JP3384514B2 - タービンマグネット駆動ポンプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、作動流体により駆動さ
れて搬送流体を搬送するタービンマグネット駆動ポンプ
に関し、特に作動流体と搬送流体との混合を防止し、し
かも軸シールが不要であるタービンマグネット駆動ポン
プに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】作動流体により駆動されて搬送流体を搬
送するタービンマグネット駆動ポンプで、作動流体と搬
送流体との混合を防止しかつ軸シールが不要であるター
ビンマグネット駆動ポンプとして、従来、特開平６ー１
８５４８９号公報に開示された流体駆動ポンプが提案さ
れている。

【０００３】図１４はこの公報に開示された流体駆動ポ
ンプの断面図である。図１４に示すようにこの流体駆動
ポンプ５０は、作動流体により回転駆動されるタービン
の駆動羽根車５１、この駆動羽根車５１に保持具５２を
介して一体的に取り付けられて駆動羽根車５１と一緒に
回転する円筒状の駆動側マグネット５３、駆動側マグネ
ット５３内に同軸に配設されたポンプ側マグネット５
４、このポンプ側マグネット５４に一体的に取り付けら
れてポンプ側マグネット５４と一緒に回転して搬送流体
を搬送するポンプ羽根車５５、および駆動側マグネット
５３とポンプ側マグネット５４との間に配設され駆動側
とポンプ側とを流体密に遮断する隔壁５６を備えてい
る。その場合、駆動側マグネット５３の磁力とポンプ側
マグネット５４の磁力とにより、非接触で動力を伝達す
るマグネットカップリングが構成されている。

【０００４】そして、このように構成された流体駆動ポ
ンプ５０は、作動流体入口５７から流入される作動流体
が駆動羽根車５１を回転駆動して作動流体出口５８から
流出する。この駆動羽根車５１の回転駆動により駆動側
マグネット５３が回転するとともに、マグネットカップ
リングによりこの駆動側マグネット５３の回転と一緒に
ポンプ側マグネット５４が回転し、更にこのポンプ側マ
グネット５４の回転によりポンプ羽根車５５が回転す
る。そして、このポンプ羽根車５５の回転により、搬送
流体が搬送流体入口５９から吸入されて搬送流体出口６
０から吐出される。

【０００５】この流体駆動ポンプ５０によれば、隔壁５
６が駆動羽根車５１側とポンプ羽根車５５側とを流体密
に遮断しているので、駆動羽根車５１側の作動流体とポ
ンプ羽根車５５側の搬送流体とが混合するようなことは
ないばかりでなく、駆動羽根車５１側およびポンプ羽根
車５５側の各回転軸６１,６２の軸シールが不要となる
ので、その分各回転軸６１,６２の回転抵抗が小さくな
り、その結果エネルギロスが小さい。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
流体駆動ポンプ５０では、円筒状の駆動側マグネット５
３はマグネットカップリングを構成している関係上ポン
プ側マグネット５４の外周面を囲むように配置されてい
る。このため、駆動側マグネット５３および保持具５２
の筒状部の各径は比較的大きく設定せざるを得ないもの
となっている。しかも、駆動側マグネット５３とポンプ
側マグネット５４との間に隔壁５６が介在しているた
め、駆動側マグネット５３および保持具５２の筒状部の
各径は更に一層大きく設定せざるを得ない。

【０００７】一方、駆動側マグネット５３および保持具
５２の筒状部が収容されている室６３内は、作動流体が
充満している。したがって、駆動側マグネット５３およ
び保持具５２の筒状部は室６３内に充満している作動流
体中で回転することになる。

【０００８】しかしながら、このように駆動側マグネッ
ト５３および保持具５２の筒状部が室６３内の作動流体
中で回転すると、前述のように駆動側マグネット５３の
径が大径であるため、駆動側マグネット５３および保持
具５２の筒状部の回転時に室６３内の作動流体から大き
な回転抵抗を受けるようになる。このため、ポンプ羽根
車５５の回転数を高くすることができなく、ポンプ吐出
量がある程度に制限されてしまう。

【０００９】そこで、逆にポンプ側マグネット５４を筒
状に形成して、そのポンプ側マグネット５４の内孔に駆
動側マグネット５３を配置することが考えられるが、こ
のように構成した場合には、ポンプ側マグネット５４の
径を大きく設定せざるを得なくなり、その結果今度はポ
ンプ側マグネット５４は搬送流体から大きな回転抵抗を
受けるようになってしまい、同様の問題が生じる。

【００１０】本発明はこのような問題に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、タービン羽根車の回転駆動
力をポンプ羽根車に伝達するマグネットカップリングが
流体から受ける回転抵抗をできるだけ小さくすることの
できるタービンマグネット駆動ポンプを提供することで
ある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに、請求項１の発明は、作動流体により駆動されるタ
ービン羽根車と、搬送流体を搬送するポンプ羽根車と、
前記タービン羽根車によって発生した動力を前記ポンプ
羽根車に伝達する動力伝達回転部材と、前記タービン羽
根車と前記動力伝達回転部材とを流体密に隔離するター
ビン側隔壁部材と、前記ポンプ羽根車と前記動力伝達回
転部材とを流体密に隔離するポンプ側隔壁部材と、前記
動力伝達回転部材の一端側に取り付けられた筒状のター
ビン動力伝達用マグネットの内側に前記タービン羽根車
に取り付けられたタービン動力取出用マグネットを前記
タービン側隔壁部材を介して前記タービン動力伝達用マ
グネットに対向して配設することにより磁気結合された
タービン側マグネットカップリングと、前記動力伝達回
転部材の他端側に取り付けられた筒状のポンプ動力伝達
用マグネットの内側に前記ポンプ羽根車に取り付けられ
たポンプ駆動用マグネットを前記ポンプ側隔壁部材を介
して前記ポンプ動力伝達用マグネットに対向して配設す
ることにより磁気結合されたポンプ側マグネットカップ
リングとを備えていることを特徴としている。

