JP3281022B2 - 電磁ポンプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は導電性流体に外部から進
行磁場を与えて、この導電性流体に誘導電流を誘起させ
るとともに、この誘導電流と外部磁場との相互作用によ
りポンピング作用を起こさせる電磁ポンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】三相誘導型の電磁ポンプは、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、この三相交流巻線に三相交流電流を流すと、この
電流の流れの方向に進行磁界が発生する。この進行磁界
を導電性流体の存在するダクトの中を通るようにする
と、フレミングの右手の法則により導電性流体中に電圧
が誘起され、こ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用して電磁力とな
り、導電性流体を流すように力を受けることからポンプ
として働く。この電磁力は誘導電動機におけるトルク、
リニアモータにおける推力と同じである。

【０００３】この三相誘導型の電磁ポンプは、構造上大
別してフラットリニア型電磁ポンプと、アニュラリニア
型電磁ポンプとの２種類に分けられる。本発明の電磁ポ
ンプはこの内のアニュラリニア型電磁ポンプの改良に関
するものであり、このアニュラリニア型電磁ポンプは、
流体の流路断面が環状であることから、ＡＬＩＰ（Ａｎ
ｎｕｌａｒ Ｌｉｎｅａｒ Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｐ
ｕｍｐ）と呼ばれ、ダクト構造の信頼性、安全性の高い
ことから、近年多く採用されている。

【０００４】上記ＡＬＩＰの基本的な構造を図６に示
す。この電磁ポンプ１は矢印で示す例えば液体金属ナト
リウムなどの導電性流体２を流すために、外側ダクト３
および内側ダクト４の同心二重管構造によりアニュラス
流路５が形成されている。また、固定子には交流磁場の
磁気回路を構成するため、スロット６を刻設した電気鉄
板を周方向に積み重ねた積層鉄心ブロック７が外側ダク
ト３の外側に周方向に間隙８を有して複数配置されてい
る。この場合、積層鉄心ブロック７は積層面が外側ダク
ト３に向いており、スロット６が内側に位置するように
全体が放射状に設けられている。

【０００５】さらに、スロット６内にはリング状の固定
子コイル９が巻回されており、この固定子コイル９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。そして、内側ダクト４の内部には磁
気回路を構成するための内部鉄心１０が収納されてい
る。これにより、導電性流体２は流体入口１１から電磁
ポンプ１内に入りアニュラス流路５を流れながら電圧が
誘起されて流体出口１２から送出される。なお、積層鉄
心ブロック７および固定子コイル９は図示しない外部に
設けられたファンによって循環するガスで冷却されてい
る。

【０００６】近年、電磁ポンプ１の大容量化および設置
場所の制限をなくし電磁ポンプ１を使用したプラントの
設計向上を目指すため、電磁ポンプ１を小型化すること
が望まれ、またこの電磁ポンプ１の設置場所を節約しプ
ラント全体の利点を引き出すために、電磁ポンプ１を導
電性流体２内に浸漬して運転することが要望されてい
る。

【０００７】これらの要望を満たすためには、固定子コ
イル９を上記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
あり、これには以下の多くの利点がある。

【０００８】すなわち、冷却ガスを循環させるスペース
を省略できるので、外径寸法を小さくすることができ
る。また、冷却ガスを循環させるためのファンおよび配
管などの外部装置が不要になるので、電磁ポンプ１の装
置全体がコンパクトになり、浸漬型として構造、保守上
の条件が良好になる。さらに、外被表面冷却にすると、
ある程度の大容量機になった場合に、内部鉄心１０にも
固定子コイルを配設することができるので、電磁ポンプ
１の出力を一段と増大させ、より小型化が容易になる。

【０００９】また、外被表面冷却とした場合、固定子コ
イル９で発生する熱損失は、固定子コイル９から積層鉄
心ブロック７に伝達させ、この積層鉄心ブロック７から
外側ダクト３および図示しないケーシングに伝え、さら
に導電性流体２内に逃がす必要がある。したがって、固
定子コイル９から導電性流体２までの熱抵抗を極力小さ
くすることが必要であり、そのため、これらの構造物が
運転時に相互に接触することが望ましい。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電磁ポ
ンプ１の出力を大きくするには固定子コイル９に多くの
電流を流す必要がある。このためには固定子コイル９の
温度上昇は極力小さくすることが有効である。また、一
般に導電性流体２は温度の高いものを利用することが多
いので、これに浸漬される電磁ポンプ１は高温状態で運
転されることになる。

