JP5069821B2

JP5069821B2 - 永久磁石を備えたキャンドポンプ

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Publication number: JP5069821B2
Application number: JP2010096045A
Authority: JP
Inventors: 簡煥然; 王錦城; 施志寛
Original assignee: 協磁股▲ふん▼有限公司
Priority date: 2009-04-28
Filing date: 2010-04-19
Publication date: 2012-11-07
Anticipated expiration: 2030-04-19
Also published as: KR101200420B1; JP2010261436A; ITGO20100002A1; US8597000B2; TWI381100B; DE102010014800B4; GB2469901A; FR2944838B1; FR2944838A1; KR20100118517A; IT1399889B1; GB201005024D0; GB2469901B; TW201038828A; US20100272592A1; DE102010014800A1

Description

本発明は、永久磁石モータ駆動のキャンド型シールレスモータポンプ（ｓｅａｌ−ｌｅｓｓｍｏｔｏｒｐｕｍｐ）を利用した技術（以下、「永久磁石を備えたキャンドポンプ」という）に関し、さらに詳しくは、高腐食性化学液体の輸送、加圧、循環などに用いるプラスチック又はプラスチックライニング（ｌｉｎｉｎｇ）に適用するポンプである。高腐食性化学液体は浸食性が強くて漏れ易い上、製造工程中の液体温度が８５℃に達すると、プラスチック部品の強度が大幅に低下して変形することがあった。従来のプラスチック又はプラスチックライニングのキャンド型シールレスモータポンプの固定軸は、入口に設けた三脚フレーム及び密封後蓋の両辺により支持したり、密封後蓋の強化構造を利用し、固定軸の単辺支持により低下する信頼性及び性能を向上させることができる上、使用寿命を伸ばすこともできる永久磁石を備えたキャンドポンプに関する。

永久磁石を備えたキャンドポンプは、耐腐食又は漏れ防止の用途に広く応用され、金属材料により製作したキャンド型シールレスモータポンプは、様々な工業用途に応用されている。しかし、エンジニアリングプラスチック材料により製作したキャンド型シールレスモータポンプは、シールレス磁気結合ポンプ（ｓｅａｌ−ｌｅｓｓｍａｇｎｅｔｉｃｃｏｕｐｌｉｎｇｐｕｍｐ）を踏襲した設計理念であり、さらに永久磁石モータにより従来のインダクションモータを代替する目的は、効率が高いモータを使用し、ポンプの応用範囲を広げ、流量及び揚程の調整が容易である上に体積が小さく、製造工程においてユーザの様々なニーズを満足させることができる。

図１を参照する。図１に示すように、従来の永久磁石を備えるキャンドポンプは、両辺支持の固定軸構造であり、ポンプ前蓋４、羽根車５、密封後蓋４１、固定軸３、三脚フレーム３１及びキャンドモータ８を含む。ポンプ前蓋４には、羽根車５を収納するために用いる入口４４、ポンプ出口４５及び流路空間４７を有する。ポンプ前蓋４内側の入口４４の箇所には、羽根車５の入口側のインペラウェアリング（ｉｍｐｅｌｌｅｒｗｅａｒｒｉｎｇ）５３と接続され、協働で軸方向のスラスト軸受を構成する入口スラストリング４６が設けられている。

羽根車５は、ポンプ前蓋４の内部に取り付けられ、ポンプ前蓋４の入口箇所の三脚フレーム３１に固定され、軸方向でインペラハブ開孔５４に貫設され、固定軸３の端部を支持する。インペラハブ（ｉｍｐｅｌｌｅｒｈｕｂ）５２は、軸方向で延伸されたリング状構造であり、モータロータ７の軸方向延伸部７６と結合し、羽根車５とモータロータ７とを一体成形する。例えば、モータロータ７とインペラハブ５２とを射出成形して一体成形する。

モータロータ７は、永久磁石７１及びロータヨーク７２を含むリング状構造であり、耐腐食のエンジニアリングプラスチックにより覆われ、シールレスのリング状磁性ロータシーム７４を覆い、モータロータ７の中空部に設けた軸受７７，７８により、固定軸３と接続して流体軸受システム（ｈｙｄｒａｕｌｉｃｂｅａｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍ）を構成し、モータロータ７を回転して動力を伝達する。モータロータ７の円筒状構造を軸方向延伸部７６として用いることにより、インペラハブ５２と接続し、モータロータ７の動力を有効に伝達し、モータロータ７とインペラハブ５２とを射出成形して一体構造を形成する。

密封後蓋４１は、カップ状構造であり、腐食液体の漏れを防ぐために、前端のフランジ部４１１がポンプ前蓋４及びキャンドモータ８のフランジ（ｆｌａｎｇｅ）８１１に結合されている。腐食液体を隔絶し、モータコイル８３１が腐食されることを防ぐために、モータ固定子８３の内周に、密封後蓋４１の側部に設けた円筒部４１２を嵌合させる。密封後蓋４１の底部は平坦状であり、その中央部分には凹状のめくら孔構造の軸孔座４１３を用いて固定軸３の他方の端部を支持し、後蓋スラスト軸受リング４１４を固定し、密封後蓋４１の内部に設けた収納空間４１５により、固定軸３及びモータロータ７を配置する。

固定軸３は、両辺支持構造であり、耐腐食及び耐磨耗のセラミック材料からなり、２つの端部は、それぞれ三脚フレーム３１及び軸孔座４１３により支持されて固定され、中間部分は、軸受７７，７８と接続するために用い、回転しているモータロータ７を支持する。

キャンドモータ８は、モータ固定子８３、モータケース（ｍｏｔｏｒｃａｓｔｉｎｇ）８１、モータ後フレーム８２、密封後蓋４１、モータロータ７及び固定軸３を含む。モータ固定子８３は、モータケース８１の中に取り付けられている。モータ後フレーム８２は、モータケース８１上に固定され、その中央部分に設けた凹状の軸支持座８２１により後蓋の軸孔座４１３を固定し、固定軸の支持力を高める。モータケース８１は、ポンプの側部に設けたフランジ８１１を用い、腐食液体が漏れることを防ぐために、後蓋のフランジ部４１１とポンプ前蓋４とを緊密に螺合させる。モータ固定子８３及びそのモータコイル８３１は、密封後蓋４１により完全に密封することにより、腐食液体が漏れることを防ぐ。モータ後フレーム８２の下方には、電気ケーブル出口８２２が設けられ、駆動装置の電気ケーブルを固定子コイルに接続し、モータを駆動させる。

