JP4999157B2 - Fluid machine coupled to drive source via magnetic coupling - Google Patents
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Description
本発明は磁気カップリングを介して駆動源に結合した流体機械に関し、特に、有毒ガスや原子力関係の気体や液体など、外部に漏れると問題を起こす可能性のある流体を扱うため、空気軸受などの非接触型軸受を用いて無給油とすると共に、駆動力伝達を非接触型駆動力伝達機構である磁気カップリングを用いて行い、流体の吸い込み口と吐き出し口以外を密閉型とした、圧縮機やポンプ装置などを含む、磁気カップリングを介して駆動源に結合した流体機械に関するものである。 The present invention relates to a fluid machine coupled to a drive source via a magnetic coupling, and particularly to handle fluids that may cause problems if leaked to the outside, such as toxic gases and nuclear-related gases and liquids, etc. A non-lubricated non-contact type bearing and a non-contact type driving force transmission mechanism that uses a magnetic coupling that is a non-contact type driving force transmission mechanism. The present invention relates to a fluid machine coupled to a drive source through a magnetic coupling, including a machine and a pump device.
原子力関係で用いられる圧縮機や真空容器用の真空ポンプなどの流体機械は、運転時における放射線による構成部材の劣化と環境汚染の防止などを考慮に入れ、耐放射能性、耐磨耗性などを含め、高い耐久性と信頼性を有することが要求されている。また運転中は、関連原子力機器による放射性環境汚染雰囲気の形成を皆無とするとともに、相手側機器に対し、外部雰囲気よりの影響を与えることのない、外部環境と隔絶する境界領域を形成することが必要とされる。そのため、こういった事項を考慮に入れた外部遮断隔絶構造と冷却手段の選定が必要とされ、さらに、高真空度の確保のためには、油による種々の障害に対する防止策、長時間の連続運転のための密封構造、軸受け構造等が要求される。 Fluid machinery such as compressors used in nuclear power and vacuum pumps for vacuum vessels, taking into account the deterioration of components caused by radiation and prevention of environmental pollution during operation, etc., radiation resistance, wear resistance, etc. In addition, it is required to have high durability and reliability. During operation, it is possible to eliminate the formation of radioactive environment pollution atmosphere by related nuclear equipment, and to form a boundary area isolated from the external environment that does not affect the other equipment from the external atmosphere. Needed. For this reason, it is necessary to select an external shut-off isolation structure and cooling means that take these matters into consideration, and to ensure a high degree of vacuum, preventive measures against various troubles caused by oil, A sealing structure and a bearing structure for operation are required.
これは、有毒ガスなど、外部に漏れると問題を起こす可能性のある流体を扱う圧縮機やポンプ装置などの流体機械でも同様であり、それら流体が外部に漏れるのを防止するため、例えば本願出願人の出願になる特許文献1に示されているように、軸受に空気軸受などの非接触型軸受を用いて無給油とすると共に、駆動力伝達を磁気(マグネット)カップリングなどの非接触型駆動力伝達機構を用いて行い、流体の導入路と排出路以外を密閉型とすることが行われている。 This also applies to fluid machines such as compressors and pump devices that handle fluids that may cause problems if leaked to the outside, such as toxic gases. As disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-228620, a non-contact type bearing such as an air bearing is used as a bearing to make it non-lubricated, and a driving force transmission is a non-contact type such as a magnetic coupling. A driving force transmission mechanism is used to make a sealed type other than the fluid introduction path and the discharge path.
この特許文献1に示された流体機械は、平板の軸方向の両側に渦巻き状スクロールラップを有する旋回スクロールを設け、その旋回スクロールの渦巻き状スクロールラップに同じく渦巻き状スクロールラップを有する固定スクロールラップをそれぞれ嵌合させた、ダブルラップドライタイプのスクロール真空ポンプである。 The fluid machine shown in Patent Document 1 is provided with orbiting scrolls having spiral scroll wraps on both sides in the axial direction of a flat plate, and the fixed scroll wraps having spiral scroll wraps are also provided on the spiral scroll wraps of the orbiting scrolls. These are double wrap dry type scroll vacuum pumps fitted to each other.
