JPH09268994A - 液中軸承のない、マグネットを動力源とするポンプ - Google Patents

液中軸承のない、マグネットを動力源とするポンプ

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JPH09268994A
JPH09268994A JP11293396A JP11293396A JPH09268994A JP H09268994 A JPH09268994 A JP H09268994A JP 11293396 A JP11293396 A JP 11293396A JP 11293396 A JP11293396 A JP 11293396A JP H09268994 A JPH09268994 A JP H09268994A
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magnet
cylinder
impeller
pump
rotor
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JP11293396A
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Yoshio Yano
芳雄 矢野
Isamu Aotani
勇 青谷
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Abstract

(57)【要約】 【目的】マグネットを駆動源とするポンプに於いてイン
ペラーを液中に浮上させながらフリーの状態で周囲と非
接触で回転させる事によって液中の軸承をなくし、従来
のマグネットポンプ故障の最大の原因である軸承及びキ
ャンの故障をなくする事を目的とする。 【構成】インペラーの背面に非磁性導電体で作られた中
空円筒のローターが固定してある。内外二重円筒のキャ
ンがあり外側キャンの外側と内側キャンの内側に相対応
した永久磁石筒(内外磁石筒)を同一モーターで対応位
置を保ったままで回転させうるようにしてある。内外キ
ャンの隙間に上記ローターを差し込みこの隙間でフリー
の状態で回転しうるようにしてある。内外磁石筒を外部
のモーターで回転させる事によってローターに回転力と
浮上力を発生させ、インペラーの動力となす構成になっ
ている。上記の構成の液中軸承のないマグネットを駆動
源とするポンプ

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】永久磁石による駆動方式のポンプ
に関する。
【0002】
【従来の技術】永久磁石による駆動方式のポンプ、いわ
ゆるマグネットポンプに於てはインペラーの動力とし
て、キヤンの外側に永久磁石を配置した磁石筒(以下駆
動磁石筒と記す)があり、これを別置きのモーターで駆
動させる。キヤンの内側に駆動磁石筒と対応した同極数
の磁石を配置した従動用の磁石筒(以下従動磁石筒と記
す)にインペラーの駆動軸が連結されている構造となっ
ている。この駆動軸は液中にある軸承によって支持され
ている。このポンプの特徴として i)磁力的な関係からキヤンは薄く、且つ駆動磁石筒、
従動磁石筒の隙間も小さくしてある。 ii)回転部分はケーシング内の液中にあり軸承も液中
にある。軸承が液中にあるので潤滑油が使用出来ず潤滑
剤としては揚水する液即ち母液の使用が殆ど出ある。こ
の為母液中に微細なスラリー等があるとこれにより軸承
又は軸承内駆動軸が損耗すると両磁石筒間の吸引力が可
急的にアンバランスになり、キヤンと接触、損耗して破
壊される危険性がある。亦永久磁石間の吸引力による動
力の伝導なので両磁石の対応極にずれが起こると脱調に
なり正常な動力の伝達は不可能になる。 iii)異極の永久磁石が相対応する時両者間の吸引力
は各磁石の強さの積に比例する。これを直角方向の吸引
力と仮称すれば、マグネットポンプにおける如く両者が
吸引しながら回転する時必要な力は水平方向の吸引力で
あり主としてエッヂに於ける吸引力となり直角方向の吸
引力に比べて弱い。即ち磁石のもつ吸引力が充分に利用
されていないという状態にある。 iv)ポンプ内に液がない時、運転すると短時間に軸承
が損耗する危険性がある。 v)ケーシングには貫通する動力軸承が無いのでシール
はない、従ってこれらからの液漏れは無い。即ちマグネ
ットポンプの長所は動力軸がポンプケーシングを貫通す
る事がないのであるがその欠点は軸承の損耗によるキャ
ンの破損が起こりやすい事でこれによりポンプ全体の故