図２を参照する。図２は、従来の永久磁石を備えたキャンドポンプのもう一つの例による片持ち固定軸構造を示す断面図である。このポンプは、ポンプ前蓋４、羽根車５、密封後蓋４１、固定軸３及びキャンドモータ８を含む。ポンプ前蓋４には、羽根車５を収納するために用いる入口４４、ポンプ出口４５及び流路空間４７が設けられている。ポンプ前蓋４の内側には、入口４４の箇所に設けられた入口スラストリング４６を用い、羽根車５の入口側に設けた羽根車スラストリング５３と接続し、軸方向のスラスト軸受を協働で構成する。

羽根車５は、ポンプ前蓋４の内部に取り付けられ、インペラハブ板５５のインペラハブ開孔５４は、内部の潤滑循環の回流孔として用いたり、軸方向の押圧力を除去する平衡孔として用いたりする。インペラハブ５２は、軸方向で延伸したリング状構造であり、モータロータ７の軸方向延伸部７６と結合するために用い、羽根車５とモータロータ７とを一体形成する。例えば、モータロータ７とインペラハブ５２とを射出成形して一体形成する。

モータロータ７は、永久磁石７１及びロータヨーク７２を含むリング状構造であり、耐腐食のエンジニアリングプラスチックにより覆い、シームレスのリング状磁性のロータシーム７４が形成され、モータロータ７の中空部に設けた軸受７７，７８を用い、固定軸３と接続して液体軸受システムを構成し、モータロータ７を回転させ、動力を伝達する。モータロータ７の円筒状構造である軸方向延伸部７６は、インペラハブ５２と結合し、モータロータ７の動力を有効に伝達する。例えば、モータロータ７及びインペラハブ５２は、射出成形して一体成形する。

密封後蓋４１は、カップ状であり、腐食液体の漏れを防ぐために、前端のフランジ部４１１がポンプ前蓋４及びキャンドモータ８のフランジ８１１に結合されている。腐食液体を隔絶し、モータコイル８３１が腐食されることを防ぐために、モータ固定子８３の内周に、密封後蓋４１の側部に設けた円筒部４１２を嵌合させる。密封後蓋４１の底部は、剛性構造部品４１６及び固定軸３の端部により完全に覆われ、剛性構造部品４１６の中央孔は、固定軸３の端部を支持するために用い、固定座により後蓋スラスト軸受リング４１４を固定する。密封後蓋４１の内部にある収納空間４１５は、固定軸３及びモータロータ７を収納するために用いる。

固定軸３は、耐腐食及び耐磨耗のセラミック材料からなる片持ち構造であり、密封後蓋４１の底部に設けた剛性構造部品４１６により支持されて固定された端部と、軸受７７，７８と接続された中間部分とを有し、回転するモータロータ７を支持する。

キャンドモータ８は、モータ固定子８３、モータケース８１、モータ後フレーム８２、密封後蓋４１、モータロータ７及び固定軸３を含む。モータ固定子８３は、モータケース８１の中に取り付けられている。モータ後フレーム８２は、モータケース８１上に固定されている。モータケース８１は、ポンプの側部に設けたフランジ８１１を用い、後蓋のフランジ部４１１とポンプ前蓋４とを緊密に螺合させて腐食液体の漏れを防ぐ。モータ固定子８３及びそのモータコイル８３１は、密封後蓋４１により完全に密封され、腐食液体の漏れ及び接触を防ぎ、モータ後フレーム８２の下方に電気ケーブル出口８２２を設け、駆動装置の電気ケーブルを固定子コイルに接続してモータを駆動する。

図１及び図２を参照する。図１及び図２に示すように、ポンプを運転するとき、流体の流動方向６が羽根車５の流路を通ってから、圧力が加えられた流体（例えば、流動方向６１など）に形成され、ポンプ出口４５から排出されるとともに、一部の流体が、例えば、流動方向６２などで、羽根車５の後ろ側から密封後蓋４１の収納空間４１５を通り、ロータの外側と後蓋の内径との隙間から、例えば、流動方向６３で後蓋底部に向かって流動してから、固定軸３と、軸受７７，７８との隙間から、例えば、流動方向６４などで流動してから、最後にインペラハブ開孔５４を介し、例えば、流動方向６５で羽根車の入口に戻る。この流体の循環流動は、セラミック軸受の潤滑に用いられるとともに、ロータが発生させた熱を運び去るためにも用いられる。

永久磁石を備えたキャンドポンプの基本構造は、キャンドモータ８のモータコイル８３１により固定子の回転磁場を提供し、モータロータ７の永久磁石の磁場との相互作用によりトルク及び回転を発生させる。この駆動方法及びシールレス磁気結合ポンプが使用する永久磁石内外のロータが直接に接続されて駆動される。モータコイル８３１は、インダクションコイルで構成されているということは、十分な磁束を得るためにインダクションコイルを永久磁石よりも体積を大きくしたり、或いはモータロータ７の磁束を相対的に増大させなければならないという意味である。そのため、モータロータ７の構造は、モータ固定子８３と組み合わせなければ良好な効果を得ることができない。しかし、これはキャンドモータ８の固定軸３が、モータロータ７の重量により発生する遠心力の負荷に耐えられるようし、これら遠心力の負荷は、モータロータ７自身の残留スラストから来る上、液体軸受を運転するときの潤滑隙間の偏心による遠心力から発生する。

