JP3370988B2

JP3370988B2 - 撹拌装置

Info

Publication number: JP3370988B2
Application number: JP2001000871A
Authority: JP
Inventors: 忠也石橋; 和朗江村
Original assignee: エス・ティ・エムエンジニアリング株式会社
Priority date: 2000-08-28
Filing date: 2001-01-05
Publication date: 2003-01-27
Anticipated expiration: 2021-01-05
Also published as: JP2002143665A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種流体の撹拌、
混合等に使用される撹拌装置に関し、さらに詳述すれ
ば、撹拌翼を有する撹拌体を、２軸によって揺動回転運
動させて各種流体を撹拌する撹拌装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】閉鎖水域、停滞水域等における水域、水
槽等における貯留水の撹拌および曝気処理、高分子化合
物の撹拌、混合、溶解等に使用される撹拌装置として、
通常、１本の回転軸に回転翼が取り付けられた回転式撹
拌機が使用されている。このような回転式撹拌機では、
回転翼の回転によって周囲の流体に大きな剪断力が作用
するために、回転翼に大きな抵抗が生じ、消費電力が大
きくなるという問題がある。また、回転式撹拌機は、流
体に対して回転翼の周囲に渦流を形成するにすぎず、広
い領域において流体を確実に撹拌することができないと
いう問題もある。

【０００３】また、１本の回転軸によって回転される回
転翼によって高分子化合物等の高粘度物質を撹拌する際
には、回転軸に周囲の媒体が付着するワイセンベルグ効
果が発生し、高粘度物質を十分に撹拌して混合すること
ができないという問題もある。

【０００４】このような問題を解決するために、特開昭
６１−７４９６２号公報には、オロイド形状と称される
立体形状の撹拌体を使用した撹拌装置が開示されてい
る。この公報に開示された撹拌装置では、立体形状の撹
拌体に、適当な間隔をあけて直交状態になるように配置
された２つの支持軸が設けられており、各支持軸が、相
互に平行な一対の回転軸に揺動可能にそれぞれ取り付け
られている。各回転軸は、１つの駆動源からの回転が伝
達されてそれぞれ回転駆動されるようになっている。そ
して、各回転軸のそれぞれの回転によって、各支持軸
が、それぞれの揺動方向を直交状態として往復揺動しつ
つ回転する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このように、一対の回
転軸によって、立体的に構成された撹拌体を、揺動させ
つつ回転させることにより、比較的低消費電力によっ
て、流体を撹拌することができる。しかしながら、立体
的な撹拌体の撹拌領域は、比較的狭く、必ずしも、流体
を広い範囲にわたって確実に撹拌することができないお
それがある。

【０００６】また、前記公報では、各回転軸が、１つの
駆動源によって回転されるようになっているために、駆
動源には大きな回転トルクが必要になる。また、各回転
軸の回転速度をそれぞれ異ならせて、各回転軸を同期さ
せて回転させることは容易でないという問題もある。

【０００７】これに対して、各回転軸にそれぞれ個別に
駆動源を設けて、各駆動源によって、各回転軸をそれぞ
れ回転させる方法も考えられている。例えば、各回転軸
に対してモーターを設けて、各モータの回転を、ウォー
ムギヤを介して各回転軸にそれぞれ伝達する構成が提案
されている。しかしながら、このように、各回転軸を回
転させるモータを設けると、装置が大型化し、また、各
モータの回転を各回転軸にそれぞれ伝達するための部品
等が必要になる。また、この場合には、メンテナンスが
容易でなく、しかも、経済性も損なわれるという問題が
ある。

【０００８】駆動源のモーターの回転力を、目的とする
合理的な往復揺動反転運動とするためには、撹拌翼を支
持する各軸が、それぞれ円滑に回転するように、伝達す
る必要がある。このように、モーターの回転軸を撹拌翼
の各軸にそれぞれ円滑に伝達される場合には、伝達機構
の内部に発生する歪みが蓄積されることを抑制できるた
めに、その歪みが伝達機構内の関節部に偏在的に蓄積す
ることによる伝達機構の破壊を確実に防止することがで
き、さらには、伝達すべきエネルギーの効率を高めるこ
とができる。

【０００９】エネルギー効率を合理的に高めるために
は、伝達機構内に存在する関節部分をできるだけ少なく
すればよい。このように、関節部分を少なくすることに
より、関節部の運動によって消費される摩擦動力を低減
することができ、従って、伝達機構を動作させるための
エネルギーを低減することができるとともに、より少な
い起電力によっても回転動作を開始することができ、供
給されるエネルギーを有効に利用することができる。

【００１０】本発明は、このような問題を解決するので
あり、その目的は、低消費電力によって、広い範囲にわ
たって流体を確実に撹拌することができる撹拌装置を提
供することにある。

【００１１】本発明の他の目的は、小型であって軽量で
あり、より少ないエネルギーにより、与えられたエネル
ギーを無駄にすることなく起動することができ、また、
内部の機械的な摩擦機構にて消費されるエネルギーのロ
スをより少なくすることができ、さらには、メンテナン
スが容易であり、しかも、経済性に優れた撹拌装置を提
供することにある。

