KR102506960B1

KR102506960B1 - 자기 부상식 펌프

Info

Publication number: KR102506960B1
Application number: KR1020217006827A
Authority: KR
Inventors: 마사오 히라구시
Original assignee: 세이코 케미컬 엔지니어링 & 머시너리, 리미티드
Priority date: 2020-04-10
Filing date: 2020-04-10
Publication date: 2023-03-08
Also published as: WO2021205638A1; CN113785128B; JP6904622B1; JPWO2021205638A1; CN113785128A; KR20210126541A; TWI748891B; TW202138686A

Abstract

고정부와, 고정부의 내부에 배치되고, 레이디얼 방향 지지 자석에 의해 발생되는 레이디얼 자속에 의해 고정부의 중심에 비접촉으로 지지되는 회전부와, 고정부와 회전부 사이에서, 고정부에 설치되는 고정자와 그 고정자로부터 이격되어 회전부에 설치되는 회전자로 구성되는 모터부와, 회전부의 축심의 일단 측에 설치된 임펠러를 구비하고, 임펠러는, 전판과 후판과, 전판과 후판 사이에 설치되고, 임펠러의 중심 부분으로부터 외주연부까지 연장되는 날개를 구비하고, 전판과 후판은, 날개의 외주연부로부터 둘레 방향으로 소정 거리를 둔 위치로부터 임펠러의 중심 방향으로 소정의 크기의 절제 부분을 각각 구비하고, 절제 부분은, 후판의 절제 부분에 비해 전판의 절제 부분이 작게 형성되어 있다. 이에 따라서, 임펠러에 작용하는 스러스트 하중을 구조적인 구성으로 적절한 크기로 설정할 수 있는 자기 부상식 펌프를 제공할 수 있다.

Description

자기 부상식 펌프

본 발명은 회전부를 고정부의 중심에서 자기에 의해 부상시킨 상태에서 회전시키는 자기 부상식 펌프에 관한 것이다.

종래에, 회전부를 고정부의 중심에서 자기에 의해 부상시켜서, 기계적 접동(摺動) 부재인 베어링을 필요로 하지 않는 자기 부상식 전동기를 구비하는 자기 부상식 펌프가 있다. 자기 부상식 펌프는 전동기의 부분에 기계적 접동 부재가 없기 때문에, 오염의 발생이 없고, 소모 부품의 유지보수가 필요하지 않다. 따라서, 자기 부상식 펌프는 반도체 산업, 의약품 관련 약액 등을 취급하는 분야, 기체를 함유하는 이상(二相) 액을 취급하는 용도 등에서 채용되고 있다.

이러한 종류의 선행 기술로서, 본 출원인이 앞서 출원한 자기 부상식 펌프가 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조). 이러한 자기 부상식 펌프는 고정부와, 그 내부에 배치되어 회전 중심을 중심으로 회전하는 회전부를 구비하고, 고정부에 설치된 고정자와 회전부에 설치된 회전자로 구성된 모터부에 의해, 회전부를 고정부의 중심에서 자기 부상시켜서 비접촉으로 지지하여 회전시키고 있다. 그리고, 회전부의 축심 방향 일단부에 설치된 임펠러에 의해 작용하는 스러스트(thrust) 하중의 크기를 타단부에 배치된 스러스트 방향력 조절 코일에 부여하는 전류의 크기로 조절하도록 하고 있다.

일본 특허공개 특개2017-158325호 공보

그런데, 자기 부상식 펌프의 임펠러에는, 다음과 같이 스러스트 하중이 작용한다. 도 13은 종래의 자기 부상식 펌프(200)에서 임펠러(210)의 부분을 도시한 단면도이고, 도 14는 도 13에 도시된 자기 부상식 펌프(200)에서 임펠러(210)에 작용하는 스러스트 하중(G)의 개략을 도시하는 도면이다. 도 13에 도시된 바와 같이, 자기 부상식 펌프(200)의 임펠러(210)는 전판(214)과 후판(216) 사이에 날개(羽根)(213)가 설치되고, 흡입구(206)로부터 전판(214)의 중앙 부분에 설치된 개구부(211)에 유체를 거두어들이고, 날개(213)로 반경 방향 외방(도면에서는 상방)의 토출구(207)로 압송하도록 되어 있다. 이러한 임펠러(210)에는, 도 14에 도시된 바와 같이, 전판(214)과 후판(216)에 유체압이 작용하지만, 전판(214)은 개구부(211)가 있기 때문에 후판(216) 보다 면적이 작고, 전판(214)에 작용하는 유체압의 총합(PF) 보다 후판(216)에 작용하는 유체압의 총합(PR) 쪽이 높은 힘이 된다. 이러한 힘의 차이에 의해서, 임펠러(210)에는 전방을 향해 스러스트 하중(G)이 작용한다.

따라서, 상기한 선행 기술에서는, 임펠러에 의해 작용하는 스러스트 하중을 스러스트 방향력 조절 코일에 부여하는 전류의 크기로 조절하고 있다. 그러나, 스러스트 하중은 양정(揚程), 유체의 종류 등 여러가지 요인으로 변화하기 때문에 자기 부상식 펌프에서, 사용 조건에 따라 임펠러에 작용하는 스러스트 하중이 적절한 크기가 되도록 코일 전류를 조절하기는 어렵다.

따라서, 본 발명은 임펠러에 작용하는 스러스트 하중을 구조적인 구성으로 적절한 크기로 설정할 수 있는 자기 부상식 펌프를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 고정부와, 상기 고정부의 내부에 배치되고, 레이디얼(radial) 방향 지지 자석에 의해 발생되는 레이디얼 자속에 의해 상기 고정부의 중심에 비접촉으로 지지되는 회전부와, 상기 고정부와 상기 회전부 사이에서, 상기 고정부에 설치되는 고정자와 상기 고정자로부터 이격되어 상기 회전부에 설치되는 회전자로 구성되는 모터부와, 상기 회전부의 축심의 일단 측에 설치된 임펠러를 구비하고, 상기 임펠러는, 전판과 후판과, 상기 전판과 상기 후판 사이에 설치되고, 상기 임펠러의 중심 부분으로부터 외주연부까지 연장되는 날개를 구비하고, 상기 전판과 상기 후판은, 상기 날개의 상기 외주연부로부터 둘레 방향으로 소정 거리를 둔 위치로부터 상기 임펠러의 중심 방향으로 소정의 크기의 절제 부분을 각각 구비하고, 상기 절제 부분은, 상기 후판의 상기 절제 부분에 비해 상기 전판의 상기 절제 부분이 작게 형성되어 있다.

이러한 구성에 의하면, 회전부는 고정부의 레이디얼 방향 지지 자석에 의해 발생되는 레이디얼 자속에 의해 비접촉으로 지지되고, 회전부를 모터부로 회전시킴으로써 임펠러가 회전하게 된다. 그리고, 임펠러의 전판에 설치된 절제 부분을 후판에 설치된 절제 부분보다 작게 형성함으로써, 임펠러에 작용하는 스러스트 하중을 적절한 값으로 할 수 있다. 게다가, 절제 부분을 날개의 외주연부로부터 떨어진 위치에 설치하고 있기 때문에, 날개의 외주연부는 전판과 후판과 접속된 상태이기 때문에, 날개와 전판 및 후판에 의해 임펠러에 의해 유체의 밀어 넣는 힘을 유지하면서, 임펠러에 작용하는 스러스트 하중의 크기를 적절히 할 수 있다.