【００１１】また、電磁ポンプ１の効率という観点から
見ると、固定子コイル９の電流による発熱が損失となる
ので、固定子コイル９の温度が高くなると、コイル導体
として通常用いられてい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。したがって、コイルの温度上昇を小さくする
ことが重要である。

【００１２】さらに、固定子コイル９で発生した熱は、
積層鉄心ブロック７を介して外側ダクト３内を流れる導
電性流体２である液体金属ナトリウムに逃がす必要があ
るものの、積層鉄心ブロック７は平板を重ねたブロック
であって先端面は階段状をなし、外側ダクト３の外周と
点接触となるため、熱が逃げにくい構造であった。

【００１３】一方、電磁ポンプ１の損失には外側ダクト
３および内側ダクト４の肉部を流れる誘導電流による損
失があり、上記電磁ポンプ１では導電性流体２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１の効率を著しく低下させていた。

【００１４】本発明は上述した事情を考慮してなされた
もので、固定子コイルで発生した熱を効率よく逃がすこ
とができ、ポンプ効率および信頼性を向上させた電磁ポ
ンプを提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、請求項１記載の発明は、外側ダクトと内側ダク
トからなりこれらダクト間に導電性流体を流す流路が形
成された二重ダクトと、この二重ダクトの外周上に配置
した複数の積層鉄心ブロックと、この積層鉄心ブロック
のスロットに巻回され上記導電性流体が存在する上記流
路に進行磁場を作る固定子コイルとを備えた電磁ポンプ
において、上記二重ダクトを円筒状に形成し、且つ上記
積層鉄心ブロックの内面を上記二重ダクトの外周面の曲
率に合致する形状に機械加工を行って形成するものであ
る。

【００１６】また、請求項２記載の発明は、外側ダクト
と内側ダクトからなりこれらダクト間に導電性流体を流
す流路が形成された二重ダクトと、この二重ダクトの外
周上に配置した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巻回され上記導電性流体が存在
する上記流路に進行磁場を作る固定子コイルとを備えた
電磁ポンプにおいて、上記二重ダクトの少なくとも外側
ダクトの外面を上記積層鉄心ブロックの数に対応する多
角形に形成したものである。

【００１７】さらに、請求項３記載の発明は、外側ダク
トと内側ダクトからなりこれらダクト間に導電性流体を
流す流路が形成された二重ダクトと、この二重ダクトの
外周上に配置した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巻回され上記導電性流体が存
在する上記流路に進行磁場を作る固定子コイルと、上記
二重ダクト，積層鉄心ブロックおよび固定子コイルを収
納するケーシングとを備えた電磁ポンプにおいて、上記
外側ダクトと積層鉄心ブロックとの間隙および上記ケー
シングと積層鉄心ブロックとの間隙に、それぞれ結合材
を介在させたものである。

【００１８】

【作用】上記の構成を有する本発明の請求項１および２
においては、積層鉄心ブロックの内面を二重ダクトの外
周面の曲率に合致する形状に機械加工を行って形成した
り、あるいは二重ダクトの少なくとも外側ダクトを積層
鉄心ブロックの数に対応する多角形に形成したので、積
層鉄心ブロックと二重ダクトとの接触熱抵抗が大幅に低
減され、固定子コイルで発生した熱が積層鉄心ブロック
および二重ダクトを通して二重ダクト内を流れる導電性
流体に効率的に逃げる。したがって、固定子コイルの温
度上昇が小さくなり、ポンプ効率を向上させることがで
きる。

【００１９】また、本発明の請求項３においては、外側
ダクトと積層鉄心ブロックとの間隙およびケーシングと
積層鉄心ブロックとの間隙に、それぞれ結合材を介在さ
せたので、積層鉄心ブロックが外側ダクトおよびケーシ
ングと接触し、これにより固定子コイルで発生した熱
は、アニュラス流路を流れる導電性流体およびケーシン
グの外側を流れる導電性流体へそれぞれ効率よく放出さ
れる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００２１】図１および図２は本発明に係る電磁ポンプ
の第１実施例を示す。なお、従来の構成と同一または対
応する部分には図６と同一の符号を付して説明する。