【００１２】本発明のさらに他の目的は、太陽エネルギ
ーを利用した発電機構を有効に利用することができ、こ
れにより、設備費の削減および設置条件を緩和すること
ができる撹拌装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の撹拌装置は、適
当な長さを有する円柱状に構成された軸体と、該軸体に
おける長手方向の両側において、該軸体の断面における
相互に直交する方向に沿った状態でそれぞれが支持され
た一対の適当な面積を有する平板状の撹拌翼と、各撹拌
翼のほぼ中央部および軸体を、それぞれ直交するように
貫通する一対の支持軸とを有する撹拌体と、相互に平行
に配置されてそれぞれが相反する方向に回転されるよう
になった一対の回転軸を有しており、各回転軸が、それ
ぞれの回転によって、前記撹拌体の軸体をその軸心回り
に回転させつつ、長手方向の中央部を中心として往復揺
動させるように、該撹拌体の各支持軸にそれぞれ連結さ
れた駆動部と、を具備することを特徴とする。

【００１４】また、本発明の撹拌装置は、１つの撹拌体
が、駆動部に設けられた一対の回転軸によって支持され
ており、各回転軸の回転によって、該撹拌体が、揺動し
つつ回転する撹拌装置であって、前記駆動部は、周方向
に一定の間隔をあけてそれぞれが内方に突出するように
設けられてそれぞれにコイルが巻回されたステータコア
をそれぞれ有する一対のステータと、各ステータ内にて
それぞれ回転可能に配置された一対のロータとを有して
おり、各ロータの外周縁部に、高磁束密度磁石が全周に
わたってそれぞれ設けられるとともに、それぞれの軸心
部に回転軸がそれぞれ設けられていることを特徴とす
る。

【００１５】前記駆動部は、各ロータの回転数が２５０
ｒ．ｐ．ｍ．以下であり、各ステータのコイルに供給さ
れる最大供給電流が２０Ａであり、各回転軸の発生トル
クが２０ｋｇ・ｆ・ｃｍ以下である。

【００１６】前記駆動部の高磁束密度磁石は、各ロータ
の外周縁部の全周に連続して設けられている。

【００１７】前記高磁束密度磁石は、少なくとも、０．
５Ｔ（テスラー）以上の磁束密度を有している。

【００１８】前記駆動部の各ステータおよびロータの組
合せが、回転軸の軸方向に沿って複数設けられている。

【００１９】前記駆動部の各ステータおよびロータとの
間隙は、０．５ｍｍ程度である。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００２１】図１は、本発明の撹拌装置の実施の形態の
一例を示す概略構成図である。この撹拌装置は、撹拌体
１０と、この撹拌体１０を駆動する駆動部２０とを有し
ている。

【００２２】図２および図３は、撹拌体１２の側面図お
よび正面図である。撹拌体１０は、適当な長さを有する
円柱状の軸体１１と、この軸体１１に取り付けられた一
対の撹拌翼１２とを有している。各撹拌翼１２は、それ
ぞれ、ステンレス板等の適当な面積を有する平板材によ
って、それぞれがほぼ同一の台形状に形成されている。

【００２３】各撹拌翼１２は、直線状に延びる長辺部１
２ａを有しており、この長辺部１２ａの各端部から、そ
れぞれ長辺部１２ａに対して鈍角を有して傾斜した短辺
部１２ｂが連続して設けられている。各短辺部１２ｂに
は、各短辺部１２ｂとは鋭角を有して傾斜状態になった
傾斜辺部１２ｃがそれぞれ連続して設けられており、従
って、各傾斜辺部１２ｃは、長辺部１２ａから離れるに
つれて相互に接近するように、長辺部１２ａに対して傾
斜した状態になっている。各傾斜辺部１２ｂは、それぞ
れ、若干外側に膨出するように円弧状に形成されてい
る。各傾斜辺部１２ｂの先端部同士は、円弧状に外側に
膨出した先端辺部１２ｄによって相互に連結されてい
る。

【００２４】軸体１１には、その長手方向の中央部を挟
んだ各側部において、各端面から軸体１１の中央部の近
傍にかけて、それぞれが相互に直交する直径方向に沿っ
た各溝部がそれぞれ形成されており、各溝部内に、各撹
拌翼１２が支持されている。各撹拌翼１２は、それぞれ
の長辺部１２ａが、軸体１１の長手方向の中央部を挟ん
で、それぞれ、相互に直交するように、各溝部内にそれ
ぞれ嵌合されて、各長辺部１２ａの直角二等分線が、軸
体１１の軸心に沿った状態で支持されている。撹拌翼１
２の先端辺部１２ｃは、それぞれ、軸体１１の端面から
適当な長さだけ突出した状態になっている。

