JPS63240366A - 電磁フローカプラおよび直流型電磁ポンプ - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、液体金属等の導電性流体を駆動する電磁フロ
ーカプラや電磁ポンプ等の如き電磁流体駆動装置に関す
るものであり、例えば高速増殖炉の冷却材である液体金
嘱の駆動に用いるに好】員な″Ｆ！Ｌ磁流体駆動装置に
関する。

〔従来の技術〕

電磁フローカプラを例にとって説明する０電磁フローカ
プラ（例えば待開昭５９−１０１６３号参照）は第２図
（ａ）に横断面図として、また同図中）に斜視図として
、示したような構成を有するもので、４成性のダクト４
に電気絶縁材５を両側に内張すし、ヤの間を横切る導電
性の隔壁６でダクトを二つの流路２，３に分けである。

ダクトを挾んで心向した不図示の磁極によυ、ダクトを
横切って図の左右方向に磁場をかける。流路３内には導
電性のＭ、動流体があり、流路２には導電性の駆動流体
を強制的に流す。すると磁場の作用によシ駆動流体中に
は図の上下方向の起電力が発生し、この起電力による底
流が流路２中の導電性駆動流体、４電性隔壁６、流路３
中の導電性被動流体および導電性ダクト４を通って流れ
、被動流体はこの電流と磁場の作用による電磁力を受け
て駆動流体と逆方向に流路３内を流れるように駆動され
る。このように流路２内では発電機作用が行われるから
、これを発電機側流路と呼び、流路３内ではポンプ作用
が行われるから、これをポンプ側流路と呼ぶ。

またポンプ側流路中の流体、すなわち被動流体をポンプ
側流体と呼ぶ。電磁フローカプラの磁場を与える磁極は
、従来一般に、流体の流れ方向の成る有限の範囲に亘っ
て延びている直方体の形をしている。

電磁フローカプラの流れ方向の磁極端部では磁束密度の
分布形状は一様でなく、変化している。

流れ方向端部における磁束密度の分布の変化が電磁フロ
ーカプラの効率に及はす影響について、マグネトハイド
ロダイナミクス、第１９号、第２巻（１９８３）第２１
１頁から第２１５頁（Ｍａｇｎｅｔ。

ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ、　Ｖｏｌ　１９．　Ａ２
（１９８３）ＰＰ　２１１−２１５）において論じられ
ている。しかし、後述する渦電流に関しては論じられて
いカい。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明者らは、上記論文に述べられている解析を基に電
磁フローカプラ内部の鑞流密反についてそのベクトル分
布を検討したところ、第３図及び第４図に示すような結
果が得られた。すなわち、第３図のように流れ方向の磁
極端部の磁束密度が減衰する距離が短い場合、すなわち
減衰が急峻な場合には、第３図に示す結果のように、流
路内の４に注流体中に渦電流が発生することが見出され
た。（従来の直方体形の磁極の場合はこれに相当する。

）第３図において、ポンプ側流路３内で流体の駆動に寄
与している直流は下向きの電流成分であるが、渦電流の
一部は上向きとなシ、この上向の電流に磁界が作用して
生ずる電磁力は流体の運動を妨げる方向に慟らき、電磁
ブレーキ力を与える。この電磁ブレーキ力によシ、ポン
プ側流体電磁ポンプにおいても生ずる。

一方、第４図に示すように、磁極端部での磁束密度が減
衰する距離が長い場合、すなわち減衰が緩やかな場合に
は、渦電流の発生がないようにすることができることが
見出された。

本発明の目的は、この渦電流による電磁ブレーキ力が被
動流体に作用しないようにして、できるだけ高効率の電
磁フローカプラ又は電磁ポンプを構成することにある。

〔問題点を解決するた−めの手段〕

本発明は、４１ａフローカプラ又は電磁ポンプにおいて
、流路方向端部附近での磁界の磁束密度の勾配を、渦電
流が発生しないような緩やかな勾配としたことを特徴と
するものである。

その実施態様としては、電磁フローカプラ又は電磁ポン
プに磁界を与える磁界発生装置を構成する磁石もしくは
鉄芯の形状や材料を流れ方向の端部附近で変化させるこ
と、または、流路全体に磁束を与える主磁極に加えて４
部に補助となる磁水を設けること等が挙げられる。又は
上記手段を組合せることも可能である。

〔作用〕

流れ方向の磁極４部附近において磁束密度の勾配が緩や
かとなるように構成することにより、被動流体の流路中
の流体内部において磁束密度の勾配に比例する起電力が
小きくなるので、第４図の如く渦電流の発生が防止笛れ
、被動流体に屯磁ブレーキカが作用しないようにするこ
とができる。

〔実施例〕

電磁ブレーキ力が作用しないための磁束密度の勾配の基
準を与えるには、前記論文の解析結果を利用することが
できる。すなわち第２図（ｂ）に示すような方向にＸ軸
、ｙ軸、Ｚ＃’ａ一定め、磁極端部ｔＸ−０、発電機側
流路２のＸ方向の中心の位置をｙ＝ｏとする。また、発
電機側流路３の高さを２ａｇ、ポンプ側流路３の高さ’
ｋ　２ａｐ　ｓ導電性隔壁６の厚さｉａｗとし、ａ　−
ａ　ｇ　＋　ａ　ｐ　＋　ａＶＩ、α＝＝ａ　ｇ／ａ　
。