【００１２】また請求項２の発明は、前記動力伝達回転
部材に接する流体が気体であるか、または前記動力伝達
回転部材の周囲が真空であることを特徴としている。

【００１３】更に請求項３の発明は、前記ポンプ羽根車
が、そのボスに連なるシュラウドの子午面形状を凹形の
円弧状回転面とし、羽根入口縁が取り付くボスシュラウ
ドを回転軸にほぼ平行な円筒状に形成し、前記羽根入口
縁をこのボスシュラウド面からなめらかに連続させて上
流側へ大きく張り出させ、前記ポンプケーシング側の羽
根入口縁を前記回転軸に対してほぼ直角に延設し、円筒
状の前記ボスシュラウドに取り付く羽根入口縁とポンプ
ケーシング側羽根入口縁の間を上流側に凸形をなす円弧
状のなめらかな曲線によって結んで羽根入口縁を形成
し、この羽根の入口角をボスシュラウド側入口縁でほぼ
０゜に、かつこのボスシュラウド側入口縁からポンプケ
ーシング側入口縁に向かって徐々に大きくなるように設
定し、かつボスシュラウド側とポンプケーシング側との
間の羽根入口角をなめらかに変化させた形状の羽根入口
を有し、前記羽根形状の羽根入口から羽根出口端までな
めらかな曲線で結んで形成した羽根を備えており、前記
タービン羽根車が、ボスに連なるシュラウドの子午面形
状を凹形の円弧状回転面とし、羽根出口縁が取り付くボ
スシュラウドを回転軸にほぼ平行な円筒状に形成し、羽
根出口縁をこのボスシュラウド面からなめらかに連続さ
せて下流側へ大きく張り出させ、前記タービンケーシン
グ側の羽根出口縁を前記回転軸に対してほぼ直角に延設
し、円筒状の前記ボスシュラウドに取り付く羽根出口縁
とタービンケーシング側羽根出口縁との間を下流側に凸
形をなす円弧状のなめらかな曲線によって結んで羽根出
口縁を形成し、この羽根の出口角をボスシュラウド側出
口縁でほぼ０゜に、かつこのボスシュラウド側出口縁か
らタービンケーシング側出口縁に向かって徐々に大きく
なるように設定し、かつボスシュラウド側とタービンケ
ーシング側との間の羽根出口角を滑らかに変化させた形
状の羽根出口を有し、羽根入口から前記羽根形状の羽根
出口端までなめらかな曲線で結んで形成した羽根を備え
ていることを特徴としている。

【００１４】更に請求項４の発明は、前記ポンプ羽根車
の羽根の入口角が前記ポンプケーシング側入口縁でほぼ
従来の設計で計算される角度に設定されるとともに、前
記タービン羽根車の羽根の出口角が前記タービンケーシ
ング側出口縁でほぼ従来の設計で計算される角度に設定
されていることを特徴としている。

【００１５】

【作用】このように構成された本発明のタービンマグネ
ット駆動のポンプによれば、タービン動力取出用マグネ
ットおよびポンプ駆動用マグネットがそれぞれタービン
動力伝達用マグネットおよびポンプ動力伝達用マグネッ
トの内側に配置されるようになる。したがって、タービ
ン動力伝達用マグネットおよびポンプ動力伝達用マグネ
ットの各径をより一層小さくすることができ、タービン
羽根車およびポンプ羽根車が受ける、作動流体または搬
送流体による比較的大きな回転抵抗がより一層小さくな
る。これにより、タービン羽根車を駆動するエネルギが
より一層節約され、タービン効率が向上するようにな
る。また、タービン羽根車で発生した動力はほとんどロ
スなく効率よく伝達されるようになる。更に、ポンプ羽
根車がより一層効率よく回転するようになり、ポンプ効
率が向上するようになる。これらのことから、タービン
マグネット駆動ポンプの全体としてのシステム効率もよ
り一層向上するようになる。

【００１６】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。図１は、本発明にかかるタービンマグネット駆動ポ
ンプの一実施例を示し、タービン羽根車およびポンプ羽
根車をともにクローズ形の羽根車として描いている断面
図である。なお、本発明は、タービン羽根車またはポン
プ羽根車をクローズ形の羽根車に限定するものではな
い。

【００１７】図１に示すように、本実施例におけるター
ビンマグネット駆動ポンプ１は、互いに一体的にかつ流
体密に結合されて一つの大きさなケーシングを形成する
第１ないし第５ケーシング2,3,4,5,6を備えているとと
もに、第２ケーシング３内にはタービン羽根車７が回転
自在に配設され、また第４ケーシング５内にはポンプ羽
根車８が回転自在に配設されている。なお、図１におい
てはケーシングが第１ないし第５ケーシング2,3,4,5,6
の５個に分割して形成されているが、ケーシングは他の
適宜の数だけ分割して形成することもできる。

【００１８】第２ケーシング３には、タービン羽根車７
を回転駆動するための作動流体が流入するタービン入口
通路９が、スクロール状にかつタービン羽根車７の羽根
入口７ａに連通するように設けられている。また第１ケ
ーシング２には、タービン羽根車７を作動させた後の作
動流体が流出するタービン出口通路１０がタービン羽根
車７の羽根出口７ｂに連通するように設けられている。