【００２５】軸体１１には、各撹拌翼１２のほぼ中央部
において、各撹拌翼１２とは直交状態で軸体１１を貫通
する中空の軸受部１３が、それぞれ設けられている。

【００２６】各軸受部１３内には、支持軸１６がそれぞ
れ挿入されている。各支持軸１６は、軸受部１３からそ
れぞれの端部が突出した状態で、各軸受部１３に一体的
に取り付けられている。そして、各支持軸１６の端部
が、一対のロッド部１５ａによってそれぞれＶ字状に構
成された連結部材１５の各ロッド部１５ａ先端部間に架
設された状態で支持されている。

【００２７】このような構成の撹拌体１０は、駆動部２
０によって、軸体１１が、長手方向の中央部を中心とし
て揺動されつつ、軸心回りに回転されるようになってい
る。駆動部２０は、図１に示すように、相互に適当な間
隔をあけて平行に配置された一対の支持板２１および２
２と、両支持板２１および２２の間にて、相互に等しい
間隔をあけて平行に配置されたステータ支持板２３とを
有している。各支持板２１および２２は、相互に対向す
る各コーナー部同士が、連結軸２４によって相互に連結
されており、また、ステータ支持板２３の各コーナー部
が、各連結軸２４の中央部に、それぞれ支持されてい
る。

【００２８】ステータ支持板２３には、一対の貫通孔２
３ａがそれぞれ形成されている。各貫通孔２３ａの外周
縁部内には、段差２３ｂがそれぞれ形成されており、各
段差２３ａ上に、モーターを構成するステータ２５がそ
れぞれ取り付けられている。各ステータ２５には、周方
向に等しい間隔をあけて内方に突出する１２個のステー
タコア２５ａが設けられており、各ステータコア２５ａ
にコイル２５ｂがそれぞれ巻回されている。

【００２９】各ステータ２５の中央部には、ロータ２６
がそれぞれ配置されている。各ロータ２６は、ステータ
２５と同心状態で配置された回転軸（ロータ軸）２６ａ
を有しており、各回転軸２６ａのそれぞれの端部が、支
持板２１および２２に設けられた軸受２７によって、そ
れぞれ回転可能に支持されている。各ロータ２６の回転
軸２６ａにおける軸方向の中央部には、回転軸２６ａの
外径よりも大きな外径の円板部２６ｂが、回転軸２６ａ
と同心状態でそれぞれ設けられている。各円板部２６ｂ
は、ステータ２５における各ステータコア２５ａ内にそ
れぞれ配置されており、各円板部２６ｂの外周縁部に
は、それぞれ、高磁束密度磁石２６ｃが全周にわたって
連続した帯状に設けられている。

【００３０】このような各ステータ２５および各ロータ
２６によって、それぞれモーターが構成されており各ス
テータ２５におけるそれぞれのステータコア２５ａに巻
回されたコイル２６ｃに通電されることにより、各ロー
タ２６におけるそれぞれの円板部２６ｂに設けられた高
磁束密度磁石２６ｃの磁力によって円板部２６ｃがそれ
ぞれ回転し、円板部２６ｃと一体となった回転軸２６ａ
がそれぞれ回転する。

【００３１】各ステータ２５および各ロータ２６によっ
てそれぞれ構成される各モータの回転トルクは、各ロー
タ２６にそれぞれ取り付けられた高磁束密度磁石２６ｃ
の磁気密度と、各高磁束密度磁石２６の幅（半径方向の
長さ）および厚さとによって決定される磁界強度に比例
し、また、各ステータ２５のステータコア２５ａにそれ
ぞれ巻回されたコイル２５ｂに流れる電流量に比例した
反発力が回転トルクとなる。従って、各ロータ２６に取
り付けられた高磁束密度磁石２６ｃの幅寸法を増加させ
ることにより、また、ステータ２５に設けられた各コイ
ル２５ｂを高密度にて巻回して、各ステータ２５に対す
る各ロータ２６の反発力を増加させることにより、各ロ
ータ２６の回転トルクをそれぞれ大きくすることができ
る。

【００３２】各ロータ２６における回転軸２６ａの一方
の端部は、それぞれ、一方の支持板２１から突出してお
り、支持板２１から突出した回転軸２６ａの端部には、
自在継手２８が、各回転軸２６ａと一体的に回転するよ
うに、それぞれ取り付けられている。

【００３３】そして、各自在継手２８に、前述した撹拌
体１０の各連結部材１５における一対のロッド部１５ａ
の結合部がそれぞれ連結されており、これにより、撹拌
体１０の軸体１１が、各回転軸２６ａに対して４５度だ
け傾斜した状態で、駆動部２０に揺動回転可能な状態で
取り付けられている。

【００３４】各連結部材１５は、それぞれの揺動中心軸
１５ｂが直交するように、それぞれの位相を９０度にわ
たってずらした状態で、自在継手２８に取り付けられて
いる。

【００３５】各ロータ２６における自在継手２８が取り
付けられた端部とは反対側の端部には、電磁式のスター
タ２９がそれぞれ取り付けられている。各スタータ２９
は、ソレノイド２９ａをそれぞれ有しており、各ソレノ
イド２９ａにおけるプランジャー２９ｂの先端部に、回
転軸２６ａに係合して回転軸２６ａを４５〜９０度にわ
たって回転させる円柱状の回動ブロック２９ｃが取り付
けられている。