この特許文献1に示された流体機械の構成を、図4、図5を用いて説明すると、まず図5は、渦巻き状スクロールラップを用いた真空ポンプの原理を説明するための図で、平板上に渦巻き状の羽根(ラップ)を持つ固定スクロール11と、これと基本的に同一形状で偏心クランクにより駆動される旋回スクロール13とを180度位相をずらして嵌合させ、固定スクロール11の渦巻き状スクロールラップ内周部11bと、旋回スクロール13の渦巻き状スクロールラップ外周部13bとの間に形成される三日月状の密閉空間(圧縮室)60が、前記固定及び旋回スクロール13、11の相対運動により容積変化を起こすことを利用して、吸い込み側を真空状態となすようにしたものである。
The configuration of the fluid machine disclosed in Patent Document 1 will be described with reference to FIGS. 4 and 5. FIG. 5 is a diagram for explaining the principle of a vacuum pump using a spiral scroll wrap. The
すなわち図5(a)で、旋回スクロールラップ外周部13bと固定スクロール11のラップ内周部11bとの間が閉じて吸込み過程が終了すると、吸込口14から取り込まれたガスは点状図示のように圧縮室60に閉じ込めらる。ついで、図示していない偏心クランクの位相が90度進んだ図5(b)では、旋回スクロール13におけるラップの外周部13bと、固定スクロール11における、捲き始めのラップ内周部11bの端部内側との間にできた間隙61でガスの吸込み過程に入り、また中間部の圧縮室62では圧縮過程に、さらに平板中央の圧縮室63では吐出口64で吐出過程に入る。
That is, in FIG. 5 (a), when the space between the outer
そして、前記偏心クランク軸の右回転によって更に90度位相が進んだ図5(c)では、旋回する旋回スクロール13の公転運動につれ、前記点状図示の圧縮室60がスクロールの中心部位に移動して順次圧縮室の容積が減少し、ガスが圧縮されて図5(d)及び図5(a)を経て、固定中心部に設けられた吐出口64から排出される。
In FIG. 5 (c), the phase of which is further advanced by 90 degrees due to the clockwise rotation of the eccentric crankshaft, the
図4はこのような構造の、渦巻き状スクロールラップを有する旋回スクロール13を平板の軸方向の両側に設け、それぞれの旋回スクロール13に固定スクロール11、12を嵌合させた、ダブルラップドライタイプのスクロール真空ポンプの概略の構造を示す断面構成図である。図4において真空ポンプは、スクロール圧縮体10aと隔壁部20と隔壁部25とを含むポンプ本体10と、駆動部30とで構成されている。ポンプ本体10は、旋回スクロール13を駆動する駆動軸16の両端部位のそれぞれが、互いに固定スクロール11、12に気密状態で取付られる一対の隔壁部20、25と、この隔壁部20、25にラップ圧縮気体より正圧の圧縮気体を供給する圧縮気体導入口17、18と、駆動軸16へ駆動部30からの回転力を非接触で伝達する磁気カップリング50とを備えている。そのため真空ポンプは、駆動力伝達手段たる磁気カップリング50により、駆動部30とは隔絶されて気密状態に構成され、吸込み側からの汚染物質が外部に漏洩することがない。
FIG. 4 shows a double wrap dry type in which the
磁気カップリング50は、駆動部30側が、駆動軸30aに結合された底部を有する円筒形状のカップリング部材(アウターロータ)51と、その内部に配された駆動用磁石52、このカップリング部材51を冷却するため、カップリング部材51の外周に設けられて換気孔34から外気を導入する回転翼53とで構成されている。また真空ポンプ側は、ポンプ本体の駆動軸16に取り付けられたポンプ側カップリング部材(インナーロータ)58と、その外周に取り付けられた磁石21、及びこのポンプ側カップリング部材58を囲繞して密閉空間22を形成するための隔壁部20とで構成されている。
The
このうち隔壁部20は、円筒状としたカップリング部材51の内部にこれも円筒形状として駆動用磁石52に近接するよう設けられ、ポンプ側カップリング部材58は、外周に取り付けられた磁石21がこの隔壁部20に近接し、カップリング部材51の内部に設けられた駆動用磁石52の吸引力、または反発力を有効に受けるように配されていて、それによってアウターロータ51が回転することでインナーロータ58も回転するようになっている。
Among them, the
スクロール圧縮体10aの固定スクロール11は、円形蓋状のハウジングを兼ねた軸方向に垂直設定された摺動面と、該摺動面に軸方向に植設された渦巻き状の固定スクロールラップ11aとよりなり、固定スクロール12は、円形蓋状のハウジングを兼ねた軸方向に垂直設定された摺動面と、該摺動面に軸方向に植設された渦巻き状の固定スクロールラップ12aとよりなっている。また旋回スクロール13は、駆動軸16により軸受けを介して偏心状に支持された軸方向に垂直設定された摺動面と、該摺動面にそれぞれ植設した渦巻き状スクロールラップ13aとよりなっている。
The
旋回スクロール13の軸方向の左右に植設された渦巻き状スクロールラップ13aは、固定スクロール11の渦巻き状スクロールラップ11aと固定スクロール12の渦巻き状スクロールラップ12aにそれぞれ嵌合するとともに、ラップ先端部を摺動面に当接摺動させている。固定スクロール11、12の渦巻き状スクロールラップ11a、12aの先端部は、旋回スクロール13の摺動面に当接摺動され、駆動軸16による偏心状支持のもとに自転防止機構57により自転することなく公転し、旋回スクロール13と固定スクロール11、12との間に複数の三日月状圧縮室を形成して外周部位の吸込口14よりガスを吸込み、前記したように吸入、圧縮、吐出の過程を同時に連続的に行わせ、吐出通路15aから吐出口15への吸引を可能にして、真空ポンプとして機能するようにしてある。
The
そして円形蓋状のハウジングを兼ねた固定スクロール12は、固定スクロール11、12と嵌合状態にある旋回スクロール13を気密裡に内蔵すべく、円形蓋状のハウジングを兼ねた固定スクロール11とシール部材55、56を介して当接させ、内部に密閉空間を形成し、且つ、ケーシングとして機能させるべく密封気密構造にしてある。