従来技術では、プラスチック部品の構造強度によりモータの固定軸３を支持していたが、構造強度が不足し易く、特に温度が８５℃のときに強度不足が発生し易かった。また、プラスチック部品とセラミック部品との熱変形量が異なるため、固定軸３の支持力が大幅に下がったり変形したりする。例えば、両辺支持固定軸の主な支持構造部材は三脚フレーム３１である。三脚フレーム３１の片持ち構造は、高温下で強度が低下して軸の偏心量が増加する。固定軸３が両辺支持又は片持ち支持であっても、密封後蓋４１は固定軸３のもう一つの支持構造部材であり、密封後蓋４１自体の厚さは、側部に設けた円筒部４１２が薄いため、液体の温度又は圧力により変形し易い。側部に設けた円筒部４１２は、モータの固定子の内周により支持されるが、その変形は、後蓋底部の中央軸の位置決めに影響を与え、固定軸が変位するもう一つの原因である。温度及び圧力が後蓋を変形させるのに十分なほど増大する場合、固定軸は三脚フレーム３１及び軸孔座４１３と緊密に結合されなくなって緩むことがある。この緩みを発生させるその他の原因は、プラスチック材料とセラミック材料の熱変形の性質が異なるため、固定軸３とプラスチック材料との間に隙間が発生して固定軸３が緩むためである。

永久磁石を備えたキャンドポンプは、駆動装置により駆動され、キャンドモータ８の出力パワーが好ましい範囲内にあるか、出力トルクが好ましい範囲内にある限り、所定の回転速度を超えるまで回転速度を増大させることができる。低回転速度で操作する際、これら変形量及び遠心力は、特に考慮する必要がないが、運転速度が所定の回転速度を超える場合、固定軸３が受ける遠心力は、回転速度の２乗倍で増加する。

上述したことをまとめると、ポンプ運転に対するニーズは、高い腐食製造工程の応用に対し、以下の（１）〜（３）の問題を解決する必要がある。
（１）プラスチック材料とセラミック材料との熱物理特性の違いにより、結合強度が不足する。
（２）プラスチック材料は、高温下で強度が低下する。
（３）回転速度が所定の回転速度を超えると、遠心力が増大する。

以上（１）〜（３）の問題を完全に解決するために、分析した結果を以下（１）〜（３）に示す。
（１）プラスチック材料の強度問題：耐食性材料の大部分は、材料強度がセラミック材料より低く、特に温度が高い場合、材料強度が大幅に下がる。プラスチックの一部は、温度が高くても強度が高いが、耐食性が低下する虞がある。
（２）プラスチック材料の熱変形問題：耐食性プラスチック材料の多くは耐熱性が好ましくなく変形し易いため、セラミック材料と緊密に結合させることができない。
（３）高速遠心力の問題：モータロータの重量が大きく、液体軸受と固定軸との間には潤滑に必要な隙間が設けられているため、固定軸の遠心力の負担が大きい。遠心力は、回転速度の２乗倍で増大し、ポンプが所定の回転速度より高い回転速度で運転される場合、固定軸はさらに高い遠心力に耐える必要がある。

本発明の目的は、液体に接触する材料に耐腐食プラスチックを利用し、単辺が固定された片持ち軸構造を改良することにより、固定軸の強度により、様々なパワー及び高速化に対するニーズを満足させ、密封後蓋の密封機能を向上させ、様々な化学薬品の耐腐食のニーズを満足させ、新たな構造により高温製造工程の構造強度に対するニーズを満足させることができる永久磁石を備えたキャンドポンプを提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の第１の形態によれば、ポンプ前蓋、羽根車及びキャンドモーターを備える永久磁石を備えたキャンドポンプであって、ポンプ前蓋は、羽根車を収納する入口、ポンプ出口及び流路空間を有し、羽根車は、ポンプ前蓋の内部に取り付けられ、インペラハブ板上に設けた複数の開孔は、内部の潤滑循環の回流孔として用いたり、軸方向の押圧力を除去する平衡孔として用い、インペラハブは、軸方向で延伸したリング状構造であり、モータロータの軸方向延伸部と結合するために用い、羽根車とモータロータとを一体形成し、キャンドモータは、モータ固定子、モータケース、モータ後フレーム、密封後蓋、モータロータ及び固定軸を含み、モータ固定子は、モータケースの中に取り付けられ、モータ後フレームは、モータケース上に固定され、後蓋のフランジ部、モータケースフランジ及びポンプ前蓋を緊密に螺合させて腐食液体の漏れを防ぎ、モータ固定子及びそのモータコイルは、密封後蓋により完全に密封され、腐食液体の漏れ及び接触を防ぎ、モータ後フレームの下方に電気ケーブル出口を設け、駆動装置の電気ケーブルを固定子コイルに接続してモータを駆動し、キャンドモーターのモータロータは、永久磁石、ロータヨーク及びベアリングシートを含むリング状構造であり、耐腐食のエンジニアリングプラスチックにより覆い、シームレスのリング状磁性のロータシームが形成され、モータロータの中空部に設けた軸受を用い、固定軸と接続して液体軸受システムを構成し、モータロータの円筒状構造である軸方向延伸部は、インペラハブと結合し、剛性及び強度を高め、インペラハブと結合し、ロータの動力を有効に伝達し、キャンドモーターの密封後蓋は、カップ状であり、腐食液体の漏れを防いで密封性を高めるために、前端のフランジ部がポンプ前蓋及びフランジに結合され、モータ固定子の内周に、密封後蓋の側部に設けた円筒部を嵌合させ、モータコイルが腐食液体により腐食されることを防ぎ、密封後蓋の底部中央には、Ｏリングシール溝を有する軸孔が設けられ、密封機能を備える片持ち式固定軸を構成し、固定軸は、片持ち構造であり、耐腐食及び耐磨耗のセラミック軸スリーブ、金属軸及びモータ後フレームを含み、密封後蓋とともに完全な軸密封システムを構成し、セラミック軸スリーブは、金属軸の円形頭部と、モータ後フレームの圧縮面とを緊密に螺合させて圧縮し、高剛性の複合式固定軸を構成し、金属軸は、密封後蓋の底部中央に設けたＯリングシール溝の軸孔に貫設し、金属軸は、セラミック軸スリーブの中心孔に貫設され、円形頭部を有する端部がセラミック軸スリーブの前端面に押し付けられ、金属軸は、ネジ部を有する他方の端部が中心孔に貫設され、ナットによりモータ後フレーム上に緊密に螺合され、モータ後フレームの圧縮面上にセラミック軸スリーブが押し付けられ、密封後蓋の底部に設けたＯリングの正確な圧縮量を確保して完全に密封し、金属軸の円形頭部は、プラスチックシームを利用し、その上にＯリングを設け、密封性かつ耐腐食の機能を得て、セラミック軸スリーブのスラスト端面を用いてロータの軸受と接続して軸方向端面を構成することを特徴とする永久磁石を備えたキャンドポンプが提供される。