【００３６】回動ブロック２９ｃは、プランジャー２９
ｂが軸方向にスライドすることによって同方向にスライ
ドしつつ所定方向に回動するように、プランジャー２９
ｂに取り付けられており、また、回動ブロック２９ｃ
は、ソレノイド２９ａと一方の支持板２２との間に設け
られた支持ブロック２９ｄ内に支持されている。回動ブ
ロック２９ｃの外周面には、螺旋状に溝が設けられてお
り、その溝内に、多数のボール２９ｅが回転可能に配置
されている。従って、回動ブロック２９ｃは、多数のボ
ール２９ｅによって、支持ブロック２９ｄに対して回動
およびスライド可能に支持されている。

【００３７】回動ブロック２９ｃと支持板２２との間に
は、圧縮バネ２９ｆが設けられており、ソレノイド２９
ａに通電されてプランジャー２９ｂが支持板２９ｂに接
近する方向にスライドされると、回動ブロック２９ｃ
は、圧縮バネ２９ｆの付勢力に抗して回転軸２６ａに係
合する。そして、このような状態で、回動ブロック２９
ｃが所定方向に回動されることにより、回転軸２６ａが
所定方向に４５〜９０度程度にわたって回動される。こ
れに対して、ソレノイド２９ａに対する通電が停止され
ると、圧縮バネ２９ｆの付勢力によって、回動ブロック
２９ｃは、ソレノイド２９ａ側にスライドされて、回転
軸２６ａとの係合が解除される。

【００３８】各スタータ２９は、駆動部２０の各回転軸
２６ａをそれぞれ回転起動させる際に、ソレノイド２９
ａに対してそれぞれ通電され、プランジャー２９ｂの先
端部に設けられた回動ブロック２９ｃが、各回転軸２６
ａに係合して、各回転軸２６ａを、それぞれ４５〜９０
度程度にわたって回動させる。これにより、各回転軸２
６ａは、それぞれ、１００ｋｇ・ｆ・ｍ程度の起動トル
クを得て、円滑に回転を開始する。なお、各回転軸２６
ａが回転を開始すると、その後は、回転軸２６は起動時
におけるトルクの1／３〜1／５程度のトルクによって回
転される。

【００３９】各ロータ２６にそれぞれ設けられた各回転
軸２６ａは、初動起動時、トラブル等による回転停止後
の起動時等においては、多大な回転トルクが必要になる
が、このような場合には、各スタータ２９のソレノイド
２９ａに対する短時間の通電により、各ソレノイド２９
ａのプランジャー２９ｂがそれぞれ瞬発的に動作して、
各回転軸２６ａが高トルクによって回動される。

【００４０】通常のモータでは、起動時に、ギヤードモ
ータによってロータを回転させて高トルクを得るように
なっているが、この場合には、多大な電力が消費され
る。これに対して、ソレノイド２９ａを有するスタータ
を使用することにより、ソレノイド２９ａを短時間だけ
通電させれば、回転軸２６ａを回転させることができ、
消費電力を大幅に削減することができる。

【００４１】このような構成の撹拌装置では、駆動部２
０において、モーターを構成する各ロータ２６が、それ
ぞれ、相反する方向に回転される。この場合、一方のロ
ータ２６が、所定の基準回転速度よりも高速で回転さ
れ、その間に、他方のロータ２６が、その基準回転速度
よりも低速で回転されるようになっており、例えば、各
ロータ２６がπ／２だけ回転する毎に、各ロータ２６の
高速回転と低速回転とが、相互に切り換えられる。

【００４２】図５は、この場合の各ロータ２６の回転を
示すタイムチャートである。なお、ｘ軸は、各ロータ２
６の位相、ｙ軸は、各ロータ２６の回転速度をそれぞれ
示しており、ｙ軸におけるＳＯは、各ロータ２６の基準
の回転速度である。各ロータ２６の回転速度は、それぞ
れ一点鎖線および二点鎖線によって、それぞれ示されて
いる。各ロータ２６には、回転位置を示す位置センサー
（図示せず）がそれぞれ取り付けられている。

【００４３】各ロータ２６は、基準回転速度ＳＯに対し
てそれぞれ等しい回転速度の差を有する一定の高速回転
ＳＨおよび低速回転ＳＬを、それぞれπ／２にわたって
回転する毎に、交互に繰り返すようになっており、一方
のロータ２６が、高速回転ＳＨにて回転していると、他
方のロータ２６は、低速回転ＳＬにて回転される。そし
て、各ロータ２６が、それぞれ、π／２（９０°）回転
する毎に、各ロータ２６の回転速度が、相互に、低速と
高速とにそれぞれ切り換えられる。

【００４４】このように、各ロータ２６の回転軸２６ａ
の回転を制御することにより、撹拌体１０の軸板１１の
回転角速度を均一化することができる。なお、このよう
な制御に代えて、各ロータ２６の回転軸２６ａの回転ト
ルクの和が一定になるように、制御するようにしてもよ
い。