障につながる危険性がある。又軸承の摩耗細片が母液中
に混入してくるという不具合がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】マグネットポンプの故
障の主たる原因になっている液中軸承の故障をなくする
には液中の軸承をなくすればよい。その為には軸なしの
インペラーを液中に浮かせ安定した状態で回転させねば
ならない。亦インペラー駆動に充分な動力をキャン外か
ら間接的に伝達させねばならないという事になる。且つ
動力の伝達に脱調の起こらない様にする事である。
【0004】
【課題を解決する為の手段】課題の基礎的解決手段とし
ての回転磁界中の非磁性で良電導体の挙動について説明
する。三相モーターのステーターの如き回転磁界発生装
置内に非磁性の良伝導体の円筒をおくと之は回転磁界発
生装置から回転力をうけると共に吸引力又は反発力を受
ける。この時この装置の磁気レイノルズ数をRm、電気
良導体の回転スリップをSとする時Rm×S>1の場合
電導体は回転磁界発生装置より反発力を、Rm×S<1
の場合吸引力を受ける。回転磁界発生装置として前記の
ステーターの代わりに1又は複数の対数の永久磁石を円
筒状に配列して之を回転させても回転磁界は形成しう
る。上記の現象を応用した本発明による装置(以下本装
置と記す)の全体構成を図1に示す本装置は片吸入式の
ポンプである。図1は本装置の縦断面図、図2は本ポン
プの駆動部分の詳細断面図、図3は図2のX1−Y1断
面図で内、外磁石筒の極数が夫々2極の場合を示す。図
1に於いてポンプケーシング(1)及び吸入孔側ケーシ
ング(4−1)内にインペラー(2)がありインペラー
に非磁性、電気良導体の1つの中空円筒(3)(以下ロ
ーターと記す)をその中心をインペラーの中心と一致さ
せて固定する。インペラー及びローターの断面を図4に
示す。図4に於いてインペラー(2)の中央には吸入孔
(2−1)があり、インペラーの吸入孔の後面壁には適
当な大きさの孔(2−2)があけられている。インペラ
ー(2)の両外側に両面側異なった極性を持つリング状
の薄い永久磁石(2−3)、(2−4)を取り付け、こ
れと対応させて吸入孔側ケーシング(4−1)及びポン
プケーシング(1)の内面に同形のリング状の薄い永久
磁石(4−2)及び(1−2)を取り付け、インペラー
側のリング状永久磁石(2−3)(2−4)と僅少の隙
間をもたせて対応させる。且つ向かい合う面が同じ極性
になるようにし両者間に反発力が働くようにしおく。こ
の相対応するリング状永久磁石は亦ポンプのマウスリン
グの役目をもなすようにする。図2に於いてキャンは外
側キャン(5)と内側キャン(6)の二重円筒よりなり
その材質は非磁性高電気抵抗の材質でつくり筒側部分は
薄くする。外側キャン(5)は前面側開放、後面側は内
側キャンと底(5−1)で接続、前面端外側はポンプケ
ーシング(1)と接続しキャン外に液がでない構造とす
る。内側キャン(6)は後面開放、前面側は底(6−
1)を有する構造とする。両側キャンの隙間(Go)に
ローター(3)が入り込み、この隙間で自由に回転しう
るようにしておく。外側キャン(5)の外周に少しの隙
間(G1)を持たせて外磁石筒(7)を、内側キャン
(6)の内側に隙間(G2)を持たせて内磁石筒(8)
を配置する。外磁石筒(7)は磁性体例えば鉄製の有底
の中空円筒(9)(以下外磁石保持筒と記す)内に1又
は複数の対数の円弧状永久磁石を接着したものである。
この外磁石保持筒はまた磁路の役目も持つ。今、対数を
1とした時2個の円弧状永久磁石(7−1)(7−2)
の極性は互いに異なるようにし両磁石間に磁気的絶縁体
(7−3)(7−4)をはめ込んでおく。亦外磁石筒両
側面に非磁性体で作られた補助リング(9−2)(9−
3)を取り付けておく。外磁石保持筒の底面(9−1)
の中央を駆動モーター(20)の出力軸(20−1)に
接続する。内磁石筒(8)は内磁石保持筒(10)の外
側に外磁石筒の磁極と対応させ同じく円弧状永久磁石
(8−1)(8−2)を張り付け両磁石間に磁気的絶縁
体(8−3)(8−4)をはめ込んでおく。又両側面に
非磁性体で作られた補助リング(12−1)(12−
2)を取り付けこれで磁石を押さえ込みその離脱を防
ぐ。又薄い非磁性体の円筒(11)をかぶせておく。内
磁石の保持筒(10)の底(10−1)の中央とモータ
ーの出力軸(20−1)を接続する。図6に内外磁石筒
の各磁石が2ケづつの場合の極性とその対応を示す、磁
石筒の磁極数は2極とは限らず複数個でもよい。両磁石
筒の磁極は異極が互いに対応し外磁石保持筒(9)及び
