TW202138686A

TW202138686A - 磁浮式泵

Info

Publication number: TW202138686A
Application number: TW110108108A
Authority: TW
Inventors: 平櫛真男
Original assignee: 日商星光化工機股份有限公司
Priority date: 2020-04-10
Filing date: 2021-03-08
Publication date: 2021-10-16
Also published as: CN113785128A; TWI748891B; JP6904622B1; JPWO2021205638A1; KR102506960B1; CN113785128B; KR20210126541A; WO2021205638A1

Abstract

本發明之磁浮式泵具備：固定部；旋轉部，配置於固定部之內部，藉由利用徑向支持磁鐵所產生之徑向磁通量而以與固定部之中心非接觸之方式支持；馬達部，於固定部與旋轉部之間，由設置於固定部之定子及與該定子分開地設置於旋轉部之轉子構成；及葉輪，設置於旋轉部之軸心之一端側，葉輪具有前板、後板及葉片，該葉片設置於前板與後板之間，自葉輪之中心部分延伸至外周緣部，前板與後板自與葉片之外周緣部在周方向上空出既定距離之位置起朝向葉輪之中心方向分別具有既定大小之切除部分，切除部分以前板之切除部分之大小小於後板之切除部分之大小之方式形成。藉此，可提供一種可利用結構性之構成將作用於葉輪之推力負載設定為適當大小之磁浮式泵。

Description

磁浮式泵

本發明係關於一種使旋轉部以藉由磁性於固定部之中心浮起之狀態旋轉之磁浮式泵。

先前存在一種具備磁浮式電動機之磁浮式泵，該磁浮式電動機藉由利用磁性使旋轉部於固定部之中心浮起，而不需要作為機械滑動構件之滑動軸承。磁浮式泵由於在電動機之部分不存在機械滑動構件，因此不會發生污染，不需要消耗零件之保養。因此，於半導體產業、處理醫藥品相關之藥液等之領域、處理含有氣體之二相液之用途等中採用磁浮式泵。

作為此種先前技術，有本申請人先前提出申請之磁浮式泵（例如，參照專利文獻1）。該磁浮式泵具備固定部、及配置於其內部且以旋轉中心為中心旋轉之旋轉部，利用由設置於固定部之定子與設置於旋轉部之轉子構成之馬達部，使旋轉部於固定部之中心磁浮，以非接觸之方式支持並使其旋轉。並且，將藉由設置於旋轉部之軸心方向一端部之葉輪而發揮作用之推力負載之大小利用對配置於另一端部之推力方向力調整線圈賦予之電流之大小進行調整。

[先前技術文獻] [專利文獻] [專利文獻1]日本特開2017-158325號公報

[發明所欲解決之問題]

但是，推力負載係以如下方式對磁浮式泵之葉輪發揮作用。圖13係表示先前之磁浮式泵200中之葉輪210之部分之剖面圖，圖14係表示圖13所示之磁浮式泵200中作用於葉輪210之推力負載G之概略之圖式。如圖13所示，磁浮式泵200之葉輪210於前板214與後板216之間設置葉片213，自吸入口206向設置於前板214之中央部分之開口部211引入流體，利用葉片213向徑向外側（圖中為上方）之噴出口207壓送。於該葉輪210中，如圖14所示，雖然流體壓作用於前板214與後板216，但前板214具有開口部211，因此面積小於後板216，作用於後板216之流體壓之總和PR成為比作用於前板214之流體壓之總和PF高之力。該力之差使得推力負載G朝向前方作用於葉輪210。

因此，於上述先前技術中，利用對推力方向力調整線圈賦予之電流之大小調整藉由葉輪而發揮作用之推力負載。然而，由於推力負載會因揚程、流體之種類等各種要因而變化，因此於磁浮式泵中，難以根據使用條件而以作用於葉輪之推力負載成為適當大小之方式調整線圈電流。

因此，本發明之目的在於提供一種可利用結構性之構成將作用於葉輪之推力負載設定為適當大小之磁浮式泵。 [解決問題之手段]

為了達成上述目的，本發明具備：固定部；旋轉部，配置於上述固定部之內部，藉由利用徑向支持磁鐵所產生之徑向磁通量而以與上述固定部之中心非接觸之方式支持；馬達部，於上述固定部與上述旋轉部之間，由設置於上述固定部之定子及與該定子分開地設置於上述旋轉部之轉子構成；及葉輪，設置於上述旋轉部之軸心之一端側，上述葉輪具有前板、後板及葉片，該葉片設置於上述前板與上述後板之間，自上述葉輪之中心部分延伸至外周緣部，上述前板與上述後板自與上述葉片之上述外周緣部在周方向上空出既定距離之位置起朝向上述葉輪之中心方向分別具有既定大小之切除部分，上述切除部分以上述前板之上述切除部分之大小小於上述後板之上述切除部分之大小之方式形成。