The
尚、前記外気導入口17、18からは、不活性の窒素ガスの圧縮気体が導入され、該圧縮気体は、旋回スクロール13及び固定スクロール11、12とが形成する密閉空間により圧縮され、吐出口15へ吐出される最終密閉空間のラップ圧縮気体の圧力よりも正圧であるために、前記ラップ圧縮気体が外気導入口17、18に逆流することはない。
A compressed gas of inert nitrogen gas is introduced from the outside
一方、図示はされていないがポンプ本体の駆動軸16は、潤滑部材で構成したオイルレスメタルよりなる無給油方式の軸受や、圧縮気体導入口17、18から導入される圧縮気体により動作する気体軸受けとしてあり、潤滑油使用による周囲の油漏れ、排出ガス中への油の混入、軸受け部の耐久性、管理上の無駄を省くことにより、長期間にわたるノンストップ運転を可能としている。
On the other hand, although not shown in the figure, the
また、固定スクロール12には、円形蓋状フレーム部分に冷却用フィン59を設け、雰囲気空気による自然冷却を可能とし、また、円形蓋状のハウジングを兼ねた固定スクロール11、12には、冷却水循環用ジャケット54a、54b、54c、54dが設けられて、別途設けたラジエータ及び、水循環用ポンプ等を有した不図示の冷却水循環冷却手段により、固定スクロール11、12の背面より強制冷却するようにしてある。
Further, the
このように、圧縮気体導入口17、18からラップ圧縮気体よりも正圧の圧縮気体が駆動軸16の端部に供給され、その圧縮気体を吐出口15から排出するようにしているので、ラップが形成する密閉空間によるラップ圧縮気体が圧縮気体導入口17、18へ逆流することがない。また、吸込口14、吐出口15、及び圧縮気体導入口17、18を除き気密状態に構成し、駆動部30からの駆動力伝達を、磁気カップリング50を用いた非接触型駆動力伝達機構としたため、吸込み側に接続する原子力側などよりの放射線環境汚染をより完全に遮断ができる。
As described above, compressed gas having a pressure higher than that of the lap compressed gas is supplied to the end of the
このように、この特許文献1に示された流体機械としての真空ポンプは、駆動力伝達手段たる磁気カップリング50が非接触型駆動力伝達機構であるため、真空ポンプ側を気密状態に構成することができ、吸込み側からの汚染物質が外部に漏洩することがない。また、無給油方式の軸受や気体軸受けを用いることで長期間にわたるノンストップ運転が可能であると共に、強制冷却のために円形蓋状フレーム部分に冷却用フィン59や、冷却水循環用ジャケット54a、54b、54c、54dなどが設けられ、固定スクロール11、12と旋回スクロール13とにより圧縮された気体から発する熱に対する対策も施されている。
Thus, in the vacuum pump as the fluid machine disclosed in Patent Document 1, the
しかしながら、固定スクロール11、12と嵌合状態にある旋回スクロール13とにより、吸込口14から吸入されて圧縮された気体からはかなりの熱が生じて磁気カップリング50に伝わり、また、或る程度の時間運転すると、駆動部30からの熱も磁気カップリング50に伝わってくる。しかしながら、この磁気カップリング50に対する熱対策は、カップリング部材(アウターロータ)51の外周に設けられた回転翼53だけであり、カップリング部材51内部に設けられた駆動用磁石52、隔離壁20等に対する熱対策がなされていない。
However, due to the fixed scrolls 11 and 12 and the orbiting
ところが、カップリング部材51内周に設けられた駆動用磁石52と隔離壁20とのクリアランスと、カップリング部材58の外周に設けられた磁石21と隔離壁20とのクリアランスとは、駆動部30からの駆動力をカップリング部材58に伝達する上で常にある一定範囲にすることが重要であるのに対し、隔離壁20や駆動用磁石52の温度が上昇すると、隔離壁20と駆動用磁石52との間隔が変化し、甚だしい場合、駆動用磁石52と隔離壁20とが接触して磁気カップリング50が破損したり、逆に駆動用磁石52と隔離壁20との間隔が広がって、カップリング部材(インナーロータ)58の周囲に設けられた磁石21に対する磁力が弱くなり、駆動力の伝達が正常にできなくなるという事態が生じることもある。
However, the clearance between the
また、カップリング部材(アウターロータ)51の外周に設けられた回転翼53は、それが回転できるようにスペースを設ける必要があり、それだけ磁気カップリングが大きくなって、ひいては、流体機械そのものを大きくしてしまう。
Further, the
そのため本発明においては、有毒ガスや原子力関係の気体や液体など、外部に漏れると問題を起こす可能性のある流体を扱う圧縮機やポンプ装置などを含む、密閉型とした磁気カップリングを介して駆動源に結合した流体機械における磁気カップリングの冷却を、磁気カップリングを設けるスペースを大きくすることなく、効果的に行えるようにした磁気カップリングを介して駆動源に結合した流体機械を提供することが課題である。 Therefore, in the present invention, through a sealed magnetic coupling including a compressor and a pump device that handle a fluid that may cause a problem if leaked to the outside, such as a toxic gas or a nuclear-related gas or liquid. Provided is a fluid machine coupled to a drive source through a magnetic coupling capable of effectively cooling a magnetic coupling in the fluid machine coupled to the drive source without increasing a space for providing the magnetic coupling. This is a problem.