内磁石保持筒(10)を通って各々磁路を形成するよう
にしてある。この磁路間の隙間(G3)内でローター
(3)が回転しうるようにしてある。各磁石筒の磁気的
絶縁体(7−3)(7−4)(8−3)(8−4)の幅
(D)は内外磁石間の距離(G3)より充分長くなるよ
うにしておく。両磁石筒は連結されている同一のモータ
ー(20)で回転させられるので対応する磁極の極性は
常に保たれたままの状態である。尚両磁石筒はキャンに
よって液外にて回転しうるし亦その軸承は液中にはな
い。
【0005】
【作用】内外の磁石筒の磁極が対応位置をかえないで回
転させられるので隙間(G3)の磁束密度は強くなり且
つ回転磁界となる。この回転磁界の同期速度は磁石数と
は関係なく駆動モーターの回転数となる。従って前述の
如くこの隙間に非磁性、両電導体のローター(3)をお
くとローターは回転力を受け回転磁界の同期速度に近づ
かない範囲で反発力を受ける。ローターが回転するとそ
の両側の流体により両側キャンとローターの間にくさび
効果が表れキャンとの隙間が小さくなる事を防ぐ。この
くさび効果はローターの回転速度が早くなる程大きくな
り、回転速度が早くなる、即ちスリップ(S)が小さく
なる事による反発力の減少よりはるかに大きい。それで
ローターが一旦浮上して回転を始めるとローターは内外
キャンと接触、しゅう動する事は起こらない。この方法
として起動時インペラーの抵抗を大きくする。即ち吐出
口を閉鎖しておくとインペラーの抵抗が大きくなって回
転数は急速には上がらない。即ちスリップが大きくな
り、反発力即ち浮上力が増大する。それで先づ浮上して
後回転を始める事になる。停止時は逆転制動をかけると
インペラーは急速に減速停止しインペラー及びローター
と半径方向の周囲壁とのしゅう動を防ぎうる。インペラ
ーにかかる軸方向のスラストによるインペラー及びロー
ターの移動によるケーシングとのしゅう動を防ぐために
インペラー及びケーシングにリング状永久磁石が取り付
けられている。インペラーとケーシング間の隙間が小さ
くなるとこのリング状永久磁石間の反発力は可急的に強
くなり両者のしゅう動を防ぐ、亦インペラー吸入口後面
にあけられた孔の大きさによってもスラスト力を調整し
うる。尚本ポンプは電磁誘導作用による回転力の発生に
よるもので従来のマグネットポンプの如く磁石間の直接
的な吸引力による回転力伝達とは基本的に異なる。
【0006】
【実施側】 使用電動機 AC220V 3φ 2.2kW 2P (逆転制動) ポンプインペラー 樹脂製 外径 φ148mm ローター Al3mm厚みの中空円筒 (インペラーへのローターの取り付けはビス止め) 磁石筒 外磁石筒 長さ32mm 厚み11mm 内径φ129mm 内磁石筒 長さ32mm 厚み 6mm 外径φ112mm (磁石は希土類磁石使用) キヤン 2.5mm 厚みの塩ビ円筒製作 内、外磁石保持筒 SS400 ポンプの能力として 揚程 24m 容量 200l/min 総合効率 51% 起動時に吐出口の弁を閉じモーターの起動完了で開とし
停止時はモーターに逆転制動をかけた。反発用リング状
永久磁石なしでもポンプ出力を或る範囲内に調整すると
軸方向のしゅう動は起こらなかった。之により起動、停
止時及び運転中の接触、しゅう動の痕跡は認められなか
った。接触等の調査はローター及びインペラーにマジッ
クで印しをつけそれによって行った。
【0007】
【効果】本装置はケーシング内のインペラーを駆動軸承
のないフリーの状態で間接的に回転させ得、且つ運転中
回転部分を周囲と非接触に保ちうる。又駆動側と従動側
間の脱調がない。このように従来のマグネットポンプの
欠点をカバー出来るので故障のない運転が出来、且つ分
解しやすいような構造にもなしうるのでメンテナンスも
容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本装置の全体構成を示す縦断面図
【図2】 駆動部分の詳細断面図
【図3】 図2のX1−Y1断面図
【図4】 インペラー及びローターの横断面図
【図5】 図4のX2−Y2矢視図
【図6】 内外磁石筒の配置及び極性の対応を示す図
【符号の説明】
(1) はポンプケーシング (1−2) はポンプケーシング内面に取り付けられ
たリング状磁石板 (2) はインペラー (2−1) は吸入孔 (2−2) はインペラー後面側中央の孔 (2−3) はインペラーの前面側に取り付けられた
リング状磁石板 (2−4) はインペラーの後面側に取り付けられた