또한, 상기 전판과 상기 후판의 상기 절제 부분은, 상기 날개의 회전 방향의 전방 부분이 외주연부로부터 전벽으로 형성되어 있어도 좋다. 이와 같이 구성하면, 임펠러가 회전함으로써, 날개와 절제 부분에 의해 날개의 회전 방향의 전방 부분에 형성된 전벽에 의해 유체를 밀어 넣도록 할 수 있어서, 유체를 밀어 넣는 힘을 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 절제 부분은 상기 날개와 상기 전판 및 상기 후판의 접속 부분으로부터 소정의 거리를 두고 형성되어도 좋다. 이와 같이 구성하면, 전판 및 후판과 날개가 각각 직교 방향으로 교차하기 때문에, 이러한 접속 부분에서 강도를 유지하면서, 임펠러에 작용하는 스러스트 하중을 적절한 크기로 할 수 있다.

또한, 상기 후판의 절제 부분의 크기에 대한 상기 전판의 절제 부분의 크기의 비율은 상기 임펠러에 대해 전방을 향해 일정한 스러스트 하중이 작용하는 비율이 되도록 구성되어 있어도 좋다. 이와 같이 구성하면, 임펠러에 작용하는 스러스트 하중을 조절할 수 있기 때문에, 임펠러에 작용하는 스러스트 하중을 임의의 크기로 할 수 있어, 자기 부상시킨 회전부를 비접촉으로 안정적으로 지지하고 회전시킬 수 있다.

또한, 상기 회전부의 축심의 타단부로부터 축심 방향으로 떨어져 배치되고, 상기 회전부에 근접하여 상기 고정부의 고정 자성부와 이어지는 고정 자성벽과, 상기 고정 자성벽에 배치되고, 상기 레이디얼 자속의 상기 회전부로부터 틈새를 통해 상기 고정 자성벽에 흐르는 누설 자속에 중첩시키는 스러스트 자속을 발생시키는 스러스트 방향 축 지지력 조절 코일을 구비하는 스러스트 방향 지지부와, 상기 스러스트 방향 축 지지력 조절 코일에 부여되는 전류의 크기를 제어하여 상기 회전부에 상기 스러스트 자속으로 스러스트 방향 축 지지력을 작용시키는 제어부를 더 구비하여도 좋다.

이와 같이 구성하면, 회전부의 축심 방향의 일단부로부터 고정 자성벽에 흐르는 레이디얼 자속의 누설 자속에 대해, 고정 자성벽에 배치시킨 스러스트 방향 축 지지력 조절 코일에서 생기는 스러스트 자속을 중첩시켜 회전부에 스러스트 방향 축 지지력을 작용시킬 수 있다. 따라서, 임펠러의 전판과 후판에 절제 부분을 설치하는 것에 의해 스러스트 하중의 조절과 함께, 회전부에 대해 스러스트 방향 축 지지력을 작용시켜 스러스트 하중의 조절할 수 있다. 게다가, 고정 자성벽 측에만 스러스트 방향 축 지지력을 작용시키는 자로(磁路)를 설치함으로써, 회전부의 축 방향 치수를 작게 하여 자기 부상식 펌프를 소형화할 수 있다.

본 발명에 의하면, 임펠러에 작용하는 스러스트 하중을 구조적인 구성으로 적절한 크기로 설정할 수 있는 자기 부상식 펌프를 제공하는 것이 가능해진다.

[도 1] 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자기 부상식 펌프를 도시하는 단면도이다.
[도 2] 도 2는 도 1에 도시된 자기 부상식 펌프의 자기 부상식 전동기에서 레이디얼 방향 지지력을 도시하는 도면이다.
[도 3] 도 3은 도 1에 도시된 자기 부상식 펌프의 자기 부상식 전동기에서 스러스트 방향 축 지지력을 조절한 상태를 도시하는 도면이다.
[도 4] 도 4는 도 1에 도시된 자기 부상식 펌프에 구비된 임펠러의 전판 측으로부터의 사시도이다.
[도 5] 도 5는 도 4에 도시된 임펠러의 후판 측으로부터의 사시도이다.
[도 6] 도 6은 도 4에 도시된 임펠러와는 다른 실시예의 임펠러를 도시하는 전판 측으로부터 사시도이다.
[도 7] 도 7은 임펠러의 절제(切除) 부분을 도시하는 도면으로서, (a)는 도 4에 도시된 임펠러의 전판에서 절제 부분을 도시하는 정면도, (b)는 도 5에 도시된 임펠러의 후판에서 절제 부분을 도시하는 정면도, (c)는 도 6에 도시된 임펠러의 전판에서 절제 부분을 도시하는 정면도이다.
[도 8] 도 8은 도 4에 도시된 임펠러와는 또 다른 실시예의 임펠러를 도시하는 전판 측으로부터의 사시도이다.
[도 9] 도 9는 도 1에 도시된 자기 부상식 펌프에서 임펠러에 작용하는 스러스트 하중의 개략을 도시하는 도면이다.
[도 10] 도 10(a)는 도 4와 도 6에 도시된 임펠러를 이용한 자기 부상식 펌프에서 회전수와 스러스트 하중의 관계를 도시하는 그래프이고, 도 10(b)는 도 4와 도 8에 도시된 임펠러를 이용한 자기 부상식 펌프에서 회전수와 양정의 관계를 도시하는 그래프이다.
[도 11] 도 11은 도 1에 도시된 자기 부상식 펌프에 작용하는 스러스트 하중과 축 방향 축 지지력을 모식적으로 도시하는 도면이다.
[도 12] 도 12는 도 1에 도시된 자기 부상식 펌프의 축 방향 축 지지력과 전류와의 관계를 나타내는 그래프이다.
[도 13] 도 13은 종래의 자기 부상식 펌프에서 임펠러의 부분을 도시하는 단면도이다.
[도 14] 도 14는 도 13에 도시된 자기 부상식 펌프에서 임펠러에 작용하는 스러스트 하중의 개략을 도시하는 도면이다.

이하에서, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다. 본 명세서 및 특허청구범위 중에서 전후 방향의 개념은, 도 1에 도시된 자기 부상식 펌프(1)의 좌 방향이 전방 방향, 우 방향이 후방 방향이라고 한다. 또한, 회전부(50)의 회전 축심(S)의 방향을 「γ 방향」, γ 방향에 대해 직교하는 수평 레이디얼 방향을 「α 방향」, γ 방향에 직교하는 수직 레이디얼 방향을 「β 방향」이라고 한다.

(자기 부상식 펌프의 구성)

도 1은 일 실시예에 따른 자기 부상식 펌프(1)를 도시하는 단면도이다. 도 2는 도 1에 도시된 자기 부상식 펌프(1)의 자기 부상식 모터(10)에서 레이디얼 방향 지지력을 도시하는 도면이다. 도 3은 도 1에 도시된 자기 부상식 펌프(1)의 자기 부상식 모터(10)에서 스러스트 축 지지력을 조절한 상태를 도시하는 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 자기 부상식 펌프(1)는 케이싱(2)의 내부에 자기 부상식 모터(10)를 구비하고 있다. 자기 부상식 모터(10)는 고정부(20)의 내부에 배치되고 회전 축심(S)을 중심으로 회전축(51)이 회전되는 회전부(50)를 구비하고 있다. 이러한 회전부(50)는, 후술하는 바와 같이, 레이디얼 방향 지지부(23)에 의해 발생하는 자속(磁束)의 레이디얼 방향 지지력에 의해 고정부(20)와는 비접촉으로 지지된다.

