JP3677091B2 - 電磁ポンプ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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係り、高速増殖炉の冷却材ナトリウムや核融合炉のリシウムの循環ポンプや電磁冶金の液体金属の移送ポンプ等に好適な電磁ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、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して、この電流の流れの方向に進行磁界を発生させ、この進行磁界を導電性流体の存在するダクトの中を通す。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作用する。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】
この三層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（Annular Linear Induction Pump）と呼ばれ、ダクト構造の信頼性、安全性の高いことから、大容量ポンプや、高い信頼性が要求される導電性流体のポンプとして採用されている。
【０００４】
上記ＡＬＩＰの基本的な構造を図１４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を吸込口から吐出口へ圧送するために、外側ダクト３および内側ダクト４により同心の二重管構造の二重ダクト５を構成し、この外内ダクト３，４により画成された環状のアニュラス流路６を形成し、このアニュラス流路６に導電性流体を流すようになっている。
【０００５】
外側ダクト３の外側には複数枚の電気鉄板を遠心方向に積み重ねた積層鉄心７の複数を、直径方向に間隙８を置いて周方向に等配し、各積層鉄心７に形成した複数のスロット９内には環状の固定子コイル（ステータ）１０を嵌合固定し、交流磁場の磁気回路を形成している。この場合、積層鉄心７は、スロット９と固定子コイル１０とが内側（外側ダクト３側）に位置するように全体が放射状に設けられている。この固定子コイル１０は外側ダクト３の軸方向に多数配置されて、三相交流電流が進行磁場を作るように結線されている。
【０００６】
そして、内側ダクト４の内部には磁気回路を形成するための内部鉄心１１が収納されている。これにより、導電性流体２が吸込口である流体入口１２からアニュラス流路６を流れながら進行磁界を受けて電圧が誘起されて吐出口である流体出口１３から外部へ圧送される。
【０００７】
なお、この電磁ポンプ１の大容量化とコンパクト化とを図る場合はこの内部鉄心１１にも内部固定子コイルを配置し、外側の固定子コイル１０と両側のコイルにて励磁することで、進行磁界を増強してポンプ力を増強させてもよい。
【０００８】
また、近年、電磁ポンプ１を大容量化して、高速炉の主循環系の循環ポンプとして、採用する配慮が検討されており、このための重要な要求項目としては、内側ダクト４の内側にも、固定子コイルに代えて電磁コイルを配置するダブルステータ化による電磁ポンプの小型化のほかに、電磁ポンプ１の運転効率向上が重要な要求とされている。また、ケーシング１４により、電磁ポンプ１の全体を密封被覆し、導電性流体中に浸漬して使用される場合もある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような一般的な電磁ポンプ１では、外側ダクト３の外周面と、これに対向する積層鉄心７の内周側先端面との間に間隙８を設けているので、固定子コイル１０と積層鉄心７の発熱の伝導が間隙８により阻害され、外側ダクト３に熱伝導させる熱伝導効率が低い。そのために、この外側ダクト３の内側の環状流路６を流れる液体金属ナトリウム等の導電性流体２に放熱せしめる放熱効率が低いという課題がある。
【００１０】
そこで、仮にこの積層鉄心７の内周側先端面を外側ダクト３の外周面に単に固着させる場合には、上記放熱効率を向上させることはできるものの、積層鉄心７と外側ダクト３との熱膨張差を吸収できず、これらの応力の増大ないし破損を招く虞がある。
【００１１】
そこで本発明の目的は、固定子コイルと積層鉄心からの発熱の放熱効率の向上と、積層鉄心と外側ダクトとの熱膨張差の吸収と、を共に図ることができる電磁ポンプを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の電磁ポンプは、外側ダクトとその内部に内蔵される内側ダクトとで画成される環状流路に導電性流体を流す二重ダクトと、上記外側ダクトの外周側に配設される複数の積層鉄心と、この積層鉄心の上記外側ダクト側の端部に形成されたスロット内に収納されて、形成する進行磁界により上記導電性流体を駆動する固定子コイルと、少なくとも上記二重ダクト、積層鉄心および固定子コイルを内包するケーシングと、を具備し、上記積層鉄心を軸方向に分割して、複数の鉄心ブロックを構成し、上記積層鉄心の軸方向両端にある鉄心ブロックを、上記外側ダクトの外周面に溶接にて固着したことを特徴とする。
【００１３】
したがって本発明によれば、積層鉄心を外側ダクトに溶接により固着しているので、固定子コイルに発生するジュール損失や積層鉄心に生じる鉄損により発生する内部発熱を、外側ダクトを介して、この外側ダクトの内周側を流れる導電性流体に放熱することができる。つまり、放熱効率を高めることができる。
【００１４】
その結果、電磁ポンプの内部温度の上昇を抑制えることができるので、固定子コイルの電気絶縁材の電気絶縁性能を高めると共に、積層鉄心の磁気的性能も高めることができるので、ポンプ性能を向上させることができる。
【００１５】
そして、積層鉄心の軸方向両端にある鉄心ブロックの内周面のみを外側ダクトの外周面に溶接により固着しているので、これら積層鉄心と外側ダクトとが熱膨張や収縮により変位しても、鉄心ブロックは外側ダクトと共に移動し、常に接触状態を保持することができる。このために、常に放熱効率を高めることができる。また、外側ダクトと積層鉄心とに軸方向の熱変位差が生じた場合は、その変位差を積層鉄心の先端部の弾性変形により吸収することができる。
【００１６】
請求項２の発明は、外側ダクトとその内部に内蔵される内側ダクトとで画成される環状流路に導電性流体を流す二重ダクトと、上記外側ダクトの外周側に配設される複数の積層鉄心と、この積層鉄心の上記外側ダクト側の端部に形成されたスロット内に収納されて、形成する進行磁界により上記導電性流体を駆動する固定子コイルと、少なくとも上記二重ダクト、積層鉄心および固定子コイルを内包するケーシングと、上記積層鉄心をその積層方向で挟持する挟持部材と、上記外側ダクトの外周面に固着されて、上記挟持部をこの外側ダクトの軸方向に変位自在に支持する支持用固定部と、を具備している。
【００１７】
したがって本発明によれば、積層鉄心を挟持する挟持部材を、外側ダクトの外周面に固着した支持用固定部により支持しているので、固定子コイルと積層鉄心の発熱を挟持部材と支持用固定部とを介して外側ダクトに熱伝導させ、外側ダクトの内側を流れる導電性流体に放熱することができる。
【００１８】
しかも、支持用固定部は挟持部材を外側ダクトの軸方向に変位自在に支持するので、軸方向の変位差を吸収することができる。
【００１９】
請求項３の発明は、外側ダクトとその内部に内蔵される内側ダクトとで画成される環状流路に導電性流体を流す二重ダクトと、上記外側ダクトの外周側に配設される複数の積層鉄心と、この積層鉄心の上記外側ダクト側の端部に形成されたスロット内に収納されて、形成する進行磁界により上記導電性流体を駆動する固定子コイルと、少なくとも上記二重ダクト、積層鉄心および固定子コイルを内包するケーシングと、を具備し、上記外側ダクトの外周面に上記積層鉄心の内周面に接触させると共に、この積層鉄心の接触部を積層方向に所定ピッチで切欠した。
【００２０】