本発明の第２の形態によれば、駆動モータが永久磁石を備えたキャンドモータであって、永久磁石を備えたキャンドモータは、モータ固定子、モータロータ、密封後蓋、片持ち固定軸、モータケース及びモータ後フレームを備える永久磁石を備えたキャンドポンプであって、モータ固定子は、モータケースの中に取り付けられ、モータ後フレームがモータケース上に固定され、後蓋のフランジ部、モータケースフランジ及びポンプ前蓋を緊密に螺合させて腐食液体の漏れを防ぎ、モータ固定子及びそのモータコイルは、密封後蓋により完全に密封され、腐食液体の漏れ及び接触を防ぎ、モータ後フレームの下方に電気ケーブル出口を設け、駆動装置の電気ケーブルを固定子コイルに接続してモータを駆動し、モータロータは、永久磁石、ロータヨーク及びベアリングシートを含むリング状構造であり、耐腐食のエンジニアリングプラスチックにより覆い、シームレスのリング状磁性のロータシームが形成され、モータロータの中空部に設けた軸受を用い、固定軸と接続して液体軸受システムを構成し、モータロータの円筒状構造である軸方向延伸部は、インペラハブにより剛性及び強度が高まり、インペラハブと結合し、ロータの動力を有効に伝達し、キャンドモーターの密封後蓋は、カップ状であり、腐食液体の漏れを防いで密封性を高めるために、前端のフランジ部がポンプ前蓋及びフランジに結合され、モータ固定子の内周に、密封後蓋の側部に設けた円筒部を嵌合させ、モータコイルが腐食液体により腐食されることを防ぎ、密封後蓋の底部中央には、Ｏリングシール溝を有する軸孔が設けられ、密封機能を備える片持ち式固定軸を構成し、固定軸は、片持ち構造であり、耐腐食及び耐磨耗のセラミック軸スリーブ、金属軸及びモータ後フレームを含み、密封後蓋とともに完全な軸密封システムを構成し、セラミック軸スリーブは、金属軸の円形頭部と、モータ後フレームの圧縮面とを緊密に螺合させて圧縮し、高剛性の複合式固定軸を構成し、金属軸は、密封後蓋の底部中央に設けたＯリングシール溝の軸孔に貫設し、金属軸は、セラミック軸スリーブの中心孔に貫設され、円形頭部を有する端部がセラミック軸スリーブの前端面に押し付けられ、金属軸は、ネジ部を有する他方の端部が中心孔に貫設され、ナットによりモータ後フレーム上に緊密に螺合され、モータ後フレームの圧縮面上にセラミック軸スリーブが押し付けられ、密封後蓋の底部に設けたＯリングの正確な圧縮量を確保して完全に密封し、金属軸の円形頭部は、プラスチックシームを利用し、その上にＯリングを設け、密封性かつ耐腐食の機能を得て、セラミック軸スリーブのスラスト端面を用いてロータの軸受と接続して軸方向端面を構成することを特徴とする永久磁石を備えたキャンドポンプが提供される。

本発明の第３の形態によれば、キャンドモータの固定軸が片持ち構造であり、固定軸がセラミック軸スリーブ、金属軸及びモータ後フレームを備え、密封後蓋とともに完全な軸密封システムを構成し、金属軸は、密封後蓋の底部中央に設けたＯリングシール溝の軸孔に貫設し、金属軸は、セラミック軸スリーブの中心孔に貫設され、円形頭部を有する端部がセラミック軸スリーブの前端面に押し付けられ、金属軸は、ネジ部を有する他方の端部が中心孔に貫設され、ナットによりモータ後フレーム上に緊密に螺合され、モータ後フレームの圧縮面上にセラミック軸スリーブが押し付けられ、密封後蓋の底部に設けたＯリングの正確な圧縮量を確保して完全に密封し、金属軸の円形頭部は、プラスチックシームを利用し、その上にＯリングを設け、密封性かつ耐腐食の機能を得て、セラミック軸スリーブのスラスト端面を用いてロータの軸受と接続して軸方向端面を構成することを特徴とする永久磁石を備えたキャンドポンプが提供される。

本発明の第４の形態によれば、永久磁石を備えたキャンドモータのロータは、高強度かつ軽量のベアリングシート構造であり、モータロータは、永久磁石、ロータヨーク及びベアリングシートを含むリング状構造であり、耐腐食のエンジニアリングプラスチックにより覆われ、シールレスのリング状磁性ロータシームを覆い、モータロータの永久磁石とロータヨークとは略同じ厚さを有し、軽量かつ高強度のベアリングシートは、ロータヨークの内径に取り付けられ、ロータの重量を低減し、シーム後のリング状内径でロータを小さくし、リング状内径により軸受を取り付け、固定軸とともに流体軸受システムを構成し、ベアリングシートの長さは、ロータヨークの長さ及び軸方向延伸部の長さを含み、軸方向延伸部の内部をベアリングシートにより支持し、軸方向延伸部が保有する最適な動力伝達剛性を確保し、インペラハブと接続し、モータロータの動力を有効に伝達することを特徴とする永久磁石を備えたキャンドポンプが提供される。

密封後蓋はカップ状構造であり、腐食液体の漏れを防いで密封性を強化するために、まず、前端のフランジ部を後蓋後板に結合して剛性フランジ構造を形成してから、ポンプ前蓋とキャンドモータのフランジとを結合することが好ましい。

モータのロータシームは、シームレスで厚さが等しいシームであることが好ましい。

本発明の永久磁石を備えたキャンドポンプは、液体に接触する材料に耐腐食プラスチックを利用し、単辺が固定された片持ち軸構造を改良することにより、固定軸の強度により、様々なパワー及び高速化に対するニーズを満足させ、密封後蓋の密封機能を向上させ、様々な化学薬品の耐腐食のニーズを満足させ、新たな構造により高温製造工程の構造強度に対するニーズを満足させることができる。