藉由該構成，旋轉部由利用固定部之徑向支持磁鐵所產生之徑向磁通量以非接觸之方式支持，藉由利用馬達部使旋轉部旋轉，而使葉輪旋轉。並且，藉由將葉輪之設置於前板之切除部分以小於設置於後板之切除部分之方式形成，而可將作用於葉輪之推力負載設為適當之值。並且，由於將切除部分設置於與葉片之外周緣部分離之位置，因此葉片之外周緣部為連接於前板與後板之狀態，因此可一邊藉由葉片與前板及後板保持葉輪對流體之壓入力，一邊使作用於葉輪之推力負載之大小適當。

又，可為上述前板與上述後板之上述切除部分之上述葉片之旋轉方向之前方部分自外周緣部起形成為前壁。若以上述方式構成，則藉由葉輪旋轉，可利用葉片與由切除部分形成於葉片之旋轉方向之前方部分之前壁壓入流體，而可提高流體之壓入力。

又，可為上述切除部分自上述葉片與上述前板及上述後板之連接部分起設置既定之距離而形成。若以上述方式構成，則前板及後板與葉片分別沿著正交方向交叉，因此可一邊保持該等連接部分之強度，一邊將作用於葉輪之推力負載設為適當之大小。

又，可為上述前板之切除部分之大小相對於上述後板之切除部分之大小的比率，成為一定之推力負載朝向前方對上述葉輪發揮作用的比率。若以上述方式構成，則可調整對葉輪發揮作用之推力負載，因此可將作用於葉輪之推力負載設為任意大小，而可以非接觸之方式穩定地支持磁浮之旋轉部並使其旋轉。

又，可進而具備：推力方向支持部，具有：固定磁性壁，與上述旋轉部之軸心之另一端部朝向軸心方向分離配置，接近該旋轉部而與上述固定部之固定磁性部相連；及推力方向軸支持力調整線圈，配置於上述固定磁性壁，產生與上述徑向磁通量之自上述旋轉部起經由間隙流向該固定磁性壁的漏磁通重疊之推力磁通量；及控制部，控制對上述推力方向軸支持力調整線圈賦予之電流之大小，利用上述推力磁通量使推力方向軸支持力作用於上述旋轉部。

若以上述方式構成，則相對於自旋轉部之軸心方向之一端部流向固定磁性壁之徑向磁通量之漏磁通，可使由配置於固定磁性壁之推力方向軸支持力調整線圈產生之推力磁通量重疊，而使推力方向軸支持力作用於旋轉部。藉此，可調整於葉輪之前板與後板設置切除部分產生之推力負載，並且可調整使推力方向軸支持力作用於旋轉部之推力負載。並且，藉由僅於固定磁性壁側設置使推力方向軸支持力發揮作用之磁路，可減小旋轉部之軸方向尺寸，而使磁浮式泵小型化。 [發明之效果]

根據本發明，可提供一種可利用結構性之構成將作用於葉輪之推力負載設定為適當大小之磁浮式泵。

以下，基於圖式對本發明之實施形態進行說明。該說明書及申請專利之範圍之文件中之前後方向之概念係設為圖1所示之磁浮式泵1之左方向為前方向，右方向為後方向。又，將旋轉部50之旋轉軸心S之方向設為「γ方向」，將相對於γ方向正交之水平徑向設為「α方向」，將相對於γ方向正交之鉛直徑向設為「β方向」。

（磁浮式泵之構成）圖1係表示一實施形態之磁浮式泵1之剖面圖。圖2係表示圖1所示之磁浮式泵1之磁浮式電動機10中的徑向支持力之圖式。圖3係表示圖1所示之磁浮式泵1之磁浮式電動機10中已調整推力方向軸支持力之狀態之圖式。

如圖1所示，磁浮式泵1於殼體2之內部具備磁浮式電動機10。磁浮式電動機10具備旋轉部50，該旋轉部50配置於固定部20之內部，以旋轉軸心S為中心使旋轉軸51旋轉。如下文所述，該旋轉部50藉由利用徑向支持部23所產生之磁通量之徑向支持力而以與固定部20非接觸之方式被支持。

於固定部20設置有定子21，和與該定子21分開而設置於旋轉部50之轉子52構成馬達部40。馬達部40具有於轉子52之周圍具備之複數個轉子永久磁鐵53、及定子21所具備之複數個定子繞組22。馬達部40為永久磁鐵式馬達部。定子21之定子繞組22與控制部70電性連接。該實施形態之控制部70包含電源。控制部70控制流入定子繞組22之電流，使其產生旋轉磁場，使馬達部40之轉子52旋轉，而使旋轉部50旋轉。藉由使控制部70具備旋轉控制用之變流器，而可任意地調整旋轉部50之旋轉速度。

於旋轉部50中，於軸心方向之前端部（一端部）設置有葉輪80。旋轉部50之周圍被圓筒狀之蓋4所覆蓋。又，與旋轉部50相對之固定部20之內部亦被圓筒狀之蓋5所覆蓋。該等蓋4、5之間之空間成為流體可移動之空間。利用旋轉部50使葉輪80旋轉，而將流體自泵部3之吸入口6送向噴出口7。