したがって本発明によれば、積層鉄心を外側ダクトに接触させているので、上記請求項１記載の発明とほぼ同様に放熱効率を高めることができると共に、積層鉄心の外側ダクトとの接触部を積層方向に所定ピッチで切欠しているので、この切欠部に隣接する積層鉄心の一部を弾性変形させて熱膨張変位を吸収させることができる。
【００２１】
請求項４の発明は、外側ダクトとその内部に内蔵される内側ダクトとで画成される環状流路に導電性流体を流す二重ダクトと、上記外側ダクトの外周側に配設される複数の積層鉄心と、この積層鉄心の上記外側ダクト側の端部に形成されたスロット内に収納されて、形成する進行磁界により上記導電性流体を駆動する固定子コイルと、少なくとも上記二重ダクト、積層鉄心および固定子コイルを内包するケーシングと、を具備し、上記外側ダクトの外周面と上記固定子コイルを収納した上記スロットの間隙とで画成された空間内に、電気絶縁性の熱伝導部材を充填した。
【００２２】
したがって本発明によれば、積層鉄心の鉄板間を横断する電気回路の形成を防止することができる。このために、積層鉄心の渦電流損を低減することができると共に、固定子コイルと積層鉄心の発熱を熱伝導部材を介して効率よく外側ダクトへ伝導させ、導電性流体に高効率で放熱することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図１３に基づいて説明する。なお、図１〜図１４中、同一または相当部分には同一符号を付している。
【００２４】
図１は本発明の第１の実施形態の要部縦断面図、図２は図１のII−II線断面図であり、これらの図において、図１４と同一または相当部分には同一符号を付しており、本実施形態は各積層鉄心７を各鉄心固定具２１によりそれぞれ支持し、この各鉄心固定具２１の外周側端部をケーシング１４の内周部にダブテール・ジョイント（蟻継ぎ）により嵌合して固定し、積層鉄心７の内周面を外側ダクト３の外周面に密着させた点に主な特徴を有する。
【００２５】
つまり、鉄心固定具２１の外周側端部に、遠心方向に拡開する鳩尾形の蟻２１ａを一体に突設する一方、ケーシング１４の内周面部に蟻溝１４ａを形成し、蟻溝１４ａ内に蟻２１ａを若干の遊びをもって嵌入し、その遊び空間に弾性体である板ばね２２を介在させることにより、鉄心固定具２１を介して積層鉄心７の内周面を外側ダクト３の外周面に弾性的に押圧して密に接触させている。ケーシング１４の内周面部には積層鉄心７の両側面、つまり鉄板積層方向両側面上部をそれぞれ挟持する一対の鉄心押え２３ａ，２３ｂを一体ないし一体的に突設している。
【００２６】
また、図２に示すようにケーシング１４の軸方向の両端１４ｂと、この軸方向に沿う積層鉄心７の軸方向両端もしくはその下流端との間には、電気絶縁性の熱伝導部材であるセラミックス層２４を介在させ、このセラミックス層２４を介して積層鉄心７の少なくとも軸方向一端をケーシング１４の内周面に接触させている。積層鉄心７はその積層方向を鉄心押えボルト２８により挟持されている。
【００２７】
したがって、本実施形態によれば、鉄心固定具２１と板バネ２２とにより積層鉄心７の内周面を、外側ダクト３の外周面に接触させているので、固定子コイル１０と積層鉄心７での発熱を効率よく外側ダクト３に熱伝導させ、さらに、外側ダクト３の内周面に接して流れる液体金属ナトリウム中に放熱することができる。このために、放熱効率を高めることができるので、電磁ポンプ１内の温度上昇を抑制することができる。
【００２８】
また電磁ポンプ１の製作時と、運転時の温度差、または液体金属ナトリウムの温度変化により積層鉄心７の熱膨張が生じても、鉄心固定具２１とケーシング１４との間に設置された板バネ２２によりその変位を吸収し、温度低下時においては、外側ダクト３が収縮しても板バネ２２の反発力と、セラミックス層２４の滑りとにより積層鉄心７が外側ダクト３側へ摺動して押し戻される。このために、外側ダクト３が積層鉄心７と外側ダクト３との接触をあらゆる電磁ポンプ１の運転温度で維持することが可能となる。
【００２９】
また、ケーシング１４との蟻継ぎ構造により軸方向の変位を拘束しないうえに、鉄心押え２１は、積層鉄心７の変位時にもこの積層鉄心７との接触が維持されるため、固定子コイル１０の発熱は、積層鉄心７および鉄心固定具２１を介して、ケーシング１４とその外周面に接して流れる液体金属ナトリウム中へ放熱される。
【００３０】
したがって本実施形態によれば、電磁ポンプ１の内部温度を、あらゆる液体金属ナトリウムの運転温度においても、外側ダクト３と積層鉄心７が接触しない場合よりも低く保持でき、電磁ポンプ１の信頼性を向上させることができる。なお、本実施形態の板バネ２２は、その他の螺旋バネ、または、反発力のある弾性体に置換してもよい。
【００３１】
図３は本発明の第２の実施形態の要部断面図、図４は図３のIV−IV線断面図であり、この実施形態は上記蟻継ぎに代えて、図３中、上下一対の固定ボルト２５ａ，２５ｂにより鉄心固定具２１をケーシング１４の鉄心押え２３ａ，２３ｂに締付け固定している。この鉄心固定具２１とケーシング１４との間には、上記実施形態と同様に板バネ２２が介在され、鉄心押え２３ａ，２３ｂは、鉄心固定具２１と接触するように設置されている。また、固定ボルト２５ａ，２５ｂを通す鉄心押え２３ａ，２３ｂのボルト穴２６ａ，２６ｂは、固定ボルト２５ａ，２５ｂの頭部直径よりも小さいが、軸部直径より大きな直径を有し、固定ボルト２５ａ，２５ｂがボルト穴２６ａ，２６ｂ内を移動できる。
【００３２】
したがって、板バネ２２により積層鉄心７の外側ダクト３側の内周面が、外側ダクト３の外周面に接触しているので、固定子コイル１０と積層鉄心７からの発熱を効率よく外側ダクト３を介して、このダクト３内を流れる金属ナトリウム中に放熱することができる。
【００３３】
また電磁ポンプ１の製作時と、運転時との温度差、または液体金属ナトリウムの温度変化により積層鉄心７に熱膨張が生じても、ボルト穴２６ａ，２６ｂの直径が、固定ボルト２５ａ，２５ｂの軸部の直径より大きいので、想定される熱変位吸収以上の変位を制限して積層鉄心７の変位を支持し、また鉄心固定具２１とケーシング１４の間の板バネ２２により積層鉄心７の変位を吸収し、温度低下時においては、外側ダクト３が収縮しても板バネ２２の反発力と、積層鉄心７のセラミックス層２４上におけるすべり変位により積層鉄心７が外側ダクト３方向に押し戻され、外側ダクト３が積層鉄心７と外側ダクト３の接触を、あらゆる電磁ポンプ運転温度で維持することが可能となる。また、鉄心押え２３ａ，２３ｂは、積層鉄心７の変位時に積層鉄心７と接触が維持されるため、固定子コイル１０での発熱は、積層鉄心７と、鉄心押え２３ａ，２３ｂを介して、ケーシング１４と、その外側を流れる液体金属ナトリウム中へ放熱される。
【００３４】
したがって、この実施形態によっても電磁ポンプ１の内部温度を、あらゆる液体金属ナトリウム運転温度においても、外側ダクト３と積層鉄心７とが接触しない場合よりも低く保持でき、電磁ポンプ１の信頼性を向上させることができる。なお、本実施形態によっても板バネ２２を、その他の螺旋バネ、または、反発力のある弾性体に置換してもよい。
【００３５】
図５は本発明の第３の実施形態の要部断面図であり、これは上記第１実施形態１の板バネ２２を、蟻溝１４ａ内から、積層鉄心７の背面に設置した鉄心背面板２７の背面と鉄心固定具２１の内周面との間隙に設置箇所を変えた点に特徴がある。また、積層鉄心７の積層方向は、鉄心押え２３ａ，２３ｂの先端と外側ダクト３の間において鉄心押えボルト２８により締め付け支持している。
【００３６】
したがって本実施形態によれば、鉄心固定具２１とケーシング１４との間には、板バネ２２がなく、鉄心固定具２１の変位のための隙間が不要となるので、ケーシング１４と鉄心固定具２１との接触面積が広くなり、その分、固定子コイル１０からの発熱をケーシング１４の外側を流れる液体金属ナトリウムに効率良く放熱することができる。
【００３７】
また、外側ダクト３と積層鉄心７は、鉄心背面板２７と鉄心固定具２１との間に介在した板バネ２２により、積層鉄心７と、外側ダクト３とが熱膨張しても常に外側ダクト３と積層鉄心７とが接触するように支持される。また、鉄心押えボルト２８は、積層鉄心７が熱変位しても鉄心固定具２１と干渉せずに、積層鉄心７の積層鉄板を締め付け支持することができる。
【００３８】