従来の両辺支持固定軸の製品を示す断面図である。従来の片持ち固定軸の製品を示す断面図である。本発明の一実施形態による永久磁石を備えたキャンドポンプを示す断面図である。本発明の一実施形態による固定軸構造を示す断面図である。本発明の一実施形態によるモータロータ及び羽根車を示す断面図である。本発明の一実施形態による密封後蓋を示す断面図である。本発明の一実施形態による金属軸を示す断面図である。本発明の一実施形態によるモータ後フレームを示す断面図である。本発明の一実施形態によるセラミック軸スリーブを示す断面図である。

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。なお、これによって本発明が限定されるものではない。

図３を参照する。図３に示すように、本発明の一実施形態による永久磁石を備えたキャンドポンプは、片持ち固定軸構造であり、ポンプ前蓋４、羽根車５及びキャンドモータ８を含む。

ポンプ前蓋４は、羽根車５を収納するために用いる入口４４、ポンプ出口４５及び流路空間４７を含む。ポンプ前蓋４の内側には、入口４４の箇所に設けられた入口スラストリング４６により、羽根車５の入口側に設けた羽根車スラストリング５３と接続し、協働で軸方向のスラスト軸受を構成する。

羽根車５は、ポンプ前蓋４の内部に取り付けられ、インペラハブ板５５上に設けた複数のインペラハブ開孔５４により内部の潤滑循環の回流孔として用い、軸方向の押圧力を除去する平衡孔として用いることもできる。インペラハブ５２は、軸方向で延伸したリング状構造であり、モータロータ７の軸方向延伸部７６と結合するために用い、羽根車５とモータロータ７とを一体形成する。

キャンドモータ８は、モータ固定子８３、モータケース８１、モータ後フレーム８２、密封後蓋４１、モータロータ７及び固定軸３を含む。モータ固定子８３は、モータケース８１の中に取り付けられ、モータ後フレーム８２は、モータケース８１上に固定されている。密封後蓋４１のフランジ部４１１は、後蓋後板４１７に結合されて剛性のフランジ構造に形成される。モータケース８１は、ポンプの側部に設けたフランジ８１１を用い、後蓋のフランジ部４１１とポンプ前蓋４とを緊密に螺合し、腐食液体の漏れを防ぐ。モータ固定子８３及びモータコイル８３１は、密封後蓋４１により完全に密封され、腐食液体の漏れ及び接触を防ぐ。モータ後フレーム８２の下方に設けた電気ケーブル出口８２２により、駆動装置の電力ケーブルを固定子コイルに接続し、モータを駆動させる。

キャンドモータ８のモータロータ７は、永久磁石７１、ロータヨーク７２及びベアリングシート（ｂｅａｒｉｎｇｓｅａｔ）７５を含むリング状構造であり、耐腐食性のエンジニアリングプラスチックにより、シームレスのリング状磁性ロータシーム７４を覆い、モータロータ７の中空部に設けた軸受７９により、固定軸３と接続して液体軸受システムを構成し、モータロータ７を回転し、動力を伝達する。モータロータ７の円筒状構造を軸方向延伸部７６として用いることにより、ベアリングシート７５により剛性及び強度を向上させ、インペラハブ５２と接続し、モータロータ７の動力を有効に伝達させる。

キャンドモータ８の密封後蓋４１はカップ状構造であり、腐食液体の漏れを防いで密封性を強化するために、まず、前端のフランジ部４１１を後蓋後板４１７に結合して剛性フランジ構造を形成してから、ポンプ前蓋４とキャンドモータ８のフランジ８１１とを結合する。腐食液体を隔絶し、モータコイル８３１が腐食されることを防ぐために、モータ固定子８３の内周に、密封後蓋４１の側部に設けた円筒部４１２を嵌合させる。密封後蓋４１の底部中央には、Ｏリングシール溝を有する軸孔４１８が設けられ、収納して固定軸３を構成する金属軸３２が貫設されている。金属軸３２は、セラミック軸スリーブ３３を貫設するために用いる中心孔３３２を有する。図７を参照する。図７に示すように、固定軸３は、金属軸３２の端部に設けた円形頭部３２１の端部をセラミック軸スリーブ３３の前端面３３３に押し付け（図９に示す）、金属軸３２が有するネジ部３２３の他方の端部を中心孔８２３に貫設し、モータ後フレーム８２へ緊密に螺合させ（図８に示す）、スラストカラーを有するセラミック軸スリーブ３３をモータ後フレーム８２に押し付け、密封後蓋４１の底部をＯリングで完全な密封面を構成する。密封後蓋４１の内部に設けた収納空間４１５は、固定軸３及びモータロータ７を収納するために用いる。

キャンドモータ８の固定軸３は、耐腐食及び耐磨耗のセラミック軸スリーブ３３、金属軸３２及びモータ後フレーム８２を含む片持ち構造であり、密封後蓋４１とともに完全な軸密封システムを構成する。セラミック軸スリーブ３３は、金属軸３２の円形頭部３２１と、モータ後フレーム８２の圧縮面８２５とを緊密に螺合させて圧縮し、高剛性の複合式固定軸３を構成する。金属軸３２は、密封後蓋４１の底部中央に設けたＯリングシール溝の軸孔４１８に貫設する。図７及び図９に示すように、金属軸３２は、セラミック軸スリーブの中心孔３３２に貫設され、円形頭部３２１を有する端部がセラミック軸スリーブの前端面３３３に押し付けられる。金属軸３２は、ネジ部３２３を有する他方の端部が中心孔８２３に貫設され、ナット３２４によりモータ後フレーム８２上に緊密に螺合され（図８に示す）、モータ後フレーム８２の圧縮面８２５上にセラミック軸スリーブ３３が押し付けられている。図４を参照する。図４に示すように、密封後蓋４１の底部に設けたＯリングの正確な圧縮量を確保して完全に密封する。金属軸３２の円形頭部３２１は、プラスチックシーム３２２を利用し、その上にＯリングを設け、密封性かつ耐腐食の機能を得る。セラミック軸スリーブ３３のスラスト端面３３１を用いてロータの軸受７９と接続して軸方向端面（ａｘｉａｌｅｎｄｓｕｒｆａｃｅ）を構成する。

