JPS60125456A - マグネツトカツプリング - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （分野−０対象） 本発明は、無接触に自転力を伝動するためのマグネット
カップリング、特に、内外のロータを隔絶し、内側のロ
ータの軸受けがクーク／グ内に完全に封じ込まれるマグ
ネットカップリングに関し、マグネットポンプ等に適用
されるものである。

（背景技術） 無接触に回転力を伝達するためのマグネットカップリン
グは、内外の円筒体に永久磁石が埋め込まれている。そ
の伝達力を大とするため磁力の強い磁石が用いられ、特
に最近は、希土類コバルト磁石などの開発が進み、伝達
力の大きい大型のマグネットカップリングが提供される
ようになって来ている０強力な磁石を用いその磁力を最
大限に有効に活用するためには、磁石の配列に留意し、
強力な伝達能力を発揮させるよう磁路の設計も重要な課
題となって来ている。

磁路を形成するために透磁率の高い材料たとえばＳＳで
示される鉄材料が用いられこれに吸着させるように磁石
をとりつけるので、強い磁力の磁石線遠心力に十分に打
ち勝ち、外れることはないが、衝撃、振動に耐えるよう
しりかシ固定、吸着されていなければならない。従来、
その固定のためアラルダイトなどの強力な接着剤が使わ
れている。このような接着剤を用いるのは、固定手段が
簡単であるという理由によるのではなく、磁路形成の邪
魔となる螺子止め、溝嵌合などの手段を避けたいからで
あシ、また、磁気遮蔽が少ない材料が好ましいとされて
いるからである。

また、オ１図に示されるように、鉄材料でつくられてい
るロータＯ７に吸着固定されている複数個の磁石０２の
間０３にはエポキシ樹脂等が充填され、換言するとエポ
キシ樹脂層に磁石０２が埋め込まれ、磁石の固定を強化
するときにも、充填材として磁気遮蔽のない材質、たと
えば上述の通ジェポキシ樹脂などが用いられているのも
、上述の理由に同じである０さらに最外層のリングθダ
にも合成樹脂などが用いられている。

大型化１強力化が進められている現状では、上述のよう
に接着性樹脂を用いるのにもう７つの理由があるように
思われている０ この種のカップリングは、内側のロータの軸受けが露出
しないよう密閉されねばならないものに適用される。た
とえば、化学プラントにおける送液手段としてのポンプ
に用いられる０ポンプの駆動軸には軸封装置が設けられ
るが、その軸封部に圧送する液が侵入し、さらに軸封部
管越えて漏れ始めると漏洩物が腐蝕性物質であったシ危
険物であったシ、公害物であったシするとモータの軸、
モータ本体までも腐蝕させたり、爆発の可能性かめシ、
人体に危害を与えたシするようになる。これを回避する
ためには、内外のロータ間にケーシングを装置し、内側
のロータが密閉されてその軸受けが外部に露出しないよ
うにしなければならない。

とのよりな要求から用いられる内外ロータ間のケーシン
グには、強力な磁力線が貫通し、従って、最近の大型化
０強力化の現状では、ケーシングに発生する大きい渦電
流による効率の低下を無視できなくなって来ｆｌ−０ それとともに、ケーシングだけでな（、ロータに発生す
るであろう渦電流による効率の低下をも考え直さねばな
らない。このように考えると、ロータには電気抵抗の大
きい材質が用いられるべきであシ、従って、合成樹脂な
どの接着性があり電気抵抗の大きい接着剤を用いるのが
一石二鳥の効果がおり、熱に弱いという性質が６　り　
１０００Ｃぐらいまでしか用いられないといり欠陥があ
るにも係らず、接着剤の使用が続けられていると思われ
ているＯ しかし、可変磁場のシンクロナスモータとは違い、マグ
ネットカップリングの内外のロータは、特に、強力な永
久磁石が使われ磁路の形成が理想的に行なわれたマグネ
ットカップリングの内外のロータは、完全な同期が行な
われ、使われる磁石は可変磁場でなく不変磁場の永久磁
石でるるから、内外ロータは相対的に完全に停止してお
シ、渦電流の発生などによる効率の低下は全く無視して
よいのであり、ケーシングを除けば、電気伝導性の点は
顧瀘せずこれを無視してよい。