図６は本発明の第４の実施形態の要部斜視図であり、本実施形態は、固定子コイル１０と交互に積み重ねられて積層鉄心７に組み立てられる鉄心ブロック７Ａの各先端上面毎の溶接部２９で溶接固定している。各鉄心ブロック７Ａは、積層鉄心７を軸方向に所定長さで分割されてなり、図示しない、ボルト等により積層板が分離しないように固定支持されている。
【００３９】
したがって本実施形態によれば、外側ダクト３の外周面に、積層鉄心７の軸方向両端に位置する鉄心ブロック７Ａを溶接固定しているので、外側ダクト３と積層鉄心７とが熱膨張と収縮により変位しても、鉄心ブロック７Ａは、外側ダクト３とともに移動し、常に接触した状態が維持され、固定子コイル１０と積層鉄心７とで発生する熱を外側ダクト３内で流れる液体金属ナトリウム中に効率よく放熱することができる。
【００４０】
また、外側ダクト３に鉄心ブロック７Ａを溶接することにより、ポンプ効率の向上を図るため比較的薄くなっている外側ダクト３を補強する効果もある。なお、軸方向に外側ダクト３と、鉄心ブロック７Ａとに熱変位差が生じた場合は、鉄心ブロック７Ａの先端の弾性変形によりその変位を吸収することができる。なお、鉄心ブロック７Ａを外側ダクト３に固着する方法としては、溶接に代り、銀ロー付でもよい。
【００４１】
図７は、本発明の第５の実施形態の要部斜視図であり、この実施形態は、図６で示す各鉄心ブロック７Ａの内周側先端部を外側ダクト３に溶接する方法に代えて、各鉄心ブロック７Ａの内周側先端部を外側ダクト３にダブテールジョイントにより、嵌め込み固定している点に特徴がある。つまり、外側ダクト３の外周面部に鳩尾形の蟻溝３ａを形成する一方、各鉄心ブロック７Ａの内周側先端部には蟻７ｂを一体または一体的に形成して蟻溝３ａに嵌合して固定している。
【００４２】
したがって本実施形態によれば、外側ダクト３に嵌合固定した鉄心ブロック７Ａは、外側ダクト３から半径方向には、固定支持されているので、外側ダクト３と鉄心ブロック７Ａとが熱膨張、収縮により変位しても、常に外側ダクト３と鉄心ブロック７Ａとの接触が保たれる。また、外側ダクト３と鉄心ブロック７Ａの軸方向の熱膨張による変位差が生じても、外側ダクト３と各鉄心ブロック７Ａ嵌合部において、蟻継ぎにより軸方向にフリーに固定されているので軸方向には、拘束力を生じない。以上により固定コイル９で発生する熱を積層鉄心７を通して外側ダクト３内を流れる液体金属ナトリウム中に効率よく放熱でき、電磁ポンプ１の内部温度の昇温を抑制することができる。
【００４３】
図８は本発明の第６の実施形態の要部斜視図であり、この実施形態は外側ダクト３の外周面に、図中上方に開口したボルト固定穴３０ａを有する一対のダクト固定部３１ａ，３１ｂを溶接、または削り出し加工により設けている。一対のダクト固定部３１ａ，３１ｂは各鉄心ブロック７Ａの積層方向に貫通して挟持する挟持部材である鉄心固定ボルト３２の両端の頭部を支持固定するものである。したがって、固定子コイル１０を囲むように設置された鉄心ブロック７Ａは、この固定子コイル１０と交互に積み上げられて行くが、鉄心ブロック７Ａはその内周側先端部に鉄心固定ボルト３２を貫通させた状態で、一対のダクト固定部３１ａ，３１ｂに図中上方から開口３０内に嵌め込む方式で固定される。
【００４４】
したがって本実施形態によれば、ダクト固定部３１ａ，３１ｂに嵌め込み固定された各鉄心ブロック７Ａを、外側ダクト３、鉄心ブロック７Ａの熱膨張、収縮によって変位しても、外側ダクト３と鉄心ブロック７Ａの接触を常に維持することができる。
【００４５】
また、ダクト固定部３１ａ，３１ｂのボルト固定穴３０は、図中上方に開口し、外側ダクト３の縦方向に開口する穴となっており、固定ボルト３２の頭部を開口３０方向に摺動させるように形成されているので、外側ダクト３と鉄心ブロック７Ａの軸方向変位差を拘束することなく支持することができる。これにより、固定子コイル１０で発生する熱を鉄心ブロック７Ａを通して外側ダクト３内を流れる液体金属ナトリウム中に効率よく放熱でき、電磁ポンプ１の内部温度の昇温を抑制することができる。
【００４６】
図９は本発明の第７の実施形態の要部断面図であり、この実施形態は外側ダクト３の外表面に、熱伝導率が良く、かつ鉄心材料より柔らかい金属３３、例えば金、銀、Ｎｉ、アルミニウム等をコーティングした後、この金属３３の外周面上に、各鉄心ブロック７Ａの内周面を押し当てて固定し、これらの鉄心ブロック７Ａを外側ダクト３に接触するように設置している。
【００４７】
したがってこの実施形態によれば、柔らかい金属３３に鉄心ブロック７Ａの内周側先端を押し付けて固定することにより、この柔らかい金属コーティング３３は、鉄心ブロック７Ａの各積層鉄板７ｃの形状に合せて外側ダクト３と鉄心ブロック７Ａの隙間を埋めるように変形する。これにより、上記実施形態では１枚１枚の積層鉄板７ｃの先端角部で外側ダクト３の外周面と接触していたものが、各積層鉄板７ｃの鉄心先端全面で金属３３を介して接触するようになる。従来、鉄心ブロック７Ａの先端間隙部の雰囲気ガスの熱伝導により、伝熱していた部分が、金属３３に置き換わるわけで、固定子コイル１０からの発熱の鉄心ブロック７Ａと外側ダクト３を介しての液体金属ナトリウム中への放熱効率が向上する。なお、前記金属３３は外側ダクト３へのコーティングに限定されるものではなく、金属箔でもよい。
【００４８】
図１０は本発明の第８の実施形態の要部断面図であり、この実施形態は図９で示す金属３３に代えて熱伝導部材である例えばステンレス鋼繊維製で伸縮性の大きい綿状金属３４を外側ダクト３の外周面に固着し、この綿状金属３４を介して各鉄心ブロック７Ａのダクト側先端面を外側ダクト３の外周面に接触させた点に特徴がある。したがって本実施形態によれば、伸縮性が大きい綿状金属３４により外側ダクト３と鉄心ブロック７Ａとの距離がかわっても常に外側ダクト３と鉄心ブロック７Ａとの接触を保持することができ、鉄心ブロック７Ａと外側ダクト３とを通して内部発熱を、外側ダクト３の内側を流れる液体金属ナトリウム中に放熱することができる。
【００４９】
図１１は本発明の第９の実施形態の要部断面図であり、この実施形態は、外側ダクト３の外周面に、各鉄心ブロック７Ａの内周側先端を接触させて固定する一方、この鉄心ブロック７Ａを形成する各積層鉄板７ｃの１枚毎、または複数枚毎に、外側ダクト３側の先端部を所要長さで削除して、複数の間隙３５を積層方向に所定ピッチで形成した点に特徴がある。
【００５０】
したがって本実施形態によれば、外側ダクト３の外周面に、鉄心ブロック７Ａを接触するように設置することにより。外側ダクト３が熱膨張により積層鉄板７ｃを押し付けても、積層鉄板７ｃは、隣接する間隙３５には積層鉄板７ｃがないため、容易に弾性変形でき、その弾性変形により外側ダクト３と鉄心ブロック７Ａ自体の熱膨張変位を吸収できるので、広い温度範囲においても外側ダクト３と鉄心ブロック７Ａとの接触を常に維持することができる。
【００５１】
図１２は本発明の第１０の実施形態の要部断面図であり、この実施形態は外側ダクト３の外周面に、積層鉄心７の内周側先端を接触させると共に、固定子コイル１０を収容した後のスロット９のスペース９ａ内に、例えば直方体の電気絶縁性で、熱伝導率の高いアルミナ、窒化アルミ等のセラミックス製のスペーサ３６を密に充填している。また、セラミックス製スペーサ３６と固定子コイル１０との間には、スペーサ３６を外側ダクト３の外周面に押し付けるために、セラミック製の布状または粒状の充填材３７を充填している。
【００５２】
したがって本実施形態によれば、セラミックスのスペーサ３６を設置したことによって、鉄心ブロック７Ａの先端から外側ダクト３と、その内側を流れる液体金属ナトリウム中への放熱経路が、鉄心ティース３８からセラミックススペーサ３６を通り、外側ダクト３へ通ずる放熱経路に形成される。これにより、電磁ポンプ１内部の温度を下げることができる。また、軸方向に並んだ鉄心ティース３８の間に、鉄心ティース３８同士の間隙を僅かに拡げるような大きさのセラミックススペーサ３６を設置することにより、鉄心ティース３８間での吸引−反発力による鉄心ティース３８の軸方向の電磁振動を抑制する効果もある。なお、このようにスロット９のスペース９ａにセラミックスのスペーサ３６を充填するに止まらず、外側ダクト３と図１４で示すケーシング１４とで形成される空間であって、積層鉄心７や固定子コイル１０を除いた全空間に電気絶縁性の熱伝導部材のセラミックスを充填してもよい。充填するセラミックスの形状はブロック状や粒状のものを適宜組み合せて使用する。セラミックスとしては、アルミナ、窒化アルミ、マグネシア等電気絶縁性および熱伝導に優れた材料を用いる。