図３を参照する。図３に示すように、ポンプを運転すると、流体の流動方向６は、羽根車５の流路を通った後、圧力を有する流体となり、例えば、流動方向６１でポンプ出口４５から排出されるとともに、一部の流体が、例えば、流動方向６２で羽根車５の後ろ側から密封後蓋４１の収納空間４１５に入るとともに、ロータの外側と後蓋の内径との隙間から後蓋の底部に向かって流動してから、例えば、流動方向６３で、固定軸３と軸受７９との隙間から、例えば、流動方向６４で流動し、最後にインペラハブ開孔５４を通って、例えば、流動方向６５で流れて羽根車の入口に戻る。この流体が循環流動することにより、セラミック軸受の潤滑を提供するとともにロータに発生する熱を運ぶことができる。

図４を参照する。図４は、固定軸３の構成細部と、モータ後フレームに固定軸３を固定したときの状態を示す断面図である。片持ち構造の固定軸３は、セラミック軸スリーブ３３、金属軸３２及びモータ後フレーム８２を含み、密封後蓋４１とともに完全な軸密封システムを構成する。固定軸３の強度源は、金属軸３２のナット３２４へネジ部３２３を緊密に螺合させることから得ることができる。金属軸３２は、セラミック軸スリーブの中心孔３３２に貫設され、セラミック軸スリーブの前端面３３３に、円形頭部３２１が設けられた端部を押し付けることにより、モータ後フレーム８２の圧縮面８２５上へセラミック軸スリーブの固定端面３３５を押し付け、高圧縮剛性のセラミック固定端面３３５と、モータ後フレーム８２の圧縮面８２５とに摩擦力を発生させ、固定軸３を複合体の剛性軸に形成する。金属軸３２は、高張力強度を提供するために、十分な力がセラミック軸スリーブ３３に加えられ、セラミック軸スリーブ３３が圧縮される強度に変換される。固定軸３の支持力は、単独で金属軸３２により提供されず、複合構造構成で剛性が高い固定軸３であるとともに、モータ後フレーム８２により完全な支持力を提供する。本実施形態による固定軸３の構造強度は、密封後蓋４１の構造が有する弱点を完全に克服することができる。

密封後蓋４１の密封システムは、密封後蓋４１及び固定軸３を含む。固定軸３の金属軸３２は、密封後蓋４１の底部中央に設けたＯリングシール溝の軸孔４１８に貫設し、ネジ部３２３の一部を中心孔８２３に貫設し、モータ後フレーム８２上へナット３２４を緊密に螺合させることにより、モータ後フレーム８２の圧縮面８２５上にセラミックの固定端面３３５を押し付け、密封後蓋４１の底部に設けたＯリングの圧縮量を正確にして完全に密封する。

図５を参照する。図５は、モータロータ７と羽根車５とを一体に結合した構造を示す断面図である。羽根車のインペラハブ５２は、リング状軸方向の延伸構造であり、モータロータ７の軸方向延伸部７６と結合し、モータロータ７の動力を伝達させる。モータロータ７は、磁束密度が高い永久磁石７１、ロータヨーク７２、ベアリングシート７５及びロータシーム７４を含む。ロータの中心孔の中に取り付けた軸受７９を用いることにより、固定軸３上のセラミック軸スリーブ３３と接続して液体軸受を構成し、モータロータ７を支持する。モータロータ７のロータシーム７４は、シームレスのシームであり、軸方向延伸部７６の強度を高めるために、ベアリングシート７５も軸方向で延伸されている。

遠心力の発生源は、主にモータロータ７の重量であり、続いてシーム（ｓｅａｍ）工程が発生させる偏心の位置変化量である。重量の発生源は、永久磁石７１、ロータヨーク７２、ベアリングシート７５、ロータシーム７４及び軸受７９を含む。本実施形態によるロータの軽量化設計は、永久磁石７１及びロータヨーク７２を軽量化し、磁束密度のニーズを満足させながら、ロータヨーク７２の最大内径を維持することができる。この構造は、計量化のロータ重量を得ることができる。ただし、ロータヨーク７２の内径と軸受７９の外径との間には径方向空間が存在し、ロータシーム７４の厚さが大きすぎ、変形などにより偏心の位置変化が発生する虞がある。本実施形態では、軽くて高強度のベアリングシート７５を利用し、シーム工程により発生した変形などにより偏心が位置変化することを防ぎ、ベアリングシート７５の長さは、ロータヨーク７２の長さ及び軸方向延伸部７６の長さを含み、軸方向延伸部７６の内部をベアリングシート７５により支持し、軸方向延伸部７６が保有する最適な動力伝達剛性を確保する。上述の設計構成により、本実施形態はモータロータ７のロータシーム７４の厚さを好ましい厚さに維持することにより、不規則に収縮変形せず、モータロータ７のシーム工程で発生する残留スラストが好ましくなる。

図６を参照する。図６は、密封後蓋４１の構造を示す断面図である。密封後蓋４１は、カップ状構造であり、開口の側部に設けたフランジ部４１１により、ポンプ前蓋４と結合し、密閉した流路空間４７及び収納空間４１５を構成し、フランジ部４１１の後ろ側に設けられた後蓋後板４１７により、フランジ部４１１の構造強度を高くし、密封後蓋４１及びポンプ前蓋４の密封構造を最適にし、腐食液体の漏れが発生することを防ぐことができる。密封後蓋４１の側辺の円筒部４１２は、モータ固定子８３の内周に嵌合され（図４に示す）、腐食液体を隔絶し、モータコイル８３１が腐食されることを防ぐ。側部に設けた円筒部４１２の厚さは、構造強度及び腐食のりに対する要求を満足させなければならないが、厚さが大きすぎる場合、モータの性能が下がり、厚さ不足の場合、耐腐食期間が短くなる虞がある。密封後蓋４１の底部には、金属軸３２を貫設するために用いる軸孔４１８が設けられ、セラミック軸スリーブ３３とモータ後フレーム８２とを接続して密封後蓋４１を完全に密封し、密封後蓋４１の構造強度の弱点を補うことができる。