（目的、構成） 本発明は、上述のケーシングに関する点を除き、内外ロ
ータに関しては電気伝導性の点を無視することにより、
磁路の形成に有利であり、しかも、高速回転に対しても
丈夫でロシ、さらに熱にも強い密閉製のためのマグネッ
トカップリングを提供することを目的とする０ 目的達成の手段として２通りの磁石の組合わせがある。

不発明のオｌ＃目は、内外ロータが円筒ケーシングで内
外に隔絶され、内外のａ−夕に円周方向に並ぶ氷−久磁
石が埋め込まれ、外側又は内側のロータに追随し同期し
て内側又は外側のロータが回転するマグネットカップリ
ングにおいて、外側のロータは円筒状の外層と内層とか
ら成シ、永久磁石はその内層に円周方向に並んで複数個
が埋め込まれ、内側のロータは円筒状の外層と中層と内
層とから成シ、永久磁石はその中層に円周方向に並んで
複数個が埋め込まれ、上記外側のロータの内層及び上記
内側のロータの中層に埋め込まれている永久磁石はその
／′）１つのＮ極とＳ極とが円周方向に向くよう配設さ
れ、外側のロ：タの外層と内側のロータの内層は比較的
に透磁率の低い材質でつくられ、外側のロータの内層と
内側のロータの中層は比較的に透磁率が高い材質でつく
られ、上記円筒ケーシングは、外側のロータ、内側のロ
ータよりも電気抵抗が小さくない材質でつ（られている
ことを特徴とする０ 本発明の第２番目は、内外ａ−夕が円筒ケーシングで内
外に隔絶され、内外のロータに円周方向に並ぶ永久磁石
が埋め込まれ、外側又は内−＋１＋　−＋−ｍｅ　ｂｒ
ヱ蝕１旨Ｉｎ　１イ出禰ηｋｌＡ儲のロータが回転する
マグネットカップリングにおいて、外側のロータは円筒
状の外層と内層とから成シ、永久磁石はその内層に円周
方向に並んで複数個が埋め込まれ、内側のロータは円筒
状の外層と中層と内層とから成シ、永久磁石はその中層
に円周方向に並んで複数個が埋め込まれ、上記外側のロ
ータの内層及び上記内側のロータの中層に埋め込まれて
いる永久磁石はその１つ１つのＮ極とＳ極とが半径方向
に向くよう配設され、外側のロータの外層と内側のロー
タの内層は比較的に透磁率の高い材質でつくられ、外側
のロータの内層と内側のロータの中層は比較的に透磁率
の低い材質でつくられ、上記円筒ケ−り／グは、外側の
ロータ、内側のロータよりも電気抵抗が小さくない材質
でつくられていることを特徴とする。

（作用、効果） 磁路の形成の点でどちらが有利でるるか目下試験研究中
であり定かでないが、従来型のツ・２番目の発明の磁石
配列の方が有利でるるとは必ずしも言えない現状である
◇効率、伝達力など両面、多面から研究中である。

しかし、ケーシングに発生する渦電流はエネルギー効率
に影響するが、これに起因する磁場の強さは磁石の有す
る磁場の強さに較べてはるかに小さいので、内外ロータ
の同期性にはいささかも影響せず、伝達効率には影響し
ない。従ってこの点において、ケーシングの電気抵抗に
限って考慮すればよく、不必要に大きい電気抵抗のもの
を選ばず、即ち、内外ロータの材質よシも小さくない電
気抵抗のものを選んでおけばよく、たとえば、内外党−
夕の材質がＳＳ又はＳＵＳであれば、ケーシングの材質
はＳＵＳ又はこれより大きい電気抵抗の七ラミック、ガ
ラスなどとすればよい〇一般的に言えば、材質の選択範
囲がきわめて拡大され、内外ロータはたとえば金属でよ
いので、耐蝕性、耐熱性、耐振性。

耐衝撃性にすぐれる材料を容易に選ぶことができ、たと
えば、ＳＵＳを選ぶことができるから、各種の化学プラ
ントの送液用に用いることができ、従来１ｏｏ０ｃ以下
でしか用いられなかったが、２００°Ｃでも用いること
ができ、このため、化学プラントの化学反応を速め生産
能力を大幅にあげることができ、また、大屋化、高速回
転化によっても化学プラントの仕様にいろいろに対応で
きるなど、いろいろの面で利用価値が高まシ、高磁力の
磁石の技術革新と相俟って、実施上の値打ちが急上昇す
る。回転しないケーシングをセラミックとし、これを緩
衝性の豊かな材質たとえばシリコンゴムなどを介して本
体にとりつければ、その耐衝撃性が弱いにも係らず、理
想的材料とな夛、回転する部分はＳＳ、ＳＵＳとし、ケ
ーシングはセラミックという理想的な材料の組合わせを
も運出することができる。なお、内外ロータの材質とし
てＳＵＳに代えて、石こう、七２ミック、ガラスなども
考えられる。