於上述馬達部40之在前方向與後方向分離之位置具備徑向支持部23。徑向支持部23具有以非接觸之方式支持旋轉部50之徑向支持磁鐵24。徑向支持磁鐵24具有設置於前部與後部之固定鐵心25之徑向支持線圈26、設置於固定部20之外周位置之圓筒狀之第1永久磁鐵28、及設置於旋轉部50之周圍之圓筒狀之第2永久磁鐵54。

上述徑向支持線圈26與控制部70電性連接。徑向支持線圈26被賦予之電流之大小與方向可由控制部70控制。上述第1永久磁鐵28設置於固定部20之外周部，分開設置於在定子21之外周位置設置之固定側磁路27之前位置與後位置。上述第2永久磁鐵54設置於旋轉部50之周圍，於設置有轉子52之轉子永久磁鐵53之旋轉側磁路55之前位置與後位置分開設置。

於上述徑向支持線圈26之間，具備檢測上述旋轉部50相對於上述固定部20之位置之徑向位置感測器32。徑向位置感測器32亦具備於配置於旋轉軸心S之軸心方向之前後位置的任一徑向支持部23。徑向位置感測器32沿著周方向設置有複數個。藉此，於旋轉部50相對於固定部20之前部與後部，對相對於旋轉軸心S之γ方向之水平徑向α與鉛直徑向β上之位置變化進行檢測。該徑向位置感測器32例如亦可用作對旋轉部50所具備之感測器目標自固定部20之位移進行檢測之位移感測器等。該徑向位置感測器32亦連接於上述控制部70。

以與旋轉部50之與葉輪80為相反方向之軸心方向之後端部（另一端部）接近之方式，於該磁浮式電動機10之固定部20具備固定磁性壁31。固定磁性壁31以與固定磁性部30相連之方式設置，該固定磁性部30與徑向支持部23之固定鐵心25相連。於固定磁性壁31具備推力方向支持部60，該推力方向支持部60具有使推力方向軸支持力作用於旋轉部50之推力方向軸支持力調整線圈61。推力方向軸支持力調整線圈61與控制部70電性連接。控制部70可控制對推力方向軸支持力調整線圈61賦予之電流之大小與方向。

又，於固定磁性壁31具備對上述旋轉部50之後方端與固定部20之推力方向位置進行檢測之推力位置感測器33。該推力位置感測器33例如可用作對旋轉部50所具備之感測器目標自固定部20之位移進行檢測之位移感測器等。該推力位置感測器33連接於上述控制部70。作為控制部70，可設為具備各種控制電路之控制器。

根據此種磁浮式泵1，藉由利用對徑向支持部23之徑向支持線圈26賦予電流所產生之徑向軸支持磁通量而沿著水平徑向α及鉛直徑向β產生徑向支持力，而可以非接觸之狀態支持配置於固定部20之內部之旋轉部50。並且，藉由利用馬達部40使旋轉部50旋轉，而可使葉輪80旋轉。

如圖2所示，根據上述磁浮式電動機10，於永久磁鐵28、54之間，自N極向S極產生作為偏磁通之徑向磁通量Ψs1（較粗之箭頭）。於該圖中示出隔著旋轉軸心S對向之位置。徑向磁通量Ψs1例如自固定部20之後部所具備之第1永久磁鐵28之N極經由固定側磁路27而流向前部所具備之第1永久磁鐵28之S極。然後，自該第1永久磁鐵28之N極經由固定磁性部29、徑向支持部23之固定鐵心25及旋轉部50之旋轉磁性部56而流向旋轉部50之前部所具備之第2永久磁鐵54之S極。然後，自該第2永久磁鐵54之N極經由旋轉部50之旋轉側磁路55而流向後部所具備之第2永久磁鐵54之S極。然後，自該第2永久磁鐵54之N極經由旋轉磁性部57、徑向支持部23之固定鐵心25及固定磁性部30而流向後部之第1永久磁鐵28之S極。如上所述，徑向磁通量Ψs1通過固定部20之外周部、設置於馬達部40之前後位置之徑向支持部23之固定鐵心25、及旋轉部50而以環狀流動。於由該永久磁鐵28、54所產生之徑向磁通量Ψs1（較粗之箭頭）疊加由對上述徑向支持線圈26賦予之電流所產生之徑向磁通量Ψs2（較細之箭頭）。藉由使該兩種徑向磁通量Ψs1、Ψs2沿著相同方向產生、或沿著不同方向產生，可增強或減弱磁通量，藉由該等徑向磁通量Ψs1、Ψs2之合成磁通量之控制，可調整徑向支持力。

又，由於徑向磁通量Ψs1、Ψs2自旋轉部50之前部向後部流動，因此徑向磁通量Ψs1、Ψs2之一部分作為漏磁通Ψs10而自旋轉部50之後端部跨過間隙H流向固定磁性壁31。該漏磁通Ψs10自固定磁性壁31流向固定磁性部30，並返回徑向磁通量Ψs1、Ψs2。由於漏磁通Ψs10自旋轉部50流向固定磁性壁31，因此藉由該漏磁通Ψs10，於旋轉部50產生朝向固定磁性壁31牽引之向後之推力方向軸支持力Fγ。