【００４５】各ロータ２６が、高速回転と低速回転とを
交互に繰り返すことにより、各ロータ２６の回転軸２６
ａと自在継手２８を介してそれぞれ連結された撹拌体１
０は、軸体１１がその軸心回りに９０度（＝π／２）に
わたって回転しつつ、軸体１１の傾斜方向が９０度にわ
たって変化する。従って、一方の撹拌翼１２が、上方か
ら下方に向かって揺動しつつ、軸体１１の周囲をπ／２
にわたって回転する間に、他方の撹拌翼１２は、下方か
ら上方に向かって揺動しつつ、軸心１１の周囲をπ／２
周にわたって回転する。そして、撹拌体１０が、このよ
うな動作を、順次、繰り返すことにより、各撹拌翼１２
が、間欠的に回転される。

【００４６】撹拌体１０は、撹拌あるいは混合すべき流
体内に配置されて使用される。例えば、水槽における水
を流動させるために、水中に撹拌体１０が配置されて、
駆動部２０の各ロータ２６を、それぞれ、所定の周期に
て、高速回転と低速回転とを交互に切り換えつつ回転さ
せると、前述したように、撹拌体１０の各撹拌翼１２
は、例えば、軸体１１がπ／２の周期の回転毎に、反復
揺動動作を繰り返す。これにより、反復揺動動作と、高
速回転および低速回転とを繰り返す各撹拌翼１２は、そ
れぞれの回転時に水を押し出して、水流を形成すること
になる。

【００４７】この場合、流体である水から各撹拌翼１２
に加わる抵抗は小さく、撹拌翼１２の回転に要する消費
電力は、立体形状の撹拌体を用いた場合において、同様
の撹拌効果を得るために必要とする消費電力よりも増加
するようなおそれがなく、むしろ、消費電力は低下す
る。

【００４８】このように、それぞれが平板状の撹拌翼１
２を、揺動させつつ、間欠的に回転させることによっ
て、例えば、流体としての水が、各撹拌翼１２によって
押し出されることによって発生する空間内に水が、順
次、流入することになるが、その流入水は、小さな渦流
の集団を形成し、しかも、小さな渦流が頻繁に置換して
いると考えられ、流入する水と停止状態の水との境界層
における摩擦抵抗が著しく低減していると考えられる。
これは、各撹拌翼１２に対して容易に巻き付くと考えら
れる糸屑等を、撹拌翼１２の回転域に近づけても、容易
には吸い込まれないことからも明らかである。その結
果、各撹拌翼１２を回転させるための消費電力が低減さ
れるものと考えられる。

【００４９】また、このように、各撹拌翼１２を、揺動
させつつ、間欠的に回転させることによって水が押し出
されると、押し出された水によって主水流帯が形成され
る。この主水流帯は、その軸心に対する振れ角度（流域
幅）が小さく、流速の分布幅が小さな高流速になってい
る。その結果、各撹拌翼１２にて発生する主水流帯をそ
れぞれ、遠方にまで到達させることができる。

【００５０】これに対して、スクリュー等の立体形状の
撹拌翼では、大きな体積になるほど、形成される主水流
帯は、その軸心に対する振れ角度（流域幅）が大きくな
り、また、高速に回転するほど、羽根の周辺では、自己
吸引作用によると考えられる激しい流れが形成される。
その結果、立体形状の撹拌翼には大きな抵抗が加わり、
立体形状の撹拌翼によって水には大きな推進力が得られ
る。しかしながら、この場合には、押し出される水の流
域幅が広くなり、形成される主水流帯を遠方にまで到達
させることはできない。

【００５１】なお、このように、各ロータ２６が、それ
ぞれ同様の高速回転と低速回転を繰り返すことにより、
撹拌体１０の各撹拌翼１２は、それぞれ同様の力によっ
て、水を押し出して、主水流帯を形成することになる
が、一方の撹拌翼１２によってのみ水を押し出させ、他
方の撹拌翼１２による水の押し出し量を極力小さくする
ことにより、形成される主水流帯の流域幅をさらに狭く
して、主水流帯を遠方にまで到達させるようにしてもよ
い。この場合には、図６に示すように、一方のロータ２
６の高速回転ＳＨおよび低速回転ＳＬを、基準回転速度
ＳＯに対する差がそれぞれ大きくなるように設定すると
ともに、他方のロータ２６の高速回転ＳＨおよび低速回
転ＳＬを、基準回転速度ＳＯに対する差がそれぞれ小さ
くなるように設定すればよい。

【００５２】また、各ロータ２６の外周縁部に高磁束密
度磁石２６ｃがそれぞれ設けられた駆動部２０を使用す
る場合には、平板状の撹拌翼１２を有する撹拌体１０を
使用する構成に限らず、図７に示すオロイド形状と称さ
れる立体形状の撹拌体３０を使用するようにしてもよ
い。この立体多形状の撹拌体３０は、特開平１１−２７
６８７４号公報に詳細に記載されているように、図１に
示す撹拌体１０の平板状になった各撹拌翼１２を、他方
の撹拌翼１２の遠方側になるにつれて順次膨らませて、
相互に一体化した形状になっている。