上記課題を解決するため本発明になる磁気カップリングを介して駆動源に結合した流体機械は、
駆動源と、
該駆動源に磁気カップリングを介して結合された圧縮機を含むポンプ装置からなる流体機械とで構成され、
前記磁気カップリングは、
円筒形状に形成された底部に前記駆動源の駆動軸が直結されたアウターロータと、
該アウターロータ内周部に配されたアウターロータ側磁石と、
前記アウターロータ内に配されて前記流体機械側駆動軸に取り付けられたインナーロータと、
該インナーロータ周囲に設けられ、前記アウターロータ側磁石との引き合いと反発とによって前記駆動源の駆動力を前記流体機械に伝えるインナーロータ側磁石と、からなり、
前記流体機械は、駆動軸の両端部位のそれぞれを覆うと共に、前記磁気カップリング側は前記インナーロータとアウターロータ間に配されて、流体吸い込み口、及び吐き出し口以外を気密状態にするよう取付られた一対の包囲体を備え、
磁気カップリングを介して駆動源に結合した流体機械において、
前記磁気カップリングを構成するアウターロータに、回転によってアウターロータ内に外気を導入または排出する導風構造を設け、前記磁気カップリング側包囲体とアウターロータ側磁石とを冷却するようにし、
前記導風構造は、前記アウターロータの回転方向に対して傾斜させて形成したブレードであり、該ブレードにより前記アウターロータ壁面に導風用スリットが形成されて構成されるとともに、前記導風構造は、前記アウターロータにおける、前記駆動源側底部、前記アウターロータ周面、前記アウターロータ内周面に配した前記アウターロータ側磁石と磁石の間、前記アウターロータの流体機械側端面のそれぞれに設けられていることを特徴とする。
In order to solve the above problems, a fluid machine coupled to a drive source via a magnetic coupling according to the present invention is provided as follows:
A driving source;
A fluid machine comprising a pump device including a compressor coupled to the drive source via a magnetic coupling;
The magnetic coupling is
An outer rotor in which the drive shaft of the drive source is directly connected to a bottom formed in a cylindrical shape;
An outer rotor-side magnet disposed on the inner periphery of the outer rotor;
An inner rotor disposed in the outer rotor and attached to the fluid machine side drive shaft;
An inner rotor side magnet provided around the inner rotor and transmitting the driving force of the drive source to the fluid machine by attracting and repelling the outer rotor side magnet;
The fluid machine covers each of both end portions of the drive shaft, and the magnetic coupling side is disposed between the inner rotor and the outer rotor, and is attached so as to make an airtight state other than the fluid suction port and the discharge port. A pair of enclosures,
In a fluid machine coupled to a drive source via a magnetic coupling,
The outer rotor constituting the magnetic coupling is provided with a wind guide structure for introducing or discharging outside air into the outer rotor by rotation, and the magnetic coupling side enclosure and the outer rotor side magnet are cooled ,
The wind guide structure is a blade formed to be inclined with respect to the rotation direction of the outer rotor, and the blade is formed by forming a wind guide slit on the wall surface of the outer rotor. In the outer rotor, the drive source side bottom, the outer rotor peripheral surface, the outer rotor side magnet disposed between the outer rotor inner peripheral surface and the magnet, and the outer rotor on the fluid machine side end surface, respectively. It is characterized by.
このように、アウターロータ内に外気を導入または排出する導風構造を設けて包囲体とアウターロータ側磁石とを冷却することで、気体を圧縮することにより熱が生じる流体機械や駆動源から熱が伝わってきても、磁気カップリングにおける包囲体やアウターロータ側磁石は導入された外気で冷却され、前記したような包囲体とアウターロータ側磁石との間隔が変化し、包囲体とアウターロータ側磁石とが接触して磁気カップリングを破損したり、逆に包囲体とアウターロータ側磁石との間隔が広がり、インナーロータ側磁石に作用する磁力が弱くなって、駆動力の伝達が正常にできなくなるという事態を防止することができる。 In this way, by providing a wind guide structure for introducing or discharging outside air into the outer rotor and cooling the enclosure and the outer rotor side magnet, heat is generated from a fluid machine or a drive source that generates heat by compressing the gas. However, the enclosure and the outer rotor side magnet in the magnetic coupling are cooled by the introduced outside air, and the interval between the enclosure and the outer rotor side magnet changes as described above, and the enclosure and the outer rotor side Contact with the magnet breaks the magnetic coupling, or conversely, the space between the enclosure and the outer rotor side magnet increases, the magnetic force acting on the inner rotor side magnet becomes weaker, and the drive force can be transmitted normally. The situation of disappearing can be prevented.
また、導風構造はアウターロータ自体に設けられるから、導風構造を設けたことによって磁気カップリングを大きくしたり無駄なスペースを必要とせず、磁気カップリングを小型に構成でき、ひいては流体機械そのものを小型に構成できる。 In addition, since the air guide structure is provided on the outer rotor itself, the magnetic coupling can be made compact without the need for a large magnetic coupling or useless space by providing the air guide structure. Can be made compact.
そして、前記導風構造は、前記アウターロータの回転方向に対して傾斜させて形成したブレードであり、該ブレードにより前記アウターロータ壁面に導風用スリットが形成されて構成されていることで、非常に簡単な構成で導風構造を形成することができる。 The wind guide structure is a blade formed to be inclined with respect to the rotation direction of the outer rotor, and the blade is formed by forming a wind guide slit on the outer rotor wall surface. A wind guide structure can be formed with a simple configuration.
また、前記導風構造は、前記アウターロータにおける、前記駆動源側底部、前記アウターロータ周面、前記アウターロータ内周面に配した前記アウターロータ側磁石と磁石の間、前記アウターロータの流体機械側端面のそれぞれに設ける。
Further, the air guide structure includes a fluid machine of the outer rotor, the outer rotor side magnet disposed between the bottom of the driving source, the outer peripheral surface of the outer rotor, and the inner peripheral surface of the outer rotor. Provided on each side end face .
さらに、前記導風構造は、前記アウターロータ側磁石を挟んで前記駆動源側と前記流体機械側に設けられ、空気流の下流側となる導風構造の風圧若しくは吸引力を、上流側より大きくすることで、導入した外気が溜まることなく流れ、効果的に包囲体やアウターロータ側磁石を冷却することができる。 Further, the wind guide structure is provided on the drive source side and the fluid machine side with the outer rotor side magnet interposed therebetween, and the wind pressure or suction force of the wind guide structure on the downstream side of the air flow is larger than that on the upstream side. By doing so, the introduced outside air flows without accumulating, and the enclosure and the outer rotor side magnet can be effectively cooled.