如上所述，藉由徑向磁通量Ψs1、Ψs2之流動，朝向固定磁性壁31而向後之推力方向軸支持力Fγ作用於旋轉部50。因此，根據使用該磁浮式電動機10之磁浮式泵1，相對於藉由作用於葉輪80之部分之推力負載G將旋轉部50拉向前方向，可產生作用於相反之後方向之推力方向軸支持力Fγ。

另一方面，如圖3所示，根據上述磁浮式電動機10，藉由對固定磁性壁31所具備之推力方向軸支持力調整線圈61賦予推力方向軸支持力調整線圈電流E1（圖12），而使推力磁通量Ψs3自固定磁性壁31流向旋轉部50之後端（右螺旋定律）。然後，使該推力方向軸支持力調整線圈61所產生之推力磁通量Ψs3與由徑向支持磁鐵24所產生之徑向磁通量Ψs1、Ψs2之漏磁通Ψs10重疊。然而，推力磁通量Ψs3係相對於自旋轉部50流向固定磁性壁31之漏磁通Ψs10而排斥之磁通量。因此，自旋轉部50流向固定磁性壁31之漏磁通Ψs10與自固定磁性壁31流向旋轉部50之推力磁通量Ψs3於間隙H之部分成為互相排斥之磁通量。藉此，藉由使漏磁通Ψs10與推力磁通量Ψs3重疊，可使向前之推力方向軸支持力-Fγ作用於旋轉部50。

如上所述，由徑向磁通量Ψs1、Ψs2產生之推力方向軸支持力Fγ可藉由推力方向軸支持力調整線圈61之推力磁通量Ψs3所產生之推力方向軸支持力-Fγ而設為向前之推力方向軸支持力Fγ。該推力方向軸支持力-Fγ可利用控制部70而由對推力方向軸支持力調整線圈61賦予之電流之大小進行控制。

並且，藉由如以下之葉輪80及不同實施形態之葉輪90之結構性之構成，可將作用於葉輪80、90之推力負載G設定為適當之大小。

（葉輪之結構）圖4係自圖1所示之磁浮式泵1所具備之葉輪80之前板側的立體圖。圖5係自圖4所示之葉輪80之後板側之立體圖。圖6係自表示與圖4所示之葉輪80不同之實施形態之葉輪90的前板側之立體圖。再者，圖6之葉輪90僅前板94不同於圖4之葉輪80，因此對其他構成中與葉輪80相同之構成標註對葉輪80中之符號加「10」而成之符號，並省略其說明。

圖4所示之葉輪80於前板84之中心部分具有開口部81，於設置於葉輪80之中心部分之凸台部82之周圍放射狀地設置有自開口部81之周圍延伸至葉輪80之外周緣部之複數個葉片83。葉片83設置於前板84與後板86之間，如圖5所示為彎曲之形狀。葉片83與前板84及後板86分別沿著正交方向交叉。

如圖5所示，於後板86之外周部分，自與葉片83之外周緣部83a在周方向上空出既定距離之部分起朝向葉輪80之中心方向設置有既定大小之切除部分87。切除部分87之葉輪80之旋轉方向M之前方部分自外周緣部起形成為沿著葉片83之彎曲之曲面之前壁87a，葉片83之旋轉方向M之後方部分自外周緣部起形成為朝向葉輪80之中心方向之陡峭之角度之後壁87b。後板86之切除部分87成為盡量大之形狀。該實施形態之葉輪80具有5片葉片83，於該等葉片83之間設置有切除部分85。

並且，如圖4所示，於葉輪80之前板84，自與葉片83之外周緣部83a在周方向上空出既定距離之部分起朝向葉輪80之中心方向設置有既定大小之切除部分85。前板84之切除部分85之葉輪80之旋轉方向M之前方部分自外周緣部起形成為沿著葉片83之彎曲之曲面之前壁85a。葉片83之旋轉方向M之後方部分與後板86同樣地自外周緣部起形成為朝向葉輪80之中心方向之陡峭之角度之後壁85b。前壁85a與後壁85b藉由以葉輪80之旋轉中心為中心之圓弧狀之圓弧部分85c分別與鄰接之葉片83之後壁85b及前壁85a相連。前板84之切除部分85之前壁85a為與葉片83之彎曲形狀同樣之彎曲形狀，和後板86與葉片83之連接部分設置既定之距離而形成。切除部分85亦設置於5片葉片83之間之部分。前板84之切除部分85之面積小於後板86之切除部分87。