고정부(20)에는, 고정자(21)가 설치되어 있고, 이러한 고정자(21)로부터 이격되어 회전부(50)에 설치된 회전자(52)로 모터부(40)가 구성되어 있다. 모터부(40)는 회전자(52)의 주위에 구비된 복수의 회전자 영구 자석(53)과, 고정자(21)에 구비된 복수의 고정자 권선(22)을 구비한다. 모터부(40)는 영구 자석식 모터부로 되어 있다. 고정자(21)의 고정자 권선(22)은 제어부(70)와 전기적으로 접속되어 있다. 본 실시예의 제어부(70)는 전원을 포함한다. 제어부(70)는 고정자 권선(22)에 흐르는 전류를 제어하여, 회전 자계를 발생시키고, 모터부(40)의 회전자(52)를 회전시켜서 회전부(50)를 회전시킨다. 제어부(70)에 회전 제어용의 인버터를 구비하여서, 회전부(50)의 회전 속도를 임의로 조절할 수 있다.

회전부(50)에는, 축심 방향의 전단부(일단부)에 임펠러(80)가 설치되어 있다. 회전부(50)는, 주위가 원통형의 커버(4)로 덮여 있다. 또한, 회전부(50)와 면하는 고정부(20)의 내부도 원통형의 커버(5)로 덮여 있다. 이러한 커버(4, 5)의 사이의 공간은, 유체가 이동할 수 있는 공간이 되고 있다. 임펠러(80)는 회전부(50)에 의해 회전되어서, 펌프(3)의 흡입구(6)로부터 토출구(7)를 향해 유체를 보낸다.

상기 모터부(40)의 전방 방향과 후방 방향으로 떨어진 위치에는, 레이디얼 방향 지지부(23)가 구비되어 있다. 레이디얼 방향 지지부(23)는 회전부(50)를 비접촉으로 지지하는 레이디얼 방향 지지 자석(24)을 구비하고 있다. 레이디얼 방향 지지 자석(24)은 전방부와 후방부의 고정 철심(25)에 설치된 레이디얼 방향 지지 코일(26)과, 고정부(20)의 외주 위치에 설치된 원통형의 제1 영구 자석(28)과, 회전부(50)의 주위에 설치된 원통형의 제2 영구 자석(54)을 구비하고 있다.

상기 레이디얼 방향 지지 코일(26)은 제어부(70)와 전기적으로 접속되어 있다. 레이디얼 방향 지지 코일(26)은, 부여되는 전류의 크기와 방향이 제어부(70)에서 제어 가능하게 되어 있다. 상기 제1 영구 자석(28)은 고정부(20)의 외주부에 설치되어 있고, 고정자(21)의 외주 위치에 설치된 고정측 자로(磁路)(27)의 전방 위치와 후방 위치에 떨어져 설치되어 있다. 상기 제2 영구 자석(54)은 회전부(50)의 주위에 설치되어 있고, 회전자(52)의 회전자 영구 자석(53)이 설치된 회전측 자로(55)의 전방 위치와 후방 위치에 떨어져 설치되어 있다.

상기 레이디얼 방향 지지 코일(26)들의 사이에는 상기 고정부(20)에 대한 상기 회전부(50)의 위치를 검출하는 레이디얼 위치 센서(32)가 구비되어 있다. 레이디얼 위치 센서(32)는 회전 축심(S)의 축심 방향의 전후 위치에 배치된 레이디얼 방향 지지부(23)들 모두에 구비되어 있다. 레이디얼 위치 센서(32)는 원주 방향으로 복수 개가 설치되어 있다. 이에 따라서, 고정부(20)에 대한 회전부(50)의 전방부와 후방부에서, 회전 축심(S)의 γ 방향에 대한 수평 레이디얼 방향(α)과 수직 레이디얼 방향(β)에서 위치 변화를 감출하고 있다. 이러한 레이디얼 위치 센서(32)는, 예를 들어, 고정부(20)로부터 회전부(50)에 구비된 센서 타겟의 변위를 검출하는 변위 센서 등으로 사용할 수 있다. 이러한 레이디얼 위치 센서(32)도 상기 제어부(70)에 접속되어 있다.

이러한 자기 부상식 모터(10)의 고정부(20)에는, 회전부(50)의 임펠러(80)와 반대 방향의 축심 방향 후단부(타단부)에 근접하도록 고정 자성벽(31)이 구비되어 있다. 고정 자성벽(31)은 레이디얼 방향 지지부(23)의 고정 철심(25)과 이어져 있는 고정 자석(30)과 이어지도록 설치되어 있다. 고정 자성벽(31)에는, 회전부(50)에 스러스트 방향 축 지지력을 작용시키는 스러스트 방향 축 지지력 조절 코일(61)을 구비하는 스러스트 방향 지지부(60)가 구비되어 있다. 스러스트 방향 축 지지력 조절 코일(61)은 제어부(70)와 전기적으로 접속되어 있다. 제어부(70)는 스러스트 방향 축 지지력 조절 코일(61)에 부여하는 전류의 크기와 방향을 제어할 수 있다.

또한, 고정 자성벽(31)에는, 상기 회전부(50)의 후방단과 고정부(20)의 스러스트 방향 위치를 검출하는 스러스트 위치 센서(33)가 구비되어 있다. 이러한 스러스트 위치 센서(33)는, 예를 들어, 고정부(20)로부터 회전부(50)에 구비된 센서 타겟의 변위를 검출하는 변위 센서 등으로 사용할 수 있다. 이러한 스러스트 위치 센서(33)는 상기 제어부(70)에 접속되어 있다. 제어부(70)로는, 각종의 제어 회로를 구비한 컨트롤러를 사용할 수 있다.

이와 같은 자기 부상식 펌프(1)에 의하면, 레이디얼 방향 지지부(23)의 레이디얼 방향 지지 코일(26)에 전류를 부여하여 발생하는 레이디얼 축 지지 자속에 의해 수평 레이디얼 방향(α) 및 수직 레이디얼 방향(β)으로 레이디얼 방향 지지력이 발생하여, 고정부(20)의 내부에 배치된 회전부(50)를 비접촉의 상태로 지지할 수 있다. 그리고, 모터부(40)에 의해 회전부(50)를 회전시킴으로써 임펠러(80)가 회전하게 된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 상기 자기 부상식 모터(10)에 따르면, 영구 자석(28, 54) 사이에는 N 극으로부터 S 극을 향해 바이어스 자속인 레이디얼 자속(Ψs1)(굵은 화살표)이 발생한다. 이 도면에서는, 회전 축심(S)을 사이에 두고 마주하는 위치를 도시하고 있다. 레이디얼 자속(Ψ)은, 예를 들어, 고정부(20)의 후부에 구비된 제1 영구 자석(28)의 N 극으로부터 고정 측 자로(27)를 통해 전부에 구비된 제1 영구 자석(28)의 S 극으로 흐른다. 그리고, 이러한 제1 영구 자석(28)의 N 극으로부터 고정 자성부(29)와 레이디얼 방향 지지부(23)의 고정 철심(25)과 회전부(50)의 회전 자성부(56)을 통해 회전부(50)의 전부에 구비된 제2 영구 자석(54)의 S 극으로 흐른다. 그리고, 이러한 제2 영구 자석(54)의 N 극으로부터 회전부(50) 회전측 자로(55)를 통해 후부에 구비된 제2 영구 자석(54)의 S 극으로 흐른다. 그리고, 이러한 제2 영구 자석(54)의 N 극으로부터 회전 자성부(57)와 레이디얼 방향 지지부(23)의 고정 철심(25)과 고정 자성부(30)를 통해 후부의 제1 영구 자석(28)의 S 극으로 흐른다. 이와 같이, 레이디얼 자속(Ψs1)은 고정부(20)의 외주부와, 모터부(40)의 전후 위치에 설치된 레이디얼 방향 지지부(23)의 고정 철심(25)과, 회전부(50)를 통해서 루프 형상으로 흐른다. 이러한 영구 자석(28, 54)에 의해 발생시킨 레이디얼 자속(Ψs1)(굵은 화살표)에, 상기 레이디얼 방향 지지 코일(26)에 부여하는 전류로 발생하는 레이디얼 자속(Ψs2)(가는 화살표)이 더해진다. 이러한 2 개의 레이디얼 자속(Ψs1, Ψs2)을 같은 방향으로 발생시키거나, 다른 방향으로 발생시키거나 하여, 자속을 강화하거나 약화시킬 수 있고, 이러한 레이디얼 자속(Ψs1, Ψs2)의 합성 자속의 제어에 의해 레이디얼 방향 지지력을 조절할 수 있다.