以上記載のごとく本発明になる磁気カップリングを介して駆動源に結合した流体機械は、磁気カップリングを構成するアウターロータに外気を導入する導風構造を設けるという簡単な構成で、例え気体(流体)を圧縮することにより生じる熱や、駆動源から生じる熱が磁気カップリングに伝わっても、導入された外気で効果的に冷却され、包囲体とアウターロータ側磁石との間隔が変化することで、包囲体とアウターロータ側磁石との接触による磁気カップリングの破損、包囲体とアウターロータ側磁石との間隔が広がって駆動力の伝達が正常にできなくなる、等の事態を効果的に防止することができる。 As described above, the fluid machine coupled to the drive source via the magnetic coupling according to the present invention has a simple configuration in which an air guide structure for introducing outside air is provided to the outer rotor that constitutes the magnetic coupling. Even if heat generated by compressing the fluid) or heat generated from the drive source is transmitted to the magnetic coupling, it is effectively cooled by the introduced outside air, and the distance between the enclosure and the outer rotor side magnet changes. This effectively prevents damage to the magnetic coupling due to contact between the enclosure and the outer rotor-side magnet, and increases in the distance between the enclosure and the outer rotor-side magnet, which prevents normal transmission of the driving force. can do.
また、導風構造はアウターロータ自体に設けられるから、導風構造を設けたことによって磁気カップリングを大きくしたり無駄なスペースを必要とせず、磁気カップリングを小型に構成でき、ひいては流体機械そのものを小型に構成できる。 In addition, since the air guide structure is provided on the outer rotor itself, the magnetic coupling can be made compact without the need for a large magnetic coupling or useless space by providing the air guide structure. Can be made compact.
以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。 Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention unless otherwise specified, but are merely illustrative examples. Not too much.
図1は、本発明になる磁気カップリングを介して駆動源に結合した流体機械としての、ダブルラップドライスクロール真空ポンプの概略の構造を示す断面構成図、図2は、図1における磁気カップリング31の部分の拡大断面図、図3は本発明になる流体機械における磁気カップリング装置を構成するカップリング部材32に設けた、導風構造としてのスリットを示した断面図である。以下の説明では、本発明の流体機械を前記特許文献1に示され、前記図4で説明したダブルラップドライタイプのスクロール真空ポンプを例に説明するが、本発明はこのタイプの真空ポンプだけでなく、磁気カップリングを介して駆動源に結合した流体機械であれば、他の圧縮機やポンプ装置などに応用できることは自明である。また以下の説明では、前記図4と同一構成要素には同一番号が付してあり、また、説明中、前記図4の説明と重複する部分もあるが、本発明の理解を容易にするため、こういった重複する部分についても説明していく。
FIG. 1 is a sectional view showing a schematic structure of a double wrap dry scroll vacuum pump as a fluid machine coupled to a drive source via a magnetic coupling according to the present invention, and FIG. 2 is a magnetic coupling in FIG. FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a
最初に本発明の概要を簡単に説明すると、本発明においては、前記図4に示したような真空ポンプで代表される流体機械において、真空ポンプ側の隔離壁(包囲体)20と磁気カップリングを構成する駆動用磁石(アウターロータ側磁石)52(図1では33)とを冷却するため、図2、図3に示したように、カップリング部材(アウターロータ)51(図1では32)に、回転によってアウターロータ32内に外気を導入または排出するよう、アウターロータ32の回転方向に対して傾斜させて形成したブレードを設け、該ブレードによりカップリング部材32の壁面に導風用スリットが構成されるようにしたものである。
First, the outline of the present invention will be briefly described. In the present invention, in the fluid machine represented by the vacuum pump as shown in FIG. 4, the isolation wall (enclosure) 20 on the vacuum pump side and the magnetic coupling are used. As shown in FIG. 2 and FIG. 3, a coupling member (outer rotor) 51 (32 in FIG. 1) is used to cool the drive magnet (outer rotor side magnet) 52 (33 in FIG. 1). In addition, a blade is formed so as to be inclined with respect to the rotation direction of the
この導風構造は、カップリング部材(アウターロータ)32の回転方向に対して上記したブレードを傾斜させ、外気がカップリング部材32の内部へ、またはカップリング部材32内の空気をカップリング部材32外に排出できるようにして構成したもので、円筒形状に形成されたカップリング部材32における駆動部30側の底部、カップリング部材32の周面、カップリング部材32の内周面に配した駆動用磁石33と磁石の間、カップリング部材32の真空ポンプ側端面等の部位のいずれか、または複数の位置に設ける。
In this wind guide structure, the blade described above is inclined with respect to the rotation direction of the coupling member (outer rotor) 32, so that the outside air flows into the