【００１９】一方、第６ケーシング６には、ポンプ羽根
車８によって搬送される搬送流体が流入するポンプ入口
通路１１がポンプ羽根車８の羽根入口８ｂに連通するよ
うに設けられている。また第５ケーシング５には、ポン
プ羽根車８から搬送されてきた搬送流体が流出するポン
プ出口通路１２が、スクロール状にかつポンプ羽根車８
の羽根出口８ａに連通するように設けられている。

【００２０】図２はこの実施例に用いられているタービ
ン羽根車７の図１で前面フロントシュラウドを取った状
態で矢印Ｘ方向から見た図、図３は図２におけるＡＯＥ
線に沿う断面図、図４、図５および図６はそれぞれ図２
におけるＢＯ線、ＣＯ線およびＤＯ線に沿う断面図であ
る。

【００２１】図２および図３に示すように、タービン羽
根車７の中央のボス部７ｃの外周面には３枚の羽根7e,7
e,7eが形成されている。更に、ボス部７ｃにはシュラウ
ド７ｆが連続して形成されているとともに、このシュラ
ウド７ｆの子午面形状が凹形の円弧状回転面として形成
されている。そして、シュラウド７ｆの羽根出口縁７ｅ
₁が固設されている部分のボスシュラウド７ｆ₁が回転軸
線Ｏにほぼ平行に形成されている。

【００２２】羽根出口縁７ｅ₁のボスシュラウド７ｆ₁側
部分７ｅ₂がボスシュラウド７ｆ₁になめらかに連続しか
つ下流側へ大きく張り出すようにして形成されている。
また、羽根出口縁７ｅ₁の羽根出口チップ側部分、すな
わちケーシング側部分７ｅ₃が、回転軸線Ｏに対しほぼ
直角になるように形成されている。更に、羽根出口縁７
ｅ₁は、ケーシング側部分７ｅ₃とボスシュラウド７ｆ₁
側部分７ｅ₂との間を下流側に凸形となるように連続し
た円弧状のなめらかな曲線によって形成されている。こ
の羽根出口縁７ｅ₁の出口角は、羽根出口縁７ｅ₁のボス
シュラウド７ｆ₁側部分７ｅ₂でほぼ０゜に設定されてい
るとともに、ボスシュラウド７ｆ₁側部分７ｅ₂から羽根
出口縁７ｅ₁のケーシング側部分７ｅ₃に向かって徐々に
大きくなるように設定されている。すなわち、従来のタ
ービンの羽根出口角は、回転中心軸Ｏで９０゜となるよ
うにボス径側で急激に大きくなる、図７に破線で示すよ
うな曲線で変化するように設定されているが、本実施例
では、羽根出口７ｂにおける羽根出口角は、図７に実線
で示すようにボス径ｒ_obではほぼ０゜に設定されている
とともに、このボス径ｒ_obから羽根出口径ｒ_ooに向かっ
て徐々に大きくなるように、したがって破線で示す従来
の曲線とは逆の勾配の曲線で変化するように設定されて
いる。なお図示の例では、羽根出口縁７ｅ₁の出口角は
羽根出口縁７ｅ₁のケーシング側部分７ｅ₃でほぼ従来の
設計で一般的に計算される角度に設定されているが、こ
れに限定されることなく、従来の設計で一般的に計算さ
れる角度より大きくあるいは小さく設定されてもよい。
更に、ボスシュラウド７ｆ₁側部分７ｅ₂とケーシング側
部分７ｅ₃との間の出口角は、なめらかに変化するよう
に設定されている。そして、羽根入口７ａからこのよう
な羽根出口７ｂまでをなめらかな曲線で結ぶことによ
り、タービン羽根７ｅが形成されている。

【００２３】図８はこの実施例に用いられているポンプ
羽根車８の矢印Ｙ方向から見た図、図９は図８における
ＡＯＥ線に沿う断面図である。図８および図９に示すよ
うに、このポンプ羽根車８は前述のタービン羽根車７と
まったく同じ形状に形成されている。その場合、ポンプ
羽根車８においては、流体の流れがタービン羽根車７と
逆であるので、タービン羽根車７の入口側がポンプ羽根
車８の出口側に、またタービン羽根車７の出口側がポン
プ羽根車８の入口側にそれぞれなっている。そこで、ポ
ンプ羽根車８の各構成要素の符号を、タービン羽根車７
の対応する構成要素の符号の「７」を「８」に置き換え
て表記する。したがって、８ａが羽根出口、８ｂが羽根
入口、８ｃがボス部、８ｄが貫通孔、８ｅがポンプ羽
根、８ｅ₁が羽根入口縁、８ｅ₂が羽根入口縁８ｅ₁のボ
スシュラウド８ｆ₁側部分、８ｅ₃が羽根入口縁８ｅ₁の
ケーシング側部分、８ｅ₄が羽根出口縁、８ｆがシュラ
ウド、８ｆ₁がボスシュラウドである。