또한, 레이디얼 자속(Ψs1, Ψs2)은 회전부(50)의 전방부로부터 후방부를 향해 흐르기 때문에, 레이디얼 자속(Ψs1, Ψs2)의 일부가 회전부(50)의 후단부에서 틈새(H)를 넘어 고정 자성벽(31)에 누설 자속(Ψs10)으로서 흐른다. 이러한 누설 자속(Ψs10)은 고정 자성벽(31)으로부터 고정 자성부(30)로 흘러 레이디얼 자속(Ψs1, Ψs2)로 돌아온다. 누설 자속(Ψs10)은 회전부(50)로부터 고정 자성벽(31)으로 흐르기 때문에, 이러한 누설 자속(Ψs10)에 의해, 회전부(50)에는 고정 자성벽(31)을 향해 끌여 당겨지는 후방 방향의 스러스트 방향 축 지지력(Fγ)이 생긴다.

이와 같이, 레이디얼 자속(Ψs1, Ψs2)의 흐름에 의해, 회전부(50)에는, 고정 자성벽(31)을 향해 후방을 향하는 스러스트 방향 축 지지력(Fγ)이 작용하고 있다. 따라서, 이러한 자기 부상식 모터(10)를 이용한 자기 부상식 펌프(1)에 의하면, 임펠러(80)의 부분에 작용하는 스러스트 하중(G)에 의해 회전부(50)가 전방 방향으로 당겨지는 것에 대해, 반대인 후방 방향으로 작용하는 스러스트 방향 축 지지력(Fγ)을 발생시킬 수 있다.

한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 자기 부상식 모터(10)에 의하면, 고정 자성벽(31)에 구비시킨 스러스트 방향 축 지지력 조절 코일(61)에 스러스트 방향 축 지지력 조절 코일 전류(E1)(도 12)을 부여함으로써, 고정 자성벽(31)으로부터 회전부(50)의 후단을 향해 스러스트 자속(Ψs3)이 흐르도록 한다(오른 나사 법칙). 그리고, 이러한 스러스트 방향 축 지지력 조절 코일(61)에서 생기는 스러스트 자속(Ψs3)을 레이디얼 방향 지지 자석(24)에 의해 생기는 레이디얼 자속(Ψs1, Ψs2)의 누설 자속(Ψs10)에 중첩시킨다. 그런데, 스러스트 자속(Ψs3)은 회전부(50)로부터 고정 자성벽(31)을 향해 흐르는 누설 자속(Ψs10)에 대해 반발하는 자속이다. 따라서, 회전부(50)로부터 고정 자성벽(31)을 향해 흐르려고 하는 누설 자속(Ψs10)과, 고정 자성벽(31)으로부터 회전부(50)로 흐르려고 하는 스러스트 자속(Ψs3)은, 틈새(H)의 부분에서 서로 반발하는 자속이 된다. 따라서, 누설 자속(Ψs10)에 스러스트 자속(Ψs3)을 중첩시킴으로써, 회전부(50)에 전방 방향의 스러스트 방향 축 지지력(-Fγ)을 작용시킬 수 있다.

이와 같이, 레이디얼 자속(Ψs1, Ψs2)에 의해 발생하는 스러스트 방향 축 지지력(Fγ)은, 스러스트 방향 축 지지력 조절 코일(61)의 스러스트 자속(Ψs3)에 의해 발생하는 스러스트 방향 축 지지력(-Fγ)에 의한 전방 방향의 스러스트 방향 축 지지력(-Fγ)으로 할 수 있다. 이러한 스러스트 방향 축 지지력(-Fγ)은 제어부(70)에서 스러스트 방향 축 지지력 조절 코일(61)에 부여되는 전류의 크기로 제어할 수 있다.

그리고, 다음과 같은 임펠러(80) 및 다른 실시예의 임펠러(90)의 구조적인 구성으로, 임펠러(80, 90)에 작용하는 스러스트 하중(G)을 적절한 크기로 설정할 수 있다.

(임펠러의 구조)

도 4는 도 1에 도시된 자기 부상식 펌프(1)에 구비된 임펠러(80)의 전판 측으로부터의 사시도이다. 도 5는 도 4에 도시된 임펠러(80)의 후판 측으로부터의 사시도이다. 도 6은 도 4에 도시된 임펠러(80)와는 다른 실시예의 임펠러(90)를 도시하는 전판 측으로부터의 사시도이다. 여기서, 도 6의 임펠러(90)는 도 4의 임펠러(80)와 전판(94)만이 다르기 때문에, 그 밖의 구성에서 임펠러(80)와 동일한 구성에는, 임펠러(80)에서 부호에 「10」을 더한 부호를 부여하고, 그 설명은 생략한다.

도 4에 도시된 임펠러(80)는 전판(84)의 중심 부분에 개구부(81)가 있고, 임펠러(80)의 중심 부분에 설치된 보스부(82)의 주위에, 개구부(81)의 주위로부터 임펠러(80)의 외주연부까지 연장되는 복수의 날개(83)가 방사형으로 설치되어 있다. 날개(83)는 전판(84)과 후판(86) 사이에 설치되어 있으며, 도 5에 도시된 바와 같이 만곡한 형상으로 되어 있다. 날개(83)와 전판(84) 및 후판(86)은 각각 직교 방향으로 교차하고 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 후판(86)의 외주 부분에는, 날개(83)의 외주연부(83a)로부터 둘레 방향으로 소정 거리를 둔 부분으로부터 임펠러(80)의 중심 방향으로 소정 크기의 절제 부분(87)이 설치되어 있다. 절제 부분(87)은 임펠러(80)의 회전 방향(M)의 전방 부분은 외주연부로부터 날개(83)의 만곡을 따르는 곡면의 전벽(87a)으로 형성되고, 날개(83)의 회전 방향(M)의 후방 부분은 외주연부로부터 임펠러(80)의 중심 방향으로 향하는 가파른 각도의 후벽(87b)으로 형성되어 있다. 후판(86)의 절제 부분(87)은 가능한 큰 형상으로 되어 있다. 본 실시예의 임펠러(80)는 5 개의 날개(83)을 구비하고 있고, 이러한 날개(83)들 사이에 절제 부분(87)이 설치되어 있다.