圖6所示之葉輪90之後板96與葉輪80之後板86相同，切除部分97之葉輪80之旋轉方向M之前方部分自外周緣部起形成為沿著葉片83之彎曲之曲面之前壁97a，葉片93之旋轉方向M之後方部分自外周緣部起形成為朝向葉輪90之中心方向之陡峭之角度之後壁97b。後板96之切除部分97亦成為盡量大之形狀。並且，設置於前板94之切除部分95大於圖4所示之設置於葉輪80之前板84之切除部分85。葉輪90藉由減小形成於前板94之切除部分95中之前壁95a與後壁95b之間之圓弧部分95c之半徑方向尺寸，而使切除部分95之面積大於葉輪80之切除部分85。葉輪90之切除部分95亦為位於葉輪90之旋轉方向M之前方部分之前壁95a自外周緣部起形成為沿著葉片83之彎曲之曲面，後壁95b自外周緣部起以朝向葉輪90之中心方向之陡峭之角度形成。又，葉輪90亦具有5片葉片93，於該等葉片93之間設置有切除部分95。前板94之切除部分95之面積小於後板96之切除部分97之面積。

藉由該等葉輪80、90，前板84、94之切除部分85、95及後板86、96之切除部分87、97自葉輪80、90之外周部分中之與葉片83、93之外周緣部83a、93a在周方向上空出既定距離之部分起設置。因此，葉片83、93之外周緣部83a、93a成為與前板84、94及後板86、96連接之狀態。並且，藉由設置切除部分85、87、95、97，而於葉片83、93之旋轉方向M之前方部分自外周緣部起存在前板84、94之前壁85a、95a與後板86、96之前壁87a、97a。因此，可藉由葉輪80、90之旋轉，而由葉片83、93以及前壁85a、87a、95a、97a壓入流體。藉此，可提高葉輪80、90之噴出壓力。

又，前板84、94之切除部分85、95及後板86、96之切除部分87、97係和前板84、94及後板86、96與葉片83、93之連接部分設置既定之距離而形成。藉此，葉片83、93與前板84、94及後板86、96之連接部分為分別沿著正交方向交叉之狀態，因此可保持該等連接部分中之強度。

（葉輪之切除部分）圖7係表示葉輪80、90之切除部分85、87、95之圖式，（a）係表示圖4所示之葉輪80之前板84中之切除部分85之前視圖，（b）係表示圖5所示之葉輪80之後板86中之切除部分87之前視圖，（c）係表示圖6所示之葉輪90之前板94中之切除部分95之前視圖。於圖7中，示出自前方觀察葉輪80、90之狀態（自圖4、圖6所示之正面側觀察者狀態）之切除部分85、87、95與葉片83之關係。（b）係卸除前板84之圖。切除部分85、87、95係以斜線表示。於該等圖中，僅示出圓形之葉輪80、90之一部分。

如圖7（a）所示，圖4之設置於葉輪80之前板84之切除部分85之葉輪80之旋轉方向M之前方部分自外周緣部起形成為沿著葉片83之彎曲之曲面之前壁85a。又，葉片83之旋轉方向M之後方部分自外周緣部起形成為朝向葉輪80之中心方向之陡峭之角度之後壁85b。並且，於該等之間之部分中形成為以葉輪80之旋轉中心為中心之圓弧部分85c。切除部分85係和前板84與葉片83之連接部分（虛線部分）設置既定之距離而形成。

如圖7（b）所示，圖4之設置於葉輪80之後板86之切除部分87之葉輪80之旋轉方向M之前方部分自外周緣部起形成為沿著葉片83之彎曲且與鄰接之葉片83之後壁87b相連之曲面之前壁87a。又，葉片83之旋轉方向M之後方部分自外周緣部起形成為朝向葉輪80之中心方向之陡峭之角度之後壁87b。前壁87a係與葉片83之彎曲形狀同樣之彎曲形狀。切除部分87係和後板86與葉片83之連接部分設置既定之距離而形成。

該葉輪80中，若將圖7（b）所示之設置於後板86之切除部分87之面積設為「1」，則圖7（a）所示之設置於前板84之切除部分85之面積成為「0.5」。即，葉輪80中與後板86之切除部分87之面積相比，前板84之切除部分85之面積之大小係以1：0.5之比率較小地形成。如上所述，葉輪80於後板86形成最大面積之切除部分87，於前板84輔助性地形成小於切除部分87之既定面積之切除部分85。

如圖7（c）所示，圖6之設置於葉輪90之前板94之切除部分95之葉輪90之旋轉方向M之前方部分自外周緣部起形成為沿著葉片93之彎曲之曲面之前壁95a。又，葉片93之旋轉方向M之後方部分自外周緣部起形成為朝向葉輪90之中心方向之陡峭之角度之後壁95b。並且，於該等之間之部分中形成為以葉輪90之旋轉中心為中心之圓弧部分95c。切除部分95係和前板94與葉片93之連接部分（虛線部分）設置既定之距離而形成。葉輪90之後板96與圖7（b）相同，因此省略說明。

該葉輪90中，若將圖7（b）所示之設置於後板86（96）之切除部分87（97）之面積設為「1」，則圖7（c）所示之設置於前板94之切除部分95之面積成為「0.65」。即，葉輪90中與後板96之切除部分97之面積相比，前板94之切除部分95之面積之大小係以1：0.65之比率較小地形成。葉輪90亦於後板96形成最大面積之切除部分97，於前板94輔助性地形成小於切除部分97之既定面積之切除部分95。