【００５３】
したがって、本実施形態によれば、固定子コイル１０や積層鉄心７で発生する熱は、これらの周りに充填された熱伝導部材のセラミックスを介して外側ダクト３やケーシング１４に熱伝導し、最終的には液体金属ナトリウム等の導電性流体へ放熱される。
【００５４】
したがって、電磁ポンプ１内の温度を下げることができる。さらに、積層鉄心７間で、固定子コイル１０の変形を防止できる。
【００５５】
図１３は本発明の第１１の実施形態の要部展開図であり、この図は外側ダクト３の外周面上に配設される固定子コイル１０、その口出し線３８、接続ケーブル３９を主に示す図であり、例えば４個の固定子コイル１０を示している。固定子コイル１０は図１３では図示省略した積層鉄心７のスロット９内に収納されて支持されている。各固定子コイル１０はその口出し線３８をボルト結合や銀ロー付等の固着によって接続しており、図１３中最上段および最下段の固定子コイル１０ａ，１０ｂには図示しない電源に接続された接続ケーブル３９を接続部４０で接続している。また接続ケーブル３９をケーシング１４あるいは積層鉄心７にケーブル押え４１により固定している。さらに接続ケーブル３９には、口出し線３８とケーブル押え４１との間において、熱膨張吸収手段である例えばＵ字状の曲げ部４２を設けている。
【００５６】
したがって、一般に導電性流体浸漬型の電磁ポンプ１内部は約５００℃の高温になるが、その中でもジュール発熱する固定子コイル１０は最も温度が高く、導電性流体の温度よりも約１００℃高い温度になり、ケーシング１４との間に熱膨脹差を生じる。
【００５７】
しかし本実施形態によれば、この熱膨張差をＵ字状曲げ部４１で変形して吸収することによって、接続部４０や固定子コイル１０の口出し線３８の付根部に加わる反発力や変形を大幅に低減できるので、固定子コイル１０や接続ケーブル３９、これらの電気絶縁部材等の破損を有効に防止ないし低減することができる。
【００５８】
なお、他の熱膨張吸収手段としては、接続ケーブル３９の剛性を口出し線３８よりも低くするために、接続ケーブル３９の途中にフレキシブル導体を介装し、あるいは接続ケーブル３９の材料として、固定子コイル１０や口出し線３８の材料よりも高温で強度の低い材料を使用してもよい。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように本願の請求項１の発明は、積層鉄心を外側ダクトに溶接により固着しているので、固定子コイルに発生するジュール損失や積層鉄心に生じる鉄損により発生する内部発熱を、外側ダクトを介して、この外側ダクトの内周側を流れる導電性流体に放熱することができる。つまり、放熱効率を高めることができる。
【００６０】
その結果、電磁ポンプの内部温度の上昇を抑制えることができるので、固定子コイルの電気絶縁材の電気絶縁性能を高めると共に、積層鉄心の磁気的性能も高めることができるので、ポンプ性能を向上させることができる。
【００６１】
そして、積層鉄心の軸方向両端にある鉄心ブロックの内周面のみを外側ダクトの外周面に固着しているので、これら積層鉄心と外側ダクトとが熱膨張や収縮により変位しても、鉄心ブロックは外側ダクトと共に移動し、常に接触状態を保持することができる。このために、常に放熱効率を高めることができる。また、外側ダクトと積層鉄心とに軸方向の熱変位差が生じた場合は、その変位差を積層鉄心の先端部の弾性変形により吸収することができる。
【００６２】
請求項２の発明は、積層鉄心を挟持する挟持部材を、外側ダクトの外周面に固着した支持用固定部により支持しているので、固定子コイルと積層鉄心の発熱を挟持部材と支持用固定部とを介して外側ダクトに熱伝導させ、外側ダクトの内側を流れる導電性流体に放熱することができる。
【００６３】
しかも、支持用固定部は挟持部材を外側ダクトの軸方向に変位自在に支持するので、軸方向の変位差を吸収することができる。
【００６４】
請求項３の発明は、積層鉄心を外側ダクトに接触させているので、上記請求項１記載の発明とほぼ同様に放熱効率を高めることができると共に、積層鉄心の外側ダクトとの接触部を積層方向に所定ピッチで切欠しているので、この切欠部に隣接する積層鉄心の一部を弾性変形させて熱膨張変位を吸収させることができる。
【００６５】
請求項４の発明は、積層鉄心の鉄板間を横断する電気回路の形成を防止することができる。このために、積層鉄心の渦電流損を低減することができると共に、固定子コイルと積層鉄心の発熱を熱伝導部材を介して効率よく外側ダクトへ伝導させ、導電性流体に高効率で放熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る電磁ポンプの第１の実施形態の要部縦断面図。
【図２】 図１のII−II線断面図。
【図３】 本発明に係る電磁ポンプの第２の実施形態の要部縦断面図。
【図４】 図３のIV−IV線断面図。
【図５】 本発明に係る電磁ポンプの第３の実施形態の要部縦断面図。
【図６】 本発明に係る電磁ポンプの第４の実施形態の要部斜視図。
【図７】 本発明に係る電磁ポンプの第５の実施形態の要部斜視図。
【図８】 本発明に係る電磁ポンプの第６の実施形態の要部斜視図。
【図９】 本発明に係る電磁ポンプの第７の実施形態の要部断面図。
【図１０】 本発明に係る電磁ポンプの第８の実施形態の要部断面図。
【図１１】 本発明に係る電磁ポンプの第９の実施形態の要部断面図。
【図１２】 本発明に係る電磁ポンプの第１０の実施形態の要部断面図。
【図１３】 本発明に係る電磁ポンプの第１１の実施形態の要部展開図。
【図１４】 従来の電磁ポンプの一部切欠斜視図。
【符号の説明】
１ 電磁ポンプ
２ 導電性流体（液体金属ナトリウム）
３ 外側ダクト
４ 内側ダクト
５ 二重ダクト
６ アニュラス流路
７ 積層鉄心
７Ａ 積層鉄心ブロック
７ｄ 鉄心ティース
８ 間隙
９ スロット
１０ 固定子コイル
１１ 内部鉄心
１２ 流体入口
１３ 流体出口
１４ ケーシング
１４ａ 蟻溝
２１ 鉄心固定具
２１ａ 蟻
２２ 板バネ
２３ａ，２３ｂ 鉄心押え
２４ セラミックス粉末
２５ａ，２５ｂ 一対の鉄心固定ボルト
２６ａ ボルト穴
２７ 鉄心背面板
２８ 鉄心押えボルト
２９ 溶接部
３０ 開口
３１ａ，３１ｂ ダクト固定部
３２ 鉄心固定ボルト
３３ 金属コーティング
３４ 綿状金属
３５ 間隙
３６ セラミックススペーサ
３７ 放熱セラミックス板
３８ コイル口出し線
３９ コイル接続ケーブル
４０ 接続部
４１ ケーブル押え
４２ Ｕ字状曲げ部（熱膨張差吸収手段）
【発明の属する技術分野】
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係り、高速増殖炉の冷却材ナトリウムや核融合炉のリシウムの循環ポンプや電磁冶金の液体金属の移送ポンプ等に好適な電磁ポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、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して、この電流の流れの方向に進行磁界を発生させ、この進行磁界を導電性流体の存在するダクトの中を通す。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作用する。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】
この三層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（Annular Linear Induction Pump）と呼ばれ、ダクト構造の信頼性、安全性の高いことから、大容量ポンプや、高い信頼性が要求される導電性流体のポンプとして採用されている。