그리고, 도 4에 도시된 바와 같이, 임펠러(80)의 전판(84)에는, 날개(83)의 외주연부(83a)로부터 원주 방향으로 소정 거리를 둔 부분으로부터 임펠러(80)의 중심 방향으로 소정 크기의 절제 부분(85)이 설치되어 있다. 전판(84)의 절제 부분(85)은, 임펠러(80)의 회전 방향(M)의 전방 부분은 외주연부로부터 날개(83)의 만곡을 따르는 곡면의 전벽(85a)으로 형성되어 있다. 날개(83)의 회전 방향(M)의 후방 부분은, 후판(86)과 마찬가지로 외주연부로부터 임펠러(80)의 중심 방향으로 향하는 가파른 각도의 후벽(85b)으로 형성되어 있다. 전벽(85a)과 후벽(85b)은 임펠러(80)의 회전 중심을 중심으로 하는 원호 형상의 원호 부분(85c)에 의해 인접한 날개(83)의 후벽(85b)과 전벽(85a)에 각각 이어져 있다. 전판(84)의 절제 부분(85)은, 전벽(85a)이 날개(83)의 만곡 형상과 같은 만곡 형상이고, 후판(86)과 날개(83)의 접속 부분으로부터 소정의 거리를 두고 형성되어 있다. 절제 부분(85)도, 5 장의 날개(83)들 사이의 부분에 설치되어 있다. 전판(84)의 절제 부분(85)은 후판(86)의 절제 부분(87)에 비해 작은 면적으로 되어 있다.

도 6에 도시된 임펠러(90)는, 후판(96)은 임펠러(80)의 후판(86)과 동일하고, 절제 부분(97)은, 임펠러(80)의 회전 방향(M)의 전방 부분은 외주연부로부터 날개(83)의 만곡을 따르는 곡면의 전벽(97a)으로 형성되고, 날개(83)의 회전 방향(M)의 후방 부분은 외주연부로부터 임펠러(90)의 중심 방향으로 향하는 가파른 각도의 후벽(97b)으로 형성되어 있다. 후판(96)의 절제 부분(97)도, 가능한 큰 형상으로 되어 있다. 그리고, 전판(94)에 설치된 절제 부분(95)이, 도 4에 도시된 임펠러(80)의 전판(84)에 설치된 절제 부분(85)에 비해 크게 되어 있다. 임펠러(90)는 전판(94)의 절제 부분(95)의 전벽(95a)과 후벽(95b)의 사이에 형성되어 있는 원호 부분(95c)의 반경 방향 치수를 작게 하여서, 절제 부분(95)의 면적을 임펠러(80)의 절제 부분(85)에 비해 크게 하고 있다. 임펠러(90)의 절제 부분(95)도, 임펠러(90)의 회전 방향(M)의 전방 부분에 있는 전벽(95a)이 외주연부로부터 날개(83)의 만곡을 따르는 곡면으로 형성되고, 후벽(95b)이 외주연부로부터 임펠러(90)의 중심 방향으로 향하는 가파른 각도로 형성되어 있다. 또한, 임펠러(90)도 5 장의 날개(93)를 구비하고 있고, 이러한 날개(93)들 사이에 절제 부분(95)이 설치되어 있다. 전판(94)의 절제 부분(95)의 면적은 후판(96)의 절제 부분(97)의 면적에 비해 작은 면적으로 되어 있다.

이러한 임펠러(80, 90)에 의하면, 전판(84, 94)의 절제 부분(85, 95) 및 후판(86, 96)의 절제 부분(87, 97)은, 임펠러(80, 90)의 외주 부분에서 날개(83, 93)의 외주연부(83a, 93a)로부터 둘레 방향으로 소정 거리를 둔 부분으로부터 설치되어 있다. 따라서, 날개(83, 93)의 외주연부(83a, 93a)는 전판(84, 94) 및 후판(86, 96)과 접속된 상태로 되어 있다. 게다가, 절제 부분(85, 87, 95, 97)을 설치하여서, 날개(83, 93)의 회전 방향(M)의 전방 부분에는 외주연부로부터 전판(84, 94)의 전벽(85a, 95a)과, 후판(86, 96)의 전벽(87a, 97a)이 존재하게 된다. 따라서, 임펠러(80, 90)의 회전에 의해 날개(83, 93)와 함께 전벽(85a, 87a, 95a, 97a)에 의해서도 유체를 밀어 넣을 수 있다. 따라서, 임펠러(80, 90)에 의한 토출 압력의 향상을 도모할 수 있다.

또한, 전판(84, 94)의 절제 부분(85, 95) 및 후판(86, 96)의 절제 부분(87, 97)이 전판(84, 94) 및 후판(86, 96)과 날개(83, 93)의 접속 부분에서 소정의 거리를 두고 형성되어 있다. 이에 따라서, 날개(83, 93)와 전판(84, 94) 및 후판(86, 96)과의 접속 부분은 각각 직교 방향으로 교차한 상태이기 때문에, 이러한 접속 부분에서 강도를 유지할 수 있다.

(임펠러의 절제 부분)

도 7은 임펠러(80, 90)의 절제 부분(85, 87, 95)을 도시하는 도면으로서, (a)는 도 4에 도시된 임펠러(80)의 전판(84)의 절제 부분(85)를 도시하는 정면도, (b)는 도 5에 도시된 임펠러(80)의 후판(86)의 절제 부분(87)을 도시하는 정면도, (c)는 도 6에 도시된 임펠러(90)의 전판(94)의 절제 부분(95)을 도시하는 정면도이다. 도 7에서는, 임펠러(80, 90)를 전방에서 본 상태(도 4, 도 6에 도시된 정면 측에서 본 상태)의 절제 부분(85, 87, 95)과 날개(83)의 관계를 도시하고 있다. (b)는 전판(84)을 제거한 도면이다. 절제 부분(85, 87, 95)은 사선으로 나타내고 있다. 이러한 도면에서는, 원형의 임펠러(80, 90)의 일부만을 도시하고 있다.

도 7(a)에 도시된 바와 같이, 도 4의 임펠러(80)의 전판(84)에 설치된 절제 부분(85)은, 임펠러(80)의 회전 방향(M)의 전방 부분은 외주연부로부터 날개(83)의 만곡을 따르는 곡면의 전벽(85a)으로 형성되어 있다. 또한, 날개(83)의 회전 방향(M)의 후방 부분은 외주연부로부터 임펠러(80)의 중심 방향으로 향하는 가파른 각도의 후벽(85b)에 형성되어 있다. 그리고, 이들 사이의 부분에서는 임펠러(80)의 회전 중심을 중심으로 하는 원호 부분(85c)으로 형성되어 있다. 절제 부분(85)은 전판(84)과 날개(83)의 접속 부분(점선 부분)으로부터 소정의 거리를 두고 형성되어 있다.