如上所述，葉輪80、90之前板84、94中之切除部分85、95之面積與後板86、96中之切除部分87、97之面積之大小關係為：於後板86、96形成面積較大之切除部分87、97，於前板84、94形成小於後板86、96之切除部分87、97之面積之切除部分85、95。只要前板84、94之切除部分85、95之大小與後板86、96之切除部分87、97之大小保持此種大小關係，則可設為其他比率。藉由前板84、94之切除部分85、95之面積與後板86、96之切除部分87、97之面積之差，而可如下文所述以推力負載G之大小成為既定之大小之方式進行設定。

並且，利用葉片83、93之部分與前板84、94及後板86、96之切除部分85、95、87中之前壁85a、95a、87a、97a之部分亦可壓入流體，而可提高噴出壓力。

（其他實施形態之葉輪）圖8係自表示與圖4所示之葉輪80進而不同之實施形態之葉輪100的前板側之立體圖。再者，圖8所示之葉輪100與葉輪80相比，為前板104之切除部分105中之前壁105a及後板106之切除部分107中之前壁107a之形狀不同之例。於圖8之葉輪100中，對與葉輪80相同之構成標註對葉輪80中之符號加「20」而成之符號，並省略其說明。

圖8所示之葉輪100中設置於前板104之切除部分105之前壁105a於外周部分中自外周緣部起以朝向葉輪100之中心方向之陡峭之角度形成。又，設置於後板106之切除部分107之前壁107a亦於外周部分中自外周緣部起以朝向葉輪100之中心方向之陡峭之角度形成。藉此，於前板104與後板106之切除部分105、107中之外周部分中，於旋轉方向M之前方部分形成陡峭之前壁105a、107a。再者，葉輪100之其他構成與葉輪80相同，因此省略其他構成之說明。

根據該葉輪100，於葉片103之旋轉方向M之前方部分自外周緣部起存在前板104之前壁105a與後板106之前壁107a。並且，前壁105a、107a之外周部分自外周緣部起以朝向葉輪100之中心方向之陡峭之角度形成，因此可進一步增大藉由葉輪100之旋轉而利用葉片103以及前壁105a、107a壓入流體之力。藉此，可進一步提高葉輪100之噴出壓力。

（作用於磁浮式泵之推力負載）圖9係表示圖1所示之磁浮式泵1中作用於葉輪80（90、100）之推力負載之概略的圖式。圖10（a）係表示使用圖4與圖6所示之葉輪之磁浮式泵中之轉速與推力負載之關係的曲線圖，圖10（b）係表示使用圖4與圖8所示之葉輪之磁浮式泵中之轉速與揚程之關係的曲線圖。於圖10（a）中，對於推力負載G，將朝向前方之負載表示為（+），將朝向後方之負載表示為（-）。

如圖9所示，於磁浮式泵1之葉輪80（90、100）中，於前板84（94、104）之外周部之一部分存在切除部分85（95、105），於後板86（96、106）之外周部之一部分存在切除部分87（97、107）。因此，作用於前板84（94、104）之設置有切除部分85（95、105）之部分的流體壓之總和PF以與切除部分85（95、105）之面積相應之程度小於圖14所示之前板114。又，作用於後板86（96、106）之設置有切除部分87（97、107）之部分的流體壓之總和PR以與切除部分87（97、107）之面積相應之程度小於圖14所示之後板116。

如上所述，於後板86（96、106）設置面積較大之切除部分87（97、107），並且於前板84（94、104）設置面積小於後板86（96、106）之切除部分85（95、105），藉此可將分別作用於葉輪80（90、100）之前板84（94、104）與後板86（96、106）之流體壓之力設為適當之值，而可以既定之推力負載G作用於葉輪80（90、100）之方式進行控制。

如圖10（a）所示，根據具備圖4所示之葉輪80之磁浮式泵1，可設為如一點鏈線L1所示之推力負載。又，根據具備圖6所示之葉輪90之磁浮式泵1，可設為如實線L2所示之推力負載。再者，二點鏈線L3表示圖13所示之具備無切除部分之葉輪210之磁浮式泵100中之推力負載。

根據該曲線圖，若使用圖4所示之葉輪80，則可將磁浮式泵1運行時之推力負載G設為大致接近零之負載。又，若使用圖6所示之葉輪90，則與圖4所示之葉輪80相比，前板94之切除部分95之面積有所增大，藉此作用於前板94之流體壓之總和PF小於圖4之葉輪80，因此可使推力負載G沿著（+）之方向略有增大。葉輪90係將切除部分95之面積設為磁浮式泵1運行時之推力負載G成為（+）側之適當之值之方式的一例。

如上所述，葉輪80、90係於後板86（96）設置面積較大之切除部分87（97），並且於前板84（94）設置面積適當小之切除部分85（95）。藉此，利用具備葉輪80、90之磁浮式泵1，而與圖13所示之磁浮式泵100相比，可將推力負載G設為適當小之值。