【００２２】図２に示すように電磁ポンプ２０は、例え
ば液体金属ナトリウムなどの導電性流体２中に浸漬さ
れ、金属製のケーシング２１内にはスロット６を有する
６個の積層鉄心ブロック７が円周方向にほぼ等間隔に配
置されている。この積層鉄心ブロック７のスロット６に
はリング状の固定子コイル９が軸方向に複数巻回され、
この固定子コイル９は三相交流電流が進行磁場を作るよ
うに結線されている。

【００２３】また、積層鉄心ブロック７内には外側ダク
ト３および内側ダクト４により二重円筒ダクトが形成さ
れ、これらのダクト間には導電性流体２を流すアニュラ
ス流路５が形成されている。そして、内側ダクト４の内
部には磁気回路を構成するための内部鉄心１０が設けら
れている。

【００２４】図２に示すアニュラス流路５の下側は導電
性流体２が流入する流体入口１１で、上側は流体出口１
２となっており、流体入口１１はケーシング２１によ
り、流体出口１２は金属製の配管２２によりそれぞれ流
路が形成されている。なお、導電性流体２の液面は固定
子コイル９よりも上方に位置している。

【００２５】さらに、図１に示すように６個の積層鉄心
ブロック７の内面は、それぞれ機械加工することによ
り、二重円筒ダクトの外側ダクト３の外周面の曲率に合
致する円弧状の接触面７ａに機械加工を行って形成され
ている。

【００２６】次に、本実施例の作用について説明する。

【００２７】本実施例の電磁ポンプ２０では、６個の積
層鉄心ブロック７の内面を外側ダクト３の外周面の曲率
に合致した円弧状の接触面７ａに機械加工を行って形成
するので、積層鉄心ブロック７と外側ダクト３との接触
面積がより多く増加し、固定子コイル９で発生した熱を
アニュラス流路５を流れる導電性流体２へ効率よく逃が
すことができる。

【００２８】これにより、固定子コイル９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。したがって、ポンプの損失が減少し、ポンプ効率
を向上させるとともに、寿命も長くなる。

【００２９】なお、本実施例では積層鉄心ブロック７の
内面を外側ダクト３の外周面の曲率に合わせて機械加工
を行ったが、これ以外に積層鉄心ブロック７を構成する
個々の鋼板を予め所定の曲率で機械加工した後、積層鉄
心ブロック７に組み立てて、外側ダクト３の外側に接触
させるように配置することも可能である。

【００３０】図３は本発明に係る電磁ポンプの第２実施
例を示しており、前記第１実施例と同一の部材には同一
の符号を付して説明する。この電磁ポンプ３０では積層
鉄心ブロック７の階段状に形成された内面に、外側ダク
ト３の外周面の曲率に合わせるようにＳｉＣなどの炭化
物セラミックス材やＢｅＯなどの酸化物セラミックス材
からなる結合材２３、すなわち耐熱性を有し熱伝導率お
よび絶縁抵抗の高い結合材２３を介在（コーティング）
するとともに、ケーシング２１の内面形状に合わせて積
層鉄心ブロック７の外面に結合材２３を介在（充填）し
ている。

【００３１】したがって、この電磁ポンプ３０では積層
鉄心ブロック７が外側ダクト３およびケーシング２１と
接触していることにより、固定子コイル９で発生した熱
はアニュラス流路５を流れる導電性流体２、およびケー
シング２１の外側を流れる導電性流体２へそれぞれ効率
よく放出される。その他の構成および作用は前記第１実
施例と同一であるのでその説明を省略する。

【００３２】図４は本発明に係る電磁ポンプの第３実施
例を示しており、前記第１実施例と同一または対応する
部材には同一の符号を付して説明する。この実施例の電
磁ポンプ４０では６個の積層鉄心ブロック７に対して外
側ダクト３および内側ダクト４で形成される二重ダクト
形状を六角形とし、積層鉄心ブロック７の先端面と外側
ダクト３との接触面を平面にしている。