そして好ましくは、この導風構造を駆動用磁石(アウターロータ側磁石)33を挟んで駆動部30と真空ポンプ(流体機械)側の両方に設け、空気流の下流側となる導風構造における風圧若しくは吸引力を上流側より大きくすると、導入した外気が溜まることなく流れ、効果的に隔離壁(包囲体)20と駆動用磁石(アウターロータ側磁石)33を冷却することができる。
Preferably, this wind guide structure is provided on both the
以上が本発明になる磁気カップリングを介して駆動源に結合した流体機械の概略であるが、次に図1を用い、本発明になる磁気カップリングを介して駆動源に結合した流体機械としての、ダブルラップドライスクロール真空ポンプについて説明する。この図1に示した真空ポンプは、前記図4、図5で説明したのと同じように、渦巻き状スクロールラップを有する旋回スクロール13を平板の軸方向の両側に設け、それぞれの旋回スクロール13に固定スクロール11、12を嵌合させた真空ポンプである。
The above is the outline of the fluid machine coupled to the drive source via the magnetic coupling according to the present invention. Next, referring to FIG. 1, as the fluid machine coupled to the drive source via the magnetic coupling according to the present invention, The double wrap dry scroll vacuum pump will be described. The vacuum pump shown in FIG. 1 is provided with orbiting
図1において、真空ポンプはスクロール圧縮体10aと隔壁部20と隔壁部25とを含むポンプ本体10と、駆動部30、これらポンプ本体10と、駆動部30とを支持する支持部材35とで構成されている。ポンプ本体10は、旋回スクロール13を駆動する駆動軸16の両端部位のそれぞれが、互いに円形蓋状のハウジングを兼ねた固定スクロール11、12に気密状態で取付られる一対の隔壁部(包囲体)20、25と、この隔壁部20、25にラップ圧縮気体より正圧の圧縮気体を供給する圧縮気体導入口17、18と、駆動軸16へ駆動部30からの回転力を非接触で伝達する磁気カップリング31とを備えている。そのため真空ポンプは、駆動力伝達手段たる磁気カップリング31によって駆動部30とは隔絶され、気密状態に構成されて吸込み側からの汚染物質が外部に漏洩することがない。
In FIG. 1, the vacuum pump includes a pump
磁気カップリング31は、駆動部30側が、駆動軸30aに結合された底部を有する円筒形状のカップリング部材(アウターロータ)32と、その内部に配された駆動用磁石33とで構成され、また真空ポンプ側は、ポンプ本体の駆動軸16に取り付けられたポンプ側カップリング部材(インナーロータ)23と、その外周に取り付けられた磁石21、及びこのポンプ側カップリング部材23を囲繞して密閉密閉空間22を形成するための前記した隔壁部(包囲体)20とで構成されている。
The
このうち隔壁部20は、円筒状としたカップリング部材32の内部にこれも円筒形状として駆動用磁石33に近接するよう設けられ、ポンプ側カップリング部材23は、外周に取り付けられた磁石21がこの隔壁部20に近接し、カップリング部材32の内部に設けられた駆動用磁石33の吸引力、または反発力を有効に受けるように配されて、それによってカップリング部材32の回転でカップリング部材23も回転するようになっている。
Of these, the
スクロール圧縮体10aの固定スクロール11は、円形蓋状のハウジングを兼ねた軸方向に垂直設定された摺動面と、該摺動面に軸方向に植設された渦巻き状の固定スクロールラップ11aとよりなり、固定スクロール12は、円形蓋状のハウジングを兼ねた軸方向に垂直設定された摺動面と、該摺動面に軸方向に植設された渦巻き状の固定スクロールラップ12aとよりなっている。また旋回スクロール13は、駆動軸16により軸受けを介して偏心状に支持された軸方向に垂直設定された摺動面と、該摺動面にそれぞれ植設した渦巻き状スクロールラップ13aとよりなっている。
The fixed
旋回スクロール13の軸方向の左右に植設された渦巻き状スクロールラップ13aは、固定スクロール11の渦巻き状スクロールラップ11aと固定スクロール12の渦巻き状スクロールラップ12aとにそれぞれ嵌合するとともに、ラップ先端部を摺動面に当接摺動させている。固定スクロール11、12の渦巻き状スクロールラップ11a、12aの先端部は、旋回スクロール13の摺動面に当接摺動され、駆動軸16による偏心状支持のもとに公転し、旋回スクロール13と固定スクロール11、12との間に複数の三日月状圧縮室を形成して外周部位の吸込口14よりガスを吸込み、前記したように吸入、圧縮、吐出の過程を同時に連続的に行わせ、吐出通路15aを介して吐出口15への吐き出しを可能にして、真空ポンプとして機能するようにしてある。
The spiral scroll wrap 13a planted on the left and right in the axial direction of the orbiting
尚、前記外気導入口17、18からは、不活性の窒素ガスの圧縮気体が導入され、該圧縮気体は、旋回スクロール13及び固定スクロール11、12とが形成する密閉空間により圧縮されて、吐出口15へ吐出される最終密閉空間のラップ圧縮気体の圧力よりも正圧としてあり、前記ラップ圧縮気体が外気導入口17、18に逆流することはない。
A compressed gas of inert nitrogen gas is introduced from the outside
一方、図示はされていないがポンプ本体の駆動軸16は、潤滑部材で構成したオイルレスメタルよりなる無給油方式の軸受や、圧縮気体導入口17、18から導入される圧縮気体により動作する気体軸受けとしてあり、潤滑油使用による周囲の油漏れ、排出ガス中への油の混入、軸受け部の耐久性、管理上の無駄を省くことにより、長期間にわたるノンストップ運転を可能としていると共に、前記旋回スクロール13が偏心状に支持されていることによるウェイトのバランスを取るため、バランスウェイト42、43が設けられている。
On the other hand, although not shown in the figure, the
また、固定スクロール12には、図示してはいないが前記したように、円形蓋状フレーム部分に冷却用フィンを設けて雰囲気空気による自然冷却を可能とし、また、円形蓋状のハウジングを兼ねた固定スクロール11、12には、不図示の冷却水循環用ジャケットを設けて別途用意したラジエータ及び、水循環用ポンプ等を有した冷却水循環冷却手段により、固定スクロール11、12の背面より強制冷却するようにする。
Although not shown in the figure, the fixed
このように、圧縮気体導入口17、18からラップ圧縮気体よりも正圧の圧縮気体が駆動軸16の端部に供給され、その圧縮気体を吐出口15から排出するようにしているので、ラップが形成する密閉空間によるラップ圧縮気体が圧縮気体導入口17、18へ逆流することがない。また、吸込口14、吐出口15、及び圧縮気体導入口17、18を除き気密状態に構成し、駆動部30からの駆動力伝達を、磁気カップリング31を用いた非接触型駆動力伝達機構としたため、吸込み側に接続する原子力側よりの放射線環境汚染をより完全に遮断ができる。なお、この流体機械としてのダブルラップドライスクロール真空ポンプの詳細については、前記特許文献1に詳細に述べられている。
As described above, compressed gas having a pressure higher than that of the lap compressed gas is supplied to the end of the