図６〜図９を参照する。図６〜図９に示すように、金属軸３２の端部に設けた円形頭部３２１をセラミック軸スリーブ３３に押し付け、円形頭部３２１はプラスチックシーム３２２により、その上にＯリングが設けられ、密封耐腐食機能を得る。金属軸３２の他方の端部には、ネジ部３２３が設けられ、金属軸３２が正確に取り付けられると、セラミック軸スリーブ３３の前端面３３３に円形頭部３２１が押し付けられ、ネジ部３２３の他方の端部が密封後蓋４１の軸孔４１８に貫設され、ナット３２４によりモータ後フレーム８２に緊密に螺合される。金属軸３２は、セラミック軸スリーブ３３の中心孔３３２に貫設されることにより、セラミック軸スリーブ３３がモータ後フレーム８２の圧縮面８２５上に押し付けられ、密封後蓋４１底部のＯリングの正確な圧縮量により完全に密封される。

図８に示すように、モータ後フレーム８２は、金属製部品であり、モータコイルを密封し、腐食性空気に露出されることを防ぎ、片持ち式固定軸３を最適に支持し、金属軸３２のネジ部３２３を中心孔８２３に貫設し、圧縮面８２５により、セラミック軸スリーブ３３の固定端面３３５に接続し、セラミック軸スリーブ３３が圧縮されるときに高強度の支持構造を提供する。密封後蓋４１が固定軸３により緊密に螺合されると、モータ後フレーム８２及びセラミック軸スリーブ３３は、密封後蓋４１が密封するＯリングを正確に圧縮して密封し、モータ後フレーム８２上に設けた複数のＯリング溝により、モータコイル８３１及び密封後蓋４１を密封し、モータ後フレーム８２上に電気ケーブル出口８２２を設け、駆動装置の電気ケーブルをモータコイル８３１に接続する。

図９に示すように、セラミック軸スリーブ３３は管状構造であり、その中心孔３３２に金属軸３２を貫設し、前端面３３３を用いて円形頭部３２１と密着させ、他方の端部にディスク状スラストカラにより、モータロータ７の軸受７９の軸方向の端面に接続し、モータロータ７のスラスト軸受を構成する。軸受外表面３３４は、平滑面と、モータロータ７の軸受７９の内径面とで構成された液体軸受であり、ロータの回転に必要な支持滑動面を提供し、固定端面３３５と、モータ後フレーム８２の圧縮面８２５とを結合し、高剛性の固定軸３を構成する。

本実施形態の片持ち式固定軸３の構造は、従来技術で発生していた密封後蓋４１の強度不足を防ぎ、プラスチック部品及びセラミック部品の熱変形量の差異により、支持力が大幅に低下したり変形が発生したりすることを防ぐ。固定軸３が十分な強度を有するため、密封後蓋４１が変形するまで温度及び圧力が増大しても影響されない。固定軸３は、回転速度の増加が所定の回転速度を超えても、２乗倍で増加する遠心力に完全に耐えることができる。

上述したことから分かるように、本発明は、変速型永久磁石を備えたキャンドポンプの高剛性固定軸構造に適用し、片持ち式固定軸をポンプ内部のキャンドモータに取り付け、密封後蓋、モータ後フレーム、セラミック軸スリーブ及び金属軸を含み、高剛性の簡単な構造によりモータロータの運転を有効に支持するとともに、ポンプ内の腐食性薬品を密封して漏れないようにする。

当該分野の技術を熟知するものが理解できるように、本発明の好適な実施形態を前述の通り開示したが、これらは決して本発明を限定するものではない。本発明の主旨と領域を脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができる。従って、本発明の特許請求の範囲は、このような変更や修正を含めて広く解釈されるべきである。

３固定軸
４ポンプ前蓋
５羽根車
６流動方向
７モータロータ
８キャンドモータ
３１三脚フレーム
３２金属軸
３３セラミック軸スリーブ
４１密封後蓋
４４入口
４５ポンプ出口
４６入口スラストリング
４７流路空間
５２インペラハブ
５３羽根車スラストリング
５４インペラハブ開孔
５５インペラハブ板
６１流動方向
６２流動方向
６３流動方向
６４流動方向
６５流動方向
７１永久磁石
７２ロータヨーク
７４ロータシーム
７５ベアリングシート
７６軸方向延伸部
７７軸受
７８軸受
７９軸受
８１モータケース
８２モータ後フレーム
８３モータ固定子
３２１円形頭部
３２２プラスチックシーム
３２３ネジ部
３２４ナット
３３１スラスト端面
３３２中心孔
３３３前端面
３３４軸受外表面
３３５固定端面
４１１フランジ部
４１２円筒部
４１３軸孔座
４１４後蓋スラスト軸受リング
４１５収納空間
４１６剛性構造部品
４１７後蓋後板
４１８軸孔
８１１フランジ
８２１軸支持座
８２２電気ケーブル出口
８２３中心孔
８２５圧縮面
８３１モータコイル