各流路中を流れる導電性流体の導電率をσ、導電性隔壁
６の導電率をσ７、ｋ−σａ　ｗ／σｗａ　　とし、発
電機側流路２中の流体の速度をυ２で一様、ポンプ側流
路３中の流体の速度をυｐで一様とし、ｘ（Ｏの範囲の
磁束密度ｔｌ−Ｂｏ、ｘ≧０の範囲の磁束密度を指数関
数でフィッティングした時の指数部の係数を一ν／ａと
し磁束密度分布ｅＢｏｅＸＰ（−νｘ／ａ）で表わし、
さらに ・ｊｉｎλ＋にλｃｏｓλａｃｏｓλ（１−ａ）　＝　
０−・−（１）を満たす第ｎ番目の根をλｎとしたとき
、ポンプ側流路３全流れる流体内部の電流密度のＸ方向
成分は、Ｘ≦０の範囲において１ 、　　σＢ０ Ｊｙｘ−百〔υ２α＋υバα＋ｋ）〕 ｘ　）　Ｑ　（Ｄ□えおい、　、　　　　　　　°゛−
（２＋＋σｕｐＢ□ｅｘｐ（−νＸ）　　・・・・・・
・・・・・（３）と表わされる。ただし１、 Ｆ（λ）＝　（υｇ＋＋７ｐ）３１ｎλａ＋にλｌ）ｐ
　Ｑ　ＯＢλαｔａｎλ 玖λ）ｘｃｏｓλ〔１−−７−（１−λαｔａｎλα−
λ（１−ａ）　ｔａｎｋ（１−ａ月〕玖λ）ｗ９１ｎλ
十にλＣＯ３λαＣＯ８λ＜１−ａ）である。

このｊｙは、Ｘ及びｙに関する二変数関数であるが、Ｘ
方向には流路中心でその絶対値が最大であり、Ｘ方向に
はＸ　＝＝　Ｑの点でピーク値をもつ。

第２図（ｂ）に示すように、発電機側流路２中の流体は
＋Ｘ方向に流れ、ポンプ側流路３中の流体は−Ｘ方向に
流れる場合、ｘ＝Ｑ、ｙ＝ｏの点でのｊｙのピーク値が
負であること、すなわち、・　　σＢＯ Ｊｙ”　ｉ＋−υ３α＋υｐ（α十ｋ）］が渦電流が生
じないだめの条件となる。（４）式をνについての条件
として整理するため、（４）式中の無限級数で示される
項を、λ、に関する第１項のみで近似し、 とする。（４’）ｔ−νについで解くと。

・・・・価） となる。（５）式右辺は流路寸法及び流速の関数である
ので、（５）式をもとに磁束密度の減衰する長さ、流路
寸法及び流速等全決定すれば、電磁ブレーキ力の作用し
ない電磁フロルカプラを構成するという目的を達成する
ことができる。

但し以上は一つの計算例であり、本発明において、電磁
ブレーキ力の原因になる渦電流全発生させない磁束密度
の勾配の決定は必ずしも以上の計算に限るものではない
。

本発明を電磁フローカブラに適用した第一の実施例を第
１図により説明する。

第１図に示すように、発電機側流路２及びポンプ側流路
３０両者に平行に配置された磁石１を、流れ方向の磁極
両端部において、流れ方向の流路中心から遠ざかるにつ
れて磁石１と発電機側流路２及びポンプ側流路３との距
離が徐々に大きくなるような形状とする。磁石１全第１
図に示すような形状とすることにより、流れ方向の端部
はど磁５間の磁気抵抗が徐々に増大することになるので
、ポンプ側流路３内部の磁束密度は流れ方向の端部にお
いて緩やかに減衰する。第１図に示す磁石１と同様の形
状をした鉄芯で構成される電磁石を第１図中の磁石に置
き換えても同様の効果が得られる。

第二の実施例を第５図により説明する。

第５図は、第１図と同様の手法を環状型流路１０で構成
される電磁フローカブラに適用した例である。ステータ
コア１１（鉄芯）の流路に面する部分を第５図のような
形状をすることにより、ステータコア１１と内部鉄心１
３との間の磁気抵抗を流れ方向に対して変化させ、磁束
密度が緩やかに減衰するようにする。

第三の実施例を第６図により説明する。

第６図に示すように、発電機側流路２及びボンうにする
。この結果、鉄芯１６の飽和磁束密度は端部に近づくに
つれて小さくなるので、流れ方向の磁束密度の変化を緩
やかにすることができる。