【００２４】そして、羽根入口縁８ｅ₁が固設されてい
るボスシュラウド８ｆ₁が回転軸線Ｏにほぼ平行に形成
され、羽根入口縁８ｅ₁のボスシュラウド８ｆ₁側部分８
ｅ₂がボスシュラウド８ｆ₁になめらかに連続しかつ上流
側へ大きく張り出すようにして形成されている。また、
羽根入口縁８ｅ₁のケーシング側部分８ｅ₃が、回転軸線
Ｏに対しほぼ直角になるように形成されている。更に、
羽根入口縁８ｅ₁は、ケーシング側部分８ｅ₃とボスシュ
ラウド８ｆ₁側部分８ｅ₂との間を上流側に凸形となるよ
うに連続した円弧状のなめらかな曲線によって形成され
ている。この羽根入口縁８ｅ₁の入口角は、羽根入口縁
８ｅ₁のボスシュラウド８ｆ₁側部分８ｅ₂でほぼ０゜に
設定されているとともに、羽根入口縁８ｅ₁のケーシン
グ側部分８ｅ₃でほぼ従来の設計で一般的に計算される
角度に設定されている。更に、ボスシュラウド８ｆ₁側
部分８ｅ₂とケーシング側部分８ｅ₃との間の入口角は、
なめらかに変化するように設定されている。

【００２５】その他のポンプ羽根車８の構成も、タービ
ン羽根車７と同じであるので、その説明は省略するとと
もに、図８においてＢＯ線、ＣＯ線およびＤＯ線沿うポ
ンプ羽根車８の断面形状は、それぞれ図４、図５および
図６に示すタービン羽根車７の断面形状と同じである。

【００２６】ところで、従来のポンプの羽根入口角は、
回転中心軸Ｏで９０゜となるようにボス径側で急激に大
きくなるように、すなわち図１０に破線で示すような曲
線で変化するように設定されている。これに対して、本
実施例では、羽根入口８ｂにおける羽根入口角は、図１
０に実線で示すように羽根入口径ｒ_ioでは従来設計によ
り設定される羽根入口角と同じに設定され、かつボス径
ｒ_ibではほぼ０゜に設定されているとともに、これら羽
根入口径ｒ_ioとボス径ｒ_ibとの間の羽根入口角が、破線
で示す従来の曲線とは逆の勾配の曲線で変化するように
設定されている。

【００２７】図１に示すように、第３ケーシング４内の
タービン羽根車７側端部にはタービン側隔壁部材１３が
配設されており、このタービン側隔壁部材１３は、ター
ビン羽根車７と同軸上に配置された円筒状部１３ａ、こ
の円筒状部１３ａの一端に形成されたフランジ部１３
ｂ、および円筒状部１３ａの他端に形成された軸支持部
１３ｃからなり、フランジ部１３ｂが第２および第３ケ
ーシング３,４間に挟圧されて固定されている。タービ
ン側隔壁部材１３の軸支持部１３ｃにはタービン側支持
軸１４がこの軸支持部１３ｃを貫通して設けられてお
り、この支持軸１４は円筒状部１３ａ内に突出する段付
の第１支持軸部１４ａ、フランジ部１４ｂおよび第１支
持軸部１４ａと反対側に突出する第２支持軸部１４ｃか
らなり、フランジ部１４ｂがビス等の固定具１５により
軸支持部１３ｃに固定されている。

【００２８】図１１に拡大して示すように円筒状部１３
ａ内には、タービン羽根車７と単一部材で一体に形成さ
れた円筒状のタービン動力取出用マグネット保持部１６
が配設されているとともに、このタービン動力取出用マ
グネット保持部１６にはタービン動力取出用マグネット
１７が固設されている。タービン羽根車７およびタービ
ン動力取出用マグネット保持部１６には、これらを軸方
向に貫通する段付孔１８が穿設されており、この段付孔
１８の大径孔を第１支持軸部１４ａの小径部に嵌合させ
ることにより、タービン動力取出用マグネット保持部１
６が第１支持軸部１４ａの小径部にすべり軸受により回
転可能に支持されている。また、タービン羽根車７の軸
スラストは、軸受材料で形成されているウェアリング４
４で支持されるようになっている。後述するように、タ
ービンを小型高速に形成することができるので、ウェア
リング４４によりこの軸スラストを支持することができ
るようになる。

【００２９】円筒状部１３ａの内周面とタービン動力取
出用マグネット保持部１６の外周面との間およびタービ
ン動力取出用マグネット保持部１６の端部と軸支持部１
３ｃとの間には、通路１９が形成されており、この通路
１９および段付孔１８を通してタービン羽根車７を作動
する作動流体の一部がタービン動力取出用マグネット保
持部１６と第１支持軸部１４ａの小径部との間のすべり
軸受部に浸入してこのすべり軸受部を潤滑できるように
されている。

【００３０】更に、タービン側隔壁部材１３のフランジ
部１３ｂと第２ケーシング３との間がＯリング２０によ
り流体密にシールされ、またタービン側隔壁部材３の軸
支持部１３ｃと支持軸１４との間がＯリング２１により
流体密にシールされ、また第１および第２ケーシング
２,３の間がＯリング２２により流体密にシールされて
いて、タービン羽根車７が収容されているケーシング内
部とケーシング外部とが完全に流体密にシールされてい
る。なお、マグネット１７はタービン羽根車７と一体に
かつ流体密に設けられている。

【００３１】一方、図１に示すように、第３ケーシング
４内のポンプ羽根車８側端部にはポンプ側隔壁部材２３
が配設されており、このポンプ側隔壁部材２３は、ポン
プ羽根車８と同軸上に配置された円筒状部２３ａ、この
円筒状部２３ａの一端に形成されたフランジ部２３ｂ、
および円筒状部２３ａの他端に形成された軸支持部２３
ｃからなり、フランジ部２３ｂが第３および第４ケーシ
ング４,５間に挟圧されて固定されている。ポンプ側隔
壁部材２３の軸支持部２３ｃにはポンプ側支持軸２４が
この軸支持部２３ｃを貫通して設けられており、この支
持軸２４は円筒状部２３ａ内に突出する段付の第１支持
軸部２４ａ、フランジ部２４ｂおよび第１支持軸部２４
ａと反対側に突出する第２支持軸部２４ｃからなり、フ
ランジ部２４ｂがビス等の固定具２５により軸支持部２
３ｃに固定されている。そして、支持軸２４はタービン
側の支持軸１４と同軸上に配設されている。