【００５３】高磁束密度磁石２６ｃは、少なくとも、
０．５Ｔ（テスラー）以上の磁束密度を有していること
が好ましく、さらに、１．１０Ｔ（テスラー）以上、さ
らには１．２０Ｔ（テスラー）以上の磁束密度であるこ
とが好ましい。

【００５４】さらに、この高磁束密度磁石２６ｃは、途
中に切断面が設けられずに、円板部２６ｂの全周にわた
って連続した帯状になっていることが好ましい。

【００５５】さらには、磁気特性を発揮する高磁束密度
磁石２６ｃを構成する物質である微細な結晶粒が、円板
部２６ｂの全周にわたって連続した帯状に成形する際の
熱間押し出し加工等によって、ラジアル方向の最大エネ
ルギー積（ＭＧＯｅ）が２９〜４２（ＭＧＯｅ）程度を
示すことが好ましい。

【００５６】また、これらの条件を満足する磁性材料
を、円板部２６ｂの周縁部に着磁させる際に、着磁アー
クを、被着磁帯体である円板部２６ｂの垂直面に対して
傾斜角を付けて着磁するスキュー着磁において、傾斜角
度を適当に変化させることにより、ロータ２６の回転軸
２６ａの回転の円滑性を示すコギングトルク値を、より
小さく抑制することができる。

【００５７】ロータ２６の回転軸２６ａの回転特性を示
すコギングトルク特性とは、ステータ２５の磁界領域と
ロータ２６の磁界領域とを高磁束密度磁石２６ｃが乗り
越えるために要するトルク、すなわち、回転の円滑さを
示す係数と言える。

【００５８】このコギングトルク値は、高磁束密度磁石
２６ｃを、円板部２６ｂの全周にわたって切断面が設け
られていない連続した帯状に形成することにより、複数
の独立した磁石板を円板部２６ｂの周縁部に張り付けて
必要とする極数を独立して形成する場合と比較して、５
０倍以上小さくすることができる。

【００５９】なお、このコギングトルク値は、円板部２
６ｂに取り付けられた高磁束密度磁石２６ｃを構成する
材料のステータ２５に対する配向性を考慮することによ
り、大きく変動する。従って、高磁束密度磁石２６ｃを
構成する物質の選択、高磁束密度磁石２６ｃを連続した
帯状に成形する方法の選択によっては、発生するコギン
グトルク値は、各ロータ２６をそれぞれ定格条件によっ
て運転する場合に到達する最高トルク値によってそれぞ
れ異なり、例えば、高磁束密度磁石２６ｃを製造する会
社が異なると、コギングトルク値は、０．８〜１０％程
度の差異が生じる。

【００６０】従って、コギングトルク値が小さい連続し
た帯状の高磁束密度磁石２６ｃを、ロータ２６の回転を
誘発する回転子に採用することにより、ムラのない円滑
な回転を実現させることができる。

【００６１】従来の減速ギヤ等の間接的な伝達機構を採
用することにより、伝達源のモーターの回転制御が撹拌
翼の回転動作への伝達ズレが、左右の軸の時間ズレを発
生させる等による関節部に対して異常な方向への差動ベ
クトルが働き、それが繰り返されることによって、関節
部の破壊に繋がるおそれがあるが、このように、磁石帯
状物を使用することにより、このようなおそれがない。

【００６２】従って、好ましい高磁束密度磁石２６ｃ
は、連続的な形状をしており、また、エネルギー積（Ｍ
ＧＯｅ＝磁束密度×磁束保持力）が２０以上であり、さ
らに、コギングトルク値ができるだけ小さく、定格条件
での運転で発生する出力トルクの１％以下が好ましく、
このような条件を満たす磁性材料の組成および成形方法
が選択される。

【００６３】例えば、撹拌翼が水中において排除するこ
とができる水の体積を７Ｌとした場合において、最も好
ましい条件によって得られた高速磁束密度磁石２６ｃで
は、０．０２ｋｗのエネルギーによって起動が可能であ
った。同様の撹拌翼をウォームギヤによって回転起動さ
せた場合には、０．２５ｋｗのエネルギーが必要であっ
た。なお、高速磁束密度磁石２６を使用する場合であっ
ても、磁石材料および成形方法によっては、コギングト
ルク値が大きくなり、最大で起動時におけるエネルギー
の差が、最大０．１５ｋｗも発生した。従って、磁石材
料および成形方法を選別することは重要である。

【００６４】ローターとステーターとの間隙は、得られ
るトルク値に大きく左右され、好ましくは０．５ｍｍ前
後である。この間隙が狭いと、その間隙内に異物が混入
し、その異物との摩擦によってローター構成物が微細な
粉末状になって飛散するおそれがあり、さらに、飛散し
た粉末物が着火することにより、ステーターコイルの絶
縁物が延焼するおそれがある。また、ローターとステー
ターとの間隙が狭くなると、駆動軸に加わる荷重負荷の
変動が大きくなって、軸の振幅が問題になる等の問題も
ある。従って、安全のためには、ローターとステーター
との間隙は、０．５ｍｍ程度が好ましい。

