側部分にセラミック製の管19が配置
されている。そして、円周方向に配列された積層鉄心ブ
ロックの隙間からの導電性流体の洩れを防止しており、
変形などによるポンプ特性変化を防止する効果がある。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明の電磁ポンプは固定子コイ
ルの周囲を導電性流体の雰囲気としたことによって、コ
イルの冷却性が向上してコイルの温度が低下することに
より銅損が低下するとともに、金属性のダクトを使用し
ないためにダクト内部の誘導電流による損失を無くすこ
とが可能となる。これによりポンプ効率が向上し、経済
的効果を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す縦断面図、第２図は第
１図の要部拡大図、第３図は本発明の第２の実施例を示
す要部拡大図、第４図は本発明の第２の実施例を示す縦
断面図、第５図は電磁ポンプの従来例を示す一部切り欠
き斜視図である。 １…積層鉄心ブロック、1a…スロット ２…固定子コイル、３…アニュラス流路 ４…外側ダクト、５…内側ダクト ６…内部鉄心、９…フレーム 14…絶縁層、15…被覆 16…セラミック板、17…絶縁膜 18…被覆、19…管

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】スロットを有する複数の積層鉄心ブロック
   と、この積層鉄心ブロックのスロットに配置された複数
   の固定子コイルと、前記積層鉄心ブロックと一定空間を
   設けて内側に配置された内部鉄心とを備えた電磁ポンプ
   において、前記固定子コイル及び積層鉄心ブロックの周
   囲を導電性流体雰囲気とし、前記固定子コイルには雰囲
   気に対し内部を気密に保つ被覆を配設して成ることを特
   徴とする電磁ポンプ。