【００３２】図１２に拡大して示すように円筒状部２３
ａ内には、ポンプ羽根車８と単一部材で一体に形成され
た円筒状のポンプ駆動用マグネット保持部２６が配設さ
れているとともに、このポンプ駆動用マグネット保持部
２６にはポンプ駆動用マグネット２７が固設されてい
る。ポンプ羽根車８およびポンプ駆動用マグネット保持
部２６には、これらを軸方向に貫通する段付孔２８が穿
設されており、この段付孔２８の大径孔を第１支持軸部
２４ａの小径部に嵌合させることにより、ポンプ駆動用
マグネット保持部２６が第１支持軸部２４ａの小径部に
すべり軸受により回転可能に支持されている。また、ポ
ンプ羽根車８の軸スラストは、軸受材料で形成されてい
るウェアリング４５で支持されるようになっている。後
述するように、ポンプも小型高速に形成することができ
るので、ウェアリング４５によりこの軸スラストを支持
することができるようになる。

【００３３】円筒状部２３ａの内周面とポンプ駆動用マ
グネット保持部２６の外周面との間およびポンプ駆動用
マグネット保持部２６の端部と軸支持部２３ｃとの間に
は、通路２９が形成されており、この通路２９および段
付孔２８を通してポンプ羽根車８によって搬送される搬
送流体の一部がポンプ駆動用マグネット保持部２６と第
１支持軸部２４ａの小径部との間のすべり軸受部に浸入
してこのすべり軸受部を潤滑できるようにされている。

【００３４】更に、ポンプ側隔壁部材２３のフランジ部
２３ｂと第４ケーシング５との間がＯリング３０により
流体密にシールされ、またポンプ側隔壁部材３の軸支持
部２３ｃと支持軸２４との間がＯリング３１により流体
密にシールされ、また第４および第５ケーシング５,６
の間がＯリング３２により流体密にシールされていて、
ポンプ羽根車８が収容されているケーシング内部とケー
シング外部とが完全に流体密にシールされている。な
お、マグネット１７はタービン羽根車７と一体にかつ流
体密に設けられている。

【００３５】タービン側の支持軸１４の第２支持軸部１
４ｃとポンプ側の支持軸２４の第２支持軸部２４ｃとの
間には円筒状の回転軸３３が架設されており、この回転
軸３３の一端は第２支持軸部１４ｃに軸受３４を介して
回転自在に支持されており、また回転軸３３の他端は第
２支持軸部２４ｃに軸受３５を介して回転自在に支持さ
れている。

【００３６】筒状のタービン側動力伝達用マグネット保
持部材３６がタービン側隔壁部材１３の筒状部１３ａお
よび回転軸３３を囲むようにして設けられており、その
一端側が筒状部１３ａに遊嵌されているとともに、他端
側が回転軸３３に嵌合されかつビス等の固着具３７によ
り固定されている。タービン側動力伝達用マグネット保
持部材３６の一端側には、タービン側動力伝達用マグネ
ット３８がタービン動力取出用マグネット１７に径方向
に対向するようにして固設されている。すなわち、ター
ビン動力取出用マグネット１７はタービン側動力伝達用
マグネット３８の内側に配置されるとともに、これら両
マグネット１７,３８は互いに磁気結合してタービン羽
根車７の動力を非接触により回転軸３３に伝達するター
ビン側マグネットカップリングを構成している。

【００３７】また、筒状のポンプ側動力伝達用マグネッ
ト保持部材３９がポンプ側隔壁部材２３の筒状部２３ａ
および回転軸３３を囲むようにして設けられており、そ
の一端側が筒状部２３ａに遊嵌されているとともに、他
端側が回転軸３３に嵌合されかつビス等の固着具４０に
より固定されている。ポンプ側動力伝達用マグネット保
持部材３９の一端側には、ポンプ側動力伝達用マグネッ
ト４１がポンプ駆動用マグネット２７に径方向に対向す
るようにして固設されている。すなわち、ポンプ駆動用
マグネット２７はポンプ側動力伝達用マグネット４１の
内側に配置されるとともに、これらの両マグネット２
７,４１は互いに磁気結合して回転軸３３の動力を非接
触によりポンプ羽根車８に伝達するポンプ側マグネット
カップリングを構成している。

【００３８】そして、回転軸３３、タービン側動力伝達
用マグネット保持部材３６および筒状のポンプ側動力伝
達用マグネット保持部材３９により、タービン羽根車７
によって発生した動力をポンプ羽根車８に伝達するため
の本発明の動力伝達回転部材が構成されている。なお、
回転軸３３、タービン側動力伝達用マグネット保持部材
３６および筒状のポンプ側動力伝達用マグネット保持部
材３９は単一部材で一体に形成することもできる。