도 7(b)에 도시된 바와 같이, 도 4의 임펠러(80)의 후판(86)에 설치된 절제 부분(87)은, 임펠러(80)의 회전 방향(M)의 전방 부분은 외주연부로부터 날개(83)의 만곡을 따르는 곡면으로, 인접한 날개(83)의 후벽(87b)에 이어지도록 곡면인 전벽(87a)으로 형성되어 있다. 또한, 날개(83)의 회전 방향(M)의 후방 부분은 외주연부로부터 임펠러(80)의 중심 방향으로 향하는 가파른 각도의 후벽(87b)으로 형성되어 있다. 전벽(87a)은 날개(83)의 만곡 형상과 동일한 만곡 형상이다. 절제 부분(87)은 후판(86)과 날개(83)의 접속 부분으로부터 소정의 거리를 두고 형성되어 있다.

이러한 임펠러(80)는, 도 7(b)에 도시된 후판(86)에 설치된 절제 부분(87)의 면적을 「1」이라고 하면, 도 7(a)에 도시된 전판(84)에 설치된 절제 부분(85)의 면적은 「0.5」로 되어 있다. 즉, 임펠러(80)는 후판(86)의 절제 부분(87)의 면적에 비해서, 전판(84)의 절제 부분(85)의 면적의 크기가 1 : 0.5의 비율로 작게 형성되어 있다. 이와 같이, 임펠러(80)는 후판(86)에 최대 면적의 절제 부분(87)을 형성하고, 전판(84)에는 보조적으로 절제 부분(87) 보다 작은 소정 면적의 절제 부분(85)을 형성하고 있다.

도 7(c)에 도시된 바와 같이, 도 6의 임펠러(90)의 전판(94)에 설치된 절제 부분(95)은, 임펠러(90)의 회전 방향(M)의 전방 부분은 외주연부로부터 날개(93)의 만곡을 따르는 곡면의 전벽(95a)으로 형성되어 있다. 또한, 날개(93)의 회전 방향(M)의 후방 부분은 외주연부로부터 임펠러(90)의 중심 방향으로 향하는 가파른 각도의 후벽(95b)으로 형성되어 있다. 그리고, 이들 사이의 부분에서는 임펠러(90)의 회전 중심을 중심으로 하는 원호 부분(95c)으로 형성되어 있다. 절제 부분(95)은 전판(94)과 날개(93)의 접속 부분(점선 부분)으로부터 소정의 거리를 두고 형성되어 있다. 임펠러(90)의 후판(96)은 도 7(b)와 동일하므로 설명은 생략한다.

이러한 임펠러(90)는, 도 7(b)에 도시된 후판(86(96))에 설치된 절제 부분(87(97))의 면적을 「1」이라고 하면, 도 7(c)에 도시된 전판(94)에 설치된 절제 부분(95)의 면적은 「0.65」로 되어 있다. 즉, 임펠러(90)는 후판(96)의 절제 부분(97)의 면적에 비해서, 전판(94)의 절제 부분(95)의 면적의 크기가 1 : 0.65의 비율로 작게 형성되어 있다. 임펠러(90)도 후판(96)에 최대 면적의 절제 부분(97)을 형성하고, 전판(94)에는 보조적으로 절제 부분(97) 보다 작은 소정 면적의 절제 부분(95)을 형성하고 있다.

이와 같이, 임펠러(80, 90)의 전판(84, 94)에서 절제 부분(85, 95)의 면적과 후판(86, 96)에서 절제 부분(87, 97)의 면적은 후판(86, 96)에 면적이 큰 절제 부분(87, 97)을 형성하고, 전판(84, 94)에는 후판(86, 96)의 절제 부분(87, 97) 보다 작은 면적의 절제 부분(85, 95)을 형성한다는 대소 관계로 되어 있다. 전판(84, 94)의 절제 부분(85, 95)의 크기와 후판(86, 96)의 절제 부분(87, 97)의 크기는, 이와 같은 대소 관계를 유지하고 있기만 하면 다른 비율로 할 수도 있다. 전판(84, 94)의 절제 부분(85, 95)의 면적과 후판(86, 96)의 절제 부분(87, 97)의 면적의 차이에 의해, 후술하는 바와 같이 스러스트 하중(G)의 크기가 소정의 크기가 되도록 설정할 수 있다.

게다가, 날개(83, 93)의 부분과, 전판(84, 94) 및 후판(86, 96)의 절제 부분(85, 95, 87)에서의 전벽(85a, 95a, 87a, 97a) 부분에서도 유체를 밀어 넣을 수 있어서, 토출 압력의 향상을 도모할 수 있다.

(다른 실시예에 따른 임펠러)

도 8은 도 4에 도시된 임펠러(80)와는 또 다른 실시예의 임펠러(100)를 도시하는 전판 측으로부터의 사시도이다. 여기서, 도 8에 도시된 임펠러(100)는, 임펠러(80)와는, 전판(104)의 절제 부분(105)에서의 전벽(105a)과, 후판(106)의 절제 부분(107)에서의 전벽(107a)의 형상이 다른 예이다. 도 8의 임펠러(100)에서, 임펠러(80)과 동일한 구성에는, 임펠러(80)의 부호에 「20」을 더한 부호를 부여하고, 그 설명은 생략한다.

도 8에 도시된 임펠러(100)는, 전판(104)에 설치된 절제 부분(105)의 전벽(105a)이 외주 부분에서는 외주연부로부터 임펠러(100)의 중심 방향으로 향하는 가파른 각도로 형성되어 있다. 또한, 후판(106)에 설치된 절제 부분(107)의 전벽(107a)도 외주 부분에서는 외주연부로부터 임펠러(100)의 중심 방향으로 향하는 가파른 각도로 형성되어 있다. 이에 따라서, 전판(104)과 후판(106)의 절제 부분(105, 107)에서의 외주 부분에는, 회전 방향(M)의 전방 부분에 가파른 전벽(105a, 107a)이 형성되어 있다. 여기서, 임펠러(100)의 다른 구성은 임펠러(80)와 동일하기 때문에, 다른 구성의 설명은 생략한다.

이러한 임펠러(100)에 따르면, 날개(103)의 회전 방향(M)의 전방 부분에는 외주연부로부터 전판(104)의 전벽(105a)과, 후판(106)의 전벽(107a)이 존재하게 된다. 게다가, 전벽(105a, 107a)은 외주 부분이 외주연부로부터 임펠러(100)의 중심 방향으로 향하는 가파른 각도로 형성되어 있기 때문에, 임펠러(100)의 회전에 의해 날개(103)와 함께 전벽(105a, 107a)에 의해서 유체를 밀어 넣는 힘을 더 크게 할 수 있다. 따라서, 임펠러(100)에 의한 토출 압력의 향상을 도모할 수 있다.

(자기 부상식 펌프에 작용하는 스러스트 하중)

도 9는 도 1에 도시된 자기 부상식 펌프(1)에서 임펠러(80(90,100))에 작용하는 스러스트 하중의 개략을 도시하는 도면이다. 도 10(a)는 도 4와 도 6에 도시된 임펠러를 이용한 자기 부상식 펌프의 회전수와 스러스트 하중의 관계를 나타내는 그래프이고, 도 10(b)는 도 4와 도 8에 도시된 임펠러를 이용한 자기 부상식 펌프의 회전수와 양정의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 10(a)에서는, 스러스트 하중(G)을 전방 방향의 하중을 (+), 후방 방향의 하중을 (-)로 나타내고 있다.