【０００４】
上記ＡＬＩＰの基本的な構造を図１４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を吸込口から吐出口へ圧送するために、外側ダクト３および内側ダクト４により同心の二重管構造の二重ダクト５を構成し、この外内ダクト３，４により画成された環状のアニュラス流路６を形成し、このアニュラス流路６に導電性流体を流すようになっている。
【０００５】
外側ダクト３の外側には複数枚の電気鉄板を遠心方向に積み重ねた積層鉄心７の複数を、直径方向に間隙８を置いて周方向に等配し、各積層鉄心７に形成した複数のスロット９内には環状の固定子コイル（ステータ）１０を嵌合固定し、交流磁場の磁気回路を形成している。この場合、積層鉄心７は、スロット９と固定子コイル１０とが内側（外側ダクト３側）に位置するように全体が放射状に設けられている。この固定子コイル１０は外側ダクト３の軸方向に多数配置されて、三相交流電流が進行磁場を作るように結線されている。
【０００６】
そして、内側ダクト４の内部には磁気回路を形成するための内部鉄心１１が収納されている。これにより、導電性流体２が吸込口である流体入口１２からアニュラス流路６を流れながら進行磁界を受けて電圧が誘起されて吐出口である流体出口１３から外部へ圧送される。
【０００７】
なお、この電磁ポンプ１の大容量化とコンパクト化とを図る場合はこの内部鉄心１１にも内部固定子コイルを配置し、外側の固定子コイル１０と両側のコイルにて励磁することで、進行磁界を増強してポンプ力を増強させてもよい。
【０００８】
また、近年、電磁ポンプ１を大容量化して、高速炉の主循環系の循環ポンプとして、採用する配慮が検討されており、このための重要な要求項目としては、内側ダクト４の内側にも、固定子コイルに代えて電磁コイルを配置するダブルステータ化による電磁ポンプの小型化のほかに、電磁ポンプ１の運転効率向上が重要な要求とされている。また、ケーシング１４により、電磁ポンプ１の全体を密封被覆し、導電性流体中に浸漬して使用される場合もある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような一般的な電磁ポンプ１では、外側ダクト３の外周面と、これに対向する積層鉄心７の内周側先端面との間に間隙８を設けているので、固定子コイル１０と積層鉄心７の発熱の伝導が間隙８により阻害され、外側ダクト３に熱伝導させる熱伝導効率が低い。そのために、この外側ダクト３の内側の環状流路６を流れる液体金属ナトリウム等の導電性流体２に放熱せしめる放熱効率が低いという課題がある。
【００１０】
そこで、仮にこの積層鉄心７の内周側先端面を外側ダクト３の外周面に単に固着させる場合には、上記放熱効率を向上させることはできるものの、積層鉄心７と外側ダクト３との熱膨張差を吸収できず、これらの応力の増大ないし破損を招く虞がある。
【００１１】
そこで本発明の目的は、固定子コイルと積層鉄心からの発熱の放熱効率の向上と、積層鉄心と外側ダクトとの熱膨張差の吸収と、を共に図ることができる電磁ポンプを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の電磁ポンプは、外側ダクトとその内部に内蔵される内側ダクトとで画成される環状流路に導電性流体を流す二重ダクトと、上記外側ダクトの外周側に配設される複数の積層鉄心と、この積層鉄心の上記外側ダクト側の端部に形成されたスロット内に収納されて、形成する進行磁界により上記導電性流体を駆動する固定子コイルと、少なくとも上記二重ダクト、積層鉄心および固定子コイルを内包するケーシングと、を具備し、上記積層鉄心を軸方向に分割して、複数の鉄心ブロックを構成し、上記積層鉄心の軸方向両端にある鉄心ブロックを、上記外側ダクトの外周面に溶接にて固着したことを特徴とする。
【００１３】
したがって本発明によれば、積層鉄心を外側ダクトに溶接により固着しているので、固定子コイルに発生するジュール損失や積層鉄心に生じる鉄損により発生する内部発熱を、外側ダクトを介して、この外側ダクトの内周側を流れる導電性流体に放熱することができる。つまり、放熱効率を高めることができる。
【００１４】
その結果、電磁ポンプの内部温度の上昇を抑制えることができるので、固定子コイルの電気絶縁材の電気絶縁性能を高めると共に、積層鉄心の磁気的性能も高めることができるので、ポンプ性能を向上させることができる。
【００１５】
そして、積層鉄心の軸方向両端にある鉄心ブロックの内周面のみを外側ダクトの外周面に溶接により固着しているので、これら積層鉄心と外側ダクトとが熱膨張や収縮により変位しても、鉄心ブロックは外側ダクトと共に移動し、常に接触状態を保持することができる。このために、常に放熱効率を高めることができる。また、外側ダクトと積層鉄心とに軸方向の熱変位差が生じた場合は、その変位差を積層鉄心の先端部の弾性変形により吸収することができる。
【００１６】
請求項２の発明は、外側ダクトとその内部に内蔵される内側ダクトとで画成される環状流路に導電性流体を流す二重ダクトと、上記外側ダクトの外周側に配設される複数の積層鉄心と、この積層鉄心の上記外側ダクト側の端部に形成されたスロット内に収納されて、形成する進行磁界により上記導電性流体を駆動する固定子コイルと、少なくとも上記二重ダクト、積層鉄心および固定子コイルを内包するケーシングと、上記積層鉄心をその積層方向で挟持する挟持部材と、上記外側ダクトの外周面に固着されて、上記挟持部をこの外側ダクトの軸方向に変位自在に支持する支持用固定部と、を具備している。
【００１７】
したがって本発明によれば、積層鉄心を挟持する挟持部材を、外側ダクトの外周面に固着した支持用固定部により支持しているので、固定子コイルと積層鉄心の発熱を挟持部材と支持用固定部とを介して外側ダクトに熱伝導させ、外側ダクトの内側を流れる導電性流体に放熱することができる。
【００１８】
しかも、支持用固定部は挟持部材を外側ダクトの軸方向に変位自在に支持するので、軸方向の変位差を吸収することができる。
【００１９】
請求項３の発明は、外側ダクトとその内部に内蔵される内側ダクトとで画成される環状流路に導電性流体を流す二重ダクトと、上記外側ダクトの外周側に配設される複数の積層鉄心と、この積層鉄心の上記外側ダクト側の端部に形成されたスロット内に収納されて、形成する進行磁界により上記導電性流体を駆動する固定子コイルと、少なくとも上記二重ダクト、積層鉄心および固定子コイルを内包するケーシングと、を具備し、上記外側ダクトの外周面に上記積層鉄心の内周面に接触させると共に、この積層鉄心の接触部を積層方向に所定ピッチで切欠した。
【００２０】
したがって本発明によれば、積層鉄心を外側ダクトに接触させているので、上記請求項１記載の発明とほぼ同様に放熱効率を高めることができると共に、積層鉄心の外側ダクトとの接触部を積層方向に所定ピッチで切欠しているので、この切欠部に隣接する積層鉄心の一部を弾性変形させて熱膨張変位を吸収させることができる。
【００２１】
請求項４の発明は、外側ダクトとその内部に内蔵される内側ダクトとで画成される環状流路に導電性流体を流す二重ダクトと、上記外側ダクトの外周側に配設される複数の積層鉄心と、この積層鉄心の上記外側ダクト側の端部に形成されたスロット内に収納されて、形成する進行磁界により上記導電性流体を駆動する固定子コイルと、少なくとも上記二重ダクト、積層鉄心および固定子コイルを内包するケーシングと、を具備し、上記外側ダクトの外周面と上記固定子コイルを収納した上記スロットの間隙とで画成された空間内に、電気絶縁性の熱伝導部材を充填した。
【００２２】
したがって本発明によれば、積層鉄心の鉄板間を横断する電気回路の形成を防止することができる。このために、積層鉄心の渦電流損を低減することができると共に、固定子コイルと積層鉄心の発熱を熱伝導部材を介して効率よく外側ダクトへ伝導させ、導電性流体に高効率で放熱することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図１３に基づいて説明する。なお、図１〜図１４中、同一または相当部分には同一符号を付している。
【００２４】