【００３３】次に、本実施例の作用について説明する。

【００３４】本実施例の電磁ポンプ４０では、二重ダク
ト形状を六角形とすることにより積層鉄心ブロック７と
外側ダクト３との接触面積が大きくなるため、固定子コ
イル９の発熱をアニュラス流路５を流れる導電性流体２
へ効率よく放出することができる。これにより、固定子
コイル９の温度が低下し、固定子コイル９の電気抵抗が
小さくなるため、発熱量が低下する。その結果、ポンプ
の損失が減少し、効率を向上させることができる。その
他の構成および作用は前記第１実施例と同一であるので
その説明を省略する。

【００３５】なお、上記実施例では外側ダクト３および
内側ダクト４で形成される二重ダクト形状を六角形に形
成したが、これに限らずその他の多角形に形成しても同
様の効果が得られる。

【００３６】図５は本発明に係る電磁ポンプの第４実施
例を示しており、前記第１実施例と同一または対応する
部材には同一の符号を付して説明する。本実施例の電磁
ポンプ５０は６個の積層鉄心ブロック７に対して外側ダ
クト３の外面を六角形に形成するとともに、その内面を
円形とし、さらに内側ダクト４を円筒形状とすることに
より、積層鉄心ブロック７の先端面と外側ダクト３の外
面との接触面を平面にしている。この実施例でも上記第
３実施例と同様な効果が得られる。その他の構成および
作用は前記第１実施例と同一であるのでその説明を省略
する。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る電磁
ポンプによれば、請求項１では積層鉄心ブロックの内面
を二重ダクトの外周面の曲率に合致する形状に機械加工
を行って形成し、請求項２では二重ダクトの少なくとも
外側ダクトの外面を積層鉄心ブロックの数に対応する多
角形に形成するので、固定子コイルで発生した熱を効率
よくより多く逃がすことができ、固定子コイルの温度上
昇を抑制することができる。

【００３８】このため、固定子コイルの発熱を従来より
大きくすることができるので、一段と多くの流量を流す
ことができる。その結果、ポンプの効率が改善され、よ
り小型化された大容量の電磁ポンプを提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電磁ポンプの第１実施例を示す要
部拡大図。

【図２】図１の縦断面図。

【図３】本発明に係る電磁ポンプの第２実施例を示す要
部拡大図。

【図４】本発明に係る電磁ポンプの第３実施例を示す要
部拡大図。

【図５】本発明に係る電磁ポンプの第４実施例を示す要
部拡大図。

【図６】従来の電磁ポンプを示す一部切欠斜視図。

【符号の説明】

２ 導電性流体 ３ 外側ダクト ４ 内側ダクト ５ アニュラス流路 ６ スロット ７ 積層鉄心ブロック ７ａ 円弧状の接触面 ９ 固定子コイル １０ 内部鉄心 ２０ 電磁ポンプ ２１ ケーシング ２２ 配管 ２３ 結合材

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外側ダクトと内側ダクトからなりこれら
   ダクト間に導電性流体を流す流路が形成された二重ダク
   トと、この二重ダクトの外周上に配置した複数の積層鉄
   心ブロックと、この積層鉄心ブロックのスロットに巻回
   され上記導電性流体が存在する上記流路に進行磁場を作
   る固定子コイルとを備えた電磁ポンプにおいて、上記二
   重ダクトを円筒状に形成し、且つ上記積層鉄心ブロック
   の内面を上記二重ダクトの外周面の曲率に合致する形状
   に機械加工を行って形成することを特徴とする電磁ポン
   プ。
2. 【請求項２】 外側ダクトと内側ダクトからなりこれら
   ダクト間に導電性流体を流す流路が形成された二重ダク
   トと、この二重ダクトの外周上に配置した複数の積層鉄
   心ブロックと、この積層鉄心ブロックのスロットに巻回
   され上記導電性流体が存在する上記流路に進行磁場を作
   る固定子コイルとを備えた電磁ポンプにおいて、上記二
   重ダクトの少なくとも外側ダクトの外面を上記積層鉄心
   ブロックの数に対応する多角形に形成したことを特徴と
   する電磁ポンプ。