도 9에 도시된 바와 같이, 자기 부상식 펌프(1)의 임펠러(80(90,100))에는, 전판(84(94,104))의 외주부의 일부분에 절제 부분(85(95,105))이 있고, 후판(86(96,106))의 외주부의 일부분에 절제 부분(87(97,107))이 있다. 따라서, 전판(84(94,104))의 절제 부분(85(95,105))이 설치된 부분에 작용하는 유체압의 총합(PF)은 도 14에 도시된 전판(114)에 비해 절제 부분(85(95 105))의 면적 분에서 작아진다. 또한, 후판(86(96,106))의 절제 부분(87(97,107))이 설치된 부분에 작용하는 유체압의 총합(PR)은 도 14에 도시된 후판(116)에 비해 절제 부분(87(97, 107))의 면적 분만큼 작아진다.

이와 같이, 후판(86(96,106))에 큰 면적의 절제 부분(87(97,107))을 설치하는 동시에, 전판(84(94,104))에 후판(86(96,106)) 보다 작은 면적의 절제 부분(85(95,105))을 설치함으로써, 임펠러(80(90,100))의 전판(84(94,104))과 후판(86(96,106))에 각각 작용하는 유체압에 의한 힘을 적절한 값으로 하고, 임펠러(80(90,100))에는 소정의 스러스트 하중(G)이 작용하도록 제어할 수 있다.

도 10(a)에 도시된 바와 같이, 도 4에 도시된 임펠러(80)를 구비한 자기 부상식 펌프(1)에 의하면, 일점 쇄선(L1)으로 나타낸 바와 같은 스러스트 하중으로 할 수 있다. 또한, 도 6에 도시된 임펠러(90)를 구비한 자기 부상식 펌프(1)에 의하면, 실선(L2)으로 나타낸 바와 같은 스러스트 하중으로 할 수 있다. 여기서, 이점 쇄선(L3)은 도 13에 도시된 절제 부분이 없는 임펠러(210)를 구비한 자기 부상식 펌프(100)의 스러스트 하중을 나타내고 있다.

이러한 그래프로부터, 도 4에 도시된 임펠러(80)를 이용하면, 자기 부상식 펌프(1)의 운전 시에서 스러스트 하중(G)을 거의 제로에 가까운 하중으로 할 수 있다. 또한, 도 6에 도시된 임펠러(90)를 이용하면, 도 4에 도시된 임펠러(80)에 비해 전판(94)의 절제 부분(95)의 면적이 증가함으로써, 전판(94)에 작용하는 유체압의 총합(PF)이 도 4의 임펠러(80)에 비해 작아지기 때문에, 스러스트 하중(G)을 (+)의 방향으로 조금 크게 할 수 있다. 이러한 임펠러(90)는 절제 부분(95)의 면적을, 자기 부상식 펌프(1)의 운전 시의 스러스트 하중(G)이 (+) 측의 적절한 값이 되도록 한 일례이다.

이와 같이, 임펠러(80, 90)는 후판(86(96))에 큰 면적의 절제 부분(87(97))을 설치하는 동시에, 전판(84(94))에 적절한 작은 면적의 절제 부분(85(95))을 설치하고 있다. 따라서, 임펠러(80, 90)를 구비한 자기 부상식 펌프(1)에 따르면, 도 13에 도시된 자기 부상식 펌프(100)에 비해 스러스트 하중(G)을 적절한 작은 값으로 하는 것이 가능해진다.

또한, 도 10(b)에 도시된 바와 같이, 도 4에 도시된 임펠러(80)를 구비한 자기 부상식 펌프(1)에 의하면, 일점 쇄선(L5)으로 나타낸 바와 같이, 회전수의 상승과 함께 양정을 올릴 수 있다. 그리고, 도 8에 도시된 임펠러(100)를 구비한 자기 부상식 펌프(1)에 의하면, 실선(L6)으로 나타낸 바와 같이, 회전수의 상승과 함께 임펠러(80)에 비해 더 양정을 올릴 수 있다. 이와 같이, 임펠러(100)에 의하면, 전판(104)의 전벽(104a)과 후판(106)의 전벽(106a)을 가파른 형상으로 함으로써, 전벽(104a, 106a)에 의해 유체의 밀어 넣는 힘이 증가해 양정을 올릴 수 있다.

한편, 도 10(a), (b)에 도시된 그래프는, 일례의 자기 부상식 펌프(1)에서 임펠러(80, 90, 100)를 이용한 경우의 예이다. 자기 부상식 펌프(1)의 구성이 다른 경우, 임펠러(80, 90, 100)에 설치된 절제 부분(85, 87, 95, 97, 105, 107)의 면적은, 후판(86, 96, 106)에 큰 면적의 절제 부분(87, 97, 107)을 형성하고, 전판(84, 94, 104)에는 후판(86, 96, 106)의 절제 부분(87, 97, 107) 보다 작은 면적의 절제 부분(85, 95, 105)을 형성한다는 대소 관계를 유지하고, 자기 부상식 펌프(1)에 따라 설정하면 좋다.

(실시예에서 전류 값과 스러스트 방향 축 지지력의 관계)

도 11은 도 1에 도시된 자기 부상식 펌프(1)에 작용하는 스러스트 하중(G)과 스러스트 방향 축 지지력(Fγ)을 모식적으로 도시하는 도면이다. 도 12는 도 1에 도시된 자기 부상식 펌프(1)의 스러스트 방향 축 지지력(Fγ)과 스러스트 방향 축 지지력 조절 코일 전류(E1)와의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 12에 도시된 세로축은 고정 자성벽(31)으로부터 회전부(50)를 향해 생기는 스러스트 방향 축 지지력(Fγ)을 나타내고 있다. 스러스트 방향 축 지지력(Fγ)은 후방 방향의 스러스트 방향 축 지지력(Fγ)이 「+」, 전방 방향의 스러스트 방향 축 지지력(-Fγ)이 「-」가 된다. 도 12에 도시된 가로축은 스러스트 방향 축 지지력 조절 코일 전류(E1)를 나타내고 있다.

도 11에 도시된 바와 같이, 자기 부상식 펌프(1)는 자기 부상식 모터(10)의 회전부(50)에 대해 임펠러(80)로부터 스러스트 하중(G)이 작용하지만, 스러스트 방향 축 지지력 조절 코일(61)에 스러스트 방향 축 지지력 조절 코일 전류(E1)(도 12)를 부여함으로써 스러스트 방향 축 지지력(Fγ)을 발생시킬 수 있다.

도 12에 도시된 바와 같이, 도 1에 도시된 자기 부상식 펌프(1)에 의하면, 스러스트 방향 축 지지력 조절 코일(61)에 전류를 흘리지 않은 상태에서도, 후방 방향으로 된 「+」의 스러스트 방향 축지지력(Fγ)이 발생한다. 그러나, 스러스트 방향 축 지지력 조절 코일(61)에 축 방향 축 지지력 조절 코일 전류(E1)를 부여함으로써 스러스트 방향 축 지지력(Fγ)을 작게 할 있고, 스러스트 방향 축 지지력 조절 코일 전류(E1)를 조절함으로써 스러스트 방향 축 지지력(Fγ)을 「대략 0」으로 할 수 있다. 이 상태로부터 스러스트 방향 축 지지력 조절 코일 전류(E1)를 더 크게 하면, 스러스트 방향 축 지지력(Fγ)이 전방 방향이 되는 「-」의 상태가 된다.