図１は本発明の第１の実施形態の要部縦断面図、図２は図１のII−II線断面図であり、これらの図において、図１４と同一または相当部分には同一符号を付しており、本実施形態は各積層鉄心７を各鉄心固定具２１によりそれぞれ支持し、この各鉄心固定具２１の外周側端部をケーシング１４の内周部にダブテール・ジョイント（蟻継ぎ）により嵌合して固定し、積層鉄心７の内周面を外側ダクト３の外周面に密着させた点に主な特徴を有する。
【００２５】
つまり、鉄心固定具２１の外周側端部に、遠心方向に拡開する鳩尾形の蟻２１ａを一体に突設する一方、ケーシング１４の内周面部に蟻溝１４ａを形成し、蟻溝１４ａ内に蟻２１ａを若干の遊びをもって嵌入し、その遊び空間に弾性体である板ばね２２を介在させることにより、鉄心固定具２１を介して積層鉄心７の内周面を外側ダクト３の外周面に弾性的に押圧して密に接触させている。ケーシング１４の内周面部には積層鉄心７の両側面、つまり鉄板積層方向両側面上部をそれぞれ挟持する一対の鉄心押え２３ａ，２３ｂを一体ないし一体的に突設している。
【００２６】
また、図２に示すようにケーシング１４の軸方向の両端１４ｂと、この軸方向に沿う積層鉄心７の軸方向両端もしくはその下流端との間には、電気絶縁性の熱伝導部材であるセラミックス層２４を介在させ、このセラミックス層２４を介して積層鉄心７の少なくとも軸方向一端をケーシング１４の内周面に接触させている。積層鉄心７はその積層方向を鉄心押えボルト２８により挟持されている。
【００２７】
したがって、本実施形態によれば、鉄心固定具２１と板バネ２２とにより積層鉄心７の内周面を、外側ダクト３の外周面に接触させているので、固定子コイル１０と積層鉄心７での発熱を効率よく外側ダクト３に熱伝導させ、さらに、外側ダクト３の内周面に接して流れる液体金属ナトリウム中に放熱することができる。このために、放熱効率を高めることができるので、電磁ポンプ１内の温度上昇を抑制することができる。
【００２８】
また電磁ポンプ１の製作時と、運転時の温度差、または液体金属ナトリウムの温度変化により積層鉄心７の熱膨張が生じても、鉄心固定具２１とケーシング１４との間に設置された板バネ２２によりその変位を吸収し、温度低下時においては、外側ダクト３が収縮しても板バネ２２の反発力と、セラミックス層２４の滑りとにより積層鉄心７が外側ダクト３側へ摺動して押し戻される。このために、外側ダクト３が積層鉄心７と外側ダクト３との接触をあらゆる電磁ポンプ１の運転温度で維持することが可能となる。
【００２９】
また、ケーシング１４との蟻継ぎ構造により軸方向の変位を拘束しないうえに、鉄心押え２１は、積層鉄心７の変位時にもこの積層鉄心７との接触が維持されるため、固定子コイル１０の発熱は、積層鉄心７および鉄心固定具２１を介して、ケーシング１４とその外周面に接して流れる液体金属ナトリウム中へ放熱される。
【００３０】
したがって本実施形態によれば、電磁ポンプ１の内部温度を、あらゆる液体金属ナトリウムの運転温度においても、外側ダクト３と積層鉄心７が接触しない場合よりも低く保持でき、電磁ポンプ１の信頼性を向上させることができる。なお、本実施形態の板バネ２２は、その他の螺旋バネ、または、反発力のある弾性体に置換してもよい。
【００３１】
図３は本発明の第２の実施形態の要部断面図、図４は図３のIV−IV線断面図であり、この実施形態は上記蟻継ぎに代えて、図３中、上下一対の固定ボルト２５ａ，２５ｂにより鉄心固定具２１をケーシング１４の鉄心押え２３ａ，２３ｂに締付け固定している。この鉄心固定具２１とケーシング１４との間には、上記実施形態と同様に板バネ２２が介在され、鉄心押え２３ａ，２３ｂは、鉄心固定具２１と接触するように設置されている。また、固定ボルト２５ａ，２５ｂを通す鉄心押え２３ａ，２３ｂのボルト穴２６ａ，２６ｂは、固定ボルト２５ａ，２５ｂの頭部直径よりも小さいが、軸部直径より大きな直径を有し、固定ボルト２５ａ，２５ｂがボルト穴２６ａ，２６ｂ内を移動できる。
【００３２】
したがって、板バネ２２により積層鉄心７の外側ダクト３側の内周面が、外側ダクト３の外周面に接触しているので、固定子コイル１０と積層鉄心７からの発熱を効率よく外側ダクト３を介して、このダクト３内を流れる金属ナトリウム中に放熱することができる。
【００３３】
また電磁ポンプ１の製作時と、運転時との温度差、または液体金属ナトリウムの温度変化により積層鉄心７に熱膨張が生じても、ボルト穴２６ａ，２６ｂの直径が、固定ボルト２５ａ，２５ｂの軸部の直径より大きいので、想定される熱変位吸収以上の変位を制限して積層鉄心７の変位を支持し、また鉄心固定具２１とケーシング１４の間の板バネ２２により積層鉄心７の変位を吸収し、温度低下時においては、外側ダクト３が収縮しても板バネ２２の反発力と、積層鉄心７のセラミックス層２４上におけるすべり変位により積層鉄心７が外側ダクト３方向に押し戻され、外側ダクト３が積層鉄心７と外側ダクト３の接触を、あらゆる電磁ポンプ運転温度で維持することが可能となる。また、鉄心押え２３ａ，２３ｂは、積層鉄心７の変位時に積層鉄心７と接触が維持されるため、固定子コイル１０での発熱は、積層鉄心７と、鉄心押え２３ａ，２３ｂを介して、ケーシング１４と、その外側を流れる液体金属ナトリウム中へ放熱される。
【００３４】
したがって、この実施形態によっても電磁ポンプ１の内部温度を、あらゆる液体金属ナトリウム運転温度においても、外側ダクト３と積層鉄心７とが接触しない場合よりも低く保持でき、電磁ポンプ１の信頼性を向上させることができる。なお、本実施形態によっても板バネ２２を、その他の螺旋バネ、または、反発力のある弾性体に置換してもよい。
【００３５】
図５は本発明の第３の実施形態の要部断面図であり、これは上記第１実施形態１の板バネ２２を、蟻溝１４ａ内から、積層鉄心７の背面に設置した鉄心背面板２７の背面と鉄心固定具２１の内周面との間隙に設置箇所を変えた点に特徴がある。また、積層鉄心７の積層方向は、鉄心押え２３ａ，２３ｂの先端と外側ダクト３の間において鉄心押えボルト２８により締め付け支持している。
【００３６】
したがって本実施形態によれば、鉄心固定具２１とケーシング１４との間には、板バネ２２がなく、鉄心固定具２１の変位のための隙間が不要となるので、ケーシング１４と鉄心固定具２１との接触面積が広くなり、その分、固定子コイル１０からの発熱をケーシング１４の外側を流れる液体金属ナトリウムに効率良く放熱することができる。
【００３７】
また、外側ダクト３と積層鉄心７は、鉄心背面板２７と鉄心固定具２１との間に介在した板バネ２２により、積層鉄心７と、外側ダクト３とが熱膨張しても常に外側ダクト３と積層鉄心７とが接触するように支持される。また、鉄心押えボルト２８は、積層鉄心７が熱変位しても鉄心固定具２１と干渉せずに、積層鉄心７の積層鉄板を締め付け支持することができる。
【００３８】
図６は本発明の第４の実施形態の要部斜視図であり、本実施形態は、固定子コイル１０と交互に積み重ねられて積層鉄心７に組み立てられる鉄心ブロック７Ａの各先端上面毎の溶接部２９で溶接固定している。各鉄心ブロック７Ａは、積層鉄心７を軸方向に所定長さで分割されてなり、図示しない、ボルト等により積層板が分離しないように固定支持されている。
【００３９】
したがって本実施形態によれば、外側ダクト３の外周面に、積層鉄心７の軸方向両端に位置する鉄心ブロック７Ａを溶接固定しているので、外側ダクト３と積層鉄心７とが熱膨張と収縮により変位しても、鉄心ブロック７Ａは、外側ダクト３とともに移動し、常に接触した状態が維持され、固定子コイル１０と積層鉄心７とで発生する熱を外側ダクト３内で流れる液体金属ナトリウム中に効率よく放熱することができる。
【００４０】
また、外側ダクト３に鉄心ブロック７Ａを溶接することにより、ポンプ効率の向上を図るため比較的薄くなっている外側ダクト３を補強する効果もある。なお、軸方向に外側ダクト３と、鉄心ブロック７Ａとに熱変位差が生じた場合は、鉄心ブロック７Ａの先端の弾性変形によりその変位を吸収することができる。なお、鉄心ブロック７Ａを外側ダクト３に固着する方法としては、溶接に代り、銀ロー付でもよい。
【００４１】