又，如圖10（b）所示，藉由具備圖4所示之葉輪80之磁浮式泵1，而如一點鏈線L5所示，於轉速上升之同時可提高揚程。並且，藉由具備圖8所示之葉輪100之磁浮式泵1，而如實線L6所示，於轉速上升之同時，可與葉輪80相比進一步提高揚程。如上所述，根據葉輪100，藉由將前板104之前壁104a與後板106之前壁106a設為陡峭之形狀，該等前壁104a、106a對流體之壓入力增大而可提高揚程。

再者，圖10（a）、（b）所示之曲線圖係一例之磁浮式泵1中使用葉輪80、90、100之情形時之例。於磁浮式泵1之構成不同之情形時，設置於葉輪80、90、100之切除部分85、87、95、97、105、107之面積保持如下大小關係，而根據磁浮式泵1進行設定即可：於後板86、96、106形成面積較大之切除部分87、97、107，於前板84、94、104形成面積小於後板86、96、106之切除部分87、97、107之切除部分85、95、105。

（實施形態中之電流值與推力方向軸支持力之關係）圖11係示意性地表示作用於圖1所示之磁浮式泵1之推力負載G與推力方向軸支持力Fγ之圖式。圖12係表示圖1所示之磁浮式泵1中之推力方向軸支持力Fγ與推力方向軸支持力調整線圈電流E1之關係之曲線圖。圖12所示之縱軸表示自固定磁性壁31向旋轉部50產生之推力方向軸支持力Fγ。推力方向軸支持力Fγ中，向後之推力方向軸支持力Fγ為「+」，向前之推力方向軸支持力-Fγ為「-」。圖11所示之橫軸表示推力方向軸支持力調整線圈電流E1。

如圖11所示，磁浮式泵1中推力負載G自葉輪80對磁浮式電動機10之旋轉部50發揮作用，可藉由對推力方向軸支持力調整線圈61賦予推力方向軸支持力調整線圈電流E1（圖12）而產生推力方向軸支持力Fγ。

如圖12所示，根據圖1所示之磁浮式泵1，即便於在推力方向軸支持力調整線圈61中不流通電流之狀態下，亦產生向後之「+」之推力方向軸支持力Fγ。然而，藉由對推力方向軸支持力調整線圈61賦予推力方向軸支持力調整線圈電流E1，可減小推力方向軸支持力Fγ，藉由調整推力方向軸支持力調整線圈電流E1，可使推力方向軸支持力Fγ成為「約0」。若自該狀態進一步增大推力方向軸支持力調整線圈電流E1，則推力方向軸支持力Fγ成為向前之「-」之狀態。

並且，於此種磁浮式泵1中，藉由將設置於葉輪80、90、100之前板84、94、104之切除部分85、95、105之面積與設置於後板86、96、106之切除部分87、97、107之面積設為適當大小之面積比，而可設為推力方向軸支持力Fγ稍微作用於「+」側之狀態之虛線R所示之狀態。該狀態係葉輪80、90、100之推力負載G沿著「+」之方向稍微作用之狀態，於該實施形態中之磁浮式泵1中，為沿著與推力負載G互相拉之方向使推力方向軸支持力Fγ發揮作用之狀態。該狀態下推力方向軸支持力Fγ較小，控制推力方向軸支持力Fγ之推力方向軸支持力調整線圈電流E1較小，因此控制穩定。

設為葉輪80、90、100之推力負載G沿著「+」之方向稍微發揮作用之狀態的調整可如上所述，藉由葉輪80、90、100之前板84、94、104中之切除部分85、95、105之面積與後板86、96、106中之切除部分87、97、107之面積之調整而任意地控制。藉此，可藉由結構性之構成將推力負載G設為適當之大小。

（總結）如以上所述，根據上述磁浮式泵1，藉由適當設定設置於葉輪80、90、100之前板84、94、104之切除部分85、95、105之大小與設置於後板86、96、106之切除部分87、97、107之大小，而可將作用於葉輪80、90、100之推力負載G控制為適當之大小。即，藉由葉輪80、90、100，葉片83、93、103可於最大徑之狀態下，藉由在後板86、96、106設置較大之切除部分87、97、107使推力負載G變小，並且藉由在前板84、94、104設置適當大小之切除部分85、95、105，而將作用於葉輪80、90、100之推力負載G設為適當之大小。

並且，葉片83、93、103為最大徑，於其前後有前板84、94、104之切除部分85、95、105中之前壁85a、95a、105a與後板86、96、106之切除部分87、97、107中之前壁87a、97a、107a。藉此，可藉由該等葉片83、93、103與前壁85a、95a、105a、87a、97a、107a壓入流體，而可提高噴出壓力。藉此，可提高磁浮式泵1之噴出壓力，並且將推力負載G調整為適當之值。

（其他實施形態）上述實施形態中之磁浮式泵1為一例，其他磁浮式泵1亦可具備上述葉輪80、90、100，本發明並不限定於上述實施形態。

又，上述實施形態中之葉輪80、90、100為一例，根據磁浮式泵1之規格等設定葉片83、93、103之數量、前板84、94、104之切除部分85、95、105與後板86、96、106之切除部分87、97、107之形狀、面積比等即可，葉輪80、90、100並不限定於上述實施形態。