그리고, 이러한 자기 부상식 펌프(1)에서 임펠러(80, 90, 100)의 전판(84, 94, 104)에 설치된 절제 부분(85, 95, 105)의 면적과, 후판(86, 96, 106)에 설치된 절제 부분(87, 97, 107)의 면적을 적절한 크기의 면적비로 함으로써, 스러스트 방향 축 지지력(Fγ)이 「+」 측으로 적게 작용한 상태의 파선(R)으로 표시된 상태로 할 수 있다. 이러한 상태는 임펠러(80, 90, 100)의 스러스트 하중(G)이 「+」의 방향으로 적게 작용한 상태이며, 본 실시예의 자기 부상식 펌프(1)에서는, 스러스트 하중(G)과 맞당기는 방향으로 스러스트 방향 축 지지력(Fγ)을 작용시킨 상태이다. 이러한 상태는 스러스트 방향 축 지지력(Fγ)이 작고, 스러스트 방향 축 지지력(Fγ)을 제어하는 스러스트 방향 축 지지력 조절 코일 전류(E1)가 작기 때문에, 제어가 안정된다.

임펠러(80, 90, 100)의 스러스트 하중(G)이 「+」의 방향으로 적게 작용한 상태로 하는 조절은 상기한 바와 같이 임펠러(80, 90, 100)의 전판(84, 94, 104)에서의 절제 부분(85, 95, 105)의 면적과 후판(86, 96, 106)에서의 절제 부분(87, 97, 107)의 면적의 조절에 의해서, 임의로 제어할 수 있다. 따라서, 구조적인 구성에 의해 스러스트 하중(G)을 적절한 크기로 할 수 있게 된다.

(총괄)

이상과 같이, 상기 자기 부상식 펌프(1)에 의하면, 임펠러(80, 90, 100)의 전판(84, 94, 104)에 설치되는 절제 부분(85, 95, 105)의 크기와 후판(86, 96, 106)에 설치되는 절제 부분(87, 97, 107)의 크기를 적절하게 설정함으로써, 임펠러(80, 90, 100)에 작용하는 스러스트 하중(G)을 적절한 크기로 제어하는 것이 가능해진다. 즉, 임펠러(80, 90, 100)에 의하면, 날개(83, 93, 103)는 최대 지름인채로, 후판(86, 96, 106)에 큰 절제 부분(87, 97, 107)을 설치하여 스러스트 하중(G)이 작게 되도록 하고, 거기에, 전판(84, 94, 104)에 적절한 크기의 절제 부분(85, 95, 105)을 설치함으로써, 임펠러(80, 90, 100)에 작용하는 스러스트 하중(G)을 적절한 크기로 할 수 있게 된다.

게다가, 날개(83, 93, 103)는 최대 지름이고, 그의 전후에 전판(84, 94, 104)의 절제 부분(85, 95, 105)에서의 전벽(85a, 95a, 105a)과, 후판(86, 96, 106)의 절제 부분(87, 97, 107)에서의 전벽(87a, 97a, 107a)이 있다. 이에 따라서, 이러한 날개(83, 93, 103)와 전벽(85a, 95a, 105a, 87a, 97a, 107a)에 의해 유체를 밀어 낼 수 있어서, 토출 압력의 향상을 도모할 수 있다. 따라서, 자기 부상식 펌프(1)의 토출 압력을 향상시키면서 동시에 스러스트 하중(G)를 적절한 값으로 조절하는 것이 가능해진다.

(다른 실시예)

상기한 실시예에서, 자기 부상식 펌프(1)은 일례이고, 다른 자기 부상식 펌프(1)에 상기 임펠러(80, 90, 100)를 구비시켜도 좋고, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

또한, 상기한 실시예에서 임펠러(80, 90, 100)는 일례이고, 자기 부상식 펌프(1)의 사양 등에 따라서, 날개(83, 93, 103)의 수, 전판(84, 94, 104)의 절제 부분(85, 95, 105)과 후판(86, 96, 106)의 절제 부분(87, 97, 107)의 형상, 면적비 등을 설정하면 좋고, 임펠러(80, 90, 100)는 상기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.

나아가, 상기한 실시예는 일례를 나타내고 있으며, 본 발명의 요지를 해치지 않는 범위에서 다양한 구성을 변경할 수 있고, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.

1: 자기 부상식 펌프
6: 흡입구
7: 토출구
10: 자기 부상식 전동기
20: 고정부
40: 모터부
50: 회전부
60: 스러스트 방향 지지부
61: 스러스트 방향 축 지지력 조절 코일
70: 제어부
80: 임펠러
81: 개구부
83: 날개
83a: 외주연부
84: 전판
85: 절제 부분
85a: 전벽
86: 후판
87: 절제 부분
87a: 전벽
90: 임펠러
94: 전판
95: 절제 부분
95a: 전벽
96: 후판
97: 절제 부분
97a: 전벽
100: 임펠러
104: 전판
105: 절제 부분
105a: 전벽
106: 후판
107: 절제 부분
107a: 전벽
G: 스러스트 하중
L1: 일점 쇄선
L2: 실선
L3: 이점 쇄선

Claims

고정부와,
상기 고정부의 내부에 배치되고, 레이디얼 방향 지지 자석에 의해 발생되는 레이디얼 자속에 의해 상기 고정부의 중심에 비접촉으로 지지되는 회전부와,
상기 고정부와 상기 회전부 사이에서, 상기 고정부에 설치되는 고정자와 상기 고정자로부터 이격되어 상기 회전부에 설치되는 회전자로 구성되는 모터부와,
상기 회전부의 축심의 일단 측에 설치된 임펠러를 구비하고,
상기 임펠러는, 전판과 후판과, 상기 전판과 상기 후판 사이에 설치되고, 상기 임펠러의 중심 부분으로부터 외주연부까지 연장되는 날개를 구비하며,
상기 전판과 상기 후판은, 상기 날개의 상기 외주연부로부터 둘레 방향으로 소정 거리를 둔 위치로부터 상기 임펠러의 중심 방향으로 소정의 크기의 절제 부분을 각각 구비하고,
상기 절제 부분은, 상기 후판의 상기 절제 부분에 비해 상기 전판의 상기 절제 부분이 작게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자기 부상식 펌프.
제1항에 있어서,
상기 전판과 상기 후판의 상기 절제 부분은, 상기 날개의 회전 방향의 전방 부분이 외주연부로부터 전벽으로 형성되는 것을 특징으로 하는 자기 부상식 펌프.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 절제 부분은 상기 날개와 상기 전판 및 상기 후판의 접속 부분으로부터 소정의 거리를 두고 형성되는 것을 특징으로 하는 자기 부상식 펌프.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 후판의 절제 부분의 크기에 대한 상기 전판의 절제 부분의 크기의 비율은 상기 임펠러에 대해 전방을 향해 일정한 스러스트 하중이 작용하는 비율이 되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 자기 부상식 펌프.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 회전부의 축심의 타단부로부터 축심 방향으로 떨어져 배치되고, 상기 회전부에 근접하여 상기 고정부의 고정 자성부와 이어지는 고정 자성벽과, 상기 고정 자성벽에 배치되고, 상기 레이디얼 자속의 상기 회전부로부터 틈새를 통해 상기 고정 자성벽에 흐르는 누설 자속에 중첩시키는 스러스트 자속을 발생시키는 스러스트 방향 축 지지력 조절 코일을 구비하는 스러스트 방향 지지부와,
상기 스러스트 방향 축 지지력 조절 코일에 부여되는 전류의 크기를 제어하여 상기 회전부에 상기 스러스트 자속으로 스러스트 방향 축 지지력을 작용시키는 제어부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 자기 부상식 펌프.