図７は、本発明の第５の実施形態の要部斜視図であり、この実施形態は、図６で示す各鉄心ブロック７Ａの内周側先端部を外側ダクト３に溶接する方法に代えて、各鉄心ブロック７Ａの内周側先端部を外側ダクト３にダブテールジョイントにより、嵌め込み固定している点に特徴がある。つまり、外側ダクト３の外周面部に鳩尾形の蟻溝３ａを形成する一方、各鉄心ブロック７Ａの内周側先端部には蟻７ｂを一体または一体的に形成して蟻溝３ａに嵌合して固定している。
【００４２】
したがって本実施形態によれば、外側ダクト３に嵌合固定した鉄心ブロック７Ａは、外側ダクト３から半径方向には、固定支持されているので、外側ダクト３と鉄心ブロック７Ａとが熱膨張、収縮により変位しても、常に外側ダクト３と鉄心ブロック７Ａとの接触が保たれる。また、外側ダクト３と鉄心ブロック７Ａの軸方向の熱膨張による変位差が生じても、外側ダクト３と各鉄心ブロック７Ａ嵌合部において、蟻継ぎにより軸方向にフリーに固定されているので軸方向には、拘束力を生じない。以上により固定コイル９で発生する熱を積層鉄心７を通して外側ダクト３内を流れる液体金属ナトリウム中に効率よく放熱でき、電磁ポンプ１の内部温度の昇温を抑制することができる。
【００４３】
図８は本発明の第６の実施形態の要部斜視図であり、この実施形態は外側ダクト３の外周面に、図中上方に開口したボルト固定穴３０ａを有する一対のダクト固定部３１ａ，３１ｂを溶接、または削り出し加工により設けている。一対のダクト固定部３１ａ，３１ｂは各鉄心ブロック７Ａの積層方向に貫通して挟持する挟持部材である鉄心固定ボルト３２の両端の頭部を支持固定するものである。したがって、固定子コイル１０を囲むように設置された鉄心ブロック７Ａは、この固定子コイル１０と交互に積み上げられて行くが、鉄心ブロック７Ａはその内周側先端部に鉄心固定ボルト３２を貫通させた状態で、一対のダクト固定部３１ａ，３１ｂに図中上方から開口３０内に嵌め込む方式で固定される。
【００４４】
したがって本実施形態によれば、ダクト固定部３１ａ，３１ｂに嵌め込み固定された各鉄心ブロック７Ａを、外側ダクト３、鉄心ブロック７Ａの熱膨張、収縮によって変位しても、外側ダクト３と鉄心ブロック７Ａの接触を常に維持することができる。
【００４５】
また、ダクト固定部３１ａ，３１ｂのボルト固定穴３０は、図中上方に開口し、外側ダクト３の縦方向に開口する穴となっており、固定ボルト３２の頭部を開口３０方向に摺動させるように形成されているので、外側ダクト３と鉄心ブロック７Ａの軸方向変位差を拘束することなく支持することができる。これにより、固定子コイル１０で発生する熱を鉄心ブロック７Ａを通して外側ダクト３内を流れる液体金属ナトリウム中に効率よく放熱でき、電磁ポンプ１の内部温度の昇温を抑制することができる。
【００４６】
図９は本発明の第７の実施形態の要部断面図であり、この実施形態は外側ダクト３の外表面に、熱伝導率が良く、かつ鉄心材料より柔らかい金属３３、例えば金、銀、Ｎｉ、アルミニウム等をコーティングした後、この金属３３の外周面上に、各鉄心ブロック７Ａの内周面を押し当てて固定し、これらの鉄心ブロック７Ａを外側ダクト３に接触するように設置している。
【００４７】
したがってこの実施形態によれば、柔らかい金属３３に鉄心ブロック７Ａの内周側先端を押し付けて固定することにより、この柔らかい金属コーティング３３は、鉄心ブロック７Ａの各積層鉄板７ｃの形状に合せて外側ダクト３と鉄心ブロック７Ａの隙間を埋めるように変形する。これにより、上記実施形態では１枚１枚の積層鉄板７ｃの先端角部で外側ダクト３の外周面と接触していたものが、各積層鉄板７ｃの鉄心先端全面で金属３３を介して接触するようになる。従来、鉄心ブロック７Ａの先端間隙部の雰囲気ガスの熱伝導により、伝熱していた部分が、金属３３に置き換わるわけで、固定子コイル１０からの発熱の鉄心ブロック７Ａと外側ダクト３を介しての液体金属ナトリウム中への放熱効率が向上する。なお、前記金属３３は外側ダクト３へのコーティングに限定されるものではなく、金属箔でもよい。
【００４８】
図１０は本発明の第８の実施形態の要部断面図であり、この実施形態は図９で示す金属３３に代えて熱伝導部材である例えばステンレス鋼繊維製で伸縮性の大きい綿状金属３４を外側ダクト３の外周面に固着し、この綿状金属３４を介して各鉄心ブロック７Ａのダクト側先端面を外側ダクト３の外周面に接触させた点に特徴がある。したがって本実施形態によれば、伸縮性が大きい綿状金属３４により外側ダクト３と鉄心ブロック７Ａとの距離がかわっても常に外側ダクト３と鉄心ブロック７Ａとの接触を保持することができ、鉄心ブロック７Ａと外側ダクト３とを通して内部発熱を、外側ダクト３の内側を流れる液体金属ナトリウム中に放熱することができる。
【００４９】
図１１は本発明の第９の実施形態の要部断面図であり、この実施形態は、外側ダクト３の外周面に、各鉄心ブロック７Ａの内周側先端を接触させて固定する一方、この鉄心ブロック７Ａを形成する各積層鉄板７ｃの１枚毎、または複数枚毎に、外側ダクト３側の先端部を所要長さで削除して、複数の間隙３５を積層方向に所定ピッチで形成した点に特徴がある。
【００５０】
したがって本実施形態によれば、外側ダクト３の外周面に、鉄心ブロック７Ａを接触するように設置することにより。外側ダクト３が熱膨張により積層鉄板７ｃを押し付けても、積層鉄板７ｃは、隣接する間隙３５には積層鉄板７ｃがないため、容易に弾性変形でき、その弾性変形により外側ダクト３と鉄心ブロック７Ａ自体の熱膨張変位を吸収できるので、広い温度範囲においても外側ダクト３と鉄心ブロック７Ａとの接触を常に維持することができる。
【００５１】
図１２は本発明の第１０の実施形態の要部断面図であり、この実施形態は外側ダクト３の外周面に、積層鉄心７の内周側先端を接触させると共に、固定子コイル１０を収容した後のスロット９のスペース９ａ内に、例えば直方体の電気絶縁性で、熱伝導率の高いアルミナ、窒化アルミ等のセラミックス製のスペーサ３６を密に充填している。また、セラミックス製スペーサ３６と固定子コイル１０との間には、スペーサ３６を外側ダクト３の外周面に押し付けるために、セラミック製の布状または粒状の充填材３７を充填している。
【００５２】
したがって本実施形態によれば、セラミックスのスペーサ３６を設置したことによって、鉄心ブロック７Ａの先端から外側ダクト３と、その内側を流れる液体金属ナトリウム中への放熱経路が、鉄心ティース３８からセラミックススペーサ３６を通り、外側ダクト３へ通ずる放熱経路に形成される。これにより、電磁ポンプ１内部の温度を下げることができる。また、軸方向に並んだ鉄心ティース３８の間に、鉄心ティース３８同士の間隙を僅かに拡げるような大きさのセラミックススペーサ３６を設置することにより、鉄心ティース３８間での吸引−反発力による鉄心ティース３８の軸方向の電磁振動を抑制する効果もある。なお、このようにスロット９のスペース９ａにセラミックスのスペーサ３６を充填するに止まらず、外側ダクト３と図１４で示すケーシング１４とで形成される空間であって、積層鉄心７や固定子コイル１０を除いた全空間に電気絶縁性の熱伝導部材のセラミックスを充填してもよい。充填するセラミックスの形状はブロック状や粒状のものを適宜組み合せて使用する。セラミックスとしては、アルミナ、窒化アルミ、マグネシア等電気絶縁性および熱伝導に優れた材料を用いる。
【００５３】
したがって、本実施形態によれば、固定子コイル１０や積層鉄心７で発生する熱は、これらの周りに充填された熱伝導部材のセラミックスを介して外側ダクト３やケーシング１４に熱伝導し、最終的には液体金属ナトリウム等の導電性流体へ放熱される。
【００５４】
したがって、電磁ポンプ１内の温度を下げることができる。さらに、積層鉄心７間で、固定子コイル１０の変形を防止できる。
【００５５】
図１３は本発明の第１１の実施形態の要部展開図であり、この図は外側ダクト３の外周面上に配設される固定子コイル１０、その口出し線３８、接続ケーブル３９を主に示す図であり、例えば４個の固定子コイル１０を示している。固定子コイル１０は図１３では図示省略した積層鉄心７のスロット９内に収納されて支持されている。各固定子コイル１０はその口出し線３８をボルト結合や銀ロー付等の固着によって接続しており、図１３中最上段および最下段の固定子コイル１０ａ，１０ｂには図示しない電源に接続された接続ケーブル３９を接続部４０で接続している。また接続ケーブル３９をケーシング１４あるいは積層鉄心７にケーブル押え４１により固定している。さらに接続ケーブル３９には、口出し線３８とケーブル押え４１との間において、熱膨張吸収手段である例えばＵ字状の曲げ部４２を設けている。