【００３９】このようにして本実施例においては、作動
流体に浸漬されるタービン動力取出用マグネット保持部
１６およびタービン動力取出用マグネット１７は、ター
ビン側隔壁部材１３の筒状部１３ａの内側に配置されて
いるので小径に形成されるのに対して、大気に接するタ
ービン側動力伝達用マグネット保持部材３６およびター
ビン側動力伝達用マグネット３８は、タービン側隔壁部
材１３の筒状部１３ａの外側に配置されているので大径
に形成されるようになる。同様に、搬送流体に浸漬され
るポンプ駆動用マグネット保持部２６およびポンプ駆動
用マグネット２７は小径に、また大気に接するポンプ側
動力伝達用マグネット保持部材３９およびポンプ側動力
伝達用マグネット４１は大径に、それぞれ形成されるよ
うになる。

【００４０】第３ケーシング４には、これらのマグネッ
トカップリングを収容する内部空間と外部の大気とを連
通する連通孔42,42,…が所定数穿設されている。これら
の連通孔42,42,…により、マグネットカップリング等の
動力伝達機構が大気に常時接するようにされて、この大
気によりマグネットカップリング等の動力伝達機構が冷
却されるようになっている。その場合、図１に二点鎖線
で示すようにファンの羽根４３をタービン側動力伝達用
マグネット保持部材３６の外周面およびポンプ側動力伝
達用マグネット保持部材３９の外周面の少なくとも一方
に設けて、大気を図１、図１１および図１２に示す矢印
γのように流動させることにより、冷却効果を向上させ
るようにすることもできる。

【００４１】このように構成された本実施例のタービン
マグネット駆動ポンプ１においては、タービン入口通路
９から作動流体がタービン羽根車７に導入されると、こ
の作動流体は、羽根入口７ａからタービン羽根７ｅに衝
突するとともに、タービン羽根７ｅに案内されて流れ、
第１ケーシング２の出口１０から流出する。このとき、
タービン羽根７ｅは作動流体から力を加えられるので、
タービン羽根車７は図２において時計方向αに回転す
る。

【００４２】タービン羽根車７のα方向の回転により、
タービン動力取出用マグネット保持部１６およびタービ
ン動力取出用マグネット１７が同方向に回転するととも
に、タービン側動力伝達用マグネット３８およびタービ
ン側動力伝達用マグネット保持部材３６が同方向に回転
し、これにより回転軸３３が同方向に回転する。回転軸
３３の回転により、ポンプ側動力伝達用マグネット保持
部材３９およびポンプ側動力伝達用マグネット４１が同
方向に回転するとともに、ポンプ駆動用マグネット２７
およびポンプ駆動用マグネット保持部２６が同方向に回
転し、これによりポンプ羽根車８が図８において反時計
方向βに回転する。このポンプ羽根車８のβ方向の回転
により、搬送流体がポンプ入口通路１１から吸い込ま
れ、ポンプ羽根８ｅに案内されて流れ、第４ケーシング
５のポンプ出口通路１２から吐出される。

【００４３】タービン羽根車７の羽根出口角が本実施例
のように設定されていると、流体がタービン羽根車７を
流れるとき、羽根７ｅのボスシュラウドつけ根部分近傍
の作動流体の流れは抵抗なくなめらかに羽根外へ導かれ
るようになる。これにより、羽根出口７ｂのボスシュラ
ウド７ｆ₁側部分での作動流体の流れが均一となり、羽
根出口７ｂ部分の羽根全域（ボスシュラウド側からケー
シング側まで）にわたって、作動流体が有効に作用する
ようになる。また、本実施例では、羽根出口縁７ｅ₁の
ボスシュラウド側部分７ｅ₂が下流側の方へ大きく張り
出されているとともに、ケーシング側部分７ｅ₃が回転
軸Ｏにほぼ直角に形成され、更にこれらの両部分７ｅ₂,
７ｅ₃の間が下流側に凸形となるように円弧状のなめら
かな曲線で形成されている。このように羽根出口縁７ｅ
₁が形成されることにより、羽根出口７ｂでの流路面積
が広く確保される。これにより、羽根出口７ｂにおいて
作動流体が効率よく流れるようになる。したがって、キ
ャビテーションが生じ難くなり、タービンにおけるキャ
ビテーション特性を向上させることができるとともに作
動流体のエネルギのロスが少なくなり、タービン効率を
向上させることができるようになる。そして、このよう
にキャビテーション特性およびタービン効率が向上する
ことにより、タービン羽根車７をより一層高速で回転さ
せることが可能となる。

【００４４】一方、ポンプ羽根車８の羽根入口角が本実
施例のように設定されていると、流体がポンプ羽根車８
を流れるとき、羽根８ｅのボスシュラウドつけ根部分近
傍の流れがそぎ取られるようにして効率よく羽根内へ導
かれるようになる。これにより、羽根入口８ｂのボスシ
ュラウド８ｆ₁側部分での流れが均一となり、羽根入口
８ｂ部分の羽根全域（ボスシュラウド側からケーシング
側まで）にわたって、羽根が有効に作用するようにな
る。また、本実施例では、羽根入口縁８ｅ₁のボスシュ
ラウド側部分８ｅ₂が上流側の方へ大きく張り出されて
いるとともに、ケーシング側部分８ｅ₃が回転軸Ｏにほ
ぼ直角に形成され、更にこれらの両部分８ｅ₂,８ｅ₃の
間が上流側に凸形となるように円弧状のなめらかな曲線
で形成されている。このように羽根入口縁８ｅ₁が形成
されることにより、羽根入口８ｂでの流路面積が広く確
保される。これにより、羽根入口８ｂにおいて搬送流体
が効果的に流れるようになる。したがって、ポンプにお
けるキャビテーション特性およびポンプ特性を向上させ
ることができるようになる。そして、このようにキャビ
テーション特性およびポンプ特性が向上することによ
り、ポンプ羽根車８をより一層高速で回転させることが
可能となる。