Claims

ポンプ前蓋、羽根車及びキャンドモーターを備える永久磁石を備えたキャンドポンプであって、
ポンプ前蓋は、羽根車を収納する入口、ポンプ出口及び流路空間を有し、
羽根車は、ポンプ前蓋の内部に取り付けられ、インペラハブ板上に設けた複数の開孔は、内部の潤滑循環の回流孔として用いたり、軸方向の押圧力を除去する平衡孔として用い、インペラハブは、軸方向で延伸したリング状構造であり、モータロータの軸方向延伸部と結合するために用い、羽根車とモータロータとを一体形成し、
キャンドモータは、モータ固定子、モータケース、モータ後フレーム、密封後蓋、モータロータ及び固定軸を含み、モータ固定子は、モータケースの中に取り付けられ、モータ後フレームは、モータケース上に固定され、後蓋のフランジ部、モータケースフランジ及びポンプ前蓋を緊密に螺合させて腐食液体の漏れを防ぎ、モータ固定子及びそのモータコイルは、密封後蓋により完全に密封され、腐食液体の漏れ及び接触を防ぎ、モータ後フレームの下方に電気ケーブル出口を設け、駆動装置の電気ケーブルを固定子コイルに接続してモータを駆動し、
キャンドモーターのモータロータは、永久磁石、ロータヨーク及びベアリングシートを含むリング状構造であり、耐腐食のエンジニアリングプラスチックにより覆い、シームレスのリング状磁性のロータシームが形成され、モータロータの中空部に設けた軸受を用い、固定軸と接続して液体軸受システムを構成し、モータロータの円筒状構造である軸方向延伸部は、インペラハブと結合し、剛性及び強度を高め、インペラハブと結合し、ロータの動力を有効に伝達し、
キャンドモーターの密封後蓋は、カップ状であり、腐食液体の漏れを防いで密封性を高めるために、前端のフランジ部がポンプ前蓋及びフランジに結合され、モータ固定子の内周に、密封後蓋の側部に設けた円筒部を嵌合させ、モータコイルが腐食液体により腐食されることを防ぎ、密封後蓋の底部中央には、Ｏリングシール溝を有する軸孔が設けられ、密封機能を備える片持ち式固定軸を構成し、固定軸は、片持ち構造であり、耐腐食及び耐磨耗のセラミック軸スリーブ、金属軸及びモータ後フレームを含み、密封後蓋とともに完全な軸密封システムを構成し、セラミック軸スリーブは、金属軸の円形頭部と、モータ後フレームの圧縮面とを緊密に螺合させて圧縮し、高剛性の複合式固定軸を構成し、金属軸は、密封後蓋の底部中央に設けたＯリングシール溝の軸孔に貫設し、金属軸は、セラミック軸スリーブの中心孔に貫設され、円形頭部を有する端部がセラミック軸スリーブの前端面に押し付けられ、金属軸は、ネジ部を有する他方の端部が中心孔に貫設され、ナットによりモータ後フレーム上に緊密に螺合され、モータ後フレームの圧縮面上にセラミック軸スリーブが押し付けられ、密封後蓋の底部に設けたＯリングの正確な圧縮量を確保して完全に密封し、金属軸の円形頭部は、プラスチックシームを利用し、その上にＯリングを設け、密封性かつ耐腐食の機能を得て、セラミック軸スリーブのスラスト端面を用いてロータの軸受と接続して軸方向端面を構成することを特徴とする永久磁石を備えたキャンドポンプ。
駆動モータが永久磁石を備えたキャンドモータであって、永久磁石を備えたキャンドモータは、モータ固定子、モータロータ、密封後蓋、片持ち固定軸、モータケース及びモータ後フレームを備える永久磁石を備えたキャンドポンプであって、
モータ固定子は、モータケースの中に取り付けられ、モータ後フレームがモータケース上に固定され、後蓋のフランジ部、モータケースフランジ及びポンプ前蓋を緊密に螺合させて腐食液体の漏れを防ぎ、モータ固定子及びそのモータコイルは、密封後蓋により完全に密封され、腐食液体の漏れ及び接触を防ぎ、モータ後フレームの下方に電気ケーブル出口を設け、駆動装置の電気ケーブルを固定子コイルに接続してモータを駆動し、
モータロータは、永久磁石、ロータヨーク及びベアリングシートを含むリング状構造であり、耐腐食のエンジニアリングプラスチックにより覆い、シームレスのリング状磁性の
ロータシームが形成され、モータロータの中空部に設けた軸受を用い、固定軸と接続して液体軸受システムを構成し、モータロータの円筒状構造である軸方向延伸部は、インペラハブにより剛性及び強度が高まり、インペラハブと結合し、ロータの動力を有効に伝達し、
キャンドモーターの密封後蓋は、カップ状であり、腐食液体の漏れを防いで密封性を高めるために、前端のフランジ部がポンプ前蓋及びフランジに結合され、モータ固定子の内周に、密封後蓋の側部に設けた円筒部を嵌合させ、モータコイルが腐食液体により腐食されることを防ぎ、密封後蓋の底部中央には、Ｏリングシール溝を有する軸孔が設けられ、密封機能を備える片持ち式固定軸を構成し、
固定軸は、片持ち構造であり、耐腐食及び耐磨耗のセラミック軸スリーブ、金属軸及びモータ後フレームを含み、密封後蓋とともに完全な軸密封システムを構成し、セラミック軸スリーブは、金属軸の円形頭部と、モータ後フレームの圧縮面とを緊密に螺合させて圧縮し、高剛性の複合式固定軸を構成し、金属軸は、密封後蓋の底部中央に設けたＯリングシール溝の軸孔に貫設し、金属軸は、セラミック軸スリーブの中心孔に貫設され、円形頭部を有する端部がセラミック軸スリーブの前端面に押し付けられ、金属軸は、ネジ部を有する他方の端部が中心孔に貫設され、ナットによりモータ後フレーム上に緊密に螺合され、モータ後フレームの圧縮面上にセラミック軸スリーブが押し付けられ、密封後蓋の底部に設けたＯリングの正確な圧縮量を確保して完全に密封し、金属軸の円形頭部は、プラスチックシームを利用し、その上にＯリングを設け、密封性かつ耐腐食の機能を得て、セラミック軸スリーブのスラスト端面を用いてロータの軸受と接続して軸方向端面を構成することを特徴とする永久磁石を備えたキャンドポンプ。
キャンドモータの固定軸が片持ち構造であり、固定軸がセラミック軸スリーブ、金属軸及びモータ後フレームを備え、密封後蓋とともに完全な軸密封システムを構成し、
金属軸は、密封後蓋の底部中央に設けたＯリングシール溝の軸孔に貫設し、金属軸は、セラミック軸スリーブの中心孔に貫設され、円形頭部を有する端部がセラミック軸スリーブの前端面に押し付けられ、金属軸は、ネジ部を有する他方の端部が中心孔に貫設され、ナットによりモータ後フレーム上に緊密に螺合され、モータ後フレームの圧縮面上にセラミック軸スリーブが押し付けられ、密封後蓋の底部に設けたＯリングの正確な圧縮量を確保して完全に密封し、金属軸の円形頭部は、プラスチックシームを利用し、その上にＯリングを設け、密封性かつ耐腐食の機能を得て、セラミック軸スリーブのスラスト端面を用いてロータの軸受と接続して軸方向端面を構成することを特徴とする永久磁石を備えたキャンドポンプ。
密封後蓋はカップ状構造であり、腐食液体の漏れを防いで密封性を強化するために、まず、前端のフランジ部を後蓋後板に結合して剛性フランジ構造を形成してから、ポンプ前蓋とキャンドモータのフランジとを結合することを特徴とする請求項１又は２に記載の永
久磁石を備えたキャンドポンプ。