本発明によると上述したように強力なマグネットカップ
リングを実現でき、特に、化学プラント０送液ポンプと
して用いられその生産能力の低下を防ぎ、また、外界環
境の悪い場所で用いるカップリングとして利用され特別
な封じ込み装置を必要としない。

（実施例の説明） オコ図は、送液ポンプ、たとえば、遠心渦巻きポンプの
駆動軸ｌと電気、油圧式モータの出力軸２との間の回転
力を伝動するだめのマグネットカップリングとして示し
、出力軸コには外側のロータ３が結合し、駆動軸ｌには
結合用キーなどを介して内側のロータグが結合し、内外
ロータ間には円筒ケーシング３が無接触に介設され、こ
の円筒ケーシングｊは内外のロータ３とダとを隔絶して
いる。

この駆動軸ｌはケーシング！の中ですり合わせ軸受け６
．７で支持されるが、この軸受け６゜２は全て、ケーシ
ング！、このケーシング！を取付けてらるポンプケーシ
ング♂などの囲いの中に完全に封じ込まれている。

なお、ケークング！内には冷却のために債！的に圧送さ
れる液の一部を還流させるよう導入第３図以下の図は上
述したマグネットカップリングの部分を取出して示した
ものである。第３図にみられるように、外側のロータ３
は、円筒状の外層３Ａと内層３Ｂとから成る。外層３Ａ
は内層３Ｂに埋め込まれる永久磁石１０を遠心方向に支
持するためのものであり、支持力にすぐれるよう図には
完全な円筒体として示されているが、ａ数条のリングで
らってもよく、磁石間隔の網の目状の円筒状のかごでも
よいが、磁路形成に支障がなく、遠心ぶれかないよう、
削り出し。

引き抜きの円＃ｉ、パイプであることが望ましい〇その
内層３Ｂも円筒状であシ、これに磁石ＩＯが埋め込まれ
ているが、内周面側は露出している方が磁力を遮蔽しな
いので好ましい。

内側のロータグは、外層鎖と中、贅グＢと内層グＣとか
ら成る。外層グＡは中層グＢに埋め込まれる永久磁石１
／を遠心方向に支持するだめのものであり、外側のロー
タの外層３Ａとは支持体としては同効であるが、磁気遮
蔽に直接影響するのでで外側のロータのものよシかなシ
小さいから別にかまわない。

中層何は上述の内層３Ｂに同効であるから説明は繰り返
さない。内層グＣは駆動軸ｌに結合しロータグを軸ｌに
ゴ体化するためのものでｓｂ、特にその表層部分を以下
内層と呼ぶことにする。

内層、中層に埋め込まれる磁石１０．　／Ｉは、それぞ
れに、外層３Ａ、内層４ｔＣに少し喰い込むように設け
られている。また磁石１０．Ｉ／を埋め込んであるそれ
らの層ｊＢ、　ｇＢは、磁石１０．　／／の円周方向に
対向するそれぞれの両側面に密着しているのがよい。オ
ｌには、磁石の円周方向のぶれを防止し円周方向にしつ
かり固定できるからでるる。

磁石１０．　ｌ／の埋め込みは次のように行なわれる。

内側のロータについて述べると、内層４ｔＣの円筒体と
中層ｇＢとなるべき円筒体を溶接して一体化し、一体化
したものを定角度で回転させ、定位置で外周側から軸方
向に往復する切削刃で切シ落し磁石／／とはソ同じ大き
さ、形状の溝をツ＜シ、次に、外層のパイプ４ｔＡをか
ぶせ、７個ずつ磁石／／、　ｉｉ、　、　、、を軸方向
に押し込む。上記の溝をつくるときわずかに内層４ｔＣ
にも溝をつくっておく。外側のロータについても製作法
は上述のものに準じる。内層４ｔＣだけにわずかに溝を
切シ中層は棒状の複数体で形成するようにしてもよい。