【００６５】ステータ２５およびローター２６は、図１
に示すように、連結棒２４によって相互に平行に支持さ
れた支持板２１および２２の間のステータ支持板２３に
取り付ける構成に限らず、例えば、円筒状のステータ２
５を内部に保持することができる円筒状のケーシングを
使用するようにしてもよい。この場合には、そのケーシ
ングの上下に、回転軸２６ａを回転可能に支持する支持
板をそれぞれ相互に平行に設けて、ステータ２５内にロ
ータ２６がそれぞれ配置される。

【００６６】この場合、各回転軸２６ａの上下を支持す
る支持板によって、各回転軸２６ａ間の距離を変更する
ことができるようにすることにより、各回転軸２５ａに
取り付けられる撹拌翼１２の大きさに合った大きさの駆
動部２０とすることができる。

【００６７】ステータ２５は、撹拌翼１２の大きさに合
わせて設計される。撹拌翼１２の大きさが決定される
と、撹拌翼１２の最大回転数に基づいて、撹拌翼１２を
回転させる回転軸２６ａに加わる荷重が算出され、必要
なトルクが算出される。そして、算出されたトルクに基
づいて、ロータ２６に搭載される高磁束密度磁石２６ｃ
の形状が設定される。高磁束密度磁石２６ｃは、前述し
たように、連続した帯状物であることが好ましく、この
ために、算出されたトルクに基づいて、必要とされる断
面積が算出される。

【００６８】ロータ２６の高磁束密度磁石２６ｃによる
トルクが算出されると、ステータ２５が反発トルクを発
生させるために必要な磁束密度が演算され、演算された
磁束密度によって得られる反発トルクに基づいて、ステ
ータ２５にて必要とする磁鉄芯の厚みが演算される。さ
らには、演算された磁鉄芯の厚みに基づいてコイル２５
ｂを巻回するために必要な空間の体積が演算され、さら
には、その空間内において、必要とされる磁束密度の条
件を満たすためのコイル２５ｂの材質、断面積等が求め
られる。

【００６９】このようにして、ロータ２６およびステー
タ２５がそれぞれ設計されると、ロータ２６およびステ
ータ２５における発熱量が演算され、この発熱量に基づ
いて、ロータ２６のエネルギー積の低下を算出し、温度
−磁束密度低下率を改善した高磁束密度磁石２６ｃの材
料の選別、その断面積等を検討し、さらには、ステータ
２５の発熱量を外部に発散させて温度上昇を抑制させる
方法等を検討する。

【００７０】コイル２５ｂの外側の空間に滞留する空気
層の熱は、空気層のほとんど移動しないために、その熱
の発散効果があまり期待できないために、その空間内に
伝熱特性に優れた流動性の耐熱性に優れたシリコン液を
充填することにより、熱の発散効果を向上させることが
できる。

【００７１】しかしながら、このようなシリコン液で
は、周辺温度の上昇に伴って、体積が膨張し、ステータ
２５の内部圧力を上昇させるのみならず、ステータ２５
の外部に流出するおそれもあり、さらには、外部に流出
した後に冷却することによって収縮すると、外部の水分
を吸引するという問題もある。このために、ステータ２
５の内部空間に、ロータ２６の回転動作に支障を来すお
それがないように、その空間に対応した形状の弾性体を
充填して固定すればよい。この弾性体は、内部空間の膨
張によって上昇したシリコン液の内部圧を吸収すること
ができ、シリコン液等の流出を防止することができる。
この場合の弾性体によって吸収できるシリコン液の体積
吸収率は、シリコン液の充填体積の０．５％以下で十分
であり、また、圧力上昇を吸収し得る弾性率を有してい
ればよい。

【００７２】ロータ２６を構成する材料は、回転軸２６
ａの上端部を支持する支持板２１の近傍においては、撹
拌装置が使用される環境条件の影響を受けやすいため
に、耐食性、表面硬度等に優れていることが好ましい。
また。高磁束密度磁石２６ｃが装着される部分の材質
は、磁力強度の保持性を向上させる効果を十分に引き出
すことができるものが好ましい。高磁束密度磁石２６ｃ
は、磁束密度をさらに向上させるために、上下２段、あ
るいはそれ以上に配置してもよく、その場合には、ステ
ータ２５内に、適当な空間が設けられる。

【００７３】撹拌装置の駆動部２０の一例として、ロー
タ２６の外周が８０ｍｍ、高磁束密度磁石２６ｃの厚さ
が３ｍｍ、幅が２５ｍｍの場合には、２０．０ｋｇ・ｆ
・ｃｍ／Ａのトルク係数を示した。この場合、ステータ
２５における各コイル２５ｂは、９．５オームの抵抗を
示しており、適応最高電流は、２０Ａ程度と判断され
た。このために、１５Ａの最高電流を各コイル２５ｂに
通電したところ、発生可能な静止起動トルクは、３００
ｋｇ・ｆ・ｃｍ／Ａとなった。