図2は、図1における磁気カップリング31の部分の拡大断面図であり、本発明の磁気カップリングを介して駆動源に結合した流体機械における磁気カップリング装置は、前記したように磁気カップリング31を構成するカップリング部材32の、例えば円筒形状に形成されたカップリング部材32の駆動部30側の底部の36で示した部位、及びカップリング部材32の真空ポンプ側端面の39で示した部位などに前記した導風構造が設けられ、カップリング部材32の内側に、矢印26、27で示したような空気流を形成する。なお、この図2において20は隔離壁(包囲体)、21はインナーロータ側磁石、23はカップリング部材(インナーロータ)、30aは駆動部30の駆動軸、33は駆動用磁石(アウターロータ側磁石)、34は換気孔である。
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a portion of the
また、磁気カップリング31のカップリング部材32に設ける導風構造は、上記した36、39の部位だけでなく、前記したようにカップリング部材32の円筒形状周面、カップリング部材32の内周面に配した駆動用磁石33と磁石の間、等、種々の位置に設けることができ、前記したようにこの導風構造を、駆動用磁石33を挟んで駆動部30と真空ポンプ側の両方に設け、空気流の下流側となる導風構造における風圧若しくは吸引力を上流側より大きくすることが好ましい。
Further, the air guide structure provided on the
この導風構造の設置位置と構造を示したのが図3である。まず、図3(F)は、円筒形状をしたカップリング部材32の導風構造を設ける位置を示した断面図であり、図中30aは駆動部30の駆動軸、33は駆動用磁石である。36は、A−A’位置の断面図である図3(A)に示したように、円筒形状に形成されたカップリング部材32の駆動部30側の底部に設けた導風構造、37は、B−B’位置の断面図である図3(B)に示したように、カップリング部材32の円筒形状周面に設けた導風構造、38は、C−C’位置の断面図である図3(C)に示したように、カップリング部材32の内周面に配した駆動用磁石33と磁石の間に設けた導風構造、39は、D−D’位置の断面図である図3(D)に示したように、カップリング部材32の真空ポンプ側端面に設けた導風構造である。
FIG. 3 shows the installation position and structure of this wind guide structure. First, FIG. 3F is a cross-sectional view showing a position where a wind guide structure of the
各位置に設ける導風構造は、前記して図3(E)に示したように、それぞれの位置で回転方向に対して傾斜させた、例えばスリット41を形成する40で示したようなブレードであり、このブレード40で形成されるスリット41により、外気がカップリング部材32の内部へ、またはカップリング部材32内の空気をカップリング部材32外に排出できるようにしてある。
As shown in FIG. 3E, the air guide structure provided at each position is a blade that is inclined with respect to the rotation direction at each position, for example, as shown by 40 forming a
そして、図3(A)に示したカップリング部材32の駆動部30側の底部に設けた導風構造36は、図示したように駆動部30の駆動軸30aを中心として円状に設けたり、強度が心配な場合は一定角度毎にこのスリットを設けない部位を配するようにしても良い。図3(B)は、カップリング部材32の円筒形状周面に設けた導風構造37を示したもので、例えば駆動用磁石33に対応した部位、あるいは駆動用磁石33が無い部位に設けたり、全周面に設けても良い。
And the
図3(C)に示した導風構造38は、カップリング部材32の内周面に配した駆動用磁石33と磁石の間に設けたもので、この図に示した導風構造38は、カップリング部材32から中心方向に突出している駆動用磁石33の中心側より外周側となっているが、駆動用磁石33の中心側と同じ位置となるように突出させるよう設けても良い。また図3(D)に示した導風構造39は、カップリング部材32の真空ポンプ側端面に設けたもので、この場合、外気をカップリング部材32内部に導入する方向にスリットを形成すると、隔離壁20に外気が直接当たり、隔離壁20に対する冷却効果が大きくなる。
The
さらに前記したように、これら導風構造36、37、38、39を、駆動用磁石33を挟んで駆動部30と真空ポンプ側の両方に設け、空気流の下流側となる導風構造における風圧若しくは吸引力を上流側より大きくすると、カップリング部材32内に空気が溜まることなく、より大きな冷却効果が得られる。そのため、例えば上流側の導風構造を形成するスリットを下流側の導風構造を形成するスリットよりも狭くしたり、36の導風構造から外気をカップリング部材32内に導入し、38と39で示した導風構造でカップリング部材32外に排出するようにしたり、逆に39の導風構造で外気の導入を行い、36と37の導風構造で排気をするなど、導入側の導風構造より、排出側の導風構造の数を多くする、などで達成できる。
Further, as described above, these
以上、種々述べてきたように本発明になる磁気カップリングを介して駆動源に結合した流体機械は、磁気カップリング31におけるカップリング部材(アウターロータ)32に、外気を導入する導風構造36〜39を設けて隔離壁(包囲体)20と駆動用磁石(アウターロータ側磁石)33とを冷却するから、気体(流体)を圧縮することにより熱が生じる流体機械が用いられたり、駆動部30から熱が伝わってきても、磁気カップリング31における隔離壁20や駆動用磁石33は導入された外気で冷却され、前記したような隔離壁20と駆動用磁石33との間隔が変化し、隔離壁20と駆動用磁石33とが接触して磁気カップリング31が破損したり、逆に隔離壁20と駆動用磁石33との間隔が広がり、カップリング部材(インナーロータ)側磁石21に作用する磁力が弱くなって、駆動力の伝達が正常にできなくなるという事態を防止することができる。
As described above, the fluid machine coupled to the drive source via the magnetic coupling according to the present invention as described above has a
また、導風構造はカップリング部材(アウターロータ)32自体に設けられるから、導風構造を設けたことによって磁気カップリング31を大きくしたり無駄なスペースを必要とせず、磁気カップリング31を小型に構成でき、ひいては流体機械そのものを小型に構成できる。
Further, since the wind guide structure is provided in the coupling member (outer rotor) 32 itself, the
本発明によれば、流体機械や駆動部(モータ)から熱が伝わってきてもそれを効果的に冷却することができ、高い耐久性と信頼性を有する磁気カップリングを介して駆動源に結合した流体機械とすることができる。 According to the present invention, even if heat is transmitted from a fluid machine or a drive unit (motor), it can be effectively cooled and coupled to a drive source through a magnetic coupling having high durability and reliability. Fluid machine.