【００４５】このように、タービン羽根車７のタービン
特性、ポンプ羽根車８のポンプ特性、およびこれら羽根
車７,８のキャビテーション特性が向上することから、
本実施例のタービンマグネット駆動ポンプのポンプ特性
およびキャビテーション特性も、大きく向上するように
なる。

【００４６】作動流体および搬送流体を水とした場合の
本実施例のタービンマグネット駆動ポンプの揚程および
システム効率の試験結果を図１３に示す。

【００４７】図１３において、システム効率ηはポンプ
出力（ρ×Ｑ_p×ｇ×Ｈ_p；Ｈ_pは全揚程、Ｑ_pは吐出量）
をタービン入力（ρ×Ｑ_t×ｇ×Ｈ_t；Ｈ_tは有効落差、
Ｑ_tは流量）で除した値で示されている。タービンマグ
ネット駆動ポンプの回転数が約20000〜40000rpmを目標
として試験を行った。ポンプ揚程曲線に示されている数
字は回転数を表している。吸込み条件は＋２ｍの押込
み、タービンは＋１.５ｍの吸出し高さで行った。

【００４８】図１３から明らかなように、本実施例のタ
ービンマグネット駆動ポンプは、高速回転することによ
り極めて大きなポンプ揚程Ｈ(m)が得られることがわか
る。しかも、このように高速回転しても、システム効率
η(％)の最高点は約５１％と高効率が保持されることが
わかる。

【００４９】したがって、本実施例のタービンマグネッ
ト駆動ポンプは比較的大きな流量を効率よく搬送できる
ようになり、これによりポンプを小型に形成しても流量
を確保できるので、タービンマグネット駆動ポンプの高
速小型化が可能となり、キャビテーション特性が向上す
る。

【００５０】また、本実施例においては、回転抵抗の比
較的大きい作動流体または搬送流体に浸漬されるタービ
ン動力取出用マグネット保持部１６およびタービン動力
取出用マグネット１７またはポンプ駆動用マグネット保
持部２６およびポンプ駆動用マグネット２７が小径に形
成されるとともに、回転抵抗の小さい大気に接するター
ビン側動力伝達用マグネット保持部材３６およびタービ
ン側動力伝達用マグネット３８またはポンプ側動力伝達
用マグネット保持部材３９およびポンプ側動力伝達用マ
グネット４１は大径に形成されるので、タービン羽根車
７の回転駆動力をポンプ羽根車８に伝達するマグネット
カップリングが流体から受ける回転抵抗がより一層小さ
くなる。これにより、タービン羽根車７がより小さなエ
ネルギで駆動されるとともに、タービン羽根車７がより
一層効率よく動力を発生することができ、しかもマグネ
ットカップリングがタービン羽根車７で発生した動力を
ロスなく効率よく伝達することができ、更にポンプ羽根
車がより一層効率よく回転するようになる。

【００５１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のタービンマグネット駆動ポンプによれば、タービン動
力取出用マグネットおよびポンプ駆動用マグネットをそ
れぞれタービン側動力伝達用マグネットおよびポンプ側
動力伝達用マグネットの内側に配置するようにしている
ので、タービン側動力伝達用マグネットおよびポンプ側
動力伝達用マグネットの各径をより一層小さくすること
ができるようになる。したがって、タービン羽根車およ
びポンプ羽根車が受ける、作動流体または搬送流体によ
る比較的大きな回転抵抗をより一層小さくすることがで
きる。これにより、タービン羽根車を駆動するエネルギ
をより一層節約でき、タービン効率を向上させることが
できるようになる。また、タービン羽根車で発生した動
力をロスなく効率よく伝達することができる。更に、ポ
ンプ羽根車をより一層効率よく回転させることができ、
ポンプ効率を向上させることができるようになる。その
結果、タービンマグネット駆動ポンプの全体としてのシ
ステム効率もより一層向上させることができるようにな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明にかかるタービンマグネット駆動ポン
プの一実施例を示し、タービン羽根車およびポンプ羽根
車をともにクローズ形の羽根車として描いている断面図
である。