以上に述べたことは、第６図に示すものについても同様
にあてはまる０第３図の実施例と第６図の実施例とは、
オｌに、磁石ｉｏ、　／／の極の向きに関して配列が異
なる。第３図のものは、１つの磁石ｌθ、／ｌのＮ極と
Ｓ極とが円周方向に向いているのに対し、第６図のもの
は、それらが従来通り半径方向に向いている。

まず第３因のものについて説明する。外側のロータの外
層３Ａと内側のロータの内層４ｔＣとは、比較的に透磁
率の低い材料が使われ、外側のロータの内層３Ｂと内側
の′ロータの中層４ｔＢとは比較的に透磁率の高い材質
のものが用いられる。

逆に、第６図のものでは、上記材質の関係が逆である。

即ち、外側のロータの外層３Ａと内側のロータの内層＆
Ｃとには比較的に透磁率の高い材質が使われ、外側のロ
ータの内層３Ｂと内側のロータの中層４ｔＢとには比較
的に透磁率の低い材質が使われる。

両実施例に共通して、内側のロータの外層４ｔＡには比
較的に透磁率の低い材料が用いられる。

また、共通して、内外ロータの材料は電気抵抗が必らず
しも大きくある必要はないが、ケーシングｊの材料は電
気抵抗が内外ロータの材料のそれよシも小さくはない０
即ち、同じか大きい。

比較的に透磁率の低い材質としては比較的に透磁率の高
い材質たとえば強磁性のＳＳに対してハ、ステンレスス
ティールＳＵＳヤアルミニュームなどの金属のほか、ガ
ラス、セラミックなどがある。内外ロータとしては必ず
しも電気抵抗が大きい必要はなく、薬品性、耐衝撃性、
耐振性、耐熱性の全ての性質を満たすものとして金属、
特に、ＳＵＳが好ましい。

比較的に透磁率が低く電気抵抗の大きいことを要するケ
ーシング！の材料としては、ＳＳとの比較では、ＳＵＳ
、セラミックなどがあるが、ケーシングは静止体でめシ
、衝撃も受けにくいから、セラミックがもつとも好まし
いでろろう。

なお、第６図の実施例では、外側のロータの内層３Ｂ、
内側のロータの中層（ｔＢは真空でもよい。

以上に述べた材質が選ばれるのは、オフ図、第２図に表
わした磁路の形成からよく理解さｎる。第２図、第２図
で、外側のロータの外層３Ａと内側のロータの内層４ｔ
Ｃに磁石ｉｏ、　／／が喰い込んでいるのは、内外ロー
タ間を貫通する磁束密度が高くなるようにするためであ
り、即ち、それぞれの１個の磁石のＮ極とＳ極との間に
磁力線が短絡するのを防ぐためである。

オダ図は内側のロータの組立てを示している０既述の通
夛、中層４ｔＢと内層ダＣとを溶接〃し磁石を埋め込む
ための溝を切シ外層ｇＡを軸方向に嵌め込み、軸方向か
ら結合リング２／を当てて溶接２２．２３シ、永久磁石
／ｌを嵌め込んで中層ＦＢに埋め込み（図にはみえてい
ない）、もう一方の側から結合リングコｌを当てて同様
に溶接−９ｎする。この場合、中層４ｔＢと結合リング
、、２１との間に軸方向に間隔を設けるためのリングス
ペーサ、２４Ｉを介設したのは、もしこのスペーサ２４
１で間隔を設けておかないと、強力な永久磁石ｌｌの磁
力で溶接ｎすることがほとんどできなくなるからである
。スペーサコＺはあらかじめ結合リング２１に溶接で結
合しておく。溶接ｎ、２３を一周上に施こしておけは、
中の輪重Ｊは密閉されるため、永久磁石／Ｉを保護する
ことができる。

このオダ図は、第３図と第６図の実施例の内側のロータ
として同一のものを示しているが、両実施例は材質の点
で異なっていることはすでに詳しく述べた。第３図の実
施例では、内層４ｔＣはたとえばＳＵＳであシ、第６図
の実施例では内層４ｔＣはＳＳである。この内層は外気
又は外液に触れるから、ＳＳの内層ダＣの面Ｓは耐蝕性
の材料でコーティング処理などをしておかねばならない
が、第３図の実施例はその面ＳがＳＵＳでらるから耐蝕
性がらりコーティング処理は必要でないという利点がお
る。