進而，上述實施形態表示一例，可於不損及本發明之主旨之範圍內變更各種構成，本發明並不限定於上述實施形態。

1、200:磁浮式泵 6:吸入口 7:噴出口 10:磁浮式電動機 20:固定部 40:馬達部 50:旋轉部 60:推力方向支持部 61:推力方向軸支持力調整線圈 70:控制部 80、90、100、210:葉輪 81、91、101、211:開口部 82、92、102:凸台部 83、93、103、213:葉片 83a、93a、103a:外周緣部 84、94、104、214:前板 85、87、95、97、105、107:切除部分 85a、87a、95a、97a、105a、107a:前壁 85b、87b、95b、97b:後壁 85c、95c:圓弧部分 86、96、106、216:後板 206:吸入口 G:推力負載 L1:一點鏈線 L2:實線 L3:二點鏈線 M:旋轉方向 PF、PR:流體壓之總和

[圖1]係表示本發明之一實施形態之磁浮式泵之剖面圖。 [圖2]係表示圖1所示之磁浮式泵之磁浮式電動機中的徑向支持力之圖式。 [圖3]係表示圖1所示之磁浮式泵之磁浮式電動機中已調整推力方向軸支持力之狀態之圖式。 [圖4]係自圖1所示之磁浮式泵所具備之葉輪之前板側觀察的立體圖。 [圖5]係自圖4所示之葉輪之後板側觀察之立體圖。 [圖6]係自表示與圖4所示之葉輪不同之實施形態之葉輪的前板側觀察之立體圖。 [圖7]係表示葉輪之切除部分之圖式，（a）係表示圖4所示之葉輪之前板中之切除部分的前視圖，（b）係表示圖5所示之葉輪之後板中之切除部分的前視圖，（c）係表示圖6所示之葉輪之前板中之切除部分的前視圖。 [圖8]係自表示與圖4所示之葉輪進而不同之實施形態之葉輪的前板側觀察之立體圖。 [圖9]係表示圖1所示之磁浮式泵中作用於葉輪之推力負載之概略的圖式。 [圖10]圖10（a）係表示使用圖4與圖6所示之葉輪之磁浮式泵的轉速與推力負載之關係之曲線圖，圖10（b）係表示使用圖4與圖8所示之葉輪之磁浮式泵的轉速與揚程之關係之曲線圖。 [圖11]係示意性表示作用於圖1所示之磁浮式泵之推力負載與推力方向軸支持力之圖式。 [圖12]係表示圖1所示之磁浮式泵之推力方向軸支持力與電流之關係的曲線圖。 [圖13]係表示先前之磁浮式泵之葉輪之部分的剖面圖。 [圖14]係表示圖13所示之磁浮式泵中作用於葉輪之推力負載之概略的圖式。

80:葉輪

83:葉片

83a:外周緣部

84:前板

85、87:切除部分

85a、87a:前壁

85b、87b:後壁

85c:圓弧部分

86:後板

M:旋轉方向

Claims

一種磁浮式泵，其特徵在於具備：固定部；旋轉部，配置於上述固定部之內部，藉由利用徑向支持磁鐵所產生之徑向磁通量而以與上述固定部之中心非接觸之方式支持；馬達部，於上述固定部與上述旋轉部之間，由設置於上述固定部之定子及與該定子分開地設置於上述旋轉部之轉子構成；及葉輪，設置於上述旋轉部之軸心之一端側，上述葉輪具有前板、後板及葉片，該葉片設置於上述前板與上述後板之間，自上述葉輪之中心部分延伸至外周緣部，上述前板與上述後板自與上述葉片之上述外周緣部在周方向上空出既定距離之位置起朝向上述葉輪之中心方向分別具有既定大小之切除部分，上述切除部分以上述前板之上述切除部分小於上述後板之上述切除部分之方式形成。
如請求項1之磁浮式泵，其中，上述前板與上述後板之上述切除部分的上述葉片之旋轉方向之前方部分，自外周緣部起形成為前壁。
如請求項1或2之磁浮式泵，其中，上述切除部分自上述葉片與上述前板及上述後板之連接部分起設置既定之距離而形成。
如請求項1或2之磁浮式泵，其中，上述前板之切除部分之大小相對於上述後板之切除部分之大小的比率，成為一定之推力負載朝向前方對上述葉輪發揮作用的比率。
如請求項1或2之磁浮式泵，其進而具備：推力方向支持部，具有：固定磁性壁，與上述旋轉部之軸心之另一端部朝向軸心方向分離配置，接近該旋轉部而與上述固定部之固定磁性部相連；及推力方向軸支持力調整線圈，配置於上述固定磁性壁，產生與上述徑向磁通量之自上述旋轉部起經由間隙流向該固定磁性壁的漏磁通重疊之推力磁通量；及控制部，控制對上述推力方向軸支持力調整線圈賦予之電流之大小，利用上述推力磁通量使推力方向軸支持力作用於上述旋轉部。