【００７４】この静止起動トルクは、コアの直径３０ｍ
ｍ、２００Ｖの誘導モータの出力に、０．２ｋＷ、１／
３０の減速器を介して得られる最高出力に対応してい
る。従って、減速器を設けることなく、３０〜８０ｒ．
ｐ．ｍ．の回転を、流体の排除体積が４Ｌの撹拌翼１２
に伝達することができる。その結果、減速器を設ける場
合には、一方の出力軸に対して２０ｋｇ、一対の出力軸
に対して４０ｋｇの重量が増加することになるが、本実
施形態の駆動部では、１８ｋｇ程度の重量の増加でよ
い。

【００７５】さらに、本実施形態の駆動部では、１００
Ｖの単槽コンセントから電流を供給することが可能であ
り、通常の誘導モータに要する費用の１／４以下、維持
費も１／２程度となる。

【００７６】

【発明の効果】本発明の撹拌装置は、このように、駆動
部に設けられた一対の回転軸の回転によって、撹拌体の
軸体が、回転されつつ往復揺動されるようになっている
ために、撹拌体に設けられた一対の撹拌翼によって、流
体を確実に遠方にまで流動させることができる。従っ
て、低い電気エネルギーによって効率よく流体を撹拌す
ることができる。

【００７７】また、本発明の撹拌装置は、各回転軸を回
転させる駆動部が、外周縁部に高磁束密度磁石が設けら
れたロータとステータとを組合せて構成されているため
に、メンテナンスが容易な簡潔な構成であり、経済性が
著しく向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の撹拌装置の実施の形態の一例を示す概
略構成図である。

【図２】その撹拌装置に使用される撹拌翼の側面図であ
る。

【図３】その撹拌翼の正面図である。

【図４】図１に示す撹拌装置の駆動部に使用されるステ
ータ支持板の平面図である。

【図５】図１に示す撹拌装置の駆動部の制御の一例を示
すタイムチャートである。

【図６】図１に示す撹拌装置の駆動部の制御の他の例を
示すタイムチャートである。

【図７】本発明の撹拌装置の実施の形態の他の例を示す
概略構成図である。

【符号の説明】

１０、３０撹拌体１１軸体１２撹拌翼１３軸受部１５連結部材１６支持軸２０駆動部２１、２２支持板２３ステータ支持板２４連結軸２５ステータ２６ロータ２６ａ回転軸２６ｃ高磁束密度磁石２７軸受２８自在継手２９スタータ２９ａソレノイド２９ｂプランジャー２９ｃ回動ブロック

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＦ１６Ｈ 21/40 Ｆ１６Ｈ 21/40 (56)参考文献特開平５−275485（ＪＰ，Ａ) 特公平６−8662（ＪＰ，Ｂ２) 特公平１−54950（ＪＰ，Ｂ２) 特公平１−47114（ＪＰ，Ｂ２) 特表昭63−501654（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B01F 11/00 - 11/04 H02K 37/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】適当な長さを有する円柱状に構成された
軸体と、該軸体における長手方向の両側において、該軸
体の断面における相互に直交する方向に沿った状態でそ
れぞれが支持された一対の適当な面積を有する平板状の
撹拌翼と、各撹拌翼のほぼ中央部および軸体を、それぞ
れ直交するように貫通する一対の支持軸とを有する撹拌
体と、相互に平行に配置されてそれぞれが相反する方向に回転
されるようになった一対の回転軸を有しており、各回転
軸が、それぞれの回転によって、前記撹拌体の軸体をそ
の軸心回りに回転させつつ、長手方向の中央部を中心と
して往復揺動させるように、該撹拌体の各支持軸にそれ
ぞれ連結された駆動部と、を具備することを特徴とする撹拌装置。
【請求項２】前記駆動部は、周方向に一定の間隔をあ
けてそれぞれが内方に突出するように設けられてそれぞ
れにコイルが巻回されたステータコアをそれぞれ有する
一対のステータと、各ステータ内にてそれぞれ回転可能
に配置された一対のロータとを有しており、各ロータの
外周縁部に、高磁束密度磁石が全周にわたってそれぞれ
設けられるとともに、それぞれの軸心部に回転軸がそれ
ぞれ設けられている請求項１に記載の撹拌装置。
【請求項３】前記駆動部は、各ロータの回転数が２５
０ｒ．ｐ．ｍ．以下であり、各ステータのコイルに供給
される最大供給電流が２０Ａであり、各回転軸の発生ト
ルクが２０ｋｇ・ｆ・ｃｍ以下である請求項２に記載の
撹拌装置。
【請求項４】前記駆動部の高磁束密度磁石は、各ロー
タの外周縁部の全周に連続して設けられている請求項２
に記載の撹拌装置。
【請求項５】前記高磁束密度磁石は、少なくとも、
０．５Ｔ（テスラー）以上の磁束密度を有している請求
項２に記載の撹拌装置。
【請求項６】前記駆動部の各ステータおよびロータの
組合せが、回転軸の軸方向に沿って複数設けられている
請求項２に記載の撹拌装置。
【請求項７】前記駆動部の各ステータおよびロータと
の間隙は、０．５ｍｍ程度である請求項２に記載の撹拌
装置。