【００５６】
したがって、一般に導電性流体浸漬型の電磁ポンプ１内部は約５００℃の高温になるが、その中でもジュール発熱する固定子コイル１０は最も温度が高く、導電性流体の温度よりも約１００℃高い温度になり、ケーシング１４との間に熱膨脹差を生じる。
【００５７】
しかし本実施形態によれば、この熱膨張差をＵ字状曲げ部４１で変形して吸収することによって、接続部４０や固定子コイル１０の口出し線３８の付根部に加わる反発力や変形を大幅に低減できるので、固定子コイル１０や接続ケーブル３９、これらの電気絶縁部材等の破損を有効に防止ないし低減することができる。
【００５８】
なお、他の熱膨張吸収手段としては、接続ケーブル３９の剛性を口出し線３８よりも低くするために、接続ケーブル３９の途中にフレキシブル導体を介装し、あるいは接続ケーブル３９の材料として、固定子コイル１０や口出し線３８の材料よりも高温で強度の低い材料を使用してもよい。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように本願の請求項１の発明は、積層鉄心を外側ダクトに溶接により固着しているので、固定子コイルに発生するジュール損失や積層鉄心に生じる鉄損により発生する内部発熱を、外側ダクトを介して、この外側ダクトの内周側を流れる導電性流体に放熱することができる。つまり、放熱効率を高めることができる。
【００６０】
その結果、電磁ポンプの内部温度の上昇を抑制えることができるので、固定子コイルの電気絶縁材の電気絶縁性能を高めると共に、積層鉄心の磁気的性能も高めることができるので、ポンプ性能を向上させることができる。
【００６１】
そして、積層鉄心の軸方向両端にある鉄心ブロックの内周面のみを外側ダクトの外周面に固着しているので、これら積層鉄心と外側ダクトとが熱膨張や収縮により変位しても、鉄心ブロックは外側ダクトと共に移動し、常に接触状態を保持することができる。このために、常に放熱効率を高めることができる。また、外側ダクトと積層鉄心とに軸方向の熱変位差が生じた場合は、その変位差を積層鉄心の先端部の弾性変形により吸収することができる。
【００６２】
請求項２の発明は、積層鉄心を挟持する挟持部材を、外側ダクトの外周面に固着した支持用固定部により支持しているので、固定子コイルと積層鉄心の発熱を挟持部材と支持用固定部とを介して外側ダクトに熱伝導させ、外側ダクトの内側を流れる導電性流体に放熱することができる。
【００６３】
しかも、支持用固定部は挟持部材を外側ダクトの軸方向に変位自在に支持するので、軸方向の変位差を吸収することができる。
【００６４】
請求項３の発明は、積層鉄心を外側ダクトに接触させているので、上記請求項１記載の発明とほぼ同様に放熱効率を高めることができると共に、積層鉄心の外側ダクトとの接触部を積層方向に所定ピッチで切欠しているので、この切欠部に隣接する積層鉄心の一部を弾性変形させて熱膨張変位を吸収させることができる。
【００６５】
請求項４の発明は、積層鉄心の鉄板間を横断する電気回路の形成を防止することができる。このために、積層鉄心の渦電流損を低減することができると共に、固定子コイルと積層鉄心の発熱を熱伝導部材を介して効率よく外側ダクトへ伝導させ、導電性流体に高効率で放熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る電磁ポンプの第１の実施形態の要部縦断面図。
【図２】 図１のII−II線断面図。
【図３】 本発明に係る電磁ポンプの第２の実施形態の要部縦断面図。
【図４】 図３のIV−IV線断面図。
【図５】 本発明に係る電磁ポンプの第３の実施形態の要部縦断面図。
【図６】 本発明に係る電磁ポンプの第４の実施形態の要部斜視図。
【図７】 本発明に係る電磁ポンプの第５の実施形態の要部斜視図。
【図８】 本発明に係る電磁ポンプの第６の実施形態の要部斜視図。
【図９】 本発明に係る電磁ポンプの第７の実施形態の要部断面図。
【図１０】 本発明に係る電磁ポンプの第８の実施形態の要部断面図。
【図１１】 本発明に係る電磁ポンプの第９の実施形態の要部断面図。
【図１２】 本発明に係る電磁ポンプの第１０の実施形態の要部断面図。
【図１３】 本発明に係る電磁ポンプの第１１の実施形態の要部展開図。
【図１４】 従来の電磁ポンプの一部切欠斜視図。
【符号の説明】
１ 電磁ポンプ
２ 導電性流体（液体金属ナトリウム）
３ 外側ダクト
４ 内側ダクト
５ 二重ダクト
６ アニュラス流路
７ 積層鉄心
７Ａ 積層鉄心ブロック
７ｄ 鉄心ティース
８ 間隙
９ スロット
１０ 固定子コイル
１１ 内部鉄心
１２ 流体入口
１３ 流体出口
１４ ケーシング
１４ａ 蟻溝
２１ 鉄心固定具
２１ａ 蟻
２２ 板バネ
２３ａ，２３ｂ 鉄心押え
２４ セラミックス粉末
２５ａ，２５ｂ 一対の鉄心固定ボルト
２６ａ ボルト穴
２７ 鉄心背面板
２８ 鉄心押えボルト
２９ 溶接部
３０ 開口
３１ａ，３１ｂ ダクト固定部
３２ 鉄心固定ボルト
３３ 金属コーティング
３４ 綿状金属
３５ 間隙
３６ セラミックススペーサ
３７ 放熱セラミックス板
３８ コイル口出し線
３９ コイル接続ケーブル
４０ 接続部
４１ ケーブル押え
４２ Ｕ字状曲げ部（熱膨張差吸収手段）
Claims (4)
- 外側ダクトとその内部に内蔵される内側ダクトとで画成される環状流路に導電性流体を流す二重ダクトと、上記外側ダクトの外周側に配設される複数の積層鉄心と、この積層鉄心の上記外側ダクト側の端部に形成されたスロット内に収納されて、形成する進行磁界により上記導電性流体を駆動する固定子コイルと、少なくとも上記二重ダクト、積層鉄心および固定子コイルを内包するケーシングと、を具備し、上記積層鉄心を軸方向に分割して、複数の鉄心ブロックを構成し、上記積層鉄心の軸方向両端に位置する鉄心ブロックの内周面を、上記外側ダクトの外周面に溶接にて固着したことを特徴とする電磁ポンプ。
- 外側ダクトとその内部に内蔵される内側ダクトとで画成される環状流路に導電性流体を流す二重ダクトと、上記外側ダクトの外周側に配設される複数の積層鉄心と、この積層鉄心の上記外側ダクト側の端部に形成されたスロット内に収納されて、形成する進行磁界により上記導電性流体を駆動する固定子コイルと、少なくとも上記二重ダクト、積層鉄心および固定子コイルを内包するケーシングと、上記積層鉄心をその積層方向で挟持する挟持部材と、上記外側ダクトの外周面に固着されて、上記挟持部材をこの外側ダクトの軸方向に変位自在に支持する支持用固定部と、を具備していることを特徴とする電磁ポンプ。
- 外側ダクトとその内部に内蔵される内側ダクトとで画成される環状流路に導電性流体を流す二重ダクトと、上記外側ダクトの外周側に配設される複数の積層鉄心と、この積層鉄心の上記外側ダクト側の端部に形成されたスロット内に収納されて、形成する進行磁界により上記導電性流体を駆動する固定子コイルと、少なくとも上記二重ダクト、積層鉄心および固定子コイルを内包するケーシングと、を具備し、上記外側ダクトの外周面に上記積層鉄心の内周面を接触させると共に、この積層鉄心の接触部を積層方向に所定ピッチで切欠したことを特徴とする電磁ポンプ。
- 外側ダクトとその内部に内蔵される内側ダクトとで画成される環状流路に導電性流体を流す二重ダクトと、上記外側ダクトの外周側に配設される複数の積層鉄心と、この積層鉄心の上記外側ダクト側の端部に形成されたスロット内に収納されて、形成する進行磁界により上記導電性流体を駆動する固定子コイルと、少なくとも上記二重ダクト、積層鉄心および固定子コイルを内包するケーシングと、を具備し、上記外側ダクトの外周面と上記固定子コイルを収納した上記スロットの間隙とで画成された空間内に、電気絶縁性の熱伝導部材を充填したことを特徴とする電磁ポンプ。
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