【図２】 図１に示す実施例に用いられているタービン
羽根車の前面フロントシュラウドを取った状態で矢印Ｘ
方向から見た図である。

【図３】 図２におけるＡＯＥ線に沿う断面図である。

【図４】 図２におけるＢＯ線に沿う断面図である。

【図５】 図２におけるＣＯ線に沿う断面図である。

【図６】 図２におけるＤＯ線に沿う断面図である。

【図７】 図１に示す実施例のタービン羽根車の羽根出
口形状を説明する図である。

【図８】 図１に示す実施例に用いられているポンプ羽
根車の前面フロントシュラウドを取った状態で矢印Ｙ方
向から見た図である。

【図９】 図８におけるＡＯＥ線に沿う断面図である。

【図１０】図１に示す実施例のポンプ羽根車の羽根入口
形状を説明する図である。

【図１１】図１におけるＰ部の拡大図である。

【図１２】図１におけるＱ部の拡大図である。

【図１３】本発明にかかるタービンマグネット駆動ポン
プの揚程および効率についての試験結果を示す図であ
る。

【図１４】従来の流体駆動ポンプの断面図である。

【符号の説明】

１…タービンマグネット駆動ポンプ、２…第１ケーシン
グ、３…第２ケーシング、４…第３ケーシング、５…第
４ケーシング、６…第５ケーシング、７…タービン羽根
車、８…ポンプ羽根車、９…タービン入口通路、１０…
タービン出口通路、１１…ポンプ入口通路、１２…ポン
プ出口通路、１３…タービン側隔壁部材、１４…タービ
ン側支持軸、１６…タービン動力取出用マグネット保持
部、１７…タービン動力取出用マグネット、１８…段付
孔、１９…通路、２０,２１,２２…Ｏリング、２３…タ
ービン側隔壁部材、２４…タービン側支持軸、２６…ポ
ンプ駆動用マグネット保持部、２７…ポンプ駆動用マグ
ネット、２８…段付孔、２９…通路、３０,３１,３２…
Ｏリング、３３…回転軸、３４,３５…軸受、３６…タ
ービン側動力伝達用マグネット保持部材、３８…タービ
ン側動力伝達用マグネット、３９…ポンプ側動力伝達用
マグネット保持部材、４１…ポンプ側動力伝達用マグネ
ット、４２…連通孔、４３…ファンの羽根、４４,４５
…ウェアリング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｆ１６Ｈ 13/12 Ｆ１６Ｈ 13/12 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F04D 13/00 - 13/04 F04D 25/04,29/04 F03B 3/02 F16D 7/02 F16H 13/12,49/00 H02K 49/10

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 作動流体により駆動されるタービン羽根
   車と、搬送流体を搬送するポンプ羽根車と、前記タービ
   ン羽根車によって発生した動力を前記ポンプ羽根車に伝
   達する動力伝達回転部材と、前記タービン羽根車と前記
   動力伝達回転部材とを流体密に隔離するタービン側隔壁
   部材と、前記ポンプ羽根車と前記動力伝達回転部材とを
   流体密に隔離するポンプ側隔壁部材と、前記動力伝達回
   転部材の一端側に取り付けられた筒状のタービン動力伝
   達用マグネットの内側に前記タービン羽根車に取り付け
   られたタービン動力取出用マグネットを前記タービン側
   隔壁部材を介して前記タービン動力伝達用マグネットに
   対向して配設することにより磁気結合されたタービン側
   マグネットカップリングと、前記動力伝達回転部材の他
   端側に取り付けられた筒状のポンプ動力伝達用マグネッ
   トの内側に前記ポンプ羽根車に取り付けられたポンプ駆
   動用マグネットを前記ポンプ側隔壁部材を介して前記ポ
   ンプ動力伝達用マグネットに対向して配設することによ
   り磁気結合されたポンプ側マグネットカップリングとを
   備えていることを特徴とするタービンマグネット駆動ポ
   ンプ。
2. 【請求項２】 前記動力伝達回転部材に接する流体は気
   体であるか、または前記動力伝達回転部材の周囲が真空
   であることを特徴とする請求項１記載のタービンマグネ
   ット駆動ポンプ。
3. 【請求項３】 前記ポンプ羽根車は、そのボスに連なる
   シュラウドの子午面形状を凹形の円弧状回転面とし、羽
   根入口縁が取り付くボスシュラウドを回転軸にほぼ平行
   な円筒状に形成し、前記羽根入口縁をこのボスシュラウ
   ド面からなめらかに連続させて上流側へ大きく張り出さ
   せ、前記ポンプケーシング側の羽根入口縁を前記回転軸
   に対してほぼ直角に延設し、円筒状の前記ボスシュラウ
   ドに取り付く羽根入口縁とポンプケーシング側羽根入口
   縁の間を上流側に凸形をなす円弧状のなめらかな曲線に
   よって結んで羽根入口縁を形成し、この羽根の入口角を
   ボスシュラウド側入口縁でほぼ０゜に、かつこのボスシ
   ュラウド側入口縁からポンプケーシング側入口縁に向か
   って徐々に大きくなるように設定し、かつボスシュラウ
   ド側とポンプケーシング側との間の羽根入口角をなめら
   かに変化させた形状の羽根入口を有し、前記羽根形状の
   羽根入口から羽根出口端までなめらかな曲線で結んで形
   成した羽根を備えており、 前記タービン羽根車は、ボスに連なるシュラウドの子午
   面形状を凹形の円弧状回転面とし、羽根出口縁が取り付
   くボスシュラウドを回転軸にほぼ平行な円筒状に形成
   し、羽根出口縁をこのボスシュラウド面からなめらかに
   連続させて下流側へ大きく張り出させ、前記タービンケ
   ーシング側の羽根出口縁を前記回転軸に対してほぼ直角
   に延設し、円筒状の前記ボスシュラウドに取り付く羽根
   出口縁とタービンケーシング側羽根出口縁との間を下流
   側に凸形をなす円弧状のなめらかな曲線によって結んで
   羽根出口縁を形成し、この羽根の出口角をボスシュラウ
   ド側出口縁でほぼ０゜に、かつこのボスシュラウド側出
   口縁からタービンケーシング側出口縁に向かって徐々に
   大きくなるように設定し、かつボスシュラウド側とター
   ビンケーシング側との間の羽根出口角を滑らかに変化さ
   せた形状の羽根出口を有し、羽根入口から前記羽根形状
   の羽根出口端までなめらかな曲線で結んで形成した羽根
   を備えていることを特徴とする請求項１または２記載の
   タービンマグネット駆動ポンプ。
4. 【請求項４】 前記ポンプ羽根車の羽根の入口角が前記
   ポンプケーシング側入口縁でほぼ従来の設計で計算され
   る角度に設定されるとともに、前記タービン羽根車の羽
   根の出口角が前記タービンケーシング側出口縁でほぼ従
   来の設計で計算される角度に設定されていることを特徴
   とする請求項３記載のタービンマグネット駆動ポンプ。