リング状磁石板 (3) はローター (4) は吸入管 (4−1) は吸入孔側ケーシング (4−2) は吸入孔側ケーシング内面に取り付けら
れたリング状磁石板 (5) は外側キャン (5−1) は内、外側キャン接続底 (6) は内側キャン (6−1) は内側キャン底 (7) は外磁石筒 (7−1) は外磁石筒磁石 (7−2) は外磁石筒磁石 (7−3) は磁気的絶縁体 (7−4) は磁気的絶縁体 (8) は内磁石筒 (8−1) は内磁石筒磁石 (8−2) は内磁石筒磁石 (8−3) は磁気的絶縁体 (8−4) は磁気的絶縁体 (9) は外磁石保持筒 (9−1) は外磁石保持筒底 (9−2) は外磁石筒用補助リング (9−3) は外磁石筒用補助リング (10) は内磁石保持筒 (10−1) は内磁石保持筒底 (11) は内磁石筒押さえ用の非磁性体筒 (12−1) は内磁石筒用補助リング (12−2) は内磁石筒用補助リング (20) はモーター (20−1) はモーター出力軸 (Go) は内、外側キャン間隙間 (G1) は外磁石筒、外側キャン間隙間 (G2) は内磁石筒、内側キャン間隙間 (G3) は内、外磁石筒間距離 (D) は各磁石間の磁気的絶縁体の幅

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】説明上ポンプの吸入孔側方向を前面側、反
    対側を後面側とする。ポンプインペラーの後面側に非磁
    性、良電導性の材料で作られた中空円筒(以下ローター
    と記す)をインペラーの中心に合わせてインペラーに固
    定する。インペラーの両外側にリング状の薄い永久磁石
    を取り付ける、この磁石板は表、裏面が両極をなすよう
    なものとする。吸入孔側ケーシングの内面に上記インペ
    ラーに取り付けられたリング状永久磁石と対応させて同
    形のリング状磁石を取り付け、夫々相対応する極が同極
    になるように、且つ両リング状磁石間が僅少の隙間を持
    つようにする。インペラー及びローターはポンプケーシ
    ング内で周囲と連結された部分はない。即ちポンプケー
    シング内でフリーの状態にしておく。非磁性、高電気抵
    抗の材料で作られた厚みの薄い二重の同心の中空円筒容
    器を用意し、外側の円筒を外側キャン、内側の円筒を内
    側キャンと称する事とする。内側キャンは前面側が底を
    なし後面側は開放されている。外側キャンは前面側が開
    放、その後面側端と、内側キャンの後面側端間の隙間は
    閉鎖させて接続し内、外側キャンを一体とする。亦外側
    キャンの前面側端の外側をポンプケーシングと接続して
    おく。ポンプインペラーに固定されているローターはこ
    の両キャンの隙間に入り込んでそこで回転しうるように
    しておく。後面側に底を有する鉄製中空円筒(以下外磁
    石保持筒と記す)の内部にその内面に沿わせて複数の円
    弧状永久磁石を配列固定して偶数の極数を持つようにし
    た内部空芯の磁石筒(以下外磁石筒と記す)を用意し之
    を外側キャンの外周と僅かの隙間を保って回転しうるよ
    うにしておき外磁石保持筒底の中央をモーターの駆動軸
    と連結する。後面側に底を有する中空の鉄製円筒(以下
    内磁石保持筒と記す)の外部にその外面に沿わせて複数
    の永久磁石を配列固定して外磁石筒と同数の極数を持つ
    ようにした円筒状磁石筒(以下内磁石筒と記す)を用意
    し之を内側キャン内に入れその内壁と僅かの隙間を保っ
    て回転しうるようにしておく、内磁石保持筒底の中央を
    モーターの駆動軸と連結する。内、外磁石筒は同一のモ
    ーターで同時に同方向に同一回転数で回転せられる様に
    し、内、外磁石筒の相対応する永久磁石筒の極性は異極
    になるようにしておく。即ち内、外側キャンを介して相
    対応して回転する内、外磁石筒の極間をローターが回転
    しうるような構造とする。上記の如くポンプインペラー
    は駆動軸及び軸承を有せずフリーの状態になっており亦
    駆動用磁石筒も液中の軸承を有しない構造になっている
    事をを特徴とする、液中軸承のないマグネットを駆動源
    とするポンプ。
JP11293396A 1996-03-30 1996-03-30 液中軸承のない、マグネットを動力源とするポンプ Pending JPH09268994A (ja)

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