10 ポンプ本体
10a スクロール圧縮体
11 円形蓋状のハウジングを兼ねた固定スクロール
11a 固定スクロールラップ
11b 固定スクロールラップ内周部
12 円形蓋状のハウジングを兼ねた固定スクロール
12a 固定スクロールラップ
13 旋回スクロール
13a 旋回スクロールラップ
13b 旋回スクロールラップ外周部
14 吸込口
15 吐出口
15a 吐出通路
16 ポンプ本体の駆動軸
17 圧縮気体導入口
18 圧縮気体導入口
20 隔離壁
21 磁石
22 密閉空間
23 カップリング部材
25 隔離壁
26、27 矢印
30 駆動部
30a 駆動軸
31 磁気カップリング
32 カップリング部材
33 駆動用磁石
34 換気孔
35 支持部材
36、37、38、39 スリット
40 ブレード
41 スリット
42、43 バランスウェイト
DESCRIPTION OF
Claims (2)
該駆動源に磁気カップリングを介して結合された圧縮機を含むポンプ装置からなる流体機械とで構成され、
前記磁気カップリングは、
円筒形状に形成された底部に前記駆動源の駆動軸が直結されたアウターロータと、
該アウターロータ内周部に配されたアウターロータ側磁石と、
前記アウターロータ内に配されて前記流体機械側駆動軸に取り付けられたインナーロータと、
該インナーロータ周囲に設けられ、前記アウターロータ側磁石との引き合いと反発とによって前記駆動源の駆動力を前記流体機械に伝えるインナーロータ側磁石と、からなり、
前記流体機械は、駆動軸の両端部位のそれぞれを覆うと共に、前記磁気カップリング側は前記インナーロータとアウターロータ間に配されて、流体吸い込み口、及び吐き出し口以外を気密状態にするよう取付られた一対の包囲体を備え、
磁気カップリングを介して駆動源に結合した流体機械において、
前記磁気カップリングを構成するアウターロータに、回転によってアウターロータ内に外気を導入または排出する導風構造を設け、前記磁気カップリング側包囲体とアウターロータ側磁石とを冷却するようにし、
前記導風構造は、前記アウターロータの回転方向に対して傾斜させて形成したブレードであり、該ブレードにより前記アウターロータ壁面に導風用スリットが形成されて構成されるとともに、前記導風構造は、前記アウターロータにおける、前記駆動源側底部、前記アウターロータ周面、前記アウターロータ内周面に配した前記アウターロータ側磁石と磁石の間、前記アウターロータの流体機械側端面のそれぞれに設けられていることを特徴とする磁気カップリングを介して駆動源に結合した流体機械。 A driving source;
A fluid machine comprising a pump device including a compressor coupled to the drive source via a magnetic coupling;
The magnetic coupling is
An outer rotor in which the drive shaft of the drive source is directly connected to a bottom formed in a cylindrical shape;
An outer rotor-side magnet disposed on the inner periphery of the outer rotor;
An inner rotor disposed in the outer rotor and attached to the fluid machine side drive shaft;
An inner rotor side magnet provided around the inner rotor and transmitting the driving force of the drive source to the fluid machine by attracting and repelling the outer rotor side magnet;
The fluid machine covers each of both end portions of the drive shaft, and the magnetic coupling side is disposed between the inner rotor and the outer rotor, and is attached so as to make an airtight state other than the fluid suction port and the discharge port. A pair of enclosures,
In a fluid machine coupled to a drive source via a magnetic coupling,
The outer rotor constituting the magnetic coupling is provided with a wind guide structure for introducing or discharging outside air into the outer rotor by rotation, and the magnetic coupling side enclosure and the outer rotor side magnet are cooled ,
The wind guide structure is a blade formed to be inclined with respect to the rotation direction of the outer rotor, and the blade is formed by forming a wind guide slit on the wall surface of the outer rotor. In the outer rotor, the drive source side bottom, the outer rotor peripheral surface, the outer rotor side magnet disposed between the outer rotor inner peripheral surface and the magnet, and the outer rotor on the fluid machine side end surface, respectively. fluid machine coupled to a drive source via a magnetic coupling, characterized in that is.
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