第四の実ｔＡ例を第７図により説明する。

第７図に示すように、端部附近の磁極を薄片状磁石１８
を流れ方向に積層することによ多構成する。この薄片状
磁石１８の起磁力を、流れ方向の流路中心から遠ざかる
に従って弱くすれば、流れ方向の磁束密度の変化を緩や
かにすることができる。

第五の実施例を第８図により説明する。

第８図に示すように、発電機側流路２及びポンプ側流路
３に平行に配置された鉄芯１５にＲＬ、端部附近に磁場
補正用磁石１９を、巻線１７によシ生ずる磁束を打消す
向きに取付ける。この磁場補正用磁石１９の起磁力を変
化避せて流れ方向に複数個積層することによシ、流れ方
向の磁束密度の変化を緩やかにすることができる。

第六の実施例を第９図により説明する。

第９図に示されている磁場補正用コイル２０は第五の実
施例で説明した磁場補正用磁石１９を電磁石で置換えた
ものである。この場合、磁場補正用コイルに流す電流の
向きは、巻線１７によシ生ずる磁束を打消すような起磁
力を発生させる向きでなければならない。

本発明の第七の実施例を第１０図により説明するＯ 第１０図は、第６図に示した電磁フローカプラと同様の
磁極構造を直流電磁ポンプに適用した例である。流路２
１を流れる導電性流体に電流を供給するため、電極２２
が設けられておυ、この電極２２を介して流路２１を流
れる導電性流体に′電流を供給する。磁極１６の形状に
基づく効果は第６図の場合と同様である。第１０図と同
様の流路２１及び電極２２より構成される直流型電磁ポ
ンプに肘し、第７図、第８図、第９図と同様の磁極構造
を組合せることによっても、渦電流損失を抑制した直流
型ｔｌｉ磁ポンプを構成することができる〇本発明の第
への実施例を第１１図により説明する。

第１１図に示すように、強磁性材料である鉄芯１６に刈
し、強磁性と常磁性の中間の透磁率を有する磁性材料で
作った補助磁極２３を取付ける。

起磁力は巻線１７により与えられるので、鉄芯１６及び
補助磁極２３に対して同一である。従って鉄芯１６中の
磁束密度よりも補助磁極２３中の磁束密度が小さくなシ
、補助磁極２３ではさまれる附近の流路内部の磁束密度
も小てくなる。この結果流路内部の流れ方向の磁束ＶＦ
１度の変化を緩やかにすることができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、電磁ブレーキ力発生の原因となる渦電
流の発生を防止し、電磁流体駆動装置の流体駆動力を増
大させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す斜視図、ｗ、２る電流
密度ベクトル分布を示す図、第５図〜第１１図は本発明
の他の実弛例を夫々示す斜視図である。 １・・・磁石　　　　　　２・・・発電機側流路３・・
・ポンプ側流路　　４・・・ダクト壁５・・・絶縁材　
　　　　６・・・導電性隔壁７・・・電流密度ベクトル
　８・・・磁束密腿９・・・流れ方向　　　　１０・・
・環状型流路１１・・・ステータコア　１２・・・励磁
用コイル１３・・・内部鉄芯　　　１４・・・ダクト内
壁１５・・・ダクト外壁　　１６・・・鉄芯１７・・・
巻線　　　　　１８・・・薄片状磁石１９・・・磁場補
正用磁石　２０・・・磁場補正用コイル２１・・・流路
　　　　　２２・・・電極２３・・・補助磁極。 第１図 ３−・ポンプ泪１１Ｊ各　　　　６・・導電杵隔督第３
図 磁極端部 工・０ 原点 第４図 第５図 １１−　　ステータコア　　１４−゛ダクト内壁第７図 第８図 第９図 第１０図 第１１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　導電性の被動流体のための流路と、該流路を横切る
   磁界を発生させる磁界発生手段と、該流路中の導電性の
   被動流体に該流路および上記磁界を横切る電流を供給す
   る手段とを備え、上記電流と磁界との作用によって被動
   流体を駆動する力を発生させる電磁流体駆動装置におい
   て、上記磁界発生手段は、流路方向端部の附近での磁界
   の磁束密度の勾配が、渦電流が発生しないような緩やか
   な勾配となる磁界を発生するように構成されていること
   を特徴とする電磁流体駆動装置。 ２　磁界発生手段の磁極が、前記の磁束密度の勾配を生
   ずるような形状に形成されている特許請求の範囲第１項
   記載の電磁流体駆動装置。 ３　磁界発生手段の磁極が、前記の磁束密度の勾配を生
   ずるように複数の材質の部材よりなる特許請求の範囲第
   １項記載の電磁流体駆動装置。 ４　磁界発生手段の磁極が、前記の磁束密度の勾配を生
   ずるように、主磁極と端部の補助磁極とよりなる特許請
   求の範囲第１項記載の電磁流体駆動装置。 ５　前記の電流を供給する手段は、被動流体の流れる前
   記流路に対して導電性隔壁を介して接している別の流路
   に前記磁界発生装置の磁界の作用下で導電性流体を流す
   手段よりなる特許請求の範囲第１項ないし第４項のいず
   れかに記載の電磁流体駆動装置。