従来合成樹脂でつくっていたメ仁ろを金属でつくシかえ
たとしても、重量的に全体に重くなるということはない
。従来は、圧送液の熱中ケーシングｊの発熱から保護す
るためマグネットカップリングの全体を冷却するための
空冷ファンをと９つける必要がめったが、本発明では冷
却の必要はなく、空冷ファンを設ける必要がないからで
ある。ま゛た金属でつくると精密な削シ出し加工をしさ
えすれば軸対称な質量分布を容易に実現できるから、ロ
ータ部が重くなっても芯振れを容易に防ぐことができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例を示す断面図、オフ図は本発明のｌ美施
例を示す正面断面図、第３図はロータ・ケーシングを示
す拡大側面断面図、オグ図は内ＩＩＩＩｃＩ−夕を示す
側面断面図、１５図は外側ロータを示す正面断面図、第
６図はロータ・ケーシングの他の実施例を示す拡大側面
断面図、オフ図、オを図はそれぞれに磁路の形成を示す
正面断面図である。 ｌ・・・駆動軸１−２・・・出力軸１３・・・外側のロ
ータ、グ００．内側のロータ、ＪＡ、、、外層ｊのロー
タの外層、ｊＢ、、・外側のロータの内層、４ｔＡ。 １．内側のロータの外層、グＢ００．内側のロータの中
層、ｐｃ、、、内側のロータの内層、！。０．ケーシン
グ。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）　内外ロータが円筒ケーシングで内外に隔絶され
   、内外のロータに円周方向に並ぶ永久磁石が埋め込まれ
   、外側又は内側のロータに追随し同期して内側又は外側
   のロータが回転するマグネットカップリングにおいて、
   外側のロータは円筒状の外層と内層とから成り、永久磁
   石はその内層に円周方向に並んで複数個が埋め込まれ、
   内側のロータは円筒状の外層と中層と内層とから成り、
   永久磁石はその中層に円周方向に並んで複数個が埋め込
   まれ、上記外側のロータの内層及び上記内側のロータの
   中層に埋め込まれている永久磁石はそのｌり１つのＮ極
   とＳ極とが円周方向に向くよう配設され、外側のロータ
   の外層と内側のロータの内層は比較的に透磁率の低い材
   質でつくられ、外側のロータの内層と内側のロータの中
   層は比較的に透磁率が高い材質でつくられ、上記円筒ク
   ーシングは、外側のロータ、内側のロータよシも電気抵
   抗が小さくない材質でつくられていることを４？徴とす
   る、マグネットカップリング０
2. （２）外側のロータの外層と内側のロータの内層は強磁
   性でない金属、たとえはＳＯ８であり、外側の一一タの
   内層と内側のロータの中層は強磁性の金属、たとえばＳ
   Ｓである特許請求の範囲オ１項に記載のカップリング０
3. （３）　円筒ケーシングがセラミックでつくられている
   特許請求の範囲オ／項又は第２項記載のカップリング０
4. （４）内外ロータが円筒ケーシングで内外に隔絶され、
   内外のロータに円周方向に並ぶ永久磁石が埋め込まれ、
   外側又は内側のロータに追随し同期して内側又は外側の
   ロータが回転するマグネットカップリングにおいて、外
   側のロータは円筒状の外層と内層とから成シ、永久磁石
   はその内２層に円周方向に並んで複数個が埋め込まれ、
   内側のロータは円筒状の外層と中層と内層とから成シ、
   永久磁石はその中層ＫＦ１周方向に並んで複数個が埋め
   込まれ、上記外側のロータの内層及び上記内側のロータ
   の中層に埋め込まれている永久磁石はそのｌ′：）１つ
   のＮ極とＳ極とが生伍方向に向くよコ配設され、外側の
   ロータの外層と内側のロータの内層は比較的に透磁率の
   高い材質でつくられ、外側のロータの内層と内側のロー
   タの中層は比較的に透磁率の低い材質でつくられ、上記
   円筒ケーシングは、外側のロータ、内側のロータよシも
   電気抵抗が小さくない材質でつくられていることを特徴
   とする、マグネットカップリング０
5. （５）　外側のロータの外層と内側のロータの内層は強
   磁性の金属、たとえばＳＳであり、外側のロータの内層
   と内側のロータの中層とは強磁性でない金属、たとえば
   ＳＵＳで６−る特許請求の範囲オグ項に記載のカップリ
   ング〇 （０円筒ケーシングがセラミックでつくられている特許
   請求の範囲オダ項又はオ！項記載のカップリング。